BRI−H15 講演会テキスト

ヒートアイランド対策効果の定量化技術
環境研究グループ

目Ⅰ

はじめに

Ⅱ

行政・自治体の取り組み

上席研究員

足永靖信

次

１） 行政の取り組み
２） 自治体の取り組み
Ⅲヒートアイランドの発生要因
１） ヒートアイランドとは
２） 都市高温化の要因
３） 発熱源としての人体
４） 都市のエネルギー消費と人工排熱

Ⅳ

数値シミュレーションによる都市気温の定量化
１） ＵＣＳＳの概要
２） ヒートアイランドの現在・過去・未来①1930 年に熱帯夜は存在したか②都市再生とヒートアイランド影響

Ⅴ

風洞実験によるヒートアイランド対策評価の試み
１） 高層建物の導入が気温に及ぼす影響
２） シュリーレンによる熱拡散構造の可視化

Ⅵ

おわりに謝辞参考文献

Ⅰ はじめには語源上では屋根を意味するとされ、建築物との密接な関ヒートアイランド（都市の高温化現象）は、慢性化・深係を連想させるのである。しかし、現在「安全・安心」の刻化の様相を極めており永らく都市環境問題の一つとされキーワードは建築に限ったものではなく、むしろ食や医療、てきた。ヒートアイランドと言えば、日常的には熱帯夜の治安等の幅広い話題に頻繁に用いられているのはご存じの発生に見られるような緩慢ながらジワジワと継続する温熱通りである。さて、語源はともかく、元来、建築物は寒暑、の不快感を第一にあげる人が多い。本講演会全体のテーマ

雨、風等の自然の脅威から人間を護るシェルターの役割を「安全・安心」とヒートアイランドのつながりは一見薄い担っているのだとよく言われている。いわば、日々の暮らように感じられるが、熱中症や集中豪雨、もしくはピークしを無事に過ごすための Safety zone の獲得に役立つ合理

電力の問題においてヒートアイランドをきっかけとして顕的な手段なのである。一方、気象に代表される自然現象は在化する災害的要素が結びつくのかもしれない。ところで、人間の力では制御不能な存在とされてきたが、近年の地球「安全・安心」の漢字に含まれている部首「うかんむり」

温暖化やヒートアイランドは自然の環境容量に対して人間活動の影響が無視できない現実を我々に知らしめる。そし（東京大学）、事務局：（財）省エネルギーセンター】、等がて、これらの環境変化が人間にとって予期せぬ形で出現しあげられる。ているため、人間活動に伴う環境負荷を抑制することが求

２）自治体の取り組み
自治体による調査等を表 1 に一覧する。全体的に緑関係められている。
ヒートアイランド現象の解明と対策に係わる研究は、気の施策が多い。最近の動向として、東京都による保水性建象学・気候学や建築・土木等の幅広い分野で実施されてき材、高反射性塗料の性能評価やヒートアイランド対策のモたが、近年は行政・自治体による積極的な取り組みが見らデル事業が注目される。

れるようになった。ヒートアイランド対策の観点から効果的な施策を導くための検討が各方面で展開されている。調Ⅲ ヒートアイランドの発生要因

査内容には数値解析等の科学的方法も含まれており、数年１） ヒートアイランドとは前と比べると急速にヒートアイランド対策効果に関わる検東京のヒートアイランドの現状を見てみよう。まず、熱討事例を蓄積してきた感がある。本稿では、数値解析や風帯夜の年間日数の経年変化を図 1 に示す。20 世紀初頭には洞実験によりヒートアイランド対策による気温低減効果をほぼ皆無であったのが最近では 30〜50 日近くを数える年定量化する技術開発の概要を紹介する。

が頻出していることが分かる。平均気温が上昇していることもあるがここ数 10 年は気温の変動も大きくなっており、Ⅱ 行政・自治体の取り組み

地球規模の気候変動と都市気候による変化を厳密に分離す

１）行政の取り組みることは難しい。

政府は今年度中にヒートアイランド大綱を策定する予定
環境省等が大綱策定の背景になる関連調査を進めているところである。
現在行政主導で実施されている調査委員会として、国土交通省・環境省・東京都による「ヒートアイランド現象における人工排熱に関する調査検討委員会」【委員長：
村上周三教授（慶応大学）、事務
局：（社）環境情報科学センター】、国土交通省街路課による「都市廃熱処理システムに関する調査検討委員会」【委員長：尾島俊雄教授（早稲田大学）、事務局：（社）日本地域冷暖房協会】、国土交通省住宅生産課による「ヒートアイランド緩和方策検討委員会」【委員長：村上周三教授（前出）、事務局：（財）
建築環境・省エネルギー機構】、経済産業省資源エネルギー庁による「ヒートアイランド現象緩和に対する省エネ等の効果に関する調査委員会」【委員長：松橋隆治助教授

図 2 は夏期の最低気温の分布を示したものである。図中

表１ ヒートアイランド対策に関する主な自治体の取り組み

であり、国土交通省、経済産業省、自治体名

内容
公共施設に関して、新築・既存建築物の屋上・壁面等の緑化を積極的に導入する。民間施設に関して、建築物等緑化助成制度により工事費の一部を助成
都市緑地保全法に基づく、「緑地保全地区」及び杜の都の環境を作る条例に基づく「保存緑地」として指定された貴重な緑地を保全するため、緑地内での仙台市緑地保全事業行為の制限や税の優遇措置、さらには、必要に応じて土地所有者の申し出により土地の買い取りを実施。
学識経験者等の検討委員会による「都市の緑復活作戦基本プラン」を策定、モ
埼玉県
都市の緑復活作戦推進事業
デル的に県有施設の屋上緑化を実施。「ふるさと埼玉の緑を守る条例」を全面的に見直し、平地林等の緑地保全と市街地における屋上等の緑化を推進。
浸水性舗装の施行により、雨水を地下へ浸透させる。雨水集水桝の底を浸水
さいたま市 雨水の地下浸透の促進式にして施工。
さいたま市みどりの条例に基づき、市内に残る貴重な緑地や良好な自然環境と認められる緑地のうち、市と所有者の理解の得られた緑地をオープン式民間
さいたま市 オープン型民間緑地保全事業
緑地（自然緑地）に指定し整備して市民に開放。緑地所有者とは５年間の契約を結び、５年ごとに更新する。固定資産税及び都市計画税は免除、維持管理は業務委託（市の予算）により行われる。
さいたま市みどりの条例に基づき、市内に残る貴重な緑地をクローズ型民間緑地（保存緑地）に指定し、良好な自然環境を確保。緑地所有者とは５年間のさいたま市 クローズ型民間緑地保全事業契約を結び、５年ごとに更新している。固定資産税および都市計画税相当額を補助金として交付し、所有者により維持管理が行われる。
新幹線及び埼京線の沿線において、騒音・日射等の対策として設けられていさいたま市 新幹線沿線環境空間等整備事業の推進 る環境空間に対し、快適な環境空間を創造するため地域住民等が利用できる緑地空間を形成する緑地・緑道の整備等を実施する。
海側から山側へ整備する広幅員道路及び隣接緑地・生活道路整備において千葉市
新港横戸町線「みどりの道づくり」一体の緑化を図る。
既存公共施設でのモデル事業などにより建物の屋上緑化を推進。来年度に支横浜市
屋上緑化推進調査事業
援制度を創設する予定。
川崎市
屋上緑化・壁面緑化助成事業
屋上は1件100万円、壁面は1件50万円を上限に助成。
名古屋市内におけるヒートアイランド現象について、基礎データの収集、大型
名古屋市 ヒートアイランド現象実態調査
コンピューターによる解析及び解析結果に基づく気候解析図等を作成。
前者は、市民や事業者が建物の屋上や壁面を緑化する場合に、面積等に応じ名古屋緑化基金建築物等緑化助成制度
名古屋市て一定金額を助成。後者は、既成市街地において事業者等が緑化を推進する緑化施設整備計画認定制度
ために作成した緑化の整備に関する計画を市が認定し、緑化施設の整備を支
京都市
生け垣緑化助成制度
生け垣を公道に面した場所に設ける場合に、費用の一部を助成。
気象データや人工衛星による地表面温度の観測データを収集・整理し、土地
大阪府
ヒートアイランド対策検討調査事業
利用等による気温の実態を調査し、府域におけるヒートアイランド現象の実態
大阪府
車道部における浸水性舗装の試験施工 浸水性舗装の実施が有効な箇所を選定し、モデル事業として施工。
大阪府みどりの基金を活用し、市街地の中にみどりの森ををつくるモデルとな
大阪府
屋上緑化
る民間施設の緑化施設等の整備に対し助成。「屋上緑化促進モデル検討会」
を設置、課題や効果等の検証を行うモデル施設を選定し、設備費の助成を行
民間建築物への屋上緑化などへの公共道路に面しない民間建築物の緑化へも、緑化事業に対する助成を拡大
大阪府
助成事業
し、植裁の基盤整備費も助成の対象に。
屋上緑化面積を1平方メートル当たり0.2平方メートルに換算し、有効公開空地
大阪府
屋上緑化容積ボーナス制度の創設・運用に参入し、容積率を割増する制度を創設。
市街化区域内で建築物（建築面積1000平方メートル以上）の新築を行う者に
兵庫県
屋上緑化等推進事業
建築物の緑化を義務づける条例を施行するとともに、補助制度及び融資制度
神戸市
神戸らしい総合的な都市緑花施策
市民参画と協働による神戸独自の緑化施策を策定。
緑化を重点的に推進する地区内の敷地面積1000平方メートル以上の民間建
広島市
屋上緑化施設整備事業計画認定制度 築物で、地上及び屋上を含めて20％以上を緑化した場合に、当該緑化施設に係る緑化固定資産税を軽減。
（財）広島市動植物・公園協会において、市が認定した緑化施設整備計画に基民有地緑化事業補助金制度の適用づく工事に係る植物、用土及び植樹桝等に要する費用について200万円を限
広島市
による助成
度に当該費用の2分の1を助成。
緑化重点地区（市街化区域）内の敷地面積500平方メートル以上の民有地に対して、20％以上の緑化（外構、屋上を含む）を行った場合、屋上部に係る緑
福岡市緑化対策事業補助金（屋上緑化）化施設事業費に対して平方メートル当たり2万円を上限として、その2分の1を補助（ただし、助成上限額は1件当たり100万円）。
*新聞記事 Green Archt. Tribune(2003.8.13)より
仙台市

名称

屋上・壁面緑化

の黒点は都の観測点を表している。23 区全体が全体的に高いようである。

い値を示しており、熱帯夜の指標である 25℃以上の空気に２）都市高温化の要因包まれている。西に向かうほど気温は低くなり都心と比べ都市は何故高温化するのか。主な要因を以下に示す。
a. 都市域で発生する人工排熱

ると周辺部は 2〜3℃の気温差が見られる。
ヒートアイランド現象とは、都心部の気温が郊外に比べb. 緑地の減少に伴う地表の蒸発冷却能力の低下て島状に高くなる現象である。日本の大都市の場合、地球

c. コンクリート、アスファルト等の建材の蓄熱作用の温暖化傾向と比べてヒートアイランド現象の影響が大き

d. 市街地の通風阻害による熱のよどみいとされている。2001 年の IPCC 第 3 次報告書では地球のe. 天空率の低下による放射冷却の抑制作用

平均気温が20 世紀の間に約0.6℃上昇していることが指摘

f. 細塵や大気汚染物質による温室効果、等されている。日本の場合、1960 年代および 1990 年代に気これらの要因自体は随分前から指摘されてきたが、実際温上昇傾向が顕著であり、20 世紀を通しての気温上昇は約にはこれらが複雑に絡み合って現象が生じているためヒー1℃と見積もられている。
気象庁によると、日本の大都市（札トアイランドのメカニズムの解明は困難である。数値シミ

幌、仙台、東京、名古屋、京都、福岡）の最近 100 年間にュレーションのモデルは様々提案されており、入力条件さおける気温上昇のスピードは日本平均の 2〜3 倍であるこ

え整えば気温を予測することが随分可能になってきたが、と、特に東京は大都市の中でも気温上昇が顕著であること

数値モデル間のギャップや物理パラメータの不足等の課題が分かっている。ヒートアイランドと地球温暖化の評価にをいくつか抱えているのが現状である。

は共に気温という物理的尺度が用いられている。もちろん、

３）発熱源としての人体
総じて人が集まるところではエネルギー需要が集中し人の対策検討においては、緑地保全や省エネルギー等、似通工排熱が大きくなる。まず人間自体が発熱源である。生物

熱帯夜日数現象の形成メカニズムやスケールは全く異なるが、施策上50はエネルギーを摂取して代謝熱を出す。人間も例外ではな

40い。170cm の成人男子の場合標準体重は 63kg であり、必要なエネルギー摂取量は約 2000kcal である。
図 3 は摂取した30エネルギーの行方を表したものである。摂取したエネルギ
20ーの一部は基礎・運動代謝により熱に変換されて周囲に対10流・放射・蒸発の形で放熱される。室内で事務作業を行っ

0
1860

1880

1900

1920

1940年

1960

1980

2000

（気象庁統計資料による）

図１ 東京の熱帯夜日数の経年変化ている場合、摂取したエネルギーの約 9 割が周囲に放熱される。人間 1 人当たり約 100 ワットの発熱源であり、この熱量は室内の冷房負荷として一旦空調機が受け取り最終的には屋外へ放出される。
①基礎代謝（発汗含む） 7割摂取したエネルギー量②運動代謝（発汗含む） 2割
③排泄物

1割

【人体から周辺空気へ放熱】
呼気が含む熱（顕熱・潜熱）

代謝

皮膚の対流放熱（顕熱・潜熱）
放射による放熱

人が１人存在することは100Wの電球１つに相当する発熱

図２ 東京における夏期夜間の気温分布（1997 年 8 月 21 日 5 時）
ったものが多いため共通の土俵で取り扱われるケースが多図３ 人体の発熱
４）都市のエネルギー消費と人工排熱

都市域では、住宅、オフィス等での空調、自動車の運転ミュレーション結果を様々な都市情報と一緒に表示・分析および工業生産のために電気、ガス、油等のエネルギーがを行う必要がある。このような作業を行う上で都市 GIS は大量に持ち込まれて消費され、最終的には排熱として環境極めて有効なツールである。UCSS とは都市気候予測システに放出されている。住宅、自動車、工場のエネルギー消費ム（Urban Climate Simulation System）の略称であり、都と人工排熱の関係を模式的に描いたのが図 4 である。投入

市気候シミュレーションプログラムを都市 GIS と合わせてしたエネルギー消費量の全てが大気の温度上昇に荷担するシステム化したものである。大気乱流モデルの構築を含め訳ではない。冷却塔を有する空調システムの場合、大部分て筆者が埼玉大学ヴタンカ助教授（当時）と UCSS を共同開

は潜熱で放出されるため気温上昇にはあまり影響しない。

発し、都市キャノピーモデルを用いた広域の数値シミュレ

風呂のお湯に費やしたエネルギーの大部分は温排水としてーションに意欲的に取り組んでいる。

下水に流され（即時排出の場合）、一部は燃焼排ガスのエン

図 5 に UCSS の概要を示す。
街区の幾何学的形状はグロスタルピに姿を変える。このようにエネルギー消費の行方は建ぺい率と建物の平均高さ・幅の情報から決定し、都市キ大気、温排水等様々である。人工排熱量を正確に見積もるャノピーモデルの入力としている。建物壁の 4 面は東西南ためにはエネルギー消費量だけではなく、エネルギーを消北の方位にそれぞれ正対し、かつ建物配列は均一であると費した後に環境に出て行くプロセスも見届けなくてはいけ仮定している。そうすることにより、建物および地表の各ない。

面（東西南北の壁面及び屋上面、地面）同志の形態係数は便宜上、供給を 1 次エネルギー、末端の消費を 2 次エネ

天空率を含めて割と簡単に求めることが出来る。時刻毎のルギーと称することがある。人工排熱は、エネルギーの供

太陽位置と街区の幾何学的関係から建物各面と地表面の日給と消費の帰結として陸域、海域、空域の環境が受け取る陰率を 3 次元的に算出し、日陰率や形態係数の値に応じて第 3 のエネルギーとも位置づけられ、その熱環境影響を含短波・長波の相互放射計算を行う。この時、熱収支式を解めて都市のエネルギー計画を再考することは持続可能な社

くことにより建物各面と地面の表面温度や対流顕熱が同時

会基盤の形成に役立つと思われる。に得られる。壁や屋根については外側から室内まで熱的に解いており室内に貫流する熱量や換気による熱交換を求めることが出来る。また、必要に応じて空調システム解析をⅣ 数値シミュレーションによる都市気温の定量化

日射等の屋外潜熱

エンジン・エアコンの排熱（顕熱）

顕熱顕熱b) 車潜熱a) 住宅

日射等の屋外からの熱移動
ガソリン等からの熱移動

排気ガス

換気扇による屋外への排気
顕熱

潜熱

電気・タイヤと路面の摩擦熱として路面等に吸収

照明c) 工場

炊事

燃焼排ガス・走行音

顕熱エアコン・位置エネルギーの損失

顕熱 潜熱

煙突の煙

室外機の排気石炭・電気等
ドレイン水

ガス

機器排熱（顕熱）

工業用水

温排水

温排水

上水

図４ 都市のエネルギー消費と人工排熱
１）ＵＣＳＳの概要
都市計画の環境影響評価や政策支援を行うためには都市計画に対応したシミュレーションの入力データの作成やシ連成することにより空調排熱を動的に予測するならば、地域レベルの熱負荷計算ツールとしても応用範囲が拡がる。
２）ヒートアイランドの現在・過去・未来

び人工排熱条件を設定して夏期の気象条件下で計算を行っ①1930 年に熱帯夜は存在したか
東京の建築物は年々高層化してきたが、節目にあたるのた。図 7 は現状の建築土地利用と人工排熱を入力とする夏が大正時代に制定された市街地建築法である。この中で建期 6 時の UCSS による解析結果である。東京 23 区が全体的築物の高さは百尺（約 30m）に制限され、以降の建築形態に熱帯夜の指標である 25℃以上の空気に包まれており、都に大きな影響を与えた。当時の建築土地利用図を調べると、日本橋付近では大部分が「総描建物」で占められており、都心部に「固い建物」が偏在していることが解る（図 6）。
東京 23 区に相当するエリアで現在の土地利用と比較すると、水面、樹林、草地等の自然被覆が減少しており、当時の 43.6%にほぼ半減している。その分建物、道路が増加し

図７ 都市キャノピーモデルを用いた東京（現状）における夜間の気温分布の数値シミュレーシ
ョン（現状の建築土地利用と人工排熱を入力とする夏期 6
図６ 1930 年頃の日本橋周辺

時の UCSS による解析結果）【都市キャノピーモデルの主な出力】【都市キャノピーモデル】
日時・場所

街区幾何形状（グロス建ぺい率、平均建物高さ・幅）建築・
土地利用︻基本条件︼

太陽の軌道

建物各面・地表面の日陰率

日射量

相互放射計算

標高

物性値（アルベド、熱伝導率等）

建物各面・地表面の熱収支→表面温度

貫流熱

建物各面・地表面の対流顕熱

ＤＥＭ

室内発生熱

対流顕熱（建物各面、地面、樹木、人工排熱［与条件含む］）

窓（日射侵入率等）
蒸発潜熱（建物各面、地面、樹木、人工排熱［与条件含む］）

換気運転方式

熱伝導方程式

樹木
データ

建物各面・地表面の温度（室内の設定条件）
建物各面・地表面の形態係数

建物各面・地表面の蒸発潜熱

室内熱負荷【3次元大気乱流モデルの主な出力】

ＣＯＰ
空調エネルギー消費
冷却塔特性等
空調排熱（顕熱）

空調排熱（潜熱）

連成計算

ドラッグ項

気温

風速3成分

混合比

乱流エネルギーｋ乱流エネルギー散逸率ε初期条件・境界条件（風、温位、地中温度等）【3次元大気乱流モデル（レベル2.5）】

有効体積率

曲線座標系の導入

運動方程式

エネルギー輸送方程式

人工排熱（顕熱）：与条件

ｋ輸送方程式

混合比輸送方程式

人工排熱（潜熱）：与条件

ε輸送方程式

連続の方程式

図５ ＵＣＳＳの概要ており、建築面積は 3.2 倍、舗装面積は 11.0 倍という結果心の東寄り（図 7 では右側）のエリアに高温域が形成されであった。ていることが分かる。この高温域では建物が密集しておりこれらの変化が夜間の気温にどの程度影響するのかを天空率の値が小さい。そのため都市キャノピーモデルの効

UCSS により調べてみる。1930 年と現在の建築土地利用およ果が現れていると推察される。また、皇居や新宿御苑等の大規模緑地が夜間にクールスポットを形成している様子を示したものである。都の人口がピークを迎えるとされる確認できる。1930 年を想定した計算結果を図 8 に示す。気2010 年を分析対象として現状の1995 年から15 年後の変化

温は自然地形に沿ったコンター線を描き沿岸部に向かってを以下の手順で予測した。夜間人口は東京都資料に基づき高温化する傾向が見られる。都市構造物と気温の関係は明1995 年から2000 年の人口データから2010 年における区毎瞭ではなくなる。東京の気温は 24℃前後に収まっており、の値を推定した。都心部回帰は夜間人口が主であると考えこの時代には熱帯夜の発生は希であったことを伺わせる。

オフィスの就労人口は現状維持とした。1 人当たりの床面対流顕熱（人工排熱含む）の値を調べると現状値の 5 分の積増加率は統計資料から住宅 0.4m2/人/年、オフィス 9.4m2/1 から 8 分の 1 程度であり、それが気温低下の直接的な原人/年として建物用途毎区毎床面積を集計しこれに人工排因と考えられる。

熱原単位を乗じて建物の人工排熱を求めた。自動車の保有率は統計資料から15 年間で14.9%増加すると仮定してその間の人口増加も考慮した上で自動車交通の人工排熱を区毎に算出した。建物容積の増加については、その分建ぺい率が増加した建物に置き換わると考えた。その際、建物の建設に伴う敷地面積の減少に即して芝生、樹木の面積率が低下すると仮定した。以上の操作を、東京 23 区を含む解析領域 32.5km 四方に施したところ、1995 年と 2010 年の比較において解析領域全体（海面を含む）で芝生面積率 4%減、樹木面積率 2%減、人工排熱（建物、自動車交通、工場の夏期の日平均顕熱）14%増の結果が得られた。
図 10 は 1995 年と 2010 年の地上 2m の夜間気温の平面分布をそれぞれ示しており、破線で囲んだ領域は都心 5 区を表している。1995 年における気温分布では 26.4℃以上の高図８ 都市キャノピーモデルを用いた東京（1930年）における夜間の気温分布の数値シミュレーショ
ン（1930 年の建築土地利用と人工排熱を入力とする夏期 6時の UCSS による解析結果）

温域は都心 5 区の東側に局所的に表れており新宿御苑や皇居ではクールスポットが形成されている。2010 年になると26.4℃以上の高温域が都心 5 区のかなりの部分を覆うことになる。以上のように、数値シミュレーションは都市スケールでヒートアイランド影響を予測する手法として有効で

[住宅]

[自動車]

区毎夜間人口（2010）
一人当たりの床面積の増加

一人当たりの自動車保有率の増加
区毎人工排熱（2010）

区毎床面積（2010）
排熱原単位区毎人工排熱（2010）

[緑]

[事務所]
区毎就労人口（2010）
一人当たりの床面積の増加
区毎床面積（2010）

区毎建設スペース(2010)

排熱原単位

区毎緑減少量（2010）

区毎人工排熱（2010）

図９ 人工排熱と緑量の将来予測②都市再生とヒートアイランド影響
東京の都市開発により緑や人工排熱はどの程度変化するのかを調べた。図 9 は人工排熱と緑量の将来予測の方法をある。

図１０ 1995 年と 2010 年の比較（夏期 22 時の気温分布）

Ⅴ 風洞実験によるヒートアイランド対策評価の試み

導入後の気温が上昇している。これは、高層建物の背面で１）高層建物の導入が気温に及ぼす影響風が澱み熱の拡散が妨げられるためと考えられる。一方、建物の配置や地表面被覆を変更すると風の流れや表面温

高層建物の風上や側面では風が強くなり気温はむしろ低下度が変化し、気温分布はかなり異なってくると予想される。

する。左図は気流の可視化写真であり、高層建物の背面でそこで、地表面を加熱した風洞実験により、建物の高層化

弱風化している様子を捉えている。地表面温度は同様であが気温、風に及ぼす影響を調べた。街区模型は 200 分の 1っても建物配置により気温は変化する。したがって、地表の低層住宅地を想定し、その地表面部分を加熱する。そし面温度を下げる対策に加えて風通しを得るための建物の配て、その一角に高層建物を導入した場合、気温、風がどの置・形状を今後検討するべきである。

ように変化するかを計測した。

２）シュリーレンによる熱拡散構造の可視化

温度成層の実験では現実の状況を完全に模擬することは建物キャノピー内の熱拡散構造は都市の気温形成を議論難しい。そこで、レイノルズ数 Re を乱流状態になるよう確する上で重要なテーマである。しかし、気温センサを模型保した上でバルクリチャードソン数 Rb の調整に配慮し、周辺に多点配置するのには数的に限界がある。そこで、シ

Re=2,333、Rb=‑0.3 の条件で実験を実施している。

ュリーレンを温度成層風洞に導入して熱拡散構造について

2

Rb=gH(θ0‑θf)/{(θa+273)(uH) }(1)

Re=u0H/ν(2)

検討を行うことにした。シュリーレンとは空気の屈折率の相違を特殊な光学装置により明暗に表示するものである。
従来、衝撃波等の高速域における適用事例がいくつか見ら

g：重力加速度[m/s2]

れるが、今回の実験では温度勾配に着目して可視化画像のH：低層建物の高さ[m]作成を試みた。

θ0：風洞の気流温度[℃]

図 12 は表面を加熱した 2D 建物キャノピーにおけるシュθf：風洞の床面温度[℃]

リーレン画像である。
画像の黒い部分は温度勾配が大きく、

θa：平均温度[℃]

白い部分は周囲と気温が均一であることを示す。建物キャuH:高さHの風速[m/s]

ノピー内で形成される循環流が建物キャノピー内の気温をu0:風洞の基準風速[m/s]均一化している様子や地表面近傍、循環流の中央部分では2温度むらが生じていることが解る。一方、建物キャノピー

実験結果を図 11 に示す。右図は流れに直交する線上（図中のトップでは剥離流に相当する部分が帯状に黒く現れておA1、A2）における地上付近の無次元気温を示し、黒が高層り、上空と建物キャノピーの温度差が大きいことを示唆し導入前、白が高層導入後のものである。高層建物の風下ている。

ν：動粘性係数[m /s]

背面（右図の右下部分）において高層導入前に比べて高層●建設前

高層建物の導入前後の気温、風の変化を風洞実験で調べる

○建設後

流れ方向

【建物周辺の風の分布】【建物周辺の気温分布】

図１１ 高層建物の導入が周辺の気温、風に及ぼす影響に関する風洞実験（写真は左右反転）

図１２ シュリーレンによる建物キャノピー内の熱拡散構造の可視化

Ⅵ おわりに

法人環境情報科学センターに設置した「ヒートアイランドヒートアイランド対策効果の定量化技術として数値シミ対策手法調査検討委員会」【委員長：尾島俊雄教授（早稲田ュレーションと風洞実験の紹介を行った。来年度から開始大学）】の一環として実施した結果の一部である。関係者にされる総合技術開発プロジェクト「都市空間の熱環境評記して感謝の意を表したい。

価・対策技術の開発」ではこれらの手法を継続的に検討・活用するとともに、都市計画分野と連携してヒートアイラ

参考文献

ンド対策に係わる費用対効果や意思決定支援技術、各種誘

１）（社）環境情報科学センター：平成１３年度ヒートアイ導手法の開発等に反映させたい。

ランド対策手法調査検討業務報告書、2002.3
２）社会環境工学研究連絡会委員ヒートアイランド現象専

謝 辞
本稿 4 章の数値シミュレーションは環境省が企画し社団

門委員会：ヒートアイランド現象の解明に当たって 建
築・都市環境学からの提言、日本学術会議、2003.7