セルロース断熱材

セルロース断熱材は、壁や屋根の空洞に断熱、防風、騒音低減の目的で使われる植物繊維です。一般的に建物断熱材は、建物の熱損失と熱取得を減らし、騒音の伝達を減らすために使用される低熱伝導性材料です。

セルロースという言葉は、生きた細胞を意味するフランス語の「cellule」と糖である「 glucose」に由来しています。

アメリカ大統領トーマス・ジェファーソンの農園モンティセロの本館は、1772年にセルロースで断熱されました。 ^[1]セルロースは、1920年代からスカンジナビアで断熱材として広く使用されていました。 ^[2]新聞紙、ボール紙、綿、麦わら、おがくず、麻、トウモロコシの芯など、多くの種類のセルロース材料が使用されてきました。現代のセルロース断熱材は、粉砕機と除塵機を使用してリサイクル新聞紙から作られ、難燃剤が加えられており、1950年代に始まり、1970年代に米国で一般的に使用されるようになりました。

1973～74 年の石油禁輸措置により、米国全土で暖房エネルギー コストが急騰し、省エネへの関心が高まり、断熱材の需要が増加しました。断熱材は、住宅のエネルギー効率を高める安価で手軽な技術として、米国で大きな注目を集めました。1977 年、特に厳しい冬が続いた後、断熱材を設置した米国の住宅所有者には税額控除が与えられました。

1976 年には米国に 125 の工場を持つおよそ 100 社のセルロース断熱材会社がありましたが、1978 年までには 500 以上の工場を持つ 350 社を超える会社がありました¹。セルロース断熱材は、すぐに使用できる機械を購入し、安価で簡単なローテク製造プロセスを提供する小規模メーカーによって地元で生産されました。難燃剤として使用されるホウ酸の不足によって生じたいくつかの制約を除けば、セルロースはコストが低く、改修に適しているため、市場シェアを拡大​​しました。一方、グラスファイバーとロックウールの生産者は、顧客からの断熱材の需要に応えるのが困難であることに気づきました。

小売業者、請負業者、消費者から価格、安全性、品質管理の問題について苦情が寄せられたため、米国連邦政府は 1978 年から断熱材の基準を制定し始めました。セルロース製造業者の増加により、断熱材の火災対策が不適切または不十分になっているという大きな懸念がありましたが、信頼できる全国統計はありませんでした。このため、連邦消費者製品安全委員会 (CPSC) による新しい規制が制定されました。16 CFR Part 1209 では、セルロース断熱材のみを対象に、沈降密度、腐食性、臨界放射束、くすぶり燃焼という 4 つの製品特性を対象とする安全基準が設定されました。制定されたもう 1 つの規制は「R 値規則」で、製造会社や販売会社が自社製品について主張できる内容に明確な制限を設けています。

CPSC が義務付けた耐火性試験の増加に伴うコストによりセルロースは高価になり、悪評もあって需要は減少した。セルロース断熱材の小規模製造業者は試験要件を満たすことができず廃業するか、他の小規模製造業者と合併した。1985 年、CPSC はさらなる調査を行った上で可燃性基準を撤廃するよう議会に要請した。1991 年までに米国に残ったセルロース製造業者はわずか 61 社にとどまった。^[3]

一方、グラスファイバー業界は連邦政府が制定した規制のほとんどから恩恵を受けた。より中央集権化されたグラスファイバーおよび鉱物断熱材メーカーによる熱心なロビー活動は、セルロース断熱材の厳しい耐火基準の制定を後押しした。これらの基準は、鉱物断熱材製造業者協会（現在は北米断熱材製造業者協会として知られている）が発行した技術速報によって強化され、セルロース断熱材の火災危険性を主張した。これらの主張は独立して検証されておらず、科学的な検討もほとんど行われておらず、意図的に誤解を招き、真実ではないものであった。^[要出典]

現在、米国ではセルロース断熱材の使用が再び増加しています。この増加の理由の一部は、セルロースは密度が高く、構造部材の燃焼に必要な酸素を制限するため、火災時に建物を損傷から保護する効果がグラスファイバーよりも優れていることを示唆する研究に関連している可能性があります。カナダ国立研究評議会^{[4]によるいくつかの研究がこれらの主張を裏付けています。セルロースが復活したもう1つの主な理由は、}グリーンビルディングへの関心が高まったためかもしれません。セルロースは、あらゆる断熱材の中で最もリサイクル率が高く、グラスファイバーやその他の炉で製造される鉱物断熱材よりも内包エネルギーが少なくなっています。

セルロース断熱材は、多くの場合、廃棄新聞紙をハンマーミルで粉砕して作られます。新聞紙は、火の広がりを遅らせ、紙繊維を害虫にとってより魅力的でなくするために、ホウ酸などの化学物質で処理されます。

さまざまなブランド名で、4 つの主要なタイプのルース充填セルロース製品が開発されています。これらは一般に、乾燥セルロース、スプレー塗布セルロース、安定化セルロース、低粉塵セルロースとして特徴付けられます。これらのタイプは、建物のさまざまな部分で、さまざまな理由で使用されます。

乾燥セルロースは、古い家の改修に使用され、壁の上部に開けた穴にセルロースを吹き込みます。^[5]また、一時的な固定具やネットを使用して新しい壁構造に吹き込み、セルロースが適切な密度に達したら取り外します。この形式の適用では、時間の経過とともに13％から20％も沈下します。^[6]この沈下により、断熱材が垂直に圧縮されて壁に隙間ができたり、床とその下の断熱材の間に空間ができたりする可能性があります。^[5]高密度パックオプションを使用すると、沈下を減らし、空気の隙間をさらに最小限に抑えることができます。高密度パックは空洞に圧力をかけるため、経験豊富な設置者が行う必要があります。

壁のルーズフィルは、壁の空洞にセルロースを使用する古い技術です。住宅性能業界とその認定機関は、沈下しない壁の空洞断熱の高密度パック標準をサポートしています。この方法は、壁の空洞でのスタック効果と対流ループを防ぎます。

スプレー塗布セルロースは、新しい壁構造にセルロースを塗布するために使用されます。違いは、噴霧中にセルロースに水を加えることと、カビの繁殖を防ぐために塩素などの湿気防止剤を加えることです^[要出典]。場合によっては、断熱材に接着剤がごく少量混ざったり、セルロースに含まれる乾燥接着剤が活性化したりすることもあります。ウェットスプレーを使用すると、一時的な保持具を必要とせずに塗布できます。さらに、ウェットスプレーを使用すると、断熱された空洞を空気の浸入からさらにしっかりと密閉でき、沈下の問題がなくなります。ウェットスプレーによる設置では、壁を覆う前に最低 24 時間 (または最大 25% の水分に達するまで) 乾燥させる必要があります。^[7]

安定化セルロースは、屋根裏や屋根の断熱材として最もよく使用されます。これは、ある種の接着剤を活性化するために、ごく少量の水とともに塗布されます。これにより、沈下が軽減され、必要なセルロースの量が減少します。これは、天井の乾式壁上の製品の総重量を軽減し、たわみを防ぐのに有利です。この用途は傾斜屋根に最適で、5:12 (41.66%) の傾斜で承認されています。^[7]

市場に出回っているセルロース断熱材の最後の主要タイプは、低粉塵タイプです。ほとんどのタイプの乾式断熱材の施工時に不快なレベルの粉塵が発生するため、施工時には簡単な防塵マスクを着用する必要があります。このタイプのセルロースには、少量の油または同様の防塵剤が添加されています。新聞紙や紙の粉塵に敏感な家庭にも適している可能性があります (ただし、施工後に新たな粉塵は発生しません)。

ルース充填セルロースの熱性能は、他の種類の低コスト断熱材と比較して優れていますが、ポリウレタンやポリイソシアヌレートフォームよりは劣ります。ルース充填セルロースの熱伝導率は約 40 mW/m·K ( R 値: メートル法では 100 mm あたり R2.6、ヤードポンド法では 1 インチあたり R3.8) で、グラスウールやロックウールとほぼ同じか、わずかに優れています。これは熱性能の全体像を表すものではありません。その他の重要な側面は、建物の外壁が空気の浸入、対流、熱橋から どれだけ密閉されているかです^{[説明が必要] 。}

セルロースは、パイプや配線などの壁内のアイテムの周りにフィットするのに非常に適しており、壁の全体的な効率を低下させる空気ポケットをほとんど残しません。高密度パックのセルロースは、適切に設置されていれば、対流を制限する密度を提供しながら、空気の浸入から壁を密閉することができます。コロラド大学建築計画学部は、セルロースで断熱され、もう1つはグラスファイバーで断熱された、一見同一の2つの試験構造を比較する研究を行いました。セルロース断熱材は、グラスファイバー断熱材と比較して、時間の経過とともに熱エネルギーを26.4％少なく失いました。また、構造を30％以上密閉することも示されました。^[8]その後の実際の調査では、セルロースはグラスファイバーよりも暖房に使用されるエネルギーを20～30％削減する性能が優れていることがわかりました。

独立気泡ポリウレタンフォーム断熱材（1インチあたりR=5.5～6.5）と比較すると、セルロースは1インチあたりのR値は低いですが、はるかに安価です。フォームは同等のR値あたりのコストが高くなります。^[要出典]

断熱による年間の節約額は大きく異なり、断熱材の厚さ、元の壁の性能、地域の気候、暖房/冷房の使用、その他の建物要素の気密性など、いくつかの要因によって決まります。

ある施工業者は、セルロース断熱材は「住宅所有者の光熱費を20～50パーセント節約できる」と主張している。^[9]

断熱材は、壁や階間を伝わる音を軽減します。セルロースは質量と減衰力を提供します。これにより、シートロックの横方向の振動が軽減され、空洞に沿った音の伝わりが弱まるという 2 つの方法で騒音が軽減されます。セルロースはグラスファイバーの約 3 倍の密度があり、遮音効果がわずかに向上します。

セルロース断熱材に含まれるホウ酸塩は、カビの抑制効果を高めます。設置例によれば、数か月間水に浸かった状態でも、不適切な設置でもカビは発生しないことがわかっています。^[10]

セルロース断熱材に粗ホウ酸塩が含まれているだけで、製品に害虫駆除特性が備わっているというのはよくある誤解です。ホウ酸自体は摂取すると自己グルーミングを行う昆虫を殺しますが、昆虫を死滅させるには、十分な濃度で摂取可能な形で昆虫に提供する必要があります。ホウ酸塩を含む製品については、用量と提供方法が昆虫を殺すのに十分かどうかを判断するために適切なテストを実施する必要があります。テスト後、米国で製品が殺虫効果を持つと宣伝される前に、EPA に殺虫剤として登録する必要があります。

ホウ酸処理により、セルロースは最高の（クラス I）耐火性評価も得られます。^{[引用が必要]多くのセルロース会社は}硫酸アンモニウムとホウ酸 の混合物を使用しています。 ^{[引用が必要]}

アメリカのほとんどの都市の建築基準法では、暖かい室内の湿気が壁の内側で結露してカビや腐食の原因となるのを防ぐため、外壁の内側に防湿層または遅延材を設置することを義務付けています。しかし、正当な理由があれば、多くの建築当局はこの要件を免除します。2008年3月、オレゴン州ポートランド市は、セルロース断熱材を使用する場合の防湿層または遅延材の要件を免除しました。^[11]この訴えは、（基準で義務付けられている）外部防湿材と内部防湿材を組み合わせると、壁の中に湿気が閉じ込められ、損傷につながる可能性があるという業界のガイダンスを引用しました。

最近の研究では、防湿材を使用していても、コンセントや缶型ライトなど、密閉が不十分な貫通部の周りの空気の動きによって、過剰な湿気が壁に入り込む可能性があることが示されています。 ^[12] セルロース業界団体は、壁の空洞を完全に埋めることで、セルロースが暖かく湿った空気が壁の空洞に流れ込むのを制限し、蓄積される水分の量をセルロースが害なく処理できる量に制限すると主張しています。さらに、セルロースは空洞全体に水分を分散させる働きがあり、1つの領域に水分が蓄積するのを防ぎ、水分をより早く乾かすのに役立ちます。^{[13] [14]}

1 インチあたり 3.6 ～ 3.8 の R 値^{[引用が必要]}は良好ですが、最高ではありません。^{[引用が必要]} R 値あたりの材料費は良好ですが、同じ R 値のグラスファイバー断熱材よりも多くの材料と設置時間が必要になるため、人件費が高くなります^{[引用が必要]}。

セルロースには小さな粒子が含まれており、備品の周りの密閉が不十分であったり、小さな穴から家の中に吹き込まれる可能性があります。^{[15] [16]}

断熱材の設置業者全員がセルロースに精通しているわけではありません。セルロース特有の設置上の考慮事項としては、乾燥セルロースを密に詰める方法、傾斜面に安定化した（部分的に湿った）セルロースを塗布する方法、湿式噴霧セルロースが乾燥するのに必要な適切な時間などがあります。

セルロース断熱材に関する建築基準法は地域によって異なる場合があるため、設置を計画する前に地元の建築当局に相談する必要があります。

不適切に設置された場合、充填用セルロースは施工後に沈下する可能性があります。場合によっては、壁の一部が断熱されないままになることがあります。設置方法と品質管理技術に関する適切なトレーニングを受ければ、テスト済みの密度で設置して将来の沈下を防ぐことで、沈下を防ぐことができます。

与えられたR値の場合、セルロース繊維の重量は、ガラス繊維の重量の約3倍/平方フィートになります。^[17] 既存の構造物の天井に断熱材を選択する前に、天井構造に弱点がないか検査する必要があります。^[18]

多くのセルロース会社は、難燃剤として硫酸アンモニウムとホウ酸塩の混合物を使用しています。硫酸アンモニウムは通常無臭ですが、原因不明のアンモニア放出とそれに伴うアンモニア臭が発生するケースがいくつか確認されています。^[19]

特に防湿層と併用した場合、湿式スプレー高密度パックセルロース断熱材を使用した建物内ではカビの発生が増加するという証拠がいくつかあります。^[20]

どのようなタイプの断熱材でも、建物のエネルギー効率を高めるのに役立ちます。構造とメーカーによっては、セルロース断熱材を使用すると、米国グリーンビルディング協会の認証プログラムからLEEDクレジットを取得できる可能性があります。^[21]

セルロースは、75～85% がリサイクル紙繊維 (通常は使用済み新聞紙廃棄物) で構成されています。残りの 15% はホウ酸や硫酸アンモニウムなどの難燃剤です。セルロースは、入手可能な断熱材の中で最もリサイクル含有量が多い素材です。たとえば、グラスファイバーのリサイクル含有量は最大 50% です。

セルロースは安全な素材と考えられていますが、その組成には大量の化学物質が含まれているため、平均から大量の揮発性有機化合物(VOC) が生成されます。これは、バット、EPS、XPS、スプレーフォームなどの他の代替素材よりもはるかに高い値です。

セルロース断熱材の含有エネルギーは、一般的な断熱材の中で最も低い。セルロースと比較して、炉で製造する断熱材の製造には 20 ～ 40 倍のエネルギーが必要である。^[要出典]セルロースは電気で動く機械で製造されるが、鉱物断熱材は燃料で動く炉で製造される。^[要出典]発電効率が 50% 未満であるため、この利点はある程度減少する。セルロースは地元で入手できる紙で製造されるが、^[要出典]鉱物断熱材工場は材料や製品をより遠くまで輸送する。

セルロース断熱材には、難燃性のためにホウ酸塩が使用されています。ホウ酸塩は再生不可能な採掘製品です。

• セルロース断熱材工場

• セルロース断熱材製造業者協会
• オーストラリアセルロース断熱材製造業者協会
• CIMA 技術速報 #2: セルロース断熱材の標準的な施工方法