〈原著論文〉

日本環境管理学会誌(Journal of RIEMAM)PMV と QDA 法を用いた輻射熱空調とヒートポンプ式空調との快適性評価比較
冷房運転時の評価
Comparison of comfort evaluation between radiant heating and cooling system and heat pump air
conditioning using PMV and QDA methods: Evaluation during cooling operation

豊貞

佳奈子

Kanako Toyosada

keywords : Radiant heating and cooling system, Comfort evaluation, PMV, QDA
輻射熱空調、快適性評価、PMV、QDA
１．緒言
現在、室内の空気環境の快適性の評価には、PMV 評価法が国際的に多用されている。PMV 評価は、人間活動である「活動量（代謝量）」、「着衣量」と、室内空気環境の物理量である
「温度」
、
「湿度」
、
「放射」
、
「気流」といった容易に計量可能な
６つのパラメータを用いて、人が感じる「暑い」、「寒い」といった空間の温熱感覚の至適領域を定量的に示すもので、実用性が高い評価法である。一方、快適性とは人間が外部刺激を受けて生じる種々の身体反応を心理面で統合評価した指標であることから、室内の空調環境への人の快・不快の心理反応には、PMV で評価される熱刺激の側面だけでなく、空気環境によって人体に生じる変化、例えば皮膚の乾燥や倦怠感、体調不良なども影響することが知られている 1)-4)。
近年は、空調機器の性能進化により、加湿機能を付加したものも上市されており、さらに 2019 年末から社会不安を引き起こしている新型コロナウイルスパンデミックでは、換気機能が付加された空調が望まれるなど、今後、より付加価値の高い空調機器、システムの普及が望まれる。また、省エネ法トップランナー制度等を受けて、人だけではなく地球にも優しい空調シ
ステムの開発も継続的に進んでいる 5)。
これまでの空調機器の主な価値提供は、快適な温熱環境であったが、今後は、温熱環境の快適性に加えて、さらに人にも地球にも優しい機能が付与される可能性が高い。そのため、これらの機能も含めて空調機器・システムの性能を統合評価できる手法の確立が望まれる。
外部刺激に対する人の心理反応を定量評価して開発等に活用する事は、食品分野で官能評価試験として以前より実施されている 6),7)。官能評価では、分析機器はパネラー（人）で、食味等の外部刺激に対し、パネラーが惹起した感想を文字化し、さらに尺度付けすることで、定量可能な計測値としている。その手法には、定量的記述分析法（Quantitative Descriptive
Analysis、QDA 法）や SD 法（Semantic Differential）がある。本報では、空調環境の新たな快適性評価手法確立の一助となるよう、QDA 法を用いて、空調方式の異なる空調機の快適性評価を行い、PMV 評価との比較検討を行った。試験は空間の温熱環境の制御方法が異なる輻射熱空調と、ヒートポンプ式

空調が設置されたモデル住宅を対象に実施した。
２．試験方法2.1 空調機器と試験空間、測定機器の概要
実験の概要と実験で使用したモデル住宅の概要を表-1 と図1 に示す。実施時期について、PMV、QDA 計測時の試験場所の平均外気温は 30.8℃、相対湿度は 65.9%であった 8)。設置されている空調機器の性能は表-2 に示す。既存のモデルルー
ム棟を実験場所としたため、比較する２棟で空間容積、設置設
備が異なるため、空調機器のエネルギー効率比較は行えなかった。
表-1 試験概要
実施時期

2017 年 8 月 17 日 13 時～ QDA 事前準備2017 年 8 月 18 日 9：20～11：40 PMV、
QDA 計測試験場所

戸建て住宅モデルルーム 2 棟（輻射熱空調設置棟／ヒートポンプ空調設置棟）
住所：福岡県福岡市西区今津

試験条件各室の中央（定点）で 26℃になるように調整

物理量
計測項目

屋外：外気温・湿度・肌水分・油分量
屋内（4 地点）：PMV・温度・湿度・壁面熱
放射温度・風速・電力消費量・肌水分・油分量

パネラー

20 才代女性・10 名

代謝量1met 椅座安静状態

着衣量

0.3 c lo 半そで T シャツ＋スカート（ひざ丈程度）

PMV 計測には、京都電子工業製 AM-101 を用い、図-1 に示した計測位置の床上 120cm の位置で、QDA 評価試験の間連続して計測した。QDA 評価は、パネラー等を変えて繰り返*福岡女子大学・国際文理学部・環境科学科 教授・工博
Prof., Department of Environmental Science, International College of Arts and Science, Fukuoka Women’s
University, Dr. Eng.

し計測したが、その各回を 1 タームとし、PMV は各ターム間の値を平均化してその値とした。肌水分量はモリテックス社製
Triplesense を用いて、各ターム時間終了直前に全パネラーの額と目尻で値を計測した。

図-1 実験住宅とパネラー配置位置の概要
表-2 空調機器の概要
輻射熱空調機

空調機
概要

運転
条件等

AEYC-0640M（長府製作所製）
ラジエーターによる熱交換・輻射空調【ラジエーター】
循環水量 8L/min
循環水温度（冷房）7℃
循環水温度（暖房） 50℃
熱交換面積20.1m2【空調温度制御】
循環水温度にて制御

ヒートポンプ空調機
MSZ-GE4017S-W（三菱電機製）
家庭用エアコン

冷房能力4.0ｋW
暖房能力5.0ｋW

2.2 QDA 評価法
QDA 評価の手順を表-3 に示す。試験手順は、食品の官能評
価試験で実施される方法に準拠した 6,7)。試験結果は、抽出された特性評価用語ごとに各パネラーの繰り返し試験結果を積算して平均値とした。また、各特性評価用語別の平均値を全平均して空間の QDA 平均値も算出した。その上で、各各特性評価
用語平均値、QDA 平均値と同時に測定した各物理量との相関は、ピアソンの積率相関分析で評価した。

表-3 QDA 評価法手順の概要
作業項
作業の概要
目
1)事前準備言葉出 ・全パネラーで試験対象空間を体験し、し空間の快適性、不快適性を表現できる言
葉を各パネラーが書き出した。
特性表 ・全パネラーで書き出された特性表現用
現用語 語を類似表現ごとに集約し、用語を絞りの選定 込んだ。その上で各用語の快適性を、7 を
快適、4 を中庸、1 を不快とする 7 段階で尺度付けした。
・パネラーを 5 人 1 組とし、2 組設定した。
・各組が輻射熱空調棟とヒートポンプ空調棟に 25 分間滞在し、図-1 に図示した着座位置に着いて、事前準備で設定した特2)評価 性表現用語の 5 段階尺度を決定した。
試験
・これを 1 タームとし、両試験棟で順番に試験した。
・さらに、着座位置を変えて繰り返し、
全 4 ターム実施した。
・各ターム評価の前に 20 分間外気浴し、前評価空間の印象を最小化した。
３．結果と考察3.1 冷房時の評価(1) 特性表現用語の選定
QDA 事前準備試験で空調空間の快適性、不快適性を表現する用語をパネラーから収集し、共通概念ごとに類型化した。結
果を表-4 に示す。類型化された快適性表現用語は、その指標の最大の快適を表す 7 から、中庸の 4、最も不快の 1 で尺度付
けして QDA 評価指標とした。
表-4 特性表現用語の抽出と分類結果
言葉出し結果類型化

全身の冷え方、末端が冷える、体感が変化す
る速度等

自然な冷え
感

体のだるさ、頭痛など

倦怠感

乾燥、鼻と喉が気持ち良い、しっとり感など

うるおい感におい、消臭などにおい

静か、騒音がない、音など
温度の安定さ、温度の変動、全体の涼しさな
ど

静穏性
温度均一性

(2) 試験空間の影響
試験空間での計測値の分布を表-5 に示す。定常状態では、
輻射熱空調は、空間の温度分布の均一性が高いことが知られている 9)。しかし、試験時は、試験空間にパネラーと試験関係者が出入りを繰り返していた。試験時間には、空間に 10 人超のパネラー、関係者が一定時間在室したが、その時の発熱量は100W/人として 4MJ 程度と見積もられ、自然対流で室内空間

の温度制御等を行う輻射熱空調では、空間の温度上昇や温度分
布の不均一化等の温熱環境の変化が想定されたが、表-5 に示
すように、空間的な均一性も、試験時間を通した時間的な均一性も高かった。これは、試験空間の壁面放射温度が、空間温度とよく一致しており、壁面を含めた空間の熱容量が十分に大きいことによる緩衝効果と考えられた。なお、輻射熱空調では、ラジエータパネルの水温を設定することで室温を調整するた
め、部屋中央の温度が 26℃よりも高めになった。ヒートポンプ式空調では、部屋の中央は、設定温度通りの室温となっていたものの、送風循環のための風がパネラーに直接当たる機器前
では、設定温度以下に低下していた。
表-5 試験空間の特性

項目

室温
（℃）
輻射温度
（℃）
相対湿度
（%）
風速
（m/s）
PMV
QDA

平均値
標準偏差
平均値
標準偏差
平均値
標準偏差
平均値
標準偏差
平均値
標準偏差
平均値
標準偏差

輻射熱空調

ヒートポンプ
空調

①機

③機

②部屋

空調の両試験位置（図-1 中の①、②）の QDA 特性とヒートポ
ンプ式空調の中央位置（図-1 中の④）の QDA 特性は、レーダーチャートのプロフィールが大きく異なることがわかった。また、ヒートポンプ式空調では、その評価位置で QDA の「自然な冷え感」への評価が大きく異なり、本実験条件下では、機器からの冷風が直接パネラーに当たる位置では、評価結果が悪化
する結果となった。

①③

自然な冷え感
7
6
5
4
3
2
1
0

静穏性

倦怠感

④部屋

器前

中央

器前

中央

26.8
0.360
25.6
0.372
65.70
4.172
0.006
0.009
0.20
0.177
6.2
0.743

27.6
0.412
27.4
0.518
59.67
5.144
0.009
0.011
0.31
0.200
6.22
0.678

24.0
0.623
24.6
0.460
57.44
4.727
0.195
0.077
1.68
0.439
2.92
0.371

26.0
0.464
26.3
0.489
47.98
4.470
0.070
0.033
0.43
0.221
3.5
0.588

(3) PMV 値と QDA 値計測した PMV 値を表-5 に、QDA を評価指標ごとのレーダ
ーチャートとして図-2 に示す。また QDA の全評価指標の平均値は QDA 平均値として表-5 に示した。QDA で抽出された評価指標は、主に室内の温熱環境によって引き起こされる身体反応に起因した心理面の反応である「自然な冷え感」
、
「倦怠
感」
、
「うるおい感」と、空調機器の運転に伴って生じる空間での音、匂い環境変化によって生じる心理的反応の「静寂性」、「匂い」が抽出された。
「静寂性」は、室内空気の攪拌に可動部を有しない輻射熱空
調が、ファンで強制送風するヒートポンプ式空調より在室者に与える心理的ストレスが小さいことがわかる。
「匂い」に関しては、輻射熱空調がヒートポンプ式空調より快適性が高い結果となった。輻射熱空調機は定期的にラジエーター部の掃除が為され、ヒートポンプ式空調は本試験に合わせて新型品に交換しており、「匂い」の原因が空調機のラジエーター部の汚れの可能性は低い。今回試験で使用したモデルルームは、被験者が空調機器等住宅設備の性能を宿泊して体験できる施設で、2015
年から供用されている。そのため、長年の使用に伴う生活臭が壁紙等に付着し、その放出臭が、今回の試験結果に影響した可能性が考えられた。
次に、空気環境の熱刺激によって人に惹起される心理面の変化と、PMV、QDA 評価で表現される尺度との関係を考察した。至適温度域とされている PMV 値が±0.5 内に入る輻射熱

におい

うるおい感

(1) 機器前位置(図-1中①,③)でのQDA特性②④

自然な冷え感

静穏性

におい

7
6
5
4
3
2
1
0

倦怠感

うるおい感

(2) 中央位置(図-1中②,④)でのQDA特性

図-2 試験空間の QDA 特性

感性工学手法で快適性を評価した QDA 平均値と空間設計に多用される PMV の絶対値に関し、試験空間ごとに関係性を確認した。図-3 に示す。QDA 平均値と PMV 絶対値との間に相関は認められず、空調方式で明らかに傾向が異なる結果となった。両手法での評価結果の差を考察するため、PMV 算定の元となっている物理量と QDA の各指標との相関を分析した。

図-3 空調空間の PMV と QDA 平均値との関係

食味等の官能評価に適応される QDA 評価法は、その評価基準等が確立して広く活用されているため、パネラーの評価水準を合わせるための事前評価試験が行われる。しかし、空間の快適性評価では、尺度評価の基準はまだなく、本試験でもパネラ
ーの評価レベル合わせを行っていない。そのため、パネラー間のばらつきが生じた。しかし、「自然な冷え感」、「倦怠感」と
室温、風速との間には、有意な相関が認められた。図-4 から 7と、表-6 に結果を示す。なお、図中の近似直線は、視認性を確保するため、破線で示した。

図-4 自然な冷え感と室温との関係
QDA
平均

自然
な冷
え感

倦怠
感

図-5 倦怠感と室温との関係

うる
おい
感

匂い

静穏
性

図-6 自然な冷え感と風速との関係

図-7 倦怠感と風速との関係

表-6 各パラメータ間の相関関係
気温
放射温度
相対湿度
相関
0.828
0.546
0.648
係数
有意
0.011
0.162
0.082
確率
相関
0.871
0.622
0.53
係数
有意
0.005
0.1
0.176
確率
相関
0.726
0.475
0.676
係数
有意
0.041
0.235
0.066
確率
相関
0.775
0.486
0.739
係数
有意
0.024
0.222
0.036
確率
相関
0.792
0.508
0.624
係数
有意
0.019
0.199
0.098
確率
相関
0.842
0.546
0.601
係数
有意
0.009
0.161
0.115
確率

風速
-0.8070.015-0.8450.008-0.6950.056-0.7620.028-0.7640.027-0.8330.01

空間からの熱刺激によって生じる身体反応は、皮膚からの熱と水分との移動現象として捉えることができる。この熱と水分の移動は、図-8 に示すように、皮膚表面の拡散層（境膜）に形成された温度勾配あるいは水分濃度の勾配を駆動力として起こる移動現象である 10)。この勾配は、境膜を挟む両層の温度差で決まる。また、境膜の厚さで決まるが、境膜の厚さは風速で変化する。
「自然な冷え感」という特性表現用語は、皮膚から空間への熱移動によって身体に生じた心理的反応とすると、心理的反応と温度、風速との高い相関が説明できる。一方、「自然な冷え感」は、人が評価空間に暴露された場合に早期に惹起される感覚であるものの、「倦怠感」は、皮膚からの熱移動による身体的ストレスが蓄積することで生じる身体変化が原因と考えると、今回の試験結果での両評価指標の相関の差を説明できるかもしれない。今回の試験が 25 分間暴露と短時間であったため、早期に惹起される「自然な冷え感」は、人の肌から熱移動を起こさせる温度と風速に強い相関を示し、その熱移

動の蓄積によって生じる心理的ストレスの表現形態である、「倦怠感」は、今回の試験時間では評価される程度の心理的変化に至らなかったと考えられる。

図-9 各測定位置での額水分量の平均値と標準偏差

図-８ 身体からの熱移動モデル図(4) 肌のうるおい感への空調方式の影響
パネラーの肌の水分量と、空間の相対湿度、QDA 評価でのうるおい感指数との関係を表-7 に示す。建築物室内での至適
相対湿度は 55-70%とされている 11)。また、一般に肌に良い湿度は 50-60％とされているが 12)、今回の試験は、快適に感じつ
つ、肌にも優しい条件であったことがわかる。肌水分量の計測に当たっては、試験室内に入る前の外気浴中の値も計測している。図-9 に示す。各パネラーで肌水分量に関しては個人差が大きいものの、外気環境下では、肌水分量は平均で 68%あったものが、空調室内滞在 25 分で 15%ほど水分が失われ、空調方式による差は認められなかった。傾向は、目尻の水分量測定
でも同様であった。
表-7 肌のうるおい感への空調方式の影響
ヒートポンプ式
輻射熱空調
空調
項目①機器 ②部屋 ③機器 ④部屋
前
中央
前
中央
平均値
相対湿度
65.70
59.67
57.44
47.98
標準偏差
（%）
4.172
5.144
4.727
4.470
平均値
うるおい
6.0
6.0
2.5
2.6
標準偏差
感
1.000
0.632
1.204
1.020
肌水分量
平均値
53
52
55
54
標準偏差 17.117 17.116 12.290 16.855
肌の水分量変化は、皮膚内外の水分濃度、水蒸気圧差を駆動力とする水の移動現象と考えると、駆動力が大きくなる乾燥空間内の方が肌の乾燥は進むとも考えられたが、計測値では、空間の相対湿度による肌水分量への影響は認められなかった。肌内部から表面への水分の拡散供給が律速段階と捉えると測定結果に整合性が得られる。本推察は、肌暴露空気中の水分率を変
えては肌水分量変化を調べた開原らの研究結果と一致する
13)。

本研究で採用した輻射熱空調は、縦型のパネルを室内に設置
し、最低７℃の冷水を供給することにより、パネル表面で冷却除湿させ、その結露水をドレンで排出している。また、室外機
内部にヒートポンプサイクルが入っており、そこで熱交換して冷やした冷水を室内のパネルへ供給している。つまり、室外機
内部で、空気→水（循環液）による熱交換をおこなったものを循環させ、室内のパネルで放射および空気との熱交換により、冷房している。一方、本研究で採用したヒートポンプ式空調（家庭用エアコン）では、室外機から室内機のヒートポンプサ
イクルで、室内機で直接空気を当てて熱交換している。また、実験を行ったモデルルームの換気はいずれも第 3 種換気となっており、トイレ、浴室、キッチンの 3 か所で換気を行う
が、実験時はいずれの換気扇も停止していた。
空調方式による肌の乾燥に関して、快・不快と感じる心理的側面は、表-6 の「うるおい感」で示されるごとく、空調方式
によって差が生じていた。これは、輻射熱空調では自然な除湿で空気をかきまわさないのに対し、ヒートポンプ式空調（家庭用エアコン）では、除湿した空気をかきまわすこと、ヒートポ
ンプ式空調の方が輻射熱空調に比べて除湿量が多かった可能性があることが考えられるが、今回の実験では除湿量の比較は行っていない。要因の解明には、今後の更なる研究を待ちたい。
４．結言輻射熱空調とヒートポンプ式空調で冷房された室内の快適性
を PMV と QDA 法で評価し、結果を比較した。冷房環境下では、人の身体から熱や水分が空気中に放出されるが、その放出
速度は、空間の気流と温度の影響を受ける。身体からの熱、水分放出が過剰となると、心理的ストレスを生じさせ、過剰な冷
え感、倦怠感と表現される不快感を惹起させている可能性が試
験結果から示唆された。この PMV では表現されて来なかった
心理的側面に着目すると、PMV では同等の快適性評価として表現される輻射熱空調とヒートポンプ式空調の快適性を定量的に区別することができるようになる。
本研究では、空調空間の快適性評価方法として、パネラーによる官能評価試験方法である QDA 法が、従来建築分野等で多用されている PMV では表現しきれていなかった人の倦怠感等の心理的ストレスも評価に織り込めることを明らかにした。しかし、QDA 法は、複数のパネラーで空間の快適性を表現できる特性表現用語を言葉出しで抽出し、その後尺度付けをしたう
えで、対象空間の評価を実施するという、煩雑な工程が必要

で、実務に耐える評価法とは言い難い。また、今回の QDA 評
価では、通常の官能評価試験で実施されるパネラーの評価レベルを合わせる事前準備を行わなかった。そのため、各特性表現
指標の尺度値がパネラーによりばらついた。空間の快適性評価
へ QDA 法を適用させるには、多くの研究者によって、特性表
現用語の選定が進められ、それらの知見が統合されて、事前に特性表現用語と尺度を固定化した簡便な評価法に発展させて、多様な場面に容易に適合できるように進化させる必要がある。
そのための一助として本研究成果が活用されることを期待する。

13.

湿度とは？、
https://weathernews.jp/s/topics/201901/080125/
開原 典子、高田 暁：周辺空気の絶対湿度変化に対する皮膚含水率の経時変化の測定、人間と生活環境、
21(2)、67-74、2014[謝辞]
本研究は、KFT 株式会社（現：FUTAEDA 株式会社）との共同研究として実施した。実験にご協力いただきました、同社
代 表 取 締 役 社 長 二 枝 た か は る 氏 、宮本直幸氏ならびに
当時福岡女子大学卒論生の周暁慧氏に深謝いたします。
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11. 小林 陽太郎、他：ビルディングの環境衛生に関する研究、昭和 40 年度厚生科学研究、1966
12. ウェザーニューズ、専門医が教える！ 冬の肌に快適な(原稿受理日 2021 年 10 月 18 日)(原稿採用決定日 2024 年 3 月 14 日)