JP7221658B2

JP7221658B2 - ガラス体の評価方法

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Publication number: JP7221658B2
Application number: JP2018212581A
Authority: JP
Inventors: 智子道原
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: JP2020079736A

Description

本発明は、ガラス体の評価方法、熱流束の算出方法、日射取得率の算出方法、及び測定装置に関する。

建物などに設置される窓ガラスには、室外から日射が入射するため、窓ガラスを介して室内で取得される熱量を、窓ガラスの性能の１つと評価することがある。より詳細に説明すると、窓ガラスを透過した日射熱と、窓ガラスに吸収された後に室内側へ放出される日射熱との合計が取得日射熱量と称され、窓ガラスに入射する日射熱量に対する室内の取得日射熱量の割合が日射熱取得率と称されており、これらは、窓ガラスを評価する指標として用いられている。

そして、非特許文献１においては、この日射熱取得率を次のように規定している。すなわち、日射熱取得率とは、窓ガラス面に垂直に入射する日射について、ガラス部分を透過する日射の放射束と、ガラスに吸収されて室内側に伝達される熱流束との和の、入射する日射の放射束に対する比であると規定されている。

ＪＩＳＲ３１０６

ところが、非特許文献１で規定する日射熱取得率は、窓ガラスを建物に設置する施工前に算出されるものであり、このガラス板に垂直に入射する日射を基準としている。また、上述した熱流束の算出には複雑な計算が必要である。したがって、非特許文献１で規定する日射熱取得率は、一旦、窓ガラスを施工した後には測定することができない。そのため、施工後でも、熱流束、日射熱取得率、またはそれに準ずる指標を算出できることが要望されていた。本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、ガラス体の施工後であっても、算出可能な、ガラス体の評価方法、日射量に対する熱流束の割合の算出方法、日射熱取得率の算出方法、及び測定装置を提供することを目的とする。

項１．施工後のガラス体に対する日射に係る評価する方法であって、
施工後のガラス体を挟んだ室外の温度Ｔｅ、室内の温度Ｔｉ、前記室内側の前記ガラス体の表面の温度Ｔｇを算出するステップと、
前記室内と前記室外との温度差（Ｔｅ－Ｔｉ）、及び前記ガラス体の表面の温度と前記室内の温度との差（Ｔｇ-Ｔｉ）に基づいて、前記ガラス体の評価を行うステップと、
を備えている、ガラス体の評価方法。

項２．前記施工後とは、前記ガラス体を建物に設置した後を意味し、
前記温度Ｔｅは、前記建物の外側の気温であり、
前記温度Ｔｉは、前記建物の内側の気温である、項１に記載のガラス体の評価方法。

項３．施工後のガラス体を挟んだ室外の温度Ｔｅ、室内の温度Ｔｉ、前記ガラス体の表面の温度Ｔｇ、室内側熱伝達率ｈｉ、熱貫流率Ｕ、及び日射量Ｉｓを取得するステップと、
前記ガラス体に吸収されて室内側に伝達される熱流束Ｉｔとして、ｈｉ（Ｔｇ－Ｔｉ）－Ｕ（Ｔｅ－Ｔｉ）を算出するステップと、
前記入射日射量Ｉｓに対する、前記熱流束Ｉｔの割合として、Ｉｔ／Ｉｓを算出するステップと、
を備えている、熱流束の算出方法。

項４．前記室内側熱伝達率ｈｉが９．１７である、項３に記載の熱流束の算出方法。

項５．前記室内側熱伝達率ｈｉは、前記温度Ｔｇと前記温度Ｔｉの差が１℃以上であるか否かによって、変化する、請求項３に記載の熱流束の算出方法。

項６．前記室内側熱伝達率ｈｉは、前記室内の風速により変化する、項３に記載の熱流束の算出方法。

項７．前記熱貫流率Ｕは、前記ガラス体の種類によって、０．２～６．０の範囲で変化し得る、項３から５のいずれかに記載の熱流束の算出方法。

項８．前記熱貫流率Ｕは、前記温度Ｔｅ、前記温度Ｔｉ、前記温度Ｔｅｇ、前記室内側熱伝達率ｈｉの少なくとも一つに基づいて、変化する、項３から５のいずれかに記載の熱流束の算出方法。

項９．項３から８のいずれかに記載の熱流束の算出方法によって、前記入射日射量Ｉｓに対する、前記熱流束Ｉｔの割合（Ｉｔ／Ｉｓ）を算出するステップと、
前記入射日射量Ｉｓに対する、前記ガラス体を透過した透過日射量Ｉｉの割合（Ｉｉ／Ｉｓ）を算出するステップと、
前記熱流束の割合（Ｉｔ／Ｉｓ）と、前記透過日射量の割合（Ｉｉ／Ｉｓ）との和を、日射熱取得率として算出するステップと、
を備えている、日射熱取得率の算出方法。

項１０．前記ガラス体は、複層ガラスである、項９に記載のガラス体の日射熱取得率の算出方法。

項１１．前記ガラス体は、合わせガラスである、項９に記載のガラス体の日射熱取得率の算出方法。

項１２．施工後のガラス体に入射する日射に係る日射熱取得率を算出するための測定装置であって、
前記ガラス体を挟んだ室外に配置される室外温度計と、
前記室外に配置される室外日射計と、
前記ガラス体を挟んだ室内に配置される室内温度計と、
前記室内に配置される室内日射計と、
前記ガラス体の表面の温度を測定する表面温度計と、
を備えている、測定装置。

項１３．前記ガラス体と、前記室内日射計との間の距離が３０ｃｍ以下である、項１２に記載の測定装置。

本発明によれば、ガラス体を施工した後でも、ガラス体の評価、日射量に対する熱流束の割合、日射熱取得率を算出することができる。

日射、日射透過率、及び熱流束を示す概略図である。日射熱取得率を算出するために用いられる測定装置の概略図である。

以下、本発明に係る日射熱取得率の算出方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、日射熱取得率の算出方法を説明する概略図である。

建物などに設置されるガラス体は、室外から日射が入射するため、ガラス体を介して室内で取得される熱量をガラス体の性能の１つと評価することがある。具体的には、ガラス体を透過した日射熱と、ガラス体に吸収された後に室内側へ放出される日射熱との合計が取得日射熱量と称され、ガラス体に入射する日射熱量に対する室内の取得日射熱量の割合が日射熱取得率と称されており、これらは、ガラス体を評価する指標として用いられている。

日射熱取得率ηは、ＪＩＳＲ３１０６で規定されており、窓ガラス面に垂直に入射する日射について、ガラス部分を透過する日射の放射束と、ガラスに吸収されて室内側に伝達される熱流束との和の、入射する日射の放射束に対する比であると規定されている。しかしながら、この日射熱取得率は、施工前に算出されるものであり、また、熱流束の算出が複雑であるため、施工後のガラス体の評価には用いることができなかった。

そこで、本発明者は、鋭意努力の結果、施工後であっても、ＪＩＳＲ３１０６と同等の日射熱取得率を算出することができる方法を見出した。以下、詳細に説明する。

＜１．日射熱取得率の算出方法＞
本発明者によって、以下の式（１）により、ＪＩＳＲ３１０６と同等の日射熱取得率ηを算出できることが見出された。

Ｉ_i：ガラス体を透過する日射量［Ｗ／ｍ²］
Ｉ_s：ガラス体が受ける日射量［Ｗ／ｍ²］
ｈ_i：室内側熱伝達率［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］
Ｕ：熱貫流率［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］
Ｔｇ：室内側ガラス表面温度［Ｋ］
Ｔｅ：室外空気温度［Ｋ］
Ｔｉ：室内空気温度［Ｋ］
なお、以下では、Ｉｔ＝ｈｉ（Ｔｇ－Ｔｉ）－Ｕ（Ｔｅ－Ｔｉ）と示すことがある。

日射熱取得率ηはガラス体に入射する日射エネルギー（入射日射量）に対する室内側へ伝達される熱エネルギーの比で表される。室内側へ伝達される熱エネルギーは、ガラス体を通して室内へ伝達される熱流束と、ガラス体が日射エネルギーを吸収して室内側へ再放射する熱流束との和になる。測定されるガラス温度Ｔｇ、室内温度Ｔｉは、室外温度と室内温度の差による貫流熱流束の影響を受けているため、式（１）の第２項の分子は、貫流熱流束を差し引いて、日射による熱取得だけを扱っている。したがって、貫流成分は、ガラスの熱貫流率を使えば、室内外の温度を測定することで求めることができる。

ここで、対象となるガラス体は、公知の単板、合わせガラス、複層ガラス等である。また、ガラス体の施工後とは、建物に設置された後のみならず、単板であるガラス板を用いて複層パネルを作製した後、またはガラス体をサッシなどへ取付けた後であって、建物への設置前の状態であってもよい。

＜１－１．温度の算出方法＞
図２は、上記日射熱取得率ηを算出するための測定装置を示す概略図である。図２に示すように、この測定装置は、ガラス体が設置された建物に設けられるものであり、ガラス体は、建物の一階に設けられている。但し、二階以上であっても同様に測定することができる。測定装置は、ガラス体を挟んで室外に配置された室外日射計及び室外温度計と、ガラス体を挟んで建物の室内に配置された室内日射計、室内温度計、及びガラス体に設けられた表面温度計と、を備えている。

室外日射計及び室外温度計は、地面に設置された第１棒材の先端に取付けられている。この第１棒材は、影のない所に設置することができ、また、ガラス体からの距離は特に規定がない。室内日射計及び室内温度計も、室内の床に設置された第２棒材の先端に取付けられており、この第２棒材は、例えば、ガラス体から３０ｃｍ以内の距離に配置することができる。さらに、表面温度計は、ガラス体の室内側の面に取付けられており、ガラス体の表面の温度を測定する。但し、表面温度計は、必ずしもガラス体に接触させなくてもよく、ガラス体の表面または表面付近の温度を計測できるのであれば、ガラス体から離れた位置に配置することもできる。これらの計測器は、ほぼ同じ高さに設置することができ、例えば、地面から８０ｃｍの距離に配置することができる。また、必要に応じて室内に風速計を配置することもできる。なお、両日射計は、公知のものであり、日射量を測定する。

＜１－２．室内側熱伝達率＞
室内側熱伝達率ｈｉ［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］は、室内の環境によって種々の値を設定することができる。例えば、ガラス体において室内側のガラス板が、フロートガラス板である場合には、９．１７を採用することができる。

また、室内側熱伝達率ｈｉは、室内の風速によっても変化するものである。例えば、風速が０よりも高くなると、ｈｉは大きくなる傾向にある。なお、ｈｉは放射伝熱成分ｈｒｉと対流伝熱成分ｈｃｉを合わせたものであり、放射伝熱成分ｈｒｉはガラス表面温度Ｔｇと室内温度Ｔｉの関数で表される。そして、対流伝熱成分ｈｃｉは強制対流がある場合、風速の一次式で表される（ｈｃｉ＝ａ＋ｂ＊Ｖ＾ｃ，Ｖは風速、ａ，ｂは定数、例えばａ＝ｂ＝４，ｃ＝１）。

また、室内外の温度差によっても、室内側熱伝達率ｈｉは変化し、温度差が大きい方がｈｉは大きくなる。例えば、温度差が１．５℃以下と、１．５℃よりも大きい場合とで、異なるｈｉを用いることができる。なお、ｈｉは、上記のように、放射伝熱成分ｈｒｉと対流伝熱成分ｈｃｉを合わせたものである。対流伝熱成分ｈｃｉは自然対流（風速＝０ｍ／ｓ）の場合、次式で表される（ｈｃｉ＝ａ＊（Ｔｇ－Ｔｉ）＾ｂ，但し、垂直平滑面の場合、例えばａ＝１．９２、ｂ＝０．２５）。

さらに、ＪＩＳＲ３１０６においては、以下の式（２）により、ｈｉが規定されている。
ｈｉ＝ｈｒｉ・εｉ＋ｈｃｉ（２）
ｈｒｉ：放射伝熱成分
εｉ：修正放射率
ｈｃｉ：対流伝熱成分
具体的には、以下のように規定されている。

なお、修正放射率εｉは、ＪＩＳＲ３１０６の７で定める垂直放射率を、ＪＩＳＲ３１０７の付表１で修正放射率に変換した値である。

＜１－３．熱貫流率＞
熱貫流率Ｕ［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］は、ガラス体の種類によって決定されるものであり、例えば、以下のように規定される。但し、これらは一例であり、ガラス体の種類によって適宜、決定される。

なお、熱貫流率Ｕは、熱貫流抵抗Ｒの逆数であり、熱貫流抵抗Ｒは、以下の式（３）のように表される。

ｈｅ：室外側熱伝達率
ｈｇ：ガラス体の熱伝達率
ｈｉ：室内側熱伝達率

上記のように、ｈｉは室内外の温度差によって変化することがあるため、熱貫流率Ｕは、ｈｉ，ｈｅ，ｈｇ，Ｔｇ，Ｔｅ，Ｔｉの少なくとも１つに基づいて変化するように設定することができる。

＜２．検討＞
次に、上記式（１）によって算出される日射熱取得率と、ＪＩＳＲ３１０６によって算出される日射熱取得率とを比較する。式（１）による日射熱取得率の算出試験を行ったときの条件は、以下の通りである。

(1)計測器
・概ね図２に示すように装置を配置した。
・各日射計：英弘精機株式会社、型番ＭＳ－６０１
・各温度計：八光電気株式会社、型番Ｋタイプの熱電対
・各計測器の高さ：地面から８０ｃｍ
・室外日射計及び室外温度計：影のない場所
・室外日射計及び室外温度計のガラス体からの距離：３０ｃｍ
・表面温度計のガラス体からの距離：１ｃｍ
・室内に風速機（日本カノマックス株式会社、型番６５４２）を設置した。

(2) ガラス体１（ＰＶＩＧＵ）
・外側透明ガラス板（Ｌｏｗ－Ｅ膜付き、４ｍｍ厚）
・ＰＶＢ膜（３０ｍｉｌ厚）
・透明ガラス板（６ｍｍ厚）
・空気層（６ｍｍ厚）
・内側透明ガラス板（６ｍｍ厚）
(3) ガラス体２（熱線吸収ガラスＩＧＵ）
・外側熱線吸収透明ガラス板（６ｍｍ厚）
・空気層（６ｍｍ厚）
・内側透明ガラス板（４ｍｍ厚）
・ガラス体１，２は、建物の西面の１階に設置した。

(4) 計測日
・２０１８年８月１日１６時１５分から１６時４５分まで１分間隔で３０回測定(測定時間１)
・２０１８年８月４日１６時１５分から１６時４５分まで１分間隔で３０回測定(測定時間２)
・２０１８年８月１日１０時１５分から１０時４５分まで１分間隔で３０回測定(測定時間３)
・２０１８年８月４日１０時１５分から１０時４５分まで１分間隔で３０回測定(測定時間４)

(5) 結果
(5-1) 実施例１
ガラス体１を用い、測定時間１，２で取得した６０個のデータの平均を算出した。風速は０ｍ／ｓであったため、室内側熱伝達率ｈｉは９．１７［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］とした。熱貫流率Ｕは、３．２０［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］とした。結果は、以下の通りである。

(5-2) 実施例２
ガラス体２を用い、測定時間１，２で取得した６０個のデータの平均を算出した。風速は０ｍ／ｓであったため、室内側熱伝達率ｈｉは９．１７［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］とした。熱貫流率Ｕは、３．３１［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］とした。結果は、以下の通りである。

(5-3) 実施例３
ガラス体１を用い、測定時間３，４で取得した６０個のデータの平均を算出した。風速は０．２ｍ／ｓであり、且つ室内外の気温差が小さかったため（Ｔｅ－Ｔｉ＝１．５℃）、室内側熱伝達率ｈｉは９．５［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］とした。熱貫流率Ｕは、３．２０［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］とした。結果は、以下の通りである。

(5-4) 実施例４
ガラス体２を用い、測定時間３，４で取得した６０個のデータの平均を算出した。風速は０ｍ／ｓであり、室内外の気温差が小さかったため（Ｔｅ－Ｔｉ＝１．５℃）、室内側熱伝達率ｈｉは８［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］とした。熱貫流率Ｕは、３．３１［Ｗ／（ｍ²／Ｋ）］とした。結果は、以下の通りである。

(6) 考察
上記のように、式（１）を用いた日射熱取得率は、ＪＩＳＲ３１０６により算出した日射熱取得率とほぼ同等の値を得ることができた。上記実施例１，２を比べると、ガラス体の種類が異なっていても、ＪＩＳＲ３１０６と同等の日射熱取得率を算出できている。実施例４のように、午前中の直達日射がない時間帯で、室内外の温度差が小さい場合でも、ＪＩＳＲ３１０６と同等の日射熱取得率を算出できている。また、実施例３のように、室内に風が生じ、さらに室内外の温度差が小さい場合でも、ＪＩＳＲ３１０６と同等の日射熱取得率を算出できている。したがって、本発明によれば、ガラス体を施工した後であっても、ＪＩＳＲ３１０６と同様の値である日射熱取得率を算出することができる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記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限りにおいて、種々の変更が可能である。

＜３－１＞
上記実施形態では、日射熱取得率の算出方法について説明したが、式（１）で算出される日射熱取得率ηのうち、Ｉｉ／Ｉｓは、日射計で簡易に測定できるため、Ｉｔ／Ｉｓで表される日射量に対する熱流束のみを算出し、これを指標として用いることもできる。すなわち、ガラス体に吸収されて室内に伝達される熱流の、入射する日射に対する比を指標として用いることができる。

＜３－２＞
ガラス体の日射に係る指標を算出したり、評価を行うには、室内と室外との温度差（Ｔｅ－Ｔｉ）、及びガラス体の表面の温度と前記室内の温度との差（Ｔｇ-Ｔｉ）に基づいて行うことができる。例えば、式（１）を用いて日射熱取得率ηを算出したとき、ＪＩＳＲ３１０６との差異が大きい場合には、ｈｉやＵが適切出ない可能性がある。そのような場合に、式（１）と、（Ｔｅ－Ｔｉ）及び（Ｔｇ-Ｔｉ）を用いて、ＪＩＳＲ３１０６による日射熱取得率との差異が、例えば、０または±０．０５以下となるように、ｈｉやＵを設定し直すことができる。

＜３－３＞
測定装置の各計測器の配置は特には限定されない。すなわち、室内温度計、室内日射計、室外温度計、室外日射計の位置は、ガラス体から３０ｍｍ以内であることが好ましいが、これに限定されない。また、これらの機器の高さもすべて同じでなくてもよい。例えば、２階の室内に室内温度計及び室内日射計を配置し、１階の屋外の地面に室外温度計及び室外日射計を配置することもできる。

＜３－４＞
上記＜２．検討＞で用いた日射熱取得率を算出するための条件は、一例であり、データを取得する日時、場所などは、適宜変更することができる。

Claims

施工後のガラス体に対する日射に係る評価する方法であって、
施工後のガラス体を挟んだ室外の温度Ｔｅ、室内の温度Ｔｉ、前記室内側の前記ガラス体の表面の温度Ｔｇを算出するステップと、
前記室内と前記室外との温度差（Ｔｅ－Ｔｉ）、及び前記ガラス体の表面の温度と前記室内の温度との差（Ｔｇ-Ｔｉ）に基づいて、前記ガラス体の評価を行うステップと、
を備えている、ガラス体の評価方法。
前記施工後とは、前記ガラス体を建物に設置した後を意味し、
前記温度Ｔｅは、前記建物の外側の気温であり、
前記温度Ｔｉは、前記建物の内側の気温である、請求項１に記載のガラス体の評価方法。
施工後のガラス体を挟んだ室外の温度Ｔｅ、室内の温度Ｔｉ、前記ガラス体の室内側の表面の温度Ｔｇ、室内側熱伝達率ｈｉ、熱貫流率Ｕ、及び入射日射量Ｉｓを取得するステップと、
前記ガラス体に吸収されて室内側に伝達される熱流束Ｉｔとして、ｈｉ（Ｔｇ－Ｔｉ）－Ｕ（Ｔｅ－Ｔｉ）を算出するステップと、
前記入射日射量Ｉｓに対する、前記熱流束Ｉｔの割合として、Ｉｔ／Ｉｓを算出するステップと、
を備えている、熱流束の算出方法。
前記室内側熱伝達率ｈｉが９．１７である、請求項３に記載の熱流束の算出方法。
前記室内側熱伝達率ｈｉは、前記温度Ｔｇと前記温度Ｔｉの差が１℃以上であるか否かによって、変化する、請求項３に記載の熱流束の算出方法。
前記室内側熱伝達率ｈｉは、前記室内の風速により変化する、請求項３に記載の熱流束の算出方法。
前記熱貫流率Ｕは、前記ガラス体の種類によって、０．２～６．０の範囲で変化し得る、請求項３から５のいずれかに記載の熱流束の算出方法。
前記熱貫流率Ｕは、前記温度Ｔｅ、前記温度Ｔｉ、前記温度Ｔｇ、前記室内側熱伝達率ｈｉ、及び室外側熱伝達率ｈｅの少なくとも一つに基づいて、変化する、請求項３から５のいずれかに記載の熱流束の算出方法。
請求項３から８のいずれかに記載の熱流束の算出方法によって、前記入射日射量Ｉｓに対する、前記熱流束Ｉｔの割合（Ｉｔ／Ｉｓ）を算出するステップと、
前記入射日射量Ｉｓに対する、前記ガラス体を透過した透過日射量Ｉｉの割合（Ｉｉ／Ｉｓ）を算出するステップと、
前記熱流束の割合（Ｉｔ／Ｉｓ）と、前記透過日射量の割合（Ｉｉ／Ｉｓ）との和を、日射熱取得率として算出するステップと、
を備えている、日射熱取得率の算出方法。
前記ガラス体は、複層ガラスである、請求項９に記載の日射熱取得率の算出方法。
前記ガラス体は、合わせガラスである、請求項９に記載の日射熱取得率の算出方法。
施工後のガラス体に入射する日射に係る日射熱取得率を算出するための測定装置であって、
前記ガラス体を挟んだ室外に配置される室外温度計と、
前記室外に配置される室外日射計と、
前記ガラス体を挟んだ室内に配置される室内温度計と、
前記室内に配置される室内日射計と、
前記ガラス体の表面の温度を測定する表面温度計と、
を備えている、測定装置。
前記ガラス体と、前記室内日射計との間の距離が３０ｃｍ以下である、請求項１２に記載の測定装置。