街区と住宅周りの熱シミュレーションを行う

　2017年に最終竣工予定の「エムスマートシティ熊谷」において、同社は微気候デザインを大々的に採用している。「涼を呼ぶまち」をコンセプトとして、真夏の暑さが厳しいことで有名な埼玉県熊谷市（写真2）で、風の流れや熱放射を考慮した区画や住宅の計画を行っているのである。街区内には「クールスポット」と呼ばれる公園の緑を通り抜けるマイルドな風が、街区の中を巡るような区画レイアウトを採用。体感温度を下げる効果を意図している。

写真2　「エムスマートシティ熊谷

　また、水の蒸発時に冷却効果がある性質を活用した「パッシブクーリング技術」を導入。保水性インターロッキングをアプローチや駐車場に採用するなどしている。導入時の表面温度の検証は、ThermoRenderで部材の物性を入力しながら実施。以前はこの結果を手入力で、気流解析へと移行して検証したという。「2015年よりThermoRenderとSTREAM^®との相互連携が可能になり、これまでと比べて予想以上のスピードと利便性で検証ができるようになりました。」と平山氏はいう。

図1　クールルーバーの特徴 

　放射温度を下げる取り組みとして特筆すべきは、新たに部材から自社開発した「クールルーバー」の大々的な採用だ（図1）。「地面への打ち水は足元の温度を下げますが、人が熱を感じるのは顔付近です。クールルーバーをテラス周りのエクステリアに取り入れることで、気温より最大5 ～ 6℃もマイナスとなる冷たい面を顔の高さまで持ってくることができます」と効果を平山氏は説明する（写真3、4）。

　
（左）写真3　クールルーバーを設置した住宅、（右）写真4　クールルーバー

  クールルーバーは、羽板状の部材に上の段からゆっくりと水を落として表面全体に回し込むもの。水の蒸発冷却で表面の温度を下げ、冷えたルーバー面の間を風が流れることで涼風がつくりだされる。素材や形状について何度も試行錯誤を行い、芯材の素材は加工性がよくサイズ対応が容易なアルミ製に決定。光触媒を用いた多孔質の塗料を用いることで、表面の水の広がりが大幅に増加した。使用する水は、1時間に1 ～ 2リットル程度。朝と夕方のそれぞれ2時間程度通水する。

　クールルーバーの効果の検証では、STREAM^®で住宅周辺の気温・風向風速分布をシミュレーションし（図2）、ThermoRenderで表面温度分布をシミュレーションした（図3）。「ルーバーのシミュレーションでは細かいメッシュで解くと手間と時間がかかるので、『多孔質体』として設定しました。ボックスの中に固体部と流体部が混在している設定としています。さらに固体の物性値と空隙率を入力し、さまざまな風速で個別に計算したうえで関数化した抵抗値を与えています」と平山氏。クールルーバーの周りで冷えて拡散していく様子などが、画像でわかりやすく確認できる。表面形状と表面温度を的確に捉えるため、ハイブリッドメッシュを採用した熱流体シミュレーションソフトウェアSCRYU/Tetra^®も併用し、STREAM^®に落とし込んだ。クールルーバーについて「ほぼ狙い通りの効果がありました」と平山氏は胸を張る。

図2　気温・風向風速分布によるクールルーバーの設計検討




図3　表面温度分布によるクールルーバーの設計検討
　　　　　　　

コミュニケーションツールとしてのシミューレーションソフト

　STREAM^®などのソフトは、目には見えない熱を「見える化」するため、コミュニケーションでの効果も高いと平山氏は言う。「ThermoRenderで熱収支計算を行うことで算出される表面温度をSTREAM^®に持ち込むと、植栽やクールルーバーの付近では気温が下がっていく様子や、熱がどこで溜まるのかをビジュアルに見ることができます。社内の設計部との連携も、しやすくなるのです」。開発段階では、テラスの周りに設置すると冬の日光を遮り寒くならないか、どの程度まで窓に近づけるのが適切かを設計部とやりとりしたという。シミュレーション結果と効果をSTREAM^®で見せることで、同じ目的に向けて会話がスムーズに進み、懸念事項の解消へとつながった。「設計者にも住宅単体の設計が街区全体での効果に広がることを実感してもらい、設計者のデザインセンスの中でクールルーバーを住戸計画に綺麗に納めてもらうことができました」と平山氏。

　ビジュアルでの伝達手段のほか、平山氏はSTREAM^®などのシミュレーションソフトの利点を、次のように語る。「温熱環境の実測では実測時に複数の条件要素が同時に変動してしまいますが、シミュレーションでは条件を自分でさまざまに変えて試すことで、メインファクターが見えてきます。そうしてピンポイントで対策を打ちやすくなる。自分のポテンシャルを上げさせてもらっていると感じます」。