博 士 （ 工 学 ） 三 浦 寿 幸
学 位 論 文 題 名
オ フ イ ス の 総 合 的 室 内 環 境 評 価 及 び 建 築 と 設 備 を 融 合 し た 空 調 シ ス テ ム に 関 す る 研 究
学 位 論 文 内 容 の 要 旨
室 内環 境の 側面 か ら我 が国 のオ フイ スピルの変遷を辿ってみる と、1950年以降に螢光灯照明 が普 及し 、1960年 代 にな って から は空 調設備が急速に普及してい る。それ以前は窓を開放して の通風や直接暖房、光庭によ る自然採光を基本とした室 内環境調整が一般的であった。空調設備 や照明が普及した背景にはビ ルの大規模化と土地利用効 率の向上、平面計画の自由度の拡大とい った要求の他に、都市化の進 展に伴って顕在化した自動 車交通騒音の問題がある。通風を期待し て窓を開けたままではオフィ スの執務に支障をきたすと いった理由から窓を閉鎖し、空調や換気 設備、照明によってピルの外 とは切り離された人工的な室内環境をっくりだす方向へと向かった。
オ フイ スピ ルの 室 内環 境は 、1970年 に成立した「建築物の衛生 的環境の確保に関する法律」
（ピル管理法）によって室温 、相対湿度、気流速度、粉 塵濃度、一酸化炭素ガス濃度、二酸化炭 素ガス濃度の定期的な測定と チェックが義務付けられた 。この施行は、外部と切り離された人工 的なオフイスの室内環境につ いて、執務者に対する健康安全の側面からなされてきたものである。
その 後、
1980
年代 の 後半 にオ フィ スのOA
化や イン テリ ジ ェン ト化 が進 展し 、 それ とともに顕 在化したテクノストレスの問 題も相まって、執務者の能 カが最大限に発揮できるような執務環境 の充実と室内環境の快適化が オフイスに求められるよう になった。さらに、脱工業化や情報化の 流れ の中 で、 ますますオフイスで働く 人々が増え、オフイスは単に 労働するだけの場所から1日 のお よそ1
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、あ る いは それ 以上 の時 間を長期にわたって過ごす 「生活の場」として認識され るようになった。ピル管理法はオフイスの室 内環境水準の維持に一定の 役割を果たしてきた。しかしながら、室 内環 境の 快適 性の 評 価と いう 側面 では 光環境や音環境に関しての 物理量は測定対象となってお らず、執務者が室内環境をど のように感じ、受け止めて いるか、といった体感や心理的な側面も 扱っていない。オフイスの室 内環境の快適性を評価する ためには、執務者の反応及び光や音も含 めた環境要因を総合的に扱う スタンスが必要であり、そ の評価結果を建築計画や空調計画に生か す に は 快 適 性 と 環 境 諸 要 因 と の 関 係 を 明 ら か に し て お く こ と が 望 ま れ る 。
また、室内環境を向上させ るためには、その実現技術が重要になる。温熱環境は室内環境の快・
不快感へ大きな影響を与える 因子であるが、建物を熱負 荷算定対象の単なる器として捉えるので はなく、空調設備と共に働く 環境調整器であるとする立 場に立って建物と空調システムの関係を 考えるべきと考える。室内を 取り囲む床や天井の壁面は 、室内空気だけでなく執務者の体表面と 熱授受があり、執務者の温冷 感に影響を及ぼしている。 それ故、建物自体の熱負荷を小さくした うえで、床や天井の熱的作用 を最大限に生かす工夫が求 められる。ここではこうした考えに立脚 す る 空 調 シ ス テ ム を 「 建 築 と 設 備 を 融 合 し た 空 調 シ ス テ ム 」 と 呼 ぶ こ と に す る 。
本 研究 は上 述の観点から、オフイス を対象とし、1）快適性を室 内環境構成要因の総合的、複 合的 指標 とす るオ フ イス の室 内環 境評 価 、2） 建 築と 設備 を融合 した空調システムについて実 践的なアプローチから検討を 行い、今後の室内環境の評 価や建築計画及び空調計画に寄与する知
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見を得ることを目的とする。
本論文 は4章よ り構成 され、フ ローは 次の通 りであ る。（
1
）オフ イスの総合的室内環境調査 方法を検 討した 。（2） それに 基づい て、快 適性を温熱、空気質、音、光といった各環境要因の 総合的、 複合的 評価指 標とし てアン ケート に導入し、5件のオフイスを対象に物理量の測定とア ンケート 調査を 併用し た総合 的室内 環境調 査を実施した。（3）その調査結果を踏まえて、オフ イスの各 環境要 因における執務者の体感・心理量と室内環境の物理量との対応を分析するととも に、統計 的手法 に基づいて執務者の快適性への影響因子を明らかにし、その影響の程度を評価し た。（4）室内環 境の快 ・不快 感への 影響因 子である温熱環境に着目し、オフイスの床及び天井 を設備の 部として融合したシステムを取り上げ、実験によってその特性を明らかにした。（5）「建築と 設備を 融合した空調システム」を建築構成部位毎に分類し、包括的にその特徴を整理し た。以上の内容は、各章において次のようにまとめられている。
第1章で は、本 研究の 背景と目 的、関 連する既往研究を概説し、本研究の位置付けを明確にし た。
第2章 では、 オフイス の総合 的室内 環境調 査手法 を検討 し、そ の手法に則って実施した5件の オフィスの調査を解析対象とした。
執務 者の申告 と測定 された 物理量 との相 関を分 析し、 相対湿 度と「乾 湿感」 、PMVと 「全身 温冷感」、等価騒音レベルと「騒音の感じ方」、人当床面積と「広さの感じ方」がよく対応するこ とを示 した。 さらに 、個々の執務者の申告をもとに「快適性」への影響因子をクラーメールの関 連係数 によっ て吟味 すると 共に、 数量化
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類を援用した分析から、快適側と中立、及び不快側と 中立の判別要因を検討し、「全身温冷感」と「においの感じ方」は不快側との判別に、「明るさ感」や「騒 音の感 じ方」 などは快適側との判別に寄与していることを明らかにした。既往の実験室実 験では 扱われ ていな い「においの感じ方」や人間側の要因である「体調」も「快適性」に影響を 及ぼし ている ことを 明らかにした。また、個々人の「快適性」の申告と物理量の対応ではなく執 務空間全体の「快適率」や「不快率」、「快適性平均申告」に着目して、アンケート記入時間帯に 測 定 し た 物 理 量 で 重 回 帰 分 析 を 行 い 、 概 ね 良 い 決 定 係 数 で 回 帰 で き る こ と を 示 し た 。
第3章で は、温 熱環境 が室内 環境の快・不快感の影響因子であるという第2章の結果を踏まえ、
温熱環境を向上させる手法について検討した。
空調設 備のみ に依存 して温熱 環境を向上させるのではなく、建築構成部材である床や天井の熱 的な働 きを積極 的に生 かす温 熱環境調整手法に着目した。断熱の充分ではないオフイスの床スラ ブが温 熱環境に 及ぼす 問題点 を提示し、次いで、建物の断熱や建物躯体が本来有している特性を 生かす という発 想に基 づき、 間欠運転を前提に設計された外断熱建築とその空調設備を利用して 運転時 間の長さ や設定 室温を 変えて床スラブに夜間蓄熱し、室内環境及びェネルギー消費量を通 常の運 転方法の 場合と 比較検 討した。その結果をもとに、建築躯体を設備の一部として利用する 外断熱 建築に適 した空 調方式 の有用性を明らかにした。また、夜間の躯体蓄熱時の空調空気吹き 出し方 式と経路 をパラ メータ とする非定常室温・熱負荷変動解析を行い、それらの違いが室内温 熱環境 や熱負荷 特性に 及ぽす 影響を明らかにした。さらに、天井に熱負荷の処理と輻射環境を改 善する機能を持たせるという発想から、システム天井を薄い中空層をはさんで断熱カバーで覆い、
そこに 空調空気 を通し て室内 に吹き出す輻射併用型の空気熱媒輻射天井空調の実験を行い、熱的 な特性 を把握す るとと もに実 際の事務室及び会議室に採用し、良好な結果を得た。以上の結果を 踏まえ 、こうし た空調 システ ムを建築構成部位毎に分類するとともに「建築と設備を融合した空 調シス テム」と して包 括的に その特徴を整理し、オフイスの室内環境における融合システムの有 用性を明らかにした。
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第4章は総括であり、本研究で得られた検討結果及び新たな知見をとりまとめた。さらに今後 の研究によって解決すぺき課題を整理し、展望を述べた。
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学位論文審査の要旨
学 位 論 文 題 名
オフイスの総合的室内環境評価及び建築と設備を 融合した空調システムに関する研究
1960年 代 以 前 、 我 が 国 の オ フ イ ス ビ ル の 室 内 環 境 調 整 は 、 窓 を 開 放 し て の 通 風 や 直 接 暖 房 、 光 庭 に よ る 自 然 採 光が ・ ・一 般 的で あ った 。空 調 設備 や 螢)tkT照明 が普 及 した 背 景に は 、ピ ル の大 規模 化 と土 地 利用効率 の向上、
平 面 計 画 の 自 由 度 の 拡 大 と い っ た 要 求 に 加 え 、 都 市 化 の 進 展 で 顕 在 化 し た 交 通 騒 音 の 問 題 が あ る 。 窓 開 放 に よ る 通 風 が 可 能 で あ っ て も 、 執 務 に 支 障 を き た す 街 路 騒 音 を 防 ぐ た め に 窓 を 閉 鎖 し 、 空 調 や 換 気 の 設 備 、 人 工 照 明 に よっ て 戸外 と は切 り 離さ れた 室 内環 境 計画 が 重要 度を 増 して き たの で ある 。
オ フ イ ス ビ ル の 室 内 環 境 は 、1970年 に 成 立 し た 「 建 築 物 の 衛 生 的 環 境 の 確 保 に 関 す る 法 律 」 （ ビ ル 管 理 法 ） に よ っ て 室 温 、 相 対 湿 度 、 気 流 速 度 、 粉 塵 濃 度 、 一 酸 化 炭 素 ガ ス 濃 度 、 二 酸 化 炭 素 ガ ス 濃 度 の 定 期 的 な 測 定 と チ ェ ッ ク が 義 務 付 け ら れ た 。 こ の 施 行 は 、 人 工 的 な 室 内 環 境 に お い て 、 執 務 者 の 健 康 と 安 全 の 側 面 か ら な さ れ て き た も の で あ る が 、1980年 代 の 後 半 に は 、 オ フ イ ス のOA化 や イ ン テ リ ジ ェ ン 卜 化 が 進 み 、 そ れ と 共 に 、 テ ク ノ ス ト レ ス が 新 た に 顕 在 化 し た こ と に よ っ て 、 執 務 者 の 能 カ が 最 大 限 に 発 揮 で き る よ う な 室 内 環 境 の 快 適 化 が 求 め ら れ る よ う に な って き た。 ま た、 脱 工業 化や 情 報化 に 拍車 カ 劬ゝ か るよ うに な ると 、 オフ イ スで 働く 人 々 が 増 大 し 、 オ フ ィ ス は 単 に 労 働 す る だ け の 空 間 か ら1日 の 凡 そ13、 あ る い は そ れ 以 上 の 時 間 を 過 ご す 「 生 活 の 場 」と し て認 識 され る よう にな っ てき た 。
ピ ル 管 理 法 は オ フ イ ス の 室 内 環 境 水 準 の 維 持 に ― 定 の 役 割 を 果 た し て き た が 、 室 内 環 境 の 快 適 性 の 評 価 と い う 側 面 で は 光 環 境 や 音 環 境 に 関 し て の 物 理 量 は 測 定 対 象 と な っ て お らず 、 執務 者が 室 内環 境 をど の よう に感 じ 、 受 け 止 め て い る か 、 と い った 体 感や ´ い理 的 な側 面も 扱 って い ない 。 また 、 オフ イス の 室内 環 境の ｜ 决適 陸を 評 価 す る た め に は 、 執 務 者 の 反 応 及 び 光 や 音 も 含 め た 環 境 妾 因 を 総 合 的 に 扱 う ス タ ン ス カ 泌 要 で あ り 、 そ の 評 価 結 果 を 建 築 計 画 や 空 調 計 画 に 生 か す に は 快 適 性 と 環 境 諸 要 因 と の 関 係 を 明 ら か に し て お く こ と が 望 ま れ る 。 そ こ で 、 本 論 文 で は 、 今 後 の 室 内 環 境 の 評 価 や 建 築 ・ 空 調 計 画 に 寄 与 す る た め に 、 オ フ イ ス の 室 内 環 境 を 総 合 的 に 捉 え る き 黝Hi指 標 を 見 出 し 、 そ の 室 内 環 境 向 上 に 相 応 し い 実 現技 術 を見 出す こ とを 目 的に し てい る。 そ の 実 現 の た め に は 、 実 験 室 で は な く オ フ イ ス の 在 室 者 を 対 象 に 、 執 務 時 間 内 に 、 室 内 環 境 の 快 ・ 不 快 感 ヘ 大 き な 影 響 を 与 え る 諸 因 子 の 特 性 を 明 ら か に す る と 共 に 、 建 物 を 熱 負 荷 算 定対 象 の単 なる 器 とし て 捉え る ので はな く 、 建 物 自 体 の 熱 負 荷 を 小 さ く し た 上 で 、 床 や 天 井 の 熱 的 作 用 を 最 大 限 に 生 か す 環 境 調 整 器 で あ る と 考 え な け れ ば な ら な い 。 本 論 文 で は 、 こ の 様 な 考 え に 立 脚 し た 空 調 シ ス テ ム を 「 建 築 と 設 備 を 融 合 し た 空 調 シ ス テ ム 」 と 捉 え 、1） 快 適 陸 を 室 内 環 境 構 成 要 因 の 総 合 的 、 複 合 的 指 標 と す る オ フ ィ ス の 室 内 環 境 評 価 、2） 建 築 と 設 備 を 融 合 した 空 調シ ス テム の 開発 と言 う 実践 的 なア プ 口ー チか ら 検討 を おこ な って い る。
本 論文 は4章 より 構 成さ れて い るが 、 各章 に おい て 次の よう に まと め られ て いる 。
第1章 で は 、 本 研 究 の 背 景 と 目 的 、 関 連 す る 既 往 研 究 を 概 説 し 、 本 研 究 の 位 置 付 け を 明 確 に し て い る 。
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道 樹 信 文 正 英 俊 広 内 田 山 繪 窪 奥 羽 授 授
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教 助
査 査
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主 副
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第2章 では 、オ フ イス の総 合的室内環境調査 手法を検討し、その 手法に則って実施 した5件の オフイスの調 査 を解析対 象としている。執 務者の申告と測定 された物理量との相 関を分析し、相対 湿度と「乾湿感」 、PMV と「全身 温冷！翻、等価騒音 レベルと「騒音の 感じ方」、人当床 面積と「広さの感じ方」がよく対,することを 示 している 。さらに、個々の 執務者の申告をも とに「快適性Iへの影響因子 をクラーメールの関 連係数によっ て 吟味する と共に、数量化n類を採用し た分析から、快適 側と中立、及び不 快側と中立の判別要 因を検討し、
「 全身温冷 感」と「においの 感じ方」は不快側 との判別に、「明る さ感」やr廟暗の感じ方」な どは快適側と の判Sijに寄与して いることを明らか にしている。既往の 研究では扱われていない「においの感じ方」や人間側 の要因で ある「体調」も「快 適性」に影響を及 ぼしていることを 明らかにしている。また、個々人の「快適性I の申告と 物理量の対応ではな く、執務空間全体の「J决適率」や「不快率」、「快適陸平均申告」に着目して、ア ンケート 記入時間帯に測定し た物理量で重回帰 分析を行い、概ね良い決定係数で回帰できることを示している。
第3章 では 、温 熱 環境 が室 内環境の快・不快 感の影響因子である という第2章の結果を踏まえ 、温熱環境を 向上させ る手法について検討 している。空調設 備のみに依存して 温熱環境を向上させ るのではなく、建築構成 部材であ る床や天井の熱的な 働きを積極的に生 かす温熱環境調整 手法に着目し、オフ イスの床スラブが温熱環 境に及ぼ す問題点を提示して いる。次いで、建 物の断熱や建物躯 体が本来有している 特陸を生かすという発想 に基づき 、間欠運転を前提に 設計された外断熱 建築とその空調設 備を利用して運転時 間の長さや設定室温を変 えて床ス ラブに夜間蓄熱し、 室内環境及びェネ ルギー消費量を通 常の運転方法の場合 と比較検討している。そ の 結果 を基 に 、建 築躯 体 を設備の瑯と して利用する外断 熱建築に適した空 調方式の有用性を明 らかにしてい る。また 、夜間の躯体蓄熱時 の空調空気吹き出 し方式と経路をパ ラメータとする非定 常室温・熱負荷変動解析 を行い、 それらの違いが、室 内温熱環境や熱負 荷特性に及ぼす影 響を明らかにしてい る。さらに、天井に熱負 荷の処理 と輻射環境を改善す る機能を持たせる という発想を基に 、システム天井を薄 い中空層をはさんで断熱 カバーで 覆い、そこに空調空 気を通して室内に 吹き出す輻射併用 型の空気熱媒輻射天 井空調の実験を行い、熱 的な特性 を把握するとともに 実際の事務室及び 会議室に採用し、 良好な結果を得た。 以上の結果を踏まえ、こ うした空 調システムを建築構 成部位毎に分類す るとともに「建築 と設備を融合した空 調システム」として包括 的 に そ の 特 徴 を 整 理 し 、 オ フ イ ス の 室 内 環 境 に お け る 融 合 シ ス テ ム の 有 用 性 を 明 ら か に し て い る 。 第4章は総括とし て、本研究で得られ た検討結果及び新 たな知見をとりま とめ、今後の研究に よって解決す べき課題 を整理すると共に、 展望を述べている 。
こ れ を要 する に 、著 者は オ フイ スの 総 合的 室内 環 境評 価及び建築 と設備を融合した 空調システムに関 す る新 知 見を 得た も ので あり 、 建築 環境 計 画学 、建 築 設備 学に 貢 献す ると こ ろ大 なる も のが ある 。 よっ て 著 者 は 、 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る ♂
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