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地下室付き外断熱RC住宅:GEOLIFEは、地中熱を取り込む究極のパッシブ住宅!!

日本初!!木造や鉄骨造住宅にはまねのできない省エネ性能を証明しました!

最先端の2.5次元熱伝導・空調連成解析プログラム「WindPerfekctDX」で、地下室付き外断熱鉄筋コンクリート住宅が、地下階のみならず地上階まで、地中熱を取り込んで夏は涼しく冬温かいことをシミュレート解析で証明しました。解析モデルは、GEOLIFEの標準的な仕様による地下1階地上2階の外断熱鉄筋コンクリート躯体の2.5次元モデルとし、154万個もの小さな要素に分割して、時間経過を追ってシミュレートしました。

夏は地上階も涼しさが持続!

就寝中の朝方までは、室温が夏季の適温である27℃になっていて(図夏-1)、朝6時の起床時には、外気温が32℃に突然上昇し(実際には徐々に上昇)、そのまま昼の2時まで、エアコン等の冷房設備を稼働させないまま8時間放置した状態をシミュレートしました(図夏-2)。※2

地下階におけるに人の体感高さでは、朝方の室温のまま27℃台をキープし、床付近はより涼しくなっています。驚くべきは、地上階の体感高さでも27℃台からほとんど上昇していないことです。地上2階の天井付近は若干温度が上昇したものの28から29℃の範囲に留まっています。

その後、昼の2時から1時間だけ、地上階のみ空調機(冷房)を作動させた状態をシミュレートすると、全階とも体感高さが適温の27℃になることが解ります(図夏-3)。この結果はすなわち、ちょっとした冷房で、全階を快適温度に保てることを示しています。

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図夏-1. 夏季;朝6時の温度状態(解析の初期状態)

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図夏-2. 夏季;朝6時から8時間後(昼2時)の等温度線分布図(空調無し)

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図夏-3. 夏季;昼2時から1時間エアコンにより冷房した後の等温度線分布図

冬は地上階も暖かさが持続!

就寝する夜10時までは、室温が冬季の適温である20℃になっていて(図冬-1)、夜10時の就寝時に、外気温が3℃に突然下降し(実際には徐々に下降)、そのまま朝の6時まで、エアコン等の暖房設備を稼働させないまま8時間放置した状態をシミュレートしました(図冬-2)。※2

各階におけるに人の体感高さについて、就寝時の室温からの低下は、各階とも1から2.5°以内の低下に留まり、地下階と地上1階は18.8℃前後、地上階2階は17.5℃前後の室温をキープ出来ています。地上階の床のすぐ上部分が15から16℃前後のやや寒いと感じる温度まで低下していることが解ります。そのため、夏の場合と同じ様に、その後朝6時から1時間だけ、全階の空調機(暖房)を作動させた状態をシミュレートすると、全階とも体感高さが適温の20℃近くになり、部分的に気温が低い部分がほとんどなくなることが解ります。この結果はすなわち、ちょっとした暖房で、全階を快適温度に保てることを示しています。

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図冬-1. 冬季;晩10時の温度状態(解析の初期状態)

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図冬-2. 冬季;晩10時から8時間後(朝6時)の等温度線分布図(空調無し)

※1パッシブ住宅;
省エネ住宅の内、機械の空調にたよらず、自然の力を使用して快適な温熱環境を実現する住宅。一般的には、ソーラパネル発電や太陽熱温水器等の機器を利用した場合にもパッシブ住宅と云いますが、ここでの定義は、それらの機器にも頼らない「パッシブ住宅」を目指しています。
似たような言葉で「パッシブハウス」というのがありますが、これはドイツ発祥の住宅基準で、別称「無暖房住宅」(外断熱と熱交換空調設備、ソーラパネル等を活用した省エネ住宅。寒い国なので無冷房は含まない)とも云うものです。一方、「省エネ住宅」の定義は曖昧で、より高効率の空調設備、発電設備、情報設備、あるいは地域インフラ等を活用して従来の住宅より省エネを実現する住宅も「省エネ住宅」と呼び、「スマートハウス」もその一例です。
※2解析モデルの条件;
外断熱と地中熱および鉄筋コンクリート躯体の蓄熱能力らの相互関係を明確にし、解り易くするためにシミュレートすることを目的としましたので、日射条件や窓の条件、および換気の影響は考慮していません。そのためこのシミュレーション結果は、実際の建物の環境状態を保証するものではありません。

高気密・高断熱、外断熱の鉄筋コンクリート地上階、そして内断熱の鉄筋コンクリート地下階の組み合わせが、究極のパッシブ住宅を実現するキーポイント!!

省エネ住宅の必須条件は、高気密・高断熱と外断熱仕様!

省エネ住宅の必須機能は、まず高気密・高断熱です。鉄筋コンクリート住宅なら、高気密は本来的に有する機能であり、高断熱にするのも容易です。一昔前まで、住宅を建築する工務店や住宅メーカーは、高気密化と高断熱化に技術のしのぎを削ってきました。その結果、木造や鉄骨造の住宅でも比較的高いレベルの高気密・高断熱の性能を得られるようになりました。しかし一方で、多種類の合成材料で躯体を構築しなければならない木造や鉄骨造の住宅では、シックハウス症候群という弊害も発生しました。鉄筋コンクリート住宅なら、自然材料であるコンクリートと鉄、それにアレルギー物質を含まない断熱材だけで、理想的な高気密・高断熱住宅が実現できます。

省エネ住宅のもう一つの必須機能は、外断熱です。木造、鉄骨造、鉄筋コンクリート造のいずれにおいても、主流は内断熱でした。なぜならば、外断熱工法にすると内断熱工法で住宅を建築した場合に比べて2から3割コストアップになってしまうためです。このコストアップは、欧州では住宅にも事務所ビルにも当たり前の外断熱仕様が、日本の事務所ビルでさえあまり普及しなかった理由でもあります。弊社は、コストパフォーマンスの良い外断熱工法を独自に開発し、地下室付き鉄筋コンクリート住宅;GEOLIFEの標準仕様としました。

外断熱仕様は、鉄筋コンクリート住宅でこそ最大のパフォーマンスを発揮!

鉄筋コンクリートの躯体は、木造や鉄骨造の躯体に比べて圧倒的に重量が重いため、熱容量すなわち熱を蓄えておく能力がとても大きくなります。そのため、外断熱仕様にして外気の熱の出入りを遮断し、室内側に鉄筋コンクリートを露出させることで、小容量のエアコン等で調整した温度を躯体が蓄えて保持することができるのです。そのために、こんな不思議とも言えることが起こります。冬、20℃に保っていた部屋に窓を開けて3℃の外気を部屋いっぱいに入れてしまっても、躯体の温度は0.015°程しか下がらない(10坪程度の部屋の時)ため、一度窓を閉めれば、躯体が輻射熱ストーブのように機能して、瞬時にもとの20℃の室温に戻ってしまいます。夏には逆のことが起こります。

木造や鉄骨造の住宅では、いくら外断熱仕様にしても熱容量が小さいため(木造の場合1/14程度以下、鉄骨造はもっと小さい)、熱を蓄えておく能力が低く、一度室温を下げてしまうと室内の空気をストーブやエアコン等で暖めなおすか、冷しなおさないと元の室温に戻りにくくなってしまいます。

地下階は地中熱を取り込む熱交換機。適度な内断熱仕様でこそ機能発揮!!

地下階の底盤が接する地盤は、GEOLIFEの標準では地表面下3.3m付近です。関東地方では、この付近の地中温度は年間を通して、約14℃(4月頃)から約21℃(10月頃)の範囲でしか変化しません。一方、外気温は約-5℃(2月頃)から約37℃(8月頃)まで変化し、地中温度の最低・最高時期のずれも考慮すると、夏冬共に15から20°程もの温度差が生じています。この温度差エネルギーを利用しない手はありません。地下階鉄筋コンクリート躯体を裸のまま地中に埋めることで、この温度差エネルギーを吸収し貯め込むことが出来るのです。外断熱にしてしまうと、そのエネルギー取り込み効率が悪くなってしまいます。さらに、このエネルギーを室内側に効率よく還元するには、内断熱もしない方が良いことになります。しかし日本は、高温多湿の夏があり、夏の温度差がありすぎるとコンクリート躯体内側表面で結露現象が生じてしまい、ジメジメしてカビだらけになってしまう可能性が高くなります。そこで、夏の結露が発生しない程度の適度な内断熱を施してやるのが快適な地下階を建築するためのノウハウです。過剰な内断熱仕様も外断熱仕様も、「夏涼しく冬温かい」と云う地下室の最大の利点を奪ってしまいます。

地下室は夏涼しく冬暖かい究極の省エネ住宅!!

住んで見てビックリ!快適な室内環境

現状では地下室のある家はまだ少数派で、身近なものではありません。ですから、地下室の室内環境について見聞きしたり、実体験する機会もあまりないようです。実は、地下室の室内環境はビックリするほど快適なんです。地下室の室温は、年間を通じた外気温の変化幅(35度程)に対して半分近くの変化幅になり、一日の温度変化はほとんど無いため、人に優しくとても住みやすい空間となります。これまでのユーザーの多くは、音楽室・プレイルーム・納戸などの居室以外の目的で地下室を計画し建築していますが、実際に住み始めて気づくのは地下室の快適さです。
まだあまり知られていない地下室の快適さ先取りしませんか?

四季を通じて安定した室温

井戸水が夏冷たく、冬暖かく感じるのは、地中の温度が1年中ほぼ一定だからです。

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一般的な地下室の床下も、地表面化3m付近になるので、地盤温度は11℃(冬の最低)から21℃(夏の最高:いずれも関東から東北地方)の間で比較的安定しています。
その温度一定である地下室周囲の地盤が、蓄熱機のような役割をして、冬は暖房機として地下室を温め、夏は冷房機として地下室を冷やします。
そのため地下室内も冷暖房なしでも年間を通じて15度程の温度変化となります。夏は最高外気温より5度から8度低く、冬は最低外気温より7度から12度も高くなります。気密性も良いため、冷暖房を作動させれば、効率よく最適室温が得られる究極の省エネ住宅となります。
地下室生活6年目のユーザーは、「冬の暖房は朝方だけ使用して、昼間は使用しないことが多い。夏は冷房なしだと、昼のもっとも暑いときには少し我慢が必要。」と話してくれました。地下室がいかに省エネの空間であるかお判りいただけると思います。

地下室の室温(赤)と外気温(青)の比較

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老人にも優しい究極のバリアフリー住宅でもあります

一日の温度変化のグラフを見ると、暖房や冷房なしでも、一日中ほとんど温度変化が無いことに驚かされます。それは「気づかぬうちに夕方になり部屋が冷え込んでしまった」とか、「寝ている間に暑くなり、寝苦しくて寝ていられなくなった」などの感覚を覚えずに済むのです。寒暖の変化に弱いご老人には、地下室は究極のバリアフリー住宅であるとも言えます。
いっそのことトイレや風呂も地下に造って、生活の全てを地下階でできるようにしてしまえば、ヒートショック(老人が、暖かい部屋から暖房していない寒いトイレなどに入った時に、急激な温度変化に身体機能が追随できず、倒れてしまうなどの症状)など考えられません。
ある老夫婦ユーザーは、ご夫婦で美術関係のお仕事を営んでおられ、平日はほぼ毎日お二人で事務所まで通勤されています。帰宅すると、地上の室内が冬は暖まるまで、夏は冷えるまで待つ代わりに、まず地下室に入ってくつろぎ、帰宅後の一時を過ごすのだそうです。夏の寝苦しい時には、布団を地下の居間に持ち込んで就寝するのだそうです。
このようは地下室の快適さがまだ一般に認知されていないのでやむを得ないことですが、地下室を納戸や子供部屋とし、年配である世帯主用の居間や主寝室を地上階にしてしまう建築計画が、現状では多いようです。とてももったいないことのように思います。

室内温湿度の調整が容易な地下室。あなたならどんな用途に使いますか?

部屋の気密性が高い上、年間の温度変化幅が小さく、一日の温度変化がほとんど無いと言うことは、室内の温湿度環境を非常にコントロールし易いことになります。人に優しい地下室ですが、物や食品、さらには植物にも最適の環境にコントロールすることが容易なはずです。
欧米では昔からワインセラーとして地下室が利用されています。日本でも、冷蔵庫のない時代は食品貯蔵庫として室が日常的に使われていました。モヤシやキノコの栽培にも地下室が利用されています。住宅向けではないけれど、IT部品の製造や精密機械の組立てなどにも都合が良さそうです。思わぬ用途がありそうです。

敷地が狭くて、二世帯向けの十分な広さの家が建てられない。

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最近頻繁に起こる大地震・大型台風・火災・竜巻でも心配しないで暮らせる家が欲しい。

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