JP2016223234A - 地表面冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地表面にできるだけ不具合を生じさせることなく、熱伝導率が悪い地表面を十分にかつムラなく冷却することのできる地表面冷却構造を提供する。【解決手段】本発明の地表面冷却構造は、地表面となる表層１と、表層１の直下に配置された冷却層２とを備える地表面冷却構造であって、表層１の熱伝導率が０．０５〜０．５Ｗ／ｍ・Ｋであり、冷却層２は、複数の冷却管１０が一定の間隔で配設され、冷却管１０内に冷媒液５０を流すことによって表層１を冷却する作用を有するものであり、表層１の厚みをｔ［ｍｍ］とし、冷却層２において隣り合う冷却管１０，１０の間隔をｄ［ｍｍ］とするとき、ｄ≦−４ｔ＋２０５ （１）ｄ≦５．９ｔ＋１５．５ （２）の関係をともに満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、地表面冷却構造に関し、特に、例えば、スポーツ施設やレジャー施設などにおける地表面を冷却するための地表面冷却構造に関する。

夏場炎天下時には、地表面の温度は、６０℃を超える場合がある。このような場合、地表面に直接肌を触れ続けることは困難であり、火傷の危険もある。
一方、特にスポーツ施設やレジャー施設などでは、競技選手が手を直接地表面に触れたり、子供がへたり込んだりするなど、肌が地表面に直接触れる機会は少なくない。
また、日向部分と、日陰部分とでは、地表面の温度に大きな差が生じることもあるが、競技者における競技環境の公平・平等という観点からは、このような違いをできるだけ縮小することが望ましい。
このような理由から、地表面を冷却することが求められる。

地表面を冷却することについては、これまで、種々の検討がなされてきた。
地表面に散水することも上記検討の一つであるが、散水作業には労力を要するし、散水した水が蒸発してしまうとその効果は失われてしまう。また、散水した水で滑って転倒したり、衣服を濡らしてしまったりという不都合を生じてしまうおそれがある。
また、地表面下から地表面に随時給水して地表面を保水することも種々提案されているが（例えば、特許文献１〜５参照）、水の蒸発を利用した冷却効果には限界があるし、大気湿度に影響を受ける可能性もある。

地表面下にパイプを敷設してパイプ内に水を循環させることなどにより、地表面を冷却することも検討されている。
例えば、植栽地に熱媒体管を埋設し、該熱媒体管内に熱媒体を循環させる地温制御システムに関して、地中管配列方法に検討を加えた技術が提案されている（特許文献６参照）。この技術によれば、広い面積の植栽地に対しても、各部ほぼ均等に加温または冷却できて地中温度の均一化を図ることができ、圧力損失も小さくできて運転効率を向上でき、また、熱媒体管の信頼性の向上を図ることができ、１本の熱媒体管に漏れなどの故障が生じて当該管の運転が停止しても植物への影響を少なくできる、とされる。

特開２００３−２８６７０３号公報 特許第３１７０４６４号公報 特許第４４２１６７１号公報 特許第５５２１７１３号公報 特開２００９−２１４９号公報 特許第４６１５７８３号公報

ところで、特に、スポーツ施設やレジャー施設などにおいては、足への負担軽減、転倒時の衝撃緩和などを目的として、地表面となる表層の素材には、エラストマー（ポリウレタン系樹脂層など）が用いられることが多いところ、このような素材は、アスファルト、コンクリート、モルタルなどに比して、熱伝導率が悪いのが一般的である。
そのため、地表面下にパイプを敷設してパイプ内に水を循環させるものとして従来適用されてきた技術を、エラストマーのような熱伝導率の悪い素材で表層が構成されたスポーツ施設やレジャー施設などに単に転用するだけでは、到底、所期した効果は得られないと考えられるため、従来、その検討すらされていなかった。

本発明は、従来検討すらされていなかった熱伝導率の悪い表層を備えたスポーツ施設やレジャー施設などにおいて、敢えて、地表面冷却構造を提供しようとするものであり、その際には、地表面の温度ムラ低減という観点も念頭に置いた。なぜなら、部分的に冷却効果が不十分であるなど、温度ムラがある場合には、スポーツ競技者にとっては感覚に違和感を生じさせ、集中力を低下させるおそれがあり、また、競技環境として各競技者に公平かつ平等な環境を提供すべきという要請にも反するおそれがあるし、さらには、冷却効果が十分に発揮されていると認識しているものにとって予期せず火傷を生じさせる危険性も排除できないからである。
さらに、地表面冷却構造によって地表面に不具合をできるだけ生じさせないということも課題として念頭に置いた。

従って、本発明は、地表面にできるだけ不具合を生じさせることなく、熱伝導率が悪い地表面を十分にかつムラなく冷却することのできる地表面冷却構造を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、種々検討を行った。
具体的には、まず、冷却効果を確実にする為には、できるだけ冷却管を表層に近づけることが有利であると考えたが、表層が上記の如きエラストマーである場合、冷却管を表層内に設置したのでは地表面の感触に影響を与える問題点が生じるし、表層への衝撃が冷却管に負荷を与え、特に損傷に至ってしまうとなれば、表層そのものを全て取り替える必要を迫られることになってしまう。
そこで、表層直下に冷却層を設置することが最も有効であると判断するに至った。

しかし、冷却効果向上の為に表層直下に冷却層を設置する場合には、冷却管が表層に近いことより、冷却管直上と、冷却管と冷却管の間とに冷却効果の差（以下、この差が生じることを「ムラ」と呼ぶ）が大きくなりやすいため、適正な温度抑制を面として均一にする課題解決に背反する問題が生じる。

このムラについては、冷却管の間隔を小さくすれば解消できるのではないかと考えたが、冷却管の間隔を小さくすることで以下の問題点が現れてくることも分かった。
即ち、表層と冷却層との間に空隙が生じると、そこに空気や水分が入り込み、その部分が盛り上がって「ウキ」となる不具合が生じることが懸念されるため、表層と冷却層との接着性、密着性にも注意を払う必要があるところ、一般に用いられる冷却管（例えばポリエチレン管）は他の材料との接着性が一般に芳しく無いため、冷却管の間隔を小さくすると、冷却管が冷却層より一部でも露出する構成をとる場合、表層とそれに接する冷却管との間での剥離リスクを高めることになるのである。
確かに、冷却管が冷却層から露出して表層と接しないように、充填材で冷却管を冷却層内に埋め込めば、上記の意味での剥離リスクは抑制できるが、冷却管の間隔を小さくするほど、冷却層における冷却管の占める割合が増すので、冷却管と充填材との剥離リスクが生じる。

これらのリスクを踏まえた結果、冷却管の間隔を単に小さくすれば良いというものではなく、これを最小限にとどめて上記リスクをも抑制するために、十分かつムラのない冷却効果を得るための厳密な条件を明らかにするべきであると考えた。

そこで、以上の点を総合的に考慮して、冷却したい表層の熱伝導率、表層の厚み（即ち冷却層の位置する深さ）、冷却管の間隔に着目し、適正な温度抑制効果が許容できるムラの範囲に納まり、同時に地表面にできるだけ不具合を起こさないための手段を詳細に検討した。

本発明は、以上の検討及びその実験的確認を経て完成されるに至ったものである。
すなわち、本発明の地表面冷却構造は、地表面となる表層と、前記表層の直下に配置された冷却層とを備える地表面冷却構造であって、前記表層の熱伝導率が０．０５〜０．５Ｗ／ｍ・Ｋであり、前記冷却層は、複数の冷却管が一定の間隔で配設され、前記冷却管内に冷媒液を流すことによって表層を冷却する作用を有するものであり、前記表層の厚みをｔ［ｍｍ］とし、前記冷却層において隣り合う冷却管の間隔をｄ［ｍｍ］とするとき、
ｄ≦−４ｔ＋２０５ （１）
ｄ≦５．９ｔ＋１５．５ （２）
の関係をともに満たすものである。

本発明によれば、熱伝導率の悪い表層を備えるものでありながら、当該表層が冷却層により十分にかつムラなく冷却される地表面冷却構造を提供することができる。しかも、地表面に不具合が発生することを可及的に回避することができる。

本発明の一実施形態に係る地表面冷却構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る地表面冷却構造の冷却管の配設状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る地表面冷却構造の冷却管の別の配設状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る地表面冷却構造の冷却管の別の配設状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る地表面冷却構造に適用できる固定治具を示す斜視図である。 実施例５において、固定治具上に冷却管及びフライアッシュを並べた状態を表す斜視図である。 実施例において、冷却効果に関する実測値（横軸）とシミュレーション値（縦軸）との関係を表すグラフである。 実施例において、ムラに関する実測値（横軸）とシミュレーション値（縦軸）との関係を表すグラフである。 表層の厚みｔ（横軸）及び冷却管間隔ｄ（縦軸）と発明の効果との関係を表すグラフである。 温度差（横軸）と被験者への影響（横軸）との関係を示すグラフである。 ムラ（横軸）と被験者への影響（横軸）との関係を示すグラフである。

以下、本発明にかかる地表面冷却構造について、図面を参照しつつ、詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更実施し得る。

図１に示す地表面冷却構造は、地表面となる表層１、表層１の直下に配置された冷却層２とを備える。冷却層２は、基盤３の上面に配置されている。
表層１は、熱伝導率が０．０５〜０．５Ｗ／ｍ・Ｋである。スポーツ施設やレジャー施設などに適用される表層の材料は、通常、熱伝導率が低く、例えば、陸上競技場のトラックで良く利用されるポリウレタン系樹脂の場合、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。その他の例も挙げれば、テニスコートのハードコートに用いられるアクリル樹脂も０．１７〜０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。本発明は、表層がこのように熱伝導率の低いものであっても、効率よくムラのない冷却効果を発揮する点で、従来にない優位性を備えている。

表層１には、その熱伝導率を向上させるため、良熱伝導材料が添加されていても良い。良熱伝導材料としては、表層１の熱伝導率を向上させるに足る良好な熱伝導性を有するものであれば良く、例えば、酸化マグネシウム（熱伝導率４５〜６０Ｗ／ｍ・Ｋ）、酸化アルミニウム（熱伝導率２０〜３５Ｗ／ｍ・Ｋ）、六方晶窒化ホウ素（熱伝導率３０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化アルミニウム（熱伝導率１５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミニウム（熱伝導率２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）粉、酸化アルミニウム（熱伝導率３６Ｗ／ｍ・Ｋ）、黒鉛（等方性：熱伝導率５０〜１２６Ｗ／ｍ・Ｋ）などが挙げられる。

また、図示しないが、表層１の上面には、遮熱塗膜や反射塗膜が形成されていてもよい。従来においても、遮熱塗膜や反射塗膜の適用は検討されていたが、それ単独では、表層１の冷却効果はほとんど期待できないものであった。
本発明においても、遮熱塗膜や反射塗膜が表層１の表面温度を直接下げるということは期待し難いものの、日射による熱を地表面冷却構造の内部まで侵入させないことにより冷却層２による表層１下面からの冷却効果を促進するという本発明特有の作用が奏せられる。

冷却層２は、複数の冷却管１０が、固定治具２０の上に一定の間隔で配設されている。
そして、表層１の厚みをｔ［ｍｍ］とし、冷却層２において隣り合う冷却管１０，１０の間隔をｄ［ｍｍ］とするとき、
ｄ≦−４ｔ＋２０５ （１）
ｄ≦５．９ｔ＋１５．５ （２）
の関係をともに満たす。
上記両関係をともに満たす場合に、表層１の熱伝導率が悪いにもかかわらず、表層１が冷却層２により十分にかつムラなく冷却されるという本発明の効果が発揮される。

表層１の厚みｔは、冷却層２による冷却作用を十分に発揮させるという点から、４０ｍｍ以下であることが好ましい。また、表層１の材質にもよるが、表層１に求められる性能の発揮と冷却層２による冷却作用の発揮を両立させる観点からは、表層１の厚みｔが、１５〜３０ｍｍの範囲であることがより好ましい。

また、上述のとおり、冷却管１０，１０の間隔ｄを小さくするほど、冷却層２における冷却管１０の占める割合が増し、冷却管１０と充填材３０との剥離リスクが高まる。
この剥離リスクを抑制する観点から、冷却管１０，１０の間隔ｄが０を超えていること、従って、充填材３０が冷却層２内を貫通していることが好ましい。
特に、冷却管１０，１０の間隔ｄが、冷却管１０の外径と同程度以上であること、及び／又は、１２．５ｍｍ以上であることがより好ましい。
このように、冷却管１０，１０の間隔ｄが広くなっても、上記の（１）及び（２）に示す関係を満たす限りにおいて、十分かつムラのない冷却効果は発揮される。

冷却管１０は、特に限定するわけではないが、可撓性の管であれば、表層１への衝撃が冷却管１０に伝わった場合でも、破損し難いという利点がある。このような観点から、例えば、ポリエチレン管、ポリブテン管などが好ましく挙げられる。ポリエチレン管としては、架橋ポリエチレン管も好適に用いることができる。
冷却管１０の管径としては、特に限定するわけではないが、外径が７〜２２ｍｍであることが好ましく、１０〜１７ｍｍであることがより好ましい。これは、冷却管１０の冷却効果を高めるため、必要な流量を確保し、圧力損失を最小化するには、外径が大きい方が有利であり、また、競技者の走行による衝撃や、砲丸の落下による衝撃などで扁平する恐れを回避する意味では、外径はより小さい方が有利であるからである。

冷却層２は固定治具２０上に固定されている。冷却層２の冷却管１０及び固定治具２０以外の部分には、充填材３０が充填されている。
充填材３０としては、特に限定するわけではなく、熱伝導性、コスト、強度なども考慮して適宜決定すればよいが、例えば、ゴムチップ、樹脂モルタル、樹脂、アスファルト、コンクリートなどが挙げられる。

前記ゴムチップとしては、表層１の衝撃吸収性を重視する場合に好適に用いられ、例えば、リサイクルゴムを細かく砕いたものと固着材とを混合したものが好適に用いられる。リサイクルゴムを細かく砕いたものの粒径としては、例えば、５．０ｍｍ以下が好ましく、３．０ｍｍ以下がより好ましい。特に、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲が好ましく、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲がさらに好ましい。これは、より細かいものを使用することで、ゴムチップの塊としての空隙率を下げて熱伝導率を確保することを目的とすること、及び、粒径が大きすぎるとおよそ断面が円形状である冷却管の下部にゴムチップが回りこまないなど、冷却管間の充填材として粗過ぎるからということ、による。
前記樹脂モルタルとしては、表層１に過度な衝撃が加えられない場合の用途や、ボールに高いバウンドが求められる場合の用途などにおいて好適に用いられる。
前記樹脂としては、主に表層１と同種の材料（例えば、ポリウレタン系樹脂）を用いることができ、表層１と異なる材質を使用する場合に比べて１回の塗布で冷却層２と表層１を形成できるので、工期短縮が求められる場合に好適に使用される。
前記アスファルトやコンクリートは、材料としてのコストが重視される場合などに好適に用いることができる。

表層１と冷却層２との剥離を防止する観点からは、例えば、表層１の材料としてポリウレタン系樹脂を用い、充填材３０としてポリウレタン系の樹脂モルタルを用いるなど、表層１の材料と、充填材３０とがある程度親和性を有することが好ましい。

また、冷却効果の効率を向上させるためには、冷却管１０の頂部が表層１下面に近接していることが好ましい。
ここで、冷却管１０頂部と表層１下面との接近は、表層１と冷却層２との剥離を防止する観点を重視するならば、冷却管１０の頂部が、充填材３０により被覆されて冷却層２から露出しない限度であることが望ましい。冷却管１０の頂部が、充填材３０により被覆されずに冷却層２から露出している状態では、上述のように、一般に表層１と冷却管１０との接着性は高くないので、剥離のリスクが生じる一方で、冷却管１０の頂部が表層１下面から離れすぎると、冷却効果が低下するおそれがあるからである。
もっとも、冷却層２の施工において、冷却層２を冷却管１０の外径とほぼ同等の厚みとする場合、例えば、充填材３０を充填した後、表面を平滑にするためにこて等を用いて行うが、冷却管１０の頂部を、厚みを均質化するガイドとして用いることがある。この場合、こてで冷却管１０の頂部がなぞられるため、冷却管１０の一部が図らずも露出することも有り得る。このような場合においても、当該露出部分が冷却管１０の外周の概ね３分の１未満に留まっていれば、表層１と冷却層２との密着性は相当程度確保できる。

なお、上では、冷却層２の冷却管１０及び固定治具２０以外の部分に充填材３０が充填されたものについて説明したが、補強や冷却効果向上などを目的として、冷却層２内に、フライアッシュなどの補強材を用いてもよい（このような例については、後述の実施例５及び図６参照。補強材は符号６０で示されている。）。

基盤３は、一般に基盤として適用されているものでよく、特に限定されるものではない。例えば、アスファルト、コンクリートなどが挙げられる。また、アスファルトを適用するとき、その目が粗い場合に上層の材料が浸み込んで失われることを防ぐ目的で、アスファルト表面に目止めとして樹脂モルタルを塗工しても良い。

次に、冷却管１０の配設状態について、図２〜図４を参照しつつ、詳説する。
冷却層２には、一定の間隔で複数の冷却管１０が配設される。
冷却管１０は、供給側ヘッダー管４０の分岐口に一端が接続され、冷却層２の反対側でＵ字状に湾曲して折り返し、供給側ヘッダー管４０の下を通って、他端において排出側ヘッダー管５０に接続される。供給側ヘッダー管４０に供給された冷媒液が分岐して冷却管１０に供給され、Ｕ字状に沿って流れた後、排出側ヘッダー管５０で再び合流し、排出される。
供給側ヘッダー管４０から冷却層２の反対側でＵ字状に湾曲するまでの冷却管行き部１０Ａと、冷却層２の反対側でＵ字状に湾曲して排出側ヘッダー管５０に戻るまでの冷却管戻り部１０Ｂとが交互となるように配列されている。また、冷却管行き部１０Ａと冷却管戻り部１０Ｂとは同一平面上に配置されている。
冷却管行き部１０Ａと冷却管戻り部１０Ｂでは、表層１との熱交換により、冷媒液の温度に差があることが予測されるが、上記のように、冷却管行き部１０Ａと冷却管戻り部１０Ｂとが同一平面上に交互に配置されていることで、冷却管行き部１０Ａと冷却管戻り部１０Ｂ内の冷媒液の温度差は全体として平準化される。

冷却管１０内に冷媒液を流すことによって表層１を冷却する作用を有する。
冷媒液としては、コスト面などを考慮すると、水が好ましく使用できる。
熱源としては、特に限定されず、図示しないが、例えば、チラー、地中熱、井戸水などを挙げることができる。これらを適宜組み合わせても良い。

本発明の地表面冷却構造における冷却管１０の配設状態としては、図２に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば、図３や図４に示す実施形態も採用できる。
図３や図４に示す例では、図２に示す例とは異なり、Ｕ字状に折り返さずに直線状の冷却管１０が用いられている。その他は、概ね図２と共通するので、重複する説明は割愛する。
図３と図４の違いは、図３では、冷媒液が図の下側から上側へと一方向に供給されているのに対し、図４では、図の下側から上側へと供給されるものと、図の上側から下側に供給されるものとが交互に配列された状態となっている点にある。
冷媒液は、その供給側から排出側に行くほど表層１との熱交換により温度が上昇する可能性があるので、図４に示す実施形態の方が、冷媒液の温度差が全体として平準化されることが期待される。

次に、固定治具２０について、図５を参照しつつ、詳説する。
上述の通り、冷却管１０は固定治具２０により固定されている。
固定治具２０は、冷却管１０を保持して固定する保持部２１を備えている。冷却管１０の管軸方向の複数個所で冷却管１０を保持できるように、複数（図５の例では各冷却管１０に対し３箇所ずつ）設けられている。

固定治具２０を用いることで、施工時に冷却管１０を適切な位置に並べることができ、施工後においても安定する。従って、本発明の効果が確実にかつ安定的に発揮される。
さらに、固定治具２０に冷却管１０を嵌め込むという簡易な作業で冷却管１０を適切な位置に並べることができるので、作業性が良い。
また、固定治具２０は、連結部２２により連結可能にユニット化されているが、このようにユニット化することで、全ての施工を現場で行うのではなく、事前に冷却管１０の配設等を完了しておき、残りの作業を現場で行うことも可能であり、作業の高効率化が実現できる。

固定治具２０の貫通孔２３において、基盤３に釘を打ち込むなどすることにより、固定治具２０を基盤３に強固に固定することができる。

固定治具２０の材質としては、特に限定するわけではないが、強度、製造の容易性などの観点から、例えば、ポリプロピレンなどを好適に挙げることができる。

以上に詳述した地表面冷却構造を施工する手順について、以下に詳説する。
まず、保持部２１に冷却管１０が嵌め込まれた固定治具２０を、基盤３の上に敷設する。
この作業は、全てを現場で行うこととしても良い。すなわち、現場で、基盤３の上に、各ユニットを連結部２２で連結するようにして固定治具２０を敷設したのち、保持部２１に冷却管１０を嵌め込むこととしても良い。
あるいはまた、予め保持部２１に冷却管１０が嵌め込んでおいた固定治具２０の各ユニットを現場に持っていって、現場では、冷却管１０が嵌め込まれた各ユニットの連結２２での連結及び基盤３への敷設のみを行うこととしてもよい。
なお、固定治具２０は、その貫通孔２３を通して基盤３に釘を打ち込むなどすることにより、基盤３に固定される。

次に、充填材３０の充填を行い、これを硬化させることにより、冷却層２を形成する。充填材３０の充填は、好ましくは冷却管１０の頂部の高さと略一致させるように行う。その後、こて等を用いて表面を平滑にすることが好ましく、この場合、冷却管１０の頂部を、厚みを均質化するガイドとして用いてもよい。
充填材３０の充填量が多すぎると、表層１と冷却管１０の頂部との間に充填材３０が多く介在することとなって、冷却管１０による表層１の冷却効果が低下するおそれがある。他方、充填材３０の充填量が少なすぎると、冷却管１０の頂部が露出した状態となって、上述のとおり、冷却層２と表層１の密着性が低下して剥離などの問題を生じるおそれがあるので、このような観点からは、冷却管１０の頂部を露出させないか、又は、露出しても当該露出部分が冷却管１０の外周の概ね３分の１未満となるように調整することが好ましい。

最後に、表層１を形成するのであるが、表層１の形成自体は従来技術と同様でよい。例えば、ポリウレタン系樹脂層を一例とすると、末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、ポリオールとを含む二液型ウレタン組成物を、上記冷却層２の上面に塗工し、硬化させることにより形成することができる。
さらに、表層１の上面に遮熱塗料や反射塗料を塗工、硬化させることにより、上述した遮熱塗膜や反射塗膜を形成してもよい。

本発明の地表面冷却構造は、陸上競技場のトラックに好適に適用することができる。
トラックの全面にわたって本発明の地表面冷却構造を適用することは、施工時、稼動時のコスト、管理・維持のコストなどが高くなってしまうが、必要な箇所のみに適用すれば、これらのコストを低減することができる。例えば、トラックのうち、クラウチングスタートにおけるスタートラインでは、競技者が地表面に手をつけることになり、冷却の必要が大きいので、クラウチングスタートにおけるスタートラインを含む所定範囲に適用するようにしてもよい。
また、トラックと冷却管１０との位置関係としては、トラックのコースに沿う方向に対し概ねこれと交差する方向として冷却管１０が配設されているものであってもよいし、トラックのコースに沿う方向を管軸方向として冷却管１０が配設されているものであってもよい。
上記いずれの位置関係とするかは、例えば、施工のしやすさや競技者間に競技条件の不平等・不公平を生じさせないかといった観点などを考慮して決定すればよい。
例えば、冷却管が、トラックのコースに沿う方向を管軸方向として配設されている場合には、各コースの競技者にとって、地表面下における冷却管の配設状態が共通のものとなり、競技者間の平等・公平が厳密に保たれると考えられる。
もっとも、図２や図４に示すように、冷媒液の温度差が全体として平準化されるように冷却管１０が配設されたものであれば、トラックのコースに沿う方向に対し概ねこれと交差する方向として冷却管１０が配設されているものであっても、競技者間の平等・公平はほとんど問題とならないと考えられる。

以下、実施例を用いて、本発明にかかる地表面冷却構造について詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、図面との対応関係を明示するため、下記実施例における各構成要素について、対応する符号を併記する。

〔実施例１〕
以下のようにして、図１に示す地表面冷却構造を備え、固定治具が図５に示すものである実施例１にかかるサンプルを作製した。なお、冷却管の配設状態については、図３に示すとおりとした。
具体的には、基盤３としてのアスファルト（縦３００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚み７０ｍｍ）の上に、固定治具２０を各ユニットの各連結部２２で連結して敷設し、貫通孔２３を通して釘を打ち込んで固定治具２０を基盤３に固定した。固定治具２０としては、ポリプロピレン製のものを用いた。
冷却管１０として、外径１０ｍｍの架橋ポリエチレン管「エスロペックス（登録商標、以下同様）」（積水化学工業社製）を用いて、固定治具２０の保持部２１に、冷却管１０を嵌め込むようにして、冷却管１０を配設した。隣り合う冷却管１０，１０の間隔ｄは２０ｍｍであった。固定治具２０としては、冷却管１０の配設状態に合わせて保持部２１の位置等を設計したものを用いた。
次に、充填材３０として、ゴムチップを充填し、硬化させた。ゴムチップとしては、粒径１．０〜３．０ｍｍのリサイクルゴム粉砕品と、固着材「ＭＳ−１８５Ｓ」（美津濃社製）との混合物を用いた。配合割合は、重量比で、リサイクルゴム粉砕品：固着材＝１．０：０．２２５とした。
充填材３０の充填量は、冷却管１０の頂部が丁度充填材３０で被覆されて見えない状態となるようにした。
最後に、ポリウレタン系樹脂「グラントラック（登録商標）」（美津濃社製）に良熱伝導材料（酸化マグネシウム）を添加したものを塗工し、硬化させて、表層１を形成した。表層１の厚みは、１５ｍｍであった。
酸化マグネシウムの添加量は、ポリウレタン系樹脂１００重量部に対して酸化マグネシウム５０重量部となる割合とした。

〔実施例２〕
充填材３０を樹脂モルタルに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２にかかるサンプルを作製した。
樹脂モルタルとしては、樹脂「ウルトラゾールＣＭＸ−４３」（耐油モルタル混和用アクリルエマルジョン。ガンツ化成社製）、砂（５号珪砂）、セメント（普通ポルトランドセメント）及び水の混合物を用いた。これらの配合割合としては、重量比で、樹脂：砂：セメント：水＝１．０：３．９：５．６：１．０とした。

〔実施例３〕
冷却管１０を外径１７ｍｍの架橋ポリエチレン管「エスロペックス」（積水化学工業社製）に変更し、充填材３０をアスファルト「開粒度アスファルト舗装１３トップ」に変更し、表層１には酸化マグネシウムを添加しないこととし、隣り合う冷却管１０，１０の間隔ｄを１０４ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３にかかるサンプルを作製した。

〔実施例４〕
冷却管１０を外径１７ｍｍの架橋ポリエチレン管「エスロペックス」（積水化学工業社製）に変更し、充填材３０をアスファルト「開粒度アスファルト舗装１３トップ」に変更し、隣り合う冷却管１０，１０の間隔ｄを１０４ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例４にかかるサンプルを作製した。

〔実施例５〕
充填材３０を樹脂モルタルに変更し、隣り合う冷却管１０，１０の間隔ｄを４４ｍｍに変更し、隣り合う冷却管１０，１０の間に冷却管１０と平行に補強材６０としてフライアッシュ「アシェラウッド（登録商標）」（積水化学工業社製）を並べてから充填材３０を充填するようにしたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例５にかかるサンプルを作製した。
樹脂モルタルとしては、樹脂「ウルトラゾールＣＭＸ−４３」（耐油モルタル混和用アクリルエマルジョン。ガンツ化成社製）、砂（５号珪砂）、セメント（普通ポルトランドセメント）及び水の混合物を用いた。これらの配合割合としては、重量比で、樹脂：砂：セメント：水＝１．０：３．９：５．６：１．０とした。
なお、固定治具２０としては、図６に示すように、隣り合う冷却管１０，１０の間に補強材６０（フライアッシュ）を配置できるように設計したものを用いた。

〔比較例１〕
冷却管１０を外径１７ｍｍの架橋ポリエチレン管「エスロペックス」（積水化学工業社製）に変更し、充填材３０をアスファルト「開粒度アスファルト舗装１３トップ」に変更し、表層１には酸化マグネシウムを添加しないこととし、隣り合う冷却管１０，１０の間隔ｄを１３４ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１にかかるサンプルを作製した。

〔性能評価試験〕
上記各実施例及び比較例にかかるサンプルについて、以下のようにして性能評価試験を行った。
屋外試験では、サンプルを太陽光に曝し、所定位置における表面温度の経時的変化を計測した。
屋内試験では、気温３５℃、湿度５０％に設定した恒温恒湿内にサンプルを置き、太陽光模擬ランプを照射し、所定位置における表面温度の経時的変化を計測した。
各実施例及び比較例にかかるサンプルについて、冷却層による冷却効果及びムラを評価するため、冷却水を供給したものと供給しないものを用意し、これらを同一条件で同時に試験した。
冷却水は、チラーにより冷却したもので、平均１４．３（±０．５）℃の冷却水が供給されるようにチラーを設定した。
温度計測は、冷却水の供給側と排出側の中央となる位置で、冷却管直上及び冷却管間における表層の表面温度について行い、その測定は、Ｔ型ケーブルタイプの熱電対を用いて、データロガーにより記録した。

各実施例及び比較例にかかるサンプルの結果を、各構成の概略とともに、下表１に示す。なお、表１中、基準表面温度（℃）は、各サンプルにおいて、冷却水を供給しない場合のピーク時における表面温度を指し、表面温度実測値（℃）は、各サンプルにおいて、冷却水を供給した場合の前記ピーク時における冷却管直上及び冷却管間の表面温度を指す。

＜結果の考察＞
いずれの実施例においても、優れた冷却効果が得られ、かつ、ムラが生じていないことが分かる。
また、実施例２及び実施例５については、屋内試験、屋外試験双方での試験を実施し、屋内試験での結果が、屋外即ち実際使用される環境での結果と一致するかを検証したが、その結果、殆ど同等と判断できる結果を得ることができ、屋内試験が十分に実際使用される環境を再現しているといえることが判明した。

なお、表層１を形成するためのポリウレタン系樹脂に、酸化マグネシウムを、ポリウレタン系樹脂１００重量部に対して酸化マグネシウム５０重量部となる割合で添加した効果については、以下の評価にて熱伝導率の計測を行い、添加無し０．２３Ｗ／ｍ・Ｋから添加したもの０．３７Ｗ／ｍ・Ｋへと、材料としての熱伝導率向上を得ることができた。
測定方法：ＡＳＴＭ Ｅ １５３０−４
測定機器：アルバック理工(株)製 定常法熱伝導率測定装置 ＧＨ−１
試験片形状：２５ｍｍ×２５ｍｍ、厚さ７ｍｍ
圧力：０．１ＭＰａ
熱板温度差：２０℃
測定温度：６０℃
この結果を踏まえ、実施例３と実施例４とを比較すると、冷却管１０直上の冷却効果が約２℃向上し冷却効率が増していることが効果として判明した。

〔シミュレーションによる検証〕
一定条件下において、冷却管１０，１０の間隔ｄ、表層１の厚みｔ、表層１の熱伝導率の各条件のみを変更した場合に、冷却管１０直上及び冷却管１０，１０間の表面温度がどのように変化するかを、汎用有限要素法解析ソフトウェア「ＡＢＡＱＵＳ６．１４（アバカス）」（ダッソーシステム社製）を用いてシミュレーションした。
シミュレーションは、材料として比較的熱伝導率の悪いスポーツ施設やレジャー施設に用いられる代表的な表層材料をカバーできる範囲となるように、表層の熱伝導率を設定した。

ところで、このシミュレーションは、日射量、地表からの放射、大気放射、大気への熱伝達、各層への熱伝達などによる表層表面における熱収支に基づき、所定の条件を入力することにより、表層における冷却管直上及び冷却管間の表面温度を出力するように構築したものであり、実測値と適合するように厳密に調整を行ったものであるから、実測値と同等の信頼性を有するものである。なお、このようなシミュレーションは、実測データに代わるものとして、従来から利用されているものであり、適宜実施可能である。
念のため、上記各実施例及び比較例の実測値に対応するシミュレーション結果を上述の表１の下部に併記している。さらに、実測値とシミュレーション結果との関係をグラフ化したものを図７及び８に示す。
表１、図７及び図８から、冷却効果及びムラのいずれについても、実際に、実測値とシミュレーション結果とが信頼できる程度に一致していることが分かる。すなわち、シミュレーション値は実測値と同等に扱って差し支えないものである。

シミュレーション結果を表２に示す。
また、上述の実測値とシミュレーション結果のデータを用いて、表層１の厚みｔと冷却管１０，１０の間隔ｄとの関係をグラフ化したものを図９に示す。
なお、表２において、基準表面温度は、冷却層による冷却効果がない場合の温度を指す。
また、表２においては、冷却効果の基準を基準表面温度に対して冷却管間の温度が７℃以上下回っていることとし、ムラの基準をムラが５℃以下であることとし、基準を満たす場合に「○」の評価としている。表２の効果判定における「総合」の項目における○の評価、及び図９における「有効」とは、前記の基準を両方とも満たしているものを指す。

＜結果の考察＞
表２及び図９に示す結果から、
ｄ≦−４ｔ＋２０５ （１）
ｄ≦５．９ｔ＋１５．５ （２）
の関係をともに満たす場合に、十分かつムラのない冷却効果が発揮されることが分かった。
特に、表層１の厚みｔの値が小さい場合には、ムラの問題が起こりやすくなり、冷却管１０，１０の間隔ｄの値を正しく設定することが重要であることが示唆されている。
このように、本発明の効果を得る上では、表層１の厚みｔと冷却管１０，１０の間隔ｄとをそれぞれ独立に検討するのではなく、両者と効果との関係について厳密に検討する必要があり、本発明はその必要性に初めて気づき、前記関係を上記数式として確立した点に高い産業的価値がある。

〔基準の合理性についての付記〕
上記において、冷却効果の基準をピーク温度に対して７℃以上とし、ムラの基準を５℃以下としているが、これらの基準が合理的な基準であることを以下に付記する。
＜冷却効果＞
陸上競技経験の被験者１０名に協力してもらい、ピーク温度６２℃に対して、冷却効果の異なる種々の表層面について、手を当ててもらい、以下の判定基準で判定してもらった。
なお、以下の判定は、一定の時間間隔をあけて行ってもらうようにしたので、被験者における感覚の麻痺の影響はない。
０・・・熱い、長時間触っていられない
１・・・熱さを感じるものの、長時間触れていられる
２・・・熱さを感じない
３・・・冷たい
結果を下表３及び図１０に示す。

表３及び図１０に示すように、ピーク温度６２℃に対し、５℃までの温度差では未だ長時間触っていられないが、７℃以上の温度差においては長時間触れていられることが示されている。従って、要求される冷却効果を発揮するものとして、７℃以上を基準に設定することは合理的である。
なお、上記結果は、ピーク温度６２℃に対する温度差においての結果であるが、本発明を実際に実施する際においては、ピーク温度が６２℃を超える場合も想定されない訳ではない。しかし、ピーク温度が６２℃を超えるのは例外的な場合と考えて差し支えなく、仮にピーク温度が６２℃を超える状況で本発明を実施する場合であっても、冷媒液の温度を下げるなどの対応も可能である。従って、上記のように、ピーク温度６２℃に対する温度差において７℃以上の温度差をもって冷却効果ありと基準設定することの合理性が失われるものではない。

＜ムラ＞
陸上競技経験の被験者１０名に協力してもらい、ピーク温度６２℃に対して、ムラの異なる種々の表層面について、手を当ててもらい、以下の判定基準で判定してもらった。
なお、以下の判定の際には、冷却管１０に沿うように、指先から手のひらで接するように触れてもらい、また、指先のみでもその領域に触れてもらい、これらを総合的な判断により、冷却管１０直上、冷却管１０，１０間の比較をしてもらった。また、一定の時間間隔をあけて判定を行ってもらうようにしたので、被験者における感覚の麻痺の影響はない。
０・・・差を感じる
１・・・殆ど感じない／気にならない
２・・・差を感じない
結果を下表４及び図１１に示す。

表４及び図１１に示すように、冷却効果の程度に関わらず、ムラが５℃以内であれば、差を感じないか殆ど感じないという結果が示されている。従って、要求されるムラ抑止の効果を発揮するものとして５℃以下を基準に設定することは合理的である。

１ 表層
２ 冷却層
１０ 冷却管
２０ 固定治具
２１ 保持部
２２ 連結部
２３ 貫通孔
３０ 充填材
４０ 供給側ヘッダー管
５０ 排出側ヘッダー管
６０ 補強材
３ 基盤

Claims (12)

1. 地表面となる表層と、前記表層の直下に配置された冷却層とを備える地表面冷却構造であって、
   前記表層の熱伝導率が０．０５〜０．５Ｗ／ｍ・Ｋであり、
   前記冷却層は、複数の冷却管が一定の間隔で配設され、前記冷却管内に冷媒液を流すことによって表層を冷却する作用を有するものであり、
   前記表層の厚みをｔ［ｍｍ］とし、前記冷却層において隣り合う冷却管の間隔をｄ［ｍｍ］とするとき、
   ｄ≦−４ｔ＋２０５ （１）
   ｄ≦５．９ｔ＋１５．５ （２）
   の関係をともに満たす、
   地表面冷却構造。
2. 前記冷却層は、前記冷却管が配置されている箇所以外に充填材が充填されており、前記冷却管の頂部が前記表層下面に近接している、請求項１に記載の地表面冷却構造。
3. 前記表層の材料として良熱伝導材料が添加されている、請求項１又は２に記載の地表面冷却構造。
4. 前記良熱伝導材料が酸化マグネシウムである、請求項３に記載の地表面冷却構造。
5. 前記表層の厚みｔが４０ｍｍ以下である、請求項１から４までのいずれかに記載の地表面冷却構造。
6. 前記冷却管がポリエチレン管又はポリブテン管である、請求項１から５までのいずれかに記載の地表面冷却構造。
7. 前記表層がポリウレタン系樹脂層である、請求項１から６までのいずれかに記載の地表面冷却構造。
8. 前記冷却層は、前記複数の冷却管を固定する固定治具をも備え、
   前記固定治具は、前記複数の冷却管のそれぞれについて、当該各冷却管の管軸方向の複数個所で冷却管を保持して固定する保持部を有する、
   請求項１から７までのいずれかに記載の地表面冷却構造。
9. 陸上競技場のトラックに適用されている、請求項１から８までのいずれかに記載の地表面冷却構造。
10. 前記冷却管が、前記トラックのコースに沿う方向に対し概ねこれと交差する方向として配設されている、請求項９に記載の地表面冷却構造。
11. 前記冷却管が、前記トラックのコースに沿う方向を管軸方向として配設されている、請求項９に記載の地表面冷却構造。
12. 前記トラックのうち、クラウチングスタートにおけるスタートラインを含む所定範囲に適用されている、請求項９から１１までのいずれかに記載の地表面冷却構造。

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