河村・大畑：日射に対する瓦の断熱性能評価

資料

日射に対する瓦の断熱性能評価
河村
1.

目

進＊・大畑

敬＊

夏の日射では，可視光線や近赤外線が屋根表面に照射され，的表面で熱エネルギーに変わって屋内に伝わる．太陽光エネ

一般に，瓦屋根の家は冬暖かく，夏涼しいのではないか，ルギーの吸収率によって表面温度は変わってくるため，冬などと言われることがある．この研究は，瓦屋根の家が夏の熱貫流率を調べることが，そのまま夏の日射に対する断涼しいと言われることを科学的に確認することを目的とし熱性能を調べることと同じにはならないと考えられる．ている．

こうしたことから，我々は「断熱」「遮熱」双方の性能を夏， 日照による部屋の温度上昇を抑えるために，屋根に考慮した試験方法として，二室一体型恒温槽を用いたモデ求められる性能としては大きく分けて二つ考えられる．そル実験を行ったので，その結果を述べる．の一つは太陽から届く光エネルギーをそのまま反射させる

2.

ことである．そしてもう一つは，太陽光によって熱くなっ2.1

た屋根表面の熱を，何らかの方法で部屋内部に入らないようにする方法である．

方法

二室一体型恒温槽の設定

使用した実験装置は㈱マルイ製の二室一体型恒温槽（以光エネルギーを反射させる方法は，最近「遮熱」という下，恒温槽と略す）である．通常は熱貫流試験を行う目的言い方をされることもある．その意味としては，太陽光ので製作依頼したものであるが，本装置は赤外線照射ランプ

エネルギーには，目に見える可視光線 43％，および目に見を用いて，熱によるドア，壁パネル等の建具の変形を計測えない近赤外線 52％があるので，最も効率よく反射するにすることが可能な特注仕様となっている．

は可視光線，近赤外線どちらの反射率も向上させる必要が今回の実験では，熱貫流試験と同様に二つの恒温槽の間ある．可視光線をよく反射するには，明るく見えるもの，に，屋根の模型を想定した試験体を縦に配置し，試験体のすなわち白い屋根が最適であるが，日本の住宅において白裏を内寸 600mm × 600mm × 200mm の断熱材で作ったい屋根の需要は多いとはいえない．そこで近赤外線の反射箱で囲った．試験体の一例を図１に，また試験体を恒温槽率を選択的に高くした遮熱塗料という製品が市販されてお内に配置した例を図２に示す．

り，その性能表示方法として JIS R31061） に基づいた日射夏の気温変化を再現するため，１サイクルを 24 時間とし，反射率（太陽光に対するエネルギー反射率）が提示されてうち８時間は試験体の横から赤外線照射ランプ（東芝ライいるものもあるが，一般的には屋根材表面の反射率と屋根テック製，赤外線乾燥用電球 IR200V375WRH）23 球で光を材全体の断熱性能を総合的に評価する手法は確立されてい当てて試験体表面を加熱した．照射中の二室の温度は 30℃ない．に設定し，照射を行わない時間は 20℃に設定した．断熱材一方部屋の温度を上昇させないためのもう一つの方法は，で作った箱内の温度制御は行わず，瓦表面，野地板裏面の屋根の熱を部屋に伝わらないようにする，すなわち従来か温度を各９箇所，合計 18 箇所に貼り付けた T 熱電対を用ら一般的に言われる本来の「断熱」である．屋根構成に断いて計測した．実験はおおむね３サイクル（72 時間）繰り熱材を加え，通気層を設けるなど，いろいろな方法が考え返して行い，瓦表面，野地板裏面それぞれ９点の温度デーられる．これまで断熱性能を計測する試験として良く知らタを平均し，さらに各サイクルのデータを 24 時間毎に平均れているのは，JIS A21012）による熱貫流試験である．隣して，１サイクルのデータとして比較した．

り合う二つの恒温槽（これは建築物の屋内および屋外を想

日射の強度については，以下のような検討により設定を定したものである）の間に試験体を配置し，屋外側が低い行った．先にも述べたように，太陽光は，可視光線および温度に， 屋内側が高い温度で定常状態に保たれるようヒー近赤外線を含んだものである．しかし，本実験で用いた赤ターを加熱する．このときのヒーターの電力量を測定する

外線ランプのエネルギーは，可視光線よりもむしろほとんことで，熱の透過性を計算できる．この方法は，冬季の暖どが赤外線領域に集中しており，さらに照射中のランプ表房による屋内からの熱の流出を想定したものといえるが，面は高熱となることから，太陽光にはほとんど含まれない熱放射（遠赤外線）の影響も無視できない．その結果，こ＊材料技術グループの装置上で太陽光と同じ明るさ（日射量）を設定すると瓦− 34 −

島根県産業技術センター研究報告
2.2の表面温度は 100℃以上にも達し，現実的な天候条件とはいえない．そこで今回の実験では既往の測定結果

3）第44号（2008）
試験体を参考瓦屋根の断熱性能に与える要因としては，釉薬の色，瓦に，ランプに掛ける電圧をサイリスタ三相電力調整器（シの種類（形状，および瓦以外の屋根材料を用いた場合），そマ デ ン 製，PAC36P） を 用 い て 定 格 電 源 電 圧（200V） のして施工方法が考えられる．そこで，この研究ではこれら70％とし，すべての試験体で同一とした．の要因を変化させたモデル屋根を作成して実験を行った．

試験中の試験体の様子を図３, ４に示す．

試験体一覧を表１に示す．また，試験に用いた瓦の日射反射率および色を表２に示す．

野地板
����

恒温槽（屋内側）���(���)（合板(��12mm）12mm)

恒温槽（屋外側）���(���)�������
試験体の過熱を��������防ぐための白い布

200mm
200mm

枠材
���

比較する瓦
������

瓦桟����� �� �� ��
野地板裏面温度の���(9��)
測定点
（９箇所）

750mm
750mm

600mm
600mm

��������
発泡スチロール断��(��熱材（厚さ100mm)100mm)

�����
赤外線照射
���(23 �)球）
ランプ（23������
瓦表面温度の���(9��)
測定点
（９箇所）

2100mm
2100mm���
試験体(� 1 ����)�
（図１の横断面）図２

試験体配置図ルーフィング������

1150mm
1150mm
図１

試験体の一例

図３

断熱材裏側を恒温槽

図４（屋内側）から見た状態表１

表２

試験体一覧

比較した条件� �� �������色＊

・J 形瓦・通風あり

・J 形⑵ 瓦の形状 ・F 形・S 形・銀黒色
・通風あり⑶ その他，・スレート瓦使用した・アスファルトシングル
屋根材

各試験体の色と日射反射率

統一条件

・銀黒色
⑴ 釉薬の色 ・来待色
・白色

瓦表面を恒温槽（屋外側）から見た状態⑴ 釉薬の色⑵ 瓦の形状・黒 い 製 品
色で比較− 35 −

日射反射率＊Lab（％）

銀黒色・J 形

44.69

0.53

−1.81

18.2

来待色・J 形

53.41

5.74

5.77

23.8

白色・J 形

82.49

0.31

0.61

68.0

銀黒色・F 形

44.65

0.84

−1.00

19.7

銀黒色・S 形

43.32

0.63 −0.69

18.60.19-1.33

5.90.15-0.93

4.2

スレート瓦
28.36
(3) その他 ,使 用 し た アスファルトシ
21.05
屋根材
ングル・通風・銀黒瓦
・周辺をテープで密閉化
・J 形瓦・水抜きのある瓦桟を使用⑷ 施工方法 ・瓦桟の代わりに発泡スチロール断熱材を接着施工
・ルーフィング上にアルミ箔を貼付
・瓦裏面にアルミ箔を貼付＊

河村・大畑：日射に対する瓦の断熱性能評価

3.
3.1

結れなかった．この実験からは，瓦の種類を J 形や F 形，S 形

果に変えても断熱性能の向上はほとんど期待できないと推測

釉薬の色による比較された．
3.3

各試験体について，瓦表面と野地板裏面の温度変化を図その他の屋根材との比較

５〜７に示す．いずれの試験体についても，まず瓦表面がアスファルトシングルおよびスレート瓦での試験を行い，急速に温度上昇し，その後野地板裏面の緩やかな温度上昇

銀黒 J 形瓦のデータとの比較を行った．今回は銀黒色あるが観測された．また照射停止後の温度低下は，瓦表面，野いは黒瓦と同様の黒色系の製品を選んで実験を行った．た

地板裏面の順であった．また表面温度，野地板裏面温度いだし，日射反射率，L ＊（見た目の明るさ）については表２ずれについても，銀黒色と来待色ではほとんど同じ温度でに示すように， 銀黒色よりも 10％以上低い値であった．

あり，白色ではそれらと比較して 10 数℃低い結果となった．

スレート瓦での結果を図 10 に示す．図５と比較して，ス

日射反射率を比較すると来待色の方が銀黒色よりも若干レート瓦では表面温度が 100℃を越え，野地板裏面の温度高い値であったにもかかわらず本実験では瓦表面の温度にも 10℃近く高くなった．

ほとんど差が見られなかった．
3.2

アスファルトシングルでの結果を図 11 に示す．アスファ

瓦の形状による比較

ルトシングルについても表面温度が 95℃に達し，野地板裏瓦の色を銀黒色として，瓦の形状を F 形，および S 形に面温度も高い結果となった．先にも述べたように，今回使変えたときの瓦表面と野地板裏面の温度変化を図８，図９に用したスレート瓦とアスファルトシングルの試験体は，銀示す．なお J 形での結果については，すでに図５に示した黒瓦より日射反射率が 10％以上低い値であったが，今回こ通りである．F 形や S 形についても，J 形における温度変化

れらの試験体で屋根表面温度や野地板裏面温度が高くなっと同様の傾向が見られた．全体として瓦表面の温度は S 形たのは，日射反射率の影響だけではなく，瓦屋根には野地が若干低かったが，野地板の裏面温度には大きな差がみら板との間に通気層が存在するが，これらの試験体にはほと110110110110
100
100

温度（℃）

808070706060

���
瓦表面
野地板裏面
�����909080807070��������
瓦表面
�����
野地板裏面

9090�����

温度（℃）

1001006060505050
504040404030303030

2020202000

336699�������

1212151500

1818経過時間（h）

瓦表面／野地板裏面の温度変化（銀黒色・J 形）

121215151818

瓦表面／野地板裏面の温度変化（白色・J 形）

110110100100

���
瓦表面
�����
野地板裏面

90
90

温度（℃）

80
80
�����

70
70
60
60
5050

���
瓦表面
�����
野地板裏面

90
90
80
80

70
70

�����

100
100

温度（℃）

99

�������

������������������������

図７110
110

60
60
50
50

40
40

40403030303020
2000

336699�������

121215152020

1818経過時間（h）
図６66

経過時間（h）

�������������������������

図５33

�������������������������

図８

瓦表面／野地板裏面の温度変化（来待色・J 形）− 36 −

003366991212�������
経過時間（h）

15151818�������������������������
瓦表面／野地板裏面の温度変化（銀黒色・F形）

島根県産業技術センター研究報告第44号（2008）

んど存在しないことも大きな原因として考えられる．

図５と比較して，気密化されることで，瓦の表面温度・野3.4

地板裏面の温度は若干高めの値を示した．瓦桟に水抜き穴

瓦の施工方法による比較

これまで述べてきた試験では，モデル屋根の周辺から空がある場合，ない場合を比較したところ，大きな差はみら気が自由に出入りする試験体を作って試験したが，実際のれなかった．

瓦屋根では雨の侵入を防ぐために上部や横は密閉されてい瓦桟を使わずに断熱材を施工した試験体（図 14）では，る．そこで，より実際の瓦屋根に近づけた試験体として，これまで述べてきた試験体のいずれよりも野地板裏面の瓦屋根の上部，両側面の３周をアルミテープで塞ぎ，空気温度は低下したが，逆に瓦の表面温度は非常に高くなった．の出入りを防いだ状態で試験体の温度変化を測定した．

これは断熱材によって瓦から屋根裏への熱の移動が妨げら

また，現在一般的に断熱工法として提案されている以下れたことが原因であると考えられる．ただし，日射に対すの二つの工法についての比較を行うこととした．その一つる野地板裏面温度の上昇を抑えられた反面，日射停止後はは瓦桟を使わないで野地板上に発泡スチロール断熱材を置保温効果によって温度低下が遅くなった．

き，瓦を載せて接着した工法である．もう一つは放射率の一方，アルミ箔を用いた試験体（図 15，16）でも，断低いアルミニウムを利用する工法である．アルミニウムを熱材施工の瓦屋根と同様に瓦表面の温度は高くなり，野地利用する工法については，実際に販売されている建材その板裏面の温度上昇は小さくなった．特に瓦裏面にアルミ箔ものを使用した試験ではなく，その原理を確認するため，を貼付した試験体では，断熱材施工の試験体に次いで野地普通のルーフィングの上と瓦桟の間にアルミ箔を貼った場板裏面の温度が低くなった．その理由として，瓦裏面に熱合，また瓦の裏面にアルミ箔を貼った場合の２通りについ放射率の低いアルミ箔を貼付することにより，瓦の熱が瓦ての試験を行った．の裏面から放射されにくくなり，瓦と野地板の間は低い温図 12~16 に各工法での温度変化を示す．

度に保たれたと考えられる．また断熱材の場合と比較して，

図 12，13 は通気状態の違いについて比較した結果である．

アルミ箔を施工する場合は日射停止後の温度低下が早く

110

110110110

10080

�����80707060605080807070606050

505040404030303040302020003366

99

12121515

瓦表面
���
野地板裏面
�����90
90

温度（℃）

90

温度（℃）

100100

瓦表面
���
野地板裏面
�����90

�����

100

20200018183366

�������
経過時間（h）

図９

図 11 瓦表面／野地板裏面の温度変化（アスファルトシングル）

100
100

���
瓦表面
�����
野地板裏面

707060608080
�����

8080

70706060

505050504040404030303030003366

9912121515

���
瓦表面
�����
野地板裏面

90
90

温度（℃）

温度（℃）

1818

110
110

9090

�����

1515

�������
経過時間（h）

瓦／屋根裏の温度変化（銀黒色・S 形）

100
1002020001818

�������
経過時間（h）

図 101212������������������������������

���������������������110
110

2020

99

33

66

991212�������

1515

経過時間（h）

�������������������������������������

�������������������������

図 12 瓦表面／野地板裏面の温度変化（銀黒色・J 形・周辺をテープで気密化）

瓦表面／野地板裏面の温度変化（スレート瓦）− 37 −

1818

河村・大畑：日射に対する瓦の断熱性能評価なったが，この原因は瓦裏面に通気層が存在することで瓦瓦表面〜野地板裏面への温度勾配は全熱抵抗に対応してが冷却されやすかったためではないかと考えられる．

おり，断熱材のように熱伝導率が非常に小さな材料を用い以上の実験から，瓦裏面の通風層をうまくコントロールれば温度勾配は大きくなり，逆にアスファルトシングルのすることによって，夏の温度上昇を最小限に抑えることが屋根のように，屋根の厚さが非常に小さい，すなわち全熱できるのではないかと考えられる．

抵抗が小さな工法では温度勾配が小さくなったものの，そ3.5

れ以外については試験体による差はほとんど見られなかっ

最大温度の比較

照射開始後に各試験体が定常状態に達したと考えられる，たのではないかと考えられる．

７〜８時間後の温度を平均して比較した結果を図 17 に示

一方，屋根の表面温度は赤外線照射ランプの熱効率にあす．瓦表面の温度が最も高かったのはスレート瓦である．

る程度影響されると考えられるが，実際には断熱材施工のアスファルトシングル，断熱材を施工した工法がそれに続屋根やアルミ箔を施工した屋根に見られるように，屋根材く高い表面温度を示した．一方，野地板裏面温度が最も低の裏側の影響も大きい．こうした問題を考慮に入れた解析

かったのは断熱材を施工した銀黒瓦屋根であり，またアルを行っていくには，今後瓦裏面の通風層の温度測定や，熱ミ箔を用いた工法，白色の瓦がそれに続く低い温度となっ流量の計測なども含め，実験方法を見直していく必要があた．しかし野地板裏面温度が高かったアスファルトシング

る．

ルやスレート瓦を除いて，瓦屋根工法として一般的な６試以上の結果をまとめると，験体，すなわち銀黒色 J 形，銀黒色 F 形，銀黒色 S 形，来待色，⑴白い瓦は銀黒瓦や来待瓦より屋根表面，屋根裏温度は低温度差，および周辺の気密化を変化させることによって生くなったが，銀黒瓦と来待瓦での差はほとんど見られなかっ

ずる温度差は 3.4℃であった．測定誤差や試験体によるばらた．

つきを考慮すると，本実験の結果だけからはこれら６試験⑵瓦の種類や施工方法を変えることによって，断熱性能は体の間に差があると判断することは難しい．
110
110

110
110

�����808070706060808070706060

505050504040404030303030

20
200020203366

99�������

12121515001818経過時間（h）

110
110

1299
12
�������

15151818110
110
100
100

���
瓦表面
�����
野地板裏面

瓦表面
���野地板裏面
�����

90
90

温度（℃）

90
90
80
80
707060608080
�����

100
100

温度（℃）

66

図 15 瓦表面／野地板裏面の温度変化（銀黒色・J 形・ルーフィング上にアルミ箔を貼付）

図 13 瓦表面／野地板裏面の温度変化（銀黒色・J 形・周辺をテープで気密化・水抜きのある桟）

�����

33

経過時間（h）
������������������������������������������

������������������
���������������������������

70
7060605050505040404040303030302020

���
瓦表面
�����
野地板裏面

90
90

温度（℃）

9090

温度（℃）

100100

���
瓦表面
�����
野地板裏面

�����

100
100

202000336699

�������

12121515001818経過時間（h）
������������������3366

129912�������

1515経過時間（h）
���������������������������������������

���������������������

図 14 瓦表面／野地板裏面の温度変化（銀黒色・J 形・発泡スチロール断熱材施工）

図 16 瓦表面／野地板裏面の温度変化（銀黒色・J 形・瓦の裏面にアルミ箔を貼付）− 38 −

1818

島根県産業技術センター研究報告

5050

温度（℃）
60
70
6070

�����

80
80

90
90

100
100110第44号（2008）

文献1）JIS R3106：1998．板ガラス類の透過率・反射率・放射率・

来待色・J形������
瓦の色�����
���■野地板裏面

�
�
白色・J形
�����
�

□瓦表面

銀黒色・J形������
瓦の形

�
銀黒色・F形� ������
�
銀黒色・S形������

その他の屋根材

������スレート瓦�����
アスファルト� ������
����
シングル

�
�

瓦の施工方法による比較︵銀黒色・Ｊ 形︶

�����
周辺テープ密閉������ �����
�周辺をテープで� ������
�密閉＋水抜きの� �����
�ある瓦桟��
� �����
�発泡スチロール� �����
�断熱材
�ルーフィング上� �����にアルミ箔を貼� �����
�����
付�
�����
瓦の裏面にアル�����
ミ箔を貼付
��
50
50606070708080

�����

90
90

100
100

110

温度（℃）
�����������������

図 17

照射開始７〜８時間後の温度変化するが，アスファルトシングルのように熱抵抗を小さくしたり，断熱材のように熱抵抗を大きくした工法を除いて，その差はわずかであった．
なお，この研究報告は平成 16 年度および 17 年度に石州瓦工業組合からの受託研究として行われた成果が一部含まれている．

− 39 −

日射熱取得率の試験方法．
2）JIS A2101：2003．建築構成要素及び建築部位̶熱抵抗̶．
3）宮野秋彦．屋根の物理学．日本屋根経済新聞社，2000，p33．