ビル風の発生原因と対処法 - 剥離流

1. はじめに

この記事について

この記事ではSimScaleを用いて、剥離流が発生する現象を再現し、それに対する対策案を検討する事例を紹介します。

剥離流

ビル風と一口に言ってもその発生原因は大きく次の2つがあります。

1. ビルとビルの間の細い通路を風がまとまって流れる
2. 地表より速い上空の風が吹き下ろす

1に関してはビル風として最もイメージのしやすいものです。流体は流路の断面が小さくなった時に速くなります。ホースで水やりをしているときに、ホースの先を押しつぶすことで、水が早く流れる現象のように、ビルがある部分を流れるはずだった風が、狭いビルとビルの間に集中することで、高速に流れます。この風を谷間風と呼びます。

2は「逆流 (ダウンウォッシュ)」と呼ばれる現象です。風速は地表付近は小さく、上空にかけて高度を上げるにつれて大きくなります。この上空を流れる速い風が、ビルに衝突し高速の下降気流が発生することが原因です。詳しくは別ページの記事をご覧ください。

剥離流は1の一種で、ビルにあたった風がビル風の側方に流れるときに、ビルから剥離するように生じた高速の流れです。

上図からわかるように剥離流が発生する領域は歩道にあたることが多く、歩行者の感じる快適性に大きく影響します。風の流れを視覚的にとらえ、対策の施策効果を検証するためにシミュレーションは大きく貢献します。

2. シミュレーションによる解析結果

SimScaleでは風環境評価に特化したインターフェースで、数ステップの簡単なワークフローでシミュレーションと快適性の評価を行うことができます。本稿では8風向による風環境評価を行い、不快さに起因するものに対して対処法を検討します。下図は、先述の図のような建物配置のときに、8風向の風配図の風解析結果より自動で計算された快適性評価のコンター図です。(欧州基準の評価結果です。日本において広く用いられている、村上法と風工学研究所法による自動計算も可能です。)

下図は南西の風のシミュレーションによる解析結果です。風が対象建築物に正対するこの風向の場合、風が建築物から双方に流れる部分で、剥離流による流れの速い領域がることが分かります。

次章ではこれを低減することを目的とし、対策を検討します。このように、シミュレーションは風洞実験や現地での実測とは異なり、風の挙動を視覚化できるため、現象の把握とその対処を検討するのに適しています。

3. 改善案とその効果

都市環境において歩行者の高さの剥離流の影響を低減するアプローチとして①剥離流を発生させない ②風の流れを妨げる ことの2つが挙げられます。以降では具体的な対策内容とその効果をご紹介します。

I. 都市レベルでの配置

剥離流は建築物に風が正対して当たるときに大きくなります。これを防ぐためにその地域の風配図を確認し、最も頻繁に流れる方向に対して平行するように一本道を確保します。

ビルに正対して当たる風が少なくなり、剥離流が小さくなっていることが確認できます。

II. 植栽

生垣や樹木などの植栽は、現在ビル風の対策としても最も用いられている対策の一つです。風が植栽にあたると、植栽が風が持つエネルギーを吸収し、ビル風速度を大幅に低減することができます。今回は剥離流が発生する建築物の角部に樹木を配置し剥離流の低減を試みます。

III. 街路に構造物を設置

街路の構造物も効果的に配置することで、剥離流を分散させることができます。この構造物の例として、フェンスやベンチ、プランター、ポストなど小規模なものから、歩道橋や屋根付きのバス停、地下道入口などが挙げられます。

今回は剥離流が発生する建築物の角部に、広告看板を想定した板状のモデルを配置し、剥離流が上方に流れ歩行者高さの風速が小さくなることを期待します。

IV. 建築物の形状

歩行者の高さよりも上方に剥離流をそらすように、建築物の角部にセットバックを設けることも効果的です。

4. まとめ

都市設計・高層建築物設計において、剥離流の影響を低減することは、解的かつ持続可能で魅力的な都市を創造するために重要です。シミュレーション技術を活用することで、建物・街路・地形についても空気力学特性と歩行者にとっての快適性を検証できるようになります。進化するテクノロジーは、美的なだけでなく生活の中で歓迎される、調和された形での都市の進化にも役立っていくことでしょう。