JP2005321164A

JP2005321164A - 温熱環境シミュレーション装置

Info

Publication number: JP2005321164A
Application number: JP2004140905A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Nakagawa; 明久中川; Shigeru Miyagawa; 茂宮川
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】人体からの発汗、発熱を伴う生活空間内の温熱環境や生鮮野菜、水蒸気を放出するような商品の運搬に関わるコンテナ、トラック荷装内などの人間の居住空間および／または非居住空間の温熱環境を適切に測定できる温熱シミュレーション装置を提供すること。
【解決手段】空間（Ａ）の中に、空間（Ｂ）が配置された温熱環境シミュレーション装置であって、前記空間（Ａ）は温度および湿度を任意に設定でき、前記空間（Ｂ）は温度、湿度、および風量から選ばれる1つ又は複数を制御でき、且つ温湿度の測定機能を有するものである温熱環境シミュレーション装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、人の居住空間および／または非居住空間における温度、湿度、結露量を測定、予測できる温熱環境シミュレーション装置に関するものである。

従来よりも、人が居住する環境における温熱評価はシミュレーション装置を用いて行う方法がＪＩＳ規格にある（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、この方法では無人空間の結露や温湿度の評価に有効ではあるが、人間の発汗、発熱に伴い、空間の温湿度が変動するような非定常状態を想定した評価には対応できない。
ＪＩＳＡ１５１４（１９９３）建具の結露防止性能試験方法

本発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、人体からの発汗、発熱を伴う生活空間内の温熱環境や生鮮野菜、水蒸気を放出するような商品の運搬に関わるコンテナ、トラック荷装内などの人間の居住空間および／または非居住空間の温熱環境を適切に測定できる温熱環境シミュレーション装置を提供することを課題とするものである。居住空間とは、人間が居住する住宅内、オフィス内、移動交通機関内などを指す。これらの空間では、日射、温度、湿度、風速により人間に対する温熱的快・不快感覚が生じる。これらの環境は快適な環境にするために空調装置、遮光材、断熱材、調湿材などが用いられている。しかしながら、これらの環境に対して適切な素材、装置を適用するためには人間が存在することを想定したモデル装置、シミュレーション方法が必要であるが、人間の発汗および発熱による非定常環境を適切に再現できる装置はこれまでに無かった。適切な温熱環境を作るにはこのような非定常状態を加味することが重要である。

一方、非居住空間とは、主にコンテナ、トラック荷装などの物資を積載する空間を指す。生鮮食品、花卉、精密機械、製缶品などの物資は、品質や品位に対する輸送中の温湿度の影響を無視することは出来ない。生鮮食品、花卉は保存温湿度の影響で鮮度が著しく変化する。また、精密機械は船舶でのコンテナ輸送において梱包材の木材からの水分蒸散の影響による錆害に注意する必要があると言われている。製缶品に関しては、荷装内外の温度差から生じる庫内結露の水滴が製缶品に滴下し汚損が生じ、商品価値が低下する。以上のような問題を解決する為には適切な環境を再現できる装置を用いての評価が必要である。

本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、遂に本発明を完成するに到った。即ち本発明は以下の構成よりなる。
１．空間（Ａ）の中に空間（Ｂ）が配置された温熱環境シミュレーション装置であって、前記空間（Ａ）は温度および湿度を任意に設定でき、前記空間（Ｂ）は温度、湿度、および風量から選ばれる1つ又は複数を制御でき、且つ温湿度の測定機能を有するものであることを特徴とする温熱環境シミュレーション装置。
２．空間（Ｂ）の内部に試料が配されており、空間（Ｂ）の空間温度および空間湿度の測定機能を有し、且つ、装置壁面の結露量および／または装置内試料表面の結露量の測定機能を有することを特徴とする上記第１に記載の温熱環境シミュレーション装置。
３．空間（Ｂ）の中に熱および／または水分発生装置が配置されてなることを特徴とする上記第１又は第２に記載の温熱環境シミュレーション装置。
４．空間（Ｂ）の空気温度制御範囲が少なくとも５℃から４０℃、空気湿度の制御範囲が少なくとも２０％ＲＨから９０％ＲＨ、風量の制御範囲が少なくとも０ｍ³／分から５ｍ³／分であることを特徴とする上記第１〜第３のいずれかに記載の温熱環境シミュレーション装置。

本発明によるシミュレーション装置は、想定する環境に合わせて温度、湿度、風量を設定できることに加え、人体からの発汗や発熱、生鮮食品、梱包材からの水分蒸散等の再現が可能であり、空間に対する加湿の影響を測定できる利点がある。

以下に、本発明を詳細に説明する。
図１はシミュレーション装置が配置される実験室の概念図である。この実験室は請求項に記載の空間（Ａ）に相当する。実験室３００は、室内の空気を冷却すると共に除湿する蒸発器３１０と、蒸発器３１０を駆動する冷凍機３１１と、室内の空気を加熱する加熱器３２０と、室内の空気を加湿する加湿器３７０と、室内に送風する送風器３３０と、送風器３３０を駆動するモータ３３１と、送風器３３０からの送風を整流とする整流板３６０と、室内の温度を検出する温度センサー３４０と、室内の湿度を検出する湿度センサー３５０と、冷凍機３１１、加熱器３２０、モータ３３１及び加湿器３７０に供給する電力を調整する電力調整器３８０と、所望する湿度及び温度の設定が可能で、温度センサー３４０によって検出された温度と湿度センサー３５０によって検出された湿度とに基づいて設定された温度及び湿度になるように電力調整器３８０への各電力の指示を行う制御部３９０とを備えている。なお、送風器３３０は、整流板３６０の出側（図では下側）の風速が１０〜４０ｃｍ／ｓｅｃとなるようにモータ３３１の回転数が制御されている。また、本発明のシミュレーション装置１は、実験室３００の室内の風速及び風向が整流板３６０等を介して安定している位置に設置される。

実験室３００の室内温度の調整は、制御部３９０に設定された温度と温度センサー３４０によって検出された温度とを比較して、設定された温度となるような加熱器３２０及び冷凍機３１１の電力を制御部３９０が電力調整器３８０に指示することによって実行され
る。実験室３００の室内湿度の調整は、制御部３９０に設定された湿度と湿度センサー３５０によって検出された湿度とを比較して、設定された湿度となるような加湿器３７０及び冷凍機３１１の電力を制御手段３９０が電力調整器３８０に指示することによって実行される。

図２は本発明のシミュレーション装置の構成図である。図３は後述する温熱環境測定箱の構成図であり、請求項に記載の空間（Ｂ）に相当する。シミュレーション装置１は温度制御範囲２０℃から３０℃、湿度制御範囲４０％ＲＨから７０％ＲＨ、送風機風量能力３．８ｍ³／分の空調装置１１０、温熱環境測定箱２、温熱環境測定箱および実験室内の温湿度を測定する温湿度センサー１１５、温湿度データ収集用装置１１２、温湿度解析用パーソナルコンピュータ１１３、空調装置から温熱環境測定箱へ空気を導入および循環する空気経路１１９、風量調整ダンパー１１６、バイパスバルブ１１７、外気導入バルブ１１８、温熱環境測定箱内の温湿度コントロール用センサー１１４からなる。

空調装置１１０は温熱環境測定箱２の温湿度制御センサー１１４からの情報を受けて、設定温湿度に調整された空気を空気経路１１９を経由して温熱環境測定箱２へ供給する能力を備えている。温熱環境測定箱２の風量は風量調整ダンパー１１６によって調整されるが、風量が０ｍ³／分ないしは極めて少ない風量に設定する際はバイパスバルブ１１７の調整により空気を循環させることで調整ができる。

図３の温熱環境測定箱について説明する。空気経路１１９を経由して導入される空気は整流板１２０を通り、温熱環境測定箱２内からもう一方の整流板１２０を通過し空気経路１１９へ流入する。温熱環境測定箱２を構成する素材はアクリル、アルミニウミ、住宅用外壁材、石膏ボード、コンクリートなど目的の空間に合った材料を使うことができる。これら材料は空気孔部１２２を除く４面に取り付けが可能である。例えば、住宅用外壁材と石膏ボードの組み合わせで温熱環境箱を構成すれば、住宅内の温熱環境を再現することができる。また、透明なアクリル板で構成すれば、内部の状況を目視で確認出来、結露の評価に用いることができる。このように任意の素材を使うことで目的の空間が再現できる特徴を有する。更に、この温熱環境箱には温湿度センサー１１５が取り付けられており、内部の温湿度と実験室内の温湿度が連続的に計測が可能である。温熱環境測定箱を構成する素材の熱還流抵抗値と内外の温湿度測定結果から結露発生の予測することも可能である。温熱環境測定箱を構成する材料の大きさを変えることによって容積は任意に変更できるが、実験室の大きさ、空調装置能力を勘案した場合、容積は０．２ｍ³から１．０ｍ³を推奨できる構成である。

図４は、水蒸気発生装置である。この水蒸気発生装置３は特開２００３−４９３１１の衣服内シミュレーション装置である。この水蒸気発生装置を図３温熱環境測定箱の水蒸気発生装置出入り口１２１から内部に入れて任意の発熱、発汗をさせることで内部に水蒸気を発生させることができる。例えば、住宅内で人が活動して生じる発熱、発汗が住宅内の温湿度に与える影響を温湿度で計測することが可能となる。

図５は、住宅内での人間の活動を模擬した実験結果の一例を示すグラフである。ここでは、冬期夜間６畳寝室で家族４人が睡眠している場合について実験した。実験室の温湿度を１０℃、湿度は５０％ＲＨに設定する。温熱環境測定箱の温度は１８℃に設定したのち、水蒸気発生装置基体温度を人間の体温である３７℃、発汗量を４ｇ／ｍ²・ｈとした。温熱環境測定箱の容積は０．２５ｍ³に構成し、外壁素材は５ｍｍアクリル板をとした。この容積は６畳間の約１００分の１である。人間の睡眠時の発汗量は一人当たり約１００ｃｃ／ｍ²・ｈとして、温熱環境測定箱の容積の縮尺から換算した値を用いた。グラフＧ１は高吸湿性素材の壁紙を温熱環境測定箱の空気孔板および底面を除く３面に配した空間の湿度の変化を表し、グラフＧ２は吸湿性が低い塩ビ製壁紙を同様に配した空間の湿度変化を表している。

図５に示すように、グラフＧ１およびグラフＧ２は実験開始と同時に空調装置、水蒸気発生装置を起動した結果、グラフＧ１はグラフＧ２によりも湿度の上昇が小さく、特に実験開始後６０分では、グラフＧ１はグラフＧ２よりも１３％ＲＨほど湿度が低い。これはグラフＧ１が吸湿効果が高いことを示しており、この結果は室内側の窓ガラスの結露が比較的生じさせにくい素材であると評価できる。

本発明のシミュレーション装置は、吸湿素材の性能評価、吸熱素材の性能評価が容易にできる為、自動車内装材、住宅建材、コンテナおよびトラック荷装内の梱包材の性能評価に広く利用でき、産業界に寄与することが大である。

シミュレーション装置が使用される実験室の一例の概念図である。本発明のシミュレーション装置の一例の構成図である。温熱環境測定箱の一例の模式図である。水蒸気発生装置の一例の模式図である。住宅内での人間の活動を模擬した実験結果の一例を示すグラフである。

符号の説明

１：シミュレーション装置
２：温熱環境測定箱
３：水蒸気発生装置
１０：空調装置
１２：温湿度データ収集用装置
１３：温湿度解析用パーソナルコンピュータ
１４：温湿度制御センサー
１５：温湿度センサー
１６：風量調整ダンパー
１７：バイパスバルブ
１８：外気導入バルブ
１９：空気経路
２０：整流板
２１：水蒸気発生装置出入り口
２２：空気孔部

Claims

空間（Ａ）の中に空間（Ｂ）が配置された温熱環境シミュレーション装置であって、前記空間（Ａ）は温度および湿度を任意に設定でき、前記空間（Ｂ）は温度、湿度、および風量から選ばれる1つ又は複数を制御でき、且つ温湿度の測定機能を有するものであることを特徴とする温熱環境シミュレーション装置。
空間（Ｂ）の内部に試料が配されており、空間（Ｂ）の空間温度および空間湿度の測定機能を有し、且つ、装置壁面の結露量および／または装置内試料表面の結露量の測定機能を有することを特徴とする請求項１に記載の温熱環境シミュレーション装置。
空間（Ｂ）の中に熱および／または水分発生装置が配置されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の温熱環境シミュレーション装置。
空間（Ｂ）の空気温度制御範囲が少なくとも５℃から４０℃、空気湿度の制御範囲が少なくとも２０％ＲＨから９０％ＲＨ、風量の制御範囲が少なくとも０ｍ³／分から５ｍ³／分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の温熱環境シミュレーション装置。