衣服内気候の温熱的快適性向上に関する熱流体力学的研究

• Project/Area Number: 13780070
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 家政学一般(含衣・住環境)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 津代 久子 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (00323444)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2002: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2001: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 衣服内環境 / 温熱的快適感 / 熱流体力学 / 温熱的不均衡 / 不感蒸泄 / 数値解析 / 通気性

Research Abstract

人体表面の温熱的不均衡によって人体-衣服間の空気層に温度場や気流、湿度場が出現し、着衣の保温効果に大きな影響を与えることが一般的概念として考えられてきた。これまでに、人体-衣服間の間隙の大きさと衣服の通気性をパラメータとして分割式サーモインテグレータによる熱移動測定が行われ、衣服の通気性が大なる場合には衣服内外に複雑な気流を生じることが、衣服の熱抵抗値を用いて説明されている。しかし、数値解析や流速測定は行われていないため、どのような気流が衣服内空間及び衣服表面近傍や衣服開口部に生じているかは明らかでない。そこで外環境と人体の快適性の実現と衣服内気候現象を解明することを目的として、衣服内に生じる熱気流や湿度場について2次元のナビエ・ストークス方程式を解いて数値解析を行い、被覆材近傍に生じる流れの様子について調べた。
奥行き方向長さを無限大とした加熱金属板を配置して、加熱金属板から2センチメートルの距離をおいて被覆材のパネルを配した人体表面-被覆材間のモデルを考え、外環境温度を冬場の室内温度を想定した5℃のもとで被覆材を通過する気流が生じるかどうか、数値解析を行うことにより調べた。金属板の温度は人体の皮膚温度を想定して36℃とした。被覆材の通気度と熱伝導率,比熱,密度は冬季の衣服を考慮して薄手のウールを選んだ。その結果、加熱金属板-被覆材間の上端下端を開放したときは、開口部下端から空気が流入し、暖められた空気は上昇して、'開口部上端から排出される様子が見られた。また、加熱平板にそって上昇する気流は、開口部下端から上端へと数cm/secオーダーで移動し、加熱金属板に沿う速度境界層が形成される様子が見られた。また、被覆材を通過する気流は加熱金属板に沿う気流と比べてごく僅かであることがわかった。湿度分布については、加熱金属板-被覆材間に湿度が拡散して湿度場が形成されるが、被覆材を通過して拡散する様子は見られなかった。さらに、垂直方向に並べた3枚の銅板のうち2枚目の銅板のみ加熱して上記の条件を再現して実験を行った結果、被覆材の上端開口部温度が上端開口部より5cm下部の温度より僅かに高温となることが確認された。従って、被覆材の外気暴露部の近傍で数値解析では出現しなかった複雑な気流が生じていることが予測される。今後さらに流速計を用いて詳細な速度場の測定を行うことが重要である。