JP2006097439A - 放熱材料、それを有する放熱構造体、および放熱構造体の温度上昇を抑制する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高いヒートアイランド現象抑制効果を有する放熱材料、それを有する放熱構造体、および放熱構造体の温度上昇を抑制する方法を提供することを目的とする
【解決手段】吸水率６〜２０％の微細な瓦破砕材からなり、吸水された水の気化熱により温度上昇を抑制する放熱材料である。また、土台の上部に前記放熱材料からなる路盤層、該路盤層の上部に透水係数が０．０１〜１ｃｍ／秒である最上層を有する放熱構造体であって、路盤層の厚さが２〜２０ｃｍである放熱構造体である。
【選択図】なし

Description

本発明は、放熱材料、それを有する放熱構造体、および放熱構造体の温度上昇を抑制する方法に関し、詳細には、吸水された水の気化熱により温度上昇を抑制する放熱材料、それを有する放熱構造体、および放熱構造体の温度上昇を抑制する方法に関するものである。

都市部では、郊外と比べて気温が高くなっており、この現象は、地図上に等温線を描くと、あたかも都市を中心とした「島」があるように見えることから、ヒートアイランド現象と呼ばれている。

その原因としては、道路が、昼間の太陽の熱射で深層まで高温となり、その蓄積された熱が夜間に放出されること、緑地の減少により、水分の蒸発による気温低下が少ないこと、都市への人口の集中により、自動車の排気ガスの増大およびエアコンの大量使用などエネルギーの使用量が増え、排熱量が増加すること、高層建物などの壁面で多重反射するため、都市の構造物が加熱され易くなることなどが、あげられる。このように、ヒートアイランド現象とは、都市における人工化の過剰な進展から生ずる熱大気汚染であり、重大な環境問題となっている。

なかでも、都市面積の１０〜２０％を占める道路舗装は、アスファルトやコンクリートで覆われているため、蒸発散が抑制され、夏季には高温化しやすいことから、ヒートアイランド現象に与える影響が比較的大きいと言われている。さらに、前記のとおり、日中に大量の熱を蓄積するため、夜間になっても表面温度が気温より高く、外気を加熱することが指摘されている。これは、従来の舗装道路は、水密性を高め、雨水をはじいて脇の溝から排出することを重点においた構造となっているためである。

近年、雨天時のすべり抵抗性の向上（ハイドロプレーニング現象の緩和）、水はねおよび水しぶきの緩和による視認性の向上、雨天夜間時におけるヘッドライトによる路面反射の緩和、雨天時における路面表示の視認性の向上、および車両走行による道路交通騒音の低減（エンジン音や、エアポンピング音を空隙内に吸収する）などを目的として、排水性舗装が多く施工されるようになっている。

排水性舗装とは、空隙率の高い多孔質なアスファルト混合物などを表層および／または基層に用い、その下に不透水性の層を設けることにより、表層および／または基層に浸透した水が、不透水性の層の上を流れて排水処理施設に速やかに排水され、路盤以下へは水が浸透しない構造としたものである。しかしながら、排水性舗装は、雨水を排水溝に流すため、豪雨時の貯水効果、地下水の涵養、およびヒートアイランド現象抑制などの効果が期待できない。そこで、環境改善の観点から、路盤および路床を通じて雨水を地盤へ戻すことのできる透水性舗装の施工が求められている。

透水性舗装は、透水性を有する材料を用いることにより、雨水を表層、基層および路盤を通して、路床に浸透させる。具体的には、表層および基層に透水性アスファルト混合物または透水性コンクリートを用い、路盤には透水性の高いクラッシャランなどが用いられる。しかし、この透水性舗装は、雨水の浸透により強度低下を起こすと考えられ、大きな荷重が加わる車道にはあまり採用されていない。そこで、特許文献１には、フィルタ層として、自硬性を有する水砕スラグを用いることにより、従来の砂によるものでは不可能であった重交通車道にも好適に用いることができる透水性舗装構造が開示されている。

しかしながら、水砕スラグは、吸水率が低いため、ヒートアイランド現象の抑制効果が十分でないという問題がある。さらには、長期間にわたって水が浸透する舗装構造に使用するため、その安全性が懸念される。また、現状の透水性舗装は、雨水をすみやかに路床に浸透させることを目的としているため、高い透水性能を有する構造となっている。そのため、水分は短時間のうちに路盤に浸透するか、蒸発してしまい、ヒートアイランド現象の抑制という効果を十分に発揮することができない。

また、都心部の面積の多くは、コンクリートなどからなる建築物（ビル）が占めているため、ヒートアイランド現象を抑制する点において、この建築物からの放熱を無視することはできない。そこで、これら既設建物の屋上緑化に対して、関心が寄せられている。

しかし、交通規制および荷上げ作業など、その労力と費用負担が非常に大きいこと、積載荷重、地震対策、および植物の根の繁殖と湿潤による防水コンクリートの劣化など、建物への負荷が大きくメンテナンスが大変であること、また、前記問題により撤去する場合、その労力が施工の約１．５倍であることなどから、とくに既設建物への屋上緑化は、あまり定着していない。

特開２０００−３１９８１１号公報

本発明は、高いヒートアイランド現象抑制効果を有する放熱材料、それを有する放熱構造体、および放熱構造体の温度上昇を抑制する方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、吸水率６〜２０％の微細な瓦破砕材からなり、吸水された水の気化熱により温度上昇を抑制する放熱材料に関する。

前記瓦破砕材の平均粒径が０．１μｍ〜３０ｍｍであることが好ましい。

また、土台の上部に前記放熱材料からなる路盤層、該路盤層の上部に透水係数が０．０１〜１ｃｍ／秒である最上層を有する放熱構造体であって、路盤層の厚さが２〜２０ｃｍである放熱構造体に関する。

最上層が瓦破砕材からなることが好ましい。

また、土台の上部に前記放熱材料からなる路盤層、該路盤層の上部に透水係数が０．０１〜１ｃｍ／秒である透水性アスファルト層を有する透水性アスファルト舗装体に関する。

さらにまた、吸水率６〜２０％の微細な瓦破砕材を放熱構造体に使用し、瓦破砕材に吸水された水の気化熱により、放熱構造体の温度上昇を抑制する方法に関する。

高い吸水性を有する瓦破砕材を放熱材料として用いることにより、ヒートアイランド現象を抑制する効果が非常に大きい。さらに、アスファルトまたはコンクリートなどの被覆物に、その放熱材料を使用して放熱構造体としたことにより、舗装道路または建築物の屋上などに適用することができる。

本発明の放熱材料は、吸水率６〜２０％の微細な瓦破砕材からなり、吸水された水の気化熱により温度上昇を抑制するものである。すなわち、雨天時などに水分を吸収し、晴天時にその水分が蒸発する時に気化熱を奪うことにより、表面温度の上昇を抑制する。

瓦破砕材に使用する瓦は、とくに限定されず、原料の粘土を所定形状に成形して施釉したのち焼成した粘土瓦、水硬性セメントなどの無機凝結硬化材などを含む組成物をプレス成形加工したのち養生したコンクリート瓦、セメントに砂および水を混ぜて所定形状にプレス加工したのち養生した厚形スレート瓦、またはモルタル瓦などがあげられる。なかでも、粘土のみで形成されており、十分な吸水性を有する点で、粘土瓦が好ましい。

前記材料で形成されている瓦は、スラグなどと比較して安全性が高いと考えられるため、植物への水分補給、地下水の涵養、自然の水循環、および植生・地中生態の改善などという効果の期待される透水舗装構造に適している。また、産業廃棄物として大量に廃棄される廃瓦の再生利用を可能とするため、環境保全という観点からも有意義である。

瓦破砕材の吸水率は、６〜２０％であり、好ましくは１２〜２０％、より好ましくは１６〜１８％である。

ここで、吸水率は、以下の式により求められる。

表面乾燥飽和状態：表乾状態
絶対乾燥状態：１１０℃を超えない温度の炉内で定重量となるまで乾燥した状態

また、瓦破砕材の平均粒径は、０．１μｍ〜３０ｍｍであることが好ましく、０．１μｍ〜２０ｍｍがより好ましい。

このような瓦破砕材からなる本発明の放熱材料は、道路などの路盤材、舗装材、または家屋の壁材および屋根材などに使用することができる。

本発明の放熱構造体は、土台の上部に前記放熱材料からなる路盤層、該路盤層の上部に透水係数が０．０１〜１ｃｍ／秒である最上層を有する放熱構造体であって、路盤層の厚さが２〜２０ｃｍである放熱構造体である。

前記放熱構造体としては、車道および歩道などの一般道路、市街地道路、住宅地道路、」住宅団地敷地内道路、建物周辺、駅前広場、駐車場、自然道、農道、遊歩道、ジョギングコース、公園、庭園、遊園地、ゲートボール場、コミュニティ道路、法面保護および墓地などの舗装、一般家屋および公共建築物などの屋上、および外壁などとして使用することができる。

図１に、一般道路の場合における放熱構造体の断面を表わす模式図を示す。

土台１とは、前記放熱材料からなる路盤層２を敷設する際の基礎となる部分であり、舗装道路の場合には、原地盤であってもよいが、必要な支持力を有しない場合には、セメントおよび石灰などの安定材を添加、混合して安定処理を施されたもの、または構築路床であることが好ましい。家屋の場合には、既設の屋根材および外壁材である。

路盤層２とは、本発明の放熱材料からなり、雨水を吸収して保持する層である。透水性舗装道路の場合は、クラッシャラン層として用いられる。

従来クラッシャラン層に使用されていた山砂の吸水率が１％程度であるのに対して、本発明の放熱材料は、非常に高い吸水率を有している。このため、雨水を保水し、日中、舗装が加熱されたときに、保持している水を蒸発させて、路面の温度を下げることができ、ヒートアイランド現象の抑制に大きな効果を示す。そして、この効果は、放熱材料が高い保水性を有するために、長期間にわたって持続する。

この良好な保水性および吸水性は、本発明で使用される瓦が１５％という高い空隙率を有することによる。また、透水性および排水性なども有している。その他の多孔質材として、軽石、炭、ガラスおよび製紙スラッジなどがあげられるが、これらは修正ＣＢＲ試験の規格値４０を満たさず、舗装構造には適さない。

前記路盤層の修正ＣＢＲ試験の規格値は、下限は４０が好ましく、６０がより好ましい。また、上限は、１２０が好ましく、９０がより好ましい。修正ＣＢＲ値が、４０より小さいと、強度が小さく舗装構造には適さない傾向にあり、１２０をこえると、空隙がなく、保水性および吸水性が減少する傾向にある。

また、前記路盤層は、土台の上に本発明の放熱材料を敷設することにより得られる。

敷設される放熱材料の厚みは、２〜２０ｃｍが好ましい。厚みが２ｃｍより小さいと、不動沈下する傾向にある。なお、主に人が通行するなど、荷重が小さい場合には、厚みは２〜１０ｃｍがより好ましく、とくには５ｃｍ程度であることが好ましい。また、車道など大きな荷重が加わる場合には、厚みは、５〜１５ｃｍがより好ましく、とくには１０ｃｍ程度であることが好ましい。

路盤層の上部に設けられる最上層３は、透水係数が０．０１〜１ｃｍ、より好ましくは０．４〜１ｃｍ、さらに好ましくは０．４７４〜０．６５１ｃｍ／秒の透水性を有するものであればとくに限定されない。例えば、透水性アスファルト混合物、透水性コンクリート、ポーラスコンクリートまたはインターロッキングブロックなどが使用される。なお、この最上層に、瓦破砕材を使用する、または、瓦破砕材を骨材として混合すると、ヒートアイランド現象をさらに抑制することができる点で好ましい。

透水係数が０．０１ｃｍ／秒より小さいと、透水性が低くなりすぎ、水が舗装構造に浸透しにくくなる傾向にあり、１ｃｍ／秒をこえると、透水性が高くなりすぎる傾向にある。

最上層３に瓦破砕材を使用する場合、その吸水率は、６〜２０％であることが好ましい。また、平均粒径は０．０１〜３０ｍｍであることが好ましい。

さらに、粒度の異なる瓦破砕材を複数使用して、それぞれを積層して最上層としてもよい。図２は、粒度の異なる２種の瓦破砕材を使用して、それぞれ３ａ層および３ｂ層を形成した例を示している。具体的には、平均粒径０．０１〜３０ｍｍの瓦破砕材を２ｃｍの厚さで敷設してなる３ａ層、および、平均粒径０．０１〜１０ｍｍの瓦破砕材を４〜６ｃｍの厚さで敷設してなる３ｂ層からなる例があげられる。

本発明の放熱構造体からなる舗装道路は、ヒートアイランド現象を抑制する効果に優れるだけでなく、地下水の涵養、地盤沈下の防止、湧水の保全復活、土の活性化、地中生物の生態系の保護、樹木の発育促進、都市植栽環境の改善および植生の保全など、幅広い自然環境保全効果を有する。また、水溜りおよび水はねがなくなるため滑りにくくなったり、交通騒音の低減が期待できる。

さらに、本発明の放熱構造体を有する建築物は、放熱構造体が断熱材と同じ効果を発揮するため、冷房コストの低減、建築物の劣化防止などの効果が期待できる。

放熱構造体の別の形態としては、屋上緑化のためのパネルがあげられる。

具体的には、瓦破砕材を成型して得られるパネル状物に、保水材、肥料成分および土壌材料などの充填材を混合した粉体に振動を与えて、または前記粉体に水分を加えてスラリーあるいはペースト状にして、充填させることにより得られる。さらに、前記充填材に種子を混合してもよい。

前記保水材としては、有機質または無機質のものが使用できる。前記パネルは、瓦破砕材に充填材を充填させて得られるため、瓦自体の空隙率が減少することになる。その分の保水性を補い、さらに中期的な保水性を確保するために、高保水性能を有するものが好ましい。

また、一般的には、商品名グリーンフィル（日本化学工業（株）製）などの、前記保水材に肥料成分を加えたものが使用される。

前記土壌材料としては、固相率（土中の固体部分（鉱物粒子）の比率）を増加させず、根の成長空間を確保することができる点で、有機質または無機質のものが好ましい。なかでも、粒子が微細で軽量である点で、ピートモスなどの有機質土壌材料が好ましい。

このように、瓦破砕材を用いたパネルとすることで、瓦の特徴である透水性、通気性および軽量などを保持したまま、保水材を充填することにより、高い保水性を付与することができる。さらには、プレキャストパネル方式により施工することができるので、施工が簡単となる。

また、実際の施工にあたっては、植生基盤となる土壌などの充填材の流出を防止するため、およびより高い冷却効果を得るために、前記パネルの下に、低空隙で貯水効果の高い層を設けることが好ましい。

さらに、放熱構造体の別の形態としては、緑化せずにヒートアイランド対策のみを目的としたパネルがあげられる。このパネルは、瓦破砕材を成型して得られるパネル状物に、保水材粉体に振動を与えて、または前記粉体に水分を加えてスラリーあるいはペースト状にして、充填させることにより得られる。

実際の施工にあたっては、雨水流出の低減および遅延のために、前記パネルの上に低空隙浸透層を設け、さらに、保水水分の緩慢蒸発による建物冷却のために、前記パネルの下に低空隙貯水層を設けることが好ましい。

これらパネルの設置にあたっては、建物屋上の防水コンクリートに負担を与えないよう、パネルと屋上との間に隙間を設けることが好ましい。さらに、強風対策のために、パネル同士を連結する、または固定具によりパネルを固定することが好ましい。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
最上層（１０ｃｍ）：粘土瓦破砕材（透水係数０．４９５ｃｍ／秒、粒径２〜１０ｍｍ、空隙率１５％（水中飽和法））、路盤層（１０ｃｍ）：粘土瓦破砕材（粒径０．０１〜４０ｍｍ、空隙率１５％（水中飽和法））、土台：土からなる透水性舗装体とした。

実施例２
最上層を透水性アスファルトとしたこと以外は、実施例１同様にして透水性舗装体とした。

［路盤層の吸水率］
路盤層で使用した瓦破砕材について、その質量を８日間、１日２回測定し、吸水率を以下の式より求めた。

表面乾燥飽和状態：表乾状態
絶対乾燥状態：１１０℃を超えない温度の炉内で定重量となるまで乾燥した状態

その結果、瓦破砕材の平均値は１７．０９％であった。

［路盤層の修正ＣＢＲ測定］
路盤層で使用した瓦破砕材について、ＪＩＳ−Ａ−１２１１に準じて測定を行なった。その結果、修正ＣＢＲは８７．３であった。

［強度測定］
インターブロッキングブロック舗装施工要領にしたがって測定した。

［ヒートアイランド抑制効果］
ヒートアイランド対策としての本発明の舗装体の有効性をみるために、実施例１および２の舗装体を並べて置き、アルベド（日射量のうち、地表面が反射する割合）、舗装表面および舗装下部の温度について、以下の方法により測定を行なった。

日時：２００４年８月３０日、３１日
場所：京都市内の日当たりのよい建物の屋上
アルベド測定：アルベドメーター（英弘精機（株）製）および放射収支計（ＣＰＲ−Ｑ７、ＲＥＢＳ社製）を地表高さ約１ｍの位置に設置して、８月３０日の午前１０時３０分から午後６時まで測定した。結果を図３に示す。
温度測定：熱電対およびＴＤＲセンサーを、それぞれの舗装体最上層の上部および下部、さらに、土台の上部および下部１５ｃｍのところに、また、地中熱流板（ＣＰＲ−ＰＨＦ−０１、ＲＥＢＳ社製）を、それぞれの舗装体最上層の上から２ｃｍおよび８ｃｍのところに埋めて測定した。他に使用した機器を以下に示す。

地中温度計（ＥＣＨＯ Ｔｅｍｐ、Ｄｅｃａｇｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．製）
含水率計（ＥＣ−２０、Ｄｅｃａｇｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．製）
熱特性センサー（ＣＰＲ−ＴＰ０１、ＲＥＢＳ社製）

結果を図４に示す。図中、ａ−１およびｂ−１は、それぞれ実施例１および２の舗装表面温度、ａ−２およびｂ−２は、それぞれ実施例１および２の舗装下部温度を示している。

なお、参考のため、測定日（８月３０日および３１日）午前８時から午後５時までの日射量の測定結果を、図５に示す。

その結果、アルベドについては、大きな差は見られなかった。

一方、表面温度については、瓦舗装の方が最高温度で４．５℃低い結果となった。これは、瓦は吸水性を有しているため、潜熱フラックス（水の蒸発による効果）が大きいこと、および、アスファルトに比べて熱容量が大きいことによるものだと考えられる。

一般道路の場合における放熱構造体の断面を表わす模式図である。 最上層が３ａ層と３ｂ層とからなる本発明の放熱構造体の一例の断面を表わす模式図である。 アルベド測定の結果を示すグラフである。 舗装表面および舗装下部の温度変化を示すグラフである。 日射量の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 土台
２ 路盤層
３ 最上層

Claims (6)

1. 吸水率６〜２０％の微細な瓦破砕材からなり、吸水された水の気化熱により温度上昇を抑制する放熱材料。
2. 前記瓦破砕材の平均粒径が０．１μｍ〜３０ｍｍである請求項１記載の放熱材料。
3. 土台の上部に請求項１または２記載の放熱材料からなる路盤層、該路盤層の上部に透水係数が０．０１〜１ｃｍ／秒である最上層を有する放熱構造体であって、路盤層の厚さが２〜２０ｃｍである放熱構造体。
4. 最上層が瓦破砕材からなる請求項３記載の放熱構造体。
5. 土台の上部に請求項１または２記載の放熱材料からなる路盤層、該路盤層の上部に透水係数が０．０１〜１ｃｍ／秒である透水性アスファルト層を有する透水性アスファルト舗装体。
6. 吸水率６〜２０％の微細な瓦破砕材を放熱構造体に使用し、瓦破砕材に吸水された水の気化熱により、放熱構造体の温度上昇を抑制する方法。

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