出典：建築物衛生管理技術者試験令和3年度(2021年)｜建築物の環境衛生第25問
問題
温熱環境と体熱平衡に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 対流による熱放散は、流体の流れに伴う熱エネルギーの移動現象である。
(2) 蒸発による熱放散は、水分が皮膚から気化するときに皮膚表面から潜熱を奪う現象である。
(3) 高温環境下においては、人体の熱産生量は低下する。
(4) 人体側の温熱環境要素は、代謝量と着衣量である。
(5) 伝導による熱放散は、体と直接接触する物体との間の熱エネルギーの移動現象である。
ビル管過去問｜温熱環境と体熱平衡｜対流・蒸発・伝導・代謝量の理解を解説
この問題は、人体がどのように熱をつくり、どのように外部へ逃がして体温を保っているかという、体熱平衡の基本を問う問題です。体熱平衡では、人体内で生じる熱と、対流、放射、伝導、蒸発などによって外部へ放散される熱のつり合いを理解することが大切です。正しい選択肢は、対流の説明であるもの、蒸発の説明であるもの、人体側の要素を述べたもの、伝導の説明であるものです。一方で、高温環境では人体の熱産生量が低下するとした記述は不適切です。高温環境では熱を逃がしにくくなりますが、それは主に熱放散の条件が悪くなるためであり、代謝による熱産生そのものが環境温度だけで自動的に低下するわけではないからです。
(1) 対流による熱放散は、流体の流れに伴う熱エネルギーの移動現象である。
適切です。その理由は、対流とは空気や水のような流体が移動することで熱が運ばれる現象だからです。たとえば、皮膚の表面にある空気が温められても、風がなければその場にとどまりやすく、熱は逃げにくくなります。しかし、風が吹くと皮膚表面の暖まった空気が運び去られ、新しい空気と入れ替わるため、体から熱が放散されやすくなります。つまり、対流は単なる温度差だけでなく、空気や液体の流れが関係する熱移動です。
(2) 蒸発による熱放散は、水分が皮膚から気化するときに皮膚表面から潜熱を奪う現象である。
適切です。その理由は、汗などの水分が蒸発するときには気化熱が必要であり、その熱を皮膚表面から奪うことで体温を下げる働きがあるからです。特に外気温が高く、対流や放射で熱を逃がしにくい環境では、蒸発が重要な熱放散手段になります。ただし、湿度が高いと汗が蒸発しにくくなるため、汗をかいていても十分に体温を下げられず、熱中症の危険が高まります。蒸発は暑熱環境を理解するうえで非常に重要な仕組みです。
(3) 高温環境下においては、人体の熱産生量は低下する。
不適切です。その理由は、人体の熱産生量は主に代謝活動によって決まり、環境温度が高いからといって、それだけで自動的に低下するとはいえないからです。人体は常に生命維持のために基礎代謝を行っており、さらに運動や作業をすれば熱産生量は増加します。高温環境で問題になるのは、熱をつくる量そのものよりも、外に逃がす力が弱くなることです。外気温が皮膚温に近づいたり上回ったりすると、対流や放射による放熱が難しくなり、体内に熱がこもりやすくなります。そのため、この選択肢は高温環境による負担の本質を、熱産生の低下と誤って結びつけている点が不適切です。
(4) 人体側の温熱環境要素は、代謝量と着衣量である。
適切です。その理由は、温熱環境を考えるときには、気温、湿度、気流、放射といった環境側の条件だけでなく、人体側の条件も重要になるからです。人体側の代表的な要素が代謝量と着衣量です。代謝量が大きいほど体内で生じる熱は増えますし、着衣量が多いほど熱が外に逃げにくくなります。同じ室温でも、安静にしている人と重い作業をしている人とでは暑さの感じ方が異なり、また薄着か厚着かでも快適性は変わります。このように、人体側の条件として代謝量と着衣量を押さえることは基本です。
(5) 伝導による熱放散は、体と直接接触する物体との間の熱エネルギーの移動現象である。
適切です。その理由は、伝導とは接触している物体同士の間で熱が移動する現象だからです。たとえば、冷たい床や金属に触れたときに体の熱が奪われるのは伝導によるものです。逆に、熱い物体に触れれば体へ熱が移動します。空気中では伝導の影響は比較的小さいですが、水や金属のように熱を伝えやすいものに接触した場合は大きな影響を受けます。したがって、体と直接接触する物体との間の熱移動とする説明は正しいです。
この問題で覚えるポイント
体熱平衡とは、人体が産生する熱と外部へ放散する熱のつり合いのことです。人体の熱産生は主に代謝によって生じ、安静時でも基礎代謝により一定の熱がつくられます。作業強度が上がれば代謝量も増え、熱産生量は大きくなります。熱放散の方法には、放射、対流、伝導、蒸発があります。放射は離れた物体との間で電磁波によって熱が移動する現象です。対流は空気や水などの流れによって熱が運ばれる現象です。伝導は接触している物体との間で熱が移る現象です。蒸発は汗などの水分が気化するときに潜熱を奪う現象であり、暑熱時に特に重要です。 温熱環境の評価では、環境側の要素として気温、湿度、気流、平均放射温度が重要です。人体側の要素としては代謝量と着衣量が基本です。試験では、どれが環境側でどれが人体側かを整理しておくと正誤判断しやすくなります。また、高温環境で体温調節が難しくなるのは、熱産生が消えるからではなく、対流や放射による放熱がしにくくなり、蒸発に頼る割合が大きくなるためです。特に湿度が高いと蒸発による冷却も妨げられるので注意が必要です。
ひっかけポイント
この種の問題では、暑い環境では体の熱も減るはずだという日常感覚を利用して誤答を誘うことがあります。しかし、暑さでつらくなる本質は、体が熱をつくらなくなることではなく、つくった熱や体内にある熱を外へ逃がしにくくなることです。ここを取り違えると、熱産生と熱放散の区別が曖昧になってしまいます。 また、対流、伝導、蒸発はそれぞれ似たように見えて、熱の移動の仕組みが異なります。流れが関係すれば対流、接触が関係すれば伝導、水分の気化が関係すれば蒸発です。この違いを言葉だけでなく場面でイメージできるようにしておくと、少し表現を変えられても対応しやすくなります。さらに、人体側の要素と環境側の要素の混同も頻出です。代謝量と着衣量は人体側、気温や湿度や気流は環境側と整理して覚えることが重要です。
