環境 1.日照・日射:太陽高度 日影曲線 日射量 日射熱取得率

今回は日照.日射について詳しく解説していきます。この分野は現象をイメージできるかが非常に重要になってきます。
学習の段階でしっかり図を自分で書きながら理解を深めていくことをおすすめします。

1-1.太陽位置図


春秋分真東(6時)から日が昇り、真西(18時)に落ちる。太陽の描く軌道の角度は東京(北緯35°)の場合55°である。

冬至:日の出、日の入りが南側に約30°ずれ、日の出1時間15分遅れ日の入り1時間15分早まる。中心から見た南中時の太陽高度31.6°で、他の季節と比べると低い。

夏至:日の出、日の入りが北側に約30°ずれ、日の出1時間15分早まり日の入り1時間15分遅くなる。中心から見た南中時の太陽高度78.4°で、他の季節と比べると高い。

太陽の描く軌道の角度55°で季節によって平行に移動する。

春秋分の可照時間は24時間の半分の12時間となる。冬至の可照時間は春秋分の12時間から2時間30分を引いた9時間30分となる。夏至の可照時間は春秋分の12時間から2時間30分を足した14時間30分となる。

1-2.日照時間と可照時間

日照時間:実際に日の照っていた時間

可照時間:日の出から日没までの時間(障害物はないものとした場合の時間)

日照率可照時間対する日照時間の割合。

1-3.方位別の可照時間


南面の可照時間:夏至よりも冬至のほうが長い

夏至の日の可照時間:南面よりも北面のほうが長い

太陽の軌道をしっかり覚えることで、影の軌道可照時間直達日射量終日日射量を関連付けて覚えることができる。

1-4.日影曲線


日影曲線鉛直棒(長さ1.0)の先端の影の軌跡を示したもの。

冬至南寄りに太陽が移動するため、日の出日の入りの影北側長くなる南中時太陽高度低いため、影の長さ北側に鉛直棒(長さ1.0)の1.4倍となる。

春秋分影の先端の軌跡は、ほぼ直線となる。

夏至日の出日の入り北よりに太陽が移動するため、影は南側に長くなる。南中時太陽高度高く南寄りになるため、影の長さは北側に鉛直棒(長さ1.0)の0.2倍となる。

1-5.n時間日影

n時間日影n時間毎日影の交点を連ねた範囲。

2時間日影線:1時間毎の日影図の2時間の交点連ねた範囲は、2時間以上日影となる範囲となる。

4時間日影線:1時間毎の日影図の4時間の交点連ねた範囲は、4時間以上日影となる範囲となる。

4時間以上日影となる範囲:ある程度の高さでは変化せず東西方向の幅広くなるにしたがって大きくなる。

島日影複数の建築物東西方向に並んだ場合、建築物の間に複合日影が生じ、建築物から離れたところに島状にその周囲よりも日影時間が長い部分が生じる現象。5時間以上日影となる範囲が島日影と呼ばれる。

終日日影一日中日の当たらない部分

永久日影夏至の日終日日影となる部分は、1年中日影であり直接光が射すことはない。

日差し曲線:地表面上の任意の点が周囲建物によって、どのような日照障害を受けるかなどの検討に用いられる。

日照図表冬至など特定の日の水平面日差し曲線で得られる多数の日差し曲線1枚の図としてまとめたもの。

隣棟間隔比:冬至において、日照4時間程度確保するために、南北間の距離D建物の高さH除したものを基準とする。東京(北緯35°)では、D/H2.0とする。

1-6.日射

太陽定数:太陽光線と垂直な面(法線面)の受ける太陽の放射エネルギーであり、年間平均値約1370w/㎡である。

直達日射:太陽の直射による放射エネルギー。

天空日射水蒸気塵埃空気等の分子による散乱光である青空からの放射エネルギー。

大気透過率太陽定数\(I_o\)に対する直達日射量\(I\)の比(\(I/I_o\))。

湿度低いため直達日射量大きくなり、夏に比べて大気透過率大きくなる。都市部は自動車による排気ガスなどが多いため直達日射量小さくなり、郊外に比べて大気透過率小さくなる。

夜間放射(実行放射)地表面放射大気放射との曇天時においては、雲量多いほど、雲高低いほど、大気放射大きくなり、夜間放射減少する。

夜間放射地表面放射は地表面から放射される熱量で上向き大気放射は雲が日中に温められ地表面に向かって放射される熱量で下向きであることをイメージできるようにする。

1-7.直達日射量

直達日射量入射角小さいほど大きくなる。  入射角面に対しての直角からの角度

太陽高度が60度となる時の直達日射量ベクトルとして考える。法線面直達日射量を\(J_N\)、水平面直達日射量\(J_H\)を、南向き鉛直面直達日射量\(J_V\)をとすると、水平面直達日射量\(J_H\)は法線面直達日射量\(J_N\)の\(\frac{\sqrt{3}}{2}\)倍となる。南向き鉛直面直達日射量は法線面直達日射量の\(\frac{1}{2}\)倍となる。

南中時の太陽高度が60°となる季節は、春分の日が55°であることから春秋分よりも夏至寄りの日である。日の出日の入り春秋分と比べると北側となる。

1-8.壁面等の終日日射量

夏至太陽高度高いことから、水平面入射角度小さく直達日射量大きくなり、終日日射量大きくなる。
対して南面入射角度大きく直達日射量小さくなり、終日日射量東西面より小さくなる。

冬至太陽高度低いことから、南面入射角度小さく直達日射量大きくなり、終日日射量大きくなる。
対して水平面入射角度大きく直達日射量小さくなり、終日日射量南面より小さくなる。

春秋分:春分の日の前に南面と水平面の大小関係が入れ替わり、水平面終日日射量一番大きくなる。

夏至及び冬至の終日日射量の大小関係夏至冬至交互に並び、また、水平面南面東西面の順を繰り返す。

1-9.日射熱取得率と日射熱取得率

日射熱取得率:窓ガラスに「入射した日射量」に対する「透過した日射量と窓ガラスに吸収された後室内側に放射される熱量」の合計の割合。

日射遮蔽係数厚さ3㎜の透明ガラスの日射熱取得率(1.0)に対する任意の遮蔽物の日射熱取得率の割合。大きいほど、日射熱取得率大きく遮蔽効果小さくなる。

日射熱取得率日射遮蔽係数比例関係にあり、室内側に放射される熱量である。日射遮蔽係数日射遮蔽効果全く逆の意味となるので注意が必要である。

1-10.窓ガラスの遮蔽と温室効果

ブラインドの日射遮蔽効果反射率高い明色ブラインドの方が、暗色よりも大きい

南向き窓の日射遮蔽夏期における南面は、太陽高度高いため、水平ルーバーが有効である。

西向き窓の日射遮蔽太陽高度低い時間の日射を遮蔽するため、可動式鉛直ルーバーが有効である。

日射遮蔽の大小関係外側ブラインド内側ブラインド熱線反射ガラス熱線吸収ガラス。ただし、熱線反射ガラス熱線吸収ガラス熱貫流率普通ガラスほぼ同じであり、冬期における断熱効果ほとんど期待できない

窓の遮蔽の原則遮蔽物を直接設ける方が日射遮蔽効果高くブラインドであれば室内側に設けるより屋内側に設けた方が効果が高い熱線吸収ガラス吸収率高めたものなので再放射分室内側に放射されるため、熱線反射より遮蔽効果低い

透明板ガラス波長300~3000nm程度太陽放射80%程度の割合で透過する。室内に侵入した放射は室内の床や壁に吸収された後に再放射され、3000nm以上長波長となる。長波長となった放射はガラスを透過せず、ほとんど吸収してしまい、ガラスの温度上昇して温室効果をもたらす。

Low-Eガラスガラス複層とし表面金属膜コーティングすることで、長波長域(赤外線)反射率を高めたもの。室内側金属膜コーティングを用いた場合、冬期の断熱性を高める。また、屋外側金属膜コーティングを用いた場合、夏期の日射遮蔽効果高める。また金属膜コーティングは中空層側に設ける。

日照・日射で抑えるポイント
➀太陽の軌道 ②ガラスに入射する日射の成分

最後に

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