(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、・・・、第ｎ部品（ｎは２以上の自然数）で構成される構造物で、前記各部品の少なくともいずれか１つが採光のために取り付けられた透光板である人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法において、
前記各部品と人体との間の空間領域から設計形状を設定してインターフェースを介して入力するステップと、
前記第１部品に使用される材料の候補、前記第２部品に使用される材料の候補、・・・、前記第ｎ部品に使用される材料の候補をそれぞれ一以上用意し、前記構造物の設計形状に応じた部品をそれぞれ選択してインターフェースを介して入力するステップと
外部記憶装置に設けられたデータベースに格納された前記部品毎に用意された材料の候補の物性値を前記入力に従い読み出すステップと、
読み出された前記物性値から前記第１部品に使用される材料の物性値と、前記第２部品に使用される材料の部性値と、・・・、前記第ｎ部品に使用される材料の物性値との組み合わせを演算手段により一以上作成するステップと、
前記組み合わせのそれぞれについて、前記透光板を透過して前記構造物内の人体に到達する日射量の計算、前記構造物内における対流熱伝達の計算、前記構造物内における放射熱伝達の計算、前記構造物内における湿度の計算および前記人体の体温調節の計算を演算手段により連成して行い、
前記人体の皮膚表面からの熱損失量、前記人体の皮膚温、および発汗による前記人体のぬれ率を算出し、前記熱損失量、前記平均皮膚温、および前記ぬれ率を用いて、演算手段により前記人体の温熱感覚を示す温熱指標を算出するステップと、
予め温熱指標の最適値をインターフェースより入力するステップと、
前記算出結果と前記最適値を比較して前記温熱指標が所定の最適値に最も近い前記物性値の組み合わせを評価手段によって選択するステップと、
を有することを特徴とする人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項２】
第１、第２、・・・、第ｎ部品（ｎは２以上の自然数）で構成される構造物で、前記各部品の少なくともいずれか１つが採光のために取り付けられた透光板である人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法において、
前記各部品と人体との間の空間領域から設計形状を設定してインターフェースを介して入力するステップと、
前記第１部品に使用される形状の候補、前記第２部品に使用される形状の候補、・・・、前記第ｎ部品に使用される形状の候補をそれぞれ一以上用意し、前記部品毎に用意された形状の候補のデータ（以下、形状データという）をそれぞれ選択してインターフェースを介して入力するステップと、
外部記憶装置に設けられたデータベースに格納された前記形状データを前記部品毎に
前記入力に従い読み出すステップと、
読み出された前記形状データから前記第１部品に使用される形状データと、前記第２部品に使用される形状データと、・・・、前記第ｎ部品に使用される形状データとの組み合わせを演算手段により一以上作成するステップと、
前記組み合わせのそれぞれについて、前記透光板を透過して前記構造物内の人体に到達する日射量の計算、前記構造物内における対流熱伝達の計算、前記構造物内における放射熱伝達の計算、前記構造物内における湿度の計算および前記人体の体温調節の計算を演算手段により連成して行い、
前記人体の皮膚表面からの熱損失量、前記人体の皮膚温、および発汗による前記人体のぬれ率を算出し、前記熱損失量、前記平均皮膚温、および前記ぬれ率を用いて、演算手段により前記人体の温熱感覚を示す温熱指標を算出するステップと、
予め温熱指標の最適値をインターフェースより入力するステップと、
前記算出結果と前記最適値を比較して前記温熱指標が所定の最適値に最も近い前記物性値の組み合わせを評価手段によって選択するステップと、
を有することを特徴とする人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項３】
前記温熱指標を算出するステップは、
前記構造物内の表面形状を複数の表面要素に分割して構造物形状モデルを作成し、前記構造物内の人体の表面形状を複数の表面要素に分割して人体形状モデルを作成し、前記構造物と前記人体との間の空間領域を複数の立体要素に分割して空間領域モデルを作成するステップと、
前記人体形状モデルを人体の部位に対応した複数の部位に分類するとともに、前記人体内の産熱と前記人体外への放熱とをバランスさせる体温調節モデルを前記部位毎に組み込むステップと、
前記透光板を透過して前記人体形状モデルに到達した日射、前記空間領域における対流、前記人体形状モデルからの放射、および前記構造物形状モデルからの放射によって輸送される熱量を前記空間領域モデルで数値シミュレーションし、このシミュレーション結果に基づいて前記空間領域における温度気流性状を算出するステップと、
前記温度気流性状、前記人体形状モデル周辺の湿度、前記人体形状モデルの代謝量および前記人体形状モデルの着衣量に基づいて前記体温調節モデルで数値シミュレーションすることにより、前記人体の皮膚表面からの熱損失量、前記人体の皮膚温、および前記人体  のぬれ率を算出するステップと、
前記熱損失量、前記平均皮膚温、および前記ぬれ率を用いて、前記人体の温熱感覚を示す温熱指標を算出するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項４】
前記透光板は、単板のガラス板、複層ガラス、有機樹脂膜とこの有機樹脂膜を挟む複数のガラス板とで構成された合わせガラス、有機樹脂膜、および有機樹脂板から選ばれるいずれか一つ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項５】
前記透光板の物性を、日射透過率、日射吸収率、放射率、および熱貫流率の組み合わせによって規定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項６】
前記温熱指標は、前記人体の部位を考慮した標準新有効温度、またはこの標準新有効温度を変形して作成した快適性能を示す指標である請求項１〜５のいずれか１項に記載の人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項７】
演算手段により、前記構造物の設計形状から定まる内の人体と前記各部品との間の形態係数を求めるステップと、前記形態係数を用いて前記温熱指標を算出するステップをさらに含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項８】
前記構造物は、空調冷暖房設備、放射冷暖房設備、換気設備、および湿度調整設備から選択される少なくとも１つを有し、
前記温熱指標は、外部記憶装置に設けられたデータベースに格納された前記選択された設備のデータを用いて演算手段により算出される請求項１〜７のいずれか１項に記載の人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項９】
構造物内にサーマルマネキンを設置し、このサーマルマネキンに投入した熱量Ｑｔ、前記サーマルマネキン周りの対流熱伝達量Ｑｃ、前記サーマルマネキンの放射熱伝達量Ｑｒ（ｎｅｔ）、および前記サーマルマネキンに到達する日射吸収熱量Ｑｓの測定結果に基づいて、対流熱伝達率αｃｉを演算手段により算出する請求項１〜８のいずれか１項に記載の人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法。
【請求項１０】
第１、第２、・・・、第ｎ部品（ｎは２以上の自然数）で構成され、前記各部品の少なくともいずれか１つが採光のために取り付けられた透光板である構造物の設計を支援するためのプログラムであって、
前記請求項１〜９のいずれか１項に記載のステップをコンピュータに実行させるための人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法およびプログラムに関し、特に構造物（自動車、列車、船舶、航空機、宇宙船または建築物など）に使用される透光板（窓ガラス、アトリウムの外壁として使用されるガラス板、有機樹脂板、または有機樹脂膜など）、および構造物を構成する各部品（壁材、床材など）の熱物性並びに各部品の形状に基づいて、構造物を設計する方法およびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動車や建築物内の温熱環境は、窓ガラスを透過して入射する日射の影響を受けて大きく変化することが知られている。そのため、このような日射の影響を抑制すべく、各ガラスメーカからは熱線反射ガラス、熱線吸収ガラスおよび複層ガラスなど種々の商品が提供されている。
【０００３】
これらのガラスの性能は、文献１（ＪＩＳハンドブック  ガラス（JIS R 3106:1998 板ガラス類の透過率・反射率・放射率・日射熱取得率の試験方法）、１９９９年４月２１日、財団法人  日本規格協会発行）に開示されている日射透過率や日射熱取得率などの断熱性能に基づいて判断されるのが一般的である。ところが、このようなガラス自体の物理的特性のみで断熱特性を評価したのでは、実際に人体が感じる温熱感覚を知ることは困難であり、このような問題を解決すべく人体発熱を考慮したサーマルマネキンを使って人体の部位別（例えば頭部、胸部、腕、脚など）の放熱量などを実測し、温熱感覚を調べることが試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなサーマルマネキンを用いたとしても、車体を構成する各部品（窓ガラス、シートなど）が乗員に与える熱的影響を個々に調べることは容易にできず、従来は窓ガラスを透過した日射、各部品からの放射および対流を総合した影響について調べることができるにすぎなかった。そのため、各部品の寄与を定量的に把握することが難しく、従来においては、車室内の温熱快適性を最適にする各部品の材料（物性）を選択することが困難であった。
【０００５】
また、サーマルマネキンを使って各部品の熱的影響について調べることができたとしても、居室内や車室内の温熱環境を評価するために居室や車体の試作機を必要とするため、容易に実施できるものではなかった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、試作機などの実験設備が不要で、かつ容易に実施可能な人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、第１、第２、・・・、第ｎ部品（ｎは２以上の自然数）で構成される構造物で、前記各部品の少なくともいずれか１つが採光のために取り付けられた透光板である人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法において、前記各部品と人体との間の空間領域から設計形状を設定してインターフェースを介して入力するステップと前記第１部品に使用される材料の候補、前記第２部品に使用される材料の候補、・・・、前記第ｎ部品に使用される材料の候補をそれぞれ一以上用意し、前記構造物の設計形状に応じた部品をそれぞれ選択してインターフェースを介して入力するステップと外部記憶装置に設けられたデータベースに格納された前記部品毎に用意された材料の候補の物性値を前記入力に従い自動的に読み出すステップと、読み出された前記物性値から前記第１部品に使用される材料の物性値と、前記第２部品に使用される材料の部性値と、・・・、前記第ｎ部品に使用される材料の物性値との組み合わせを自動で演算手段により一以上作成するステップと、前記組み合わせのそれぞれについて、前記透光板を透過して前記構造物内の人体に到達する日射量の計算、前記構造物内における対流熱伝達の計算、前記構造物内における放射熱伝達の計算、前記構造物内における湿度の計算および前記人体の体温調節の計算を演算手段により連成して行い、前記人体の皮膚表面からの熱損失量、前記人体の皮膚温、および発汗による前記人体のぬれ率を算出し、前記熱損失量、前記平均皮膚温、および前記ぬれ率を用いて、演算手段により前記人体の温熱感覚を示す温熱指標を算出するステップと、予め温熱指標の最適値をインターフェースより入力するステップと、前記算出結果と前記最適値を比較して前記温熱指標が所定の最適値に最も近い前記物性値の組み合わせを評価手段によって選択するステップと、を有することを特徴とする人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法を提供する。
【０００８】
また、本発明は、第１、第２、・・・、第ｎ部品（ｎは２以上の自然数）で構成される構造物で、前記各部品の少なくともいずれか１つが採光のために取り付けられた透光板である人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法において、前記各部品と人体との間の空間領域から設計形状を設定してインターフェースを介して入力するステップと前記第１部品に使用される形状の候補、前記第２部品に使用される形状の候補、・・・、前記第ｎ部品に使用される形状の候補をそれぞれ一以上用意し、前記部品毎に用意された形状の候補のデータ（以下、形状データという）をそれぞれ選択してインターフェースを介して入力するステップと外部記憶装置に設けられたデータベースに格納された前記形状データを前記部品毎に前記入力に従い自動的に読み出すステップと、読み出された前記形状データから前記第１部品に使用される形状データと、前記第２部品に使用される形状データと、・・・、前記第ｎ部品に使用される形状データとの組み合わせを自動で演算手段により一以上作成するステップと、前記組み合わせのそれぞれについて、前記透光板を透過して前記構造物内の人体に到達する日射量の計算、前記構造物内における対流熱伝達の計算、前記構造物内における放射熱伝達の計算、前記構造物内における湿度の計算および前記人体の体温調節の計算を演算手段により連成して行い、前記人体の皮膚表面からの熱損失量、前記人体の皮膚温、および発汗による前記人体のぬれ率を算出し、前記熱損失量、前記平均皮膚温、および前記ぬれ率を用いて、演算手段により前記人体の温熱感覚を示す温熱指標を算出するステップと、予め温熱指標の最適値をインターフェースより入力するステップと、前記算出結果と前記最適値を比較して前記温熱指標が所定の最適値に最も近い前記物性値の組み合わせを評価手段によって選択するステップと、を有することを特徴とする人体温熱快適性を考慮した構造物の設計支援方法を提供する。
【０００９】
また、本発明の一態様において、前記温熱指標を算出するステップは、前記構造物内の表面形状を複数の表面要素に分割して構造物形状モデルを作成し、前記構造物内の人体の表面形状を複数の表面要素に分割して人体形状モデルを作成し、前記構造物と前記人体との間の空間領域を複数の立体要素に分割して空間領域モデルを作成するステップと、
前記人体形状モデルを人体の部位に対応した複数の部位に分類するとともに、前記人体内の産熱と前記人体外への放熱とをバランスさせる体温調節モデルを前記部位毎に組み込むステップと、前記透光板を透過して前記人体形状モデルに到達した日射、前記空間領域における対流、前記人体形状モデルからの放射、および前記構造物形状モデルからの放射によって輸送される熱量を前記空間領域モデルで数値シミュレーションし、このシミュレーション結果に基づいて前記空間領域における温度気流性状を算出するステップと、前記温度気流性状、前記人体形状モデル周辺の湿度、前記人体形状モデルの代謝量および前記人体形状モデルの着衣量に基づいて前記体温調節モデルで数値シミュレーションすることにより、前記人体の皮膚表面からの熱損失量、前記人体の皮膚温、および前記人体のぬれ率を算出するステップと、前記熱損失量、前記平均皮膚温、および前記ぬれ率を用いて、前記人体の温熱感覚を示す温熱指標を算出するステップと、をさらに含む。
【００１０】
また、前記透光板は、単板のガラス板、複層ガラス、有機樹脂膜とこの有機樹脂膜を挟む複数のガラス板とで構成された合わせガラス、有機樹脂膜、および有機樹脂板から選ばれるいずれか一つ以上である。
【００１１】
また、前記透光板の物性を、日射透過率、日射吸収率、放射率、および熱貫流率の組み合わせによって規定する。
【００１２】
また、前記温熱指標は、前記人体の部位を考慮した標準新有効温度、またはこの標準新有効温度を変形して作成した快適性能を示す指標である。
【００１３】
また、演算手段により、前記構造物の設計形状から定まる内の人体と前記各部品との間の形態係数を求めるステップと、前記形態係数を用いて前記温熱指標を算出するステップをさらに含む。
【００１４】
また、前記構造物は、空調冷暖房設備、放射冷暖房設備、換気設備、および湿度調整設備から選択される少なくとも１つを有し、前記温熱指標は、外部記憶装置に設けられたデータベースに格納された前記選択された設備のデータを用いて演算手段により算出される。
【００１５】
また、構造物内にサーマルマネキンを設置し、このサーマルマネキンに投入した熱量Ｑｔ、前記サーマルマネキン周りの対流熱伝達量Ｑｃ、前記サーマルマネキンの放射熱伝達量Ｑｒ（ｎｅｔ）、および前記サーマルマネキンに到達する日射吸収熱量Ｑｓの測定結果に基づいて、対流熱伝達率αｃｉを演算手段により算出する。
【００１６】
さらに、本発明は、第１、第２、・・・、第ｎ部品（ｎは２以上の自然数）で構成され、前記各部品の少なくともいずれか１つが採光のために取り付けられた透光板である構造物の設計を支援するためのプログラムであって、上記ステップをコンピュータに実行させるための人体温熱快適性を考慮した建築物の設計支援プログラムを提供する。
【００１７】
本発明を用いることにより、計算機シミュレーションのみで構造物を構成する各部品の物性値の組み合わせを導くことができ、構造物内の温熱快適性を容易に向上させることができる。特に人体の部位毎に温熱感覚を評価でき、車室内など不均一な熱環境を有する構造物の最適設計に有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一つの実施の形態について図を用いて説明する。図１は、本発明の一つの実施の形態を示すブロック図である。同図に示す温熱快適性能評価装置１０は、ワークステーションなどの計算機システムで構成され、その外部には、ＨＤＤ（Hard Disk Drive ）、光ディスク装置または光磁気ディスク装置などの外部記憶装置２１と、キーボードやマウスなどの操作部２２と、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、液晶ディスプレイまたはＰＤＰ（Plasma Display Panel）などの表示装置２３とが接続されている。
【００１９】
また、温熱快適性能評価装置１０は、中央処理部１１とＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶部１２と、入出力インターフェースとして機能するＩ／Ｆ１３、１４および１５と、バス１６とを内部に備えている。バス１６は温熱快適性能評価装置１０内の各部と接続されており、したがって各部はバス１６を介してアドレス信号、データ信号および各種の制御信号を送受信する。
【００２０】
中央処理部１１は演算機能および制御機能を備えたＣＰＵ（Central Processing Unit ）などの装置であり、数値シミュレーションのプログラムを外部記憶装置２１から読み出し、記憶部１２を作業領域として実行する。したがって、中央処理部１１は数値シミュレーションを実施するための演算部１１ａ、評価部１１ｂおよび選択部１１ｃをハードウェア的にまたはソフトウェア的に実現するものである。
【００２１】
また、Ｉ／Ｆ１３には操作部２２が接続され、ユーザによる操作はこの操作部２２を介して中央処理部１１へ送信される。Ｉ／Ｆ１４には種々のデータ（例えば構造物および人体などの形状データ、解析条件に関するデータ、車体を構成する各部品（ボデー、シート、インストルメントパネル（以下、インパネという）、リアパネル（以下、リアパネという）、トーボード、センターコンソールなど）に使用可能な材料（物性値で規定する）、およびガラス品種に関するデータなど）からなるデータベースを記憶保持した外部記憶装置２１が接続されている。  外部記憶装置２１からのデータの読み出しおよび外部記憶装置２１へのデータの書き込みは、中央処理部１１の制御によって行われる。Ｉ／Ｆ１５には表示装置２３が接続され、この表示装置２３には操作部２２によって入力された情報や可視化されたシミュレーション結果が表示される。
【００２２】
このように温熱快適性能評価装置１０は、外部記憶装置２１から構造物および人体の数値モデルに関する形状データを読み出し、このデータを使って居室内や車室内の温熱シミュレーションを行う。シミュレーション結果は外部記憶装置２１に記憶保持されるとともに、表示装置２３に可視化された映像が表示される。したがって、このような映像を参照することにより、建築物や車両に取り付けられた窓ガラスなどの透光板の快適性能を評価できる。例えば車室内における温熱環境の評価は以下のようにして行われる。
【００２３】
図２は、車室内の温熱環境を評価する一例を示した部分破断斜視図である。同図は車室（右ハンドル、５人乗りのセダン・タイプ）およびその搭乗者を複数の表面要素で構成した形状モデルを示す。車室内の前方には二つに分離したシートが設置され、後方には３人が着座可能な一体型のシートが設置されている。各シートには合計４人の搭乗者が着座し、そのうちの運転席に着座している搭乗者はハンドルを握った形状を模擬している。
【００２４】
また、車室の前部にはフロントガラス、側部にはサイドガラス（前サイドガラスおよび後サイドガラス）、後部にはリアガラスが設置されている（図示せず）。窓ガラスが受けた日射はガラスの物性値（すなわち日射透過率、日射吸収率、放射率、熱貫流率）に応じて減衰してから車室内に入射する。入射した光は車室内の各部品を温めるため、室内温度を上昇させる要因となる。
【００２５】
一方、搭乗者と車室内の各部品の表面は複数の表面要素に分割され、搭乗者と車室内の部品との間の空間領域は図示しない複数の立体要素に分割されている。本実施の形態では、双一次形式で表される四辺形の表面要素を用い、六面体の立体要素を用いている。これらの表面要素および立体要素を使うことにより、車室内に入射する日射や放射、および空間領域における温度気流性状についての数値シミュレーションを行う。
【００２６】
また、車室内は窓ガラスから入る日射によって熱的に不均一な環境となっている。車室内には図示しない空調冷暖房設備（エアコン）が設置され、空気の吹き出し口／吸い込み口の位置、吹き出し温度、吹き出し／吸い込み風量、吹き出し／吸い込み方向、および空気の絶対湿度（または相対湿度）などを任意に設定することができる。これら空調冷暖房設備に関するデータは、各部品の物性値同様に図１の外部記憶装置２１内に登録されている。
【００２７】
なお、空調冷暖房設備の他に、放射冷暖房設備、換気設備または湿度調整設備などを任意に設置するようにしてもよい。また、このシミュレーションで使用される解析条件は表１に示すとおりである。車体の所在地およびシミュレーションの日時から太陽の位置を理論的に算出できるため、窓から車室内へ差し込む日射の照射角度を設定できる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
図３は、車体を構成する各部品を示す部分破断斜視図である。同図（ａ）は車体の前方かつ上方からフロントガラスを見下ろすように眺めており、ボデー上には正面のフロントガラスと両側のサイドガラス（フロント、リア）が設置され、フロントガラスの上方であって車体後方にかけて天井があるとともに、車体の後方にリアガラスが設置されている。また、同図（ｂ）は車体の後方から車室内を眺めた様子を示し、図示しないボデー上に前席および後席のシート、リアパネ、トーボード、インパネ、前パネル、センターコンソール等の各部品が設置されている。
【００３０】
図４は、表２に示すタイプＩ、タイプＩＩのガラス品種を用いた場合の車室内に入射する直達日射の分布を示す説明図である。同図（ａ）はタイプＩのガラス品種を用いた場合を示し、同図（ｂ）はタイプＩＩのガラス品種を用いた場合を示す。図中の日射分布強弱は白黒の濃淡で表されている（すなわち、白いほど日射受熱量が多く、黒いほど日射受熱量が少ないことを示す）。運転席の乗員を見てわかるように、車室内に到達する直達日射量はタイプＩＩの方が少なく、タイプＩＩの方が断熱性能が優れているといえる。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
また、車室を構成する部品は少なくとも透光板を含むｎ（ｎは２以上の自然数）個の部品で構成され、各部品に使用される材料の物性値は表２のガラス品種同様に図１の外部記憶装置２１に格納されている。部品とその部品に使用可能な物性値は表３（ａ）に示すようにマトリクス状に表すことができ、例えば部品Ｐの場合、物性値Ｍ００，Ｍ１０，Ｍ２０，Ｍ３０，Ｍ４０およびＭ５０のいずれかが選択される。
【００３３】
すなわち、各部品には、少なくとも一つの物性値Ｍ＊＊（＝Ｍ００，Ｍ０１，・・・，Ｍ１０，・・・）が登録されており、各物性値は実際に部品に使用される材料の候補と対応する。例えばインパネであればプラスチック材料の種類、シートであれば繊維や皮革の種類と対応する。また、物性値Ｍ＊＊は、日射透過率、日射吸収率、放射率および熱貫流率などから選択される少なくとも一つを含む。
【００３４】
したがって、部品毎に物性値Ｍ＊＊を選択するとともに、各部品の物性値Ｍ＊＊の組み合わせを一以上作成する（表３（ｂ））。そして、各組み合わせについて、人体が感じる温熱指標（後述の６５ＭＮＳＥＴ＊）を算出し、その結果を比較することにより、表３（ｃ）に示すような最適な温熱快適性を与える物性値の組み合わせを導くことができる。ここでは中立「０」に最も近い結果を最適としている。
【００３５】
なお、物性値だけでなく、空調冷暖房設備等に関するデータを考慮して温熱指標を算出すれば、空調冷暖房設備等を備えた構造物の最適設計を行うことができる。この場合も物性値の場合同様に、図１の外部記憶装置２１から空調設備に関するデータを読み出し、読み出したデータを加味して温熱指標を算出する。また、各部品の種々の形状データを表３同様に作成することにより、最適な温熱快適性を与える各部品の形状の組み合わせを選択できるようになる。
【００３６】
【表３】
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【００３７】
次に、本発明で新たに提案する、日射を考慮した人体温熱モデルの概要について説明する。図５は、人体温熱モデルを示す説明図である。従来から人体の体温調節モデルは、いくつか提案されている。その中でも代表的なものとして、ギャッギ等による２ノードモデル（文献２（A.P.Gagge,A.P.Fobelets' and L.G.Berglund:A Standard Predictive Index of Human Response to the Thermal Environment,ASHRAE Transactions,Vol.92,pp.709-731,1986.） を参照）や田辺等による６５ＭＮモデル（文献３（田辺他、温熱環境評価のための６５分割体温調節モデルに関する研究、日本建築学会計画系論文集  第５４１号、２００１年３月））がある。
【００３８】
しかしながら、これらは何れも人体形状について考慮されておらず、例えば２ノードモデルにおいてはコア層とそれを取り巻くシェル層からなる球体形状で人体を模擬している。そのため、頭や手足などの部位に当たる日射についてシミュレーションすることはできない。６５ＭＮモデルは人体の構成を２ノードモデルよりも詳細に模擬し、すなわち頭、胸、脚など計１６部位に分類するとともに、各部位の表面積や重量について規定しているが、各部位の形状については考慮されていない。そのため、この６５ＭＮモデルを用いたとしても形状が明らかでないことから、各部位と壁や窓との間の形態係数が算出できず、人体に当たる日射分布を正確に把握することができない。
【００３９】
一方、人体形状を考慮したシミュレーションもいくつか提案されているが、人体の温熱感覚を正確にシミュレートするための人体周りの境界条件（日射、熱放射）について十分に検討されていない（文献「新間敦、浅野秀夫、自動車用室内の日射受熱シミュレーション、自動車技術会学術講演会前刷集、ｐｐ．１６１−１６４、１９９４年１０月」を参照）。
【００４０】
したがって、車室内など日射の影響が大きい環境下で、温熱感覚を正確にシミュレートすることは困難である。そこで、本発明においては、人体形状を模擬したモデル（以下、人体形状モデルという）と、人体の体温調節を模擬したモデル（以下、体温調節モデルという）とを組み合わせることにより、上述の問題を解消し、日射の影響が大きい環境においても人体の体温調節機能を正確にシミュレートできるようにした。
【００４１】
以上の観点から、図５に示す人体温熱モデル３０を人体形状モデル３１と体温調節モデル３２との組み合わせで構成し、その詳細を図６，７に示す。
【００４２】
図６（ａ）は、図５に記載されている人体形状モデルの各部位の分類を示す正面図であり、図６（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ人体形状モデルの詳細（表面要素）を示す正面図および側面図である。
【００４３】
図６（ａ）に示す人体は、ヘッド（頭部）３１−１、チェスト（胸部）３１−２、バック（背中）３１−３、ペルビス（腰）３１−４、Ｌ−ショルダ（左肩）３１−５、Ｒ−ショルダ（右肩）３１−６、Ｌ−アーム（左上腕）３１−７、Ｒ−アーム（右上腕）３１−８、Ｌ−ハンド（左手）３１−９、Ｒ−ハンド（右手）３１−１０、Ｌ−サイ（左大腿）３１−１１、Ｒ−サイ（右大腿）３１−１２、Ｌ−レッグ（左下腿）３１−１３、Ｒ−レッグ（右下腿）３１−１４、Ｌ−フット（左足）３１−１５、およびＲ−フット（右足）３１−１６の１６部位に分類されている。
【００４４】
各部位は実際の人間のように、皮膚や筋肉などの多層構造からなることを想定しており、図７に示す体温調節モデルが各部位個別に組み込まれている。各部位の表面積および重量は表４に示す従来の６５ＭＮモデルのものを採用しているが、表面要素の切り方や人体の姿勢（立った姿勢、座った姿勢など）によっては、若干、表４の値からずれる場合もある。このようなずれが生じた場合の計算方法については後述する。
【００４５】
【表４】
0004423825.tif 000005
【００４６】
また、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように各部位の表面は、複数の表面要素で分割され、人体に到達する日射量、人体表面から放射される放熱量、および皮膚温等の計算は表面要素毎に行われる。
【００４７】
ここで、各部位に組み込まれる体温調節モデルについて説明する。図７は、人体各部位に組み込まれる体温調節モデルを示すブロック図である。同図に示す体温調節モデル３２は、人体の組織構造を模擬した多層構造を有し、中央血液だまり３３と、１６個の部位（第ｋ部位３４は、コア層３４ａと、筋肉層３４ｂと、脂肪層３４ｃと、皮膚層３４ｄと、着衣層３４ｅからなる）とで構成されている。ここで各層間における熱輸送に注目すると以下のとおりである。コア層３４ａ、筋肉層３４ｂ、脂肪層３４ｃおよび皮膚層３４ｄは中央血液だまり３３と血管で接続され、血流の働きによって各層間で熱輸送が行われる。矢印は各層間を輸送される熱の流れを示す。
【００４８】
また、コア層３４ａ、筋肉層３４ｂ、脂肪層３４ｃおよび皮膚層３４ｄは互いに密着していることから、熱伝導による熱輸送が行われる。着衣層３４ｅおよび皮膚層３４ｄの間においては、熱伝導による熱輸送が行われるとともに、両層間に空気層が存在する場合もあるためシミュレーションにあたっては対流や放射による熱輸送を考慮する必要がある。
【００４９】
また、着衣層３４ｅは外部環境４０に曝露していることから、対流および放射による熱輸送が行われる。外部環境４０には太陽などの光源（もしくは人為的に設置されたランプの場合もある）４１が存在するものと仮定し、光源４１による日射（または光線）によって着衣層３４ｅは温められる。着衣層の有無は表面要素単位で設定することができ、本実施の形態ではヘッド３１−１、Ｌ−ハンド３１−９およびＲ−ハンド３１−１０では皮膚層が露出し、着衣層は無いものとして計算を行っている。また、光源から照射される光線の波長は、図１の操作部２２により設定することができ、設定された値は外部記憶装置２１に格納される。
【００５０】
次に、窓ガラスの温熱快適性を数値シミュレーションによって評価し、この評価結果に基づいて窓ガラスとして最適なガラス品種、および最適な温熱環境を実現する部品の組み合わせを選択する手順について説明する。
【００５１】
図８は、ガラス品種および各部品の物性値の選択手順について示したフローチャートである。まず、予め用意しておいた車体形状を示すＣＡＤ（Computer Aided Design）データおよび車室の内壁面を構成する複数の表面要素、人体形状を示すＣＡＤデータおよび人体の表面形状を示す複数の表面要素、車室を構成する各部品と人体との間の空間領域を分割する複数の立体要素、並びに窓ガラスに使用可能なガラス品種の候補（本実施の形態では表２に示したタイプＩ，ＩＩを用いる）を図１の外部記憶装置２１に格納する（ステップ１０１，１０２）。また、表３に示したような各部品の物性値を外部記憶装置２１に格納する（ステップ１０３）。
【００５２】
次いで、図１の演算部１１ａおよび評価部１１ｂは、外部記憶装置２１に格納されているガラス品種および物性値のデータを読み出すとともに、これらのデータの組み合わせを作成し、組み合わせ毎に、窓ガラスを透過する日射の計算と人体の体温調節モデルの計算と車室内の熱移動計算（すなわち対流計算、放射計算、湿度計算など）とを連成して行い、人体が感じる温熱感覚を数値シミュレーションする（ステップ１０４）。なお、後述の図１４に示す形態係数に応じて物性値を変え、シミュレーションしてもよい。
【００５３】
その後、シミュレーションが完了する毎に全ての組み合わせについて温熱指標を算出したかどうかを判定し（ステップ１０５）、算出していないようであればステップ１０４に戻る。全てのガラス品種および各部品の物性値の組み合わせについて算出した後、図１の選択部１１ｃは各々のシミュレーション結果を比較し、最も良い結果となるガラス品種および各部品の物性値の組み合わせを選択する。その結果、例えば表３（ｂ）に示すような物性値の組み合わせが選択される。  ここで組み合わせの選択方法としては、中間期においては温熱指標が中立となるものを選択し、夏においては若干涼しくなるものを選択し、冬においては若干暖かくなるものを選択するなどが考えられるが、どのような結果を最適と判断するかはシミュレーションの実行者によって適宜決定される。したがって、予め最適値を設定しておき、この最適値に最も近いものを選択することが一つの方法として考えられる。
【００５４】
また、温熱指標の優れたガラスをいくつかピックアップした後、それらの中で可視域の光線を最もよく通すものを選択すれば、温熱性能および透光性能の両方が優れたガラスを選択することができる。なお、各窓に使用するガラス品種の組み合わせは表２に示すものに限られず任意に設定できる。
【００５５】
ここで、温熱感覚の数値シミュレーションについて、図９〜１３を参照して詳細に説明する。
図９は、ステップ１０４の詳細を示すフローチャートである。本実施の形態では温熱感覚を示す指標の一つとして６５ＭＮＳＥＴ＊を用いる（ステップ２０１）。６５ＭＮＳＥＴ＊は体温調節モデルに上述の６５ＭＮモデルを使ったＳＥＴ＊（標準新有効温度）(上記文献２を参照)である。２ノードモデルを用いた従来のＳＥＴ＊は、ギャッギ等によって提案された温熱指標であり、簡単に定義すると「温熱感覚および放熱量が実在環境におけるものと同等になるような相対湿度５０％の標準環境の気温」といえる。
【００５６】
また、本実施の形態では、６５ＭＮＳＥＴ＊を使って算出されるＴＳＶを用いる（ステップ２０２）。ＴＳＶ（文献４（社団法人  自動車技術会  学術講演会前刷集  Ｎｏ．３３−９９）を参照）は、実際に人体が感じる温熱感覚とを対応づけた指標であり、本実施の形態では表５に示す変換式に基づいて算出している。
【００５７】
温熱感覚は季節や地域による差異があることから、表５には日本（夏季）、日本（秋季）、米国、デンマークおよびシンガポールにおける回帰式を示す。このようなＴＳＶと人体が感じる温熱感覚との対応は表６に示すとおりであり、「０」が中立、「１」が少し暖かい、「２」が暖かい、「３」が暑い、「−１」が少し涼しい、「−２」が涼しい、「−３」が寒いといった７段階で表記される。なお、回帰式の隣に人体の温熱感申告が中立となる温度（中立温度）を併記している。
【００５８】
【表５】
0004423825.tif 000006
【００５９】
【表６】
0004423825.tif 000007
【００６０】
図１０は、ステップ２０１の詳細を示すフローチャートである。まず、計算の準備作業としてステップ３０１からステップ３０４までを実施する。車室内および人体の表面形状を複数の表面要素に分割するとともに、車室の内壁と人体との間の空間形状を複数の立体要素に分割する（ステップ３０１）。次いで、人体および居室の壁の全ての表面要素について形態係数を算出する（ステップ３０２）。形態係数は表面要素間での放射熱交換を決定づける無次元数のパラメータである。
【００６１】
次いで、各表面要素に対して熱貫流率、放射率、日射吸収率および日射透過率などの熱的条件を割り当ててから（ステップ３０３）、人体の着衣量、車体の所在地（すなわち緯度、経度）、解析日時など表１に示した解析条件を設定する（ステップ３０４）。この解析条件は図１の操作部２２により入力され、入力されたデータは外部記憶装置２１に格納される。
【００６２】
次いで、上記設定された緯度、経度および季節に基づいて、車体を基準とした太陽の方位角および仰角を算出し、車体が受ける日射の照射角度を演算部１１ａにより算出する。そこで、この照射角度と窓ガラスの物性値（表２）とに基づいて、人体に直接到達する各種日射量（直達日射量、天空日射量、地面反射日射量または内部拡散日射量の何れか一つ、またはこれらの任意の組み合わせ）を算出し（ステップ３０５）、この算出結果と着衣表面または皮膚表面の吸収率とに応じて日射吸収熱量を算出する。
【００６３】
なお、文献１に記載されているように、日射には０．３〜２．５μｍの波長域の光線が含まれるため、日射量の計算にあたっては波長域を考慮する必要がある。例えば０．３〜２．５μｍの全波長域に渡って計算を行ってもよいし、任意に波長を選択して波長別に計算してもよい。その後、構造物内の熱移動計算と体温調節反応の計算との連成等を行った後（ステップ３０５〜３０８）、６５ＭＮＳＥＴ＊ を算出する（ステップ３０９）。
【００６４】
ここで、日射解析の詳細について説明する。透光板で構成される空間は透過日射の影響を強く受けるため、人体快適性の予測精度は、熱源となる日射の熱取得分布がいかに正確に予測されるかに強く依存する。日射解析は温度気流解析と連成して行う必要はなく独立して行うことができ、上述したとおり人体表面および空間内外壁表面に到達する直達日射、天空日射、地面による反射日射、さらに到達日射の内部での相互反射日射を計算し、温度気流連成解析のための人体表面および壁表面での日射取得熱量を算出する（図１１）。
【００６５】
解析手順は次のとおりであり、まず建物所在位置、計算対象時刻を入力することにより太陽の位置を算出し、これを基に法線面直達日射量Ｉｄｎ、および水平面天空日射量Ｉｓｋｙを経験式により推定する。この法線面直達日射量、水平面天空日射量を基に、透光板の日射透過率ｔｉ、反射率ρｉなどの壁体熱性能値、空間の構造部品、庇などの日射遮蔽物の幾何学形状を考慮して、各種到達日射量を算出する。
【００６６】
人体表面に到達する日射量の算出方法は次のとおりである。
１）直達日射量の算出：人体の表面要素ｉに到達する直達日射量Ｉｄｉは、法線面直達日射量Ｉｄｎ、途中交差する日射が透過する壁体(透光板)の各々の日射透過率ｔｊにより、式（１）で計算される。
【００６７】
【数１】
0004423825.tif 000008
【００６８】
なお、透光板の日射透過率、反射率には図１２に示す入射角度特性がある。すなわち、透光板に対する入射角度が大きくなると反射成分が増大し、透光板の日射透過率が減少する。これを考慮しないと入射熱量に誤差が生じる。
【００６９】
２）天空日射量の算出：人体表面要素iに到達する天空日射量Ｉｓｉを水平面天空日射量Ｉｓｋｙおよび日射が透過する壁面(透光板)を見込む形態係数によって計算する。
【００７０】
【数２】
0004423825.tif 000009
【００７１】
ここに、Ｆｉｊは表面要素ｉ，ｊ間の形態係数、βｉｊは到達する日射が天空日射であるか否かを判定するフラグである。０．９１は天空日射に対する透光板（ガラス）の日射透過率の入射角度特性を考慮した係数である。
【００７２】
３）地面反射量の計算：地面による反射量は、地面の形状、反射率、指向性などの影響を受けるため、正確に算出することは難しい。本実施例では、天空日射量の算出方法と同様に、人体各表面要素に到達する地面反射日射量Ｉｇｉを水平面全天日射量Ｉｈｏｌと地面のアルベド（日射エネルギーの反射率）ρｇを用いて算出する。
【００７３】
【数３】
0004423825.tif 000010
【００７４】
ここに、γｉｊは到達する日射が地面による反射であるか否かを判定するフラグ、ｈは太陽高度である。
【００７５】
４）相互反射量の計算：人体表面要素に到達した日射は、人体表面の反射率に応じて相互反射が生じる。反射には拡散反射と鏡面反射、および両者を複合したものがある。本実施例では計算を単純化するため完全拡散を仮定する。この条件下で相互反射量は表面要素間の形態係数を用いるラジオシティ法により算出できる。
【００７６】
【数４】
0004423825.tif 000011
【００７７】
５）人体表面における日射吸収熱量の算出方法：人体表面要素毎に計算された直達日射量、天空日射量、地面反射量、相互拡散反射量をすべて人体表面における日射吸収熱量に換算する。人体表面における日射吸収熱量への換算方法は、それぞれ到達する日射熱量に人体表面要素ｉの日射吸収率ａｉを乗じて算出する。
【００７８】
【数５】
0004423825.tif 000012
【００７９】
これを表６に示す壁面熱収支式の日射吸収熱量(人体表面発熱量)として扱うことにより、温度と気流との連成解析に取り込むことが可能となる。また、温度気流連成解析終了時には、人体表面発熱量と人体周辺空気温度に応じた対流熱伝達量、人体表面放射率に応じた放射熱伝達量、着衣内の総合熱伝達量と平衡することになる。
【００８０】
次いで、人体と壁との間の空間領域における気温、流速および乱流などの空間物理量をＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）技術を利用して算出する（ステップ３０６）。すなわち、人体および壁の表面において各種の境界条件を設定し、上述の立体要素毎に空間領域における対流（自然対流および強制対流を含む）を数値シミュレーションして流速、圧力を算出する。
【００８１】
熱的境界条件は予め図１の外部記憶装置２１に記憶されている、室内部品表面および室外部品表面における日射に関する熱物性値（日射吸収率、日射透過率）、室内部品表面における熱放射に関する熱物性値（放射率）、部品同士の間の熱コンダクタンス、室外側の参照温度、および室内側壁表面の対流熱伝達率を読み出して利用する。
【００８２】
ＣＦＤの具体的手法としては、例えば有限要素法、有限体積法または差分法等によるナビエ−ストークス方程式の数値解析を行い、特に本実施の形態では非等温場における標準ｋ−εモデルを用いる。次いで、図７に示した体温調節モデルを利用して人体の体温調節反応を計算し（ステップ３０７）、人体の各表面要素における皮膚温が所定値に収束するまでステップ３０６および３０７を反復計算し、ステップ３０９で６５ＭＮＳＥＴ＊を算出する。
【００８３】
なお、ＣＦＤ、放射および体温調節モデルの連成は表７に示す熱収支式を解くことにより求める。すなわち、車室の壁面で対流熱伝達量、放射熱伝達量、日射吸収熱量および室外側熱伝達量からなる熱収支式を解き、着衣表面で、１）対流場から放射場への接続、２）体温調節モデルの収束計算、３）放射場から対流場への接続について計算する。１）においては着衣表面温度Ｔｉおよび放射熱伝達量Ｑｒｉ（ｎｅｔ）を求め、２）においては体温調節モデルの計算を行って着衣表面温度Ｔｉおよび皮膚温Ｔｒｅｆを求め、３）においては室内側参照温度Ｔｉｎおよび着衣表面温度Ｔｉを求める。
【００８４】
【表７】
0004423825.tif 000013
【００８５】
ここで２）における体温調節モデルの計算の詳細について述べると、表８に示すとおりである。各層毎に熱平衡式を設定し、これらの式を人体の全ての表面要素で計算する。
【００８６】
【表８】
0004423825.tif 000014
【００８７】
各熱平衡式は主に表９に示す４つの物理量（すなわち産熱量、血流による熱輸送量、伝導熱量、および発汗による放熱量）から成り立っている。１．に示すように、産熱量は各部位の基礎代謝量と外部仕事による熱産生量とふるえ産熱量の和で表される。また２．に示すように、血流による熱輸送量は、血液の対向流熱交換率と血液の体積比熱と血流量と、第ｋ部位第ｊ層と中央血液だまりの温度差との積で表される。また３．に示すように、伝導熱量は隣接する層との間の熱コンダクタンスと、第ｋ部位第ｊ層と第ｋ部位第ｊ＋１層の温度差との積で表される。また４．に示すように、発汗による放熱量は各部位の皮膚層（第４層）でのみ発生し、不感蒸泄による熱損失量と発汗による蒸発熱損失量との和で表される。
【００８８】
【表９】
0004423825.tif 000015
【００８９】
以上のように一連の計算を図１の演算部１１ａで行ってから、ステップ３０９におけるＳＥＴ＊ を算出する。図１３は、ステップ３０９の詳細を示すフローチャートである。まず、人体の部位別の物理量および生理量から、１）皮膚表面からの熱損失量、２）平均皮膚温、３）発汗による全身のぬれ率を算出する（ステップ４０１）。
【００９０】
なお、図１３のフローでは全身における６５ＭＮＳＥＴ＊を算出するが、人体の表面要素毎または部位毎に算出するようにしても良い。その場合、人体の表面要素毎または部位毎に熱損失量、皮膚温およびぬれ率を求める。このように表面要素毎に皮膚温を算出することにより、各部位内における皮膚温分布を詳細にシミュレートでき、正確な温熱感覚を算出できる。これらのシミュレーション結果は、図１の評価部１１ｂの制御によりグラフや表、静止画（皮膚温分布図など）、アニメーションなどに加工されてから表示装置２３に表示される。シミュレーションの実行者はこの表示に基づいて透光板の温熱快適性能を判断することができる。
【００９１】
一方、オリジナルの６５ＭＮモデルと図２の人体形状モデルの各部位における面積が一致しない場合、表１０に示すように（第ｋ部位の表面積／表３の６５ＭＮモデルの第ｋ部位の表面積）１．５を使って物理量や生理量を補正して配分すると効果的である。これは各部位における単位体積あたりの物理量が変化しないように行ったものであり、面積が長さの２乗のオーダ、体積が長さの３乗のオーダであることから、（第ｋ部位の表面積／表４の６５ＭＮモデルの第ｋ部位の表面積）の３／２（＝１．５）乗で配分した。
【００９２】
なお、表１０の上段から３、４、５段目に記載の記号（Ｅｒｒ１，１，Ｃｌｄ１，１，Ｗｒｍ１，１，Ｃｌｄｓ，Ｗｒｍｓ ）は体温調節の制御信号を示し、その詳細は表１１に示すとおりである。
【００９３】
体温調節は皮膚に無数に分布する温受容器および冷受容器で人体の周辺温度を検出し、暑いと感じれば発汗を促すための信号を発信し、発汗や血流量の増加を制御する。寒いと感じればふるえ産熱を促すための信号を発信し、産熱量の増加を制御する。すなわち、〔１〕に示すようにエラー信号（第ｉ表面要素第ｊ層の温度とセットポイント温度との差を示し、セットポイント温度は体温調節機能が生じない（発汗およびふるえ産熱が「０」、血流量が基礎血流量となる）状態における温度を示す）が正値である場合に、ウォーム信号にエラー信号を代入するとともに、コールド信号に「０」を代入する。それとは反対にエラー信号が負値の場合、コールド信号にエラー信号の符号を反転させた値を代入し、ウォーム信号に「０」を代入する。
【００９４】
このようにして各部位各層におけるウォーム信号およびコールド信号を求め、求めた信号に部位別の重み係数を掛けてから和を求めることにより、人体全身における統合信号を求める。そして、〔２〕、〔３〕に示すように、求められた統合信号に各種の係数（発汗についての各部位の皮膚層の全身に対する分布係数、発汗制御係数、イフェクター動作量、ふるえ制御係数、ふるえ熱産生についての各部位の筋肉層の全身に対する分布係数）を掛けて重み付けを行い、発汗による蒸発熱損失量を算出する。
【００９５】
【表１０】
0004423825.tif 000016
【００９６】
【表１１】
0004423825.tif 000017
【００９７】
最後に、ステップ４０２に示す式を解くことにより６５ＭＮＳＥＴ＊を算出することができる。
【００９８】
次に、シミュレーション結果について説明する。図１４は、運転席の乗員から見た各部品に対する形態係数を示すグラフであり、横軸は各部品の名称を示し、縦軸は形態係数を示す。同図から明らかなように、シートに対する値が最も大きく、次いでボデー、天井、フロントガラス、前サイドガラス、センターコンソール、床、トーボード、インパネ、後サイドガラス、その他の乗員の人体、リアガラス、リアパネルの順になっている。
【００９９】
図１５は、運転席の乗員の平均放射温度に対する各部品の寄与度を示すグラフであり、横軸は部品の名称を示し、縦軸は平均放射温度に対する各部品の寄与度を示す。同図から明らかなように、タイプＩ，ＩＩによって寄与度は若干異なる。寄与度の大きさは図１４で説明した形態係数と同じ順番で変化している。
【０１００】
図１６は、室温を基準とした各部品の熱放射による加熱・冷却効果の累積値を示すグラフであり、横軸は各部品の名称を示し、縦軸は各部品の放射温度と室温との差の累積値を示す。同図に示すように、タイプＩＩの方がタイプＩよりも累積値が低く抑えられ、タイプＩＩはガラスの効果によってタイプＩよりも平均空気温が１．２（＝２６．６−２５．４）℃低い。
【０１０１】
一方、車室内に空調設備を設けると、次に示すような違いが生じた。図１７は、空調吹き出し温度を基準とした空気温度に対する各部品による昇温を示すグラフであり、横軸は各部品の名称を示し、縦軸は空気温度に対する各部品による昇温を示す。簡単のため室内空気は完全に混合されているものと仮定した。室温の昇温に最も寄与が高いのはシートであることがわかる。タイプＩＩにおける昇温は、リアガラス、前サイドガラスおよび後サイドガラスを除いて、タイプＩのものより低い。
【０１０２】
表１２は、シートが運転席の乗員の温熱感覚に与える影響を示す表であり、シートの物性値に違いを設けたケース１〜３について、平均室温、発汗による人体のぬれ率、平均皮膚温、ＳＥＴ＊およびＴＳＶを記載している。ガラス品種としては表２のタイプＩを用いている。
【０１０３】
ケース１では標準的なシートを使用し、ケース２ではケース１におけるシートの日射吸収率を「０．１」にし、ケース３ではケース１におけるシートの日射吸収率および放射率をそれぞれ「０．１」にしている。ケース２では、日射吸収率を下げたことにより、ケース１よりもＴＳＶが約０．４（＝１．２−０．８）ランク下がっている。また、ケース３では、ケース２よりもＴＳＶが約０．２（＝０．８−０．６）ランク下がり、ケース１よりも約０．６（＝１．２−０．６）ランク下がっていることがわかる。したがって、各部品の物性値の違いによって温熱指標は大きく変化し、人体が感じる温熱感覚は異なったものとなる。
【０１０４】
【表１２】
0004423825.tif 000018
【０１０５】
ここで、上記計算（表７、表８）に利用した対流熱伝達率αｃｉについて説明する。この対流熱伝達率αｃｉは、既往の文献「市原真希、齋藤正文、西村美加、田辺新一、サーマルマネキンを用いた立位・座位人体各部位の放射・対流熱伝達率の測定、日本建築学会計画系論文集  第５０１号、ｐｐ４５−５１、１９９７年１１月」に開示されているように、近似式αｃｉ＝ＡｖＢ（文献ではｈｃｉ＝αｖβ（ｖは気流速、Ａ，Ｂ，α，βは定数を示す））を用いることにより、求めることができる。
【０１０６】
しかし、空調よりも日射の影響が支配的な環境下では、このような近似式を適用することが困難となる場合がある。そのため、このような環境下では、サーマルマネキン等を用いた測定によって対流熱伝達率αｃｉを求めるとよく、その求め方について説明する。
【０１０７】
なお、サーマルマネキン（文献「田辺新一、長谷部ヤエ、皮膚温度可変型サーマルマネキンによる室内環境評価法に関する研究、日本建築学会計画系論文報告集  第４４８号、１９９３年６月」を参照）は、人体形状を模擬したダミー人形であり、各部位には人体の発熱機能を実現するための電気ヒータと熱電対とが組み込まれている。
【０１０８】
電気ヒータおよび熱電対は、外部に設置されたＰＣ（パーソナルコンピュータ）に接続され、このＰＣの制御によって発熱、温度測定、および測定された温度に基づく発熱量の制御が行われる。また、以下では簡単のため、実験用アトリウムを使用した例について説明するが、自動車等の構造物においても同様の実験を行うことができる。サーマルマネキンの代わりに、人体に熱流計を適宜貼付するなどの工夫をすることにより、同様の実験を行うことができる。
【０１０９】
図１８、１９は、上面、前面および側面がガラス板に囲まれた実験用アトリウムを示す。アトリウムの大きさは例えば図示するとおりであり、室内には籐製の椅子が設置され、椅子の上にはサーマルマネキンが着座している。サーマルマネキンの足は、断熱のため押出ポリスチレンフォーム板に載せられている。また、図１９に示すように、北壁には３カ所の空調吹出口が設けられ、この吹出口を介して、図示しない空調装置による温度調節された気流が、室内に送風される。参照空気温度Ｔａは、図１９に示す測定位置に設置（本実施の形態では、高さ方向に０．１ｍ毎に設置している）された複数の熱電対によって測定される。壁表面温度は、壁面に設置された熱電対によって測定される。
【０１１０】
ここで、サーマルマネキンの表面では、定常状態の場合、式Ｑｔ＋Ｑｃ＋Ｑｒ（ｎｅｔ）＋Ｑｓ＝０を満たすことが明らかであるため（Ｑｔはサーマルマネキンへの投入熱量（人体の発熱量に相当）、Ｑｃは対流熱伝達量、Ｑｒ（ｎｅｔ）は放射吸収熱量（ｎｅｔは放射の正味を意味する）、Ｑｓは日射吸収熱量を示す）、サーマルマネキンをアトリウム内に設置し、投入熱量、参照空気温度および壁表面温度を測定し、これらの値を上記熱平衡式に代入することにより、対流熱伝達率αｃｉを求める。
【０１１１】
（１．サーマルマネキンへの投入熱量Ｑｔ）
この熱量は人体の発熱量に相当するが、サーマルマネキンの各部位に内蔵されている電気ヒータを、設置された環境に応じて、ＰＣの制御により発熱させる。すなわち、熱的中立状態における人体の皮膚温と顕熱放熱量との関係により投入熱量Ｑｔを各部位で独立に制御する。
【０１１２】
（２．対流熱伝達量Ｑｃ）
対流熱伝達量Ｑｃは、Ｑｃ＝αｃｉ（Ｔａ−Ｔｓｋ）と表される。ここで、サーマルマネキンの各部位の皮膚温Ｔｓｋ、同じく参照空気温度Ｔａは測定されるため既知となる。
【０１１３】
（３．放射熱伝達量Ｑｒ（ｎｅｔ）の算出）
サーマルマネキンと壁表面間の形態係数および測定された皮膚温、壁表面温度および放射率を既知として与え、ラジオシティ法により放射熱伝達量Ｑｒ（ｎｅｔ）を算出する。
【０１１４】
（４．日射吸収熱量Ｑｓ）
図１８の実験用アトリウムの外に日射計を設置（周辺建物の影響を受けないように例えば上面ガラスの上方に設置するとよい）して、水平面全天日射量を測定し、この水平面全天日射量を直散分離することにより、サーマルマネキンの表面に到達する直達日射量、天空日射量、地面反射日射量、内部拡散反射日射量を算出する。算出した各日射量に基づいて、サーマルマネキンの日射吸収熱量Ｑｓを算出する。
【０１１５】
以上においては、透光板としてガラス板の例にあげて説明したが、本発明の適用はこれに限られるものでなく、例えば有機樹脂板（ポリカーボネート板、アクリル板など）、ビニルハウスなどに用いられる有機樹脂膜にも適用できることは明らかである。また、人体の標準新有効温度としては、６５ＭＮＳＥＴ＊  よりもさらに各部位の影響を詳細に評価して計算した標準有効温度を用いるなどしてもよい。
【０１１６】
また、以上では定常状態のシミュレーションについて説明したが、上記一連の手続を一定の時間ステップ毎に適用することにより、非定常状態のシミュレーションを実施できることは明らかである。例えば自動車に用いられるガラスの温熱快適性を評価するのであれば、時間ステップを数秒から数分程度とし、数分から数十分（もしくは数時間）程度にわたって計算することが考えられる。
【０１１７】
また、本発明でいうところの透光板は、単板のガラス板、複層ガラス、有機樹脂膜（ポリビニルブチラールなど）とこの有機樹脂膜を挟む複数のガラス板とで構成された合わせガラス、有機樹脂膜、または有機樹脂板など構造物に採光のため取り付けられる部品全般を指し、完全な透明性を要するものではない。例えば熱線を吸収するために鉄やコバルトなどを添加して着色したり、熱線を反射させるため薄い金属膜をコーティングしたりしていても構わない。
【０１１８】
また、透光板の形状は一般的に平板や曲板を想定しているが、採光としての機能を有するのであればその他の形状であっても構わない。また、以上では簡単のため、空間領域における湿度を一定と仮定したが、上述の立体要素毎に湿度を解析するようにしてもよいことは明らかである。また、簡単のため温度気流性状が空間領域で一定としてシミュレーションしてもよい。
【０１１９】
さらに、図２に示す車体の外観形状およびこの車体の周辺環境を考慮し、シミュレーションを行ってもよい。このようにすれば、日射によって暖まった外壁の温度が車室内の壁に伝導し、それによって生じる放射を考慮したシミュレーションを行うことができる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明は、居室や車室内の人体の快適性を示す温熱指標を数値シミュレーションによって求めることにより、最適な温熱快適性を実現する各部品の物性値を知ることができる。また、表面要素単位で皮膚温を算出し、人体の部位毎に温熱指標を算出することにより、車室内などの熱的に不均一な環境での構造物の最適設計を実現できる。
【０１２１】
また、透光板の温熱快適性能評価を数値シミュレーションのみで実施でき、建築物や車体などの試作品を作る手間を省くことができる。すなわち、日射吸収率や放射率等のパラメータ値を変更するという簡単な操作だけで、様々な窓ガラスのバリエーションについて評価を行うことができる。また、試作機を作る必要がないことから、従来よりも短時間かつ低コストで上記透光板の評価を実施できる。
【０１２２】
また、本発明は、居室や車室形状に応じて最も優れた温熱快適性能を提供する透光板の素材開発に利用することもできる。さらに、温熱指標という客観的な指標で透明板の温熱快適性能を表すため、建築メーカ、車体メーカ、空調メーカ、材料メーカおよび一般ユーザに対して、透光板の温熱快適性能をわかりやすく説明でき、またインターネットなどのネットワーク経由で、上記シミュレーションのプログラムを提供したり上記シミュレーションを実行したりすることにより、構造物の設計支援のための新たなサービスを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態（温熱快適性能評価装置）を示すブロック図である。
【図２】窓ガラスの温熱快適性能を評価するための数値モデルを示す部分破断斜視図である
【図３】（ａ）車体を構成する各部品（前方から眺めた様子）、（ｂ）車体を構成する各部品（後方から眺めた様子）を示す部分破断斜視図である。
【図４】（ａ）タイプＩ、（ｂ）タイプＩＩにおける直達日射の様子を示す部分破断斜視図である。
【図５】人体温熱モデルを示す説明図である。
【図６】（ａ）人体形状モデルの各部位の分類を示す正面図、（ｂ）人体形状モデルの詳細（表面要素の構成）を示す正面図、および（ｃ）人体形状モデルの詳細（表面要素の構成）を示す側面図である。
【図７】体温調節モデルを示すブロック図である。
【図８】窓ガラスおよび各部品の選択手順（メインルーチン）を示すフローチャートである。
【図９】ステップ１０４の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】ステップ２０１の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】各種の日射を示す説明図である。
【図１２】入射角度と、透過率および反射率との関係を示すグラフである。
【図１３】ステップ３０９の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】運転席の乗員から見た各部品に対する形態係数を示すグラフである。
【図１５】運転席の乗員の平均放射温度に対する各部品の寄与度を示すグラフである。
【図１６】室温を基準とした各部品の熱放射による加熱・冷却効果の累積値を示すグラフである。
【図１７】空調吹き出し温度を基準とした空気温度に対する各部品による昇温を示すグラフである。
【図１８】実験用アトリウムを示す部分透視斜視図および断面図である。
【図１９】図１８の実験用アトリウム内の配置を示す平面図である。
【符号の説明】
１０：温熱快適性能評価装置
１１：中央処理部
１１ａ：演算部
１１ｂ：評価部
１１ｃ：選択部
１２：記憶部
１３、１４、１５：インターフェース（Ｉ／Ｆ）
１６：バス
２１：外部記憶装置
２２：操作部
２３：表示装置
３０：人体温熱モデル
３１：人体形状モデル
３１−１：ヘッド
３１−２：チェスト
３１−３：バック
３１−４：ペルビス
３１−５：Ｌ−ショルダ
３１−６：Ｒ−ショルダ
３１−７：Ｌ−アーム
３１−８：Ｒ−アーム
３１−９：Ｌ−ハンド
３１−１０：Ｒ−ハンド
３１−１１：Ｌ−サイ
３１−１２：Ｒ−サイ
３１−１３：Ｌ−レッグ
３１−１４：Ｒ−レッグ
３１−１５：Ｌ−フット
３１−１６：Ｒ−フット
３２：体温調節モデル
３３：中央血液だまり
３４：第ｋ部位
３４ａ：コア層
３４ｂ：筋肉層
３４ｃ：脂肪層
３４ｄ：皮膚層
３４ｅ：着衣層
４０：外部環境
４１：光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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