JP7310084B2 - 外装スクリーン及び外装スクリーンの設計方法 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 平成３０年１１月１３日 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｏｙｏｔａ－ｂｏｓｈｏｋｕ．ｃｏｍ／ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｒｅｌｅａｓｅ／ にて公開 平成３１年２月１８日 第２３回住宅・建築物の省ＣＯ▲２▼シンポジウムにて公開 平成３１年２月２１日 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｅｎｋｅｎ．ｇｏ．ｊｐ／ｓｈｏｕｃｏ２／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ にて公開

本発明は、外装スクリーン及び外装スクリーンの設計方法に関する。

下記特許文献１には、建物の南面に形成された開口部の外側に設けられて当該開口部を覆うルーバー装置が記載されている。

特開２０１３－２１３３９４号公報

上記特許文献１のルーバー装置では、夏季の日射を遮蔽すると共に冬季の日射を取得できるように、各羽根部の間隔及び取付角度が設定されている。しかし、夏季において日射を確実に遮蔽するためには、羽根部の間隔を所定の間隔より狭くする必要がある。このため眺望を得ることが難しい。

本発明は、上記事実を考慮して、眺望を確保し易い外装スクリーン及び外装スクリーンの設計方法を提供することを目的とする。

請求項１の外装スクリーンは、平面視で波形状又はジグザグ形状の羽板と、複数の前記羽板が上下に間隔を空けて固定され、かつ、上下に隣接する前記羽板同士が平面視で交差するように固定された下地材と、を有する。

請求項１の外装スクリーンでは、平面視で波形状又はジグザグ形状の羽板が、上下に間隔を空けて配置される。また、羽板は、平面視で上下の羽板同士が交差するように下地材に固定されている。つまり、外装スクリーンを上方から見ると、羽板の間に上下方向に抜ける空間が形成されている。このため、複数の細長い長方形状の羽板を組付けて形成され、上下方向に抜ける空間がない一般的な外装スクリーンと比較すると、上下方向に抜ける空間を通じて眺望を確保し易い。

請求項２の外装スクリーンは、請求項１に記載の外装スクリーンにおいて、前記羽板の上下の間隔が広い部分と狭い部分とを有する。

請求項２の外装スクリーンでは、羽板の間の上下方向に抜ける空間に加え、羽板の上下の間隔が広い部分から眺望を確保できる。また、羽板の上下の間隔が狭い部分に入射する太陽光を遮って建物の熱負荷を低減できる。

請求項３の外装スクリーンの設計方法は、平面視で波形状とされた複数の羽板を上下に間隔を空けて配置し、かつ、上下に隣接する前記羽板同士を平面視で交差するように配置した外装スクリーンにおいて、前記羽板の幅、振幅及び上下の間隔をパラメータとしてコンピュータに入力する工程と、前記コンピュータが前記パラメータを用いて太陽の位置に応じた前記外装スクリーンの日射遮蔽性能を評価する工程と、異なるパターンの前記パラメータを用いて評価された前記日射遮蔽性能を比較する工程と、を備えている。

請求項３に記載の外装スクリーンの設計方法によると、羽板の幅、振幅、及び、上下の間隔をパラメータとして、コンピュータが太陽の位置に応じた外装スクリーンの日射遮蔽性能を評価する。そして、異なるパターンのパラメータを用いて評価された日射遮蔽性能を比較する。これにより、眺望を確保しつつ外装スクリーンの日射遮蔽性能を最適化できる羽板の幅、振幅、及び、上下の間隔を求めることができる。

本発明によると、眺望を確保し易い外装スクリーン及び外装スクリーンの設計方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る外装スクリーンの一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る外装スクリーンの一例を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る外装スクリーンにおける羽板の平面形状を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る外装スクリーンにおける羽板を構成する分割部材を示す平面図である。 図２におけるＡ－Ａ線断面図である。 本発明の実施形態に係る外装スクリーンにおいて支柱と羽板の分割部材との接合構造を示す立断面図である。 本発明の実施形態に係る外装スクリーンにおいて支柱と羽板の分割部材との接合構造を示す平面図である。 図２におけるＢ－Ｂ線断面図である。 本発明の実施形態に係る外装スクリーンにおいて、羽板の上下方向の間隔を変えた変形例を示す立断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る外装スクリーンにおいて、羽板に勾配を付けて配置した変形例を示す立断面図であり、（Ｂ）は羽板に勾配を付けて配置した別の変形例を示す立断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）における羽板の勾配を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る外装スクリーンにおける羽板を平面視でジグザグ形状にした変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る外装スクリーン及び外装スクリーンの設計方法について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において構成を省略する又は異なる構成と入れ替える等、適宜変更を加えて実施することができる。

＜外装スクリーン＞
本発明の実施形態に係る外装スクリーン２０は、図１に示すように、建物１０の外周面に沿って建物１０の外側に配置される外付けルーバーである。外装スクリーン２０が配置される建物１０の外周面は、例えば南面である。外装スクリーン２０は、この南面に加えて又は代えて、西面や東面に配置してもよい。

図２に示すように、外装スクリーン２０は、羽板２２と、下地材としての支柱３０とを含んで形成されている。

（羽板）
羽板２２は、平面視で波形状とされたルーバー材である。ここで、本実施形態における「波形状」とは、図３の曲線Ｌ１に示すように、直線の基準線ＣＬの一方側と他方側へ交互に「振幅ｙ」だけ突出する曲線形状である。曲線Ｌ１は、基準線ＣＬの一方側と他方側へ交互に突出するパターンを規則的に繰り返し、その１サイクルの長さは「波長λ」とされている。

羽板２２は、曲線Ｌ１と、曲線Ｌ１を基準線ＣＬに対して直交する方向へ「幅ｄ」だけ移動させて形成された曲線Ｌ２と、で囲まれた領域に形成されている。なお、羽板２２は、基準線ＣＬが建物１０の外周面１０Ａと略平行となるように（図３に示す矢印Ｘ方向に沿うように）配置されている。

図２に示すように、上下に隣接する羽板２２は、平面視で互いに交差して配置されている。具体的には、上方の羽板２２Ａと下方の羽板２２Ｂとは、基準線ＣＬ（図２参照）に沿う方向であって、建物１０に取り付けられた状態においては建物１０の外周面１０Ａに沿う方向（Ｘ方向）に沿って半波長（０．５λ）分ずれて配置されている。これにより、羽板２２Ａと羽板２２Ｂとが平面視で半波長毎に複数箇所で交差して配置され、交差部Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…が形成されている。

それぞれの交差部Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…の間には、上下に隣接する羽板２２Ａ、２２Ｂ同士が平面視で重ならない空間である抜け部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…が形成されている。すなわち、羽板２２は、上下の羽板２２Ａと羽板２２Ｂとを半波長分ずらして配置した際に、抜け部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…が形成されるように振幅ｙ及び幅ｄ（図３参照）が定められている。

なお、羽板２２Ａと羽板２２Ｂとは同様の構成を備えている。本明細書においては、上方の羽板２２Ａと下方の羽板２２Ｂとを便宜上区別する必要がある場合に、それぞれ羽板２２Ａ及び羽板２２Ｂと称す。また、交差部Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…を総称して交差部Ｔ、抜け部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…を総称して抜け部Ｓと称す場合がある。

それぞれの羽板２２は、図４に示すように、アルミの押し出し成型によって形成された複数の分割部材２４を組み合わせて形成されている。複数の分割部材２４は、支柱３０に組み付けることで互いに組み合わされる。なお、分割部材２４は、押し出し成型用の金型から押し出された後のアルミ材を、プレス用の金型によって変形させることで波形状に成型されている。分割部材２４は、寸法精度を確保する観点から、好ましくは熱間成型によって波形状に成型される。

それぞれの分割部材２４は、上述した半波長分の長さで形成されている。また、羽板２２の端部を形成する分割部材２４Ａは、分割部材２４を切断し、切断箇所にキャップ２４Ｂを嵌め込んで形成されている。

（支柱）
図２に示すように、支柱３０は、抜け部Ｓに設けられている。具体的には、支柱３０は、図５に示すように、抜け部Ｓを貫通して上下方向に延設されている。

支柱３０は、建物１０から跳ね出した支持梁１６Ａの先端に接合されている。支持梁１６Ａは、一方の端部が建物１０の構造躯体である大梁１６Ｂに接合され、他方の端部が建物１０の外壁パネル１２Ａから突出して配置されている。支持梁１６Ａと外壁パネル１２Ａとの間には、適宜止水処理が施されている。なお、支持梁１６Ａにおける一方の端部は、建物１０の柱等に接合してもよい。

また、支持梁１６Ａは、建物１０の外周面１０Ａ（図２参照）に沿って所定の間隔で設けられている。そして支持梁１６Ａの上端面には、例えばグレーチング材等を用いて歩行可能な床板１６Ｃが架け渡され、固定されている。床板１６Ｃは、一例として外装スクリーン２０のメンテナンス時に作業員の足場として用いられる。互いに隣接する支持梁１６Ａ同士は、振れ止めとして図示しない小梁で繋いでもよい。

（羽板と支柱との固定構造）
図６及び図７に示すように、支柱３０には固定プレート３２及び固定プレート３４が接合されている。固定プレート３２は、支柱３０から建物１０の反対側（図６、７におけるＹ方向左側）へ略水平方向に沿って突出するように、支柱３０に接合されている。また、固定プレート３２は、上下方向に所定の間隔（例えば間隔Ｈ１）を空けて支柱３０に接合されている。

一方、固定プレート３４は、支柱３０から建物１０側（図６、７におけるＹ方向右側）へ略水平方向に沿って突出するように、支柱３０に接合されている。また、固定プレート３４は、上下方向に所定の間隔（例えば間隔Ｈ１）を空けて支柱３０に接合されている。

なお、固定プレート３２と固定プレート３４とは、上下方向に所定の間隔（例えば間隔０．５Ｈ１）となるように配置されている。これにより、上下に隣接する羽板２２（羽板２２Ａと羽板２２Ｂ）同士は互いに間隔０．５Ｈ１で配置されている。

図７に示すように、各分割部材２４の端部には、差込部２４Ｅが形成されている。差込部２４Ｅは、分割部材２４の側面に形成された凹部（溝状部）である。差込部２４Ｅに固定プレート３２又は固定プレート３４が差込まれて（挿入されて）、分割部材２４が支柱３０に固定される。

具体的には、支柱３０に接合された固定プレート３２には、４つの貫通孔３２Ｈが形成されている。このうち、２つの貫通孔３２Ｈは支柱３０から見て一方側（Ｘ方向の一方側）に形成され、残りの２つの貫通孔３２Ｈは支柱３０から見て他方側に形成されている。

互いに隣接する分割部材２４は、支柱３０の一方側（Ｘ方向の一方側）及び他方側にそれぞれ配置される。このとき、固定プレート３２において支柱３０の一方側に配置された２つの貫通孔３２Ｈに、一方の分割部材２４の長孔２４Ｈが重なるように、一方の分割部材２４を配置する。同様に、固定プレート３２において支柱３０の他方側に配置された２つの貫通孔２６ＡＨに、他方の分割部材２４の長孔２４Ｈが重なるように、他方の分割部材２４を配置する。

これらの貫通孔３２Ｈ及び長孔２４Ｈにボルトを挿通させ、このボルトをナットに捩じ込むことで、分割部材２４が固定プレート３２を介して支柱３０に固定される。なお、長孔２４Ｈは、分割部材２４の長尺方向（支柱３０に取り付けた状態におけるＸ方向）に沿って形成することが好ましい。これにより、支柱３０の配置間隔の施工誤差、分割部材２４の製造寸法誤差及び分割部材２４の熱延び等が生じた場合においても、施工上又は使用上の支障が生じ難い。

なお、分割部材２４における差込部２４Ｅの内部には、固定プレート３２との間にライナー３６が介装されている。これによりライナー３６が無い場合と比較して、分割部材２４の接合強度が高められている。

固定プレート３４を介して分割部材２４を支柱３０に接合する構成は、上述した固定プレート３２を介して分割部材２４を支柱３０に接合する構成と同様であるため、説明を省略する。

（羽板の配置）
図５及び図８に示すように、建物１０において外装スクリーン２０が配置される面には、ガラスが嵌め込まれたサッシ１２Ｂが組付けられている。サッシ１２Ｂは、上下方向に隣接する外壁パネル１２Ａ間に設置されている。なお、図５は図２に示す抜け部Ｓを通る立断面図であり、図８は図２に示す交差部Ｔを通る立断面図である。

外装スクリーン２０が設けられた状態では、夏季の直射光Ｑ１が建物１０の内部に進入することが抑制される。換言すると、外装スクリーン２０は、夏季の直射光Ｑ１が建物１０の内部に進入することを抑制できるように、羽板２２Ａ、２２Ｂの間隔Ｈ１等が設定されている。

なお、「直射光」とは、太陽から直接照射されて受照面を照らす光である。この直射光には、空気中の水蒸気や粉塵などによって拡散された天空光を含まないものとする。また、この直射光には、羽板２２によって上向きに反射された反射光を含まないものとする。

「夏季の直射光」とは、少なくとも夏至において太陽の南中高度が最も高い時刻における直射光を指している。また、好ましくは、夏至において太陽の南中高度が最も高い時刻の前後それぞれ１時間の時間帯における直射光を指している。また、さらに好ましくは、夏至の前後それぞれ１か月程度の期間において、太陽の南中高度が最も高い時刻の前後それぞれ１時間の時間帯の直射光を指している。

「直射光Ｑ１が建物１０の内部に進入することを抑制」とは、建物１０の内部の滞在者が直射光Ｑ１によって照射されることを抑制したり、建物１０における執務スペースの机上面等が直射光Ｑ１によって照射されることを抑制したりすることを示している。すなわち、建物１０の内部に直射光Ｑ１を全く入射させないことを意味するものではない。

建物１０の床面ＦＬからの高さＨ３の位置から間隔Ｈ４の範囲には、羽板２２は設置されていない。高さＨ３は概ね９００～１０００ｍｍ程度とされ、間隔Ｈ４は概ね１０００～１２００ｍｍ程度とされている。これにより、羽板２２が設置されていない部分（間隔Ｈ４の部分）を通して、建物１０の内部から外部を視認できる（例えば矢印Ｑ２）。

また、羽板２２は図５に示すように上下の羽板２２Ａ、２２Ｂの間に抜け部Ｓが形成される。このため、この抜け部Ｓを通して、建物１０の内部から外部を視認できる（例えば矢印Ｑ３）。

なお、以下の説明においては、建物１０のスラブ１８から高さＨ３（床面ＦＬからの高さ）の位置までの範囲を「低位置部」と称し、低位置部の上端から上方に間隔Ｈ４の範囲を「ビジョン部」と称す場合がある。さらにビジョン部からスラブ１８（上述したスラブ１８の上方向に隣接するスラブ）までの範囲を「高位置部」と称す場合がある。

＜外装スクリーンの設計方法＞
外装スクリーン２０は、建物１０の内部からの眺望を確保しつつ、夏季の直射光による建物１０の内部の熱負荷を抑制することを目的として設置される。この目的を達成するために、外装スクリーン２０は、羽板２２の形状及び配置をコンピュータシミュレーションによって検討して設計される。

具体的には、設計者は、建物１０が配置された地理情報（緯度及び経度）、建物１０において熱負荷の計算対象とする外周面１０Ａが面している方向、外周面１０Ａの面積等を予備情報としてコンピュータ（不図示）に入力する。

さらに、設計者は、図３に示す羽板２２の幅ｄ、振幅ｙ、波長λ、図６等に示す羽板２２の間隔Ｈ１、図５に示す高さＨ３及び間隔Ｈ４をパラメータとしてコンピュータに入力する。

コンピュータには、入力された予備情報及びパラメータに応じて建物１０内の熱負荷を計算するプログラムが予め記憶されている。このプログラムは、一例として、夏至において太陽の南中高度が最も高い時刻における熱負荷を計算することができる。別の一例として、夏至において太陽の南中高度が最も高い時刻の前後それぞれ１時間の時間帯における熱負荷の総計を計算することができる。また別の一例として、夏至の前後それぞれ１か月程度の期間において、太陽の南中高度が最も高い時刻の前後それぞれ１時間の時間帯の熱負荷の総計を計算することができる。

なお、熱負荷が高い場合は外装スクリーン２０の日射遮蔽性能が低く、熱負荷が低い場合は外装スクリーン２０の日射遮蔽性能が高い。すなわち、コンピュータは、熱負荷を計算することにより外装スクリーン２０の日射遮蔽性能を評価する。

設計者は、異なるパターンのパラメータを入力することで、羽板２２の形状及び配置による日射遮蔽性能の違いを比較することができる。

また、コンピュータには、入力されたパラメータに応じて建物１０の内部からの眺望をシミュレーションするプログラムが予め記憶されている。設計者は、羽板２２の幅ｄ、振幅ｙ、波長λ、間隔Ｈ１、高さＨ３及び間隔Ｈ４をコンピュータに入力することにより、建物１０の内部からの眺望をシミュレーションすることができる。

ここでシミュレーションされる眺望は、必ずしも実際の景色である必要はない。例えば建物１０の内部の所定の位置から外装スクリーン２０の間を通して視認できる屋外空間がどのような形状をしているか確認できる程度のものであればよい。

設計者は、異なるパターンのパラメータを入力することで、羽板２２の形状及び配置による眺望の違いを比較することができる。

設計者は、コンピュータによって評価された日射遮蔽性能と、シミュレーションされた眺望と、を比較することにより、所望の日射遮蔽性能及び眺望を確保できる組み合わせを選択することができる。

なお、本実施形態においては、設計者が、異なるパターンのパラメータによる日射遮蔽性能及び眺望を比較して、さらに、所望の日射遮蔽性能及び眺望を得られるパラメータを選択するものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば、コンピュータが、異なるパターンのパラメータによる日射遮蔽性能及び眺望を比較して、さらに、所望の日射遮蔽性能及び眺望が得られるパラメータを選択するものとしてもよい。具体的には、一例として、コンピュータは、まず、建物１０の内部の所定の位置から屋外を視認した時の開口率によって眺望を評価する。

次に、コンピュータは、開口率が所定値以上となる範囲において、日射遮蔽性能を最適化するパラメータを選択する。又は、コンピュータは、日射遮蔽性能が所定値以上（熱負荷が所定値以下）となる範囲において、開口率を最適化するパラメータを選択する。これらの処理により、所望の日射遮蔽性能及び眺望を確保できる。

＜作用・効果＞
以上説明したように、本発明の実施形態に係る外装スクリーン２０では、平面視で波形状の羽板２２が、上下に間隔を空けて配置される。また、羽板２２は、平面視で上下の羽板２２同士（羽板２２Ａ及び羽板２２Ｂ）が交差するように下地材（支柱３０）に固定されている。

つまり、外装スクリーン２０を上方から見ると、羽板２２の間に上下方向に抜ける空間（抜け部Ｓ）が形成されている。このため、複数の細長い長方形状の羽板を組付けて形成され、上下方向に抜ける空間がない一般的な外装スクリーンと比較すると、抜け部Ｓを通じて眺望を確保し易い。

また、本発明の実施形態に係る外装スクリーンの設計方法によると、羽板２２の幅ｄ、振幅ｙ、及び、上下の間隔Ｈ１をパラメータとして、コンピュータが太陽の位置に応じた外装スクリーン２０の日射遮蔽性能を評価する。

そして、設計者は、異なるパターンのパラメータを用いて評価された日射遮蔽性能を比較する。これにより、眺望を確保しつつ外装スクリーン２０の日射遮蔽性能を最適化できる羽板２２の幅ｄ、振幅ｙ、及び、上下の間隔Ｈ１を求めることができる。

なお、上記実施形態においては、外装スクリーン２０において、ビジョン部以外の低位置部及び高位置部における羽板２２の上下方向の間隔を一定（０．５Ｈ１、図８参照）としているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば図９に示すように、羽板２２の上下方向の間隔を高さ方向で変え、間隔が広い部分と狭い部分とを備えていてもよい。この図に示す例では、低位置部における羽板２２の間隔を間隔Ｈ６、高位置部における羽板２２の間隔を間隔Ｈ７（Ｈ７＜Ｈ６）としている。

これにより、羽板２２の間の上下方向に抜ける空間（抜け部Ｓ）に加え、羽板２２の上下の間隔が広い部分（低位置部）から眺望を確保できる。また、低位置部及びビジョン部からの直射光Ｑ４を建物１０の内部における外周部（ペリメーターゾーン）へ透過させて採光できる。また、高位置部からの直射光を遮って日射遮蔽性能を確保している。

このように、羽板２２の上下方向の間隔を高さ方向で変えることにより、日射遮蔽性能と採光性能を両立させることもできる。この場合、コンピュータを用いた外装スクリーン２０の設計方法においては、それぞれの間隔をＨ６、Ｈ７をパラメータとしてコンピュータに入力することもできる。

また、図６に示すように、分割部材２４（羽板２２）は上面が略水平となるように支柱３０に接合されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、分割部材２４は上面が勾配を備えるように支柱３０に接合してもよい。この場合、固定プレート３２、３４を、水平方向に対して傾斜させた状態で、支柱３０に接合する。

なお、図１０（Ａ）に示した例では、建物１０側（Ｙ方向における右側）が水下になるように勾配が形成されている。これにより、外装スクリーン２０の外側（Ｙ方向における左側）における雨垂れを抑制できる。

一方、図１０（Ｂ）に示した例では、支柱３０側が水下になるように勾配が形成されている。これにより、外装スクリーン２０の外側における雨垂れを抑制すると共に、建物１０の外周面１０Ａによる雨垂れを抑制できる。なお、この例においては、図１０（Ｃ）に示す矢印Ｗ１、Ｗ２の方向が水下になるように、分割部材２４は長手方向に捩じって固定される。このため、固定プレート３２、３４の角度は、分割部材２４の捩じり剛性に応じて適宜設定される。

また、上記実施形態においては、羽板２２を波形状に形成しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図１１に示す羽板２８のように、ジグザグ形状としてもよい。ジグザグ形状とすることでも、波形状とされた羽板２２と同様の効果を得ることができる。なお、これらの羽板２２及び羽板２８における、波形状及びジグザグ形状の振幅や波長は、必ずしも一定である必要はない。例えば規則的又はランダムに変化させてもよい。このように、本発明は様々な態様で実施できる。

２０ 外装スクリーン
２２（２２Ａ、２２Ｂ） 羽板
２８ 羽板
３０ 支柱（下地材）

Claims (3)

1. 平面視で波形状又はジグザグ形状の羽板と、
   複数の前記羽板が上下に間隔を空けて固定され、かつ、上下に隣接する前記羽板同士が平面視で交差するように固定された下地材と、
   を有する外装スクリーン。
2. 前記羽板の上下の間隔が広い部分と狭い部分とを有する、
   請求項１に記載の外装スクリーン。
3. 平面視で波形状とされた複数の羽板を上下に間隔を空けて配置し、かつ、上下に隣接する前記羽板同士を平面視で交差するように配置した外装スクリーンにおいて、
   前記羽板の幅、振幅及び上下の間隔をパラメータとしてコンピュータに入力する工程と、
   前記コンピュータが前記パラメータを用いて太陽の位置に応じた前記外装スクリーンの日射遮蔽性能を評価する工程と、
   異なるパターンの前記パラメータを用いて評価された前記日射遮蔽性能を比較する工程と、
   を備えた外装スクリーンの設計方法。