こんにちは。
近年では建物の省エネ化が求められており、CO2排出量が極力小さくなるような空調設計を行うことが重要である。
空調に関する省エネ手法としては、主に空調機器や空調システムの高効率化が挙げられるが、他にも、建物の熱負荷を低減させることも建物の省エネ化を図るうえでは重要である。
建物の熱負荷を低減させることで必要な設備容量が小さくなる。
設備容量が小さくなると、結果としてCO2排出量が低減される。
建物の熱負荷を構成する要素としては、人体負荷や照明負荷等が挙げられるが、最も熱負荷に影響を与える要素が外気負荷やガラス面日射負荷である。
外気負荷は建物内に決まった換気量を定量的に導入する必要があるため、熱負荷の削減余地がある程度限られる。
一方でガラス面日射負荷の場合は、ガラス本体の性能強化の他にも、建物形状や庇などの工夫により、熱負荷を削減する方法が考えられる。
具体的には、建物の形状や庇などの工夫によりガラス面への直達日射を避けることができれば、熱負荷を削減することが可能となる。
ガラス面日射負荷はガラス面日射熱取得によって求められる。
今回は、ガラス面日射負荷を算出する元となるガラス面日射熱取得について紹介する。
本題に入る前に、本稿の前提の知識としてガラス面負荷について紹介する。
ガラス面の熱負荷には2種類がある
ガラス面負荷には大きくガラス面通過熱負荷とガラス面日射負荷に分けられる。
ガラス面負荷は室内外の温度差による通過熱負荷を示す。
ガラス面日射負荷は透過する日射負荷を示す。
また、ガラス面負荷は室内外の温度差とガラスの熱貫流率により計算される。
一方で、ガラス面日射負荷は日射量(ガラス面日射熱取得)とガラスの遮蔽係数から計算される。
本稿ではガラス面日射負荷を構成する要素であるガラス面日射熱取得について紹介する。
| ガラス面負荷 | ガラス面通過熱負荷 |
|---|---|
| ガラス面日射負荷 |
| ガラス面通過熱負荷[W]計算方法 |
|---|
| ガラスの熱貫流率[W/(m2・K)] x |(外気温度[℃] – 室内温度[℃])| x ガラス面積[m2] |
| ガラス面日射負荷計算方法 | |
|---|---|
| ガラス面日射負荷 | (直達日射による日射負荷[W] + 天空日射による日射負荷[W]) x 遮蔽係数 |
| 直達日射による 日射負荷[W] | 直達日射による日射量(ガラス面日射熱取得)[W/m2] x 日射が直接あたる部分の窓面積[m2] |
| 天空日射による 日射負荷[W] | 天空による日射量(ガラス面日射熱取得)[W/m2] x 日射が直接あたらない部分の窓面積[m2] |
日射量一覧
地域別・時刻別日射熱取得(表)
建築設備設計基準(令和6年度版)に記載されている地域別時刻別の日射量一覧を以下に紹介する。
表中に記載している「日影」は直達日射があたらない場合の日射量(天空日射)を示し、「水平」は天窓の場合を示す。
地域別・時刻別日射熱取得(グラフ)
地域別・時刻別日射熱取得について、見える化をした。
最も下側のグラフに着目すると太陽高度が比較的高い都市はより北側に日射熱取得が大きくなり、日中時間帯では全体的に日射熱取得が小さくなる傾向がある。
ガラス面日射負荷を低減する方法
ガラス面日射負荷の割合
窓面の向きやガラス性能によってガラス面日射負荷の熱負荷構成割合は大きく異なるが、それでも一般的に全体の熱負荷の3割から5割を占めることが多い。
様々な条件によるガラス面日射負荷の熱負荷構成割合をこちらの記事で紹介しているため、興味がある方は参考にされたい。
日射熱取得量を低減するために
日射熱取得料を低減するためには、とにかく直達日射がガラス面に当たらないような計画を行うことが重要となる。
例えば、庇を設けることで、直達日射を低減することが考えられる。
特に太陽高度が高い日中の時間帯においては、直達日射が殆ど入らないと考えられ、ガラス面負荷を削減することが可能となる。
他にも外壁面にルーバーを設けることで、直達日射を低減する方法も考えられる。
主に太陽高度が高い時間帯に日射負荷が大きくなる南側窓面には水平ルーバー、太陽高度が低い時間帯に日射負荷が大きくなる東面西面窓面には縦ルーバーが有効である。
まとめ
今回は、ガラス面日射負荷を算出する元となるガラス面日射熱取得について紹介した。
熱負荷を低減することで、建物の省エネ化にもつながる上に室内の快適性も向上する。
そのため、熱負荷を構成する要素のうちの多くを占めるガラス面日射負荷の低減を図ることが重要である。
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