建物屋上の冷却システム

【課題】ヒートアイランド現象の緩和を目的とした、軽量で管理が少なくて済み、かつ、その冷却効果を簡易的に評価することができる建物屋上の冷却システムを提供する。
【解決手段】天面が開口した底の浅い貯水槽３の底面に、上面７と下面８を連通する水分吸収用の微細孔を有する複数枚の多孔体２を敷設して、多孔体２の上面７が外気に露出するような高さに貯水槽３内の水位を維持する。毛細管現象により多孔体２の下面８から吸い上げられて、多孔体２を湿潤する水５が、上面７から蒸発する際の気化熱を利用することにより建物屋上の冷却を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビルなどの屋上を有する建物の冷却、特にヒートアイランド現象を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市の中央部の気温が郊外に比べて島状に高くなる現象、いわゆるヒートアイランド現象が環境問題の１つとして注目されている。
【０００３】
このヒートアイランド現象は、熱中症や睡眠障害など人への健康影響、植物の開花時期など生態系への影響、また冷房負荷の増大による夏季電力消費の増加などの様々な影響を与えている。
【０００４】
ヒートアイランド現象の原因として、地表面被覆の人工化、人工排熱の増加、及び都市形態の変化などが挙げられているが、その対策の１つとして、ビルなどの建物の屋上に人工の地盤をつくり、そこに植物を植えて緑化するという、いわゆる屋上緑化が行われている。
【０００５】
この屋上緑化を施した建物においては、緑化による熱的な効果により、反射熱の減少や夏季の冷房の削減が可能になるため、ヒートアイランド現象の緩和につながることが期待されている。（例えば、非特許文献１を参照。）
【非特許文献１】ヒートアイランド対策関係府省連絡会議、”ヒートアイランド対策大綱”、［online］、平成１６年３月３０日、環境省環境管理局大気環境課大気生活環境室、［平成１７年５月１３日検索］、インターネット＜URL:http://www.env.go.jp/air/life/heat_island/taikou.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、屋上緑化においては、植物の生育に必要な相当量の土壌又は人工土壌を確保しなければならないことから、屋上には大きな荷重がかかり、建物への負担が大きくなるため、建物の構造によっては屋上緑化を施すことができないという問題がある。
【０００７】
また、植栽された植物への水やりや手入れなどの管理に手間がかかるという問題もある。
【０００８】
更に、屋上緑化による建物の冷房効果は、土壌の断熱効果、土壌に含まれる水分の蒸発、植物の蒸散効果、及び緑陰による効果などの様々な熱的効果の相乗的な結果として表れるため、その冷房効果を評価することが極めて困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、軽量で管理の手間が少なくて済み、かつ、冷却効果の評価を簡易に行うことができる建物屋上の冷却システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１にかかる建物屋上の冷却システムは、天面が開口した薄い貯水槽の底面上に、一方の面と他方の面とを連通する水分吸収用の微細孔を有する多孔体を敷設してなる建物屋上の冷却システムであって、前記多孔体の上面が常に外気に露出する程度に前記貯水槽に供給された水を備え、前記微細孔による毛細管現象により前記多孔体は前記水で湿潤される建物屋上の冷却システムである。
【００１１】
このような建物屋上の冷却システムによれば、毛細管現象により多孔体内の微細孔に吸い込まれた貯水槽の水が、その上面から外気中に蒸発する際の潜熱（気化熱）により冷却効果を生じさせることができる。
【００１２】
また、貯水槽と多孔体とからなる簡易な構成であるため、軽量で管理の手間が少なくて済むとともに、気化熱という単純な物理現象を利用して冷却をおこなうため、冷却効果を容易に評価することができる。
【００１３】
請求項２にかかる建物屋上の冷却システムは、外表面の一部分を防水処理した前記多孔体を湿潤して、建物の屋上に敷設してなる、建物屋上の冷却システムである。
【００１４】
このような建物屋上の冷却システムによれば、貯水槽を不要とすることができるため、建物屋上の冷却システムの更なる軽量化を図ることができる。
【００１５】
また、防水処理面の大きさを変えることにより、冷却システムの保水量と蒸発量とを調整することができるため、気象条件や必要な冷却性能に合わせた効率的な冷却システムの構築が可能となる。
【００１６】
請求項３にかかる建物屋上の冷却システムは、ラバー系のチップ片とバインダーと骨材とを混合して加圧成形してなるタイル材を、多孔体に用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の建物屋上の冷却システムである。
【００１７】
廃タイヤを原料とするラバー系のチップから製造される安価で軽量なタイル材を水分蒸発性多孔体として用いることにより、本発明にかかる建物屋上の冷却システムの更なる軽量化と低コスト化を図ることができ、また、省資源化にも資することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記に説明したように、本発明により、軽量で管理が少なくて済み、かつ、冷却効果の評価が容易である建物屋上の冷却システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明にかかる建物屋上の冷却システム（以下、冷却システムという。）の実施の形態について、図面に基づき説明する。ただし、この実施の形態により本発明が限定されるものではなく、それぞれの実施の形態を適切に組み合わせたものをも含むことはいうまでもない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる冷却システムを、ビルなどの建物の屋上などに設置した場合の斜視図である。
【００２１】
この冷却システム１は、天面が開口した底の浅い金属製の貯水槽３と、その底面上に平面方向にほぼ隙間なく整列して敷き詰めた複数枚の多孔体２、及びそれらの多孔体２を湿潤するために貯水槽３内に貯められている水５から構成されている。
【００２２】
貯水槽３の材質としては、軽量で耐食性があることが求められることから、アルミニウムやステンレスの薄板などが望ましい。
【００２３】
また、多孔体２の材質については、道路舗装用のセラミックス系の材料、樹脂製のコンクリート、及びラバー系の材料のものなどがある。
【００２４】
このうちで、ラバー系の材料からなる多孔体が、安価かつ軽量であり、製造・加工が容易であることから、冷却システム１の多孔体２として好ましい。
【００２５】
このラバー系の多孔体の断面を図２に示す。
【００２６】
ラバー系の多孔体は、廃タイヤを原料とする直径が約２mm〜３mmの大きさのラバーチップ片２ａと、強度や熱伝導度を調整するための骨材（セラミックス片など）２ｂを、ポリウレタン系の接着剤などのバインダーで結合して圧縮成形したものであり、その内部には微細孔２ｃが数多く存在している。
【００２７】
貯水槽３や多孔体２の平面方向の形状は、図１のように矩形に限られるものではなく、冷却システム１の設置場所等に応じて矩形以外の形状であってもよい。また、個々の多孔体２の大きさや形状が不揃いであってもよいことはもちろんである。
【００２８】
この貯水槽３には、建物屋上に降った雨水等が貯まるため、多孔体２は湿潤した状態を維持するようになっている。
【００２９】
冷却システム１の機能について、図３に基づいて説明する。
【００３０】
図３は、図１における冷却システム１のＡ−Ａ部における断面を示したものである。
【００３１】
貯水槽３の凹部の底面上には、複数の多孔体２が敷設・固定されている。この固定方法は、エポキシ系の接着剤で多孔体の下面８を貯水槽３の底面に直接に接着することにより行うが、その他に金属製の保持金具などを用いた機械的なものでもよい。
【００３２】
貯水槽３内に貯められている水５の水位は、多孔体２の上面７が常に外気に露出する程度の高さ（例えば、多孔体２の厚さの８割程度の高さなど）を維持するように自動的に調整される。
【００３３】
例えば図３の場合においては、貯水槽３の側壁４の高さを水位と同一として、余分な水を側壁４越しに貯水槽３外に排水することにより、貯水槽３内の水位を一定の高さに自動的に調整することができる。
【００３４】
多孔体２の内部には、前述のように多数の微細孔２ｃが存在しているため、多孔体２に湿潤している水５は、毛細管現象により多孔体２の下面８から外気に露出している上面７へと吸い上げられることになる。このようにして吸い上げられた水は、夏期のように冷却システム１の周囲の気温が高いときには、多孔体２の上面７から外気中に蒸発するため、その際に生じる潜熱（気化熱）により、冷却システム１の周囲の熱が奪われることにより冷却効果が生じることとなる。
【００３５】
なお、冷却システム１の周囲の気温が低くなる冬期においては、多孔体２から蒸発する水分の量は少なくなるが、多孔体２の内部に含浸している水が凍る際に生じる潜熱（凝固熱）により、冷却システム１の周囲に熱が発散されるため、逆に暖房効果が生じることとなる。
【００３６】
以上のように、本発明にかかる冷却システム１は、貯水槽３、多孔体２及び貯水５からなる簡単な構造であるため軽量であり、また、水位が一定に保たれるため管理が少なくて済み、かつ、気化熱という単純な現象を利用して冷却を行うため、その冷却性能を容易に評価することができる。
【００３７】
また、気温が低くなる冬期においては、暖房システムとして機能するため、建物の暖房費の削減を通じて省エネルギーに貢献することができる。
【実施例１】
【００３８】
実施の形態１にかかる実施例１について、図４に基づいて説明する。図４は、実施の形態１における図３に対応する断面図である。
【００３９】
実施例１は、側壁４の高さの代わりに、貯水槽３の側壁４を貫通する排水口６の設置位置により、貯水槽３内の水位を一定に調整するものである。
【００４０】
具体的には、貯水槽３の底面から排水口の下端６ａまでの高さを変えるにより、水位を一定の高さに調整することができる。
【実施例２】
【００４１】
実施の形態１にかかる実施例２について、図５に基づいて説明する。図５は、実施例１における図４に対応する断面図である。
【００４２】
貯水槽３内の貯水５が、雨水のみにより供給されるのでは、雨量が少ない時期には冷却システム１が十分に機能しなくなる可能性がある。
【００４３】
そこで、冷却システム１に給水システム９を付加することにより、雨水とは別に水を供給できるようにした。
【００４４】
この給水システム９は、貯水槽３に水を供給する給水装置１３、その出水口付近に設けられた流量弁１０、貯水槽３の底面から所定の高さに設置された水感知センサー１１、及び水分センサー１１からの信号に基づき流量弁１０の開度を調節する制御装置１２から構成されている。
【００４５】
給水装置１３については、開放された水道栓でもよいが、貯水槽３よりも高い位置に設置した給水タンク１３からの重力による落下を利用してのものであるほうが、管理の手間を少なくするという点から好ましい。
【００４６】
貯水槽３内に貯められた水５の水位が蒸発等により所定の高さより低くなり、水感知センサー１１が水を感知しなくなった場合には、水感知センサー１１から信号が発せられ、その信号を受けた制御装置１２により流量弁１０が開いて、必要な量の水が貯水槽３内に供給される。そして、水位が所定の高さに回復すると、水を感知した水感知センサー１１からの信号により流量弁１０が閉じるため給水が停止する。
【００４７】
なお、多孔体２はほぼ隙間なく敷き詰められているため、多孔体２の一部分を加工して水感知センサー１１を設置するためのスペースを設けることが好ましい。
【００４８】
このようにして、雨量の多少にかかわらず、貯水槽３内には一定の水位をもつ水５が常に貯められるため、冷却システム１の機能を維持することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２にかかる冷却システム１を、ビルなどの建物の屋上などに設置した場合の斜視図である。
【００５０】
前述の実施の形態１における貯水槽３は、多孔体２を常に湿潤した状態に維持するための水５を貯めるために必要なものであるが、多孔体２の外表面の一部に防水処理を施して、それ自身に貯水の機能を持たせることにより、この貯水槽３を不要なものとすることができる。
【００５１】
実施の形態２は、外表面に防水処理が施された湿潤した複数枚の多孔体２を、図６に示すように、建物の屋上面の平面方向にほぼ隙間なく整列して敷設することにより、冷却システム１を構成するものである。
【００５２】
多孔体２の平面方向の形状が矩形に限られるものではなく、また個々の多孔体２の大きさや形状が不揃いであってもよいことは、実施の形態１の場合と同様である。
【００５３】
防水処理が施された多孔体２の例を図７〜９に示す。これらの図において、色塗りされている面が防水処理された面を表している。
【００５４】
防水処理は、多孔体２の外表面への防水テープの貼付、又は防水接着剤の塗布などにより容易に行うことができる。この防水処理を施すことにより、その面から多孔体２内部への水の浸透が制限されることになる。
【００５５】
底面２０及び側面２１に防水処理を施した多孔体２の斜視図を、図７及び図８にそれぞれ示す。側面２１への防水処理は、図８のように１つの側面に限られるものではなく、複数の側面についてのものでもよいことはもちろんである。
【００５６】
また、図９に示すように、底面２０と側面２１の両方に防水処理を施すこともできる。
【００５７】
このように防水処理を施した多孔体２を、図６に示す冷却システム１において、内側部分の多孔体３０には図７のように底面２０を防水処理したものを、外縁部分３１には図８のように側面２１を防水処理したものを、コーナー部分３２には図９のように隣接する２つの側面と底面の３つの面に防水処理を施したものを、それぞれ防水処理された面が冷却システム１の表面になるように配置する。
【００５８】
以上のような構成をした冷却システム１におけるＢ−Ｂ部の断面を図１０に示す。
【００５９】
この図から分かるように、底面の防水処理面２１と側面の防水処理面２２により、冷却システム１全体として凹状の貯水槽が形成されて、上方から降る雨水等により多孔体３０、３１、３２を常に湿潤した状態に維持することができるため、実施の形態１の場合と同様に気化熱により建物屋上を冷却することができる。
【００６０】
このようにして、本実施の形態により貯水槽３を不要のものとすることができるため、冷却システム１の更なる軽量化及び製作・設置費用の低減化を図ることができる。
【実施例３】
【００６１】
実施の形態２にかかる実施例３について、図１１に基づいて説明する。図１１は、実施の形態２における図１０に対応する断面図である。
【００６２】
多孔体２の外表面への防水処理は、底面２０や側面２１の全面に限られるものではなく、図１２及び図１３に示すように、底面２０又は側面２１の一部にのみ施すこともできる。なお、防水処理面の形状は、後述する冷却システム１への吸収・排水機能を調節する上からは矩形であることが好ましい。
【００６３】
実施例３では、図６に示す冷却システム１において内側部分の多孔体３０には図１２のように底面２０の一部を防水処理したものを、外縁部分３１には図１３のように側面２１の一部を防水処理したものを、コーナー部３２には図１４のように隣接する２つの側面と底面の３つの面の一部を防水処理を施したものを、それぞれ防水処理された面が冷却システム１の表面になるように配置する。
【００６４】
このような多孔体３０、３１、３２の構成により、例えば、底面２０については処理面の幅Ｗ１を、側面２１については処理面の高さＨを、それぞれ変えることにより、Ｗ１については冷却システム１への吸水量を、Ｈについては冷却システム１からの排水量を、それぞれ調整することができるため、冷却システム１の湿潤の程度（保水量）を精度よく調整することができる。
【００６５】
従って、実施例３においては、冷却システム１が設置される場所の気象条件や、必要な冷却能力に対応した効率的な冷却システム１を構築することが可能となる。
【実施例４】
【００６６】
実施の形態２にかかる実施例４について、図１５に基づいて説明する。図１５は、実施の形態２における図１０に対応する断面図である。
【００６７】
実施例４は、上面を除く残りの５つの面の全面に防水処理を施した多孔体を、図６に示す冷却システム１の全ての多孔体３０、３１、３２に配置するものである。
【００６８】
このような構成においては、図１４から分かるように、多孔体３０、３１、３２ごとに５つの防水処理面により囲まれた貯水機能を有する部分が多孔体３０、３１、３２の内部に形成されることになる。
【００６９】
従って、本実施例においては、前出の実施例３の場合とは異なり、多孔体の防水処理は１種類でよく、かつ、図６に示すような敷設箇所に応じていちいち配置する手間が省けるため、冷却システム１の製作・設置費用の更なる合理化を図ることができる。
【実施例５】
【００７０】
実施の形態２にかかる実施例５について、図１６に基づいて説明する。図１６は、実施の形態２における図１０に対応する断面図である。
【００７１】
多孔体２においては、水に湿潤する底面２０や側面２１に限らず、水分が蒸発する上面２２についても防水処理を施すことができる。
【００７２】
上面に防水処理をした多孔体の例を図１７に示す。上面からは水分が蒸発するため、本図に示すように、防水処理は一部分しか施すことはできない。
【００７３】
実施例５は、実施の形態２及びその実施例３、４における多孔体３０、３１、３２の一部または全部について、その上面に図１７に示すような防水処理を施したものである。
【００７４】
これにより、例えば、防水処理面の幅Ｗ２を変えることにより、冷却システム１からの水分の蒸発量を調整することができる。
【００７５】
従って、実施例５においては、冷却システム１が設置される場所の気象条件や、必要とされる冷却能力を考慮した効率的な冷却システム１を構築することが可能となる。
【００７６】
以上に説明した冷却システム１にかかる実施の形態２については、軽量でかつ設置が容易であるため、ビルなどの建物の屋上のような場所だけではなく、一般の家屋の屋根にも設置することができる。
【００７７】
（実施の形態３）
図１８に、家屋の屋根上に実施の形態２にかかる冷却システム１を設置した例を示す。
【００７８】
一般の家屋４０の屋根面４１は、ビルなどの屋上とは異なり傾斜がついているが、エポキシ樹脂系の接着剤等を用いて多孔体２の底面を屋根面４１に直接貼り付けることにより、冷却システム１を容易に設置することができる。なお、安全性の面から、実際の設置に当たっては金属製の保持具４２などを併用することが望ましい。
【００７９】
このように、本発明にかかる冷却システム１は、一般の家屋についても適用が可能なものであり、ヒートアイランド現象を広く緩和することができ、省エネルギー及び省資源に寄与することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる冷却システムの設置を示す斜視図である。
【図２】ラバー系の多孔体の断面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ矢視の断面図である。
【図４】実施例１にかかる冷却システムの断面図である。
【図５】実施例２にかかる冷却システムの断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる冷却システムの設置を示す斜視図である。
【図７】底面に防水処理を施した多孔体の斜視図である。
【図８】側面に防水処理を施した多孔体の斜視図である。
【図９】底面と隣接する２つの側面に防水処理を施した多孔体の斜視図である。
【図１０】図６に示すＢ−Ｂ矢視の断面図である。
【図１１】実施例３にかかる冷却システムの断面図である。
【図１２】底面の一部に防水処理を施した多孔体の斜視図である。
【図１３】側面の一部に防水処理を施した多孔体の斜視図である。
【図１４】底面と側面のそれぞれの一部に防水処理を施した多孔体の斜視図である。
【図１５】実施例４にかかる冷却システムの断面図である。
【図１６】実施例５にかかる冷却システムの断面図である。
【図１７】上面に防水処理を施した多孔体の斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態３にかかる冷却システムの設置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８１】
１建物屋上の冷却システム
２多孔体
２ａゴムチップ
２ｂ骨材
２ｃ微細孔
３貯水槽
４側壁
５貯水
６排水口
６ａ排水口の下端
７多孔体の上面
８多孔体の下面
９給水システム
１０流量弁
１１水位計
１２制御装置
１３給水タンク
２０多孔体底面の防水処理面
２１多孔体側面の防水処理面
２２多孔体上面の防水処理面
３０内側部分
３１外縁部分
３２コーナー部分
４０住宅
４１屋根（傾斜面）
４２保持具

【特許請求の範囲】
【請求項１】
天面が開口した薄い貯水槽の底面上に、一方の面と他方の面とを連通する水分吸収用の微細孔を有する多孔体を敷設してなる建物屋上の冷却システムであって、
前記多孔体の上面が常に外気に露出する程度に前記貯水槽に供給された水を備え、
前記微細孔による毛細管現象により前記多孔体は前記水で湿潤される建物屋上の冷却システム。
【請求項２】
外表面の一部分を防水処理した前記多孔体を湿潤して、建物の屋上に敷設してなる、建物屋上の冷却システム。
【請求項３】
前記多孔体は、ラバー系のチップ片とバインダーと骨材とを混合して加圧成形してなるタイル材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の建物屋上の冷却システム。

【図１】