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本日は以前に作成したF式内部結露計算シートのご利用方法についてです。素人が作ったものですので参考までにご利用ください。また、ご利用に当たっては最新の計算シートをダウンロードしてご利用ください(予告なく修正をします)。

結露に関しては建物に深刻なダメージを与える、壁の中に起きる内部結露と窓で起こる表面結露がありますが、本計算シートは両方の計算を目的としております。

寒冷地では過去にナミダダケ事件や氷柱事件といったグラスウールが床下や壁の中で凍結した影響により建物が腐朽やダメージを受けた事故が起きましたが、現在の寒冷地では建物の高気密化と防湿層や外壁通気層工法の施工が当然になっている事から寒冷地では壁内結露は過去のものとなりつつあるようです。

一方で、近年温暖地に高気密高断熱が普及してきており、高気密化や防湿層の役割を知らない業者さんも多いと思います。家には自然な隙間が必要とか自然の木は適度な隙間がないと腐るというような発想から、断熱材の施工が隙間だらけで断熱材と気密施工や気流止めはセットという発想がなく、断熱材だけ入れれば家が暖かくなると誤解している場合があると思います。

結露は外気との温度差が大きい場合に発生する現象であるため、特に外気との温度差が大きくなる高気密高断熱住宅は結露との関係は切り離せないと言えましょう。

予備知識

ここでは断熱材の知識と計算条件について簡単に説明いたします。断熱材には大きく分けて湿気を吸湿するものとしないものがありまず。また、水蒸気の通し難さ(透湿抵抗)と断熱性能については断熱材の種類によって大きく異なります。耐火性については賛否両論あるため、今回は取り扱いません。

よく誤解されるのが断熱材が入っていない部分は壁の中で結露するのではないかという事ですが、むしろ逆で断熱層があるから結露するのです。断熱しなければ家の内外の温度差はゆったりとした温度勾配になります。

ただし、断熱欠損が多いと熱が逃げるため好ましくない事と、繊維系断熱材は気流止めが必要になるため、この隙間が大きな問題となります。気密を石膏ボードの裏で取る工法の場合はコンセントBOX廻りなどが漏気や移流の原因となります。

どの断熱材が良いかという事は家に求める断熱材性能とコストの検討と共に結露計算をしてみないと何とも言えません。寒冷地など結露が起こりやすい地域と結露が起こりにくい温暖地では防露対策が異なるからです。

この壁内結露を予防することを防露といい、寒冷地ではグラスウールなどの吸湿する断熱材を使う場合は防露設計が特に重要になるでしょう。

繊維系断熱材

ガラス等の鉱物を高熱で溶かして繊維状にした断熱材です。グラス(ガラス)ウール、ロックウールが有名です。価格が安いため最も普及していますが、湿気を吸収して結露してしまうため、壁の中に水蒸気を入れない施工(防湿層)が必要になってきます。

繊維系の断熱材は空気が断熱材の中で動かない状態(気流止め)にする事と水蒸気が壁の中に入らない(防湿層)ようにしないと断熱材として機能を発揮せず、下手をすると寒冷地では断熱材の中で結露した水が壁内で凍結してしまいます。そのため断熱材が気流止めと防湿層を兼ねたポリ袋に入った状態で売られているものが主流です。

袋入りグラスウールは室内側が水蒸気を通しにくい防湿層となるフィルムになっていて、室外側が水蒸気を逃がすために透湿シートになっています。防湿フィルムは、JIS A6930適合品を選択する必要がありますが、これは寒冷地と同じ基準で作られているため、温暖地ではこんなに透湿抵抗の高いものは必要がない事は結露計算すると分かります。

空気が漏れない施工(気密層)と水蒸気が漏れない施工(防湿層)は、1つの建材で同時に成立させる工法が多いですが、施工不良を減らすためには分けて考えるべきでしょう。室内側のポリフィルムで気密と防湿ができないのは技術がないからと片づける人がいますが、工法として施工不良の発生要因を減らす事が本当の技術者だと思います。

袋入りグラスウールだけで気密層を形成しようとすれば施工の精度が求められますが、気密を柱の外にある構造用合板で取る方法にすれば、筋交いやコンセントBOX廻りの気密処理が不要になるため、袋入りグラスウールの役目は防湿層の形成という事になり施工精度はラフでも大丈夫なようです。

室内の石膏ボードを貼る前に壁の柱の中に袋入りの断熱材を充填しますが、袋に耳がついていて、タッカで留めるだけなので施工が簡単です。断熱性能は1m3当たりの重さ(密度)であるKgで表示され、重たい方が断熱性能が高いですが、一概に重さだけでは断熱性能は決まらないため、R値(熱抵抗値)が表示されていおり、省エネ基準を満たすにはR2.2以上が必要です。

ホームセンターで打っているグラスウールです。左が1m3当たり16Kgの重さがあるR2.2の熱抵抗値の製品と、右は10kgのR2.0の製品ですが、R2.2を超えてないと省エネ基準を満たしていない製品という事になります。もっとも、グラスウールで高性能な断熱性能を求める場合はさらに高性能なグラスウールを使うことになるでしょう。

発泡プラスチック断熱材

板状のプラスチック系の断熱材は水蒸気を通しにくい(透湿抵抗が高い)ことが特徴です。材質が硬い事と空気を通しにくいことから外張り断熱で広く利用され、断熱材だけで防湿層と気密層を形成できる優れた断熱材ですが価格が高い事が難点です。

施工にあたって、防露に関しては難しい事を考えなくても良い断熱材という事になりますが、価格に関しては頭を悩ます断熱材であるため、グラスウールが広く普及している理由はコストが安い事が大きな要因でしょう。

ビーズ法ポリスチレンフォーム(EPS)、押出法ポリスチレンフォーム(XPS)、硬質ウレタンフォーム(PUF)、フェノールフォーム(PF)の四種類が主流です。各断熱材ごとに協会があるというのが凄いところです。

防火性能に関しては賛否があるので置いておきますが、住宅用の断熱材という事であればどれを使っても機能に大差はなく、EPS以外は断熱性能が最高級な同じレベルの製品が出ていますから、予算と相談して断熱性能を選択すると良いと思います。断熱材自体が固体であるため寒冷地においても断熱材が凍るという事はないようです。

画像はホームセンターでよく見かけるダウ社のスタイロフォームであり、これはXPS断熱材です。青色の有名な断熱材なので見た事があると思いますが、XPSは防水に優れるため水中で使われる事も多いです。規格についてはこちらを参照してください。

熱伝導率は0.036W/(m・K)、A-XPS-B-1bと記載してあります。A種というのはノンフロン発泡の事なので通常はA種、XPSは断熱材の種類、Bは板状、1bは1種bという断熱のグレードを表しますが、通常ホームセンターで見かけるものは一番低いグレードのものです。

その他の断熱材

代表的なところでは、セルロースファイバー(再生古新聞)、現場発泡ウレタンフォームなどがありますが、寒冷地でなければ特に迷う必要はなく、価格と透湿抵抗・断熱性能で判断されるとよいでしょう。また、セルロースファイバーのようにホウ酸を混ぜて防虫や耐火性を向上させている断熱材もあります。

断熱材の選定に悩むより気密測定をしているハウスビルダーを選ぶ事の方が重要であり、気密測定もしないハウスビルダーについては防露はもとより、気流止めの意味を理解されていないと思いますから、グラスウールをいくらいれても寒い家になるでしょう。

ただし、気密性能が良いからといって必ずしも気流が止まっている訳ではありません。室内側の石膏ボードの裏で気密を取っている工法の場合は、断熱材はその外側にある事になり、C値が良くても気流が止まっていない家になる場合があります。真空状態でもない限りは断熱材は空気を静止させる事で断熱効果を発揮しているため、固体の断熱材でない場合は移流に注意が必要です。

気流止めに関してはツーバイ工法は枠を組む工法であるため、土台や大引き等からの外気侵入が抑えられますが、在来工法は意識して施工しないと天井や大引き等と壁の隙間から壁内に外気が通り抜けて断熱材が性能を発揮できず設置した意味がなくなってしまいます。

一条工務店の場合はツーバイ工法も在来工法も室内の石膏ボードの裏側ではなく構造用合板で気密を取る方法になっている事から、断熱材の中を気流が動く事はなく、断熱材の大きな欠損や脱落がない限りは安定して性能が発揮される工法と言えましょう。

気密化と防露は違う

建物から空気の漏れを無くす事が気密化であり、防露とは水蒸気を壁の中に通さないようにする事です。空気と水蒸気では分子の大きさが全く異なるため、気密化をするだけでは空気より小さな分子である水蒸気の動きを止める事はできません。

湿気を含むグラスウール等の断熱材を利用する場合は、断熱材より室内側に水蒸気を通さない防湿層を施工する必要があり、防湿層が万全であれば、より大きな分子である空気は通れなくなり、防湿と気密化が同時に成立します。

ただ、現在では気密層と防湿層を分けて考える工法もあり、建物の柱の外の構造用合板を気密層として利用し、防湿層はラフに室内側に設置する工法もあります。防湿層は気密層ほど厳格な施工されてなくても水蒸気が壁の外に排出される時間を稼げれば問題はないようです。

透湿抵抗比について

断熱材が一種類の場合は、簡便な結露計算による事ができます(耐震性判定における壁量計算のようなものです)。壁の構造用合板を境に室内側と室外側という区分を行い、お互いの透湿抵抗比(水蒸気の通しにくさ)の合計が一定比率を超えていれば良いという規定です。

寒冷地になればなるほど、壁内に水蒸気が入らないように室内側に防湿層を設けて、外側に向かって水蒸気を逃がす必要があり、防露設計の基本となる「外に向かって開放する」という言葉があり、これは非常に役に立つ考え方です。

透湿抵抗比の計算シートはグラスウールなどの透湿しやすい断熱材のメーカーから無償で配布されていますが、発泡プラスチック系の断熱材の場合はほとんどの場合、防湿層が省略できる(設置しなくて良い)事が計算すると直ぐにわかります。

防湿フィルムを設置するのは面倒ですから、コストを無視すれば発泡プラスチック系の断熱材を利用したいところですが、北海道では壁に40cm以上のグラスウールを設置している家もあり、やはりグラスウールの低コストは魅力です。

防湿層を省略できる場合の透湿抵抗比(断熱材が1種類の場合)

地域区分 1~3地域 4地域 5~7地域
透湿抵抗比 5以上 3以上 2以上

結露計算条件について

省エネ基準では定常計算においては、室温は10℃・相対湿度70%、室外は建設地域の最寒月の平均気温・相対湿度70%による事が求められています。ご自宅の条件で計算されたい場合はアメダスの過去データを利用されると良いでしょう。

ただ、室温は10℃・相対湿度70%は絶対湿度では6.6g/m3という事になり、全館暖房の家庭では室内が乾燥するため、実際はもっと加湿して生活している場合も多いと思いますから、やはり実際の生活状態での結露計算が望ましいでしょう。

この結露計算シートは定常計算と言って、常に同じ温湿度での計算になりますから、もし計算結果により結露と判定された場合にも、軽い結露の場合は必ずしも建物が傷むような状態になるとは限りません。

なぜなら、一日の中で気温や湿度は上下するため、結露しても結露が解消する可能性があります。よって、定常計算で結露しないと計算されるならば、安心できる状態だと言えると思います。そして、水分を多量に含有できる木やコンクリートの結露計算は定常計算では無理です。

一方で夏型結露と言われる逆転結露は室内をよほど冷房で冷やさない限りは壁の中で結露は発生しません。人が普通に生活する空間では寒くて生活できないため、理論的には有り得ても実際の生活では発生しない事が計算から推測されます。

ただし、窓を二重化した際に窓の逆転結露はしばしば起こります。夏の朝は外気温が室温よりも下がるため、内窓に断熱されて冷えてしまう外窓の室内側が結露で曇る現象が見られます。ただ、日中外気の温度が上昇すると解消する程度の結露であるため心配不要です。

入力が必要な箇所

さて、予備知識はこのくらいにしておいて、入力方法について解説します。クリーム色のセルが入力項目であり、ピンク色のセルは重要な計算結果を表します。

まず、シートは2種類に分かれ、1つは壁・屋根・床の内部結露計算用と、もう一つは窓の表面結露計算用であり、窓はハニカムシェードなどの付属品を設置する事を考慮しております。

窓以外に関しては、同一断熱材を使用した場合の簡易結露判定である透湿抵抗比と共に複数の断熱材を使用した場合の定常計算ができるようになっています。窓用の計算シートに関してはハニカムシェードやインプラス等の二重窓の透湿抵抗が分らないため窓の気密等級から透湿量を計算しているオリジナル仕様です。

計算方法は室内と室外の温度差については熱伝導抵抗値による温度勾配を計算しており、温度勾配から飽和水蒸気量を導き、水蒸気に関しては透湿抵抗から湿度勾配を計算しており、該当部分の水蒸気量が飽和水蒸気量を超えた場合に結露と判定されます。

内部結露計算(壁・屋根・床)

クリーム色のセルに入力してください。

まず、室内の温度・相対湿度を入力します。変更後というセルはご自宅の実際の室温を入れてください。次に室外の温度と湿度を入力しますが、外気温は最寒冷月の平均気温、相対湿度は70%を入力してください。

計算部位は外壁・屋根・床・天井から選択し、地域区分はお住まいの省エネ地域区分を入力してください。住宅条件は換気回数はそのまま0.5回/hで結構ですが床面積や天井高さは各家の条件を入力してください。

このサンプルは北海道の陸別であり、外気温は▲11.6℃と最寒冷な条件です。

 

次に壁等の構成を入力します。上側が室内、下側が室外になります。矩計図等からご自宅の構成を拾って入力してください。デフォルトは一条工務店のiシリーズのEPS断熱材になっておりますが、建材リストに硬質ウレタンフォームやXPSなど色々な断熱材が用意してあります。

区分は柱の中の充填断熱材までを「室内」、そこから外側を「室外」としてください。多くのケースでは壁の構造用合板からが室外になると思いますが、そうすることで室内と室外の透湿抵抗比が計算されます。建材に関しては下部にある建材リストの番号を入力して建材の厚みを入力してください。

ピンク色のセルの結露判定は建材の外側の結露状況を表し、充填断熱部分のEPS断熱材の外側=構造用合板の内側で△(要注意)の判定が出ていますが、結露まではしないようです。iシリーズはEPS仕様においても最寒冷地域で結露しないと計算されます。

一般的にはコストが安いグラスウールが普及しており、断熱材単体の防露性能が低くても、室内側の防湿フィルムや気流止めのまでを含めて考慮された施工がなされればグラスウールは良い断熱材と言えますが、温暖地では、グラスウールの扱い方に詳しいハウスメーカーや工務店は少ないと思います。

 

必要に応じて建材を追加してください。物性データに関してはフラット35の工事仕様書の付録及び各建材メーカーのカタログから拾ってください。

 

表面結露計算(窓)

窓の表面温度については窓のU値に基づいた窓全体の平均温度の計算になりますから、窓の中央のガラス部分と断熱の弱い窓枠部分では温度が異なり、放射温度計で両者を測ってみると、その中間の表面温度が計算されている事がわかります。

窓の表面結露についても、クリーム色のセルに温湿度と住宅条件を入力してください。

右側の青い枠で囲ってある部分は窓の熱抵抗値であるU値が計算されています。ハニカムシェードなどの付属品を含んだU値が省エネ基準に基づく計算方法と単純に合算した計算方法の両方が計算されます。

 

次に窓の構成を入力してください。外壁と同じく上が室内側で下が室外側です。区分に関しては一番外側の外窓以外は付属品を選択してください。そうすることで、付属品を考慮した窓のU値が計算されます。気密等級は窓自体は窓の気密等級(通常はA-4)を入力し、ハニカムシェードなどはA-2として入力してください。気密等級は窓メーカーのカタログから拾ってください。

トリプルサッシの内側で△の部分結露判定が出ており、その部分の相対湿度は81%と計算されています。色々なブロガーさんが窓の結露状況と表面温度を放射温度計で測っているのを拝見しましたが、この計算シートにおいて75%程度の相対湿度を超えた場合は断熱の弱い窓枠部分で結露が発生するようです。

通常、窓の結露は実験室での計測をしないと分からないのですが、この気密等級を通気量から透湿抵抗に置き換える方法は私のオリジナルです。ただ、多くのブロガーさんの情報から計算してみると、計算結果と実態がかなりの確率で当たっていました。まだ、気密等級と透湿抵抗を置き換える方法は見直す余地はあると思いますがある程度の目安にはなるようです。

 

窓のマスターです。リクシルのレガリスなど色々な窓が用意してありますが、必要に応じて追加してください。物性データはメーカーのカタログから拾えます。

 

最後に

壁の結露に関しては実際に壁を開けて見ることはないと思いますが、窓の結露は目で見ることができます。一条工務店の場合はハニカムシェードが標準採用されている商品もある事から冬季にハニカムシェードを全閉した際の窓の結露現象について頻繁に施主のブログで拝見します。

結露は仕方がないものではなく、現象を理解すればコントロールする事もできます。この計算シートからどの程度の湿度まで加湿すると窓が結露するかわかりますし、さらに放射温度計を購入されて窓の表面温度を実際に測ってみると露点(結露する温度)が分かるため、どこまで加湿が可能かより理解する事ができます。

冬の高気密高断熱住宅における室内の乾燥と結露は裏と表のセットの物理現象であるため、片方を優先すると片方が犠牲になります。私は室温は20℃~22℃、相対湿度では温暖地は40%、寒冷地は30%が両者にとってバランスが良いポイントだと思います。

インフルエンザは世界的には高温多湿な熱帯地方で年間を通じて流行しており、インフルエンザウィルスと湿度の相関関係が本当にあるのか疑問です。日本においても沖縄では夏にインフルエンザが流行します。まだ誰もこの現象を合理的に説明ができていませんが、将来的には常識が覆る新しい学説が唱えられるのではないかと期待しています。

どの湿度が丁度良いかは人によって異なるため一概に言えませんが、室温を上げると空気が膨張して相対湿度が下がりますから、家の中の温度差を無くしたコールドドラフト対策をして、室温をあまり高くしなくても暖かいと感じられる家作りが室内の乾燥予防と結露予防につながると思います。

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