ソーラーゲイン – 日本語百科事典辞書

Solar_gain

「ソーラーゲイン」
ソーラーゲイン（ソーラーヒートゲインまたはパッシブソーラーゲインとも呼ばれます）は、入射する太陽放射を吸収する際の、空間、オブジェクト、または構造物の熱エネルギーの増加です。宇宙が経験する太陽利得の量は、入射する全太陽放射照度と、放射を透過または抵抗する介在物質の能力の関数です。
窓からのソーラーゲインには、ガラスを直接透過するエネルギーと、ガラスとフレームに吸収されて空間に再放射されるエネルギーが含まれます。
太陽の利得は、この家の屋根の雪によって示されています。右側の煙突で覆われている領域を除いて、日光がすべての雪を溶かしています。
太陽光に当たった物体は、可視および短波の赤外線成分を吸収し、温度が上昇してから、その熱をより長い赤外線波長で再放射します。ガラスなどの透明な建築材料は、可視光をほとんど妨げられずに通過させますが、その光が屋内の材料によって長波長の赤外線に変換されると、ガラスはそれらの長波長に対して不透明であるため、窓から逃げることができません。したがって、閉じ込められた熱は、温室効果として知られる現象を介して太陽熱を獲得します。建物では、過度のソーラーゲインはスペース内の過熱につながる可能性がありますが、熱が必要な場合のパッシブ暖房戦略としても使用できます。

コンテンツ
1 窓のソーラーゲイン特性
1.1 シェーディング係数 1.2 g値 1.3 太陽熱取得係数（SHGC）
2 不透明な建築コンポーネントのソーラーゲイン
3 ソーラーゲインと建物の設計
3.1 ソーラーゲインの制御 3.2 パッシブソーラー暖房
4 も参照してください
5 参考文献

窓のソーラーゲイン特性
ソーラーゲインは、窓やドアの設計と選択で最も頻繁に扱われます。このため、太陽熱利得を定量化するための最も一般的なメトリックは、ウィンドウアセンブリの熱特性を報告する標準的な方法として使用されます。米国では、米国暖房冷凍空調学会（ASHRAE）および全米開窓評価評議会（NFRC）が、これらの値の計算と測定の基準を維持しています。

シェーディング係数
シェーディング係数（SC）は、の放射熱性能の尺度であるガラスの単位（パネル又はウィンドウ）建物。これは、ガラスユニットを通過する特定の波長と入射角での日射量と、フレームのない3ミリメートル（0.12インチ）の透明フロートガラスの参照ウィンドウを通過する日射量の比率として定義されます。比較される量は波長と入射角の両方の関数であるため、ウィンドウアセンブリのシェーディング係数は、通常、ガラス面に垂直に入射する日射に典型的な単一波長について報告されます。この量には、ガラスを直接透過するエネルギーと、ガラスとフレームに吸収されて空間に再放射されるエネルギーの両方が含まれ、次の式で与えられます。（（ λ θ ）。 = （（ λ θ ）。 + ∗ （（ λ θ ）。 {F（ lambda、 theta）= T（ lambda、 theta）+ N * A（ lambda、 theta）}
${$
ここで、λは放射の波長、θは入射角です。「T」はガラスの透過率、「A」はその吸収率、「N」は空間に再放出される吸収エネルギーの割合です。したがって、全体的なシェーディング係数は次の比率で与えられます。。。= （（ λ θ
）。 1 / （（ λ θ
）。 o {SC = F（ lambda、 theta）_ {1} / F（ lambda、 theta）_ {o}}

シェーディング係数は、ウィンドウアセンブリの放射特性に依存します。これらの特性は、透過率「T」、吸収率「A」、放射率（任意の波長の吸収率に等しい）、および反射率です。これらはすべて、合計が1になる無次元量です。色などの要因、色合いと反射コーティングはこれらの特性に影響を与えます。これが、これを説明するための補正係数としてのシェーディング係数の開発を促したものです。ASHRAEの太陽熱取得係数の表は、さまざまな緯度、方向、および時間での1/8インチの透明フロートガラスの予想される太陽熱取得を提供します。これにシェーディング係数を掛けて、放射特性の違いを補正できます。シェーディング係数の値の範囲は0〜1です。定格が低いほど、ガラスを透過する太陽熱が少なくなり、シェーディング能力が高くなります。
ガラスの特性に加えて、ウィンドウアセンブリに統合されたシェーディングデバイスもSC計算に含まれます。このようなデバイスは、不透明または半透明の材料でグレージングの一部をブロックすることでシェーディング係数を減らし、全体的な透過率を下げることができます。
窓の設計方法は、シェーディング係数から太陽熱取得係数（SHGC）に移行しました。これは、ガラス部分だけでなく、窓アセンブリ全体を通して実際に建物に入る入射日射の割合として定義されます。）。SHGCを計算するための標準的な方法では、シェーディング係数のように単一波長の係数を提供するだけでなく、より現実的な波長ごとの方法も使用します。シェーディング係数は、メーカーの製品資料や一部の業界のコンピューターソフトウェアではまだ言及されていますが、業界固有のテキストやモデル建築基準法ではオプションとして言及され固有の不正確さは別として、SCのもう1つの欠点は、直感に反する名前です。これは、実際には反対のことが当てはまる場合に、高い値が高いシェーディングに等しいことを示唆しています。業界の技術専門家は、1990年代初頭までに、SCの限界を認識し、米国のSHGC（およびヨーロッパの類似のg値）を推進しました。
SCからSHGCへの変換は、それぞれが異なる熱伝達メカニズムと経路（窓の組み立てとガラスのみ）を考慮しているため、必ずしも簡単ではありません。SCからSHGCへの近似変換を実行するには、SC値に0.87を掛けます。

g値
g値（太陽係数または総太陽エネルギー透過率とも呼ばれる）は、ヨーロッパで窓の太陽エネルギー透過率を測定するために一般的に使用される係数です。SHGCと比較してモデリング標準にわずかな違いがありますが、2つの値は事実上同じです。g値1.0は、すべての日射の完全な透過率を表し、0.0は、太陽エネルギーの透過率がないウィンドウを表します。ただし、実際には、ほとんどのg値は0.2〜0.7の範囲であり、ソーラーコントロールグレージングのg値は0.5未満です。

太陽熱取得係数（SHGC）
SHGCは、米国で使用されているシェーディング係数の後継であり、窓アセンブリ全体の入射日射に対する透過日射の比率です。これは0から1の範囲で、ガラス、フレームマテリアル、サッシ（存在する場合）、分割されたライトバー（存在する場合）、およびスクリーン（存在する場合）を考慮した、窓またはドア全体の太陽エネルギー透過率を指します。各成分の透過率は、シェーディング係数と同様の方法で計算されます。ただし、シェーディング係数とは対照的に、総太陽利得は波長ごとに計算され、太陽熱利得係数の直接透過部分は次の式で与えられます。 = ∫ 350 3500（（ λ
）。 E （（ λ
）。 λ
{T = int Limits _ {350 nm} ^ {3500 nm} T（ lambda）E（ lambda）d lambda}

ここ（（ λ ）。 {T（ lambda）}

ナノメートル単位の特定の波長でのスペクトル透過率であり、 E （（ λ ）。 {E（ lambda）}

入射太陽スペクトル放射照度です。太陽の短波長放射の波長にわたって統合されると、すべての太陽波長にわたって送信された太陽エネルギーの合計部分が得られます。製品 ∗ （（ λ θ ）。 {N * A（ lambda、 theta）}

したがって、ガラスだけでなく、すべてのアセンブリコンポーネントで吸収および再放出されたエネルギーの一部です。標準のSHGCは、ウィンドウに垂直な入射角に対してのみ計算されることに注意してただし、これは、ほとんどの場合、通常から最大30度まで、広範囲の角度で適切な推定値を提供する傾向が
SHGCは、シミュレーションモデルを使用して推定することも、熱量計チャンバーを備えた窓を通過する総熱流を記録することによって測定することもできます。どちらの場合も、NFRC規格は、SHGCのテスト手順と計算の手順の概要を示しています。動的な開窓または操作可能なシェーディングの場合、考えられる各状態は、異なるSHGCによって記述できます。
SHGCはSCよりも現実的ですが、どちらもシェーディングデバイスなどの複雑な要素が含まれている場合は大まかな概算にすぎません。これにより、ガラス処理よりも窓がソーラーゲインからシェーディングされるタイミングをより正確に制御できます。

不透明な建築コンポーネントのソーラーゲイン
窓とは別に、壁と屋根は太陽の利益のための経路としても機能します。これらのコンポーネントでは、不透明な材料ではすべての透過率がブロックされるため、熱伝達は完全に吸収、伝導、および再放射によるものです。不透明なコンポーネントの主要なメトリックは、太陽反射率（アルベド）と表面の放射発散度の両方を説明する太陽反射率インデックスです。 SRIが高い材料は、熱エネルギーの大部分を反射および放出し、他の外装仕上げよりも低温に保ちます。暗い屋根材は周囲の気温よりも50℃も高くなることが多く、大きな熱応力と内部空間への熱伝達につながる可能性があるため、これは屋根の設計において非常に重要です。

ソーラーゲインと建物の設計
パッシブソーラービルの設計
ソーラーゲインは、気候に応じてプラスまたはマイナスの両方の影響を与える可能性がパッシブソーラービルの設計のコンテキストでは、設計者の目的は通常、冬に建物内のソーラーゲインを最大化し（暖房需要を減らすため）、夏にそれを制御すること（冷却要件を最小化するため）です。熱質量は、日中、およびある程度は日中の変動を均一にするために使用できます。

ソーラーゲインの制御
制御されていないソーラーゲインは、スペースを過熱する可能性があるため、暑い気候では望ましくありません。これを最小限に抑え、冷房負荷を減らすために、ソーラーゲインを減らすためのいくつかの技術が存在します。SHGCは、ガラスの色や色合い、およびその反射度の影響を受けます。ガラスの表面に反射性金属酸化物を塗布することにより、反射率を変更することができます。低放射率コーティングは、反射および再放射される波長の特異性を高める、最近開発されたもう1つのオプションです。これにより、ガラスは可視透過率を大幅に低下させることなく、主に短波赤外線を遮断できます。
寒冷および混合気候向けの気候対応設計では、窓は通常、暖房シーズン中に太陽熱を得ることができるようにサイズと位置が決められています。そのために、特に家の日当たりの良い側では、太陽熱の増加を妨げないように、比較的高い太陽熱取得係数のグレージングがよく使用されます。SHGCは、窓に使用されるガラス板の数とともに減少します。たとえば、三重ガラス窓では、SHGCは0.33〜0.47の範囲になる傾向が以下のために二重窓0.55 – SHGCは0.42の範囲内でより頻繁に
ガラスの異なる種類が増加したり、開窓を通して太陽熱利得を減少させるために使用することができるだけでなく、より細かくウィンドウの適切な配向によって、そのようなものとしてシェーディングデバイスを添加することによって調整することができるオーバーハング、ルーバーフィン、ポーチ、および他の建築シェーディング要素。

パッシブソーラー暖房
パッシブソーラー暖房は、追加の暖房が必要な場合に、建物のソーラーゲインの量を最大化しようとする設計戦略です。パッシブソーラーシステムは、ポンプでエネルギーを必要とせず、占有スペースの構造や仕上げに直接熱を蓄えるため、ポンプ付きの外部水タンクを使用して太陽エネルギーを吸収するアクティブソーラーヒーティングとは異なります。
直接ソーラーゲインシステムでは、建物のグレージングの組成とコーティングを操作して、放射特性を最適化することで温室効果を高めることができます。また、サイズ、位置、シェーディングを使用してソーラーゲインを最適化することもできます。ソーラーゲインは、間接的または分離されたソーラーゲインシステムによって建物に転送することもできます。
パッシブソーラー設計では、通常、SHGCが高く、夏季には日光を遮り、冬季には窓に入ることができるオーバーハングを備えた、南向きの大きな窓を採用しています。許可された日光の経路に配置されると、コンクリートスラブやトロンブ壁などの高熱質量の特徴は、日中は大量の日射を蓄え、夜を通してゆっくりと空間に放出します。適切に設計されている場合、これは温度変動を調整することができます。この主題分野に関する現在の研究のいくつかは、過度の重量を必要とせずに光を受け入れ、エネルギーを貯蔵する透明な相変化材料を使用することにより、貯蔵用の不透明な熱質量と収集用の透明なグレージングの間のトレードオフに取り組んでいます。

も参照してください

エネルギーポータル
ダブルスキンファサード
暖房度日
複層ガラス
低放射率コーティング

参考文献
^ ASHRAE（2013）。「第15章開窓」。ASHRAEハンドブック：基礎。ジョージア州アトランタ：ASHRAE。
^ ANSI / NFRC 200-2017：法線入射での開窓製品の太陽熱取得係数と可視透過率を決定するための手順。、NFRC、2017 、2017年11月9日取得
^ McCluney、Ross（1996）、Fenestration Solar Gain Analysis、Florida Solar Energy Center / University of Central Florida、CiteSeerX 10.1.1.30.2472 ^ Lechner、Norbert（2009）。暖房、冷房、照明：建築家のための持続可能な設計方法（第3版）。ジョン・ワイリー＆サンズ。pp。250–252。ISBN 9780470048092。
^ 「WINDOWドキュメント」。
^ ICC（2009）。2009年国際省エネコード。
^ McCluney、Ross（1991）。「シェーディング係数の死？」。ASHRAE Journal（3月）：36–45 。
^ 「英国開窓評価評議会」。BFRC 。
^ ANSI / NFRC 201-2017：熱量測定ホットボックス法を使用した開窓システムの太陽熱取得係数を測定するための暫定標準試験方法の手順、NFRC、p。19
^ 「水平および低傾斜の不透明な表面の太陽反射率を計算するための標準的な方法」。ペンシルバニア州ウェストコンショホッケン：ASTMインターナショナル。2001. doi：10.1520 / E1980-11。
^ Balcomb、JD; ヘドストロム、JC; マクファーランド、RD（1977）。「パッシブソーラー暖房ビルのシミュレーション分析—予備的結果」。太陽エネルギー。19（3）：2–12。Bibcode：1977SoEn … 19..277B。土井：10.1016 / 0038-092X（77）90071-8。
^ Balcomb、J.Douglas、編集者。パッシブソーラービル。MIT Press、1992年。
^ マンツ、H; エゴルフ、PW; スーター、P; ゲッツバーガー、A（1997）。「太陽熱暖房および採光用のTIM-PCM外壁システム」。太陽エネルギー。61（6）：369 Bibcode：1997SoEn … 61..369M。土井：10.1016 / S0038-092X（97）00086-8。”