都市部のヒートアイランド現象対策としてのクールペーブメント技術の概要

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クールペーブメントは、都市部のヒートアイランド現象を緩和するために、舗装面の温度上昇を抑制するように設計された、反射性舗装、緑化・蒸発冷却舗装、高慣性舗装、高伝導性・集熱舗装といった様々な技術を指す。

Samenvatting

クールペーブメント技術の概要

本稿は、都市部のヒートアイランド現象を緩和するための技術である、クールペーブメントについて概説する。

都市部のヒートアイランド現象
都市部は、放射熱の捕捉、蓄熱量の増加、風の遮断、植生の減少、地表面の透水性の低下、人間活動の集中などにより、局所的な温暖化現象であるヒートアイランド現象を引き起こす。ヒートアイランド現象は、周囲の郊外に比べて都市部の気温と地表面温度が上昇する現象として観察され、その上昇幅は平均で1～3℃程度である。
都市部のエネルギーバランス
都市のエネルギーバランスは、都市の体積または都市の表面またはファセットの2つの主要なスケールで考えることができる。
都市体積のエネルギーバランス
都市体積のエネルギーバランスは、大気との間の対流交換（H）、水の蒸発による潜熱流束（lE）、正味の放射（Rn）、人間活動による排熱（QF）、都市材料内の蓄熱項（ΔQ）、体積外の非大気熱移流（QA）で構成される。
舗装面のエネルギーバランス
舗装面のエネルギーバランスは、舗装への表面伝導（V）、対流交換（H）、水の蒸発による潜熱流束（lE）、正味の放射（Rn）で構成される。
クールペーブメントの目標は、標準的な材料と比較して、都市の温暖化への貢献を制限することである。つまり、式(3)のH項を減らすように表面エネルギーバランスを変更しようとするものである。

クールペーブメントは、反射性舗装、緑化・蒸発冷却舗装、高慣性舗装、高伝導性・集熱舗装の大きく4つのカテゴリーに分類される。
反射性舗装
反射性舗装は、標準的な舗装に比べてアルベドを高めることで、太陽エネルギーの吸収を制限し、表面温度を下げることを目的としている。アルベドを高めるために、明るい色のバインダーや骨材の使用から、アスファルト舗装構造物に反射コーティングや薄い表層を施すことまで、様々な解決策が開発されている。
緑化・蒸発冷却舗装
緑化・蒸発冷却舗装は、液体の水の蒸発によって吸収された太陽熱を潜熱の形で放出し、表面温度を下げる。これは、舗装材料に閉じ込められた水の蒸発、または草本植生の層と光合成中に供給される水の蒸散によって達成される。
高慣性舗装：相変化舗装
高慣性舗装は、標準的な舗装よりも高い熱慣性を提供することで、表面温度を下げることを目的としている。コンクリートやアスファルトコンクリートの慣性を配合を変えることで大きくすることは難しいが、混合物の中に相変化材料(PCM)を加えることは可能である。PCMは、舗装の表層の熱質量Cを増やし、温度変化の速度を抑制することを目的としている。
高伝導性・集熱舗装
高伝導性・集熱舗装はどちらも、式(10)の地表面伝導項を増加させる。熱伝導率λを上げたり、熱交換器を使って表層以下の温度を下げて温度勾配を大きくしたりすることで、この目標を達成する。後者の場合、交換された熱は回収して有効利用することができる。
太陽光発電舗装
太陽光発電舗装は、太陽電池パネルとその電子回路で構成されており、交通負荷に耐えられるように補強され、標準的な舗装構造の表層に設置される。太陽電池パネルは、光電効果に基づき、太陽光を電気に変換する。
熱電発電舗装
熱電発電舗装は、熱をエネルギーに変換するために、ゼーベック効果を利用している。ゼーベック効果は、熱電発電機(TEG)の熱接合部と冷接合部との間の温度勾配から電界を発生させることができる。
熱交換器舗装
最も研究されているソーラー舗装は、熱交換層を備えたものである。埋設された舗装パイプや透水性舗装層が、熱伝達流体として循環する水または空気とともに、この目的で使用される。夏場に回収された熱は、近くの建物の給湯に利用したり、冬場に熱交換器舗装の融雪に利用するために地下に貯蔵したりすることができる。

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Cool Pavements

by Martin Hende... om arxiv.org 10-14-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.12242.pdf

Diepere vragen

クールペーブメント技術の費用対効果を高めるためには、どのような政策が必要だろうか？

クールペーブメント技術の費用対効果を高めるためには、以下のような政策が考えられます。

初期費用の補助: クールペーブメントは、従来の舗装材と比較して初期費用が高くなる傾向があります。政府や自治体による補助金制度を導入することで、導入コストを抑制し、普及を促進することができます。
ライフサイクルコストに基づいた評価: クールペーブメントは、従来の舗装材よりも長寿命である場合があり、長期的に見るとライフサイクルコストが低減される可能性があります。調達・入札の際にライフサイクルコストを評価基準に組み込むことで、クールペーブメントの採用を促進することができます。
税制優遇: クールペーブメントの導入企業に対して、税制優遇措置を設けることで、企業の導入意欲を高めることができます。
普及啓発: クールペーブメントの効果やメリットに関する情報発信を強化することで、国民の認知度向上と導入促進を図ることができます。
技術開発支援: 更なる高性能・低コストなクールペーブメント技術の開発を支援することで、普及を促進することができます。
標準化・規格化: クールペーブメントの性能評価方法や施工方法を標準化・規格化することで、品質の安定化とコスト削減を図ることができます。

これらの政策を総合的に推進することで、クールペーブメント技術の費用対効果を高め、普及を促進していくことが期待されます。

クールペーブメントは、都市部の美観にどのような影響を与えるだろうか？

クールペーブメントは、都市部の美観に以下のような影響を与える可能性があります。
ポジティブな影響:

ヒートアイランド現象の緩和: クールペーブメントは、路面温度の上昇を抑える効果があり、ヒートアイランド現象の緩和に貢献します。これにより、都市部の景観を損なう猛暑の発生を抑制することができます。
色彩の多様化: 近年では、従来の明るい色の舗装材に加え、赤外線反射率の高い顔料を用いることで、黒や濃いグレーなど、従来の舗装材に近い色合いを保ちながら、路面温度の上昇を抑制できるクールペーブメントも開発されています。これらの技術を活用することで、都市景観に配慮しながら、ヒートアイランド現象対策を行うことが可能となります。
緑化との調和: クールペーブメントの中には、保水性や透水性に優れたものがあり、都市部の緑化と組み合わせることで、より快適で美しい都市空間を創出することができます。
ネガティブな影響:

景観との調和: 明るい色のクールペーブメントは、周囲の景観と調和せず、景観を損なってしまう可能性があります。導入に際しては、周辺環境との調和に配慮したデザインや色彩を選択することが重要です。
反射光の影響: クールペーブメントは、太陽光を反射するため、周辺環境によっては、反射光が問題となる場合があります。導入に際しては、反射光による周辺環境への影響を考慮する必要があります。
クールペーブメントの導入は、都市部の美観にプラスの影響を与える可能性もあれば、マイナス影響を与える可能性もあります。重要なのは、周辺環境との調和を考慮し、適切なデザインや色彩、技術を選択することです。

クールペーブメント技術は、地球温暖化の解決策となりうるだろうか？

クールペーブメント技術は、地球温暖化の解決策となりうる可能性を秘めていますが、それ単独で解決できるものではありません。
地球温暖化への効果:

都市部のヒートアイランド現象の緩和: クールペーブメントは、路面温度の上昇を抑えることで、ヒートアイランド現象の緩和に貢献します。ヒートアイランド現象は、都市部におけるエネルギー消費の増加や大気汚染の一因となっており、地球温暖化を加速させる要因の一つと考えられています。
地球全体のアルベド変化: クールペーブメントは、太陽光を反射することで、地球全体のアルベド（反射率）を変化させる可能性があります。地球のアルベドが上昇すると、太陽エネルギーが宇宙空間へと反射される割合が増加するため、地球温暖化の抑制効果が期待できます。
限界:

限定的な効果: クールペーブメントは、都市部など、舗装された面に限定された技術であり、地球温暖化の根本的な解決策となるわけではありません。
その他の環境負荷: クールペーブメントの製造や施工には、エネルギー消費やCO2排出が伴います。ライフサイクル全体で見た場合の環境負荷を評価する必要があります。
クールペーブメント技術は、地球温暖化対策の一つとして有効な手段となりえますが、過度な期待は禁物です。地球温暖化を解決するためには、省エネルギー、再生可能エネルギーの導入、森林保全など、様々な対策を総合的に進めていく必要があります。