JP2016188534A - 屋根の遮熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、屋根材への日射を抑制することのできる屋根の遮熱構造を提供すること。【解決手段】屋根の遮熱構造（１）は、屋根材（１０）と、屋根材（１０）の上方に配置される遮熱ボード（２０）とを備え、遮熱ボード（２０）は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔（２１）を有しており、南中時に貫通孔（２１）の上端縁から入射する太陽光線を、貫通孔（２１）の内側壁面で受光するように、貫通孔（２１）が設けられている。【選択図】図１

Description

この発明は、屋根の遮熱構造に関する。

従来から、屋根の遮熱構造として、特開２００８−２６１２１２号公報（特許文献１）や特開２０１１−４７１６６号公報（特許文献２）が知られている。特許文献１には、遮熱特性を有する矩形形状の屋根用遮断シートが開示されている。屋根用遮断シートには、複数の透過孔を配列させることで、屋根材とシート材との間に高温の空気が停滞しないようにすることが開示されている。特許文献２には、折板屋根に金属製の遮熱板を設けた二重遮熱構造の屋根が開示されている。

特開２００８−２６１２１２号公報 特開２０１１−４７１６６号公報

特許文献１のような屋根用遮断シートは、太陽光線が透過孔の部分を通り抜けて屋根材に日射されるため、有効に遮熱ができない。また、特許文献２のような二重遮熱構造の屋根は、コストがかかっていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易な構造で、屋根材への日射を抑制することのできる屋根の遮熱構造を提供することを目的とする。

この目的のため、本発明の一態様に係る屋根の遮熱構造は、屋根材と、屋根材の上方に配置される遮熱ボードとを備え、遮熱ボードは、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有しており、南中時において貫通孔の上端縁から入射する太陽光線を、貫通孔の内側壁面で受光するように、貫通孔が設けられている。

好ましくは、南中時において貫通孔の上端縁から入射する太陽光線を、貫通孔の内側壁面で受光するように、貫通孔の形状、大きさおよび角度の少なくともいずれかが定められている。

好ましくは、貫通孔は、遮熱ボードの延在方向に対して直交するように設けられる。

好ましくは、貫通孔の深さは、貫通孔の最大径の３倍以上である。

好ましくは、貫通孔の深さは、貫通孔の最大径の８倍以下である。

好ましくは、貫通孔は、遮熱ボードの延在方向に対して傾斜して設けられ、日射方向とは異なる方向に傾斜している。

好ましくは、遮熱ボードは、平面視正方形形状である。

好ましくは、屋根材は、遮熱ボードを厚み方向に保持する保持具を有し、保持具により、遮熱ボードは、屋根材から離間して配置される。

本発明によれば、簡易な構造で、屋根材への日射を抑制することのできる屋根の遮熱構造を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る屋根の遮熱構造の断面図である。 遮熱ボードの平面図である。 遮熱ボードの貫通孔へ入射する太陽光線を示す模式図である。 立地条件に応じた貫通孔の形状（比率）を示す模式図である。 貫通孔における放熱を示す模式図である。 本発明の実施の形態２における遮熱ボードを示す断面図である。 遮熱ボードの貫通孔へ入射する太陽光線を示す模式図である。 貫通孔の平面視形状の変形例を示す平面図である。 屋根の遮熱構造の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における遮熱ボードを傾斜屋根に用いた状態を示す模式断面図である。 折板屋根を備えた一般的な建物を模式的に示す模式断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

はじめに、本実施の形態に係る屋根の遮熱構造の説明に先立ち、一般的な工場の屋内環境について、図１１を参照しながら簡単に説明する。

図１１を参照して、建物１００は、たとえば、折板屋根の屋根材１０を有する。屋根材１０が日射熱を受けると、屋根材１０の温度は高温になり、屋根材１０は強い放射熱を放出する。そのため、屋根材１０からの放射熱によって、屋内空間９内の温度は高温となる。また、建物１００内には様々な内部装置８が存在するため、これらの装置８による内部発熱によっても屋内空間９内の温度は高温化する。そうすると、図１１において一点鎖線の楕円で示すように、屋内空間９には、熱気が滞留し、屋根材１０も高温となる。

このような屋内空間９を改善するべく、本実施の形態では、遮熱ボードを用いることで、太陽光線が屋根材１０に直接入射されることを防止している。以下に、このような屋根の遮熱構造について詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る屋根の遮熱構造１の断面図である。本実施の形態では、図１において、矢印Ａ１で示す方向を遮熱ボード２０の延在方向といい、矢印Ａ２で示す方向を遮熱ボード２０の厚み方向という。図１を参照して、本実施の形態に係る屋根の遮熱構造１について説明する。

屋根の遮熱構造１は、水平方向に延在する陸屋根の屋根材１０と、屋根材１０の上方に配置される遮熱ボード２０とを備える。屋根材１０は、典型的には折板屋根であり、谷部１１と山部１２とを有している。遮熱ボード２０は、屋根材１０の山部１２に載置されている。遮熱ボード２０は、保持具１３のフランジ部１３１と山部１２とにより厚み方向に保持されている。なお、屋根材１０の山部１２にハゼ部があるような場合、保持具１３はハゼをつかむ金物であってもよい。

図２、３を参照して、遮熱ボード２０について説明する。遮熱ボード２０は、平面視矩形形状である。遮熱ボード２０の厚みは、公知の遮熱シート材よりも厚く、たとえば２０ｍｍ以上である。重量およびコストの関係上、遮熱ボード２０の厚みは、６０ｍｍ以下であることが望ましい。遮熱ボード２０は、コンクリート系材料または耐候性を有する樹脂系材料などが用いられる。遮熱ボード２０は、表面２０ａで受光した日射を反射する材料または反射する加工がされていることが望ましい。遮熱ボード２０は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔２１を有している。

貫通孔２１は、遮熱ボード２０の表面２０ａにおいて、規則正しく所定ピッチで配列されている。なお、遮熱ボード２０の周縁部２５は、遮熱ボード２０を取り付ける際、保持具１３で保持される部分であり、貫通孔２１は設けられていなくてもよい。

貫通孔２１の形状、大きさおよび角度の少なくともいずれかを適切に設定することで、貫通孔２１の上端縁２３から入射する太陽光線を貫通孔２１の内側壁面２２で受光し、上端縁２３から入射した太陽光線が下端縁２４に到達しないようにしている。つまり、貫通孔２１に入射した太陽光線は、貫通孔２１を通り抜けず、屋根材１０に入射しない。

貫通孔２１の平面視形状は、たとえば、円形であり、全体形状は、円柱形状である。本実施の形態では、貫通孔２１は、遮熱ボード２０の延在方向に対して直交するように設けられる。

太陽光線の入射角度について説明する。四季を通して、最も日射角度が大きいのは、夏至の南中時である。貫通孔２１の上端縁２３の位置（高さ）から内側壁面２２における南中時の太陽光線の受光点までの深さをｄとすると、貫通孔２１の深さＤをｄ以上とすることで、太陽光線が内側壁面２２に当たるようにすることができる。

日射角度は緯度の違いにより異なってくるため、立地条件に応じて、貫通孔２１の横寸法すなわち直径Ｗと、深さＤとの比率を定めてもよい。直径Ｗと深さＤとの比率は、貫通孔２１の形状に含まれる。日本の最北端である北海道、東京、九州の最南端である鹿児島の３拠点を例に挙げて、貫通孔の説明をする。なお、以下の説明において、貫通孔２１の直径Ｗは、５ｍｍとする。

夏至の南中高度θは、以下の式で算出される。

θ＝９０°−緯度＋２３．４° ・・・（１）

夏至の南中高度を用いて、貫通孔２１の直径Ｗと深さＤとの比率は、以下の式で算出される。

Ｄ／Ｗ＝ｔａｎθ ・・・（２)

図４（Ａ）は、遮熱ボード２０を北海道（特に、北海道庁）で使用することを想定した場合の貫通孔２１１の直径Ｗと深さＤ１との関係を示す模式図である。数式（１）を用いて、北海道庁の緯度は４３°であることから、北海道庁の夏至の南中高度θ_１は７０．４°である。数式（２）を用いて、遮熱ボード２０が北海道で使用される場合、貫通孔２１１の直径Ｗと深さＤ１との関係は、以下の数式で求めることができる。

Ｄ１／Ｗ＝ｔａｎθ_１＝ｔａｎ７０．４°＝２．８０

したがって、北海道における貫通孔２１１の深さＤ１を、貫通孔２１１の直径Ｗの約２．８倍としてもよい。

図４（Ｂ）は、遮熱ボード２０を東京で使用することを想定した場合の貫通孔２１２の直径Ｗと深さＤ２との関係を示す模式図である。数式（１）を用いて、東京の緯度は３５°であることから、東京の夏至の南中高度θ_２は、７８．４°である。数式（２）を用いて、東京における貫通孔２１２の形状は、以下の数式で求めることができる。

Ｄ２／Ｗ＝ｔａｎθ_２＝ｔａｎ７８．４°＝４．８７

したがって、東京における貫通孔２１２の深さＤ２を、貫通孔２１２の直径Ｗの約４．９倍としてもよい。

図４（Ｃ）は、遮熱ボード２０を鹿児島で使用することを想定した場合の貫通孔２１の直径Ｗと深さＤ３との関係を示す模式図である。数式（１）を用いて、鹿児島（特に、鹿児島市）の緯度は３１°であるため、夏至の鹿児島の南中高度θ_３は、８２．４°である。数式（２）を用いて、鹿児島における貫通孔２１の形状は、以下の数式で求めることができる。

Ｄ／Ｗ＝ｔａｎθ_３＝ｔａｎ８２．４°＝７．４９

したがって、鹿児島における貫通孔２１の深さＤ３を、貫通孔２１の直径Ｗの約７．５倍としてもよい。この場合、貫通孔２１の直径Ｗは５ｍｍであるため、貫通孔２１の深さＤ３は約３７．４５ｍｍである。

以上より、貫通孔２１の深さＤ、すなわち遮熱ボード２０の厚みは、北海道を考慮すると、貫通孔２１の直径Ｗの少なくとも３倍以上であり、望ましくは、鹿児島を考慮して、７．５倍以上である。すなわち、日本で使用する場合は、遮熱ボード２０の厚み（深さＤ）を貫通孔２１の直径Ｗの７．５倍以上にすれば、ほぼ日本全国において同一の遮熱ボード２０を使用することができる。よって、貫通孔２１の直径Ｗが５ｍｍである場合、遮熱ボード２０の厚み（Ｄ）は４０ｍｍ以上であればよい。ただし、上述のように、遮熱ボード２０の厚みを薄くすることが望ましいため、厚みＤは、直径Ｗの８倍以下とすればよい。

なお、貫通孔２１の大きさおよび形状を、直径Ｗを基準として説明したが、遮熱ボード２０の厚み（Ｄ）を基準とし、立地条件により貫通孔２１の直径Ｗを求めてもよい。たとえば、日本での使用を想定した場合、厚み（Ｄ）が３０ｍｍの遮熱ボード２０を使用すると、鹿児島を想定した計算結果により、直径Ｗは４ｍｍ以下であればよい。

このような構造とされることにより、太陽光線が、貫通孔２１に入射したとしても遮熱ボード２０の内側壁面２２で受光され、屋根材１０に到達しないため、屋根材１０が日射により高温になりにくい。一方、表面２０ａで受光した日射熱により遮熱ボード２０自体が高温になると、遮熱ボード２０の裏面からの放熱により、屋根材１０が温められる。しかし、図５に示すように、遮熱ボード２０に複数の貫通孔２１が設けられていることで、遮熱ボード２０の表面２０ａからの放熱に加え、貫通孔２１の内側壁面２２からも放熱されるため、遮熱ボード２０自体の温度の上昇を抑制することができる。したがって、遮熱ボード２０からの屋根材１０への放熱量も小さくなり、屋根材１０が温められることを防ぐことができる。さらに、貫通孔２１が空気の流動経路となり、屋根材１０と遮熱ボード２０との間の高温の空気を外方に放出することができる。

なお、上記実施の形態において、貫通孔２１の平面視形状が円形であるとしたが、貫通孔２１の平面視形状は、円形に限定されない。たとえば、貫通孔２１の平面視形状が正四角形であってもよい。この場合、貫通孔２１の横寸法Ｗは、四角形の対角線とする。このように、横方向の最大長さを基準に貫通孔２１の深さＤを設定しておくことで、方位を考慮することなく、遮熱ボード２０を配置することができる。

＜実施の形態２＞
上記実施の形態では、遮熱ボード２０の貫通孔２１は、遮熱ボード２０の延在方向に対して直交するように設けた。これに対し、本実施の形態では、貫通孔は、遮熱ボードの延在方向に対して傾斜して設けられている。図６は、本発明の実施の形態における遮熱ボードを示す断面図である。図７（Ａ）は、本発明の実施の形態における遮熱ボードの貫通孔へ入射する太陽光線を示す模式図であり、図７（Ｂ）は、実施の形態１における遮熱ボードの貫通孔へ入射する太陽光線を示す模式図である。図７は、いずれも鹿児島における南中高度θ_３の日射角度を示している。図６，７を参照して、実施の形態１と異なる点のみ詳細に説明する。図６において、矢印Ａ３で示す方向を日射方向という。日射方向は、ほぼ北向きである。

遮熱ボード２０Ａの貫通孔２１Ａは、日射方向とは異なる方向に傾斜している。より具体的には、貫通孔２１Ａの傾斜方向は、日射方向の反対方向である。このような構成とすることで、図７（Ａ）の遮熱ボード２０Ａの厚みＤ４と図７（Ｂ）の遮熱ボード２０の厚みＤ３とを比較すると明らかなように、本実施の形態の貫通孔２１Ａの直径は、実施の形態１の貫通孔２１の直径Ｗと同じであるにもかかわらず、遮熱ボード２０Ａの厚み（貫通孔２１Ａの深さＤ３）を薄くすることができる。したがって、遮熱ボード２０Ａの重量を実施の形態１の遮熱ボード２０よりも軽減することができ、コストを抑制することができる。

また、図７（Ａ）を参照して、貫通孔２１Ａの南側の上端縁２３Ａと北側の下端縁２４Ａとが垂直方向に重なるように貫通孔２１Ａの傾斜角度を選ぶことで、本実施の形態の遮熱ボード２０Ａを日本だけでなく、あらゆる地域でも使用することができる。なお、この遮熱ボード２０Ａは、太陽光線が貫通孔２１Ａの内側側面２２Ａに入射するように、立地条件に応じて、裏返して使用することもできる。

以上、説明した遮熱ボード２０Ａを屋根材１０に取り付ける場合は、貫通孔２１Ａの傾斜方向を日射方向と反対方向に設定する必要がある。つまり、貫通孔２１Ａの傾斜方向を南側に向けて設置する必要がある。この場合、遮熱ボード２０Ａを平面視正方形にすることが望ましい。このようにすることで、現場で南方位を確認して、貫通孔２１Ａの傾斜方向が南向きとなるように、遮熱ボード２０Ａを容易に設置することができる。

なお、貫通孔２１Ａの角度は、立地条件と貫通孔２１Ａの形状に応じて選ばれていればよい。

貫通孔２１が円形以外の平面視形状の場合、平面視形状は、方位に合わせて定められてもよい。この場合、貫通孔２１の横寸法は、横方向の最大長さでなくてもよい。たとえば、図８に示すように、平面視四角形形状の貫通孔２１Ｂである場合、四角形の一辺が南北方向に沿うように、遮熱ボード２０に貫通孔を形成すれば、貫通孔２１Ｂの横寸法Ｗは、四角形の一辺の長さＬ１としてもよい。このように配置することで、横寸法Ｗを最大長さＬ２とするよりも、遮熱ボード２０の厚み（Ｄ）を薄くできる。あるいは、遮熱ボード２０の厚み（Ｄ）が固定であれば、貫通孔２１の開口面積（四角形の大きさ）を大きくすることができる。

なお、上記実施の形態において、遮熱ボード２０は、保持具１３により屋根材１０の山部１２に接して取り付けられている例を示したが、遮熱ボード２０と屋根材１０とは離間して設けられていてもよい。図９を参照して、保持具１３Ａは、屋根材１０の山部１２に取り付けられ、上方に延びている固定部１３２と、固定部１３２の上端部に設けられ、遮熱ボード２０を厚み方向に挟持する挟持部１３３とを有している。

このようにすることで、遮熱ボード２０裏面全体と屋根材１０との間に空間が形成されるため、遮熱ボード２０からの放熱により屋根材１０の１２が直接温められることを防ぐことができる。さらに、遮熱ボード２０と屋根材１０との間に空間が形成されているため、その空間が空気の流動経路となって、屋根材１０と遮熱ボード２０との間の高温の空気を効果的に貫通孔２１より外方に放出することができる。

また、上記実施の形態において、屋根材１０は、折板屋根であるとしたが、平板状の屋根であってもよい。さらに、屋根材は、水平方向に延在する陸屋根であるとしたが、傾斜屋根であってもよい。図１０を参照して、たとえば実施の形態２の遮熱ボード２０Ａが、傾斜屋根１０Ａに沿って設けられる。この場合、遮熱ボード２０Ａと傾斜屋根１０Ａとの間に、たとえば３０ｍｍ以上の通気層を設けてもよい。遮熱ボード２０Ａを用いる場合、傾斜屋根１０Ａの傾斜方向に応じて、遮熱ボード２０Ａを裏返して使用してもよい。

また、上記実施の形態において、工場の屋根として説明したが、住宅の屋根に用いてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１ 屋根の遮熱構造、８ 内部装置、９ 屋内空間、１０ 屋根材、１１ 谷部、１２ 山部、１３ 保持具、２０ 遮熱ボード、２０ａ 表面、２１ 貫通孔、２２ 内側壁面、２３ 上端縁、２４ 下端縁、２５ 周縁部、１００ 建物、１３１ フランジ部、１３２ 固定部、１３３ 挟持部。

Claims (8)

1. 屋根材と、
   前記屋根材の上方に配置される遮熱ボードとを備え、
   前記遮熱ボードは、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有しており、
   南中時において前記貫通孔の上端縁から入射する太陽光線を、前記貫通孔の内側壁面で受光するように、前記貫通孔が設けられている、屋根の遮熱構造。
2. 南中時において前記貫通孔の上端縁から入射する太陽光線を、前記貫通孔の内側壁面で受光するように、前記貫通孔の形状、大きさおよび角度の少なくともいずれかが定められている、請求項１に記載の屋根の遮熱構造。
3. 前記貫通孔は、前記遮熱ボードの延在方向に対して直交するように設けられる、請求項１または２に記載の屋根の遮熱構造。
4. 前記貫通孔の深さは、前記貫通孔の最大径の３倍以上である、請求項３に記載の屋根の遮熱構造。
5. 前記貫通孔の深さは、前記貫通孔の最大径の８倍以下である、請求項３または４に記載の屋根の遮熱構造。
6. 前記貫通孔は、前記遮熱ボードの延在方向に対して傾斜して設けられ、日射方向とは異なる方向に傾斜している、請求項１または２に記載の屋根の遮熱構造。
7. 前記遮熱ボードは、平面視正方形形状である、請求項６に記載の屋根の遮熱構造。
8. 前記屋根材は、遮熱ボードを厚み方向に保持する保持具を有し、
   前記保持具により、前記遮熱ボードは、前記屋根材から離間して配置される、請求項１〜７のいずれかに記載の屋根の遮熱構造。

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