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THERMで進めるヒートブリッジ解析と設計改善

建物の外皮性能が向上すると、特に気になり始めるのがヒートブリッジです。ヒートブリッジとは、建物の構造部分で断熱性能が低く、熱が集中して逃げやすい箇所を指します。主に壁と床の接合部や窓枠、バルコニーの取り付け部分などで発生し、断熱性が弱い部分でエネルギーが無駄に消費され、冷暖房効率が下がるだけでなく、結露やカビのリスクも増えることがあります。

THERMは、このヒートブリッジをシミュレーションし、視覚的に解析できる非常に有効なツールです。このソフトウェアを使うことで、どこに熱のロスがあるかを明確にし、設計の改善に役立てることが可能です。

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THERMの主な特徴

THERMは、建築部材の熱伝達を計算し、視覚化できるソフトで、特に教育や設計実務において有用です。主な特徴を以下にまとめました：

1. 等温線と熱流束ベクトルの視覚化
   建物のどこから熱が逃げやすいかを示す等温線や、熱の流れを示すフラックスベクトルを通じて、ヒートブリッジや結露のリスクを視覚的に確認できます。
2. 材料や構造変更の影響を解析
   木材や鋼材など、異なる材料が建物の熱性能に与える影響を数値で比較でき、設計段階での最適な材料選びに役立ちます。
3. U値による断熱性能の評価
   U値は部位ごとの断熱性能を示し、建物の全体性能を決めるのに役立ちます。

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グラフィックによる解析結果の可視化

THERMがシミュレーション結果は数種類のグラフィックで表現されます。その中でも、以下のグラフィック結果がわかりやすいです。

• 等温線：カラーで表示され、断面の温度勾配や熱応力が視覚的に示されます。熱の出入りや結露リスクを予測するのに役立ちます。
• フラックスベクトル：熱流束の量と方向を矢印の長さと向きで表現し、どこから熱が集中して出入りしているかを把握できます。
• U値：全体的な熱伝達率を示し、断面の断熱性能を定量的に評価します。

例えば、基礎りの断面解析では、等温線とフラックスベクトルがどのように分布しているかを確認すると、基礎立上りと底盤のジョイント部分から多くの熱が逃げていることがわかります。また底盤から外部の地上面に熱が逃げている様子もわかります。底盤下の断熱材を全面に敷詰めるか、ペリメータのみにするか等もシミュレーションしても面白いですね。
このようにシミュレーションすることで問題点を特定して改善策を講じることができます

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教育ツールとしてのTHERM

以上の情報は「teaching-2dheat-transfer-therm2-0」という資料から翻訳し、要約したものに私の感想を加筆しています。THERMを使った建築部材の熱解析や、エネルギー性能向上の学習に非常に有効だと思います。建築を学んでいる学生さん、温熱の勉強をはじめて間もない人など、理論と実践を結びつけるサポートになるのではないかと思います。
teaching-2dheat-transfer-therm2-0

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実際の設計での活用

THERMを活用したヒートブリッジ解析を行うことで、設計の初期段階から建物全体のエネルギー効率を最適化し、問題箇所を明確にすることができます。シミュレーションを基に設計を改善することで、住まいの快適性や断熱性能が向上します。

私が大切にしている「あるべきところに自然に納まる」という考え方にも通じるところがあります。THERMのシミュレーション結果は、建物の各部分が本来持つべき性能を発揮し、快適でエネルギー効率の高い空間を実現するための道筋を示してくれます。このステップを重ねることにより、美しく調和のとれた空間を創り出しながら、エネルギー効率を高めることが可能だと考えています。

建物の外皮性能が向上してくると、特に気になり始めるのがヒートブリッジです。まずは、ヒートブリッジについてGPTに尋ねてみました。

ヒートブリッジとは？

ヒートブリッジは、建物の構造部分で断熱性能が低く、熱が集中して逃げやすい箇所を指します。主に次のような場所で発生します：

• 壁と床の接合部
• 窓やドアの枠まわり
• 屋根やバルコニーの取り付け部分

これらの箇所では、断熱性が弱いためにエネルギーが無駄に消費され、冷暖房効率が下がってしまうことがあります。

ヒートブリッジの重要性

高性能住宅、特にパッシブハウスの設計において、ヒートブリッジの最小化はエネルギー効率を高めるために非常に重要です。ヒートブリッジを放置すると、断熱性能が低下し、エネルギー消費が増加するだけでなく、結露やカビの発生リスクも高まります。

ヒートブリッジ解析に使用するツール

ヒートブリッジをシミュレーションするためのツールとして、THERMという無料ソフトがあります。日本ではまだ知名度が低いですが、海外ではよく使われており、窓周りの解析にも使用できるようです。また、困ったときにはフォーラムでの情報交換も活発に行われています。

今回、私は基礎周りの解析にTHERMを使用してみました。最初の課題は、CADデータの読込で、ブロックが読み込まれない問題が発生しました。そのため、THERMで読み込んだ下絵を手動でトレースする作業が必要でした。また、シミュレーションの途中で強制終了が連発する問題にも直面しましたが、作図をやり直すことで無事に解析が完了しました。

結果と感想

THERMでの解析結果は、他のソフトに比べて数値が大きくなる傾向がありましたが、計算結果を視覚的に表現するグラフィックが非常に分かりやすく、解析内容を理解するのに役立ちます。

ヒートブリッジは、建物の断熱性能を考えるうえで見逃せないポイントです。パッシブハウスのような高性能住宅では、ヒートブリッジを最小限に抑えることが、快適さやエネルギー効率の向上に直結します。THERMのようなシミュレーションソフトを使うことで、どこに熱のロスがあるかが一目でわかり、設計の段階から対策を講じることが可能です。

シミュレーション結果は、ただの数字ではなく、グラフィックで分かりやすく表示されるので、クライアントにも説明しやすいのが魅力です。これによって、住まいの性能をさらに高める提案ができるのはもちろん、長期的に見てもエネルギーコストを抑えることができます。

ヒートブリッジの解析は、建物をより快適でエネルギー効率の良い空間にするための大切なステップです。