column021 何故断熱なのかを考える

我々の生活の中で感じる快適さに影響を及ぼす要因はいろいろありますが、基本的には聴覚や嗅覚などの五感にとってどう感じるか?が重要なことです。
それらは、建築の室内環境としては美的要因・心理的要因・生理的要因・機能的要因と表現され、それぞれに五感が単独で又は相互的に影響を与えながら、我々は快適さを判断しています。
その中で生理的要因(いわゆる五感に近い要因)が、主として建築環境工学で取り扱われており、我々が快適性の指標としている「熱と空気に関する温冷熱環境」もその中に含まれています。

さて、室内の温熱感覚の要素の中で、一番影響を与えているものは何でしょうか?
要素としては、気温(室温)を始め、相対湿度や放射(簡単に言うと、壁や天井の表面温度)、気流などが影響します。また、これら屋内環境側の要素の他に人体側の条件として、代謝量(Met/メット)と着衣量(clo/クロー)が関係します。
このように快適性に関わる要素はいくつもありますので、快適な温熱感覚を検討することは非常に複雑です。また、快適にはエネルギー代謝量や人種、老若男女などの違いによる個人差も影響するため、それらの検討をより難しくしています。
従って住宅建築をする場合は、その個人の感覚の違いもきちんと把握しておくことが重要ですが、同一建物内に暮らす方それぞれにベストな環境を作るのは容易ではありません。
では、どうすれば良いのか?
それは「温熱感覚の要素の中で、影響力のあるものから順番に対策を考えて行く」ことです。
そこで、先の質問に戻るわけですが、答えは「気温」です。当たり前の話しかもしれませんが例えば、服を着るとか脱ぐとかも、基本は気温によって決まります。運動して暑いや寒いも気温によって感じ方が違います。
このように、最も支配的となる気温をコントロールすること、が始めに対策すべきことです。

室温コントロールに最も有効なのが建物の断熱性能を向上させることです。この断熱をすることは、屋外環境からの影響を減らすことであり、夏であれば日射による熱が屋内に侵入してくることを減らします。高断熱であればあるほど効果があります。また、断熱することは快適な環境を作るためのふり幅を減らすことにも寄与します。これは、少ないエネルギー投入で快適性を得られることにもつながり、省エネにもなります。それに、高断熱にすると壁や天井からの放射温度も下がりますので、屋内環境側の2要素に対して効果があると考えられます。

ここで、断熱性能を上げないで快適性を得る方法を1つ考えてみますが、要素としては気流を使い検討します。
分かり易く例えると、通風で涼を得る方法です。
確かに春や秋は気温の快適性が高いので、通風により快適性を向上させることも可能かと思います。しかし、夏はどうでしょうか。夏の場合は、気温による快適性が低いので、それなりの通風がないと快適性は上がりません。更に、低断熱だとすると壁からの熱放射もあるため、通風による快適性の向上は相当厳しいと思います。
要は、断熱もしないで通風に頼ることは、もっとも効果のある要素を蔑ろにして、風が吹かなければ効果のない気流に快適性を委ねることを意味します。
さすがに、それは無理があると思いませんか。
家づくりとして通風での涼も大事な要素ですが、その前にやるべきことがあるのではないでしょうか。

温熱環境としての快適を得る方法はいろいろありますが、まずは断熱(と気密)をすることです。こうして建物性能としてベースを作っておくことで、このあとで検討すべき要素の解決が容易になったり、扱いやすくしてくれます。
一般的な木造住宅であれば、G2レベル(HEAT20)までの断熱性能ならデザイン性を損なうことなく可能だと思いますので、最低限はそのレベルを目指すべきかと思いますが、皆さん如何でしょうか。

column019 Ua値と一次エネルギー

H27年に改正した「建築物のエネルギー消費性能の向上に関する法律(通称、建築物省エネ法)」以前は、省エネ基準と言えば、主に断熱性能のことを示していました。しかし、先の改正で設備などの性能を評価した一次エネルギー消費量でも省エネ基準の1つとして示せることになりました。
因みに、一次エネルギーとは「石油や石炭、天然ガスなど」のことで、二次エネルギーとは一次エネルギーから作られる「電気や灯油、都市ガスなど」のことを言います。

一次エネルギー消費量の評価は、省エネ法以外にも「BELS」という第三者認証制度もあります。これは、星の数で性能を評価しますが、省エネ基準を1.0(BEI/評価のベース)として星2の評価としています。最高は星5の0.8以下(BEI)としており、一次エネルギー消費量を省エネ基準相当より2割以上削減した、という評価になります。

話しを戻しますが、建築物省エネ法には、躯体の断熱性などを評価する「断熱等性能等級(以下、断熱等級)」と高効率設備の使用を評価する「一次エネルギー消費量等級(以下、エネルギー等級)」の2つの評価基準があります。
両者を単純に比較すると、例えば「フラット35SのBプラン」では、どちらの4等級でも省エネルギー性を満たすことになっていますので、同等級ならば同じような省エネ性であると言えます。しかし、エネルギー等級の方は高効率設備が評価されるので、断熱性が高いとは言い切れません。正直、今現在の一般的な設備機器でもそれなりに評価されてしまうので、断熱性をギリギリまで落としてフラット35Sの省エネルギー性を満たそうとしているローコスト系ハウスメーカーもあります。

各等級にはそのような違いがありますが、実際断熱性能を上げると一次エネルギー消費量がどう変わるのかは知っておくと良いかと思いますので、今回はそれらの比較をしてみたいと思います。
使用ソフトは、公的な評価で使われるWEB上の「エネルギー消費性能計算プログラム(住宅版)」です。
尚、プログラムに入力する各項目の値は、前回のコラム(column018)で使用した「断熱等級4→G1→G2(0.87→0.56→0.46)」時の計算結果及びその根拠数字を使用します。また、設備仕様(第三種換気、太陽熱やコージェネはなし)や使い方(部分間欠冷暖房)は一般的なもので比較します。

では、計算結果の設計一次エネルギー消費量を記載します。
尚、基準となる「基準一次エネルギー消費量」は78.2(GJ/戸・年)でした。
1)断熱等級4:74.7GJ(BEI:0.94) ※暖房設備が基準より多い。
2)G1:70.3GJ(BEI:0.87) ※暖房設備が基準と同程度になった。
3)G2:69.1GJ(BEI:0.85) ※暖房設備が基準より少なくなった。

結果としては、全ての項目が基準を下回るには、G1レベルの断熱性能が必要なことが分かりました。
また、その時のBEIは0.87ですのでけっこう良さそうに見えますが、実は照明設備を全てLEDにするだけで照明設備の消費量が半分ぐらいになるので、それを省くと0.96になります。

さて、はじめにBELSの最高評価はBEIで0.8以下だとご説明しましたが、先のG2レベルでは0.85までしか行かなかったので、まだ足りないことになります。なので、BELSで星5がもらえるように今度は設備を変えてみます。方法としては、給湯設備の消費量が多いので、それを減らすべく各水廻りの水栓を節水系の商品に変更してみます。
4)G2+節水設備:66.2GJ(BEI:0.80)
結果、66.2GJまで一次エネルギー消費量が下がり、星5の評価になりました。

ここでは、節水設備を多少特別扱いしましたが、実際は各メーカーのキッチンやユニットバスを使えば多くの商品が節水設備になっているので、特別なことではありません。
先にも書きましたが、現在一般的になっている設備を使うことでそれなりの評価を得られます。要は、室内の温熱環境を踏まえてG2レベルの断熱性能として、多少省エネを意識して設備を選んでもらえれば、BELSで星5の評価がもらえます。
尚、星5をねらうだけなら多少施工難易度が上がるG2より「G1+節水設備+αの高効率設備」という方法もあると思いますが、省エネに対する本来の考え方からすると躯体強化が先だと思いますので、やはり断熱性能をG2レベルまで上げる方が理にかなっていると思います。

このようにいろいろと紐解いていくと、一次エネルギー消費量計算結果を見るだけで「その住宅がどのような省エネ住宅なのか」が分かります。
確かに、設備による一次エネルギー消費量削減も必要なことですが、そこに住宅としての「居心地の良さ」が備わっていなければ、一般の方が省エネへの投資に意味を見出すのは少しハードルが高いと思います。
また、一般の方がいわゆる省エネ住宅を評価するのは難しいと思いますので、例えば住宅建築の依頼先を選ぶ際に「省エネ住宅の基本性能として、どのレベルが必要と思っているか?」を確認するために、下記の質問を設計事務所や工務店にされると1つの判断材料になるかと思います。
①「Ua値(ユーエーチ)」を質問し、0.46以下(G2レベル)を確認する
②「BELS(ベルス)」の評価を質問し、星5以上を確認する
この2つが狙える建物仕様がベースであれば、ひとまず及第点かと私は思います。

その他、私が所属しているパッシブハウス・ジャパンが監修している「建もの燃費ナビ」というソフトでは、「年間冷暖房負荷」という値で建物性能を評価出来ます。
この値は、Ua値に関する断熱性能に加え、換気負荷や日射熱取得量や日射遮蔽などいわゆる「パッシブデザイン」も数字に反映されますので、Ua値やBELSでは物足りない方は冷暖房負荷の検討も考えては如何でしょうか。

column018 断熱とUa値を考える

2020年に省エネ基準が住宅レベルでも法制度化されようとしていますが、未だ断熱性能を良くすることに二の足を踏んでいる方々がいらっしゃいます。初めから毛嫌いしている方もいれば、計算などが良くわからない為に思考停止している方もいるのかもしれません。
「そんな難しいことではないし、悪いものでもない」と思いますが、計算という数学的要素がコトをややこしくしているのかもしれません。
そこで今回は、そんな方々がまず何を目指したら良いか、が分かるようになるべく平たい計算を用いて答えを探してみようと思います。

フラット35や長期優良住宅などで住宅の断熱性を評価するために「Ua値」という指標を使います。
「Ua値」とは「外皮平均熱貫流率」のことで、外気等に接する天井・壁・床及び開口部からの熱の通しやすさの平均を表しており、単位を書くと「W/㎡・K」になります。これは、数字の大きい方が熱を通しやすいという意味であり、「数字が大きい=断熱性が悪い」と言うことも出来ます。

Ua値の基準には、公的な基準である省エネ等級(以下、断熱等級4)やZEH、又は民間のHEAT20(以下、G1若しくはG2)で定めている基準などがあります。「断熱等級4→ZEH→G1→G2」の順で厳しい値になりますが、東京23区で言えば「0.87、0.60、0.56、0.46」という値になります。
これだけ見ても、どんな断熱材や窓を使えば良いのかイマイチ分からないと思います。そこで「それぞれの値で断熱材や窓がどう違うのか?」を検証してみます。

基準は断熱等級4の0.87とし、その仕様(以下、基準仕様)は下記とします。
①木造2階建て 延床面積 116㎡、②窓面積の合計 ①の18%位、③天井断熱 高性能グラスウール16K(以下、HGW16)t=90、④壁断熱 HGW16 t=90、⑤床断熱 XPS t=30 ⑥窓性能 Uw=4.65、η=50
尚、使用ソフトは住宅性能評価・表示協会でDL出来る「外皮計算シートEXCEL」です。

因みにですが、上記の中で天井と床は「旧省エネ等級4」で使用すべきだった断熱材より薄くなっています。要は、多少断熱性能を落としても同じ等級4の評価がもらえることになった、ということです。これを知っていて、断熱性能を落として省エネ基準を得ているローコスト系ハウスメーカーもあります。

では、基準仕様を踏まえながら計算を始めてみましょう。
まずは、旧省エネ4等級の仕様規定を満たしていない天井と床を変更します。
・③:HGW16 t=160
・⑤:XPS t=65
結果、Ua値が0.79になりました。

次に、施工に無理のない範囲で種類や厚みを変えてみます。
・③:厚みが変えやすい吹込みタイプのGW10Kに変更し、t=300とします。
・④:柱太さ同等のt=120にします。また、性能をHGW40にUP。
・⑤:大引きや根太の成を踏まえ、t=90にします。
結果、Ua値が0.71になりました。

次は、施工上は何も変わらない窓を変えてみます。
・⑥:「アルミ樹脂複合枠+ペアガラス(A12)Uw=3.49」に変更。
結果、Ua値が0.62になりました。

ここまでで分かることは、窓変更が一番効果的(0.09削減)である、ということです。これは見方を変えると、今まで一般的に使っていた窓の性能が悪すぎる、ということです。窓性能で言えば、日本より寒い地域が多いヨーロッパの国々はまだしも、同じアジアの韓国や中国より悪いのが現状です。

さて、施工に無理のない範囲で変更を繰り返し、Ua値が0.62まで来ました。ここまで来ると、ZEH基準0.60又はG1基準0.56までもう少しです。
では、効果の高い窓でもう少し良くしてみましょう。
・⑥:「樹脂枠+Low-Eペアガラス(A12)Uw=2.33」に南面のみ変更。
結果、Ua値が0.56になりました。

いよいよ最後の変更です。
ここまで来ると、同じような施工方法及びなるべく安価な商品で性能を良くしていくのも限界が来ます。
そこで、今回は壁を「充填断熱+付加断熱」に変更したいと思います。
・④:「充填 + 付加/HGW32 t=45」に変更。
・⑥:「樹脂枠+Low-Eペアガラス(A12)Uw=2.33」に北面も変更。
結果はUa値が0.46になり、G2基準をクリアする性能になりました。

付加断熱はハードルが高いように思いますが、t=45でしたらインゴー角(45×45)を壁に取り付ければ良いので、さほど難しいことではありません。また、付加断熱の材料としては「t=60」の商品もあります。施工上は「t=45」とさほど変わらず、値段も全体から見れば大した金額ではないので、採用に値するとは思います。更に、窓も全ての面を樹脂枠Low-Eとすれば、Ua値は0.43までは下がります。

※ここまでの計算で使用した数字は、材料として一般的なものを使っていますので、選択した商品によっては多少前後すると思います。

まとめです。
HEAT20では、下記のシミュレーションをしております。
1)冬期間の室内最低体感温度(4~7地域)
断熱等級4では概ね8℃を下回らないが、G2レベルでは概ね13℃を下回らない
2)全館連続暖房方式における暖房負荷削減率
断熱等級4レベルの部分間欠暖房方式と概ね同等のエネルギーで全館連続暖房が可能

部分間欠暖房によるヒートショックの問題は昨今話題となっておりますが、室温が低いことも健康被害があるために欧米では最低室温の規定などがあります。
断熱性能は、施工上は大きな変化を必要とせずにG2レベルまで上げることが可能です。
確かにイニシャルコストは掛かりますが、使用エネルギーの削減や健康被害が減ることによる医療費の削減なども考慮すれば、ランニングコストでペイ出来る可能性もあると思います。
そういったことを踏まえ、尚且つ、室内の温熱環境が改善するとなれば、少なくてもG2レベルの断熱性能を目指すことがその第一歩かと思いますが、皆さん如何でしょうか。

column007 快適性を考える

住宅に限らず建物の「居室」と言う空間には、快適性が求められるのが一般的です。
しかし、この快適性という言葉は案外曲者で、何によってその空間を「快適だ」と感じるかは人それぞれで、例えばある夏の日、窓から入る心地よい風を感じて快適だと想像する人がいれば、空調により温湿度が心地よい状態に保たれた空間を快適だと想像するもいます。きっとどちらも快適に違いないと思いますが、ではそもそも「快適性とはなにか」ということですが、結論から言えば「違和感のない空気質」のことを主に指しています。それは、丁度いい温湿度で、臭いもなく、ほこりやカビなどが舞っていない、そんな状態です。また、視覚による快適性も考えられますが、ここでは体感によるものに着目したいと思います。

では、この違和感を少し整理すると「冬の寒さ」や「梅雨のジメジメ感」「夏の蒸し暑さ」、更には「花粉症」や「PM2.5」「ホルムアルデヒドなどのシックハウス物質」などのことを指すでしょうか。
私は東京などの都市部で設計することが多いのでそれを基準に書きますが、それらの違和感をなくす方法としてエアコンや換気扇などの機械を使います。しかし、単に機械に頼ってはエネルギーをたくさん使ってしまいますので躯体の性能として、きちんと断熱し気密をします。所謂、高断熱高気密住宅ですが、そうすることによりなるべく少ないエネルギーでより安定的な空気質の空間にすることが出来ます。念の為書きますが、私は「窓を開けるな!」とは言っていません。季節の良い時には窓を開けて外気を取り入れれば良いと思いますが、いかんせん東京などで考えると窓を開けることで新鮮空気が入って来るとは限りませんし、そもそも先の違和感からも想像出来る通り、窓を開けて快適を得られる日は1年を通じてあまりないのが現状です。
先ほど私は「東京を基準に」と書きましたが、実は郊外でも「高断熱高気密」とすることに変わりはありません。自然エネルギーを使って住宅を設計しても同じことで、ある程度の高断熱高気密とすることで屋内空間の安定感が向上します。この安定感は、さらなる快適性の向上に役立ちますので「高断熱高気密を目指さないという選択肢はない」というのが私の考えです。
また、高断熱高気密とすることで、日本の住宅で主流の部分間欠暖冷房から全館令暖房へと光熱費の増加を伴わないで移行出来ますし、それはヒートショックなどの健康被害も軽減されることにも寄与しますので、そういった観点からも重要なことだと認識しています。

話しが少し変わりますが、自然エネルギーをコントロールする手法を「パッシブデザイン」と言います。私も建物の基本性能を確保したあとにパッシブデザインを検討しますが、このパッシブデザインを主とする方々は、何故か高断熱高気密を嫌います。「息苦しい」と感じることが主な理由なようですが、気密が悪いと計画換気がうまくコントロール出来ないなどの弊害もあるのですが、あまりそこには頓着がないようです。このことは見方を変えると、パッシブデザイン主流派は曖昧な感じを残したいのかなと思います。それが、自然とゆるくつながっていることになる、そんな感じでしょうか。
反対に私は、なるべく曖昧な部分をなくし、しっかりコントロール出来る状況を目指すべきと考えています。今では、温熱などの環境シミュレーションが一設計事務所レベルでも出来る様になって来ていますので、それらを駆使すべきと思っています。
ここで言えることは、パッシブデザインもそうですが、シミュレーション結果を利用することも設計手段の1つでしかないということです。「それらをどう融合するのか?」が建築士に問われ、それが結果として快適性に現れると思っています。

最後に、皆それぞれに求める快適度合いの違いがあると私は考えていますが、これはどちらが良い悪いということではありません。立地環境でも目指すべき快適性が違うと思いますし、住まう人が体験してきたコトでも快適性が違います。そもそも、私を含め「自然とつながらなくて良い」と考える方はいないと思う反面、家とは「住まう人を雨風や寒暖から守るためにある」と私は思っていますので、その観点から考えるとそれらから身を守るためにより良い方法を模索すべきと考えますが、皆さんは如何でしょうか。