窓に結露が出来る原因とは?結露の仕組みから対策を考える

2020.09.11結露
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冬になると窓ガラスに現れる不快な結露。朝起きてカーテンを開けてみると窓ガラスが結露でびしょびしょ、部屋の空気もなんだかじめじめ・・・・。窓拭き作業も一苦労、結露のせいでせっかくの1日のスタートが台無しになってしまう。皆さんもそんなご経験ありませんか?

今回は結露の発生メカニズムと対策についてご紹介していきます。

結露発生メカニズム

キーワードは「湿度」と「飽和水蒸気量」

結露はどうやって発生するのでしょうか。「結露は暖かい空気が冷え飽和水蒸気量を超えてしまうことで発生します」といっても、少し分かり難いですよね。その発生メカニズムを「飽和水蒸気量」と「湿度」という二つのキーワードからひも解いていきます。

空気中に含まれる水蒸気量は、温度が高いほど多くなり、温度が低いほど少なくなります。ある温度において空気中に含むことのできる最大の水蒸気量を「飽和水蒸気量」といいます。そして、「飽和水蒸気量」に対して、実際の水蒸気量の割合を表したものを相対湿度(以下「湿度」)といいます。

分かりやすい例を挙げると、例えばコップとおちょこがあったとします。暖かい空気が含むことのできる水蒸気の量をコップ1杯分、冷たい空気が含むことのできる水蒸気の量をおちょこ1杯分とします。そして、それぞの容器の容量に対して実際に入っている水の量(割合)が湿度となります。

温度と飽和水蒸気量の関係

温度

0℃

5℃

10℃

15℃

20℃

飽和水蒸気量(mmHg)

4.6

6.5

9.2

12.8

17.5

下のグラフを使いながらもう少し詳しく説明していきます。こちらは飽和水蒸気圧曲線といわれ、温度と湿度、水蒸気量の関係を示したものです。

温度と湿度、水蒸気量の関係

例えば、温度が20℃、湿度が60%の状態から、温度だけが15℃に下がったとします。すると、湿度は82%に上昇することが解ります(グラフA点)。さらに温度が下がって、湿度が100%を超えると、空気中の水蒸気は凝縮し霧や水滴に姿を変えます。この時の温度を露点といい、この水滴が結露の正体です。このグラフおけるB点(12℃)は、温度20℃、湿度60%の場合の露点を表しています。

冬になると結露が頻繁に発生するのは、低い外気温によって窓ガラス自体の熱が奪われ、窓ガラスの温度が低くなり易いからで、室内側窓ガラスの表面温度が室内空気の露点温度を下回った場合に結露が発生するのです。朝方に結露が発生しやすいのは、日中よりも外気温が低いことが影響しています。

室内結露の発生条件

結露の発生しやすい場所とは

結露の発生メカニズムについてはお分かりいただけたかと思いますが、どのような場所に結露が発生しやすいのか考えていきたいと思います。まず、真っ先に思いつくのは家の窓ガラスですよね。窓ガラスの結露はカーテンの開け閉めやふと外を眺めた際に目に留まりやすいですし、インパクトも強烈です。

でも実は家の中で結露が起こりやすい場所というのは、窓ガラス以外にもあるんです。

例えば、窓ガラスの枠部分(金属のサッシ部分)や玄関ドア、人目に付きにくい家具の裏やクローゼット・押し入れ、そしてお部屋の隅なども温度差が生じやすいため結露が発生しやすい環境にあるといえます。また暖房機器の種類、加湿器の使用、空調などによっても住宅内部の水蒸気量は変化します。

結露がもたらす弊害(なぜ結露をそのままにしてはいけないのか)

結露をそのまましておくと様々な部分で悪影響を及ぼす可能性があります。今回は結露がもたらす弊害について、人体への影響と建物への影響の二つの側面から考察してみます。

まず、結露によって発生する事象として、「カビ・ダニ」の発生が挙げられます。人体への影響という意味で、「カビ・ダニ」の発生による室内環境の悪化は、シックハウス症候群やアトピー性皮膚炎・アレルギー性皮膚炎、小児ぜんそくなどの症状・疾患の原因の一つといわれています。「カビ」の成長は、温度・湿度・栄養が関係しており、付着した汚れやホコリに結露が付着することや結露によって溶け出した建材や仕上げに使用される接着剤までも栄養分として繁殖します。「カビ」が繁殖すると、今度はそれを食べる「ダニ」が増えることとなります。また、最近では暖房機器や加湿器の普及により「カビ・ダニ」が繁殖しやすい環境になっているともいえます。

一方、建物への影響としては、結露による建材の腐食やさびなどが考えられますが、そのまま放置しておくと耐久性や性能の低下などを誘発するだけではなく、家具や壁紙にも「カビ」・「シミ」などが発生することで傷みが進み、見た目にも良くありません。かびつまり、結露を防止することは衛生環境を改善し、人体や建物に与える悪影響を抑えることにつながるのです。

結露対策

では、不快で健康にも悪い結露をどのように抑制していけば良いのでしょうか?

空気にはもともと水蒸気が含まれているため、まずは結露を助長する水蒸気の発生を抑えることが重要になってきます。とはいえ、日常生活の中には、水蒸気の発生を促し結露を増加させる原因となるものがいくつかありますが、このようなものから発生する水蒸気を抑える必要があります。しかし、目に見えない水蒸気の発生を抑えるのは、とても難しいことです。

そこで効果的なのが、換気です。定期的に窓を開けたり、換気扇を回すなどして室内にこもった水蒸気を、外に逃がしてあげれば、結露を軽減できます。また、お風呂場の扉を開けっぱなしにしないなどの対策も有効ですし、除湿器で調整しても良いでしょう。

■ストーブやファンヒーター

冬場につけるストープやファンヒーターの中で室内排気タイプのものは、灯油やガスを燃焼させているときに大量の水蒸気を発生させます。ストーブやファンヒーターをつけっぱなしにしておくと、部屋の湿度がぐんと高まってしまいます。

ファンヒーター

■洗濯物の室内干し

洗濯物を室内に干すと、洗濯物に含まれる水分が拡散し、結露の原因になります。冬場は、雨が降っていても空気中の水蒸気量は室内よりも低く、洗濯物が直接雨にあたらなければ屋外で干すほうが効果的です。

室内干し

■加湿器

冬場は乾燥しがちなため、加湿器を使用することがよくあります。しかし、過度の使用は禁物。夜間、加湿器をつけっぱなしにしていると、水蒸気が大量に発生し、翌朝、窓は結露でびっしょり濡れてしまいます。

加湿器

そして、もう一つ結露対策を行う上で、忘れていないことは、温度をコントロールすることです。

温度が下がると空気中に含むことができる水蒸気量が少なくなってきてしまうので、冬場に温度差を発生し難くする対策も有効です。具体的には、窓そのものの断熱性能を向上させると、窓ガラスで気温差が発生せず、結露を大幅に軽減させることができます。

窓そのものの断熱性向上には、2枚のガラスの間に空気の層を挟み込んだ複層ガラスや2枚のガラスの間に真空層を挟んだ真空ガラスなどを窓ガラスに使用することが効果的です。

温度差を発生させない窓ガラス「スペーシア」

窓ガラスの断熱性能向上には、複層ガラスや真空ガラスが効果的というお話をさせていただきましたが、中でもとってもおすすめなのが真空ガラス「スペーシア」です。

スペーシアの構造図

真空ガラス「スペーシア」は魔法瓶の原理を窓ガラスに応用した製品で、ガラスとガラスの間に真空層をつくることで、一枚ガラスの約4倍、一般的な複層ガラスの約2倍の断熱性能を実現しています。熱の伝わり方には、「伝導」、「対流」、「放射」の3つがあります。「伝導」と「対流」を真空層によって防ぎ、さらに「放射」を特殊な金属膜(Low-E膜)で抑えることで、高い断熱性能を発揮します。

スペーシア高断熱のしくみ

真空ガラス「スペーシア」なら、真空層と特殊金属膜(Low-E膜)の効果で、室内温度が20℃、室内湿度が60%の場合、複層ガラスでは、外気温度が-1℃で結露が発生しますが、「スペーシア」は、-23℃まで結露の発生を抑えることが可能となります。

また真空ガラス「スペーシア」をお使いいただくことで、快適な室温を逃がし難くし、お部屋の寒さ改善や冷暖房費の削減にも効果的で、通常の一枚ガラスに比べて約40%のエネルギーを削減することができます。しかも今お使いのサッシがそのまま使えるので、サッシそのままでガラスの取替が行えるため、取り付けもとっても簡単です。

まとめ

結露は、このように多くの要因が複雑に作用して発生する現象です。だからこそ、計画的な換気を行い、室内湿度をコントロールすることがとても重要です。換気や除湿などの生活習慣の改善に加え、真空ガラス「スペーシア」などの断熱性能の良い窓ガラスの採用を検討してみてはいかがでしょうか。

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