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天窓採光による昼光率の予測

5章 天窓採光による昼光率の予測

5 .

天窓採光による昼光率の予測

本章では,第

3

章の数式で示した平均天空に基づき 天窓、採光による 昼光照明の計算方法について述べる。すなわち 水平な天窓からの昼光

による直接昼光率を計算する方法を述べ 平均天空に基づく簡易な間接 昼光率の計算方法を提案する。

5.1  天窓採光による昼光率

本研究では,側窓、採光と同様に天窓採光による室内の昼光照度を,直 接昼光率と間接昼光率の和である昼光率と 全天空照度の積として求め

る。

天窓採光による直接昼光率は,前章に示した側窓採光による直接昼光 率の計算と同様の方法で求める。すなわち,検討点より天窓面に投影す る天空および障害物を細分し,それぞれの微細部分について,単位立体 角投射率あたりの直接昼光率と立体角投射率より,直接昼光率を計算す る。それを累積し検討点の直接昼光率とする。微細に分割した天窓と検 討点の説明図を図‑

5 . 1 に示す。

天窓採光による間接昼光率は,前章の側窓による間接昼光率の計算方 法と同様に,作業面切断の式 10)を転用する。ただし,天窓の上向き直接 昼光率は考えられない。したがって,天窓採光による間接昼光率を求め る式は,次のようである。

‑105‑

S t ' D t 'ρ e l ρ e 2   D . .  

=

L

1 0 0

Es  ~~~ A'(l‑

ρ e l

Pe2

( 5 . 1 )  

5章 天 窓 採 光 に よ る 昼 光 率 の 予 測

¥ 

¥ 

¥ 

¥ 

bstruction 

Obstructions 

‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑

、 、

Dt :天 窓 の 下 向 き 直 接 昼 光 率

oq:分割した範囲の障害物の平均高度

rLME 低減

LME:平 均 天 空 の 輝 度

のの

υ

α Y  

図 ‑

5 . 1  

天窓と検討点

ただし

p = A . 

Pm

e l   Sl‑(Sl‑

A)'

ρm l  ρ

A

‑ ρ m 2 

e 2   ‑S 2  ‑( S 2  ‑ A ) ' ρm 2  

‑106‑

5章 天窓採光による昼光率の予測

ここで

D :作業面の間接昼光率[%]

Er:作業面の間接照度

[ l x ] E ̲ 

:全天空照度

[ l x ]

Dt:天窓の下向き直接昼光率[%]

st:

天窓の面積

[m

2]

ρel .上向き等価反射率日

ρ

e2 • 下向き等価反射率[-

A:

作業面の面積

[m

2]

ρ

m1 • 下部空間の平均反射率[-

ρ

m2 • 上部空間の平均反射率[-

S l  

:下部空間の内表面積

[m

2]

S2 :上部空間の内表面積

[m

2]

本章では,式(5.1)に示す天窓の下向き直接昼光率の計算方法を新たに 提案する。加えて,詳細に,かつ,簡易に天窓採光による間接昼光率を 求めるために,提案する天窓の下向き直接昼光率の数式化を試みる。

5.2  天窓の下向き直接昼光率

天窓から建築空間に入射する昼光による下向き直接昼光率,すなわち,

天窓の下向き直接昼光率は,天窓材料の透過率を

100%

とし,昼光が天 窓を透過するときに昼光の低減がないとすると,天窓が天空などから受 ける昼光による直接昼光率,すなわち,天窓の直接昼光率と同値である。

天窓の直接昼光率は,天空を遮蔽する屋外の障害物の影響を受ける。

障害物は,検討建物の周囲で同じ高さ,あるいは,同じ輝度ではない。

‑107

第 5章 天窓採光による昼光率の予測

これを考慮して天窓採光による間接昼光率を検討するために, 全天空お よび障害物を分割する。障害物の影響を側窓に対応して考慮するために,

建物を矩形とし,その

4

壁面に平行に障害物を含む全天空を

4

分割し, それぞれによる天窓の直接昼光率を求める。その総和を天窓の直接昼光 率 と す る 。 図 ‑

5 . 1

に,天空および障害物の分割を示す。天空および障 害物は,矩形の建物の

4

壁面に平行に等分する。また,図‑

5 . 2

に分割 した天空および障害物の方位を示す。方位は,真北を基準とし,東回り とする。

屋外の障害物の輝度は,その部分に相当する天空の輝度を低減したも のとし,障害物に応じて定める低減率を乗じて求める。また,屋外の障 害物の高さは 4分割したそれぞれにおける平均の高さとし,矩形の建 物の側面と平行に無限の長さで存在するとする。

Quarter  sky 

Obstructions 

図 ‑

5 . 1  

天空および障害物の分割

‑108

5章 天窓採光による昼光率の予測

O b s t r u c t i o n s  

図 ‑

5 . 2  

天空および障害物の方位

平均天空に基づく天窓の直接照度の理論式は次のようである。

E t  Z2E ' 

(5.2) 

しだた

t ( α

y  ) 

E J z i o q L : 4 5

100x

LME(α

y)d

α

dy 

q+ t(α

, y )  

+rLME

よ 。 L

ここで

Et:

天窓、の直接照度

[ k l x ]

E ;  

:分割した範囲の天窓の直接照度

[ k l x ]

C• 天空あるいは障害物の立体角投射率[%]

α

tq 分割した天空および障害物の方位 [deg.]

Yoq 分割した範囲の障害物の平均高度 [deg.]

‑109‑

第 5章 天窓採光による昼光率の予測

LME :平均天空の天空要素の輝度

[kcd/m

2]

ME 障害物による天空の輝度の低減率[・]

天窓の直接昼光率は,天窓の直接照度の全天空照度に対する比である。

したがって,天窓を透過するときに昼光の低減がないとしたときの天窓 の下向き直接昼光率の理論式は 次のようである。

ただし

F 、~・.7 tー 」 ー に

D t = 2 D '  

D J   E J   t 。広三仰

y) .  L

ME (α

y)d

1 0 0   E s  

F  r f 0   ι

(α

E   4 7 f q J :

y ) . L

α (

y ) ω y

n n O   ~rn

五 五 。

Cs

( α, ) .   L

ME (

α

y)dαdy 

DI :天窓の下向き直接昼光率[%]

D J :

分割した範囲の天窓の下向き直接昼光率[%]

:天空要素の立体角投射率[%]

( 5 . 3 )  

( 5 . 4 )  

表 ‑

5 . 1か ら 表 ‑ 5 .   1 1に,障害物による天空の輝度の低減率を 0

から

1まで 0 . 1ごとに,障害物の平均高度,および,分割した天空および障

害物の方位を

10

。ごとに 分割した範囲の天窓の下向き直接昼光率を,

式(

5 . 4 )

の数値計算より示す。

第 5章 天窓採光による昼光率の予測

表 ‑5.1  分割した範囲の天窓の下向き直接昼光率[%](低減率:0)  Azimuth of the 

quarter sky and  obstructions αtq 

[deg.]  N O  

10  20  30  40  50  60  70  80  E 9 0  

100  110  120  130  140  150  160  170  S  180  190  200  210  220  230 

Average altitude of the obstructions in  the quarter area 

oq[deg.]  A U

一 ハU

AU AU AU nU AU AU AU AU

n U

n

un un UA UA UA UA Un U

A U

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un

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1 i

240  29.9  29.3  27.5  24.4  19.9  14.6  9.1  4.3  1.1  0.0  250  28.9  28.3  26.6  23.5  19.2  14.2  8.9  4.3  1.1  0.0  260 

W 2 7 0   280  290  300  310  320  330  340  350  N  0 

n u ‑ ‑ 4

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5 5 5 5

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3 5 3 9 5

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1 1 1 1 1 2 2 2

2

2 2 2 2 2

O

9 0 2 6 2 9 8 7

3

3 3 3 3 1 9 5 9

23

3 0 6 1 n U

. . . .  

35

4 5 5 5 6 6 7 8

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0 1 2 3 4 4 5 5

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5

7 6 3 9 2

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3 3 3 3 3

1

9 9 2 7 4 3 4 5

3

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1

3 2 9 4 7

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A

4A

' A

E A

E A

AE A

5章 天窓採光による昼光率の予測

‑5.2

分割した範囲の天窓の下向き直接昼光率[%] (低減率 :

0 . 1 )  

Azimuth of the 

quarter sky and  obstructions 

α

[deg.]  N O  

10  20  30  40  50  60  70  80  E 9 0  

100  110  120  130  140  150  160  170  S180 

190  200 

Average altitude of the obstructions in  the quarter area 

oq[deg.] 

0 1 0   20  30  40  50  60  70  80  90  18.1  17.8  16.9  15.3  13.1  10.5  7.6  4.8  2.7  1.8  17.9  17.6  16.7  15.2  13.1  10.5  7.6  4.8  2.7  1.8  17.9  17.7  16.8  15.3  13.1  10.5  7.6  4.8  2.7  1.8 

nynU咽‑43戸︑J司/

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14.5  10.2  15.1  10.6  15.6  10.9 

2.7  1.8  2.8  1.9  2.8  1.9  2.9  2.0  3.1  2.1  3.2  2.3  3.3  2.3  3.4  2.5  6.3 

6.5  6.7 

3.6  3.7  3.8 

2.6  2.7  2.8 

9 0 1 2

22

2

フM司︑︼司32J

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280  290  300  310  320  330  340  350  N  0 

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8

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1d司34343司3﹁L﹁︐h今ム

吋 ︐h

5章 天窓採光による昼光率の予測

Azimuth of the 

表 ‑

5 . 3  

分割した範囲の天窓の下向き直接昼光率[%](低減率 :

0 . 2 ) 

quarter sky and  Average altitude of the obstructions in the quarter area Y oq[deg.]  obstructions αtq 

[deg.]  0 

N  0 

10  20  30  40  50  60  70  80  90  100  110  120  130  140  150  160  170  180  190  200  210  220  230  240  250  260  270  280  290  300  310  320  330  340  350 

ω

一ω

りハ

M U

M

UUω

日 日

ω ω ω ω

川 口 口

M M

刀 刀 川

ωω

M M M M M

灯 り

M

M M M

M U U Uω口M

口 日

ωωω

ω

ω ω ω ω ω ω

川 口 日ω

UMMMU

20  30  40  50  11.4  11.3  11.4  11.5  11.8  12.2  12.7  13.3  14.0  14.4  15.1  15.8  16.4  17.1  17.6  18.1  18.5  18.8  19.0  19.1  19.0  18.8  18.6  18.2  17.7  17.1  16.5  15.8  15.1  14.5  13.8  13.2  12.7  12.2  11.8  11.6  11.4 

60  8.8  8.7  8.8  8.9  9.1  9.4  9.8  10.2  10.7  11.0  11.4  11.9  12.4  12.9  13.3  13.6  13.9  14.1  14.2  14.3  14.2  14.1  13.9  13.6  13.3  12.9  12.4  12.0  11.5  11.0  10.5  10.1  9.7  9.4  9.1  8.9  8.8 

刈 一

ω

ω ω ω ω

日 川 口 市 U M M M M M M m 山 印 刷 切 り 灯

M M

ω

ロ リ 万 口 川 日

ωωω

10 

15.6  13.7  15.5  13.6  15.6  13.7  15.8  13.9  16.2  14.3  16.9  14.8  17.6  15.4  18.5  16.2  19.5  17.0  20.1  17.6  21.2  18.4  22.2  19.3  23.3  20.2  24.3  21.0  25.2  21.7  25.9  22.4  26.6  22.9  27.1  23.3  27.4  23.6  27.5  23.7  27.5  23.6  27.2  23.4  26.8  23.0  26.2  22.5  25.5  21.9  24.6  21.2  23.6  20.4  22.6  19.5  21.6  18.6  20.5  17.7  19.5  16.9  18.5  16.1  17.7  15.4  17.0  14.8  16.4  14.3  16.0  14.0  15.6  13.7 

O

8 9 2 7 3 2 1 2

O

1 3 5 6 6 5 2 7

71

2 2 9 5 8 0 0 0

8

7 5 4 3 3 5 8 4

O

EE

EE

7

6 6 7 7 8 9 0 1

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4 5 6 7 8 9 9

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0 9 9 8 8 7 6

4Z 3 2 1 0 9 8 7 7

7

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3 5 7 9 9 9 7 2

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9 6 4 3 3 4 7 2

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1 1 1 1 1 2 2 2

2

2 2 2 2 2 2 3 1

3

3 3 3 3 3 2 2 2

2 2 2 2 2 1 1 1

71

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6 9 1 3 4 3 1 7

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0 8 6 6 7 0 5 71

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1 1 1 1 1 2 2 2

2

2 2 2 2 2 3 3 3

3

3 3 3 3 3 2 2 2

2

2 2 2 2 2 1 1 1

1

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