ハリマハウスは外断熱に蓄熱式床暖房を組合せた高断熱・高気密の注文住宅専業工務店です。

お客様の声その1 八王子市 H様

ハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」に住んで

八王子市在住 YH

1.はじめに

  筆者は平成15年9月末日以来,ハリマハウス木造新築住宅に居住しています。ハリマハウス住宅は,「高気密・高断熱・蓄熱式」住宅で,木造住宅における蓄熱性を,高気密性と高断熱性を取り入れて実現し,住宅の快適性を可能な限り高めた「高機能性住宅(ハイテク住宅)」です。機能的には確かにハイテク住宅ですが,上の3つの機能を組み合わせた上で,居住者自らが居住条件を見出だすことが肝要です。それには,居住者が自分の住んでいる住宅の特徴を十分に理解することが重要です。理解は一朝一夕にというわけにはいきませんが,住むにつれてなるほどというところが多く,興味津々たるものです。ここでは筆者なりに理解したハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」の特徴と,それに基づく居住の一端について記してみます。

2.ハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」の特徴

2.1 ハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」の構造の概念

  ハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」の構造の概念図を第1図に示します。ハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」は外張り工法によって建築される蓄熱式床暖房の家です。家全体が極めて優れた断熱性能をもつ断熱材ウレタン変形イソシアヌレートフォームによって包まれています。断熱材と外壁材の間には屋根の出口に通ずる外壁通気層が設けられ,外気が基礎コンクリートの近くの侵入口から侵入して屋根の出口から排出される流れを常時形成しています。この外気の流れは排熱とともに断熱材の断熱機能を有効にする働きをしています。家屋全体は重い基礎コンクリートの上に載った形になっており,後に記すように基礎コンクリートは室内温度をほぼ一定に保つための重要な役割を担います。冬期の暖房は蓄熱コンクリート中の架橋ポリエチレン配管に温水を循環させることによって行われますが,温水からの熱は蓄熱コンクリートに蓄えられ,熱の多くは室内に流れ,基礎コンクリートに向かう熱の流れは抑えられるような工夫がなされています。とはいっても,蓄熱コンクリートからの熱は基礎コンクリートにも徐々に伝えられ,基礎コンクリートにも徐々に蓄えられることになります。基礎コンクリートは大地と接していますので地冷熱によって冬期の外気による急速な冷却と,夏期の外気による急速な加熱を防ぐ働きをします。これが図の地冷熱のダイレクト利用です。一方,熱効率を高めるために,家屋の高気密性が保たれるように施工されています。
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第1図 ハリマハウス木造家屋の概念図

2.2 高気密性について
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高気密性とは,住宅内空気と外気との間の行き来が極めて低いことを意味します。筆者の居宅は平成15年9月28日の引渡しでした。入居する約1ヶ月前の平成15年8月21日に機密性能試験が行われました。建物規模は第1表の通りです。また,測定時の建物のシール状況は第2表の通りです。試験結果として隙間相当面積が0.16 cm2/m2と得られました。このことは1 m2に1辺が0.4cmの正方形の小孔が開いているに過ぎないことを意味します。すなわち,機密性が極めて高いと結論することができます。元来,木造建築住宅は,木材の気体透過性がコンクリートに比べて高いことからコンクリート造のものよりも機密性の高い住宅を建てることは難しいといわれています。しかし,ハリマハウスのツーバイフォー工法はその短所を克服し,高気密性を達成しています。高気密性は後に示すように,住宅内の温度設定に関わる重要な意味をもっています。

2.3 高断熱性について

断熱性は,住宅内と住宅外との間の熱の出入が低いことを意味します。これは,端的には熱の伝わりにくい材質からなる壁にすることと,2層以上の複層ガラス入りサッシ(国内では通常2層,カナダの厳寒地域では8層という例があります)を使用するなどによって達成できるとされています。断熱壁の設け方には内断熱方式と外断熱方式とがあり,コンクリート造の建物では外断熱方式の方が優れていることが実証されています。木造建築家屋であっても,ハリマハウスで採用している断熱方式,すなわち第1図に示すように断熱壁に加えて外壁通気層を設け,外壁通気層に常時空気の流れを自然に生じさせるような構造による断熱方式によって断熱効果はさらに高まります。このことは気密性能試験検査当日の検査結果に明瞭に出ています。この日はカンカン照りで暑かったのですが,屋内には冷房器具が設置されていず,家屋は自然の状態にありました。屋外温度が32.3 oCであったのに屋内温度は27.1 oCと計測されました。検査日以後の別日における筆者の測定では,外気温度が36oCであっても室内温度は28 oCを超えてはいませんでした。このような自然の状態でみられる内外温度差は,高気密・高断熱性のみによるものではなく,ハリマハウスの蓄熱方式にあります。次節において詳しく記しますが,ハリマハウスの蓄熱は第1図のコンクリート基礎(鉄筋)と蓄熱コンクリートが担います。コンクリート基礎は第1図に示すような形状の断面をもつ巨大な塊です。冬期,温水を循環させると,温水からの熱は蓄熱コンクリートに蓄えられますが,一定時間の温水循環後,循環を停止してから十分に時間が経てば,蓄熱コンクリートとコンクリート基礎は熱的には一体となって蓄熱効果を担いますので,以後,コンクリート基礎と蓄熱コンクリートとを合わせてコンクリート塊と記すことにします。コンクリート塊はその重量ゆえに温め難く,冷まし難いしろもので,多少の外気加熱や外気冷却によってはその温度は,何時何分の時間の程度ではあまり変わるものではありません。コンクリート塊の温度は,外気温度の考えている日を中心とする数日間の平均温度よりやや低めの温度になっています。大雑把にいうと,1日の最高気温と最低気温の平均値,すなわち最高気温と最低気温を加えて2で割ったものがその日のコンクリート塊の温度に近い温度としてよいことになります。しかし,ハリマハウスの木造家屋のコンクリート塊はかなりの深さで地中に埋まっていますので,その温度は平均値よりも2~3 oC低めになっていると考えられます。検査日前日も晴れで,前日の最高気温は検査当日の検査時間における温度よりも高く,35 oC程度になっていたと考えられます。また,前日の朝の最低気温が25 oCの程度であったとも考えられますので,検査当日前後の平均気温は30 oC,コンクリート塊が地中に埋まっている効果を考慮しますと屋内温度の27.1 oCは納得のいく数値ということになります。

2.4 蓄熱方式について
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ここではハリマハウス木造家屋における蓄熱方式とこれに基づく家屋全体の温度調節機能について記します。ハリマハウス木造家屋温度調節機能は以下に記すようなコンクリート塊と温水ボイラーを主熱源とし,エアコンを補助熱源とする制御方式です。ここでの熱源は,熱を流入させる源および熱を吸い込む源となるものをいいます。前者は家屋よりも温度が高いですから高熱源,後者は家屋よりも温度が低いですから低熱源と呼ぶことにします。そうするとコンクリート塊と温水ボイラーの複合体は温水ボイラーを稼動させているときは高熱源であり,運転していないときは場合によっては低熱源になります。エアコンは暖房機として用いる場合は高熱源で,冷房機として用いる場合は低熱源です。エアコンを冷房用に使う場合は冷気を放出するのですから,これは熱の立場に立てば熱を吸い込むことになりますから低熱源です。この他に,家屋を取り巻く外界がときに高熱源になったり,低熱源になったりします。外界からの熱の出入りに関係するのは家屋と接触する外気(空気)と太陽光のような熱放射源があります。熱放射は高い温度にある物体から低い温度の物体に向かって熱が電磁波によって運ばれる現象で,2つの物体の間の温度差が小さくても起こる現象です。光は波で電磁波の1種ですが,熱放射に関係する電磁波は我々の視覚では感知できません。
第2図に,筆者宅における熱の流れについての模式図を示します。図において矢線の矢の向きは熱の流れの進行方向を示します。この図によってハリマハウス木造家屋における温度調節について記します。先ず,冬期には,第1図に示すようにコンクリート塊の上面の蓄熱コンクリートの温水用配管には蓄熱コンクリートが設定温度において均質な温度になるように一定温度の温水が循環されます。したがって,部屋の取り方にもよりますが,1階は総床暖房ということになります。筆者宅の場合は,浴室の床下にも温水用パイプは取り付けられていて,コンクリート塊の重量(正確には質量ですが慣用に従って重量と記します)は,計算は複雑ですがほぼ60t(トン)と計算されます。さらに,このコンクリート塊の温度を1 oCだけ上昇させるのに必要な熱量は注1に記すように12,000kcalとなります。ところで,水1l(1000 g)の温度を25 oCから沸騰する(100 oC)まで加える熱量は75kcal(注2)ですから,12,000kcalの熱量は水(2lのペットボトル80本に入った水)を25 oCから沸騰させるのに必要な熱量ということになり,大きな熱量であることが分かります。2.3に記したように,コンクリート塊は,エアコンを使わないとき,夏は外気温度よりも低い上にその温度は殆ど変わりませんから家屋内の温度を下げ,ほぼ一定温度に保つ役割を担います。冬期には,ボイラーから供給される温水によってその温度は外気温度よりも高くすることができ,またその温度は温水が供給する熱量を適当に調節すれば一定温度に保つことができますので一定温度に保つ役割を果たします。すなわち,コンクリート塊は夏期には低熱源,冬期には高熱源の役割を担う蓄熱機で,ハリマハウス木造家屋の温度調節における主要制御部です。
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第2図の夏期における熱の流れの模式図を第3図に示します。エアコンの使用を冷房と矢印で示しました。エアコンの使用によって屋内温度をコンクリート塊の温度よりも低くすることができます。エアコン使用時は,屋内を密閉状態にしますので,ハリマハウス木造住宅の高気密・高断熱性が有効に働きます。すなわちエアコンの使用時間は通常の木造家屋の場合に比べて低く抑えることができるのです。筆者の居宅の場合には外気温が35 oCの程度であっても,2階の一室のドアを開き,エアコンの設定温度を25 oCにして,エアコンを1乃至2時間運転すれば,階下の温度は全体として25乃至26 oCとなり、その後エアコンの運転を停止しても急激に上昇することはありません。一方,外気との接触による外気加熱は部分的に窓ガラスを通して屋内温度を高める影響を与えます。また,窓ガラスを通しての放射加熱も行われますのでこれら2つの効果を抑える手立てを考える必要があります。ペアガラスの窓ガラスは確かに断熱性を高めますが,放射加熱を完全に抑えることは,目下のところ原理的に不可能であることは念頭に置かれたほうがよいと思います。しかし筆者の経験では,窓に遮光カーテンを設けるのが極めて有効です。試みる価値はあると思います。

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  次に,第2図の冬期における熱の流れの模式図を第4図に示します。冬期における屋内加熱は,上に記したように専らボイラーで加熱したコンクリート塊によります。冬期は家屋内を密閉状態にしますので,コンクリート塊による屋内加熱は極めて効果的に行われます。まれに,設定温度よりも高めたいことがおこることがありますが,エアコンを一時的に利用して一時的に屋内温度を高めることができます。エアコンを働かせて所望の温度に達したら,エアコンを止めればよろしいのです。止めてもかなりの時間その温度に保つことができます。エアコンはあくまでも補助的な高熱源とします。
コンクリート塊を熱源として有効に働かせるためには,屋内の熱を窓ガラスからできるだけ逃さないようにすることが肝要です。夏期の場合と逆に,窓ガラスを通しての外気との部分的な熱接触による冷却と放射冷却をできるだけ抑える手立てを講ずることです。やはり,遮光カーテンに効果があります。

3.ハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」における温度調節の例

ハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」における温度調節は,エアコンを用いて行われるような温度調節とは少々異なり,極めてアナログ的であるということです。夏期は窓を閉めて冷房を効かせる普通の温度調節をすればよいのですが,冬期はボイラーを一日中稼働させて温湯を循環させ,冷房をオン・オフして温度調節するというディジタル的な単純な温度調節法では蓄熱式木造住宅の意味が薄れてしまいます。
夏期の温度調節は,2.4に記したように,コンクリート塊の最高温度が28 oCを超えることはありませんから,窓を開けて風通しをよくすれば,エアコンを使わなくてもよいことになります。場合によっては短時間エアコンを働かせて,止めることをすれば快適に過ごすことができます。屋内温度が最高になる時間は外気温度に対して遅れがありますからそのことに注意して調節を考えるのがよいでしょう。
冬期における温度調節は,蓄熱式の特徴を発揮させないとハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」のメリットを生かせないことになります。2.3に記しましたように,コンクリート塊の温度を1 oCだけ高めるにも大きな熱量が必要です。そこで,夏から秋への季節変化を生かして適宜ボイラーを運転して適温に設定するようにします。すなわち,屋内温度が常に分かるように,温度計を置くことが重要です。筆者家屋の場合,10月末に昼間の室内温度が23 oC程度になります。そうなりますと,明け方には,温度が20 oC程度になりますので,夜半に温水の温度を50 oC程度に設定して,ボイラーを運転し温水を循環させるようにしますと屋内温度をほぼ23 oCに保つことができます。さらに屋外温度が下がりましたら,温水温度と運転時間を適当に選んで屋内温度の調節を行うようにします。この条件設定は,それぞれの家屋に固有のものですので,入居後の経験によって割り出さなければなりません。それによって,蓄熱式のメリットが生かせることになります。
ここで,気をつけなければならないのが屋内湿度です。冬期,八王子市を囲む大気の湿度は下がり,どの家屋も乾燥状態になります。ハリマハウスにおいても例外ではなく,普通の木造家屋と比べて,むしろ乾燥の度合いが高くなるようです。それゆえ,加湿器の使用をお勧めします。また,風呂場も,風呂場からの空気の流れが1階の各部屋に影響を及ぼすように行われていれば,浴槽の蓋を外し,風呂場のドアを開けてやれば,浴槽から蒸発する水蒸気が屋内を通りますので,屋内の湿度調節に役立たせることができます。換気における屋内空気の流れを検討されるのも一興と思います。
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筆者宅は2階建て住宅ですが,筆者と妻の適温は22~23oCです。そこで,10月末からの試行で,11月初旬以降,温度60 oCの温水を10時から12時まで循環させることで行っています。この条件ですと,雨天における階下の温度を22~23 oCの一定温度に保つことができることが分かりました。晴天のときは,階下は日当たりがよいので,日光を取り入れます。階下の最高温度は24oC位まで上がります。このような条件設定での,平成17年11月9日から11月24日までの間に朝7時30分から8時までの時刻に測定した階下と2階における温度と,対応する屋外の温度を測定しました。得られた結果を表すグラフを第5図に示します。階下の温度は雨天の日にはこの測定温度と殆ど変わりませんが,晴天の日は日光を取り入れることから,24 oC程度まで上がります。2階の温度は1日中殆ど変わりません。そこで2階の各部屋では,やや厚着にするか,エアコンを短時間運転させて温度を少しばかり上げることを行っています。12月,1月と外気温度は氷点下に下がりますが,昨年の経験からするとボイラーの運転時間を1時間延長するだけで第5図に示したような温度調節を行うことが可能とみています。

4.おわりに

以上,ユーザーの立場でハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」について記してみました。住宅の特徴を知るということが住まう上で極めて重要であることが分かりました。この住宅に住むようになってから2年を超えたところですが,まだまだ,特徴を掴んだと言い切れないようです。この一文がハリマハウス「高気密・高断熱・蓄熱式木造住宅」にお住まいの方々や,これからお建てになることを立案なさっている方々のご参考になれば幸いです。

注1.コンクリート塊の温度を1 oC上昇させるために必要な熱量
一般に物質の重量1 gの温度を1 oCだけ上昇させるために必要な熱量は比熱と呼ばれています。熱量の単位は1 cal(カロリー)で,1gの水の温度を1気圧のもとで(常圧下で)14.5 oCから15.5 oCまで上昇させるのに必要な熱量です。温度範囲が指定されているのは,この温度範囲で水の体積1 cm3の重量が正確に1 gになるからです。しかし,他の温度においても,実用上は水の体積1 cm3の重量を1gとして差し支えありません。さて,通常の鉄筋コンクリートの比熱は0.2 cal/g・ oCと得られています。すなわち,鉄筋コンクリート1tの温度を1 oC上昇させるのに必要な熱量は(1 kcal = 1,000cal)となります。したがってコンクリート塊の温度を1 oCだけ上昇させるのに必要な熱量は となります。

注2.1 l (1000 g) の水を25 oCから100 oCまであたためるのに必要な熱量
1 l(1000 g)の水を25 oCから100 oCまであたためるのに必要な熱量はとなります。

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