建物一体型霧集塵装置（BIFC）は、ファサード、屋根、遮光装置などの建築要素に霧収集機能を組み込んだシステムです。[1]開放的な地形に設置される独立型の大型霧集塵装置（LFC）とは異なり、BIFCは空気中の水滴を建物の外壁で直接捕捉することを目的としています。このように、建物の外壁は、天候や気候から建物を保護すると同時に、集水装置としても機能するという二重の機能を果たします。[2] BIFCは、多機能な外壁を追求する、より広範な建物一体型環境技術のカテゴリーに属します。[3]
概念と用語
建物の外壁を霧の集水装置として体系的に検討した研究は、Caldasら（2018）によって導入されました。彼らは、通気性のある二重壁のファサードを設計することで、空気中の飛沫を遮断し、水を貯水池に導くことができると提案しました。[1]フォローアップ研究において、同じ著者らは、集水ファサードの補完要素として、夜間に周囲温度よりも低く冷却して結露を誘発する表面である放射コンデンサーを用いた実験を報告しました。 [4] この研究を発展させ、Di Bitonto、Kutlu、Zanelli（2023）はスマートファサードの概念を開発し、霧の集水と日よけの両方の機能を提供できるモジュール式の繊維メッシュについて説明しました。[5]
動作原理
霧の集塵は、一般的に3つの段階、すなわち、メッシュまたはテクスチャ加工された表面による浮遊液滴の捕捉、これらの液滴の合体による大きな液滴の捕捉、そして液体の水が下方に排出されて貯留層へ送られるという段階を経て行われます。[6] このプロセスの効率は、空気力学的要因と材料要因の両方に依存します。数値シミュレーションでは、コレクターの形状、多孔性、および配向が、空気と液滴が表面の周りを流れる方法を変えることで、空気力学的集塵効率（ACE）に影響を与えることが実証されています。 [7] 一方、表面の化学組成も同様に重要です。親水性と疎水性のストリップが交互に配置されたヤヌスメッシュを用いた実験室実験では、均一なメッシュと比較して排水性と目詰まり耐性が向上することが示されていますが、屋外での長期耐久性はまだテストされていません。[8]
より直感的に言えば、このプロセスは次のように機能します。霧を含んだ空気が建物に組み込まれたメッシュまたはテクスチャのある表面に遭遇すると、空気中の小さな水滴が捕らえられます (捕捉)。これらの水滴は表面に集まり、他の水滴と融合して成長し (凝集)、接着力を克服するより大きな水滴になります。十分な大きさになると、重力によってファサードまたは屋根システムに組み込まれた溝またはトラフに流れ落ちます (収集)。材料の選択 (表面の親水性または撥水性)、メッシュの形状 (多孔性、厚さ、パターン)、壁からの角度と間隔、および風の流れの処理方法はすべて、取得する水分量に大きく影響します。メッシュの前で乱流がなく空気がスムーズに流れ、水がすばやく排水される設計の方が、はるかに効果的です。
歴史的発展
霧を淡水資源として利用することは、建物への統合以前から行われてきた。ラッシェル網を用いた大型の霧収集器は、乾燥した沿岸砂漠、特にチリで長年使用されており、Cereceda、Schemenauer、Suit (1992) は、農村コミュニティへの代替水源としての霧収集器の貢献を報告している。[9]建築分野では、Suau (2010) がアタカマ海岸沿いの持続可能なデザインの一環として霧収集について論じた。[10]建物規模での統合に関するより体系的なフレームワークは、Caldasら(2018) によって概説され、二重スキンのファサードが霧収集の外壁として潜在的であることを強調した。[1]その後の革新には、切り紙にヒントを得た収集器があり、切り取って折り畳んだパターンを使用して渦を発生させ、液滴の沈着を増やす。Liらは、霧収集器が、霧の集積を促進するのに役立つ可能性があると述べている。 （2021）は、風速0.8～2.4 m/sで18～24 L·m⁻²·h⁻¹の実験室収量を実証し、1平方メートルのモジュールが屋外加湿器テストで1時間あたり3.51 kgの水を生成したと報告しましたが、これらの結果は自然の霧の状態と直接同等ではありません。[11]
類型と設計戦略
BIFCの設計には、文献にいくつかのアプローチが記載されています。固定メッシュスクリーンをファサードに取り付けることで、飛沫を捕らえながら日陰を作ることができます。また、通気性のあるダブルスキンファサードでは、構造壁から分離された外部集塵層が採用されています。[1] Di Bitontoら（2023）は、霧水収集に加え、植生と組み合わせることで日陰や空気浄化の可能性など、環境面での利点も併せ持つモジュラーテキスタイルパネルを統合したスマートファサードのコンセプトを提案しました。[5]一部の設計提案では、霧水収集メッシュを調整可能または移動可能な日陰装置と統合する可能性について言及されていますが、公開されている文献には、そのような実装はまだ記載されていません。最近の研究では、この概念をいわゆる「グリーンブルーファサード」へと拡張しています。ダウアディとアブデルラーマン（2024）は、霧を集めるメッシュを緑の壁に組み込むことを検討し、集められた水が植生を維持し、同時に都市環境の空気質と温熱的快適性を改善できると提案しました。[12]ハイブリッドなアプローチも研究されています。アラザムら（2024）は、太陽光発電パネルを霧や雨からの発電と集水の両方に利用する方法を研究しました。[13]
主要なパフォーマンス要因
霧集水システムの性能は、主に風速、霧の発生頻度、液体水分量などの気象条件に左右されます。[6]設計レベルでは、集水器の形状と向きが空力効率に大きな影響を与えます。これは、気流と液滴の運動に関する3次元シミュレーションによって実証されています。[7]材料特性も重要な役割を果たします。Janusメッシュなどの濡れ性パターンを持つメッシュは、実験室実験において液滴の除去速度を速めることが示されています。[8]レビューでは、サイト固有の気候条件と統合戦略を慎重に検討する必要があることが強調されています。Brambillaら（2022）は、ファサードに統合された大気水集水技術は依然として実験段階にあり、建物の外壁にスケールアップした場合の風化、コスト、メンテナンスに関する不確実性に直面していると結論付けています。[3]
アプリケーション
BIFCの用途は、一般的に灌漑、トイレの水洗、清掃など、飲料水以外の用途に向けられています。チリにおける従来のLFCプロジェクトでは、信頼できる代替手段のない地域で、霧収集がコミュニティの水供給を補えることが実証されました。[9]建物規模では、Di Bitontoら（2023）は、スマートファサードが緑の屋上や中庭に水を供給し、地中海性気候におけるレジリエンスを向上させることができると提案しました。[5]同様に、DhaouadiとAbdelrahman（2024）は、霧収集コンポーネントを備えた緑のファサードは部分的に自給自足になり、灌漑需要を減らすと同時に、冷却や騒音低減などの環境的コベネフィットにも貢献できると主張しました。[12] Suau（2010）は、アタカマ砂漠の生態学的文脈における設計対応としての霧収集について議論しました。[10]
利点と課題
BIFCの潜在的な利点は、その多機能性にあります。単一の建物外皮で日よけ、美観、そして補助的な水分供給を提供できます。レビューによると、軽量メッシュであればファサードへの統合は概念的には可能ですが、個々のケースに応じた構造上およびメンテナンス上の考慮事項が依然として重要です。[3]緑化壁や太陽光発電パネルなどの他の外皮システムとの統合は、さらなる相乗効果をもたらすことが示唆されています。[12] [13]課題は依然として大きく残っています。収量は気候に大きく依存し、季節的な霧の発生状況によって変動します。霧・塩分・塵埃への曝露に対する耐久性については十分な文書化がされておらず、ファサード規模の長期試験は限られた報告しかありません。[3] LummerichとTiedemann（2011）も、霧水の採取は経済的にまだわずかに競争力があり、建物外皮への統合はコストをさらに増加させる可能性があると指摘しています。[14]これらの理由から、BIFCは有望ではあるものの、さらなる実験的検証を必要とする新興技術として広く議論されています。[3]
参照
参考文献
- ^ abcd Caldas, Luisa; Ramos, Maria M. (2018). 「建物外壁を用いた霧からの集水：パートI. 概念的枠組み」.水と環境ジャーナル. 32 (4): 493– 499. doi :10.1111/wej.12335.
- ^ Schemenauer, RS; Joe, PI (1989). 「大規模霧集塵機の集塵効率」大気研究. 24 ( 1–4 ): 53– 69. Bibcode :1989AtmRe..24...53S. doi :10.1016/0169-8095(89)90036-7.
- ^ abcde Brambilla, A.; Gasparri, E.; Zolfaghari, L.; Keshavarzi, R.; Andaloro, A. (2022). 「大気水分採取技術の建物ファサードへの適用可能性について：批評的レビュー」Journal of Cleaner Production . 366 132809. Bibcode :2022JCPro.36632809B. doi :10.1016/j.jclepro.2022.132809.
- ^ Caldas, Luisa; Ramos, Maria M. (2018). 「建物外壁を用いた霧からの集水：パートII．放射コンデンサー」. Water and Environment Journal . 32 (4): 500– 508. doi :10.1111/wej.12337 . 2025年9月14日閲覧。
- ^ abc Di Bitonto, Maria Giovanna; Kutlu, Ahmet; Zanelli, Alessandra (2023). 「スマートファサードによる霧水採取と気候変動に強い建築環境」Consoli, S. (編).グリーン・デジタル移行における技術的想像力. アーバンブックシリーズ. シュプリンガー. pp. 725– 734. doi :10.1007/978-3-031-29515-7_65. ISBN 978-3-031-29514-0。
- ^ ab Klemm, Otto; Schemenauer, Robert S.; Lummerich, Anne (2012). 「淡水資源としての霧：概要と展望」. Ambio . 41 (2): 221– 234. Bibcode :2012Ambio..41..221K. doi :10.1007/s13280-012-0247-8. PMC 3357847. PMID 22328161 .
- ^ ab Carvajal, Danilo; Silva-Llanca, Luis; Larraguibel, Dante; González, Bastián (2020). 「3次元数値シミュレーションによる霧水コレクターの空力霧収集効率について」. Atmospheric Research . 245 105123. Bibcode :2020AtmRe.24505123C. doi :10.1016/j.atmosres.2020.105123 . 2025年9月14日閲覧。
- ^ ab Kim, Yeon; Lee, Hae Jin (2022). 「霧の集光効果を高める詰まりのないJanusメッシュ」ACS Applied Materials & Interfaces . 14 (21): 24556– 24565. doi :10.1021/acsami.2c03419 . 2025年9月14日閲覧。
- ^ ab Cereceda, P.; Schemenauer, RS; Suit, M. (1992). 「チリ沿岸砂漠地帯の村々への代替水供給」.国際水資源開発ジャーナル. 8 (1): 53– 59. Bibcode :1992IJWRD...8...53C. doi :10.1080/07900629208722533.
- ^ ab Suau, C. (2010年7月). 「アタカマ海岸における霧の収集と持続可能な建築」(PDF) .第5回霧・霧の収集・露に関する国際会議議事録. pp. 25– 30.
- ^ Li, Jing; Ran, Ranjiangshang; Wang, Haihuan (2021). 「空気力学を活用した効率的でスケーラブルな切り紙霧コレクター」. Nature Communications . 12 (1) 5484. Bibcode :2021NatCo..12.5484L. doi :10.1038/s41467-021-25764-4. PMC 8445985. PMID 34531392 .
- ^ abc Dhaouadi, Souhir; Abdelrahman, Omar (2024). 「自然に着想を得た緑と青のソリューション：霧の集光技術を都市の緑化壁デザインに組み込む」. Sustainability . 16 (2): 792. Bibcode :2024Sust...16..792H. doi : 10.3390/su16020792 .
- ^ ab Alazzam, I.; Shatanawi, K.; Al-Weshah, R. (2024). 「太陽光パネルからの雨水と霧の採取」. Global Journal of Environmental Science and Management . 10 (3): 955– 968. doi :10.22034/gjesm.2024.03.02.
- ^ ルメリッヒ、A.;ティーデマン、KJ (2011)。 「経済競争力の瀬戸際にある霧水採取」。エルドクンデ。65 (3): 305–306。書誌コード:2011Erdk...65..305L。土井：10.3112/erdkunde.2011.03.07。
