JP2002294891A

JP2002294891A - 水分蒸発冷却屋根・壁体構造

Info

Publication number: JP2002294891A
Application number: JP2001102902A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ishikawa; 幸雄石川; Toshio Saito; 俊夫斉藤; Ikumasa Mitsusaka; 育正三坂; Hiroshi Oka; 洋岡; Koichi Mizutani; 孝一水谷
Original assignee: Kohjin Holdings Co Ltd; Takenaka Komuten Co Ltd; Kohjin Co
Current assignee: Kohjin Holdings Co Ltd; Takenaka Komuten Co Ltd; Kohjin Co
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2002-10-09
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP4919184B2

Abstract

(57)【要約】【課題】散水式の蒸発冷却システムにおける水分の飛
散ロスの防止や、必要以上の水分消費をなくすこと、さ
らに、屋根面・壁体面での濡れの不均一化をなくし、少
ない水分量にて蒸発冷却効果を上げ得、水資源の保存を
図りつつ、蒸発冷却効果を高め得る水分蒸発冷却屋根・
壁体構造を提供する。【解決手段】屋上設置の送水可能な雨水槽からの供給
若しくは降雨での散水供給の前提のもと、構造体１の外
表面にハイドロゲルを含む層２を積層構成するとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低地球環境負荷型
建築物における水分蒸発冷却屋根・壁体構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、化石燃料や有用天然資源の枯渇、
地球環境の保護のため、省エネルギーや新・未利用エネ
ルギーの利用、温室効果ガス・硫化物・窒素酸化物の排
出削減、代替フロンの利用などの推進が図られている。

【０００３】こうした背景のもと、建築分野でも、これ
らを推進するため、環境と調和し、自然エネルギーをう
まく利用して、低負荷・省エネルギーで内部環境を創造
・制御し、環境と共生し得る、低地球環境負荷型建築物
へのニーズが高まっている。

【０００４】自然エネルギー、自然環境を利用した低地
球環境負荷型建築物として、屋根および外壁面での水分
蒸発冷却により、建物への貫流熱取得を低下させて自然
冷房を行い、省エネルギーにより、建物内部環境の快適
化を図るもののひとつとして、水分の蒸発冷却を利用し
た冷房方式がある。これには、一般に、屋根や外壁に散
水して蒸発冷却を行う方式があるが、この方式は、屋根
や壁体外表面に散水し、その水分の蒸発により、屋根や
壁体の外表面を潜熱冷却して表面温度を下げ、これによ
り建物内部への貫流熱取得を低下させて自然冷房を行う
か、または、冷房機器にかかる熱負荷の低減を図るもの
である。

【０００５】このように水の蒸発潜熱により建築物内部
を冷却したり、建築物内部の昇温を防ぐ方法は、散水式
の蒸発冷却システムとして、広く検討されている。

【０００６】この散水方式の蒸発冷却システムは、電力
等を利用する冷却システムに比べ消費エネルギーが格段
に少なく、また、電気冷房のようにトータルで発熱系の
システムでないので、温暖化防止にも有効である。

【０００７】この方式では、一般にスプリンクラーなど
により散水を行うが、スプリンクラー等を用いず、屋根
頂部より水勾配に沿って流下させる散水方式も考えられ
る。

【０００８】なお、同じく蒸発潜熱利用のものでルーフ
ポンドのように屋根に貯水するシステムがあるが、重量
が重くなり、建築構造体への荷重負荷が大きく、また、
水漏れに対する充分な対策が必要で、コストアップにな
るので、その採用はあまり現実的でない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】叙上散水方式の蒸発冷
却システムにおける散水量は理論的には１．５ｋｇ／ｍ
^２ｈ程度で良い。しかしながら、このような少量散水を
長いリーチをもって行うに足る適当なスプリンクラーが
ない（少量散水用のスプリンクラーはあるが、散水半径
が小さく、単位面積当りの散水量は結果として少なくな
らない）。また、風により散水分が当該建物の近隣に飛
散することもあり、水分ロスや近隣との問題が生じう
る。

【００１０】また、屋根頂部よりの水勾配に沿っての流
下の散水方式では、水道（みずみち）ができ均一に屋根
面を濡らすことが難しく、蒸発冷却効果が低下するとい
う欠点がある。

【００１１】本発明は、叙上の事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、水資源の保存の観点か
ら、水分の飛散ロスの防止や、必要以上の水分消費をな
くすこと、さらに、屋根面・壁体面での濡れの不均一化
をなくし、少ない水分量にて蒸発冷却効果を上げ得、水
資源の保存を図りつつ、蒸発冷却効果を高め得る水分蒸
発冷却屋根・壁体構造を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の水分蒸発冷却屋根・壁体構造は、屋上設置
の送水可能な雨水槽からの供給若しくは降雨での散水供
給の前提のもと、構造体の外表面にハイドロゲルを含む
層を積層構成するとしたものである。

【００１３】また、上記のハイドロゲルを含む層におけ
る当該ハイドロゲルを、感温吸排水性ポリマーとしたも
のである。

【００１４】さらに、ハイドロゲルを含む層を、連続毛
管を有する多孔体または繊維成型体中に感温吸排水性ポ
リマーを分散させた層としたものである。

【００１５】

【作用】蒸発面（構造体外表面）にハイドロゲルを含む
層を設けることにより、傾斜面においてさえ、水を均一
に固定保持することができ、適時散水し、ハイドロゲル
に吸収させておけば、頻繁に散水しなくとも、継続的な
蒸発冷却が達成される。

【００１６】また、ハイドロゲルを感温吸排水性ポリマ
ーとしたものにあっては、本発明でいう感温吸排水性ポ
リマーとは、感温点以下では水を吸収し、感温点以上で
は水を吸収せず低温で吸収していた水を外部に排出する
樹脂をいい、ポリマーの温度が特定の感温点以下の場
合、水がゲル中に保持されているため蒸発が抑制され、
低温時の無駄な蒸発が抑えられ、ポリマーの温度が感温
点以上になるとハイドロゲルから自由水が排出され、ハ
イドロゲル層の表面に移行するため、散水の場合と同様
の蒸発冷却がなされるので、不必要な水分消費が全く無
い。

【００１７】さらに、連続毛管を有する多孔体または繊
維成型体中に、上記の感温吸排水性ポリマーを分散させ
た層としたものにあっては、感温吸排水性ポリマーの感
温点以下では、水は構造体中のゲル中に保持され構造体
表面には出てこないので、構造体の温度が感温点以下で
は、ほとんど蒸発が起こらず、水のロスがなく、散水管
理が容易になり、感温点以上では、感温吸排水性ポリマ
ーから排出された水が毛管力で構造体表面に次々に移行
するので蒸発率が高くなり、効率的な冷却が実現する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の態様を図１〜１０
に基づいて説明する。図１ａ、ｂは、屋根・壁体の構造
体１の水平面（陸面）、傾斜面にハイドロゲル（吸水性
ポリマー）を含む層２を積層した例を示す。

【００１９】ここでいうハイドロゲルとは、水溶性ポリ
マーの網目構造と水とからなるやわらかい構造体で、具
体例として、紙オムツ等に使われる高吸水性ポリマー、
食品のゼラチン、寒天等がある。

【００２０】かかる構造体としては、カルボキシメチル
セルロース架橋物、でんぷん−アクリロニトルグラフト
共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩等
を原料としたハイドロゲルが広く知られている。

【００２１】上述の如く、蒸発面にハイドロゲルを含む
層を設けることにより、傾斜面においてさえ、水を固定
保持することができ、適時散水しハイドロゲルに吸収さ
せておけば、頻繁に散水しなくとも継続的な蒸発３によ
り屋根、壁体の冷却が達成される。

【００２２】この方式では、吸水水分を水分として放出
せず、直接蒸発させる。

【００２３】図２は、ハイドロゲルとして感温吸排水性
ポリマーを採用する例を示す。

【００２４】ここで、本発明でいう感温吸排水性ポリマ
ーとは、感温点以下では水を吸収し、感温点以上では水
を吸収せず低温で吸収していた水を外部に排出する樹脂
をいい、例えば特開平７−２２４１１９号（Ｎ−イソプ
ロピルアクリルアミド、アクリル酸ナトリウムおよびダ
イアセトンアクリルアミドを架橋剤存在下、水溶液重合
して吸水樹脂を得た）、特開平８−１０００１０号（Ｎ
−イソプロピルアクリルアミド、ダイアセトンアクリル
アミド、アクリル酸および酸性白土を水に溶解・分散
し、窒素ガス気流下、開始剤を添加し重合し、無機粒子
を含有した感温吸排水性ゲルを得た）等に記載のＮ−イ
ソプロピルアクリルアミド等のＮ−アルキルアクリルア
ミドを主成分モノマーとして重合架橋させた樹脂等を例
示することができる。このタイプの感温吸排水性ポリマ
ーは、Ｎ−アルキルアクリルアミドと共重合するモノマ
ーを適当に選択することにより、感温点を任意に設定す
ることができる。本発明においての感温点は、２５℃〜
３０℃が好ましい。

【００２５】叙上の感温吸排水性ポリマーを含む層４を
付着のため溝５、…付形の構造体６や折板屋根７の谷部
７ａ、…に設置した。

【００２６】図中、８は雨水槽（図示省略するも、水不
足を生じることのないように、給水管の下方からの接続
も施される）、９は給水バルブ、１０は該バルブ９から
供給の水分を示し、当該バルブ９は外気温センサー１１
の指示により開閉制御される。

【００２７】しかして、（ａ）ポリマーの温度が特定の温度（以下、感温点とい
う）以下の場合、水がゲル中に保持されているため蒸発
が抑制され、低温時の無駄な蒸発が抑えられる。（ｂ）ポリマーの温度が感温点以上になるとハイドロゲ
ルから自由水が排出され、ハイドロゲル層の表面に移行
するため、散水の場合と同様の蒸発冷却がなされる。

【００２８】図３ａ、ｂは、叙上図２の構造体６が傾斜
面である場合の対処例を示し、ａ図は傾斜面に設けた多
設孔１７、…に感温吸排水性ポリマーを含む層４を充填
したものであり、ｂ図は傾斜面を階段状に構成して形成
された段状枡１８、…に感温吸排水性ポリマーを含む層
４を充填したものである。

【００２９】互いに隔離された層４、…は、上位のオー
バーフローした水分１０を可能なだけ受止するので、視
認観察のもとに給水制御をすれば良い。

【００３０】図４は、ハイドロゲルを含む層を、連続毛
管を有する多孔体または繊維成型体中に感温吸排水性ポ
リマーを分散させた層とした例の１つで、感温吸排水性
ポリマーマット１２を用いた蒸発冷却構造を示す。

【００３１】図５ａ〜ｃは、他の例で、感温吸排水性ポ
リマーをコンパウンドしたレンガやポーラスコンクリー
ト１３を用いた蒸発冷却構造の各例を示す。表面の凹凸
は、伝熱面積を増加させ、効果を大としたものである。

【００３２】図６は、同じく他の例で、不織布１４に感
温吸排水性ポリマーを混入した冷却構造を示す。

【００３３】図７は、同じく他の例で、構造体６の表面
の塗料１５中に感温吸排水性ポリマーを混入した冷却構
造を示す。

【００３４】図８は、同じく他の例で、金属タワシ状材
１６を既述の図４に紹介のレンガやポーラスコンクリー
ト１３に打ち込む冷却構造を示す。

【００３５】金属タワシ状材１６を介して熱伝導を良く
し、表面の蒸発冷却効果を室内に伝えやすくしたもので
ある。

【００３６】叙上図４〜８のものにあっては、感温吸排
水性ポリマーの感温点以下では、水は構造体中のゲル中
に保持され構造体表面には出てこないので、構造体の温
度が感温点以下ではほとんど蒸発が起こらず、水のロス
がなく散水管理が容易になる。感温点以上では、感温吸
排水性ポリマーから排出された水が毛管力で構造体表面
に次々に移行するので蒸発率が高くなり、効率的な冷却
が実現する。なお、冬季等、蒸発冷却を要しない期間
は、水抜きをすることで純粋な断熱材としても機能す
る。なお、多孔体、繊維成型体の具体例としては、上記
の如く、発泡ウレタン等の樹脂発泡体、軽量発泡材の成
型体、繊維状マット、コンクリート、塗料等が例示され
るものである。

【００３７】図示省略するも、本発明の冷却構造にあっ
ては、感温点の異なる感温吸排水性ポリマーを含浸させ
た成型体を複層に構成することにより、構造体の温度に
応じて段階的に吸排水を生じせしめることができ、環境
の変化に応じてさらに蒸発冷却効果が高まる。

【００３８】本発明による蒸発冷却効果を実験で確認し
た。

【００３９】すなわち、図９は、上部に感温吸排水性ポ
リマーマットを設置した場合のボックス内部の温度（周
囲は断熱）と上部に蒸発冷却のない発泡ウレタンマット
を設置した場合との蒸発冷却効果の比較である。夏季の
実測結果の例から、感温吸排水性ポリマーマットを用い
ることにより、ボックス内部の温度を約９℃下げること
ができた。

【００４０】また、図１０は、軽構造屋根で、感温吸排
水性ポリマー層を設置した場合と感温吸排水性ポリマー
層がない場合の実測による蒸発冷却効果（千葉・夏季の
例）の比較である（感温点３０℃）。蒸発冷却効果（１３時の例）外表面温度の低下量３９．１℃ 内表面温度の低下量６．６℃ であった。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成されるので、以
下列記の諸効果を奏する。（イ）常時散水不要のため、ポンプ動力や水資源の節約
が可能。（ロ）表面で均一に濡れるため、効果的に蒸発冷却が発
現。（ハ）多孔質材に吸水性ポリマーを内包すれば、水分を
毛細管で吸い上げて、表面での蒸発冷却を誘発。（ニ）用途は、建築物の屋根・壁体（建種は問わない
が、軽構造で特に効果が大きい）。（ホ）水分ロスが少なく、省水化が図れる。（ヘ）感温性により、必要時に効果的に蒸発冷却が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ、ｂは本発明の蒸発冷却構造の説明図であ
る。

【図２】本発明の蒸発冷却構造の説明図である。

【図３】ａ、ｂは本発明の蒸発冷却構造の説明図であ
る。

【図４】本発明の蒸発冷却構造の説明図である。

【図５】ａ、ｂ、ｃは本発明の蒸発冷却構造の説明図で
ある。

【図６】本発明の蒸発冷却構造の説明図である。

【図７】本発明の蒸発冷却構造の説明図である。

【図８】本発明の蒸発冷却構造の説明図である。

【図９】本発明の蒸発冷却効果の実験結果例の説明図で
ある。

【図１０】本発明の蒸発冷却効果の実験結果例の説明図
である。

【符号の説明】

１；構造体２；層３；蒸発４；層５；溝６；構造体７；折板屋根７ａ；谷部８；雨水槽９；給水バルブ１０；水分１１；外気温センサー１２；感温吸排性ポリマーマット１３；ポーラスコンクリート１４；不織布１５；塗料１６；タワシ状材１７；多設孔１８；段状枡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤俊夫千葉県印西市大塚一丁目５番１号株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者三坂育正千葉県印西市大塚一丁目５番１号株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者岡洋東京都中央区日本橋室町四丁目１番21号株式会社興人内 (72)発明者水谷孝一茨城県つくば市天王台一丁目１番１号筑波大学内Ｆターム(参考） 2E001 DD04 FA03 FA16 GA08 GA10 GA42 GA81 HD03 HE10 HF04 KA01 LA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屋上設置の送水可能な雨水槽からの供給
若しくは降雨での散水供給の前提のもと、構造体の外表
面にハイドロゲルを含む層を積層構成するとしたことを
特徴とする水分蒸発冷却屋根・壁体構造。
【請求項２】ハイドロゲルを含む層における当該ハイ
ドロゲルを、感温吸排水性ポリマーとした請求項１記載
の水分蒸発冷却屋根・壁体構造。
【請求項３】感温吸排水性ポリマーのハイドロゲルを
含む層が溝付形の構造体表面に積層されるとした請求項
２記載の水分蒸発冷却屋根・壁体構造。
【請求項４】感温吸排水性ポリマーのハイドロゲルを
含む層が折板屋根の受部に設置されるとした請求項２記
載の水分蒸発冷却屋根・壁体構造。
【請求項５】感温吸排水性ポリマーのハイドロゲルを
含む層が構造体傾斜面に設けた多設孔に充填されるとし
た請求項２記載の水分蒸発冷却屋根・壁体構造。
【請求項６】感温吸排水性ポリマーのハイドロゲルを
含む層が構造体傾斜面に設けた段状枡に充填されるとし
た請求項２記載の水分蒸発冷却屋根・壁体構造。
【請求項７】ハイドロゲルを含む層を、連続毛管を有
する多孔体または繊維成型体中に感温吸排水性ポリマー
を分散させた層とした請求項１記載の水分蒸発冷却屋根
・壁体構造。
【請求項８】感温吸排水性ポリマーを分散させた層
が、発泡ウレタン等の樹脂発泡体である請求項７記載の
水分蒸発冷却屋根・壁体構造。
【請求項９】感温吸排水性ポリマーを分散させた層
が、軽量発泡材の成型体である請求項７記載の水分蒸発
冷却屋根・壁体構造。
【請求項１０】感温吸排水性ポリマーを分散させた層
が、繊維状マットである請求項７記載の水分蒸発冷却屋
根・壁体構造。
【請求項１１】感温吸排水性ポリマーを分散させた層
が、コンクリートである請求項７記載の水分蒸発冷却屋
根・壁体構造。
【請求項１２】感温吸排水性ポリマーを分散させた層
が、塗料である請求項７記載の水分蒸発冷却屋根・壁体
構造。
【請求項１３】屋上設置の送水可能な雨水槽からの供
給若しくは降雨での散水供給の前提のもと、構造体の外
表面に感温点の異なる感温吸排水性ポリマーを含浸させ
た成型体を複層に積層構成するとしたことを特徴とする
水分蒸発冷却屋根・壁体構造。