(57)【要約】【課題】外部日射遮蔽物の影響を考慮して建物の正確な熱負荷計算を行うことで、建物の更なる熱負荷低減を促進することができる熱負荷計算装置を提供する。【解決手段】熱負荷計算装置１の制御部２Ａは、照度分布取得部２１、第１日射量算出部２２及び第２日射量算出部２３を有する。照度分布取得部２１は、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する。第１日射量算出部２２は、上記照度分布に基づいて、窓に到達する直射光の日射量を算出する。第２日射量算出部２３は、上記照度分布に基づいて、天空から窓に到達する天空光の日射量と、地物から窓に到達する地物反射光の日射量と、窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、窓に到達する全拡散光の日射量として算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓を有する建物の熱負荷を計算する熱負荷計算装置であって、
気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する照度分布取得部と、
前記照度分布に基づいて、前記窓に到達する直射光の日射量を算出する第１日射量算出部と、
前記照度分布に基づいて、天空から前記窓に到達する天空光の日射量と、地物から前記窓に到達する地物反射光の日射量と、前記窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、前記窓に到達する全拡散光の日射量として算出する第２日射量算出部と、
を備えることを特徴とする熱負荷計算装置。
【請求項２】
前記第２日射量算出部は、
前記前記一又は複数の外部日射遮蔽物のそれぞれの反射率を設定したときの前記窓に到達する全拡散光の日射量（A）を算出し、
前記一又は複数の外部日射遮蔽物の反射率のいずれもが０％と設定したときの前記窓に到達する全拡散光の日射量（B）を算出し、
前記全拡散光の日射量（A）から前記全拡散光の日射量（B）を減じた値を、前記外部日射遮蔽物反射光の日射量として算出する、請求項１記載の熱負荷計算装置。
【請求項３】
気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を作成する照度分布作成部を更に備える、請求項１又は２記載の熱負荷計算装置。
【請求項４】
前記照度分布作成部は、ＢＩＭ情報から取得された前記建物のモデル形状に基づいて前記照度分布を作成する、請求項３記載の熱負荷計算装置。
【請求項５】
前記照度分布は、前記光環境シミュレーションモデルを用いて、年間の気象データに基づいて作成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱負荷計算装置。
【請求項６】
前記外部日射遮蔽物は、前記窓に設けられた庇、外付けブラインド、ルーバー及びバルコニーのうちの一又は複数である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱負荷計算装置。
【請求項７】
コンピュータによって実行され、
気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する照度分布取得ステップと、
前記照度分布に基づいて、前記窓に到達する直射光の日射量を算出する第１日射量算出ステップと、
前記照度分布に基づいて、天空から前記窓に到達する天空光の日射量と、地物から前記窓に到達する地物反射光と、前記窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、前記窓に到達する全拡散光の日射量として算出する第２日射量算出ステップと、
を有することを特徴とする熱負荷計算方法。
【請求項８】
気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する照度分布取得ステップと、
前記照度分布に基づいて、前記窓に到達する直射光の日射量を算出する第１日射量算出ステップと、
前記照度分布に基づいて、天空から前記窓に到達する天空光の日射量と、地物から前記窓に到達する地物反射光と、前記窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、前記窓に到達する全拡散光の日射量として算出する第２日射量算出ステップと、
を有する熱負荷計算方法をコンピュータに実行させる、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラム。
【請求項９】
請求項８記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱負荷計算装置、熱負荷計算方法、該方法を実行するためのプログラム及び記憶媒体に関し、特に、ＢＩＭ（Building Information Modeling）を実現するための属性情報と連携して建物の熱負荷を計算する熱負荷計算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の熱負荷を算出、評価するために、熱負荷計算プログラムとして「ＨＡＳＰ／ＡＣＬＤ／８５０１」、「ＨＡＳＰ／ＡＣＳＳ／８５０２」、「ＮｅｗＨＡＳＰ／ＡＣＬＤ」などが標準的に使用されている（非特許文献１）。
【０００３】
また、建物に設けられた窓などの開口部の遮蔽条件による熱負荷の違いを算出、提示する方法として、開口部遮蔽条件を入力する開口部遮蔽条件入力手段と、開口部遮蔽条件から熱負荷データを算出する熱負荷算出手段と、熱負荷算出手段で算出された熱負荷データを表示する表示手段とを備える熱負荷計算システムが提案されている。この熱負荷計算システムでは、窓条件と日射遮蔽条件とで構成される複数の開口部遮蔽条件を入力するための複数の開口部遮蔽条件入力手段が設けられており、各開口部遮蔽条件からそれぞれ熱負荷データを算出し、算出された複数の熱負荷データを比較できるように表示している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８２９９１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「一般社団法人建築設備技術者協会」（２０１７年１２月１０日インターネット検索）＜ＵＲＬ；http://www.jabmee.or.jp/hasp/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、ＺＥＢ（Net Zero Energy Building）実現のために省エネルギー性の向上或いは昼光の有効利用を図る目的で、建物の外部に設けられる庇などの外部日射遮蔽物の形状が複雑化或いは特殊化する傾向にある。しかしながら、上記非特許文献１の技術では、建物の外部日射遮蔽物として水平庇、垂直庇或いはこれらの組み合わせを選択して熱負荷計算を行うことしかできず、庇の複雑な形状や特殊な形状を反映した熱負荷計算を行うことができないという問題がある。
【０００７】
更に、上記特許文献１の技術では、建物の内部に設置されるブラインドやカーテンといった内部日射遮蔽物を考慮して開口部の各開口部遮蔽条件から熱負荷データを算出しているが、内部日射遮蔽物を考慮した熱負荷計算では、建物の開口部における熱負荷を軽減するのに十分でなく、また、庇などの外部日射遮蔽物に昼光（自然光）が当たることによって生じる影や反射の影響を考慮した正確な熱負荷計算を行うのは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、外部日射遮蔽物の影響を考慮して建物の正確な熱負荷計算を行うことで、建物の更なる熱負荷低減を促進することができる熱負荷計算装置、熱負荷計算方法、該方法を実行するためのプログラム及び記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の熱負荷計算装置は、窓を有する建物の熱負荷を計算する熱負荷計算装置であって、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する照度分布取得部と、前記照度分布に基づいて、前記窓に到達する直射光の日射量を算出する第１日射量算出部と、前記照度分布に基づいて、天空から前記窓に到達する天空光の日射量と、地物から前記窓に到達する地物反射光の日射量と、前記窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、前記窓に到達する全拡散光の日射量として算出する第２日射量算出部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記第２日射量算出部は、前記一又は複数の外部日射遮蔽物のそれぞれの反射率を設定したときの前記窓に到達する全拡散光の日射量（A）を算出し、前記一又は複数の外部日射遮蔽物の反射率のいずれもが０％と設定したときの前記窓に到達する全拡散光の日射量（B）を算出し、前記全拡散光の日射量（A）から前記全拡散光の日射量（B）を減じた値を、前記外部日射遮蔽物反射光の日射量として算出するのが好ましい。
【００１１】
前記熱負荷計算装置は、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を作成する照度分布作成部を更に備えていてもよい。
【００１２】
前記照度分布作成部は、ＢＩＭ情報から取得された前記建物のモデル形状に基づいて前記照度分布を作成してもよい。
【００１３】
前記照度分布は、前記光環境シミュレーションモデルを用いて、年間の気象データに基づいて作成されてもよい。
【００１４】
前記外部日射遮蔽物は、前記窓に設けられた庇、外付けブラインド、ルーバー及びバルコニーのうちの一又は複数であってもよい。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の熱負荷計算方法は、コンピュータによって実行され、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する照度分布取得ステップと、前記照度分布に基づいて、前記窓に到達する直射光の日射量を算出する第１日射量算出ステップと、前記照度分布に基づいて、天空から前記窓に到達する天空光の日射量と、地物から前記窓に到達する地物反射光と、前記窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、前記窓に到達する全拡散光の日射量として算出する第２日射量算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明のプログラムは、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する照度分布取得ステップと、前記照度分布に基づいて、前記窓に到達する直射光の日射量を算出する第１日射量算出ステップと、前記照度分布に基づいて、天空から前記窓に到達する天空光の日射量と、地物から前記窓に到達する地物反射光と、前記窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、前記窓に到達する全拡散光の日射量として算出する第２日射量算出ステップと、を有する熱負荷計算方法をコンピュータに実行させる、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムであることを特徴とする。
【００１７】
また、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得し、該照度分布に基づいて、窓に到達する直射光の日射量を算出し、また、上記照度分布に基づいて、天空から窓に到達する天空光の日射量と、地物から窓に到達する地物反射光の日射量と、窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、窓に到達する全拡散光の日射量として算出するので、外部日射遮蔽物の構造、数或いは形状に因らず、窓の直射光及び全拡散光のそれぞれの日射量を正確に計算することができる。よって、建物の正確な熱負荷計算を行うことができ、建物の更なる熱負荷低減を促進することができる。
【００１９】
また、一又は複数の外部日射遮蔽物のそれぞれの反射率を設定したときの窓に到達する全拡散光の日射量（A）を算出し、一又は複数の外部日射遮蔽物の反射率のいずれも０％と設定したときの窓に到達する全拡散光の日射量（B）を算出し、全拡散光の日射量（A）から全拡散光の日射量（B）を減じた値を、外部日射遮蔽物反射光の日射量として算出するので、外部日射遮蔽物から窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量を高精度で算出することができる。
【００２０】
また、ＢＩＭ情報から取得された建物のモデル形状情報に基づいて照度分布を作成するので、対象となる建物のモデル形状情報を迅速且つ正確に取得することができ、窓の熱負荷計算を迅速に行うことができる。また、ＢＩＭ情報に外部日射遮蔽物の反射率などのマテリアル情報が含まれる場合、各マテリアル情報を別途入力或いは取得する必要が無く、熱負荷計算を容易に且つより迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る熱負荷計算装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、従来の熱負荷計算方法を説明する概念図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る熱負荷計算方法を説明する概念図である。
【図３】本実施形態に係る熱負荷計算方法を説明するための建物の開口部の一例を示す概念図であり、（ａ）は、開口部の内観、（ｂ）は開口部の外観を示す。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、外部日射遮蔽物の一例である庇の構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、外部日射遮蔽物の他の例を概略的に示す図である。
【図６】本実施形態に係る熱負荷計算方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】図１の熱負荷計算装置の構成の変形例を概略的に示すブロック図である。
【図８】図６の熱負荷計算方法の変形例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
［熱負荷計算装置の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る熱負荷計算装置のハードウエア構成を概略的に示すブロック図である。図１の構成はその一例を示すものであり、本発明に係る熱負荷計算装置の構成は、図１のものに限られない。
【００２４】
同図に示す如く、本実施形態に係る熱負荷計算装置１は、ビルなどの建物の熱負荷を計算するコンピュータであり、具体的には、制御部２Ａ、記憶部３Ａ、入力部４、出力部５、表示部６及び通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）７を備え、それぞれがバス８を介して接続されている。
【００２５】
制御部２Ａは、ＣＰＵ(Central Processing Unit)又はＭＰＵ(Micro Processing Unit)のプロセッサによって構成されており、熱負荷計算装置１の動作および各種処理を統括的に制御する。制御部２Ａは、記憶部３Ａに予め記憶された熱負荷計算プログラムを適宜読み出して実行することで、熱負荷計算方法を実現可能に構成されている。
【００２６】
制御部２Ａは、照度分布取得部２１、第１日射量算出部２２及び第２日射量算出部２３を有している。照度分布取得部２１は、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する。第１日射量算出部２２は、上記照度分布に基づいて、窓に到達する直射光の日射量を算出する。第２日射量算出部２３は、上記照度分布に基づいて、天空から窓に到達する天空光の日射量と、地物から窓に到達する地物反射光の日射量と、窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、窓に到達する全拡散光の日射量として算出する。熱負荷計算装置１の詳細な動作及び各種処理については後述する。
【００２７】
記憶部３Ａは、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)及び／又はハードディスクドライブ等からなり、コンピュータ読み取り可能な記録媒体で構成されている。記憶部３Ａには、制御部２Ａが熱負荷計算を行う処理を実行するためのプログラムが格納されると共に、各種処理に用いられる種々の情報が格納される。記憶部３Ａは、非一過性であり、かつ、コンピュータ読み取り可能な記録媒体で構成されるのが好ましい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えば、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。
【００２８】
この記憶部３Ａには、熱負荷の計算処理に用いられる各種計算パラメータ、例えば「窓毎の計算パラメータ」を含むパラメータ群３１が格納されている。このパラメータ群３１には、具体的には、気象データ、形状データ、詳細データ等が含まれる。
【００２９】
入力部４は、マウス、キーボード又はマイクロフォンを含んで構成される。出力部５は、スピーカ等を含んで構成され、表示部６は、ディスプレイを含んで構成される。入力部４による入力機能、出力部５による出力機能及び表示部６による表示機能を組み合わせることで、グラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）を構築してもよい。
【００３０】
熱負荷計算装置１は、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）７を介して通信網９に接続されており、有線又は無線で外部のシステム等と通信可能に構成されている。通信網９は、例えばＬＡＮ、インターネット等のネットワークである。本実施形態では、熱負荷計算装置１は、通信網９を介してサーバ１０に通信可能に接続されている。
【００３１】
［熱負荷計算方法の原理］
図２（ａ）は、従来の熱負荷計算方法を説明する概念図であり、図２（ｂ）は、本実施形態に係る熱負荷計算方法を説明する概念図である。
図２（ａ）に示すように、従来の熱負荷計算方法（窓面日射熱取得計算）では、熱負荷・空調システム計算プログラム「ＮｅｗＨＡＳＰ／ＡＣＬＤ」を用い、直達日射量（直射光の日射量）、天空日射量、直達日射の地物反射分（鏡面反射光及び拡散反射光）及び天空日射の地物反射分（鏡面反射光及び拡散反射光）の日射量が算出される。この従来法では、上庇、袖庇及び隣棟壁面からのいかなる放射も窓に到達せず、また、下庇は存在しないと仮定するため、直達日射の庇反射分（鏡面反射光及び拡散反射光）や、天空日射の庇反射分（鏡面反射光及び拡散反射光）などの日射量は算出されない。
【００３２】
一方、図２（ｂ）に示すように、本実施形態の熱負荷計算方法（窓面日射熱取得計算）では、上記熱負荷・空調システム計算プログラム「ＮｅｗＨＡＳＰ／ＡＣＬＤ」のプログラム原式を用いつつ、後述する光環境シミュレーションプログラムを実行して取得する照度分布から得られる全拡散光を用いて、開口部に設けられた窓の日射量（熱負荷）を算出する。
【００３３】
窓に到達する全拡散光は、「天空光」、「地物反射光」及び「外部日射遮蔽物反射光」の３つに大別される。「天空光」とは、天空に反射して窓に到達する光を指し、「地物反射光」とは、地面、隣棟建物、樹木などの地物に反射して窓に到達する光を指す。「外部日射遮蔽物反射光」とは、外部日射遮蔽物で反射して窓に到達する光を指し、「外部日射遮蔽物」は、建物の外皮を構成する庇などの構造体であって、窓に到達する日射を遮蔽するものを指す。そして、「全拡散光による日射量」は、「天空光」の日射量、「地物反射光」の日射量、及び「外部日射遮蔽物からの反射光」の日射量の和で表される。
【００３４】
「全拡散光の日射量」のうち、「天空光」の日射量は、従来の計算方法における天空日射量に対応し、「地物反射光」の日射量は、従来の計算方法における直達日射の地物反射分（鏡面反射光及び拡散反射光）及び天空日射の地物反射分（鏡面反射光及び拡散反射光）の日射量に対応する。よって、本実施形態の熱負荷計算では、従来の計算方法と比較して、「外部日射遮蔽物反射光」の日射量、例えば直達日射の庇反射分（鏡面反射光及び拡散反射光）及び天空日射の庇反射分（鏡面反射光及び拡散反射光）の日射量を含めた熱負荷計算を行うことができる。
【００３５】
本実施形態の熱負荷計算方法で用いられる計算手順としては、先ず、「ＮｅｗＨＡＳＰ／ＡＣＬＤ」のプログラム原式を保持するため、下記式（１）及び（２）で得られた値を転写ファイルパラメータとして仮に与える。
ρGjG＝０  ・・・（１）
（みかけのjs）＝（全拡散光の日射量）／Is  ・・・（２）
【００３６】
上記式（１）及び（２）を、「ＮｅｗＨＡＳＰ／ＡＣＬＤ」のプログラム原式に代入して、下記式（３）を得る。
I=IDfGg(sinh*)+ Is(みかけのjs)gS  ・・・（３）
I：窓面日射熱取得（Ｗ／ｍ２）
ID：法線面直達日射（Ｗ／ｍ２）
IS：水平面天空日射（Ｗ／ｍ２）
js：窓の天空に対する形態係数（-）
jG：窓の地物に対する形態係数（-）
ρG：地物反射率（-）
fG：窓面日照面積率（-）
g(sinh*)：標準ガラスに対する直達日射の熱取得率入射角特性（入射角cos＝窓面太陽高度sin）（-）
gS：標準ガラスに対する天空日射の熱取得率（＝0.808）（-）
【００３７】
上記（３）式より、下記（４）式が得られる。
I=IDfGg(sinh*)+（全拡散光の日射量）gS  ・・・（４）
本計算手順により、建物の開口部における窓の照度分布を用いて全拡散光の日射量を求めることで、窓面日射熱取得が算出される。
【００３８】
上記熱負荷計算方法で用いられる光環境シミュレーションは、気象データに基づく光環境シミュレーションであり、このようなシミュレーションを実行可能な光環境シミュレーションプログラムとしては、例えば「Radiance」が挙げられる。「Radiance」は、視点位置から光線を逆方向に追跡していく光線追跡法（Backwards Raytracing）を用いて光環境シミュレーションモデルを作成することができ、また、光の鏡面反射や屈折を含めた物理的な測光量を計算することができる点で好ましい。
光環境シミュレーションプログラムは、熱負荷計算装置１と通信可能な外部の記録媒体（例えばサーバ１０）に格納されてもよいし、記憶部３Ａに格納されてもよい。
【００３９】
「Radiance」で用いられる入力パラメータには、例えば、ジオメトリ、マテリアル、照明器具、時間、日付、空の条件（昼光の計算）等が含まれる。計算対象となる構造モデルには、特に制限はないが、外部日射遮蔽物の外壁に映る影の影響がない構造モデルであるのが好ましい。「空の条件」としては、例えば最大熱負荷計算に必要な１日分の１時間間隔の要素データを含む年間の気象データを用いることができる。気象データとしては、例えば、時(分)、太陽高度、太陽方位角、外気温度、絶対湿度、法線面直達日射量、水平面天空日射量、水平面夜間放射量、風向、風速などが挙げられる。建物の室の内部条件は、例えば、ブラインド無しで、照明器具による照明は、昼光利用により調光率が変動する設定とする。
【００４０】
「Radiance」では、先ず、マテリアル情報を取得或いは入力し、そのマテリアルを使用してモデル形状情報を作成する。「マテリアル情報」とは、例えば建物の外皮を構成する各素材の反射率などのパラメータを含むデータ群を指し、「モデル形状情報」とは、素材の３次元形状を含むデータ群を指す。
【００４１】
次いで、上記マテリアル情報とモデル形状情報を結合させたバイナリファイルを作成し、当該バイナリファイルと気象データとに基づいて昼光計算（照度［ｌｘ］）を行い、この計算結果を用いて照度分布を作成する。このとき、光環境シミュレーションモデルを用いて、複数年分の詳細な気象データ（単位は、例えば分）に基づいて精密な照明計算を行い、その計算結果を用いて照度分布を作成してもよい。また、「Three Phase Method」または「Five Phase Method」と呼ばれる光環境シミュレーションモデルを用いて、計算処理の簡略化及び計算時間の短縮化の観点から、年間の気象データ（単位は、例えば時間）に基づいて簡易的に照明計算を行い、その計算結果を用いて照度分布を作成してもよい。これにより、実際の照度分布に近い照度分布が反映された照度分布を得ることができる。気象データは，記憶部３Ａから取得してもよいし、通信網９を介して外部の記憶装置から取得してもよい。
【００４２】
上記照度分布に基づいて熱負荷を計算する際には、直射光と拡散光とを分離して取り扱う。例えば、図３（ａ）に示すように、建物の開口部に設けられた窓４０から、天空４１、地物４２及び外部日射遮蔽物４３が視認される照度分布５０を得た場合を想定する。窓４０は、例えばフルハイトの全面ガラスとする。
地物４２は、天空４１及び外部日射遮蔽物４３以外の一又は複数の物体で構成されており、例えば、地面４２ａ及び隣棟建物４２ｂを含む。外部日射遮蔽物４３は、建物に設けられて該建物への日射を遮蔽する一又は複数の構造体で構成されており、例えば、上庇４３ａ、袖庇４３ｂ，４３ｃ及び下庇４３ｄを含む。
この照度分布５０において、太陽Ｓによって昼光が生じている日中のある時刻で、太陽Ｓから窓に到達する直射光Ｌによって、窓に日照領域Ｓ１が形成されると共に、上庇４３ａ及び袖庇４３ｃによって影領域Ｓ２が形成されている（図３（ｂ））。
【００４３】
この場合、直射光については、光源が太陽Ｓの直射光Ｌであり、且つ全ての反射率が０％であると設定して、直射光Ｌに相当する熱負荷を計算する。これにより、照度分布５０のうちの日照領域Ｓ１の日射量が算出される。
【００４４】
拡散光については、天空４１と、地物４２と、外部日射遮蔽物４３とに分けて熱負荷を計算する。
天空４１については、光源が天空光であり、且つ全ての反射率が０％であると設定して、天空光の日射量を計算する。
【００４５】
地物４２については、光源を太陽Ｓの天空直射光Ｌ及び天空光の双方とし、地物４２を構成する地面４２ａ及び隣棟建物４２ｂのそれぞれの反射率を設定したときの全拡散光の日射量（A）を計算すると共に、地面４２ａ及び隣棟建物４２ｂの全ての反射率が０％と設定したときの全拡散光の日射量（B）を計算する。そして、上記全拡散光の日射量（A）から全拡散光の日射量（B）を減じた値を、地物反射光の日射量とする。
【００４６】
外部日射遮蔽物４３については、光源を太陽Ｓの天空直射光Ｌ及び天空光の双方とし、外部日射遮蔽物４３を構成する上庇４３ａ、袖庇４３ｂ，４３ｃ及び下庇４３ｄのそれぞれの反射率を設定したときの全拡散光の日射量（C）を計算すると共に、上庇４３ａ、袖庇４３ｂ，４３ｃ及び下庇４３ｄの全ての反射率を０％と設定したときの全拡散光の日射量（D）を計算する。そして上記全拡散光の日射量（C）から全拡散光の日射量（D）を減じた値を、外部日射遮蔽物反射光の日射量とする。
【００４７】
そして、上記天空光の日射量、地物反射光の日射量及び外部日射遮蔽物の日射量の和を、窓に到達する全拡散光の日射量として算出する。これにより、照度分布５０のうちの影領域Ｓ２の日射量が算出される。
【００４８】
［外部日射遮蔽物の構成］
図４（ａ）〜（ｃ）は、外部日射遮蔽物４３の一例である庇の構成を示す斜視図である。
庇の構成としては、特に制限はないが、例えば、開口部の窓６０の上方及び下方に設けられた上庇６１ａ及び下庇６１ｂを有するオーバーハング型庇６１や（図４（ａ））、窓６０の側方に設けられた両袖庇６２ａ，６２ｂを有するサイドフィン型庇６２（図４（ｂ））、窓６０を囲って設けられたボックス型庇６３（図４（ｃ））などが挙げられる。オーバーハング型庇６１、サイドフィン型庇６２及びボックス型庇６３は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す形態に限らず、他の形態を有していてもよい。
【００４９】
また、本実施形態における外部日射遮蔽物の他の例として、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、開口部の窓７０に設けられた外付けブラインド７１、横ルーバー７２、縦ルーバー７３、バルコニー７４などを挙げることができる。外付けブラインド７１、横ルーバー７２、縦ルーバー７３及びバルコニー７４は、図５（ａ）〜（ｄ）に示す構成に限られず、曲線部などの他の形状を有する構成であってもよい。また、上記外部日射遮蔽物は、窓７０に設けられた庇、外付けブラインド、ルーバー及びバルコニーのうちの一又は複数で構成されてもよい。
【００５０】
従来の熱負荷計算方法では、一般的な形状の上庇、下庇或いは両袖庇を考慮する程度であるため、上記のような一又は複数の外部日射遮蔽物が設けられている場合、昼光（自然光）の直射光や拡散光が様々な光路で窓に到達するため、窓における直射光や拡散光の日射量を正確に算出することができない。一方、本発明の熱負荷計算方法では、外部日射遮蔽物の構造、数或いは形状に因らず、照度分布における窓の日射領域を用いて直射光の日射量が正確に算出され、また、窓の影領域を用いて全拡散光の日射量が正確に算出される。
【００５１】
［熱負荷計算方法の構成］
次に、熱負荷計算装置１で実行される熱負荷計算方法について、図６のフローチャートを主に参照しながら説明する。図６のフローチャートで示される熱負荷計算方法は、制御部２Ａによって実行される。
【００５２】
図６において、制御部２Ａは、ユーザの入力指示に応じて、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、所定の建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得する（ステップＳ１１）。具体的には、例えば、気象データのうちの年間の実天空データを利用して「Radiance」によって作成された照度分布を、熱負荷計算装置１と接続されたサーバ１０から取得する。
【００５３】
次に、ステップＳ１１で取得した照度分布に基づいて、窓に到達する直射光の日射量を算出する（ステップＳ１２）（第１日射量算出ステップ）。具体的には、照度分布における日照領域を特定すると共に、当該日照領域に相当する照度データを抽出し、日照領域の照度データに基づいて直射光の日射量が算出される。
【００５４】
その後、上記照度分布に基づいて、天空から窓に到達する天空光の日射量を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、照度分布のうちの影領域に相当する部分を特定すると共に、影領域のうちの天空に相当する部分を特定し、当該天空に相当する部分の輝度データに基づいて、天空光の日射量が算出される。
【００５５】
次いで、上記照度分布に基づいて、地物から窓に到達する地物反射光の日射量を算出する（ステップS１４）。具体的には、上記で特定された影領域のうちの地物に相当する部分を特定し、当該地物に相当する部分の照度データに基づいて、地物反射光の日射量が算出される。例えば、地物に地面、隣棟建物、樹木等が含まれる場合、これらの反射率を設定した場合における照度分布の輝度データに基づいて算出された全拡散光の日射量(A)と、これらの反射率をいずれも０％にした場合における照度分布の照度データに基づいて算出された全拡散光の日射量(B)との差を求め、（日射量(A)−日射量(B)）を地物反射光の日射量として算出する。
【００５６】
更に、上記照度分布に基づいて、外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量を算出する（ステップＳ１５）。具体的には、上記で特定された影領域のうちの外部日射遮蔽物に相当する部分を特定し、当該外部日射遮蔽物に相当する部分の照度データに基づいて、外部日射遮蔽物反射光の日射量が算出される。例えば、外部日射遮蔽物が上庇、袖庇及び下庇である場合、これらの反射率を設定した場合における照度分布の照度データに基づいて算出された全拡散光の日射量(C)と、これらの反射率をいずれも０％にした場合における照度分布の照度データに基づいて算出された全拡散光の日射量(D)との差を求め、（日射量(C)−日射量(D)）を外部日射遮蔽物反射光の日射量として算出する。
【００５７】
そして、ステップＳ１３で得られた天空から窓に到達する天空光の日射量と、ステップＳ１４で得られた地物から窓に到達する地物反射光と、ステップＳ１５で得られた外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、窓に到達する全拡散光の日射量として算出する（ステップＳ１６）（第２日射量算出ステップ）。そして、ステップＳ１２で得られた直射光の日射量と、ステップＳ１６で得られた全拡散光の日射量との和を、日射による窓の全日射量として算出して（ステップＳ１７）、本処理を終了する。
【００５８】
上述したように、本実施形態によれば、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて作成された、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を取得し（ステップＳ１１）、該照度分布に基づいて、窓に到達する直射光の日射量を算出し（ステップＳ１２）、また、上記照度分布に基づいて、天空から前記窓に到達する天空光の日射量と、地物から窓に到達する地物反射光の日射量と、窓に設けられた一又は複数の外部日射遮蔽物から当該窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量との和を、窓に到達する全拡散光の日射量として算出するので（ステップＳ１６）、外部日射遮蔽物の構造、数或いは形状に因らず、窓の直射光及び全拡散光のそれぞれの日射量を正確に計算することができる。よって、建物の正確な熱負荷計算を行うことができ、建物の更なる熱負荷低減を促進することができる。
【００５９】
また、一又は複数の外部日射遮蔽物のそれぞれの反射率を設定したときの窓に到達する全拡散光の日射量（A）を算出し、一又は複数の外部日射遮蔽物の反射率をいずれも０％と設定したときの窓に到達する全拡散光の日射量（B）を算出し、全拡散光の日射量（A）から全拡散光の日射量（B）を減じた値を、外部日射遮蔽物反射光の日射量として算出するので、外部日射遮蔽物から窓に到達する外部日射遮蔽物反射光の日射量を高精度で算出することができる。
【００６０】
図７は、図１の熱負荷計算装置１の構成の変形例を概略的に示すブロック図である。図７の熱負荷計算装置では、図１の熱負荷計算装置と比較して主に制御部及び記憶部の構成が異なり、その他の構成は図１の熱負荷計算装置と同じであるので、同じ構成については同一の符号を付し、以下に異なる部分を説明する。
【００６１】
熱負荷計算装置１１において、制御部２Ｂは、記憶部３Ｂに予め記憶された熱負荷計算プログラムを適宜読み出して実行することで、後述する熱負荷計算方法を実現可能に構成されている。この制御部２Ｂは、照度分布取得部２１、第１日射量算出部２２及び第２日射量算出部２３に加えて、マテリアル情報取得部２４及び照度分布作成部２５を有している。
【００６２】
マテリアル情報取得部２４は、ユーザの入力指示に応じて、上述のマテリアル情報を記憶部３Ｂから取得する。マテリアル情報取得部２４は、入力部４を介してユーザにより入力されたマテリアル情報を取得してもよい。照度分布作成部２５は、ユーザの入力指示に応じて、気象データに基づく光環境シミュレーションを用いて、建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を作成する。この照度分布作成部２５は、ＢＩＭ情報から取得された建物のモデル形状に基づいて照度分布を作成してもよい。
【００６３】
記憶部３Ｂには、熱負荷の計算処理に用いられる各種計算パラメータを含むパラメータ群３１が格納されている。また、記憶部３Ｂは、後述する熱負荷計算方法で作成された照度分布３２を格納し、また、照度分布３２を読み出し可能に構成されている。
【００６４】
熱負荷計算装置１１は、通信網９を介して、ＢＩＭ情報を格納するサーバ１２と通信可能に接続されている。サーバ１２は、ＢＩＭを実現するための建物の属性情報（以下、ＢＩＭ情報ともいう）を格納しており、建物の属性情報を熱負荷計算装置１１との間で通信可能に構成されている。ＢＩＭ（Building Information Modeling）とは、コンピュータ上に作成された建物の仮想３次元（３Ｄ）モデルであり、建物を構成する各要素の集合体のモデルである。ＢＩＭ情報は、建物を構成する壁などの各要素の形態（形状・位置）に関する情報（建物のモデル形状情報）、各要素から算出される体積などの数量、仕様などの属性情報、各要素の個数情報を含んでいる。尚、本実施形態ではサーバ１２がＢＩＭ情報を格納しているが、これに限らず、記憶部３ＢがＢＩＭ情報の全部又は一部を格納していてもよい。
【００６５】
図８は、図６の熱負荷計算方法の変形例を説明するためのフローチャートである。図８のフローチャートで示される熱負荷計算方法は、制御部２Ｂによって実行される。
【００６６】
図６において、制御部２Ｂは、ユーザの入力指示に応じて、記憶部３Ｂのパラメータ群からマテリアル情報を取得し、また、サーバ１２のＢＩＭ情報から「Radiance」で必要なモデル形状情報を取得する（ステップＳ２１）。ＢＩＭ情報にマテリアル情報が含まれている場合、制御部２Ｂは、サーバ１２のＢＩＭ情報からマテリアル情報及びモデル形状情報の双方を取得してもよい。
【００６７】
次いで、マテリアル情報とモデル形状情報を結合させたバイナリファイルを作成し、当該バイナリファイルと気象データとに基づいて照度計算を行い、この計算結果を用いて、所定の建物内の室に設けられた窓に到達する光の照度分布を作成する（ステップＳ２２）。そして、ステップＳ２２で作成された照度分布を記憶部３Ｂに格納する（ステップＳ２３）。
【００６８】
次に、ステップＳ２２で作成された照度分布を記憶部３Ｂから取得し、該照度分布に基づいて、窓に到達する直射光の日射量を算出する（ステップＳ２４）（第１日射量算出ステップ）。続くステップＳ２５〜ステップＳ３０では、図６のステップＳ１２〜ステップＳ１７と同様の処理を行う。
【００６９】
本変形例によれば、ＢＩＭ情報から取得されたモデル形状情報に基づいて照度分布を作成するので（ステップＳ２２）、対象となる建物のモデル形状情報を迅速且つ正確に取得することができ、窓の熱負荷計算を迅速に行うことができる。また、ＢＩＭ情報に外部日射遮蔽物の反射率などのマテリアル情報が含まれる場合、ＢＩＭ情報からマテリアル情報及びモデル形状情報の双方を取得することができ、各マテリアル情報を別途入力或いは取得する必要が無く、熱負荷計算を容易に且つより迅速に行うことができる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態に係る熱負荷計算装置及び熱負荷計算方法について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  熱負荷計算装置
２Ａ  制御部
２Ｂ  制御部
３Ａ  記憶部
３Ｂ  記憶部
４  入力部
５  出力部
６  表示部
７  通信Ｉ／Ｆ
８  バス
９  通信網
１０  サーバ
１１  熱負荷計算装置
１２  サーバ
２１  照度分布取得部
２２  第１日射量算出部
２３  第２日射量算出部
２４  マテリアル情報取得部
２５  照度分布作成部
３１  パラメータ群
３２  照度分布
４０  窓
４１  天空
４２  地物
４２ａ  地面
４２ｂ  隣棟建物
４３  外部日射遮蔽物
４３ａ  上庇
４３ｂ，４３ｃ  袖庇
４３ｄ  下庇
５０  照度分布
６０  窓
６１  オーバーハング型庇
６２  サイドフィン型庇
６３  ボックス型庇
７０  窓
７１  外付けブラインド
７２  横ルーバー
７３  縦ルーバー
７４  バルコニー
Ｓ  太陽
Ｌ  直射光
Ｓ１  日照領域
Ｓ２  影領域
【図１】
2019128710.tif 000003
【図２】
2019128710.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019128710.tif 000007
【図６】
2019128710.tif 000008
【図７】
2019128710.tif 000009
【図８】
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