衣服の断熱

衣服断熱とは、衣服によって提供される断熱性のことである。^{[1] [2]}

衣服の主な役割は寒さから身を守ることですが、冶金作業員や消防士などの場合、暑さから身を守るための防護服も存在します。温熱快適性に関しては、前者のケースのみを考慮します。

熱生理学的快適性とは、身体と環境の間の水分と熱のバランスをとる衣服素材の能力です。これは、人間の安静時および活動時の水分と温度レベルを維持することで快適さを生み出す繊維素材の特性です。繊維素材の選択は、着用者の快適性に大きく影響します。異なる繊維繊維は、異なる環境に適した個別の特性を持っています。天然繊維は通気性があり水分を吸収しますが、合成繊維は疎水性で、水分をはじき、空気を通しません。異なる環境には、多様な衣服素材の選択が必要です。したがって、適切な選択が重要です。^{[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]}熱生理学的快適性に影響を与える主な決定要因は、透過性構造、熱および水分移動率です。^[10]

熱伝達には伝導（接触による熱の交換）、対流（流体の移動）、放射の 3 種類があります。

空気は熱伝導率が低いですが、非常に流動的です。そのため、寒さから身を守るために重要な要素が 2 つあります。

• 繊維（ウール、毛皮など）を使用して、断熱材として機能する静止空気の層を形成する
• 風の侵入を防ぎ、体に近い暖かい空気の層を置き換える

もう一つの重要な要素は湿度です。水は空気よりも熱伝導率が高いため、汗や雨、浸水などで衣服が湿っていると、衣服の繊維間の空気の一部または全部が水に置き換わり、伝導や蒸発によって熱が失われます。

したがって、3 層の衣服を着用すると、断熱性が最適になります。

• 衛生のために体に近い層（他の衣類よりも頻繁に交換する）。汗を逃がして肌に触れないようにする役割があります。
• 外側の密に編まれた、または密に織られた層は、防風用として、通常は薄手です。降雨の恐れがある場合は、不浸透性である必要があります。理想的なのは、水滴を防ぎながら水蒸気は通過させて、蒸発した汗を除去する繊維です (この種の繊維は「呼吸する」と言われています)。
• そして、その 2 つの層の間には、空気を閉じ込めて肌と防風層 (薄いため、周囲の温度に近くなります) との接触を防ぐ「厚い」層があります。

皮膚と外面の間に閉じ込められた空気の層は、断熱の大きな役割を果たします。衣類がきつく締め付けられると（バックパックのストラップなど）、その部分の断熱性は低下します。空気層内の対流が最小限に抑えられると、断熱性が向上します。

衣服の断熱性はclo単位で表されます。 ^[11] cloは住宅や商業ビルの断熱性を表すR値（平方メートルケルビン/ワットまたはm ² ⋅K/W）と同じ寸法です。したがって、値が高いほど断熱性能が優れています。

1 clo = 0.155 K · m ² · W ⁻¹ ≈ 0.88 K·m ² · BTU ·W ⁻¹ · ft ⁻² · °F ⁻¹ · hr ^{−1 R。1 clo は、通常の換気（空気の動き 0.1 m/s）の部屋で 21} °C（70 °F ）の環境で、安静時の人が熱平衡を維持できる断熱量です。

衣服の断熱性を判断する方法はいくつかありますが、ASHRAE Fundamentalsによると最も正確なのは、加熱したマネキンと活動的な被験者での測定です。その後、方程式を使用して断熱性を計算します。衣服の断熱性はほとんどの日常的なエンジニアリングアプリケーションでは測定できないため、さまざまな衣服の組み合わせの測定値の表を使用できます。^[11] ASHRAE-55 2010規格によると、提供された表を使用して衣服の断熱性を推定する方法は3つあります。

• 問題の組み合わせが表 1 のものと十分に一致する場合は、示された固有の衣服断熱値を使用できます。
• 衣服の構成が異なるアンサンブルの断熱性を推定するために、表 1 のアンサンブルに表 2 の衣服を追加または削除することは許容されます。
• 表2を使用して、完全な衣服アンサンブルを個々の衣服の組み合わせとして定義することができます。^[1]

使用される別の単位は「tog」です。

1 tog = 0.1 K · m ² · W ⁻¹ ≈ 0.645 clo

1 クロ = 1.55 トグ

この名前は、イギリスの俗語で衣服を意味する「togs」という言葉に由来している。^[12]

衣服の断熱性に影響を与える他の要因としては、姿勢と活動があります。座ったり横になったりすると衣服内の空気層が圧縮されるため断熱性が変わりますが、同時に、椅子や寝具は素材によってはかなりの断熱性を発揮します。椅子による断熱性の向上は判断できますが、睡眠中や休息中の状況は、個人が完全に動かない限り評価が困難です。^[1] 体の動きにより、衣服の開口部から空気が送り込まれたり、衣服内で空気の動きが生じたりして、衣服全体の断熱性が低下します。この効果は、動きの性質や衣服によって大きく異なります。そのため、特定の条件で測定を行わない限り (歩行マネキンなど)、活動的な人の衣服の断熱性を正確に推定することはできません。活動的な人の衣服の断熱性の大まかな推定値は次のとおりです。

I _{cl、アクティブ}= I _cl ×(0.6+0.4/M) 1.2 met < M < 2.0 met

ここで、Mはmet単位での代謝率、Icl_は活動していないときの断熱率です。代謝率が1.2 met以下の場合は調整は推奨されません。^[1]

衣服の断熱性は、屋外の気温、室内の稼働温度、相対湿度、および問題の環境における服装規定の有無と相関関係にあります。最近の研究では、従来の方法よりも正確な熱快適性の計算、エネルギーシミュレーション、HVAC のサイズ設定、および建物の運用を可能にする動的予測衣服断熱モデルが開発されました。実際のところ、通常は単純化が使用されています (夏は 0.5 clo、冬は 1.0)。これにより、システムのサイズ設定や運用が不適切になる可能性があります。建物の居住者がどのように衣服を着替えるかを予測できるモデルがあれば、HVAC システムの動作が大幅に改善されます。^[2]

前述のように、衣服の適応は温熱的快適性を達成する上で重要な役割を果たしており、居住者が温熱環境に適応するために行うことができる最も効果的な調整であると考えられます。さらに、衣服のばらつきは、服装規定や社会的影響、性別や仕事上の立場によって異なる可能性のあるスタイルの好みなど、温熱条件とは関係のない要因によっても左右される可能性があります。ASHRAE-55 規格によると、個人が温熱的好みに合わせて衣服を自由に調整できる場合にのみ、全員に対して単一の代表的な平均値を使用することが許容されます。^[1]

いくつかの基本的な断熱値は、典型的な条件の例として考えることができる^[13]

• 裸体: 0;
• 夏服：0.6clo;
• スキー用具：2着
• 軽極装備：3 clo;
• 重極装備：4 clo;
• ポーラーダウン 羽毛布団：8枚セット

人間の体が熱平衡状態になる周囲温度は、単位面積あたりの熱発生率Pと衣服の断熱性Rによって決まります。経験式は次のようになります: ^{[引用が必要]}

温度= 31°C − P · R

あるいは、Rをクローズ数、Pを1平方メートルあたりのワット数とすると、

温度= (31 − 0.155· P · R )°C

熱平衡温度

• 夏服（ショートパンツと上半身裸）を着た人が安静時（P = 60 W/m ²、R = 0.4 clo）：T = +27 °C
• 大型極地用機器、静止時（P = 60 W/m ²、R = 4 clo）：T = −6 °C
• 軽極性装置での低速歩行（P = 120 W/m ²、R = 3 clo）：T = −25 °C;
• 極地用羽毛布団で眠る（P = 48 W/m ²、R = 8 clo）：T = −28 °C；
• 重い極地装備を身に着けての速歩（P = 180 W/m ²、R = 4 clo）：T = −80 °C。

• 快適さ – 身体的または心理的な安らぎの感覚
• 衣服 – 身体を覆うために着用する物
• エクスポージャースーツ – 過酷な環境から身を守るための衣服
• 風冷え – 低温の空気の通過により体温が下がる