インダストリアルイノベーション

～車内の温熱環境向上がなぜ重要なのか～

• エンジン停止時の快適性向上

　エンジン停止時の車内温熱環境向上により、オールシーズンの車中泊を可能とし、新しい生活様式として、車内テレワークによる自由な場所での働き方・生き方を可能にします。

　みじんこ総研では、コロナ対策と働き方改革を両立し、新しい生活様式へのステージアップを可能とする、自由な場所でのノマドワーキング方法や、それを取り巻く枠組の構築を提案しております。



ノマドワーキングツーリズム「一億総ノマド化のススメ」

　核として捉えているのが、自動車の利用です。思い思いの場所でノマドワーキングするには、車を利用することが最適ですが、ＨＶ・ＥＶの普及、電源の装備やＷｅｂ接続機能などにより、急速に車内でのＰＣ作業や車中泊が容易になってきています。

　しかしながら、夏冬の車内は温熱環境が厳しく、空調を停止した状態での車内利用は困難です。
（ＥＶの場合エアコンつけっ放しでの車中泊も可能ではありますが）

　また、災害発生時、コロナウィルス感染防止の為、避難所の代替手段として車中泊が注目されていますが、夏冬の車中泊は大変過酷であり、現実的ではありません。この意味においても、車内の温熱環境の向上が喫緊の課題であるものと考えております。



• 省エネ・環境負荷低減

　自動車の省エネ性能はカタログ燃費で示されますが、実燃費との乖離を縮小することの重大さについては、ほとんど問題提起されていないように思います。

　カタログ燃費はエアコンをオフにした条件で計測されます。しかし、実際の運転時はエアコンを使用しており、とりわけ温暖化が進んだ昨今の夏の場合、日射熱取得およびエンジンや外気からの熱貫流による多大な熱負荷を打ち消すため、膨大なエネルギーを消費しているものと考えられます。

　建築では環境負荷低減の為、外皮性能の向上に注力しますが、車の場合、車内の空調による環境負荷への言及や課題意識はほとんど見当たりません。

　また、北海道など、国内であっても寒冷地の場合、冬季の実燃費は夏季より３割も悪化するという報告があります。これは主に暖房負荷によるものと考えられますが、車の断熱性能の低さが環境負荷に多大な影響を与えていることが推測されます。

　このように、空調負荷によるエネルギー消費は、カタログ燃費と、実際のエネルギー消費量との差分の、相当大きな部分を占めているものと考えられます。
言い換えると、車内の空調負荷は、巨大な環境負荷の要因になっているものと考えられ、これを低減することは、ユーザーにとっては実燃費の低減、地球環境にとってはCO2の削減・地球温暖化の抑制に繋がります。

　これらのため、みじんこ総研では、自動車の車内の温熱環境に関して、快適性向上および空調負荷低減を図ることが、来るべき新しい生活様式の実現とＣＯ２削減の見地から、急務であるものと捉えております。

　具体的な対策方法として、断熱性能の向上、日射熱取得の抑制、潜熱蓄熱材・熱交換器（結露防止の為の換気用・防虫フィルタ―兼用）やセンシングによる熱源切替システムの導入等の方法を研究中です。

自動車の空調エネルギーについて

　自動車の省エネルギー性能は、走行燃費で示されます。カタログ値なら、一定の条件での走行試験結果により燃費が示されます。
しかしながら、実燃費を計ってみると、カタログ燃費とは大きく異なってきます。
車を購入したことのあるドライバーなら、ほとんどの人が「あれ？こんなもの？」と思ったことがあるのではないでしょうか。
この原因は、もちろん運転の条件が異なることによるのでしょうけど（メーカーの不正もありましたね...）、実は、エアコンの空調負荷による部分も非常に大きいのではないかと、みじんこ総研では考えています。

　メーカーの燃費測定試験は、エアコンをオフにした条件で測定することになっていますが、実際は、春秋以外はエアコンを付けて運転します。
夏の日差しの強い日、屋外に停めていた車に乗り込もうとすると、触れないほど熱せられたダッシュボードや車内のあちこち、むわっとした空気の熱さにいちいち驚き、「あつっ！世紀末感すごい！」とか思ってしまいます。えっ！？私だけ！？
　何にせよ、ちょっと停めていただけでも凄まじい暑さになりますが、運転中はずっとクーラーで、この、もの凄い日射熱を打ち消しているわけです。そのクーラーのコンプレッサーを動かすのはエンジンやモーターですが、エアコンを付けていると、アイドリング時のエンジンの回転数が結構上がります。つまり、空調の為に、相当な燃料や電気を消費しているわけです。
　それでも日本では、夏より冬の方が空調にかかるエネルギー消費量は大きく、温暖地での季節による月別燃費の差は10％強なのに対し、寒冷地では月別燃費の差は30％弱に達するそうです。（出典：くるまのニュース）

自動車はカタログ燃費ばかりが追求されますが、本当の省エネには、空調負荷への配慮が不可欠ではないでしょうか。

　冬はエンジンの排熱を利用するわけですが、それでも寒冷地での冬の燃費は大幅に低下すると言われています。空調システムや制御方法にもよるかと思いますが、外気温によっては通常の回転数では空調用に回収できる排熱が不足するため、回転数を上げたり、不足分をコンプレッサーで補う構成としているのではないかと思います。実際、暖房時も、アイドリングの回転数は高くなります。
　しかし、ハイブリッドやＥＶの場合、暖房はヒーターやヒートポンプに頼ることとなり、これらを動かすエネルギーが必要となります。現行のプリウスの場合、ヒートポンプ式のエアコンが搭載されているそうですが、ほとんどのモデルが電熱式ヒーターのようで、相当なエネルギーを消費してしまいます。

　エアコンは、コンプレッサーを用いたヒートポンプにより、一方から他方に熱を移動させて冷暖房を行うため、電熱式のヒーターと比較して、非常にエネルギー効率が高くなります。それでも暖房時は、冷房時より大幅に大きな運転エネルギーを必要とします。例えば、冷房時、外気温30度に対し設定室温を24度とした場合、必要な温度差は6度となります。これに対し、暖房時、外気温3度に対し設定室温18度とした場合、必要な温度差は温熱は15度にもなり、大幅に大きなエネルギーが必要になることが分かります。また、使用する冷媒の種類ごとの特性により、効率良く冷暖房を行える温度範囲が異なりますが、一般に暖房時の方が冷房時より効率が下がるため、寒冷地の冬はとても燃費が悪くなります。

　このように、自動車の空調エネルギー消費量はとても大きいものと見ることができますが、逆に捉えると、これらを圧縮することにより、大幅なCO2排出量の削減および環境負荷の低減を図ることができます。

日射熱取得

　上述のように、夏の日射熱取得量は大変な量となります。車体表面（窓ガラス・塗装）で太陽光線を反射させることにより、これらを低減させることができ、車内の空調負荷低減に大きく寄与することができます。

窓ガラス

　建築では、熱線反射ガラス・熱線吸収ガラス、複層ガラス、組合せのLow-E複層ガラスを使用しますが、自動車での利用は、主に日焼け防止目的のUVカットガラスの使用程度であり、温熱環境への影響についてはほとんど配慮されていないように見受けられます。以前、RV車にミラーフィルムを貼るのが流行しましたが、このフィルムにも、かなりの熱線反射効果があったのではないかと思われます。最近では残念ながら見かけなくなりました...

追記：
　現在、フロントガラスに使用可能な熱線反射ガラスが商品化されているそうです。車検ではフロントガラスやフロントサイドウィンドウに高い透過率が要求されますが、可視光線のみ透過率を高くし、赤外線成分の透過を抑制しているようです。
車体全体の中でもフロントガラスからの日射熱取得量は大変大きいため、この製品の使用はとても大きな意義があるかと思います。また、リヤウインドウやリヤサイドウインドウに、より反射率の高いガラスやフィルムを使用することで、窓からの日射熱取得量は劇的に減少できると考えられます。

出典：COATTECT

塗装

　白い色は光線の多くを反射し、黒い色は吸収します。このため、白い色の方が日射熱取得量を低減できるわけですが、可視光線による見た目の色とは別に、赤外線の反射率を高めて日射熱取得量を抑制できる、高反射率塗料というものがあります。

　太陽光線中のエネルギーは、下の図１より、可視光線・赤外線それぞれの波長域に半々程度に分布している、ということが分かると思います。
ここで、図２のように、目に見えない赤外線波長域での反射率のみ大きくした高反射率塗料は、可視光線領域でのスペクトルは一般塗料と同じ（つまり同じ見た目の色）であっても、太陽光線のエネルギー全体の反射率は全く異なります。

出典：日本塗料工業会「高日射反射率塗料について」

　こちらも、建築物の屋根や外壁に用いられるものですが、自動車にも適用することができるのではないかと考えます。もちろん、自動車の塗装と建築物の塗装とでは塗膜の構造や期待する機能が全く異なるため、現在の製品や技術をそのまま流用することはできないかもしれませんが、開発の余地は十分にあるものと考えます。

コメント

　これからは流行のデザインばかりを優先するのではなく、地球環境への影響に配慮し、最適なガラスやボディ塗装を採用することが望まれます。

※ 年間を通して冷房を使用しない寒冷地においては、日射熱取得量を低減することは、冬季の熱取得による暖房効果を低減させるため、かえって空調負荷が増大します。しかしながら、温暖化の進んだ今日、それほどの寒冷地は人間の生活圏内にはほとんど存在しないかも知れません。
また、暖房を行うのは、太陽高度が低い季節や地域であるため、日射エネルギー自体が小さく、冷房時の省エネ効果と比較して、日射の反射による影響は小さいものと考えます。

断熱

　自動車は、暖房によるエネルギー消費量が非常に大きいことは説明しましたが、これを抑制するためには、車体の断熱性能を向上させることが効果的であるものと考えます。

窓ガラス

　窓については、かつて、ベンツのサイドウィンドウにペアガラスが用いられた事例がありますが、現在採用しているメーカーは無いものと思われます（海外の寒冷地のバスや鉄道などでは存在していそうですが）。
　自動車への複層ガラスの採用は、特許技術ということもありますが、重量増やコスト増となり、また、強い曲面となるフロントガラス等での適用は困難なため、サイドウィンドウのみの適用となり、中途半端となってしまいます。こういった事情により、普及しづらいのかもしれません。

　しかしながら、リヤサイドウィンドウやリヤウインドウに、通気性を確保した、ポリカーボネート製の内窓を設けるだけでも、大幅な断熱性の向上が望めるものと思われます。

車体

　自動車の車内に対し、外気との間で熱が貫流するのは、窓だけではありません。春秋の寒い時期（冬季は寒すぎて困難ですが）に車中泊をしてみると、底冷えするので気づきますが、車体底部やドアパネルなど、様々な部分から熱が逃げてしまいます。
　そこで、建築では一般的な発泡ウレタンを、ドアパネルなどの空隙内の、完全にデッドスペースとなる部分に注入し、断熱性能を高めてはどうだろうか、と考えます（充填し易い場合やマット状に覆う部分はグラスウール等でも良いかと思われます）。この場合は当然、メーカーでの製造時に施工する必要がありますが、弾性樹脂を注入することにより、車体に軽微な圧迫が加わり表面が変形した場合にも、内部から押し戻し、自ら修復することも可能になるのではないでしょうか。

　また、この場合、後述する「津波避難カー」の浮体としても兼用することができます。

断熱性向上に伴う注意点

　盛夏の炎天下に駐車していると、強い日射により車内が大変高温になりますが、断熱性能を向上させることにより、車内はさらに高温になるものと考えられます。
このため、車内の空調換気設備は、エンジン停止時に自然換気が可能となるよう、風道や制御機構を新たに設計することが必要となります。 この機構は、単純にエンジン停止時に外気の導入機構を開放するのではなく、日中は太陽電池により換気ファンを作動させたり、暑くない時期・時間帯には開放の度合いを制限するなどの制御を行うことにより、車中泊などの、停止時の快適な車内利用を可能にします。

その他

　空調負荷の低減や車中泊等の快適性の向上の為のソリューションとして、潜熱蓄熱材、熱交換器（防虫・結露防止の換気兼用）、センシングによる熱源切替システム等の構成方法を検討中です。

　自動車の車体全体を浮体とし、津波等の水害時の最終避難手段とする提案です。

実は、自動車には、多くの浮力を発生させる部位が存在します。エンジンやギヤボックスのような「鉄の塊」も、実は相当な容積があるものと考えられ、中空であるタイヤ、ガソリンタンクのような大容量の気密構造部品もあります。
　さらに、車体のパネル間の空隙に発泡ウレタンを注入したり、まとまった空隙やデッドスペースをパッキンで密閉することなどにより、多くの浮体を形成することができます。

　これらに加え、空気だまりを形成できる部位を活用することで、１～２ｔの車重を支える浮力を確保するのは、それほど困難ではないのかもしれません。

※ 実際の水害時にしばらく自動車が浮かんでいられるのは、パッキンによりある程度の気密性を保ったエンジンルームやトランクルーム、車内空間が空気だまりとなるためではないかと思われます。一定時間浮力を維持しても、やがて空気が抜けることが予想されますので、これらに頼ることは危険と考えられます。

　冗談半分の提案でしたが、同様に既成の乗用車に発泡樹脂を注入した水陸両用車が海外で発売されているそうで、現実的な手段となりうるのかもしれません。
　発泡ウレタン注入により車内の温熱環境の向上を図ることが可能ですが、水害の多い地域や津波襲来の危険性の高い沿岸部の地域向けの特別仕様車としてパッケージングするのも、案外現実的で有意なのかもしれません。

　上図は外部エアバッグを装備し、これを浮体に兼用する、という提案です。外部のエアバッグは海外メーカーが実用化したようですが、素材やバルブの構造により、浮体として利用できるかもしれません。

　災害時の避難所としてのマイカー利用が公的に求められ始めた昨今ですが、状況により、避難手段としてもクルマの利用を検討する意義があるのではないかと考えます。

＜課題＞

• 高電圧のHV/EV車

昨今のHV/EVは高電圧化されており、近年の水害では冠水により車両火災を引き起こした事案が多数発生しました。本当は安全であると説く記事も多いですが、水害の発生の可能性の高い地域でのEV/HVの使用は、避難に使用する以前に、感電防止も含め、浸水時の安全性を検証していくことが肝要と考えます。

• 津波火災

車種を問わず、津波火災に巻き込まれると、当然無事ではないでしょう。また、着火すると、燃料やバッテリーは津波火災を大きくします。総合的にリスクを検討することが必要と考えます。
（尚、みじんこ総研では、津波火災の自己消火システム「津波火災消火ポイント」を提案しています）