column018　断熱とＵａ値を考える

東京２３区のＵa値とは

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、そんな方々がまずはどこを目指したら良いのか、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。

 

断熱仕様をＵa値化してみる

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。

 

ＨＥＡＴ２０の基準とは

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。