レオン・グリックスマンは、エネルギー効率の向上を念頭に置いて建物を設計しており、MITの多くの同僚と同様に、ハイテクなポートフォリオを持っています。彼は断熱性能を高めるエアロゲルパネルと、建築家の判断を支援するソフトウェアパッケージを開発しています。建築学と機械工学の教授である彼は、世界中で既存建物の改修と新築の両方にこれら両方が必要になると述べています。
しかし、こうした応用は魅力的であるものの、グリックスマンは、解決策が研究室から生まれる必要はないと付け加えています。窓を開けるという基本的な行為が答えになることもあり、重要なのはいつそれを行うべきかを知ることです。システムを最適に運用する方法や、別のアプローチの有効性を実証する方法についての、そうした啓発こそが、彼のあらゆる研究の根底にあるのです。
目に見えないことの問題
グリックスマンが注力しているのは断熱、特に壁を通じた熱の流れ（およびその損失）の制御です。最適ではない熱流の問題を解決することは比較的容易であり、必要な解決策でもあります。グリックスマンによれば、中国だけで年間1,000万戸の住宅が建設されており、10年後には同国の追加床面積が全欧州諸国の合計に等しくなるとのことです。インドも野心的な住宅建設事業に取り組んでいます。こうした差し迫った建設を前に、プロジェクトの初期段階で暖房と冷房の問題に対処することが、最も慎重かつ費用対効果の高い方針となるでしょう。
しかし、そうした事前の対応は常に可能とは限りません。米国には1億戸の住宅がありますが、毎年新たに建設されるのはわずか100万戸です。そのため、既存の住宅ストックの改修が必要になります。グリックスマンによれば、壁に断熱材を吹き込むことが比較的簡単な構造物もあるものの、組積造のように、それが許容されない構造物もあるとのことです。
一つの選択肢はエアロゲルの利用です。これは新しい技術ではありませんが、MIT材料科学工学科教授の Lorna Gibsonと共同で、グリックスマンは耐火性の断熱パネルを開発しました。ナノサイズの孔が空気分子を捕捉することで壁を通じた熱伝達を抑え、温かい空気や冷たい空気を室内にとどめることができるため、機械設備の必要性を減らすことにつながります。
この解決策は一見単純ですが、課題は残っています。定性的な面では、断熱材は目に見えないため、あまり注目されず、人々は見た目に魅力的な解決策を好む傾向があると、グリックスマンは述べています。定量的な面では、エアロゲルは軽量である一方、強度に乏しいのです。構造物は、パネルを固定し、その後断熱材を充填できるだけの十分な強度を持つ必要があります。グリックスマンは、このプロジェクトで大手化学企業と協力してきました。同社は採算性を気に入らず、事業を進めていませんが、「しかし、エアロゲルをそうした目的で使用するうえで克服すべき課題について、いくらかの前進はあったと思います」と彼は述べています。「エアロゲルの断熱特性と、従来の壁パネルの構造的剛性を組み合わせることができました。」
グリックスマンは、機能するパネルを見つけることは依然として不可欠であると付け加えています。新築・既存の建物の双方において、手頃な価格の断熱材が必要とされています。インドや北パキスタンなどの国々では、暖房や冷房の設備を購入できない人々がいます。住宅が極端な気温によって悪影響を受けるだけでなく、学校は冬の間数か月にわたって閉鎖せざるを得ません。
パネルは二つの機能を果たすでしょう。学校の運営を維持し、機会を提供するとともに、人々の生活水準が向上するにつれ、すでにその技術の利用に投資している状態になるでしょう。「安価な断熱システムを導入するだけで、世界のその地域の教育プログラムを本質的に変えることができるのです」とグリックスマンは述べています。
別の可能性として、MIT Tataセンターの支援を受けた最近のインドでのプロジェクトでは、断熱と構造を組み合わせた新しい屋根の設計を試験しています。自然な夜間換気や外壁の断熱と組み合わせた場合、最も暑い時間帯には室内が外気より摂氏5～7度低くなる兆候が見られるとグリックスマンは述べています。
風を取り込む
技術が必要な解決策となることもありますが、グリックスマンは、それが唯一の解決策ではないと述べています。自然換気を例に取ると、グリックスマンが説明するように、窓を開けることは明白かつ効果的です。障害となるのは、多くの建物がそれを許容していないことです。グリックスマンは、日本と中国の開発業者と協力し、外気を取り込む新しい構造物の開発に取り組んでいます。暖房と空調の設備は残されますが、グリックスマンは複数の要素を組み合わせて用いています。夜間の空気を取り込むファンを設置すること、日中は窓を閉めて涼しい空気を閉じ込めること、そしてコンクリートの床を設置することです。コンクリートの床は、空調を使用せずに快適な日中の室温を維持します。その結果、機械設備への依存は少なくとも半分まで減らせる可能性があり、サンフランシスコやボストンの建物では実際にそうなっているとのことです。
グリックスマンが東京中心部の建物で採用しているもう一つの低技術的な選択肢は、開放的な平面計画です。これに中央ダクトを組み合わせることで煙突効果が生まれ、涼しい空気が循環し、排気を排出できます。この方式は、特に下層階まで風が通るほど十分な風がない場所において、クロスフロー式の自然換気の良い代替案になるとグリックスマンは述べています。
課題は、こうした手法に関する啓発にあります。人々はこれらを効果がないと退けがちですが、根本的な問題は、多くの場合、システムが正しく設計されていないこと、あるいはさらに基本的なレベルでは、正しく運用されていないことにあります。グリックスマンによれば、ある事例では、建物の暖房と冷房の設備が、知らないうちに同時に稼働していたとのことです。その影響は二重です。建物が最高の効率で稼働することは決してなく、また実際の成果が体験されていないため、あらゆる種類の変化に対する懐疑が募るのだと彼は述べています。
好調な出だし
ほとんどの問題と同様に、建物の欠陥を最小化する万能薬は存在しないとグリックスマンは述べています。理想的な世界では、窓、床、家電、照明、暖房および空調システムを初期段階で同時に設置する統合設計が、最も近い解決策になるとのことです。それは理にかなっており、運用上の重複も解消されるでしょうが、この方式には事前により多くの資金が必要です。統合によって増加額は控えめになりうるものの、その支出は、光熱費を負担しない開発業者から出ることが多いのです。
ここでも問題は、啓発と必要なインセンティブを生み出すことに帰着します。中国とインドの場合、そしてインドの建設予測を踏まえると、長期的な効率が、より快適な労働環境と労働者の生産性の向上につながることを政府に訴えることが期待されています。より一般的な訴求もあります。「受動的な手段によって快適な環境を生み出せることが人々に理解されれば、一年中空調に頼ることに、それほど熱心にはならないでしょう」とグリックスマンは述べています。「おそらく、正しい方向へ針を動かし始めることができるでしょう。」
その動きの一環として、グリックスマンは、建築家や設計者が計画を作成する際に、採光レベル、窓の配置、空気の流れ、快適性、省エネ効果に関する異なる性能シナリオを確認できるソフトウェアを開発しました。この技術は最適な設計を決定するものではありませんが、提案を行うものです。
最終的には、より賢明な建設上の判断につながる可能性があり、その後、技術が建物を監視できるようになるかもしれません。欠陥や損失の箇所は、記録され、特定され、修正されうるのです。その解決策は、ある区画の空調を調整することや、夜間に換気口が確実に閉じられているようにすることといった、ごく小さなものかもしれません。エアロゲル断熱材と同様に、必ずしも刺激的なものではありませんが、しばしば最も生産的なものなのです。グリックスマンは次のように述べています。「シンプルであることが、時に最良なのです。」
本記事は、 MIT Newsとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムによる見解を支持することを意味するものではありません。
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執筆者：Steve Calechmanは、The MIT Liaison Programのメンバーです。
画像：ブラジリアにあるプラナルト宮殿の眺め。REUTERS/Ueslei Marcelino.
