人工知能学会 インタラクティブ
情報アクセスと可視化マイニング研究会(第26回)
SIG-AM-26-05

住宅内空気環境の改善に向けた可視化・インタラクション手法の活用に関する検討
A Study on the Utilization of Visualization and Interaction
Methods for Improving Indoor Air Quality in Houses
服部 俊一 1∗ 岩松 俊哉 1 三浦 輝久 1 堤 富士雄 1 田中 伸幸 1
Shunichi Hattori1 , Toshiya Iwamatsu1 , Teruhisa Miura1 , Fujio Tsutsumi1 , Nobuyuki Tanaka1
一般財団法人電力中央研究所
Central Research Institute of Electric Power Industry
11Abstract: The air quality in houses is often polluted by chemical substances emitted fromheating, building materials, and various household goods. Nevertheless, it is diﬃcult for residents
to perceive the air pollution, which prevent them from understanding and improving the actual
condition of indoor air quality. This paper introduces the result of the survey on CO2 concentrationof air quality at 24 houses, and discusses the methods to improve the indoor air quality based on
the visualization of sensor data and the collaborative approach between human and machine.

1

はじめに

本稿では住宅内の空気環境実態を調査した結果を紹介すると共に，可視化手法や人と機械の協調による空気環境改善方策について検討する．
住宅内の空気は，暖房器具や建材・生活用品などから排出される化学物質により汚染されている場合がある．
近年は特に住宅の高気密化の影響を受けて二酸化炭素(CO2 ) や一酸化炭素 (CO)，窒素酸化物 (NOx )，揮発性有機化合物 (VOC) などの汚染物質に暴露されるなど，居住者の健康リスク増大が懸念される．その一方で，空気環境の悪化を人間が知覚することは困難であり，日常生活のなかで汚染実態を居住者本人が適切に把握することは難しい．
このような状況を踏まえて，建築基準法の改正により 2003 年 7 月以降に建てられたすべての住宅に 24 時間換気システムの設置が義務付けられた．ただし，義務化されたのは換気設備の設置のみであり，適切に換気を行っているかどうかは居住者に委ねられているのが現状である．また，2003 年 7 月以前に建てられた住宅は設置義務化の対象外である．関西地区において，24時間換気システムが設置されている住宅を対象として行われた調査 [1] では，換気システムを常時運転させている居住者の割合は全体の約 3 割に留まる．加えて，冬期にはその割合が低下するなど，季節の影響が大きいこともわかっている．
∗ 連絡先：(一財) 電力中央研究所〒 240-0196 神奈川県横須賀市長坂 2-6-1
E-mail: shattori@criepi.denken.or.jp

住宅内の換気が不足することで濃度が上昇し，有害物質が滞留していることの目安となる物質として CO2が挙げられる [2]．実際に，オフィスや商業施設など一定面積以上の建築物においては，建築物衛生法によりCO2 濃度を 1,000ppm 以下に保つような換気調整が義務付けられている．CO2 濃度は人間の呼吸や燃焼を伴う器具の利用によって増加し，有害物質滞留の目安となることに加えて，高濃度の環境は思考力・集中力の低下をもたらすこともわかっている [3, 4]．さらに，高い濃度は睡眠の質や翌日のパフォーマンスに影響を及ぼすという報告も存在する [5]．しかしながら，住宅においては前述のように 24 時間換気システムの設置が義務化されたのみであり，濃度や換気量の確保に関する基準は定められていない．
住宅内において空気環境汚染をもたらすもう一つの要因として，石油・ガスファンヒーターなど開放型燃焼暖房器具（以下，燃焼暖房と表記）の使用が挙げられる．過去の調査事例から国内の使用率は概ね 4 割前後と報告されており [6, 7]，燃焼暖房の使用により CO2をはじめとする汚染物質の濃度が上昇することは既存
調査 [8, 9] によって明らかにされている．
以上のことから，住宅内の空気環境汚染に繋がる原因として，換気不足および燃焼暖房の利用という 2 つの要因が存在すると言える．当所においてこの 2 点に着目して住宅内の CO2 濃度実態を調査したところ，外気温が低下する冬季においてこれらの要因により CO2濃度が上昇する傾向にあることがわかった．
そこで本稿では，当所で実施した空気環境実態調査

ー 29 ー

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SIG-AM-26-05の結果について概要を紹介する．この調査で明らかとなった状況の改善には，居住者が現状を適切に把握し，住居特性や居住者の行動・嗜好などを踏まえた上で継続的な環境改善を進めていく必要がある．そのためには可視化や人と機械の協調に基づくアプローチに加えて，主に省エネ分野で蓄積されてきた行動科学の知見を用いることが効果的と考え，これら手法の活用に関しても検討する．

2

住宅内空気環境の実態調査

本節では，空気環境汚染と密接に関わる物質としてCO2 に着目し，住宅内の CO2 濃度計測およびアンケート調査を行った結果について述べる．
本調査は一般財団法人電力中央研究所エネルギーイ
ノベーション創発センターのリスク管理委員会において研究計画の審査を受け，承認を得て実施された．被験者に対しては住宅内計測をはじめとする調査実施についての同意を書面で得た．

2.1

概要

住宅内の CO2 濃度計測調査のため，24 名の被験者を選定した．極度に温暖または寒冷な地域を除外するため，住宅は国土交通省の建築物エネルギー消費性能基準に用いられる地域区分 [10] における 5 地域と 6 地域から選定した．
被験者は住居形態や構造，築年数がなるべく多様なパターンを持つように選定した．暖房手段についても，使用する暖房器具と空気環境汚染の関係を調査するた
め燃焼暖房を使用しない住宅を 14 戸，使用する住宅を10 戸選定した．なお，燃焼暖房を利用する住宅の一部ではエアコンなど複数の暖房器具を併用している．
計測期間は秋季と冬季を含むように，2020 年 10 月 1日から 2021 年 1 月 31 日までの 4ヶ月間とした．計測には当所で開発している「おうちモニタキット (OMK) [11]」を用いたが，標準で備えているディスプレイは除外するなど本調査に必要な最低限の構成とした．CO2 濃度
計測にはフィガロ技研のガスセンサ CDM7160-C00 を用いており，この製品は 360〜5,000ppm の範囲で CO2濃度を計測できる．
アンケート調査は 2020 年 12 月中旬から下旬にかけて実施し，換気に対する意識や季節ごとに換気をどの程度の頻度で実施しているかなどについて質問した．

2.2

計測結果

図 1 に，10 月および 12 月における月ごとの CO2 濃度分布を箱ひげ図で示す．図 1 の縦軸は CO2 濃度，横軸は被験者の住宅 ID を表し，ID1〜8 は集合住宅，9〜14 は戸建住宅，15 以降は燃焼暖房を利用する戸建住宅となっている．
図 1 に示した結果から，燃焼暖房を使用する多くの住宅では 12 月以降の CO2 濃度が 3,000ppm，一部は5,000ppm に達するなど，燃焼暖房を使用しない住宅と比較して大幅に上昇していることがわかる．この結果
は既存の調査事例 [8, 9] と同様の傾向を示している．
一方で，ID18, 21〜24 などのように燃焼暖房を利用しているにも関わらず CO2 濃度が低い住宅も存在する．これはエアコンなど他の暖房器具を併用しているためと考えられるが，どの程度の割合で併用していたかによっても濃度は大きく異なる．図 2 は，外気温1 と住宅内の CO2 濃度について，1 日毎の平均値を集計し散布図上にプロットしたものである．図 2 の結果から，燃焼暖房のみを利用する ID20 は外気温の低下する時期に 1 日の平均濃度が 3,000ppm を超えているが，エアコンや炬燵といった非燃焼系暖房を併用する ID22 では 1,500ppm 前後に留まっている．
燃焼暖房を使用しない住宅においても，外気温の低下に伴い濃度が上昇する傾向が明らかとなった．燃焼暖房を利用しない ID1〜14 においても 12 月の濃度が10 月よりも高い住宅が複数存在することが図 1 からわかる．また，図 2 に示した分布からも，暖房手段を問わず外気温と CO2 濃度は負の相関にあることが読み取れる．したがって，濃度上昇の要因として燃焼暖房を使用しない ID1〜14 では外気温低下に伴う換気量の低下，燃焼暖房を使用する ID15 以降ではそれに加えて暖房利用によるものと推定できる．
また，燃焼暖房を使用する住宅において，外気温と濃度の関係から燃焼暖房の使用開始時期を推定できる可能性も示唆された．図 2 に示した ID8 は外気温と濃度が概ね線形関係にある一方，ID20, 22 ではいずれも外気温が一定の温度を下回った時点で CO2 濃度が非線形な変化をしていることがわかる．濃度の急激な上昇は燃焼暖房を使い始めたことを表しており，その利用タイミングは ID20 では外気温が 15 度前後，ID22 では 13 度前後まで低下したときであると推測できる．
アンケート結果からは，換気への関心は高いものの冬季には換気頻度が低下しがちであること，関心の高さと実情は必ずしも一致しないことなどがわかった．表
1 はアンケートで換気への関心の有無を質問した結果
で，「非常にある」「少しある」と回答した被験者は 24
人中 20 人であり，多くの被験者が高い関心を持っていることが伺える．しかし，表 2 の結果に示したように換気頻度は秋季から冬季にかけて低下すると回答した被験者が多い．また，換気頻度が低下しないと回答し
1 外気温は気象庁のウェブサイト (https://www.data.jma.go.
jp/gmd/risk/obsdl/index.php, 2021/2/25 アクセス) から各住宅に近い場所の気象データを取得して用いた．

ー 30 ー

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図 1: 季節による住宅内 CO2 濃度分布の変化（上：2020 年 10 月，下：同年 12 月）

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図 2: 外気温と住宅内 CO2 濃度の関係（各点は 1 日ごとの平均値）た被験者においても，その多くは冬季に CO2 濃度が上昇する傾向にあるなど，被験者の認知と空気環境実態は必ずしも一致しないことがわかった．加えて，表 3 に示す換気口フィルタの清掃頻度に関する質問でも，月1 回以上清掃している被験者はおらず，半数以上が「していない」「わからない」と回答した．このように，換気への関心の高さが換気設備の適切な管理に繋がっているとは言い難い．
なお，換気をする必要がないと考える理由について質問した結果（表 4）では，24 人中 19 人が「換気すると暑いから/寒いから」と回答した．これは既存調査 [1]の傾向とも一致する．
本節で述べた調査結果から得られた知見および示唆を以下に示す．

ー 31 ー

表 1: 住宅内の換気への関心についての回答ূ੨ߌಝ࣭ʊɡʪࢭɶɡʪ
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• 燃焼暖房を利用することで CO2 濃度が大きく上昇し，既存事例と同様に住宅内の空気環境汚染をもたらすことがわかった．また，エアコンなど燃焼系以外の暖房手段を併用することで，空気環境汚染を低減できる可能性が示唆された．
• 集合住宅などの住宅において，外気温の低下に応じて CO2 濃度が上昇する傾向が明らかとなった．

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表 2: 春秋および夏冬それぞれの換気頻度に関する回答҉ஊॐূ੨ߌࡵࡉ ќ୯࣭ߢҟɰʅɣʪ ߢԨʊ҉Τࣣ ॐߢԨʊ҉ପ୩ ௪ʊ҉ପ୩ ʚʇʲʈৌɮҟɰʉɣ 

表 4: 換気をしない理由に関する回答（複数回答可）

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表 3: 換気口フィルタの清掃頻度に関する回答ূ੨ߌ҉ஊॐٚ҉Τࣣ
数ヶ⽉〜半年に1回程度௻҉ପ୩ɶʅɣʉɣʮɪʨʉɣ

この結果は，外気温が低下する冬において空気の入れ替えによる室温低下を避けるために，窓開けなどの換気頻度が減ったためと推定される．
• CO2 濃度および外気温の推移から，外気温の変動に基づき燃焼暖房の利用開始時期を推定できる可能性が示唆された．
• 換気への関心の高さや換気頻度に関する認知と，住宅内の空気環境実態は必ずしも一致しない．

3

可視化・インタラクション手法の活用に関する検討

前節で述べた結果から，燃焼暖房の使用および換気不足といった要因により，多くの住宅で CO2 濃度が上昇する傾向にあることが判明した．これらの要因による空気環境実態を居住者が知覚できないことから，汚染された状態を居住者が認識して自発的に改善する可能性は低いと考えられる．
このような課題に取り組む手段として，空気環境の可視化による現状把握と，人と機械の協調による継続的な環境改善の支援が効果的と考える．それぞれについて本節で議論する．

3.1

各種汚染物質濃度の可視化による現状把握

本稿では換気不足および空気環境汚染の目安となる物質として CO2 に着目したが，住宅内で発生・滞留し得る汚染物質として CO や NOx ，VOC に加えて PM2.5などの微小粒子が挙げられる．これらを常にモニタリングし，居住者が理解できるように可視化する手法が

図 3: 「おうちモニタキット (OMK)」のディスプレイによる可視化
空気衛生に関する意識醸成に効果的と考える．前述のように空気環境実態を居住者が知覚することは多くの場合において困難だが，可視化によって住宅内での行動や使用器具と空気環境変化の関連を把握できれば，空気環境汚染をもたらす原因の特定や改善が容易となる．
また，住宅内だけでなく屋外の空気環境についても同様に可視化することが効果的と考える．両者の可視化によって，屋内外の差から換気すべきタイミングが明らかになると共に，換気によってどの程度空気環境を清浄化できるかについて居住者自身が判断できるようになると考える．
当所で開発を進めている OMK は図 3 に示すように7 インチのディスプレイを備えており，これを住宅内に設置することは一種の可視化に相当する．OMK を省エネ阻害要因の調査という目的で住宅のリビングに設置したところ，被験者本人に加えて家族も日常的に閲覧し，家族内でのコミュニケーション促進や子どもへの省エネ教育に好影響を与える結果が観察されている [12]．空気環境改善という目的に対しても，このように計測データをリアルタイムに提示することで居住者自身や家族による問題把握および意識醸成，改善行動の考案が期待できる．

ー 32 ー[ppm]

4000

CO2

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SIG-AM-26-052000

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17.5
15.0

図 4: 燃焼暖房使用による CO2 濃度上昇の例
[ppm]

2000

CO2

1500
1000
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
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図 6: 住宅内環境制御のトリレンマ

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
06-Jan24
2300:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
04-Nov
図 5: 換気不足による CO2 濃度上昇の例

3.2

௯ଯ҂଱ड़人と機械の協調による継続的な行動支援

前節で述べた可視化に加えて，人と機械の協調による継続的な行動支援が実現できれば，住居特性や居住者の行動（仕事や勉強，団らん，睡眠など），嗜好（暑がり/寒がりなど），健康状態（特定疾病への罹患など）を踏まえた最適な環境を実現可能と考える．
省エネ分野においては，リアルタイムかつパーソナライズされた詳細な情報提供が効果的な行動変容に必要であることが示されている [14, 15]．2.2 節で示したように，換気不足による住宅内の空気環境汚染は CO2濃度などの上昇により推定可能である．また，図 2 の結果から，CO2 濃度と外気温の関係によって換気不足となる時期を事前に推定できる可能性が示唆された．これらの推定に基づき，換気や暖房手段についてのアドバイスを適切なタイミングで提供することで，より効果的な情報提供が実現できる．

詳細な情報提供を行うという観点においても，CO2濃度などを計測することで空気環境汚染原因の推定が可能となる．図 4 および 5 に，それぞれ燃焼暖房を使用する住宅としない住宅における，ある 1 日の CO2 濃度と室内気温の例を示す．図 4 では CO2 濃度と室内気温がほぼ同時に上昇しており，濃度が 5,000ppm に達する時間帯もあることから濃度上昇は燃焼暖房使用によるものと推定できる．他方で，図 5 は朝 9 時頃まで濃度が上昇し続け 2,000ppm に達しているが，室内温度との連動はないことから原因は燃焼暖房ではなく換気不足によるものと推定可能である．どちらも換気を促すことが室内空気環境改善に効果的であるが，前者についてはエアコンなど複数の暖房器具の併用を提案するなど，より実態に即したアドバイスが想定される．
また，本稿は換気に着目した住宅内空気環境の改善を目的としているが，空気環境以外の要素を考慮することも必要である．図 6 は，住宅内環境制御に関わる 3つの要素を図示したものである．住宅内空気環境は省エネおよび熱的快適性と密接に関わるトリレンマの構造を持っている．表 4 に示したように夏冬では換気による熱的快適性の低下が障壁となっており，この 3 つの要素のどれを重視すべきか，どこまで実現可能かは住宅性能や居住者の特性・行動によって異なる．
一般論として，在宅勤務や自宅学習の際には，換気不足による CO2 濃度上昇が集中力や生産性に悪影響を及ぼすため空気環境を重視すべきである．一方で，断熱性能の低い住宅において，冬季に頻繁に換気を推奨したり燃焼暖房の使用を控えるよう求めることは熱的快適性を低下させる．また，空気環境を良好に保ちつ
つ熱的快適性も維持する場合は暖房にかかる電気代や燃料代の上昇を招く．このような構造を踏まえた上で，機械の側から居住者の特性や嗜好，行動を把握して改善方策の提案を行っていく必要がある．
なお，このトリレンマ構造は高い住宅性能（気密性・断熱性）を持つ住宅においては当てはまらない場合もあるが，高い性能の既築住宅は少ないことも事実である．国内の住宅ストックにおいて省エネルギー性能のー 33 ー

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SIG-AM-26-05基準に適合している住宅は現行の平成 28 年基準で 10%に留まる [13]．住宅性能を向上させることも改善方策の一つと言えるが，許容し得るコストなど実現容易性を踏まえた現実的な方策の提案が望ましい．

4

おわりに

本稿では住宅内の空気環境改善を目的として，24 戸の住宅を対象とした空気環境実態の調査結果を紹介すると共に，可視化および人と機械の協調による空気環境改善手法について検討した．
今後はこれらの手法を実現するための検討を進める．
具体的には，CO2 濃度に加えて CO や NOx ，VOC な
どの物質についても計測対象とした上で各物質間の関係を明らかにすると共に，どのような行動が空気環境の悪化を招くかについてより詳細に整理する．そして屋内外の空気環境の可視化などの手法が，環境改善に向けた行動をどの程度促すかについて明らかにする．これらの検証結果に基づき，住居性能や居住者の特性・嗜好を踏まえつつ居住者の健康および快適性を維持するための行動支援手法の確立を目指す．

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ー 34 ー