# リスク学研究 $30(4): 207-212$ (2021)
Japanese Journal of Risk Analysis doi: 10.11447/jjra.SRA-0364

【特集：新型コロナ感染症関連 情報】

# ウイルス感染症対策としての $\mathrm{CO_{2}$ 濃度の利用にむけた 値の解釈について*
}

Interpretation of Carbon Dioxide Concentration Values for
}

Applying It as a Management Index of Infection Control
## 奥田 知明 $* *$, 村上 道夫***, 内藤 航****, 篠原 直秀****, 藤井 健吉***** \\ Tomoaki OKUDA**, Michio MURAKAMI***, Wataru NAITO****, Naohide SHINOHARA $^{* * * *$ and Kenkichi FUJII****}

\begin{abstract}
Since airborne transmission has been considered as a possible infection route for the novel coronavirus in addition to contact and droplet infection routes, ventilation is an important measure against airborne route. In this paper, we describe the history of setting regulatory standard values and the interpretation of $\mathrm{CO}_{2}$ concentration as a measure against infectious diseases. Although the standard value of $1,000 \mathrm{ppm}$ is not intended originally for infection control, it is practically useful as a guide value for potential infection risk management.
\end{abstract}

Key Words: SARS-CoV-2, COVID-19, Airborne Transmission, Aerosol Infection, Ventilation

## 1. はじめに

新型コロナウイルス（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2, SARS-CoV-2) による感染症 （COVID-19）は，本原稿執筆時点の2021年3月においてなお世界中で流行が続いている。SARS-CoV-2 の主要な感染経路は, contact transmission(接触感染) と droplet transmission(飛沫感染) が考えられている (World Health Organization (WHO), 2020; 横畑ら, 2020)。これに加えて, airborne transmission(空気感染・飛沫核感染・エアロゾル感染と呼ばれる
ことが多いが，本稿ではエアロゾル感染と表記す

る）も無視できない感染経路であるといわれている (Morawska and Milton, 2020)。これら感染経路の概略図をFigure 1 に示す。具体的な感染経路は,接触感染は感染者と直接的に接触する経路の他に, 飛沫落下などによりウイルスが付着した床,食卓, ドアノブやスイッチ類, タブレットやスマートフォンなどの環境表面を介して間接的に接触移行する経路が考えられる。飛沫感染は, 感染者の口から放出されたウイルスを含む飛沫（ここ

* 2021 年 3 月 16 日受付, 2021 年 3 月 31 日受理, 2021 年 4 月 30 日 J-STAGE早期公開

** 慶應義塾大学理工学部応用化学科(Department of Applied Chemistry, Faculty of Science and Technology, Keio University)

***福島県立医科大学医学部健康リスクコミュニケーション学講座 (Department of Health Risk Communication, Fukushima Medical University School of Medicine)

**** 産業技術総合研究所安全科学研究部門 (Research Institute of Science for Safety and Sustainability, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)

***** 花王株式会社安全性科学研究所 (RD-Safety Science Research, Kao Corporation)

Figure 1 Possible transmission routes of SARS-CoV-2

では重力によって短時間で落下するサイズである粒径 $5 \sim 10 \mu \mathrm{m}$ 以上の粒子・液滴を指す場合が多い）を非感染者が直接吸引するか，その飛沫が直接もしくは間接的に目鼻口などの粘膜に付着する経路である。これらの飛沫感染や接触感染は, 環境表面を介する場合を除いて感染者と非感染者が近接した状態（一般に，手を伸ばして相手に届く，または飛沫が直接相手に届くとされる約 $2 \mathrm{~m}$以内にお互いがいる状態) で発生することが想定される。一方で，SARS-CoV-2ウイルスが付着した粒子（エアロゾル）が空気中を浮遊しながら移動し, 感染者から物理的に（約 $2 \mathrm{~m}$ 以上）離孔た位置にいた非感染者に感染が成立したと考えられる場合が多く報告されている（例えばLi et al., 2020; Hwang et al., 2021)。このエアロゾル感染の確率を低減させるには， ウイルスが付着した粒子が空間中に長時間滞留しないようにする，すなわち 「換気状態を良くする」ことが有効であると考えられる。しかしながら，換気状態は人間の目や五感で正しく判断できるものではないため，対象空間の換気状態をどのように知るのか，という問題がある。

空間の換気状態を知る手段として，人間の呼気中に約 4\%含まれる二酸化炭素 $\left(\mathrm{CO}_{2}\right)$ に着目する方法がある。これは, 一般的な屋外大気中 $\mathrm{CO}_{2}$ （約 $400 \mathrm{ppm}=0.04 \% ） の$ 約 100 倍もの高濃度であることから，換気が悪い，すなわち外気の取り入れが不十分であり，かつ人間が存在する空間では $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度が上昇することを利用して，空間の換気状態を把握しようとする考え方である。例えば国内では, 厚生労働省 (2020a)が報道発表資料において「二酸化炭素濃度の測定は, 多人数が利用する空間における不十分な換気を明らかにするための効果的な方法である」と言及した。しかし，換気状態を把握する際の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度の解釈については, その根拠が本稿執筆時点では広くは一般に知られていないように思われる。厚生労働省 （2020b）では，(1)建築物内の換気による感染症予防の効果に関する文献，(2)米国疾病予防管理センター (Centers for Disease Control and Prevention, $\mathrm{CDC})$, WHO の隔離施設等の換気等の基準, (3)建築物における衛生的環境の確保に関する法律（ビル管理法）の基準，(4)高性能粒子フィルターによる室内空気の循環，をふまえて，「ビル管理法における空気環境の調整に関する基準に適合していれば，必要換気量 (一人あたり毎時 $30 \mathrm{~m}^{3}$ の外気量）を満たすことになり，「換気が悪い空間」には当てはまらない」との考えから，ビル管理法の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度基準値 $1,000 \mathrm{ppm}$ を換気状態を把握する際の目安として提示した。なお,ここでは, 「換気の悪い密閉空間」はリスク要因の1つに過ぎず，一人あたりの必要換気量を満たすたけで，感染を確実に予防できるということまで文献などで明らかになっているわけではないことに留意が必要がある」との注釈が付いている。

従って, ビル管理法の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度基準値である $1,000 \mathrm{ppm}$ が設定された根拠と, 換気状態を把握する際の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度の解釈方法について整理しておくことは, COVID-19をはじめとする感染症の感染リスク管理およびリスクコミュニケーションの観点から重要である。そこで本稿では, ビル管理法打よびその他の室内 $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度の基準值設定の経緯について概説し, 次いで感染症対策という観点からの $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度の解釈について記述した。

## 2. 室内 $\mathrm{CO_{2}$ 濃度の基準値設定の経緯}

ビル管理法による $\mathrm{CO}_{2}$ の環境衛生管理基準は $1,000 \mathrm{ppm}$ である。ビル管理法が制定・施行された1970年よりも前の1966年に，ビルディングの環境衛生基準に関する研究が行われている（昭和 40 年度厚生科学研究, 1966)。そこでは, 換気の評価方法として CO $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度の使用に関する記載に加えて, 一般事務ビルの室内空気污染に関する有害ガスの基準として, $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度について, 目標値 （設計時に目標とすべき基準）として $1,000 \mathrm{ppm}$, 推奨値（現在の施設を改造する場合は目標値を満足するように設計すべきであるが，現在その施設を維持する上では普通承認されるべき中間的基準) として $1,500 \mathrm{ppm}$, 許容限度 (安全確保, 健康維持という観点から基本的に要求される最低限度の線で, 主として法規により規制することが必要であ

らの値については, 生活環境における全般的な化
学物質の空気污染の許容濃度は「労働衛生の領域において慣行されている有害許容濃度の1/10～ $1 / 100$ 程度」とするという日本公衆衛生協会の公害問題に対する答申，ならびに， American Conference of Governmental Industial Hyginist (ACGIH), The Imperial Chemical Industries, Ltd., 日本産業衛生協会許容濃度部会の勧告値, ソ連の許容濃度から勘案されたとある。

ビル管理法による $\mathrm{CO}_{2}$ の環境衛生管理基準の設定の経緯は東(2018)に詳しく, それによると, $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度は空気清浄度の 1 つの指標として従来より測定されてきたこと，人間の活動（呼吸・喫煙・炊事・調理など）により変動しやすいこと， そして $1,000 \mathrm{ppm}$ 超えると人間に対する有害な影響（倦总感・頭痛・耳鳴り・息苦しさ）が見られ，また疲労度が高くなること，などの知見を総合的に勘案して設定されたとのことである。

なお日本では，明治時代から対象空間の換気状態を知るために $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度を計測することが行われており，三島(1902)では既に学校教室内の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度が $1,000 \mathrm{ppm}$ 超えると有害である可能性が示されていることは特筆に値する。また先述の東 (2018)では諸外国における $\mathrm{CO}_{2}$ の室内空気質ガイドラインにも言及されており，多くの国で $1,000 \mathrm{ppm}$ が採用されていることが示されている。 たたし，いくつかの国では何段階かに分かれた基準となっている場合もあり，例えばドイッでは $1,000 \mathrm{ppm}$ 未満（無害とみなされる），1,000〜 $2,000 \mathrm{ppm}$ (有害性が上昇する), $2000 \mathrm{ppm}$ 超（許容できない）となっており，基準値の設定にはある程度の幅がある。

日本における公衆を対象とした $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度のもう 1つの基準値として, 学校保健法の学校環境衛生基準による $1,500 \mathrm{ppm}$ がある。しかしこの基準値については，「換気の基準は，二酸化炭素の人体に対する直接的な健康影響から定めたものではない。教室内の空気は, 外気との入れ換えがなければ，在室する児童生徒等の呼吸等によって, 教室の二酸化炭素の量が増加するとともに, 同時に他の污染物質も増加することが考えられる。このため，教室等における換気の基準として，二酸化炭素濃度は $1,500 \mathrm{ppm}$ 以下であることが望ましいとしている」となっているが, その明確な根拠は示されていない（文部科学省，2018）。ただし, 例えばイギリスでは日本と同じ $1,500 \mathrm{ppm}$ であるなど，諸外国と比較して特に大きく異なるわけでは
ない（日本建築学会，2015）。なお，学校であつてもその校舎が特定建築物である場合（例えば延べ面積が $8,000 \mathrm{~m}^{2}$ 以上）は先述の建築物環境衛生管理基準による管理となり, その際は $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度基

一方, 労働衛生上の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度の基準は, 労働安全衛生法の事務所衛生基準規則によって $5,000 \mathrm{ppm}$ (空気調和設備により調整可能な場合は $1,000 \mathrm{ppm}$ )と定められている。5,000 ppmは産業衛生学会での勧告に準拠しており, ACGIHの長期安全限界, チェコでの産業作業場の平均許容限界などを総合的に勘案したものである（許容濃度等委員会, 1973)。以上より, 日本における室内 $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度の基準值は, $\mathrm{CO}_{2}$ そのものの人体への影響という観点と換気の指標という面の両方を総合的に勘案して定められたと考えられる。たたし，感染症対策としての換気の指標として使うという明確な意図があって $1,000 \mathrm{ppm}$ という基準値が設定されたわけではない, ということは言えるであろう。

## 3. 感染症対策という観点からの $\mathrm{CO_{2}$ 濃度 の解釈}

$\mathrm{CO}_{2}$ 濃度を換気の指標として用いて, 感染症の対策とする考え方自体は従来より報告がある。例えば症例事例からの後ろ向き検証例では, Shigematsu and Minowa (1985) は, 建物内で16人の結核集団感染がおきたビルの環境要因を, $\mathrm{CO}_{2}$ と浮遊粉塵を用いて測定し, 換気不十分な環境が集団感染の要因となることを指摘した。また前向きシミュレーション研究例としては, Rudnick and Milton (2003)により, 複数人で共有して使用する室内 $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度を $500 \sim 2,000 \mathrm{ppm}$ に管理した場合の麻疹 (はしか) ・インフルエンザ・ライノウイルスの基本再生産数（非感染者全員が免疫を持っていない集団の中で 1 人の感染者から平均で何人が感染するか) を推定し, 麻疹やインフルエンザでは $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度を低く管理しても効果は薄いが, ライノウイルスの場合は感染を抑える効果が期待できる，という結果を示している。前述の通り, 厚生労働省 (2020a, b)では, CDC (2003)や WHO (2009) が根拠とする, 換気回数 (対象空間の容積に対する一時間当たりの外気の給気量）が 2 回/h以下となったときに, 結核と麻疹の拡散に有意な関連があったという報告(Bloch et al., 1985; Menzies et al., 2000)をふまえ, 一人あたり毎時
$30 \mathrm{~m}^{3}$ は，「換気の悪い密閉空間」を改善するための必要換気量として一定の合理性を有する，という考え方を支持しており，またこの換気量は $\mathrm{CO}_{2}$濃度にして $1,000 \mathrm{ppm}$ に相当する，としている。 しかしながら,この結論に至るまでの過程を追うと, 対象空間の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度を $1,000 \mathrm{ppm}$ に保つことにより感染症を予防する明確なエビデンスに基づいているわけではなく, どちらかと言うと, 現行のビル管理法による $\mathrm{CO}_{2}$ の環境衛生管理基準 $1,000 \mathrm{ppm}$ が守られていれば少なくとも「換気の悪い密閉空間」とは言えないだろう，というものであることには一定の注意が必要であると思われる。

感染症対策，特に COVID-19対策としての $\mathrm{CO}_{2}$濃度の利用を考える上で重要なことは, 対象としたい空間の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度と比較して, 実際に COVID-19のクラスター感染が発生した空間の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度がどの程度であったのか，ということであると思われる。その後者の実測值を得ることは極めて困難であるため, 本稿ではその推定の一例として, 89 名のうち 10 名が実際に SARS-CoV-2 に感染した条件(Li et al., 2020)より, 当該空間の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度のシミュレーションを行った。同論文より, 空間容積 $431 \mathrm{~m}^{3}$, 換気回数 0.8 回 $/ \mathrm{h}$ (論文中では $0.56 \sim 0.77$, その上限値を四捨五入して採用), 活動量計数を 2 (発言の多い会議程度) として, その他のパラメータおよび計算式は日本産業衛生学会 (2020)の「換気シミュレーター ver 1.0」によった。 その結果, 空間内の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度は $9,000 \mathrm{ppm}$ を超え,換気量は一人当たり毎時 $4 \mathrm{~m}^{3}$ を下回っていたと推定された。ただし，この条件では飛沫核感染が疑われてはいるが，それ以前の前提として，接触感染や飛沫感染であった可能性は十分にある。この条件なら必ず飛沫核感染が起こると言うことも, これ以下なら安全と言うこともできないが, 1つの目安として, このように極端に換気状態が悪い空間を作らないようにする努力は必要であると考えられる。

## 4. $\mathrm{CO_{2}$ 濃度モニタリングによる感染対策の 実例}

$\mathrm{CO}_{2}$ 濃度を換気の指標として用いて，感染症対策を行った実例を紹介する。著者の1名が所属する大学の教室において，2020年度の10月（秋学期の開始時期に相当）より約 1 ヶ月間の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度モニタリングを実施した(Figure 2)。なお $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度計には非分散型赤外分光法(Non-dispersive Infrared，NDIR)の原理による装置を用いた。測定の結果, 多くの教室においては $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度に顕著な上昇は見られなかったが，一部の教室（教室 $\mathrm{E}$ ) ではある決まった曜日時限に $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度が顕著に上昇することがわかった。この結果を受けて教員や学生課などと相談し, 11 月より授業教室を変更した。

また，石垣（2021）はライブハウスなどの様々な音楽会場における換気状態を調查した結果， $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度は 575 10,891 ppm と極めて幅が大きかったことを報告している。すなわち，一見似ているように見える空間であっても実際の換気状態は多様であり， $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度モニタリングにより換気状態を把握することで，実際に使用状況に即した換気による感染症対策を進めることができると考えられる。

オフィス空間の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度の上昇を抑制する方法としては, 今回のコロナ禍を機に種々の方法が提案されている。密や扉を開放して室内空気と外気

Figure $2 \quad \mathrm{CO}_{2}$ monitoring results on a university campus

との交換を促す方法, サーキュレーターで直進性の気流を送り強制換気を促す方法，など換気率と換気時間を工夫することで $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度を介入的に管理することは可能である。その管理目標値として $1,000 \mathrm{ppm}$ 採用した組織は少なくない。会議室やオフィス空間など，人の滞在利用率に応じて $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度が上昇する空間において，換気の実施規範と利用人数制限をかけることは, 感染リスク管理の1つのオプションとなる。たたし，上述のように $1,000 \mathrm{ppm}$ が感染リスクを念頭に置いて定められた数値でないことに加えて，燃焼型調理機器を使用する飲食店など室内で $\mathrm{CO}_{2}$ の発生がある場合や大規模施設内の小空間など取り込む空気中の $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度が外気より高い場合などもあり，管理基準値として $1,000 \mathrm{ppm}$ 運用することは, 感染リスクの安全基準と同義ではない。この点を理解することが，オフィス現場などにおける $\mathrm{CO}_{2}$ 測定値の柔軟な運用につながると思われる。

なお $\mathrm{CO}_{2}$ 濃度センサは現在様々な型の製品が市販されているが，このうち NDIR や光音響方式の原理によるものは一定の信頼性が期待できる一方で, 半導体式や電気化学式センサーの一部には測定値の精度や妥当性が疑わしい製品も存在するため, 購入$\cdot$利用時には注意が必要である（石垣, 2021)。

## 謝辞

本稿の執筆にあたり，有志研究チームMass gathering Risk Control and Communication (MARCO: 大学や研究所等の他に, 花王株式会社およびNVIDIA Japanの研究者が参画） のメンバーの助言に感謝いたします。また，慶應義塾大学KGRI実践的メドテックデザインプロジェクト (K-Med), 慶應義塾大学理工学部・新川崎 $\left(\mathrm{K}^{2}\right)$ 夕ウンキャンパス超実践型人間環境化学社会実装プロジェクト，ならびに花王感染症リスクアセスメントプロジェクトの皆様のご協力に感謝いたします。

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