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JP5709000B2 - 太陽光採光システム - Google Patents

太陽光採光システム Download PDF

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JP5709000B2 JP2011174922A JP2011174922A JP5709000B2 JP 5709000 B2 JP5709000 B2 JP 5709000B2 JP 2011174922 A JP2011174922 A JP 2011174922A JP 2011174922 A JP2011174922 A JP 2011174922A JP 5709000 B2 JP5709000 B2 JP 5709000B2
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Description

本発明は、太陽光を建物の内部に取り入れるための太陽光採光システムに関する。
従来、例えば図10に示すように、建物Tの窓1の外側にライトシェルフ(庇)2を取り付け、ライトシェルフ2の上面2aで反射した太陽光Sを窓1の上部側から屋内3に取り入れるとともに屋内3の天井面4で反射させ、やわらかな自然光として太陽光(昼光)Sを利用して好適な光環境をつくる太陽光採光システムBが知られている。そして、この太陽光採光システムBにおいては、太陽光Sを照明エネルギーとして利用でき、また、太陽からの直射光がライトシェルフ2で遮蔽されることにより冷房負荷が低減するため、省エネルギー化を図ることが可能になる。
この一方で、上記従来のライトシェルフを用いた太陽光採光システムでは、太陽の高度によってライトシェルフで反射する太陽光(一次反射光)の反射角度が変わるため、屋内に導入できる光の範囲が時々刻々変わってしまい、均質な光環境を確保できないという問題があった。また、ライトシェルフだけで太陽光の直射光を完全に遮蔽することは難しく、この場合には、屋内の一部のみが明るくなってしまう(図10参照)。
さらに、従来、ライトシェルフは、平板状に形成され、窓部分の外側に固定して設置されているため、雨水等が溜まって汚れが発生しやすく、また、鳥が巣を張るなどして採光効率が低下するという問題もあった。また、ライトシェルフを取り付けるにあたり、耐風設計の観点から頑強な固定方法を採用する必要があった。
これに対し、特許文献1には、直射光を屋内の天井に向けて反射させる複数の羽板を備えた反射ルーバーを設け、反射ルーバーの下方の窓部分に、特定の角度範囲の入射光のみを散乱透過させ、他の角度範囲の入射光は直進透過させる光制御シートを貼り付けて構成した太陽光採光システムが開示されている。
特開平11−148281号公報
しかしながら、特許文献1の太陽光採光システムにおいては、直射光を屋内の天井に向けて反射させる手段として反射ルーバーを用いているため、窓上部側に設置した反射ルーバーの複数の羽板を閉じていなくても、これら羽板によって視界が少なからず遮られ、例えば平板状のライトシェルフと比較し、屋内側から外界が見にくくなってしまう。
また、上下に隣り合う羽板の間から直射光が屋内に照射されるなど、日射の遮蔽が不十分であった。
本発明は、上記事情に鑑み、太陽光を取り入れ、より確実且つ好適に建物の内部に均質な光環境をつくることを可能にする太陽光採光システムを提供することを目的とする。
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の太陽光採光システムは、建物の窓の外側に設けられ、太陽光を建物の内側の天井面に向けて反射させるライトシェルフを備えた太陽光採光システムにおいて、前記ライトシェルフが傾動可能に設けられるとともに、太陽光を透過させる透過層と太陽光を遮蔽する遮蔽層を上下方向に交互に積層して備え、前記ライトシェルフで反射した太陽光が入射する窓部分に配設された透過光選択ガラスと、前記ライトシェルフよりも下方に設けられ、前記ライトシェルフで反射されずに前記窓に照射された太陽光を遮蔽するせり上がり式ブラインドと、太陽の高度に応じた傾斜角度となるように前記ライトシェルフの傾動を制御するとともに、前記ライトシェルフの傾斜角度に応じてせり上がり式ブラインドの高さを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、水平設置時の前記ライトシェルフの前記天井面からの垂直距離をh、前記ライトシェルフの傾斜角度をα、水平設置時の前記ライトシェルフの奥行きをd 、導光距離(水平距離)をd、日時、設置されている緯度経度情報を元に求まるプロファイル角度をPとしたとき、下記の式(1)からプロファイル角度Pとなるような傾斜角度αを繰り返し計算で求め、求めた傾斜角度αとなるように随時前記ライトシェルフの動作を制御し、且つ、床からせり上げる前記せり上がり式ブラインドの必要高さをh 、前記床から前記天井面までの高さをh CL 、前記窓からせり上がり式ブラインドまでの水平距離をd としたとき、下記の式(2)から前記ライトシェルフの傾斜角度αに連動する前記せり上がり式ブラインドの必要高さh を求め、求めた必要高さh CL となるように前記ライトシェルフの傾斜角度αに連動させて随時前記せり上がり式ブラインドのせり上がり/降下の動作を制御することを特徴とする。
Figure 0005709000
Figure 0005709000
本発明の太陽光採光システムにおいては、ライトシェルフの傾動動作を制御し、太陽の高度に応じてライトシェルフの傾斜角度が調節されることで、このライトシェルフで反射して建物の内側(屋内)の天井面に向けて導入する太陽光の範囲を常に一定に保つようにすることが可能になる。これにより、従来のライトシェルフを備えた太陽光採光システムのように屋内に導入できる光の範囲が時々刻々変わることがないため、確実且つ好適に均質な光環境をつくることが可能になる。
また、ライトシェルフで反射した太陽光が入射する窓部分に透過光選択ガラスが設けられ、この透過光選択ガラスが透過層と遮蔽層を上下方向に交互に積層して形成されているため、太陽光の直射光を遮蔽層で遮蔽することができ、ライトシェルフで反射した太陽光の反射光を透過層で透過させて天井面に照射させることが可能になる。これにより、従来のブラインドを用いた場合のように建物の内側から外界が見にくくなることなく、太陽光の直射光を遮蔽して、より確実且つ好適に均質な光環境をつくることが可能になる。
さらに、太陽の高度やライトシェルフの傾斜角度に応じてせり上がり式ブラインドの高さを制御することで、ライトシェルフで反射されずに窓(窓の下部側)に照射された太陽光の直射光をせり上がり式ブラインドによって遮蔽することが可能になる。これにより、例えば屋内の一箇所のみ明るくなってしまうようなことがなくなり、さらに確実且つ好適に均質な光環境を造ることが可能になる。
本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムを示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムのライトシェルフを制御する方法の説明で用いた図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムのせり上がり式ブラインドを制御する方法の説明で用いた図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムの透過光選択ガラスを示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムの年間照明消費エネルギーの削減効果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムの優位性を確認するために実施したシミュレーションの設定条件を示す図である。 シミュレーションで比較対象とした従来の太陽光採光システムを示す図である。 シミュレーションで用いた本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムを示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。 従来の太陽光採光システムを示す図である。
以下、図1から図9を参照し、本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムについて説明する。
本実施形態の太陽光採光システムAは、図1に示すように、建物Tの窓1の外側(屋外側)に傾動可能に設けられたライトシェルフ5と、窓1の屋内側(建物Tの内側3)の下に、上下にせり上がり/降下可能に設けられたせり上がり式ブラインド6と、ライトシェルフ5よりも上方の窓ガラスとして配設された透過光選択ガラス7と、ライトシェルフ5とせり上がり式ブラインド6の動作を制御する制御手段8とを備えて構成されている。
また、本実施形態のライトシェルフ5は、その傾斜角度αを太陽のプロファイル角度、ライトシェルフ5の形状、設置位置、導光距離により一義的に求め、このように求めた傾斜角度αとなるように傾動動作が制御手段8によって制御される。
より具体的に、本実施形態のライトシェルフ5は、図1及び図2に示すように、反射光制御型ライトシェルフであり、プロファイル角度を日時、設置されている緯度経度情報を元に求め、これに応じて制御時間毎に傾斜角度αを求め、その傾斜角度αになるように傾動動作が制御手段8によって制御される。
ここで、水平設置時のライトシェルフ5の屋内天井4からの垂直距離をh、ライトシェルフ5の傾斜角度をα、水平設置時のライトシェルフ5の奥行きをd、導光距離(水平距離)をd、プロファイル角度をPとしたとき、制御手段8によって、次の式(3)からプロファイル角度Pとなるようなαを繰り返し計算等で求め、求めた傾斜角度αとなるように随時ライトシェルフ5の動作が制御される。なお、位置情報と連動して導光距離dを可変にすることも可能である。
Figure 0005709000
次に、本実施形態のせり上がり式ブラインド6は、図1及び図3に示すように、制御手段8に制御されて、複数の羽板が順次間隔をあけて必要時に自動的に上方にせり上がり、不要時には自動的に降下して元の位置に戻るように構成されている。このせり上がり式ブラインドは、ライトシェルフ5の傾斜角度αの算出と同様に、日時、緯度経度、各パラメータから必要高さhを求め、その必要高さhになるようにせり上がり/降下の動作が制御手段8によって制御される。
ここで、床9からせり上げるブラインド6の必要高さをh、床9から天井4までの高さをhCL、窓ガラス1からブラインド6までの水平距離をdとしたとき、制御手段8によって、次の式(4)からブラインド6の必要高さhを求め、求めた必要高さhCLとなるように随時ブラインド6のせり上がり/降下の動作が制御される。
Figure 0005709000
次に、透過光選択ガラス7は、図1及び図4に示すように、例えば、厚さが0.5〜1mm程度で透過層7aと遮蔽層7bを上下方向に交互に積層してなる透過光選択フィルム7cをガラスに貼り付けたり、ガラス自体に透過層7aと遮蔽層7bを上下方向に交互に積層形成するなどして形成されている。そして、この透過光選択ガラス7は、ライトシェルフ5で反射した太陽光Sが入射する窓部分に配設されている。
上記のように構成した本実施形態の太陽光採光システムAにおいては、図1及び図2に示すように、まず、導光する距離dを予め設定しておくと、制御手段8によって、太陽の高度に合わせた傾斜角度αとなるように制御されて、反射光制御型のライトシェルフ5が傾動する。すると、ライトシェルフ5の上面で反射した太陽光Sが透過光選択ガラス7を透過して屋内3の天井面4に照射され、この天井面4で反射して柔らかな光Sとして屋内3を明るくする。
また、このとき、図1、図2及び図4に示すように、ライトシェルフ5で反射した太陽光Sが透過光選択ガラス7の透過層7aを透過して天井面4に照射される。一方、透過層7aと遮蔽層7bを上下方向に交互に積層して透過光選択ガラス7が形成されているため、透過光選択ガラス7に照射された太陽光Sの直接光は、遮蔽層7bによって遮蔽される。また、一部の太陽光Sは、透過層7aを挟んで上下の遮蔽層7bで反射しながら透過層7を通じて天空光のやわらかな光として屋内3に照射される。
一方、図1及び図3に示すように、ライトシェルフ5の上面に照射されず、ライトシェルフ5の突出方向先端の外側から窓1の下部側に太陽光Sが直接光として照射される場合もある。これに対し、本実施形態の太陽光採光システムAにおいては、ライトシェルフ5の影の位置に応じて高さhを制御しながら、せり上がり式ブラインド6がせり上がり、ライトシェルフ5の先端よりも外側から照射される太陽光Sを遮蔽する。これにより、太陽光Sの直接光が窓1の下部側から屋内3に直接的に入射することがなく、ブラインド6の上下の羽板の間を通じて柔らかな天空光のみが屋内3に取り入れられることになる。また、ライトシェルフ5とせり上がり式ブラインド6の上端部との間の開口からも有効に天空光を取り入れることも可能である。
ここで、図5は、従来のブラインドを常時全開にしたケースと、グラデーションブラインドを用いたケースと、本実施形態の太陽光採光システムAを用いたケースの年間照明消費エネルギー量を算出したシミュレーション結果を示している。この結果から、ブラインド常時全開のケースに対し、グラデーションブラインドを用いたケースでは14%、本実施形態の太陽光採光システムAを用いたケースでは23%の照明エネルギーの削減効果が確認された。これにより、本実施形態の太陽光採光システムAは優れた省エネ性能を発揮するシステムであるということができる。
また、図6に示すように、幅18m、奥行き24mの部屋に、従来の固定ライトシェルフを備えた太陽光採光システムB(図7、図10参照)を設けた場合と、本発明の反射光制御型ライトシェルフを備えた太陽光採光システムA(図8、図1参照)を設けた場合の照明エネルギー削減効果の違いを確認するため、シミュレーションを行った。なお、調光センサーの設置位置、調光センサーによる調光範囲、設定照度、シミュレーションの対象試算領域、窓ガラスの種類や方位、天井等の反射率等の設定条件は、図6に示す通りである。
そして、図9はシミュレーション結果を示している。この図から、従来の固定ライトシェルフを備えた太陽光採光システムBを設けた場合には、屋内3が局所的に明るくなってしまうのに対し、本発明の反射光制御型ライトシェルフを備えた太陽光採光システムAを設けた場合には、広範にわたって昼光率が向上し、局所的に明るくなる傾向が改善されることが確認された。
したがって、本実施形態の太陽光採光システムAにおいては、ライトシェルフ5の傾動動作を制御し、太陽の高度に応じてライトシェルフ5の傾斜角度αが調節されることで、このライトシェルフ5で反射して建物Tの内側(屋内)3の天井面4に向けて導入する太陽光Sの範囲を常に一定に保つようにすることが可能になる。これにより、従来のライトシェルフ2を備えた太陽光採光システムBのように屋内3に導入できる光Sの範囲が時々刻々変わることがないため、確実且つ好適に均質な光環境をつくることが可能になる。
また、ライトシェルフ5で反射した太陽光Sが入射する窓部分に透過光選択ガラス7が設けられ、この透過光選択ガラス7が透過層7aと遮蔽層7bを上下方向に交互に積層して形成されているため、太陽光Sの直射光を遮蔽層7bで遮蔽することができ、ライトシェルフ5で反射した太陽光Sの反射光を透過層7aで透過させて天井面4に照射させることが可能になる。これにより、従来のブラインドを用いた場合のように建物Tの内側3から外界が見にくくなることなく、太陽光Sの直射光を遮蔽して、より確実且つ好適に均質な光環境をつくることが可能になる。
さらに、ライトシェルフ5よりも下方にせり上がり式ブラインド6を備え、太陽の高度やライトシェルフ5の傾斜角度αに応じてせり上がり式ブラインド6の高さhを制御することで、ライトシェルフ5で反射されずに窓1(窓1の下部側)に照射された太陽光Sの直射光をせり上がり式ブラインド6によって遮蔽することが可能になる。これにより、例えば屋内3の一箇所のみ明るくなってしまうようなことがなくなり、さらに確実且つ好適に均質な光環境を造ることが可能になる。
さらに、ライトシェルフ5が傾動可能に設けられているため、例えば、雨天時や不要時など、適宜、ライトシェルフ5を傾動しガラス窓1に沿う上下方向に配しておくなどすれば、雨水が溜まって汚れが発生したり、鳥が巣を張るようなことをなくすことができる。また、強風時に、ライトシェルフ5を傾動しガラス窓1に沿う上下方向に配しておくなどすることができるため、従来のようにライトシェルフを頑強な固定方法を採用して取り付ける必要がなくなる。
以上、本発明に係る太陽光採光システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
1 窓
2 従来のライトシェルフ
2a 上面
3 屋内(建物の内側)
4 天井面
5 ライトシェルフ
6 せり上がり式ブラインド
7 透過光選択ガラス
7a 透過層
7b 遮蔽層
7c 透過光選択フィルム
8 制御手段
A 太陽光採光システム
B 従来の太陽光採光システム
S 太陽光
T 建物
α 傾斜角度

Claims (1)

  1. 建物の窓の外側に設けられ、太陽光を建物の内側の天井面に向けて反射させるライトシェルフを備えた太陽光採光システムにおいて、
    前記ライトシェルフが傾動可能に設けられるとともに、
    太陽光を透過させる透過層と太陽光を遮蔽する遮蔽層を上下方向に交互に積層して備え、前記ライトシェルフで反射した太陽光が入射する窓部分に配設された透過光選択ガラスと
    前記ライトシェルフよりも下方に設けられ、前記ライトシェルフで反射されずに前記窓に照射された太陽光を遮蔽するせり上がり式ブラインドと、
    太陽の高度に応じた傾斜角度となるように前記ライトシェルフの傾動を制御するとともに、前記ライトシェルフの傾斜角度に応じてせり上がり式ブラインドの高さを制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、水平設置時の前記ライトシェルフの前記天井面からの垂直距離をh、前記ライトシェルフの傾斜角度をα、水平設置時の前記ライトシェルフの奥行きをd 、導光距離(水平距離)をd、日時、設置されている緯度経度情報を元に求まるプロファイル角度をPとしたとき、下記の式(1)からプロファイル角度Pとなるような傾斜角度αを繰り返し計算で求め、求めた傾斜角度αとなるように随時前記ライトシェルフの動作を制御し、
    且つ、床からせり上げる前記せり上がり式ブラインドの必要高さをh 、前記床から前記天井面までの高さをh CL 、前記窓からせり上がり式ブラインドまでの水平距離をd としたとき、下記の式(2)から前記ライトシェルフの傾斜角度αに連動する前記せり上がり式ブラインドの必要高さh を求め、求めた必要高さh CL となるように前記ライトシェルフの傾斜角度αに連動させて随時前記せり上がり式ブラインドのせり上がり/降下の動作を制御することを特徴とする太陽光採光システム。
    Figure 0005709000
    Figure 0005709000
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