JP2010111992A

JP2010111992A - 外壁構造および屋根構造の空気断熱工法

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Publication number: JP2010111992A
Application number: JP2007203845A
Authority: JP
Inventors: Toshio Iizuka; 敏夫飯塚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2009019874A1; JPWO2009019874A1

Abstract

【課題】断熱材をつくるために必要となる資源。資源を採掘採取するために使われるエネルギー。断熱材を製品化する製造や運搬、施工エネルギー。解体処理や産廃輸送、廃棄処理に伴うエネルギーなど、省エネを目的にする断熱材が資源やエネルギー浪費し、さらに産業廃棄物による環境汚染問題など、益々環境破壊を助長している。こうした断熱材を使わない空気断熱工法。
【解決手段】多種多様な外壁構造や屋根構造に断熱材を一切使わず、第１空気層１２．１８や第２空気層１３，１６、さらに第３空気層１４，１７などの複数の空気層を外壁１０や屋根構造１１に設け、これらの空気層によって高性能な空気の保温断熱性能と、夏季の日射で発熱する輻射熱と蓄熱を抑止し、そして空気の冷却特性を活かした、環境と生態に優しい空気断熱の構造躯体。
【選択図】図１

Description

本発明は、断熱材を一切用いず、空気の熱伝導率の低さを応用した保温断熱特性と、輻射熱による発熱および蓄熱を抑止する空気の特性と、流速を早めた空気の冷却特性など、それぞれの機能を確保した、建築構造躯体の外壁構造および屋根構造の省エネに関するものである。また、これまであまり気がつかなかった、化学技術の依存から、省エネをするために浪費される、貴重な資源やエネルギーの大量消費の現実を見直しし、我々の生存権まで脅かされている現状への認識と自然への意識の高揚と、化学物質依存状況を打開できる空気断熱工法に関する。

例えば、建築構造物の外壁の構造部に断熱材や空気層を形成することは、夏期における外壁材から屋内への熱の輻射（放射）と、冬期における外壁材から屋内への冷気の伝達を抑制できることから、夏期の断熱効果と冬期の保温効果を得る上で意義がある（特許文献１、２参照）。

外壁と内壁の内部空間の中間に断熱材を中心にして、２層の空気層を配置し、これを通気層として、床下に設けたダンパーで調節することで、省エネの対策を講じる装置が提案されている。（特許文献１参照）。

また、外壁構造に耐震気密パネルを用いて、気密面材を張り、空気層を密閉することで空気層の保温断熱能力を得るため、空気層の密閉構造を必要とする構造となっている（特許文献２参照）。

屋根材と室内側に設置された断熱材との間に、その屋根勾配に沿って空気層を設け、輻射熱によって、高温発熱した屋根材からの熱せられた空気の上昇エネルギーを利用して、その熱せられた高温空気は排気通路ユニットを用いて、熱交換させる屋根構造もある（特許文献３参照）。

特開平９−１３５２３号公報特開２００３−４１６８７号公報特開２００２−２１２０５公報

特許文献１では、２層の空気層のほか断熱材を使用しているが、外壁の内部に断熱材を配置すれば、太陽熱の７５％占める輻射熱によって、断熱材自体が蓄熱し、その後放熱される。したがって、夏期の夜間に断熱材が放出する輻射熱は屋内に達し、前記輻射熱は人体に達しても発熱するため、室内空気（気温）の温度以上に暑さを感じることになる。

また、これらの断熱材は硬質ウレタンフォーム、発泡ポリエチレンその他の発泡性樹脂から成型され、これらの化学物質を原料にした断熱材は、空気を固定化し断熱性能を得ているため、前記断熱材で仕切られる屋外と室内の空気の移動も遮断してしまう。さらに、この断熱材を始め、化学物質を応用した内装建材や家具、電化製品等から、室内空気中に揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を発生し得ることから、化学物質過敏症（シックハウス症候群）を引き起こす要因になっている。

これに対し、特許文献２では、外壁の厚さ方向の柱間および土台と桁や胴差しの間に枠材と自然素材を主体にした面材とで区画された、密閉された空気層を形成する。しかし、空気の保温断熱特性を活かすには、空気の密閉構造より、空気の粘性を利用した空気層の構造が望ましい。建築物は長期において、構造体の変形や経年変化における劣化から、前記密閉空気層の密閉度の不足を伴い、空気層内で空気の自然対流が起きやすくなる。空気は動くと冷却現象が起きるため、この空気層においては、そこそこの保温断熱能力は発揮され、空気の保温断熱性能はある程度確保されるものの、空気が持つその他の重要な特性は充分発揮されていない。

その他、現在一般化している従来の断熱材を用いる高気密高断熱工法では、夏期において、太陽からの輻射熱を受けて建築物自体が高温発熱する。さらに、外壁材や屋根材からの輻射熱放射によって、断熱材自体が発熱し、そして蓄熱してしまうと言う欠陥がある。この断熱材に蓄熱された熱が夕方から夜間にかけ、内装材を通して室内側に輻射熱を放射する状況をつくってしまう。このように、空気以外の全ての物質が、輻射熱の特性によって発熱を起こしてしまう。断熱材の多くもこれに相当し、熱移動遅効型であるこれらの断熱材を排除しなければ、夏期の輻射熱による室内の温度上昇は防げない。したがって、外壁面や屋根面に用いられる各種の断熱材の使用を排除することによって、断熱材による蓄熱現象が改善できる。

また、特許文献２のような空気層によって、保温断熱する壁構造もあるが、空気の保温断熱の特性や性能面において、適正な性能が出せない場合が多い。さらに、輻射熱による高温発熱の実態が把握されておらず、空気層における輻射熱の発熱抑止などの特性が活かされていない状態が多い。

したがって、自然環境にさらされる外壁面や屋根面を同一条件下に捉え、構造的に一体化した形の保温や断熱処置。さらには、輻射熱による発熱抑止などの対策を取らなければ、夏期における冷房や、冬期における暖房など、相反する温熱環境の省エネ効果が発揮されないことになる。そして、省エネのためにつくられる多種多様な断熱材は、前記断熱材をつくるために、原料となる資源を必要とし、前記資源を得るためには採掘採取エネルギーを要し、その他にも加工や運搬、取り付け施工など大量のエネルギーを消費する。また、将来の建築解体において、断熱材の分別解体や産廃輸送、廃棄処理など多くのエネルギーが費やされる。結果として、省エネをするための断熱材によって、貴重な資源やエネルギーが浪費され、環境破壊の一翼を担ってしまうことになる。

建築物の外壁構造１０や屋根構造１１に断熱材を一切使用しないで、空気による高性能な保温断熱、輻射熱による発熱抑止、空気の高速移動から得られる冷却など、外壁面の第１空気層１２と、屋根面の第１空気層１５と、屋根棟部の第１空気層１８。これに外壁面の第２空気層１３と、屋根面の第２空気層１６と、屋根棟部の第２空気層１９、そして外壁面の第３空気層１４と、屋根面の第３空気層１７と、屋根棟部の第３空気層２０の各空気層によって、高性能な保温断熱と断熱材ではでき得ない輻射熱抑止。さらには、空気を早く動かすことによる冷却など、多種雑多な断熱材ではでき得ない、空気が持つ独自の性能が発揮できることを特徴とする。

前記外壁構造および屋根構造の夏期における、輻射熱による高温発熱が起き難い、各空気層仕切り板が薄くなるような構造とする。また、各空気層仕切り板の一種である、外壁材２２や屋根下地材２５から、前記空気層仕切り板各種と、内壁材である室内の壁仕上げ材３１および室内の天井仕上げ材３２と屋根棟部の天井仕上げ材３３cまで、これらの各部材の熱射受面をなるべく薄くすることによって、前記各部材から輻射熱の発熱を最小限に抑えることができる。さらに、前記各部材の間に熱伝導率が極めて低く、そして、輻射熱による発熱現象が抑止ができる、前記各空気層との組み合わせによって、建築構造躯体の外壁材２２および屋根材２４が、輻射熱による高温発熱が起きても、これを熱伝導や熱放射など室内側へと熱移動が起き難いことを特徴とする空気断熱構造となる。

夏期の輻射熱によって高温発熱した、外壁材２２や屋根材２４からの放射熱を受け、温度上昇してしまう外壁面の第１空気層１２と、屋根面の第１空気層１５と屋根棟部の第１空気層１８の各空気層を連結することを特徴とする。この連結された前記各第1空気層の熱くなった空気は、温度差によって空気の比重差が生じ、急速な空気の移動が想定される。ここに前記各第１空気層へ、低温の外気を第１空気層吸い込み口２１から導入し、壁面の第１空気層１２と屋根面の第１空気層１５から屋根棟部の第１空気層１８を経由して、屋切壁面２７に取り付けた第1空気層排出口２８に設置した、シャッター付き換気扇２８aあるいは可動式ダンパー２８bによって、空気層吸い込み口２１から導入される外気を各第１空気層を経由して屋外に排出する。この時、各第１空気層は、空気の粘性による移動抵抗を考慮して、外壁面の第１空気層１２において３０ｍｍ前後。屋根面の第１空気層１５では４５ｍｍ程度の空隙を設ける。また、屋根棟部の第１空気層１８は、前記壁と屋根の各第１空気層の空気が集中するため、ある程度の容積を必要とする状態となる。

この前記各第１空気層の空気の移動速度が速ければ早くなるほど、空気の冷却特性によって、外壁材２２と屋根材２４および各空気層仕切り板である壁面インシュレーションボード２３、屋根面インシュレーションボード２６など、各第１空気層の空気に接触する部分は温度低下が生じる。この前記第１空気層の空気を夏期に限定して、高速移動させ排出させるには、空気の温度変化によって起きる、比重差からの上昇気流の活用と、前記各第１空気層の空気の移動および停止をコントロールできる可動式ダンパー２８bを空気層排出口２８に設置し、開放状態にする。また、前記第１空気層の空気の排出量をより一層高めるには、シャッター付き換気扇２８aの強制排出量によって、壁面と屋根面の冷却性能は、その排出能力に準じて倍加できることを特徴とする。

外壁面の第１空気層１２および、屋根面の第１空気層１５と、屋根棟部の第１空気層１８の、空気の移動や停止をコントロールするシャッター付き換気扇２８a、あるいは可動式ダンパー２８bは、前記第１空気層の最上端部だけとして、構造の簡素化によるコストダウンとメンテナンスが最小限に済む構造とする。可動式ダンパー２８bのみの構造においても高性能の省エネは確保できるが、１７Wのシャッター付き換気扇２８a２台で、１２００ｍ^３／ｈ前後の空気排出量が確保できると、さらに空気の移動速度の増加による冷却効果と、低温外気の流入量が第１空気層吸い込み口２１を通して多くなるため、夏期における省エネ効果がより発揮される。また、構造上最下部の空気吸い込み口２１は開放状態でも、可動式ダンパー２８b、もしくはシャッター付き換気扇２８aの空気排出部が閉止状態になっていると、前記各第１空気層の空気は移動停止、もしくは移動ができにくい状態となり、前記各第１空気層の空気による保温断熱性能が発揮できるように形成してある。

外壁面の第１空気層１２において、外壁材１２ｍｍ２２と構造躯体全体を包み込むように張るインシュレーションボード（木質繊維板）１２mm２３の空気層仕切り板から構成され、外壁材２２を保持するために用いる縦胴ぶち１５ｍｍ２２aおよび横胴ぶち１５ｍｍ２２bを縦横に組み合わせると３０mmの空隙となる。外壁面の第１空気層１２は、最下部の第１空気層吸い込み口２１においては開口部１５ｍｍ程度とし、常時開放状態になっている。

また建築構造躯体の最上部では、屋根面の第１空気層１５と屋根棟部の第１空気層１８に直結する構造の空気層となっている。屋根面における第１空気層１５は、登り垂木２５a断面１２０ｍｍ×４５ｍｍの上端に空気層仕切り板の屋根面インシュレーションボード１２mm２６の上に４５ｍｍ角の垂木２５bを取り付け、さらにその上に１２ｍｍの屋根下地材２５を張ることによって、４５ｍｍの屋根面第１空気層の空隙が生まれ、この空隙は外壁面の第１空気層１２に直結されている。さらに、前記外壁面と屋根面の第１空気層は、屋根棟部第１空気層１８に連結され、この一部を形成する屋切り壁面２７に設けられた、前記第１空気層の空気排出口２８につながるように形成されている。

前記各第１空気層の熱せられた空気温度を下げるには、前記各第１空気層の空気より、温度の低い屋外の空気を連続して入れ替えると、前記各第１空気層の空気の温度低下が起きる。空気は温度差による比重の違いがあり、外壁面の第１空気層１２や屋根面の第１空気層１５において、外壁材２２および屋根材２４から熱放射を受ける、各第１空気層の空気は熱吸収して上昇気流が発生できる状態にある。この上昇しようとする空気は、屋根棟部第１空気層１８の、前記各第１空気層の最上部の屋切り面２７に取り付けた、第1空気層排出口２８に設置するシャッター付き換気扇２８aあるいは可動式ダンパー２８bが開放状態になっていると、前記各第１空気層の空気の比重差から上昇し、各第１空気層の高温空気は屋外に排出される。この前記各第１空気層の空気が低温の外気と入れ変わることによる、各第１空気層の温度低下が起きる。

さらに、この前記各第１空気層の空気が入れ替わる時に起きる、空気の移動速度が外壁面第１空気層１２および、屋根面第１空気層１５の空気が高速に移動できる空隙の構造にする。この前記各第１空気層を高速移動する空気は、空気の移動による冷却現象によって、外壁材２２および屋根材２４などから放射される輻射熱を減少させることができる。このように、外壁構造１０と屋根構造１１の屋外側の前記各第１空気層を一体化して、しかも空気による粘性を考慮しながら、この各第１空気層の空気の流速をより早くできるようにすると、空気の高速移動による冷却ができるため、輻射熱によって高温発熱した屋外部材からの熱放射を低温外気の入れ替えと同時に、前記各第１空気層の空気の移動速度を早くする構造にすることで、さらに前記各第１空気層の温度を低下させ、次の各第２空気層仕切り板への熱伝導が抑止される。

次に、空気の保温断熱性能を最大限に活かすためには、空気の熱伝導率の低さを活かし、さらに、壁厚方向２０ｍｍ以下の空隙として、対流現象がほとんど起き得ない外壁面の第２空気層１３と、屋根面の第２空気層１６と屋根棟部の第２空気層１９を設け、空気の粘性による対流現象を無くした、空気による保温断熱性能に重点を置いた空気層とする。この第２空気層の構造は、壁面インシュレーションボード２３と、壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねる構造用合板２９および、屋根面インシュレーションボード２６と、屋根面の木質繊維ボード３０によって確保される。この空気の保温断熱能力を発揮させるためには、空気の持つ粘性を活かすことで保温断熱性能が発揮されるものとし、計算上の数値として、空気の対流が起き得ない縦方向の空隙６ｍｍ以下とされている。しかし、実験上ガラスの仕切り板で２０ｍｍ以下の空気層では、空気の対流現象がみられず、空気の保温断熱性能が確認されている。

空気の保温断熱特性を最大限に活かす方法として、空気を密閉する方法が一般的に取られているが、外壁面の第２空気層１３と、屋根面の第２空気層１６と屋根棟部の第２空気層１９は、空気の粘性を利用した、動けない状況の空気層とし、空気を固定化することによる空気の保温断熱効果が発揮できる空気層とする。前記空気の特性とし、空気の粘性と空気仕切り板の摩擦抵抗で、その空気は対流現象が起きない状態となり、空気の持つ熱伝導率の低さ０．０２４１W／ｍ・ｋによって、高性能の断熱能力を発揮できることを特徴とする。

外壁面における第２空気層１３は、構造躯体上、壁面の壁厚方向の空隙を一部利用して、空気の対流が起きないとされる空隙２０ｍｍ以下の空気層を設ける。この第１および第２空気層の仕切り板を兼ねる、壁面インシュレーションボード２３を建造物の壁全体を包みこむ形状の施工によって、前記各第２空気層の気密性が確保できる。さらに、建造物壁構造の室内側に２０ｍｍ程度の空気層を設け、壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねる構造用合板９ｍｍ２９を柱間および土台と桁もしくは胴差しの内面へ、なるべく隙間ができない状態にして挿入する。この外壁面第２空気層１３は、空気の粘性と摩擦抵抗の特性を利用した、空気の熱伝導率の低さが活かされ、最高レベルの保温断熱空気層となる。

屋根面の第２空気層１６も、登り垂木２５a断面１２０ｍｍ×４５ｍｍの上端の、空気層仕切り板のインシュレーションボード１２mm２６と、前記登り垂木２５aの中間に差し込んだ、屋根面の木質系ボード３．５ｍｍ３０によって、空気の対流現象が起き難い空気層を形成する。屋根面においては、屋根勾配がつく形状となるため、屋根面第２空気層１６は２０〜４５ｍｍ程度の空隙を形成しても、空気の粘性や摩擦抵抗で対流現象が起き難い保温断熱空気層となる。

次の各第３空気層においては、空気の断熱性能が多少低下しても、空気による輻射熱の発熱防止性能を主に発揮できることを重点にしている。外壁面の第３空気層１４と、屋根面の第３空気層１７および屋根棟部の第３空気層２０は、壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねる構造用合板２９と、室内の壁仕上げ材３１および、屋根面の木質繊維ボード３０と、室内の天井仕上げ材３２との空隙とする。また、屋根棟部の母屋を連結する屋根棟部の空気層仕切り用、平板パネル構造３３とし、前記平板パネルの室内側に設けた屋根棟部の第３空気層２０は、屋根棟部の木質繊維ボード３３bと屋根棟部の天井仕上げ材３３cの空隙とする。これらの前記各第３空気層は、空気の特質として、輻射熱による発熱を抑止するため、夏期の蓄熱現象を削減してくれる外壁面および屋根面の空気断熱工法となる。

外壁面の第３空気層１４と、屋根面の第３空気層１７と屋根棟部の第３空気層２０は、空気が動きにくい空隙の空気層として、多少の空気の対流現象が起きたとしても、空気の持つ熱伝導率の低さから、保温断熱能力が充分発揮できる空気層とする。空気は秒速６０ｃｍで、その空気の接触面は１℃程度の低下があるとされているが、前記各第３空気層では、秒速数センチ程度の対流現象は想定されても、冷却までは至らない状態の保温断熱空気層となることを重要視する。

外壁面の第３空気層１４は、外壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねる構造用合板９ｍｍ２９と室内の壁仕上げ材１２ｍｍ３１との間に７８ｍｍ前後の空隙となる。また屋根面の第３空気層１７では、室内の天井仕上げ材３２と屋根面の木質繊維ボード３．５ｍｍ３０によって仕切られる空気層６０〜８５ｍｍ前後の空隙を持った空気層となる。前記各第３空気層内では、空気の対流現象による保温断熱能力は、前記各第２空気層に比較すると低下するものの、前記各第３空気層によって、空気では発熱できない輻射熱の特性が活かされ夏期の輻射熱による温度上昇と蓄熱現象を抑えることができる。さらに、空気層の保温断熱能力を引き上げるには、前記各第３空気層の空隙を空気層仕切り板によって分割すれば、保温断熱能力はさらに向上するものの、空気層仕切り板による輻射熱の発熱は避けられない。

前記外壁構造において、外壁用空気断熱壁工法の試験体を（財団法人）建材試験センター中央研究所の試験場所（草加市）にて、[試験方法]準拠規格：ＪＩＳＡ１４２０（建築用構成材の断熱性能試験方法）設定温度：加熱箱内空気２０℃：低温室内空気０℃の試験条件を持って、熱貫流率Ｋ＝０．８１[Ｗ／（ｍ２・Ｋ）]の数値が、試験期間８日間をかけた断熱性能試験結果として証明されました。前記数値は、熱貫流率０．９８［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］の地域区分（２）青森・秋田・岩手の寒冷地域の基準を大きく上回り、空気による高性能な保温断熱効果があることを弊社の試験結果として立証することができました。

これまで述べた空気による保温断熱、輻射熱の発熱抑止や空気の移動による冷却などの機能を持つ空気断熱工法は、断熱材を使うことによって生じた、様々な不具合を解消できる。例えば、断熱材の経年劣化や縮み現象から起きる断熱性能の低下。断熱材を使うことによって生じた壁内結露、さらには腐朽菌発生に伴う建物構造の劣化。石綿や化学物質からつくられる断熱材の空気環境汚染など、石油ショック以降使われはじめた、多種多様な断熱材の欠陥を解消でき、さらに、省エネを目的に使われる断熱材をつくるために必要とする。資源の採掘採取、製造過程や輸送等々に伴う資源とエネルギーの浪費。そして、廃棄処理問題など、環境負荷の軽減と人体の健康にも貢献できる。外壁面および屋根面の空気断熱工法である。

本発明の外壁構造および屋根構造の空気断熱工法においては、空気が持つ特異な性能を数種に大別し、それぞれの性能を活かしたものである。ここで特に注意すべき事項として、太陽から地上に届く熱エネルギーの７５％を占める、輻射熱の特性を理解しなければならない。輻射熱は空気を暖めず、地上の物質に達し発熱をする特異の熱エネルギーである。例えば、気温（空気の温度）３３℃で、屋根材や外壁、自動車の車体などは、７７〜８℃の高温発熱を引き起こしている。我々人体も夏の暑さや冬の日向ぼっこの時に、空気の温度以上の暑さや暖かさを感じるのは、輻射熱による発熱を受けるからである。したがって、この様な輻射熱の特異な特性を考慮し、省エネに対応しなければならない。

輻射熱によって、外壁材２２や屋根材２４で高温発熱が起きてしまう状態が夏期において起きている。これまでの多種多様な断熱材を用いた各種断熱工法は、そのほとんどの断熱材が熱伝導を遅くさせる、熱伝播遅効型熱吸収材料であり、これらの断熱材は輻射熱の影響を受け、蓄熱現象が起きる状況になっている。また、現在の省エネ対策においては、冬期の暖房対策を優先させた、断熱材を厚くする工法が優先されているため、夏期おいては、断熱材の欠陥とも言うべき蓄熱現象が起きる、建築物の高断熱工法が普及されている。したがって、現在の各種の断熱材を用いた断熱工法では、室内が深夜まで暑さが続く蓄熱状態が起きるため、夏期の冷房エネルギーの需要が激増している。この様な状況を改善するには、空気の性能を活かす一つの方法として、空気で冷却と保温断熱ができる各第１空気層を設けたことを特徴とする。また、空気の性能を活かす２つ目の方法として、空気の熱伝導率の低さから、空気の保温断熱性能を活かした各第２空気層を設けたことを特徴とする。そして、空気の性能を活かす３つ目の方法として、輻射熱による高温発熱が抑止される各第３空気層を持つことを特徴とする。

空気の特性を活かすその１として、空気で冷却と保温断熱ができる各第１空気層について説明をする。前記各第１空気層の最上部の屋切り面２７に取り付けた、第1空気層排出口２８に設置するシャッター付き換気扇２８a、あるいは可動式ダンパー２８bを開放状態にすると、第１空気層吸い込み口２１から、低温外気が導入され、外壁面と屋根面の各第１空気層で上昇気流が高速状態で起きるため、空気による冷却効果が発揮される。したがって、夏期における各種断熱材自体の蓄熱現象を抑止する手法として、温度上昇する各第１空気層の空気と、低温外気との入れ替えによる冷却。そして、各第１空気層内を高速移動する、空気による冷却能力を活かし、外壁構造１０や屋根構造１１から、輻射熱の影響を極力抑えることができる。また、空気の特異な性能として、冬期および春や秋の保温断熱を外壁面の第１空気層１２や屋根面の第１空気層１５と、屋根棟部第１空気層１８の空気を動きにくい状態にして、空気による保温断熱能力を活かすことができるため、空気による冷却と保温断熱の相反する機能を持たせた、前記各第１空気層を設けたことを特徴とする。

空気の特性を活かすその２として、保温断熱能力の優れた、各第２空気層について説明をする。前記各第２空気層の大きな特徴として、空気を密閉するのではなく、空気を動けない状況にするだけで、空気の熱伝導率０．０２４１Ｗ／ｍ・ｋの低さを活かすことができる。外壁面の第２空気層１３と、屋根面の第２空気層１６と、屋根棟部の第２空気層１９の、空気の対流が起きなくなる壁厚方向２０ｍｍ以下の隙間を設けるほか、空気の粘性を利用するため、空気層仕切り板の摩擦抵抗を大きくするなど、前記各空気層内での対流現象が起き得ない、保温断熱能力を活用する各第２空気層を設けたことを特徴とする。

空気の特性を活かすその３として、各第３空気層の保温断熱と輻射熱抑止について説明をする。外壁面の第３空気層１４と屋根面の第３空気層１７と屋根棟部第３空気層２０においては、前記各第２空気層より多少の断熱保温性能が落ちるものの、前記各第３空気層は、空気の保温断熱の能力によって、春や秋、特に外気温が下がる冬期の保温断熱の性能を発揮できる。その他、前記各第３空気層は、夏期おける空気の特質として、輻射熱による発熱が抑止されるため、蓄熱現象の減少が実現できる各第３空気層を設けたことを特徴とする。

また、空気層による保温断熱以外の各種の断熱材は、輻射熱の特性による発熱と熱移動の遅滞から、蓄熱現象が起きてしまう。前記各空気層のそれぞれの空気は、輻射熱の発熱抑止から蓄熱現象を削減するなど、空気の特異の現象を確保している。前記断熱材を用いる、高断熱工法の最大の弱点である、夏期における焼け込みと蓄熱を抑止でき、さらに、高性能な保温断熱能力を長期にわたって維持し続ける外壁構造１０および、屋根構造１１の空気断熱工法である。

歴史的建造物には用いられていなかった、多種多様な断熱材。特に化学系の断熱材においては、空気中の湿度に対して平衡含水率の維持ができないため、壁内結露やそれに伴う腐朽菌発生から構造躯体の劣化へ、また、断熱材と気密シートによる壁や天井などの面呼吸現象の劣化など、建造物自体に悪影響をおよぼしている。これを各空気層の空気と自然素材の平衡含水率の関係改善によって、建築構造躯体の耐久性を長くできることから、建築物の長寿命化へとつながるため、環境負荷の軽減にも貢献できることを特徴とする外壁構造１０および屋根構造１１の空気断熱工法である。

断熱材を使わないため、資源やそれに関わるエネルギーを浪費しない環境共生型省エネ保温断熱構造。多種多様な断熱材をつくるために必要となる資源。資源を採掘採取するために使われる様々のエネルギー。さらに、断熱材を製品化する製造や運搬、取り付け施工エネルギー。そして、解体処理や産廃輸送、廃棄処理に伴うエネルギーなど、省エネを目的にする断熱材が資源やエネルギーを浪費し、さらに産業廃棄物による環境汚染問題など、益々温暖化ガス排出を加速する一端を担うと言わざるを得ない状況を改善できる外壁構造１０および屋根構造１１の空気断熱工法である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の空気断熱工法の全体を説明する要部断面図である。図１において、外壁構造１０および屋根構造１１は、外壁面に第１空気層１２、第２空気層１３、第３空気層１４のそれぞれの空気層があり、屋根面でも外壁面と同様に第１空気層１５、第２空気層１６、第３空気層１７の空気層を設け、屋根棟部第1空気層１８、第２空気層１９、第３空気層２０の構造になっている。前記外壁面第1空気層は、東西南北の外壁面によって形成され、これに連結する屋根面と屋根棟部の各第１の空気層全体が、繋がる構造となっている。

外壁構造１０および屋根構造１１の各第１空気層１２と１５と１８は、夏期の輻射熱によって高温発熱する、外壁２２や屋根材２４からの放射熱を受け温度上昇してしまう。この第１空気層１２と１５と１８の空気を外壁材最下部に設けた第１空気層吸い込み口２１から、低温の外気を導入させるには、各第1空気層内の空気の温度差による比重差と、屋根棟部の矢切壁面２７に取り付けた、シャッター付き換気扇２８aもしくは可動式ダンパー２８bを開放状態にすると、前記各第1空気層の空気は外気と入れ替わることができる。

前記シャッター付き換気扇２８aあるいは可動式ダンパー２８bの開放によって、外壁面と屋根面の各第１空気層１２と１５の空気は、夏期においては比重差により高速移動しながら、屋根棟部の第1空気層１８に到達し、前記シャッター付き換気扇２８aもしくは可動式ダンパー２８bによって屋外へ排出される。外壁面の第１空気層１２や屋根面の第１空気層１５は、空気層の壁方向の厚さを空気の摩擦抵抗を考慮しつつ３０〜４５ｍｍ程度に狭めることで、外壁面第１空気層１２と、屋根面第1空気層１５の空気の移動速度は早く動く構造となる。この時、各第１空気層の空気は高速移動することによって、冷却能力を発揮できる。したがって、各第１空気層を形成する部材である外壁材２２と、壁面インシュレーションボード２３、屋根材２４および屋根下地材２５と、屋根面インシュレーションボード２６などの空気接触面を空気の冷却能力が発揮でき、冷却できることを特徴とする。さらには、各第１空気層の空気は入れ替わることによって、輻射熱による発熱が抑止されることを特徴とする。

前記各第1空気層は、外壁面第１空気層１２と屋根面第１空気層１５、そして屋根棟部第１空気層１８に連結され、この連結された空気層は矢切壁面２７の第1空気層排出口２８に取り付けた、シャッター付き換気扇２８aもしくは可動式ダンパー２８ｂによって屋外につながっている。前記各第１空気層の空気を動きにくい空気層として、冬期や春秋に保温断熱空気層として利用するには、シャッター付き換気扇２８aもしくは可動式ダンパー２８bを閉止状態にすると、前記外壁面の第１空気層１２と屋根面の第１空気層１５、そして、屋根棟部の第１空気層１８の空気は動きにくい状態になり、空気の熱伝導率の低さによる保温断熱空気層となる。

次に第２空気層について説明する。図２と図３は、本発明の空気の、熱伝導率の低さを応用した保温断熱について、外壁構造１０の断面図と平面図によって説明する。空気の保温断熱性能を最大限に活かすためには、空気の熱伝導率の低さを活かさなければならない。そのためには空気の対流現象が起き得ない、壁厚方向２０ｍｍ以下の空気層、外壁面の第２空気層１３と屋根面の第２空気層１６を設け、空気層仕切り板である壁面インシュレーションボード２３および屋根面インシュレーションボード２６と、壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねる構造用合板２９と、屋根構造の空気仕切り板の木質繊維ボード３０によって仕切られた、空気の粘性と摩擦抵抗による対流現象を無くすことを特徴とする各第２空気層の保温断熱能力である。前記空気の保温断熱の特徴を壁および屋根構造に持つことによって、外壁面および屋根面の各第２空気層１３と１６と１９には、高性能な保温断熱能力を発揮させることができる空気断熱工法である。

また、各第３空気層は各第２空気層と隣接し、この二つの空気層を遮断する壁構造の空気仕切り板である構造用合板２９および、屋根構造の空気仕切り板の木質繊維ボード３０と、室内の壁仕上げ材３１、そして室内の天井仕上げ材３２となる。また屋根棟部の木質繊維ボード３３bと、屋根棟部の天井仕上げ材３３cの間に屋根棟部第３空気層２０によって形成される。前記外壁面の第３空気層１４と、屋根面の第３空気層１７と、屋根棟部第３空気層２０は、空気の対流が多少起きうる空気層として、空気層の幅をできるだけ大きく取っていることを特徴とする。前記各第３空気層の幅を大きく取ることによって、前記空気層内で空気の対流現象は生じるが、その冷却現象は極めて小さい。したがって、前記各第３空気層を大きくすると断熱性能は多少落ちるものの、輻射熱による各第3空気層の発熱が起きないため、夏期の焼け込みを減少させる大きなメリットが生れる保温断熱空気層となる。

次の第４図は、各第1空気層の空気の動き全体を示す。また、第５図は、建築構造躯体の外壁と屋根の各構造を立体的に示したパース図である。夏期における輻射熱の発熱抑止と、各第１空気層の空気の入れ替えと冷却などについて略図化したものである。太陽から地上に達する熱エネルギーの７５％は輻射熱ある。この輻射熱の特徴は、空気は暖めず、物質にあたって高温発熱する特異な熱エネルギーである。例えば、身近にある電子レンジと同じの原理。また、空気の冷却能力は６０ｃｍ／秒の速度で、その空気接触面は１℃冷却。さらに、空気の移動７ｍ／秒での空気接触面は１５℃前後の温度低下がみられる。この空気の冷却特性を外壁面の第１空気層１２と屋根面の第１空気層１５および屋根棟部の第1空気層１８で活かすには、外壁面の第１空気層吸い込み口２１から、輻射熱で熱せられた各第１空気層の空気より温度が低い、外気を矢切壁面２７の第1空気層排出口２８に取り付けられた、シャッター付き換気扇２８aあるいは可動式ダンパー２８bによって、空気の流れが極力速くなるように排出できることを特徴とする。この時、輻射熱によって高温発熱する、外壁材２２や屋根材２４および屋根下地材２５からの熱放射を受け、温度上昇している各第１空気層の空気の入れ替えと、入れ替え時に起きる空気の移動速度の速さから、各第１空気層に接触している、外壁材２２や屋根下地材２５、そして、壁用インシュレーションボード２３と、屋根用インシュレーションボード２６も空気による冷却作用を受け、それぞれの前記各部材の温度低下がもたらされている。

冬期および春と秋における空気による断熱の仕組みと、それぞれの空気層の特徴を説明する。空気の特性として固定化され移動できない、若しくは移動できにくい空気は０．０２４１Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率の低さを活かせる高性能な保温断熱空気層となる。外壁面の第２空気層１３と屋根面の第２空気層１６は、壁用インシュレーションボード２３と、壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねる構造用合板２９によって仕切られる、外壁面第２空気層１３と、屋根面用インシュレーションボード２６と、屋根面の木質繊維ボード３０によって確保される、屋根面用第２空気層１６が、空気の対流現象が起きない間隙２０ｍｍ以下にすることで、前記各空気層は、一般に市販されている高性能な断熱材に匹敵、あるいはそれ以上の保温断熱性能を発揮できる。

本発明の各第３空気層における空気による保温断熱と、空気の輻射熱の発熱抑止の仕組みの特徴を説明する。夏期における夜間まで続く暑さは、外部部材からの輻射熱を受けた断熱材が、さらに輻射熱の発生源となる。そして、断熱材のほとんどが熱伝播遅効型熱吸収材料であり、その発熱した輻射熱の熱移動を遅らせてしまう状態が蓄熱である。例えば、発泡系の断熱材では、厚さ５ｃｍでは約１時間。１０ｃｍでは約２時間の熱移動を遅らせるだけである。したがって、前記断熱材において輻射熱の発熱を抑えるには、輻射熱の発熱現象が起きない空気層の空気の応用によって、蓄熱現象を抑えることができる。また、多種多様な断熱材を用いての断熱施工において、建築物の保温断熱を目的に、前記断熱材を厚く施工すればするほど、保温断熱効果は発揮できる。しかし、夏季に於いて断熱材自体が蓄熱するため、建築物の外壁面や屋根面全体が蓄熱して、時間差を持って、室内へ放熱してしまう欠陥的状況をきたしている。

したがって、外壁面の第３空気層１４は、壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねる構造用合板２９と、室内の壁仕上げ材３１の空隙に設けられる。また、屋根面の第３空気層１７は、屋根面の木質繊維ボード３０と、室内の天井仕上げ材３２の空隙に設けられる。さらに、屋根棟部平板パネル構造３３に設けられた第３空気層２０など、各前記空気層１４と１７と２０は、前記各第２空気層の断熱性能重視とは違って、空気の特性である、輻射熱による発熱が極力少ない特性を活かしたものである。また、前記各第３空気層内での対流現象は多少あったとしても、空気による保温断熱効果は充分満たされている。

本発明の空気断熱工法の全体の要部断面図。本発明の壁構造における空気の断熱に関する、各空気層と外壁と内壁および各空気層仕切り板の平面図。本発明の壁構造の各空気層と外壁と内壁および各空気層仕切り板の断面図。本発明の各第１空気層の空気の流れと、第１空気層の空気の移動状態図。本発明の壁構造と屋根構造のパース図。

符号の説明

１０外壁構造
１１屋根構造
１２外壁面の第１空気層
１３外壁面の第２空気層
１４外壁面の第３空気層
１５屋根面の第１空気層
１６屋根面の第２空気層
１７屋根面の第３空気層
１８屋根棟部の第１空気層
１９屋根棟部の第２空気層
２０屋根棟部の第３空気層
２１第１空気層吸い込み口
２２外壁材
２３壁面インシュレーションボード
２３a 壁面縦胴ぶち
２３b 壁面横胴ぶち
２４屋根材
２５屋根下地材
２５a 登り垂木
２５b ４５ｍｍ角の垂木
２６屋根面インシュレーションボード
２７屋切壁面
２８第1空気層排出口
２８a シャッター付き換気扇
２８b 可動式ダンパー
２９壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねる構造用合板
３０屋根面の木質繊維ボード
３１室内の壁仕上げ材
３２室内の天井仕上げ材
３３屋根棟部の平板パネル構造
３３a 屋根棟部の構造用合板
３３b 屋根棟部の木質繊維ボード
３３c 屋根棟部の天井仕上げ材

Claims

建築物の外壁面や屋根面に断熱材を一切使用しないで、空気による高性能な保温断熱、輻射熱による発熱抑止、空気の高速移動から起きる冷却など、外壁と屋根構造の第１、第２、第３の各空気層によって、それぞれの性能が発揮できることを特徴とする外壁構造および屋根構造の空気断熱工法。
輻射熱による高温発熱が起き難い、薄板型の各空気層仕切り板を設け、外壁面および屋根面の構造上の空隙に空気層を多層に設けた空気断熱構造。外壁材や屋根材から各空気層仕切り板各種と、内壁材および天井材まで、これらの各部材を形状的に厚みを薄くすることから、輻射熱の発熱を最小限に抑え、熱伝導率が極めて低い空気層との組み合わせたことにより、輻射熱による高温発熱が起き難いことを特徴とする外壁構造および屋根構造の空気断熱工法。
夏期の輻射熱によって高温発熱した、外壁や屋根材からの放射熱を受け、温度上昇してしまう各第１空気層の空気を低温の外気と入れ変え、さらに、前記各第1空気層の空気の移動速度を早くすることによって、各第１空気層を形成する部材の空気接触面を冷却できることを特徴とする外壁構造および屋根構造の空気断熱工法。
空気の保温断熱性能を最大限に活かすためには、空気の熱伝導率の低さを活かし、さらに、壁厚方向２０ｍｍ以下の空隙とし、対流現象がほとんど起き得ない空気層を設け、空気の粘性や仕切り板の摩擦抵抗によって空気の対流現象を無くし、空気の保温断熱能力を高めた、各第２空気層の構造を外壁および屋根構造に持つことを特徴とした外壁構造および屋根構造の空気断熱工法。
空気層自体を７５〜１００ｍｍ程度の範囲で厚くすると、空気層内での空気の対流現象によって、空気の断熱性能の低下を来たすことになる。しかし、各第３空気層は、空気による保温断熱と、空気による輻射熱の発熱防止と言う、空気が持つ特異な性能が発揮できる、各第３の空気層を設けたことを特徴とする外壁構造および屋根構造の空気断熱工法。
外壁構造や勾配屋根構造を持つ建築構造物や、勾配屋根構造を有しない建築構造物の外壁構造など、これらの断熱を必要とする多種多様な建造物に、空気による保温断熱と、輻射熱による発熱抑止と、空気の高速移動から起きる冷却など、第１、第２、第３、あるいはそれ以上の多層の各空気層によって、それぞれの空気性能を発揮させることができる空気の特性を活かした断熱工法。
多種雑多な断熱材を使うことによって生じた、様々な不具合を解消できる。例えば、断熱材の経年劣化や縮み現象から起きる断熱性能の低下や、断熱材を使うことによって生じた壁内結露、さらには腐朽菌発生に伴う建物構造の劣化。そして、石綿や化学物質からつくられる断熱材の空気環境汚染。いずれは起き得る廃棄処理問題など、断熱材を使うことによっての多岐にわたる欠陥が露呈している。さらに、人類の生存権まで脅かすまでになった化学物質文明。この化学物質文明の危険から環境を守るための省エネ対策が、資源やエネルギーの浪費を伴い、現実には環境破壊に拍車をかけている。日常生活の中で必要とする第３の皮膚に当たる建築物において、益々大量に使われはじめた多種多様な断熱材を全く必要としないため、環境負荷の軽減と人体の健康に貢献できる外壁構造および屋根構造の空気断熱工法。