JP5709000B2

JP5709000B2 - 太陽光採光システム

Info

Publication number: JP5709000B2
Application number: JP2011174922A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　清; 清伊藤; 道哉鈴木
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: JP2013037995A

Description

本発明は、太陽光を建物の内部に取り入れるための太陽光採光システムに関する。

従来、例えば図１０に示すように、建物Ｔの窓１の外側にライトシェルフ（庇）２を取り付け、ライトシェルフ２の上面２ａで反射した太陽光Ｓを窓１の上部側から屋内３に取り入れるとともに屋内３の天井面４で反射させ、やわらかな自然光として太陽光（昼光）Ｓを利用して好適な光環境をつくる太陽光採光システムＢが知られている。そして、この太陽光採光システムＢにおいては、太陽光Ｓを照明エネルギーとして利用でき、また、太陽からの直射光がライトシェルフ２で遮蔽されることにより冷房負荷が低減するため、省エネルギー化を図ることが可能になる。

この一方で、上記従来のライトシェルフを用いた太陽光採光システムでは、太陽の高度によってライトシェルフで反射する太陽光（一次反射光）の反射角度が変わるため、屋内に導入できる光の範囲が時々刻々変わってしまい、均質な光環境を確保できないという問題があった。また、ライトシェルフだけで太陽光の直射光を完全に遮蔽することは難しく、この場合には、屋内の一部のみが明るくなってしまう（図１０参照）。

さらに、従来、ライトシェルフは、平板状に形成され、窓部分の外側に固定して設置されているため、雨水等が溜まって汚れが発生しやすく、また、鳥が巣を張るなどして採光効率が低下するという問題もあった。また、ライトシェルフを取り付けるにあたり、耐風設計の観点から頑強な固定方法を採用する必要があった。

これに対し、特許文献１には、直射光を屋内の天井に向けて反射させる複数の羽板を備えた反射ルーバーを設け、反射ルーバーの下方の窓部分に、特定の角度範囲の入射光のみを散乱透過させ、他の角度範囲の入射光は直進透過させる光制御シートを貼り付けて構成した太陽光採光システムが開示されている。

特開平１１−１４８２８１号公報

しかしながら、特許文献１の太陽光採光システムにおいては、直射光を屋内の天井に向けて反射させる手段として反射ルーバーを用いているため、窓上部側に設置した反射ルーバーの複数の羽板を閉じていなくても、これら羽板によって視界が少なからず遮られ、例えば平板状のライトシェルフと比較し、屋内側から外界が見にくくなってしまう。

また、上下に隣り合う羽板の間から直射光が屋内に照射されるなど、日射の遮蔽が不十分であった。

本発明は、上記事情に鑑み、太陽光を取り入れ、より確実且つ好適に建物の内部に均質な光環境をつくることを可能にする太陽光採光システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の太陽光採光システムは、建物の窓の外側に設けられ、太陽光を建物の内側の天井面に向けて反射させるライトシェルフを備えた太陽光採光システムにおいて、前記ライトシェルフが傾動可能に設けられるとともに、太陽光を透過させる透過層と太陽光を遮蔽する遮蔽層を上下方向に交互に積層して備え、前記ライトシェルフで反射した太陽光が入射する窓部分に配設された透過光選択ガラスと、前記ライトシェルフよりも下方に設けられ、前記ライトシェルフで反射されずに前記窓に照射された太陽光を遮蔽するせり上がり式ブラインドと、太陽の高度に応じた傾斜角度となるように前記ライトシェルフの傾動を制御するとともに、前記ライトシェルフの傾斜角度に応じてせり上がり式ブラインドの高さを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、水平設置時の前記ライトシェルフの前記天井面からの垂直距離をｈ、前記ライトシェルフの傾斜角度をα、水平設置時の前記ライトシェルフの奥行きをｄ _Ｌ、導光距離（水平距離）をｄ、日時、設置されている緯度経度情報を元に求まるプロファイル角度をＰとしたとき、下記の式（１）からプロファイル角度Ｐとなるような傾斜角度αを繰り返し計算で求め、求めた傾斜角度αとなるように随時前記ライトシェルフの動作を制御し、且つ、床からせり上げる前記せり上がり式ブラインドの必要高さをｈ _Ｂ、前記床から前記天井面までの高さをｈ _ＣＬ、前記窓からせり上がり式ブラインドまでの水平距離をｄ _Ｂとしたとき、下記の式（２）から前記ライトシェルフの傾斜角度αに連動する前記せり上がり式ブラインドの必要高さｈ _Ｂを求め、求めた必要高さｈ _ＣＬとなるように前記ライトシェルフの傾斜角度αに連動させて随時前記せり上がり式ブラインドのせり上がり／降下の動作を制御することを特徴とする。

本発明の太陽光採光システムにおいては、ライトシェルフの傾動動作を制御し、太陽の高度に応じてライトシェルフの傾斜角度が調節されることで、このライトシェルフで反射して建物の内側（屋内）の天井面に向けて導入する太陽光の範囲を常に一定に保つようにすることが可能になる。これにより、従来のライトシェルフを備えた太陽光採光システムのように屋内に導入できる光の範囲が時々刻々変わることがないため、確実且つ好適に均質な光環境をつくることが可能になる。

また、ライトシェルフで反射した太陽光が入射する窓部分に透過光選択ガラスが設けられ、この透過光選択ガラスが透過層と遮蔽層を上下方向に交互に積層して形成されているため、太陽光の直射光を遮蔽層で遮蔽することができ、ライトシェルフで反射した太陽光の反射光を透過層で透過させて天井面に照射させることが可能になる。これにより、従来のブラインドを用いた場合のように建物の内側から外界が見にくくなることなく、太陽光の直射光を遮蔽して、より確実且つ好適に均質な光環境をつくることが可能になる。

さらに、太陽の高度やライトシェルフの傾斜角度に応じてせり上がり式ブラインドの高さを制御することで、ライトシェルフで反射されずに窓（窓の下部側）に照射された太陽光の直射光をせり上がり式ブラインドによって遮蔽することが可能になる。これにより、例えば屋内の一箇所のみ明るくなってしまうようなことがなくなり、さらに確実且つ好適に均質な光環境を造ることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムを示す図である。本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムのライトシェルフを制御する方法の説明で用いた図である。本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムのせり上がり式ブラインドを制御する方法の説明で用いた図である。本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムの透過光選択ガラスを示す図である。本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムの年間照明消費エネルギーの削減効果を示す図である。本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムの優位性を確認するために実施したシミュレーションの設定条件を示す図である。シミュレーションで比較対象とした従来の太陽光採光システムを示す図である。シミュレーションで用いた本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムを示す図である。シミュレーション結果を示す図である。従来の太陽光採光システムを示す図である。

以下、図１から図９を参照し、本発明の一実施形態に係る太陽光採光システムについて説明する。

本実施形態の太陽光採光システムＡは、図１に示すように、建物Ｔの窓１の外側（屋外側）に傾動可能に設けられたライトシェルフ５と、窓１の屋内側（建物Ｔの内側３）の下に、上下にせり上がり／降下可能に設けられたせり上がり式ブラインド６と、ライトシェルフ５よりも上方の窓ガラスとして配設された透過光選択ガラス７と、ライトシェルフ５とせり上がり式ブラインド６の動作を制御する制御手段８とを備えて構成されている。

また、本実施形態のライトシェルフ５は、その傾斜角度αを太陽のプロファイル角度、ライトシェルフ５の形状、設置位置、導光距離により一義的に求め、このように求めた傾斜角度αとなるように傾動動作が制御手段８によって制御される。

より具体的に、本実施形態のライトシェルフ５は、図１及び図２に示すように、反射光制御型ライトシェルフであり、プロファイル角度を日時、設置されている緯度経度情報を元に求め、これに応じて制御時間毎に傾斜角度αを求め、その傾斜角度αになるように傾動動作が制御手段８によって制御される。
ここで、水平設置時のライトシェルフ５の屋内天井４からの垂直距離をｈ、ライトシェルフ５の傾斜角度をα、水平設置時のライトシェルフ５の奥行きをｄ_Ｌ、導光距離（水平距離）をｄ、プロファイル角度をＰとしたとき、制御手段８によって、次の式（３）からプロファイル角度Ｐとなるようなαを繰り返し計算等で求め、求めた傾斜角度αとなるように随時ライトシェルフ５の動作が制御される。なお、位置情報と連動して導光距離ｄを可変にすることも可能である。

次に、本実施形態のせり上がり式ブラインド６は、図１及び図３に示すように、制御手段８に制御されて、複数の羽板が順次間隔をあけて必要時に自動的に上方にせり上がり、不要時には自動的に降下して元の位置に戻るように構成されている。このせり上がり式ブラインドは、ライトシェルフ５の傾斜角度αの算出と同様に、日時、緯度経度、各パラメータから必要高さｈ_Ｂを求め、その必要高さｈ_Ｂになるようにせり上がり／降下の動作が制御手段８によって制御される。
ここで、床９からせり上げるブラインド６の必要高さをｈ_Ｂ、床９から天井４までの高さをｈ_ＣＬ、窓ガラス１からブラインド６までの水平距離をｄ_Ｂとしたとき、制御手段８によって、次の式（４）からブラインド６の必要高さｈ_Ｂを求め、求めた必要高さｈ_ＣＬとなるように随時ブラインド６のせり上がり／降下の動作が制御される。

次に、透過光選択ガラス７は、図１及び図４に示すように、例えば、厚さが０．５〜１ｍｍ程度で透過層７ａと遮蔽層７ｂを上下方向に交互に積層してなる透過光選択フィルム７ｃをガラスに貼り付けたり、ガラス自体に透過層７ａと遮蔽層７ｂを上下方向に交互に積層形成するなどして形成されている。そして、この透過光選択ガラス７は、ライトシェルフ５で反射した太陽光Ｓが入射する窓部分に配設されている。

上記のように構成した本実施形態の太陽光採光システムＡにおいては、図１及び図２に示すように、まず、導光する距離ｄを予め設定しておくと、制御手段８によって、太陽の高度に合わせた傾斜角度αとなるように制御されて、反射光制御型のライトシェルフ５が傾動する。すると、ライトシェルフ５の上面で反射した太陽光Ｓが透過光選択ガラス７を透過して屋内３の天井面４に照射され、この天井面４で反射して柔らかな光Ｓとして屋内３を明るくする。

また、このとき、図１、図２及び図４に示すように、ライトシェルフ５で反射した太陽光Ｓが透過光選択ガラス７の透過層７ａを透過して天井面４に照射される。一方、透過層７ａと遮蔽層７ｂを上下方向に交互に積層して透過光選択ガラス７が形成されているため、透過光選択ガラス７に照射された太陽光Ｓの直接光は、遮蔽層７ｂによって遮蔽される。また、一部の太陽光Ｓは、透過層７ａを挟んで上下の遮蔽層７ｂで反射しながら透過層７を通じて天空光のやわらかな光として屋内３に照射される。

一方、図１及び図３に示すように、ライトシェルフ５の上面に照射されず、ライトシェルフ５の突出方向先端の外側から窓１の下部側に太陽光Ｓが直接光として照射される場合もある。これに対し、本実施形態の太陽光採光システムＡにおいては、ライトシェルフ５の影の位置に応じて高さｈ_Ｂを制御しながら、せり上がり式ブラインド６がせり上がり、ライトシェルフ５の先端よりも外側から照射される太陽光Ｓを遮蔽する。これにより、太陽光Ｓの直接光が窓１の下部側から屋内３に直接的に入射することがなく、ブラインド６の上下の羽板の間を通じて柔らかな天空光のみが屋内３に取り入れられることになる。また、ライトシェルフ５とせり上がり式ブラインド６の上端部との間の開口からも有効に天空光を取り入れることも可能である。

ここで、図５は、従来のブラインドを常時全開にしたケースと、グラデーションブラインドを用いたケースと、本実施形態の太陽光採光システムＡを用いたケースの年間照明消費エネルギー量を算出したシミュレーション結果を示している。この結果から、ブラインド常時全開のケースに対し、グラデーションブラインドを用いたケースでは１４％、本実施形態の太陽光採光システムＡを用いたケースでは２３％の照明エネルギーの削減効果が確認された。これにより、本実施形態の太陽光採光システムＡは優れた省エネ性能を発揮するシステムであるということができる。

また、図６に示すように、幅１８ｍ、奥行き２４ｍの部屋に、従来の固定ライトシェルフを備えた太陽光採光システムＢ（図７、図１０参照）を設けた場合と、本発明の反射光制御型ライトシェルフを備えた太陽光採光システムＡ（図８、図１参照）を設けた場合の照明エネルギー削減効果の違いを確認するため、シミュレーションを行った。なお、調光センサーの設置位置、調光センサーによる調光範囲、設定照度、シミュレーションの対象試算領域、窓ガラスの種類や方位、天井等の反射率等の設定条件は、図６に示す通りである。

そして、図９はシミュレーション結果を示している。この図から、従来の固定ライトシェルフを備えた太陽光採光システムＢを設けた場合には、屋内３が局所的に明るくなってしまうのに対し、本発明の反射光制御型ライトシェルフを備えた太陽光採光システムＡを設けた場合には、広範にわたって昼光率が向上し、局所的に明るくなる傾向が改善されることが確認された。

したがって、本実施形態の太陽光採光システムＡにおいては、ライトシェルフ５の傾動動作を制御し、太陽の高度に応じてライトシェルフ５の傾斜角度αが調節されることで、このライトシェルフ５で反射して建物Ｔの内側（屋内）３の天井面４に向けて導入する太陽光Ｓの範囲を常に一定に保つようにすることが可能になる。これにより、従来のライトシェルフ２を備えた太陽光採光システムＢのように屋内３に導入できる光Ｓの範囲が時々刻々変わることがないため、確実且つ好適に均質な光環境をつくることが可能になる。

また、ライトシェルフ５で反射した太陽光Ｓが入射する窓部分に透過光選択ガラス７が設けられ、この透過光選択ガラス７が透過層７ａと遮蔽層７ｂを上下方向に交互に積層して形成されているため、太陽光Ｓの直射光を遮蔽層７ｂで遮蔽することができ、ライトシェルフ５で反射した太陽光Ｓの反射光を透過層７ａで透過させて天井面４に照射させることが可能になる。これにより、従来のブラインドを用いた場合のように建物Ｔの内側３から外界が見にくくなることなく、太陽光Ｓの直射光を遮蔽して、より確実且つ好適に均質な光環境をつくることが可能になる。

さらに、ライトシェルフ５よりも下方にせり上がり式ブラインド６を備え、太陽の高度やライトシェルフ５の傾斜角度αに応じてせり上がり式ブラインド６の高さｈ_Ｂを制御することで、ライトシェルフ５で反射されずに窓１（窓１の下部側）に照射された太陽光Ｓの直射光をせり上がり式ブラインド６によって遮蔽することが可能になる。これにより、例えば屋内３の一箇所のみ明るくなってしまうようなことがなくなり、さらに確実且つ好適に均質な光環境を造ることが可能になる。

さらに、ライトシェルフ５が傾動可能に設けられているため、例えば、雨天時や不要時など、適宜、ライトシェルフ５を傾動しガラス窓１に沿う上下方向に配しておくなどすれば、雨水が溜まって汚れが発生したり、鳥が巣を張るようなことをなくすことができる。また、強風時に、ライトシェルフ５を傾動しガラス窓１に沿う上下方向に配しておくなどすることができるため、従来のようにライトシェルフを頑強な固定方法を採用して取り付ける必要がなくなる。

以上、本発明に係る太陽光採光システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１窓
２従来のライトシェルフ
２ａ上面
３屋内（建物の内側）
４天井面
５ライトシェルフ
６せり上がり式ブラインド
７透過光選択ガラス
７ａ透過層
７ｂ遮蔽層
７ｃ透過光選択フィルム
８制御手段
Ａ太陽光採光システム
Ｂ従来の太陽光採光システム
Ｓ太陽光
Ｔ建物
α 傾斜角度

Claims

建物の窓の外側に設けられ、太陽光を建物の内側の天井面に向けて反射させるライトシェルフを備えた太陽光採光システムにおいて、
前記ライトシェルフが傾動可能に設けられるとともに、
太陽光を透過させる透過層と太陽光を遮蔽する遮蔽層を上下方向に交互に積層して備え、前記ライトシェルフで反射した太陽光が入射する窓部分に配設された透過光選択ガラスと、
前記ライトシェルフよりも下方に設けられ、前記ライトシェルフで反射されずに前記窓に照射された太陽光を遮蔽するせり上がり式ブラインドと、
太陽の高度に応じた傾斜角度となるように前記ライトシェルフの傾動を制御するとともに、前記ライトシェルフの傾斜角度に応じてせり上がり式ブラインドの高さを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、水平設置時の前記ライトシェルフの前記天井面からの垂直距離をｈ、前記ライトシェルフの傾斜角度をα、水平設置時の前記ライトシェルフの奥行きをｄ _Ｌ、導光距離（水平距離）をｄ、日時、設置されている緯度経度情報を元に求まるプロファイル角度をＰとしたとき、下記の式（１）からプロファイル角度Ｐとなるような傾斜角度αを繰り返し計算で求め、求めた傾斜角度αとなるように随時前記ライトシェルフの動作を制御し、
且つ、床からせり上げる前記せり上がり式ブラインドの必要高さをｈ _Ｂ、前記床から前記天井面までの高さをｈ _ＣＬ、前記窓からせり上がり式ブラインドまでの水平距離をｄ _Ｂとしたとき、下記の式（２）から前記ライトシェルフの傾斜角度αに連動する前記せり上がり式ブラインドの必要高さｈ _Ｂを求め、求めた必要高さｈ _ＣＬとなるように前記ライトシェルフの傾斜角度αに連動させて随時前記せり上がり式ブラインドのせり上がり／降下の動作を制御することを特徴とする太陽光採光システム。