鄭, 華美

Osaka City University Repository

氏名
学位の種類
学位記番号
学位授与年月日
学位授与の要件
学位論文名
論文審査委員
人聞にとって，安全で
鄭$美
博士(学
甲第3300号
平成9年3月24日
術)
学位規則第4条第1項該当者
熱放射と人体反応を考慮した室内温熱環境に関する研究
主査教授中根芳一 副主査教授富艦
副主査講師永村一雄
論文内容の要旨
第買
える，快適性や安全性に関わる重要な温熱要素のひとつである。本論文では，夏期・冬期での放射に関わ
る住宅の温熱環境の快適性の問題，およびその環境における人体の安全性の問題を取り上げ.それらの解
決方法を扱う。
まず，夏期での放射に関わる環境問題を挙げてみよう。住宅の吹抜空間の屋根壁に開口部を設け，外
気や太陽光の導入調節を行うことによって，豊かな自然があふれる快適な屋内空間を創り出すことができ
ると考えられる。しかし，夏期には，開口部を通して日射が侵入するため，室内空気温度は著しく上昇す
る。この問題に対して，大空間のような環境の下で，上下温度分布や気流性状を予測するために，理論解
析モデノレによるシミュレーションがよく行われている。しかし，住宅規模での天窓や側窓開放を考慮した
自然換気による実大実験は，ほとんど行われていない。もちろん，この空間は一般の生活空間であり，快
適環境を創り出すために意図されたものであるだけに，温熱環境の把握は重要なものとなる。また，人体
生理・心理反応、を考慮した総合的な温熱環境評価も重要であるため温熱6要素を組合わせて総合化した
標準新有効温度SE'I'.予測平均申告PMVによる温熱環境評価を図る必要があると考えられる。
そこで，第2章においては，夏期での吹怯空間において，天窓や側窓を開放した場合と冷房を施した場
合とで.室内空気の温度上昇の抑制実験を行う。実揖'1値に基づいて吹按空間の環境の熱特性を調べる。
また，この環境の温熱指標を算出するために吹抜空間を単室としてモデル化し，ベクトル放射温度，平
均放射温度MRT.SE1'II. PMVを算出する。これらの計算結果から関口部開聞と冷房有無とでの吹抜空
間の温熱環境を評価する。さらに，関口部開放による自然、換気後，再び関口部を閉じた状態で.SET離を基
準にして， MRTと室内空気温度との快適許容域を探る。
一方，開口部をもっ住宅においては，冬期には熱損失が問題となるため，一年を通して，どの季節にも
対応できる適切な断熱を配慮すべきである。また，居住者の生活スタイルの多様化暖房方法の相違に伴
い，住宅内の結露をもたらす問題がある。この問題も理論解析はほぼ解決されているが，実践的防露策が
まだ十分ではない。例えば，最も結露を生じやすい建物躯体は.3鉛直壁面からなる入隅部であり、この
ところの防露策の検討は，まだ十分に行われていない。乙の問題に対する永続的，担本的な予防策として，
建築時に建物躯体の断熱性を考慮した対策が取られるべきである。
そこで，第3章においては冬期の住宅内の防露策を確立する目的で，木造，コンクリート造の件-宅の
建物躯区をモデル化し壁体伝熱モデルに基づいて，地域気候持性，暖房方法を考慮した壁体温分布を推
定する。また，壁面温度と露点温度を比較し.壁面の結露が起こさないために，必要な断熱材の揮さと幅
を算出し，住宅内の防露対策を提案する。
-143-
また，経済の発展，技術の進歩の今日では，冬期での住宅の全室暖房を考えて，冷放射が顕著な浴室環
境を改善しようとの要望が高まると予想されている。このとき，人体生理・心理反応を考慮した環境評価
を行う必要から.被験者の主観申告が重要であると考えられる。冬期.入浴者にとって，浴室では裸体で
あるため，大変寒さを感じる。この不満を解消するために，暖房設備を導入しようとすれば，暖房を施し
た浴室環境に対して，入浴者の主鋭申告による環境評価を行う必要がある。その結果に基づいて，実際に
浴室での最適な暖房方法が見出されよう。
そこで，第4章においては空気暖房や床暖房を施した被験者の実験を行い，洗い場での全身温冷感，
快適感，床温の温冷感・快適感，および気流感から，床暖房・空気暖房による浴室環境の改善について検
討する。
次に，快適な環境を創り出すための室内設備は重要であるが，設備の導入後.安全な使用方法を第一に
確保すべきである。具体例としては，床暖房における低温熱傷の問題である。この問題に対して，床暖房
の床面に接触した部位の人体内部温度分布が推定できれば，低温熱傷が生じるか否かを判断できょう。そ
の結果に基づいて，床暖房の安全な使用法が見出されるであろう。そのためには床暖房の安全性を評価
するための，血液循環を考慮した人体伝熱部位モテソレを提案すべきである。
そこで，第5章においては，まず.血液循環は体温調節に影響を及ぼす重要な機能であるため，人体内
部の血液循環のシステム，および血液循環の伝熱支配方程式による解析理論を述べる。次に，血液循環を
考慮した床暖房時の人体伝熱部位モデルを提案し，人体内部温度分布の推定を試みる。また，人体伝熱部
位モデルに対して，血液循環を模した人体模擁装置による実験検証を行う。人体模綬装置をモデル化し，
このモデルに基づく計算結果と実験結果を比較する。従って，床暖房の安全性を評価する方法を確立する。
第6章においては.床暖房における温水温度をいたずらに高くした場合，低温熱傷が生じるか否かを検
討するため，低温熱傷の発生メカニズムを述べる。次いで，前章に提案した人体伝熱部位モテ・ルに基づい
て，危険側の条件，すなわち温水温度を高くした場合と血液循環の障害が起こった場合での人体内部温度
分布を推定し，床暖房での低温熱傷有無の検討を試みるc また床暖房の床面に接触し続けることが可能
な許容時間も求める。
本研究では，夏期，冬期における住宅の環境問題を取り上げ人体生理・心理反応を考慮した快適かっ
安全な室内環境のための研究を進めてきた。また，生理学者に懸念された人体の安全性の問題を指摘し，
それを解決するために，環境と建物躯体と人体とを連立させた新たな総合的評価方法を試みた。さらに，
温熱環境指標や伝熱学を用いた実行手法をも試みた。以下に第1--6章での研究成果を要約する。
夏期の住宅において，暑熱な環境の温度上昇の緩和策として，窓開放を錬作することにより，上部と下
部の空気の通り道を作るべきである。その一方一年を通して季節に応じた建物躯体の断熱性を配慮すべ
きでゐるc また.SET曜の快適域に基づいて快適な環境条件を見出すことが可能である。冬期での住宅
の断熱性を考慮した壁体温度分布を推定するため，壁体伝熱モデルを提案したところ，壁本伝熱モデルを
用いれば，断熱材の厚さと幅を組合わせて住宅内の紡露策が提案できるc また，住宅の全室暖房を考えた
場合，冬期での浴室を22"C以上に暖房すれば特に問題となる寒さや不快は取り除ける。さらに，湯温を
個人の好みに応じて制御しておれば，特に気流は必要がない。床暖房の床面に接触した部位での低温熱傷
が生じるか否かを推定するための，血液循環を考慮した人体伝熱部位モデルを開発したので，床暖房の挨
工前に挨工後の安全性が評価できょう。
論文審査結果の要旨
居住環境L学の分野において，室内の快適な温熱環境を模索する研究の歴史は古く，この分野で最も権
威ある米国空調学会ASHRAEの論文誌によればその端緒は前世紀末まで遡ることになるという。した
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がって，多くの研究者により研究が行われ，成果の数も移しいことになるが，その歴史をたどれば，未解
決の問題が虫喰い状態で残されていることもまた事実である。というのも.快適性を同指す方向や道具だ
ては，空調技術の進展や時代の要請に合わせて，時とともに変化するからである。今日の日本では，古来
から建てられてきた南方系開放型住宅が姿を消しつつあり これに代わって北方系閉鎖型住宅が登場して
きている実情などは，そうした変化の典型である。そこでは，快適性の方途や道具には，新たな要請が課
せられることになる。
夏を旨とした時代から冬を旨とすべき時代への変化である。これは，高断熱・高気密の住宅でこその
問題である。序論では，そうした時代の変化によってとり残された問題を整理しそれが熱放射と人体の
安全性に帰着することを指摘し次章以降の構成を明確に定義付けしている。
まず第2章では.夏の暑さ問題に絡む熱放射の問題を取り上げている。関西国の気候条件は，日本のな
かでは比較的中緯度にあるにも関わらず都市気候のなかでは酷暑となる都市が多く見られ，熱放射の問
題を抜きにして夏の住宅は考えられない。この場合安荷.に，暑さを回避する目的もあって，大規模建物
に流行したアトリウムを戸建住宅にも実現する動きがある。一見眺望のよさも手伝って，開放感の溢れ
る住宅に写るが，天窓を開放しでも夏期に侵入した日射が壁体に畜熱されるので，実際の体感温度は必ず
しも涼しくはならないc この章では実際の戸建住宅に設けられた天窓っき屋椙開放方アトリウムを実測
し熱放射を加味したベクトル放射温度.MRT， SET， PMVなどから，以上の問題を浮き彫りにするのみ
ならず，天窓開放後の温熱環境シミュレーションを行って，快適域に必要な熱負荷予測を試行している。
その結果，アトリウム空間内部の壁体畜熱量が冷房負荷の大半を占めることを明らかにしている。アトリ
ウム空間は，一見すると自然、と共生しているかに見えるため，建築家が持ち込みたがる様式であるが，日
射の;面熱の防御を考慮しない計画は，劣悪な環境に貌変する危険性をはらんでおり，設計指針としての提
言を形づくっている。
冬期の問題に目を転じた第3章が扱うのは結露問題である。表曲.結露の対策の基本は，表面温度の低下
防止であるから，裏面に断熱材を配した高断熱・高気密住宅では問題が解決しているかに見えるが，断熱
材の厚さの具体的提ぷや，隅角部での 3次兄的解析とその予測モデルについては，実用的な手法が十分で
なかった。本論文では入隅部の境界層を空気の固定届とみなし熱伝導でモデル化する方針をとって複
雑な伝熱系の簡易化に成功している。さらに.このモデルを用いて断熱材の最適厚さを算定し，設計時の
具体資料にまで言及している。これは従来理論的考察に終始していたこの分野の研究を，実用段階にま
で進めた貴重な一歩である。
同じく冬期の問題を扱った第4章では，治室環境という特殊な温熱環境を扱っている。というのも，通
常の居室は高度の断熱化を進めた結果.冬期といえども比較的良好な温熱環境を維持できょうが，もとも
と全室暖房に馴染みの薄い臼本の暖財形式では，浴室など居室以外の場所の温熱環境は，見過ごされてい
く可能性があるからである。しかも高齢化社会が急速に進んでいく時代背震を考えると，住宅内部での梼
端な温度変化の存在は.脳卒中などの発牛という危険性もはらんでいる。そこで本章では，人体にとって
熱的に最も無防備な浴室空間での温熱環境を実測し，不快を生じさせない許容域を提示することで，安全
で快適な浴室空間のあり方を示している。この種の問題意識は，単に浴室ばかりでなく，台所などの非居
室空間への参考事例ともなるだけに，今後の展開の指針や基礎となるものであり，その貢献度は大きい。
ここまでは，建物自体やそれに具備すべき設備の問題であったが，第5章以降は，建物と人聞との関わ
りにおける安全性の問題を扱っている 3 というのも，生活の場を科学するには，まずそこに住まいする人
聞の安全性が確保されている必要があるからである。第5章とそれに続く第6意では，従来には顧みられ
ることの少なかった安全性の視点を首座に据えて，床暖房の設計基準を見直すための道具建てを扱ってい
る。これまでの床暖房の設計基準は，いわゆる熱負荷規準で設計基準を決めてきたという経緯がある。し
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かるに，人体と直接に接触する場面の多い床緩房では床表面温度が悪戯に高いと低温やけどを引き起こ
す可能性が指摘されてきた。との問題を白避するには，人と床表面との接触温度を求める必要があり，そ
のためには，床暖房単独でなく.人体接触部位を含めたモデル化が必須となる。第5章では，人体内部で
の血液循環システムをも考慮した熱輸送モテ・ルを構築し按触部位のみならず人体の内部温度分布も推
定し，細胞組織の壊死に関する温度関値との比較から.低温やけどの判定を可能にした。さらに第6章で
は，実際の床暖房をシミ 4 レーションに組み込んで，入口温水温度と人体接触部位の温度予測を行い.血
液循環量も考慮に入れた低温やけど判定システムを構築して安全性を確保した床暖房の設計基準を提示
している。この成果は，従来の接触温度評価に用いられてきたBL法の閉塞温度に代わる新たな評価指標
として性同されている。
第7章は各章のまとめと今後の謀題を検討し将来への展望を述べている。
以上のように，本研究は，高断熱・高気密住宅を対象に熱放射と人体の安全性の問題を扱って，生活に
密着した実用的な設計基準や評価法を提示しており，多くの有意義な結果を得ている。よって，本論文は
博土の学位を授与するに値するものと認める。
-146-


熱放射と人体反応を考慮した室内温熱環境に関する研究

http://dlisv03.media.osaka-cu.ac.jp/infolib/user_contents/youshi/3300.pdf

熱放射と人体反応を考慮した室内温熱環境に関する研究

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