JP2015127470A - ブラインド制御方法およびブラインド制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 屋外環境などを考慮して窓面輝度を精度良く求め、精度良く求めた窓面輝度に基づいてブラインドのスラット角を適正に制御する。
【解決手段】 窓面に沿って設けられたブラインドの制御方法は、天空輝度を求めることと、天空輝度を用いて、窓の周囲から外側へ突出した日射遮蔽物が窓面に与える影響、屋外の視界遮蔽物が窓面に与える影響、および地表面での反射が窓面に与える影響のうちの少なくとも１つを考慮しつつ、窓面輝度を求めることと、窓面輝度に基づいてブラインドのスラット角を制御することとを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ブラインド制御方法およびブラインド制御システムに関する。さらに詳細には、本発明は、例えばオフィスにおいて窓面に沿って設けられたブラインドのスラット角の制御に関するものである。

ブラインドの自動制御では、直射日光が室内に入らないようにブラインドのスラット角を制御する手法が採用されている。近年では、壁面照度等の室内の視環境をパラメータとしてブラインドのスラット角を制御する手法や、窓面のまぶしさ感の指標を計算し、その指標に基づいてブラインドのスラット角を制御する手法が提案されている。

窓面のまぶしさ感の指標のような窓面の視環境をパラメータとしてブラインドのスラット角を制御する従来の手法では、例えば屋上に設置された照度計の計測結果から求めた天空輝度と窓面輝度とが同等であり且つ窓面の全体に亘って輝度が均一であるものとして設定している。

換言すると、従来技術では、庇や袖壁のように窓から外側へ突出した日射遮蔽物が窓面輝度に与える影響、地表面での反射が窓面輝度に与える影響、窓面に対向した街路樹や建物の壁面のような屋外の視界遮蔽物が窓面輝度に与える影響などが考慮されていない。その結果、窓面輝度が実際よりも大きく評価され、ブラインドのスラットが閉じ気味に設定され易いという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、屋外環境などを考慮して窓面輝度を精度良く求め、精度良く求めた窓面輝度に基づいてブラインドのスラット角を適正に制御することのできるブラインド制御方法およびブラインド制御システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、窓面に沿って設けられたブラインドの制御方法であって、
天空輝度を求めることと、
前記天空輝度を用いて、窓の周囲から外側へ突出した日射遮蔽物が窓面に与える影響、屋外の視界遮蔽物が窓面に与える影響、および地表面での反射が窓面に与える影響のうちの少なくとも１つを考慮しつつ、窓面輝度を求めることと、
前記窓面輝度に基づいて前記ブラインドのスラット角を制御することとを含むことを特徴とするブラインド制御方法を提供する。

本発明の第２形態では、窓面に沿って設けられたブラインドの制御システムであって、
直射日光および天空光の照度を計測する照度計と、
窓面輝度に基づいて前記ブラインドのスラット角を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記照度計の計測結果から求めた天空輝度を用いて、窓の周囲から外側へ突出した日射遮蔽物が窓面に与える影響、屋外の視界遮蔽物が窓面に与える影響、および地表面での反射が窓面に与える影響のうちの少なくとも１つを考慮しつつ、前記窓面輝度を求めることを特徴とするブラインド制御システムを提供する。

本発明では、日射遮蔽物が窓面に与える影響、屋外の視界遮蔽物が窓面に与える影響、地表面での反射が窓面に与える影響などを考慮しているので、窓面輝度を精度良く求めることができ、ひいては精度良く求めた窓面輝度に基づいてブラインドのスラット角を適正に制御することができる。その結果、例えば室内の執務者の不快なまぶしさ感を回避した視環境の快適性と、昼光利用または空調負荷の低減による省エネルギおよび眺望の確保とを両立させることができる。

本発明の実施形態にかかるブラインド制御システムの構成を概略的に示す平面図である。 本実施形態にかかるブラインド制御方法のフローチャートの一例を概略的に示す図である。 庇の影響によりブラインドの上部のスラットに影が落ちる様子を示す図である。 庇の影響を受けるスラットの輝度の算定方法を説明する図である。 袖壁の影響によりブラインドの各スラットの部分領域に影が落ちる様子を示す図である。 地表面での反射光および直射日光がブラインドに入射する様子を示す立面図である。 地表面での反射の影響を受けるスラットの輝度の算定方法を説明する図である。 屋外の視界遮蔽物が窓面輝度に影響を与える様子を示す立面図である。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるブラインド制御システムの構成を概略的に示す平面図である。本実施形態では、オフィスの窓面に沿って設けられたブラインドの自動制御に対して本発明を適用している。図１を参照すると、例えば矩形状のフロアを有するオフィス１０の窓面１１に沿ってブラインド１が設けられている。

本実施形態のブラインド制御システムは、ブラインド１と、ブラインド１のスラット角を制御する制御部２と、例えばオフィス１０の屋上に設置されて直射日光および天空光の照度を計測する照度計３とを備えている。照度計３の計測結果は、制御部２に供給される。制御部２は、例えば内蔵時計の作用により、年月日、時刻などに関する情報を把握している。

本実施形態では、図２のフローチャートに示すように、制御部２が、照度計３の計測結果から天空輝度を算定する（Ｓ１）。次いで、本実施形態では、ステップＳ１で算定した天空輝度を用いて、屋外環境などが窓面に与える影響を考慮しつつ、窓面輝度を算定する（Ｓ２）。例えば、窓面１１に庇が設けられている場合、必要に応じて、庇が窓面１１に与える影響を考慮して窓面輝度を算定する（Ｓ２１）。

また、窓面１１に袖壁が設けられている場合、必要に応じて、袖壁が窓面１１に与える影響を考慮して窓面輝度を算定する（Ｓ２２）。また、必要に応じて、地表面での反射が窓面１１に与える影響を考慮して窓面輝度を算定する（Ｓ２３）。さらに、窓面１１に対向した街路樹や建物の壁面のような屋外の視界遮蔽物がある場合、必要に応じて、視界遮蔽物が窓面１１に与える影響を考慮して窓面輝度を算定する（Ｓ２４）。

まず、ステップＳ２１において庇が窓面１１に与える影響を考慮して窓面輝度を算定する手法について説明する。図３は、庇１２の影響によりブラインド１を構成する複数のスラット１ａのうち、上部のスラットに影が落ちる様子を示している。ステップＳ２１では、庇１２の影響を受けるスラットの範囲、すなわちブラインド１の天端と庇１２の影響を受ける最も下側のスラットとの鉛直方向に沿った距離λ_ｓ１を求める。

距離λ_ｓ１は、次の式（１）により算定される。式（１）において、ｗ_ｂｓ１はブラインド１と庇１２の先端との水平方向に沿った距離（ｍ）であり、Ｈ_ｂｓは庇１２の下端とブラインド１の天端との鉛直方向に沿った距離（ｍ）である。ただし、庇１２の下端がブラインド１の天端よりも上方にある場合に距離Ｈ_ｂｓが正の値をとるものとする。Ａは太陽の方位角であり、Ａｖはブラインド１の方位角であり、ｈは太陽の高度である。

そして、次の式（２）により、下から何番目のスラットから庇１２の影響を受けるかを算定する。式（２）において、Intは（ ）内の数値を切り捨てにより整数にする操作を表わし、maxは（ ）内の複数の数値から最大の数値を選択する操作を表わしている。ｎ_ｓは、ｎ_ｓ番目以降のスラットが庇１２の影響を受けることを意味している。すなわち、ｎ_ｓは、１以上でｎ_ｔ（ブラインド１を構成するスラットの総数）以下の整数である。Ｈはブラインドの上端の高さ（ｍ）であり、Ｈ_ｐは執務者の目線の高さ（ｍ）であり、ｄはスラットの高さ方向の設置間隔（ｍ）である。

こうして、庇１２の影響を受けるスラットの立体角の割合Ｐ_{ｂｓｈａｄ１}は、次の式（３）により算定される。式（３）において、Ｐ（ω_ｂ，ｉ）は、各スラットの立体角の割合である。

図４は、庇１２の影響を受けるスラットの輝度の算定方法を説明する図である。一般に、スラットの輝度は、以下の式（４）により求められる。式（４）において、Ｌ_ｂ１はスラットの下向き面の輝度を、Ｌ_ｂ２はスラットの上向き面の輝度を、Ｍ_１はスラットの下向き面へ屋外から入射する照度を、Ｍ_２はスラットの上向き面へ屋外から入射する照度を示している。

また、ρ_１はスラットの下向き面の反射率を、ρ_２はスラットの上向き面の反射率を、Ｆ_１２はスラットの下向き面からの一様拡散光が隣接するスラットの上向き面に入射する割合（形態係数）を、Ｆ_２１はスラットの上向き面からの一様拡散光が隣接するスラットの下向き面に入射する割合（形態係数）を示している。

ステップＳ２１では、照度Ｍ_１およびＭ_２を、次の式（５ａ）および（５ｂ）により算定する。式（５ａ），（５ｂ）において、τは窓ガラスの透過率を、φ_１ｓｋｙは天空からの一様拡散光がスラットの下向き面に入射する割合（形態係数）を、Ｅｓは全天空照度を、φ_２ｓｋｙは天空からの一様拡散光がスラットの上向き面に入射する割合（形態係数）を示している。

ちなみに、従来技術では、照度Ｍ_１およびＭ_２を、次の式（５ｃ）および（５ｄ）により算定していた。式（５ｃ）において、Ｅ_ｂｄはスラット面への直射日光照度を、ａは直射日光がスラット面に当たる領域の幅を、ｗはスラット面の幅を示している。すなわち、ａ／ｗは、直射日光がスラット面に当たる割合を示している。

式（５ａ），（５ｂ）と式（５ｃ），（５ｄ）とを比較すると、従来技術にかかる照度Ｍ_１を示す式（５ｃ）から第１項を取り除くことにより、本実施形態にかかる照度Ｍ_１を示す式（５ａ）が得られることがわかる。これは、図４において従来技術に対応する左側の図では、スラット１ａの下向き面に対して、全天空照度成分４１だけでなく、庇１２の影響を受けて実際には入射しないはずの成分、すなわち直射日光照度成分４２がスラット１ａの上向き面で反射されて入射する反射成分も入射すると考えていることを意味している。

これに対し、本実施形態に対応する右側の図では、庇１２の影響を受けるスラット１ａの下向き面に対して、直射日光照度成分４２がスラット１ａの上向き面で反射されて入射する反射成分は入射することなく、全天空照度成分４１だけが入射している。こうして、ステップＳ２１では、窓から外側へ突出した日射遮蔽物としての庇１２の影響を受けるスラットの立体角の割合、庇１２の影響を受けるスラットの輝度などを用いて、庇１２が窓面に与える影響を考慮して窓面輝度を精度良く求めることができる。

次に、ステップＳ２２において袖壁が窓面１１に与える影響を考慮して窓面輝度を算定する手法について説明する。図５は、袖壁１３の影響によりブラインド１の各スラット１ａの部分領域に影が落ちる様子を示している。ステップＳ２２では、袖壁１３の影響を受ける各スラットの影部分の水平方向の合計長さλ_ｓ２を求める。

長さλ_ｓ２は、次の式（６）により算定される。式（６）において、ｗ_ｂｓ２はブラインド１と袖壁１３の先端との水平方向に沿った距離（ｍ）であり、Ｗ_ｓｗは袖壁１３の水平方向に沿った設置間隔（ｍ）である。また、上述したように、Ａは太陽の方位角であり、Ａｖはブラインド１の方位角であり、ｈは太陽の高度であり、maxは（ ）内の複数の数値から最大の数値を選択する操作である。ただし、太陽がブラインド１よりも後方にある場合、すなわちＡ−Ａｖ＞９０度である場合、λ_ｓ２＝Ｗ_ｓｗとする。

こうして、袖壁１３の影響を受けるスラットの影部分の立体角の割合Ｐ_{ｂｓｈａｄ２}は、次の式（７）により算定される。また、直射日光があたるスラット部分の立体角の割合Ｐ_ｂｓｕｎは、次の式（８）により算定される。式（７）において、Ｐ（ω_ｂ，ｉ）は、各スラットの立体角の割合であり、ｎ_ｓは袖壁１３の影響を受けるスラットの数である。

スラットの影部分の輝度は、上述の式（４）により求められる。ただし、スラットの影部分の輝度の算定に際して、次の新たな式（５ａａ）で算定される照度Ｍ_１を用いる。式（５ａａ）において、τ_ｓｗは例えばガラススクリーンからなる袖壁１３の透過率である。なお、袖壁１３が光を透過しない材料により形成されている場合、τ_ｓｗ＝０である。このように、従来技術にかかる照度Ｍ_１を示す式（５ｃ）の第１項に袖壁１３の透過率τ_ｓｗを乗じることにより、本実施形態にかかる照度Ｍ_１を示す式（５ａａ）が得られることがわかる。

これは、スラットの影部分には直射日光がそのまま入射することなく、袖壁１３を透過した成分だけが入射することに対応している。こうして、ステップＳ２２では、窓から外側へ突出した日射遮蔽物としての袖壁１３の影響を受けるスラットの影部分の立体角の割合、袖壁１３の影響を受けるスラットの輝度などを用いて、袖壁１３が窓面に与える影響を考慮して窓面輝度を精度良く求めることができる。

次に、ステップＳ２３において地表面での反射が窓面１１に与える影響を考慮して窓面輝度を算定する手法について説明する。図６は、地表面１４での反射光６１および直射日光６２がブラインド１に入射する様子を示している。図７は、地表面１４での反射の影響を受けるスラットの輝度の算定方法を説明する図である。ステップＳ２３では、地表面での反射の影響を考慮したスラットの輝度は、上述の式（４）により求められる。ただし、スラットの輝度の算定に際して、次の新たな式（５ａｂ）で算定される照度Ｍ_１および次の新たな式（５ｂｂ）で算定される照度Ｍ_２を用いる。

式（５ａｂ），（５ｂｂ）において、φ_１ｇは地表面からの一様拡散光がスラットの下向き面に入射する割合（形態係数）を、φ_２ｇは地表面からの一様拡散光がスラットの上向き面に入射する割合（形態係数）を示している。Ｒ_ｇは地表面の光束発散度であって、次の式（９）により算定される。式（９）において、ρ_ｇは地表面の反射率を、Ｅ_ｄｎは法線面直射日光照度を示している。なお、上述したように、Ｅｓは全天空照度であり、ｈは太陽の高度である。

このように、従来技術にかかる照度Ｍ_１を示す式（５ｃ）の第２項に代えて、地表面の光束発散度Ｒ_ｇと地表面からの一様拡散光がスラットの下向き面に入射する割合（形態係数）φ_１ｇとの積で表わされる第２項を用いることにより、本実施形態にかかる照度Ｍ_１を示す式（５ａｂ）が得られる。また、従来技術にかかる照度Ｍ_２を示す式（５ｄ）に、地表面の光束発散度Ｒ_ｇと地表面からの一様拡散光がスラットの上向き面に入射する割合（形態係数）φ_２ｇとの積で表わされる第２項を追加することにより、本実施形態にかかる照度Ｍ_２を示す式（５ｂｂ）が得られる。

これは、図７において従来技術に対応する左側の図では、スラットの下向き面に対して、直射日光照度成分７１がスラットの上向き面で反射されて入射する反射成分と、地表面での反射の影響により低減されてそのまま入射するはずのない全天空照度成分７２とが入射すると考えていることを意味している。これに対し、本実施形態に対応する右側の図では、スラットの下向き面に対して、直射日光照度成分７１がスラットの上向き面で反射されて入射する反射成分と、全天空照度成分７２ではなく地表面からの照度成分７３とが入射している。

同様に、本実施形態では、スラットの上向き面についても、地表面での反射の影響が考慮される。こうして、ステップＳ２３では、地表面での反射の影響を受けるスラットの輝度などを用いて、地表面での反射が窓面に与える影響を考慮して窓面輝度を精度良く求めることができる。

最後に、ステップＳ２４において窓面１１に対向した街路樹や建物の外壁面のような屋外の視界遮蔽物が窓面１１に与える影響を考慮して窓面輝度を算定する手法について説明する。図８は、屋外の視界遮蔽物１５が窓面輝度に影響を与える様子を、すなわち視界遮蔽物１５からの反射光８１および直射日光８２がブラインド１に入射する様子を示している。ステップＳ２４では、スラット間から見える視界遮蔽物１５の立体角の割合Ｐ_{ｏｂｊｅｃｔ}の算定に際して、オフィス内の執務者の目の位置から視界遮蔽物１５の上端への見上げ角（または見下げ角）Ψ_{ｏｂｊｅｃｔ}を、次の式（１０）により求める。

式（１０）において、Ｈ_Ｐは執務者の目線の高さ（ｍ）であり、Ｈ_{ｏｂｊｅｃｔ}は視界遮蔽物１５の高さ（ｍ）であり、Ｄは窓面と執務者の目との水平距離（ｍ）であり、Ｄ_{ｏｂｊｅｃｔ}は窓面と視界遮蔽物１５との水平距離（ｍ）であり、Ｈ_ＦＬは地表面から当該床面までの高さ（ｍ）である。なお、見上げ角Ψ_{ｏｂｊｅｃｔ}は正の値を、見下げ角Ψ_{ｏｂｊｅｃｔ}は負の値をとるものとする。

そして、次の式（１１）により、下から何番目のスラット間まで視界遮蔽物１５が見えるかを算定し、ひいては下からＮ_{ｏｂｊｅｃｔ}番目のスラット間まで視界遮蔽物１５が見えることを確認する。式（１１）において、Intは（ ）内の数値を切り捨てにより整数にする操作であり、ｄはスラットの高さ方向の設置間隔である。

スラット間から見える視界遮蔽物１５の立体角の割合Ｐ_{ｏｂｊｅｃｔ}は、次の式（１２）により算定される。また、スラット間から見える天空部分の立体角の割合Ｐ_ｏｓｋｙは、次の式（１３）により算定される。式（１２），（１３）において、Ｐ（ω_ｏ，ｉ）は各スラット間の立体角の割合であり、Ｎ_ｔはスラットの総数である。

こうして、スラット間から見える視界遮蔽物１５の輝度Ｌ_{ｏｂｊｅｃｔ}は、次の式（１４）により算定される。式（１４）において、Ｅｓは全天空照度であり、ρ_{ｏｂｊｅｃｔ}は視界遮蔽物１５の反射率である。このように、ステップＳ２４では、スラット間から見える視界遮蔽物１５の立体角の割合、スラット間から見える視界遮蔽物１５の輝度などを用いて、視界遮蔽物１５が窓面に与える影響を考慮して窓面輝度を精度良く求めることができる。

次いで、本実施形態では、屋外環境などが窓面に与える影響を考慮してステップＳ２で算定した窓面輝度から、まぶしさ感の指標を求める（Ｓ３）。一例として、制御部２は、ステップＳ２で精度良く求めた窓面輝度から、まぶしさ感の指標ＰＧＳＶ（不快グレア指標）を求める。窓面輝度からまぶしさ感の指標ＰＧＳＶを求める手法については、特開２００７−１２００９０号公報などを参照することができる。最後に、本実施形態では、ステップＳ３で求めたまぶしさ感の指標に基づいてブラインドのスラット角を調整する（Ｓ４）。

以上のように、本実施形態では、日射遮蔽物としての庇や袖壁が窓面に与える影響、屋外の視界遮蔽物が窓面に与える影響、地表面での反射が窓面に与える影響などを考慮しているので、窓面輝度を精度良く求めることができ、ひいては精度良く求めた窓面輝度に基づいてブラインドのスラット角を適正に制御することができる。その結果、例えば室内の執務者の不快なまぶしさ感を回避した視環境の快適性と、昼光利用または空調負荷の低減による省エネルギおよび眺望の確保とを両立させることができる。

なお、本実施形態では、屋外環境などが窓面に与える影響を考慮して算定した窓面輝度からまぶしさ感の指標を求め、求めたまぶしさ感の指標に基づいてブラインドのスラット角を調整している。しかしながら、まぶしさ感の指標を用いる手法に限定されることなく、屋外環境などが窓面に与える影響を考慮して算定した窓面輝度に基づいてブラインドのスラット角を調整しても良い。

１ ブラインド
１ａ スラット
２ 制御部
３ 照度計
１０ オフィス
１１ 窓面
１２ 庇
１３ 袖壁
１４ 地表面
１５ 屋外の視界遮蔽物

Claims (8)

1. 窓面に沿って設けられたブラインドの制御方法であって、
   天空輝度を求めることと、
   前記天空輝度を用いて、窓の周囲から外側へ突出した日射遮蔽物が窓面に与える影響、屋外の視界遮蔽物が窓面に与える影響、および地表面での反射が窓面に与える影響のうちの少なくとも１つを考慮しつつ、窓面輝度を求めることと、
   前記窓面輝度に基づいて前記ブラインドのスラット角を制御することとを含むことを特徴とするブラインド制御方法。
2. 前記窓面輝度を求めることは、前記日射遮蔽物としての庇の影響を受けるスラットの輝度を求めることと、前記庇の影響を受けるスラットの立体角の割合を求めることとを含むことを特徴とする請求項１に記載のブラインド制御方法。
3. 前記窓面輝度を求めることは、前記日射遮蔽物としての袖壁の影響を受けるスラットの輝度を求めることと、前記袖壁の影響を受けるスラットの立体角の割合を求めることとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のブラインド制御方法。
4. 前記窓面輝度を求めることは、地表面での反射の影響を受けるスラットの輝度を求めることを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のブラインド制御方法。
5. 前記窓面輝度を求めることは、スラット間から見える前記視界遮蔽物の輝度を求めることと、スラット間から見える前記視界遮蔽物の立体角の割合を求めることとを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のブラインド制御方法。
6. 前記スラット角を制御することは、前記窓面輝度からまぶしさ感の指標を求めることと、求めた前記まぶしさ感の指標に基づいて前記ブラインドのスラット角を調整することとを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のブラインド制御方法。
7. 窓面に沿って設けられたブラインドの制御システムであって、
   直射日光および天空光の照度を計測する照度計と、
   窓面輝度に基づいて前記ブラインドのスラット角を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記照度計の計測結果から求めた天空輝度を用いて、窓の周囲から外側へ突出した日射遮蔽物が窓面に与える影響、屋外の視界遮蔽物が窓面に与える影響、および地表面での反射が窓面に与える影響のうちの少なくとも１つを考慮しつつ、前記窓面輝度を求めることを特徴とするブラインド制御システム。
8. 前記制御部は、前記窓面輝度から求めたまぶしさ感の指標に基づいて前記ブラインドのスラット角を調整することを特徴とする請求項７に記載のブラインド制御システム。

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