JP5578463B2

JP5578463B2 - 湿球温度とｗｂｇｔの予測方法、ｗｂｇｔ計、および熱中症危険度判定装置

Info

Publication number: JP5578463B2
Application number: JP2009117449A
Authority: JP
Inventors: 智史櫻川; 敬明鈴木; 強易; 慶雄岡田
Original assignee: Shizuoka Prefecture
Current assignee: Shizuoka Prefecture
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: JP2010266318A

Description

本発明は、湿球温度の予測方法と、湿球温度の予測値を用いたＷＢＧＴ（Wet-Bulb Globe Temperature、湿球黒球温度）の予測方法と、前記ＷＢＧＴの予測方法を用いたＷＢＧＴ計と、前記ＷＢＧＴ計を備えた熱中症危険度判定装置に関するものである。

近年、夏期の高温化が進み、熱中症被害が増加しているが、特に、高齢者は成年に比べて体温調節機能が低下し、水分をあまり補給しないため、熱中症被害が有意的に増加している。
従って、高齢者施設では、熱中症事故を未然に防止することが求められているが、室内温度を唯闇雲に下げればよいわけではない。過剰冷房による弊害も考慮しつつ、快適な室内環境を維持することが大前提となるからである。また、熱中症の発生率も気温のみと単純に相関するわけではないからである。

それに対して、最近では、熱中症の発生率は、ＷＢＧＴの方が高い相関があることが見出されており、日本生気象学会、日本産業衛生学会、日本体育協会等からは、ＷＢＧＴを「温度基準」に採用し、その温度レベルによって、「危険」、「厳重警戒」、「警戒」、「注意」の４段階に分けた熱中症予防指針が既に公表されている。
高齢者施設においても、介護者が上記したような熱中症予防指針を上手く活用できれば、快適な室内環境を維持しつつ、熱中症の発生を有意的に防止でき、都合が良いものと考えられる。

実公平６−１６３２５号公報

しかしながら、従来のＷＢＧＴの計測方法によれば、常に濡れた状態とする湿球で測定する湿球温度の実測値と、直径１５０ｍｍで平均放射率０．９５（つや消し黒色球）の肉厚ができるだけ薄い中空黒球で測定する黒球温度の実測値が必要であった。
したがって、計測器が大型化し、高額で、取り扱いに手間がかかり、計測に時間を要する等の問題点があり、高齢者施設に上記した計測器を設置するのは現実的ではなかった。

それに対して、特許文献１には、湿球温度を測定せずに、乾湿計公式を利用して、相対湿度から湿球温度を求める演算が例示されているのが、その演算は気温、飽和水蒸気圧、湿球温度の水蒸気圧、相対湿度を用いた収束演算である。従って、収束条件の与え方によっては、収束できずに発散してしまい、装置の不安定化を招く。また、収束演算をその都度行うのでは、処理時間がかかるが、収束条件を省いたり、回数を少なくしたりすると精度が悪くなる。一方、予め行った収束演算のデータ結果を記録したテーブルを利用するとなると、ＲＯＭを多く消費してしまう上に、データ結果が間欠的なため、精度が悪くなる。
また、特許文献１では、ＷＢＧＴの計測では、黒球温度の実測値が依然として要求されており、測定に時間がかかる。

また、熱中症の危険度を判定するには、ＷＢＧＴの計測後に日本生気象学会、日本産業衛生学会、日本体育協会等が公表している熱中症予防指針と一々見比べて判断しなければならず、面倒である。

それ故、本発明は、上記課題を解決するために、気温と相対湿度の実測値から湿球温度やＷＢＧＴを精度高く予測できる予測方法を提供すると共に、その方法を用いることで、小型化・軽量化でき、安価で、取り扱いが簡便で、迅速に精度良くＷＢＧＴを求めたり、熱中症危険度を判定したりできるＷＢＧＴ計や熱中症危険度判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、乾湿計公式を用い、相対湿度および気温を変数として湿球温度を数値計算し、その数値計算した結果に対して、最小二乗法を使った多項式近似により、関数フィッティングさせて、相対湿度と気温を変数とした湿球温度の近似予測式を作成しておき、当該近似予測式に相対湿度および気温の実測値を代入することで湿球温度を近似予測することを特徴とする湿球温度の近似予測方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した湿球温度の近似予測方法において、近似予測式として、相対湿度の４次関数および気温の２次関数を含む関数で表したものを利用することを特徴とする湿球温度の近似予測方法である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した湿球温度の近似予測方法で算出された湿球温度予測値と、気温との関係から、２次近似させてＷＢＧＴの近似予測式を作成しておき、当該近似予測式に湿球温度予測値と気温の実測値を代入することでＷＢＧＴを近似予測することを特徴とするＷＢＧＴの近似予測方法である。

請求項４の発明は、相対湿度測定手段と、気温測定手段と、請求項３に記載の方法で作成したＷＢＧＴの近似予測式が記録されたメモリと、前記相対湿度測定手段から受け取った相対湿度の実測値と、前記気温測定手段から受け取った気温の実測値とを、前記メモリに記録された近似予測式に代入してＷＢＧＴを算出する処理部とを備えたことを特徴とするＷＢＧＴ計である。

請求項５の発明は、熱中症危険度をランク付けし、請求項４のＷＢＧＴ計を用いて得られたＷＢＧＴを判定材料としていずれのランクに該当するかを判定する判定手段を備えたことを特徴とする熱中症危険度判定装置である。

請求項６の発明は、請求項５に記載した熱中症危険度判定装置において、判定手段は、日射の有無も判定材料とすることを特徴とする熱中症危険度判定装置である。

請求項７の発明は、請求項５または６に記載した熱中症危険度判定装置において、警報手段を備えており、予め設定したランク以上になった場合に警報手段を発動させることを特徴とする熱中症危険度判定装置である。

請求項８の発明は、請求項５から７のいずれかに記載した熱中症危険度判定装置において、空調機器等の電気・電子機器の制御手段を備えており、予め設定したランク以上になった場合に前記制御手段を発動させることを特徴とする熱中症危険度判定装置である。

請求項９の発明は、請求項５から８のいずれかに記載した熱中症危険度判定装置において、ＷＢＧＴ計により得られたＷＢＧＴの履歴を読み出し可能に記録する履歴記録手段を備えていることを特徴とする熱中症危険度判定装置である。

本発明のＷＢＧＴ計や熱中症危険度判定装置は、小型化・軽量化でき、安価で、取り扱いが簡便で、迅速に精度良くＷＢＧＴを求めたり、熱中症危険度を判定したりできる。

湿球温度の数値計算により得られた曲面データを示す。実測データのプロットと、近似予測式を示す近似曲線である。本発明の実施の形態に係る熱中症危険度判定装置の外面の説明図である。図３の熱中症危険度判定装置の内部構成の説明図である。一例の熱中症予防指針である。図３の熱中症危険度判定装置の処理フローチャートである。

本発明の実施の形態として、高齢者施設の室内に設置する熱中症危険度判定装置について、以下に説明する。
先ず、近似予測式の作成方法について説明する。
Ａ．湿球温度の近似予測式の作成
［湿球温度（ｔ_ｗ）を数値計算で算出する。］
・気温T(K)
・飽和水蒸気圧e_w
・相対湿度Uw(%)
・乾湿計公式：水蒸気圧e(Pa)

上記で、ｔは乾球温度である。
また、定数については、JIS Z8806の「湿度測定方法」に記載されたものを利用している。
上記の式（１）、（２）、（３）を用い、気温を０．５℃刻みの変数とし、相対湿度を５％刻みの変数とし、湿球温度（ｔ_ｗ）を数値計算で算出する。
得られた結果を三次元空間上にプロットすると、図１に示すような曲面となる。

［関数フィッティングさせて湿球温度の近似予測式を作成する。］
最小二乗法を使った多項式近似により、上記の曲面に関数フィッティングさせて湿球温度の近似予測式を作成する。
近似予測式として、以下の式（４）に示すように、（相対湿度の４次関数および気温の２次関数を含む関数で表したものを作成する。
なお、下記で、ｔは乾球温度である。

Ｂ．ＷＢＧＴの近似予測式の作成
ＷＢＧＴの実測値と、上記の近似予測方法で算出された湿球温度予測値と実測した気温とにより算出されたＷＢＧＴの算出値との関係から、以下に示すＷＢＧＴの近似予測式を作成する。
ここで、ＷＢＧＴの算出式は室内用に、JIS Z8504で規格化されたものを用いている。また、乾球温度を気温で代用するため、２次近似させている。

図２に示すものは、２００７年８月１５日に夏期暑熱時における実測データのプロットと、近似予測式を示す近似曲線である。
なお、実測範囲外を補償するため、気温が３５℃以上の場合、または、気温が３１℃以上且つ日射を受けている場合のいずれか一方に該当するときには、適用外としている。
作成された近似予測式は、Ｒ^２＝０．９３６６で精度の高いものである。

上記のＷＢＧＴの近似予測式を用いたＷＢＧＴ計を備えた、熱中症危険度判定装置について説明する。
図３に示す熱中症危険度判定装置１は、電源ボタン３が押下されると作動して、熱中症危険度の判定結果がディスプレイ５上にグラフとして表示されたり、ランプ７がランクに応じて点灯したりすると共に、印刷ボタン９が押下されるとプリンター１０から紙データとして出力されたり、危険度が高い場合には制御信号を生成して送信部１１から空調機器（図示省略）へ送信したり、警報信号を生成してナースコールを鳴動させたり、介護者の携帯電話機宛に報知したり、音声信号を生成してスピーカ１３から警報アラームを鳴動させるようになっている。

このような動作を可能とするために、熱中症危険度判定装置１には、処理部１５を中心し、湿度センサー１７と気温センサー１９と照度センサー２１が内蔵されており、これらのセンサーでの測定結果に基づいて、処理部１５がメモリ２３に予め記録された近似予測式や高齢者施設の室内に対応した「日常生活における熱中症予防指針」（日本生気象学会熱中症予防研究会：Vol.18(2008年4月)（図５）を参照しながら、処理を進められるようになっている。
上記したように、空調機器の制御手段や警報手段は処理部１５での制御信号や警報信号の生成機能と、ディスプレイ５、ランプ７と、送信部１１と、スピーカ１３とによって構成されている。

処理部１５における具体的な処理内容を、図６のフローチャートにしたがって説明する。
先ず、電源ボタン３が押下されると、装置が作動モードに入り、計算をスタートする。
処理部１５は、判定手段として機能し、湿度センサー１７、気温センサー１９、照度センサー２１から、それぞれ湿度、気温、照度の情報を定期的に受け取る。そして、「３５℃未満か、または、３１℃未満で且つ日射有り」に該当するか否かを判定し、該当しない場合には、それ以上の処理を進めることなく、即危険状態と見なして、制御信号や警報信号の出力回路の接点に出力してＯＮとして、制御信号や警報信号を生成させる。すなわち、制御手段と警報手段を発動させる。この結果として、空調機器の温度が自動的に調整される。また、スピーカ１３からアラームが鳴動したり、ナースコールが鳴動したり、介護者の携帯電話機宛に報知される。

一方、「３５℃未満か、または、３１℃未満で且つ日射有り」に該当するか否かを判断し、該当する場合には、相対湿度と気温の実測値を「湿球温度の近似予測式」に代入して湿球温度の予測値を算出し、さらに、その算出された湿球温度の予測値と気温の実測値を「ＷＢＧＴの近似予測式」に代入してＷＢＧＴの予測値を算出する。そして、ＷＢＧＴの予測値を算出する度に、メモリ２３の「ＷＢＧＴ値収録部」にセンサーの測定時間と関連付けて記録する。なお、この「ＷＢＧＴ値収録部」はＷＢＧＴ計により得られたＷＢＧＴの履歴を記録していくものであり、後からでも任意にその記録された履歴内容を読み出すことができるので、その高齢者施設におけるＷＢＧＴの変化状況を解析したりすることができる。

次に、「日常生活における熱中症予防指針」（図５）を読み出して、ＷＢＧＴの予測値がどのランクに該当するかを判定する。そして、「危険」や「厳重警戒」のランクに該当すると判定したときには、上記と同様に危険状態と判断して、制御手段や警報手段を発動させる。
また、ディスプレイ５の画面は、ＷＢＧＴが算出され、すなわち計算されてＷＢＧＴ値収録部で履歴が更新される度に切り替えられ、現在値が表示される。

上記したように、熱中症危険度判定装置１は、迅速に精度良く熱中症危険度を判定して、危険ランクや厳重警戒ランクになったときには、介護者に速やかにその旨を報知し、空調機器も自動的に調整させるので、熱中症事故を未然に防止できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成が上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。
例えば、上記の実施の形態に係る熱中症危険度判定装置は、高齢者施設の室内での設置を想定したものであるが、健康な高齢者が、健康維持のための室内環境モニターとして自宅に設置することも考えられる。
さらには、高齢者用に限定されず、熱中症が発生し易い環境、例えば、学校の体育館で設置して利用することも考えられる。

本発明の熱中症危険度判定装置によれば、湿球温度や黒球温度を直接測定していないので、小型化・軽量化でき、安価で、取り扱いが簡便であり、普及型として適している。

１…熱中症危険度判定装置
３…電源ボタン５…ディスプレイ
７…ランプ９…印刷ボタン
１１…送信部１３…スピーカ
１５…処理部１７…湿度センサー
１９…気温センサー２１…照度センサー
２３…メモリ

Claims

乾湿計公式を用い、相対湿度および気温を変数として湿球温度を数値計算し、その数値計算した結果に対して、最小二乗法を使った多項式近似により、関数フィッティングさせて、相対湿度と気温を変数とした湿球温度の近似予測式を作成しておき、当該近似予測式に相対湿度および気温の実測値を代入することで湿球温度を近似予測することを特徴とする湿球温度の近似予測方法。
請求項１に記載した湿球温度の近似予測方法において、
近似予測式として、相対湿度の４次関数および気温の２次関数を含む関数で表したものを利用することを特徴とする湿球温度の近似予測方法。
請求項１または２に記載した湿球温度の近似予測方法で算出された湿球温度予測値と、気温との関係から、２次近似させてＷＢＧＴの近似予測式を作成しておき、当該近似予測式に湿球温度予測値と気温の実測値を代入することでＷＢＧＴを近似予測することを特徴とするＷＢＧＴの近似予測方法。
相対湿度測定手段と、気温測定手段と、請求項３に記載の方法で作成したＷＢＧＴの近似予測式が記録されたメモリと、前記相対湿度測定手段から受け取った相対湿度の実測値と、前記気温測定手段から受け取った気温の実測値とを、前記メモリに記録された近似予測式に代入してＷＢＧＴを算出する処理部とを備えたことを特徴とするＷＢＧＴ計。
熱中症危険度をランク付けし、請求項４のＷＢＧＴ計を用いて得られたＷＢＧＴを判定材料としていずれのランクに該当するかを判定する判定手段を備えたことを特徴とする熱中症危険度判定装置。
請求項５に記載した熱中症危険度判定装置において、
判定手段は、日射の有無も判定材料とすることを特徴とする熱中症危険度判定装置。
請求項５または６に記載した熱中症危険度判定装置において、
警報手段を備えており、予め設定したランク以上になった場合に警報手段を発動させることを特徴とする熱中症危険度判定装置。
請求項５から７のいずれかに記載した熱中症危険度判定装置において、
空調機器等の電気・電子機器の制御手段を備えており、予め設定したランク以上になった場合に前記制御手段を発動させることを特徴とする熱中症危険度判定装置。
請求項５から８のいずれかに記載した熱中症危険度判定装置において、
ＷＢＧＴ計により得られたＷＢＧＴの履歴を読み出し可能に記録する履歴記録手段を備えていることを特徴とする熱中症危険度判定装置。