寝具の保温性の検討

(1)

寝具の保温性の検討

著者名(日) 坂野世里奈, 芳住邦雄

雑誌名共立女子大学家政学部紀要

巻 57

ページ 65‑70

発行年 2011‑01

URL http://id.nii.ac.jp/1087/00002212/

Creative Commons : 表示 ‑ 非営利 ‑ 改変禁止

(2)

;j~立女子大学家政学部紀~ 第

57

号

(2011)

寝具の保温性の検討

Studies on Thermal Properties of Futon

，

]apanese Style Mattress

坂野世里奈ホ・芳住邦雄事

Serina BANNO and Kunio YOSHIZUMI

Abstract: Heat conduction with respect to clothes including ]apanese style mattress

，

futon

，

was experimentally examined in this study. In a well thermally regulated labora‑ tory

，

heat transfer characteristics were investigated on a futon which was packed with tencel fibers. Electrical heater

，

insulator and futon were set to be in triple layers. The thermal conductivity and thickness of the insulator is known. Then heat transfer was evaluated through temperature monitoring at some parts of the futon. As a result

，

the performance of the futon was computed as TOG number. The thermal stability was dis‑ cussed. Moreover

，

small size experimental system was investigated to obtain a more easier handling system and to examine thermal characteristics of clothes. Satisfactory performance was demonstrated in this study.

1.

緒言

寝具は、日常の快適性を確保するために不可欠な存在である。疲労の回復を図り、明日への活力を緬養するための心ち良い￨睡眠を実現することにおいて重要な役割を果たすものである。

寝具の温熱特性を把握することが、最終的には、保温性能の数値化に至ることになる。これまでにも、

]ISL 1911

に規定される試験方法がある

1)

。しかし、これによっての熱安定状態を達成するには実験開始後、

24

時間以上の経過観察が必要と言われている。

また、より短い実験時間による寝具の温熱性能評価を行うことについて報告

2.3

)がなされている。一方、被服における熱・水分移動の検討はこれまでにも多くの報告がある

4ーへ

本研究では、簡便な構成における熱移動の測定システムを開発するための基礎データを集積することを日的としている。

‑家政学部被服学科

本研究では、第

l

に温湿度の充分に制御された実験室における実寸の敷布団における熱的特性を検討した。さらに、より小規模の熱移動系を設定してその詳細な特性を検討した。実用上の課題に適用しうるシステム構成の実現を目指

している。

2.

実験方法

本研究では、厳密に温度・湿度が抑制された実験条件での実寸の敷布団における熱移動(図

1

)および、より簡便で小規模サイズな構成系での熱移動(図

2

)を検討し、寝具および断熱材の保温力評価を行った。保温力とは熱伝達係数を求めることにほかならない。

電力を発熱体とし、熱貫流肢を各部位で、の温度測定に基づき見積った。対象としては、寝具および断熱材である。熱勾配から熱抵抗を算定することに主眼をおいている。

寝具には、テンセルを中ワタとする敷布団を

‑65

(3)

共立女子大学家政学部紀~ 第

57

ザ

(2011 )

川いた。サイズは、実寸のシング、ル仕様で、あり、無視しえないとも見られる。

200cm x 90cm

で、ある。厚みは

10mm

で、ある。

断熱材は、ポリスチレン製であり、メーカー

もli

としての熱伝導率は0.037W/ (m . K) である。厚み 1.5cm-3.0cm の試料を実験に fJ~ した。

l

立

11

においては断熱材

(3.0mm)

を介して実寸の試験布同の熱移動を計測した。￨望

12

においては、

30cmX 30cm

の発熱体、断熱材、アルミ板を用いて、第

1

断熱材 (

1.5cm)

を介してその上に厚みの異なる断熱材を設置して同様に計測した。

3.

実験結果および考察

3. 1

実寸の敷布団での熱移動

制御された実験室での熱移動:温度2

0

: t

1 'c

、

iU

度65 : t

3

%、気流0

.3/s

以下に保った恒温恒 ì!ll~ 室において、各部位での温度を述統的に測定

した。

￨

究13‑ 9は、制御された実験室における布団 ( J 手み

10mm)

に関わる熱移動特'目:で、ある。中ワタはテンセルである。

発熱体上古

I1

の温度変化を図

3

に示した。実験 I J H 始当初から

45.6'C

程度のレベルにあり、

200

分経過後まで上昇傾向にある。

200

分から400 分

までは、安定している。変動脈としては

0.1‑

0.2'C

にある。熱貫通量の評価にはこの変動は

‑ 室温熱貫流

. c

試験布団

里E

断熱材

￨

哩

1

1 i l l l l 制度の制御された室内での実寸1 1 i川の ' ， [ 1 ) J 発熱による保

iiA

力試験

・ :

ⁱ^L^I^l

^{皮測定箇所}

図 4は、断熱材

t

古

11

の温度特性である。 4 1 1 . ¥ ; 間経過までは安定したレベルとは言えない。その後も緩やかな上昇傾向にある。

7

時間経過後までも増加 l 隔は

O

. 5 '

C

程度ではあるが上昇傾向にあると見受けられる。この変動の要因を直ちに理解することは難しい。保温力を有効数字

3

桁で見積もるには影特しうる。

図

5

は、試験布I‑

Jj

上 i 1 !

1

の温度変化で、ある。￨立

1

4 の断熱材 l二 ~II と同様に変化しており、安定領域に達するには4 時間が必要となっている。￨山￨

より、断熱材上部による影響であるが、容易には理解しがたい特性である。

図

6

は、室

jillL

の特性で、ある。充分に安定している。

図

7

は、

A

点と

B

点、図

8

はB 点と

C

点の

il11tJi[

差である。 H 年間の経過とともに平衡値に近づいて行く。￨火 1 9 は、それらに基づく試験布団の保温力である。平衡状態では

TOG

値4

.50

と見積もられた。断熱材の保

iiHi

力が、

TOG

値表示では

7.5

であることに基づいている。

3.2

簡便な系での熱移動

図10‑16 は、図

2

に示した構成における温度変化特性を示している。約

3

時間にわたり、

6

秒ごとにデータをロガーに取り込んでいる。

NJ

熱貫流

図 2 ìllllì!l1!'支の制御された室内での小規模袋 I(~

による熱移動試験

・

: ⁱ ^l ^l ^l ^l ^l

³^t

ⁱ ^J ^I ^I ^J定筒)9f

(4)

泌 H の 1h~ì品性の検討

WJ

から約

30

分経過後には、各

ml

位の温度は定常状態に達したと言える特性が示されている。室

ilill2 2

. 4

Oc

においてヒータ一部の温度は

ON‑

OFF

制御で

39.6⁰C

に維持されている (

1

文

110)

。当然ながらこの系を通過する熱貫流量はすべての部位で保持されていると考える。

￨

究

110

は、ヒーター上部の温度変化である。

O.1"C

の振れ l 陥で安定していることが認められる。図

11

は、第

l

断熱材上部の

iidi

度変化である。

￨

記

110

と同様に振れ l 隔

O.1"C

で安定している。凶

12

は、第

2

断熱材上部の温度変化である。振れ

l 隔は、図

10

および図

11

とは異なり、

0.2⁰C

と拡大している。￨弐

113

はアルミ板 k 青

11

の温度変化で、

ある。振れ

111

日は

0.2⁰C

である。図

14

は室品

i

の変化である。振れ l 隔は

O

. 4

^OC

である。

こうした構成システム定常条件において、ヒータ一部温度、すなわち、第 l断熱材の上部温度と下部温度の去は

6.86⁰C

である

(1;g115)

。また第

l

断熱材の上端部つまり第

2

断熱材のド端部と第

2

断熱材の上端部との温度差は

6.94⁰C

である(図

16)

。実験誤差の範

rltl

内で両者は極めてよく一致していると言える。第 I断熱材と第

2

断熱材は、同一メーカーのポリスチレンでその熱電導はメーカー値で、

0.037W/ (m . K)

である。

したがって厚みが同ーなれば、生じる

jilt

度差もまた理論的には同一であって然るべきである。

本研究の実験系においてこうした一致が確認できた意義は小さくはない。つまりは、本実験装 11~1~ の信頼性の棋拠のひとつを示しているとも考えられる。

凶

17

には、￨文

12

の構成において、

l

二側の断熱材の厚みを変化させたときの各部位の温度を示した。横軸は、

2

枚の断熱材の合計の厚みを示しである。

I

二側断熱材の厚みが.1:

(1

力

11

するにつれて、第

l

断熱材上端部は保温されることにより、

ilnllclt

は上昇して行く。一方、第

2

断熱材の上端部は厚みが増すにつれて、ヒーターによる加温を受けにくくなり、温度は下降していくことがわかる。こうした結果も、本実験系の熱移動シ

67

ρ

凶岡崎

H'" ∞'"。_{録過崎川分}

l

^立

13

発熱体上古

I1

の

iM

度の経時変化 ( 図 lの

A.'.'.O

ρ

白一恒関

2

∞

3

∞

If過時阻分

l

^克

14

断熱材上向

11

の

j1111

皮の経時変化 ( 図 1のB点)

ρ

側関

20

o

∞

2

∞ 武 ' "

録過時間分

￨

究 1 5 試験布￨吋卜.部の i 鼠度の経時変化

( 悶 lの

c.'.'.o

(5)

共立友子大学家政学部紀要第

57

号

(2011 )

ρ M

胃圃司醐制醐

分

間碕過

閉経

∞

￨

主 16 実験室温度の経 H 在変化

10

一ーー一一ー一一一一寸

U ‑

樹岡

o 100 200 300 400 50)

経過時個分

￨

司 1 8 布団 ( テンセル ) の上而および下

ifii

における温度差の経

11

寺変化(図

l

の

B

点と

C

点の温度差)

41

40

調

39

38

0 2 0 4 0 回国国 : 1120 140 1回 1曲 2曲臨昼時間分

1';(110

ヒータ一部上部の i 副交の経時変化 ( 医

12

の

A

点)

17~

一一一一一ー一一ーー

自

1∞ 出J 3∞ 相J 5∞

経過時間分

図 7 断熱材の上而および下回における温度差の終 H 在変化 (

1

記

1

1 の

A

点と

B

点の温度差)

4 3

.

︒ ︒

﹂

FR

閥麟

2 o ∞ 2曲家 : X J 4曲 § ∞ 程過"..分

図 9 布￨吋(テンセル)の保温力計算値の経時変

続

0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 α:1 120 140 160 100 2α3 経過時関分

以

111

第

l

断熱材上部の温度の経時変化 ( 1 ' ; ( 1 2 の B点)

68

(6)

27

寝具の保温性の検討

27

2.

員

U ¥

圃咽

省) 40 60 80 100

目。

140 160 II犯 200 経過開聞.分

アルミ仮上古

11

の温度の経時変化

(

1

^究

12

の

D

点)

24 0

￨羽

13

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 経過時間，分

第

2

断熱部上部の極度の経

11

寺変化 ( 図 2のC点)

24 0

惚

112

日

自

24

nF︐制帽

BO 100 120 140 160 180 200 睡過時間φ分

図

15

ヒータ一部上

J(II

および第

l

断熱材上面における温度差の経 l 時変化

(1

主

12

の A 点と B 点の温度差)

20

・

^o ⁰⁰

6 20 40 60 BO 100 120 140 160 180 200 0

量過岡田.分

医

114

^{実験室温度の経時変化}

ーっ

45

ヒーター!I

40

第1断..将よ111国担

U ¥

圃咽却 U‑

幽同

1121眠燃材上111商守一一一一一一菅ーアルミ復よ

. . IU ! I

2温

25

3.5 4 断酷将司厚みcπ

断熱材の2枚 if(~\':: による各部の温度への影響

4.5 20

2.5

図

17

‑69‑

20 40 似) ao 100 120 140 160 lBO 2α3 綬過時剖.分

第

l

断熱材上面と第

2

断熱材下而

i

における温度差の経時変化(凶

2B

点と

C

点の

i

副主差)

5 0

￨

究

116

(7)

共立女子大学家政学部紀要第

57

号

(2011)

ステムとしての有効性を示していると考えられ

る。

4.

総括

寝具の温熱特性を把握する観点から、簡便な構成における熱移動の測定システムを開発するために有用な基礎データを得た。本研究では、

第

1

に温湿度の充分に制御された実験室における実寸の敷布団における熱的特性および、より小規模の熱移動系での熱的特性を明らかにした。

実寸の敷布団における熱移動および簡便な扱いが可能なサイズでの断熱材における構成系での熱移動を経時変化における安定性の観点から検討した。相当な程度に制御された恒温恒湿の実験室においても熱移動の平衡状態を得るには

8

時間程度を必要とすることが示された。熱移動特性を高い精度で把握することの難度が確認

された。

一方、本研究において提案した小規模の実験系の熱移動システムでの熱安定性は、上述の実寸の寝具を扱う実験室における成績と比肩しうる特性として実証できた。本研究の結果は、こうした装置の熱物性試験への適用可能性を示していると結論される。

引用文献

1

)ふとんの保温性実験方法，

J1S L 199

，

(2002) .

2

)梶井宏修:敷き布団の熱的特性と接触部の熱流および皮膚表面温度の変化について，第

18

回日本睡眠環境学術大会抄録集，

18

，

12

，

(2009).

3

)犬山義昭，淀縄昌之:室温と羽毛掛ふとんの保温性の至適値推定計算式の開発，

第

18

回日本睡眠環境学術大会抄録集，

18

，

52

，

(2009).

4

)諸岡晴美，丹波雅子:肌着材料の熱およぴ水分移動特性，繊維製品消費科学誌，

27

( 1 1 ) ，

42‑49

，

(1986).

5

)原田隆司:衣服内気候の科学と衣生活，

繊維製品消費科学誌，

27 ( 5

， )

23‑30

，

(1986) .

6

)潮田ひとみ，光松佐和子，菅井清美，中島利誠:絹衣料の熱・水分移動特性，繊維製品消費科学誌，

37(2)

，

36‑42

，

(1996) .

寝具の保温性の検討

寝具の保温性の検討

著者名(日) 坂野 世里奈, 芳住 邦雄

雑誌名 共立女子大学家政学部紀要

巻 57

ページ 65‑70

発行年 2011‑01

URL http://id.nii.ac.jp/1087/00002212/

Creative Commons : 表示 ‑ 非営利 ‑ 改変禁止

;j~立女子大学家政学部紀~ 第

号

寝具の保温性の検討

，

坂野世里奈ホ・芳住邦雄事

，

，

，

，

，

，

緒言

寝具は、日常の快適性を確保するために不可 欠な存在である。疲労の回復を図り、明日への 活力を緬養するための心ち良い￨睡眠を実現する ことにおいて重要な役割を果たすものである。

寝具の温熱特性を把握することが、最終的に は、保温性能の数値化に至ることになる。これ までにも、

に規定される試験方法が ある

。しかし、これによっての熱安定状態を 達成するには実験開始後、

時間以上の経過観 察が必要と言われている。

また、より短い実験時間による寝具の温熱性 能評価を行うことについて報告

)がなされて いる。一方、被服における熱・水分移動の検討 はこれまでにも多くの報告がある

本研究では、簡便な構成における熱移動の測 定システムを開発するための基礎データを集積 することを日的としている。

‑家政学部被服学科

本研究では、第

に温湿度の充分に制御され た実験室における実寸の敷布団における熱的特 性を検討した。さらに、より小規模の熱移動系 を設定してその詳細な特性を検討した。実用上 の課題に適用しうるシステム構成の実現を目指

している。

実験方法

本研究では、厳密に温度・湿度が抑制された 実験条件での実寸の敷布団における熱移動(図

)および、より簡便で小規模サイズな構成系 での熱移動(図

)を検討し、寝具および断熱 材の保温力評価を行った。保温力とは熱伝達係 数を求めることにほかならない。

電力を発熱体とし、熱貫流肢を各部位で、の温 度測定に基づき見積った。対象としては、寝具 および断熱材である。熱勾配から熱抵抗を算定 することに主眼をおいている。

寝具には、テンセルを中ワタとする敷布団を

共立女子大学家政学部紀~ 第

ザ

川いた。サイズは、実寸のシング、ル仕様で、あり、 無視しえないとも見られる。

で、ある。厚みは

で、ある。

断熱材は、ポリスチレン製であり、メーカー

としての熱伝導率は0.037W/ (m . K) であ る。厚み 1.5cm-3.0cm の試料を実験に fJ~ した。

立

においては断熱材

を介して実 寸の試験布同の熱移動を計測した。￨望

におい ては、

の発熱体、断熱材、アルミ 板を用いて、第

断 熱 材 (

を介してそ の上に厚みの異なる断熱材を設置して同様に計 測した。

実験結果および考察

実寸の敷布団での熱移動

制御された実験室での熱移動:温度2

: t

、

度65 : t

%、気流0

以下に保った恒温恒 ì!ll~ 室において、各部位での温度を述統的に測定

した。

￨

究13‑ 9は、制御された実験室における布団 ( J 手 み

に関わる熱移動特'目:で、ある。中 ワタはテンセルである。

発熱体上古

の温度変化を図

に示した。実験 I J H 始当初から

程度のレベルにあり、

分経過後まで上昇傾向にある。

分から400 分

までは、安定している。変動脈としては

にある。熱貫通量の評価にはこの変動は

. c

試験布団

断 熱 材

￨

哩

1 i l l l l 制度の制御された室内での実寸1 1 i川の ' ， [ 1 ) J 発熱による保

力試験

著者名(日) 坂野世里奈, 芳住邦雄

雑誌名共立女子大学家政学部紀要

寝具は、日常の快適性を確保するために不可欠な存在である。疲労の回復を図り、明日への活力を緬養するための心ち良い￨睡眠を実現することにおいて重要な役割を果たすものである。

寝具の温熱特性を把握することが、最終的には、保温性能の数値化に至ることになる。これまでにも、

に規定される試験方法がある

。しかし、これによっての熱安定状態を達成するには実験開始後、

時間以上の経過観察が必要と言われている。

また、より短い実験時間による寝具の温熱性能評価を行うことについて報告

)がなされている。一方、被服における熱・水分移動の検討はこれまでにも多くの報告がある

本研究では、簡便な構成における熱移動の測定システムを開発するための基礎データを集積することを日的としている。

に温湿度の充分に制御された実験室における実寸の敷布団における熱的特性を検討した。さらに、より小規模の熱移動系を設定してその詳細な特性を検討した。実用上の課題に適用しうるシステム構成の実現を目指

本研究では、厳密に温度・湿度が抑制された実験条件での実寸の敷布団における熱移動(図

)および、より簡便で小規模サイズな構成系での熱移動(図

)を検討し、寝具および断熱材の保温力評価を行った。保温力とは熱伝達係数を求めることにほかならない。

電力を発熱体とし、熱貫流肢を各部位で、の温度測定に基づき見積った。対象としては、寝具および断熱材である。熱勾配から熱抵抗を算定することに主眼をおいている。

川いた。サイズは、実寸のシング、ル仕様で、あり、無視しえないとも見られる。

としての熱伝導率は0.037W/ (m . K) である。厚み 1.5cm-3.0cm の試料を実験に fJ~ した。

を介して実寸の試験布同の熱移動を計測した。￨望

においては、

の発熱体、断熱材、アルミ板を用いて、第

断熱材 (

を介してその上に厚みの異なる断熱材を設置して同様に計測した。

究13‑ 9は、制御された実験室における布団 ( J 手み

に関わる熱移動特'目:で、ある。中ワタはテンセルである。

断熱材

^{皮測定箇所}

の温度特性である。 4 1 1 . ¥ ; 間経過までは安定したレベルとは言えない。その後も緩やかな上昇傾向にある。

時間経過後までも増加 l 隔は

程度ではあるが上昇傾向にあると見受けられる。この変動の要因を直ちに理解することは難しい。保温力を有効数字

4 の断熱材 l二 ~II と同様に変化しており、安定領域に達するには4 時間が必要となっている。￨山￨

より、断熱材上部による影響であるが、容易には理解しがたい特性である。

の特性で、ある。充分に安定している。

は、

差である。 H 年間の経過とともに平衡値に近づいて行く。￨火 1 9 は、それらに基づく試験布団の保温力である。平衡状態では

と見積もられた。断熱材の保

に示した構成における温度変化特性を示している。約

: ⁱ ^l ^l ^l ^l ^l

ⁱ ^J ^I ^I ^J定筒)9f

位の温度は定常状態に達したと言える特性が示されている。室

に維持されている (

。当然ながらこの系を通過する熱貫流量はすべての部位で保持されていると考える。

の振れ l 陥で安定していることが認められる。図

で安定している。凶

と拡大している。￨弐