PAPER – BUILDING PHYSICS RESEARCH GROUP™

エネルギー自給型モバイルハウス

SHANY™ — Fri, 14 Feb 2025 09:05:05 +0000

近年、台風・集中豪雨・地震などの自然災害が頻発し、特に気候変動の影響による被害の深刻化が懸念されている。このような状況の下、持続可能で迅速に展開可能な仮設住宅の必要性が高まっている。そこで本研究では、日本における災害復興の一環として、モバイルハウスのオフグリッド電力自立の可能性を検討した。測定および数値解析を通じて、北海道や南西諸島を含む多様な気候地域において、太陽光発電（PV）パネルと蓄電池を備えたモバイルハウスの電力自給率を評価した。その結果、冷房負荷の低い地域では、冷房時間帯の電力自給率が特に高いことが確認された。また、PVパネル8枚（2400 Wp）を搭載した移動式住宅では、年間3000 kWh以上の電力を生産でき、すべての調査地域で冷暖房エネルギー需要を上回ることが可能であった。一方で、夜間など発電できない時間帯のエネルギー需要が課題となり、特に暖房負荷の高い地域では自給自足の達成が困難であることが明らかになった。
本研究は、災害時に強くエネルギー効率の高いポスト・ディザスター・ソリューションとして、オフグリッド・モバイルハウスの有効性を示すとともに、多様な気候条件に対応した断熱材や設計ガイドラインのさらなる最適化の必要性を指摘するものである。

Mobile home

Interior view

Power generation

Power consumption

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Electricity self-sufficiency of off-grid mobile homes as temporary housing: A feasibility study in Japan
Sihwan Lee, Risa Ito, and Hideyo Harada
Sustainable Cities and Society, Volume 121, 106221, p.1-15, 1 March 2025. (Print ISSN: 2210-6707, Online ISSN: 2210-6715)
Available online 14 February 2025.
https://doi.org/10.1016/j.scs.2025.106221
CiteScore: 22.0, Impact Factor: 10.5, Percentile: 99% (1/379 Civil and Structural Engineering)

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]

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エアフロー型PVSD（airflow-type PVSD）

SHANY™ — Sun, 05 Jan 2025 20:42:31 +0000

太陽光発電一体型日射遮蔽装置（PVSD, photovoltaic integrated shading devices）は、日射遮蔽と発電を同時に実現することで、太陽エネルギーを有効活用し、ネット・ゼロ・エネルギー・ビル（ZEB）を推進する技術である。しかし、外壁設置型PVSDは、建物屋上に最適角度で設置される太陽光パネルに比べて発電効率が低下する問題がある。そこで本研究では、発電効率の向上を目的とし、新たにエアフロー型PVSD（airflow-type PVSD）を提案した。このシステムは、日射遮蔽ルーバーの上下に開口部を設けて太陽光発電パネルを一体化することで、通気を利用して太陽光パネルを受動冷却し、追加のエネルギーを消費せず発電効率の低下を抑制する仕組みである。本研究では、詳細な数値解析モデルを用いてシステムの効率や熱回収効果を評価し、熱負荷計算に基づいて建物の年間エネルギー性能を明らかにした。

Airflowtype PVSD

Mockup

Numerical model

Evaluations

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Development and verification of an airflow-type photovoltaic-integrated shading device on building façades
Sihwan Lee, and Risa Ito
Applied Energy, Volume 383, 125292, p.1-14, 1 April 2025. (Print ISSN: 0306-2619, Online ISSN: 1872-9118)
Available online 16 January 2025.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.125292
CiteScore: 21.2, Impact Factor: 10.1, Percentile: 99% (1/223 Building and Construction)

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]

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フレキシブル太陽光パネルを用いたPVSD

SHANY™ — Wed, 10 Jul 2024 04:52:30 +0000

建築物一体型太陽光発電（BIPV, Building-integrated photovoltaics）は、建物にエネルギーを供給するシステムとして導入が進んでいる。BIPV の中でも、太陽光発電一体型日射遮蔽装置（PVSD, photovoltaic integrated shading devices）は、発電と同時に日射遮蔽を行うことが可能である。しかし、PVSD は建物内への自然光の入射を妨げるため、室内照明のエネルギー需要を増加させるという課題がある。そのため、発電、冷房負荷の低減、採光の確保など、複数の目的を最適化するPVSD 設計の開発が急務となっている。そこで本研究は、フレキシブル太陽光パネルと一体化した曲面形状の日射遮蔽ルーバー（フレキシブルPVSD or flexible PVSD）を新たに提案し、発電量・自然採光・眺望性を目的関数として最適設計を行う。

Actual measurement

Parameters

Illuminance

Pareto solutions

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Performance enhancement of photovoltaic integrated shading devices with flexible solar panel using multi-objective optimization
Risa Ito, and Sihwan Lee
Applied Energy, Volume 373, 123866, p.1-14, 1 November 2024. (Print ISSN: 0306-2619, Online ISSN: 1872-9118)
Available online 13 July 2024.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.123866

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]

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可変型太陽光発電システム

SHANY™ — Tue, 09 Apr 2024 05:49:56 +0000

建築物のZEB（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）化が進める中、建築物の屋上に太陽光発電システムの導入が進んでいる。しかし、延べ床面積当たりの屋根面積の少ない中高層建築物では消費エネルギーに対する電力供給量が少なく、屋上面のみの発電ではエネルギーの自立化が困難である。そこで、本研究では太陽光パネルを付着した日射遮蔽ルーバー（PVSD, Photovoltaic shading device）を太陽追尾型として新たに提案（可変型太陽光発電システム）する。特に本研究では、試作模型を製作し、実測による発電効率の把握と共に、日射解析によるパネル枚数の最適設計を行う。

試作模型

構成要素

垂直型PVSD

水平型PVSD

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Development of adjustable solar photovoltaic system for integration with solar shading louvers on building façades
Risa Ito, and Sihwan Lee
Applied Energy, Volume 359, 122711, p.1-15, 1 April 2024. (Print ISSN: 0306-2619, Online ISSN: 1872-9118)
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.122711

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]

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扇風機を用いた換気促進

SHANY™ — Thu, 30 Sep 2021 20:30:00 +0000

室内空間における最も手軽く換気量を増やす方法はドアや窓などの開口部を開放する自然換気の活用である。自然換気の駆動力は温度差と風圧差による圧力差であり、開口部の有効面積を大きくすれば換気量が増加するが、扇風機・サキュレーターなどをドア・窓際に置き、室内汚染物質を迅速に排出する方法も有効であると報告されている。しかし扇風機の活用によってどの程度の換気量が確保できるのか、扇風機の流量、吹き出す方向、室内外温度差などによる違いについては不明であり、定量的に検討した事例も少ない。そこで本研究では、実大実験、数値解析を行い、単一開口を持つ室内空間にて扇風機を活用する換気促進効果を明らかにする。

単一開口を持つ室内空間における扇風機を用いた換気促進
李時桓
空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集，D-7，p.29-32，2021.09.
https://doi.org/10.18948/shasetaikai.2021.4.0_29

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]

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マスク着用による呼吸特性

SHANY™ — Thu, 03 Dec 2020 22:19:34 +0000

新型コロナウイルス（COVID-19）の感染拡大により、国境を越えて世界規模のパンデミックとなっている。その中、公共の場におけるマスクの着用は一般常識となり、一部の国では「マスク未着用」という行為に対する法整備を進め、違反者に罰金を伴う罰則も設けている。しかしながら、マスクの長時間の着用による息苦しさ（疲労感）、夏場のヒートストローク（熱中症）など、健康被害も問題となりつつある。そこで、本研究ではマスク着用の有無が呼気・吸気の温度、湿度、CO₂濃度にどのような影響を及ぼすのか、被験者実測によって明らかにする。また、吸気の温湿度の上昇が人体熱収支に及ぼす影響についても同時に検討する。

被験者実験

トランジュサー

マウスピース

熱画像

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マスク着用時の呼気・吸気特性に関する研究
Evaluation on respiratory characteristics by wearing a face mask
田村聖，李時桓，近藤志樹，金政一
室内環境学会学術論文集，B-04，p.119-120，2020.12.

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Nagoya University]

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飛沫の飛散特性

SHANY™ — Thu, 03 Dec 2020 22:00:19 +0000

新型コロナウイルス（COVID-19）やSARS、MERS、H1N1などの感染症とは、微生物が人に侵入・増殖して症状を起こすものである。感染者から出る感染粒子は、くしゃみ、咳、嘔吐、喋りなどによって空気中に飛散され、被感染者へ伝播される。しかし、室内へ飛散されたウイルスを換気によってどの程度早く除去できるのかについては未だ不明である。本研究では咳による飛沫並びに飛沫核の飛散特性について明らかにし、換気によるウイルス除去対策について検討することを目的とする。

3D MODEL

3D PLAN

咳モデリング

数値解析

以上の研究について詳細な情報が必要な方は、李研究室、又は、東京大学＠大岡研究室にお問い合わせください。

咳による飛沫並びに飛沫核の飛散特性から見た室内換気対策
Scattering of saliva droplets while coughing and strategy for indoor ventilation
Sihwan Lee, Ryozo Ooka, and Wonseok Oh
日本建築学会大会学術講演梗概集，p.1577-1578，2020.09.

Numerical investigation of the correlation between droplets and droplet nuclei dispersion and room ventilation rate
Wonseok Oh, Ryozo Ooka, and Sihwan Lee
Indoor Air 2020, Paper ID-ABS-1226, 2020.11.

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Nagoya University]

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単一開口からの風圧換気

SHANY™ — Thu, 03 Dec 2020 21:03:04 +0000

建物風荷重や通風、自然換気量などの予測には建物風圧力分布のデータが必須であり、CFD解析にて対応する場合の検討が進められている。建物風圧力分布の検討には時間平均化された流体の運動方程式（Reynolds-averaged Navier-Stokes equation, RANS）が良く使われ、乱流モデルの改良により予測精度を向上している。接近流の衝突する風上面で風圧係数を過大評価する欠点を持つ標準k-εモデルを改良したLKモデル（Launder-Kato model）¹、MMKモデル（Murakami-Mochida-Kondo model）²、Durbinモデル³などが良く採用される改良k-εモデルである。しかし、風圧係数に注目した乱流モデルが開口部を持つ建物に対してどのような乱れ特性を示すのか検討事例が少なく、特に単一開口を持つ建物の自然換気量予測に使用可能なのかも明確ではない。そこで本研究では、非定常乱れが再現可能な流体の運動方程式を空間的に平均化して解く手法であるLES（Large Eddy Simulation）を用いて単一開口を持つ建物の自然換気量予測を実施し、RANSモデルとの違いを明らかにする。

[1] Launder B.E. and Kato M. : Modeling flow induced oscillations in turbulence flow around a square cylinder, ASME, Fluid Engineering Conference, pp.20-24, 1993.
[2] Murakami S., Mochida A., Kondo K., and Ishida Y. : Development of new k-ε model for flow and pressure fields around bluff body, CWE96, Colorado, USA, 1996.
[3] Durbin, P.A. : On the k-ε stagnation point anomaly, International Journal of Heat and Fluid Flow 17, pp.89-90, 1996.

PATHLINE

LES 解析

乱流モデル

風圧係数

以上の研究について詳細な情報が必要な方は、李研究室にお問い合わせください。

単一開口を持つ立方体モデルの周辺気流による自然換気量予測
李時桓
空気調和・衛生工学会学術講演会学術講演会講演論文集，D-17，p.65-68，2020.09.
https://doi.org/10.18948/shasetaikai.2020.4.0_65

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]

1 [1] Launder B.E. and Kato M. : Modeling flow induced oscillations in turbulence flow around a square cylinder, ASME, Fluid Engineering Conference, pp.20-24, 1993.

2 [2] Murakami S., Mochida A., Kondo K., and Ishida Y. : Development of new k-ε model for flow and pressure fields around bluff body, CWE96, Colorado, USA, 1996.

3 [3] Durbin, P.A. : On the k-ε stagnation point anomaly, International Journal of Heat and Fluid Flow 17, pp.89-90, 1996.

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エアカーテンによる遮熱効果

SHANY™ — Thu, 03 Dec 2020 10:47:26 +0000

百貨店、一般商店、コンビニエンスストア、ドラッグストアなどの商業施設は入店顧客を増やすため、店内空調を行っていることにも関わらず、ドアを開放状態で営業を行う（開門冷房、それとも開門暖房）ことが多い。ドアを開放状態で空調を行うと室内外温度差によって発生する漏気による冷暖房負荷が増加すると共に、室内冷暖房装置の効率が下がる原因となる。その対策として簡単に導入できる非循環式エアカーテンは漏気負荷を削減に寄与するものの、その熱遮断特性及び省エネ効果が不明であり、検討事例も少ないのが現状である。本研究では、非循環型エアカーテン（吹き下ろし式、横吹き式）と空気循環型エアカーテンの熱遮断特性について数値解析を用いて定量的に評価する。

エアカーテン

数値解析

モデリング

熱遮断効率

以上の研究について、もっと詳細な情報が必要な方は李研究室にお問い合わせください。

Numerical study on safety factor for deflection modulus of the non-recirculating and the recirculating air curtain
Sihwan Lee
Building Simulation 2019, Roma, Italy, 2019.09.

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]

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屋根面の日射反射率

SHANY™ — Thu, 26 Nov 2020 19:19:03 +0000

屋根面からの日射取得は夏季においては室内温度の上昇の大きな要因となっている。一方で冬季には室内温度上昇に寄与するため、屋根面の適切な日射制御が必要となる。近年では高日射反射率塗料による屋根面の遮熱が促進されており、評価手法も2008年にJIS K 5602「塗膜の日射反射率の求め方」¹として確立されている。一方で屋根面の反射率による室内温熱環境や省エネルギー効果に関する研究は少ない。本研究は、屋根面の反射率が室内温熱環境と冷暖房負荷に及ぼす影響を把握することを目的とする。

[1] JIS K 5602 : Determination of reflectance of solar radiation by paint film, Japanese Industrial Standards Committee, 2008.

屋根材

長野市住宅街

実測模型

数値解析

以上の研究について、もっと詳細な情報が必要な方は李研究室にお問い合わせください。

屋根の反射率による室内温熱環境と年間負荷に関する研究
Effect of solar reflectance of roof surface on indoor thermal environment
岡村晃，李時桓
室内環境学会学術論文集，A-38，p.105-106，2020.12.

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]

1 [1] JIS K 5602 : Determination of reflectance of solar radiation by paint film, Japanese Industrial Standards Committee, 2008.

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