JP2013136877A

JP2013136877A - 建物の壁構造

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Publication number: JP2013136877A
Application number: JP2011287398A
Authority: JP
Inventors: Haruyasu Ito; 晴康伊藤; Yoko Rikukawa; 葉子陸川; Senshu Yamada; 専修山田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-11

Abstract

【課題】本発明は、光熱費を抑制しつつ室内の温度や湿度を適正に維持し得る住居等の建物の壁構造を提供する。
【解決手段】本発明の建物の壁構造は、室外から室内までの厚み方向に第１乃至第３の空気層を有し、前記第１空気層が外気と第２空気層との間に設けられ、前記第２空気層が該第１空気層と第３空気層との間に設けられ、前記第３空気層が該第２空気層と室内との間に設けられる建物の壁構造である。前記第１空気層は、外気を取り込んで通過させた後に外気に排出する通路を形成し、前記第２空気層は、空気を充填させて密封され、前記第３空気層は、床下空気を取り込んで通過させた後に外気に排出する通路を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光熱費を抑制しつつ室内の温度や湿度を適正に維持し得る住居等の建物の壁構造に関する。

従来より住居等の建物の屋内環境を改善すべく種々の冷暖房等設備が日々開発されてきた。その反面、近年、化石燃料の枯渇化の防止やＣＯ_２排出量の削減の達成が社会的ニーズとなっており、断熱材を使用した高気密・高断熱住宅が開発されている。

しかしながら、一般の断熱材は保温性が重視されるためこれを使用する住宅の場合、冬期の断熱性は高いが夏期は逆に断熱性の高さが弊害となり放熱性が悪くなる。また、断熱材はこれ自体を製造する資源や加工コストが別途必要なるものであり、断熱材の耐久性に住居環境が直接依存するという弊害がある。

これを防止するために住居の壁内に空気層を備え、これを断熱材の一つとする方法が存在する。例えば、特許文献１では、壁面に空気層を含む住宅が開示されている。
しかしながら、この住宅の場合には、空気層以外に特殊構成の断熱層が別途必須構成となっており、断熱材を使用する問題を完全に解消することはできない。

また、非特許文献１では、壁面内に複数の空気層を設け別途の断熱材を用いない住宅が開示されている。具体的には、外気側の空気層を外気と対流する可変空気層とし、室内側の密封された２層の空気層を配設する住宅が開示されている。
しかしながら、この住宅の場合、外気と対流する可変空気層により夏期には壁内の熱を外部に放出する点では優れていると言えるが、冬期には密封空気層による断熱効果のみであり別途の断熱材料が不要となる以上の効果を有するものであるとは言えず、むしろ、断熱効果自体は従来の繊維断熱材より低下する場合も多い。

さらに、室内の除湿機能の有無という面から非特許文献１の住宅を見た場合、密封空気層により「じっくり」除湿するだけであり、一般には従来の繊維断熱材の方が除湿効果が高い。

特許第３７０９４６５号公報

「新建ハウジング（平成２０年３月１０日号）新建新聞社」第１７頁、業界ニュース

本発明は、以上の事情に鑑みて創作されたものであり、地中熱を利用しつつ複数の可変空気層と固定空気層とを組み合わせることで、室内の光熱費を抑制しつつ室内の温度や湿度を適正に維持し得、これと同時に人体安全性の高い建物の壁構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の建物の壁構造では、室外から室内までの厚み方向に第１乃至第３の層を有し、前記第１層が外気と第２層との間に設けられ、前記第２層が該第１層と第３層との間に設けられ、前記第３層が該第２層と室内との間に設けられる建物の壁構造であって、前記第２層は、断熱効果を有する断熱材又は空気を充填させて密封した密閉空気断熱層である、建物の壁構造を提供する。また、室外から室内までの厚み方向に第１乃至第３の空気層を有し、前記第１空気層が外気と第２空気層との間に設けられ、前記第２空気層が該第１空気層と第３空気層との間に設けられ、前記第３空気層が該第２空気層と室内との間に設けられる建物の壁構造を提供する。前記第１空気層は、外気を取り込んで通過させた後に外気に排出する通路を形成し、前記第２空気層は、空気を充填させて密封し、前記第３空気層は、床下空気を取り込んで通過させた後に外気に排出する通路を形成する。

本発明の建物の壁構造は、外気側（最外皮）から室内側（最内皮）に向かって順に、外気の気流による排熱・排湿通気層としての第１空気層と、略密封された固定空気断熱層としての第２空気層と、地中熱を取り込んだ床下空気を循環させる地中熱空気循環層としての第３空気層とを有することで断熱、調湿（透湿・吸湿・放湿）および冷暖房効果が発揮される。さらには耐震効果を発揮する構成が提供される。第１空気層は、常に外気により気流を生じさせているため建物の躯体を乾燥状態に保ちつつ、夏場は冷却、冬場は保温効果がある。また、第２空気層は、空気が非循環の固定状態で充填されており、断熱効果を有する。空気は固定状態では断熱性が高い。さらに第２空気層は、過剰な湿度を第１空気層へ透湿させるとともに、湿度を貯留・放出させる性質を有している。第３空気層は、床下空気と地中熱を取り込んで外気に至るまでゆっくりと循環させることができる。年間を通して温度変化が小さい地中熱を利用し、第３空気層内を床下空気が移動する間に、取り込んだ地中熱を第３仕切壁に伝達することにより室内に輻射冷熱、輻射暖熱を入出熱させることで、夏は涼しく、冬は暖かい温度環境を実現することができる。

また、前記建物の屋根裏には、前記第１空気層と連通する第１屋根空気層を有し、前記第１空気層内の空気は、前記第１屋根空気層を通過して屋根の頂部近傍から外気に排出されることが好ましい。

外気を循環させる最外皮の第１空気層内の空気は、第１屋根空気層を通じて外気に排出される。これにより、高温になった屋根裏を冷やすことで棟全体を冷やすことができ、湿度も排出し得る。

また、前記第２空気層は、厚み方向に複数の空気層を並列して形成しても良い。固定空気層としての第２空気層は、複数存在しても良い。固定の空気層を厚くするよりも空気層の枚数を増やすほうが断熱効果が高いからである。

また、前記第３空気層に取り込む床下空気は、熱交換管によって外気と流体的に接続しており、該熱交換管は、外気から前記床下までを管路を地中に埋入させることが好ましい。熱交換管は、地中に埋入されるので外気は床下空間に流入するまでに年間を通して温度変化が小さい地中熱温度により近づくことができる。地中熱を取り入れた床下空気は、建物を循環することにより、室内冷暖房負荷を大幅に減らすことができる。

また、前記建物の屋根裏には、前記第３空気層と連通する屋根裏空間を有し、前記第３空気層内の空気は、前記屋根裏空間を経由して外気に排出される。好ましくは、屋根裏空間内の空気は、温度に対応して作動する換気扇により外気に排出される。

地中熱を循環させる最内皮の第３空気層内の空気は、屋根裏空間を通じて外気に排出される。夏期のような高温時には、高温になった第３空気層内の温度を屋根裏空間から外気に逃がすことができ室内冷房負荷を低減し得るとともに適正温度の床下空気の循環を促進させ、調湿効果も高い。特に高温時の効果を向上させるため、屋根裏空間の空気の換気扇は温度センサ等により温度に対応して作動制御するものが好ましい。

前記第１空気層と前記第２空気層とを仕切る第１仕切壁と、前記第２空気層と前記第３空気層とを仕切る第２仕切壁と、前記第３空気層と室内とを仕切る第３仕切壁とのいずれかは、珪藻土とバーミキュライトとを主成分に含有することが好ましい。例えば珪藻土を含む珪酸カルシウム水和物の構造にバーミキュライと分散形成させたモイス（登録商標）などを使用すれば、調湿性（湿度の移動が容易）であり、また有害物質の吸着性も良い。

また、前記第３空気層と室内とを仕切る第３仕切壁は、バイオ珪藻土を主成分に含有する場合であっても良い。第３仕切壁は、室内装を形成するので少なくとも珪藻土を含有するものであれば自由に選択も可能である。珪藻土は元来、静電気が起きにくく、吸湿性とこれに伴う有害物質吸着性が高いからである。

さらに、前記第１空気層及び／又は前記第３空気層及び／又は前記熱交換管の内部の空気の流入・排出は、通常電源または屋根外面に設置された太陽電池を駆動源とする換気扇（ファン）で行うことが好ましい。屋根外面には、既存又は将来的に太陽電池が設置されることが多く、社会的にも省エネ、温暖化対策等の観点から太陽電池の設置促進が求められている。本建物の壁構造において太陽電池を作動駆動源とすることは建物の冷暖房負荷を低減し、太陽電池設置の社会ニーズをも促進しえるものを提供するという利点をも有する。

本発明の建物の壁構造によれば、地中熱を利用しつつ複数の可変空気層と固定空気層とを組み合わせることで、室内の光熱費を抑制しつつ、室内の温度や湿度を適正に維持し得、同時に人体にとって安全性の高い室内環境を実現する。また、床下、第１空気層、第２空気層、第３空気層の適度な調湿により内部結露を防ぎ、壁体内の環境を健全に保つことにより、構造躯体をより永く維持することができる。すなわち、本発明によりＣＯ_２削減にも適した省エネ性・人体安全性、構造躯体の堅牢性の高い住居等の建物を社会提供することができる。

本発明の建物の壁構造の一例を採用した建物全体の略断面図である。本発明の建物の壁構造の一例を示す略拡大断面図である。図２の建物の壁構造の改良例である。図２の建物の壁構造の他の改良例である。従来の建物の壁構造の垂直断面模式図である。

≪代表的な従来の壁構造例≫
上述したように従来型の建物の壁構造において、外壁と室内壁との間に空気層を使用する場合が存在する。まず、本発明の建物の壁構造を説明する前に空気層を壁構造に使用する従来の壁構造のうち地中熱を利用する例を説明する（なお、非特許文献１の建物の壁構造はそもそも地中熱空気を循環させないのでここでは言及しない）。

図５は、建物の壁構造の断面模式図であり、図中左側の外気１と右側の室内２との間に２つの空気層を有している。図５の壁構造からもわかるように外気１と室内２との間には２つの空気層が３枚の仕切壁で仕切られている。まず、外気１には外壁１１１が仕切りとして接している。この外壁１１１は好みに応じて選択される。例えば、外気側から二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を主成分とする１８ｍｍ程度の厚みの珪藻土板１１１ａと、１２ｍｍ程度の厚みの構造用針葉樹合板１１１ｂとの２つの層で形成されている。外壁１１１の内側には上下に空気が流れる通気空気層１１２が形成されており、ここでは例えば２０ｍｍ程度の厚みである。この通気空気層１１２では、下方で外気１と流体的に接続し（図示せず）、これにより流入してきた外気１が矢印ａに示すように上方に空気流が流れていく。したがって常に適度な調湿が保持され、高温時には建物躯体の表面を冷却する。

通気空気層１１２の室内側は仕切壁１１３が設けられている。この仕切壁１１３は、通気空気層１１２側から二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を主成分とする珪藻土板１１３ａと、珪藻土板１１３ｃとの間で、表面に多数の孔を開けた構造用針葉樹合板１１３ｂを介挿させて構成する。この仕切壁１１３が断熱層として形成されており、例えば、珪藻土板１１３ａは厚み１５ｍｍ、構造用針葉樹合板１１３ｂは厚み１２ｍｍで表面にφ１０ｍｍの孔が孔の中心から５０ｍｍの間隔で空けられており、珪藻土板１１３ｃは厚み５ｍｍである。

また、仕切壁１１３と室内壁１１５との間には地中熱空気層１１４が設けられており、例えば厚み１２０ｍｍである。この地中熱空気層内１１４には床下空間からの流入してきた空気が矢印ｂに示すように上方に流れていく。これにより、室内壁１１５は地中熱空気層１１４の地中熱で冷暖することができると同時に地中熱空気層内１１４の空気が流れることによる除湿効果も期待できる。なお、地中熱空気層１１４と室内２との間は室内壁１１５で仕切られており、例えば、地中熱空気層１１４側から厚み１２ｍｍのプラスターボード（石膏ボード）１１５ａに厚み５ｍｍの珪藻土１１５ｂが被覆されて室内壁１１５を形成している。

図５の壁構造の場合、矢印ｃに示すように室内空気２の湿度は地中熱空気層１１４と仕切壁１１３とを介して通気空気層１１２との間で調湿される。しかしながら、図５の壁構造の場合、地中熱空気層は室内壁２を地中熱で冷暖することはできるが断熱性は低く、断熱材としての機能は概ね仕切板１１３が担保することになる。そうすれば、断熱効果を向上させるためには必然的に仕切壁１１３を厚くしていくことになる。一方、仕切り壁１１３を厚くしていくと逆に透湿性が低下していく。したがって、図５の壁構造では地中熱を利用して冷暖房負荷を低減させることを企図しつつも断熱効率を向上させるには断熱材の厚みを増やす必要があり、環境負荷が大きくなるという相反する問題が並存してしまう。

≪本発明の建物の壁構造の例≫
図１、図２には本発明の建物の壁構造の一例が示されている。具体的には、図１には建物１０全体の略断面図が示されており、図２には本壁構造の略拡大断面図が示されている。

図１に示すように本壁構造では、建物１０の最外皮の外壁１１の内側に第１空気層１２が設けられている。この第１空気層１２は外壁１１の下端の流入口１２ａから外気１が取り込まれ、その外気からの空気流が矢印方向に示すように上方に流れていき、第１屋根空気層１２ｃに到達する。第１屋根空気層１２ｃは屋根表面１８に設けられた中空空間である。第１屋根空気層１２ｃに流入した空気流は、第１屋根空気層１２ｃ内を上方に流れていき、建物１０の頂部近傍に設けられた排出口１２ｄから外気１に排出される。この第１空気層１２や第１屋根空気層１２ｃ内の外気は、排出口１２ｄ（棟換気口）より自然にエントツ効果で常時排気される。これにより建物１０の躯体は常に適正な温度と湿度を維持する。

次に第１空気層１２の内側には第２空気層１４が存在する。この第２空気層１４は、第１仕切壁１３と第２仕切壁１５とで挟まれた空間に形成されており、土台２３や桁梁２４で外部と密封状態で内部に静止空気が充満する。第２空気層１４は、空気が動かず固定しているため断熱効果が高い。

また最内皮には第３空気層１６が、第２仕切壁１５により第２空気層１４と隔てて存在する。この第３空気層１６は、第２仕切り壁１５と室内壁１７との間の空間に形成される。この第３空気層１６は室内壁１７の下端の流入口１６ａから床下空間１９の空気と地中熱が取り込まれ、床下空間からの空気流が矢印方向に示すように上方に流れていき、排出口１６ｂから屋根裏空間１６ｃに到達する。屋根裏空間１６ｃは室内２の天井部の上に設けられた空間である。屋根裏空間１６ｃに流入した空気流は、建物の頂部近傍に設けられた排出口１６ｄにより外気１に排出される。この第３空気層１６や屋根裏空間１６ｃ内の空気は、屋根裏空間１６ｃの温度に対応して作動する換気扇（図示せず）により循環され、その換気扇の駆動源は、通常電源または屋根外面１８に設置された太陽電池２５によってもよい。これにより、第３空気層１６内の湿度は外気１に排出できるだけでなく、屋根裏空間１６ｃ内の温度調節も可能となる。床下空気から地中熱を得た室内壁１７からの輻射冷熱により夏は涼しく、輻射暖熱により冬は暖かいと感じられる。

また、第３空気層１６に流入させる床下空間１９の空気は地中熱により温度管理される。床下空間１９は建物１０の基礎２１により閉鎖されており、熱交換管２０のみによって外気１と流体的に接続される。また、基礎２１の側面には調湿性のある断熱材、及び底面には調湿材２２が積層されており、床下空気は除湿される。熱交換管２０は、外気側の端部に流入口２０ａ、床下空間側の端部に排出口２０ｂが設けられ、流入口２０ａと排出口２０ｂによって外気１と床下空間１９とを連通する中空配管である。熱交換管２０は熱伝導性が高い材質で形成されており、例えば硬質塩化ビニル管及びステンレス製でφ１５０ｍｍの径を有する。また、熱交換管２０は外気から床下までの大部分が地中３に埋入している。したがって、外気１は地中熱の温度に近づきながら床下空間１９に排出される。これにより床下の空気は、１年を通し温度変化が少なくなり、夏は涼しく冬は暖かい空気となる。また、流入口２０ａに防塵フィルター（図示せず）を設けると基礎２１による閉鎖と相まって床下の空気をクリーン化することができる。なお、流入口２０ａは温度変化が小さい北側に設けられることが好ましい。

図２は、上述する図１の建物の壁構造を拡大した略Ａ−Ａ'断面図を示しており、上述するように外気１と室内２との間に３つの空気層を有している。最外皮の外壁１１は、汎用の窯業サイディングであり、その胴縁（図示せず）を第１仕切壁１３に取り付けている。例えば、窯業サイディングは１８ｍｍの厚みを有し、胴縁は１８ｍｍの厚みを有している。したがって、第１空気層１２の厚みも約１８ｍｍとなる。第１空気層１２と第２空気層１４とを仕切る第１仕切壁１３は、例えば、９．５ｍｍ厚の透湿・調湿耐力面材モイス（登録商標）などを使用する。モイスとは、珪藻土を含有する珪酸カルシウム水和物（トバモライト結晶）の構造に、粘土鉱物・バーミキュライトを均一かつ同一方向に分散形成した透湿・調湿耐力面材である。したがって、第１仕切壁１３によれば矢印Ａに示すようにモイスは、第２空気層の湿気を第１空気層１２に透湿（湿度を移動）させることができ、第１空気層１２に放出された湿度を上方に流していくことが可能となる（矢印Ｘ）。また、第１仕切壁１３のモイス壁１３は、その外側を防風・透湿・防水効果を有するシートで被覆してもよい。

第１空気層１２の内側には第２空気層１４が設けられている。この第２空気層１４は第１仕切壁１３と第２仕切壁１５との間の空間に形成され、上端を桁梁２４、下端を土台２３（図１参照）で閉鎖している。また、第２仕切壁１５は、ゾノライト系ケイ酸カルシウムボードで構成されるバウビオＴ等の調湿建材あるいはモイス壁で構成される。この第２空気層は、外部から閉鎖された固定の空気層であるため断熱材としての機能を有する。これは図５における従来型の壁構造に示す断熱材としての仕切壁１１３に相当するが、図５の仕切壁１１３よりも薄いにもかかわらず同等またはそれ以上の断熱効果を有している。さらに、図２の第２仕切壁１５は調湿効果も高く、第３空気層１６の湿度を第１空気層１２まで移動させる。

また、第２仕切壁１５の内側には、第３空気層１６が設けられている。この第３空気層１６は第２仕切壁１５と室内壁１７との間の空間に形成される。第２仕切壁１５は、バウビオＴの調湿建材あるいはモイスで壁を構成する。室内壁１７は１２．５ｍｍ厚のプラスターボード１７ａに２ｍｍ厚のバイオ珪藻土１７ｂを被覆している。または、９．５ｍｍ厚のモイス壁を使用する。バイオ珪藻土１７ｂの場合、ホルムアルデヒドを含む揮発性有機化合物（ＶＯＣ）や総揮発性有機化合物（ＴＶＯＣ）等の有害物質を吸着固定させることができるため室内環境をクリーンにできる（矢印Ｄ）。また、バイオ珪藻土１７ｂは調湿効果も有するので室内２と第３空気層１６内との湿度を相互に移動調整することができる（矢印Ｃ）。さらに、例えば、第３空気層１６は、厚みが７２ｍｍ〜８７ｍｍと幅広であるため、矢印Ｙのように下方から上方に流れてくる大量の床下空気の持つ地中熱を室内壁１７に与えることで、輻射冷暖房効果により室内２での体感温度を調整することができる（矢印Ｂ参照）。

図３には図２に示す建物の壁構造の変形例が示されている。図３の壁構造では、室内壁１７も厚み９．５ｍｍのモイス壁で形成した例を示している。この壁構造の場合、室内壁１７に透湿性及び調湿性が高いモイス壁を使用するため、室内２の湿度を第３空気層１６に移動させ、空気流で外気に排出することにより室内２の調湿効果を高めることができる。さらに、モイスは上記ＶＯＣ等の有害物質の吸着性が高いのでこれを室内壁１７に使用するとシックハウス等を防止することができる。

さらに、図４には図２に示す建物の壁構造の他の変形例が示されている。図４の壁構造では、第２空気層１４の隣の室内側にさらに第２空気層１４と同様に閉鎖された空気層１４'と仕切壁１５'とを設ける例を示している。上述したとおり空気層を閉鎖し内部空気を固定すると断熱効果をもたせることができるので、図４に示すように固定の空気層を２つにするとその分、断熱効果が大きくなる。

以上、本発明の建物の壁構造についての実施形態およびその概念について説明してきたが本発明はこれに限定されるものではなく特許請求の範囲および明細書等に記載の精神や教示を逸脱しない範囲で他の変形例、改良例が得られることが当業者は理解できるであろう。

１０建物
１１外壁
１２第１空気層
１２ｃ第1屋根裏空気層
１３第１仕切壁
１４，１４' 第２空気層
１５，１５' 第２仕切壁
１６第３空気層
１６ｃ屋根裏空間
１７室内壁
１７ｂバイオ珪藻土
１９床下空間
２０熱交換管

Claims

室外から室内までの厚み方向に第１乃至第３の層を有し、
前記第１層が外気と第２層との間に設けられ、前記第２層が該第１層と第３層との間に設けられ、前記第３層が該第２層と室内との間に設けられる建物の壁構造であって、
前記第２層は、断熱効果を有する断熱材又は空気を充填させて密封した密閉空気断熱層である、建物の壁構造。
室外から室内までの厚み方向に第１乃至第３の空気層を有し、
前記第１空気層が外気と第２空気層との間に設けられ、前記第２空気層が該第１空気層と第３空気層との間に設けられ、前記第３空気層が該第２空気層と室内との間に設けられる建物の壁構造であって、
前記第１空気層は、外気を取り込んで通過させた後に外気に排出する通路を形成し、
前記第２空気層は、空気を充填させて密封し、
前記第３空気層は、床下空気を取り込んで通過させた後に外気に排出する通路を形成する、建物の壁構造。
前記建物の屋根裏には、前記第１空気層と連通する第１屋根空気層を有し、
前記第１空気層内の空気は、前記第１屋根空気層を通過して屋根の頂部近傍から外気に排出される、請求項２に記載の建物の壁構造。
前記第２空気層は、厚み方向に複数の空気層を並列して形成される、請求項２又は３に記載の建物の壁構造。
前記第３空気層に取り込む床下空気は、熱交換管によって外気と流体的に接続しており、
該熱交換管は、外気から前記床下までを管路を地中に埋入させる、請求項２〜４のいずれか１項に記載の建物の壁構造。
前記建物の屋根裏には、前記第３空気層と連通する屋根裏空間を有し、
前記第３空気層内の空気は、前記屋根裏空間を経由して外気に排出される請求項２〜５のいずれか１項に記載の建物の壁構造。
前記屋根裏空間の空気は、温度に対応して作動する換気装置により外気に排出される、請求項６に記載の建物の壁構造。
前記第１空気層と前記第２空気層とを仕切る第１仕切壁は、珪藻土を含有する珪酸カルシウム水和物（トバモライト結晶）の構造に、粘土鉱物・バーミキュライトを主成分とし、前記第２空気層と前記第３空気層とを仕切る第２仕切壁はゾノライト系ケイ酸カルシウムを主成分とし、前記第３空気層と室内とを仕切る第３仕切壁は石膏と二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を主成分として含有する、請求項２〜７のいずれか１項に記載の建物の壁構造。
前記第３空気層と室内とを仕切る第３仕切壁は、バイオ珪藻土を主成分として含有する、請求項２〜７のいずれか１項に記載の建物の壁構造。
前記第１空気層及び／又は前記第３空気層及び／又は前記熱交換管の内部の空気の流入・排出は、屋根外面に設置された太陽電池を駆動源とする換気扇で行う、請求項２〜７のいずれか１項に記載の壁構造。