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断熱材についての概要、用途、原理などをご説明します。また、断熱材のメーカー115社一覧や企業ランキングも掲載しておりますので是非ご覧ください。断熱材関連企業の2024年8月注目ランキングは1位:坂口電熱株式会社、2位:ニチアス株式会社、3位:株式会社サワヤとなっています。
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断熱材とは、熱の移動を遮断する効果を持った素材の総称です。
断熱材は熱絶縁材とも呼ばれ、使用用途によっては保温材や保冷材も断熱材に含まれます。建築において、断熱材は寒さを防ぐために使用されると思われがちですが、断熱材を施工することにより、冷房の効きが向上し暑さ対策にもつながります。
また、断熱材は目に見えない箇所のためコストカットされやすいです。しかし、熱の移動を抑制するだけでなく、結露などによる建物の傷みを防止する効果も有しています。
断熱材の身近な使用例は、住居性の向上を目的として住宅の壁や屋根または床下などです。住居の断熱性を高めることで、冷暖房が効きやすくなり、快適に生活できます。
また、冷暖房の効率が向上することで省エネの効果もあります。産業の分野では、加熱炉や焼結炉などの加熱装置に効率を高めるために、断熱材が用いられています。
なお、加熱装置内は非常に高温になるため、耐熱レンガなどの耐火性断熱材を使用するのが一般的です。
図1. 断熱材の原理
断熱材は、熱を伝わりにくくするために空気を利用します。空気は気体であり、熱伝導率が非常に低いため、高い断熱性を実現するためには断熱材内部に多くの空気を取り込みます。
ただし、気体である空気は対流することにより、熱交換ができるので、性能の高い断熱材を設計するには、空気の対流を防ぐ工夫がなされています。性能の高い断熱材では、ウレタンやガラス、シリコンなど、比較的熱伝導性の低い材料を使って繊維や多孔質の素材を作り、小さな空隙に空気を閉じ込めることで対流による断熱性の低下を防いでいます。
天然の断熱材である羽毛などの動物性繊維でも、断熱の仕組みは同じです。繊維の隙間に空気が保持されており、対流しづらい構造になっているため、断熱効果があります。木材による断熱効果も同様の仕組みですが、その断熱性は木材の種類によって大きく異なります。
一般的に比重が小さく軽い木材が断熱材として重宝されます。このほかにも空気を閉じ込める構造を形成する固体自体の熱伝導率を下げることや、輻射による熱の移動を抑制するためカーボンブラックを混合するなどの工夫がされています。
図2. 断熱材の種類
繊維系断熱材とは、繊維質のものを絡ませることで構造体をなしている断熱材です。繊維と繊維の間に、多くの空隙が存在した構造になっています。
繊維の材料として、有機質断熱材には、羊毛、植物性繊維、木材などがあります。羊毛は天然素材のため、とても高価です。また、国内では対応できる業者が少なく入手しにくいです。しかし、防虫効果や調湿効果があり、断熱性にも優れています。
無機質断熱材には、ガラス質や鉱物質、粘土質、炭素質などがあります。例えば、ガラス質の代表的な例として、グラスウールが挙げられます。グラスウールは、昔ながらの素材でよく木造住宅に使用されていました。
素材にガラス繊維を使用しているため、難燃性です。しかし、吸湿しやすい特徴があり、湿気対策が必要になります。
発泡系プラスチック断熱材は、プラスチックの中に発泡剤を混ぜて発泡させることにより、プラスチックの中に気泡を閉じ込めたような構造を形成した断熱材です。発泡スチロールなどでおなじみだと思います。
繊維系断熱材よりも細かいゴミが出づらく、強度が高めになることが多いですが、プラスチックなので耐火性や耐熱性が弱点となる場合が多いです。そのなかでも、フェノールフォームは耐熱性の高いフェノール樹脂を使用しているため、耐熱性も高いものになります。
建築用途で用いられることは少ないですが、デバイスや加熱炉など、発火しにくいため特に高温となるような環境において使用されます。エアロゲルやヒュームドシリカ断熱材など熱伝導率の面では最も性能の高い断熱材が登場しています。
有機質・無機質複合板には、ガラス繊維と熱硬化性樹脂、エアロゲルなどを組み合わせた複合材があります。この材料は、有機質と無機質の特性を併せもつことが可能で、お互いのメリットを最大限に活かせます。また、デメリットとなる特徴も片方で補うことで適した材として活用できます。
いずれの断熱材も、繊維の隙間や多孔質の素材に空気を保持していることで、断熱性を発揮します。
断熱材を選ぶ際には、断熱材の熱伝導率を参考にすることが1つのポイントです。また、断熱材の種類によっては、断熱材の密度が断熱性能の指標になります。
例えば、繊維系の断熱材として、グラスウールを取り上げると、10Kのグラスウールでは、熱伝導率が約0.050 (W/m・k) です。しかし、32Kのグラスウールでは、熱伝導率が約0.036 (W/m・k) になります。この2つを比較すると、32Kのグラスウールがより断熱性能に優れています。
なぜなら、断熱材は熱伝導率の数値が低いほど、断熱性能が高くなるからです。一方で、断熱材の密度は、数値が高くなるほど断熱性能が高くなります。また、基本的に密度が高いほうが強度があるので、扱いやすくなります。
このことから断熱材を選ぶ際には、断熱材の熱伝導率と密度が指標になることが分かります。さらに難燃性や防虫性、調湿性、価格などを比較検討することで、必要な断熱材を絞り込みやすくなります。
図3. 断熱材の工法
断熱材の工法には、大きく分けて3種類あります。断熱材の素材も大切ですが、工法により断熱効果も変わるため、適した工法を選択することが重要です。
充填断熱工法
充填断熱工法は、国内の木造住宅において、最も選択される断熱材の施工方法です。この工法では、建物の外壁より内部にある構造材などのあいだに断熱材を施工します。
一般的には、繊維系素材や発泡プラスチックなどの製品がよく使用されます。また、断熱材の厚みをしっかりと確保でき、施工費用も比較的安く、断熱材が劣化しにくいことがメリットです。
一方で、壁体の内と外に温度差が生じるため、結露が発生しやすく、建物の空間を断熱材が一部占有することから有効活用できる空間が減少することがデメリットとして挙げられます。
外張り断熱工法
外張り断熱工法は、ボート状の断熱材を構造材よりも外側に施工する工法です。この工法では、構造材よりも外側で断熱するため、壁体の内外での温度差が少なくなり、結露が減少します。
また、内側の断熱材がなくなり、屋根裏などの空間が空くことで、有効活用できる空間が増えます。しかし、断熱材をあまり厚くすることができず、外的環境により近いことから断熱材のゆるみや変形などに注意する必要があります。
付加断熱工法
付加断熱工法は、充填断熱工法と外張り断熱工法を組み合わせた施工方法です。お互いのメリットを加えることにより、断熱効果をさらに高めることができます。
しかし、施工するには、両方の施工に対応できる業者を探すか、別々の業者に対応してもらわなければありません。そのため、コストがかかることがデメリットです。
参考文献
https://www.asahikasei-kenzai.com/akk/insulation/customer/neo/point/5-1.html
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
2024年8月の注目ランキングベスト10
注目ランキング導出方法| 順位 | 会社名 | クリックシェア |
|---|---|---|
| 1 | 坂口電熱株式会社 |
17.5%
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| 2 | ニチアス株式会社 |
7.7%
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| 3 | 株式会社サワヤ |
5.2%
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| 4 | 株式会社日本アクア |
3.6%
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| 5 | 司フエルト商事株式会社 |
2.6%
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| 6 | 旭ファイバーグラス株式会社 |
2.6%
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| 7 | 株式会社アステックコーポレーション |
2.6%
|
| 8 | 株式会社イノアックコーポレーション |
2.6%
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| 9 | マグ・イゾベール株式会社 |
2.1%
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| 10 | アキレス株式会社 |
2.1%
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