JP4761787B2

JP4761787B2 - 取得日射エネルギー量評価システム

Info

Publication number: JP4761787B2
Application number: JP2005049245A
Authority: JP
Inventors: 祐子築山; 滋高棹; 正雄柳沼
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: JP2006233566A

Description

本発明は、建物、特に住宅の空間領域毎に日射を透過可能な開口部からの取得日射エネルギーを得たとき単位時間当たり、且つ単位体積当たりの取得日射エネルギー量の適否を判定する取得日射エネルギー量評価システムに関するものである。

建物を建築する地点（緯度、経度）、開口部の方向、季節、時刻に基づいて開口部に対する太陽の位置を演算すると共に、その演算結果と開口部の外側に存在する日照障害物の情報から開口部に照射される日照の位置と面積を演算し、それ等の演算結果から開口部を通して照射された照度分布を演算すると共に、開口部面に入力される熱量を演算する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−００８４７６号公報

しかしながら、前述の従来例では、日射を透過可能なガラス窓等の開口部を有する部屋の取得日射エネルギー量の適否を判断し得るものではなく、夏季の例えば西日（日没前の日差し）で暑くなり過ぎる可能性のある部屋の検証が容易に出来る技術が望まれていた。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、日射を透過可能なガラス窓等の開口部を有する閉ざされた部屋の夏季の暑さの様子を明確に表示することが出来、夏季の例えば西日（日没前の日差し）で暑くなり過ぎる可能性のある部屋の検証が容易に出来る取得日射エネルギー量評価システムを提供せんとするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第１の構成は、建物の空間領域毎に日射を透過可能な開口部からの取得日射エネルギーを得たとき、取得日射エネルギー量の適否を判定する取得日射エネルギー量評価システムであって、気象データによる１日分の水平全天日射量又は直達日射量が所定値以上とする条件と、気象データによる１日分の平均気温又は最低気温又は夜間の最低気温が所定値以上とする条件のうち、いずれか一方又は両方の条件を満たす日を夏日として抽出する夏日抽出手段と、前記夏日抽出手段により抽出された夏日において、前記建物の所定の空間領域に含まれる全ての開口部から取得される取得日射エネルギー量を算出する取得日射エネルギー量算出手段と、前記夏日抽出手段により抽出された夏日日数に亘って取得日射エネルギー量を積算する取得日射エネルギー量積算手段と、前記取得日射エネルギー量積算手段により積算された前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったか否かを判別する判別手段と、前記判別手段により、前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合にその空間領域を特定して表示する表示手段とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第２の構成は、前記第１の構成において、前記表示手段は、前記判別手段により、前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合に、建物図面においてその空間領域の表示を他の空間領域の表示と異なるように表示することを特徴とする。

また、本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第３の構成は、前記第１、第２の構成において、前記所定の閾値は、前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの体感許容限界の積算取得日射エネルギー量に設定したことを特徴とする。

また、本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第４の構成は、前記第１、第２の構成において、前記所定の閾値は、前記建物の建物構成による熱応答特性に基づいて該建物の空間領域内の室温上昇程度から設定されることを特徴とする。

また、本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第５の構成は、前記第１、第２の構成において、前記取得日射エネルギー量算出手段は、外気温を考慮した所定の割増係数を乗じる演算を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第６の構成は、前記第１、第２の構成において、前記開口部からの取得日射を遮る周辺建物、または前記開口部に設けられる日射遮蔽要素により該開口部面が受ける取得日射エネルギー量を調整する取得日射エネルギー量調整手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第７の構成は、前記第１、第２の構成において、前記表示手段は、コンピュータの表示画面上に表示することを特徴とする。

更に、本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第８の構成は、建物の空間領域毎に日射を透過可能な開口部からの取得日射エネルギーを得たとき、取得日射エネルギー量の適否を判定する取得日射エネルギー量評価システムであって、気象データによる１日分の水平全天日射量又は直達日射量が所定値以上とする条件と、気象データによる１日分の平均気温又は最低気温又は夜間の最低気温が所定値以上とする条件のうち、いずれか一方又は両方の条件を満たす日を夏日として抽出する夏日抽出手段と、前記夏日抽出手段により抽出された夏日において、前記建物の所定の空間領域に含まれる全ての開口部から取得される取得日射エネルギー量を算出する取得日射エネルギー量算出手段と、前記夏日抽出手段により抽出された夏日日数に亘って取得日射エネルギー量を積算する取得日射エネルギー量積算手段と、前記取得日射エネルギー量積算手段により積算された値を総日照時間で除し更に前記建物の空間領域単位当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったか否かを判別する判別手段と、前記判別手段により、前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合にその空間領域を特定して表示する表示手段とを有することを特徴とする。

本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第１の構成によれば、例えば全国約１３００箇所に設置された自動気象観測システムであるアメダス（Automated Meteorological Data Acquisition System）の気象データを加工した拡張アメダス気象データを利用することにより、夏日抽出手段により夏日を抽出することが出来る。

そして、夏日抽出手段により抽出された夏日において、建物の所定の空間領域に含まれる全ての開口部から取得される取得日射エネルギー量を取得日射エネルギー量算出手段により算出することが出来る。

そして、取得日射エネルギー量積算手段により、夏日抽出手段により抽出された夏日日数に亘って取得日射エネルギー量を積算することが出来る。

そして、取得日射エネルギー量積算手段により積算された建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったか否かを判別手段により判別することが出来る。尚、空間領域単位とは、空間領域の体積を所定の単位体積にしたものである。

そして、判別手段により、建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合に、表示手段によりその空間領域を特定して表示することが出来る。

これにより、建物の空間領域毎に日射を透過可能な開口部からの取得日射エネルギーを得たとき単位時間当たり、且つ単位体積当たりの取得日射エネルギー量の適否を判定し、明確に表示することが出来る。

これにより、日射を透過可能なガラス窓等の開口部を有する空間領域（部屋等）の夏季の暑さの様子を明確に表示することが出来、例えば夏季の西日で暑くなり過ぎる可能性のある空間領域（部屋）の検証が容易に出来る。

また本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第２の構成によれば、表示手段により、判別手段により建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合に、その空間領域の表示（例えば色彩）を他の空間領域の表示（例えば色彩）と異なるように表示することで、夏季暑くなり過ぎる可能性のある空間領域とそうでない空間領域との識別が容易に出来る。

また本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第３の構成によれば、所定の閾値を、建物の空間領域単位での体感許容限界の積算取得日射エネルギー量に設定することで、体感許容限界を越えた空間領域を特定して表示することが出来る。

また本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第４の構成によれば、所定の閾値を、建物の建物構成（躯体構造、層構成、仕上材などを総合して）による熱応答特性に基づいて該建物の空間領域内の室温上昇程度から設定することで、建物の建物構成による熱応答特性に基づいて体感許容限界を越えた空間領域を特定して表示することが出来る。

また本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第５の構成によれば、取得日射エネルギー量算出手段により、外気温を考慮した所定の割増係数を乗じる演算を行うことで外気温を考慮した取得日射エネルギー量を算出することが出来る。

また本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第６の構成によれば、取得日射エネルギー量調整手段により、開口部からの取得日射を遮る周辺建物、または開口部に設けられる日射遮蔽要素により該開口部面が受ける取得日射エネルギー量を調整することが出来、これにより開口部からの取得日射を遮る周辺建物や開口部に設けられる日射遮蔽要素を考慮した取得日射エネルギー量を算出することが出来る。

また本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第７の構成によれば、前記表示は、コンピュータの表示画面上に表示することが出来、これにより、建物の空間領域毎に日射を透過可能な開口部からの取得日射エネルギーを得たとき、単位時間当たり、且つ単位体積当たりの取得日射エネルギー量の適否を判定し、明確に表示することが出来る。

また本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの第８の構成によれば、気象データによる１日分の全天日射量が所定値以上、及び／又は気象データによる１日分の平均気温が所定値以上である日を夏日とすることが出来、また取得日射エネルギー量算出手段により加算された夏日の取得日射エネルギー量を夏日の総日照時間数で割った１時間当たりの積算取得日射エネルギー量とすることが出来る。尚、総日照時間数は夏日日数に亘り太陽が水平線から出ている時間数、即ち、太陽高度が０より大きい時の時間数である。

図により本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの制御系の構成を示すブロック図、図２及び図３は拡張アメダスの気象データの一例をグラフ化して示す図、図４は本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより建物の空間領域で夏季暑くなり過ぎる可能性があるか否かの評価を行う様子を示すフローチャート、図５は本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより建物の間取り図を作成した様子を示す図、図６は本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより建物が設置された方位を設定する様子を示す図、図７は評価する空間領域を選択した様子を示す図、図８はアメダスの地域を設定する様子を示す図、図９〜図14は本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより表示された画像の一例を示す図、図15は建物の建物構成による熱応答特性を説明する図である。

図１において、１は建物の空間領域（部屋やワンルームの一部等）毎に日射を透過可能なガラス窓等の開口部26で通風のないように締め切った状態における該開口部26からの取得日射エネルギーを得たとき単位時間当たり、且つ単位体積当たりの取得日射エネルギー量の適否を判定する取得日射エネルギー量評価システムであり、建物等の建築物が建築された地域での日射や外気温等の気象データは無人自動気象観測装置であるアメダス（Automated Meteorological Dataa Acquisition System；地域気象観測システムの略称）気象データを加工した拡張アメダス気象データを利用することが出来る。

拡張アメダス気象データは、日本建築学会が作成したもので、気象庁が公開しているアメダス気象データの欠測、およびアメダスで観測されていない日射量や湿度等の気象データを補充して汎用性を高めた気象データのことである。その内容としては日本全国８４２地点の気温、絶対湿度、水平面全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間の時別値で１９８１年から１９９５年の１５年分のデータと標準年のデータを含んでいる。標準年データとは１５年間の気象データから月別にそれぞれ平均的な年（月）を選択してつなぎ合わせた仮想の１年間の気象データで概ねその地点での標準的な気象データと推測されるものである。本実施形態においては標準年での気温と水平面全天日射量を用いている。

拡張アメダス気象データは、０．１℃単位で１時間毎の気温、０．１℃単位で１日の平均気温、０．０１ＭＪ／ｍ^２ｈ単位で１時間毎の水平面全天日射量、０．１ＭＪ／ｍ^２ｄ単位で１日の積算値等が含まれている。図２は拡張アメダス気象データの一例として東京の年間平均気温を示し、図３は拡張アメダス気象データの一例として東京の７月〜９月の平均気温と、１日の積算日射量を示す。これ等の拡張アメダス気象データは、取得日射エネルギー量評価システム１に設けられた拡張アメダス気象情報データベース（以下、「拡張アメダス気象情報ＤＢ」という）２に記憶される。

取得日射エネルギー量評価システム１に設けられた演算装置27には太陽位置演算部３が設けられている。太陽位置演算部３は、目的の建物の地球上の位置（緯度、経度、或いは所在住所等）、季節及び時刻に対応した太陽位置を演算するものである。

地球上の位置及び季節、時刻が指定されたとき、指定された各条件に対応した太陽の位置は一義的に決定される。太陽の位置は、太陽高度（ｈ°；地上に於ける特定の点と太陽を結ぶ線と該点に於ける水平線とのなす角）と、太陽の方位角（Ａ°；太陽が南中したときを０°とした子午線との角度をいい、西方向を正、東方向を負で表す）とによって特定されるものであり、以下の数１式によって演算することが可能である。

〔数１〕
sin（ｈ）＝ sin（φ）・ sin（δ）＋ cos（φ）・ cos（δ）・ cos（ｔ）
sin（Ａ）＝ cos（δ）・ sin（ｔ）・ sec（ｈ）
但し、ｈ；太陽高度（°）、φ；目的地の緯度（°）、δ：太陽の赤緯（°）、夏至δ＝23.45 、春・秋分δ＝０、冬至δ＝−23.45 、ｔ；時角（°）、１時間を15°とした真太陽時の時角Ａ；太陽の方位角（°）である。

太陽位置演算部３には上記数１式を解くプログラムや三角関数表が格納され、入力部４から、図６に示すように、評価する建物が建設される目的地の緯度、経度、季節及び時刻等の情報が入力されると、これらの情報は一時記憶装置５に一時記憶され、プログラムの実行が指示されたとき、太陽位置演算部３によって指定された条件に応じた太陽の位置を演算することが可能である。そして演算した結果を記憶し或いは一時記憶装置５に一時記憶させておくことが可能である。

そして、特定の緯度及び経度を持った地点における建物の開口部26面の法線方向の方位角である開口部26面方位（α）と、開口部26面の傾斜角度である開口部26面傾角（θ）と、を設定することによって、この開口部26面と太陽とのなす角である開口部26面交角（ｈｗ）を以下の数２式により演算することが可能である。

〔数２〕
sin（ｈｗ）＝ sin（ｈ）・ cos（θ）＋ cos（ｈ）・ sin（θ）・ cos（Ａ−α）

そして開口部26面交角ｈｗが９０°を越えた場合、対象となる開口部26面には日射が当たらないこととなる。

ここで、開口部26面は例えば２０ｃｍ角を一単位のセル空間領域とする仮想パネルとして分割される。その仮想パネルと太陽との間に直線を引いた際にその直線上に隣家や庇等の障害物が入り込まなければその仮想パネルは日射を受けるものと判断できる。そして、その日射を受ける仮想パネルへの日射量を合計することにより、その開口部26からの取得日射エネルギー量が演算される。尚、仮想パネルの大きさは適宜設定することが出来る。

具体的には太陽からの直達日射の方向ベクトルと、開口部26面の建物外側方向の法線ベクトルとのベクトル積から日射が与えられるか否かを判断し、日射が与えられた場合に直達日射が開口部26面に対してどのような角度を持つのかを算出し、投影面積の効果、ガラスの透過特性、日射遮蔽手段の効果を考慮することが出来る。開口部26の大きさが一様でないことや高低差があるために開口部26面を複数に分割された仮想パネルとして取り扱うことにより日射計算の簡便さと精度を実現することが出来る。

ここで、直達日射量とは、太陽から直接照射される日差しであり、拡張アメダス気象データによる水平面全天日射量は、該直達日射量と、拡散日射量との和で表わされる。拡散日射量とは、日射が周囲に反射した結果、間接的に検出され、特定の方向を持たず拡散的に認識される日射量である。

本実施形態では、１時間毎の拡張アメダス気象データを利用しており、例えば西日のような日差しを検査するために直接の計算は水平面全天日射量の中で直達日射量のみを対象としている。

水平面全天日射量を直達日射量と拡散日射量とに分離する場合には、直散分離法が知られており、直散分離法には、Nagataモデル、Udagawaモデル、Erbsモデル、Watanabeモデル、Perezモデル等の各モデルが知られている。本実施形態ではWatanabeモデルを採用して拡張アメダス気象データとして水平面全天日射量を直達日射量と拡散日射量とに分離して直達日射量を採用して開口部26からの取得日射エネルギー量を計算した一例である。尚、精度を上げるために直達日射量に拡散日射量を加えて開口部26からの取得日射エネルギー量を計算することも出来る。

取得日射エネルギー量評価システム１の演算装置27に設けられた間取り作成部８は、図５〜図14に示す建物、即ち、住宅の間取り図を作成するものであり、間取り図データベース（以下、「間取り図ＤＢ」という）９から適宜選択して参照することが出来、参照して更新した新たな間取り図を間取り図ＤＢ９に格納することも出来る。また作成した間取り図の中から取得日射エネルギー量評価システム１により取得日射エネルギー量を表示する部屋或いはワンルームの一部の空間領域を選択する機能も備えている。また開口部26面の分割されたパネルの単位面積や枚数等も適宜設定出来る。

また、周辺建物情報作成部12は、建設される建物の周辺隣家や立木等の日射障害物に関する周辺情報図を作成するものであり、周辺建物情報データベース（以下、「周辺建物情報ＤＢ」という）13から参照して作成することも出来る。

図６に示す方位設定画面10を利用して建設される建物の緯度、経度、及び真北を０°としたときの開口部26の戸外に向かう法線方向の角度を入力し、前述した太陽位置演算部３によって演算した太陽の位置と、各開口部26の複数に分割された各仮想パネルの位置とを結んだ直線上に、周辺建物情報作成部12により作成した開口部26の外側に存在する例えば庇や隣家の壁或いは立木等の日射障害物が在るか無いかの条件に基づいて開口部26の各仮想パネルに取得される日射があるか否かを求め、取得日射がある仮想パネルの日射量を合計することによりその開口部26からの取得日射エネルギー量を演算することが出来る。

そして、各開口部26からの取得日射エネルギー量を開口部26単位毎で且つ単位時間毎に取得日射エネルギー量取得手段となる取得日射エネルギー量取得部28により取得される。

ここで、夏日抽出手段となる夏日抽出部14により、取得日射エネルギー量取得部28により取得され、拡張アメダス気象情報ＤＢ２に記憶して格納された気象データによる１日分の水平面全天日射量が所定値以上、或いは気象データによる１日分の平均気温が所定値以上である日を夏日15として抽出し、夏日15対象日数を算出する。

これは夏季に過剰な日射取得がないかどうかを検証するためのものである。本実施形態では、１日分の水平面全天日射量が所定値以上で且つ１日分の平均気温が所定値以上である日を夏日15として抽出した一例について説明するが、１日分の水平面全天日射量が所定値以上か、若しくは１日分の平均気温が所定値以上かのいずれか一方の条件である日を夏日15とすることも出来る。拡張アメダス気象情報には０．１℃単位で１日の平均気温の統計データが含まれており、このデータを利用することが出来る。

例えば、１日分の水平面全天日射量の判定基準値を１４ＭＪ／ｍ^２ｄとし、１日分の平均気温の判定基準値を２５℃として、１日分の水平面全天日射量が１４ＭＪ／ｍ^２ｄ以上で且つ１日分の平均気温が２５℃以上である日を夏日15とするか、もしくは、１日分の水平面全天日射量が１４ＭＪ／ｍ^２ｄ以上または１日分の平均気温が２５℃以上の何れかである日を夏日15とすることが出来る。尚、夏日15の条件は他の種々の条件に設定することも出来、例えば、１日の最低気温が２５℃以上、夜間の最低気温が２５℃以上、１日分の直達日射量が７ＭＪ／ｍ^２ｄ以上等のようにこれ等の各条件で所定の数値に適宜設定し、更に適宜組み合わせて夏日15を抽出することも出来る。

過剰な日射取得を検証する場合、日射が少ない日、曇りの日のデータを含むと全体の平均像としては曖昧になるため夏日15を設定することが有効である。また、その夏日15の日数が少ない場合は気候が比較的寒冷で仮に検査した夏日15は大きな値を示してもコストをかけてまで日射緩和処置が必ずしも得策でない場合もある。その判断目安として夏日15の対象日数を算出し、夏日15が少なければ日射緩和を処置しないで済む。即ち、過剰対応を防止することが出来る。

例えば、図３において、15は１日分の平均気温が２５℃以上で且つ１日分の水平面全天日射量が１４ＭＪ／ｍ^２ｄ以上となる夏日15を示す。水平面全天日射量を１４ＭＪ／ｍ^２ｄ以上と定めたのは鉄骨系ＡＬＣ(軽量気泡コンクリート）建物において、実態に合うことを日射量の変化とこれに応答する室温の関係により確認したからである。

また、冬日抽出手段となる冬日抽出部19により、取得日射エネルギー量取得手段となる取得日射エネルギー量取得部28により取得し、拡張アメダス気象情報ＤＢ２に記憶して格納された気象データによる所定期間中を冬日として抽出し、冬日対象日数を算出する。冬季は例えば図２に示すように、年間平均気温が低くなる１２月〜２月の３ヶ月間の取得日射エネルギー量を積算する。冬季にはどれ位日射を得るかを算出するのが目的である。

取得日射エネルギー量算出手段となる取得日射エネルギー量算出部20は夏日抽出部14により抽出された夏日15において、建物の所定の空間領域に含まれる全ての開口部26から取得される取得日射エネルギー量を算出する。

また取得日射エネルギー量算出部20は外気温を考慮した所定の割増係数を乗じる演算を行う。一般に西面に開口部26がある部屋の場合は東面に開口部26がある部屋と同じ取得日射エネルギー量であっても室温が高くなる。これは西面に開口部26がある部屋は外気温が高い午後以降に取得日射エネルギー量のピークがあるためである。

従って、同じ取得日射エネルギー量であっても室温が高くなる西面に開口部26がある部屋の評価を適正に行うために取得日射エネルギー量に対して外気温を考慮した所定の割増係数を乗じて補正する。例えば、外気温が２５℃以上の場合には、その外気温（℃）を２５℃で除した値を割増係数として、建物の所定の空間領域に含まれる全ての開口部26から取得される取得日射エネルギー量に乗じて外気温の効果を取り入れた補正取得日射エネルギー量とすることが出来る。２５℃を重み付けの基準としたのは１日の最低気温が２５℃以上となる所謂、熱帯夜を基準とした一例である。

また、取得日射エネルギー量調整手段となる取得日射エネルギー量調整部29により、開口部26からの取得日射を遮る周辺建物、または開口部26に設けられる種々の日射遮蔽要素により該開口部26面が受ける取得日射エネルギー量を調整することが出来る。

開口部26に設けられる種々の日射遮蔽要素の日射遮蔽機能情報は、日射遮蔽機能情報データベース（以下、「日射遮蔽機能情報ＤＢ」という）25に記憶して格納されており、取得日射エネルギー量調整部29は日射遮蔽機能情報ＤＢ25に格納された種々の日射遮蔽要素の日射遮蔽機能情報から所定の係数を開口部26から取得される取得日射エネルギー量に乗じて日射遮蔽要素の効果を取り入れた補正取得日射エネルギー量とすることが出来る。

一般に外部日射量が同じとき東面の開口部26からの取得日射エネルギー量よりも南面の開口部26からの取得日射エネルギー量が小さくなる。これは、開口部26に設けられたガラスの日射透過率が太陽の入射角によって異なるためである。

例えば、ガラスの日射透過率は、日射の入射角が０度〜６０度までは略一定であるが、日射の入射角が６０度を越えるあたりから急激に低下し、日射の入射角が９０度に達すると、ガラス表面で全反射するため日射透過率は０となる。従って、各種のガラスの０度〜６０度の範囲での一定の日射透過率に対して、日射の入射角が６０度〜９０度の範囲の所定の角度に対応する補正率を乗じることにより、日射の入射角に対応したガラスの日射透過の効果を取り入れた補正取得日射エネルギー量とすることが出来る。

取得日射エネルギー量積算手段となる取得日射エネルギー量積算部11は、夏日抽出部14により抽出された夏日15日数に亘って取得日射エネルギー量を積算する。即ち、取得日射エネルギー量積算部11は開口部26からの取得日射エネルギー量を開口部26単位毎で且つ単位時間毎に取得する取得日射エネルギー量取得手段となる取得日射エネルギー量取得部28により取得され、拡張アメダス気象情報ＤＢ２に記憶された夏日15の取得日射エネルギー量を積算する。

判別手段となる判別部16は、取得日射エネルギー量積算部11により積算された建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったか否かを判別する。

前記所定の閾値は、建物の空間領域単位での体感許容限界の積算取得日射エネルギー量に設定されており、更に詳しくは、建物の建物構成による熱応答特性に基づいて該建物の空間領域内の室温上昇温度程度から設定することが出来る。

即ち、図15を参照して、建物の建物構成による熱応答特性に基づく熱のバランスとしては以下の数３式に示す通りである。

〔数３〕
Ｑ＋ｑ＋ｑ_Ｓ＝Ｔ_ＲＣ_Ｒ＋Ｔ_ＫＣ_Ｋ＋Ｌ

ここで、直接知りたいのは人が感じる温度となるＴ_Ｒである。しかしながら、上記数３式の様な関係があり、また現実には室は熱的に単純でなく、必ず熱移動が発生するために容易に知ることは出来ない。

熱移動の複雑さで解り易い例としては、壁や室は熱容量を有するために、温度変化は瞬時に生じるのではなく、熱移動を行った結果として与えられることが挙げられる。一例として特段の空調を施さなくとも外気温の変化に応じて室温は変化するが、外気温と一致するのではなく異なった室温を表すことが挙げられる。

一方、この熱の変化の緩やかさは、散乱日射や外気温の応答が室温変化に比べて、一旦緩衝されて伝わってゆくことで理解出来る。この緩衝は部屋の内部の空間領域を囲い込んでいる部分が室温に対しての緩衝を行っていると推測することで理解出来る。またこのことは外壁を介しての熱移動は、壁部分を緩衝体として行われることから室内部にとってみれば、かなり均一化した影響の仕方になると推測することに繋がる。

ここで直達日射効果のみを異ならせた部屋Ｅ（東側の部屋）と部屋Ｗ（西側の部屋）を想定すると、以下の数４式の通りである。

〔数４〕
Ｑ_Ｅ＋ｑ_Ｅ＋ｑ_ＳＥ＝Ｔ_ＲＥＣ_ＲＥ＋Ｔ_ＫＥＣ_ＫＥ＋Ｌ_Ｅ
Ｑ_Ｗ＋ｑ_Ｗ＋ｑ_ＳＷ＝Ｔ_ＲＷＣ_ＲＷ＋Ｔ_ＫＷＣ_ＫＷ＋Ｌ_Ｗ

外壁を介した熱移動が平均化されるとして、即ちｑ_Ｅ＝ｑ_Ｗ、ｑ_ＳＥ＝ｑ_ＳＷ、Ｌ_Ｅ＝Ｌ_Ｗで、また部屋の熱的応答特性は同じであるはずだから、Ｃ_ＲＥ＝Ｃ_ＲＷ、Ｃ_ＫＥ＝Ｃ_ＫＷであるから以下の数５式となる。

〔数５〕
Ｑ_Ｅ−Ｑ_Ｗ＝Ｃ_Ｒ（Ｔ_ＲＥ−Ｔ_ＲＷ）＋Ｃ_Ｋ（Ｔ_ＫＥ−Ｔ_ＫＷ）

こうすることで環境に基づく変動因子は消すことが出来る。但し、壁の熱容量等の存在から一義的に室の熱容量を決めることまでは出来ない。また熱容量の存在の為に温度分布、熱移動が発生することから室温Ｔ_Ｒと壁温度Ｔ_Ｋを一意的に関係付けることは不可能である。とはいえ一時近似として係数を介して結びつけることを想定すると、以下の数６式となる。

〔数６〕
Ｑ_Ｅ−Ｑ_Ｗ＝Ｃ′_Ｒ（Ｔ_ＲＥ−Ｔ_ＲＷ）
Ｃ′_Ｒ：見掛けの室の熱容量

Ｃ_Ｋの存在と熱移動の影響でＣ′_Ｒは一定値ではないが、見掛け変動を説明する係数としては有意義なもので実測から推測出来るものである。この関係式は直達日射による供給熱量と室内温度の関係を示しているものだが、さらに外気温による供給熱量の影響を加えた供給熱量と室温変化を結びつける関係を推定すると以下の数７式となる。

〔数７〕
Ｑ＋ｑ_Ｓ＝Ｃ″_ＲＴ

そして、上記数７式において、例えば１時間ごとに、Ｑに何らかの修正を加えることで前述したように、外気温の効果を取り入れる形式とする可能性を見出すことが出来る。外気温による供給熱量の影響もその根源は太陽熱であり、両者が相関することは矛盾しない。

即ち、Ｑ＋ｑ_Ｓを、Ｑを補正して求めるとして、Ｑ×（Ｔ_Ｓ℃／２５℃）（ここでＴ_Ｓが２５℃以上であれば該Ｔ_Ｓ℃を２５℃で除した値とする。Ｔ_Ｓが２５℃より低ければ重み付けはしない）とすることが出来る。これを外気温を考慮した割増係数という。この場合に２５℃を重みの規準としたのは、いわゆる熱帯夜（１日の最低気温が２５℃以上）を目安とした一例であり、外気温の効果を考慮することで例えば夕刻外気温が高くかつ日射が射し込む、いわゆる西日の効果を考慮した補正が出来る。またこうした補正を、例えば１時間毎に、取得日射エネルギー量を算出することで外気温が変化してゆく場合の影響も勘案することが出来る。なお、ここでは２５℃以上としたが、気象条件の異なる場所では、例えば湿度を勘案して、他の温度にしても良い。

ここで、熱応答特性を求める場合の一例としては、外界条件が同じに設定された開口部26が東に面する東室と、開口部26が西に面する西室とを設置し、東室と西室の温度差と、それぞれの開口部26からの取得日射エネルギー量の差とから算出することが出来る。即ち、同日の両室の室内温度差は、外界条件が同じなので単純に開口部26からの取得日射エネルギー量の差によると考えられるため、単位時間当たりのΔＱ／ΔＴ_Ｒを熱応答特性（熱容量に相当する）とすることが出来る。

そして、表示手段となるコンピュータの表示画面、即ち、表示部17は、図９〜図14に示すように、判別部16により、建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合に、その空間領域を特定して建物図面上の空間領域に表示する。本実施形態では、判別部16により、建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合に、その空間領域の色彩を他の空間領域の色彩と異なるように表示した一例を示す。

次に図４を用いて、取得日射エネルギー量評価システム１により建物の夏季の検証を行う様子について説明する。先ず、ステップＳ_１において、間取り図を作成する。次にステップＳ_２において、間取り作成部８により間取り図ＤＢ９に格納された間取り図サンプルを参照して、図５に示すように、ＣＡＤ（Computer Aided Design;コンピュータによる設計製図）による間取り入力を行う。

このとき、周辺建物情報作成部12により周辺建物情報を入力する。周辺建物情報ＤＢ13に格納された周辺建物情報を参照することも出来る。

次にステップＳ_３において、図６に示す方位設定画面10を利用して建物位置情報を入力する。建物の位置情報としては、建物の緯度、経度を入力するか若しくは建物の住所を入力することも出来る。建物の位置情報（緯度、経度）と月日時間から太陽位置演算部３により太陽高度と太陽方位角を求め、直達日射の方向角、高度とする。

次にステップＳ_４において、評価する空間領域を入力する。このとき、図７に示すように、検証する部屋やワンルーム内の一部の空間領域を指定することで検証空間領域の選択を行うことが出来る。

次にステップＳ_５において、アメダス気象データの参照地点を指定する。図８に示すポップアップメニューをクリックして、アメダス地域設定画面18を利用して建物の設置場所に最も近い気象条件であるアメダス観測点を選択する。

次にステップＳ_６において、アメダス地域設定画面18の計算実行ボタン18ａをクリックして取得日射シミユレーションを実行する。取得日射エネルギー量取得部28は拡張アメダス気象情報ＤＢ２に格納された気象データから検査対象期間のデータを抽出する。このとき、１日分の平均気温が２５℃以上で且つ１日分の水平面全天日射量が１４ＭＪ／ｍ^２ｄ以上となる夏日15を抽出すると共に、年間平均気温が低くなる１２月〜２月の３ヶ月間を冬日として抽出する。

夏日15と冬日の検査期間の初期時刻から最終時刻までの取得日射エネルギー量を演算し積算して行く。最終時刻になった時点で全開口部26毎に夏季と冬季の積算された取得日射エネルギー量を夏日15及び冬日の夫々の総日照時間数で割った１時間当たりの積算取得日射エネルギー量として一同に表示する（図９、図11、図13参照）。

ステップＳ_７において、判別部16は取得日射エネルギー量積算部11により積算された建物の空間領域単位での夏季の積算された取得日射エネルギー量を夏日15の総日照時間数で割った１時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったか否かを判別し、所定の閾値以上になっていれば、ステップＳ_８において、該空間領域の床面を例えば薄赤色に彩色する。

本実施形態では、空間領域の一畳当たり（天井高さ２．４ｍとして）の夏季の積算された取得日射エネルギー量を夏日15の総日照時間数で割った１時間当たりの積算取得日射エネルギー量が７０ＫＪ／１畳・天井高さ２．４ｍ・１時間以上になった場合にその空間領域の床面を薄赤色に彩色するように構成している。本実施形態の所定の閾値を７０ＫＪ／１畳・天井高さ２．４ｍ・１時間としたのは、実際の建物における体感許容限界のアンケート調査と、実測した取得日射エネルギー量に基づいて設定したものである。

図９及び図10は建物の空間領域となる部屋６，７の両方が夏日15において、閾値となる７０ＫＪ／畳以上となって部屋６，７の床面が薄赤色に彩色して表示された一例である。尚、図９から図14において、部屋６，７の中央に積算所得日射エネルギー量の単位がＫＪ／畳になっているが、これは顧客への便宜上の表示で、天井高さ２．４ｍ・１時間を省略したものであり、正確には、ＫＪ／１畳・天井高さ２．４ｍ・１時間である。

取得日射エネルギー量は開口部26を透過した後の部屋等の空間領域に供給されるエネルギー量を指しており、特別な日射遮蔽要素を用いない場合でも開口部26により閉じられた空間領域に、通常の開口部26を透過して供給される取得日射エネルギー量を計算している。また種々の日射遮蔽要素を用いた場合でも、検査している空間領域は開放されておらず、何らかの形態で開口部26に存在して日射が部分的に遮蔽されるものである。

図９及び図10は開口部26に特別な日射遮蔽要素を設けずに低放射ペアガラスで構成された開口部26である。本実施形態では、部屋６，７の床面が薄赤色に彩色して表示する。また、部屋６，７に含まれるそれぞれの開口部26からの夏季と冬季の取得日射エネルギー量をそれぞれ棒グラフで各開口部26毎に表示すると共に、１空間領域（例えば１つの部屋）に複数の開口部26を有する場合には、各開口部26の夏季と冬季の各取得日射エネルギー量を取得日射エネルギー量算出部20により加算して、それぞれに加算された夏日15と冬日の各取得日射エネルギー量を夏季及び冬季の取得日射エネルギー量として各空間領域（部屋）に一同に表示したものである。

尚、図９及び図10に表示された夏季及び冬季のそれぞれの取得日射エネルギー量は、取得日射エネルギー量積算部11により積算された夏日15及び冬日のそれぞれの積算取得日射エネルギー量を夏日15及び冬日のそれぞれの総日照時間数で割った１時間当たりの積算取得日射エネルギー量としている。

夏季と冬季の各取得日射エネルギー量を表す棒グラフは、特定の開口部26毎に１つ作成されて引き出し線で連結される。またグラフの初期位置は建物全体の重心と各開口部26の中心とを結んだ線分上で建物から適度に離れた位置に表示され、画面上でドラッグすることで移動出来、必要に応じて消去することも出来る。

開口部26に何もない単なる開け放たれた開口部26面と比較すると、天井高さ２．４ｍ・１時間、低放射ペアガラスで構成された開口部26だけで日射遮蔽率は３５％である。即ち、６５％だけ日射を透過する。

前記ステップＳ_８において、部屋６，７の床面が薄赤色に彩色されたため、ステップＳ_９において、日射遮蔽要素による日射対策を行う。図11及び図12は日射遮蔽要素の一例として部屋６の低放射ペアガラスで構成された開口部26に固定式日射遮蔽部材21を取り付けた場合の一例である。

次に前記ステップＳ_６に戻って取得日射シミュレーションを実行し、判別部16により、取得日射エネルギー量積算部11により積算された建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったか否かを判別する。

図11及び図12において、部屋６は、開口部26に固定式日射遮蔽部材21を取り付けたことにより取得日射エネルギー量積算部11により積算された建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が閾値となる７０ＫＪ／１畳・２．４ｍ・１時間よりも小さくなり、床面が白色に変更される。

同時に夏季と冬季のそれぞれの取得日射エネルギー量が図９と同様に棒グラフでその開口部26に表示される。低放射ペアガラスの開口部26で日射が６５％透過し、更に固定式日射遮蔽部材21で日射が６５％透過するため、全体で４２．３％（６５％×６５％＝４２．３％）の日射が透過する。即ち、日射遮蔽率としては５８％である。

前記ステップＳ_８において、部屋７の床面が薄赤色に彩色されたため、ステップＳ_９において、再度、日射遮蔽要素による日射対策を行う。図13及び図14は日射遮蔽要素の一例として部屋７の開口部26に同じく固定式日射遮蔽部材21を取り付けた場合の一例である。

図13及び図14において、部屋７にも開口部26に固定式日射遮蔽部材21を取り付けたことにより取得日射エネルギー量積算部11により積算された建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が閾値となる７０ＫＪ／畳よりも小さくなり、床面が白色に変更される。

同時に夏季と冬季のそれぞれの取得日射エネルギー量が図９、図11と同様に棒グラフでその開口部26に表示される。

尚、固定式日射遮蔽部材21、遮熱ガラス、可動式日射遮蔽部材等の日射遮蔽機能情報は日射遮蔽機能情報データベース（以下、「日射遮蔽機能情報ＤＢ」という）25に記憶して格納されており、取得日射エネルギー量積算部11により夏日15及び冬日の取得日射エネルギー量を積算する際に各日射遮蔽率が利用される。

付け庇24や周辺建物は、目的の建物の地球上の位置（緯度、経度、或いは所在住所等）、季節及び時刻に対応した太陽位置を太陽位置演算部３により演算し、時々刻々と移動する太陽の位置と、各開口部26の複数に分割された各仮想パネルの位置とを結んだ直線上に、周辺建物情報作成部12により作成した開口部26の外側に存在する隣家や付け庇24や構造庇が在るか無いかの条件に基づいて開口部26の各仮想パネルに取得される日射があるか否かを求め、取得日射がある仮想パネルへの日射量を合計することによりその開口部26からの取得日射エネルギー量を演算する。

例えば可動式日射遮蔽部材を利用した場合には夏季の取得日射エネルギー量は低減するが冬季の取得日射エネルギー量は変化しない。一方、固定式日射遮蔽部材21と遮熱ガラスでは夏季と冬季の取得日射エネルギー量を概ね同程度に減少させる。

また付け庇24を適宜調整することが出来れば冬季の取得日射エネルギー量の低減に比べて夏季の取得日射エネルギー量をより多く遮蔽することが出来ることが分かる。また隣接建物の影響は逆に夏季の取得日射エネルギー量の低減以上に冬季の取得日射エネルギー量低減に影響してしまうことが分かる。

各日射遮蔽要素には上述した特性があるために、取得日射エネルギー量が大きいからといって闇雲に日射遮蔽要素を講じると、冬季の取得日射エネルギー量も減じてしまい冬季にはむしろ多く取り入れたい取得日射エネルギー量を有効に活用出来なくなる。このため、それぞれの日射遮蔽要素の特性を活かしながら取得日射エネルギー量を制御するために多様な日射遮蔽要素の準備とその特性を活かすために夏季と冬季の取得日射エネルギー量の評価を同時に表示することが不可欠となる。

また、付け庇24の効果や周辺建物の影響はその配置や寸法、建物自身がどの方向にどの種類の開口部26を有するかでその影響程度が様々に変化する。一般的に付け庇24は夏季の南向きの日射を遮蔽するには有効であることが知られているが、例えば開口部26が南から３０°傾いた方向を向いているとすれば一体どの程度に遮蔽効果を有するのか容易には判断出来ない。従って、上記のような取得日射エネルギー量評価システム１を構築して始めて簡便な検討が可能となる。

ステップＳ_７において、各部屋の積算取得日射エネルギー量が閾値よりも小さくなった時点で処理を終了する。

尚、本発明は共同住宅・寄宿舎・学校・老人ホーム・保育所・ホテル又は旅館等、住宅という建物用途に関わらず部屋単位の日射取得エネルギー評価を必要とする空間に用いることが出来る。

本発明の活用例として、建物の空間領域毎に日射を透過可能な開口部からの取得日射エネルギーを得たとき単位時間当たり、且つ単位体積当たりの取得日射エネルギー量の適否を判定する取得日射エネルギー量評価システムに適用出来、建物以外にも適用出来る。

本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムの制御系の構成を示すブロック図である。拡張アメダスの気象データの一例をグラフ化して示す図である。拡張アメダスの気象データの一例をグラフ化して示す図である。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより建物室内の温熱環境の評価を行う様子を示すフローチャートである。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより建物の間取り図を作成した様子を示す図である。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより建物が設置された方位を設定する様子を示す図である。評価する空間領域を選択した様子を示す図である。アメダスの地域を設定する様子を示す図である。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより表示された画像の一例を示す図である。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより表示された画像の一例を示す図である。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより表示された画像の一例を示す図である。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより表示された画像の一例を示す図である。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより表示された画像の一例を示す図である。本発明に係る取得日射エネルギー量評価システムにより表示された画像の一例を示す図である。建物の建物構成による熱応答特性を説明する図である。

１…取得日射エネルギー量評価システム
２…拡張アメダス気象情報ＤＢ
３…太陽位置演算部
４…入力部
５…一時記憶装置
６，７…部屋
８…間取り作成部
９…間取り図ＤＢ
10…方位設定画面
11…取得日射エネルギー量積算部
12…周辺建物情報作成部
13…周辺建物情報ＤＢ
14…夏日抽出部
15…夏日
16…判別部
17…表示部
18…アメダス地域設定画面
18ａ…計算実行ボタン
19…冬日抽出部
20…取得日射エネルギー量算出部
21…固定式日射遮蔽部材
24…付け庇
25…日射遮蔽機能情報ＤＢ
26…開口部
27…演算装置
28…取得日射エネルギー量取得部
29…取得日射エネルギー量調整部

Claims

建物の空間領域毎に日射を透過可能な開口部からの取得日射エネルギーを得たとき、取得日射エネルギー量の適否を判定する取得日射エネルギー量評価システムであって、
気象データによる１日分の水平全天日射量又は直達日射量が所定値以上とする条件と、気象データによる１日分の平均気温又は最低気温又は夜間の最低気温が所定値以上とする条件のうち、いずれか一方又は両方の条件を満たす日を夏日として抽出する夏日抽出手段と、
前記夏日抽出手段により抽出された夏日において、前記建物の所定の空間領域に含まれる全ての開口部から取得される取得日射エネルギー量を算出する取得日射エネルギー量算出手段と、
前記夏日抽出手段により抽出された夏日日数に亘って取得日射エネルギー量を積算する取得日射エネルギー量積算手段と、
前記取得日射エネルギー量積算手段により積算された前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段により、前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合にその空間領域を特定して表示する表示手段と、
を有することを特徴とする取得日射エネルギー量評価システム。
前記表示手段は、前記判別手段により、前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合に、建物図面においてその空間領域の表示を他の空間領域の表示と異なるように表示することを特徴とする請求項１に記載の取得日射エネルギー量評価システム。
前記所定の閾値は、前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの体感許容限界の積算取得日射エネルギー量に設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の取得日射エネルギー量評価システム。
前記所定の閾値は、前記建物の建物構成による熱応答特性に基づいて該建物の空間領域内の室温上昇程度から設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の取得日射エネルギー量評価システム。
前記取得日射エネルギー量算出手段は、外気温を考慮した所定の割増係数を乗じる演算を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の取得日射エネルギー量評価システム。
前記開口部からの取得日射を遮る周辺建物、または前記開口部に設けられる日射遮蔽要素により該開口部面が受ける取得日射エネルギー量を調整する取得日射エネルギー量調整手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の取得日射エネルギー量評価システム。
前記表示手段は、コンピュータの表示画面上に表示することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の取得日射エネルギー量評価システム。
建物の空間領域毎に日射を透過可能な開口部からの取得日射エネルギーを得たとき、取得日射エネルギー量の適否を判定する取得日射エネルギー量評価システムであって、
気象データによる１日分の水平全天日射量又は直達日射量が所定値以上とする条件と、気象データによる１日分の平均気温又は最低気温又は夜間の最低気温が所定値以上とする条件のうち、いずれか一方又は両方の条件を満たす日を夏日として抽出する夏日抽出手段と、
前記夏日抽出手段により抽出された夏日において、前記建物の所定の空間領域に含まれる全ての開口部から取得される取得日射エネルギー量を算出する取得日射エネルギー量算出手段と、
前記夏日抽出手段により抽出された夏日日数に亘って取得日射エネルギー量を積算する取得日射エネルギー量積算手段と、
前記取得日射エネルギー量積算手段により積算された値を総日照時間で除し更に前記建物の空間領域単位当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段により、前記建物の空間領域単位での所定時間当たりの積算取得日射エネルギー量が所定の閾値以上になったと判別した場合にその空間領域を特定して表示する表示手段と、
を有することを特徴とする取得日射エネルギー量評価システム。