JP7057570B2

JP7057570B2 - 太陽光入射構造

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Publication number: JP7057570B2
Application number: JP2019145401A
Authority: JP
Inventors: 秀雄新井
Original assignee: 株式会社マテリアルハウス
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2022-04-20
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: JP2021026943A

Description

本発明は、複数の鏡面板状の光入射調整部材をそれぞれ光入射側「南上がり」とした並列状態で設けることにより、屋内などの内部空間域への内部到達光（明るさ）の季節による変化量をできるだけ小さくした太陽光入射構造に関する。

なお、本件出願の明細書および図面などでは単なる説明の便宜上、必要に応じ東京での南中時の入射太陽光を前提としている。

本発明の場合、夏季および春・秋季（特に夏季）における内部到達光の明るさを光入射調整部材の反射作用により減じて冬季のそれに近づけている。
すなわち、低仰角の冬太陽光に基づく明るさを基準とし、冬季以外の各季節の内部到達光をその本来よりもいわば小レベルの疑似冬季状態に減少させ、これにより一年を通しての照射対象内部空間域の明るさの変動分をできるだけ軽減している。

冬季以外の内部到達光をこの小レベル相当の疑似冬季状態に設定するため、本発明では鏡面板状の光入射調整部材を後述（図１参照）のように、
(11)高仰角の夏入射太陽光の一部が光入射調整部材の上端側で鏡面反射して採光部の上方空間域に逃げる、
(12)入射太陽光が光入射調整部材での鏡面反射により弱くなるといった光反射性状を利用し、光入射調整部材の(水平面に対する)傾斜角度を冬季の入射太陽光の仰角と略同じにして冬季の鏡面反射の発生を少なくし、冬季入射太陽光の反射弱化の程度を抑える、
などの態様で配設している。

上記(12)の光入射調整部材の傾斜角度設定により、冬季の入射太陽光においては上記鏡面反射がきわめて弱く、この弱反射にともなう入射太陽光の弱まり程度も小さい。

一方、太陽光の仰角が冬季よりも大きくなる春・秋季や夏季では、光入射調整部材における入射太陽光の鏡面反射が相対的に強く、この強反射にともなう入射太陽光の弱まり程度が冬季より大きい。

すなわち、春・秋季や夏季の入射太陽光は、採光部への入射光そのものではなく、光入射調整部材での鏡面反射にともなう弱入射光となっている。夏季の場合はこの弱入射光作用に、前記上方空間域への入射太陽光逃げ作用が付加される。

これら入射太陽光の、春・秋季および夏季の光入射調整部材での鏡面反射にともなう弱まり作用や、夏季の光入射調整部材上端側での上方空間域への逃げ作用により、冬季以外の内部到達光を上記小レベル相当の疑似冬季状態に設定している。

本発明は、このように春・秋季および夏季の入射太陽光を光入射側「南上がり」配設の光入射調整部材で疑似冬季状態に設定することにより、年間を通じての照射対象内部の明るさを略冬季レベルとし、季節ごとの屋内での受け光束量の変動を小さくしている。

本件出願人は、すでに低仰角太陽光および高仰角太陽光それぞれの採光量（屋内照度など）の、一日の朝，昼，夕の時間帯変動を少なくする太陽光入射構造を提案している（下記特許文献１参照）。

ここでは、同一形状の例えば長方形状平板で鏡面仕様の複数の光入射調整部材を、採光部の東サイトおよび西サイトに、それぞれ南北方向で、全体としてはサイト境界に近いほど上方となる東西方向の位置態様で配設している。

すなわち、東サイトの光入射調整部材は東上がりの傾斜態様で、西サイトの光入射調整部材は西上がりの傾斜態様でそれぞれ配設されている。

光入射調整部材のこの東西各サイトでの配設態様により、日の出・日の入りの直射太陽光を採光部から照射対象内部に効率よく取り込んでいる。

特許第６１８４４２９号公報

このように提案済みの太陽光入射構造は、東西各サイトに配設した複数の光入射調整部材の傾斜態様に基づき、低仰角の朝・夕太陽光を、隣同士の光入射調整部材間の屋内進入開口域へと取り入れている。

この朝・夕太陽光の屋内への積極的な進入にともないその空間域の明るさが高仰角の昼太陽光下のそれに近づき、一日の昼間時間帯（朝，昼，夕）のいわば屋内明るさの変動の減少化を図れるといった利便性を備えている。

本発明は、このような一日対応の屋内明るさの変動減少化といった利点を持つ従来の太陽光入射構造の着想を、冬季，春季，夏季および秋季の一年にわたる内部到達光（屋内明るさ）に対して類推適用し、この内部到達光の一年単位での平均化を図るものである。

この類推適用においては、
(21)夏季入射太陽光の一部を光入射調整部材の上方に逃がす、
(22)入射太陽光が光入射調整部材での鏡面反射により弱くなることを利用し、光入射調整部材の傾斜角度を冬季入射太陽光の仰角３２度と略同じにして冬季鏡面反射の発生程度を抑える、
ことなどを骨子としている。

本発明は、これら入射太陽光の、夏季の光入射調整部材上端側での上方空間域への逃げ作用や鏡面反射にともなう弱まり作用により、冬季以外（特に夏季）の内部到達光を疑似冬季状態に設定し、一年全体での内部到達光変動の低減化を図ることを目的とする。

ここでは採光部の複数の光入射調整部材の鏡面反射作用により、春季，夏季および秋季それぞれ（特に夏季）の内部到達光の明るさを積極的に減じ、その最小時期の冬季状態に近づけている（図３参照）。

本発明は、以上の課題を次のようにして解決する。
（１）鏡面仕様の複数の光入射調整部材（例えば後述の第二の曲げ加工光入射調整部材５）が、それぞれ東西方向で、かつ全体としては平面視南北方向の位置態様で採光部（例えば後述の採光部１）に配設される太陽光入射構造において、
前記光入射調整部材は、
それぞれ南上がりの傾斜態様（例えば後述の傾斜角度θ５～θ８，θ17）で配設され、
その上表面と北隣の光入射調整部材の下表面との間に光入射用光路としての東西方向開口部（例えば後述の東西方向開口部６）を設定し、
前記南上がりの傾斜態様は、
夏季の入射太陽光の一部を光入射調整部材の上方に反射させて逃がし、
夏季の入射太陽光に対する前記上表面および前記下表面での鏡面反射にともなう照度低下を生じさせ、かつ、冬季の入射太陽光に対する前記鏡面反射の発生を抑える、
機能を少なくとも備えた傾斜角度に設定され、
それぞれ前記南上がりの前記光入射調整部材（例えば後述の第二の曲げ加工光入射調整部材５）の全体としての傾斜態様は、
北側配設の前記光入射調整部材ほど採光部水平面に近付く形の傾斜状態である、
構成態様のものを用いる。

本発明は、以上の構成からなる光入射調整部材を用いた太陽光入射構造を対象としている。

本発明は以上の課題解決手段により、春，夏，秋の各季節の入射太陽光の照射対象内部への到達分を本来の照射量よりも積極的に減じて冬季の入射太陽光での屋内照射状態に近づけ、一年を通しての内部照度変化の減少化を図ることができる。

複数の長方形平板状の光入射調整部材がそれぞれ南上がり態様で配設された太陽光入射構造の南北上下方向の断面状態を示す説明図である。図１の複数の光入射調整部材がそれぞれ南上がりの並列態様で枠体内部に配設された光入射調整部材ユニットを示す説明図である。図１の太陽光入射構造の設置にともなう屋内空間域での一年間の光束量変化、すなわち屋内空間域に到達する入射太陽光の照度変化を示す説明図である。図１の光入射調整部材の変形例であって、それぞれの下部分と上部分との相対的な曲げ加工を施してその全体が南北方向の並列態様で配設された複数の曲げ加工光入射調整部材を示す説明図であり、図示左右の南北方向の採光部水平面に対する上記並列態様につき、複数の曲げ加工光入射調整部材が、(a)はそれぞれ同じ傾斜状態に設定され、(b)は北側配設の調整部材が下広がり・小傾斜状態（採光部水平面に近づく形の傾斜状態）に設定された、ことを示す説明図である。

図１～図４を用いて本発明の実施形態を説明する。

図１～図４において、
１は建物の屋根などに設定されて太陽光入射作用を呈する採光部，
２は採光部１にそれぞれ南上がり，南北方向同一ピッチの並列態様で複数配設されて、鏡面仕様および長方形板状からなる曲げ加工なしの光入射調整部材（図１，図２参照），
３は複数の例えば13個の光入射調整部材２がそれぞれ「南上がり」施工対象の単位要素として配設された光入射調整ユニット(図２参照)，
３ａは光入射調整ユニット３の内部に配設された光入射調整部材２のそれぞれを固定保持する方形状の枠体，
４は光入射調整部材２の変形例で、それぞれ自らの導光性を高め、強度を確保するため曲げ加工（その１）を施した鏡面仕様の第一の曲げ加工光入射調整部材(図４(a)参照)，
４ａは第一の曲げ加工光入射調整部材４の下部分，
４ｂは下部分４ａの上側に連続する上部分，
５は光入射調整部材２の変形例で、それぞれ自らの導光性を高め、強度を確保するため曲げ加工（その２）を施した鏡面仕様の第二の曲げ加工光入射調整部材(図４(b)参照)，
５ａは第二の曲げ加工光入射調整部材５の下部分，
５ｂは下部分５ａの上側に連続する上部分，
５ｃは上部分５ｂの上側に連続する上端部分，
５１は図４(b)左端側の第二の曲げ加工光入射調整部材５としての南端配設調整部材，
５２は図４(b)右端側の第二の曲げ加工光入射調整部材５としての北端配設調整部材，
６は光入射調整部材２，第一の曲げ加工光入射調整部材４および第二の曲げ加工光入射調整部材５の上表面とその北隣の光入射調整部材などの下表面との間に設定された太陽光入射用の東西方向開口部，
をそれぞれ示している。

また、
Ａ，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１は屋内空間域へ直進する入射太陽光(図１参照)，
Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２は光入射調整部材２での反射作用に基づいて屋内空間域へ進む入射太陽光，
Ｄ３は光入射調整部材２の上表面での反射作用に基づいて入上空に逃げる入射太陽光，
Ｒは本発明の太陽光入射構造を用いたときの屋内採光量(光束量)の低減分(図３参照)，

また、
Ｗは光入射調整部材２の南北方向のいわば面幅，
Ｌは光入射調整部材２および第一・第二の曲げ加工光入射調整部材４，５の東西方向の長さ，
Ｐは光入射調整部材２の南北方向の配設ピッチ，
Ｗ１は第一の曲げ加工光入射調整部材４の南北方向の面幅（Ｗ11＋Ｗ12），
Ｗ11は下部分４ａの南北方向の面幅，
Ｗ12は上部分４ｂの南北方向の面幅，
Ｐ１は第一の曲げ加工光入射調整部材４の南北方向の配設ピッチ
Ｗ２は第二の曲げ加工光入射調整部材５の南北方向の面幅（Ｗ21＋Ｗ22＋Ｗ23），
Ｗ21は下部分５ａの南北方向の面幅，
Ｗ22は上部分５ｂの南北方向の面幅，
Ｗ23は上端部分５ｃの南北方向の面幅，
Ｐ２は第二の曲げ加工光入射調整部材５の南北方向の配設ピッチ
をそれぞれ示している。

また、
θ１は光入射調整部材２の配設傾斜角度，
θ２は第一の曲げ加工光入射調整部材４の下部分４ａと上部分４ｂとの間の曲げ角度，
θ３は第一の曲げ加工光入射調整部材４の配設傾斜角度（採光部１の水平面に対する上部分４ｂの同一傾斜角度），
θ４は第二の曲げ加工光入射調整部材５の下部分５ａと上部分５ｂとの間の曲げ角度，
θ５～θ８，θ17は第二の曲げ加工光入射調整部材５の配設傾斜角度（採光部１の水平面に対する下部分５ａの変化傾斜角度：北側配設のものほど小傾斜），
をそれぞれ示している。

これら光入射調整部材２，第一の曲げ加工光入射調整部材４および第二の曲げ加工光入射調整部材５それぞれについての各要素の数値例は次の通りである。
Ｗ：50mm
Ｌ：600mm
Ｐ：40mm
Ｗ１：88.2mm
Ｗ11：49.1mm
Ｗ12：49.1mm
Ｐ１：60mm
Ｗ２：98.3mm
Ｗ21：32.1mm
Ｗ22：59mm
Ｗ23：7.2mm
Ｐ２：40mm

次の角度はそれぞれ鋭角表示である。
θ１：30度
θ２，θ４：150度
θ３：47度
θ５：75度
θ６：73度
θ７：71度
θ８：69度
θ17：51度

図４(b)で示されるように、計１３個の第二の曲げ加工光入射調整部材５は、北側配設の調整部材が下広がり・小傾斜（採光部１の水平面に近づく形の傾斜状態）となる態様で設定されている。

すなわち、図４(b)左側の南端配設調整部材５１（配設傾斜角θ５：75度）から図示右側の北端配設調整部材５２（配設傾斜角θ17：51度）までに、計１３個の第二の曲げ加工光入射調整部材５が順に「２度」の傾斜変化を生じる形で配設されている。なお、この配設傾斜角θ８と配設傾斜角θ17との間に配設された計８個の第二の曲げ加工光入射調整部材５それぞれの配設傾斜角表示を省略している。

図４(b)のように、第二の曲げ加工光入射調整部材５を下広がり・北側低傾斜といった順次の傾斜変化態様での設定により、屋内空間域への入射光の拡散化などの利点がある。

ここで、曲げ加工なしの光入射調整部材２および第一，第二の曲げ加工光入射調整部材４，５それぞれの鏡面仕様としては、例えばアルミニウム製鏡面，ステンレス製鏡面，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製鏡面，ガラス鏡面などを用いる。

また、枠体３ａは、アルミニウム，ステンレスなどの金属製やアクリル、ポリカーボネートなどからなるプラスチック製のものである。入射調整部材２および第一，第二の曲げ加工光入射調整部材４，５などを採光部１に固定するには、ネジ止め，リベット止め，接着などの各種固定手段を適宜用いる。

図１および図２で示すように、曲げ加工なしの光入射調整部材２は例えば鏡面仕様の同一形状で複数の長方形状平板からなり、それぞれ光入射側南上がりの傾斜状態で東西長手方向に、かつ全体としては平面視の南北方向に並列配設されている。

このように南上がり態様で南北方向に並列配設された図１～図４の各光入射調整部材２，４，５の隣同士において、それぞれの南側部材の上表面と北側部材の下表面とが離間対向した太陽光入射用の東西方向開口部６が設定される。

図示南上がりの光入射調整部材２，４，５からなる太陽光入射構造は、
(31)東西方向開口部６により、入射太陽光を屋内空間域へと直進させ（図１の入射太陽光Ａ，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１参照）、
(32)光入射調整部材の上表面での反射作用や、これに続くさらなる下表面での再反射に基づいて入射太陽光を屋内空間域へと導き（図１の入射太陽光Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２参照）、
(33)光入射調整部材の上表面での反射作用に基づいて夏季入射太陽光の一部を上空に逃がす（図１の入射太陽光Ｄ３参照）、
などの態様で入射太陽光の進路を調整している。

このような光入射調整部材２の進路調整動作は、第一の曲げ加工光入射調整部材４および第二の曲げ加工光入射調整部材５を用いる場合にも同様に生じる。

上記東西方向開口部６の方への入射太陽光は、高仰角の夏場ではその上側入射光（入射太陽光Ｄ３）が光入射調整部材の上面でいわば初期反射した後、隣の光入射調整部材の下面で再反射することなしに上方の屋外空間域へと逃げてしまう。

冬場などの低仰角の入射太陽光では、この上方空間域（屋外）への逃げ分が生じず夏場の高仰角の入射太陽光に比べて、東西方向開口部６から屋内へと取り入れられる入射太陽光の割合が増加する。

また、冬場から夏場にかけての太陽仰角の増加にともない上記隣の光入射調整部材の下面での再反射が生じる。

この再反射（回数）に応じて屋内への入射太陽光が弱くなる。これにより、夏季のように初期反射光の上方屋外空間域への逃げが生じない春季および秋季などでの屋内入射太陽光についてもその明るさが、冬場のそれに近づくように抑えられる。

図３は、本発明のこのような太陽光入射構造の作用により春季，夏季および秋季それぞれの屋内入射太陽光の明るさが抑えられることを示すシミュレーション結果である。

このシミュレーションでは、南上がりの光入射調整部材２からなる図１および図２の太陽光入射構造を「用いた場合」および「用いない場合」のそれぞれにつき、東京での南中時などの屋内採光量(光束量)を求めている。

なお、この「用いた場合」の低減後の屋内採光量を点線で示し、「用いない場合」のもともとの屋内採光量を実線で示す。この点線と実線との差分が本発明の太陽光入射構造を用いたことによる屋内採光量の低減分Ｒとなる。

例えば、４月２２日１２時の屋内採光量はこの太陽光入射構造の作用により略10,000ルーメンほど低減している。

図３のシミュレーション結果は、光入射調整部材２を「用いた場合」の明るさ（屋内採光量）が「用いない場合」のいわば通常採光に比べて、概略、
(41)２月～１０月では低減し、５月～７月において著しく低減し、
(42)１月，１１月および１２月の冬季では「用いない場合」と略同じであって、かつ、この各月の明るさ自体も略同じであり、
(43)２月～１０月の冬季以外では低減後の明るさが冬季屋内採光量に近づく、
ことなどを示している。

上記(43)の夏季を含む２月～１０月の明るさ低減作用後の屋内採光量を冬季屋内採光量に近づけたことが、本発明の主たるポイントである。

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、
(51)採光部１に各種タイプの光ダクトを取り付ける、
(52)光入射調整部材２および曲げ加工光入射調整部材４についても曲げ加工光入射調整部材５と同じように、北側調整部材ほど小傾斜（採光部水平面に近づく形の傾斜状態）となる態様で設定する、
(53)光入射調整部材２および曲げ加工光入射調整部材４，５として各種形状のフィン（平板状フィンおよび湾曲板状フィン）などを用いる、
(54)光入射調整部材２および曲げ加工光入射調整部材４，５として図示以外の傾斜、曲げ態様のものを用いる、
ようにしてもよい。

１：採光部
２：曲げ加工なしの光入射調整部材（図１，図２参照）
３：光入射調整ユニット(図２参照)
３ａ：枠体
４：第一の曲げ加工光入射調整部材(図４(a)参照)
４ａ：下部分
４ｂ：上部分
５：第二の曲げ加工光入射調整部材(図４(b)参照)
５ａ：下部分
５ｂ：上部分
５ｃ：上端部分
５１：南端配設調整部材
５２：北端配設調整部材
６：太陽光入射用の東西方向開口部

Ａ，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１：屋内空間域へ直進する入射太陽光(図１参照)
Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２：反射作用に基づいて屋内空間域へ進む入射太陽光
Ｄ３：反射作用に基づいて上空に逃げる入射太陽光
Ｒ：屋内採光量(光束量)の低減分(図３参照)

Ｗ：光入射調整部材の南北方向の面幅
Ｌ：光入射調整部材などの東西方向の長さ
Ｐ：光入射調整部材の南北方向の配設ピッチ
Ｗ１：第一の曲げ加工光入射調整部材の南北方向の面幅（Ｗ11＋Ｗ12）
Ｗ11：下部分の南北方向の面幅
Ｗ12：上部分の南北方向の面幅
Ｐ１は第一の曲げ加工光入射調整部材の南北方向の配設ピッチ
Ｗ２：第二の曲げ加工光入射調整部材の南北方向の面幅（Ｗ21＋Ｗ22＋Ｗ23）
Ｗ21：下部分の南北方向の面幅
Ｗ22：上部分の南北方向の面幅
Ｗ23：上端部分の南北方向の面幅
Ｐ２は第二の曲げ加工光入射調整部材の南北方向の配設ピッチ

θ１：光入射調整部材の配設傾斜角度
θ２：第一の曲げ加工光入射調整部材の曲げ角度
θ３：第一の曲げ加工光入射調整部材それぞれの上部分の配設傾斜角度（同一傾斜）
θ４：第二の曲げ加工光入射調整部材の曲げ角度
θ５～θ８，θ17：第二の曲げ加工光入射調整部材それぞれの下部分の配設傾斜角度（北側配設のものほど小傾斜）

Claims

鏡面仕様の複数の光入射調整部材が、それぞれ東西方向で、かつ全体としては平面視南北方向の位置態様で採光部に配設される太陽光入射構造において、
前記光入射調整部材は、
それぞれ南上がりの傾斜態様で配設され、
その上表面と北隣の光入射調整部材の下表面との間に光入射用光路としての東西方向開口部を設定し、
前記南上がりの傾斜態様は、
夏季の入射太陽光の一部を光入射調整部材の上方に反射させて逃がし、
夏季の入射太陽光に対する前記上表面および前記下表面での鏡面反射にともなう照度低下を生じさせ、かつ、冬季の入射太陽光に対する前記鏡面反射の発生を抑える、
機能を少なくとも備えた傾斜角度に設定され、
それぞれ前記南上がりの前記光入射調整部材の全体としての傾斜態様は、
北側配設の前記光入射調整部材ほど採光部水平面に近付く形の傾斜状態である、
ことを特徴とする太陽光入射構造。