今回も暖房時の湿度管理について報告します。前回は湿度の重要な指標である絶対湿度の有用性を説明しました。そして、冬季に問題となる結露の現象の把握とその対策について検討してきました（「湿度の管理(1)－結露対策」を参照ください）。湿度の他の問題として、冬季に流行するインフルエンザなどのウイルス系の疾病がありますが、これは低湿度により感染性が上昇すると言われています。また、乾燥した室内での皮膚や毛髪への不快感などもあります。これらに関する知見を整理しておくことは重要と思われます。今回は省エネと少し離れて、湿度が健康に与える影響に関しての検討を行いましたので、報告します。
ここでは、まず冬季の湿度（相対湿度と絶対湿度）がどのくらい低下しているのかについて、その状況を把握します。次に、湿度とウイルス生存率との関連や、それに基づくインフルエンザ等の感染症の流行との関連を調べます。最近はCOVID-19の蔓延が続いており、この対策における湿度管理の位置づけについても整理します。また、湿度による皮膚の美容への影響を調べ、美容との深い関連をまとめます。そして、健康管理や生活環境を快適に保つ方法について検討していきます。
湿度の季節変化
まず前回の報告で湿度の指標として挙げられた相対湿度と絶対湿度についての季節変化を整理します（湿度の説明については、「湿度の管理(1)－結露対策」を参照ください）。以下に東京の夏（2021年8月）と冬（2021年1月）の相対湿度と絶対湿度の推移を示します1)（データは気象庁のサイトより、東京観測点(北緯35度41.5分、東経139度45.0分、標高25.2m)の1日平均湿度を用いています）。
下図に示すように相対湿度については、1月と8月を比較すると1月の方が低いですが、1月には比較的高い日も何日か見られます。一方、絶対湿度については、8月は15～20 g/kg（DA）であるのに対して、1月は全て5.0g/kg（DA）以下となっています。絶対湿度の差は極めて大きく（3倍以上）、冬季の乾燥度合いが大きいことが分かります。このため、冬季の室内では加湿器を使って湿度コントロールを行う必要が出てくるというわけです。
出所）気象庁データ（東京観測点の1日平均気温、1日平均湿度）
下図に月別の絶対湿度の階級別構成割合を示します（絶対湿度を5g/kg（DA）刻みで分割した5階級）。これを見ると、11月から翌年の3月まではほとんど10g/kg（DA）以下の日が続いています。冬季の乾燥した季節感が感覚的に理解できます。一方、7月と8月は15g/kg（DA））以上の日がほとんどであり、じめじめとした湿気が多いと感じる時期とよく合致しています。
出所）気象庁データ（東京都練馬の1日平均気温、1日平均湿度）
これらのことから、室内の乾燥度合いを測るには、相対湿度より絶対湿度の方が有効と考えられます。以下では湿度が与える人間の健康や美容に与える影響について、既存文献を基に検討します。
湿度とウイルスへの感染の関連性
湿度と人のウイルスへの感染の関連を調べた研究では、日本の庄司眞氏の研究があります。彼はインフルエンザの流行と気象条件との関連について調べました2)。その研究ではインフルエンザの流行は絶対湿度の低下の影響が強いというものでした。
彼の研究は、1981年以降のデータからインフルエンザ流行と仙台市の気象条件との相関関係を解析した結果、絶対湿度が流行開始時期を左右する最も大きな要因であるとの結論を得ました。その後、1992年以降の6年間のデータより日本の５地域（北海道、宮城県、東京都、鹿児島県、沖縄県）で同様の解析を行いました。その結果、東京都と沖縄県では絶対湿度11g/m3以下で、鹿児島県では7g/m3以下で、北海道と宮城県では5g/m3以下でインフルエンザの流行が始まることが判明したということでした。
その研究をもとに宮城県地域医療情報センターのホームページ上で、絶対湿度によるインフルエンザの流行の傾向を下表のようにまとめ、2003年より日本全国におけるインフルエンザ予測を公開しています3)。
表-1 絶対湿度によるインフルエンザの流行の傾向
| 空気の乾燥状態とインフルエンザの流行 | 絶対湿度（空気の容積当り） | 絶対湿度（空気の質量当り） |
|---|---|---|
| 空気が特に乾燥してインフルエンザが流行しやすい状態。 | 7ｇ／m2以下 | 5.8ｇ／kg（DA)以下 |
| 空気が乾燥してきてインフルエンザが流行してよい状態。 | 11ｇ／m2以下 | 9.2ｇ／kg（DA)以下 |
| 空気が湿っていてインフルエンザの流行はしにくい状況。 | 17ｇ／m2以下 | 14.2ｇ／kg（DA)以下 |
| 空気が大変湿っていてインフルエンザの流行は非常にしにくい状況。 | 17ｇ／m2を超える | 14.2g／kg（DA)を超える |
注）質量当りの絶対湿度を最右欄に追加。
上の表では、絶対湿度が7g/m3以下になるとインフルエンザが流行しやすくなるとされています。なお、ここでの絶対湿度は空気の容積1m3当りの水蒸気量としています。一般的な大気圧で常温の空気の密度は約1.2kg/m3ですので、質量単位の絶対湿度に換算すると上表の通り、5.8ｇ/kg（DA）となります（kg（DA）は乾き空気1kgという意味です）。この5.8g/kg（DA）と前述した東京の1月の平均絶対湿度の値を比べると、1月は全ての日が5.8 g/kg（DA）以下であり、8月は全ての日が5.8 g/kg（DA）を上回っています。
ところで、このような湿度とインフルエンザの流行に関係する要因をより詳細に整理すると以下の要因が係っているようです。
(1) インフルエンザウイルスは低湿度で生存しやすい
(2) 低湿度では空気中のエアロゾルが浮遊しやすく、ウイルスが拡散しやすい
(3) 低湿度により人の気道粘膜の防御機能が低下する
まず、1つ目の要因は低湿度ではウイルスが生存しやすいため、感染が増加するというものです。2つ目は低湿度により物理的に空気中のエアロゾルが沈降しにくく、ウイルスが空気中に浮遊して拡散し人間との接触機会が増えるというものです。そして、3つ目の要因は人間サイドの要因として、低湿度により気道粘膜の防御機能が低下してウイルスに感染しやすくなるというものです。
湿度とウイルスの生存の関係を調べた有名な論文（G. J. Harperによる「空中浮遊微生物（4つのウイルス）による生存試験」）があります。この論文では、温度並びに相対湿度とウイルスの生存率の関連性が分析されました4)。その研究成果を下表にまとめます。この実験は、空気中にウイルスを含む液体を噴霧して、そのエアロゾル中のウイルスの生存率を測定したものです。下表は4つのウイルスのうちインフルエンザのみの結果を示しています。
表-2 気温、相対湿度とインフルエンザウイルスの生存率の関係
| 温度 | 相対湿度 | 試験回数 | 経過時間(hr) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 ※ | 5min. | 30min. | 1hr. | 4hr. | 6hr. | 23hr. | |||
| 7.0-8.0 | 23-25 | 3 | 88 | 87 | 80 | 78 | 68 | 63 | 61 |
| 51 | 3 | 66 | 49 | 75 | 61 | 39 | 42 | 19 | |
| 82 | 3 | 126 | 120 | 71 | 70 | 39 | 35 | 3 | |
| 20.5-24.0 | 20-22 | 5 | 75 | 77 | 65 | 64 | 74 | 66 | 22 |
| 34-36 | 3 | 86 | 93 | 58 | 59 | 66 | 53 | 14 | |
| 50-51 | 3 | 84 | 62 | 49 | 29 | 6·4 | 4·2 | Trace | |
| 64-65 | 3 | 77 | 45 | 29 | 15 | 6·6 | 3·2 | N.D. | |
| 81 | 4 | 67 | 55 | 22 | 13 | 6·4 | 5·0 | Nil | |
| 32 | 20 | 3 | 87 | 70 | 56 | 45 | 18 | 17 | 1·3 |
| 49-50 | 3 | 98 | 45 | 22 | 13 | 2·7 | 0·7 | Nil | |
| 81 | 3 | 91 | 50 | 15 | 6.6 | Trace | Trace | Nil | |
原典注）Trace: 正確なアッセイには少なすぎる量の生存ウイルスを含むサンプル
０※：噴霧後約1秒後、N.D: 未測定、Nil：0
温度と相対湿度別に実験を複数回行い、経過時間を噴霧直後（0：約1秒）、5分、30分、1時間、4時間、6時間、23時間ごとに生存率を調査しています。生存率が100％を超えているのは噴霧後に増加したことを示していると思われます。
その後の研究で、この論文のデータを基にして、相対湿度に代わって絶対湿度とウイルスの生存率との関連性を分析した研究が行われました5)6)。それらの結論は、ウイルスの生存率は相対湿度よりも絶対湿度との関連性が強いとする研究結果でした。そのため、ここではHarperの論文のデータをもとに、横軸を経過時間にし、パラメータを絶対湿度にして、グラフ化した図を示します（温度と相対湿度が範囲で示された場合は、その中間値を取って絶対湿度を算定しています）。下図より絶対湿度が大きいほど、生存率が小さいことがわかると思います。
さらに、絶対湿度を横軸にして経過時間ごとに生存率をプロットしたものが下図です。絶対湿度が10g/kg（DA）以上の場合は、経過時間1時間で生存率が20％未満、6時間では10％未満、23時間ではほとんど0という結果となっています。逆に絶対湿度が1.6g/kg（DA）の場合（表-1で温度7.0-8.0℃、相対湿度23-25％）は、23時間たってもウイルス生存率が60％であり、感染の可能性が高く要注意ということになります。
次に、インフルエンザへの罹患は低湿度で単にウイルスの生存時間が延びるだけでなく、湿度低下が人間の粘膜の機能を低下させることも原因とされています。人間の鼻やのどには、外部から異物が侵入するのを防ぐための粘膜があり、空気が乾燥するとこの粘膜の機能が弱まってしまうようです。厚生労働省のWeb サイト「インフルエンザ総合ページ」では、『空気が乾燥すると、のどや鼻の粘膜の防御機能が低下し、インフルエンザにかかりやすくなります。特に乾燥しやすい室内では、加湿器などを使って適切な湿度（50～60％）を保つことも効果的です』と記載されています7)。
湿度と美容との関連
肌などの美容には表面の水分の状況が大きく関連していると言われています。空気の乾燥により肌の水分が蒸発し、”つや”や”はり”が失われ小じわが発生して、老け顔になるということです。また、肌が乾燥することでバリア機能が失われ、外部からの刺激に弱くなって、かゆみや赤みを引き起こしやすくなるようです。
下図に示すように肌の一番外側に皮脂膜があり、その内側の角質層には角質細胞が並んでおり、その間を「細胞間脂質」と呼ばれる脂質が満たしてうるおいを保っています。皮脂膜はそのうるおいを閉じ込め、外部の刺激から守っています。それが、乾燥すると皮脂膜のすき間から水分が逃げだしバリア機能が失われた状態になり、角質細胞の構造も乱れ、内部の水分も失われます。バリア機能が失われると、紫外線の影響を受けやすくなり、しわやたるみ、シミやそばかすができやすくなるようです8)。
このように、肌の美容には湿度の低下が引き金になり、肌の水分が抜けることで、小じわができやすくなり、さらに紫外線の影響を受けやすくなってしわ、たるみ、シミ、そばかすができ、肌の老化が進行していくことになります。
そのため、化粧品の多くはこの乾燥から肌を守る保湿を目的とした製品がほとんどです。化粧品により保湿を保つことが重要であることは確かですが、室内の乾燥を防ぐ湿度管理も重要と言えます。ただし、室内での肌の保湿を目的とした湿度の適正範囲は、相対湿度60％～65％とされています8)。このような高い湿度を保つことが季節的に難しいこともあるため、直接肌に蒸気をあてる美顔器（美顔スチーマーと言われています）を利用する方が効果的と言えるかもしれません。
湿度の最適な管理目標
それでは、健康や快適性を維持するための最適な湿度の範囲とはどのようなものでしょうか。
湿度に規制がかかっている法律に建築物衛生法（建築物における衛生的環境の確保に関する法律）があります9)。これは、多数の人が利用する大きな建物を特定建築物として、その維持管理について環境衛生上の配慮をする法律です。特定建築物には、学校、集会場、図書館、美術館、店舗、痔事務所、百貨店などであって、延べ床面積が3,000ｍ2以上のものが対象です。
この法律の施行令で建築物環境衛生管理基準として、温度と湿度は以下の規制値が設定されています10)。
空気温度：17～28℃
相対湿度：40～70％
居住空間と上記の特定建築物との間には人の活動量が異なるという点はあるものの、人の健康と快適性の維持という機能的な目的は同一であるため、この値が一つの目安となると思われます。
また、アメリカ暖房冷凍空調学会（ASHRAE：American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）でも室内の湿度レベルを最適な範囲内に保つことが推奨されています11)。ASHRAEの推奨レベルは相対湿度40％から60％です。
ところでASHRAEでは、感染性エアロゾルに関するポジション文書を公表しています。その文書を要約すると以下の通りです（「感染性エアロゾルに関するASHRAEポジション文書」、2020年4月14日）。これは現在流行しているCOVID-19に対しても有効な情報となると思われますので、以下に要約しておきます11)。
| ・感染症の原因となる病原体は、一次宿主から二次宿主へ、いくつかの異なる経路で伝播する。感染性エアロゾルによって伝播する疾患もあれば、伝播経路が不明な疾患もある。 ・病原体が拡散するリスク、したがって曝露される人の数は、空間の気流パターン、暖房・換気・空調（HVAC）および局所排気（LEV）システムによって、プラスにもマイナスにも影響される可能性がある。 ・居住者が感染性エアロゾルにさらされるのを減らすことを目的とした換気関連戦略の主なものは、希釈、気流パターン、加圧、温湿度分布と制御、ろ過、および紫外線殺菌照射などの他の戦略である。 ・HVACシステムは相対湿度を制御するように設計することができるが、すべての気候帯で特定の相対湿度設定値を維持することには実用上の課題がある。 ・科学文献は一般的に相対湿度が40％から60％のときに微生物にとって最も不利な生存率であると報告されている。 ・感染症の減少に関連する中域の湿度レベルを達成するために室内環境に水蒸気を導入するには、加湿器の適切な選択、操作、およびメンテナンスが必要である。 ・冬の寒冷地では、結露やカビの発生につながるサーマルブリッジを防ぐために、建物の断熱を適切に行う必要がある。 ・一次宿主から放出された感染性エアロゾルは急速に収縮して飛沫核となり、これらの休眠状態でありながら感染性を持つ病原体は空気中に浮遊したまま長距離移動し、水分のある二次宿主に出会うと、水分を補給し、感染を拡大させる。 ・多くのウイルスや細菌は無水耐性であり、実際には低相対湿度条件下で生存率が上昇する。 ・免疫生物学者は現在、40％以下の相対湿度が粘膜バリアや免疫系の他のステップを損なうメカニズムを解明している。 |
この文書に示される感染性エアロゾルへの建築設備における対策（加湿、換気などの空調）が、COVID-19を含むウイルス系の感染症を防止することにつながることを示しています。その対策の中心は、換気と温度と湿度の制御をすることです。
そして、感染症の抑制には相対湿度を40％から60％に保つことが有効であるけれども、他の要因も考慮する必要があるため、全気候帯で一律には設定値を示すことはできないとされています。これは、寒冷地での結露等を考慮してのことだと思われますが、前回の報告で示した露点を把握し、上記の湿度範囲となるように適切に管理すれば、健康を維持することに役立つと思われます。
このことから、インフルエンザなどのウイルス対策には屋外ではマスクを着用し、室内では加湿器などで湿度を調整することが行われてきました。室内の快適性を維持するために、加湿器は重要と言えそうです。しかし、前回の報告の通り過大な加湿は結露につながるため、注意が必要です。次回は、加湿器の利用方法や省エネ性能について検討した結果を報告する予定です。
まとめ
今回は家庭の省エネから少し離れて、湿度と健康や美容との関連に関する分析を取りまとめました。
東京の1日平均湿度の推移をみると、冬季の乾燥状態は絶対湿度が5g/kg(DA)以下であり、インフルエンザの感染と関連していること、夏季のじめじめした感覚は絶対湿度15g/kg（DA）以上とよく合致しています。
インフルエンザ等の感染症の流行と湿度の関連を調べた論文によると、絶対湿度が7g/cm3（5.8g/kg(DA)）以下でインフルエンザが流行しやすくなるとされています。これは、(1)インフルエンザウイルスは低湿度で生存しやすい、(2)低湿度で空気中のエアロゾルが浮遊しやすく、ウイルスが拡散しやすい、(3)低湿度により人の気道粘膜の防御機能が低下するということによるものです。
湿度（乾燥）が与える肌の美容に関する影響については、乾燥すると肌の一番外側の皮脂膜のすき間から水分が逃げだしバリア機能が失われた状態になり、内部の水分も失われ、しわなどができやすくなるということです。化粧品の多くが肌の保湿を保つ機能を有しているものであり、乾燥を防ぐことが良い美容につながることになり、室内の湿度コントロールも美容上大変重要と言えます。
日本の建築物環境衛生管理基準として、温度と湿度は以下の規制値（空気温度：17～28℃、相対湿度：40～70％）が設定されています。アメリカ暖房冷凍空調学会（ASHRAE）でも室内の湿度を最適な範囲内（相対湿度40％～60％）に保つことが疫学的に有効とされていますが、すべての気候帯で特定の相対湿度設定値を維持することには実用上の課題があるとしています。
室内の快適性を維持するための湿度コントロールにとって、エアコン（除湿）と加湿器（加湿）は重要と言えそうですが、次回は加湿器の利用方法や省エネ性能について検討した結果を報告する予定です。
<参考文献>
1）気象庁：各種データ・資料、過去の気象データダウンロード
https://www.data.jma.go.jp/gmd/risk/obsdl/
2）庄司眞 ： 日本におけるインフルエンザの流行予測. 地球環境, vol.8,No.2, 165-174, 2003.
3) 財団法人 宮城県地域医療情報センター ホームページ ： 全国インフルエンザ流行予測. http://www.mmic.or.jp/flu/flu-list.php
4）Harper, G. J.: Airborne micro-organisms : survival tests with four viruses. J.Hyg.,Camb.,59,497-486,1961.
5）Jeffrey Sharman, Melvin Kohn: Absolute humidity modulates influenza survival, transmission, and seasonality. PNAS, vol. 106.no. 9, 3243-3248, March 3, 2009
6）倉渕 隆、小笠 原 岳、他：インフルエンザの感染に影響するインフルエンザウィルス生存率と絶対湿度の関係について、空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集、2009.
7）厚生労働省 ホームページ：インフルエンザの基礎知識、
http://www.mhlw.go.jp/bunya/iyakuhin/file/dl/File01.pdf
8）ダイニチ工業株式会社、公式Webサイト、https://www.dainichi-net.co.jp/products/mainichi-plus/33212/
9）1970年法律第20号、建築物における衛生的環境の確保に関する法律、最新改正2017年法律第41号
10）1970年政令第304号、建築物における衛生的環境の確保に関する法律施行令、最新改正2019年政令第183号
11）ASHRAE Position Document on Infectious Aerosols,
https://www.ashrae.org/file%20library/about/position%20documents/pd_infectiousaerosols_2020.pdf