JP4034840B2 - 調光システム及び太陽光採光器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気照明に於ける昼間の省電力化を可能とする調光システム及びそれに用いられる太陽光採光器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、屋内の電気照明における省電力化としては、昼間に太陽光が差し込む窓際の照明器の明るさを太陽光の強さに応じて変化させるものがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
多くの屋内空間においては、窓等の開口部から屋内に差し込む太陽光は、開口部の近傍に限られるため、太陽光の差し込みにより調光の対象となり得る空間域は屋内空間全体に対してわずかな部分であった。このため、屋内空間に配設された照明器のうち、わずかな一部の照明器のみが調光の対象となり、省電力の効果は小さいものであった。また、窓等の開口部から差し込む太陽光が強すぎる場合には、ブラインド等により太陽光を遮蔽してしまうため、利用し得る太陽光を使うことなく、照明器の省電力を極めて低い水準に留めてきた。
【0004】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、屋内空間の広い範囲にわたって照明器を調光し、省電力化を向上させることができる調光システムを提供することを目的とする。
また、この発明は、このような調光システムに使用される太陽光採光器を提供することもまた目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第1の太陽光採光器は、透明体または反射体を有し、太陽光の入射方向を変換して出射させることにより太陽光を導入する太陽光採光器であって、透明体または反射体がそれぞれ円弧状の横断面を有する多数のモノフィラメントまたは棒状体を束ねたものからなり、その束の側部に太陽光を入射させるものである。
この発明に係る第2の太陽光採光器は、透明体または反射体を有し、太陽光の入射方向を変換して出射させることにより太陽光を導入する太陽光採光器であって、透明体または反射体がそれぞれ円弧状の横断面を有する多数のモノフィラメントまたは棒状体を経糸及び緯糸として複数の経糸に対して1または複数の緯糸で織り込んだ織物からなり、その織物の一方の面に太陽光を入射させるものである。
この発明に係る第3の太陽光採光器は、反射体を有し、太陽光の入射方向を変換して出射させることにより太陽光を導入する太陽光採光器であって、反射体がそれぞれ円弧状の横断面を有し且つ互いに並列に配列された多数の突条あるいはモノフィラメントを有し、これら突条あるいはモノフィラメントの表面が反射面からなるものである。
この発明に係る調光システムは、上記の第1〜第3の太陽光採光器のうちのいずれかと、屋内に配置された照明器と、屋内に配置されると共に照度を検出する光センサと、照明器に電力を供給すると共に太陽光採光器により導入された太陽光と照明器からの光との和によって光センサで検出された照度が所定の値となるように照明器に供給される電力を制御する電力制御装置とを備えたものである。
【0007】
また、所要の照度を得るためには、採用する太陽光採光器による太陽光の屋内空間での照度比の分布に応じて屋内空間を複数の領域に分割し、この分割された領域毎にその中の照明器を調光するための光センサと電力制御装置を取り付ける。各領域において、光センサは太陽光と照明器からの光との和による照度を検出し、検出された照度に基づいて電力制御装置が照明器への供給電力を制御し、これにより所要の照度が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1にこの発明の一実施形態に係る調光システムを示す。窓1を有する長方形状の部屋2の天井に部屋2の長手方向に沿って直線状に複数の照明器3〜7が配置されている。各照明器は、それぞれ2本の蛍光灯を有している。照明器3は安定器11を介して電力制御装置21に電気的に接続され、照明器4及び5はそれぞれ安定器12及び13を介して電力制御装置22に電気的に接続され、照明器6及び7はそれぞれ安定器14及び15を介して電力制御装置23に電気的に接続されている。また、照明器3の近傍には電力制御装置21に接続された光センサ31が設置され、照明器4と5の間には電力制御装置22に接続された光センサ32が設置され、照明器6と7の間には電力制御装置23に接続された光センサ33が設置されている。各電力制御装置21〜23は電源AC100vに接続されている。
【0011】
窓1の内側には窓1を覆うように太陽光採光器41が設けられている。太陽光採光器41は、屋外から入射される太陽光をその方向を変換して部屋2の屋内に導入するためのものであり、本願の発明者によって特願平6−78913号公報に提案された採光器が用いられている。すなわち、図2に示されるように、透明板42の上に円柱状の多数の突条43が互いに並列に配列された平板状透明体から構成されている。この平板状透明体の一方の面に光を入射させると、突条43の列方向に直交する方向にのみ拡散するような光が他方の面から出射される。
【0012】
実際には、図2に示した構造の短冊状の透明体を複数形成し、これらの透明体をそれぞれ開閉自在に連結した採光ブラインドを作成して用いるとよい。
【0013】
次に、この調光システムの動作について説明する。まず、電力制御装置21〜23から安定器11〜15を介して照明器3〜7の蛍光灯にそれぞれ電力が供給され、蛍光灯が点灯する。光センサ31〜33によってそれぞれその設置箇所における照度が検出され、検出信号が電力制御装置21〜23へ伝送される。電力制御装置21〜23には、予め所要の照度の値が設定されており、それぞれ対応する光センサ31〜33からの検出信号に基づいて、検出される照度が所要の値となるように照明器3〜7に供給する電力を制御する。すなわち、太陽光の光量が多い箇所では照明器に供給される電力を小さくし、逆に太陽光の光量が少ない箇所では照明器に供給される電力を大きくする。これにより、各光センサ31〜33の設置箇所を一定の照度に保持することができる。
【0014】
ただし、太陽光採光器41が窓1の内側に設けられているので、太陽光が太陽光採光器41を介して部屋2の奥深くまで導入される。このため、部屋2の奥部においても、小さな電力を照明器に供給するだけで所要の照度を得ることが可能となる。
【0015】
なお、太陽光採光器41は、それぞれ円弧状の横断面を有する多数の突条が配列された透明体から形成することができ、例えば図3に示されるように、透明板44の一方の面上に多数の突条45が一体に形成されたものを用いることもできる。さらに、図4に示されるように、透明体46の両面にそれぞれ多数の突条47及び48が形成されたものを太陽光採光器41として使用すれば、太陽光は透明体46の両面においてそれぞれ拡散するため、部屋2内の居住者が眩しさを感じずに室内に太陽光を採り入れることができる。また、図5に示されるように、透明体49の一方の面の突条50と他方の面の突条51とを互いに直交させて配列することもできる。また、透明体46あるいは49の一方の面上の突条に代えて、その他の凹凸を形成することによっても、眩しさを避けることができる。
【0016】
さらに、太陽光採光器41として、図6に示されるように、多数のモノフィラメント52または棒状体を束ねた透明体53を用い、この束の側部に太陽光を入射させることができる。また、図7に示されるように、多数のモノフィラメント54または棒状体を織り込んだ織物からなる透明体55を用い、この織物の一方の面に太陽光を入射させることもできる。図7では、複数の経糸に対して1本の緯糸で織り込んだが、図8のように、複数の経糸と複数の緯糸から織り込んだ織物を透明体56として使用してもよく、さらに、各種の織り方を採用することができる。図6〜図8に示したような透明体53、55及び56では、その両面にモノフィラメントまたは棒状体が露出しているので、部屋2内の居住者が眩しさを感じずに室内に太陽光を採り入れることができる。
【0017】
この他、反射型の太陽光採光器を使用することもできる。この太陽光採光器は、反射面上に円弧状の横断面を有する多数の突条が配列された反射体から形成される。例えば、図2〜図8に示した透明体のそれぞれの突条あるいはモノフィラメント等の表面が反射面からなるものを使用することができる。部屋2の天井から室内に太陽光を採り入れ、部屋2の床面に対して所定の角度で斜めに反射型の太陽光採光器を設置して、太陽光を反射しつつ拡散させることにより、部屋2の奥部にまで太陽光を導入することが可能となる。
【0018】
【実施例】
東南向きの辺が3.6m、北東向きの辺が9m、高さ2.4mの図1に示す部屋2において横1.8m、縦1.2mの東南向きの窓1の内側全面に採光ブラインドとして形成した太陽光採光器41を取り付け、この採光ブラインドを開閉させて、調光システムを作動し、省電力化の効果を調べた。
【0019】
それぞれ消費電力40Wの2本の蛍光灯を備えた照明器3〜7を窓1から0.9m、2.7m、4.5m、6.3m、8.1mの各位置に設置し、照明器3をA組、照明器4及び5をB組、照明器6及び7をC組として三つの組に分けた。A〜C組にそれぞれ対応して光センサ31〜33が設置されている。調光量の検出には電源AC100vと電力制御装置21〜23との間にそれぞれ図示しない電流計を取りつけ、電流値の変化を記録計により記録できるようにした。
【0020】
そして、採光ブラインドを閉じることにより太陽光を部屋2内に深く導入した場合と、採光ブラインドを開くことにより太陽光の導入を行なわなかった場合との比較を行った。具体的には、東京都新宿区に所在する部屋2において1996年2月23日の午前9:30に測定開始と共に採光ブラインドを閉じ、15分後の9:45に採光ブラインドを開き、さらに15分後の10:00に採光ブラインドを再び閉じ、同様にして正午までの間、15分間ずつ採光ブラインドの開閉を繰り返して電源から各電力制御装置21〜23に流れる電流の測定を行なった。
【0021】
A〜C組においてそれぞれ得られた電流の測定値を蛍光灯の光量が100%の場合の電流値に対する百分率で表したものが、図9〜11である。図9に示されるように、窓1に近いA組では、9:30から正午まで採光ブラインドの開閉に拘わらずに電流値は常時0付近で照明器3は点灯する必要がなかった。図10に示されるように、A組より部屋2の内部に位置するB組でも、ほとんどの時間帯で採光ブラインドの開閉に拘わらずに電流値は0付近で照明器4及び5を点灯する必要がなかったが、11:45から12:00の間で採光ブラインドを開いたときに照明器4及び5が点灯された。また、図11に示されるように、部屋2の奥部に位置するC組では、9:30から正午までの間、採光ブラインドを開くと電流値が100%となって照明器6及び7は最大光量で点灯されたが、採光ブラインドを閉じたときには電流値は0付近となって照明器6及び7を点灯する必要は全くなかった。
【0022】
このように、採光ブラインドを開けて太陽光の導入を計らない場合は調光効果はA組の照明器3に留まるが、採光ブラインドを閉めて太陽光を導入した場合は、その効果はC組の照明器6及び7にまで達することがわかる。採光ブラインドを閉めて太陽光を導入したことによる節電率は次のように算出される。
【0023】
採光ブラインドを開けた場合の消費電力は、
A組:40W×2×1%×1.25H(時間)=1WH、
B組:40W×4×(1%×1H+40%×0.125H)=81.6WH
C組:40W×4×100%×1.25H=200WH
となって、室内全体では、
1WH+81.6WH+200WH=282.6WH ・・・(1)
となる。
【0024】
一方、採光ブラインドを閉めた場合の消費電力は、
A組:40W×2×1%×1.25H=1WH
B組:40W×4×1%×1.25H=2WH
C組:40W×4×1%×1.25H=2WH
となって、室内全体では、
1WH+2WH+2WH=5WH ・・・(2)
となる。
【0025】
従って、(1)及び(2)より節電率は、
(282.6WH−5WH)/282.6WH=0.982
となり、採光ブラインドを用いたこの発明の調光システムによれば、従来の98.2%もの電力が節減されることになる。
【0026】
なお、この実施例では、光センサ31〜33として米国Lutron社製MW−PS−WHを、電力制御装置21〜23として米国Lutron社製MW−LC−JA−100VACを調光範囲1〜100%に改良したものを、安定器11〜15として米国Lutron社製FLR−40を用いた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係る調光システムを示す図である。
【図2】調光システムに用いられた太陽光採光器を示す斜視図である。
【図3】他の太陽光採光器を示す斜視図である。
【図4】他の太陽光採光器を示す斜視図である。
【図5】他の太陽光採光器を示す斜視図である。
【図6】他の太陽光採光器を示す斜視図である。
【図7】他の太陽光採光器を示す斜視図である。
【図8】他の太陽光採光器を示す斜視図である。
【図9】実施例における測定結果を示す図である。
【図10】実施例における測定結果を示す図である。
【図11】実施例における測定結果を示す図である。
【符号の説明】
1 窓
2 部屋
3〜7 照明器
11〜15 安定器
21〜23 電力制御装置
31〜33 光センサ
41 太陽光採光器
42,44,46,49,53,55,56 透明板
43,45,47,48,50,51 突条
52,54 モノフィラメント
Claims (4)
- 透明体または反射体を有し、太陽光の入射方向を変換して出射させることにより太陽光を導入する太陽光採光器であって、
透明体または反射体はそれぞれ円弧状の横断面を有する多数のモノフィラメントまたは棒状体を束ねたものからなり、その束の側部に太陽光を入射させることを特徴とする太陽光採光器。 - 透明体または反射体を有し、太陽光の入射方向を変換して出射させることにより太陽光を導入する太陽光採光器であって、
透明体または反射体はそれぞれ円弧状の横断面を有する多数のモノフィラメントまたは棒状体を経糸及び緯糸として複数の経糸に対して1または複数の緯糸で織り込んだ織物からなり、その織物の一方の面に太陽光を入射させることを特徴とする太陽光採光器。 - 反射体を有し、太陽光の入射方向を変換して出射させることにより太陽光を導入する太陽光採光器であって、
反射体はそれぞれ円弧状の横断面を有し且つ互いに並列に配列された多数の突条あるいはモノフィラメントを有し、これら突条あるいはモノフィラメントの表面が反射面からなるものであることを特徴とする太陽光採光器。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽光採光器と、
屋内に配置された照明器と、
屋内に配置されると共に照度を検出する光センサと、
前記照明器に電力を供給すると共に前記太陽光採光器により導入された太陽光と前記照明器からの光との和によって前記光センサで検出された照度が所定の値となるように前記照明器に供給される電力を制御する電力制御装置と
を備えたことを特徴とする調光システム。
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