結露対策〜1〜冬型結露と夏型結露の違い

夏場に空調の吹出口やファサードのガラス面が結露したなど結露に関するクレームでのメンテナンス対応が以前よりも増えています。

近年は温暖化の影響なのか夏の気候がやや熱帯性に近くなっていることが原因かもしれません。

結露の問題にも種類があって、冬型結露と夏型結露があります。

この違いを知らないまま対策をたてようとすると方針を間違う可能性もあるので注意が必要です。

今回は冬型結露と夏型結露の違いなどについて説明していきます。

胡麻油さんによるPhotoAC からの画像

結露が起きる原因は?

夏型と冬型の結露の違いの話の前に、まず結露が起きた状況のイメージと結露が起きる原因について。

冬場に朝起きたときに外部に面したガラス窓面いっぱいに水滴がついているのを見たことがあると思います。

触ってみると、部屋内側の面に水滴がついていることがわかります。

例えば外気温度が1℃でガラス面も同様に1℃だったとします。

室内温度が16℃相対湿度45%だった場合、空気に含まれる水蒸気が液体の状態の水となる露点温度は4℃程度です。

つまり、ガラス面が1℃だった場合露点温度を3℃下回っているので、そこに16℃45%の空気が触れると結露が発生します。

ちなみにこれは表面結露といいます。

この表面結露はカーテンをしてもそれを防ぐ効果はありません。

カーテンが、湿った暖かい空気を遮断することはできないからです。

窓面とカーテン間に空気が停滞するため結露が余計にひどくなる可能性すらあります。

水蒸気を含んだ空気が露点温度以下のもの、ガラスかもしれないしコンクリートかもしれません、そういうものに触れると結露します。

上空で湿ったあたたかい空気と冷たい空気が接触しても結露は発生して、その結露水は雨となって地上に降り注ぎます。

冬型結露で大きな問題となる内部結露

冬型結露で問題となることが多いのが内部結露(壁の内部で発生する結露)です。

外壁側から見ても部屋内から見ても進行していることがわかりにくいのですが気づいたときに木造建築においては腐朽がかなり進行していた場合に、その構造自体が破壊されてしまう重大な事故となり過失責任を問われる可能性があるので注意が必要です。

内部結露は条件によっては夏にも起きる可能性はあります。

ただし冬場とは違う箇所で起きます。

図を示しながら説明します。

メーカーによって仕様の違いはありますが木造住宅などの壁はおおよそ上記のようになっています。

夏場、冬場とも屋外と屋内の温度差があり温度分布と露点温度分布を上と下に折線グラフのようなイメージで示しています。

注目するところは露点温度分布との比較において、壁内で露点温度よりも低くなる部分が存在し得ることです。

夏場は室内側の防水シート付近、冬場は室外側の透湿防水シート付近です。

夏場の内部結露は冷房を強くかけていると起きているかもしれませんが問題にあがるのは冬場の内部結露が多いです。

いやいや、防水シートがあるのだから水蒸気を含んだ空気が断熱材の内部まで入り込まないようになっているのでは?しっかり施工していれば結露しないのでは?と思った方もいるかもしれません。

するどい指摘です、理論上は水蒸気を含んだ空気が断熱材の方まで入り込まないということになっていますが現実はそんなに甘くはなく、シートを固定するために打ったビスの穴やシートの隅の隙間などから入り込んでいます。

この問題をどう解決するかは断熱材を何にするか、どのように施工するかという材料と施工法でよりよい解決にたどり着くことができるかもしれません。

ネットでいろいろ見た感じでは「FPの家」という会社の住宅用ウレタンパネルという製品と工法が理想に近い断熱工法となっています。

FPの家のHP をぜひチェックしてみてください。

FPの家のような高圧高密度で注入した硬質ウレタンを四方枠と透湿防水シートで囲ったパネル状の材料を柱間にピッタリはめ込んでいく工法であれば湿気が断熱材の内部や壁の内部にまわることはほとんどないだろうなと感じます。

私自身は内装工事がメインで外壁などには詳しくないので他にもすばらしい材料、工法をご存知の方は教えていただけるとありがたいです。

次にRC造(鉄筋コンクリート造)の場合について、下図のようなイメージとなります。

冬場にコンクリートとウレタン断熱材の接触した面で結露の可能性はありますが現場でコンクリートに直接吹付けるウレタンで、コンクリートと密着しているため水蒸気を含んだ空気が入り込む余地があまりないように見えますが北面の壁内部でカビが生えるなどの事例はあります。

夏場の温度分布の例は結露がおきない場合の例を描きましたが、西面の壁において夕方16:00頃から壁面に対して垂直に日射が射した場合に時間差はありますが壁自体が高温になります。

この場合、室内側が強く冷房されているとプラスターボードの壁内側で結露が発生してボードが水分を含んだ状態になりカビが生えたりする可能性はあります。

空気線図で見る結露のイメージ

空気線図で結露が起きる時にどのような状態をたどるか冷房時の空気の状態変化をたどりながら確認しておきます。

青い線が冷房時の空気の状態ですが、まず例えば夏場において30℃60%の状態の点をとります。

その点から左へまっすぐ線を引いていき相対湿度100%の線とぶつかります。

そのぶつかった点から真っ直ぐ下へ線を引っ張って温度の目盛りに当たります。

そこの温度を読み取れば露点温度となります、おおよそ26℃であることがわかります。

冷房の温度設定が24℃だった場合さらに空気の温度が下がっていきますが湿度は100%のまま、露点温度に達して水蒸気から水分へ変化した結露水が連続して発生します。

この結露水は空調機のドレン管から排水されます。

ついでに暖房時の状態変化もみていくと15℃50%の空気を23℃まで暖めると相対湿度は32%まで下がります。

ビル管理法でも相対湿度は40%以上とすることが記載されており32%では乾燥し過ぎていることになります。

冬の場合は温度を上げるのと同時に加湿をしなければ良い環境にならないということがわかります。

今回はここまでにして、次回以降で店舗の内装工事でよく問題が発生する夏型の結露について考察していきます!

高置水槽のサイズ選定

前回は受水槽のサイズについて話しましたが、今回は高置水槽についてです。

高置水槽のサイズや水槽に水を送る揚水ポンプの揚程についても検討してみます。

筆者撮影

高置水槽の有効容量

揚水ポンプと高置水槽の有効容量のは次式の関係があります。


Ve≧(Qp-Qpu)・T1+Qpu・T2

Ve:高置水槽の有効容量[L]

Qp:ピーク時予想給水量 [L/min]

Qpu:揚水ポンプの揚水量[L/min]

T1:ピークの継続時間[min]15~30分

T2:揚水ポンプの最短運転時間[min]


一般に高置水槽容量Veは時間平均給水量の1時間分としています。

下の図のように、高置水槽の低水位部分は (Qp-Qpu)・T1 

なのでピーク時に水槽が空にならないような考え方となっています。

また、低水位から高水位の間の水量は電極によるポンプの発停の間に揚水ポンプで汲み上げる水量を意味します。

揚水ポンプの揚程

揚水ポンプの揚程は次式となります。


H≧H1+H2+V2/2g

H:揚水ポンプの揚程[m]

H1:揚水ポンプの吸水面から揚水管頂部までの実高さ

H2:揚水管路における継手部などの摩擦損失水頭[m]

V2/2g:揚水管の吐き出し口における速度水頭[m]

g:重力加速[m/S2]


実際に数値を入れて計算してみます。

1日の水使用量120m3=120000L/日で使用時間9時間、ピークの継続時間は30分、揚水ポンプの最短運転継続時間は15分とします。

時間最大予想流量を時間平均流量の2倍として

120000/9 × 2=26600[L/h] 

時間最大予想流量=揚水ポンプの揚水量として

Qpu=26600[L/h]=443.5[L/min]

ピーク時予想給水量Qpは時間最大予想流量を時間平均流量の3倍として

Qp=120000/9 × 3=39900[L/h]=665[L/min]

このとき高置水槽容量Veを求めるには

Ve≧(Qp-Qpu)・T1+Qpu・T2 に上記の数値を代入していきます。

Ve≧(665-443.5)×30+443.5×15=13298[L]=13.3[m3]

また、受水槽から高置水槽までの高さを50m、管路の長さを60m摩擦損失は配管長の2倍と仮定して、配管内流速1.5m/s 単位当たり摩擦損失0.34kPa/mの場合の揚水ポンプの揚程Hを計算すると

H≧H1+H2+V2/2g より

H≧50+60×0.34×2/9.8+1.5×1.5×/(2×9.8)=54.2[m]

※V2/2g の速度水頭部分は省略しても差支えはありません。

 

最近は高置水槽で計画する案件は少ない

私の知る限りでは、高置水槽で計画する新規案件はあまりないという印象です。

小規模から中規模の建築物の場合、まず検討されるのは増圧ポンプです。

増圧ポンプを設置するのがコスト面においても施工的にもメリットがあります。

わざわざ受水槽室を計画する必要もなければ、受水槽清掃などのわずらわしいメンテナンスもなくなります。

階段の下のスペースや外部の隣地との隙間などに増圧ポンプは設置できてしまうので計画の幅が広がります。

ある程度大きいマンションなどは地下ピット内に受水槽を設置してそこから加圧ポンプで直送するという方法が多いのではないでしょうか。

私の場合、店舗工事がメインであまり規模の大きい建築に関わっていないためそのあたりの事情はもっとわかる方がいると思いますので別途、確認していただければと思います!

受水槽のサイズ選定

受水槽方式の場合に受水槽のサイズをどのように考えて選定すればよいのか。

建築物の規模が大きくなれば受水槽も大きくなるであろうことはわかりますが何を基準に選定すればよかいのか、どのような計算に基づき選定するのか説明します。

筆者撮影

受水槽の容量を計算

受水槽の容量Vsは使用時間から考えたときに以下の計算式により考えます。


Vs ≧ Vd – Qs・T ‥①

Vs :受水槽の有効容量[m3]

Vd:一日の使用水量[m3/日]

Qs:水源からの給水能力[m3/h]

T:1日の平均水使用時間[h]


また、水の使用時間帯意外の時間帯に受水槽を満水にする必要があるため次式も満たすようにします。


Qs ・(24-T) Vs ‥②


実際に数値を代入しての計算例を示します。

事務所で Vd:一日の使用水量120[m3/日]

Qs:水源からの給水能力127[L/min]

T:1日の平均水使用時間9[h]

の場合を計算します。

まず給水能力Qsの単位を直しておきます。

Qs=127[L/min]=0.127×60 [m3/h] =7.62 [m3/h]

以上の数値を①の式に代入していきます。

Vs ≧ Vd – Qs・T= 120-7.62×9=51.4 [m3]

次に②の式も確認しておきます。

Qs ・(24-T) Vs ‥②

7.62×(24-9)=114.3 [m3]

よって受水槽容量は51.4[m3]以上 114.3[m3]以下 で選定します。

受水槽の容量の目安は一日使用水量の半分程度となるので

60[m3] で決定します。

半分程度なので70[m3]などでもよいですが、とりあえずジャスト半分ということで。

1日の使用水量について

受水槽の容量については各自治体や水道事業所によって規定があるので必ず各地域の水道局などへ確認する必要があります。

各自治体で規定はそれぞれですが、よく見かけるのは1日の使用水量の4/10~6/10の範囲で計算する規定です。

1日の使用水量については下記の資料などを参考に求めてください。

給排水衛生設備計画設計の実務の知識の資料を参考に筆者作成

水同局の担当者とはよく打合せをする必要があります

類似の既存施設や既存店舗の過去の給水使用量のデータを参考にすれば、もっともその現場に合致した選定ができるはずであるし受水槽サイズを小さくしたいときなど、水道局との交渉にそのような資料を持っていくと話がまとまりやすいです。

ただし、水道局によって考え方がだいぶ異なるためその水道局独自の規定に従ってくださいの一点張りの場合もありますので気をつけてください。

既存店舗の使用量の資料を持って、受水槽の容量を抑えたい要望を水道局に相談した場合に8割〜9割は柔軟な対応をしてくれます。

受水槽のサイズダウンが可能な場合もありますが、やはりその水道局の規定にどうしても従ってほしい、ということも当然あります。

その場合は、交渉を長引かせても意味がないので妥協できるところで妥協するしかありません。

そんなに水の量は使わないのにな、と思いつつかなり大きい受水槽を設置した例は過去にも何回かありました。

本来、受水槽の容量が大きすぎると水槽内の残留塩素濃度が減少し雑菌繁殖の原因となるため好ましくはありません。

類似既存店の過去データという、もっとも信頼に値するデータを無視して規定に従わせる水道局の判断が正しいのか疑問は残ります。

ただ、「この地域の他の店舗もこの規定に従っていますので平等性を考慮すると特例を認めるわけにはいきません」という話にも一理あるため、なかなかゴリ押しはできません。

まあ、仕事が滞ることは問題なのでそのときの状況を見ながらうまくやるしかないです!