社会インフラを支える情報システム
無人運転等の自動化技術の変革期にあって、交通、電力、金融、農業、メディア、治安などの社会インフラは大きな転換を迎えつつあります。身近な問題を取り上げて、今後の社会インフラを支える情報システムを計画，開発，運用する技術について研究しています。動画はミニチュアの街を列車視点で眺める実験の映像例です。
人間が多くの時間を過ごすであろう建築内の快適性構築は重要である。本研究では関西地域の実際の住宅において、温湿度計などによる「物理環境自動測定」と居住者に快適性と行動習慣を回答してもらう「アンケート申告」を同時実施する「フィールド調査」を1年以上行い、居住環境のデータセットを構築する。このデータセットを統計解析することで、居住実態を解明するとともに、季節に応じた適切な温熱環境や居住者行動を提案する。
適応的な快適性に着目
私たち人間は日々の生活のほとんどを建物内部で過ごすと思います。したがって、その人々が滞在する建物空間内の快適性を考えることは重要です。これは、住宅でもオフィスでも学校など…どこにでも当てはまると思います。そしてその「人間」を囲んでいる「建物」もまた、「都市」「気候」に囲まれている、という考え方があります。つまり建物の快適性を考える上では「(建物外の)気候の変動」にも注目することが大事です。特に日本は、暖かい春から暑い夏、涼しい秋、寒い冬…というように、1年間を通して大きく変化する地域の1つです。そのような環境において私たちは、各々の季節に合った行動や服装、空調を選択して「適応」することで、不快を避けながら過ごしています。現代では空調機器によって「変動の小さい温熱環境」で暮らすことも可能かもしれません。しかし、健康やエネルギー問題、さらには季節情緒など…も踏まえると、建築外環境の変動に上手に「適応」しながら生活することは大切と考えられます。私たちはこの「適応的な快適性」に注目して研究を取り組んでいます。
「現場」データで居住実態を解明
温熱環境分野の研究は様々あります。その中でも私たちは、実際に人が滞在している環境(つまり実生活中)での環境測定とアンケート申告を通した「フィールド調査」を軸に研究を取り組みたいと思っております。特に四季変動を持つ日本においては、年間を通した長期フィールド調査の実施が大切です。この長期フィールド調査からデータセットを構築し、統計解析を行うことで人々の温熱環境と快適性そして住まい方の実態を解明します。
これらの研究成果は建物環境や住まい方の改善点を発見だけでなく、「実際の人々はどのような環境で、どのように過ごし、どのように感じているのか？」を定量的に示す基礎資料となると考えております。一例として、建築温熱シミュレーションや実生活での住まい方推奨アプリケーションなどの開発時に、これらの現場の知見を設定に組み込むことで応用できると考えております。特に住まい方推奨アプリケーションについては、現場からの知見の応用として、将来的に取り組みたい派生的課題の1つです。
自動測定による住宅物理環境の収集
フィールド調査の概要を説明していきます。本調査では、温度などの測定値を自動で記録できる測定機器を用いて、住宅内の物理環境値を記録していきます。通常、記録は10分間隔で設定しております。測定項目は室内の気温と相対湿度の他にも、グローブ温度(放射熱を考慮した温度)やCO2濃度、照度も測定しております。これらの測定機器を1つのスタンドに設置することで、測定ポイントを設定します。Fig.1はその一例です。
また、Fig.2などのように壁や窓、床の表面温度の測定も同様に自動測定ができます。一例として、冬季では床が冷たいことで不快と感じると考えられますが、実際はどのくらいの温度が低いのか？を定量的に把握できます。
アンケート申告による居住者快適性・行動習慣のデータ収集
そして前述の自動測定と同時に、居住者にはアンケート申告も実施しています。アンケートでは居住者の快適性だけでなく、居住者行動の状況(窓開閉やエアコン・扇風機の使用、着衣調整など)も回答してもらいます。Fig.3はこれらの回答項目をまとめたアンケート用紙の一例です。この用紙を複数部まとめて冊子にして居住者にお渡しし、居住者の都合の合うタイミングで回答してもらいます。
データセットの構築
フィールド調査から得られた測定・申告のデータからデータセットを構築します。一例として、アンケート申告の各回答データに対して同じ時刻の自動測定データを対応づけるデータセットをよく使用しております。さらに、気象庁公開の気象データも同じく対応づけることで、室内の快適性や行動を、室内外のどちらの環境変動からも分析できるようになります。一例として、Fig.4は以前に関わった関東の住宅でのフィールド調査のデータセットの一部分です。
住宅の居住実態の解明
関西での調査は2021年度から開始しており、現在はデータ収集に取り組んでいます。そのため、以前に取り組んだ関東の住宅での事例を紹介します。
Fig.5は快適と知覚する温度(快適温度)と屋外温熱環境の関係性を表しています。例えばエアコン不使用時(FR)をみてみると、外気温が高くなると快適と知覚する温度も高くなっていたことがわかります。日本は春夏秋冬の四季を持っており、暑い季節も寒い季節もあります。その季節変動に応じて人々の適切な温熱環境も変化していることを表しています。
また、Fig.6では、窓開閉やエアコン・扇風機の使用頻度割合と外気温の関係性を表しています。ここからも、外気温の変動(つまり季節変動)に応じて居住者行動も変わってくることを表しています。特に、春季や秋季に相当する外気温帯では窓開放頻度が約50%と多く実施されていましたが、夏季の外気温帯では窓開放頻度は減少してエアコン冷房使用頻度が多くなることがわかりました。また、扇風機使用についても単独使用より窓開閉やエアコン冷房と併用して使用されることが多いことがわかりました。
これらの分析から季節変動に応じて居住者が調整行動を選択しており、快適性も変動することが考えられると思います。
発表論文：[1]今川ら，日本建築学会環境系論文集，Vol.81，No.728，pp.875-883，2016, [2]Imagawa et al., Energy and Buildings, Vol.226, 110326, 2020
最後に
現在は関西の住宅のリビングを対象に研究を行なっております。今後は住宅の寝室やオフィス(執務環境)、屋外空間でのフィールド調査にも取り組みたいと思っております。
今日ではテレワークの普及が進んでいることから、住宅での温熱環境の研究はより一層重要になったと思います。住宅では執務者個人の好みに応じた温熱環境の調整(適応行動)が行いやすいアドバンテージがある点も興味深いです。その一方で実際のオフィス勤務のニーズもあることから、それらオフィスの温熱環境フィールド調査を実施して基礎資料を構築することもまだ必要だと考えられます。
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