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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!

潜熱負荷とは何なのか?

空調負荷計算〜3 すきま風熱負荷〜で書いた内容の中で外気を取り込んだときに顕熱負荷と潜熱負荷に分けて計算すると説明しました。

ところで、顕熱負荷そして潜熱負荷とはいったい何なのでしょうか。

潜熱負荷のイメージ

顕熱負荷というのは例えば外気温33℃の空気を27℃に下げる場合は温度差6℃を下げるための負荷ということになります。

では、潜熱負荷とは何でしょうか。

33℃の外気を27℃に下げる場合、空調機内の熱交換器は20℃程度となっていると想定したとき外気が熱交換器を通る際に外気に含まれている気体の状態である水蒸気が液体の水に変化します。

この状態変化のために熱が奪われています。

見かけ上に顕れる温度を下げているわけではないので潜んだ熱ということで「潜熱」と呼ばれています。

つまり、冷房する際は単純に33℃を27℃に下げる分の熱を奪えばよいのではなく、水蒸気が水になる状態変化のために奪われる熱の分もプラスして冷却しているのです。

ちなみに水蒸気が変化した水は空調機のドレンとして排水されています。

状態変化と熱のやり取りのイメージを以下に図示しておきます。

状態変化と熱のやり取りのイメージ 筆者作成

潜熱については中学校の理科でも話が出てきます。

氷⇒水⇒水蒸気という変化をする場合の時間と温度の関係を簡略的に示したグラフが以下になります。

 状態変化中の温度 中学理科のまとめ より

なんか中学校の時に勉強したかもな、となんとなく思い出す方もいると思います。

グラフが階段の踊り場のように水平になっている部分は氷が水へ、あるいは水が水蒸気へ状態変化してる最中であることを意味します。

この最中は温度変化はしません。

しかし加熱はし続けていて熱は移動しています、このとき移動している熱が「潜熱」です。

空気線図上で変化の動きをみてみる

夏期の空冷空調機による冷房時の温湿度の変化を空気線図上で追ってみると下図のようにななめ左下へ移動するような変化をたどります。

空気線図上で温湿度変化を矢印で図示 夏期の場合 

温度が下がると同時に絶対湿度も下がることがわかります。

また、気温が高いほどこの矢印の角度が急になります、つまり温湿度が高い時期の外気ほど少ない温度変化でも多くの結露水が発生することを意味しています。

次に冬期の温湿度変化をみてみます。

冬期は加湿機能のない通常の空冷の空調機では温度のみが変化して絶対湿度は加湿されないので変化しません。

よって相対湿度は下がることになります。

冬の室内の乾燥の原因のひとつがこの暖房によるものです。

加湿器を併用しなければかなり相対湿度が下がってしまうということになります。

室内の環境として相対湿度は最低でも40%以上にしておくべきです。

一般的な空調機で暖房する場合は室内の相対湿度が30%以下になっていることもあり得ますので冬場は加湿器の併用をしないと室内がかなりの乾燥状態になる可能性があります。