3-5-1/7 断熱と｢省エネ・耐久｣
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要約
断熱の貧弱な熱を蓄えない建物は大きなエネルギーを使って空調してもどんどん熱を逃がし、空調を切るとすぐに室温が元に戻ります。しっかり断熱した建物は、空調の熱を逃がさないので小さなエネルギーでしっかり空調できるうえに、空調を切っても温度変化は徐々に進みます。
このサイトでは日本の断熱と欧米の断熱を比較することが多いのですが、「日本でも北欧並に断熱すべきだ」と言っているわけではありません。
それぞれの建物の建つ土地の気象条件に見合った必要充分な断熱をすることで、快適に暮らせる断熱のレベルを考えればいいのです。
火鉢、囲炉裏、炬燵などで採暖するだけで部屋全体を暖めたり冷やしたりする習慣のなかった時代には断熱は必要とされませんでした。空調の普及が断熱を要求します。
戸建住宅では断熱なしで建物全体を快適な温度に保つには年間百万円程度の空調費を必要とします。１０年で約１千万円です。今の一般的な断熱レベルで断熱すると無断熱の場合の１／４程度のエネルギーで空調できるようになります。
３０万円ほどの断熱工事費で３０年間の空調費を２２５０万円も減らせるのですから断熱工事の効率は７５倍もあることになります。
でも、皆さん毎年２５万円もの空調費払い続けられますか？ 多分答は「ノー」でしょう。節約して半分以下、あるいは３分の１くらいに抑えようとしている筈です。
その代償は冷え性で悩んだり、寒さを我慢しなければならなかったり、ヒートショックの恐ろしさを感じたりと様々な形であらわれます。
木造住宅では１００万円ほどの費用を掛けて断熱すると無断熱の場合の１０分の１程度の空調費で快適な空調ができるようになります。３０年間で２７００万円が節約できる計算です。断熱工事費の効率は８倍に下がりますが、年間１０万円の空調費はそれほど苦にならないでしょう。
木造住宅の例を表にすると次のようになります。
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断熱工事費 |
３０年間の空調費 |
合 計
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無断熱 |
0円
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30,000,000円
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30,000,000円
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一般の断熱 |
300,000円
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7,500,000円
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7,800,000円
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高断熱 |
1,000,000円
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3,000,000円
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4,000,000円
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この表の数字は比較のために単純化しています。
建物の寿命は30年に留まりません。断熱性能の差は建物が存続する期間、ずっと住む人の家計と生活を規定し続けます。
充分断熱するほど空調費も工事費との合計も少なくて済むようになります。ここで大切なことは中途半端に断熱しても空調費が実際に支払える額にならないことです。多くの家は断熱工事費を節約したために、空調費の節約も余儀なくされています。 |
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断熱はなぜ必要か
世界は1970年代のオイルショックを契機として建築の断熱に取り組み始めました。このときの発想は「原油価格の不安定さと石油の供給不安に備え、少しでもエネルギー消費を削減しよう」というものでした。 日本でもこの時期に住宅金融公庫の融資を受けるには断熱材を使用する条件が加えられました。
断熱は熱エネルギーの損失量を削減させると同時に建物と外部の境にある壁の中の温度分布を変化させ、水蒸気の性質を考慮せずに断熱すれば従来結露がなかったところに激しい結露を招くことがあります。繊維系断熱材が主流だった当初の断熱工事では建物内部が水浸しになる鉄筋コンクリートのアパート、木材が腐る木造住宅などの例がありました。 |
日本の断熱
日本の木造住宅は壁の中に筋交いなど構造材と胴縁など造作下地が複雑に交錯しています。床や屋根も大引―根太、母屋－垂木など幅や厚さの異なる部材を組み合わせています。枠組壁（２×４）工法の壁や床などが壁材とスタッドに区切られた直方体の空洞を持ち、シンプルな形に切断した断熱材を嵌め込んでいけば充填できるのに対して、日本の木造在来工法の壁や床などは断熱材を均一に充填しにくい構造になっています。
木造在来工法の壁では、壁厚さの半分ほどの断熱材を使用する例が大半です。断熱にかかる手間とコストを惜しむ結果ですが、こうして入れられた断熱材は理論的な断熱性能値の半分ほども機能しません。
ある時期、地震のある日本で枠組壁工法の住宅を建てる場合に２×４のランバーで十分なのに、地震のない欧米の枠組壁工法の住宅が２×８から２×１２のランバーを使う理由がわかりませんでした。皆さんもお察しのことと思いますが２０～３０ｃｍの厚さで断熱するために壁を厚くしているのです。
実際に２５mm分の働きしかしない断熱材と２００～３００ｍｍの断熱材、その断熱性能には８～１２倍の差があります。
コンクリート住宅の断熱でも同じような差があります。日本ではコンクリートの断熱というとウレタンを使った２０～２５mmの内断熱が主流です。欧米ではロックウールや発泡ポリスチレンを使った１５０～２７０※ｍｍの外断熱が主流です｡気候条件が違いますから単純に断熱性能を比較しても意味はありませんが、ヒートブリッジを考慮すると日本の内断熱のK値は１．７～２．２W／㎡・K、欧米の外断熱のK値は０．１３～０．２４W／㎡・Kと１０倍前後の断熱性能差があります。 |
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※ |
建物全体の断熱性能を考えているので、最近欧米ではでは高性能サッシを使って窓からの熱損失を減らし、壁の断熱材の厚さをやや減らす傾向が見られます。 |
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日本では水蒸気の処理と断熱をひとつの問題として扱う断熱理論の発展がなかったこと、伝統的な日本の在来木造住宅が合理的に断熱しにくいものであったことが、低い断熱性能を存続させてきた理由となりました。 |
新しい断熱の目的
１９９８年の地球温暖化防止京都会議（COP3）以降、断熱は新たに「地球環境保全」という新しい役目も背負うことになりました。この問題に最も力を入れているのはEU諸国です。アメリカはブッシュ政権になって地球温暖化防止条約からの脱退を表明しましたし、条約発効の時期はまだ明らかではありません。こうしている間にも地球の温暖化とヒートアイランド化が進んでいて、ＩＰＣＣ（気候変動に関する政府間パネル）の予測によると、２１００年のＣＯ２排出量が１９９０年の３倍弱となるシナリオ（中位の予測）では今後１００年間に地球の平均気温が２℃上昇し、ヒートアイランド現象も含めて東京の平均気温はその倍以上上昇すると考えられています。
気温の変化はマクロ的に考えても、降水量など気温以外の気候全般を変化させ、海面の上昇・洪水の多発・生態系の変化を通じて農作物の生産量を含む私たちの生存条件に大きな影響を与えます。
熱帯起源の風土病が流行地を広げると言った心配もあります。
話を現実的な問題に戻しましょう。
合理的に建物を断熱すれば、空調のエネルギー消費を減らす、結露やカビなど人間の生活のマイナスになる居住環境を防止する、木材腐朽菌の活動を抑えたりコンクリートの中性化反応を抑えたりして建物の耐久性を延ばす様々なメリットがあります。
「コンクリート建築物を外断熱にする」と言うだけで、｢建設費が高くなる｣ことを取り上げて反対意見の理由にする人たちもいますが、建設費(イニシアルコスト)の上昇分よりもランニングコストの低下などのメリットが大きければ建設費が高いことだけを問題にすることは如何なものでしょうか？
東京で一般に建てられている床面積１２０ｍ２の木造住宅の耐用年数が３５年、Ｋ値が３．５、ＨＤＤ＝１７７０（室温＝２３℃）とすると、室温を常に２３℃に維持するために使う暖房エネルギー費は年間約４０万円になります。この建物のＫ値を０．８７５にすると年間の暖房費を１０万円に減らすことができ、毎年の差額２９万円をローン支払(３０年返済)に充てるとすれば建設費の増加が約６００万円（坪当たり１６５，０００円）以内なら実質的な負担は増えません。もちろん断熱性能を高めるためにこんなに工事費をかける必要はありません。
冷房では壁や屋根のＫ値の差より空調費の差が大きくなることが珍しくありません。
断熱した建物の空調負荷は冷房された室内の空気と外気との温度差を基準に計算しますが、太陽の輻射熱で暖められた屋根や壁の温度は外気よりもずっと高くなっています。
屋根や外壁が大きく蓄熱する建物では屋根や外壁の温度が外気よりも３０℃以上も高くなって外気温度が下がる夜中になっても大きな空調負荷を与え続けます。高断熱の家を建てた方が「廻りの家で冷房をしているときでも、うちはエアコンなしで涼しい」とおっしゃるほど冷房負荷は断熱方法によって異なります。
「うちも断熱が良い家ではないけれど、そんなに暖房費を使っていない」と言う声が聞こえます。そうでしょう。この暖房費の計算は家の中すべてを２４時間適温に保つとして計算しています。 「少しくらい寒くたって、我慢できないほど寒いわけじゃない」そういう方は節約分を引いて計算してください。
ただし、暖房費を節約するために寒さを我慢する習慣は脳卒中などヒートショックの原因になります。命を縮めて暖房費を節約しても縮めた命はコストに反映できせん。
このサイトでは「最大の快適さを最小のコストで実現する」ことを目標にして、その暮らしを実現する手法を考えています。
耐用年数が６０年に延びても住宅ローンの返済期間は変わりませんが、仮に５０年の返済が可能になるとすれば建設費が３０％増加しても毎年のローン返済額は減ります。
（ 「え～っ」って、現実離れした話に聞こえますか？ 今、住宅取得者の中心年代は３０代です。アメリカのレーガン元大統領が９２歳で亡くなったように、住宅建築後３０～４０年では人間はまだピンピンしています。年金生活を始めてからもう一度家を建て替えるより、長持ちする家を建てるほうが得じゃないですか？ ５０年ローンは確かにまだ現実的ではありませんが、ここで想定したローン支払額は実際のコストに近いものでしょう。）
カビやダニの少ない室内環境はまだお金に換算していません。 正直言ってできません。
お子さんが真菌性肺炎やアレルギーで苦しんでいる方には毎年数万円あるいはそれ以上の値打ちがあると考える方もあるでしょう。反対に｢カビ？ 気にしないよ。家賃が安いのならカビの多い家に住みたい。｣という方だって、・・まさかそんな人はいないですか？
個人差のある感覚的な問題なので、無理に理屈で答えを出すのはやめましょう。皆さんが自分の感覚で「良い室内環境はどれだけの値打ちがあるか？」と考えてください。 |
どんな断熱が良いのか
このページの初めに「水蒸気の性質を考慮せずに断熱すれば、従来結露がなかったところに激しい結露を招く」と書きました。結露は空調と断熱の「副作用」です。悪い副作用を持つ断熱では快適な暮らしはできません。「快適に暮らせること」これが良い断熱の大前提です。
外壁に面した部分の押入や家具の裏、暖房を切るとヒートブリッジとなる幅木部分に結露を起こしやすい内断熱はまずこの点で良い断熱とは言えません。
次に、建物の建設費、修繕費、空調費など建物を建設し、維持管理し、生活していく費用の合計額を最も少なくする断熱工法が良い断熱です。
一般論をしても良く理解できないでしょうから、ウレタン２５ｍｍの内断熱、EPS１００ｍｍと７５ｍｍの外断熱の3事例について工事費と空調費を比較します。 |
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ウレタン内断熱25mm |
ＥＰＳ外断熱 75mm |
ＥＰＳ外断熱100mm |
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断熱工事費 |
1,660/㎡
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15,000/㎡
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16,000/㎡
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内装工事費 |
GB-R GL工法 1,260/㎡
ビニルクロス 770/㎡
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アクリルエマルジョンペイント
1,200/㎡
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アクリルエマルジョンペイント
1,200/㎡
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外装工事費 |
薄塗りモルタル 2,000/㎡
吹付けタイル 4,300/㎡
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断熱工事に含む
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断熱工事に含む
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工事費 計 |
9,990/㎡
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16,200/㎡
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17,200/㎡
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工事費差額 |
0/㎡
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6,210/㎡
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7,210/㎡
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工事費差額の
30年分割年賦額 |
0/㎡
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317/㎡
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368/㎡
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Ｋ値 |
0.88ヒートブリッジ考慮→1.44
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0.45
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0.36
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空調費の比較
空調の使い方にはかなりの個人差があります。空調費の想定にあたって暖房はいずれも20℃に設定し、冷房は26℃に設定するとして計算を進めました。
冷房負荷は建物の平均外壁表面温度によって大きく変動します。ＥＰＳ外断熱の平均外壁表面温度は外気温度より5℃上昇するとして、また内断熱の平均外壁表面温度は10℃上昇するとして計算しています。
この想定が妥当かどうかはさらに検証する必要があります。実際はもっと差が大きくなると考えています。 |
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ウレタン内断熱25mm |
ＥＰＳ外断熱 75mm |
ＥＰＳ外断熱100mm |
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Ｋ値 |
1.44
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0.45
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0.36
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室温18℃ |
1,399.6℃・日
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1,399.6℃・日
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1,399.6℃・日
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室温20℃ |
1,771.6℃・日
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1,771.6℃・日
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1,771.6℃・日
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室温23℃ |
2,517.0℃・日
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2,517.0℃・日
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2,517.0℃・日
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室温26℃外気 ±0℃ |
37.2℃・日
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37.2℃・日
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37.2℃・日
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室温26℃外気 ＋5℃ |
442.5℃・日
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442.5℃・日
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442.5℃・日
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室温26℃外気＋10℃ |
1,328.1℃・日
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1,328.1℃・日
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1,328.1℃・日
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HDD+CDD
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3,099.7℃・日
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2,214.1℃・日
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2,214.1℃・日
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年間熱損失量 KWh/㎡ |
107.12
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28.9
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19.1
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年間使用電力量KWh/㎡ |
35.71
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7.97
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6.37
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電力料金 @22/KWh
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789
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175
|
140
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工事費差額ローン |
0
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317
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369
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電力料金＋ローン |
786
|
492
|
408
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内断熱とのコスト差 |
-
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-194
|
-278
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年間熱損失量＝（HDD+CDD）×Ｋ値×24／1000（ＫＷｈ）
断熱仕様を変えた結果、外壁1ｍ２あたりの空調電力使用量が年間６００円あまり節減できます。ローンで支払う断熱工事費の差額を差し引いても１９４～２７８円も節約できます。
「年間２～３００円？！ 大した額じゃない。」ですって、戸建住宅なら外壁の面積は１４０ｍ2以上ですから年間で28,000～39,000円、ほかに屋根やサッシを見直せば毎年１０万円近い額になりますよ！ |
断熱性能が低いと、初めは見えなかったコストが、後から次々と出てきます
これまで気付いていなかった温度ムラによるエネルギー需要
断熱性能の高い家、つまりＱ値の小さい家は、Ｑ値の大きい家に比べて熱損失量が少ないので少ない空調エネルギーで冷暖房することができます。
ここまでの説明は簡単に言えば以上のひとことに尽きます。
断熱による省エネ効果には「空調に必要なエネルギーが屋外と室内の温度差とＱ値に比例する」ことばかりではなく、「室温の変動幅が断熱方法によって異なる」ことによるものがあります。
このことは冷房を例にあげて説明すると良く理解していただけるでしょう。
上の図はコンクリートの壁厚が20ｃｍ断熱材の厚さが10ｃｍとして計算した室温の変化です。内断熱の外壁室内側温度はコンクリートの厚さによって決まり、断熱材の厚さの影響を受けません。
外断熱の室温変動幅はほぼ断熱材の厚さに反比例します。
平均気温が冷房基準温度と同じ日でも内断熱の建物では夏の昼から夜中にかけて大きな冷房需要が発生しますが、外断熱の建物ではほとんど冷房の必要がありません。
外断熱工法の家に住んでいる方が、「ご近所の皆さんが冷房していてもうちでは冷房を掛けることがほとんどない」と言われるのはこの温度変化特性の違いによるものです。
屋根や外壁の表面温度が輻射熱を受けて気温より遥かに高くなる場合は更に冷房需要が大きくなるので、日射の影響を避けることによりより省エネルギーな建物にすることができます｡
「冷房を高めに設定」、「ノーネクタイの省エネルック」を奨励するのも結構ですが、建物の省エネを放置する政府の省エネ策には大きな疑問があります。
冷房を例に説明しましたが、平均気温が20℃を割るようになったときに暖房でも同じような暖房需要が発生します。
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多くの異論が聞こえてきます
ここまでお読みくださったこのサイトへの訪問者の方なら、話の意味がお分かりと思います。
でも、断熱性能の高い住まいを建てようと考えているあなたに様々な異論を挟む人が現われる筈です。
異論の多くは、これまでの建築の断熱と空調に関わってきた人たちが、「自分たちのやってきたことは間違っていない」と自己弁護する立場からのもので、これまでの断熱と空調が最良のもので、結露などは住む人の生活習慣に問題があるという論調が共通しています。 |
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① |
高断熱の木造住宅や外断熱の鉄筋コンクリート住宅は、寒さの厳しい北欧・北米には適していても日本のような温和な国には適していない。
→沖縄を除いて、東北や中部山岳地方ほど脳血管疾患に代表されるヒートショックの死亡率が高くなっています。しかし、しっかり暖房する習慣のある北海道や北東北ではヒートショックの死亡率は気温の低さにに比べて多くありません。適切に暖房できるようにしっかり断熱する意味があります。
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② |
高断熱の木造住宅や外断熱の鉄筋コンクリート住宅は、常時全館空調に適した断熱方法なので、長期間旅行したり、共稼ぎで留守がちの世帯には適していない。
→高断熱住宅では外出中に空調していてもその間のエネルギー消費は断熱性能の低い建物に比べて極めて少ない。空調を切って外出し帰宅後暖めなおすのに必要なエネルギーと、空調を切らなかったときの消費エネルギーの差はほとんどありません。
数週間にわたる外出のときは２～３℃設定温度を下げて外出するのが良いでしょう。
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③ |
日本のように温暖な地域では、特に暖房をしなくても暮らせないわけではない。わざわざ気密・断熱を配慮してまで常時暖房する必要はない。
→保健・医学的にも人間には２０℃前後の室温での生活が適しています。空調をしないのは各自の自由ですし、空調しなければ断熱の必要もありません。
しかし、日本では高齢者の入浴中の溺死事故がギリシャ・ロシア・メキシコの３倍、韓国の４倍、スペインの６倍、多くのヨーロッパ諸国の１０倍以上も多くなっています。不完全な断熱によるエネルギー浪費、健康障害を放置したままでよいのでしょうか？
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④ |
日本の夏は高温多湿で、逆転結露の恐れがある。本州南岸以西には外断熱工法は適さない。
→逆転結露の可能性がある建物は外断熱の建築物に限りません。特に土間や基礎が断熱されていない建物には激しい逆転結露が起こります。高温多湿な地域でも気候条件を配慮した適切な断熱方法を選ぶことで、逆転結露の恐れのない外断熱工法の建物を造ることができます。
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⑤ |
外断熱や高断熱の建物の室内環境は確かに優れている。しかし、デザインが画一的になり自由な表現が制約される。
→建築の設計は様々な制約の中で行われています。構造計算の結果もひとつの制約ですし、掛けられるお金の限度も制約です。
しかし、設計者が「構造上の制約でいいデザインができない」、「予算の制約でデザインが悪くなった」と言えば自分の能力の限界を認めることと同じです。「室内環境を犠牲にしてもいいデザインをしたい」と考えることは予算や構造がデザインの制約になるという考え方と変わりません。
ほとんどすべての建物が高断熱・外断熱で建てられている欧米の建物は、日本に比べてデザインのレベルが低いのでしょうか？
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⑥ |
外断熱や高断熱の建物の室内環境は確かに優れている。しかし、工事費が高くつく。
→工事費は多少高くても、修繕費・空調費や耐久性を加えて考えれば割安になることはもうお分かりでしょう。 |
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