グリーンビルディングの実現のためのLCAと数値解析を援用した最適設計手法の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13F03368
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大岡 龍三 東京大学, 生産技術研究所, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): LIM Jongyeon 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
• Keywords: 都市設計 / 最適化 / 風通し / 省エネ / CFD / エネルギーシミュレーション

Research Abstract

設計初期段階におけるグリーンビルディングデザインのリファレンスとなるモデルを提供する設計手法の構築を目的とし、遺伝的アルゴリズム(GA)による最適化手法と計算流体力学(CFD)・ビルディングエネルギーシミュレーション(BES)による建築物の環境性能の定量的な評価手法の融合によって、建築物の存続期間の環境性能変化を考慮する上での最適な外観デザインの導出を試みる。具体的な研究方法と内容として下記を予定する。まず、風環境及び省エネ効果、各々の環境性能を最適にするデザインの導出手法を別建てにする。
i) 風通しを考慮した建築物の幾何学的な形状の最適設計手法を作成する。最適化手法としてはGAを用い、設計変数(建築物の形態や向き及び敷地内での配置)の変化による風通しの良否をCFDにより定量的に評価する。ii) 同じく、GAを用いて省エネ指向の設計案の最適化を行う。最適化の目的である環境性能としてはエネルギー消費量を採用し、BESを用いた数値解析によって外観デザイン(建築物の幾何学的な形状及びエンベロープデザイン(外壁レイヤーの構成や窓の面積やガラスの種類))の変更に伴うエネルギー消費量変化を評価する。iii) i)とii)で構築した要素技術の融合により、複数の環境性能の相互作用やトレードオフの考慮可能な多目的最適化を行い、グリーンビルディングの実現のためのリファレンスとなる外観デザインを導出する。iv) 次に、i)とii)で採用された環境性能を、建築物の生涯を考慮して評価するための手段を構築する。建築物の長寿命化に伴って今後の加速する気候変動に対応した建築物性能の評価にあたっては、将来の標準気象データ整備が必須である。手段としては、大気循環モデルによる解析結果を活用し、領域気象モデルを用いた数値解析によって、関東地方の近未来の気候予測を行う。都市構造変化の将来シナリオから都市温暖化の影響も考慮する。その解析結果から、気候変動を考慮した建築物の長期的な環境性能の評価のための将来の標準気象データを作成する。v) iii)で構築された手法を用いたファサードの最適設計プロセスにiv)で作成された将来の標準気象データを導入する。これによりiii)の結果である最適設計案の環境性能が現在と将来の気候でどの程度変化するか試算する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1年目の研究が12月から始まったということで、まだ成果として現時点で掲載された論文はない。しかし、4ヶ月間の研究をまとめ、国内学会発表論文1本、海外発表論文1本をすでに投稿しており、雑誌論文も1本査読中である。おおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

風通しを考慮した建築物の幾何学的な形状の最適設計手法についてはある程度まとまっていろと考えられ、これからはBESを用いた数値解析によって外観デザイン(建築物の幾何学的な形状及びエンベロープデザイン(外壁レイヤーの構成や窓の面積やガラスの種類)の変更に従うエネルギー消費量の変化について評価を行う予定である。