CO2の可視化による感染症予防の取り組み
電気通信大学石垣

1．はじめに特任准教授

陽 Yo Ishigakiいる。
なお新型コロナウイルスの感染経路には新型コロナウイルスの蔓延により、室内の「接触」「飛沫」「飛沫核」の3つがあるとさ二酸化炭素（CO2）濃度が注目されている。

れる。図1に二次感染経路と防護策を示す。

屋外の新鮮な空気は CO2濃度が約400 ppm

CO2濃度を可視化することで換気状態を適切と一定なのに対し、ヒトの吐息には4万 ppmに管理すれば、このうち「飛沫核」による感と多量の CO2が含まれている。そのため室内染確率を低減できるであろう。もちろん、一CO2濃度を測定すれば、ヒトの吐いた息がどつの防護策だけでは穴あきチーズのように必れだけ滞留しているかを把握できる。

ず「抜け穴」があるため、その他の防護策も新型コロナウイルス厚生労働省対策本部では、「換気の悪い密閉空間」を改善するため、ビル管理法の基準（CO2濃度換算で1,000 ppm以下）への適合を推奨している。また日本産併用することで、全体としてリスクの低減を図る必要がある。

2．室内 CO2濃度の基準値

業衛生学会は、新型コロナウイルス対策のため換気の良否を CO2濃度によって指針化して
図１

室内の CO2濃度にはいくつかの基準値や指二次感染経路と防護策の分類

手洗い消毒

手袋

接触検温仕切板

物理距離 マスク飛沫

ワクチン

二次感染換気空気清浄飛沫核

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標があることをご存じだろうか。以下では、

閾値は、CO2濃度1,000 ppm に相当すること「感染症対策」「法規制」「生体影響」の3つがモデル化により示唆されており、実際にの観点から説明する。

Du らは、結核の集団感染（結核患者27人、接触者1665人）が発生した換気が不十分な（1）感染症対策

大学の建物の換気設備を改善し、最大 CO2濃米国保健工学会（ASHE）は、結核、はしか、度を3204±50 ppm から591-603 ppm に低水疱瘡、インフルエンザ、天然痘や SARS の下させることで、新規接触者の二次感染率を空気感染リスクと換気能力の間に相関があるゼロに抑えることができ（平均追跡期間：5.91）としている 。また細菌やウイルスによる空年）、CO2濃度を1,000 ppm 未満に管理すれ気感染リスクを定量的に評価するモデルとしば、接触者における結核発症率を97％減少て Wells-Riley 式（1）が知られている2）、3）。

させられる（95％CI：50％〜99.9％）と報［｛［（）］｝］

Qθ
Iqpt
V
P＝1－exp －1－
1－exp －
V
QQθ

（1）

告している5）。
日本産業衛生学会 産業衛生技術部会では
CO2濃度に関する法規制や生体影響等（後述）

ここで、P は被感染者が感染する確率、Iを総合的に勘案した上で、CO2濃度に応じたは閉鎖空間における 感染者数、p は1人の呼換気の良否を見積る区分を表1のように設定

3吸量（m /h）、q は感染性飛沫の発生率（/h）、し、各区分に応じた対策を推奨している6）。

t は被感染者の滞在時間（h）、θは感染者の滞在時間（h）、V は室内容積（m3）、Q は換3気量（m /h）である。なお、COVID-19感染

建築基準法（2003年改正・施行）では、における q は100以上になることが報告され先進諸外国と同様、シックハウス対策のため4）ている 。Wells-Riley 式は、感染者が排出し全居室に24時間換気装置の設置を義務付けた感染性飛沫を被感染者が呼吸して取り込むており、住宅等の居室では0.5回/h 以上の換ことによる曝露確率をリスク量としてモデル気能力が求められる。0.5回/h の換気能力で化している。感染性飛沫は高濃度の CO2をは、例えば70m2の空間に標準的な活動量の伴っており、どちらも気流拡散する性質があ人が在室するとき、CO2濃度は2名在室時にることから、CO2濃度を空気感染リスクの指800 ppm、3名 在 室 時 に1,000 ppm、4名 在標とすることは有用といえる。

室時では1,200 ppm 程度となる。

結核の有効繁殖率（新規二次感染者と感染

建築基準法が換気回数を定めるのに対し源との比率）を1以下にするための換気率のて、「建築物における衛生的環境の確保に関

表1

換気の良否見積り区分

CO2濃度［ppm］

区分

説明

1,000以下

良好

良好でありこの状態を保つ

1,000-1,500以下

やや良い

受け入れられる限度。時々一部の窓を開けることもよい（1時間に数分間程度）

1,500-2,500以下

悪い

30分に数分間程度窓を開ける（全開）
またその部屋の使用は控える

2,500-3,500以下

非常に悪い

常時窓を開ける（全開）
またその部屋の使用は控える

3,500超

極めて悪い

その部屋の使用は控える

6）

（文献

28

（2）法規制を元に色付け）

する法律」（ビル管理法、1970年施行）では（1）センサ

CO2濃度の管理基準を定めている。具体的にCO2センサの測定原理は主に、
eCO2（equiv-は、興行場、百貨店、店舗、事務所、学校等

alent CO2）
、NDIR（Non Dispersive Infrared、の用に供される建築物で、特定用途に利用さ非分散赤外線吸収法）及び光音響方式の3つれる部分の面積が3,000 m2以上（学校の場に分類できる。eCO2は、微細なヒーターで合は8,000 m2以上）の建築物（特定建築物）

加熱された金属との酸化還元反応によって推において、CO2濃度は1,000 ppm 以下と規定定される等価 CO2濃度であるが、CO2以外のされる。

様々な物質にも反応するため選択性・精度がこの他、学校保健安全法に基づく学校環境低い。NDIR は、CO2分子の吸収波長（4.26 µm）

衛生基準（2021年改正・施行）では、学校における吸収度を測定する方式であり、精度内の CO2濃度は1,500 ppm 以下が「望ましい」が高いため広く産業用途に利用されている。としている。また、労働安全衛生法では、事光音響方式は、光で CO2分子を励起させ、再務所衛生基準規則により、労働者が執務するび基底状態に戻るときに出る音波を測定して事務所での CO2濃度を5,000 ppm 以下、中おり、小型・低消費電力・低コスト化が可能

央管理式空気調和設備等を設ける場合はであるため、次世代の CO2センサとして期待1,000 ppm 以下と定めている。日本産業衛されている。

生学会では、作業所において1日8h、週 40h

著者は NDIR センサを具備した手のひらサ

労 働 を 想 定 し た 場 合、CO2の 許 容 濃 度 をイズのスマホ連動型測定器「ポケット CO2セ5,000 ppm としている。

ンサ」を開発し、産学連携により社会実装した（図2）。以下ではこの測定器を使った社（3）生体影響会実証例を紹介する。

低濃度 CO2曝露の生体影響は研究例が少な
い が、Satish ら7） は、2,500 ppm を 超 え る（2）市民による自主測定と行動変容と意思決定能力に影響を及ぼすと報告してい図3はポケット CO2センサの利用者から寄せる（2.5h 曝露 , N＝25）。アメリカ航空宇宙られた、電車通勤時の CO2濃度の推移であり、局（NASA）による宇宙飛行士への聞き取り

混 雑 す る 電 車 内 で は CO2濃 度 が1,500 ppm

調査8）では、頭痛を起こす人の出た最低濃度を超えることがわかる。自動車内の最大濃度は2,700 ppm 程度であり、無気力、気分不調、はタクシー・バスで4,000 ppm を超え、乗疲労感が出る閾値が5,300 ppm 程度、9割の確率で二酸化炭素関連障害が起こる閾値が

図2

ポケット CO2 センサー

6,500 ppm 程度だったとしている。

3．CO2の可視化と行動変容
以下では最新の小型・軽量・安価な CO2センサを紹介した上で、そのデジタルデータを活用した可視化や行動変容に向けた取り組み事例を紹介する。

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8:14:21
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CO2 濃度[ppm]

図3

図4

030

DATE
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CO2濃度[ppm]用車では5,000 ppm を超えることが報告さ
9）

1600

800

400

長田駅付近

1400

近鉄けいはんな線

200とがわかり、最大濃度は8,000 ppm を超えれており 、電車と同様に密閉・密集が起きる日が多かった。このオーナーは後日、換気やすい。このような場所では定期的な窓開け
扇やダクトを使用した換気能力の改善を自らが奨励されるが、乗客が窓開けに躊躇する事行うと共に、現在は換気設備の大規模な更新を考慮して、例えば CO2濃度を車両内のモニも検討している。このように管理者が自主的ターで可視化することや、濃度が閾値を超えに CO2濃度を測定することで、事業所・店舗た場合に窓開けをアナウンスで促すことも考の換気対策を講じるきっかけを作る効果も期えられるだろう。
待できる。

図4は音楽会場（ライブハウス）のオーナーの協力により CO2濃度を測定した結果であ（3）一般公衆への可視化る。日々の開演で CO2濃度が増加しているこ
その場の CO2濃度を共有する試みとして、

通勤電車内の CO2 濃度トレンド（利用者提供）

学研奈良登美ヶ丘駅⇒堺筋本町駅⇒吹田駅 通勤(往路）
８：１６
９：１９

1800

大阪市内に近づ
くと混みあって増加率が高い！
堺筋本町駅中央線ホーム下車
（混雑）

1200

1000

堺筋本町堺筋線ホーム（閑散）乗り継ぎ移動の間に通気を感じる

学研奈良登美が丘乗車（始発）大阪メトロ中央線（直通）

日付
大阪メトロ堺筋線高槻行き（乗り換え）
（直通）

吹田駅下車

淡路駅付近

600

出社

（乗り換え）
阪急千里線

0

時刻

2020年11月30日（月） 通勤時の CO2測定

音楽会場での CO2 濃度トレンド

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

アイドルのライブイベント中にリアルタイム

図5

CO2 可視化アイドルライブ

で CO2濃 度 を 表 示 し た（ 図5）。CO2濃 度 が1,000 ppm を超えたらライブを中断して換気するというルールで合計4回のイベントを行った結果、このライブ会場では幸いにも1,000 ppm を超える事は無かった。
新型コロナウイルス感染症対策分科会の尾身茂会長は、室内の CO2濃度をモニタリングし、一定の基準を超えた場合に換気を行うことを提案している他、感染予防策の情報を若も、「安全な空気は自らつくるもの」という年層や飲み会の参加者を中心に「興味を持っ意識を持ち、空気感染のリスクが高い場所をてもらえる方法」で伝えるよう提案している。

「避ける」「利用しない」という行動変容が求そこで本アイドルイベントでは来場者に興味められる。今後は、店舗・事業所の換気状態をもってもらえるよう、アイドル自ら描いたを利用者が共有するため、IoT やソーシャルイラストを使った可視化を行い、ライブ中にメディアを利用した、新しい空調管理の時代壇上から解説してもらうなどの工夫をした。

がやってくるだろう。

その結果、来場者へのアンケートでは CO2濃度の可視化について、98％が「とても安心できる」「安心できる」と回答し、95％が今後も「是非やってほしい」「やってほしい」と回答した（N＝61）。このことから公共空間における CO2可視化は、興味を持ってもらえる工夫をすることで、一般公衆の安全安心に寄与できるといえる。

4．おわりに都市の中には、未だ顕在化していない「換気の悪い空間」が多くあるだろう。小型のCO2センサによる可視化は、空気感染のリスクを一般公衆に知らせるための強力な道具となる。特に特殊建築物以外の建物・空間や、そもそも建築物ではない車両内では、所有者

参考文献 1） F. Memarzadeh：Room Ventilation and Airborne Disease
Transmission, American Hospital Association, 2013.
2） Wells, WF.：Airborne contagion and air hygiene, Harvard
University Press., 1955.
3） Riley EC., et al.：Airborne spread of measles in a suburban elementary school, American Journal of Epidemiology, 107, 421-432, 1978.
4） G. Buonanno, et al.：Estimation of airborne viral emission； Quanta emission rate of SARS CoV-2 for infection
risk assessment, Environment International, 141, 1–8,
2020.
5） Chun-Ru Du, et al.：Effect of ventilation improvement
during a tuberculosis outbreak in underventilated university buildings, Indoor Air, 30, Issue 3, 422-432, 2019.
6） 日本産業衛生学会産業衛生技術部会：「換気シミュレーター」＜新型コロナウイルス対策－換気の良否が簡単に見積れるツール＞，2020. http://jsoh-ohe.umin.jp/covid_simulator/
ventilation_simulator_manual_ver1.0.pdf
7） Usha Satish et al.：Is CO2 an Indoor Pollutant ? Direct
Effects of Low-to-Moderate CO2 Concentrations on Human Decision-Making Performance, Environment Health
Perspectives, 120（12）, 2012. https://doi.org/10.1289/
ehp.1104789
8） J. Law, et al.：In-Flight Carbon Dioxide Exposures andRelated Symptoms：Association, Susceptibility, and Operational Implications, NASA/TP–2010–216126, 2010.
9） 石垣 陽ほか：IoT 型 CO2センサの試作とフィールド調査，
日本労働衛生工学会平成28年度第56回学会要旨，BK-19,
132-133, 2016.

側に改善義務が無い。だからこそ、その場に居合わせた利用者側が積極的に換気（窓・ドア開け）を行い、自ら環境を改善する事も必要である。CO2濃度情報はその意識づけのためにも重要となる。
新しい生活様式においては、一般公衆の側

いしがきよう 

博士（工学、電気通信大学）、修士（芸術、多摩美術大学）。セコム㈱ IS 研究所を経て現職。手のひらサイズの測定器で放射線、PM2.5、三密（CO2）など多様なリスク情報を可視化し、市民の行動変容を促す社会実装を得意とする。オープンソースのマスク開発、眼科用医療機器の途上国への普及や、アートプロジェクトへ技術協力も行う異色の研究者。人類のためのデザイン研究室（www.design4humanity.com）を主宰。

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