2014/12/6

150111 日本の杉セミナー

森を育て健康で快適な住まいを創る
京都⼤学総合⽣存学館（思修館）川井秀⼀

Towards the solar energy society

⽊を暮らしに活かし、森林（もり）と環境を守ろう

世界の森林の現況
森林面積の大きな国
ロシア
約20%
ブラジル 約12%

世界の森林面積：４０億ha
陸域面積の 30%
世界の森林

陸地の30%

森林面積

国別割合

森林面積率の大きな先進国
フィンランド 74%
日本68%
熱帯林 47%温帯林 11%
寒帯林 33%

フィンランド74%

国土面積に占める
森林割合
ロシア20%

米国7.6%

カナダ7.8%

日本 68%
中国 5%
アフリカ
アジア・
オセアニア
南米
ブラジル12%
森林の減少

世界の木材需要100２＝
国土面積：３７８０万ha
３80
70

４４％

40

ヒノキ

２５％

30

カラマツ １０％

20

その他

10

天然林・その他 ： １３９０万ha

木材自給率 25.9%

50

スギ

２１％途上国
燃料用 78%
産業用 22%

日本の木材(用材）需要量（2009年）
合計
6691万㎥
国産材 1737万㎥
外 材 4954万㎥

9060

人工林 ： １１２０万ha

輸出⽤材⾃給率の推移

⽇本の森林は今・・・

森林面積：２５１０万ha

先進国
産業用 85%
燃料用 15%01955

1965 19751985

1990 1995

2000 2005

1

2014/12/6

国産材利⽤による○ 実数が把握できてない荒廃
人工林の面積と実態

国内の環境や公益的機能の向上

・ 形状比８０超えると風雪害を受け易く、１００を超えると著しい・ 放置林が形状比１００を超えるのは５０年生、猶予はあと１０年

水資源の貯留と浄化

土壌浸食や土砂崩壊の防止

多様な生物の生息環境

保健・レクリエーションの場

スギ Cryptomeria japonica
⽇本の固有種⽇本書記 神代記
素戔鳴尊の⽈く・・・乃ち鬚髯を抜きて散つ。
即ち杉に成る。
・ひげを抜いて放つと、杉の⽊になった。
・杉は、船を造るのによい。

代表的な建築材料
・⽊理通直、軽い（密度0.3-0.35)
・加⼯しやすい・優れた断熱・保温・調湿特性のほか、⼤気浄化機能

正倉院正倉の温湿度変化(2001年4⽉)（正倉院紀要・成瀬正和氏の報告より抜粋）
40

温度(℃)

3530252015外気
正倉院庫内
唐櫃内

10湿度（％）

501009080706050
403020100外気
正倉院庫内
唐櫃内

2001年4月2日～4月23日

2

2014/12/6

室内空気質（Indoor Air Quality, IAQ)の重要性(藤⽥佐枝⼦）• 健康志向は空気質にも• よい空気は健康、学⼒に影響• ⼈が必要とする空気は約20ｋｇ/⽇• 対外から取り⼊れるものの約9割が空気• ⼀⽇のうち、屋内で過ごす時間が9割• 脳が最も酸素（よい空気）を必要とする
IAQには温度、湿度、汚染物質、微⽣物、電磁波などが関与
学校の室内空気質(IAQ)と学習成績• 2008年⽶国環境保護庁(USEPA)の報告
る。

東大寺正倉院のスギ材唐櫃
スギO3,NO₂

⼈と⽊材と住まい︓

人工林の整備促進に伴い産出される木材の有効利用が課題

・大気汚染物質・人体への健康被害
優れた調温・調湿機能NO₂濃度が外気よりも70‐90%減少
文化財の良好な保存環境

ヒトの心理・生理面の影響

調温・調湿

空気質の改善劣悪な室内空気質は⼦供の集中⼒、計算⼒、記憶⼒に影響を与えスギ木口スリット材の特性解明と利用技術の開発→ 大気汚染問題の対処、間伐材の有効利用
快適な居住空間や学習環境の創造

⽊材の空気汚染物質浄化機能の解明とその強化技術の開発研究
１．スギ材による⼆酸化窒素等、収着能の評価
２．スリット材を⽤いた実⼤空間の評価

木材
木質科学
材料
住環境

スギ材を⽤いた健康空間の開発
３．スギ材の⾹り成分とヒトの⽣理・⼼理応答

連

学際領域

携

[クリーンテクノロジー、2010.7 川井秀一、辻野喜夫、藤田佐枝子、山本尭子]

スギ材の機能LOHAS：Life style of Health and Sustainability

連

スギ材は空気浄化能⼒に優れた材料である。

携

人と木材と住まい
健康･持続性

こころ
人文科学
感性・心理
文化・歴史

からだ
保健科学
生理・健康連携

JIS R 1701‐1:2004

飫肥スギ材のO3, NO2 , HCHO浄化能力の比較

光触媒材料の空気浄化性能試験方法

入口O3 濃度: 600 ppb. 入口NO2 濃度: 1,000 ppb．入口HCHO濃度: 1,400 ppb.
通気線速度: 20 cm/sec. RT: 20℃. RH: 50%.
飫肥スギ心材木口面のO3, NO2, HCHO浄化

10080%

604074.8NO2濃度：1000ppb 流速：3L/min 温度：20℃

4620

表面をなぞるようにガスが流れる板状試験片の実験方法及び条件190
辻野喜夫、藤田、川井他 スギ木口の大気浄化機能に関する研究
第49回大気環境学会年会講演要旨集2008より

心材木口（O3）

心材木口（NO2）

心材木口（HCHO）

3

2014/12/6

NO2浄化量1607

飫肥スギのO3浄化964

1500-1-1

800

μM m-2μM m

600

-2hr

hr

1000

500

465

131
200

234
12275

0493
400

117
53

飫肥心材木口飫肥心材板目

373

80277

267
1143

飫肥辺材木口86

飫肥辺材板目大阪心材木口大阪心材板目

228

236

心材木口

脱抽出成分

59

203

辺材木口

脱抽出成分

大阪辺材木口

0
心材板目

辺材板目

大阪辺材板目水による分解水との反応による浄化

198

92

240

抽出成分との反応

抽出成分との反応による浄化

光触媒試験法によるスギのNO2浄化能力評価

飫肥スギのオゾン（O3）浄化能力評価

入口O3 濃度: 600 ppb. 通気線速度: 20 cm/秒. 通気O3総量: 964μM/m2/時.
RT: 20℃. RH: 50%.

入口NO2濃度: 1,000 ppb. 通気線速度: 20 cm/秒.
通気NO2総量: 1607μM/m2/時. RT: 20℃. RH: 50%.

1607
1500

Introduction-2μM m・大気汚染の原因物質
・人体への健康被害

人工林の整備促進に伴い産出される材の有効利用が課題

1000

hr-1

スギ材の二酸化窒素(NO₂)浄化機能

収着の要因

10500

【組織構造】【構成成分】【含有水分】

木口面

心材

湿潤状態

740

012129スギ

ヒノキ

219
1640274391

バルサ

キリ

ケヤキ

NO2浄化量16162
ブナ8561161

チーク

ローズウッドNO発生量

図２．針葉樹及び広葉樹のNO2浄化能力の比較

入口NO2濃度: 1,000 ppb. 通気線速度: 20 cm/秒.
通気NO2総量: 1607μM/m2/時. 木片重量: 11.9～75.0g （50 cm2×1.5 cm）.
RT: 20℃ RH: 50%

仮道管構造
有効接触表面積
物質の透過速度

抽出成分

結合水抽出成分との反応。水分の存在によって、反応性が影響される。

結合水との化学反応
硝酸や亜硝酸の生成

組織構造や抽出成分の影響を
25
詳細に検討

異なる通気条件における比較、比較試料条件が少ない。

NO₂収着挙動の解明

測定装置図

セル構造体

インキュベータ（ 20±1℃ ）排気希釈温湿度計

シリカゲル
流量計
ニードルバルブ付流量計

流量制御器

NOｘ計

ウォーターバス

試料ヘリカルワインディング
構造
走査型電子顕微鏡写真
アカマツ(上) スギ(下）

調湿部

標準ガス
調製装置

通気条件
NO₂ 濃度： 1000 ppb, 流量 : 560ml/min, RH : 56%,

RR

空気NO2

通気時間 : 24h７4

2014/12/6

実験方法

結果

＜試料の調製＞

試料粒径やNO₂ガスとの接触環境に依存する収着に関与する有効表面

単位木口面積あたりのNO₂収着量
0.25<木片><粒状>

単位(mm)

円盤状木口試験片

板状木口試験片木粉

D:10, L:1.5

R:100×T:500
L:1.5 L:3.00.15
0.25 0.5～0.25 ～0.5 ～1.0

L:5.0

単位(mm)小片
直方体状

L:1.5 L:3.0 L:5.0

NO2収着量[μM/h/cm²]

試料：大阪府、熊本県産スギ[Cryptomeria japonica D.Don]心材、40年生原木のまま天然乾燥後、含水率約9.8%に調製板状試験片のNO2収着量は、木口試験片の約1/4倍

0.20.150.1

板状試験片(厚さ15mm)における仮道管の収着有効長さ
は、表面から約3.5mm

0.05NO₂ガスの通気試験方法の違いによる影響
透過実験表層流動実験

透過＋
表層流動実験

木口面

NO2NO20
板状試験片

木口面
30

二酸化窒素収着量（重量換算、μmol/g/h)）－抽出成分量の影響－
0.80.7

ガスが木材表面をなぞるようにして流れている場合、表面からの仮道管収着有効長さは短く、表層での反応が主であると考えられる。

結論

NO2NO₂収着挙動の解明：

*

*
*

木口試験片

木口面

*

・収着量はNO₂ガスとの有効接触表面積に大きく影響する。

未処理材
抽出未処理材

0.6*

木口面＞板目面
気体透過速度による影響

脱抽出処理材
抽出処理材

0.5

*

0.4

組織構造

・木口面における収着は、表面から約3～5mmの範囲で生じており、表面に近いほど、その効果が高い。

*

0.3

・NO₂収着量は抽出成分量に影響される。

0.20.1

テルペノイド類の減少

0
天然乾燥

45℃

60℃

105℃

人工乾燥
抽出成分量の減少

二酸化窒素収着量課題：収着に大きく寄与する抽出成分の特定、実大空間・現実的な濃度における評価
スギのNO₂収着能を活かした材料
スギ木口スリット材*：p<0.05(Bonferroniの方法)

抽出成分有

未処理材： 天然乾燥材＞人工乾燥材45℃＞60℃＞105℃

抽出成分無脱抽出処理材: 天然乾燥材 ≒ 人工乾燥材

スギ木口スリット材の特徴
原料が豊富にある・加工が容易・機能維持に費用やエネルギーが大きくかからない

謝辞 試料調製：熊本県林業研究指導所
37

39

京都府知事公舎（東京オフィス）

Finally…
＊利用面

スギスリット材の開発
京都大学大学院思修館
朝日ウッドテック（株）ジャパンプレミアム
京都大学大学院思修館＜内装材としての利用＞
化学物資軽減調温調湿

視覚特性
精神安定効果有効利用5

2014/12/6『２．スリット材を用いた実大保存空間の評価』－温湿度変化－

測定間隔：15分,測定期間:2011.1.7～2012.1.6

供試材料及び空間
スギ木口スリット材

屋内保管庫
倉庫内設置保管庫

約40年生和歌山県産スギ[Cryptomeria japonica D.DON]
天然乾燥

W 1560☓D 1840☓ H 1975mm
保管庫 ： 亜鉛メッキ鋼板
床材 ： 合板(北洋産からまつ) 測定・評価項目

 温湿度変化 アルデヒド類濃度

実大空間の評価 金属保存状態－スリット材使用量と湿度変化の関係－
湿度変化率(％)＝A/B×100(A：各保管庫内湿度日較差、B：倉庫内湿度日較差)

低湿度変化率の平均値(%)

80

調湿能

拡大すると…

C2（スリット材未使用）

70
60
5040

W3（スリット材天井と壁面）

W2（スリット材天井のみ）

30
20

R² = 0.990
y = ‐34.732x + 68.613

100

高00.2

0.4

0.6

0.8

11.2

保管庫の気積に対するスリット材表面積比(1/m)

スリット材使用量と湿度変化は相関関係にあり、使用量増加に伴ってスリット材による調湿効果は上昇する。

【湿度変化】日変動が激しく、変動の程度は条件によって異なり、屋外＞倉庫内＞保管庫内、さらにスリット材使用量の多い保管庫ほど変動は小さかった。

。

－相対湿度
頻度分布率－

8100C2680（スリット材未使用）

604402

相対湿度頻度分布率(%)=A/B×100

40～70%：人体の快適性
40～75%：書籍の保存
0～80%：カビ防止<ぬれ時間>

頻度分布率（%）<最適湿度範囲>

62025

W235455565
相対湿度(％)

7585（スリット材天井のみ）

95

01008060440
22008 25

頻度分布累積率(%)

A:各測定値のデータ数
B:測定データ総数

08035455565
相対湿度(％)

7585

W3

95 10080

6 （スリット材天井と壁面）

60

440 金属材料の腐食因子のひとつ 2 0℃以上RH80%以上の時間

20025354555657585095 46

相対湿度（%）

6

2014/12/6

木質住環境の空気質とヒトの生理応答(木村、仲村、藤田、川井2011）

有害な化学物質がでないという

健康住宅

スギ材を使って心身を癒す

健康な空間づくり（有）ホームアイ代表

藤田佐枝子

木質住環境の見えと心理評価(仲村、木村、藤田、川井）
スギスリット材を実空間の壁面意匠として設置し、これを観察する被験者の視線の動きを追跡するとともに壁面の見た目の印象を申告させることで、スギスリット材の意匠性について検討した。

図8 実験室内の配置

図7 壁面内装のデザイン

スギ壁面内装：7種類
熊本県小国産スギの板目材とスリット材（凹部幅6・凸部幅7・深さ6mm）を用いたパネ
ルによりデザインの異なる3種類（Type1～3）の壁面内装を実験室（約20m2,高さ2.5m）内に作成し、比較対照として未施工の壁面の実験室を加えた。
実験室環境：温湿度は24℃・50%、照度は800lxに調整
被験者：健康かつ裸眼もしくはソフトコンタクトレンズ装用で正常な視力（平均視力：1.2±0.4）を有する男性11名（年齢：22.6±1.7歳）

木質住環境の空気質とヒトの生理応答(木村、仲村、藤田、川井2011）〈スリットなし〉〈スリットあり〉

スリット加工が施されたスギ材の観察による視覚刺激がヒトに及ぼす影響について、自律神経活動と気分・感情の変化から検討した。

【脈拍数、収縮・拡張期血圧】【心拍R‐R間隔】〈対照（未施工）〉

アイマークレコーダ（ナック，EMR‐8）

実験風景
図 停留点の分布楕円の中心：停留点分布の重心【気分・感情【唾液アミラーゼ活性】 プロフィール検査】

図 壁面刺激提示前後における収縮期血圧の変化

新領域開拓2 木質住環境と健康 (松原、川井ほか）
1. 供試材料と供試空間
研究棟内一室(W5040×D3270×H2500mm)
窓

ドア

被験者側

1250mm図 内装を見る前と見た後における収縮期血圧の変化
注）平均値のみ記載、*:p<0.05、**:p<0.01（対応のあるt検定：内装を見せる前（閉眼時）30秒間の平均値との間の差）

1900mm

その結果、スギスリット材を壁の内装に用いた部屋に入ることで人は生理的に落ち着いた状態となること、つまりリラックスできることが分かりました。
出典
木村彰孝、仲村匡司、藤田佐枝子、川井秀一：第62回日本木材学会全国大会、（2012.3）

観察者側パーティション
47

2014/12/6

2. 研究材料と方法

2. 研究材料と方法

2. 心理・生理応答実験の手順と測定項目

2. 心理・生理応答実験の手順と測定項目

 実験被験者：京都大学の男子大学生・大学院生（21-28歳） 16名【心理応答】

 主観アンケート調査：実験室に対する感性を評価 (8種の評価語)廊下 実験の流れ

実験準備室【生理応答】

 唾液採取、アミラーゼ活性測定
 心拍計電極の装・脱着 アンケート記入

実験室(スギ) 座位安静（5分×2回）
 計算作業（15分×2回）
 唾液採取 アンケート記入

 自律神経系：心拍R-R間隔、自律神経系指標 (機器計測)
 神経内分泌系：唾液中コルチゾール、アミラーゼ、クロモグラニンＡ性ホルモン(デヒドロエピアンドロステロン、硫酸抱合体) (ＥＩＡ法)（視床下部‐副腎皮質経路、視床下部‐交感神経経路）

 免疫系：分泌型免疫グロブリンＡ (ＥＩＡ法)

 実験室での実験手順
安静

実験室(対照)計算作業

休憩

 座位安静（5分×2回）
 計算作業（15分×2回）
 唾液採取 アンケート記入

 内田クレぺリン検査(一桁足し算の連続作業)：作業量と誤答率を評価

唾液採取

 問診票など：生活習慣、自覚的アレルギー症状、身体症状、ストレス耐性など

アンケート

56

2. 研究材料と方法
3. VOCの捕集と分析

3. 結果と考察

捕集と試料調製 VOCの空気中濃度○捕集と試料調製
流速：0.1L/min，時間：24時間，溶出溶媒：アセトン

被験者位置○GC-MS分析
カラム：Ultra ALLOY-5（長さ30m，内径0.25mm，膜厚：0.25μm）
オーブン温度：50℃（3min）-（15℃/min）-150℃-（4℃/min）-170℃-（20℃/min）-250℃
キャリアガス：He(1.7mL/min)，測定モード：SCAN

 自律神経系：心拍R-R間隔、自律神経系指標 (機器計測)
 神経内分泌系：唾液中コルチゾール、アミラーゼ活性、クロモグラニンＡ (ＥＩＡ法)
性ホルモン(デヒドロエピアンドロステロン、硫酸抱合体)

 免疫系：分泌型免疫グロブリンＡ (ＥＩＡ法)

GC-MS分析
溶媒抽出用捕集管ORBO-91T（Sigma Aldrich製）

 主観アンケート調査：実験室に対する感性を評価(8種の評価語) 内田クレぺリン検査(一桁足し算の連続作業)：作業量と誤答率を評価

溶媒溶出 問診票など：生活習慣、自覚的アレルギー症状、身体症状、ストレス耐性など

Carbon graphite 400 mg

873. 結果と考察

3. 結果と考察

 VOCの空気中濃度

 主観アンケート調査
実験室に対する感性を評価
Hi-Pr

2.5E+05i-PrHCH2H

β‐caryophyllene
2.0E+05

HIntensity

α‐muurolene
1.5E+05H

δ‐cadinene

Hi-Pr

α‐cubebene

1.0E+05
5.0E+040.0E+00
10111213141516Retention Time (min)

スギ材由来VOCのうち多くがセスキテルペン類、主成分はδ-カジネン
施工から6週目のVOC濃度は498.8 μg/m3
良い香りがするかという問いに関してスギ材室と対照室と有意な差あり
9108

2014/12/6

3. 結果と考察

3. 結果と考察

salivary Chromogranin A
0.7+

Sugi
ControlsAA (KIU/L)

0.6
0.5
0.4
0.3

BeforeDuringAfter+; P < 0.1work唾液中クロモグラニンＡは、対照室で作業後にも増加傾向
スギ材由来VOCによる交感神経系活動の抑制を示唆唾液中アミラーゼ活性は、対照室では作業前に比較して作業後に増加、スギ材室では低下
スギ材由来VOCによる交感神経系活動の抑制を示唆
11113. 結果と考察
 内田クレぺリン検査(一桁足し算の連続作業)

小括

30分間の連続した計算作業における作業量と誤答率を評価
 気中揮発性有機化合物(VOC)
スギ材由来VOCの主成分はδ-カジネンであった、スギ材施工から2週目の空気中濃度は2744.3 μg/m3であり、6週目で498.8 μg/m3であった

 “心地良さ” (心理応答)
error (%)

スギ材室は良い香りの部屋と感じることが分かった (P < 0.05)

 生理応答対照室での作業後に、唾液中アミラーゼ活性とクロモグラニンＡが増加したことからスギ材室での交感神経活動抑制が示唆された

 内田クレぺリン検査(一桁足し算の連続作業)
作業量と誤答率からはスギ材室と対照室で作業に関する違いが見られなかった

スギ材室と対照室での作業に関する違いは見られなかった

13

14（木質資源）持続循環型社会の実現に向けて持続型生存圏
自然環境
資源
人間社会経済

自然の営み

人間の営み

リサイクル
ゼロエミッション
資源循環型社会9