渡辺浩二設計室 別館 

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「夏涼しくて冬あたたかい」家(1/6)


「夏涼しくて冬暖かな」家、とは言うけれど、実際にお住いの方の心情をより正確にあらわすのであれば、


「夏の暑さと冬の寒さが身体への負荷にならないように工夫された、快適な家」ぐらいに言い直しておいたほうが、どうやら塩梅がよさそうです。確かに、春や秋に比べれば夏は暑いし冬は寒いし、空調設備に頼り過ぎた、過剰な冷房も暖房も、どちらもあまり気持ちのよいものではないですよね。
 

では夏と冬に、「よい塩梅に快適」であるためには、何が必要なのでしょうか?私(渡辺)は、以下の6つであると考えています。


夏の場合:
1:日射を防ぐこと。
2:室内の空気(熱気)を澱ませないようにすること。
3:通風がよいこと。



冬の場合:

4:できるだけ日差しを室内に取り込めること。
5:足元があたたかくなる(冷たくならない)ようにすること。
6:
室内の熱をできるだけ外に逃がさないこと。


こうしてみると、人と衣類の関係に共通するところが多いようです。そしてあえて言い切ると、これらが住宅の温熱環境一般を考えるうえで、考慮すべき項目の必要充分であると思います。

次に、自然環境のきまりごとを整理しておきます。


以下の7つ、


夏の場合:
(1)夏の日射に対する建物の受熱量は、屋根面がもっとも大きい。
(2)東と西の壁面が同率2位。
(3)入口と出口があれば、室内の空気は流れる。
(4)空気は暖められると軽くなり上昇する。
      

冬の場合:
(5)建物から屋外へ出てゆく熱には、3つの「逃げ道」がある。
(6)熱の伝わり方にも、3つの「ルート」がある。
(7)冬の建物への日射は、南の壁面にもっとも大きくあたる。



です。



なんだか中学校の理科、みたいですね(^^)

さあ、下ごしらえはこれで完了しました。


それでは、実際の家づくりのなかで、具体的に何をどうすればよいのか、以降、順を追ってご説明します。


 
| 2:「夏涼しくて冬暖かい」 | 15:00 | - | - | pookmark |
「夏涼しくて冬あたたかい」家(2/6)


夏は、太陽光が地表面に対して垂直に、つまり、


・「正面からまとも」に当たることと、
・日照時間が長いこと


により、あれだけの暑さを生み出しているのだそうです。植物は元気いっぱいですが、私たちがこの季節の光を直接浴び続けると、日射病や熱中症など、場合によっては生命の危険に関わります。「ほどほどに快適」をめざすなかでも、このことは絶対に避けねばなりません。


住宅の、夏の日射(日射し)の防ぎ方を整理すると、


・窓:日射の通り道をできるだけ避ける
・屋根と外壁:熱を室内に伝えにくいつくりにする



といえるのでしょうが、もうすこしだけ詳しく、屋根と外壁に分けて書いてゆきます。

 

 
自ら動くことのできない住宅が、日射を遮るためには、


・太陽の動きを知って、
・日射が「自分」のどの部分に当たり、どこを通るのか


を知ることが、まずは「はじめの一歩」です。


夏の太陽は、一年を通じてもっとも高い軌道を通ります。夏至の正午には、ほぼ真上から降り注ぐくらいの高度(角度)となるのが特徴で、
前回にも書きましたが、建物が夏に最大の日射を受けるのは、屋根面です。


次に東と西面の壁、
南面の壁と続いて、
北面の壁がもっとも日当たりが悪いです。


それでは夏の日射の防ぎ方について、屋根と外壁のそれぞれの面に分けて、考えてゆきます。


まずは屋根面についてです。

 

 
天窓を除けば、住宅の屋根には、瓦や鉄板や下地材などが用いられ、ガラスなどの光を透す材料が使われることはありません。室内への日射対策は、光を透さなければ、つまり「屋根があれば」、ひとまずは大丈夫です。けれど話はそれでは終わりません。


太陽の光を受けた屋根瓦や鉄板は、ちょうど電子レンジであたためられるお弁当のように、徐々にそれ自体が熱を帯びて(同じ原理なのだそうです)、その熱は下地材へと伝わってゆきます。


熱は、高いところから低いところへ流れるので、瓦(鉄板)から下地へ伝わった熱は、屋根裏の空気を経由して天井に伝わり、天井の下地、仕上げ材料を経由して、やがて室内まで到達します。


こうしたときに熱の到達を防ぐためには、熱を伝えにくい素材を屋根から室内までの間に入れて「通せんぼ」 してやることが必要で、このことを「断熱」といいます。


断熱材が普及する前の時代に建った家の2階に上がると、夏の午後には長居できないほどの暑さになっていることがあります。これは、午前中のうちに熱せられた屋根面から伝えられた熱が、屋根裏空間に蓄えることのできる熱容量を超え、オーバーヒートをおこし、やがてその熱が天井を経由して2階の室内に及んだからです。


いうなれば当時の家は、屋根裏の空気と天井、そして季節によっては2階の部屋まで含めたものが「断熱層」の役割を果たして、1階の室内環境を太陽の熱から守っていたことになります。

 

 
それじゃあんまりだよと叫ぶ、子供の頃の私をふくめた当時の2階の住人たちの声を聞いてくださったのかどうかは定かではないのですが、現在流通している断熱材のほとんどは、一般的な屋根裏空間(屋根の三角部分)を必要としないほどに高性能です。そしてすべての商品名を把握できないくらいに多種多様で、「日本住宅性能表示基準」によると、断熱材の仕様は7つの区分にわかれ、種類だけでも合計で31あります。


それぞれの違いや特徴についてはあとで詳しく書きますが、その家の断熱性能を要約すると以下の式、


※その家の断熱性能
={(断熱材仕様+設計精度+施工精度)×施工面積}-ガラス窓と換気による熱損失



に、まとめることができます。

 

焚き火にあたっているとき、誰かが前に割り込むと、とたんにあたたかみが消えてしまいます。


これは 炎から出る遠赤外線が前の人によって遮られる からで、このように熱線を遮ることを「遮熱」といい、太陽光にも熱線が含まれています。焚き火の前に割り込んだ人や、晴天の日傘などは遮熱材の役割を果たしている、ともいえます。


遮熱用の建材を、住宅に実際に使用した経験は私自身はまだないのですが、その方法を調べると、アルミなどの金属を蒸着した遮熱シートを複層の屋根下地に貼ったり、改修工事では屋根表面に遮熱性能をもった塗料を塗ることもあるようです。反射率の高い色や素材を選ぶことは、シンプルですが手堅い遮熱の手法ともいえます。



遮熱用の建材の国内販売がはじまったのはこの20年くらいのところで、まだ公による分類や性能に応じた仕様は定められてはいません。が、実際に使用され公開されているデータからみると、相応の効果はあるようです。


私見ですが、いずれは断熱材をアシスト(特に外断熱で有効だと思います)する方向で基準が固められてゆくのではないかと予想しています。


次回は、外壁への日射の防ぎ方についてです。

 
| 2:「夏涼しくて冬暖かい」 | 14:00 | - | - | pookmark |
「夏涼しくて冬あたたかい家」(3/6)


自ら動くことのできない住宅が、夏の日射を遮るためには、


・太陽の動きを知って、
・日射が「自分」のどの部分に当たり、どこを通るのか


を、知ってその上で「そこを通る日射」を防ぐ方法を考えてゆきます。
外壁(=窓)への日射の防ぎ方についてのキーワードは2つ。庇(ひさし)と簾(すだれ)です。


もうすこし詳しく書けば、


・南の窓の軒(庇)と
・東西の窓の簾(すだれ)です。
外壁面への日射量は屋根面を下回りますが、夏の日射対策は、ここからが本番です。

 

屋根とは違い、外壁面にはたいていの場合、窓があります。
窓のない、正味の外壁の部分については屋根と同じように、熱を室内に持ち込まない(遮熱と断熱)工夫をすればそれでよいのですが、ガラス窓は「ノーガード」で日射しが入ってきます。いわばそこだけは温室のように、室内は温められ熱されてゆきます。


日射は防ぎたいけれど、明るさや通風、そして視界は確保したい。そのためには窓は日射に対して「閉じながらも開いて」いなければなりません。こうした一見矛盾することがらを実現できる手法は、実は、先人からの知恵として、今も「ふつうの家のこと」として生き続けています。


せっかくですからその仕組みを再確認しましょう。まずは南面からです。

 

結論から先に言えば、建物南側壁面に当たる日射は、平屋ならば軒が、総2階でも窓上の庇(もしくはバルコニー)があれば遮ることができます。


夏至のころ、南東に位置する午前11時の太陽はもうすでに高く、高度(仰角)75度と、「建てかけた梯子くらい」に急勾配です。この角度で高さ2メートルの掃き出し窓に差し込む日差しを計算すると、窓から室内に向けて、奥行き40センチほどになります。


木造住宅の場合、大抵の屋根の南側には軒が出ていて、その寸法は夏の直射日光を遮れるだけのものです。夏至の11時の太陽ならば、標準的な高さの平屋建であれば、80センチ程度の軒の出で、室内への日射を防ぐことができます。また、総2階建ての1階部分でも、窓の上端に奥行40センチ程度の庇があれば、夏の日差しを室内から締め出すことができます。


次は東・西面です。

 

建物の東(西)側を照らすときの太陽は、高度はまだ(もう)低く、朝7時〜8時半(15時半〜17時)のあいだの夏の日差しは「ほぼ横殴り」です。ちょうど暴風雨に差し向ける雨傘のように、「真上からの日射を防ぐため」の庇や軒では、夏のこの時間帯の日差しを防ぐことはできません。しかし対策はあります。


いちばん効果的なのは、これらの面にいっさい窓を設けないことですが、「ほどほど」を目指す考え方ではありません。ではどうするのかといえば、開口は必要最小限にとどめて(東面西面の外壁面積もできるだけ小さくして)、その開口にはキーワードの2つめの「簾(すだれ)」を設えて日射を遮ります。


簾でも朝顔でもゴーヤーでも植栽でも、原理としての括りは「外付けブラインド」なのですが、簾も朝顔もゴーヤーも植栽も、そのナチュラルでユルいイメージに反してなかなか「いい仕事」をしてくれます。性能値でいえば、これらは日射の80%を遮る効果があり、それは熱線反射ガラス、いわゆるlow-Eガラスを凌ぐものです。

 

太陽の動きは一定なので、その動きを見越して窓の位置を決めて日除けを設けてやると、効果は毎年持続して、しかもイメージ以上に効果的です。そしてそれらは「窓の設置位置の検討+α」で済むので、無駄にスペックを引き上げないという意味で、潜在的なコストダウンと同義です。

外からの熱を防ぐ方法に続いて次回は、室内の熱気を外に出す方法について書きます。

 
| 2:「夏涼しくて冬暖かい」 | 12:00 | - | - | pookmark |
「夏涼しくて冬あたたかい家」(4/6)


地表面に対して垂直に、つまり「正面からまとも」に照りつける夏の太陽は、そのぶんだけ強烈に地表面を熱します。そこに触れ、あたためられた空気は上昇して気圧を下げて、風を招きます。地表面の熱は、それ自体は放射を続けてそのまま大気圏外に放出されるので、それ故夜は涼しいのだそうです。


やや脱線しますが、避暑のために高原に向かうときに浮かぶ定番の疑問、 「どうして太陽に近づいているのに、標高が上るほどに涼しくなるのだろう?」は、


「夏の暑さは、そのほとんどが(太陽光を受けた)地表面であたためられた空気によるものなので、標高がある程度上がって空気が薄くなれば、そのぶん伝わる熱も薄く(涼しく)なるから」 がその答えなのだそうです。

 

日射を防ぐ対策を念入りにおこなっても、熱は、ある程度は室内に入ってきます。そこで今回は、その熱を速やかに外に出す方法をご紹介します。


・「あたためられると上昇する」空気の特性を活かし、
・その特性を活かした窓の配置と間取りの工夫をおこなうと、


室内には熱はこもらずここちよく、風速1メートルの風は、肌に触れて熱を奪うことで体感温度を1℃下げる効果があるといわれますが、風向きと風量等によれば、場合によっては寒いほどになります。

 

夏、室内の空気はあたためられて軽くなり、上昇します。多くの場合、天井面から窓の上端のあいだには「下がり壁」が付いているので、あたためられた空気は天井にそれ以上の上昇を阻まれ、「逃げ場」をさがして水平移動しても、下がり壁に阻まれて、熱を帯びたまま、そこに留まり続けます。


そうならないように、風の出口を前もって計画しておきます。具体的には壁の最も高い位置、天井に接するところには、下がり壁はつくらないで、窓を設けます。


逃げ場のない熱気に出口(窓)を与えてやると、ちょうど水を張ったバケツの側面に穴をあけたように、熱を帯びた空気はたちまち外に流れ出ます。流れ出たら気圧が下がり、下部から空気を呼び込んでまた流れ出て、そこには気流が生まれます。


以前設計した住宅で、廊下の上部を吹き抜けにして高窓(下がり壁なし)を設け、明かり取りと排熱を兼ねたことがあるのですが、竣工後、梅雨時にお邪魔して廊下に立つと、湿気を帯びた空気が、汗ばんだ肌を通り抜けて、高窓に向かって流れてゆく様子がとてもよくわかりました。


更に言えば、あたためられると上昇する空気の特性は、屋根裏や外壁の排熱にも応用されて、「通気工法」の名称で、今では木造住宅では、スタンダードな工法になっています。

 

日本列島において、夏は、南東から北西への風が吹いて、冬はその逆に、北西から南東へ吹きます。


これは、夏は、ユーラシア大陸の地表面があたためられて空気が上昇し、低気圧となって太平洋からの風を呼び込み、冬はその逆に、熱容量の大きな太平洋上の空気があたためられて大陸からの風を呼び込むからであるといわれています。


建築環境・省エネルギー機構の気象データで、
8月(7〜22時)の最多の風向きを調べると


弊社のある境港は東北東で、
お隣の米子市は北東、
松江市では東で、


平均風速はともに、2〜3メートルほどでした。


たしかに境港の夏は、東からの風がきもちよく、冬は西風が厳しい印象です。


ただ厳密には風は、日ごと時間ごとに絶えず風向きと風速が変わります。その家が「よい風」を得るには、気象データに加えて周囲の建物の配置や実際に生活する時間帯の考慮が必要で、建物のほうにも風を招く工夫が必要です。

 

建物の工夫といっても特別なことは必要ありません。通り抜けようとする風の邪魔をしないように、南〜北、東〜西、下階〜上階への通風経路をその建物のなかに確保しておけば十分です(とはいえこれはなかなか大変ですが)。排熱ができ、垂直方向の気流の道があれば、あたためられると上昇する空気の特性を活かして、ちょうど京都の町屋のように、建物自体が風を招きます


この先、ひょっとしたら、人類が風をおこし雨を降らすことができる時代がやってくるのかもしれませんが、空気の流れにあわせた家づくりは、手間さえ惜しまなければ、今日確実におこなうことができます。


次回からは、冬の室内環境について書きます。

 
| 2:「夏涼しくて冬暖かい」 | 11:00 | - | - | pookmark |
「夏涼しくて冬あたたかい家」(5/6)


「ほどほどに快適」な室内環境をつくるための、夏の「肝」は、一言で言えば「熱を逃がす」ことでしたが、冬はその逆で、室内の熱を「逃がさない」ことが、冬の室内環境を整えるための、最優先事項です。


けれど夏に、どんなに防いでも熱が室内に侵入してきたように、冬も、外に逃げようとする熱のすべてを室内に留めることはできません。


その様子をよく観察すると、熱には、3つの「逃げ道」が用意されていることがわかります。

 

熱の3つの逃げ道とは、


1:屋根と外壁(床下)
2:窓ガラス
3:換気



です。つまり、建物全体から逃げてゆく熱量は、


1から逃げてゆく熱の量
2   〃
3   〃


の総量になります。



「逃げてゆく熱の総量」と
「室内で作られる熱の総量」


が同じならば、室温は一定を保ち、



「逃げる熱」の量が勝れば、室温は下がり、
「室内で作られる熱」の量が勝れば、室温は上がります。

 


たとえば、


外気温5℃
室内温度20℃、で一定とした場合に、


建物全体(逃げ道1+2+3)つまり、



1:屋根と外壁(床下)
2:窓ガラス
3:換気


から「1時間当たり100」の熱が外に逃げてゆくとします。


そのときにストーブでもエアコンでもよいのですが、逃げてゆくのと同じだけの熱、「1時間あたり100」の熱を室内でつくりだしてやれば、室内は20℃に保たれます。


かなりざっくりした話ですが、これが室内温熱環境を検討する際の基本的な考え方で、このときの逃げる熱の量の度合いは、ほぼそのままその家の断熱性能となり、一般的にその性能値は、


性能値=逃げる熱の度合い ÷ その家の延べ床面積(または屋根・外壁・窓の総面積)


で、あらわすことができます(いわゆるQ(UA)値とよばれるものです)。


 

断熱材の性能とは、おおづかみに言うと、その「素材自体」の密度です。同密度では厚みが厚いほど熱を「通せんぼ」できる割合が大きく、つまり高性能です。


断熱材について、布団状のものを壁のなかに入れたり、発泡スチロールのような板を外壁の下地に貼り付けたりする事例や、いろいろな商品の広告やCMを御覧になったこともあるかもしれませんが、こまかな空気層を多数重ねて熱を伝わりにくくする原理はどれも同じです。


工法を含めた断熱材選定について、諸説入り乱れてネット掲示板などでは「けっこうすごい状態」が続いていたりもします。が、基本的な向き合い方は「スーパーマーケットで市販のカレールウを選ぶとき」と同じで問題ありません。その製品に定められた施工をおこなえば必ず設計した性能値は出ます。ですから施工精度(平面計画の練度が、その担保となります)とコストをバランス取りしながら、お好みで材料選定をおこなえば、それで大丈夫です。


計画の初期段階では、これまでの経験から「ガラス窓が熱を通す量は、おおよそ断熱材を入れた外壁の10倍」、「外壁+屋根面の10%程度がガラス窓の面積」つまり「外壁屋根面から逃げる熱量と同じくらい(10%の面積×10倍)の熱が、窓ガラスから逃げている勘定」を基準値として、基本設計を進めることが多いのですが、このことは同時に、ガラスをふくめたサッシ部分の仕様・面積を含めた検討は、イメージ以上に断熱計画には有効で重要である、ということを表しているのだとも思います。

 

過去に設計した事例を紹介します。


断熱等級4程度の仕様、述べ床面積40坪の住宅の、それぞれに熱が「逃げる」割合は、


計算すると、


1:屋根・外壁 40%
2:ガラス窓  40%    1+2+3=100%
3:換気    20%


と、なりました。暖房の熱源はペレットストーブ1台にてまかなう設計です。2023年で、完成から16回目の冬になりますが、これまで快適に過ごしていただいています。


が、快適な室内環境には、これら熱量計算のほかにあとふたつの「隠し味」が必要です。


やや長くなりそうなので、次回に続きます。

 
| 2:「夏涼しくて冬暖かい」 | 10:00 | - | - | pookmark |
「夏涼しくて冬あたたかい家」(6/6)


冬の快適な室内環境をつくるうえで大切な、ふたつの「隠し味」につい書きます。これがあれば、室内環境をさらに引き立ててくれますし、無いとちょっと(いや、正直に言えばかなり)物足りないです。


それは何かというと、


・室内空温の均一化と、
・日射取得、



です。

 

まずはひとつめ、室内空温の均一化についてです。


・暖房機などで室内にて作り出される熱と
・室内から外に逃げてゆく熱との釣り合いがとれて、


「計算上の室温が20℃である」ように計画された住宅は、この時点ではまだ、


実際にはリビングは30℃で家事室は5℃である、といった問題がおこる可能性を孕んでいます。建物全体としての熱の収支がつりあっていても、気温の分布が人間のスケール感に馴染むものでなければ、その室内環境は快適であるとはいえません。


また、暖められた空気は上昇する(冷やされた空気は下に留まる)ので、平屋であれば天井付近、2階建てであれば2階部分に暖気は集まります。このことは、ふた昔くらい前の気密断熱性能の住宅(あるいは、平面計画と暖房機選定がマッチしていない最新の住宅)が
「吹き抜けのある家は寒い」と言われた(言われる)原因のひとつでもあります。


ではどうすればよいか?


水平方向と垂直方向、それとガラス窓付近をあわせた室温の不均一を解消するためには、
2つの対処法が考えられます。

(1)
家の中を「複数の小さな部屋の集まり」に区切ってそれぞれを小さな室容積とし、感じられる温度差を できるだけ小さくする方法(暖房機は各主要室に分散配置して個別運転)と、

(2)
(空調的には)ワンルームの室内に暖房機1台の全館暖房として、上部に溜まった暖気をファンなどで 床下に強制的に移して(暖気はまた上昇するので)室内空気を縦方向に循環させる方法


のふたつです。


どちらにも一長一短はありますが、


(1)の「小分け分散型」は、
・夏季の通風通気のルートをどう確保をするかということ、
・いわゆるヒートショック、冬場の急激な温度低下による血管障害への対策をどうするのか、


(2)の「ワンルーム全館型」は、
・室温の均一さをつくりだしながら必要なプライバシーの質をいかに落とさないか、


が鍵になります。


※コストについては設置時・運転時をあわせて考えると、どちらもおおよそ「とんとん」です。

 

次はふたつめの隠し味、日射取得です。


冬の太陽の軌道は夏とは違ってかなり低く、最も高い軌道をとる夏がオーバースローならば、冬はスリークオーターで投げる投手の腕の振りのように、水平線寄りを鋭く掠めます。朝7時過ぎに東南東から昇って、夕方17時すぎには西南西の空に沈む冬の太陽は、夏と比べると日照時間は3分の2で、日射量は半分ほどです


冬至の、正午の太陽高度は約30度です。このときに高さ2メートルの掃き出し窓に射し込む日差しの奥行きは、三角定規を頭に浮かべながら計算すると、和室の8畳間ならば床の間の手前ぐらいまで届きます(奥行=2.0*√3≒3.4メートル)。



以前の記事(「夏涼しくて冬あたたかい」家 その3/6)を振り返ると、夏至の11時の日差しの奥行きは40センチですから、南面に可能なかぎり大きな開口をとることは、冬の日差しを取り込むにも夏の日射を遮るにも、どちらにも都合がよい ことがわかります。
 

以前、太陽光発電パネルを設置検討する際に、パネルメーカーのエンジニアさんにいろいろお伺いする機会があったのですが、実地でパネルの発電効率を検討する際にもっとも注意しなければならないこととは、パネルの種類でも設置する角度でも地域でもなく、


「実際に設置する場所に太陽光を遮る障害物がないこと」で、


それさえ確認できれば、発電計画は成立するように太陽光パネルは設計されている、のだそうです。


冬の日射取得についても考え方は同じで、日差しを遮るよほどの障害物がない限り、日射量が少ないといわれる山陰地方であっても、晴れた日には冬の陽だまりが生まれます。


朝起きる前の布団の中を例に出すまでもなく、冬のぬくもりは愛おしく、陽だまりも日射量の少ない冬だからなおさら貴重といえるのかもしれません。それらをどこまでプランに反映できるのかを確認する作業は、なんだかほっこりしますね^^


 

以上、「暑さ寒さが負担とならない、ほどほど快適な家」への考察をまとめてみました。


夏と冬の熱の「言い分」をよく聞いて、うまく棲み分けができると、必要以上の動力に頼らなくとも、程よい室内環境をつくることは、「ふつうのこと」として実現可能です。

 
| 2:「夏涼しくて冬暖かい」 | 09:00 | - | - | pookmark |