Quantitative investigation of non-uniform and transient CO2 concentration distribution in breathing zone for advanced indoor environmental design

本研究では，人体呼吸域に形成される不均一・非定常二酸化炭素濃度場の定量的理解と，数値解析手法に基づく空調設計の高度化を目的とし，人体をコンピュータ上に再現した総合的な数値解析モデルの開発に取り組む．本研究の第2年度の研究成果を以下のように纏める．(1)肺胞での二酸化炭素－酸素のガス交換モデルの開発に向けた被験者実験の実施：非定常呼吸時の二酸化炭素呼出濃度並びに再吸入濃度を高精度に計測するために，小型チャンバー並びに測定系の準備が完了し，二酸化炭素呼出濃度の測定実験を実施した．複数台の二酸化炭素濃度計を同時併用して呼吸域周辺の非定常濃度履歴と不均一濃度分布の高精度計測を実施し，更に環境条件(空気温度と湿度の他，室内二酸化炭素濃度)と被験者の代謝量を変化させた計測を実施した．現在，人体の二酸化炭素呼出濃度との関連性の解明と肺胞内での二酸化炭素－酸素のガス交換モデルを構築することを目標とし，データ分析を進めている．(2)統合数値人体モデルを使用した室内環境の数値解析手法の構築：第1年度にて開発が完了した統合数値人体モデル(Computer-Simulated Person)を仮想空間内に配置し，室内領域ー居住域ー呼吸域ー気道内の連続領域を対象とした流体解析手法を構築した．更に，熱，水分、物質輸送解析から非定常呼吸サイクル，人体熱生理モデルとの連成解析手法を構築し，室内熱・空気環境の総合評価と室内環境と人体の相互作用，また，呼吸域内二酸化炭素分布の詳細予測を可能とする数値解析モデルを完成した．

本研究では，人体呼吸域に形成される不均一・非定常二酸化炭素濃度場の定量的理解と，数値解析手法に基づく空調設計の高度化を目的とし，人体をコンピュータ上に再現した総合的な数値解析モデルの開発に取り組む．本研究の第2年度の研究成果を以下のように纏める．(1)肺胞での二酸化炭素－酸素のガス交換モデルの開発に向けた被験者実験の実施：非定常呼吸時の二酸化炭素呼出濃度並びに再吸入濃度を高精度に計測するために，小型チャンバー並びに測定系の準備が完了し，二酸化炭素呼出濃度の測定実験を実施した．複数台の二酸化炭素濃度計を同時併用して呼吸域周辺の非定常濃度履歴と不均一濃度分布の高精度計測を実施し，更に環境条件(空気温度と湿度の他，室内二酸化炭素濃度)と被験者の代謝量を変化させた計測を実施した．現在，人体の二酸化炭素呼出濃度との関連性の解明と肺胞内での二酸化炭素－酸素のガス交換モデルを構築することを目標とし，データ分析を進めている．(2)統合数値人体モデルを使用した室内環境の数値解析手法の構築：第1年度にて開発が完了した統合数値人体モデル(Computer-Simulated Person)を仮想空間内に配置し，室内領域ー居住域ー呼吸域ー気道内の連続領域を対象とした流体解析手法を構築した．更に，熱，水分、物質輸送解析から非定常呼吸サイクル，人体熱生理モデルとの連成解析手法を構築し，室内熱・空気環境の総合評価と室内環境と人体の相互作用，また，呼吸域内二酸化炭素分布の詳細予測を可能とする数値解析モデルを完成した．