住宅の快適な温度と湿度を理解する

「体感温度」を快適にするために知っておきたい「不快指数/放射熱/温度差」について

お部屋の快適さをを左右する空気の質は温度、湿度、清潔度によって決まると言われますが、このページでは特に「温度」と「湿度」に焦点を当て、単なる室温だけでなく「体感温度」の快適さについて追求していきます。

第一部では基礎知識として、インフルエンザウイルスやカビ・ダニ、結露を防ぎ、建物にとっても住人にとっても健康的と言える温度と湿度の範囲について確認します。

次に第二部では、温度と湿度の関係性を体感として説明する不快指数についてご案内します。

第三部では熱の伝達方法の一つである放射(輻射)温度について、体感温度と絡めながら理解を深めます。

最後に第四部で温度差と快適性についてご案内し、まとめとして究極の快適性を得るために検討したい設備をより具体的に考えていきます。

空気質の第三の要素である清潔さについては「換気で変わる住宅の空気環境」も併せてご参照いただければ幸いです。

第一部
人間と建物に最適な温度・湿度は?

図1は室内において一般的に快適と感じる空気環境を温度と湿度の関係において示したものです。政府の定める夏場と冬場のエアコン設定温度は、快適な温湿度の上限と下限に位置するラインに沿って目標値を取っています。

住宅の老朽化に繋がるカビや、人間の健康を害すインフルエンザ、アレルギー源となるダニなどの発生・増殖が促される温湿度は人間が快適と感じる温湿度とはほぼ異なる範囲で展開されるため、快適さを追求することは健康的な生活に帰結します

温度と湿度の関係

湿度が高い時人間は比較的暖かく感じ、逆に乾燥していると寒く感じる傾向があります。表1にも示されるように夏は高くなりがちな湿度を70%以下に抑えながら室温は25〜28度の範囲で調整します。湿度の調整はエアコンの除湿機能を利用することもできますが電気代がかかるのが難点です。新築や総リフォームの際は計画的な換気システム調湿建材の導入も湿気対策としては一案です。

乾燥が厳しい日本の冬は温度に対して寒さを強く感じがちです。湿度40%あたりになるとインフルエンザウィルスが活性化し、さらに喉の乾燥や静電気などで快適さを損ね始めるため、加湿器などを使いながら調節します。ただし断熱化・気密化がされていない部屋では窓枠や壁の中に結露が生じます。部屋の湿度が70%未満であっても結露のついた壁は濡れている(湿度でいうと100%)状態のため、カビの発生が促されて最悪の場合お家の構造の劣化にまで被害が及びます。

ここでも調湿素材が活躍することがありますが、やはりきちんとした断熱で窓際や壁内の温度が下がり過ぎないような対策が根本的には必要と言えます。

赤ちゃん・お年寄りのいる場合は冬の温度を少し高めに設定

温度に敏感な赤ちゃんやお年寄りがいるご家庭なら、冬の温度設定は24度くらいまでを許容値として少し高めに設定するのがいいとされます。またお年寄りの場合は、以下でご案内するヒートショックを防ぐため部屋ごとの温度差にも注意が必要です。

ヒートショックに注意!
最低でも17度以上の室温を確保

特に高齢者の方で怖いのが部屋ごとの室温が異なる際に起こるヒートショックの影響です。特にヒートショックが起こりやすい浴室やトイレを中心に冬場は17度を下限値とし、部屋ごとの温度差が3〜5度以内におさまるようにすることが対策として有効です。寝室においては布団を併用するため下限値が16度まで下げられますが、これ以下になると快眠が妨げられ、朝布団から出るのが辛くなることもあります。

比較的古い家の場合は造り的にもなんらかの対処をしなければ上述の目標値を達成するのは難しいと言えます。応急処置としては全室で暖房器具を設置することも考えられますが、電気代や快適さを考えると断熱リフォームを一考してみるのもいいかもしれません。

暖房用が冷房用の12倍
年間で必要なエネルギー

さて、快適な室温を保つためにはどれくらいのエネルギーが必要になるのでしょうか。また季節差はどれくらいあるのでしょうか。

図2は関東地域において、時間あたりの気温と快適な温度との差を季節ごとにまとめたものです。冷暖房を付ける際はこの温度差を埋めるような稼働量が必要になりますが、年間を通じて暖房が必要になる季節および埋めるべき温度差は冷房に対してかなり大きいことが分かります。その差はおよそ12倍。実際の用途別エネルギー消費量(住宅)を見てみると関東地方では、年間の冷房用エネルギー消費量(0.7GJ)と暖房用エネルギー消費量(9.6GJ)で比率は約1:14となっており、近い数字と言うことができます。冬場の方が暖房の比率が実際の温度差と比べて高いのは、冬場はより気温の低くなる夜間に在宅している率が多いことも要因と考えられます。

「家の作りやうは、夏をむねとすべし」と言ったのは徒然草の兼好法師ですが、冬の寒さを我慢しない家づくりを考えた場合は、冬により重点を置いた家づくりを考える方が理に適っているとも言えます。

  • 千葉県船橋市の2015年8月から1年間の時間ごとの温度推移データを利用。湿度は6~8月を80%、5月と10月を73%、4月と11月を68%、とし、3月は63%、12月は59%、2月は57%、1月は55%として、最適な温度の上限および下限との差を分析

第二部
不快指数と体感温度

ここまでは、健康的な生活を維持しながらもエネルギーの消費量を増やさないための努力目標としての 温度・湿度についてご案内してきました。しかし、夏場の目標である温度28度・湿度40%に設定しても暑いと感じる方も 少なくないのではないでしょうか。第二部ではひとそれぞれ感じ方が異なる体感温度を追及しながら、 より快適な生活環境を手に入れる方法を考察します。

不快指数で体感温度の個人差を知る

不快指数(discomfort index/DIもしくはtemperature-humidity index/THI)とは1957年にアメリカの気象局が考案した、蒸し暑さを表す指標です。不快指数は温度と湿度を使って以下のような計算式で計算されます。

0.81×温度+0.01×湿度(0.99×温度-14.3)+46.3

表1は温度20〜34度、30〜100%の湿度においての不快指数を示したものです。

20℃21℃22℃23℃24℃ 25℃26℃27℃28℃29℃ 30℃31℃32℃33℃34℃
30% 64.2 65.3 66.4 67.5 68.6 69.7 70.8 71.9 73.0 74.1 75.2 76.3 77.4 78.5 79.6
40% 64.7 65.9 67.1 68.3 69.5 70.7 71.9 73.1 74.3 75.6 76.8 78.0 79.2 80.4 81.6
50% 65.3 66.6 67.9 69.2 70.5 71.8 73.1 74.4 75.7 77.0 78.3 79.6 80.9 82.2 83.5
60% 65.8 67.2 68.6 70.0 71.4 72.8 74.2 75.6 77.0 78.4 79.8 81.2 82.6 84.1 85.5
70% 66.4 67.9 69.4 70.9 72.4 73.9 75.4 76.9 78.4 79.9 81.4 82.9 84.4 85.9 87.4
80% 66.9 68.5 70.1 71.7 73.3 74.9 76.5 78.1 79.7 81.3 82.9 84.5 86.1 87.7 89.3
90% 67.5 69.2 70.9 72.6 74.3 76.0 77.7 79.4 81.1 82.8 84.5 86.2 87.9 89.6 91.3
100% 68.0 69.8 71.6 73.4 75.2 77.0 78.8 80.6 82.4 84.2 86.0 87.8 89.6 91.4 93.2
不快度
不快に感じる人が出はじめる
1〜5割程度の人が不快感を訴える
ほとんどの人が不快感を訴える
暑くてたまらない

表1

画像のご利用について

上述の通り不快指数は温度と湿度を使って計算しますが、体感温度として空気環境を理解するには他にも風速や日射等を考慮する必要があるため、ひとつの参考とする方が適当と言えそうです。

例えば夏の目標気温である28度の場合、湿度を40%におさえられればほとんどの人が快適に過ごせるのに対し、50%以上からは湿度が上がるにつれ多くの人が蒸し暑いと感じるようになります。快適さを保持する対策としては除湿機で湿度を40%に下げる方法がすぐに思いつくかもしれません。調湿建材を併用すればさらに効果は高まりそうです。体感温度が温度と湿度だけの問題であれば対策にこれ以上の広がりを持たせることは難しいかもしれませんが、風に当たることで涼しく感じることを利用すれば扇風機で体感温度を下げて湿度が少々高くても快適に感じられるようにするアプローチが選択肢として挙がってきます。

第三部
放射温度と体感温度

ここからは湿度とは少し距離を置いて、熱(温度)をより理解しながら快適な住環境を得る方法を考えていきます。熱の伝達方法には 「1 伝導」「2 対流(移流)」「3 放射(輻射)」の3種類があります。 1の伝導は、直接物質に触れて熱を受け取ったり奪われたりする現象を指します。 「伝導」による温度調整の例は氷枕や湯たんぽなどが挙げられ、より局所的で使用用途も限定的なことが多いのが特徴です。 2の対流を利用した冷暖房はエアコンのような典型例を始めとして一般的に広く使われています。

この項では3つめの放射と体感温度の関係について、より詳しくご案内します。

放射熱(輻射熱)とは

すべての物質は表面から熱を電磁波(遠赤外線の熱線)として放射しています。それ自体は熱を持たない電磁波ですが、物体に当たった際の振動エネルギーによって熱が生じます。

人が放射熱を体感する例としてはストーブや太陽熱が挙げられます。またストーブのように高温でなくても人は周囲のあらゆる物質から放射される電磁波から熱を受け取っており、室内の場合は面積の大きい床や壁、天井の表面温度(周壁面温度=平均輻射温度・Mean Radiation Temperature/MRT)の影響を体感として大きく受けます。つまり、床、壁、天井の表面温度を適当に保つことで、室温と相まって快適な住環境を作ることが可能になるのです。

放射温度と体感温度

上述の周壁面の放射温度(MRT)は室温と平均値を出すことで一つの体感温度の指標としても使われます。表2は室温とMRTを使った体感温度を示したものです。

放射温度(MRT)
10
11
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13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

33℃ 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 31 31 32 32 33
32℃ 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 31 31 32 32
31℃ 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 31 31 32
30℃ 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 31 31
29℃ 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 31
28℃ 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30
27℃ 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30
26℃ 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29
25℃ 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29
24℃ 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28
23℃ 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28
22℃ 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27
21℃ 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27
20℃ 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26
19℃ 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26
18℃ 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25
17℃ 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25
16℃ 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24
15℃ 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24
14℃ 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23
13℃ 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23
12℃ 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22
11℃ 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22
10℃ 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21
寒い 快適 暑い

表2

画像のご利用について

表のそれぞれのマスに入っている数値は以下の計算式によって算出された体感温度です。

体感温度=(室温+MRT)÷ 2 

分かりやすい計算式ではありますが、算出された数値で快適さを推し量るのには少し単純すぎるようです。表2では補助的な情報として、比較的暑い/寒いと感じる温度環境の範囲に色をつけてご案内しています。一つの参考にしていただければ幸いです。

周壁面の放射温度(MRT)を調整する

体感温度に対して室温と同じくらい影響の大きい周壁面温度(MRT)は、快適な範囲に収まるようにある程度の調整が望まれます。気温の影響を受けて表面温度が上下する周壁面ですが、適切な断熱で外気の影響を少しでも緩和することができます。

またより積極的な放射温度(MRT)調整としては、周壁面に設置する冷暖房システムが挙げられます。日本では床暖房の普及が進んでいますが、欧州では窓の下の壁際にラジエーターを置くのが一般的です。他にも温冷水を使って壁面や天井面を全面的に温める(冷やす)ことができるの冷暖房システムが製品化されています。輻射式冷暖房などと呼ばれるこれらのシステムは、周壁面温度(MRT)を積極的に上げ下げしながら体感温度をより快適になるよう調整します。

第四部
温度差と快適さ

快適な温度環境を整えるための最後のポイントは、温度の均質性です。ご存知の通り空気は暖かいほど軽く、逆に冷えると重くなる性質を持ちます。どれだけ暖房の温度を高くしても足元が温まらず不快な経験をされた方は多いのではないでしょうか?エアコンやファンヒーターのように対流をつくる冷暖房は、部屋の隅々まで温度を均質にするのは実はとても苦手です。

ひとは2度以上の温度差を感じ取ることができ、温度差が大きくなるほど不快に感じる傾向がありますが、言い換えれば冷えがちな足元と頭の高さの温度差を2度以下に抑えられれば、快適性にも大きく反映されることになります。

本当に快適な冷暖房は?極め付けは全館24時間の温水式床冷暖房

寒い冬には特に、ストーブの近くに寄った時の暖かさは幸せに感じるかもしれません。また暖炉の周りに家族が集うのも一つの魅力的な生活であることは否定しようがありません。ただ、熱源に面している腹部はどんどん熱くなり、逆に背中は冷えたままの状態が続くことは果たして快適な空気環境と言えるでしょうか。

最後になりますこの項ではページ全体のまとめとして、ひとえに快適性に着目した際に最適な冷暖房についてご案内していきます。

断熱・気密対策調湿を含めた換気などによる湿度対策を整えてあることを前提とすると、快適な室内の温度環境をつくるためには、目標室温に近い温度で室内を隅々まで均質に温め/冷やすことができる冷暖房装置が理想的です。

具体的には寒くなりがちなトイレや浴室、玄関、廊下までを考慮しながらできるだけ広い範囲にパネル式の輻射式冷暖房、例をあげれば温水式の床暖房などを設置するのが最適と言えます。全室を温めるとなると相当の電気代がかかると思われる方も多いかもしれませんが、気密・断熱さえきちんと対処できていればリーズナブルな運用コスト(例えば真冬に一軒家丸々暖めて一ヶ月の暖房費1万円など)で実現できると考えられます。

温水式床暖房以外には太陽熱を床暖房として利用するソーラーシステムや蓄熱式の床暖房といった製品も、温度の快適さを重視する方が選びたい設備として挙げられます。

新築や総リフォームで新たな生活に見合ったお部屋をしつらえる際、好みのデザインやライフスタイルに合った間取りなどを考えるのはもちろんでしょうが、どんな温度環境で過ごしたいかということをちょっとだけ考えてみるのもいいかもしれません。

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