木造住宅の断熱性能について

1. 木造住宅と平成28年度省エネ基準
2. これから目標とする断熱性能は？
3. ZEH、HEAT20が求める断熱仕様とは？
4. 冷房期の平均日射熱取得率：η_AC
• 太陽の位置と建物の向き
• 開口部から進入する日射熱を減らすには
• 日射熱の影響をコントロールする

4. 冷房期の平均日射熱取得率：η_AC

1.~3.まで平成28年省エネルギー基準の断熱性能の外皮平均熱貫流率Uaに関係する話題でした。平成28年省エネルギー基準には、Ua：外皮平均熱貫流率以外にもう一つη_AC：冷房期の平均日射熱取得率という指標があります。

平均日射熱取得率：η_ACとは、日差しの影響よる熱（日射熱）の侵入し易さを表す指標で、数値が小さいほど日射熱の影響を受けにくいことを示します。

平成28年度省エネ基準

地域区分	1･2	3	4	5	6	7	8
主な地域	北海道	青森	宮城	東海・近畿・中国・四国		鹿児島	沖縄
外皮平均熱貫流率：Ua	0.46	0.56	0.75	0.87			－
冷房期の平均日射熱取得率：ηAC	－			3.0	2.8	2.7	3.2

寒冷地である1～４地域には基準が設けてありません。これは、夏の日射の影響を検討するよりも冬季の断熱性能を最優先にした方が省エネに資するという事です。温暖な5～8地域では、冬季の断熱性能に加えて夏季の日射熱の影響を抑えることが省エネには必要という観点に立ったものす。

夏は冷房の妨げにならないようにできるだけ数値が小さい方が良いのですが、逆に冬は日射熱を少しでも多く取り込んで室内を暖めたいので数値が大きいほうが良いといえます。省エネ基準上では、日射熱の影響が最も大きくなる夏の冷房期の平均日射熱取得率を定めています。

太陽の位置と建物の向き

建物が日射から受ける熱の量は、住宅の壁や屋根に日射がどの角度で当たるのかに大きく影響されます。

一日の太陽の動きと受ける日射の変化

日が昇る途中、日が沈む途中の太陽高度が低い時、東西の壁には良く日が当たり、屋根面の日差しはそれほど強くありません。しかし、太陽高度が高い正午頃は、水平面に近い屋根面に当る日射は大きく、鉛直な壁面への日射は弱くなります。

さらに太陽高度が高い正午は、太陽光が通過する空気層も薄くなり日射自体が強くなります。

季節で変わる太陽の高さと受ける日射の変化

日射の量は一日の変化だけでなく季節でも変化します。太陽高度が高い夏の正午は、屋根面に強い日射がある一方で壁面への日射は弱くなります。冬の正午は太陽高度が低く、夏と比べて屋根面への日射は弱くなりますが壁面への日射は強くなります。

太陽高度が高い夏の太陽光は通過する空気層が短いため日射が強く、太陽高度の低い冬は長い空気層を通過し日射が弱くなります。

建物の向きと日射取得率の計算

上記のように日射熱の影響は、壁面の向きや季節によって異なります。そこで、垂直面である壁を8方向、それに屋根面を加えた9つに区分し、冷房期と暖房期の2つの時期の係数が個別に定められています。住宅の各面の面積を個別に計上し、それぞれの係数を掛けて求めていきます。

ただ、自由に建物が配置できるほど大きな敷地でしたら、日射熱の影響を考慮に入れて建物の向きを決めることもできます。しかし、敷地なりに建物の向きが決まってしまうのが一般的です。また、室内からの眺望や、日光や風といった室内環境を良くすることも省エネ以上に重要です。

建物の向きで日射熱取得率をコントロールするのは難しかったり、かえってデメリットの方が大きくなったりします。建物の向きではなく、他の要素で日射熱をコントロールした方がよさそうです。

開口部から進入する日射熱を減らすには

屋根・壁・開口部の断熱性能が高い（外皮平均熱貫流率：Uaが小さい）ほど日射熱は進入しにくくなります。断熱材で熱を遮ることのできる壁や屋根と違って、光や空気をとり入れるための窓はどうしても多くの日射熱が侵入します。開口部からの日射熱の侵入を防ぐ必要があります。開口部の断熱性能を高めたり、開口部へ差し込む日射を遮る工夫が必要です。

窓枠

日本で最も普及しているサッシの素材がアルミニウムです。軽量で腐食に強いなどのメリットがありますが熱伝導性が高く断熱性能が非常に悪い素材です。

そのアルミニウムに替わる素材は、樹脂と木です。アルミニウムと比べ樹脂で1200倍以上、木で1500倍以上熱伝導率が小さく、断熱性が向上します。しかし、木は耐候性に劣り定期的なメンテナンスが必要となります。樹脂も高耐久ですが、アルミニウムと比べると若干耐候性に劣ります。

耐候性を強化するために、サッシの部材を内部と外部に二分し、外部側にアルミニウムを配した複合サッシというものもあります。ただ、純粋な木製サッシや樹脂サッシの方が断熱性能は高くなります

これから高断熱化が進むにつれアルミサッシは減少し、プラスチック樹脂のサッシもしくは木製サッシが多く使われるようになります。

窓ガラス

最近は住宅へシングルガラスが使われることは少なく、ペアガラスが一般的だと思います。トリプルガラスを用いるとさらに断熱性が向上します。

また、ガラス表面に金属膜をコーティングし、赤外線を効率よく反射させ室内への日射熱の侵入を抑える熱線反射ガラスがあります。熱線反射ガラスを採用することで侵入する日射熱を減らせます。また熱線反射ガラスを利用して作ったLow-E複層ガラスは高い断熱性があります。複層ガラスの中空層に断熱効果の高いアルゴンガス等を封じたガス封入複層ガラスにするとより一層断熱効果が高まります。

庇

太陽高度の高い夏の正午頃には小さな庇でも効率よく開口部へ差し込む日差しを遮ることができます。冬には多少出幅の大きな庇や軒があっても開口部から日差しを受けることができます。

南側の開口部は、太陽高度が高い夏の正午頃の日差しは遮って冬の日差しは差し込むように庇や軒の出を調整します。庇で夏の日射熱の影響を排除しておき、ガラスを日射熱取得型にしておくと夏以外には日射熱を室内に取り込めます。

一方、東面・西面の開口部への日射は季節に関わらず太陽高度が低いため庇等で遮るのは困難です。そこで日射遮蔽型のガラスで常に日射の影響を減らします。

庇や軒の出の無い住宅では、開口部へ当る日差しの影響を一切コントロールすることができません。適切に庇や軒の出を設定することにより、過剰にガラスやサッシの性能を上げなくてもよくなりますし、性能の高いガラスやサッシならばその性能をより向上させることができます。

日射熱の影響をコントロールする

このように平均日射熱取得率を下げるには、まず基本として住宅の壁・屋根・天井の断熱性能を上げることで日射熱の影響を減らします。さらには、開口部への庇の設置や熱線反射ガラスをとり入れるなどの対策を施し日射熱の影響を低減したり、サッシやガラスの断熱性能を高くするなど様々な方法があります。

ただ、冬の日差しのように積極的にとり入れたい日射熱もあります。やみくもに遮断するだけでなく庇や軒の出を調整し日射熱を上手く活用する計画が必要です。

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