【流体】室内における空気清浄機の配置検討

2022年07月21日

今回の流体コラムでは、熱流体解析ソフトSimcenter FLOEFDを使用し、空気清浄機の汚染気体除去の効率を検証します。室内の空気清浄機の配置や窓の開け閉めによって汚染気体が除去するまでにかかる時間を比較します。

解析概要

解析モデル
今回の解析では七畳ワンルームマンションを想定し、部屋内に汚染気体を充満させた状態から空気清浄機と窓開けにより清浄するまでの時間を評価します。部屋の奥には窓を開けた際を想定した、30cm×190cmの窓の隙間、及び二か所の通気孔があります。また、その反対側にはドアが設置されており、ドア下の隙間を1㎝×80cmとしています。ベッドやデスク、エアコンは置物です。

▲図表１　部屋モデル

また、用いる空気清浄機は幅28.0cm×奥行26.0cm×高さ62.2cmで、背面の吸込口から空気を吸い込み、上面及び前面の吹き出し口から清浄された空気を吹き出します。

▲図表２　空気清浄機モデル

解析ケース
空気清浄機の配置をドア付近、ベッド付近、デスク付近に置いた場合で、それぞれ窓を開けた場合と閉めた場合の２ケース、合計6ケースで空気清浄の効率を解析しました。

▲図表３　空気清浄機配置

評価方法
今回の解析では、室内にもともと充満している気体を汚染気体、部屋の外から入る空気や空気清浄機の吹き出しをきれいな空気であると仮定し、空気を清浄するのにかかる時間を評価しました。

▲図表４　評価方法：充満汚染気体清浄時間

解析条件

▲解析条件

解析結果

●各配置の部屋平均汚染気体質量割合　結果（窓閉め）

▲図表６　窓閉め時の汚染気体質量割合の部屋平均

窓を閉めた場合には清浄時間に差がほとんどありません。しかし、わずかにベッド付近配置の結果がわずかに優れていることが分かります。ベッド付近配置が最も優れた結果となったのは、空気清浄機の上から出た風が部屋の中心付近から全体に広がることが要因だと考えられます。

●各配置の部屋平均汚染気体質量割合　結果（窓開け）

▲図表７　窓開け時の汚染気体質量割合の部屋平均

窓を開けた場合には、デスク付近配置の結果が優れていることが分かります。汚染気体が20％を下回る時間で比較してみると、ドア付近に置いた場合より約60秒短縮できています。

●デスク付近配置における部屋平均汚染気体質量割合　結果

▲図表８　デスク付近配置における汚染気体質量割合の部屋平均

窓開け時の配置で最も優れた結果だったデスク付近配置における窓の開閉比較をしています。汚染気体が20％を下回る時間で比較してみると、窓を開けることで100秒以上短縮できることを示しています。

●デスク付近配置における流跡線　結果

▲図表９　デスク付近配置における空気清浄機の吹き出し及び窓の流跡線
(左：窓閉め、右：窓開け)

まとめ

今回の流体コラムでは、室内の空気清浄機の配置や窓の開け閉めによって汚染気体を除去する様子を解析し、所要時間を比較しました。解析結果から、窓を閉めた場合ではベッド付近配置が若干時間短縮出来ており、窓を開けた場合ではデスク付近配置が最も短縮できていました。また、デスク付近配置では窓を開けることによって、空気清浄にかかる時間を100秒以上短縮できました。この結果とデスク付近配置における流跡線より、空気清浄機と窓開けを併用する際は、窓から離れた配置に空気清浄機を置くべきであることで部屋全体に空気の流れを作ることができて汚染気体除去に効率的であることが分かります。

[From Y.NINOMIYA]

空気清浄機　吸込口流量	4.0 m $^{3}$ /min
空気清浄機　上面吹出口流量	2.8 m $^{3}$ /min
空気清浄機　前面吹出口流量	1.2 m $^{3}$ /min
窓境界条件	環境圧力 101325Pa
換気孔　境界条件	環境圧力 101325Pa
ドア下の隙間　流量	0.192 m $^{3}$ /min

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