JP2009105003A - 採光システム - Google Patents

Abstract

【課題】吹抜空間内全体を照らすことができる採光システムを提供すること。
【解決手段】本願の採光システムは、吹抜空間の頂部に光を下層に導くための採光手段を有し、前記下層における前記光の通過経路に光透過性及び光拡散性を有する半透過性材料を設けるように構成される。また、半透過性材料が吹抜空間内の高さ方向に複数も受けられ、半透過性材料の光透過率が吹抜空間の上層から下層に向かうにしたがって小さくなるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、吹抜空間内を照らすための採光システムに関する。

建物内に作られた吹抜空間内に採光した太陽光を導き、吹抜空間内を明るく照らす採光装置がある。このような採光装置のうち太陽光追尾型の採光装置は、吹抜空間の最上部に設置され、太陽の角度にかかわらず太陽光を吹抜空間内の特定の場所に導く。

特許文献１には、部屋の天井部に通風開口面を設け、そこから太陽光を追尾可能な光拡散パネルからの光を取り入れることが開示されている。また、特許文献２には、太陽光の入射方向を追尾して該太陽光の照射角度を偏向させ通風空間に向けて取り入れ可能な採光設備が開示されている。
特開２００１−９８６４６号公報 特開２００２−１２９７５７号公報

前述の通り、太陽光追尾型の採光装置は太陽光を吹抜空間内の特定の場所に導く。よって、吹抜空間内の特定の場所を明るく照らすことはできても、吹抜空間全体を平均的に明るく照らすことが難しい。また、太陽光追尾型の採光装置を用いて吹抜空間内の高さ方向にわたって全体を照らそうとすると、吹抜空間内のあらゆる部分を照らすために相当数の採光装置が必要となる。

鏡に太陽光を反射させて吹抜空間内を照らす方法も考えられるが、鏡を用いたとしても吹抜空間内の特定の部分のみを明るく照らすにとどまり、吹抜空間内全体を平均的に照らすことは難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、吹抜空間内全体を照らすことができる採光システムを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために本発明に係る採光システムは、吹抜空間の頂部に光を下層に導くための採光手段を有し、前記下層における前記光の通過経路に光透過性及び光拡散性を有する半透過性材料を設けたことを特徴とする。
このようにすることで、導かれた光の一部を半透過性材料が設けられた位置の周囲に拡散させる一方、その半透過性材料が設けられた位置より下層にも導かれた光の一部を透過する。拡散させられた光は半透過性材料が設けられた位置の周囲を明るく照らし、さらに下層に透過された光は下層部の物体によって拡散され、その周囲を明るく照らす。よって、半透過性材料が設けられた位置の周囲、及び、この半透過性材料の下層部において周囲を明るく照らすことができるようになるので、吹抜空間内の全体を照らすことができるようになる。

また、本発明に係る採光システムにおいて、前記半透過性材料が前記吹抜空間内の高さ方向に複数設けられたことを特徴とする。
上述の半透過性材料は、導かれた光の一部をより下層の半透過性材料に透過させつつ、光が照射されるとその周囲に光の一部を拡散させる。よって、この半透過性材料が吹抜空間内の高さ方向に複数設けられることにより、それぞれの半透過性材料が下層の半透過性材料に光を透過しつつ、照射された光を拡散してその周囲を明るく照らす。このようにして、吹抜空間の高さが高い場合であっても、複数の半透過性材料を高さ方向に設けることとして、その吹抜空間内全体を明るく照らすことができる。

また、本発明に係る採光システムにおいて、前記半透過性材料の光透過率が前記吹抜空間の上層から下層に向かうにしたがって小さくなるように構成されたことを特徴とする。
このようにすることで、各層の半透過性材料がほぼ同じ量の光を拡散できる程度に、最下層まで必要な光量を透過するようにしている。そして、各層における半透過性材料がほぼ同じ量の光を拡散できるようにして吹抜空間全体を均一に明るく照らすことができる。

また、本発明に係る採光システムにおいて、前記半透過性材料が最上層の第１層から最下層の第ｎ層の各層において設けられたとき、第ｉ層（ｉはｎ以下の自然数）の前記半透過性材料の光透過率Ａ_ｉが以下の式、
を満たす光透過率であることを特徴とする。
高さ方向に複数設けられた各半透過性材料が、上式に従った光透過率Ａ_ｉで光を下層に透過させ、透過させなかった光を周囲に拡散させるとしたとき、各半透過性材料が同じ量の光を拡散させることができる。

また、本発明に係る採光システムにおいて、前記半透過性材料は、シート状に形成され前記吹抜空間内に設けられることを特徴とする。
半透過性材料はシート状に加工することが容易である。よって、シート状の半透過性材料を使用することで安価かつ容易に採光システムを構成することができる。

また、本発明に係る採光システムは、前記半透過性材料は、立体的な形状に形成され前記吹抜空間内に設けられることとすることもできる。
このように、立体的な形状に加工され意匠性の富む半透過性材料を吹抜空間内に設けることにより、デザイン性の高い採光システムを構築することもできる。

上述の構成にすることで、導かれた光の一部を半透過性材料が設けられた位置の周囲に拡散させる一方、その半透過性材料が設けられた位置より下層にも導かれた光の一部を透過する。拡散させられた光は半透過性材料が設けられた位置の周囲を明るく照らし、さらに下層に透過された光は下層部の物体によって拡散され、その周囲を明るく照らす。よって、半透過性材料が設けられた位置の周囲、及び、この半透過性材料の下層部において周囲を明るく照らすことができるようになるので、吹抜空間内の全体を照らすことができるようになる。

図１は、本実施形態における吹抜空間Ｖの採光システム１を説明するための図である。図には、建造物の１階部分１１から８階部分１８が示され、これらの中央部に形成された吹抜空間Ｖが示されている。また、図には、建造物の屋上階１９が示されている。

屋上階１９における吹抜空間Ｖの頂部には、採光手段としての太陽光追尾型採光装置５が設置されている。太陽光追尾型採光装置５は、太陽の位置を追尾し、照射される太陽光を吹抜空間Ｖ内に導く。導かれた太陽光は、吹抜空間Ｖ内を高さ方向に通るように１階部分１１にまで照射される。図には導かれた太陽光の通り道として光路５０が示されている。このようにして、太陽光を吹抜空間Ｖの屋上階１９から１階部分１１にまで導くことができるようになっている。

導かれる太陽光は採光装置によって集光されるため、その光の幅がほぼ一定になるようにして１階部分１１まで導かれるが、吹抜の平面方向の広さに合わせてその幅が広げられつつ導かれるようにしてもよい。

また、ここでは太陽光の採光手段として太陽光追尾型採光装置５が設置されているが、太陽がどの方向にあっても所定方向に集光可能なフレネルレンズ型採光装置を用いて太陽光を吹抜空間Ｖ内に導くこととしてもよい。

吹抜空間Ｖにおける７階部分１７には、破線で示されるようにシート状の第１半透過性材料２１が水平方向に取り付けられている。半透過性材料は、光透過性と光拡散性を備える材料であって、照射された光の一部をその周囲に反射し、反射させなかった残りの光を透過させる。また、５階部分１５には、破線で示されるようにシート状の第２半透過性材料２２が水平方向に取り付けられている。また、３階部分１３には、破線で示されるようにシート状の第３半透過性材料２３が水平方向に取り付けられている。これらのシート状の半透過性材料は、端部が吹抜空間Ｖ内の壁面に固定されるようにして設けられる。

第１半透過性材料２１が取り付けられている位置を最上層の第１層とする。また、第２半透過性材料２２が取り付けられている位置を第２層とし、第３半透過性材料２３が取り付けられている位置を最下層の第３層とする。

尚、後述するように、より上層に位置する半透過性材料の光透過率が下層部に位置する半透過性材料の光透過率よりも高いことを示すように、図には上層の半透過性材料ほど粗い破線で描かれている。

図２は、光路５０の光が第１半透過性材料２１に照射されている様子を示す図である。図には、光路５０の光が半透過性材料のほぼ中央に照射されていることが示されている。半透過性材料に照射された光の一部は反射され周囲に拡散される。一方、拡散（反射）されなかった残りの光は下層へと透過される。

再度、図１を参照すると、第１半透過性材料２１は、照射された太陽光の一部を第１半透過性材料２１の周囲である７階部分１７及び８階部分１８に拡散させる。そして、吹抜空間Ｖ内の７階部分１７と８階部分１８の周辺を明るく照らす。また、第１半透過性材料２１は、照射された太陽光のうち拡散させなかった太陽光を透過する。

第１半透過性材料２１を透過した太陽光は第２半透過性材料２２を照射する。第２半透過性材料２２は、照射された太陽光の一部を第２半透過性材料２２の周囲である５階部分１５及び６階部分１６に拡散させる。そして、吹抜空間Ｖ内の５階部分１５と６階部分１６の周辺を明るく照らす。また、第２半透過性材料２２は、照射された太陽光のうち拡散させなかった太陽光を透過する。

同様に、第２半透過性材料２２を透過した太陽光は第３半透過性材料２３を照射する。第３半透過性材料２３は、照射された太陽光の一部を第３半透過性材料２３の周囲である３階部分１３及び４階部分１４に拡散させる。そして、吹抜空間Ｖ内の３階部分１３と４階部分１４の周辺を明るく照らす。また、第３半透過性材料２３は、照射された太陽光のうち拡散させなかった太陽光を１階部分１１の床面に透過する。一階部分１１の床面は、照射された光を拡散し、１階部分１１及び２階部分１２の周辺を明るく照らす。

このようにして、導かれた光の一部を半透過性材料が設けられた位置の周囲に拡散させる一方、その半透過性材料が設けられた位置より下層にも導かれた光の一部を透過する。拡散させられた光は半透過性材料が設けられた位置の周囲を明るく照らし、さらに下層に透過された光は下層部の物体によって拡散され、その周囲を明るく照らす。よって、半透過性材料が設けられた位置の周囲、及び、この半透過性材料の下層部において周囲を明るく照らすことができるようになるので、吹抜空間Ｖ内の全体を照らすことができるようになる。さらに、夜間にはこれらの半透過性材料に照明をあてることにより、間接照明として吹抜空間Ｖを照らすことができる。

複数の半透過性材料を透過しても最下階にまで太陽光を導くことができるように、これらの半透過性材料は、上層に取り付けられるものほど光透過率が高いものであることが望ましい。故に、第２半透過性材料２２の光透過率は、第３半透過性材料２３の光透過率よりも高いことが望ましい。また、第１半透過性材料２１の光透過率は、第２半透過性材料２２の光透過率よりも高いことが望ましい。

このように、上層に取り付けられた半透過性材料ほど光透過率が高いこととすることで、上層部だけで多くの光を拡散させることなく、下層部にも上層部と同じだけの光を拡散させることができるようになる。

図３は、使用される半透過性材料を説明するための図である。半透過性材料は、図３Ａに示すように平面的に均一な反射性を有するプラスチックフィルムや又はプラスチック繊維などとすることができる。また、図３Ｂに示すように、半透過性材料は、ガラス繊維、スチール線、又は、カーボン材料で作られたメッシュ状材料３２であってもよい。また、図３Ｃに示すように、半透過性材料は、プラスチックフィルム、繊維、又は、メタル素材をパンチングすることによって複数の孔を形成したパンチング材料３３であってもよい。

このような材料を選択し半透過性材料の透過性を調整することができる。また、調整した透過性にあわせて、半透過性材料を設置する高さを調整することにより、どの高さでもほぼ均一の光量が得られるようにすることができる。

尚、シート状の半透過性材料の形状は矩形状に限られない。例えば、図３Ｄに示すような円形にしてもよい。また、不図示の多角形形状であってもよい。また、図１では吹抜空間Ｖの水平方向の全てを覆うようにシート状の半透過性材料が示されているが、シートの四方をワイヤで張ることによって太陽光が照射される位置に半透過性材料を配置できれば、吹抜空間Ｖの水平方向の全てを覆うものでなくてもよい。そして、光路５０の水平方向の断面だけに半透過性材料を設けることとして、吹抜空間Ｖ内の眺望性を確保することとしてもよい。

図４は、使用される半透過性材料の立体的形状を説明するための図である。図には、円錐形状３５、球形状３６、半球形状３７、及び、四角錐形状３８に形成された半透過性材料が示されている。これらの立体形状は、表面に半透過性材料が用いられ、その内部を中空としている。

このような立体的形状を形成する半透過性材料として、上述の半透明材料３１、メッシュ状材料３２、又は、パンチング材料３３を用いることができる。また、例えば、半透過性材料で球形状３６を形成する場合、透過する光の分布を水平方向で均一にするために、円天部ほど粗いメッシュ状材料３２を用いるなどとすることもできる。

これらの立体的形状は、どのように光を拡散させるかの光の拡散形態により決定することとしてもよい。このように立体的な形状に形成した半透過性材料を使用することで、よりデザイン性の高い吹抜空間Ｖを構築することができる。

図５は、立体的形状を有する半透過性材料の設置方法を説明するための図である。図には、球形状３６の半透過性材料にワイヤ４１が取り付けられている様子が示されている。このように四方にワイヤを取り付け、ワイヤを吹抜空間Ｖ内に固定することにより、立体的形状を有する半透過性材料を設置することができる。このようにして、吹抜空間Ｖの水平方向の全てを半透過性材料で覆わないように配置して、吹抜空間Ｖ内の眺望性を確保することができる。

図６は、各層において同じ量の光を拡散させるときの半透過性材料の光透過率を説明するための図である。図には、第ｉ層における半透過性材料の光透過率Ａ_ｉが示されている。

吹抜空間Ｖ内の各層の半透過性材料が同じ量の光を拡散させるためには、半透過性材料を設置する層の数をｎ層としたとき、各半透過性材料は取り入れた太陽光を１／（ｎ＋１）ずつ拡散させることとなる。例えば、図に示すように半透過性材料が設置される層の数ｎ＝３であるとき、各半透過性材料と１階部分１１の床面において太陽光を１／４ずつ拡散又は反射させることができれば、吹抜空間Ｖ内全体を均等に照らすことができる。

半透過性材料は照射された光の一部を拡散させ、拡散させなかった残りの光を下層に透過させる。このような条件において、上述のように各層で１／（ｎ＋１）ずつ均等に光を拡散させるためには、第ｉ層において以下の式（１）を満たす光透過率Ａ_ｉの半透過性材料を設置する。

図には、半透過性材料を設置する層の数を３層、すなわちｎ＝３としたときにおいて式（１）を用いて求められた各層の光透過率Ａ_ｉが示されている。そして、第１層における第１半透過性材料２１の光透過率Ａ_１が０．７５、第２層における第２半透過性材料２２の光透過率Ａ_２が０．６６７、第３層における第３半透過性材料２３の光透過率Ａ_３が０．５であることが示されている。

このような光透過率を有する半透過性材料を設置することにより、屋上階１９の採光装置５から第１半透過性材料２１までの間の光路５０において、取り入れられた太陽光の１００％が通る。次に、１００％の太陽光が第１半透過性材料２１を光透過率０．７５で透過することにより、第１半透過性材料２１から第２半透過性材料２２までの間の光路５０において７５％の太陽光が通る。そして、透過しなかった２５％の太陽光が第１半透過性材料２１によって、その周囲に拡散される。

次に、７５％の太陽光が第２半透過性材料２２を光透過率０．６６７で透過することにより、第２半透過性材料２２から第３半透過性材料２３までの間の光路５０において５０％の太陽光が通る（７５％×０．６６７＝５０％）。そして、透過しなかった２５％の太陽光が第２半透過性材料２２によって、その周囲に拡散される。

次に、５０％の太陽光が第３半透過性材料２３を光透過率０．５で透過することにより、第３半透過性材料２３から１階部分１１の床面までの間の光路５０において２５％の太陽光が通る（５０％×０．５＝２５％）。そして、透過しなかった２５％の太陽光が第３半透過性材料２３によって、その周囲に拡散される。また、透過した残りの２５％の太陽光が床面においてその周囲に拡散又は反射される。

このように、式（１）を満たす光透過率を有する半透過性材料を使用することによって、各層において同じ量の光を拡散させることが可能になる。そして、吹抜空間Ｖ内の全体を平均的に明るく照らすことができるようになる。

尚、ここでは半透過性材料を設置する層の数を３層としてとして説明を行ったが、層の数はこれに限られない。また、半透過性材料を取り付ける高さも前述の階に限定されない。なお、ｎ＝１のときは、Ａ_１＝０．５である。

このようにすることで、高さ方向に複数設けられた各半透過性材料が、式（１）に従った光透過率Ａ_ｉで太陽光を下層に透過する一方、透過しなかった太陽光を周囲に拡散させることで、各半透過性材料が同じ量の光を拡散することができる。そして、吹抜空間Ｖ内全体を平均的に明るく照らすことができる。

本実施形態における吹抜空間Ｖの採光システム１を説明するための図である。 光路５０の光が第１半透過性材料２１に照射されている様子を示す図である。 使用される半透過性材料を説明するための図である。 使用される半透過性材料の立体的形状を説明するための図である。 立体的形状を有する半透過性材料の設置方法を説明するための図である。 各層において同じ量の光を拡散させるときの半透過性材料の光透過率を説明するための図である。

符号の説明

１ 採光システム、５ 太陽光追尾型採光装置、
１１ １階部分、１２ ２階部分、１３ ３階部分、１４ ４階部分、
１５ ５階部分、１６ ６階部分、１７ ７階部分、１８ ８階部分、
１９ 屋上階、
２１ 第１半透過性材料、２２ 第２半透過性材料、２３ 第３半透過性材料、
３１ 半透明材料、３２ メッシュ状材料、３３ パンチング材料、３４ 円形材料、
３５ 円錐形状、３６ 球形状、３７ 半球形状、３８ 四角錐形状
４１ ワイヤ、５０ 光路、
Ｖ 吹抜空間

Claims (6)

1. 吹抜空間の頂部に光を下層に導くための採光手段を有し、前記下層における前記光の通過経路に光透過性及び光拡散性を有する半透過性材料を設けた採光システム。
2. 前記半透過性材料が前記吹抜空間内の高さ方向に複数設けられた、請求項１に記載の採光システム。
3. 前記半透過性材料の光透過率が前記吹抜空間の上層から下層に向かうにしたがって小さくなるように構成された、請求項２に記載の採光システム。
4. 前記半透過性材料が最上層の第１層から最下層の第ｎ層の各層において設けられたとき、第ｉ層（ｉはｎ以下の自然数）の前記半透過性材料の光透過率Ａ_ｉが以下の式、
   を満たす光透過率である、請求項２又は３に記載の採光システム。
5. 前記半透過性材料は、シート状に形成され前記吹抜空間内に設けられる、請求項１〜４のいずれかに記載の採光システム。
6. 前記半透過性材料は、立体的な形状に形成され前記吹抜空間内に設けられる、請求項１〜４のいずれかに記載の採光システム。