屋根の仕上げは集熱パネルとして使用しますので全面金属板となります。一部を太陽光パネルにすることも可能です。屋根面の直下が集熱層で、軒先や外壁遮熱層からの空気をゆっくりと通過させ、取り入れ口から集熱ファンに吸い込まれます。

金属板数熱屋根は効率の良さが特徴です。屋根面は冬でも天気の良い日には手で触れないほど熱くなります。逆に、夏の夜には放射冷却により屋根面は結露するほど冷たくなります。太陽光パネルのように電気エネルギーに変換するよりも、熱を熱として利用するほうが効率ははるかに良いのです。

冬季、太陽光の日射を積極的に受け取ることになります。屋根面に太陽光が当たり、軒先や外壁遮熱層から入って来た空気は徐々に温度を上げながら棟に向かって上昇していきます。棟付近に取り付けたダクトから、送風ファンにより床下へ送り込まれます。屋根面集熱層から送られて温風は、床下のコンクリートに蓄熱されながら、室内全体へゆっくり送り出されていきます。そして輻射暖房などで暖められた室内空気と共に、送風ファンにより循環されます(排気(換気)の一部をもう一度室内にもどすことになります)。
＊冬季、外気温が8℃ほどの時、集熱層棟温度は50℃程度になります。この暖められた外気を送り込まれた床下と室内温度は15℃ほどとなります。暖められた蓄熱コンクリートは、夜明け前に10℃を切るものの、深夜まで12～13℃を保ちます。ちなみにシステムを利用しない場合、室内と床下温度は6～8℃程度です。

冬季の夜間、太陽光の日射がなくなると気温・室温はどんどん冷えていきます。そこで屋根面集熱層の温度が急激に下がり始める夕方に屋根面のダクトを閉じ、日中蓄熱コンクリートに蓄えられた熱をゆっくりと室内へもどしていき、室温の低下を防ぎます。日中の日射が不足する場合などは、輻射暖房などの補助暖房が必要になることもありますが、ほとんどこの蓄熱コンクリートの輻射熱で過ごすことが可能となります。
そして、昼間と同様に輻射暖房などで暖められた室内空気と共に、送風ファンにより循環されます(排気(換気)の一部をもう一度室内にもどすことになります)。
＊日の出前0～2℃と最も気温が下がる頃、補助暖房を用いない場合でも室内・床下温度は8～9℃を保ちます(建物断熱性能はH25年度基準程度)が、健康安全面から考えると輻射暖房(ストーブ..等)などを利用し循環させることで、一日中17～20℃の室内温度とすることが可能です。

集熱層から吸い込まれた空気は、集熱ファンにより床下の蓄熱槽に向かいます。冬季は昼間の太陽熱を利用して金属屋根面で温風をつくり、夏季は夜間の放射冷却を利用して金属屋根面で涼風をつくります。

集熱ファンは、全熱交換換気扇を使用します。ファンにて強制給気しますので室内は加圧状態となりすき間風の心配も無くなります。すき間は自然排気口となるんです。また排気の一部は室内に戻し風量調節します。
集熱ファンは、この全熱交換換気扇タイプと冬季温風を床下に送り、夏季集熱面の熱を排気させる換気ファンのふたつの仕様があります。冬季の性能は少し落ちますが換気ファンの方が安価となります。

＊集熱ファンのランニングコストは、１ヶ月７６０円(ＤＣモーター)程度です。
ＡＣモーターでも１７００円程度ですので、エアコンの半分程になります。

宇宙空間は絶対零度(約-273℃)。太陽光はこの宇宙空間を通り地球にたどり着き、地球上の物体・地表を暖めます。夜間この太陽光届かなくなると、絶対零度の宇宙に熱が多量に逃げていきます。これが放射冷却です。
夏の朝、車の屋根が濡れていることがありますね。車の屋根が周囲の空気温度よりはるかに冷たくなることで起こる現象です。
このように放射冷却で冷たくなった金属屋根の裏面に軒先から外気を通して冷やされた涼しい空気を床下に送り込みます。送られた涼しい空気は床下コンクリートに蓄冷されながら、徐々に室内に行き渡ることになります。
＊昼間35℃ほどあった外気温は、夜間25℃程度まで下がります。同様に集熱層棟温度も昼間の90℃から外気温とほぼ同じ温度になります。通常室内温度は外気温より２～３℃高くなりますが、集熱層の空気を取り入れることで、室温・床下温ともに外気温に近い温度となります。

夏の昼間、太陽光の日射を受け屋根面は大変高温となります。そこで集熱面のダクトを閉じ、外壁通気層と屋根面集熱層の熱くなった空気を、機械ファンなどを使わずに棟に設けた換気口から自然対流にて逃がすことになります。
朝方の涼しい時間帯に通風し涼風を取り入れ、その後は外気をシャットアウトすることになります。日中は外気を放射冷却による冷たい空気を送り込まれ蓄冷された床下を介しゆっくりと室内へ送り込みます。そして輻射冷房などで冷やされた室内空気と共に、送風ファンにより循環されます。
室内温度はタイムラグはありますが、外気温よりおおよそ２～３℃高くなります。そこで外気を取り込み、蓄冷された床下を通過し室内へ送り込みますので、窓を遮蔽するなどひと工夫加えることで、無冷房で夏を乗り切ることも可能となります。
＊日中外気温35℃ほどになると、屋根集熱面の棟温度は90℃近くにもなります。この温度差を利用して棟換気口から自然排気させます。

床下をどうするか？多くの住まいで、高床とし通気させ湿気対策してきました。現代の構法では、床下には換気口がついていますが思ったほど空気は移動しません。当然湿気もたまっているというのが現状です。その昔、竪穴式住居では半地下を掘り暮らしていましたね。これは地下が年間を通して温度が一定ということを知っていたからでしょう....

地下深さ10ｍくらいのところの地温は、年平均気温とほぼ同じと言われています。地下５ｍほどの温度は14～17℃、基礎下あたりでは夏場16℃程度、冬場20℃程度となります。地下５ｍ以浅でも地上の温度変化の影響を受けることは少なく、地中の熱変化がちょうど半年くらいのタイムラグになり夏冬の逆転層となるわけです。
そこで床下も室内空間とし、この地熱とのやりとりを熱伝導というかたちで積極的に取り込もうとするものです...

熱が移動する現象には一般に３つの方法があります。ひとつ目は「対流」空気や水が移動することで熱を伝えるものです。お湯を沸かしたときお鍋の底が熱せられると中の水が上昇しますね。これがくり返され対流が生じ水が温められます。また空気に熱を伝え、その空気を人体まで運び空気から人体に温度を伝えるのがエアコンです。二つ目は「伝導」たとえば湯沸かしポットの底はアルミや銅、ステンレスなど熱伝導率の高い金属で出来ているため、熱が金属を伝わって水の中に熱を伝えています。三つ目が「輻射」前出の２つのように物質を介して熱を伝えるのに対して、物質が無くても熱が伝わるのが輻射熱です。

この輻射熱は、遠赤外線という電磁波によって、直接的に物質や人体に熱を発生させる現象なんです。この電磁波は秒速30万㎞という驚くような早さで、部屋の中を吸収と反射により満遍なく暖め冷やすことが出来るのです。真冬の木枯らしが吹きすさぶ中での焚き火で、風は寒さしか伝えないのに顔や手が温まりますね、これが輻射熱です。輻射暖房の代表が薪ストーブ、冷暖房できるのが輻射パネルということになります。
どちらも空気を動かさずに冷暖房します。特に冬場、身体の周囲は人体の熱で断熱されていますので、空気を動かさないということは重要な要素となります。加えてハウスダストやダニ、カビなどの微細煤塵を空中に巻き上げることもありません。また、遠赤外線が部屋中を駆け巡りますので、床・壁や天井あらゆる面が同じ温度になり、遠赤外線の効果により、体の芯から暖め冷やします。

寒い冬に家の中から暖房の熱が逃げる。それを防ぐのが断熱材ですね。そして、暑い夏に冷房した冷気が外に逃げないようにする、または外の暑い熱気が室内に伝わりにくくするのが断熱材の役割でした。しかし、窓からは空気を伝わってではなく直接日光による熱が室内に侵入してきます。これが、熱伝導ではなく輻射熱の正体なんです。そして、この輻射熱は屋根や壁からも室内に侵入してきます。
輻射暖冷房でもお話ししましたが、熱の移動には、「対流」「伝導」「輻射(放射)」の三態があります。おおよそですが、実際の建物では、対流と伝導による熱移動が30％程度、輻射による熱移動が70％程度と考えられています。ですから、断熱だけ完璧にしても70％もの熱は逃げていってしまっているということになります。
そこで、この70％も見過ごしている輻射の熱移動を抑え込み、100％の断熱効果を引き出そうというものが低放射材のアルミ遮熱シートです。

シートの構造は、アルミ純度99％以上のアルミ泊が表裏両面に使われています。アルミ箔の内側には、バブルポリエチレンシート(エアキャップとも呼ばれ、梱包材のプチプチ)とポリエチレンシートがサンドイッチされた７層構造となっています。
外壁仕上げ材の内側に張ることで、太陽光の日射熱や冬季の冷気を99％反射してくれます。残りの１％の吸収は、バブルポリエチレンシートで断熱されます。このアルミシートは、日当たりでは120℃、日影では-150℃といわれる宇宙空間で、宇宙飛行士が着用している宇宙服にも使われています。元々は断熱材として使われていたようです。
＊屋根面にこのアルミ遮熱シートを張ることで、屋根裏の温度を5～10℃ほど低く抑えることが出来ます。断熱材に置き換えると、厚さ75㎜のグラスウール断熱材(10k)程度に相当します。

現在は当たり前になっている通気工法。壁の中に湿気がこもらないようにするための通気層です。壁の中は、冬の結露に夏の結露、結露までいかなくても高湿度の状態となります。そのままだと壁の中は、カビや腐朽菌が発生し、構造体を腐らせてしまいます。また、雨水の浸入の問題もあります。建物の防水性は上がっていますが、気圧差による雨水侵入は考慮しなければなりません。したがって通気層の通気を促進する仕組みが必要になります。

そこで壁面の通気だけでなく、屋根面にも通気をとることとしました。通気の取り方には、1.温度差　2.風圧差があります。ひとつ目は、太陽光(熱)による上昇気流を利用するものです。もうひとつは、風上と風下側の風圧差を利用するもの。この場合、同じ方位壁面の上下に開口を設けると風圧差を利用できなくなります。これらを考慮して通気層は、壁面通気層と屋根面通気層は一体化させています。
＊通気層の巾は、通常18㎜としていますが、東・南・西面など日射による熱負荷を減少させるためには、20㎜以上(30～90㎜)確保する必要があります。遮熱シートを利用する場合は二重通気層となります。

室内のガス濃度が何かの原因で上昇すると、壁を抜けていくのが通気。室内の湿度が高くなると温度の低い外気に向かって水蒸気が出ていく作用が透湿です。当然逆のこと(入ってくること)も起こります。また、壁の中や屋根の中は、毎日厳しい温度上昇があり、夜には下降しまし、放射冷却もあります。そんな激しい温度差は結露現象を起こすことが珍しくありません。いつからか、合板や防水ルーフィング、ビニールクロスなどを使うことで「通気」と「透湿」が出来なくなってしまいました。その結果、シックハウスや壁体や屋根の内側のカビや白蟻被害の問題も発生しました。
日本の住まいは、土や木を使いこれらに対応してきました。特に、1.蓄熱　2.通気　3.透湿..等土の力は絶大でした。

そこで、上図のような土壁に近い状態の、通気と透湿のできる壁をつくろうと考えます。(もちろん土壁をお勧めします..)
屋根材外壁材にて建物は防水されますので、内外のやりとりは主に③調湿通気層にておこなわれます。たとえば、夏季には湿気の多い暖かい空気は冷やされている室内へと向かっていきます。そして調湿通気層の内側の④防水透湿シートと⑤面材を通過し、断熱層へと到達します。ここで断熱層と下地材の間に防湿シートが張られていると、行き場を失った湿気は断熱層に溜まり、カビなどの発生原因となってしまいます。
そこで、このシートには湿度の高いときには開き透湿し、湿度の低いときには閉じ湿気を遮断する⑦可変透湿シートを使います。このシートにより、断熱層まで侵入した湿気は構造内部に留まることなく、下地材、仕上げ材を通過し室内に放出され、その後調湿・排出されます。
＊外部から侵入した湿気の量に対して、室内空間は広いので部屋の中が湿気てしまうようなことはありません。
また、冬季には⑦可変透湿シートが閉じますので、室内から外へ流れようとする湿気を遮断して、断熱層..等構造内部の乾燥状態を保ちます。
＊高温多湿の日本では、暖冷房だけではなく、調湿しなければ快適は得られないというわけです。

「土間は夏涼しくて、冬暖かい..」そんなお年寄りの話を聞いたことがあるんではないでしょうか。寒い冬私たちの先祖は、地中温度が一年を通して一定していることを知り、土間を掘り下げ暮らし越冬してきました。夏には、茅葺き屋根や土壁が暑さから守ってくれました。朝、日差しがあたった茅葺きの屋根から蒸気が噴き出しているのを見たことありませんか。

雨でたっぷりと雨水を吸い込んだ茅葺きの屋根は、強い朝日が屋根に射しかかってくると、茅に含まれている水分が蒸発します。その時廻りから気化熱により熱を奪うため日光が当たっても屋根裏の温度が上昇しないという仕組みなんです。土壁も同様でさらに土には蓄熱力あり、外気温が徐々に上がっていっても室内の温度はほとんど動かないんです。また、建物の周囲もコンクリートなどで覆わないことで、水分が出入りでき気化熱により温度上昇を防いでいます。現代では、屋根も外壁も防水材で仕上げられています。水分を含まないため、太陽光が当たるとあっという間に温度が上昇してしまいます。熱的には最悪な状態です...
そこで、屋根には 草屋根 や 置き屋根 、壁には シラス壁 をお勧めしています。

シラス壁とは、火山噴出物シラスを主原料とした材料で、 白洲壁や白州壁と表記されることもあります。シラス壁はマグマにより焼成されますので、珪藻土や漆喰のように製造時のＣＯ2の排出を抑えることもできます。また多孔質な構造から、調湿や消臭の機能に優れています。

シラス壁は、下塗り材と上塗り材の２層構造で、防水と透湿の機能を持ちそろえています。
下塗り材は、超微細なシラス粒子で構成されているため、水蒸気の細かい粒子を通しながら、雨水の大きな粒子は通しません。この下塗り層にて完全防水することになります。
上塗り材は、下塗り材より大きな粒子となりますので、雨水などの水分は壁内に浸透していくことになります。浸透した水分は重力によって下方に引っ張られながら、上塗り材の表面へと流れていきながら保水します。壁に日光が当たり出すと、仕上げ材内の水分が蒸発し、気化熱により熱を奪ってくれることになります。
防水・透湿・蒸散という３つの機能を果たしてくれる材料です。
＊そとん壁(高千穂シラス)では、外壁に打ち水して気化熱作用を持続させるシステムなどもあります。シラスは無機質の天然セラミック素材ですので、紫外線や風雨よる退色や劣化がありません。防水性も劣化しないためメンテナンスフリーな材料ともいえます。

透湿防水シートには、不織布タイプとフィルムタイプの２種類があります。
フィルムタイプは、薄いフィルムに水が通らず水蒸気が通る穴を開け不織布で裏打ちしたものですが、実情１０年もたないものがほとんどといえるようです。
そこで、ポリエチレンの極細長繊維をランダムに積層し、熱と圧力だけで結合させたシート(不織布)である、タイベックやイーストルーフをお勧めしています。

構造用面材というと合板が主ですが、構造用合板(20.6)の透湿抵抗は高く透湿作用の妨げとなってしまいます。
そこで、透湿抵抗の低いモイス(3.65)、ダイライト(3.0)を構造用面材として、付加断熱面材としてバウビオ(1.33)をお勧めしています。
＊()内の数値は透湿抵抗値

防音や熱伝導の面からは木の繊維板も良いですが、透湿という面からグラスウールやロックウール(1.25)、セルロースファイバー(1.2～1.4)を使っています。ただし、透湿性が良いことで結露の可能性もあり、透湿をコントロールするシートの必要があります。
施工精度を考慮するとセルロースファイバーがお勧めです。
調湿性が高く結露保証のついた羊毛断熱材も最近ではお勧めしています....

高気密住宅などでは気密シートが使われています。冬には室内の湿気が構造壁内に侵入するのを防ぎますので役立ちますが、夏には外部から構造壁内へ侵入した湿気を遮断し行き場を無くしてしまいます。
そこで、空気中の水分が多いときは湿気を通し、少ないときには閉じるという、サバーンやインテロ..等の可変透湿シートを使います。
＊ポリビニールアルコールという分子が水分とくっつくことで、分子同士の隙間が広がり湿気を通すという原理です。

呼吸する家(壁や屋根)をつくる場合には、通気構造と透湿抵抗値が3.0以下の材料を使うようにしています。
石膏ボード(0.8)、モイス(3.65)、バウビオ(0.91)..等をお勧めしています。

下地材同様透湿抵抗の低い材料を使います。和紙(0.3)や和紙クロス、土壁やシラス壁(0.58)、漆喰(0.6～6.3)や漆喰調塗装を使います。
＊ビニールクロスは透湿抵抗が高く(60～80)調湿できませんので、できるだけ使用は避けるようにしています。
また、杉などの木材板類も使います。透湿抵抗値は少し高くなりますが、木材の調湿作用がありますのでお勧めです。
＊特に板厚が24㎜以上あると、吸放出のタイムラグが半年くらいとなりますので、夏場に湿気を吸い込み冬場に放出してくれます。ちなみに、105㎜角３ｍの柱ではビール瓶一本分の水分を出し入れしているそうです。