JP2007192016A - 太陽光反射土木建築資材、遮光資材及びヒートアイランド現象の抑制方法 - Google Patents

Abstract

【目的】
建築外装材に太陽光反射特性を付与し、太陽熱を直ちに宇宙へ反射して日射に晒される建築物の熱吸収・昇温・蓄熱を顕著に低減する土木建築資材及びそれらを利用することで都市の蓄熱現象、すなわちヒートアイランド現象を抑制する方法を提供する。
【構成】
本発明の太陽光反射土木建築資材は、土木建築資材の外形をなす基材と、該基材の外面のうち、少なくとも太陽光が照射する部分に形成され、赤外光域を含めた太陽光反射性能を有する金属アルミニウム又は太陽光反射性能の高い陶土若しくは釉薬からなる太陽光反射層を備えている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、赤外光域を含めた太陽光反射性能を有する太陽光反射土木建築資材、遮光資材及びヒートアイランド現象の抑制方法に関するものである。

ビルや家屋の土木建築資材として従来からコンクリート、木材が用いられ、日射に晒されるそれらの建築外装材としては、コンクリート自身及びタイル、瓦といったセラミックスが多用されてきた。また、道路、駐車場等の路盤材にはコンクリートやアスファルトが使われてきた。その性能・品質の指標としてはコスト、強度，耐候性、美観等であり、近年出現したヒートアイランド現象を抑制する性能に関する指標は重視されていない。

前記の土木建築資材は、太陽光つまり太陽熱を良く吸収し、蓄熱するものが多く、ヒートアイランド現象の主要な原因になっているという問題点を有している。

都市の気温を下げる手段として建築物や道路の表面から水分を蒸発させる方法が提案されているが、顕熱を潜熱に変えることで地表の大気のエンタルピーが増加して太陽熱を確実に地表に蓄えるため、かえってヒートアイランド現象を加速する。いわゆる「打ち水」は、地球がまだ温暖化していない時代の局地的、緊急避難的な方法であったといえる。

また、市民にとって暑熱対策である冷房設備の普及が進み、高温時に大量のエネルギーを消費することによって都市を加熱することで、さらに冷房の要求量を増加させるという悪循環も起きている。

地球温暖化に重畳してヒートアイランド現象が加速している今日の大都市において、気温の上昇を抑えるためには、大量に照射される太陽熱を地表の建物、施設、路盤等に吸収・蓄熱させることなく、直ちに宇宙に反射する根本的な方法しか効果的な対策は残されていない。

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたもので、前記諸土木建築資材等に赤外光域を含めた太陽光反射の性能を付与し、ビルや家屋等に降り注ぐ太陽熱を宇宙に反射することにより、都市の熱吸収・蓄熱・気温上昇を顕著に低減してヒートアイランド現象を防止又は緩和する方法及びそれらの土木建築資材又は遮光資材を提供することを解決すべき課題としている。

第１発明の太陽光反射土木建築資材は、土木建築資材の外形をなす基材と、該基材の外面のうち、少なくとも太陽光が照射する部分に形成され、赤外光域を含めた太陽光反射能を有する金属アルミニウムからなる太陽光反射層を備えていることを特徴とする。
我々の実施例では、厚さ０．０１ｍｍの金属アルミニウムからなる太陽光反射層を形成した瓦の表面温度は、隣接した場所の鉄板表面温度が日射により摂氏８１度にまで上昇した時点で、摂氏５２度にまでしか昇温せず、鉄板に比べて約摂氏３０度もの顕著な昇温抑制が確認できた。

第２発明の太陽光反射土木建築資材は、土木建築資材の外形をなす基材と、該基材の外面のうち、少なくとも太陽光が照射する部分に形成され、赤外光域を含めた太陽光反射能の高い陶土又は釉薬からなる太陽光反射層を備えていることを特徴とする。
陶土や釉薬の中には太陽光反射性能の高いものが存在することから、これらを太陽光反射層として基材の表面に形成することで、太陽光つまり太陽熱を建築物に蓄熱することなく直ちに宇宙に反射することにより、都市の昇温を抑制することができる。ジルコニアやチタニアを含む生釉薬からなり、焼成によって白色系となる釉薬を用いることが望ましい。

第３発明の太陽光反射土木建築資材は、第１又は第２の発明の土木建築資材が瓦、タイル、コンクリート、コンクリートブロック、レンガ、スレート又はコンクリートやアスファルト等の路盤材（粒状の表面仕上げ材を含む）であることを特徴とする。これらは、いずれも都市の道路、駐車場、建造物等の建築物の表面を外装するもので、それらの太陽光つまり太陽熱の吸収特性と蓄熱特性は都市全体の蓄熱、即ちヒートアイランド化を直接左右する。

第４発明の太陽光反射土木建築資材は、土木建築資材のうち、垂直な壁に取り付けるものについては、赤外光域を含めた太陽光を宇宙へ反射するために勾配を付与した形状とされていることを特徴とする。土木建築資材への太陽光反射勾配の付与は、図１に示すとおり、現状では土木建築物の垂直な壁の建築外装材が太陽光を地表へ反射して第２の太陽光源になっていることを改善し、建築外装材に照射する太陽光つまり太陽熱を直ちに宇宙へ反射するための形状の改良である。

第５発明の遮光資材は、太陽光が入射する窓の室内側に設置される遮光基材と、該遮光基材の表面に形成され、赤外光域を含めた太陽光反射性能の高い金属アルミニウム、陶土又は釉薬からなる太陽光反射層と、該遮光基材の裏面に形成され、該太陽光吸収性能の高い金属アルミニウム、陶土又は釉薬からなる太陽光吸収層とを備えていることを特徴とする。

窓の遮光を目的とするブラインドやカーテン等の内装材において表面の太陽光反射層で、夏季は窓に照射する太陽光つまり太陽熱を宇宙へ反射し、建造物や施設の内部への太陽熱の侵入と蓄熱を効果的に防ぎ、ヒートアイランド現象を抑制することができる。冬季には裏面の太陽光吸収層を太陽光の入射方向に反転させることにより太陽熱を積極的に吸収して暖房負荷を軽減することができる。我々の実施例では、市販のブラインドの太陽光反射率の実測値は５５％であった。表面に白色塗料を塗布することにより反射率を７０％まで高めることが出来た。また、その裏面に黒色塗料を塗布することにより反射率を５％まで低減できた。つまり、吸収率で言えば４５％から９５％に高めることができた。

第６発明のヒートアイランド現象の抑制方法は、地上の構造物又は施設のうち少なくとも太陽光の照射する部分に対し、赤外光域を含めた太陽光反射特性を有する金属アルミニウムからなる太陽光反射層を形成することを特徴とする。

第７発明のヒートアイランド現象の抑制方法は、地上の構造物又は施設のうち、少なくとも太陽光が照射する部分に対し、赤外光域を含めた太陽光反射性能の高い陶土又は釉薬からなる太陽光反射層を形成することを特徴とする。

従来の製品としての仕様を変えることなく低コストで、ヒートアイランド現象の原因になっていた太陽熱吸収能力の高い土木建築資材がヒートアイランド現象を効果的に抑制する太陽光反射土木建築資材に変身する。

太陽光つまり太陽熱の反射層に金属アルミニウムを使用する場合、単位面積あたりのアルミニウムの使用量は極少で良いため、コストはほとんど増加しない。この目的に使用する金属アルミニウムは、回収アルミニウム缶の再生品程度の品質でよいため、アルニミウム缶のリサイクルに貢献できる。金属アルミニウムからなる太陽光反射層の形成は、アルミニウム粉末を塗料として塗布する方法でもよい。

瓦やタイル表面の太陽光つまり太陽熱の反射層の形成に釉薬を使用する場合、単位面積あたりの釉薬の使用量は極少で良く、釉薬の処理は日常的に行われているので製造プロセスは変更する必要がないため、コストは基本的に増加しない。また、太陽光反射性能の高い陶土を使用する場合は、そのまま瓦やタイルを製造してもよい。

瓦については、通常の製造プロセスで製造でき、屋根が元来、太陽光を反射する勾配を備えているため、従来どおりの方法で現場施工できる。タイルについては、太陽光を反射する勾配を付加した形状にするだけで従来どおりの方法で現場施工できる。コンクリートの露出面やスレートについては極薄く仕上げた太陽光反射タイルの貼付若しくは太陽光反射層を塗布することで容易に実施できる。いずれも従来の製品の仕様を維持しつつ、太陽光つまり太陽熱の反射機能を付加することにより前記課題の解決を行う。路盤については、従来工法で施工した後、太陽熱反射層の付与として、例えば粒状の表面仕上げ材として前面に薄く均一に撒布することでヒートアイランド化防止が実現できる。

以下、本発明を具体化した実施例について図面を参照しつつ説明する。

図２は、日射により昇温しやすいことが経験的によく知られている鉄板の表面温度、気温、全天日射量及び鉄板表面温度と気温との差を示す。測定は名古屋工業大学の構内にて２００５年８月８日に行われた。表面温度は１２：００に摂氏８１度に達した。気温との差は摂氏４６度まで上昇している。

鉄板の表面温度が最高温度を示しているときの鉄板表面から空気への単位面積あたりの放熱量（熱伝達量）Qは、風速が１[メートル／秒]であったと仮定して次式にて計算すると、635 [キロカロリー／平方メートル・時] という大きな値となる。体育館など、屋根や壁面に鉄板が使われている公的な建築物は数多くあるが、ヒートアイランド現象の有力な原因になっている点が問題であり、早急に、太陽光の反射対策を講じる必要がある。

Q = K ・（ Ts - Ta ）
但し、K = 熱伝達係数[キロカロリー／平方メートル・時・度C] であり、 13.8とした。また、Ts = 表面温度[度C] 、Ta = 気温[度C] である。

図３は同じ日における瓦の表面温度の測定結果である。瓦の表面の最高温度は摂氏７０度、空気との差温は最高で摂氏３６度であった。一方、0.01mmのアルミ被覆を行った瓦の表面温度は図4に示すとおりで、摂氏５１度までしか昇温しなかった。鉄板に比べて約摂氏３０度、前記の瓦に比べて約摂氏２０度も昇温が抑制された原因は図5に示すとおり、波長４００〜１１００nmにおいて平均して太陽光の７０％を反射する金属アルミニウムの分光反射特性によるものである。なお、供試した市販の瓦の分光反射特性は図6に示すとおり、約２０％であった。

表面温度が最高の時の空気への放熱量Qは、市販の瓦の場合は497 [キロカロリー／平方メートル・時]、また アルミ被覆ありの場合は207[キロカロリー／平方メートル・時]と計算された。アルミ被覆という瓦表面への反射特性の付与により、ヒートアイランド現象の主要因である空気への放熱量は４２％にまで抑制されている。鉄板に比べると、３３％つまり１/３に過ぎないことがわかる。

図7に、市販の各種タイルと釉薬の分光反射特性を測定した結果を示す。反射率の低いものから高いものまで多様である。この結果は、製造プロセスの変更等のコストをかけずに、また、色等の意匠性の多様性を許容しながら、建築外装材として太陽光つまり太陽熱の反射特性の高いものをかなりの自由度で選択できることを示している。

図８に、最も身近でかつ基本的な土木建築資材であるコンクリートの表面の分光反射特性を測定した結果を示す。可視光域から近赤外光域（波長４５０〜１０５０nm）にかけて、概ね７０〜８０％も太陽光つまり太陽熱を吸収する。若しくは、２０〜３０％しか反射しない。道路の縁石、駐車場、スポーツ関係の公共施設、コンクリート面を露出させたビルや建築物は多く見受けられる。都市内部で太陽熱を積極的に吸収していることが見過ごされていることは、これからヒートアイランド現象抑制を推進してゆくうえで大きな問題である。上述した太陽熱反射資材でそれらの表面を被覆してゆくことが必要である。

本発明の太陽熱反射土木建築資材とそれを利用したヒートアイランド現象の抑制方法は、住人にとって涼しいマンションの建設、涼しい家屋の建築、また都市の住民にとって涼しい公園づくり、涼しい町づくりにコストの負担増なしに容易に適用できる。そのため、土木建築業界にとって新しい大規模な需要を創出する。また、それらの土木建築資材メーカーにとっては大規模な新製品の市場が発生する。

本発明の太陽光反射土木建築資材のうち、タイルについては、貼り付けた壁面材料が毎日の温度変化によって伸縮することに伴い、タイルとの伸縮差で発生する応力により接着部が破壊し、タイルが落下することが安全上の大きな問題となっている。この問題に対し、太陽光反射性能の高いタイルで外装すれば、壁面材料の太陽熱による温度上昇つまり日温度変化は激減するため、毎日繰り返し発生する応力も激減する。特に、タイルとコンクリートの伸縮差が無視できないことが土木建築業界の悩みであるため、本発明の太陽光反射土木建築資材が大きく問題解決に貢献すると同時に同業界にとって有益な商品となる。

従来のタイルが太陽光の入射に対して効果的に地表に反射しており、第2の太陽として直達光に加算されて地表の人や構造物、施設を加熱している問題を明示するとともに、その問題点をタイルに反射勾配を付与することにより解決することを示した説明図である。 我々の身近にある鉄板の表面温度が日射を受け、南中時には摂氏８１度もの高温に達すること、また気温に対しては摂氏４６度も上昇していることを実測したデータをグラフ化したものである。 市販の瓦が日射を受け、その表面温度が摂氏７０度に達していること、また気温に対しては摂氏３５度も上昇していることを実測したグラフである。 これに対し、表面に太陽熱反射特性を付与した瓦では、その表面温度の上昇が摂氏５１度に留まっていること、また気温に対しては摂氏１７度の上昇に留まっていることを実測したグラフである。 市販の瓦の表面に薄い太陽熱反射層を形成し、太陽熱反射特性を付与できることを照明するために用いた金属アルミホイルの分光反射特性を実測した図である。波長４００〜１１００nmに亘って約７０％の反射率を有することを示す。 表面の加工前の市販瓦の分光反射特性である。概ね、２０％の反射率を示す。吸収率としては８０％を意味し、太陽熱を積極的に吸収する土木建築資材であることを示している。 身近にある市販の釉薬を施したタイルや釉薬なしのタイルを数種について、それらの分光反射特性を実測したグラフを示す。少数のサンプル数であるが、反射率の高いもの、低いものが混在している。このことから、供試したもの以外にもヒートアイランド現象の緩和、抑制に有効な、より優れたタイル、あるいはタイル素材が存在することを示唆していることを示すための説明図。 最も身近で基本的な土木建築資材であるコンクリートの表面が可視光域から近赤外光域（波長４５０〜１０５０nm）にかけて、概ね７０〜８０％も太陽光つまり太陽熱を吸収していること、即ち２０〜３０％しか反射していないことを示すための説明図。

Claims (9)

1. 土木建築資材の外形をなす基材と、該基材の外面のうち、少なくとも太陽光が照射する部分に形成され、赤外光域を含めた太陽光反射性能を有する金属アルミニウムからなる太陽光反射層とを備えていることを特徴とする太陽光反射土木建築資材。
2. 土木建築資材の外形をなす基材と、該基材の外面のうち、少なくとも太陽光が照射する部分に形成され、赤外光域を含めた太陽光反射性能の高い陶土又は釉薬からなる太陽光反射層とを備えていることを特徴とする太陽光反射土木建築資材。
3. 前記土木建築資材は、瓦、タイル、コンクリート、コンクリートブロック、レンガ、スレート又は路盤材（粒状の表面仕上げ材も含む）であることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光反射土木建築資材。
4. 前記土木建築資材のうち、垂直な壁に取り付けるものについては、赤外光域を含めた太陽光を宇宙へ反射するための勾配を付与した形状とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の太陽光反射土木建築資材。
5. 太陽光が入射する窓の室内側に設置される遮光基材と、該遮光基材の表面に形成され、赤外光域を含めた太陽光反射性能の高い金属アルミニウム、陶土又は釉薬からなる太陽光反射層と、該遮光基材の裏面に形成され、該太陽光吸収性能の高い金属アルミニウム、陶土又は釉薬からなる太陽光反射層を備えていることを特徴とする遮光資材。
6. 地上の構造物又は施設のうち、少なくとも太陽光が照射する部分に対し、赤外光域を含めた太陽光反射性能を有する金属アルミニウムからなる太陽光反射層を形成することを特徴とするヒートアイランド現象の抑制方法。
7. 地上の構造物又は施設のうち、少なくとも太陽光が照射する部分に対し、赤外光域を含めた太陽光反射性能の高い陶土又は釉薬からなる太陽光反射層を形成することを特徴とするヒートアイランド現象の抑制方法。
8. 前記構造物又は施設は、ビルディング、家屋、鉄塔その他の機能構造物、アスファルト又はコンクリートの路盤（駐車場を含む）であることを特徴とする請求項６又は７記載のヒートアイランド現象の抑制方法。
9. 前記遮光資材は、ブラインド又はカーテンであることを特徴とする請求項５記載のヒートアイランド現象の抑制方法。