安価な屋根融雪システムによる屋根雪対策

安価な屋根融雪システムによる屋根雪対策
The roof snow controls by inexpensive roof snow melting system
山崎 三知朗
要 旨
高齢化した山間地での雪害を防ぐため，温水をスプリンクラーで散水する安価な融雪システムを開発した。また、本
方式の普及を進める目的で，10 軒の家屋に融雪システムを取り付けて実験を行うモデル事業を行った。ここでは、平成
24 年度において、勝山市北谷町を対象にしたモデル事業の実施報告を行う。
キーワード：屋根雪，融雪，省エネルギー，散水
１．はじめに
始めから自動運転させる必要があり、積雪に至らない降雪
大雪になると、屋根の雪下ろし中の転落などによる人的
被害、屋根の雪下ろしが間に合わないことによる家屋の損
であっても運転させるため、必然的に運転時間が長くなり
ランニングコストが高くなるという問題がある。
壊が発生する。近年は、短時間に降雪する傾向であること、
そこで、安価な屋根融雪システムの開発を目指し、水道
山間地域での高齢化が進展していること、こういった地域
水を温めてスプリンクラーで撒く、図-1 に示す方式の融雪
では家屋が老朽化していることなどから、被害が発生しや
システムを考案した。この方式では、家庭に既に設置して
すい状況にある。被害を未然に防ぐための屋根雪対策とし
いる給湯器を兼用し、庭などの散水に使用する安価なスプ
ては、融雪、落雪、耐雪の３つの方式が挙げられるが、既
リンクラーを使用するなど特殊な機材を使わないことによ
に建てられた家屋への適用を考えた場合には融雪方式が最
り、概ね 30 万円の設置費用（イニシャルコスト）に抑えら
も現実的である。しかし、一般的に施工される電熱方式な
れる。また、上から散水する運転方式としたため、積雪し
どはイニシャルコスト、ランニングコスト共に高額となり、
てから融雪できるといった利点があり、ある程度積雪して
高齢化が進んだ地域では普及が進まないのが現状である。
から、屋根の雪下ろしの代わりとして運転させることによ
そこで当センターでは、安価な融雪システムの開発に取
り必要最小限の運転で済む。そのため、ランニングコスト
り組み、温水を屋根上からスプリンクラーで撒く簡単な構
も少なくて済むという利点がある。
ノズル
成によりイニシャルコストを抑え、屋根の雪下しと同様な
回数だけの運転で済む融雪システムを開発し、平成 18～20
年度において実際の家屋を使った基礎実験を行った。
しかし、基礎実験において実用できることは確認したも
のの、その後開発した融雪システムの普及が進まないこと
から、多雪地からモデル地区を選定し、複数の家屋に融雪
システムを設置し、本システムの有用性を示すためのモデ
ル事業を、平成 24～26 年度にかけて行うこととした。平成
給湯器
24 年度は、勝山市北谷町をモデル地区に選定し、10 軒の家
屋に融雪システムを設置する事業を実施した。
図-1 安価な融雪システム
本報告では、融雪システムを開発した基礎実験および平
成 24 年度のモデル事業の結果について述べる。
２－２ 実験システムの設置
福井県東部の岐阜県境に位置した山間地である大野市下
２．基礎実験
山（旧和泉村）にて実験を行った。写真-1 は、設置する家
２－１ 考案した融雪システム
屋の全景で、屋根面積は 156m2（13.4m×5.8m×2）である。
従来の屋根融雪では、屋根全面に電熱ヒータまたは温水
図-1 に示す構成で融雪システムの開発に着手したが、試運
配管を敷設する必要があり、電気制御盤やボイラーを含め
転を行う中で課題が見つかり、最終的には図-2、表-1 に示
2
た設置費用（イニシャルコスト）は、屋根面積 100m 程度の
す構成とした。当初との変更点は 2 点あり、①給湯器内部
家屋で約 300 万円である。また、①屋根雪が一度溜まって
での圧力損失により、水道圧だけでノズルを回転するには
しまうと屋根と雪の間に空洞ができて、融けが極端に悪く
圧力が不足したため加圧ポンプを追加したこと、②給湯器
なること、②溜まってからシステムを稼働させると、雪が
は連続運転すると異常とみなして安全装置により停止する
一気に滑り落ちて瓦を引きずる危険があることから、従来
ため、間欠運転するための制御盤を追加したことである。
の屋根融雪では常に屋根上に積雪がないように、雪の降り
給湯器周りの状況を写真-2、ノズルを写真-3 に示す。
5.8m
30°
13.4m
写真-3 ノズル
写真-1 検証を行った家屋（システム設置前）
２－３ 想定される課題
散水方式の課題として、以下の 3 点が挙げられる。これ
らについて、今回の実験により十分に検証する必要がある。
③ノズル×4 個
(1)融雪能力
図-3 に示すように、温水を雪の中へ噴射し、雪を切るよ
うに融雪できるかを確認する必要がある。
水道配管
④制御盤
①給湯器
から分岐
Ｐ
電磁弁
②加圧ポンプ
手動弁
（ドレン）
図-2 最終的なシステム構成
表-1 機器の仕様
①
②
給湯器
加圧
ポンプ
③
ノズル
④
制御盤
－
配管
項 目
使用燃料
燃料消費量
連続給湯能力
モータ
吐出量（揚程）
電源
設置数
散水範囲
制御方式
制御対象
材料
雪の中に散水することから、図-4 のように散水した水や
融雪水が雪の中で凍結して水がせき止められたり、凍結し
なくてもスノージャムが屋根上に滞留する可能性があるた
め、すが漏れが発生しないかを確認する必要がある。
手動弁（水温調整）
品名
(2)すが漏れ
仕 様
灯油（JIS1 号）
5.3L/h
46.5kW
屋外形､0.25kW
28L/min（14.2m）
100V
4個
扇形（調整可）
ﾀｲﾏｰによる ON/OFF
電磁弁、加圧ﾎﾟﾝﾌﾟ
硬質塩化ﾋﾞﾆﾙ(VP)
一部架橋ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ管
(3)屋根荷重の増加
散水方式では、屋根雪が水を含み屋根荷重が増加してす
るのではないか、という懸念がある。これまでに「散水方
式に取り組んだが、うまく融けなかった」という事例をよ
く耳にしたが、水を加温せず、冷水を散水したことがその
一因だと考えられる。温水を散水することで融雪能力は高
まるものと考えられるが、屋根荷重の増加について確認す
る必要がある。
開始当初
融雪終了
図-3 融雪動作
屋根へ
給湯器
水
氷塊
加圧ポンプ
写真-2 給湯器周り
図-4 すが漏れ
２－４ 実験結果
れる。なお、電熱方式では、降った分のみの雪を 100%の効
下記の条件により実験を行った。想定された課題に対す
率で融かすという理想的な計算方法となっており、実際に
る結果を(1)～(3)に述べる。
は降雪量を融かす熱量ちょうどで運転することはできず、
【実験条件】
10 万円以上かかるという実情から、本方式は 1/4～1/5 のコ
・ 試験日
H21 年 1 月 15 日 15 時 ～ 17 日 16 時
（タイマにより 30 分ごとに 1 分停止）
3
スト縮減が図られるものと考える。
【計算条件】
・ 積雪
80cm（40cm 下での雪密度 127kg/m ）
・散水温度
：22℃
・ 散水温度
20 ℃
・水道水温度
：6 ℃
・ 散水流量
24 L/min
・融雪効率
：70%（散水方式）
，100%（電熱方式）
・雪密度
：100kg/m3
・氷の融解熱
：335 kJ/kg
始後間もなくノズル周りに空洞ができた後、ノズル周辺部
・灯油料金
：100 円/L
から順次融け、想定どおり融雪していくことが確認できた。
・水道料金
：210 円/m3（大野市水道料金）
開始 49 時間後には、散水する水が雪に当たらなくなってき
・電気料金
：ホワイトプラン電力Ⅱ
たため運転を終了した。写真-6 に示す通り、水が飛び越え
・融雪面積
：100 m2
(1)融雪能力
実験開始から終了までの状況を写真-4～6 に示す。散水開
る屋根の中央部は約 50cm 程度の積雪が残ったが、十分な融
雪能力が確認できた。
(2)すが漏れ
運転開始時は氷点下となっており、深夜には-8.0℃（大
野市の気象台データ）を記録するなど、冷え込んだ気象で
の散水となったが、凍結によるすが漏れは起こらなかった。
(3)屋根荷重の増加
散水量と屋根からの流出量を測定した結果、散水直後か
ら散水量より流出量が多く、屋根荷重は増加せずに融雪し
ていくことが確認できた。しかし、冷水（水温 5℃）を散水
写真-4 融雪開始前
した場合は、逆に散水量よりも流出量が少なく、屋根に水
が含まれ屋根荷重が増加することが確認できた。したがっ
て、散水方式においては、20℃程度に加温すれば安全であ
るが、冷たい水を散水すると危険であることがわかった。
２－５ コスト試算
(1)設置費用（イニシャルコスト）
屋根面積 100 ㎡の家屋における設置費用（イニシャルコ
スト）は、表-2 のとおり概算で 30 万円と見積もられる。電
熱方式や温水循環方式が約 300 万円であることから、約
1/10 にコスト縮減が図られる。
写真-5 融雪開始後 20 時間
(2)運転費用（ランニングコスト）
福井県大野市における S60 年度～H6 年の拡張アメダス気
象データを用い、電熱方式と本方式の運転時間をシミュレ
ーションした。電熱融雪については、降雪した分を全て融
雪するものとして電力量を求め、本方式については、100cm
積雪した場合に 20cm まで融雪するものとした。その他の計
算条件は下記のとおりである。
計算結果を表-3 に示す。降雪量により運転費にばらつき
があるが、平均すると電熱融雪では 1 シーズンあたり約
72,000 円となる。一方、本方式では 1 シーズンあたり約
25,000 円で、電熱方式に対して約 1/3 にコスト縮減が図ら
写真-6 融雪開始後 49 時間（終了）
るが、停止と連動して電磁弁を自動的に開いて水を抜くフ
表-2 設置費用（概算）
項目
給湯器
加圧ポンプ
備考
0 円 既設品を流用
50,000 円
配管工事
電気工事
計
200,000 円 保温、架台含
50,000 円 制御盤含
300,000 円
ェールセーフとした。
費用
④大雪時に停電しやすいという地元の意見を踏まえ、停電
した場合にも凍結防止のため配管の水が自動的に抜ける
ようにした。
設置した融雪システムの構成を図-5 に、機器の仕様を表
-4 に示す。取水器は、道路消雪設備において河川からの取
水で使われる川底ろ過装置を小規模でも使える形にし、ス
３．モデル事業
プリンクラー内の狭隘部に異物が詰まらないよう、フィル
３－１ 事業の概要
ターの穴径を 0.5mm にした。
基礎実験の結果、散水方式により良好に融雪できること
ボイラーについては、沢水を通すため給湯との兼用はで
は分かったものの、その後の普及が進まなかった。また、
きず融雪専用となる。また、勝山市北谷町は県内屈指の多
基礎実験では水道水を使ったが、水道水を融雪に使わない
雪地であり、一晩に 1m を超える積雪があること、降雪時の
ように指導している自治体もあるため、水道水を使わない
沢水はかなり低温となる可能性があることを考慮し、基礎
形での実用化も課題とされた。
実験で使用したものに比べて高い能力のものを選定した。
そこで、散水方式での融雪システムが屋根雪対策として
勝山市北谷町の家屋への設置例を写真-7～10 に示す。ま
有効であることや、水道水に代わって山間地に豊富に流れ
た、概算の工事費を表-5 に示すが、水道水を使う場合に比
ている沢水を利用する方法で実用できることを示し、安価
べて取水設備に費用がプラスされるため、約 90 万円が必要
な屋根雪対策として普及に結び付けるため、モデル事業を
となる。
行うこととした。本事業は、H24～H26 年度の 3 箇年で、年
また、モデル事業における主な検証事項は以下の 3 点で
度ごとにモデル地区を選定し、10 軒に融雪システムを設置
ある。
するものである。初年度である H24 年度においては、福井
①低温な沢水を使った融雪が問題なくでき、かつ安定的な
県東部の石川県境に位置する、県内有数の多雪地である勝
取水による融雪が可能であること。
山市北谷町をモデル地区として実施した。
②県内有数の多雪地域である勝山市北谷町であっても本方
３－２ 融雪システムの設置
式により十分な融雪効果が得られること。
今回、モデル事業で設置した融雪システムに対して、基
③1 シーズン運用した場合、実際にどの程度の運転コストが
礎実験時から更なる改良を加えた。主な改良点は以下のと
かかるのかを確認すること。
おりである。
３－３ 融雪の結果
①水路から取水するための設備として、取水器と取水ポン
プを新たに設置した。
②高齢者のみが居住している家屋が多いため、スイッチ一
当初は、約 1m の積雪で運転する予定だったが、H24 年度
は降雪が少なく、1 月 27 日頃に降雪した機会しか条件に合
つだけで操作が完了するよう、高齢者でも扱えるよう操作
った運転ができなかった。写真-11 は、H25 年 1 月 28 日 9
性に配慮した。
時における、モデル地区内のある家屋（13.4m×8.6m=115m2）
の積雪（約 1m）状況である。この時間から運転を開始し、
③停止時には、凍結防止のため配管内の水を抜く必要があ
表-3 シミュレーションの結果
散水融雪
#
運転
シーズン
回数
（回）
灯油
時間
(H)
水道
使用量
(L)
金額(円)
使用量
(m3)
電気
使用量
金額
(kWh)
(円)
金額
(円)
合計
金額
(円)
使用量
(kWh)
電熱融雪
参考
電気
最大積雪
金額
(円)
(cm)
1
S60年度
7
184
639
63,900
298
62,580
46
1,024
127,504
5,055
111,773
2
S61年度
1
26
90
9,000
42
8,820
7
145
17,965
2,594
72,693
98
3
S62年度
1
26
90
9,000
42
8,820
7
145
17,965
3,450
86,286
102
4
S63年度
0
0
0
0
0
0
0
0
0
804
44,268
49
5
H1年度
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,594
56,813
70
6
H2年度
4
105
365
36,500
170
35,700
26
584
72,784
4,323
100,149
157
7
H3年度
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,829
60,545
50
8
H4年度
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,806
60,179
65
9
H5年度
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,498
55,288
75
10
H6年度
1
26
90
9,000
42
8,820
7
145
17,965
2,661
73,757
97
10年間合計
平均
254,183
721,751
25,418
72,175
158
同日 19 時まで運転を継続した。写真-12 は、運転した翌日
て引き続き使用されていくため、今後もフォローしながら
である 1 月 29 日の融雪後の状況である。屋根の雪下ろしが
状況確認していきたい。また、得られたノウハウを H25 年
必要ない程度に融雪できているのが確認できる。
度のモデル事業において反映し、普及が進むよう努めたい
この結果から、10 時間の運転により 1m の新雪を融かすこ
とができ、その運転費用（ランニングコスト）は表-6 に示
と考えている。
謝辞
すとおり約 8,000 円となった。したがって、屋根の雪下ろ
大野市下山および勝山市北谷町の皆様、勝山市役所の
しを積雪 1m のタイミングで、シーズンあたり 3 回必要な多
方々には事業に対し多大なるご協力をいただいた。ここに
雪地域の場合と比較すると、約 2 万 4 千円の運転費用（ラ
記して謝辞とする。
ンニングコスト）の負担で済むこととなる。
３－４ 今後の課題
今回の散水方式では、屋根をやや超える位置へのノズル
加圧ポンプ
の調整が必要で、手前の屋根面に着水すると、その先は瓦
の凹部を流れるため融けないといった問題が生じる。当初
は、図-5 に示すとおり、ノズルを屋根の中央部に集めた形
ボイラー
で調整したが、屋根の角までの散水飛距離が長くなり、大
取水
ポンプ
きな屋根では特に調整が難しくなる。写真-13 は、屋根の角
までの散水が屋根上に着水して融けない例である。そこで、
水路
図-6 に示すとおり、ノズルを離して散水飛距離を短くし調
取水器
図-5 融雪システムの構成
整しやすくした。H24 年度はこの配置で実験できなかったた
め、来シーズンに確認したい。
表-4 機器の仕様
品名
４．まとめ
４－１ 本研究の成果
①
取水器
②
取水
ポンプ
③
加圧
ポンプ
④
ボイラー
⑤
ノズル
⑥
制御盤
－
配管
H18～20 年度に温水を撒く方式の屋根融雪システムを開
発し、H24 年度においては、これをベースにした安価な融雪
システムをまとめて設置し、屋根雪対策として有効である
ことをモデル事業にて示した。その結果、下記の成果が得
られた。
①温水を撒く融雪方式によって、積雪 1m から融雪できるこ
とを実証した。
②山間地に豊富に流れる沢水を有効利用するにあたり、当
初懸念された低い水温と安定した取水について問題なく
融雪できることを実証した。
③沢水を利用する本屋根融雪システムの設置費用（イニシ
ャルコスト）は約 90 万円/軒で、1m 程度の新雪を融かす
運転費用（ランニングコスト）は約 8,000 円/軒・回であ
る。
④下記事項を盛り込み、実用的な装置とした。
・高齢者でも確実に運転できるよう、スイッチ 1 つだけの
簡単な操作（操作性の向上）
・停止時や停電時には、管の中の水を抜いて自動的に凍結
を防ぐ安全装置（安全性の向上）
(2)今後の予定
H24 年度のシーズンは降雪量が少なく、多雪地である勝山
市北谷町であっても実験する機会が少なかった。モデル事
業で家屋に設置した融雪システムは、家屋の所有者によっ
項 目
方式
材質
穴径
モータ出力
電源
吐出量（揚程）
モータ出力
電源
吐出量（揚程）
使用燃料
燃料消費量
連続給湯能力
連続給湯効率
本体材質
散水範囲
材質
制御対象
仕 様
川底ろ過
SUS304
0.5mm
0.5kW
AC100V
0.12m3/min（9.2m）
0.4kW
AC100V
0.02m3/min（20m）
灯油（JIS1 号）
7.88L/h
69.8kW
86.0%
CAC406
扇形（調整可）
屋外用鋼板製
ポンプ、電磁弁
HIVP
材料
（給湯器周り HTVP）
表-5 設置費用の概算
項 目
取水器
取水ポンプ
金 額
備考
115,000 円 マス含
45,000 円
加圧ポンプ
ボイラー
制御盤
配管・電気工事
合 計
80,000 円 架台含
380,000 円 タンク含
120,000 円
160,000 円
900,000 円
表-6 新雪 1m を融雪した場合の運転費用
項目
灯油
電気
計
金
額
7.88L/h×10h×100 円/L＝7,880 円
1kW×10h×22.26 円/kWh＝223 円
8,103 円
取水ポンプ
（マス内）
水路
写真-11 融雪開始前（積雪約 1m）
ろ過水
水の流れ
写真-7 取水器
配管
写真-12 融雪完了後（完了翌日に撮影）
ボイラー
取水器（写真-7）
手前に着水し融け残る
写真-8 ボイラー周り
写真-13 角が融けない状況
ノズル周りは飛沫で融ける
写真-9 屋根上配管、ノズル
運転
スイッチ
停止
スイッチ
写真-10 制御盤内
図-6 ノズル配置の改善