JPS5873682A - 太陽光照明用パネルおよびそれを用いた太陽光照明方法 - 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】 本発明は、建物内の自然照明の改良に関し、特に太陽光
を建物内方に向けるパネルと七わを使用した太陽光層一
方法に関する。

□ 建物内の照明エネ；、’４−節約方法として太陽光の効
果的な利用がある。□直射太陽光ｌ１１ｖ利用すれば、
主に昼間使用される建物の奥深くまで照明できるのみな
らす照度を高めることができる。しかしながら、エネル
ギーの節減は、゛照明を消すか又は暗くするかしない限
り達成されない。

商工業の目的に供する建物内の消費電力を節減する方法
として太陽光の利用が脚光を浴びている。太陽光を制御
″ｆることＫより、主に昼間使用される建物の央深くま
で照射でき、かつ照度を高めることができる。本明細書
において、「太陽光照明」なる概念は、嬉１図に示され
るように、窓の頂ｆｍＫ取付けられて屈折太陽光な天井
および室内空間後方の壁の上部に向ける屈折システムを
含んでいる。

これは、天井および内壁の上部を二次光源’：’ｌｌ’
ｌｌ として利用しで作業平面に補助自然光な供給することに
よって作業環境な改善すると同時に消費電力を節減する
ことな目的としている。

太陽は、オーストラリヤのシトニーの緯度で約ｓ、ｏｏ
ｏ〜４０，０００ルックスの拡散昼光に対して９Ｑ、０
００ルツクスの水平層［Ｖ提供する。太陽光の発光能力
は、市販の螢光゛　　　灯の場合が６５〜７０ルーメン
／ワツトであり、白熱灯の場合が１４〜４′２２ルーメ
ン／ワツトであるのに対し、１００〜１２０ルーメン２
ワツトである。従って、使用する反射面域すなわち屈折
面域が比較的小さくても殆ど１年を通じて５００ルツク
ス以上の高照度の太陽光ケ約１０〜１５ｍの深度にわた
って天井に照−射できる。

太陽光照明に供する明かり窓Ｖ般けた場合にその窓ガラ
スより入る熱と、本発明による太陽光照明方法が取って
代わるべき螢光灯が発−Ｃる熱とｔ比較してみる必要が
ある。日時が決まれば、室内の熱量および照度を決定す
る総エネルギーおよび光束が簾出できる。螢光灯の発す
るルーメンが同じである場合、螢光灯の方がより多くの
熱を放出する。従って、太陽光照明による加熱の発生を
問題とする必要はない。

本発明は、一方の概念において、太陽光な建物内部に向
けるべく建物画面の目の位置よりも高い部分に堆付けら
れるようにされ、略完全に入射太陽光を建物内側に反射
する溝付き透明プレートで成るパネルを提供する。

本発明は、他方の概念において、略完全に入射太陽光を
建物内側に反射てる溝付き透明プレートで成るパネルケ
、建物画面の窓の目の高さよりも高い位置に配設して成
る太陽光照明方法な提供する。

以下に、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

ゲ１図ケ参照すれば、窓’２Ｖ有する断面で示さｎた建
物の部屋１が示されている。窓２の上部には、内側に反
射てるプリズムパネル３が配設さｆている。太１１５よ
りの入射光廁４は、パネル３によって反射され、作業面
域７の照度を高めるべく太陽光を反射−拡散する働きケ
なす吊り反射天井部材ＩＫ達する。

ＩＩ２図には、作用時における第１実施例のプリズムパ
ネル３とともに、入射太陽光に対でるその効果が示され
ている。この実施例では、入射太陽光に対して第２図お
よび蛸４　（ｂ１図に示されるように内方に伸びるプリ
ズム形状体が用いられている。第４−図に示さする形状
で得られる効果には限りがあるため、第１実施例は、人
工照明システムと協同てる自動照度調節システムと組合
わせた使用に十分に耐え得るとはいえない。

そこで、内方に好ましく伸はさｎたプリズム形状体が第
５図に示されており、その入射太陽光に対する働きは第
６１に示される通りである。

第６図のプリズムパネルは、直上方向あるいは横方向か
らの太陽光（いかなる太陽高度）であっても閃光を生じ
ることがない。第２図の単体パネル３は、変形［バスペ
ックス（ｍｒｓｐｅｘ）Ｊ又は変形［プレキシガラス（
ｐｌｅｘｉｇｌａｓｓ）Ｊで形成された場合、９２％の
透過率を有する。

太陽光照明の有効性については、第Ｓ図のような相当な
長さを有する、すなわち２．８ｍの高さおよび１０１ｎ
の奥行きを有する部屋２０ｖ想定してコン１ｌ１１．ビ
ニ−ターな用いた分析を試みた。なお、ご鷹部屋の窓２
１は、１・の高さとされ、外部フード２２によって保謄
されている。また、フード２２の上部には、０、７　ｍ
の高さのプリズムノくネル２３が配設さｎている。快晴
の空の下での典型的水平照度ｖ９，０００ルックスとし
て、空のみからの光に基づく作業面域２４における１ｍ
間隔ごとの照度および８２チの透過率を与えた場合にプ
リズムパネルを通って１？Ｐ！幅に設けら釘た各天井片
に照射される直射太−光照度Ｖ算定した。そして、部屋
の表面部が全反射するものとして、最終的に算出した空
および太陽よりの作業面域における照度は表１に示す通
りである。なお、６月２２日の実−条件の下で算出さｎ
た作業面域の照度は、１２月２２日の実験条件の下で算
出きれた照度よりもかなり高くなっているが、パネルの
傾斜方向を変えｒば、１２刀であつそも同様σ）結果が
得られる。

１！１ 太陽時間　　　作業更埴照度（ルックス）ｚｏｎｏ　４
１５５４１９７５４０５２５６７１４５７８６５５５７
５，６２２６９２２９１７８２１ｔ００５４５７５２７
１５７５５２２４２１２８７７７７５０６５５５２７２
２５８２０１４１２Ω０５８５７５５７２５７Ｂ６２１
６７１２５７７５６４９８５５４２７５２４１２０７４
プリＡパネルな使用した際の空および太陽からの光の照
Ｌ６月２２日、シトニー（南緯５４’）、パネル傾斜０
°にて測定 太陽時間　　　作業面域照度（ルックス）９．００　１
５７　１７０　１７６１５６１１５　７５　４５　２７
　１８　１４　９３１０．００　７８０　８９９　７８
５５２８５０５１７７１１０　７５　５６　４７　５７
６１旬０１２７８　１４０７１１５５７４５４２８２５
１１５９　１０９　８１　７０　５６８”１２ｆ１０１
４５７　１・５８５１２７４８１２４６６２７４１７４
　１１９　９０　７７　６５５プリズムパネルを使用し
た際の空および太陽からの光の照度、１２月２１日、シ
トニー（南緯５４°）、パネル傾斜２４°にて測定第４
　（ａ１図および第４（ｂ）図のごとき形状としたため
、パネル３ｖ示の外側に配設した際に。

各プリズムに埃が付着するのをいかにして防止するかが
当然問題となる。第７因の実施例は、この問題を解決し
ている。

第５図のパネル形状体３は、２つの内反側モードのフレ
ネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）反射損失ゼ概略−的に示ｊ第９
図に示された表面３１に太陽光が入射するよう−に使用
される。

この実施例において、各形状体の上面部４の斜度γは５
０°であり、底部斜面の角度βは、第５図において７．
　Ａ、８に９図においては０．０°である。第５図乃至
第９図のプリズムパネル３は、熱および紫外線の影響を
増厚して変形されたプレキシガラス製と・「るのが好ま
しい。また、これらのパネルは、南半球において北に位
置する太陽あるいは北半球において南に位置する太陽に
適応できるよう設計されているのみならず、その他の５
位に対しても傾斜させることによって適応−１１ｆ！と
なっている（嬉６図および第８図！ｆｉｌ。

さらに、これらのプリズム角すｒおよびβは、太陽光線
を周知のごとき分布で天井に屈折せしめて太陽光の強度
が低いときに太陽光と電気照明とを共和せしめる。

この実施例において、プリズムシステムは、最大限の照
射深度な得るため太陽光放射をできる限り小さｌ’、’
１１１１１１４角度（水平位置より１５′以内）で天井
に反射することが条件付けられている。

推定によれば、誤った方向への光の反射は殆どなく、特
に作業面域に閃光な生じるような反射は全くない。βの
いかなる単一値をもってしても、全年間労働時間を通じ
て全入射太陽光線なこのようなかたちで反射するわけで
はないので、反射光線の高度なこれらの制限内に限定す
るためパネルな傾斜させることが必要となる。

第６図には、南緯又は北緯５４°の位置で傾斜角度ｖＯ
°（５月、６月、７月）、ｆ（４月、８月）、１５°（
５月、９月）、そして２４°（１０月、１１月、１２月
、１月、２月）とした際のそれぞれの照射深度が示され
ている。

町・６月中旬の冬至（南緯５４°）の際に入射太陽光に
対する傾斜角度ｖＯ＠とした場合を例にとれは、反射光
線は、太陽時間の９二０００時点での水平線下五戸から
太陽時間の１２時の時点での水平線上の最大角度２４．
１°までの移動範囲を有している。また、１べてσ）場
合に、おいて、生繭から午後にかけて室内を前後に規則
的に移動することがわかる。傾斜可能パネルの取付は態
様は、第８図に示さｎている。

すなわち、ｗＩＩＢ図は、従来の窓１３の上部に取付け
られた太陽調節頭ｌＢ１２の上方を、建物１１に対して
Ｏの角度で外方に傾斜するよう符号１００部分でヒンジ
連結された第７図に示されたパネル３ｖ示している。こ
の実施例のパネル３は、第７図のように二重ガラス層構
造となっている。

パネル３な垂直方向に対して角度０で傾斜でる（第８図
参照）ことは、他の利点も生来てる。太陽光の高入射角
度すなわち閃光角度な避けることによつ（最初の反射損
失は最小限とさｎ、所定外方向への光の反射に帰する入
射角度は除去された。

全屈折は反射によって起こる。パネル３は、さらに糧々
の建物方位にも有効に適応できるよう建物前面に対して
も傾斜可能となっている。入射時のパネル面外方への反
射あるいは、出口でのパネル内方への反射は、第９図に
示さ扛るように、室内に放射されるべき光の損失を意味
する。このような反射損失は、パネル３ｖ傾斜させて入
射角度を小さくてることによって低減される。

パネルは、断面において一連の鋭角三角形状な呈するよ
うにするのが理想的であるが、現在の製造段階では、頂
部および根部に多少の幅な与えることが必要となってい
る。ここで用いられたパネルの頂部゛および根部に生じ
る反射損失を勘案（頂部芒よび根部の半径をα１關と仮
定）した場合□、一体澤過率は７５〜３５９６の範囲と
なる。

エネルギーに関する問題以外に、質的特徴についても考
察する必要がある。均一の照明条件より自然光の導入に
よってもたらされる変化が好まｎることは明らかである
・ 本発明のプリズムパネルな用いた太陽光照明の鳩、合、
太陽光が天井な横切って少しずつ移動する楽しい視覚環
境な提供するので心理学的および生理学見地からも評価
さｔ得る。

さらに、太陽光の強度は変化する。太陽光が斜めの角度
でパネルに入射する際、例えば南・半球における日の出
、日の入り時の北向き一窓の場合、入射角度が大ぎいた
め透過光量は少なくなる。照射深度が大きい場合にも光
の強度が多少低下する。これは、太陽光が広い範囲にわ
たって拡１・−するよう反射太陽光が天井に致達する際
の一一が浅くなされているためである。

窓を効果的に設計して太＠を有効に利用すれば、室内を
十分な量の太陽光で照明できる。

こうして視覚的環境は数置される。しかし、エネルギー
の節減は、電灯を暗ｎあるいは薄暗くした場合にのみ達
成さｎる。点滅コントロール装置に明りの強弱を調節す
る機能な加えれば、顕著なエネルギーの節約が遜成さｎ
る。英国における研究結果によれば、明りの強弱調節装
置は、点滅型よりも高価であるが、実質的な節約になる
。照度が時間によって変化する太陽光照明の場合、照明
強弱調節システムと連結丁れば、その利用効果が高まる
。アメリカ合衆国のいくつかの組織が、一般に使用され
ているコア・コイル・バラストに取って代わるべき経済
的な螢光灯照明用のソリッド・ステート・バラストを開
発した。

これらは広範囲の出力にわたる照明の強弱調節能力を有
する。米国カリフォルニア州立大学のローレンス・バー
クレー研究所は、サンフランシスコのパシフィック拳ガ
ス・アンド・エレクトリック社の５つの階の装置を改造
する実験・開発計画に着手し、エネルギー効率のよいバ
ラストの信頼性および能力を試験している。照明強弱調
節能力について試験され、その潜在能力は知られている
。

本発明によるプリズムパネルは、天井および上部後壁よ
りの反射光が、閃光や加熱の問題な生じることなく、水
平（又は喬直）の作業面域に照射されるよう可視太陽光
ＳＶ天井方向に屈折することができることが証明された
。また、これらの反射光線が、実際必要な範囲内でパネ
ルを傾斜することによって調節でき、従ってこのパネル
形状体は、殆どの緯度に対しても適応可能であることも
証明された。反射光線の方向が予知できるので、電灯と
太陽光照明を一体的に利用でき、これは重大なる提案で
ある。

特別に太陽光照明を利用できるよう建物を設計すれば、
特に太陽光線の豊富な地方において、かなりのエネルギ
ーおよび費用の節約を実現できる。北向きの窓（南半球
において）および南向きの窓（北半球において）は、こ
の意味で最も適している。これは、太陽高度の角度変化
が一東向きおよび西向赦の窓より大きいからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、太陽光照明の概略断面図、第２図は、本発明
の単体プリズムパネルによる太陽光照明実施例の概略１
−面図、第５＠は、本課、：： 発明による太陽光照明のコンピュータ分析に用いられた
モデルルームの断面図、第４（ａ）図お裏び第４（ｂ）
図は、第２図の装置に用いられたプリズムパネルの形状
を示す図、第５図は、本発明によるパネルの好ましい実
施例の部分斜視図、第６図は、第５図に示されたような
形状を有する傾斜可能パネルが、異なる季節および異な
る傾斜角度の下でどのように太陽光な建物内部に反射す
るかを示す図、第７図は、第８図の装置に用いられる二
重ガラス層構造のプリズムパネルの断面図、＃Ｉ８図は
、二重ガラス層構造の傾斜可能パネル装置、そして第９
図は、第５図に示された形式のパネルが、入射光な反射
てる際に生じる反射損失な示−ｆ図。 １・・・部屋、２・・・窓、３・・・プリズムパネル、
４・・・入射太陽−１Ｓ、−・太陽、６・・・反射天井
部材、７・・・作業面域。 Ｆ／Ｃｐ、　７ Ｒ６，８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１建物の表面に取付けられるようＫなっており、か
   つ入射太陽光を一完全に該建物の内側方向に反射する溝
   付き透明プレートから成る太陽光照明用パネル。 （２）前記プレート・の表面に設けられた溝が、複数の
   平行に離隔した三角形のうね部で成る特許請求の範囲第
   １項に記載の太陽光照明用パネル。 （３１ｍ配溝の設けられた表面が該太陽光の入射面とさ
   れる特許請求の範囲第２項に記載の太陽光照明パネル。 （４）　　＾０記溝の設けられた表面と反対側の前記パ
   ネルの表面が平面とされた特許請求の範囲第２項又は第
   ３項に記載の太陽光照明用パネル。 ｊ５１　　前記平面とされたパネル表面が、該太陽光の
   入射面とされる特許請求の範囲第４項に記載の太陽光噛
   明用パネル。 （６）＃配パネルが、平らな透明シートと組合わされて
   二重ガラス層構造とされた特許請求の範囲第１項乃至第
   ５項のいずｎか１項に１軟の太陽光照明用パネル。 （７）建物の表面に取付けられるようになっており、か
   つ入射太陽光な略完全に該建物の内側方向に反射てる溝
   付き透明プレートから成る太陽光照明用パネルを、前記
   パネルに入射てる太陽光が屈折されて該建物の天井すな
   わち内！ＩＫ達し、さらに下方の作業面域まで反射さす
   るよう該建物の外声の開口に配設することから成る建物
   内部の太陽光照明方法。 （８）　　前記パネルが、明かり層窓の少なくとも一部
   に設けられた特許請求の範囲第７項に記載の方法。 １９１　　前記パネルが、異なる条件下において該入射
   太陽光を該建物内方に屈折するため調節できるよう該建
   物に対して傾斜可能とさｎた特許請求の範囲第７項又は
   第８項に記載の方法。