[論文レビュー] CBE Clima Tool: a free and open-source web application for climate analysis tailored to sustainable building design

Giovanni Betti, Federico Tartarini+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2022

Building Energy and Comfort Optimization被引用数 9

ひとこと要約

CBE Clima Tool は、コードやソフトウェアのインストールなしで EPW ファイルからの気象データを分析・可視化できる、無料でオープンソースのウェブアプリケーションです。インタラクティブな可視化機能（湿度図、UTCI、自然換気の可能性など）を備え、高品質でダウンロード可能な SVG グラフィックスを提供することで、持続可能性に配慮した気候適応型建築設計を支援します。

ABSTRACT

Buildings that are designed specifically to respond to the local climate can be more comfortable, energy-efficient, and with a lower environmental impact. However, there are many social, cultural, and economic obstacles that might prevent the wide adoption of designing climate-adapted buildings. One of the said obstacles can be removed by enabling practitioners to easily access and analyse local climate data. The CBE Clima Tool (Clima) is a free and open-source web application that offers easy access to publicly available weather files (in EPW format) specifically created for building energy simulation and design. It provides a series of interactive visualization of the variables therein contained and several derived ones. It is aimed at students, educators, and practitioners in the architecture and engineering fields. Since its launch has been consistently recording over 3000 monthly unique users from over 70 countries worldwide, both in professional and educational settings.

研究の動機と目的

• 気象データへのアクセス不足や使いにくさが原因で生じる、気候適応型建築設計の障壁を解消すること。
• 学生、教育者、実務家が、地域の気象データを分析して持続可能な建築設計に活用できる、アクセスしやすくインタラクティブなプラットフォームを提供すること。
• 閉鎖型でプラグイン依存のツールの限界を克服し、オープンソースのコードを備えたスタンドアロンでブラウザベースのソリューションを提供すること。
• 非技術者ユーザーが、UTCI や PMV、自然換気の可能性といった複雑な気象指標を、直感的な可視化によって理解できるようにすること。
• クロスプラットフォームでのアクセス性、オープンライセンス（MIT）、および統合可能出力形式（SVG、CSV）を確保することで、グローバルな採用を支援すること。

提案手法

• 気象データ分析の入力として、公開済みの EPW（EnergyPlus Weather）ファイルを処理する。
• Python ベースのバックエンドを用いて、UTCI（ユニバーサル熱的気候指数）、PMV、PPD、自然換気の可能性などの派生指標を計算する。
• ウェブベースのフロントエンドを介して、インタラクティブでカスタマイズ可能な可視化（例：湿度図、太陽の通り道図、温度-湿度プロット）を生成する。
• ユーザーが二次的な変数（例：日差しや風がない状態の UTCI）でデータポイントの色を変更できるようにすることで、高度なマイクロクライマ分析を可能にする。
• すべての可視化を高品質な SVG 形式でエクスポートし、CC BY 4.0 の下で自由に再利用・改変可能にする。
• 最新のウェブブラウザからアクセス可能なウェブアプリケーションとしてホスティングし、ソフトウェアのインストールや特別な環境の必要性を排除する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 建築・工学分野の非専門家ユーザーが、気象データをより簡単にアクセス可能で解釈可能にするにはどうすればよいか？
• RQ2 ブラウザベースでオープンソースのツールが、UTCI や自然換気の可能性といった複雑な気象指標へのアクセスをどの程度向上できるか？
• RQ3 無料でスタンドアロンのウェブアプリケーションが、設計ワークフローにおいて閉鎖型でプラグイン依存のツールを代替または補完できるか？
• RQ4 オープンソースで MIT ライセンスが適用されたコードが、学術的および職業的文脈での採用、貢献、統合に与える影響は何か？
• RQ5 1つのインターフェースに複数の気象指標（例：UTCI、PMV、SET）を統合することで、持続可能な建築設計意思決定にどのような支援がなされるか？

主な発見

• 2021年8月のリリース以降、CBE Clima Tool は70か国以上から月間3,000人以上の定期的なユニークユーザーを獲得し、安定した人気を維持している。
• コードやインストールなしで、日差しの有無や風の有無といった4つの異なる環境シナリオ下での UTCI などの複雑な気象指標を可視化できる。
• すべての可視化は、CC BY 4.0 の下で自由に再利用・改変可能な高精細な SVG 形式で生成される。
• 初心者から設計教育の現場や経験豊富な実務家までをカバーする、直感的でコード不要の EPW データとのインタラクションを可能にする。
• 許可が緩い MIT ライセンスで公開されたオープンソースの性質のおかげで、世界中からの貢献が可能となり、他のアプリケーションへの統合も実現している。
• リアルタイムで湿度関係や太陽の位置関係のデータを計算・表示できるため、被動設計や快適性分析における実用性が向上している。