建築衛生上微生物汚染対策

微生物による室内汚染￭ SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome; 重症急性呼吸器症候群）や鳥インフルエンザ感染への対策– SARSは、飛沫・空気感染が疑われる感染症であり、2002年11月に中華人民共和国広東省に発生し、2003年7月に制圧宣言が出されるまでの間に、8,069人が感染し、775人が死亡した。

￭ 結核感染への対策– 患者の咳やくしゃみ、大きな声から発生する直径1-5mmの菌を含む浮遊微粒子の吸入による飛沫感染。発展途上国のみならず、衛生状態、栄養状態のよい先進国でも近年増加。教室など公共空間での感染対策が急がれる。

￭ 生物・化学兵器によるテロへの対策– オウム真理教は、東京亀戸道場付近で1993年6月28日と7月2日、炭疽菌の気中散布による無差別テロを実施。幸い、ワクチン用の弱毒性の炭疽菌もしくは死滅した菌の散布により、被害なし。皮膚感染に比べ、吸入による呼吸器感染は急激で死亡率も高い。

￭ 室内の真菌汚染への対策– コウジカビの一種であるアスペルギルスなどのカビは、ダニ、ホコリなどと並んで生活環境の吸入性アレルゲンとなり、アレルギー性気管支喘息を引き起こす。
– アスペルギルスの一部のものはヒトに対する病原性を持ち、日和見感染の原因となる。肺に感染したものは、肺アスペルギルス症と呼ばれ、治療が困難である 。

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建築衛生上微生物汚染対策

紫外線による微生物汚染への対策￭ 紫外線と殺菌￭ 紫外線の殺菌効果

Range of X-ray▪ 紫外線の範囲
紫外線
Ultraviolet

可視光線
Visibleray

赤外線
Infrared

X線

UVC

UVB

100280

UVA315KR 1  e

 kIt

IR380780

Wavelength(nm)波長(nm)
Radiation
range from the sun to the ground
太陽から地表への放射範囲▪ 紫外線の殺菌原理及び範囲

KR : 殺菌率
k : 殺菌係数[m2/J]
I : 紫外線強度[W/m2]
t : 暴露時間[sec]* 紫外線を吸収したDNAの複製機能を喪失させる。

Ratio比率* 260nmで最高の殺菌効率
1009080706050403020100Microorganism
微生物ｋ(Bactericidal coefficient)（殺菌係数）

Aspergillus sp.

0.0007

Penicillium
chrysogenum

0.0014» コウジカビ <1% 殺菌

Bacillus subtilis

0.1686» 結核菌 99% 殺菌

Mycobacterium
tuberculosis

0.4721

Influenza A

0.1187* 0.1W/m2 の紫外線強度と100秒の暴露で殺菌効率
Sterilization
efficiency

Ultraviolet
ratio of
DNA吸収のDNA absorption

紫外線率200 220 240 260 280 300 320 340* Referred to IUVA guideline (draft)

Wavelength(nm)
波長[nm]

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建築衛生上微生物汚染対策

紫外線の殺菌効果
8真菌Fungus￭ 紫外線の殺菌効果実験

ln [1/SR]ln( 1 / SR)  kIt－紫外線の照射量（強度×曝露時間）を調節しながら真菌及び細菌の殺菌挙動を観察した。

*SRrate＊SR: Survival: 生存率

Cladosporium sp.
Cladosporium
k = 0.0063

642－細菌の方が真菌より殺菌されやすい。

y = 0.0063x
R2 = 10細菌
Bacterialn [1/SR]864

y = 0.1438x
R2 = 0.9536<Bactericidal
for Penicillium
pinophilum>＜Penicilliumeffectpinophilumに対する殺菌効果＞

0102030UV Dose [J/㎡]40800

A. nigerniger
A.
k = 0.0033

64y = 0.0033x
R2 = 1050
8S. aureus
aureusS.
k = 0.2084

6ln [1/SR]

ln [1/SR]

400600UV Dose [J/㎡]

08Big
大200

20

<Cleanbench with Ultraviolet>＜紫外線付きクリーンベンチ＞← 紫外線照射量が大きいほど殺菌され発育しない

8E. colicoli
k = 0.1438

2← 紫外線照射量による培地上のアオカビの発育状況

0ln [1/SR]

None
無4y = 0.2084x
R2 = 12200

400600UV Dose [J/㎡]800Penicillium pinophilum
Penicillium
k = 0.009

64y = 0.009x
R2 = 0.793

200051015
UV Dose [J/㎡]

203/1225050100150
UV Dose [J/㎡]200250加藤研究室・大岡研究室・菊本研究室
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建築衛生上微生物汚染対策

UVGIの適用方法及び安全￭ In-Duct UVGI System￭ Upper-Room UVGI System－ 空調機（AHU)又はダクト内部にUVGIランプを設置し、通過する空気中及びコイルやフィルタに付着した汚染微生物を紫外線(UVC)により殺菌－ 室内上部への紫外線(UVC)照射及び室内気流移動により室内空気中の汚染微生物を殺菌UVGI装置UVGI装置殺菌

室内上部UVGI領域
居住領域
上昇気流

殺菌
殺菌

Air filter
エアフィルタ
CoilコイルFan
ファン

UVGIlamp
UVGIランプUVGIランプUVGI lamp＜紫外線の被曝安全基準の遵守＞￭ 紫外線ランプ及び紫外線被曝安全－ 主な紫外線ランプの低圧水銀ランプからの放射波長中オゾンを発生させる184.9nmの波長をカット－ 紫外線による暴露基準（ACGIH；米国産業衛生専門家会議、JIS Z8812）⇒ 60J/m2 (1日8時間就労基準、UVGI装置の波長の254nm基準）⇒ 8時間暴露基準で換算すると0.2µW/m2以下の強度

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建築衛生上微生物汚染対策

室内上部UVGI装置の殺菌性能 I

シミュレーションによる解析１● 空気の紫外線照射量分布を求める方法＜CFD解析条件＞<CFDanalysis condition>－ 実測による紫外線空間分布をソースにしたスカラー解析

メッシュ

97,080 (対称なので４床病室の半分のみ)－ 紫外線強度(I)の時間積分(t)は紫外線照射量（D)

乱流モデル

標準k-εモデル

境界条件

kin=3/2・(Uin×0.05)2 ε in=Cu・ kin3/2/linlin =吹出幅の1/2 Cu =0.09
Uin:4.18m/s(換気回数11回/h相当)
Uout:質量保存則に従う。

発熱条件

総894W
人体68W(34W/人×2人) ベッド面
照明334W(20W/m 2×16.7m2) 天井面
窓面負荷492W(144W/ m 2×3.4m2) 窓面

吹出口
吸込口 2

窓
UR-UVGI 装置(Case B)

吸込口 1

UR-UVGI 装置(Case A)

出入口
対象面

スカラー量(UV照射量)の支配方程式

D U j D   t D 

I
t
x j
x j   x j 

D：紫外線照射量[J/m2]、I：紫外線強度[W/m2]
ν t：渦動粘性係数、σ：乱流シュミット数＜４床病室モデル＞<4-bedsickroom model>＜解析ケース＞
CaseUR-UVGIの設置位置

Case A-1

吸込口

吹出口

吸込口1
出入口側

Case A-2

吸込口1+2

Case B-1

吸込口1
窓側

Case B-2

吸込口1+2

中央吹出口a) Case A-2b) Case B-1

Indoor average doze：2.9 [J/m2]

Indoor average doze ：4.8 [J/m2]＜Ultraviolet doze distribution＞

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建築衛生上微生物汚染対策

室内上部UVGI装置の殺菌性能 II

シミュレーションによる解析２● 空気清浄機及びUVGIの性能予測
AB

<0.05

－ 吸気口から感染性汚染物質が導入された
場合を想定

0.95

UR-UVGI

0.45
0.35

0.55
短面BC0.55

C UC   t C 
S

t
x j
x j   x j 

UR-UVGI システム
紫外線空気清浄機

紫外線ランプ（出力 7.5W）1 本
風量：60CMH（換気回数約 2 [回/h]に相当）
ワンパス殺菌率：>99.9%（メーカー提示）(a) Case A (UVGI)(b) Case A (Air cleaner)

<0.05
0.6

0.45

0.4
0.45

0.1

C UC   t C  kICt
x j
x j   x j 

空調方式

0.70.25Air cleaner

Ct / C0  e  kIt

UVGI A

殺菌率[%]
rate(%)
Bactericidal

解析条件

0.60.6＜Scalar equation＞

メッシュ：約 10 万乱流モデル：標準 k-ε モデル
等温定常流れ場で汚染物質の濃度計算（パッシブスカラー拡散）
A：天井給気・天井排気、B：床給気・天井排気、C：壁下部給気・壁上部排気
給気：換気回数 2,4,6,8,10 [回/h]相当
UVC ランプ（紫外線出力 2.3W）2 本
高さ 2.4m に設置

0.80.4A－ 紫外線分布をソース（Sink）にしてスカラー解析＜Analysis condition and case
解析ツール
STAR-CD V.3.26 ＞

0.5

C

UVGI B

0.45

UVGI C＜Analysisobjectmodel＞
AC A
AC B
AC C

10090807060
50403020
1000.250.95

0.5＊ACの風量2倍の場合*Case: AC’s air volume is doubled
0.450.50.1(c) Case<0.05
B (UVGI)(d) Case B (Air cleaner)

0.55

0.30.25(b) 排気口平均
0.702468Ventilation
frequency(times/h)
換気回数[回/h]

10120.55

0.50.90.6＜Comparison of sterilization rates＜ Concentration distribution (air supply(in case of the target bacteria is Mycobacterium tuberculosis)
concentration: 1, ventilation frequency 2 times
＞
＞

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建築衛生上微生物汚染対策

室内上部UVGI装置の殺菌性能 III

患者の呼気を対象とした解析
吹出口
吸込口 2

窓

吸込口 1UR-UVGI 装置r r  u j   t r 
t
x j
x j   x j Equation(1): Patient’s expiration contribution rate
式(1)：患者の呼気の寄与率

Dr Dr  u j   t Dr : UV dose reflecting contribution rate r  I Equation(2)式(2)：寄与率が反映されたUVドーズ

t
x j
x j   x j 

患者B患者AD D  u j   t D 

I

t
x j
x j   x j 

出入口対象面Equation(3) : The result of dividing the distribution
式(3)：式(1)の分布からof B from the distribution of Equation 1式(2)の分布を割った結果[J/m2]＜４床病室モデル＞<4-bedsickroom model><Analysiscase>＜解析ケース＞
Case

UR-UVGIの設置位置

Case 1

吸込口
吸込口1

出入口側
Case 2

吸込口1+2

吹出口

中央
吹出口

<Humancondition>＜人体条件＞
区分

条件

人体サイズ

身長：1.7m、幅：0.4m、厚み：0.2mの直方体

口の条件

面積：0.0003m2
風量：0.000024m3/s （定常呼気仮定）＜ Case 1 Ultraviolet irradiation dose for exhalation from patient A＞

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建築衛生上微生物汚染対策

空調機用UVGI装置の殺菌性能 I

表面殺菌及び空気殺菌解析● 紫外線放射計算による殺菌効果予測
表面強度-ドレンパン-コイル－ 放射計算ソフト：RADIANCE（米LBLで開発した光線追跡コード）－ 表面殺菌： コイル、ドレンパンの表面強度－ 空気の殺菌効果： 空間強度
CO2 CO1仕様

風量11,350 m3/h
(6,000 m3/h + 5,350 m3/h)

1200

CO4 CO360030

解析対象

UVGI 装置コイル

必要照射時間殺菌率計算(1)表面殺菌(2) 空気殺菌UVGI 装置 防湿器具
UVC ランプ 低圧水銀灯
定格 20W (UVC 出力 7.5W)(a) Case 1

加湿管
UVGI

HM

区分Case 130

ドレイン
ドレンパン
1500

＜ Prediction of bactericidal effect ＞ ＜ Distribution of UVC strength＜UVC強度分布＞＞
空気殺菌コイル

種類（殺菌係数k [m2/J])UVGI 装置

Aspergillus sp.

ドレンパン(b) Case 2

図 3. UVGI 装置の配置及び解析表面<Average
Ultraviolet strength >＜平均紫外線強度＞
［W/㎡］

1850
18801260

空気の滞在時間計算

外板：ガルバリウム鋼板
ドレンパン：ステンレス
コイル：アルミフィン（アクリルコート）
蒸気加湿管：ステンレス材料

110

目標殺菌率（99%）＜ Forecast flow
bactericidal effect ＞
図 2. of
解析プロセス

区分

コイル

UVC ランプ

図1.＜対象空調機＞
解析対象の空調機<Targetair conditioner>

Case 2

表面平均強度
ドレンパン
7.3(3.9～9.8)
10.7(4.5～17.7)

空間強度（空調機内部３次元）

対象微生物選定（真菌、細菌）－ 光源、反射率等を紫外線として設定

600

Case 2紫外線放射計算－ 病院用空調機にUVGI装置を設置した場合の紫外線強度計算

110

Case 1

ID-UVGI の配置

コイル
4.7(0.7～9.6)
3.2(0.6～6.0)

空間
平均強度

27.2(Max.120)
27.8(Max.142)

コウジカビ（0.00731）
Cladosporium sp.
クロカビ（0.00384）
Penicillium sp.
アオカビ（0.0014）
Bacillus subtilis.
枯草菌（0.027）
Staphylococcus sp.
ブドウ球菌（0.0886）

表面殺菌 （99%殺菌にかかる時間[s]）ドレンパン
64～162コイル
66～90036～140122～308336～843（平均滞在時間0.8秒での空気殺菌率）

15%
105～1050

15%

125～1713
8.0%
68～267200～1999

8.2%

343～4699
3.0%
186～731548～5482

3.1%

17～44

5～13
10～38

5～13

44%
3～12

5～74
3～1245%85%

9～8786%＊左上がCase 1、右下がCase 2

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空調機用UVGI装置の殺菌性能 II

病院における殺菌効果の実測● カビセンサーの概要

AHU－ 空調機用UVGI装置を稼働している病院で微生物汚染状態をモニタリングしてその殺菌効果を確認する。

OA－ 病室の浮遊菌及び空調機の付着菌等を測定

DoorRA⇒ 空調機の表面に微生物が検出されない。

SADoor⇒ 空調機から病室への給気にも検出されない。
Exhaust from toilets

SAAHU

13th floor (Oct. 2, 2009)
The other
AHU zone

Staffstation④⑤ ⑥⑦ ⑧SupplyAirborne
浮遊菌
bacteria#/m3⑨Fig.1 Air conditioning flow

Fig.2 Stuck bacteria measurement
point 排気06
病室外気26プ リ フ ィ ルタ ー360

廊下17F

18F2Door404

38①0000SA04②0020Door

310

24③0000RA134

16④0000Outdoor

26

16⑤0000AHU

02⑥0000⑦0000134
ファン

18F

61720

UV lam p s

C C/H

17F

SA

1719

17F

Table1 Measurement result
Adhering[CFU/m 3 ]付着菌[CFU/10cm 2 ]bacteria 細菌
真菌
真菌

細菌

4-patient Ward

Return環気Fig.3 Sampling position of airborne bacteria①② ③Corridor

17th floor (Feb. 4, 2010)
18th floor (Feb. 4, 2010)

1812

Door

244

6⑧00001818

Door232

4⑨1000SA10014RA

17272

Outdoor

3422

AHU0418F

加湿器

Fig.4 Flow of floating bacteria

9/12Drain
ド レwater
ン水[CFU/50μl]
細菌

17F

真菌
00.5

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建築衛生上微生物汚染対策

空調機用UVGI装置の殺菌性能 III

気化式加湿器を対象とした殺菌効果確認１● 気化式加湿器

Cooling coil

HEPA filter－ 空調機用気化式加湿器に増殖する微生物を対象－ 加湿器表面付着菌、浮遊菌、循環水中菌を採取

Preheat
Pre-filter
coil

Downstream

SupplyAirUpstream

Outdoor
AirFan－ UVGI装置の稼働前後の微生物汚染状況比較－ 気化式加湿器エレメント表面の紫外線強度測定UVGIEvaporative
humidifier

UVfilter＜Target air conditioner＞⇒ 0.24～16.2 W/m2の分布－ Air volume：6,420 CMH▶ Surface sampling
using stamp-type agar
media samplers－ Operation：24hours
365days

Drain tank

Before UVGI operation

UVGI operation

City waterRO

a1.2 mfbc

Evaporative
humidifier
elements

UVGI lampsd▶ Water samplingwith pipettes
e1.55 m＜Measurement point＞▶ UVC intensity
measured with
UVC sensors

After UVGI
operation＜ Changes in humidifier surface due to UVGI
operation ＞

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建築衛生上微生物汚染対策

空調機用UVGI装置の殺菌性能 IV
気化式加湿器を対象とした殺菌効果確認2● 測定結果＜微生物測定結果＞－ 加湿器エレメント表面の汚れがきれいになった。

Adhering bacteria－ UVGI稼働後付着菌、浮遊菌、循環水中菌が全て急激に減少した。
風上側－ UVGI稼働後もある程度菌の検出が持続した。

風下側[CFU/10cm2]

測定点

4月7日

4 月 22 日

5月7日

5 月 18 日

6月4日

10 月 5 日

1~4TMTC

2.8

31.0

3.8

7.5

55~10TMTC

14.7

36.0

7.0

11.2

2.7

11~12TMTC

0.0

0.0

0.02.0-

平均TMTC

8.3

28.3

4.8

8.4

3.6

1~4TMTC0.0

3.39.316.815~10TMTC

0.3

11.8

27.2

27.3

2.7

11~12TMTC

0.00.00.52.5-

平均TMTC0.2

7.0

16.8

19.72500

UVC lamps

250

Airborne bacteria

細菌
真菌[CFU/m3]

4月7日

4 月 22 日

5月7日

5 月 18 日

6月4日

10 月 5 日

風上側02644210

風下側

754

410481066

風上側

000002

風下側121484

412Circulating water100

Fig.1 Inside the humidifier

150[mm]Fig.2 Inside the humidifier－ 紫外線が届かない加湿器エレメントの内部に汚染が発見－ 紫外線照射効率を上げるか、補助殺菌手法等の対策が必要である。

細菌
真菌[CFU/50μL]

4月7日

4 月 22 日

5月7日

5 月 18 日

6月4日

10 月 5 日

風上側-31810

1,180

1,088637

風下側

23,550202389811,16332

風上側-0427200

風下側9950426190

UVGI Operation

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建築衛生上微生物汚染対策

カビセンサーによるUVGI装置の殺菌性能検討● カビセンサーの概要

600
NO.441500－ 紫外線の照射によりカビセンサ－胞子がどの程度不活性化するかを見て紫外線殺菌性能を予測判断する。
両面接着テープ

NO.443

NO.444

NO.445 NO.446

NO.447 NO.448

センサー菌：E. herbariorum

600

NO.441
NO.445NO.5
NO.446 NO.6
NO.447 NO.7NO.448
NO.1 NO.442
NO.2NO.443
NO.3NO.444
NO.4400500

NO.8300
菌糸長[μm]菌糸長[μm]－ カビの胞子を培養すると菌糸が生長する原理を用いて、菌糸の長さで生物の生長環境を評価

NO.442200100MINAVER.
MAX

400300200

Hyphae grown from spores 0100
2140723244046679333

14000

24404667

紫外線照射量[W・sec/m2]

001400カビ胞子と栄養分

1405

MIN
AVER.
MAX

21472314059333

140002
紫外線照射量[W・sec/m]
センサー菌：A. alternata

NO.1 NO.442
NO.2NO.443
NO.3
NO.4
NO.7
NO.441
NO.444
NO.445NO.5
NO.446 NO.6NO.447 NO.448

1200NO.8
菌糸長[μm]1000

透明プラスチック板図 1 UV 照射状況とカビセンサー
Fig.1 UV irradiation
situation and mold sensor

Spores that hypha did not grow

800MINAVER.
MAX600400● 現場確認実験－ UVGI装置が設置されている運転中の空調機にカビセンサーを1時間設置してから回収し、菌糸の長さを確認した。

Fig.2 Example of mycelial length
measurement by microscope

200
00214723

1405

2440

4667

9333

14000

紫外線照射量[W・sec/m2]

Table1 Place and hyphae
length①② ③－ 比較的に紫外線に強いカビが不活性化されることから細菌なども殺菌できると予測される。
④

Fig.4 Position
target air conditioner and mold sensor
図4 of
対象空調機及びカビセンサー設置位置

Fig.3 Relation 図
betweenultraviolet irradiation dose and hyphae
3 紫外線照射量と菌糸長の関係
length①②③④B/G

UVC強度 [W /m 2 ]0.450.130.490.180

UV照射量 [J/m 2 ]＊1時間曝露

1,620

468

1,764

6480

Cladosporium herbarum

619

713

506

601

527

Fu sariu m solan i

088*00*437

菌糸長さ [μm ]12/12

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