遠 赤 外 線 アルミ 合 金 併 用 融 雪 システム 融 雪 試 験 報 告 書 平 成 20 年 2 月
試 験 概 略 試 験 目 的 同 同 一 一 規 規 格 格 の の 電 電 熱 熱 線 線 式 式 ヒーティングユニットを2 台 台 並 並 べ べ 片 片 方 方 のユニットに 遠 遠 赤 赤 外 外 線 線 放 放 射 射 材 材 料 料 である アルミ 合 金 エキスパンションメタルを 組 み 合 わせ 融 雪 状 況 ならびに 地 中 温 度 を 比 較 し アルミ 合 金 併 用 の 遠 赤 外 線 効 果 を 検 証 する 遠 赤 外 線 アルミ 合 金 併 用 方 式 通 常 ロム 線 方 式 試 験 年 月 日 場 所 平 成 20 年 2 月 15 16 日 秋 田 県 秋 田 市 山 王 菅 与 組 駐 車 場 内 にて 日 当 状 況 同 一 風 ビル 風 がありほぼ 風 の 強 い 状 態
1,200 1,200 試 験 方 法 同 一 環 境 条 件 同 一 発 熱 線 規 格 ( 面 積 容 量 ピッチ 等 )のもと 遠 赤 外 線 アルミ 合 金 併 用 方 式 と 通 常 ロム 線 方 式 の2 台 を 並 べ 次 の 比 較 試 験 を 行 った 1. 熱 電 対 による 地 中 内 温 度 の 測 定 ( 立 上 性 能 比 較 ) 2. 着 雪 状 態 からの 融 雪 状 況 の 測 定 ( 融 雪 能 力 比 較 ) 試 験 概 略 図 遠 赤 外 線 アルミ 合 金 併 用 方 式 通 常 ロム 線 方 式 2,464 アルミエキスハ ンションメタル 発 熱 線 2,464 発 熱 線 規 格 型 式 ユニット 面 積 定 格 容 量 SHC-1900-P77-180W 2.96m2 (W1,200 L2,464) 537W 抵 抗 値 ケーブル 長 さ 使 用 電 圧 74.5Ω 38.4m(32ターン) 200V AC200V
20 50 75 100 50 30 1. 熱 電 対 による 地 中 内 温 度 の 測 定 ( 立 上 性 能 比 較 ) 試 験 は 同 一 環 境 条 件 ( 場 所 断 面 ) 同 一 発 熱 線 規 格 ( 面 積 容 量 ピッチ 等 )のもと 同 時 に 電 源 を 投 入 し 雪 がある 状 態 ( 着 雪 状 態 )と 無 い 状 態 ( 無 着 雪 状 態 )のそれぞれについて 下 記 図 (1)に 示 す 電 熱 対 にて 地 中 内 部 の 温 度 を 測 定 し 立 上 性 能 を 比 較 検 証 する 図 (1) 38.5 77 表 層 : 密 粒 度 アスコン t=50mm 保 護 層 : 細 粒 度 アスコン t=50mm 基 層 : 密 粒 度 アスコン t=20mm 既 設 路 盤 9( 外 気 ) 38.5 77 電 熱 対 測 点 表 記 名 1 表 層 1 2 表 層 2 3 地 中 1 4 地 中 2 1 2 3 4 5 6 7 8 5 6 7 表 層 1 表 層 2 地 中 1 8 地 中 2 9 外 気 温 度 温 度 測 定 箇 所 ( 熱 電 対 ) 測 点 1は ヒーターの 線 間 温 度 測 点 2は ヒーターの 線 上 温 度 を 測 定 測 定 はデータロガーにより 10 分 毎 に 自 動 測 定
09:00:00 09:20:00 09:40:00 10:00:00 10:20:00 10:40:00 11:00:00 11:20:00 11:40:00 12:00:00 12:20:00 12:40:00 13:00:00 13:20:00 13:40:00 14:00:00 14:20:00 14:40:00 15:00:00 15:20:00 15:40:00 16:00:00 16:20:00 16:40:00 17:00:00 17:20:00 無 着 雪 時 測 定 データ 測 定 日 /2008 年 2 月 15 日 天 候 / 曇 り 電 源 投 入 /9:00 電 源 切 /13:00 測 定 終 了 /17:20 測 定 データ 別 紙 添 付 1 10.0 表 層 1 8.0 1 表 層 2 6.0 2 地 中 1 4.0 2 地 中 2 2.0 表 層 1 0.0 表 層 2-2.0 地 中 1-4.0 地 中 2-6.0 外 気 温 度 1 表 層 地 中 温 度 共 に 電 源 投 入 より 約 1 時 間 で 差 が 付 き 始 め 3 時 間 後 には 表 層 温 度 で 平 均 2 地 中 温 度 で 平 均 1 の 差 が 生 じています ( 電 源 投 入 2 時 間 後 から3 時 間 後 の 平 均 値 ) 特 に11:20より 陽 が 差 し 外 気 温 度 が 上 がった 時 間 帯 の 表 層 温 度 は 一 気 に 上 昇 し 地 中 温 度 とほぼ 同 じ 温 度 まで 上 昇 しています 併 用 しているアルミ 合 金 の 面 状 効 果 によりロム 線 仕 様 には 見 られない 立 上 性 能 を 示 しています 2 両 工 法 の 地 中 表 層 間 の 温 度 関 係 をみると 工 法 はロム 方 式 に 比 べ 温 度 差 が 少 ない 事 が 解 ります
09:00:00 09:10:00 09:20:00 09:30:00 09:40:00 09:50:00 10:00:00 10:10:00 10:20:00 10:30:00 10:40:00 10:50:00 11:00:00 11:10:00 11:20:00 11:30:00 11:40:00 11:50:00 12:00:00 12:10:00 12:20:00 12:30:00 12:40:00 12:50:00 13:00:00 13:10:00 13:20:00 13:30:00 13:40:00 13:50:00 14:00:00 14:10:00 14:20:00 14:30:00 14:40:00 14:50:00 15:00:00 15:10:00 15:20:00 15:30:00 15:40:00 15:50:00 着 雪 時 測 定 データ 測 定 日 /2008 年 2 月 16 日 天 候 / 曇 り 時 々 雪 電 源 投 入 時 積 雪 / 約 5cm 電 源 投 入 /9:00 測 定 終 了 /15:50 測 定 データ 別 紙 添 付 2 10.0 表 層 1 8.0 表 層 2 6.0 地 中 1 4.0 2 地 中 2 2.0 1 0.0 表 層 1 表 層 2-2.0 地 中 1-4.0 地 中 2-6.0 外 気 温 度 1 電 源 投 入 時 の 温 度 をみると 地 中 表 層 ともに 工 法 が 約 1 近 く 低 い 温 度 となっており 併 用 するアルミ 合 金 の 特 性 ( 遠 赤 外 線 の 特 性 )が 確 認 できます 遠 赤 素 子 を 多 く 含 む 物 質 は 通 常 の 物 体 よりも 熱 の 吸 収 放 射 率 が 高 い 為 自 身 の 温 度 が 上 がらず 冷 却 作 用 をもたらす 場 合 があります この 場 合 前 日 の 試 験 後 より 通 電 していない 為 アルミ 合 金 が 冷 却 材 となり 何 も 併 用 していないロム 方 式 よりも 温 度 が1 近 く 下 がったものと 思 われます 2 両 工 法 とも 温 度 の 立 上 性 能 に 大 差 はみられませんが 地 中 温 度 が 電 源 投 入 の2 時 間 30 分 後 にロム 方 式 を 方 式 が 逆 転 しています 3 ロム 線 方 式 がヒーター 間 とヒーター 線 上 温 度 がほぼ 同 一 かヒーター 線 上 が 高 いのに 対 し 方 式 はヒーター 間 温 度 が 高 い 事 が 解 り 併 用 しているアル ミ 合 金 の 面 状 効 果 が 伺 えます
1. 熱 電 対 による 地 中 内 温 度 の 測 定 ( 立 上 性 能 比 較 ) まとめ 無 着 雪 時 面 状 効 果 1. 地 中 表 層 温 度 の 立 上 りが 早 いロム 線 方 式 対 比 : 地 中 温 度 13% 増 表 層 温 度 33% 増 2. 地 中 と 表 層 の 温 度 差 が 少 ない ロム 線 方 式 の 約 1/2の 温 度 差 で 推 移 3. 太 陽 光 により 面 状 効 果 が 促 進 される 着 雪 時 1. 無 着 雪 時 のデータと 比 較 すると 立 上 性 能 に 大 差 はみられない 2. 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 は ヒーター 間 温 度 が 高 く 推 移 しており アルミ 合 金 の 面 状 効 果 が 伺 える 地 中 内 温 度 の 計 測 により 無 着 雪 時 には 優 れた 立 上 性 能 と 面 状 効 果 が 確 認 されましたが 着 雪 時 には 地 中 内 温 度 の 計 測 からは 大 きな 違 いは 見 受 けられませんでした しかし 遠 赤 外 線 の 特 性 は 電 源 投 入 時 の 温 度 計 測 から 伺 う 事 が 出 来 ており その 特 性 が 着 雪 時 の 融 雪 状 況 で 確 認 できます 次 に 同 試 験 時 の 融 雪 状 況 について 報 告 致 します
09:00:00 09:10:00 09:20:00 09:30:00 09:40:00 09:50:00 10:00:00 10:10:00 10:20:00 10:30:00 10:40:00 10:50:00 11:00:00 11:10:00 11:20:00 11:30:00 11:40:00 11:50:00 12:00:00 12:10:00 12:20:00 12:30:00 12:40:00 12:50:00 13:00:00 13:10:00 13:20:00 13:30:00 13:40:00 13:50:00 14:00:00 14:10:00 14:20:00 14:30:00 14:40:00 14:50:00 15:00:00 15:10:00 15:20:00 15:30:00 15:40:00 15:50:00 2. 着 雪 状 態 からの 融 雪 状 況 の 測 定 ( 融 雪 能 力 比 較 ) 前 項 にて 検 証 した 着 雪 時 の 地 中 内 温 度 測 定 試 験 より 融 雪 状 況 に 変 化 が 見 られた 時 間 帯 を 抜 粋 し 融 雪 能 力 の 比 較 検 証 を 行 う 10.0 表 層 1 8.0 表 層 2 6.0 地 中 1 4.0 地 中 2 2.0 表 層 1 0.0 表 層 2-2.0 地 中 1-4.0 地 中 2-6.0 外 気 温 度 写 真 1~4 写 真 5~7 写 真 8~11 写 真 12 写 真 13
20 50 75 100 50 30 ヒーター 埋 設 設 置 状 況 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 通 常 ロム 線 方 式 通 常 ロム 線 方 式 38.5 77 表 層 : 密 粒 度 アスコン t=50mm 保 護 層 : 細 粒 度 アスコン t=50mm 基 層 : 密 粒 度 アスコン t=20mm 既 設 路 盤 9( 外 気 ) 38.5 77 電 熱 対 測 点 表 記 名 1 表 層 1 2 表 層 2 3 地 中 1 4 地 中 2 1 2 3 4 5 6 7 8 5 6 7 表 層 1 表 層 2 地 中 1 8 地 中 2 9 外 気 温 度 温 度 測 定 箇 所 ( 熱 電 対 )
111:00 311:40 211:20 412:00 写 真 番 号 工 法 表 層 1 表 層 2 地 中 1 表 層 2 左 表 は 上 記 写 真 撮 影 時 の 地 中 内 温 度 をまとめたものです 1 2 3 4 1.5 1.8 2.1 2.4 1.4 1.7 1.9 2.2 3.6 4.0 4.4 4.8 3.3 3.8 4.2 4.4 色 の 付 いている 部 分 は ロム 線 工 法 の 地 中 内 温 度 が 高 いもしくは 同 等 で 写 真 2の 地 中 内 温 度 は 表 層 が 同 等 地 中 はロム 線 方 式 の 方 が 高 い 状 態 ます 状 況 も 順 調 に 進 んでいることが 分 かります 1.7 1.8 2.0 2.1 1.5 1.7 1.8 2.0 4.2 4.5 4.9 5.1 4.1 4.4 4.9 5.1 あった 事 を 示 しています ですが 明 らかに 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 の 融 雪 が 進 んでいる 事 が 確 認 でき 写 真 34では 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 の 表 層 温 度 が 逆 転 し 高 くなり 融 雪
512:10 712:50 612:40 12:05 頃 より 降 雪 があり 着 雪 状 態 になる 約 10 分 後 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 は 順 調 に 融 雪 が 進 行 写 真 番 号 工 法 表 層 1 表 層 2 地 中 1 表 層 2 5 2.5 2.3 4.9 4.6 2.0 1.9 5.1 5.1 6 2.6 2.4 5.4 5.0 2.3 2.1 5.6 5.6 7 2.9 2.6 5.5 5.2 2.3 2.1 5.6 5.7 上 昇 温 度 0.4 0.3 0.6 0.6 0.3 0.2 0.5 0.5 外 気 温 度 /-2 ( 車 載 温 度 計 による) 約 30 分 後 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 は 中 央 部 より 融 け 始 める 試 験 現 場 はビル 風 が 常 に 吹 き 試 験 のため 融 雪 範 囲 には 人 車 が 上 がらないことから 融 雪 条 件 的 には 非 常 に 厳 しい 環 境 といえます ロム 線 方 式 は 完 全 に 溶 け 残 りが 発 生 している 状 態 ですが 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 は 順 調 に 融 雪 を 行 えていることが 分 かります 前 項 写 真 の 地 中 内 温 度 と 同 様 に 地 中 内 温 度 は 表 層 温 度 で 最 大 0.6 差 しかないにも 関 わらず 融 雪 状 況 は 大 きく 異 なっていることか 分 かります
813:00 1013:20 再 び 降 雪 があり 着 雪 状 態 になる 913:10 1113:50 陽 が 差 している 状 態 で 融 雪 が 開 始 される 写 真 番 号 工 法 表 層 1 表 層 2 地 中 1 表 層 2 前 項 写 真 7の 状 態 までに 約 40 分 を 要 しているが 陽 が 差 した 状 況 下 での 融 雪 8 9 10 11 上 昇 温 度 2.7 2.9 3.0 3.8 1.1 2.6 2.7 2.8 3.2 0.6 5.5 5.8 5.8 6.1 0.6 5.1 5.5 5.5 5.8 0.7 は ほぼ 同 じ 状 態 の 写 真 9まで 約 10 分 で 到 達 しており 面 状 効 果 が 促 進 され ていることが 分 かります ロム 線 方 式 は 約 50 分 後 の 写 真 11でも 融 雪 がなされておらず 融 け 残 りが 写 真 1~11を 通 しても 常 に 融 け 残 りが 発 生 している 状 態 で 通 常 の 融 雪 設 備 2.2 2.4 2.4 2.4 0.2 2.1 2.4 2.5 2.6 0.5 5.7 6.0 6.1 6.2 0.5 5.7 6.0 6.1 6.2 0.5 たことが 十 分 に 伺 えます 地 中 内 温 度 の 上 昇 をみても 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 の 表 層 温 度 が 跳 ね 上 っ 発 生 している として 考 えた 場 合 本 試 験 の 断 面 構 成 では 熱 量 不 足 と 判 断 されます
2. 着 雪 状 態 からの 融 雪 状 況 の 測 定 ( 融 雪 能 力 比 較 ) まとめ 電 源 投 入 時 約 1 差 がある 状 態 から 通 電 を 開 始 し 約 2 時 間 に 融 け 始 めが 確 認 され 3 時 間 後 にははっきりと 融 雪 能 力 の 優 劣 が 確 認 されました 1214:30 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 の 融 雪 能 力 検 証 結 果 写 真 1~4 地 中 内 温 度 が 低 い もしくは 同 等 な 状 態 でも 融 雪 効 果 が 得 られた 写 真 5~7 地 中 内 温 度 がほぼ 同 等 な 状 態 からも 融 雪 効 果 が 得 られ 降 雪 に 対 して 追 従 性 の 高 い( 約 40 分 にて 融 雪 ) 融 雪 効 果 を 確 認 写 真 8~11 日 照 時 の 高 効 率 な 融 雪 効 果 を 確 認 また 地 中 内 温 度 の 急 激 な 温 度 上 昇 からも 面 状 効 果 が 促 進 されていることがうかがえた 試 験 を 通 し 一 貫 して 確 認 できることは 地 中 内 温 度 が 同 等 であっても 融 雪 状 況 に 大 差 が 生 じている 点 です ロム 線 方 式 は 伝 熱 作 用 によりアスファルトを 暖 め 融 雪 を 行 っています これに 対 して 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 は 伝 熱 作 用 と 面 状 効 果 ( 遠 赤 外 線 の 特 性 である 熱 ふく 射 ) 1315:30 によって 融 雪 を 行 っています 融 雪 効 果 に 大 差 がある 状 況 写 真 と 相 反 する 地 中 内 温 度 の 測 定 結 果 により その 効 果 を はっきり 確 認 することができると 思 います 試 験 中 に 降 雪 がありましたが 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 は 十 分 に 追 従 した 融 雪 が 行 われ ています 路 面 が 確 認 できる 状 況 で 一 定 の 融 雪 効 果 があったと 判 断 すると 写 真 7の 状 態 となり 融 雪 に 要 した 時 間 は 通 電 開 始 から4 時 間 となります 一 方 ロム 線 方 式 は 降 雪 の 度 に 残 雪 が 生 じ 路 面 を 確 認 できたのが 写 真 13の 状 態 とな り 融 雪 に 要 した 時 間 は 通 電 開 始 から6.5 時 間 となります 通 電 時 間 で 融 雪 能 力 を 比 較 すると 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 はロム 線 方 式 が 融 雪 に 要 する 時 間 の 約 60% で 融 雪 が 行 えることになります
3. 遠 赤 外 線 アルミ 合 金 併 用 融 雪 システム 融 雪 効 果 検 証 これまでの 比 較 試 験 により 遠 赤 外 線 アルミ 合 金 併 用 方 式 の 面 状 効 果 率 を 数 値 で 示 すと 以 下 の 通 りとなります 1 無 着 雪 時 の 地 中 内 温 度 推 移 ( 立 上 性 能 )は ロム 線 方 式 対 比 : 地 中 温 度 で13% 増 表 層 温 度 で33% 増 2 融 雪 能 力 ( 稼 働 時 間 )は ロム 線 方 式 の 60%にて 融 雪 が 可 能 この 数 値 から 実 際 の 融 雪 施 設 の 稼 動 に 対 し どれだけの 維 持 費 削 減 に 繋 がるのか 試 算 してみます 想 定 設 備 概 要 融 雪 面 積 : 1000m2 1 秋 田 市 内 での 従 来 設 計 熱 量 は200W/m2となっております 設 計 熱 量 : 180W/m2 本 試 験 にて 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 方 式 は180W/m2にて 融 雪 できることが 立 証 されています ので 設 備 容 量 にて10%の 削 減 が 可 能 となります 設 備 容 量 : 180kw 電 気 料 金 算 出 式 基 本 料 金 = 1,700( 円 /kw) kw( 設 備 容 量 ) 0.85( 力 率 ) 3(ヶ 月 ) 施 工 場 所 : 秋 田 市 内 融 雪 用 電 力 B( 高 圧 ) + 420( 円 /kw) kw( 設 備 容 量 ) 0.85( 力 率 ) 基 本 料 金 = 1,700( 円 /kw) 20kw( 設 備 容 量 ) 0.85( 力 率 ) 3(ヶ 月 ) 基 本 料 金 算 出 施 工 断 面 : 本 試 験 と 同 断 面 とする + 420( 円 /kw) 20kw( 設 備 容 量 ) 0.85( 力 率 ) 削 減 費 用 算 出 (a) 86,700 + 7,140 93,840 ( 円 )
2 電 力 使 用 料 金 の 算 出 ロム 線 方 式 の 稼 働 時 間 を 700 時 間 と 想 定 して 試 算 遠 赤 外 線 アルミ 併 用 融 雪 システムは ロム 線 方 式 に 対 し60%の 通 電 にて 融 雪 が 可 能 ですが 本 試 算 では200W/m2のロム 線 方 式 との 比 較 に なるため 通 電 率 をロム 線 方 式 の80%として 試 算 します 電 気 料 金 算 出 式 融 雪 用 電 力 B( 高 圧 ) 使 用 料 金 = 7.08( 円 /kw) kw( 設 備 容 量 ) 時 間 ( 稼 動 時 間 ) 使 用 料 金 算 出 7.08( 円 /kw) 200kw( 設 備 容 量 ) 700 時 間 ( 稼 動 時 間 ) - 7.08( 円 /kw) 180kw( 設 備 容 量 ) 560 時 間 ( 稼 動 時 間 ) 削 減 費 用 算 出 (b) 991,200-713,664 277,536 ( 円 ) 削 減 費 用 計 (a+b) 93,840 + 277,536 371,576 ( 円 ) 200W/m2のロム 線 方 式 と 比 較 した 場 合 電 気 料 金 で371,576 円 の 削 減 となり 約 20%のコスト 削 減 が 可 能 であると 試 算 されます