Grasshopperの日射シミュレーションについてお探しですね。

広告

建築デザインに役立つ!GrasshopperとLadybugで日当たりシミュレーションを始めよう

建物を設計するとき、「この場所にどれくらい日が当たるんだろう?」「隣の家に影が落ちて迷惑にならないかな?」って気になりますよね。

最近では、こうした日当たりや影の問題を、パソコン上で簡単にシミュレーションできるツールが登場しています。

今回紹介するのは、3Dモデリングソフト「Rhinoceros(ライノセラス)」のプラグイン「Grasshopper(グラスホッパー)」と、環境解析ツール「Ladybug(レディバグ)」を組み合わせた方法です。

この組み合わせを使えば、設計の早い段階から「ちゃんと根拠のある形」を考えることができるんです。

この記事では、初めての人でも分かるように、日当たりシミュレーションの基本から実際の使い方まで、順を追って説明していきます。

環境のことを考えた設計をしたい!という方は、ぜひ読んでみてください。

GrasshopperとLadybugって何がすごいの?

まず、Grasshopperというのは、Rhinoceros上で動く「ビジュアルプログラミングツール」です。

難しいプログラミング言語を書かなくても、ブロックをつなげるような感覚でいろんな形を作れる便利なツールなんです。

そして、Ladybug Toolsは、そのGrasshopper上で使える無料のプラグイン集。

天気のデータを使って、建物の日当たりや風通し、暑さ寒さなどをシミュレーションできます。

普通なら専門的なソフトが必要なこうした解析を、いつも使っている3Dモデリングの環境から離れずにできるのが大きな魅力です。

特によく使われるのが、「日影シミュレーション(シャドウスタディ)」と「日射量解析」の2つです。

**日影シミュレーション**は、ある時間に建物がどんな影を落とすか、逆に周りからどんな影を受けるかを目で見て確認できる機能。

一方、**日射量解析**は、建物の壁や屋根、地面にどれくらいの太陽エネルギーが当たるかを数字と色で表してくれる機能です。

これらを使えば、「夏は日差しを遮って涼しく、冬は日差しを取り込んで暖かく」という、自然の力を活かした設計(パッシブデザインって言います)を、きちんと数字で確認しながら進められます。

最近では、AI技術を使ってGrasshopperのプログラム自体を自動で作ろうという試みも始まっています。

でも、どんなに便利なツールが出てきても、基本的な仕組みを理解しておくことはとても大切。

まずは基礎からしっかり学んでいきましょう!

最初のステップ:気象データ(EPW)を手に入れよう

Ladybugで環境解析をするために、まず必要なのが「EPW(EnergyPlus Weather)」という形式の気象データです。

このデータには、世界中のいろんな場所の1年間の天気情報——気温、湿度、風向き、風の強さ、日射量などが、1時間ごとに記録されています。

正確なシミュレーションをするには、自分が設計している場所に一番近い観測地点のデータを使うことがポイントです。

EPWデータは、Ladybug Toolsの公式サイトが提供している「EPWmap」という無料サービスからダウンロードできます。

世界地図上で、東京や大阪など目的の地域をクリックして、データをダウンロードするだけ。

とっても簡単です。

データをダウンロードしたら、次はGrasshopperに読み込ませます。

Grasshopperのキャンバス(作業画面)に「Import EPW」というコンポーネント(部品みたいなもの)を置いて、さっきダウンロードしたファイルの場所を指定します。

これで、ファイルの中の膨大な天気情報がGrasshopper内で使えるようになります。

データを読み込んだら、その中から「Location(位置情報)」や「Direct Normal Radiation(直接届く日射)」、「Diffuse Horizontal Radiation(空から広がる日射)」といった必要な情報を取り出して、それぞれのシミュレーション用コンポーネントにつないでいきます。

初めての人は、このEPWデータの読み込みとデータの振り分けでつまずくことが多いんですが、これは車で言えばエンジンみたいなもの。

ここさえきちんとできれば、あとは目的に応じたコンポーネントをつなぐだけで、いろんなシミュレーションができるようになります。

日影シミュレーションで影の動きをチェック!

日影シミュレーションは、建物の大きさや配置を考えるときに、とても分かりやすい情報を与えてくれます。

Ladybugを使った日影シミュレーションの基本的な流れは、太陽の位置を計算して、その光に基づいて建物から落ちる影を地面や壁に映し出すというもの。

これで、周りへの影響や、敷地内の日当たり具合を時間ごとに詳しく確認できます。

Grasshopper上での具体的な手順はこんな感じです。

まず、さっき読み込んだEPWデータから位置情報を取り出して、「SunPath(太陽の軌道)」というコンポーネントにつなぎます。

ここで、シミュレーションしたい月、日、時間を指定すると、その瞬間の太陽の高さと方角が正確に計算されます。

次に、「Shadow Study(影の研究)」に関係するコンポーネントを使って、太陽の向き、影を作る建物(周りの建物など)、そして影が落ちる面(地面や自分の建物の壁など)をつなぎます。

すると、Rhinoの画面上に影の落ち方がリアルタイムで表示されるんです。

このシミュレーションの一番いいところは、Grasshopperの特徴を活かして、建物の高さや形を変えると、それに合わせて影の形もすぐに更新されること。

設計しながら、こんなことが素早く確認できます。

– 隣の家の日当たりを邪魔していないかチェック
– 中庭やテラスなど、外の空間が快適かどうか確認
– 日よけのルーバーや庇(ひさし)の、ちょうどいい角度を探す

設計の初期段階から、影の動きを見ながらリアルタイムで形を調整できるので、あとから「やっぱりダメだった…」ってことが大幅に減ります。

特に、一年で一番日が短い冬至や、一番日が長い夏至でシミュレーションした結果は、設計の説得力を高める強力な資料になります。

日射量解析で太陽エネルギーを数値化!

日影シミュレーションが「影があるかないか」を見せてくれるのに対して、日射量解析(Radiation Analysis)は、建物の表面がどれくらいの太陽エネルギーを受けるか(kWh/㎡など)を数字で評価する方法です。

これは、建物の暑さ寒さを改善したり、太陽光パネルをどこに付けるのがベストかを考えたりするときに、とても役立ちます。

Ladybugの「Incident Radiation(入射日射)」などのコンポーネントを使えば、建物全体の日射量を、きれいなカラーマップ(色分け図)で見ることができます。

日射量解析をするには、EPWデータから取り出した日射のデータ、太陽の軌道、そして解析したい建物の3Dメッシュデータ(細かい面の集まり)が必要です。

このとき、メッシュを細かく分割しておくと、より詳細で精密なカラーマップが得られます。

シミュレーションを実行すると、日射をたくさん受ける屋根や南側の壁は赤や黄色、日陰になりやすい北側や周りの建物の影になる部分は青といったグラデーションで結果が表示されます。

これで、熱がこもりやすい場所が一目で分かるんです。

この解析結果を実際の設計にどう活かすかが、設計者の腕の見せどころ。

例えば:

– 日射が強すぎる南西の壁には、ルーバーや日よけを付けて冷房の負担を減らす
– 逆に日射が少ない北側には、大きな窓を作って安定した明るさを取り込む

こんな風に、具体的なデザインの根拠として使えます。

また、年間を通した日射量のデータを見せることは、お客さんに対して「環境に配慮してますよ」とアピールする効果的なプレゼンテーションにもなります。

GrasshopperとLadybugを使いこなせるようになれば、あなたの建築設計はもっと論理的で、説得力のあるものになるはず。

ぜひこの記事を参考に、環境シミュレーションの世界に飛び込んでみてください!

広告