環境共生型海上都市の環境性評価小穴倫久・古川裕一・金裕奉・惣田訓・山口克人（大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻） 1. 緒言都市を支えるエネルギーシステムも巨大化・国際化し、エネルギー・資源の消費に伴う大気汚染物質や排熱の都市内外への排出が増大し続けている。その結果、化石燃料の枯渇の危機とともに地球環境への負荷が著しく増大している。また、大都市圏への一極集中は様々な都市問題を引き起こし、現状の都市では国際化や情報化、高齢化等といった社会の潮流に対応しきれなくなっている。このような状況により、持続的成長が可能な新たな都市の理想像の確立が求められている。以上のような背景から、本研究では、自立・循環・連携を基本コンセプトとした都市モデルである環境共生型海上都市（Sustainable Marine City; SuMaC）を対象として、都市の自立性と環境負荷の低減を目標とした自然エネルギー活用システムを提案した。さらにこの都市モデルの有用性を示すために、温室効果ガスを指標としたエネルギーシステムの評価及び、熱環境評価について検討を行った。 2. SuMaC 構想 1) 大阪湾沿岸域、特に湾奥部沿岸域においては、次に示す環境創造課題がある。 ①大阪湾沿岸各地域の連携・交流基盤の構築と大阪湾環状都市の形成、②生物多様性の回復(高度経済成長期から現在までに失われた 2,000ha の砂浜・干潟・浅場等の生物生育環境の回復と生物種の回復) ③水質・底質の改善(特定の種が優占するような水質の改善、貧酸素・無酸素底質の改善、富栄養化原因物質を含む河川水質の改善等)、④停滞性海域、港湾内停滞域の海水交換の促進、⑤人々と海の関わりの回復(パブリックアクセス、環境教育・学習、海の生物とのふれあい等)、⑥生態系回復技術の開発、⑦沿岸域におけるエコシティづくり、⑧居住空間・交流空間としての臨海空間の開放、⑨港湾機能の再構築。 SuMaC は、これらの解決に資する、環境共生・創造のための、生物生育環境の提供、教育・学習、研究、技術開発、新社会システムに関する最先端の実証実験モデル島であり、規模は 800∼900ha、位置は大阪湾湾奥部の大河川河口域に隣接した空間を想定している。このような環境創造課題を考慮した都市機能整備方針を立て、それを前提とした施設規模を表 1 のように想定した。表 1 SuMaC における施設規模の想定及び建物用途別年間エネルギー需要量の想定ゾーン住宅系住宅ゾーンコリドールライン複合センター業務系エコメッセ・庭園自然学習村施設戸建住宅(1000戸) 低層連棟住宅(3000戸) 中層集合住宅(1098戸) 高層住宅(11070戸) 超高層住宅(400戸) 駅舎商業施設オフィスホテル建設面積延床面積及び規模 (㎡) 100㎡/戸 100㎡/戸 100㎡/戸 100㎡/戸 100㎡/戸屋根面積 100,000 60㎡/戸 300,000 60㎡/戸 109,800 30㎡/戸 1,107,000 20㎡/戸 40,000 10㎡/戸 20,000 − 30,000 20,000m2 30,000 20,000 4,000m2 30,000 住宅 SOHO 14,000m2 オフィス 20,000 会議場 10,000 5,000m2 産業団地 20,000 10,000m2 オフィス 20,000 3,000m2 環境共生実験施設 50,000 10,000m2 総合リサイクルセンター 50,000 12,000m2 見本市会場 20,000 20,000m2 ホテル 10,000 2,500m2 2 環境共生型実験住宅団地 60,000 27,000m 海の研究所 3,000 体験型展示施設 3,000m2 研修・交流施設宿泊施設 1,000 500m2 合計 2050800 629,340㎡ 1 電力需要量 (×106kWh/年) 年間需要量熱需要量(×106MJ/年) 給湯暖房冷房小計 10.71 63.99 42.66 17.06 123.71 24.09 143.97 95.98 38.39 278.34 2.00 6.30 3.00 2.70 0.63 2.00 1.00 2.00 2.00 5.00 10.50 4.20 1.35 1.26 0.18 2.89 0.28 6.69 3.77 0.18 0.09 0.18 0.18 0.46 4.81 1.92 3.35 7.53 2.59 4.39 3.89 6.69 2.51 2.59 1.30 2.59 2.59 6.49 7.32 2.93 3.35 5.02 5.86 15.69 8.79 8.37 1.00 5.86 2.93 5.86 5.86 14.64 26.15 10.46 4.18 2.01 8.64 22.97 12.95 21.76 7.28 8.64 4.32 8.64 8.64 21.59 38.28 15.31 10.88 14.56 0.30 0.03 0.39 0.88 1.30 0.14 79.17 0.33 240.85 0.33 193.63 0.42 174.41 1.09 608.89 3. SuMaC における自然エネルギー活用システムの検討 3.1.自然エネルギー活用システムの概要 SuMaC における自然エネルギー及び未利用エネルギーの活用によるエネルギーの自立を目指したエネルギー供給システムを図 1 に示し、システム構成を表 2 に示す。SuMaC におけるエネルギー源は、4 種類の自然エネルギー（太陽光発電、太陽熱エネルギー、風力発電、波力発電）及び 2 種類の未利用エネルギー（ごみ焼却排熱、バイオガス発電）であり、不足分は系統電力で賄われる。また、自然エネルギーは気象条件に影響を受けやすく、需要と供給に時間的な差違が生じるので、出力特性の異なる個々の自然エネルギーを蓄電･蓄熱等で制御し、効率良く供給を行う。電力供給システムでは、まず、発生した電力を SuMaC 内の電力需要に対し、可能な限り供給する。電力が不足した際には、蓄電システムより貯蔵している水素を燃料電池に送り発電し、電力供給を行う。この時、燃料電池は発電と同時に熱エネルギーを発生するので、地域熱供給システムの熱源として利用する。熱供給システムでは、まず住宅ゾーンにおける給湯需要は、各住宅に太陽熱集熱器を設電力供給ごみ焼却場地域熱供給システム背圧タービンごみ発電吸収冷凍機冷熱供給管蓄熱槽圧縮冷凍機 SuMaCのの SuMaC SuMaCのエネルギーエネルギー需要需要ボイラー所内熱利用焼却炉ヒートポンプ蓄熱槽地域搬送システム復水器熱交換器熱交換器ソーラーコレクタ温熱供給管蓄電排熱余剰電力自然エネルギー自然エネルギー電力温熱冷熱厨芥太陽光発電太陽光発電風力発電風力発電波力発電波力発電潮位差発電潮位差発電バイオガス発電バイオガス発電電力供給蓄電システム余剰電力 DC-DC コンバータ水素発生機水素貯蔵タンク図 1. SuMaC における自然エネルギー活用システム表 2. SuMaC におけるエネルギー供給システム構成分類ゾーン名電力･太陽光発電住宅の屋根住中低層住宅ゾーン (50m2パネル4,000基、20㎡パネル1098基) 宅高層住宅ゾーン･太陽光発電高層住宅の屋上(10m2パネル11,070基) コリドールライン − ･太陽光発電各施設の屋根(30m2パネル720基) 複合センター･風力発電スーパー堤防及びその延長線上である海上10kmに 600kW級1基、1500kW級13基を配置業･太陽光発電各施設の屋根(30m2パネル3,150基) 務系エコメッセ･庭園･バイオガス発電高度下水処理センターに設置･ごみ発電総合エネルギーコントロールセンター内に設置･太陽光発電 1ha当り30m2パネル2基(30m2パネル400基) ･波力発電自然学習村の西側に設置(総延長距離1,000m) 熱分ゾーン名類給湯暖房･個別太陽熱供給システム住中低層住宅ゾーン宅高層住宅ゾーン（集熱面積10.0m2、蓄熱槽1.0m3）コリドールライン・総合エネルギーコントロールセンター複合センター地域熱供給システム業務･太陽熱エネルギー各施設の屋根面の1/10に系エコメッセ･庭園太陽熱集熱器の設置自然学習村自然学習村･ごみ焼却排熱･蓄電排熱 2 冷房燃料電池置し個別に供給する。住宅ゾーンにおける給湯需要以外の熱需要は、ゴミ焼却排熱・蓄電システムから発生する排熱（蓄電排熱）・業務系の施設の屋根に設置した太陽熱集熱器からの太陽熱エネルギーを利用した地域熱供給システムによって各施設に供給される。熱が不足し、余剰電力がある場合は、余剰電力を電源としたヒートポンプを用いて熱供給を行う。それでも尚、熱量が不足した場合は蓄電システムで熱を供給するためだけに発電し、その排熱により供給する。ある時間帯で最終的に余剰電力が生じれば、水素エネルギーとして蓄電を行う。 3.2. SuMaC におけるエネルギー需給の評価電力及び熱の需要原単位 2),3)を用い、表 1 に想定した SuMaC における施設規模から SuMaC 内の施設毎のエネルギー需要量の算定を行った。その結果、電力需要量は 79.2×106 kWh/y (住宅系 34.8×106 kWh/y，業務系 44.4×106 kWh/y)、熱需要量は 609×106 MJ/y (住宅系 302×106 MJ/y，業務系 307×106 MJ/y) と推定された。自然エネルギー活用システムを導入した場合、SuMaC における全電力需要の 95.6％を、また冷房需要の 95.3％、温熱需要（業務系の給湯需要と全暖房需要）の 85.2％を、住宅ゾーンにおける給湯需要の 78.2％を自然エネルギーのみで賄える結果となり、エネルギー需要に対し、年間 5.9× 106kWh 電力が不足し、系統電力から賄う結果となった。 4. 温室効果ガスを指標とした環境性評価上記で示した自然エネルギー活用システムの環境負荷を検討する。ただし、ここでは電力供給システムのみについて検討し、熱供給システムについては検討しない。 4.1 温室効果ガス排出量原単位の算定温室効果ガス排出量原単位の算定にあたっては、各発電システムについて耐用年数を 30 年とし、ライフサイクルを素材製造、製造・建設、輸送、修繕保守に分け、各過程における温室効果ガスの排出量を積み上げた。以下にその詳細を示す。 4.1.1 太陽光発電多結晶シリコン太陽モジュール 10 ㎡を対象とした。素材製造過程は、構成する各素材に対する重量 1）と各素材の温室効果ガス排出量原単位 2）との積の和とした。製造・建設過程は、素材から PV パネルと架台を製造する際に必要とされる燃料量 1）と燃料の温室効果ガス排出量原単位 2）との積の和とした。輸送過程は、製品の製造に必要な素材の輸送、及び製品の工場から現地までの輸送に必要な燃料量 1）と燃料の温室効果ガス排出量原単位 2）との積の和とした。修繕保守過程は、素材製造過程、製造・建設過程及び輸送過程の 1%1）とした。 4.1.2 風力発電 600kW 級の風力発電機と 1500kW 級の風力発電機を対象とした。素材製造過程は、欧州の風力発電機の機器設備別の素材構成比 1)を用いて、各風力発電機の素材量を求め、素材製造にかかる温室効果ガス排出量原単位 2)との積の和とした。製造・建設過程は、土木設備の建設にかかる燃料消費量 1 と温室効果ガス排出量原単位 2）との積の和とした。輸送過程は、建築資材及び、設備機器の輸送にかかる燃料消費量 1）と燃料の温室効果ガス排出量原単位 2）との積の和とした。修繕保守過程は、設備機器の素材製造過程、製造・建設過程及び輸送過程の 5%1）とした。 4.1.3 波力発電無弁式タービン及び空気流位相制御方式の波力発電を対象とした。素材製造過程は、構成する各素材に対する重量 3）と各素材の温室効果ガス排出量原単位 1）との積の和とした。製造・建設過程は、素材から製品を製造する際に必要とされる燃料量 3）と燃料の温室効果ガス排出量原単位 2）との積の和とした。輸送過程は、製品の製造に必要な素材の輸送、及び製品の工場から現地までの輸送に必要な燃料量 3）と燃料の温室効果ガス排出量原単位 2）との積の和とした。修繕保守過程は、波力発電の修繕保守に必要な燃料量 3）と温室効果ガス排出量原単位 2）との積の和とした。 4.1.4 ごみ発電ごみ発電については、その詳細なデータが得られなかったため、その施設の規模 4）と施設の製造・建設にかかる温室効果ガス排出量原単位 4）との積とごみ焼却量による温室効果ガス排出量 4）との和とした。修繕保守過程として、製造・建設にかかる排出量の 1%とした。 4.1.5 バイオガス発電バイオガス発電については、その詳細なデータが得られなかったため、その施設の規模 4）（ごみ発電施設と同量とした）と施設の建設にかかる温室効果ガス排出量原単位 4）との積とした。修繕保守過 3 程として、製造・建設にかかる排出量の 1%とした。 4.1.6 各発電システムの温室効果ガス排出量原単位各発電システムの温室効果ガス排出量原単位を表 3 に示す。 4.2 温室効果ガスを指標とした環境性評価上記の原単位を用いて、SuMaC における自然エネルギーシステムの温室効果ガスを指標とした環境性評価を行う。比較対象として、本システムにより供給される電力供給量を系統電力により賄う場合を想定する。SuMaC の立地設定から考慮し、系統電力として関西電力から供給するものとし、関西電力の発電電力量構成比 5)（表 4）を用いて系統電力の各発電表 4 系統電力の発電電力構成システムの供給量を求めた。発電形式構成比その結果を表 5 に示す。この結果から自然エネルギー活用シス一般水力 9 テムを導入することによって、年間 5.67×103t-C の温室効果ガス揚水式水力 1 削減効果があるという結果となった。石油火力発電 5 しかし、蓄電システムの温室効果ガス排出量原単位がこれに関 LNG火力発電 19 石炭火力発電 17 するデータ不足のため算出できず、この結果は蓄電システムによ原子力発電 49 る温室効果ガス排出量が考慮されていない。そのため、この削減合計 100 効果は多少過大評価した結果といえる。表 3 各発電システムの温室効果ガス排出量原単位ライフサイクルステージ太陽光発電素材製造過程（t-C）製造・建設過程（t-C）輸送過程（t-C）修繕保守過程（t-C/y）一基当たりの供給量（kWh/y）温室効果ガス排出原単位（g-C/kWh）風力発電波力発電ごみ発電バイオマス発電 600kW級 1500kW級 2.58×10-1 2.84×10-1 1.01×10-2 5.52×10-3 1.51×103 1.65×102 2.31×101 6.48×100 7.32×100 2.16×106 3.71×102 4.92×101 2.57×101 1.28×101 5.22×106 5.80×101 6.25×100 6.09×100 1.89×100 1.43×105 1.38×101 6.46×105 4.50×100 1.97×105 15.86 6.39 5.29 29.66 92.81 98.82 1.38×10 3 2 4.50×10 表 5 温室効果ガスを指標とした環境性評価系統電力による供給電源温室効果ガス排出量原単位（g-C/kWh）年間供給量 (×106kWh/y) 温室効果ガス排出量 (t-C/y) 石炭火力 266 1.35×107 3.58×103 石油火力 202 3.96×106 8.00×102 LNG火力 166 1.51×107 2.50×103 原子力 8.53 3.88×107 3.31×102 水力 3.07 7.92×106 2.43×101 7.92×107 7.24×103 15.86 5.02×107 7.96×102 600kW級 6.39 2.16×106 1.38×101 1500ｋW級 5.29 6.78×107 3.59×102 波力発電 29.66 1.43×105 4.23×100 ごみ発電 92.81 6.46×105 6.00×101 バイオガス発電 98.82 1.97×105 1.95×101 燃料電池(蓄電システム) − 1.28×107 − 蓄電ロス − 5.83×10 7 − 系統電力(不足分) 91.3(系統電力の平均値) 3.49×106 3.19×102 7.92×107 1.57×103 合計太陽光発電風力発電自然エネルギー活用システムによる供給合計 4 SuMaC の熱環境評価ここでは、SuMaC で想定されている自然エネルギーの活用、風の道の確保、緑地・水域ネットワークの構築等の環境共生型施策が都市の熱環境に及ぼす影響を評価する手法を確立するための諸検討を行った。大まかな建物配置が決定している SuMaC 内のエコメッセゾーンを対象として数値シミュレーションモデルを適用し、気温分布に対する、建物や自動車からの人工排熱、土地利用の変化の影響を予測・評価した。 5. 5.1.モデルの概要本研究で用いたモデルは、建物形状が流れ場に及ぼす影響を反映できるように、数 m 程度の水平分解能を持っている。乱流モデルは標準 k-εモデルを用いた。 5.1.1 大気モデル本モデルは、水平メッシュの幅が小さいため、非静水圧モデルであり、解法は SIMPLE 法を用いた。基礎方程式は、以下に示す連続方程式、運動方程式、乱流エネルギー方程式、温度方程式、比湿方程式で構成されている。 ∂u i = 0 (1) ∂xi 1 ∂P ∂  ∂u  ∂u ∂ui Km i  + g ⋅ β ⋅ ∆T ⋅ δ i ,3 + + uj i = −  ρ ∂xi ∂x j  ∂x j  ∂x j ∂t ∂u j ∂ u i  ∂ u i ∂k ∂k ∂  K m ∂ k  + Km + +uj =    ∂x j  ∂x j ∂x i ∂t ∂x j ∂x j  σ k ∂x j  ∂ ∂ε ∂ε = +uj ∂x j ∂x j ∂t ∂T + u ∂t j K m = ν + Cµ k2 ε   + g ⋅ β ⋅ K T ∂T − ε  ∂x j  2       + C ε K ∂ui  ∂ui + ∂u j  + C ⋅ g ⋅ β ⋅ K ∂T  − C ε 1 m 3 T 2  ∂xi  k  ∂x j  ∂x j ∂xi  k  ∂ T  + ST ∂ x j  (3)  K m ∂ε   σ ∂x j  ε (4)  KT   (5) ∂ ∂T = ∂x j ∂x ∂ ∂qv ∂qv = +uj ∂x j ∂x j ∂t (2) j    Kqv ∂qv  + S qv  ∂x j   , KT = ν + Km σT (6) , K qv = K T Ｃ1＝1.44，Ｃ2＝1.92， Cμ＝0.09 Ｃ3＝0.0（安定） σｋ＝1.0， σＴ＝0.9，Ｃ3＝1.44（不安定） σε＝1.3，ここで、u:速度成分、P:圧力、ｋ:乱流エネルギー、ε:乱流エネルギーの消散率、T:温度、qv:比湿、Ｋm:乱流拡散係数、ΚT:温度に対する実効拡散係数、Κqv:比湿に対する実効拡散係数、ｇ:重力加速度、 St:T の発生項、Sqv:qv の発生項、ν:動粘性係数、β:体積膨張率、δi,3:クロネッカーのデルタ記号である。 5.1.2. 土壌モデル地表面及び建物の壁の温度を求めるため、地表面熱収支モデルと、Kondo と Saigusa らによって構築された鉛直一次元の多層土壌モデル 9)を用いた。また、建物の壁及びアスファルト面においては、熱収支と温度方程式のみを考慮している。 5.1.3. 日影モデル本研究で用いた日影モデルは、建物からの日射の反射を考慮することはできないが、複雑な建物配置においても適用可能という利点を持っている。日影の部分において、散乱日射のみを考慮することによって影の効果を表している。日影の長さ LS、日影の方位角βS は以下のように表せる。 LS=HBcot(βS) βS＝β+180 cos(β)=-cos(φlati)sin(δ)+sin(φlati)cos(δ)cos(h) sin(β)= cos(δ)sin(h)/sin(θh) sin(θh)=sin(φlati)sin(δ)+cos(φlati)cos(δ)cos(h) ここで、HB:建物の高さ、β:太陽の方位角、φlati:緯度、δ:太陽赤緯、ｈ:時角、θh:太陽の高度角、である。 5 この日影を微小長さに分割し、その X 成分、Y 成分の座標系を計算し各メッシュに入るかどうかを判定することによって日影の有無を決定している。 5.2.計算条件 5.2.1 計算領域大まかな建物配置が決定しているエコメッセを含む 1186m(南北)×1081m(東西)の地域において、鉛直方向 137m までを計算領域とした（図 2）。メッシュ数は 134(南北)×134(東西)×40(鉛直)で、水平分割は建物が存在する領域を水平 5ｍ×5m メッシュで均等分割を行い、鉛直分割は建物が存在する領域を 1ｍ間隔の均等分割を行った（図 3）。エコメッセ内には、表 6 に示す建物が想定されており、図 4 に示すように、建物配置及び建物形状も一通り決定している。環境共生型実験住宅団地については、個々の建物がメッシュに比べ非常に小さいため、便宜上、一定数の建物を一つにまとめて考えた。スーパー堤防・緑地バードサンクチュアリ礫間接触堤防傾斜護岸・岩場・タイドプールコリドールラインなぎさ海道複合センター中低層住宅ゾーンエコメッセ夕日を見る丘庭園保留地自然学習村高層住宅ゾーンバッファーゾーン計算領域ヨシ原（アマモ場）海浜運動公園干潟砂浜水門 N 0 500m ラグーン鉄道駅海歩道生活関連港湾用地干潟礫間接触堤防グリーンベルト鉄道駅自然学習村岩場船着き場 1km 図2 SuMaC の土地利用 1)及び計算領域他地区へ Y X 図 4 エコメッセの俯瞰図図 3 メッシュ表 6 計算領域（エコメッセ）における施設規模の想定 1）ゾーン名 SOHO 施設名住宅オフィス会議場産業団地オフィスエコメッセ環境共生実験施設総合リサイクルセンター見本市会場ホテル環境共生型実験住宅団地延床面積(㎡) 表面積(㎡) 建設面積及び規模 30,000 23,150 14,000m2、4F 20,000 10,000 7,200 5,000m2、3F 2 20,000 10,740 1,000m 、3F(管理室)、3,000m2、2F×3 20,000 8,280 3,000m2、地下1F地上6F 50,000 17,655 10,000m2、5F 50,000 19,760 12,000m2、地下2F地上4F 20,000 10,000 20,000m2(一部2F建) 10,000 7,160 2,500m2、地下1F地上9F 60,000 48,840 戸建300戸、中層300戸 6 5.2.2.人工排熱の取り扱い表 7 単位表面積当たりの人工排熱量 (1)建物からの人工排熱 14時における 20時における施設人工排熱量(W/㎡) 人工排熱量(W/㎡) 建物内で消費される電力や冷房エネルギ 12.8 28.7 環境共生実験住宅団地ーは、形を変え最終的には熱として建物外部 SOHO 156.6 7.1 へ排出されるため、建物からの人工排熱量は 100.7 4.6 会議場エネルギー需要量と等しいと考えた。エネル 135.0 6.1 産業団地 175.1 8.0 オフィスギー需要量原単位 2),3)、各建物の述べ床面積 205.3 9.3 環境共生実験施設からエコメッセに想定した建物毎の人工排 242.0 1.6 総合リサイクルセンター熱量を求め、それらを表面積で割ることによ 93.5 0.6 見本市会場って単位表面積当たりの人工排熱量を算出 122.2 110.8 ホテルした(表 7)。 (2)自動車からの人工排熱建物エコメッセにおける自動車からの人工排熱量裸地は、以下のように推定した。道路建物用途別の発生集中交通量原単位 10)とエコ (アスファルト) メッセの施設規模から、エコメッセ全体における発生集中交通量を算定し、エコメッセ内における自動車の平均走行距離を 0.8km とすると、エコメッセ内の自動車の 1 日当たりの走行量は 7240[台 km/日]となる。これに自動車のガソリン消費量原単位 0.0714[l/ 台 km]11) 、ガソリンの発熱量 34.6[MJ/l]12)を掛けると、エコメッセ内の自動車か図 5 エコメッセにおける道路の設定らの 1 日当たりの総排熱量が算出される。これらは全て道路上で排出されると考え、道路の総面積表 8 各地表面における熱物理係数 14),15) 約 50000 ㎡（図 5）、14 時における交通量の時間比率 5.5%13)を用いると、14 時における道路 1 ㎡熱伝導率熱容量アルベド -1 -1 -3 -1 6 当たりの排熱量は、5.46[W/㎡]と推定された。 [Wm K ] [Jm K ×10 ] 5.2.3.初期条件及び境界条件 0.2 0.63 1.9 裸地計算日は 8 月 1 日とした。風向は図 2 に示す方建物(コンクリート) 0.2 1.70 2.1 0.1 0.70 1.4 向から流入する場合を考え、初期温度は全メッシ道路(アスファルト) ュ 300K とした。各地表面における熱物理係数は表 9 境界条件表 8 に示す値を用いた。本研究では、境界条件を u=- 5.0×cos 10°, v=- 5.0×sin 10° 表 9 のように一定値に固定したため、基礎方程式上端 ∂ (T , k , ε ) の解が収束するまで繰り返し計算した。 w= 0, = 0.0 ∂z 5.2.4.計算ケース下端表 10 に計算ケースを示す。ケース 1 及び夜間風速及び乱流量：対数則による壁関数及び壁であるケース 6 とケース 7 は日影モデルを考慮し u , v ：対数分布, w= 0 流入部ていない。ケース 3 とケース 5 は、表 7 に示した k,ε ：u成分の対数分布に対する乱流量人工排熱量を建物の壁における熱収支式に組み ∂ (u, v, w, T , k , ε ) 込んだケースである。ケース 6 は道路を図 5 のよ = 0 .0 ∂x うに設定したケースであり、ケース 7 はケース 6 流出部 ∂ (u , v, w, T , k , ε ) で考慮した道路において自動車からの人工排熱 = 0. 0 ∂y を地表面熱収支式に入力したケースである。表 10 計算ケースケース1 ケース2 ケース3 ケース4 ケース5 ケース6 ケース7 日影モデル地表面構成人工排熱計算時刻 14時全て裸地 14時あり全て裸地 14時あり一部アスファルト舗装道路 14時あり全て裸地建物排熱 14時あり一部アスファルト舗装道路自動車排熱 20時全て裸地 20時全て裸地建物排熱 7 5.0m/s Y :597m 5.3.計算結果と考察 5.0m/s 5.3.1.流れ場流れ場については各計算ケース間で大きな差異が生じなかったので、代表として図 6 にケース 2 の建物近くの領域における高さ 1.5m の流れ場及び P-P´断面の流れ場を示す。なお、P-P´断面においては鉛直方向を 5 倍に拡大している。建物後方での Wake 及び下降流、建物間での循環流がよく再現できている。 P P´ 5.3.2.日影の温度場への影響図 7 また、ケース１とケース 2 の高さ 1.5m における気温の水平分布及び P-P´断面における鉛直分布を図８に示す。両ケースとも、風速が強い所での顕熱・潜熱フラックスの増加による地表面温度の低下、風速が弱い建物後方における地表面温度の上昇が確認できる。建物後方や建物の間といった風速の弱いところでの気温上昇も確認できる。日影の部分で地表面温度、気温ともに低下しており、日陰の効果が表せている。ケース 2 とケース 1 の最大気温差は、0.35K、最大地表面 X : 630m 温度差は 1.1K となった。図 6 高さ 1.5m 及び P-P´断面の流れ場 5.3.3.地表面構成の違いによる温度場への影響ケース 3 の地表面温度分布及び高さ 1.5m における気温の水平分布を図 9 に示す。ケース 2（図 7 の B 及び図８の B）と比べて、道路の部分で地表面温度と気温がともに高くなっており、地表面構成の差異による影響が表せている。道路を考慮することによる地表面温度の上昇、気温の上昇の最大値はそれぞれ 2.8K、10.3K となり、地表面構成の違いによる温度場への影響は非常に大きい結果となった。 5.3.4.人工排熱の有無による温度場への影響人工排熱の有無による温度場への影響を検討するため、高さ 1.5m、P-P´断面において、ケース 2 とケース 4、ケース 3 とケース 5、ケース 6 とケース 7 それぞれの気温と温度差を図 10 に示す。ケース 2 とケース 4 を比較すると、建物後方で気温が上昇していることが確認できるが、ケース 3 とケース 6、ケース 6 とケース 7 の温度はほぼ同じであり、今回入力した人工排熱量では、ほとんど影響がないという結果になった。最大気温差は、ケース 2 とケース 4 で 0.47K、ケース 3 とケース 5 で 0.03K、ケース 6 とケース 7 で 0.17K となった。 (A) (B) Y :597m X : 630m 図7 地表面温度（A:ケース 1、B:ケース 2） 8 (A) (B) Y :597m P P P´ P´ X : 630m 図 8 地上 1.5m における気温の水平分布及び P-P´断面における鉛直分布（A:ケース 1、B:ケース 2） Y :597m X : 630m 図 9 ケース 3 の地表面温度分布及び高さ 1.5m における気温の水平分布 [K] 303.0 [K] 303.0 ケース2 302.5 302.0 301.5 301.5 301.0 301.0 300.5 300.5 556 756 956 ケース6 ケース5 299.6 299.5 0.02 (ケース 5)−(ケース 3) 0.01 0.01 0.01 0.01 0.00 ケース7 299.8 299.7 300.0 0.02 (ケース 4)−(ケース 2) 356 ケース3 302.5 ケース4 302.0 300.0 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 [K] 299.9 356 556 756 (m) (m) 図 10 高さ 1.5m、P-P´断面における気温比較 9 956 0.00 (ケース 7)−(ケース 6) 356 556 756 (m) 上：各ケースの気温、下：気温差 956 6. まとめ環境共生型海上都市を対象として、都市の自立性と環境負荷の低減を目標とした自然エネルギー活用システムを提案し、電力自給率 95.6％、冷熱自給率 95.3％、温熱自給率 85.2％、住宅ゾーンにおける給湯自給率 78.2％という結果となった。温室効果ガス排出量を指標とした環境性評価を行うために、各発電システムの温室効果ガス排出量原単位を算定し、系統電力による供給を比較システムとした場合の自然エネルギー活用システムの環境性評価を行った。その結果、年間 5.67×103t-C の温室効果ガス削減効果があるという結果となった。 SuMaC 内のエコメッセゾーンを対象として数値シミュレーションモデルを適用し、気温分布に対する、建物や自動車からの人工排熱、土地利用の変化の影響を予測・評価した。その結果、道路を考慮することによる地表面温度の上昇、気温上昇の最大値はそれぞれ 2.8K、10.3K となり、地表面構成の違いによる温度場への影響は非常に大きい結果となった。一方、建物からの人工排熱による気温上昇の最大値は 14 時において 0.47K、20 時において 0.17K、自動車からの排熱による気温上昇の最大値は 0.03K となり、比較的影響が小さい結果となった。謝辞環境共生型海上都市は、NPO 大阪湾研究センター環境共生型まちづくり研究委員会で検討されており、貴重な御意見、御指導を頂きました。委員の皆様に感謝いたします。＜参考文献＞ 1) 野邑奉弘，山口克人，小嶋良一，篠木義博，川崎俊夫，郡山正久，村田武一郎，藤井義之 (2000) 大阪湾沿岸域における環境共生型まちづくりに向けた自然エネルギー活用システムの構築. 大阪湾研究, 3 (通巻 31), 5-12. 2) 新エネルギー･産業技術総合開発機構報告書(2000)環境調和型エネルギーコミュニティに関わる導入支援ソフトの作成 3) (社)空気調和･衛生工学会(1994)都市ガスによるコージェネレーションシステム計画・設計と評価. 丸善 4) 本藤祐樹，内山洋司，森泉由恵(2000)ライフサイクル CO2 排出量による発電技術の評価 5) 南斉規介，森口祐一，東野達(2002)産業連関表による環境負荷原単位データブック（3EID） 6) 科学技術庁資源調査委員会(1983)自然エネルギーと発電技術 7) 谷口孚幸，伊藤武美(1997)地球環境都市デザイン 8) 関西電力(2002) 関西電力データ集 9) Kondo, J. and Saigusa, N.(1992)A model and experimental study of evaporation from bare-soil surfaces, Journal of Applied meteorology, Volume31,pp.304-312. 10) 建築研究所（1988）建築物の発生集中交通特性に関する一考察 11) 国土交通省（2002）ガソリン乗用車の 10･15 モード燃費平均値の推移 12) 資源エネルギー庁（2001）エネルギー源別発熱量表 13) 兵庫県（2000）環境影響評価書東播都市計画道路、1・4・1 号東播磨南北道路 14）Roger A. Pielke (1984) Mesoscale Meteorological Modeling. ACADEMIC PRESS 15) 近藤純正（1994）水環境の気象学―地表面の水収支・熱収支―. 朝倉書店 10