樹脂サイディングを使用した壁体の最適な木造住宅について*

世界各地で進行している地球温暖化を防止するた めには, エネルギー消費を抑えて

CO２

の排出量を 減らしていくことが重要である. しかし, 家庭にお けるエネルギー消費量の推移を見ると, 1965年には

18,159MJ であった消費量は2005年には43,307MJ と 約2.4倍に増加している. その中でも特に暖冷房に よるエネルギー消費量が28％を占めている(図１)

⁽¹⁾

. これを削減するために, エネルギー消費量を最も抑 えた次世代省エネルギー基準 (以下, 次基準と称す, 1999年に制定) の住宅の普及が求められていると考 えられる. また, 住宅金融支援機構における新築住 宅の次基準の住宅の適合率は2007年の段階では41.3

樹脂サイディングを使用した壁体の最適な木造住宅について*

石 田 卓**

須 貝 高**

In this paper, we used AE-CAD, SMASH and IN-SYS, we examined the heating and cooling laod of year and dew condensation of exterior wall about most suitable a wooden house with wall of resin in City, City and Other Cities. In addition, we found the thermal resistance of house wrappin sheets with the ventilation layer on the basis of the experiment value. We examined the main contents to describe below.

1) Difference of windowpane

(normal single glazing, normal double glazing, Low-E double glazing, sun

shade double glazing and heat rays reflection single glazing) and sash

(aluminum and resin)

2) Difference of house wrapping sheets

(none, white and aluminum)

and color of exterior wall

(fiber rein-

forced cement sidings and resin siding)

3) Difference of solor shading equipment

(none, lace curtain, paper sliding door and blind)

and detached house model

(1 area model and 4 area model)

Key Words: Numerical Calculation, Heating and Cooling Laod of Year, Dew Condensation, Exterior Wall, Fukuoka City, Other Cities, Windowpane, Sash, House Wrapping Sheets, Solor Shading Equipment

Study on the Most Suitable Wooden House with Exterior Wall of Resin Siding

Taku I

SHIDA

and Takashi S

UGAI

1 はじめに

*平成20年５月30日受付

**建築学科

― 福岡市や他の都市における住宅の年間暖冷房負荷と 壁体の内部結露に関する数値計算 ―

―

Numerical Calculation of the Heating and Cooling Load of Year and Dew Condensation

of Exterior Wall in Fukuoka City and Other Cities

―

％と目標値 (50％) には達していない現状がある (図２).

そこで本論文では, 新省エネルギー基準 (以下, 新基準と称す) に基づいて考えられた住宅を, 最も 厳しい次基準に変更できるかを具体的に検討する.

即ち, 年間暖冷房負荷の削減に有効な断熱方法を検 討すると共に, 不適切な断熱施工を行うことで夏季・

冬季に生じる壁体の内部結露の防止方法について検 討していく.

防止方法の一例として, 開口部にアルミサッシを 使用した場合, サッシの部分で表面結露が発生し

(写真１), その結果, 窓枠周辺の構造体を腐朽させ る (写真２) 原因となるため, 断熱性 (熱伝導率が 低い) と気密性に優れている樹脂サッシを使用する ことが考えられる.

検討方法としては, 年間暖冷房負荷が次基準の基 準値を満たす住宅かつ内部結露が発生しない壁体の 構成を検討した (図３).

年間暖冷房負荷の計算には, 建築環境シミュレ ーションプログラム用汎用インターフェイス

“AE- CAD”

及 び 住 宅 用 熱 負 荷 計 算 プ ロ グ ラ ム

“SMASH for Windows”を用いた.

内部結露の計算には, 結露計算システム

“INSYS for Windows”を用いた. 壁体の構成は透湿防水シー a) 消費量の年次推移

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b) 用途別 (2005年) 図1 世帯あたりのエネルギー消費量

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図2 次基準の住宅の適合率の推移(2006,2007年は推定値)⁽²⁾

写真1 アルミサッシの結露の様子⁽³⁾

写真2 構造体の腐朽の様子

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2 検討方法

トを用いて, 内部結露が発生しにくい通気工法とし た. 検討を行う日は, 夏季・冬季の南壁・西壁にお いて, 日射吸収率が1.0の時に外装材の外表面温度 が夏季は最高となる日, 冬季は最低となる日とした.

図４に年間暖冷房負荷の検討を行う日本建築学会 が定める２種類の戸建て住宅モデル (延べ床面積 121.74㎡, Ⅰ地域の戸建て住宅モデル (以下, Ⅰ住 宅と称す), Ⅳ地域の戸建て住宅モデル (以下, Ⅳ

住宅と称す)) のパース, 図５にⅣ住宅の平面図を 示す.

Ⅰ住宅 (窓面積比19％), Ⅳ住宅 (窓面積比28％) を用いて, 年間暖冷房負荷及び内部結露の計算を行 う. Ⅰ住宅を札幌, 秋田, 仙台, 福岡, Ⅳ住宅を秋 田, 仙台, 横浜, 福岡, 鹿児島で算出する. Ⅰ住宅 は開口部が小さく取られており, 北海道の仕様であ るが, 他の地域でも建設されるものと想定している.

地域区分 地 点 名 基準値 [MJ／㎡・年]

Ⅰ 札 幌 市

Ⅲ 秋 田 市 390 仙 台 市

Ⅳ 横 浜 市 460

Ⅴ 福 岡 市 鹿児島市 350

表1 次基準の年間暖冷房負荷の基準値

3 計算概要

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図4 住宅モデルのパース

a) Ⅰ住宅 b) Ⅳ住宅

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図3 検討方法

a) ２階 b) １階

図5 Ⅳ住宅の平面図

表２に地点名別の暖冷房期間・室内設定条件を示 す.

表３に計算内容のフローチャート (札幌市, 秋田 市, 仙台市, 横浜市, 福岡市, 鹿児島市) を示す.

4-1. 開口部の仕様による違い

表４に各地点別の新基準を満たす最低レベルの開 口部の仕様を示す. 住宅の中で最も熱の出入りが多 いのは, 他の部位と比べて断熱性能が極端に悪い開 口部である. つまり, 開口部の断熱性能をアップす

地点名 暖房期間[終日18℃] 冷房期間[終日27℃60％]

札 幌 市 9月29日〜 6月 5日(250日間) 6月 6日〜 9月28日(115日間) 秋 田 市 10月10日〜 5月21日(224日間) 5月22日〜10月 9日(141日間) 仙 台 市 10月15日〜 5月16日(214日間) 5月17日〜10月14日(151日間) 横 浜 市 11月 2日〜 4月21日(172日間) 4月22日〜11月 1日(193日間) 福 岡 市 11月 7日〜 4月15日(160日間) 4月16日〜11月 6日(205日間) 鹿児島市 11月16日〜 4月 4日(140日間) 4月 5日〜11月15日(225日間)

日平均外気温15℃以下の全期間 暖房期間以外の全期間 表2 地点名別の暖房期間と冷房期間

4 計算内容

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a)札幌市,秋田市,仙台市,福岡市

表3計算内容のフローチャート

ることが建物全体の断熱性能のアップに最も効果的 となる. そこで, 普通単板ガラスを熱線反射ガラス, 普通複層ガラス, 遮熱複層ガラス, 低放射複層ガラ ス, アルミサッシから樹脂サッシなどに替えること によって, 年間暖冷房負荷の違いについて検討する (図６).

表4 新基準を満たす最低レベルの開口部の仕様

地 点 名 種 類

札 幌 市 低放射複層ガラス・樹脂ガラス 秋田市, 仙台市 普通複層ガラス・アルミサッシ 横浜市, 福岡市, 鹿児島市 普通単板ガラス・アルミサッシ

b)横浜市,福岡市,鹿児島市

4-2. 外装材と透湿防水シートの仕様による違い

外装材における樹脂サイディングの色 (ウォール ナット, クリーム, ホワイト) による違いや住宅に 最も多く用いられている窯業系サイディングについ て, 年間暖冷房負荷について検討する. 以下, 樹脂 サイディングの色で表す.

透湿防水シートは内部結露の防止に非常に有効で あるとされており, 外壁の断熱材の外側部分に使用 されている. 透湿防水シート (白色, アルミ) の有 無によって, 年間暖冷房負荷の違いについて検討す る.

4-3. 開口部の日射遮蔽物の仕様による違い

開口部に日射遮蔽物 (レースカーテン, 障子, 内 ブラインド, 外付けブラインド) を設け, 期間冷房 負荷の削減を検討する (横浜, 福岡, 鹿児島の場合 のみ).

5. 計算結果

5-1. 開口部の仕様による違い

図10, 11に開口部の仕様の違いによる年間暖冷房 負荷を示す.

秋田市・仙台市・福岡市において, 年間暖冷房負 荷が最も削減するのは, 低放射複層ガラス・樹脂サッ

a) 普通単板ガラス⁽⁴⁾ (アルミサッシ)

b) 熱線反射ガラス⁽⁴⁾ (アルミサッシ)

c) 普通複層ガラス⁽⁴⁾ (アルミサッシ)

d) 遮熱複層ガラス⁽⁵⁾ (アルミサッシ, 樹脂サッシ)

e) 低放射複層ガラス⁽⁵⁾ (アルミサッシ, 樹脂サッシ)

f) 普通複層ガラス⁽⁶⁾ (樹脂サッシ) 図6 開口部の仕様

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図7 外装材の日射吸収率の大小関係

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図8 透湿防水シートの熱抵抗値の大小関係

図9 開口部の日射遮蔽装置の熱抵抗値の大小関係

e) 遮蔽装置無し d) レースカーテン c) 障子 b) 内ブラインド a) 外付けブラインド

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図10 開口部の仕様の違いによる年間暖冷房負荷 (秋田市, 仙台市, 鹿児島市)

※天井断熱, 透湿防水シート無し, 窯業系サイディング

シである. その理由は, 低放射複層ガラスは, 日射 熱 (長波長) を室内に伝えやすく, その熱 (短波長) を室内から逃がさない性能を有するため, 暖房を多 く使う地域において暖房負荷の削減に効果的である.

しかし, 低放射複層ガラスは他のガラスと比較する と価格が高価であり, 例えば, 低放射複層ガラスの 価格は普通複層ガラスの約２割高である.

横浜市・福岡市・鹿児島市において, 年間暖冷房 負荷が最も削減するのは, 普通複層ガラス・樹脂サッ シである. その理由は, 期間冷房負荷を最も削減す るのは, 熱線反射ガラスと遮熱複層ガラスであるが, いずれも冬季の日射を遮るため, 期間暖房負荷の増 大により年間暖冷房負荷が増加したためである.

以上のことから, 次基準の年間暖冷房負荷をクリ アするためには, 普通複層ガラス・樹脂サッシで十 分である.

5-2. 外装材と透湿防水シートの仕様による違い

図12, 13に外装材と透湿防水シートの仕様の違い を示す.

秋田市・仙台市・福岡市において, 年間暖冷房負 荷が最も削減するのは, 透湿防水シート (白色) 有 りの場合であり, 地点名では福岡市であった. その

理由は, 外壁の断熱性・気密性が高まったが, 断熱 性能の低い開口部から侵入した日射熱が室内に閉じ 込められて, 期間暖房負荷が大きく削減されたため である.

横浜市・福岡市・鹿児島市において, 年間暖冷房 負荷が最も削減するのは, 透湿防水シート (アルミ) 有りの場合の窯業系サイディングである. その理由 は, 窯業系サイディングの日射吸収率が高いため, 日射を多く吸収して, 期間暖房負荷を削減したこと である.

5-3. 開口部の日射遮蔽物の仕様による違い

図14に開口部の日射遮蔽物の仕様の違いによる期 間冷房負荷を示す.

どの地域でも外付けブラインドが最も期間冷房負 荷を削減することができた.

5-4. 壁体の内部結露について

図15〜17に日射吸収率と全結露水量の関係を示す.

窯業系サイディングとウォールナットは日射吸収 率が高く, 外装材の表面温度が高くなりやすい. そ のため温度上昇に伴い, 壁体内部から水蒸気を放湿 するため, 内部結露が生じやすくなる. 特に, 温度

289.70 305.17

257.31 259.90 248.27 234.69320.45 342.41

264.85 265.49 249.02 226.75 248.21 268.90293.63

206.75 191.17 172.57 68.70 61.64

68.39 62.26 67.83 69.75 97.01 82.86

98.93 80.67 91.91 94.98

152.06 134.71 146.26

129.60 143.25146.27

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400.27 403.61 439.89

336.35 334.42 318.84

図11 開口部の仕様の違いによる年間暖冷房負荷 (横浜市, 福岡市, 鹿児島市)

※天井断熱, 透湿防水シート無し, ウォールナット

が高くなる夏季は, 壁体内部が蒸れやすく危険であ る. よって, 外装材には日射吸収率の低い材料 (ク リーム, ホワイト) を用いるべきである.

また, 結露水量は, ポリエチレンフィルム無しよ りも有りの方が多く, 西面よりも南面の方が多いこ とが分かった.

表５に年間暖冷房負荷が次基準の基準値の最低限 を満たす住宅かつ内部結露が発生しない壁体の構成, 表６に年間暖冷房負荷が最も削減できる住宅かつ内

部結露が発生しない壁体の構成を示す.

例えば, 福岡におけるⅣ住宅を建設した場合の年 間暖冷房負荷が最も削減できる住宅かつ内部結露が 発生しない壁体の構成は, 断熱方法に天井断熱, 透 湿防水シート (アルミ) 有りが前提で２つの方法が 考えられる.

１) 樹脂系サイディング (クリーム) ＋低放射複層 ガラス・樹脂サッシ

２) 樹脂系サイディング (ホワイト) ＋普通複層ガ ラス・樹脂サッシ＋外付けブラインド

6 総括

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図12 外装材と透湿防水シートの仕様の違いによる年間暖冷房負荷 (秋田市, 仙台市, 鹿児島市)

※天井断熱, 開口部：新基準

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図13 外装材と透湿防水シートの仕様の違いによる年間暖冷房負荷 (横浜市, 福岡市, 鹿児島市)

※天井断熱, 開口部：新基準, 透湿防水シート (アルミ) 有り

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図15日射吸収率と全結露水量の関係 (南面) (秋田市, 仙台市, 鹿児島市)

※天井断熱, 開口部：複層ガラス・樹脂サッシ, 透湿防水シート (アルミ) 有り ポリエチレンフィルム有り

図14 開口部の日射遮蔽物の仕様の違いによる期間冷房負荷 (横浜市, 福岡市, 鹿児島市)

※天井断熱, 開口部：複層ガラス・樹脂サッシ, 透湿防水シート (アルミ) 有り 外装材 (横浜市：クリーム, 福岡市・鹿児島市：ホワイト)

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図16日射吸収率と全結露水量の関係 (南面) (横浜市, 福岡市, 鹿児島市)

※天井断熱, 開口部：複層ガラス・樹脂サッシ, 透湿防水シート (アルミ) 有り ポリエチレンフィルム有り

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図17日射吸収率と全結露水量の関係 (西面) (横浜市, 福岡市, 鹿児島市)

※天井断熱, 開口部：複層ガラス・樹脂サッシ, 透湿防水シート (アルミ) 有り ポリエチレンフィルム有り

表5 年間暖冷房負荷が次基準の基準値の最低限を満たす住宅かつ内部結露が発生しない壁体の構成

Ⅰ地域住宅モデル

札幌 秋田 仙台 横浜 福岡 鹿児島

断熱方法 天井断熱 天井断熱

外 装 材 クリーム ホワイト クリーム

透湿防水シート 有り 有り

開 口 部 低放射複層

樹脂サッシ

低放射複層 樹脂サッシ

Ⅳ地域住宅モデル

札幌 秋田 仙台 横浜 福岡 鹿児島

断熱方法 天井断熱

外 装 材 クリーム ホワイト クリーム クリーム

ホワイト ホワイト

透湿防水シート 有り

開 口 部 低放射複層

樹脂サッシ

普通複層 樹脂サッシ 外付けブラインド

低放射複層 樹脂サッシ

Ⅰ地域住宅モデル

札幌 秋田 仙台 横浜 福岡 鹿児島

断熱方法 天井断熱 天井断熱

外 装 材 クリーム ホワイト クリーム

透湿防水シート 有り 有り

開 口 部 低放射複層 樹脂サッシ

普通複層 樹脂サッシ

普通複層 樹脂サッシ

Ⅳ地域住宅モデル

札幌 秋田 仙台 横浜 福岡 鹿児島

断熱方法 天井断熱

外 装 材 クリーム ホワイト クリーム

透湿防水シート 有り

開 口 部 普通複層

樹脂サッシ 全て

普通複層 樹脂サッシ

断熱複層 アルミサッシ

普通複層 アルミサッシ

表6 年間暖冷房負荷が最も削減できる住宅かつ内部結露が発生しない壁体の構成

1)

http://www.enecho.meti.go.jp/

(資源エネルギー庁 のホームページ)

2)

http://www.mlit.go.jp/hyouka/

(国土交通省のホー ムページ, ｢国土交通省の政策評価｣)

3) (財)住宅・建築 省エネルギー機構編集：次世代 省エネルギー基準セミナーテキスト, (財)住宅・

建築 省エネルギー機構, 1999年

4)

http://www.estate-koubou.jp/category/1158885.

html

(㈱エステート工房のホームページ, ｢自然 素材・デザイン・ローコストのこだわり新築住宅・

リフォーム｣)

5)

http://glass-catalog.jp/pdf/k02-010.pdf

(日本板硝子

㈱の複層ガラス ペアマルチ 住宅用総合カタログ, 2007年４月30日, 総34頁)

6)

http://www.jmado.jp/

(樹脂サッシ普及促進委員

会のホームページ)

7)

http://www.nyg.gr.jp/

(日本窯業外装材協会のホー ムページ)

8)

http://www.psiding.jp/(樹脂サイディング普及促

進委員会のホームページ)

9) 国土交通省国土技術政策総合研究所・独立行政 法人建築研究所監修：自立環境型住宅の設計ガイ ドライン, (財)住宅・建築 省エネルギー機構, 2006年７月７日, 総290頁

謝辞

本研究に当たり, 平成19年度福岡大学工学部建築 学科の卒業論文生の手塚奈保子君, 本田祐士君の協 力を得た. 手塚君には, 札幌市, 秋田市, 仙台市, 福岡市 (冬季重視型) を, 本田君には, 横浜市, 福 岡市, 鹿児島市 (夏季重視型) を, 担当して頂いた.

ここに, 記して謝意を表す.

参 考 文 献