DS-5-04

第59回地盤工学研究発表会

古墳石室の長期温度計測と再現解析に基づく遺構展示の影響評価
熱伝導解析 結露

実測

京都大学
東京工業大学(一財)GRI 財団

1. 背景と目的

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○谷 珠美令澤田 茉伊
三村 衛

る手法である．理論的解法であるため，近似的解法に比近年，遺構は保存するだけでなくその価値を共有する

べてモデルの作成が容易で計算コストが低いため，三次ために展示公開することが重要視されているが，手法に元の年単位の解析にも対応できる．図 3 は応答係数法のよっては遺構の損傷や劣化を招く可能性がある．古墳石概要を示している．三角波の単位温度変化に対して壁を室においては，損傷の多くは温度・結露に密接に関係す

通過する一次元の熱流を応答係数と呼ぶが，壁の外側まるため，内部環境への寄与が大きい墳丘の熱的性質を考たは内側への熱伝達の応答係数は理論的に求めることが慮して，展示手法を構築する必要がある．

でき，壁の各層の厚さと熱物性に支配される．非定常の本研究では，奈良県の中尾山古墳を対象に，将来の展外気温変化や室温変化は様々な高さの三角波の重ね合わ示に向けて，石室内の温度を長期計測し，数値解析で再せで表すことができるため，壁を通る熱流は三角波の温現・検証した．さらに，石材の表面温度および結露量を度変化に対する応答係数の重ね合わせで求めることがで予測し，結露量を指標に部分的な墳丘の除去を伴う石室きる．石室を図 4 のようにモデル化することで，室外側展示法の内部環境への影響を評価した．の温度が既知であれば，6 つの壁を通して室内に流出入する総熱量が平衡状態に保たれているとして，石室内の2. 墳丘・石室の長期温度計測温度が求められる．さらに，室外側の温度と石室室温を中尾山古墳（図 1）では発掘調査時に墳丘と石室内に境界条件として，石材の表面温度が計算できる．

熱電対を設置し，埋め戻し後の 2021 年 3 月 26 日から，毎時連続的に温度を測定している．図 2 に石室の天井と床の計測結果を示す．図中には奈良市の外気温を併記するが，墳丘の断熱効果によって，石材の表面温度の日変化はほとんどなく，年変化は天井では 15 度，床では 10度である。また，外気温と比べて天井では 20 日，床では40 日程度の位相遅れがみられる．
図 3 応答係数法の概要

図 1 中尾山古墳の断面図

図 4 石室のモデル化

墳丘の層厚は図 1 から読み取り，上方は 0m，側方は 5m とし，高さ方向の平均的な値とした．なお，下方については地盤 10m 以深が不易層であることから 10m と設定し，地盤底部は年平均気温の 16.3 度に保たれているとした．墳丘の熱拡散係数，体積熱容量，熱伝導率は，室内

図 2 天井と床の温度計測データ

試験と慣用値をもとに，0.32mm2/s，2402kJ/m3/K，0.77W/3. 応答係数法 1)を用いた石室内の温度予測

m/K とした．石材は，石崎ら 2)が高松塚古墳の温度解析

応答係数法は，多層壁体の一次元熱伝導方程式の理論解を重ね合わせることにより，非定常の熱移動を評価す
Effects of the exhibition on tumulus stone chamber via
long-term temperature measurement and numerical prediction© 公益社団法人 地盤工学会

で使用した凝灰岩の熱物性値を採用した（0.88mm2/s，2900kJ/m3/K，2.56W/m/K）．
Sumire Tani*, Mai Sawada** and Mamoru Mimura****Kyoto University, **Tokyo Institute of Technology, ***Geo-Research Institute- DS-5-04 -DS-5-04

第59回地盤工学研究発表会

本解析では，外気からの熱伝導だけでなく，地盤表面て，影響を緩和する対策のひとつとして，墳丘の断熱性での日射と蒸発による熱の流出入も考慮するため，を補完するために天井に 2m の覆土する場合の解析を行っ

Wilson－Penman 式 3)を用いて，日射・蒸発の影響を含むた．図 6(b)と(c)に，対策がない場合とある場合の結果を地表面温度を算出し墳丘表面に与えた．必要となる日平示す．対策なしの場合は，墳丘の部分除去により側壁の均気温，日最高気温，日最低気温，日照時間，全天日射結露量が現状に比べ増大している．この傾向は対策をし量および風速は気象庁奈良天文台奈良市の公開データをても変わらないが，対策をすることで天井の結露は減り，用いた．

年間の総結露量は対策なしでは 210kg であるが，覆土時は 156kg になる．対策をすることで現状との差を 10kg 以

4. 検証および展示時の温度・結露環境(1)内に収められることがわかった．

実測値との比較による検証対策をした場合も，墳丘を除去した展示面で冬季に集石材表面温度の解析値と実測値との比較を図 5 に示す．

中して結露が発生する点に対処が必要である．既往の実実測値と解析値はよく一致しており，実測値をもとにし践的な方法では，石材に和紙を貼り，その上で塩析させた解析値の標準偏差は天井で 0.80 度，床で 0.27 度であっることで石材表面保護する方法が石仏等に適用されてい4)に比べて，精る．他に，展示面付近に周囲よりも温度が低くなるコー緻に再現できており，本手法では石室内の温度環境を精ルドポイントを設置し，結露を発生させることで石材で度よく再現できることが示された．の結露を回避する方法が挙げられる．

た．日射・蒸発の影響を考慮しない既報

図 5 石材表面温度の解析値と実測値の比較(2) 結露量を指標にした内部環境の評価
石室石材の結露は，乾湿繰返しに伴う石材の塩類風化を促進し，特に装飾がある場合は顔料の流出やカビによる汚損の要因となるため，石室環境の評価指標のひとつ

図 6

各状況の結露発生面と発生量になる．結露量の実測は不可能なため，石室室温の計算結果をもとに，理論的に予測した．結露は水蒸気を含ん

5. 結論

だ空気が低温部に移動し，移動先での飽和水蒸気圧を超本研究では，石室の温度を実測と解析で定量評価し，えたとき，一部の水蒸気が凝縮することで発生する．室

結露量を指標に，展示が内部環境に与える影響を考察し内から石材表面に向かう水蒸気流𝑞𝑣 は𝑞𝑣 = 𝛼 ′ (𝑓𝑟 − 𝑓𝑤 )でた．石材表面温度の実測値との比較から，解析値の妥当表される．𝑓𝑟 は室の水蒸気圧，𝑓𝑤 は壁面の水蒸気圧であ性が確認された．展示の際は，展示面以外に覆土を追加る．𝛼 ′ は湿気伝達率で，慣用値として 16.7g/(m2・h・mmすることで結露量を維持できるが，展示面に集中した結Hg)が用いられている．石室内の湿度は 100%であること露の影響を回避する方法の併用が必要と考えられる．

を実測で確認しているため，𝑓𝑟 ，𝑓𝑤 はそれぞれ室と壁面

参考文献の温度における飽和水蒸気圧とした．(1)で求めた室温お1)中村ら：新建築学大系 10 環境物理，彰国社，31-103,

よび石材表面温度を用い，結露量𝑞𝑣 を求めた．

1984．2)石崎ら：高松塚古墳墳丘部の生物対策としての

図 6(a)に天井，床，側壁の各面の単位面積・単位時間

冷却方法の検討，保存科学，No. 45, 59-68, 2006．3) 北あたりの結露量を示す．結露は室温よりも石材表面温度

村ら：不飽和土質力学，森北出版，2022．4) Sawada etが低い場合に発生するため，冬季に外気の影響を受けや

al.: Predicting Hydro-Thermal Environment Characteristics i

すい墳丘に覆われていない天井で発生量が多くなっていn Underground Spaces of a Tumulus Mound. In Internatio

る．1 年間あたりでは，石室内の総結露量は 148kg と予測

nal symposium on Construction Resources for Environment

された．

ally Sustainable Technologies, 221-230.

中尾山古墳は，将来は南側の墳丘を取り除いて石室を謝辞：温度計測では明日香村文化財課の協力を賜った．

展示する計画がある．そこで，側方 1 面の墳丘を 0m とし本研究の一部は土科学センター財団の助成を得て遂行さて温度と結露を計算して展示の影響を評価した．合わせれたものである．

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