福岡県保健環境研究所年報第42号，61－68，2015

原著
集合住宅における冷暖房使用時の室内熱環境の測定
新谷俊二・櫻井利彦・三谷康範*
居住者が不在であり、そのため住民の活動による熱的かく乱の影響が少ないと考えられる集合住宅
において、その棟の1室に家庭用空調機を設置し、夏季（2010年7月～9月）に冷房モード、冬季（2010年12月～2011年3月）に暖房モードで稼働した場合の、対象区画の室温、壁面及び床面の表面温度分布を測定した。それぞれの期間に、室内空調機の立ち上げ時及び定常運転時における、室温、室内壁面等表面温度と電力使用量の結果から、簡易なモデルを仮定し区画の熱応答性を推計し、室内における熱的環境及び室内外での熱収支と外気温の関係を推定した。
［キーワード：集合住宅、室内環境、空調機、省エネルギー、COP］
１

はじめに

実験は2010年12月16日から2011年3月2日の期間に、それぞ地球温暖化ガスの排出抑制のために、化石燃料等の使用れ空調機の稼働条件を変えて行った。

を削減する等の省エネルギー施策が強く求められている。

表１

わが国は気候的に夏季及び冬季における冷暖房空調機の期間使用が不可欠であり（福岡県における2人以上の世帯への空調機器の普及率は平均で96.0%である1)）、これらの機器をより省エネルギー型の機器への切り替え促進施策は大空調機の稼働条件の設定（夏季）
稼働条件
空調機（AC）冷房起動（夏季実験開始）

2010/7/21
2010/7/22～
2010/7/25
2010/7/26～
2010/8/2

調整
AC25℃設定

きな効果が期待できる。省エネルギー機器の特性及び性能

2010/8/3

調整 AC28℃設定

を、行政として把握し普及を促進するための試みとして、

2010/8/4～
2010/8/6

AC28℃設定

2010/8/7

AC 停止。窓を開けて換気後、28℃設定で起動。

2010/8/7～
2010/8/15

AC28℃設定の共同実証実験は、実際の住宅を実験地として使用し、空2010/8/16

調整 AC28℃設定

調機器を夏季に冷房モード及び冬季に暖房モードでそれ2010/8/19～
2010/8/23

AC25℃設定

ぞれ稼働し、消費電力等を比較した。本論文では、通常型

2010/8/24

調整 AC28℃設定

空調機器を稼働させた場合の、室温及び室内壁面温度分布

2010/8/25～
2010/9/2

AC28℃設定等の測定結果と消費電力から、それぞれの季節における室2010/9/3

AC 停止

内外の熱量の収支について検討した。

2010/9/4～
2010/9/5

13:00 AC28℃起動

2010/9/6

調整 AC26℃設定

福岡県は、平成22年度に県内企業から提案された省エネル
ギー型冷暖房機器について、通常型空調機器との比較のための実証実験を、九州工業大学と共同で実施した2)3)。こ２

実験方法

2010/9/8 15:00

AC 停止

取り壊し予定の自治体職員向け集合住宅の一室に家庭

2010/9/9 13:00

13:00 AC25℃起動用空調機を設置し、空調機の非稼働時、停止状態からの立2010/9/10～
2010/9/13

AC25℃設定

2010/9/14 14:50

調整 AC26℃2010/9/15～
2010/9/24

AC26℃設定

2010/9/25 15:06

AC 停止（夏季実験終了）

ち上げ時、及び連続稼働時における、空調機の消費電力、室内定点の温湿度、室内壁面（床面及び天井面を含む）表面温度分布を測定した。空調機の稼働条件を表1及び2に示す。
２・１

２・２

実験期間

実験は、夏季と冬季に実施した。夏季（冷房モード）の実験は2010年7月21日から9月25日、冬季（暖房モード）の

福岡県保健環境研究所 （〒818-0135 太宰府市大字向佐野 39）*九州工業大学大学院工学研究院（〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町 1-1）

測定

①室温 25℃を 24 時間維持するための消費電力。
②室温 28℃を 24 時間維持するための消費電力。

③室温 28℃を 24 時間維持するための消費電力。

④AC 非稼働（常温）から稼働後 28℃到達まで⑤AC 非稼働（常温）から稼働後 25℃到達まで

実験対象住宅自治体職員向け集合住宅（福岡市東区千早）の一室（千早住宅123号室）を対象として実験を行った。対象住宅は、昭和51年度に建てられ、実験時には新築から約35年が経過

-61-

表２

空調機の稼働条件の設定（冬季）期間
2010/12/16

稼働条件
温度計設置（連続測定開始）

2010/12/17～
2010/12/22
2010/12/23

4階建で部屋数は各階6室が東西に並ぶ形で計24室であっ測定
AC 稼働前の床、天井温度（上下階）測定
AC 稼働前の床、天井温度（上下階）測定た。
建物外部は、下地の腰が合板または鋼鉄製型枠及びコンクリート製であり、壁、屋根及びバルコニーがPC板（プレAC 起動（AC23℃）

ストレス・コンクリート）であった。仕上げは、腰はコン

2010/12/24～
2010/12/28

連続稼働（AC23℃）

2010/12/29

暖房機停止

ルミサッシ、屋根はPC板金ゴテでジョイント部にシール防2010/12/30～
2011/1/3

暖房機完全停止

水し鼻にアクリル系リシン吹付、バルコニーは床がPC板金

AC 起動（設定温度28℃）
AC 起動（設定温度28℃）

2011/1/4
2011/1/5
2011/1/6～
2011/1/9
2011/1/10～
2011/1/11
2011/1/12～
2011/1/15

AC 稼働後の床、天井温度（上下階）測定

クリート素地のまま、壁はアクリル系リシン吹付、窓はア

ゴテまたは定盤面でジョイント部にシール防水されてい暖房機起動（立ち上がり試験）
AC28℃
暖房機起動（立ち上がり試験）
AC28℃

た。階段は３カ所にあり、各部屋は階段に対して対称な間取りとなっている。

連続稼働（AC20℃）

実験は2階の1区画（123号室）を使用した（図1）。玄関

連続稼働（AC18℃）には鉄製の開きドアが東向きに設置され、玄関を入ると区連続稼働（AC23℃）

画の中央部を東西に板張りの廊下があり、その北側に畳敷きの和室（四畳半）が2部屋、南側には畳敷きの和室（六2011/1/16

AC 停止

2011/1/17～
2011/1/19
2011/1/20～
2011/1/25
2011/1/26～
2011/2/4

AC 起動（設定温度31℃）

2011/2/5

AC 停止

2011/2/6～
2011/2/8

完全停止

2011/2/9

AC 立ち上がり（AC20℃）

それぞれ外部に開いた窓、外側にはバルコニーがある。区2011/2/10～
2011/3/1

連続稼働（AC20℃）

画の内部仕上げは、大まかには床面が木造、天井面がコン

2011/3/2停止（冬季実験終了）

クリート製であり、壁面は木造、コンクリートまたは窓で暖房機起動（立ち上がり試験）
AC31℃

畳）と板張り台所（六畳）、浴室及びトイレ等がある。各部屋の境界は襖または壁により区画される。原則、押入れ連続稼働（AC20℃）の戸は閉じ、各部屋の境界（襖）は開放して測定を行った連続稼働（AC23℃）（図1における斜線ハッチ部分は閉鎖された部分を示す。
部屋Ⅰ～Ⅳの境界は壁部分を除いて内部に開放されている）。北側及び南側壁面は、建物の外壁に接続しており、あった。玄関の床面は防水モルタル塗り、壁面は、コンクリート部がPC板にPFクロス貼、木造部が塗装合板パネルであった。廊下は、床面が木造でアマゾンフロアー、壁面は玄関と同様であった。畳式和室の各部屋は、床面は畳（パネル下地）、壁はパネル（ジュラク仕上）であった。台所
は、床面が木造アマゾンフロアー、壁は塗装合板パネルであった。天井はトイレや浴室を除いて、いずれもコンクリートにアクリル系リシン吹付仕上げであった。北側和室2部屋と南側2部屋は、それぞれアルミサッシとガラスによる窓があった。窓には遮光カーテンを設置し、通常の生活状況を想定して、ガラス窓は通常閉鎖し、遮光カーテンは半分開放した状態で測定を行った。
測定時、玄関の鉄製扉は閉鎖した。また、トイレ及び浴AC-1,AC-2：空調機

図１

室前室の扉は閉鎖し隔離した。室内において、トイレ、浴123A,123B,123C,123D：温度ロガー

室及び押入れ（物置）等を除くと、床面積は約24畳（39m2）

実験区画の間取り及び測定機器等設置個所であり、その室内空間に対して、2台の空調機（図1のAC-1し、また、平成23年度（2011年度）に取り壊しが予定され及びAC-2）を設置した。ており、実験時には対象棟に居住者はなく、住民の生活行

２・３動に起因する予期しない熱的かく乱がないことが期待された。実験地の周辺は、福岡市郊外のベッドタウンであり、使用機器の一覧を表3に示す。
２・３・１

近傍には民家が多く、戸建て住宅に加え、公営住宅等の集合住宅が多く建設されている地域である。対象住宅の棟は、使用機器及び測定方法
空調機及び消費電力測定

家庭用空調機器（三菱電機製 MSZ-ZW360）
を対象区画（123号室）の北側の部屋と南側の部屋の東側の壁の上方（約-62-表３

使用機器

使用機器

型式

メーカー

家庭用エアコンMSZ-ZW360

電力計

クランプオンパワーハイテス
タ3168
Mini Temp Mt4

三菱電機株式会社
日置電機株式会社
RaytekIR Thermometer 561

FLUKE

室内床面、天井面及び壁面等の表面
温度温湿度計カードロガー MR6661

チノー

室内気温及び相対湿度の連続測定

温度計

DL-8828

カスタム

室内気温の連続測定

赤外線サーモグラ
フ

サーモビジョン CPA-7000

チノー

室内壁面及び建物外壁の表面温度
分布

赤外線放射温度計

表４

備考

夏季

冬季

暖房COP:5.3、冷房
COP:4.2

○

○

○

○

家庭用エアコンの消費電力
サーモパイル式、放射率0.95で測定

○
○
○

○

○

○

○
放射率0.95で測定

連続測定用温度計の設置個所及び設置期間（夏季）

設置場所
123A
123B

表５

測定項目
-部屋
Ⅳ
Ⅱ

設置高(cm)
100
100

機器名
MR6661
MR6661期間
2010年7月21日～2010年9月17日
2010年7月21日～2010年9月17日

備考

連続測定用温度計の設置個所及び設置期間（冬季）

設置場所
123A
123B
123C

部屋
ⅣⅡ
Ⅱ

123D

Ⅰ

設置高(cm)1001001.52050104227130

機器名MR6661
MR6661
DL-8828
DL-8828
MR6661
DL-8828
DL-8828
DL-8828

期間
2010年12月16日～2011年2月23日
2010年12月20日～2011年3月3日
2010年12月20日～2011年3月3日
2011年2月23日～2011年3月3日
2011年2月23日～2011年3月3日
2010年12月20日～2011年3月3日
2010年12月20日～2011年3月3日
2010年12月20日～2011年2月23日

備考2m 高）に 1 台ずつ計 2 台を設置した（図 1）。空調機に付十分時間をおき、測定値を比較した結果、両者の差異は0属するヒートポンプ式室外機は、それぞれ南北のバルコニ～0.1℃の範囲にあり、使用した放射温度計の精度範囲内ーに設置した。冷暖房性能を示す成績係数（COP）の公称で、被測定面に対する補正は不要であった。冬季測定では、

値は、冷房時に 4.2、暖房時に 5.3 であった。実験中の消対象区画の階上の区画（3階133号室）の床面及び階下の区費電力は、対象区画の配電盤から空調機に配線された電力画（1階113号室）天井面の表面温度についても、同様に放線に対して電力計（日置 3168）を接続し、空調機の稼働射温度計により追加測定した。また、室内壁面の表面温度による電力量のみを測定した。消費電力量は、空調機の稼及び建物外壁の表面温度分布を知るために、赤外線サーモ働条件を変えて、空調機立ち上げ時（空調機が停止し常温グラフ（チノーCPA-7000）を用いた。

状態となった室温が空調機稼働により設定した温度に達

２・３・４

室内垂直温度分布の測定（冬季）するまで）及び定常運転時（空調機を設定温度で稼動中の夏季と冬季に行った室内定点の連続測定に加え、冬季に連続 24 時間の積算）の消費電力を測定した。これらの稼はさらに温度計を追加し、対象区画内の部屋（Ⅱ）の中央働条件を表 1 及び 2 に示す。

部付近において、室温の垂直分布を追加測定した。温度計

２・３・２

は、図1の部屋Ⅱの中央付近で、天井から床に張ったワイ

室内温湿度の測定

記録式温湿度計（チノーMR6661）または温度計（カスタ

ヤーに沿って、床面からの高さが、それぞれ2.3m（天井部）、

ムDL-8828）を、図1、表4（夏季実験）及び表5（冬季実験）

1m、0.5m、0.2m及び0.02m（床面）の計5カ所に設置した。に示す個所（床面から高さ1m）にそれぞれ設置し、5分～２・３・５10分間隔で温度を連続測定した。
２・３・３

空調稼働時の室内熱環境の簡易モデル

空調稼働時において、熱源としての空調機を記述するための詳細なモデルが提案されている4)5)。本論文では、詳室内表面温度の測定

ハンディタイプのサーモパイル式赤外線放射温度計

細なモデルではなく、対象区画全体の、室温に対する応答（FLUKE IR Thermometer 561またはRaytek MT4）の測定モ性（室温を1K上昇させるために必要なエネルギー）、外気ードを放射率0.95に設定し、対象区画（123号室）内の各温による熱負荷、空調機性能等による簡易なモデルを仮定

部屋の床面、天井面及び壁面の表面温度を、随時測定した。

し、区画の熱応答性の推定を試みた。対象区画の熱応答性

放射温度計は被測定物の表面の放射率が大きく異なる場

推計のために以下の関係を仮定した。

合、指示値に対する補正が必要となるが、黒体テープ

ܳ௥(‫ܥ = )ݐ‬௥ ∙ ܶ௜௡ (t) + {ܲ௢௨௧ − ܲ஺஼ } ∙ ‫[ ݐ‬J]

（OPTEX HB-250、放射率0.95）を床面及び壁面に貼付してܲ௢௨௧ = ܽ ∙ (ܶ௢௨௧ − ܶ௜௡ )

-63-

[W]

式(1)
式(2)

ܲ஺஼ ∙ ‫ ܹ =ݐ‬஺஼ ∙ ‫[ ܱܲܥ‬J]

式(3)の変動は、夏季には南側和室で約1℃、冬季には北側及びここで、南側の両室で約2℃の幅の日周期変動が見られた。このこQr[J]:区画の持つ熱量，Cr[J/K]:区画の熱応答性，とは、夏季においては、南側外壁に対する日射による熱負Pout[J/K]:外部からの熱負荷，Tout[K]：外部気温，Tin[K]：荷の影響が大きいことを示唆し、冬季においては、温度制

室温， a[W/K]:比例定数， PAC[W]:空調機による仕事率，御のための空調機性能が不足気味になっていることが示

WAC[J]:空調機の消費電力，COP:空調機の成績係数，唆された。特に夏季においては、南側外壁部分に遮光及びt[s]:立ち上げからの時間。

遮熱対策を行うことにより、より高い省エネルギー性能を式(1)で区画が持つ熱量Qrは室温Tinに比例し、外部の熱得ることが期待される。

負荷Poutと空調機による熱移動PACの差分で、熱量の蓄積ま

表６

たは流出が起こると仮定した。式(2)で、外部からの熱負測定日
2010 年 9 月 9 日
到達時刻
外気温（℃）
室温（℃）
積算電力（Wh)
図 3 中の記号
測定日2010 年 9 月 4 日
到達時刻
外気温（℃）
室温（℃）
積算電力（Wh)
図 3 中の記号

荷は、外気温と室温との温度差に比例すると仮定し、比例定数をaとした。式(3)で空調機による熱移動（仕事率と時間の積）は空調機の消費した電力に成績係数COPを乗じた量に等しいとした。
外気温については、必要に応じて気象庁アメダス福岡観測所（福岡市中央区大濠）の公表データを利用した。
３

結果及び考察

３・１

稼動条件による空調機の消費電力

空調機の立ち上げから設定温度に達するまでの消費電室温が設定温度に達するまでの消費電力（夏季）
冷房開始
28.1
13:00
29.1
28.1
0
冷房開始
3112:56
33.2
31.00

設定温度
25
14:20
29.2
25.0
1234
A
設定温度
2813:26
33.2
27.8
671
B

天候※
晴一時曇

天候※
晴

※天候は、気象庁アメダス福岡観測所の日毎の天気概況を参照した。

力及び設定温度で定常運転時の24時間の消費電力の測定
結果を表6～9に示す。立ち上げ時の測定は、夏季では設定

表７

温度25℃及び28℃、冬季では18℃、20℃、23℃に対して、室温が常温からその温度に達するまでの消費電力を積算した。暖房モードの立ち上げ時において、開始時の室温から18℃までは短時間で到達し消費電力も小さいが、さらに温度を上げるためには時間と消費電力が増大している。開始時は、区画内の空気の入れ替えにより急速な温度変更が行われたが、その後は区画自体を加温するために電力が使

メダス福岡局の同日の日平均気温と空調機設定温度の差

暖房開始
9.6
10:20
9.6
01811:20
4.4
18.52618

設定温度（℃）
20
12:30
3.8
20.46153
晴A

23
16:40
4.72317834

BC※外気温の平均値は、気象庁アメダス福岡観測所の 10 分値から計算し、天候は同じく天気概況を使用した。

用されているものと考えられる（図2）。また、空調機の定常時の連続稼働における24時間の消費電力（kWh）と、ア室温が設定温度に達するまでの消費電力（冬季）測定日2011 年 1 月 17 日
到達時刻
外気温（℃）※
室温（℃）
積算電力（Wh)
天候※
図 4 中の記号

表８

設定温度を24時間維持するための消費電力（夏季）
月日

最高
外気温℃

25

7月26日

3310261

430

7月27日

3410034

420

7月28日

299202380

費電力の増加が生じたものと考えられた。

8月 2日

349363

390

３・２

8月19日

3310742

450

晴／晴

⑤

8月21日

3512223

510

晴／晴

⑥

度との差に比例して消費電力が増大する傾向が見える。
しかし、夏季において、設定温度と外気温の差が小さい場合（<2℃）には、かえって消費電力が増加した。これは、設定温度の付近で外気温による熱負荷が変動した場合に、空調機の稼働モードの変更が頻繁に行われ、そのために消室内定点における温度

夏季及び冬季における室内気温の連続測定結果を、図328

積算消費電力 平均消費電（24h）
力（1h）
WhWh

図3中の記号

設定温度℃分の絶対値（℃）の関係を図3に示した。外気温と設定温

8月 4日

365851240

側和室（Ⅱ）の測定点である。測定点123Aは、123Bよりも8月 5日

376260260

測定温度が高い傾向を示した。夏季には、特に設定温度が8月26日

338502360及び図4にそれぞれ示す。123Aが北側和室（Ⅳ）
、123Bが南低い場合に、123A測定点で日周期変動が、冬季においては、123A及び123Bの両測定点で日周期変動が見られた。それら

天候※
昼／夜

曇後晴／晴
①
後薄曇
曇一時雨／
②
雨時々曇
雨一時曇／
③
雨後晴
曇後晴／晴
④
一時曇

晴時々曇一
⑦時雨／晴
晴一時雨／
⑧
晴晴／晴後曇 ⑨薄曇／晴一⑩時薄曇※天候は、気象庁アメダス福岡観測所の日毎の天気概況を参照した。

-64-

8月28日

338843370

度は10.6℃（最低8.9℃、最高12.2℃）であった。また、
表９

設定温度を24時間維持するための消費電力（冬季）

設定
温度℃

月日

積算消費
最高平均消費天候※電力
外気温電力（1h）
昼／夜
（24h）
℃
WhWh

18

1月10日

5.616998

710

20

2月13日

8.417558

730

23

1月26日

5.824528

1020

みぞれ後雨／
雨後晴
曇一時雨／曇
後一時雨
晴一時曇／晴天井面の温度を、夏季は14点測定し、平均温度は32.1℃（最低30.4℃、最高32.8℃）、冬季は86点測定し、平均温度は

図4中の記
号

11.3℃（最低8.7℃、最高13.℃）であった。空調が稼動していない状態では、室内表面温度の分布は大きな偏りはな①

かったが、夏季には南側（Ⅰ室）で温度がいくらか高く、②

冬季には北側及び南側の窓付近で温度が低い傾向を示し、③

外気温または日射の影響を示唆した。

※天候は、気象庁アメダス福岡観測所の日毎の天気概況を参照した。

図５

空調非稼働時の床温度分布

図２ 空調機起動から室温が設定温度に達するまでの消費電力の積算※一時的にⅣ室の襖を全閉鎖したため、同室の室温のみが上昇している。

図３

夏季測定における室内温度

図４

冬季測定における室内温度

３・３

図６ 夏季の空調機連続稼働中の床面、天井面及び壁面温度（2010年8月18日）

室内表面温度

室内の壁面の表面温度をサーモパイル式赤外線放射温度計で測定した。夏季及び冬季の空調機稼働前に測定した

次に空調稼働時の床面と天井面の温度分布の測定結果

床面の温度分布を図5に示す。空調機は、図1に示したとおをいくつか示す。図6は夏季に空調機を設定温度28℃で連り、北側Ⅲ室、南側Ⅱ室の西側壁面にそれぞれ設置された。

続稼働時に測定した温度分布の一部である。床面は空調機

夏季は床面で27点測定し、平均温度は32.8℃（最低31.8℃、の送風によりほぼ均一に冷却されている。天井面は、床面最高34.6℃）であり、冬季は床面で239点測定し、平均温と比べて温度差が大きい傾向があった。各部屋の境界の襖-65-

は開放されているものの、和室であるため、鴨居の上に仕連続稼働中の温度分布は、床面が最も低温であり、上方に切りがあり、特に冷房モードにおける送風がそこで妨害さ向けて高温になる温度勾配があった。ただし、その勾配はれるため、均一には冷却されず、空調機を設置した部屋と高さ1mの付近から上方に向けてなだらかになる特徴が見その他の部屋の天井面において、外部からの熱負荷の影響られた。これは空調機からの送風により室内の空気が撹拌が床面よりも強く表れたものと考えられた。一方、冬季のされるため、上下方向の温度差がある程度均一化されたと暖房モードでは、床面の温度の偏りが大きく天井面がより考えられた。

均一に加温された。壁面の温度分布についても、特に空調機を設置した部屋の壁では、中央部付近では、上部から下部にかけて0.5℃程度の温度差に納まり大きな偏りはなかったが、天井面と同様に建物の外壁に接する室内壁からの熱負荷の影響が強く見られた。このことは、サーモグラフによる観察でも確認された。

図８

冬季測定における室内温度の垂直分布

温度測定点は、
123C（図１、表 5）

図中の温度は各測定点における平均温度を示した。誤差棒は標準偏差を示した。

図７

冬季における対象区画の上下の区画の温度測定

さらに、冬季の実験では対象区画（123号室）の床面、天井面の表面温度測定時に、階下の区画（113号室）の天図９ 冬季測定における空調機稼働時と停止時の垂直温度分布

井面の温度及び階上の区画（133号室）の床面の温度を測定した。それらの区画の間取りは、対象区画と同一である。
空調機の1台が設置されている南側和室（Ⅱ室）の中央部の温度と、それに対応する階上と階下の温度の測定結果を図7に示す。空調機を稼働させる前の測定では、階下の天井面、対象区画の床面及び天井面、階上の床面の表面温度は、ほぼ同一であることを確認した。空調機を暖房モードで稼動させると、対象区画の床面と天井面の間に温度差が発生した。この部屋では、123号室の温度は、階下（113号室）の天井面温度にはほとんど影響しなかったが、階上（133号室）に床面温度をわずかに上昇させ、階上への熱外気温として、アメダス福岡観測所の気温を使用し、1時間ごとの設定温度との差の絶対値を平均し横軸とした。の流出があることがわかった。これは、各階の境界は、下

図１０24時間連続稼働時の空調機消費電力と外気温からPC板の天井パネル、空隙、床板（畳または木製パネル）の層になっており、空気層を含むため対流による上下方向

一方、空調機を停止すると、天井付近が最高温度であるの熱媒質の移動のために、より上部方向への熱移動が顕著ことは同じであったが、最低温度は床面ではなく、床面かであったと考えられる。

ら0.5m付近の高さで見られた。空調機を停止すると、比熱３・４の小さい室内空気は温度差による密度差により、上下方向室内垂直温度分布（冬季）

冬季測定において、対象区画の南側和室の中央部で測定の温度分布を作り出すが、床面付近では比熱の大きな床部した室内気温の垂直分布の結果を図8に示す。さらに空調の部材（畳または木製パネル）から放出される熱により、機連続稼働時と停止時について温度分布を比較した（図9）。

加温されているものと考えられた。冬季においては、この-66-一定温度を維持して24時間連続稼働した場合の消費電ように常に下部から上部ヘの熱の移動が続いていると考えられる。

力と外気温の間には、冬季にはよい相関が見られたが、夏３・５

季は、設定温度と外気温の平均の差が冬季ほど大きくなく、空調機稼働時における室内外の熱収支

対象区画（123号室）全体の室温に対する熱応答性を考

特にその差が2℃より小さい場合には、かえって消費電力

え、室温を1℃上昇させるために必要な熱エネルギーがあは大きくなり、外気温との相関が悪くなる現象が見られた。

る条件で一定であると仮定し、夏季及び冬季の立ち上げ時

これは、設定温度付近で、空調機の動作モードの切り替えの消費電力の測定結果から、対象区画の熱応答性及び外部が頻繁に生じたためと考えられた。

からの熱負荷を推計した。夏季の冷房時について、表6のまた、停止状態から空調機を起動して、室温が設定温度測定結果に式(1)～(3)を適用して連立方程式を解き、に達するまでの消費電力の測定結果から、対象区画（12352

Cr=7.01×10 [J/K]、a=8.4×10 [W/K]を得る。外気温が号室）を全体として1つの熱的物体とみなして熱応答性を

Tout=28.1℃で室内温度Tinが25℃の時及びTout=31℃で室内仮定し、その推計を行い、夏季の冷房モードで、区画の熱温度Tin=28℃の時、外部からの熱負荷は、2500～2600[W]

応答性としてCr=7.01×105[J/K]、同様に冬季の暖房モードと推計された。2600[W]の熱負荷の時、室温を維持するたでCr=8.9×106[J/K]を得たが、冬季においては、より詳細めに必要な空調機の消費電力は、2600[W]/4.2=620[W]と推なモデルによる解析が必要と考えられた。

定される。室温をさらに下げるためには、これを上回る空さらに赤外線放射温度計により、室内の表面温度分布を調機の熱移動性能が必要である。単純化のため、外部から測定した結果、通常型の空調機では、内壁面の表面に対しの熱負荷は外部気温と室温の差分に比例すると仮定した。て、かなり均一に空調効果を及ぼすものの、冷房モードで室内温度を維持するように空調機を連続稼働した時の消は床面に対して、暖房モードでは天井面に対して空調効果

費電力と外部からの熱負荷の関係（図10）は、ある条件でが大きく、また、外壁に面した内壁部分から熱の流入が大この仮定が近似的に成立することを示すと考えられた。同

きいことが確認された。冬季の暖房モードでは、階上の区様に表7から、冬季の暖房時の区画の熱応答性を計算した。

画の床面を1～2℃程度上昇させる影響がみられたが、階下暖房モードの起動時においては、急速に室内空気の加温がの天井にはほとんど影響がなかった。

起こると考えられるため（図2）、起動初期は別過程として冬季における室内の垂直方向の温度分布は、空調稼働時除き、18℃から20℃及び20℃から23℃に移行する時の消費には床面から約1mより低い領域で温度の低下する勾配が電力から、式(1)～(3)により暖房モードにおける区画の熱大きくなることがわかった。空調機による送風のため、上6応答性を推定し、Cr=8.9×10 [J/K]、a=7.2×10 [W/K]を得方の空気がよく撹拌されているためと考えられた。空調停た。これらの数値から、この区画で冷暖房を行う時の効果止時には、より下方まで温度勾配が伸びるが、床面付近でが推計できると期待される。

は床の部材の蓄熱のため温度が高くなる現象が見られた。

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ここで、対象区画の体積（約90m ）の空気に対する熱容6今回得られた空調時の温度分布及び簡易モデルによる量を計算すると、およそ1×10 [J/K]であり、これは夏季熱応答性の推計値により、同様の住宅の熱収支を把握し冷に推計される区画の熱応答性にほぼ等しい。一方、冬季に暖房効率を簡易に推計することができると期待される。し得られた値は大きな差がある。また、常温からの起動し設かし、推計の基準となる室温の測定点をどこに取るかに任定温度に達するまでの時間が、夏季と比較して冬季では非意性が大きく、また、温度の測定精度についてもさらなる常に長く（表7）、冬季における外気温と空調機の設定温度検討が必要と考えられる。の温度差が、夏季におけるよりも大きいためと考えられるが、このよう条件下では、区画の各部材の物性を取りこんだ、より詳細なモデルによる解析が必要と考えられた。
４

まとめ
住民がいない集合住宅の1区画を実験場として、家庭用

文献
1) 平 成 21 年 全 国 消 費 実 態 調 査 （ 総 務 省 統 計 局 ）(http://www.e-stat.go.jp/SG1/estat/List.do?bid=000001027351&cycode=0), 2015.7.1.
2) 九州工業大学・福岡県：次世代型輻射式冷暖房システ

空調機を稼働させて、室内温度及び消費電力を測定した。
室内定点における室温の連続測定の結果（図3、図4）は、ムに関する共同研究報告－冷房時編－, 2010年11月.
3) 九州工業大学・福岡県：次世代型輻射式冷暖房システ

空調機の稼働中でも外部熱負荷の高い南側の部屋では、日周期の変動が見られ、この実験環境で外気温の影響が大き

ムに関する共同研究報告－暖房時編－, 2011年3月.
4) 上野剛ら：電力中央研究所報告

いことが示唆され、また、外壁になんらかの日射対策を行うことにより、特に夏季には省エネルギー効果を向上させ研究報告R09017，平成22年5月.
5) 上野剛ら：電力中央研究所報告ることが示された。

成23年6月.

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研究報告R10009，平（英文要旨）Summer and Winter Air Temperature Measurements in an Air-conditioned Room within aHousing Complex
Shunji NIIYA, Toshihiko SAKURAI and Yasunori MITANI*Fukuoka Institute of Health and Environmental Sciences,
Mukaizano 39, Dazaifu, Fukuoka 818-0135, Japan*Department of Electrical Engineering and Electronics, Faculty of Engineering, Kyushu Institute of Technology,
1-1 Sensui-cho, Tobata-ku, Kitakyushu, Fukuoka 804-8550, Japan
In the absence of residents, thought to cause thermal disturbances through their activities, we evaluated the performance of theair conditioning devices in one room of a housing complex. In summer (July to September 2010), these devices operate in coolingmode, while in winter (December 2010 to March 2011) they heat. We measured room temperature of the target room to determine
the surface temperature distribution of its walls and floor in each season. Measurements were carried out at the start-up of theindoor air conditioner, as well as during steady-state operation. Based on room temperature and power usage, we estimated theheat capacity of the room using a simple model. We also established its heat balance relationship with the outside air temperature,
as well as with adjacent indoor environments.
[Key words ; housing complex, indoor environment, air conditioner, energy conservation, COP]

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