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建築環境における微生物汚染機構の解明
とその対策に関する一連の研究
工学院大学 建築学部 建築学科 教授
柳 宇，D.P.H.,Dr.Eng.
２０１６年日本建築学会賞(論文) 受賞業績２０１６年４月
・空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法
・表面での微生物増殖機構の解明とその評価方法
課題１微生物汚染評価方法の確立
建築環境における微生物汚染機構の解明とその対策に関する一連の研究
課題２建築環境における微生物汚染実態の解明
課題３建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
・空調システム内付着微生物の増殖特性
・諸環境における浮遊微生物汚染の実態の解明
・微生物の室内への侵入の防止
・微生物汚染の除去・微生物増殖の抑制
0100200300400500600700
9:30
10:0
0
10:3
0
11:0
0
11:3
0
12:0
0
12:3
0
13:0
0
13:3
0
14:0
0
14:3
0
15:0
0
15:3
0
16:0
0
MG
[cfu
/m3 ]
010000
200003000040000
5000060000
IMD
[Bio
-par
ticle
/m3 ]MG
IMDE病院r=0.4254n=72p<0.01
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
浮遊粒子に対する捕集率 [%]
浮遊微生物粒子に対する捕集率
[%]
△ 細菌□ 真菌○ 黄色ブドウ球菌
1
2
3
4
5
6
7
0 5 1015202530354045505560
MG
I[-]
経過日数[日]
C. globosumy=7/(1+6exp(-0.24t))
0
20
40
60
80
100
0
200
400
600
800
1000
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
在室
者数
[人]
浮遊
細菌
[cfu
/m3 ]
r=0.9020p<0.02
B病院
0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100
カビ指数
[-]
≧70％累積頻度 [％]
y=0.5711x-17r=0.8646(P<0.05)
クリーニング
細菌，真菌のような微生物に特定波長の紫外線を照射すると，細胞の代謝物，即ち蛍光物質（蛍光を放射する全ての分子の総称，ニコチンジアミドアデニンネクレオチドNADHとリボプラビンなど）を放出する。
レーザー光源
Mie散乱理論
紫外線光源
蛍光測定
演算部
ParticleかBio-particle
レーザー光源
Mie散乱理論
紫外線光源
蛍光測定
演算部
ParticleかBio-particle
第１章 微生物汚染評価方法の確立
リアルタイム微生物計測の原理
１-１空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法浮遊微生物濃度リアルタイム測定法の一般環境への適用
第１章 微生物汚染評価方法の確立
蛍光粒子
0
5
10
15
20
25
30
35
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
10.5
11.5
12.5
13.5
14.5
15.5
濃度
[p/L
]粒径[μm]
発生前
発生後
１-１空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法応答性能に関する基礎実験
標準蛍光粒子を用いたクリーンルーム内での実験結果
第１章 微生物汚染評価方法の確立
１-１空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法浮遊微生物濃度リアルタイム測定法の一般環境への適用
浮遊細菌（MG）と浮遊微生物粒子（IMD）濃度の関係
0200400600800
100012001400
9:30
10:0
0
10:3
0
11:0
0
11:3
0
12:0
0
12:3
0
13:0
0
13:3
0
14:0
0
14:3
0
15:0
0
15:3
0
16:0
0
MG
[cfu
/m3 ]
020000400006000080000100000120000140000160000
IMD
[ｂio
-par
ticle
/m3 ]
MGIMD
A病院r=0.6148n=72p<0.01
0100200300400500600700
9:30
10:0
0
10:3
0
11:0
0
11:3
0
12:0
0
12:3
0
13:0
0
13:3
0
14:0
0
14:3
0
15:0
0
15:3
0
16:0
0
MG
[cfu
/m3 ]
010000
200003000040000
5000060000
IMD
[Bio
-par
ticle
/m3 ]MG
IMDE病院r=0.4254n=72p<0.01
0
200
400
600
800
1,000
9:30
10:0
010
:30
11:0
011
:30
12:0
012
:30
13:0
013
:30
14:0
014
:30
15:0
015
:30
16:0
016
:30
17:0
0
MG
[cfu
/m3 ]
020,00040,00060,00080,000100,000120,000140,000
IMD
[bio
-par
ticle
/m3 ]MG
IMDr=0.5926p<0.01n=94
0100200300400500600700800
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
MG
[cfu
/m3 ]
0
100,000
200,000300,000
400,000
500,000
600,000
IMD
[Bio
-par
ticle
/m3 ]MG
IMDr=0.5999n=122p<0.01
Ａ病院待合室 Ｅ病院待合室
オフィス 住宅
１-１空中微生物粒子の挙動の解明とその評価方法飛散した微生物粒子粒度分布の解明
微生物空中での状態 Wallemia sebiの写真と粒度分布
単体
凝縮体
複合体
微生物非生物粒子
0
20
40
60
80
100
0.1 1 10
浮遊
胞子
濃度
[cfu
/14L]
粒径 [μm]
0
100
200
300
400
500
0.1 1 10
⊿N
/⊿
logd
p [c
fu/m
3]
dp ［μm]
第１章 微生物汚染評価方法の確立
１-２ 表面での微生物増殖機構の解明とその評価方法
【培養 6日後】 菌糸が確認
できる
【培養 8 日後】 胞子が確認
できる（MMI=3） 【培養 10 日後】 胞子が増え
ている
【培養 16 日後】 胞子の色付
きが確認できる（MMI=5） 【培養 20 日後】 色付きのあ
る 胞 子 が 増 え て い る
【培養 32 日後】 色付き胞
子 が 成 長 し て い る
（MMI=7）
x＝1＋6e-
bt
7 ｘ:カビ増殖指数［-］ｂ：比例係数（カビの増殖速度に対応したもので，カビの種類に
よって異なる）［-］ｔ：経過時間［日］
1 顕微鏡にて菌糸が確認されない
2 顕微鏡にて菌糸が確認できる
3 顕微鏡にて胞子が確認できる
4 顕微鏡にて胞子の増殖が確認できる
5 顕微鏡にて胞子の色付きが確認できる
6顕微鏡にて色付きのある胞子の増殖が確認できる
7顕微鏡にて色付きの胞子が旺盛に増殖していること（かび胞子が大きく成長する）
かび増殖指数の提案
第１章 微生物汚染評価方法の確立
１-２ 表面での微生物増殖機構の解明とその評価方法
カビ増殖指数の経日変化
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
経過日数[日]
MM
I[-]
C. cladsporioidesy=7/(1+6exp(-0.18t))r=0.9710p ＜ 0.01
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
経過日数[日]
MM
I[-]
P. pinophilumy=7/(1+6exp( - 0.18t))r=0.9891P<0.01
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
経過日数[日]
MM
I[-]
A. nigery ＝ 7/(1+6exp( - 0.24t))r＝ 0.9666P<0.01
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
経過日数[日]
MG
I[-]
C. globosumy=7/(1+6exp(-0.24t))r=0.9871p ＜ 0.01
かび増殖指数の経日変化実測値と予測値の比較
第１章 微生物汚染評価方法の確立
第２章 建築環境における微生物汚染実態の解明
２-１空調システム内付着微生物の増殖特性
室内浮遊微生物濃度に与える空調設備の影響に関する検討
用途 オフィスビル
規模 地下2階，地上10階延床面積：7,000m2
竣工年 1990年熱源 電気熱源ヒートポンプ
空調方式 冷媒式天井埋め込み型パッケージ
加湿方式 気化式加湿器（外調機に組み込み式）
加湿量 2Fと4F：1.0kg/h×11台
10F：1.0kg/h×9台
換気方式 外調機（取入れ口：屋上
屋外機
OA EA
外調機
室内機
加湿器
測定対象ビルの建築・設備概要 室内機
エアサンプラ
ビニルシート
テープ留め
空調方式 測定方法
加湿器エレメント表面付着細菌（左）と真菌（右）
0
100
200
300
400
OFF ON1 ON2 ON3浮遊
細菌
・真
菌濃
度 [C
FU/m
3 ]
細菌
真菌
空調機運転前と直後の給気中浮遊微生物濃度の変化
第２章 建築環境における微生物汚染実態の解明
２-１空調システム内付着微生物の増殖特性
空調システム内での微生物の増殖に与える温湿度の影響
ダクト内フィルタ上流
吹出口 コイル下流
2日後
1週間後
2週間後
2日後
1週間後
2週間後
コイル下流 ダクト内
センサー菌Eurotium Herbariorumの生育様子
第２章 建築環境における微生物汚染実態の解明
２-１空調システム内付着微生物の増殖特性
空調システム内での微生物の増殖に与える温湿度の影響
給気
外気
第２章 建築環境における微生物汚染実態の解明
２-１空調システム内付着微生物の増殖特性
空調システム内での微生物の増殖に与える温湿度の影響
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100相対湿度 [％]
累積
頻度
[％
]
ビルO_②ビルO_③ビルM_②ビルK_④ビルE_④
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100相対湿度 [％]
累積
頻度
[％
]
ビルO_①
ビルO_④
ビルT_①
ビルT_②
ビルT_④
ビルM_①
ビルM_④
ビルY_①
ビルY_②
ビルY_④
ビルZ_①
ビルZ_④
ビルD_④
0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100
カビ
指数
[-]
≧70％累積頻度 [％]
y=0.5711x-17r=0.8646(P<0.05)N=6
カビ指数と相対湿度累積頻度の関係
カビの生育が認められた箇所の相対湿度
カビの生育が認められなかったた箇所の相対湿度
第２章 建築環境における微生物汚染実態の解明
２-２ 諸環境における室内浮遊微生物汚染の実態の解明
0
200
400
600
800
1000
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
20
40
60
80
100
在室
者数
[人]
r=0.9020p<0.02
B病院
0
200
400
600
800
1000
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
10
20
30
40
50
在室
者数
[人]
r=0.8590p<0.05
J病院
0
300
600
900
1200
1500
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
6
12
18
24
30
在室
者数
[人]
細菌
在室者数
r=0.9696p<0.01
D病院
0
200
400
600
800
1000
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
4
8
12
16
20
在室
者数
[人]
K病院
0
200
400
600
800
1000
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
3
6
9
12
15
在室
者数
[人]
L病院
0
400
800
1200
1600
2000
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
12
24
36
48
60
在室
者数
[人]
r=0.8076p<0.10
M病院
0
300
600
900
1200
1500
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
20
40
60
80
100
在室
者数
[人]
r=0.8591p<0.05
N病院
0
200
400
600
800
1000
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
10
20
30
40
50
在室
者数
[人]
O病院
0
200
400
600
800
1000
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
浮遊
細菌
[cfu
/m
3]
0
15
30
45
60
75
在室
者数
[人]
P病院
病院待合室内浮遊細菌濃度と在室者数の関係
第２章 建築環境における微生物汚染実態の解明
社会福祉施設で検出された日和見病原菌等の病原性菌
施設名 時期 時間帯 Genus デイルーム 居室
Corynebacterium sp. 検出されず C. xerosisS. haemolyticus，S. hominisS. epidermidis
Acinetobacter sp. 検出されず A. baumanniiStaphylococcus sp. S.hominis S. saprophyticusBacillus sp. 検出されず B. cereus*Serratia sp. S. marcescens* 検出されずStaphylococcus sp. S.hominis 検出されずAcinetobacter sp. 検出されず A. calcoaceticusAerococcus sp. A.viridians 検出されずCorynebacterium sp. C.freneyi 検出されずStaphylococcus sp. S. hominis，S. capitis S. epidermidis，S. haemolyticus
AM Staphylococcus sp. S. saprophyticus S. aureus*，S. hominisBacillus sp. B. cereus* 検出されずStaphylococcus sp. S. hominis，S. epidermidis S. hominis
冬季 － Staphylococcus sp. S.hominis，S. haemolyticus S. hominis，S. epidermidisBacillus sp. B. cereus* 検出されずStenotrophomonas sp. S. maltophilia S. maltophiliaBacillus sp. B. cereus* B. cereus*
S. capitis，S. S. hominisS. haemolyticusS. epidermidis，S. hominis
冬季 － Staphylococcus sp. S. hominis 検出されずAM Staphylococcus sp. 検出されず S. saprophyticusPM 検出されず 検出されず
検出されず
TO
夏季
AM
PM
冬季 －
TM 冬季 － Staphylococcus sp.
KT 夏季 PM
KI 夏季
AM
PM Staphylococcus sp.
HF 夏季
２-２ 諸環境における室内浮遊微生物汚染の実態の解明
第２章 建築環境における微生物汚染実態の解明
オフィスビルにおける浮遊微生物濃度の特性
050
100150200250
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
細菌
「cf
u/m
3 ]
01020304050
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
室内吹出口外気
0306090
120150
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
0200400600800
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
真菌
[cfu
/m3 ]
01020304050
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
01020304050
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
0369
1215
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
在室
者数
[人]
0369
1215
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
05
10152025
7:00
9:00
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
Mビル，冷房期 Mビル，暖房期 Oビル，冷房期
２-２ 諸環境における室内浮遊微生物汚染の実態の解明
第３章建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
３-１微生物の室内への侵入の防止－エアフィルタによる浮遊微生物粒子除去性能の実証
浮遊粒子に対する捕集率 浮遊粒子と浮遊微生物の捕集率の関係
0
20
40
60
80
100
0.1 1 10粒径 [μm]
捕集
率 [%
]
Aビル
Bビル
Cビル
Dビル0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
浮遊粒子に対する捕集率 [%]
浮遊微生物粒子に対する捕集率
[%]
△ 細菌□ 真菌○ 黄色ブドウ球菌
Aビル：y=19.9*Ln(x)+58.8，r=0.978(p<0.010)Bビル：y=19.1*Ln(x)+72.4，r=0.905(p<0.020)Cビル：y=24.1*Ln(x)+29.5，r=0.986(p<0.010)Dビル：y=18.2*Ln(x)+77.8，r=0.931(p<0.010)
細菌：y=0.98x，r=0.925(p<0.100)真菌： y=1.01x，r=0.912(p<0.100)黄色ブドウ球菌：y=0.95x，r=0.958(p<0.050)
３-２微生物汚染の除去－ダクトと空調機クリーニング効果の検証
清掃状態 総真菌数 Aspergillus Penicillium
ダクト内下面 清掃前 4.6×102 2.0×10 7.6×10
清掃後 ＜20 ＜20 ＜20
ダクト内側面 清掃前 2.2×102 2.0×102 ＜20
清掃後 ＜20 ＜20 ＜20
ダクト内上面 清掃前 6.0×10 4.0×10 ＜20
清掃後 ＜20 ＜20 ＜20
清掃前後のダクト内真菌数[cfu/100cm2]
ドレンパン清浄前（左）と洗浄後（右）
ドレンパン清浄前（左）と洗浄後（右）-真菌
ドレンパン清浄前（左）と洗浄後（右）-細菌
第３章建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
３-３微生物増殖の抑制－抗菌・殺菌に関する検討
対象機コイルフィン
1
10
100
1,000
10,000
100,000
1,000,000
10,000,000
0 1 2 3 4 5経過時間（h）
菌数
（C
FU/5
0cm2 )
対象機
比較機
5時間：殺菌
3時間：抗菌性能がある
［API＝log(A1/A2）ーlog（B1/B2）
＝log（516000/11000）－log（416000/538000）
＝2 ]
外気フィルタ
混合箱
プレーフィルタ
中性能フィルタ
冷温水コイル
加湿器
送風機
給気外気
還気 ①
② ⑤
③ ④
外気フィルタ
混合箱
プレーフィルタ
中性能フィルタ
冷温水コイル
加湿器
送風機
給気外気
還気 ①
② ⑤
③ ④
抗菌（表面付着菌）
第３章建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
３-３微生物増殖の抑制－抗菌・殺菌に関する検討
オゾンによる殺菌（表面付着菌）
95
96
97
98
99
100
① ② ③ ④
実験条件
死滅
率[％
]
実験条件① 0.5ppm×240min② 1ppm×120min③ 2ppm×60min④ 6ppm×20min
0.01
0.1
1
10
100
0 1 2 3 4 5経過時間[hr]
生存
率[％
]
O3濃度：10ｐｐｍ
□ A.niger y=100e-0.5139
● C.cladosporioides y=100e-0.7099
○ P.pinophilum y=100e-0.1656
同暴露強度の殺菌効果の比較（大腸菌）
カビに対するオゾンの殺菌効果
第３章建築環境における微生物汚染の対策方法の検討
本業績の主要な部分は国立保健医療科学院時代に開始し、その後継続的に行ってきたものです。本業績の候補論文の共著者池田耕一先生、鍵直樹先生、大澤元毅先生などの方々に厚く御礼申し上げます。
特に本業績の一部は東京大学学位論文の内容であり、主査の加藤信介先生から多くの示唆をいただきました。ここに厚く御礼申し上げます。
最後に研究の扉を開いていただいた入江建久先生、この１０年間の共同研究で、たくさんのことを学ばせていただいた吉野博先生、学会関係者に深く感謝申し上げます。
大変名誉のある賞をいただき、身に余る光栄です。これを励みに今後より一層努力する所存です。
ありがとうございました！
謝 辞
