42-1
戸建住宅
断熱改修による居住性能およびエネ
ギ
性能
改善効果に関
る研究
中池
和輝
1. め に
近 , 国 け エ ネ 消 費 々 増 加
傾 向 あ , 宅 建 築 物 い 省 エ ネ
対 策 強 く 求 い
1) ,
新 築 宅 い
高 断 熱 高 気 密 化 や 省 エ ネ 手 法 提 案 実 用
化 い 一 方,エ ネ 消 費 削 減 大
ポ ン シ 既 存 ス ッ へ 対 策 改
修 初 期 費 用 工 期 負 担 や 費 用 対 効 果 明 瞭
敬 遠 ,国 際 的 見 普 及 い い 状
況 あ
2)3)4) ,
現 在 断 熱 性 能 外 皮 均 熱 貫 流
率 評 価 主 流 あ 一 方 ,断 熱 改 修 効 果 適
評 価 手 法 確 立 い い 状 況 問 題 視
断 熱 改 修 効 果 い 多 数 報 告 い ,簡
易 評 価 や ア ン 等 定 性 的 評 価 ,
改 修 部 位 や 内 部 空 調 状 況 等,複 雑 要 因 影 響 及
ぼ 断 熱 改 修 効 果 定 評 価 整 理 急 務 あ
5)
研 究 ,実 測 び 数 値 シ ミ ュ シ ョ
ン ,戸 建 宅 断 熱 改 修 省 エ ネ
び 居 快 適 性 改 善 効 果 定 化 , 宅
温 熱 環 境 及 ぼ 各 種 要 因(換 気 回 数,日 射 透 過 率
等) い 感 度 解 析 び 回 帰 析 行 い,エ ネ
性 能 び 居 性 能 へ 影 響 度 明
2.実 測 実 験 に よ る 温 熱 環 境 実 態 把 握
2.1 対 象 住 宅 建 築 概 要
賀 県 け や 建 設 断 熱 改 修 宅
い い 宅2棟 対 象 実 測 実 験 行 ,
以 前 者 改 修 邸,後 者 非 改 修 邸 称 図1,図2
改 修 邸,非 改 修 邸 各 階 面 図 示 両 宅 鉄
骨 造2階 建 ,床 面 積,新 築 時 期,間 取 程 度 あ
断 熱 性 能 関 ,外 皮 均 熱 貫 流 率 UA値
改 修 邸 0.89(等 級4程 度),非 改 修 邸 1.61(等 級2
程 度) あ ,表2,表3 断 熱 改 修 前 後 外 被 構
び 物 性 値 示 断 熱 材 熱 伝 導 率,厚 変 更
断 熱 性 能 向 図 い ,窓
い 部 的 イ ン ナ サ ッ シ 設 行 い
2.2 実 測 計 画 お よ び 内 容
今 回, 宅 内 空 間 温 度,エ ア コ ン 消 費 電 力 ,表 面 温
度,PMV 2016 10 2017 12 実 測
行 ,居 者 等 幾 条 件 異
,冬 期 夏 期 1 間 程 度 条 件 揃 え 実 験
行 い
改 修 項 目 表2.断 熱 改 修 前:外 皮 仕 様
表3.断 熱 改 修 後:外 皮 仕 様
名称 [W/(m･K)]熱伝導率 厚さ[mm] [W/(㎡･K)]熱貫流率
グ ス ー 0.039 50
中空層 (0.024) 40 石膏 ー 0.202 9 石膏 ー 0.202 9
防湿シー -
-チ ンフ ーム 0.043 30
通気層 (0.024) 66 ALC 0.170 75
フ ー ング(寄木) 0.103 12
モ タ 下地 1.910 12
ALC 0.170 100
窓 単板ガ ス 0.780 5 6.21
天井(上→下)
外壁(内→外)
床(上→下)
0.675
0.671
1.155
名称 熱伝導率
[W/(m･K)] 厚さ[mm]
熱貫流率 [W/(㎡･K)]
グ ス ー 0.039 100
中空層 (0.024) 40 石膏 ー 0.202 9 石膏 ー 0.202 12
防湿シー -
-通気層 (0.024) 44
フ ノー フ ーム 0.020 25
通気層 (0.024) 7 ALC 0.170 75
フ ー ング(寄木) 0.103 12
スチ ンフ ーム 0.022 11
樹脂フ ーム 0.023 2
ALC 0.170 100
単板ガ ス 0.780 5
空気層(イン ーサッシ) (0.024) 107
単板ガ ス 0.780 5
単板ガ ス 0.780 5
中空層 0.024 12
単板ガ ス 0.780 3
空気層(イン ーサッシ) (0.024) 107
単板ガ ス 0.780 5
窓1(内→外)
窓2(内→外) 床(上→下) 天井(上→下)
外壁(内→外)
0.699
4.29
3.32 0.360
0.486 ビン ・ イニン
和室
1階 面 図
1
階
面 図
図1.非 改 修 邸 各 階 面 図
ビン ・ イニン 玄関ホー 洗面脱衣所 トイ ーゼット
キッ ン
洋室
主寝室
2
階
面 図
2階 面 図
42-2
2.3 実 測 結 果 お よ び 考 察
図 3 代 表 的 結 果 あ 冬 期 実 験 期 間 3 日 間
(12/14～12/16) け 1 階 主 要 居 室 単 位 面 積 当
暖 房 負 荷 推 移,図4 床 内 表 面 温 度 推 移 示
,空 調 負 荷 エ ア コ ン い 込 出 温 度 差
空 気 定 積 比 熱 風 (カ タ 値:強 風 ) 乗
算 出 い 断 熱 改 修 邸 全 体 温 度
高 く 推 移 ,単 位 面 積 当 負 荷 少 い
確 認 ,空 調 室 非 空 調 室 間 温 度 差
( ン - イ ) い 非 空 調 室 温 度 環 境 改
善 2℃ 程 度 改 善 効 果 確 認 ,
冬 期 急 激 温 度 原 因 発 生 シ ョ ッ
抑 制 期 待 図 4 床 表 面 温 度 改 修 邸
常 時 2～3℃ 高 い 温 度 推 移 い ,冬 期
け 断 熱 改 修 省 エ ネ 効 果, 宅 内 温 度 差
改 善 効 果,表 面 温 度 昇 放 射 温 度 環 境 改 善 効
果 確 認
3.実 証 住 宅 を 対 象 と た 数 値 シ ミ ュ シ ョ ン
3.1計 算 条 件 お よ び 計 算 内 容
今 回,計 算 熱 水 空 気 連 考 慮 数 値 シ
ミ ュ シ ョ ン ソ フ THERB for HAM 用 い
6)
検 証
目 断 熱 改 修 熱 負 荷 削 減,居 快 適 性 改 善
効 果 図5(a)～(c) 実 測 値 計 算 値 精 度 検 証
結 果 示 温 度 推 移 傾 向 概 く 符 合 ,
十 計 算 精 度 確 認 , 使 計 算
行 う 空 調 終 日 間 空 調 夏 期 20℃,冬 期 27℃
,室 内 発 熱 発 湿 無 ,建 築 的 条 件 等
く 計 算 対 象 断 熱 改 修 邸
3.2断 熱 改 修 に よ る 負 荷 削 減 効 果
図 6 断 熱 改 修 毎 間 冷 暖 房 負 荷 積 算 結 果
示 部 改 修 効 果 最 高 い 窓, い 外 壁
, 21.8%,7.8% 削 減 確 認 , 全
体 改 修 間 負 荷34.9% 削 減 効 果 生 ,実 証
宅 け 省 エ ネ 効 果 確 認
図3.1階 ビ ン グ 負 荷 推 移
図4.床 表 面 温 度 改 善 効 果
図5.精 度 検 証 結 果(12月1日 ～12月2日)
(a) ビ ン グ 温 度 (b)2F寝 室 温 度 (c)
洗 面 脱 衣 温 度
0 200 400 600 800 1000 0 5 10 15 20 25
0 6 1 2
1 8
0 6 1 2
1 8 12月1日 12月2日
日射量
[W
/
㎡
]
温度
[
℃
]
日射量 実測値 計算値 外気温
0 200 400 600 800 1000 0 5 10 15 20 25
0 6 1 2
1 8
0 6 1 2
1 8 12月1日 12月2日
日射量
[W
/
㎡
]
温度
[
℃
]
日射量 実測値 計算値 外気温
0 200 400 600 800 1000 0 5 10 15 20 25
0 6 1 2
1 8
0 6 1 2
1 8 12月1日 12月2日
日射量
[W
/
㎡
]
温度
[
℃
]
日射量 実測値 計算値 外気温
1.5% 11.9% 51.5% 47.8% 46.2% 52.0% 83.3% 80.7% 48.4% 52.1% 53.8% 47.9% 12.6% 7.3% 0.0% 0.1% 0.0% 0.0% 2.5% 0.2%
0.0% 20.0% 40.0% 60.0% 80.0% 100.0%
全体 窓のみ 天井のみ 床のみ 外壁のみ 改修前
PMV出現率[%]
-3.0－-2.5 -2.5－-2.0 -2.0－-1.5 -1.5－-1.0 -1.0－-0.5 -0.5－0.0
0.0－0.5 0.5－1.0 1.0－1.5 1.5－2.0 2.0－2.5 2.5－3.0
図6.部 分 改 修 ご と 間 冷 暖 負 荷
図7.部 分 改 修 ご と PMV出 現 率(冬 期)
改修前 外壁 床 天井 窓 全体
冷房負荷 6.57 6.38 6.50 6.56 8.91 9.13
暖房負荷 23.82 21.65 23.24 23.32 14.87 10.65
削減率 0.0% 7.8% 2.2% 1.7% 21.8% 34.9% 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0
年間負荷削減率
[%
]
年間冷暖房負荷
[G J / pe ri o d]
冷房負荷 暖房負荷 削減率
0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 25
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0
12/14 12/15 12/16
日射量
× 1 0 [W / ㎡ ]
床面積あたり暖房負荷
× 1 0 [J /s ･㎡ ]
温度
[
℃
]
改修1F負荷 外気温 改修 ビング
非改修 ビング 改修 イ 非改修 イ
日射量 非改修1F負荷
0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 25
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0
12/14 12/15 12/16
日射量
× 1 0 [W / ㎡ ]
温度
[
℃
]
外気温 改修 ビング 非改修 ビング
改修床下 非改修床下 改修邸床表面
42-3
3.3断 熱 改 修 に よ る 室 内 快 適 性 改 善 効 果
図7 冬 期 け 断 熱 改 修 PMV出 現
率 示 断 熱 改 修 行 う PMV快 適 域(み0.5)内
割 合 0.0% 15.1% 大 く 昇 ,快 適 性
改 善 効 果 確 認 計 算 空 間 温 度 一 定
,着 衣 代 謝 値 ,室 内 表 面 温 度
昇 放 射 温 度 環 境 改 善 効 果 考 え
4.パ タ 感 度 解 析
4.1部 分 改 修 に よ る 負 荷 削 減 効 果
前 述 計 算 (実 証 宅) 各 外 被 断 熱 性
向 度 合 い や 改 修 部 位 統 一 ,各 外 被
性 能 向 負 荷 削 減 び 居 快 適 性 改 善 効 果 へ 寄
率 一 概 表 現 困 難 あ ,
タ 解 析 用 い ,部 改 修 効 果 定 化 表
4 計 算 条 件 示 ,図8 全 ス 間 冷 暖 房 負 荷
積 算 結 果 示 各 断 熱 性 能 向 伴 い 負 荷 削 減 率
増 加 確 認 図9 各 ス 外 被 性 能
基 算 出 UA値 間 冷 暖 房 負 荷 相 関 示
UA値 あ 改 修 部 位 違 い 負 荷 大 く 異
,各 部 位 傾 異 窓>床>外 壁>天 井
寄 率 高 く 確 認 空 調
室 周 辺 外 被 割 合 相 関 あ 考 え
図10.計 算 対 象 デ
(a)1階 面 図 (b)2階 面 図
表5.回 帰 分 析 条 件
単位 1 2 3 4 5 6
A1 天井 W/㎡･K0.779 0.620 0.458 0.311 0.150
-A2 外壁 W/㎡･K1.006 0.809 0.631 0.437 0.251
-A3 床 W/㎡･K0.964 0.812 0.653 0.492 0.330
-A4 窓 W/㎡･K6.510 3.400 2.910 1.700 1.600
-B 回/h 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
-C - 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00
-D m 0.00 0.30 0.60 0.90 1.20
-E-1 ℃ 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0
-E-2 ℃ 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0
-F - 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
G - 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
H ND -1 -0.71 0.00 0.71 1.00
-冷房設定温度 熱貫流率
建物方位角 暖房設定温度
屋外側表面日射吸収率 屋内側表面日射吸収率
庇長さ 換気回数 日射透過率
説明変数の値 説明変数
CASE
項目
項目 U値[W/(㎡･K)] UA値[W/(㎡･K)] 熱伝導率[W/(m･K)] 厚さ[m] 0.61 1.54 0.039 0.050 0.46 1.51 0.020 0.036 0.30 1.48 0.020 0.060 0.15 1.45 0.020 0.126 1.02 1.54 0.043 0.030 0.75 1.40 0.020 0.021 0.51 1.27 0.020 0.034 0.25 1.14 0.020 0.075 1.06 1.54 - -0.82 1.50 0.022 0.006 0.57 1.47 0.022 0.018 0.33 1.44 0.022 0.046 6.51 1.54
2.91 1.19 2.33 1.14 1.70 1.07
断熱材(窓のみ構成を示す)
天井
外壁
床
窓
FL3 FL3+A12+FL3 FL3+A12+FL3+IA107+FL3
FL3+A12+LQ3
熱貫流率
表4.パ タ 解 析 計 算 条 件
図8.パ タ 解 析 間 負 荷 積 算 比 較
図9.外 皮 均 熱 貫 流 率 と 間 負 荷 相 関
y = 10.657x + 14.122 y = 8.1554x + 17.805
y = 14.639x + 7.9408
y = 19.152x + 1.0157
20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0 32.0
1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60
年間負荷
[G
J/
p
e
ri
o
d
]
外皮平均熱貫流率[W/(㎡･K)] 外壁 天井 床 窓
CASE1 CASE2 CASE3 CASE4 CASE1 CASE2 CASE3 CASE4 CASE1 CASE2 CASE3 CASE4 CASE1 CASE2 CASE3 CASE4
外壁改修 天井改修 床改修 窓改修
冷房負荷 6.57 6.42 6.26 6.05 6.57 6.57 6.56 6.56 6.57 6.52 6.45 6.37 6.57 11.68 11.80 11.54
暖房負荷 23.82 22.75 21.57 20.06 23.82 23.55 23.23 23.13 23.82 23.50 23.08 22.56 23.82 12.82 10.65 9.79
削減率 0.0% 4.0% 8.4% 14.1% 0.0% 0.9% 2.0% 2.3% 0.0% 1.2% 2.8% 4.8% 0.0% 19.4% 26.1% 29.8%
0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0%
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0
年間負荷削減率
[%
]
年間空調負荷
[G
J/
p
e
ri
o
d
42-4
5.建 築 仕 様 違 い に よ る 負 荷 削 減 へ 影 響 度 解 析
地 域 区 異 7地 域 対 象 ,断 熱 改 修
建 築 様 等12個 説 明 変 数 回 帰 析 行 う
図10 計 算 ,表5 説 明 変 数 値 示 計 算
IBEC 標 準 宅 ,地 域 暖 房
値 参 考 幌,盛 岡, ,宇 都 宮, 古 屋,福
岡,鹿 児 島 表6 代 表 例 福 岡 回 帰
析 結 果,表7 全 地 域 け 標 準 化 偏 回 帰 数
影 響 度 示 福 岡 単 回 帰 析 結 果,高 い 相 関
数(R
2>0.93)
確 認 11 個 タ
基 回 帰 析 行 , 意 確 率<0.05,決 定
数 0.995 得 回 帰 析 結 果 信 頼 性 高 い
い え, 回 帰 式(式1) 得
��= . + . + . + . + . − . − . + . − . + . − . − . (式1)
(YL: 間 負 荷[GJ/period],A1:天 井U値[W/(m2･K)],A2:外 壁U値
[W/(m2･K)],A
3:床U値[W/(m2･K)],A4:窓U値[W/(m2･K)],B:換 気 回 数
[回/h],C:日 射 透 過 率[-],D:庇 長 [m],E1:暖 房 温 度[℃],E2:冷 房 温 度
[℃],F:外 装 材 日 射 収 率[-],G:内 装 材 日 射 収 率[-])
図11 式1 精 度 検 証 結 果 示 概 線
, 回 帰 式 精 度 確 認 式1 用 い
簡 易 的 断 熱 改 修 手 法 評 価 能 ,表7
各 地 域 様 傾 向 示 , 換 気 回 数
窓 外 壁 影 響 度 大 い 確 認
,部 改 修 気 密 性 向 >窓>外 壁 行 う
効 率 的 あ 考 え ,日 射 多 い 地
域 ,日 射 遮 蔽 要 性 示 唆 結 果 得
6.総 括
研 究 戸 建 宅 け 断 熱 改 修 効 果 定 化
行 以 今 回 得 知 見 示
1)実 測 負 荷 削 減, 宅 内 温 度 差 解 消,放 射 熱 環
境 改 善 居 性 能 向 効 果 確 認
2)実 測 基 く 数 値 計 算 部 改 修 効 果 定 化
単 体 窓, い 外 壁 効 果 大 い
3) 間 負 荷 目 的 変 数 回 帰 析 負 荷
地 域 性 わ 気 密 性 能 窓 外 壁 熱 貫 流 率
寄 率 大 い , 回 帰 析 間 負 荷
簡 易 予 測 式 取 得 , 精 度 確 認
今 後 今 回 得 簡 易 予 測 式 用 い 断 熱 改 修
費 用 快 適 性 向 ,負 荷 削 減 関 中 最 適 改
修 法 提 案 行 う
参 考 文 献
1) 経 済 産 業 省,資 源 エ ネ 庁,部 門 別 エ ネ 消 費 動 向
http://www.enecho.meti.go.jp/about/whitepaper/2014html/2-1-2.html,2017.12
2) 社 会 資 整 備 審 議 会 建 築 科 会 建 築 環 境 部 会,中 長 期 的 視 点 立
宅 建 築 物 け 環 境 対 策 在 方 い 中 間 ,2009.09
3) 国 土 交 通 省,中 古 宅 流 通 活 用 関 研 究 会 参 考 資 料 中 古 宅
場 現 状 ,2013.06
4) 青 笹 健,秋 元 孝 之 ,既 存 建 物 補 助 事 業 活 用 省 エ ネ 改 修 実 態 関 調 査 研 究,日 建 築 学 会 技 術 報 告 集 第18巻,627-632,2012.06
5) 戸 建 宅 部 断 熱 効 果 関 研 究( 2)非 定 常 熱 負 荷 効 果 予 測,岩 前 篤 ,日 建 築 学 会 学 術 講 演 会 梗 概 集,pp355-356,2010.09
6) 尾 崎 明 仁:熱 水 空 気 連 考 慮 建 築 温 湿 度 熱 負 荷 計 算
Technical Papers of Annual Meeting of IBPSA-Japan pp 19-26 2005
図11.重 回 帰 式 精 度 検 証 結 果
0 10 20 30 40 50 60 70
0 10 20 30 40 50 60 70
T
H
E
R
B
計算値
[G
J/
p
e
ri
o
d
]
重回帰式計算値[GJ/period]
暖 負荷 冷 負荷 間負荷
表6.重 回 帰 分 析 結 果(福 岡 間 冷 暖 負 荷)
表7.標 準 化 偏 回 帰 係 数 と 目 的 変 数 に 対 る 影 響 度
係数 順位 係数 順位 係数 順位 係数 順位 係数 順位 係数 順位 係数 順位
A1 天井 0.122 6 0.123 6 0.117 6 0.120 6 0.129 7 0.123 6 0.136 6 A2 外壁 0.419 3 0.423 3 0.446 3 0.407 3 0.431 3 0.418 3 0.428 2 A3 床 0.076 7 0.074 7 0.066 9 0.070 9 0.073 8 0.073 7 0.070 9 A4 窓 0.472 2 0.477 2 0.458 2 0.468 2 0.457 2 0.457 2 0.406 3 B 0.668 1 0.669 1 0.636 1 0.635 1 0.671 1 0.656 1 0.636 1 C -0.236 4 -0.207 4 -0.256 4 -0.295 4 -0.132 6 -0.068 8 0.017 11 D -0.016 11 -0.008 11 -0.021 10 -0.010 11 -0.057 9 -0.021 10 -0.107 7 E-1 0.190 5 0.201 5 0.225 5 0.229 5 0.229 4 0.319 4 0.313 4 E-2 -0.053 9 -0.063 8 -0.087 7 -0.092 7 -0.148 5 -0.167 5 -0.276 5 F -0.017 10 -0.013 10 -0.011 11 -0.016 10 0.020 11 0.004 11 0.079 8 G -0.056 8 -0.056 9 -0.071 8 -0.079 8 -0.056 10 -0.024 9 -0.033 10
CASE4 CASE5 CASE6 CASE7
札幌 盛岡 仙台 宇都宮 名古屋 福岡 鹿児島
屋内側表面日射吸収率
CASE1 CASE2 CASE3
計算地域
熱貫流率
換気回数 日射透過率
庇長さ 暖房設定温度 冷房設定温度 屋外側表面日射吸収率
項目
-P値(有意確率) 2.75E-49
偏回帰係数の検定 P値
-14.85 - - -A1 天井 5.24 4.36E-16 0.123 6 A2 外壁 14.86 8.01E-38 0.418 3 A3 床 3.12 2.77E-09 0.073 7 A4 窓 4.06 1.08E-39 0.457 2 B 12.27 1.51E-46 0.656 1 C -2.56 1.29E-08 -0.068 8 D -0.66 3.65E-02 -0.021 10 E-1 3.60 6.93E-33 0.319 4 E-2 -1.88 3.54E-21 -0.167 5 F 0.17 6.68E-01 0.004 11 G -0.97 2.03E-02 -0.024 9
重回帰分析
重相関係数 R
ータ数 57
分散分析の検証 <有意水準(5%)
CASE 偏回帰係数 標準化偏回帰係数 影響順
0.998
重決定係数R^2 0.996
自由度調整済み決定係数R^2 0.995
内装材日射吸収率 暖房設定 冷房設定 外装材日射吸収率 切片
熱貫流率
換気回数 日射透過率
![図 11.重 回 帰 式 精 度 検 証 結 果 0102030405060700102030405060 70THERB計算値[GJ/period]重回帰式計算値[GJ/period]暖負荷冷負荷間負荷表6.重 回 帰 分 析 結 果(福 岡間 冷 暖負 荷) 表 7.標 準 化 偏 回 帰 係 数 と 目 的 変 数 に 対 る 影 響 度 係数 順位 係数 順位 係数 順位 係数 順位 係数 順位 係数 順位 係数 順位 A1 天井 0.122 6 0.123 6 0.117 6 0.120 6](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123deta/8007770.334456/4.892.112.786.101.604/分析結果福岡間冷暖負荷準化回係数係数順位係数.webp)
