特許 6893227 温熱環境解析装置および温熱環境解析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6893227

(24)【登録日】2021年6月2日

(45)【発行日】2021年6月23日

(54)【発明の名称】温熱環境解析装置および温熱環境解析方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/20 20200101AFI20210614BHJP

   E04H 3/12 20060101ALI20210614BHJP

   G06F 30/13 20200101ALI20210614BHJP

   F24F 11/62 20180101ALI20210614BHJP

【ＦＩ】

   G06F30/20

   E04H3/12 Z

   G06F30/13

   F24F11/62

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2019-132172(P2019-132172)

(22)【出願日】2019年7月17日

(65)【公開番号】特開2021-18488(P2021-18488A)

(43)【公開日】2021年2月15日

【審査請求日】2020年9月29日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】新井 舞子

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 大樹

(72)【発明者】

【氏名】大黒 雅之

【審査官】 合田 幸裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−０００１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３９５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２５５５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３０／２０

Ｅ０４Ｈ ３／１２

Ｆ２４Ｆ １１／６２

Ｇ０６Ｆ ３０／１３

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

仮想的な３次元空間を用いて、温熱環境を解析する温熱環境解析装置であって、
群衆の一部が収容される部分空間を再現した部分空間モデルから、前記群衆に対応した放射パラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記群衆を収容する空間を有する施設を再現した施設モデル、および前記群衆を抽象化した面状の抽象化モデルから解析モデルを生成する解析モデル生成部と、
前記解析モデルを用いて前記施設の温熱環境解析を行う温熱環境解析部と、を備え、
前記部分空間モデルは、床の形状を再現した床モデルおよび人体の形状を再現した人体モデルを有し、
前記パラメータ算出部は、前記床モデルに前記人体モデルを配置した第一状態での日射解析の結果、および前記床モデルに前記人体モデルを配置しない第二状態での日射解析の結果から前記放射パラメータを算出し、
前記抽象化モデルには、前記パラメータ算出部によって算出された前記放射パラメータが設定されている、
ことを特徴とする温熱環境解析装置。

【請求項2】

仮想的な３次元空間を用いて、温熱環境を解析する温熱環境解析装置であって、
群衆の一部が収容される部分空間を再現した部分空間モデルから、前記群衆に対応した放射パラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記群衆を収容する空間を有する施設を再現した施設モデル、および前記群衆を抽象化した面状の抽象化モデルから解析モデルを生成する解析モデル生成部と、
前記解析モデルを用いて前記施設の温熱環境解析を行う温熱環境解析部と、を備え、
前記部分空間モデルは、床の形状を再現した床モデルおよび人体の形状を再現した人体モデルを有し、
前記パラメータ算出部は、
前記床モデルに前記人体モデルを配置した第一状態で日射解析を行い、前記群衆がいる状態での人体の吸収日射量および床の吸収日射量を算出し、
前記床モデルに前記人体モデルを配置しない第二状態で日射解析を行い、基準日射量を算出し、
前記人体の吸収日射量、床の吸収日射量、および基準日射量に基づいて前記放射パラメータを算出し、
前記抽象化モデルには、前記パラメータ算出部によって算出された前記放射パラメータが設定されている、
ことを特徴とする温熱環境解析装置。

【請求項3】

前記抽象化モデルは、観客席が設置される範囲および通路部分に配置されており、
前記パラメータ算出部は、前記抽象化モデルを配置した範囲に対する前記観客席が配置される範囲の面積の割合を表した人員密度係数を用いて前記放射パラメータを算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の温熱環境解析装置。

【請求項4】

前記温熱環境解析部は、群衆を構成する複数の人体の総表面積と前記抽象化モデルの表面積との比率を表した表面積比率を用いて前記温熱環境解析を行う、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の温熱環境解析装置。

【請求項5】

前記温熱環境解析部は、前記人体の周辺における風の抵抗と前記抽象化モデルの周辺における風の抵抗との違いを表した風速低減係数を用いて前記温熱環境解析を行う、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の温熱環境解析装置。

【請求項6】

前記施設モデルは、スタジアムを再現したものである、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載の温熱環境解析装置。

【請求項7】

仮想的な３次元空間を用いて、コンピュータが温熱環境を解析する温熱環境解析方法であって、
前記コンピュータは、
群衆の一部が収容される部分空間を再現した部分空間モデルから、前記群衆に対応した放射パラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
前記群衆を収容する空間を有する施設を再現した施設モデル、および前記群衆を抽象化した面状の抽象化モデルから解析モデルを生成する解析モデル生成ステップと、
前記解析モデルを用いて前記施設の温熱環境解析を行う温熱環境解析ステップと、を実行し、
前記部分空間モデルは、床の形状を再現した床モデルおよび人体の形状を再現した人体モデルを有し、
前記パラメータ算出ステップでは、前記床モデルに前記人体モデルを配置した第一状態での日射解析の結果、および前記床モデルに前記人体モデルを配置しない第二状態での日射解析の結果から前記放射パラメータを算出し、
前記抽象化モデルには、前記パラメータ算出ステップによって算出された前記放射パラメータが設定されている、
ことを特徴とする温熱環境解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温熱環境解析装置および温熱環境解析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、スタジアムを対象とした放射・対流・湿気連成解析を用いた芝ピッチ面の温熱環境予測が行われていた（例えば、非特許文献１参照）。これにより、天然芝スタジアムにおいて芝の生育に大きな影響を及ぼすピッチ面近傍の通風性や温熱環境を予測できる。

【0003】

一方、人体の３次元形状を再現し、人体が温熱環境に及ぼす影響を考慮した室内（例えば、オフィスの１スパン等）での温熱環境解析が行われていた（例えば、非特許文献２参照）。これにより、人体と周辺環境との熱や湿気のやり取りを含めた室内全体の解析を行うことができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】佐藤 大樹、外２名、「分離反復型解法による放射・対流・湿気連成解析を用いたスタジアムにおける芝ピッチ面の温熱環境予測」、日本建築学会環境系論文集、一般社団法人 日本建築学会、2018年、83巻、754号、p.965-974

【非特許文献2】森 赳文、外１名、「天井放射空調システムを導入したオフィス空間における人体放熱特性の数値解析」、空気調和・衛生工学会論文集、公益社団法人 空気調和・衛生工学会、2018年、43巻、254号、p.51-57

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、スタジアムについても、非特許文献２に記載されるように人体が及ぼす影響を考慮した温熱環境解析を行うことが望ましい。これにより、実現象に近い状況を再現した解析が可能になる。しかし、数万人におよぶ観客を一人一人モデル化することは困難である。そのため、従来のスタジアムを対象にした温熱環境予測は、実現象を再現しているとは必ずしもいえなかった。

【0006】

このような観点から、本発明は、群衆が及ぼす影響を考慮した温熱環境解析を容易に行うことができる温熱環境解析装置および温熱環境解析方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するため、本発明に係る温熱環境解析装置は、仮想的な３次元空間を用いて、温熱環境を解析する温熱環境解析装置である。
この温熱環境解析装置は、群衆の一部が収容される部分空間を再現した部分空間モデルから、前記群衆に対応した放射パラメータを算出するパラメータ算出部と、前記群衆を収容する空間を有する施設を再現した施設モデル、および前記群衆を抽象化した面状の抽象化モデルから解析モデルを生成する解析モデル生成部と、前記解析モデルを用いて前記施設の温熱環境解析を行う温熱環境解析部と、を備える。
前記部分空間モデルは、床の形状を再現した床モデルおよび人体の形状を再現した人体モデルを有する。前記パラメータ算出部は、前記床モデルに前記人体モデルを配置した第一状態での日射解析の結果、および前記床モデルに前記人体モデルを配置しない第二状態での日射解析の結果から前記放射パラメータを算出する。前記抽象化モデルには、前記パラメータ算出部によって算出された前記放射パラメータが設定されている。前記施設モデルは、例えば、スタジアムを再現したものであってよい。

【0008】

本発明に係る温熱環境解析装置においては、群衆を再現した多数の人体モデルを配置することなしに、群衆が施設内の温熱環境に与える影響を考慮した解析を容易に行うことができる。また、実際に測定することなしに放射パラメータを算出できるので、温熱環境解析がより容易となる。

【0010】

例えば、前記パラメータ算出部は、前記床モデルに前記人体モデルを配置した第一状態で日射解析を行い、前記群衆がいる状態での人体の吸収日射量および床の吸収日射量を算出する。また、前記パラメータ算出部は、前記床モデルに前記人体モデルを配置しない第二状態で日射解析を行い、基準日射量を算出する。そして、前記パラメータ算出部は、前記人体の吸収日射量、床の吸収日射量、および基準日射量に基づいて前記放射パラメータを算出するのがよい。

【0012】

前記抽象化モデルは、観客席が設置される範囲および通路部分に配置されており、前記パラメータ算出部は、前記抽象化モデルを配置した範囲に対する前記観客席が配置される範囲の面積の割合を表した人員密度係数を用いて前記放射パラメータを算出してもよい。
このようにすると、抽象化モデルを配置する手間が軽減する。

【0013】

前記温熱環境解析部は、群衆を構成する複数の人体の総表面積と前記抽象化モデルの表面積との比率を表した表面積比率を用いて前記温熱環境解析を行ってもよい。
このようにすると、解析の精度が向上する。

【0014】

前記温熱環境解析部は、前記人体の周辺における風の抵抗と前記抽象化モデルの周辺における風の抵抗との違いを表した風速低減係数を用いて前記温熱環境解析を行ってもよい。
このようにすると、解析の精度が向上する。

【0015】

また、本発明に係る温熱環境解析方法は、仮想的な３次元空間を用いて、コンピュータが温熱環境を解析する温熱環境解析方法である。このコンピュータは、パラメータ算出ステップと、解析モデル生成ステップと、温熱環境解析ステップとを実行する。
パラメータ算出ステップでは、群衆の一部が収容される部分空間を再現した部分空間モデルから、前記群衆に対応した放射パラメータを算出する。
解析モデル生成ステップでは、前記群衆を収容する空間を有する施設を再現した施設モデル、および前記群衆を抽象化した面状の抽象化モデルから解析モデルを生成する。
温熱環境解析ステップでは、前記解析モデルを用いて前記施設の温熱環境解析を行う。
前記部分空間モデルは、床の形状を再現した床モデルおよび人体の形状を再現した人体モデルを有する。
前記パラメータ算出ステップでは、前記床モデルに前記人体モデルを配置した第一状態での日射解析の結果、および前記床モデルに前記人体モデルを配置しない第二状態での日射解析の結果から前記放射パラメータを算出する。
前記抽象化モデルには、前記パラメータ算出ステップによって算出された前記放射パラメータが設定されている。

【0016】

本発明に係る温熱環境解析方法においては、群衆を再現した多数の人体モデルを配置することなしに、群衆が施設内の温熱環境に与える影響を考慮した解析を容易に行うことができる。また、実際に測定することなしに放射パラメータを算出できるので、温熱環境解析がより容易となる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、群衆が及ぼす影響を考慮した温熱環境解析を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る温熱環境解析装置のブロック図である。

【図2】施設モデルのイメージ図である。

【図3】部分空間モデルのイメージ図である。

【図4】抽象化モデルのイメージ図である。

【図5】抽象化モデルのバリエーションを説明するための図であり、（ａ）は厚みのない平板で群衆をモデル化した平板モデルを示し、（ｂ）は厚みのない湾曲したシートで群衆をモデル化したシートモデルを示し、（ｃ）は厚みのある平板で群衆をモデル化した厚み付き平板モデルを示す。

【図6】人体周辺（人体自体も含む）における物理現象の抽象化モデルによるモデル化を説明するための図であり、（ａ）は人体周辺の物理現象のイメージ図であり、（ｂ）は物理現象の抽象化モデルによるモデル化のイメージ図である。

【図7】放射パラメータの算出方法を説明するための図である。

【図8】抽象化モデルの表面熱収支の関係を示す図である。

【図9】放射パラメータの算出処理を示すフローチャートの例示である。

【図10】温熱環境の解析処理を示すフローチャートの例示である。

【図11】抽象化モデルを用いて日射遮蔽効果を考慮した場合の解析結果である。

【図12】日射遮蔽効果を考慮しなかった場合の解析結果である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

【0020】

≪実施形態に係る温熱環境解析装置の構成≫
図１を参照して、実施形態に係る温熱環境解析装置１の構成について説明する。図１は、実施形態に係る温熱環境解析装置１のブロック図である。温熱環境解析装置１は、仮想的な３次元空間を用いて、施設での温熱環境を予測する装置である。ここでの施設は、複数の人間（以下では、「群衆」と呼ぶ場合がある）を収容する空間を有するものである。本実施形態では、温熱環境を予測する対象として屋外スタジアムを想定する。屋外スタジアムは、ピッチ、観覧エリア、コンコースなどを含んで構成される。観覧エリアには、観客が座る座席（観客席）が並べて設置されており、また、観客が通行する通路が所定の間隔で観客席の間に設けられている。観覧エリアの床には、例えば、ピッチから遠ざかるにつれて位置が高くなるように段差が形成されている。なお、屋外スタジアムは、施設の例示であり、温熱環境を予測する対象の施設は、野外劇場などの群衆を収容可能なその他の施設であってよい。

【0021】

本実施形態に係る温熱環境解析装置１は、数値流体力学（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）解析と、放射解析との連成解析によって施設（特に、観客エリア）における温熱環境を計算する。図１に示すように、温熱環境解析装置１は、記憶部１０と、制御部２０とを備える。温熱環境解析装置１は、例えば、解析担当者が操作する端末（ＰＣ：Personal Computer）や解析担当者が操作する端末と通信可能に接続されたアプリケーションサーバである。解析担当者は、例えば、解析対象である施設を管理する管理者や施設の施工を行う工事関係者である。

【0022】

記憶部１０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等の記憶媒体から構成される。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。制御部２０がプログラム実行処理により実現する場合、記憶部１０には、制御部２０の機能を実現するためのプログラムが格納される。

【0023】

記憶部１０には、施設を再現した３次元形状データ（以下、「施設モデルＩ」と称す）と、群衆の一部が収容される施設内の部分空間（群衆を含む）を再現した３次元形状データ（以下、「部分空間モデルＪ」と称す）と、群衆を簡易な図形（２次元、３次元のものを含む）で抽象化した３次元形状データ（以下、「抽象化モデルＫ」と称す）と、が記憶されている。

【0024】

施設モデルＩ、部分空間モデルＪ、および抽象化モデルＫは、仮想の３次元空間（例えば、全体座標系（ｘ，ｙ，ｚ））において形状モデリングされたデータである。具体的には、人が見得る表面形状の範囲を複数のポリゴン（例えば、多角形ポリゴン）で示した３次元形状モデルである。なお、これらのデータは、ポリゴンを用いた３次元形状モデルとして表現できるものであればよく、形式は特に限定されない。例えば、３次元形状モデルを表現できる形式として、ＶＲＭＬ(Virtual Reality Modeling Language)、ＯＢＪ（Wavefront OBJ）、ＦＢＸ（Filebox）、３ＤＳ（3ds Max,3D Studio Max）、ＳＴＬ（Stereo Lithography）などがある。施設モデルＩ、部分空間モデルＪ、および抽象化モデルＫは、解析担当者によって予め登録される。

【0025】

施設モデルＩのイメージを図２に示す。図２に示す施設モデルＩは、サッカースタジアムを再現（モデル化）したものである。図２に示す施設モデルＩは、ピッチを再現したピッチモデルＩ１と、観覧エリアを再現した観覧エリアモデルＩ２と、屋根を再現した屋根モデルＩ３とを含んで構成される。ここでの施設モデルＩは、実際の形状を簡略化してあり、例えば、観覧エリアモデルＩ２は、段差形状、観客席、通路を省略した傾斜面として表現されている。なお、施設モデルＩにおける簡略化の程度は特に限定されず、例えば施設モデルＩを作成するための負荷や解析における計算負荷を考慮して決定される。

【0026】

部分空間モデルＪのイメージを図３に示す。図３に示す部分空間モデルＪは、観覧エリアの一部（ここでは、４ｍ×３ｍの範囲）を再現（モデル化）したものである。図３に示す部分空間モデルＪは、階段状の床面（段床）の形状を再現した段床モデルＪ１と、人体の詳細形状を再現した人体モデルＪ２とを含んで構成される。部分空間モデルＪに観客が座る座席を再現した座席モデルＪ３を含めてもよい。図３に示す部分空間モデルＪには、三十体の人体モデルＪ２を配置してあり、後記する放射パラメータを算出するための日射解析において中心の二体（太線で表示）を評価対象とする。詳細は後記する。なお、部分空間モデルＪに通路部分が含まれていてもよい。

【0027】

抽象化モデルＫのイメージを図４に示す。図４は、施設モデルＩに抽象化モデルＫを配置した状態での観覧エリア部分の縦断面図である。図４に示す抽象化モデルＫは、観覧エリアの群衆を抽象化したものである。図４に示す抽象化モデルＫは、厚みのない平板で群衆をモデル化したもの（平板モデル）である。つまり、本実施形態では、観覧エリアに平面的に広く配置されている観客の一人一人をモデル化するのではなく、広く面としてマクロにとらえて群衆を平板としてモデル化する。抽象化モデルＫは、観覧エリア内の観客席が設置される範囲の上方を少なくとも覆うように、観覧エリアモデルＩ２から所定距離だけ離れた位置に配置される。観覧エリア内の通路部分に抽象化モデルＫを配置してもよく、抽象化モデルＫを配置する通路部分と抽象化モデルＫを配置しない通路部分とがあってもかまわない。抽象化モデルＫを配置する位置は、観客が観客席に座った状態の床面からの高さ（例えば、床面から「1.1m」）の範囲内であるのがよく、ここでは床面の上方「0.6m」の位置に抽象化モデルＫを配置している。抽象化モデルＫは、例えば、施設モデルＩの表面（具体的には、観覧エリアモデルＩ２）をコピーして作成することができる。

【0028】

なお、図４では、厚みのない平板で群衆をモデル化した平板状の抽象化モデルＫを想定していた。しかしながら、抽象化モデルＫは、全体の形状が面状を呈するものであればよく、厚みがあってもよい。また、抽象化モデルＫは、複数の面を組み合わせることで面状を構成するものであってもよい。図５に抽象化モデルＫのバリエーションを示す。

【0029】

図５（ａ）に示す抽象化モデルＫ１は、図４で説明したものと同様であり、厚みのない平板で群衆をモデル化したもの（平板モデル）である。図５（ｂ）に示す抽象化モデルＫ２は、厚みのない湾曲したシートで群衆をモデル化したもの（シートモデル）である。図５（ｃ）に抽象化モデルＫ３は、厚みのある平板で群衆をモデル化したもの（厚みあり平板モデル）である。

【0030】

抽象化モデルＫには、観客（人体）についての放射パラメータが設定されている。ここでの放射パラメータは、短波および長波の吸収率、透過率、反射率である。これにより、抽象化モデルＫを用いた放射解析では、抽象化モデルＫが半透明の部材のように扱われ、日射の一部を吸収し、また日射の一部を透過し、また日射の一部を反射する。つまり、人体および人体周辺の物理現象を放射パラメータが設定された抽象化モデルＫでモデル化している。放射パラメータは、主に熱の入力（吸収する側の熱）の計算に使用される。なお、放射パラメータは、短波および長波の吸収率、透過率、反射率の内の何れか一つを含むものであればよい。

【0031】

図６を参照して、抽象化モデルＫによる人体周辺（人体自体も含む）の物理現象のモデル化について説明する。図６は、人体周辺（人体自体も含む）における物理現象の抽象化モデルＫによるモデル化を説明するための図であり、（ａ）は人体周辺の物理現象のイメージ図であり、（ｂ）は物理現象の抽象化モデルＫによるモデル化のイメージ図である。図６（ａ）に示すように、実際には日射の一部は人体に吸収されるとともに人体で反射し床に到達せず、日射の一部は人体の脇や隣り合う人体の間を通り抜けて床に到達する。一方、図６（ｂ）に示すように、モデル化することによって日射の一部は抽象化モデルＫに吸収され、日射の一部は抽象化モデルＫで反射し、日射の一部は抽象化モデルＫを透過して床に到達する。

【0032】

図７を参照して、放射パラメータを算出するための考え方を説明する。図７は、放射パラメータの算出方法を説明するための図である。ここでは、床面の吸収率が「100％」であると仮定する。
図７に示すように、基準日射量Ｑ₀が人体の周りに照射されており、吸収日射量Ｑ₁だけ人体で吸収され、吸収日射量Ｑ₂だけ床で吸収されるとする。この場合、人体で反射される反射日射量は「Ｑ₀−（Ｑ₁＋Ｑ₂）」になる。この関係を用いて、抽象化モデルＫが吸収する日射量が吸収日射量Ｑ₁に等しく、また、抽象化モデルＫが透過する日射量が吸収日射量Ｑ₂に等しく、また、抽象化モデルＫが反射する日射量が反射日射量「Ｑ₀−（Ｑ₁＋Ｑ₂）」に等しいとした場合、抽象化モデルＫ（ここでは、平板モデル）に与える放射パラメータを下記の式で定義できる。
平板モデルの吸収率α＝Ｑ₁／Ｑ₀
平板モデルの透過率τ＝Ｑ₂／Ｑ₀
平板モデルの反射率ρ＝１−（（Ｑ₁＋Ｑ₂）／Ｑ₀）
なお、本実施形態における実際の温熱環境解析では、部分空間モデルＪを用いて放射パラメータを算出する。部分空間モデルＪを用いた放射パラメータの算出の詳細は後記する。

【0033】

また、本実施形態では、後記する温熱環境解析において、人体による発熱や発汗などの効果を抽象化モデルＫの表面を基準に計算する。抽象化モデルＫの表面熱収支の関係を図８および表１に示す。

【0034】

【表1】

【0035】

ここで、人体の形状と抽象化モデルＫ（ここでは平板モデル）の形状とに違いがあるので、その違いを考慮して熱量などの計算を行う必要がある。本実施形態では、表１の式（４），式（５）で示すように、表面積比率Ｆ₁および風速低減係数Ｆ₂を用いて対流顕熱量および蒸発潜熱量を計算する。
表面積比率Ｆ₁は、人体の表面積と抽象化モデルＫの表面積との違いを考慮するために用いられるパラメータであり、例えば、群衆の総表面積（複数の人体の表面積を加算したもの）と抽象化モデルＫの表面積との比率である。これにより、抽象化モデルＫの発熱面を実際の人体の面積に近づける（増加させる）効果がある。
風速低減係数Ｆ₂は、人体周辺における風の抵抗と抽象化モデルＫの周辺における風の抵抗との違いを考慮するために用いられるパラメータである。人体からの発熱量・発汗量は周囲の風速の影響を受けるため、風速低減係数Ｆ₂によってその補正を行う。なお、温熱環境解析の中に風速低減係数Ｆ₂による補正に相当する機能が含まれている場合には、風速低減係数Ｆ₂を省略することができる。

【0036】

また、図１に示す記憶部１０には、温熱環境解析の条件（解析条件Ｇ）についての情報が記憶されている。解析条件Ｇは、例えば、太陽位置、気象条件、流入流出条件、壁面境界条件などである。解析条件Ｇは、例えば、解析担当者によって予め登録される。解析条件Ｇのデータ形式は特に問わない。
太陽位置は、例えば、日射の発生源である太陽の位置である。気象条件は、例えば、天候、気温、湿度などである。流入流出条件は、例えば、解析対象の範囲（解析領域）外から解析領域内に入る各種条件（例えば、風速）である。解析領域は、例えば、解析対象の施設よりも広い範囲に設定される。壁面境界条件は、例えば、解析領域内に存在するものの各種条件（例えば、施設の表面温度や反射率など）である。

【0037】

制御部２０は、解析モデル生成部３０と、パラメータ算出部４０と、温熱環境解析部５０と、解析結果出力部６０とを備える。ここでは、制御部２０が備える各機能の概要の説明を行い、後記する「温熱環境解析装置の動作」でその詳細を説明する。

【0038】

解析モデル生成部３０は、第一解析モデル生成部３１と、第二解析モデル生成部３２とを有する。第一解析モデル生成部３１は、抽象化モデルＫに与える放射パラメータを算出するための第一解析モデルを生成する。第一解析モデル生成部３１は、主に部分空間モデルＪから第一解析モデルを生成する。第二解析モデル生成部３２は、施設における温熱環境を解析するための第二解析モデルを生成する。第二解析モデル生成部３２は、主に施設モデルＩおよび抽象化モデルＫから第二解析モデルを生成する。

【0039】

パラメータ算出部４０は、生成された第一解析モデルを用いて、抽象化モデルＫに与える放射パラメータを算出する。パラメータ算出部４０は、第一解析モデルに対して日射解析を行うことで放射パラメータを算出する。

【0040】

温熱環境解析部５０は、生成された第二解析モデルを用いて、施設における温熱環境を解析する。温熱環境解析部５０は、第二解析モデルに対してＣＦＤと放射の連成解析を行い、例えば施設の観覧エリアにおける温熱環境４要素を計算する。温熱環境４要素は、例えば、「気温」、「風速」、「絶対湿度」、「平均放射温度」である。

【0041】

解析結果出力部６０は、計算された温熱環境４要素を様々な態様に加工して、外部（例えば、図示しない表示部や解析担当者が操作する端末）に出力する。

【0042】

≪実施形態に係る温熱環境解析装置の動作≫
以下では、図９および図１０を参照して（適宜、図１ないし図８を参照）、制御部２０の処理を具体的に説明する。温熱環境解析装置１の処理は、主に、「放射パラメータの算出処理」と「温熱環境の解析処理」とからなる。
なお、本実施形態では、上方から来た熱量（日射）に対しての放射パラメータ（例えば、反射率、吸収率、透過率）を算出し、算出した放射パラメータを抽象化モデルＫ１の上面および下面に設定する場合について説明する。しかしながら、放射パラメータの算出方法および算出した放射パラメータの設定方法はこれに限定されない。

【0043】

＜放射パラメータの算出処理＞
図９は、放射パラメータの算出処理を示すフローチャートの例示である。ここでの放射パラメータは、短波および長波の吸収率α、透過率τ、反射率ρである。本実施形態では、人体の詳細形状を再現した観客席の部分空間モデルＪを用いて日射解析を行い、その解析結果を用いて抽象化モデルＫに与える放射パラメータを算出する。詳細な手順は、例えば以下の通りである。

【0044】

（事前準備）
最初に、解析担当者は、段床の形状モデル（段床モデルＪ１（図３参照））を作成する（ステップＳ１）。ステップＳ１で段床モデルＪ１を作成する範囲は、観覧エリアの一部（例えば、通路を含まない一区画）であってよい。また、解析担当者は、人体の詳細形状を再現した人体モデルＪ２を作成する（ステップＳ１）。観客が座る座席を再現した座席モデルＪ３をさらに作成してもよい。

【0045】

なお、例えば観覧エリアの床面の形状や観客席の配置などが区画ごとに異なる場合、区画ごとに段床モデルＪ１や座席モデルＪ３を作成してもよいし、何れか一つの区画の段床モデルＪ１や座席モデルＪ３を代表して作成してもよい。前者の場合には、より正確な解析が行え、後者の場合には、部分空間モデルＪを作成する手間が軽減される。

【0046】

（段床モデルに人体モデルを配置した第一状態での日射解析処理）
次に、解析担当者は、段床モデルＪ１上に人体モデルＪ２を配置する（ステップＳ２Ａ）。これにより、部分空間モデルＪが完成する。また、解析担当者は、段床モデルＪ１に床の放射パラメータを設定するとともに、人体モデルＪ２に人体の放射パラメータを設定する（ステップＳ３Ａ）。人体モデルＪ２に設定する放射パラメータは、例えば実験などによって予め算出した値であってよい。床の放射パラメータについては、床面での短波および長波の反射量が「０（ゼロ）％」になるように（つまり、反射する日射量を除外するために）、床面の吸収率を「１００％」とする。これにより、第一解析モデル生成部３１は、段床モデルＪ１に人体モデルＪ２を配置した第一状態での第一解析モデルを作成する。

【0047】

次に、解析担当者は、日射解析開始の指示を温熱環境解析装置１に入力し、パラメータ算出部４０は、第一解析モデルを用いた第一状態での日射解析を実行する（ステップＳ４Ａ）。これにより、パラメータ算出部４０は、短波、長波別に人体の吸収日射量Ｑ₁と床の吸収日射量Ｑ₂（つまり、人体の周囲を通過した日射量）を算出する（ステップＳ５Ａ）。

【0048】

（段床モデルに人体モデルを配置しない第二状態での日射解析処理）
解析担当者は、段床モデルＪ１上に人体モデルＪ２を配置しない。事前準備で座席モデルＪ３を作成した場合においては、座席モデルＪ３についても配置しない。解析担当者は、段床モデルＪ１に床の放射パラメータを設定する（ステップＳ３Ｂ）。床の放射パラメータについては、第一状態の場合と同様に、床面での短波および長波の反射量が「０（ゼロ）％」になるように（つまり、反射する日射量を除外するために）、床面の吸収率を「１００％」とする。これにより、第一解析モデル生成部３１は、段床モデルＪ１に人体モデルＪ２を配置しない第二状態での第一解析モデルを作成する。

【0049】

次に、解析担当者は、日射解析開始の指示を温熱環境解析装置１に入力し、パラメータ算出部４０は、第一解析モデルを用いた第二状態での日射解析を実行する（ステップＳ４Ｂ）。これにより、パラメータ算出部４０は、短波、長波別に床の吸収日射量Ｑ₂を算出する（ステップＳ５Ｂ）。なお、第二状態での床の吸収日射量Ｑ₂は、観客の影響を受けないので、図７で説明した基準日射量Ｑ₀と同等の日射量である。

【0050】

（日射解析結果に基づく放射パラメータの算出処理）
次に、パラメータ算出部４０は、第二状態での日射解析処理によって算出した基準日射量Ｑ₀、ならびに第一状態での日射解析処理によって算出した人体の吸収日射量Ｑ₁および床の吸収日射量Ｑ₂を用いて、抽象化モデルＫ（ここでは、平板モデルを想定）に与える放射パラメータを算出する（ステップＳ６）。パラメータ算出部４０は、抽象化モデルＫに与える放射パラメータを下記の式より求める。下記の式は、図７を参照して説明したものと同様である。

【0051】

平板モデルの吸収率α＝Ｑ₁／Ｑ₀
平板モデルの透過率τ＝Ｑ₂／Ｑ₀
平板モデルの反射率ρ＝１−（（Ｑ₁＋Ｑ₂）／Ｑ₀）

【0052】

これにより、抽象化モデルＫに与える放射パラメータの算出が完了する。なお、日射の発生源である太陽の位置を変更して、太陽の位置ごとに放射パラメータを算出してもよい。また、観覧エリアの床面の形状が区画によって異なる場合、区画ごとに放射パラメータを算出してもよい。算出した放射パラメータは、記憶部１０に記憶される。

【0053】

＜温熱環境の解析処理＞
図１０は、温熱環境の解析処理を示すフローチャートの例示である。本実施形態では、抽象化モデルＫ（ここでは、平板モデルを想定）に図９で算出した放射パラメータを与えることで、群衆を平板にモデル化する。そして、放射パラメータを与えた抽象化モデルＫを用いて、群衆が施設（ここでは、スタジアムを想定）内の温熱環境に与える影響を考慮した温熱環境解析（ＣＦＤ・放射解析）を実施する。

【0054】

最初に、解析担当者は、施設（ここでは、スタジアムを想定）の形状モデル（施設モデルＩ（図１参照））を作成する（ステップＳ１１）。続いて、解析担当者は、観覧エリアの観客席および通路部分に抽象化モデルＫ（ここでは平板モデル）を配置する（ステップＳ１２）。本実施形態では、抽象化モデルＫの配置作業を簡単にするために、観客席が設置される範囲だけでなく通路部分にも抽象化モデルＫを配置する。このように、観客席だけでなく通路部分に抽象化モデルＫを配置する場合、通路部分の面積が加わることによって放射パラメータの算出処理で想定した人員密度と温熱環境の解析処理で想定する人員密度が異なってしまう。そのため、その違いを考慮して放射パラメータの修正を行う必要がある。本実施形態では、後記する人員密度係数Ｆ₃を用いて放射パラメータの修正を行う。なお、観客席が設置される範囲にのみ抽象化モデルＫを配置してもよい。

【0055】

次に、解析担当者は、解析パラメータなどの設定を行う（ステップＳ１３）。ステップＳ１３では、例えば、気象条件、流入流出条件、壁面境界条件などの設定を行う。また、ステップＳ１３では、放射パラメータ、人体と平板モデルとの表面積比率Ｆ₁、風速低減係数Ｆ₂、人員密度係数Ｆ₃を設定する。これにより第二解析モデル生成部３２は、施設モデルＩに抽象化モデルＫ（ここでは、平板モデル）を配置した第二解析モデルを作成する。

【0056】

人員密度係数Ｆ₃は、人員密度の違いを考慮するために用いられるパラメータであり、例えば、観客席が設置される範囲の面積および通路部分の面積の合計値に対する観客席が設置される範囲の面積の割合である。これにより、人員密度の違いを考慮した計算が可能になる。なお、観客席が設置される範囲にのみ抽象化モデルＫを配置した場合、人員密度係数Ｆ₃を用いた処理を省略できる。

【0057】

本実施形態では、表２の式（８）で示すように人員密度係数Ｆ₃を定義し、式（９）〜式（１４）を用いて放射パラメータを算出する。式（９）〜式（１４）で使用する係数の具体的な式を表３に示す。

【0058】

【表2】

【0059】

【表3】

【0060】

表３での観客席部分の放射パラメータの式は、図７を参照して説明した式と同様である。また、本実施形態では通路部分に観客がいないことを想定しているので、通路部分の放射パラメータは、透過率１００％、吸収率０％、反射率０％としている。

【0061】

次に、解析担当者は、温熱環境解析の開始指示を温熱環境解析装置１に入力し、温熱環境解析部５０は、抽象化モデルＫを有する第二解析モデルを用いた温熱環境解析（ＣＦＤ・放射解析）を実行する（ステップＳ１４）。これにより、群衆が施設内の温熱環境に与える影響（特に、後記する日射遮蔽効果）を考慮した解析を行うことができる。

【0062】

≪実施形態に係る温熱環境解析装置の効果≫
図１１および図１２を参照して、温熱環境解析装置１の効果を説明する。
図１１は、抽象化モデルＫを用いて日射遮蔽効果を考慮した場合の解析結果である。図１２は、日射遮蔽効果を考慮しなかった場合の解析結果である。なお、図１１および図１２では、スタジアムの半分のみを表示し、残りの半分の表示を省略している。
図１１に示すCase1では、実施形態で説明した計算方法で放射パラメータを与えた抽象化モデルＫを用いて温熱環境解析を行っている。一方、図１２に示すCase2では、短波および長波の透過率を１００％とした放射パラメータを与えた抽象化モデルＫを用いて温熱環境解析を行っている。

【0063】

図１１（ａ）、図１２（ａ）は、解析結果としての表面温度分布［℃］および風速ベクトル分布である。風速ベクトル分布は、芝ピッチ面から２ｍの位置でのものである。
図１１（ｂ）、図１２（ｂ）は、解析結果としての気温分布［℃］である。気温分布は、段床面から１．１ｍの位置のものである。
図１１（ｃ）、図１２（ｃ）は、解析結果としての風速分布［m/s］である。風速分布は、段床面から１．１ｍの位置のものである。
図１１（ｄ）、図１２（ｄ）は、解析結果としての絶対湿度［g/kg´］である。絶対湿度は、段床面から１．１ｍの位置のものである。
図１１（ｅ）、図１２（ｅ）は、解析結果としての平均放射温度［℃］である。平均放射温度は、段床面から０．６ｍの位置のものである。

【0064】

日射のあたるスタンドの１階席中央部（符号Ｐ１、Ｐ２で示す部分）に着目する。図１１（ａ）および図１２（ａ）に示した表面温度を見ると、段床表面温度は、Case1では約55℃、Case2では約77℃であった。抽象化モデルＫを用いて日射遮蔽効果を考慮したことによりCase1の方が段床表面温度は約20℃低下している。

【0065】

また、図１１（ｂ）〜（ｄ）および図１２（ｂ）〜（ｄ）で示した気温、風速、絶対湿度の分布を見ると、Case1はCase2と比較して、気温が若干高くなる傾向にあるものの全体として大きな差異は見られない。一方、図１１（ｅ）および図１２（ｅ）で示した平均放射温度の分布をみると、Case1ではCase2と比べて全体的に約10℃程度低い値を示している。この理由としては、Case1では観客による日射遮蔽を考慮しているために、Case2と比べて段床表面温度が低下したことが考えられる。また、日射遮蔽により透過日射が減少し、床でのその反射成分も減少したことが要因と考えられる。

【0066】

以上のように、実施形態に係る温熱環境解析装置１は、群衆を再現した多数の人体モデルを配置することなしに、群衆が施設内の温熱環境に与える影響を考慮した解析を容易に行うことができる。

【0067】

観客（群衆）による主な影響は（Ａ）熱や湿度発生効果、（Ｂ）日射遮蔽効果、（Ｃ）風速低減効果が挙げられる。
（Ａ）熱や湿度発生効果は、代謝によって人体が発生する熱や汗をかくことによる湿度の発生などによる影響である。
（Ｂ）日射遮蔽効果は、観客が日射を受けて床面に日陰をつくることによる影響である。
（Ｃ）風速低減効果は、観客が障害物となり風速が弱まることによる効果である。

【0068】

人体モデルを配置しない従来の解析手法でも、（Ａ）熱や湿度発生効果、（Ｃ）風速低減効果について考慮可能であったが、（Ｂ）日射遮蔽効果については考慮できていなかったため、実際の温熱環境とは異なる環境評価しかできなかった。
例えば、（Ａ）熱の発生効果は240[W/m²](=120[W/人]×2[人/m²])であり、従来手法では人体座位を想定した段床面からの高さ「1.1m」までの空間に体積発熱として与えることよって、（Ａ）熱の発生効果を考慮することができた。しかし、日射の影響が考慮できていなかったため、日射によって加熱された皮膚・着衣表面温度の上昇による発熱・発汗も考慮されていなかった。

【0069】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。実施形態の変形例は、例えば以下に示す通りである。

【0070】

実施形態では、上方から来た熱量に対しての放射パラメータ（反射率、吸収率、透過率）を算出し、算出した放射パラメータを抽象化モデルＫ１の上面および下面に設定する場合について説明した。しかしながら、放射パラメータの算出方法および算出した放射パラメータの設定方法はこれに限定されない。例えば、下方から来た熱量に対しての放射パラメータ（反射率、吸収率、透過率）をさらに算出し、算出した放射パラメータを抽象化モデルＫ１の下面に設定してもよい。これにより、より正確な解析を行うことができる。

【0071】

また。実施形態では、抽象化モデルＫ１として、厚みのない平板で群衆をモデル化したもの（平板モデル）を想定していた。しかしながら、抽象化モデルＫ１は平板モデルに限定されず、図５（ｃ）に示すように、厚みのある面状のものであってもよい。

【0072】

また、実施形態では、図３に示すように、部分空間モデルＪに通路部分を含めていなかった。しかしながら、部分空間モデルＪに通路部分を含めてもよい。その場合、算出した放射パラメータは、通路部分の影響を受けることになり、通路部分を含めないで算出した放射パラメータとは値が異なる。

【0073】

また、部分空間モデルＪは、解析対象である施設の一部を忠実に再現したものであることが好ましいが、解析対象である施設以外の施設（つまり、他の施設）を再現したものであってもよい。その場合、人員密度が同程度の施設であることが好ましい。

【符号の説明】

【0074】

１ 温熱環境解析装置
１０ 記憶部
２０ 制御部
３０ 解析モデル生成部
３１ 第一解析モデル生成部
３２ 第二解析モデル生成部
４０ パラメータ算出部
５０ 温熱環境解析部
６０ 解析結果出力部
Ｉ 施設モデル
Ｊ 部分空間モデル
Ｋ 抽象化モデル
Ｇ 解析条件

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】