遮熱 | トップヒートバリアー工法

トップヒートバリアー遮熱工法

【用途】一般住宅・事務所・店舗・工場・鶏舎・畜舎・定温倉庫・保冷庫・鮮魚輸送

体温36.5℃より低い気温なのに何故暑く感じるのか!

気温30℃にも関わらず外に出ると茹だるような暑さ、実は太陽からの輻射熱が人体に照射されることにより、身体自体が熱を発し暑くなるからです。日陰に入ると涼しく感じるのは、太陽からの輻射熱の一部がカットされるからです。暑さ寒さの根源は、実は輻射熱の影響が最も大きいのです。

建物内でも熱移動の75%は輻射熱です

全米の多くの機関の報告として、建物内を通過する熱量の75%は輻射熱です。しかし、この輻射熱は断熱材では殆どカットする事が出来ません。そこで、宇宙産業から生まれた遮熱材が効果を発揮します。トップヒートバリアーは、輻射熱を97%カットします。

遮熱をすると体感温度が全くかわります

室内30℃でも暑さを感じなくなります。無論、冬場は低温でも寒さを感じにくくなります。体感温度が変わる事によって、エアコン等の冷暖房の使用頻度が大幅に減少します。しかも、室内の熱を屋外に逃がしませんし、屋外の熱も室内にとり取り込みませんので大幅な省エネ効果をもたらします。

夏は涼しく冬は暖かく大幅省エネ

室内29℃でもエアコンなしでいられます。

エアコンを使用しないと室温は外気温により上昇しますが、遮熱する事により室内温度は外気温より下がります。更に輻射熱がカットされる事により体感温度が変わりますで、エアコンなしでもいられます。

トップヒートバリアー遮熱工法の実施例

輻射熱って

1点から一直線に放射状に放出される熱線のことで、良く車輪に例えられます。他の物質に当るまでは一直線に進み、熱を発することはありません。物質に当って始めて反射、透過、吸収、放射が起こり、吸収されたものはその物質の状態変化に使われます。

輻射熱

代表的なのは太陽から地球に放射される熱放射(電磁波)です。太陽から地球に届くまでは熱を発しませんが、大気圏の塵、水蒸気或いは地球等に当たり、一部は反射され再び宇宙に放出されます。しかし約半分は地表に吸収され熱を発生、波長を変えたりしながら再び宇宙や他の物質に向かって放射されることになります。
地球から宇宙に向かって放射された輻射熱はそのまま宇宙にいくものと、温室効果ガスにて反射、透過、吸収、放射をしながらその一部は再び地表に戻ることになります。

建物への輻射熱

太陽からの輻射熱は屋根材に当り一部はそのまま反射されますが、殆どは吸収され熱となります。熱は温度の高い方から低い方に移動する法則に従い、大半は天井へと放射されることになります。天井に於いても同様の熱変換をしながら室内へと浸入することになります。

建物への輻射熱

遮熱とは

熱を遮ることで、外側からの輻射熱は外側に又内側からの輻射熱は内側に反射させ、内外の熱移動を無くすことにあります。
建物の周囲をトップヒートバリアーで囲んでしまうと、屋外からの熱は屋外に反射させてしまいます。又、同様室内側の熱は室内側に反射させることになります。
簡単に言えば魔法瓶のような状態となる訳です。

遮熱とは

遮熱性能の基本は反射率

遮熱の基本は反射です。つまり輻射熱の侵入してきた方向に反射させてやれば良いのです。従って、遮熱性能を高めるためには、反射率の高い素材が重要となってきます。

素材 反射率
レンガ 5~7%
アスファルト 10~15%
コンクリート 6~15%
窓ガラス 5~10%
8~10%
白金 93%
真鍮 93%
95%
アルミニウム(トップヒートバリアー) 96~97%

遮熱材は元々宇宙産業で開発されました。温度差の厳しい宇宙では、現在使われているような断熱材ではとても対応する事ができません。そこで考えられたのが金属です。特にアルミニウムは価格も安く、反射率も96~97パーセントと高く高性能な反射素材と言えます。私共が使用していますトップヒートバリアーは、高純度のアルミニウム素材を使用した遮熱材です。

反射率が97パーセントとは、97パーセントの輻射熱を跳ね返し残り3パーセントが吸収又は透過すると言う事です。ちなみに、建物に使用されているレンガ、コンクリート、ガラス、木材等の建材は反射率が15パーセント以下ですから、大半の熱を吸収してしまうことになります。

熱移動の三要素

熱の移動には3つの方法があります。

1:伝導熱

熱が物体を構成している分子運動が次々と隣の分子に伝播する熱移動のことをいいます。私達が冷たいガラスに手を当てると冷たさが手に伝わってくるのが解かりますが、この様に温度の異なる物体を接触させることで熱が移動します。勿論、気体や液体でもおこりますが、この様な流体の場合は伝導熱と対流熱が複合して起こる場合が多いのです。

遮熱とは

2:対流熱

気体や液体の内部に温度の不均一があると、高温の部分は密度が小さい為浮力で上昇、その部分に低温の密度の大きな流体の塊が入り込み、高温と低温の流体の塊が混合して全体の温度が一様になるまで移動し続けるものです。この移動方法は上下動のみで、室内で使用するエアコンはこれを強制的に上下だけでなく横方向にも熱移動させたものです。

遮熱とは

3:輻射熱

1点から放射状に一直線に進む熱線のことで、他の物質に当ると熱を発する性質を持っています。全ての物体は、その温度によって決定されるある特定の波長と強さの波をその表面から放射しています。これを熱放射と言いその正体は電磁波です。この電磁波は、他の物質に吸収されると再び熱となって物体の温度を上昇させることになります。日常使われます遠赤外線ヒーター等は、途中の空気は殆ど暖めませんが人体、床、壁、家具等に当るとそれを温め、二次輻射を伴い部屋の隅々まで温かくします。

※ 遠赤外線ストーブをつけた状態を上部よりサーモグラフィーにて撮った映像です。
  ストーブからの輻射熱は前方の空気を温めないのが解ります。

遮熱とは

建物内を通過する熱移動の割合

全熱移動の75%は輻射熱!

建物内を通過する熱移動は、伝導熱と対流熱が殆どであると考えられてきました。しかし、全米の多くの機関の報告として、実際には殆どが輻射熱でその量は全熱量の75パーセントを占めるとされています。 以下の図は、その割合を示しています。例えば、左の図は屋根方向から来る熱の割合を示しています。断熱材等で対応出来る伝導熱は5~7パーセントで約93パーセントが輻射熱です。即ち、この輻射熱をカットしない限り省エネは難しいことを表しております。

建物内を通過する熱移動の割合

断熱性の比較データ

トップヒートバリアーの熱還流抵抗R=3.662?u・k/w

遮熱材は施工性や耐久性、或いは性能維持の為、アルミ単体で使用される事はなく、通常他の素材との複合体にして使われます。又、これら遮熱材の性能評価は、外壁材や石コウボード等で壁体をつくり、その中に遮熱材を設置して現実に近い状況で行なわれます。遮熱材の反射率が高い事は重要ですが、最終的には、この熱還流抵抗の値が遮熱材の性能を評価する最も重要な値となります。

栃木県産業試験センターでの熱還流試験

断熱材の種類 熱伝導率(λ) 100mmの熱抵抗(R) 備考
静止空気 0.025 4  
グラスウール10K 0.5 2  
ロックウール 0.038 2.631  
高性能グラスウール 0.038 2.631  
押出発泡ポリスチレン 0.04 2.5  
発泡スチロール 0.032 3.125  
硬質ウレタンフォーム 0.025 4  
トップヒートバリアー 3.662 t=0.2

輻射熱と伝導熱では性質が異なるので正しい比較とは言えませんが、計算上では
トップヒートバリアーTHB-M T=0.2  熱還流抵抗R=3.662とは、
○グラスウール10K  換算    183mm相当
○発泡スチロール   換算    117mm相当
○硬質ウレタン     換算     92mm相当

トップヒートバリアー温度の検証

サーモグラフィーによる温度検証(1)

石油ストーブの前にトップヒートバリアーTHB-Mを置いた場合のサーモグラフィーの撮影写真です。ストーブからの輻射熱の殆どが反射され、裏側への熱移動がない事が解かります。トップヒートバリアー前に赤くなっているのは、反射された輻射熱が床に当たっている為です。

サーモグラフィーによる温度検証(1)

サーモグラフィーによる温度検証(2)

ちょっと過酷ですが、木製模型建物の上部から150度の熱をかけてみました。天井裏にはTHB-Pを施工しました。

サーモグラフィーによる温度検証(2)

遮熱ボックスによるテストデータ

同じ外型寸法(内部空洞)の硬質ウレタン・トップヒートバリアー・合板9mm+アルミの各容器に遠赤外線を照射し、温度測定をしました。

遮熱ボックスによるテストデータ

2)実験結果

遮熱ボックスによるテストデータ

2)(結果)ボックス内の温度差は約20度の温度差を確認しました。

遮熱パネルデータ

18cm角で厚み25mmの箱の片面に黒色ステンレス板を取り付け、中央部にトップヒートバリアーTHB-Sを施工した場合の温度を測定した。

遮熱パネルデータ

時間(分) 温度測定(1) 温度測定(2)
0 17 17
5 45 17
10 49 18
15 51 18
20 52 19
25 54 21
30 54 22
35 55 22
40 55 23
45 56 24
50 55 26
55 55 26
60 55 27
65 55 27
70 55 28
75 55 29
80 55 29
85 55 29
90 55 30
※各箱の内寸法 18cm角

遮熱パネルデータ

2)(結果)25度の温度差を確認しました。

ルーフデッキ屋根での温度測定

遮熱塗装が施工された工場折半屋根における温度測定試験です。

ルーフデッキ屋根での温度測定

鉄骨平屋の建物の測定

鉄骨平屋建て工場の天井のみにトップヒートバリアー工事を施工しました。
【条件】
○ 遮熱工事施工は天井裏のみ実施
○ いずれもエアコンを使用していない状況
○ 測定日は異なる。
○ 平屋建て鉄骨工場  床面積面積 165平方m

鉄骨平屋の建物の測定

(結論)施工後は、室温は29℃あるがエアコンは使用しないで作業が出来る状況となった。

■考察
[A]室温
○ 施工前は、外気温より6.3度高い。
○ 施工後は、外気温より5.5度低い。
※結果…相対室温低下効果は、11.8℃となった。
[B]小屋裏温度
○ 施工前は、外気温と小屋裏の温度差は38.4℃
○ 施工後は、外気温と小屋裏の温度差は37.2℃
※結果…遮熱による小屋裏温度の上昇はない。

遮熱塗装との比較

遮熱塗料とトップヒートバリアー使用による省エネ

大きな違いは
○ 反射塗料は、片面(外部からの輻射熱)のみしか反射しない。遮熱材は両面反射。(屋外は外に、内側は室内に反射)
○ 遮熱塗料は、ライフが5~10年で再施工、 遮熱材は、半永久的
○ 遮熱材は、投資効率が高い。

遮熱塗料と遮熱材の比較

項目 遮熱塗料 トップヒートバリアー
反射率 60~80%前後 97%
反射領域 可視光線以上の波長 紫外線以上の波長で範囲が広い
耐久性 5~10年(最施工要) 半永久
反射面 1面 2面(両面)
風(対流)の影響 受けやすい 内部取付の為少ない又は無し
塩害、酸性雨害 受けやすい 内部取付の為無し
埃の影響 受けやすい 内部取付の為無し
冬場の効果 効果が低い 夏場と同程度の効果あり
施工面 屋根、壁、ガラス 屋根、壁、床下
投資効率 低い 高い

THB遮熱省エネ試算プロセス

店舗や工場等大型建物は省エネ試算を!!

いくら良いものであっても、実際にどのくらいの省エネになるか解からないと実施に中々踏み出せませないと思 います。弊社は、実際どのくらいの電力削減が見込めるかを試算しご提案致します。

「THB遮熱省エネ試算のプロセス」

1) 建物の図面のチエツク及び現地確認
2) 最適施工方法の検討
3) 電力削減額の試算
4) 見積書の作成

2015年3月 2015年3月

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