地下鉄の地下鉄の風
福代和宏（山口大学）

１．はじめにある所でも観察されるものである。

地下鉄空間は地盤に囲まれているため、閉鎖人による伴流とは人の集団が同じ方向に移動的な空間のような印象を与える。しかし、実際する場合に発生する気流のことである。例えばには出入口通路、トンネル端の開口、換気口な

ラッシュ時に狭い出入口通路の中を同じ方向にどが開放された半開放の空間であり、地上の気群集が移動する場合に発生する。この気流に関象の影響を受けやすい特徴を持っている。また、する研究例はあまり見られない。

列車の走行は地下鉄系特有の列車風を発生させ、吹き込み流は地上から地下鉄構内へと流入す

地上と地下鉄との間の空気と熱の交換を促進しる空気である。地下鉄構内の深い部分には流入ている。

しにくいが、地下一階程度の部分では、ある出地下鉄に吹く風を駆動源ごとに分類して示すと次のようになる 1)。

入口から別の出入口へと、地上からの空気が通過することがある。
地下鉄では以上のような多様な風が発生して列車風

いるが、特に風量が多く、地下鉄空間の気象に換気機風影響を与えるのが列車風と換気機風である。以



空調機風

下では列車風と換気機風に対象を絞って地下鉄

密度流の風について論じたい。

人による伴流

吹き込み流

２．地下鉄の地下鉄の風の実際
2.1 地下鉄駅での地下鉄駅での実測結果
での実測結果列車風は先に述べたように列車がトンネルのある地下鉄駅のコンコース（地下一階）とプ中でピストンの役割をして発生させる気流のこラットフォーム（地下二階）を結ぶ階段におけとである。換気機風は、地下鉄構内の温度・空る気流の実測値 2)を図 1 に示す（同図には、後述

気質を適切に保つために換気装置によって地下する予測手法によって予測した風量もあわせて鉄に供給・排出される空気の流れである。空調示している）。

機風は地下鉄駅構内の冷暖房時に空調機器が発30生させる気流である。

る空気の密度と高さの差によって生じる気流のことである。例えば冬期には地下鉄構内が暖かく、地上が寒くなる。この場合、低所に低密度

Flow rate [m3 / s]

密度流は地下鉄系および地上の各場所におけMeasured
Calculated

20

6.4 m3/s at 700 s

1000200

400-10の空気が、高所に高密度の空気がそれぞれ存在-20するという不安定な状況になるため、微小な気-30

A Da d600
800
Time [s]1000

A Da d流がきっかけとなって強力な密度流が発生することがある。この密度流は坑道など、高低差が1200

図 1 駅構内の階段における風量図１ではコンコースからプラットフォームへと空気が流れる場合、つまり地上から駅構内にm / s となる。駅の構造によっては、乗降客は 5 m/ s 以上の列車風にさらされることがある。

空気が流入する場合に風量を正としている。また、同図の縦線 A, a はこの駅への列車の到着時
刻を、縦線 D, d は列車がこの駅から出発する時

2.2 地下鉄の地下鉄の風の予測手法近年、建築物内部の気流予測に数値流体力学（CFD）を適用することが増えている。しかし、刻を示している。
風量が負のピーク値を示すのは、列車の到着

地下鉄は冒頭に述べたような半開放空間である前である。これは図 2 に示すように、列車が地ため、気流予測を行うためには対象とする地下

下鉄駅に近づくことによって、トンネルの空気鉄駅だけではなく、地上、トンネル、隣接駅なが押し出され、地下鉄駅を経て地上に流出するども一括して取り扱わなくてはならない。コンためである。

ピュータの性能が向上したとはいえ、広大な地また、風量が正のピーク値を示すのは、列車下鉄空間に対して CFD を直接適用することは困の出発後である。これは図３に示すように、列難である。そこで、従来から地下鉄の風を予測車が地下鉄駅から離れることによって、トンネするためには「換気回路網」と呼ばれるモデル

ル内の空気の圧力が低下し、地上から地下鉄駅が用いられている。

を経てトンネルへと空気が流入するためである。

換気回路網は「ダクトモデル」とも呼ばれ、対象とする空間を空気が流れるダクトの集合体と見なし、ダクトの 1 次元的な空気の流れを予地上測するモデルである。また、ダクトは枝（branch）、ダクト同士の接合部は節点（node）と呼ばれる。
地下鉄駅

図４は地下鉄駅に換気回路網を適用した例でトンネルある。ここで、出入口、コンコース、階段、プラットフォーム、トンネルは branch に変換されている。

図 2 列車到着時の気流の動き

Node

地上

BranchConcourse
Staircase

地下鉄駅

Platform

Tunnelトンネル

図４

地下鉄駅と換気回路網

各 branch が一定の断面積 A を持ち、風量 q
図 3 列車出発時の気流の動きで空気が流れるとすれば、各 branch での空気の運動方程式は次のように与えられる。

列車の走行が無いときには、風量が正の値を示しているが、これは機械換気によって地上から地下鉄駅へと空気が流入しているからである。

Mdq= − R q q + A(∆P1 + ∆P2 )dt(1)階段の断面積を 10 m2 とすれば、機械換気による風は約 0.6 m / s、列車風はピーク値で約 2.0

ここで、t は時間、M は branch 全体の空気の質量、R は branch の形状抵抗および壁の摩擦抵

機械換気の運転を行えばよいかについて検討を

抗、∆P1 は branch 両端（つまり一方の node と行った 4)。検討対象としたのは駅給気・中間排気他方の node）の圧力差、∆P2 は換気機器や列車方式と呼ばれる機械換気方式（図５）を採用し走行による圧力上昇である。列車走行による圧ている地下鉄駅である。この方式では各地下鉄

力上昇は、文献 3)の二流体ピストンモデルを用い駅のプラットフォームには 6000m3/min の給気て計算できる。

が行われ、トンネルの中央から同量の排気が行

各 node では流入する風量と流出する風量が等しいため次の連続の式が成立する。

われる。換気回路網を用いてこの駅について検討した結果を図６に示す。
6000∑q = ∑qinflow

6000

(2)

6000
6000

6000

outflow

すべての branch および node に対する式(1)、

駅トンネル(2)を連立させて解けば、各 branch での流量が駅トンネル駅得られる。解法の詳細は文献 1)に記載している。
この換気回路網によって予測した地下鉄の風

図５で定量的に妥当な予測結果が得られることがわかる。

３．地下鉄の地下鉄の風が地下鉄空間に地下鉄空間に及ぼす影響
ぼす影響
3.1 地下鉄の地下鉄の高温化と高温化と換気
一般に地下空間は、周囲の地盤の断熱性および吸放熱効果（熱を吸収・放出すること）によ

プラットフォーム最高気温 [℃]の風量を図１に細線で示している。換気回路網

駅給気・中間排気方式（単位[m3/min]）4540

列車風＋連続機械換気

3530列車風のみ

25200って、地上よりも温度の変動が小さく、快適な

50100
交通量 [%]

150

空間であることが知られている。地下鉄空間も

図６

かつては「夏涼しく、冬暖かい」空間として知プラットフォーム最高気温の関係

200換気方式および交通量とられていた。
しかし、現在では状況が変わっている。地下交通量とは、通常の列車の運行本数を 100％と鉄交通量の増加に伴って地下鉄空間内の発熱量した場合に対する相対的な運行本数である。
「列が増加しているのだが、地盤の断熱性があだに車風のみ」とは機械換気を停止して、列車風になってこの発熱を外部に捨てることができず、よる換気にのみ頼った場合、「列車風＋連続機械結果として地下鉄空間の高温化が進んでいる。

換気」とは列車風が吹く状況でさらに図５に示

エネルギーを大量に消費する冷房に頼らずに、した機械換気を 24 時間連続で行う場合をあらわ

地下鉄空間で発生する熱を除去するためには、している。

列車風および換気機風によって地上との間の空気の交換を促進する必要がある。

交通量の少ない場合（交通量 0～140％）は、列車風のみに頼る方がプラットフォームの気温

著者らは以前、冷房に頼らずに夏期の地下鉄が低く保たれる。連続機械換気を加えると、地駅構内の高温化を抑えるためには、どのような上の高温の空気が駅構内に流入し、地盤の吸熱効果が損なわれる。

ET*と書かれているのが乗降客の温冷感であ

交通量が増加すると（交通量 140％～）、列車り、ET*が網掛けで示した 22.2～25.6℃の範囲や乗降客の発熱が増加し、列車風による換気だのとき、快適であるとされている。列車風がな

けでは、駅構内の除熱を行うことができなくな

ければ ET*は快適域に近い位置にあるが、列車る。この場合には、 機械換気を加えることによ風が発生すると、体から熱が奪われ、ET*は一気って、プラットフォームの高温化を抑制するこに低下する。
冬期の熱環境調整では列車風の緩和が重要なとができる。
このように、駅の熱環境調整には、交通量（列課題となる。

車本数）に応じた機械換気運転の切り替えが必
４．まとめ

要であることが示されている。

本稿では、（１）地下鉄の代表的な風は列車風と換気機風であること、（２）地下鉄の風は換気3.2 列車風と列車風と熱的快適性
前節で述べた地下鉄の高温化は夏期にはマイ回路網によって予測可能であること、（３）地下ナス要因であるが、冬期にはプラス要因になる鉄の風は地下鉄空間の熱環境に多大な影響を及のだろうか？

ぼしていること、などについて概説した。

この問いに対してはある面でイエスと答えることができる。例えば、著者らが大阪地方ＨＡ

引用文献

ＳＰ標準気象データを用いて行ったシミュレー

1) 福代和宏・下田吉之・水野稔，地下空間のションによれば、冬期の最も寒い時刻（シミュ

気流・温熱環境の予測手法に関する研究 (1)．

レーションでは１月 28 日８時）において、外気空気調和・衛生工学会論文集，(61)，99-110

温 － 1.7 ℃ に 対 す る プ ラ ッ ト フ ォ ー ム 気 温 は(1996)．

11.0℃であった 5)。

2) K. Fukuyo, Y. Shimoda, M. Mizuno,

このように見ると高温化は冬期には地下鉄のSimulation of a Subway station for

熱環境を改善していると言える。しかしながら、

Evaluation of the Thermal Comfort.

地下鉄が冬期には温暖で良好な環境になっていProceedings of Indoor Air 2002 (Monterey,るとは言っても、列車風による体感温度の低下

California), 736-741 (2002).
3) 森井宣治，ピストン効果の理論（二流体ピでその良さが損なわれることがある。
例えば図７は、冬期に、ある駅の階段で図１に示したような風量の変動があった場合に、その階段を通過する乗降客が感じる温度と温冷感ストンモデル）．日本機械学会論文集，66(644)，145-152(2000)．

4) 下田吉之・福代和宏・水野稔，地下空間における地盤の吸熱効果に関する研究を示している 2)。

第三報．空気調和・衛生工学会論文集，(63)，1-8
Temperatures [°C]24ASHRAE STANDARD 55-74(1996)．

22ET*205) 福代和宏・下田吉之・水野稔，半開放性空18間における熱的快適性に関する研究．土木

16Air Temperature

14

学会地下空間シンポジウム論文・報告集，3，

120

図７

200

400

600
Time [s]

800

1000

1200

駅構内の階段における熱的快適性

35-44(1995)．