建築環境工学13

28問 • 1年前

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暑さ、寒さの感覚を知る基礎として、人体の動作による①に関して知っておく必要がある。人体は通常、36～37℃の体温を保っている。生理的な活動を順調に行ない、かつ、この体温を維持しながらエネルギーを使って仕事をし、熱を放散している。この現象を②とよぶ。人体を取り巻く環境温度は、-30℃から+40℃と大きく変動する。しかし、体温は上述の非常に狭い範囲で一定に保たれており、わずか1℃上昇しても、頭が痛い、だるいなどの自覚症状が起こる。体温と呼ばれているのは、脳、脊髄、心臓などの臓器部分の温度であり、これらの部分を③と呼ぶ。一方、体表面に近い、皮膚、皮下脂肪、筋肉などは④と呼ばれる。 ③④の大きさは環境温度によって変化し、毛細血管の拡張や縮小により、環境温度が高いと③が拡大して放熱を促進する一方で、低いと縮小して放熱を抑制する生理反応が起こる。

熱放射, 代謝, コア部, シェル部

皮膚血流の調整によるコア・シェル部の大きさ変化で体温調整が可能な領域を①という。この領域を高温側で超えると発汗量が増大し、汗の蒸発により熱放散が促進される。逆に低温側で超えると、筋肉の痙攣による体の震えにより体内の発熱を増やして体温を維持する。このような生理反応により体温維持が可能な範囲を②という。

中性温域, 恒温適応域

体内からは代謝によって ①： M が発生し、それを ②： C 、 ③： R 、 ④： E によって環境に放熱している。蒸発については、発汗が目視で確認されない状態でも、絶えず人体の皮膚や粘膜からは水分蒸発による放熱が起こっており、これを⑤という。人体が外界と⑥となるとき、①と放熱が等しくなる。これが人体が温熱的に快適と感じるために必要な条件である。 M=C+R+E　⑦ M>C+R+E　⑧（放熱不足） M<C+R+E　⑨（放熱過多）温熱環境要素に関連する環境因子は、⑩、⑪、⑫、⑬である。

産熱, 対流, 放射, 蒸発, 不感蒸せつ, 熱平衡状態, 快適, 暑い, 寒い, 気温, 放射温度, 相対湿度, 気流速度

人体側が温熱環境に及ぼす要素としては、①、②の2つがある。人体の産熱は代謝による熱生産であり、各種作業時の代謝量は、③を基準として④(1④= 58.2W/㎡) の単位で表わす。着衣はそれ自体の熱伝導や空気層などにより体表面から外界への熱移動を抑制する要素として働き、その熱的な性能は⑤(1⑤= 0.155 (㎡・K/W)) を用いて表わされる。何も着ていないときを0⑤とし、 1.0⑤は気温⑥℃ 、相対湿度⑦％、気流速度0.1m/sの状態で1④の成人男性が快適な状態でいられる衣服の熱抵抗である。

代謝量, 着衣量, 椅座安静基準, Met, clo, 21, 50

気温とは①であり、測定には外乱を排除する配慮を必要とする。

大気そのものの温度

人や物体は、表面温度が不均一な周壁に取り囲まれ、壁との間で放射熱をやりとりしている。 ① (℃) とは、周壁表面温度が均一な条件で、等価な放射熱を受ける状況を再現したときの周壁温度のことをいう。

平均放射温度MRT

直径15cmの黒く塗装した金属球に温度計を挿入したものを①計という。グローブ球は周囲空気と対流熱のやりとり、周壁と放射熱のやりとりをする。したがって、風が吹いていない場合には、①は近似的に気温とMRTとの平均温度となる。室内の居住者に対し、対流と放射の影響を考慮した環境温度のことを②という。②は近似的に①となる。

グローブ温度, 作用温度

①DI は乾球温度 ta (℃) 、湿球温度 tw (℃) から求められる快適性を評価する指標である。 DI＞=75 やや暑い DI＞=80 暑くて汗が出る DI＞=85 暑くてたまらない

不快指数

温熱感覚には、①、②、③、④が環境側要素として、⑤、⑥が人間側要素として影響する。これらの要素には無数の組み合わせがあるが、温熱環境を相互に比較したり、快適性などを評価できたりすれば大変都合がよい。このために、環境側と人間側の要素を標準化し、等価な温熱感覚を与える温度で表わした指標を⑦という。

気温, 放射温度, 相対湿度, 気流速度, 着衣量, 代謝量, 体感温度

①：多数の被験者実験に基づき提案された体感温度であり、ある気温・湿度・気流速度の評価対象環境と同じ温熱感覚を与える相対湿度100％、無風時の気温で定義される。①の算定には①線図を用いる。相対湿度40から60%、気流速度0.5m/s以下の条件では、17℃から24℃の条件で快適であるとされている。 ①では環境側要素の一つである②の影響が無視されており、気温とMRTが大きく異なる環境の評価に用いると誤差が大きくなる。

有効温度ET, 放射

①(℃) ： ETの人体実験とは異なり、①は二層モデルと呼ばれる②に基づき、等価な温熱感覚を単一指標により評価したものである。環境側4要素、人間側2要素を用いて評価対象環境と同一の体表面温度、発汗による濡れ面積率、皮膚表面放熱量を与える相対湿度50％のときの気温で定義される

新有効温度ET*, 人体の数値モデル

①：ETの標準化をさらに進めて、①では、気流：0.1m/s （静穏）、着衣量： 0.6clo （軽装）、活動量： 1.0Met（軽作業）としたときに、評価対象環境に曝露された評価対象とする着衣量、代謝量の居住者と等価な温熱環境となる相対湿度50％のときの気温と定義される。

標準新有効温度SET*

①：体感温度は、室温で温熱感覚を代表させる考え方によるものであるが、Fangerの提案による ①は「暑い」、「寒い」といった温冷感申告値で環境を直接評価するものである。①の値は、0(中立)を中心に+3(暑い )～ -3(寒い )の7段階を用いており、 SET*と同様、最も広く用いられている温熱感覚指標である。 ①の計算にはSET*と同様、環境側4要素、人間側2要素を用いる。

予測平均冷感申告PMV

①： PMV=0でも全員の温冷感が満足となる訳ではない。そこで、居住者の個人差によるばらつきを考慮して、PMVから不満足率を予測する①が提案されている。 PMVと①は国際標準化機構における標準的温熱感覚指標として採用されており、-0.5 <=PMV<= 0.5が推奨範囲としている。

予測不満足率

全身の温熱感覚は快適とみなされる状態であっても、気温や放射温度の①によって温熱感覚上の不快を招くことがある。放射環境の①は、不均一となる方向が影響し、暖かい壁面、冷たい天井に関しては不快感は少ない。壁温度の不均一性に関し、天井では②℃、窓・壁では③℃までにとどめるべきとされている。上下の空気温度分布については、頭寒足温がよいが、床上0.1mと床上1.1mの温度差は④℃以内がよいとされている。通常の室内では、床表面温度は19℃から26℃がよいとされ、床暖房の場合は29℃以下にすべきとされている。特に床暖房では、表面温度が体表面温度より高いと⑤の危険性があることに注意が必要である。気流感による不快を⑥と呼び、平均風速に加えて、気流の乱れや気温も影響するとされている。

不均一性, ∔5, -10, 3, 低温やけど, ドラフト

室内気候は①によって左右されるといっても過言ではない。建築物を設計する際には、その土地の年間の温湿度、気象状況を調べ、 ②に合ったものを考えることが必要である。冷房のなかった時代は、蒸し暑い夏を過ごさなければならない日本では通風のよい窓を有し、水平面の日射を防ぐ瓦屋根の家が快適であったと思われる。正倉院の校倉造も日本の湿度の変化を考えて造られたものである。また、どっしりとして窓の小さい北欧の建物は、寒い冬の暖房の効率が良いように考えられている。このようにその土地に合った建築物は、健康的で快適であるばかりか、エネルギーの節約にもつながる場合が多い。

屋外気候, 気候風土

屋外気温は、通常地表面から高さ1.5m程度の呼吸域の温度で表される。気温に強い影響を与える地表面温度は、日射の影響により1日周期で変動している。地表面温度が最高温度に達する時刻は、地面の熱容量の影響により、日射量が最大となる南中時とは一致せず、 ①が生じる。このため、1日の最高気温は南中より遅れた午後1～2時となり、また、最低気温は夜明け直前となる。右図に東京の11月のある1日の気温変化を、天候別に全天日射量と併せて示す。1日の最高気温と最低気温の差を気温の②という。日射量の大きい晴れの日に比べて、曇り、雨の日の気温変動は小さくなるので、②も小さくなる。 ②は一般に、山間盆地で大きく、岬・島など周囲を海に囲まれた地域で小さくなる。これは、水の熱容量が大きく、熱しにくく冷めにくい性質があることから、気温変動を抑える働きがあるためである。

時間遅れ, 日較差

右図に札幌、東京、那覇における月平均気温と、1日当たりの全天積算日射量の月別平均値の年変化を示す。全天積算日射量は夏至を含む6月頃に最大となるが、気温の日変化と同様、地面の熱容量のために、これより遅れた7～8月に最高気温となる。最低気温も同様で、冬至を含む12月より遅れた1～2月となる。地域による違いについては、緯度による相違が明らかで、高緯度地域ほど各月の平均気温は低い。日変化の場合と同様、月平均気温の最高、最低気温の差を①という。①は、高緯度地域で大きく、低緯度地域で小さくなる傾向がある。これは、図にも示されているように、月平均気温の最高値には、地域による差がさほどないものの、寒冷地の最低気温が著しく低いためである。

年較差

相対湿度は上昇と下降の傾向が気温と正反対である。これは、相対湿度が水蒸気分圧の飽和水蒸気分圧に対する百分率で表されるためである。水蒸気分圧の日変化はほとんど① 。1日程度の期間では降雨などがない限り、絶対湿度の大きな変化はない。右下図は各地域の月平均相対湿度の年変化を示す。いずれの地域でも、夏の相対湿度は高い。冬場には東京、大阪などで相対湿度が低いが、札幌や金沢では逆に高くなっている。これは②と関係がある。

変化がない, 季節風

寒暑感覚の重要な要素である気温と相対湿度について、縦軸に月平均気温を、横軸に月平均湿度をプロットした図を①という。①の右上は蒸し暑い環境を、左下は乾燥して寒い環境を表す。日本の大平洋側都市の多くは、気温以上に暑さ寒さが厳しく、過ごしにくい環境である。

クリモグラフ

年間暖房消費エネルギーと関連性の深い、地域の気候条件を表す指標に①がある。暖房①は右下図の面積で定義される。単位は温度差×日数で度日（もしくは①）と呼ばれる。同様に冷房①も定義される。住宅の省エネルギー基準ではD18（暖房開始・設定温度が18℃）の値に基づいて全国をI～Ⅵ地域に区分している。

デグリーデー

右上図は東京の年平均気温の経年変化を示したものであり、世界の各都市では20世紀に入ってから気温上昇傾向が顕著となっている。特に、熱帯夜の経年変化に示されているように、 ①よりも②の、 ③よりも④の温度上昇が著しい。右下図は東京の夏の地表面付近の気温分布を示したものであるが、都市と郊外の間に明らかな温度差が生じている。都市活動の盛んな地点を中心に島状に高温領域が現れていることから、 ⑤と呼ばれる。⑤の代表的な原因としては次のものがある。１都市表面は凹凸が多いので、日射が⑥して吸収されやすい。２表面の凹凸は風通しを妨げ、熱の⑦を阻害する。３コンクリート・アスファルトなどは、熱伝導率が高く、熱容量が大きいので⑧しやすい。４降雨があっても浸透せず、すぐに乾燥するので水分の蒸発に伴う⑨が乏しい。５人間活動に伴う排熱（人工排熱）の⑩が著しい。

昼, 夜, 夏, 冬, ヒートアイランド現象, 多重反射, 拡散, 蓄熱, 冷却, 放出

ヒートアイランド現象の対策としては、 ①の削減が第一に重要で、省エネルギー推進のほか、排熱を下水や地下に放出する、排熱を用いて水を水蒸気に変化させて放出することなどが試みられている。緑地面積の拡大も有効であり、②・③なども建築で対応可能な対策といえる。

排熱放出量, 屋上緑化, 壁面緑化

市街地風の鉛直分布は、右上図に示すように、地表面の建物、障害物によって変化し、障害物が①ほど、地表面付近の風速が②なる。この地表面付近での減衰程度を③と呼ぶ指標で表現する。建物が建ち並ぶ街区では粗度が大きく、風速は上空風速に比べて著しく小さい。しかし、このような街区に他の建物に比べて高層の建物が建つと、その建物周囲に強風域が発生し、④が問題となることがある。高層建物周辺の気流構造の概要を右下図に示す。街区上空の高速気流が建物に衝突し、一部は建物下方に吹き下ろされる(図のD)。建物側部では、建物によってせき止められた気流が、建物背後に回り込むことなく建物からはく離し、建物隅角部から発生する大きな風速変動を伴う高風速領域を形成する (図のB)。

多い, 小さく, 粗度, ビル風

ビル風の影響を評価するには、同じ地点の風速が建設前を基準として建設後にどのように変化したかを示す①が用いられる。①が1.0の時は建物建設前後で風速変化がないことを表している。右上図に建物見つけ面積と、風速増加領域の関係を示す。見つけ面積が大きく、風をより多くせき止めるほど、②によって風速が増加する領域が大きくなる。また、右下図に示すように、隣棟間隔が狭くなるほど、風速増加領域は空間的に限定されるが、風速増加率は大きくなる。ビル風を緩和するためには、建物の③を工夫する、④を行う、高風速となる建物周囲に⑤や防風用植栽を設けるなどが挙げられる。

風速増加率, はく離, 相互配置, 建物隅角部の面取り, 防風フェンス

建築環境工学は、建築の①を都合の良いものとすることを目的として学問領域が始まった。このためには、建築を取り巻く②や③などの外部環境が建築に及ぼす影響を分析し、適切に制御することが必要であった。これに対して、近年は都市化が著しく進行することで④が、さらには主に大量のエネルギー消費に起因する⑤が顕在化するようになり、建築環境工学の対象領域が建築内部から次第に外部に広がってきている。都市部では建物が近接して建てられる場合が多く、⑥など建物がその周囲に及ぼす。また、建築の集合体である都市には人工被覆が増加し、エネルギー消費に伴う人工排熱も加わり⑦の原因の一つとなっている。さらに、建物の建設や運用時に使用されるエネルギーは⑧の排出を伴う。これら温室効果ガスの濃度増加が、地球環境の温度を上昇させる地球温暖化の要因になっている。このように、建築が外部環境に及ぼす影響の重要性が広く認識されるようになってきた。快適な建築の室内環境の形成と同時に、外部環境に対する環境負荷低減策についても合わせて検討することが大切である。

内部環境, 自然環境, 都市環境, 都市環境問題, 地球環境問題, ビル風, ヒートアイランド現象, CO2

我が国は2008年に人口のピークを迎え、現状は減少段階に入っている。2050年に65歳人口比率は35.7%に達する見込みである。このような高齢者比率の増加は、室内環境水準の目標として、従来に増して①が重要であることを示唆している。高齢者にとって望ましい室内環境とはどのようなものか。下図に示す不慮事故死亡者の統計資料によると、高齢者の事故リスクの高い現象は、窒息、転落・転倒、溺死であって、これらの死亡者数の合計は交通事故を抜いている。窒息とは食物をのどに詰まらせることによる事故、溺死の大半は②による事故である。溺死は寒い脱衣室、浴室と暑い風呂によるヒートショックに起因することから、これらの室と廊下、居間などの間の温熱環境の③によって解決すべき課題といえる。高齢者は若年者に比して環境に対する④が鈍く、生理的に危険な状況にあることの⑤が弱いといわれている。したがって、高齢者を想定した室内環境水準は、このような感覚を理解して設定することが必要である。

高齢者への配慮, 入浴中の心臓発作, バリアフリー化, 感受性, 自己認識

高齢者問題光環境：視機能低下は避けられないが、室内が隅々まで知覚され、細かい視作業に支障がない環境が望ましく、照度レベル向上が基本的な対策となる。具体的には通常の ①～②倍の③を確保することが望ましい。色彩環境：眼球中の水晶体の黄変化を招き、青系の短波長成分の感度低下を招くため、黄色と白色の区別が難しくなる。一方、緑系の中波長成分、赤系の長波長成分は変性が少ない。色の見え方も濃い紫が暗い灰色に見えるなど変化するので、 ④に対応した⑤が必要である。温熱環境：高齢者の快適温熱環境条件は基本的には若年者と変わらないが、快適からはずれた環境条件に暴露された場合の不快の訴えが⑥と言われている。すなわち急激な温度変化ヘの感受性が鈍くなる。従来の日本の住宅では、居室に比べてトイレや浴室の環境水準が著しく劣る問題があった。トイレ、浴室の⑦や⑧により、環境水準を向上させ、安全な住環境を確保することが大切である。音環境：高齢化によって2kHz以上の⑨に対する感度が⑩する。相対的に低音域の感受性は高齢化による影響が少ないので、 ⑪をできるだけ少なくする配慮が必要となる。

15, 20, 照度, 高齢者の色の見え方, 配色, 少ない, 断熱強化, 適切な暖房, 高音, 低下, 低周波騒音

建築環境工学3

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建築環境工学4

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建築環境工学5