(57)【要約】【課題】壁面温度を有効に冷却低下させ、優れた省エネルギー効果を奏する壁面の放熱冷却方法及び装置を提供する。【解決手段】ビル等の建築物の壁面を冷却するための放熱冷却方法であって、冷却すべき壁面に不織布を添着すると共に不織布１８を湿潤させ、不織布１８に含まれる水分の蒸発潜熱により壁面の熱量を大気中に放熱する。【選択図】図２
2010071527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビル等の建築物の壁面を冷却するための放熱冷却方法であって、
冷却すべき壁面に不織布を添着すると共に該不織布を湿潤させ、前記不織布に含まれる水分の蒸発潜熱により前記壁面の熱量を大気中に放熱することを特徴とする壁面の放熱冷却方法。
【請求項２】
前記不織布は、前記壁面に直接的に接触添着され、外部から供給又は滴下された水分により湿潤状態に保持可能であることを特徴とする請求項１に記載の壁面の放熱冷却方法。
【請求項３】
ビル等の建築物の壁面を冷却するための放熱冷却装置であって、
冷却すべき壁面に添着された不織布と、この不織布に所定量の水分を供給する水供給手段とを備え、
前記不織布に含まれる水分の蒸発潜熱により前記壁面の熱量を大気中に放熱することを特徴とする壁面の放熱冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば特にビル等の建築物の壁面を冷却するために好適な壁面の放熱冷却方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界各地でエネルギー大量消費による地球温暖化が問題となっている。これは自動車や所謂、エアコンなど都市部での大量のエネルギー消費による人工廃熱の増加、緑地・水面・農地・裸地の減少による熱放散効果の低下、アスファルト、コンクリート面などによる太陽熱の蓄熱等が原因である。特に都市部における温度上昇は周辺地域よりも高温になり、ヒートアイランド現象と呼ばれる現象が起こっている。全球平均地上気温は、１９世紀末以降で約０.６℃上昇している。大阪では約２℃、東京では約３℃と地球温暖化の速度を大きく上回っている。
【０００３】
ヒートアイランド現象を防ぐ、あるいは抑制する技術として種々研究されている。例えばビル屋上の緑化技術やビル屋上や壁面の放熱技術として、特許文献１に記載の建物の蒸発冷却装置や特許文献２に記載の水の気化熱を促し利用した冷却パネルなどが知られている。
【０００４】
これらは、放熱を利用して壁面の表面や建物内の温度を下げるものであり、壁面に多孔質材を用いる等の仕様を施し、その多孔質部に水を供給するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６７３０７号公報
【特許文献２】特開２００６−５７９８０号公報
【特許文献３】特開２００４−１９０３３６号公報
【特許文献４】特開２００２−２６７３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また、特許文献３に記載の水分蒸発冷却屋根・壁体構造や特許文献４に記載の冷却壁体では、壁面や室内の温度を下げるための仕様の保護材として不織布を用い、その不織布に水を浸み込ませ、気化熱を利用している。
【０００７】
これらは、基本的には比較的厚みの大きな構造体を用いるもの、あるいは水蒸気を利用した冷風扇の一種と考えられる。
【０００８】
本発明は、壁面温度を有効に冷却低下させ、優れた省エネルギー効果を奏する壁面の放熱冷却方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の壁面の放熱冷却方法は、ビル等の建築物の壁面を冷却するための放熱冷却方法であって、冷却すべき壁面に不織布を添着すると共に該不織布を湿潤させ、前記不織布に含まれる水分の蒸発潜熱により前記壁面の熱量を大気中に放熱することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による壁面の放熱冷却方法において、前記不織布は、前記壁面に直接的に接触添着され、外部から供給又は滴下された水分により湿潤状態に保持可能であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の壁面の放熱冷却装置は、ビル等の建築物の壁面を冷却するための放熱冷却装置であって、冷却すべき壁面に添着された不織布と、この不織布に所定量の水分を供給する水供給手段とを備え、前記不織布に含まれる水分の蒸発潜熱により前記壁面の熱量を大気中に放熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、典型的にはビル等の建築物の壁面に適用され、冷却すべき壁面の放熱面に水で湿潤させた不織布を貼り付けることで、水の蒸発を促進させてその放熱面からの熱伝達率を大きく向上させることができる。結果として、壁面温度を有効に冷却低下させ、これにより空調機等における電気エネルギー等の負荷を実質的に低減し、高い省エネルギー効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき本発明による壁面の放熱冷却方法及び装置の好適な実施の形態を説明する。
本実施形態ではヒートアイランド現象の改善策として、太陽熱エネルギーを受けた中低温度のビル壁面の熱量を、水の蒸発潜熱を利用して大気中へ放熱し、壁面温度を下げると共にエアコンの負荷を低減して省エネルギー効果を生み出す方法について、実験的に調べたものである。
【００１４】
先ず、図１は本発明の実施形態に係る実験装置の概略を示している。図において、１は加湿器、２は除湿機、３は送風機、４は風洞、５は風洞４の上部中央に接続されたアスマン簡易湿度計、６は風洞４の出口側に接続されたダクトである。また、７はデータコレクタ、８は精密微差圧計、９は本発明に係る放熱部、１０は放熱部９に水を供給する水供給用タンク、１１は点滴筒、１２ロードクランプ、１３は水保持用タンク、１４はデータ収集用コンピュータである。
【００１５】
上述の実験装置において、大気中より吸入された空気は加湿器１及び除湿機２により、湿度を一定に保たれ、送風機３を通って風洞４内に流入する。風洞４上部のアスマン簡易湿度計５により、気流の湿度を測定した。この気流は風洞４の出口で略一様流となり、アクリル製のダクト６ヘ流入する。ダクト６内の気流の温度は、データコレクタ７に接続された熱電対で測定された。また、ダクト６の中心部にピトー管を、ダクト６の壁面に静圧孔（典型的にはその穴径１ｍｍ程度とする）を設けて、精密微差圧計８を用いて動圧を測定して気流速度を算出した。気流は更にダクト６内の測定部を通過し、その後大気中に流出される。
【００１６】
水は水供給用タンク１０に保たれ、ロードクランプ１２により流量調整を行った後、水保持用タンク１３に設置した水供給パイプ（典型的は６本のアルミパイプ）を通り、放熱部９の放熱面の上端から供給され、後述の不織布を湿潤する。このときの放熱面背面の温度をデータロガー１４でサンプリングした。なお、放熱面に供給する水の体積流量は点滴筒１１の落下滴数より算出し、本実験では０．０６７（ｃｍ3／ｓ）で一定とした。
【００１７】
次に、図２は放熱部９の概略構成を示している。放熱部９はダクト６（例えば、幅Ｗ＝１００ｍｍ、高さＨ＝２００ｍｍとする）の側面等の適所に配置される。この放熱部９において、幅１００（ｍｍ）、高さ２２０（ｍｍ）の黄銅板１５の背面に、幅１００（ｍｍ）、高さ２００（ｍｍ）のシリコンラバーヒーター１６を密着させ、加熱する。
【００１８】
また、図３をも参照して、黄銅板１５の温度測定のためＴ型熱電対式温度計Ｔ（Ｔ1〜Ｔ15）をその背面に等間隔に３×５＝１５個設置した。なお、熱電対式温度計Ｔの配設ピッチは、例えばｐ1＝４５（ｍｍ）、ｐ2＝４７．５（ｍｍ）程度とする。放熱部９の背面への熱放出を防ぐため断熱材１７（ネオマフォーム）でシリコンラバーヒーター１６及び黄銅板１５を覆った。放熱面である黄銅板１５の表面には水の蒸発を促進するため、幅１００（ｍｍ）、高さ２００（ｍｍ）の不織布１８を取り付けた。なお、図３（ｂ）に示されるように水保持用タンク１３には水供給パイプ１９（φ４ｍｍ）が接続され、各水供給パイプ１９を介して放熱部９の放熱面の上端から水が供給される。
【００１９】
本実施形態における実験の条件等について説明する。ここで先ず、２００１〜２００６年８月における東京、名古屋、大阪及び福岡の４都市の１日の温度変化を、１時間毎の平均気温Ｔave（℃）と平均風速Ｕave（ｍ／ｓ）の関係で図４に示す。また、平均気温Ｔave（℃）と平均相対湿度φave（ＲＨ％）の関係を図５に示す。
【００２０】
これらのデータに基づき、本実験では日本の都市部で太陽熱エネルギーを受けた中低温度のビル壁面を想定し、シリコンラバーヒータが密着している黄銅板面を加熱面と呼び、この面の温度を３０〜６０℃に設定し実験を行った。また、気象庁の１９９０〜２００６年における４都市の「梅雨・８月・９月」の気象データを調査して、２００１〜２００６年・８月における気象データの平均風速と湿度を参考にし、気流を１〜４（ｍ／ｓ）、湿度を５０〜８０（％）に設定し、実験を行った。
【００２１】
この実験では水の蒸発を促進するため、多種多様な材質や構造を持ち、強度があるなどの利点を持つ不織布を放熱面の表面に貼り付けた。本実験で使用した不織布の例を図６の表に示す。なお、不織布として、例えば旭化成せんい株式会社製の極細繊維を用いたポリエステル製不織布等が好適である。
【００２２】
ここで、図７を参照して、放熱部９の背面（加熱面）に設置したＴ型熱電対式温度計Ｔの温度をＴ1〜Ｔ15（℃）とし、Ｔ1〜Ｔ15（℃）の平均値をＴ0（℃）、黄銅板１５の熱伝導率をλ(Ｗ／ｍ・Ｋ)、その厚さをｔ（ｍ)、表面積をＡ（ｍ2）、シリコンラバーヒーター１６から黄銅板１５が得た熱量をＱ（Ｗ）とする。そして、フーリエの法則を用いて、次の式（１）より放熱部９の表面温度Ｔwall（℃）を算出した。また、算出したＴwall（℃）を式（２）に代入し、放熱面と気流の熱伝達率ｈ（Ｗ／ｍ2・Ｋ）を算出した。なお、ダクト６内の気流温度をＴair（℃）とする。
【００２３】
Ｔwall＝Ｔ0−Ｑ・ｔ／λ・Ａ                                        （１）
ｈ＝Ｑ／Ａ（Ｔwall−Ｔair）                                        （２）
【００２４】
図８は、比較する基準条件として黄銅板１５の熱伝達率を示している。上記実験結果を分析考察すると、気流速度の増加により熱伝達率が増加しているのが分かる。一方、放熱面の温度変化による熱伝達率の変化はあまりなく、ほぼ一定値となっている。これは、ダクト６内の気流以外による放熱面からの熱移動が少ないためである。
【００２５】
図９は、黄銅板１５に供試体Ｅを貼り付けた乾式条件の実験の場合と、供試体Ｅに水を湿潤させた湿式条件の実験の場合の実験結果を示している。なお、図９において、上段（白印）が湿式の場合のデータを、また下段（黒印）が乾式の場合のデータをそれぞれ示している。図８の場合と黄銅板１５に供試体Ｅを貼り付けた場合（乾式条件）を比較すると、黄銅板１５の場合と比べて、僅かに熱伝達率が減少していることが分かる。また、黄銅板１５において乾式条件と湿式条件の場合を比較すると、気流速度が４（ｍ／ｓ）の場合、供試体Ｅを水で湿潤させることにより熱伝達率ｈは約４倍近く大きくなることが分かる。
【００２６】
更に図１０は、図８及び図９に示した３種類の場合のｈを気流速度に対して表したものである。水で湿らせた場合と乾式の場合の実験結果を比べると、気流速度が４（ｍ／ｓ）で熱伝達率が約３．７倍になっている。蒸発放熱の場合は風速の変化により格段に熱伝達率は上昇することが分かる。
上述したように本発明によれば、放熱面を僅かな水で湿潤させた不織布１８を貼り付けて、水の蒸発を促進させることで、放熱面からの熱伝達率を大きく向上させることができる。
【００２７】
実際の冷却装置としては、降雨等を利用してその水により不織布１８を湿潤させることも可能である。雨水等を利用することで電力を全く使用しないで壁面を有効に冷却することができ、温暖化防止に極めて効果的に作用する。あるいはまた、不織布１８に水分を供給又は滴下する水供給手段を備え、この水供給手段によって所定量の水分を供給して不織布１８を湿潤させることも可能である。更に、本発明を適用する際、取付施行は比較的に容易であり、水平面、斜面、垂直面あるいは曲面等、種々の壁面に有効に適用できる。
【００２８】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態で説明した数値例等にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば上記実施形態における具体的数値等は、必要に応じて適宜変更等が可能であり、上記実施形態と実質的に同様な作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る実験装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における装置要部構成例を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における装置要部構成例を示すそれぞれ斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における実験装置に係る都市の温度変化を、平均気温と平均風速の関係で示す図である。
【図５】本発明の実施形態における実験装置に係る都市の平均気温と平均相対湿度の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る実験で使用した不織布の例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る実験装置の作用を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態に係る実験で使用した比較基準条件としての黄銅板の熱伝達率を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る実験における黄銅板に供試体を貼り付けた乾式条件の実験と、供試体に水を湿潤させた湿式条件の実験の結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る実験における気流速度との関係で熱伝達率の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  加湿器
２  除湿機
３  送風機
４  風洞
５  アスマン簡易湿度計
６  ダクト
７  データコレクタ
８  精密微差圧計
９  放熱部
１０  水供給用タンク
１１  点滴筒
１２  ロードクランプ
１３  水保持用タンク
１４  データ収集用コンピュータ
１５  黄銅板
１６  シリコンラバーヒーター
１７  断熱材
１８  不織布
１９  水供給パイプ
【図１】
2010071527.tif 000003
【図２】
2010071527.tif 000004
【図３】
2010071527.tif 000005
【図４】
2010071527.tif 000006
【図５】
2010071527.tif 000007
【図６】
2010071527.tif 000008
【図７】
2010071527.tif 000009
【図８】
2010071527.tif 000010
【図９】
2010071527.tif 000011
【図１０】
2010071527.tif 000012