断熱ガラスユニットの劣化: 熱性能、測定、エネルギーへの影響

日付: 2023 年 8 月 8 日

著者: Madison Likins-White、Robert C. Tenent、Zhiqiang (John) Zhai

ソース：建物 2023、13(2)、551; MDPI

土井：https://doi.org/10.3390/buildings13020551

(この記事は「建築エネルギー、物理学、環境、システム」セクションに属します)

断熱ガラスユニット (IGU) の劣化は広範囲に研究されています。 しかし、現在の耐久性評価基準が製品の寿命とどのように関係しているかについては、十分な理解が得られていません。 さらに、劣化プロセスをよりよく理解するために、設置されたウィンドウのパフォーマンスを経時的に定量化する方法についても議論があります。 耐久性評価をエネルギー性能に基づく製品寿命予測に結び付けるには、これらのトピックに関するさらなる知識が必要です。 エネルギー モデルは、建物の年間総エネルギー消費量の有用な推定値を提供します。 ただし、ほとんどのモデルはエンベロープ コンポーネントの「インストール時の」パフォーマンスに基づいており、パフォーマンスの低下を考慮していません。 これは、建物の生涯エネルギー消費量の過小評価につながる可能性があります。

耐久性とエネルギー性能の関係をより深く理解することで、劣化ダイナミクスをエネルギー モデリング ソフトウェアに統合することができます。 これにより、建物の生涯にわたるエネルギー消費量の推定が改善されるだけでなく、適切な改修戦略とタイミングが通知されます。 この文書では、現在の耐久性に関する文献、窓の性能評価と耐候性方法に関するさまざまな規格、既存の現場での IGU エネルギー性能測定技術、および建物全体のエネルギー効果をレビューします。 さまざまな研究間の課題と相違点が分析され、議論されます。 著者らは、この分野でのさらなる研究が、現場でのIGU劣化を評価する改良された現場試験法の開発につながり、この知識を改良されたエネルギー性能モデリング手法に結びつけることを期待している。

図 1 に示すように、建築部門は米国内の総エネルギー消費量の 40%、温室効果ガス排出量の 35% 以上を占めています [1]。

建物の外皮は屋内環境と屋外環境の間の主な熱障壁であり、壁、窓、屋根、基礎が含まれます。 建物の外皮は建物全体の消費量の弱点であり、建物のパフォーマンスを向上させるために不可欠です。 住宅および商業用建物のエネルギー消費量の 30% は建物外壁で占められており、窓は外壁透過損失の合計の 15 ～ 50%、建物の総エネルギー消費量の 10% を占めていると推定されています [3,4,5,6] ]。 エンベロープのパフォーマンスの影響は、建物内のすべてのシステムに波及します。 より効率的なエンベロープは、熱伝達を減らすだけでなく、機器のサイズを縮小し、水の使用量を削減し、建物の全体的なライフサイクルを改善し、熱的快適性を向上させることもできます。 ただし、エンベロープの熱性能は建物の耐用年数全体にわたって一定ではありません。 年齢や天候とともに減少するため、エネルギー必要量が増加します。 外壁と HVAC の劣化により、建物のエネルギー消費量が 20 ～ 30% 増加する可能性があると推定されています [7]。

窓は、窓の種類、気候、建物の種類に応じて、エンベロープ損失の大部分を占めます [4、5]。 窓は、不透明なエンベロープ コンポーネントと比較して U 係数が高いだけでなく、空間への全体的な熱伝達に寄与する日射利得 (日射熱利得係数) もあります。 図 2 は、窓に当たる太陽放射の 84% が熱の形で空間に伝達されることを示しています [8]。

日射量と熱伝導率により、夏には熱利得が増加し、冷房負荷が増加します。 冬には、伝導率のみが必要な暖房量の増加に寄与します。 極端な温度差に伴う導電性や窓に当たる日射も劣化を引き起こします[9]。 窓は通常、断熱ガラス ユニット (IGU) とフレームという 2 つの物理コンポーネントに分類されます。 IGU は、スペーサー システムによって分離された少なくとも 2 つのガラス ライトで構成されており、通常は乾燥剤が含まれており、ユニットの端はさまざまなポリマー材料を使用してシールされています。 密閉ユニットの内部は通常、不活性で熱伝導率の低いガスで満たされており、ガラスライトには太陽熱の増加を軽減するために低放射率 (Low-e) コーティングが施されている場合があります。