熱橋

熱橋は、コールドブリッジ、ヒートブリッジ、または熱バイパスとも呼ばれ、周囲の材料よりも熱伝導率が高い物体の領域またはコンポーネントであり、 ^[1]熱伝達の抵抗が最も少ない経路を作成します。^[2]熱橋により、物体の熱抵抗が全体的に減少します。この用語は、建物の熱エンベロープの文脈で頻繁に議論され、熱橋により空調された空間への熱の伝達または空調された空間からの熱の伝達が行われます。

建物内の熱橋は、空間の暖房や冷房に必要なエネルギー量に影響を与え、建物の外壁内で結露（湿気）を引き起こし、^[3]熱による不快感を引き起こす可能性があります。寒冷な気候（英国など）では、熱橋により熱損失が増加し、緩和するために追加のエネルギーが必要になる場合があります。

熱橋を軽減または防止するための戦略としては、非空調空間から空調空間にまたがる建物の部材の数を制限したり、連続した断熱材を適用して熱遮断を作成したりすることが挙げられます。

コンセプト

熱伝達は、対流、放射、伝導の3つのメカニズムを通じて発生します。^[4]熱橋は伝導による熱伝達の一例です。熱伝達率は、材料の熱伝導率と熱橋の両側で発生する温度差によって決まります。温度差がある場合、熱の流れは、熱伝導率が最も高く熱抵抗が最も低い材料を通る最も抵抗の少ない経路をたどります。この経路が熱橋です。^[5]熱橋とは、建物の外壁の残りの部分よりも熱伝導率が高い1つ以上の要素を介して、外部と内部が直接接続されている建物内の状況を指します。

熱橋の特定

建物の熱橋の調査は、国際標準化機構(ISO)に従って、受動型赤外線サーモグラフィー(IRT) を使用して行われます。建物の赤外線サーモグラフィーでは、熱漏れを示す熱シグネチャが得られます。IRT は、建物の要素を通る流体の動きに関連する熱異常を検出し、それに応じて温度の大きな変化を引き起こす材料の熱特性の変化を強調します。ドロップシャドウ効果 (周囲の環境が建物のファサードに影を落とす状況) は、ファサードの太陽光の照射が一定でないため、測定の精度に潜在的な問題を引き起こす可能性があります。この問題を解決するには、代替分析方法である反復フィルタリング (IF) を使用できます。

すべてのサーモグラフィによる建物検査では、熱画像の解釈は人間のオペレーターによって行われ、オペレーターの高度な主観と専門知識が関係します。レーザースキャン技術などの自動分析アプローチは、3次元CADモデル表面の熱画像と熱分析のための測定情報を提供することができます。 ^[6] 3Dモデルの表面温度データは、熱橋や断熱材の漏れの熱不規則性を特定して測定することができます。熱画像は、複数のカメラとプラットフォームからの熱データを融合する無人航空機（UAV）を使用して取得することもできます。UAVは赤外線カメラを使用して、記録された温度値の熱場画像を生成します。ここで、すべてのピクセルは建物の表面から放出された放射エネルギーを表します。^[7]

建設における熱橋

熱橋は、建物の断熱エンベロープを指すのによく使われます。断熱エンベロープとは、建物のエンクロージャシステムの層で、内部の調整された環境と外部の調整されていない環境との間の熱の流れを阻止するものです。建物の断熱エンベロープを伝わる熱の速度は、エンベロープ全体に存在する材料によって異なります。断熱材が存在する場所よりも、断熱橋の場所の方が熱抵抗が少ないため、熱伝達は大きくなります。^[8]冬は、通常、外気温が内部気温よりも低いため、熱は外に流れ、熱橋を流れる速度が速くなります。熱橋の場所では、建物エンベロープの内側の表面温度が周囲よりも低くなります。夏は、通常、外気温が内部気温よりも高いため、熱は内向きに流れ、熱橋を流れる速度が速くなります。^[9]これにより、建物内の調整された空間では、冬は熱が失われ、夏は熱が増加します。^[10]

さまざまな国の規制で断熱要件が指定されているにもかかわらず、建物の外壁の熱橋は建設業界の弱点のままです。さらに、多くの国では、規制で定められた部分的な断熱対策を建物の設計実務で実施しています。^[11]その結果、実際には設計段階で予測されたよりも大きな熱損失が発生します。

外壁や断熱天井などの構造物は、一般的にU係数（ W/m ² ·K）で分類されます。これは断熱層だけでなく、構造物内のすべての材料の単位面積あたりの熱伝達率を反映しています。熱橋を介した熱伝達は構造物の全体的な熱抵抗を減少させ、U係数の増加をもたらします。^[12]

熱橋は建物の外壁内の複数の場所で発生する可能性がありますが、最も一般的には、2 つ以上の建物要素の接合部に発生します。一般的な場所は次のとおりです。

床と壁またはバルコニーと壁の接合部。床スラブを建物の外壁まで延長する地面上のスラブやコンクリートのバルコニーまたは屋外パティオを含む。
屋根/天井と壁の接合部、特に天井断熱の深さが十分でない可能性がある場合
窓と壁の接合部^[13]
ドアと壁の接合部^[13]
壁と壁の接合部^[13]
外壁、天井、屋根の構造に組み込まれる間柱や梁などの木材、鋼鉄、コンクリートの部材^[14]
断熱天井を貫通する埋め込み型照明器具
窓やドア、特にフレーム部品
断熱材に隙間があったり、断熱材が適切に設置されていない場所
石造空洞壁の金属タイ^[14]

構造要素は建築において依然として弱点であり、一般的に熱橋を引き起こし、室内の熱損失の増加と表面温度の低下につながります。

石造建築物

熱橋はさまざまな種類の建物の囲いの中に存在しますが、石造壁では熱橋によって U 係数が大幅に増加します。異なる建築材料の熱伝導率を比較することで、他の設計オプションと比較したパフォーマンスを評価することができます。通常、ファサードの囲いに使用されるレンガ材料は、レンガの密度と木材の種類に応じて、木材よりも熱伝導率が高くなる傾向があります。^[15]石造建築物の床や端梁に使用されるコンクリートは、特に角で一般的な熱橋です。コンクリートの物理的構成によっては、熱伝導率がレンガ材料よりも高くなることがあります。^[15]熱伝達に加えて、屋内環境の換気が適切でない場合、熱橋によってレンガ材料が雨水や湿気を壁に吸収し、カビの発生や建物エンベロープ材料の劣化につながる可能性があります。

カーテンウォール

石造壁と同様に、カーテンウォールも熱橋によりU係数が大幅に増加する可能性があります。カーテンウォールのフレームは、通常200 W/m·Kを超える熱伝導率を持つ高熱伝導アルミニウムで構築されることが多いです。比較すると、木製のフレームメンバーの熱伝導率は通常0.68〜1.25 W/m·Kです。^[15]ほとんどのカーテンウォール構造のアルミニウムフレームは、建物の外部から内部まで伸びており、熱橋を形成します。^[16]

熱橋の影響

熱橋は、冬の熱損失と夏の熱獲得により、空調された空間を暖めたり冷やしたりするために必要なエネルギーの増加につながる可能性があります。熱橋に近い屋内の場所では、居住者は温度差のために熱的不快感を感じる可能性があります。^[17]さらに、屋内と屋外の空間の温度差が大きく、屋内に暖かく湿った空気がある場合（冬の状況など）、熱橋の場所の内面の温度が低いため、建物エンベロープに結露が発生するリスクがあります。^[17]結露は最終的にカビの繁殖につながり、その結果、室内の空気の質が悪くなり、断熱材が劣化して断熱性能が低下し、断熱材が熱エンベロープ全体で一貫して機能しなくなります。^[18]

熱橋を減らす設計方法

原因、場所、建築タイプに応じて、熱橋を軽減または排除できることが実証されている方法がいくつかあります。これらの方法の目的は、建物のコンポーネントが外部から内部にまたがる場所に熱遮断層を作成するか、外部から内部にまたがる建物のコンポーネントの数を減らすことです。これらの戦略には次のものがあります。

断熱外皮内の連続断熱層（硬質発泡ボード断熱材など）^[5]
直接導通が不可能な場合の絶縁体の重ね合わせ
二重壁およびずらした壁の組み立て^[19]
構造断熱パネル（SIP）と断熱コンクリートフォーム（ICF）^[19]
高度なフレーミングで実装されているような不要なフレーミングメンバーを排除することでフレーミング係数を削減する^[19]
壁と屋根の接合部でヒールトラスを高くして断熱材の厚みを増やす
空隙や圧縮断熱材のない高品質の断熱材の設置
ガス充填材と低放射コーティングを施した二重または三重ガラス窓の設置^[20]
低伝導率材料で作られた断熱フレームを備えた窓の設置^[20]

分析方法と課題

熱橋は熱伝達に大きな影響を与えるため、その影響を正しくモデル化することは、全体的なエネルギー使用量を推定するために重要です。熱橋は多次元の熱伝達を特徴とするため、ほとんどの建物エネルギーシミュレーションツールで建物の熱性能を推定するために通常使用される定常状態の 1 次元 (1D) 計算モデルでは適切に近似できません。^[21]定常状態の熱伝達モデルは、熱が時間とともに変動しない温度差によって駆動される単純な熱流に基づいており、熱流は常に一方向になります。このタイプの 1D モデルでは、熱橋が存在する場合、エンベロープを介した熱伝達が大幅に過小評価される可能性があり、その結果、建物のエネルギー使用量の予測が低くなります。^[22]

現在利用可能なソリューションは、モデリングソフトウェアで2次元（2D）および3次元（3D）の熱伝達機能を有効にするか、より一般的には、多次元の熱伝達を同等の1Dコンポーネントに変換して建物シミュレーションソフトウェアで使用する方法を使用することです。この後者の方法は、熱橋のある壁などの複雑な動的アセンブリを、同等の熱特性を持つ1Dの多層アセンブリで表す等価壁法によって実現できます。^[23]

参照

参考文献

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外部リンク

設計ガイド: 熱ブリッジを防止するソリューション。
構造断熱ブレークを製造しました。
EU IEE SAVE プロジェクト ASIEPI: トピック「熱橋」 - EPBD コンテキストにおける熱橋の効果的な処理
Passivhaus Institute : 建築における熱橋 - 回避方法 2012-03-21 にWayback Machineでアーカイブ
橋が遠すぎる - ASHRAE Journal の熱橋に関する記事 2009-09-02 にWayback Machineでアーカイブ
国際建築基準法 2009: 室内環境 2012-07-24 にWayback Machineでアーカイブ
熱橋のオンライン Energy2D シミュレーション (Java が必要)
熱橋フリー設計の定義 2016-03-15 にWayback Machineでアーカイブ
建物エンベロープ熱橋ガイド
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