by Mason Knowles
何十年にもわたり、屋根裏やクロール空間の設計者は湿気や結露の可能性を最小限に抑えるために相互換気を使用しています。 しかし、最近の省エネや湿気対策に拍車がかかり、屋根裏部屋は住宅でも商業用でも人気が出てきました。

伝統的な断熱材と設計の方法は、屋根裏空間内の空気循環を利用して余分な湿気を乾燥させるのを助けるよう求めています。

この湿潤に対する伝統的な救済策は、内部の蒸気遅延器を使用して、湿気を含んだ空気が空洞に流入するのを遅らせ、屋根空洞を外部に換気して、湿気の搬出（すなわち乾燥）を促進することです。 冬の間、屋根裏の湿気の問題の主な原因は、暖かい湿った空気が居住地域から屋根裏空間に侵入し、冷たい表面で結露することに起因します。 屋根裏の床に照明、パイプ、換気口などの貫通部がある場合、この現象はさらに激化します。

換気を行いながら屋根裏の床を気密・断熱することで、暖かい湿った空気が空間に入りにくくなり、冷たい表面に結露しにくくなるので、結露の可能性をかなり減らすことができます。

夏場は、暖かい湿った空気がほとんど建物の外からやってきます。 そのため、屋根裏を換気すると結露の可能性が高くなるように思われます。 しかし、屋根裏の床が気密・断熱されていれば、その逆です。

外気が高温多湿でも、屋根裏空間が内部から気密されていれば、外気よりはるかに高温になります。 空気が高温であればあるほど、空気空間が保持できる水分（＝絶対湿度）は多くなります。

図1が示すように、外気が32℃（90F）、70％RHの場合、43℃（110F）、40％RH以上の屋根裏空間よりも乾燥します。

HVAC機器やダクトが屋根裏空間にあると、この設計は効率が低くなります。 このような場合、システムは所望の温度を維持するのが難しくなります。 ダクト内の空気は、空間が過度に暑かったり寒かったりすると、温度を維持するのが難しく、長い距離を走らなければなりません。 温暖な気候であれば、これは大きな問題にはなりません。 しかし、より極端な環境では、暑さと寒さの両方で、それは問題になることがあります。

例えば、屋根の色や太陽への向きによっては、外気温が38℃（100F）未満でも屋根裏の空気温度は55℃（131F）を超えることがあります。 このように室内が高温になると、ダクトや空調設備は、温度を快適なレベルまで下げるために、かなりハードに働かなければならなくなります。 これは、ダクトに漏れがあり、HVAC機器が屋根裏の空間自体から空気を取り出している場合に顕著になります。 また、HVAC機器やダクトの外面が26 C（79 F）に達した場合、結露を引き起こすには21パーセントRHを必要とします。

Unvented attic assemblies
Unvented atticsは、空気中の湿気が冷たい表面に到達して建物外皮内で凝結するのを防ぐため、屋根デッキ下面（すなわち屋根裏天井）に取り付けられた空気不透過断熱材に頼っています。 この設計では、断熱材が内部と外部の空間を効果的に分離する一方で、湿気の流れを遅くし、建物外皮内で露点が達成されないようにします。

非開放型屋根裏組立で最もよく使われる2つの製品は、中密度および低密度吹付けポリウレタンフォーム（SPF）です。

典型的な建設と気候では、断熱およびエアシールとしてSPFを使うときに建築基準表の通りにすることが可能です。

Medium-density
Moisture calculations of building assemblies (i.e. Hygrothermal modeling) and field observations demonstrate medium-density (i….

ASTM E96, Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials によると、中密度 SPF は 25 mm あたり約 1.5 から 3.0 のパーマレート、25 mm あたり約 1.05 (1 インチあたり 6.0) の R-value を持っていることが確認されています。 また、空気不透過性の断熱材としての性能も試験されています1。 このように、低透過率、インチあたりの高R値、および空気バリア特性の組み合わせは、効果的に蒸気の流れを遅くし、外部環境を内部から分離し、水分を含んだ空気の導入を排除します。

SPF の物理特性と性能特性により、内部の結露の可能性を最小限に抑えた、通気性のない屋根裏やクロール空間を設計できます。

低密度
建築アセンブリの温熱モデリングと現場観察により、低密度 SPF が追加の蒸気遅延要素なしで温暖気候や混合気候で使用可能であることが示されました。

低密度 SPF の透過率は 76.2 ～ 127 mm (3 ～ 5 インチ) あたり 8 ～ 15 で、R 値は 25 mm (1 インチあたり 3.5) あたり約 0.616 となっています。 この結果、低密度SPFの物理的特性は、内外の温度を効果的に分離し、空気の侵入を最小限に抑えますが、中密度SPFよりも高い水蒸気透過率を許容します。

これらのシステムのいずれかがプレミアムコスト-通常、吹きガラス繊維またはセルロース通気屋根裏アセンブリの価格の2〜3倍が付属しています。 例えば、筆者の自宅は、2階の標準的なドアでアクセスできる屋根裏空間と、天井のハッチからのみアクセスできる上段がある。 ドーマーも付いているため、無開放の集合体として断熱することは極めて困難である。 また、屋根裏の一部は外のデッキの上にあり、他の部分は家の中の空間の上にあります。

この屋根裏空間をどのように断熱するかを決定する際、様々なアセンブリが考慮され、通気と非通気の屋根裏空間のハイブリッドな組み合わせが計画されました。

ドーマーと外部ポーチ上の屋根裏スペースは、合板で壁を作り、クローズドセルSPFで壁を断熱することによって、屋根裏の他の部分から密閉されました。

Building codes and attic assemblies
Since 2004, International Code Council (ICC) supplements to the International Residential Code (IRC) means unvented attic assemblies are accepted by the building codes in residential, but not commercial applications.

Acceptable attic assemblies in the building codes to the International Residential Code (IRC). IBCは屋根裏やクロールスペースの換気を義務付けており、屋根裏の通気については触れていない。 しかし、多くの建築基準法担当者は、提案された屋根裏部屋の湿度熱モデルなど、屋根裏部屋が適切に機能するという説得力のある証拠を提示された場合には、ケースバイケースで屋根裏部屋の換気を認めています。

2007年ICC補足の国際エネルギー保全コード（IECC）202「一般定義」では、蒸気遅延器の3つの新しいクラスが導入されました：

• Class I: 0.1 perms以下、
• Class II: 0.

厚さ51～76mm（2～3インチ）の中密度SPFは通常クラスIIに該当し、厚さ89～140mm（3.5～5.5インチ）の低密度SPFはクラスIIIに該当します。

蒸気リターダーのクラスは、通気性のない屋根裏組み立てを正しく規定するために重要なものです。 通気屋根裏の資格は、IRCセクションR806.4、”Unvented Attic Assemblies “に記載されています。

• 建物の熱外皮に完全に含まれていること、
• 天井側（屋根裏床など）に内部の蒸気遅延器が設置されていないこと、
• 少なくとも 6.3 mm (1/4 in.) が必要であることなどです。
• 木製の帯板またはシェイクと、構造下地の上の屋根下地との間に、少なくとも 6.3 mm (1/4 in.) の通気空間がある；および
• IECC の気候ゾーン 5、6、7、8 では、空気不透過性の断熱材は蒸気遅延器、または蒸気遅延器が断熱材に直接接して設置されています（これは低密度 SPF に該当する)。

構造屋根下地直下の断熱材の空気不透過性に応じて、IRCセクションは以下の条件の一つも要求します：

• air-impermeable insulation only (i.e.,.).
• 空気不透過性の断熱材のみ（クローズドセルSPFなど）を構造用屋根下地に直接接触して適用しなければならない。
• 構造用屋根下地の直下に設置した空気透過性の断熱材に加えて、表8（図2）に規定するように、不透過性の硬質ボードまたはシート断熱材を、結露制御用に構造用屋根下地の直上に設置しなければならない、または

R806表に定めるように空気不透過性の断熱材を屋根下地の下地に設置しなければならない。

（このセクションは、ルーフデッキの下側に独立気泡のSPF層を設置し、SPFに直接グラスファイバーのような別の断熱材を設置したフラッシュおよびバットシステムに適用されます。)

Issues with unvented attics
Accceptance of the unvented attics and crawl spaces concept has generated some worry from those unfiliar with the physical properties and moisture-control capabilities of SPF. このようなスペースにSPFを指定する際によく聞かれる懸念は、木製の屋根デッキの下側に独立気泡のフォームを設置すると、ポリウレタンの耐水性により漏水が発見されず、腐敗につながるというものです。 しかし、クローズドセルフォームは液体の水をはじく。 ウッドデッキの割れ目や隙間を塞ぐので、屋根材を通り抜けた水はウッドデッキの上に留まります。

フォームを設置したときに木材の外面が濡れていた場合、乾燥は木材からフォームまでではなく、屋根側から外面に向かって起こります。 これは、発泡体が設置されていない場合でも同じです。 木材が飽和している場合、業界のベストプラクティスでは発泡材を設置しないことになっています。 濡れた木材にフォームを施工した場合、施工者にはそれが明らかであり、セルが開いて密度が低くなり、フォームに水が吸収されることになる。 この場合、雨漏りが内部に現れることになる。 いずれにせよ、屋根システムは定期的に点検し、雨漏りの痕跡やルーフデッキの損傷の可能性を検出する必要があります。

より寒い気候では、SPFはアイスダムの可能性を低減させることができます。 それは暖かい空気が雪を溶かすことができる屋根の下側に到達するのを防ぎ、水が流れ落ち、軒に再凍結する原因となります。 断熱材を室内スタッド壁から軒下空間まで延長することが重要です。 壁の上部で空隙が密閉されていないと、暖かい空気が屋根のデッキの下側を加熱し、寒冷地では氷のダムの原因となる可能性があります。

もう一つの懸念は、屋根裏の下側に断熱材が設置された通気性のない屋根裏で、屋根板の温度が過度に高くなり、屋根板の寿命が短くなることです。

一部のアスファルトシングルのメーカーは、「不十分な屋根裏換気」に基づく保証を明確に除外しています。

カール・キャッシュ（ASTM D08 Committee on Roofingの元議長）が行ったエンジニアリング研究では、屋根裏の換気を前提に、屋根板の温度に影響しうる他の要因と比較して、屋根板の温度に及ぼす影響について調査しました。 キャッシュによれば、

屋根裏の換気は屋根の平均温度を-1.75℃（5F）下げますが、これは屋根板の色や屋根の向きによる影響が3分の1、地理的位置による影響が36分の1であることを示しています。

もう 1 つのよく言われる懸念は、クローズドセル スプレー フォームは蒸気遅延剤であるため、水蒸気がアセンブリに出入りするのを防ぐので、暖かく湿度の高い気候では使用できないということです。この組み合わせにより、内部と外部の環境を分離しながら、水蒸気の流れを制御することができます。 その結果、結露を防ぐのに十分なSPF断熱材がある限り、建物外壁内の結露をよりよく制御することができます。 ほとんどの場合、暖地と混合気候では12.7〜25mm（0.5〜1インチ）のSPFで十分であり、寒冷地では38〜63.5mm（1.5〜2.5インチ）が必要とされます。

グラスファイバーやセルロース断熱材で覆われた独立気泡のスプレーフォームのようなハイブリッド断熱システムを使用する場合、凝縮の可能性を減らすために、独立気泡フォームの厚さを大きくする必要がある。 濡れた材木にSPFを施工することについては研究が行われています。 Mark Bomber博士の著書「Spray Polyurethane Foam in External Envelopes of Buildings」は、このテーマで行われた研究を報告しています。 この研究では、一般的な建築条件下（含水率28〜35％の木造軸組の上に設置した場合）で独立気泡フォームが含水率19％以下に乾燥するのに約35日かかるのに対し、フォームが取り付けられていない場合は8.5日で乾燥することが証明されています。 また、フォームの気密性が保たれていることも報告されています。

しかし、この記事では、一定の温度勾配を持つ壁の冷たい側にクローズドセル SPF をインストールした場合の結果は報告されていません。

とにかく、SPF 業界は、フォームの接着が影響を受けるため、オープンセルまたはクローズドセルのフォームを濡れたり湿った表面にスプレーすることを推奨していません。 塗装やコーティングの用途と同様に、あらゆる種類のSPFを受ける基材は比較的乾燥している必要があります（例えば、最大18％の含水率での木材）。 これは水分計で簡単に確認することができます。 液体が水分と反応し、色の変化や泡の立ち上がりの悪さを引き起こすためです。

結論
結論として、通気型または非通気型の屋根裏アセンブリを使用するかどうかを決定する場合、1つのサイズがすべてに適合するわけではありません。 また、「錆びない」ということは、「錆びる」ということでもあります。 換気するかしないかの決定に影響を与える変数には、

• 内外の温度と湿度、
• HVAC とダクトの種類、
• 想定される蒸気駆動、
• 建築材料、
• 建物タイプ、
• 構造構成、および
• 建築規則があります。

設計者は、計画を作成し、最終的な提案を行う前に、これらすべての要因を考慮することが重要です。

注
1 ASTM 283に従って、75 kPaで2 L/m2 未満の空気を通すようにテストされた材料。 (上に戻る)

Mason KnowlesはMason Knowles Consulting LLCの社長で、教育/トレーニング、トラブルシューティング問題の応用、技術サービスや記事、スプレーフォーム業界に特化したプレゼンテーションの提供を専門としています。 彼は、請負業者、スプレーポリウレタンフォーム（SPF）および機器メーカー、業界団体の幹部としてスプレーフォーム業界で42年の経験を持っています。 ノウルズ氏は、ASTMのSpray foam Roofingに関する小委員会と、ASTM C 1029, Spray-applied Polyurethane Foam Specificationを担当するASTM Task Groupの議長を務めている。 また、Sprayed Polyurethane Foam Association（SPFA）公認の建築物および屋根の検査官であり、アプリケーターおよび検査官向けのSPFAコースのインストラクターでもある。 ノウルズは、国際コード協議会（ICC）、RCIインターナショナル、米国断熱工事業者協会（ICAA）、SPFA、建物密閉技術・環境協議会（BETEC）、Roofing Industry Committee on Weather Issues（RICOWI）のハリケーンおよびひょう害調査チームのメンバーでもある。 彼の連絡先は、[email protected]。

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