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温熱快適性とは、温熱環境に対する主観的な満足感を表す精神状態のことです。 [ 2 ]人体は、食物を入力エネルギーとする熱機関と見なすことができます。人体は余分な熱を環境に放出し、体が活動を続けられるようにします。熱伝達は温度差に比例します。寒い環境では、体が生成するよりも多くの熱が放出され、暑い環境では、体が十分な熱を放出できません。暑い場合も寒い場合も、不快感につながります。[ 3 ]建物やその他の囲いの居住者に対し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。
熱中性は、人間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。熱中性に影響を与える主な要因は、熱の獲得と損失を決定する要因、すなわち代謝率、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的パラメータも熱中性に影響を与えます。[ 4 ]中立温度は熱中性につながる温度であり、個人によって、また活動レベル、衣服、湿度などの要因によって大きく異なる場合があります。人は環境温度のわずかな違いにも非常に敏感です。24 °C (75.2 °F) では、2 つの部屋の温度の 0.38 °C (0.684 °F) の差を検出できます。[ 5 ]
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。これは、定常状態条件下で制御された気候チャンバーで収集された熱バランスの原理と実験データを使用して開発されました。[ 6 ]一方、適応モデルは、居住者が環境と動的に相互作用するという考えに基づいて、数百のフィールド調査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、および日よけを使用して温熱環境を制御します。[ 4 ] [ 7 ] PMV モデルは空調された建物に適用できますが、適応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。[ 2 ]空間的または時間的に部分的に空調されている建物にどの快適性モデルを適用すべきかについては、合意がありません。
ANSI/ASHRAE 規格 55 [ 2 ]、ISO 7730 規格[ 8 ]、およびEN 16798-1規格[ 9 ]に準拠した熱快適性計算は、ASHRAE 55 用のCBE Thermal Comfort Tool [ 10 ] 、 Python パッケージ pythermalcomfort [ 11 ]、または R パッケージ comf を使用して自由に実行できます。
体温が37.5～38.3 ℃（99.5～100.9 °F）を超える高体温症[ 12 ] [ 13 ]または35.0 ℃（95.0 °F）を下回る低体温症[ 14 ]の状態に達すると、熱環境に対する満足度は人間にとって生命を脅かす可能性があるため重要です。建物は外部環境の条件を変更し、人間の生理的プロセスの適切な機能にとって重要な、正常な体温を維持するために人体が行う必要のある労力を軽減します。
ローマの著述家ウィトルウィウスは、この目的を建築の誕生と結びつけた。[ 15 ]デイビッド・リンデンは、熱帯のビーチを楽園と結びつける理由は、そのような環境では人間の体が体温を維持するために代謝の労力をあまり必要としないからだと示唆している。 [ 16 ]温度は人間の生命を支えるだけでなく、涼しさや暖かさはさまざまな文化において、保護、共同体、さらには神聖なものの象徴にもなっている。[ 17 ]
建築科学の研究では、温熱快適性は生産性や健康に関連している。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。[ 18 ] [ 19 ]高温と高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る。[ 20 ]
一定の温度でも快適に過ごせる場合もあるが、人々はキャンプファイヤーや冷たいプールなど、温度変化に惹かれる。温熱的快感は、不快な状態から快い状態へと温熱感覚が変化することによって生じ、その科学的用語はポジティブ温熱アリエステジアである。[ 21 ]温熱的に中立または快適な状態からの変化は、不快に感じられる。[ 22 ]これは、温熱的快感を排除する代償を伴うのであれば、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前提に疑問を投げかけるものである。[ 23 ]
生理的および心理的な満足度には個人差が大きいため、特定の空間で全ての人にとって最適な温度を見つけるのは難しい。特定の割合の居住者にとって快適だと感じられる条件を定義するために、実験室および現場のデータが収集されている。[ 2 ]
温熱快適性に直接影響を与える要因は数多くあり、それらは大きく2つのカテゴリーに分類できる。
これらの要因はすべて時間とともに変化する可能性があるが、基準では通常、温熱快適性を研究するために定常状態を基準としており、限られた温度変化のみを許容している。
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る。[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] 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を、皮膚表面積単位で定義している。[ 2 ]： 3
代謝率はmetという単位で表され、58.2 W/m²（18.4 Btu/h・ft²）に相当します。1 metは、安静に座っている平均的な人の体表面積あたりに生成されるエネルギー量に相当します。
ASHRAE 55 では、さまざまな活動の代謝率の表が提供されています。一般的な値としては、睡眠時は 0.7 met、座って静かにしている時は 1.0 met、軽い活動で立っている時は 1.2～1.4 met、動き、歩行、重い荷物の持ち上げ、機械の操作を伴う活動では 2.0 met 以上などがあります。断続的な活動の場合、この規格では、個人が 1 時間以下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許容されると規定されています。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。[ 2 ]
ASHRAE Handbook of Fundamentalsによると、代謝率の推定は複雑であり、2または3 metを超えるレベルでは、特にそのような活動を実行するさまざまな方法がある場合、精度は低くなります。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。呼吸による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値は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が低い方法は、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。[ 27 ]
身体活動のコンペンディウムは、医師が身体活動を記録するために使用するものです。このコンペンディウムでは、METの定義が異なり、対象となる活動の代謝率と安静時の代謝率の比率となっています。[ 28 ]この概念の定式化はASHRAEが使用するものとは異なるため、これらのMET値はPMVの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提供します。
食習慣や飲習慣は代謝率に影響を与え、それが間接的に温度嗜好に影響を与える可能性がある。これらの影響は、摂取する食べ物や飲み物によって変化する可能性がある。[ 29 ]
体型も代謝率、ひいては温熱快適性に影響を与える要因の一つです。放熱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。[ 2 ]背が高く痩せた人は表面積対体積比が大きいため、丸みを帯びた体型の人よりも熱を放散しやすく、より高い温度に耐えることができます。[ 29 ]
人が着用する断熱材の量は、熱損失、ひいては熱バランスに影響を与えるため、熱快適性に大きな影響を与えます。断熱性のある衣服の層は熱損失を防ぎ、人を暖かく保つのに役立つ場合もあれば、過熱につながる場合もあります。一般的に、衣服が厚いほど、断熱能力が高くなります。衣服の素材の種類によっては、空気の動きや相対湿度によって素材の断熱能力が低下する場合があります。[ 30 ] [ 31 ]
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体の衣類の断熱値は、ASHRAE 55 に記載されています。[ 2 ]
皮膚の湿潤度は、「汗で覆われた身体の総皮膚表面積の割合」と定義されます。[ 32 ] 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を与えます。湿度は身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、身体のさまざまな部位に局所的に発生し、皮膚の湿潤度に関する局所的な温熱快適限界は身体の部位によって異なります。[ 33 ] 四肢は、身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、身体全体の温熱快適性は、特定の部位の湿潤度によって影響を受けることはありません。
気温とは、居住者の周囲の空気の温度を、場所と時間に関して平均化したものです。ASHRAE 55規格によれば、空間平均は、着席者と立位者で異なる足首、腰、頭の高さを考慮に入れています。時間平均は、少なくとも18個の等間隔の時点を含む3分間隔に基づいています。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量に関係しており、物質の熱吸収・放出能力、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、そして視野率（物体から「見える」表面の割合）によって決まります。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、その人の体のどの部分が日光に当たっているかによって変化します。
風速は、方向に関係なく、ある地点での空気の移動速度として定義されます。ANSI /ASHRAE規格55によると、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つの高さについてです。空間内を移動する居住者については、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。[ 34 ]
相対湿度(RH) は、空気中の水蒸気量と、特定の温度と圧力で空気が保持できる水蒸気量の比率です。人体には温度を感知できる皮膚の温覚受容体がありますが、相対湿度は間接的に検出されます。発汗は、皮膚からの蒸発に依存する効果的な熱放散メカニズムです。しかし、RH が高い場合、空気は保持できる最大水蒸気量に近いので、蒸発、したがって熱放散が減少します。一方、非常に乾燥した環境 (RH < 20〜30%) も粘膜への影響により不快です。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、適応モデルなどの新しい基準では、温熱快適性に関わる他の要因に応じて、より低い湿度とより高い湿度が認められています。
最近、入浴後の人体における低相対湿度と高風速の影響がテストされました。研究者らは、低相対湿度が熱的不快感だけでなく、乾燥感やかゆみを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は、浴室の相対湿度を家の中の他の部屋よりも高く保つことが推奨されます。[ 37 ]
気温と湿度を組み合わせた様々な体感温度指標が開発されてきた。高温域では、暑さ指数などの定量的な尺度が存在する。低温域では、関連する相互作用は定性的にしか確認されていない。
湿った冷たい空気が乾燥し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る。湿度が高いと皮膚や衣服が湿って熱伝導率が高くなるため、伝導による冷却効果が高まるためだと考える人もいる。[ 40 ]
湿度の影響は、ファン（強制対流冷却）を併用することで悪化する可能性がある。[ 41 ]
多くの建物は、空調設備を使用して温度環境を制御しています。他の建物は自然換気（またはクロスベンチレーション）されており、快適な温度環境を提供するために機械システムに頼っていません。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、室内温度が極端になりすぎ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、夏は窓を開けて扇風機を使用し、冬は衣服を重ね着することで、室内環境を快適な温度に保つことができます。[ 42 ]
以下に説明するように、室内における温熱快適性を評価するために使用できるモデルや指標はいくつか存在する。
PMV/PPD モデルは、PO Fangerが熱収支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ために開発しました。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 段階スケールで温熱感覚について尋ねます。Fanger の方程式は、空気温度、平均放射温度、相対湿度、風速、代謝率、衣服の断熱の特定の組み合わせに対する被験者グループの予測平均投票 (PMV) を計算するために使用されます。[ 6 ] PMV がゼロに等しいことは温熱中立性を表し、快適ゾーンは、PMV が推奨範囲内(-0.5 < PMV < +0.5)にある 6 つのパラメータの組み合わせによって定義されます。[ 2 ] 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ですが、人々が満足するかどうかを考慮する方がより有用です。Fanger は、PMV と予測不満率 (PPD) を関連付ける別の方程式を開発しました。この関係は、室内環境を精密に制御できるチャンバー内で被験者を調査した研究に基づいていた。[ 6 ]
PMV/PPDモデルは世界的に適用されていますが、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。[ 4 ] [ 43 ] [ 44 ]
ASHRAE規格55-2017は、PMVモデルを使用して室内熱環境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。[ 2 ]
ASHRAE 55 [ 10 ]用のCBE熱快適性ツールを使用すると、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。結果は乾湿線図または温度-相対湿度図に表示され、残りの 4 つのパラメータに入力された値が与えられた場合に快適となる温度と相対湿度の範囲を示します。[ 45 ]
PMV/PPD モデルの予測精度は低い。[ 46 ]世界最大の温熱快適性フィールド調査データベースを使用した場合、[ 47 ]居住者の温熱感覚を予測する PMV の精度はわずか 34% であり、温熱感覚が正しく予測されるのは 3 回に 1 回であることを意味する。PPD は、温熱中立範囲 (-1≤PMV≤1) 外では、被験者の温熱不許容度を過大評価していた。PMV/PPD の精度は、換気戦略、建物タイプ、気候によって大きく異なる。[ 46 ]
ASHRAE 55 2013 では、 0.2 メートル毎秒 (0.66フィート/秒)を超える風速をベースライン モデルとは別に考慮しています。空気の流れは、特に衣服をあまり着ていない場合、人に直接冷却効果をもたらすため、PMV モデルの予測よりも高い温度の方が快適になることがあります。局所制御なしでは最大0.8 m/s (2.6フィート/秒)の風速が許容され、局所制御があれば 1.2 m/s まで可能です。この高い空気の流れにより、夏のオフィス空間の最高温度は27.5 °C ( 86.0–81.5 °F )から 30 °Cに上昇します。[ 2 ]
「熱的快適性のための仮想エネルギー」とは、エアコンのない建物をエアコン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のことです。これは、いずれ住宅にエアコンまたは暖房が設置されるという前提に基づいています。[ 48 ] パッシブデザインは建物の熱的快適性を向上させ、暖房または冷房の需要を減らします。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、快適条件ぎりぎりの気候条件のため、現在ほとんどの居住者は暖房や冷房を行っていません。同時に、所得が増加するにつれて、冷暖房システムを導入する傾向が強くなっています。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、奨励すれば、将来HVACシステムを設置するリスクを減らすか、少なくともそのようなシステムがより小さく、使用頻度が低くなることを保証します。または、暖房または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、少なくとも人々は屋内で不快感に苦しむことはないはずです。例えば、コスタリカのサンホセでは、窓ガラスを多用し開口部を小さく設計した住宅の場合、室内温度は容易に30 ℃（86 °F）を超え、自然換気だけでは室内の熱負荷や日射熱負荷を十分に除去できません。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明らかにし、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」という概念を生み出しました。このアプローチは、完全にフリーランニングの建物であって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には過熱に関する要件が含まれていますが、過冷については評価されていません。しかし、過冷は、主に発展途上国、例えばリマ（ペルー）、ボゴタ、デリーなどの都市で問題となる可能性があります。これらの都市では、室内温度が低くなることが頻繁に起こります。これは、不快感を軽減するための研究と設計ガイダンスの新たな分野となる可能性があります。
ASHRAE 55-2017では、風速が上昇した場合（0.2メートル毎秒（0.66フィート毎秒）以上）の冷却効果（CE）を、空気温度と平均放射温度の両方から差し引いたときに、風速が上昇した場合の最初のSET計算と同じSET値（0.1メートル毎秒）が得られる値と定義しています。 [ 2 ]
CE を使用すると、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 メートル毎秒 (0.66フィート/秒) ) を使用して、風速が上昇した環境に合わせて調整された PMV を決定できます。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。
足と頭の間の垂直方向の空気温度差、非対称な放射場、局所的な対流冷却（ドラフト）、または熱い床や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避けることは、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、人は熱感覚が中立よりも低いときに局所的な不快感に敏感になり、体温が中立よりも高いときは不快感に鈍感になります。[ 34 ]
人の周囲の表面の熱放射に大きな差があると、局所的な不快感が生じたり、温熱環境の許容度が低下したりする可能性があります。ASHRAE規格55では、さまざまな表面間の許容温度差の制限を定めています。人は、例えば暖かい天井と熱い垂直面や冷たい垂直面など、非対称性に対して敏感な場合とそうでない場合があるため、制限はどの表面が関係しているかによって異なります。天井は+ 5 ℃（9.0 °F）以上暖かくなってはならず、壁は他の表面よりも最大+ 23 ℃（41 °F）暖かくなっても構いません。 [ 2 ]
空気の流れは、状況によって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、全身の温熱感覚が冷たいときに最も顕著になります。ドラフトは、頭、首、肩、足首、足、脚など、覆われていない身体の部分に最も感じやすいですが、その感覚は風速、気温、活動、衣服にも左右されます。[ 2 ]
床の温度が高すぎたり低すぎたりすると、履物によっては不快感が生じる可能性があります。ASHRAE 55では、居住者が軽量の靴を履く空間では、床の温度を19～29 ℃（66～84 °F）の範囲に保つことを推奨しています。 [ 2 ]
標準有効温度 (SET) は、熱環境に対する人間の反応のモデルです。AP Gagge によって開発され、1986 年に ASHRAE に承認されました[ 49 ]。これは、Pierce 2 ノード モデルとも呼ばれます。[ 50 ]。その計算は PMV と似ています。これは、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総合的な快適性指標だからです。根本的な違いは、皮膚温度と皮膚湿潤度を測定する際に人間の生理機能を表すために 2 ノード方式を採用している点です。[ 49 ]
SET指数は、対象者が該当する活動に合わせて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）と体温調節ストレス（皮膚の湿潤度）を受ける、相対湿度50％の等温環境における乾球温度に相当する値として定義される。[ 49 ]
研究では、このモデルを実験データと比較検証した結果、皮膚温度を過大評価し、皮膚の湿潤度を過小評価する傾向があることがわかった。[ 50 ] [ 51 ] 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。[ 52 ] SET指数は、 ASHRAE 55用のCBE Thermal Comfort Tool [ 10 ] 、 Pythonパッケージpythermalcomfort [ 11 ] 、または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、屋外の気候と室内の快適性の間に統計的に有意な相関関係があるため、屋外の気候を室内の快適性の代理指標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。[ 4 ]多くの研究者が世界中でフィールド調査を実施し、建物の居住者に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、密閉された空調の建物の居住者よりも広い範囲の温度を受け入れ、さらには好むことが明らかになりました。これは、彼らの好みの温度が屋外の状況に依存するためです。[ 4 ]これらの結果は、適応快適性モデルとしてASHRAE 55-2004規格に組み込まれました。適応チャートは、室内の快適温度を一般的な屋外温度に関連付け、80%と90%の満足度のゾーンを定義します。[ 2 ]
ASHRAE-55 2010規格では、適応モデルの入力変数として、その日の平均屋外気温が導入されました。これは、対象日の7日以上30日以内の連続した日の平均屋外気温の算術平均に基づいています。[ 2 ]また、異なる係数で気温に重み付けを行い、直近の気温に高い重要度を割り当てることによって計算することもできます。この重み付けを使用する場合は、後続の日の上限を遵守する必要はありません。適応モデルを適用するには、空間に機械式冷却システムがなく、居住者が1～1.3 metの代謝率で座りがちな活動に従事しており、平均気温が10～33.5 °C (50.0～92.3 °F)である必要があります。[ 2 ]
このモデルは特に、屋外の気候が実際に室内の環境、ひいては快適ゾーンに影響を与える可能性がある、居住者が制御する自然換気空間に適用されます。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ました。[ 4 ]これは、適応プロセスにはさまざまな種類があるため、行動的および生理的な調整の両方によるものです。[ 53 ] ASHRAE 規格 55-2010 では、最近の温熱体験の違い、衣服の変化、制御オプションの利用可能性、居住者の期待の変化が人々の温熱反応を変える可能性があると述べています。[ 2 ]
熱快適性の適応モデルは、欧州規格EN 15251やISO 7730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。より大きな違いは適用範囲にあります。ASHRAE適応規格は機械式冷房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も適用できます。[ 54 ]
熱適応には、大きく分けて行動的、生理的、心理的な3つのカテゴリーがある。
特定の環境における個人の快適レベルは、心理的要因により時間とともに変化し、適応する可能性があります。温熱快適性の主観的認識は、過去の経験の記憶によって影響を受ける可能性があります。慣れは、繰り返し曝露されることで将来の期待や感覚入力に対する反応が緩和されるときに発生します。これは、自然換気建物における現場観測とPMV予測（静的モデルに基づく）の差を説明する上で重要な要素です。これらの建物では、外気温との関係は予測の2倍も強いことがわかっています。[ 4 ]
心理的適応は、静的モデルと適応モデルで微妙に異なります。静的モデルの実験室試験では、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、定量化することができます。一方、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（心理的差異と呼ばれる）を報告することに限定されます。
温熱快適性は「精神状態」として心理学的に定義される。実験室における精神状態に影響を与える要因には、温度の制御感覚、温度の知識、および（実験）環境の外観などがある。住宅のように見える温熱実験室は、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」。[ 55 ]
人体には、極端な温度環境で生き残るためのいくつかの体温調節メカニズムがあります。寒い環境では、体は血管収縮を利用します。これにより、皮膚への血流、皮膚温度、および放熱が減少します。暖かい環境では、血管拡張により、皮膚への血流、熱輸送、皮膚温度、および放熱が増加します。[ 56 ]上記の血管運動調節にもかかわらず不均衡がある場合、暖かい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、高体温症が発症し、体温が40 ℃（104 °F）に達し、熱中症が発生する可能性があります。寒い環境では、震えが始まり、筋肉が不随意に働き、熱産生が最大10倍に増加します。平衡が回復しない場合、低体温症が発症し、致命的になる可能性があります。[ 56 ]数日から6か月に及ぶ極端な気温への長期的な適応は、心血管系および内分泌系の適応をもたらす可能性がある。高温の気候は血液量の増加を引き起こし、血管拡張の有効性を高め、発汗機構の働きを強化し、温度嗜好を再調整する可能性がある。低温または低体温の状態では、血管収縮が永続的になり、血液量の減少と身体代謝率の増加につながる可能性がある。[ 56 ]
自然換気式の建物では、室内環境が不快な状態になり始めると、居住者は快適さを保つために様々な行動をとります。窓や扇風機の操作、ブラインドやシェードの調整、着替え、飲食などが一般的な適応策です。中でも、窓の調整が最も一般的です。[ 57 ]こうした行動をとる居住者は、そうでない居住者よりも、気温が高い時でも涼しく感じる傾向があります。[ 58 ]
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、研究者たち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、これまでに多くの窓開閉モデルが開発されているが、窓開閉を引き起こす要因についてはコンセンサスが得られていない。[ 57 ]
人々は季節的な暑さに適応するために、夜行性になったり、運動をしたり、夜間にビジネスを行ったりするかもしれない。
個人の熱感受性は、記述子F Sによって定量化され、非理想的な熱条件に対する耐性が低い個人ほど高い値をとります。[ 59 ]このグループには、妊婦、障害者、および 14 歳未満または 60 歳以上の成人が含まれます。既存の文献は、通常、年齢とともに高温および低温表面に対する感受性が低下するという一貫した証拠を提供しています。また、60 歳を過ぎると体温調節における身体の有効性が徐々に低下するという証拠もあります。[ 59 ]これは主に、身体のコア温度を理想的な値に維持するために使用される身体の下部の対抗メカニズムの反応がより鈍くなるためです。[ 59 ] 高齢者は、若年成人よりも暖かい温度を好みます (76 度対 72 度 F、または 24.4 度対 22.2 度 C)。[ 55 ]
状況要因には、個人の健康状態、心理状態、社会状況、職業活動などが含まれる。
男女間の温熱快適性の好みは小さいようですが、平均的な違いはいくつかあります。研究によると、男性は平均して女性よりもずっと早く温度上昇による不快感を報告することがわかりました。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。最近の研究では、男性と女性に同じ綿の服を着せ、ダイヤル投票を使用して変化する温度に対する温熱快適性を報告しながら、精神的な作業を行わせました。[ 60 ] 多くの場合、女性は男性よりも高い温度を好みました。しかし、女性は温度に対してより敏感である傾向がある一方で、男性は相対湿度レベルに対してより敏感である傾向があります。[ 61 ] [ 62 ]
マレーシアのサバ州コタキナバルにある自然換気式の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温熱感受性を調べた。データ分析にはカテゴリカルモデレーターの多重階層回帰が選択された。その結果、グループとしては女性は男性よりも室内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、温熱中立条件下では、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。[ 63 ]
世界のさまざまな地域では、気候によって温熱快適性のニーズが異なる場合があります。中国の気候は、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。中国では、経済と人口の急速な増加により、温熱快適性に関連するエネルギーの節約がここ数十年で大きな問題となっています。[ 64 ] 研究者たちは現在、中国の建物をより低コストで、かつ環境への害も少なく暖房および冷房する方法を研究しています。
ブラジルの熱帯地域では、都市化によって都市ヒートアイランド（UHI）が発生しています。これらは、人口の大量流入により熱快適限界を超えて上昇し、雨季にのみ快適範囲内に下がる都市部です。[ 65 ]適切な条件が揃えば、都市ヒートアイランドはどの都市や建築物のある地域でも発生する可能性があります。[ 66 ] [ 67 ]
サウジアラビアの高温多湿な地域では、モスクにおける温熱快適性の問題が重要視されてきました。モスクは非常に大きな開放的な建物であり、断続的にしか使用されないため（金曜日の正午の礼拝の時は非常に混雑します）、適切な換気が困難です。建物が大きいため大量の換気が必要となり、建物の使用時間が短いため、多くのエネルギーを消費します。断続的な需要のため、モスクの温度調節は困難であり、多くのモスクが暑すぎたり寒すぎたりします。また、建物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層が形成されます。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より容易にしています。[ 68 ]また、効率を向上させるために新しい監視手順も実施されています。[ 69 ]
温熱快適性の概念は、温熱ストレスと密接に関連しています。これは、訓練演習中の軍人や競技イベント中のアスリートに対する太陽放射、空気の流れ、湿度の影響を予測しようとするものです。予測熱ストレス (PHS) やヒューミデックスなど、いくつかの温熱ストレス指標が提案されています。[ 70 ]一般的に、人間は温熱ストレス下ではうまく機能しません。温熱ストレス下での人のパフォーマンスは、通常の温熱湿潤条件下でのパフォーマンスよりも約 11% 低くなります。また、温熱ストレスに関連する人間のパフォーマンスは、個人が行っているタスクの種類によって大きく異なります。温熱ストレスの生理的影響には、皮膚への血流の増加、発汗、換気の増加などがあります。[ 71 ] [ 72 ]
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、高温環境下で作業する人が受ける熱ストレスを分析的に評価することを可能にします。[ 73 ]このモデルは、作業条件に応じて人体が発汗量と内部コア温度を予測する方法を説明しています。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、生理的ストレス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ます。PHS モデルは個々の被験者の生理的反応を予測するのではなく、健康で作業に適した標準的な被験者のみを考慮します。PHS は、Python パッケージ pythermalcomfort [ 11 ]または R パッケージ comf を使用して決定できます。
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限界値と閾値限界値を定めている。
この方法は、職場の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）に採用されています。[ 74 ]
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規格55の開発と改良につながり、カンザス州立大学でオレ・ファンガーらが実施しました。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離れるにつれて、満足する人はどんどん少なくなりました。この観察結果は、快適条件で満足を表明した人の割合と予測平均投票（PMV）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異議を唱えられました。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。[ 4 ]
この研究は、住宅用建物の建物エネルギーシミュレーション（BES）プログラムを作成するために応用されています。特に住宅用建物は、公共および商業用建物よりも熱的快適性が大きく異なる場合があります。これは、建物のサイズが小さいこと、着用する衣服の種類が異なること、および各部屋の用途が異なることが原因です。主な懸念事項は、浴室と寝室です。浴室は、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人の代謝率の違いに対応する必要があるため重要です。[ 75 ]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。
軍では現在、衣服の熱快適性に関する研究が行われている。軍事環境における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る。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、テストされている。[ 76 ]
過去20年間、研究者たちは人体を多くのセグメントに分割し、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温熱快適性モデルも開発してきた。[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] これにより、特定の身体部位を加熱/冷却することを目的とした温熱快適性モデリングの新たな分野が開かれた。
もう一つの研究分野は、暖色（赤、オレンジ、黄色の色相）の環境は温度と快適さの点でより暖かく感じられ、寒色（青、緑の色相）の環境はより涼しく感じられるという色相熱仮説です。 [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]色相熱仮説は科学的に調査され[ 83 ]、暖色と寒色という用語で大衆文化に定着しています[ 84 ]。
参照した研究では、同一室内の異なる居住者グループの温熱環境について議論しようと試みたものの、結局は主観的な調査に基づく温熱快適性の満足度の比較を示すにとどまっていました。同一室内に滞在せざるを得ない様々なタイプの居住者の温熱快適性に関する要求事項を調和させようとした研究は一つもありませんでした。したがって、病院における様々な居住者グループが必要とする温熱環境を調査し、この概念における彼らの異なる要求事項を調和させる必要があると考えられます。必要な温熱快適性に関する要求事項の差異を調和させるためには、適切な機械システムを用いて同一室内の局所放射温度の異なる範囲を利用できる可能性を検証することが推奨されます。
病院における患者の温熱快適性に関する様々な研究が行われている一方で、温熱快適性が患者の治癒の質と量に及ぼす影響についても研究する必要がある。職員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るが、この分野において病院で個別に実施された研究はない。したがって、このテーマについて、対象範囲と方法を個別に検討する研究が推奨される。また、免疫力が低下している患者（HIV感染者、火傷患者など）に対する冷却・暖房供給システムに関する研究も推奨される。職員の温熱快適性と生産性との関係、患者の低体温症を予防し、同時に病院職員の温熱快適性を向上させるための様々な暖房システムの活用など、重点的に取り組むべき重要な分野が依然として存在する。
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建物やシステムの設計方法に関する知識を向上させるために、さらなる研究が必要な分野である。[ 85 ]
パーソナルコンフォートシステム（PCS）とは、建物の居住者を個別に暖房または冷房する装置またはシステムのことです。[ 86 ]この概念は、広範囲にわたって均一な温度設定を行う中央空調システムとは対照的に考えると最もよく理解できます。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やエアディフューザー（例：卓上ファン、ノズルおよびスロットディフューザー、天井ファン、大風量低速ファンなど）や、放射または伝導熱の個人用源（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。年齢、性別、体重、代謝率、衣服、熱適応による温熱感覚の個人差は、2～5 ℃（3.6～9 °F）に相当する温度差になる可能性があり、中央の均一な空調システムでは対応できないため、PCSは現在の空調システムよりもはるかに優れた個人の快適要求を満たす可能性があります。[ 86 ]さらに、研究によると、温熱環境を制御できるという認識は、許容温度の範囲を広げる傾向があることが示されています。[ 4 ]従来、PCS デバイスは互いに独立して使用されてきました。しかし、Andersen ら (2016) は、熱的快適性のよく接続され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が、居住者を認識する建物アプリケーションと組み合わされて、快適性の最大化の新しい方法を可能にすることを提案しています。[ 87 ]
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