JP4589707B2 - 保水性舗装システム - Google Patents

Description

本発明は、自然の力を利用して効率的に舗装表面温度を下げる保水性舗装システムに関する。

都市部の温度が周辺地域の温度よりも高くなるヒートアイランド現象の要因の一つとして、舗装面に昼間の太陽の日射が蓄熱されてなる舗装表面温度の上昇があげられている。

従来、このようなヒートアイランド現象の対策として、透水性に優れた排水性舗装材に鉱物質や吸水性ポリマー等からなる保水材を含有させた保水性舗装が採用されていた。この保水性舗装は、降雨時の雨水を舗装材に含有された保水材に吸水保持させて、晴天時にはこの保持された水分の気化熱により舗装表面温度を冷まし、大気の温度を下げるとともに、舗装面への蓄熱を防止するものである。

ところが、従来の保水性舗装は、降雨後、晴天が２日程度続くと、保水性舗装内部の蒸発可能な水分がなくなり、その後さらに晴天が続くと、気化熱により温度を低下させる機能を発揮できないという問題点を有していた。

そのため、特許文献１には、雨水を貯留する貯水槽と、太陽光発電機による電力により作動する送水ポンプと、送水ポンプの制御装置としての温度センサ、湿潤センサ、タイマー等と、透水性に優れた排水性舗装内に配管された潅水管とを備えた雨水循環システムが開示されている。
つまり、この雨水循環システムは、降雨時に貯水槽に貯留された雨水を、晴天時の舗装面温度及び舗装面湿潤状況に応じて、またはタイマーによる所定の時間間隔で、自動作動する送水ポンプにより潅水管を介して貯水槽に貯留された雨水を排水性舗装に送水して、当該雨水の気化熱により舗装表面温度を低下させるものである。
特開２００４−１６９５２３号公報（［００１９］−［００３０］、図１−図３）

ところが、前記雨水循環システムは、タイマーや各種センサにより常時制御されているため、これらの制御装置を常時作動するための電力を供給しつづける必要がある。そのため、太陽光発電機により発電された電力を利用する場合には、直流電源として発電された電力を交流電源に変換する変換機、交流電源に変換された電源を蓄電する蓄電設備等を必要とし、さらに、この蓄電設備から各種設備への配線等、設備が複雑となり、その管理に手間を要するという問題点を有していた。

また、タイマーにより、設定された所定時間により水を供給する場合は、水の供給が不要な雨天時にも供給することとなることや、曇天時にも蒸発量に比較して過大な給水を行う場合があるという問題点を有していた。
また、温度センサ、湿潤センサ等により水を給水する場合は、各センサの適切な設置箇所や個数の選定が難しいとともに、設置後の各センサのメンテナンスに手間がかかるという問題点を有していた。

さらに、従来の保水性舗装材（排水性舗装材）は、重量が重いため、ペデストリアンデッキ等の人工地盤への適用は不向きであるなど、適用箇所が限られていた。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、簡易な設備によりその管理が容易で、且つ効率的に保水性舗装に水を供給する自動給水装置を備え、適用箇所が限定されることがない保水性舗装システムを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、基盤の上面に敷き均された支持層と、前記支持層の上面を覆う保水性舗装材とから構成された保水性舗装と、前記支持層に給水することで前記保水性舗装材に水を供給する自動給水装置と、を備える保水性舗装システムであって、前記基盤と前記支持層との間および前記保水性舗装の両側部は遮水されており、前記自動給水装置が、前記支持層に埋設されて前記保水性舗装材に前記水を潅水する潅水手段と、前記水が貯留される貯水槽と、直流電源で作動し前記潅水手段に前記貯水槽に貯留された前記水を供給する給水手段と、前記給水手段に供給される電力を発電する太陽光発電機とを備えることを特徴としている。

かかる保水性舗装システムは、例えば保水性舗装材の支持層に埋設された潅水手段から水を供給することにより当該保水性舗装に常に水を保持させて、この保水性舗装内に保水された水分の蒸発に伴う気化熱により路面温度を低下させる。また、給水ポンプ等からなる給水手段の電源として太陽光発電機を使用しているため、環境に優しい。さらに、潅水手段に供給される水として雨水を使用すれば、資源を有効に活用することができ、好適である。

また、潅水手段へ水を供給する給水手段として、直流モーターで駆動する形式の給水ポンプ（以下、本明細書において「直流ポンプ」という場合がある）を使用すれば、太陽光発電機により得られる電源を蓄電することなく直接利用して、発電量に比例した流量の給水を行うことが可能となる。つまり、強い日差しにより水分の蒸発量が多い晴天時には、その日射量に応じて発電量が大きくなるため、多量の水が供給され、雨天時や夜間などの水分の蒸発がなく給水を必要としないときには、発電しないか発電量が極めて小さいために水が供給されない、自動制御機能を有している。
また、発電された電力を蓄電する必要がないため、直流電源を交流電源に変換する変換機（インバータ）や蓄電設備等を必要とせず、簡易な設備で効率的に水の供給を行うことが可能となる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の保水性舗装システムであって、前記貯水槽が、該貯水槽内に貯留された水が不足する場合に水を補給する水位調整手段を備えていることを特徴としている。

かかる貯水槽は、貯水槽内の水位に応じて、貯留水が不足する場合に水を補給する水位調整手段を備えているため、晴天が続き水を保水性舗装内に供給し続けても、常に一定の水量を貯留して、舗装面内への水の供給を維持することを可能としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の保水性舗装システムであって、前記保水性舗装材の骨材として、発泡スチロールが含有されていることを特徴としている。

かかる保水性舗装システムは、保水性舗装材の骨材として発泡スチロールを加工した超軽量骨材を使用しているため、一般の保水性舗装材より軽量であり、例えば上載荷重に制限があるペデストリアンデッキなどの人工地盤への適用も可能である。そのため、保水性舗装の適用箇所が限定されず、あらゆる箇所における舗装を保水性舗装にすることが可能となる。また、発泡スチロールからなる骨材の粒径や固さを調整し、量的にも効果的に混入することにより、保水性能、給水性能が高まり、優れた性質の保水性舗装が提供させる。さらに、骨材として、廃発泡スチロールを使用すれば、不要となった廃材を再利用した、環境にやさしい保水性舗装が提供されるため好適である。

本発明によれば、簡易な設備からなりその管理が容易で、自然の力を利用して制御することにより効率的に保水性舗装材に水を供給する自動給水装置を備え、適用箇所が限定されることがない保水性舗装システムを提供することができる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
本実施形態では、本発明に係る保水性舗装システムによる道路（以下「保水性道路」という場合がある）について説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る保水性道路の全体を示す概略図であり、図２は、同保水性道路の一部を示す拡大横断面図である。

本実施形態に係る保水性道路１は、図１に示すように、保水性舗装１０と、前記保水性舗装１０に水４０を供給する自動給水装置２０とを備えている。

ここで、保水性舗装１０は、図１に示すように、基盤１３の上面に敷き均された砕石からなる支持層１２と、この支持層１２の上面を覆う保水性舗装１０の表層である保水性舗装材１１とから構成されている。

また、自動給水装置２０は、支持層１２に埋設された潅水手段である潅水管２１と、降雨時の雨水が貯留される貯水槽２２と、直流電源で作動し潅水管２１に貯水槽２２に貯留された水４０を供給する給水手段である給水ポンプ２３と、給水ポンプ２３に供給される電力を発電する太陽光発電機３０とを備えている。

以下、本実施形態に係る保水性道路１の細部について説明する。

本実施形態では、保水性舗装１０の保水性舗装材１１として、廃発泡スチロールを骨材として使用する軽量の舗装ブロック（以下、「保水性舗装材１１」を「舗装ブロック１１」と称する場合がある）を使用するものとする。舗装ブロック１１は、基盤１３に平らに敷き均された支持層１２の上面に図示しないクッション材としての砂を敷き均した後、舗装される。ここで、支持層１２の層厚及び材料は限定されるものではなく、潅水管２１を介して給水された水４０が浸透可能で、且つ、保水性舗装１０の路面に凸凹が形成されることなく平坦に保水性舗装材１１を支持することが可能なものであればよいが、当該保水性道路１が適用される道路交通量や基盤１３の状態等を考慮して適宜設定する必要がある。同様にクッション材の材料や層厚も限定されるものではなく、保水性道路１の状況に応じて適宜設定すればよい。また、保水性道路１が、舗装ブロック１１等によるブロック舗装ではない場合は、クッション材を必要としないことはいうまでもない。

舗装ブロック１１には、吸水性、保水性に優れたものを使用するものとし、図２に示すように、本実施形態では、廃発泡スチロールブロックを加工して構成された超軽量骨材１１ａと、セメントと水と混和材とを主成分として混練したポーラスな硬練りコンクリート１１ｂをブロック状に成型した軽量気泡ブロックを使用する。なお、廃発泡スチロールブロックからなる超軽量骨材１１ａは、廃発泡スチロールブロックを粉砕し、１２０℃程度の炉内で撹拌しながら加熱することにより得られるものであって、骨材として使用可能な強度を有し、比重は０．２程度に加工されたものである。

また、支持層１２の下面と基盤１３の設置面（上面）との間には遮水シート１４が介在されており、給水された水４０の地盤への浸透を防止する。なお、保水性舗装１０の両側部では、図２に示すように、遮水シート１４が、舗装ブロック１１と支持層１２の側端に沿って立ち上がって遮蔽することにより、給水された水４０が外部へ浸出することを防止する。なお、基盤１３が、遮水性に優れた地盤である場合は、遮水シート１４を配設しない場合もある。

また、本実施形態では、保水性道路１の両側端に、図２に示すように排水溝１５が保水性道路１に沿って配置されている。排水溝１５は、Ｕ字溝からなり、所定のピッチに保水性舗装１０内のオーバーフロー水４５を排水するオーバーフロー管１６が配管されている。なお、排水溝１５はＵ字溝に限定されるものではなく、あらゆる公知の路面排水溝が適用可能である。また、排水溝１５は、プレキャスト部材、現場打ち部材を問わないことはいうまでもない。

自動給水装置２０の潅水管２１は、支持層１２内に埋設されて、給水ポンプ２３により給水管２４を介して送水された水４０を保水性舗装１０内に散水する。潅水管２１は、所定のピッチで形成された散水孔（図示せず）を有している。なお、本実施形態では、潅水管２１の散水孔を、潅水管２１の断面の上半分に形成して散水するものとしたが、これに限定されるものではなく、潅水管２１の全周囲に形成されていてもよい。また、潅水管２１の散水孔の個数や間隔は前記のものに限定されるものではなく、現地の状況に応じて適宜設定すればよい。また、潅水管２１の本数や配管ピッチ等は、道路幅員等に応じて適宜設定すればよい。さらに、潅水管２１として使用される管材の材質は限定されるものではないことはいうまでもない。

図１に示す貯水槽２２は、保水性舗装１０に給水する水４０を貯水するためのタンクであって、雨どい２６やろ過装置２７等からなる集水手段２５に接続されている。すなわち、貯水槽２２には、集水手段２５により集水された降雨時の雨水４１が貯留される。また、貯水槽２２は、水位調整手段であるフロート弁２８を備えており、貯水槽２２内の水量が少ない場合には、上水４２が補給される。また、貯水槽２２の上部の所定の位置には図示しない排水口が形成されており、貯水槽２２内の水量が所定量を超えた場合に、オーバーフロー水４３として通常の雨水４１と同様に、所定の排水施設に排水される構成となっている。

給水ポンプ２３は、図１に示すように、貯水槽２２内若しくは貯水槽２２の近傍に配設されており、保水性舗装１０内に配管された潅水管２１に水４０を送水する給水管２４が接続されている。

太陽光発電機３０は、ソーラー発電パネル３１とコントローラ３２とを備えており、ソーラー発電パネル３１により発電された電力をコントローラ３２を介して直接給水ポンプ２３に送電する。ここで、図１における符号３３は、太陽光発電機３０により発電された電力を給水ポンプ２３に送電する電線である。また、符号Ｓは、晴天時の日射であり、符号４４は、日射Ｓにより気化された保水性舗装１０内の気化水分である。

以上のような構成により、保水性道路１は、潅水管２１により保水性舗装１０の内部に水４０を必要な量だけ給水して、舗装ブロック１１により保水するため、晴天時において、日射Ｓにより保水性舗装１０内の水分の蒸発に伴う気化熱より舗装面温度の上昇を防ぐことを可能としている。なお、当該保水性道路１の舗装ブロック１１が保水する水４０は、潅水管２１から保水性舗装１０内に散水された水４０のみでなく、降雨時に保水性道路１の路面に降り注がれた雨水４１を保水することはいうまでもない。

また、潅水管２１を介して保水性舗装１０に給水される水４０は、降雨時に建物屋根等に降り注がれた雨水４１を雨どい２６等により集水した後、ろ過装置２７により不純物を除去したものであるため、資源を有効に活用した構成となっている。
ここで、晴天が長期間続くなどの理由により貯水槽２２の水量が少なくなった場合には、フロート弁２８のフロート（浮き）が水位とともに下がることにより、上水管が接続された図示しない注水弁が開口されて上水４２が補充されるため、保水性舗装１０への給水が途絶えることがない。

また、給水ポンプ２３は、太陽光発電機３０により発電された電力を使用しているため、新たな動力を要することなく、舗装面の温度の上昇を防ぐことを可能としている。
また、給水ポンプ２３は、ソーラー発電パネル３１により発電された直流電源を交流電源に変換するインバータや電力を蓄電する蓄電装置等を必要としない直流ポンプであるため、簡易な設備で、その設置箇所に制限されない。

また、給水ポンプ２３は、太陽光発電機３０により発電された電源により直接作動するため、保水性舗装１０内の水分が蒸発しない夜間や雨天時には作動せず、路面温度が上昇する晴天時等、必要時にのみ作動するため効率的である。
また、保水性舗装１０内の水分の蒸発は、日射の強弱に比例しており、同じく日射の強弱に比例して発電された電力により直接作動する給水ポンプ２３により水４０を給水すれば、水４０の蒸発量に応じた給水が可能となり、効果的である。

また、保水性舗装材料として廃発泡スチロールを加工してなる超軽量骨材１１ａが含有された舗装ブロック１１を使用しているため、軽量であり、例えばペデストリアンデッキ等の上載荷重に制限のある地盤面にも適用可能である。

また、潅水パイプ２１により保水性舗装１０内に散水された水４０は、遮水シート１４の上部の支持層１２に給水されて、毛管作用により舗装ブロック１１にしみあがり保水される。本実施形態に係る舗装ブロック１１は、生コンクリートの連続空隙率が１５〜７０％程度のポーラスな硬練りコンクリート１１ｂと廃発泡スチロールからなる超軽量骨材１１ａとにより製造されているため、軽量で高品質なポーラスコンクリートブロックである。そのため、この舗装ブロック１１に形成された空隙に水４０が給水される、吸水性に優れた保水性舗装材１１が提供されている。なお、発泡スチロールの材質は限定されるものではなく、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン等、あらゆる材料から構成されたものが適用可能である。

また、保水性舗装１０に過大な給水が行われた場合や降雨時の雨水４１は、図２に示すように、オーバーフロー管１６を介して排水溝（側溝）１５に排水されるため、舗装面に水たまりが形成されることがなく、安全性にも優れている。

以上、本発明の保水性舗装システムは、日射により発電された電力を利用して雨水を給水して、ヒートアイランドの原因となる路面温度および舗装表面温度を冷却するため、自然の力を有効に活用した環境改善舗装である。

また、日射量に左右される保水性舗装面からの水分蒸発量に対して、日射量に応じて発電量が増減する太陽光発電機により直接作動される自動給水装置を用いて保水性舗装に給水するため、例えば雨天時に給水するなどの無駄な給水を特別な制御手段を要することなく省くことができる。
また、電力に太陽光発電を利用しているため、商用電力線の未整備地区への適用が可能となり、また、商用電力整備地区においても、停電時の給水も可能である。

また、保水性舗装材として、軽量な舗装ブロックを使用しているため、上載荷重に制限のある人工地盤などにおいても、保水性舗装を行い、路面温度の上昇を防いで快適な交通空間を提供することが可能となる。
また、本発明の保水性舗装システムは、車道や歩道等の道路舗装、公園、広場など、あらゆる舗装面に適用可能である。

また、舗装ブロックは、骨材として廃棄物である廃発泡スチロールを使用しているため、廃棄物の削減につながるとともに、当該舗装ブロックの使用後は、破砕することにより砕石として更に再利用することが可能なため、環境面に優れた材料である。

以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、保水性舗装材として、ブロック状に形成されたいわゆるインターロッキングブロック舗装について、本発明を適用するものとしたが、保水性舗装材はブロック状に形成される必要はなく、通常のセメント舗装工法と同様に版状に舗装してもよい。また、インターロッキングブロックの形状は限定されるものではないことはいうまでもない。

また、前記実施形態では、廃発泡スチロールを使用したコンクリート舗装材を本発明に適用するものとしたが、本発明の保水性舗装システムの適用可能な舗装材は限定されるものではなく、例えばポーラスなアスファルト舗装等、一般的に使用される排水性舗装材を適用してもよく、現場の状況や費用等により適宜選定して採用すればよい。

また、前記実施形態では、排水溝を保水性道路の両側端に配設するものとしたが、道路幅が広い場合に道路中央に設けたり、縦断勾配を有する道路等では道路横断方向に設けたりしてもよく、排水溝を配設箇所は限定されるものではない。
また、これらの排水溝に流入した水を貯水槽に再び集水することで、水を循環させる構成としてもよい。

また、前記実施形態では、貯水槽の水位調整手段としてフロート弁を使用したが、これに限定されるものではなく、例えば水位センサを備えた上水制御手段により上水の注水を制御する構成としてもよい。この場合、貯水槽に上水の補充が必要となるのは保水性舗装面から水分が蒸発する晴天時または曇天時の日中に限定されるため、水位センサを備えた上水制御手段の動力は、太陽光発電機により発電された電力を使用すればよい。

また、前記実施形態では、貯水槽に雨水を貯留する構成としたが、例えば河川や湖などから取水して貯留する構成としてもよく、貯水槽に貯留される水源は限定されるものではない。また、水位調整手段により補充される水は上水に限定されるものではなく、河川や湖などから取水した水でもよいことはいうまでもない。また、貯水槽が、河川や湖などから取水した水から不純物を取り除く、ろ過槽としての機能を有していてもよい。

また、前記実施形態では、給水ポンプにより保水性舗装に給水する構成としたが、例えば、貯水槽を保水性舗装面よりも高い位置に設置できる場合には、給水管に太陽光発電量に応じて開度を変化させる弁を取り付けることにより自然流下で給水する構成としてもよく、保水性舗装への給水方法は現場の状況等に応じて適宜選定して採用すればよい。

本発明に係る保水性道路（保水性舗装システム）の全体を示す概略図である。 本発明に係る保水性道路（保水性舗装システム）の一部を示す拡大横断面図である。

符号の説明

１ 保水性道路（保水性舗装システム）
１０ 保水性舗装
１１ 舗装ブロック（保水性舗装材）
１１ａ 超軽量骨材
１２ 支持層
２０ 自動給水装置
２１ 潅水管（潅水手段）
２２ 貯水槽
２３ 給水ポンプ（給水手段）
２８ フロート弁（水位調整手段）
３０ 太陽光発電機
４０ 水
４１ 雨水
４２ 上水

Claims (3)

1. 基盤の上面に敷き均された支持層と、前記支持層の上面を覆う保水性舗装材とから構成された保水性舗装と、前記支持層に給水することで前記保水性舗装材に水を供給する自動給水装置と、を備える保水性舗装システムであって、
   前記基盤と前記支持層との間および前記保水性舗装の両側部は遮水されており、
   前記自動給水装置が、前記支持層に埋設されて前記保水性舗装材に前記水を潅水する潅水手段と、前記水が貯留される貯水槽と、直流電源で作動し前記潅水手段に前記貯水槽に貯留された前記水を供給する給水手段と、前記給水手段に供給される電力を発電する太陽光発電機と、を備えることを特徴とする保水性舗装システム。
2. 前記貯水槽が、該貯水槽内に貯留された水が不足する場合に水を補給する水位調整手段を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の保水性舗装システム。
3. 前記保水性舗装材の骨材として、発泡スチロールが含有されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の保水性舗装システム。

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