JP4780388B2

JP4780388B2 - 緩勾配折半屋根の散水熱交換方法

Info

Publication number: JP4780388B2
Application number: JP2005359557A
Authority: JP
Inventors: 敬高橋
Original assignee: 敬高橋
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-11-14
Also published as: JP2007138675A

Description

本発明は、折半形式をした緩勾配屋根の散水熱交換方法、より具体的には緩勾配折半屋根の散水融雪方法および／または散水冷却方法に係る。豪雪地では、冬期に融雪目的のために利用し夏期には屋根冷却に用いることができる。
本明細書中では、説明の便宜上、融雪を事例とした説明がされている。

１０分の１から１００分の１といった緩勾配の凹凸折半屋根は屋根構造が単純で耐圧性に優れているため、規模の大きな建物に多く見られる屋根形式である。積雪量が２．５ｍ程度までの耐雪屋根構造体として豪雪地域では汎用されている。
こうした大型の緩勾配折半屋根の融雪には地下水の散水方式が一般的であり、散水にはスプリンクラや噴射ノズル等の散布器を使用する事例が多く見られる。スプレイ散水は広範囲に拡散させることができるので、散布器を点在させておけば大規模な屋根面であっても想定される平均的積雪量の範囲内であればこれに対処することができる。

しかし、長時間わたり多量の雪が降り続くと融雪が追いつかず、屋根凹凸面に対する熱媒体の斜め方向への散布では尾根が遮蔽物になって濡れムラができやすく、また粒子が外気中を飛翔するため大気への放熱ロスが大きい。
また風雪が強くてスプレイ水が飛ばされてしまうときには散水の効果が失われる。このような状況下では雪溜りが拡大し残雪がつながって屋根表面を広範囲に雪が被り、下側にトンネルが形成され、やがては屋根全面が雪で覆われ積雪が拡大していく。降雪量は軽微な年と甚だしい年の差が大きく、また記録的な大豪雪に見舞われる可能性もあって予測困難なのが実態である。

設備能力に余力を持たせるために、散布器の設置間隔を狭めたり散水量を多くするなど熱の投入量を増やす方法にも限界がある。豪雪地帯での散水量として１平米あたり毎分０．５リットル程度なら多いとは言えないが、この水量でも５千平米の屋根では毎分２トン以上が消費される。１物件あたりの消費量としては１時間あたり１２０トン以上、日量では約３０００トンにもなり、これが数日も続けばその水量は尋常ではなく、大型屋根での地下水利用は恒常的な設備にはなりにくい。

豪雪地に大型工場を誘致する場合、この課題は大きな障害である。新たに井戸を掘削するには規制があって許可がされないこともある。ボイラー加熱方式を採用するには有資格者の管理する大型ボイラーの導入と高額の燃費を覚悟しなければならない。

この解決策として、屋根上に平板を設置し平坦面を形成して融雪する方法につき評価してきた。この方法は、平坦面であるから融雪性能には優れていはいるものの、事実上、屋根の葺きなおしに相当し工事費の嵩む難点がある。
特開２００４−１４９７８２

解決しようとする問題点は、折半屋根の頂上部を跨がって敷設する平板はそれ自体が耐雪強度を備えた軽量な部材要素であって、しかも風圧対策を考慮に入れて屋根の支保構造に安定的に固定しておかなければならないので設置費用が高額になり、大型の折半屋根に採用するには費用対効果の観点から採用が難しい。

本発明は、熱媒体を屋根面に広く均一に分布させるために、多く雪を被る尾根の上側表面に投入初期の熱媒体を滞留させながら、尾根頂上部の融雪と周辺への散水を同時に行ない屋根全面を融雪することを主要な特徴とする。

屋根の尾根の表面積は小さいので供給される熱媒体の水量が少なくても尾根の上側表面には熱媒体の溜りを確実に形成でき、頂上部に積もった雪を溶かしながら熱媒体を尾根の傾斜側面に流下させることができる。
並列する長細い尾根を用いるため、結果的に１つの広い融雪面を規則性を持たせて配置した少ない散水量に見合う小面積の融雪面に小分けしたことに相当し、これら融雪面から周辺の裾野の傾斜側面に均等に熱媒体を分配するため散水は凹凸全面にわたり分散され、効率よく短時間で融雪を行える。けじめよく散水をきりあげられるから熱媒体を無駄に流さなくてすむ。限られた量の熱媒体を有効に利用できる利点がある。

熱媒体をムラなく散布するのが困難な凹凸屋根面に熱媒体を広く拡散させて確実に融雪するという目的を、屋根の様式を変更せずそのままの形態で行なう手順の下で実現した。

図１、図２および図３は折半屋根の尾根に接着固定するストリップ材１の具体例を示している。
ストリップ材は、図４に示すように、緩勾配の折半屋根の尾根の両側の傾斜側面５の少なくとも一部を覆う状態に、尾根の上側表面より上方に突出させて固定されている。このストリップ材１の突出部分、すなわちストリップ材の上方部分１ａには熱媒体の通過するオリフィス３が設けられ、ストリップ材は尾根の上側表面の両側にあって尾根に沿った熱媒体の流れる流水路２を形成している。

ストリップ材１はプラスチック板や金属板のような可撓性材料または弾性変形可能な材料から構成するのが好ましい。こうした材料の表面は撥水性を示すが、表面処理、例えばサンディングやエッチングにより、あるいは吸水塗装により濡れ性に富む状態にすることができる。
他に、厚手のポリエステル帆布に０．５ミリ厚の塩ビシートや２００ミクロンのポリエステルフイルムをラミナートしたものを使用することができる。こうして構成した素材には可撓性があり、足で踏むなどしても損傷しにくい。

図２に示すストリップ材の例では、オリフィスの下側に横に並列して並ぶうね状突起１ｃが設置されている。うね状突起は熱媒体を拡散させる働きをする。他にも、ストリップ材の表面には高周波プレス加工により様々な凹凸模様を刻むことができる。これらの模様は熱媒体を拡散させるのに効果がある。

図１から図３に示すストリップ材は張出し１ｂを備えている。この張出しは必須不可欠のものではないが、尾根の肩に係合するのでストリップ材を位置決めし安定的に固定するうえで都合がよい。図５に示すサイズの大きな張出し１ｂは尾根の側縁に接着固定する目的で使用されるもので、足で踏むなどの力を加えた場合、ストリップ材の横への曲がりに抵抗し剥離が起きにくい。

尾根の上側表面は平坦であったり傾斜していたりと様々である。縦はぜ巻き連結部（図示せず）が中央を占める場合もある。この縦はぜ巻き連結部の存在により、前述した流水路２は縦はぜを挟んで左右に形成される。
ストリップ材の上方部分４の突出高さで流水路２の流路容積が決まることになる。流水路は緩勾配なので熱媒体の移動速度はゆっくりとしている。このため流水路に供給する熱媒体の量とオリフィスから流出する流量のバランスをとれば、流水路内を流れる熱媒体は溜まりを形成する。

熱媒体は移動の途中に前記オリフィス３を通過してストリップ材の外側表面に流出する。オリフィスの形態は縦スリット（図１）や円形穴（図２）、あるいは横スロット（図３）のように様々である。尾根の上側表面の表面積が大きければストリップ材の上方部分１ａの丈も低くなるので、オリフィスの形態もＶカットや半円形とすることができる。

図４と図６に示す例では、ストリップ材の裾部分４は傾斜側面５の途中で終わっている。この構成は、尾根の上部と肩周辺への熱の投入量を大きく設定し、ストリップ材を外れた傾斜側面上に降る雪は尾根の谷部に滑り落とす考え方に基づいている。
オリフィスより流出しストリップ材の表面を流れてきた熱媒体は尾根の傾斜側面が受け継いで流下させ、谷部６に到達した熱媒体は谷部を横切る向きに移動しながら上流からの流れに合流し、勾配に沿って流れていく。

流水路２の上流側に供給される熱媒体は尾根勾配に沿って移動し流水路を流れながら流出していく。流水路は上向きに開放されているので降る雪は熱媒体に接触して溶解する。流水路から流出した熱媒体はストリップ材を経て尾根の傾斜側面を流下し、流下面に付着した雪を洗い流しながら溶かし滑り落としていく。流れ落ちる熱媒体と雪シャーベットには勢いがあり、谷部６を横切る方向に移動しながら上流からの流れに合流して水嵩を増し、撹拌しながら勾配に沿って移動し排水される。

１００分の１から５０分の１の勾配の折半屋根の場合、オリフィスを５ミリ径の穴で形成し、５センチ間隔で設けることができる。熱媒体の流水路内への供給は図６の例では流下距離が２メートル当たり６リットルを必要とし、散水は間欠的に行うとよい。例えば、１０分の散水の後、３０分休止し、これを繰り返すことができる。

図７は、散水手段の設置例を示すために大型の折半屋根を上方から見た平面図である。前述した散水手段は第１の散水手段Ａ１〜Ａ９と第２の散水手段Ｂ１〜Ｂ３から構成されている。一連の参照符合は電動二方弁を指しているが、これは便宜的なもので、電動弁と散水ヘッダからなる散水手段を示したものである。なお、参照番号８は軒先に設けた横といを表している。
流水路内への熱媒体の供給は、例えば、流水路の上流側に配置した散水パイプの第１の散水手段Ａ１〜Ａ９を用いて行なうことができる。
急傾斜の流下区域を流下する熱媒体は容易に雪のシャーベットを流し落とすことはできるが、谷部に到達して谷部を横断しながら減速し下流側にかけての緩慢な流れに戻るので、熱媒体の熱量の不足することがあれば溶け残りの雪シャーベットが谷部に多量に残留してしまうことがある。これに対処するため、谷部の上流側に設置した第２の散水手段Ｂ１〜Ｂ３より大量の熱媒体を放出して谷部を洗浄し、軟化した雪シャーベットを押し流して除去する方法を選択することができる。

第１の散水手段には比較的小口径のパイプが使用されている。第１の散水手段はノズルより流水路２内に熱媒体を供給し、第２の散水手段は放水口１０から大量の熱媒体の放水を行なうのに用いられる。例えば、散水手段の１つのノズルからの散水量を毎分６リットルとすれば、第２の散水手段の１つの放水口からの放水量は毎分６０リットル前後に設定することがある。散水手段と第２の散水手段からの散水放水量は屋根勾配、尾根と谷部の面積比により選択される要素であるが、散水と放水の実行頻度によっても適宜に変更される。また、第１の散水手段から供給される熱媒体の散水温度は最低でも摂氏１０度以上であるのがよく、できれば３０度前後であるのが望ましい。散水温度は谷部に残留する雪シャーベットの粘度に影響し、放水量とその実行頻度に関係している。散水操作はボイラー加熱水の場合は間欠的な供給が実際的であり、地下水使用の場合は連続的に散水することができる。熱媒体の放水は時期を選択して行なわれる。放水に使用される熱媒体の温度は、その役割が搬送媒体であると考えるなら通常は低温水が使用される。地下水を使用できればなおさらよい。

第１の散水手段Ａ１〜Ａ９は、例えば、屋根の軒側から棟にかけて約２メートル間隔で設置されている。散水手段からの散水は、原則として下段のものから上段のものにかけて順番に実行される。第１と第２の散水手段の操作の順番はＡ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ｂ２、Ａ７、Ａ８、Ａ９、Ｂ３のようになる。ただし、第２の散水手段Ｂ１〜Ｂ３は、必ずしも個別に作動させる必要はない。適宜に、３つの第２の散水手段から同時一斉に散水することができる。Ａ１〜Ａ３、Ａ４〜Ａ６またはＡ７〜Ａ９のそれぞれの群を同時に使用して散水してもよい。このような段階散水を行なえば限られた熱媒体を効果的に分散させて利用でき、また上方からの融雪低温水が下方の散水熱媒体に合流するのを防止でき、無駄のない散水を行なえる利点がある。

図７の電動二方弁Ｃ１〜Ｃ１２が前述した散水手段の開閉を担当し、それらの開閉動作は動作時期と動作時間を選択的に設定し変更できる制御装置により管理される。この制御装置は、大雪注意報や警報時に弁の開閉動作を一定のインターバルをおいて繰り返す大雪モード、予め設定した時間帯に動作する留守番モード、必要なときに弁動作を開始し一巡すれば自動停止する通常モードの運転モードを選択することができる。

前述した一連の散水手段の連続動作は、電動三方弁Ｄ１が開放し主配管７と支管７ａが導通し、電動三方弁Ｄ２が閉じている間に行なわれる。Ｄ１が閉鎖しＤ２が開放するのに伴って主配管７は支管７ｂに導通する。電動三方弁Ｄ１、Ｄ２・・・は順に開閉して支管の開閉を行ない、それぞれの散水手段の一群に熱媒体を供給する支管と導通して熱媒体を供給する役割を果たす。

散水手段の散水操作は、作動時期と動作時間を選択的に設定し変更できる制御装置により管理される。
この制御装置は、大雪注意報や警報時に開閉弁の開閉動作を一定のインターバルをおいて繰り返す大雪モード、予め設定した時間帯に動作する留守番モード、必要なときに弁動作を開始し一巡すれば自動停止する通常モードのいずれかの運転モードを選択することができる。

緩勾配の積雪面を比較的少量の熱媒体で融雪処理および／または冷却できるため、井戸施設またはボイラー設備を使用して、工場、駅舎、公共施設のような数万平米におよぶ長尺大型折半屋根にも対応することができる。

流水路を形成するのに用いるストリップ材の一例を示す斜視図である。ストリップ材の他の例を示す斜視図である。ストリップ材の別の例を示す斜視図である。尾根の両側縁にストリップ材を固定した状態を示す一部断面図である。ストリップ材の変更例を示す斜視図である。本発明の実施形態の一例を示す斜視説明図である。散水手段の配置構成を示す折半屋根の平面図である。

符合の説明

１ストリップ材
１ａストリップ材の上方部分
２流水路
３オリフィス
４ストリップ材の裾部分
５傾斜側面
Ａ１〜９第１の散水手段
Ｂ１〜３第２の散水手段

Claims

緩勾配の折半屋根の尾根の両側の傾斜側面の少なくとも一部を覆い、尾根の上側表面より上方に突出するように可撓性のストリップ材を接着することで、このストリップ材の突出する部分を土手として利用し尾根の上側表面に尾根に沿った熱媒体の流れる流水路を形成しておき、流水路上流側の散水手段から流水路内に放出された熱媒体の緩慢な移動により流水路内に熱媒体を溜めおくと共に、熱媒体をストリップ材の前記突出部分に設けたオリフィスを通過させてストリップ材の外側表面に流出させ、尾根の傾斜側面に沿って流下させ、谷部に到達した熱媒体を谷部の上流より移動してくる流れに合流させ、谷部の勾配に沿って流し排水することにより折半屋根表面と熱媒体の熱交換を行なう緩勾配折半屋根の散水熱交換方法。
緩勾配の折半屋根の尾根の両側の傾斜側面の少なくとも一部を覆い、尾根の上側表面より上方に突出するように弾性変形可能なストリップ材を接着することで、このストリップ材の突出する部分を土手として利用し尾根の上側表面に尾根に沿った熱媒体の流れる流水路を形成しておき、流水路上流側の散水手段から流水路内に放出された熱媒体の緩慢な移動により流水路内に熱媒体を溜めおくと共に、熱媒体をストリップ材の前記突出部分に設けたオリフィスを通過させてストリップ材の外側表面に流出させ、尾根の傾斜側面に沿って流下させ、谷部に到達した熱媒体を谷部の上流より移動してくる流れに合流させ、谷部の勾配に沿って流し排水することにより折半屋根表面と熱媒体の熱交換を行なう緩勾配折半屋根の散水熱交換方法。