2022/4/28

歩行者・空間滞在者の暑熱環境評価指標
空間評価WG吉田 伸治 (奈良女子大学)

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学大阪HITEC20220428

1

大阪HITEC20220428

2

0. 本日の説明内容
1. 空間評価WGの紹介
2. 昨年度の活動内容の報告
3. 今後の課題（今年度の目標）
4. まとめ吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学1

2022/4/28

1. 空間評価WGの紹介
WGの注目点
1) 暑熱適応策評価のための多様な評価指標の関係整理
・ 多様な暑熱適応策の提案
適応策のメニューに比例して評価指標も多数利用
評価指標毎の感度、相関などの確認が必要では？
2) 評価ニーズに応じた新たな視点の温熱環境評価の考え方の提案
空間滞在者自身の熱的影響の考慮の必要性への対応

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学大阪HITEC20220428

3

大阪HITEC20220428

40. 本日の説明内容
1. 空間評価WGの紹介
2. 昨年度の活動内容の報告
3. 今後の課題（今年度の目標）
4. まとめ吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学2

2022/4/28

2. 昨年度の活動報告（暑熱適応策評価のための多様な評価指標の関係整理）
2-1 比較した評価指標• SET*• UTCI• 可能曝露時間に基づく評価• 人体熱収支に基づく快適性評価• WBGT• WBGTn (修正版)吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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評価指標の関係性（WG開始当初）
入力環境条 算出難易
件度

指標

SET*

温熱快適性評価

熱中症危険度評価？

？

・現在、国内で最も汎用に使用

B

備考・留意点A？

？

・欧州中心に活用例が多い。
・多項式が煩雑・人体熱収支メカニズムとの関連を構造的に分析することは困難

暑熱可能曝
露時間C？

？

・Two-nodeモデルを使えば評価可能。
・心部体温38℃ or 発汗量が体重の3%を超過で限界

人体熱収支法B？

？

・温冷感、快適感の評価のための環境曝露時
間に課題ありWBGToA？

？

・WBGTnよりやや低めの評価?

WBGTn

グローブ温度、湿球温度
C？

？

・本来の定義に基づく。グローブ球、湿球の熱収支を解くためのデータが別途必要。

UTCI
温熱6条件

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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2-2 評価指標の簡単な紹介①
1) 新標準有効温度SET*
・人体を体心部、皮膚の2層分割した円筒形モデルである
Two-node モデル使用                                 a)周辺環境との熱収支に基づき'#$&

平均皮膚温度
濡れ面積率         
皮膚表面からの全熱放散量

                               !%')
,*

を算出
・上記を固定の条件下で"(
相対湿度50%, 静穏気流場,

標準的着衣条件
に変更した中でa)と等価な熱的生理 
+状態を得られる作用温度 = SET*,!%Two-node吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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72-2 評価指標の簡単な紹介②
2) UTCI (Universal Thermal Comfort Index)
・欧州を中心に使用例の多い温熱快適性の評価指標
国内では渡邊先生（大同大）が代表か？
・多分割体温調節モデルFialaを使って得られた多数の条件下の生理的状態の結果を複雑な多項式近似により算出
・ SET*などとフィッティングも高いが、熱収支的観点から結果を構造的に見ることはほぼ不可能
・近似式の適用範囲外になると極端に変な値が生じる

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2-2 評価指標の簡単な紹介③
3) 暑熱環境暴露時間
熱中症危険性評価のための可能曝露時間に到達する閾値を設定
心部体温が38degCを超過 or

熱中症リスク到達

累積分泌発汗量が体重の3%を超過
熱的生理状態はTwo-nodeモデルを用いて評価＜可能曝露時間の使用例＞[1] Shinji Yoshida, Akashi Mochida (2018). Evaluation of effects of windows
installed with near-infrared rays retro-reflective film on thermal
environment in outdoor spaces using CFD analysis coupled with radiantcomputation, Building Simulation, 11: 1053-1066.
[2] Ooka R, Minami Y, Sakoi T, Tsuzuki K, Rijal HB (2010). Improvement ofsweating model in 2-node model and its application to thermal safety for
hot environments. Building and Environment, 45: 1565–1573.
吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学大阪HITEC20220428

92-2 評価指標の簡単な紹介④4) WBGT (従来型）⎧ 0.7T + 0.2T + 0.1T ( for outdoor environment )⎪WGD
WBGT = ⎨0.7TW + 0.3TG ( for indoor environment )⎪⎩T -> θ と読替

よくある方法（Sprungの公式に基づく方法）

f = f sat(θ w) − A i P (θ − θ w )日射遮蔽＋強制通気（Sprungの公式）⎧4030.183 ⎫f sat(θ ) = 133.3i exp ⎨18.6686 −⎬
235 + θ ⎭⎩本来の定義
日射曝露＋自然通気

f：水蒸気分圧[Pa], fsat(θw): 湿球温度θwに対する飽和水蒸気圧,
A: 乾湿計係数（湿球が氷結していない時 0.000662, 氷結時 0.000583）,
P: 大気圧[Pa] (ほぼ101325), θ: 乾球温度 [℃], θw: 湿球温度 [℃]吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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2-2 評価指標の簡単な紹介⑤5) WBGT (修正型）⎧ 0.7T + 0.2T + 0.1T ( for outdoor environment )⎪W
GD
WBGT = ⎨0.7T+0.3T( for indoor environment )⎪⎩W
GT -> θ と読替(1) 湿球温度Twの予測精度向上
6mm 自然湿球温度センサー近似式を使用
自然湿球に対する熱収支式を解く(2) グローブ温度Tgの予測精度向上<修正版> グローブ球の熱収支式を用いて算出

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11

大阪HITEC20220428

122-3 検討に用いた解析対象• 右の均等街区モデル（8棟×8棟の街区モデル）
建物は1辺30mの立方体型• 西面に窓を設置
窓面積率80%風向（西風）• 大阪の夏季酷暑日を想定
2010/07/23 14時• 街区中央付近の解析結果を最終的な評価対象とする
西から6列目、南から5列目
建物の周辺（今回は全ブロックのデータを抽出）吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学6

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2-4 解析結果
(1) 形成される流れ場、温度場

風向
風向

建物周りの風速ベクトル・
気温分布

気温の水平分布（高さ1.5m）
吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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13(2) SET* & UTCI（高さ1.2m）①
日射吸収率 0.5, 代謝量1.2Met, 着衣量0.5clo

SET*吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学UTCI

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1472022/4/28(2) SET* & UTCI（高さ1.2m）②
SET* vs UTCI
46・数値のみの評価では、UTCIの方が高め

4442UTCI40・SET*が高温域に近づくと両者の差が減少する傾向

383634y = -0.1082x2 + 8.7499x - 134.32
R² = 0.6768

323028283032343638 40
SET*42444648

SET*とUTCIの関係
吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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15(3) WBGTの算出方法の修正効果の評価①
WBGTの水平分布の比較

WbgtO(従来）吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学

WbgtN（熱収支法）

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1682022/4/28(3) WBGTの算出方法の修正効果の評価②
WBGTo vs WBGTn

・綺麗な相関関係

40393837y = 1.505x - 14.233
R² = 0.9615

36

Tgの修正に引っ張られた感じ

WBGTn

353433Tgに比べてやや相関係数が減少
したのは湿球温度のバラツキの影響によると推察

3231302928

・日照部で最高3℃程度の差

2726
2627282930

3132 33 34
WBGTo

353637383940

従来(WbgtO)と修正版(WbgtN）の関係

評価が1段階上がる

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17(参考) WBGTnとSET*, UTCIの関係
SET* vs WBGTn

UTCI vs WBGTn

4446424440
WBGTn

38
WBGTn

y = 0.7577x + 1.4908
R² = 0.8039

424036343836343232
y = 0.7563x + 4.3661
R² = 0.9024

302830282830

323436
SET*

384042

SET*との関係
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奈良女子大学

4428

30

32

3436
38
UTCI

40

42

4446

UTCIとの関係

大阪HITEC20220428

1892022/4/28(4) 暑熱環境暴露時間（高さ1.2m）①

風向
建物影となる領域：
24時間（上限値）

日射

東西街路北側を中心に値の特に時間の少ない領域発生
暑熱可能曝露時間の水平分布（高さ1.5m）
吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学大阪HITEC20220428

19(4) 可能曝露時間（高さ1.2m）②
ExposureTime vs WBGTn
24・両者の対応：良好2220
y = -3.5712x + 129.36
R² = 0.9307

Exposure Time [h]1816・SET*, UTCIよりもWBGTnとの相関高い

1412108＜指標の使途の整理＞
SET*, UTCI:
快適性評価

6420283032343638
WBGTn [degC]404244

WBGTnと可能曝露時間の関係
吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学WBGT, 暑熱環境曝露時間:
健康危険性の評価

大阪HITEC20220428

2010

2022/4/28(4) 可能曝露時間（高さ1.2m）②
ExposureTime vs WBGTn

・WBGTn が 34℃を境に傾向が変わる様に見える

242220y = -3.5712x + 129.36R² = 0.9307

Exposure Time [h]1816・可能曝露時間の決定プロセス(1) 心部体温が38℃に到達

1412(2) 体重の3%の汗を分泌

108(3) 24時間でも未到達（頭打ち）6420283032343638
WBGTn [degC]404244

WBGTnと可能曝露時間の関係(1) 成立時：可能曝露時間が短い
WBGTn > 34℃がホットスポットの基準？

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学大阪HITEC20220428

21(4) 可能曝露時間（高さ1.2m）③SET* vs Exposure Time
24・SET*1℃上昇 ＝
曝露時間3時間弱短縮

2220

Exposure Time [h]18・SET*39℃以上がホットスポット？

16141210864

y = -2.7744x + 116.5
R² = 0.8862

202830323436
SET*

38404244

SET*と可能曝露時間の関係
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2211

2022/4/28

2-5 結果の整理①
評価指標の相互比較
入力環境条 算出難易
件
度指標

SET*

B

温熱快適性評価

熱中症危険度評価

備考・留意点○○?

・現在、国内で最も汎用に使用・ホットスポットの基準：38℃以上か？

A

○

△

・欧州中心に活用例が多い。
・多項式が煩雑・人体熱収支メカニズムとの関連を構造的に分析することは困難

暑熱可能曝露時間

C×◎・Two-nodeモデルを使えば評価可能。
・心部体温38℃ or 発汗量が体重の3%を超過で限界

人体熱収支法B○△・温冷感、快適感の評価のための環境曝露時
間に課題ありWBGToA×△・WBGTnよりやや低めの評価

WBGTn

グローブ温度、湿球温度
C×◎・本来の定義に基づく。グローブ球、湿球の熱収支を解くためのデータが別途必要。
・ホットスポットの基準：34℃以上か？

UTCI
温熱6条件

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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2-5 結果の整理②
評価指標毎の入力条件の整理
指標

気温 湿度 風速 放射 代謝 着衣 備考

SET*

○○

○

○

○

○

UTCI

・MRT計算時に人体形状を考慮した方向別重み付けを施した上で、放射収支を評価する場合が多い。
・MRTの値には人体表面の日射吸収率の影響を含むため、明記が必要。下記の場合は、0.7、0.5を設定する場合が多い。

○○○○ーー

暑熱可能 ○
曝露時間

○○

○

○

○

人体熱収 ○支法

○○

○

○

○

WBGTo○○○○ーー

・日照部のグローブ温度の影響を特に過小評価する傾向あり。

WBGTn○○*○○*ーー

・WBGToより計算負荷は大ではあるが、こちらの方が妥当な解が得られやすいと期待される。

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学大阪HITEC20220428

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0. 本日の説明内容
1. 空間評価WGの紹介
2. 昨年度の活動内容の報告
3. 今後の課題（今年度の目標）
4. まとめ吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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3. 今年度の目標
3-1 はじめにイベント会場（万博会場など）を対象とする解析への要望
イベント会場の温熱環境評価
会場ゲート付近の温熱環境評価
二つの対象の共通点：群衆と温熱環境の相互影響の評価
従来の屋外空間の温熱環境評価における歩行者
暑熱環境の悪化を受容する存在
暑熱環境悪化の要因かつ受容の2面性に着目

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学大阪HITEC20220428

2613

2022/4/28

3-2 群衆影響を考慮した解析の基本的な考え方• CFD解析における複雑形状の再現
細かいメッシュ分割の導入
計算負荷の増大
細分化には限界がある＜従来＞
地形、建物等の主要な要素の形状のみ考慮したメッシュ分割

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学加 藤 敦 子 , 持 田 灯 , 吉 野 博 , 村 上 周 三 , 大 岡 龍 三 , 吉 田 伸 治 , CFDに 基 づ く都 市 ・建 築 環 境 解 析に お け るGrid Scaleより小 さい 気 流 障 害 物 の モデ ル 化 ― 既 往 の 研 究 の Review― , 日 本 建 築 学 会
東 北 支 部 研 究 報 告 集 , 63, 329-332, (2000)

大阪HITEC20220428

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3-2 群衆影響を考慮した解析の基本的な考え方②• サブモデルの導入
幾何形状の詳細な再現を行わないものの、着目する要素の環境に対する影響をモデル関数で再現するもの
都市気候解析におけるサブモデルの導入例
植栽、道路交通（車）、都市キャノピー＜今回＞ 群衆を加える
吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学加 藤 敦 子 , 持 田 灯 , 吉 野 博 , 村 上 周 三 , 大 岡 龍 三 , 吉 田 伸 治 , CFDに 基 づ く都 市 ・建 築 環 境 解 析に お け るGrid Scaleより小 さい 気 流 障 害 物 の モデ ル 化 ― 既 往 の 研 究 の Review― , 日 本 建 築 学 会
東 北 支 部 研 究 報 告 集 , 63, 329-332, (2000)

大阪HITEC20220428

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3-2 群衆影響を考慮した解析の基本的な考え方③• 群衆影響のサブモデルの導入
植栽（街路樹）の熱的影響モデルを参考に構築したい(a)Solarradiation (b)(c)

Longwaveradiation(d)(Turbulence)(Penetration)(a) drag force effects of the plant(b) production of latent heat from the plant canopy(c) shading effect on longwave radiation(d) shading effect on solar radiation

吉 田 伸 治 ，大 岡 龍 三 ，持 田 灯 ，富 永 禎 秀 ，村 上 周 三 , 樹 木 モデ ル を組 み 込 ん だ 対 流 ･放 射 ・湿気 輸 送 連 成 解 析 に よる樹 木 の 屋 外 温 熱 環 境 緩 和 効 果 の 検 討 , 日 本 建 築 学 会 計 画 系 論 文 集 ，536号 , PP. 87-94, (2000)

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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3-3 群衆サブモデルの具体化• 植栽モデルに倣い以下の効果の再現を目指す(1) 日射（短波長放射）の群衆通過時の人体表面での吸収、反射に基づく減衰、透過(2) 長波長放射の群衆通過時の人体表面での吸収、反射に基づく減衰、透過(3) 群衆の流体力学的影響（風速減衰、乱れの増加）(4) 群衆を構成する人体の熱収支に基づく人体の平均皮膚表面温度、表面からの顕熱ならびに潜熱の放散

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学大阪HITEC20220428

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3-3 群衆サブモデルの具体化②• 植栽モデルに倣い以下の効果の再現を目指す
Solarradiation
WindMoisture(b)

Wind(a)Longwaveradiation

(d)

(c)

Longwave radiation(a) drag force effects of the crowd(b) production of latent heat from the crowd(c) shading effect on longwave radiation(d) shading effect on solar radiation

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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0. 本日の説明内容
1. 空間評価WGの紹介
2. 昨年度の活動内容の報告
3. 今後の課題（今年度の目標）
4. まとめ吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
奈良女子大学16

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4. まとめ• 今年度の成果を確認
熱環境適応策を導入すべきホットスポット
WBGTn >= 34 （WBGTo >=32）
SET* >= 38• 次年度の主要テーマ：群衆影響のモデル化の考え方を整理

吉田 伸治 (y-shinji@cc.nara-wu.ac.jp)
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