温熱快適性

温熱快適性とは、温熱環境に対する主観的な満足度を表す心の状態です。 ^[1]人体は熱機関とみなすことができ、食物が入力エネルギーとなります。人体は余分な熱を環境に放出することで、身体が機能し続けるようにします。熱伝達は温度差に比例します。寒い環境では、身体はより多くの熱を環境に失い、暑い環境では身体は十分な熱を放出しません。暑い状況も寒い状況も、不快感につながります。^{[2]建物やその他の囲いの居住者にとってこの温熱快適性の基準を維持することは、} HVAC（暖房、換気、空調）設計エンジニア の重要な目標の1つです。

熱的中立性は、人体の代謝によって発生した熱が放散され、周囲との熱平衡が維持されるときに維持されます。熱的中立性に影響を与える主な要因は、熱の獲得と放出を決定する要因、つまり代謝率、衣服の断熱性、気温、平均放射温度、風速、相対湿度です。個人の期待などの心理的パラメータや生理学的パラメータも熱的中立性に影響を与えます。^[3]中性温度は熱的中立性をもたらす温度であり、個人間で大きく異なる可能性があり、活動レベル、衣服、湿度などの要因によって異なります。人々は環境温度のわずかな違いにも非常に敏感です。24 °C では、2 つの部屋の温度の間に 0.38 °C の差が検出されます。^[4]

予測平均投票（PMV）モデルは、最もよく知られている温熱快適性モデルの1つです。このモデルは、熱バランスの原理と、定常状態にある制御された気候室で収集された実験データを使用して開発されました。^[5]一方、適応型モデルは、居住者が環境と動的に相互作用するという考えのもと、数百のフィールド研究に基づいて開発されました。居住者は、衣服、開閉可能な窓、ファン、パーソナルヒーター、サンシェードを使用して温熱環境を制御します。^{[3] [6]} PMVモデルは空調設備のある建物に適用できますが、適応型モデルは機械システムが設置されていない建物にのみ適用できます。^[1]空間的または時間的に部分的に空調設備のある建物にどの快適性モデルを適用すべきかについては、コンセンサスがありません。

ANSI/ASHRAE規格55 、[1]、ISO 7730^規格[ 7 ^]、EN 16798-1規格^[8]に準拠した熱的快適性の計算は、 ASHRAE 55用のCBE熱的快適性ツール^[9] 、 Pythonパッケージpythermalcomfort ^[10]、またはRパッケージcomfを使用し て自由に実行できます。

温熱環境の満足度が重要なのは、体温が37.5～38.3℃（99.5～100.9℉）を超える高体温^{[11] [12]} 、または35.0℃（95.0℉）未満の低体温[13]の状態に達すると、温熱環境が人間の生命を脅かす可能性があるためです。建物^は外部環境の状態を変え、人体が正常な体温を安定して保つために必要な努力を軽減します。これは、人体の生理学的プロセスが正しく機能するために重要です。

ローマの作家ウィトルウィウスは、実際にこの目的を建築の誕生と結び付けました。^[14] デイヴィッド・リンデンはまた、熱帯のビーチを楽園と関連付ける理由は、それらの環境では人間の体が体温を維持するために代謝努力をあまり必要としないからだと示唆しています。^[15]温度は人間の生命を支えるだけでなく、涼しさと暖かさはさまざまな文化で保護、コミュニティ、さらには神聖さの象徴にもなっています。^[16]

建築科学の研究では、温熱快適性は生産性と健康に関連しているとされています。温熱環境に満足しているオフィスワーカーは生産性が高いです。^{[17] [18]}高温と高相対湿度の組み合わせは、温熱快適性と室内空気質を低下させます。^[19]

一定の温度が一定であれば快適ですが、キャンプファイヤーや冷たいプールなど、温度の変化に人々は惹かれます。温熱的快楽は、不快な状態から快適な状態への温熱感覚の変化によって生じ、科学用語ではポジティブ・サーマル・アリーセジアと呼ばれます。^[20]温熱的中立または快適な状態からでは、いかなる変化も不快に感じられます。^[21]これは、温熱的快楽を排除する代償を払ってでも、機械的に制御された建物は均一な温度と快適さを提供するべきであるという仮定に疑問を投げかけます。 ^[22]

生理的・心理的満足度は人によって大きく異なるため、特定の空間にいる全員にとって最適な温度を見つけることは困難です。一定の割合の居住者にとって快適と感じられる条件を定義するために、実験室と現場でのデータが収集されてきました。^[1]

温熱的快適性に直接影響を与える要因は数多くありますが、次の 2 つのカテゴリに分類できます。

1. 個人的要因- 代謝率や衣服レベルなどの居住者の特性
2. 環境要因- 熱環境の条件、具体的には気温、平均放射温度、風速、湿度

これらすべての要因が時間とともに変化する可能性があるとしても、標準では通常、温度の快適性を研究するために定常状態を参照し、限られた温度変化のみを許容します。

人々の代謝率は活動レベルや環境条件によって変動する可能性があり、それぞれ異なります。^{[23] [24] [25]} ASHRAE 55-2017では、代謝率を、個人の代謝活動によって化学エネルギーが熱と機械的仕事に変換される速度（皮膚表面積あたり）と定義しています。^{[1] : 3}

代謝率は met 単位で表され、58.2 W/m² (18.4 Btu/h·ft²) に相当します。1 met は、平均的な人が座って休んでいるときに単位面積あたりに生成されるエネルギーに相当します。

ASHRAE 55 では、さまざまな活動における代謝率の表を提供しています。一般的な値は、睡眠の場合は 0.7 メット、座って静かにしているときは 1.0 メット、立って行う軽い活動の場合は 1.2～1.4 メット、移動、歩行、重い荷物の持ち上げ、機械の操作を伴う活動の場合は 2.0 メット以上です。断続的な活動の場合、個人が 1 時間以内の期間にわたって変化する活動を行っている場合は、時間加重平均代謝率を使用することが標準で許可されています。より長い期間の場合は、異なる代謝率を考慮する必要があります。^[1]

ASHRAE ハンドブック オブ ファンダメンタルズによると、代謝率の推定は複雑で、2 または 3 met を超えるレベルの場合、特にそのような活動を実行する方法が複数ある場合は、精度が低くなります。したがって、この基準は平均レベルが 2 met を超える活動には適用されません。呼吸酸素消費量と二酸化炭素生成量を考慮した経験式を使用すると、met 値を表の値よりも正確に決定することもできます。もう 1 つの生理学的ですが精度の低い方法は、心拍数に関連しています。これは、心拍数と酸素消費量の間に関係があるためです。^[26]

身体活動大要は、医師が身体活動を記録するために使用されています。この大要では、活動の代謝率と安静時の代謝率の比率という、異なるmetの定義が示されています。^[27]この概念の定式化はASHRAEが使用するものと異なるため、これらのmet値をPMV計算に直接使用することはできませんが、身体活動を定量化する新しい方法を切り開きます。

食べ物や飲み物の習慣は代謝率に影響を与え、間接的に体温調節に影響を及ぼします。これらの影響は食べ物や飲み物の摂取量によって変化する可能性があります。^[28]

体型も代謝率に影響し、温熱快適性にも影響する要因です。熱放散は体表面積に依存します。平均的な人の表面積は1.8 m ² (19 ft ² )です。^[1]背が高く痩せた人は体表面積と体積の比率が大きく、熱をより容易に放散でき、丸みを帯びた体型の人よりも高温に耐えることができます。^[28]

人が着用する断熱材の量は、熱損失と熱バランスに影響を与えるため、熱的快適性に大きな影響を与えます。断熱性のある衣服を重ねると熱損失を防ぎ、人を暖かく保つことができますが、過熱につながることもあります。一般的に、衣服が厚いほど断熱性は高くなります。衣服の素材の種類によっては、空気の動きと相対湿度によって素材の断熱性が低下することがあります。^{[29] [30]}

1 clo は 0.155 m ² ·K/W (0.88 °F·ft ² ·h/Btu) に相当します。これは、ズボン、長袖シャツ、ジャケットに相当します。その他の一般的なアンサンブルまたは単品衣類の衣類断熱値は、ASHRAE 55 に記載されています。^[1]

皮膚の湿潤度は、「汗で覆われた体全体の皮膚表面積の割合」と定義されます。^[31] さまざまな部位の皮膚の湿潤度も、知覚される温熱快適性に影響します。湿度は体のさまざまな部位の湿潤度を高め、不快感の知覚につながります。これは通常、体のさまざまな部位に局在し、皮膚の湿潤度に対する局所的な温熱快適性の限界は体の場所によって異なります。^[32] 四肢は、体の胴体よりも、湿潤による温熱不快感にはるかに敏感です。局所的な温熱不快感は湿潤によって引き起こされる可能性がありますが、体全体の温熱快適性は、特定の部分の湿潤によって影響を受けません。

気温は、場所と時間に関して、居住者の周囲の空気の平均温度です。ASHRAE 55 規格によると、空間平均は、座っている居住者と立っている居住者で異なる足首、腰、頭の高さを考慮に入れます。時間平均は、少なくとも 18 の等間隔の時点を 3 分間隔で測定します。気温は乾球温度計で測定されるため、乾球温度とも呼ばれます。

放射温度は、表面から伝達される放射熱の量に関係し、物質の熱を吸収または放射する能力、つまり放射率に依存します。平均放射温度は、周囲の表面の温度と放射率、および視野係数、つまり物体から「見える」表面の量に依存します。したがって、日光が差し込む部屋にいる人が感じる平均放射温度は、体のどの程度が太陽にさらされているかによって異なります。

風速は、方向に関係なく、一点における空気の移動速度として定義されます。ANSI /ASHRAE 規格 55によれば、風速は、場所と時間に関して、代表的な居住者の周囲の空気の平均速度です。空間平均は、平均気温で定義されている 3 つの高さに対するものです。空間内を移動する居住者の場合、センサーは居住者の動きを追跡する必要があります。風速は、1 分以上 3 分以下の間隔で平均化されます。3 分を超える期間に発生する変動は、複数の異なる風速として扱われます。^[33]

相対湿度（RH）は、空気中の水蒸気量と、特定の温度および圧力で空気が保持できる水蒸気量の比率です。人体は皮膚に温度受容器を持っており、温度を感知できますが、相対湿度は間接的に検出されます。発汗は、皮膚からの蒸発を利用した効果的な熱放散メカニズムです。しかし、相対湿度が高いと、空気は保持できる水蒸気の最大値に近づくため、蒸発、つまり熱放散が減少します。一方、非常に乾燥した環境（RH < 20～30%）も、粘膜に影響を与えるため不快です。空調設備のある建物では、推奨される室内湿度は30～60%の範囲ですが、^{[34] [35]}適応モデルなどの新しい基準では、温熱的快適性に関係する他の要因に応じて、より低い湿度やより高い湿度が許可されています。

最近、低い相対湿度と高い気流速度が入浴後の人間に与える影響がテストされました。研究者は、低い相対湿度が、乾燥や痒みの感覚だけでなく、熱による不快感も引き起こすことを発見しました。最適な状態を保つために、浴室の相対湿度を家の他の部屋よりも高く保つことが推奨されています。^[36]

気温と湿度を組み合わせたさまざまな種類の体感温度が開発されています。気温が高い場合は、熱指数などの定量的な尺度があります。気温が低い場合は、関連する相互作用が定性的にのみ特定されています。

• 湿度が高く気温が低いため、空気が冷たく感じられます。^[37]
• 相対湿度の高い冷たい空気は、同じ温度の乾燥した空気よりも「冷たく」感じられます。これは、寒い天候では湿度が高いと体からの熱伝導が増加するためです。^[38]

湿った冷たい空気が乾いた冷たい空気よりも冷たく感じる理由については議論があります。湿度が高いと皮膚や衣服が湿って熱伝導率が高くなり、伝導による冷却効果が高まるためだと考える人もいます。^[39]

湿度の影響はファン（強制対流冷却）の併用によりさらに悪化する可能性がある。^[40]

多くの建物では、熱環境を制御するためにHVAC ユニットを使用しています。他の建物では自然換気(またはクロス換気) が行われており、機械システムに頼って熱的快適性を提供していません。気候によっては、これによりエネルギー消費を大幅に削減できます。ただし、建物の設計が不十分な場合は室内温度が極端に高くなる可能性があるため、リスクと見なされることもあります。適切に設計された自然換気の建物では、夏には窓を開けて扇風機を使用し、冬には厚着をすることで、室内の温度を快適に保つことができます。^[41]

以下に説明するように、屋内の温熱快適性の状態を評価するために使用できるさまざまなモデルまたは指標がいくつかあります。

PMV/PPDモデルは、熱バランス方程式と皮膚温度に関する実証研究を用いて快適性を定義することで、 PO Fangerによって開発された。標準的な温熱快適性調査では、被験者に寒い（−3）から暑い（+3）までの7段階のスケールで温熱感覚について質問する。Fangerの方程式は、気温、平均放射温度、相対湿度、風速、代謝率、衣服の断熱性の特定の組み合わせについて、被験者グループの予測平均投票（PMV）を計算するのに用いられる。^{[5] PMVがゼロの場合は熱的中立性を表し、快適ゾーンは、PMVが推奨限度内}（−0.5 < PMV < +0.5）となる6つのパラメータの組み合わせによって定義される。^[1] 集団の温熱感覚を予測することは、どのような条件が快適かを判断する上で重要なステップだが、人々が満足するかどうかを検討する方が有用である。Fangerは、PMVと予測不満足率（PPD）を関連付ける別の方程式を開発した。この関係は、室内環境を正確に制御できる室内で被験者を調査した研究に基づいています。^[5]

PMV/PPDモデルは地球全体に適用されますが、適応メカニズムや屋外の熱条件を直接考慮していません。^{[3] [42] [43]}

ASHRAE規格55-2017では、PMVモデルを使用して室内の温熱条件の要件を設定しています。居住者の少なくとも80％が満足することが求められています。^[1]

ASHRAE 55用のCBE熱快適性ツール[ ^9]を使用すると、ユーザーは6つの快適性パラメータを入力して、特定の組み合わせがASHRAE 55に準拠しているかどうかを判断できます。結果は湿度チャートまたは温度相対湿度チャートに表示され、残りの4つのパラメータに入力された値で快適な温度と相対湿度の範囲を示します。^[44]

PMV/PPDモデルの予測精度は低い。^[45]世界最大の温熱快適性現地調査データベース^[46]を使用したところ、居住者の温熱感覚を予測するPMVの精度はわずか34%で、温熱感覚が正しく予測されるのは3回に1回である。PPDは、熱中性範囲（-1≤PMV≤1）外では被験者の温熱受容性を過大評価していた。PMV/PPDの精度は、換気戦略、建物の種類、気候によって大きく異なる。^[45]

ASHRAE 55 2013 は、ベースライン モデルとは別に、0.2 メートル/秒 (0.66 フィート/秒) を超える風速を考慮しています。空気の動きによって、特に衣服をあまり着ていない場合は、人に直接冷気が伝わるため、PMV モデルが予測するよりも高い温度の方が快適な場合があります。ローカル コントロールなしでは、最大 0.8 m/秒 (2.6 フィート/秒) の風速が許可され、ローカル コントロールでは 1.2 m/秒の風速が可能です。この空気の動きが速くなると、夏のオフィス スペースの最高温度が 27.5 °C (86.0–81.5 °F) から 30 °C に上昇します。^[1]

「熱的快適性のための仮想エネルギー」とは、空調設備のない建物を、空調設備のある建物と同程度に快適にするために必要なエネルギー量である。これは、住宅にいずれ空調設備や暖房設備が設置されるという仮定に基づいている。^[47] パッシブデザインは建物の熱的快適性を向上させ、暖房や冷房の需要を減らす。しかし、多くの発展途上国では、経済的な制約や、ヨハネスブルグ（南アフリカ）の寒い冬の夜や、コスタリカのサンホセの暖かい夏の日など、快適条件の境界線上にある気候条件のため、ほとんどの居住者は現在、暖房や冷房を行っていない。同時​​に、所得が上昇するにつれて、冷房や暖房システムを導入する傾向が強くなっている。今日、熱的快適性を向上させるパッシブデザインの特徴を認識し、それを評価すれば、将来 HVAC システムを設置しなければならないリスクが軽減されるか、少なくともそのようなシステムが小型化され、使用頻度が低くなることが保証される。あるいは、暖房や冷房システムが高コストのために設置されない場合でも、少なくとも屋内で人々が不快感を感じることはないはずである。たとえば、コスタリカのサンホセでは、高レベルのガラスと小さな開口部を備えた住宅が設計されていた場合、内部温度は簡単に 30 °C (86 °F) を超え、自然換気では内部の熱増加と太陽熱増加を取り除くのに十分ではありません。これが、快適性のための仮想エネルギーが重要な理由です。

世界銀行の評価ツールである EDGE ソフトウェア ( Excellence in Design for Greater Efficiencies ) は、建物内の不快感に関する潜在的な問題を示し、潜在的な熱的不快感を提示する方法を提供する快適性のための仮想エネルギーの概念を生み出しました。このアプローチは、完全に自由に稼働している建物でも熱的快適性を向上させる設計ソリューションを表彰するために使用されます。CIBSE には過熱の要件が含まれているにもかかわらず、過冷却は評価されていません。ただし、過冷却は、主に開発途上国、たとえばリマ (ペルー)、ボゴタ、デリーなどの都市では、室内温度が頻繁に低くなるため、問題となる可能性があります。これは、不快感の軽減に関する研究と設計ガイダンスの新しい分野となる可能性があります。

ASHRAE 55-2017では、風速上昇時（0.2メートル/秒（0.66フィート/秒）以上）の冷却効果（CE）を、気温と平均放射温度の両方から差し引いたときに、静止空気（0.1 m/秒）下でのSET値が風速上昇時の最初のSET計算と同じになる値として定義しています。^[1]

${\displaystyle SET(t_{a},t_{r},v,met,clo,RH)=SET(t_{a}-CE,t_{r}-CE,v=0.1,met,clo,RH)}$

CE は、調整された温度、調整された放射温度、および静止空気 (0.2 メートル/秒 (0.66 フィート/秒)) を使用して、空気速度が上昇した環境に合わせて調整された PMV を決定するために使用できます。調整された温度は、元の空気と平均放射温度から CE を引いた値に等しくなります。

足元と頭の間の垂直な空気温度差、非対称な放射場、局所的な対流冷却（通風）、または熱いまたは冷たい床との接触によって引き起こされる局所的な熱的不快感を回避することは、許容できる熱的快適性を提供するために不可欠です。一般的に、人は体温感覚が中性よりも冷たいときに局所的な不快感に敏感になり、体温が中性よりも暖かいときには局所的な不快感に敏感になりません。^[33]

人間の周囲の表面の熱放射に大きな差があると、局所的な不快感を引き起こしたり、温熱環境の許容度が低下したりすることがあります。ASHRAE 規格 55 では、さまざまな表面間の許容温度差に制限を設けています。人間は、たとえば暖かい天井と垂直面の熱さや冷たさなど、ある非対称性に対しては他の非対称性よりも敏感であるため、制限は関係する表面によって異なります。天井は他の表面より +5 °C (9.0 °F) 以上高くしてはいけませんが、壁は最大 +23 °C (41 °F) 高くてもかまいません。^[1]

空気の流れは、ある状況では心地よく、快適さをもたらすこともありますが、時には望ましくなく、不快感を引き起こすこともあります。この望ましくない空気の流れは「ドラフト」と呼ばれ、体全体の温度感覚が冷たいときに最も顕著になります。頭、首、肩、足首、足、脚など、覆われていない体の部分にドラフトを感じる可能性が最も高くなりますが、感覚は空気の速度、気温、活動、衣服にも左右されます。^[1]

床が暖かすぎたり寒すぎたりすると、履物によっては不快感を感じることがあります。ASHRAE 55では、居住者が軽量の靴を履く空間では、床温度を19〜29°C（66〜84°F）の範囲に保つことを推奨しています。^[1]

標準有効温度（SET）は、人間の熱環境に対する反応のモデルです。AP Gaggeによって開発され、1986年にASHRAEによって承認されました。^[48]ピアス2ノードモデルとも呼ばれています。^[49]その計算はPMVに似ています。衣服や代謝率などの個人的要因を組み込んだ熱バランス方程式に基づく包括的な快適指数だからです。その基本的な違いは、皮膚温度と皮膚の濡れを測定する際に人間の生理機能を表すために2ノード法を採用していることです。^[48]

SET指数は、被験者が当該活動に標準化された衣服を着用した状態で、実際の試験環境と同じ熱ストレス（皮膚温度）と体温調節負荷（皮膚の濡れ）を持つ、相対湿度50％の等温環境の等価乾球温度として定義されます。^[48]

研究では、このモデルを実験データと比較してテストし、皮膚温度を過大評価し、皮膚の濡れを過小評価する傾向があることがわかった。^{[49] [50]} FountainとHuizenga（1997）は、SETを計算する温熱感覚予測ツールを開発した。^[51] SET指数は、ASHRAE 55のCBE Thermal Comfort Tool、^[9] Pythonパッケージpythermalcomfort、^[10] Rパッケージcomfのいずれかを使用して計算することもできる。

適応モデルは、屋外の気候と屋内の快適さの間には統計的に有意な相関関係があるため、屋外の気候を屋内の快適さの代理として使用できるという考えに基づいています。適応仮説は、環境制御へのアクセスや過去の熱履歴などの状況要因が、建物の居住者の熱的期待と好みに影響を与える可能性があると予測しています。^[3]多くの研究者が世界中でフィールド調査を実施し、建物の居住者の熱的快適性について調査すると同時に環境測定を行っています。これらの建物 160 棟の結果のデータベースを分析すると、自然換気の建物の居住者は、密閉された空調設備のある建物の居住者よりも幅広い温度を受け入れ、さらには好むことが明らかになりました。これは、好みの温度が屋外の状況によって異なるためです。^[3]これらの結果は、ASHRAE 55-2004 規格に適応快適モデルとして組み込まれました。適応チャートは、屋内の快適温度を一般的な屋外温度に関連付け、満足度 80% と 90% のゾーンを定義します。^[1]

ASHRAE-55 2010 規格では、適応モデルの入力変数として、屋外の平均気温が導入されました。これは、問題の日より前の 7 日間以上 30 日間以内の連続した日平均屋外気温の算術平均に基づいています。^[1]また、異なる係数で気温に重み付けして計算することもできます。この重み付けを使用すると、後続の日の上限を尊重する必要はありません。適応モデルを適用するには、空間に機械的な冷却システムがなく、居住者は 1～1.3 メットの代謝率で座りがちな活動に従事し、平均気温が 10～33.5 °C (50.0～92.3 °F) である必要があります。^[1]

このモデルは、特に居住者が制御する自然空調の空間に当てはまります。このような空間では、屋外の気候が実際に屋内の条件、ひいては快適ゾーンに影響を与える可能性があります。実際、de Dear と Brager の研究では、自然換気の建物の居住者はより広い範囲の温度に耐えられることが示されています。^[3]これは、適応プロセスにはさまざまなタイプがあるため、行動的および生理学的調整の両方によるものです。^[52] ASHRAE 規格 55-2010 では、最近の温熱体験の違い、衣服の変化、制御オプションの可用性、居住者の期待の変化によって、人々の温熱反応が変化する可能性があると述べています。^[1]

温熱快適性の適応モデルは、欧州EN 15251やISO 7730規格などの他の規格にも実装されています。正確な導出方法と結果はASHRAE 55適応規格と若干異なりますが、実質的には同じです。大きな違いは適用性にあります。ASHRAE適応規格は機械冷却装置が設置されていない建物にのみ適用されますが、EN15251はシステムが稼働していない限り、混合モードの建物に適用できます。^[53]

熱適応には基本的に、行動的、生理的、心理的の 3 つのカテゴリがあります。

特定の環境における個人の快適度は、心理的要因により時間の経過とともに変化し、適応する可能性があります。主観的な温熱快適性の認識は、過去の経験の記憶に影響を受ける可能性があります。慣れは、繰り返しの曝露によって将来の期待と感覚入力への反応が緩和されるときに発生します。これは、自然換気の建物における現場観察と PMV 予測 (静的モデルに基づく) の違いを説明する重要な要素です。これらの建物では、屋外温度との関係は予測の 2 倍強力でした。^[3]

心理的適応は、静的モデルと適応モデルでは微妙に異なります。静的モデルの実験室テストでは、報告された快適性に影響を与える非熱伝達（心理的）要因を特定し、定量化できます。適応モデルは、モデル化された快適性と報告された快適性の間の差異（心理的と呼ばれる）を報告することに限定されています。^[要出典]

温熱快適性は「心の状態」として心理学的に定義される。（実験室での）心の状態に影響を与える要因には、温度をコントロールする感覚、温度に関する知識、（テスト）環境の外観などがある。住宅のように見える温熱テスト室は、冷蔵庫の内部のように見えるものよりも「暖かく感じられた」。^[54]

急激な温度変化の環境で生き残るために、人体にはいくつかの体温調節機構が備わっています。寒冷環境では、血管収縮が働き、皮膚への血流、皮膚温度、熱放散が減少します。温暖環境では、血管拡張によって皮膚への血流、熱輸送、皮膚温度、熱放散が増加します。^[55]上記の血管運動調節にもかかわらず不均衡がある場合、温暖環境では発汗が始まり、蒸発冷却が行われます。これが不十分な場合は、高体温になり、体温が40℃（104℉）に達し、熱中症になる可能性があります。寒冷環境では、震えが始まり、無意識のうちに筋肉が働かされ、熱産生が最大10倍に増加します。平衡が回復しないと、低体温になり、致命的となる可能性があります。^[55]数日から6か月にわたる極端な気温への長期的な適応は、心血管系と内分泌系の調整をもたらす可能性がある。暑い気候は血液量の増加を引き起こし、血管拡張の効率を高め、発汗機構のパフォーマンスを強化し、温度嗜好の再調整をもたらす可能性がある。寒冷または暖房不足の状況では、血管収縮が恒久的になり、血液量の減少と体の代謝率の上昇につながる可能性がある。^[55]

自然換気の建物では、室内環境が不快な方向に傾いた場合、居住者は快適性を保つためにさまざまな行動をとります。窓や扇風機の操作、ブラインドやシェードの調整、衣服の着替え、飲食物の摂取などは、一般的な適応戦略の一部です。これらのうち、窓の調整は最も一般的なものです。^[56]こうした行動をとる居住者は、そうでない居住者よりも暖かい気温でも涼しく感じる傾向があります。^[57]

行動行動はエネルギーシミュレーションの入力に大きな影響を与えるため、研究者はシミュレーション結果の精度を向上させるために行動モデルを開発している。例えば、これまでに開発されてきた窓開閉モデルは数多くあるが、窓開閉を誘発する要因についてはコンセンサスが得られていない。^[56]

人々は、夜行性になり、身体活動をしたり、夜間に仕事をしたりすることで、季節的な暑さに適応するかもしれません。

個人の熱感受性は記述子F _Sによって定量化され、非理想的な温度条件に対する耐性が低い個人ほど高い値をとる。^[58]このグループには、妊婦、障害者、および 14 歳未満または成人範囲とみなされる 60 歳以上の個人が含まれる。既存の文献では、熱い表面や冷たい表面に対する感受性は通常、加齢とともに低下するという一貫した証拠が示されている。また、60 歳を過ぎると体温調節の有効性が徐々に低下するという証拠もある。^[58]これは主に、体幹温度を理想的な値に維持するために使用される下半身の反作用メカニズムの反応が鈍くなるためです。^[58] 高齢者は若い成人よりも暖かい温度を好みます (76 対 72 度 F、または 24.4 対 22.2 摂氏)。^[54]

状況要因には、個人の健康、心理、社会、職業活動が含まれます。

男女間の温熱快適性の好みは小さいようですが、平均的な違いはあります。研究によると、平均して男性は女性よりもずっと早く気温の上昇による不快感を訴えます。また、男性は平均して女性よりも不快感のレベルを高く見積もっています。ある最近の研究では、男性と女性に同じ綿の服を着せて、ダイヤル投票を使用して変化する気温に対する温熱快適性を報告させながら精神的な仕事をさせるというテストが行​​われました。^[59] 多くの場合、女性は男性よりも高い気温を好みました。しかし、女性は気温に敏感である傾向があるのに対し、男性は相対湿度レベルに敏感である傾向があります。^{[60] [61]}

マレーシアのサバ州コタキナバルにある自然換気住宅で大規模な現地調査が行われた。この調査では、エアコンのない住宅の室内環境に対する男女の熱感受性を調査した。データ分析にはカテゴリモデレータの多重階層回帰分析が選択された。結果、女性は男性よりも室内の空気温度に対してわずかに敏感であることが示されたが、熱中性条件下では、男性と女性は同様の温熱感覚を持っていることがわかった。^[62]

世界のさまざまな地域では、気候に応じて温熱快適性のニーズが異なる場合があります。中国^{[どこ？ ]}では、夏は高温多湿で冬は寒いため、効率的な温熱快適性が求められます。急速な経済成長と人口増加により、温熱快適性に関する省エネは過去数十年間の中国での大きな問題となっています。^[63] 研究者は現在、中国で建物を低コストで環境への害も少なく冷暖房する方法を研究しています。

ブラジルの熱帯地域では、都市化により都市ヒートアイランド（UHI）が発生しています。これは、大量の人口流入により温度が快適な温度限度を超えて上昇し、雨季にのみ快適な温度範囲内に下がる都市部です。^[64]都市ヒートアイランドは、適切な条件が整えば、どの都市や市街地でも発生する可能性があります。^{[65] [66]}

サウジアラビアの暑く湿気の多い地域では、モスクの温熱快適性の問題が重要視されてきた。なぜなら、モスクは非常に大きな開放型の建物で、断続的にしか使用されないため（金曜日の正午の礼拝のときは非常に混雑する）、適切に換気することが難しいからである。建物が大きいため大量の換気が必要となり、建物が短時間しか使用されないため多くのエネルギーが必要となる。モスクの温度調節は断続的な需要のために課題となっており、多くのモスクが暑すぎたり寒すぎたりする原因となっている。また、モスクが大きいため煙突効果も働き、モスク内の人々の頭上に大きな熱気の層が形成される。新しい設計では、換気システムを建物の低い位置に設置し、地上レベルでの温度制御を強化している。^[67]効率を向上させるために、新しい監視手順も講じられている。^[68]

温熱快適性の概念は、熱ストレスと密接に関係している。これは、訓練中の軍人や競技中のアスリートに対する太陽放射、空気の動き、湿度の影響を予測しようとするものである。予測熱ひずみ（PHS）や湿度指数など、いくつかの熱ストレス指標が提案されている。^[69]一般的に、人間は熱ストレス下ではパフォーマンスを発揮できない。熱ストレス下での人間のパフォーマンスは、通常の温湿潤状態でのパフォーマンスよりも約11％低くなる。また、熱ストレスに関連した人間のパフォーマンスは、個人が行っている作業の種類によって大きく異なる。熱ストレスの生理学的影響には、皮膚への血流の増加、発汗、換気の増加などがある。^{[70] [71]}

国際標準化機構（ISO）委員会によって開発されたPHSモデルは、高温環境で働く被験者が受ける熱ストレスの分析評価を可能にする。^[72]このモデルは、作業条件に応じて人体が発汗量と体内深部温度を予測する方法を記述している。PHSはいくつかの物理的パラメータの関数として計算されるため、生理学的緊張のリスクを軽減するためにどのパラメータまたはパラメータのグループをどの程度変更する必要があるかを判断することができる。PHSモデルは個々の被験者の生理学的反応を予測するものではなく、健康で仕事に適した標準的な被験者のみを考慮している。PHSは、Pythonパッケージpythermalcomfort ^[10]またはRパッケージcomfを使用して決定できる。

ACGIH は、労働者の推定代謝率と労働者がさらされる環境条件に基づいて、熱ストレスに対する行動制限値と閾値を設定しました。

この方法は、職場における熱ストレスを評価する効果的な方法として労働安全衛生局（OSHA）に採用されている。^[73]

1970 年代には、温熱快適性に影響を与える要因が実験的に調査されました。これらの研究の多くは、ASHRAE 標準 55の開発と改良につながり、カンザス州立大学のOle Fangerらによって実施されました。知覚される快適性は、これらの変数の複雑な相互作用であることがわかりました。大多数の人は、理想的な値のセットで満足することがわかりました。値の範囲が理想から徐々に外れていくにつれて、満足する人はますます少なくなっていました。この観察結果は、快適条件と予測平均投票(PMV) で満足を表明した人の割合として統計的に表現できます。このアプローチは、ASHRAE 884 プロジェクトから開発された適応快適性モデルによって挑戦を受けました。このモデルは、居住者がより広い温度範囲で快適であることを明らかにしました。^[3]

この研究は、住宅用の建物エネルギーシミュレーション（BES）プログラムの作成に応用されています。特に住宅は、公共ビルや商業ビルに比べて温熱快適性が大きく異なります。これは、住宅の規模が小さいこと、着用する衣服の違い、各部屋の用途が異なることが原因です。主な懸念される部屋は、バスルームと寝室です。バスルームは、衣服の有無にかかわらず人間にとって快適な温度である必要があります。寝室は、さまざまなレベルの衣服や、睡眠中または覚醒中のさまざまな代謝率に対応する必要があるため重要です。^[74]不快時間は、空間の熱性能を評価するために使用される一般的な指標です。

軍は現在、衣服の熱快適性に関する研究を行っています。軍隊での蒸発冷却を改善するために、新しい通気性のある衣服が研究されています。いくつかのモデルは、提供される冷却量に基づいて作成され、テストされています。^[75]

過去20年間で、研究者は人体を多くの部分に分割し、熱バランスを考慮して局所的な熱的不快感を予測する高度な熱的快適性モデルも開発しました。^{[76] [77] [78]} これにより、特定の体の部位を加熱/冷却することを目的とした熱的快適性モデリングの新しい分野が開拓されました。

もう一つの研究分野は、暖色系（赤、オレンジ、黄色の色調）の環境は温度と快適さの点で暖かく感じられ、寒色系（青、緑の色調）の環境は涼しく感じるという色相熱仮説である。 ^{[79] [80] [81]}色相熱仮説は科学的に調査されており^[82]、大衆文化では暖色と寒色という用語で根付いている^[83]。

参照された研究が、1 つの部屋にいるさまざまなグループの居住者の温熱条件について議論しようとしたときはいつでも、その研究は主観的研究に基づいた温熱快適性の満足度の比較を単に提示するだけに終わりました。強制的に 1 つの部屋にとどまらなければならないさまざまなタイプの居住者のさまざまな温熱快適性要件を調整しようとした研究はありませんでした。したがって、この概念でさまざまな要件を調整するには、病院内のさまざまなグループの居住者に必要なさまざまな温熱条件を調査する必要があるようです。必要な温熱快適性条件の違いを調整するには、適切な機械システムを介して 1 つの部屋でさまざまな範囲の局所放射温度を使用する可能性をテストすることをお勧めします。

病院における患者の温熱快適性に関するさまざまな研究が行われていますが、温熱快適性条件が病院の患者の治癒の質と量に与える影響についても研究する必要があります。スタッフの温熱快適性と生産性レベルの関連性を示す独自の研究もありますが、この分野で病院を個別に研究した研究はありません。したがって、この主題については、対象範囲と方法を個別に研究することをお勧めします。また、免疫システムの保護レベルが低い患者（HIV患者、火傷患者など）に対する冷暖房供給システムに関する研究も推奨されます。スタッフの温熱快適性と生産性との関係、患者の低体温を防ぐとともに病院スタッフの温熱快適性を向上させるためにさまざまな暖房システムを使用するなど、まだ重点を置く必要がある重要な領域があります。

最後に、病院における人、システム、建築設計の相互作用は、建物やシステムをどのように設計すれば、建物を利用する人々にとって多くの相反する要素を調和させることができるかについての知識を向上させるためのさらなる研究を必要とする分野である。^[84]

パーソナル コンフォート システム (PCS) とは、建物の居住者を個人的に暖めたり冷やしたりするデバイスまたはシステムのことです。^[85]この概念は、広いエリアに均一な温度設定を持つ中央 HVAC システムと対比するとよく理解できます。パーソナル コンフォート システムには、さまざまな種類のファンとエア ディフューザー (卓上ファン、ノズルとスロット ディフューザー、オーバーヘッド ファン、大容量低速ファンなど)、および個人用の放射熱源または伝導熱源 (フットウォーマー、レッグウォーマー、湯たんぽなど) が含まれます。PCS は、年齢、性別、体重、代謝率、衣服、温熱適応による個人間の温熱感覚の違いが、2～5 °C (3.6～9 °F) の温度変動に相当する可能性があるため、現在の HVAC システムよりもはるかに優れた個人の快適性要件を満たす可能性があります。これは、中央の均一な HVAC システムでは対応できません。^[85]さらに、研究により、自分の温熱環境を制御できるという認識によって、許容できる温度の範囲が広がる傾向があることが示されています。^[3]従来、PCSデバイスは互いに独立して使用されてきた。しかし、アンダーセンら（2016）は、快適温熱空間を良好に連結したマイクロゾーンを生成し、リアルタイムの居住者情報を報告し、プログラムによる作動要求（パーティー、会議、コンサートなど）に応答するPCSデバイスのネットワークを、居住者を認識する建物アプリケーションと組み合わせることで、快適性を最大化する新しい方法を可能にすることを提案した。^[86]

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• 熱ストレス、国立労働安全衛生研究所。
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