JP5656260B2 - ライトシェルフ構造の設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、ライトシェルフ構造に関する。詳しくは、矩形状の反射領域で太陽光を反射して、室内の天井面の矩形状の照射領域を照射するライトシェルフ構造に関する。

従来より、太陽光を室内に導入するために、ライトシェルフやブラインドが知られている。
ライトシェルフは、例えば、外壁から水平に突主しており、略水平な反射面で太陽光を反射して採光窓を通して室内に導入し、室内の天井面を照射する（特許文献１参照）。
また、ブラインドは、例えば、水平に延びる複数のスラットが上下に並べて構成されており、太陽光を各スラットに反射させて、室内の天井面を照射する。各スラットの角度は、太陽高度に基づいて制御されており、具体的には、上側のスラットは室奥側を照射し、下側のスラットは窓際側を照射するようになっている（特許文献２参照）。

特開２０１０−１８６６９５号公報 特開平１１−１９５３０６号公報

しかしながら、特許文献１に示されたライトシェルフでは、反射面が略水平であるため、天井面の所望の位置に年間を通して太陽光を照射することが困難になる場合があった。

また、特許文献２に示されたブラインドでは、スラット同士が接近しているため、スラットに反射した光が上のスラットに遮られて、天井面に照射される光量が低下する。
天井面に照射される光量を確保するためには、スラットの反射率を上昇させる必要があるが、居住者がまぶしさを感じるため、スラットの反射率を上昇させることができず、天井面に照射される光量を増加することができない。
また、ブラインドが窓を覆うため、居住者の視界が大きく遮られてしまう、という問題があった。

本発明は、居住者の視界を遮るのを防止するとともに、天井面の所望の照射領域を所望の光量で照射できるライトシェルフ構造の設計方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載のライトシェルフ構造の設計方法は、外壁に設けられた採光窓と、前記外壁に設けられたライトシェルフと、を備え、当該ライトシェルフは、反射領域で太陽光を反射して前記採光窓を通して屋内に導入し、当該屋内の天井面の所望の照射領域を照射するライトシェルフ構造であって、前記反射領域の前記採光窓側の端縁を屋内側端縁とし、屋外側の端縁を屋外側端縁とし、前記天井面のうち所望の照射領域の室内側の端縁を室内側端縁とし、前記採光窓側の端縁を室外側端縁とし、前記反射領域の屋内側端縁の角度は、太陽光が当該屋内側端縁で反射して前記照射領域の室内側端縁に到達するように決定され、前記反射領域の屋外側端縁の角度は、太陽光が当該屋外側端縁で反射して前記照射領域の室外側端縁に到達するように決定されることを特徴とする。

この発明によれば、反射領域の屋内側端縁の角度を、太陽光がこの屋内側端縁で反射して所望の照射領域の室内側端縁に到達するように決定する。また、反射領域の屋外側端縁の角度を、太陽光がこの屋外側端縁で反射して所望の照射領域の室外側端縁に到達するように決定する。
これにより、反射領域内で反射された光は、天井面の所望の照射領域に照射されることになる。よって、反射領域の面積を調整することにより、天井面の所望の照射領域を所望の光量で照射できる。また、ライトシェルフを居住者の背丈レベルに設置することにより、居住者の視界が遮られるのを防止できる。

本発明のライトシェルフ構造の設計方法は、前記反射領域の断面形状は、前記屋内側端縁から前記屋外側端縁に至る円弧状であることが好ましい。

この発明によれば、反射領域の断面形状を、屋内側端縁から屋外側端縁に至る円弧状としたので、採光した太陽光をより広範囲に拡散できる。

請求項１に記載のライトシェルフ構造の設計方法は、前記照射領域の所望の一部に照度が高い矩形状の第２照射領域を設け、前記反射領域の一部に当該第２照射領域を照射する第２反射領域を設け、前記第２反射領域の前記採光窓側の端縁を第２屋内側端縁とし、屋外側の端縁を第２屋外側端縁とし、前記第２照射領域の室内側の端縁を第２室内側端縁とし、前記採光窓側の端縁を第２室外側端縁とし、前記第２反射領域の第２屋内側端縁の角度は、太陽光が当該第２屋内側端縁で反射して前記第２照射領域の第２室内側端縁に到達するように決定され、前記第２反射領域の第２屋外側端縁の角度は、太陽光が当該第２屋外側端縁で反射して前記第２照射領域の第２室外側端縁に到達するように決定されることを特徴とする。

この発明によれば、照射領域の所望の一部を、照度が高い矩形状の第２照射領域とし、反射領域の一部を、第２照射領域を照射する第２反射領域とする。さらに、第２反射領域の第２屋内側端縁の角度を、太陽光がこの第２屋内側端縁で反射して第２照射領域の第２室内側端縁に到達するように決定し、第２反射領域の第２屋外側端縁の角度を、太陽光がこの第２屋外側端縁で反射して第２照射領域の第２室外側端縁に到達するように決定する。
これにより、第２反射領域内で反射された光は、天井面の所望の第２照射領域に照射されることになる。よって、第２反射領域の面積を調整することにより、天井面の所望の一部の照度を特に高くすることができる。

請求項２に記載のライトシェルフ構造の設計方法は、前記第２反射領域の断面形状は、前記第２屋内側端縁から前記第２屋外側端縁に至る直線状であることを特徴とする。

この発明によれば、第２反射領域の断面形状を第２屋内側端縁から第２屋外側端縁に至る直線状としたので、採光した太陽光を第２反射領域と同等の範囲に照射できる。

請求項３に記載のライトシェルフ構造の設計方法は、前記太陽光の入射角度を、夏季、冬季、および中間季に応じて３種類設定しておき、当該設定した入射角度に応じて前記反射領域の形状および傾斜角度を求めて、季節毎に前記反射領域の傾斜角度を変化させることを特徴とする。

この発明によれば、太陽光の入射角度を、夏季、冬季、および中間季に応じて３種類設定しておき、反射領域の傾斜角度を季節毎に変化させる。これにより、年間を通して、天井面の所望の照射領域を所望の光量で照射できる。

本発明によれば、反射領域の屋内側端縁の角度を、太陽光がこの屋内側端縁で反射して所望の照射領域の室内側端縁に到達するように決定する。また、反射領域の屋外側端縁の角度を、太陽光がこの屋外側端縁で反射して所望の照射領域の室外側端縁に到達するように決定する。これにより、反射領域内で反射された光は、天井面の所望の照射領域に照射されることになる。よって、反射領域の面積を調整することにより、天井面の所望の照射領域を所望の光量で照射できる。また、ライトシェルフを居住者の背丈レベルに設置することにより、居住者の視界が遮られるのを防止できる。

本発明の第１実施形態に係るライトシェルフ構造の断面図である。 前記実施形態に係るライトシェルフの拡大断面図である。 前記実施形態に係るライトシェルフについて夏季における反射領域の形状を決定する手順を説明するための図である。 前記実施形態に係るライトシェルフについて冬季における反射領域の形状を決定する手順を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るライトシェルフについて夏季における反射領域の形状を決定する手順を説明するための図（その１）である。 前記実施形態に係るライトシェルフについて夏季における反射領域の形状を決定する手順を説明するための図（その２）である。 本発明の第１の変形例に係るライトシェルフの拡大断面図である。 本発明の第２の変形例に係るライトシェルフの反射領域の形状を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るライトシェルフ構造１の断面図である。

ライトシェルフ構造１は、建物１０の外壁１１に設けられた採光窓１２と、外壁１１に設けられたライトシェルフ１３と、を備える。
外壁１１の屋内側の空間は、室１４となっており、この室１４は天井面１５を有している。
採光窓１２は、居住者の腰の高さレベルから天井面１５レベルまで設けられている。ライトシェルフ１３は、この採光窓１２の途中高さ、具体的には居住者の背丈のレベルに設けられている。

ライトシェルフ１３の上面は、例えばアルミニウムからなる反射領域２０が形成されており、この反射領域２０で太陽光を反射して採光窓１２を通して室１４に導入し、室１４の天井面１５の所望の照射領域３０を照射する。

図２は、ライトシェルフ１３の拡大断面図である。
ライトシェルフ１３は、採光窓１２の窓枠１２１に取り付けられた一対のブラケット１３１と、これらブラケット１３１間に設けられたライトシェルフ本体１３２と、を備える。
ライトシェルフ本体１３２の上面は、上述の反射領域２０となっている。

ライトシェルフ本体１３２は、可動式であり、夏季、冬季、および中間季（春季および秋季）の各季節に応じて、傾斜角度を変化させることができる。
すなわち、ライトシェルフ本体１３２の採光窓１２側の端縁は、ブラケット１３１に回転可能に支持され、屋外側の端縁は、ブラケット１３１に円弧状にスライド可能に支持されている。このライトシェルフ本体１３２の屋外側の端縁の位置を調整することにより、ライトシェルフ本体１３２は、採光窓１２側の端縁を回転軸として回転し、傾斜角度を設定することができる。

具体的には、夏季には、ライトシェルフ本体１３２の屋外側の端縁を位置Ａに設定し、反射領域２０の断面形状が所定の形状（後述の円弧Ｒ_１）となるように設定する。
中間季には、ライトシェルフ本体１３２の屋外側の端縁を位置Ｂに設定し、反射領域２０の断面形状が所定の形状となるように設定する。
冬季には、ライトシェルフ本体１３２の屋外側の端縁を位置Ｃに設定し、反射領域２０の断面形状が所定の形状（後述の円弧Ｒ_２）となるように設定する。

次に、夏季および冬季における反射領域２０の形状を決定する手順について、図３および図４を参照しながら説明する。なお、中間季における反射領域２０の形状についても、夏季および冬季における反射領域２０の形状を決定する手順と同様の手順で求めることができる。

以下、反射領域２０の採光窓１２側の端縁を屋内側端縁２０Ａとし、屋外側の端縁を屋外側端縁２０Ｂとする。さらに、天井面１５のうち所望の照射領域３０の室内側の端縁を室内側端縁３０Ａとし、採光窓１２側の端縁を室外側端縁３０Ｂとする。

最初に、夏季における反射領域２０の形状を決定する手順について、図３を参照しながら説明する。
まず、夏季における太陽光の入射角度を設定する。本実施形態では、夏季の太陽光の入射角度を、北緯３５°における夏至の南中高度である７８°に設定する。

次に、反射領域２０の屋内側端縁２０Ａの角度を、太陽光が屋内側端縁２０Ａで反射して照射領域３０の室内側端縁３０Ａに到達するように決定する。
具体的には、室内側端縁３０Ａから屋内側端縁２０Ａに直線Ｌ_１を引き、この直線Ｌ_１と屋内側端縁２０Ａに入射する太陽光Ｓ_１との成す角度の二等分線を求める。そして、屋内側端縁２０Ａにこの二等分線に直交する直線Ｐ_１を引く。

また、反射領域２０の屋外側端縁２０Ｂの角度を、太陽光が屋外側端縁２０Ｂで反射して照射領域３０の室外側端縁３０Ｂに到達するように決定する。
具体的には、室外側端縁３０Ｂから屋外側端縁２０Ｂに直線Ｌ_２を引き、この直線Ｌ_２と屋外側端縁２０Ｂに入射する太陽光Ｓ_２との成す角度の二等分線を求める。そして、屋外側端縁２０Ｂにこの二等分線に直交する直線Ｐ_２を引く。

次に、屋内側端縁２０Ａから屋外側端縁２０Ｂに至る円弧Ｒ_１を引く。ここで、直線Ｐ_１および直線Ｐ_２が円弧Ｒ_１の接線となるようにする。この円弧Ｒ_１を反射領域２０の断面形状とする。

次に、冬季における反射領域２０の形状を決定する手順について、図４を参照しながら説明する。
まず、冬季における太陽光の入射角度を設定する。本実施形態では、冬季の太陽光の入射角度を、北緯３５°における冬至の南中高度である３１°に設定する。

次に、反射領域２０の屋内側端縁２０Ａの角度を、太陽光が屋内側端縁２０Ａで反射して照射領域３０の室内側端縁３０Ａに到達するように決定する。
具体的には、室内側端縁３０Ａから屋内側端縁２０Ａに直線Ｌ_３を引き、この直線Ｌ_３と屋内側端縁２０Ａに入射する太陽光Ｓ_３との成す角度の二等分線を求める。そして、屋内側端縁２０Ａにこの二等分線に直交する直線Ｐ_３を引く。

また、反射領域２０の屋外側端縁２０Ｂの角度を、太陽光が屋外側端縁２０Ｂで反射して照射領域３０の室外側端縁３０Ｂに到達するように決定する。
具体的には、室外側端縁３０Ｂから屋外側端縁２０Ｂに直線Ｌ_４を引き、この直線Ｌ_４と屋外側端縁２０Ｂに入射する太陽光Ｓ_４との成す角度の二等分線を求める。そして、屋外側端縁２０Ｂにこの二等分線に直交する直線Ｐ_４を引く。

次に、屋内側端縁２０Ａから屋外側端縁２０Ｂに至る円弧Ｒ_２を引く。ここで、直線Ｐ_３および直線Ｐ_４が円弧Ｒ_２の接線となるようにする。この円弧Ｒ_２を反射領域２０の断面形状とする。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）反射領域２０の屋内側端縁２０Ａの角度を、太陽光がこの屋内側端縁２０Ａで反射して所望の照射領域３０の室内側端縁３０Ａに到達するように決定する。また、反射領域２０の屋外側端縁２０Ｂの角度を、太陽光がこの屋外側端縁２０Ｂで反射して所望の照射領域３０の室外側端縁３０Ｂに到達するように決定する。
これにより、反射領域２０内で反射された光は、天井面１５の所望の照射領域３０に照射されることになる。よって、反射領域２０の面積を調整することにより、天井面１５の所望の照射領域３０を所望の光量で照射できる。また、ライトシェルフ１３を居住者の背丈レベルに設置したので、居住者の視界が遮られることはない。

（２）反射領域２０の断面形状を、屋内側端縁２０Ａから屋外側端縁２０Ｂに至る円弧状とした、採光した太陽光をより広範囲に拡散できる。

（３）太陽光の入射角度を、夏季、冬季、および中間季に応じて３種類設定しておき、反射領域２０の傾斜角度を季節毎に変化させる。これにより、年間を通して、天井面１５の所望の照射領域３０を所望の光量で照射できる。

ライトシェルフ１３の反射領域２０の形状は、夏季、中間季、冬季のそれぞれで求められる。ここで、どの形状を選択して設置するかは、要望の優先度によって決定する。
例えば、夏季に昼光を室内天井面の所定の領域に確実に照射したい場合には、夏季の形状を用いる。また、冬季に昼光を室内天井面の所定の領域に確実に照射したい場合には、冬季の形状を用いる。この場合、夏季には、冬季に照射した領域よりも狭い領域に照射されることになる。

〔第２実施形態〕
本実施形態では、反射領域２０の一部に第２反射領域４０を設ける点が、第１実施形態と異なる。
すなわち、照射領域３０の所望の一部、ここでは居住者の机の直上に照度が高い矩形状
の第２照射領域５０を設け、反射領域２０の一部に第２照射領域５０を照射する第２反射領域４０を設ける。
本実施形態における反射領域２０の形状を決定する手順について説明する。

ここで、夏季における反射領域２０の形状を決定する手順について、図５を参照しながら説明する。なお、冬季や中間季における反射領域２０の形状についても、夏季における反射領域２０の形状を決定する手順と同様の手順で求めることができる。

以下、第２反射領域４０の採光窓１２側の端縁を第２屋内側端縁４０Ａとし、屋外側の端縁を第２屋外側端縁４０Ｂとする。さらに、第２照射領域５０の室内側の端縁を第２室内側端縁５０Ａとし、採光窓１２側の端縁を第２室外側端縁５０Ｂとする。

まず、第１実施形態と同様に、反射領域２０の屋内側端縁２０Ａの直線Ｐ_１および屋外側端縁２０Ｂの直線Ｐ_２を求める（図６参照）。

次に、第２反射領域４０の第２屋内側端縁４０Ａの角度を、太陽光が第２屋内側端縁４０Ａで反射して第２照射領域５０の第２室内側端縁５０Ａに到達するように決定する。
具体的には、第２室内側端縁５０Ａから第２屋内側端縁４０Ａに直線Ｌ_５を引き、この直線Ｌ_５と第２屋内側端縁４０Ａに入射する太陽光Ｓ_５との成す角度の二等分線を求める。そして、第２屋内側端縁４０Ａにこの二等分線に直交する直線Ｐ_５を引く（図６参照）。

また、第２反射領域４０の第２屋外側端縁４０Ｂの角度を、太陽光が第２屋外側端縁４０Ｂで反射して第２照射領域５０の第２室外側端縁５０Ｂに到達するように決定する。
具体的には、第２室外側端縁５０Ｂから第２屋外側端縁４０Ｂに直線Ｌ_６を引き、この直線Ｌ_６と第２屋外側端縁４０Ｂに入射する太陽光Ｓ_６との成す角度の二等分線を求める。そして、第２屋外側端縁４０Ｂにこの二等分線に直交する直線Ｐ_６を引く（図６参照）。

次に、反射領域２０の屋内側端縁２０Ａから第２屋内側端縁４０Ａに至る円弧Ｒ_３、第２屋内側端縁４０Ａから第２屋外側端縁４０Ｂに至る線分Ｑ_１、第２屋外側端縁４０Ｂから第２屋外側端縁４０Ｂに至る円弧Ｒ_４を引き、これを第２反射領域４０の断面形状とする。
ここで、直線Ｐ_１および直線Ｐ_５が円弧Ｒ_３の接線となるようにする。また、直線Ｐ_６および直線Ｐ_２が円弧Ｒ_４の接線となるようにする。
また、直線Ｐ_５および直線Ｐ_５は、同一直線であり、線分Ｑ_１を、これら直線Ｐ_５および直線Ｐ_５上の線分とする。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（４）照射領域３０の所望の一部を、照度が高い矩形状の第２照射領域５０とし、反射領域２０の一部を、第２照射領域５０を照射する第２反射領域４０とする。さらに、第２反射領域４０の第２屋内側端縁４０Ａの角度を、太陽光がこの第２屋内側端縁４０Ａで反射して第２照射領域５０の第２室内側端縁５０Ａに到達するように決定し、第２反射領域４０の第２屋外側端縁４０Ｂの角度を、太陽光がこの第２屋外側端縁４０Ｂで反射して第２照射領域５０の第２室外側端縁５０Ｂに到達するように決定する。
これにより、第２反射領域４０内で反射された光は、天井面１５の所望の第２照射領域５０に照射されることになる。よって、第２反射領域４０の面積を調整することにより、天井面１５の所望の一部の照度を特に高くすることができる。

（５）第２反射領域４０の断面形状を第２屋内側端縁４０Ａから第２屋外側端縁４０Ｂに至る直線状としたので、採光した太陽光を第２反射領域４０と同等の範囲に照射できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、ライトシェルフ本体１３２の採光窓１２側の端縁をブラケット１３１に回転可能に支持させ、屋外側の端縁をブラケット１３１に円弧状にスライド可能に支持させたが、これに限らない。例えば、図７に示すように、ライトシェルフ本体１３２の採光窓１２側の端縁をブラケット１３１に上下にスライド可能に支持させ、屋外側の端縁をブラケット１３１に水平にスライド可能に支持させてもよい。

また、上述の第２実施形態では、反射領域２０の形状を円弧Ｒ_３および円弧Ｒ_４で構成し、第２反射領域４０を線分Ｑ_１で構成して、円弧Ｒ_３、線分Ｑ_１、および円弧Ｒ_４を連続させたが、これに限らない。例えば、図８に示すように、第２照射領域５０の位置に応じて第２反射領域４０の線分Ｑ_１の角度や位置を調整し、反射領域２０に段差を形成してもよい。

１…ライトシェルフ構造
１０…建物
１１…外壁
１２…採光窓
１３…ライトシェルフ
１４…室
１５…天井面
２０…反射領域
２０Ａ…屋内側端縁
２０Ｂ…屋外側端縁
３０…照射領域
３０Ａ…室内側端縁
３０Ｂ…室外側端縁
４０…第２反射領域
４０Ａ…第２屋内側端縁
４０Ｂ…第２屋外側端縁
５０…第２照射領域
５０Ａ…第２室内側端縁
５０Ｂ…第２室外側端縁
１２１…窓枠
１３１…ブラケット
１３２…ライトシェルフ本体
Ａ、Ｂ、Ｃ…位置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６…直線
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６…直線
Ｑ１…線分
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…円弧
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６…太陽光

Claims (3)

1. 外壁に設けられた採光窓と、前記外壁に設けられたライトシェルフと、を備え、
   当該ライトシェルフは、反射領域で太陽光を反射して前記採光窓を通して屋内に導入し、当該屋内の天井面の所望の照射領域を照射するライトシェルフ構造の設計方法であって、
   前記反射領域の前記採光窓側の端縁を屋内側端縁とし、屋外側の端縁を屋外側端縁とし、
   前記天井面のうち所望の照射領域の室内側の端縁を室内側端縁とし、前記採光窓側の端縁を室外側端縁とし、
   前記反射領域の屋内側端縁の角度は、太陽光が当該屋内側端縁で反射して前記照射領域の室内側端縁に到達するように決定され、
   前記反射領域の屋外側端縁の角度は、太陽光が当該屋外側端縁で反射して前記照射領域の室外側端縁に到達するように決定され、
   前記照射領域の所望の一部に照度が高い矩形状の第２照射領域を設け、
   前記反射領域の一部に当該第２照射領域を照射する第２反射領域を設け、
   前記第２反射領域の前記採光窓側の端縁を第２屋内側端縁とし、屋外側の端縁を第２屋外側端縁とし、
   前記第２照射領域の室内側の端縁を第２室内側端縁とし、前記採光窓側の端縁を第２室外側端縁とし、
   前記第２反射領域の第２屋内側端縁の角度は、太陽光が当該第２屋内側端縁で反射して前記第２照射領域の第２室内側端縁に到達するように決定され、
   前記第２反射領域の第２屋外側端縁の角度は、太陽光が当該第２屋外側端縁で反射して前記第２照射領域の第２室外側端縁に到達するように決定されることを特徴とするライトシェルフ構造の設計方法。
2. 前記第２反射領域の断面形状は、前記第２屋内側端縁から前記第２屋外側端縁に至る直線状であることを特徴とする請求項１に記載のライトシェルフ構造の設計方法。
3. 前記太陽光の入射角度を、夏季、冬季、および中間季に応じて３種類設定しておき、
   当該設定した入射角度に応じて前記反射領域の形状および傾斜角度を求めて、
   季節毎に前記反射領域の傾斜角度を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載のライトシェルフ構造の設計方法。

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