涼しい家を建てる7つのヒント

この記事は、PopSci の Hot Month の一環として掲載されました。容赦ない日差しから焼けるグリルまで、暑さを感じること (そして涼むこと) は今や日常の一部です。最新の科学、ギア、賢い DIY のアイデアで脳を温めましょう。

過去 1000 年以上にわたり、ペルシャ湾とその周辺には風よけが存在してきました。これらの建築塔は、自然換気と受動冷却の完璧な例であり、持続可能な設計においてますます重要になってきているアイデアです。建築家や環境保護主義者が、従来のエネルギーを大量に消費する暖房、換気、空調システムからの脱却を目指す中、風よけは、新しい気候の現実に対する解決策として、建築設計と環境の融合を示す好例です。

最近の猛暑の記憶だけでは動機付けが足りないというなら、環境保護庁のデータによると、アメリカ本土のほとんどの州では、サーモスタットの数字が上がることしか予想できない。アメリカで記録された最も暑い年のトップ10のうち8つは1998年以降に発生しており、2012年と2015年が1位と2位を占めている。今年は4番目に暑い年だった。そして、この問題に対処するには、HVACシステムを使わない方法がある。

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夏の間涼しく過ごすには、建物の要素が太陽エネルギーとどのように相互作用するかをコントロールすることが重要です。これにより、家のデザインが決まります。

「パッシブソーラーデザインとは、建物を設計する際に、基本的に自然に調整して、より住みやすい場所にするためにできることすべてです」と、50年近く持続可能なデザイン運動に携わってきた建築家のデイビッド・ライト氏は言います。パッシブソーラーデザインの原則は、私たちが快適に過ごせると同時に電気代が急騰するのを防ぐことができる家を建てる上での核心です。

1. 場所を念頭に置く

すべての気候が同じように作られているわけではありません。ボストンとオースティンで家を建てる場合、それぞれに独自の制約と課題があります。西部の山火事から東部のハリケーンまで、あらゆる種類の環境の脅威に直面しているため、私たちの家は差し迫った気候危機を念頭に置いて建てられなければなりません。

理想的なシナリオでは、家は自然に発生する風のパターンをうまく利用できるような向きに配置されます。夏の風がどの方向に吹くかを把握することで、家を自然に冷やすために入り口と窓をどこに配置すればよいかをより適切に計画できます。

2. 日陰を活用する

家の中に入る前に、外を直射日光から守る努力をするのが効果的です。木々に囲まれた場所に住んでいるなら、木々は自然の優れた覆いを提供してくれます。特に落葉樹、季節ごとに葉を落とす木々は、アイスクリームやレモネードの季節には太陽光を遮り、暖かい光が欲しいときには冬の太陽を取り入れるのに効果的です。

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地形が許せば、最も控えめに言っても、地中に埋もれた家を建てることもできます。こうした家は、完全に地中に埋もれているか、壁や屋根などの構造物が土に接して建てられています。これは、特にエネルギー効率と費用効率に優れた（少なくとも長期的には）極端な気候に対抗する方法です。便利な丘陵斜面がない場合は、キャンバス、日よけ、張り出しなどの保護カバーを設置して、太陽が家の屋根や壁に直接当たらないようにすることができます。張り出しの深さを知ることは非常に重要です。深すぎると冬の太陽が届かず、浅すぎると夏の暑さが強すぎます。適切な寸法は、場所によって異なります。オンラインで利用できる多くのツールやガイドを使用して自分で計算することもできますし、検索を省略して建築家に詳細を尋ねることもできます。

3. 窓を戦略的に配置する

窓は、家の換気と冷房に関して最も重要なツールかもしれません。具体的には、クロスベンチレーションは、互いに向かい合うように同じ大きさの窓を作ることで、空気が家の中に吸い込まれ、熱を蒸発させて体を冷やし、反対側の窓から外に出るという概念に基づいています。これにより、心地よい自然な風が生まれます。クロスベンチレーションをうまく行うには、風がどこから来ているのかを把握することが重要です。

「西側と南側の窓を開けて風を取り込み、風を外に逃がす必要があります」と、カーネギーメロン大学の建築学部の元学部長で建築学教授のビバン・ロフトネス氏は言う。「開けられる窓が多ければ多いほど、家の中を流れる風は多くなります。しかし、風を速くしたいなら、風上側の窓を少なくし、風下側の窓を多く開けるべきだというのが一般的な経験則です。」

ロフトネスとは、流体力学で使用される原理であるベンチュリー効果を指し、高層ビルの間の風洞のような狭い開口部に風が押し込まれると風速が増すことを意味します。風が小さな開口部から家の中に引き込まれると、家の中で風速が増し、そよ風がより強く感じられます。

窓の位置も非常に重要です。南向きや北向きの窓に日陰を作るのは、東向きや西向きの窓に日陰を作るよりもはるかに簡単です。これは、太陽が東から西に沈むとき、午後にはずっと低い角度で窓から差し込むからです。

「よほど素晴らしい景色がない限り、ただでさえ暑い午後遅くに大量の太陽熱を浴びるような状況に人々を置くのは許されない」とロフトネス氏は言う。

4. 動く空気の柱を作る

化学と物理学の基本原理をいくつか利用することで、家の中の空気の流れを変えることもできます。設計者がスタック効果と呼ぶものを利用して、熱気を家の上部に引き寄せ、人が生活し、食事をし、眠る地面近くに溜まらないように移動させることができます。熱気は冷たい空気よりも密度が低いため上昇します。そのため、高い天井と狭い開口部を通る換気塔を作り、熱気を塔に送り込みます。この動きにより、密度が高く地面に近い冷たい空気が下層の生活空間に引き込まれます。

このタワーは、高窓（天井近くに設置）や天窓などの高い位置に窓を配置するか、単に部屋の他の部分よりも天井が高いアトリウムなどの空間を作成することで作成できます。頂点の高さと地面の高さの差が大きいほど、効果は大きくなります。すでに屋根裏部屋がある場合は、屋根裏部屋のハッチを作成することもできます。古い空気を循環させないようにするには、窓を開けて新鮮な空気を取り入れます。（厄介な虫のために窓の網戸を忘れないでください。）

5. 屋根材を賢く選ぶ

屋根に断熱材を入れましょう。ついでに塗装もしましょう。屋根裏を含む家の上部を断熱すると、屋根に当たる太陽光によって蓄積される熱が住宅内に入り込むのを防ぎます。夏の太陽に対する保護層がさらに増えます。屋根を反射材で作ることも、屋根から吸収される熱を減らすためのもう 1 つの方法です。ビーチの白いリネンのように、これは歴史的に明るい色の材料を使うことを意味してきました。しかし、白い屋根は、ほとんどの住宅所有者の美的欲求リストの一番上にあるとは限りません。

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「現在、屋根業界では、反射率の高い暗い色の屋根板の開発が進められています」とロフトネス氏は言います。「言い換えれば、色と反射率はかつては窓と同じでした。かつては選択肢は 1 つだけでした。反射率を高めたいなら、白い屋根を葺くしかありませんでした。しかし今日では、白ではないけれども実際に反射率の高いコーティングを作る方法が編み出されました。」

6. 壁を厚くする

うだるような暑さの夏を思い浮かべると、地中海の別荘やアラビアの砂漠の住居のイメージが頭に浮かぶのには理由があります。これらの家は伝統的に、常に高い温度に耐えられるように建てられてきました。また、木造の建物や屋根裏部屋がほとんどないことにも気づくでしょう。これは、コンクリートなどの重くて厚い素材の方が熱容量が大きいため、日中に余分な熱を蓄えることができ、夜遅くに冷たい空気によってその熱が取り除かれるからです。このプロセスを通じて、コンクリート、石、レンガなどの素材は、本来であれば家の中の空気に伝わるはずの熱を蓄える能力がはるかに大きいため、家をパッシブに冷やすのに適しています。

7. 未来を見据えたデザイン

私たちは、異常に暑い夏が数回来ることだけを想定して設計しているわけではありません。気候変動の温度計は上昇する一方です。今建てる家は、今後数十年でさらに多くの暑さに耐える必要があります。極端な気温でも涼しく過ごせるように設計することは、汚染物質を排出するエネルギー システムへの要求を軽減するために私たちが取れる手段の 1 つにすぎません。設計がより巧妙になり、環境に配慮するようになるにつれて、人工的な冷却や連邦政府のエネルギー システムへの依存はますます少なくなります。

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ロフトネス氏が説明するように、持続可能性を設計し始めると、回復力のある家を設計し始めます。嵐や火災により電力の信頼性が脅かされるため、回復力はますます重要になります。近いうちにエアコンのない状況に陥る可能性もありますが、そのときにいきなりエアコンを断つのではなく、今から人工的な冷却に頼らない家を設計することができます。

「自宅の電気が1週間も止まったらどうなるか想像してみてください。自宅にはセントラル空調システムが設置されていますが、日よけはほとんどなく、あるいはまったくありません」と彼女は説明します。「多くの場合、窓の多くは開かなくなります。玄関を開けても、10年間閉ざされたままの窓が1つか2つあるかもしれません。午後にその家に留まるのは、あるいはそもそも家にいることさえ困難でしょう。ですから、回復力は私たちにとって理解すべき重要な言葉です。なぜなら、停電にはさまざまな理由があるからです。」

この投稿は更新されました。元々は 2021 年 5 月 12 日に公開されました。