大成建設技術センター報第38号(2005)

地表面の芝生化による夏季熱環境の緩和効果に関する検討－数値シミュレーションによる土の校庭と芝生の校庭の比較－
梅田 和彦＊１・屋祢下 亮＊１・大黒 雅之＊１・深尾 仁＊１
Keywords : lawn planting in school playground, lawn, thermal environment, field measurement, experiment, numerical simuration
校庭緑化，芝生，温熱環境，現地調査，実験，数値シミュレーション

1.

はじめに生の育成のため毎朝 8 時頃散水している｡測定の方針を
図 -1 に , 校舎と校庭の配置を図 -2 に , 測定機器を表 -1

ヒートアイランド現象の緩和策として，都市中心部にに示す。

点在する小中学校の校庭を芝生にして（以下，校庭緑

現地調査（A小学校,東京都目黒区)
5月 校庭(土)の放射特性化），学校を「緑の拠点」にする動きが東京都や大阪市ででてきている。校庭緑化のねらいには，情操教育，砂8月 ①校庭(芝生)の放射特性②校舎屋上の風向･風速と温湿度③校庭の地中温度と空気温度

埃の抑制，怪我の予防，景観の向上，地域交流の活性化などの他に，夏季の暑熱環境の緩和がある例えば１）２）。校

屋外暴露実験
(大成建設(株)技術ｾﾝﾀ－,横浜市戸塚区)
8月 蒸発効率①土ユニット,②芝生ユニット

庭緑化を実施できれば，緑化面積の大幅な増大が困難である大都市中心部に , 数百 m 2 から数千 m 2 の緑地が誕生し，そのスケールメリットを生かした夏季の暑熱環境の数値シミュレーション緩和を期待できる。

図-1

都市の緑地を対象にした熱環境緩和に関する既往の調査には，例えば，公園に関する神田ら３） や尹ら４） の報

測定の方針
Mesurement Plan

告，都市に点在する樹林に関する森山ら５）による報告の事例があるが，校庭緑化を対象に調査した報告例は少な

校舎約46mい。
本論文では，現地調査と屋外実験の測定結果を用いて校庭約30mN,校庭が土の場合や芝生の場合の各状況における夏季の熱環境を数値シミュレーションで比較した結果について体育館校舎報告する。

2.

幼稚園

測定の概要

図-2

2.1 測定の方針

表-1

数値シミュレーションには，①現地で測定する校庭の土と芝生の放射特性（日射反射率,長波長放射反射率）,校舎屋上の風向風速と温湿度 , 校庭の地中温度を , ②校
庭の土と芝生の各試験体を屋外暴露して求める蒸発効率を用いる。
現地は，第一種低層住居専用地域にある A 小学校（東京都目黒区）で , 平成 16 年 6 月に校庭へ芝生を設置する工事をしている｡芝生面積は約 1500m2 である。なお , 芝＊１

技術センタ－建築技術研究所環境研究室
13-1

校舎と校庭の配置
Position between Schoolhouseand Playground

測定
対象
校庭

測定機器
Measuring Instrument

測定機器
ﾒｰｶ ｰ
主な性能
H社 測 定 範 囲 :-200 ～ 300℃
T社 測 定 範 囲 :0～ 5 0℃ DB,精 度 :± 0.3℃ DB
E社 測 定 範 囲 :305～ 2800nm,5～ 50 μ m
温 度 特 性 :6%(- 10～ 40℃ )温湿度
T R-72U
T社 測 定 範 囲 :0～ 5 0℃ DB,10～ 95% RH
校舎
屋上
精 度 :± 0.3℃ D B,± 5%RH
風 向 ･風 速
風車型
C -W105
O社 測 定 範 囲 :0～ 5 40゜ ,0.4～ 30m /s
風向風速計
気象庁検定品試験体
重量
電 子 天 秤 GP-10 0KSR A社 測 定 範 囲 :0-10 1kg,精 度 :101k g時 ± 20g
表面温度
熱電対T 型
H社 測 定 範 囲 :-200 ～ 300℃
温湿度
温 度 ･湿 度
J S-154O社 測 定 範 囲 :-20～ 60℃ DB,0～ 10 0%RH
計発信器
精 度 :白 金 測 温 抵 抗 体 JISA級 ( 温 度 )0 ～ 90%RHで ± 2 %RH(湿 度 )
風速
熱式風速計
6542
N社 無 指 向 性 ,測 定 範 囲 :0.1～ 30m /s
精 度 :± (指 示 値 の 3%+0.1)m/s
放射量
長短波
MR-40
E社 測 定 範 囲 :305～ 2800nm,3～ 50 μ m
放射計
温 度 特 性 :2%(5 0℃ 幅 )
測定項目

表面温度
温度
放射量

名称
熱電対
温湿度計
長短波
放射計
温湿度計

型番
T 型
T R-72U
MR-50

地表面の芝生化による夏季熱環境の緩和効果に関する検討

2.2 現地調査の概要
約5cm

放射特性の測定は可照時間帯に降雨が無い晴天日に行い，校庭が土の場合は平成 16 年 5 月 24 日に , 校庭が芝約2cm

石灰質土壌

約5cm
約2cm

荒木田土
砕石
土ユニット

生の場合は平成 16 年 8 月 12 日以降 3 日間実施する｡測定

3. 測定の結果

Ri ↑
σ Ti

(1)

4

3.1 現地調査の結果

ここで、

ρi
εi

砕石

試験体の材料構成
Contents of the Examination
Object波長放射量と表面温度を式(1)に代入して算出する｡
ρi = 1 - ε i = 1 -砂

約2cm

芝生ユニット

図-3

位置は,校庭中央である｡なお,長波長放射反射率は,長黒土

約8cm

現地調査の結果を表-2に示す｡校舎屋上と校庭地中で：面要素 i の反射率[-]

：面要素 i の放射率[-]

Ri ↑ ：地表面の長波長放射量[W/m2]

σ：Stephan-Boltzman の定数[W/(m2K4)]

Ti：面要素 i の表面温度の測定値は,9時から17時における値である｡なお,校庭の空気温度は図 -6 に示す｡
表-2[K]

現地測定結果Results of Actual Survey

校庭

反 射 率 (%)
長波長放射
土12
芝生
3
校庭
校 舎 屋 上 (GL+15.8m)
地中
最多 平均
平均
平均
平均
風向 風速
温度
湿度
温度
(m/s) (℃ )
(%)
(℃ )
南東
3.0
32.6 48.5 27.8
[1.5] [2.0] [7.1] [0.1]※ [ ]内 の 値 は 標 準 偏 差

風向風速と温湿度は北校舎屋上のGL+15.8mで,校庭の日射
1724

地中温度は GL-1m で , 校庭の空気温度は GL+0.6m で平成
16 年 8 月 8 日から 1 週間測定する｡
2.3 屋外実験の概要
蒸発効率の測定は , 試験体へ充分に散水した後 , 降雨が無く晴天が続いた平成 16 年 8 月 8 日以降 1 週間 , 大成
建設(株)技術センタ－（横浜市戸塚区）の日射遮蔽が少ない建物屋上で実施する｡試験体の材料構成を図-3に示す｡試験体は平面寸法が 45cm 角で , 上面以外を 5cm の断3.2 屋外実験の結果
充分に散水した翌日以降1週間における各試験体の水校庭での散水時刻にあわせて毎朝散水する｡蒸発効率は,分放出量の日変化を図-4に示す｡芝生ユニットでは日射測定結果から求めた試験体表面の水分放出量，湿気伝達量の日変化に水分放出量が連動する傾向があり,毎朝散率 , 飽和水蒸気圧 , 外気の水蒸気分圧を式(2)６） に代入水するため水分放出量は 5kg/m2 日を超える｡一方 , 土ユして算出する｡2種類の試験体の周囲に風避けスロープをニットでは散水しないため乾燥する傾向がある｡ 土ユ設け , 水分放出量を電子天秤で自動計測する｡表面温度

ニットの水分放出が安定した 8 月 12 日以降 3 日間の 10は平面5箇所の平均値である｡風速は試験体表面+10cmで時から 15 時の蒸発効率の平均値は , 土ユニットが 0.07測定する｡

で芝生ユニットが 0.74 である｡
(2)

ここで、

βi：面要素 i の蒸発効率

Ei
Ai：面要素 i の水分放出量αw：湿気伝達率(=7 × 10-6)

[-]

2520
1510
5010[kg/s]：面要素 i の面積[m2][kg/(m ･s･kPa)]
2αcfa：対流熱伝達率７）fs：試験体上面の飽和水蒸気圧

1000
800
600
400
2000

全天日射積算量[MJ/m2 日]

Ei
Ai α w ( f s - f a )水分放出量[kg/m2日]

βi =8月

全天日射量[W/m2 ]

熱材で囲まれている｡芝生ユニットへの散水は , 現地の5
芝生ﾕﾆｯﾄ土ﾕﾆｯﾄ[W/(m2K)]：外気の水蒸気分圧[kPa]８）[kPa]

13-2089
図-41011121314日

試験体の水分放出量
Amount of Water Release of theExamination大成建設技術センター報第38号(2005)

4. 数値シミュレーションによる検討
4.1

表-5

計算モデル･計算方法･計算条件

校舎屋上（GL+15.8m)
全天日射量
風向
風速
温度
湿度
[W/m 2][m/s] [℃]
[%]
南東
3.0
32.6
48.5735
貫流率 内部
反射率[%]
場所
†1
温度
長波長
日射
放射
[W/m 2K] [℃]
3261010
校舎と体育館
2261010
建物
隣接5281010
道路
地域
7281010空地†1：文献6)8)9)を参考にして仮定する｡

計算では対流･放射･湿気輸送連成によるCFD解析９）を定常状態を想定して行う｡乱流モデルは標準k-εモデルである｡計算方法を表 -3 に示す｡計算領域は平面 400m 角
で高さ100mの空間で非構造格子で分割し,敷地境界から南北185m東西140mの範囲にある建物の形状を再現する｡
表-3解析法
差分ｽｷｰﾑ

計算方法
Method of calculation

SIMPLE法
一次精度風上差分
αU(z)=Us(z/zs)
Us=3m/s,zs=15.82m,α=0.25

その他の計算条件
Condition of Calculation on theothers

4.2 数値シミュレーションの解析結果(GL+0.6m)
風速の分布を図-5に示す｡南東風が学校の南東側に隣接する建物の東側と南側から校庭へ流入し,校舎の校庭-α-0.05

I(z)=0.1(z/zG),zG=100m
境 流入面１０）
2
界k(z)={I(z)U(z)}条
1/2
ε(z)=Cμ k(z)(Us/zs)α(z/zs)(α-1)
件Cμ=0.09
流出面
自然流出条件表面
一般化対数則810,872
解析要素数

側外壁に沿って校舎の南西側と体育館の西側から隣接地域へ流出する｡校庭の体育館側には風速が0.5m/s以下の領域がある｡

単位:m /s
0 .5
校舎

校庭の計算条件を表-4に示す｡校庭の材料構成では現

0 .5

地の状況を再現する｡芝生の貫流率の計算では芝生葉群

0 .5

1 .0

層の熱抵抗１３） を考慮する｡内部温度は現地測定に基づ0 .5

く類推値である｡放射特性と蒸発効率の値には測定結果

1 .0 1 .5

0 .5を用いる｡
表-4

解析条件

校庭の計算条件
Condition of Calculation on
Ground

体育館1.5
図-5

校庭土
芝生
芝生葉群層
石灰質土壌50
材料
数値:厚さ[mm] +荒木田土50 +黒土20+砂150+砕石層150 +砕石層100
貫流率７)１１)１２)
5.13
1.84
2[W/m K]
内部温度[℃]
2828
日射
1724
反射率
長波長[%]
123
放射蒸発効率[-]
0.070.74

0.51 .5

風速（GL+0.6m）
Air Speed（GL+0.6m）

空気温度の分布を図 -6 に示す｡校庭が土の場合 , 体育館側の校庭に温度が高い帯状の空気があり , 風速が0.5m/s以下の領域とほぼ一致することから,校庭の地表面付近の空気が土で暖められやすくなっていると考えられる｡一方 , 校庭が芝生の場合 , 風速が 0.5m/s 以下の領域の空気温度が校庭が土の場合に比べて 2℃から 3℃ほど低下する｡また,風向が南東で校庭が芝生の場合,空気温度の測定値(平均)は計算値とほぼ同じ傾向がある｡これは,芝生の蒸発散による熱緩和の効果が土の蒸発によ

その他の計算条件を表-5に示す｡校舎屋上の計算条件る場合より大きいことが原因である｡

は表 -2 の値である｡全天日射量には , 晴天で日射が安定

絶対湿度増加量の分布を図-7に示す｡風速が0.5m/s以している平成 16 年 8 月 14 日の正午前後 10 分の平均値を下の領域で絶対湿度が高くなり,校庭が芝生の場合は校用いる｡校舎と体育館 , 隣接地域には表 -5 の値で仮定す

庭が土の場合に比べて絶対湿度の増加量が大きくなる｡

る｡なお,水分放出は校庭のみ,教室と体育館の窓は全開

これは,芝生の蒸発効率が土の場合より高いことが原因で仮定する｡

である｡
13-3

地表面の芝生化による夏季熱環境の緩和効果に関する検討

単位:℃

単位:℃3735
校舎 3 4校舎 3438

37

35
34. 034●●33.9 ●3 4.2 3 4.23536 37●3 4. 53935
体育館
下線: 測定値●353835

3635

3637

35

35
3435

39
35
体育館

3534

校庭が土の場合
図-6

校庭が芝生の場合
芝生の有無による空気温度（GL+0.6m）
Air Temperature under each Condition of Soil and Lawn（GL+0.6m）

単位:g/k gD A0.5

単位:g/kgDA

0.5
校舎

12 10.5
12

11

校舎

1

120.5

420.5

10.5
体育館
校庭が土の場合
図-7

2

2

13 4
10.5

体育館

校庭が芝生の場合
芝生の有無による絶対湿度の増加量（GL+0.6m）
An Increment of Absolute Humidity under each Condition of Soil and Lawn
（GL+0.6m）

5. 結論
校庭の芝生が夏季の熱環境を緩和する効果について,測定結果に基づく数値シミュレーションで検討し,校庭の空気温度の低下と絶対湿度の増加を定量的に示した｡

謝辞
本研究を進めるにあたり，調査を実施した学校の関係者の方々には , 多大なるご協力をいただきました｡ここに記して深謝いたします｡
参考文献
1)森山正和編：ﾋｰﾄｱｲﾗﾝﾄﾞの対策と技術，(株)学芸出版社，2004年8月
2)近藤三雄編：芝生の校庭-21世紀はｽｸｰﾙﾀｰﾌの時代-，(株)ｿﾌ
ﾄｻｲｴﾝｽ社，2003年5月
3)神田学他：明治神宮の森の気候緩和機能・大気浄化機能の評価(1)1996年夏期集中観測，日本気象学会,”天気”，44.10，1997年10月

4)尹龍漢他：都市における公園内外の気温分布特性について,ﾗﾝﾄﾞｽｹｰﾌﾟ研究61(5),pp.769-772,1998年
5)森山正和他：都市における樹林のｸｰﾙｽﾎﾟｯﾄ効果に関する実測ﾃﾞｰﾀ解析,日本建築学会計画系論文集第541号,pp.4956,2001年3月
6)村上周三：CFDによる建築・都市の環境設計工学,(財)東京大学出版会,pp.299,2000年
7)田中俊六他：最新建築環境工学,(株)井上書院,1999年9月
8)JIS Z 8806-1995
9)大黒雅之他：建築･設備から見たﾋｰﾄｱｲﾗﾝﾄﾞ対策技術とその評価,大成建設技術ｾﾝﾀ－報第37号,2004年
10)義江龍一郎：STREAMによる計算結果と実験結果の比較-角柱周りの流れ場について-,第十回ﾕｰｻﾞｰ事例発表会講演集,2000年
11)渡辺要編：建築計画原論Ⅱ,丸善(株),1973年2月
12)(社)日本建築学会編：建築設計資料集成1環境,丸善(株),1978年,6月
13)梅干野晃他：薄い盛土層を持った屋上芝生植栽の木造建物における室内熱環境調整効果,日本建築学会計画系論文集第527号,pp.15-20,2000年1月

13-4