(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物壁面または屋根面の所定領域に、光励起に応じて親水化する光触媒層を形成しておき、この光触媒層の形成領域に水を供給し、蒸発に伴う潜熱により周辺空気および構造物を冷却することを特徴とする都市空間の冷却方法。
【請求項２】
日射計を設け、前記光触媒膜層の形成領域に対する水の供給量を制御する請求項１記載の都市空間の冷却方法。
【請求項３】
構造物壁面または屋根面の所定領域に光触媒膜層を形成した構造物と、前記光触媒膜層の形成領域に対して散水を行う水供給設備と、からなることを特徴とする都市空間の冷却装置。
【請求項４】
前記光触媒膜層と、構造物壁面または屋根面との間に、光触媒作用に侵されない中間防護層を設けてある請求項３記載の都市空間の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物を利用して都市のヒートアイランド化を防止する都市空間の冷却方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の鉄筋コンクリート造構造物等の増加により、都市部や建物が密集している地域では、夏期に構造物より放射される熱により気温が上昇するヒートアイランド現象が起こる。その結果、歩行者に相当な体感苦痛を与えたり、冷房装置が過度に用いられることとなり、外部に放出される熱により、さらに周辺気温の上昇を招くという悪循環が生じている。
【０００３】
この問題を解決すべく、例えば実開平６−３２５０３号（従来例１）では、図４に示されるように、構造物５０に止め具５１によって散水パイプ５２を取り付け、構造物５０に水を供給する装置が提案されているとともに、特開平６−１５９８６６号（従来例２）では、図５に示されるように、構造物６０にノズル６１および温度センサ６２を取り付け、温度センサ６２が一定温度以上に上昇したことを感知すると、ノズル６１より構造物６０の表面に水を供給するようにした装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の冷却装置のように、単に既存の構造物表面に散水を行うような場合には、構造物表面材の撥水性により構造物壁面に供給された水が水滴状の玉となり、ビル壁面に当たる風や、壁面に沿うように流れるビル風等によって周囲に飛散してしまい、水滴が通行者に降りかかるようになる。また、構造物表面材の撥水性により、水膜が不連続になるなどムラが生じ効率的に蒸発させることができないなどの問題が発生することになる。さらには、壁面に供給された水によって水苔が発生し、壁面が汚れるなどの問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の主たる課題は、構造物壁面に水を供給し、その蒸発潜熱により空間及び構造物の冷却を図るに当たり、前記構造物壁面に供給された水を飛散させず、かつ効率的に蒸発させることが可能である等の利点を有する都市空間の冷却方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明として、構造物壁面または屋根面の所定領域に、光励起に応じて親水化する光触媒層を形成しておき、この光触媒層の形成領域に水を供給し、蒸発に伴う潜熱により周辺空気および構造物を冷却することを特徴とするものである。この場合、日射計を設け、前記光触媒膜を形成した壁面領域に対する水の供給量を制御することが望ましい。
【０００７】
前記光触媒層としては、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｎＯ２等による層を挙げることができる。
【０００８】
一方、都市空間の冷却装置は、構造物壁面または屋根面の所定領域に光触媒膜層を形成した構造物と、前記光触媒膜層の形成領域に対して散水を行う水供給設備と、からなることを特徴とするものである。この場合、前記光触媒膜層と、構造物壁面または屋根面との間に、光触媒作用に侵されない中間防護層を設けるのが望ましい。
【０００９】
本発明においては、構造物壁面に水を供給し蒸発させるに当たり、前記水供給領域の壁面に光触媒膜の層を形成するようにするものである。前記光触媒は、酸化チタンに代表される光半導体物質の総称で、防汚、除菌、脱臭等の浄化作用に優れた性能を示す材料として、近年多くの分野で利用されているが、本発明では、この光触媒が持つ第２の機能、すなわち超親水性を主に利用するものである。
【００１０】
光触媒膜が形成された構造物壁面に水が供給されると、水は光触媒の超親水性により、水滴状とはならず一様な膜となって流下するようになる。その結果、風によって飛散することはなく、かつ水膜にムラが生じないため、均等かつ効率的に蒸発するようになり、蒸発に伴う潜熱によって周辺空気および構造物を効果的に冷却するようになる。また、光触媒効果により水苔の発生も抑制できるようになる。
【００１１】
さらには、光触媒反応に必要な水が供給されていることにより、光触媒反応が活性化するようになるため、外壁の防汚、防菌はもとより、大気の浄化にも寄与するものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明を適用したビル１の全体斜視図であり、図２は図１のII−II線矢視図である。
【００１３】
図１に示されるように、ビル１の東、西、南側のいずれかまたは複数の壁面には、鉛直方向に配置される送水主管２から水平方向に分岐して複数段の、図示例では３段の横送水管３、３…が配管され、これら横送水管３、３…の所定箇所に設けられた定量供給型散水ノズル４、４…により、ビル１の壁面に対して水が供給されるようになっている。
【００１４】
前記散水領域を含む壁面領域には、予め光触媒膜５、５…の層が形成されており、この光触媒膜５の形成領域に供給された水が蒸発する際に、周辺空気の熱を奪い大気を冷却するとともに、構造物を冷却するようになっている。なお、前記光触媒膜５はビル壁面全体に形成するようにしてもよい。
【００１５】
以下、水供給設備を含めて具体的に詳述すると、ビル１の屋上には貯水タンク１０が設置され、この貯水タンク１０から前記送水主管２及び横送水管３、３…を通して水が供給されるようになっている。貯水タンク１０に貯留される水は、上水を使用することもできるが、雨水等の有効活用の点から雨水の貯留設備を別途設けるようにするのが望ましい。同図では、地盤面若しくは地下等に雨水貯留タンク１２を設け、ビル１の屋上に降った雨水を縦樋１１、１１により導くとともに、中水等の再利用水を補給水管１３により導き、これらの水を水処理装置１４により浄化した後、揚水ポンプ１５により屋上に配置された前記貯水タンク１０に送水するようにしている。
【００１６】
前記貯水タンク１０に貯留された水は、送水主管２および横送水管３、３…を介して定量供給型散水ノズル４、４…まで送られ、ビル壁面に向けて散水されるが、前記定量供給型散水ノズル４として、散水した水が周囲に飛散しないようにするとともに、拡散しながら均等に散水されるように工夫したものが好適に用いられる。
【００１７】
一方、散水領域を含むビルの壁面領域に形成される光触媒膜５は、光を吸収して半導体が励起して生成した電子正孔対が、半導体表面の酸素や水に移行して活性酸素を生じさせるエネルギー変換材料である。このような半導体の中には、正孔が水に移行するのではなく、表面の構造変化に消費されて水濡れ性を著しく高める効果を認めるものがある。
【００１８】
このような超親水性作用は、活性酸素発生効率の高い光触媒群とは必ずしも一致せず、親水性に優れるが活性の低いもの、活性が高いが親水性は劣るものがある。本発明では、各種光触媒の中で親水性に優れる光触媒を選択して用いるようにするのが望ましい。具体的には、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の光触媒半導体材料を挙げることができる。
【００１９】
この場合、必要とする親水性の度合いは、供給した水流が完全に濡れ拡がる程度であり、概ね接触角（水滴の端部接線角）が１０°以下、好ましくは５°以下、より好ましくは３°以下であることが望ましい。
【００２０】
一方で、壁面に対して油性物質が付着すると、水流の拡がりを阻害するので望ましくない。したがって、前記光触媒膜５としては、超親水性であってかつ疎油性であることが望ましい。このような条件は、酸化チタンなどの光触媒に十分な紫外線照射を行うと発現することが確認されている。図３は、水およびヘキサデカン（鉱物油）について、縦軸に接触角を取り、横軸に紫外線照射時間を取り、両者の相関を試験した図であるが、十分に紫外線を照射すると、親水性および疎油性を発揮することが判る。
【００２１】
他方で、水に晒された壁面は、水苔などの藻類の発生が懸念される。このような問題に対しては、酸化分解力を有する光触媒活性も発現することが望ましい。さらに、壁面材や屋根材として意匠性を損なわない性質（透明性や着色性）や常に水流に浸漬していても強度劣化がない等の耐久性も同時に必要とされる。
【００２２】
以上のような各種の性能を合わせ持つ光触媒膜５としては、特にゾルゲル法で作製されたＴｉＯ２−ＳｉＯ２混合薄膜、スパッタリング法で作製されたＴｉＯ２−ＳｉＯ２等が好適とされる。また、適用される外装材および屋根材としては、ガラス、ポリカーボネード、ＰＶＣ等のテント膜構造材、セラミックタイル、セメント外壁、ペイント等の塗装などに適用することができる。
【００２３】
ところで、前記二酸化チタン等の光触媒は、一部の有機材料を除く有機物質に対して浸食性を示す性質がある。すなわち、光触媒作用により水や空気中の水分が酸化されて発生したヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や、空気中の酸素が還元されて発生したスーパーオキサイドアニオン（Ｏ２−）などの活性物質は有機物を分解する作用が有り、ビル壁面の塗装に用いられている塗料成分に有機材料が含まれている場合には、この有機塗料を侵し、塗膜と共に光触媒膜５の剥落が起き易くなる。そこで、前記光触媒膜と構造物壁面との間に、無機質材料または一部の有機材料からなる光触媒作用に侵されない中間防護層を設けるようにするのが良い。
【００２４】
前記中間防護層を構成する光触媒作用に侵されない物質としては、シリカ、アルミナ、酸化インジウム、酸化ジルコニウム、ＳｉＯ２、窒化物、硫化物、炭化物、カーボン等のセラミック、金属などの各種無機材料の薄膜を用いることができるとともに、光触媒作用に侵されない、若しくは侵され難いシリコーン樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどの有機材料の薄膜を用いることができる。
【００２５】
かかる都市空間の冷却装置において、ビル壁面の光触媒膜５の形成領域に水が供給されると、水は、光触媒膜５の超親水機能により、水滴状とはならず一様な膜となって流下するようになる。その結果、風に吹かれても水膜から水滴が分離しづらくなり、周辺に飛散することが無くなる。また、水膜が一様な膜状態となりムラが生じていないため、太陽光を均等に受光し水が効率的に蒸発するようになるなど、種々の問題を解決しながら、蒸発に伴う潜熱によってビル壁面および周辺の空気を効果的に冷却出来るようになる。
【００２６】
また、光触媒膜５は、太陽光線を受けると励起され、表面にある水分や酸素と反応してスーパーオキサイドアニオンなどの活性酸素と、ヒドロキシラジカルを生じる。この酸化還元反応により、防汚機能、除菌機能、脱臭機能等を発揮する。この光触媒反応に際して、酸化反応に必要な水が十分に供給されていることにより、光触媒反応が活性化するようになり、水苔の発生防止及び外壁の防汚はもとより、大気の浄化にも大いに貢献するものとなる。
【００２７】
ところで、前記ビル壁面に水が供給されても、日射量が足らない場合には蒸発が促進されない。そのため、図１に示されるように、ビル壁面に当たる日射量を計測する日射計２０およびバルブ制御器２１を配設するとともに、前記送水主管２の途中に制御バルブ２２を設けておき、前記日射計２０による計測値に基づき、前記バルブ制御器２１により前記制御バルブ２２の開度を調整し、水の供給量を制御するのが望ましい。
【００２８】
以上、ビル壁面に対する適用例について詳述したが、本発明は屋根面に対しても同様に適用可能である。屋根面等で傾斜が無い場合には、壁面のように水滴の飛散は問題とならないが、一様な水膜を形成して蒸発を促進し得る点、および水供給領域に水苔等の発生を防止し得る点において、光触媒膜の形成は非常に有効なものとなる。さらに、本発明はビル等の固定構造物以外に、電車、自動車、バス等の都市部を交通する移動車両への適用も可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳説のとおり本発明によれば、構造物壁面または屋根面に水を供給し、その蒸発潜熱により空間および構造物の冷却を図るに当たり、構造物壁面に供給された水を飛散させず、かつ効率的に蒸発させながら都市空間および構造物を冷却することが可能となる。また、光触媒反応を活性化することにより、水苔の発生を防止するとともに、外壁防汚、防菌、大気の浄化にも寄与し得るようになる。さらには、構造物壁面または屋根面の冷却により冷房負荷が低減され、省エネルギー化も同時に図り得るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用したビル１の全体斜視図である。
【図２】  図１のII−II線矢視図である。
【図３】  紫外線照射時間と接触角との相関図である。
【図４】  従来例１に係る冷却装置を示す図である。
【図５】  従来例２に係る冷却装置を示す図である。
【符号の説明】
１…ビル、２…送水管、３…横送水管、４…定量供給型散水ノズル、５…光触媒膜、１０…貯水タンク、１１…縦樋、１２…雨水貯留タンク、１３…補給水管、１４…水処理装置、１５…揚水ポンプ、２０…日射計、２１…バルブ制御器、２２…制御バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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