平成 24 年 6 月 1 日

社団法人 北海道建築技術協会 特定研究専門委員会（平成２１年度～２３年度）

北海道の特質を生かす自然エネルギー利用の研究委員会
目
はじめに
第１章

次

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・P太陽エネルギー利用のための日射データと窓の熱収支

幹事

鈴木憲三

・・P-

1
3

執筆

1-1 はじめに(P-3)

1-2 太陽位置、日射受熱量計算法の基礎(P-3)

1-3 Excel による太陽位置と日射量算定(P-5)

1-4 太陽位置図と日射量算定図(P-6)

1-5 AMeDas データから月別・方位別日射受熱量(P-8)

1-6 断熱窓ガラスの光学的性能と熱的性能(P-9)

1-7 窓サッシの熱貫流率(P-12)

1-8 断熱窓の熱収支と最適性能(P-12)

第２章

報告書

冷房不要の寒地住宅・・・・・・・・・・・・・・・・・・P- 17
委員

サデギアン モハマッド タギ

幹事

鈴木憲三

執筆

2-1 はじめに(P-17)

2-2 超高断熱住宅の夏の実測結果(P-18)

2-3 日除けの重要性(P-19)

2-4 高窓・換気塔の熱気除去、夜間冷気流入(P-20)

2-5 基礎断熱土間床、外断熱ブロック造(P-22)

2-6 外断熱ブロック造(荒谷邸)の夏季の温度実測(P-23)

2-7 通風・自然換気量計算法(P-23)

2-8 夏季の地盤を経由する熱移動の計算方法(P-26)

2-9 おわりに(P-28)

第３章

寒地型の冷房技術委員長

荒谷登・・・・・・・・・・・・・・・・・・P- 29

執筆

3-1 寒地の特質(P-29)

3-2 断熱によって変化する建物の熱的な性質と熱常識 (P-29)
3-3 解析モデルの単純化(P-29)

3-4 熱容量が大きいという意味(P-30)

3-5 間欠暖房時の建物の熱的な性質(P-30)

3-6 非定常熱負荷計算から定常熱負荷計算へ(P-31)

3-7 室内取得熱の影響(P-32)

3-8 断熱をすると冷房負荷が増える？

(P-32)

3-9 開放型の冷房(P-32)

3-10 低負荷暖冷房(P-33)

3-11 冷房時間の夜間へのシフト(P-33)

3-12 通風は日本の夏対応の伝統か？

(P-33)

3-13 冷気積層型の低負荷開放冷房(P-34)

3-14 断熱建物の床冷房(P-34)

3-15 全量外気空調(P-34)

3-16 断熱建物の夏対応の普及への北海道の役割(P-35)

第４章

雪氷冷熱エネルギーの利用委員

野田恒・・・・・・・・・・・・・・P- 36

執筆

4-1 雪氷冷熱エネルギーの利用の現状(P-36)

1)雪氷冷熱エネルギーの利用の現状
2)用途別の現状
3)地域別分布
4)雪利用と氷利用
4-2 雪氷冷熱エネルギーの利用の方法
1)雪冷房
2)アイスシェルター
3)雪室・氷室
4)人工凍土

(P-40)

5)アイスポンド
6)冷房の所要熱量
4-3 貯雪庫の計画(P-44)

1)貯雪庫の規模、形状及び断熱性能の検討方法（荒谷方式）a)基本事項b)貯雪庫の消雪プロセスc)消雪指数と消雪率d)外皮の断熱性能e)雪室の検討f)冷房用貯雪庫の検討
2)貯雪庫の規模、形状及び断熱性能の検討例
a)札幌市における貯雪庫の消雪指数と消雪b)全体の３０％を貯雪庫とする場合
c)越冬野菜の貯蔵庫（高湿度型）
d)穀類のスノーシェルター型貯蔵庫（乾燥型）
e)埋設型貯蔵庫

Ｅタイプ

Ｆタイプ

f)貯蔵庫単体の熱収支
g)雪氷貯蔵の熱単価
4-4 雪山の計画(P-52)

1)雪山の利用
2)雪山の計画a)貯蔵雪量と融解
b)断熱材
c)雪山の造成と管理
d)雪山の体積及び表面積
3)冷熱取得の方法a)冷水循環式による冷熱の取得
b)雪山内部に雪室を設置する方法
4)大規模雪山の事例
a)新千歳空港ターミナルビルb)スンツヴァル地区病院（スウェーデン

スンツヴァル市）

c)沼田町雪山センター
4-5 雪氷冷熱エネルギー利用の普及に向けて(P-58)

1)雪氷エネルギー利用の課題
2)雪氷エネルギー利用の普及に向けて

第５章

薪ストーブ暖房
幹事鈴木憲三

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・P- 61
執筆

5-1 実験目的(P-61)

5-2 実験方法、場所(P-61)

5-3 実験結果(P-62)

5-4 薪の資源量と価格(P-64)

5-5 薪暖房の可能性(P-66)

第６章

断熱材で建物をつくる委員

立松宏一ほか・・・・・・・・・・・・・・・・P- 67

執筆

6-1 はじめに(P-67)

6-2 ＥＰＳでつくる農業用作業小屋(P-67)

1)概要
2)構造検討6-3 既存農業倉庫の断熱改修(P-71)

1)概要
2)外側からの断熱改修
3)内側からの断熱改修の方法比較と工事費
6-4 自然素材の断熱建築について(P-72)

6-5 「断熱材で建物を作る」ニーズについての調査(P-73)

1)Ａ氏
2)Ｂ氏
3)Ｃ氏
4)まとめ

第７章

暖房ビニールハウスの実態調査と燃料の節減対策・・・・・・P- 76
幹事

鈴木憲三

執筆

7-1 研究背景と目的(P-76)

7-2 ビニールハウスの実態調査(P-76)

7-2-1 野菜栽培ビニールハウス
7-2-2 当別の花卉栽培ビニールハウス
7-2-3 江別の花卉栽培ビニールハウス
7-2-4 温度の測定結果
7-3 ビニールハウスの断熱化の実験(P-80)

7-3-1 実験方法
7-3-2 実験結果
7-3-3 各断熱仕様の熱貫流率の推定
7-4 海外の事情と考察(P-83)

7-5 暖房用燃料の節減対策(P-83)

第８章

自然エネルギーを楽しむ
委員

石田秀樹

・・・・・・・・・・・・・・・P- 85

執筆

はじめに

(P-85)

8-1 地域の魅力を失わせる装置技術(P-85)

8-2 暑さの中の涼しさ(P-86)

8-1-1 暑い窓と涼しい窓
8-1-2 木陰のさわやかさ
8-3 暑さの中で涼しく住まう(P-88)

8-3-1 そよ風をつくる
8-3-2 日陰でさわやかに
8-3-3 涼しさを保つ換気
8-4 自然エネルギーは美味しい(P-92)

8-5 楽しみに変わる瞬間(P-93)

8-6 薪暖房でコミュニティーづくり(P-94)

8-7 お手本の押し付け(P-95)

おわりに（先人の知恵に学ぶ）(P-95)

第９章

北海道の課題としての１次産業の活性化
委員長

荒谷登

・・・・・・・・P- 96

執筆

9-1 １次産業の宿命(P-96)

9-2 持っている特質を生かす(P-96)

9-3 自分で価値付けの出来るブランド品をつくる(P-96)

9-4 １次産業型のワークシェアリング

(P-97)

9-5 生活の知恵を生かす(P-97)

9-6 森を生かすナショナルプロジェクト(P-97)

はじめに
本研究会は、荒谷主査の『北海道の豊かな自然と自然エネルギーを、断熱技術を通して一層顕著なものとし、自然に親しむ生活と、結果としての省エネルギー、一次産業の活性化につなげたい』という主旨でつくられた。研究会が始まったころは石油価格の高騰や地球温暖化問題解決への切り札として原発の推進と自然エネルギーの化石エネルギー代替注 1 に関心が集まっていた。また平成 23 年 3 月の福島第 1 原子力発電所事故を契機として、「原子力から再生可能エネルギーへの転換」ということが熱心に議論されるようになった。しかし本研究会報告には太陽光発電も風力発電もバイオマスエネルギーも出てこない。
非常に期待されている自然エネルギーであるが、イメージほどクリーンでも環境に優しくもない。水力発電については、既にダムを建設すると環境破壊になると言われて反対が根強い。自然からエネルギーを取り出そうとする以上、周辺の環境に多大な影響を与えてしまうのは必然である。太陽光発電パネルの裏側は日が当たらず、広大な面積が生物の住めない不毛の環境になる。
風力発電所が建設されて風が弱くなると花粉は飛ばなくなり、花粉で子孫を残す植物も減る。
また、太陽光発電の効率は 10～20％に過ぎず、夜は発電が完全に止まってしまう上に、昼間も日照条件によって出力が大きく変動する。風力発電の出力状況は、その時点における風の状況
によって太陽光以上に大きく変動する。このため自然エネルギーによる発電は、石炭石油火力発電のコストに比べて 3 倍以上高いばかりでなく、電力需要の変動に対応した機動的な発電が原理的に不可能で、電力系統の 10％以上を自然エネルギーが占めた場合には、電力の需給調整が極めて難しくなるという問題を抱えている。
欧米では農業政策として始められたバイオ燃料生産が、日本では CO2 削減を目的とし、十分検討されないまま「バイオマス・ニッポン戦略注 2」として 2006 年以来 6 兆円以上もの税金を使って推進された。日本の国土の 60％以上は森林であるが、1 年間に成長する樹木の量を石油に換算すると 800 万トン（日本の一次エネルギー量のの 1.5％）にしかならない。森林は木材や紙として使用するので、林地残材、間伐材、樹皮、建設廃材、製材端材に限ると石油換算にして 300 万
トン程度に減る。しかも木材を成型、ガス化、液化など変換してエネルギー資源として利用する
場合、コストは重油より 2 倍くらい高いと見積もられている。セルロース系のバイオマスからバイオ燃料を実用的に生産するには、革新的な技術が必要で、目途は全く立っていない。結局、太陽光発電や風力発電、バイオマス燃料は実用化や開発研究のための補助金が途絶えるとやがて消え去る運命にある。
「石油・石炭は近いうちになくなる注 3」、「それに石油石炭を焚くと CO2 がでて地球が温暖化
する注 4」、だから「節約して、原発か自然エネルギーにしなければならない」と考えるから、このようなことが起こる。水も空気をきれいになったのに 90 年代に突如始まった森林破壊、ダイ
オキシン、リサイクル、地球温暖化などは、科学的事実に基づかない頭だけで考えた環境問題で、
その東京型思考が日本を衰退させている。日本の回復は東京（補助金）依存からの自立にある。
それには、地方の人々が自分で考え、「頑張ろう」という気持ちや勇気を持つことと、都会の人々
が地方の力を増やして日本全体が栄えるように我が身を捨てる２つが必要である。
研究会では、自然エネルギー利用を「化石エネルギーの代替」や「CO2 削減」という補助金を目当てとするのではなく、一次産業を中心とした地域の振興・活性化をテーマとして取り組んだ。
報告書では「太陽エネルギー利用のための日射データと窓の熱収支」、「薪のエネルギー利用」、
1

「冷房不要の寒地住宅」「寒地型の冷房技術」、「雪氷冷熱エネルギーの利用」、「断熱材で建物をつくる」、「ビニールハウスの断熱」、「自然エネルギーを楽しむ」、「北海道の課題としての 1 次産業の活性化」と建築的活用を中心とする内容となっている。
尚、本報告書の前に、荒谷主査は一般の人向けに『断熱から生まれる自然エネルギー利用』（北海道建築指導センター

寒地系住宅の熱環境計画Ⅴ）を出版した。本報告書は建築関連に関わる専門家向けに、自助努力を手助けするためのアイデアを具体的にまとめたものである。

注1

ドイツでも受けの良い再生可能エネルギーの利用拡大計画が唱えられたのは原発の稼働年

注2

数延長への反発を和らげるためであったし、CO2 削減も原発推進の根拠とされた。
2011 年に総務省は、地球温暖化防止など効果が出ているものは「皆無」と判定し、改善を勧告した。 2011.2.16

注3

各紙新聞

日本では「石油資源はあと 40 年で枯渇する」と教科書にも記述されているが、それは石油会社が確認している油田の量を基にした値で、いまだ一度も寿命が計算されたことがな
く、商売上の寿命は時代とともに増えている（オイルショックの時 40 年、40 年後の現在
43 年）。また日本以外で「石油が枯渇するから節約」というエネルギー政策をとっている
国はない。

注4

日本では「石炭や天然ガスを燃やすと CO2 がでて地球が温暖化する」とあたかも確定しているかのように情報操作されており、温暖化対策として毎年 2 兆円以上の税金がこの 10年間使われている。しかしそれは日本とドイツだけで、日本以外で 1997 年の京都会議以後、CO2 を削減しようとしている国は世界にないという事実を真正面から見なければなない。

参考文献
1） 熊谷徹；なぜメルケルは「転向」したのか、ドイツ原子力四〇年戦争の真実、日経 BP 社、
2012
2） 久保田宏、松田智；幻想のバイオマスエネルギー、日刊工業新聞社、2010
3） 武田邦彦；偽善エネルギー「環境生活」が地球を破壊する、幻灯社、2008
4） 深井有；気候変動とエネルギー問題
5） 渡辺正；「地球温暖化」神話

CO2 温暖化論争を超えて、中央新書、2011

終わりの始まり、丸善出版、2012

2

第１章

太陽エネルギー利用のための日射データと窓の熱収支

1-1 はじめに太陽光の熱的作用を日射と呼ぶが、効果・影響・利用などを検討する際にはその量的な把握が基本になる。しかし日射量は太陽の動きとともに季節・時刻によって大きく変化し、また雲の影響を直接受け複雑である。本章では、計算法の解説とアメダス気象データを使った月別平均値を示す。その応用として窓からの日射熱取得と熱損失の収支の面から寒冷地に最適な窓の性能について検討する。
1-2 太陽位置、日射受熱量計算法の基礎
地球は太陽の周りを円に近い楕円形の軌道を描いて約 365 日かけて 1 回公転し、また 1 日に 1 回
自転している。北極星から見て、自転、公転ともに反時計回りである。地球の赤道面は、公転面に対して 23 度 26 分傾いている。この傾きは自転軸の傾きでもある。公転軌道が完全な円でなく、自軸が傾いているために南中時から次の南中時までの時間は年中微妙に変化している。
われわれが通常使う時刻は、中央標準時と呼ばれるもので、1 日の長さの年平均値を 1 日（24 時間）
として時間を決めた東経 135°（明石）の平均太陽時である。太陽時間は太陽が最も高い位置にあるのは真南に来る正午であるという事実に基づいているが、明石より東の地域では、明石より早く南中時を迎え、明石でも正午と南中時刻が一致することは年 4 回しかない。日照や日射の分野では経度や季節によって太陽の南中する時刻が異なるのは不便なので、太陽時間の原点に戻って太陽の南中時から次の南中時までを 1 日とし、その時間を 24 時間とする真太陽時を使う。また太陽位置の計算には南中時を 0°とし、南中以後の 1 時間を 15°の割合で数える時角を使用する。真太陽時と中央標準時の換算には次式を使用する。
t h  Tm  ( L  135)  15  e --------------------------------------------------------------（1）t h ：経度 L の地点における真太陽時
ここに
Tm ：中央標準時
L ：経度[°]
e ：均時差[hour] 真太陽時と平均太陽時との差で、詳しくは理科年表参照
ある地点（緯度φ）のある日（太陽赤緯δ）のある時刻（時角ｔ）の太陽高度 h 太陽方位角 A は、
1
球面三角法の公式により次式で与えられる。尚、太陽方位角 A  cos ( A) は、常に正であり、午前はマイナスにする。

sin( h)  sin( ) sin( )  cos( ) cos( ) cos( t )cos( A) 

図1sin( h) sin( )  sin( )cos( h) cos( )h  sin 1 (h) ------------------（2）A  cos 1 ( A)

図2

太陽高度、太陽方位角3------------------（3）太陽の天球上の動き

図3

太陽赤緯の年変化

太陽赤緯δは、天球の赤道面に対する太陽の高度（地球の赤道面と太陽光のなす角度）で、夏至23.45°、春秋分 0°、冬至-23.45°である。図 3 に 1 月 1 日からの日数 n の関数で太陽赤緯を近似したものを示すが、毎年変化するので詳しくは理科年表を参照する。
日射には太陽から直接到達する直達日射と散乱されて天空から到達する天空日射及び地表で反射して到達する反射日射がある。太陽光に正対する法線面直達日射量 j d n は、大気の清浄度を示す大気
透過率 p を使って次式で与えられる。

j dn  J o p 1 / sin( h )----------------------------------------------------------------------------（4）ここに Jo は大気表面の単位面積に垂直に入射する太陽のエネルギー量（太陽定数）で約1.37×103W/m2 である。大気透過率 p は、冬季の快晴日で 0.75、夏季の快晴日で 0.65 程度である。
ある任意の面が受ける直達日射受熱量は、入射角 i のときの余弦則により

J d  J dn cos(i)--------------------------------------------------------------------------- (5)

ここに

cos(i)  cos( ) sin(h)  sin( ) cos(h) cos( A  Av )------------------------------（6） ：傾斜面の対地角
Av ：面の方位角

したがって、太陽高度 h 、方位角 A のとき
水平面直達日射量   0

→ J dh  J dn sin(h)--------------------------------------------------------（7）鉛直面直達日射量   90 → J dv  J dn cos(h) cos( A  Av )--------------------------------------(8)

天空日射量は大気透過率以外に水蒸気などの影響を受け明快な計算式はないが、実測値に合うようにいくつかの式が作られている。その一つである永田の水平面天空日射量の式は、

J sh  (0.66  0.32 sin(h))  0.5  0.4  0.3P sin(h)( J o  J dn ) sin(h)---------------（9）傾斜面天空日射受熱量は傾斜面の対地角度  を使ってJ s 

1  cos( )J sh2---------------------------------------------------------------------------------（10）41-3 Excel による太陽位置と日射量算定
一日の時刻別太陽位置や日射量を求めるには Excel を使って計算するのが便利である。ただし
Excel では、三角関数の角度の単位がラジアン（1°=π/180°）であり、度（°）に変換する必要があることに注意が必要である。また sin 関数の逆関数は ASIN、cos 関数の逆関数は ACOS である。
表 1 に根室（8 月 1 日）の太陽高度、方位角、水平面と南鉛直面、西鉛直面の日射量の計算例を示す。

表1
地名

根室

緯度

度 °
43

分 ’

度 °
17

分 ’

赤緯

Excel による太陽位置と日射量計算例

秒 ”
19

φ

°
43.33

ラジアン
0.756

δ

°
17.96

ラジアン
0.314 （2012.8.1）

48
秒 ”

57

48

換算係数 R
0.0175太陽高度・日射量
時角 t

太陽高度 h時刻
h=asin(h)/R
（ °）
-2.09
(0.134)
(7.7)
-1.83
0.033
1.9
-1.57
0.212
12.2
-1.31
0.391
23.0
-1.05
0.558
33.9
-0.79
0.701
44.5
-0.52
0.811
54.2
-0.26
0.880
61.6
0.00
0.904
64.6
0.26
0.880
61.6
0.52
0.811
54.2
0.79
0.701
44.5
1.05
0.558
33.9
1.31
0.391
23.0
1.57
0.212
12.2
1.83
0.033
1.9
2.09
(0.134)(7.7)
赤；日の出前(th-12)*R
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

sin(h)

水平面直達 南鉛直面直 西鉛直面直
日射量
達日射量
達日射量
W/㎡
W/㎡
W/㎡
acos(A)/R
Idn*cos(h)* Idn*cos(h)*cos(A)（ °）Ind*sin(h) cos(A)cos(A-90)R-0.556-123.8(2613)(10710)(16024)-0.393-113.20(0)(0)-0.230-103.3
54
(57)
(241)
-0.060
-93.5
214
(30)
(504)
0.123
-82.9
402
74
(594)
0.333
-70.6
576
195
(553)
0.583
-54.4
714
300
(419)
0.855
-31.2
802
370
(224)
1.000
0.0
832
395
0
0.855
31.2
802
370
224
0.583
54.4
714
300
419
0.333
70.6
576
195
553
0.123
82.9
402
74
594
-0.060
93.5
214
(30)
504
-0.230
103.3
54
(57)
241
-0.393
113.2
0
(0)
0
-0.556
123.8(2613)(10710)16023
赤；裏面から照射方位角 A

5

1-4 太陽位置図と日射量算定図
太陽位置図とは、ある地点（緯度）における各季節の天球上の太陽軌道を水平面に投影したものである。図 4 は最も広く用いられている極射影図法を示す。太陽位置図には等高度円と方位線が描かれており、面倒な計算を行うことなく太陽の位置（高度と方位角）を知ることができ、日影時間の検討などに用いられる。図 5 は資料に添付した VB プログラムで描いた北緯 43°の太陽位置図である。
緯度と月日を入力し、実行ボタンをクリックするたびに時間が 0.5 時間進行し、その時刻の太陽高度と方位角の数値とともに位置が描かれるように作ってある。

図4

図5

極射影図法

緯度 43°の太陽位置図6天球上に面の受ける日射受熱量を計算して等高線を描いたものを、水平面に投影したのが日射受熱
量図表である。図 6～8 は、添付した VB プログラムで作成した南面の鉛直面、南の対地角度 30°面、水平面の日射受熱量図表である。太陽位置図と重ねると、面倒な計算を行うことなく日射受熱量を知ることができる。プログラムは、緯度と月日、面の対地角度と方位角を入力し、実行ボタンをクリックするそのたびに時間が 0.25 時間進行し、図 9 のようにその時刻の日射受熱量が表示される。

図6

図8

南鉛直面の日射受熱量図表

図7

水平面の日射受熱量図表

図97南面対地角度 30°日射受熱量図表

冬至の南鉛直面の時刻別日射量

1-5 AMeDas データから月別・方位別平均日射受熱量
鹿児島大学の赤坂教授のグループは気象台観測データを基にアメダス気象データにアメダスで観測されていない全天日射量、大気放射量および湿度のデータを補充する方法を開発し、全国 842 箇所の毎時刻のデータを 15 年分整理している。それを EA 気象データといい、そのうち月平均値が平均的な年を選択してつなぎ合わせた仮想の 1 年間の気象データを標準気象データと呼んでいる。図 10は北海道内 162 箇所の EA 気象データ観測点である。今回、北海道内の標準気象データを基に月別・方位別に平均日射受熱量を計算した。整理した結果を支庁別に表 2 に示すような形式で Excel 形式ファイルとして添付してある。また図 11～図 14 は観測点を結んで三角形網を作り、1 月と 8 月の水平面 日 射 量 と 気 温 の 分 布 を 色 分 け し た も の で あ る 。 1 月 で は 日 射 量 で 700 Wh/( ㎡ ・ 日 ） か ら
2200Wh/(㎡・日)、気温では-1℃から-12℃までの地域差がある。

図 10
表2

北海道内 162 箇所の EA 気象データ観測点

月別・方位別平均日射受熱量（宗谷岬）

宗谷岬
45.518 141.94
月 東
南東
南
南西
西
北西
北
北東
水平面 東30度 南30度 西30度 北30度 南15度 南45度 南60度
1477
877 1097
865
469
322
320
323
960
888 1264
878
597 1139 1323 1314
2 1057 2150 2845 2215 1116
475
413
455 2201 1998 3183 2037
838 2773 3404 3419
3 1578 2475 2902 2327 1466
781
621
790 3330 3075 4114 2968 1818 3831 4156 3956
4 1841 2314 2451 2367 1910 1201
816 1157 4109 3701 4490 3765 2839 4422 4305 3879
5 1951 2046 1879 2138 2063 1513 1020 1446 4517 4042 4473 4140 3599 4619 4091 3492
6 1800 1769 1571 1772 1757 1413 1117 1475 4031 3663 3861 3641 3399 4048 3484 2941
7 1707 1783 1692 1948 1949 1510 1070 1332 4237 3728 4115 3947 3483 4288 3736 3168
8 1650 1804 1747 1858 1703 1261
933 1240 3551 3233 3608 3285 2781 3673 3360 2943
9 1726 2360 2601 2311 1699
985
692
975 3515 3242 4097 3201 2173 3916 4045 3762
10 1179 1953 2437 1948 1169
580
508
591 2365 2168 3085 2164 1164 2804 3190 3112
11
541
882 1022
788
472
365
360
371 1023
978 1266
919
672 1172 1298 1265
12
324
500
605
508
330
262
261
262
642
596
764
601
487
718
773
749

8

図 11

1 月の水平面日射量分布

図 12

1 月の気温分布

図 13

8 月の水平面日射量分布

図 14

8 月の気温分布

1-6 断熱窓ガラスの光学的性能と熱的性能
窓からの日射熱は太陽エネルギー利用の元祖ともいえる。窓の選択に当たっては熱貫流率だけでなくガラスの日射熱取得率やサッシ（サッシの材質、開閉方法）などにも関心を持つことが重要である。
日本のガラス製造メーカーの複層（2 重）ガラスの熱的性能・光学的性能は、カタログや技術資料に表示されているが、欧米から輸入されるようなトリプル複層ガラスや希ガス入りについては資料が少ない。板ガラス類の光学性能の分光測定器を用いた試験方法は、「JIS R 3106.1998」、ガラスの熱貫流率の計算方法は「JIS R 3107.1998」に規定されている。また窓の熱貫流率は「JIS A 2102-1.2011
窓及びドアの熱性能―熱貫流率の計算」によって数値計算で求められる。
詳しいデータが利用できない場合のために JIS A 2102-1.2011 の付属書 C には R 3107 によって計算された、二層ガラスの中空層の熱抵抗と二層・三層ガラスの熱貫流率値が、中空層幅、封入ガス及びガラスの放射率別に載っている。しかし室内側にだけ Low-E ガラスを用いた三層ガラスの熱貫流
率と日射熱取得率は掲載されていない。ここではガラスの熱貫流率と日射熱取得率に関する計算式をガラスメーカーのカタログ値と JIS A2102 資料に当てはめ、中空層の熱抵抗値と Low-E ガラスの光学的性能を求め、データのない複層ガラスの熱貫流率と日射熱取得率を推計できるように検討した。
複層ガラス（2 重）の熱貫流率と光学性能計算式は、以下の通りである。
複層ガラス（2 重）の熱貫流率

1/ K 

1o ra 

1

i-------------------------------------------------------------------------------------（13）9複層ガラスの総合透過率

 12 

 1 2）--------------------------------------------------------------------------------------------（14）1  1  2複層ガラスの日射吸収率



 1a2
  
a 1  a1 1  1 2  、 a 2 
1  1  2
 1  1  2 ---------------------------------------------------------（15）複層ガラスの日射熱取得率   12 



ro
r r
a 1  o a a 2 ---------------------------------------------------------------（16）ro  ra  riro  ra  ri

ここに、

K ：熱貫流率
ra ：中空層熱抵抗 o ：室外側熱伝達率
 i ：室内側熱伝達率
 ：透過率a ：日射吸収率
 ：反射率[W/(㎡・K)][(㎡・K)/W][W/(㎡・K)][W/(㎡・K)]

表 3 にガラスメーカーの二層ガラスの熱貫流率と透過率・日射熱取得率(3mm+A+3mm の)場合を示す。JIS A2102 の資料と見比べると、Low-E ガラス製品の種類の多い N 社の Low-E ガラスⅠは放射率 0.15 以下、Low-EⅡは放射率 0.10 以下、 Low-EⅢは放射率 0.05 以下にほぼ相当し、他社の製品で見比べても放射率 0.10 以下の製品が多い。  o  20.4 W/(㎡・K)、  i  8.6 W(/㎡・K)、普通透明ガラスの透過率  1 =0.86、日射吸収率 a1 =0.06、反射率  1 =0.08 を式 13～式 16 に代入し、連立方
程式を解いて求めた中空層熱抵抗と Low-E ガラスの透過率、吸収率、反射率を表４に示す。Low-E
複層ガラスⅡについての中空層熱抵抗の値は、JIS A 2102-1.2011 の付属書 C の値（τ=0.1）と一致している。
表 3 市販複層ガラス（2 重）の熱貫流率と日射透過率・日射熱取得率
ガラスの種類共通 普通透明複層ガラス
Y社 Low-E複層ガラス
Low-E複層ガラスⅠ
N社 Low-E複層ガラスⅡ
Low-E複層ガラスⅢ
S社 Low-E複層ガラス
A社 Low-E複層ガラス

表4

ガラス熱貫流率 W/㎡・K
日射透過率 τ
空気6mm ガス6mm 空気12mm ガス12mm
3.4
3.1
2.9
2.8
0.75
2.5
1.7
0.52
2.1
1.4
2.7
1.9
0.61
2.6
1.8
0.54
2.5
1.6
0.35
2.6
1.9
0.50
2.2
1.6
2.6
1.8
0.53
2.2

日射熱取
得率 η
0.79
0.62
0.72
0.63
0.47
0.62
0.64

カタログ値から逆算した中空層熱抵抗と Low-E ガラスの光学性能

ガラスの種類
普通透明複層ガラス
Low-E複層ガラスⅠ
Low-E複層ガラスⅡ
Low-E複層ガラスⅢ

中空層熱抵抗 (㎡・K/W)
光学性能
乾燥空気層幅アルゴンガス層幅
透過率τ 吸収率a 反射率ρ
6mm
9mm
12mm
6mm
9mm
12mm
0.13
0.16
0.18
0.16
0.18
0.20
0.86
0.06
0.08
0.20
0.29
0.35
0.27
0.36
0.43
0.70
0.18
0.12
0.22
0.31
0.39
0.29
0.39
0.49
0.62
0.13
0.25
0.24
0.33
0.45
0.31
0.42
0.55
0.39
0.16
0.45

10

複層ガラス（3 重）の光学特性は以下の計算式である。

1

1/ K 

o ra1  ra 2 1i--------------------------------------------------------------------------- (17)透過率 123  1 2 3------------------------------------------------------------- (18)
1   2  3 1  1  2    22 1  3

総合吸収率


 1  2   1 22  3   1  22  3  ----------------------------------------------------- (19)a 1  a1 1 
2




1


1








2 3
1 2
2 1 3 
 1   1  2  3   1 2  3
 --------------------------------------------------------- (20)a 2  a 2 
2
 1   2  3 1  1  2    2 1  3  1 2
 ------------------------------------------------------- (21)a 3  a3 2 1   2  3 1  1  2    2 1  3 

日射熱取得率   123 




ro
ro  ra1r r ra1 
a 2  o a1 a 2 a3 ----------- (22)ro  ra 1  ra 2  riro  ra1  ra 2  riro  ra1  ra 2  ri

複層ガラス（3 重）の計算式（17）～（22）に中空層熱抵抗と Low-EⅠ、Ⅱ、Ⅲの透過率、吸収率、反射率を代入してトリプルガラスの日射熱取得率と室内側だけに Low-E ガラスを使ったトリプルガ
ラスの熱貫流率を JIS A2102 資料加え、複層ガラスの日射熱取得率と熱貫流率を整理した結果を表５に示す。弱 Low-E は放射率 0.15 以下、中 Low-E は放射率 0.10 以下、強 Low-E は放射率 0.05 以下を想定しており、色で分けると弱 Low-E は透明系、中 Low-E は透明とブルー系、強 Low-E はグリーン系となる。
表５
ガラスの種類
1 透明ペアガラス
2 弱Low-Eペアガラス
3 中Low-Eペアガラス
4 強Low-Eペアガラス
5 透明トリプルガラス
6 室内側弱Low-Eトリプルガラス
7 室内側中Low-Eトリプルガラス
8 室内側強Low-Eトリプルガラス
9 ダブル弱Low-Eトリプルガラス
10 ダブル中Low-Eトリプルガラス
11 ダブル強Low-Eトリプルガラス

複層ガラスの日射熱取得率と熱貫流率
熱貫流率 W/㎡・K

日射熱取
得率 η
0.79
0.73
0.64
0.47
0.71
0.66
0.58
0.44
0.56
0.45
0.23

乾燥空気

アルゴン

6mm
3.4

9mm
3.1

12mm
2.9

6mm
3.1

9mm
2.9

12mm
2.7

2.7
2.6
2.5

2.2
2.1
2.0

1.9
1.8
1.7

2.3
2.2
2.1

1.9
1.8
1.7

1.7
1.5
1.4

2.4
2.0
1.9
1.9
1.7
1.7
1.6

2.1
1.6
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2

1.8
1.3
1.2
1.1
1.2
1.1
1.0

2.1
1.7
1.6
1.6
1.4
1.4
1.3

1.9
1.4
1.4
1.3
1.1
1.1
1.0

1.8
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8

11

1-7 窓サッシの熱貫流率
窓サッシの熱貫流率は JIS A 2102-2 によって数値計算で求められる。詳しいデータが利用できな
い場合のために JIS A 2102-1.2011 の付属書 D には代表的なサッシの熱貫流率を簡易的に算出できる図表が載っているが、ここではより簡便に平均的な値を求めた。サッシを含めた窓全体の熱貫流率については、日本建材センターでの多数の実測結果をまとめたデータがある。サッシメーカーのカタロ
グからサッシ 4）の材質別にガラスの”見付け面積”比率を求め、面積加重平均法でサッシの熱貫流率を逆算した。表 5 にサッシの熱貫流率推計結果を示す。
表5

サッシの熱貫流率推計値

窓の熱貫流率実測値W/㎡・K
サッシの熱貫流率推計値 W/㎡・K
ガラス構成
ガラス構成
サッシ材質
平均値
引
Ａ12FL
Ａ12Ｌ
Ａｒ12Ｌ
Ａ12FL
Ａ12Ｌ
Ａｒ12Ｌ
き
断熱アルミ
0.85
3.5
6.8
6.8
違
0.72
2.9
2.3
2.0
3.0
3.4
3.1
3.2
い PVC
木
0.61
2.6
2.0
2.0
2.2
2.1
窓
木+アルミ
0.83
3.1
2.2
4.3
5.0
4.7
ＰＶＣ＋アルミ
0.80
3.5
2.8
2.6
5.7
6.2
6.4
6.1
窓の熱貫流率実測値W/㎡・K
サッシの熱貫流率推計値
W/㎡・K
ガラス
サッシ材質
ガラス構成
ガラス構成
比率
平均値
Ａ12FL
Ａ12Ｌ
Ａｒ12Ｌ
Ａ12FL
Ａ12Ｌ
Ａｒ12Ｌ
開
断熱アルミ
0.82
3.6
3.1
6.7
8.6
7.7
き
PVC
0.82
2.6
2.0
1.8
1.3
2.6
2.8
2.2
窓
木
0.72
2.7
2.0
2.0
2.3
2.2
木+アルミ
0.78
3.0
2.3
2.2
3.4
3.5
4.2
3.7
ＰＶＣ＋アルミ
0.80
3.2
2.5
4.2
4.9
4.5
注1） Ａ12FL ：複層ガラス、空気層幅12mm、乾燥空気入れ
K= 2.9W/㎡K
A12L ：Low-E複層ガラス、空気層幅12mm、乾燥空気入れ
K= 1.9W/㎡K
Ar12L ：Low-E複層ガラス、空気層幅12mm、アルゴンガス入れ
K= 1.7W/㎡K
ガラス
比率

1-8 断熱窓の熱収支と最適性能
冬期間に窓から入る日射熱取得と窓から逃げる損失熱の差は単位面積一日当たり次式で表される。

q    g  J tv  24K w  i   o  -----------------------------------------（23）ここに ：日射熱取得率
g ：窓のガラス見付け面積比
J tv ：窓の冬期間平均日射受熱量 [Wh/㎡]
K w ：窓の熱貫流率

 i ：冬期間平均室温
 o ：冬期間平均外気温

熱の出入りが平衡する条件は q  0 であるから

J tv  24

Kw

g  i   o -------------------------------------------------（24）12図 15 に期間平均室温  i を固定し、縦軸は日射受熱量 J tv 、横軸は期間平均外気温  o のグラフに窓ごとの熱平衡線と地域の方位別日射量と気温の点を描くことのできる Excel マクロソフトを示す。平
衡線より地点が上にあると入ってくる日射熱の方が多いことを表している。窓は 4 種類、地域・方位は 7 点同時に検討することができる。

図 15

窓の熱収支検討ソフトの画面

室温 18℃、12mm 乾燥空気層幅の複層ガラス、9 尺テラス開き窓、木製サッシに固定し、11 種類の断熱ガラス入り窓について旭川、札幌、帯広の南窓と西窓の熱収支を検討した。その結果を図 16～図
18 と表 6 に示す。南窓と西窓両方とも放射率がτ=0.15 以下のものを室内側だけに用いた Low-E トリ
プルガラス（熱貫流率 1.3 程度、日射熱取得率 0.65 以上）が熱収支の上からいずれの地域で最も有利である。また日射量の多い帯広や寒さの厳しくない札幌では 2 番目はτ=0.15 以下の Low-E ペアガラスである。省エネルギー意識の高まりから熱貫流率が 1.0W/(㎡・K)を切るような超高断熱ダブル
Low-E ガラスを用いる傾向があるが、太陽熱利用の観点からはむしろ普通の透明トリプルガラスの方がよい結果を得る。窓ガラスの選択に当たっては表 8 に示す熱貫流率 K と日射熱取得率ηの比をを参考にするとよい。
最も性能の良かった室内側 Low-E トリプルガラスに固定し、窓の開閉方式とサッシの材質の影響を検討した。図 19、図 20 と表 7 に結果を示す。開き窓では PVC サッシ、引違窓では木+アルミの複合サッシが最も有利である。しかし開閉方式とサッシの材質による影響差は小さい。

13

表6

断熱ガラス種類による窓の熱収支への影響
南窓

ガラスの種類

西窓

旭川
-253

札幌
-31

帯広
455

旭川
-951

札幌
-781

帯広
-727

2 弱Low-Eペアガラス

63

228

717

-588

-472

-385

3 中Low-Eペアガラス
4 強Low-Eペアガラス

-49
-282

109
-131

523
143

-617
-699

-500
-579

-437
-562

5 透明トリプルガラス

54

215

689

-577

-463

-379

6 室内側弱Low-Eトリプルガラス

184

315

774

-404

-317

-223

7 室内側中Low-Eトリプルガラス
8 室内側強Low-Eトリプルガラス

87
-112

212
7

604
281

-429
-499

-341
-409

-268
-375

9 ダブル弱Low-Eトリプルガラス

60

184

562

-441

-352

-284

10 ダブル中Low-Eトリプルガラス

-87

31

314

-484

-395

-358

11 ダブル強Low-Eトリプルガラス

-388

-277

-171

-596

-501

-524

1 透明ペアガラス

表7

窓の開閉方式とサッシの材質による窓の熱収支の影響

サッシ材質
木製
開
PVC
き
窓 木+アルミ
PVC+アルミ
引 木製
違 PVC
い 木+アルミ
窓
PVC+アルミ

南窓

西窓

旭川
184

札幌
315

帯広
774

旭川
-404

札幌
-317

帯広
-223

347

474

1003

-310

-232

-109

184
153

336
313

851
837

-481
-530

-379
-419

-275
-318

230

361

844

-384

-298

429

553

1117

-262

-189

-195
-53

443
319

578
467

1182
1043

-300
-407

-219
-311

-74
-184

表8

断熱ガラスの熱性能

ガラスの種類室内側弱Low-Eトリプルガラス
室内側中Low-Eトリプルガラス
ダブル弱Low-Eトリプルガラス
ダブル中Low-Eトリプルガラス
室内側強Low-Eトリプルガラス
透明トリプルガラス
弱Low-Eペアガラス
中Low-Eペアガラス
強Low-Eペアガラス
透明ペアガラス
ダブル強Low-Eトリプルガラス

日射熱取
得率 η

熱貫流率
K

0.66
0.58
0.56
0.45
0.44
0.71
0.73
0.64
0.47
0.79
0.23

1.3
1.2
1.2
1.1
1.1
1.8
1.9
1.8
1.7
2.9
1.0

14

K/η
1.9
2.1
2.1
2.5
2.6
2.6
2.6
2.8
3.6
3.7
4.3

図 16

複層（2 重）ガラスの熱収支

図 17

図 18
15

室内側 Low-E トリプルガラスの熱収支

ダブル Low-E トリプルガラスの熱収支

図 19

開き窓のサッシ材質別熱収支

図 20

引違い窓のサッシ材質別熱収支

参考文献
1） 田中俊六編；最新建築環境工学

改訂 3 版、井上書院、2006.8

2） 建築学会編；拡張アメダス気象データ、丸善出版、2001.1
3） 国立天文台編；理科年表

平成 24 年、丸善出版、2011.114） 開口部の断熱性能に関する研究、清水則夫、空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集、2011.9、pp.955-958
5） ガラス製造メーカーの光学的性能・熱的性能資料
6） サッシ製造メーカーの窓カタログ
7） JIS A 2102-1.2011 窓及びドアの熱性能―熱貫流率の計算
8） JIS R 3106.1 板ガラス類の透過率・反射率・放射率・日射熱取得率の試験方法
JIS R 3107.1998

板ガラス類の熱抵抗及び建築における熱貫流率の算定方法
幹事

16

鈴木憲三

第２章

冷房不要の寒地住宅

2-1 はじめに寒冷地ならば本来必要としないはずの冷房装置を使うようになったのは、誠に不思議なことである。
伝統的な建物においては何らかの断熱や遮蔽によって日射熱を遮り、自然の冷却力を生かす建物と生活上の工夫があることによって地域の建物を特徴づける魅力となっていた。しかし世の中が便利になるにしたがって、冷房装置が使われるようになり、建築の地域性を失ったように思える。例えば、下の写真の欄間は、天井と鴨居との間に格子や透かし彫りの板などを取りつけた部分で、採光・通風・
熱気排出などのために作られたものである。残念ながら現在では忘れられた存在となり、作られることはほとんどなくなった。
図 5 に北海道の 8 月の平均気温分布を示す。半分以上の地域が 20℃以下であり、都市部の気温が周囲より少し高くなっているのが判る。図 6 に札幌の年間気温変動を示す。暑い札幌でも外気温が 30℃を超図1

透かし彫りの欄間

図3

塀に設けられた透かし彫りの欄間

図2

図4

17

格子状の欄間

障子窓に設けられた格子えている日はせいぜい 1 週間くらいで、しかも日中の数時間だけであり、夜になれば 20℃くらいまで下がる。図 7 は札幌の一年間の外気温度の累積頻度を表したものである。20℃以下になっているのは 85％にも及ぶが、25℃を超えているのはわずか 3％である。それにも関わらず現実には冷房装置が使われているのである。
温暖湿潤地域ならば温度だけなく湿度も高いため、通風だけでは夏の問題が解決されず、除湿対策が必要となる。しかし寒冷地では湿度がそれほど高くないので、通風や夜間放射冷却された外気を建物内に取入れ蓄熱するなど様々な工夫することができれば日中の暑さ防止は可能である。寒冷地において冷房装置が不要になる暑さ対策について述べていきたい。

図5

図6

北海道の 8 月の平均気温分布

札幌市の年間外気温

図7

外気温度の一年間の累積頻度

2-2 超高断熱住宅の夏の実測結果
熱損失係数が 0.5W/(㎡・K)前後の超高断熱木造住宅の実測調査を行った。図 8 は外気温が 20～33℃の真夏の実測結果である。電力消費量はそれほど多くはないが、室温 25～28℃を維持するために間欠的に冷房を使用している。図 9 は外気温 21℃～33℃の残暑の厳しい初秋の実測結果である。冷房を止めているため室温は 27～31℃と高めで推移している。この建物は熱交換換気が使われていて、外気温
が 21℃まで下がっているにも関わらず、室温は最低で 27℃と高くなっている。

18

図8

超高断熱住宅の盛夏の冷房温度変動

図 10

超高断熱住宅の連続冷房温度変動

図9

図 11

初秋の自然温度変動

超高断熱モデルハウスの温度変動

図 10 は連続冷房をしている超高断熱住宅の実測結果である。連続冷房しているにも関わらず
室温は 25～28℃と変動し、8 月の冷房用電力消費量は 135kWh もある。図 11 はモデルハウスの実測結果である。お盆休暇中、室内を閉め切った状態で西日の入った部屋では 38℃にも上昇している。そのためお盆明けには冷房を使用している。ゼロエネルギーハウスを目指し、厚さ 300mm を超える断熱を計画しながら夏季の暑さ対策を疎かにしている。

2-3 日除けの重要性
伝統的な建物では萱や葦などで屋根を厚く断熱したり、深い軒の出や窓に簾を使うなどできるだけ日射熱を室内に入れない対策がみられていた。乾燥地域でも建物の材料には厚い泥を利用し、できるだけ窓は小さく取り、日射を遮蔽するよう工夫されていたが、最近の住宅はどうであろう。屋根は鉄板を使っているものも多く、窓は広くとられ、日除けもなく日射に対して無防備であることも多い。
集合住宅ではベランダこそ日除けの働きをもつとはいえ、通常の窓は日射に対して無防備であり、最上階では天井からの放射熱が大きいにも関わらず、涼を得る方法は伝統的な建物と同様に窓や換気扇
による通風が中心となっている。乾燥地域でも同様で、都市住宅では壁が薄くなり、窓が大きく取られた住宅が目立つようになった。しかし日射への対策をしない限り、いくら冷房しても室温は思うよ
うに下がらない。
外壁に断熱を施した建物では、壁からの熱の出入りは少なくなり、ガラス窓を通過した日射による取得熱は相対的に大きくなる。冬に日射が多くなるのは鉛直南面である。逆に夏は太陽高度が高くな

19

るため、水平面が最も日射が多くなる。南面の窓には庇やルーバーなどを設けると簡単に直射日光は入りにくくなる。断熱の厚い建物で最も気をつけなければならないのは、東西の窓である。特に西側の窓は最も外気温が上昇する午後の時間帯に室内に日射が入ることになるため、室内の温度が非常に上昇しやすくなる。

2-4 高窓・換気塔の熱気除去、夜間冷気流入
多くの地域の伝統的な建築には熱気を効果的に排出するための工夫がなされていた。例えば図 12・
13 の白川郷の合掌造り屋根は妻を南北に向けている。夏場は屋根裏部屋の窓を開放し、谷筋に沿って吹く南北の風を利用することで夏に蚕が暑さにやられないようにするためである。また屋根裏の床材には竹簀子が利用され、煙などが屋根裏から煙出しに抜けやすいようになっている。高窓や換気塔の目的は日中の熱気を排出するだけではなく、外気温が低下したときに冷気を取入れる役目をしている。
図 14 は砂漠地帯でほとんどの住宅に使われている換気塔である。中は斜め十字に四つに仕切られており、風が当たる二つが空気の取り入れ、反対の二つが排気に働くようになっている。

図 12

日本の伝統的な建築である合掌作り

図 14

図 13

合掌造りの排煙・排気用高窓

乾燥地域でよく使われている換気塔20

図 15～図 17 に 8 月の時間帯別風向・風速と気温の分布を示す。夕方から朝にかけて昼間と風向が異なる地域があり、風速は弱まるが、外気温が低下しているので冷気を取入れるのに適している。微気候に配慮した開口の設計が求められる。

図 15

0～6 時の風向・風速と気温分布

図 1612～17 時の風向・風速と気温分布

図 1719～24 時の風向・風速と気温分布212-5 基礎断熱土間床、外断熱ブロック造
大きな土間を持つ建物、土蔵やブロック造、外断熱の建物などの室温変動は小さい。外からの貫流
熱とその変動が小さくなることも大きな要因であるが、取得熱の変動があっても室内側の吸熱力が大
きいと小さな室温変動で取得熱の変動を吸収することができるためである。
窓からの太陽熱や室内の排熱を無駄なく使うこと、夜間の涼しさを持ち越し、涼しい環境をつくる
こと、いずれも熱容量の役割である。それが実現するのは巨大な熱容量を持つコンクリートまたはブ
ロックの外断熱住宅である。本造住宅でもやっと基礎断熱が普及し、わずかながらも熱容量を増やしてきているが、単純な熱損失係数の計算上で、地盤への熱損失を問題視する意見が力を増し、これに歯止めをかける方向に動きつつあるようである。断熱住宅でこそ価値を増す基礎断熱技術の利点を無視し、わずかな熱損失の削減に走る動きは、本当に心配である。

図 18

南面全窓で庇が設置された建物

図 19

左の建物の断面図

図 20

住宅の最上階に設けられた窓

図 21

広い土間床を持つ玄関

22

2-6 外断熱ブロック造（荒谷邸）の夏季の温度実測
図 18 は日射遮蔽、排熱用高窓、土間床をもつブロック外断熱住宅の写真である。南面全面を窓にして、水平ルーバーを設けている。図 19 はその建物の断面図である。冬太陽高度の低い時には直射日光が建物の奥まで入るが、夏太陽高度が高くなれば直射日光が室内に侵入することはない。図 20 は最上階に並んでいる高窓であるが、6 月～9 月はほぼ 24 時間開放された状態にある。室温が外気温より高い
日中は熱気を排出し、気温が下がる夜間は冷気がまるで滝のように流入し蓄冷する。図 21 は玄関土間床である。
図 22 は夏期の温度測定をしたものである。最高気温が 32℃で±7℃の変動幅が見られているがこの建物の場合は 1 階と最上階の温度差は±1℃、全室の変動幅も±1℃程度であり、室温は冷房なしで 28℃以下を保っていた。
床下は 19℃前後で巨大な土間の蓄熱の影響で日変動幅はほとんどみられなかった。

図 22

ブロックの外断熱住宅の実測データ

2-7 通風・自然換気量計算法
気密化を図る場合には事前に換気量や換気経路について慎重な計画が必要である。しかし換気計算が非線形方程式であるために、手計算で実行するには大変煩雑であり、換気の計画や分析を経験や勘に頼っているところに問題がある。そのため、自然換気計算用ソフトを作成した。
（第２章資料－換気量計算）
2-7-1

換気計算法

（1）風圧力と浮力
建物の壁面や屋根面に加わる風圧力 Pw は、風速 v [m/s]、外気の空気密度  o [kg/m3]とすると、次式で表される。

Pw  C 

o
2

 v2

[Pa]----------------------------------------------------------------------（1）

ここで、 C は風圧係数であり、図 23 と図 24 に建物の風圧係数を示す。
建物の内外に温度差があると、空気の密度差によって浮力による圧力差を生じる。空気の密度ρは、
空気温θ[℃]の状態において

353
  273[kg/m3]---------------------------------------------------------------------（2）

23

図 23

風圧係数断面分布

図 24

風圧係数壁面分布

外気の密度  o 、室内空気の密度を  i とし、室内床面高さの圧力を大気基準で表して Pio とすると、室内各高さ h  の大気基準圧 Pi は、次式で表される。

Ph  Pio  g (  o   i )h--------------------------------------------------------------（3）（2）開口の特性と換気量室において、開口や隙間の前後に差圧 ⊿P  Pb  Pa があるときの風量 Q [m3/h]は、  ≒ 1.2 として有効開口面積を用いて次式で表される。

Q  sgn 3600  A

2



⊿P

 sgn 3600  A  1.29 Pb  Pa----------------------------------------------------------（4）ここに、 Pb と Pa はそれぞれ開口前後の圧力で、符号 sgn は ⊿P  0 のとき（+）、 ⊿P  0 は（－）
をとる。プラスの時は流入を意味している。

床からの高さ h  の点の内外圧力差 ⊿P は、式(1）と式(3)より、

Pa  Pi 0  (  o   i )h ------------------------------------------------------------------------（5）Pb  Pw-------------------------------------------------------------------------------------------（6）⊿P  Pｗ－{Pio  g (  o   i )h}----------------------------------------------------------（7）24開口の有効面積を与える流量係数αは、開口の形状、寸法で異なるが、単純な窓は 0.6～0.7 程度である。
表 1 各種窓の流量係数

表 1 に各種窓の流量係数を示す。
換気塔や筒の場合は有効開口面積を次式で計算する。
形

1



1  l2D------------------（8）B/H=1:1 B/H=1:2
角 度 流量係数 流量係数
α
α
β
15
0.25
0.22
排
30
0.42
0.38
気
45
0.52
0.50
15
0.30
0.24
給
30
0.45
0.38
気
45
0.56
0.50

状

β

ここに、
ζ：出入り口の形状抵抗係数（≒2~3）

15
30
45
60
90

0.15
0.30
0.44
0.56
0.64

30
50
70
90

0.23
0.42
0.58
0.70

細目
中目
B:窓の幅 H:窓の高さ

0.30
0.40

λ：摩擦損失係数（≒0.03）
：：管長
l

[m]

D：管径

[m]

β

β

（3）風量収支式の解法
室ごとに換気量の収支合計は 0 であることから、室内床面高さの圧力 Pio を未知数とする室数個の方程式が成り立つ。非線形方程式であるため Pio の初期値を与えて逐次近似する方法がとられる。作成したプログラムでは、 Pio の補正値に関する連立 1 次方程式化によって逐防虫網

次近似する方法を採用している。
（4）自然換気量の計算 Excel マクロ（第２章資料－換気量計算）
図 25 に資料に添付した自然換気量を計算するプログラムの画面を示す。事前に部屋、風圧係数を与える境界及び開口に番号をふり、室数、境界数、開口数、風速と開口の面積、流量係数、高さを例に倣って入力する。開口部が一つの場合、上下で流出と流入が同時に起こることがある。開口を分割
する。

図 25

自然換気量計算 Excel マクロ画面

25

2-8 夏季の地盤を経由する熱移動の計算法（1）熱貫流率の予測式
地盤を経由する熱移動は 3 次元伝熱を含み，その熱貫流率を簡単に求めることはできない。省エネ
ルギー基準では，基礎周辺および中央部地盤に分けての冬期間平均熱貫流率計算式（省エネ岩前式）を採用している。これは地盤の時間遅れを考慮したものと考えられるが，2 次元伝熱であることと一
般性に欠ける難点がある。また断熱材地中深さが 10～40cm と浅く，寒冷地に多い全面土間断熱モデ
ルがないなど適用範囲がほぼ温暖地に限定されている。そのために戸建住宅の地盤を経由する熱損失量を熱貫流率×実効温度差×床面積と普通に定常計算できるように土間床，布基礎，半地下室について基礎の断熱厚さなど 7 個を因子として 3 次元有限要素法定常熱伝導解析を行い，結果を回帰誤差の小さい因子複合重回帰分析プログラムを利用して汎用性の高い実用的な熱貫流率計算式を導いた。熱
貫流率を目的変数，断熱基礎地中深さ X1，基礎断熱熱抵抗値 X2，地盤の熱伝導率 X3，土間断熱の
熱抵抗値 X4，床面積/床周長 X5，床表面熱抵抗値 X6 の 6 個（布基礎については”床表面抵抗”の代わ
りに床高さ”）を説明変数とする複合因子加算型重回帰予測式は，
Y=A0+A1×Z1+A2×Z2+…+AN×ZN------------------------------------------------（9）と表される。表 2 に複合因子の内容，および常数項と係数、表 3 に因子Ｘの範囲を示す。
表2

熱貫流率回帰式の複合因子の内容，常数項と係数

26

表3

1 次因子の内容と範囲
範
0.0～0.9
0.9～1.8
0.89～2.68
0.5～1.5
0.0～1.1
1.52～2.5
0.11～0.46
0.54～0.84

因子
名 称
X1 基礎断熱地中深さ（半地下）
X2 基礎断熱熱抵抗値
X3 地盤の熱伝導率
X4 土間断熱熱抵抗値
X5 床面積/床周長
X6 床表面熱抵抗値
X7 布基礎床高さ

囲
[m]
[m]
[㎡･K/W][W/(m･K][㎡･K/W][m][㎡･K/W][m]（2）設計用実効温度差
室温と外気温度の年変動を正弦波で与えて年周期的熱伝導解析を行い，得られた日々の熱流値を基
礎の熱貫流率で除して年間の実効温度差を求めた。厳冬期（1/30）と厳夏期（7/31）の実効温度差および外気温が 10℃以下のときの実効温度差積算値 D10（札幌 10/23～5/05，平均室温は約 21℃）について直接複合因子加算重回帰分析を行った。表 4 に複合因子の内容，および常数項と係数を示す。
表 5 に基礎断熱 100mm、土間断熱 30mm の熱貫流率と夏冬の実効温度差の計算結果を示す。冬季の実
効温度差は暖房設計用の内外温度差の半分ほどであり、夏期も冬期と同じくらいの熱移動があることを示している。このように年変動に対する地盤の蓄熱効果は大きく，熱貫流率の大小だけで断熱性能を評価することはできない。
尚、外気温 14℃以下の実効温度差積算値 D14≒1.1×D10+300，18℃以下のときの実効温度差積算値 D18≒1.2×D10+500 と計算できる。また予測式はすこし複雑であるので、計算用の Excel マクロを資料に添付する。（第２章資料－基礎の熱貫流率）
表4

実効温度差と冬期暖房デグリーデー

土間床
厳冬期温度差常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X6^0.5
Z2 X1
Z3 1/X3^3
Z4 X2･X5
Z5 X4/X5^2

-10.8
回帰係数
7.26
-2.16
0.200
-0.4922.09

布基礎
厳冬期温度差常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X6^2
Z2 X1･X3
Z3 1/(X2・X5)Z4Z5

厳夏期温度差常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X1
Z2 X6
Z3 X2･X5
Z4 1/(X3・X5)
Z5 X4^2/X2

0.3
回帰係数
2.28
0.884
0.385
-2.22
-0.721

厳夏期温度差常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X6
Z2 X1･X3
Z3 1/(X2･X5)Z4Z5

冬期実効温度差積算値
常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X6
Z2 X1^2･X5
Z3 X2^2･X3

-1103
回帰係数
288
-120
-30.0

冬期実効温度差積算値
常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X6^1.5
Z2 1/(X2･X5)
Z3

27

4.4
回帰係数
0.0485
-1.26
6.30

0.8
回帰係数
0.943
1.27
-6.01

-422
回帰係数
57.4
765

半地下室
厳冬期温度差常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X2^0.5
Z2 X6
Z3 1/X4^1.5
Z4 X1･X5
Z5
厳夏期温度差常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X6^0.5
Z2 1/X2Z3 X3^2･X4
Z4 X5^2･X1
Z5 1/(X3^2・X5)
冬期実効温度差積算値
常数項 A0＝因子 因子内容
Z1 X2^0.5
Z2 X6^1.5
Z3

2.1
回帰係数
-2.38
1.17
0.815
-0.566

-5.0
回帰係数
5.48
-2.61
-0.5120.170-0.319

-62
回帰係数
-303
60.4

表5

モデル基礎の熱貫流率と夏冬の実効温度差

熱貫流率
夏季実効温度差 ℃
冬季実効温度差 ℃
基礎構造 面積当り 周長当り
札幌
帯広
旭川
札幌
帯広
旭川
W/㎡・K W/m・K
土間床
0.29
0.58
15.6
17.7
18.9
12.5
14.6
15.9
高床
0.32
0.67
14.1
16.3
17.6
14.3
17.7
20.1
半地下
0.56
1.06
14.8
16.4
17.4
14.0
16.7
18.3
条件
基礎深さ0.6m、基礎断熱100mm、地盤熱伝導率1.0W/m・K、土間断熱30mm
床10.8m×6.3m、高床の高さ0.5m、半地下地盤下0.9m
年平均気温：札幌8.8℃、帯広6.5℃、旭川5.1℃（3）土間下の断熱
感度分析結果によると布基礎や半地下室では熱貫流率を小さくするのに効果的な断熱方法は、基礎壁の断熱強化であるが、土間床では地盤の断熱強化が最も有効である。しかし土間床の断熱強化は蓄
熱効果を減らすことになり，冬期の熱実効温度差損失を大きくし夏期の実効温度差を小さくする。
熱を伝えにくい火山灰質では，土間に断熱材を割り付けても熱貫流率の削減効果は小さく，基礎壁の断熱重視が有利である。一方，熱を伝え易い粘土質地盤では土間を断熱することが実効温度差を大きくするよりも熱貫流率を減らすことになり，結果として冬期間の熱損失量を少なくすることに繋がる。したがって寒冷地の泥炭地盤などでは土間全面に断熱することは意味があるが，北欧のパッシブハウスに見られる厚さ 200～300mm にもおよぶ厚い土間断熱を温暖な日本にそのままもちこむのは
適当とはいえない。

2-9 おわりに
寒冷地域においては断熱建物の夏の暑さ対策は①入ってくる日射熱や室内発熱をいかに減らしていくか、②通風を確保する、熱気を排出すること、③熱容量を増やしていけるか、にかかってくる。
これらの問題を解決していくことができれば、エネルギーに頼らなくても寒冷地ならではの快適な夏を過ごすことができる。そのための日除けの検討と自然換気計算の Excel マクロ及び地盤への熱移動計算式を作成した。

参考文献
9） 田中俊六編；最新建築環境工学
10）

改訂 3 版、井上書院、2006.8

建築学会編；拡張アメダス気象データ、丸善出版、2001.1

3）岩前篤，永井久也，鈴木大隆，北谷幸恵：基礎断熱住宅の基礎部からの熱損失の定量的評価，日
本建築学会環境系論文集，No.567（平 15-5），pp.37-42
4）黒田秀夫：Visual Basic による 3 次元熱伝導解析プログラム（平 15）, CQ 出版
5) 黒田秀夫：Visual Basic による工学計算プログラム（平 13），pp.185-248，CQ 出版

28

委員

サデギアン モハマッド タギ

幹事

鈴木憲三

第３章
3-1

寒地型の冷房技術

寒地の特質

寒地であっても、室内の発熱密度が高く、外への開放が難しい建物など、冷房が必要な建物が多くありますが、夜間の冷気、放射冷却や蒸発冷却、低温の地下水など、多様な自然の冷熱源に恵まれているのが寒地の素晴らしさですから、それらを生かすことによって暖地には無い可能性を引き出すことが出来ます。
こうした低落差の自然エネルギー利用には暖・冷房装置の特性だけではなく蓄熱体でもある建物の特性を生かすことが大切で、建物の蓄熱力と断熱性能についての理解が必要です。

3-2

断熱によって変化する建物の熱的な性質と熱常識

私たちの建物をめぐる熱常識の背景には、強力なヒーターやクーラーによる力ずくの加熱冷却、エ
ネルギー節約のための間欠運転、夜間の冷却を日中の改善に生かせない建物の構造などがあって、新しい可能性を探る妨げになっていることがあります。
冬対応をめぐる断熱の一般的な理解は進んできていますが、夏対応での断熱や熱容量の効果、自然エネルギーの理解とその活用の仕方などになると、今までの常識が通用しなくなる問題がいろいろ出てきます。 そこでまず、断熱によって変わりうる私たちの熱常識そのものをあらかじめ考えておきたいと思います。

3-3

解析モデルの単純化

単純化のために、図-1 のように外壁には熱容量がなく、代わりに室温と同じ温度変動をする薄板状の収納物がある床面積 100 ㎡程度の住宅を想定します。
内外温度差 1℃ 当たりの総熱損失係数を W (Watt/℃)、収納物の比熱を 0.2 (kWh/ton)として換算した総熱容量を Q (kWh/℃)とします。
断熱と熱容量の効果を際立たせるためのモデル化ですが、 ①の W=0.5 (kW/℃)、Q=1.0 (kWh/℃)
は断熱なしの本造住宅、②の W=0.5 (kW/℃)、Q=5.0 (kWh/℃)は断熱なしコンクリート造、 ③のW=0.l (kW/℃)、Q=5.0 (kWh/℃)は外断熱コンクリート造に近い熱的な性質をイメージしたものです。

熱損失係数
W kW/℃
熱容量

Q kWh/℃

計算のモデル：100 ㎡程度の住宅

総合熱損失係数：①,② W=0.5 kW/℃〃
収納物の熱容量〃：③

W=0.1 〃：①

Q=1.0 kWh/℃：②,③ Q=5.0 〃

ただし外壁の熱容量は無視、室内の収納物は図-1 計算モデル

薄板で室温と同じ温度変動をするものと仮定

29

3-4

熱容量が大きいという意味

建物の内外気温が 0℃ に保たれた定常状態から発熱量 H=W kW の加熱を開始すると室温θi(t)=は、図-2 の左のように上昇し、定常状態の 1℃ に達したあと加熱を止めると右図のように低下します。

図-2 連続加熱と定常状態からの冷却過程の室温変動①から②への変化は、たとえば木造からコンクリート造へのように熱容量の増加によるものですが、②から③への変化は、熱容量は同じで断熱だけが変わった変化です。
これらの変化を数式で表現すると下式のようになります。
W
 t 

1  e Q 
W




室温上昇過程 t   H

室温下降過程 t   H



W

e

W
t
Q

ここに出てくる指数(W/Q)は、室温変動率とも呼ばれる室温の変わりやすさを現わす指数です。 実
際には外壁にも熱容量があり、室内の熱容量も薄板ではなく厚い壁や温度の時間遅れを伴う構造体や収納物で、このような指数関数 1 項の簡単な形では表現できませんが、ここで理解していただきたいのは、一般に室温変動にかかわる熱容量とは物理的な意味での熱容量 Q kWh/℃ではなく、熱損失係数との比(W/Q)で表わされ、熱容量は同じでも断熱によって熱損失が減ると相対的な熱容量は増えるということです。

3-5

間欠暖房時の建物の熱的な性質

次ページの図-3, 4 は同じモデルを使用して周期的な間欠暖房をしたときの室温と熱供給量との時間経過です。
基本的な熱常識として確認しておきたいことは、建物の換気量や断熱性能の時間変化がなければ(熱的な線形条件が保たれていれば)、建物の内外温度差の日平均値は、日射や室内取得熱を含めた取得熱量の日平均値を熱損失係数で割った値に等しくなるということです。
取得熱の効果は改めて説明することにして、取得熱なしの状態での間欠暖房の効果は①に顕著で、
22 時に暖房を止めたあとの室温は、朝方にはほぼ外気温にまで低下し、暖房時間の短縮分ではなく、
日平均気温が低下した分、一日の燃料消費量が節約されます。

30

②は昔の断熱なしブロック造に近く、朝方の室温低下は木造よりも小さくなりますが、その回復には予熱時の熱負荷が大きくなり、それが日中まで続きます。

①断熱軽構造図-3②無断熱重構造

間欠暖房時の室温変動

図-3③断熱重構造①、②、③と④断熱重構造3 時間集中加熱時の室温変動④

間欠暖房時の熱負荷変動

しかし、熱容量が大きく断熱が厚くなったブロック造外断熱のような③では、断熱と熱容量の相乗効果で夜間の温度低下はほとんどなくなり、断熱に応じて熱負荷が大幅に減少するほか、連続暖房時の室温と間欠暖房時の室温の差がほとんどなくなります。 つまり、8 時間程度の暖房停止では、その燃料節約効果はほとんどないということです。
④は、同じ建物で連続暖房に必要な熱量を 3 時間で集中的に発生させた例で、多少の室温変動を許容すれば、集中的な加熱冷却や時間シフトの影響はほとんど無いということです。
熱容量の小さな建物では室温変動が大きくなってコントロールが難しい薪や深夜電力利用の暖房でも、こうした熱容量の大きな建物では手動制御での利用も可能になります。こうした建物の熱的な性質は暖房だけではなく、冷房の場合でも同じです。
冬対応から生まれた建物の厚い断熱を生かすことによって、建物の周りに満ち溢れている夜間や地盤の冷却力、蒸発や放射冷却あるいは地下水など、温度落差の小さな自然エネルギーを利用した、多様な冷房が見えてくるのが寒地といわれる北海道の楽しみです。

3-6

非定常熱負荷計算から定常熱負荷計算ヘ

断熱と熱容量を分離した大変乱暴な計算モデルを用いて、それが室温や熱負荷にあたえる影響を見てきましたが、本来ならばこうした検討はコンピューターを用いたより詳細な非定常計算で行うのが常識になっています。
31

とくに室温変動が大きくなる、断熱が乏しく熱容量の小さい従来型の建物では、実務の場でも何らかの非定常計算が不可欠ですが、非定常計算には複層壁の部材構成から、日射量や外気温、在室者、照明等の時刻変動など、膨大な時刻変動データーの入力が必要で、的確な入カデーターを揃えるのは、
その道のプロにとつても大変な仕事です。
しかし外断熱建物のようにいわゆる熱容量の大きな建物になると、室温や外気温、日射や室内取得
熱など、それぞれの日平均値を用いた単純な定常計算で、日平均の暖冷房負荷や室温の計算ができ、むしろ的確かつ正確な環境計画ができるようになります。

3-7

室内取得熱の影響

外気温や外壁に入射する日射や放射冷却などの外部環境変動の影響、窓から入射する日射や照明、人体、炊事、電気器具などからの内部発熱、隣室からの流入熱の影響なども、正確に知るには非定常解析が必要ですが、いずれもある程度断熱された熱容量の大きな建物になると、結果としての室温変動も小さくなるので、これらそれぞれの日平均値を用いた定常計算で、コンピューターを用いずに収支計算をすることができるようになります。
暖冷房をしない状態での室温と外気温との差を自然温度差と呼びますが、この内外温度差の日平均値が計算または経験値として求められていると、設定室温から自然温度差を引いた内外温度差を実効温度差として、容易に日平均熱負荷を求めることが出来ます。
断熱建物ではこの自然温度差が大きくなり、エネルギー消費量は急速に低下します。

3-8

断熱をすると冷房負荷が増える?

断熱をすると自然取得熱が常に有利に働く暖房の場合と異なり、冷房では室内取得熱による自然温度差が増えた分冷房を必要とする冷房期間が長くなり、通常の非定常解析ではエネルギー消費量は当然大きくなります。 しかし、取得熱のために外気温よりも室温が高くなる時期や時間には冷却換気をするとか、地盤の冷却力を計算条件の中に入れるなどの修正をすると、断熱の効果をより適切に評価することが出来るようになります。

3-9

開放型の冷房その最も賢く、伝統的な民家などで応用されてきた断熱建物の夏対応策は、代表的な自然エネルギ
ー利用でもある“上方開放型の熱対流換気"です。
これは、室内で温められた空気は拡散するよりもむしろ鋭い上昇気流となって天丼面に達して停滞するのを、図-5 に見られるように室最上部で外に開放するものです。
室上部にたまつた熱気の温度が外気温よりも高ければ熱気は外に出て、代わりに外気が室内に入ってきて下降気流になりますが、周りの気温が下降気流の温度よりも低いところまでは下降することは出来ないので、外気との等温面より上部の空間で対流を起こします。
さらに外気温が低下して室温以下になると、流入外気は床面まで下降して室内の温気を根こそぎ入
れ替える全自動の冷却換気となり、熱容量の大きな建物ではその冷却効果が日中にまで引き継がれま
す。

32

図-5

高窓利用の熱対流方の冷却換気

この熱対流換気に必要な高窓の開口は、空気の入り口・兼出口になりますから、横長よりも縦長あるいは方形が好ましく、開口面積は床面積の 1%程度が目安です。
夜間の気温が下がる北海道では、日射の強い東や西面の大開口や大きな内部発熱が無い限り、少な
くとも住宅では、滞留する熱気を除くだけで冷房装置は要らなくなるはずです。

3-10

低負荷暖冷房

既に述べたように室温変動の小さな建物とは、分厚いコンクリートの建物という意味ではなく、む
しろ断熱性の高い建物です。 コンクリートやブロックを使用して熱容量を大きくしても熱損失は変わりませんが、断熱性を高めると、相対的な熱容量を増す効果と熱損失を減らす二重の効果があります。
熱負荷が小さくなると、より温度落差の小さな熱媒体が利用できますし、空調ではより室温に近く穏やかな吹き出し気温、結露の危険性の無い床冷房、手動でも可能な室温制御の可能性が高くなるな
ど、暖冷房をしていること自体を忘れてしまうような、“穏やかな環境"に近づくのが低負荷暖冷房の
魅力です。

3-11

冷房時間の夜間へのシフト

冷房とは外気温が高くなる日中にするもので、低温になる夜間は窓を閉めてじっとしているのが今までの常識ですが、冷房装置の特性からすると外気が低温になる夜間のほうが運転効率が高くなりま
すし、深夜電力の使用も可能になります。 暖房も含めて電力利用のピークをずらすことはこれからの大事な課題ですし、それが出来るのが熱容量の大きな低負荷建物の効果でもあります。

3-12

通風は日本の夏対応の伝統か?

伝統民家の煙出しを兼ねた上方開放や、町家の坪庭、安全を考えた商家や武家屋敷の虫篭窓だけではなく、木造住宅でも悼ぶち天井や透かし欄間など、熱気を室上部に溜めない夏対応の工夫は、“夏を旨とすべし"という日本の優れた伝統です。
ところが最近は、特にコンクリート系の建物では窓開口の上に下がり壁があって熱気を溜め込む構造の建物が増えています。
最上階で断熱の無い建物にでもなると、日射があたる屋根面温度は悠に 60～80℃ を越えますから、33コンクリートスラブともなれば夜になってからでも高温が続くいわゆる焼けこみ現象が起こります。
冬の開放暖房の典型は天井からのふく射暖房ですが、下がり壁付きの開放はまさに真夏のふく射暖
房つきの通風で、強風でも天井の下に溜まった熱気は安定していて抜けませんから、室内に居ながら熱射病になるような地獄の環境になります。
なお、このような熱気だまりを排風機で除去しようとしても、換気扇では力がありすぎてもっと下の空気を吸い込んでしまうために、天井下に薄く広がる熱気だまりを効率よく排除するのは困難です。
ここはやはり熱対流換気という自動制御機能を備えた自然エネルギー利用の独壇場です。
よく通風は日本の伝統と言われますが、熱風を室内に入れる通風よりも室上部にたまる熱気を除く熱対流換気のほうが、断熱建物の夏対応にふさわしい伝統の継承に思われます。

3-13

冷気積層型の低負荷開放冷房

冷たい空気が足元に流れ込む冬の環境とは異なり、夏の冷房では強制循環で室内を攪拌しない限り
涼しさが居住域に残ります。冷風を人体に吹き付ける下吹き出しのような冷暴ではなく、緩やかに冷却された空気を居住域に残しながら、室上部に集まる熱気を熱対流型の換気で除去する自動制御機能を持った自然エネルギー利用の方が、強風で室内を攪拌されることもない安定した環境が生まれます。
これは特に、天井が高く発熱密度の高い空間や、工場などに向いています。 安定した冷気の積層を乱さないと言う点では床冷房が優れていますが、北海道では温水の床暖房が多く利用されていますから、その配管に冷水を流すのが最も簡単な方法です。
冷水循環の温度が低すぎると結露を起こすので、出来るだけ室温に近い温度にするのが安全ですが、
ここでも取得熱を少なくする厚い断熱建物の良さが生きてきます。

3-14

断熱建物の床冷房

窓からの日射や照明、人体発熱など、多くの室内取得熱は“ふく射"の形で周壁面に入射し、一旦吸収されて表面温度を上昇させた後に室内に放出されますが、床冷房ではその相当部分が直接冷水に吸収されて、冷房負荷になる前に冷凍機なり室外に持ち去られ、その分室内負荷が減ります。
冷凍機の負荷は変わらないかもしれませんが、空調機からの吹き出し気温はその分室温に近づきますから、より穏やかな環境になります。
水系の冷房は、空気系に比べて動力費と騒音が低いのが特徴で、連続空調に向いていますが、連続空調になると日中の取得熱を 1 日がかりで外に排出すればよいわけで、たとえば 8 時間の間欠空調に対して連続空調では、約 1/3 の設備容量でゆつくりと冷やせばよいことになります。
水系の冷房は床冷房だけではなく多様ですが、いずれにしても低負荷建物では設備や冷熱源の選択がまるで違ってきます。

3-15

全量外気空調断熱建物で熱負荷が小さくなり、水系の冷去で空調から熱搬送の負担がなくなると、空調の役割は冷却よりも衛生環境の保持となって、室温調整のための大量の換気再循環がなくなり、排気はそのまま外に排出する全量外気冷房が可能になります。
病院や診療所などの内部感染防止には理想的ですが、送風動力の節減やフィルターの性能選択や交換の手間など費用の節減にもつながります。
省エネルギーや炭酸ガス発生の抑止だけではなく、厚い断熱で可能になる夏対応の可能性をもっと積極的に探してみる価値があるのではないでしょうか。

34

3-16

断熱建物の夏対応の普及への北海道の役割

北海道だけではなく、本州でもいまだに断熱は冬の寒さへの欠点対応で、本当に必要な夏対応が見えていませんし、力ずくの冷房に頼りながら代替エネルギーを探しているのが実情です。
北海道でも“そこまでしなくても"という意識を持つ一方で、安易に室外機付きエアコンに頼る生活が増えています。
しかし北海道の持っている良さを生かし、それを工業立地や観光誘致に生かそうとするならば、欠点対応の“あら捜し”よりも、良さ発見型の“宝捜し”こそが本当の豊かさへの道です。
北海道は断熱の先進地と言われますが、貧しさの故に断熱改修も出来ずに寒さを凌いでいる人も決して少なくありません。 産業や観光の誘致と共に夏冬の生活環境改善はこれからも重要な課題です。
北海道の良さを生かす夏対応への取り組みはまだ始まったばかりですが、本州との違いは本格的な冬対応を求めた断熱建物が既に相当数あることです。
それを、暖地よりもはるかに恵まれた自然エネルギーである冷熱源と共に夏対応に生かすならば、先が見えない温暖地の夏対応にも、断熱化から取り残された北海道の住まいの環境改善にも、産業や観光の誘致にも、きっと新しい目標になることと思います。
産・官・学が同じテーブルで協力して取組んできた“北海道型"の生活環境改善への努力に、これからもますます豊な実りがあるように期待します。
委員長

35

荒谷登

第４章
4-1

雪氷冷熱エネルギーの利用

雪氷冷熱エネルギー利用の現状

北海道経済産業局では雪氷冷熱エネ
ルギー利用の導入事例をまとめ「雪氷熱エネルギー活用事例集４」 (1)を平成
20 年 4 月に、「同増補版」(1)を平成 20
年 6 月に公表した。この事例集には1987 年から 2009 年までの事例 140 件が収録されている。初期の雪氷冷熱エネ
ルギーの導入から 20 数年が経過しているが、まだ十分に普及しているとは言えない。しかしながら、近年雪氷冷熱
エネルギーの利用がさまざまな方面で受け入れられるようになり、利用の増加が期待されている。
「雪氷熱エネルギー活用
事例集４」及び「同増補版」に収録された事例をもとに、これまでの推移と現状を紹介する。
1)雪氷冷熱エネルギー利用の現状
設置件数の推移（図 4-1）

1987～1998

年の間は年間数件の導入例があるだけで、試験的な導入事例が多かった。1999 年～
2003 年の間は毎年 10 件を超える導入があり比較的活発に導入されたといえる。
その後は、再び年間 10 件以下となった。
雪氷利用量の推移（図 4-2）

1992 年に新潟県上越市（旧安塚町）で 1,200t の導入事例があったことを除くと、1995 年ま
では小規模な導入が続いていた。1996 年に、沼田町で 1,500t、むかわ町で 920tと 1,000t クラスの導入事例があり、規模が拡大してきた。また、導入件数も増加したことから、利用量はこの頃から増加が顕著になる。1997 年には新潟県魚沼市（旧守門村）で 5,000t 規模の導入があった。その後もほぼ毎年 1,000t 超の導入が数件続き、2000 年に始めて年間導入量が 10,000t を超えた。しかし、その後は再び 10,000t を割りこんでしまった。2007 年には沼田式雪山センター（10,000t）の開設により年間導入量は 13,459tとなるが。それ以外は数千トンにとどまっている。図 4-2 のグラフでは除外しているが、2009
年には千歳市の新千歳空港ターミナルビルで 120,000t の雪山の造成が始まった。

36

雪氷利用規模別設置件数の推移（図 4-3）50t 未満が 22 件、50～100t 未満が 19 件、100～200t
未満が 20 件で、合わせて 61 件（43.6％）となっている。さらに、500t 未満では 98 件（70.0％）となる。1,000t 超は 25 件（17.9％）である。
2)用途別の現況（図 4-4、図 4-5）
用途別利用件数、利用量ともに農業・畜産関係が 50％を超えている。農村地域における雪利用の利便性と簡便な利用方法が採用できることが要因と思われる。
農業・畜産

平成 22 年 6 月現在、施設数は73 件（52％）で最も多い。また、雪氷の利用
量も 42,716t（56％）で最も多い。利用目的
では低温環境下での長期保存が多い。貯蔵方
式と効果の概要を以下に記す。
米穀類（米、玄米、籾、そば等）の貯蔵は
自然対流や冷風循環方式で、庫内温度は 5℃前後である。ファンにより冷風を循環させ、玄米含水率が 15％となる温度 5℃湿度 70％の環境を保つように制御している施設もある。
氷温熟成設備を付帯した冷風循環方式の雪温貯蔵室（5℃）と、低温貯蔵室（12～15℃）を併設する施設もあり、食味が向上するなどの付加価値がある。
そばは気温約 5℃、湿度約 70％の環境で保存すると、梅雨時期の高湿度、夏場の高温による変質を抑え、年間を通して収穫期のそばに近い風味を保つことができる。
野菜類（馬鈴薯、長芋、葉・根菜、人参、小豆、山菜、大根等）は単に長期貯蔵するだけでなく、出荷時期を調整、糖度・鮮度の向上（タマネギ、アスパラガス等）、根を休眠・生育抑制の状態で貯蔵（アスパラガス、ハマボウフウ）する例もある。野菜類の予冷に利用する事例
はトマト、花き（カスミソウ）・切り花などがある。切り花の鮮度保持・開花抑制、球根の低温貯蔵・抑制栽培・芽出し・解凍に活用されている。椎茸の栽培、低温発酵による味噌等の貯蔵、
果実（ラ・フランス、リンゴ）や粕漬用野菜の貯蔵なども行われている。
日本酒、ワインなどの酒類は低温醸造することによって口当たりがよくなり、品質が向上するという。
畜産関係では、牛乳、ヨーグルト、プリン等の乳製品の熟成・貯蔵や鶏舎の冷房に利用されている。鶏の夏期の暑さによるストレスを軽減し、産卵量の減少を防いでいる。
このほか、野菜工場の冷房や、造林用苗木等を雪中に埋設し保存するなどの事例もある。代表的な事例としては、沼田町米穀低温貯留乾燥調製施設「スノークールライスファクトリー」（沼
37

田町

1996

雪

1,500t）、美唄市農業協同組合米穀零温貯蔵施設「雪蔵工房」
（美唄市

2000

雪

3,600t）、平取町農業協同組合予冷庫併設製氷設備（平取町

2008

氷

1,788t）、スノーランド

池ヶ原利用組合スノーランド池ヶ原雪室貯蔵施設（小千谷市

2000

雪

4,500t）など、比較的大規模な施設が多い。
公共施設

交流体験施設、科学館、美術館、展示施設などの文化的な施設の他、空港ターミナル

ビル、斎場などで導入されている。施設の敷地内の雪を貯雪庫へ搬入したり、雪山を造成して保存している。施設規模が大きくなるので、冷房対象範囲は施設の一部の公共的なスペースとなっている例が多い。旭川市科学館「サイバル」（旭川市
ミッド（札幌市

2003

雪

港ターミナルビル（千歳市
居住施設

2005

雪

660t）、モエレ沼ガラスのピラ

1,500t）、札幌市山口斎場（札幌市
2009

雪

2006

雪

2,500t）、新千歳空

120,000t）などがある。

個人住宅、マンション、老人ホームなどで導入されている。新潟県では雪冷房を備えた住宅の標準仕様を定めた。同県内のいくつかの自治体では、この仕様に基づく住宅の建設に対して補助を行っている。介護老人保健施設「コミュニティホーム美唄」（美唄市
賃貸マンション「ウェストパレス」（美唄市
1998

雪

業務施設

1999

24t）、十日町市利雪の家（十日町市

雪

1988

1999

雪

300t）、

100t）、エコ環境住宅（山形県舟形町
雪60t）などがある。

民間業務施設、官庁施設などがあるが、導入事例は少ない。冷房需要としては最も活発になることを期待される分野である。データセンターのようにコンピュータ関連の機械を多く使用する施設では、一部の室では、冬期間も冷房が必要とされる場合があり、一般の業務施設においてもＯＡ機器の普及に伴い、冷房需要が強くなるので、雪冷房の積極的な導入が期待される。
事例としては、セイコーエプソン札幌ソフトセンター（札幌市
北海道（苫小牧市

2006

飛騨市河合庁舎（飛騨市
工場

雪
2000

2001

雪

70t）、トヨタ自動車

750t）、新潟県南魚沼地域振興局（南魚沼市
雪

2003

雪

650t）、

300t）などがある。

工場への導入事例は 2 件しかない。生産施設における冷熱需要は冷房のみとは限らない。

冷熱の多角的な利用拡大を模索する必要がある。北海道浦臼町では大規模な野菜工場・神内ファーム（浦臼町2001

氷

2000t）において、冬期間に氷（2,000t）を製造し、温室の冷房や低温貯蔵庫の冷熱源としている。
教育施設

学校や研修施設への導入例は６件である。山形県、秋田県、新潟県など豪雪地帯の学校で導入されている。おもに教育的効果を狙ったものが多い。事例としては、横手清陵学院中学校・高等学校（横手市

2003

雪

900t）、上越市安塚中学校（上越市

2004

雪

660t）など

であるが、これ以外は雪利用量が 500t 未満の小規模なものである。
実験研究施設民間・官庁の実験研究は雪氷冷熱利用の実用化へ向けて先導的な役割を果たしてきた。冷房のための技術、農産物などの貯蔵技術、貯蔵施設の建築技術などさまざまな分野で道を切り開いている。雪氷冷熱エネルギーの利用は十分とは言えない段階にあり、さらなる普及のために研究の発展を期待したい。北方建築総合研究所（雪氷併設

旭川市

100t）、北海道大学氷利用農産物長期貯蔵実験施設（アイスシェルター
帯広畜産大学（人口凍土
その他

帯広

1987

2002

札幌市

雪 70t

2001

氷

氷
67t）、

人工凍土）などがある。

温泉施設、書店、スポーツ施設など各種建物の冷房の他に、道路の除雪の雪を貯雪し、冷熱供給事業者へ提供したり、雪山を造成して、その雪を自ら利用するほか販売などもしている。
札幌市都心北融雪槽活用雪冷熱エネルギー供給システム（札幌市

2002

雪

1,000t）は道路の排雪を地下の貯雪施設に保存し熱供給公社に冷熱を供給している。また、沼田町雪山センター（沼
38

田町

2007

雪

10,000t）では、約 10,000t の雪山を造成し、町有施設で利用するほか、町内

雪利用施設等へ雪を供給（有料）している。
3)地域別分布設置件数

雪氷冷熱利用については、北海道、新潟、山形が日本において先導的な役割を担ってきた。北海道においては美唄市と沼田町が、新潟県においては上越市（旧安塚町）、山形県では舟形町などが早くから取り組んできた。
施設数はこの 3 道県で 115 件（82％）を

表 4-1

都道府県別雪氷冷熱エネルギー活用施設数（2010.06 現在）
施設数

雪

氷

雪・氷

その他

占めている。美唄市では氷室貯蔵試験施

北 海 道

65

43

14

6

3

設（1999）、介護老人保健施設（1999）、

青

森

3

3

0

0

0

岩

手

5

5

0

0

0

秋

田

5

5

0

0

0

設（2000）など９施設で雪冷房が導入さ

山

形

16

16

0

0

0

れた。沼田町では、自治体が積極的に取

福

島

6

6

0

0

0

賃貸マンション（1999）、米穀低温貯蔵施

新潟

り組み、米穀低温貯蔵施設（1996、1998）、

34

34

0

0

0

長

野

1

0

0

0

1

生涯学習センター（2001）など町有施設

岐

阜

4

4

0

0

0

鳥

取

1

1

0

0

0

合

計

140

116

14

6

4

6 件の他民間施設 2 件がある。また、2007
年には「沼田式雪山センター」を開設し、雪利用や他の施設への雪の販売をおこなっている。
北海道のその他はヒートパイプ利用の人工凍土である。人工凍土を造るにはかなりの寒冷気候のもとでなければならないことから、北海道以外には無い。
新潟県上越市には、農産物出荷貯蔵施設（1992）、雪だるま物産館（1995）、雪のまち未来館（1999）など町有施設 8 件の他民間施設 6 件がある。1990 年に雪だるま財団が設立され、「雪及び雪文化に関する研究を進め、快適で楽しい雪国の生活の在り方を提案し、並びにその実践集団なるべき人材の育成事業を行う」など、積極的に活動している。
山形県舟形町では、農産物貯蔵庫（1989）、研修施設（1994）などの他 2 件の民間施設があり、早くから雪利用に取り組んできた。
雪氷利用量

雪氷の利用量では、北海道が圧倒的に大きいように見えるが、北海道の雪利用には新千歳の 120,000t が含まれており、新千歳以外では 34,964t である。大型施設としては、沼田町雪山センター（10,000t）、美唄米穀貯蔵施設「雪蔵工房」（3,500t）、札幌市山口斎場（2,500t）、
浦臼町野菜工場（氷 2,000t）、沼田町米穀

表 4-2

貯蔵施設（1,500＋1,000t）、平取町のトマ

都道府県別雪氷冷熱エネルギー利用量(ton)（2010.06 現在）
施設数

雪

氷

雪・氷

その他

北海道

65

154964

4977

1051

―

青

森

3

266

岩

手

5

1085

がある。このほかに利用量が 1,000t を超え

秋

田

5

2086

る施設が 4 か所ある。

山

形

16

5327

福

島

6

2512

新

潟

34

23009

長

野

1

岐

阜

4

鳥

取

1

260

合

計

140

190529トの予冷庫（ヒートパイプ、氷 1,788t）、
札幌市ガラスのピラミッド（1,580t）など

北海道に次いで利用量が大きい新潟県では、魚沼市の雪利用漬物生産施設（5,000t）、
小千谷市の農産物の貯蔵施設「スノーラン
ド池ケ原雪室貯蔵施設」（雪室、4,500t）、
上越市のキューピッドバレイスキー場の

39

―
1020
4977

1051

展示施設（1,500t）などの他、利用量が 1,000t を超える施設が 2 か所ある。
山形県には、村山市の農産物貯蔵施設（雪室、1,523t）、飯豊町の農産物抑制栽培・貯蔵施設（雪室、1,100t）、新庄市の農産物抑制栽培・貯蔵施設（1,000t）などがある。
そのほかの地域では、福島県昭和村の農産物貯蔵施設（1,200t）があるが、利用量 1,000t を超える施設はこれ以外には無い。
長野県にはヒートパイプを用いて吸水性ポリマーへ冷熱を蓄熱する施設がある。
4)雪利用と氷利用表 4-1 に見られるように、雪利用の施設数が 116 件ある。冷熱取得の方法としては、冷風循環
方式が 38 件、冷水循環方式が 43 件、自然対流方式が 55 件となっている。このうち、冷風循環方式と冷水循環方式を併用している施設は 8 件、冷風循環方式と自然対流方式を併設している施設は 3 件、冷水循環方式と自然対流方式を併設している施設は 5 件である。
氷利用の施設数は 14 件であるが、地域的には北海道のみである。冷熱取得の方法としては、
冷風循環方式が 9 件、冷水循環方式が 2 件、自然対流方式が 6 件となっている。このうち、冷風循環方式と冷水循環方式を併用している施設が 1 件ある。
雪と氷の両方を利用している施設は 6 件ある。冷熱取得の方法としては、冷風循環方式が 6 件あり、そのうち冷水循環方式との併用が 1 件ある。
4-2

雪氷冷熱エネルギー利用の方法

1)雪冷房
冷風循環方式貯雪庫内の雪氷に空気を接触させて、空気を冷却し、送風機によって貯雪庫と、冷房の対象となる施設の間で空気を循環させる方式である。空気と雪との接触面積を常に一定以上保つ工夫が必要となる。雪と空気の接触面積を大きくするため、蓄えられた雪に垂直方向の穴を穿ち、この穴に空気を流動させる工夫をしている事例が多い。穴を穿つために水を用いている。
冷熱輸送能力は冷水より低いといわれている。
利点としては、雪氷の表面での水溶性ガス（アンモニア、ホルムアルデヒド等）や塵埃を吸着し、ダクトによる大空間の冷房が容易、システムが単純であるので維持管理が容易、などがある。
一方、空気と雪氷との接触面積が減少した場合の空気の冷却効率の低下、ダクトを通しての音
声の伝播、個々の部屋の細かな温度調整が困難、などの問題もある。
コスト面では、簡易な方式のため、設備のイニシャルコストは比較的小さいが、空気の搬送動力が大きいので、ランニングコストは大きくなる。
冷水循環方式貯雪庫内（雪山）の雪氷の融解水と空調システム二次側の冷媒との間で、熱交換器を経由して空調する方式。配管を用いて貯雪庫（雪山）から離れた場所への冷熱輸送が容易に行える。一次側の融解水はポンプで循環し、貯雪庫（雪山）へ還流させ、余剰水は排水することが多い。雪氷と融解水が接触していない場合は、還流させた水を貯雪庫内（雪山）の雪氷に散水する。雪氷が融解水と接触している（浸水式）場合は浸水槽の上流側に還流させる。また、浸水槽内で流路にショートカットが起きないような処置が必用である。浸水式の場合、水面直上に空洞が発生すると、雪氷と融解水との接触が少なくなり、所要の冷熱取得が難しくなる。雪氷と融解水が常に十分に接触することへの配慮が必要である。また、浸水槽内での雪と水の接触時間が短くなると冷熱の取得が不十分となり、熱効率が悪くなる。既往の研究・実績では、小規模な貯40

雪庫（床面積 200 ㎡程度）の場合、15 分程度の滞留時間が必用とされ(2)、大規模な雪山（貯雪槽130×64ｍ）の場合で滞留時間は 1.5～3 日が必要であるという(3)。
雪氷に含まれるごみ等がシステム内に混入し、メンテナンス等に支障をきたす可能性があるので、雪氷内のごみの除去も考慮しなければならない。
自然対流方式

特別な機器を用いず、貯蔵庫内に雪氷を貯蔵して直接空気と接触させて空気の温度を低下させたり、貯蔵庫を雪で覆って貯蔵庫内を低温にしたり、貯雪庫の冷熱を貯蔵庫に導入して、貯蔵庫の中で自然対流させる方式である。いわゆる雪（氷）室である。貯蔵物によって温度調節が必用な場合は、貯蔵スペースと貯雪スペースをシャッターやカーテンで仕切り、その開閉により調節をしている事例がある。
複合方式

冷風循環方式、冷水循環方式、自然対流方式を一つのシステムの中で組み合わせて使う方式である。冷風循環＋冷水循環方式、自然対流＋冷風循環方式などの事例がある。
カスケード利用方式

冷熱を利用すると融解水の水温は徐々に上昇するが、水温上昇に応じて段階的に熱交換を行いながら利用する方式である。
初めに空冷式で雪の潜熱を利用し、次に融解水の顕熱を利用する場合と、最初から水冷式とする場合がある。事例としては、上越市「農産物集出荷貯蔵施設」及び「雪だるま物産館」(1)、青森市「国際芸術センター青森」(1)などがある。
2)アイスシェルター(4)水または氷が 0℃の温度のまま相変化するときの潜熱の出し入れを利用して、1 年間を通して室内の温度を 0℃近辺に維持し、農産物等の通年保存を行う施設がアイスシェルターである。
冬期に 0℃以下の外気をアイスシェルターに導入し、内部に設置された水を凍結させ、製氷する。この時水は潜熱を放出し庫内の温度を上げ、室温は 0℃近辺となる。夏季にはアイスシェル
ターに流入した熱により保存されている氷が融解する。この時氷は融解の潜熱を吸収するため庫内の温度は下がり、0℃近辺の室温を維持する。これにより、通年で 0℃，湿度 100％近くの低温，
高湿度の空気環境を維持できる。
アイスシェルターの採用に際して、考慮しなければならないことは、年間を通しての冷熱負荷の把握とそれに見合う氷量の推計、冬期に必要量の製氷ができること、1 年を通してアイスシェ
ルター内に水と氷が共存していることなどである。
3)雪室・氷室雪室は雪を利用した天然の冷蔵庫である。方法を大別すると、雪を内部に取り込む方法と、建屋などをすっぽりと雪で覆う方法がある。雪を内部に取り込む方法で古くからおこなわれていたのは後述する氷室である。農産物などの貯蔵に使われるようになったのがいつ頃からかは不明であるが、明治期には使われていたようである。雪を冷熱源として利用する古典的ではあるが最も合理的な方法であるといえる。自然に解け出した水分で雪室の中は、適度な湿度が保たれる。その中で貯蔵された野菜は、糖分や食味を増すといわれている。
農産物の貯蔵は野菜などが眠っているような条件での保存が最適といわれている。雪室の中は、
室温 5℃前後、湿度 90％以上の環境になり、その条件を満たしている。雪室の中では、野菜の呼吸熱で雪室内の雪がゆっくりと解けだし、低温多湿の状態を保つことができる。
氷室は冬場に収穫された天然氷を夏まで貯蔵しておく蔵で、古くは『日本書紀』に記述がみら41

れる。したがって千年以上も前から使われていたもののようである。製氷する技術が無かった時
代には、冬場にできた天然の氷を溶けないように保管する必要があった。洞窟や地面に掘った穴に茅葺きなどの小屋を建てて覆い、保冷したといわれている。氷室の中は地下水の気化熱によって外気より冷涼であるため、涼しい山中などではこの方法で夏まで氷を保存することができる。
雪室は、明治から昭和 30 年代にかけて、北陸地方を中心に日本海沿岸地域に広くみられた。
雪室の半数近くが海沿いにあるが、内陸の市町村にも分布がみられることから、雪室で貯蔵された雪が、魚の冷蔵を含め、幅広い用途で活用されていたようである(5)。
日光、長野県秩父地方では、現在も天然氷を氷室に保存し、食材として夏場に供給している。
氷室で天然氷を貯蔵し供給する業者は、現在では全国で数軒しか残っていないという。
4)人工凍土(6)
人工凍土は作動媒体を内蔵したパイプを地盤に打ち込み、地中の熱を空気中に放出し、地盤を凍結させたものである。冬期に外気温度が 0℃以下になるとヒートパイプは土壌から熱を吸収して作動媒体は蒸発し、凝縮部で熱を大気に放出する。それによってヒートパイプ周囲の土壌は冷却され、凍結する。春以降気温が上昇しても、大気中から地中には熱輸送されないので凍土は長期間保存される。ヒートパイプの作動状況は、ヒートパイプの上部温度が下部温度より低くなると、下部の熱により作動媒体が蒸発して気体となり、上下の圧力差により、気体は上部に移動し、上部で寒気によって冷却されて気体から液体に変わる。冷却された液体は、重力によって下部に移動し、再び地中の熱によって気体に変わり上昇する。冬期間、この動作が繰り返されることにより、ヒートパイプの周囲が凍土化する。
北海道帯広畜産大学で行われた人工凍土の実証化実験では、凍土の形成状況、貯蔵庫の庫内温度状況などで良好な結果が得られた。外形 46 mm、平均長さ 12ｍのヒートパイプ 216 本を 0.5 m
間隔で貯蔵庫周囲に 4 列配置し、貯蔵庫の周囲に約 2m の人工凍土層を形成した。凍土地盤は、貯蔵内壁からもっとも遠い 150 cm の地温がマイナスとなって永久凍土化していた。貯蔵庫内壁
からもっとも近い 10 cm の地温は 6 月以降プラスとなっておりその融解深さは 50 cm 程度で冬期には再び凍結した。
5)アイスポンド
池で自然に生成した氷の利用は古くからおこなわれていた。日光市の天然氷は食材として有名であり、切り出した氷を夏の出荷のために氷室に保存している。
天然氷を冷房に用いるために、国土交通省は苫小牧市で天然氷を製造し、消費地である東京都へ輸送する実験を試みた。平成 17 年 12 月から平成 18 年 3 月にかけて、氷の製造実験を行い、3月に氷の切り出し作業を行った。切り出した氷は約 1700 個(1100 トン)、氷は厚さ 35～40cm、縦２ｍ､幅 1ｍで、この氷を断熱材などで覆い自然状態で 10 月まで保管した。氷を夏まで保管し､氷の融解の程度や切り出し作業にかかる経費を調査した｡平成 18 年度は保管した氷を 6 月から 10月の間に計 17 回の輸送実験を実施し、東京に運ばれた氷を使ってオフィスビルでの冷房で利用する実験を行った(7)。
アメリカでは 1979 年と 1980 年の 2 回にわたってプリンストン大学で行われた実用化のための実験の成果が実践された(8)(9)(10)。実験を指導したのは Theodore B. Taylor という核科学者（核兵器の開発など）であった。Taylor は人工降雪機を使って池の中に氷山を造成した。池の水を使
42

って人工降雪機で池に雪を降らせると、池に落ちた雪粒は水面に浮かび、冷やされた水は下へ向
かって沈降していく。池の底の冷やされた水をポンプで組み上げて、再び人工降雪機で雪を造って池に降らせる。この操作を繰り返して池の中に厚さ 30ft の氷山を造成した。これを断熱材とドームで覆って氷山を夏の冷房時期まで保存した。夏の冷房期間には氷によって冷却された池の水を使って冷房を行った。この技術は 1982 年に始めてニューヨーク州バッファローでオフィスビルの冷房に使われた。オフィスビルの面積は 12,000 ㎡、造成された氷山は 10,000m3 であった。
6)冷房の所要熱量
冷房負荷

建物の冷房に必要な熱量は冷房設計によって要求され、これを熱交換機の性能に応じて必要な雪氷の冷熱に置き換えればよい。
一方、貯雪庫や貯蔵施設で空調等が設備的に行われない場合は、建物への熱負荷を把握し、雪や貯蔵物の保存に必要な冷熱量を計算しなければならない。
一般に、建物が取得する熱には次のようなものがある。
イ）室内と室外との温度差による伝導熱：窓や外壁、屋根、床等を伝わってくる熱
ロ）侵入熱：窓や出入り口、その他の隙間から侵入する熱ハ）室内で発生する熱：照明や家電製品、調理器具、人体から発生する熱ニ）換気による外気の熱：換気によって取り入れた熱
貯雪庫や貯蔵庫の場合は、ロ）、ハ）、ニ）の影響は大きくはない。しかしながら、小規模な場
合は比較的大きな熱負荷となるので注意が必要である。
建物下部の地熱の影響は冷房室内温度（26～28℃程度）より低いので、冷房負荷としては無視することが多い。しかしながら、貯雪庫・貯蔵庫の庫内温度は 5℃前後の場合が多く、地中温度
よりも低温となるので、熱負荷を考慮する必要がある。特に、小規模施設の場合は負荷の割合が高くなるので注意が必要である。また、野菜等の保存をする場合は、室内での野菜等の発熱を考慮する必要がある。
地下壁・床の冷房負荷

地下室のように土に接する室は、年間を通して室内環境が安定しており、夏期の室内温度よりも低温になる場合が多く、一般的には冬期の暖房負荷として考慮されている。
しかしながら、貯雪庫や低温（0～5℃）の貯蔵庫の場合は室内温度が地中温度よりも低温となる
ため冷房負荷として考慮する必要がある。冷房負荷としての地下壁や床からの熱の侵入に関する
知見はほとんどないが、暖房負荷としての知見は整備されている。内外の温度の高低の関係が逆転するだけとみなすことができるのであれば、これらの知見を応用できる。
野菜・果実等の保存と呼吸熱
野菜・果実等の保存が短期間の場合、野菜には、保存に適した温度がある。通常冷蔵庫は概ね 5℃
以下の温度に保たれている
が、5℃以下で保存するよりも暖かい温度が適している野菜もある。表 4-3(11)に例を示す。
呼吸熱

表 4-3 野菜・果実等の適正保存温度(11)
さつまいも
13-16
しょうが
13-15
きゅうり
10-13
さやいんげん、ピーマン、なす、オクラ
10
さといも
7-10
ふき
7

保存期間が長期に及ぶ場合は、貯蔵庫内の温度を 0℃近くまで下げ、野菜・果実等を眠らせるようにして保存すると劣化を防止できるという。このとき、野菜は生き物であり呼吸をし43

ていて、呼吸に伴い発熱する。これを呼吸熱という。一般的に野菜は保存時の温度が低いほど呼吸作用が抑制され、湿度が高い（85％～95％）ほど、野菜等の水分が失われる蒸散作用を抑制できる。したがって、長期間の保存を行う場合は、貯蔵庫内は低温高湿度が望ましい。根菜類はその種類にもよるが、温度約 4℃くらい、湿度 80～90％以上で保存するのが望ましいと言われている。表 4-4(12)に呼吸熱の研究事例を示す。
0℃
10,170ホウレンソウ

表 4-4 農産物の呼吸熱(kJ/(t･d)(12)
5℃
10℃
15℃
17,23028,64046,780キクナ
13,45024,250
ハクサイ
3,590
4,500
レタス
11,33013,160
アスパラガス
16,76029,150ニンジン
10,02013,810
タマネギ
3,130
3,850
カブ
8,250
11,970馬鈴薯(出島)4,020
5,410( メークイン)
1,370
1,580
サツマイモ
3,260
4,780
サトイモ
1,750
2,570
温州ミカン
2,710
4,420
カキ
1,920
2,900
資料：農業機械学会誌 Vol55, No.2, 1993, 村田敏

4-3

42,8405,580
15,22049,71018,8304,710
17,130
7,200
1,800
6,920
3,710
7,070
4,300

74,1906,890
17,50083,23025,4005,720
24,210
9,480
2,050
9,900
5,290
11,1206,290

20℃
75,14025℃
10,170126,090
8,430
17,500136,920
33,9106,900
33,82012,3702,320
13,9807,460
17,2409,090

210,540
10,25022,830221,520
44,8408,270
46,72016,0002,620
19,510
10,39026,32012,960

貯雪庫の計画貯雪庫を設けて雪氷冷熱の利用を行う場合、貯雪庫の投資が大きな負担となり、雪氷冷熱エネ
ルギー利用の普及にとって大きな障害となっている。そのため、利用の目的及び規模に応じて最も経済的な計画が肝要となる。この項では、荒谷登北海道大学名誉教授（建築技術協会前会長）
による、貯雪庫の規模、形状及び断熱性能を検討する方法を紹介する。
1)貯雪庫の規模、形状及び断熱性能の検討方法（荒谷方式）(13)ａ)基本事項
積算度日数 積算度日数とは、貯雪開始から雪氷冷熱エネルギーの利用最終日までの日平均気温（０℃以下は無視）と貯雪庫内温度との差の累積値で、(4.1)式で計算する。
̅
相当貯雪密度

4.1

･････

θo

：日平均気温℃

θi：貯雪庫内設定温度（０℃）℃

貯雪庫に貯えられた雪の容積を VSm3、その密度を ρ0ton/m3 とすると、貯雪庫の容積当たり貯雪密度 ρ’は(4.2)式で与えられ、これを相当貯雪密度と呼ぶ。
０

･････

4.2

貯雪庫内に保存された雪の密度は貯雪庫内への搬入方法、堆積方法などにより大きく変動することが知られている。容器に詰め込んだだけのものから、機械を用いて堆積したり、時には圧縮するなどして高密度の保存を行う場合もある。これまでの知見では、雪の密度は概ね、
0.3～0.75 / 3 とされている。雪冷房の計画・設計においては
0.5 / 3 とする場合が多いようである。貯雪の密度を
0.5 / 、雪の充填率を 80％と仮定すると、雪の相当貯雪密度は0.5 0.8 0.4 /となる。
44貯雪庫の取得熱貯雪庫内へ侵入する熱は外皮の内外の温度差、日射、換気による取得熱などが主なものである。ここでは概略の検討を行うために、床の熱負荷は屋根及び壁よりも小さくなる
が熱抵抗性能を同等と仮定し、日射と換気による熱負荷と相殺されるものとみなし、貯雪庫の取得熱は内外の温度差による取得熱のみとして、(4.3)式で計算する。
24
初期冷熱量

4.3

･････

D

：積算度日数℃・days

S：貯雪庫の外皮面積m２

V：貯雪庫の容積m３

ρ’：相当貯雪密度ton/ m３80：雪の融解潜熱kcal/kg

貯雪庫に貯えられた初期冷熱量は(4.4)式で与えられる。
80

10

4.4

･････

ｂ)貯雪庫の消雪プロセス
貯雪庫内では取得熱 H に応じて初期冷熱量 Q が消耗していく。したがって、初期貯雪量の消雪量の割合 P は(4.5)式で表わされる。
24
80 10

/

ここで、消雪指数：

･････

4.5

･････

4.6
3
10

とすると、 4.5 式はとなる。消雪指数 η に応じた消雪量の割合 P と積算度日数 D の関

･････

4.7

図 4-6

積算度日数 D における消雪指数ηに対応する消雪の割合 P

図 4-7

積算度日数 D における消雪の割合 P に対応する消雪指数η

係を図 4-6 に示す。
貯雪庫の雪が消滅するのは、
η=10 の場合、積算度日数 D≒350（札幌の場合は 5 月下旬）である
が、η=1.0 では D≒3300（札幌の場合は 11 月中旬）となり、η=0.5
では D≒5000 となっても 25％ほどの雪が消滅しないで残ることにな
る。
ｃ)消雪指数と消雪率
積算度日数に対応する消雪量は自然に消滅する雪の量である。雪を冷熱として利用するには自然に消滅する量に必要な冷熱量に対応する雪の量が必用である。すなわ
ち、雪利用の最終日において利用する冷熱エネルギーに相当する雪45

量が残っていればよいこととなる。
ある積算度日数 D の期日で一定の雪を残す場合の消雪量の割合 P に対応する消雪指数 η の関係を図 4-7 に示す。
札幌市において、通年で貯雪庫内を 0℃に維持するには 11 月まで雪を保存する必要があり、このときの積算度日数は D=3402 である。横軸の D=3400 と P=1.0 の曲線の交点から η≒1.0 が必要
であることがわかる。
4.6 式において、消雪指数：

1.0

4.8

･････

として、適切な S、V、R を決めることができる。
ｄ)外皮の断熱性能
外皮の断熱性能は、所定の期日まで雪が残っていることが必用であることから(4.5)式において P=1.0 として、次式で求められる。
24
80 10

′

3
10

4.9

･････

′

ここで、貯雪庫の形状を次のように仮定する。
ａ形

表 4-5 貯雪庫タイプと各種数値
タイプ
ｂ タイプ

ｃ

タイプ

ｄ

タイプ

状

容積（Ｖ）
外皮面積(Ｓ)
外皮面積/容積（Ｓ/Ｖ）

6

4
16

6
22

8
28

6

4

11
3

3.5

(4.5)式に、ρ’=0.4、形状各タイプの S/V を代入すると、
.

ａタイプ

.

ｂタイプ

.

ｃタイプ
ｄタイプ

.
.

.
.

････････

4.10････････

4.11

･････

4.12

･････

4.13

ここで、札幌市において 11 月下旬まで雪を保存する場合の貯雪庫の容積 V と必要な外皮の熱抵抗値 R の関係を貯雪庫の型別に図 4-8 に示す。また、貯雪庫の高さ h と必要な外皮の熱抵抗値
R の関係を貯雪庫の型別に図 4-9 に示す。

46

熱抵抗値 R=1.0 は λ=0.04 kcal/m･h･℃ の断熱材（押し出し発泡ポリスチレン保温板第１種に相当）厚さ約 40mm に相当する。
雪の相当密度が異なる（ρ”）場合は、求めた R の値に 0.4/ρ”を乗じればよい。
図 4-9 貯雪庫型別の貯雪庫の高さｈと 11 月までの保管に必要な外皮の熱抵抗値 R

図 4-8 貯雪庫型別の貯雪庫容積 V と 11 月までの保管に必要な外皮の熱抵抗値 Rｅ)雪室の検討
貯雪庫の一部を貯蔵庫とする場合
貯雪庫と貯蔵庫はともに 0℃に保たれる。貯蔵庫部分の容積を V1 m3、貯雪庫部分の容積を V2 m3、貯雪する雪の容積を Vs m3、貯雪密度を ρ0 ton/m3 とする。
m

雪庫・貯蔵庫の合計容積

･････

t/m

貯雪庫の相当雪密度
貯雪庫・貯蔵庫全体の貯雪密度

4.14

･････

4.15
t/m

"＝

･･

4.16

ここで求めた ρ”を(4.9)式に代入して熱抵抗値（R）をもとめる。
"

"

4.17

･････

貯蔵庫（V1）が大きくなると貯雪庫全体の相当貯雪密度 ρ"が低下し、それに反比例して外皮の熱抵抗値 R（断熱厚さ）を厚くする必要がある。
貯蔵庫の設定温度、断熱仕様が貯雪庫と異なる場合
イ）貯蔵庫の保冷に必要な積算度日数 D1 を求める
(4.1)式より
D１＝Σ( ̅ ｰ･････ 4.18

θo

：日平均気温℃

θi：貯蔵庫内設定温度℃

ロ）貯蔵庫の容積 V1、外皮の面積 S1、外皮の熱抵抗値 R1 を求める
ハ）(4.2)式により貯蔵庫の取得熱量 H’を求める
′

１

kcal

･････

4.19

ニ）H’の雪氷換算量 Vs’を求める
"

m

･････

４.20

47

ホ）貯蔵期間終了時に Vs´の雪氷が貯雪庫に残るような貯雪庫の V、ρ’、R を求める
ｆ)冷房用貯雪庫の検討
イ）冷房負荷 HR を求めるロ）HR の雪氷換算量 VR を求める
ハ）冷房期間終了時に VR の雪氷が貯雪庫に残るような貯雪庫の V、ρ’、R を求める
表 4-62)貯雪庫の規模、形状及び断熱性能の検討例
農産物を通年で貯蔵するための貯蔵施設で、月

札幌市の積算度日数（「2003 年理科年表」による）
平均気温

日数

0℃を超える度日数

積算度日数

雪を冷熱源として用いるための、雪の必要貯雪

M

θ

N

D０－０

D

量の算定と貯蔵施設の外壁等の所要断熱性能

1

‐4.1

31

‐

‐

2

‐3.5

28

‐

‐

3

0.1

31

3

3

4

6.7

30

201

204

5

12.1

31

375

579

6

16.3

30

489

1068

7

20.5

31

636

1704

8

22.0

31

682

2386

9

17.6

30

528

2914

10

11.3

31

350

3264

11

4.6

30

138

3402

12

‐1.6

31

‐

‐

の検討例を以下に示す。貯蔵施設内の室温は通年で０℃を下回らないことを前提とする。
地面に接する床面も外壁面と同様に扱い、日射の影響と換気の取得熱とでほぼ相殺されているものとし、日射と換気による取得熱は無視する。

＊：庫内温度０℃と日平均外気温との差の積算値

ａ)札幌市における貯雪庫の消雪指数と消雪
図 4-10

札幌の 11 月までの度日数 D=3402 とすると、貯雪庫の消雪曲線は図 4-10 のようになる。3 月上旬に一杯にした雪は
η=10 では 4 月末でなくなり、η=5 では
5 月下旬、η=2 では 7 月中旬、η=1.0 で
10 末まで残り η=0.5 では貯雪量の半分が融けずに残る。
ｂ)全体の 30％を貯蔵庫とする場合
札幌、通年保存（Ｄ＝3402）
イ）V=100m3
V1（貯蔵庫）=30m3 V2（貯雪庫）=70m3
貯雪量=70×0.9×0.3=19
全体の貯雪密度tonρ´=0.19

ton/m3b タイプとすると、h=2.92m、S=136m2、延べ床面積=34m2.

7.2㎡･h･℃/kcal→約 300mm 断熱

48

貯雪庫（札幌）の消雪曲線

ロ）V=1000m3
V1（貯蔵庫）=300m3

V2（貯雪庫）=700m3

貯雪量=700×0.9×0.3=190
ρ

0.9

ton

0.3

0.19

ton/m3ｄタイプとすると、
h=5.0m、S=700m2、延べ床面積=200m2
3.7.

㎡･h･℃/kcal→約 150mm 断熱ハ）V=10000m3
V1（貯蔵庫）=3000m3 V2（貯雪庫）=7000m3
貯雪量=7000×0.9×0.3=1900
ρ =0.19

ton/m

ton
7000m33ｄタイプとすると、

3000m3h=10.8m、S=3270m2、延べ床面積=926m2
1.72.

㎡･h･℃/kcal →約 70mm 断熱

貯蔵庫のボリュームが 10 倍になると必要な断熱厚さはほぼ半分になる。
断熱厚さを 2 倍にすると、同じ条件で貯雪庫の大きさを半分にし、その分貯蔵庫を大きくすることができる（貯雪庫 35％、貯蔵庫 65％）ｃ)越冬野菜の貯蔵庫（高湿度型）
貯蔵開始時期（秋）には貯蔵庫のすべてのスペースを貯蔵のために利用し、冬期の出荷で空いたスペースに３月に雪を入れ、出荷が完了する 6 月まで低温で野菜を貯蔵する（メノビレッジ方式）。貯雪庫を別に設ける必要はなく、建設費などを低減できる。
積算度日数を６月までの D=1068 とし、貯雪庫はｃタイプとする。地盤は室内に露出させ熱の出入りはないものとし、換気・日射の影響はないものとする。
V=6h3

m3

S=16h2m2

貯雪量=(V/3)×0.8×0.3

m

S=106

m2

貯雪量=8

ton

イ）V=100m3
h=2.56ton∙ ∙.

ρ’=8/100=0.08
4.2.

㎡･h･℃/kcalロ）V=1000m3
h=5.5

m

S=484

m2

貯雪量=80ton

ρ’=80/1000=0.0849→約 170mm 断熱

1.9

.

㎡･h･℃/kcal→約 75mm 断熱ハ）V=10000m3
h=11.9m

S=2270m2

貯雪量=800

ton

0.91

.

ρ’=800/10000=0.08㎡･h･℃/kcal→約 35mm 断熱

なお、冬期間の保温には建物外側での雪による外断熱が有効である。
同じ条件で 7 月末まで貯蔵するには、7 月までの度日数 1704 との比で、雪氷を入れるスペースを
1707/1068=1.6 倍にするか、雪の密度を 1.6 倍にするか、あるいは熱抵抗値（断熱厚さ）を 1.6倍にすればよい。
ｄ)穀類のスノーシェルター型貯蔵庫（乾燥型）

Ｅタイプ

貯蔵庫の上部を開放型の貯雪場とし、貯蔵庫の側面は土に埋める。別棟の貯雪庫や貯蔵庫の一部を貯雪のスペースとする必要がない。貯蔵庫を雪で覆う方法はコストの削減、内部環境の安定などメリットが大きい。

積算度日数は通年用として D=3400 とする。
V1=8h3m3

S1=2h2m2

V2=16h3m3

S2=8h2(屋根)+ 18h2(側壁)m2

V= V1+ V2=24h3
イ）V1=33
h=1.67m3m

S=28 h2=73

m2

貯雪量=67 m3×0.3=20
ρ´=20/100=0.2.

ロ）V1=330m3

h=3.46m

S=28 h2=335

m2

3.7

㎡･h･℃/kcal→約 150mm 断熱

貯雪量=670 m3×0.3=200

ρ´=200/1000=0.2
.

ton/m

ton

3

1.7

ton/m

㎡･h･℃/kcal

50

ton

3

→約 70mm 断熱

m3ハ）V1=3300
h=7.5

S=28 h2=1500m

m2

貯雪量=6,700 m3×0.3=2,000ρ´=2000/10000=0.20.75.

ｅ)埋設型貯蔵庫

ton/m㎡･h･℃/kcal

ton3→約 30mm 断熱

Ｆタイプ
表 4-7

貯蔵庫容積 V１ (m3)に応ずる断熱材厚さｄ(mm)

V1

h

S

R

d

a

33

1.62

52

2.6

100

b

330

3.46

240

1.2

50

c

3,300

7.5

1,130

0.6

25

貯雪庫を貯蔵庫の上に乗せると、冷熱利用のための送風・循環などが不要になる。ｄ)のＥタ
イプと同様の効果がある。
ｆ)貯蔵庫単体の熱収支
3 月から 11 月までの高温期を 0℃に保つために必要な冷熱量
周壁の断熱は自由に選べるがイ）V1=30m3

a タイプとすると

R=4

約 150mm 断熱とする
S=58m2h=3.1m

床面積=9.7m2
1.18

10

1,380
冷凍機の成績係数 2.0

ｄタイプとすると

1380×25/2.0=1.7 万円/年
S=500m2

h=4.22m
10.2

10

床面積=71m2

kcal
12,000

年間動力費ハ）V1=3000m3

KWH

電力単価 25 円/KWH として年間動力費ロ）V1=300m3kcal

ｄタイプとすると

h=7.2m

KWH

12000×25/2.0=15 万円/年

S=1450m2

床面積=420m2
30
35,000

年間動力費

51

10

kcal

KWH

35,000×25/2.0=37.5 万円/年

ｇ)雪氷貯蔵の熱単価
上記の条件で雪氷の電力換算単価を求めると雪の潜熱 電力単価

1,163

電力換算係数

4-4

円/ton

雪山の計画

1)雪山の利用
雪山は、雪山からの冷熱の取得、雪を冷熱源として供給するために蓄積することを目的に造成される。あるいは、雪山内に貯蔵空間を設けることで、容易に雪室を造ることができる。
雪山の利用に際しては、周辺の環境への影響について配慮しなければならない。中小規模の雪山であれば、周辺環境への影響は少ないといわれている。また、雪が夏季まで存在することで、周囲の空気温度を低下させることについては問題ないことが判明している。融解水による影響については、敷地内で自然浸透する場合は特に配慮する必要はないが、融解水が地表面で敷地から流出しないように、雪山外周部に排水溝や堰を設けるなどの配慮が必要である。特に、農業用水路に融解水が浸入して農業用水の水温低下を招かないようにしなければならない。このほかに、雪山の維持管理については安全対策に十分な配慮が必用である。雪山の斜面はかなりの急斜面であり、時間の経過とともに形が変容する（図 4-11 参照）ので、部外者の侵入を防ぎ、事故が発生しないよう格段の配慮が必要である。
大規模雪山は巨大なエネルギー基地となる。貯雪庫と比較して利用に係るトータルコストが廉価であることや大規模な雪山の築造が容易であることなどから積極的に活用を図るべきである。
しかしながら、大規模な雪山の築造には広大な敷地が必要であり、建物が密集する市街地では敷地の確保が立地の制約となる。
図 4-113月

雪山造成(14)

4月

雪山の変容

雪山状況

5月

右側(南)の融雪進む

6月

手前(南西)の雪山が消滅し、頂部が陥没している

2)雪山の計画ａ)

貯蔵雪量と融解

雪山の堆積雪量は需要先で使用する冷熱量、保存期間中に消失する雪量、気候変動などを見込
んでの余裕、運搬時のロスなどを考慮して多めに計画することが肝要である。雪山の雪密度は 0.5～0.65ｔ/ｍ３程度で算定することが多い。
貯蔵された雪は，貯蔵期間中に自然に融解して一部が失われる。それは、主に外気温、日射、風、地熱、降雨などの影響によるものであり、雪山が造成された地域の条件により異なる。特に、52

外気温と日射の影響は大きく、表面をバーク材(樹皮を粉砕した物)やウッドチップ材、籾殻、断熱シートなどの断熱材で覆うことが必要である。日射の場合は方位や傾きの影響も考慮する必要がある。
降雨の影響は雨の水温と降雨量により決まる。雨は大気上空で雲粒から雨粒に変わり地上へと降下する。雨粒が生成する時の温度は中高緯度地方では０℃前後であり、地上へ到達すまでの間に大気中の熱を取得して温度は上昇する。上昇の程度は、大気の温湿度と大気中に存する時間に影響される。また、雨粒の温度上昇は大気の温湿度の状態によるが、高くても湿球温度とほぼ同じであるとされている。(15)
地熱の影響は、一般に地面の温度は外気温と同じと考えられているが、地中の熱伝導を考慮す
る場合、日射の影響による地表面温度の上昇についても考慮する必要がある。また、大規模雪山
では中心部は外気温や日射の地中からの熱伝導が比較的緩やかになるものと思われるが、縁辺部では大きな影響があることが予想される。
雪の自然融解については正確な予測は困難であるが、経験的には空知・石狩管内の場合、バー
ク材 200mm で 2.5m、300mm で 1.5m 程度の堆積厚さの損失を見込めばよいとされている（16）。
ｂ)

断熱材(17)

雪山の断熱被覆材としては、安価で断熱性能が確保でき、かつ、風に吹き飛ばされない材料が望ましい。一般的には、バーク材、籾殻、ウッドチップ材などを厚さ 150～300mm 程度で被覆する例が多い。断熱材の雪への混入防止や再利用のために断熱材を袋詰めしている例もある。これ
らの断熱材は数年再利用できるが、徐々に腐敗が進むので計画的に更新することが必要である。
雪山断熱材としてしばしば用いられるのは、木の樹皮を粉砕したバーク材、製紙原料などに使用するホワイトチップ材、雑木を粉砕処理したブラウンチップ材などがあり、おが屑やかんな屑などが使われることもある。次にバーク材、ホワイトチップ材，ブラウンチップ材の 3 種の特徴と、バーク材とブラウンチップ材の熱抵抗に関する実験結果(17)を紹介する。
バーク材

製材の際に、丸太の樹皮を剥いで粉砕したものである。廃棄物として処理される。遊歩道などの敷材として利用されることもある。流通価格が低価格であることから、これまで雪山で使用されてきた実績数がもっとも多い。附存量が多く、入手も容易であるが、輸送コストが購入価格に大きく影響する。使用後は産業廃棄物となる可能性がある。
ホワイ卜チップ材

紙の原料として使用されているものである。木の心材部分を細かく粉砕したもので、チップ片の大きさは比較的均一である。北海道産の樹種ではカラマツなどが流通している。価格は他の 2 種に比べると高価である。流通量は製紙会社の年間計画によるところが大きいので，大量調達は比較的困難である。
ブラウンチップ材

建設工

事現場から発生する雑木、間

表 4-8 ホワイトチップ材とバーク材の熱伝導度(43)試料

伐、抜根などによる発生材を粉砕処理したもので、比較的ホワイトチップ材

細い樹木が多く、樹皮・心材の両方を含む。外観が茶色であるためブラウンチップと

バーク材

項目

単位

気乾常態

通常状態

湿潤常態

含水率

％

10.3%

59.7%

124.5%130.6

3

嵩密度 1)

kg/m

151.1

138.1

熱伝導率

W/(mK)

0.066

0.124

0.165

含水率

%

11.7%

86.1%

180.3%

嵩密度 1)

kg/m3

100.9

98.0

90.6

熱伝導率

W/(mK)

0.057

0.114

0.163

呼ばれる。おもにチップボイラー用の燃料として流通している。価格は比較的安いが、常時発生
53するものではない。特徴としては、断熱材として使用した後も燃料として再利用ができるので産業廃棄物とならない点がある。ホワイトチップ材とバーク材の熱伝導測定実験結果を表 4-8 に示す。
ｃ)

雪山の造成と管理

断熱材の施工(18)

貯蔵雪量 1,000t 規模の雪山に厚さ 300mm のバーク材を施した場合、約 400m3のバーク材(25m3 積み箱型トラック 16 台分)が必要となり、施工はバックホー2 機で 1 日弱を要する。風による飛散が懸念される断熱材料の場合にはネットなどで覆うことが必用である。保存期
間中、法面と天板の接合部でバーク材が剥離しがちであるので、週 1 回程度の雪山の状態確認が必要である。
地盤は雪山を支えるだけの地耐力が必要である。雪の密度を 0.6t/m3、堆積高さ 5m の地盤造成

場合、地耐力は 3t/㎡以上は必要である。造成時の建設機械車両の作動性の確保、融解水の集水などのために、アスフアルト舗装などの導入が好ましい(18)。軟弱地盤では地盤改良を行い、地盤強度を確保したケースもある(18)。
雪の堆積 (18)

敷地内に一時集積した雪などを堆積し、四角垂台に成型する例が多い。貯蔵雪量

1,000t 規模の雪山あれば、バックホー(0.7 級) 2 機で、1 日(8 時間)程度で施工することが可能である。なお、建設機械などにより十分な圧密を雪に施すことが肝要である。堆積作業の時期としては、北海道を例にとると 3 月下旬頃の雪解けが始まり、雪の密度が大きくなりつつある時期に行われることが多い。

ｄ)

雪山の体積及び表面積

雪山は、通常四角錐台の形状で造成される。冷熱取得に必要な雪量に消滅する雪の量及び予備の保存量を加えた量が雪山の必要な体積となる。また、雪山の表面積は概ね断熱材の施工面積となる。以下に錐台の体積及び表面積を求める公式を示す。
体積の公式

錐台の上底の面積を S１、下底の面積を S2、高さを h、体積をＶとすると

･････

3

4.21

で求められる。これは円錐台、四角錐台に共通の式である。
円錐台の場合は、円錐台の上底の半径を r１、下底の半径を r2、高さを h、とすると体積Ｖは(4.22)式でも求められる。
V

πh
r
3

r r

r

･････

4.22

シンプソンの公式 （4.23）式はシンプソンの公式と呼ばれているもので、上底の面積をａ、下底の面積を b、高さの中央部分の底面積を c、錐台の高さを h とすると体積 V は(4.23)式で求め
られる。
4
6

･････

4.23

この式にあてはめれば、円柱や円錐の体積、球の体積、平面図形の面積までもが求められる万能の公式である。
54

側面積の公式

円錐台の側面積は次の式により求められる。円錐台の上底の半径を r１、下底の半径を r2、高さを h、とすると円錐台の側面積を S3 は(4.24)式で求められる。

･････

4.24

四角錐台は大きな四角錐から上部の小さな四角錐を切り取ったと考えればよい。四角錐の側面積は次の式により求められる。

四角錐の底面の横の長さを a、縦の長さを b、高さを h としたとき、側面積 S4 は(4.25)式で求められる。
√

4

√

4

･････ 4.25
2
(4.25)式を用いて大きな四角錐と切り取るべき小さな四角錐の側面積を求めれば、四角錐台の側面積が求められる。
3)冷熱取得の方法
雪山からの冷熱取得は、これまでのところ融解水を集水し、熱交換器で二次側の熱媒体へ冷熱を引き渡す方法が主流である。小規模な雪山の下部に直接二次側の熱媒体を流入させ熱交換を行う方法や、貯蔵施設を雪で覆い、雪山の中に雪室を設けて利用することもある。
雪山内部に空洞を作り、ここに空気を循環させることによって直接空気を冷却する空冷式についてはまだ実験的に取り組んでいる段階(16)である。
ａ)

冷水循環式による冷熱の取得

雪山下部に漏斗状の貯雪槽を設けたり(16)、雪山周辺に堰を設けるなどして冷水を貯留し、雪との直接の接触で貯留水を冷却し、熱交換器へ送り込んで二次側の熱媒体を冷却するものである。
この方法はもっとも一般的に採用されている。④項に紹介する新千歳ターミナルビル(19)やスンツ
ヴァル地区病院(3)ともに周囲に堰を設ける方法を採用している。熱交換を終えた冷水は再び雪山へ還流させ、冷却する。自然の融解で水量が増えるが、不要な分は熱交換終了後に排水される。
熱交換の効率としては、スンツヴァル地区病院の計画では、一次側が 2℃（入り）→8℃（戻り）、二次側が 10℃（入り）→5℃（戻り）となっている（図 4-12 参照）。新千歳ターミナルビルでは、
雪山から一次ポンプへ 4℃（入り）→11℃（戻り）、二回の熱交換を経て、冷房機では 14℃（入り）→7℃（戻り）となっている（図 4-15 参照）。
雪山の中に水を流すと水道（みずみち）ができて、水の流れが制限されるために、雪との接触時間が短くなり、十分な冷却効果が得られない。また、水道（みずみち）上部に空洞ができると接触面積が減少するため冷却効果も低下する。

ｂ)

雪山内部に雪室を設置する方法

貯蔵庫を雪で覆い、内部を低温に保って、農産物の貯蔵や酒の醸造を行っている。新潟県小千谷市では床面積 224 ㎡の貯蔵庫（スノーランド池ヶ原雪室貯蔵施設(1)）をおよそ 4,500ｔの雪でおおい、籾殻で断熱し、米など地場産の野菜を貯蔵している。また、魚沼市では床面積 158 ㎡の雪蔵（越後ゆきくら館(1)）を 350ｔの雪で覆い、通年で酒の醸造を行う施設や、154 ㎡の貯蔵庫（雪利用漬物生産加工施設(1)）を 5,000ｔの雪で覆い、粕漬け用の野菜を貯蔵している施設など
がある。

55

4)大規模雪山の事例
ａ)

新千歳空港ターミナルビル(19)
表 4-9 新千歳空港ターミナルビル冷熱利用の概要 (19)

現在、世界で最も大きな冷熱取得を目的とし貯雪ピット面積

た雪山は新千歳空港ターミナルビルのもので主要設備あろう。平成 19 年度から取り組みがはじまり、
平成 22 年春から運用が開始された。
駐機場の機材のデアイシング（器材に付着した雪の除去）のための融雪剤を含んだ雪解け水の BOD(生物化学的酸素要求量)対策としてスタ

20,000 ㎡
冷水供給ポンプ 45kW×3 台（～5 台）
熱交換器 1,000USRT 1 台（～2 台）

熱交換方式

熱交換冷水循環方式

貯雪量

120,000m3 / 年（～240,000m3 / 年）

雪冷熱供給能力

17,900 GJ / 年（35,800 GJ / 年）

エネルギー削減量

原油換算

CO2 削減量

1,050 t-CO2 / 年（～2,100 t-CO2 / 年）

冷房供給期間

5 月～9 月の 5 ヶ月間

430 kL / 年（～860 kL / 年）

ートした。雪を被覆材で覆って夏まで融解を遅らせ、調整池からあふれて空港周辺の河川に流れ込むのを防止し、また、外気温上昇による BOD の自然分解を促そうという試みである。また、空港施設での二酸化炭素の排出削減のため、雪解け水を使っての雪冷熱供給(雪冷房)システムを付け加えた。平成 21 年に営業用の雪山が初めて築造され、平成 22 年度から営業利用されている。
貯雪容量は 120,000～240,000t で、冷熱供給能力は 17,900～35,800GJ/年である

図 4-12

図 4-13

雪冷房システム概念図(45)

雪山の造成(20)

図 4-1456

貯雪ピット(20)ｂ)スンツヴァル地区病院(3)（スウェーデン

新千歳空港ターミナルビルで営業用雪

スンツヴァル市）
図 4-15

スンツヴァル地区病院雪冷房システムの概念図

図 4-16

断熱材に覆われた雪山と雪山への注水口(3)山が造成されるまでは、スウェーデンのスンツヴァル地区病院の雪山による冷熱利用が世界最大といわれていた。貯雪容
量は 60,000m3 程である。
スンツヴァルはストックホルムよりおよそ 400km 北方のボスニア湾に面する都市で、スンツヴァルの冷房期間は 5 月～8月で、毎月の平均気温は 8～15℃である。最高気温はしばしば 25℃以上に達する。
スンツヴァル地区病院では 190,000㎡のエリアを冷房している。雪の計画
貯蔵量は 60,000m3、2000 年 6 月から冷房運転を開始した。
ポンプで汲み出した融解水を熱交換器を通してスンツヴァル地区病院の冷却システムに接続し、使用している。温められた融解水は再び雪山に送りこまれ冷却される。水はフィルターで濾過し、2 台のポンプ（0.035、0.050 m3/s）で熱交換器（1000＋2000KW）に送られる。また、冷房出力のピークに対応するため 800KW のチラーも併設されている。
雪冷房用の雪山は、天然の雪と人工雪（38～70％）を使っている。年間冷房負荷の 75％以上が雪冷房システムで賄われた。雪山は、断熱層として粒径 20～150mm のウッドチップを用い、20cmの厚さで覆われている。ウッドチップは腐敗のために毎年およそ 3 分の 1 を更新している。
雪山下部はアスファルト舗装で遮水し、滞水池の大きさは 130×64m である。6 年間の年間の貯雪量は 18,800～40,700m3/年、雪密度は 573～735kg/m3 で平均はおよそ 650kg/m3 であった。

表 4-10 雪冷房稼働結果（2000-2005）(47)
2001
20022
20032
年
20001
3
貯雪量（m ）
18,80027,40040,70036,800
人工雪比率（％）
49
59
57
37
雪冷房期間
6/6-29/8
26/4-22/
25/4-29/
6/5-17/888
全冷房エネルギー（MWH）
655.5
1159.11345.31068.4
雪冷熱エネルギー（MWH）
607.9
897.2
1125.9894.5
雪冷熱の割合（％）
92.7
77.4
83.7
83.7
最大全冷房エネルギー（KWH）
1366
1648
2004
2034
最大雪冷房エネルギー（KWH）
1366
1148
1873
1508
COP,snow,operation
5.2
15.7
23.8
7.4
COP, snow,total
4.3
11.2
16.0
6.2
COP,snow,total/COP,chiller,tota
2.0
3.3
6.6
2.6
l
1
雪冷房開始は 6 月 6 日
2
市の水道により補完

57

20042
35,40052
28/4-29/
8
870.5
799.6
91.9
1919
1594
6.9
5.7
2.4

20052
39,90070
22/4-19/
9
941.9
863.7
91.7
1995
1610
7.3
6.1
3.1

ｃ)

沼田町雪山センター(21)

図 4-17

沼田町雪山センター(22)沼田町では雪山をバーク材（樹皮を粉砕したもの）や籾殻など、透水性の材料で被覆し、雪を保存する技術を「沼田式雪山」呼び、技術開発や利用の推進に取り組んでいる。また、平成 20 年度
から道路排雪で造成した雪山を雪冷熱エネルギ
ー供給基地として利用する「沼田式雪山センター」の運用を開始した。
沼田式雪山センター構想 は、冬の道路排雪を「沼田式雪山」として保存し、春から秋にかけて、
雪冷熱エネルギーを周辺の各施設へ供給する取組みである。雪山造成の敷地面積は 181,900 ㎡、
雪山（ 53×50ｍ）に約 5,000t の雪を堆積している。最終目標は町内で発生する道路除排雪の総量である 100,000t 規模の雪山としているが、現在は、需要量にあわせて約 5,000t 規模の雪山としている。
雪の供給は町有施設の「椎茸発生棟」への供給量が約 1,300t、その他（町有施設、民間、イベント）への供給が 200t 弱となっている。初年度の平成 20 年度の供給箇所数は 5 箇所、平成 21
年度は 10 箇 所（町外への供給は 5 箇所）であった。
4-5 雪氷冷熱エネルギー利用の普及に向けて
1)雪氷冷熱エネルギー利用の課題
コスト 雪氷冷熱エネルギーは寒冷地においては安価で大量に手に入れることができるエネル
ギーである。しかしながら、他の自然エネルギーと同じようにエネルギーの密度が低く、利用のためにコストがかかることが、普及のための大きな障害となっている。
冷熱需要の地域特性 冷房の需要は寒冷地よりも温暖地で多い。農村部よりも都市部で多い。農業に代表される一次産業分野よりも業務施設、工場などの生産施設の方が多い。大きな冷熱需要の存在する地域と寒冷気候・多雪地域とが必ずしも一致しないことは雪氷冷熱利用の推進にとって大きな障害であり、克服しなければならない重要な課題でもある。
気候変動への対応 雪氷冷熱エネルギーは自然エネルギーであり、降雪・積雪であれ冷涼な気候
であれ、毎年変動するものである。エネルギーとして継続的に利用していくためには、年間の変動に対するより確かな科学的な知見が必要である。それを怠れば、自然の気まぐれに付き合うために多大なコストを支払うことになる。
雪貯蔵の技術 貯雪庫、雪山の設置には大きな土地が必要であるが、都市部では土地の確保が困難である。蓄えた雪は、その日から利用が終わるまで毎日自然に融解が進む。保存量に対して有効に利用する効率が悪い。効率を改善するためには断熱性の高い貯雪庫などを設置する必要があ
るが、建設費が高くなる。これらの諸問題に対処するために、貯雪庫や雪山の合理的な設計手法の確立が必要である。貯雪庫に貯蔵する雪や雪山の雪の密度の把握方法、貯雪庫や雪山の雪の融解量の推計方法などは雪を保存されたエネルギーとみなすならば、不可欠の技術的知見であると
いえる。

58

雪利用の効率

雪氷冷熱エネルギーの利用に対する認識は徐々に高まっているが、利用件数はいまだ少なく、利用する雪氷の量も新千歳空港の 120,000 トンを除くと他の合計でも 100,000 トンに達していない。小規模な利用が多く、エネルギーとしての利用効率の悪さ、高コスト化を招いている。
現在、農業など一次産業分野や小規模な事例を除くと、冷房システムは機械冷房が主体で雪氷
冷熱エネルギーの利用は補助的に使われているケースが多い。冷熱源としての雪を常に十分確保できない時のために、機械冷房だけで間に合う能力を確保し、雪冷房の部分はそれがなくてもよ
いような事例もある。このことは雪冷房部分が余力であり、本来必要な冷房への設備投資のほかに負担が増えていることになる。このような方法を続けることは設備投資の高負担を招くだけであり、雪冷房の普及は望むべくもない。むしろ、雪冷房を主体とし、機械冷房はピークカット対
応の補助的な手段へと転換させ、設備投資を極力抑える方向へと考え方を転ずるべきである。
2)雪氷冷熱エネルギー利用の普及に向けて雪の供給システムの構築

冷房のための冷熱需要の大きな業務施設や都市部での利用のためには貯雪庫が必用であるが、冷房の全シーズンに必要な雪を保存するためには、冷房空間の 50～
80％ほどの容積の貯雪庫を設けなければならず、現実的ではない。貯雪庫は小さなものであってもここに定期的に雪を補給することができれば雪冷房を採用できる。また、温暖地で雪冷房を行うためには寒冷積雪地から大量の雪を温暖な消費地へ輸送しなければならない。雪は密度が小さ
く重量の割には容積が大きくなり、輸送コストも高くなる。雪の長距離輸送と都市内の短距離輸
送のシステムが社会インフラとして確立されることが必用である。そのためには事業として採算がとれなければならず、雪冷房の利用の拡大が必要である。
雪山・貯雪庫の共同利用

雪氷冷熱エネルギーの利用の大きな障害となっている高コストの最大の要因は貯雪庫の建設費、雪山の造成・維持管理費などである。共同でこれらの施設を保有する
ことによりそれぞれのコスト負担は軽減される。共同利用するためには、それぞれの消費者が貯雪庫や雪山に近接する場所に立地していなければならない。そこには消費者をまとめ、共同利用を推進するコーディネータが必要である。消費者の雪氷冷熱エネルギーの利用に関する意識を高
め、意欲を増進するような働きかけをし、技術的なアドバイスや補助を行う専門家が必要である。
雪氷冷熱エネルギー利用のノウハウの共有化を進め、多くの人が雪氷冷熱エネルギーの利用に向き合えば、雪山や貯雪庫あるいは雪氷冷熱エネルギー利用システム自体の共有化も進むことが期待できる。
カスケード利用の普及

雪氷は熱エネルギー密度の低い物質であるので可能な限り有効に利用することが必要である。雪氷の融解の潜熱は 80kcal/kg であるが、氷の顕熱は 0.5kcal/kg、水の顕熱は 1kcal/kg である。したがって、0℃の雪氷を＋20℃までエネルギーとして熱を取り出すと利用可能なエネルギーは 100kcal/kg となり、潜熱だけの利用に比べると 1.25 倍となり、30℃まで利用すると 1.63 倍となる。
雪と寒さは貴重な資源

地球は水の惑星といわれる。海面や地表から蒸発した水は、大気中を運

ばれ、いずれは雨か雪になって海と陸地に降る。陸地に降った雨のほとんどは土や岩石のすきま59図 4-18

を通って地下水になり、残りは川になって

水の大循環の概念(23)地表を流れるか、蒸発して大気に戻る。
地球上でこのように水が形を変えて繰り返すことを「水の循環」と言う。地球の水と大気と太陽エネルギーが存する限り、
水の大循環は繰り返される。雪氷が生まれるのはこの大循環のなかであり、その量は全体の量のほんのわずかである。しかし、この循環は無限に続く。雪氷冷熱
エネルギーは水の大循環のなかで太陽エネルギーによってもたらされるものである。
また、寒冷気候は地球の気候の偏在によるものであり、地域的には毎年変動はあるものの、全体のバランスはほとんど変わらない。つまり、寒冷気候もまた無限に変わらないといえる。雪と寒さは地球にもたらされた貴重な資源であり、太陽の恵みなのである。

引用・参考文献資料リスト
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)

1-1 「雪氷熱エネルギー活用事例集４」平成 20 年 4 月 北海道経済産業局
1-2 「雪氷熱エネルギー活用事例集４増補版」平成 20 年 6 月 北海道経済産業局「浸水式雪冷房システムの開発とその特性」 伊藤親臣他「SNOW COOLING IN SWEDEN」 Kjell Skogsberg and Bo Nordell「自然氷を利用した農産物貯蔵庫の熱設計」 浦野慎一他 北海道自然エネルギー研究第６号 2009
「北陸地方における雪室の分布とその盛衰」 池上佳芳里 地理科学 vol.54 no.2 pp.126～137,1999「環境にやさしい新エネルギーの基礎」 藤井照重他 森北出版 2007
国土交通省北海道開発局「雪氷輸送物流システム検討調査概要版」「The ice pond—production and seasonal storage of ice for cooling」
Princeton University, 23/
9 1982;TIME 記事「Iceberg Cool」 1981.8.3「Changes of Heart」 Sept. 12, 1987 Theodore B. Taylor
インターネット情報 http://panasonic.jp/reizo/use/keep/02/「卸売市場における品質管理の高度化に向けた規範策定のためのマニュアル」pp5 (株) 流通システム研
究センター「貯蔵と断熱」 荒谷登 プライベートレポート 2004
伊藤組土建株式会社ホームページ
気象ブックス 015 「雨の科学」 武田喬男 成山堂書店 H8 初版 3 刷「雪山を利用した既存米倉庫の雪冷房化に向けた実験報告」 本間弘達他「雪山断熱材としての木質チップ材の基礎性能に関する実験報告」 本間弘達他 2008「“雪山”の造り方」 本間弘達他 2007
国土交通省 「雪を利用した環境施策検討会 第 4 回 雪を利用した環境施策検討会 検討会資料概要版」
国土交通省「クールプロジェクト近況報告」「雪と共生するまちづくり～沼田式雪山センターの取り組み～」 伊藤 勲 沼田町 第 23 回ふゆトピ
ア研究発表会論文集 pp27」
沼田町ホームページ
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委員

60

野田恒

第５章

薪ストーブ暖房5-1 実験目的
薪ストーブへの関心が高まっているが、家全体を暖めるには着火してから十分な時間が必要で、その間適宜薪をくべなければならないし、空気を調節したり、灰や周囲の掃除も必要である。結局「手間ばかりかかり、ちっとも家が暖まらない」と家族の不満がつのり邪魔者扱いされる、ということになりかねない。
その点、熱容量の大きな高断熱の住宅では、薪ストーブ 1 台による短時間の暖房でも十分暖かく薪
ストーブ暖房の良さを実感できる可能性がある。本実験は、ブロック造外断熱セントラルヒーティン
グの建物内において薪ストーブ暖房とセントラル暖房の比較を行い、短時間の薪ストーブ暖房の可能性を検討した。
5-2 実験方法、場所
試験には写真 1 に示すコンクリートブロック造 3 階建て外断熱のセントラルヒーティングの住宅を利用した。図 1 に 1～3 階の平面図を示す。薪ストーブは１階玄関に置かれていて、ホール・階段を通して３階まで吹き抜けである。写真 2 は使用した薪ストーブで、重量のあるデンマーク製鋳鉄ストーブである。
この住宅の 2011 年 1 月の平均灯油消費量は 4.8ℓ/日である。
写真 3 は使用した楢の薪で、1 日午前午後 1 束ずつ燃やした。各室に温度記録計「おんどとり」を設置
し、薪ストーブ使用時の 1/7 日～1/11 まで 5 日間と、セントラル暖房時の 1/12～1/15 まで４日間の室温と薪の重量、及び灯油消費量を測定した。

写真１

写真 2

玄関に置かれた薪ストーブ

写真 3

楢の薪

ブロック住宅外観61

図1

ブロック造住宅の平面図

5-3 実験結果
図 2 に 1/11 日の薪ストーブ暖房時の各階温度、図 3 に１/13 日セントラル暖房時の各階温度を示す。
1/11 日は午前 2.5 時間、午後 4.5 時間の合計７時間暖房であったが、ストーブのある玄関を除くと階ごとの温度差は少なく、室温変動は 15 時間セントラル暖房時とかわらなかった。
図 4 に 1 階居間の薪暖房とセントラル暖房期間の時刻別平均温度の比較を示す。セントラル暖房時の最高-最低温度差は 2.0℃であるのに対し、薪暖房時の最高-最低温度差は 1.5℃と小さい。
図 5 に 1/11 日の薪ストーブとストーブ脇の壁の温度、玄関の壁の吸放熱の時刻変動を示す。写真 4はストーブ燃焼開始後 2 時間後のストーブ脇の壁の温度分布を示す。ストーブの温度は 100℃を超えるが、ブロック壁の温度は最高 28℃に留まっている。暖房時に壁に吸熱された熱は、暖房停止後放熱し、室温の安定化に貢献している。薪自体は 2 時間ほどで燃え尽きてしまったとしても、ストーブ本
体の蓄熱はもう数時間ほどかけて、ゆっくりと冷めていく。朝起きたとき、熾き火は残っていないものの、部屋自体はむしろ高く保たれていた。
表 1 に期間の日平均灯油消費量と毎日の薪消費量を示す。１束の重量は乾燥度合などにより 10.2kg
から 15.4 ㎏まで幅があり、１束の燃焼時間も 2.5 時間から 5.5 時間の違いがあった。暖房用灯油使
用量は平均 5.4ℓ/日であった。ブロック住宅の一年間の暖房用灯油消費量は毎年 600～700 リットルであることから、薪で通年暖房すると 200 束（3 m3）程度で済みそうである。
１階

２階

３階

玄関

外気

30
薪 ストーブ暖 房
25

温度 (℃）

20
15
暖房

10

暖房

5
0
-5

-10

0

3

図2

6

9

12
1月11日

15

18

1/11 日薪ストーブ暖房時の室温変動

62

21

0

１階

２階

３階

玄関

外気

30
セ ン トラ ル 暖 房
25

温度 (℃ ）

20
15
暖房

10
5
0
-5
-10
0

3

6

図3

9

12
1月13日

15

18

21

0

1/13 日セントラル暖房時の室温変動

20.0℃

19.5℃

薪暖房時の室温(℃)

19.0℃

18.5℃

1.5℃

18.0℃

17.5℃

17.0℃
17.0℃

2.0℃
17.5℃

18.0℃

18.5℃

19.0℃

19.5℃

20.0℃

セントラル暖房時の室温(℃)

図4

薪暖房とセントラル暖房時の居間室温の比較
表1

日付
1/7
1/8
1/9
1/10
1/11
/12～15

灯油消費量と薪消費量

灯油 (ℓ/日)
薪 (kg)
燃焼時間 (hr)
暖房 給油 午前 午後 午前 午後
0.49
12.7
4
5
1.47
15.4
12.4
5.5
4
0.46
13.8
13.8
4.5
4
0.46
12.2
12.2
3
5.5
0.25
10.2
14.5
2.5
4.5
5.42
0.63

63

間仕切壁

ストーブ

ｽﾄｰﾌﾞ脇壁
120

20

100

0

80

-20

60

-40

40

-60

20

-80

0
0

2

図5

4

6

8

10

12 14
時刻

16 18

20

22 24

薪暖房のストーブ温度と壁の吸放熱

写真 4

5-4

温度 （℃）

壁の吸放熱流 （W/㎡）

ｽﾄｰﾌﾞ脇外壁
40

ストーブ脇の壁の温度

薪の資源量と価格

北海道の森林面積 1）は、総面積の 71％に当たる 554 万ヘクタールで、道民一人当たりでは約 1 ヘク
タールと、全国平均の約 5 倍になっている。所有形態別では、国有林、道有林の占める割合が全国に比べ、著しく高いのが特徴で、天然林の割合が高く、全国の天然林面積の 4 分の 1 以上を占めている。
平成 21 年度の北海道内の木材需要は、製材用が 35％、パルプ用が 55％、合板用等が 10％で、全国に比べパルプ用の比率が高くなっている。需要量の合計は 634 万 m3 である。
1 年間に成長する樹木の量を人工林 11 m3/ha、天然林 4.3 m3/ha2）として推定すると 3,270 万 m3（かさ比重 0.3t/m3、木材発熱量 8.4Mj/kg として石油に換算すると約 240 万 kℓ）となる。森林の伐採量
は、昭和 36 年度の 1,331 万 m3 をピークに減少し、平成 21 年度の伐採量は 434 万 m3、可能潜在量の13％と小さな値である。木材の供給潜在能力は十分あるのに外材にシェアを奪われて道産材供給率は60％を割り込んでいる。
森林は成長量の 7 割前後を定期的に伐採しなければ健全な森林を維持していくことができないとい64われている。それでも林道路網がない、利用方法がない、販路がないなどで間伐して山に放置されている木材が、生産され利用されている木材 360 万㎥以上の 440 万㎥ 3）存在している。
森林は木材や紙として使用するのが本筋で、エネルギー利用を林地残材に限ると石油換算にして 25
万ｋℓ程度に減る。しかしこれは平成 20 年度の北海道内灯油販売量の 300 万 kℓの 8％に相当する。
千歳市森林組合の薪材（ナラ等、ほかの樹種が混ざった広葉樹間伐材）の価格は 1 m3 丸太の状態
9,450 円、30cm で割ってある状態 26,250 円である。また羊蹄森林組合では乾燥薪 16,300 円/m3 と幅がある。写真 5 は 1 m3 の丸太の状態である。
日本の平均的な木材生産費 4）は 1m3 当り伐採業者の段階で 8,900 円、原木市場の段階で 4,200 円と言われており、1.5 万円/m3 程度で売れれば間伐の費用を生産者は得ることができることになる。ただしこれらには送料や運賃が含まれておらず、販売単位は 1 m3 や 1 式（1.35 m3）1 棚（1.64 m3）である。
札幌市内の薪販売店では 1 m3 当り（ナラを中心とした薪）22,000 円/m3、（白樺を中心とした薪）20,000 円/m3 程度である。今回市内の燃料店で購入した薪 1 束の値段は 600 円であった。1m3 に換算す
ると 40,000 円程度になる。薪を安く手に入れるにはまとめて買う必要がある。

写真 5

写真 6

4t ダンプで

1 m3 の丸太の状態

6 立方メートルを運送した状態
65

5-5

薪暖房の可能性

ブロック造の高断熱で熱容量の大きな建物においては、薪ストーブ 1 台で 1 日 2 束を適当に燃やす暖房でもセントラルヒーティングと同程度の温度環境が得られるというデータが得られた。しかし灯油の値段を 90 円/ℓとするとセントラル暖房 5.4ℓは約 490 円/日となり、薪 2 束 1,200 円/日の費用は約 2 倍である。費用を灯油並みに抑えるには薪をまとめ買いするか、丸太の状態で購入し自分で割ることである。ただし 1 m3 の薪を積み上げると 1 段で高さ 1m 幅 3m 位になり、全てまき暖房で済ますには敷地に十分な余裕と体力が必要である。
ゆらめく炎は精神的なくつろぎを与えてくれる素晴らしさがあり、薪割りや薪積みに励むのも楽しい。薪だけで暖房を考えずに他の暖房器具と併用しながらまとめ買いのできる 1 m3 位を燃やす位の余裕を持って使いこなすべきであろう。

【参考文献】
1）データで見る北海道の森林、www.pref.hokkaido.lg.jp ›水産林務部›総務課
2）木質バイオマスエネルギー利用の可能性、山田敦、林産試だより（2004）
3）久保田宏、松田智：「幻想のバイオマスエネルギー」日刊工業新聞社、（2010）4）山田寿夫他：「21 世紀を森林の時代に」、北海道新聞社（2008）5）武田邦彦：「偽善エネルギー」幻灯社（2009）6）新穂栄蔵：「ストーブ博物館」北海道大学図書刊行会（1986）

幹事

66

鈴木憲三

第６章
6-1

断熱材で建物をつくる

はじめに

ここでは、まず断熱材そのものを構造体として、農業用作業小屋を作る方法を、構造耐力上の観点から検証した。次に、既存の農業用倉庫の断熱改修について、改修に要する概算工事費を、改修工法
別に検討した。また、アイディアとして、土や石等の自然素材で作る断熱建築を提案した。最後に、実際の農業従事者を対象に、作業環境に関する課題や、加工・貯蔵に関わる建築へのニーズをヒアリングした結果を報告する。

6-2

EPS でつくる農業用作業小屋

1) 概要
断熱材は切断等加工が容易であり、断熱材そのものの強度も期待できるビーズ法ポリスチレンフォ
ーム保温板（EPS）を使用することとし、図６－１に示すような、間口５.４ｍ、高さ２.７ｍ、奥行き２０ｍ程度の建物を想定する。EPS は施工性を考慮し､４５０×９００×１００mm のサイズを基本として接着剤により接合する。
床は土間床とし、基礎は布基礎とする。開口部は妻面の片側に設け、保温性や強度確保のため極力小さくするが、搬送用機械の入庫が可能なサイズとする。
内部壁仕上は EPS の上にアクリル樹脂モルタル＋グラスファイバーメッシュとする。外部は屋根・壁とも、紫外線遮断と防水機能を有する透湿性のある塗材で仕上げる必要がある。
以上のような、農業用作業小屋を想定し、次に構造強度の検討を行った。

2) 構造検討
本建物の構造は、図６－２のようにアーチ状の一体の架構が、両端でピン支持されていると考え、
図６－３のとおり、雪荷重及び風荷重を設定した。
ここに、

wl  300  5 . 4  1620 kg
wl 2  300  5 . 4 2  8750 kg  m
q h 2  120  2 . 7 2  8750 kg  m
q h  120  2 . 7  324 kg
である。

67

(a)平面図

(b)
図６－１

断面図

EPS でつくる農作業小屋

h = 2.7

C

H

A

H

B

V

V
l = 5.4

図６－２

構造断面の設定68

雪荷重(短期)w = 300 kg/m
風荷重(短期)
g = 120
kg/m
q=120
kg/m

Mc 0
VA VB 

M c   0.0357 q h 2

wl
2

1 qh

2 l
 H A  0.714 qh
 V A  VB 

2

1 wl
HA HB  
8 h

H B  0.856 qh(a)雪荷重(b)風荷重
図６－３

荷重の設定

断熱材の力学的諸元について表５－１に示す。参考に EPS のほか、XPS についても示している。
幅 1m（断面積 A  10  100  1000 cm 2 ）あたりの、各荷重に対する安全性を検証すると、雪荷重に対して、Mc  0
wl 1620 810kg2
2
V810
 0.81kgf / cm 2  s f c
C  
A 1000
1 wl 28750
 405kg
H A H B 
8 h
8  2.7
H405

 0.4kgf / cm 2  s f s
s  s
A 1000V A  VB 

風荷重に対して、

M c  0 . 0357 gh 2   0 . 0357  8750  312 kg  m
M312 0 . 187 kgf / cm 2  f b
2
1670
1
q h
324
 VA  
  30 kgf ( 浮上 )l2
2  54V30
ｔ  0 . 03 kgf  s f t
A1000
H A  0 . 714 q h  0 . 714  324  231 kg

b 

231
 0 . 23 kgf /  s f s
1000
H B  0 . 856  q h  0 . 856  324  277 kg

S 

S 

277
1000

 0 . 277 kgf  s f cとなり、圧縮強さ、曲げ強さについては、十分な耐力を持つことが示された。引張強さについては、
断熱材の強度データがないが、圧縮・曲げ応力の 1/10 程度であり、接着強度を確保できれば問題はないと考えられる。
69

また、以上の検討から、基礎の構造として、図６－４に示すような簡易な形式が考えられる。
表６－１

断熱材の力学的諸元
単位

セルボード(EPS 特号)

スタイロエース(XPS3b)

重kg/cm3

2.9×10-3

圧縮強さ

kgf/cm2

Fc=2.1

sfc=1.4

Fc=2.0

sfc=1.3

曲げ強さkgf/cm2

Fb=4.2

sfb=2.8

Fb=2.5

sfb=1.7

ヤング

kgf/cm2

E=1.2

比

E=1.5

係数
圧縮応力
－ひずみ
曲線

横筋D13

横筋D13

横筋用ブロック

横筋用ブロックGL
横筋D13

アンカーボルト13φ-@400

450

横筋D13

横筋用ブロック

横筋用ブロックGL

D9-@200450

アンカーボルト13φ-@400

D9

50

50

D9-@200
D9
400

400

2700

(a)断面図(b)基礎部詳細
図６－４

基礎構造

70

6-3

既存農業倉庫の断熱改修

1) 概要
一般に D 型ハウスと呼ばれる、鉄骨造の倉庫は、農作物の選別や保管のための空間、農業機械の車庫等として、北海道の農家において広く普及している。しかし、現状では断熱材がまったく施工されていないため、屋内といえども室温はほとんど外気温に近く、夏季は日射によって灼熱の環境となることもある。
一方、農業者の自立的な経営のためには、個々の農家における農産物の貯蔵や加工の重要性が増すと考えられ、また、離農跡を買い取った人たちが、既存の D 型ハウスを工房等に転用して活用している例もあることから、今後 D 型ハウスの断熱改修ニーズも高まってくる可能性がある。
そこで、ここでは比較的安価に D 型ハウスを断熱改修できる方法を検討した。検討のモデルとした
D 型ハウスを図６－５に示す。断熱改修を行う場合、外側から改修する方法と内側から改修する方法

6～7mが考えられるが、両者の工事費用について検討した。

10.8m

屋根
妻壁

10×27×2＝540m2(5.42×3.14／2)×2－4.0×4.0＝75.8m2
図６－５

D 型ハウスの検討モデル

2) 外側からの断熱改修
外側からの改修は、建物を使用しながらの改修が可能であることや、内部空間を狭くしないという利点があるが、新たに屋根板金仕上げを行うことや、施工のため大がかりな足場が必要になることから、工事費は高くなる傾向にある。
・断熱構造 ：グラスウール 200mm＋下地＋合板＋板金仕上げ
・工事単価 ：GW t200 1,500 円/m2、下地 3,000 円/m2、屋根 4,500 円/m2、計 9,000 円/m2・概算工事費：(屋根 540 m2＋妻壁 80 m2)×9,000 円/m2＝560 万円
3）内側からの断熱改修の方法比較と工事費
グラスウール及び現場発泡吹き付けウレタンを用いた場合の工事費概算を次に示す。暖房に裸火（ジェットヒーター等）を使用する可能性がある場合は、不燃性の内装仕上げとすることが望まれる。
①グラスウール 200mm＋下地＋内装仕上げ（タイベック又または合板）
・断熱性能：0.2m÷0.038W/(m･K)＝5.26(m2K/W)

・工事単価：5,000 円/m2

・工事費積算：約 310 万円

71

②ウレタン吹付け 50mm・断熱性能

：0.05m÷0.032W/(m･K)＝1.56(m2K/W)

・工事単価：4,400 円/m2

・工事費積算：約 273 万円

6-4

自然素材の断熱建築について以上で検討したような、断熱材として EPS やグラスウールを使用した建物に対し、自然素材のみで作業空間、貯蔵空間を作る方法を、アイディアとして提案する（図６－６）。

○コンセプト・人間は「土」から生まれて「土」に還る。土や木、ワラ、紙等のあまり手を加えられていない素材の中で暮らすのが自然である。
・断熱材を土壁で挟んで壁を作り、長尺屋根を架ける。
・都市では不可能であること
・セルフビルドが基本であること
・社会経済に組み込まれないこと
・自然素材であり地産地消であること
・縄文と最新技術の融合

塩化ビニルシート防水
グラスウール300mm

自然石 積上げ
土

盤壁

図６－６

自然素材の断熱建築

72

6-5

「断熱材で建物を作る」ニーズについての調査

農業の経営形態は極めて多様であり、それぞれ建築に対するニーズも異なると考えられる。ここでは、水田・畑作、畜産を営む農家、農作業ヘルパー従事者の 3 者を対象に、作業環境に関する課題や、加工・貯蔵に関わる建築へのニーズをヒアリングしたので、報告する。
1) Ａ氏
○略歴
・上川管内在住
・1997 年に家業の農業を継ぐ
・耕地面積約 20ha、うち水稲約 12ha、ほか小麦、じゃがいも、かぼちゃ、メロンを生産○屋内での農作業について
・屋内での作業が生ずるのは、じゃがいもやメロンの箱詰め、稲のもみすり程度。
・作業には D 型ハウスを利用している。
・D 型ハウスを断熱したり、暖房する考えはない。それが当たり前だと考えている。
・農業機械が増えており、車庫のスペースが以前よりも広く必要になっている。
○貯蔵について・ジャガイモはトランスバックに入れ、ビニルハウスに遮光して仮置きする。収穫後、出荷までは 1
週間～1 か月半である。
・カボチャは収穫後、遮光したビニルハウスに保管し、1 か月程度キュアリング（甘みを増すための高温貯蔵）を行う。
・イネは刈り取り後、乾燥させ、もみすりを行い、1 トンのフレコンに入れる。
・収穫物は基本的にすぐに出荷するが、出荷は 1 度に行うので、収穫の開始から終了までの期間は農場内で保管することになる。
・積極的に貯蔵を行う考えはないが、貯蔵庫があれば注文に応じた出荷も可能になる。今後農協を通さず直接市場に出すことも考えており、貯蔵庫があれば利用価値はある。
○農業に使用するエネルギーについて
・灯油の価格が高騰して以来、自分の農場では農業用に灯油を使うのをやめた。
・以前はトマトのハウス加温栽培に灯油暖房を使用していた。加温期間は 3 月下旬の定植から 4 月く
らいまで。灯油が 40 円/L の当時で、100 坪当たり 10 万～15 万円の灯油を使用していた。その際のトマトの売上げは 50～60 万円程度。
・加温を行うビニルハウスでは保温性を増すため、ビニルを二重、三重にすることもある。
○加工について・6 次産業化の話しとしてはわかるが、商品として売り込むためには創造力が必要であり、自分では難しいと考えている。
○農協について・所属している農協では組合員勘定制度（組勘）が廃止されて以降、購入に対する農協の締め付けはなくなっている。
・農協から日用品や家電製品を買うことは少なくなってきている。
・住宅や D 型ハウスも、建てるとすれば、直接地元の建設会社に頼む。農協を通すと経費を取られる。
ただ、情報がない。
73

2) Ｂ氏○略歴
・上川管内在住
・酪農経営研修（2 年）、酪農ヘルパー（3 年）を経て、2010 年 4 月、農業法人（肉牛 450 頭）に就
職・実家は水田農家○屋内での農作業について（実家での経験）
・屋内での作業は，出荷時の選別，箱詰め作業が主。D 型ハウスや倉庫を利用している。
・雨風がしのげて物が置ければよく，暖房や断熱が問題になる時期ではない。
・基本的に農家サイドで貯蔵を行うことはないが、じゃがいもは冬の間ストックし，注文に応じて箱詰めして出荷する農家もある。
○農業用施設について
・牛舎，倉庫などで融資，補助を受ける場合は建築基準法を遵守するよう求められるが（姉歯事件以降），そうでない場合は建てば良いという意識があり，雪による倒壊も多い。
・D 型ハウスは地域の積雪に応じて鉄骨の間隔を調整している。
・補助を受けていない牛舎は断熱がされていない。そのような牛舎では，水を解かすのが冬の毎日の仕事になる。水は凍ると解かすのが大変である。
○農協について・野菜は農協を通さず市場に出すこともある。農協を通すと手数料を取られることから，名義を換え
るなどの工夫をしている。
・かつては，食料品や家電製品も組勘口座を利用して，農協で購入していた。
・地域に量販店が進出すると，徐々に農協で物を買うことはなくなった。
・負債農家，その中でも特に経営状態の悪い農協管理農家の場合は，貯金を下ろすときに，農協に使い道を問われる。そうでない限り，貯金は自由に下ろすことができ，農協以外でも自由に買い物ができる。農家間の格差が大きい。
・住宅や倉庫を建てるとき，農協が建設事業者の選定に介入することはない。農業機械については農協に手数料が入るよう，業者を指定されることがある。
○農業に使用するエネルギーについて
・実家では農業用に灯油や電気を使うことはほとんどなかった・イチゴや花卉のハウス栽培では暖房を行っている。暖房には練炭を使うこともある。
・出荷時の箱詰め作業の際，足下にストーブを置くことはあった。
・酪農では洗浄用に熱湯を大量に使う。灯油代は 10 万円単位になる。牛舎は暖房しない。
・牛舎では換気のために電気を多量に消費し，月に 10 万円単位でかかる。
○加工について・6 次産業化は全員が取り組むのは難しいが，やりたいと思っている人はおり，行政が応援することはよい。初期投資が課題である。
3) Ｃ氏
○略歴
・上川管内在住
・2001 年より農協の農作業ヘルパーに従事
74

○D 型ハウスの用途について
・苗床づくり，種まき……育苗はビニルハウスで行うが，ビニルハウス内にはびっしりと育苗箱が並ぶので，作業場とビニルハウスは必ず分ける。
・一服の場……暗いのは気にしていない。
・選別，出荷，箱詰め……雨に濡れない作業場として使用。
・農業機械の保管場所……冬期間。
・有機栽培を行っている農家は，独自ルートで出荷するため農場内で作物を貯蔵する必要がある。そのため，D 型ハウス内に大型冷蔵庫を設置しているケースもある。農協に出荷する農家は，農協で倉庫を持っており，随時出荷するので，基本的に農場内での貯蔵は行わない。
・農業用途では D 型ハウスの断熱の必要性はまったく感じない（住宅における断熱の必要性は十分認識している）。
・移住者が農家の宅地を買い取った場合，D 型ハウスもついてくることがあり，宿泊や工房の用途に転用する際，断熱を施している事例もある。
・D 型ハウスは農家の象徴であり，絵的にもなくてはならない存在である。色も様々であり，景観を悪くしているとは感じない。
○加工について・冬にアルバイトするくらいなら，加工して付加価値をつければ良いと思うが，農家は春から秋まで激務であり，冬は休みたいという意識が非常に強い。
・個人ブランドでインターネット販売をするのが，農家が生き残る道だと思うが，そこまでやりたくないという人が多い。
・農家はあくまで作り手，加工は別だという意識もある。
・ジャムを作るには保健所の規制が厳しく，個人では難しい。利益率のこともあり，そこまでしてやろうというところまで，モチベーションが上がりづらい。
○農業に使用するエネルギーについて
・スイカは加温を行わない。
・メロンはデリケートであり，6 月くらいまで加温して，厳重に温度管理を行う。
・メロンの場合，トンネルを含めて，ビニルを三重にかける。
○農協について・有機農業が普及しないのは，農協がノータッチである影響が大きい。農協としては，肥料，農薬を減らす方向の有機農業はメリットがなく，有機農業では組合員にもなれない。
4) まとめ・農業用途では D 型ハウスの断熱の必要性は低い。
・作物を農協に出荷している農家では、農場内で貯蔵を行う必要性は低い。
・独自ルートで作物を市場に出す農家の場合は、貯蔵庫を持つ必要がある。
・離農跡に移住した非農家の、D 型ハウスの有効活用策として、断熱化による工房、作業場、宿泊などへの用途転換が考えられる。
・加工については自分では無理と考えている農家が多い。
・農家住宅、倉庫などの建設に関しては、農協はあまり影響力を持っていない。
委員

立松宏一､川治正則､平川秀樹､矢野隆幸､佐藤潤平､河合伸哉

75

執筆

第７章

暖房ビニールハウスの実態調査と燃料の節減対策

7-1 研究背景と目的
冬季にビニールハウス内で野菜や花卉を栽培している農家のほとんどが灯油や重油を使用した暖房を行っており、燃料の高騰で経営が厳しい状況となっている。一方では、福島原発事故の影響で安全で新鮮な野菜の供給のためにビニー
ルハウスでの栽培に期待がもたれている。
本研究では、冬季間に野菜や花卉を栽培するビニールハウスについて、エネルギーの消費量や設備を調査し、断熱化によるエネルギー消費量の削減について検討することを目的とする。
7-2 ビニールハウスの実態調査
札幌市北区新琴似で冬季間に野菜を栽培しているビニールハウスと当別と江別で花卉を栽培しているビニールハウ
スについて構造や断熱の工夫、使用している暖房設備及び温度を調べた。
7-2-1 野菜栽培ビニールハウス
ビニールハウスは4 棟あり、すべて鉄骨造である。灯油を利用した暖房機と廃タイヤを燃焼させ、その熱を利用した暖房（地熱暖房）とがあるビニールハウス（ハウスA）が2 棟、地熱暖房のみのビニールハウス（ハウスB）が2 棟である。
4 棟とも一年を通して使用しており、主にほうれん草などの葉物の野菜とトマトを中心に栽培している。トマトを栽培している期間は灯油暖房を使用するが、ほうれん草などの葉物のみを栽培する場合は地熱暖房のみを使用している。面積はハウスA が約2250 ㎡、ハウスB が約2100 ㎡である。
ハウスA の天井は上からビニール、遮光カーテン、保温シートの三重（写真1、写真2）となっており、側面は梱包用のシートをビニールシートの内側に張っている（写真3）。遮光カーテンと側面シートはモータにより開閉できる。日射のな
い夜から朝にかけて遮光カーテン、保温シートを張り、天井高さを低くすることにより熱損失を軽減している。ハウスB
は天井、側面共にビニール一枚であった（写真4）。

写真 1

ハウス A の内部

写真 2

ハウス A の遮光カーテン

写真 3

側面の保温シートと温風ダクト

写真 4

ハウス B の内部

76

写真5 地中温水パイプ

写真6 廃タイヤボイラーと貯湯タンク

暖房は灯油を使用し、ビニールハウスの縁に沿って這わせてあるダクト（写真3）に温風を送る温風暖房である。ビ
ニールハウス内の熱を循環させるため隅部に換気用のファンを設置している。使用期間は 11 月から 3 月まで、使用時
間は夕方16 時から朝5 時半までである。灯油は10 月、3 月が約2150 リットル、11 から2 月は約4300 リットル/月を消費している。
地熱暖房はビニールハウスの地下約1ｍに井戸水を循環させている管を張り巡らせ（写真5）、その井戸水を廃タイ
ヤを燃焼させた熱で温め（写真6 右タンク）、各ビニールハウスに送り（写真6 左タンク）、地中からビニールハウス
全体を暖房する方式である。廃タイヤは知人から無料で貰えるためコストが掛からず灯油暖房より長時間の使用が可能である。しかし、地中から温めるため土が乾きやすく、通常より多く散水する必要がある。
ビニールハウス内の温度が高いため雪は簡単に落ちるので積雪による被害はない。落雪によって溜まる雪の側圧の対策としてハウスB では土台をコンクリートにして高くしている。しかし、地面付近に開口がないため、作物周辺の換気が十分にできないという欠点もある。
1月12日から1月17日までハウスA内で温度計を地面から約1.5mの高さに設置し、6日間の温度変化を測定した。
図1 はハウス A 内の気温と外気温の6 日間の温度変化を平均したものである。ハウスA 内で最高気温を記録した日は
1 月 16 日 13 時で約 33℃、その時の外気温は約‐6℃であった。ハウス A 内の最低気温は 6 日間とも約 11℃だった。
これは暖房の設定温度が10℃に設定されているためである。
4030

温度 （℃）

20
平均
最高
最低
外気温

10
0
-10
-20
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

時刻

図1

大型ビニールハウスの温度変化

7-2-2 当別の花卉栽培ビニールハウス
写真 7 と写真 8 にビニールハウスの外観、内部を示す。ビニールハウスの構造は鉄パイプを骨組みにした丸型のもので、上部のビニールは 2 重になっているが側面はビニール一枚であった。また、夜から朝にかけて内部にもう一枚ビニールをカーテン上に張り、ビニールを 2 重にして熱損失を抑えていた。面積は約 300 ㎡、高さは 3.5m であった。
本ビニールハウスは滝川のサークル鉄工の二重被覆ビニールハウスで、自社設計による堅牢な軸組み（骨材）に、農 PO・フッ素フィルムなどを２重に展張りし、オリジナルエアレーション装置で送風し、被覆材の中に空気層を設け断熱効果を高めたビニールハウスである。フィルムは 0.2mm の丈夫で明るいシートを使用している。
77

写真 7

当別のビニールハウス外観

写真 8

当別のビニールハウス内部

写真 9

温風暖房機

写真 10

エアレーション装置

2520

温度 （℃）

15
平均
最高
最低
外気温

10
5
0
-5
-10
0

2

4

6

8

10

12
時刻

14

16

18

20

22

図 2 当別のビニールハウスの温度変化
11 月に冬季に向けてのビニールハウスの準備し、12 月上旬から 2 月下旬にかけてビニールハウス内設定温度 4℃でチューリップの定植・栽培する。3 月下旬から4 月上旬にかけてビニールハウス内設定温度10℃でカーネーションの定植・栽培を行っている。
暖房方法は写真 9 に示す灯油を利用した暖房機から温風を送りビニールハウス内を暖房していた。 断熱方法は 2 つあり、1 つめはビニールハウスの上部を二層にし、その間の空間にビニールハウス内で温めた空気を送り、空気層をつくことによって熱損失を軽減している。使用エネルギーは電気で、ファンの消費電力は約32W である。一年中使用している。もう一つはビニールハウス内にさらにビニールを張り、三重にし、断熱効率を上げる方法である。日射量が低下するため日射がない夜から朝にかけてビニールを張る。
雪対策はしていなかったが、ビニールハウス上部の二層の部分に常に温めた空気が循環しているので雪が落ち、積もることはない。ビニールハウスの側面に雪が溜まってくので重機により溜まった雪を取り除いていた。

78

当別のビニールハウスは今回温度測定した農家の中で一番温度が低かった。6 日間のビニールハウス内の最高気温を記録した日は 1 月 10 日 12 時で、約 23℃だった。その時の外気温は約‐3℃である。温度が一番低かった要因として、暖房機器の設定温度が 4℃であったためである。このビニールハウスは 2 月下旬に向けて 13℃から 14℃に設定温度を上昇させる。
7-2-3 江別の花卉栽培ビニールハウス
ビニールハウスは鉄パイプを骨組みにした丸型のもの（写真 11）で各農家により大きさは異なるが、調査した農家
では約240 ㎡と約250 ㎡の2 棟のビニールハウスであった。暖房の使用期間は11 月から4 月までとなっており、近年では使用開始時期は少しずつ遅くなる傾向にある。栽培する作物にもよるが 15℃～20℃以上の気温を保つよう暖房している。どのビニールハウスも主に灯油を利用した暖房を使用している。
調査した農家は 4 月～10 月までは花の栽培・出荷・販売を行っている。近年では 11 月～3 月までは温暖な気候で生育している花の苗を保管する目的でのみハウスを使用している。今年は石油価格の高騰の影響で利益が見込めないため、ハウス内の温度を保管に必要な最低温度10℃に設定していた。
ビニールハウス内の暖房には温風機（写真 13）を利用して温風をホースによって送り込む暖房方法が使用されていた。温風機は温度設定をすることにより気温が低くなると自動で暖房する方法と、設定を行わず手動で電源のON、OFFをする方法がある。江別のハウスでは自動で暖房する方法を行っていた。
写真 14 はビニールハウス内に設置されている苗の栽培設備である。苗の栽培には花の栽培よりも高い温度を必要としており、そのためビニールハウス内にもう一つのビニールハウスを設け、発熱灯を利用し 20℃～25℃を保つようにしていた。このビニールハウスは灯油を使用せずに電気のみで暖房していた。ビニールハウスの上部を2 層にし、断熱層をつくることによってビニールハウス内の熱損失を軽減している。ビニールハウスの側面は通風換気のためシートを巻き上げるので2 層にはしていなかった。

写真 11

江別のビニールハウス外観

写真 12

江別のビニールハウス内部

写真 13

温風暖房機

写真 14

苗栽培用ハウス

79

30
25

温度 （℃）

20
15

平均
最高
最低
外気温

10
5
0
-5
-10
0

2

4

図3

6

8

10

12
時刻

14

16

18

20

22

江別のビニールハウスの温度変化

ハウスに積もった雪は、ハウス内の温度が保たれているため自然に落雪する。したがって特に対策の必要はない。
落雪で積もった雪は現在除雪機で排雪しているが、より効率的な方法を模索していた。
江別のビニールハウスは今年からハウス内の設定温度を去年より下げて 10℃に設定していた。どの日にも 11 時から15 時頃にかけて温度の上昇がみられた。これは、日光による温度上昇である。また、昼夜問わずハウス内温度の大きな変化は見られない。これは、ハウスの利用目的が苗の保管のためである。
現時点ですでに、利益が見込めず冬季出荷を止めてしまっている中で、花の栽培を可能な温度までハウス内を温めるには、一層の暖房・断熱による工夫が必要である。

7-3 ビニールハウスの断熱化の実験
7-3-1 実験方法
写真15 に示す面積約9 ㎡（奥行2470mm×幅3600mm）の大きさのビニールハウスの中に木枠を組み、1 週間交代で4つの断熱状態を作った。図4 に木枠の寸法を示す。各部位の面積は南透過面8.4 ㎡、北透過面8.4 ㎡、東西側面合計
7.8 ㎡で、農家の大型ビニールハウスに比べると床面積に対するビニール面の割合が多い。
ケース①ではビニールシート1 重（農業用ビニールフィルム0.1mm）の普通の状態、ケース②では既存のビニールシートから100 ㎜離し設けた木枠に1 重時と同じビニールシートを1 枚被せ、さらに木枠の内側に薄い空気層のある梱包用のシートを張り、3 重にした。ケース③ではビニールシート2 重の状態に木枠の北内側に押出し発泡ポリスチレン断
熱材50mm（片面アルミシート張り）を張った。ケース④ではビニールシート2 重の状態に南側に梱包用のシートを、北側に押出し発泡ポリスチレン断熱材50mm を張った。写真16 にケース④のビニールハウス内部を示す。
FF 式ストーブを設置し、温度を 18℃に設定して灯油使用量、温度、日射量を計測した。温度計測に用いた熱電対については、それぞれ土中 50mm、土から地上 100mm、1000mm、1500mm の位置に設けた。縦方向ばかりでなく横方向も温度分布が大きかったので扇風機を常時稼働させた。

写真 15

ビニールハウス西側面

図4

80

木枠寸法

写真 167-3-2

北側断熱時の内部

写真 17

ハウス内 3 つの畑

実験結果

図 5～図 8 にそれぞれのケースのビニールハウス中央 3 点の温度と灯油使用量を示す。日中の温度制
御は行わなかったために天気が良い日中には 40℃以上になっている。表 1 に各ケースのビニールハウ
ス中央の 3 点の平均温度、外気温度、灯油使用量の全日平均と夜間平均（24:00～6:00）示す。夜間は外気温が低く日射もないために時間当たりの灯油消費量は多い。ケース①のビニールシート 1 枚に比べてケース②以降は灯油消費量が大幅に減少している。

図5

図7

ﾋﾞﾆｰﾙ 1 重の温度・灯油使用量

図6 ﾋﾞﾆｰﾙ 2 重+梱包ｼｰﾄの温度・灯油使用量

ﾋﾞﾆｰﾙ 2 重+北壁断熱の温度・灯油使用量81

図8 ﾋﾞﾆｰﾙ 2 重+梱包ｼｰﾄ＋北壁断熱の温度・灯油量

表1

ハウス平均温度、外気温度、灯油使用量

全日平均
夜間平均
ケ
｜ 実験期間ハウス 外気灯油 ハウス 外気
灯油
ス
℃
℃
mL/h
℃
℃
mL/h
① 12/1～12/6
14.9 -0.4
231.8 14.2 -1.1
268.0
② 12/8～12/14
18.4 -2.0
81.7 17.7
3.0
104.8③ 12/15～12/21 21.1 -3.9
105.6 19.8 -5.2
147.3
④ 1/24～1/30
20.3 -6.4
74.6 18.4 -7.8
97.5

表2 に灯油使用量を内外温度差で除して求めた1℃当たり1 時間当たりの灯油消費量を示す。図9 に「ビニールシー
ト1 重」を基準とした全日と夜間の灯油使用量の低減比率を示す。断熱材を使ったケース③よりシート枚数を増やした
ケース②の低減比率が小さく、断熱性が高いように見えるが、実験したビニールハウスが小型で側面の割合が大きいためである。日中は太陽光によって温度上昇し、全日の低減比率は夜間より大きい。
「ビニール2 重+梱包用シート＋北壁断熱」の灯油使用量は、「ビニールシート1 重」の15％にまで減少できた。
表 2 1℃当たり 1 時間当たりの灯油消費量(mL/h)
ケース
1日目
2日目
3日目
4日目
5日目
6日目
平均

①
14.5
13.9
17.2
15.4
17.4
13.2
15.3

図9

全日
②
③
4.7
4.7
4.1
4.2
3.9
3.9
4.0
4.2
4.0
4.1
3.3
4.3
4.0
4.2

④
2.9
2.9
2.6
2.5
3.0
3.0
2.8

①
18.1
16.7
18.0
17.4
19.6
16.1
17.7

夜間
②
③
6.0
6.1
5.5
6.3
5.0
5.7
4.8
5.5
4.9
5.9
4.9
5.8
5.2
5.9

④
4.2
3.4
3.8
4.1
3.4
4.0
3.8

全日と夜間の灯油使用量の低減比
図 9 全日と夜間の灯油使用量の低減比

7-3-3 各断熱仕様の熱貫流率の推定
夜間の実験結果からビニールシート1 枚とビニールシート2 枚、ビニールシート2 枚に梱包用シートの熱貫流率を推定してみた。ただし、FF 灯油焚きストーブの効率を80％、灯油発熱量を9,600Wh/ℓ, 押出し発泡ポリスチレン断熱材の熱伝導率λ=0.28 W/mK、南透過面8.4 ㎡、北透過面8.4 ㎡、東西側面各3.9 ㎡とする。換気はないものとする。
熱貫流率
ビニールシート 1 枚
K1
ビニールシート 2 枚
K2
ビニールシート 2 枚+梱包用シート
K3
押出発泡ポリスチレン断熱材 BⅢ50mm K4≒0.52W/㎡ K
・K1×(8.4×2+3.9×2)=17.5×0.8×9600/1000
・K3×(8.4×2+3.9×2)=5.0×0.8×9600/1000
・K2×(8.4+3.9×2)+K4×8.4=5.9×0.8×9600/1000
・K3×(8.4+3.9×2)+K4×8.4=3.7×0.8×9600/1000
以上解くと、K1=5.5W/㎡ K、K2=2.5 W/㎡ K、K3=1.5～1.6 W/㎡ K となった。尚、薄い空気層を持つ梱
包用シート自体の熱抵抗は熱流計で測ったところ 0.056 ㎡ K/W であった。
82

熱貫流率の結果からそれぞれの熱抵抗を計算すると。
ビニールシート 1 枚

R1＝1/5.5＝0.18 ㎡ K/W

ビニールシート 2 枚

R2＝1/2.5＝0.40〃

ビニールシート 2 枚+梱包用シート

R3＝1/1.5＝0.67〃

ビニールシート 2 枚の中空層の熱抵抗0.40-0.18＝0.22〃

ビニールシート 2 枚+梱包用シートの中空層の熱抵抗0.67-0.40＝0.27〃

結果から次のようなことが解る（完全密閉、地中伝熱なしで計算）。
・ハウスの被覆をビニール 2 重にすると熱節減率は約 55％（＝1-K2/K1）
・ハウスの被覆をビニール+梱包用シートにすると熱節減率は約60％（＝(1-1/(0.18+0.27)/K1）
梱包用シートの断熱効果はコストを考えると小さい（K2=2.5→2.2W/㎡K、K3=1.7→1.5 W/㎡K）・ハウスの被覆をビニール 3 重にすると熱節減率は約 70％（＝1-1.7/K1 ）・ハウスの被覆を半分ビニール 3 重、半分断熱壁にすると熱節減率は約 80％（＝1-(1.7+0.52)/2

7-4

海外の事情と考察

中国では農業での加温用燃料としての石油の利用は皆無に近く、寒冷期においても無加温、あるいは熱源として安価な廃木材や石炭（泥炭）のみを短時間利用しての栽培が行われている。外気温が－20℃の真冬でも無加温で野菜がつくられている。基本的に無加温もしくは最小の補助加温のみで作物栽培を行なう温室は日光温室 1）と呼ばれ、省エネルギー・脱石油の観点からは注目に値する施設といえる。
透光面は塩ビフィルム被覆材が展張される半弧型の南面である。夜間には、この透光面からの熱損失を抑えるため、ワラ材などによる保温カーテンで透光面の外側を被覆する。かつての日本のメロン
温室でもこのようなコモがけといった外被覆材が使用されており、極めて断熱性に優れているものであった。日光温室のカーテンは、日中には頭頂部に巻き上げられる。
日光温室における夜間の温室を維持する機構は、昼間、日射熱は南透光面を通過して固体壁および床土壌に蓄熱される。夜間には、イナワラやムギワラ等の保温材によって南透光面の外側を被覆することで大気あるいは天空への熱損失を防ぐ。室内では、日中に蓄熱された固壁体および床土壌中の熱が室内空気側へ還流する。きわめて従自然的な蓄熱・熱機構により室内気温の維持を図り、最低気温
が‐20℃を下回る中国北方地域の冬季においても、基本的に無加温で野菜などを栽培している。

7-5

暖房用燃料の節減対策

断熱性を高める効率的な方法は、実験で示したように被覆を重ねることである。固定 2 重被覆で50％以上、3 重被覆で 70％程度の燃料削減が期待できる。実験で使用した梱包用シートは高価格であり、アルミ蒸着したシートなどが検討に値する。冬季に日射の期待できない北側をプラスチック系断熱材で覆うは更に効果があるが、コストがかなり上昇する。今後はコスト比較が必要である。
被覆を重ねる場合、重要なことは隙間をできるだけ作らないことである、可動式の被覆や出入り口
は隙間ができ易く、注意が必要である。
冬物野菜の栽培には 5～15℃、夏物野菜の栽培には 15～27℃が最良であるといわれているが、時々83であれば冬物野菜では 1℃まで、夏物野菜では 10℃まで低下しても障害はない。また夏物野菜では夜
11 時まで 15℃以上確保すればその後は低温でも一日中 15℃を保つ場合と差はないという研究がある。
断熱の工夫だけではなく、低温でもどのようにすれば植物が成長していけるか、そのための工夫も必要と考えられる。
北海道でビニールハウスに断熱を導入するには雪対策と通風対策も考慮する必要がある。降雪の多い地域では融雪の妨げになるほど断熱をよくすることはできない。側面は通風換気のため簡単に巻き上げられる必要がある。北側側面を断熱材で囲う場合は、頭頂部への換気が必要になる。
日本版日光温室の開発では、力学的面からの施設構造の検討、環境制御性とくに夏季の高温対策、省力化・機械化への対応など多くの課題がある。各方面の英知を結成して、新たな脱石油型温室の開発が期待される。
【参考文献】
1）現代農業 2010 年 5 月号

中国で広まる日光温室

2）James C. McCullagh：The Solar Greenhouse Book3）板木利隆著：イラストでわかるやさしい野菜づくり、家の光協会、2010
幹事

84

鈴木憲三

第８章

自然エネルギーを楽しむ

はじめに
昨今関心を集めている自然エネルギー利用の多くが、「電力」への変換やその代用としての「新エネルギー」開発を目指した取り組みです。エネルギーは変換するほどに効率は落ち魅力も薄れてしまいます。
熱は熱、光は光、風は風、音は音、水流は水流として暮らしに活かす工夫が自然エネルギー利用の基本です。気候を初めとする地域の特質を知り、それらと調和する知恵と工夫が地域性に富む生活文化を育てることに繋がります。
ここでは、「自然エネルギー」を「石油や電気」などの万能エネルギーの代用としてではなく、『楽しみながら生活の豊かさを創出する地域の環境条件』として捉えてみたいと思います。

8-1

地域の魅力（生活文化）を失わせる装置技術

近代建築における自然エネルギー利用は、1940 年頃に始まった各種ソーラー･ハウスの開発に見ることができます。MIT のソーラーハウス（米，1939～）、レェフ･ハウス（米，1945）、ダンカン･クック邸（米，1945～）、トロンブ･ウォール（仏，1956）など、当初は変動の大きな太陽熱を建築的工夫によっていかに室温保持に活かすかが主題で、その殆どがパッシヴ（受動的利用）でした。
19５0～60 年代には装置技術を加えて、太陽エネルギーをより思い通りに利用するアクティヴ（能動的・積極的利用）やハイブリッド（パッシヴ＋アクティブ利用）の研究が進められてきました。日本でも、太陽熱を冷房にまで使う実用化研究が進められましたが、世界の最先端を行く太陽エネルギー利用として注目されたソーラー冷暖房は、システムの維持や保守の負担が大きく、（約 25 年前？）最初の設備更新を迎えた時点でゴミとなりました。
1970 年代にはアレックス･パイクの箱（英，1971）をはじめとする、ゼロ･エネルギー･ハウスやオートナマ
ス･ハウス（自給自足住宅）の研究が進められましたが、その可能性が確認される一方で「ゼロ･エネルギー」を支えるための経済・エネルギー両面での大きな負担も検証されることとなりました。ゼロ･エネルギ
ー･ハウスは、昨今話題となっている「無暖房住宅」のはしりとも言えます。
その後、太陽の他に風力、地熱、波力、深海との温度差などの多様な自然条件がいわゆる自然エネ
ルギーの仲間に加えられましたが、それらが暮らしの豊かさを支えているという実感はほとんどありません。
複雑な装置技術を前提とする自然エネルギー利用は、誰しもがその気にさえなれば気軽に享受できるものから徐々に遠ざかりつつあるように感じます。同時に、高度な「装置技術社会」にありがちな標準仕様や指標の一元化は、地域が持つ特徴も魅力も消し去ってしまう危険をはらんでいます。

85

8-2
8-2-1

暑さの中の涼しさ
暑い窓と涼しい窓（建物の日向側と日陰側の気温分布）

窓を開けたときには心地よい風が入ってきてほしいものです。特に暑い夏には涼しい外気はご馳走です。窓を開けたときに涼しくなるか、あるいは暑くなるかは建物の周りの空気の状態によっても違ってきます。日向は暑く日陰は涼しいことは誰しもが体感していますが、狭い領域内でも外気温に違いがあることはあまり知られていないようです。
ここでは日向と日陰がはっきりと分かれる建物周りの気温分布（局所気候）を見てみます。日向と日陰の気温差は最大で５℃にもなり、日射を受ける建物の外壁近くには、壁に沿った熱い空気の上昇流が発生します（図 8-1）。窓を開けたときにこの熱気が流れ込んでくると、室内はかえって暑くなります。

図 8-1 建物南北の気温度分布と空気流れ （1990，石田）

日陰側の低温空気は貴重な涼しさの源で、伝統的な農家住宅に見られる「屋敷林」などは風を防ぐだけでなく、建物周りに涼しさを引き寄せる効果も併せ持っています。
外構計画は景観だけでなく暮らしの快適さにも大きく関わっています。その仕組みについては次項に示します。

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写真 8-1 屋敷林 （1978,宇都宮,撮影：石田）

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木陰の爽やかさ木陰の爽やかさには、緑葉の日よけ効果が大きく関係していることは容易に想像できますが、同じ日よ
けでも日傘や建物の庇などの人工の日よけとは違う涼しさが木陰にはあります。日射を受ける日傘は膜自体が熱くなって上から輻射暖房を受けている状態となり、膜下の環境は涼しくなるところまではいきません。
緑葉は、日射を受けると蒸散作用が盛んになって光合成も活発に行われ、葉の温度はさほど上がらな
いため、木陰に居る人は輻射熱を受けないぶん涼しく感じますが、その涼しさには輻射だけでなく気流感が大きく関わっています。
日差しを受けた樹木の周りでも建物南北と類似の現象が起こり、これを動力とする樹木周りの空気流れが木陰の涼しさに大きく関与しています。
樹冠周りの温湿度分布調査より、日向の樹冠近傍では日射を受けた緑葉が加熱・加湿源となって軽い空気が作られ、それは地表付近の熱い空気を引き寄せながら上昇流となり、これを補うように、樹冠の日陰側に下降流が生まれ、周辺や樹冠内の空気が日向側に流れている様子がうかがえます。このとき、樹冠下部は日陰の低温地盤面と上空から降りてくる低温空気によって周囲よりも涼しく保たれていると考えられます（図 8-2，図 8-3）。
日向の樹冠周りの空気温度はさほど上がりませんが、緑葉からの加湿も合わさることで軽くなって上昇流を形成します（空気の分子量：約 28、水蒸気：18＝湿った空気は軽い）。

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図 8-2 観測樹木と計測装置（刈り込まれたイチイの木）

図 8-3 樹冠周りの温湿度分布と空気流れ（1990,石田）（1990,石田）

高温で強い上昇流を生む日向の建物外壁とは異なり、樹木には蒸散により極端な温度上昇を抑えながらも、熱と湿気を上方に放出する穏やかな空気流れを作り出す性質があります。樹木が創り出す気流
は、木陰を作り涼しさを創りながらの気流であるところに大きな特徴があります（図 8-3）。
そよ風の中に身を置くことのできる環境づくりは、自然エネルギーを楽しむ環境づくりでもあります（図 8-4）。

図 8-4 木陰のそよ風 （1997,石田）

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8-3-1

暑さの中で涼しく住まう
そよ風をつくる（京町家の知恵）

日本の伝統的な住居の一つである「京町家」には、居室を挟むように配置された一対の内庭を利用して風の無いときでも室内にそよ風を創り出し、暑さの中で涼しさを演出する巧みな工夫が見られます。
外の風が直接室内を吹き抜けるのではなく、庭と庭との間に生まれる小さな圧力差により室内に空気の動きをつくっています。その仕組みは、全く風の無いときでも一方の庭にたっぷりと水を撒くことで庭と庭の間に小さな気圧差を発生させ、庭にはさまれた室内にそよ風をつくりだす生活の知恵として暮らしの中に組み込まれています。
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に組み込まれています。
これは機械装置を使わずに熱と空気の自然な流れを創り出すきわめて高級な環境調整の工夫です。
町家は、寒冷地とは全く異なる環境への対応から生まれた伝統的な住まいですが、隣戸と隔壁を共有することで熱の出入りが非常に少なくなるなど、その熱特性には断熱建物と多くの共通点があり、町家の知恵は寒冷地の建物の夏の環境作りに貴重なヒントを与えてくれます。
暑い夏の水撒きは誰にとっても楽しいものです。楽しみながら室内にそよ風を生みだす生活の工夫は
自然エネルギー利用のお手本の一つです。

図 8-5 町家の涼しさの仕組み （1997,石田）

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日除けで爽やかに

自然エネルギー利用の多くがそうであるように、太陽エネルギーに関しても、取り込むことには一生懸命ですが、遮ることはつい忘れがちです。冬には恵みの日射も、夏には室内の過熱を引き起こす原因となります。
夏の強い日差しに対して、伝統的な住まいでは庇や軒の出、簾（すだれ）や葦簀（よしず）の設置など
でしっかりと遮蔽することが当然でしたが、昨今の建物では明るく大きな窓に日よけの工夫はほとんど見られません。「開放感を損なうから庇は無い方が良い」と、雨や日射しに対してむき出しの窓を強く勧める
建築家もいます。当然ながら夏の室内は暑く、装置冷却無しでは熱中症の危険との同居を強いられることになります。住まいが病気の元となるシックハウスは、化学物質に限ったことではありません。
ファサード（外観）の好みや雪への対応などで、庇や軒の出を大きくとることが難しい場合もありますが、だからといって日除けが不要とはなりません。寒冷地とはいえ低緯度に位置する日本では、夏の暑さを爽やかに楽しむためにも住まいの日射制御は不可欠です。
ブラインドやカーテンなどの室内側での遮蔽は、日射熱の約６０％が室内に取り込まれます。これに対して外側で遮蔽すると、室内への日射熱の侵入は１０％ほどに減少します。
下の写真は、南西向きの窓にオーニング（Awning）を設置した住まいの例です。夏に日除けのキャンバ
スを広げ、冬に巻き上げるだけで効果的に制御できます。強烈な西日を遮ることで室内の居住性は格段に向上します。

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写真 8-2 オーニングのある窓 （2000,石田）

図 8-6 に室温変動，図 8-7 に上下温分布を示します。主な生活空間の温度は、外気温のピークに対して５～６℃低く保たれています。オーニングを広げたときと巻き上げた時の一時的な室温差は２℃ほどですが、継続的に加熱が抑制されることで内外温度差は大きくマイナス側に維持されます。
また、僅か１～２℃の違いでも人は体温に近いところの温度には非常に敏感です。-21℃と-20℃の区
別はつかなくても、+29℃と+30℃のどちらが涼しいかはほとんどの人がわかるでしょう。
日除けの日射遮蔽効果に熱気が自然排出される換気計画が合わさって、来訪者はもれなく冷房していると勘違いするようです。時折涼しすぎることがあるようですが、そのときはオーニングを巻き上げて日射しを少し入れるだけでちょうど良くなります。強力な装置によらず、穏やかな手法を重ねた複合効果で環境を調整するのが自然と向き合う基本です。一つの手法で解決しようとするのは危うく、単一の物差し（価値基準）もまた然りです。

図 8-6 オーニングの開閉と室温変動 （2001,石田）

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8-7 オーニングの開閉と上下温分布の変化 （2001,石田）

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涼しさを保つ換気（高窓換気）

高窓換気の特徴は、温気が速やかに排出されることに加えて、室温よりも外気温が高いときには居住域に外の温気は入り込まず、逆に外気温が下がったときには外の冷気が居住域まで流れ込んで室内の温気を排出する「熱対流型の換気」が促進され、外気温よりも低い室温を自動的に保つことができることにあります。断熱を強化した建物では、高窓換気によって躯対を涼しく保つことで、熱容量を活かした蓄冷型の涼空間をつくり出すことができます。

下の写真は模型箱における高窓開口を出入りする空気流れの観察結果です。二開口（右）では給排気の独立した流れが見えます。一方で、一開口（左）でも流量は小さくなりますが、給排気が同時に行われている様子がうかがえます。

写真 8-3 高窓換気（一開口）写真 8-4 高窓換気（二開口） （2011,米嶋）

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図 8-8 夏の換気経路

写真 8-5 高窓（ドーマー）（2001,石田）

毎年のように報道される本州地方の猛暑は大変にお気の毒です。日除けも無く窓も開けられずに終日冷房で我慢の報道を見るたびに残念に思います。北国の朝夕の涼しさは素晴らしい自然エネルギーです。少し工夫すると、この涼しさを“恵み”として終日の涼しい室内を実現することができます。
8-4

自然エネルギーは美味しい

自然エネルギーの大元は太陽ですが、その土地の気候特性や地理・地形・地質等の特徴が加わって
地域毎に個性あるものとなっています。これに人の営みがどのように関わるかで「恵み」になったり「驚異」になったりします。
パイナップルは南方の自然エネルギー利用産物で、サクランボは寒冷地の自然エネルギー利用産物です。温泉熱での調理や地温での納豆づくり、雪ムロでの野菜保存、寒干しの魚、高野豆腐、土地毎の漬け物、昨今流行の乾燥野菜等々、どれも生活に深く根ざした自然エネルギー利用です。
自然エネルギー利用には美味しい物や楽しいものがたくさんあります。「漬け物はタルごと雪の中に埋めておくと春まで美味しく食べられる」、「まな板は殺菌剤を使うより日に当てた方が清潔」、「アイスキャン
ドルは我が家の冬の門灯」、「乾物は天日干しがすこぶる旨い」、「スイカは井戸水で冷やすのが一番」。
自然エネルギーは食文化を育む地域の環境条件そのものです。
「秋は何故か体重が増える」･･･貴方は自然エネルギー利用の達人かもしれません。

梅干しの天日干し：「暮らしの健康レシピ」 （2004,石田）

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アイスキャンドルのお手入れ？ （1999,石田）

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お父さんが頼もしく見えます （2000,石田）

楽しみに変わる瞬間（一人ではできない楽しみ）

夏に冷房の効いたレストランで食べる熱々のピザは美味しい。真夏のおでんも冷房が効いた部屋では汗の心配無しに満腹。

．．

でも、浴衣姿で縁台に腰掛けて風鈴の音を聞きながらスイカにかぶりつくのも「おつ」なものです。これに線香花火があれば文句なし。家族や隣人との会話もはずみます。暑さが楽しみに変わる瞬間です。これを自然エネルギー利用と言うと専門家は不思議な顔をします。

みんなで楽しく （1996-1998,石田）

一方で、冬の雪山は格好の遊び相手。夏とは逆に、厳しい気候から身を守る装いがあれば存分に雪や寒さを楽しむことができます。
子供は「自然エネルギー利用」の天才です。

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（1997,1998,石田）

8-6

薪暖房でコミュニティーづくり

寒地では冬の暖房費は大きな家計の負担で、節減に関心が向くのは当然です。しかし、「少ない方が良い」が「無いのが最良」とは限りません。不要と思ったものを排除したら大切なものも無くなったということは良くあることです。暖房が供給するのは「熱」や「温度」だけではありません。
「自然エネルギー」の仲間に「再生可能なエネルギー」を含めると、「薪」は代表的な自然エネルギーとなります。現在の道内住宅の熱損失を１／２以下にすると北海道の間伐材で住まいの暖房がほぼ賄える計算になります。北国の暖房を地域のエネルギー循環に乗せて、「バランス良く薪を使う」、「薪を使える環境を整える」ことは地産・地消型自然エネルギー利用のお手本となります。
雪景色を眺めながら薪ストーブや暖炉を楽しむのは寒地ならではの特権。火が見える暮らしは都会人のあこがれです。煮炊きもできる。山も荒れない。手入れされた林にはキノコが育ち、里山はコミュニティ
ーと自治を育てます。近年はコミュニティーの再生が「自助防災（減災）」の基盤として関心を集めています。
ついでに『触れ合い【鍋】暖房』はいかがですか。

（2012,石田）（2012,門谷）

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8-7

お手本の押しつけ「大切な緑が失われています。木を切ってはいけません。」･･･大工さんや家具職人はどうしましょう。
「お宅の屋根は不毛な砂漠です。屋根に木を植えるべきです。」･･･保守管理は誰がしてくれますか。「風が強いのに風力発電をしないのはもったいない。」･･･風に乗って空を飛ぶ鳥の了解は得られましたか。
「太陽エネルギー利用のためにソーラーパネルをつけよう」･･･明るい“窓”ではダメですか。
専門家はともすれば自分の領域の物差しで全体を測ろうとしがちです。国を挙げて自然エネルギーあるいは未利用エネルギーとは何かを規定し、どのように活用すべきかを説くことが熱心に行われているようです。しかし、自然と暮らしとの関わり方は多様で、「豊かさ」も地域毎に違って当たり前。それぞれの豊かさを同じ指標で測ることには無理があります。この無理を通すのが「権威ある専門家の提言」です。提言の中身ではなく、誰が言ったかによって決まることも多いようです。
自然エネルギー利用はそれぞれができる範囲で「無理をせずに楽しく」が基本です。「○○しなければならない。」と指図されたとたんに魅力も意欲もしぼんでしまいます。物的な豊かさのみならず精神的な豊かさにもお手本やマニュアルが示される中では、個性ある豊かな生き方を実践するのは至難の業。学校
では「個性を大切に」と教えているようですが。

おわりに （先人の知恵に学ぶ）
自然エネルギー利用の基本はパッシヴです。なるべく変換せずに活かせるよう受ける側での工夫が求められます。熱は熱、光は光、風は風として･･･。自然エネルギーは「利用してやろう」とすると上手くいきません。何せ相手は「変化」することが信条で、欲しい時に手に入る保証はありません。条件が整った時に活かせるよう準備しておくのが最善です。ちょっと気まぐれな相手ですが、お友達になるには相手のペースに合わせることも必要です。
毎年やってくる夏の暑さや冬の寒さは厳しい環境条件ですが、一方で暑い夏は緑の木陰を育て、寒い冬には部屋の奥まで日が差し込むなどの優しさも併せ持っています。一時一面を切り取って拙速に判断するのは本質を見失う危険があります。判断する材料や時間が足りないと思ったら、先人の知恵を検証してみると良いでしょう。自然エネルギー利用には新しい発想も大切ですが、地域環境との調和を重んじた先人の暮らしにたくさんのヒントがあります。「自然エネルギー利用の最先端」は歴史の中にあるかもしれません。

（2012,石田）
委員

95

石田秀樹

執筆

第９章
9-1

北海道の課題としての 1 次産業の活性化

１次産業の宿命

北海道は戦後の復興期に食料とエネルギーの生産基地として位置づけられ、農・林・水産を基幹産
業とし、食料自給率 100％を越える実績をあげてきました。一方、1 次産業は生活に欠くことのできない必需品を礎供しながら、その資源はこれ以上は安くならない無償の自然エネルギーであり、多くの場合“これ以下はない”零細企業あるいは個人経営であって、不況時にそのつけを下請けに押し付けることも出来ず、本質的には同じ物を生産しているために、自分の生産物に自分で値段をつける事さえできない状況に置かれています。
一方国外に目を移すと、広大な土地で機械力に頼り、より安い人件費で、大量生産した生産物が、高い関税の壁を乗り越えて流入し、個人的な努力の限界を超えようとしています。

9-2

持っている特質を生かす

こうした状況のもとで日本がとってきた基本政策は、工業発想あるいは物まね発想ともいえる規模拡大による効率化と、それを進める補助金政策という徹底した欠点対応でした。
しかし、アメリカやオーストラリアの農家規模を北海道に持ち込むと 1 町村に数軒と、村や町が消え失せる超過疎地が出現しますし、日本に多い谷川沿いの狭い農村で大規模機械化農業が出来るとも思えません。
そもそも大規模機械化農業が生まれたのは、土地が痩せていて食べていけるだけの収穫を得るには蓄力の助けを必要とする粗放農業への欠点対応が始まりなのですが、いつのまにか機械化、大規模化を進歩とし、目標として追い求めてきました。私達に今求められているのはこうした欠点対応ではな
く、私たちだけが持っている特質を探し出してそれをより顕著にする取り組みの発見です。
その第一は日本の気温と湿度と雨と日照に恵まれた繁茂の風土であり肥沃な土壌と豊な自然エネルギーの宝庫であり顔の見えるつながりの中にある生産者と消費者であり小規模だからこそ出来る安心と安全と信頼を生む有機農業であり土中の微生物によって育まれる化学肥料では得られない旨さであり貯蔵や加工を生み出す生活の知恵であり都市には望めない新鮮な水と空気と景観に恵まれた生活環境であり助け合い補い合えるコミュニティ‥・などでこれほどまでに恵まれた風土を、人の住めない過疎と荒廃の土地にしてしまう大規模化政策はむし
ろ最も愚かな対応というべきです。

9-3

自分で価格付けの出来るブランド品をつくる

村単位、農協単位、大企業単位のブランド製品は多くありますが、その大きな網に拘束されない独自の産品を作り出す工夫と努力が大切です。
豊かさとは経済的な蓄積から生まれるものではなく、本当の必要が奪われる心配なしに常に保たれていることで、自然エネルギーに委ねる生活、貯蔵と加工のある生活、家族が共にいることの出来る生活など、1 次産業が本来あるべき姿と重なってきます。
干物や燻製、漬物や瓶詰、ハムやソーセージ、ベーコンやチーズ、酒やワイン、パンやお菓子、96

ジュースやジャム、革製品や藁製品、彫り物や塗り物など、1 次生産物の貯蔵加工は商品というよりもむしろ生活の一部であり、豊かさへの当然の取り組みであり、それぞれにブランドと呼べる特有の思い入れ、独自の取り組みがありました。
決して簡単なこととはいえませんが、もしそれぞれがもっている特徴を生かした貯蔵・加工への取り組みが出来れば、形の揃わない規格外品も、時期外れのものも、立派に生きてきますし、廃棄物さ
え肥料や家畜の餌さとして生かされ、原料の品質や味もまた、肥料づくり、土づくり、種えらびにさかのぼって工夫が出来るのが 1 次産業ならではの強みです。良質の原料を吟味して使用することによって独自のブランド品にすることは決して難しいことではないはずですし、広いスペースや自然エネ
ルギーを利用した貯蔵や加工の工夫も都市や大規模工場では出来ない、楽しみな課題です。

9-4

１次産業型のワークシェアリング

今都会での生活を避け、1 次産業をもとめる若者は決して少なくありませんが、独自に新しく始めようとするならば最も難しいのも 1 次産業です。
1 次産業に貯蔵加工への取り組みがあると、そこに若者を受け入れる余地と必要が生まれます。力とわざと経験や知識を補い合って 1 次産業の巾を広げることにつながります。
大きな課題は市場とのつながりですが、それぞれがその特徴を生かして異なる取り組みをすると、1 次生産専門の集落自体が消費グループとなって新しい流通経済が動き始めますし、宣伝に巨費を投ずる無駄がなくなれば、それが本物のブランド化です。

9-5

生活の知恵を生かす

筆者は既に“断熱から生まれる自然エネルギー利用”という題名の小冊子を建築指導センターから出版し、そのなかに 1 次産業の活性化に役立ちそうな貯蔵、冷蔵、乾煉、加工の工夫をイラストや写真入りで紹介しました。
説明不足なところが多いと思いますが、そうした装置や建物をプロに作ってもらうのではなく自分で作ることを念頭において書いたものです。生活の知恵とは自然エネルギーの最も素晴らしい姿の一つだと思うからです。
筆者も自分にも出来るのか、最初は戸惑いましたがやっている内に何とかなるものです。この大切な生活の知恵が補助金政策のもとで怪しくなっています。自分で作るのではなく指定業者の見積もりを添えて役所の窓口に提出し、審査を受け、専門業者に施工を依頼しなければならない仕組みの中で、最も大切な生活の知恵を奪われてきたのではないかとの疑いを持っています。
大切なのは立派な装置や建物ではなく、独自のものを生み出す意欲です。是非工夫しながら取組みと工夫をしてみてください。

9-6

森を生かすナショナルプロジェクト

日本は森林率で世界第２位の森林王国でありながら木材の大量輸入国でもあって、大切な間伐や保全に手が回らないままに、森林破壊が進んでいます。
薪は古くからのエネルギー源であり、温暖化に計上されない再生可能なエネルギーでありながら、その取り扱いの難しさ故に敬遠されている貴重な資源です。
薪利用が進んだ国には熱容量の大きな立派な暖炉があり、火を楽しみながら室温を保つ工夫がありますが、北海道に普及したストーブを真っ赤にする薪や石炭焚の習慣は、自動燃焼装置のついた石油97

ますが、北海道に普及したストーブを真っ赤にする薪や石炭焚の習慣は、自動燃焼装置のついた石油
焚か電力利用に置き換わり、折角の煙突が無くなってしまいました。
頻繁に燃料補給を要することも難点で、チップやペレットにして自動燃焼化する試みもありますが、
むしろ建物の断熱と熱容量を生かすことによって変動を吸収し、手動で室温を保つ大まかな制御を可能にするほうが、薪を楽しむ生活に向いています。
断熱によって必要なエネルギー量を減らし、床暖房との組み合わせで熱容量を増し、薪ストーブの火を楽しめるようにすると薪利用の楽しさが復活します。
間伐材の切り出し、搬出、薪作り、乾燥も大変な仕事ですが、高齢者の健康保持と森林保全と温暖化防止につながるナショナルプロジェクトとして、積極的に取組む価値のある課題なのではないでし
ょうか。
委員長

98

荒谷登

執筆

北海道の特質を生かす自然エネルギー利用の研究委員会

名簿

委員長

荒谷

登

一般社団法人 北海道建築技術協会

幹

鈴木

憲三

北海道工業大学

〃

森

秀樹

〃

矢野

隆幸

岩倉化学工業㈱阿部章三㈲住宅夢工房阿部

〃

飯田

信男

飯田ウッドワークシステム㈱

〃

今井

和幸

BASF INOAC ポリウレタン㈱

〃

岩舘

一雄

㈱よねざわ工業〃

絵内正道

北海道大学 大学院工学研究科

〃

大元

敏和

㈲大元工務店〃越智未紘

パラマウント硝子工業㈱

〃

尾中

二郎

日本仮設㈱

〃

河合

伸哉

パラマウント硝子工業㈱

〃

川治

正則

一般社団法人 北海道建築技術協会

〃

川本

清司

㈲北欧住宅研究所〃

駒木根 洋一大関化学工業㈱〃ｻﾃﾞｷﾞｱﾝ ﾓﾊﾏｯﾄﾞ ﾀｷﾞ㈲タギ建築環境コンサルタント

〃

佐藤

潤平

㈱アイテック〃

石田秀樹

東海大学大学院芸術工学研究科

〃

申

雪寒

ニチハ㈱

〃

高橋

邦彦

㈲イースト企工〃

立松宏一

北海道立総合研究機構 北方建築総合研究所

〃

奈良

顕子

㈲奈良環境建築設計室

〃

野田

恒

〃

長谷川

〃

平川

秀樹

ダウ化工㈱

〃

広瀬

茂樹

一級建築士事務所 広瀬設計室

〃

福島

明

北海道立総合研究機構 北方建築総合研究所

〃

堀江

勉

Ｇシステム

〃

松井 為人

㈱北海道サンキット

〃

村山

豊

㈱村山塗装商会〃

山崎正弘㈱ハウ計画設計

〃

吉田 健司

事

委

員

寿夫

一般社団法人 北海道建築技術協会㈲吉田工業所

編集担当

99

幹事

森秀樹