現在、建物の環境性能は主に炭素使用量に焦点が当てられているが、建物構造の熱性能も一因として考慮する必要がある。 熱性能は熱損失の観点から測定され、建設業界では一般にU値またはR値として表される。 建築戦略を立てる際には、必ずU値の計算が必要になる。 これらの用語は微妙に似たような意味を持つものが多く、インターネット上では相反する解釈も見受けられる。
U 値、または熱貫流率 (R 値の逆数)
U 値としても知られる熱貫流率は、構造体 (単一素材または複合素材) を通る熱伝達率を、その構造体の温度差で除したものです。 測定単位はW/m²K。 構造物の断熱性が高ければ高いほど、U値は低くなる。 施工技術や施工基準は、熱貫流率に大きな影響を与えます。 断熱材の取り付けが不十分で、隙間やコールドブリッジがある場合、熱貫流率は希望よりかなり高くなることがあります。
U値の計算
基本的なU値の計算は比較的単純です。 要するに、U 値は、問題の建築要素を構成する各材料の熱抵抗の合計の逆数を求めることによって計算できます。 なお、材料の抵抗だけでなく、内面や外面の抵抗もあり、それらを加算する必要がある。
熱貫流率の計算方法については、多くの規格が存在します。 これらは、この記事の最後にある「便利なリンクと参考文献」にリストアップされています。
単純なU値計算は、建物要素の構造を層ごとに考慮することで、次のように行うことができます。 ただし、これはコールドブリッジ（例えばウォールタイによる）、断熱材周辺の空隙、またはモルタルジョイントなどの異なる熱特性を考慮に入れていないことに注意する。 この例では、空洞の壁を考えています。
| 材料 | 厚さ | 伝導率 （k-） |
。値） | 抵抗値＝厚み÷導電率 （R値） |
| 外表面 | – | 0.040 K m²/W | ||
| 粘土レンガ | 0.100 m | 0.77 W/m⋅K | 0.130 K m²/W | |
| 0.100 m²/W | 0.100 m | 0.04 W/m⋅K | ||
| Concrete blocks | 0.100 m | 1.13 W/m⋅K | 0.090 K m²/W | |
| プラスター | 0.50 W/m⋅K | 0.1.026 K m²/W | ||
| 内面 | – | 0.130 K m²/W | ||
| 全体 | 2.916 K m²/W | |||
| U値 = | 1 ÷ 2.916 = | 0.343 W/m²K | ||
上記の例では、建築材料の導体率（k値）はオンライン、特に製造業者によって自由に入手できることに留意してください。 実際、計算時に指定された特定の製品がわかっている場合は、製造業者のデータを使用することで精度を向上させることができます。 上記の計算でモルタルの目地を考慮するには、モルタルを敷き詰めたブロックワークの面積を評価する必要がありますが、BS EN ISO 6946Iで規定されているより確実な方法と比べると、これは粗雑な手法であることを念頭に置いておく必要があります。 この場合、施工の仕上がりを考慮できるという利点があります。 屋根や壁の熱貫流率の計算は、熱流束計を用いて行うことができる。 これは、サーモパイルセンサーを試験エリアにしっかりと固定し、内部から外部への熱流をモニターするものです。 熱貫流率は、約2週間（1階スラブの場合は地中に蓄熱されるため1年以上）の平均熱流束（フロー）を平均温度差（室内外）で割ったものである。
測定の精度は様々な要因に左右されます。
- 温度差の大きさ（大きいほど正確）
- 天候（晴れよりも曇りのほうがよい）
- テストエリアへのサーモパイルの密着性
- モニタリングの期間（期間が長いほど、より正確な平均値が得られる）
- テストポイントが多いほど精度も高くなる。 異常に対する緩和のため
材料の熱貫流率特性に影響を与える複雑な要因には、次の2つがあります。
- 他の要因のうち潜熱による周囲温度
- 対流による影響（対流の増加が熱流に寄与）
U-value calculators
U値の計算は時間がかかる上に複雑なので（特に、たとえばコールドブリッジについて説明する必要がある）、多くのオンラインU値計算機がリリースされてきました。 しかし、これらの多くは有料であり、無料のものは単純すぎる傾向があります。
Building Regulations Approved Documents L1A, L2A, L1B and L2B in England and in Wales all refer to the publication BR 443 Conventions for U-value calculationsII for approved calculation methods, while the companion document U-value conventions in practice.Building Regulations Approved Documentsは、イングランドとウェールズで発行されたU値計算規約です。
R-value, or thermal insulance (reciprocal of U-value)
Thermal insulance is the reverse of thermal transmittance; in other words, the ability of a material to resist heat flow.BR443を用いた実例は有用な指針を与えている。 英国がU値を好むのとは対照的に、世界のある地域（例えばオーストラリア）ではR値がより一般的に使用されている。
k値、または熱伝導率（ラムダ値またはλ値としても知られ、熱抵抗の逆数）
熱伝導率は、熱を伝導する材料の能力であり、熱抵抗の逆数です。 したがって、熱伝導率が高いということは、材料間の熱伝達がより速い速度で起こるということです。 熱伝導率の単位はW/m⋅Kである。
Y値、または熱アドミタンス、または熱伝導率
内部空間の温度変化に伴い、その空間から熱を吸収・放出する材料の能力は、熱アドミタンス（または熱伝導率）と呼ばれ、 BS EN ISO 13786:2007 建築部材の熱性能 IV で定義されています。 これは、CIBSEガイドA：環境設計Vの「インプルダイナミックモデル」の基礎にもなっており、冷房負荷と夏場の空間温度の計算に使用されています。 熱アドミタンスが高ければ高いほど、熱質量は高くなります。 熱アドミタンスは、熱貫流率に似ています（そして、同じ測定単位を使用します）。 しかし、これは材料の蓄熱能力、すなわち一定期間（通常は24時間）に熱を蓄えたり放出したりする材料の能力を測定するものです。
熱アドミタンス「Y値」は、標準評価手順（SAP）付録Kで線形熱貫流率から得られると定義されている熱橋係数「Y値」と混同しないように注意すること。
Psi（Ψ）値、または線形熱貫流率
熱橋による熱損失の測定は、線形熱貫流率（U値と呼ばれる「面積」熱貫流率とは異なる）と呼ばれ、測定単位はやはり、W/㎡Kである。
熱抵抗率（熱伝導率の逆数）
熱抵抗率は、材料を通しての熱伝導に抵抗する材料の能力である。 k値と同様に、この特性は問題のある材料の厚さに依存しません。
熱伝導率（熱抵抗の逆数）
これは、単位時間に、与えられた体積の材料を通して伝導する熱量、つまり伝導率を指します。
熱抵抗（熱コンダクタンスの逆数）
これは、材料がそれを通して熱伝導にどれだけ抵抗できるかを示す尺度であり、K/Wで測定されます。
熱質量
これまで英国の建設業界ではほとんど無視されてきましたが、熱質量（熱アドミタンスとは対照的に）は、比熱容量（その質量に対して熱が蓄積する材料の能力）、密度、熱伝導率（熱が材料を通ってどれだけ簡単に移動できるか）から得られます。 SAP2009では、熱伝導率を「k」（またはκ）値という形で、熱質量パラメータ（TMP）の計算に使用しています。 k」値は、建築部材の「熱的に活性な」部分の単位面積あたりの熱容量です（熱質量に実際に影響を与えるのは、部材の最初の50mm程度の厚さだけで、部材の深さが増すにつれて減少するため、100mmを超えるとその影響は無視できます）。 さらに、熱が吸収され、材料から放出される期間を計算する際に、熱伝導率の影響を無視することになります。 BS EN ISO 13786VIは、熱質量をより効果的に測定する方法を提供しています。 熱質量は断熱材と混同してはいけません。
これらの例からわかるように、熱質量の重要性は強調してもし過ぎることはありません。
| Wall build-up | U-…値 | 熱アドミタンス | 熱質量 |
|
2 W/m²K | 169 kJ/m²K | |
|
0.19 W/m²K | 1.86 W/m²K | 9 kJ/m²K |
現代の空洞壁の熱質量が、固形レンガ壁と比較していかに劣るかということに注意してください。 しかし、13mm の「湿式」プラスターをドライライニングに代えることで、アドミタンスを大幅に増加させることができます。
| Wall build-up | U-value | Thermal admittance | 熱質量 | |
|
0.19 W/m²K | 2.74 W/m²K | 60 kJ/m²K |
このように石膏ボードを取り外すと、現代の標準と技術で建てられた家の有効熱質量がほぼ完全に除去されるとみなすことができます。
夏の過熱対策に熱質量を使っていますが、このことは「建物における気候変動適応」で詳細に解説しています。
Decrement
材料の密度、熱容量および熱伝導率が、一方から他方への熱の通過を遅らせ、またそれを通過する際にそれらの利益を減らすことができる方法について説明します。 このため、気温が高い時期の建物の熱性能に影響を与える。
化学相
材料が固体から液体へ、または液体から気体へと状態を変えるとき、その材料の熱伝導率は変化することがあります。 これは潜熱の吸収と放出によるもので、建築に有利な小さいスケールでも発生します。
小さな体積から高い熱質量を提供できる材料は、より入手しやすくなってきています。 相変化材料 (PCM) として知られるこの材料は、狭い温度範囲で融解および凝固する際に、それぞれ潜熱を蓄積および放出することができる物質である。 PCMは、漆喰や粘土などの建材にマイクロカプセル化され、壁材や天井材として使用される。 また、冷却装置や換気装置に使用する熱交換器プレートなどにマクロカプセル化することも可能で、PUフォームパネルに組み込んで、金属表面複合クラッドパネルなどの用途も検討されている。 PCM の利点は、それ自体が非常に薄いにもかかわらず、大量の熱質量を提供できることです。つまり、熱質量は材料の物理的な厚みに比べて不釣り合いに大きく見えます。
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