熱貫流率 U 値の求め方

壁の断熱性能は熱貫流率で表します。U 値とも呼ばれ、1 平方メートルあたり、内外の温度差 1 度あたりに何ワット逃げるかを示します。小さいほど断熱がよいということになります。

求め方は 2 段階です。まず熱の通しにくさ（熱抵抗）を層ごとに出して足し上げ、その逆数を取ります。

• $R$ は全体の熱抵抗
• $d$ は層の厚さ、$\lambda$ はその材料の熱伝導率
• $R_i$、$R_o$ は室内側と室外側の表面の熱伝達抵抗
• $U$ は熱貫流率

層の熱抵抗が 厚さ ÷ 熱伝導率 になるのは自然な形です。厚いほど熱は通りにくく、熱を伝えやすい材料ほど通りやすくなります。

壁の表面にも抵抗があります。表面に薄い空気の層が張り付いていて、それ自体が熱を通しにくいためです。室内側はほとんど風がないので 0.11、室外側は風で剥がされるので 0.04 を使います。

例

既定の入力は、室内から石膏ボード 12 mm、グラスウール 100 mm、合板 12 mm と重ねた壁です。

熱抵抗を足すと、表面が 0.15、石膏ボードが 0.055、グラスウールが 2.632、合板が 0.075 で、合計およそ 2.911 になります。熱貫流率はその逆数のおよそ 0.3435 です。

面積 20 平方メートル、温度差 20 度なら、熱損失はおよそ 137 W になります。

断熱材がほとんどすべてを決めている

内訳を見ると、グラスウール 100 mm だけで熱抵抗 2.632、全体の 9 割を占めています。石膏ボードや合板は、厚さのわりにほとんど効いていません。

断熱材を抜いて合板 12 mm だけにすると、熱貫流率は 4.44 まで跳ね上がります。もとの 0.3435 のおよそ 13 倍で、同じ壁から 13 倍の熱が逃げる計算です。断熱材が入っているかどうかが、壁の性能をほぼ決めていることが数字で見て取れます。

注意

柱や間柱の部分は木材が通っていて、断熱材より熱を通します。これを熱橋といい、壁全体で見ると計算値より性能が落ちます。

窓の U 値は壁よりずっと大きく、2 から 6 ほどあります。面積あたりで 10 倍近く逃げるので、家全体の熱損失は窓が支配します。壁だけ厚くしても効きは限られます。

熱伝導率の目安を並べておくと見当がつきます。グラスウールがおよそ 0.038、木材がおよそ 0.12、コンクリートがおよそ 1.6、鉄はおよそ 53 です。断熱材と鉄では 1000 倍以上の開きがあります。鉄骨造で断熱が難しいと言われるのは、この差が熱橋として効いてくるためです。