躯体の温度・熱蓄積について考える

先日、約7年ぶりにスマホをiPhone5Sから8に買い替えました。
いやーさすがに3世代以上も先の機種に変えるとびっくりするほど変わりますね。

各種アプリの立ち上がりめちゃくちゃ早いし、
スマホゲーの動作もスムーズ。
充電もめっちゃ持つといいとこだらけです。

ただ5Sから8になってサイズが大きくなってしまい、
持った感じの違和感はまだありますね。
ま、使っていけば慣れるでしょう

では本題入ります。
今回は躯体の温度と熱蓄積について考えていきます。

この躯体の温度と熱蓄積は家の快適性と親密に関係しており、
高気密高断熱の家であっても、これを考慮しないと不快な家になってしまいます。

むしろ、家から熱が逃げにくくなる高気密高断熱の家ほど、
十分に考える必要があるでしょう。

というわけで、今回は自分の勉強の意味も兼ねて、
躯体の温度と熱蓄積についていろいろと考えてみます。

大事なのは気温ではなく躯体の温度

まず躯体の温度について考えてみましょう。

比較用に以下の図を用意してみました。
想定している季節は冬です。

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左側は室内の気温が高いが、躯体(壁、屋根など)の温度が上がっていない状態。
右側は室内の気温も躯体の温度も高い状態です。
両者を比較した場合、より暖かそうと感じるのはどちらでしょうか？
どちらも気温が全く同じであれば変わらないと思いませんか？
思いますよね？(威圧

実際は躯体の温度が高いほうが体も温かく感じます。
理由としては、躯体の温度が低いと冷輻射の影響が出るからです。

冷輻射を説明する前にまず輻射について説明します。
輻射というのは温度が高い物体から温度が低い物体に、
熱エネルギーが電磁波という形で伝わる現象です。

そして、冷輻射というのは体から温度が低い壁や窓へ
電磁波という形で熱が奪われて寒くなる現象のことです。

図で表すと↓のようになります。

どんなに室温が高かったとしても、躯体が温まっていないと、
体の熱を壁や天井に向かって電磁波として逃がしてしまうわけです。

躯体が温まっていても、体から躯体に逃げる熱はありますが、
温度差が小さいため逃げる量が小さく、あまり寒さを感じないのです。

西方先生著「最高の断熱・エコハウスをつくる方法」によると、
体感温度はおおよそ「(室温+壁や天井の表面温度)/2」となるそうです。

例えば室温が20℃あっても躯体の温度が10℃だと
体感としては15℃くらいに感じるわけです。

ちなみに床暖房がエアコンよりも温かく感じる理由もこれです。
足元が温まりその空気が昇ってくるからというのもありますが、
それに加えて輻射熱の効果があるため、より暖かく感じるのですね。

以上のことから、躯体の温度が重要だということを感じていただけたと思います。

ちなみに夏の場合はこれが逆になります。
下の図を見てください。

部屋の空気だけ冷やしても、躯体が外気や日射で温まったままだと
躯体からの輻射で体に熱が発生し暑く感じます。

では躯体の温度を調整するためにはどうしたらいいのでしょうか？

躯体の温度を調整する

躯体の温度の重要性を感じていただいたとは思いますが、
では躯体の温度を調整するためにはどうすればいいのでしょうか？
ざっくりと以下の2点が考えられます。

　・高気密高断熱の家にする
　・エアコンをつけっぱなしにする。

以上の2点があげられます。それぞれ考えていきましょう。。

高気密高断熱の家にする

躯体の温度を上げるためには、そもそも熱を逃げにくくする必要があります。
これも図にしてみました。

躯体を暖めるためにはまず部屋を暖め、
その熱で躯体を暖める必要があります。

しかし、躯体やその隙間から外へと逃げていく熱があるため、
できるだけ高気密高断熱にすることで熱を逃げにくくする必要があるわけですね。

この時、断熱材で重要なのは熱抵抗と熱容量です。

熱抵抗はその名の通り熱の通りにくさです。
高ければ高いほど室内の熱が逃げにくくなるので、
躯体に熱が伝わりやすくなるし、温まった躯体が冷めにくくなります。

熱容量はその物質の温度を1℃変化させるために必要なエネルギのことです。
これが高いほど一度温めてしまえばそこから温度が下がりにくくなります。
わかりにくいという人は、熱容量が高いほど熱を蓄積できると
考えればいいと思います。

熱容量はそこまで考えて材料を選定する必要ありません。
大事なのは断熱材に十分な厚みを確保するということです。
厚みを確保すれば熱容量が大きくなり、躯体の温度が安定します。
ついでに熱抵抗も増えるので一石二鳥ですね。

こうしてみると断熱材の厚みはとても大事なことがわかります。

ちなみに夏の場合は真逆に考えればいいです。
高気密高断熱の家かつ熱容量が十分にある家であれば、
エアコンで冷やした躯体は熱抵抗で冷気が逃げにくくなり、
また、日射でも温まりにくくなります。

熱容量がイメージしにくいという人は、水と空気で比較するとわかりやすいかも？

火の近くの空気は火をつけた瞬間からすぐ熱くなりますが、
水はなかなか熱くならないですよね。
しかし火を消した時は空気はすぐに冷めますが、水はしばらく熱いままです。
これは水のほうが空気よりも熱容量が大きいからですね。

余談ですが、こまめにエアコンをON/OFFするような生活の場合、
むしろ熱容量が低いほうが躯体が温まりやすいor冷めやすいため、
すぐに快適な状況にすることができます。
ただし、この場合は躯体が外気温の影響を受けやすいため、
エアコンで温めるor冷やし続けるための電気代が高くなってしまいます。

エアコンをつけっぱなしにする

ではもう1つの躯体の温度を調整する方法である、
エアコンをつけっぱなしにすることについて考えていきましょう

先ほど見せた図をもう一度見せます。

冬に躯体を暖めるためには暖房をつけっぱなしにする必要があります。
なぜなら付けたり消したりしていると、
暖房を消している間に躯体から外へ熱が逃げて温度が上がりません。
結果として↓のように冷輻射によって気温が高くても寒さを感じてしまいます。

このつけっぱなしにするという行為ですが、
ひと昔前であれば家の気密・断熱性能が低かったため、
非常に効率が悪い冷暖房方法でした。

しかし今は家の気密・断熱性能が格段に良くなっているため、
つけっぱなしのほうがむしろ電気代が安くなるといわれています。

これはそんなに難しい話ではなく、
温度を変化させるのには多大なエネルギを消費しますが、
維持するのはそこまでエネルギを消費しないというお話ですね。

その副次的な効果といってもいいのかもしれませんが、
高気密高断熱の家でエアコンをつけっぱなしにすることで
躯体に熱が蓄積し、躯体の温度が上がっていきます。

こうなると冷輻射によって体が冷えることがないため快適性が増します。
また、躯体に熱が蓄積しているため、躯体の温度が安定するようになります。

経済的にも快適性を考えても、高気密高断熱の家では
エアコンをつけっぱなしにすることがよさそうですね。

ちなみにこれは夏の場合も同じようなことが言えます。
エアコンをつけっぱなしにすることで躯体に冷気が蓄積し、
躯体の温度が外気や日射の影響を受けにくくなります。

熱蓄積と日射

熱蓄積と日射については密接にかかわっており、
これを考慮しないと高気密高断熱の家でも不快になってしまいます。

大事なのは夏の日射遮蔽と、冬の日射取得です。
それぞれ考えてみましょう。

夏の日射遮蔽

夏は日射による気温上昇が不快の原因になるため、
カーテンやブラインドなどで日射が入らないように工夫する必要があります。

特に気を付けたいのは西日と東日です。
南からの日射と比較し、低い位置から日が差してくるため、
屋根だけでは十分な遮蔽が行えません。

そこで活躍するのがカーテンやブラインドなわけですが、
これらも実は十分とは言えません。

例えば↓の図のようにカーテンで遮蔽をしたとしましょう。

この場合、カーテンに熱が蓄積してしまうため、
室内が多少ではあるものの温まってしまいます。

ではカーテンがない場合はどうなるか？

見てわかる通り床に熱が蓄積するようになります。
場合によっては壁にも蓄熱してしまいます。

躯体はカーテンよりも大きいため、当然大量の熱を蓄積します。
一度ため込んでしまうとなかなか冷めてくれないため、
寝苦しい夜を過ごすことになります。

東日や西日が当たる時間は、南日ほど長くはないですが、
夏の場合はもともと躯体が熱が蓄積しやすいわけなので、
この影響が馬鹿にできないわけです。

どうせ夜になれば西日も差さなくなるから大丈夫なんて考えていると、
日射によって蓄積した熱に悩まされることでしょう。

特に高気密高断熱の家では熱が逃げにくくなっているので、
日射遮蔽の重要さがより高くなることを意識してください。

日射遮蔽に一番有効な手段は簾や外付けブラインドなどですね。

窓の外側に日射の遮蔽物を設けることで、
日射を防ぎ、熱も中に入れずに済みます。

ただ、外に放置する分、耐久性にも気を使う必要があります。
コスパだけを考えれば簾が一番いいのですが、
和風の家じゃないと外観に合わせにくいようです。
見た目にこだわる人にとっては大きなデメリットかもしれないですね。

クロセは全く気にしないので積極的に使用すると思います。

冬の日射取得

冬の場合は日射取得をうまく利用することで、
暖房費を大きく補うことができるようです。

日射取得で特に大事なのは南からの日差しを取り入れるということですね。
クロセ家の間取りを見るとこんな感じです。

ちょっとごちゃごちゃして見にくいですが、
赤丸を付けている箇所がそれぞれ南からの日射取得を狙った窓です。

これらの窓から入る日射によって主寝室とリビングに熱蓄積をし、
暖房費の足しになるようにしています。
窓自体も日射取得型にすることで、より日が入りやすくしています。

日射で温まることがそこまで暖房に寄与するのかと思う人もいるかと思いますが、
温まって終わりではなく、躯体に熱が蓄積していくわけです。

昼間に熱蓄積しておくことで夜もその効果を発揮します。
特に床を暖めることで、輻射と接触による熱伝導によって二重に温かくなるため
冬はうまく日射を取り入れることで快適性が大きく変わります。

また、夏には不快の原因になった西日と東日ですが、
冬の場合は有効に働くかというと実はそうでもありません。

前述のとおり西日と東日は日射時間がそこまで長くありません。
夏であれば気温の高さもあって熱が蓄積してしまいますが、
冬の場合は気温が低いため、西日と東日程度の熱蓄積では
すぐに熱が逃げてしまうわけですね。

このことを考慮すると、
西日と東日は基本的に日射遮蔽を重視すべきでしょう。
クロセも西向き東向きの窓は日射遮蔽型にしました。

このように熱蓄積と日射は、快適に過ごすために重要な要素になります。
間取りを考えるときにはこのこともぜひ意識してみてください。

まとめ

今回は躯体の温度や熱蓄積について考えてみましたが、
最後に今回の考えた結果をまとめてみます。

　・気温だけでなく躯体の温度を調整することで快適性が上がる
　・高気密高断熱の家でのエアコンのつけっぱなしは経済的・快適性に有利
　・夏の高気密高断熱の家では日射遮蔽が不十分だと熱が蓄積し不快になる
　・冬の高気密高断熱の家では日射取得によって暖房の補助になる
　・東西の窓は日射遮蔽を、南の窓は日射取得を重視するべき

ちょっと全体的にまとまりのない記事になってしまいましたね(;´Д｀)

今回はクロセの家で考えているため、
高気密高断熱の家が前提になっていますが、
普通の家でも最近の家はそれなりに性能が高いため、
同じような考え方で問題ないと思います。

この考え方は実際に応用できるかはわかりませんが、
知っておけば何か役に立つことがあるかも！？

では。