街区設計における建築形状と材料の調和による屋外温熱気流環境・エネルギー消費の改善（平成 29年度）
The improvement of outdoor thermal-wind environment and indoor energy consumption by the harmony of the shape and the material of building for designing the block scale of the city

研究概要

従前、都市の高温化対策は、土木構造物や建築物など、都市の地表面構造物の素材の改善と、それらの物理的形状の改善が独立して研究されており、立地条件（気候）や気象条件（季節・時間帯）などの多様性により、その両者を適切に組み合わせた適用が課題となっていた。また、都市表面における放射とエネルギー収支については、流れ場のような相似則が存在しないほか、その制御も困難であり、スケールモデルを用いた実験事例は、Spronken-Smith and Oke (1999) などによる都市緑地を模したものがわずかに知られるのみである。本研究では、近年開発の著しいナノテクノロジーを応用した新しい建築材料を用い、その屋内外熱環境改善効果について、室内での模型実験、風洞実験のほか、屋外観測や数値シミュレーションによる検証を行い、それにもとづく都市街区デザインについての将来的指針づくりを目標とする。具体的には、風向・風速、日照などの異なる気象条件、異なる材料、窓のデザイン、アスペクト比など街区の形状、材料の配置が、建物周辺の気流系や屋内外の温熱環境へ与える影響を扱う。従前一般の風洞実験においては、建築模型表面を電熱線などで加熱し、建築模型における放射収支を陽に表現しない手法が用いられていた。本研究では流れ場への粗度の影響を最小限にする工夫をしながら、人工太陽光ランプを至近に設置し、夏季晴天日の屋外に近い放射条件を風洞内に再現するという、風洞実験の新しい手法を試みる。

研究の性格

• 主たるもの：応用科学研究
• 従たるもの：技術開発・評価

全体計画

平成27年度は、（研）物質・材料研究機構において、ナノテクノロジーを応用した建築材料を用いた屋内模型実験を進めるほか、（研）国立環境研究所において、CFDを用いた数値シミュレーションモデルを開発する。平成28年度以降は、（研）国立環境研究所において風洞実験を進めるほか、（研）物質・材料研究機構において屋外実測による検証を行う。加えて、平成29年度には（研）国立環境研究所において、CFDを用いた数値シミュレーションによる検証を行う。また、（研）国立環境研究所と研究協力協定のある気象庁気象研究所の風洞を利用し、毛利室長ほか風洞の研究者の指導・協力を得る。
1.ナノテクノロジーを応用した建築材料を用いた屋内模型実験（主に平成27年度）
2.風向と風速の効果についての風洞実験（平成28年度および平成29年度）
3.屋外実測による検証（主に平成28年度）
4.数値シミュレーション（平成27年度および平成29年度）

今年度の研究概要

従前のチャンバー実験、風洞実験、屋外実測の検証のため、計算流体力学（CFD）ソフトウェアを用いた数値シミュレーションを行う。数値シミュレーションの境界条件として、屋外実測やチャンバー実験で得られた素材の表面温度などを用いる。これらの数値シミュレーションを通じ、都市・建築計画上制御可能なパラメーターとして、素材による部分と形状による部分の両面から、屋外熱環境改善と屋内エネルギー消費削減に有効な知見を得るとともに、それらを適用する上での条件やバランスを考察する。また、CFD以外にも、Envi-MetやRayMan modelを適用し、屋外体感温熱指標（PMV, PPD, MRTおよびSET）を計算する。また、屋内エネルギー消費と屋外熱環境とのインタラクションをCFDモデルに組み込む。

外部との連携

研究分担者
（研）物質・材料研究機構　ラダー・ウー研究員
研究協力者
中国・瀋陽建築大学　林曄副教授（元・NIESリサーチアシスタント）
気象庁気象研究所　毛利英明室長