<4D F736F F D20819A97CE82CC834A815B F4390B38CB48D65816A2E646F63>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F D20819A97CE82CC834A815B F4390B38CB48D65816A2E646F63>"

ゆきうとだ
5 years ago
Views:

1 緑のカーテンは周囲空気を冷却するか? Dose a Green Screen (Wall Greening Plants) Cool the Ambient Air? 成田健一 * Ken-ichi NARITA 要旨 : 緑のカーテンによる温熱環境の緩和効果とりわけ蒸散に伴う緑被層周辺の気温変化に注目して実測調査を行った緑被層の前後における気温変化を把握するためには緑被による日陰部分と基準となる日向面の気温を比較することになるそこで気温測定における日射影響を極力避けるため極細の熱電対 ( 線径.5mm) と超音波風速温度計を用いて注意深く観測を行ったその結果葉群層の周囲では相対的に気温が高くなっており緑のカーテンを通過した空気はむしろ外気温よりも加熱されていた葉の表面温度は外気温よりも高温であり蒸散作用により空気が冷却されている証拠は得られなかったキーワード : ヒートアイランド, 壁面緑化, 温熱快適性, 通風, 蒸散 Abstract:Microclimatic observations about the thermal environment of vertical green screen out of wall were performed in summer. The ultrasonic anemometer thermometers and very fine thermocouples (diameter:.5mm) were used to avoid the radiation effect on the measurement of air temperature. The leaves surface temperature was higher than surrounding air temperature during midday. In addition, air temperature in the vicinity of the leaf was also higher than the ambient air. Therefore, the evidence of evaporative cooling effect of the green screen on surrounding air could not be found. Key Words:heat island, wall greening, thermal comfort, cross ventilation, transpiration はじめに緑のカーテンとは植物のツルや葉を窓の外に設置したネットに這わせたもので夏の強い日差しを和らげ蒸散効果により涼風が得られクーラーなしでも部屋の温度を下げられる自然のカーテンとの触れ込みで市民活動を中心に広がりつつあるもともとは戸建住宅など小規模なものが中心であったがプランターに潅水装置を組み込み通気を確保しながら水位を一定に保つ工夫を加えることで高さ m 程度まで伸ばすことが可能となることから東京ではを超える小学校で採用されている緑のカーテンを推進しているHPの多くや書籍では ( 緑は ) 蒸散作用により周囲の空気から熱を奪い冷たい風を作り出すと解説されている沙漠地帯の人工的に灌漑がなされた農地では蒸発散による潜熱フラックスがその場の正味放射量を上回ることがしばしば観測されるそのような条件下では不足分の蒸発散のためのエネルギーは負の顕熱フラックスで補われており蒸発散面の温度が周囲気温よりも低温となる ( 堀口ほか,4) しかしながらこのような特殊条件以外では通常日射を受けている植被面の温度は風速が 9m/s を超える強風下でなければ気温よりも高くなるとされている ( 近藤,994) 緑のカーテンの温熱環境緩和効果に関しては岡崎ら () 成田 (7) などの報告があるがこのような葉面温度と気温の関係については考察されていない壁面緑化という範疇ではツタスクリーンを扱った梅干野ら (985) の研究があるがそこでは日射を受けた葉面温度は最大で約程度気温よりも高くスクリーン周囲の気温は外気温よりも高くなっていると報告されている一方壁面ではないが屋上面にサツマイモの水耕栽培で葉群層を作り空調室外機周辺の気温を低下させることで COP を向上させ省エネルギーにつなげようという研究が近年報告されておりそこでは葉群層を通過した空気が程度低温になると報告されている ( 山下ほか,) 以上のように緑のカーテンにおいて一般に言われているような周囲の空気を冷却する効果が本当に存在するのか? 葉温は気温よりも低くなっているのか? については十分なデータが示されていない状況にあるそこで本研究では緑のカーテンの葉群層周 * 日本工業大学工学部建築学科

りの詳細な気温分布の実測を行い緑のカーテンによる平に吊りネットの外側約 7mm ネットの建物側温熱環境緩和効果の把握を試みた本報の目的は新し mm と mm のライン上に熱電対を各点設置したい熱収支モデルの構築ではなくあくまでも一般に流布以下各列を建物から遠い側から A 列 B 列 C

実測方法線を用いているスポット溶接により先端部の 5mm 程を極細の熱電対で加工している一般に直射日光が測定対象とした緑のカーテンの状況を図に示すある条件下では温度センサは日射の影響を受けるため場所は埼玉県南部の大学キャンパス内に建つ建物 ( そのままでは気温の測定はできないその影響はセンサ階建て )

その上に土層を盛って深さ約蔽シェルタを用いなくても気温の測定が可能となる今 cm とし内部には通気のためコルゲート管を埋設し回使用した.

4に示日まで行ったがこの時期には先端部は4 階の窓面まです断熱材片と爪楊枝を用いたフレームを葉の表面と裏面達していた測定領域は階の窓面付近とした植えに取り付け葉面から約 cm の位置で測定を行ったられた植物はヘチマゴーヤキュウリアサガオであ壁面には日射計と赤外放射計を緑のカーテンの裏面るが

2 りの詳細な気温分布の実測を行い緑のカーテンによる平に吊りネットの外側約 7mm ネットの建物側温熱環境緩和効果の把握を試みた本報の目的は新し mm と mm のライン上に熱電対を各点設置したい熱収支モデルの構築ではなくあくまでも一般に流布以下各列を建物から遠い側から A 列 B 列 C 列と表している緑のカーテンの効果の解説に対する正確な情報現する取り付けた極細熱電対の詳細を図に示す測を提供することにある定部の線径が.5mm の E 熱電対 ( クロメルコンスタンタン ) で測定位置までは.mm の同種の補償導. 実測方法線を用いているスポット溶接により先端部の 5mm 程を極細の熱電対で加工している一般に直射日光が測定対象とした緑のカーテンの状況を図に示すある条件下では温度センサは日射の影響を受けるため場所は埼玉県南部の大学キャンパス内に建つ建物 ( そのままでは気温の測定はできないその影響はセンサ階建て ) の南側壁面で壁の方位は真南から約 5 度西の線径に左右され太いほど影響が大となる ( 近藤, に振れている緑のカーテンは屋上から幅約 mの 98) しかしながらセンサの線径が非常に小さい場ナイロン製のネットを垂らして生育させているプラン合は日射影響をほとんど無視することができ日射遮ターには下層に炭を敷きその上に土層を盛って深さ約蔽シェルタを用いなくても気温の測定が可能となる今 cm とし内部には通気のためコルゲート管を埋設し回使用した.5mm の熱電対に関しては超音波風速てあるフロートを用いた自作の水位コントロール装置温度計による温度出力変動と比較検討し日射影響がほを取り付けプランター内の水位が常に一定になるようぼ無視できることを確認している給水される仕組みになっている測定は9 月日から 7 なお葉近傍の気温を把握するため今回は図 4に示日まで行ったがこの時期には先端部は4 階の窓面まです断熱材片と爪楊枝を用いたフレームを葉の表面と裏面達していた測定領域は階の窓面付近とした植えに取り付け葉面から約 cm の位置で測定を行ったられた植物はヘチマゴーヤキュウリアサガオであ壁面には日射計と赤外放射計を緑のカーテンの裏面るが測定領域付近は主にヘチマが優占していた図に測器の配置を示す L アングルで組んだ測定領域 8mm のフレームを緑のカーテンの中央付近に水日向日射 ( 外側からみた測定領域 ) ( 室内側からみた測定領域 ) 図測定対象とした緑のカーテンの状況 A 列 B 列 C 列東風超音波表超音波表南風緑のカーテン日射計 ( 日向 ) 感温点クロメルコンスタンタン ( 線径 ( 線形.5mm).5mm) ( ( 線形線径.5mm).5mm) 溶接ポイント.mm.mm 超音波裏長波放射計 ( 日陰 ( 日陰 ) ) 日射計 ( 日陰 ) 長波放射計 ( 日向 ) 図測定領域における測器の配置状況 ( 平面図 ) 図極細熱電対図 4 葉面近傍への熱電対の取り付け状況

3 日射 (W/m ), 風速 (cm/s) 日射 (W/m ), 風速 (cm/s) 気温日射風速 8 9/ 9/ 9/ 9/ 9/ 9/ 9/4 9/4 9/5 9/5 9/ / 9/ 9/ 9/ 9/4 9/4 9/5 9/5 9/ 9/ 9/7 9/7 9/8 図 5 測定日の気象概況 4 気温 ( ) 気温 ( ) と日向面の箇所に取り付け鉛直面の放射量を測定したさらに室内側から 5cm スパンの超音波風速温度計を緑のカーテンの外側と内側になるよう水平に支持し次元の各風速成分と気温を測定した超音波風速計の位置はほぼ熱電対の A 列と C 列に合わせたただしネットは風により最大で 5cm 程度の幅で建物に近づいたり遠ざかったりするそのためネットに固定した熱電対と建物から突き出した超音波風速温度計の位置関係は必ずしも常に一致していないなお台の超音波風速温度計の温度目盛のズレを校正する目的で測定開始直後の 9 月日と日の日間は超音波風速温度計の位置を約分毎にネットの裏面と表面に交互に替えながら測定を行ったデータのサンプリング間隔は放射関係と熱電対が秒超音波風速温度計は. 秒とした測定の後半 9 月日 ~4 日 7 日の4 日間は赤外放射カメラによる葉群層の日向側表面および壁表面の熱画像を約分毎に測定した. 測定結果と考察図 5に測定日 ( 延べ日間 ) の気象状況 ( 分平均値 ) を示すここでの気温はキャンパス中庭の百葉箱内で測定した値風速は葉群層の外側の超音波風速温度計で測定されたスカラー風速である日射量は葉群層から外れた日向壁面で測定された鉛直面日射量で特に断らない限りこの値を以下単に日射量と表現する 5 日以外は概ね晴れの天気であったが快晴と呼べ緑被裏面日射量 (W/m ) 月日 ~5 日 9 月日 ~7 日日射遮蔽率 8% 日射遮蔽率 75% 日向日射量 (W/m ) 図緑のカーテンによる日射遮蔽率の検討る日は皆無であった全体に風速は弱くほぼm/s 以下であったまず葉群層による日射遮蔽の効果をみるため日向面の日射量と緑被面裏の日射量を比較した ( 図 ) 前半の5 日間はバラツキも小さく日射遮蔽率は 8% 程度と見積もれる一方後半の日間は前半に比べ日射遮蔽率が低下しておりバラツキも大きい木漏れ日で一時的に極端に低下している時間帯を除くと日射遮蔽率は 75% 程度となっている遮蔽率低下の原因としては日射計の位置が固定であるため太陽高度の変化やセンサ近くの葉の向きの変化なども考えられるが詳細は不明である植物活性の低下も疑われるため以下のいくつかの図では前半と後半に分けて結果をプロットした気温分布の検討に先立ち超音波風速温度計の温度目

4 超音波気温 ( 表 )( ) 9 7 超音波気温 ( 裏 )( ) 9 7 超音波気温差 ( 裏 - 表 )( ) A 列平均気温 ( ) 7 9 C 列平均気温 ( ) 気温差 (C 列平均 -A 列平均 )( ) 図 7 極細熱電対と超音波風速計による気温測定結果の比較の一例 (9 月 5 日分平均値 ) 超音波気温差 ( 裏 - 表 )( ) 月日 ~5 日 9 月日 ~7 日南風成分風速 (m/s) / 南風成分 ( 超音波裏 ) 超音波気温表超音波気温裏百葉箱気温 4 気温 ( ) 日射量 (W/m ) 図 8 全測定期間の葉群層表裏の気温差 -. 4 : : 4: 5: : 7: 8: 図 9 葉群層表裏の気温差が大きくなった日の風との関係葉表面温度 ( 熱画像 )-A 列平均 ( ) 日射量 (W/m ) 図熱画像による緑被面温度と日射量の関係葉表面温度 ( 熱画像 )( ) 葉裏面温度 ( 赤外 )( ) 図長波放射による緑被裏面温度と熱画像による表面温度の比較葉裏面温度 ( 赤外 )-A 列平均気温 ( ) 月日 ~5 日 9 月 ~7 日 4 8 日射量 (W/m ) 図長波放射による緑被裏面温度と日射量の関係盛の校正を同時に測定した極細熱電対のデータ ( 各列の平均値 ) を用いて行った図 7は 9 月 5 日を例に校正後の超音波風速計による気温と極細熱電対による気温および両者による葉群層両側の気温差を分平均値で比較したものである葉群層の裏側 ( 熱電対の C 列 ) ではセンサによる差異が小さいが葉群層の表側 ( 熱電対の A 列 ) ではややバラツキが大きい両側の気温差については絶対値が小さく原点付近にプロットが集中しているが僅かながらを超える差異がある場合もみられる図 8は葉群層の表面と裏面の気温差を全測定日について分平均値で日射量に対してプロットしたものである後半のデータの中に裏面が大きく低温となるケースが出現している検討の結果これらのプロットは日と日の両日にのみ現れている図 9は日を例に各気温の変化と葉群層裏の超音波風速温度計で測定された南風成分 ( ここでは建物に向かう成分を指す ) の変化を示したものである負の風速成分 ( 建物から外への成分 ) に伴って裏面の気温が大きく低下しているこのときの気温は百葉箱気温よりも低いことから室内側か

5 超音波気温差 ( 裏 - 表 )( ). 気温差 ( 超音波 ) 東風成分日向日射 /5 : 9/5 : 9/5 4: 9/5 5: 9/5 : 9/5 7: 図葉群層の表裏の気温差と日射量および風速の時間変化 (9 月 5 日分平均値 ) 東風成分 (m/s) 日射量 (W/m ) 9/5 :9~: 9/5 :9~: 9/5 :9~: 超音波気温差 ( 裏 - 表 ) ( ) 南風成分 ( 超音波裏 ) (m/s) 超音波気温差 ( 裏 - 表 ) ( ) 東風成分 ( 超音波裏 ) (m/s) 超音波気温差 ( 裏 - 表 )( ) 上昇風成分 ( 超音波裏 ) (m/s) 図 4 葉群層の表裏の気温差と各風速成分の関係 (9 月 5 日分平均値 ) 気温差 ( ) /5 :~7: ( 分平均 ) 葉表面近傍気温 -A 列平均葉裏面近傍気温 -A 列平均日射量 (W/m ) 図 5 葉面近傍気温と日射量の関係気温差 (C 列平均 -A 列平均 )( ) 月日 ~5 日 9 月 4 日 ~7 日 4 8 日射量 (W/m ) 図葉群層表裏気温差と日射量の関係らの冷気の流出に伴う気温低下と思われる測定領域の部屋では空調は使用していなかったが建物内の空気が外気に比べ相対的に低かったものと思われる以上のことからこの両日のデータは以下の解析から除外することとした次に緑被層の表面温度について検討した図は熱画像による日向面の表面温度と日射量の関係である表面温度と気温の温度差は日射量とともに増大する傾向が認められ最大で気温よりも5 高くなっている図は熱画像と同時刻の緑被層裏の長波放射量から逆算した緑被裏面の放射温度を熱画像のデータと比較したものである両者はほぼ : の関係にあり緑被の表裏で表面温度が大きく変わらないという結果が得られた長波放射量のデータは期間を通して測定されているので図と同様の図を長波放射による緑被裏面温度についてプロットした ( 図 ) 日射量の増大に従って緑被

6 面温度が気温よりも高くなっている傾向が明らかである気温との差は測定期間の前半は小さく後半に大きくなる傾向があり植物活性の低下が起こっていた可能性が指摘できる図は比較的日射が安定していた5 日を例に分平均値で葉群層表裏の気温差の変化を示したものである図 7にも示したように気温差はゼロ付近で推移しているが短時間では ± を超える場合も見受けられるこのような変動の大きさは日射量の変化に深く関係している特に葉群層の裏面が表面よりも低温となるケースに注目すると東風成分の増大に伴って出現していることがわかる ( 図 4) 従ってこのときの葉群層裏面の気温低下は緑のカーテンの側方から建物に沿って流入した風の効果によるものと思われ緑のカーテン自体による気温低下ではないと考えられる図 5 は同じ5 日の日射が安定していた時間帯における葉面近傍気温と日射量の関係を示したものである表面では日射の増大に伴って葉近傍気温が上昇しており表面温度の上昇に伴って近傍気温が上昇していると思われる図はこれまでの考察を踏まえ最終的に葉群層による温熱効果の検討に用いることができると判断されたデータについて表面と裏面の気温差をまとめたものである測定期間の後半はやや温度差のバラツキが大きくなっているが明確な気温差は認められず緑のカーテンにより周囲気温が低下しているという傾向は認められなかったまとめ現在急速に広まっている緑のカーテンについて葉の蒸散作用による周囲気温冷却効果があるかどうかを検討するため緑被面の温度葉面近傍気温葉群層前後の気温差を注意深く測定した測定には日射影響が無視できる極細熱電対 ( 線径.5mm) と超音波風速温度計を使用したその結果緑被面の温度は日射の増大に伴って気温よりも高温となっており日中は気温よりも~5 高くなっていたまた葉近傍 cm の気温も日射量の増大とともに昇温しており以上のことから葉群層は周囲気温に対して冷却よりも加熱側に作用していることが明らかとなった葉群層から各々 cm 程度離れた表面と裏面の気温を比較した結果有意な温度差は認められず少なくとも葉群層を通過した空気が冷却されているという証拠は得られなかった葉自体は日射により僅かに気温よりも高温化しているが葉の熱容量が小さいため周囲空気に対して大きな作用を及ぼしていないものと思われる以上のように今回の測定から現在普及しているヘチマ等が主体の緑のカーテンに関しては水分条件を十分満足するような状況においても葉群層による冷却効果は確認できなかった壁面緑化に関する既往の研究 ( 例えば三坂ら 5) では植物による蒸散の効果が期待されると報告されているが本研究の結果は決してこれらの結果を否定するものではない葉層の温度が建物壁面などに比べて相対的に低温となる理由はまさしく蒸散の効果であり緑のカーテンでは成田 (7) に示されるようにそれにより大きな体感温度の低下効果が得られるしかしながら体感される涼しさの本質は放射環境の改善であり決して気温が低下しているわけではないこの点は正しく認識される必要があると思われる本来緑の効果は多面的なものであり本研究の結果は緑による環境改善の方向性を否定するものではないことを最後に付け加えておきたい今後はサツマイモの水耕栽培等条件が異なる場合の状況についてもさらに検討を加えていきたい謝辞本研究の実測に際しては金木慎一君木下靖裕君に多大なる御協力をいただいたここに記して心から感謝の意を表します引用文献堀口郁夫小林哲夫塚本修大槻恭一 (4), 局地気象学森北出版, 東京, 44p 梅干野晁茶谷正洋八木幸二 (985) ツタの西日遮へい効果に関する実験研究, 日本建築学会計画系論文報告集, No.5, -9 近藤純正 (98) 大気境界層の科学東京堂出版, 東京, 9pp 近藤純正 (994) 水環境の気象学朝倉書店, 東京, 5p 三坂育正鈴木弘孝藤崎健一郎成田健一田代順孝 (5) 壁面緑化の蒸発散効果に関する研究, 環境情報科学論文集,Vol.9, -. 成田健一 (7) 緑のカーテンが教室の温熱環境に及ぼす効果. 環境情報科学論文集,Vol.,5-5. NPO 法人緑のカーテン応援団編 (9) 緑のカーテンの育て方楽しみ方創森社, 東京, 79p 岡崎沙織須永修通 () 屋上および壁面植栽が教室の温熱環境に与える影響に関する実測解析. 日本建築学会大会学術講演梗概集, 山下道子吉田治典王福林 () 水気耕栽培屋上緑化を利用した冷房熱源の効率向上に関する研究 ( その) 水気耕栽培屋上緑化の冷却効果の実測および解析, 空気調和衛生工学会近畿支部学術研究発表会論文集, -4

実画像赤外線カメラによる熱画像写真 2 南区小学校 (I) A 34.2 B 32.8 C 33.2 C A B A 36.1 B.5 C 50.2 実画像写真 3 都筑区家庭 (S) 赤外線カメラによる熱画像植栽されているのは主にゴーヤアサガオヘチマなどの一年草で庭やベランダなどに栽

実画像赤外線カメラによる熱画像写真 2 南区小学校 (I) A 34.2 B 32.8 C 33.2 C A B A 36.1 B.5 C 50.2 実画像写真 3 都筑区家庭 (S) 赤外線カメラによる熱画像植栽されているのは主にゴーヤアサガオヘチマなどの一年草で庭やベランダなどに栽横浜市環境科学研究所報第 32 号 2008 緑のカーテンの温度低減効果福田亜佐子佐俣満夫白砂裕一郎下村光一郎井上友博 ( 横浜市環境科学研究所 ) Surface temperature measured on green screen Asako Fukuda,Mitsuo Samata, Yuichirou Shirasuna,Kouichirou Shimomura,Tomohiro