(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
降雨、もしくは建物上部に設置された給水装置からの雨水等により水分が供給される屋根・壁体構造において、前記屋根・壁体を構成している構造体の外表面に冷却材を設け、該冷却材は、感温吸排水性ポリマーを、繊維状樹脂に含有させ、もしくは繊維状樹脂と混ぜ、それを保護材からなる袋内に収納して構成され、前記保護材は、遮光性と、少なくとも吸水性、通水性のいずれか、もしくは蒸気通過性を備えた不織布等の膜材としたことを特徴とする水分蒸発冷却屋根・壁体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋根や外壁など建物の外表面に散水し、その水が蒸発する際に奪う気化熱を利用して建物が冷却されるようにした建物の屋根・壁体構造に関し、少ない散水量で高い冷却効果が得られ、しかも太陽光などに対して高い耐久性を有する水分蒸発冷却屋根・壁体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋根や外壁等の建物の外表面に散水し、表面の水分が蒸発する際の気化熱を利用して建物の構造体の表面温度を下げて建物内を冷房して、冷房機器の負荷を軽減させる方法が知られている。
【０００３】
かかる冷却方法では、屋根や外壁の上部に貯水タンクや給水パイプを設け、これらから放水した水を勾配に沿って流下させて屋根や外壁表面に散水したり、あるいはスプリンクラー等放水装置を屋根上や壁面に向けて設け、これにより放水をして散水していた。
【０００４】
ところが，屋根などの上に水を流下させた場合は、水が特定のところを常に流れ落ちる、いわゆる水道（みずみち）が形成されてしまい屋根全体を均一に濡らすことが難しかった。また，放水から屋根の下端まで直ちに流れ落ちてしまい水の使用量に対して高い冷却効果が得られなかった。
【０００５】
一方、スプリンクラーを用いた場合は、広い範囲に水を到達させるには高い水圧と多量の水が必要となり、少量の水で効率よく散水することができず、水の消費が大きくなるという問題があった。また、スプリンクラーから放出された水が、風等で予期せぬ方向に流され、所望の箇所に散水されず、逆に近隣に水が飛散して迷惑を掛けてしまうことがあった。
【０００６】
そこで、屋根や外壁面など建物の構造体の表面に感温吸排水性ポリマーを積層し、給水装置等から予め感温吸排水性ポリマーに保水させ、温度の上昇に対応して、感温吸排水性ポリマーから放出された水を構造体の表面で蒸発させ、建物を冷却することが考えられている。
【０００７】
この発明によれば、構造体の外表面全体に広く水を行き渡らせることができるとともに、気温が低いときは感温吸排水性ポリマーが水を内部に保持して水の無駄な消費を防ぎ、一方、感温吸排水性ポリマー１４の温度が所定温度以上になったとき、保持している水を放出して水分蒸発による冷却を開始するので、必要なときに効率良く、かつ長時間冷却効果を発揮することができる効果を有している。（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
このような水の蒸発潜熱を用いて冷却する冷却システムは、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。
【特許文献１】特願２００１−１０２９０２号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の水分蒸発冷却屋根・壁体構造は、感温吸排水性ポリマーを建物の構造体の表面に設けていたため、感温吸排水性ポリマーに太陽光が直接照射されていた。そのため時間の経過とともに、感温吸排水性ポリマーの吸排水性能が劣化するおそれがあった。
【００１０】
また、感温吸排水性ポリマーは、完全に乾燥してしまうと粉末状になり風で飛散するおそれがあるため、適宜水分を補給して感温吸排水性ポリマーを含水状態に保持する必要があった。更に塵埃が付着して汚損されるおそれがあった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決し、屋根表面や外壁面等建物の構造体を少ない水量で均一に濡らし、水分の蒸発による高い冷却効果が得られ、かつ経時的な劣化が小さく耐久性が高い水分蒸発冷却屋根・壁体構造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】
【００１２】
本発明では、上記課題を解決するため、水分蒸発冷却屋根・壁体構造を次のように構成した。
【００１３】
請求項１に記載の発明では、降雨、もしくは建物上部に設置された給水装置からの雨水等により水分が供給される屋根・壁体構造において、屋根・壁体を構成している構造体の外表面に冷却材を設け、この冷却材は、感温吸排水性ポリマーを、繊維状樹脂に含有させ、もしくは繊維状樹脂と混ぜ、それを保護材からなる袋内に収納して構成され、保護材は、遮光性と、少なくとも吸水性、通水性のいずれか、もしくは蒸気通過性を備えた不織布等の膜材とした。
【００１４】
構造体とは、屋根や壁体など建物を構成している構成部材をいう。
【００１５】
感温吸排水性ポリマーとは、感温吸排水性ポリマーごとに予め定められた感温点を有し、感温吸排水性ポリマーの温度が感温点以下では水を吸収し、感温点以上の温度となると内部に保持していた水を外部に排出する特性を有する吸排水性樹脂である。
【００１６】
また、保護材が備える吸水性とは、繊維や素材自体で吸水する性質をいい、通水性とは、繊維や素材自体で吸水しないが、繊維や素材が有するかそれらの間隙で水を通す性質をいう。蒸気通過性とは、少なくとも蒸気を表裏方向に通過させる性質をいう。遮光性としては、太陽光を完全に遮断するのみでなく、感温吸排水性ポリマーに悪影響を与える波長の光を遮断する性能のみであってもよい。また表面に光反射性を備えていてもよい。
【００１７】
保護材としては、不織布、ゴアテックス（商品名）に類する布材等の膜材が考えられる。
【００１８】
これにより、給水装置等から水が供給された感温吸排水性ポリマーは、内部に水を吸収し保持する。外気温が上昇し、感温吸排水性ポリマーの温度が感温点に達すると、感温吸排水性ポリマーは水分を放出し、また外気温が低下し、感温吸排水性ポリマーの温度が感温点以下になると、感温吸排水性ポリマーは水分の放出を停止し、給水装置等から給水があれば吸水して内部に保持する。
【００１９】
したがって、外気温が上昇し、感温吸排水性ポリマーの温度が感温点以上に上昇すると、感温吸排水性ポリマーから排出された水が、保護材表面で、あるいは蒸気通過性を有する保護材の場合は、保護材の下部で蒸発するので、屋根や壁体などの構造体表面が、気化熱で冷却される冷房効果が得られる。更に、感温吸排水性ポリマーにより、外気温が高い時のみ水分の放出が生じるため、水の無駄な消費がない。
【００２０】
また、保護材により太陽光が遮断されるので、感温吸排水性ポリマーに直接太陽光等の照射がなされず、太陽光等の照射による経時的な劣化が防止される。
【００２１】
冷却材を容易に形成することができ、取り扱いのし易さを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明にかかる建物の水分蒸発冷却屋根・壁体構造の一実施形態について説明する。図２に建物の全体を示す。
【００２３】
建物２は、屋根３、窓４を有する外壁５、雨水等を蓄える給水装置としての貯水タンク６等からなり、屋根３が、冷却材１３を設けて水分蒸発冷却屋根・壁体構造に構成されている。尚、貯水タンク６は、かかる構成に限るものではない。
【００２４】
水分蒸発冷却屋根・壁体構造は、図１に示すように屋根３の構造体１２と、構造体１２上に設けられた冷却材１３から形成してある。冷却材１３は、感温吸排水性ポリマー１４を繊維状樹脂１５に含有させ、それを袋状に形成した不織布を用いた保護材である膜材１６内に収納して形成されている。
【００２５】
感温吸排水性ポリマー１４は、感温吸排水性ポリマーごとに定められた特定の温度（以下、感温点という）を有し、感温吸排水性ポリマー１４の温度が感温点以下では内部に水を吸収保持し、気温が感温点以上になると水を吸収せず内部に保持していた水を排出する性能を備えており、例えば特開平７−２２４１１９号公報に記載の（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例）や特開平８−１０００１０号公報に記載の（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例）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が知られている。
【００２６】
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。本発明においては、２５℃〜３０℃の感温点が好ましい。
【００２７】
膜材１６は、太陽光を通過させない遮光性と、少なくとも吸水性と通水性のいずれかの性質を適度に有する素材からなり、一辺が３０ｃｍ〜１ｍ程度の袋状に形成されている。
【００２８】
膜材１６の内部には、感温吸排水性ポリマー１４が繊維状に形成された樹脂に混ぜて収納してある。繊維状の樹脂に感温吸排水性ポリマー１４を混ぜることにより、感温吸排水性ポリマー１４との混合物の形状保持性が高められている。
【００２９】
このようにして形成された冷却材１３は、屋根３の上面全面に並べられ、釘、ネジ、固定金具等を用いて構造体１２に固定されている。尚、屋根３との間に塗布した接着剤等を用いて冷却材１３を構造体１２に固定してもよい。
【００３０】
貯水タンク６は、雨水を貯蔵する収納容器１７と、収納容器１７の下部に開口した流出口１８と、流出口１８を開閉させる開閉弁（図示せず）等から構成され、温度検出器を有する制御器（図示せず）からの信号により開閉弁が作動し、流出口１８から水を流出させる。流出口１８は、屋根３の頂部に沿って適当な間隔で設けられており、流出口１８から流出された水は、最上段に取り付けられている冷却材１３にかかるようになっている。
【００３１】
尚、貯水タンク６は、屋根３の中央に設置しなくてもよく、屋根頂部より上部の他の場所に配置してもよい。この場合は、屋根頂部より上部に配置した貯水タンクから屋根まで配管を配し、流出口１８から水を流出させる。
【００３２】
更に、屋根３の最下部には樋２０を備え、屋根３上を流れ落ちた雨水を貯水槽２１内に貯蔵でき、ポンプ２２を用いて貯水槽２１から貯水タンク６に雨水を揚水できる。また雨水で不足する場合は、貯水槽２１や貯水タンク６へ市水（水道水）等を給水してもよい。
【００３３】
次に、水分蒸発冷却屋根・壁体構造の作用について説明する。
予め冷却材１３には、降雨もしくは貯水タンク６からの雨水等により給水されている。外気温が低く、感温吸排水性ポリマー１４の温度が感温点以下の場合、感温吸排水性ポリマー１４が水を保持し放出しないため、比較的低温で建物を冷却する必要がない時は水が消費されない。
【００３４】
外気温が上昇し、感温吸排水性ポリマー１４の温度が感温点以上になると感温吸排水性ポリマー１４から水が放出される。放出された水は膜材１６の表面に染み出し、蒸発して気化熱を奪い表面を冷却する。これにより屋根３の温度が低下し、建物２内の温度が低下し、あるいは温度の上昇が抑制され冷房効果が得られる。
【００３５】
そして、外気温が低下し、感温吸排水性ポリマー１４の温度が感温点以下に低下すると、感温吸排水性ポリマー１４からの水の放出が再び停止する。
【００３６】
したがって、外気温が高いときは冷却材１３から水の蒸発が発生し、屋根３の表面温度が低下し建物２の冷房効果が得られる。また、外気温が低下し、感温吸排水性ポリマー１４の温度が感温点以下になり、蒸発によって建物２の室内温度を低下させる必要がなくなったときは、蒸発が停止するので、無駄な水の消費がなくなる。
【００３７】
そして、感温吸排水性ポリマー１４の含水量が減少していると判断されると、開閉弁を開放して貯水タンク６から水を流出させる。貯水タンク６から流出された水は、上段の冷却材１３にかかり、冷却材１３の内部に収容されている感温吸排水性ポリマー１４に水が吸収される。
【００３８】
そして、その冷却材１３の水の吸収が飽和状態になると、吸収されなくなった水が順次下方の冷却材１３に流れ落ち、それぞれの冷却材１３で飽和状態まで吸収される。
【００３９】
また傾斜面では、図４に示すように横方向に複数の横配管１９を設け、各横配管１９を貯水タンク等から延設した縦配管２３に接続し、各横配管１９から給水するようにしてもよい。このようにすれば、飽和状態まで給水せず各冷却材１３に所望の量を含水させることができ、水の熱容量による蓄熱を避けることができる。
【００４０】
開閉弁は、外気温が上昇し、感温吸排水性ポリマー１４の温度が感温点を越え再度感温点以下に下がったときに開放される。また、計測された外気温や感温吸排水性ポリマー１４の温度が到達した最高温度や、感温点を越えていた時間等を考慮することにより、蒸発量に応じた水を感温吸排水性ポリマー１４に適切に補充することができる。
【００４１】
図３は、貯水タンクを有する給水装置を組付けた屋根・壁体構造に関するものである。これは貯水タンク４２内に感温吸排水性ポリマー４１を充填し、感温吸排水性ポリマー４１の温度に応じた吸排水性能を用いて貯水タンク４２からの水の吐出を制御するものである。すなわち、屋根３の上部に流出口１８を備えた容器１７を据え付け、容器１７の内部に感温吸排水性ポリマー４１を充填してある。
【００４２】
感温吸排水性ポリマー４１は、感温吸排水性ポリマー４１の温度が感温点を越えると保持していた水を放出し、感温点以下の温度では放出せず吸水する特性を有している。
【００４３】
さらに、貯水タンク４２の内壁には、熱伝導率の高い金属材などからなる突片４３が複数取り付けられている。突片４３は、感温吸排水性ポリマー４１の内部に延設されており、貯水タンク４２の壁面から熱を内部の感温吸排水性ポリマー４１に伝達する。
【００４４】
かかる構成にすると、感温吸排水性ポリマー４１の温度が感温点を越えると感温吸排水性ポリマー４１が水を放出し、流出口１８から屋根３の上に水を流出させる。すると、水分の蒸発冷却により屋根３の表面温度が低下し、建物２内を冷房することができる。
【００４５】
したがって、貯水タンク６の感温吸排水性ポリマー４１に水を吸収させておくことにより、外気温が上昇し感温吸排水性ポリマー４１の温度が感温点に達すると水を放出し、温度その他の計測器や水管の開閉弁等を用いることなく外気温が高いとき自動で屋根３や外壁５等の冷却材に散水をすることができる。すなわち、温度変化により自動的にバルブの開閉を行う機能を有している。また、降雨時には容器１７内に雨水を溜めることができる。
【００４６】
更に、突片４３を有していることから、貯水タンク４２の周囲の温度と貯水タンク４２に収納されている感温吸排水性ポリマー４１の温度とを近づけることができ、温度変化に対応して正確に作動させることができる。
【００４７】
尚、貯水タンク４２は、本実施形態のように屋根３の頂部に設置するのではなく、屋根３の頂部より高い他の位置に設置し、配管により通水し、屋根３に給水してもよい。
【００４８】
次に、実験例について説明する。
実験は、図５に示すような、断熱材からなる容器上面に合板（天井面）、樹脂含有感温吸排水性ポリマー、及びスラグモルタルを設け、スラグモルタル上に温度計及び容器内部に熱流計や温度計を設置した実験容器を２つ用意し、一方の感温吸排水性ポリマーには水分を供給し、他方の感温吸排水性ポリマーには水分を供給せず、それぞれを屋外で容器上面に太陽光を照射させて行った。
【００４９】
結果は、水分を供給した実験容器、すなわち蒸発冷却が有る場合は、水分を供給していない実験容器に対して、容器の外表面温度については、５．５℃低下し、容器内部の温度については、２℃低下し、合板（天井面）熱流については、１３Ｗ／ｍ２低下した。
【００５０】
また、感温吸排水性ポリマーの紫外線耐久性に関しては、紫外線ロングライフフェードメータによる１００時間（約半年の使用に相当）の試験では、ポリマーの初期吸水量１２７ｇ／ｇが、１００時間後に１６９ｇ／ｇとなり、ポリマーの架橋が一部破壊され、溶解したポリマーの増加が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の水分蒸発冷却屋根・壁体構造を示す、部分断面図である。
【図２】本発明の蒸発冷却構造を用いた建物の斜視図である。
【図３】給水装置の例を示す図である。
【図４】配管の例を示す図である。
【図５】実験装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
２  ；  建物
３  ；  屋根
４  ；  窓
５  ；  外壁
６、４２；  貯水タンク
１２；  構造体
１３；  冷却材
１４；  感温吸排水性ポリマー
１５；  繊維状樹脂
１６；  膜材
１７；  収納容器
１８；  流出口
１９；  横配管
２０；  樋
２１；  貯水槽
２２；  ポンプ
２３；  縦配管
４３；  突片
【図１】
0004925014.tif 000002
【図２】
0004925014.tif 000003
【図３】
0004925014.tif 000004
【図４】
0004925014.tif 000005
【図５】
0004925014.tif 000006