日本ヒートアイランド学会論文集 Vol.6 (2011)
Journal of Heat Island Institute International Vol.6 (2011)

学術論文

雨水貯留と毛管吸水に着目した蒸発冷却舗装システムにおける
夏季屋外実験による舗装体の形状と断面構成の検討
A Study of Pavement Body Configurations of the Evaporative Cooling Pavement System with a
Focus on Rainwater Retention and Capillary Absorption through a Summer Outdoor Experiment
梅干野 晁*1
Akira Hoyano

円井 基史*2
Motofumi Marui松本 明広*3
Akiriho Matsumoto

浅輪 貴史*1
Takashi Asawa*1 東京工業大学大学院総合理工学研究科 Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering,Tokyo Institute of Technology*2 金沢工業大学環境・建築学部 College of Environmental Engineering and Architecture, Kanazawa Institute of Technology*3 ㈱日建設計 Nikken Sekkei Ltd.
Corresponding author: Motofumi Marui, mmarui@neptune.kanazawa-it.ac.jp
ABSTRACTThis paper discusses a pavement body configuration of the evaporative cooling pavement system. The
evaporative cooling duration of pavement systems, which were designed with a focus on rainwater retention andcapillary absorption, was investigated through a summer outdoor experiment. The results from this experimentshowed the following: (1) Surface temperature of a system which has pavement blocks with arched void kept low
for 14 days or longer. The difference between the surface temperature and air temperature were below 5 degrees C
in the daytime. It is because the water retention capacity is enough and the distance of pavement surface andwaterproof layer is shorter than the pavement capillary absorption height. (2) Evaporative cooling duration of
pavement systems with a thick roadbed was about 5 days. It shows that there is stay water (not used for evaporative
cooling) in the system after capillary absorption channel from the pavement downside to the surface are disrupted.
キーワード:蒸発冷却，舗装システム，毛管吸水，屋外実験，雨水貯留
Key Words : Evaporative cooling, Pavement system, Capillary absorption, Outdoor experiment, Rainwater retention

１.はじめに透水

ヒートアイランド対策の一つとして，雨水を保水し，蒸

蒸発

蒸発効率
日射反射率
白華
（とその対処）保水容量（有効保水量＊）

発冷却効果により夏季の暑熱環境を緩和する保水性舗装が

表面の
濡れ状態

注目され，研究・開発が進行している(1)～(7)．しかしながら，
毛管
吸水

ほとんどの保水性舗装においては保水容量が十分でなく，蒸発冷却の持続期間が短いことが課題として挙げられる．
ポンプ等により強制的に給水を行うもの，貯水槽から導水シート等により吸水を行うものなど，保水・給水方法の改善を図る舗装システム(4), (5), (7)もいくつか考案されているが，普及には至っていない．

＊有効保水量（舗装体下部から表面への毛管
水みちが途切れるまでに蒸発により失われる
水量）は本報で提案する指標である。

保水

毛管吸水高さその他：
歩行性、強度、耐久性など

止水（水平方向の水の流れも考慮）

図 1 蒸発冷却舗装システムの基本構成と設計する上で考慮すべき項目

これまで筆者らは，歩道や広場等において雨水を面的に貯留し，舗装体の毛管現象により吸水・蒸発を長期間持続の毛管現象により連続的に吸水・蒸発を行うことは，既往させる「蒸発冷却舗装システム」（以下，本システムとする）の舗装システムに比べて貯水容量，維持管理，無動力，雨の基本構成を提案し，その熱・水収支特性を屋外実験によ

水利用の観点で有効であると考える．しかし，その舗装体(8)～(10)．本システムの基本構成と考慮すべ（舗装ブロックおよび路盤）部分の具体の設計，および，き項目を図 1 に示す．雨水を面的に保水・貯留し，舗装体

舗装表面における白華（炭酸カルシウムの析出）の対策にり把握してきた-30-

ついては，本システムの実用化に向けた課題としてきた．

の蒸発量と降雨量について，
2004 年 8～9 月のデータを図 3

そこで本報では，舗装体の具体の設計に向けて，舗装体に示す．この 2 ヶ月の月間降雨量は平年並みであった．図

の形状と断面構成について屋外実験により検討を行う．具

3(a)より，断続的に日積算で 30～60mm 程度のまとまった体的な内容は以下の通りである．1）本システムを東京都市

降雨があることが分かる．2 ヶ月を通して見ると，累積降圏で適用する場合を対象として，夏季の降雨特性を踏まえ

雨量は約 410mm，吸水型試験体の累積蒸発量は約 210mm

た上で，本システムの保水容量に関する設計目標を提示すであり，累積降雨量が 200mm 程度上回っている（図 3(c)）．

る．2）舗装体の形状と断面構成についての設計・提案を行日積算蒸発量が日積算降雨量を上回る日が連続している

い，実験試験体を作製する．3）その試験体を用いて夏季屋

8 月前半（16 日間）と 9 月中旬（14 日間）の期間に着目す

外実験を行い，舗装表面の濡れ状態や保水量，表面温度とると，その期間内における「累積蒸発量−累積降雨量」の気温との差に着目して蒸発冷却の持続性を明らかにする．

最大値はそれぞれ 68mm，48mm であった．これにより，

これにより，上記の設計目標に達しているかを確認する．

舗装システム内におよそ 70mm（kg/m2）程度の保水容量を確保すれば，同様の期間において，蒸発に必要とされる水

２.蒸発冷却舗装システムの設計目標

量を自然降雨のみでまかなえる可能性が示唆された．
先述の 2.1（1）で検討（3）保水容量に関する設計目標
2.1 降雨特性と保水容量に関する検討（1）東京における夏季の降雨特性

本システムでは夏季
過去10年間における出現頻度（回）に散水を行わずとも，できるだけ自然降雨のみで長期間に渡って蒸発が持続できることを目標としている．そこで保
水容量に関する設計目標を検討するため，本システムを東京都市圏で適用することを想定し，東京管区気象台（千代田区大手町）の 2000～2009 年（10 年間）における 7～9 月（夏季）の降雨特性を調査した．
この 3 ヶ月間の積算降雨量は，最も多い年で約 710mm，最も少ない年で約 300mm であり，平均では 520mm 程度であった（年間降雨量の平均は約 1590mm）．この 520mm を

12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

7～9 月の 92 日間で除すると，
1 日あたり約 5.7mm となる．

1日あたり0.5mm以上の降雨がない連続日数

1日あたり6mm以上の降雨がない連続日数

05

既報(8), (9)の屋外実験において，夏季晴天日で舗装体の表面

10

15

20

25

30

35

7～9月における連続無降雨期間（日）図 2 夏季（7～9 月）における連続無降雨期間の出現頻度（2000～2009 年の東京の気象台データ

がほぼ完全濡れ面（以下，湿潤状態とする）の場合，日向の日積算蒸発量は 3～6mm（kg/m2）であることを確認してにて 3 日以上の無降雨期間を抽出）いる（後述の図 3(b)）．期間中，曇天や雨天も含まれることを考慮すれば，夏季における平均的な積算降雨量は，本シ
日積算降雨量[mm/m2 ･day]

ステムの積算蒸発量をまかなえる水量であると言える．
図 2 に，この 10 年間の 7～9 月における連続無降雨期間（1 日あたり 0.5mm 以上の降雨がない連続日数）の日数別の出現頻度を示す．ここでは，3 日間以上連続した無降雨

40
20
0

日積算蒸発量（吸水型)[mm/m2 ･day]

期間を抽出した．また先述したように，晴天日で舗装体が湿潤状態の場合，日向の日積算蒸発量が 3～6mm 程度であることより，1 日あたり 6mm 以上の降雨がない連続日数のデータも合わせて示した．調査結果として，10 年間における夏季の最長の無降雨期間は，最も長い年で 20 日間，10

累積降雨量・蒸発量[mm/m2 ]

年間の平均では 14.4 日であった．また，14 日間以上連続で1 日あたり 6mm 以上の降雨がない期間について，出現頻度は 10 年間で 12 回，累積日数では約 250 日であった．対象とした 10 年間の夏季 3 ヶ月間においてこの日数は 27％に相当し，残りの 7 割強の期間では 14 日以内に一度は 6mm
以上の降雨日が認められた．
（2）実験試験体における蒸発量と降雨量

60

蒸発量と降雨量との関係を具体的に確認するため，既報(8)にて行った屋（a）降雨量86420（b）蒸発量（吸水型試験体）

400

48mm/m2
累積降雨量

300
200

累積降雨量−累積蒸発量

100

68mm/m2

0
100 累積蒸発量（吸水型試験体）
200
8/1

外実験（神奈川県横浜市）より，常に湿潤状態に保った舗
装試験体（吸水型試験体）（周囲に遮蔽物のない日向に設置）

-31-

8/11

（c）降雨量と蒸発量の比較
8/21

9/1

9/11

9/21

9/30

図 3 常に湿潤状態に保った舗装試験体（吸水型試験体）の蒸発量と降雨量の比較 (2004 年・横浜)(8)

した東京の 10 年間の降雨特性からも，夏季の間，蒸発量を（3）乾燥過程において，保水した雨水を無駄なく舗装表面

まかなえる（積算）降雨量があること，そして 7 割以上のまで吸上げる．
［毛管吸水性能］

期間で 2 週間（14 日間）に一度は 6mm 以上の降雨がある

本報では，主に（2）と（3）について検討するための屋

ことを確認した．上記 2.1（1）,（2）より，東京都市圏の外実験を行う．
（2）の止水性能について，ある程度広い面

夏季において，2 週間の累積蒸発量に相当する水量（日向積で施工を行う場合，水平方向の水の流れを考慮する必要で適用する場合，1 日の蒸発量を，図 3(b)の晴天日実測値があるが，実験上は鉛直一次元として扱った．なお，既報

平均約 5kg/m2 として，14 日間で 70kg/m2 程度）を本システ(8), (9)の屋外実験において，（1）の透水性能に関して問題は

注 1）

ムで確保できれば，先述した 7 割以上の期間見られなかったが，降雨強度と表面流出量の関係などにつで，降雨のみで蒸発が持続すると推測できる．以上より，本研究でいては今後の検討課題とする．

は蒸発冷却舗装システムの保水容量について，日向で用いる場合注 2），設計目標を 70kg/m2 と設定する．

３. 舗装体の形状と断面構成の考案

2.2 設計目標の整理

前章で検討した設計目標を踏まえ，夏季の間，雨水利用以上の検討を踏まえ，本システムの蒸発冷却効果の持続のみで蒸発冷却効果を持続させる舗装システムの具体化を性に関する設計目標を以下に示す．

行う．70kg/m2 以上の保水容量を確保すること，そして，（1）夏季における降雨を舗装システム内に透水し，集水す

保水した水を有効的に表面に吸上げるよう舗装表面と止水る．
［透水性能］（2）夏季の連続無降雨期間（約 2 週間）の蒸発量に相当す

表 1 試験体の概要

る水量（日向に適用する場合 70kg/m2 程度）以上を保水・

舗装表面
舗装体

舗装表面と止水面の距離＜舗装体の毛管吸水高さ＊（70kg/m2以上の保水容量）（＊毛管吸水高さ：舗装体の下部を自由水に浸けたときに舗装
体が水を吸上げる鉛直高さ）

従来の舗装断面を基本とし、路盤（砕石）に設計の考え方古紙を混ぜて毛管吸水性能を向上

従来の舗装断面を基本とし、ブロック厚さを大きくして毛管
吸水性能を向
上

ブロック

ブロック

シ
ス
テ 断面模式図
ムの概 保水容量（予要 備実験により導止水面

2nd Step （具体化）

ブロック加工・
隅切り型

ブロック加工・
アーチ型

舗装表面と止舗装表面と止水面との距離を水面との距離を毛管吸水高さ
毛管吸水高さ以下とし、ブロッ以下とし、ブロッ
ク空洞を大きく
クに空洞を設けして保水容量を
て保水
確保
ブロック

ブロック

モルタル
砕石＋古紙
止水面

モルタル
止水面

砕石

砕石
止水面

砕石
止水面

91 kg/m2

68 kg/m2

47 kg/m2

77 kg/m2

・ブロック：1１
保水容量の内・モルタル：6
訳（材料空隙・砕石：74率により導出）（kg/m2）
舗装表面と止290mm
水面との距離・ブロック：22
・モルタル：6
・砕石：40（kg/m2）・ブロック：19
・空洞：24・砕石：4（kg/m2）・ブロック：17
・空洞：56・砕石：4（kg/m2）

250mm

130mm

150mm

出）

舗装表面と止水面の距離=150mm（舗装体の毛管吸水高さ=180mm）

保水容量=77kg/m2

空洞（体積率：40％）

加工ブロックの寸法
100

100

形状

200
200

45

45

140
140

従来・
ブロック厚型試験体の名称貯留する．［保水・止水性能］

1st Step （設計条件）

従来・
路盤改良型

寸法（長
200×100× 200×100× 200×100× 200×100×
舗 辺×短辺
60mm
120mm
120mm
140mm
装 ×厚さ）
シ ブ
ス ロ
瓦配合
山砂配合
配合
テ
（18%）
（20%）
（空隙率）
ム ク
曲げ強度3.0MPa以上
強度の（交通荷重の小さい広場や歩道等での使用を想定）（用途）
構
表面が湿潤状態のときで0.9、乾成
日射吸収 表面が湿潤状態のときで0.9、乾燥状態で0.8（詳細は参考文献
お燥状態で0.8率(10)を参照）
よび
180mm程度
毛管吸水
使（自由水に浸けたときに水を吸上げる鉛直高さ）
高さ
用
モルタル
材 クッション材 （厚さ：30mm、空隙率：20%、毛なし
料
管吸水高さ：30mm以上）

半円部分
r = 70

半円 部分
ｒ=70

95

95

ッ

30
30

30
30

単位
[mm]
単位 （㎜）

図 4 舗装システム具体化の考え方（ブロック加工・アーチ型）

細孔容積[mL/g]

1.0
0.8
0.6
0.4

路
盤

0.2
0

10-2 10-1 1 10 102
細孔直径[μm]（a）山砂配合ブロック

材料

厚さ
止水層

10-2 10-1 1 10 102
細孔直径[μm]

7号砕石＋古紙（空隙率：37%、
毛管吸水高さ：100mm程度）
200mm

7号砕石
（空隙率：40%、毛管吸水高さ：100mm以下）
100mm
10mm
防水シート

10mm

（毛管吸水高さは，各部材単体での測定による．表中の止水層および断面図は止水試験体のものである．各試験体において，路盤底面から排水を行う
排水試験体も別途作製した）（b）瓦配合ブロック

図 5 実験に使用した舗装ブロックの細孔径分布-32-

面との距離が舗装体の毛管吸水高さより小さくなることに留意した．そのためには，舗装ブロック内に大きな空隙（空

スタイ
ロフォーム
断熱材

洞）を設け，自由水としてより多くの水量を貯留するのが有効だと考えた．さらに強度やブロック成型過程も考慮し

近赤外水分計の測定範囲
近赤 外水分計測定点（φ25mmの円内）

舗装ブロッ
ク
200× 100
舗装体

た上で，図 4 に示すように，舗装ブロック下部にアーチ状

熱電対の測定点
熱電対の空洞を設けて雨水を貯留する形状を考案した．
ここでの舗装材は，毛管吸水性能に優れた，既報(8), (9)で用いたセメント系多孔質ブロックと同等のもの（図 5）を用いる．本研究では，舗装ブロックを自由水に浸けたときに水を吸上げる鉛直高さを「毛管吸水高さ」とし，毛管吸(a) 平面図（全試験体共通）

サンプリングして秤量するブロック

水性能を示す指標として用いている．上記ブロックの毛管
吸水高さは，日射の当たる環境下で 180mm 程度である．
舗装表面と止水面の距離を 150mm とし，空洞部分の体積

熱電対
熱電対

止水シート
銀マット

0
20

率を 40％とすることで，保水容量 77kg/m2 を確保できる試

目詰め
目詰め

60

算となった．この舗装材を用いてアーチ状のブロックを製

舗装ブロック
舗装体

作し，実験試験体「ブロック加工・アーチ型」（以降，アー

200×100×140
７号砕石 厚10
砕石

140
150
ブルーシート

止水シート

チ型とする）を作製した（表 1，図 6）．

断熱材 厚100
スタイロフォーム

上記で提案した舗装システムに加え，本研究では表 1 に(b) 断面図（ブロック加工・
アーチ型（止水））※排水試験体は路盤（砕石）
下に排水口を設けた

示す 3 種の試験体を考案・作製した．
「ブロック加工・隅切り型」試験体（以降，隅切り型）は，アーチ型試験体と同様，ブロック形状を加工して空洞内に水を貯留するもので0ある．ブロックの成型がより容易になるよう考慮した形状

100

2

200

300

400

500 [mm]

図 6 試験体の平面・断面図「従であるが，システム内の保水容量は 47kg/m と小さい．

（ブロック加工・アーチ型（止水））

来・路盤改良型」試験体と「従来・ブロック厚型」試験体
は，ブロック下に厚めの路盤（砕石）を持つ従来の保水性

表 2 測定項目

舗装断面を基本として考えたものである．前者（路盤改良型）は，路盤での保水・毛管吸水能力を高めるため，厚さ

区
測定項目
分

200mm の路盤砕石に吸水性の高い古紙を混ぜた．後者（ブ４.夏季屋外実験の方法

舗 表面温度装 鉛直断面体 温度の熱
収 表面温度支 分布

4.1 試験体の概要

舗 蒸発量

ロック厚型）は，路盤の厚さを 100mm に減らし，ブロッ
クの厚さを 120mm と大きくしたものである．

測定装置

備考

測
定
期
間

測
定
間
隔

φ0.1mmT熱電対

ブロック表面に設置
全深さ20,60,120（アーチ型 期 1分
φ0.3mmT熱電対
のみ150）mm地点、および 間
路盤底面に設置
短期集赤外線放射カメラ（8〜
中的に14μm、1.5mrad）
計測

大型重量計（ロードセル
式、秤量300kg、分解
吸水型試験体(1)のみ測定
能2g、秤量皿600×
全装
800mm）
期 1分
体 ブロックの間
小型重量計（分解能：
ブロック1体をサンプリングの 体積含水
0.2g）
して秤量
水率
収
定点3点で手動測定
短期集
支 表面の濡 近赤外水分計
表面の濡れ/乾きによる色 中的にれ状態
デジタルカメラ計測の濃淡を撮影実験試験体の概要を表 1 に，断面図と平面図の一例（アーチ型（止水））を図 6 に示す．ブロック加工型 2 種（アーチ型，隅切り型）の試験体においては，既報で用いたブロックと同様の配合である山砂配合ブロックを，従来型 2 種（路盤改良型，ブロック厚型）の試験体では，廃材の瓦を用いた瓦配合ブロックを用いた（図 5）．予備実験において，両者に毛管吸水性能の差は見られず，また湿潤状態におけ

サーモパイル式日射計
水平面全周囲に遮蔽物のない場所（測定波長：0.3〜2.8μ
天日射量
に設置
m）
降雨量

る屋外環境下での蒸発量の違いも認められなかった．
設計目標で述べたように本システムは止水することを前提としているが，比較および乾燥過程における表面濡れ状態（後述）把握のため，止水をしない試験体（排水試験体：
路盤下で排水）も合わせて作製した．また，山砂・瓦配合
ブロックの湿潤状態における蒸発量を把握するため，既報

気
象 気温
条
件
等
相対湿度

(8)

で作製した吸水型試験体（常に水位を高く保って連続的に吸水・蒸発を行う試験体）での測定も並行して行った．

風向・風速

-33-

転倒升式雨量計（分解 周囲に遮蔽物のない場所
能：0.5mm）に設置
通風筒付乾湿球温度
試験体近傍に設置
計
φ0.1mmT熱電対

全通風筒付乾湿球温度計の 期 1分
通風筒内に設置
間

通風筒付乾湿球温度計

乾球温度と湿球温度より算定

電子式高分子湿度セン 通風筒付乾湿球温度計のサ
通風筒内に設置
プロペラ式風向風速計 周囲に遮蔽物のない場所（起動風速：0.3m/s）に設置

4.2 測定項目・方法

５.実験結果と考察

測定項目を表 2 に示す．主な測定方法を以下に説明する．
（1）表面温度および断面温度

ブロック表面温度は，線5.1 蒸発冷却性能

径 0.1mmT 型熱電対にて測定した．また短期集中的に赤外考案した舗装システム（4 試験体（止水））について，蒸線放射カメラにて表面温度分布を把握した．鉛直断面温度

発量が最も多い時期の蒸発冷却性能を確認するため，晴天は，基本的に深さ 20，60，120（アーチ型のみ 140）mm，

日が比較的続いた 8 月 1 日から 22 日を抽出し，分析・考察

路盤底において，線径 0.3mmT 型熱電対にて測定した．熱を行う．気温，相対湿度，日射量，雨量および，表面温度

電対感温部は劣化防止のためシリコンで防水処理を施した．

と気温との差，さらに表面濡れ率の推移を図 7 に示す．

（2）表面の濡れ状態（表面濡れ率）（1）散水・気象条件等

舗装表面の濡れ状

7 月 31 日の夜に，各試験体に態は，蒸発効率あるいは日射吸収率に影響を及ぼす重要な

最大の保水量となるように十分な散水を行った．降雨としパラメータの一つである．この表面濡れ状態は，表面近傍ては，8 月 13 日に 7.5mm，16 日に 5mm の降雨量があった．

の含水率にて定量化することが最も適切な方法だと考えら

また 8 月 2 日，8 日，12 日にそれぞれ 0.5mm，14 日に 1.5mm

れるが，蒸発に寄与する表面近傍の微小厚さの含水率を直のわずかな降雨が認められた．8 月 23 日以降は，数日間ま接特定（測定）することは困難である．そこで表面近傍のとまった降雨が連続した．

含水状態を測定するにあたって，近赤外域の水の吸収波長

8 月 3～7 日は気温の高い日が連続した（最高気温の平均帯（1.2，1.45，1.94μm）を利用した近赤外水分計（ケツは 36.9℃）．8 月 17～21 日は日射量が比較的多い．風速はト科学研究所製，KJT-100）により，相対的な表面濡れ状態

期間中，弱風（時間平均風速は 2m/s 程度以下）であった．

(8)

なお 8 月 8 日夜～11 日朝の間は，事情により試験体をビを測定し，指標化する ．

ニールシートで覆ったため，この期間は欠測扱いとする注 3）．

近赤外水分計の測定は，舗装表面の濡れ状態の分布を考慮して定点 3 点（1 点の測定範囲は直径 25mm の円内）
（図（2）表面の濡れ状態

6(a)）にて行い，その平均値を採用した．平均した測定値

状態の変化を，表面濡れ率により確認する（図 7(d)～(g)）．

は，式 1 に示すように，飽和含水状態における値を 1，絶路盤改良型は，8 月 1～4 日で表面濡れ率が約 0.9 から 0.5

乾状態における値を 0 となるよう線形内挿で換算し，その程度までに低下し，それ以降 8 日まで 0.5 程度で推移して値を「表面濡れ率」とした．

いる．8 月 17～21 日は 0.4 から 0.2 へと低下している．ブ（式 1）
ω ＝（x − Ld）/（Lw − Ld） ・・・

ロック厚型および隅切り型について，表面濡れ率変化の傾ここで，ω：表面濡れ率[-]，x：任意の含水状態における近向は，路盤改良型と概ね似ているが，低下の度合いはより

赤外水分計の指示値[-]，Lw：飽和含水状態における近赤外

緩やかであった．8 月 1～8 日に着目すると，ブロック厚型

水分計の指示値[-]，Ld：絶乾状態における近赤外水分計のは，約 0.9 から 0.5 程度に直線的に低下し，隅切り型は約指示値[-]．

0.9 から 0.7 程度に低下している．

各試験体における日中の表面濡れ

アーチ型は，期間中を通して表面濡れ率は 0.9 程度を維

なお，本実験で用いた山砂配合ブロックとほぼ同配合の(10)ブロックについて，既報において表面濡れ率と蒸発効率， しており，表面が常に濡れた状態であった．これはシステ

および日射吸収率との関係を求めている．また本報では，ム内の保水容量が十分で，かつ毛管吸水速度が蒸発速度を

表面濡れ率に関して，日中（およそ午前 9 時～午後 17 時）上回っていたことを示している．また実際に期間中，ブロの測定データについて扱う．夜間は吸湿（毛管凝縮）等に

ック空洞内に自由水が存在していたことを目視で確認した．

よって表面が濡れ戻る現象が見られたが，この部分の詳細

対して隅切り型では，8 月 18 日の時点で，ブロック空洞内

は既報(10)を参照されたい．

の自由水は確認できなかった．

（3）舗装ブロックの体積含水率

各試験体において，舗（3）舗装表面温度と気温との差

蒸発冷却効果を確認す

装ブロックの体積含水率と表面濡れ率との関係を把握するるため，舗装表面温度と気温との差（以下ΔT）に着目しため，
日中 2～3 時間おきにブロック 1 体をサンプリングし，て考察する．路盤改良型では，8 月 1～5 日において，ΔT

秤量法で体積含水率を求めた．サンプリング時に表面濡れの最大値は各日とも午後 13 時頃で 5～7℃程度であったが，
8 月 6～8 日の間に約 7℃から 10℃程度にまで増加している．

率や蒸発量へ影響がないよう配慮した．

8 月 17～21 日では，表面濡れ率は 0.3 から 0.2 程度に低下

上記のうち，赤外線放射カメラ（表面温度分布），近赤外水分計（表面濡れ率），ブロックの秤量（体積含水率）を除し，ΔT の最大値は約 10℃から 15℃程度（舗装表面温度は

いては，測定間隔 1 分間で自動計測を行い，データはロガ

40～45℃程度）に増加した．
ブロック厚型と隅切り型におけるΔT（表面温度と気温ーを介してパソコンに収録した．

との差）は，路盤改良型とほぼ同様の傾向を示した．8 月 1

実験場所は，周辺地物から受ける日影等の影響が少ない
ことを考慮し，東京工業大学構内（神奈川県横浜市緑区）～5 日にかけて隅切り型のΔT は 3～4℃程度と，従来型のの 2 階建て建物の屋上とした．測定は 2005 年 7 月下旬から

2 試験体（路盤改良型，ブロック厚型）と比べて低い．こ2 ヶ月間行った．

れはこの期間，隅切り型の表面濡れ率が比較的高く，より強い蒸発冷却効果が得られたためだと言える．また隅切り

-34-

8
4
0

（c）日積算降雨量

気温

相対湿度

7月31日の夜に各試験
体に最大保水量を散水

0.5

0.5

7.5
0.5

100
90
80
70
60
50
5

1.5

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0

25
20
15
10
5
0
-5

表面温度－気温

25
20
15
10
5
0
-5

表面温度－気温

25
20
15
10
5
0
-5

表面温度－気温[℃]

表面濡れ率[-]

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0

表面温度－気温

25
20
15
欠測
表面温度－気温1050-5
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22日

表面温度－気温[℃]

表面濡れ率[-]
表面濡れ率[-]

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0

表面濡れ率[-]（d）路盤改良型（止水）の表面濡れ率、表面温度と気温の差
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0

相対湿度[％]（b）気温・相対湿度

表面温度－気温[℃]

40
35
30
25
20

表面濡れ率
欠測

（e）ブロック厚型（止水）の表面濡れ率、表面温度と気温の差
表面濡れ率

欠測

表面温度－気温[℃]

降雨量[mm]

気温[℃]

日射量[W/m2]（a）日射量
900
600
300
0

（f）隅切り型（止水）の表面濡れ率、表面温度と気温の差

表面濡れ
率

欠測

（g）アーチ型（止水）の表面濡れ率、表面温度と気温の差

表面濡れ率

8月1日 2日 3日 4

5

6

7

図 7 測定結果（2005 年 8 月 1 日～22 日）
型の表面濡れ率は，8 月 19～21 日において，従来型の 2 試たことによる．本実験によりアーチ型では，欠測期間およ験体と比べて低い（表面濡れ率は 0.1～0.2 程度であり，表び降雨日とその降雨による増加保水量を除いても，夏季で面のほぼ全面が乾燥）．
これはブロックの細孔構造の違いの

14 日間以上，十分な蒸発冷却効果が持続されることを確認

ほかに，舗装体の断面構成および舗装システム内に残存しした．つまりアーチ型試験体は，2.2 で示した設計目標に達た水量の違いによる影響があると考えられる．

している．

表面濡れ率が比較的高く（ここでは 0.5 程度以上），ΔTの最大値が 7℃以下の期間は，従来型 2 試験体で約 5 日間

5.2 有効保水量についての検討であった．隅切り型については，欠測期間を除いて考える

上記のようにアーチ型については，蒸発冷却（表面温度と 8～9 日間であった．

低減）効果の十分な持続性を確認した．隅切り型の表面温アーチ型におけるΔT は，全期間の日中で 5℃以内に収度低減の持続期間は，アーチ型に比べると短いが，これはまっている．これはシステム内の保水容量が十分であり，ブロック成型に配慮して保水容量を比較的小さく

かつ夏季晴天日が連続する気象条件下においても毛管吸水（47kg/m2）設計したことによるものである．対して，従来速度が蒸発速度を下回らず，表面が常に湿潤状態に保たれ型の 2 試験体（路盤改良型，ブロック厚型）は，保水容量-35-約 5 日間と短く，十分な持続性を得られなかった．これは，「舗装体の毛管吸水性能（毛管吸水高さ）」と「舗装表面と止水面との距離」との関係によるものと言える．そこで，

表面濡れ率 [-]であったのに関わらず，表面温度低減の持続期間はともに

1.0

1.0

0.8

0.8

0.6
0.4

（a）路盤改良型

乾燥過程における舗装システム内の保水量とブロックの表

0.2

面濡れ率について考察する．

0.0

排水試験体
（路盤下より排水）0.6
0.4（b）ブロック厚型

0.2（瓦配合ブロック・
60mm厚）（瓦配合ブロック・
120mm厚）

0.0

0

5

10

15

20

0

25

5

体積含水率 [%]

にて求めた，日中における舗装ブロックの体積含水率（サンプリングによる秤量）と表面濡れ率との関係を図 8 に示
表面濡れ率 [-]

す．乾燥過程において，舗装ブロックの体積含水率が 15％程度から 10％程度まで減少する間に，表面濡れ率が 0.9 程
度から 0.1 程度に大きく低下する傾向が見てとれる．これは筆者らがこれまでに行ってきた実験結果(9)と同様の傾向

1.0

1.0

0.8

0.8

0.6
0.4
0.2

（山砂配合
ブロック）

0.0

20

25

0.6
0.4

（d）アーチ型
0.2

（山砂配合
ブロック）

0.0

0

くなった，あるいは，舗装表面から舗装内部に至る「毛管15（c）隅切り型である．この排水試験体の位置付けは，止水試験体において貯留された雨水が減少し，ブロック空洞内の自由水がな

10

体積含水率 [%]

表面濡れ率 [-]

（1）有効保水量の考え方

表面濡れ率 [-]

がそれぞれ 91kg/m2，68kg/m2 と設計目標と同等かそれ以上

5

10

15

20

25

0

体積含水率 [%]

5

10
15
20
体積含水率 [%]

水みち」
（毛細管により水が行き来する経路）が途切れた以

図 8 舗装ブロックの体積含水率と表面濡れ率の関係

降の状態と言える．アーチ型の排水試験体における舗装シ（排水型試験体・日中）

25

ステム内保水量と表面濡れ率のデータを用いて，有効保水
れ率が 0.5 以下になるまでの積算蒸発量を吸水型試験体の量の考え方を図 9 に示す．
乾燥過程において表面濡れ率は，保水量が十分大きいと蒸発量および日射量の実測データより推定することで求めきは高い値で維持されるが，ある段階を過ぎると急激に低た．蒸発冷却持続期間は，夏季晴天日の日積算蒸発量を下する．これは上述したように，舗装体下部から表面への5kg/m2 として，有効保水量をそれで除することで求めた．

毛管水みちが途切れ始めたことによると言える（図 9(b)）．

舗装表面と止水面との距離が毛管吸水高さより大きい従この毛管水みちによる段階的な乾燥過程は，土壌の分野に

来型 2 試験体は，保水容量は大きいものの，舗装システム

によっても説明されている．毛管水みちが内に蒸発に使われない水が残り，有効保水量が小さくなる

途切れた以降は，舗装システム内の下部に水が残っていて（25 kg/m2 程度）ことが分かる．アーチ型は有効保水量がも，表面まで毛管吸水されることなく，蒸発量が減少し，65 kg/m2 と大きく，有効保水量の考え方から，蒸発冷却の

蒸発冷却効果は低減する．

持続期間は 13 日程度と推測できる．なお，前節の屋外実験(11)

おいて近藤らでは 14 日以上持続という結果となったが，これは実験期間

本研究では，「舗装体（ブロックや路盤含む）の下部から表面への毛管水みちが途切れるまでに蒸発により失われる中，曇天日が数日あったためである．

水量」を，舗装システム全体における蒸発冷却に寄与する（3）有効保水量を用いた舗装システムの設計方法

保水量とし，「有効保水量」として定義する．このとき，毛のように本研究では，舗装材下部を自由水に浸けたときに管水みちが途切れることの判断基準として，表面濡れ率が舗装材が水を吸上げる鉛直高さを「毛管吸水高さ」とし，0.5 以下になる点を用いた．この 0.5 という値は，屋外実験

毛管吸水性能を測る指標として用いている注 4）．舗装システ

において表面濡れ率が 0.5 以上であれば，夏季日中でも表ムの設計段階において舗装体の毛管吸水高さを求め，舗装

面温度が気温＋10℃以下に維持されることにより決定した．

表面と止水面との距離をそれ以下に設定すれば，蒸発冷却

有効保水量が大きい舗装システムほど蒸発冷却は長期間に寄与する保水量（有効保水量）を効率的に確保できる．

持続することになる．また，舗装体の毛管吸水高さに対しまた図 8 に示すような，乾燥過程における舗装体の含水率て舗装表面と止水面との距離を大きく取ると，表面まで吸（保水量）と表面濡れ率との関係を把握すれば，設計段階

水されずに残存する水量が多くなるため，保水容量を大きにおいて有効保水量を求めることができるため，舗装シス

注 4）

く設計しても，有効保水量は必ずしも大きくならない（2）有効保水量による蒸発冷却持続期間の推定．

前述

テムを設計する際の実用的な指標として有効である．

本報で以上より，長期間の表面温度低減を目指す蒸発冷却舗装作製した 4 試験体について，舗装システム断面と実測デーシステムにおいて，図 1，8 に示すような「有効保水量」をタにより有効保水量と蒸発冷却持続期間を推定したものを考慮してシステムを設計することの重要性を示した．本報

表 3 に示す．隅切り型とアーチ型の有効保水量は，図 9(a)で考案したアーチ型試験体は，舗装体の形状と断面構成にの考え方に倣い，表面濡れ率が 0.5 以下になるときの保水より大きな有効保水量を有し，その蒸発冷却性能は設計目

量（図 8 より導出）を保水容量（表 1）から引くことで求標に達していることを屋外実験により確認した．

めた．路盤改良型とブロック厚型の有効保水量は，表面濡-36-舗装体下部から表面への毛管水
みちが途切れた以降（本研究では
表面濡れ率0.5以下と設定）、舗装
システム内に残る水量

乾燥過程①
舗装体下部から表面へ十分な水分が供給される

全保水量（保水容量）（アーチ型では77kg/m2）

有効保水量（アーチ型では約65kg/m2）
1.0

乾燥過
程③

表面濡れ率[-]

0.8

アーチ型（止水）
実測値

アーチ型（排水）実測値

0.6

毛管吸水高さ（舗装体下部を自由水に浸けたときに水を吸上げる鉛直高さ）

乾燥過程①

0.4

乾燥過
程②

舗装体下部から表面へ十分な水分が供給され、表面濡れ率は高い値（約0.9）で推移

0.2
0

乾燥過程②
舗装体下部から表面への毛管水みちが部分的に途切れ、蒸発量が減少しはじめる

0

10

20

30
40
50
舗装システム内の保水量[kg/m2]

舗装表面と止水面
との距離

60

70

(a) 舗装システムの乾燥過程における保水量と表面濡れ率の関係、および有効保水量の概念（アーチ型の実測結果より）

止水面

77

表面へ吸水
されない水

乾燥過程③
下部から表面への水
みちが途切れ、蒸発量が大きく減少する(b) 乾燥過程における「舗装表面と止水面との距離」と「毛管吸水高さ」に関する模式図

図 9 舗装システムの乾燥過程における有効保水量の考え方

表 3 各試験体の保水容量と蒸発冷却持続期間の推定

６.まとめ

従来・
路盤改良型

従来・
ブロック加工・ ブロック加工・
ブロック厚型
隅切り型
アーチ型

保水容量

91 kg/m2

68 kg/m2

47 kg/m2

77 kg/m2

夏季の間，降雨のみで表面温度低減効果が長期間持続する

舗装表面と止水面との距離

290 mm

250 mm

130 mm

150 mm

よう，保水容量に関する設計目標を検討した上で，舗装体「舗装体の毛管吸水高さ」と 毛管吸水高さ 毛管吸水高さ 毛管吸水高さ 毛管吸水高さ「舗装表面と止水面との距 ＜表面と止水 ＜表面と止水 ＞表面と止水 ＞表面と止水
離」の関係
面の距離
面の距離
面の距離
面の距離
有効保水量（舗装システム
2
2
2
2
25
kg/m
35
kg/m
65 kg/m25kg/m
構成と実測データより推定）
夏季晴天日が連続した中での蒸発冷却効果の持続期
5日
5日
7日
13 日
間（1日の蒸発量を5kg/m2として推定）

既報より提案してきた蒸発冷却舗装システムについて，の形状と断面構成を具体化した．さらに試験体を試作し，屋外実験によりその蒸発冷却性能を確認した．得られた結果は以下の通りである．
（1）東京において本舗装システムを適用し，降雨のみで表面温度低減効果を持続させるには，夏季 7～9 月の降雨特性より，約 2 週間の晴天日における累積蒸発量（日向では約70 kg/m2）分の水量をシステム内に確保することが望まれ具現化は達成された．

る．ただし，以下で記す「有効保水量」の考え方を踏まえ

なお本舗装システムのように，連続的に吸水・蒸発を行て，舗装体の形状・断面構成を設計することが重要である．

う舗装では，表面で白華が進行し，数ヵ月後には蒸発冷却（2）従来の保水性舗装断面を想定した，舗装ブロックと止効果の低減が認められる．この部分の詳細は次報で報告す

水面の間に厚めの路盤を設けた試験体では，保水容量が十る．施工性を考慮した止水方法，および，本システムに要分でも，表面温度低減効果の持続期間は約 5 日間と短かっ求される透水性能についても，次報以降で検討を行う．

た．これは，舗装表面と止水面との距離が毛管吸水高さ（舗謝辞

装材下部を自由水に浸けた場合に水を吸上げる鉛直高さ）

本研究は，太平洋プレコン工業株式会社との共同研究にを上回っており，舗装下部から表面への毛管水みちが途切よる成果である．ここに記し，深謝の意を表す．

れた以降，蒸発に使われずにシステム内に残る水量が存在したためだと考えられる．この毛管水みちが途切れるまでに蒸発により失われる水量を本研究では「有効保水量」と注したが，これは，蒸発冷却舗装システムを設計する上で考注 1）2.1（2）で示したように，2000～2009 年（10 年間）の東京

慮すべき項目の一つとして位置付けられる．

の夏季 7～9 月において，１日あたり 6mm 以上の降雨がない連（3）舗装ブロック下部にアーチ状の空洞を設けて雨水を貯続日数の累積は約 250 日（割合では 27％）である．ここで，留するよう考案したアーチ型試験体は，大きな有効保水量

降雨後の連続した晴天日において 2 週間蒸発を持続できる舗を有し，夏季実験期間中，降雨の影響を除いた上で 2 週間装システムを適用することを想定した場合，この期間において程度，日中の表面温度と気温との差が 5℃以下に維持され蒸発が持続できない日数（つまり，14 日を超えて連続で降雨ることを確認した．これにより，本システムの実用化に向のない日数）は 10 年間で延べ 80 日となる．対象とした 10 年

けた課題であった蒸発冷却効果を長期間持続する舗装体の間の夏季 3 ヶ月間の全日数においてこの 80 日は 8.7％に相当す-37-

る．つまり，この舗装システムを適用した場合，夏季の 9 割以

握 都市熱環境改善に向けた蒸発冷却舗装システムとその予上の期間で蒸発を持続できるという試算となる．

測評価手法の開発 その 2，日本建築学会環境系論文集，第 610

注 2）本研究では，蒸発冷却舗装システムを日陰で適用して冷涼な号（2006-12），pp.75-82．

空間を創出することを第一の目標としている．その上で本報で（10）円井基史・梅干野晁・浅輪貴史，毛管吸水性能を有する保は，より厳しい条件として，日向に適用する場合について議論

水性舗装の含水状態と表面濡れ状態を考慮した熱・水収支モを進めている．なお，日陰や半日陰で適用する場合は，熱環境

デルの開発 都市熱環境改善に向けた蒸発冷却舗装システム

シミュレータ等により適用場所の受熱日射量を求めることでとその予測評価手法の開発 その 3，日本建築学会環境系論文集，第 653 号（2010-7），pp.577-584．

保水容量を設定する．
注 3）欠測直後の 8 月 11 日において，路盤改良型とブロック厚型（11）近藤純正・柳原あずさ・三枝信子，土壌の蒸発パラメータの表面濡れ率が，欠測直前に比べて高くなっている（図 7）．

に関する実験的研究，天気，40（12）（1993-12），pp.11-17．

これは欠測中，ブルーシートで覆ったため，毛管現象により舗(Received May 11, 2011, Accepted October 20, 2011)

装体内部の鉛直方向の含水率分布が均一化し，表面が濡れ戻ったこと（既報(9)参照）によると考えられる．
注 4）舗装材の下部が自由水に接触しているか否かは毛管吸水高さに影響する．モルタルや砕石等の細孔内に取り込まれた水分には保持力（水分ポテンシャル）が働き，上部への毛管吸水には相対的に不利となる．本実験におけるアーチ型と隅切り型の 2試験体は，保水量が大きいときはブロック空洞内に自由水を有することから，毛管吸水は有利に働く．本研究では，実験で求められる実用的な指標として「毛管吸水高さ」および「有効保水量」を提案し，これを用いている．

参考文献（1）足永靖信・大澤元毅・坊垣和明・田中稔・吉村孝信，保水性建材を用いた市街地熱環境計画手法の開発 その 1 研究概要，
空気調和･衛生工学会学術講演会講演論文集（1996-9），
pp.773-774．
（2）尾崎哲二・鈴木義則，保水性セラミックタイルの熱環境改善に関する研究，水工学論文集，第 42 巻（1998-2），pp.61-66．
（3）福田萬大・越川喜孝・辻井豪・浅枝隆・藤野毅，夏季に給・散水した保水性舗装の熱環境緩和特性に関する実験的研究，
土木学会論文集 No.613 / V-42（1999-2），pp.225-236．
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ファルト舗装材の蒸発冷却効果に関する研究，日本建築学会
技術報告集，第 22 号（2005-12），pp.281-284．
（7）福田淳・宇多寛人・岩松俊哉・宿谷昌則・遠藤修，雨水貯留型の人工地盤による屋外熱環境緩和に関する研究（その 1. 実
験概要と計測結果），日本建築学会大会学術講演梗概集，D-2（2008-7），pp.567-568．
（8）円井基史・梅干野晁・浅輪貴史・板津佳恵，蒸発冷却舗装シ
ステムの基本性能に関する夏季屋外実験 都市熱環境改善に向けた蒸発冷却舗装システムとその予測評価手法の開発 その 1，
日本建築学会環境系論文集，
第 600 号
（2006-2），pp.51-58．
（9）円井基史・梅干野晁・浅輪貴史・板津佳恵，蒸発冷却効果を有する舗装体の表面濡れ状態に着目した熱・水収支特性の把-38-