風配図と風シミュレーション

「03 風」タブは、最も近い観測所の風配図と、敷地周辺の建物の間を流れる風のシミュレーションを図版として出力します。

概要

「03 風」タブは、風配図（観測の統計）と建物の間の流れ（シミュレーション）を1つの画面に表示します。

建物の間の流れは、敷地周辺で風が通る所とさえぎられる所を示します。この情報は通常、CFD解析を外部に委託して得るものです。このシミュレーションは、設計初期の検討のためのものです。

使い方

1. 敷地と半径を決めます。
2. 「03 風」タブで期間（年間・春・夏・秋・冬）を選びます。
3. 「風配図」で観測頻度を確認します。
4. 「シミュレーション平面」または「シミュレーション3D」を選び、「計算する」を押します。

風配図

風配図は、観測所が記録した時間ごとの風向・風速の頻度を集計した図版です。モデルで作った値は含みません。風配図は16方位で描き、期間は年間・春・夏・秋・冬から選べます。

データはEPW/TMYx気象ファイル（climate.onebuilding.org）です。建築シミュレーションの分野で標準的に使われる気象ファイルで、Ladybug・Grasshopperで使うファイルと同じです。世界17,311地点を収録しており、どの地域の敷地でも同じ方法で作ります。

観測所の情報

風配図は観測所の地点の風で、敷地の風と同じではありません。観測所は敷地から数km離れています。その間に尾根・川・高層棟が1つでもあれば、敷地の実際の風は変わります。

そのため画面には、観測所の名前、敷地までの距離、観測期間が常に表示されます。

風速は観測所の風速計の高さで測った値で、風速計の高さは地点ごとに異なります。そのため、地点の間で風速をそのまま比較することはできません。

シミュレーションの計算方法

「計算する」を押すと、選んだ期間の卓越風向1方向について、敷地周辺の空気の流れを計算します。

計算方法は、格子ボルツマン法（LBM）に、スマゴリンスキーモデルを用いたLES乱流モデルを組み合わせたものです。有限体積法でナビエ・ストークス方程式を直接解く代わりに、粒子分布の衝突と並進を計算するため、GPUで高速に計算できます。

建物に加えて、地形も標高データ（国土地理院 標高タイル）から計算に入れます。

結果は、計算の最後の区間の時間平均です。乱流は刻々と変動するため、1つの時点のスナップショットは再現されません。区間で平均して、安定した結果を得ます。

格子

計算格子は4mに固定しています。幅8mの路地はセル2つで表されます。

格子が8mだと路地がセル1つになり、通り道そのものが消えます。格子が2mだと計算量は8倍になりますが、得られる精度より他の誤差のほうが大きくなります。

格子の大きさのほかに、高さが分からない建物の欠落も誤差の要因です。高さが分からない建物はモデルに立てられません。渋谷駅・半径800mでは、3,975棟のうち134棟がこれにあたります。格子を2mに細かくしても、これらの建物は計算に入りません。

計算領域

計算領域は、図版の範囲より四方に400m広く取ります（解析半径＋400m）。余裕の部分は結果から捨て、図版の範囲だけを表示します。

計算の境界は人工的な条件です。流入面では、風が一様であるという条件を強制的に与えます。建物が境界面に近いと、建物がつくった乱れが境界で跳ね返り、結果をゆがめます。余裕の部分はこれを防ぐためのものです。

CFDの実務指針（COST Action 732、日本建築学会）は、この余裕を最も高い建物の高さHの5倍以上としています。このツールは5Hの代わりに固定値の400mを使います。Hは極端な値1つで大きく変わるためです。低層の市街地でも、半径内に高い建物が1棟あるだけで、5H基準の計算領域は大きく広がります。固定値にすることで、敷地の性格によって計算領域が変わらないようにしています。

半径の上限

シミュレーションは半径1kmまで対応します。それより広いと計算量が半径の3乗で増え、実用的でなくなるためです。図版そのものは半径1.5kmまで作れます。

表示の種類

• 「風配図」：16方位の観測頻度です。放射状の棒の長さは頻度、色の段階は風速、中央の数字は静穏（無風）の割合を表します。
• 「シミュレーション平面」：色は風速、模様は流れの方向を表します。模様はホワイトノイズを流れの方向ににじませたLIC（線積分畳み込み）表現で、矢印を使わずに流れの方向を示します。高さを変えて見ることができます（例：地上4mではふさがっている路地が、高さ48mでは通り抜けている）。
• 「シミュレーション3D」：実際に追跡した流線を細い線で表示します。1本の流線の中でも色が変わるため、路地での加速と建物の後ろでの減速が見えます。

平面の図版は風速の強い所と弱い所を1枚で示し、3D表示はその原因を示します。平面の図版は報告書への掲載に、3D表示は発表中の質疑への対応に向いています。

結果の読み方

地点ごとの風速の値（例：この地点の風速2.3 m/s）は、このツールが保証する値ではありません。結果は数字を引用するためではなく、空間の構造を確認するために使います。

卓越風がどの道に沿って入ってくるか、どのブロックの裏で風がよどむかは形から出てくる判断で、4mの格子でも十分に見分けられます。

配置案の比較に特に向いています。同じ敷地にボリュームを違う配置で置いてそれぞれ計算すると、風の道をふさぐ案と通り道を残す案の違いが分かります。

制限事項

計算に含まれない項目は次のとおりです。

• 卓越風向1方向のみの計算：実際の評価では、16方位すべてを頻度で重み付けします。
• 樹木を含まない：街路樹や公園の樹木は、実際には風をかなり弱めます。
• 高さが分からない建物の除外：格子の項を参照してください。
• 風洞による検証なし：同じ敷地を実測して結果を照合したことはありません。

「PNG保存」で保存した結果の画像には、早期設計の参考用であること、風洞による検証がないことを示す文言が入ります。「図版のみPNG」で保存するとこの文言が入らないため、キャプションを別に付けてください。

データの出典

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