さらなる省エネ・省CO2が住宅の重要なテーマとなる寒冷地。 本企画は、独自の視点から住宅性能研究の最前線を開いている、東京大学の気鋭の研究者・前真之准教授に、「いごこちの科学」をテーマに、住まいの快適性能について解き明かしていただきます。 シーズン1に続く第2弾として2015年からは、それまでの連載の発展形「いごこちの科学 NEXT ハウス」としてリニューアル。
「北海道・寒冷地の住宅実例から考える室内環境について」をテーマに、断熱、開口部、蓄熱など、さまざまな視点から寒冷地における室内環境の改善ポイントを解説しています。
東京大学大学院工学系研究科
建築学専攻・准教授
前 真之 （まえ・まさゆき）
地球温暖化が進む中で、夏の暑さは今後もさらに厳しくなることが予想されています。一方で、オフィスや家の中では冷房が効きすぎて不快に感じたり体調を崩す人も少なくありません。実は、夏の快適性は冬よりもずっと複雑で込み入っています。今回は、そんな夏を振り返って、夏を快適に涼しく暮らすコツや工夫について考えてみましょう。
真っ青な冬・真っ赤な夏
日本の気候は、冬にはかなり冷え込む一方で、夏はかなり暑くなります。ヨーロッパやアメリカの特に西海岸を旅行していると、夏でも肌寒く感じられる時が多くあります。日本の暑くて湿度の高い夏は、世界的にもなかなか厳しいのは間違いありません。
日本の家は、この寒い冬と暑い夏のバランスをとることに苦労してきました。図1は、冬と夏の室内環境をサーモカメラで撮影したものです。同じ温度は同じ色を示すように調整してあるので、人体の周りの温度差が大きく違うことが一目瞭然です。日本の家は伝統的に断熱性能が不足しているため、冬は熱が逃げて室内は低温で真っ青に、夏は日射熱が侵入してきて室内は高温で真っ赤になってしまうのです。
日本の断熱・気密が足りない家では、冬は暖房をしても人体周りは低温で真っ青に、夏は冷房をしても人体周りは高温で真っ赤になります。冬も夏も厳しい室内環境の中で快適に暮らすのは結構大変です。人体は、こうした周辺環境の変化に対応しなければならないのです。
内部発熱を減らして室内からの熱を絶つ！
夏を涼しく過ごすためには、建物側の対策がまず必要です。図2に、夏を快適に過ごすための建物側の工夫をまとめてみました。
夏を快適に過ごすためにも、建築側の対策は重要です。特に①の日射熱の侵入は、建築の設計や外皮性能の強化でしっかりした対策が必要です。ただし、室内から湧き出す内部発熱②の対策も忘れないようにしましょう。
すでに連載11回目の「冷房を真面目に考えよう」では、①の「日射遮蔽」について、屋根の断熱強化や東・西面の日射遮蔽が大事とお話ししました。日射遮蔽により、外から侵入する日射熱を効果的に防ぐことは絶対に必要です。
しかし夏の室温を上げる熱は、外から侵入してくるだけではありません。実は、室内からも熱が湧き出ています。家電などが電気を消費して放出する熱を、②の「内部発熱」と呼んでいます。
図3は、筆者の自邸のリビングをサーモカメラで撮影した結果です。照明やテレビが特に高温なことが分かります。AV機器やゲーム機も、高性能化に伴って使用時の消費電力は増加しています。またインターネットルーターなど、常時電源が入っている機種も結構熱を出していることが分かりますね。
照明やテレビなどのAV機器を筆頭に、ゲーム機やインターネット関連機器など多くの機器が発熱しています。パソコンの熱もバカになりません。タブレットやスマートフォンの方がはるかに消費電力が少なく発熱も少ないのです。
家電機器は使った電気を熱に変えてしまうので、家電がたくさん電気を消費しているのは、部屋の中でヒーターを焚いているのと同じこと。つまり家電の節電は、電気代の節約だけでなく室内を涼しくするのにも役立つのです。
すっかり普及したスマートフォンやタブレットは、テレビやパソコンよりもはるかに省電力であり、内部発熱もごく少ないので有利です。家族がバラバラにスマートフォンやタブレットで楽しむのは、家族団らんとしてはどうかという意見もあるでしょうが…。無理のない範囲で、必要のない家電のコンセントは抜いておくことをおすすめします。
さらに、人間自身も大きな発熱源です。人は安静時でも1人あたり100Wの熱を放出します。人が集まるところが暑くなるのは、この人体発熱が大きな要因です。
PMVを使って夏の涼しさを考えよう
建物の内外の熱をなるべく減らした後は、夏の室内で涼しく過ごす方法を考えましょう。連載13回目では、冬の快適性について指標PMVを使って話しましたが、今回はこのPMVを使って、夏の涼しさについて考察します。
おさらいとして、図4に温熱快適指標PMVと不満者率PPDの関係を示しました。人間の温熱快適性は、体の中から湧き出る「代謝熱」と体から様々なルートで外界に放出される「放熱」、この2つのバランスで評価できます。
PMVは人体の代謝熱と放熱のバランスを表します。代謝熱＝放熱となるPMVゼロでは不満者率PPDが最小の5%になります。代謝熱に対して放熱が少なすぎると暑く感じ、PMVはプラスになります。PMVはプラスマイナス0.5に収まっていれば、90％以上の人が快適とされます。PMVはプラスでもマイナスでも、不満者率PPDは増加します。
PMVがマイナスということは、代謝熱よりも放熱が大きすぎるため寒くて不快になります。逆にPMVがプラスということは、代謝熱に比べて放熱が少なすぎて暑くて不快、ということです。図4のグラフに示すように、PMVがゼロのところが熱バランスがとれて不満者率PPDが最小の5％になります。PMVがプラス（暑）でもマイナス（寒）でも、不満者率PPDは増加します。
PMVの詳細は省略しますが、おおむねマイナス0.5からプラス0.5の範囲に収まっていれば、不満者率PPDは10%以下、つまり90%以上の人が満足ということで、十分に快適な環境ということになります。今回は夏ですから、とりあえずPMVがプラス0.5以下となる方法を考えましょう。
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