気流下の着衣人体における各部位の対流熱伝達率と着衣抵抗

概要

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1.はじめに裸体人体については、部位別の対流熱伝達の研究例も多い。しかし、着衣人体について、有風時を対象として部位別の着衣表面での対流熱伝達率や着衣熱抵抗を測定した例は非常に少ない。2.研究方法 (1)直接法による着衣熱抵抗の評価人体各部の熱抵抗は(1)式で表され、サーマルマネキンで熱量と皮膚温度が解っていれば、着衣の表面温度を測定することにより、着衣抵抗が直接算出できる。(2)対流熱伝達率の評価サーマルマネキンにおける人体各部の熱損失は(2)(3)式で表され、各部の総合熱伝達率から放射熱伝達率を差し引くことにより各部の対流伝達率が算出できる。(3)放射熱伝達率の評価サーマルマネキンにおける人体各部の放射熱伝達率は(4)式で表され、有効放射面積率より各部の放射熱伝達率が算出できる。3.計測方法 (1)サーマルマネキン計測に用いたマネキンは皮膚温度可変型の女性体のサーマルマネキンで、主に室内の不均一温熱環境の評価用として開発されたものである。部位の分割数は16であり、表面積は表-1、有効放射面積率は表-2のよう求められている。(2)着衣計測に用いた着衣は下着、綿100%の長ズボン、および綿100%の長袖シャツ、靴下、靴である。頭にはセミロングのかつらを取りつけ、着衣の一つとして評価した。また、人体各部の着衣からの熱損失量を明確にするため、マネキンの各部位の境界をビニールテープで縛り、着衣内での部位間の熱の移動がないよう配慮した。図-1に写真を示す。(3)着衣面積率の計測立位マネキンを対象とし、2m離れた位置から、裸体、着衣時の双方について、水平方向に45°毎に8方位から撮影し、投影面積の比を平均することにより着衣面積率を算出した。(4)風洞実験手順風洞の測定部(高さ1.5m、幅2.1mにマネキンを設置した。風洞上流側には、乱れをつくるための高さ1m、直径0.5mの円柱を測定部の上流7mの位置に設置した。表面温度測定は、熱画像をマネキン正面と背面から測定した。熱画像を解析することにより、各部位の正面と背面の着衣表面温度を求め、それらを平均することにより各部位の着衣表面温度とした。実験条件としては、裸体および着衣のマネキンそれぞれについて、正面および背面から風を当てて測定した。設定風速は0.2、0.5、0.8、1.2、2.0、3.0、5.5m/s (裸体では0.8、2.0、5.5m/sのみ)である。4.結果および考察 (1)着衣面積率部位毎の着衣面積率を表-3に示す。(2)立位の対流熱伝達率図-2(a)(b)に立位での前方からの風および後方からの風の時の、裸体時と着衣時の対流熱伝達率を示す。裸体では、手の値が大きい。着衣時は全般的に裸体時より大きくなる傾向がある。特に頭や風に対抗した時の胸や背中では裸体時の2倍以上になる。0.8m/s程度ではその差は小さいが、風速が大きくなるに従い、その差は大きくなる傾向にある。その差は正面からの風の時の頭が最も大きい。その他の部位では正面からの風の時の胸、および背後からの風の時の背中での差が他の部位に比べると大きい。(3)座位の対流熱伝達率図-3(a)(b)に座位の対流熱伝達率お結果を示す。着衣時については、立位と同様裸体時より大きくなる傾向がみられる。着衣時については、立位と同様裸体時より大きくなる傾向がみられる。立位との主な差異は、前方からの風で大腿での裸体時との差が大きい点と、後方からの風の時に頭の裸体時との差が小さい点である。全身の値で比較すると裸体時、着衣時とも、立位と座位あるいは前方からの風と後方からの風で大きな差はみられない。一方、着衣時の値は裸体時より30〜50%大きい。(4)着衣熱抵抗着衣熱抵抗の測定結果を図-5、6に示す。前方からの風での部位別(図-5)では、大腿、胸、上腕では座位の方が熱抵抗が高く、腰、頭、前腕では座位の方が低い。全身(図-6)の値で比較すると立位と座位で大きな差はみられない。(5)対流熱伝達率と着衣熱抵抗のモデル表-4〜7に対流伝達率のモデルを示す。モデルはべき乗則(h_c=a(v)^b)で近似される。部位別ではべき指数bが0.4〜0.8とばらつく。全身ではべき指数0.60〜0.69と立位と座位、風向、裸体と着衣で大きな差はない。対流熱伝達の裸体と着衣の差は主に定数aに反映されている。着衣熱抵抗のモデルを表-8、9に示す。モデルは対数則(I_<cl>=a ln(v)+b)で近似される。部位別では定数aが-0.01〜-0.26とばらつく。全身では-0.076〜-0.096と立位と座位、風向、裸体と着衣で特に大きな差はない。5.まとめ有風時の部位別の着衣抵抗と着衣表面の対流熱伝達率を着衣の表面温度計測により求めた。着衣時は裸体時に比較して対流熱熱伝達率の増大が認められた。また、部位別および全身について対流熱伝達率と着衣抵抗の近似モデルを示した。本論文で求めた対流熱伝達率や着衣抵抗は通気の影響を含むものであり、同タイプの着衣にのみ適用すべきである。
社団法人日本建築学会の論文
2002-11-30

気流下の着衣人体における各部位の対流熱伝達率と着衣抵抗

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