JPH0320629A - 照度分布計算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野ゴ 本発明は、照度分布計算装置に関し、例えば空気膜構造
の屋根を有するエアドームなと透光性の建築材を用いた
建物の内部の照度分布を計算するための照度分布計算装
置に関する。

［従来技術］ 近年、透光性の建築材を用いて建物内部の採光を図った
構造の建物が建築されるようになっている。このような
例としては、大空間架橋における構造形式として空気膜
構造を用いたいわゆるエアドームや透明の屋根材を用い
た家屋などがある。。

かかる建物内部の照度分布を計算する装置あるいはシス
テムとして、■「マイクロ●コンピュータによる併用照
明の検討」，昼光の有効利用を目的とする建築照明計算
法の研究，中村洋、■「空気膜構造物の採光特性に関す
る研究（その１〜その３）」２　日本建築学会大会学術
講演梗概集，井川憲男，田中義章、などに開示された技
術がある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記■に開示された技術は側窓からの採光を
主に扱ったものであり、透光性の膜材などを透過して建
物内部に入ってくる光を取り扱うものではない。したが
って、エアドームなどの透光性の膜材を用いた建物内部
の照度分布を計算することは出来ない。

また、上記■に開示された技術は、天空輝度分布につい
ては考慮しておらず、床面照度と水平面全昼光照度との
比（照度率）として床面照度分布を予測するものである
。そのため、床面照度の絶対値を求めるには水平面全昼
光照度を人力して計算しなければならないという問題点
があった。また、建物に開口部がある場合などについて
も考慮していないので、開口部のある建物の内部の照度
分布は計算することができないという問題点があった。

本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、透光性
の建築材を用いた建物さらに開口部を有する建物の内部
の照度分布を計算することができ、照明計画の支援に役
立たせることのできる照度分布計算装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明に係る照度分布計算
装置の第１の局面では、太陽直射光による建物外部の直
射照度分布を求める手段と、天空輝度分布から上記建物
外部の照度分布を求める手段と、上記太陽直射光および
天空輝度分布から求めた上記建物外部の照度分布に基づ
いて、上言己建物の建築材を透過した光の光束による建
物内面の光束発散度を求める手段と、人工照明の直射光
による上記建物内部の照度分布を求める手段と、上記建
物内面の光束発散度および人工照明による上記建物内部
の照度分布に基づいて、間接照度を求める手段と、上記
間接照度および人工照明による照度分布から上記建物内
部の照度分布を求める手段とを具備することとしている
。

さらに、開口部のある建物内部の照度分布をも計算する
ことができるように、本発明に係る照度分布計算装置の
第２の局面では、太陽直射光による建物外部の直射照度
分布を求める手段と、上記建物の開口部を通過する太陽
直射光による建物内部の直射照度分布を求める手段と、
天空輝度分布から上記建物外部の照度分布を求める手段
と、上記太陽直射光および天空輝度分布から求めた上記
建物外部の照度分布に基づいて、上記建物の建築材を透
過した光の光束による建物肉面の光束発散度を求める手
段と、上記建物の開口部から見える天空の輝度分布から
建物内部の照度分布を求める手段と、人工照明の直射光
による上記建物内部の照度分布を求める手段と、上記建
物の開口部を通過する太陽直射光による建物内部の直射
照度分布、上記建物内面の光束発散度、上記建物の開口
部から見える天空の輝度分布から翅物内部の照度分布、
および人工照明による上記建物内部の照度分布に基づい
て、間接照度を求める手段と、上記間接照度および各手
段により求めた直接照度分布から上記建物内部の照度分
布を求める手段とを具備することとしている。

［作　用コ 上記本発明の第１の局面に係る構成によれば、まず太陽
直射光による建物外部例えば屋根の直射照度分布を求め
、一方天空輝度分布からやはり屋根などの照度分布を求
め、このように求めた照度分布に基づいて（透光性の建
物材を用いた）屋根などを透過した光による建物内面の
光束発散度を求める。また、人工照明の直射光による建
物内部の照度分布を求める。そして、これらの照度分布
に基づいて反射による間接照度を求め、この間接照度お
よび人工照明の直射光による照度分布から建物内部の照
度分布を求めることができる。

さらに、上記本発明の第２の局面に係る構成によれば、
まず太陽直射光による建物外部例えば屋根の直射照度分
布を求め、建物の開口部を通過する太陽直射光による直
射照度分布を求め、一方天空輝度分布からやはり屋根な
どの照度分布を求め、このように求めた照度分布に基づ
いて（透光性の建物材を用いた）屋根などを透過した光
による建物内面の光束発散度を求める。また、建物の開
口部から見える天空の輝度分布から建物内部の照度分布
を求め、人工照明による建物内部の照度分布を求める。

そして、これらの照度分布に基づいて反射による間接照
度を求め、この間接照度および直射照度分布から開口部
のある建物内部の照度分布を求めることができる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る照度分布計算装置の
構成を示すブロック図である。なお、本実施例の装置は
マイクロコンピュータに所定のプログラムを格納して構
成しているが、ハードウェアのみで構戊することも可能
である。。

同図において、各ブロックはマイクロコンピュータに格
納されたプログラムを示している。１は太陽直射光によ
る建物外部の直射照度分布を求める手段、２は天空輝度
分布から上記建物外部の照度分布を求める手段である。

太陽直射光による建物外部の直射照度分布を求める千段
１は地上での直射日光法線照度Ｅ４が大気外日光法線照
度Ｅ。

と直射日光が地上に到達するまでの間に通過する大気中
の空気のｆｉｘとによって Ｅ，ｍＥｏｅ−” と表わされることなどに基づき算出する。これにより太
陽直射光による屋根の照度分布が求められる。天空輝度
分布から上記建物外部の照度分布を求める手段２は全天
空照度を求めるための従来より知られている幾つかの近
似式（例えば、ＫｒｏｃｈＩｌａｎｎの近似式やＣｈｒ
ｏｓｃＩｋｌの近似式など）を用いて算出することがで
きる。本実施例では、天空光による屋根への入射照度に
ついては、天空を等立体角の面素に分割し、各面素がＣ
ＩＥ標準天空（輝度分布）にのっとったある輝度を持つ
ものと仮定しそれをもとに計算している。（なお、天空
輝度分布については、いろいろ提案されており、本実施
例の装置では天空要素に対応する輝度を与えてくれるも
のであれば基本的にはＣＩＥ標準天空に限定されない。

） ６は上記照度分布を求める手段１．２により求めた建物
外部の照度分布例えば屋根の照度分布に基づき建物の透
光性の建築材を透過した光による建物内面の光束発散度
を求める手段である。透光性の建築材（膜材）について
は、相互反射も含めた建物内側の照度と天空光および太
陽直射光による建物外側の照度と膜材の反射率および透
過率により、屋根内側面（天井面）などをある輝度を持
つ２次光源と見なしその光束発散度を求めるものである
。

５は建物の開口部を通過する太陽直射光による建物内部
の直射照度分布を求める手段、３は建物の開口部から見
える天空の輝度分布から建物内部の照度分布を求める手
段である。これらの照度分布を求める手段３，５は建物
に開口部がない場合には省略することができる。

４は人工照明による上記建物内部の照度分布を求める手
段である。具体的には、従来より知られている点光源と
見なせる限界以下の範囲で光源を点光源と見なし法線照
度を求めるなどの手法により算出することができる。

７は建物内面の光束発散度および人工照明による上記建
物内部の照度分布に基づいて、間接照度を求める手段で
ある。具体的には、例えば床面以外について人工照明に
よる直接照度に相互反射成分を加えた照度分布を計算し
、床面以外の面の照度分布からこれらの面を２次光源と
して光束発散度を求め、そして床面以外の面を２次光源
としたときの光束発散度から床面の照度（間接照度）を
求めるものである。これには既知の相互反射の計算式と
解法を用いることができる。

８は上記間接照度および直ＩＪ照度（開口部を通過する
太陽光あるいは天空による照度や人工照明による照度）
から、建物内部の照度分布を求める手段である。これに
より、最終的にトータルされた室内の照度が求められる
。

第２図は、本実施例の装置の動作手順を説明するための
フローチャートである。同図において、まず処理がスタ
ートすると、ステップＳ１で各種のデータを入力する。

人力データとしては、建物の場所（緯度・経度）、建物
の方位、建物のデータ（高さや開口部のデータ）、日時
、天候（晴れまたは曇り）、太陽直射光に関するデータ
（地域との関係など）、建物内の照明器具の台数、配光
データ（器具からの光の出方など）、エーミング、建築
材の透過率、建築材の反射率などがある。

次に、ステップＳ２で自然光があるかどうか判別する。

自然光がある場合は、ステップＳ３へ、ない場合はステ
ップＳ７へ進む。ステップＳ３では直射日光があるかど
うか判別し、あればステップＳ４で直射日光による直接
照度を計算する。なければステップＳ５に進む。ステッ
プＳ４の直射日光による直接照度の計算は、第１図のブ
ロック１による処理、および開口部がある場合はブロッ
ク５による処理である。

ステップＳ５で天空光による直接照度を計算し、ステッ
プＳ６で透光性の膜材を透過した光による床面の照度分
布を計算する。ステップＳ５の処理は、第１図のブロッ
ク２による処理、および開口部がある場合はブロック３
による処理である。また゛、ステップＳ６は第１図のブ
ロック６による処理である。

次に、ステップＳ７で人工照明があるかどうか判別し、
あればステップＳ８で人工照明による直接照度を計算し
てから、なければ直接ステップＳ９へと進む。ステップ
Ｓ８は第１図のブロック４による処理である。次にステ
ップＳっで間接照度を計算し（第１図ブロック７）、ス
テップＳＩＯで全照度を計算し（第１図ブロック８）、
ステップＳｌｌで結果を出力する。出力データとしては
、建物内の照度分布、輝度分布、平均照度、および照度
の均斉度などがある。

第３図は、本実施例の装置による照度分布の計算を行う
モデルであるエアドームの例を示す。同図において、１
１はエアドームの外形（縦４０ｍ，横３２ｍ，高さ最高
部１２ｍ，高さ最低部８ｍ）である。矢印はエーミング
を示し、１２は建物内に配置される照明器具のうち床面
方向に光を投射する照明器具、１３は建物内に配置され
る照明器具のうち天井方向に光を投射する照明器具、１
４は透光性の建築材により構成される屋根（天井）部で
ある。屋根膜の反射率は５０％、壁の反射率は１５％、
床面の反射率は１０％とした。

第４図は、第３図のモデルについて建物の床面の照度分
布を計算した出力結果を示す。縦軸は照度を示す。

第５図は、第３図のモデルで屋根の中央部に開口部を設
けたとして計算した例を示す。開口部に対向した床面部
分の照度が高くなっていることが分かる。

以上より本実施例によれば、例えば床面照度を均一化し
たい場合に人工照明をどのように設置および点灯すべき
か、ある時期の何時にどの照明を点灯するのが合理的か
など、種々の照明計画に役立て得るよう照度分布などの
データを計算しあらかじめ知ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、屋根などに透光
性の膜材などを用いる場合であっても、その選定に当た
って事前に屋内のぽ度分布を予測することができる。ま
た、１日の昼光の利用率の見当をつけ人工照明を計画す
る際の検討資料としたり、照明計画の延長としてイニシ
ャル・コストやランニング・コストなどの見積もりにお
およその見当をつけることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る照度分布計算装置の
構成を示すブロック図、 第２図は、本実施例の装置の動作手順を説明するための
フローチャート、 第３図は、本実施例の装置による照度分布の計算を行う
モデルであるエアドームを簡略化して示す図、 第４図および第５図は、建物の床面の照度分布を計算し
た出力結果を示す図である。 度分布を求める手段、５：開口部を通過する太陽光によ
る室内の照度分布を求める手段、６：屋根の照度分布か
ら膜を透過した光束を求める手段、７：間接照度（相互
反射照度）を求める手段、８：直射・間接をトータルし
た照度分布を求める手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）太陽直射光による建物外部の直射照度分布を求め
   る手段と、 天空輝度分布から上記建物外部の照度分布を求める手段
   と、 上記太陽直射光および天空輝度分布から求めた上記建物
   外部の照度分布に基づいて、上記建物の建築材を透過し
   た光による建物内面の光束発散度を求める手段と、 人工照明の直射光による上記建物内部の照度分布を求め
   る手段と、 上記建物内面の光束発散度および人工照明による上記建
   物内部の照度分布に基づいて、間接照度を求める手段と
   、 上記間接照度および人工照明による照度分布から上記建
   物内部の照度分布を求める手段と を具備することを特徴とする照度分布計算装置。
2. （２）太陽直射光による建物外部の直射照度分布を求め
   る手段と、 上記建物の開口部を通過する太陽直射光による建物内部
   の直射照度分布を求める手段と、 天空輝度分布から上記建物外部の照度分布を求める手段
   と、 上記太陽直射光および天空輝度分布から求めた上記建物
   外部の照度分布に基づいて、上記建物の建築材を透過し
   た光による建物内面の光束発散度を求める手段と、 上記建物の開口部から見える天空の輝度分布から建物内
   部の照度分布を求める手段と、 人工照明の直射光による上記建物内部の照度分布を求め
   る手段と、 上記建物の開口部を通過する太陽直射光による建物内部
   の直射照度分布、上記建物内面の光束発散度、上記建物
   の開口部から見える天空の輝度分布から建物内部の照度
   分布、および人工照明による上記建物内部の照度分布に
   基づいて、間接照度を求める手段と、 上記間接照度および各手段により求めた直接照度分布か
   ら上記建物内部の照度分布を求める手段と を具備することを特徴とする照度分布計算装置。