マジで寒い!?冬のトヨタホーム|室内の温度環境をRaspberryPiで測定してみた

temperature-environment Raspberry Pi
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今回は、トヨタホームの冬は、どれだけ寒いのか室内の温度環境を測定してみた検証記事になります。

マイホームを建てる時に、木造にするか鉄骨にするか、1つ大きな選択肢があります。そしてよく言われるのが、鉄骨のお家は地震に強いけど夏暑くて冬寒い、逆に木造のお家は温度変化に強いけど、耐震性は少し劣る、という話。木と鉄のイメージと話の内容が一致するので、なんとなく納得ができます。

冬寒いのは困る。でも実際、どんだけ寒いんやろ?って思わないですか?僕の営業担当は「最近のお家は、断熱材がしっかり入ってるし、窓もペアガラスなので、鉄骨でも全然暖かいっスよ」って言ってました。でも、寒いとか暖かいって、人によって感じ方が違うから、言葉だけじゃ全然あてにならないですよね。

ちなみに僕は、実家が同じ地方で大和ハウスの鉄骨造でしたが冬寒さむくて嫌な思いをした経験がなかったので、鉄骨の家が冬寒くないか心配しおらず、家を建てるときに断熱性や日照取得など、お家の熱設計に関して全く考えていませんでした。でも最近、お家の熱設計をちゃんと考えられている方のお家ブログを見ていると、なんだかトヨタホームが寒いような気がしてきました。

いや、だから寒いような気がするって言われても言葉じゃ分からないので、実際、冬のトヨタホームの室内環境がどれくらいの温度になっているのか、我が家の書斎とリビングで1日の温度変化をモニタしてみたので紹介させて頂きます。

トヨタホームの冬って本当に寒いの?って気になってる方に、実際の室内環境がどんな感じか参考して頂ければと思います。

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Raspberry Pi を使った測温

今回、トヨタホームはマジで寒いのか!?を検証するというテーマと並んで、僕の中でRaspberry Piを使って温度を測定してみるという裏テーマがあります。

そこで、まずRaspberry Piとはなんぞや!?を紹介させて頂きます。「いや、そんなことえぇから、寒いのかどうか、早く教えてよ」って方は、この項目は読み飛ばして次の項目から読み始めちゃって下さい。

Raspberry-Pi_01

では早速、Raspberry Piについて紹介していきます。この写真に写っている電子基板がRaspberry Pi(ラズベリーパイ)になります。

これが何かというとパソコンになります。基板中央に載っている銀色の正方形がCPU、その隣の黒い長方形がメモリ、僕が持っている部分は、LANケーブルを接続するRJ45コネクタとUSB Type-Aのコネクタ×4になります。基板の上の方についている銀色の部分が、右から電源供給用のUSB Type-Cコネクタ、真ん中と左がMicroHDMI端子です。またHDDの代わりに裏側にmicroSDカードを搭載しています。

スペックはこんな感じ

CUP Broadcom BCM2711 64-bit クアッドコア1.5GHz
メモリ 2GB,4GB,8GB (モデルによって選択)
USB USB3.0 Type-A ×2
USB2.0 Type-A ×2
通信 有線LAN:1000BASE-T
無線LAN(Wi-Fi):IEEE802.11b,g,n,ac
Bluetooth 5.0
映像 MicroHDMI ×2(デュアルディスプレイ対応)
サイズ 85(W)×56(D)×17(H) mm
約47g

そこそこなスペックのパソコンでしょ

OSはRaspberry Pi OSと言うLinuxベースに開発されているOSが基本の公式OSです。また、これ以外にも色々なOSがあるようです。

元々は、イギリスのRaspberryPi財団が学校のプログラミング教育用に開発したキットです。最近では教育用途だけではなく、産業用のIoTデバイスや組み込み機器に搭載されたりしていて、例えばハウス内の温度をモニタして換気扇をコントロールしたり、土の乾燥状態をモニタしてスプリンクラーの制御をしたり、IoTを活用したスマート農業なんかにも使われています。

またRaspberry Piは、価格が安いモデルだと3,000円くらいから、高性能なモデルでも高くて7,000円と手頃な値段で手に入るので、趣味として電子工作などに使われたりすることも多いようです。ちなみにRaspberry Pi OSには、プログラミング環境以外に、Webブラウザやテキストエディタ、Officeと同様のアプリも入っているので普通のパソコンとしても使えます。ネットサーフィンやYoutube見たりもストレスなくできたりまします。

Raspberry-Pi_02

小型で安いパソコンということ以外に、もうひとつRaspberry Piの特徴的な部分がGPIOの機能になります。普通のパソコンでプログラミングして作るソフトってゲームだったり、パソコンで実施する事務作業を自動化するツールなど、パソコンの中で完結するプログラムがほとんどだと思います。これに対してRaspberry Piで動作するプログラムは、GPIOの機能を使ってパソコンの中のプログラムを現実世界とつなげることができます。

はぁ!?なに未来的なこと言ってるの?と思われてるかもしれないので、もう少し具体的な話をすると、さきほど紹介したスマート農業だと、温度センサをGPIOに接続してRaspberry Piがハウス内の温度を監視、ある温度を超えるとGPIOピンからモータを駆動して換気扇を回すなんてことができます。GPIOは、General Purpose Input/Outputの略で汎用入出力ポートと言ったりもします。上の写真で基板の上の方に付いている黒いピンヘッダがGPIOの端子で、基板上でCPUと接続していて、CPUから0-5Vのデジタル信号を出力したり、外部のセンサから信号を入力したりできます。

今回、Ruspberry Piを使うのが初めてで、プログラミングも素人ということで、簡単にできそうな温度測定とデータのロギングを実施してみました。温度を記録するだけならswitchbotを使った方が安くて簡単にできると思いますが、これから発展させて色々なことをしてみたいと思うので、最初の1回目は、ショボいシステムですがご容赦下さい。

測温に使用したセンサは「DHT22」と言う中華製のセンサで、Amazonで700円くらいでした。

Raspberry-Pi_03

センサはこんな感じです。測温範囲は -40~+80℃ 精度:±0.5℃、湿度も測定でき測定範囲は 0~99.9%RH・精度:±2% RH(@25℃)といったセンサになります。

これをRaspberry Piに接続して、温度と湿度をモニタ、30秒毎にデータを収集してテキストファイルに記録していくプログラムにしました。プログラムはPythonという言語で書いていますが、ネットに参考になるプログラムがたくさん落ちているので、書いたと言うよりコピペで作った感じです。DHT22とのインターフェイスがSPIやUARTとかではなく、ユニークなデジタル通信だったので、自分で作るとなるとかなり大変そうでしたが、これも温度と湿度を読み取るモジュールがネットにあったので利用させて頂きました。

Raspberry-Pi_04

実際にRaspberry PiにDHT22を接続するとこんな感じです。さきほど紹介したときは、剥き出しの基板でしたが、今回、初めてRaspberry Piを使うので、ケースやCPU冷却用のファン、電源ケーブルとHDMIケーブルがセットになったスターターキットを購入して使用していて、組み立てるとこんな感じになります。

実際に購入したのは、LABISTSのスタータキットでこちらになります。
僕が読んだ書籍には、Amazonで買うと輸入業者にマージン取られて少し高いので、ちゃんとした代理店のを買った方が良いよって書いてありましたが、たまたまタイムセールをしていて、他の代理店と比べても高くなかったので、Amazonで購入しました。

あと、とっかかりの勉強に使用したのが、こちらの書籍になります。
口のみの評判がよかったので、この書籍にしました。
初心者でも最初から最後まで読めば、Raspberry Pi と Python で簡単な電子工作ができるようになります。

書斎の温度環境

それではトヨタホームの屋内温度測定、1箇所目の書斎を紹介していきます。

何で1つ目が書斎?かと言うと、書斎は我が家の中で2階北西の角に位置していて、恐らく1番温度が上がりにくい場所=悪い環境だと思うので、最初に書斎の温度測定をしてみました。あと最近、在宅勤務が増えて週に4日は書斎にこもって仕事をしているので、いま一番過ごす時間が長い場所というのもあり環境測定しています。

Raspberry-Pi_06

測定位置はこんな感じで、仕事をしているデスクの横に温度センサを設置して測温しました。

□測温条件

日時 11/30 19:00 ~ 12/1 19:00 
天気 晴れ
最低気温 1.4℃
最高気温 14.5℃
暖房 なし
換気 第1種換気

□測温結果

Raspberry-Pi_05

室内最低温度 14.5℃ (7:37)
室内最高温度 19.1℃ (18:09)
室内平均温度 (8:30~12:00) 15.7℃
室内平均温度 (12:00~18:00) 18.3℃
室内平均湿度 60.6%

どうですか、この結果?ちょっと寒くないですか?冬場快適に過ごせる室内の温度が18℃~22℃と言われているので、午後はまぁ良いとしても午前中は寒いですよね。

日照があまり得られない北西の角部屋で、暖房をつけなければ、こんなもんですかね?でもよく考えてみると、室内の最高温度と最低温度の差は4.6℃しかないので、これってかなり断熱ができている気がします。よく断熱性の高い家を魔法瓶のような家と表現することがありますが、夏場、子供が学校に行くときに魔法瓶の水筒にお茶を入れて持たせますが、帰ってきたときのお茶の温度は4.6℃以上変化していると思うので、トヨタホームの家の断熱性はもしかしたら魔法瓶以上かもしれません。

↑↑↑なるほどと思った方、だまされてますよ。断熱性(熱抵抗)は、温度差に対してどれだけ熱を通さないかなので、5℃のお茶が入った魔法瓶を30℃の炎天下に置いているのと、20℃の室温で外気温が5℃の条件では、水筒の方が温度差が10℃も不利な条件です。また水の方が空気より熱伝導率が高く温度変化が早いので、同じ温度差で比較しても早く温度が変化します。こんな感じで一見もっともらしい表現でミスリードを誘うような営業トークなんかがあるので気を付けてくださいね。

とは言え、朝の外気温が2~3℃なのに対して、無暖房で室内の温度が14.5℃までしか下がらないのだったら十分、断熱できている気がします。

あと大事なのは、中に住んでる人が快適に感じられているかどうかです。ちなみにこの環境で1日仕事をしている僕の感想は寒いです。っておい!!寒いんだったら暖房つければいいじゃん?と思いますが、正確に言うと「寒いとは感じるが寒いのが嫌いじゃない」って言うのが僕の感覚です。上着きてスリッパ履いていれば、全然苦にならず1日パソコンの前で仕事をしていられます。暑いのは苦手で、すぐにエアコンを入れますが、寒いのは嫌じゃないので、もしかすると1回も暖房を入れずに冬を乗り越えるかのもしれません。ってこんな感じで、人によって暑いとか寒いの感じ方は全然違うので、誰かが○○の家は寒いとか暖かいとか言っていってもそれだけじゃよく分からなくて、ちゃんと温度が何度くらいになっているか確認して、それが自分にとって寒いとが感じるか考えないといけないですね。

リビングの温度環境

続いてはリビングの温度環境を紹介します。

先ほどの書斎は北西角部屋、無暖房とちょっと参考にしにくい情報だったかもしれませんが、リビングは家族が1番過ごす時間が長い場所で、朝と夕方暖房も稼働しているので、一般的なトヨタホームの生活空間の温度といってもいいんじゃないかと思います。

Raspberry-Pi_07

測定位置はこんな感じで、リビングの壁面本棚に温度センサは設置しました。高さは1mくらいの位置です。

□測温条件

日時 12/3 19:00 ~ 12/4 19:00 
天気 晴れ
最低気温 2.2℃
最高気温 15.2℃
暖房 5:00~8:30:22℃
16:30~20:30:22℃
上記以外の時間:17℃
換気 第1種換気

□測温結果
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室内最低温度 16.9℃ (4:56)
室内最高温度 22.7℃ (17:36)
室内平均温度 (6:00~21:00) 20.9℃
室内平均温度 (21:00~6:00) 18.8℃
室内平均湿度 52.9%

リビングは、暖房が稼働していることもあって、めちゃくちゃ快適ですね。昼間20℃を超えているので、こっちの部屋で仕事をすれば良いのにって感じです。

我が家の暖房はスマートエアーズ(全館空調)なので、ON/OFFはせずに1日中稼働しています。またスマートエアーズは、時間帯を4つに区切って温度設定を変更することができるので、リビングで過ごす朝と夕方の時間は22℃の温度設定、人がいない昼と夜の時間帯は、電気代節約の為、暖房時に設定可能な最低温度の17℃に設定しています。
ちなみに、トヨタホームの全館空調は、1階と2階が別ユニットになっていて、それぞれON/OFFや温度設定をすることができるので、今のところ1階のユニットだけ稼働させています。

朝1番早く起きるのは娘と僕で6:00に起床します。その為、1時間前の5:00から暖房の温度を22℃に変更していますが、この温度変化のグラフを見るとちょうど良い設定ですね。6:00のタイミングで20℃を超えて朝の活動時間帯は22℃~23℃くらになっています。その後、家族全員が通学,通園,出勤していなくなった8:30に設定温度が17℃に切り替わるので室内の温度も低下しますが、日照のおかげで夕方くらいまで、暖房は効いていないですが室温は20℃くらいをキープしています。そして子供たちが帰ってくる16:30から暖房の温度が22℃に変更になり室温が上昇、子供たちが就寝する21:00まで22℃くらいの室温をキープしています。

今回、リビングの温度を測定していますが我が家は全館空調なので、洗面所や廊下,玄関も同じ温度です。実際は、洗面所と廊下の方が空間が狭い分、暖房が良く効くのでなんかもったいない気がします。

書斎とは打って変わって、リビングはかなり快適な温度になっています。実際生活していても寒いと感じることは・・・ないって言おうと思いますが、よく考えると床が冷たく感じることがあります。カーペットを敷けば良いのかもしれませんが、カーペットが好きじゃないのでフローリングのまま生活しています。なのでフローリングに寝転ぶと少しヒヤッとします。全館空調と床暖房の両方を導入したら最高だったかもしれませんが、ちょっと贅沢ですかね。床が冷たく感じるのは、床下の断熱性が低いから熱が逃げている可能性もありますが、空気よりもフローリングの熱伝導率が高いので肌が触れると熱が奪われて冷たく感じるというのもあると思います。夏でもフローリングは冷たく感じるので、恐らく後者が主要因で、床下の断熱材を強化しても改善できないと思うので、これが嫌だったら床暖房をいれるしかなさそうですね。まぁとにかく床に寝なければ、寒さを感じることもなくとても快適です。

まとめ

今回、トヨタホームの家は寒いのか!?と言うテーマで検証をしてみました。
書斎とリビングの測温結果から結論を導くと『暖房をつければ暖かく、無暖房だと寒い』って当たり前の結論なのかなぁと思います。

暖房をつければ普通に暖かいので寒いのが苦手ならトヨタホームはやめておいた方が良いってことはないと思います。だたトヨタホームが展開している地域を見ると、東北や北陸では販売していないので、やはり木造のお家と比べると断熱性は劣るんだろうと思います。

またスマートエアーズ(全館空調)を稼働していれば、お家の中はとても快適ですが、電気代はそれなりにかかります。僕の住んでいる地域では、今のトヨタホームの断熱性能でもスマートエアーズで室内を十分快適な温度に保てるので不満はないですが、断熱性がもっと高ければスマートエアーズが仕事をする量(消費電力)が減り電気代は安くなるはずです。お金の損得勘定だけで考えると断熱に対する投資と電気代の低減額、どちらが得なのかって話になりますが、CO2排出量削減(環境への影響度)の観点からは断熱性が高いに越したことはないとも思います。

と言うことで、次回はトヨタホームのお家がどれくらいの断熱性能があるかについて紹介したいと思いますので楽しみにしていて下さい。

また、Raspberry Pi を使った室内環境の測定についても、もう少し発展させて色々なデータを測定し情報発信していきたいと思いますので、こちらも楽しみにしていて下さい。

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