積雪寒冷都市における風雪シミュレーションを用いた都心街区の空間デザイン- 低炭素都市実現に向けた都市デザイン

その 1-

低炭素都市 積雪寒冷都市 風洞実験
風雪シミュレーション 都市デザインプロセス

地区エネルギー

1. 研究の背景
日本の都市は、 容積率制によるボリュームコントロール、 建築単体のデザインを中心としたもので、 都市全体として統一性のない煩雑な都市空間が形成されている。 これからの都市デザインでは、敷地単位に加えて街区単位でコントロールを行い、周囲と調和させながら都市を形成する必要がある。 また、 全国各々の気候風土をもちながらも、 現在の日本の都市デザイン手法は画一的なものであり、 特に積雪寒冷都市では、 冬の気候が都市デザインに与える影響を考慮すべきである。 さらに、
今後低炭素型都市の実現が求められている中においては、 積雪寒冷都市の冬期に消費するエネルギーの低減も都市デザインとして考慮すべき項目と考えられる。
2. 研究の目的と方法
本論では、 世界の積雪寒冷都市の中で極めて積雪が多く、人口密度が高い、 札幌市都心部を対象とした。 ①札幌市都心部の街区分類を行い、 街区の更新パターンを把握し、 街区空間の対象を抽出した。 ②参考文献 1) より評価視点を決定し、③街区空間の更新パターンに対して風雪シミュレーションを行う。 ④最後に、 風雪環境とエネルギーの視点から街区空間を空地率 (％)
70GB60FHA20(ⅰ)

CDE200400(ⅱ)

100から適正な街区の空間像を決定していく必要がある。

そこで、 本論では、 既往研究① で明らかとなっている、 積
雪寒冷都市における中層建築街区の優位性を前提とし、 その発展系として、 中層建築街区の更新パターンを抽出し、風雪環境とエネルギーの評価を行った (6 章 )。
4. 街区空間の評価視点とその方法
参考文献 1) より、 「図 4- Ⅰ : 評価視点」 で示した以下の 3つの視点を抽出した。 A: デザイン性 (D/H、 ランドマーク性、都市の統一性 )B: 風雪による歩行空間の快適性 ( 吹き溜まり、風の強さ、 風の乱れ )C: 雪処理エネルギーとした。
5. 風雪シミュレーションの概要
実 験 に は、 北 海 道 立 北 方
建築総合研究所の粉体装置、風洞装置を使用した。 シミュ
レー ション の風 向 は、 過 去 5
年 (2005 〜 2009) の気象デー
タ 2) より北西方向とした。 また、 写真 1 風雪シミュレーション実験状況
シミュレーションには、 縮尺 1/500 の模型を用いた。
6. 札幌都心の対象街区の選定と更新パターンの決定
6-1. 対象街区の選定
中層建築街区に該当し、 また
St.1
St.2
近年再開発の動きが活発化している狸小路 3,4 丁目の 2 街
0 10 25 50
100 ［m］
対象街区区を対象街区とした ( 図 2)。
図230A group
B groupC group
D group
E group
F group
G group
H group

街区容積率 (％)
06008001000

千葉 拓也＊5増田 祥子＊6
山田 健介＊7
野村 武志＊7

N

50
40

同
同
同
同

駅前通り

評価し、 都市の新しいデザインを明らかにすることを目的としている。
3. 札幌都心の街区分類による将来像の把握

正会員○佐藤 公哉＊1
同
瀬戸口 剛＊2
同
堤 拓哉 ＊3
同
渡部 典大＊41200

図 1 札幌都心における街区容積率 - 空地率による街区分類
表1 札幌都心におけるグループ別の街区の空間像

街区像
札幌市都心部の街区を 種類 ボリューム 高さ 空地
低層建築低密街区
A 大きい 低層
大低層建築低密街区
B
細かい低層
大街区容積率と空地率から
C 混在 低中層 中 / 分散 低中層建築低密街区
位置付け ( 図 1)、 さらに建 D 細かい 中層 小 / 分散 中層建築低密街区
E 混在 低中層 小 / 分散 低中層建築高密街区
築のボリューム、 高さ、 空 F 混在 中高層 小 / 分散 中高層建築高密街区
高層建築高密街区
G 大きい 高層
大高層建築高密街区地の大きさから都心街区の H 大きい 高層 小空間像を 8 グループに分類した ( 表 1)。
現在の再開発は容積率を上げながら街区を更新するのが一般的である。 図１中の矢印に示すように、 街区を更新する方向性としてⅰ ) 高層建築と空地を設ける高層建築街区 (G,H グループ )、 ⅱ ) 中層建築と空地が少ない中層建築街区 (E,F グループ ) の大きく 2 つに分けられる。ここで中層建築街区は E,Fグループのように、 異なるボリュームや高さが混在しており ( 表1)、 街区形態が多様である。 従って、 建築のボリュームや高さ

狸小路 3,4 丁目街区図6-2. 更新パターンの決定
4 章の評価視点 A: デザイン性 (D/H、 ランドマーク性、 都市の統一性 ) から、 同じ街区容積率 600% で中層建築街区の更新パターンを決定した。 街区単位でコントロールを行う高さ統一型、 山型、 囲い型、 その比較対象としてコントロールを行わない現況更新型を更新パターンとした。 各更新パターンの特徴は 「図 4-A: デザイン性」 に示している。
7. 各更新パターンの評価 ( 図 3)7-1. 現況更新型の評価結果 ( 図 3-1)
【吹き溜まり】 他の更新パターンに比べ少ない。 これは、 歩行の危険が軽減されることが期待できる (b1-1)。 【風の強さ】
全体的に弱風 (b2-1)。 【風の乱れ】 全体的に乱れは少ない(b3-1)。 【雪処理エネルギー】 積雪量が多く、 CO ₂排出量が大きい (C-1)。 【総評】 「吹き溜まり」 「風の強さ」 「風の乱れ」
でよい評価だが、4 つの更新パターンの中で最も積雪量が多く、「雪処理エネルギー」 が膨大な点は問題である。
7-2. 高さ統一型の評価結果 ( 図 3-2)
【吹き溜まり】 他の更新パターンに比べ少ない (b1-2)。 【風の強さ】 北側交差点付近で強風で、 不快に感じる傾向が強い(b2-2)。 【風の乱れ】 急に突風が吹く場所が幾つかある (b3-2)。

The Spatial Block Design of Downtown District with Snow and Wind Simulations in Snowy and Cold Cities-Urban Design achieving to Low carbon cities #1SATOH Kouya et allB. 風雪による歩行空間の快適性
C. 雪処理エネルギーb3. 風の乱れ
b2. 風の強さ
【概要】
【概要】
【概要】
【概要】
【概要】
街区空間を以下 各パターンの St.1、 St.2 において、 歩道の 積雪寒冷都市における屋外の風の感じ方の 歩道内にとった 30 点において、 各点 街区内での 1 日の排雪に必要なエネルギーのガストファクター ( 以下 GF) で風のの視点で評価す 積雪深を示すグラフ、 積面の乱れを示す偏 評価をもとに、 風の強さを評価。
量 (MJ)、 二酸化炭素量 (t) を算出。
分布係数グラフを作成し、 評価。
乱れを評価。 ガストファクターは突風る【設定】①運搬排雪 ： 積雪の絶対量から、 運搬排雪に3）率という。
室外における風の強さと人の快適性
必要なエネルギー量、 二酸化炭素量を算出。
【設定】
D/H②ロードヒーティング ： 歩道最高積雪高さを1.5m/s未満
やや寒くやや不快積雪深グラフは、4街区について相対的に評価。
D/H がヒューマン【設定】
基準に歩道の雪全てを溶かすのに必要なエ偏分布係数グラフは、 値が 1 に向かって高くな
1.5 m/s 以上 2.9m/s 未満 寒く不快
スケールか
Ⅱ. 評価方法・ 他の街区と比較しながら、 各点の風 ネルギー量、 二酸化炭素消費量を算出。
る山の形なら乱れは少なく、 値が 1 に向かって2.9m/s 以上非常に寒く非常に不快 の乱れを相対的に評価。
ラン【設定】
低くなる谷の形なら乱れは大きい。
駅前通りに対してランド( ある点の積雪深 )設定風速の条件 (6 m/s)
・ 降雪の処理について ( 面積比より )( その点における最大瞬間風速 )(歩道の積雪深の偏分布係数)=
マーク性があるか・ 日最大風速を用いる( GF ) =( 積雪深の平均値 )10%
50%
30% 10%( その点における平均風速 )・ 対象日数の 1/2 以上の日数が該当
統一
山型
現況更新
運搬排雪
ロードヒーティング 堆積
自然融解
・ 評価軸の数値に近いものになること( 日射、都市の潜熱など )高さ統一
囲い型
その街区で都市を形成したとき統一性はあるか 駅前通り歩道の積雪深グラフと偏分布係数グラフ
各点の GF( ガストファクター )各点の最大瞬間風速
雪処理エネルギーのエネルギー量、二酸化炭素消費量885.7 ［MJ/ 日］
運搬 E(6) (22) (2) 1.24 1.15 1.10 1.10 1.13 1.13
1. 現況更新型 D/H D/H が一定でな 駅前通り積雪深グラフ
全乱 小さい ロード E
1.12
1.36
115,809.8 ［MJ/ 日］
1.34
1.12
St.
1
(駅前通り)
1.38
1.14
く評価できない弱風
全強
1.30
1.22[mm]小さい
駅乱
4.0
116,695.5［MJ/ 日］
雪処理 E
1.38
1.15
ラン なし
3.0
駅強 弱風
交乱それぞれ 運搬 CO20.24 ［t/ 日］
1.15
1.40
1.24
1.26
統一 煩雑なボリューム 2.0
交強 弱風
差が大きい
1.19
1.47
1.27
1.24
ロード CO2
22.89 ［t/ 日］
1.0
1.19 1.14 1.22 1.13 1.27 1.19
で統一性なし0.0
雪処理CO23.13［t/ 日］2
北南930.3 ［MJ/ 日］
2. 高さ統一型 D/H どの通りに対しても St. 2 ( 駅前通り )(6) (20) (4) 1.18 1.17 1.17 1.11 1.14 1.25 全乱 小さい 運搬 E[mm]
1.23
1.21
1.08
1.17
121,643.9 ［MJ/ 日］
ヒューマンスケールでない 4.0
1.63
1.22
駅乱 各点で ロード E
全強 弱風
3.0
1.15
1.23
122,574.2［MJ/ 日］
ラン 高さが一定で 2.0
1.15
1.21のばらつき 雪処理 E
駅強 弱風運搬CO0.25 ［t/ 日］
1.19
1.26
2
1.171.20
ランドマーク性なし 1.0が大きい
交強北側の交
1.25
1.17
1.53
1.20
ロード CO20.0
23.73 ［t/ 日］
北南
統一 あり
差点で強風
1.15 1.15 1.16 1.16 1.25
1.21
交乱 小さい 雪処理 CO2
23.98［t/ 日］
駅前通り歩道の偏分布係数グラフ
818.3 ［MJ/ 日］
運搬 E(3) (20) (7) 1.18 1.27 1.12 1.08 1.17 1.14
3. 山型
全乱 大きい ロード E
D/H 外側の通りに対 St. 1 ( 駅前通り )106,995.8 ［MJ/ 日］
1.18
1.18
1.13
1.15
全強 強風
1.17
1.24
駅乱 値も小さ 雪処理 E
してヒューマンスケール 24
1.14
1.30
107,814.0［MJ/ 日］
18
駅強 強風
1.11
1.19
く差も小さい 運搬 CO2
ラン あり
0.22 ［t/ 日］
1.22
1.2712
交強どの交差1.16
1.29
交乱 小さい ロード CO21.20 1.26
1.19
1.77
24.58
［t/ 日］
6
統一 あり
点でも強風
1.22 1.26 1.20 1.19 1.14 1.33
0
雪処理 CO2
24.80［t/ 日］
00.2-0.4 0.6-0.8 1.0-1.2 1.4-1.6
1.8798.6［MJ/日］
運搬E
4. 囲い型(5) (21) (4) 1.14 1.13 1.21 1.07 1.16 1.10 全乱 各点で2 ( 駅前通り )D/H 内側の通りに対 St.
1.10
1.13
1.19 1.22
104,424.0 ［MJ/ 日］
ロード E
24
1.23
1.31
全強 弱風
差がある
1.23
してヒューマンスケール 18
1.17105,222.6［MJ/日］
雪処理E
1.27
1.24
駅強 弱風
駅乱 全体的12ラン あり
1.18
1.21
運搬 CO20.21 ［t/ 日］
1.22
1.20に大きい
交強 北側の交6
1.23
1.14
1.41
1.16
統一 あり
16.95 ［t/ 日］
交乱 大きい ロード CO2差点で強風
1.10 1.30 1.21 1.15 1.11 1.4300
0.2-0.4 0.6-0.8 1.0-1.2 1.4-1.6
1.8雪処理 CO2
17.16［t/ 日］D/H 通りに対する D/H 全強 街区全体での風の強さ
全乱 街区全体での風の乱れ
歩道面積 4,490.6 ㎡ / 札幌市の雪の密度 4）200 kg/ ㎥ / 融解熱 4）333 KJ/kg 【運搬排泄】 狸小路から雪堆
凡
ラン 都市のランドマーク性 駅強 駅前通りにおける風の強さ 駅乱 駅前通りにおける風の乱れ
積所までの距離 5）4.0 km/ 燃費 (10t ダンプ使用 )2.0 km/L( 軽油 )/ 二酸化炭素排出量 6）2.6 kg/L/【電気ロー例 統一 都市の統一性
ドヒーティング】 熱効率 20％/ 熱量 ( 電気 )9.38MJ/kWh/ 二酸化炭素排出量 6）0.378kg/kWh
交強 駅前通り交差点における風の強さ 交乱 駅前通り交差点における風の乱れ
Ⅰ. 評価視点

A. デザイン性

b1. 吹き溜まり﹇算出データ﹈

図3

各街区における風雪や風、雪処理によるエネルギー評価図【雪処理エネルギー】 積雪量は少ないが、 歩道の吹き溜まりが大きく、ロードヒーティングによるロス 5) が大きい (C-2)。 【総評】
現況更新型と、 駅前通りに接する建築はほぼ同じため、 評価に大きな差は出なかった。
7-3. 山型の評価結果 ( 図 3-3)
【吹き溜まり】 St.2 での積もり方が大きく異なり、 St.1 の南側交差点付近に大きな吹き溜まりの場所がある (b1-3)。 【風の強さ】 他の街区に比べて強風。 駅前通りでは、 非常に不快に感じる傾向が強い (b2-3)。 【風の乱れ】 特に目立った特徴はな
い (b3-3)。 【雪処理エネルギー】 4 つの更新パターンの中で最も大きな値を示した。 街区内での積雪量が最も多く、 ロードヒーティングによるロス 7) も最も大きい。 山型は、 建物高さが街区中心部に比べ側縁部が低い為、 歩道に風が吹き下ろし、 多くの雪が歩道に積雪したと考えられる (C-3)。 【総評】 全体的に積雪寒冷都市では不利な街区形態と言える。
7-4. 囲い型の評価結果 ( 図 3-4)
【吹き溜まり】 積もり方に乱れがある (b1-4)。 【風の強さ】 北側交差点付近で強風で不快に感じる傾向がある (b2-4)。 【風の乱れ】 全体的に小さく、 不快に感じる傾向が少ない (b3-4)。
【雪処理エネルギー】 4 つの街区の中で最も少ない。 街区内での積雪量が少なく、 且つロードヒーティングによるロス 7) は最も小さい。 囲い型は、 街区中心部に比べ側縁部が高くなっている為、 街区中心部に対して風が吹き下ろし、 多くの雪が街区中心部の屋根に積雪したと考えられる (C-4)。 【総評】 「雪処理エネルギー」 では最も優秀な数値を示し、 その他の項目も全体的に良い結果が見られた。
8. 評価に基づく狸小路における街区の空間像
4 つの更新パターンで比較を行った。【吹き溜まり】【風の強さ】

山型が悪く、 その他の更新パターンに目立った差は見られない。 【風の乱れ】4 つの更新パターンで一長一短であった。 【雪処理エネルギー】 囲い型が最も優秀な数値を示した。
狸小路 3,4 丁目の 2 街区における街区デザインの方向性として、 「駅前通りの交差点に面する建物ランドマーク性」 「多くの人が利用する駅前通りにおける冬期の歩行空間の快適性」 「効率的な雪処理エネルギー消費」 が重要であり、以上の評価より、囲い型が最も有利な街区形態といえる。
9. まとめ
本論では、 以下のことが明らかになった。
Ⅰ . 札幌市都心部の街区形態の構成を街区容積率、 空地、建築ボリューム、建築高さの要素から、8 グループに分類できた。
Ⅱ . 中層建築街区では各更新パターンで、 風雪の影響による歩行空間の快適性、 雪処理エネルギーが異なる。 積雪寒冷都市では、 これらを新たに都市デザインのプロセスに組み込むことが重要である。
Ⅲ .4 つの更新パターンの中では 「囲い型」 が、 デザイン性がよく、 風雪による歩行空間への悪影響が少なく、 雪処理エネルギーが少ない点で優れている。
以上の観点から積雪寒冷都市では風雪環境やエネルギー評価から街区単位で都市デザインを構築すべきである。 本研究はシミュレーションのみに基づいており、 現実の都市空間での評価をさらに行う必要がある。
〈注釈〉
1) 北国の街づくりと景観 /N.Pressman, 積雪寒冷気候に対応した都市デザイン / 繪内 正道 , 屋外空間の生活とデザイン /J. ゲール 2) 札幌管区気象台気象観測データ / 気象庁 3)Xiang Wang Meng/Developmentof Urban Design Guidelines with Wind Tunnel Simulations for Downtown Districts in Winter Cities - NewUrban Design Approaches for Cold Region Cities- の実験データを引用 4) 次世代北方型住宅の除雪に配慮した配置計画に関する研究 / 北海道北方建築総合研究所 5) 札幌市雪たい積場開設状況一覧
6) 京都府地球温暖化対策指針別表第 2 による CO2 排出係数 7) 歩道の積雪最高高さを基準に道路全体のロードヒーティングが稼働すると仮定。従って、歩道の積雪量が同じであっても、平均的に積もった場合と、吹き溜まりをつくる場合では、後者の方がエネルギーのロスが大きい〈参考文献〉①瀬戸口 剛 : 風雪シミュレーションを用いた高層街区と中層街区が周辺の公共空間に与える風雪環境評価 ,日本建築学会計画系論文集 , 第 614 号 ,167-174,2007 年 4 月＊1・7 北海道大学院工学院 修士課程
＊4 古市徹雄都市建築研究所 ＊1・7 Master's course , Granduate school of Eng ., Hokkaido Univ. ＊4 Furuichi & Associates , M . Eng.
＊5 Takenaka Co ., M . Eng .
＊2 北海道大学院工学院 教授・工博＊2 Prof ., Fuculity of Eng ., Hokkaido Univ ., Dr . Eng＊5 竹中工務店＊6 Sapporo city office , M Eng＊3 北方建築総合研究所 研究主任 博士・工学 ＊6 札幌市役所＊3 Northern RegionalBuilding Research Institute