Nara Women's University Digital Information Repository Title 日射を考慮した修正有効温度の発展表現 Author(s) 長野, 和雄; 堀越, 哲美 Citation 長野和雄, 堀越哲美:日本建築学会中国支部研究報告集,Vol. 29, 2006, pp.397-400 Issue Date 2006-03 Description URL http://hdl.handle.net/10935/3437 Textversion publisher This document is downloaded at: 2015-01-31T22:45:48Z http://nwudir.lib.nara-w.ac.jp/dspace 429 9 巻 日本建築学会中国支部研究報告集第2 平成1 8 年3 月 日射を考慮した修正有効温度の発展表現 修正有効温度 目 射 新 有 効 温 度 大 気 射 出 率 直 散 分 離 日射吸収率 0 長野和雄＊ 1 正会員 堀越哲美勺 同 1 . はじめに 本論文の目的は、すでに発表されている修正有効温度 ETV1）を屋外環境下において有効に活用できるよう改良 を行うことである。まず、日射量を組み込んで ETVを数 式表現し、新有効温度 ET*2＞と比較しながらその特性を 述べる。そして算出例を示しながら屋外気象条件に係る 推定式・推定値の違いによる影響を検討する。 2 . 修正有効温度 ETVの構成 修正有効温度 ETVは、人体熱収支式に基づいて定義さ れる。人体皮膚表面からの対流、放射（長波成分）、蒸発 による放熱量 C、RL、Eは次式であらわされる。 ここで風速修正気温んを用いて顕熱放熱量をあらわし、 そのときの仮想的な作用温度 OTv'lを定義する。 OTvは 風速の影響を考慮した修正作用温度をあらわしている。 C+RL=h c o F c l e o C t s k一 人＋ ）h , F c 1 . ( t s k− 人 ） ＝九 （ t s k-OTv) ( 1 2 ) ’ ’ O L h F t+hFC/,t v h v ( 1 3 ) h v=h c o F : : / e o+h , F c / e ( 1 4 ) ＝ 叩 V OTvを TVF と ERFを用いてあらわすと、次式を得る。 TVF ERF. OL=t ＋一一一十一一ーム v u h v h v ( 1 5 ) 日射に起因する短波長放射の人体受熱量、すなわち直 C=hλた （ t s k-！ ） 。 ( 1 ) RL=h点台 （ t s k-t , ) ( 2 ) 呼ぶこととする。この日射受熱量 Rsを減じ、そのときの ( 3 ) sを定義する。 OTv sは風速および 仮想的な作用温度 OTv h;=h.F 戸 f c ,=h'imLR ( 4 ) 日射の影響を考慮した修正作用温度をあらわしている。 h’ニ （ hc+h，） ~te ( 5 ) E=w h ; ( P s k .s-P a ) ， 達・拡散を含む日射と地物での反射日射を日射受熱量と C+RL-Rs=hv(tsk-OTv)-Rs =hv(tskーOTvs) 基準風速・基準着衣を定義し、そのときの対流放熱量 が評価対象としている環境における対流放熱量 C と等し くなるような仮想的な気温をんとすると、次式を得る。 C=h c J c l e o ( t s k-t v )=h J c 1 e ( ts k-f0 ) TVF ( 6 ) fv=l0 ＋~ ( 7 ) c o F 。 ム（ t v-t a ) =( h c o F : : / e o-hλた（ ）tsk-ta) TVF=h ( 8 ) τー ττ R 【 OTvs=0Tv＋ す ＝l a＋ TVF ERF. ( 1 6 ) ERF~ え （1 7 ) ム＋ ERFs=Rs ( 1 8 ) すなわち日射受熱量 Rsは、人体に対する短波長放射の影 響をあらわす場である短波長有効放射場 ERFsそのもの である。 さらに蒸発放熱量 E を加え、人体皮膚表面からの全放 このんは風速修正気温 3）と呼ばれ、評価対象環境の風速 熱量 Q s kをあらわす。 F o b e l e t sand Gagge6＞に倣い OT v s と基準風速との差によって生じる温度変化量を加味した と湿度とのトレードオフを考慮することで、修正湿り作 気温をあらわしている。 TVFはその温度変化、すなわち 用温度 HOTVが定義される。 人体に対する風速の影響をあらわす場であり、温熱風速 場 3）と呼ばれる。 Q s k= c+Rl-Rs+E い や =h v（ ら一 OT v s ) +w h ; ( P s k .s-P a ) 一方 Gaggee ta l .4＞は、作用温度 OT5）に基づき有効放射 場 ERFを定義している。ここでの熱放射の影響は長波長 一 成分によるもので、短波長成分と区別して ERFLと記す。 mr C+RL=(he+h , ) F c 1 e ( t s k-OT)=h ' ( t s k-OT) t ,-l0) ERFL=hん （ ( 9 ) =h v 子 ＋ s k ,.)-hv(OTvs ι τ h’ wh’ HOTV+/:"P H o T V .s=OT v s＋ P a Pa) 問 ( 2 0 ) ( 1 0 ) すなわち、ここでの HOTVは日射受熱量が考慮されてお の HOTVから修正されている。 り、堀越ら 3） ( 1 1 ) HOTV は相対湿度 100%を基準としている。これを Temperatureindexi n d i c a t i n gt h ecombinede f f e c toft h e r m a lc o n d i t i o n si n c l u d i n gs o l a ri r r a d i a n c e NAGANOKa=uoandHORIKOSHIT e t s u m i -397- ι 50%基準に変換したものが ETVである。 即日ヤぞ（… HOTV, ) s ERF. ( 2 1 ) P a-O.Sfov,. ) 町 h v h v 叩 h’ h’ EHFET*=w h ; ( P a-0 . 5 p E T *, ) ERFo EHFc =L ＋一一一一＋・一一~＋一一~＋ー一~ h v ERF. EHFc h’ u TVF ERF. s ) =t ＿＋~＋ 一一----2. ＋一一一以ー 昨叫＋ぞ（ u 時乎（ P a-0 .恥 h v EHFETV=w h ; ( P a-O . S p E T V ,, ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) EHF は相対湿度 50%を基準とした人体に対する湿度の 影響をあらわす場であり、有効湿度場 I）と呼ばれる。 ( 3 0 ) ( 3 1 ) このように、一見すると ET＊についても放射温度・日 射量・湿度の各成分による影響を気温に加算して表し得 る。しかしながら、（ 30）式には風速に関する独立した項 がなく、その影響は熱伝達率 h’に反映される。そのため、 h’で除した有効放射場の温度換算値が風速によって変 TVF、ERFL、ERFs、EHF はいずれも九で除すことに 動してしまう。すなわち、 ET＊や SET＊は風速の影響を分 より、単位が温度に換算される。すなわち ETVは、風速・ 離表現できず、放射による個別影響を風速と独立して表 放射温度・日射量・湿度の各成分による影響をすべて℃ 現し得ない。一般に屋外では風速が大きく、体感指標に という共通単位で導き、それらを気温に加算することで あらわれる風速の影響を無視できない場面が多い。これ 表し得る。したがって、体感への総合的な影響と各気象 らの点から見て、屋外環境下における体感指標としては、 要素の個別影響を数量的に、しかも同時に得ることがで ET＊ や SET＊よりも ETVの方が適しているといえる。 きる。この点が他の体感指標と異なっており、 ETVの最 大の特徴といえる。これまで ETVについては短波長成分 4 . 各種パラメータの決定 が考慮されていなかった。しかし他の成分と同様、九で ETV の算出に先立ち、必要なパラメータを決定する。 除した日射受熱量を気温からの有効な温度変化量として 長波長放射による人体と環境との聞の正味の放熱量 RL 加算すればよく、 ETVの特徴を損なうことなく日射の影 は、人体から射出される放射熱量んから、周囲地物の各 響を加味することができる。 表面温度によって射出され人体に入る放射熱量んおよ 3 . 日射を考慮した新有効温度 E T＊との相違点 R a t mを減じることで求められる。簡単のために各構成面 び天空表面温度によって射出され人体に入る大気放射 Gaggee ta l .2＞による改良された理論上の最終的な提案 間の相互放射を無視すれば、次式を得る。 と考えられる新有効温度 ET＊は次のように定義される。 Rl=Rh-Rw-R ( 3 2 ) R h=e w e h a f r d T . ! ( 3 3 ) Rw=} : e んザ；dψ， よ4 ( 3 4 ) R a t m=e h f , d < p s k y h l a t m ( 3 5 ) ι I m =aT，~ =e , 1 c y a T a 4 ( 3 6 ) Q , k=C+RL+E い =h ' ( t s kーO T ) + w h ; ( P . k .,-p0) =h ~T wh’ p. ＋一千」ιー ニ ＝ OT＋で子 Pa h ' 2 h ' ＋ 乎（Pa-0.Sp ET ＝ ・ OT 伊 ） s ( 2 5 ) 大気射出率 Es.かは様々な推定式 8ー）12）が知られているが、 ここでは断らない限り、 P r a t as ）の式を用いる。 問 ET＊ も 、 ETV と同様の手続きで日射を考慮した表現が 平均放射温度ん、放射熱伝達率九は次式によって導く。 可能である 7）。まず、顕熱放熱量から日射受熱量 Rsを減 t ,=[ ( R w+R 0 1 m ) / e h a / , S 1 4-2 7 3 . 1 5 じ、そのときの仮想的な作用温度 OTsを定義する。 OTs h ,=e w e h a J , d（ なー T , 4） は日射の影響を考慮した修正作用温度をあらわしている。 C+Rl-Rs=h' (t s k一OT)-Rs ERF, ( 2 7 ) ERF. OT5=0T ＋マ子 ＝ fa 十一ーム＋一~ ( 2 8 ) h’ h’ したがって、 ET＊は日射を考慮すると次式のように再定 義される。 すなわち、ここでは長波長放射率九、平均放射温度 I rで 日射受熱量 Rsは、直接人体に入射する直達日射 R d ; r、 d ; f 、周囲地物から入 拡散して人体に入射する天空日射 R げの和であらわされる。したがって、 ， 射する反射日射 Rr 短波長有効放射場 ERFsもこれらの成分に分離できる。 ( 3 9 ) MN11 山 J rd ，内 し ︼ l n h− dr Eb ai 首 α α ＝＝ E w 1 I，一 か ＋ E し︼ -398- 川市品川 十 E ( 2 9 ) 叫肌叫 oT5 ト ＋乎んド（ ＋ 乎Pa) ＝ ） 。 =h ' ( t , k-OT5)+w h ; ( P . k .,-P W4 R ERR Rs= R d ;+Rdif+Rref Q , k=C+RL-Rs+E =h ' ( t . k ( 3 8 ) 一様な仮想構成面に人体が完全に覆われているとみなす。 （ t , k一OT5) =h’ R . パ 九 −T,) ( 3 7 ) ( 4 0 ) ( 4 1 ) ( 4 2 ) R,.1=E 即 時r＝α （ R d ; , + R d i f ) 投射面積率j ；は宮本ら ( 4 3 ) ( " C ]4 ）の式を用いる。法線面直達日射 3 1 3 ）の式を用いる。人体の 14 日射吸収率的は着衣人体として扱うため衣服の素材や ぜ 同 門 居 間 同 ここでは断らない限り宇田川ら ’a h u ， は水平面全天日射量 JTHを直 量 fdn と天空拡散日射量 Idグ 散分離して求める。様々な推定式 14ー）16）が知られているが、 色等により様々だが、ここでは断らない限り 0.7とする。 . 1m i s、 基準風速、基準着衣は堀越らりに準じそれぞれ 0 0c l oとする。したがって基準風速の対流熱伝達率九。は Gaggee ta l .2 ＞に準じ 3 . 0W/(m2K ）、基準着衣の有効伝熱効 率 Fc1eoは 1 となる。皮膚温 l s kやぬれ率 w は two-node model2＞による計算値を用いる。これにより、気温・湿度・ 0 風速・周囲地物表面温度（または放射収支計や長短波放 1 0 2 0 3 0 40 50( " C J t a 射計による観測値等）・日射量の気象データが揃えば、屋 F i g .2 C a l c u l a t e dERf~， i h vb a s e done a c hf o r m u l a f o re s t i m a t i n gl o n g w a v er a d i a t i o nfroms k i e s 外環境における ETVを算出することができる。 5 . 算出結果 松江市（北緯 35度 27.4分、東経 133度 3 . 9分）にお 3 0 いて、ケース 1：夏至正午（太陽高度 β＝7 7 . 8 4 ° ）に気 温 30℃、ケース 2：冬至正午（同 β ＝ 3Ll0° ）に気温 1 0℃とする仮想データを用いて ETV を算出した。ただ し、相対湿度 RH=60%、風速 v=3m/s、着衣量 lei=0.6clo、 ミ 2 5 , . 』ゐd : 20 0 代謝量 M =lmet、全天日射量 ！ TH=7 00W/m2、天空率 fPsky ~ =100%、アルベド α＝0 . 1 5、周囲地物表面温度 I ；は気温 出 ， 篭1 5 伊副司 んに等しいとして 2ケースとも共通とした。 F i g . If こ算出 結果を示す。堀越ら 17）の方法に準じ、所与の条件である I O 気温から最終的に ETVが求められるまでに、各気象要素 5 i g . I より、 2 が影響する様子をベクトル表示している。 F ケースとも日射が相対的に非常に大きく体感温度を上げ 0 . 2 0 . 4 るのに貢献している。仮想、データながら松江における現 実的な値であり、用いられた日射に係る推定式・推定値 の影響が小さくないと予想される。 0 . 6 0 . 8 1[kW/ m 2 ] I T H F i g .3 C a l c u l a t e dE R F d i f / h va n di 三 RF 仙 ！ h vb a s e done a c h f o r m u l af o re s t i m a t i n gd i f f u s ef r a c t i o no fg l o b a lr a d i a t i o n ［ ℃ ］ ‘ 切 2 C a s e2I 九 ＝I O ℃ ， , 8 = 3 1 . 1 0 ° 1t ；＝ ι ，RH=60% v=3 m ! s .l Y I=l m e t ,l c 1=0 . 6 c l o Im＝ 初0 W i m 2 ,% , , .=1 0 0 偽 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1[ k W / m 2 ) τ I置 F i g .4 C a l c u l a t e dErv, B FJh, .a n dEHF/hv b a s e done a c hs o l a ra b s o r p t a n c eo fbodys u r f a c e 唱 : F i g .1 l も . e s凶t sofETV -399一 そこで、大気射出率の推定式の違いによる影響を検討 した。 5種の推定式的・ 12）ごとに、ケース lの条件から気 推定値を十分検討した上で決定しなければならず、実測 温んを変化させた場合における長波長有効放射場の温度 できる場合には実測値を用いることが望まれる。 る。屋外において体感指標を算出する際、これら推定式・ 換算値 ERFL/hvを算出した。 Fig.2に算出結果を示す。推 定式間で最大約 3℃の差が認められる。 6 . まとめ 直散分離の推定式の違いによる影響を検討した。 3 種 の推定式 14・） 16）ごとに、ケース 1の条件から全天日射量 出方法を示し、その有効性を新有効温度 ET＊と比較しな 修正有効温度 ETV に日射の影響を加味する場合の算 l r nを変化させた場合における直達日射および拡散日射 がら述べた。また、仮想データによる算出結果より、日 h v、ERFdifl h v に関する有効放射場の温度換算値 ERFdirl 射に係る推定式・推定値の選択の重要性を示した。今後 を算出した。 Fig.3 に算出結果を示す。直達日射に関して は実測データを用いてさらに検討していく予定である。 C未満の差である。拡散日射に関 は、推定式間で最大 2。 しては、 I T Hが約 300W/m2まではあまり差がないが、そ ℃の差が認められる。 れ以上では最大で約 8 日射吸収率 αhの違いによる影響を検討した。 αhを 0ム 0 . 7、0 . 8 とする値ごとに、ケース 1の条件から全天日射 量l r nを変化させた場合における ETVと短波長有効放射 . 九 、 EHFl h vを算 場および有効湿度場の温度換算値 ERFs／ 出した。 Fig.4 に算出結果を示す。短波長放射に関して、 約 1 1℃の差が認められる。これが ETV の 2℃以上の差 に反映している。湿度に関しても（23）式の通り、算出さ れた ETVにおける相対湿度 50%を基準に評価するため、 引用文献 l ）堀越ら、日本建築学会大会学術講演梗概集、 D・ 2:409・ 410、1995 3 1 ,1 9 8 6 2 )Gaggee ta l . ,ASHRAET r a n s . ,9 2 ( 2 B ) :709・7 5 5 :1 2・1 9 ,1 9 8 5 3）堀越ら、日本建築学会計画系論文報告集、 3 4 )Gaggee ta l . ,ASHRAET r a n s . ,7 3 ( 1 ) :1 . 2 . 1 1 . 2 . 9 ,1967 5 )Winslowe ta l . ,Am.J .P h y s i o l . ,1 3 1 ( 1 ) :1 2 2 ,1937 1 ,1 9 8 8 6 )F o b e l e t sandGagge,ASHRAET r a n s . ,9 4 ( 1 ) :1 2・3 3 3 :45・ 49,2000 7）古田ら、日本建築学会計画系論文集、 5 .R .M e t e o r .S o c . ,1 2 2 :1 1 2 7・1 1 5 1 ,1996 8 )P r a t a ,Q u a r t .J 9）山本義一、大気輯射学、丸善、 1954 1 0 )B r u t s a e r t ,WaterR e s o u r c e sR e s e a r c h ,1 1 ( 5 ) :742・7 4 4 ,1 9 7 5 1 1 )I d s o ,WaterR e s o u r c e sR e s e a r c h ,1 7 ( 2 ) :2 9 5 3 0 4 ,1 9 8 1 3 6 ,1984 1 2 )M a r t i nandB e r d a h l ,S o l a rE n e r g y ,3 3 ( 3 / 4 ) :3 2 1・3 1 3 :475 2 ,1 9 9 8 1 3）宮本ら、日本建築学会計画系論文集、 5 1 4）宇田川・木村、日本建築学会論文報告集、 2 6 7 :8 3・ 9 0 ,1 9 7 8 1 5 )E r b se ta l . ,S o l a rE n e r g y ,2 8 ( 4 ) :293・3 0 2 ,1982 8 0 :3 1・ 37,2004 1 6）張、日本建築学会環境系論文集、 5 1 7）堀越ら、日本建築学会計画系論文報告集、 3 8 0 :1 2・ 2 3 ,1987 幽 最大約 9°Cの差となってあらわれている。 このように、大気射出率や直散分離の推定式、日射吸 収率の値によって大きく影響を受ける。これは放射収支 量が主な原因であり、 ETVに限らず人体熱収支に基づい た他の体感指標においても同様の懸案であると考えられ 記号一覧 a[ n . d .］：アルベド C[W/m2］：対流放熱量 EHF[W/m2］：有効湿度場 EHFETv [W/m2]:ETVにおける 有効湿度場 EHFEr［ ・ W/m2]:ET ネにおける有 効湿度場 E R F c t i r[W/m2］：直達日射による 有効放射場 E R F c t i r[W/m2］：拡散日射による 有効放射場 E R F , . r[W/m2］：反射日射による 有効放射場 ERFL[W/m2］：長波長有効放射場 ERFs[W/m2］：短波長有効放射場 ETV［℃］：修正有効温度 ET*[ ° C］：新有効温度 E[W/m2］：蒸発放熱量 F山［n . d .］：着衣の有効伝熱効率 f 三leo[ n . d .］：基準着衣の有効伝熱 効率 Fpc1[ k P a］：着衣の透湿効率 . d .］：着衣面積率 ん［n / r d[ n ι］：有効放射面積率 J ; ,[ n . d .］：投射面積率 HOTV［℃］：修正湿り作用温度 h e[W/(m2K）］：対流熱伝達率 h c o [W/(m2K）］：基準着衣の対流 熱伝達率 h e[W/(m2K）］：蒸発熱伝達率 h ,[W/(m2K ）］：；放射熱伝達率 h v[W/(m2K）］：基準風速に基づい た着衣の影響を含む総合熱伝 達率 h’ ［W/(m2K）］：着衣の影響を含 む総合熱伝達率 h’ e[ W/(m2K）］：着衣の影響を含 む蒸発熱伝達率 んm [W/m2 ］：大気放射量 l e t[ c l o］：着衣量 l d ; f[W/m2］：天空拡散日射量 l d n[W/m2 ］：法線面直達日射量 I T H[W/m2］：水平面全天日射量 i m[ k P a / K］：透湿指数 LR[ K / k P a ]:Lewisの係数 M[met］：代謝量 OT［℃］：作用温度 OTs[℃］：日射修正作用温度 * l 島根大学総合理工学部 * 2 名古屋工業大学大学院ながれ領域教授・工博 助教授・博士（工学） * l 勺 OTv［℃］：風速修正作用温度 OTvs［℃］：風速・日射修正作用 温度 k P a ]:t aにおける水蒸気圧 Pa[ P E r v .,[ k P a ]:ETVにおける飽和 水蒸気圧 PEr•. ,[ k P a ]:ET＊における飽和 水蒸気圧 P t t o r v , ,[ k P a ]:HOTVにおける 飽和水蒸気圧 P s k[ k P a ]:l s kにおける水蒸気圧 P s k , s[ k P a ]:t , kにおける飽和水 蒸気圧 Q , k [W/m2］：人体表面からの全 放熱量 RH［%］：相対湿度 Ratm [ W/m2］：天空から人体に入 る大気放射 Rd;J[Wlm2］：人体への拡散日射 R d i r[W/m2 ］：人体への直達日射 ん［W/m2］：人体からの放射熱量 RL[W/m2］：長波長放射放熱量 Rref[Wlm2］：人体への反射日射 R s[W/m2］：短波長放射受熱量 R.,[W/m2］：周囲地物から人体に 入る放射熱量 TVF[W/m2］：温熱風速場 t a［ ℃ ］ ， T a[K］：気温 t ［ ；℃ ］ ， T ;[K]:i構成面の表面温 I r [℃ ］ ,T ,[K］：平均放射温度 t , k［ ℃ ］ ,T , k[K］：皮膚温 T s k y[K］：天空表面温度 I v [℃］：風速修正気温 v[ m / s］：風速 w[ n . d .］：ぬれ率 αh [ n . d .］：人体の日射吸収率 β ［。］：太陽高度 Eh[ n . d .］：人体の放射率 . d . ] :i構成面の放射率 島 ［n 白 y[ n . d .］：大気射出率 Ew[ n . d .］：周囲地物の放射率 ' P i h[ n . d . ]: i構成面から人体への 形態係数 . d .］：天空率 ￠均［n < ( J s かh [ n . d .］：天空から人体への -L'Pi-h=' P s k ; 形態係数（=1 σ［ W/(m2K4)]:S t e f a n B o l t z m a n r I 定数 A s s o c i a t eP r o f e s s o r ,I n t e r d i s c i p l i n a r yF a c u l t yofS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g , ShimaneU n i v e r s i t y ,D r .E n g . P r o f e s s o r ,NAGAREC o l l e g e ,NagoyaI n s t i t u t eofT e c h n o l o g y ,D r .Eng -400-
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