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熱の伝わり方と断熱材の違い

住まいづくり入門

四季を通じて快適に過ごせる住まいを実現しようと考えた場合、家を出入りする「熱」の存在を無視するわけにはいきません。その熱をコントロールするしていくためには、熱の仕組みについて理解が必要です。

ここでは熱が伝わる仕組みについて、火にかけたヤカンを例に説明していきましょう。

熱の伝わり方には「伝導」「対流」「輻射」の3種類があります。

「伝導」とは物質の中を熱が伝わることをいいます。一般的に、個体>液体>気体の順番に熱を伝えやすい性質を持っています。ガスの炎がヤカンの底を暖め、その熱がヤカンの内側へ。そしてその熱は水へと伝わっていく・・・これが伝導です。

「対流」とは熱を蓄えた気体や液体が移動することで熱を他の物質に伝えていくことをいいます。ヤカンの中では、ヤカン下部の水が温められ、水が上部に移動し上部の温度の低い水が下部に移動します。やがてヤカンの水の温度は均一になっていきます。これが対流です。

「輻射」とは熱が電磁波の形で物体から物体へ直接伝えられる現象をいいます。コンロの前に立っていると「暖かい」と感じるのが輻射です。太陽が姿を現すと暖かい、太陽が雲に隠れると寒い・・・。これも太陽が出ている間は輻射により熱を感じているからです。

 

さて、ここまで熱の伝わり方には3種類あることがわかりました。それを踏まえた上で、家の熱をコントロールするための断熱材とその性能についてご説明していきます。

「断熱」とは文字通り「熱を断つ」ということ。つまり熱の伝わり方を小さくするために、家の外皮部分に計画するのが断熱材です。断熱材を入れる位置については、柱と柱の間に断熱材を入れる「充填断熱」と、柱の外側に断熱材を連続させる「外張り断熱」がありますが、今回は割愛します。

断熱材には大きく分けて「繊維系断熱材」と「発砲プラスチック系断熱材」に分かれます。

代表的なものとして、繊維系断熱材にはグラスウールやロックウールが含まれ、発砲プラスチック系断熱材にはウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォームなどが含まれます。

ちなみに、繊維系断熱材は形が自由自在になるのでリフォームなどの場面では、既存の天井や屋根の形状に追従するので施工しやすいというメリットはありますが、形が一定化せず保水性があるので外張り断熱などには適しません(※保水性はありますが吸水性はありません)。

また、断熱材の性能は「熱伝導率」により比較することができます。熱伝導率とは熱の伝えやすさを示すもので、数値が小さい方が熱を伝えにくいということになります。

下記に各種断熱材と熱伝導率を示します。単位はW/(ⅿ・K)

・高性能グラスウール断熱材24K・・・0.036
・押出法ポリスチレンフォーム保温板3種・・・0.028
・フェノールフォーム保温板1種・・・0.022
・硬質ウレタンフォーム保温板2種・・・0.024

断熱材と一言で言っても、熱伝導率(性能)に違いがあることがお分かりいただけると思います。また断熱材は熱を止めることを目的とした素材なのですが、素材の特性上、輻射熱を止めるのが難しいといわれています。そこでこの問題を解決するために、アルミなど輻射熱を止めるために有効な素材を貼り合わせたものもあります。

この図ように、ポリスチレンにしてもフェノールにしてもウレタンフォームにしても、「伝導」と「対流」は止めることができるものの「輻射」だけは止めることができません。しかし、断熱材をアルミなどの輻射熱を遮断することができる素材でサンドウィッチすれば状況がかわります。このような断熱材であれば輻射熱もしっかりカットすることが可能になります。これで熱の3要素全てに対応することができたということになります。

ここで注意したいのがアルミだけの場合は、輻射を止めることができても、伝導と対流が止められないということ。断熱という観点で考えるとアルミだけでは万能とは言えませんので注意が必要です。

ちなみに、硬質ウレタンフォームをアルミでサンドウィッチした断熱材「高性能硬質ウレタンフォーム(Q1ボード)」の熱伝導率は0.021。上記の断熱材熱伝導率比較と比べても高い性能を有した断熱材であることがわかります。

「熱の伝わり方」と「断熱材の性能」。夏涼しく・冬暖かいという室内環境を実現していくためには、断熱材の性能にこだわることが重要なポイントのひとつ。あなたが検討している住宅の断熱材はどんな素材ですか?また熱伝導率はどれくらいのものですか?ぜひ一度チェックしてみてください。

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