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Passive design

Passive designパッシブデザイン

パッシブデザインとは?

パッシブデザインの定義は、建築予定地の敷地条件や周辺建物を理解した上で、建物の周りにある自然エネルギー(光、風、熱)を活用・調節し、高い質の室内環境を実現させながら省エネルギーに寄与しようとする建築設計の考え方とその手法です。言い換えると、「土地の諸条件を検証し、主に最大の自然エネルギーである太陽熱(日射熱)を活用・調節できる設計」です。

土地によってその答えが異なるパッシブデザイン、TOAHOMEでは全棟、日照・室温・光熱費シミュレーションを実施して、家を建てる前に暮らしの快適さを次の3つのステップでしっかりと検証します。

Step 1

日照シミュレーション|快適な住まい

「建築地の周辺環境を落とし込み、どのように日射熱を活用・調節するか」を検証します。

日照シミュレーション例

シミュレーション例:年間最低気温付近の1月20日快晴を想定し、南面(黄色)にどのように日が当たるか、何時間日射取得できるか、を検証。

日照シミュレーションの目的は、敷地条件や周辺建物が、新たに建築する建物の日照(日当たり)にどう影響を及ぼすかを確認する事にあります。この検証により、一日における日射熱取得時間の確認や、自然光や日射熱を活用・調節するために必要な南面の位置、窓の位置や高さが検証いただけます。また、生活の中で長い時間明るさが求められるLDKをどの位置に配置すれば良いかを理論的に導き出すことができます。

周囲の建物の影響で1階部分が影になってしまう場合は、吹抜けやトップライトを設けたり、LDKを2階に配置したりすることで日射熱取得時間を確保します。日照の確保を事前に検証することで、快適で健康的、かつ省エネルギーな家づくりが可能となります。

日照シミュレーションなしではパッシブデザインとは言えない重要なステップです。

Step 2

室温シミュレーション|健康な住まい

朝6時の室温:15℃を下回らない
日中の最高室温:20℃を上回る

初期室温(0時の室温)が20℃で無暖房(自然室温)

松山 年平均気温
松山 年平均気温:16.5 ℃ 統計期間:1981~2010  出典:https://weather.time-j.net/Climate/Chart/matsuyama

室温シミュレーションの目的は、自然エネルギーの活用・調節により、冬と夏の室温が住み手にとって快適な室温であるかを確認する事にあります。適切なパッシブデザインにより、冬の室温を上昇させ夏の室温の上昇を抑えることは家中の温度変化を緩やかで少なくすることに効果があります。私たちは冬暖かく、夏涼しく快適に過ごしていただくために以下の目標室温を設けています。

冬

朝6時の室温:15℃を下回らない
日中の最高室温:20℃を上回る

初期室温(0時の室温)が20℃で無暖房(自然室温

日当たりレベル

特に南、南東、南西が「とても良い」もしくは「良い」

日当たりレベルが上記以外の場合、最高室温が20℃を上回る設計を目指すのは合理的ではありません。

冬の室温変化イメージ
夏

最高室温:35度以下

初期室温(0時の室温)が27℃で無冷房(自然室温)

実際には30℃以上の室温で暮らすことは稀ですが、これが実現できれば、相当に涼しく、最低限の冷房で済みます。

夏の室温変化イメージ

室温と健康

室温変化を緩やかで少なくすることは、快適性を高めるだけでなく健康的な暮らしにもつながります。
室内の寒暖差が大きいと、ヒートショックによる心筋梗塞や脳梗塞を誘引したり、自律神経の乱れから寒暖差アレルギーを引き起こしたりと予期せぬ病気に見舞われる場合があります。

ご存知でしょうか?
愛媛県は温暖な気候にも関わらず、ヒートショックや心疾患に関しての統計ではワースト県です!一部の統計では、愛媛県民は、「熱いお湯で短時間入浴」が好みなのだとか。体に優しい入浴方法を今一度見直す必要がありそうです。

健康リスクを低減する室内温度は18℃
心疾患を引き起こす要因は様々ですが、ヒートショックは建物の断熱性能を高め、室内に急激な温度差を生まない環境や適温に保つことで防ぐことが可能です。

世界でも有数の長寿国日本ではありますが、身近で起きている実情を知り、断熱・気密・室温の重要性を再認識していつまでも健康的に過ごせるように居たいものです。

室温と健康 室温と健康
Step 3

光熱費シミュレーション|経済的な住まい

「年間どれだけの光熱費がかかるか」を検証します。

一次エネルギー消費量が少なければ、年間の光熱費の負担も少なくなり、家計に優しく、環境にも配慮した住まいとなります。

一次エネルギー消費計算結果(住宅版)

エネルギー消費性能計算プログラムの値から、年間光熱費を算出。「MJ」という見慣れない単位を、誰でもわかる「円」に変換することで、省エネ性能やパッシブデザインのメリットが見えてきます。太陽光発電、暖冷房機器や給湯器、換気扇の性能も考慮できます。

BEI(Building Energy Index)とは、省エネ法の省エネ基準に基づいた一次エネルギー消費量のことで、設計一次エネルギー消費量÷基準一次エネルギー消費量で算出します(その他一次エネルギー消費量を除く)。値が小さいほど省エネ性能が高いことになります。
新築時の一次エネルギー消費性能基準には、BEIが1.0以下であれば基準適合となります。

光熱費のかかりにくい暮らし

パッシブデザインは建物のあり方を工夫する事で、冬は暖かく、夏は涼しく、風が通り、自然な光で明るい住まいを実現します。そうする事で、暖房機器、冷房機器、照明機器の使用エネルギーを最小限にし、光熱費のかかりにくい住まいとなります。
最近人気の全館空調はデメリットとして部屋によって温度管理ができない事があげられます。人によって体感温度は様々なので、TOAHOMEでは各部屋で快適な温度に調整できるよう個別エアコンを採用しています。

光熱費のかかりにくい暮らしのイメージ

パッシブデザインは建築設計の考え方や手法であり、何より大切なのは季節や天候に合わせた暮らし方を実践することです。次は、パッシブデザインをより深くお分かりいただく為に5つの設計ルールをご紹介します。

Technique

5つの設計ルールを知る

パッシブデザインを実現するための基本的な5つの設計ルールをご紹介します。

高断熱・高気密

高断熱・高気密

パッシブデザイン設計において、高断熱・高気密は必要不可欠な要素であり、大前提のルールです。
断熱の主な目的は、冬の熱損失を防ぐことや暖房設備によって与えられた熱を逃さないようにすることであり、室温を一定に保つことや少ない熱量で部屋を暖めることを実現する上で極めて重要です。言い換えると、断熱性能が低い家で暖かい家はないということです。しかし、断熱性能を向上しても夏を涼しくするという単純な図式にはなりません。なぜなら、建物の保温性が高まり、建物内部にある熱が逃げにくくなる現象が起きるからです。また、気密を高める目的は、空気の漏れを防ぎ、断熱性能を高めた事での保温性能を確保する事や、換気システムを性能通りに稼働させる事などが挙げられます。

断熱性能は、冬に窓から入った太陽熱(日射熱利用暖房)をいかに守るか、夏に太陽熱を建物内にいかに入れないか(日射遮蔽)が効果を左右します。

断熱性能
断熱性能

断熱性能の指標として「UA値」、また断熱性能も含んだ保温性能の指標として「Q値」、どれくらい隙間があるのかの気密性能の指標として「C値」があり、TOAHOMEは以下の性能数値を目標にしています。これは、北海道の家の基準値です。
温暖な愛媛県にあっても、目標を高く設定し、快適な住まいづくりを目指します。

国の基準※1 弊社の目標値
UA値 0.87W/㎡k 0.46W/㎡k
Q値 なし 1.5〜1.9W/㎡k
C値 5㎠/㎡ ※2 0.5㎠/㎡
  • 平成28年度基準で愛媛県を含む地域の基準値です。
  • 2平成11年度の基準で、現在は国のC値の基準はありません。
UA値 : 外皮平均熱還流率
数値が低いほど熱が逃げにくく、断熱性能が高い。
Q値 : 熱損失係数
数値が低いほど熱が逃げにくい。
C値 : 隙間相当面積
床面積1㎡あたりの隙間相当面積。
数値が低いほど性能が良い住宅。

日射熱利用暖房

日射熱利用暖房

日射熱利用暖房とは、断熱性能を一定以上に高めた建物において主に南の窓から採り入れた日射熱を取得し室内に留まらせて暖房として使う設計手法です。日射熱によって暖められることにより、快適な室温を得られるとともに暖房エネルギーの削減にも寄与します。

太陽の熱を溜めて暖かさを得るしくみ

南面の窓を大きく取り、日射をたくさん入れる

太陽の熱を溜めて暖かさを得るしくみ(晴れた昼間)
太陽の熱を溜めて暖かさを得るしくみ(夕方以降)

日射熱利用暖房は「集熱(日射取得)「断熱」「蓄熱」をしっかり考えることで高い効果が得られます

日射熱利用暖房に不可欠な日射取得ですが、省エネ基準の日射に関する地域区分においては年間の日射区分と暖房期※の日射区分の2つの分類が存在します。

暖房期:平均気温が15℃を下回る期間。松山市であれば11/10~4/15頃とされる。

愛媛県 年間の日射地域区分

愛媛県 年間の日射地域区分

出典:一般財団法人建築環境・省エネルギー機構

愛媛県 暖房期の日射地域区分

愛媛県 暖房期の日射地域区分

出典:一般財団法人建築環境・省エネルギー機構

松山市の年間の日射区分はA4地域(恵まれた日射量がのぞめる地域)、暖房期の日射区分はH2地域(日射量は少ない地域)と分類されていて、日射量が少ないとされる暖房期の日射取得は、より計画的に設計する必要があります。

TOAHOMEでは冬の日射熱取得率や日射熱を取り込む南面の窓の大きさに社内基準を設け、目標とする性能を満たすように検証を重ねています。

冬

朝6時の室温:15℃を下回らない
日中の最高室温:20℃を上回る

初期室温(0時の室温)が20℃で無暖房(自然室温

日当たりレベル

特に南、南東、南西が「とても良い」もしくは「良い」

日当たりレベルが上記以外の場合、最高室温が20℃を上回る設計を目指すのは合理的ではありません。

冬の室温変化イメージ
国の基準※1 弊社の目標値
ηAH なし 2.5以上

1平成28年度基準で愛媛県を含む地域の基準値です。

ηAH:暖房期の平均日射熱取得率
数値が高いほど冬場日射熱を室内に取り込むことができ、室温が高い。

平均日射熱取得率の指標として「η(イータ)値」があります。この目標値も「断熱」と同様、北海道の家の基準値です。

日射熱利用暖房には集熱・断熱・蓄熱という3つの熱をバランスよく設計する技術が必要となり、それぞれの敷地条件にあった設計を始める上で日照シミュレーションでの事前検討が必須となります。

建築実例のシミュレーション

建築実例のシミュレーション:年間最低気温付近の1月20日快晴を想定し「黄色である南面にどのように日が当たるか、何時間日射取得出来るか」を検証しました。周囲を建物に囲まれ、期待する日射量が望めない土地に対して吹抜けを設けることで日射熱取得時間を確保し、目標室温を確保した実例です。

吹抜けを設けることで日射熱取得時間を確保した実例

▲吹抜けを設けることで日射熱取得時間を確保した実例

日射取得を日照シミュレーションで確認する事で、高い質の室内環境の実現に向けてより効果的な間取りを導き出すことが可能になります。

日射遮蔽

日射遮蔽

日射遮蔽は、暑い時期の日射熱を室内に入れないように工夫する設計手法です。夏の日射遮蔽は冬の日射熱利用暖房とは真逆の行為ですが、快適な室温に近づける作用と冷房エネルギーの削減に寄与します。

松山市の年間の日射地域区分はA4地域と、恵まれた日射量がのぞめる地域だけに特に夏の日射取得は断熱性能を高めた建物では保温性が高まり、内部に暖かくなった熱がこもる現象を引き起こしてしまいます。そうならない為にも日射熱が最も多くなる窓からの熱を防ぐことが重要であり、内外の遮蔽材により遮蔽効果に差が生まれます。

目標とする性能を満たす検証(無対策20%減)
目標とする性能を満たす検証(遮熱シート40%減)
目標とする性能を満たす検証(室内ブラインド50%減)
目標とする性能を満たす検証(室外すだれ・ブラインド85%減)

TOAHOMEでは夏の日射熱取得率、庇の出幅や内外の遮蔽材を用いて目標とする性能を満たすように検証を重ねています。

夏

最高室温:35度以下

初期室温(0時の室温)が27℃で無冷房(自然室温)

実際には30℃以上の室温で暮らすことは稀ですが、これが実現できれば、相当に涼しく、最低限の冷房で済みます。

夏の室温変化イメージ
国の基準※1 弊社の目標値
ηAC 2.8 1.0以下

1平成28年度基準で愛媛県を含む地域の基準値です。

ηAC:冷房期の平均日射熱取得率
数値が低いほど日射が入りづらく、
冷房効率が高い。

平均日射熱取得率の指標として「η(イータ)値」があります。この目標値も「断熱」と同様、北海道の家の基準値です。

窓から入る日射熱の他にも屋根や壁、換気などからの熱流入を少なくしたり、外構や植栽などで日射遮蔽を行うと、夏がより涼しい快適な家づくりに近づきます。

全方位通風

全方位通風

心地よい季節に自然な風が入る暮らしは、住み手に大きな満足感を与えます。自然風の取り込みは、全方位通風、立体通風、高窓やウィンドキャチャーを計画的に設計することで可能となります。
また、自然風を取り入れる狙いは、涼感を得ることや建物内に溜まった熱を外に出すことであり、外気温が比較的低い時に行うことが有効です。愛媛県であれば、盛夏前後の日中や盛夏の夜間に風を通すことで過ごし易い環境をつくることができます。

住む地域によって風の吹く方向に特性があることをご存知でしょうか?
これを卓越風向といい、一般財団法人建築環境・省エネルギー機構のホームページにて簡単に検索することが出来ます。

http://www.jjj-design.org/wp-content/uploads/2017/05/38ehime.pdf

松山の卓越風向観測結果

松山の平均風速は1.4m/s。
季節によってばらつきはありますが、
就寝時(23時〜6時)は南東から東より、起居時(7時〜22時)は北西から西よりの卓越風
が吹いています。
前述したように、通風は外気温が比較的低い時に行うことが有効ですので、
就寝時の南東から東よりの風を取り入れることが、
より快適で光熱費のかからない家づくりのポイントです。
風向きを知り、適切に窓を開けて自然風利用の効果を得ましょう。

風向きは地形や周辺環境により影響を受けるため通風を考える際の目安です。

昼光利用

昼光利用

昼光利用とは、言葉の通り太陽光をそのまま光として利用し、室内を明るくするという設計手法です。
昼光利用は、大きく採光と導光に分類されます。

採光は、ひとつの部屋に複数の窓を設けるほど安定した光環境が得られ、適切な明るさの希求度は、日中長く過ごすであろうLDKと寝室では異なります。

導光は、吹抜けや欄間、天窓などを設計に取り入れることで暗くなりやすい部屋を少しでも明るくすることが出来ます。

日照シミュレーションを行うことで、季節によって変化する光の入り方を検証することができます。
昼光利用することで、昼間の照明の点灯を極力減らし、適切な明るさになるとともに電気エネルギーの削減にも寄与します。

昼光利用のイメージ
昼光利用のイメージ
昼光利用のイメージ
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再生可能エネルギーの活用

パッシブデザインは、自然エネルギーを活用・調節して高い質の室内環境を実現する設計手法ですが、太陽光発電や冷暖房設備などを効率的に組み合わせて快適な室内環境を整える設計手法をアクティブデザインと言います。
パッシブデザインにより、自然エネルギーを最大限利用した暮らしを目指しますが、いつも晴れた日や心地よい風が吹く日ばかりではありません。
時に自然エネルギー利用でも満たせない快適性は、最小限のアクティブデザインで補うといった考え方がストレスのない暮らし方といえるでしょう。

私たちは新たな住まいの光熱費にもを行い、太陽光発電を主とした再生エネルギーの活用のご提案をおこなっています。太陽光発電は、住み手の考えや建設時に掛けられるイニシャルコストにおいて設置の是非を判断すれば、より賢い暮らしが出来るはずです。
以前と比べると設置費用は安価になり、蓄電池の普及で災害・停電時の非常用電源や車の充電設備としても活用できるようになりました。住宅の燃費(省エネルギー性能)は車の燃費の様に、基準や感覚がはっきりしていませんが消費電力が多いより少ない方が環境にもお財布にもやさしいのは明白です。エネルギーを大切に使う価値観を持ち、パッシブデザインとアクティブデザインをうまく組み合わせた暮らし方がより一層求められるのではないかと考えています。

再生可能エネルギーの活用

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