山形エコハウスを巡る環境解析スタディとその実現

Arup Japan

環境解析スタディとその実現

山形エコハウスを設計するにあたり、様々な環境解析スタディを行っていますが、それらの結果がどのようにエコハウスの中に活かされたのかをご紹介したいと思います。建物には様々な要素が含まれていますが、山形エコハウスの設計に際しては、設計者、研究者、エンジニア、色々な立場のものが話し合いを持ちながら家づくりを行ってきました。ここでは、家づくりに携わったものがどのような視点、考えを持ちながら環境解析スタディの結果をみて、エコハウスの中に活かしていったのか、その過程を一端でもお伝えできればと思います。

庇のスタディ

まずはじめに、庇のスタディについてご紹介します。庇は伝統的な日本家屋の特徴の一つでもありますが、これにより日射を遮蔽することができます。かつては外気温度の日本最高記録を持っていたくらい暑い山形ですので、エコハウスでも採り入れています。

図1.庇による日射遮蔽スタディ

ただ、庇を設置する場合、冬のことを考えると暖房負荷を減らすために室内に日射を取り入れたいですので、それについても考えなければなりません。一般的には、季節による太陽高度の違いに合わせて、太陽高度の高い夏は日射を遮り、太陽高度の低い冬は日射を取り入れられる庇の長さとしますが、実際に庇の長さを決めるためには、具体的にいつまでの日射は遮り、いつからの日射は室内に入ってもよいかを決めることになります。これに対する考え方の一つとして、庇の長さと、夏の冷房負荷の削減量、冬の暖房負荷の削減量の関係を把握し、削減量の合計が最も大きくなる庇の長さとするというものがありますが、山形エコハウスでは、家として室内の快適性が損なわれないことを最低の条件として加えています。夏期に室内に太陽光が入ると、輻射により室内温度が適切な温度に保たれていても体感温度は上がってしまいます。下図はPMV(予測平均申告:Predicted Mean Vote)という快適性を示すの指標の解析結果を示したものですが、庇がある場合は、日射が遮られているため室内全体が快適域にありますが、庇がない場合には、直達光が入る窓際の快適性が低くなっている(暑くなっている)ことがわかります。同じ室内温度でも日射のあるなしでこれだけ快適性は変わります。最終的には、冷房期間である8月に室内への直達光を入れないことを目指した庇としています。

図2.夏期PMV解析結果(1FL+0.6m)

床蓄熱のスタディ

次に床蓄熱のスタディをご紹介します。庇のスタディのところでも述べましたが、山形エコハウスでは、冬は室内に積極的に太陽光を取り込む計画としています。このような計画とする場合、昼間の太陽光を蓄熱し、日が落ちてもその熱を利用できるように、床を熱容量が大きい石張りとすることが多くあります。山形エコハウスでも、そのような計画を頭に入れつつスタートしました。しかし、環境解析を進めていくうちにあることがわかってきました。山形エコハウスは1Fの床スラブ下断熱となっています。これにより熱容量の大きいコンクリート床スラブが蓄熱体としてはたらくため、仕上げを石張りにしなくても、一定量の蓄熱を期待できるのです。図3は床の仕様を変えた時の暖房負荷の解析結果ですが、床スラブを断熱(蓄熱)するだけで暖房負荷削減がかなり大きいことがわかります。また、その状態から床仕上げを木から石にすると、暖房負荷はさらにさがりますが、その効果は小さいこともわかります。これらの結果には、日本海側に位置していている山形は他の地域と比較して冬の日射量が少ないことも関係しています。山形の日射量がもっと大きければ、床仕上げを変える効果ももっと出ていたはずです。

図3.床仕様と暖房顕熱負荷(12-2月)

また、床仕上げ材については、環境以外にも居住性の点から、木の床の方がよいのではという議論もありました。石ですと、その上を歩いた時に冷えを感じやすかったり、モノを落としたら壊れやすかったりするからです。もっと大きな点からも、山形の豊かな森から産出される木を使って家をつくるというコンセプトもありました。そういったこともあり、山形エコハウスでは最終的に木の床仕上げとしています。

最後に

一番はじめにも書きましたが、建物には様々な要素が含まれています。そのため、蓄熱床のスタディからもわるように、環境解析を行ったからといって、環境的にベストなもので決まるわけでもありません。解析結果をみながら、居住性などその他の要素についても考えながら決めていきます。また、単に環境と言っても、熱負荷という視点もあれば快適性という視点もあります。そのため、建物を設計する時には関連する要素について何が重要かというのを考えていくことになります。これは、非常に難しいところでもありますが、この過程には「家づくり」に携わる関係者の様々な想いや考えが垣間見れるところでもあり、協働作業をしていても面白いところでもあります。そして、環境解析スタディを行うことは、必ずしも環境的にベストなもので決まらないとしても、「家」としてのベストを求め実現することには確実につながっているものだと思います。

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