By Bruce Lang
カナダの気候は地球上で最も多様な国の一つであると言われています。 極北の寒くて長い冬や太陽の光が届かない日、アメリカとの国境沿いには四季があり、BC州のローワーメインランドでは通常穏やかな冬など、地理的条件によってさまざまな気候があります。 夏は40℃を超え、冬は-50℃を下回ることもあります。 この多様で過酷な気候は、商業ビルの設計、特にエネルギー効率や居住者の健康と生産性に大きな影響を与える可能性があります。
屋根、壁、窓といった建物の外壁は、建物と環境の境界であり、構造物の風雨に対する最初の防御線でもあります。 外皮の設計と製品の選択は、エネルギー効率と居住者の幸福に大きな影響を与える。 寒冷地での設計では、断熱性の高い「頑丈な」壁が優先されますが、ガラスの美観や自然採光のメリットは得られません。 もしガラスが、壁に求められるのと同じような断熱性とエネルギー効率を提供できるとしたらどうでしょうか。
高性能ガラスの秘密
商業ビルのエネルギー効率を高める上で、最も知られていない秘密が高性能の窓ガラスです。 実際、建築家がその美的魅力と採光の利点を生かそうとするため、建物外壁に占めるガラスの使用割合は増加している。 この増加の多くは、過去 20 年間の低放射率 (low-e) コーティング技術の進歩によるものです。
しかし、断熱壁や天井と比較すると、一般的な窓は深刻なエネルギー損失者です。 断熱材は、熱の流れに対する抵抗力、つまり R 値で測定されます。 カナダの建物では、壁の断熱性能はR-30（RSI-5.3）が普通とされているが、窓の断熱性能はR-4（RSI-0.7）が最高である。 なぜ、R-30の断熱壁を持つ住宅やビルでR-4の窓を選ぶのか？ この省エネのダブルスタンダードは、窓より壁の方が簡単だからです。 壁は断熱性が高ければよいのですが、窓はもっと多くのことをしなければなりません。
窓（具体的には窓ガラス）には、次のようなことが求められます。
- 無色透明であること、
- 自然光を透過すること、
- 不要な太陽エネルギーを反射すること、
- 素材や家具の退色の原因となる紫外線 (UV) を低減すること、
- 音波を低減すること、そして
- 特に寒い冬の間は熱損失を防ぐ断熱性があることです。
さらに、多くの窓は、緊急時に換気と出入口を確保するために開く必要があります。 窓は、従来の建物や住宅の熱損失の最大 30% を占めており、エネルギー効率に劇的な、そして即効性のある影響を与えることができる低空飛行の果実と言えます。
Photo © BigStockPhoto/Aleksey Fursov
1 つの根本的な解決策として、既存の多くの窓に板を張ることが考えられます。 これは多少のエネルギー節約にはなりますが、建物への自然光の透過を妨げることになります。 昼光を取り入れることの利点は、
- 人工照明の使用を減らす、
- ビルの居住者の健康と幸福を増進する、
- 冬に南向きのガラスを通してパッシブ太陽熱を強化する、
- 不動産再販価値を向上させる、などがますます認識されてきています。 特に寒いカナダの気候では、「キャビンフィーバー」が現実のものとなります。
高性能ガラスオプション
ガラスは窓の心臓部なので、設計者は高性能オプションについて知っておく必要があります。 単層ガラスは風雨を防ぐことはできますが、熱損失に対する断熱や太陽熱の反射にはほとんど効果がありません。 二重窓ガラス（Low-E コーティングを施した 2 枚のガラスを密閉した空気層で仕切ったもの）内の空気層は、特にアルゴンのような不活性ガスで満たされていると断熱性が高まり、コーティングは太陽の熱を反射します。 ガラス性能の壁を突破するためには、コーティングから「キャビティ」（複層ガラス（IG）ユニット内部の熱を遮断する空気層）へと移行する必要があるのだ。 8390>トリプルペイン複層ガラス
トリプルペイン複層ガラスは、3枚のガラスと2つのLow-Eコーティングから成り、2つの空洞で隔てられています。 クリプトンガス充填により、R-10（すなわちRSI-1.8）まで断熱性能を向上させます。 しかし、三重ガラスは二重ガラスより50％重く、窓枠を強化する必要があり、建物に大きな構造荷重を加えることになります。 また、取り扱いと設置がより困難です。
Suspended low-emissivity (low-e) and heat-reflective coated film inside of an insulating glass unit creates up to four insulating cavities inside the sealed air space.
Images courtesy Southwall TechnologiesSuspended-film insulating glass
Suspended-film insulating glass consists of a coating film suspended between two panes of glass.It are also difficult to handle and install. クリプトンガスと3枚のフィルムを使用することにより、二重窓ガラスと同じ重量で、R-20（すなわちRSI-3.5）まで断熱性能を向上させることができます。 最大3枚のコーティングフィルムをユニット内に吊り下げ、最大4つの断熱キャビティを形成することができます。 図1に示すように、内部の空洞に熱阻害ガスを加えることで、ガラス中心部の断熱性能を最大R-10（アルゴン使用）、R-20（クリプトン使用）にすることができます。高断熱ガラスを上回る性能
吊り下げフィルム断熱ガラスでは複数のフィルムを使用して、少なくともR-8（すなわちRSI-1.4）の断熱性能と適度な日射熱取得を実現します。 ガラスの断熱性能に加えて、昼光によるパッシブソーラーゲインを考慮した場合、吊り下げ型フィルム複層ガラスを装備した窓は、実際に断熱壁よりもエネルギー効率が高くなることがあります。 壁とは異なり、吊り下げ式断熱ガラスは、伝導によって失われるよりも多くの太陽からの熱を受け入れることによって、正味のエネルギー利得を達成することができます。 それはこの時点で、ガラスシステムは、周囲の壁を上回ることが可能である例えば、上記のように、懸濁フィルム絶縁ガラスは、最大R – 20の性能に到達することができます。 この時点で、ガラスは潜在的な熱損失の95%を止めている（U-factor 0.05）。 つまり、R-20のガラスと周囲のR-30の壁との間の熱損失の差は2％未満である。 24時間、365日のサイクルで太陽熱を得ることを考えると、グレージングシステムのパッシブゲインは最終的にその熱損失を相殺する可能性があります。 つまり、R-20 のガラスは、R-30 の壁よりも低い R 値を持つにもかかわらず、実際には性能が優れている可能性があります。
高性能ガラスは、美観とエネルギー効率の両方の目標を達成するための真の自由な設計を可能にします。
Photo © BigStockPhoto/ArtkoradAdditional benefits of suspended-film insulating glass
Suspended-film, multi-cavity insulating glass utilises the benefits of film- and glass-based technology to create a lightweight IG unit.これは、フィルムやガラスをベースとした技術のメリットを活用し、軽量なIGユニットを作成するためのものです。 Low-e コーティングガラスは太陽熱ゲインを最小限に抑えるために使用され、吊り下げ式コーティングフィルムは断熱性能を最大化し、紫外線を遮断し、騒音を低減し、コーティングガラスだけよりも居住者の快適性を高めるために使用されます。しかしながら、建築物全体の性能とコストを最適化するための全体的アプローチの一部として吊り下げフィルム断熱ガラスの高性能を考慮すると、さらなる利益が実現できるようになります。 たとえば、低性能のガラスで設計された建物は、ペリメーター・ヒーティングや大型のHVACシステムなど、追加のシステムを必要とする可能性が高くなります。 しかし、「タイト」な建築物外皮の設計では、外周暖房を排除し、HVACシステムを小型化することができます。
壁のように断熱するガラス
R-30の壁の時代には、ガラスは建物外壁のエネルギー効率の「弱点」となっていました。 しかし、これはもはや事実ではありません。Superior multi-cavity solutions that incorporate suspended coated film has changed the rules and can achieve up to R-20 glass performance without additional structural weight.二重窓ガラスの性能制限や三重窓ガラスの重量制限は、もはや受け入れる必要がないことを、設計者は知っておくことが重要です。 設計者は、これらのマルチ・キャビティ・ソリューションを使用して、エネルギー節約を劇的に増やすだけでなく、このガラスの高い性能を活用して他の建築システムを排除または小型化することにより、全体コストを削減する絶好の機会を得ました。 言い換えれば、設計者はもはや断熱のために壁を考える必要はなく、窓を考えることができるのです。
Bruce Lang は、高性能フィルムとガラス製品のサプライヤーである Southwall Technologies のマーケティングおよびビジネス開発担当副社長です。 また、エネルギー効率の高い吊り下げ式フィルムの断熱ガラスを製造するサウスウォール・インシュレーティング・グラス社の社長も務めています。 スタンフォード大学で電気工学の理学士号を、カリフォルニアのサンタクララ大学で経営学の修士号を取得しています。 彼の連絡先は、[email protected].
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