注文住宅の断熱材
【断熱の種類と製品】

ここでいう断熱材とは住まいの内部が、外部の暑さ・寒さに影響を受けないように設置する建材のことを指します。
断熱材は住宅が完成すると見ることができないため忘れられがちな存在ですが、生活の快適さを決定する重要な建材の一つです。なぜなら、しっかり断熱されることで、冬は家の中の熱が外に逃げるのを、夏は家の外の熱が入ってくるのを防ぎ、住まい内部が一定の温度に保たれやすくなり、冷房・暖房のエネルギー効率が良くなることで、光熱費も抑えられます。
また、建物全体の断熱性を高め、建物内部に冷えた部分をつくらないようにすることは、結露を防ぐことにつながります。結露が起こると、カビ・ダニの発生による喘息やアトピー性皮膚炎などのアレルギー症状などの健康被害や、内装材の腐れ・キノコの発生などの建物の傷みを引き起こします。以上のことから、いかに断熱材が重要なのか分かるかと思います。
なお、結露を無くすためには断熱材を隙間ができないように施工することはもちろん、サッシも複層ガラスなどの断熱性の高いタイプにすることや、建物内部の空気に含まれる水分量を減らすため、調湿性の高い内装材や換気システムを用いることで、より一層高い効果が見込めます。

断熱材は基本、空気をたくさん含んだ素材が使われます。なぜなら、熱伝導率は気体＜液体＜固体という順で大きくなり、気体は熱が伝わりづらく、固体は熱が伝わりやすいからです。そのため、身の回りでいくらでも手に入る気体の『空気』が利用されています。
そんな空気をたくさん含むことで機能する断熱材ですが、大まかに分類すると、『無機繊維系の断熱材』『木質繊維系の断熱材』『天然素材系の断熱材』『発泡プラスチック系の断熱材』があります。それぞれ特徴に違いがあり、どの性能に重きを置くかによって、採用するべき断熱材が変わってきます。それぞれの断熱材の性質を把握して、しっかりと選べるようにしておきましょう。

無機繊維系の断熱材

無機繊維とは化学繊維の一種で、無機物を人工的に繊維としたものを指します。高温で融解させたガラスや鉱石、鉄鋼スラグなどを遠心力等で吹き飛ばし、綿状に細かく繊維化、バインダーと呼ばれる接着剤を繊維につけ成形されることによって製造されます。基本的な原理は、溶融した砂糖をごく細い糸状にしたものを集め、綿状にする綿菓子と同じです。こうして作られた無機繊維は複雑に絡み合い、繊維の間に空気を閉じ込めた層を形成することで、断熱性を持ちます。

グラスウール

グラスウールはその名の通りガラス（主にリサイクルグラス）を繊維状にした断熱材のことを指します。低コストで導入しやすく、ガラスの持つ難燃性・耐久性を持っています。弱点としては、水に弱いことが挙げられます。水に濡れてしまうと表面張力や毛細管現象により水分が奥まで入り込み、自身の重みにより潰れてしまいます。そうなると空気を含むことができず、潰れてしまった分隙間が出来てしまうため、断熱性能が大幅に落ちてしまうのです。また、水に濡れてしまった箇所は、なかなか乾かないためカビの発生を招いてしまいます。グラスウールを用いる際は、防湿フィルムなどで水分対策を万全に行う必要があります。

ロックウール

ロックウールもその名の通り、鉄炉スラグや玄武岩、安山岩などの鉱物を繊維状にした断熱材のことを指します。素材が鉱物なので耐火性・耐久性にも優れており、グラスウールの密度にもよりますが、グラスウールよりやや断熱性に優れています。ただし、グラスウールより価格が高く、素材が鉱物で重いため脱落（壁の下に溜まること）しやすい欠点があります。また、グラスウールと同様の弱点として、水分を含んでしまうと断熱の役目を果たしている微細な空隙が失われてしまい、性能が大幅に低下します。

木質繊維系の断熱材

木質繊維とは新聞紙、ダンボールやおがくず、間伐材や古材のチップなどを原料にして、繊維状にしたものを指します。繊維はマット状や板状に圧縮成形され、断熱材として製造されます。断熱材として十分な断熱性を持っており、木を素材として用いているため、水蒸気の吸放湿・保湿性の機能に優れ、結露対策にも有効です。また、植物由来の素材なのでシロアリに弱いと思われがちですが、シロアリや菌類への対策としてホウ酸などの防虫防腐剤が添加されている場合が多いです。価格は高価な部類に入ります。

セルロースファイバー

セルロースファイバーとは、新聞紙やダンボールを細かく粉砕し、ホウ素系薬剤を添加した断熱材のことを指します。新聞紙が原料であるため、防火性能は大丈夫なのか？と思う方もいらっしゃるかもしれませんが、防虫防腐剤として添加されているホウ酸が難燃剤としても機能し、燃え広がることを防いでくれます。
デメリットとしては、セルロースファイバーを施工する際、たくさんの量のセルロースファイバーと工期が必要になり、その分コストがかかることです。理由としては、現場にて柱と柱の間にシートを貼り、その中にセルロースファイバーを充填するのですが、セルロースファイバーが沈下して隙間が発生しないよう、偏りなく十二分に充填する必要があるからです。

インシュレーションボード

インシュレーションボードとは廃木材とかの木質繊維を細かく粉砕し、合成樹脂や接着剤を混ぜた後、乾燥させて製造した断熱材のことを指します。ウッドファイバーやファイバーボードと呼ばれることもあります。多孔質で軽く、断熱性・吸放湿性・吸音性に優れ、加工もしやすい建材です。しかし、セルロースファイバーとは違いホウ酸などは添加されていないため、火やシロアリに弱く、価格も高いのでメインの断熱材として使われることは少ないです。

ホウ酸は人間に有害じゃないの？
ホウ酸は温泉などに多く含まれ、身近なところだと防腐剤や殺菌剤・殺虫剤・目薬・難燃剤など幅広く使われています。小学校の理科の実験などで扱ったことがある方も多いはず。昆虫はホウ酸を接種すると、腎臓を持たないため排泄できず体内に蓄積されていきます。昆虫が死に至る原因はまだ科学的にハッキリとしていませんが、この体内に蓄積されたホウ酸により代謝できずに死んでしまうと考えられています。

人間も継続して摂取すると、下痢など消化器系の不良を生じますが、腎臓の機能によりホウ酸を排泄できます。そのため短時間に大量のホウ酸を摂取しない限りは、影響は出ないと考えられています。体重60kgの人間では約300gで半数致死量（投与した動物の半数が死亡する用量）と考えられており、これは食塩の半数致死量と同レベルとなっています。

このような性質を利用した虫駆除剤に『ホウ酸ダンゴ』があります。誘引剤としてジャガイモやタマネギ・小麦粉・砂糖・米ぬかなどが使われています。分別がついておらず身体が小さな幼児やペットがいる家庭では、摂取してしまうと毒性が強く現れてしまうため、取り扱う場合は注意するようにしましょう。

天然素材系の断熱材

天然素材系の断熱材とは、自然界に存在する植物や動物由来の素材をそのまま利用した断熱材を指します。※正確には木も天然素材系の断熱材なのですが、このページでは木質繊維系の断熱材として分けさせていただきます。

ウールブレス

ウールブレスとは羊毛を使った断熱材です。羊毛は多量に空気を含む断熱性のある素材で、調湿性・耐久性に優れています。他の断熱材に多い弱点として水が挙げられますが、ウールブレスは水に強い耐性があります。これは、ウールの繊維表面はスケールと呼ばれる鱗状の表皮が重なり合っており、表面の膜は水を弾き、水蒸気は内部に浸透させる性質を持つことによるものです。また、繊維の中に多くの窒素や水分を含むので燃えにくい素材です。天然繊維なので害虫による食害を心配する方もいるかと思いますが、ホウ酸を主成分とした対策が施されている製品もあります。ただし、価格が高価なことがデメリットとして挙げられます。

炭火コルク

炭火コルクとは、コルクの粒を型にはめ込み、高温の蒸気加熱と圧力を加えて生産した断熱材を指します。科学的な接着剤を使用せず、コルク自身に含まれるヤニで固形化するため、全てがコルク由来の成分で構成されているのが特徴です。コルク樫の樹皮から加工してできたコルクは空気をよく含んでいるため、元々断熱性に優れた素材ですが、炭化させることでさらに断熱性が強化されます。また、水にも強く調湿性を持っており、他にもコルクが持つスベリンという成分による防虫性や、炭化させているため熱に対する強さもあります。このように様々なメリットを持つ炭化コルクですが、天然由来の素材のため、価格の高さがネックになります。

発泡プラスチック系の断熱材

発泡プラスチック系の断熱材とは、さまざまなプラスチック素材に発泡ガスを封入して製造する断熱材を指します。プラスチックの中に独立した無数の細かい気泡ができることで断熱性が確保されているため、閉じ込めているガスの気泡の数や大きさによって断熱性能に違いがあります。

ビーズ法ポリスチレンフォーム

ビーズ法ポリスチレンフォームとはポリスチレン樹脂と炭化水素の発泡剤を原料とし、直径1mm程度のビーズを金型内に入れ、加熱して発泡させることで製造する断熱材を指します。『Expanded Poly-Styrene』の頭文字を取ってEPSとも呼ばれており、一般的に知られている発泡スチロールと同じものです。金型形状によって自由な形に加工しやすく、水や湿気に強いです。また、発泡プラスチック系の断熱材の中では比較的安く、とても軽いため施工性にも優れています。
デメリットとしては火に弱いことが挙げられます。火の熱を浴びた箇所は縮んでしまい、断熱材としての機能を失ってしまいます。難燃剤が添加されているものは燃えにくくなっていますが、燃えないわけではないことにも注意が必要です。

押出法ポリスチレンフォーム

押出法ポリスチレンフォームとは、ポリスチレン樹脂と炭化水素の発泡剤を原料とし、押出機内で溶融混合し、押出成形させることで製造した断熱材を指します。『Extruded Poly-Styrene 』の頭文字を取ってXPSとも呼ばれています。ビーズ法ポリスチレンフォームと基本的な原料は変わらず、性能的にもほぼ同じものとなっています。

硬質ウレタンフォーム

硬質ウレタンフォームとはポリイソシアネートとポリオール成分（ポリオール・発泡剤・整泡剤・触媒・難燃剤等を予め混合したもの）を主原料に、反応・発泡させた断熱材を指します。膨らんで固まるまでの間に別の素材をくっつけておくと接着する性質があるため、工場にて各種面材と一体成形したボード状のものと、現場で施工するための注入する現場発泡品のものがあります。硬質ウレタンフォームの気泡は、一つ一つが独立した気泡となっているため水に強く、断熱性と耐久性にも優れています。
ただし、価格が高さがデメリットです。また、元々がプラスチック素材で火や熱には弱く、硬化した硬質ウレタンフォームは紫外線が当たる環境だと脆くなってしまうため、紫外線が当たらない環境に設置する必要があります。

フェノールフォーム

フェノールフォームは、フェノール樹脂というプラスチック系の原料に発泡剤や硬化剤などを混ぜて、板状に形作った断熱材を指します。ちなみにフェノール樹脂は、鍋やフライパンなどの取っ手の部分によく使われています。高い断熱性能を誇る優秀な断熱材で、発泡プラスチック系の断熱材の共通の弱点として火や熱に弱いことが挙げられますが、フェノールフォームは火や熱に強いという特徴があります。フェノール樹脂は熱で硬化するという特徴があり、火で表面が炭化することで火の進行を炭化層で防ぎ自消するからです。ただし、弱点として価格が高いことが挙げられます。

断熱の工法について
木造住宅の断熱工法は、大きく分けて『充填断熱工法』と『外張断熱工法』の2つがあります。両者ともそれぞれにメリット・デメリットがあるため、予算や性能など何を重視するかで選ぶとよいでしょう。なお、北海道のような寒冷地では『外張断熱工法』や、充填断熱した上で外張断熱を行う『付加断熱工法』が使われ、より住宅の断熱性能を高めています。

【 充填断熱工法 】
充填断熱工法とは、躯体と躯体の間に断熱材を設置する工法のことを指します。主に無機繊維系の断熱材や木質繊維系の断熱材などの柔らかい繊維系の断熱材が使われることが多いです。

○ メリット
外張断熱工法に比べコストが割安になる。
躯体の間に断熱材を設置するため、断熱材に厚みを持たせることができる。
躯体の間に断熱材を設置するので、敷地面積を有効活用しやすい。

○ デメリット
躯体の外側部分が外気と接しているため、躯体の劣化が進みやすい。
躯体の間に断熱材を設けるので、気密性を確保するために隙間なく断熱材を施工する必要がある。
躯体の間に断熱材を設けるので、配線・配管や内部意匠の自由度が低い。

【 外張断熱工法 】
外張断熱工法とは、躯体の外側に断熱材を設置する工法のことを指します。主にパネル状に成型された発泡プラスチック系の断熱材が使われることが多いです。

○ メリット
躯体全体が外気から守られるので、躯体が長持ちする。
躯体の外側に断熱材を設けるので、気密性を容易に確保しやすい。
躯体の外側に断熱材を設けること、配線・配管や内部意匠の自由度が高い。

○ デメリット
充填断熱工法に比べコストが割高になる。
躯体の外側に断熱材を設置するため、断熱材に厚みを持たせることができない。
躯体の外側に断熱材を設置するので、敷地面積を圧迫しやすい。

さらに見やすいように断熱材を素材別に性能比較表としてまとめてみました。熱伝導率の値は低ければ低いほど、熱が伝わりにくいことを示しています。ただし、断熱材の性能差は素材の厚みや施工方法などで、その差を埋めることが可能なので、あくまで目安としてご覧ください。特にコストなどは需要と供給により変動が激しいので、ご注意ください。

新しい住まいの断熱材『真空断熱材』
真空断熱材とは魔法瓶と同じような仕組みで熱を伝えないようにした断熱材のことで、「Vacuum Insulation Panel」の頭文字を取って、VIPと呼ばれています。具体的には、グラスウールなどの断熱性のある芯材をラミネートフィルムやステンレスフィルムで被覆し、さらに内部の空気を抜くことで真空に近い状態にします。通常の断熱材は空気やガスなどの熱を伝えにくい気体を活用することで断熱性を確保しますが、真空断熱材では熱を伝えるものをできるだけ無くすことで断熱性を確保するわけですね。

現在では、厚みが薄くても十分な断熱性が求められる製品や設備、例えばクーラーBOXや電気ポッド、自動販売機や冷蔵庫、冷凍車や冷凍コンテナ、エコキュートの給湯タンクなどに使われています。その断熱性は群を抜いており、2023年5月に旭ファイバーグラスが販売を開始した建築用真空断熱材「VIP‐Build」では断熱性能が0.004W/mKとなっています。これは高性能な断熱材として知られるフェノールフォーム（※0.019～0.036W/(m･K)）の4.75～9倍もの断熱性能になります。

真空断熱材の弱点としては、釘打ちなどで真空断熱材の外装に穴が空いてしまうと空気が入り込んでしまい、断熱効果が落ちてしまうことが挙げられます。しかし、この弱点も外装フィルムの改良や、真空断熱材の施工法の改良により、今後さらに改善される可能性もあります。また、価格が高いことも住まいでの採用が多くなり、生産数が多くなればある程度価格がこなれてくるでしょう。まだ販売開始したばかりで、住まいの断熱材として普及までには至っておりませんが、今後の動向に要注目です。

未来の断熱材『エアロゲル』
近年、未来の断熱材として『エアロゲル』が注目されています。エアロゲルとは単一の物体名ではなく、ゲル中に含まれる溶媒を超臨界乾燥により気体に置換した多孔性の物質の総称です。シリカ（SiO2）やカーボン（C）、アルミナ（Al2O3）などさまざまな物質で生成できることが分かっています。

1931年にスティーブン・キスラーによって発明され、識者には古くから知られている物質なのですが、生成する過程で高圧なことが必要で大きなサイズにすることが難しく、製造コストが高く脆い素材のため、身の回りで目にする機会はほとんどありませんでした。

そんな中、2012年に創業した日本のスタートアップ企業ティエムファクトリ株式会社が、エアロゲルを使った、世界初の透明な断熱材の量産化に挑戦しています。超臨界ではなく常圧で乾かして作る『SUFA』（Super Functional Air）と呼ばれる、このエアロゲルは0.012-0.014W/(m･K)とグラスウールの約3倍の熱伝導率を誇り、透明で超軽量という特性を持ちます。

このエアロゲルが安価に大量生産されるようになれば、住宅のみならず様々なものに使うことが可能になります。さらに、今までの断熱材と同じ厚みにすることで断熱性能をさらに高めたり、今までの断熱材より厚みを減らしても同様の断熱性能を持たせられるようになるはずです。今後のSUFAの展開に期待が高まりますね！