冷暖房の効率を高めるために「断熱が大切」と言われますが、住宅のすべての場所に同じ方法を使えばよいわけではありません。窓、外壁、屋根、床では熱の通り方や施工条件が違い、夏には温度差による熱移動だけでなく、窓から入る日射も大きな負荷になります。
なぜ冷暖房の断熱は、窓・外壁・屋根・床で方法が違い、夏は日射遮蔽も必要なのでしょうか。結論からいうと、部位ごとに熱の出入り方が異なるためです。窓ではガラスやサッシを通る熱と日射、外壁・屋根・床では材料を通る熱、すき間では空気の出入りが問題になります。熱の経路に合った方法を使い分けることが重要です。
断熱は「熱が通る経路」を減らす対策
住宅では、室内外に温度差があると、窓・壁・屋根・床などを通じて熱が移動します。
冬は室内の熱が外へ逃げ、夏は外の熱が室内へ入ります。断熱は、この温度差による熱移動を小さくするための対策です。
ただし、窓と外壁では材料構成が大きく違うため、効果的な方法も異なります。
窓は、住宅の中でも熱が出入りしやすい部位
窓は、断熱材を入れた外壁よりも一般に熱が通りやすい部位です。
ガラスが薄く、サッシ部分にも熱が流れるため、冬は室内の熱が逃げやすく、夏は外気や日射の影響を受けやすくなります。
そのため、窓の性能改善は冷暖房負荷を減らすうえで重要です。
窓では、複層ガラスやLow-Eガラスを使う
複層ガラスは、2枚以上のガラスの間に空気層やガス層を設け、ガラス間の熱移動を小さくします。
Low-Eガラスは、低放射膜によって赤外線による熱移動を抑えます。
米国エネルギー省も、複層ガラスやLow-Eコーティングを窓の断熱性能向上に有効な技術として紹介しています。
内窓は、既存窓との間に新しい空気層をつくる
既存の窓の内側へもう一つ窓を設ける内窓は、窓を二重化する方法です。
既存窓との間に空気層ができるため、熱が通りにくくなり、窓表面の温度も室温へ近づきやすくなります。
既存住宅の改修で、外壁全体を工事するより取り組みやすい場合があります。
サッシの材質も窓の断熱性能へ影響する
窓の性能はガラスだけで決まりません。
アルミは熱を伝えやすいため、サッシ部分から熱が出入りしやすくなります。樹脂や木材はアルミより熱を伝えにくく、断熱性を高めやすい材料です。
窓を比較するときは、ガラスだけでなく窓全体の熱貫流率を見ることが重要です。
外壁では、断熱材を連続して入れることが重要
外壁では、柱や間柱の間へ断熱材を入れる充填断熱や、建物の外側を断熱材で覆う外張り断熱などがあります。
どちらも目的は、壁を通る熱を減らすことです。
重要なのは、断熱材がすき間なく連続し、つぶれたり欠損したりしていないことです。
充填断熱は、壁の内部空間を利用する
充填断熱は、柱などの構造材の間へ断熱材を入れる方法です。
壁厚の中を利用できるため、住宅で広く使われています。
一方で、柱や梁など断熱材が入らない部分は熱橋になりやすいため、建物全体としての断熱性能を見る必要があります。
外張り断熱は、構造体の外側を覆う
外張り断熱は、柱や梁を含めて建物の外側を断熱材で包む方法です。
構造材による熱橋を小さくしやすいという特徴があります。
ただし、外装材との納まり、断熱材の厚さ、施工方法などを適切に設計する必要があります。
屋根や天井は、夏の日射熱を受けやすい
屋根は夏の日射を直接受け、表面温度が大きく上がることがあります。
その熱が屋根裏や天井を通じて室内へ伝わるため、屋根・天井の断熱は夏の冷房負荷を減らすうえでも重要です。
屋根断熱では屋根面に近い位置へ断熱材を設け、天井断熱では最上階の天井面に断熱材を設けます。
屋根断熱と天井断熱では、断熱する範囲が違う
屋根断熱では、屋根裏空間も室内側の温熱環境へ近づきやすくなります。
天井断熱では、天井より上の小屋裏を外気側として扱い、生活空間だけを断熱します。
どちらが適するかは、建物構造、屋根裏の用途、設備配管の位置などで変わります。
床では、地面や床下からの熱移動を減らす
冬は床表面が冷たいと、室温が同じでも寒く感じやすくなります。
床断熱では、床下側に断熱材を設け、床を通じた熱損失を減らします。
基礎断熱では、基礎の立ち上がりや外周部などを断熱し、床下空間を室内側に近い温熱領域として扱います。
床断熱と基礎断熱では、床下空間の扱いが違う
床断熱では、床下を外気側として扱うのが基本です。
基礎断熱では、基礎部分で外部との熱移動を抑え、床下空間も断熱された領域へ含めます。
防湿・換気・シロアリ対策などの設計条件も異なるため、断熱方法だけで単純比較できません。
夏は「断熱」だけでなく「日射遮蔽」が必要
夏の窓では、外気との温度差による熱だけでなく、太陽からの日射熱が直接入ります。
断熱性能が高い窓でも、強い日射が入れば室内の冷房負荷は増えます。
そのため、夏は断熱に加えて、日射そのものを室内へ入れない対策が重要です。
外側の日射遮蔽は、室内へ入る前に熱を減らせる
庇、外付けブラインド、すだれ、シェードなどは、日射がガラスへ入る前に遮ります。
室内カーテンでも日射を減らせますが、ガラスを通過した後に遮るため、熱の一部はすでに室内側へ入っています。
そのため、夏の日射対策では外側で遮る方法が効果的な場合があります。
冬は、日射を取り込むことが暖房負荷低減につながる場合がある
冬の晴天時には、南向きの窓などから日射を取り込むことで室温上昇に利用できる場合があります。
そのため、夏と冬で同じ日射遮蔽状態が最適とは限りません。
庇や可動式ブラインドなど、季節で日射取得量を調整できる方法があります。
気密対策は、断熱とは役割が違う
断熱は材料を通る熱移動を減らす対策です。
気密は、建物のすき間から空気が出入りするのを減らす対策です。
断熱性能が高くても、すき間風が多ければ冷暖房した空気が失われます。断熱と気密は別の性能ですが、冷暖房効率を高めるには両方が重要です。
気密を高めても、必要な換気は確保する
不要なすき間風を減らすことと、計画換気を止めることは別です。
気密性の高い住宅では、換気設備によって必要な外気量を計画的に確保します。
米国エネルギー省も、断熱とエアシーリングを組み合わせつつ、適切な換気を確保することの重要性を示しています。
改修では、効果が大きい部位から優先する考え方もある
既存住宅で一度にすべての断熱改修を行えない場合は、熱損失や日射取得が大きい部位から対策する方法があります。
窓の性能が低い住宅では窓改修の効果が大きい場合があり、最上階で夏の暑さが強い住宅では屋根・天井の断熱が重要になることがあります。
どの部位を優先すべきかは、住宅の構造、築年数、窓面積、方位、地域の気候によって変わります。
部位別の断熱方法を比較するときのポイント
- 窓はガラス・サッシ・内窓などで熱貫流を減らす
- 外壁は断熱材を連続させ、熱橋を減らす
- 屋根・天井は夏の日射熱と冬の熱損失を抑える
- 床・基礎は床下や地面側への熱移動を減らす
- 夏の窓は断熱に加えて日射遮蔽を行う
- 断熱と気密を分けて考える
- 必要な換気は別に確保する
まとめ
冷暖房の断熱で窓・外壁・屋根・床ごとに方法が違うのは、部位ごとに材料構成や熱の移動経路が異なるからです。
窓では複層ガラス・Low-Eガラス・内窓・断熱サッシ、外壁では充填断熱や外張り断熱、屋根・天井では上部からの熱流を抑える断熱、床では床下・地面側への熱移動を抑える方法が使われます。
さらに夏は、温度差による熱移動だけでなく、太陽からの日射熱も大きな冷房負荷になります。そのため、断熱と日射遮蔽を分けて考え、住宅の部位・方位・季節に合った方法を組み合わせることが大切です。
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参考資料
- 国土交通省「断熱性能」
- 環境省「住宅の脱炭素化」
- U.S. Department of Energy「Insulation」
- U.S. Department of Energy「Window Types and Technologies」
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