JP4853640B2 - 緩勾配折半屋根の散水熱交換方法 - Google Patents

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。

緩勾配の折半屋根の尾根の両側の傾斜側面に、この尾根の上側表面より上方に突出するように透水性のある突起４を備えたストリップ材１が接着されている。このストリップ材１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。流水路２は内側を流れる熱媒体を溜めおくと共に、熱媒体はストリップ材の前記突出した部分を透過してストリップ材の途中位置に流出する。また、吸水性のあるストリップ材に熱媒体は含浸し、尾根の斜側面に沿って流下していく。流下した熱媒体は折半屋根の谷部に集まり、勾配に沿って流れていく。

図１に示す折半屋根は尾根の中央に縦はぜ巻の連結部３が位置する構造のものである。この連結部３の存在により、ストリップ材１は尾根の左右それぞれに設置され連結部を挟んで左右に流水路２が形成される。
図２は、図１に使用したストリップ材１の一例を示す展開図である。この例では、尾根の上側表面より上方に突出する突起４は、素材の一部を重ね合わせて形作られている。１ａは尾根の上側表面に対し接着するなどして固定され、突起４の外への変形を抑制している。ストリップ材の袖部分１ｂは尾根の傾斜側面に接着固定される。図３はストリップ材１の接着状態を示している。

図４は、尾根の上側表面がフラットな場合のストリップ材１の設置例を示している。この例のストリップ材１は、尾根の幅に相当する距離をおいて一対の突起４を備えている。この例の突起も、図２の場合と同じように素材の一部を重ね合わせて造作されている。

ストリップ材は可撓性を備えているものが使用される。例えば、厚手のポリエステル織布生地を高周波で加熱転圧し、織り目を残しながら繊維を溶着した透水プレートを使用することができる。こうした素材には可撓性があり、足で踏むなどしても容易に変形して損傷しにくい。
突起４の変形に対する復元性を高めるためにはそれ自体が弾性変形できるものが好ましい。

図６は、素材の重ね合わせに際して挟み込まれる補強プレート５を示している。弾性変形可能な補強プレート５を使用すれば、突起の復元性を確保するうえで都合がよい。補強プレートに樹脂板を使用する場合、それ自体に透水性がなければ、開口６を形成して熱媒体が流出できるようにしておく。
図７は、補強プレート５を使用したストリップ材の設置形態の一例を示している。樹脂板は突起内部に挟み込まれているが、その下縁５ａは尾根の肩に宛てがわれストリップ材が押さえとなって突起を弾性変形可能に支持している。

図１に示す例では、ストリップ材の裾部分１ｂは傾斜側面４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。
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２を流れながらストリップ材を通り抜けて流出していくが、ストリップ材は雪の滑止めとして機能するので流下する熱媒体は雪を定位置においてまま溶かしていく。

流水路２は上向きに開放されているので貯水された熱媒体は降る雪に接触し、また流水路内に積もってしまった雪は熱媒体の流入により急速に溶解する。
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、ストリップ材に捕捉されていない流下側面に付着した雪を洗い流しながら溶かしていく。流れ落ちた熱媒体と雪シャーベットは尾根と尾根の間の谷部５に集まり排水される。
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を用いて行なうことができる。散水パイプの設置間隔は、投入される熱媒体の温度にもよるが、例えば、投入される熱媒体が摂氏３０度の温水２リットルとすれば約３．８メートル程である。

図８は丈の低い突起４の一例である。丈を低くすれば流水部の貯水量は少なくなる。
図９はストリップ材１の裾部分１ｂの短い例を示している。裾部分を短くすれば尾根の傾斜側面に積もる雪は滑って谷部に集まりやすくなる。
図１０はストリップ材の１ａを短縮した例を示している。

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。

本発明の散水熱交換方法の一例を示す簡略説明図である。 図１に使用したストリップ材の構造を示す展開図である。 ストリップ材の貼りつけ状態を示す一部断面図である。 本発明の散水熱交換方法の他の例を示す簡略説明図である。 図４に使用したストリップ材の構造を示す展開図である。 弾性を付与する手法の一例を示す斜視説明図である。 ストリップ材の貼りつけ状態の他の例を示す一部断面図である。 ストリップ材の貼りつけ状態のその他の例を示す一部断面図である。 ストリップ材の貼りつけ状態の別の例を示す一部断面図である。 ストリップ材の貼りつけ状態の別の例を示す一部断面図である。

符合の説明

１ ストリップ材
２ 流水路
４ 突起
５ 補強プレート

Claims (3)

1. 緩勾配の折半屋根の尾根の傾斜側面に、この尾根の上側表面より上方に突出するように透水性のある吸水性を備えたストリップ材を接着し、尾根に沿った熱媒体の流れる流水路を形成して、流水路上流側の散水手段から放出され流下路内を流れる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した部分を透過させストリップ材の途中位置に流出させることにより、ストリップ材に含浸させながら尾根の斜側面を流下させて折半屋根の谷部に集め、谷部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。
2. 請求項１に記載された緩勾配折半屋根の散水熱交換方法において、前記ストリップ材は可撓性を備えている緩勾配折半屋根の散水熱交換方法。
3. 請求項１に記載された緩勾配折半屋根の散水熱交換方法において、前記ストリップ材は弾性変形可能である緩勾配折半屋根の散水熱交換方法。

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