地 上気象観測 デー タを用 いたアス ファル ト舗装 の 内部温度推定
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(2) 実際 の舗 装表 面 と大気 との境 界で は,顕 熱輸送量や 太 陽 と大気 か らの輻射 ・散乱 ・反射 に よる熱量(全 天 日射 量),舗 装表 面 か らの赤外 放射 量そ して雨水 な どの気 化 に よって失 われ る熱量(潜 熱)等 も考 え られ る. そ こで本研 究で は, ① 舗 装体 内の温度 分布 に影響す る と思 われ る舗装表 面 と大気 との境 界で の現象 を示 し,そ れ による影響 因 子 を明 らかにす る. ② 舗 装表 面 にお け る伝熱 現象 を把握 した後,気 象庁 の 時別地 上気象観 測デ ー タを用 いた舗装 内部 の温度 分 布 を推 定す る手法 の構 築 とその解析結果 を示 す. ③ 舗 装 の深 さ方 向の温 度分布 を解析的 に求 め,各 因子 の深 さレベルへ の影響度 につい て検討 ずる. ④. 図‑1赤. ⑤. 各 因子 が,任 意 の表 ・基層 点にお け る温度変動 に ど の程度 影響 を及 ぼす のか を図示 し,既 往 の解 析モデ. 外放射量の 目変動4). ル との相違 に よる結 果 の比較 を し,本 解析 の有 用性. に よ り,雨 水 の実質的 な蒸発 可能 水量が どの程度 で ある. を示す.. のか分か らない.よ って ここで は気化熱 につい ては特 に. 舗装表 面で の影響 因子 の 日変 動量 を解析 的,定量的 に. 定義 せず,舗 装表 面 は乾燥 状態 であ る とし,ま た熱 伝達. 示 し,そ の推移 に対す る考察 を加 え る.. 率 は文 献3)を 参考に して定数値 を用い るこ ととす る.. を 目的 とす る. なお,こ こで の解析 に使 用 す る気象 デ ー タは,1995 年 に東京管 区気象 台 にお いて測定 された,1時. (1)赤 外放射量. 間毎 の地. アス ファル ト舗 装の よ うな蓄熱 特性 の高 い材料 を表 ・. 上気象観測 原簿 に記載 されたデー タで ある.ま た最近 で. 基層 に用 いてい る舗装 では,日 射 量の増加 と ともにそ の. は,財 団法 人 気 象情 報支援 セ ンター にて,年 度別 で の. 温度 も上昇 し,同 時 に舗 装表面 か らの赤外 放射 量 も増加. 全国各地 の気象 台にお け るこの よ うなデー タが収 め られ. す る.そ してその値 は一般 的 に午後1時 か ら2時 にか け. たCD‑ROMを. て ピー クをむか える とされ,そ の後 は減少 して い くもの. 手軽 に入手す ることも可能 である.. の,日 没後 にお け る傾 向は緩や かな もの とな る.こ こで 2.影. 響因子. 浅枝 ら4)5)6)に よって測定 され た8月 にお け る各 種舗 装 での赤外放射量の 日変動 量を図‑1に. 示す 。. 舗 装体 内の温度 への影響 因子 は,気 温,太 陽か らの輻. この測定結果 を見 て も判 るよ うに,ア ス ファル ト舗装. 射 熱,風 速,降 雨そ して気化熱 な どの気象 作用 となる外. は,コ ンク リー ト舗装 や土 に比 べて 日中の温度 上昇量 が. 的な もの と,地 面か らの輻 射熱,舗 装 構成材 料 と路床 の. 極 めて高 く,そ れ に比例 して赤 外放射 量 も高 くな ってい. 熱 伝導度,熱 容 量な らびに融 解潜 熱 を含 む温度 特性 に帰. るこ とが判 る.ま た,ピ ー ク後 日射 の減少 と共 にそ の量. す る内的 なもの とが ある.. H小 さくな るが,深 夜 で も依 然 として400W/m2以. 上の. 著者 は舗 装表面 と大気 との境界 におい て,顕 熱 の輸送. 赤 外放射量 が存在 してい る.こ の こ とか ら,実 質的 な正. 量つま り温度 の異 な る相 互間 での流 体 の運動 に連動 した. 味の放射 量は,舗 装表 面温度 が常 に大気 温度 よ りも高い. 熱 移動 で あ る"対 流 熱 伝達2)",そ して直達 日射量 と散. ことか ら,上 向 きに放 射 され てい る もの と推測 され,内. 乱 日射量 の和で あ る太 陽 と大気 か らの輻射 ・散乱 ・反射. 部 温度 に与え る影響 も非常 に大 きい と思われ る.具 体 的. に よる"全 天 日射量".ま た,舗 装表 面か ら大気 に向 け. な正味地球 放射量や 正味放射 量な どのそれぞれ の 内部 温. て放射 され る"赤 外 放射 量(長 波放射 量)"と 大気 か ら. 度への影響 につ いては,後 で解析 的に示 す こ ととす る.. の赤外 放 射 量 との差 に よ って表 され る"正 味 地球 放射 量"を 定義 し,そ れ に よ り舗装 内部の温度分布 を推 定す る.こ こで外的影 響 因子 と して考 え られ る降雨 によって 舗 装表面 に張 った雨水 の気化 に よる熱量(潜 熱)の 推移. (2)強 制対流熱伝 達率 Newtonの. 冷却法則 の比例係数 であ る熱伝 達率 は,空. 気の熱容 量 とい った流体 の物 性 との関係 か らも決 まって. につ いては,熱 伝達率 に含 めて考 える場 合 もある.し か. くるが,流 れ の性 質,つ ま り風速 に も強 く依 存す る とさ. しそ の因子 自身 の把握 が少 々困難 とな り,熱 伝達 率に含. れ,そ の時の熱 伝達 を特 に{̀強制対流熱 伝達"と い う.. めて の設 定 は問題 を複雑 にす る.著 者 らは現在,気 化 熱. 自然界 に曝 され た舗 装 の よ うな構造 物で は,自 然対 流 よ. のモデル 化 は出来 てい る.し か し実際 の舗 装 では排水 等. りも強制 対流が支 配的 にな るた め,そ の大 き さを一般的. ―106―.
(3) 図‑2大. 気 と舗装 表面にお けるエネル ギーの授 受. に示 す のは困難 であ る.こ れ までにお よその値 と して,. (2)初 期条件. 数 多 くの室内実験 に よって風速 と熱 伝達 率の関係式 が提. 初期条件 と して,各 節 点 におけ る初期 温度 を与 える必. 案 され て きた.し か しそれ らの値 は 区々であ り,ど れ を. 要が ある.し か し,通 常で は舗 装 内部 の温度 は測定 され. 用いれ ば よい のか判 らない.よ って平均 的な風速 での熱. てい ない.既 存 の研 究 にお け る設定方 法 には,日 ・月 平. 伝達 率の値 として,文 献3)に. 均気温や 日最高 ・最 低気温,実 測舗装 内部温度 ・気温等. 記載 された5.8W/(m2・K). を用い た.ま た この値 を用い て舗 装表 面にお ける熱 伝達. に よる気 温 と舗装 体内温度 との定常 も しくは非定常 な関. 量を推定 した結 果,比 較的妥 当な値 を得 ることがで きた.. 係 式 を導 き,そ れ に よ り簡易 的 に設 定 して い るものが多 い.こ れ らは,各 月におい ての平均 的なモデル 温度 を求. 3.舗. 装 内温 度 分 布 の推 定 方 法. め,設 定 してい る もので あ り,つ ま り気 象条件 の似通 っ た期間(夏 期や冬期 な ど)で の極端 に大 きな内部温度 変. 舗 装表 面部 は 自然環境 に曝 され てい る こともあ り,図 ‑2に 示 した よ うな 日射 や放射 な ど といった さま ざまな. 動や 気候 変動 は小 さい とす る仮定 を行 って い る.ま たそ. 影 響因子 が存在 し,そ れ らが舗 装内部 の熱 収支 に大 き く. きな問題 にはな らない とされ る.. 影 響 を してい る と思 われ る.そ のた め,こ れま での よ う. の初期値 の影 響 は,温 度 解析 の 中で徐 々 に無 くな り,大 本研 究では,日 射 に よる内部温度 への直接 的 な影響 の. に大気温 度の みか ら内部 温度 を推 定す る ことは,精 度 上. ない比較 的安 定 した温度 分布 とな る深夜0:00に. の限界 があ り,そ れ に替わ る理論的 な手法 を用 いて定量. 温度 を考 える.解 析期 間が同時季 の時,お よそ の値 を設. お ける. 的に推定す る必要が あ る.. 定 し,順 解析 の最 後の 同時刻0:00に. お ける温 度 を初期. 著者 は,舗 装 表面 での 自然環 境 に関わ る影響因子 を明. 温度 と して繰返 し温度 解析 を行 い,前 回 の順 解析 での各. らか に した境 界条件 を熱 伝導 方程式 に適 用 し,よ り実際. 時刻 にお ける結果 との温度差 が最 大 で1℃ 以下 にな るま. の現象 に近 いモデル の作成 を行 った.以 下 にそ の手法 に. で計算 を繰 り返す.通 常は2,3回. つい て記述す る.. の解 析結果 は,実 測値や 関係 式 か ら初期値 を設 定 した場. で条件 を満 た し,そ. 合 での結果 と,そ の解析過 程 で一 致す る よ うにな り,実 (1)支 配 方程式. 用 上へ の影響 は小 さい と思 われ る.. 舗装 内部 の温度 を推 定す る支配 方程 式 と して,下 式 に 示す よ うな1次 元 の熱 伝導方 程式 を用い る.ま た ここで は,各 舗装 内 にお け る伝 熱特性 は等 方性 とす る. (1) こ こ で,T:任. 意 の 点 にお け る舗 装 体 内 温度[℃]. a)固 定温度境界 一般 に路床 上面付近 の比較的 浅 く ,日 温度変化 の小 さ い位 置 に断熱 温度 境界 を設 け るこ とがあ る.著 者 らも温 度解 析 の結果 や実 測温度 デ ー タ等 よ り,舗 装表 面 下70 か ら80cm程 度 の位置 での温度 変動 は,短 期 間にお いて. z:舗 装表 面 か ら深 さ方 向 に とっ た軸[m] K:舗. (3)境 界条件. 装 材 料 の 熱 伝導 率[W/(m・K)]. は 日に依 らず ほぼ零 で安定 してい る ことを確 認 してい る,. ρ:舗 装 材 料 の密 度[kg/m3]. また解析 において,浅 い位置 に境界 を設定す るこ とは,. C:舗. 解 析効 率 も良い.よ って著者 らは,更 に安全側 を とって 2mの 位置 に固定温度 境界 を設 け,そ の温度 を20℃ と し. 装材 料 の比 熱[J/(kg・K)]. t:時 間[hr]. た.但 し長期の解析 で は,こ の付近 では季節 変動 な どに. とす る.. よる外 的な影響 や,構 成材料 の伝熱性 とい った 内的な影. ―107―.
(4) 響 に よって,必 ず しも安 定 した ものでは ない.そ のた め. の吸収率 を乗 じて求め るもの とす る.. 年 間 を通 して物性 や温度変 動が安定 した,よ り深 い位 置 に固定温度境 界 を設 定す る必要 があ る.. (5) こ こ に,制:全. b)気 象条件等 を考慮 した大気 との境界. 天 日射 量 に よ る入 熱 量[W/m2] α:吸 収 率. 舗 装表面 での気象作 用 によ る大気 との境 界条件 は下式 に示す通 りであ る.. 天 日射 量[W/m2]. と な る.吸 収 率 は,表 面 の物 性 や 性状 だ け で な く,そ の. (2) (3) こ こで,q:舗. S:全. 装 表 面 にお け る熱 流 出 入 量[W/m2]. フ ァル トの 吸 収 率 の値 と して,文. 献5)6)を. ス. 参考 に し. て 「0.90」と した. c)天 空 放 射 量(正. qcon:対 流 熱 伝 達 量[W/m2]. 味 地 球 放 射 量). 地 表 面 と大 気 との 間 に お け る放 射 エ ネ ル ギ ー 収 支 を 明. qsol:全 天 日射 量 に よ る入熱 量[W/m2] qsky:天 空放 射 量(正. 彩 色 に よ っ て も異 な る と され て い る.本 解 析 で は,ア. らか にす る必 要 が あ る.つ ま り地 表 面 か ら大 気 へ の 相 互. 味 地 球 放射 量)[W/m2]. の赤 外 放 射 量 を算 出す る必 要 が あ る.そ こ で,射. で あ る.. 温 度 露 の舗 装 面 と,天 空 温 度 恥 地 球 放 射 量 を,Berdabl. (4)舗 装表面 での伝 熱現象 について. and. 出率 ε,. との 間 に お け る正 味. Martin7)ら. に よって提案. され た次 式 を用 い て 求 め る.. 舗 装表面 と大気 との境界 での解析条件 におい て,伝 熱 (6). 現象 と して挙げた各 パ ラメー タにつ いての説 明 とその定 こ こ にqsky:天. 義式 を示 す. a)対 流熱伝達 量 存す ると した"Newtonの. 味 放 射 量)[W/m2]. 射 率). σ:Stefan‑Boltzmann定. 対 流熱伝 達 量は,大 気温度 と舗 装表 面温度 との差 に依. 数. (=5.67×10‑8[W/(m2・K4)]). 冷却法則"に よ り定義 され る.. Tsky:天 空 温 度[K]. (4) ここに,qcon:対. 空 放 射 量(正. ε:射 出率(放. Ts:表 面 温 度[K]. 流熱 伝達量[W/m2]. で あ る.射 出率 εは0〓 ε〓1の 範 囲値 を と り,黒 体 面 に. h:対 流熱 伝達率[W/(m2・K)]. 対 す る灰 色 面 の 熱 放 射 の 相 対 的 な 大 き さ を示 す 量 で あ る. Tair:大気 温度[℃]. が,物 質 の違 い は も ち ろん,表. Ts:舗 装表 面温度[℃]. 面 の 温 度 や 状 態(酸. 化の. とな る.ま た ここで用 い る熱 伝達率の値 は,平 均的 な風. 有 無 や 粗 度)な. 速時 での強制対 流熱伝達 を考 え,前 述 した定数値 を用 い. る.こ こ で は ア ス フ ァル トの射 出 率 を,文 献8)を. るもの とす る.. に して,平 均 的 な値 と して 「0.90」と設 定 した.. b)全 天 日射量. 天 空 温 度 の値 を求 め るた め に,こ れ ま で に気 象 観 測 デ ー タ と 関 連 付 け た 幾 つ も の 関 係 式 が 提 案 され て き た .. 太陽 熱が どの程度 地表 面 に吸収 ・蓄熱 され,ま た影響. ど に よっ て も異 な る値 を 示 すと され て い. を及 ぼ してい るのか を知 る一つ の手段 として,全 天 日射. 1932年. 量 を用いて簡易 的 に推定す る方法が ある.. を誘 導 し,1961年. 全天 日射 とは,地 表面 に太陽 か ら直接入射 す る直達 言. にBrunt9)は,天. 空 温 度 と水 蒸 気 圧 との 関 係 式. に は,Bliss10)が. 度 の 関係 を示 した.ま. 天 空 温度 と露 点温. た そ の 後,Swihbahk(1963)11). 射 量 と,大 気 中の気体分子,雲 粒や塵 埃 に よって散乱 ・. は,天 空 温度 と気 温 との 関 係 式 を 導 い た.そ. 反 射 され た太陽 面以外 か ら入射 した散乱 日射 量の和で表. 年 にBerdahl. され る 日射 量 の ことで あ る.姫 野 ら1)は,ＡMeDASデ ー タに記載 され た時間毎 の 日照 時間デー タな どか ら ,理. 範 囲 に及 ぶ デ ー タ を用 い て,露. and. 参考. Martin7)ら. は,自. して1984. 国 ア メ リカ で の広. 点 温度,乾. 球 温 度 そ して. 時 間 の 関 数 と して 天 空 温 度 を 以 下 の式 の よ うに 表 した.. 論 式 に よ り比較 的精度 良 く各 時間にお ける全天 日射量 を 推 定 した.ま た その全天 日射量 を熱 伝導解析 にお ける境. (7). 界条件 に用 い,ア スフ ァル ト舗 装層 内 の温 度分布 を推 定 してい る.. こ こで,Tsky:天. 本解析 にお いては,気 象庁東京 管 区気象 台の時別地 上 気象観測デー タに記載 され た1時 間毎 の全 天 日射量 を解 析時間毎 に換 算 し用 いる もの とす る.. 空 温度[K] Tair:気 温[K] Tdp:露. 点 温 度[℃]. t:時 間[hr]. 舗装表 面か らの 日射 に よる入熱 量 は,単 位 面積 に単位 時間 当た りに入 射す る全天 日射 量 に,表 層 アス フ ァル ト. ―108―. とな る.た だ し,こ の 式 は 露 点 温 度 の 範 囲 が‑20〜30℃ に お け る 実 験 デ ー タ を も とに 作 成 され た も の で あ る.天.
(5) お こな った.こ の期 間にお け る気象観測 デー タの 内,一 般 的な もの を図‑3に. 示 す.. 本解 析 では,境 界条件 を次 に示す よ うな4つ の ケース にわ けた.こ れ は,各 影響 因子が 内部 温度変動 に対 して どの程度影響 を及 ぼ してい るか をみ るた めで ある.. (8) (9) (10) (11) こ こ で,qcon,qsol,qskyは,そ (a)気 温,露. 点温 度,風 速,相. 対 湿度. れ ぞ れ 対 流 熱 伝 達 量,全. 天 日射 量 そ して天 空放 射 量 を表 して い る. 解 析 に 必 要 な 舗 装 構 造 断 面 は,図‑4に 層 構 造 モ デ ル を用 い た.ま. 示 す よ うな4. た 各 層 に お け る物 性 値 に つ い. て は,文 献 に よ る多 少 の ば らつ きは あ る も の の,文 献2) 3)8)12)〜19)を め,表‑1に. 4.舗. (1)舗. 参 考 に して,平 均 的 な値 を 決. 示 す よ うな値 と した.. 装 内温度分布の推定結 果. 装 内 部 温 度 の 日 変動 比較. 4つ の 境 界 条 件 そ れ ぞれ を用 い た 時 に お け る,舗 装 内 部 の任 意 の 点 で の 言温 度 履 歴 を図‑5〜8に 図‑6は,図‑5の. (b)全 天 日射量,言 照時間 図‑3地 上気象観 測原 簿 デー タ. 示 す.. 条 件 に 日射 の影 響 が 加 わ っ た た め,. 舗 装 表 面 の最 高 温 度 は80℃. を 超 え,CASE‑1に. 空 と外気 の温度差 は,一般 的 に暖か く湿 った気候 での5℃ 程度 か ら冷 た く乾燥 した気候 にお け る約30℃ の範囲 内 にあ るもの と され,雲 は快晴 時 以上 に,天 空温度 を上げ る傾 向が ある. (5)地 上 気象観測 デー タ 解析 におい て必要 な気 象観 測デー タは,全 天 日射 量, 気温 そ して露 点温度 の3つ で あ り,1995年. 東 京管 区. 気象 台にお いて測定 され た1時 間毎 の地上気象観 測原簿 に記載 されたデー タを簡易的 に使 用す る. 解析 に用 い る気象観 測デ ー タの期 間 と して,日 射量や 放 射量 な どそれぞれ の影響 度 が最 も大 き く,そ の量 を定 量的に示す こ とが比較的容易 な夏期(8月. の1ヶ 月間). を選ぶ.ま た 言変 動量 の比較 には,気 候 が安定 した平均 的な気象条件 の 日(8月8日. 〜9日)を. 図‑4舗. 選 定 し,解 析 を. 表‑1各. 舗 装 構 成 層 の 物 性 値2)3)8)12)〜19). ―109―. 装構造断 面(4層. 構造 モデル). 比べ て.
(6) 図‑5. 図‑7. CASE‑1. 図‑6. 図‑8. CASE‑3. 50℃ 近 く も高 く概 算 され た.ま. た,舗 装 表 面 下80cmの. 位 置 で は 両 方 と も温 度 勾 配 は ほ ぼ零 で あ る が,そ 表 面 か らの 入 熱 量 が 多 いCASE‑2は る.CASE‑2は,日. ら急 激 に舗 装. 表 面 で の 熱 収 支 が活 発 に な り,最 大 と な る14:00付 温度 も最 高 値 とな る.し か しCASE‑1で. CASE‑4. 夜 間 で の ア ス フ ァル ト層 の温 度 は,ほ. の値 も. 非 常 に高 く な っ て い. 射 が は じま る7:00か. CASE‑2. 近で. は,気 温 の み の. 度 と変 わ らず,こ は,CAES‑2同. ぼ 上層 の 路 盤 の温. れ に よ り対 流 熱 伝 達 の 式(4)の. みで. 様 に十 分 で は な い.. 図‑8のCASE‑4は,す. べ て の 影 響 因 子 を含 ん だ 境 界. 条 件 に よ る結 果 を 示 した もの で あ るが,日 射 に よ る入 熱, 熱 量 の 放 射(正. 味 地 球 放 射)そ. して 顕 熱 の輸 送(対. 流熱. 影 響 に よ り急 激 な入 熱 量 も な い こ とか ら,温 度 上 昇 量 も. 伝 達)に. 小 さ く,最 高値 が で る16:00頃. 度 な どは,現 実性 の あ る 平均 的 な 値 を得 る こ とが 出来 た.. ま で の 立 ち 上 が りも緩 や. よ り,舗 装 体 内 の 温 度 の 日傾 向や 最 高 ・最 低 温. か で あ る.こ の よ うに 日射 の影 響 を考 慮 す る事 で,非 常. また,正. に 高 い 温 度 に な り,そ の 影 響 度 の 高 さが判 る.し か し,. と比 較 して,表 面 で の 最 高 温度 が20℃ 近 く も下 が っ て い. この 温 度 は 非 常 に 高 く非 現 実 的 な値 で あ り,こ の こ とか. る.こ の こ とか ら,日 射 の あ る 日中 で も多 くの 熱 量 が 地. ら も全 天 日射 量 と顕 熱 の 輸 送 量(熱 伝 達)の. 表 面 か ら赤 外 放 射 と して 放 出 され て い る こ とが 伺 え る.. み で は十 分. 味 の地 球 放 射 量 を考 慮 しな い 図‑6のCASE‑2. な熱 収 支 を評 価 で き な い こ とが判 る. 図‑7のCASE‑3H,式(6)に. 示 した よ うに 正 味 の. 地 球 放 射 量 を舗 装 表 面 で の境 界 条 件 に加 え た もの で あ る. これ に よ りCASE‑1よ され て お り,さ. りも全 体 の傾 向 と して も低 く算 定. らに 舗 装 の 表 ・基 層 に あ た る ア ス フ ァル. ト混 合 物 層 の 温度 は,3:00か. ら6:00に. か け て 路盤 の 温. (2)各. パ ラ メー タ の 内 部温 度 分 布 へ の影 響. 図‑9に,6:00,10:00,14:00そ. して18:00に. お ける. 内部 温度 分布 を,各 境 界 条 件 の ケ ー ス につ い て 示 す . CASE‑1の. 対 流 熱 伝 達 の み を考 え た 場 合 に お い て は,. 大 き な入 熱 量 と して の 影 響 因 子 が 気 温 以 外 に は な い た め,. 度 よ り も低 く,こ の 時 間 に最 も多 くの熱 量 が 大 気 に 向 け. 温度 の上 昇 量 は小 さい.ま た 温度 の 日変 動 量 も表 面 で3℃. て 放 出 され て い る.こ れ が い わ ゆ る"放 射 冷 却"と. 程 度 しか な く,上 層 の 路 盤 付 近 で の 温度 変 動 量 も非 常 に. れ る現 象 で あ る.CASE‑1に. いわ. お い て,気 温 が 低 くな っ た. ―110―. 小 さい と言 え る..
(7) CASE‑1. CASE‑2. 図‑9各. 日射 の影 響 が加 わっ たCASE‑2で. CASE‑4. CASE‑3. ケースにおける深 さ方 向の温度 分布. は,表 面で1日 に. 40℃ 近 い温度変 動が あ り,路 盤 で もおお きな変 動が見 ら れ る.し か し,対 流熱伝 達に よる熱 量 の移動 に よ り,蓄 熱 性は極端 に大 き くあ らわれ ていない.ま た,著 者 は対 流熱 伝達 のない,日 射 のみの境界 条件 にお いて も解 析を 行 ったが,温 度 が摂 氏数 百度 に も達す る結果 とな った. これ は熱 の供 給 量が多 く,対 流熱 伝達や放 射 とい った現 象 がないた めに起 こった と思われ る. CASE‑3で. は,CASE‑1に. 比べ,全 体 の傾 向 と して低. く概算 され,ま た任 意 の経過 時間にお ける深 さ方 向の層 内温度 変化 量 には,と りわ け大 きな違 いは見受 け られ な かった.こ の こ とか ら,正 味 の地球放射 量に よる影響 に よって,深 さ方 向の舗装 体温度 の分布形 状に対す る極 端 な影響 はない と思われ る. CASE‑4は,日. 図‑10舗. 中に受 けた 日射 か らの入熱量が,18:00. 装面熱収支 の 日変化. 以降 に,放 射 と対流 の形 で大気 に放 出 され,最 高で10℃ 以上 の温度 低 下 となった.し か し日射 がな くとも依 然 と して舗装体 温度 は気温 よ りも高い.深 さ50cm以 上では,. (3)地 表 面熱収 支の 日変化量 CASE‑4に. おいて,任 意 の解 析 言におけ る正味放射 量,. ほぼ温度 も安 定 してお り,この時季 での温度 変動は,表 ・. 舗装表 面か ら大気 に向けて の赤外 放射量,顕 熱 の輸 送量,. 基層 と上層 の路盤部 で起 こる と思 われ る.但 し,路 盤 の. 正味 地球放射量 そ して全天 日射 に よる入熱 量の 日推移 を,. 下層部 にお け る温度 は,厳 密 には地熱 等の影響 に よ り必. 図‑10に. ず しも年 間 を通 じて安定 した ものではない.. 示 した.. 地表 面か ら大気 へ の赤外 放 射量は常 に大 きな値 で あ り, これ は常時上向 きの放射 量が存在 してい ることを示す.. 既往 の研 究 で姫野 ら1)は,比 較 的精度 良 くAMeDASデ ー タ を用 いて温度解 析 を行 って いるが ,そ の境 界条件 は ここでのCASE‑2の 条件 に近 い.こ の場 合,日 射 の入熱. 負 に なる ことは な く,こ の こ とは舗装表 面温 度が常 に外. 量 に対 して対流 に よる伝 達量 に実 質的 な放 射量 を含 めて. 気 よ りも高い こ とを意 味 してい る.. 扱 うこ とにな る.し か し本解 析結 果か ら,放 射量 の影響. 顕熱 による輸 送量 は,他 と比 べて小 さいが,そ の値 が. 正味 の放射量 は,17:00か. ら翌朝6:00に か けて負値 で. は大 き く,無 視す るこ とは出来 ない と思 われ る.結 果 の. あ り,こ れは上 向きの放射(放 射冷 却)が 起 きて い るた. 傾 向がCASE‑2と4で. めで,こ れに よ り舗 装体温度 は夜 間に低下 してい くこと. は似 てい るた め,解 析的 には対流. 熱 伝達量 に含 め る事 は上 手 くい き,便 利 で あるよ うだ が, 解 析モデル と して は実際 的で はない と思われ る.. ―111―. が判 る..
(8) 5.結. 論. 5). 浅 枝 隆, 藤 野 毅: 舗 装 面 の熱 収 支 と蓄 熱 特 性 に つ い て , 水 文 ・水 資源 学会 誌, VoL.5. No. 4, pp. 3‑7,. 本研 究の結果 を要約 し,以 下に示す.. 6). ① 舗 装 内部の温度 分布 を推定す るには,そ の境界条件. II‑23,. 地上気象観 測デ ー タの内,気 温,全 天 日射 量そ して. 8). Frank P. Incropera and David P. DeWitt: Fundamentals. Solar Energy. 13, 3. (1984). "Emissivity of Clear Skies.". 日射 は,舗 装体温度 に大 きな影響 を及 ぼす が,放 射. of Heat and Mass Transfer, Fourth Edition , John Wiley & Sons, 1996.. も放 射冷却 な どに よ り,温 度 と深 く関係 し,必 要な 影 響因子 であ る.. 9). Brunt, D., Quarterly J. Royal Meteorological Soc., 58, 389(1932). "Notes on Radiation in the Atmosphere .". 10). Bliss, R. W., Solar Energy 5, 103 (1961). "Atmospheric. ④ 舗 装表 面か ら上向 きには常 に多 くの赤外 放射量 が存 在 し,そ の影 響は大 きい. 今 回 は潜熱 の影響 を考慮 せず,舗 装表 面は乾燥状態. Radiation Near the Surface of the Ground.". と仮 定 した.今 後,表 面にお け る実質的 な蒸発 可能. 11). 水 量の把握 によ り,気 化熱 のモデル 化 を更に確 か な. Swinbank, W. C., Quarterly J. Royal Meteorological Soc., 89, 339, (1963).. ものに し,数 値解 析への適用 を可能 に したい.. "Long-Wave Radiation from Clear. Skies." 12). 料 を提供 して下 さった,中 央 大学の姫野 賢治氏 には大変. 土 質 基 礎 工 学 ラ イ ブ ラ リー23土. の凍 結. 13). 小 谷 昇, 井 田敏 行, 森 田幸 義: 図 解 土 木 講 座 ア ス フ アル. 14). N. C. ヤ ン, 猪 瀬 寧 雄, 井 上 静 三,. 感謝致 してお ります.ま た,気 象デー タの提 供 と相 談に ご協力頂 いた気象 庁統 計部 の方 々に も,こ こに深 く感 謝. 土 木 工 学 会 編:. 一そ の制御 と応 用 一 , 土 質 工 学 会, pp. 104.. 謝辞:本 研 究 を進 め る上 で,的 確 な ご助 言 と貴重 な資. ト混 合 物 の知 識(改 訂3版),. の意 を表 します.. 技 報 堂 出版, pp. 60. 山 下 弘 美: 舗 装 新 設. 計 法, 森 北 出 版, pp. 106‑109.. 参 考文献 1). 1993. 5.. Berdahl, P., and M. Martin,. 推 定す るこ とが出来 る.. ⑤. pp. 39‑47,. 7). 露 点温度 の3つ を用 い ることに よ り,舗 装 体温 度を ③. 北 原 正 代, 藤 野 毅, 和 氣 亜 紀 夫: 加 熱 され た舗. 装 上 空 の大 気 加 熱 過 程 の 解 析, 土 木 学 会 論 文 集, No. 467/. に気象作用 を考慮す る必 要があ る. ②. 浅枝 隆. 1992.. 15). 土 木 工 学 会: 舗 装 工学, 丸 善.. 16). 土 木 工 学 会 編: 土 質 基 礎 工 学 ラ イ ブ ラ リー35土. 姫 野 賢 治, 渡 辺 隆, 勝 呂太: ア ス フ ァル ト舗 装 の 内 部 温 度 の 推 定 に 関 す る研 究. 土 木 学 会 論 文集, No. 366/V‑4,. 1986. 2.. 質 工学. と気 象, 土 質 工 学 会. 17). 木 下誠 一: 凍 土 の 物 理 学, 森 北 出 版.. 18). Dude, J. A. and Beckman, W.A.: Solar Engineering of. 2). 庄 司正 弘: 伝 熱 工 学,東 京 大 学 出版 会, pp. 254.. Thermal Processes, Second Edition, John Wiley & Sons ,. 3). 天 野 隆 明, 森 吉 昭 博, 鏡慎,. 1991.. 笠 原 彰 彦: ア ス フ ァル ト舗. 装 の熱 応 力 と変 形 の粘 弾性 解 析, 土木 学会 論 文 集, No. 564 /V‑35, 4). 浅 枝 隆, ぼす影響. pp.23‑32,. 19). 1997. 5.. 斎藤 孝基: 東 京大学基礎 工学双書 応 用熱 力学, 東京 大学 出版会. ヴ タ ン カ, 北 原 正 代: 道 路 舗 装 の 熱 環 境 に及 環境 シ ステ ム研 究, VoL.19, pp. 93‑97,. THERMAL. 1991. 8.. ANALYSIS. OF ASPHALT. METEOROLOGICAL Takayoshi. SHIINA,. Kunihito. PAVEMENT. USING. DATA. MATSUI. and Smith, T. F.. Temperatureprofilein asphaltpavementmanifestsnonlineardistributionwhich varieswith time. In the past researches,there exist two majorapproaches;one uses a correlationbetweenair temperatureand temperaturemeasuredin pavement,and the other considersthe effectof solarradiation.However,asphaltwhichhas a strongcharacteristicsof absorbingand storingheat, alsoemit the heat to the atmosphere.Dust and waterdropin the atmospherealsoradiateheat to pavementThis paperpresentsa generalthermal flow model betweenpavementand its surroundingsandthe effectof factorsinvolvedinthe model onthe temperaturedistributionin pavementusingmeteorologicaldata. ―112―.
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