(57)【要約】【課題】構造物の外装材に対して散水することにより、構造物を冷却する冷房負荷軽減方法に関するものであり、簡便に散水による放熱効果を向上させる外装材への散水方法および装置を提供することにある。【解決手段】構造物の外装材の表面に親水層を形成し、該形成された親水層に散水して水膜を形成し、該形成された水膜の蒸発、吸熱作用により前記構造物を冷却するための外装材への散水方法において、散水する前の給水温度と散水した後の回収水温度をそれぞれ測定し、前記給水温度より前記回収水温度が高い場合には、散水量を増加させ、前記回収水温度が前記給水温度より低い場合には、前記外装材に水膜が維持される水量を下限として散水量を減少させる。【選択図】図１
2006016903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の外装材の表面に親水層を形成し、該形成された親水層に散水して水膜を形成し、該形成された水膜の蒸発、吸熱作用により前記構造物を冷却するための外装材への散水方法において、
散水する前の給水温度と散水した後の回収水温度をそれぞれ測定し、
前記給水温度より前記回収水温度が高い場合には、散水量を増加させ、
前記回収水温度が前記給水温度より低い場合には、前記外装材に水膜が維持される水量を下限として散水量を減少させることを特徴とする外装材への散水方法。
【請求項２】
表面に水膜を形成するための親水層を形成した構造物の外装材と、
該外装材への散水を行うための水供給装置と、
散水する前の給水の温度を測定するための温度計と、
散水した後の回収水の温度を測定するための温度計と、
前記給水の温度と前記回収水の温度に基づいて、散水量の演算を行うための制御装置とを有することを特徴とする外装材への散水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の外装材に対して散水することにより、構造物を冷却する冷房負荷軽減方法に関するものであり、特に、その効率を向上させる散水方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物に散水し、その蒸発効果により、都市温暖化対策や省エネルギーを図る技術が考案されている。例えば、特開２００２−２０１７２７号公報（特許文献１）では、構造物壁面に水を供給し、その蒸発潜熱により空間の冷却を図るにあたり、構造物壁面に供給された水を飛散させず、かつ、効率的に蒸発させるようにするために、構造物壁面の所定領域に、光励起に応じて親水化する光触媒膜を形成しておき、その光触媒膜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及び構造物を冷却する技術が開示されている。日射量が足らない場合には蒸発が促進されなくなるので給水量を制御するというように、日射計で給水量を制御することが記述されている。この技術は、光触媒効果による超親水性により、水膜が非常に薄く形成でき、従来からある構造物への散水方法と比較して、蒸発効率がよく、給水量が非常に少なくてすむ利点がある。
【特許文献１】特開２００２−２０１７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１で開示された技術は、光触媒以外の親水層を有する外装材には対応しておらず、さらに具体的な制御方法についても不明である。すなわち、日射が不足する場合には、光触媒効果が小さくなり、親水性が低下することから、水膜維持のための給水量の制御を意図しているとしても、水膜維持は、放熱効率を高めるための必要条件に過ぎず、放熱効率の向上を意図した効率的な設備運転の方針が示されているわけではない。散水量と温度低下の関係は、水の吸熱に依存する場合には、供給水量の多い方が温度低減効果が高くなることは明らかであるが、蒸発効率を向上させて散水量を最適化する検討が必要である。
【０００４】
また、日射量は、同一時刻でも、面の方位、傾斜角によって異なるため、各面に対して日射計を設置するか、代表的な日射データに基づいて、各面の日射量を演算する必要がある。更に言えば、散水の効果を最適化するために、日射、風速、湿度、外気温等の気象データを用いて制御を行うには、水膜を透過して外装材に入射する熱量、外装材から水膜に伝導する熱量、水膜と周辺外気との対流熱伝達量、水膜の蒸発速度および蒸発潜熱、水膜の吸熱量などからなる熱バランスから最適水量を演算する必要があり、そのためには各種センサー、プログラムなどが必要となり、高コストで複雑なシステムとなりやすい。
【０００５】
本発明は上記課題を解決し、簡便に散水による放熱効果を向上させる外装材への散水方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、構造物の外装材の表面に親水層を形成し、該形成された親水層に散水して水膜を形成し、該形成された水膜の蒸発、吸熱作用により前記構造物を冷却するための外装材への散水方法において、散水する前の給水温度と散水した後の回収水温度をそれぞれ測定し、前記給水温度より前記回収水温度が高い場合には、散水量を増加させ、
前記回収水温度が前記給水温度より低い場合には、前記外装材に水膜が維持される水量を下限として散水量を減少させることを特徴とする外装材への散水方法である。
【０００７】
さらに請求項２に係る発明は、表面に水膜を形成するための親水層を形成した構造物の外装材と、該外装材への散水を行うための水供給装置と、散水する前の給水の温度を測定するための温度計と、散水した後の回収水の温度を測定するための温度計と、前記給水の温度と前記回収水の温度に基づいて、散水量の演算を行うための制御装置とを有することを特徴とする外装材への散水装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、構造物の外装材の表面に形成した親水層への給水と回収水の水温の変化に着目し、散水量の制御を行うようにしたので、簡便に効率的に構造物を冷却することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図３は、本発明の基本的構成の一例を示す図である。図３において、１は散水ヘッダー、２は散水用導水管、３は水処理装置、４は給水管、５は受水槽、６は制御弁、７は給水ポンプ、８はストレーナー、９は構造物の外装材、１０は水流、１２は雨水/散水回収樋、１３は水処理装置、１４は回収水用導水管、１５は温度計（散水）、１６は温度計（回収水）、１７は流量計および１８は制御装置をそれぞれ表わしている。
【００１０】
構造物の外装材９に対して、上部に設けた散水ヘッダー１から水流１０（図では、３個所で図示）を流し、それらを下部に設けた雨水/散水回収樋１２で回収し、フィルターなどの水処理装置１３および回収水用導水管１４を介して受水槽５に戻す。受水槽５には、これら回収水と、水処理装置３と散水用導水管２を通った上水、中水、工業用水などの補給水を混合して散水用の水として貯めてある。ここで貯まった散水用の水は、ストレーナー８、給水ポンプ７および制御弁６を経て、散水用導水管２から散水ヘッダー１へと循環している。
【００１１】
構造物の外装材９の表面には、水流１０が完全に濡れ広がる親水層を形成して、水膜が非常に薄く形成できるようにして、水の蒸発効率を良くしてある。また、散水ヘッダー１から水流１０を形成するには、例えば次のようなシーパ−ホースを用いるとよい。内径がシーパーホース外形と等しい、塩化ビニル製パイプ内にシーパーホースを嵌め込み、そのパイプ外周の一部をホース全長にわたって切り欠き、外装部との接触部分でのみ水がしみ出す構造とする。水流の形成を確実にするため、構造物の外装材の大きさによっては図で点線で示すように、散水用導水管２から分岐して散水ヘッダー１を中間階、サッシ部など任意に複数設けるようにしてもよい。いずれにしても、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を用いるようにする。
【００１２】
センサーには、受水槽５に設けた温度計（散水）１５、雨水/散水回収樋１２に設けた温度計（回収水）１６および散水用導水管２に設けた流量計１７がある。温度計は散水および回収水の温度計測のためのものであり、図で示した場所への設置を規定するものでない。同様に、流量計も散水量の計測のためのものであり、図で示した場所への設置を規定するものでない。制御装置１８では、これらセンサーにて計測された計測量を集めて演算を行い、給水ポンプ７の吐出量すなわち散水量を制御している。散水量の制御のために図３では、制御装置１８が給水ポンプ７を制御するようにしているが、代わりに制御弁６を制御するようにしてもよい。
【００１３】
図４および図５は、本発明の基本的構成の他の例を示す図である。各図中の番号は、図３とほぼ同様である。まず図４は、雨水/散水回収を行わない点と、複数散水ヘッダーへの分岐管に制御弁６を設けてそれぞれに流量制御できるようした点が、図３の構成と異なる。また、図５は、散水用導水管２の後に、高架水槽１１を付加したものであり、高架水槽のヘッドを利用した散水供給を行う。なお、上記で示した図３ないし図５は、本発明の基本的構成についてその一例を示したものであり、これらを組み合わせた構成をとってもよい。
【００１４】
散水量の制御は、供給ポンプあるいは導水管に設置した制御バルブで行っても、ヘッダー部分で行っても良い。さらに、定流量ポンプ、定流量バルブなど、圧力変動や流量変動を抑制する装置を採用するようにすれば、散水量の制御精度が向上し、安定した水膜形成ができるのでよりよい。
【００１５】
次に、図1を用いて本発明の処理フローを説明する。まずステップS１００にて、散水量の初期値を設定する。次に、ステップS１０１およびステップS１０２にて、図３ないし図５で示す温度計１５および１６にて給水および回収水の温度を測定し、ステップS１０３にてそれら計測温度の大小を判断する。T２≦T１すなわち給水温度T１が回収水温度T２と同じか高ければ、ステップS１０４へ、そうでなければステップS１０５で散水量を増加させて温度計測のループに戻る。ステップS１０４では、水膜維持がなされているかどうかの判断を行う。水膜維持がなされていれば、ステップS１０６へ進み散水量を減少させる操作を行い、水膜が切れて、水膜維持がなされていなければ、ステップS１０５へ進み散水量を増加させる操作を行う。
【００１６】
ステップS１０４での判断には、水膜が切れて散水されていない部分ができると、その部分の表面温度が急変するという現象を捕えるようにするとよい。点検知型の温度センサーを表面材に複数設置する方法や、赤外線センサーやサーモグラフなどの面検知型の温度センサーを使用する方法などで、外装材の表面の温度分布を計測し、監視員による監視やコンピュータのパターン認識により異常を検知するなど種々考えられる。また、水膜が切れることで蒸発量が減少し、水温が上昇することを利用することもできる。
【００１７】
図２は、本発明の処理フローの他の一例を示す図であり、図１のステップS１０４水膜維持の判断などを、ステップS２０４およびステップS２０５で行うものである。すなわち、はじめのステップS２００にて、散水量の上下限値を設定しておき、それぞれステップS２０４およびステップS２０５の判断ステップで利用している。水膜維持ができなくなる散水量の下限値を予め設定しておくものであり、簡便で設備設計上も好ましい。
【００１８】
図１および図２の本発明の処理フローで示した、給水温度T１と回収水温度T２とを比較して、散水量制御するという本発明の思想は、発明者らの以下の知見より得たものである。表1は、光触媒を利用した放熱建材の蒸発効率を確かめるために行った散水実験結果をまとめたものである。２０ケース毎に、供給水温Aと、散水なしの場合の放熱建材の表面温度Bと、散水ありの場合での回収水温Cと、さらに吸熱分Dと蒸発・対流分Eをそれぞれ示している。
【００１９】
【表１】
2006016903.tif 000003
【００２０】
実験は、幅１ｍ長さ５ｍの塗装鋼板パネルの表面に光触媒TｉＯ２コートを施したものに、200cc/分の流量の散水という条件で、水の吸熱と蒸発の効果を概観し、散水による温度低減効果を確かめるために行った。散水による温度低減効果は、同時に計測した散水なしの表面温度Ｂと散水したものの表面温度Ｆの差で定義している。光触媒の効果によって水膜が非常に薄く、かつ、試験体が薄鋼板で熱容量が小さいため、回収水温Ｃと表面温度Ｆがほぼ等しくなっていることから、ここでは、回収水温Ｃ＝表面温度Ｆで整理している。
【００２１】
温度低下量は、水膜の吸熱と蒸発潜熱および水膜と周辺空気との対流熱伝達の和でバランスするが、表１では、特に供給から回収にかかる水温変化に着目し、給水温度の上昇分（Ｃ−Ａ）を便宜的に吸熱による表面温度低下（吸熱D）とする。さらに、散水による温度低下から吸熱寄与分を減じた温度（Ｂ−Ｃ−Ｄ）を、蒸発および対流による温度低下（蒸発・対流E）として整理している。
【００２２】
水温に着目して表１を見れば、回収水温が供給水温よりも上昇する場合（ケース１〜３）と、回収水温が供給水温よりも低下する場合（ケース４〜２０）の２つのパターンが認められる。これらの結果は、前述の熱バランスを詳細に計算することで予測が可能であり、かつそれに基づく制御ロジックを構築することも可能である。しかし、本発明では、取得データ、制御プログラムを極力簡便にして効果を上げるために、水膜の温度変化に着目している。
【００２３】
すなわち、回収水温が給水時よりも上昇している場合は、蒸発・対流による放熱は限界に達したため、その残差として水温が上昇すると考えることができる。これ以上の温度低下をはかるためには、水の吸熱効果を利用する必要があり、給水量を増加することにより温度低下を図ることができる。この場合、理論上は供給水温程度まで低下させることができる。
【００２４】
これとは反対に、回収水温が給水時よりも低下している場合は、蒸発による温度低下が、日射等による温度上昇分に加えて、供給水温までを低下させる方向で作用していると考えることができる。給水量を減少させることで水膜の熱容量が低下するため、より温度低下を図ることができる。逆に給水量を増加した場合、その増加分は蒸発潜熱による放熱に対する負荷として作用するため効果的ではない。この場合も供給水量を増加させると、理論上、供給水温近くまで上昇する。よって、回収水温が供給時よりも低い場合には、全体の水膜が形成される限界まで水量を減少させ（水膜維持限界給水量）、蒸発潜熱に対する負荷を減少させることで、外装材の放熱効果を向上させることができる。
【００２５】
本発明では、対流伝熱量、蒸発潜熱量、水の吸熱量などを演算して散水量を制御するのではなく、これらの作用した結果としての水温の変化に着目した。対流と蒸発は、温度変化に対する吸熱寄与分の残差として、一つに包含しているため、対流、蒸発の寄与率をあえて切り分けて演算し、日射、外気温、風速の系から対流成分、外気温、湿度、風速の系から蒸発成分を切り分けて制御ロジックを構築する必要はない。すなわち、日射量、風速、湿度、外気温などとは無関係に、水温の計測で散水の効果的な制御が可能となり、システムが簡単で、センサー類も少なくかつ廉価なものが利用できる。また、散水対象を光触媒に限定せず、あらゆる表面材に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の処理フローの一例を示す図である。
【図２】本発明の処理フローの他の一例を示す図である。
【図３】本発明の基本的構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の基本的構成の他の一例を示す図である。
【図５】本発明の基本的構成の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    散水ヘッダー
２    散水用導水管
３    水処理装置
４    給水管
５    受水槽
６    制御弁
７    給水ポンプ
８    ストレーナー
９    構造物の外装材
１０    水流
１１    高架水槽
１２    雨水/散水回収樋
１３    水処理装置
１４    回収水用導水管
１５    温度計（散水）
１６    温度計（回収水）
１７    流量計
１８    制御装置
【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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