窓の結露対策は、窓枠とガラスだけではダメ！？
皆さんは、窓の断熱性能を高め、結露を出にくくする方法をご存知ですか？多くの方が誤解するのは、窓枠を樹脂にして、ガラスをペアガラスまたはトリプルガラス、さらにはLow-E膜を採用すれば解決するだろうということです。もちろん、窓枠やガラスが断熱や結露対策に欠かせない要素なのは間違いありません。しかし、窓枠やガラスが、「どのように取り付けられるか」に注目する人は少ないのではないでしょうか。窓の結露対策として本来あるべき窓の設計について解説していきます。
※WELLNESTHOME創業者の早田が結露対策について解説している動画はこちら
窓の結露対策は、窓の構造を知ることからはじまる
皆さんは、窓の構造がどのようになっているかご存知でしょうか？
窓の構造を知ることは、窓の結露対策を知るにあたって非常に大事なことです。しっかり理解してくださいね。
窓は、「ガラス」、「窓枠」という２つの部材で構成されています。
窓枠は、ガラスを取り囲む樹脂やアルミでできた部材のことです。窓メーカーによっては、窓枠のことを「サッシ」と呼ぶこともありますし、窓枠とガラスを引っくるめてサッシと呼ぶこともあります。
ちなみに、サッシというのは、日本の窓メーカーが編み出した造語ですので、「サッシ」という言葉が通用するのは日本だけです。海外では、サッシという言葉を使いません。
サッシという用語は一般に普及していますが、基本的には窓枠とガラスの２つで覚えてください。
窓の結露対策で日本が遅れているのは、日本の窓の６割以上がアルミサッシを採用しているから
窓枠に使われる素材としては、「アルミ・樹脂・木」の3種類があります。
この3種類の素材の熱伝導率を比較すると、以下の通りです。
- アルミ：200W/mK
- 樹脂：0.2W/mK
- 木：0.16W/mK
熱伝導率とは、その素材がどれくらい熱を通しやすいかを表す指標であり、熱伝導率が高ければ高いほど熱を通しやすくなります。
ということは、樹脂や木に比べてアルミの方が1000倍近くも熱を通しやすい素材ということになります。冬場にアルミサッシを触ると、室内は暖房で暖かいのにアルミサッシだけはひんやりと冷たいですよね？
「サッシに指を滑らせたら指が湿っていた」なんてことありませんでしたか？これは、アルミサッシに結露ができている証拠です。
先ほども申し上げましたが、日本の住宅においてはアルミサッシが当たり前のように使われています。その割合は、世界的に見ても異常と言えるくらいです。
引用：日本エネルギーパス協会
海外諸国においては、木製や樹脂の窓が当たり前のように使われているのに対し、断熱性が低く結露ができやすいアルミサッシが、６割という圧倒的な割合で普及しているのは日本だけです。
断熱性能は、「熱貫流率(U値)」という定量的な数値で表すことができます。
熱貫流率(U値)とは、単位面積あたりでどれくらいの熱を通しやすいかを表す指標であり、窓や壁などの断熱性能を表すのに使われます。U値が低いほど、断熱性能が高いことになります。
U値については、家づくりラボの記事「快適な家づくりを成功させる秘密は「断熱」にあり」に詳しく書かれていますので、そちらをご覧ください。
断熱基準となるU値を国ごとに比べてみましょう。下の図をご覧ください。
YKK apより引用
日本の中でもっとも寒い地域である北海道・青森・岩手・秋田(１/Ⅱ地区)でのU値ですら、ドイツや中国・アメリカの寒い地域のU値にも及ばないという現状です。比較的温暖と言われているⅣ/Ⅴ地区(東京や神奈川、大阪など、関東から西の地域)においては、U値が4.65となっており、もはや海外諸国と比較のしようがないくらい断熱性能が低いです。
これらの地域で窓の断熱対策をしなくてもよいかというと、そんなことはありません。
寒さ・暑さを耐えしのぐことができたとしても、結露のリスクを回避することはできません。結露ができたところに、必ずといってよいほどカビが生えます。
カビはダニにとっての格好のエサなので、結露の出やすい家はダニだらけになります。ダニの死骸やカビは、呼吸器疾患やアレルギーの原因になるので、人間の健康を害することに繋がります。
さらには、カビには物を分解する力があるので、柱が結露すればそこにカビが発生し、柱を腐らせてしまいます。柱の腐った住宅に地震が来たとしたら、その家は無事で済むでしょうか？
確かに、アルミサッシの方が薄くて軽く・安いので、住宅を安く買うことができるというメリットはあるでしょう。
しかし、「結露対策がまったくできておらず長持ちしない住宅を安く買って早く手放す」ことと、「結露対策がしっかりできていて地震にも強く長持ちする住宅に一生涯住み続ける」こと、皆さんはどちらを選びますか？
ちなみに、結露対策という意味では、窓だけでなく家全体の結露対策が必要なのは言うまでもありませんね。
窓の結露対策がアルミと樹脂の複合サッシでは不十分な理由
アルミだけでは結露を防ぐどころか断熱すらまともにできないことが、ご理解いただけたと思います。そこで、窓メーカー各社が出しているが、アルミと樹脂のいいとこ取りをした「アルミ・樹脂複合サッシ」です。
アルミ・樹脂複合サッシは、上の画像のような構造になっています。(YKK apより引用)
室内側に樹脂枠を設けることで、室内外の熱の移動を遮断する一方、室外側をアルミの枠にして窓全体の軽量化・ローコスト化を実現するというものです。
確かに、アルミサッシに比べれば、アルミ・樹脂複合サッシの方が断熱性能は高いです。いくらペアガラスを使用していても、枠がアルミサッシならば熱貫流率は日本における最低基準(2.33)をようやく下回ることができるくらいのレベルです。アルミ・樹脂複合サッシならば、熱貫流率2.0を下回ることも可能です。
しかし、いくら断熱性能が高くても、それだけで結露を防ぐことはできません。
窓の結露対策はU値(熱貫流率)が低ければできるものではない
「U値が低いのだから、断熱性が高くて安心だよね」などと、決して考えてはいけません。先のアルミ・樹脂複合サッシの話でも、ご理解いただけたのではないでしょうか。
皆さんは、U値がどのようにして計算されるものかご存知ですか？
普段、皆さんが目にするU値は、窓全体の熱貫流率を表しています(Uwと表記されている)。このUwは以下のような計算式によって算出することができます。
こちらの計算式は、JIS規格(正確にはJIS A2102-1)で規定されたものです。この記事ではJIS規格について詳しく述べませんので、知りたい方は以下のサイトを参照ください。
参照記事：「JIS A2102-1 窓及びドアの熱計算 -熱貫流率の計算- 第１部：一般」
もっと簡単に言うと、窓全体の熱貫流率(Uw)は、ガラスの熱貫流率(Ug)と窓枠の熱貫流率(Uf)のトータル値です。
Ag、Afは、ガラス・窓枠の面積です。つまり、ガラスの面積が大きければ、窓全体の熱貫流率はガラスの影響を大きく受けることになります。その逆も然りです。
熱伝導率が非常に大きいアルミサッシを窓枠に使っている場合には、当然ながら窓枠の熱貫流率(Uf)は大きくなります。
しかし、アルミサッシを使ったとしても、窓の熱貫流率(Uw)を意図的に下げることは可能です。
皆さん、お気づきでしょうか？
勘の鋭い方ならば、すでに気づかれているはずです。
そう、窓の熱貫流率(Uw)を下げたいならば、アルミサッシの面積を小さくすればよいのです。そうなると、アルミサッシ自体は断熱性能は低いはずなのに、窓全体の熱貫流率が低いから、数値上は窓の断熱性能が高く見えるのです。
ですが、見せかけだけ熱貫流率の小さい窓に、果たして意味があるでしょうか？
いくらUwが低かったとしても、窓枠がアルミサッシならば、窓枠の周辺には結露ができます。
見た目のU値に惑わされてはいけないということが、何を意味しているのかお分かりいただけましたでしょうか。
窓の熱貫流率は、窓枠の熱貫流率(Uf)とガラスの熱貫流率(Ug)で分解して考える必要があるのです。
窓の結露対策のために、樹脂または木製の窓枠は必須である
窓枠の素材として使われるのは、アルミ・樹脂・木の3種類であることは、先ほど述べた通りです。
ここまで記事を読み進めていただけたならば、結露に強い窓にどんな素材がベストなのかが分かるはずです。
そうです。アルミサッシではなく、樹脂または木の窓枠がベストな素材です。
樹脂・木の窓枠は、アルミサッシに比べて重いので、地震が起きたときに脱落のリスクがあります。そのため、窓枠をどのように取り付けるかも非常に重要になります。詳細は後ほど詳しく解説します。
先ほどから樹脂・木製の窓のことを持ち上げてばかりですが、樹脂・木製の窓に欠点がないわけではありません。
まず、樹脂の欠点として、以下の2点を指摘されることがあります。
- 樹脂は燃えやすい・傷みやすい
- 時間が経るにつれて黄変してくる
まず、「①樹脂は燃えやすい」については大きな誤解です。樹脂は有機質なので燃えやすいのではないかというイメージがあるのかと思います。しかし樹脂の窓枠は、防火窓として使われているくらい燃えにくいものですから、燃えるようなことはありません。
また、樹脂窓について30〜40年経っても傷んだという事例はありません。
次に、「②時間が経るにつれて黄変してくる」ですが、確かに過去には白い樹脂窓が黄色く変色するという事例がありました。窓の性能に影響を与えるものではありませんが、見た目の印象があまりよくないですよね。最近は、樹脂の表面に塗料を塗ってフッ素加工を施すことによって、黄変の問題を解決しています。
一方、木製の窓枠は、定期的に保護塗料を塗り直す手間がかかるというデメリットがあります。木製の窓枠は、樹脂に比べると高級品です。WELLNEST HOMEでは、基本的に樹脂の窓を採用しておりますが、お施主様によって何軒か木製の窓を使用させていただくこともあります。
福島県いわき市に住む弊社のお施主様も、木製の窓枠を採用しています。住み始めてからすでに7年が経ちましたが、窓枠のメンテナンスがその間せずにピンピンしています。
窓の結露対策のためにペアガラス・トリプルガラスが必須な理由
断熱対策として、最近はどのメーカーでもペアガラス・トリプルガラスを採用するのがスタンダードになってきました。単板の窓ガラスですと、断熱対策としても結露防止としても不十分です。
それでは、なぜペアガラスやトリプルガラスが断熱対策・結露防止に有利なのか、皆さんはご存知でしょうか？そこをしっかり理解した上で、納得の行く家を選んでもらえればと思います。
これを理解する上でポイントになるのが、「熱伝導率」です。どういうことなのか、順を追って説明していきましょう。
熱伝導率とは、「その素材がどれくらい熱を通しやすいかを表す指標」です。熱伝導率が低いほど、その素材は断熱性の点で有利になります。それでは、ガラスの熱伝導率はどれくらいでしょうか？アルミや樹脂、木と比べてみましょう。
- ガラス：1.00W/m・K
- アルミ：200W/mK
- 樹脂：0.2W/mK
- 木：0.16W/mK
ガラスの熱伝導率は、樹脂や木にはおよびませんが、それでもアルミの200分の1という圧倒的な低さです。ですから、アルミサッシに比べれば断熱性は圧倒的に有利なはずです。
しかし皆さんは、冬場の窓ガラスに結露が発生している様子を、しょっちゅう目にしたことがあるはずです。ガラスの熱伝導率が低いはずなのに、窓ガラスに結露ができてしまう理由は、窓ガラス自体が薄いからにほかなりません。
窓ガラスがどれくらいの厚みかご存知でしょうか？窓ガラスの厚みは、せいぜい5mm程度です。壁の厚みが10cm以上あるのに対しガラスは5mmですから、20倍近くも厚みのギャップがあります。
「ならばガラスを壁並みに厚くすればよいではないか！」と反論したくなるところですが、そんな簡単には行きません。開口部である窓には、外からの日光を取り入れる(採光)役割が求められます。従って、ガラスを厚くしてしまえば日差しを部屋の中に取り入れられなくなります。
ガラスが薄いままでも断熱性の確保を実現しているのが、ペアガラスやトリプルガラスです。
ペアガラスは、ガラスを2枚重ねた窓ガラスのことです。
ペアガラスの断熱性確保の上でポイントになるのが、ガラスとガラスの間に中空層を設けていることです。空気の熱伝導率は0.024W/mKですから、この中空層が断熱材の役割を果たしてくれるのです。
冬場になると重ね着をする方が多いですよね？重ね着をすると、衣服と衣服の間にある空気が断熱材としての役割を果たしてくれるので、保温効果が高まります。
ペアガラスの断熱効果は、衣服の重ね着とほとんど同じ原理です。
ペアガラス以上に断熱効果が高いのがトリプルガラスです。ガラスを3枚重ねることで、中空層を2重に設けて断熱効果を高めているのです。
WELLNEST HOMEがトリプルガラスを採用する理由：結露対策だけでなく防音に配慮した窓設計
WELLNEST HOMEでは、ペアガラスではなくトリプルガラスを標準採用しています。
その理由としては、断熱や結露対策もさることながら、防音対策も考慮しているからです。
住宅の外皮の中で、もっとも騒音が伝わりやすい部分が窓です。壁と比べて窓の方が厚みが薄いので、どうしても音が伝わりやすいのです。
そして、注意していただきたいのが、ペアガラスの遮音性能です。ペアガラスですと、500〜2000Hz付近で共振現象を起こすため、遮音性能が単板ガラスよりも低下する傾向にあるのです。
断熱対策としてペアガラスを採用する代わりに、騒音だけは我慢しなければならないのは、どうしても耐え難いですよね。窓の遮音性能を高めるとなると、必然的にトリプルガラスを採用することになるのです。
もう一つ、重要なことを申し上げます。それは、同じトリプルガラスであったとしても、騒音を遮音できるものと遮音できないものがあるということです。
遮音性能を評価する指標として、T値が用いられます。そして、窓がどれくらいの大きさ(dB)の騒音をカットできるかによって、T1〜T4という4つでランク付けされます。
グラフの引用元は、一般社団法人 日本サッシ協会(JSMA)
上のグラフですと、縦軸は遮音できる騒音の大きさ(dB)を表します。ですから、T-1よりもT-2、T-3よりもT-4の窓の方が遮音性能が高いと言えます。
しかし、よく勘違いされるのが、大きな音を遮音できれば良いというわけではありません。それだけでなく、「どの周波数帯の音を遮音できるか」が重要になってきます。
ちなみに、騒音と一言でいってもいろんな種類があると思いますが、人間がいちばん気にしている騒音は何だと思いますか？
それは、交通騒音です。交通騒音とは、自動車や電車から発生する騒音のことです。幹線道路沿いに住んでいた方などは、「夜中に家の前をトラックが通過する音が気になって眠れない」といった経験があるのではないでしょうか。
この交通騒音がどれくらいの周波数帯にあるかご存知ですか？
交通騒音は、250Hzという低周波数帯にあるのです。しかし、上のグラフを見ていただくと分かるように、多くの窓では500Hz以上という高周波数の帯域の騒音しか遮音してくれません。ですから、T-3やT-4にランク付けされているトリプルガラスの窓といえども交通騒音をしっかりとカットしてくれるわけではないのです。
詳細はこちらで述べることはできないのですが、WELLNEST HOMEでは、同じトリプルガラスでもガラスのサイズや厚みを変更することによって、250Hzの交通騒音もカットできる仕様になっております。
窓の中でも、ガラスはもっとも広い面積を占める箇所になります。断熱や結露対策だけでなく、防音対策という観点でも窓を見ていただきたいですね。
窓の結露対策は、窓枠とガラスだけでは解決できない！？
さて、ここからは話を再び結露に戻しましょう。
皆さんは、窓枠とガラスの性能を高めれば結露対策は完璧だと思っていませんか？
先に述べたように、窓枠にはアルミサッシよりも樹脂・木枠の方が良いし、ガラスにはペアガラスまたはトリプルガラス、さらにはLow-E膜を採用した方が良いです。
これらの情報は、どこの工務店や住宅メーカーに行っても耳にすることはあるでしょう。
しかし残念ながら、窓枠とガラスの性能を高めても、結露対策としては完璧ではありません。何故ならば、窓の性能は窓枠とガラスの性能だけでなく、窓を柱に対してどのように取り付けるかによって大きく左右されるからです。
もう少し詳しく見ていきましょう。
住宅には、上図に示すように縦方向に柱が入っています。四角くぽっかりと空いている開口部に窓が入ります。そして、柱の上下左右に窓をビスで留めて固定するのです。
詳細はこれから解説しますが、窓を柱にどのように固定するかによって、地震が起きたときに耐えられるかどうか、結露がしにくいかどうかガラッと変わって来ます。
窓の結露対策に不利な「半外付け窓」を日本の住宅の大半で採用している
先ほど申し上げた通り、窓の結露対策としては窓枠とガラスの性能を高めるだけでなく、それらがどのように柱に固定されているかに着目する必要があります。
そして、日本のほぼ全ての住宅では、結露対策には不利な「半外付け」の窓が採用されています。「半外付け窓」とは、住宅の外側から柱に対して窓を取り付け、ビスで固定されている窓のことです。
窓枠に付いている薄いヒレを柱に接地させ、そこに細いビスを数カ所に打ち込むことで窓を固定させています。
建物の外側から見たときに、上の写真のように窓枠が建物に対して外側にはみ出している状態です。
窓の結露対策に弱い半外付け窓は、地震にも弱い！？
半外付け窓のメリットは、熟練の職人でなくても誰もが簡単に窓の取り付けができるということです。窓枠にはアルミサッシという軽量素材を使っており、薄くて軽く、しかも雨漏りしにくいということを売り文句として出された工業化用窓が、半外付け窓です。
一方で、半外付け窓にはデメリットも多くあります。窓が建物の外側にはみ出している状態なので、大きな地震が来たときに、重さに耐えられずビスが切れて窓が落ちてしまうことも少なくありません。
先ほど、樹脂や木の窓枠は重くて脱落のリスクがあると述べましたが、それは窓を半外付けにしているからです。
ビス自体も細いので、地震でビスが切れるようなことがなくても、柱の中で揉まれてビスが簡単に緩んでしまいます。
また、窓枠をビス留めしている柱は木材ですが、この木材が一生涯腐らないなんてことがあるでしょうか？窓枠にアルミを使っているならば、柱にも結露が簡単にでき、そこからカビが生えて木が腐ってきます。窓枠を固定しているビスにも結露ができるので、当然ながらビスは水分によって錆びてきます。
柱も腐り、ビスも錆びた状態の家に地震が来たら、揺れに耐えきれず窓が脱落します。脱落した部分は空洞となり弱点となるので、家は瞬く間に倒壊してしまうでしょう。
地震にも結露にも弱い半外付け窓を採用しているのは日本だけです。1960年代以降、日本国内で住宅を量産しなければならなかった時代には、半外付け窓は無くてはならない存在でした。
しかし、結露や地震から大事な家族の命を守るために、皆さんは半外付けの窓を選ぶのが賢明だと思いますか？
窓の結露対策、地震対策の基本は「内付け窓」である
半外付け窓が普及するまでは、日本の住宅では柱と柱の間に窓枠を収める「内付け窓」がスタンダードでした。そして、窓枠の素材は木でできており、建具の調整を職人さんが手間暇かけて行なっていたのです。
窓枠を内側に収めているからこそ、建物の開口部の強度も確保することができ、地震の揺れで窓が脱落することもありません。
WELLNEST HOMEでは、すべての住宅で内付け窓を採用しています。
内付け窓に加えて、結露対策と耐震性を高めるためのさらなる工夫をしています。それは、モイスという耐力面材を全面に使用していることです。日本の在来工法では、下の図に示す通り、柱に対して筋交いを通すことで壁の補強を行なっています。
しかし、筋交いだけでは横揺れに対して十分な耐久力が確保できているとは言えません。また、窓の上下には筋交いを通していません。当然ながら、筋交いも結露には弱いので、年数の経過とともに腐ってくる恐れがあります。
一方、モイスとは珪藻土に似たような性質をもつものです。珪藻土は、水分を瞬間的に吸ってくれて、すぐに吐き出してくれる無機質の素材です。水分を吸ってくれることから、柱への結露の発生を抑えることもできます。さらに、無機質だからこそ、シロアリに食べられるリスクもありません。モイスは珪藻土とは異なりますが、珪藻土に近い性質をもつ無機質の素材です。
このモイスを柱に対してビス留めし、家中の壁面全体に隙間なく貼っているのが、WELLNEST HOMEの住宅です。窓の上下にもモイスを貼っているので、強度もバッチリ確保しています。
ちなみに、モイスを壁の内側に貼ると、下の画像のようなイメージとなります。(画像は、埼玉県日高市にある低燃費住宅加盟店の齋賀設計工務のスタッフブログより引用)
また、柱には、水に浸けておいても腐らず、シロアリにも強い「緑の柱」を使用することで、柱自体も結露に強く、耐久性を高めています。
いかがでしょうか？先ほど、窓の結露対策には窓枠とガラスだけでは不十分だと申し上げました。その意味がここまで読み進んでいただければ理解できたのではないではないでしょうか。
結露のない窓を実現するには、ガラスと窓枠の性能を高めるだけなく、窓を柱に対してどう取り付けるのか、窓周辺の建材に何を使用するのかを検討しなければなりません。
窓の結露対策、地震対策に必要な窓の設計まとめ
ここまで読み進めていただけたならば、皆さんが結露の出ない窓を実現するために何をすればよいのかが、理解できたのではないでしょうか。
これまでの話を踏まえて、結露に強く、地震が来ても壊れない窓の設計をまとめたいと思います。
- 樹脂または木製の窓枠を使用する
- ガラスには防音も考慮してトリプルガラスを採用する
- 窓を内付けで取り付ける
- 窓を柱に固定するビスは、地震が来ても切れないくらい丈夫なものを使用する
- 吸水・撥水を素早く行ってくれる耐力面材(モイスなど)を壁面全体に使用する
- 柱に使用する木材は、水に浸けても腐らないもの(緑の柱など)を使用する
皆さんが住宅を購入する際、上記のような観点で窓を見てみてください。工務店の営業担当の方に質問をしてみても良いかも知れませんね。
