報告書番号

V11018

タイトル（和文）

植物工場の温熱空気環境評価(その２) -植物が栽培されていない条件下での数値シミュレーション-

タイトル（英文）

Evaluation of thermal and air environment in plant factory (Part. 2) - Numerical simulation for plant factory without vegetation -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

数値モデルは植物工場内の温熱空気環境を再現するのに非常に有効なツールであると考えられるが、植物の有無に関わらず，太陽光利用型の植物工場内をヒートポンプなどで環境制御した場合の計算例はなく、その適用性の可否は明らかではない。本研究では、植生が栽培されていない条件下での植物工場内の温熱空気環境を評価するために，植物工場内のガラス・鉄骨面に，日射(短波)，長波放射，対流熱伝達，物質内の熱伝導などの熱収支を考慮できるモデルを当所の数値モデルに追加した。植物工場の天窓が開かれた条件，側方ファンが稼働している条件，2台のヒートポンプが稼働している条件の3ケースを対象とた風洞実験と同じ条件に対して，本CFDモデルによる解析を実行した結果，いずれの条件下でも植物工場内の気流分布は，風洞実験結果をよく再現した。また，赤城試験センター(群馬県 前橋市)にある植物が栽培されていない条件下の植物工場内を対象にCFDモデルを実行し，実測値と比較検討した。その結果，夜間の植物工場内には、床面近傍で安定成層が形成され、風速が弱くなる傾向が見られた。一方，昼間では，地表面，鉄骨などが日射により加熱され周辺空気が暖まり、上下方向の空気の混合が活発に起きるため，ほぼ一定の温度分布となった。本CFDモデルでは，これらの夜間および昼間における植物工場内の温熱環境を良好に再現できた。

概要 （英文）

Computational fluid dynamic (CFD) model has become a very attractive tool for simulating thermal and air environment in a plant factory, but the reproducibility of CFD model in a plant factory with and without vegetation has yet to be identified. In the present study, CFD model coupled with convective and radiative exchange at greenhouse glasses and steel frames is developed to simulate a thermal and flow environment within a plant factory without vegetation, and the validity of the CFD model is confirmed by comparing the results from the CFD model with those obtained by wind-tunnel experiments and field observation. The mean flow patterns obtained by the developed CFD model are quite similar to the flow patterns shown in the wind-tunnel experiments under the three conditions; a) roof windows are open, b) side fan is rotated and c) two heat pumps are at work. The mean velocities and temperature obtained by the CFD model are compared with those obtained by field observation. It is found that the developed CFD model can predict the thermal and flow environment without vegetation both in the nighttime and in the daytime. In the nighttime, the mean temperature tends to decrease near the ground, and the temperature variation in plant factories becomes larger as atmospheric temperature decrease. In the daytime, unstable stratified layer is formed since the ground surface is heated by solar radiation, and the temperature distribution in the plant factories is relatively uniform unlike the distribution in the nighttime.

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