AllSkyModelの昼光照明設計への利用 [ PDF
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(2) 定したものである。本研究では、異常値と思われるも のを削除した中で、太陽高度が 5°以上のものを使用 頻度（％）. した。データ数は、1994 年の 800 回分である。 実測値とAl l Sky Model による計算値の差を、実測 値で除したものを誤差とする。太陽高度別の比較では、 太陽高度h≦15°、15°＜h≦30°、30°＜h≦45°、45° ＜h≦60°、60°＜hで分類する。天空状態の違いによ る比較は、天空指標を用いて行う。井川らは、天空指. -５ ∼ ０ ０∼ ５ ５∼ １ １０ ０ ∼ １ １５ ５ ∼ ２ ２０ ０ ∼ ２ ２５ ５ ∼ ３０ ３０ ∼. 標の値で、天空状態を、曇天空（Si ≦0. 3）、近曇天空. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. （0. 3＜Si ≦0. 6）、中間天空（0. 6＜Si ≦1. 5）、近晴天. 誤差（％）. 空（1. 5＜Si ≦1. 7）、晴天空（1. 7＜Si ）と分類してい. 太陽高度h≦15. 15＜h≦30. る 2) 。それに習い、天空状態を分類し、さらに中間天. 45＜h≦60. 60＜h. 空を、（0. 6＜Si ≦0. 9）、（0. 9＜Si ≦1. 2）、（1. 2＜Si ≦. 30＜h≦45. 図 2 水平面天空日射量の誤差頻度分布（太陽高度別）. 1. 5）と細かく分けた。 3. 2. 2 実測値と計算値の比較 太陽高度別に、水平面天空日射量の実測値と計算値 頻度（％）. を比較する。太陽高度の低い 30°以下の時の誤差は小 さく、全てのデータの誤差が 1 割以内だった。また、 計算値が実測値よりも大きくなることが多かった。太 陽高度が高くなるにつれ、誤差の大きなものが少しず つ増えてくる。太陽高度が高い時は、低い時に比べて. ０ ０∼ ５ ５∼ １ １０ ０ ∼ １ １５ ５ ∼ ２ ２０ ０ ∼ ２ ２５ ５ ∼ ３０ ３０ ∼. 誤差が大きく、ほぼ誤差は 1 割以内であったが、誤差. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. -５ ∼. の割合が 3 割を越えるものもいくつか見られた。. 誤差（％）. 天空指標別の比較では、天空指標が 0. 6 以下と小さ い時、つまり曇天空に近いと思われる天空状態の時、. 天空指標Si≦0.3 0.9＜Si≦1.2 1.7＜Si. 誤差はほとんどない。また、天空指標が 0. 3 以下の時 は、計算値が実測値を上回った。天空指標が大きくな. 0.3＜Si≦0.6 1.2＜Si≦1.5. 0.6＜Si≦0.9 1.5＜Si≦1.7. ると少しずつ実測値とのずれが現れるようになり、天 空指標が大きな時、つまり晴天空に近い天空状態の時、. 図 3 水平面天空日射量の誤差頻度分布（天空指標別）. 誤差が大きいものがいくつか見られた。全体的に見て、 誤差が大きく出たデータは、太陽高度が高く、天空指. が少しあるが、それは、水平面天空日射量の比較の時. 標の値が大きなときだった。. 同様、太陽高度が高く、かつ、天空指標の値が大きな. 誤差の原因として、相対放射輝度分布の式の基とな. 時のデータであった。この時の誤差の原因も、階調指. る、階調指標と散乱指標の a ∼ e の係数に誤差がある. 標、散乱指標の係数 a ∼ e の誤差、天頂輝度の式の誤. のではないかと考えられる。この a ∼ e の係数は、天. 差が関係しているのではと考える。. 空指標の関数で表される。また、天頂放射輝度の式は、 晴天指標、澄清指標、太陽高度の関数であり、この式. 3. 3 発光効率の利用. に誤差があるのではと考えられる。. 3. 3. 1 発光効率の式の検証. 次に、Al l Sky Model - L の検討を、水平面天空光照. Al l Sky Model - Lを用いる時、天頂輝度を求める際. 度の比較で行う。前述の通り、Al l Sky Model - L の計. に発光効率が必要となる。そこで、発光効率の式をAl l. 算には、今回は全天空照度の実測値を直接式に入力し. Sky Model に組み込み、実測値との比較を行う。本研究. て計算した。. では、井川らが提案する発光効率の式を用いて行った 3). 実測値と計算値の誤差の頻度分布は、天空日射量の 比較と同様の傾向を示した。全体的に誤差が少なく、. 。 まず、発光効率の式の検証を行う。発光効率の式に、. 太陽高度が低い時、天空指標の値が小さい時は誤差の. 太陽高度と天空日射量を代入し、全天空照度を求め、. 少ないものが多く見られる。誤差が 3 割を越えるもの. その計算値と実測値を比較する。検証に使用したデー 37- 2.
(3) タは、前述の計算に用いたデータと同じものである。. ３０ ∼. ３０. ２０. ２５. ２５ ∼. 実測値と、発光効率の式による計算値との誤差の頻度. ５∼. ０∼. ５. なるにつれ誤差が少なくなった。図 4 に全天空照度の. ２０ ∼. も誤差が大きいものが多く見られた。太陽高度が高く. １５. が多く見られた。太陽高度が 15°＜ｈ≦30°の時が最. １５ ∼. いである。太陽高度が低い時に、誤差が大きなデータ. １０. 頻度（％）. を下回った。誤差が 1 割以内のものは全体の半分くら. 35 30 25 20 15 10 5 0 １０ ∼. 全体的に見て、全てのデータにおいて計算値は実測値. 誤差（％）. 分布を示す。井川らは、気象庁のデータを用いて、こ 太陽高度h≦15 45＜h≦60. の式の妥当性を検討している 4) 。式による計算値は、 実測値と相関が高かった。しかし、太陽高度が低い時 は、他の高度帯と比べると、わずかではあるが相関係. 15＜h≦30 60＜h. 30＜h≦45. 図 4 全天空照度の計算値と実測値の誤差頻度分布. 数が低かった。. （発光効率の式）. 3. 3. 2 発光効率を組み込んだ Al l Sky Model - L の検証. と思われる。 次に天空指標別に分類し比較する。全天空照度の実. 太陽高度h≦15. 15＜h≦30. 45＜h≦60. 60＜h. ３０ ∼. ３０. ２５ ∼. ２５. 陽高度が低い時に誤差が大きくなっているためである. ２０. -５ ∼. ０. 変化は見られなかった。これは、発光効率の式が、太. ２０ ∼. ているが、太陽高度が低い時の誤差の増えた量ほどの. １５. きなものが増えた。太陽高度が高い時も、誤差は増え. １５ ∼. 誤差は全て１割以内であったのに比べると、誤差が大. １０. 測値を代入した時は、太陽高度 30°以下のデータは、. １０ ∼. が大きいものが多い傾向が見られた。全天空照度に実. ５. 頻度（％）. 高度別に分類し比較すると、太陽高度が低い時、誤差. ５∼. て水平面天空光照度を求め、実測値と比較する。太陽. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ０∼. 発光効率の式を組み込んだ Al l Sky Model - L を用い. 誤差（％）. 30＜h≦45. 測値を代入した時と同様に、天空指標が小さい時に比 べ、天空指標が大きい時に誤差の大きなデータが多く. 図 5 水平面天空光照度の計算値と実測値の誤差頻度分布. でてきた。全天空照度を代入し計算した時と比べると、. （発光効率を組み込んだ Al l Sky Model ：太陽高度別）. 誤差が大きなものの頻度が増えているのは、Al l Sky. Model による全天空照度の計算値と実測値の誤差頻度 頻度（ ％）. 分布を、図 5 に太陽高度別に、図 6 に天空指標別に示 す。 4.. 昼光照明設計への利用 Al l Sky Model は、様々な天空状態の輝度分布、放. 状態における室内昼光照度の予測が容易にできる。Al l Sky Model は、放射輝度分布も同時に表すことができ. 天空指標Si≦0.3 0.9＜Si≦1.2 1.7＜Si. るので、光環境と温熱環境とを統合した計画をするこ とができる。 建物における昼光照明用の開口の位置や大きさは 固定しており、天空状態に応じて変わる訳ではないの. 50 40 30 20 10 0 -５ ∼ ０. 射輝度分布を絶対値で示す。従って、それぞれの天空. 100 90 80 70 60. 0.3＜Si≦0.6 1.2＜Si≦1.5. ３０ ∼. めだと思われる。発光効率の式を組み込んだ Al l Sky. ０∼ ５ ５∼ １０ １０ ∼ １５ １５ ∼ ２０ ２０ ∼ ２５ ２５ ∼ ３０. Model の誤差に加え、発光効率の式の誤差が加わるた. 誤差（％） 0.6＜Si≦0.9 1.5＜Si≦1.7. 図 6 水平面天空光照度の計算値と実測値の誤差頻度分布 （発光効率を組み込んだ Al l Sky Model ：天空指標別）. で、昼光照明を考慮する建築計画では、検討地点で出 37- 3.
(4) 現しやすい天空状態を設定し、それに対応する天空輝. 表 2 冬季の天空状態の出現頻度（％）. 度分布、天空放射輝度分布モデルを基に、室内光環境、. 天空指標 Si. 温熱環境を予測、評価することが妥当であると考える。. 0-0.3 0.3-0.6 0.6-0.9 0.9-1.2 1.2-1.5 1.5-1.7 1.7-2.0. Al l Sky Model を実際の設計に利用する方法を提案. 0.50. 1.66. 0.17. 0.33. 0.17. 0.00. 0.50. 1.66. 1.66. 1.99. 0.66. 0.33. 0.83. 1.32. 15-20. 3.15. 3.48. 1.32. 1.66. 0.66. 0.33. 1.99. 20-25. 5.30. 3.31. 1.82. 1.16. 0.66. 1.32. 3.97. 25-30. 3.97. 2.98. 1.99. 1.49. 0.66. 0.50. 3.15. 30-35. 9.27. 5.96. 4.64. 2.32. 2.15. 0.83. 5.79. に、晴天指標や澄清指標が 1 を超えるものは、その値. 35-40. 1.66. 0.99. 0.99. 0.00. 0.33. 0.00. 0.17. を 1 とし、澄清指標がマイナスとなるものは、その値. 40-45. 2.98. 0.99. 0.50. 0.33. 0.50. 0.17. 0.83. 45-50. 0.66. 0.83. 0.17. 0.00. 0.17. 0.00. 0.17. 時の間で、太陽高度が 5°以上のものを、1 時間ごとに 取り出す。それを太陽高度 5°ずつに分類し、さらに、 天空指標ごとに分類する。天空指標ごとに分類する際. 太陽高度 h（°）. 5-10 10-15. する。概念としては、就業時間帯である 9 時から 17. を 0 として天空指標を求めた。分類したそれぞれの天 空状態の出現頻度を求め、最も出現頻度の高い分類の. 表 3 代表的な天空状態の指標. 中から、昼光照明設計に用いる天空状態を定めるとす る。夏季、冬季、春・秋季と行い、それぞれの時期で、. 夏季 冬季 春・ 秋季. 代表的な天空状態を定める。 実際に、実測のデータを用いて、天空状態を定めて に測定したものである。それぞれの時期で出現頻度が もっとも高いものは、夏季では、太陽高度が 60°＜h ≦65°で、天空指標が 1. 7＜Si 、冬季では、太陽高度 が 30°＜h≦35°で、天空指標が Si ≦0. 3、春・秋季で. 昼光照度（lx）. みる。用いたデータは、前述の I DMP 測定所で 1994 年. 太陽高度(°). 晴天指標. 澄清指標. 天空指標. 62.5 32.5 42.5. 0.876 0.14 0.928. 0.893 0.002 0.896. 1.821 0.183 1.875. 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.4. は、太陽高度が 40°＜h≦45°で、天空指標が 1. 7＜Si. 窓からの距離（ｍ）. であった。太陽高度は、太陽高度 30°＜h≦35°なら、. 春・秋季 夏季 冬季 ( h=42. 5°, Si =1. 875) ( h=62. 5°, Si =1. 821) ( h=32. 5°, Si =0. 183). 32. 5°というように、高度の中心をその分類の高度と する。晴天指標、澄清指標は、分類中のデータの平均. 図 7 季節ごとの室内昼光照度の推移. をとる。表 2 に、冬季の天空状態の出現頻度、表 3 に、 夏季、冬季、春・秋季の代表的な晴天指標、澄清指標、. また、Al l Sky Model の昼光照明設計への利用ため、. 天空指標を示す。また、それぞれの代表的な天空状態. 代表的な天空状態を定める方法を提案した。季節ごと. で計算した水平面天空光照度は、夏季は 16, 184l x、冬. による天空状態の出現頻度は違うため、様々な天空状. 季は 10, 455l x、春・秋季は 17, 109l x であった。. 態を表すことが出来る Al l Sky Model を、建築計画に. 次に、それぞれの季節で定めた、代表的な天空状態. 用いることは有用だと考えられる。今回は、I DMP の測. の時の室内昼光照度を、シミュレーションソフトを用. 定データを用いたが、全国に I DMP 測定所の数は少なく、. いて計算した。想定した室は、幅 6ｍ×奥行 6ｍ×天井. 全国で用いるために、気象台などの取得が容易なデー. 高 3ｍで、内面の反射率が、天井 50％、壁 40％、床 10％. タを用いて天空状態を定める方法を考えることが今後. とし、南側の壁面中央に、幅 2ｍ×高さ 1ｍで、透過率. の課題と考える。. 88％の窓をもつ室である。室幅の中心軸上で、窓から 室奥に向かって 0. 6ｍずつの地点の室内昼光照度を計. 【参考文献】. 算した。シミュレーションソフトには、Radi ance を用. 1)井川憲男、中村洋、古賀靖子、松澤朋子：全天日射量と天空日 射量で推定する天空放射輝度分布と天空輝度分布、日本建築学. いた。季節ごとの代表的な天空状態での、室内昼光照. 会環境系論文集, 第 573 号, pp.33-40、2003. 度の推移を図 7 に表す。. 2) N. Igawa, Y. Koga, T. Matuzawa, H. Nakamura：Models of radiance distribution and sky luminance distribution, Solar Energy, 77, 2004,. 5.. p.p.137-157. まとめ. 3）井川憲男、中村洋、後藤浩一、島崎佐智代：発光効率に関す. 本研究は、Al l Sky Model の性能を、Al l Sky Model. る研究（その 2）日射量から昼光照度を推定する変換式の提案、 日本建築学会大会学術講演梗概集、D-1、pp.461-462、1999. の式より水平面天空日射量と水平面天空光照度を計算. 4）井川憲男、中村洋、後藤浩一、島崎佐智代：発光効率に関す. し、実測値と比較することで検証した。太陽高度、天. る研究（その 3）日射量から昼光照度を推定する式の確認、日本. 空状態の違いで誤差の現れ方が異なることを確認した。 37- 4. 建築学会大会学術講演梗概集、D-1、pp.463-464、1999.
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