特許 7123337 舗装構造設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-15

(45)【発行日】2022-08-23

(54)【発明の名称】舗装構造設計方法

(51)【国際特許分類】

   E01C 11/24 20060101AFI20220816BHJP

   E01C 7/35 20060101ALI20220816BHJP

【ＦＩ】

E01C11/24 ZAB

E01C7/35

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018147072

(22)【出願日】2018-08-03

(65)【公開番号】P2020020240

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-07-20

(73)【特許権者】

【識別番号】518278292

【氏名又は名称】島▲崎▼ 康弘

(73)【特許権者】

【識別番号】390002185

【氏名又は名称】大成ロテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】島▲崎▼ 康弘

(72)【発明者】

【氏名】青木 政樹

(72)【発明者】

【氏名】城本 政一

(72)【発明者】

【氏名】唐木 健次

(72)【発明者】

【氏名】岡島 穂高

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０３９８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０６４２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７００２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３５６０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０１Ｃ １１／２４

Ｅ０１Ｃ ７／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

推定される気温、相対温度、ふく射熱および気流のうちの１つまたは複数の組み合わせからなる環境物理量に基づいて、ヒートアイランド現象による暑熱環境下における人体熱負荷量が小さい舗装構造を、舗装面温度、舗装面からの照り返し熱、舗装面における気化熱および舗装面から蒸発される水分量を加味して、保水性舗装の保水量および舗装面から蒸散される水分量を変化させて繰り返し実施したシミュレーションの結果に基づいて決定する舗装構造設計方法であって、
前記人体熱負荷量は、人の授受する熱エネルギーの収支であって、式１により算出することを特徴とする、舗装構造設計方法。
Ｆ＝Ｍ－Ｗｏ＋Ｒ－Ｃ－Ｅ ・・・ 式１
ここで、
Ｆ ：人体熱負荷量（Ｗ／ｍ ^２ ）
Ｍ ：人の体表面積、二酸化炭素生産量から算出する代謝量
Ｗｏ：人体が行う仕事量
Ｒ ：人体が授受した日射量および赤外線量
Ｃ ：平均皮膚温と気温との温度差による損失熱と呼吸による熱交換により算出される顕熱損失量
Ｅ ：発汗、呼気による損失熱および不感蒸泄の量である潜熱損失量

【請求項2】

密粒舗装、保水性舗装および遮熱性舗装に対して同一の条件で前記シミュレーションをそれぞれ行い、前記密粒舗装、前記保水性舗装および前記遮熱性舗装のうち、前記人体熱負荷量が最も低く算出された舗装構造を選定することを特徴とする、請求項１に記載の舗装構造設計方法。

【請求項3】

前記シミュレーションの結果に基づいて、前記人体熱負荷量を低減することが可能な保水性舗装の保水量、舗装材料および前記保水性舗装に水を供給するための付帯設備を決定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の舗装構造設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、舗装構造設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化による気温上昇が懸念されている。さらに都市部では、人工廃熱の増加、建造物の高層化、地表面の人工被覆の拡大等による、いわゆるヒートアイランド現象による暑熱環境が過酷になりつつある。

【0003】

このような暑熱環境の改善策として、路面温度の上昇を抑制する舗装構造が採用される場合がある。例えば、遮熱性舗装は、アスファルト舗装の表面を遮熱塗料により被覆して太陽光の日射エネルギーを反射させる構造にすることで、日射エネルギーによる熱を蓄熱して路面温度が上昇することを防止するものである（例えば、特許文献１参照）。また、保水性舗装は、保水能力を有した舗装内部に雨水等の水を浸み込ませておき、舗装内部の水が蒸発する際の気化熱によって路面温度の上昇を抑制するものである（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－７００２５号公報

【文献】特開２０１８－３５６０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記遮熱性舗装および保水性舗装は、路面温度の上昇を抑制することを目的としている。一方、本出願人等は、暑熱環境下における人体への負荷は、路面温度や気温に加え、湿度、気流、ふく射熱等を含む環境物理量や、人の体温、発汗量、代謝量等の人体生理量等が影響することを見出した。
このような観点から、本発明は、暑熱環境下における人体への負荷を低減することを可能とした舗装構造を設計する舗装構造設計方法を提案することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために、本発明の舗装構造設計方法は、推定される気温、相対温度、ふく射熱および気流のうちの１つまたは複数の組み合わせからなる環境物理量に基づいて、ヒートアイランド現象による暑熱環境下における人体熱負荷量が小さい舗装構造を、舗装面温度、舗装面からの照り返し熱、舗装面における気化熱および舗装面から蒸発される水分量を加味して、保水性舗装の保水量および舗装面から蒸散される水分量を変化させて繰り返し実施したシミュレーションの結果に基づいて決定するものである。ここで、前記人体熱負荷量は、人の授受する熱エネルギーの収支であって、式１により算出する。
Ｆ＝Ｍ－Ｗｏ＋Ｒ－Ｃ－Ｅ ・・・ 式１
ここで、
Ｆ ：人体熱負荷量（Ｗ／ｍ ^２ ）
Ｍ ：人の体表面積、二酸化炭素生産量から算出する代謝量
Ｗｏ：人体が行う仕事量
Ｒ ：人体が授受した日射量および赤外線量
Ｃ ：平均皮膚温と気温との温度差による損失熱と呼吸による熱交換により算出される顕熱損失量
Ｅ ：発汗、呼気による損失熱および不感蒸泄の量である潜熱損失量
かかる舗装構造設計方法によれば、人体への負荷を低減させることが可能な舗装構造を選定することが可能となる。

【0007】

なお、密粒舗装、保水性舗装および遮熱性舗装に対して同一の条件で前記シミュレーションをそれぞれ行い、密粒舗装、保水性舗装および遮熱性舗装のうち、前記人体熱負荷量が最も低く算出された舗装構造を選定するのが望ましい。さらに、前記シミュレーションの結果に基づいて、前記人体熱負荷量を低減することが可能な保水性舗装の保水量、舗装材料および前記保水性舗装に水を供給するための付帯設備を決定するのが望ましい。

【発明の効果】

【0008】

本発明の舗装構造設計方法によれば、暑熱環境下における人体への負荷を低減することを可能とした舗装構造を設計、施工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る人体熱負荷量の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本実施形態では、環境物理量、人体生理量等を考慮することで、地域に応じた保水性舗装を設計する場合について説明する。本実施形態の舗装構造設計方法は、施工が予定されている地域において、推定される環境物理量に基づいて、暑熱環境下における人体熱負荷量が密粒舗装と比較し、道路管理者等が規定する基準以下となるよう、保水性舗装の保水量、舗装材料、付帯設備等（舗装構造）を決定する。

【0011】

環境物理量には、気温、相対湿度、ふく射熱、気流等が含まれている。本実施形態では、環境物理量として、施工が予定されている地域の夏季における過去１０年間の晴天日での平均値を使用する。なお、環境物理量として使用する各パラメータは平均値に限定されるものではなく、例えば、気温として当該地域における例えば過去１０年間の最高気温の平均値を使用してもよい。

【0012】

人体熱負荷量Ｆは、人１の授受する熱エネルギーの収支であって、式１により算出する。人体熱負荷量Ｆ（Ｗ／ｍ^２）は、式１に示すように、人１の代謝量Ｍ（Ｗ／ｍ^２）、機械的仕事量Ｗｏ（Ｗ／ｍ^２）、正味ふく射量Ｒ（Ｗ／ｍ^２）、顕熱損失量Ｃ（Ｗ／ｍ^２）、潜熱損失量Ｅ（Ｗ／ｍ^２）により算出する（図１参照）。
Ｆ＝Ｍ－Ｗｏ＋Ｒ－Ｃ－Ｅ ・・・ 式１

【0013】

ここで、代謝量Ｍ：人１の体表面積、二酸化炭素（ＣＯ_２）生産量等から算出する。また、機械的仕事量Ｗｏは、人体が行う仕事量（運動量）である。正味ふく射量Ｒは、人体が授受した日射量および赤外放射量であって、路面からの照り返し熱も含むものとする。顕熱損失量Ｃは、平均皮膚温と気温との温度差による損失熱と呼吸による熱交換により算出する。さらに、潜熱損失量Ｅは、発汗、呼気による損失熱および不感蒸泄の量である。

【0014】

人体熱負荷量Ｆは、環境物理量から推定される舗装面温度、舗装面２からの照り返し熱、舗装面２における気化熱および舗装面２から蒸散される水分量を加味して推定する。本実施形態では、世代、性別毎の人体熱負荷量Ｆを算出する。すなわち、世代毎の平均的な体型等によりシミュレーションを行う。

【0015】

シミュレーションは、保水性舗装の保水量、舗装面２から蒸散される水分量を変化させて繰り返し実施し、人体熱負荷量Ｆが密粒舗装と比較し、道路管理者等が規定する基準以下となるよう、保水量や蒸散される水分量等を選定する。次に選定された保水量を有し、かつ、選定された水分量を蒸散し得る構造の舗装構造を設計する。すなわち、必要な保水性を確保するとともに水を蒸散することが可能な舗装材料（適正な配合や保水性ブロック等）の選定、保水性舗装内の空隙量、水を供給するための付帯設備の有無等を設計する。

【0016】

以上、本実施形態の舗装構造の設計方法によれば、人体への負荷を密粒舗装と比較し、道路管理者等が規定する基準以下となるよう、保水性舗装を構築することが可能となる。すなわち、舗装の表面温度に加え、照り返し熱や湿度などの影響も考慮することで、利用者の負担を軽減することができる。また、条件を変えて人体熱負荷量Ｆを算出することで、世代や性別等に関わらず、密粒舗装と比較し、道路管理者等が規定する基準以下となるよう、舗装構造を施工することができる。

【0017】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、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、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、保水性舗装の設計を行う場合について説明したが、本発明の舗装構造設計方法の用途はこれに限定されるものではない。例えば、遮熱性舗装における反射量を人体熱負荷量Ｆを用いて設定してもよい。すなわち、路面温度に加え、照り返し熱による人１への負荷を加味した上で設計することで、より人１への負荷の少ない遮熱性舗装を設計するものとしてもよい。

【0018】

また、環境物理量、人体生理量等を考慮することで、地域に応じた舗装構造を、密粒舗装、保水性舗装および遮熱性舗装の中から選定してもよい。すなわち、各舗装構造に対して、同一の気象条件による環境物理量および人体生理量を推定し、密粒舗装と比較し、道路管理者等が規定する基準以下となるよう、舗装構造を選定してもよい。

【0019】

また、前記実施形態では、人体熱負荷量Ｆを算出する場合について説明したが、人体熱負荷量Ｆは、実験結果から求めてもよい。例えば、人工気象室において、保水性舗装（保水性ブロック）を敷設し、想定される気象条件における舗装上における環境物理量と被験者の人体生理量を測定することで、密粒舗装と比較し、道路管理者等が規定する基準以下となるよう、舗装構造を設定してもよい。また、同様に、屋外で実施した実験により環境物理量と人体生理量を測定し、密粒舗装と比較し、道路管理者等が規定する基準以下となるよう、舗装構造を設定してもよい。

【0020】

以下、舗装構造による人体熱負荷量Ｆへの影響を確認するために実施した実験結果を示す。なお、実験において人体熱負荷量Ｆの算出に用いる要素を求めるために必要な環境物理量および人体生理量の測定項目及び測定方法を、それぞれ表１と表２に示す。

【0021】

【表1】

【0022】

【表2】

【0023】

なお、正味ふく射量Ｒは、長短波放射計を用いて６方位（上下２方向、水平方向４方位）からの長波と短波を計測して求めた。これは、ふく射の方向性を把握し、舗装（下方）から長波放射と短波放射と、日射（上方）からの長波放射と短波放射の人体への影響をそれぞれ個別に把握するためである。簡易に測定する場合、４方位（上下測定方向，水平２方向）でも可とする。

【0024】

まず、人工気象室において実施した屋内実験結果について説明する。屋内実験では、我国の夏季日中の気象条件を想定して、表３に示す環境設定値により実験を行った。実験では、実験室内に、１ｍ×２ｍの密粒舗装と保水性舗装を敷設し、その舗装上での環境物理量と人体生理量の測定を行った。このとき、保水性舗装に対して適宜散水し、湿潤状態を保持するものとした。密粒舗装および保水性舗装に対してそれぞれ７名の被験者がそれぞれ着衣（白と黒の２種類）を代えて実施した（着衣条件２水準×舗装種類２水準×７名＝２８名）。

【0025】

【表3】

【0026】

表４に生理応答の測定結果と人体熱負荷量の計算結果を示す。表４に示すように、人体熱負荷量は、密粒舗装の３０２Ｗ／ｍ^２に対して、保水性舗装は２２４Ｗ／ｍ^２であった。したがって、舗装構造により人体熱負荷量を低減できることが確認された。

【0027】

【表4】

【0028】

次に、屋外実験結果について説明する。屋外実験は、７ｍ×７ｍの密粒舗装と、保水性舗装において、５日間にわたって、述べ３０名の被験者により実施した。測定時間は１０時から１６時とした。実験は、密粒舗装と保水性舗装上にそれぞれ被験者が１名ずつ配置された状態で、同時刻に実施した。保水性舗装に対しては、適宜散水を行い、湿潤状態を維持するものとした。測定期間中の環境測定を表５に示し、環境物理量の平均値を表７に示す。

【0029】

【表5】

【0030】

表６に生理応答の測定結果と人体熱負荷量の計算結果を示す。表６に示すように、人体熱負荷量は、密粒舗装の２３７Ｗ／ｍ^２に対し、保水性舗装は２１５Ｗ／ｍ^２であった。したがって、舗装構造により人体熱負荷量を低減できることが確認された。

【0031】

【表6】

【符号の説明】

【0032】

１ 人
２ 舗装面

【図1】