CFDによる多連棟温室の風力換気時の気流解析

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要約

CFD(数値計算流体力学)による多連棟温室の風力換気時の気流分布は、風洞実験の結果をよく再現できる。CFDによれば、屋根開放型温室では温室内に逆流が発生する。フェンロー型温室では、開放された天窓の位置により気流分布が異なる。

  • 担当:農業工学研究所・農地整備部・農業施設環境制御研究室
  • 代表連絡先:0298-38-7655
  • 部会名:農業工学
  • 専門:農業施設
  • 対象:計画・設計技術
  • 分類:研究

背景

温室の普及や周年利用への要求に伴い、自然換気が世界的に注目されており、換気窓の改良や屋根開放型温室の導入などの自然換気向上のための改善がされつつある。一方では、温室の大規模化への要望が強い。多連棟温室では十分な換気量と環境の空間的均一性の達成が不可欠であるが、換気特性、特に、気流分布についてはほとんど明らかにされていない。近年、このような解析のためにCFD(Computational Fluid Dynamics、数値計算流体力学)による手法が期待されている。そこで、最近の多連棟温室にCFDを適用し、風力換気時の3次元気流分布へのCFDの有効性を検証すると共に、3次元気流分布特性を解明する。

成果の内容・特徴

  • 本情報は、CFDによる計算結果を、模型を用いた風洞実験におけるPIV気流計測結果と比較検証したものである。模型は、縮尺1/16のフェンロー型温室(屋根勾配22゚、天窓開度44゚)と屋根開放型温室(屋根勾配30゚、屋根開度83゚、屋根は樋部を軸として棟部から開放)で、連棟数は2?6であり、大型温室を想定して側壁に開口はない。いずれも実寸で、1棟の間口3.2m、軒高4m、奥行き30mである。
  • CFDによれば、6連棟の屋根開放型温室の場合、外気は最も風下側のスパンから主に流入し、内気は風上側のスパンから流出する。結果として温室内には逆流が発生する(図1)。連棟数が少ない場合も類似の気流パターンである。CFDによる気流パターンや気流速分布の計算値は、風洞実験による計測値とほぼ一致する(図2)。
  • 屋根開放型温室では、棟方向の垂直断面間の気流分布の違いは大きくないが、フェンロー型温室では天窓が棟に交互に配置されるため、違いが見られる。すなわち、風上棟の風上側が開放された天窓下では外気の流入が促進されて気流速が高まり、風下側が開放された天窓下では気流速が弱まる(図3)。

成果の活用面・留意点

屋根開放型温室では、棟方向の垂直断面間の気流分布の違いは大きくないが、フェンロー型温室では天窓が棟に交互に配置されるため、違いが見られる。すなわち、風上棟の風上側が開放された天窓下では外気の流入が促進されて気流速が高まり、風下側が開放された天窓下では気流速が弱まる(図3)。

具体的データ

図1 CFDによる6連棟屋根開放型温室の気流分布
図2 CFDとPIVの流速ベクトルの比較
図3 位置によるフェンロー型温室の気流分布の違い

その他

  • 研究課題名:CFD(数値計算流体力学)の手法を用いた多連棟温室の自然換気の予測と風洞実験による検証
  • 予算区分:STAフェロー・経常
  • 研究期間:平成12年度(平成11～13年)
  • 研究担当者:In-Bok Lee、佐瀬勘紀、奥島里美、石井雅久
  • 発表論文等:In-Bok Lee et al., Evaluation of structural characteristics of naturally ventilated multi-span greenhouses using computer simulation, Japan Agricultural Research Quarterly, 34(4), 247-256, 2000.