JP5428062B2

JP5428062B2 - モニター屋根およびモニター屋根内部の反射光路形成方法

Info

Publication number: JP5428062B2
Application number: JP2010002236A
Authority: JP
Inventors: 秀雄新井; 宣男丸山; 秀行蘇原
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: JP2011140810A

Description

本発明は、工場，体育館，市場，畜舎，焼却場などの各種建屋の屋根部分に取り付けられて建屋内部に対する元々の換気作用だけではなく採光作用をも呈するモニター屋根および、モニター屋根内部の反射光路形成方法に関する。

モニター屋根は、建屋の屋根の頂部（棟部）などに設定された例えば細長い箱型形状からなる小屋根（図４参照）である。

なお、本明細書においてはこの箱型形状の長手方向を「縦」と記し、この長手方向と直交する方向を「横」と記す。図１〜図３および、図５はいずれも横方向の断面状態を示している。また、モニター屋根の下開口部と上開口部との間の空間域を「モニター空間」という。

建屋内部はモニター屋根経由で建屋外部と連通しており、温度上昇した建屋内空気などもこのモニター屋根から建屋外に排気される。

ここで建屋内部の換気のみならず、建屋外の自然光を建屋内部に積極的，効率的に取り込めるモニター屋根および、そこでの反射光路形成が望ましく、本発明はこのような要請に応えるものである。

モニター屋根は例えば、
・外部空間とのいわばインタフェースとしての上開口部
・建屋内部とのいわばインタフェースとしての下開口部
・上開口部から下開口部までにわたるモニター空間画定部（外壁部など）
・下開口部の上側に設定される（当該下開口部に対しての）内屋根部
などからなっている。

従来、建屋外の自然光を建屋内部に積極的に取り込むための構成要素を備えたモニター屋根として、
(11)モニター空間画定部の両側壁面全体に採光窓を設けたモニター屋根（下記特許文献１参照）
(12)内屋根部を透明な強化合成樹脂や強化ガラスで構成したモニター屋根（下記特許文献２参照）
などがある。

これらはいずれも、建屋外の自然光を、モニター屋根の下開口部に直射光として導入するといった考えのものである。

特開平５−１８０４７６号公報特開平９−３０３８３６号公報

このような窓や強化ガラスなどの採光作用部をモニター屋根に設けるといった従来の採光方式は、施工コストが高く、また施工作業も煩雑化しやすいという問題点を有している。特にこれらの採光作用部を既存のモニター屋根へ後から施工する場合に、この問題点が顕著化する。

さらには、ガラス製の採光作用部が、外気や建屋内（工場）の熱などの影響を受けて劣化しやすいという問題点があった。

そこで本発明では、モニター屋根の上開口部から内屋根部の回り部分を経て下開口部へといたる非直線状の空間域（モニター空間の一部）を、上開口部の入射自然光に対する下開口部までの正反射光路として積極的に利用し、これによりモニター屋根から建屋内への自然採光を低コストで、かつ簡単な施工で実現できることを目的とする。

すなわち、上開口部から下開口部までの間に例えば連続して設けられたモニター空間内面部および、内屋根部の下面部に鏡面反射部、例えば金属製のシート状鏡面反射材を取り付けた鏡面反射部を設け、上開口部の入射自然光を当該鏡面反射部での正反射作用により下開口部へと導入して、モニター屋根から建屋内への自然採光の確実化を図ることを目的とする。

また、上開口部の入射自然光が先ず、上開口部の下方（＝下開口部の上方）に位置する内屋根部の上面の拡散反射部、例えば金属製のシート状拡散反射材を取り付けた拡散反射部にあたり、そこからの拡散反射光がモニター空間内面部や内屋根部の下面部で鏡面反射するようにして、モニター屋根から建屋内への自然光導入の効率化を図ることを目的とする。

また、上開口部から下開口部に到達した自然光を建屋内へ入れるための導光部を備えて、モニター屋根から建屋内への自然光導入の一層の効率化を図ることを目的とする。

本発明は、以上の課題を次のようにして解決する。
（１）建屋の屋根部分（例えば後述の屋根本体１）に取り付けられて建屋内部の換気作用を呈するモニター屋根（例えば後述のモニター屋根５）において、
自然光の受光口および上換気口として作用する上開口部（例えば後述の上開口部３）と、
前記建屋の屋根部分に形成されて、前記建屋内部への自然光の放光口および下換気口として作用する下開口部（例えば後述の下開口部１ｂ）と、
前記上開口部から前記下開口部までにわたるモニター空間内面部（例えば後述の外壁部２の内面および底面部１ａ）と、
前記上開口部および前記下開口部の間に、前記モニター空間内面部から離間した状態で設定された内屋根部（例えば後述の内屋根部４）と、を具備し、
前記内屋根部の下面部および前記モニター空間内面部は、
それぞれ鏡面反射部（例えば後述の鏡面反射用シート材１１）が設けられて、
前記モニター空間内面部および前記内屋根部は、
前記上開口部から入射して当該モニター空間内面部の前記鏡面反射部で反射した自然光が、当該内屋根部の下面部の前記鏡面反射部で再反射して、前記下開口部から前記建屋内部へと進む、態様で配設され、
前記上開口部から前記内屋根部の回り部分を経て前記下開口部へといたる非直線状の空間域が、当該上開口部への入射自然光に対する当該下開口部までの正反射光路として作用する、
構成態様のものを用いる。
（２）上記（１）において、
前記鏡面反射部としてシート状鏡面反射材を用いる。
（３）上記（１）において、
前記内屋根部の上面部に、
拡散反射部（例えば後述の拡散反射用シート材１２）を設ける。
（４）上記（３）において、
前記拡散反射部としてシート状拡散反射材を用いる。
（５）上記（１）〜（４）において、
前記上開口部から前記下開口部に到達した自然光を前記建屋内部に入れるための導光部（例えば後述の先開きルーバーユニット１５）を備える。
（６）建屋の屋根部分に取り付けられて建屋内部の換気作用を呈し、
自然光の受光口および上換気口として作用する上開口部と、前記建屋の屋根部分に形成されて、前記建屋内部への自然光の放光口および下換気口として作用する下開口部と、前記下開口部から前記上開口部までにわたるモニター空間内面部と、当該上開口部および当該下開口部の間に、当該モニター空間内面部から離間した状態で設定された内屋根部と、を具備する、
モニター屋根内部の反射光路形成方法において、
前記内屋根部の下面部および前記モニター空間内面部のそれぞれに鏡面反射部を設定し、
前記モニター空間内面部および前記内屋根部を、
前記上開口部から入射して当該モニター空間内面部の前記鏡面反射部で反射した自然光が、当該内屋根部の下面部の前記鏡面反射部で再反射して、前記下開口部から前記建屋内部へと進む、態様で配設し、
前記上開口部から前記内屋根部の回り部分を経て前記下開口部へといたる非直線状の空間域を、当該上開口部への入射自然光に対する当該下開口部までの正反射光路として作用させる。

本発明は、以上の構成からなるモニター屋根および、モニター屋根の光路形成方法を対象としている。

本発明はこのように、モニター屋根の上開口部から内屋根部の回り部分を経て下開口部へといたる非直線状の空間域（モニター空間の一部）を、上開口部の入射自然光に対する下開口部までの正反射光路として積極的に利用しているので、モニター屋根から建屋内への自然採光を低コストで、かつ簡単な施工で実現できることができる。

また、上開口部の入射自然光が先ず、上開口部の下方（＝下開口部の上方）に位置する内屋根部の上面の拡散反射部、例えば金属製のシート状拡散反射材を取り付けた拡散反射部にあたり、そこからの拡散反射光がモニター空間内面部や内屋根部の下面部で鏡面反射するようにしているので、モニター屋根から建屋内への自然光導入の効率化を図ることができる。

このように上開口部３への入射光を先ず拡散反射させることにより、
(21)平行に入射する直達光が凹面に反射して集光し、発熱，発火などの事故を防止でき、
(22)季節や時間帯による採光状態の大きな変動を緩和できる。

また、上開口部から下開口部に到達した自然光を建屋内へ入れるための導光部を備えているので、建屋内へ放射される光の拡散範囲を広げることができる。

モニター屋根の横方向断面を示す説明図である。図１のモニター屋根の上開口部に入射した自然光が下開口部にいたるまでの反射状態を示す説明図である。図１のモニター屋根の下開口部近くの梁部材に、下開口部まで到達した自然光を建屋内部に入れるための先開きタイプのルーバーユニットを取り付けた状態を示す説明図である。モニター屋根を設けた工場建屋の外観（概要）を示す説明図である。図１とは別形態のモニター屋根（スケルトンのみ）の横方向断面を示す説明図である。

図１〜図５を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。

上述したように本発明のモニター屋根は、工場，体育館，市場，畜舎，焼却場などの各種建屋に適用されるものであるが、以下の記載では単なる説明の便宜上、工場を前提とする。

図１〜図５で用いるアルファベット付き参照番号の構成要素（例えば底面部１ａ）は原則として当該参照番号の数字部分の構成要素（例えば屋根本体１）の一部である、ことを示している。

図１〜図５において、
１は折板などからなる周知の屋根本体，
１ａはモニター屋根の構成要素であって屋根本体上面の一部からなる底面部，
１ｂはモニター屋根の構成要素であって当該屋根本体に形成された下開口部，
２はモニター屋根の構成要素であって複数の大波鉄板や大波スレート板などからなる上開口のいわば蒲鉾形状の外壁部（図４参照），
３はモニター屋根の構成要素であって外壁部２の上端側に設定される上開口部，
４はモニター屋根の構成要素であって下開口部１ｂと上開口部３との間のモニター空間に、複数の波鉄板または波スレート板などで設定された内屋根部，
５はこれらの底面部１ａ，下開口部１ｂ，外壁部２，上開口部３および内屋根部４などからなるモニター屋根，
６は屋根本体１を支持するＨ形鋼，
７は外壁部２および内屋根部４をＨ形鋼６で受けるために設けられた、例えば鋼材，木材，合成樹脂材などからなる複数の柱部材，
７ａはＨ形鋼６に直接支えられている第１の柱部材，
７ｂは後述の第１のＣ型チャンネル８を介して外壁部２が取り付けられる上側円弧状の第２の柱部材，
８は第２の柱部材７ｂに固定されて外壁部２の直接の取付け対象となる第１のＣ型チャンネル（鋼材），
９は外壁部２および内屋根部４をＨ形鋼６で受けるために設けられた、例えば鋼材，木材，合成樹脂材などからなる複数の梁部材，
９ａは後述の第２のＣ型チャンネル１０を介して内屋根部４が取り付けられる第１の梁部材，
９ｂは屋根本体１の下開口部１ｂを跨ぐ形で設けられた第２の梁部材，
１０は第２の梁部材９ａに固定されて内屋根部４の直接の取付け対象となる第２のＣ型チャンネル（鋼材），
１１は第１のＣ型チャンネル８，底面部１ａおよび第２のＣ型チャンネル１０（の下側部分）に取り付けられた鏡面反射用シート材，
１２は内屋根部４または第２のＣ型チャンネル１０（の上側部分）に取り付けられた拡散反射用シート材，
１３は柱梁接合部間に設けられた、例えば鋼材，木材，合成樹脂材などからなる複数の筋交い部材，
１４は内屋根部４の屋根面に入り込む雨水などを屋根本体１に流すための（樋）排水管，
１５は第２の梁部材９ｂに金具固定された光導入用の先開きルーバーユニット，
をそれぞれ示している。

また、図２，図３において、
Ａはモニター屋根５の上開口部３に入ってくる自然光の中で、内屋根部４の拡散反射用シート材１２にあたらずに、もっぱら鏡面反射用シート材１１での正反射によって下開口部１ｂから建屋内に導入される入射光，
Ｂはモニター屋根５の上開口部３に入ってくる自然光の中で、内屋根部４の拡散反射用シート材１２にあたって先ず乱反射し、続いてこの乱反射光が鏡面反射用シート材１１での正反射によって下開口部１ｂから建屋内に導入される入射光，
をそれぞれ示している。

また、図５において、
１６は外壁部２とは別タイプ、すなわち下端側が屋根本体１の下開口部１ｂまで延伸しているタイプの外壁部，
１７は外壁部２，１６とは別タイプ、すなわち下端側が屋根本体１の下開口部１ｂまで延伸し、かつ内屋根部４の回りの上部分も開口しているタイプの外壁部，
１８は内屋根部４の回りの上開口部に設けられて雨水が屋根本体１の下開口部１ｂの方に侵入することを防止するためのルーバー
をそれぞれ示している。

図５は、その外壁部１６，１７を備えるモニター屋根にも本発明が適用できることを示すためのものであり、鏡面反射用シート材１１および拡散反射用シート材１２などを省略した形になっている。図５のモニター屋根の場合、図１〜図４のモニター屋根５の構成要素である（屋根本体１の）底面部１ａは存在しない。

ここで、鏡面反射用シート材１１には、ドイツAlanod社（アラノッド）製の鏡面仕様アルミシート「MIRO２」（「MIRO」は登録商標）を用いる。この鏡面仕様のアルミシートの代わりに、鏡面仕様のステンレス製シートや、銀，アルミニウムの真空金属蒸着フィルム処理を施した樹脂シートなどを用いてもよい。

拡散反射用シート材１２には、
・ドイツAlanod社（アラノッド）製の梨地平面仕様アルミシート「MIRO８」（「MIRO」は登録商標）
・ドイツAlanod社（アラノッド）製の凹凸平面仕様アルミシート「MIRO９」（「MIRO」は登録商標）
・株式会社古河スカイ製の拡散反射アルミシート「ファスコートクリスタル（登録商標）」
・その他、白色系（白色，アイボリー，クリーム，イエローなど）の高反射率拡散面を備えたシート材
などを用いる。

図示のモニター屋根の第１の特徴は、もっぱら鏡面反射用シート材１１での正反射によって、すなわち拡散反射用シート材１２での乱反射を要することなしに、上開口部３から下開口部１ｂを経て建屋内に導入される入射光Ａの正反射光路を形成したことである。

この正反射光路を形成するのは、上開口部３から下開口部１ｂまでにわたるモニター空間内面部（＝外壁部２の内面＋底面部１ａ）および、内屋根部４の下面側に設けられた鏡面反射用シート材１１である。

すなわち、このモニター空間内面部と、上開口部３，内屋根部４および下開口部１ｂとの空間的な配置関係に着目したものであり、上開口部３から下開口部１ｂまでのモニター空間において、上開口部への入射光を積極的に正反射させることにより下開口部へと導いている。

特に図５(b)のような、上開口部３が内屋根部４よりもその外側まで広がっているモニター屋根の場合にはこの鏡面反射用シート材１１の正反射のみによる建屋内への自然採光が効果的である。

第２の特徴は、内屋根部４の上面側に拡散反射用シート材１２を取り付けたことである。ここで上開口部３に入射する自然光は、入射光Ｂのように先ず拡散反射用シート材１２で拡散反射する。続いてこの拡散反射光が入射光Ａと同様の鏡面反射用シート材１１での正反射により下開口部１ｂから建屋内へと入っていく。

第３の特徴は、下開口部１ｂに先開きルーバーユニット１５を取り付けて、下開口部１ｂから建屋内へ放射される光の拡散範囲を広げたことである。

なお、図示のモニター屋根５から鏡面反射用シート材１１，拡散反射用シート材１２および先開きルーバーユニット１５を捨象した状態のいわばモニター屋根本体の構造は、周知のものである。

外壁部２はＣ型チャンネル８（および柱部材７ｂ）に取り付けられた、また内屋根部４はＣ型チャンネル１０（および梁部材９ａ）に取り付けられている。

このＣ型チャンネル８，１０は、多くの柱部材７および梁部材９などを介してＨ形鋼６に支持されている。

鏡面反射用シート材１１および拡散反射用シート材１２を取り付ける場合、リベット止め，ビス固定，接着などの各種固定手段を用いる。また、鏡面反射用シート材１１や拡散反射用シート材１２の取付け作業に際しては、その設置対象部分のスペースに応じて当該シート材をカットする。

例えば、幅20〜40m，高さ10〜20m，長さ10m以上の一般的な圧延工場建屋では、照明灯として水銀灯、もしくは、メタルハライドランプを、2〜3列で約10mおきに設置しており、水銀灯がおよそ60,000ルーメン/灯、メタルハライドランプが100,000ルーメン/灯であるため、建屋長さ10m当り、水銀灯では120,000〜180,000ルーメン、メタルハライドランプでは200,000〜300,000ルーメンの放射量となっている。
これに対し、上記圧延工場建屋に設置しているモニター屋根（幅8m、高さ4m）の内部に図１，図２で示すような鏡面反射材および拡散反射材を設けた場合について検討・計算したところ、モニター屋根の長さ10m当り晴天時8時〜16時の年間平均で220,000ルーメンの放射量を期待できることが分かった。そのため、当該放射量を日中照明灯に変わる光源として、または、周囲の明るさに応じて自動調光できる照明灯と併用するものとして活用すれば、十分な省エネルギー効果を得ることができる。すなわち、幅20〜40m，高さ10〜20m，長さ10m以上の建屋に本願発明を適用すると顕著な効果を得ることができる。

本発明が以上の実施形態に限定されないことは勿論であり、例えば次のようにしてもよい。
(31)拡散反射用シート材１２を用いる代わりに内屋根部４の上面を白色塗装する。
(32)先開きルーバーユニット１５に代えて先絞りルーバーを用いる。
(33)先開きルーバーと先絞りルーバーとを併用する。
(34)外壁部２に採光用の窓，ハーフミラーなどを設けて、そこからの入射光も鏡面反射用シート材１１や拡散反射用シート材１２で反射する形にする。
(35)鏡面反射用シート材１１を外壁部２の内面，内屋根部４の下面，梁部材９ａなどに取り付ける。
(36)鏡面反射用シート材１１および拡散反射用シート材１２をモニター空間の北側部分のみに取り付ける。例えば図１自体の上方向が「北」の場合に、底面部１ａ，外壁部２，内屋根部４それぞれの略上半分（図面を横長にみたときの略右半分）のみに鏡面反射用シート材１１および拡散反射用シート材１２を取り付ける。これによりコストの低減化を図ることができる。

１：屋根本体
１ａ：屋根本体上面の一部からなる底面部
１ｂ：下開口部
２：蒲鉾形状の外壁部
３：上開口部
４：内屋根部
５：モニター屋根（＝１ａ＋１ｂ＋２＋３＋４）
６：Ｈ形鋼
７：複数の柱部材
７ａ：第１の柱部材
７ｂ：上側円弧状の第２の柱部材
８：第１のＣ型チャンネル
９：複数の梁部材
９ａ：第１の梁部材
９ｂ：第２の梁部材
１０：第２のＣ型チャンネル（鋼材）
１１：鏡面反射用シート材
１２：拡散反射用シート材
１３：複数の筋交い部材
１４：（樋）排水管
１５：先開きルーバーユニット
（以下の１６〜１８は図５のみで使用）
１６：外壁部２とは別タイプの外壁部
１７：外壁部２，１６とは別タイプの外壁部
１８：ルーバー
（以下のＡ，Ｂは図２，図３のみで使用）
Ａ：正反射のみによって建屋内に導入される入射光
Ｂ：乱反射およびこれに続く正反射によって建屋内に導入される入射光

Claims

建屋の屋根部分に取り付けられて建屋内部の換気作用を呈するモニター屋根において、
自然光の受光口および上換気口として作用する上開口部と、
前記建屋の屋根部分に形成されて、前記建屋内部への自然光の放光口および下換気口として作用する下開口部と、
前記上開口部から前記下開口部までにわたるモニター空間内面部と、
前記上開口部および前記下開口部の間に、前記モニター空間内面部から離間した状態で設定された内屋根部と、を具備し、
前記内屋根部の下面部および前記モニター空間内面部は、
それぞれ鏡面反射部が設けられて、
前記モニター空間内面部および前記内屋根部は、
前記上開口部から入射して当該モニター空間内面部の前記鏡面反射部で反射した自然光が、当該内屋根部の下面部の前記鏡面反射部で再反射して、前記下開口部から前記建屋内部へと進む、態様で配設され、
前記上開口部から前記内屋根部の回り部分を経て前記下開口部へといたる非直線状の空間域が、当該上開口部への入射自然光に対する当該下開口部までの正反射光路として作用する、
ことを特徴とするモニター屋根。
前記鏡面反射部は、
シート状鏡面反射材である、
ことを特徴とする請求項１記載のモニター屋根。
前記内屋根部の上面部は、
拡散反射部が設けられたものである、
ことを特徴とする請求項１記載のモニター屋根。
前記拡散反射部は、
シート状拡散反射材である、
ことを特徴とする請求項３記載のモニター屋根。
前記上開口部から前記下開口部に到達した自然光を前記建屋内部に入れるための導光部を備えた、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモニター屋根。
建屋の屋根部分に取り付けられて建屋内部の換気作用を呈し、
自然光の受光口および上換気口として作用する上開口部と、
前記建屋の屋根部分に形成されて、前記建屋内部への自然光の放光口および下換気口として作用する下開口部と、
当該上開口部から当該下開口部までにわたるモニター空間内面部と、
当該上開口部および当該下開口部の間に、当該モニター空間内面部から離間した状態で設定された内屋根部と、を具備する、
モニター屋根内部の反射光路形成方法において、
前記内屋根部の下面部および前記モニター空間内面部のそれぞれに鏡面反射部を設定し、
前記モニター空間内面部および前記内屋根部を、
前記上開口部から入射して当該モニター空間内面部の前記鏡面反射部で反射した自然光が、当該内屋根部の下面部の前記鏡面反射部で再反射して、前記下開口部から前記建屋内部へと進む、態様で配設し、
前記上開口部から前記内屋根部の回り部分を経て前記下開口部へといたる非直線状の空間域を、当該上開口部への入射自然光に対する当該下開口部までの正反射光路として作用させる、
ことを特徴とするモニター屋根内部の反射光路形成方法。