自然温度差の注意点とメリット

断熱性能を表す指標としては UA値(外皮平均熱貫流率)Q値(熱損失係数)が有名ですが、この頃は一部で自然温度差も利用されているようです。

自然温度差は熱量ではなく℃単位なので、Q値やUA値と比べると直感的にわかりやすい数字です。しかし、Q値やUA値が断熱指標として完ぺきではないのと同様、この指標にも限界はあります。それでも、省エネ住宅について考えるうえで重要な視点が得られるという大きなメリットもあります。

ここでは、自然温度差の注意点やメリット、その活用方法について検討したいと思います。

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自然温度差とは?

自然温度差とは、冷暖房を使用しない場合に理論上導き出される、室温と外気温の温度差のことです。冷房を使用しないので、室温は必ず外気温よりも高いことになります。たとえば、自然温度差が 10℃なら、外気温が 10℃のときの室温は 20℃になります。真冬なら、自然温度差が大きいほど暖房エネルギーが小さくて済むというわけです。

これだけの説明だと単純ですが、きちんと考えるにはその理論的な根拠を知っておく必要があります。

この自然温度差は、以下の式で表すことができます。

自然温度差 =(日射取得熱 + 内部発熱)÷ 総熱損失係数

ここで、

総熱損失係数[W/K] = Q 値[W/㎡K] × 延床面積[㎡]

です。気密性能を考慮する場合、(Q + C/10) x 延床面積 と計算することもできます。

解説すると、Q 値は内外温度差 1℃のときの住宅全体の損失熱量を単位面積当たりで示す指標です。なので、面積をかけることで算出される総熱損失係数は、内外温度差 1℃のときの住宅全体の損失熱量を示すことになります。

住宅内では、日射熱と内部発熱(人体からの熱や家電など、生活上発生する熱)が自然に発生する熱なので、これを総熱損失係数で割ることにより、暖冷房を使用しない通常の生活で平衡状態になる内外温度差(=自然温度差)が導き出されるというわけです。

これらのパラメータのうち、内部発熱は一般的な定数(※)が使用されますが、日射取得熱は計算が難しいため、専用の計算ソフトが必要になり、素人が手計算することはできません。

※面積に比例するという想定です。この想定が正しいかは疑問もありますが、ここでは特に掘り下げません。

自然温度差の注意点

自然温度差についての理解が深まった(?)ところで、自然温度差という理論値の注意点を考えてみたいと思います。

自然温度差10℃の年間室温はこうなる?

自然温度差は通常、暖房費をかけずに家を暖かくできる指標として、大きいほど良いような意味で使用されています。

しかし、室温が外気温より常に 10℃高い生活を想像してみてください。

次に示すのは、東京の気温(2020年)と、+10℃の温度の一年間の変動です。

黄緑で汚いスプレーを付けた範囲は、一般に快適とされる室温のつもりです。

これを見ると、自然温度差が大きい住宅は、冬は確かに暖かく、暖房の必要性も小さそうに見えます。一方で、5月から10月までは地獄のようにも見えます。実際には冷房もあるので地獄にはなりませんが、暖房代が減っても代わりに冷房代が増えてしまうようでは意味がありません。

この問題は実際にはもっとマシだし、設計や生活方法しだいでさらに軽減することができます(詳細は以下記事を参照)。

高断熱住宅は暑くてエアコンが欠かせないという問題【中間期の暑さ対策】

それはさておき、この仮定と現実との差が自然温度差の注意点でもあり、メリットでもあります。以下で詳しく検討します。

自然温度差は一定ではない

自然温度差という数値を一つ提示されたとしたら、それは定数のような気がしてしまいます。しかし実際の自然温度差は分子も分母も常に変動するものであり、どの時点で見るかによってかなり差が出ます。

分子の内部発熱はそもそも家庭による差が大きいことに加え、在宅人数や家電などの使用状況によっても変動します。また、分母の総熱損失係数は、通風(換気増)によって大きくすることもできます。

なかでも影響が大きいのが、分子の日射取得熱の変動です。これには、日変動と、季節的変動があります。当然ながら、日射熱は晴れた日の日中が最大であり、夜や雨の日にはかなり少なくなります。また、太陽の方位は季節で変わるため、夏と冬とでは時間帯ごと・部屋ごとの日射取得熱量はまったく別物になります。

自然温度差の計算で使用されるのはおそらく暖房期の平均値でしょうが、このように実際は自然に左右され、時間によっても異なるものです。とはいえ、室温が常に外気温に連動し、「室温=外気温+自然温度差」になるわけでもありません。断熱や蓄熱の効果で室温はより安定しますが、自然温度差の計算では蓄熱までは考慮されません。平均値では適温に見えても、冬の無暖房では昼に暑く夜は寒い可能性だってあるわけです。

自然に左右される太陽光への依存度は、高すぎると温度の安定性を損なうこともあります(特に断熱性能が低い割に日射取得熱が大きい場合。極端な例がビニールハウス)。自然温度差が大きい住宅のほうが必要な暖房エネルギーが少ないのは本当でしょうが、暖房使用や冷房期を含めて快適な暮らしを実現することが目的であれば、日射熱には絶妙なさじ加減が求められることでしょう。

参考 南面の窓はトリプルよりペア?日射熱取得型と遮熱型はどっち?

自然温度差はどのくらいが理想か?

このように考えると、自然温度差は単純に高ければ高いほどよいという指標ではありません。直感的には寒冷地ほど高いほうがよさそうですが、何℃が理想的かというと、よくわかりません。

Q 値や UA 値は HEAT20 などで目安が示されていますが、自然温度差で地域別の目安は見たことがありません。

それでは指標としてイマイチな気がしますが、私はそれでよいと思っています。そもそも、前述のように計算式の各項が現実的には定数とは見なせないものばかりであり、それらから計算される値は平均的な目安にしかできず、信頼性は低いと思うからです。

数値自体より重要なのは、自然温度差の概念を理解して設計や生活に活かすことだと思います。それができるのは、自然温度差には次のメリットがあるからです。

自然温度差のメリット

自然温度差は ℃単位なので Q 値や UA 値と比べてわかりやすいことがメリットのように見えますが、前述のように自然温度差の解釈は意外と単純ではありません。

私が思う自然温度差のメリットは他にあり、それは、式を考えることで省エネ住宅のポイントが網羅できることです。

省エネ住宅を考えるうえで、自然温度差の計算に使われる各項(日射熱、内部発熱、断熱性能 Q値、気密性能 C値、床面積)はどれも重要ですが、自然温度差では、それらの効果がよくわかります。各項の数値が変化したとき、自然温度差がどの程度上下するのかを考えればよいのです。

これには、Q 値や UA 値ではわからない以下のメリットがあります。

日射取得熱を考慮できる

Q 値や UA 値は日射熱を考慮しません。そのほうが住宅会社側の計算はラクですが、住宅の温熱環境にとって、日射取得熱の影響は無視できるものではありません。

その点、自然温度差では日射熱を計算する必要があるため、より正確なシミュレーションに基づいた設計が期待できます。

自然温度差は必須の指標ではありませんが、これを計算してくれる住宅会社は日射熱のことをちゃんと考えている傾向があるでしょう。

冬に暖かく夏に涼しくする方法を検討できる

自然温度差は一般的には暖房期の指標ですが、通年での自然温度差を考えることは重要です。前出の 10℃高い場合のシミュレーションからわかるように、自然温度差は、冬に大きく、5~10月頃に小さいことが理想的です。

このメリハリをどうやってつけるかが設計のポイントで、日射の管理と換気量の調整が有効でしょう。自然温度差は冷暖房を使用しない場合の数値なので、冷暖房の使用を極力減らしたい場合は特に参考になるはずです。

詳細
日射の管理で実現する省エネ住宅
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コンパクトな住宅の良さがわかる

自然温度差のメリットは他にもあります。Q 値や UA 値は単位面積あたりの指標なので、家の大きさが考慮されません。床面積が小さい住宅ほど安く省エネなのは間違いないのに、そのことは断熱指標でわからないがため、軽視されがちです。

自然温度差の計算では床面積が考慮されるので、Q値を1割小さくすることと、床面積を1割小さくすることの効果が同等であることがわかります(実際には暖冷房を使用する場合、そのエネルギー量も面積に比例するため、同等以上の省エネ効果があります)。

また、自然温度差の計算式をよく見ると、コンパクトな住宅ほど内部発熱の影響が大きくなり、自然温度差が大きくなりやすいことがわかります。これには良い面と悪い面がありますが、コストに関してメリットが大きいので、この点まで評価できることは自然温度差の優れたポイントでしょう。大きく高額な住宅を売りたい住宅会社は施主に知られたくないかもしれませんが。。

参考 高断熱住宅に特有の間取りの注意点【大は小を兼ねない】

そういうわけで、Q値やC値と併せて自然温度差を考えることはお勧めです。

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