JP6862024B1 - 遮熱鋼板構造 - Google Patents

Abstract

【課題】屋根の耐久性向上、省エネルギーを実現出来る遮熱鋼板構造を提供する。【解決手段】遮熱鋼板構造１は、鋼板３の裏側に遮熱材５を設けた遮熱鋼板２を用いて、屋根材１０の外側に構築され、遮熱鋼板２が鋼板３の表側を太陽側に向け、屋根材１０に取り付けられることで形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、折板屋根、スレート屋根等の凸部及び凹部を有する外側部材の屋外側、或いは高温設備等の外側部材に遮熱材を設けた鋼板を施工する事により、屋根の耐久性向上、省エネルギーを実現し、しかも短時間で施工可能な遮熱鋼板構造を提供する。

屋根の断熱を目的に、折板屋根材の上弦材と下弦材を一定の間隔を空けて、これらの間に断熱材を設けたダブルパック工法が施工されている（例えば、特許文献１）。この工法で屋根を構築することで、建物の断熱性や遮音性を高めることが出来る。
一方、乾燥炉、加熱炉、加熱装置等に、遮熱材を設ける事により省エネルギーや作業環境を改善している（例えば、特許文献２）。

特開２０１４−２２４３５６号公報 特開２０１５−９４０２３号公報

上述したダブルパック工法では、折板屋根の断熱を目的として、同形状の折板屋根材（上弦材と下弦材）を一定の間隔を空けて二重にし、それらの間に断熱材を設ける事により、日蔭効果と断熱効果を得ることが出来る。夏の暑さは、気温よりはむしろ輻射熱の影響が大きく、その影響を如何に屋外側でくい止め、室内（屋内）側への熱の侵入を阻止する事が重要な問題である。

しかし、ダブルパック工法（二重折板屋根方式）において、ガルバリウム製（金属製）の折板屋根材を使用した場合、輻射熱の反射率は約１０％であり、残りの熱は折板屋根材に吸収され、室内側に伝達される。この熱は、断熱材と接触していれば伝導熱の形態をとって室内側の折板屋根材に吸収される。一方、断熱材と非接触であれば二次輻射熱として断熱材に吸収或いは透過する。断熱材に吸収された二次輻射熱は伝導熱の形態をとって室内側の折板屋根材に伝達される一方、断熱材を透過した輻射熱も室内側の折板屋根材に吸収される。この様に、屋外側からの熱は、室内側の折板屋根材に吸収され順次室内側に伝達され、折板屋根材の室内側の表面から三次輻射熱や空気伝導熱等の形態をとって、室内に伝達される。
即ち、屋外の空気伝導熱や対流熱及び輻射熱の殆どが室内側に伝達されるため、その熱量は非常に大きく、十分な断熱効果は望めない。

一方、乾燥炉等の高温設備の外側に遮熱材を貼り、省エネルギーや作業環境改善されている。遮熱材はシート状が一般的であり、長手方向の引張強度は高いが、平面と直角方向から尖ったものが当たると簡単に切れてしまう欠点がある。特に、工場設備の様に外側表面に凹凸が多いものでは、遮熱材を平らに貼った箇所を作業者の不注意で破損してしまうという事が多い。その結果、長期間遮熱性能を持続する事が出来ないという問題がある。
また、高温設備の外側表面がレンガの場合、遮熱材を接着剤や両面テープでは接着できないため、遮熱材が使用できない設備も多い。

本発明は、これらの問題を解決する為になされたものであり、屋根の耐久性向上、省エネルギーを実現出来る遮熱鋼板構造を提供することを目的とする。

本発明に係る遮熱鋼板構造は、鋼板の裏側に遮熱材を設けた遮熱鋼板を用いて、構造物の外側部材の外側に構築される構造であって、遮熱鋼板が鋼板の表側を熱源側に向け、外側部材に取り付けられることで形成されることを特徴とする。

本発明に係る遮熱鋼板構造は、外側部材が、折板屋根材、スレート屋根材、トタン屋根材等の凸部及び凹部を有する既設の屋根材であることを特徴とする。

本発明に係る遮熱鋼板構造は、遮熱鋼板が屋根材の凸部の形状に対応して形成された凹凸構造を有し、遮熱鋼板が屋根材の凸部の上部で、一方の遮熱鋼板と他方の遮熱鋼板とが嵌合されることで形成されることを特徴とする。

本発明に係る遮熱鋼板構造は、構造物が高温炉であり、この高温炉の外側部材に、遮熱鋼板が取付けられたことを特徴とする。

本発明に係る遮熱鋼板構造は、遮熱材が第一アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材、第一粘着フィルム、不織布やガラス繊維等、第二粘着フィルム、第二アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材が順次積層され熱溶着されたシート、又は、不織布やガラス繊維等、第一粘着フィルム、第一アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材が順次積層され熱溶着されたシートであり、不織布やガラス繊維等が第一アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材よりも、熱源側となるよう配置されていることを特徴とする。

本発明に係る遮熱鋼板構造では、例えば、既存（既設）の屋根材と遮熱鋼板との間に空間（静止空気層）が形成される。そうすると、遮熱材による遮熱効果に加え、断熱効果を生じさせることが出来、省エネルギー効果は非常に大きい。そのため、夏は非常に涼しく、冬は暖かい室内環境を生み出すことが出来る。

本発明に係る遮熱鋼板構造は、既存の屋根材（折板屋根材、スレート屋根材、トタン屋根材等）の外側に、遮熱鋼板（新規の屋根材）が施工されることで構築されるため、屋根の耐久性能が非常に高くなる。また、長尺の遮熱鋼板が製作可能で、現場の工事が大幅に短縮出来る。

本発明に係る遮熱鋼板構造は、屋根の屋外に構築された場合、太陽光側に面しているのは一般の屋根材と同じ素材である鋼板であるため、色の退色が少なくいつまでも綺麗な外観を維持出来る。

本発明の実施形態に係る遮熱鋼板構造を構成する遮熱鋼板の断面図である。（ａ）は遮熱鋼板、（ｂ）（ｃ）は遮熱材を示している。 本発明の実施形態に係る遮熱鋼板構造及びこの遮熱鋼板構造を構成する遮熱鋼板の断面図である。（ａ）は凹凸構造を有する遮熱鋼板、（ｂ）はこの遮熱鋼板によって既設の折板屋根に形成された遮熱鋼板構造を示している。 本発明の実施形態に係る遮熱鋼板構造において、折板屋根材の凸部の上部で、一方の遮熱鋼板と他方の遮熱鋼板をクランプ金物（固定部材）によって固定する手順を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る遮熱鋼板構造及びこの遮熱鋼板構造を構成する遮熱鋼板の断面図である。（ａ）は凹凸構造を有する他の遮熱鋼板、（ｂ）は他の遮熱鋼板によって、既設の折板屋根に形成された遮熱鋼板構造を示している。 本発明の実施形態に係る遮熱鋼板構造が形成された既設の折板屋根材に面戸を設けた断面図である。 本発明の実施形態に係る遮熱構造の断面図である。（ａ）はスレート屋根材に形成した場合を示し、（ｂ）はトタン板屋根材に形成した場合を示している。

本実施形態に係る遮熱鋼板構造（構造物の遮熱構造）を実施するための最良の形態について、図１から図６を参照し、説明する。この遮熱鋼板構造は、構造物の外側部材の屋外側に構築され、例えば、折板屋根材、スレート屋根材、トタン屋根材等の凸部及び凹部を有する屋根材の上部や高温設備の外側部材の周囲に構築される。

屋根や外壁の省エネルギーを考える場合、伝導熱、対流熱、輻射熱の３つの形態で熱伝達されるが、最も大きな熱量を発生する要因である輻射熱を最優先に考えるべきである。
例えば夏場、金属屋根材の温度は８０℃にも達する。その要因は輻射熱の影響が最も大きいが、一端屋根材が熱を発生すると熱は熱い方から冷たい方に移動の原則に則り、順次室内に侵入する事になる。従って、この熱を如何に屋外側で阻止するかが非常に重要な問題である。また、室内側に断熱材を使用しても、断熱材は蓄熱材であり多くの熱を蓄えるだけでなく、順次室内側に伝達するので省エネルギー対策としての効果は大きくはない。

本発明は、鋼板の裏側に遮熱材が設けられた遮熱鋼板が、構造物の外側部材に、鋼板の表側を太陽光側に向け、取り付けられることで形成される遮熱鋼板構造である。具体的には、遮熱鋼板が、既存（既設）の折板屋根材やスレート屋根材或いはトタン屋根材等、凹凸のある外装材に取り付けられることで形成される。

本実施形態の遮熱鋼板構造１を構成する遮熱鋼板２は、図１（ａ）に示す様に、鋼板３と、接着剤４を介して鋼板３の裏側に貼り付けられている遮熱材５とを備えている。この遮熱材５は、鋼板３の裏側の全面又は一部に貼り付けられる。

本実施形態では、二種類の遮熱材５を使用する。１つ目の遮熱材５ａは、図１（ｂ）に示す様に、輻射熱を良く透過する高透過樹脂層６ｂ（第二高透過樹脂層）、アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ｂ（第二高反射率素材）、第二粘着フィルム８ｂ、不織布やガラス繊維等９、第一粘着フィルム８ａ、アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａ（第一高反射率素材）、輻射熱を良く透過する高透過樹脂層６ａ（第一高透過樹脂層）を順次積層させた７層構造のシートである。遮熱材５ａは、輻射熱を良く透過する高透過樹脂層６ｂが鋼板３の裏面側になる様に、かつ、不織布やガラス繊維等９が、第一アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａよりも太陽光側となる様に、貼り付けられる。
この遮熱材５ａを使用することが一般的である。この遮熱材５ａは、両面にアルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａ，７ｂが配置されている事により、遮熱材５ａの強度が高まり、鋼板３に接着する時、空気を巻き込みにくくなる効果が有る。

また、遮熱材５ｂは、図１（ｃ）に示す様に、不織布やガラス繊維等９、第一粘着フィルム８ａ、アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａ（第一高反射率素材）、輻射熱を良く透過する高透過樹脂層６ａ（第一高透過樹脂層）が順次積層された４層構造のシートである。遮熱材５ｂは、不織布やガラス繊維等９が鋼板３の裏面側になる様に、かつ、不織布やガラス繊維等９が、第一アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａよりも太陽光側となる様に、貼り付けられる。
遮熱材５の性能は、大気側に面したアルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａの放射率で決まるので、遮熱材５の厚みによる性能の差は殆どない。

アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａ，７ｂには、反射率が９５％から９８％のものを使用し、代表的なアルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａ，７ｂは、アルミホイルである。純度は９９．５％以上のものが一般的で、厚みは約５μｍから１０μｍである。

輻射熱を良く透過する高透過樹脂層６ａ，６ｂは、アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａ，７ｂの保護材である。輻射熱を良く透過する高透過樹脂層６ａ，６ｂを設けることで、金属と接する面では電食防止材として、大気と接する面では大気中の酸やアルカリ物質からアルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａ，７ｂが変質する事を防止出来る。

また、本実施形態で使用する粘着フィルム８ａ，８ｂは、アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材７ａ，７ｂと不織布やガラス繊維等９とを熱溶着させる為の素材である。これらの粘着フィルム８ａ，８ｂには、例えば、ポリエステルフィルムを使用する。

遮熱材５の芯材として、不織布やガラス繊維等９を使用している。不織布やガラス繊維等９は、遮熱材５を鋼板３に貼る工程で、遮熱材５自体の強度を高める為の補強材である。従って、不織布やガラス繊維等９以外の他の素材でも問題はない。

上部に接合部１０ｃを有する凸部１０ａ、及び凹部１０ｂを備える屋根材１０（既設の屋根材）に対し、二種類の遮熱鋼板２を使用し、遮熱鋼板構造１を構築する。両遮熱鋼板２とも、遮熱鋼板２と屋根材１０の凹部１０ｂとの間に空気層（静止空気層）２０を形成することができる。両遮熱鋼板２とも、屋根材１０の形状に対応して形成された凹凸構造を有している。

遮熱鋼板２ａは、図２（ａ）に示すように、フック状の凸部３ａと、この凸部３ａと連結された平坦部３ｂと、平坦部３ｂの一端に、上方に突出して形成された嵌合部３ｃとを有している。フック状の凸部３ａは、円弧状に形成されている。
この遮熱鋼板２ａは、図２（ｂ）に示す様に、遮熱鋼板２ａの表側を太陽光側、遮熱材５が設けられている裏側を屋根材１０側に向けて、凸部３ａが接合部１０ｃを覆う様に、かつ平坦部３ｂが凹部１０ｂを覆う様に、屋根材１０の屋外側（外側）に設けられる。この際、凸部３ａの内側に隣接する遮熱鋼板２ａの嵌合部３ｃが嵌合され、平坦部３ｂと凹部１０ｂとの間には、空間（静止空気層２０）が形成される。

本実施形態で使用する遮熱鋼板２ａは、予め折り曲げ加工によって製作されるため、長尺ものが製作可能で、棟から軒迄一体の遮熱鋼板２ａをも製作出来る。また、隣接する遮熱鋼板２ａの嵌合部３ｃは、既存の屋根材１０の凸部１０ａの上部で密着させるが、その手段として両面テープで接着し、固定する事も出来る。

より効率的な作業を行う場合や接合部１０ｃの強度を増すには、図３に示す様に、Ｃ型又はＵ字型の金属製のクランプ金物１１（固定部材）を使用する。この場合は、隣接する遮熱鋼板２ａを嵌合させた後、天端から一方の遮熱鋼板２ａの凸部３ａにクランプ金物１１を押し込み、両側からかしめる。クランプ金物１１は、既存の屋根材１０の凸部１０ａに遮熱鋼板２ａをかしめるものであるため、それなりの厚みは必要だが、長さは短くても問題は無い。凸部３ａは、円弧状であるため、凸部３ａの外面とクランプ金物１１の内面がしっかり接触し、確実に留めることができる。

夏場、鋼板の室内側即ち熱源（太陽光）の反対側に遮熱材を貼ると、室内側のアルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材の低放射性能が利用でき、室内側に放射される輻射熱の量は非常に少なくなる。反射率プラス放射率はイコール１００％であるから、反射率９５％のアルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材を使用すると、室内側への輻射熱の放射量は５％となり、その効果は一目瞭然である。放射は、放射面が大気に接している事が条件で、他の素材と接していると伝導熱が伝達されることになり放射はゼロになる。つまり、放射側には空間がある事が絶対条件である。
しかし、既設の屋根材に遮熱鋼板を取り付けるには部分的に接触させる必要があり、この面積を如何に小さくするかが重要である。

この様な観点から、本実施形態に係る遮熱鋼板構造１は、遮熱鋼板２ａの遮熱材５を室内側になる様に配置し、さらに、遮熱鋼板２ａと凹部１０ｂとの間に空気層２０が形成される様に、既存の屋根材１０や外壁材の屋外側に取り付けられるため、遮熱鋼板２ａと屋根材１０の接触面積も小さく、屋外から室内側に向う熱伝達を大幅に削減する事が出来る。
尚、冬場は室内側の熱が屋外側に伝達されるが、その大半も輻射熱である。遮熱鋼板２の室内側には、輻射熱を９５％反射する遮熱材５が貼ってあるため、大半は室内側に反射され、室内は暖かい環境を作る事が出来る。

折板屋根材に遮熱鋼板２ａを取り付ける場合、ボルト式折板は凸部がフラットで有る事や凸部の間隔が狭い為、凸部に両面テープを貼り遮熱鋼板を平板のまま施工する事が出来る。しかし、折板屋根材でもハゼ折タイプは隣接する凸部の間隔も広く、遮熱鋼板を平板のまま取り付けても点接触となるので強度が保てない。
そのため、ハゼ折タイプの折板屋根材の場合は、平板の遮熱鋼板ではなく、折板屋根材に対応した凹凸構造を有する遮熱鋼板２ａを使用することが好ましい。

遮熱鋼板２ｂは、図４（ａ）に示す様に、遮熱鋼板２ａと異なる形状とすることも出来る。この遮熱鋼板２ｂは、遮熱鋼板２ａの平坦部３ｂの両側に屋根材１０の凸部１０ａの上部と密着する凹部３ｄが形成された構造を有している。この遮熱鋼板２ｂは、図４（ｂ）に示す様に、遮熱鋼板２ａと同様に、遮熱鋼板２ｂの表側を太陽光側、裏側を屋根材１０側に向けて、凸部３ａが接合部１０ｃを覆う様に、屋根材１０の屋外側（外側）に設けられる。屋根材１０の上側に遮熱鋼板２ｂが設置されると、凹部３ｄは、屋根材１０の凸部１０ａの上部に密着し、平坦部３ｂは、凸部１０ａの上部よりも下側に配置される。そして、平坦部３ｂと凹部１０ｂとの間には、空間（静止空気層２０）が形成される。
遮熱鋼板２ｂは、凹部３ｄを有しているため、この凹部３ｄを通って雨水が排水される。このように凹部３ｄが排水路の役割を担うため、効率よく雨水を排水することができる。

遮熱鋼板２に凹凸形状（凹凸構造）や波形形状を付けると遮熱鋼板２の強度が高まり、鋼板３の厚みを減らすこと出来、軽量にする事が出来る。また、既存の折板屋根材１０に使用する場合、凹部１０ｂの面積を大きくすれば、雨水の排水もより良好にする事が出来る。

本実施形態に係る遮熱鋼板構造１は、太陽光側に面しているのは一般の屋根材と同じ素材の鋼板３であるため、色の退色が少なく、いつまでも綺麗な外観を維持出来る。

遮熱鋼板２を、凸部１０ａ及び凹部１０ｂを有する屋根材１０に施工すると、屋根の水下には空間が出来る。例えば、折板屋根では台形の空間が出来、スレート屋根やトタン屋根では波形の空間が出来る。台風等が来ると、これらの空間から風が入り込み、遮熱鋼板２を内側から屋外側に押上げるため、トラブルの原因となる。
そこで、図５に示す様に、屋根の水下に形成される空間に面戸（防風板）１２を取り付ける。そうすると、遮熱鋼板２と屋根材１０との間に風が侵入することを阻止でき、トラブルが発生することを抑制出来る。この面戸１２は、遮熱鋼板２と既存の屋根材１０との間に静止空気層２０をつくる効果もあり、更なる断熱効果を発揮する。

また、スレート屋根材へ施工する場合、図６（ａ）に示す様に、スレート屋根材（屋根材１０）の凸部１０ａの間隔に合わせ、遮熱鋼板２に凸部３ａを形成することもできる。スレート屋根材１０の凸部１０ａの間隔に合わせ、凸部３ａを形成させることで、取付けが容易になる。そして、この遮熱鋼板２をスレート屋根材１０に使用した場合でも、静止空気層２０を形成することができる。遮熱鋼板２の重なった部分を、釘やビス止めすることで、遮熱鋼板２は屋根材１０に固定される。
この場合も、遮熱鋼板２は、遮熱鋼板２の表側を太陽光側、遮熱材５が設けられている裏側をスレート屋根材１０側となる様に設けられる。

凹凸構造を有する遮熱鋼板２ａ，２ｂについて説明したが、遮熱鋼板２を平板として使用し、遮熱鋼板構造１を形成することも出来る。
例えば、遮熱鋼板２をトタン屋根材へ施工する場合、図６（ｂ）に示すように、各々の屋根材１０の凸部１０ａに、接着剤や両面テープを施工し、屋外側から遮熱鋼板２を平板のまま取り付け、釘やビス止めする。そうすると、既存の屋根材１０との接触面積も小さく、静止空気層２０も形成することが出来るので、非常に安価で効果的な構造とすることが出来る。
なお、この場合も、遮熱鋼板２は、遮熱鋼板２の表側を太陽光側、遮熱材５が設けられている裏側をトタン屋根材側となる様に設けられる。

遮熱鋼板構造１は、乾燥炉や加熱炉等の高温設備の外側にも構築することが出来る。この場合、遮熱鋼板２は、高温設備の外側を構成する部材に、遮熱鋼板２の表側を向けて取り付けられる。つまり、遮熱鋼板２は、遮熱材５が貼り付けられている裏側が室内側に向く様に取り付けられる。
乾燥炉等、高温の設備の場合も同様で、熱は熱い方から冷たい方に移動のルールに則り、炉内の熱は室内側に放射される。この場合、室内側には接触するものはビスのみで低放射性能を充分に利用でき、省エネルギー効果も非常に大きい。
レンガで囲われている様な炉では、遮熱材５が室内側となる様に遮熱鋼板２を取り付ければ良く、レンガを支えている金属柱等にビスで直接取り付けることが出来るので施工も非常に簡単である。

以上、本実施形態について説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 遮熱鋼板構造（構造物の遮熱構造）
２，２ａ，２ｂ 遮熱鋼板
３ 鋼板
３ａ 凸部
３ｂ 平坦部
３ｃ 嵌合部
３ｄ 凹部
４ 接着剤
５，５ａ，５ｂ 遮熱材
６ａ 輻射熱を良く透過する高透過樹脂層（第一高透過樹脂層）
６ｂ 輻射熱を良く透過する高透過樹脂層（第二高透過樹脂層）
７ａ アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材（第一高反射率素材）
７ｂ アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の素材（第二高反射率素材）
８ａ 第一粘着フィルム
８ｂ 第二粘着フィルム
９ 不織布やガラス繊維等
１０ 屋根材（既存の屋根材）
１０ａ 凸部
１０ｂ 凹部
１０ｃ 接合部
１１ クランプ金物
１２ 面戸（防風板）
２０ 空気層（静止空気層）

Claims (2)

1. 鋼板の裏側に遮熱材を設けた遮熱鋼板を用いて、折板屋根材、スレート屋根材、トタン屋根材等の凸部及び凹部を有する既設の屋根材の外側に構築される遮熱鋼板構造であって、
   前記遮熱鋼板が、前記鋼板の表側を太陽光側に向け、前記屋根材に取り付けられることで形成され、
   前記遮熱鋼板は、前記屋根材の前記凸部の形状に対応して形成された凹凸構造を有し、前記屋根材の前記凸部の上部で、一方の前記遮熱鋼板と他方の前記遮熱鋼板とが嵌合されることで形成される、
   ことを特徴とする遮熱鋼板構造。
2. 前記遮熱材は、アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の第一の素材、第一粘着フィルム、不織布やガラス繊維等、第二粘着フィルム、アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の第二の素材が順次積層され熱溶着されたシート、又は、前記不織布やガラス繊維等、前記第一粘着フィルム、前記アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の第一の素材が順次積層され熱溶着されたシートであり、
   前記不織布やガラス繊維等が、前記アルミホイル等輻射熱に対して高反射率の第一の素材よりも、前記太陽光側となるよう配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮熱鋼板構造。

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