防災と省エネから考える水のパッシブデザイン

エネルギーのつどい（市川）
ワインと酒とエネルギーのつどい 2014 ～エネルギー自立のための省エネを考える～
防災と省エネから考える水のパッシブデザイン
近畿大学工学部建築学科 准教授 市川尚紀
水災害 & 水不足
防災
省エネ
エネルギー問題
1
エネルギーのつどい（市川）
都市型水害と雨水流出抑制
地球の水
淡水
2.481%
水蒸気
0.001%
生物
0.0001%
地下水
29%
川
0.004%
湖
0.04%
氷
71%
海水
97.507%
水の構成
日本の降水量
：
１人あたりの降水量 ：
淡水の分布
世界平均の約２倍
世界平均の１/４
2
エネルギーのつどい（市川）
流域（雨水が流れ込む範囲）の都市化
都市型洪水と河川の直線化
妙正寺川の被災（中野区）
善福寺川の越水に伴う浸水（杉並区）
2005年9月4日夕方～5
日に上陸した台風14号。
局地的に100mm/hを超え
る大雨。
被害は負傷者13名、住
家一部損壊3棟、床上浸
水3107棟、床下浸水
3284棟（消防庁調べ10
月6日現在）
30mm/h対応
30mm/h対応
白子川の河川改修（練馬区）
建設費640万円／m
川延長は約10kmなので
計640億円
手前50mm/h対応
75mm/h対応
3
エネルギーのつどい（市川）
河川改修では防げない内水氾濫
50mm/h規模の大雨
平常降雨
河川から溢水
→浸水被害
下水道から溢水
→浸水被害
河川付近の低地
▽ＨＷＬ
▽ＨＷＬ
下水道へ
下水処理場へ
30mm/h対応の
白子川
30mm/h対応の
白子川
逆流
流式下水道
30mm/h対応の合
一定以上の雨が降ると
汚水混じりの雨水が白子川へ流れ込む
50mm/h規模の大雨
50mm/h規模の大雨
下水道から溢水
→浸水被害
河川付近の低地
下水道から溢水
→浸水被害
河川付近の低地
▽ＨＷＬ
下水道へ
比丘尼下流
調節地により
50mm/h対応に
なった白子川
下水道へ
河川掘削
逆流
75mm/h対応の
白子川
流式下水道
30mm/h対応の合
逆流
下水道
m/h対応の合流式
大雨時は 30m
下水道へ排水できない
川だけで治水対策を行なうことは不可能
総合治水(1979年)
排水機場の整備
調節池・分水路等の設置
河
川
管きょの整備
下
水
道
河川や下水道によって
雨水を集水して
貯留するオフサイト貯留
治水施設
ポンプ場の整備
雨水調整池等の設置
大規模開発時のみ適用
調整池の設置
貯留
雨水貯留施設の設置
(各戸貯留・公園貯留等)
雨水流出抑制
浸透マス・浸透トレンチ等の設置
浸透
建
築
敷
地
雨水の移動を最小限に抑え、
雨が降ったその場で貯留する
オンサイト貯留
浸透性舗装の整備
各戸浸透施設の助成
河川法適用外のため
治水効果は期待されてない
4
エネルギーのつどい（市川）
河川立体区域制度による地下調節池（1995年）
浸透マス
地下調節池(河川事業)
砕石幅(Ｗ)＝0.6ｍ
設計水頭(Ｈ)＝1.0ｍ
出典：白子川比丘尼橋下流地下調
節池パンフレット
単位設計浸透量
0.00018m3/秒
＝
(0.18リットル/秒)
排水能力
77m3/秒
建設費約230億円
浸透マス約43万基分の能力
約100億円(2.5万円/基)
調整域と涵養域の提案
5
エネルギーのつどい（市川）
雨水流出調整の提案
河川区域
河川区域
δ.公共集合住宅
α.学校
貯留広場
δ.公共集合住宅
α.学校
貯留広場
雨池
白
子
川
白
子
川
道路
β.公園
貯留広場
Ｂ
．
管
理
用 η.生産緑地
通
路
ζ.住宅敷地
雨池
Ａ．水路跡
ζ.住宅敷地
道路
橋
Ｂ
．
管
理
用
通
路
Ｂ
．
管
理
用 η.生産緑地
通
路
ζ.住宅敷地
せせらぎ水路
ζ.住宅敷地
Ｂ
．
管
理
用
通
路
Ａ
．
水
路
跡
せせらぎ水路
Ａ．水路跡
Ａ
．
水
路
跡
橋
雨池
β.公園
ζ.住宅敷地
貯留広場
大雨時は調整域の公的土地
の外部空間で雨水流出抑制
β.公園
β.公園
ζ.住宅敷地
雨池
雨上がり後、池に溜めた雨水を
ゆっくりと流せば洪水は防げる
しかし、合流式下水道区域では、雨水を河川ではなく下水道へ流さなければいけない
流域の健全な雨水循環
流域の健全な水循環系を取り戻すためには、流域全体で、雨水を受け止め、
川や大地や空にゆっくりとかえし、用水路や水田が担っていた多様な効果をねらうことが重要
6
エネルギーのつどい（市川）
建築と自然エネルギー
日本のCO2排出量は世界第５位
排出されるCO2の約１／３は建築関連
その約２／３が建物運用時の排出量
パッシブデザイン
建物自体によって、
その地域の気候特性を上手に制御し、
太陽光、季節風、地中熱といった
身近な自然エネルギーをコントロールして
環境負荷を低減するとともに、
快適な居住空間をつくること。
7
エネルギーのつどい（市川）
エネルギー消費
1970年代
第一次エネルギー危機（オイルショック）
アクティブソーラー
高度な技術を駆使して、
自然エネルギーを、
電気製品や冷暖房機器、
給湯器などの
熱源に交換すること
例：太陽光発電など
エネルギー消費
パッシブソーラー
・太陽光を取り入れる。
・日射を遮蔽する。
・高気密・高断熱
による省エネルギー対策
･･･パッシブの基本
冬の寒さを凌ぐことができる
高気密・高断熱建築が普及。
冷暖房負荷の軽減には
一定の効果が上がった。
京都議定書(1997)
基準年： 1990年
目標期間：2008～2012年
目標：－６％
民生部門
1990年度→2007年度で1.4倍
東広島市『東広島市地域新エネルギービジョン』（2010.2）より
8
エネルギーのつどい（市川）
エネルギー消費
5,000
・事業所ビル
・百貨店
・各種商品小売業
・卸・小売業
・飲食店
・ホテル・旅館
・学校
・病院・医療施設
など
（1015J）
4,500
4,000
3,500
4,462
53％
3,000
2,500
業務部門
2,000
1,500
1,000
家庭部門
47%
500
0
65
70
75
80
85
90
95
00 03
出典：経済産業省 資源エネルギー庁 エネルギー白書2005
パッシブヒーティング
パッシブヒーティング
ダイレクトゲイン
集熱
蓄熱
9
エネルギーのつどい（市川）
パッシブクーリング
パッシブクーリング
パッシブクーリングは難しい？
日射遮蔽
放射冷却
地中熱利用システム
蓄冷
放射
冷却
外気
ファン
ロックベッド
http://www.leoi.co.jp/contents/geopower.phpより
水のパシブデザイン
10
エネルギーのつどい（市川）
水のパッシブデザイン
雨水は水道水よりも冷たい（夏季）
出典：「自然エネルギー利用のためのパッシブ建築設計手法事典」（彰国社）
水のパッシブデザイン
熱容量：ある物体の温度を１℃上昇させるのに必要な熱量
密度
比熱
Kg/m3
木
容積比熱
Kcal/kg・℃ Kcal/ｍ3・℃
548
0.32
コンクリート
2270
0.2
土
1890 ５倍
1000
水
熱容量
0.21
近似
1
J/K
３倍
175
732
483
2200
397 ２倍
1000
1660
4180
水の熱容量は、あらゆる物質の中で最大
雨水を蓄冷・蓄熱の媒体とし、
冬は太陽熱で雨水を温めて暖房
夏は地中熱で雨水を冷やして冷房
ができないか？
11
エネルギーのつどい（市川）
水のパッシブデザイン
太陽光発電パネル
屋根水流下
太陽熱温水器(⑥)
集熱部 1001×2001×60mm(2枚)
貯湯槽部 465×2008×505mm
有効採湯量 200リットル
雨水
補給水
冬期
タンク切替え
自動制御盤(⑤)
夏期
屋根面積
約60㎡
庭散水
トイレ流し
など
樋
吐水量26L/min
始動揚程18m
出力250W
雨水分流器(①)
200
初期降雨排水
400
ポンプ(③)
GL
吐水量16L/min
始動揚程16m オーバーフロー
余水排水
出力150W
床冷暖房
ラジエータ
ファンコイルユニット
など
オーバーフロー
3,870
熱交換装置(⑦)
雨水貯留槽(②)
鉄筋コンクリート製ピット
貯留量：1,670W×1,670D×1,450H≒4トン
600
※浄化槽の再利用も可
雨水保温・保冷タンク(④)
既製ドラム缶（径600×高900）×5本
貯留量：300×300×3.14×3,870≒1トン／1本
水のパッシブデザイン
特徴①
雨水を冷暖房にも活用
・一般的な木造住宅に汎用可能
・既存の雨水利用システムと兼用可能
・都市型洪水抑制、地下水涵養、微気候調節などの効果も
雨水分流器の構造
貯水槽
へ
初期降
雨
12
エネルギーのつどい（市川）
水のパッシブデザイン
特徴②
既製品のドラム缶を活用した雨水保温保冷タンク
・安価な施工コスト
・既存の一般住宅へ採用可能
・汚染外気によるリスクなし
水のパッシブデザイン
水温制御＆室温制御
水温 ＞25℃ 次のタンクへ切り替わる
室温 ＞28℃ ポンプ稼働 ＜24℃ ポンプ停止
雨水保温・保冷
タンク(④)
タンク切り替え自動制御盤(⑤)
枡
910
データロガー
ポンプ(③)
雨水分流器(①)
ポーチ
GL
排水
2730
ＦＣＵ(⑦)
-3m
T型熱電対
ホール１
低温水式
床暖房パネル(⑦)
1365
-4m
雨水保温・保冷タンク(④)
ダイニング
キッチン
リビング
2730
-2m
下部
ラジエータ(⑦) 雨水貯留槽(②)
玄関
5460
-1m
Ｎ
ぬれ縁
0AW
実験室
2730
雨水分流器(①)
3640
9100
2730
13
エネルギーのつどい（市川）
水のパッシブデザイン
℃
25
タンク1
24
タンク2
タンク3
23
タンク4
水温
22
21
20
19
18
地中温度
17
16
14
9:00
13:00
17:00
21:00
1:00
5:00
9:00
13:00
17:00
21:00
1:00
5:00
9:00
13:00
17:00
21:00
1:00
5:00
9:00
13:00
17:00
21:00
1:00
5:00
9:00
15
水のパッシブデザイン
a地点
℃
35
b地点
c地点
33
d地点
外気温
e地点
f地点
31
外気温
室温
29
27
25
23
7月20日
21
7月21日
7月22日
7月23日
7月25日
7月24日
15:00
9:00
3:00
21:00
15:00
9:00
3:00
21:00
15:00
9:00
3:00
21:00
15:00
9:00
3:00
21:00
15:00
9:00
3:00
21:00
15:00
9:00
14
エネルギーのつどい（市川）
雨水利用事例
埼玉県越谷市ホームページより
浄化槽を雨水貯留槽に転用
埼玉県越谷市
3万5千円／件
・水中ポンプを含めた工事費
6万円～10万円の約半額
・浄化槽の埋め戻し費用と同等
愛知県日進市
上限8万円／件
かつ経費の3分の2以内
福島県郡山市
上限20万円／件
かつ経費の3分の2以内
広島県東広島市
制度無し
雨水利用事例
■地域のコミュニティの場
（ポケットパーク）
■災害時の避難路になる路地
（清掃器具・防災設備付き）
■設置は行政・維持管理は住民
身近な防災拠点「路地尊」（東京都墨田区）
15
エネルギーのつどい（市川）
雨水利用事例
太陽と雨の家（東京都国分寺市）
雨水利用事例
開発者：日建設計
断面140mm×120mm
水源：雨水
『日経アーキテクチャー2009.5.11』より
16