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クール舗装は、米国環境保護庁[1]によって、ヒートアイランド現象[2] の軽減に寄与する技術を導入した舗装と定義されています。ほとんどのクール舗装は、舗装のアルベドを高めて大気からの短波放射を反射し、地表への熱伝達を減らすか、舗装を通した蒸発水冷却を利用して周囲温度を下げます。[3]新しい技術には、エネルギーハーベスティング、蓄熱法、相変化材料が含まれます。[4]クール舗装は、従来の舗装に反射コーティングや骨材を塗布するか、多孔質または透過性の材料を組み込むことで作られるのが一般的です。[4]舗装の耐荷重能力は、メンテナンスの頻度が増えると低下する可能性がありますが、[4]クール舗装は、周囲温度を下げ、エネルギー使用量を減らす上で有望な結果を示しています。[5] [6]
発達
米国環境保護庁は、クール舗装をヒートアイランド現象の軽減に寄与する技術を導入した舗装と定義しています。[1]クール舗装はヒートアイランド現象を軽減することで、建物を涼しく保つために必要なエネルギーを制限し、温室効果ガスの排出を削減することができます。[2]ローレンス・バークレー国立研究所の研究者は、舗装の太陽光反射率を標準の10%から35%に上げると、周囲温度が1°F低下する可能性があると予測しています。[7]
都市では、クール舗装やその他のグリーンインフラを導入した後、気温の低下が見られました。ローマでは、日陰のある高反射舗装により、平均放射温度が最大50%低下しました。[8]ロサンゼルス、フェニックス、東京でもクール舗装の実験が行われており、ロサンゼルスでは181レーンマイルの太陽光反射コーティングが施されました。[9]
クール舗装技術の研究はまだ初期段階にあり、現在はメンテナンス、効果の定量化、コスト効率の高い大規模導入に重点が置かれています。[10]
種類
蒸発舗装
蒸発舗装は、広く使用されているタイプのクール舗装で、水の蒸発によって表面と空気の温度を下げ、表面と周囲の空気の両方を冷却します。[1]これらの舗装は、雨や灌漑システムからの水分がなければ効果的に機能せず、土壌添加剤や多孔質アスファルトなどの浸透性で吸水性の材料を使用して設計されています。[1]水の継続的な吸収と蒸発により、時間の経過とともに構造が弱まり、最終的に舗装表面の劣化につながります。[1] [ 11]ただし、蒸発舗装には、乾燥地域では不足する可能性のある大量の水が必要であることや、一般に従来のアスファルトよりも耐久性が低いなどの制限があります。[1] [11]
反射舗装
反射性クール舗装の有効性は、太陽放射またはアルベドを反射する能力に依存します。[5]これらの舗装は、反射骨材、高度なバインダー、および特殊なコーティングを使用して太陽光反射率を高め、熱吸収を減らし、表面温度と周囲温度を下げます。[1]一般的に使用されるコーティングは、透明樹脂、淡色骨材、淡色セメントであり、これらはすべて反射能力が異なります。[12]反射舗装は太陽光を反射して温度を下げるため、日中のみ表面温度を下げる働きをします。[1]セメントはコンクリートの反射特性を高める上で重要な役割を果たし、明るい色合いは太陽光反射を改善します。[1]
その他のタイプ
「蓄熱改質舗装」として知られる他の種類の舗装には、エネルギー収穫舗装、高伝導性舗装、相変化材料（PCM）を組み込んだ舗装などがある。[4] [11]エネルギー収穫舗装は、液体の循環を通じて熱エネルギーを収穫し、熱電発電機を介して電気に変換することができる。[4]さらに、太陽電池を使用して太陽光を電気エネルギーに変換することができる。[4]高伝導性舗装には、熱伝導率の高い材料が組み込まれており、舗装表面から下の土壌に熱を素早く伝達し、舗装材料よりも速く熱を放散する。[4]対照的に、PCMを組み込んだ舗装は、固体から液体の状態に移行する際に熱を吸収、蓄積、放出する材料を使用している。[11]このプロセスは、舗装内の温度調節の一種であるため、極端な熱を最小限に抑えるのに役立つ。[11]
製造業
蒸発舗装
蒸発性多孔質舗装は、標準的な連結コンクリート舗装ブロックに垂直の穴をあけ、その穴に砂利を詰めることで製造できます。 [4]穴は水を蓄積させ、舗装の透水性と冷却性を高めます。[4]この向上は、舗装を敷設する前にセメントペーストとアスファルトバインダーで覆われた骨材を混ぜることによっても達成され、これにより水を保持する連続した孔が形成されます。[4] 透水性舗装と保水性舗装では、高炉スラグまたは透水性モルタルを使用して孔を充填した透水性材料を使用して、特定の層に流出水を保持します。[4]
蒸発性舗装は空隙があるため、他の舗装よりも機械的強度が低い傾向があります。[4]透水性舗装は水による損傷やほつれ（舗装表面の崩壊）の影響を受けやすいため、メンテナンスや交換の必要性がより高くなります。[4] [5]
反射舗装
反射性舗装の製造には、仕上げ舗装にトップコートを塗布するか、湿ったコンクリートに反射材を混ぜることが含まれます。[4]コーティング材には、太陽光反射率の高い水性または溶剤ベースのコーティング、赤外線着色コーティング、周囲温度に応じて色や光学特性が変化するサーモクロミック材料[13]などがあります。 [4]混合反射添加剤には、アスファルトバインダーへのサーモクロミック添加剤、 [13]熱反射添加剤、セメント混合物中のスラグやフライアッシュなどがあります。 [4]
反射舗装は汚染されやすく、時間の経過とともにその効果が大幅に低下します。[4]反射舗装のメンテナンスには通常、表面の摩耗や経年劣化による損傷を補うための表面コーティングやシールが必要です。 [5]チップシールは空気圧ローラーを使用して骨材を舗装表面に埋め込みます。サンドシールとスクラブシールは舗装の亀裂に添加剤を注入して転がします。マイクロサーフェシングは路面全体に高摩擦、高反射コーティングを吹き付けます。[5]
その他のタイプ
エネルギーハーベスティングクール舗装は、流体を舗装に循環させ、対流によって熱エネルギーを捕捉する。[4]流体の循環は、ステンレス鋼、銅、またはコンクリートのパイプを舗装に埋め込み、空気または水をパイプに流すことによって実現される。[4]エネルギーハーベスティング舗装の他の製造方法には、太陽電池、ビスマステルル化物ベースの熱電発電機、または焦電材料を舗装に埋め込むことが含まれる。[4]これまでのところ、エネルギーハーベスティングクール舗装は、道路整備を受けた後にエネルギーハーベスティング要素が損傷したり効率が低下したりする傾向があるため、交通量の多い場所での運転に成功していないことが証明されている。[4]エネルギーハーベスティング舗装の耐荷重能力を向上させる製造技術はまだ開発中である。[4]
高熱伝導性クール舗装は、アスファルトに高熱伝導性の材料を加えることで改良できる。材料には、炭素繊維や鋼繊維、グラファイト、カーボンブラック化合物、鋼鉄スラグ、金属棒による補強などがある。[4]
PCM を組み込んだクール舗装は、アスファルトに混ぜる前に相変化材料をカプセル化することで作られています。PCM 材料と直接接触すると、舗装の機械的強度に悪影響を与え、破損しやすくなる可能性があるためです。[4] [11] PCM 舗装は、頁岩や粘土などの多孔質材料を PCM で満たして浸す含浸法によって最も一般的に作られています。[11]次に、多孔質材料をセメントで覆い、舗装を構成するコンクリートまたはアスファルトに混ぜます。[11]カプセル化は、アスファルトに混ぜる前に PCM を金属シェルで覆うことでも実現できます。[4]
安全性への影響
クール舗装は道路の浸透性を改善し、雨季の運転者の安全性を高めます。[5]蒸発クール舗装の多孔質構造により、水が道路に浸透し、タイヤの牽引力が向上し、水しぶきが減ります。[5]さらに、クール舗装はタイヤの騒音を最大8デシベル低減し、交通騒音レベルを75dBまで下げることができます。[11] [5]
反射性クール舗装は夜間の視認性を高め、街灯の必要性を減らして道路の安全性を高め、エネルギー消費も抑えます。[6]しかし、道路のアルベドが増加すると、より多くの光がドライバーの目に反射し、視認性に影響を与える強いグレアが発生します。 [14]これに対処するために、道路に防眩コーティングを組み込むことができます。[15]
さらに、日光と高温は地上オゾン（スモッグ）の生成を加速させ、人間や動物に有害です。[16]米国では少なくとも3人に1人が、呼吸器系の炎症、喘息、免疫力の低下など、オゾンによる健康関連の問題を経験しています。[16]涼しい舗装は、アルベドの増加と気温の低下により亜酸化窒素と揮発性有機炭化水素ガスが反応してオゾンを生成するのを防ぐため、この問題に対抗できます。 [17]
社会的影響
都市ヒートアイランドにクール舗装を設置すると、少数民族や低所得者に不釣り合いな影響を与える熱的不平等（都市部における熱の不均等な分配）に対抗することができます。 [18]これらのコミュニティは、高温に適応するために必要なリソースが不足していることがよくあります。[18]暖かい季節には、都市部の気温は2〜8°F高くなりますが、クール舗装は道路のアルベドを増加させることで表面温度と気温を下げ、快適性を向上させます。[16] [10]
環境への影響
涼しい舗装は局所的な気温を下げることができ、建物を冷やすためのエアコンの電力消費が少なくなるため、エネルギー需要の低減につながります。例えば、ロサンゼルスでは舗装の反射率（アルベド）を高めることで、年間9,000万ドル以上のエネルギーコストを節約できると推定されています。[5]
エネルギー使用量の減少は、地域の電力網に電力を供給する燃料源に応じて、温室効果ガスの排出と大気汚染の減少につながります。 [19]気温の低下はスモッグを発生させる化学反応を遅らせ、空気の浄化にも貢献します。2007年、研究者は、世界の舗装路面のアルベドが35～39％増加した場合、約4,000億ドル相当の二酸化炭素削減につながる可能性があると推定しました。[20]
2022年には、夏の気温が高いことで知られるロサンゼルス郡の都市、カリフォルニア州パコイマに70万平方フィートを超える反射舗装を設置するプロジェクトが行われた。[21]このプロジェクトでは、涼しい舗装が地元の微気候にどのような影響を与えるかを調べ、表面温度と気温の変化、歩行者の快適性、まぶしさや空気の質などの問題を評価した。[21]通常の暑い夏の日には、平均気温が0.2℃から1.2℃低下し、表面温度は2.6℃から4.9℃低下した。[21]結果は、涼しい舗装が歩行者の快適性を高め、平均放射温度が0.9℃から1.3℃低下し、生理学的に同等の温度が0.2℃から1.7℃低下することを示唆している。[21]
参照
参考文献
- ^ abcdefghi Seifeddine, Khaled; Amziane, Sofiane; Toussaint, Evelyne; Ouldboukhitine, Salah-Eddine (2023-09-01). 「クール舗装の熱挙動に関するレビュー」. Urban Climate . 51 : 101667. Bibcode :2023UrbCl..5101667S. doi :10.1016/j.uclim.2023.101667. ISSN 2212-0955.
- ^ ab Mohajerani, Abbas; Bakaric, Jason; Jeffrey-Bailey, Tristan (2017-07-15). 「アスファルトコンクリートの熱特性を参考にした都市ヒートアイランド現象、その原因と緩和策」。Journal of Environmental Management。197 : 522–538。Bibcode :2017JEnvM.197..522M。doi : 10.1016 / j.jenvman.2017.03.095。ISSN 0301-4797。PMID 28412623 。
- ^ Santamouris, M. (2013-10-01). 「クール舗装を利用したヒートアイランド対策 - 実際の開発状況のレビュー」.再生可能エネルギーと持続可能なエネルギーレビュー. 26 : 224–240. Bibcode :2013RSERv..26..224S. doi :10.1016/j.rser.2013.05.047. ISSN 1364-0321.
- ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxy Anupam, BR; Sahoo, Umesh Chandra; Chandrappa, Anush K.; Rath, Prasenjit (2021-09-13). 「クール舗装における新興技術：レビュー」.建設・建築材料. 299 : 123892. doi :10.1016/j.conbuildmat.2021.123892. ISSN 0950-0618.
- ^ abcdefghi 割烹、ソフィア;マノリス、スリオティス。パパエフティミウ、スピロス。パナラス、ジョルゴス。パラヴァンティス、ジョン A.ミカレナ、エヴァンシー。ヒルズ、ジェレミー・マックスウェル。ヴロス、アンドレアス P.ンティメノウ、アイカテリニ。ミハラカコウ、ジュリ（2022-03-06）。 「クールな舗装: 最先端の技術と新技術」。持続可能性。14 (9): 5159.土井: 10.3390/su14095159。ISSN 2071-1050。
- ^ ab Lai, Dayi; Liu, Wenyu; Gan, Tingting; Liu, Kuixing; Chen, Qingyan (2019-04-15). 「都市の屋外スペースの熱環境と熱的快適性を改善するための緩和戦略のレビュー」。総合環境科学。661 : 337–353。Bibcode :2019ScTEn.661..337L。doi : 10.1016 / j.scitotenv.2019.01.062。ISSN 0048-9697。PMID 30677681 。
- ^ Lu, Yang; Rahman, Md Asif; Moore, Nicholas W.; Golrokh, Aidin J. (2021-11-01). 「都市部のクール舗装用表面アルベド増加による熱反射コーティングの実験室制御実験評価」.コーティング. 12 (1): 7. doi : 10.3390/coatings12010007 . ISSN 2079-6412.
- ^ Del Serrone, Giulia; Peluso, Paolo; Moretti, Laura (2022-08-27). 「都市ヒートアイランドにおけるクール舗装とグリーンインフラによる微気候のメリットの評価」. Atmosphere . 13 (10): 1586. Bibcode :2022Atmos..13.1586D. doi : 10.3390/atmos13101586 . hdl : 11573/1661073 . ISSN 2073-4433.
- ^ 「熱波が増加する中、ロサンゼルスは一部の道路を「クール舗装」で覆っている」ロサンゼルス・タイムズ。2023年9月8日。 2024年11月4日閲覧。
- ^ ab Wang, Chenghao; Wang, Zhi-Hua; Kaloush, Kamil E.; Shacat, Joseph (2021-08-01). 「都市ヒートアイランド緩和のためのクール舗装：総合レビュー」。再生可能エネルギーと持続可能なエネルギーレビュー。146：111171。Bibcode ：2021RSERv.14611171W。doi ： 10.1016/ j.rser.2021.111171。ISSN 1364-0321 。
- ^ abcdefghi Korniejenko, Kinga; Nykiel, Marek; Choinska, Marta; Jexembayeva, Assel; Konkanov, Marat; Aruova, Lyazat (2024-03-12). 「相変化材料の概要と舗装への応用」.エネルギー. 17 (10): 2292. doi : 10.3390/en17102292 . ISSN 1996-1073.
- ^ クールルーフとクール舗装の実用ガイド。グローバルクールシティアライアンス（2012年発行）。2012年1月。28ページ。
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 日付と年 (リンク) - ^ ab ヴィルジニア・ダ・シルヴァ・リバス、ラリッサ;ゴメス・ロシャ・セグンド、イラン。カルネイロ、ホアキン。フラガ・デ・フレイタス、エリザベート。テイシェイラ・フランコ・カステロ・ブランコ、ヴェロニカ（2024-12-01）。 「熱変色性アスファルト混合物の機能化に関する研究動向: 書誌学的分析とレビュー」。クリーナー素材。14 : 100273。ビブコード:2024ClMat..1400273V。土井：10.1016/j.clema.2024.100273。ISSN 2772-3976。
- ^ Rossi, Giuseppe; Iacomussi, Paola; Zinzi, Michele (2018-01-31). 「クール舗装による都市緩和戦略の照明への影響：エネルギー節約と視覚的快適性」. Climate . 6 (2): 26. Bibcode :2018Clim....6...26R. doi : 10.3390/cli6020026 . hdl : 11696/57908 . ISSN 2225-1154.
- ^ Zheng, Mulian; Han, Lili; Wang, Fei; Mi, Haichen; Li, Yifeng; He, Litao (2015-09-15). 「冷却効果と滑り止め性能に基づくアスファルト舗装の熱反射コーティングの比較と分析」。建設および建築材料。93 :1197–1205。doi : 10.1016/ j.conbuildmat.2015.04.043。ISSN 0950-0618 。
- ^ abc Gray, Kimberly A.; Finster, Mary E (1998). 「都市ヒートアイランド、光化学スモッグ、シカゴ：問題と解決策の地域的特徴」（PDF）。米国環境保護庁大気汚染防止部。
- ^ Akbari, H.; Pomerantz, M. (1998)。「ヒートアイランド緩和のためのより涼しい舗装材」。 建物のエネルギー効率に関する 1998 年 ACEEE 夏季研究の議事録。第 9 巻。カリフォルニア州パシフィック グローブ: 米国エネルギー効率経済評議会。pp. 135–46。
- ^ ab Saverino, Kelly C.; Routman, Emily; Lookingbill, Todd R.; Eanes, Andre M.; Hoffman, Jeremy S.; Bao, Rong (2021-01-28). 「バージニア州リッチモンドの熱的不平等：都市景観の不当な進化が都市ヒートアイランドに与える影響」. Sustainability . 13 (3): 1511. doi : 10.3390/su13031511 . ISSN 2071-1050.
- ^ US EPA、OAR (2014-06-23)。「ヒートアイランド概要」www.epa.gov 。 2024年11月15日閲覧。
- ^ Akbari, Hashem; Menon, Surabi; Rosenfeld, Arthur (2008-06-20). 「地球冷却: 都市アルベドの地球温度への影響」第 2 回 PALENC および第 28 回 AIVC カンファレンス。
- ^ abcd Taha, Haider (2024-03-01). 「クール舗装の微気象学的効果と温熱環境的利点：カリフォルニア州パコイマでの詳細な観察フィールド研究からの知見」. Environmental Research Communications . 6 (3): 035016. Bibcode :2024ERCom...6c5016T. doi : 10.1088/2515-7620/ad2a8e . ISSN 2515-7620.