(57)【要約】【課題】気象データと建物要素データから屋内温熱環境を計算し、評価事項データに基づいて、異なる建物要素データにおける屋内温熱環境を比較し、屋根形態を評価する屋根形態評価システムを提供する。【解決手段】屋根形態比較システム１は、気象データ５０と、建物要素データ５１、５２を記憶し、それらから建物の屋内温熱環境を計算する。更に、屋根形態評価システム１は、評価事項データ５３を記憶し、それに基づいて、異なる建物要素データ５１、５２における屋内温熱環境を比較し、屋根形態を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータで実行する家屋の屋根形態の評価システムであって、
所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる気象データを記憶する気象データ記憶手段と、
評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる建物要素データを記憶する建物要素データ記憶手段と、
家屋の屋根形態が屋内温熱環境に与える影響を評価するための評価事項に関する評価事項データを記憶する評価事項データ記憶手段と、
前記気象データと、前記建物要素データとに基づいて前記家屋の小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定する第一熱収支算出手段と、
前記家屋と同一の家屋であって、異なる屋根形態を採用した建物要素データに基づいて、前記異なる屋根形態に対応する小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定する第二熱収支算出手段と、
前記第一熱収支算出手段が算出した自然室温と、前記第二熱収支算出手段が算出した自然室温との比較データと、前記評価事項データとに基づいて、家屋の屋根形態を評価する屋根形態評価手段と、
を備える屋根形態評価システム。
【請求項２】
請求項１に記載の屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データに含まれる風速νoと、前記気象データを観測した地点の標高Ｈoと、前記建物要素データに含まれる家屋の標高と屋根の高さの和Ｈと、に基づいて、屋根部分の風速をνo(Ｈ／Ｈo)1/3として算出する屋根形態評価システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、外表面の放射熱伝達率αorと、ユルゲスの式より計算できる外表面の強制対流熱伝達率αocと、に基づいて、外表面熱伝達率をαor＋αocとして算出する屋根形態評価システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、屋根の外表面熱伝達率αoと、屋根の内表面熱伝達率αiと、屋根を構成するＭ個の屋根材料について、ｋ番目の厚さλkと、熱伝導率ｌkと、に基づいて、熱貫流率を下記（数５７）として算出する屋根形態評価システム。
［数５７］
1/{1/αo＋Σk=1M(lk/λk)＋1/αｉ}
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記建物要素データに含まれる屋根壁面の傾斜角θと、前記気象データに含まれる気温Ｔ、及び雲量ｃと、雲高係数ｋと、水蒸気分圧ｆと、シュテファン・ボルツマン定数σと、に基づいて、夜間放射量を下記（数５８）として算出する屋根形態評価システム。
［数５８］
{(1＋cosθ)/2}σT４(0.474−0.076√f){1−(1−k)c/10}
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データの日付と、時刻ＵSと、前記気象データを観測した地点の緯度φ、及び経度Ｌと、に基づいて、山崎の式より、太陽赤緯δと均時差ｅを算出するとともに、時角ｔを下記（数５９）、太陽高度ｈを下記（数６０）、太陽方位角を下記（数６１）として、太陽位置を算出する屋根形態評価システム。
［数５９］
{US＋(L−135°)/15°＋e−12}・15°
［数６０］
sin-1(sinφsinδ＋cosφcosδcosｔ)
［数６１］
sin-1(cosδsinｔ/cosｈ)
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、太陽高度ｈと、クラウドレイシオＣRと、前記気象データに含まれる水平面全天日射量Ｊと、に基づいて、水平面天空日射量ＪSをＣRＪ、法線面直達日射量を（Ｊ−ＪS）／sinｈとして算出することで、日射量の直散分離を行う屋根形態評価システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、法線面直達日射量Ｊdと、水平面天空日射量ＪSと、太陽高度ｈと、地表面のアルベードρと、屋根の壁面の傾斜角θと、屋根の壁面への太陽光線の入射角ｉと、Ｐｅｒｅｚの方法により算出される水平面天空日射量に対する傾斜面天空日射量の比Ｆと、に基づいて、日射受熱量を下記（数６２）として算出する屋根形態評価システム。
［数６２］
Jdcosｉ＋JSF＋(Jdsinｈ＋JS)ρ{(1−cosθ)/2}
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データに含まれる気温θoと、前記建物要素データに含まれる日射吸収率ａS、及び放射率εと、日射受熱量Ｊと、外表面熱伝達率αoと、夜間放射量Ｊnと、に基づいて、ＳＡＴ温度をθo＋（ａSＪ−εＪn）／αoとして算出する屋根形態評価システム。
【請求項１０】
コンピュータが実行する家屋の屋根形態の評価方法であって、
所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる気象データを記憶するステップと、
評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる建物要素データを記憶するステップと、
家屋の屋根形態が屋内温熱環境に与える影響を評価するための評価事項に関する評価事項データを記憶するステップと、
前記気象データと、前記建物要素データとに基づいて前記家屋の小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定するステップと、
前記家屋と同一の家屋であって、異なる屋根形態を採用した建物要素データに基づいて、前記異なる屋根形態に対応する小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定するステップと、
前記第一熱収支算出手段が算出した自然室温と、前記第二熱収支算出手段が算出した自然室温との比較データと、前記評価事項データとに基づいて、家屋の屋根形態を評価するステップと、
を備える屋根形態評価方法。
【請求項１１】
コンピュータで実行する家屋の屋根形態の評価システムにおいて、
所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる気象データを記憶するステップ、
評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる建物要素データを記憶するステップ、
家屋の屋根形態が屋内温熱環境に与える影響を評価するための評価事項に関する評価事項データを記憶するステップ、
前記気象データと、前記建物要素データとに基づいて前記家屋の小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定するステップ、
前記家屋と同一の家屋であって、異なる屋根形態を採用した建物要素データに基づいて、前記異なる屋根形態に対応する小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定するステップ、
前記第一熱収支算出手段が算出した自然室温と、前記第二熱収支算出手段が算出した自然室温との比較データと、前記評価事項データとに基づいて、家屋の屋根形態を評価するステップ、
として、コンピュータである屋根形態評価システムを制御する屋根形態評価システム用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋根形態が屋内温熱環境に与える影響についての評価を行うためのシステム、方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
古来、我が国では、建築は夏の過ごしやすさを旨として設計が行われてきた。冷風機やエアコン等の冷却装置が存在しない時代であれば、開口部を多く設けた開放的な造りとすることで通気性を確保し、室内の温度上昇を避けるとともに湿気の滞留を防止していた。その後、各家庭にエアコンが行き渡るような時代になると、今度はできるだけ開口部を避け、気密性を高めることで冷房効率の向上を図るようになってきた。しかし、気密性の高い屋内空間は特に夏場において温度と湿度の上昇が甚だしく、快適に過ごすためにはエアコン等の空調設備の稼働が不可欠となっている。そのうえ近年の地球温暖化の影響により気温は上昇傾向にあり、夏場の特に日中は日本の略全土で空調設備が稼働している。このため夏場のピーク時の電力消費量の増大による電力逼迫の問題が生じている。これに対して、多くの一般家庭においても、消費電力削減のためにエアコンの設定温度を上げたり、稼働時間を減らしたりするなどの自助努力が行われているものの、未だ根本的な解決策は見出せていない状況である。
【０００３】
屋内空間の温度上昇を抑制するために様々なアプローチによる研究や試みが行われているが、特に有効な方策の一つとして日射の影響をいかにして排除するかという点が挙げられる。一般的な家屋の屋根面は直射日光を受けて非常に高温となり、その熱が小屋裏を初めとした屋内空間の温熱環境に影響して温度上昇を招いている。これまでにも特に小屋裏の温熱環境を改善するための試みは数多くなされており、例えば屋根断熱や遮熱、換気等によって小屋裏の夏期の自然温度が低下することが報告されている（非特許文献１）。また、これに関連して、建築物のＣＡＤデータに基づいて熱的特性を数値的に計算し、評価するシステムが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】青木平等、“屋根の高断熱化と高反射率化による小屋裏内温熱環境の改善”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２４年１２月１４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｔｏｋｋｙｏ．ｓｈｉｎｓａｋｉｊｕｎ．ｃｏｍ／ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／ｎｅｗｔｅｃｈ．ｈｔｍｌ＞
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によれば、任意のＣＡＤシステムによって作成された図面データから面積を計算し、計算された面積から構造強度特性を計算し、あるいは床面、壁面、屋根外壁部分、窓部品、及びドア部品の熱的特性を利用して、記建築物の熱的特性を計算する装置が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、単に床部等のそれぞれの部分の熱的特性と面積を掛け合わせた値から、全熱損失量等が算出できるに過ぎないため、日射を受ける屋根形態の差が十分に考慮されておらず、屋内温熱環境に対して与える影響を評価する上で、十分なモデル化がなされているとはいえない。
【０００８】
そこで本発明者らは、家屋の屋根面が直射日光を受けて、特に夏場において非常に高温となり、その熱が小屋裏を初めとした屋内空間の温熱環境に影響しているという事実に鑑み、異なる屋根形態における小屋裏の熱収支を比較することにより、屋内温熱環境の面から屋根形態を評価できる点に着目した。
【０００９】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、所定の地域のおける気象データと建物要素データに基づいて小屋裏の自然室温を算出し、さらに、評価事項データに基づいて屋根形態が屋内温熱環境に与える影響を評価する屋根形態評価システム、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、以下のような解決手段を提供する。
【００１１】
第１の特徴に係る発明は、コンピュータで実行する家屋の屋根形態の評価システムであって、
所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる気象データを記憶する気象データ記憶手段と、
評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる建物要素データを記憶する建物要素データ記憶手段と、
家屋の屋根形態が屋内温熱環境に与える影響を評価するための評価事項に関する評価事項データを記憶する評価事項データ記憶手段と、
前記気象データと、前記建物要素データとに基づいて前記家屋の小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定する第一熱収支算出手段と、
前記家屋と同一の家屋であって、異なる屋根形態を採用した建物要素データに基づいて、前記異なる屋根形態に対応する小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定する第二熱収支算出手段と、
前記第一熱収支算出手段が算出した自然室温と、前記第二熱収支算出手段が算出した自然室温との比較データと、前記評価事項データとに基づいて、家屋の屋根形態を評価する屋根形態評価手段と、
を備える屋根形態評価システムを提供する。
【００１２】
第１の特徴に係る発明によれば、コンピュータで実行する家屋の屋根形態の評価システムは、所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる気象データを記憶し、評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる建物要素データを記憶し、家屋の屋根形態が屋内温熱環境に与える影響を評価するための評価事項に関する評価事項データを記憶し、前記気象データと、前記建物要素データとに基づいて前記家屋の小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定し、前記家屋と同一の家屋であって、異なる屋根形態を採用した建物要素データに基づいて、前記異なる屋根形態に対応する小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定し、前記第一熱収支算出手段が算出した自然室温と、前記第二熱収支算出手段が算出した自然室温との比較データと、前記評価事項データとに基づいて、家屋の屋根形態を評価する。
【００１３】
第１の特徴に係る発明は、屋根形態評価システムのカテゴリであるが、屋根形態評価方法及び、屋根形態評価システム用プログラムであっても同様の作用、効果を奏する。
【００１４】
第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明である屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データに含まれる風速νoと、前記気象データを観測した地点の標高Ｈoと、前記建物要素データに含まれる家屋の標高と屋根の高さの和Ｈと、に基づいて、屋根部分の風速をνo(Ｈ／Ｈo)1/3として算出する屋根形態評価システムを提供する。
【００１５】
第２の特徴に係る発明によれば、第１の特徴に係る発明である屋根形態評価システムは、前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データに含まれる風速νoと、前記気象データを観測した地点の標高Ｈoと、前記建物要素データに含まれる家屋の標高と屋根の高さの和Ｈと、に基づいて、屋根部分の風速をνo(Ｈ／Ｈo)1/3として算出する。
【００１６】
第３の特徴に係る発明は、第１、または第２のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、外表面の放射熱伝達率αorと、ユルゲスの式より計算できる外表面の強制対流熱伝達率αocと、に基づいて、外表面熱伝達率をαor＋αocとして算出する屋根形態評価システムを提供する。
【００１７】
第３の特徴に係る発明によれば、第１、または第２のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムは、前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、外表面の放射熱伝達率αorと、ユルゲスの式より計算できる外表面の強制対流熱伝達率αocと、に基づいて、外表面熱伝達率をαor＋αocとして算出する。
【００１８】
第４の特徴に係る発明は、第１から第３のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、屋根の外表面熱伝達率αoと、屋根の内表面熱伝達率αiと、屋根を構成するＭ個の屋根材料について、ｋ番目の厚さλkと、熱伝導率ｌkと、に基づいて、熱貫流率を下記（数１）として算出する屋根形態評価システムを提供する。
［数１］
1/{1/αo＋Σk=1M(lk/λk)＋1/αｉ}
【００１９】
第４の特徴に係る発明によれば、第１から第３のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムは、前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、屋根の外表面熱伝達率αoと、屋根の内表面熱伝達率αiと、屋根を構成するＭ個の屋根材料について、ｋ番目の厚さλkと、熱伝導率ｌkと、に基づいて、熱貫流率を下記（数２）として算出する。
［数２］
1/{1/αo＋Σk=1M(lk/λk)＋1/αｉ}
【００２０】
第５の特徴に係る発明は、第１から第４のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記建物要素データに含まれる屋根壁面の傾斜角θと、前記気象データに含まれる気温Ｔ、及び雲量ｃと、雲高係数ｋと、水蒸気分圧ｆと、シュテファン・ボルツマン定数σと、に基づいて、夜間放射量を下記（数３）として算出する屋根形態評価システムを提供する。
［数３］
{(1＋cosθ)/2}σT４(0.474−0.076√f){1−(1−k)c/10}
【００２１】
第５の特徴に係る発明によれば、第１から第４のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムは、前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記建物要素データに含まれる屋根壁面の傾斜角θと、前記気象データに含まれる気温Ｔ、及び雲量ｃと、雲高係数ｋと、水蒸気分圧ｆと、シュテファン・ボルツマン定数σと、に基づいて、夜間放射量を下記（数４）として算出する。
［数４］
{(1＋cosθ)/2}σT４(0.474−0.076√f){1−(1−k)c/10}
【００２２】
第６の特徴に係る発明は、第１から第５のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データの日付と、時刻ＵSと、前記気象データを観測した地点の緯度φ、及び経度Ｌと、に基づいて、山崎の式より、太陽赤緯δと均時差ｅを算出するとともに、時角ｔを下記（数５）、太陽高度ｈを下記（数６）、太陽方位角を下記（数７）として、太陽位置を算出する屋根形態評価システムを提供する。
［数５］
{US＋(L−135°)/15°＋e−12}・15°
［数６］
sin-1(sinφsinδ＋cosφcosδcosｔ)
［数７］
sin-1(cosδsinｔ/cosｈ)
【００２３】
第６の特徴に係る発明によれば、第１から第５のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムは、前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データの日付と、時刻ＵSと、前記気象データを観測した地点の緯度φ、及び経度Ｌと、に基づいて、山崎の式より、太陽赤緯δと均時差ｅを算出するとともに、時角ｔを下記（数８）、太陽高度ｈを下記（数９）、太陽方位角を下記（数１０）として、太陽位置を算出する。
［数８］
{US＋(L−135°)/15°＋e−12}・15°
［数９］
sin-1(sinφsinδ＋cosφcosδcosｔ)
［数１０］
sin-1(cosδsinｔ/cosｈ)
【００２４】
第７の特徴に係る発明は、第１から第６のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、太陽高度ｈと、クラウドレイシオＣRと、前記気象データに含まれる水平面全天日射量Ｊと、に基づいて、水平面天空日射量ＪSをＣRＪ、法線面直達日射量を（Ｊ−ＪS）／sinｈとして算出することで、日射量の直散分離を行う屋根形態評価システムを提供する。
【００２５】
第７の特徴によれば、第１から第６のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムは、前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、太陽高度ｈと、クラウドレイシオＣRと、前記気象データに含まれる水平面全天日射量Ｊと、に基づいて、水平面天空日射量ＪSをＣRＪ、法線面直達日射量を（Ｊ−ＪS）／sinｈとして算出することで、日射量の直散分離を行う。
【００２６】
第８の特徴に係る発明は、第１から第７のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、法線面直達日射量Ｊdと、水平面天空日射量ＪSと、太陽高度ｈと、地表面のアルベードρと、屋根の壁面の傾斜角θと、屋根の壁面への太陽光線の入射角ｉと、Ｐｅｒｅｚの方法により算出される水平面天空日射量に対する傾斜面天空日射量の比Ｆと、に基づいて、日射受熱量を下記（数１１）として算出する屋根形態評価システムを提供する。
［数１１］
Jdcosｉ＋JSF＋(Jdsinｈ＋JS)ρ{(1−cosθ)/2}
【００２７】
第８の特徴に係る発明によれば、第１から第７のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムは、前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、法線面直達日射量Ｊdと、水平面天空日射量ＪSと、太陽高度ｈと、地表面のアルベードρと、屋根の壁面の傾斜角θと、屋根の壁面への太陽光線の入射角ｉと、Ｐｅｒｅｚの方法により算出される水平面天空日射量に対する傾斜面天空日射量の比Ｆと、に基づいて、日射受熱量を下記（数１２）として算出する。
［数１２］
Jdcosｉ＋JSF＋(Jdsinｈ＋JS)ρ{(1−cosθ)/2}
【００２８】
第９の特徴に係る発明は、第１から第８のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムであって、
前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データに含まれる気温θoと、前記建物要素データに含まれる日射吸収率ａS、及び放射率εと、日射受熱量Ｊと、外表面熱伝達率αoと、夜間放射量Ｊnと、に基づいて、ＳＡＴ温度をθo＋（ａSＪ−εＪn）／αoとして算出する屋根形態評価システムを提供する。
【００２９】
第９の特徴に係る発明によれば、第１から第８のいずれかの特徴に係る発明である屋根形態評価システムは、前記第一熱収支算出手段、及び前記第二熱収支算出手段において、前記家屋の小屋裏の熱収支を算出するにあたり、前記気象データに含まれる気温θoと、前記建物要素データに含まれる日射吸収率ａS、及び放射率εと、日射受熱量Ｊと、外表面熱伝達率αoと、夜間放射量Ｊnと、に基づいて、ＳＡＴ温度をθo＋（ａSＪ−εＪn）／αoとして算出する。
【００３０】
第１０の特徴に係る発明は、コンピュータが実行する家屋の屋根形態の評価方法であって、
所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる気象データを記憶するステップと、
評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる建物要素データを記憶するステップと、
家屋の屋根形態が屋内温熱環境に与える影響を評価するための評価事項に関する評価事項データを記憶するステップと、
前記気象データと、前記建物要素データとに基づいて前記家屋の小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定するステップと、
前記家屋と同一の家屋であって、異なる屋根形態を採用した建物要素データに基づいて、前記異なる屋根形態に対応する小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定するステップと、
前記第一熱収支算出手段が算出した自然室温と、前記第二熱収支算出手段が算出した自然室温との比較データと、前記評価事項データとに基づいて、家屋の屋根形態を評価するステップと、
を備える屋根形態評価方法を提供する。
【００３１】
第１１の特徴に係る発明は、コンピュータで実行する家屋の屋根形態の評価システムにおいて、
所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる気象データを記憶するステップ、
評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる建物要素データを記憶するステップ、
家屋の屋根形態が屋内温熱環境に与える影響を評価するための評価事項に関する評価事項データを記憶するステップ、
前記気象データと、前記建物要素データとに基づいて前記家屋の小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定するステップ、
前記家屋と同一の家屋であって、異なる屋根形態を採用した建物要素データに基づいて、前記異なる屋根形態に対応する小屋裏の熱収支を算出し、当該小屋裏の自然室温を決定するステップ、
前記第一熱収支算出手段が算出した自然室温と、前記第二熱収支算出手段が算出した自然室温との比較データと、前記評価事項データとに基づいて、家屋の屋根形態を評価するステップ、
として、コンピュータである屋根形態評価システムを制御する屋根形態評価システム用プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、気象データと建物要素データから屋内温熱環境を計算し、評価事項データに基づいて、異なる建物要素データにおける屋内温熱環境を比較し、屋根形態を評価する屋根形態評価システム、方法、及びプログラムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、屋根形態評価システム１の概要図である。
【図２】図２は、屋根形態評価システム１を実行する、屋根形態評価コンピュータ２の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。
【図３】図３は、屋根形態評価システム１が実行する屋根形態評価処理を示すフローチャート図である。
【図４】図４は、気象データ５０の一例として、気象庁のウェブページにて公開されているデータの一部を示したものである。
【図５】図５は、建物要素データ５１と、建物要素データ５２の屋根勾配をはじめとする一部を示したものである。
【図６】図６は、建物要素データ５１、５２を構成する各要素を説明するための概要図である。
【図７】図７は、建物要素データ５１と、建物要素データ５２の傾斜角をはじめとする一部を示したものである。
【図８】図８は、屋根形態評価システム１が実行する熱収支算出処理を示すフローチャート図である。
【図９】図９は、本実施例における、熱収支算出処理の計算結果を表にまとめたものである。
【図１０】図１０は、ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｃｌｅａｒｎｅｓｓ  ｐａｒａｍｅｔｅｒであるεの値が各値を取るときの、Ｆ１１〜Ｆ２３の値を表にまとめたものである。
【図１１】図１１は、屋根形態の評価５４の一部として作成されたグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【００３５】
［屋根形態評価システム１の概要］
図１は、本発明の好適な実施形態である屋根形態評価システム１の概要を説明するための概要図である。この図１に基づいて、屋根形態評価システム１の概要について説明する。
【００３６】
図１には、屋根形態評価システム１における、情報の入力と出力の関係が示されている。すなわち、気象データ５０、建物要素データ５１及び５２、評価事項データ５３が入力であり、屋根形態の評価５４が出力である。この過程について、概要を説明する。
【００３７】
初めに、屋根形態評価システム１は、屋根形態評価システム１が備える記憶部１２に気象データ５０を記憶する（ステップＳ０１）。気象データ５０は、後述の小屋裏自然室温を計算する際に、気象環境として利用されるもので、所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量の、少なくとも一種類以上によって構成される。
【００３８】
ここで、気象データ５０は、屋根形態評価システム１が入力部を備えている場合には、オペレータによって入力されてもよいし、外部センサにより計測された実測値であってもよい。また、気象庁等の外部機関が公表している値を、所定のサーバから受信して記憶してもよい。
【００３９】
次に、屋根形態評価システム１は、屋根形態評価システム１が備える記憶部１２に建物要素データ５１を記憶する（ステップＳ０２）。建物要素データ５１は、後述の小屋裏自然室温を計算する際に、建物の条件として利用されるもので、評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率の、少なくとも一種類以上によって構成される。
【００４０】
同様に、屋根形態評価システム１は、屋根形態評価システム１が備える記憶部１２に建物要素データ５２を記憶する（ステップＳ０３）。建物要素データ５２の形式は建物要素データ５１と同様であるが、比較対象として、一部の要素が異なる値になっている。
【００４１】
ここで、建物要素データ５１、及び建物要素データ５２は、オペレータによって入力された値を屋根形態評価システム１が受け付けても構わないし、所定の形式で記述された設定ファイルを、屋根形態評価システム１が解釈して記憶してもよい。ここまでで、屋根形態評価システム１は、後述の演算を行うことで、気象データ５０に基づき、建物要素データ５１と、建物要素データ５２の、それぞれの建物の小屋裏自然室温を算出できるようになる。
【００４２】
そこで、屋根形態評価システム１は建物要素データ５１と、建物要素データ５２のそれぞれについて、小屋裏自然室温を計算し、比較データを作成する。例えば、年間の小屋裏自然室温を算出することで、在宅時間における平均小屋裏自然室温や、季節毎の偏差をはじめとする比較データを作成してよい。
【００４３】
続いて屋根形態評価システム１は、屋根形態評価システム１が備える記憶部１２に評価事項データ５３を記憶する（ステップＳ０４）。評価事項データ５３は、設計者や施工主による評価を定式化したものであって、前記比較データを変数として代入する評価関数であってよい。すなわち、例えば、偏差がより小さい方が好ましいという条件や、同じ偏差であるならば、屋根勾配はなだらかである方がよいという条件が、定量的に評価可能な形式で記述されている。
【００４４】
最後に屋根形態評価システム１は、作成された比較データと評価事項データ５３とに基づいて、屋根形態の評価を行う（ステップＳ０５）。評価は評価事項データ５３に基づいて、比較可能に定量化されるものであるので、少なくとも建物要素データ５１と建物要素データ５２について、どちらがより好ましいかを示すことができる。さらに、最適屋根形態が提示してもよいし、比較結果を参酌して、建物要素データ５１を再設定し、以上の処理を再度行ってもよい。この再設定は屋根形態評価システム１が自動で行ってもよいし、オペレータが行ってもよい。
【００４５】
図１では、屋根形態評価５４が書面の絵によって表されているが、評価は必ずしも書面や文書等の自然言語で表される必要はない。以上が、屋根形態評価システム１の概要である。
【００４６】
［各機能の説明］
図２は、本発明の好適な実施形態である屋根形態評価システム１を実行する、屋根形態評価コンピュータ２の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。屋根形態評価システム１は、データ通信を行うことが可能な屋根形態評価コンピュータ２上で実行されるシステムであって、例えば、パソコン、テレビ、電話機に加えて、携帯電話、携帯情報端末、ネットブック端末、スレート端末、電子書籍端末、携帯型音楽プレーヤ等で実行されてよい。
【００４７】
屋根形態評価コンピュータ２は、制御部１１として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ），ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を備え、記憶部１２として、ハードディスクや半導体メモリによる、データのストレージ部を備える。さらに、屋根形態評価コンピュータ２は、通信部１３として、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠したＷｉＦｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ対応デバイス又は、第３世代移動通信システム等のＩＭＴ−２０００規格に準拠した無線デバイス等を備える（有線によるＬＡＮ接続であってもよい）。
【００４８】
屋根形態評価コンピュータ２において、制御部１１が所定のプログラムを読み込むことで、記憶部１２と協働して、気象データ記憶モジュール１４、建物要素データ記憶モジュール１５、評価事項データ記憶モジュール１６、屋根形態評価モジュール１７を実現する。また、屋根形態評価コンピュータ２において、制御部１１が所定のプログラムを読み込むことで、記憶部１２、通信部１３と協働して、第一熱収支算出モジュール１８と、第二熱収支算出モジュール１９を実現する。第一熱収支算出モジュール１８は、風速計算モジュール２０、外表面熱伝達率計算モジュール２１、熱貫流率計算モジュール２２、夜間放射量計算モジュール２３、太陽位置計算モジュール２４、日射量直散分離モジュール２５、日射受熱量計算モジュール２６、ＳＡＴ温度計算モジュール２７から構成される。また、図２では省略されているが、第二熱収支算出モジュール１９も、第一熱収支算出モジュール１８と同一のモジュール群により構成される。以上のモジュールは、屋根形態評価コンピュータ２を介して、屋根形態評価システム１が実行するものとみなすことができる。
【００４９】
［屋根形態評価処理］
図３は、屋根形態評価システム１が実行する屋根形態評価処理のフローチャートである。上述した各モジュールが行う処理について、本処理にて併せて説明する。
【００５０】
はじめに、屋根形態評価システム１の気象データ記憶モジュール１４は、気象データ５０を記憶部１２に記憶する（ステップＳ１１）。ここで気象データ５０とは、屋根形態を評価する家屋が存する位置や、最も近い気象観測所において観測された、所定の地域における気温、相対湿度、全天日射量、大気放射量、風向、風速、降水量、日照時間及び雲量からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなるデータである。
【００５１】
ここで気象データ５０の記憶にあたっては、オペレータによって入力されてもよいし、センサ等を利用した実測値であってもよいし、気象庁等の外部機関が公表している値をサーバから受信して、利用可能な形で記憶して良い。
【００５２】
図４は、気象庁ホームページ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄａｔａ．ｊｍａ．ｇｏ．ｊｐ／）にて公開されている、２００２年１０月１日の熊本地方気象台の観測値の一部を引用したものである。本実施例では、最も近い気象観測所として熊本地方気象台を設定し、この観測値を家屋がある地域の気象データとして扱うこととする。更に、以降で計算の一例を示すため、図４における１５時のデータ、すなわち『気温：２４．６℃、相対湿度：４３％、全天日射量：１．５２ＭＪ／ｍ2、風速：３．２ｍ／ｓ、雲量：４』を気象データ５０として読み込んだものとする。
【００５３】
次に、屋根形態評価システム１の建物要素データ記憶モジュール１５は、建物要素データ５１、５２を記憶部１２に記憶する（ステップＳ１２）。建物要素データ５１、５２は、評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率からなる群より選ばれた一種類以上のデータからなる。
【００５４】
なお、屋根形態評価システム１は、異なる二つの建物要素データについて熱収支を算出し、その結果を比較するものである。そのため、ステップＳ１２において、建物要素データは少なくとも二以上のデータセットを記憶する必要がある。本実施例においては、建物要素データ５１と、建物要素データ５２の二つを記憶したものとする。
【００５５】
図５、及び図７は、屋根形態評価システム１が読み込んだ建物要素データ５１及び建物要素データ５２の一部を示したものである。両者は屋根勾配のみが異なる建物要素データであって、建物要素データ５１は屋根勾配が三寸勾配、建物要素データ５２は屋根勾配が七寸勾配となっている。以下簡単のため、建物要素データ５１によって表される建物をモデルａ、建物要素データ５２によって表される建物をモデルｂと呼称する。
【００５６】
図６は、建物要素データ５１、５２を構成する各要素を説明するための概要図である。屋根を構成する面として、面６０、面６１、面６２、面６３が示されている。面６０はいわゆる屋根面である傾斜面であり、他の面は屋根の壁面である。なお、図６において数字が振られていない底面は断熱され、熱の出入りはないものとする。
【００５７】
方位角６４は、図６中の東西南北たる方角を表すＮＥＷＳを基準に決定され、傾斜角６５、高さ６６（図中のｈ）、平面形状の幅６７、６８（図中のａ、ｂ）とともに図５に示されている。また、各面の面積は図７に示される。図７と、後述の図９における面の番号は、図６における面の番号と対応している。また、後述の熱収支算出処理において、面に対応した添え字が振られる際は、面６０、面６１、面６２、面６３に対応して、１、２、３、４が振られる。例えば、Ｊn,jについて、面６０に対応した値はＪn,1であるし、面６１に対応した値はＪn,2として表わされる。
【００５８】
次に、屋根形態評価システム１は、記憶した気象データ５０と建物要素データ５１とに基づいて、第一熱収支算出処理を行う（ステップＳ１３）。第一熱収支算出処理は、建物要素データ５１を利用して、後述の熱収支算出処理を行うものである。この熱収支算出処理について詳しく説明する。
【００５９】
図８は、屋根形態評価システム１を構成する屋根形態評価コンピュータ２が備える第一熱収支算出モジュール１８、または第二熱収支算出モジュール１９が実行する熱収支算出処理の手順を表したものである。ここで、第一熱収支算出モジュール１８と、第二熱収支算出モジュール１９とが、それぞれ熱収支算出処理を実行する場合においては、読み込む建物要素データが異なるのみであって、各モジュールの働きや実行手順は同一であることに注意する。ここでは、第一熱収支算出モジュール１８が、建物要素データ５１を利用して実行する場合について説明する。
【００６０】
初めに、第一熱収支算出モジュール１８の風速計算モジュール２０は、屋根部分の風速を計算する（ステップＳ２１）。屋根部分の風速は、下記（数１３）として表わせる。
［数１３］
ν＝νo(H/Ho)1/3
ただし、νo：最寄りの気象観測所の風速［ｍ／ｓ］
Ｈ ：建設地点の標高＋屋根の高さ［ｍ］
Ｈo：最寄りの気象観測所の測定高さ［ｍ］
である。
【００６１】
気象データ５０から、νo＝３．２［ｍ／ｓ］、Ｈ＝標高１１ｍ＋屋根の高さ３ｍ＝１４［ｍ］、Ｈo＝標高３７．７ｍ＋風速計の高さ１０ｍ＝４７．７［ｍ］を上記（数１３）に代入して、屋根部分の風速は２．１［ｍ／ｓ］である。
【００６２】
次に、第一熱収支算出モジュール１８の外表面熱伝達率計算モジュール２１は、外表面熱伝達率を計算する（ステップＳ２２）。外表面熱伝達率は、下記（数１４）として表わせる。
［数１４］
αo,j＝αor,j＋αoc,j
ただし、αor,j：外表面の放射熱伝達率  5.1［Ｗ／ｍ2Ｋ］
αoc,j：外表面の強制対流熱伝達率［Ｗ／ｍ2Ｋ］
である。
【００６３】
ここで、風速をν［ｍ／ｓ］とすると、ユルゲスの式より、
［数１５］
αoc,j＝5.6＋3.9ν   (ν≦5ｍ／ｓ)
αoc,j＝7.2ν0.78     （ν＞5ｍ／ｓ）
である。
【００６４】
ステップＳ２１で求めた風速は２．１［ｍ／ｓ］であり、５［ｍ／ｓ］より小さいので、上記（数１５）より外表面の強制対流熱伝達率は１３．９［Ｗ／ｍ2Ｋ］となる。この値と上記（数１４）より、外表面熱伝達率は１９．０［Ｗ／ｍ2Ｋ］と計算できる。
【００６５】
次に、第一熱収支算出モジュール１８の夜間放射量計算モジュール２３は、各壁面の夜間放射量を計算する（ステップＳ２２）。夜間放射量は、下記（数１６）として表わせる。
［数１６］
Ｊn,j＝{(1＋cosθj)/2}σT4(0.474−0.076√f){1−(1−k)c/10}
ただし、θj：各壁面の傾斜角［°］
σ ：シュテファン・ボルツマン定数5.67×10-8［Ｗ／ｍ2Ｋ4］
Ｔ
：外気温［Ｋ］
ｆ
：水蒸気分圧［ｍｍＨｇ］
ｋ
：雲高係数（上層雲：0.8，中層雲：0.3，下層雲：0.15）
ｃ
：雲量
である。
【００６６】
ここで、水蒸気分圧は、下記（数１７）として表わせる。
［数１７］
f＝fS・φ/100
ただし、ｆS：飽和水蒸気圧［ｍｍＨｇ］
φ ：外気の相対湿度［％］
である。
【００６７】
また、飽和水蒸気圧は、Ｇｏｆｆ−Ｇｒａｔｃｈの式より、下記（数１８）として表わせる。
［数１８］
fS＝10B×760/1013.25［ｍｍＨｇ］
B＝-7.90298{373.16/(273.16＋θo)−1}
＋5.02808・log10{373.16/(273.16＋θo)}−1.3816
ただし、θo：外気温［℃］
である。
【００６８】
気象データ５０より、θo＝２４．６［℃］であるから、上記（数１８）に代入して、Ｂ＝１．４９であり、ｆS＝２３．１９［ｍｍＨｇ］である。同様に、気象データ５０からφ＝４３［％］であるから、上記（数１７）より、水蒸気分圧ｆは、ｆ＝９．９７［ｍｍＨｇ］となる。
【００６９】
次に、この計算結果と建物要素データ５１より、各壁面の夜間放射量を計算する。まず、屋根面、すなわち面６０については、傾斜角６５はθ1＝１６．７０［°］であるから、夜間放射量Ｊn,1は、
［数１９］
Ｊn,1＝{(1＋cosθ1)/2}σT4(0.474−0.076√f){1−(1−k)c/10}
＝73.5［Ｗ／ｍ2］
となる。
【００７０】
同様に、面６１、面６２、面６３については、傾斜角θ2〜θ4＝９０．０［°］であるから、夜間放射量Ｊn,2〜Ｊn,4は、
［数２０］
Jn,2〜Jn,4＝{(1＋cosθ2〜θ4)/2}σT4(0.474−0.076√f)・{1−(1−k)c/10}
＝37.5［Ｗ／ｍ2］
となる。
【００７１】
次に、第一熱収支算出モジュール１８の太陽位置計算モジュール２４は、太陽位置を計算する（ステップＳ２４）。気象データの日付は２０１２年１０月１日であることから、山崎の式より、太陽赤緯δ＝−３．２６［°］、均時差ｅ＝１０分１９．５秒となる。また、時刻ＵS＝１５：００、観測台の経度Ｌ＝３２．７８［°］を代入して、時角ｔは、
［数２１］
t＝{US＋(L−135°)/15°＋e−12}・15°
＝43.29［°］
【００７２】
観測台の緯度φ＝３２．７８［°］であるので、太陽高度ｈは、
［数２２］
h＝sin-1(sinφsinδ＋cosφcosδcosｔ)
＝35.46［°］
【００７３】
同様に、太陽方位角Ａは、
［数２３］
A＝sin-1(cosδsinｔ/cosｈ)
＝57.20［°］
となる。
【００７４】
次に、第一熱収支算出モジュール１８の日射量直散分離モジュール２５は、日射量を計算し、直散分離を行うことで、法線面直達日射量と水平面天空日射量を計算する（ステップＳ２５）。ここで、水平面天空日射量は、下記（数２４）として、法線面直達日射量は、下記（数２５）として表わせる。
［数２４］
JS＝CRJ
［数２５］
Jd＝(J−JS)/sinｈ
ただし、Ｊ：水平面全天日射量［Ｗ／ｍ2］
ＣR：クラウドレイシオ［−］
ｈ：太陽高度［°］
である。
【００７５】
気象データ５０より、全天日射量Ｊ＝１．５２［ＭＪ／ｍ2］＝４２２．２２［Ｗ／ｍ2］である。クラウドレイシオＣRは、下記（数２６）として表わせる。
［数２６］
ａ）0≦KJ≦0.3  ただし、CR≦1.0
CR＝1.000−0.232KJ＋0.0239sinｈ−0.000682θo＋0.0195φ/100
ｂ）0.3≦KJ≦0.78  ただし、0.1≦CR≦0.97
CR＝1.329−1.716KJ＋0.267sinｈ−0.00357θo＋0.106φ/100
ｃ）0.78≦KJ  ただし、0.1≦CR
CR＝0.426KJ−0.256sinｈ＋0.00349θo＋0.0734φ/100
ただし、ＫJ：晴天指数（＝Ｊ／Ｊosinｈ）［−］
θo：外気温［℃］
φ ：相対湿度［％］
Ｊo：太陽定数 1367［Ｗ／ｍ2］
である。
【００７６】
ここで、気象データ５０より、気温θo＝２４．６［℃］、相対湿度φ＝４３［％］であるから、上記（数２６）より、
［数２７］
CR＝1.329−1.716KJ＋0.267sinｈ−0.00357θo＋0.106φ/100
＝0.53
【００７７】
これと上記（数２２）の結果を、上記（数２４）に代入して、ＪS＝２２４．７０［Ｗ／ｍ2］である。更に、この結果を上記（数２５）に代入して、法線面直達日射量Ｊdは、
［数２８］
Jd＝(J−JS)/sinｈ＝340.44［Ｗ／ｍ2］
として求められる。
【００７８】
次に、第一熱収支算出モジュール１８の日射受熱量計算モジュール２６は、各壁面の日射受熱量を計算する（ステップＳ２６）。ここで、日射受熱量は、
［数２９］
Jj＝Jdcosｉj＋JSF＋(Jdsinｈ＋JS)ρ{(1−cosθj)/2}
として表わせる。
ただし、Ｊd：法線面直達日射量［Ｗ／ｍ2］
ＪS：水平面天空日射量［Ｗ／ｍ2］
ｉj：各壁面への太陽光線の入射角［°］
Ｆ ：水平面天空日射量に対する傾斜面天空日射量の比［−］（Perezの方法）
ｈ ：太陽高度［°］
ρ ：地表面のアルベード［−］（0.2と仮定）
θj：各壁面の傾斜角［°］
である。
【００７９】
また、各壁面への太陽光線入射角の余弦は、
［数３０］
cosｉj＝cosθjsinｈ＋sinθjcosｈcos(A−Aθ,j)
として表わせる。
【００８０】
このとき、屋根面、すなわち面６０については、建物要素データ５１より傾斜角θ1＝１６．７０［°］、方位角Ａθ,1＝０．０［°］であるので、面６０への入射角ｉ1は、
［数３１］
i1＝cos-1{cosθjsinｈ＋sinθjcosｈcos(A−Aθ,1)}
＝46.96［°］
である。
【００８１】
このとき、傾斜面天空日射量ＪSθは、
［数３２］
JSθ＝JSF
として表わせる。
ただし、ＪS：水平面天空日射量［Ｗ／ｍ2］
［数３３］
F＝(1−F1)｛(1＋cosθj)/2｝＋F1a/b＋F2sinθj
である。ここで、
［数３４］
a＝max(0,cosｉj)
［数３５］
b＝max(0.087,cosＺ）
であって、
ｉj：各壁面への太陽光線の入射角［°］
Ｚ：天頂角（＝90°−ｈ）［°］
である。また、
［数３６］
F1＝F11(ε)＋F12(ε)Δ＋F13(ε)Z
［数３７］
F2＝F21(ε)＋F22(ε)Δ＋F23(ε)Z
として計算できる。
【００８２】
この式中のａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  ｐａｒａｍｅｔｅｒΔは、
［数３８］
Δ＝JSmr/Jo
ただし、ＪS：水平面天空日射量［Ｗ／ｍ2］
Ｊo：太陽定数 1367［Ｗ／ｍ2］
ｍr：relative optical air mass
である。ｍrは、
［数３９］
mr＝(1−0.0001H)/｛sinｈ＋0.15(93.885−Z)-1.253｝
として表わせる。
ただし、Ｈ：標高［ｍ］
ｈ：太陽高度［°］
Ｚ：天頂角［°］
である。
【００８３】
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｃｌｅａｒｎｅｓｓ  ｐａｒａｍｅｔｅｒであるεは、
［数４０］
ε＝{(JS＋Jd)/JS＋1.041Z3}/(1＋1.041Z3)
として表わせる。
ただし、ＪS：水平面天空日射量［Ｗ／ｍ2］
Ｊd：法線面直達日射量［Ｗ／ｍ2］
Ｚ
：天頂角［°］
である。
【００８４】
天頂角Ｚについて、
［数４１］
Z＝90°−35.46°＝54.54°＝0.952［rad］
であるので、上記（数４０）より、ε＝１．８０と計算できる。また、上記（数３１）と上記（数３４）より、ａ＝０．６８で、上記（数３５）より、ｂ＝０．５８である。また、上記（数３９）より、ｍr＝１．７２であり、上記（数３８）にこれを代入して、Δ＝０．２８となる。
【００８５】
図１０は、ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｃｌｅａｒｎｅｓｓ  ｐａｒａｍｅｔｅｒであるεの値が各値を取るときの、Ｆ11〜Ｆ23の値を表にまとめたものである。この表に基づいて、以下の計算を行う。
【００８６】
上記（数３６）より、
［数４１］
F1＝F11(ε)＋F12(ε)Δ＋F13(ε)Z
＝0.340
【００８７】
同様に、上記（数３７）より、
［数４２］
F2＝F21(ε)＋F22(ε)Δ＋F23(ε)Z
＝0.053
【００８８】
上記（数４１）、（数４２）の結果を上記（数３３）に代入して、
［数４３］
F＝(1−F1){(1＋cosθ1)/2}＋F1a/b＋F2sinθ1
＝1.06
【００８９】
ここで、地表面のアルベードρ＝０．２として、上記（数３２）より、面６０への日射受熱量Ｊ1は、
［数４４］
J1＝Jdcosｉ1＋JSF＋(Jdsinｈ＋JS)ρ{(1−cosθ1)/2}
＝4.726［Ｗ／ｍ2］
【００９０】
同様の計算を面６１、面６２、面６３についても行うと、建物要素データ５１より、Ｊ2＝１２８．２［Ｗ／ｍ2］、Ｊ3＝１２８．２［Ｗ／ｍ2］、Ｊ4＝４５１．４［Ｗ／ｍ2］となる。
【００９１】
次に、第一熱収支算出モジュール１８の熱貫流率計算モジュール２２は、各壁面の熱貫流率を計算する（ステップＳ２７）。熱貫流率は、
［数４５］
Kj＝1/{1/αo,j＋Σk=1M(lk,j/λk,j)＋1/αi,j}
として表わせる。
ただし、αo,j：各壁面の外表面熱伝達率［Ｗ／ｍ2Ｋ］
αi,j：各壁面の内表面熱伝達率 9（傾斜角≦90°）又は7（傾斜角＞90°）
［Ｗ／ｍ2Ｋ］
ｌk,j：各壁面材料の厚さ［ｍ］
λk,j：各壁面材料の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］
である。
【００９２】
ここでは、各壁面はＭ個の屋根材料が、合板のように層状に積み重なることによって構成されているものとする。建物要素データ５１より、各壁面材料の熱伝導率λk,j＝０．１２９［Ｗ／ｍＫ］、各壁面材料の厚さｌk,j＝０．０１２［ｍ］であり、先の計算より外表面熱伝達率αo,j＝１９．０［Ｗ／ｍ2Ｋ］である。ここで、内表面熱伝達率αi,j＝９［Ｗ／ｍ2Ｋ］として、上記（数４５）に各値を代入すると、各壁面の熱貫流率Ｋjは、３．８９［Ｗ／ｍ2Ｋ］と計算できる。
【００９３】
次に、第一熱収支算出モジュール１８のＳＡＴ温度計算モジュール２７は、各壁面のＳＡＴ温度を計算する（ステップＳ２８）。各壁面のＳＡＴ温度は、
［数４６］
θSAT,j＝θo＋(aS,jJj−εjＪn,j)/αo,j
として表わせる。
ただし、θo：外気温［℃］
αo,j：各壁面の外表面熱伝達率［Ｗ／ｍ2Ｋ］
ａS,j：各壁面の日射吸収率
Ｊj：各壁面の日射受熱量［Ｗ／ｍ2］
εj：各壁面の放射率
Ｊn,j：各壁面の夜間放射量［Ｗ／ｍ2］
である。
【００９４】
ここで面６０について、建物要素データ５１より、日射吸収率ａS,j＝０．９５、放射率ε1＝０．９０であって、各計算の結果より、日射受熱量Ｊ1＝４７２．６［Ｗ／ｍ2］、夜間放射量Ｊn,1＝７３．５［Ｗ／ｍ2］であるから、ＳＡＴ温度は、
［数４７］
θSAT,1＝θo＋(aS,1J1−ε1Jn,1)/αo,1
＝44.75［℃］
である。
【００９５】
また、同様に面６１、面６２、面６３について各計算結果を代入すると、θSAT,2＝２９．８８［℃］、θSAT,3＝２９．８８［℃］、θSAT,4＝４５．２０［℃］となる。
【００９６】
最後に、第一熱収支算出モジュール１８は、以上の計算結果から、小屋裏自然室温を計算する（ステップＳ２９）。ここで、小屋裏へ出入りする熱量ｑ［Ｗ］は、
［数４８］
q＝Σj=1NSj・Kj(θSAT,j−θi)
＋Cp・γ・n′・V(θo−θi)＋H
として表わせる。
ただし、Ｓj：各壁面の面積［ｍ2］
Ｋj：各壁面の熱貫流率［Ｗ／ｍ2Ｋ］
θSAT,j：各壁面のＳＡＴ温度［℃］
θi：小屋裏気温［℃］
θo：外気温［℃］
Ｃp：空気の比熱 1005［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］
γ  ：空気の密度 1.2［ｋｇ／ｍ3］
ｎ′：換気回数［１／ｓ］
Ｖ：室容積［ｍ3］
Ｈ：内部発熱［Ｗ］
である。
【００９７】
ここで、十分な時間が経過し、室温が上昇すると、小屋裏への熱の出入りはなくなると考えられるので、ｑ＝０となると考える。よって、ｑ＝０を、上記（数４８）を使って変形すると、
［数４９］
Σj=1NSj・Kj・θSAT,j−Σj=1NSj・Kj・θi
＋Cp・γ・n′・V・θo−Cp・γ・n′・V・θi＋H＝０
【００９８】
これを小屋裏気温、すなわち自然室温θiについて解くと、
［数５０］
θi＝(Σj=1NSj・Kj・θSAT,j＋Cp・γ・n′・V・θo
＋H)/(Σj=1NSj・Kj−Cp・γ・n′・V)
【００９９】
更に、内部発熱及びすきま風による換気がないと仮定し、無視した場合、
［数５１］
θi＝Σj=1NSj・Kj・θSAT,j/Σj=1NSj・Kj
と記述できる。
【０１００】
図９の左側半分、モデルaに関するデータは、熱収支算出処理において、気象データ５０と建物要素データ５１とに基づいて算出した各値を表にまとめたものである。以上の各値を上記（数５１）に代入すると、
［数５２］
θi＝Σj=1NSj・Kj・θSAT,j/Σj=1NSj・Kj
＝41.0［℃］
【０１０１】
以上が、熱収支算出処理の処理手順である。
【０１０２】
屋根形態評価処理に戻り、屋根形態評価システム１の第二熱収支算出モジュール１９は、気象データ５０と建物要素データ５２に基づいて、前述の熱収支算出処理を再度行う（ステップＳ１４）。これは、ステップＳ１３において、異なる建物要素データを用いて計算した値と、新たな計算結果とを比較するためである。
【０１０３】
ステップＳ１４において行われる熱収支算出処理について、気象データＳ５０は共通であるため、建物要素データ５１と建物要素データ５２の違いが影響を及ぼす部分について、再度計算を行う。
【０１０４】
まず、夜間放射量の計算を行う。建物要素データ５２に基づくモデルｂの面６０について、上記（数１６）にθ1＝３４．９９°を代入して、夜間放射量Ｊn,1は、
［数５３］
Jn,1＝{(1＋cosθ1)/2}σT4(0.474−0.076√f){1−(1−k)c/10}
＝68.3［Ｗ／ｍ2］
となる。
【０１０５】
同様に、面６１、面６２、面６３について、θ2〜θ4=９０．０[°]であるから、夜間放射量Ｊn,2〜Ｊn,4は、
［数５４］
Jn,2〜Jn,4＝{(1＋cosθ2〜θ4)/2}σT4(0.474−0.076√f)
・{1−(1−k)c/10}
＝37.5［Ｗ／ｍ2］
となる。
【０１０６】
次に、面６０の日射受熱量について、上記（数２９）、（数３０）より、θ1=３４．９９°を代入して、ｉ1＝４３．２５[°]、Ｊ1＝４９３．２［Ｗ／ｍ2］である。同様に、面６１、面６２、面６３について、Ｊ2＝１２８．２［Ｗ／ｍ2］、Ｊ3＝１２８．２［Ｗ／ｍ2］、Ｊ4＝４５１．４［Ｗ／ｍ2］であることが分かる。
【０１０７】
上記の計算結果と、建物要素データ５２の各値を、上記（数４６）に代入して、面６０のＳＡＴ温度は、θSAT,1＝４６．０３［℃］となる。同様に、面６１、面６２、面６３について、θSAT,2＝２９．８８［℃］、θSAT,3＝２９．８８［℃］、θSAT,4＝４５．２０［℃］となる。以上の結果をまとめたのが、図９に示された表の右半分である。
【０１０８】
以上より、上記（数５１）から、建物要素データ５１と同様に自然室温を計算すると、θi＝３９．７［℃］となる。
【０１０９】
なお、本実施例においては、建物要素データ５１及び５２において、評価対象となる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率の全てが与えられている場合について解説したが、そうでない場合においても、モデル化をすることで近似値を代入し、計算を行うことができる。この近似値は定数であってもよいし、与えられた建物要素データからより高い近似精度を出せるよう、式の形で与えられてよい。
【０１１０】
屋根形態評価処理に戻り、屋根形態評価システム１の第一熱収支算出モジュール１８、及び第二熱収支算出モジュール１９は、比較データを作成する（ステップＳ１５）。上記の熱収支算出処理では、ある日のある時刻についてのみ自然室温を算出したが、同様の処理を各日付、各時刻において行うことで、一日を通しての平均自然室温及びその偏差や、一年を通しての平均自然室温及びその偏差を算出することができる。
【０１１１】
このようにして、建物要素データ５１及び５２に基づくそれぞれの屋根形態について、時間軸を変化させた場合の比較データを作成することができる。その後、屋根形態評価システム１の評価事項データ記憶モジュール１６は、評価事項データ５３を記憶する（ステップＳ１６）。
【０１１２】
評価事項データ５３は、比較データを元に評価を行うためのデータであり、例えば比較データをベクトル値として代入したときに、定量的に評価するための一の値を算出する、評価関数の形式で記述されていてよい。具体的には、地域に応じた基準気温と、標準偏差に対する重み付け値によって構成され、年間平均気温と基準気温との差の絶対値に、標準偏差に重み付けを乗じた値を加えた値を基準値として、それを負の値としたものを評価値としてよい。
【０１１３】
最後に、屋根形態評価システム１の屋根形態評価モジュール１７は、前記比較データと評価事項データ５３とを用いて、評価値を算出し、比較することで、評価を行う（ステップＳ１７）。評価事項データ５３は、個人の評価に属するものであってよい。すなわち、偏差の大きさを気にしない場合には重み付けを小さくしてよいし、逆に偏差が大きいことを好む場合には、負の値によって重み付けすればよい。また、気温の大小についても、寒さや暑さを特別に好む場合は、絶対値の代わりに負数を乗じる等して、自由に評価関数を作成してよい。
【０１１４】
たとえば、記憶された評価事項データ５３の基準気温が３８［℃］であって、標準偏差に対する重み付けが２．５である場合に、比較データから、モデルａの場合の平均温度が３９．５［℃］、標準偏差が１．４であり、モデルｂの場合の平均温度が３７．５［℃］、標準偏差が２．０であったとする。そうした場合、モデルａ、すなわち建物要素データ５１の評価値は、
［数５５］
−(｜38−39.5｜＋1.4×2.5)＝−5.0
一方、モデルｂ、すなわち建物要素データ５２の評価値は、
［数５６］
−(｜38−37.5｜＋2.0×2.5)＝−5.5
より、評価関数が大きいモデルaの方が好ましいことが分かる。
【０１１５】
なお、この例では比較データとして年間平均気温を挙げたが、一日のうちに大きく気温が変動することも考慮し、評価事項データ５３としてユーザ毎に在宅時間を指定し、その時間帯における平均気温を、その他の時間帯よりも大きく重み付けしてもよい。なぜならば、在宅時間における気温は、住環境や冷暖房の使用といった事情から、外出中の気温よりも重要であると考えられるためである。具体的には、二十四時間を六時間ごとの四つの時間帯に分け、複数選択を含め在宅時間として指定された時間帯における評価値を、そうでない時間帯よりも二倍重要であるとして評価値を計算してよい。
【０１１６】
また、屋根形態評価システム１は、このような屋根形態評価処理を繰り返すことで、与えられた気象データ５０と、評価事項データ５３に対して最適解となる建物要素データを近似的に解くこともできる。例えば、山登り法や二黄金分割法に従って建物要素データの各値を変化させていくことで、より評価関数に適した屋根形態を特定することができる。
【０１１７】
ここで、屋根形態に関しては、見た目が与える美的感覚等の、気温とは無関係に生じる評価事項も、評価事項データ５３に含まれてよい。一例として、切妻の場合と、片流れの場合とで、評価値にそれぞれ異なる定数を加えたり、各屋根勾配がなだらかであるほど評価関数の値を高くしたりすることによって、屋根形態への好みを反映させることが可能である。一方、そのような評価事項を評価事項データ５３には含まず、切妻や片流れといった、見た目が大きく異なる屋根の形状ごとに、上記のような手法によって評価関数に適した屋根形態を特定し、その中からユーザが好む屋根の形状を選択してもよい。
【０１１８】
なお、屋根形態の評価５４は、単に評価事項データ５３に適した屋根形態を提示するだけでなく、評価事項データ５３を関数として、各屋根形態を表やグラフに図示してもよい。建物要素データ５１に含まれる家屋の標高、平面形状、屋根形状、屋根勾配、屋根方位、屋根構成材料の厚さと熱伝導率、屋根表面の日射吸収率及び屋根表面の放射率を軸とした、二次元以上の図に表すことで、本屋根形態評価システムの成果を、より目に見える形で表すことができる。
【０１１９】
図１１は、屋根形態の評価５４の一部として作成されたグラフの一例である。この例では、勾配以外の要素を固定した時に、勾配を少しずつ変化させた各屋根形態に対して屋根形態評価処理を行うことで、与えられた評価事項データ５３の基で、最も評価値が高くなる。横軸７０を角度、縦軸７１を評価値として、屋根形態７２の下で角度を変化させた際の評価値を、曲線７３で表している。図１１からは、勾配の角度が点７４、すなわち１９．７５°であるときに、評価値が最も高くなることが読み取れる。もちろんこのグラフは一例に過ぎず、勾配以外を変数にしたり、気象データ５０や季節、時間帯を変数にしたりするほか、グラフが三次元以上で示されてもよい。
【０１２０】
以上が、屋根形態評価処理の処理手順である。
【０１２１】
上述した手段、機能は、コンピュータ（ＣＰＵ，情報処理装置，各種端末を含む）が、所定のプログラムを読み込んで、実行することによって実現される。プログラムは、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭなど）、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭなど）等のコンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形態で提供される。この場合、コンピュータはその記録媒体からプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送し記憶して実行する。また、そのプログラムを、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の記憶装置（記録媒体）に予め記録しておき、その記憶装置から通信回線を介してコンピュータに提供するようにしてもよい。
【０１２２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１２３】
１  屋根形態評価システム
２  屋根形態評価コンピュータ
５０  気象データ
５１  建物要素データ
５２  建物要素データ
５３  評価事項データ
【図１】
2014170256.tif 000003
【図２】
2014170256.tif 000004
【図３】
2014170256.tif 000005
【図４】
2014170256.tif 000006
【図５】
2014170256.tif 000007
【図６】
2014170256.tif 000008
【図７】
2014170256.tif 000009
【図８】
2014170256.tif 000010
【図９】
2014170256.tif 000011
【図１０】
2014170256.tif 000012
【図１１】
2014170256.tif 000013