より高い断熱性能を求めて
お詫び
掲載している壁のＫ値と熱貫流抵抗の計算にあたり、木部の熱橋を加味していませんでした。充填断熱は熱橋比率を20％、繊維系外張断熱負荷断熱は熱橋比率を10％として計算した数値をこのボックスと同じ色の表に再計算して表示しました。 |
枠組壁工法では２×６や２×８のランバーを枠組材として使うことで壁の断熱厚さを厚くすることができます。日本では枠組壁工法を「２×４工法」と呼ぶほどに枠組材には一般に２インチ×４インチのランバーが使われていますが、北欧やカナダでは２×６以上の枠組剤を使うことのほうが多くなっています。
枠組壁工法では断熱性能を高めるにはランバーのサイズを大きくすることで充填する断熱材の厚さを増加させることができますが在来工法の場合、４寸角・５寸角と柱の寸法を大きくしていくと住宅コストが大きく増加してしまう恐れがあります。
現在の地球温暖化防止条約（＝「京都議定書」）の枠組は2013年までのもので、2013年以降のＣＯ2排出量削減を見据えたより高い断熱性能を持つ住宅の断熱性能を考えようという動きが始まっています。
木造住宅の断熱性能向上策
これまでの技術の流れからすれば「当然」なのかもしれませんが、こうした提案は既存の充填断熱に外張り断熱を組み合わせ、両者の熱貫流抵抗を「足し算」のように加えようとするものが多いような気がします。
下の図はそのような提案のひとつですが、鉱物繊維系断熱材の充填断熱と発泡樹脂断熱材の外張り断熱を組み合わせたものです。
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 100mm＋ネオマフォーム40mm |
0.2423
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4.127
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高性能グラスウール 16Kg 100mm＋ネオマフォーム40mm |
0.2204
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4.536
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 100mm＋ネオマフォーム40mm |
0.2800
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3.571
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高性能グラスウール 16Kg 100mm＋ネオマフォーム40mm |
0.2672
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3.743
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この図に示された壁が水蒸気を通しにくいふたつの層を持っていることが判るでしょうか？
赤く色をつけたポリエチレンシートとフェノールフォームに挟まれた構造用合板や構造材である木材が湿気を持っていた場合や、雨漏りや防湿層の傷から断熱材内部に水分が侵入した場合一旦壁を壊して内部を乾燥させなければ自然に水蒸気が抜けることのない構造になっています。
更に付け加えれば④合板も透湿抵抗が比較的大きい構造用面材ですから、一旦繊維系断熱材が濡れると対策の施しようがありません。
上の構造の壁を定常分析すると次のような温度・露点温度分布を示します。結露域はなく一見安全そうに見えますが、防湿層が敗れて暖かい室内空気のが含む水蒸気が壁の中に入った場合、あるいは壁の中で吸水感や配水管から漏水があった場合を考えると大きな危険を感じさせます。
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プラスター
ボード |
防湿層 |
グラスウール |
構造用
合板 |
ネオマ
フォーム |
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熱貫流率 (W/㎡・K） |
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0.38
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0.525
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熱貫流抵抗(㎡・K/W） |
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2.6
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1.92
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透湿率 （ng/m2･S･Pa） |
1.1
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0.0008
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0.049
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90.63
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透湿抵抗（m2･S･Pa/ng） |
0.9
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1209
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20.6
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0.011
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高い断熱性能を持つ壁の条件
私が考える高い断熱性能を持つ壁の条件は次のようなものです。
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1.
2.
2.－2
2.－3
3.
※ |
一定以上の熱貫流抵抗を持つ（Ex. 4.0㎡・K/W）
結露の発生を防ぐように防湿層が配置されている。※
防湿層に使われる材料はシート又は樹脂系断熱材で継目はきちんとシールされて
いるものとする。
防湿層から室内及び屋外に向かってほかに透湿抵抗の大きい材料が使われていな
い。
屋内からと屋外を結ぶ空気の流れを遮断するために必要に応じて気密・防風の措
置が講じられている。
防湿層は建設地の気候・湿度条件によって決定するものとし、冷房を行わない地
域では断熱材の室内側に、逆転結露の恐れのある地域では断熱材の室内側表面から
熱貫流抵抗値のおよそ１／３屋外側に寄った位置に配置されることを標準としま
す。 |
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外張り断熱工法＋充填断熱の場合
ここに示した条件で外張り断熱＋充填断熱の断熱構成を変更すると次のような構成の壁になりますが、繊維系断熱材を減らした分だけ断熱性能が低くなります。同じ性能を持たせるためにはネオマフォームとグラスウールをそれぞれ約60mmまで厚くしなければなりません。
この方式ではグラスウールの中に結露危険域がないため防湿シートが不要になり電気配線や給排水管を空洞部分に自由に配置することができます。
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 60mm＋ネオマフォーム60mm |
0.2386
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4.190
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高性能グラスウール 16Kg 60mm＋ネオマフォーム60mm |
0.2254
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4.436
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 60mm＋ネオマフォーム60mm |
0.2593
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3.857
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高性能グラスウール 16Kg 60mm＋ネオマフォーム60mm |
0.2525
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3.960
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断熱材の厚さを60mmに増やした時の定常分析図は下に示すようになります。合板の外側で温度と露天温度が接近していて結露の危険が増しているように見えますが、防湿シートがないためシートの破損による結露防止機能の劣化の心配の少ない方法です。
この方法では樹脂断熱材と外装材の固定方法に検討の必要が残っています。
充填断熱工法＋付加断熱の場合
スタッドの室内側に横胴縁を流し、壁の断熱材の約半分の断熱材を付加断熱する方法は北欧やカナダでも良く行われている断熱方法です。この方法は夏型結露問題を抱える日本でも有効な方法です。
構造用ＭＤＦを構造用合板に代える場合１０ｃｍメッシュの交点ごとにドリル穴をあけて透湿抵抗を下げる必要があります。
給排水管や電気配線は付加断熱側に入れ、軸組内部には配置しません。
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 100mm＋50mm |
0.2813
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3.556
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高性能グラスウール 16Kg 100mm＋50mm |
0.2375
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4.211
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 100mm＋50mm |
0.3624
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2.760
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高性能グラスウール 16Kg 100mm＋50mm |
0.3254
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3.073
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外壁を構成する柱や梁を貫通する構造補強金物を使う場合、室内側の金物表面温度が低くなり結露を起こす恐れがあります。屋外側面材の外側にも付加断熱することで金物の結露を止めることができますが、樹脂系断熱材を使うと断熱材内側に結露を起こすことになるので注意が必要です。
付加断熱の定常分析図は上の図とよく似た形になります。
充填断熱工法に樹脂系断熱材を使う場合
軸組内部にアイシネンなどの樹脂系断熱材を充填する方法があります。樹脂系断熱材が全体の熱抵抗の室内側から１／３の部分にあればいいので、比較的自由に内外に付加断熱を加えることができます。
ここに示した図は構造用金物の結露を防止するために40mmの繊維系断熱材を付加断熱した例ですが、外側だけに付加断熱するときは200mm、内側だけだと50mmの付加断熱が可能で、外側に200mmの付加断熱をするときは内側にも150mmの付加断熱を加えることができます。
樹脂系断熱材で充填された軸組内部に配管することは適当ではないので室内側付加断熱の中に給排水系統を納めます。
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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アイシネン100mm＋グラスウール 16Kg 50mm |
0.2520
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3.968
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アイシネン100mm＋高性能グラスウール 16Kg 50mm |
0.240
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4.173
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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アイシネン100mm＋グラスウール 16Kg 50mm |
0.3316
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3.016
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アイシネン100mm＋高性能グラスウール 16Kg 50mm |
0.3167
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3.158
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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ＥＰＳ100mm＋グラスウール 16Kg 50mm |
0.2571
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3.889
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ＥＰＳ100mm＋高性能グラスウール 16Kg 50mm |
0.2443
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4.094
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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ＥＰＳ100mm＋グラスウール 16Kg 50mm |
0.3348
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2.987
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ＥＰＳ100mm＋高性能グラスウール 16Kg 50mm |
0.3196
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3.129
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アイシネンは連続気泡を持つ樹脂系断熱材でＥＰＳなどほかの樹脂系断熱材の20倍ほど水蒸気を通しやすい性質を持っています。
枠組工法２×６ランバー使用
枠組壁工法では２×４の枠材を２×６に変更するだけで熱貫流抵抗を増加させることができます。寒冷地では特に問題はありませんが、高温多湿な地域では夏型結露に対する不安があります。
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 140mm |
0.3214
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3.111
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高性能グラスウール 16Kg 140mm |
0.2714
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3.684
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
|
グラスウール 16Kg 140mm |
0.4286
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2.333
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高性能グラスウール 16Kg 140mm |
0.3886
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2.574
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ブラケットを使う厚い断熱材を使用した外張り断熱工法を基本に
従来、外張り断熱工法といえば厚さ30mm前後の樹脂系断熱材を使用したものがほとんどで、軸組内に繊維系断熱材を完全充填したものに比べて大きなＫ値を持つものが多かった。軸組み又は面材に断熱材をビスや釘で留める工法ではこれ以上厚い断熱材を使うと外装材を支持できないことが、外張り工法のネックになっていたと言ってもいい。
近年、ブラケットにより50～ 100ミリ厚の断熱材と外装材をを軸組外側に保持する工法が開発されている。この工法と充填断熱および、内側負荷断熱を組み合わせることにより、在来工法でも最大で 300
mmの断熱厚さを持つ複合断熱工法が可能になります。
。
外張り断熱工法の基本形は次のような断面形状を持ちます。
一般の充填断熱のように防湿層と横臥材の取り合いがないので確実な施工が簡単にできるメリットがあります。
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 100mm |
0.450
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2.222
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高性能グラスウール 16Kg 100mm |
0.380
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2.632
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
|
グラスウール 16Kg 100mm |
0.600
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1.667
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高性能グラスウール 16Kg 100mm |
0.544
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1.838
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さらに、軸組内部に50mmの断熱材を充填すると次のような壁の構成になります。一般に断熱材は空洞の室内側下地材に密着するように充填しますが、この場合は屋外側断熱材と一体になるように軸組外側の下地材に密着させます。
充填断熱にアイシネンなど現場発泡の樹脂系断熱材を使うこともできます。
断熱性能の低下を避けるため、床下・小屋裏と壁の間の「気流止め」を確実に行います。
防湿層の要否について異論があると思いますが、合板による気密をしっかり取れば別に防湿層を施工する必要はないでしょう。
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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グラスウール 16Kg 100mm＋50mm |
0.3000
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4.333
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高性能グラスウール 16Kg 100mm＋50mm |
0.2533
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3.947
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
|
グラスウール 16Kg 100mm＋50mm |
0.4782
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2.091
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高性能グラスウール 16Kg 100mm＋50mm |
0.4222
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2.368
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この断熱方式は充填断熱＋付加断熱とほぼ同じＫ値になります。充填断熱に比べて室内有効面積が大きいこと、配管や配線の自由度が大きいことがこの方法のメリットと考えられます。
樹脂充填断熱＋繊維系外張り断熱
上の例では軸組内の充填断熱材の厚さは外張断熱材の１／２の厚さの50mmしかありません。
その理由は室温が20℃外気温度が 0℃のときに防湿層を兼ねる合板付近の温度が約13.3℃となり、これ以上繊維系断熱材による充填断熱を行うと合板の室内側の相対湿度が上昇して結露する恐れがあるからです。
これ以上断熱性能を高めようとすれば外張断熱材をより厚くするか、充填断熱に使う断熱材の透湿抵抗を大きなものにするかを選択しなければなりません。
次に示す図は樹脂系断熱材を現場発泡、または工場生産パネルの内部に樹脂系断熱材を工場充填したものを使うときの例です。
このような断熱方式を採用する場合、軸組内部に給排水や電気配管を埋め込むことは適当ではないので軸組みの内側に更に50mm程度の繊維系断熱材を使った付加断熱を施し、そこに設備配管・配線を入れる方法が好ましいと思います。
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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アイシネン100mm＋グラスウール 16Kg 100mm |
0.1969
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5.079
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アイシネン100mm＋高性能グラスウール 16Kg 100mm |
0.1821
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5.489
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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アイシネン100mm＋グラスウール 16Kg 100mm |
0.3144
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3.181
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アイシネン100mm＋高性能グラスウール 16Kg 100mm |
0.2965
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3.372
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熱橋を考慮しないとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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ＥＰＳ100mm＋グラスウール 16Kg 100mm |
0.2000
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5.000
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ＥＰＳ100mm＋高性能グラスウール 16Kg 100mm |
0.1849
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5.409
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熱橋を考慮したとき |
K値 |
熱貫流抵抗 |
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ＥＰＳ100mm＋グラスウール 16Kg 100mm |
0.3173
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3.152
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ＥＰＳ100mm＋高性能グラスウール 16Kg 100mm |
0.2991
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3.343
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木造建築物の断熱
