3.「東京」に相応しい建物とは?


3-2 建物と断熱(熱帯夜の抑制)

 室内の温度(室温)を屋外の温度(外気温)と異なる温度に保つ場合に、「断熱」が効率(省エネルギー)上、有効です。暖房や冷房をしないのであれば、断熱があっても、「断熱」の意味はありません。
 特に、「冬期」には有効で、前述したように、
 @外壁等からの貫流熱負荷が、冬期の大きな割合を占める。
 A冬期の室内設定温度は、普通2022℃、外気温は07℃、温度差は2213℃。
 夏期の室内設定温度は、普通2628℃、外気温は3337℃、温度差は115℃で、冬の温度差の方が大きい。ただし、「外壁等に日射が当る」場合、夏期の外壁の表面温度は5070℃になるため、その場合、夏期の方が「断熱」の効果が高くなります。
 古来、日本の建物は「軒の出」を大きくとり、夏の日差しが直接、外壁に当らない工夫をしていました。または、以前の丸の内のように同じ高さの建物を寄せて建てることで、隣りの建物の陰で外壁に日射が当らないので、同じ効果が発揮されます。
 新宿新都心のように高層の建物を間を空けて建てると、「冷房負荷」と「暖房負荷」の両方に不利となります。

・断熱箇所

表3-2-1 内断熱と外断熱


外壁の内側(室内側)に、グラスウールやポリスチレンを設置したり、ウレタンを吹付けたりする。外壁の内側に設置するので「内断熱」と呼ぶ。


外壁の外側に、同様の素材で施工する場合、「外断熱」と呼ぶ。

 表3-2-1に特徴をまとめました。
 図3-2-1に概要を示します。上下に二分する緑色の一点鎖線の上が夏期、下が冬期の状態を示します。縦方向に温度を刻み、床面が0℃、天井面が50℃としました。
 冬期の状態は、室温は20℃として、外気温を2点とりました。
 ひとつは20152月の「日平均の月平均気温」が「5.7℃」(1月は5.8℃)でした。地下水の温度はその地域の年間平均気温と同じになると言われています。室内が24時間20℃であれば、外壁内の温度分布はこれに近いものになるのかもしれません。実際には暖房停止時に室内温度が下がるので、この線よりも低くなるものと考えます。もう一点は24時間対応の建物(ホテルや住宅)の最大熱負荷計算時に使用する「0℃」です。「熱」は高い所から低い所に流れるため、「室内(20℃)」から屋外に「熱」が流れ出している状態です。専門的には「定常状態」の時の各点の温度を示しています。「定常状態」とは、その状態が無限の時間続いた時に到達する状態です。つまり、実際には外気温は時々刻々と変化しますが、「室内:20℃」「屋外:0℃」または「屋外:5.7℃」がずっと続いた時の壁内温度を示しています。室内の空間温度を「20℃」とすると、屋外に「熱」が逃げるため、壁の表面は「17℃」前後になります。「内断熱」では「断熱材」が室内側にありますので、その断熱材の前後で温度が大きく下がります。「外断熱」では外壁を過ぎてから温度が大きく下がります。「内断熱」では「断熱材」の裏側に「湿気」が回り込むと、温度の低い外壁面(9.1℃、4.7℃)に「結露」します。「結露」はコンクリートを劣化させたり、カビが生えたり等の悪さをしますが、壁の中のことなので見えません。

図3-2-1 内断熱と外断熱
 外壁表面の温度はどちらも同じになります。表3-2-1にも記しましたが、現在のように「間欠暖房」(人がいる時だけ暖房を行う。寝ている間や外出時は暖房を停止する運転)を行うと、「外断熱」では、室内の空気温度だけではなく、コンクリートの外壁(断熱材の内側)も温めないと、壁が冷えたままでは「冷放射(放射冷却)」(平均放射温度が低い状態)の関係で同じ室温では寒く感じます。24時間暖房が必要です。なにか勿体ない気がしますが、後述(「3-6都市排熱(その1:利用例)」)しますヨーロッパでは、ごみ焼却場の排熱等を使用しますので、日本では煙突から直接捨てている熱で「暖房」するので、勿体ないことはなく、しかも家全体を温めるので「ヒートショック」や「結露の問題」もありません。
 夏期の状態は、室温はクールビズの「28℃」としました。何点か外気温を記入しています。上から、日射が外壁面に当ると、そこは5060℃、色や材質によっては70℃以上になることもあるため、外壁面を「50℃」とした場合が一点。20148月の最高気温「36.1℃」が一点、20148月の「日最高気温の月平均」「日平均気温の月平均」「日最低温度の月平均」の三点の計五点です。
 「室内温度」と「屋外の温度」の関係が、「冬期」とはかなり異なる感じであることがわかります。「外壁に日射を当てない」と何度か記してきましたが、その理由がわかってもらえるのではないでしょうか。「最高気温」はその状態が1時間も2時間も続きませんので、外壁に日射が当らなければ「36.1℃」の線は実際には出現しない最高線ということになります。いっぽう残りの3点の内、2点は「室内温度」よりも低い値を示しています。
 「内断熱」では、オレンジの矢印を記載しましたが、昼間、「熱」が「屋外→室内」と流れます。コンクリートは熱容量が大きい(熱しにくく冷めにくい)ため、その「熱」の一部がコンクリート内に蓄熱され、日没後に外気温が低くなると、その溜まっていた「熱」が逆に屋外に流れ出します。明け方近くまで「熱」がコンクリートから放出されるため、それが「熱帯夜」が頻出する原因です。「日最低温度の月平均」が微妙な温度になっています。「25℃」以上が「熱帯夜」の定義ですので、月の平均値はかろうじて「熱帯夜」ではありません。
 「外断熱」では、青色の矢印を記入しました。その意味するところは「日平均気温の月平均」と「日最低温度の月平均」が「室内設定温度」を下回るので、夜間に窓を開けておくとその「夜気」をコンクリートに蓄熱可能で、昼間の「冷熱負荷」を削減できることを示します。特に住宅では「照明・器具発熱」「人体発熱」が少ないので、有効です。空気の比熱は小さいので、多くの熱量を蓄熱するためには大量の外気が必要です。夜間にファン動力を使用しないで、大量の外気を室内に導入するには、かなり「綿密な仕掛け(平面的な通風計画)」が必要です。

・断熱の限界
 前述したように、どんなに厚い断熱材を設置しても、その部屋で暖房をして室温を上げないと、室温は外気温と同じになります。暖房することで室温が上昇し、「断熱材の効果を発揮」するのであって、断熱材に室温を上げる機能はありません。外気温よりも上がった室温を下がらないように「熱を逃がさない効果」しかないのです。

 また、暖房してもタンスの裏等にはエアコンの暖かい風は届かないので、外壁に面してタンス等の家具を置くと、家具と外壁の間は、普通、寒いままとなります。その部屋で加湿器を運転したり、就寝(人間は加湿器と同様に湿気を出す)したりすると、外壁にべったりと「結露」します。ひどい場合、雨が漏れてきたのではないかと疑うほどの量になることもあるようです。その場合、タンスの裏や壁にカビがびっしりと発生するので、注意が必要です。