三田村輝章

建築環境工学Ⅱ

第6回 快適条件（1）

快適環境と人体生理

1

• 快適な環境–建築の室内環境の快適性に及ぼす要因

–人体の熱収支式と温熱快適性

–代謝量（Met値），着衣量（Clo値）

• 温（冷）熱感覚に影響する要素–温熱環境（温熱快適性）の6要素

• 温（冷）熱環境の快適指標– カタ寒暖計

–グローブ温度計と平均放射温度MRT

–作用温度OT

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本日の内容

• 建築の室内環境の快適性に及ぼす要因

3

快適な環境（1/6）

美的要因

生理的要因

機能的要因

心理的要因

空間構成の水準の高さを評価する芸術的・主観的要因

錯覚，恒常，対称と非対称，色彩など 音，熱，空気，光の物理的環境要素

動線の良否

物理的環境要素と快適性影響要因

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• （エネルギー）代謝–人体が作業程度に応じて体内の栄養分を消費し，仕事と熱エネルギーを発生

• 基礎代謝量–空腹時，仰臥して安静状態にあるときの代謝量

–体表面1m2当たり40W程度

⇒日本人（平均体表面積1.6m2）約64W/人

5

快適な環境（2/6）

ぎ ょ う が

約64W

• エネルギー代謝率（代謝量） Met値–着座安静時のエネルギー代謝量Msに対するある作業時のエネルギー代謝量Mの比

6

快適な環境（3/6）

𝑀𝑒𝑡 =ある作業時のエネルギー代謝量𝑀

着座安静時のエネルギー代謝量𝑀𝑠

メ ッ ト

作業程度別人体放熱量，O2消費量およびCO2発生量

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• 人体の熱収支（バランス）式

𝑀 = 𝐸 ± 𝑅 ± 𝐶 ± 𝑆 [W]

⇄ 𝑺 = 𝑀 ± 𝐶 ± 𝑅 − 𝐸 ±𝑅𝐸𝑆 ± 𝐾 −𝑊 [W]

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快適な環境（4/6）

S：体内蓄熱量

M：熱生産量（代謝量）100%

E：水分蒸発による（潜熱）放散量（発汗と吸気加湿） 30%

R：放射による顕熱放散量（人体と周壁間） 42%

C：対流による顕熱放散量（人体と周辺空気と吸気加熱）

26%

W：機械的な仕事

RES：呼気による顕熱・潜熱放散量2%

K：伝導による顕熱放散量 （極微量）

S > 0：体温の上昇（暑い）S < 0：体温の低下（寒い）通常は0（中立）

• 熱中性域–体温調節機構が無意識に最小限の努力で血管収縮，拡張を行い，皮膚表面温度を約33℃に保てる領域⇒生理的な快適条件

• 人体の放熱方法の割合–通常の執務環境下では，放射の効果が全体の約1/2，対流と蒸発の効果がそれぞれ約1/4➢ ただし，そのときの環境条件により大いに異なる

–放射（周壁の表面温度）が温熱快適性に大きく影響

⇒空気温度よりも周壁の表面温度が重要！

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快適な環境（5/6）

• 着衣量 clo値–気温21℃，気流0.1 m/sの室内で着席休息状態にある人が快適であるための着衣の断熱力（熱抵抗）

＝1 clo（= 0.155 m2･K/W）と定義

–裸体：0 clo，男性のスーツ姿：約1.0 clo

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快適な環境（6/6）

気温21℃

相対湿度50%

気流0.1m/s

着席休息状態

快 適

着衣量（断熱力）

= 1 clo

clo値の定義

さまざまな衣服組み合わせのClo値

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男性のスーツ姿が約 1.0 clo

上着を脱ぐと約 0.6 clo

服装とclo値12

• 温熱環境（温熱快適性）の6要素⇒重要！–人体の温冷感に影響を及ぼす因子

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温（冷）熱環境の快適指標（1/3）

人体側の因子

環境側の因子

単位：Clo単位：Met

単位：℃ 単位：m/s 単位：%

《環境側の因子（温熱4要素）》

• 気温（室温）[℃]–温熱感覚の主要因

• 相対湿度 [%]–発汗に影響

• 放射温度 [℃]–周壁における表面温度の影響

• 気流 [m/s]–屋外での体感温度は風速が1 m/s増すごとに気温より1℃だけ低下

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温（冷）熱環境の快適指標（2/3）

《人体側の因子》

• 着衣量 Clo値[clo]（前述）–着衣による影響

• エネルギー代謝率（代謝量） Met値[Met] （前述）–代謝による影響

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温（冷）熱環境の快適指標（3/3）

《快適指標》

a. カタ寒暖計（カタ温度計）

b. グローブ温度計（球）と平均放射温度MRT

c. 作用温度OT

d. 有効温度ETと新有効温度ET*

e. 不快指数DI

f. PMV（予想平均申告）

g. 環境適応モデル（アダプティブモデル）

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温（冷）熱環境の快適指標（1/6）

a）カタ寒暖計（カタ温度計）–人間の体温に相当する38℃と35℃に目盛りをつけた球部の大きいアルコール温度計

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温（冷）熱環境の快適指標（2/6）

《使用方法》

1. 温度計を40～50℃に加熱する

2. 測定箇所に設置して，38℃から35℃まで降下する時間T [s]を求める

3. 個々の温度計に添付されたカタ率Fを用い，カタ冷却力H = F/T を計算する– カタ冷却力⇒人体を冷却する能力の指標

H = 6：快適，H < 6：寒い

–労働環境の簡易評価，微風速計の代用

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温（冷）熱環境の快適指標（3/6）

⇒現在はあまり使用されない

b）グローブ（球）温度計と平均放射温度MRT（Mean Radiant Temperature）–直径15cmのつや消し中空銅球に温度計を挿入

⇒周壁の放射（輻射）や風速の影響を強く受けた温度を測定⇒グローブ温度qg

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温（冷）熱環境の快適指標（4/6）

• 平均放射温度MRT

–室内の各壁体からの放射熱交換量を示す仮想の平均壁体温度

–グローブ温度qg [℃]，室温q [℃]，風速v [m/s]を測定すれば，下式で概算できる

𝑀𝑅𝑇 ≒ 𝜃𝑔 + 2.35 𝑣 𝜃𝑔 − 𝜃 [℃]

※面積加重平均周壁温度qｗm [℃]で近似できる

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温（冷）熱環境の快適指標（5/6）

𝜃𝑤𝑚 =σ𝑖=1𝑛 𝜃𝑖𝑆𝑖

σ𝑖=1𝑛 𝑆𝑖

≒ 𝑀𝑅𝑇 [℃]

qi，Si：i番目の周壁，天井，床などの表面温度 [℃]，面積 [m2]

MRTと面積加重平均周壁温度qwm

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MRTは小さくなる MRTは大きくなる

c）作用温度OT（Operative Temperature）–発汗や気流の影響がない放熱器暖房，あるいは放射暖房時の快適指標

𝑂𝑇 =𝜃+𝑀𝑅𝑇

2[℃]

𝜃：気温 [℃]，MRT：平均放射温度 [℃]

※ 𝑂𝑇 = 𝑎𝜃 + 𝑏𝑀𝑅𝑇において，a = b =1/2

⇒湿度が考慮されていないので，高湿度環境の指標には適さない

【快適範囲】– OT＝18.3～24℃（冬期），23.3～28.9（夏期）

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温（冷）熱環境の快適指標（6/6）

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• 快適な環境–建築の室内環境の快適性に及ぼす要因

–人体の熱収支式と温熱快適性

–代謝量（Met値），着衣量（Clo値）

• 温（冷）熱感覚に影響する要素–温熱環境（温熱快適性）の6要素

• 温（冷）熱環境の快適指標– カタ寒暖計

–グローブ温度計と平均放射温度MRT

–作用温度OT

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まとめ