日本ヒートアイランド学会論文集 Vol.4 (2009)
Journal of Heat Island Institute International Vol.4 (2009)

学術論文

人工排熱の排出特性が都市熱環境の再現に及ぼす影響- 京阪神地域を対象とする感度分析 Sensitivity Analysis in Urban Climate Simulation Model to Determin Parametars that Strongly
Influence on the Simulation Accuracy- A case study around the Keihanshin district -照井 奈都 *1
鳴海 大典 *1
下田 吉之 *1
1st Natsu TERUI 2nd Daisuke NARUMI 3rd Yoshiyuki SHIMODA*1 大阪大学 Division of Sustainable Energy and Environmental Engineering, Osaka University
Corresponding author: Natsu TERUI, narumi-d@see.eng.osaka-u.ac.jp
ABSTRACT
In order to develop measures that effectively mitigate urban heat island phenomenon, a simulation
model capable of predicting urban thermal climate precisely must be developed. This paper analyzes
sensitivity of estimated air temperature in a meso-scale climate model to how anthropogenic heat isreleased. The result showed that the total amount of heat release from the residential, transportationand industrial sectors, the pattern of heat release from the residential and industrial sectors, theheight of the industrial sector have a significant influence on air temperature during night and earlymorning while atmosphere is stable.
キーワード : ヒートアイランド , 人工排熱 , 感度分析 , 現況再現
Key Words : Urban heat island, Anthropogenic heat, Sensitivity analysis, Reproduction

ら10年間隔で、空間としては日本全国のデータが標準地域

１．はじめに

3 次メッシュで入手可能であり、その影響を分析することはそれほど労を必要としない。

ヒートアイランド現象は都市被覆の人工化や人間活動に伴うエネルギー消費によってもたらされるものであり、多後者の二次破壊系要因に関する影響について分析を行う

くの要因が複雑に関与してその時空間特性が決定される。

場合は、民生部門に関しては建物用途別の延床面積を基本

尾島(1)はヒートアイランド化の要因として「一次破壊系要データとして、交通部門に関しては交通量を基本データと因（都市被覆の改変）」と「二次破壊系要因（エネルギー消して、産業部門に関しては大規模事業所におけるエネル

費に伴う排熱）」に分類し、それらの相乗作用により都市熱

ギー消費量を基本データとして、それぞれ人工排熱量を推環境が悪化すると述べている。
これら両者の影響を分析す計することが一般的である。ここで、特に民生部門に関しることを目的として、メソスケール数値解析手法を用いたては、建物用途別の建築ストック（延床面積）に関する情多くの検討が工学や気象学分野を中心に行われている

報に加え、排熱機器の効率や建物用途別ストック比率など(2)(3)。

様々な情報を必要とする。
延床面積は地方自治体等で整理

前者の一次破壊系要因に関する影響について分析を行う

している統計情報を基にデータを整備することが一般的で場合は、主として国土数値情報などの土地利用データを基あるが、空間分布情報として建物用途別に延床面積等を整に被覆状況を表現することが一般的である。
関連研究とし理している機関（多くの場合は行政機関）は稀であり、多ては村上ら(5)や佐藤ら(6)が挙げられる。例えば国土数値情

くの場合研究者が独自にデータを入手し、様々な工夫を施

報は、時間としては昭和51年から現在にかけて概ね5年かして建築ストックに関する空間分布情報を作成しているの(4)- 15 -

表１

建物用途別E消費原単位

民生部門
排熱量

メッシュ別・建物用途別
延床面積データ※各自治体より各事業所別燃原料
使用量データ

建物用途別
熱源機器効率・比率
燃焼機器別燃料
種類別排熱発生率

時別運転本数パターン※環境省より

産業部門
排熱量

府県別ガソリン・
軽油販売量データ※『石油資料月報』より

月別・時刻別

電動ターボ
冷凍機

人工排熱
データベース

交通部門
排熱量

3.3

2.8

1.2

0.12

1.00

0.11

0.88

0.00

0.89

商業

0.64

0.13

0.23

事務所

0.37

0.31

0.33

遊興娯楽

0.19

0.25

0.56

宿泊施設

0.21

0.13

0.66

文教施設

0.19

0.25

0.56

学校

0.05

0.40

0.56

大規模病院

0.25

0.29

0.47

医療厚生

0.25

0.29

0.47

庁舎建築

0.67

0.11

0.19

機
器
比
率

幹線・細街路別交通量
メッシュデータ※DRM,国土数値情報より

吸収式
冷凍機

機器COP
潜熱排熱発生率（注3）

顕熱・潜熱
水系排熱別

空冷
ヒートポンプ

顕熱排熱発生率（注3）※各社時刻表より

路線別鉄道電力消費量※鉄道統計年報より

機器効率・排熱比率・構成比率（業務）

図１ 人工排熱データベースの整備方法が現状である。
このような検討を行った事例として一ノ瀬

対象として整備している人工排熱データベースの概要を示

ら や足永ら 、筆者ら が挙げられる。このうち、筆者

し、メソスケール数値解析モデル(11)を用いて気温分布の再らは排熱形態の分離（顕熱・潜熱・水系）、排出時間の考慮、

現や各部門別の人工排熱に関する影響評価を行った上で、部門別データ（民生・産業・交通）の必要性に配慮した上

人工排熱の排出特性に関する感度分析を行うことによってで、近畿圏を対象とする人工排熱データベースを作成して各パラメータの有する影響程度について検討した。

(7)

きた

(8)

(9)

。
この人工排熱データベースでは都市における人工(10)

２．人工排熱データベースの概要

排熱量を可能な限り詳細に推計するために多くのパラメー
タに関する情報を整備しているが、パラメータの中には整備に多大な労を要するものや、
何らかの根拠を基にした仮筆者らは民生部門・産業部門・交通部門の各部門別エネ

定に頼らざるを得ないものも存在するのが実情である。

ルギー消費量を基にして、排熱形態別および月・時刻別に

以上の背景から、将来的に様々な地区や年度（将来予測

第 3 次地域標準メッシュ（約 1km 四方）単位で近畿圏全域も含め）を対象として人工排熱データベースを整備し、都の人工排熱データベースを整備している(10)(12)(13)。図１に

市熱環境影響を評価していくにあたり、都市熱環境に強い

整備方法の全体概要を示す。また、以下に部門毎の整備方影響を及ぼすパラメータを事前に把握し、影響力の強いパ法について概要を述べる(注 1) 。

ラメータを詳細かつ優先的に整備していくなど、
人工排熱
2.1

データベースを構築していく上での注意事項を知見として民生部門整理することは有益と考えられる。そこで本研究では、大民生部門の人工排熱は、主として住宅や業務建物などで阪府を中心とした京阪神地域を対象に、メソスケール数値

消費されるエネルギーに起因するものである(注 2)。人工排解析モデルの地表面境界条件となる人工排熱データベース

熱データベースでは標準地域3次メッシュ毎の建物用途別の設定条件に関して感度解析を行うことによって、人工排熱需要量を延床面積データならびにエネルギー消費原単位

熱の排出特性が都市熱環境の再現状況に及ぼす影響についから推計し、
建物用途別熱源機器比率や機器効率などを基て基礎的な検討を試みた。本論文では、筆者らが近畿圏をにメッシュ毎の排熱量を算出している。なお、エネルギー[W/m 2 ][W/m 2 ]図２ 民生部門顕熱排熱量（8 月 14 時）

図３ 交通部門顕熱排熱量（8 月 14 時）- 16 -

60

800

交通

600

産業

400

民生

大阪府人工顕熱排熱[TJ/h]

府県別人工排熱総量[PJ]

1000

200
0
滋賀

京都

大阪

兵庫

奈良

和歌山

50

民生顕熱

40

交通顕熱

30
20
10
0

図４ 各府県別の人工排熱総量(部門別年間総量)

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

時刻[h]
形態別人工排熱 [PJ]1000

図６ 大阪府域の民生・交通顕熱排熱の日変化（8 月）

800

水系

600

潜熱

表２ 計算領域の概要
計算領域 [km]grid数

gridサイズ広領域

196×372

42,180個 [38×74×15]

5km

狭領域

100×100

150,000個 [100×100×15]

1km

顕熱

400
200
0
滋賀

京都

大阪

兵庫

奈良

和歌山

表３ 人工排熱の排出位置
図５ 各府県別の人工排熱総量(排熱形態別年間総量)
部門

消費原単位や機器比率などは関西地区建物エネルギー消費実態調査(14)の結果を参考に設定している。
計算に用いた業

排出位置

空調（電動ターボ冷凍機） 屋上階
民生部門 空調（吸収式冷凍機）

務部門の機器効率・排熱発生率(注 3)・建物用途別機器構成

空調（熱取得）給湯

比率は表１にそれぞれ示すとおりである。
データベースの一例として、8 月の 14 時における顕熱排熱の空間分布（狭領域）を図２に示す。
2.2

排出項目

空調（空冷ヒートポンプ） 各階均等

交通部門

（注７）

各階均等
各階均等

自動車

地上第1層

鉄道

地上第1層

産業部門 全

産業部門

屋上階

煙突高さ

産業部門の人工排熱は、主として工場や発電所などで消を有する兵庫県や大阪府、和歌山県に多くの産業排熱が存費されるエネルギーに起因するものである。
人工排熱デー

在することや、大阪府や兵庫県では民生・交通排熱が突出

タベースでは環境省の大気汚染物質排出量総合調査(15)に記して存在することがわかる。これらに対して、滋賀県や京載されている燃原料使用量データを基に、燃焼機器別・燃

都府、奈良県では排熱量が比較的少ないことがわかる。排

料種類別の排熱発生率から第3次メッシュ毎の人工排熱量

熱形態別の結果から、産業排熱や交通排熱、民生部門のうを算出している(注 4) 。

ち住宅からの排熱が多い府県では全体的に顕熱の割合が多くなる一方で、業務建物からの排熱が多い府県では潜熱の2.3 交通部門

割合も大きくなる特徴がある。
図６に大阪府における民生交通部門の人工排熱は、主として自動車や鉄道などで消および交通部門の人工顕熱排熱の日変化（8月）を示す。民費されるエネルギーに起因するものである。
人工排熱デー

生部門の顕熱は、昼間は主として業務建物から、夜間は主タベースでは、このうち鉄道については、鉄道統計年報(16)として住宅から放出され、
図６はそれらの特徴が混じったに記載されている路線別鉄道電力消費量と平均的な鉄道運

時間特性を示している(注 5)。交通排熱は交通量の多い昼間

行パターンより第3次メッシュ毎の人工排熱量を算出してを中心に放熱されている。

いる。自動車については、石油資料月報(17)に記載されている府県別ガソリン・軽油販売量を第 3次メッシュ毎に整備

３．計算モデルの概要

した幹線・細街路別交通量データ(18)(19)で按分することに本章以降では、２章で紹介した近畿圏を対象とする人工よりメッシュ毎の人工排熱量を算出している。
データベー

排熱データベース (10 )(12 )(13 ) を用いて都市熱環境の数値シスの一例として、8月の14時における顕熱排熱の空間分布

ミュレーションを行い、都市における人工排熱がヒートア（狭領域）を図３に示す。

イランド現象（都市熱環境）に及ぼす影響や人工排熱の種々設定条件（排出特性）が都市熱環境の再現状況に及ぼ

2.4 近畿圏の人工排熱全体像

す影響について検討した結果を紹介する。本章では、以下近畿圏の府県別に集計した人工排熱の部門別内訳を図４に計算モデルの概要を述べる。

に、排熱形態別内訳を図５に示す。いずれも年間積算の排本研究で用いるメソスケール数値解析モデル(11)は、運動出量を示している。部門別の結果から、臨海部に工業地帯

方程式、温位・比湿保存式及び連続式の各基礎方程式に加- 17 -

190km
196 kmZ* (m)
5000

100
100 km
km

広領域
広領域

層番号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

4000

狭領域
狭領域

100km
100
km

372
370km
km

3000

2000

1000
国設大阪観測点
富田林市役所観測点

0

メッシュ幅 領域高さ（上端）
[m]
[m]
8
8
8
16
8
24
8
32
48
80
129
209
210
419
290
709
371
1080
452
1532
532
2064
613
2677
694
3371
774
4145
855
5000

図７ 計算領域（左：水平方向、右：鉛直方向）
え、乱流モデル、接地境界層モデル、地表面熱収支モデル、

年の8月を対象に海陸風が卓越している日のみを抽出した

都市キャノピーモデルの各サブモデルで構成される。
計算

平均値を用い、
各時刻別に標準偏差も併せて示した(注8)。
比領域は、図７に示す紀伊水道を含む全体領域（広領域）内

較結果について、
日平均値のみならず位相や振幅とも良好に小領域（狭領域）を設定し、両領域を one-way ネスティな結果が得られている。

ング手法で結合した。
表２に計算領域や計算メッシュ数な
どの概要を領域別に示す。
人工排熱に関しては２章で紹介

4.2 部門別人工排熱が気温分布に与える影響

した近畿圏人工排熱データベースを用い、
時刻別・部門別・(1) 民生排熱の影響

形態別（水系は除く）に各計算メッシュに付加した。な

図１０に民生部門の人工排熱を考慮した場合（ベースラ

お、人工排熱の付加位置は、４章では部門別に表３に示す

イン条件）と考慮しない場合（民生部門のみ排熱無し）の位置に設定した。計算は 8月の晴天日（快晴）を想定した。

気温差（14 時および 2 時）に関する狭領域内の分布状況を

なお、境界条件や初期条件、土地利用条件などの計算方法示す。図６の結果から分かるように、民生顕熱排熱は14時の詳細は鳴海ら(9)を参照されたい。

と比較して 2時には概ね半減するにも関わらず、大阪の中

４．人工排熱が気温分布に与える影響

あるのに対して、2時には0.8℃程度に達している。
これは、

(注 6)

心部における気温影響に関しては、14時には0.3℃程度で夜間には大気が安定化するために、排熱の上空拡散が抑制
4.1 気温分布の再現精度に関する評価されることによるものである。なお、夜間の昇温域に関す現況の再現結果として、全部門の人工排熱を考慮した場

る地域特性としては、
概ね大阪市を中心として影響範囲が合（全部門現状データ：ベースライン条件）の、狭領域内
36

た、
図９に気温予測結果に関する計算値と観測値の比較を、

34

大阪府の都心部(大気汚染常時監視測定局国設大阪観測点

32

を含む計算メッシュ)と郊外部（大気汚染常時監視測定局
富田林市役所観測点を含む計算メッシュ）について示す。

気温 [℃]の14時と2時における気温分布予測結果を図８に示す。まなお、それぞれの位置は図７中に示している。観測値には

30
28

計算値

26

観測値

24

上述した大気汚染常時監視測定データの 2000 年から 2003

1

]
37

都心部

3

5

7

9

11 13 15
時刻 [JST]

17

19

36

32

29

25

[℃]
37

気温 [℃]

28

23

14 時

19

23

郊外部

34
33

21

32
30
28

計算値

26

観測値

24

2時

[℃]
37

図８ 狭領域内の現況気温分布予測結果

1

3

5

7

9

11 13 15
時刻 [JST]

17

19

21

23

図９ 気温予測結果に関する計算値と観測値の比較- 18 -

[K]

[K]

[K]

図１１ 民生排熱（住宅）の有無

図１０ 民生排熱の有無による気温差（左：14 時、右：2 時）

による気温差（2 時）

[K]

[K]

[K]

図１２ 産業排熱の有無による

図１３ 交通排熱の有無による

図１４ 全部門排熱の有無による

気温差（2 時）気温差（2 時）気温差（2 時）1.6

り、人工排熱によるヒート

1.4

淀屋橋

1.2

平尾

1

高槻

アイランド形状が明瞭に形成されていることが確認された。図１１に民生部門の
うち住宅の人工排熱を考慮

排熱による気温差[K]広く郊外までに拡大してお

0.8
0.6
0.4

した場合（ベースライン条

0.2件）と考慮しない場合（住宅0のみ排熱無し）の気温差（2時）に関する狭領域内の分布状況を示す。図１１と図１０を比較すると、2時には

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

時刻[JST]

図１５ 全部門排熱の有無による気温差の日変化（都心部：淀屋橋、臨海部：平尾、郊外部：高槻）

図１６ 気温考察の固定点

両者に明確な違いが認められないことから、
この時間帯のイン条件）と考慮しない場合（交通部門のみ排熱無し）の

民生排熱による気温影響はそのほとんどが住宅起因による

気温差（2 時）に関する狭領域内の分布状況を示す。また、ものであり、業務建物の影響は小さいことがわかる。

図６に交通部門の人工顕熱排熱の日変化（8月：大阪府）を示す。大阪の中心部における気温影響に関しては、14時に(2) 産業排熱の影響
図１２に産業部門の人工排熱を考慮した場合（ベースラ

は0.2℃程度であるのに対して（図は省略）、2時には0.4℃

イン条件）と考慮しない場合（産業部門のみ排熱無し）の程度に増加しており、昼夜の影響程度の変化は民生部門と気温差（2 時）に関する狭領域内の分布状況を示す。産業

同様の傾向を示した。
夜間の昇温域に関する地域特性とし排熱の排出位置は、表３に示すような煙突高さに設定されては、
交通排熱の影響を受ける地域は狭領域の全体に広くている。そのため、特に大阪府や兵庫県では産業排熱の総及び、特に影響を大きく受ける地域が主要幹線道路沿いの量が多いにも関わらず（図４）、
地上付近の気温分布に及ぼ

局所に見受けられた。

す影響は相対的に小さく、2時には最高値が0.4℃弱にとど(4) 全部門排熱の影響
図１４に全部門の人工排熱を考慮した場合（ベースライ

まった。

ン条件）と考慮しない場合（全部門排熱無し）の気温差（2(3) 交通排熱の影響時）に関する狭領域内の分布状況を、図１５に代表地点に

図１３に交通部門の人工排熱を考慮した場合（ベースラ- 19 -

表４ 感度解析における分析項目

部門

項目

条件

感度解析における設定条件の内容

ベースライン条件

0%排出
100%排出50%排出
8-18時に一定量を継続排出（総量は変わらず）
関西地区建物エネル
8-22時に一定量を継続排出（総量は変わらず）
ギー消費実態調査（１４）
業務地区における電力供給実績から作成した時間変化（２０）地上第1層（0-8m）において排出
建物各階もしくは屋上
空冷ヒートポンプの比率を倍増（電動ターボおよび吸収式を削減） 関西地区建物エネル
ギー消費実態調査（１４）空冷ヒートポンプの比率を100％0%排出
100%排出50%排出
関西地区建物エネル
0-24時に一定量を継続排出（総量は変わらず）
ギー消費実態調査（１４）
住宅地区における電力供給実績から作成した時間変化（２０）地上第1層（0-8m）において排出
建物各階
全0%排出
全50%排出
全100%排出細街路のみ0%排出（幹線道路は変わらず）
幹線道路のみ0%排出（細街路は変わらず）
鉄道のみ0%排出国土交通省・環境省の設定（２１）

筆者らの設定（９）

0%排出
50%排出

100%排出

0-24時に一定量を継続排出（総量は変わらず）

国土交通省・環境省（２１）地上第1層（0-8m）において排出地上第6層（81-209m）において排出（全煙突の重み平均）

煙突毎に設定業務(商業系) ベースライン条件

業務（事務系） ベースライン条件

住宅ベースライン条件

業務 条件(1)

業務 条件(2)

業務 条件(3)

住宅 条件(1)

住宅 条件(2)

交通 ベースライン条件

産業 ベースライン条件

交通（幹線道路） 条件(1)

交通（細街路） 条件(1)産業 条件(1)

0.12

0.12

0.10

0.1

0.08

0.08

時刻別比率

時刻別比率

条件(1)
排出総量
条件(2)
条件(1)
排出時間
条件(2)
パターン
民生業務部門条件(3)排出鉛直位置 条件(1)条件(1)冷房機器比率
条件(2)
条件(1)
排出総量
条件(2)
民生住宅部門
条件(1)
排出時間
パターン
条件(2)
排出鉛直位置 条件(1)
条件(1)
条件(2)
排出総量
条件(3)
交通部門
条件(4)
条件(5)
排出時間
条件(1)
パターン
条件(1)
排出総量
条件(2)
排出時間
産業部門
条件(1)
パターン
条件(1)
排出鉛直位置
条件(2)

0.06
0.04

0.06
0.04
0.02

0.02

0

0.00
0時

4時

8時

12時

16時

0時

20時

4時

8時

12時

16時

20時

図１７ 民生部門排出時間パターン

図１８ 交通部門・産業部門排出時間パターン

おける気温差の日変化を示す。代表地点には、都心部、臨阪神地域の都市熱環境を再現するとともに、人工排熱（全海部、郊外部の代表としてそれぞれ図１６中に示す「淀屋

量および部門別）が都市熱環境に及ぼす影響について検討

橋」、
「平尾」、
「高槻」の 3 地点を選定した。図１５の結果を行った。本章では、都市熱環境に強い影響を及ぼすパラから、都心部や臨海部では昼間には 0.6℃程度、夜間にはメータを事前に把握し、
人工排熱データベースを構築して最大 1.4℃程度の気温影響が確認された。これに対して郊

いく上での注意事項を整理することを目的に、人工排熱の外部では昼間の影響は小さく 0.2℃程度である一方で、夜排出特性に関する感度分析を行った。具体的には、各部門間には影響が強まり、
特に22時頃には都心部とほぼ同程度

において、表４に示すように排出総量・排出時間パターン・（1.2℃）の影響が確認された。

排出鉛直位置・冷房機器比率等について複数条件で計算し、４章で求めたベースライン条件との計算結果の比較を行う
ことによって、各パラメータの有する影響を評価した。

５．人工排熱の排出特性に関する感度分析

5.1 感度分析の設定条件

４章では筆者らが整備した人工排熱データベースをメソ

1) 民生・業務部門

スケール数値解析モデルの地表面境界条件として用い、
京- 20 -

0時

4時

8時

0.00

排出時間パターン

気温変化[℃]

-0.15

0.08

気温変化[℃]

0.2

-0.10

民生業務部門
排出鉛直位置

民生業務部門0.3-0.05
気温変化[℃]

0.10

0.4

12時 16時 20時

0.1
0.0

0.06
0.04

-0.1
0.02

-0.2

-0.20

民生業務部門
排出総量

-0.25

-0.3

1.0

民生業務部門 冷房機器比率

0.00

0時

4時

8時

12時 16時 20時

0時

4時

8時

12時 16時 20時

0時

4時

8時

12時 16時 20時

0.2

0.0
0.1

0.8

-0.2

0.4
0.2

-0.3
-0.4
-0.5

0時

4時

8時

12時 16時 20時

0時

4時

0.08

0.02

-0.3
-0.4

交通部門
排出総量
（条件(1),(2)）

-0.5
0.00
0時

4時

8時

-0.6

12時 16時 20時

0.10

排出時間パターン
0時

4時

8時

12時 16時 20時

0時

4時

8時

12時 16時 20時

-0.1

-0.2

気温変化[℃]

気温変化[℃]

0.04

民生住宅部門

0.0

-0.1

0.06

-0.2

8時 12時 16時 20時

0.0

民生住宅部門 排出鉛直位置

-0.1

-0.4

民生住宅部門 排出総量

-0.7

0.10

0.0

-0.3

-0.6

0.0

気温変化[℃]

気温変化[℃]

0.6
気温変化[℃]

気温変化[℃]

-0.1

0時

4時

-0.2
-0.3

交通部門
排出総量
（条件(3),(4)）

-0.4
-0.5

0.6

8時 12時 16時 20時

産業部門
排出時間パターン0.0

気温変化[℃]

気温変化[℃]

0.00

-0.05

交通部門 排出時間パターン

-0.2
-0.3
-0.4

0.4

8時

12時 16時 20時

0.0

-0.6

産業部門 排出総量

産業部門 排出鉛直位置

-0.3
0時

-0.7

5時

10時

15時

20時

淀屋橋 条件(1)

平尾 条件(1)高槻 条件(1)0.2

淀屋橋 条件(2)平尾 条件(2)高槻 条件(2)0.1

淀屋橋 条件(3)平尾 条件(3)高槻 条件(3)0.0

淀屋橋 条件(4)平尾 条件(4)高槻 条件(4)淀屋橋 条件(5)平尾 条件(5)高槻 条件(5)0.3

気温変化[℃]

4時

0.3

-0.5

-0.10
0時

気温変化[℃]

-0.1

0.05

-0.1
-0.2
-0.3

図１９

-0.4
0時

4時

8時

12時 16時 20時

代表地点（淀屋橋、平尾、高槻）における各感度解析条件とベースラ

イン条件との気温差 （※各条件の気温からベースライン条件の気温を引いた値）- 21 -

民生業務部門に関しては、「排出総量」「、排出時間パター

た条件を図１８に示す。

ン」、「排出鉛直位置」、「冷房機器比率」の 4 項目について

5.2 感度解析の計算結果

感度分析を行った。排出総量に関しては「条件(1)：0％排

ベースライン条件に対して5.1節で述べた条件にそれぞ出」、「条件(2)：50％排出」の 2 条件、排出時間パターンにれ変更し、メソスケール数値解析モデルによって計算を関しては「条件(1)：8-18 時に一定量を継続排出」、「条件行った。計算結果として、図１９に各条件のベースライン(2)：8-22時に一定量を継続排出」「、条件(3)：業務地区にお条件との気温差（各条件の気温からベースライン条件の気ける時別電力供給実績から作成した時間変化」の3条件、排温を引いた値）を、大阪府内の代表地点（図１６）におけ

出鉛直位置に関しては「条件(1)：地上第 1 層（0-8m）におる日変化として示す。

いて排出」の 1 条件、冷房機器比率に関しては「条件(1)：(1) 民生・業務部門

空冷ヒートポンプの比率を倍増（増加分は電動ターボ冷凍

業務部門においては、
都心部でいずれの条件においても機および吸収式冷凍機を各比率に応じて削減）」「、条件(2)：

最も大きな影響が見受けられる。
排出総量に関しては、
4.1

空冷ヒートポンプの比率を100%」の2条件をそれぞれ設定

節でも述べたように、後述する民生住宅部門と比較するとした。
排出時間パターンの条件(3)は、業務建物が集積する

その影響は非常に小さく、
特に臨海部や郊外部では一日を

大阪市中央区備後町付近の電力供給区における時別電力供通して0.05℃に満たないものであった。
排出量に応じた気

給量実績データ(20)から、夏期と中間期の差を冷房用電力消温変化については、概ね線形的な変化を示した。時間パ費量とし、これの日変化を排出時間パターンと設定した。

ターンに関しては、大気が比較的安定な状況下にある 7〜

排出時間パターンについて、
ベースライン条件とここで設

8時や19〜23時に影響が強く現れており、業務部門の排熱定した 3条件を図１７に示す。

影響を評価する上では業務開始時刻や終業時刻の設定が非

2) 民生・住宅部門

常に重要になると言える。
排出鉛直位置の影響は最大でも民生住宅部門に関しては、「排出総量」「、排出時間パター

0.1℃未満であり、その影響は非常に小さいことがわかる。

ン」、「排出鉛直位置」の3項目について感度分析を行った。

以上のパラメータによる影響は最大で 0.3℃の変化と、あ排出総量に関しては「条件(1)：0％排出」、「条件(2)：50％

まり大きな影響を与えていないが、これは 4.1節でも述べ排出」の 2 条件、排出時間パターンに関しては「条件(1)：た通り、業務部門排熱が主として大気の不安定な昼間に多0-24時に一定量を継続排出」「、条件(2)：住宅地区におけるく排出されることによるものである。
冷房機器比率に関し

時別電力供給実績から作成した時間変化」の 2 条件、排出ては、空冷式（空冷ヒートポンプ）が倍増することにより鉛直位置は「条件(1)：地上第 1 層（0-8m）において排出」

都心部で0.2℃、全空冷化することにより0.8℃近くの気温の1条件である。排出時間パターンの条件(3)は、住宅が集上昇が見られる。
空調機の空冷化は排出顕熱総量の変化に積する豊中市上新田地区付近の電力供給区における時別電

大きな影響を与えるため、排熱による気温感度の小さい昼

力供給量実績データ

間にも関わらず大きな影響が見られており、業務部門の冷から、業務部門と同様の方法で作成(20)した。排出時間パターンについて、ベースライン条件とこ

房機器比率の設定が非常に重要になると言える。

こで設定した2条件を図１７に示す。

(2) 民生・住宅部門
住宅部門においては、都心部のみならず郊外部において

3) 交通部門
交通部門に関しては、「排出総量」、「排出時間パターン」

も大きな影響が見受けられる。排出総量に関しては、23時の 2項目について感度分析を行った。排出総量に関してはに郊外部で最も大きく、その幅に関しても 0.7℃弱と民生「条件(1)：全0％排出」、「条件(2)：全50％排出」、「条件(3)：

業務部門と比較して最大値で3倍程度と非常に大きいもの

細街路のみ 0％排出」、「条件(4)：幹線道路のみ 0％排出」、であった。
都心部や臨海部では4時頃に最大で0.4℃程度の「条件(5)：鉄道のみ 0％排出」の 5条件、排出時間パターン

影響がみられており、その影響は郊外部の半分程度であっに関しては「条件(1)：国土交通省・環境省による設定(21)」た。最も影響の強くなる時間帯は、地域の大気安定性と排の 1 条件である。排出時間パターンについて、ベースライ

熱量のバランスで決まるものであり、安定化の遅い都心部

ン条件とここで設定した条件を図１８に示す。

や臨海部では影響が最大となる時刻が遅くなる特徴が見受

4) 産業部門けられる。排出量に応じた気温変化については、排出総量

産業部門に関しては、「排出総量」「、排出時間パターン」、

が減少するにつれてやや気温変化が大きくなる傾向が見ら「排出鉛直位置」の3項目について感度分析を行った。排出れた。
これは排出量が減るにつれて大気が安定化に向かう総量に関しては「条件(1)：0％排出」、「条件(2)：50％排出」

ため、気温感度が徐々に高まることによるものである。時の 2 条件、排出時間パターンに関しては「条件(1)：0-24時

間パターンに関しては、
ベースライン条件のパターンがやに一定量を継続排出」の1条件、排出鉛直位置は「条件(1)：や夜間割合の高い変化を示しており
（図１７）
、
夜間割合の

地上第 1 層（0-8m）において排出」、「条件(2)：地上第 6 層

小さい感度解析条件では特に20時以降に大きな差異を生じ（81-209m）において排出（大阪市の主要煙突のエネルギーている。排出鉛直位置に関しては、住宅部門は元々建物高消費による重み平均高さ：144.5m)」の 2条件である。排出さが低く、かつ各階排熱の設定であったため、鉛直位置の

時間パターンについて、
ベースライン条件とここで設定し変化が小さいことから、影響はほとんど認められない。以- 22 -

表５ 感度解析結果から考察される各排熱特性項目の影響程度
部門

項目

排出総量
排出時間パターン
排出鉛直位置
冷房機器比率
排出総量
民生住宅部門 排出時間パターン
排出鉛直位置排出総量（幹線）
排出総量（細街路）
交通部門
排出総量（鉄道）
排出時間パターン
排出総量
産業部門
排出時間パターン
排出鉛直位置
民生業務部門

都心部
○
○
△
○
◎
◎
×
◎
×
×
×
○
○
△

影響程度
備考
臨海部 郊外部△×△×
始業終業時刻設定が重要××△△
空冷水冷比が重要◎◎
夜間に大きく影響○◎
夜間の設定が重要××◎△
昼夜を通して比較的大きな影響
×
×
×
×
×
×
◎
△
昼夜を通して比較的大きな影響◎△
夜間に大きく影響○△大きいと言える。

上の結果から、住宅部門の排熱影響は主として大気が安定することによって気温感度の高くなる夜間に排出されるこ

６．結論

とから、
総量や時間パターンの設定が非常に重要になると言える。

本研究では、大阪府を中心とした京阪神地域を対象に、(3) 交通部門
交通部門においては、
都心部に次いで臨海部でも大きなメソスケール数値解析モデル(11)の地表面境界条件となる人影響が見受けられる。
郊外部は夜間の気温感度が高いにも工排熱データベースの設定条件に関して感度解析を行うこかかわらず、その影響は小さいものであった。また、民生とによって、
人工排熱の排出特性が都市熱環境の再現状況

部門の業務建物や住宅の結果と比較して、交通部門は昼夜に及ぼす影響について基礎的な検討を試みた。
以下に本論

を通して影響が比較的大きいことがわかる。
排出総量に関文で得られた知見を整理する。

しては、明け方から 7 時にかけて影響が強く、都心部で最１）
最も気温上昇に影響を与えているのは民生住宅部門の大 0.5℃の変化がみられた。この影響はほとんどが幹線道

人工排熱であり、次いで産業部門と交通部門が同程度、最路からの自動車排熱の影響であり、細街路からの自動車排も影響が弱いのは民生業務部門であった。
産業部門は全部

熱や鉄道排熱による気温影響は小さい。
排出量に応じた気門中で最も排熱量が多いにも関わらず、影響が交通部門と温変化については、民生住宅部門と同様に、排出総量が減

同程度にとどまったのは、排出鉛直位置が高いことによる。

少するにつれてやや気温変化が大きくなる傾向が見られた。

２）
全部門排熱の有無による気温差は都心部および臨海部

時間パターンに関しては設定条件間に大きな違いがないこでほぼ同程度の値を示した。都心部では民生・交通・産業とも影響して、その影響は小さいものであった。以上の結部門の影響がほぼ同程度であるのに対して、臨海部では産果から、交通部門の排熱影響は昼夜を通して比較的大きく、業部門の影響が支配的であった。

また幹線道路の自動車排熱の影響が大きいことから、
幹線３）業務部門の排出時間パターンに関して、大気が比較的道路における日積算総量が重要になると言える。

安定な状況下にある7〜8時や19〜23時に影響が強く現れ(4) 産業部門ており、業務部門の排熱影響を評価する上では業務開始時

産業部門においては、臨海部に次いで都心部でも比較的刻や終業時刻の設定が非常に重要になることが示された。

大きな影響が見受けられる。また、交通部門と同様に、産４）住宅部門の排熱影響は気温感度の高くなる夜間に排出業部門は昼夜を通して影響が比較的大きいことがわかる。

されることから、排出総量や排出時間パターンの設定が非排出総量に関しては、その影響が臨海部で大きく現れてお常に重要になることが示された。

り、22 時に最大で 0.6℃程度変化しているが、郊外部では

５）
交通部門の排熱影響はほとんどが幹線道路からの自動

0.2℃程度の変化で地域間の差が大きいことがわかる。
排出車排熱の影響であり、細街路からの自動車排熱や鉄道排熱量に応じた気温変化については、
概ね線形的な変化を示し

による気温影響は小さいことが示された。

た。排出時間パターンに関しては、簡略化を意図して24時

６）産業部門の排熱影響は昼夜を通して比較的大きく、排間一律で設定した場合、夜間には0.5℃程度、昼間には0.2

出総量はもちろんのこと、
排出時間パターンや排出鉛直位℃程度の違いを生じており、昼夜ともに比較的大きな差異

置についてもその設定の影響は大きいことが示された。

が認められる。排出鉛直位置に関しては、地上第 1 層なら以上の結果を総括すると、表５に示すように、部門ごと、びに地上第 6層のいずれの条件に関しても、比較的大きな

排熱特性項目ごとに都市熱環境に及ぼす影響の程度を整理変化が認められる。以上の結果から、産業部門の排熱影響することが可能となる。
人工排熱データベースの構築にはは昼夜を通して比較的大きく、排出総量はもちろんのこと、

多大な労を要するのが現状であることから、
このような整時間パターンや排出鉛直位置についてもその設定の影響は理を行うことによって、将来的に様々な地区や年度を対象- 23 -

として人工排熱データベースを整備し、都市熱環境を評価に存在するストック平均としての値を設定することが今後していくにあたり、
研究者や行政などが優先的に整備すべの課題として挙げられる。

きパラメータを選定することが可能になるとともに、
ヒー(8)観測値には大阪府環境情報センター管轄の大気汚染常時

トアイランド対策を行うにあたり、最も気温感度が高いパ

監視測定局測定データによる2000年から2003年の8月を対ラメータに関連する事項について対応を検討するなど、
効

象に海陸風が卓越している日のみを抽出した平均値を用い率的な対策シナリオを検討することが可能になると考えらた。なお、海陸風日の判定には吉門（24） と同様の方法を用れる。

いた。対象期間中のデータでは、雨天日が全体の 21%、海陸風日が全体の26%、
その他の非海陸風日が全体の53%を占

本研究では大阪府を中心とした京阪神地域を対象に評価めていた。

を行ったが、
人工排熱が都市熱環境に及ぼす影響には地域性が大きく影響することから、
今後は床面積構成や産業構
造、
都市規模が異なる地域を対象に同様の検討を行うこと

参考文献

によって、
地域性の俯瞰を行うことが課題として挙げられ(1)尾島俊雄，熱くなる大都市（1975）、NHK ブックス .

る。

(2)持田灯，重要論文のレビューとリスト 都市気候変動，
日本建築学会総合論文誌，1（2003），pp.128-133.

註記(3)大岡龍三，ヒートアイランド研究の状況，空気調和・衛(1)人工排熱データベースの作成方法に関する詳細は下田ら

生工学，79-5（2005），pp.369-376，2005 年 .
(4)一ノ瀬俊明，
環境システムとしての大気・熱環境研究の、羽原ら （12）、鈴木ら （13） を参照されたい。

（10）(2)本研究では民生部門の人工排熱として、
空調起因ならび

来し方行く末，第28回環境システム研究論文発表会講演集に給湯起因の放熱を考慮している。
このうち空調起因の排（2000），pp.3-10.

熱については、冷却塔などの屋外放熱システムを通して放(5)村上周三・持田灯・Sangjin KIM・大岡龍三，関東地方

出される熱量から空調熱負荷のうち貫流および換気によるにおける土地利用状況の変化と流れ場・温度場の関係 -

取得熱量分を差し引いた値として定義している。
すなわち、Mellor-Yamada型の都市気候モデルによる局地気象解析-，

空調負荷のうち内部発熱や透過日射による取得熱量は人工

日本建築学会計画系論文集，491（1997），pp.31-40.

排熱として定義される。なお、空調機の機器効率や顕熱排(6)佐藤大樹・村上周三・大岡龍三・吉田伸治・原山和也・

熱発生率は運転条件によって変化するが、本研究では表１

近藤裕昭，
ヒートアイランド緩和方策が夏季と冬季の都市に示すように固定値としている。

熱環境へ及ぼす影響の数値解析 -夏季・冬季の都市気候特

(3)顕熱
（潜熱）
排熱発生率は各空調システムを用いたとき性の分析及び緑化と高アルベド化の効果の検討 -，日本建に大気に放熱される人工排熱のうち、顕熱と潜熱の配分を

築学会環境系論文集，577（2004），pp.55-62.

示している。

(7)一ノ瀬俊明・下堂園和宏・鵜野伊津志・花木啓祐，細密(4)産業部門の排熱量については、
環境省の大気汚染物質排数値情報に基づく都市気候数値シミュレーション地表面境

出量物質総合調査(平成11年度)を用い、
高位発熱量に年間界条件の高精度化，天気，44（1997），pp.785-797.

燃料使用量を乗じて算出したエネルギー消費量に顕熱・潜(8)足永靖信・李海峰・尹聖皖，顕熱潜熱の違いを考慮した

熱・水系排熱発生率をかけることで各経路別排熱量を算出

東京23区における人工排熱の排出特性に関する研究，
空気

している。

調和・衛生工学会論文集，No. 92（2004），pp.121-130.

(5)大阪府域における建物延床面積は、住宅系の 280km に(9)鳴海大典・大谷文人・近藤明・下田吉之・水野稔，都市

対して非住宅系は101km2であり、前者が74%を占めている。

における人工廃熱が都市熱環境に及ぼす影響−都市熱環境(6)本研究の都市キャノピーモデルでは建物内部への日射透評価モデルを用いたヒートアイランド現象の改善策に関す過を考慮しない一方で、人工排熱には透過日射による影響る検討を含んでいる。また、都市キャノピーモデルの壁体に流出（2002），pp.97-104.

入する熱量と、
註記７で述べる建物の熱取得量についても、(10)下田吉之・高原洋介・亀谷茂樹・鳴海大典・水野稔，大それぞれ計算方法が異なることから両者の値は一致しない。

阪府におけるエネルギーフローの推定と評価-都市におけ従って、本モデルでは大気と建物間の熱収支が一致している物質・エネルギー代謝と建築の位置づけ その２-，日本

ないが、この点については今後の課題と位置付けている。

建築学会計画系論文集，555（2002），pp.99-106.

(7)本研究では建物を住宅と非住宅に区分し、それぞれ代表(11)近藤明・加賀昭和・山口克人・合田恵理子・水間健二，的な建物モデルに対して空調熱負荷計算を行い、貫流負荷数値モデルによる地域開発の微気象影響評価，空気調和・および換気負荷を求め、床面積あたりで原単位化した値を

衛生工学会論文集，83（2001），pp.1-9.

熱取得データ（顕熱潜熱別）として使用している。なお、住(12)羽原勝也・岸本卓也・鳴海大典・近藤明・下田吉之・宅は筆者らが開発した Science-Macro モデル

2

その１−，日本建築学会計画系論文集，5 6 2

を、非住

水野稔，
都市域における人工排熱が近畿圏のヒートアイラ

宅は HASP（23）を用いて計算を行っている。取得熱量についンド現象に及ぼす影響，空気調和・衛生工学会学術講演会ては、建物用途や建物構造、断熱性などを考慮した都市内

講演論文集（2005），pp.2173-2176.

（22）- 24 -

(13)鈴木晶・羽原勝也・鳴海大典・近藤明・下田吉之・水野稔，関西圏から排出される大気熱負荷の地域特性評価，
空気調和・衛生工学会近畿支部研究発表会論文集（2006），
pp.215-218.
(14)空気調和・衛生工学会近畿支部，関西地区建物エネル
ギー消費実態調査報告書（1997），空気調和・衛生工学会近畿支部 .
(15)環境省，平成 11 年度 大気汚染物質排出量総合調査（1999）.
(16)国土交通省，平成 15 年度 鉄道統計年報（2003）.
(17)石油連盟，石油資料月報（2004 年），石油連盟ﾎｰﾑﾍﾟｰ
ｼﾞ(18)全国ﾃﾞｼﾞﾀﾙ道路地図協会，
全国ﾃﾞｼﾞﾀﾙ道路地図データ(19)国土交通省，平成 11 年度 自動車輸送統計（1999）.
(20)鳴海大典・二浦尾友佳子・下田吉之・水野稔，気温変化が地域の電力消費に及ぼす影響，エネルギー資源，163（2007），pp.13-19.
(21)国土交通省・環境省，平成 15 年度 都市における人工排熱抑制によるヒートアイランド対策調査報告書（2004）(22)羽原宏美・鳴海大典・小林誠治・下田吉之・水野稔，自然通風を行う住宅の室内温熱環境および空調エネルギー消費予測手法の開発，日本建築学会環境系論文集，5 8 2(2004)，pp.107-114.
(23)松尾陽，HASP/ACLD/8501解説，社団法人建築設備技術者協会，(1985).
(24)吉門洋，
近年の光化学オキシダント濃度変化の一要因，
大気環境学会誌，39(2004)，pp.188-199.
(Received November 16, 2008, Accepted March 6, 2009)- 25 -