JP3956300B2

JP3956300B2 - 構造体温度調節システム

Info

Publication number: JP3956300B2
Application number: JP2003037208A
Authority: JP
Inventors: 裕之有地; 芳樹今野; 真幸小野; 耕作西田; 邦明川村; 一敏伊東; 保憲井澤
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004244959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造体の温度を調節するシステムに関し、特に、構造体である道路舗装等の舗装体の温度を調節して、炎天下におけるアスファルト舗装体の温度上昇を抑えるシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市部では、自動車及び空調設備等によって大気中に膨大な熱エネルギーが放出されており、都市部の温暖化が顕著になっている（所謂ヒートアイランド現象）。例えば、真夏における東京区部の熱放射量は火災時における限界放射照度（３０分で死に至る値であり、２３８０Ｗ／ｍ２）の４２％に達しており、この結果、炎天下では死に至る場合もある。
【０００３】
一方、真夏の炎天下における道路舗装体、特に、アスファルト舗装体では、太陽熱の吸収によって、その路面温度が６０℃近くにも達することがあり、日中に道路舗装体が熱せられ、夜間に道路舗装体から放熱が行われる結果、外気温が低下しずらいという現象も見られる。このような現象によってさらに空調設備の稼働率が上り、廃熱量が増えてしまうことになる。
【０００４】
上述のような道路舗装体における不具合を防止するため、つまり、道路舗装体の温度上昇を抑えるため、例えば、開粒度アスファルト混合物層の空隙に保水性を付加した舗装体があり、この舗装体を用いると、アスファルト舗装体に対して１５〜２０℃程度温度が低下する。
【０００５】
また、舗装体が有孔表層と水分貯留層とを備えて、有孔表層に形成された連続空隙構造によって、降雨時に水分を下層の水分貯留層へ浸透させ、水分貯留層に貯留させるとともに、晴天時においては、下層の水分貯留層より供給される水分を水蒸気として舗装体表面より大気中に放出して、晴天時における温度上昇を抑えるようにしている。このような舗装体においては、給水装置から供給される水を水分貯留層に貯留することも行われている（特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２０９６１３号公報（段落（００２２）〜（００３７）、第１図及び第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、開粒度アスファルト混合物層の空隙に保水性を付加した舗装体においては、舗装体が吸収した雨水の蒸発潜熱によって、舗装体の温度上昇を抑制しており、例えば、夏季において、降雨がない状態が続くと、不可避的に舗装体が吸収した水分がなくなってしまい、つまり、蒸発潜熱が得られず、温度上昇を抑制することができないことになってしまう。
【０００８】
同様に、特許文献１に記載された舗装体においても、降雨がない状態が続くと、水分貯留層に貯留された水分がなくなってしまい、晴天時に舗装体の温度上昇を抑えることができないという課題がある。
【０００９】
特許文献１には、給水装置から水分を供給して、水分貯留層に貯留することも記載されているものの、実際に、水分貯留層に水分がなくなった状態を判定することが難しく、しかも給水装置から水分を補給するとなると、路面が濡れた状態となってしまい、歩行者又は自動車の走行安全上の問題もある。そして、給水装置から常に水分を補給するとなると、路面は常に濡れた状態であるから、当然に路面の温度上昇は抑制され、水分貯留層を備える意味がない。
【００１０】
本発明の目的は、降雨がない状態が続いても効果的に舗装体等の構造体の温度上昇を抑えることのできる構造体温度調節システムを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、自動車等の走行安全上問題のない構造体温度調節システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、構造体の温度を調節するためのシステムであって、
前記構造体中に埋設された放熱パイプと、
前記放熱パイプに連結され、前記放熱パイプとの間で循環する冷媒体の温度を制御する温度制御装置とを備え、
前記放熱パイプと前記温度制御装置との間で前記冷媒体を循環させて前記構造体の温度を調整するようにし、
前記構造体が保水性舗装体であり、
前記温度制御装置が前記冷媒体を冷却する冷却装置であり、
前記冷却装置を前記保水性舗装体の表面に結露を生じさせることが可能な時間帯に運転して、該保水性舗装体の表面に結露を生じさせるととともに前記保水性舗装体内に冷熱を蓄熱するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
例えば、構造体である舗装体（道路用舗装体）中に放熱パイプを埋設して、放熱パイプとの間で循環する冷媒体の温度を制御して、舗装体の温度を調整するようにすれば、降雨がない状態が続いても効果的に舗装体の温度調節を行うこと（温度上昇を抑えること）ができ、しかも、舗装体に給水を行う必要がないから、自動車等の走行安全上問題となることがない。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
さらに、本発明では、前記構造体に保水性舗装体を用いた場合、前記温度制御装置が前記冷媒体を冷却する冷却装置である際には、前記冷却装置を夜間の時間帯に運転して、前記保水性舗装体の表面に結露を生じさせるととともに前記保水性舗装体内に冷熱を蓄熱するのが好ましい。
【００１７】
このように、舗装体が保水性舗装体である際、冷媒体を冷却する冷却装置を用いて、冷却装置を夜間に運転し、舗装体の表面に結露を生じさせるととともに舗装体内に冷熱を蓄熱するようにすれば、結露による水が舗装体に吸収されて、日中には舗装体表面における蒸発潜熱によって舗装体が冷却でき、さらに、舗装体に蓄熱された冷熱によって舗装体が冷却されるから、夜間電力等を用いて冷却装置を運転するようにすれば、省エネルギーで舗装体の温度上昇を抑えることができる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１を参照して、ここでは、構造体として舗装体の一種であるアスファルト舗装体を例に挙げて説明するが、他の舗装体においても同様にして本発明を適用することができ、また、建造物等の他の構造体においても同様にして本発明を適用することができる。なお、ここでは、舗装体として道路舗装を例に挙げて説明する。道路舗装１１内には、後述する放熱パイプ（図１には示さず）が埋め込まれており、この放熱パイプには不凍液等の冷媒が循環する。図示の例では、道路舗装１１を、２次元的に複数のブロック１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）に分割して、各ブロック１１−１〜１１−Ｎ毎に前述の放熱パイプが埋め込まれる（図１に示す例では、Ｎ＝１１である）。これら放熱パイプはそれぞれ道路縁に備えられたヘッダー２１−１〜２１−Ｎに接続され、各ヘッダー２１−１〜２１−Ｎには冷却配管３１が連結されている。そして、この冷却配管３１は冷却装置（チラー：温度制御装置）３２に連結されて、ポンプ３３の駆動によって、冷却装置３２から冷却配管３１を介して不凍液が放熱パイプに与えられ、再び冷却配管３１を介して冷却装置３２に戻る。
【００２２】
この冷却装置３２は、建屋内に配置されており、例えば、水槽３２ａを備えている。そして、この水槽３２ａには不凍液が蓄えられ、水槽３２ａから不凍液をポンプ３３によって冷却配管３１を介して循環させる。水槽３２ａ内の不凍液は、例えば、ヒートポンプ方式による冷却機（図示せず）によって所定の温度に冷却される。つまり、温度センサ３２ｂによって、水槽３２ａ内の不凍液温度を計測して、この計測温度に応じて冷却機をオン／オフ制御して水槽３２ａ内の不凍液温度を所定の温度に冷却する。
【００２３】
なお、ヒートポンプ方式の冷却機を用いる代わりに、例えば、地下水等をポンプによって水槽３２ａ周りに循環させて、不凍液を所定の温度に冷却するようにしてもよい。また、建屋内の室温及び外気温を計測して、これら計測結果に応じて不凍液の温度を変化させるようにしてもよい。
【００２４】
ここで、図２を参照して、ブロック１１−１に注目すると、図示のように、ブロック１１−１には、ブロック１１−１中を２次元的に這うようにして放熱パイプ４１が敷設されており、この放熱パイプ４１は前述のように、ヘッダー２１−１を介して冷却配管３１に連結されている。図２に拡大して示すように、ヘッダー２１−１には、不凍液送部２１ａ及び不凍液戻部２１ｂが備えられており、不凍液送部２１ａ及び不凍液戻部２１ｂにはそれぞれ取り外しカップリング２２ａ及び２３ａ、定流量バルブ２２ｂ及び２３ｂ、ボールバルブ２２ｃ及び２３ｃが備えられている。そして、取り外しカップリング２２ａ及び２３ａによって放熱パイプ４１は冷却配管３１に着脱されることになる。また、定流量バルブ２２ｂ及び２３ｂによって放熱パイプ４１に流れる不凍液流量が一定に調整され、ボールバルブ２２ｃ及び２３ｃによって放熱パイプ４１への不凍液の循環がオン／オフされることになる。
【００２５】
なお、ブロック１１−２〜１１−Ｎについても、ブロック１１−１と同様に構成されることになる。
【００２６】
図３を参照すると、歩道の場合には、舗装（例えば、ブロック１１−１）は、路盤５１上に所定の厚さのコンクリート部５２が構築された後、このコンクリート部５２の表面にワイヤ５３（例えば、φ４）が２次元的に網の目状に敷設される（つまり、ワイヤーメッシュが敷設される）。そして、ワイヤーメッシュ上に、図２に示すように、放熱パイプ（例えば、外径φ１７、ここでは、例えば、架橋ポリ及びナイロン樹脂のパイプを用いた）４１が敷設されることになる。
【００２７】
その後、ワイヤーメッシュ及び放熱パイプ４１を覆うようにして、パイプ保護層５４が設けられる。次に、パイプ保護層５４上に空練モルタル５５を設けた後、透水性舗装５６を施す（この透水性舗装５６の表面が路面となる）。
【００２８】
上述のようにして構成された道路舗装に冷却配管３１を介して不凍液を流すと、放熱パイプ４１を介して道路舗装自体が冷却されることになって、道路舗装の温度上昇を抑えることができることになる。
【００２９】
このように、従来の保水性道路舗装では、雨水による水分補給が不可欠であるが、上述の例では、道路舗装中に埋め込まれた放熱パイプに不凍液等の冷却媒体を循環させれば、道路舗装を冷却することができ、晴天が連続する際においても効果的に道路舗装の温度上昇を抑えることができることになる。
【００３０】
さらに、冷却装置等の冷熱源として、ヒートポンプ及び地下水等道路設置場所の環境に適した冷熱源を用いることができ、例えば、降雪地帯においては、冬季に地下等に貯蔵した雪又は冷水等を冷熱源として用いるようにしてもよい。
【００３１】
ところで、保水性道路舗装を用いる際においても、前述のようにして、放熱パイプ４１を道路舗装中に埋め込み、夜間放熱パイプ４１に不凍液を流せば、夜間は日光等が道路表面に照射されていない状態であるから、道路舗装表面に生じた結露が乾いてしまうことがなく、この結露による水分が道路舗装に吸収されることになる。さらに、放熱パイプ４１から発生した冷熱は地中に蓄えられることになって、昼間においては、放熱パイプ４１に不凍液を流さなくても（つまり、冷却装置を駆動しなくても）、道路舗装に吸収された水分の蒸発潜熱及び地中に蓄えられた冷熱によって道路舗装を冷却することができることになる。しかも、夜間のみ運転するようにすれば、実質的に所謂夜間電力によって道路舗装の冷却ができることになって、省エネルギーとなる。
【００３２】
加えて、降雪地帯においては、道路上の雪を溶かすため、所謂融雪パイプが道路舗装中に埋め込まれているが、この融雪パイプは前述の放熱パイプと同様の構成であり、例えば、温められた不凍液を放熱パイプに流すことによって、道路舗装を温めて雪を溶かしている。このような融雪設備において、熱源としてヒートポンプ方式の熱源を用いている際には、蒸発器と凝縮器とを入れ換えれば（つまり、冷媒回路中の冷媒方向弁を切り替え制御して、蒸発器と凝縮器とを入れ換える）、冬季にはおいては、融雪設備として用い、夏季においては、道路冷却設備として用いることができることになる。
【００３３】
言い換えると、蒸発器及び凝縮器を備えるヒートポンプ式装置を用いて、放熱パイプを蒸発器及び凝縮器に選択的に接続して、夏季においては放熱パイプを蒸発器に接続し、冬季においては放熱パイプを凝縮器に接続することになる。
【００３４】
図４を参照して、本発明による構造体（舗装体）冷却システムの他の例について説明する。
【００３５】
図２及び図３で説明したように、道路舗装１１には放熱パイプ４１（以下樹脂パイプともいう）が敷設されている。この放熱パイプ４１は前述の冷却配管３１を介して吸着冷凍機６１に接続されている。さらに、この吸着冷凍機６１は配管６２を介して建造物（ビル）６２ａ内に設けられた空調装置６３に接続されている。つまり、図１で説明したヒートポンプ方式の冷却装置３２の代わりに吸着冷凍機６１が用いられ、この吸着冷凍機６１が配管６２を介して建造物６２ａ内に設けられた空調装置６３に接続されていることになる。
【００３６】
なお、放熱パイプ４１にはポンプ（図示せず）によって吸着冷凍機６１との間で不凍液が循環し、配管６２を介して、ポンプ（図示せず）によって吸着冷凍機６１と空調装置６３との間で水が循環するものとする。
【００３７】
いま、夏季において、道路が熱せられると、道路舗装中の熱によって放熱パイプ４１中の不凍液が温められる。温められた不凍液は吸着冷凍機６１でその熱が奪われて、冷却されることになる。そして、冷却された不凍液は放熱パイプ４１に送られて、再び温められることになる。このようにして、道路舗装の熱を放熱パイプで吸収する結果、舗装道路自体の温度上昇を抑えることができることになる。
【００３８】
一方、不凍液から奪った熱によって、吸着冷凍機６１は配管６２を介して循環する水を冷却する。そして、この冷水は空調装置６３に送られて、冷水を冷熱源として空調装置６３は建造物６２ａ内（室内）を冷房する。これによって、道路舗装１１を実質的な熱源として冷房が行える結果、省エネルギーを達成することができる。
【００３９】
また、空調装置６３で暖房を行う際には、つまり、冬季では、不凍液は吸着冷凍機６１で温められ、温められた不凍液は放熱パイプ４１に送られて、ここで放熱することなる（例えば、融雪を行う）。一方、不凍液から奪った熱によって、吸着冷凍機６１は配管６２を介して循環する水を温める。そして、この温水は空調装置６３に送られて、温水を熱源として空調装置６３は建造物内（室内）を暖房することになる。
【００４０】
上述の例では、構造体として舗装体を例に挙げて説明したが、他の構造体、例えば、ビル等の建造物の外壁及び屋上に、放熱パイプを埋め込んで、建造物を冷媒体の熱源として用い、同様にして温度調節を行うようにしてもよい。そして、このようにすると、夏季において、熱せられた建造物を熱源として用いて、冷房等を行うことができ、その結果、冷房負荷を下げて、省エネルギーを達成できるばかりでなく、都市部の温暖化を抑制することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構造体である舗装体中に放熱パイプを埋設して、該放熱パイプとの間で循環する冷媒体の温度を制御して、前記舗装体の温度を調整するようにしたから、降雨がない状態が続いても効果的に舗装体の温度調節を行うこと（温度上昇を抑えること）ができるという効果があり、しかも、舗装体に給水を行う必要がないから、自動車等の走行安全上問題となることがない。
【００４３】
本発明では、舗装体が保水性舗装体である際、冷媒体を冷却する冷却装置を用いて、冷却装置を夜間に運転し、舗装体の表面に結露を生じさせるととともに舗装体内に冷熱を蓄熱するようにしたから、結露による水が舗装体に吸収されて、日中には舗装体表面における蒸発潜熱によって舗装体が冷却でき、さらに、舗装体に蓄熱された冷熱によって舗装体が冷却されるから、夜間電力等を用いて冷却装置を運転するようにすれば、省エネルギーで舗装体の温度上昇を抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による構造体温度調節システムの一例を示す構成図である。
【図２】舗装体に埋め込まれる放熱パイプの配置形状の一例を示す概要図である。
【図３】放熱パイプが埋め込まれた舗装体の断面を示す概要図である。
【図４】本発明による舗装体温度調節システムの他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１１道路舗装
１１−１〜１１−Ｎブロック
２１−１〜２１−Ｎヘッダー
３１冷却配管
３２冷却装置（温度制御装置）
３２ａ水槽
３３ポンプ
４１放熱パイプ
５１路盤
５２コンクリート部
５３ワイヤ
５４パイプ保護層
５５空練モルタル
５６透水性舗装

Claims

構造体の温度を調節するためのシステムであって、
前記構造体中に埋設された放熱パイプと、
前記放熱パイプに連結され、前記放熱パイプとの間で循環する冷媒体の温度を制御する温度制御装置とを備え、
前記放熱パイプと前記温度制御装置との間で前記冷媒体を循環させて前記構造体の温度を調整するようにし、
前記構造体が保水性舗装体であり、
前記温度制御装置が前記冷媒体を冷却する冷却装置であり、
前記冷却装置を前記保水性舗装体の表面に結露を生じさせることが可能な時間帯に運転して、該保水性舗装体の表面に結露を生じさせるととともに前記保水性舗装体内に冷熱を蓄熱するようにしたことを特徴とする構造体温度調節システム。
前記構造体が保水性舗装体であり、前記温度制御装置が前記冷媒体を冷却する冷却装置である請求項１記載の構造体温度調節システムにおいて、
前記冷却装置を夜間の時間帯に運転して、前記保水性舗装体の表面に結露を生じさせるととともに前記保水性舗装体内に冷熱を蓄熱するようにしたことを特徴とする構造体温度調節システム。