外皮平均熱貫流率UA値とは?数値に実感がもてる(?)解説

現行の省エネ基準で住宅の断熱性能を表す指標として使われている UA 値(外皮平均熱貫流率)とは、どのような数値なのでしょうか。

熱損失係数 Q 値についての実用上(?)の解説に引き続き、UA 値とは何かについての解説を試みたいと思います。

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UA 値の定義

最初に一般的な定義を紹介しておきますが、この節は読み飛ばして結構です。

UA 値は次式で表されます。[ ] 内は単位です。

UA 値 [W/(㎡・K)] =(温度差 1 ℃あたりの建物の熱損失)[W/K] ÷(外皮面積)[㎡]

単位について補足すると、

W:電力の単位と同じ、ワットです。1 W = 1 J/s(1 秒あたりの熱量・ジュール) です。
㎡:面積の単位、平方メートルです。1 坪は約 3.3 ㎡ です。
K:絶対温度の単位、ケルビンです。摂氏温度(℃)に 273 を足すと K になるので、温度差を考える場合は ℃ と同じと考えて問題ありません。

UA 値と熱損失係数(Q 値)の単位 [W/(㎡・K)] は同じです。このため、UA 値に外皮面積を掛け算すれば、温度差 1 ℃あたりの熱損失 [W/K] を計算することができます。

異なる点は、UA 値の場合は外皮面積で計算するのに対し、Q 値の場合は延床面積で計算することと、UA 値には換気による熱損失が含まれないことです。違いの詳細については、「断熱性能を示すQ値とUA値の違いと注意点」で説明しています。

「外皮平均熱貫流率」とは何か?

UA 値の意味を理解するには、まず「外皮平均熱貫流率」という用語を分解して見ていくことにします。

まず、「外皮」とは、室内と外気の温度を分ける断熱層のことです。具体的には、家の壁や屋根(または天井)、床(または基礎)などの断熱材が入っている層と、窓や玄関扉などの開口部があります。

「熱貫流率」とは

次に、「平均(Average)」はひとまず飛ばして、「熱貫流率」とは何でしょうか。

熱貫流率 U の単位は [W/(㎡・K)] であり、単位面積あたり、温度差 1 ℃あたりの熱の移動のしやすさを表しています。

熱伝導率との違い

熱の移動のしやすさについては、「熱伝導率」という用語のほうが有名です。何が違うかというと、熱貫流率が「単位面積あたり」の指標であるのに対し、熱伝導率は「物質」の熱移動のしやすさを表す指標です。

たとえば、熱伝導率では木材と発泡スチロールの熱移動のしやすさを比較することはできますが、厚さの異なる 1 平方メートルの木材と発泡スチロールとで熱移動のしやすさを比較することはできません。

この異なる種類の断熱層の比較に使えるのが、熱貫流率です。熱貫流率では、材料の厚さまで考慮して、熱移動のしやすさを表すことができます。

熱貫流率は「単位面積あたり」の指標なので、複数の材料で構成される複層ガラスでも、壁や天井の断熱材と同列に比較することができます。

参考 断熱性能は窓、壁、換気で決まる(部位別の断熱性能比較)

熱貫流率の計算

ちなみに熱伝導率の単位は [W/(m・K)] であり、単純な断熱材であれば厚み [m] から熱貫流率 [W/(㎡・K)] を計算することができます。

たとえば、熱伝導率 0.04 [W/(m・K)] の断熱材が厚さ 10cm = 0.1m のときの熱貫流率を U1 とすると、

U1 = 0.04 ÷ 0.1 = 0.4 [W/(㎡・K)]

となります。同様に、厚さが 20cm = 0.2m のときの熱貫流率を U2 とすると、

U2 = 0.04 ÷ 0.2 = 0.2 [W/(㎡・K)]

となります。

U1 から U2 で断熱材の厚さが 2 倍になったので、熱を通しにくくなり、熱貫流率は半分(1/2)になっています。

熱抵抗値(R 値)とは

このように、熱貫流率は、断熱性能が高ければ高いほど反比例して小さくなるという、ちょっとわかりづらい指標でもあります。

そこで使われるのが、熱抵抗値(R 値)[㎡・K/W] です。これは熱貫流率の逆数であり、次式で表すことができます。

R 値 = 1 ÷ U

先ほどの例を R 値で比較すると、10cm の断熱材が 2.5、20cm の断熱材が 5 となり、断熱性能が 2 倍になったということがわかりやすくなります。

ちなみにこの R 値は、(厚さ)を(熱伝導率)で割ることでも求められます。

改めて、外皮平均熱貫流率とは?

ここまで理解すると、「外皮平均熱貫流率」という言葉の意味がわかりやすくなったのではないでしょうか。

つまり、UA 値(外皮平均熱貫流率)とは、壁や天井、窓などもひっくるめた、平均の熱貫流率なのです。

UA 値が 0.4 の住宅であれば、住宅の平均的な熱貫流率は厚さ 10cm のグラスウールと同レベル、ということです(グラスウールもピンキリですが)。

平均を考えるうえでは、窓などの部位は面積が大きいほど UA 値への影響が大きくなります。熱貫流率が一番大きい部位は一般に窓なので、窓を小さくすれば UA 値は小さくなります。

特に説明が改まっていないので、わかりにくかったら申し訳ございません。。

ついでに細かいことですが、充填断熱(not 外断熱)の場合、柱などは断熱層において断熱材が入らない箇所になります。
この木材部分は熱を通しやすい部分(熱橋部)となり、これも割合に応じて考慮する必要があります。
この熱橋部の割合は木造軸組工法よりもツーバイ工法のほうが大きいので、断熱材の厚みが同じなら軸組工法のほうがわずかに断熱性能が高くなります。

参考
断熱性能はどこまで求めるべきか(Q値とUA値)
高断熱・高気密に対応するハウスメーカー等のQ値、UA値、C値の一覧
高気密・高断熱住宅に関するまとめ(記事紹介)

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