はじめに
筆者は、これまで約40年にわたって、在るべき建築環境の振る舞い方（カタ）そして現われるべき形（カタチ）を見出したいと考えて、建築環境学の研究と教育とに携わってきた。40年前の筆者には不明だったことが今日に至って明らかになったと思えることは少なくないが、その一方で、不明であることさえ不明であったのが今に至って認識できるようになり、明らかにしていきたいことの数は全体として減るよりもむしろ増えているように思う。これを筆者は喜ぶべきことだと考えている。学問の本質は、問うては学び、学んでは問うことの繰り返しだからである。
本稿では、筆者なりに構築してきた建築環境学に基づく自然観、そしてそのうちに在るべき建築観の凡そのところを述べて、読者の参考に供したい。
律動を成す自然
自宅でも仕事場でも、電灯の光を必要最小限にすることが当たり前になっている筆者は、いつの頃からか、ほどよい電灯やロウソクがもたらしてくれる光とそれらに伴なう暗さ、朝日や夕日に照らされる空と浮かぶ雲、それらが織り成す色の対比などに気づけるようになって、日毎・季節毎に絶えず変化しつつも一年のサイクル（循環）を持続する自然の姿を有り難く思えるようになった。このような心持ちになって、身近な自然に絶えず生まれては消えることを繰り返すエクセルギー源1)2)を見い出す・・・そういう視点にも立てるようになった。筆者にとってエクセルギー研究は中心的テーマであり続けているが、視点がエクセルギー研究を通じて次第に変わってきたら、以前よりも視野が広がって自然に内在する様々な律動（リズム）の存在とその重要性に気づけるようになったのである。
こうして、照明や暖房・冷房技術のこれまでを改めて眺め直してみると、硬直した目標が私たちの心を支配していたことに気づかざるを得ない。例えば、照明では設定照度750ルックス、暖房では設定温湿度22℃40％、冷房では26℃60％といった目安の数値を、いつの間にか、目指すべき不変一様の到達目標であるかのように錯覚していたと思うのだ。
不変一様の錯覚は思考停止という硬直がもたらしたのだと思うが、原発の“安全神話”はその極みであったと改めて思う。原発にかかわる思考停止の呪縛は、一旦は解き放たれたかに見えたが、再び停止状態に入ってしまった人の数は少なくはないように思える。権力行使の地位にある一握りの人たちは原発が基本電源の一つだと言って憚らず、また、権力に近い（あるいは近くにありたい）人たちにも敢えて思考停止させてしまっている人が少なくない。
原発事故に関連して命を落とされた人々の数は公けの統計値として1400人を越え、避難を強いられている人々の数は2013年時点で十数万人であり、今なお減ってはいない。廃炉や放射性廃物処理の道筋は見えていない。これらのことに少しでも考えを巡らせば・・・と思うと、不可解なことがあまりにも多く、思考停止の頑固さに呆れ、諦める気持ちが湧いてきてしまうが、その一方で、思考の運転を再開できた人、初運転が叶った人の数は以前に比べれば確実に増えてきていることもまた、少なくとも筆者の周辺では確かだ。一時的な遅滞が繰り返されていくとしても、長い時間の流れの中では、自ら考え判断し行動する人の増加傾向が減少に転ずることはないだろう。そこに希望を見出していきたい。建築そしてその環境づくりの元となる考え方もその例外ではないと思う。
話を元に戻そう。希望ある未来を見据えて改めて目指していくべき建築環境の調整技術は、様々な大きさの自然に内在する「律動（リズム）」への同期を基本として再開発されるべきだと思う。律動する数々の自然現象が、私たちの身体―小宇宙―にも、地球にとっての環境たる太陽・銀河系―大宇宙―にも内在しているからだ。
私たちの心拍は60～80回／分で、生きている限り絶えることはない。呼吸は16～18回／分で、これも絶えては大変だ。体温は37℃でほぼ一定だが、実は明け方に最低値そして夕刻に最高値を示す概日リズムがある。生き物の体温は、地球の自転に起因する環境温度の変動に応じた変動の繰り返しを基本として始まったが、やがて一部の動物たちは恒温性を保つ仕掛けを脳を中心とする身体に備えるようになった。私たち人はその末裔の一種であるが、体温に見られる概日リズムは40億年にわたって毎日繰り返されてきた環境温度 変動の名残りと言うことができよう。
夜の睡眠は、ホルモン物質メラトニンの体内濃度が高くなることで引き起こされる。その分泌の多寡は目から入力される自然の光の変動に従う。これもまた重要な概日リズムだが、人の身体にはもう一つ、潮の満干に相似の概日リズムが存在する。太陽に対する地球の公転と自転、地球に対する月の公転という三つの回転が関係し合って起きる引力に起因する概日リズムである。
屋外環境の温度が変動するのは太陽の光―日射―が自転する地球の半分だけを照らすからだが、太陽からはこの光に加えて、風もやってきている。太陽風のことである。太陽風の強弱は太陽黒点の多少と関係する。黒点が多いときに太陽風は強く、少ないときに弱い。太陽風の正体は、太陽の磁場変動によってつくり出された（主として陽子の）粒子群の流れで、太陽宇宙線とも呼ばれる。
宇宙線は、太陽からの他に、太陽系をその内側に有する天の川銀河ほかの空間からもやってくる。銀河宇宙線は超新星爆発を起源とし、粒子一つひとつの勢いがとても大きい。太陽は天の川銀河の中を周回しているので、太陽を中心として公転する地球は天の川銀河の中をやはり周回している。したがって、地球はその創始以来、あるときは銀河宇宙線の強い流れの中を、またあるときは弱い流れの中をくぐり抜けてきた。地球を吹き曝す太陽風の強弱は、地球大気へ降り注ぐ銀河宇宙線の抑制を強めたり弱めたりの律動を繰り返してきた。
以上のように考えてくると、誰にとっても当たり前な、例えば図1に示すような四季も、自然の律動的振る舞いがあってこそであることに改めて気づかされる。
図1 宇宙・地球環境のリズムがつくる身近な自然のリズム
放調と地球環境
建築環境・都市環境という「人工」は、人の身体という「自然」と地域環境・地球環境・宇宙環境という「自然」のあいだに挟まって存在している。これを筆者は、図2に示すように、「環境の入れ子構造」と呼んでいる。
図2 環境の入れ子構造
私たち人を含む生き物が棲息する大気の底、すなわち地表付近の気候は、太陽からの日射を入力とする一方で、宇宙空間への遠赤外域 熱放射を出力として、これら入出力に応じた動的な平衡の中で成り立っている。
日射（可視光・近赤外域 熱放射）と地表から天空へ向かう遠赤外域 熱放射に対する大気の選択的な透過性が温暖化・寒冷化に関係していることはよく知られているが、このことに加えて、上述した銀河宇宙線や太陽宇宙線・Ｘ線・紫外線に対する大気のほどよい遮蔽性が私たち人を含む生物の身体を放射線被曝から防護してくれていることもまた極めて重要なので、認識を新たにしたい。いま「ほどよい」と言ったが、防護の必要性だけを考えれば、大気は厚ければ厚いほどよいかもしれない。しかし、それでは日射の入力が不十分になってしまうし、実は雲の生成も不十分になってしまうかもしれないので「ほどよい」と考えられるのである。
地球全体における雲の多少は、銀河宇宙線と太陽宇宙線の変動に大いに影響され、数億年あるいは数千万年・数十年の長短さまざまな周期の地球温暖化・寒冷化の律動（リズム）形成に重要な役割を果たしている。延いては、生物の系統発生（進化）の展開にも大いに関係してきた。これらのことがSvensmarkらの宇宙気候学によって次第に明らかにされ始めている3)4)5)。大気の厚さは、生成・消滅を繰り返す雲の存在に宇宙線が関係できるような厚さであるという意味においても「ほどよい」と言えよう。
宇宙気候学の知見は、建築環境学にも大いに関係する重要なことだと筆者は考えている。建築環境は、地球環境のしくみに倣った設えとするのが肝要だと思うのだが、宇宙気候学は、在って然るべき建築環境調整の基本を明確にしてくれていると思うからだ。基本とは、雲を含む大気と日射・宇宙線、そして遠赤外域 熱放射の関係のことである。建築環境は、地球環境に備わっている放射調節―放調―のメカニズムに倣うのが理に適っているのだと改めて思う。
放調と人体エクセルギー消費
筆者は、上にも一寸述べたように、人体を含む建築環境の成り立ちを解明するのに、「エクセルギー」と呼ばれる熱力学概念を中心に据えて研究を行なってきた1)2)。エクセルギーとはエネルギー・物質の「拡散能力」を表わす概念である。エクセルギー概念が必要な理由は、いわゆるエネルギー消費というときの“エネルギー”は厳密にはエクセルギーというのが正確だからである。
エクセルギーは、エネルギーやエンタルピー・エントロピーといった様々な熱力学概念の中で、対象とする熱力学「系」にとっての「環境温度」を含むところが特長である。これまでの研究で、植物や動物といった自然「系」はもとより、照明・暖冷房などの人工「系」に至るまでのすべてが、1）エクセルギーの投入に始まり、2）エクセルギー消費と3)エントロピー生成、そして4）エントロピー排出の一連のプロセスを滞りなく営むことで「動的平衡」を維持できることが明らかになっている。
ここでは、このエクセルギー概念によって読み解けてきた人の身体の熱的性質を紹介しておきたい2)6)。図3は冬（外気温湿度5℃;50％）を想定した人体エクセルギー消費速さの計算例である。横軸は窓や壁・床・天井の平均温度（周壁平均温）、縦軸は人体エクセルギー消費速さ（体表面積1 m2あたり）を示す。人体エクセルギー消費速さは人体に掛かる熱的ストレスを表わすと考えられる。人は冬もののズボンにセーター程度を着て座っており軽作業に従事しており（1.0clo、1.1 Met）、室内空気は静穏（0.1 m/s以下）で相対湿度は50％である。図中には4種類のプロット群がある。これらはそれぞれ室内空気温が14、18、22、24℃の場合を示す。
図3 人体エクセルギー消費速さと周壁平均温の関係（冬季：外気温湿度0℃;50%）
図3の全体を眺めると、周壁平均温度には人体エクセルギー消費速さ（熱的ストレス）を小さくさせる最適な値があって、それは20～24℃の範囲にあることがわかる。周壁平均温度がこの範囲にあれば、空気温度は18℃程度でも十分だ。空気温度を22℃あるいは24℃まで上昇しても人体エクセルギー消費速さは小さくならないからである。
図3は冬服（着衣量1.0clo）を想定しての計算結果なのだが、周壁平均温度25℃以上の場合、これでは厚着のし過ぎだろう。そこで、薄着（0.6clo程度）になったとして計算してみると、人体エクセルギー消費速さの値は、2.7W/m2だったのが2.1W/m2程度にまで小さくなる。服を脱ぐ行動は人体エクセルギー消費速さを小さくするためと言える。
従来、暖房と言えば、室内空気を加熱することだと思われがちであった（筆者も25年ほど前まではそう思っていた）が、以上の考察から、暖房の目的は、周壁平均温度が下がらないようにすることだったと認識できる。
建築における“省エネルギー”手法としての壁や窓・屋根の断熱性向上は、暖冷房用の化石燃料 使用量を減らすことが主たる目的だと思われ勝ちだが、実はその一次的目的は、人体の熱的ストレスを減らすためであり、その上で化石燃料 使用量が削減できるという副次的な効果もあると考えるのが理に適っているのだと思う。
以上と同様のことは、夏季についても論じることができる。図4はエアコン冷房で室内空気を26℃;50%に冷却･除湿している場合、図5は通風を主として室内空気が30℃;60%になっていると想定した場合について、人体エクセルギー消費速さと周壁平均温度の関係を示したものである。外気温湿度は32℃;60％、人は夏服（エアコンでは0.5clo、通風では0.4clo）で軽作業（1.1Met）の状況を仮定している。図中の4種類のプロット群はそれぞれ風速が0.1、0.3、0.5、0.8 m/sの場合を示す。
図4 人体エクセルギー消費速さと周壁平均温の関係（夏季：外気温湿度32℃;60%、エアコン冷房）
図5 人体エクセルギー消費速さと周壁平均温の関係（夏季：外気温湿度32℃;60%、通風）
図4と図5の双方から、人体エクセルギー消費速さが最小となるような周壁平均温度が存在することがわかる。通常のエアコン冷房（図4）では風速は0.1 m/s 程度とする必要がある。温度･湿度がともに低めな空気は、流速が大きいと皮膚に対する刺激が強過ぎるからだ。
風速0.1 m/sの場合を見ると、人体エクセルギー消費速さを最小値にする周壁平均温度は24℃程度である。風速を0.8 m/sまで上げれば周壁平均温度は30℃程度でもよいことがわかる。
実際の室内には点灯中の照明ランプ、日射の当たっている窓面、また使用中のパソコン画面があり、これらの表面温度を考慮すると、周壁平均温度が30℃を越すことは少なくない。このような場合に人体エクセルギー消費速さを小さくするためには風速を上昇させる必要がある。事務所建築などでエアコン冷房を行ないながら扇風機を併用していることは少なくないが、これは高めの周壁平均温度に応じた行動の現われで、人は（無意識のうちに）体内のエクセルギー消費速さを小さくする方向へと行動を起こすのだと考えられる。
人体エクセルギー消費速さを小さくする周壁平均温度の値に注目して、図5（通風）と図4（エアコン）を見比べると、図5（通風）の方が高めの周壁平均温度で人体エクセルギー消費速さは小さめになっている。次に図5だけを見て周壁平均温度27～30℃の範囲に注目すると、人体エクセルギー消費速さの最小値は、風速の上昇とともに高めの周壁平均温度で現われるようになっていることがわかる。人体エクセルギー消費速さの最小値は風速0.8m/sでは約1.9 W/m2にまで小さくなっている。
窓を開放して通風を行なっている部屋の風速は大きく揺らぐが、「涼しさ」知覚が現われるような風速は0.4～0.8 m/sである。したがって、人体エクセルギー消費速さが図5に示されるような最小値に近づけるよう通風によって室内環境を調整することはそれほど難しくはないはずである。
周壁平均温度の目標値が28～29℃であれば、床面や天井面を冷やすとして、それらの内部に設けた配管・ダクト中を流れる冷水や冷風の温度は20～25℃であればよいことになる。無闇に低温な冷水や冷風をつくる必要はなくなり、低温の採用に随伴して心配せざるを得ない結露問題は自ずと解消される。延いては放射冷却と通風の組み合わせさえ可能になるだろう。
図4と図5の縦軸範囲は異なることに注意してほしい。前者は2～4W/m2 、後者は1.5～3.5W/m2である。室内空気を冷却･除湿した場合（図4）の人体エクセルギー消費速さは、通風によって排熱･排湿を行なった場合（図5）よりも全体的に大きな値になっているのである。後者における人体エクセルギー消費速さの最小値1.9W/m2は、前者における最小値2.3W/m2の83％である。
蒸暑地域における建築環境は、その内部にある空気を低温・低湿にするのではなく、人体に備わっている発汗蒸泄の（適応）能力を不快が生じないよう活かして「涼しさ」知覚が現われるようにすることが、人の脳を含む身体の性質からも重要だと考えられる。ほどよく低めな周壁平均温度が実現したところで行なわれる通風は、人の情動に「涼しさ」の感覚･知覚を発現させ、通風を「不快でない」と価値付けさせ、延いては小さなエクセルギー消費によって実現される冷房を「快」とする意識を発現させることになるだろう6)7）。
おわりに
地球環境とそこに生きる人を含む生命系は、太陽の高温（5700℃）と宇宙の低温（-270℃）のあいだで成り立つ熱機関が自己組織化させてきたと考えられるが、生命系の全体が今日に至れたのは、日射・太陽風・銀河宇宙線の律動的・選択的な透過・吸収と雲の生成・消滅という「放調」の原理が地球に備わっていたからに違いない（図2）。大気の底にある様々な地域環境はこうした枠組みのうちにあって、それぞれの「律動（リズム）」を発現している（図1）。地球を囲む大宇宙と人の身体（小宇宙）に挟まれて在る中宇宙たる建築環境の設えは、自然の律動と放調の原理に倣うべきだと考える所以である。
建築外皮の断熱性・遮熱性はなぜ向上させる必要があるのか。それは、放調の効果を十分に得るためなのであり、建築内部の空間に穏やかな熱環境を創出するためであったと考えられる（図3～5）。筆者はこれを「環境デザインの作法」と呼ぶことにしたい。
参考文献
1)宿谷昌則編著：エクセルギーと環境の理論―改訂版―、井上書院、2010年
2)M.Shukuya, Exergy–Theory and applications in the built environment, Springer-Verlag, London, 2013
3)J. A. Eddy, The sun, the earth, and near-earth space – a guide to the sun-earth system, www.nasa.gov, 2009
4)H. Svensmark, Cosmoclimatology: A new theory emerges, A&G Vol.48, February 2007, pp. 1.18-1.24
5)H. Svensmark & N. Calder, The Chilling Stars – A cosmic view of climate change, Icon Books UK, 2007（スベンスマルク・コールダー著（桜井邦朋 監修／青山洋 訳）：“不機嫌な”太陽、恒星社厚生閣、2010年）
6)宿谷昌則：人の身体と環境、連載講座「エクセルギーの読み方・考え方」（５）、空気調和・衛生工学会誌、2016年3月号、pp.47-52
7)M.Shukuya, An overview of the cyclic process from sensation to adaptive behavior – interaction between body proper, brain and built environment -、日本建築学会大会学術講演梗概集、2014年9月、pp.467-470
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