VII-060

土木学会西部支部研究発表会 (2008.3)

人工芝システムを利用したヒートアイランド現象抑制効果に関する研究
福岡大学工学部 学会員 ○島 喬之
福岡大学工学部 正会員 手計太一
福岡大学工学部 正会員
渡辺亮一
福岡大学工学部 正会員 山﨑惟義
福岡大学スポーツ科学部 非会員 乾 真寛
1. はじめに
近年，ヒートアイランド現象は都市域における大きな社会的問題として人々の生活に多大な影響を及ぼしている．日本の大都市では最近 100 年間において年平均気温が急激に上昇しており 1)，福岡市においても，1901 年から 2005 年までのおよそ 100 年間で年平均気温が約 2.5℃上昇している．さらに，ヒートアイランド現象は都市の気温を上昇させるだけでなく，光化学オキシダントや局地的集中豪雨を生み出す要因と推察されて
おり 2)，ヒートアイランド現象の緩和・解決へ向けた対策が急がれている．2007 年 5 月，
福岡大学は，都市型水害の防止とヒートアイランド現象の緩和を目的として，新型人工図-1 新型人工芝グランド
芝サッカーグランドを建設した．ここで利用されている新型人工芝システムの模式断面の模式断面図
図を図-1 に示す．本人工芝システムの上部には，我が国では導入実績のない人工芝システムを利用している．ファインチューンと呼ばれるクッション材の上に人工芝が敷かれており，人工芝の中には，砂とゴムチップが充填されている．システム下部には保水・浸透能の高い改良土壌を埋設している．このような人工芝グラウンドの熱環境や保水性等の水・熱環境についての詳細な研究事例はほとんどなく，特に，我が国のように高温多湿の環境下での実証実験は全く行われていない．本研究では福岡大学の新型人工芝サッカーグランドの熱環境特性を明らかにすることを目的とする．
本研究において，熱環境を改善する効果が実証されれば，その成果は都市域におけるヒートアイランド現象軽減対策に利用できると考えられる．
表-1 観測項目，観測機材，観測期間，観測場所の一覧
2. 観測方法(1) 現地調査：人工芝グランドの水文気象環境を検討するため，約900m離れた聖スルピス大神学院内の天然芝グランドにおいて気象観測を実施した．
この天然芝グランドは多目的広場として利用され，周囲には樹木が配置されている．表-1に観測項目，観測機材，観測期間，観測場所を示す．ここでの表層温度とは，人工芝の充填材であるエコチップ4～5cm層厚とその下に敷かれている砂との間の温度のことである．これまでに，短期集中観測を二度実施するとともに，長期継続的にも観測している．短期集中観測では，人工芝グランド中央に観測機材を設置し，長期観測においては人工芝グランドと構内道路との境界に設置している．また，天然芝グランドについても，集中観測ではグランド中央に観測機材を設置し，長期観測においては構内建物の近傍に観測機材を設置している．
(2) 新型人工芝の蒸発量に関する実験的検証：新型人工芝グランドからの蒸発量を推定することを目的に，20cm角のサッカーグランドの模型を製作し，蒸発量の時間変化を実験的に検証した．まず，底面から排水できる20cm角のアクリル容器に改良土壌を充填し，サッカーグランドと同様の転圧を掛けた．比較対象として，一般の真砂土に同様の転圧をかけたものを準備した．改良土壌については，二種類の異なる真砂土を利用した（Type A: 2.849g/ cm3，Type B: 2.886g/cm3）．これら三種類の土壌が飽和状態になるまで散水し，外気にさらし重量を測定して蒸発量を算出した．
(3) 人工芝システムの模型を用いた散水実験：一般的な人工芝の表面温度は非常に高くなることは知られており，人工芝競技場の問題とされてきた．そこで，本研究で対象としている人工芝グランドの表面温度についても検討を行った．人工芝システ
ムの保水能力を検証するために，1m四方の人工芝システムの模型を制作した．その模型の半分の面積にだけ散水を行い，散水部分と散水していない部分の表層温度を，3線式白金測温抵抗体センサーを使用し計測した．
3. 現地観測結果
2007年6月9日から11日までの人工芝グランドと天然芝グランドと福岡管区気象台における気温を比較すると，全体的に，人工芝・天然芝グランド上の気温は福岡管区気象台の気温よりも低い傾向にある．福岡管区気象台は福岡市中心部に位置しているため，周囲も市街化されており気温の日変化が小さい．これはヒートアイランド現象に起因していると考えられる．また，人工芝上と天然芝上の気温を比較すると，日中の両者はほぼ同じ挙動を示している．最高気温も同程度であり，人工芝上であっても気温がそれほど上昇しないことがわかった．一方，夜間の気温は，天然芝上の気温よりも人工芝上の気温の方が高く，最大で1.5℃の差であった．これは芝の素材による影響であると考えられるが，福岡管区気象台の気温と比較すると2℃以上低い．図-2は2007年6月9日から11日までの人工芝グランドと天然芝グランドと福岡管区気象台における比湿の時系列である．
福岡管区気象台における比湿は，人工芝・天然芝グランド上のそれと比較すると，全体的に低い．これは，福岡市内の都市化-961-

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土木学会西部支部研究発表会 (2008.3)
9–11, June 2007

Evaporation(g/hr)

Solar radiation(MJ/㎡)

表層温度（℃）2

全天日射量（W/m ）Air temperature(deg.)

Specific humidity(g/kg)

による影響であると考えられる．人工芝グランド上の比湿は天然芝―： Natural grass―： Artificial grass
グランド上のそれとほとんど同じ挙動を示し，大気は湿った状態に■： JMA Fukuoka
12あることがわかる．
図-3は2007年8月18日から20日までの人工芝グランド上と福岡管区気象台における気温の時系列である．両者の日中の気温は同じ程度であるが，夜間の気温は人工芝グランド上の方が1℃以上低い． 10
また，長期観測の結果においても，気温が高い場合においては人工芝上・天然芝上の気温と福岡管区気象台のそれはほぼ同じであった．
612182461218246121824しかし，気温が低い場合においては福岡管区気象台の気温の方が高Hour(JST)い傾向にある．さらに，人工芝上の気温と天然芝上のそれとは同じ 図-2 2007年6月9日から11日までの人工芝と天然芝挙動であった．また，人工芝とアスファルトの表面温度を比較する グランドと福岡管区気象台における比湿の時系列
3418–20,Aug.,2007と，最高温度は人工芝の方が約5℃高いが，夜間においては，人工芝の表面温度は非常に低くなっており，アスファルトのよりも約328℃低く，日没から翌日の日の出まで続いている．これは両者の熱容量の違いが影響しており，人工芝による夜間の熱環境緩和効果は30期待できると考えられる．
図-4は人工芝システムの模型を用いた散水実験において，散水し28た人工芝と散水していない人工芝の表層温度と日射量の時間変化―： above artificial turf26を示している．散水エリアの表層温度は散水直後に急激に低下し，○： JMA Fukuoka
612182461218246
温度が低い状態を3日間以上にわたり維持している．散水エリアとTime(hr)
非散水エリアにおける表層温度差は最大で10℃以上であった．表層
図-3 2007年8月18日から20日までの人工芝上と福温度の低下は，人工芝上の運動者への輻射熱を減少させ体感温度を岡管区気象台における気温の時系列下げる効果がある．そしてその効果の持続時間が極めて長いことが800わかった．
4004．模型実験観測結果
図-5に蒸発量の結果と日射量を示す．実験直後は，土壌表面付近50の水分が蒸発するので，いずれの土壌とも蒸発量は同程度であった．
―：非散水エリア
40―：散水エリア
しかし実験二日目の午後から，改良されていない真砂土からの蒸発30
量はType AとBのそれよりも大きくなり，実験三日目にはType AとBからはほとんど蒸発しなくなる．一方，改良されていない真砂20
土は気象条件に応じて蒸発している．Type AとBともに，実験四日
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9/29
9/30
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目以降も日中は少量ながらも蒸発を続けていることがわかる．改良
図-4 散水実験による人工芝表層温度と日射量の土壌は，表層付近の水分が蒸発した以降，ゆっくりと継続的に蒸発時系列4を続けている．以上から，改良土壌に蓄えられた水分はゆっくりと3継続的に蒸発していることがわかり，人工芝グランドの比湿が高い
2一因であると考えられる．
105．結論
60A(Type1)
2007年5月，福岡大学内に建設された新型人工芝サッカーグラン
B(Type2)
50C(Standard sand)
ドの熱環境特性を明らかにすることを目的に現地観測と模型実験40を実施した．その結果，本研究対象人工芝グランドは天然芝上と同30程度の気温・湿度環境にあることがわかった．夜間の気温や表面温
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度はアスファルト上のそれと比較して非常に低く，ヒートアイラン
10ド現象の抑制に繋がるものと考えられる．また，この人工芝グラン
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ドは，日射量や気温にはほとんど依存せずに，ゆっくりと継続的に
図-5
模型実験による人工芝システムからの蒸発蒸発することが確認された．これがグランドを湿潤状態にさせてい量と日射量の時系列る要因の一つと考えられる．最後に，維持管理やコストを考えると，天然芝よりも人工芝の方が有利である．さらに本研究によって科学技術的な有効性も証明された．新型人工芝システムと保水性土壌を組み合わせることは，都市の熱環境や流出抑制に効果的な技術であり，広く普及されることを切望する．
参考文献
1) 気象庁（2005）：異常気象レポート，http://www.data.kishou.go.jp/climate/cpdinfo/climate_change/index.html
2) 近藤裕昭（2004）：気象学からみたヒートアイランド，天気第51巻，81-88pp．
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