JP5806857B2

JP5806857B2 - 木造家屋の断熱壁構造

Info

Publication number: JP5806857B2
Application number: JP2011123508A
Authority: JP
Inventors: 典正三原; 池田　昌彦; 昌彦池田
Original assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Current assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: JP2012251340A

Description

本発明は、木造家屋の断熱壁構造に関するもので、特に木造家屋の柱間に充填された繊維系断熱材と、この繊維系断熱材の室外側に設けられた合成樹脂発泡体系断熱材とを備えた断熱壁構造に関する。

従来、木造家屋における断熱壁構造として、柱間に繊維系断熱材を充填し、この繊維系断熱材の室内側表面を覆って貼り渡した防湿層を介して内装材を設けることで、室内と繊維系断熱材間を防湿層で遮蔽する一方、繊維系断熱材の室外側に合成樹脂発泡体系断熱材を設けた高断熱構造が知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、繊維系断熱材とは別にシート又はフィルム状の防湿層を用意して貼り渡す代わりに、室内側を構成するフィルム又はシートが防湿層を兼ねる袋に収納された繊維系断熱材を用い、袋の耳部を柱の見付け面に粘着テープ等で止める構造とすることも知られている。

日本建築学会九州支部報告第３３号１９９２年３月「高断熱高気密住宅の夏期壁体内部結露に関する研究その１」

ところで、上記従来の高断熱構造は主に寒冷地における家屋の断熱性の向上と、冬季壁内結露の防止とを目的としたものであるが、省エネルギーの要請の高まりと共に、関東以西の平野部のような比較的温暖な地域でも利用され始めている。

しかしながら、上記非特許文献１にも示されているように、上記従来の高断熱構造を比較的温暖な地域で利用した場合、夏季壁内結露が懸念される。即ち、室外の温度と湿度が高くなる夏季において、暑く湿った外気が繊維系断熱材中に入り込むと、防湿層の室外側に湿気が滞留し、エアコンで冷やされた室内の空気と防湿層を介して接触することで、防湿層の室外側表面に結露を生じてしまうことが懸念される。また、上記従来の高断熱構造については、例えばコンセントやスイッチ類の設置時に、これらの設置箇所の防湿層が切除されてしまうことから、現実的には高い遮蔽性が維持できていないという問題もある。繊維系断熱材と室内との間の遮蔽が不十分な場合、冬季において、暖かく湿った室内の空気が繊維系断熱材内に入り込み、合成樹脂発泡体系断熱材の室内側表面に結露を生じやすくなる。

本発明は、上記従来の高断熱構造の問題点に鑑みてなされたもので、比較的温暖な地域における木造家屋の断熱壁構造として、繊維系断熱材と合成樹脂発泡体系断熱材を併用した高断熱構造を利用する場合において、夏期壁内結露と冬季壁内結露の両者を確実に抑制できるようにすることを目的とする。

本発明は、上記目的のために、木造家屋の柱間に充填された繊維系断熱材と、該繊維系断熱材の室外側に設けられた合成樹脂発泡体系断熱材とを備えた断熱壁構造において、
前記繊維系断熱材の少なくとも室内側表面と内装材との間に防湿層が介在しておらず、しかも前記合成樹脂発泡体系断熱材が、ｘ軸を熱抵抗値（ｍ²・Ｋ／Ｗ）、ｙ軸を透湿抵抗値（ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ）とした時、下記式（１）又は式（２）を満たす特性を有することを特徴とする木造家屋の断熱壁構造を提供するものである。
ｙ≦１３０．５ｘ−８１・・・（１）
ｙ≦３１．７ｘ−５．１・・・（２）

また、上記本発明は、前記繊維系断熱材が裸状であること、前記繊維系断熱材の室外側表面と前記合成樹脂発泡体系断熱材の間と、前記合成樹脂発泡体系断熱材と前記柱の側面の間と、前記柱と前記内装材の間を通って防湿層が貼り渡されていること、及び、前記合成樹脂発泡体系断熱材の厚さが１５ｍｍ〜３０ｍｍであることを好ましい態様として含むものである。

なお、本発明において柱とは、通し柱を含む管柱と間柱の総称をいう。また、本発明において防湿層とは、室内から繊維系断熱材への水蒸気の流入を防止するために設けられる合成樹脂フィルム等で、具体的には、透湿抵抗値が１７０ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ以上のフィルム又はシート状材料をいう。

本発明においては、繊維系断熱材と室内との間に防湿層が介在していないので、夏季において外気の湿気が防湿層の室外側表面に滞留し、エアコンで冷やされた室内の空気で冷やされて結露する心配がない。その一方、冬季においては、暖かく湿った室内の空気が繊維系断熱材内に入り込むことになる。しかし、実施例及び比較例の結果から明らかなように、比較的温暖な地域においては、気密性がなくても、合成樹脂発泡体系断熱材が前記式（１）又は式（２）を満たすことで、冬季壁内結露を防止することができる。

本発明においては、繊維系断熱材と室内との間に防湿層が存在しないので、例えばコンセントやスイッチ類の設置時に、これらの設置箇所の防湿層を切除する手間がかからず、施工性を向上させることができる。

特に裸状の繊維系断熱材を用いると、繊維系断熱材を収納する袋が不要である分コストを低減することができる。

繊維系断熱材の室外側表面と合成樹脂発泡体系断熱材との間に防湿層を介在させると、例えばコンセントやスイッチ類の設置作業に影響を与えることなく気密性を高めることができる。

合成樹脂発泡体系断熱材の厚さが１５ｍｍ〜３０ｍｍであると、窓周り等を付加部材なく施工することができ、施工性低下及びコストの上昇を抑制することができる。

本発明に係る木造家屋の断熱壁構造の一例を示す横断面図である。本発明に係る木造家屋の断熱壁構造の他の例を示す横断面図である。実施例及び比較例の結果を示すグラフである。

図１に基づいて本発明の一例を説明する。

図１において、１は柱で、そのうち１ａは管柱（通し柱）、１ｂは間柱である。柱１，１間には繊維系断熱材２充填されている。この繊維系断熱材２としては、例えばグラスウール、ロックウール、羊毛断熱材、セルロースファイバー等を用いることができるが、一般的にはグラスウールである。

上記繊維系断熱材２は、袋に入ったものを用いることもできるが、袋に入っていない裸状のものが好ましい。図示される繊維系断熱材２は裸状のもので、この裸状の繊維系断熱材２を用いることで、袋を使用しない分コストを低減することができる。また、袋入りとすると、繊維系断熱材２の柱１，１間への充填作業が行いやすくなる。本発明においては袋入りの繊維系断熱材２としても、防湿層を構成する必要がないので、袋の耳部を柱の見付け面に粘着テープ等で止める必要がなく、例えばコンセントやスイッチ類の取り付け作業に影響することがない。袋入りとする場合、少なくとも室内側を構成するフィルム又はシートが良好な通気性を有する袋を用いる。具体的にはＪＩＳＬ１０９６一般織物試験法通気性試験Ａ法（フラジール法）で測定した時に通過空気量が０．２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓｅｃ以上となる通気性を有することが好ましい。

繊維系断熱材２の室内側には、繊維系断熱材２の室内側表面との間に防湿層を介在させることなく内装材３が取り付けられている。即ち、繊維系断熱材２の室内側表面と内装材３の間には、透湿抵抗が１７０ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ以上のフィルム又はシート状材料は介在されておらず、室内と繊維系断熱材２間の湿気に対する遮蔽はされていない状態となっている。

繊維系断熱材２の室外側には、柱１の室外側に取り付けられた合板等の下地板７が設けられており、更にこの下地板７の外面側に合成樹脂発泡体系断熱材４が取り付けられている。合成樹脂発泡体系断熱材４としては、通常、合成樹脂の押出発泡成形板又はビーズ発泡成形板が用いられる。合成樹脂発泡体系断熱材４を構成する合成樹脂発泡体は、独立気泡の合成樹脂発泡体で、具体的には、ポリスチレン系発泡体、ポリエチレン系発泡体、ポリプロピレン系発泡体、ポリウレタン系発泡体、フェノール樹脂系発泡体等を用いることができる。これらの中でも、吸水性が低く、断熱性、機械的強度に優れることから、ポリスチレンの発泡体が好ましく、特に押出発泡成形板が好ましい。

合成樹脂発泡体系断熱材４は、ｘ軸を熱抵抗値（ｍ²・Ｋ／Ｗ）、ｙ軸を透湿抵抗値（ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ）とした時、下記式（１）又は式（２）を満たす特性を有することが必要である。下記（１）及び（２）のいずれをも満たさない場合、関東以西の比較的温暖な地域でも、冬季に合成樹脂発泡体系断熱材４の室内側表面に結露を生じやすくなる。
ｙ≦１３０．５ｘ−８１・・・（１）
ｙ≦３１．７ｘ−５．１・・・（２）

合成樹脂発泡体系断熱材４の厚さは、１５ｍｍ〜７５ｍｍであることが好ましく、１５ｍｍ〜３０ｍｍであることがより好ましい。１５ｍｍ未満では剛性が乏しくなって取り扱いにくくなり、７５ｍｍを超えるものは押出発泡成形の単層板としては得にくい。また、３０ｍｍ以下であると、付加材を用いることなく窓周りの施工が行えるので、施工性の低下や施工コストの上昇を抑えることができる。

図１において５は通気胴縁、６は外装材である。通気胴縁５は、合成樹脂発泡体系断熱材４を貫通する釘等で柱１に取り付けられ、この通気胴縁５を介して外装材６が取り付けられており、合成樹脂発泡体系断熱材４と外装材６の間に通気のための空間が形成されている。

図２は本発明に係る木造家屋の断熱壁構造の他の例を示すもので、繊維系断熱材２の室外側表面と合成樹脂発泡体系断熱材４の間と、合成樹脂発泡体系断熱材４と柱１の側面の間と、柱１と内装材３の間を通って防湿層８が貼り渡されている。防湿層８としては、従来と同様に、例えばポリエチレンフィルム等の合成樹脂フィルム又はシートを用いることができる。この防湿層８を設けることにより、室内の気密性を高めることができる。また、繊維系断熱材２の室内側には防湿層８は位置していないので、図１の例と同様に、夏季の壁内結露を防止できると共に、例えばコンセントやスイッチ類の設置に影響することがない。なお、図２において、図１と同じ符号は同じ部材を示す。

実施例及び比較例
室内側から、厚さ９．５ｍｍのプラスターボード（内装材３）、厚さ１００ｍｍ（密度１６ｋｇ／ｍ³）のグラスウール（繊維系断熱材２）、厚さ１２ｍｍの合板（下地材７）、合成樹脂発泡体系断熱材４の構成の断熱壁構造を想定し、合成樹脂発泡体系断熱材４の特性を変化させ、冬季においていずれの部位においても壁内結露を生じないか否かを計算により求めた。

計算に際しては、東京の冬季を想定して、室内を温度２０℃、湿度５０％とし、外気を温度５．６℃、湿度５０％とした。また、プラスターボードの熱伝導率は０．１９Ｗ／ｍＫ、透湿比抵抗は３４０ｍ・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ、グラスウールの熱伝導率は０．０４５Ｗ／ｍＫ、透湿比抵抗は９ｍ・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ、合板の熱伝導率は０．１４Ｗ／ｍＫ、透湿比抵抗は２５０ｍ・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇとした。合成樹脂発泡体系断熱材４の熱伝導率と透湿比抵抗は種々変化させて判定を行った。

壁内結露を生じるかどうかは、プラスターボードの室内側表面温度θ_i（℃）、プラスターボードとグラスウール間の界面温度θ₁（℃）、グラスウールと合板間の界面温度θ₂（℃）、合板と合成樹脂発泡体系断熱材４間の界面温度θ₃（℃）、合成樹脂発泡体系断熱材４の外気側表面温度θ_o（℃）を求め、更に上記各部位の実在水蒸気圧（ｍｍＨｇ）を求め、実在水蒸気圧が飽和水蒸気圧より高く、かつ該実在水蒸気圧が当該実在水蒸気圧となった部位の温度における飽和水蒸気圧の９０％以上である場合には壁内結露を生じると判定し、それ以外の場合は壁内結露は生じないと判定した。

各部位の温度は以下のようにして求めた。なお、ｔ_iは室内の温度（２０℃）、ｔ_oは外気温度（５．６℃）、Ｒ_siは室内側表面熱抵抗値、Ｒ_soは外気側表面熱抵抗値で、Ｒ_si＝０．１１ｍ²・ｋ／Ｗ、Ｒ_so＝０．０４ｍ²・ｋ／Ｗとした。Ｒ₁はプラスターボードの熱抵抗値（ｍ²・ｋ／Ｗ）、Ｒ₂はグラスウールの熱抵抗値（ｍ²・ｋ／Ｗ）、Ｒ₃は合板の熱抵抗値（ｍ²・ｋ／Ｗ）、Ｒ₄は合成樹脂発泡体系断熱材４の熱抵抗値（ｍ²・ｋ／Ｗ）である。各熱抵抗値は、（材料の厚み）÷（材料の熱伝導率）で求めることができる。また、Ｒ_tは各熱抵抗値の総和、Ｒ_t＝ΣＲ＝Ｒ_si＋Ｒ₁＋Ｒ₂＋Ｒ₃＋Ｒ₄＋Ｒ_soである。

θ_i＝ｔ_i−（ｔ_i−ｔ_o）・（Ｒ_si／Ｒ_t）
θ₁＝ｔ_i−（ｔ_i−ｔ_o）・｛（Ｒ_si＋Ｒ₁）／Ｒ_t｝
θ₂＝ｔ_i−（ｔ_i−ｔ_o）・｛（Ｒ_si＋Ｒ₁＋Ｒ₂）／Ｒ_t｝
θ₃＝ｔ_i−（ｔ_i−ｔ_o）・｛（Ｒ_si＋Ｒ₁＋Ｒ₂＋Ｒ₃）／Ｒ_t｝
θ_o＝ｔ_i−（ｔ_i−ｔ_o）・｛（Ｒ_si＋Ｒ₁＋Ｒ₂＋Ｒ₃＋Ｒ₄）／Ｒ_t｝
＝ｔ_i−（ｔ_i−ｔ_o）・｛（Ｒ_t−Ｒ_so）／Ｒ_t｝

また、プラスターボードとグラスウール間の実在水蒸気圧ｆ₁（ｍｍＨｇ）、グラスウールと合板間の実在水蒸気圧ｆ₂（ｍｍＨｇ）、合板と合成樹脂発泡体系断熱材４間の実在水蒸気圧ｆ₃（ｍｍＨｇ）は以下のようにして求めた。なお、ｆ_iは室内の実在水蒸気圧、ｆ_oは外気の実在水蒸気圧で、それぞれ設定した室内及び外気の温度及び湿度から、ｆ_i＝８．７８ｍｍＨｇ、ｆ_o＝３．４１ｍｍＨｇとした。

Ｒ′₁はプラスターボードの透湿抵抗値（ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ）、Ｒ′₂はグラスウールの透湿抵抗値（ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ）、Ｒ′₃は合板の透湿抵抗値（ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ），Ｒ′４は合成樹脂発泡体系断熱材の透湿抵抗値（ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ）である。透湿抵抗値は、（材料の厚み）×（材料の透湿比抵抗）で求めることができる。また、Ｒ′_tは各透湿抵抗値の総和、即ちＲ′_t＝ΣＲ′＝Ｒ′₁＋Ｒ′₂＋Ｒ′₃＋Ｒ′₄である。

ｆ₁＝ｆ_i−（ｆ_i−ｆ_o）・｛（Ｒ′₁）／Ｒ′_t｝
ｆ₂＝ｆ_i−（ｆ_i−ｆ_o）・｛（Ｒ′₁＋Ｒ′₂）／Ｒ′_t｝
ｆ₃＝ｆ_i−（ｆ_i−ｆ_o）・｛（Ｒ′₁＋Ｒ′₂＋Ｒ′₃）／Ｒ′_t｝

合成樹脂発泡体系断熱材４の熱伝導率と透湿比抵抗を種々変化させてそれぞれ各計算を行い、判定を行った。ｘ軸を合成樹脂発泡体系断熱材４の熱抵抗値（ｍ²・Ｋ／Ｗ）、ｙ軸を合成樹脂発泡体系断熱材４の透湿抵抗（ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ）とした座標に、壁内結露を生じないと判定された場合を●、壁内結露を生じると判定された場合を×として表示した。結果を図３に示す。

図３から明らかなように、合成樹脂発泡体系断熱材４が図３に示される座標系において、下記式（１）又は式（２）を満たす時、壁内結露は生じない。
ｙ≦１３０．５ｘ−８１・・・（１）
ｙ≦３１．７ｘ−５．１・・・（２）

１柱
１ａ管柱
１ｂ間柱
２繊維系断熱材
３内装材
４合成樹脂発泡体系断熱材
５通気胴縁
６外装材
７下地材
８防湿層

Claims

木造家屋の柱間に充填された繊維系断熱材と、該繊維系断熱材の室外側に設けられた合成樹脂発泡体系断熱材とを備えた断熱壁構造において、
前記繊維系断熱材の少なくとも室内側表面と内装材との間に防湿層が介在しておらず、しかも前記合成樹脂発泡体系断熱材が、ｘ軸を熱抵抗値（ｍ²・Ｋ／Ｗ）、ｙ軸を透湿抵抗値（ｍ²・ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ）とした時、下記式（１）又は式（２）を満たす特性を有することを特徴とする木造家屋の断熱壁構造。
ｙ≦１３０．５ｘ−８１・・・（１）
ｙ≦３１．７ｘ−５．１・・・（２）
前記繊維系断熱材が裸状であることを特徴とする請求項１に記載の木造家屋の断熱構造。
前記繊維系断熱材の室外側表面と前記合成樹脂発泡体系断熱材の間と、前記合成樹脂発泡体系断熱材と前記柱の側面の間と、前記柱と前記内装材の間を通って防湿層が貼り渡されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の木造家屋の断熱構造。
前記合成樹脂発泡体系断熱材の厚さが１５ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の木造家屋の断熱壁構造。