JP6569833B1 - 屋根部材または天井部材、及び建築物 - Google Patents

屋根部材または天井部材、及び建築物 Download PDF

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Abstract

【課題】室外の気温の変動によらず、冷暖房設備により室内の温度を一定に保持させる際に、室内への流出入熱量を小さくし、冷暖房エネルギーを低減することが可能な屋根部材または天井部材を提供する。【解決手段】室外側断熱層３と室内側断熱層４との間に、蓄熱層２を有し、下式（３）で表されるＲが０．１０以下である屋根部材１または天井部材。Ｒ＝２（Ｒ１−０．５）２＋（Ｒ２−１）２＋（Ｒ３−０．５５）２（３）、Ｒ１=（Ｔｂ／Ｋｂ）／（Ｔａ／Ｋａ+Ｔｂ／Ｋｂ）（１）、Ｋａは室外側断熱層３の熱伝導率であり、Ｔａは室外側断熱層３厚みであり、Ｋｂは室内側断熱層４の熱伝導率であり、Ｔｂは室内側断熱層４の厚みである。Ｒ２は、蓄熱層の、−１０℃から６０℃の温度範囲内の潜熱量に対する、１５℃から５０℃の温度範囲内の潜熱量の比である。Ｒ３＝Ｌ５／Ｌ２０（２）【選択図】図１

Description

本発明は、屋根部材または天井部材、並びに該屋根部材及び／または天井部材を備えた建築物に関する。
従来、室内快適性の確保と、冷暖房エネルギーの省エネルギー化を両立させるため、建築物の高断熱化が進められている。しかしながら、断熱材のみを用いて建材に十分な断熱性を持たせようとすると、建材が厚くなりすぎてしまうという問題があった。そこで、近年、断熱材に潜熱蓄熱材を組み合わせることで、昼・夜間の温度差を利用して室内等の温度変化を緩和させて、省エネルギー性能を向上させる建材が提案されている。
例えば、非特許文献１には、潜熱蓄熱材層と、該潜熱蓄熱材層より室外側に断熱材とを含み、該潜熱蓄熱材層より室内側に断熱材を含まない外壁に囲われた部屋は、潜熱蓄熱材層を含まない外壁に囲われた部屋に比べ、室内の温度変化が少ないことが記載されている。
また、特許文献１には、室外側に断熱材、室内側に蓄熱材を配置した建材が記載されている。夏季の日中の室温上昇を蓄熱材で抑制するために、室内側に蓄熱材を配置することが必要であり、蓄熱材より室内側に断熱材を配することは絶対にしてはならないと記載されている。
上記先行技術文献に記載された技術はいずれも、蓄熱材を断熱材より室内側に配置することで、省エネルギー性能の向上をめざしている。
また、特許文献２には、断熱パネル内の結露の発生を防止するために、蓄熱層の両側に断熱層を積層した断熱パネルが記載されている。
特開昭６１−１２２３５４号公報 特開平９−１７４７１４１号公報
日本建築学会技術報告集 第２２巻 第５２号，１０２７−１０３０
近年、冷暖房設備により室内の温度が連続的に一定に保持された場合における省エネルギー性能を向上させる屋根部材および天井部材が求められている。
しかしながら、上記先行技術文献に記載された建材においては、室外の気温の変動に伴う室内の温度変動を抑制する効果はあるが、該建材中の蓄熱材は、温度変動する環境でのみ機能を発現するため、冷暖房設備により室内の温度が連続的に一定に保持された場合に、省エネルギー化効果を奏するか否かは記載されていない。
また、これらの先行技術文献には、昼夜間及び日間で変化する室外の気温によらず、冷暖房設備により室内温度を一定に保持させる場合において、外部からの熱流出入を抑制し、その結果、冷暖房エネルギーを低減するために、日射によって外気温よりもさらに高い表面温度となる屋根や、同じく日射により外気温よりも高温となる天井裏の影響を受ける天井において、蓄熱材がどの様な潜熱特性を保有すればよいかについては一切記載されていない。
かかる状況の下、本発明者らは、蓄熱層と、該蓄熱層の室内側と室外側の両方に断熱層を有する屋根部材または天井部材であって、該屋根部材または天井部材中、特定の位置に蓄熱層を配置するとともに、蓄熱層を特定の潜熱特性を有する蓄熱層とすることにより、上記課題を解決できることを見出した。
本発明の目的は、室外の気温の変動によらず、冷暖房設備により室内の温度を一定に保持させる際に、室内への流出入熱量を小さくし、冷暖房エネルギーを低減することが可能な屋根部材または天井部材、並びに該屋根部材及び／または天井部材を備えた建築物を提供することにある。
本発明は、以下を提供する。
［１］ 室外側断熱層（Ａ）と室内側断熱層（Ｂ）との間に、蓄熱層を有し、
下式（３）で表されるＲが０．１０以下である屋根部材または天井部材。
Ｒ＝２（Ｒ１−０．５）２＋（Ｒ２−１）２ ＋（Ｒ３−０．５５）２ （３）
（式（３）中、Ｒ１は下式（１）で表される。
Ｒ１=（Ｔｂ／Ｋｂ）／（Ｔａ／Ｋａ+Ｔｂ／Ｋｂ） （１）
Ｋａは室外側断熱層（Ａ）の熱伝導率であり、Ｔａは室外側断熱層（Ａ）の厚みであり、Ｋｂは室内側断熱層（Ｂ）の熱伝導率であり、Ｔｂは室内側断熱層（Ｂ）の厚みである。
Ｒ２は、蓄熱層の、−１０℃から６０℃の温度範囲内の潜熱量に対する、１５℃から５０℃の温度範囲内の潜熱量の比である。
Ｒ３は、下式（２）で表される。
Ｒ３＝Ｌ５／Ｌ２０ （２）
−１０℃から６０℃の温度範囲内において、任意の５℃幅の温度範囲内の蓄熱層の潜熱量のうち、最大の潜熱量となる５℃幅の温度範囲をＸとし、
温度範囲Ｘにおける蓄熱層の潜熱量をＬ５とし、
温度範囲Ｘの中心温度をＸ’として、（Ｘ’−１０）℃以上（Ｘ’＋１０）℃以下の温度範囲内の蓄熱層の潜熱量をＬ２０とする。）
［２］ 前記Ｒ１が０．３０以上０．７０以下であり、前記Ｒ２が０．８５以上１．００以下であり、前記Ｒ３が０．３０以上０．８０以下である［１］に記載の屋根部材または天井部材。
［３］ 前記室外側断熱層（Ａ）および前記室内側断熱層（Ｂ）の少なくとも一方が、熱伝導率０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のポリスチレン発泡体、硬質ポリウレタン発泡体、または、フェノール樹脂発泡体を含む層である、［１］または［２］に記載の屋根部材または天井部材。
［４］ 前記Ｘ’が１５℃以上５０℃以下である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の屋根部材または天井部材。
［５］ 前記蓄熱層の透湿抵抗が９００ｍ２ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ以下である、［１］〜［４］のいずれか一項に記載の屋根部材または天井部材。
［６］ ［１］〜［５］のいずれか一項に記載の屋根部材及び／または天井部材を備え、
該屋根部材及び／または天井部材に含まれる室外側断熱層（Ａ）が室外側となり、室内側断熱層（Ｂ）が室内側となるように配置された建築物。
［７］ ［１］〜［５］のいずれか一項に記載の屋根部材または天井部材の、屋根または天井としての使用。
本発明に係る屋根部材及び／または天井部材によれば、冷暖房設備により室内側の温度を連続的に一定に保持させる場合において、室外の気温の様々な変動によらず、室内への流出入熱量を小さくすることで、室内の快適性と高い省エネルギー効果を両立する建築物を実現することができる。
本発明に係る屋根部材の一実施形態の縦断面図である。 本発明に係る屋根部材の一実施形態の寸法を示す縦断面図である。 実施例で使用した蓄熱材１〜４の見かけの比熱の温度分布を示す図である。 実施例で使用した蓄熱材１〜４の潜熱の温度分布を示す図である。 実施例で使用した蓄熱材５〜８の見かけの比熱の温度分布を示す図である。 実施例で使用した蓄熱材５〜８の潜熱の温度分布を示す図である。 シミュレーションの室外側の表面温度を示す図である。 実施例１〜８および比較例１〜２４の総合性能を示す図である。 実施例９および比較例２５の温度条件を示す図である。 実施例９および比較例２５の実験結果を示す図である。
以下に、図面を参照して本発明に係る屋根部材または天井部材の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る屋根部材の一実施形態である屋根部材１である。なお、各図の上側が室外側、下側が室内側である。
本発明に係る屋根部材または天井部材は、室外側断熱層（Ａ）と室内側断熱層（Ｂ）との間に、蓄熱層を有し、
式（３）で表されるＲが０．１０以下である屋根部材または天井部材である。
Ｒ＝２（Ｒ１−０．５）２＋（Ｒ２−１）２ ＋（Ｒ３−０．５５）２ （３）
Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３については、以下に説明する。Ｒが０．１０以下となるように、室外側断熱層（Ａ）の熱伝導率と厚さ、室内側断熱層（Ｂ）の熱伝導率と厚さ、並びに蓄熱層の材料を選択して、本発明にかかる屋根部材または天井部材を調製する。
＜Ｒ１＞
Ｒ１は式（１）で表される。
Ｒ１=（Ｔｂ／Ｋｂ）／（Ｔａ／Ｋａ+Ｔｂ／Ｋｂ） （１）
Ｋａは室外側断熱層（Ａ）の熱伝導率であり、Ｔａは室外側断熱層（Ａ）の厚みであり、Ｋｂは室内側断熱層（Ｂ）の熱伝導率であり、Ｔｂは室内側断熱層（Ｂ）の厚みである。
Ｒ１は、室外側断熱層（Ａ）の熱伝導率と厚さ、及び室内側断熱層（Ｂ）の熱伝導率と厚さにより調整することができる。
前記Ｒ１は、好ましくは０．３０〜０．７０であり、より好ましくは０．３５〜０．６５である。
室外側断熱層（Ａ）の厚みＴａは、例えば１０〜１５０ｍｍであり、より好ましくは５０ｍｍ〜１２０ｍｍである。
室内側断熱層（Ｂ）の厚みＴｂは、例えば１０〜１５０ｍｍであり、より好ましくは５０ｍｍ〜１２０ｍｍである。
室外側断熱層（Ａ）及びの室内側断熱層（Ｂ）の熱伝導率については、後述する。
＜Ｒ２＞
Ｒ２は、蓄熱層の、−１０℃から６０℃の温度範囲内の潜熱量に対する、１５℃から５０℃の温度範囲内の潜熱量の比である。
前記Ｒ２は、好ましくは０．８５〜１．００であり、より好ましくは０．９５〜１．００である。
本明細書において、潜熱量は、建材試験センター規格 ＪＳＴＭ Ｏ６１０１：２０１８に従い、以下の条件で測定される。
一定の速度で昇温および降温できる平板状の２枚の熱板で試験体を挟み、（１）熱板を６０℃で５時間保持し、次に（２）０．１℃／分の速度で６０℃から−１０℃まで降温し、次に（３）−１０℃で５時間保持し、次に（４）０．１℃／分の速度で−１０℃から６０℃まで昇温する。過程（４）において熱流計で測定した熱流より各温度の潜熱量を求める。
本明細書において、比熱とは、材料の温度を１Ｋ上昇させるために必要な熱量を材料の単位質量当たりの値として示すものを意味する。見かけの比熱とは、前記比熱に潜熱量を加えた値を意味する。潜熱量とは、固体−液体の相変化により、吸収または放出される熱量を意味し、本明細書においては、該温度範囲内に観測される融解エンタルピー（ΔＨ）のことである。
＜Ｒ３＞
Ｒ３は、式（２）で表される。
Ｒ３＝Ｌ５／Ｌ２０ （２）
−１０℃から６０℃の温度範囲内において、任意の５℃幅の温度範囲内の蓄熱層の潜熱量のうち、最大の潜熱量となる５℃幅の温度範囲をＸとし、
温度範囲Ｘにおける蓄熱層の潜熱量をＬ５とし、
温度範囲Ｘの中心温度をＸ’として、（Ｘ’−１０）℃以上（Ｘ’＋１０）℃以下の温度範囲内の蓄熱層の潜熱量をＬ２０とする。）
Ｒ３の計算に使用される潜熱量の測定方法は上記のとおりである。
蓄熱層の、−１０℃から６０℃の温度範囲内の潜熱量を測定し、−１０℃〜−５℃、−９℃〜−４℃、−８℃〜−３℃等、１℃刻みで５℃幅の各温度範囲内の潜熱量を求める。そのうち、最大の潜熱量をＬ５とし、Ｌ５となる５℃幅の温度範囲をＸとする。
前記Ｒ３は、好ましくは０．３０〜０．８０であり、より好ましくは０．３０〜０．７５である。
Ｘ’は、好ましくは１５℃以上５０℃以下であり、より好ましくは２０℃以上４５℃以下である。
Ｒ２およびＲ３は、それぞれ、蓄熱層の潜熱特性を表す。所定のＲ２およびＲ３となるように、蓄熱層の材料を選択すればよい。
蓄熱層は、後述の通り潜熱蓄熱材を含有する。潜熱蓄熱材が低分子型潜熱蓄熱材の場合は、
１）融点の異なる２種以上の低分子型潜熱蓄熱材を組み合わせる、
２）低分子型潜熱蓄熱材と他の低分子化合物とを組み合わせる、
３）低分子型潜熱蓄熱材と高分子型潜熱蓄熱材を組み合わせる、
ことにより、Ｒ２およびＲ３を調整することができる。
潜熱蓄熱材が高分子型潜熱蓄熱材の場合は、高分子型潜熱蓄熱材中の構造単位の種類と量により、Ｒ２およびＲ３を調整することができる。
＜断熱層＞
本明細書において、室外側断熱層（Ａ）は、本発明に係る屋根部材または天井部材中、蓄熱層より室外側に配される断熱層である。
本明細書において、室内側断熱層（Ｂ）は、本発明に係る屋根部材または天井部材中、蓄熱層より室内側に配される断熱層である。
なお、天井部材における「室内側」とは、人の居住空間である室内に近い側、を意味する。天井部材における「室外側」とは、「室内側」の反対側を意味する。
ここで、屋根部材または天井部材における「室外側」は日射によって、気温よりもさらに高い表面温度となる。したがって、屋根部材または天井部材に対しては、高い断熱性能が求められる。
本明細書において、断熱層とは、熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の層である。
本明細書において、熱伝導率とは熱移動の起こり易さを表す係数であり、単位厚みあたり１Ｋの温度差があるとき、単位時間に単位面積を移動する熱量を意味している。熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｅ１５３０に従い、熱流量法によって測定される。
室外側断熱層（Ａ）および室内側断熱層（Ｂ）は、各断熱層の熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であれば、該断熱層を構成する材料は特に限定されない。
室外側断熱層（Ａ）および室内側断熱層（Ｂ）の材料としては、樹脂発泡体が挙げられる。
樹脂発泡体としては、ポリスチレン発泡体、硬質ポリウレタン発泡体、アクリル樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体、ポリエチレン樹脂発泡体、発泡ゴム、発泡セラミック等が挙げられる。
室外側断熱層（Ａ）の熱伝導率は０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。室内側断熱層（Ｂ）の熱伝導率は０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。
室外側断熱層（Ａ）の熱伝導率と室内側断熱層（Ｂ）の熱伝導率は、それぞれ独立である。熱伝導率の低い、好ましい断熱層の素材としては、ポリスチレン発泡体、フェノール樹脂発泡体、硬質ポリウレタン発泡体が挙げられる。好ましくは、室外側断熱層（Ａ）および室内側断熱層（Ｂ）の少なくとも一方が、熱伝導率０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のポリスチレン発泡体、硬質ポリウレタン発泡体、または、フェノール樹脂発泡体を含む層である。また、施工性の観点から、室外側断熱層（Ａ）または室内側断熱層（Ｂ）のいずれかは、ボード状の発泡体であり、蓄熱層と貼り合わされた形態で使用されることが好ましい。
＜蓄熱層＞
前記蓄熱層とは、潜熱により蓄熱性を有する層である。
蓄熱層は、面積当たりの−１０℃から６０℃の範囲の潜熱量が１５ｋＪ／ｍ２以上である層が好ましい。蓄熱層の、面積当たりの−１０℃から６０℃の範囲の潜熱量は、より好ましくは２５ｋＪ／ｍ２以上であり、さらに好ましくは５０ｋＪ／ｍ２以上である。
蓄熱層の厚みＴｈｓは、例えば０．５０〜７．０ｍｍであり、好ましくは１．０ｍｍ〜５．０ｍｍである。後述の通り、蓄熱層が複数ある場合は、複数の蓄熱層の合計厚みをＴｈｓとする。
蓄熱層の密度は、屋根部材または天井部材の軽量化の観点から、１５００ｋｇ／ｍ３以下が好ましい。密度は、水中置換法、ピクノメーター法、浮沈法、密度勾配管法（ＪＩＳ Ｋ７１１２）によって測定される。
蓄熱層は、結露防止の観点から、透湿抵抗が９００ｍ２ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ以下の透湿性を有していることが好ましい。所望の透湿性を有していれば、蓄熱層の形状は特に限定されないが、蓄熱層が貫通孔を有していることが好ましい。蓄熱層としては、例えば、シートに物理的に貫通孔を形成して得られた蓄熱層、成形加工時に発泡させることにより貫通孔を形成して得られた蓄熱層、不織布等の繊維状蓄熱層が挙げられる。シートに物理的に貫通孔を形成する方法としては、突起を設けたロールを用いることにより、シートの製造と同時に貫通孔を形成してもよく、貫通孔のないシートを成形した後、突起を設けたロールの峡間や針、パンチングマシン等で後加工により貫通孔を形成してもよい。一つの貫通孔の面積は０．０３ｍｍ２以上１．００ｍｍ２以下が好ましく、さらに好ましくは０．０４ｍｍ２以上０．６４ｍｍ２以下である。また貫通孔どうしの最小間隔は１．５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。テーパー形状の突起を有するロールやパンチングマシンにより、室内側の貫通孔のサイズを大きくすることで、結露防止効果をより大きくすることができる。テーパー形状のテーパー角度は４５°以上７０°以下が好ましく、さらに好ましくは５０°以上６５°以下である。テーパー形状の突起としては、四角錘の突起、円錐の突起が挙げられる。また、貫通孔でなくても、例えば、蓄熱層に切込み、スリット等の加工を行い、所望の透湿性を付与してもよい。
透湿抵抗は、ＪＩＳ Ａ１３２４に従い、カップ法によって測定される。
蓄熱層は、潜熱蓄熱材を含有する。本明細書において、潜熱蓄熱材とは、相変化により蓄熱性を有する材料（以下、「蓄熱材」と記載することがある）である。潜熱蓄熱材としては、低分子型潜熱蓄熱材と高分子型潜熱蓄熱材とが挙げられる。
低分子型潜熱蓄熱材としては、有機系低分子型潜熱蓄熱材、無機系低分子型潜熱蓄熱材が挙げられる。
有機系低分子型潜熱蓄熱材としては、パラフィン、長鎖脂肪酸、長鎖アルコール、長鎖脂肪酸エステル、糖アルコールなどが挙げられる。これらは、有機マイクロカプセル中に封入されていてもよく、ゲル化剤によって固定されていてもよく、プラスチック等の容器に封入されていてもよい。
無機系低分子型潜熱蓄熱材としては、無機塩水和物などが挙げられる。無機塩水和物としては特に限定しないが、例えば、過塩素酸リチウム水和物、水酸化ナトリウム水和物、フッ化カリウム水和物、硝酸リチウム水和物、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、炭酸ナトリウム水和物、リン酸水素ナトリウム水和物、硝酸亜鉛ナトリウム水和物、臭化カルシウム水和物等が挙げられる。これらはプラスチック等の容器に封入される形で使用するのが好ましい。
高分子型潜熱蓄熱材としては、分岐していてもよく、官能基で置換されていてもよい長鎖アルキル基若しくは長鎖エーテル基を側鎖に有する重合体が挙げられる。重合体としては特に限定しないが、例えば、分岐していてもよく、官能基で置換されていてもよい長鎖アルキル基若しくは長鎖エーテル基を側鎖に有する（メタ）アクリレートを主成分とする重合体、分岐していてもよく、官能基で置換されていてもよい長鎖アルキル基若しくは長鎖エーテル基を側鎖に有するビニルエステル主鎖を主成分とする重合体、分岐していてもよく、官能基で置換されていてもよい長鎖アルキル基若しくは長鎖エーテル基を側鎖に有するビニルエーテル主鎖を主成分とする重合体、分岐していてもよく、官能基で置換されていてもよい長鎖アルキル基若しくは長鎖エーテル基を側鎖に有するポリオレフィン主鎖を主成分とする重合体等が挙げられる。側鎖としては、分岐していてもよく、官能基で置換されていてもよい長鎖アルキル基が好ましく、（メタ）アクリレートやポリオレフィン主鎖を主成分とする重合体が好ましい。高分子型潜熱蓄熱材としては、特開２０１５−０９１９０３、ＷＯ２０１６／０９８６７４、ＷＯ２０１７／２１７４１９に記載の重合体が挙げられる。
上記蓄熱材を二つ以上組み合わせて用いてもよい。蓄熱層は顕熱蓄熱材を含有してもよい。顕熱蓄熱材としては、コンクリート、砕石、鉄、銅、鋼、ポリエチレンが挙げられる。
＜屋根部材または天井部材＞
屋根部材または天井部材は、Ｔｈｓ／（Ｔａ＋Ｔｂ）が０．０１〜０．０５であることが好ましい。
屋根部材または天井部材は、室外側断熱層（Ａ）及び／または室内側断熱層（Ｂ）を、それぞれ独立に２層以上有してもよい。
屋根部材または天井部材が、室外側断熱層（Ａ）及び／または室内側断熱層（Ｂ）を、それぞれ独立に２層以上有する場合は、Ｒ１は下式（１’）で表されるＲ１’に置き換える。
Figure 0006569833
屋根部材または天井部材は、蓄熱層を２層以上有してもよい。屋根部材または天井部材が蓄熱層を２層以上有する場合、異なる２種以上の蓄熱層が隣接して積層されていてもよい。屋根部材または天井部材が蓄熱層を２層以上有する場合、蓄熱層と蓄熱層の間に、蓄熱層以外の層を有してもよい。
屋根部材または天井部材が蓄熱層を２層以上有する場合、Ｒ２およびＲ３を求めるための潜熱量測定は、全蓄熱層を積層した状態で行われる。
屋根部材または天井部材は、室外側断熱層（Ａ）、蓄熱層および室内側断熱層（Ｂ）以外の層を有してもよい。
室外側断熱層（Ａ）と蓄熱層とは、隣接していてもよく、隣接していなくてもよい。室外側断熱層（Ａ）と蓄熱層との間に、室外側断熱層（Ａ）、蓄熱層および室内側断熱層（Ｂ）以外の層を有してもよい。
室内側断熱層（Ｂ）と蓄熱層とは、隣接していてもよく、隣接していなくてもよい。室内側断熱層（Ｂ）と蓄熱層との間に、室外側断熱層（Ａ）、蓄熱層および室内側断熱層（Ｂ）以外の層を有してもよい。
室外側断熱層（Ａ）、蓄熱層および室内側断熱層（Ｂ）以外の層として、壁紙、フローリング等の装飾層、石膏ボード等の難燃層、モルタル等の外壁層、接着層、空気層等が挙げられる。
屋根部材または天井部材中、室外側断熱層（Ａ）および室内側断熱層（Ｂ）の厚みの割合は、屋根または天井全体の熱抵抗に対する（Ｔａ／Ｋａ+Ｔｂ／Ｋｂ）の比率で表して、好ましくは０．７０〜１．００、より好ましくは０．８０〜１．００である。屋根または天井全体の熱抵抗に対する（Ｔａ／Ｋａ+Ｔｂ／Ｋｂ）の比率が０．７０以上であれば、屋根部材または天井部材中の「その他の層」が、室内への流出入熱量に与える影響が少ない。
屋根または天井全体の熱抵抗は、各層において熱伝導率に対する厚みの比を求め、全ての層の該比の合計として求められる。
屋根部材または天井部材の製造方法としては、
室外側断熱層（Ａ）と、蓄熱層と、室内側断熱層（Ｂ）とを多層押出成形によって一体で成形して製造する方法；
室外側断熱層（Ａ）と、蓄熱層と、室内側断熱層（Ｂ）とを、それぞれ独立に成形した後に一体化して製造する方法；が挙げられる。各層をそれぞれ独立に成形した後に一体化する場合は、建築現場で、断熱層と蓄熱層を貼り合せて施工してもよく、工場等で一体化したものを建築現場に運んで施工してもよい。
＜建築物＞
屋根部材は、該屋根部材を含む屋根として使用することができる。天井部材は、該天井部材を含む天井として使用することができる。屋根または天井は、通常、前記屋根部材または天井部材と、強度を負担する構造部材とを含む。屋根部材または天井部材と構造部材とを積層して屋根または天井としてもよく、屋根部材または天井部材を並べて配置して屋根または天井としてもよい。構造部材を構成する材料としては、木材、コンクリート、金属が挙げられる。
屋根部材は、該屋根部材に含まれる室外側断熱層（Ａ）が室外側となり、室内側断熱層（Ｂ）が室内側となるように配置した建築物とすることができる。天井部材は、該天井部材に含まれる室外側断熱層（Ａ）が室外側となり、室内側断熱層（Ｂ）が室内側となるように配置した建築物とすることができる。屋根部材を含む屋根及び天井部材を含む天井を有する建築物としてもよい。
実施例９及び比較例２５において、以下の方法で各種物性を測定した。
（１）熱伝導率
ＡＳＴＭ Ｅ１５３０に従い、熱流量法により測定した。
（２）潜熱量
建材試験センター規格 ＪＳＴＭ Ｏ６１０１：２０１８に従い、以下の条件で測定し、解析した。
一定の速度で昇温および降温できる平板状の２ 枚の熱板で試験体を挟み、（１）熱板を６０℃で５時間保持し、次に（２）０．１℃／分の速度で６０℃から―１０℃まで降温し、次に（３）-１０℃で５時間間保持し、次に（４）０．１℃／分の速度で―１０℃から６０℃まで昇温する。過程（４）において熱流計で測定した熱流より各温度の見かけの比熱と潜熱を求めた。
（３）透湿抵抗
ＪＩＳ Ａ１３２４に従い、カップ法により測定温度１５℃で測定した。
（４）流入熱量、流入熱流束
栄弘精機株式会社製ヒートセンサー（熱流計）ＨＦ−３０ｓを実験用家屋の屋根の一部に設置した積層体の室内側に設置し、屋根を通過して小屋裏に流入する熱流束を測定した。
（５）屋根の室内側温度と外気温
実験用家屋の屋根の室内側に熱電対を設置し、室内側温度を測定した。
また、株式会社ティアンドティ製温度測定データロガーＴＲ７ｗｆを、実験用家屋の隣に設置した百葉箱に配置し、外気温を測定した。
［実施例９］
長野県茅野市に設置した実験用家屋にて実験を行った。室外側断熱層（Ａ３１）と室内側断熱層（Ｂ３１）との間に蓄熱層（Ｃ３１）を有する積層体（３１）を実験用家屋の屋根の一部に設置した。実験用家屋の延床面積は７１．２ｍ２、階数は１階である。
室外側断熱層（Ａ３１）及び室内側断熱層（Ｂ３１）はそれぞれ、ＪＩＳ Ａ９５１１で規定される押出法ポリスチレンフォーム保温材（厚み：１２０ｍｍ）を用いた。室外側断熱層（Ａ３１）及び室内側断熱層（Ｂ３１）の熱伝導率は、いずれも、０．０２４Ｗ／ｍ／Ｋであった。したがって、Ｒ１は０．５である。また、蓄熱層（Ｃ３１）は−１０℃から６０℃の温度範囲内の潜熱量が５１０００Ｊ／ｋｇ、１５℃から５０℃の温度範囲内の潜熱量が５０１００Ｊ／ｋｇ、Ｌ５が２１７００Ｊ／ｋｇ、Ｘ’が３１℃、Ｌ２０が３３１００Ｊ／ｋｇであった。したがって、Ｒ２は０．９８、Ｒ３は０．６５であり、Ｒは０．０１０である。蓄熱層（Ｃ３１）の厚みは５．０ｍｍであり、蓄熱層の熱伝導率は０．１９Ｗ／ｍ／Ｋであった。
なお、上記蓄熱層は、次の方法により作製した。エチレンに由来する構成単位とオクタデシルアクリレートに由来する構成単位とメチルアクリレートに由来する構成単位からなる共重合体８０重量部とポリプロピレン２０重量部と有機過酸化物と架橋助剤とを二軸押出機で溶融混錬し、架橋されている樹脂組成物を得た。該樹脂組成物をシート状に成形することで蓄熱層を得た。
実験は、実験用家屋に設置した全館冷房設備の設定温度を２５℃として、２４時間連続運転させて、２０１８年６月２５日の屋根の小屋裏への流入熱量を評価した。２０１８年６月２５日の外気温、積層体の室内側温度を図９に示す。実験開始から２４時間後までの流入熱量を求めた。実験結果を図１０および表１に示す。
［比較例２５］
実施例９と同じ実験用家屋の屋根の一部に、室外側断熱層（Ａ３２）と室内側断熱層（Ｂ３２）とを有する積層体（３２）を設置した。
室外側断熱層（Ａ３２）と室内側断熱層（Ｂ３２）として、それぞれＪＩＳ Ａ９５１１で規定される押出法ポリスチレンフォーム保温材（厚み：１２０ｍｍ）を用いた。室外側断熱層（Ａ３２）及び室内側断熱層（Ｂ３２）の熱伝導率は、いずれも、０．０２４Ｗ／ｍ／Ｋであった。２枚の押出法ポリスチレンフォーム保温材を重ね合せて積層体（３２）とした。積層体（３２）は蓄熱層を含まないものであった。
実験は、実験用家屋に設置した全館冷房設備の設定温度を２５℃として、２４時間連続運転させて、２０１８年６月２５日の屋根の小屋裏への流入熱量を評価した。２０１８年６月２５日の外気温、積層体の室内側温度を図９に示す。実験開始から２４時間後までの流入熱量を求めた。実験結果を図１０および表１に示す。
Figure 0006569833
実施例９は比較例２５に対して流入熱量を２１．４％削減できた。また、実施例９は比較例２５に対してピーク時の流入熱流束を２３．３％削減できた。このことから、冷房設備によって、室温を一定に制御した建築物において、本発明は流入熱量を削減することで、冷房負荷を低減し、高い省エネルギー効果を実現することができる。
［実施例１０］
実施例９の蓄熱層を構成する樹脂組成物と同等の樹脂組成物を成形し、厚さ１ｍｍのシートを得た。表面に四角錐状（四角錐の形状：底辺２．３５ｍｍの正方形で高さ１．６４ｍｍの四角錐）の突起を設けたロールＡと、ロールＡの四角錐状の突起を受け込むことのできるロールＢとの峡間に、該シートを通すことで、貫通孔を有する蓄熱層（Ｃ３３）を得た。貫通孔形成時、ロールＡとロールＢの表面温度をそれぞれ６０℃とした。蓄熱層（Ｃ３３）の透湿抵抗を、１５℃、９０％湿度の環境のもと、ＪＩＳ Ａ１３２４に従い、カップ法で測定した。透湿抵抗は４７ｍ２ｈ・ｍｍＨｇ／ｇであった。
実施例９の室外側断熱層（Ａ３１）と室内側断熱層（Ｂ３１）との間に蓄熱層（Ｃ３３）を有する積層体（３３）を実験用家屋の屋根の一部として配置し、実施例９と同等の環境下で実験を行うと、流入熱量は実施例９と同等となる。
実施例１〜８、及び比較例１〜２４では、図１に記載の構成の積層体（屋根部材）により囲われた部屋について、室内への熱流出入のコンピュータシミュレーションを行った。
シミュレーションは、 Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の ＬＳ−ＤＹＮＡ Ｖ９７１ Ｒ８．１．０の熱伝導解析機能を用いて実施した。時間積分は完全陰解法を用い、行列計算ソルバーは対称ダイレクトソルバーを用いた。
積層体の室内側の表面温度については、室内空間利用者の選択肢を想定して、２４℃と２６℃と２８℃の３水準とし、室外側の表面温度については、松本市の２０１７年の夏季の中から気温の高かった７月２１日、低かった９月１０日、その中間の８月２１日の気温に、日射の影響を考慮するため、全天日射量と外気側表面熱抵抗０．０４ｍ２K/Wと垂直放射率０．９の積を加えた温度を３水準の室外側の表面温度としてシミュレーションを行った。３水準の室外側の表面温度を図７に示す。
なお、シミュレーション開始時は、積層体全体を２５℃一定としてシミュレーションを行い、積層体の性能はシミュレーション開始後２４時間から４８時間までの間に室内側に流入する熱量を評価した。
また、別途、各実施例の積層体の蓄熱層を、−１０℃から６０℃の温度範囲内に潜熱を有しない層に置き換えた積層体についても同様に、室内側に流入する熱量を求めた。各実施例において、実施例の積層体を使用した場合に室内側に流入する熱量をＺ[Wh/m２/Day]とし、各実施例の積層体の蓄熱層を、−１０℃から６０℃の温度範囲内に潜熱を有しない層に置き換えた積層体を使用した場合に室内側に流入する熱量をＺ’[Wh/m２/Day]として、１００（Ｚ’−Ｚ）／Ｚ’を「流入熱量削減率」とした。さらに、「流入熱量削減ポイント」を以下の通りとした。流入熱量削減率が１％未満を「０」、１％以上５％未満を「１」、５％以上１０％未満を「２」、１０％以上２０％未満を「３」、２０％以上を「４」とした。「総合性能」を、各条件での流入熱量削減ポイントの相加平均と、各条件での流入熱量削減ポイントの相乗平均との和として表した。流入熱量削減ポイントの相加平均は、特定条件で発揮した高性能も加味した、各使用条件での性能の値を示し、流入熱量削減ポイントの相乗平均は、全条件を通して、どのような室外条件・室内条件でも安定して発揮できる、性能の値を示す。
［実施例１］
室外側断熱層（Ａ１）と室内側断熱層（Ｂ１）との間に蓄熱層（Ｃ１）を有する積層体（１）のシミュレーションを行った。室外側断熱層（Ａ１）、室内側断熱層（Ｂ１）、及び蓄熱層（Ｃ１）の密度、顕熱、熱伝導率を表２に示す。実施例の蓄熱層（Ｃ１）を構成する蓄熱材１の見かけ比熱を図３に、潜熱の温度分布を図４に示す。
積層体（１）の室外側断熱層（Ａ１）の厚みＴａ、室内側断熱層（Ｂ１）の厚みＴｂ、及び蓄熱層（Ｃ１）の厚みＴｈｓを、表３に示す層構成２とした。
室内への流入熱量を表５に示す。流入熱量削減率を表９に示す。流入熱量削減ポイントを表１３に示す。総合性能を表１６に示す。
［実施例２］
蓄熱層を構成する蓄熱材を蓄熱材２に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。蓄熱材２の潜熱の温度分布を図４に示す。蓄熱材２の密度、顕熱、及び熱伝導率は蓄熱材１と同じである。結果を表５、表９、表１３、及び表１６に示す。
［実施例３］
蓄熱層を構成する蓄熱材を蓄熱材３に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。蓄熱材３の潜熱の温度分布を図４に示す。蓄熱材３の密度、顕熱、及び熱伝導率は蓄熱材１と同じである。結果を表５、表９、表１３、及び表１６に示す。
［実施例４］
蓄熱層を構成する蓄熱材を蓄熱材４に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。蓄熱材４の潜熱の温度分布を図４に示す。蓄熱材４の密度、顕熱、及び熱伝導率は蓄熱材１と同じである。結果を表５、表９、表１３、及び表１６に示す。
［実施例５］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成３に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。結果を表６、表１０、表１４、及び表１６に示す。
［実施例６］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成３に変更した以外は、実施例２と同様にシミュレーションを行った。結果を表６、表１０、表１４、及び表１６に示す。
［実施例７］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成３に変更した以外は、実施例３と同様にシミュレーションを行った。結果を表６、表１０、表１４、及び表１６に示す。
［実施例８］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成３に変更した以外は、実施例４と同様にシミュレーションを行った。結果を表６、表１０、表１４、及び表１６に示す。
［比較例１］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、及び蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成１に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。結果を表４、表８、表１２、及び表１６に示す。
［比較例２］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、及び蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成１に変更した以外は、実施例２と同様にシミュレーションを行った。結果を表４、表８、表１２、及び表１６に示す。
［比較例３］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、及び蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成１に変更した以外は、実施例３と同様にシミュレーションを行った。結果を表４、表８、表１２、及び表１６に示す。
［比較例４］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、及び蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成１に変更した以外は、実施例４と同様にシミュレーションを行った。結果を表４、表８、表１２、及び表１６に示す。
［比較例５］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成４に変更した以外は、比較例１と同様にシミュレーションを行った。結果を表７、表１１、表１５、及び表１６に示す。
［比較例６］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成４に変更した以外は、比較例２と同様にシミュレーションを行った。結果を表７、表１１、表１５、及び表１６に示す。
［比較例７］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成４に変更した以外は、比較例３と同様にシミュレーションを行った。結果を表７、表１１、表１５、及び表１６に示す。
［比較例８］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成４に変更した以外は、比較例４と同様にシミュレーションを行った。結果を表７、表１１、表１５、及び表１６に示す。
［比較例９］
蓄熱層を構成する蓄熱材を蓄熱材５に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。蓄熱材５の潜熱の温度分布を図６に示す。蓄熱材５の密度、顕熱、及び熱伝導率は蓄熱材１と同じである。結果を表１８、表２２、表２６、及び表２９に示す。
［比較例１０］
蓄熱層を構成する蓄熱材を蓄熱材６に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。蓄熱材６の潜熱の温度分布を図６に示す。蓄熱材６の密度、顕熱、及び熱伝導率は蓄熱材１と同じである。結果を表１８、表２２、表２６、及び表２９に示す。
［比較例１１］
蓄熱層を構成する蓄熱材を蓄熱材７に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。蓄熱材７の潜熱の温度分布を図６に示す。蓄熱材７の密度、顕熱、及び熱伝導率は蓄熱材１と同じである。結果を表１８、表２２、表２６、及び表２９に示す。
［比較例１２］
蓄熱層を構成する蓄熱材を蓄熱材８に変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。蓄熱材８の潜熱の温度分布を図６に示す。蓄熱材８の密度、顕熱、及び熱伝導率は蓄熱材１と同じである。結果を表１８、表２２、表２６、及び表２９に示す。
［比較例１３］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成３に変更した以外は、比較例９と同様にシミュレーションを行った。結果を表１９、表２３、表２７、及び表２９に示す。
［比較例１４］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成３に変更した以外は、比較例１０と同様にシミュレーションを行った。結果を表１９、表２３、表２７、及び表２９に示す。
［比較例１５］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成３に変更した以外は、比較例１１と同様にシミュレーションを行った。結果を表１９、表２３、表２７、及び表２９に示す。
［比較例１６］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成３に変更した以外は、比較例１２と同様にシミュレーションを行った。結果を表１９、表２３、表２７、及び表２９に示す。
［比較例１７］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成１に変更した以外は、比較例１３と同様にシミュレーションを行った。結果を表１７、表２１、表２５、及び表２９に示す。
［比較例１８］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成１に変更した以外は、比較例１４と同様にシミュレーションを行った。結果を表１７、表２１、表２５、及び表２９に示す。
［比較例１９］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成１に変更した以外は、比較例１５と同様にシミュレーションを行った。結果を表１７、表２１、表２５、及び表２９に示す。
［比較例２０］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成１に変更した以外は、比較例１６と同様にシミュレーションを行った。結果を表１７、表２１、表２５、及び表２９に示す。
［比較例２１］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成４に変更した以外は、比較例１３と同様にシミュレーションを行った。結果を表２０、表２４、表２８、及び表２９に示す。
［比較例２２］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成４に変更した以外は、比較例１４と同様にシミュレーションを行った。結果を表２０、表２４、表２８、及び表２９に示す。
［比較例２３］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成４に変更した以外は、比較例１５と同様にシミュレーションを行った。結果を表２０、表２４、表２８、及び表２９に示す。
［比較例２４］
室外側断熱層の厚みＴａ、室内側断熱層の厚みＴｂ、蓄熱層の厚みＴｈｓについて、表３に示す層構成４に変更した以外は、比較例１６と同様にシミュレーションを行った。結果を表２０、表２４、表２８、及び表２９に示す。
なお、層構成および蓄熱材と、実施例および比較例の関係について表３０に示す。
Figure 0006569833
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実施例１〜８および比較例１〜２４の結果について、横軸をパラメータＲとし、縦軸を流入熱量削減ポイントの相加平均と相乗平均の和（総合性能）としてプロットした図を図８に示す。実施例１〜８および比較例１〜２４の積層体は、全て総厚みが同一である。パラメータＲが０．２０以下の実施例１〜８の積層体を用いた場合、様々な室外の気温温状況や室内の設定温度であっても、室内への流出入熱量を小さくすることが可能となる。
１ 屋根部材
２ 蓄熱層
３ 室外側断熱層
４ 室内側断熱層

Claims (7)

  1. 室外側断熱層（Ａ）と室内側断熱層（Ｂ）との間に、蓄熱層を有し、
    下式（３）で表されるＲが０．１０以下であり、下式（２）で表されるＲ３が０．３０以上０．８０以下である屋根部材または天井部材。
    Ｒ＝２（Ｒ１−０．５）２＋（Ｒ２−１）２ ＋（Ｒ３−０．５５）２ （３）
    （式（３）中、Ｒ１は下式（１）で表される。
    Ｒ１=（Ｔｂ／Ｋｂ）／（Ｔａ／Ｋａ+Ｔｂ／Ｋｂ） （１）
    Ｋａは室外側断熱層（Ａ）の熱伝導率であり、Ｔａは室外側断熱層（Ａ）の厚みであり、Ｋｂは室内側断熱層（Ｂ）の熱伝導率であり、Ｔｂは室内側断熱層（Ｂ）の厚みである。
    Ｒ２は、蓄熱層の、−１０℃から６０℃の温度範囲内の潜熱量に対する、１５℃から５０℃の温度範囲内の潜熱量の比である。
    Ｒ３は、下式（２）で表される。
    Ｒ３＝Ｌ５／Ｌ２０ （２）
    −１０℃から６０℃の温度範囲内において、任意の５℃幅の温度範囲内の蓄熱層の潜熱量のうち、最大の潜熱量となる５℃幅の温度範囲をＸとし、
    温度範囲Ｘにおける蓄熱層の潜熱量をＬ５とし、
    温度範囲Ｘの中心温度をＸ’として、（Ｘ’−１０）℃以上（Ｘ’＋１０）℃以下の温度範囲内の蓄熱層の潜熱量をＬ２０とする。）
  2. 前記Ｒ１が０．３０以上０．７０以下であり、前記Ｒ２が０．８５以上１．００以下である請求項１に記載の屋根部材または天井部材。
  3. 前記室外側断熱層（Ａ）および前記室内側断熱層（Ｂ）の少なくとも一方が、熱伝導率０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のポリスチレン発泡体、硬質ポリウレタン発泡体、または、フェノール樹脂発泡体を含む層である、請求項１または２に記載の屋根部材または天井部材。
  4. 前記Ｘ’が１５℃以上５０℃以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の屋根部材または天井部材。
  5. 前記蓄熱層の透湿抵抗が９００ｍ２ｈ・ｍｍＨｇ／ｇ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の屋根部材または天井部材。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の屋根部材及び／または天井部材を備え、
    該屋根部材及び／または天井部材に含まれる室外側断熱層（Ａ）が室外側となり、室内側断熱層（Ｂ）が室内側となるように配置された建築物。
  7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の屋根部材または天井部材の、屋根または天井としての使用。
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