建築環境における微生物汚染機構の解明とその対策

２０１６年日本建築学会賞(論文) 受賞業績
２０１６年４月
建築環境における微生物汚染機構の解明
とその対策に関する一連の研究
工学院大学建築学部建築学科教授
柳宇，D.P.H.,Dr.Eng.
建築環境における微生物汚染機構の解明
とその対策に関する一連の研究
3
50000
IMD[Bio-particle/m ]
60000
E病院
r=0.4254
n=72
p<0.01
MG
IM D
40000
30000
20000
16:00
15:30
15:00
14:30
14:00
13:30
13:00
12:30
12:00
11:30
11:00
10:30
9:30
10000
10:00
3
MG[cfu/m ]
0
7
6
5
MGI[-]
課題１
微生物汚染評
価方法の確立
・空中微生物粒子の
挙動の解明とその
評価方法
・表面での微生物増
殖機構の解明とそ
の評価方法
700
600
500
400
300
200
100
0
4
C. globosum
y=7/(1+6exp(0.24t))
3
2
1
0 5 1015202530354045505560
30
浮遊細菌[cfu/m3]
y=0.5711x-17
r=0.8646(P<0.0
5)
20
10
1000
100
800
80
r=0.9020
p<0.02
600
60
400
40
200
B病院
0
100
20
0
15:00
80
14:00
60
13:00
40
12:00
20
11:00
0
10:00
0
在室者数[人]
経過日数[日]
40
カビ指数 [-]
課題２
建築環境にお
ける微生物汚
染実態の解明
・空調システム内付
着微生物の増殖
特性
・諸環境における浮
遊微生物汚染の
実態の解明
課題３
建築環境にお
ける微生物汚
染の対策方法
の検討
・微生物の室内への
侵入の防止
・微生物汚染の除去
・微生物増殖の抑制
浮遊微生物粒子に対する捕集率 [%]
≧70％累積頻度 [％]
100
△ 細菌
□ 真菌
○ 黄色ブドウ球菌
80
60
クリーニング
40
20
0
0
20
40
60
80
浮遊粒子に対する捕集率 [%]
100
第１章微生物汚染評価方法の確立
１-１空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法
浮遊微生物濃度リアルタイム測定法の一般環境への適用
レーザー光源
Mie散乱理論
演算部
Particleか
Bio-particle
紫外線光源
蛍光測定
細菌，真菌のような微生物に特定波長の紫外線を照射すると，細胞の代
謝物，即ち蛍光物質（蛍光を放射する全ての分子の総称，ニコチンジア
ミドアデニンネクレオチドNADHとリボプラビンなど）を放出する。
リアルタイム微生物計測の原理
第１章微生物汚染評価方法の確立
１-１空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法
応答性能に関する基礎実験
35
発生前
30
蛍光粒子
発生後
濃度 [p/L]
25
20
15
10
5
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
10.5
11.5
12.5
13.5
14.5
15.5
0
粒径[μm]
標準蛍光粒子を用いたクリーンルーム内での実験結果
第１章微生物汚染評価方法の確立
オフィス
16:00
15:30
15:00
14:30
14:00
13:30
13:00
12:30
12:00
11:30
11:00
3
0
400,000
200,000
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
100,000
住宅
浮遊細菌（MG）と浮遊微生物粒子（IMD）濃度の関係
0
3
500,000
IMD[Bio-particle/m ]
r=0.5999
n=122
p<0.01
300,000
13:00
3
600,000
MG
IM D
12:00
3
800
700
600
500
400
300
200
100
0
11:00
15:30
16:00
16:30
17:00
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
0
9:30
200
10:30
10000
10:00
400
140,000
120,000
100,000
80,000
60,000
40,000
20,000
0
MG[cfu/m ]
600
r=0.5926
p<0.01
n=94
30000
Ｅ病院待合室
IMD[bio-particle/m ]
3
MG[cfu/m ]
MG
IM D
800
40000
20000
Ａ病院待合室
1,000
50000
IMD[Bio-particle/m ]
60000
E 病院
r=0.4254
n=72
p<0.01
MG
IM D
10:00
3
MG[cfu/m ]
3
700
600
500
400
300
200
100
0
9:30
16:00
15:30
15:00
14:30
14:00
13:30
13:00
12:30
12:00
11:30
11:00
10:30
MG
IMD
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
IMD[ｂio-particle/m ]
A病院
r=0.6148
n=72
p<0.01
10:00
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
9:30
3
MG[cfu/m ]
１-１空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法
浮遊微生物濃度リアルタイム測定法の一般環境への適用
第１章微生物汚染評価方法の確立
凝縮体
複合体
微生物
非生物粒子
微生物空中での状態
100
500
80
400
3
⊿N/⊿logdp [cfu/m ]
単体
浮遊胞子濃度 [cfu/14L]
１-１空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法
飛散した微生物粒子粒度分布の解明
60
40
20
0
300
200
100
0
0.1
1
粒径 [μm]
10
0.1
Wallemia sebiの写真と粒度分布
1
dp ［μm]
10
第１章微生物汚染評価方法の確立
１-２表面での微生物増殖機構の解明とその評価方法
かび増殖指数の提案
1
顕微鏡にて菌糸が確認されない
2
顕微鏡にて菌糸が確認できる
3
顕微鏡にて胞子が確認できる
4
顕微鏡にて胞子の増殖が確認できる
5
顕微鏡にて胞子の色付きが確認できる
6
顕微鏡にて色付きのある胞子の増殖が
確認できる
7
顕微鏡にて色付きの胞子が旺盛に増殖
していること（かび胞子が大きく成長
する）
x＝
7
-bt
1＋ 6e
【培養 6 日後】菌糸が確認
【培養 8 日後】胞子が確認
【培養 10 日後】胞子が増え
できる
できる（MMI=3）
ている
【培養 16 日後】胞子の色付
【培養 20 日後】色付きのあ
【培養 32 日後】色付き胞
きが確認できる（MMI=5）
る胞子が増えている
子が成長している
（MMI=7）
ｘ:カビ増殖指数［-］
ｂ：比例係数（カビの増殖速度に対応したもので，カビの種類に
よって異なる）［-］
ｔ：経過時間［日］
第１章微生物汚染評価方法の確立
7
7
6
6
5
5
4
3
2
C. cladsporioides
y=7/(1+6exp(-0.18t))
r=0.9710
p ＜ 0.01
MMI[-]
MMI[-]
１-２表面での微生物増殖機構の解明とその評価方法
4
3
2
1
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
経過日数[日]
7
6
6
5
5
MGI[-]
MMI[-]
経過日数[日]
7
4
3
2
P. pinophilum
y=7/(1+6exp( - 0.18t))
r=0.9891
P<0.01
A. niger
y ＝ 7/(1+6exp( - 0.24t))
r ＝ 0.9666
P<0.01
1
4
3
2
C. globosum
y=7/(1+6exp(-0.24t))
r=0.9871
p ＜ 0.01
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
経過日数[日]
経過日数[日]
カビ増殖指数の経日変化
かび増殖指数の
経日変化
実測値と予測値
の比較
第２章建築環境における微生物汚染実態の解明
２-１空調システム内付着微生物の増殖特性
屋外機
外調機
測定対象ビルの建築・設備概要
換気方式
加湿器エレメント表面
付着細菌（左）と真菌（右）
OA
EA
テープ留め
加湿器
ビニルシート
室内機
エアサンプラ
空調方式
3
竣工年
熱源
空調方式
加湿方式
加湿量
オフィスビル
地下2階，地上10階
延床面積：7,000m2
1990年
電気熱源ヒートポンプ
冷媒式天井埋め込み型パッケージ
気化式加湿器（外調機に組み込み式）
2Fと4F：1.0kg/h×11台
10F：1.0kg/h×9台
外調機（取入れ口：屋上
浮遊細菌・真菌濃度 [CFU/m ]
用途
規模
室内機
測定方法
400
細菌
300
真菌
200
100
0
OFF
ON1
ON2
ON3
空調機運転前と直後の
給気中浮遊微生物濃度の変化
室内浮遊微生物濃度に与える空調設備の影響に関する検討
第２章建築環境における微生物汚染実態の解明
２-１空調システム内付着微生物の増殖特性
フィルタ上流
吹出口
2日後
2日後
1週間後
1週間後
2週間後
2週間後
ダクト内
コイル下流
コイル下流
ダクト内
センサー菌Eurotium Herbariorumの生育様子
空調システム内での微生物の増殖に与える温湿度の影響
第２章建築環境における微生物汚染実態の解明
２-１空調システム内付着微生物の増殖特性
外気
給気
空調システム内での
微生物の増殖に与え
る温湿度の影響
第２章建築環境における微生物汚染実態の解明
２-１空調システム内付着微生物の増殖特性
40
100
y=0.5711x-17
r=0.8646(P<0.05)
N=6
累積頻度 [％]
80
カビ指数 [-]
30
60
カビの生育が
認められた箇
所の相対湿度
40
ビルO_②
ビルO_③
ビルM_②
ビルK_④
ビルE_④
20
20
0
0
10
20
40
60
相対湿度 [％]
80
100
100
ビルO_①
ビルO_④
ビルT_①
ビルT_②
ビルT_④
ビルM_①
ビルM_④
ビルY_①
ビルY_②
ビルY_④
ビルZ_①
ビルZ_④
ビルD_④
0
0
20
40
60
80
100
≧70％累積頻度 [％]
カビ指数と相対湿度累
積頻度の関係
累積頻度 [％]
80
60
40
20
カビの生育が
認められな
かったた箇所
の相対湿度
0
0
20
40
60
相対湿度 [％]
80
100
空調システム内での微生物の増殖に与える温湿度の影響
r=0.8591
p<0.05
40
20
0
0
600
800
40
O病院
30
400
20
200
10
0
0
200
3
0
0
0
50
1000
800
400
600
病院待合室内浮遊細菌濃度と在室者数の関係
15:00
1200
D病院
r=0.9696
p<0.01
0
1600
r=0.8076
p<0.10
M病院
800
P病院
0
18
12
6
48
36
24
12
60
45
400
30
200
15
0
在室者数[人]
24
在室者数[人]
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
浮遊細菌[cfu/m3]
在室者数[人]
900
14:00
9
2000
13:00
12
300
12:00
L病院
600
11:00
800
15
10:00
0
10:00
0
浮遊細菌[cfu/m3]
15:00
10
細菌
在室者数
在室者数[人]
6
15:00
14:00
20
在室者数[人]
400
14:00
13:00
12:00
浮遊細菌[cfu/m3]
r=0.8590
p<0.05
1200
15:00
60
400
1500
14:00
N病院
1000
30
13:00
80
40
12:00
1200
100
800
11:00
0
50
10:00
0
1000
浮遊細菌[cfu/m3]
4
J病院
在室者数[人]
200
15:00
8
14:00
400
600
13:00
12
600
13:00
K病院
12:00
16
1000
12:00
800
20
11:00
0
200
11:00
0
20
11:00
B病院
10:00
40
10:00
60
浮遊細菌[cfu/m3]
80
在室者数[人]
800
浮遊細菌[cfu/m3]
r=0.9020
p<0.02
在室者数[人]
15:00
14:00
100
在室者数[人]
15:00
14:00
13:00
1000
10:00
15:00
900
13:00
12:00
11:00
200
14:00
300
12:00
600
13:00
600
12:00
1500
11:00
1000
11:00
10:00
浮遊細菌[cfu/m3]
400
10:00
浮遊細菌[cfu/m3]
600
10:00
浮遊細菌[cfu/m3]
第２章建築環境における微生物汚染実態の解明
２-２諸環境における室内浮遊微生物汚染の実態の解明
30
0
60
0
75
第２章建築環境における微生物汚染実態の解明
２-２諸環境における室内浮遊微生物汚染の実態の解明
施設名時期時間帯
TM
冬季
−
AM
夏季
PM
TO
冬季
−
AM
KT
夏季
PM
冬季
−
AM
KI
夏季
PM
冬季
HF
夏季
−
AM
PM
Genus
Corynebacterium sp.
デイルーム
検出されず
S. haemolyticus ，S. hominis
Staphylococcus sp.
S. epidermidis
Acinetobacter sp.
検出されず
Staphylococcus sp.
S.hominis
Bacillus sp.
検出されず
Serratia sp.
S. marcescens*
Staphylococcus sp.
S.hominis
Acinetobacter sp.
検出されず
Aerococcus sp.
A.viridians
Corynebacterium sp. C.freneyi
Staphylococcus sp.
S. hominis ，S. capitis
Staphylococcus sp.
S. saprophyticus
Bacillus sp.
B. cereus*
Staphylococcus sp.
S. hominis ，S. epidermidis
Staphylococcus sp.
S.hominis ，S. haemolyticus
Bacillus sp.
B. cereus*
Stenotrophomonas sp. S. maltophilia
Bacillus sp.
B. cereus*
S. capitis ，S.
S. haemolyticus
Staphylococcus sp.
S. epidermidis ，S. hominis
Staphylococcus sp.
S. hominis
Staphylococcus sp.
検出されず
検出されず
居室
C. xerosis
検出されず
A. baumannii
S. saprophyticus
B. cereus*
検出されず
検出されず
A. calcoaceticus
検出されず
検出されず
S. epidermidis ，S. haemolyticus
S. aureus* ， S. hominis
検出されず
S. hominis
S. hominis ，S. epidermidis
検出されず
S. maltophilia
B. cereus*
S. hominis
検出されず
S. saprophyticus
検出されず
社会福祉施設で検出された日和見病原菌等の病原性菌
7:00
9:00
11:00
13:00
15:00
17:00
9:00
11:00
13:00
15:00
17:00
9:00
11:00
13:00
15:00
17:00
15
12
9
6
3
0
7:00
真菌[cfu/m3]
800
600
400
200
0
7:00
細菌「cfu/m3]
250
200
150
100
50
0
在室者数[人]
M ビル，冷房期
M ビル，暖房期
9:00
11:00
13:00
15:00
17:00
11:00
13:00
15:00
17:00
11:00
13:00
15:00
17:00
17:00
17:00
17:00
9:00
15:00
15:00
15:00
9:00
13:00
13:00
13:00
7:00
11:00
11:00
11:00
室内
吹出口
外気
7:00
9:00
9:00
25
20
15
10
5
0
9:00
50
40
30
20
10
0
7:00
7:00
15
12
9
6
3
0
50
40
30
20
10
0
7:00
50
40
30
20
10
0
7:00
第２章建築環境における微生物汚染実態の解明
２-２諸環境における室内浮遊微生物汚染の実態の解明
150
120
90
60
30
0
Oビル，冷房期
オフィスビルにおける浮遊微生物濃度の特性
第３章建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
３-１微生物の室内への侵入の防止
−エアフィルタによる浮遊微生物粒子除去性能の実証
浮遊微生物粒子に対する捕集率 [%]
100
捕集率 [%]
80
60
40
Aビル
Bビル
Cビル
Dビル
20
0
0.1
1
粒径 [μm]
10
Aビル：y=19.9*Ln(x)+58.8，r=0.978(p<0.010)
Bビル：y=19.1*Ln(x)+72.4，r=0.905(p<0.020)
Cビル：y=24.1*Ln(x)+29.5，r=0.986(p<0.010)
Dビル：y=18.2*Ln(x)+77.8，r=0.931(p<0.010)
浮遊粒子に対する捕集率
100
△ 細菌
□ 真菌
○ 黄色ブドウ球菌
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
浮遊粒子に対する捕集率 [%]
細菌：y=0.98x，r=0.925(p<0.100)
真菌： y=1.01x，r=0.912(p<0.100)
黄色ブドウ球菌：y=0.95x，r=0.958(p<0.050)
浮遊粒子と浮遊微生物
の捕集率の関係
第３章建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
３-２微生物汚染の除去
−ダクトと空調機クリーニング効果の検証
清掃前後のダクト内真菌数[cfu/100cm2]
清掃状態
ダクト内下面
ダクト内側面
ダクト内上面
総真菌数 Aspergillus Penicillium
清掃前
4.6×102
2.0×10
7.6×10
清掃後
＜20
＜20
＜20
清掃前
2.2×102
2.0×102
＜20
清掃後
＜20
＜20
＜20
清掃前
6.0×10
4.0×10
＜20
清掃後
＜20
＜20
＜20
ドレンパン清浄前（左）
と洗浄後（右）-細菌
ドレンパン清浄前（左）と洗浄後（右）
ドレンパン清浄前（左）
と洗浄後（右）-真菌
第３章建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
10,000,000
送風機
1,000,000
2
②
⑤
③
外気
還気
菌数（CFU/50cm )
加湿器
冷温水コイル
中性能フィルタ
外気フィルタ
混
合
箱
プレーフィルタ
３-３微生物増殖の抑制
−抗菌・殺菌に関する検討
④
給気
100,000
10,000
1,000
対象機
100
比較機
10
①
1
0
1
2
3
経過時間（h）
4
5
5時間：殺菌
3時間：抗菌性能がある
［API＝log(A1/A2）ーlog（B1/B2）
＝log（516000/11000）−log（416000/538000）
対象機コイルフィン
＝2
抗菌（表面付着菌）
]
第３章建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
100
100
99
10
98
実験条件
① 0.5ppm×240min
② 1ppm×120min
③ 2ppm×60min
④ 6ppm×20min
97
96
生存率[％]
死滅率[％]
３-３微生物増殖の抑制
−抗菌・殺菌に関する検討
1
O3濃度：10ｐｐｍ
□ A.niger y=100e-
0.5139
● C.cladosporioides y=100e-0.7099
0.1
○ P.pinophilum y=100e-0.1656
0.01
95
①
②
③
④
実験条件
同暴露強度の殺菌効果の比較
（大腸菌）
0
1
2
3
4
経過時間[hr]
カビに対するオゾンの殺菌効果
オゾンによる殺菌（表面付着菌）
5
謝
辞
本業績の主要な部分は国立保健医療科学院時代に開始し、そ
の後継続的に行ってきたものです。本業績の候補論文の共著
者池田耕一先生、鍵直樹先生、大澤元毅先生などの方々に厚
く御礼申し上げます。
特に本業績の一部は東京大学学位論文の内容であり、主査の
加藤信介先生から多くの示唆をいただきました。ここに厚く御礼
申し上げます。
最後に研究の扉を開いていただいた入江建久先生、この１０年
間の共同研究で、たくさんのことを学ばせていただいた吉野博
先生、学会関係者に深く感謝申し上げます。
大変名誉のある賞をいただき、身に余る光栄です。これを励み
に今後より一層努力する所存です。
ありがとうございました！

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