JP4156139B2 - 屋根散水冷却システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、屋根散水冷却システム、すなわち散水により屋根面を冷却するシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
夏場の晴天の日中のように日差しが強いときには、屋根面への日射により屋内空間も高温になりやすい。特に、工場、倉庫、ショッピングセンタ、膜構造物等のように大きな屋根面を有する場合には、屋根面から屋内空間への熱伝達がかなり大きなものとなる。
【０００３】
このため従来、図７に示すような屋根散水冷却システムを採用することにより、その気化潜熱で屋根面２００を冷却し、屋内空間の温度上昇を抑制する工夫がなされている。
【０００４】
この屋根散水冷却システムにおいては、散水冷却の対象となる屋根面２００に複数の散水ノズル２０２を分散配置するとともに、これら散水ノズル２０２を給水配管２０４を介して揚水ポンプ２０６に接続し、この揚水ポンプ２０６からの給水により各散水ノズル２０２での散水を行い、これにより屋根面２００を冷却するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の屋根散水冷却システムにおいては、屋根面２００の全域に対して一斉に散水を施すようになっているので、大量の散水用給水が必要となる。このため、揚水ポンプ２０６として揚水能力の大きな大型のものが必要となり、給水配管２０４も大口径のものが必要となり、さらに揚水ポンプ２０６に接続された貯水槽２０８も大容量のものが必要となる。したがって屋根散水冷却システムが高価なものとなってしまう。
【０００６】
また、上記従来の屋根散水冷却システムにおいては、散水により蒸発しなかった水は排水管２１０から外部へ排出されるようになっているので、散水用給水はすべて補水管２１２から補給する必要があるが、上述したように大量の散水用給水が消費されるので補給水も大量に必要となる。このため、給水コストが多く掛かり、また水資源の浪費ともなっている。
【０００７】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、安価な構成で屋根面全体を散水冷却することができる屋根散水冷却システムを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、散水方法に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
すなわち、本願発明に係る屋根散水冷却システムは、
散水により屋根面を冷却するシステムであって、
散水冷却の対象となる屋根面を複数の領域に分割し、
これら各領域毎に、少なくとも１つの散水ノズルおよび該散水ノズルへの給水を制御する電磁弁を配置し、
上記各電磁弁を順次開放することにより上記各領域毎に散水を施し、
その際、上記散水が施されていない他の領域が濡れ面に維持されるように、上記各電磁弁の開放タイミングおよび開放時間を設定しておく、ことを特徴とするものである。
【０００９】
上記「散水ノズル」の具体的構成は特に限定されるものではなく、例えば、噴霧状に散水するものであってもよいし、噴水状に散水するものものであってもよいし、単に水を滴下するものであってもよく、また、散水方向が固定されたものであってもよいし、スプリンクラ等のように散水方向が経時的に変化するものであってもよい。
上記「電磁弁」は、単に開閉のみが行われる構造のものであってもよいし、開度調整可能な構造のものであってもよい。
【００１０】
上記「各電磁弁を順次開放する」具体的方法としては、電磁弁を１つずつ開放するようにしてもよいし、２つ以上の適当な個数ずつ開放するようにしてもよい。なお、前者の場合には上記「各領域毎に散水を施す」とは一領域毎に散水を施すことを意味し、後者の場合には上記「各領域毎に散水を施す」とは２つ以上の領域毎に散水を施すことを意味することとなる。
【００１１】
【発明の作用効果】
屋根散水冷却システムにおいては、屋根面が濡れ面状態に維持されていれば気化潜熱による冷却が行われるので、それ以上の散水は不要である。
【００１２】
この点、本願発明に係る屋根散水冷却システムは、散水冷却の対象となる屋根面を複数の領域に分割し、これら各領域毎に少なくとも１つの散水ノズルおよび電磁弁を配置し、各電磁弁を順次開放することにより各領域毎に散水を施すようになっているので、ある一時点では一部の領域においてのみ散水が行われるが、その際他の領域が濡れ面に維持されるように各電磁弁の開放タイミングおよび開放時間を設定しておくようになっているので、必要以上の無駄な散水を行うことなく屋根面を冷却することができる。そしてこれにより節水を図ることができる。
【００１３】
また、本願発明に係る屋根散水冷却システムにおいては、ある一時点では一部の領域においてのみ散水が行われるので、時間当たりの散水量は少なく、その給水量も少量で足りる。このため、従来の屋根散水冷却システムに比して、貯水槽の小容量化、揚水ポンプの小型化および給水配管の小口径化を図ることができ、これにより屋根散水冷却システムを安価なものとすることができる。
したがって、本願発明に係る屋根散水冷却システムによれば、安価な構成で屋根面全体を散水冷却することができる。
【００１４】
上記構成において、屋根面の分割数や各電磁弁の開放タイミング、開放時間等は、散水後の濡れ面の蒸発量や排水状況等によって決定されることとなるが、これらは屋根面の形状や材質、屋根勾配、地域の気候等に影響されるので、上記屋根散水冷却システムが適用される個々の物件毎に適宜設定することが好ましい。
【００１５】
上記構成において、屋根面に吸水性被膜材を設けておくようにすれば、散水された水が短時間で屋根面を流下してしまうのを阻止して保水を図ることができるので、散水した水の蒸発比率を高めることができ、これにより気化潜熱による屋根面の冷却効率を高めることができる。
【００１６】
この「吸水性被膜材」は、吸水性を有しかつ被膜として用いることができるものであれば、その具体的構成は特に限定されるものではなく、例えば、吸水紙、吸水繊維、グラスウール、ロックウール等の吸水性を有する被膜部材、あるいは、吸水性の粒状物質を含有する塗料を屋根面に塗布することにより形成される吸水性被膜層等が採用可能である。
【００１７】
また上記構成において、散水により蒸発しなかった水を従来のようにそのまま外部へ排出してしまうのではなく、これを回収して散水用給水の一部として再利用するようにすれば補給水量を削減することができ、これにより散水コストの低減および水資源の有効利用を図ることができる。
【００１８】
さらに上記構成において、各電磁弁の開放制御を気象条件に応じて行うようにすれば、屋根面冷却のために必要かつ十分な程度の散水を行うことができ、これにより無駄なく所要の屋根面冷却を行うことができる。ここで「各電磁弁の開放制御」の具体例としては、例えば、各電磁弁の開度、開放時間、開放タイミング、開放順序等の制御が採用可能であり、また「気象条件」の具体例としては、例えば、日射量、温度、湿度、風速、風向、雨量等の条件が採用可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、本願発明の一実施形態に係る屋根散水冷却システムが適用された建屋１００を示す斜視図である。
【００２１】
図示のように、この建屋１００は、手前側へ向けて僅かな下り勾配を有する大きな屋根面１０２を有しており、その屋根構造として折板屋根が採用されている。
【００２２】
そして、本実施形態に係る屋根散水冷却システムにおいては、屋根面１０２に複数の散水ノズル１２を分散配置するとともに、これら散水ノズル１２を給水配管１４を介して揚水ポンプ１６に接続し、この揚水ポンプ１６からの給水により各散水ノズル１２での散水を行い、これにより屋根面１０２を冷却するようになっている。
【００２３】
その際、屋根面１０２をその母屋方向に８つの短冊状の領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに分割し、これら各領域Ａ〜Ｈ毎に給水配管１４を分岐させるとともに散水ノズル１２を５つずつ分散配置し、さらに各分岐管の上流端部に散水ノズル１２への給水を制御する電磁弁１８を配置する。そして、これら８つの電磁弁１８を１つずつ順次開放することにより各領域Ａ〜Ｈ毎に散水を施すようになっている。各電磁弁１８は、建屋１００の壁面１０４に設置された制御盤２０に接続されている。
【００２４】
揚水ポンプ１６は貯水槽２２に接続されており、この貯水槽２２には、該貯水槽２２が満水状態になるまで水道管等の補水管２４から水が補給されるようになっている。また、屋根面１０２の手前側端部には雨樋１０６が設けられており、この雨樋１０６から下方へ延びる排水管１０８は、その先端部が貯水槽２２内で開口するように設けられている。そしてこれにより、散水により蒸発しなかった水を回収し、散水用給水の一部として再利用するようになっている。また、このように構成することにより雨水の利用も可能としている。
次に、本実施形態に係る屋根散水冷却システムの作用について説明する。
図２は、本実施形態に係る屋根散水冷却システムの制御概念図である。
【００２５】
図示のように、屋根面１０２に対する散水は、電磁弁１８の順次開放により各領域Ａ〜Ｈに対してＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→Ａの順で行われるようになっている。その際、各電磁弁１８の開放タイミングおよび開放時間は、制御盤２０において気象条件に応じて設定されるようになっている。すなわち、制御盤２０は電源２６およびＣＰＵ２８を備えてなり、ＣＰＵ２８には、日射計３０、温湿度計３２、風向風速計３４、雨量センサ３６から、日射量、温度、湿度、風速、風向、雨量の気象データが入力されるようになっている。そしてＣＰＵ２８は、これら気象データの変動に応じて各電磁弁１８の開放タイミングおよび開放時間を調整して散水制御を行うようになっている。このＣＰＵ２８による散水制御の方法は、該ＣＰＵ２８にパソコン３８を接続して所定の条件入力を行うことにより設定されるようになっている。
図３は、ＣＰＵ２８による散水制御パターンの具体例を示す図である。
この散水制御パターンは、大きく分けてＡ、Ｂ２つの部分からなっている。
【００２６】
Ａの部分は、散水による冷却が開始された直後の過渡状態における散水制御パターンであって、戻水（散水により蒸発しなかった水）がまだ得られず、散水用給水が補水管２４からの補給水のみによって行われる部分である。このＡの部分では、散水の開始（ｔ０）により貯水槽２２内の水が満水レベルから減少する。このとき貯水変化量は（補給水量−散水量）となる。散水が８列の領域Ａ〜Ｈすべてに対して一通り行われたら散水を停止して（ｔ１）貯水変化量（補給水量）をプラスにし、補給水により貯水槽２２内の水を満水レベルまで復帰させる。そして、貯水槽２２内の水が満水レベルになったら（ｔ２）、再び散水を開始する。以下同様のパターンで散水と散水停止とを繰り返す。
【００２７】
このような散水制御の途中で、戻水が得られるようになると（ｔ３）、貯水槽２２内の水は（補給水量＋返却水量）の割合で増えるので、満水レベルに達するまでの時間が短くなる。
そして、この満水レベルに達した時点（ｔ４）以降のＢの部分は、戻水を加味した定常状態の散水制御パターンとなる。
【００２８】
このＢの部分では、散水によるマイナスの貯水変化量｛（補給水量＋返却水量）−散水量｝はＡの部分に比して小さい値となる。したがって、８列の領域Ａ〜Ｈすべてに対する散水が完了した時点（ｔ５）における貯水槽２２内の水の減少量は少なくなり、このため貯水槽２２内の水を満水レベルに復帰させるのに必要な散水停止時間（ｔ６−ｔ５）は短くなる。以下同様のパターンで散水と散水停止とを繰り返す。
【００２９】
以上詳述したように、本実施形態に係る屋根散水冷却システムは、散水冷却の対象となる屋根面１０２を８つの領域Ａ〜Ｈに分割し、これら各領域Ａ〜Ｈ毎に５つの散水ノズル１２および電磁弁１８を配置し、各電磁弁１８を１つずつ順次開放することにより各領域Ａ〜Ｈ毎に散水を施すようになっているので、ある一時点では１つの領域においてのみ散水が行われるが、その際他の領域が濡れ面に維持されるように各電磁弁１８の開放タイミングおよび開放時間を設定しておけば、屋根面１０２全体において気化潜熱による冷却が行われるので、必要以上の無駄な散水を行うことなく屋根面１０２を冷却することができる。
【００３０】
また、本実施形態に係る屋根散水冷却システムにおいては、ある一時点では１つの領域においてのみ散水が行われるので、時間当たりの散水量（瞬時散水量）が少なく、そのための給水量も少量で足りる。
この点について、図４のグラフを用いて説明する。
【００３１】
図４は、本実施形態に係る屋根散水冷却システムにおける散水量を従来例と比較して示す図であって、同図（ａ）、（ｂ）が従来例のグラフ、同図（ｃ）が本実施形態のグラフである。
【００３２】
同図（ａ）に示すように、屋根面全域に対して一斉かつ連続的に散水を施すように構成された屋根散水冷却システム（図７参照）においては、大量の散水用給水が必要となる。また、同図（ｂ）に示すように、屋根面全域に対して一斉に散水を施すがこれを間欠的に行うように構成された屋根散水冷却システムにおいては、同図（ａ）のシステムに比して累積散水量が減るので、散水用給水をある程度節約することができるが、瞬時散水量に関しては同図（ａ）のシステムと同様である。これに対し、同図（ｃ）の本実施形態に係る屋根散水冷却システムにおいては、同図（ｂ）のシステムと累積散水量を同程度に設定しても、瞬時散水量を大幅に低減することができる。
【００３３】
このため、本実施形態に係る屋根散水冷却システムにおいては、従来の屋根散水冷却システムに比して、貯水槽２２の小容量化、揚水ポンプ１６の小型化および給水配管１４の小口径化を図ることができ、これにより屋根散水冷却システムを安価なものとすることができる。
したがって、本実施形態に係る屋根散水冷却システムによれば、安価な構成で屋根面全体を散水冷却することができる。
【００３４】
また本実施形態においては、散水により蒸発しなかった水を従来のようにそのまま外部へ排出してしまうのではなく、これを回収して散水用給水の一部として再利用するようになっているので補給水量を削減することができ、これにより散水コストの低減および水資源の有効利用を図ることができる。
【００３５】
さらに本実施形態においては、各電磁弁１８の開放制御がＣＰＵ２８により気象条件に応じて行われるようになっているので、屋根面冷却のために必要かつ十分な程度の散水を行うことができ、これにより無駄なく所要の屋根面冷却を行うことができる。
【００３６】
ところで、図３に示す定常状態での散水制御パターン（Ｂの部分）において、屋根面１０２全体を濡れ面状態に維持するためには、散水後に屋根面１０２が乾燥するのに要する時間ｔｄよりも散水停止時間（ｔ６−ｔ５）が短くなるように設定する必要がある。気象条件により（ｔ６−ｔ５）＞ｔｄとなってしまうようであれば、補水管２４からの補給水量を増やすようにすればよい。あるいは、屋根面１０２を８つの領域Ａ〜Ｈよりもさらに細かく分割して散水時間（ｔ５−ｔ４）を短くすることによっても、散水停止時間（ｔ６−ｔ５）を短くすることができる。
【００３７】
また、貯水槽２２の容量を大きくすれば、貯水槽２２内の水が満水レベルに達していなくても次の散水を行うことが可能である。そこで、このようにすることにより散水停止時間（ｔ２−ｔ１）を短縮することができるので、散水冷却開始直後の過渡状態の散水制御パターンから早期に定常状態での散水制御パターンへ移行することができる。
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
【００３８】
図５は、上記実施形態の第１変形例に係る屋根散水冷却システムが適用された建屋１００を示す斜視図である。
【００３９】
図示のように、本変形例に係る屋根散水冷却システムは、その基本的構成は上記実施形態と同様であるが、屋根面１０２に吸水シート４０（吸水性被膜材）が貼付されており、また貯水槽２２および揚水ポンプ１６が背の高い台４２に載置されている点で、上記実施形態とは異なっている。
【００４０】
本変形例のように、屋根面１０２に吸水シート４０を貼付しておくようにすれば、散水された水が短時間で屋根面１０２を流下してしまうのを阻止して保水を図ることができるので、散水した水の蒸発比率を高めることができ、これにより気化潜熱による屋根面１０２の冷却効率を高めることができる。
【００４１】
また本変形例のように、貯水槽２２および揚水ポンプ１６を背の高い台４２に載置することにより、揚水ポンプ１６の必要揚程を台４２の高さの分だけ短くすることができるので、その分だけ揚水ポンプ１６の負担軽減を図ることができ、これにより揚水ポンプ１６の一層の小型化を図ることができる。
図６は、上記実施形態の第２変形例に係る屋根散水冷却システムが適用された建屋１００を示す斜視図である。
【００４２】
図示のように、本変形例に係る屋根散水冷却システムは、その基本的構成は上記実施形態と同様であるが、建屋１００の屋根面１０２が広いので、屋根面１０２を２つの領域１０２Ａ、１０２Ｂに分割し、その各々を散水冷却対象領域として２組の屋根散水冷却システムが適用されている。ただし、これら各屋根散水冷却システムの電磁弁１８は共通の制御盤２０に接続されている。
【００４３】
本変形例のように、屋根面１０２が広い場合には、複数の屋根散水冷却システムを適用することにより、上記実施形態で用いられる小容量の貯水槽２２、小型の揚水ポンプ１６および小口径の給水配管１４をそのまま用いることができる。気象条件は各領域１０２Ａ、１０２Ｂ共に同一であるので、共通の制御盤２０において同一の散水制御を行うようにすればよい。
【００４４】
なお、上記実施形態および各変形例においては、屋根面１０２の構造が折板屋根である場合について説明したが、例えばスレート製の波板屋根等のように他の屋根構造である場合にも、上記実施形態およびその変形例と同様の屋根散水冷却システムを採用することによりこれらと同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係る屋根散水冷却システムが適用された建屋を示す斜視図
【図２】上記実施形態に係る屋根散水冷却システムの制御概念図
【図３】上記実施形態におけるＣＰＵによる散水制御パターンの具体例を示す図
【図４】上記実施形態に係る屋根散水冷却システムにおける散水量を従来例と比較して示す図であって、同図（ａ）、（ｂ）が従来例のグラフ、同図（ｃ）が上記実施形態のグラフ
【図５】上記実施形態の第１変形例に係る屋根散水冷却システムが適用された建屋を示す斜視図
【図６】上記実施形態の第２変形例に係る屋根散水冷却システムが適用された建屋を示す斜視図
【図７】従来例を示す、図１と同様の図
【符号の説明】
１２ 散水ノズル
１４ 給水配管
１６ 揚水ポンプ
１８ 電磁弁
２０ 制御盤
２２ 貯水槽
２４ 補水管
２６ 電源
２８ ＣＰＵ
３０ 日射計
３２ 温湿度計
３４ 風向風速計
３６ 雨量センサ
３８ パソコン
４０ 吸水シート（吸水性被膜材）
４２ 台
１００ 建屋
１０２ 屋根面
１０４ 壁面
１０６ 雨樋
１０８ 排水管
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ 領域
１０２Ａ、１０２Ｂ 領域

Claims (4)

1. 散水により屋根面を冷却するシステムであって、
   散水冷却の対象となる屋根面を複数の領域に分割し、
   これら各領域毎に、少なくとも１つの散水ノズルおよび該散水ノズルへの給水を制御する電磁弁を配置し、
   上記各電磁弁を順次開放することにより上記各領域毎に散水を施し、
   その際、上記散水が施されていない他の領域が濡れ面に維持されるように、上記各電磁弁の開放タイミングおよび開放時間を設定しておく、ことを特徴とする屋根散水冷却システム。
2. 上記屋根面に吸水性被膜材を設けておく、ことを特徴とする請求項１記載の屋根散水冷却システム。
3. 上記散水により蒸発しなかった水を回収し、散水用給水の一部として再利用する、ことを特徴とする請求項１または２記載の屋根散水冷却システム。
4. 上記各電磁弁の開放制御を気象条件に応じて行う、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の屋根散水冷却システム。

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