JP2007024727A - 窓の熱的性能計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建物等に設置されている窓が、実際の使用状況下において如何なる日射遮蔽性能などの熱性能を発揮しているのかを現場において比較的簡易に計測する。
【解決手段】窓の熱的性能計測装置を、開口部を備えると共に開口部以外の内側表面の一部または全面に熱流計１２を備えた測定箱１０と、測定箱１０内部の温度を検知する箱内温度センサ３０と、測定箱１０外部の温度を検知する室内温度センサ３２と、測定箱１０内部を冷却する冷却装置２０と、測定箱１０内部の温度が測定箱外部の温度と近くなるように、または等しくなるように冷却装置２０を制御する制御装置３４、とを含んで構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窓の熱的性能を計測する熱的性能計測装置に関する。

近年建築の窓面積・透明外皮部分の拡大とともに、主に省エネルギーと快適性の観点から、エアーフロー型窓、ダブルスキン窓、外部遮蔽物を有する窓、特殊な波長特性を有するガラスを用いた窓など、多くの窓が実用化されつつある。これらの窓が、実際に意図した日射遮蔽性能などの性能を発揮しているか否かの評価が極めて重要であるが、これらの一部は、建物の空調・換気システム等と一体となって機能しているなど、従来のようにガラス等の材料のみを同等にした試験体を用いた実験・実測により性能を評価することは困難に近い。実験設備に空調・換気システムまで備えることで対応するケースもあるが、この場合かなり大掛かりで経済的にも多大な負担となる。さらに、実際の使用状況を反映しているとは限らない。

なお、窓の日射遮蔽性能については、一部ＪＩＳを除き、計測方法が確立しているとは言えない（例えば、非特許文献１参照。）。
ＪＩＳ規格番号：ＪＩＳ Ａ１４２２ １９９３、「日よ（除）けの日射遮へい（蔽）係数簡易試験方法」

本発明は、建物等に設置されている窓が、実際の使用状況下において如何なる日射遮蔽性能などの熱性能を発揮しているのかを現場において比較的簡易に計測することができる窓の熱的性能計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の窓の熱的性能計測装置は、開口部を備え、前記開口部以外の内側表面の一部または全面に熱流計を備えた箱体と、前記箱体内部の温度を検知する内部温度検知手段と、前記箱体外部の温度を検知する外部温度検知手段と、前記箱体内部を冷却する冷却手段と、前記箱体内部の温度が前記箱体外部の温度に近くなるように、または等しくなるように前記冷却手段を制御する制御手段と、を含んで構成されている。

このように、開口部以外の内側表面の一部または全面に熱流計を備えた箱体の内部の温度が箱体外部の温度に近くなるように、または等しくなるように箱体内部を冷却するようにしたため、自動的且つ簡易に箱体内部の温度を箱体外部の温度に近くなるように、または等しくなるように制御でき、その結果、熱流計による熱的性能の計測を精度高くかつ安定して行うことができる。温度が近くなるように、または等しくなるように制御するには、箱体内部の温度と箱体外部の温度との差が、所定範囲内の値になるように制御すればよい。

なお、箱体の開口部以外の内側表面の熱流計を設けない部分を、断熱材により構成するようにしてもよい。

また、冷却手段を、冷風機またはペルチェ素子により構成することができる。

以上説明したように、本発明の窓の熱的性能計測装置によれば、建物等に設置されている窓が、実際の使用状況下において如何なる日射遮蔽性能などの熱性能を発揮しているのかを現場において比較的簡易に計測することができる、という優れた効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る窓の熱的性能計測装置の概略構成図である。

図１に示すように本実施の形態に係る熱的性能計測装置は、窓の熱性能を測定するための測定箱１０、測定箱１０を冷却する冷却装置２０、測定箱１０の内部の温度を測定する箱内温度センサ３０、室内（測定箱１０外部）の温度を測定する室内温度センサ３２、及び測定箱１０内部の温度が測定箱１０外部の温度に近くなるようにＰＩＤ等により制御する制御装置３４により構成されている。

図２（Ａ）は、測定箱１０の断面図であり、図２（Ｂ）は、測定箱１０に設けられた日射除け部１４（後述）を取り払った状態で測定箱１０を上面から俯瞰した図である。なお、図中の矢印は冷却装置２０から送られてくる冷風または送風を示し、白抜矢印は放熱状態を示している。

測定箱１０は、内側５面全てを面状の熱流計１２で構成し、開口面を室内側から窓面５０に固定して、開口面から室内に入射する日射熱量を面状の熱流計１２で計測する。熱流計１２で検出された熱量は不図示の装置に送信される。これにより窓の熱性能（例えば、熱貫流率、日射熱取得率など）を検出することができる。

また、測定箱１０には、日射が測定箱１０内部あるいは外部に及ぼす影響を抑えるため、外側筒体１４ａ及び内側筒体１４ｂの二重の筒体からなる日射除け部１４を設け、その外側をアルミ箔で覆っている。また、気密性の確保と測定箱１０から窓面５０への熱橋を防ぐために、測定箱１０の窓面接触部にシリコン等を挟むようにしてもよい。また、開口面を可視域のみならず赤外域でも透過率の高いポリエチレンなどの薄い透明フィルム（図示省略）で覆い、透明フィルムで覆った開口面を窓面５０に密着させて計測するようにしてもよい。これにより、窓面５０と測定箱１０との間の隙間からの換気に伴う熱授受を抑制することができ、実用上の計測精度を向上させることができる。

日射除け部１４を構成する外側筒体１４ａと内側筒体１４ｂとによって、冷却装置２０からの冷風または送風が流入する流入路１１ａ、及び流入路１１ａで熱吸収した空気が排出される排出路１１ｂが形成されている。

この熱的性能計測装置では、日射によって測定箱１０内部の温度が上昇すると測定箱１０が設置されていない状況とは異なる熱挙動を示すため、冷却装置２０から冷風または送風を送って（図中の矢印）熱流計１２の外側表面から内部を冷却し、測定箱１０内部の温度が室温（測定箱１０外部の温度）に近くなるように制御される。例えば、その温度差が所定範囲内に収まるように制御される。その際、測定箱１０内部が効果的に冷却されるように、測定箱１０の流入路１１ａにはアルミ製等のフィン１６が設けられている（図２（Ｂ）参照。）。

一方、冷却装置２０は、図１に示すように、ガイド部材２１、アルミ板２２、ダクト２３、モータバルブ２４、風量調節弁２５、及び冷風機２６を備えている。

ガイド部材２１は、測定箱１０の日射除け部１４を形成する内側の筒体に接合され、これにより冷風機２６からの冷風または送風が流入する流入路１１ａ、及び流入路１１ａで熱吸収した空気が排出される排出路１１ｂが形成されている。

アルミ板２２は、ガイド部材２１と測定箱１０の開口面に対向する面との間に設けられている。アルミ板２２は、流入路１１ａに確実に冷風または送風を流入させるだけでなく、測定箱１０の開口面に対向する面とアルミ板２２とにより挟まれた空間１１ｃにも冷風または送風が送り込まれるように配置される。これにより測定箱１０の外側表面全体から測定箱１０内部を冷却することができる。

ガイド部材２１には、ダクト２３の一端が接続され、ダクト２３の他端は冷風機２６に接続されている。冷風機２６からの冷風または送風は、ダクト２３を通過し、ダクト２３に接続されたガイド部材２１に沿って、アルミ板２２とガイド部材との隙間から流入路１１ａに流れ込むと共に空間１１ｃにも流れ込む。流れ込んだ冷風または送風は、測定箱１０表面から放出された熱を吸収し、排出路１１ｂから排出される。

ダクト２３にはモータバルブ２４と風量調節弁２５とが設けられている。モータバルブ２４及び風量調節弁２５の開閉度を調節することにより、冷風機２６から測定箱１０外側表面に供給される冷風または送風の風量が調節される。

モータバルブ２４と風量調節弁２５の操作量は、制御装置３４によって演算される。

図３は、制御装置３４で行われる制御の流れを示したフローチャートである。

ステップ１００では、箱内温度センサ３０及び室内温度センサ３２から測定箱１０内部の温度及び測定箱１０外部の温度の検出値を取り込んだか否かを判断する。ここで、取り込んだと判断した場合には、ステップ１０２で、外部温度を目標値として例えばＰＩＤ制御等のフィードバック制御によりモータバルブ２４及び風量調節弁２５の操作量を演算する。ここでは、前述したように、測定箱１０内部の温度が室温（測定箱１０外部の温度）に近くなるように操作量が演算される。なお、測定箱１０の内部と外部の温度が比較的近ければ、温度不一致の影響分は補正可能であり、熱的性能の計測は実用上支障が無い程度の精度で求めることができる。

ステップ１０４では、演算された操作量だけモータバルブ２４及び風量調節弁２５を操作して開閉度を調節する。これにより、冷風機２６から測定箱１０外側表面に供給される冷風または送風の風量が調節され、内部温度と外部温度をほぼ同じ程度に調整することができる。

以上説明したように、窓の熱的性能測定装置を、開口面を備え、該開口面以外の残り５面の内側表面の全面に面状の熱流計を備えた測定箱１０と、測定箱１０内部の温度を検知する箱内温度センサ３０と、測定箱１０外部の温度（室内の温度）を検知する室内温度センサ３２と、測定箱１０内部を冷却する冷却装置２０と、測定箱１０内部の温度が測定箱１０外部の温度に近くなるように冷却装置２０を制御する制御装置３４とにより構成するようにしたため、きわめて簡易な構成で自動的に測定箱１０内部の温度を測定箱１０外部の温度に等しくなるように冷却制御でき、その結果、熱的性能を精度高くかつ安定して計測することができる。

なお、上記実施の形態では、制御装置３４における制御方法として、ＰＩＤ制御を例に挙げて説明したが、ＰＩＤ制御に限らず、例えばＰ制御でもよいしＰＩ制御でもよい。

また、上記実施の形態では、測定箱１０内部の温度が室温（測定箱１０外部の温度）に近くなるように制御する例について説明したが、測定箱１０内部の温度と外部の温度とが等しくなるように制御すればなお好ましい。

さらにまた、上記実施の形態では、測定箱１０として、開口面以外を５つの平面で囲んだ形状の箱体を例に挙げて説明したが、開口面（開口部）以外を断熱化でき、箱体内部を箱体外部（室温）に近くなるように或いは等しくなるように制御できる構成であれば、その形状は特に限定されない。例えば、開口面（開口部）を除き複数の平面（５つの平面に限らない）で囲まれた多面体形状であってもよいし、球体形状や複数の曲面で囲まれた形状、或いは複数の平面と曲面とで囲まれた形状であってもよい。

なお、上記実施の形態では、冷却装置２０を用いて測定箱１０内部を冷却する例について説明したが、これに限定されず、例えば、ペルチェ素子を測定箱１０の内側表面を構成する熱流計裏面に設けて測定箱１０内部を冷却するようにしてもよい。

ペルチェ素子１８を設ける場合には、測定箱１０の内側の面を以下のように構成することができる。

例えば、測定箱１０内側の面全てを熱流計で構成する場合には、図４に示すように熱流計１２と同じ大きさのペルチェ素子１８を熱流計１２の裏面に設け、必要に応じて、熱流計１２とペルチェ素子１８と間に金属等の熱伝導性の高い板状の部材１９を挟んで構成するようにしてもよいし、熱流計１２と異なる大きさのペルチェ素子１８を熱流計１２の裏面に設け、熱流計１２とペルチェ素子１８との間に金属等の熱伝導性の高い板状の部材１９を挟んで全ての面を構成するようにしてもよい。

なお、図４に示す例では、日射除け部１４を１つの筒体で構成している。この日射除け部１４とペルチェ素子１８との間には、ペルチェ素子１８の裏面に風を送り込むために充分な空隙が設けられており、放熱板やファン（図示省略）を用いてペルチェ素子１８の裏面を効率的に放熱する。

また、図示は省略するが、測定箱１０内側の面の一部を熱流計で構成する場合には、前述の測定箱１０内側の面全てを熱流計で構成する場合と同様にペルチェ素子及び熱伝導性の高い板状の部材を設け、更に、測定箱１０内側の面の熱流計が設けられていない部分は、断熱性の高い部材で構成する。このように構成することで、端部の処理など熱流計間の収まり上の問題を解決でき、製造コストも削減できる。更に、測定箱１０の形状も自由に選択できるようになる、などのメリットがある。

なお、上記いずれの場合も、ペルチェ素子１８の裏面は放熱板やファンを用いて効率的に放熱することが好ましい。

このようにペルチェ素子で測定箱１０内部を冷却する構成とすることで、冷風機や冷風機のダクトダンパーなどが不要となり、大幅な小型・軽量化が可能となる。

なお、上記実施の形態で説明したようにペルチェ素子を用いずに測定箱１０内部を冷却する場合も、測定箱１０内側の面全てではなく一部を熱流計で構成することができ、測定箱１０内側の面の熱流計が設けられていない部分を断熱性の高い部材で構成することができる。これによっても、上記と同様に製造コストの削減等の効果が得られる。

なお、本発明により熱的性能を計測する窓としては、特に限定されないが、エアーフロー型窓、ダブルスキン窓、外部遮蔽物を有する窓、特殊な波長特性を有するガラスを用いた窓など、様々な窓に対して本発明を用いて熱的性能を計測できる。

図１は、本実施の形態に係る窓の熱的性能計測装置の概略構成図である。 （Ａ）は、測定箱の断面図であり、（Ｂ）は、測定箱を構成する二重の外箱を取り払った状態で測定箱を上面から俯瞰した図である。 制御装置で行われる制御の流れを示したフローチャートである。 冷却装置に替えてペルチェ素子を用いて測定箱内部を冷却する場合の測定箱の断面図である。

符号の説明

１０ 測定箱
１２ 熱流計
１８ ペルチェ素子
２０ 冷却装置
２１ ガイド部材
２３ ダクト
２４ モータバルブ
２５ 風量調節弁
２６ 冷風機
３０ 箱内温度センサ
３２ 室内温度センサ
３４ 制御装置

Claims (2)

1. 開口部を備え、前記開口部以外の内側表面の一部または全面に熱流計を備えた箱体と、
   前記箱体内部の温度を検知する内部温度検知手段と、
   前記箱体外部の温度を検知する外部温度検知手段と、
   前記箱体内部を冷却する冷却手段と、
   前記箱体内部の温度が前記箱体外部の温度に近くなるように、または等しくなるように前記冷却手段を制御する制御手段と、
   を含む窓の熱的性能計測装置。
2. 前記冷却手段を、冷風機またはペルチェ素子により構成した請求項１記載の窓の熱的性能計測装置。

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