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ケミカルカチオン・パック工法の屋根の遮熱性能の検討

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平成17年５月１６日
九州大学大学院
総合理工学研究院

教授・林　徹　夫

はじめに

　折板鋼板およびスレート屋根にケミカルカチオンを塗布した効果をシミュレーションにより検討する。まず、分光光度計により表面の日射反射率を測定し、各材料の日射吸収率を求める。次に

傾斜面への入射日射量から相当外気温度¹⁾を求め、屋根の熱貫流率から貫流熱量を求める。計算対象期間は７～９月とし、９～1７時の１時間間隔の計算である。ケミカルカチオンを塗布した場合と現状のままを比較し、その貫流熱量差から省エネルギー性能を比較する。

　注1)渡辺俊行，林徹夫：建築環境工学第４章「日射と日照」158ページ，森北出版

１．日射吸収率の測定

　分光光度計（日立：U-3500型自記分光光度計）に60φ積分球を設置し、資料の波長別半球積分反射率の測定結果からJIS R3106-1998に準拠して日射反射率を求める。不透過性の資料であるから、１から日射反射率を引いて日射吸収率とする。

　写真1-1に分光光度計を、写真1-2に測定試料を示す。試料は折板鋼板（灰色塗装）、ケミカルカチオン塗装、スレート（無塗装）の３種で、各種とも３ｃｍ角の試料３個を用意した。

　　　　　　　　　　　写真1-1　日立：U-3500型自記分光光度計

　　　　　　　　　　　写真1-2　測定試料

左列より、折板鋼板（灰色塗装）、スレート、ケミカルカチオン

　表1-1に測定結果を示す。この結果から日射吸収率は折板鋼板(灰色塗装)：0.80、ケミカルカチオン：0.15、スレート(無塗装)：0.80とする。

　参考のため、各資料の分光反射率測定結果を図1-1に示す。

表1-1 日射反射率および日射吸収率測定結果

(1) 折板鋼板(灰色塗装)

(2) ケミカルカチオン

(3)スレート(無塗装)

図1-1　分光反射率

２．相当外気温度と熱貫流率による屋根貫流熱量の計算

2.1　計算対象地域

　熊本県八代市（北緯32度28.3分、東経130度36.6分）を対象とし、EA(Extended AMeDAS)気象データ²⁾の標準年データからHASP形式の気象データを作成し、計算用の気象データとする。直散分離には渡辺の式を用いた。

　注 2)赤坂裕ほか：拡張アメダス気象データ，日本建築学会

2.2　相当外気温度

　相当外気温度は次式で定義される。

	：	日射吸収率，		：	天空率
	：	入射日射量 [kcal/m2h]，		：	夜間放射量 [kcal/m2h]
	：	外表面総合熱伝達率 [kcal/m2hK]，		：	放射率

である。また、貫流熱量は屋根の熱貫流率をとして

　　：熱貫流率[kcal/m²hK]， ：貫流熱量[kcal/m²h]， ：室内空気温度[℃ or K]

となる。一方、入射日射量は次式で求める。

	：	入射直達日射量 [kcal/m2h] ，	：	入射拡散日射量 [kcal/m2h]
	：	入射反射日射量 [kcal/m2h] ，	：	法線面達日射量 [kcal/m2h]
	：	水平面拡散日射量 [kcal/m2h] ，	：	水平面全天日射量 [kcal/m2h]
	：	日射射角,	：	太陽高度角,	：	太陽方位角
	：	対象面の傾斜角,	：	対称面の方位角,	：	地表面の反射率（アルベド）

また、夜間放射量は外気温度を[K]、大気放射量を [kcal/m²h]とすれば、次式となる

2.3パラメーターの設定

　計算に使用したパラメーターを列記する。

	外表面総合熱伝達率　＝	20. [kcal/m2h]
	内表面総合熱伝達率　＝	8. [kcal/m2h]
	熱伝導率　[kcal/mhK]	鉄（折板)	;41.	フェルトン	;0.114
		グラスウール	;0.034	ジプトン	;0.183
		スレート	;1.1	木毛板	;0.127
		密閉空気層熱抵抗	;0.16 [m2hK/kcal]
		非密閉空気層熱抵抗	;0.08 [m2hK/kcal]
	室内空気温度  ＝	28．℃ 一定
	地表面の反射率 ＝	0.3
	日射吸収率　　：	ケミカルカチオン塗布面　0.15
		折板鋼板（灰色塗装）　　0.80
		スレート（無塗装）  0.80
	放射率        :	全材料　0.9　で一定

3.計算結果

　水平投影面積10,000m²の４種類の屋根を比較する。

3.1屋根の構成

　下記の４種類の屋根を想定する。①および②は折板屋根で水平を想定した。③および④はスレート屋根で南北に二分された勾配２／１０を持つ。

　①：折板鋼板（0.8mm^t）＋フェルトン(3mm^t)
　②：折板鋼板（0.8mm^t）＋フェルトン(3mm^t)+非密閉空気層＋グラスウール(50mm^t)
　　　＋ジプトン(9mm^t)
　③：スレート(6mm^t)
　④：スレート(6mm^t)＋密閉空気層＋木毛板(30mm^t)

各屋根にケミカルカチオン・パック工法を施す場合、

　(1)浸透プラマー（約20μm^t、溶剤型ウレタン樹脂）
　(2)カチオン主材（約3mm^t、セメント系パウダー＋アクリル樹脂エマルジョン）
　(3)トップコート（約100μm^t、溶剤型アクリル樹脂塗料）

を施工するが、(1)および(2)は薄いので熱抵抗を無視、(2)についてのみモルタルと同程度の熱伝導率を仮定した。

3.2屋根の単位面積貫流熱量

　表3-1に各屋根の７～９月(9～17時)の単位面積貫流熱量を示す。

表3-1屋根の単位面積貫流熱量

3.3省エネルギー効果の比較

　水平投影面積10,000m²の屋根を想定してケミカルカチオン・パック工法の省エネルギー効果を算定する。計算期間は７～９月とし、休日は考慮していない。表3-２に結果を示す。同表には空調機のCOP(成績係数)を４とした場合の電力削減量、電力削減量から求めた二酸化炭素排出削減量 (換算係数0.309kg-CO₂/kWhを使用)を示す。

表3-2省エネルギー効果（７～９月，9～17時の積算）

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