建築物の環境衛生 建築物環境衛生管理技術者

【ビル管理士・環境衛生】人体の生理と温熱環境(体温調節・快適性指標PMV・SET*をわかりやすく解説)

結論:ビル管理は「人体のしくみ」を知ることから始まる

ここからは科目2「建築物の環境衛生」に入ります。最初のテーマは、ビル管理の根幹である「なぜ温度・湿度・気流を管理する必要があるのか」を人体のしくみから理解することです。

人間の体は常に体温を約37℃に保とうとしています。この体温調節のメカニズムと、快適かどうかを数値で表す「温熱指標」が試験の頻出テーマです。

産熱(熱をつくる)

基礎代謝・筋肉運動・食事
→ 体内で熱が発生

放熱(熱を逃がす)

放射・対流・蒸発・伝導
→ 体外に熱を放出

この産熱と放熱のバランスが崩れると、暑すぎたり寒すぎたりして体調を崩します。ビル管理は、このバランスが保たれる環境をつくる仕事です。

体温調節のしくみ ― 産熱と放熱

産熱(体内で熱をつくるしくみ)

種類 内容
基礎代謝 安静時にも臓器の活動で常に熱が発生。産熱の大部分を占める
筋肉運動 運動やふるえ(シバリング)で熱を産生。寒いとき体が震えるのは産熱を増やすため
食事誘発性熱産生 食事の消化・吸収の過程で発生する熱(特異動的作用=SDA)

放熱(体外に熱を逃がすしくみ)

放熱には4つの経路があります。これが試験の最重要ポイントです。

放熱経路 しくみ 影響する環境要素
放射(輻射) 赤外線として周囲の壁・床・天井に熱を放出。接触不要 周囲の表面温度
対流 体の周りの空気に熱を渡す。風があると促進される 気温気流
蒸発 汗が蒸発するとき気化熱を奪う。高温環境で最も重要な放熱手段 湿度気流
伝導 直接触れた物体に熱が移動する(椅子、床など) 接触面の温度

試験のポイント:安静・常温時(オフィスで椅子に座っているような状態)では、放熱の約45%が放射、約30%が対流、約25%が蒸発です。放射が最大ということを覚えましょう。「暑くないのに汗をかいていないのに、なぜ体温が保たれるのか」→ 放射と対流で大部分の熱を逃がしているからです。

ひっかけ注意:高温環境では蒸発が主な放熱手段」は正しいですが、「常温環境でも蒸発が最大」は誤りです。常温では放射が最大。気温が体温に近づくと対流による放熱が減り、蒸発(発汗)の割合が増加します。

温熱環境の4要素と2要素 ― 「温熱6要素」

人が暑いか寒いかを感じるのは、6つの要素の組み合わせで決まります。

分類 要素
環境側の4要素 気温(空気の温度)
湿度(空気中の水分量)
気流(風速)
放射(周囲の表面温度、平均放射温度=MRT)
人体側の2要素 代謝量(活動量。単位:met)
着衣量(衣服の断熱性。単位:clo)

met(メット)とclo(クロ):1 met=安静座位の代謝量(約58 W/m2)。1 clo=ビジネススーツ相当の断熱性。試験では「met=代謝量の単位」「clo=着衣量の単位」を入れ替えたひっかけが出ます。

温熱指標(温熱環境を数値で表す)

温熱環境の快適さを1つの数値で表す指標がいくつかあります。試験では指標の名前と「何を考慮するか」がよく問われます。

指標 正式名称 考慮する要素
PMV 予測平均温冷感申告(Predicted Mean Vote) 温熱6要素すべて
PPD 予測不満足者率(Predicted Percentage of Dissatisfied) PMVから算出
SET* 新標準有効温度(Standard New Effective Temperature) 温熱6要素すべて
WBGT 湿球黒球温度(Wet Bulb Globe Temperature) 湿球温度・黒球温度・乾球温度
OT 作用温度(Operative Temperature) 気温・放射(MRT)

PMV(予測平均温冷感申告)を詳しく

PMVは温熱6要素すべてを考慮した最も総合的な指標で、試験で最もよく出ます。

PMVの値 温冷感
+3 暑い
+2 暖かい
+1 やや暖かい
0 快適(中立)
-1 やや涼しい
-2 涼しい
-3 寒い

ISO 7730の推奨範囲

PMV=-0.5〜+0.5の範囲が快適。このときPPD(不満足者率)は10%以下になる。
つまり「どんなに快適な環境でも10人に1人は不満を感じる」ということ。

WBGT(暑さ指数)

WBGTは熱中症の予防に使われる指標で、科目2のテーマ8(熱中症)とも関連します。

WBGTの特徴:湿球温度(湿度の影響)を最も重視する指標です。暑い環境では湿度が高いほど汗が蒸発しにくく、熱中症リスクが上がるためです。

体温調節の中枢 ― 視床下部

体温調節の司令塔は、脳の視床下部(間脳の一部)にあります。

暑いとき 寒いとき
皮膚の血管を拡張(放熱を増やす) 皮膚の血管を収縮(放熱を減らす)
発汗(蒸発で熱を逃がす) ふるえ(シバリング)(筋肉運動で産熱を増やす)

ひっかけ注意:「体温調節の中枢は大脳皮質」は誤りです。正しくは視床下部(間脳)。大脳皮質は思考や感覚の処理を担当する部位です。

ビル管理の現場での温熱環境管理

実務との接点:

  • 建築物衛生法の温度基準(17〜28℃)はこの温熱環境の知識に基づいています
  • 冬場に「寒い」というクレームが来たとき、温度だけでなく湿度や気流も確認。低湿度・気流感が体感温度を下げます
  • 熱中症の予防には温度だけでなくWBGT(湿球黒球温度)が有効。次の記事で詳しく学びます

まとめ ― 試験で狙われるポイント

この記事の重要ポイント

  • 放熱の4経路:放射・対流・蒸発・伝導。常温時は放射が最大
  • 高温環境では蒸発が主な放熱手段になる
  • 温熱6要素=気温・湿度・気流・放射+代謝量(met)・着衣量(clo)
  • PMV=温熱6要素すべてを考慮。0が快適、-3〜+3の7段階
  • PMV±0.5以内でPPD10%以下
  • WBGTは湿球温度を最重視(熱中症予防指標)
  • 体温調節の中枢は視床下部(大脳皮質ではない)

理解度チェック

【問題1】安静・常温時における人体からの放熱経路のうち、最も割合が大きいものはどれか。

(1)伝導
(2)対流
(3)蒸発
(4)放射
(5)呼吸

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正解:(4)放射
安静・常温時の放熱は、放射が約45%で最大です。対流が約30%、蒸発が約25%と続きます。高温環境では蒸発が主になりますが、常温では放射が最大であることを覚えましょう。

【問題2】PMV(予測平均温冷感申告)に関する記述のうち、正しいものはどれか。

(1)PMVは気温と湿度の2要素から求める
(2)PMV=0は「暑い」を意味する
(3)PMVの推奨範囲は-0.5〜+0.5である
(4)PMVは-7〜+7の15段階で表す
(5)PMVは着衣量を考慮しない

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正解:(3)PMVの推奨範囲は-0.5〜+0.5である
PMVは温熱6要素すべてを考慮し、-3(寒い)〜+3(暑い)の7段階で表します。0が快適(中立)で、ISO 7730では-0.5〜+0.5の範囲を推奨しています。

【問題3】温熱環境の6要素に含まれないものはどれか。

(1)気温
(2)気流
(3)照度
(4)代謝量
(5)着衣量

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正解:(3)照度
温熱環境の6要素は、環境側の4要素(気温・湿度・気流・放射)と人体側の2要素(代謝量・着衣量)です。照度は光環境の要素であり、温熱環境の6要素には含まれません。

【問題4】人体の体温調節に関する記述のうち、正しいものはどれか。

(1)体温調節の中枢は大脳皮質にある
(2)寒いときは皮膚の血管が拡張する
(3)ふるえ(シバリング)は寒冷時の産熱反応である
(4)暑いときは皮膚の血管が収縮する
(5)発汗は寒冷時に増加する

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正解:(3)ふるえ(シバリング)は寒冷時の産熱反応である
寒いとき筋肉が細かく震える(シバリング)のは、筋肉運動で熱を産み出すための反応です。体温調節の中枢は視床下部(大脳皮質ではない)。寒いときは血管が収縮(拡張ではない)し、暑いときは血管が拡張(収縮ではない)します。

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