JP3284876B2 - 温熱環境計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室内の温熱環境を
評価する際に、個人差の影響を排除し、客観的な評価を
行なうことができる温熱環境計測方法に関し、特に、車
両用エアコン等のエアコンの自動制御のために用いて好
適の温熱環境計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】人の温感は、気温，湿度，風速，輻射等
様々な要素が複雑に影響を及ぼし合っていると考えられ
る。従来、例えば自動車の車室内の温熱評価は、温感定
量化手法が確立されていなかったため、フィーリング試
験を中心に行なっていた。近年、個人差の影響を排除し
た客観的な評価を行なうため、車室内温熱環境の定量評
価法の研究が盛んに行なわれており、「サーマルマネキ
ン−ＳＥＴ^* 法」（以下、サーマルマネキン法と呼
ぶ。）もその１つである。

【０００３】このサーマルマネキン法は、人体熱平衡シ
ュミレーションを行なって、気温，対流，輻射，発汗の
影響を考慮した温熱快適性評価指標ＳＥＴ^* （以下、温
熱快適性評価指標を、単にＳＥＴ^* ともいう）を求める
ものであり、このＳＥＴ^* を算出するのに、人体熱平衡
シュミレーションに与える人体〜環境間の伝熱特性を得
るべくサーマルマネキンを用いた実験を行なう必要があ
る。

【０００４】このようなサーマルマネキンを用いた実験
について、図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）は
このような実験に使用される装置を示す模式図であり、
図１１（ｂ）はサーマルマネキンの断面を模式的に示す
図である。図１１（ａ），（ｂ）中、１０１はサーマル
マネキンを示しており、このようなサーマルマネキン１
０１は、一般に、アルミ製の中空構造になっており、制
御装置１０２によって、その内部温度が一定になるよう
に構成されている。つまり、サーマルマネキン１０１に
は、ヒータ１０３が内蔵されており、このヒータ１０３
の発熱量を制御装置１０２により制御することによっ
て、サーマルマネキン１０１の内部温度が一定に調整さ
れるようになっている。

【０００５】なお、サーマルマネキン１０１の内部温度
はサーミスタ温度センサ（図示せず）によって、ヒータ
１０３の発熱量は積算電力計（図示せず）によって、そ
れぞれ計測できるようになっている。このような装置を
用いて行なわれるサーマルマネキン１０１を用いた実験
では、サーマルマネキン１０１の表面に熱電対が取り付
けられ、サーマルマネキン１０１の表面温度Ｔｓｋを計
測できるようになっている。また、放熱量Ｑはヒータの
発熱量によって計測できるようになっている。

【０００６】ところで、サーマルマネキン１０１の熱平
衡は、次式（３０）,(３１）により表すことができる。
なお、式（３０）は着衣無の場合をであり、式（３１）
は着衣有の場合である。 Ｑ＝ｈ・（Ｔｓｋ−Ｔｏ） ・・・（３０） Ｑ＝Ｆｃｌ・ｈ・（Ｔｓｋ−Ｔｏ） ・・・（３１） ここで、Ｑは放熱量を、Ｆｃｌは着衣熱透過効率を、ｈ
は複合熱伝達率を、Ｔｓｋはサーマルマネキン１０１の
表面温度を、Ｔｏは作用温度をそれぞれ示している。

【０００７】サーマルマネキン法では、このような式
（３０）,(３１）を用いて、以下のようにして、Ｆｃ
ｌ，ｈ，Ｔｏを求めるようにしている。まず、裸体のサ
ーマルマネキン１０１を用いて、サーマルマネキン１０
１の内部温度の設定を変えて、２つの内部設定温度下に
おける放熱量Ｑ、サーマルマネキン１０１の表面温度Ｔ
ｓｋを計測し、それぞれの内部設定温度下における計測
値を式（３０）に代入して２つの式を求め、これらの式
を連立させて複合熱伝達率ｈ，作用温度Ｔｏを求めるよ
うにしている。

【０００８】次に、サーマルマネキン１０１に衣服を着
せた状態で、放熱量Ｑ、サーマルマネキン１０１の表面
温度Ｔｓｋを計測し、式（３０）によって求められた複
合熱伝達率ｈ，作用温度Ｔｏを用いて、式（３１）より
着衣熱透過効率Ｆｃｌを求めるようにしている。なお、
サーマルマネキン法では、計測時間が長いため、対象環
境下における試験（本試験）の試験効率を向上させるた
め予備試験において複合熱伝達率ｈ，着衣熱透過効率Ｆ
ｃｌの計測を行なうようにしている。これは、複合熱伝
達率ｈ，着衣熱透過効率Ｆｃｌは、温熱快適性の評価を
行なう対象環境下でなくても（即ち、対象とする温度条
件でなくても）、気流条件が一致していれば計測するこ
とができるためである。

【０００９】サーマルマネキン法では、上述のようにし
て、作用温度Ｔｏ，熱伝達率ｈ，着衣熱透過率Ｆｃｌを
計測し、これらの計測値を用いて、温熱快適性評価指標
ＳＥＴ^* を求めるようにしている。次に、このようにし
て行なわれるサーマルマネキン法の計測時間について以
下の表１に基づいて説明する。

【００１０】

【表１】

【００１１】表１に示すように、サーマルマネキン法で
は、温熱快適性の評価試験を行なう前に、サーマルマネ
キン１０１の内部温度を一定制御する際の制御定数を決
めるためのソーク時間として、約６０分程度必要であ
る。なお、このソーク時間はサーマルマネキン１０１を
温めるという意味も含むものである。次に、熱伝達率
ｈ，着衣熱透過率Ｆｃｌを求めるために予備試験を行な
うが、この予備試験の計測回数は、１条件につき３回と
している。これは、上述したように、着衣無の状態で２
回、着衣有の状態で１回行なう必要があるためである。
ここで、条件とは気流条件が一致している条件を示して
いる。

【００１２】また、１回毎の計測時間は約３０分として
いる。これは、発熱量の計測を積算電力計を用いて行な
っているためである。また、計測間隔は約３０分として
いる。これは、サーマルマネキンによる実験では内部設
定温度の変更及び衣服の装着を行なう必要があり、内部
温度が安定するまでに３０分程度かかるからである。つ
まり、マネキンの熱容量が大きいため、定常状態に達す
るまでに３０分程度の時間がかかるからである。

【００１３】したがって、予備試験にかかる時間は合計
１５０分程度である。次に、対象環境下において作用温
度Ｔｏを求めるために本試験を行なうようにしている
が、この本試験の計測回数は、１条件につき１回として
おり、１回毎の計測時間は３０分としている。なお、計
測回数が１回であるため、計測間隔はない。

【００１４】したがって、本試験にかかる時間は合計３
０分程度である。このように行なわれるサーマルマネキ
ン法では、１条件の計測時間として少なくとも２４０分
程度の時間がかかることになる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、温熱快適性
の評価は、この結果を利用してエアコンディショナの開
発，改良等が行なわれるため、多種多様の環境設定条件
下における温熱快適性の評価を行なう必要がある。つま
り、人の温感は、気温，湿度，風速，輻射等様々な要素
が複雑に影響を及ぼし合っているため、温熱快適性の評
価試験も温度，湿度，風速，日射量等をいろいろな設定
に変化させて行なう必要がある。

【００１６】しかし、１つの環境条件下における温熱快
適性の評価試験に多くの時間がかかることになると、最
低限必要な環境条件下における試験を行なうのに多くの
時間が必要になるため、１条件につき約２４０分という
多大な時間がかかる従来のサーマルマネキン法におい
て、計測時間の短縮が望まれている。また、サーマルマ
ネキン法は、人の温感を精度良く定量化できるものであ
るが、サーマルマネキン１０１を用いた実験において予
備試験が必要になるなど、やや煩雑な面もあり、計測法
の簡素化も望まれている。

【００１７】さらに、サーマルマネキン１０１の製造に
技術を要し、制御装置も大がかりなものとなってしまう
ため、コストがかかるという課題もある。本発明は、こ
のような課題に鑑み創案されたもので、十分な計測精度
を確保しながら、温熱環境計測にかかる計測時間の短縮
や計測法の簡素化を図り、温熱快適性の評価を効率的に
行なうことができるようにした、温熱環境計測方法を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の温熱
環境計測方法は、内蔵のヒータにより加熱可能で且つ内
部温度と表面温度とを計測可能に構成された複数の温感
センサをマネキンの所定部位に埋設し、上記マネキンの
上記所定部位における温熱環境を計測する温熱環境計測
方法であって、非加熱状態における表面温度と内部温度
とを上記各温感センサ毎に計測する非加熱時環境計測工
程と、加熱状態における表面温度と内部温度とを上記各
温感センサ毎に計測する加熱時環境計測工程と、上記各
温感センサ毎に計測した非加熱状態における表面温度及
び内部温度と加熱状態における表面温度及び内部温度と
に基づき各温感センサ毎の熱伝達率を演算するセンサ熱
伝達率演算工程と、上記各温感センサ毎に計測した非加
熱状態における表面温度及び内部温度と加熱状態におけ
る表面温度及び内部温度とに基づき各温感センサ毎の作
用温度を演算するセンサ作用温度演算工程と、上記マネ
キンの上記所定部位における熱伝達率を上記各温感セン
サ毎の熱伝達率に基づき演算する所定部位熱伝達率演算
工程と、上記マネキンの上記所定部位における作用温度
を上記各温感センサ毎の作用温度に基づき演算する所定
部位作用温度演算工程と、を有することを特徴としてい
る。そして、本発明によれば、複数のヒータ付き温感セ
ンサを使用するので、熱平衡に達する時間が短くなり、
計測時間を大幅に短縮できるし、複数の温感センサ毎に
求めた熱伝達率及び使用温度に基づき、所定部位の熱伝
達率及び作用温度を求めるので、計測精度も十分に確保
できる。

【００１９】好ましい態様としては、上記温感センサは
断熱材製のケースに収納されるように構成するのが良
く、このようにすれば、熱容量が小さくなり、熱平衡に
達する時間が短くなるため、計測時間の短縮に大きく寄
与する。 また、上記各温感センサ毎の熱伝達率ｈijは、
加熱状態における表面温度Ｔｓｆij及び内部温度Ｔｉｎ
ij、非加熱状態における表面温度Ｔｓｆ′ij及び内部温
度Ｔｉｎ′ijに関する次式 ｈij＝ａij・[(Ｔｉｎij−Ｔｉｎ′ij）−（Ｔｓｆij−Ｔｓｆ′ij )] ／（Ｔｓｆij−Ｔｓｆ′ij） に基づき演算されるとともに、上記各温感センサ毎の作
用温度Ｔｏijは、加熱状態における表面温度Ｔｓｆij及
び内部温度Ｔｉｎij、非加熱状態における表面温度Ｔｓ
ｆ′ij及び内部温度Ｔｉｎ′ijに関する次式 Ｔｏij＝（Ｔｓｆij・Ｔｉｎ′ij−Ｔｓｆ′ij・Ｔｉｎij） ／[(Ｔｓｆij−Ｔｓｆ′ij）−（Ｔｉｎij−Ｔｉｎ′ij )] に基づき演算されるように構成するのが好ましい。この
ようにすれば、各センサ毎の熱伝達率及び作用温度を簡
便に演算できる。

【００２０】また、上記所定部位における熱伝達率ｈi
は、各センサ毎の熱伝達率ｈij、重み係数αijに関する
次式 ｈi ＝Σαijｈij に基づき演算されるとともに、上記所定部位における作
用温度Ｔｏi は、各温感センサ毎の作用温度Ｔｏij、重
み係数βijに関する次式 Ｔｏi ＝ΣβijＴｏij に基づき演算されるように構成するのが好ましい。この
ようにすれば、所定部位における熱伝達率及び作用温度
を簡便に演算できる。

【００２１】さらに、上記所定部位における熱伝達率に
基づき着衣の熱透過効率を演算する熱透過効率演算工程
を備えるように構成するのが好ましい。このようにすれ
ば、着衣の熱透過効率を演算により求めることができる
ので、計測効率が向上する。 また、上記着衣の熱透過効
率Ｆｃｌi は、対流熱伝達率ｈｃi 、輻射熱伝達率ｈｒ
i 、対流熱伝達率ｈｃi に対する熱透過効率Ｆｃｌｃi
、輻射熱伝達率ｈｒi に対する熱透過効率Ｆｃｌｒi
に関して、 γi ＝（Ｆｃｌｒi −Ｆｃｌｃi ）・ｈｒi ＝ｃｏｎｓｔ．， δi ＝Ｆｃｌｃi ＝ｃｏｎｓｔ．により得られる値γi
，δi 及び上記熱伝達率ｈi から次式 Ｆｃｌi ＝γi ／ｈi ＋δi に基づき演算されるように構成するのが好ましい。この
ようにすれば、所定部位における着衣の熱透過効率を簡
便に演算できる。

【００２２】

【発明の実施形態】以下、図面により、本発明の一実施
形態について説明すると、図１〜図９は本発明の一実施
形態にかかる温熱環境計測方法を説明するためのもので
ある。本温熱環境計測方法（温感マネキン法）では、発
熱機能を有し、熱容量の小さい、小型の温感センサを利
用したマネキン（以下、温感マネキンと呼ぶ）を使用す
るとともに、着衣効果のモデル化によって、サーマルマ
ネキン法よりも簡便に車室内の温熱快適性を評価できる
ようにしている。そこで、本方法については、温熱快適
性の評価方法とも称することができる。

【００２３】まず、本温熱環境計測方法において使用す
る装置について説明すると、図２は本温熱環境計測方法
において使用する温感マネキン１，温感センサ２，その
他の計測装置を示す模式図である。１は温感マネキンで
あり、この温感マネキン１は、発熱機能を持たないマネ
キン（人体模型）であり、ここでは、この温感マネキン
１を１１部位に分割し（マネキンを仮想的に分割すれば
良く、実際に分割する必要はない）、各部位表面に６〜
８個の温感センサ２を埋め込まれたものであり、対象環
境下の伝熱特性のうち複合熱伝達率ｈij及び環境の作用
温度Ｔｏijの計測に用いるものである。ここで、対象環
境とは、温感マネキン１による温熱快適性の評価試験を
行なう環境を示している。なお、添字i は温感マネキン
１の部位番号を示しており、添字j は温感マネキン１の
部位毎のセンサ番号を示している。

【００２４】なお、この例では、温感センサ２は全身に
合計８２個埋め込まれている。また、計測時の温感マネ
キン１は常に裸体にしている。これは、サーマルマネキ
ン法で実測する着衣熱透過効率Ｆｃｌijは、後述する複
合熱伝達率ｈijより推算で求めるようにしているからで
ある。２は温感センサであり、図３（ａ）は温感マネキ
ン１に埋め込まれている温感センサ２を示す斜視図であ
り、図３（ｂ）はその側断面図である。なお、図３
（ａ）,(ｂ）では、受感面５を分かり易くするため模様
を付している。

【００２５】この温感センサ２は、内蔵のヒータ３によ
り加熱できるようになっており、且つ、内部温度と表面
温度とを計測できるように構成されている。つまり、こ
の温感センサ２は、内部にヒータ（抵抗体）を用いた発
熱機構３を設け、その周りを断熱のため発砲スチロール
のケース（断熱材製のケース）４で囲ったものである。
また、ヒータ３にはその表面を覆うように、受感面５が
設けられており、この受感面５は熱が伝わりやすい物質
から構成されている。また、７はヒータ線であり、ヒー
タ供給電源（図示せず）に接続されている。

【００２６】さらに、６は熱電対であり、この熱電対６
の検出点６ａは、図３（ｂ）に示すように、ヒータ３，
ケース４，受感面５の表面にそれぞれ取り付けられてい
る。この熱電対６によって、受感面温度Ｔｓｆij，ヒー
タの内部温度Ｔｉｎij，ケース外面温度Ｔｂijを計測で
きるようになっている。再び図２を参照するが、８はデ
ータロガーであり、温感センサ２からの温度出力が接続
されている。また、９は計測，解析用のパソコンであ
る。

【００２７】このような装置を用いて行なわれる本実施
形態の温熱環境測定方法（即ち、温熱快適性の評価法）
について、その評価手順は、次の通りである。図１に示
すように、まず、温感マネキン１を用いた実験によって
温感センサ２の受感面温度（表面温度）Ｔｓｆij及び内
部温度Ｔｉｎijを計測し、この計測結果を用いて人体〜
車室内環境間の複合熱伝達率（ｈi ) 、車室内の作用温
度（Ｔｏi ) を算出し、着衣熱透過効率（Ｆｃｌi ）を
推定する。次に、これらの値を基に人体熱シュミレーシ
ョンを行ない皮膚温度（Ｔｓｋi ）と皮膚濡れ率（Ｗｅ
ｔi ）を算出する。更に、得られた各値から温熱快適性
評価指標（以下、ＳＥＴ ^* i という）を算出する。尚、
Ｔａは車室内温度、ＲＨは相対温度を表す。

【００２８】また、各温感センサ２に固有の特性値（ａ
ij，ｂij）、マネキンの伝熱特性値（αij，βij，γi
j，δij）は、予め１度だけ検定しておくようにしてい
る。なお、マネキンの伝熱特性値（αij，βij，γij，
δij）は、サーマルマネキン１０１を用いて求めるよう
にしている。すなわち、図１に示すように、ステップＳ
１では、温感センサ２に備えられているヒータ３を非加
熱とし、このような非加熱状態において、各温感センサ
２毎に受感面温度（表面温度）Ｔｓｆij及び内部温度Ｔ
ｉｎijを計測する（非加熱時環境計測工程）。

【００２９】ステップＳ２では、温感センサ２に備えら
れているヒータ３を加熱し、このような加熱状態におい
て、各温感センサ２毎の受感面温度（表面温度）Ｔｓｆ
ij及び内部温度Ｔｉｎijを計測する（加熱時環境計測工
程）。ステップＳ３では、ステップＳ１及びステップＳ
２において計測された各温感センサ２毎の受感面温度
（表面温度）Ｔｓｆij及び内部温度Ｔｉｎijに基づき、
各温感センサ２毎の複合熱伝達率ｈijを演算する（セン
サ熱伝達率演算工程）とともに、ステップＳ１及びステ
ップＳ２において計測された各温感センサ２毎の受感面
温度（表面温度）Ｔｓｆij及び内部温度Ｔｉｎijに基づ
き、各温感センサ２毎の作用温度Ｔｏijを演算する（セ
ンサ作用温度演算工程）。

【００３０】つまり、複合熱伝達率ｈij，作用温度Ｔｏ
ijの演算（温感マネキンによる伝熱特性の計測）は、以
下に示すようにして行なうようにしている。ここでは、
受感面５から外部への放熱量を求めるため、図４に示す
ように、温感センサ２を受感面５への伝熱とケース４へ
の伝熱を考慮した一次元伝熱モデルで近似することにし
ている。１ａはマネキンのボディを、３はヒータを、４
はケースを、５は受感面をそれぞれ示している。なお、
図４では、図３（ａ）,(ｂ）と対応するように受感面５
に模様を付している。

【００３１】温感センサ２内部の熱平衡が次式（１）で
与えられる。なお、Ｑｉｎijはヒータの発熱量を、Ｔｉ
ｎijは内部温度を、Ｔｓｆijは受感面温度を、Ｔｂijは
ケース外面温度をそれぞれ示している。また、ａij，ｂ
ijは、幾つかの異なる環境下でセンサ毎にヒータの発熱
量Ｑｉｎij，内部温度Ｔｉｎij，受感面温度Ｔｓｆij，
ケース外面温度Ｔｂijを計測した結果を回帰して求めら
れた温感センサ２内部の熱貫流率を示している。熱貫流
率ａij，ｂijの検定方法については後述する。

【００３２】 Ｑｉｎij＝ａij・（Ｔｉｎij−Ｔｓｆij）＋ｂij・（Ｔｉｎij−Ｔｂij） ・・・（１） また、受感面での熱平衡は、受感面５から外気への熱伝
達と受感面５から温感センサ２内部への熱伝導とを考
え、次式（２）で与えられる。 ｈij・（Ｔｓｆij−Ｔｏij）＋ａij・（Ｔｓｆij−Ｔｉｎij）＝０ ・・・（２） これより、複合熱伝達率ｈij及び作用温度Ｔｏijを求め
るため、同一の環境でヒータ３を作動させずに計測する
と、定常状態での熱平衡は式（２）と同様に次式（３）
のようになる。

【００３３】 ｈij・（Ｔｓｆ′ij−Ｔｏij）＋ａij・（Ｔｓｆ′ij−Ｔｉｎ′ij）＝０ ・・・（３） ここで、熱貫流率ａijは予め求めた値を用い、ヒータ３
の加熱状態における受感面温度Ｔｓｆij，内部温度Ｔｉ
ｎij及びヒータ３の非加熱状態における受感面温度Ｔｓ
ｆ′ij，内部温度Ｔｉｎ′ijを計測する。式（２）と式
（３）とは、複合熱伝達率ｈij及び作用温度Ｔｏijを未
知数とした連立方程式となり、その解は次式（４），
（５）で与えられる。

【００３４】 ｈij＝ａij・[(Ｔｉｎij−Ｔｉｎ′ij）−（Ｔｓｆij−Ｔｓｆ′ij )] ／（Ｔｓｆij−Ｔｓｆ′ij） ・・・（４） Ｔｏij＝（Ｔｓｆij・Ｔｉｎ′ij−Ｔｓｆ′ij・Ｔｉｎij） ／[(Ｔｓｆij−Ｔｓｆ’ij）−（Ｔｉｎij−Ｔｉｎ’ij )] ・・・（５） ここで、温感センサの熱貫流率ａij、ｂijの検定につい
て説明する。なお、図５に示すように、特性値検定試験
は気温、湿度が任意に制御でき、対流、輻射条件を変更
できる環境試験室で行なうようにしている。この環境試
験室は、温度は１０〜４０度の範囲で、湿度は３０〜９
０％の範囲でそれぞれ制御できるようになっており、ま
た、日射能力は７００ｋｃａｌ／（ｈ／ｍ² ）、送風機
能力は０〜５ｍ／ｓになっている。

【００３５】熱貫流率ａij、ｂijの検定は、日射無しで
気温と対流の条件を変更し、受感面温度Ｔｓｆij，内部
温度Ｔｉｎij，ケース外面温度Ｔｂij及びヒータの発熱
量Ｑｉｎijを計測し、この計測値を式（１）に代入し、
回帰によりａij，ｂijを求める。つまり、図６に示すよ
うに、次式 Ｘ＝（Ｔｉｎij−Ｔｓｆij）／（Ｔｉｎij−Ｔｂij）， Ｙ＝Ｑｉｎij／（Ｔｉｎij−Ｔｂij） を用いてＸ，Ｙの値を求め、Ｘの値を横軸に、Ｙの値を
縦軸にとり各点を結ぶと直線Ｃになる。この直線Ｃは式
Ｙ＝ａij・Ｘ＋ｂijで表すことができ、これによってａ
ij，ｂijを求めるようにしている。なお、環境条件が変
化してもａij，ｂijは定数として扱えることを示してい
る。

【００３６】ステップＳ４では、ステップＳ３で求めら
れた各温感センサ２毎の複合熱伝達率ｈijに基づき、温
感マネキン１の所定部位における複合熱伝達率ｈi を演
算する（所定部位熱伝達率演算工程）とともに、ステッ
プＳ３で求められた各温感センサ２毎の作用温度Ｔｏij
に基づき、温感マネキン１の所定部位における作用温度
Ｔｏi を演算する（所定部位作用温度演算工程）。

【００３７】具体的には、部位毎に平均した複合熱伝達
率ｈi 及び作用温度Ｔｏi は、式（４），（５）で求め
たｈij及びＴｏijを用い、部位内のセンサを次式
（６）,(７）のように加重平均して求めるようにしてい
る。尚、Ｎi は部位i のセンサ数、またαij、βijは実
験より得られた重み係数で、検定方法については後述す
る。

【００３８】

【数１】

【００３９】・・・（６）

【００４０】

【数２】

【００４１】・・・（７） 以上に示した通り、温感センサの出力値である受感面温
度Ｔｓｆij，Ｔｓｆ′ij，内部温度Ｔｉｎij，Ｔｉｎ′
ijから式（４）,(６）を用い複合熱伝達率ｈiを、式
（５）,(７）を用い作用温度Ｔｏi をそれぞれ求めるよ
うにしているのである。

【００４２】ここで、温感センサの重み係数αij、βij
の検定について説明する。なお、図５に示すように、特
性値検定試験は気温、湿度が任意に制御でき、対流、輻
射条件を変更できる環境試験室で行なうようにしてい
る。重み係数αij、βijの検定は、日射，気温，対流の
条件を変更し、受感面温度Ｔｓｆij，Ｔｓｆ′ij，内部
温度Ｔｉｎij，Ｔｉｎ′ijを計測し、この計測値を式
（４）,(５）に代入して複合熱伝達率ｈijと作用温度Ｔ
ｏijとを求め、同時にサーマルマネキン１０１を用い
て、値ｈ^T i 、Ｔｏ^T i を求めるようにしている。そし
て、計測値を次式（８），（９）に代入し、各温感セン
サj 毎に、温感マネキン１とサーマルマネキン１０１と
の相関α′ij及びβ′ijを回帰により求めることとして
いる。なお、添字^T は混同を避けるために、サーマルマ
ネキン１０１で計測した値に付記するようにしている。

【００４３】 ｈ^T i ＝α′ij・ｈij ・・・（８） Ｔｏ^T i ＝β′ij・Ｔｏij ・・・（９） つまり、図７（ａ）に示すように、複合熱伝達率ｈijを
横軸に、サーマルマネキン１０１を用いて計測した複合
熱伝達率ｈ^T i を縦軸にとり各点を結ぶと直線Ｄにな
る。この直線Ｄは上式（８）で表すことができ、これに
よってα′ijを求めるようにしている。また、図７
（ｂ）に示すように、作用温度Ｔｏijを横軸に、サーマ
ルマネキン１０１を用いて計測した作用温度Ｔｏ^T i を
縦軸にとり各点を結ぶと直線Ｅになる。この直線Ｅは上
式（９）で表すことができ、これによってβ′ijを求め
るようにしている。

【００４４】さらに、α′ij・ｈijやβ′ij・Ｔｏijを
各部位i 内で平均した値も、ｈ^T i、Ｔｏ^T i と一致す
るので、温感センサ２の重み係数αij、βijは次式（１
０),（１１）より求めるようにしている。 αij＝α′ij／Ｎi ・・・（１０） βij＝β′ij／Ｎi ・・・（１１） ステップＳ５では、ステップＳ４で求められた所定部位
における複合熱伝達率ｈi に基づき、着衣熱透過効率Ｆ
ｃｌi を演算する（熱透過効率演算工程）。

【００４５】本温熱環境計測方法では、着衣熱透過効率
Ｆｃｌi は、着衣熱透過効率Ｆｃｌi は実測しないで、
モデル式により推定するようにしている。つまり、衣服
の着せ方という人的な不確定要素によるバラツキを排除
するため、着衣熱透過効率Ｆｃｌi を近似式により推定
するようにしている。これは、着衣熱透過効率Ｆｃｌi
を計測する場合、皮膚〜衣服間の空気層やしわのでき方
等の影響で、同じ環境条件、同じ衣服の場合でも異なる
値を示すことが考えられるからである。

【００４６】具体的には、着衣熱透過効率Ｆｃｌi は、
着衣時と裸体時の複合熱伝達率ｈiが等価であると見な
してモデル化し、着衣によって生じた熱抵抗の分だけ複
合熱伝達率ｈi を補正するようにしている。ここで、複
合熱伝達率ｈi は、対流熱伝達率ｈｃi と輻射熱伝達率
ｈｒi とから次式（１２）のような関係として表すこと
ができる。

【００４７】 ｈi ＝ｈｃi ＋ｈｒi ・・・（１２） これを、次式（１３）のように対流熱伝達率ｈｃi と輻
射熱伝達率ｈｒi に対して、異なる熱透過率Ｆｃｌi ，
Ｆｃｌｒi で補正するようにしている。 Ｆｃｌi ・ｈi ＝Ｆｃｌi ・ｈｃi ＋Ｆｃｌｒi ・ｈｒi ・・・（１３） これは、実際には衣服表面のひだの凹凸による剥離等に
より対流熱伝達率ｈｃi が裸体の場合と異なるため、対
流熱伝達率ｈｃi と輻射熱伝達率ｈｒi との重み付けは
必ずしも同じにならないと考えられるからである。

【００４８】さらに、式（１２）より、式（１３）は次
式（１４）のように変形することができる。 Ｆｃｌi ＝（Ｆｃｌｒi −Ｆｃｌｃi ）・ｈｒi ／ｈi ＋Ｆｃｌi ・・・（１４） ここで、熱透過率Ｆｃｌi ，Ｆｃｌｒi は衣服の形状や
材質の特性を反映した定数と考えると、輻射熱伝達率ｈ
ｒi も定数とみなせるため、式（１４）は複合熱伝達率
ｈi を変数と見なし、次式（１５）のように表すことが
できる。

【００４９】 Ｆｃｌi ＝γi ／ｈi ＋δi ・・・（１５） ただし、γi ＝（Ｆｃｌｒi −Ｆｃｌｃi ）・ｈｒi ＝
ｃｏｎｓｔ．、δi ＝Ｆｃｌｃi ＝ｃｏｎｓｔ．。 本温熱環境計測方法では、予め代表的な衣服を着けたサ
ーマルマネキン１０１を用いて比例定数γi ，δi を求
めておき、式（６）で求めた複合熱伝達率ｈiを式（１
５）に代入し、着衣熱透過効率Ｆｃｌi を推定するよう
にしている。

【００５０】ここで、着衣効果特性係数γi ，δi の検
定について説明する。図５に示すように、特性値検定試
験は気温，湿度が任意に制御でき、対流，輻射条件を変
更できる環境試験室で行なうようにしている。着衣効果
特性係数γi ，δi の検定は、代表的な衣服を着けたサ
ーマルマネキン１０１を用い、対流条件を変更して部位
i のｈ^T i とＦｃｌ^T i を計測し、計測値を式（１５）
に代入して回帰によりγi 、δi を求めるようにしてい
る。

【００５１】つまり、図８に示すように、複合熱伝達率
ｈi を横軸に、着衣熱透過効率Ｆｃｌｉを縦軸にとり各
点を結ぶと曲線Ｆになる。この曲線Ｆは式Ｆｃｌi ＝
（γi／ｈi ）＋δi として表すことができ、これによ
ってγi ，δi を求めるようにしている。なお、複合熱
伝達率ｈi の最小値を示すデータは自然対流下で計測さ
れている。実際には、式（１５）の関係は実線の範囲で
成立している。

【００５２】ステップＳ６では、車室内の代表位置での
空気温度（車室内温度）Ｔａと相対湿度ＲＨを計測す
る。ここでは、車室内の絶対湿度はほぼ均一であるとみ
なしている。ステップＳ７では、人体熱平衡シミュレー
ションを行なう。つまり、上述したようにして算出され
た複合熱伝達率ｈi ，作用温度Ｔｏi ，着衣熱透過効率
Ｆｃｌi を、以下に示すような人体〜環境間の熱平衡方
程式に代入することによって、体表温度Ｔｓｋ，体表の
濡れ率Ｗｅｔを算出するようにしている。

【００５３】ここで、人体全体の熱平衡は、人体内部の
蓄熱量（Ｓ），代謝量（Ｍ），対流伝熱量（Ｃ），輻射
伝熱量（Ｒ），発汗による放熱量（Ｅｓｗ），呼吸によ
る放熱量（Ｅｒｅｓ）を用い次式（１６）で与えられ
る。なお、Ｓ＝０となる状態が熱的に平衡な状態を表す
ことになる。 Ｓ＝Ｍ−( Ｃ＋Ｒ＋Ｅｓｗ＋Ｅｒｅｓ） ・・・（１６） 図９は熱平衡モデルを示すものである。ここでは、Ｇａ
ｇｇｅのモデルをベースに、人体〜環境間の熱平衡を表
す外部モデル、人体内部の熱輸送を表す内部モデル、人
体の体温調節を表す体温調節モデルに分けて考えるよう
にしている。

【００５４】外部モデルは、次のようにモデル化する。
ここで、ｈｃは対流熱伝達率，Ｐａは大気の飽和水蒸気
圧，ＲＨは大気の相対湿度，Ｆｐｃｌは着衣透湿効率，
Ｐｌｕｎｇは肺の飽和水蒸気圧である。 Ｃ＋Ｒ＝Ｆｃｌ・ｈ・（Ｔｓｋ−Ｔｏ） ・・・（１７） Ｅｓｗ＝Ｆｐｃｌ・｛２．２・ｈｃ・（０．０６＋０．９４・Ｗｅｔ） ・（Ｐｓｋ−ＲＨ・Ｐａ）｝ ・・・（１８） Ｅｒｅｓ＝Ｍ・｛０．００２３・（Ｐｌｕｎｇ−ＲＨ・Ｐａ）｝ ・・・（１９） 内部モデルは、体内蓄熱量を体表（Ｓｓｋ）と体核（Ｓ
ｃｒ）の２層に分け、各層内の熱移動は熱伝導と血流に
よる伝熱に分けてモデル化している。ここで、Ｔｃｒは
体核温度、Ｋｍｉｎは体内の熱貫流率、Ｃｂｌは血流の
比熱、Ｖｂｌは血流量を表す。

【００５５】 Ｓ＝Ｓｓｋ＋Ｓｃｒ ・・・（２０） Ｓｓｋ＝Ｋｍｉｎ・（Ｔｃｒ−Ｔｓｋ） ＋Ｃｂｌ・Ｖｂｌ・（Ｔｃｒ−Ｔｓｋ） −（Ｃ＋Ｒ＋Ｅｓｗ） ・・・（２１） Ｓｃｒ＝Ｍ−Ｅｒｅｓ−〔Ｋｍｉｎ・（Ｔｃｒ−Ｔｓｋ） ＋Ｃｂｌ・Ｖｂｌ・（Ｔｃｒ−Ｔｓｋ）〕 ・・・（２２） つまり、式（２１）は、体核から体表への移動熱量と体
表から環境への放熱量のバランスを表し、式（２２）
は、代謝量と呼吸による放熱量と体核から体表への移動
熱量のバランスを表している。

【００５６】体温調節モデルでは、血流量Ｖｂｌ，発汗
量Ｇｓｗ，代謝量Ｍのそれぞれの調節は、ＤｓｋとＤｃ
ｒの関数として、以下に示すようにモデル化している。
ここで、Ｄｓｋ＝Ｔｓｋ−３４．１，Ｄｃｒ＝Ｔｓｋ−
３６．６としており、制御目標値との偏差を表してい
る。 Ｖｂｌ＝（６．３＋７５．０・Ｄｃｒ）／（１．０−０．５・Ｄｓｋ） ・・・（２３） Ｇｓｗ＝ｋ・２５０．０・Ｄｃｒ＋１００・Ｄｃｒ・Ｄｓｋ（ｋ＝０ｏｒ１） ・・・（２４） Ｍ＝Ｍｂ＋（６０．０・Ｄｓｋ・Ｄｃｒ）／（０．８６・Ａｓ） ・・・（２５） ここで、Ｍｂは基礎代謝量、Ａｓは体表面積を表す。

【００５７】尚、濡れ率Ｗｅｔは発汗量ＧｓｗとＤｓｋ
とを用いて、以下のように与えられる。 Ｗｅｔ＝｛０．７・Ｇｓｗ・２．０^Dsk/3 ｝ ／｛２．２・ｈｃ・（Ｐｓｋ−ＲＨ・Ｐａ）｝ ・・・（２６） 上記（１６）〜（２６）式を解いて体表温度Ｔｓｋ，濡
れ率Ｗｅｔを求めることができる。

【００５８】ステップＳ８では、温熱快適性評価指標Ｓ
ＥＴ^* を算出する。つまり、上述のようにして算出され
た体表温度Ｔｓｋ，濡れ率Ｗｅｔを、以下の式（２
７），（２８）に代入して、ＳＥＴ^* を算出するように
している。任意環境下での、皮膚からの放熱量（Ｑ）は
次式（２７）で得られる。 Ｑ＝Ｃ＋Ｒ＋Ｅｓｗ ＝Ｆｃｌ・ｈ（Ｔｓｋ−Ｔｏ） ＋Ｆｐｃｌ・[2.2・ｈｃ・(0.06 ＋0.94・Ｗｅｔ)(Ｐｓｋ−ＲＨ・Ｐａ)] ・・・（２７） ＳＥＴ^* は、Ｑを標準環境下（日射無，風速０．１ｍ／
ｓ，湿度５０％，着衣率０．６ｃｌｏ）に換算した空気
温度として次式（２８）より与えられる。なお、Ｐｓｅ
ｔは気温ＳＥＴ^* 時の飽和水蒸気圧を、Ｆｃｌｓ，ｈ
ｓ，Ｆｐｃｌｓ，ｈｃｓはそれぞれ標準環境下のＦｃ
ｌ，ｈ，Ｆｐｃｌ，ｈｃを示している。

【００５９】 Ｑ＝Ｆｃｌｓ・ｈｓ（Ｔｓｋ−ＳＥＴ^* ） +Ｆｐｃｌｓ・[2.2・ｈｃｓ・(0.06+0.94・Ｗｅｔ)(Ｐｓｋ-0.5・Ｐｓｅｔ)] ・・・（２８） 本温熱環境計測方法では、温感マネキン１の部位毎の伝
熱特性が全身の伝熱特性の平均値であると想定した、Ｗ
ｙｏｎらが提唱したＥＨＴ（等価均一温度）と同様の考
えに基づき、温感マネキン１の部位毎の各計測値、算出
値を式（２７）,(２８）に代入し、温感マネキン１の部
位毎のＳＥＴ^* を求めるようにしている。

【００６０】このようにして行なわれる本温熱環境計測
方法によれば、サーマルマネキン法によりも簡便に人体
〜環境間の伝熱特性を計測できるという利点がある。つ
まり、サーマルマネキン法において行なわれる予備試験
を行なう必要がなく、対象環境下における本試験のみ行
なえば足りるため、計測法を簡素化することができ、人
体各部位毎の熱伝達率ｈi 及び作用温度Ｔｏi を簡便
に、かつ効率的に求めることができるという利点があ
る。

【００６１】また、複数のヒータ付き温感センサ２を使
用するので、温感センサ２の熱容量が小さく、熱平衡に
達する時間が短くなり、計測時間を大幅に短縮できると
いう利点がある。また、複数の温感センサ２毎に求めた
熱伝達率ｈij及び作用温度Ｔｏijに基づき所定部位の熱
伝達率ｈi 及び作用温度Ｔｏi を求めるようにしている
ので、所定部位における熱伝達率ｈi 及び作用温度Ｔｏ
i を簡便に演算できるとともに、計測精度を十分に確保
することができるという利点がある。

【００６２】さらに、温感マネキン１は人体の形状さえ
再現できればいいため、その製造が容易であるという利
点がある。その上、簡易的に着衣効果を求める近似式を
導出したため、所定部位における着衣熱透過効率Ｆｃｌ
i を簡便に演算でき、計測効率が向上するという利点が
ある。

【００６３】また、データ収集装置があれば計測できる
ため、簡素な装置において容易に計測を行なえるという
利点がある。また、本温熱環境計測方法によればＳＥＴ
^* の算出は、以下の〜に示すようにして行なわれ
る。 対象環境にさらされた車室内に温感マネキンをセット
する。

【００６４】ヒータ加熱、非加熱でＴｓｆij，Ｔｉｎ
ij，Ｔｓｆ′ij，Ｔｉｎ′ijを計測する。この時、代表
位置でＴａ，ＲＨを計測する。 計測値と、式（４）〜（７）を用い、ｈi ，Ｔｏi を
算出する。 ｈi と式（１５）を用いＦｃｌi を算出する。 計測値を式（１６）〜（２６）に代入し、Ｔｓｋi ，
Ｗｅｔi を算出する。

【００６５】求めた値を式（２７）,(２８）式に代入
しＳＥＴ^* i を算出する。 このようなにして行なわれる本温熱環境計測方法によれ
ば、のプロセスの完了後、〜のプロセスでＳＥＴ
^* を算出するのに要する時間は１ケースにつき３０分程
度であり、サーマルマネキン法に比べ１／５以下の時間
に短縮することができるため、温熱快適性の評価を効率
的に行なうことができるようになる。

【００６６】この点について、以下の表２に基づいて説
明する。

【００６７】

【表２】

【００６８】この表２に示すように、温感マネキン法に
よれば、マネキンの内部温度を一定に制御する必要がな
いため、サーマルマネキン法で必要とされるソーク時間
は不要である。また、計測時間が短く、試験効率を考慮
する必要がないため、予備試験も不要である。また、対
象環境下において、熱伝達率ｈi ，作用温度Ｔｏi ，着
衣熱透過効率Ｆｃｌi を求めるべく本試験が行なわれ
る。この本試験の計測回数としては、１条件につき２回
としている。これは、上述したように、熱伝達率ｈij，
作用温度Ｔｏijを求めるのに、加熱状態と非加熱状態に
おいて温度の計測を行なう必要があるからである。

【００６９】また、計測時間は約５分としている。これ
は、ヒータ発熱量を電力量として求めているからであ
り、データを平均化するためのサンプルを取るためであ
る。また、計測間隔は約１５分としている。これは、ヒ
ータ３を加熱して温度が安定するまでに１５分程度かか
るからである。したがって、温感マネキン法によれば、
１条件の試験を合計２５分程度で行なうことができ、サ
ーマルマネキン法と比べて大幅に試験時間を短縮できる
ことがわかる。また、温感マネキン法では予備試験を行
なう必要がないため、サーマルマネキン法と比べて計測
工数を大幅に減らすことができるということがわかる。

【００７０】このようにして算出されたＳＥＴ^* の精度
について検討すると、図１０（ａ）〜（ｄ）は温感マネ
キンを用いて計測したＳＥＴ^* とサーマルマネキンを用
いて計測したＳＥＴ^* とを比較して説明するためのもの
である。図１０（ａ），（ｂ）は主流風速０．０ｍ／ｓ
の場合、即ち、殆ど風がない自然対流条件の場合を、図
１０（ｃ），（ｄ）は主流風速３．０ｍ／ｓの場合、即
ち、空調風が強い強制対流条件の場合をそれぞれ示して
いる。

【００７１】また、図１０（ａ）〜（ｄ）中、横軸はＳ
ＥＴ^* を示しており、縦軸はマネキンの部位を示してい
る。また、線Ａは温感マネキン１の場合を、線Ｂはサー
マルマネキンの場合をそれぞれ示している。ここでは、
マネキンを頭（Ｈｅａｄ），胸（Ｃｈｅｓｔ），腰（Ｈ
ｉｐ），二の腕（Ｕ．Ａｒｍ），腕（Ｆ．Ａｒｍ），も
も（Ｔｈｉｇｈ），足（Ｌｅｇ）に分割している。

【００７２】なお、試験の環境条件としては、温度２４
度，湿度５０％，日射無，夏用着衣（半袖作業着）とし
ている。これによると、偏差は±２°Ｃ以内であり、自
然対流下においても強制対流下においてもほぼ一致した
結果を示している。ＳＥＴ^* と温熱快適性の関係（例え
ば、ＡＨＳＲＡＥのデータであるＳＥＴ^* と快適性申告
の関係）から、理想的なＳＥＴ^* ±２°Ｃ以内であれば
７５％以上の人が快適と感じる環境であるため、開発試
験に適用するには十分な精度であると考えられる。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の温熱環境計測方法によれば、計測法を簡素化する
ことができ、熱伝達率及び作用温度を簡便に、かつ効率
的に求めることができるという利点がある。また、複数
のヒータ付き温感センサを使用するので、熱平衡に達す
る時間が短くなり計測時間を大幅に短縮できるという利
点がある。また、複数の温感センサ毎に求めた熱伝達率
及び作用温度に基づき、所定部位の熱伝達率及び作用温
度を求めるようにしているので、計測精度を十分に確保
することができるという利点もある。

【００７４】

【００７５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における温熱環境計測方法
の計測、計算手順を示すフローチャートである。

【図２】本発明の一実施形態における温熱環境計測方法
の計測方法を示す模式図である。

【図３】本発明の一実施形態において使用する温感セン
サを示す図であって、（ａ）はその斜視図であり、
（ｂ）はその側断面図である。

【図４】本発明の一実施形態において使用する温感セン
サの伝熱モデルを示す図である。

【図５】本発明の一実施形態における温感マネキン特性
値の検定試験を行なう環境試験室を示す図である。

【図６】本発明の一実施形態における温感センサの熱貫
流率ａij，ｂijを求めるための図である。

【図７】本発明の一実施形態における温感マネキンとサ
ーマルマネキンとの相関を求めるための図であり、
（ａ）は相関α′ijを、（ｂ）は相関β′ijを求めるた
めの図である。

【図８】本発明の一実施形態における着衣効果特性係数
γi ，δi を求めるための図である。

【図９】本発明の一実施形態において使用する熱平衡モ
デルを示す図である。

【図１０】本発明の一実施形態における温感マネキンを
用いて計測した温熱快適性評価指標（ＳＥＴ^* ）とサー
マルマネキンを用いて計測した温熱快適性評価指標（Ｓ
ＥＴ^* ）を比較するための図であって、（ａ），（ｂ）
は主流風速が０．０ｍ／ｓの場合を、（ｃ），（ｄ）は
主流風速が３．０ｍ／ｓの場合をそれぞれ示している。

【図１１】従来のサーマルマネキン法を説明するための
図であって、（ａ）はサーマルマネキン法による実験に
使用される装置を示す模式図であり、（ｂ）はサーマル
マネキンの断面を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ 温感マネキン（マネキン） １ａ 温感マネキンのボディ ２ 温感センサ ３ ヒータ ４ ケース（断熱材製のケース） ５ 受感面 ６ 熱電対 ７ ヒータ線 ８ データロガー ９ 計測，解析用パソコン １０ 空調装置 １１ 日射装置 １２ 送風機 １０１ サーマルマネキン １０２ 制御装置 １０３ ヒータ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−131653（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−87386（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−117882（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−147937（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−27404（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−12569（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 21/00 F24F 11/02 103 G01K 17/00 G01W 1/17

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内蔵のヒータにより加熱可能で且つ内部
   温度と表面温度とを計測可能に構成された複数の温感セ
   ンサをマネキンの所定部位に埋設し、上記マネキンの上
   記所定部位における温熱環境を計測する温熱環境計測方
   法であって、 非加熱状態における表面温度と内部温度とを上記各温感
   センサ毎に計測する非加熱時環境計測工程と、 加熱状態における表面温度と内部温度とを上記各温感セ
   ンサ毎に計測する加熱時環境計測工程と、 上記各温感センサ毎に計測した非加熱状態における表面
   温度及び内部温度と加熱状態における表面温度及び内部
   温度とに基づき各温感センサ毎の熱伝達率を演算するセ
   ンサ熱伝達率演算工程と、 上記各温感センサ毎に計測した非加熱状態における表面
   温度及び内部温度と加熱状態における表面温度及び内部
   温度とに基づき各温感センサ毎の作用温度を演算するセ
   ンサ作用温度演算工程と、 上記マネキンの上記所定部位における熱伝達率を上記各
   温感センサ毎の熱伝達率に基づき演算する所定部位熱伝
   達率演算工程と、 上記マネキンの上記所定部位における作用温度を上記各
   温感センサ毎の作用温度に基づき演算する所定部位作用
   温度演算工程と、 を有することを特徴とする、温熱環境計測方法。