天窓

天窓（ルーフライトとも呼ばれる）は、採光や換気を目的として建物の屋根の全部または一部を形成する、通常は透明または半透明のガラスで作られた光を取り込む構造物または窓である[ 1 ^]。

開いた天窓は、パンテオンのオクルスなど、古代ローマの建築で使用されていました。ガラス張りの「閉じた」天窓は、ガラス製造の進歩により実用化された産業革命以来使用されています。20 世紀半ば以降、天窓の大量生産により、天窓はより多くの用途と状況で使用できるようになりました。エネルギー節約により、天窓の設置、設計の革新 (光透過のオプションを含む)、天窓の効率評価に対する新たな動機が生まれました。

天窓の種類には、天窓、ユニット天窓、管状採光装置 (TDD)、傾斜ガラス、カスタム天窓などがあります。用途は次のとおりです。

• トップライトを介して直接または間接的に日光を取り入れるために使用される採光要素。
• 屋内居住者に屋外環境との視覚的なつながりを提供します。
• 持続可能な建物- パッシブソーラー暖房、操作可能なユニット、パッシブ冷却と新鮮な空気の交換のための換気。

オープンスカイライト

屋根にある釉薬をかけていない穴。

固定ユニット天窓

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  南カリフォルニアの太陽光発電換気天窓^[2]
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  ミュンスターのショッピングモールの天窓
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  固定ユニットの天窓、屋根の眺め
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  固定ユニットの天窓、内部ビュー

固定式天窓は、ガラス充填材（主にガラスまたはプラスチックでできた光透過部分）を支える構造的な周囲フレームで構成されています。固定式天窓は操作不可能であり、換気はありません。

操作可能な天窓

操作可能な（換気可能な）ユニット天窓は、フレームに取り付けられて支えられたヒンジ付きサッシを使用します。居住者の手の届く範囲にある場合、このタイプは天窓とも呼ばれます。

格納式天窓

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  屋根から見た、大型 (20 フィート x 20 フィート) のスチールとガラスでできた格納式天窓。天窓が引き込まれるために転がるスチール製のレールに注目してください。
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  同じ格納式天窓を内側から見たところ。これは二分割天窓で、中央で分かれて開きます。
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  この棟天窓は屋根の最も高い点、つまり棟線を覆います。
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  これは同じ天窓を内側から見たものです。鋼鉄は、支持チューブやケーブルのグリッドなしで、大きなスパンを可能にします。

格納式天窓は、フレームから（一連のレールに沿って）転がり落ちるため、施設の内部は完全に屋外に開かれ、ヒンジ付きの天窓によって妨げられることはありません。格納式天窓と格納式屋根という用語は、しばしば同じ意味で使用されますが、天窓はある程度の透明性を意味します。

管状採光装置

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  アクティブデイライトは、管状のデイライトデバイス（TDD）を使用します。
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  リバプール中央図書館の屋上テラスにある TDD 天窓

アクティブ採光では、管状の採光装置（TDD）を使用します。ソーラーチューブ、サントンネル、または管状の天窓は、屋根に取り付けられた固定ユニットの天窓要素で構成され、太陽光を集光し、光伝送光導管によって光拡散要素に分配されます。^{[3]直径が小さいため、}廊下などの狭いスペースの採光に使用でき、暗いスペースの隅で光を反射できます。TDDは、直径が住宅用で約10インチ、商業ビル用で22インチの屋根に取り付けられたドームを通して採光します。紫外線を遮断するように配合されたアクリルまたはポリカーボネートで作られたドームは、光線を捕らえてダクトに似たアルミニウムチューブシステムにリダイレクトします。^[4]

傾斜ガラス

傾斜ガラスは、1 つのアセンブリにフレーミング システム内の複数の充填パネルが含まれている点で他の「天窓」とは異なり、通常は特定のプロジェクト用に設計され、現場でセクションごとに設置されます。

歩道灯

歩道灯は歩行可能な天窓です。歩道、オープンエリア、明るい屋内の床にレイライトとして設置されます。^[5]

プリズムライト

プリズムライトは天窓として使用されることもあり、通過する光の方向を変えます。

ソーラー建築とは、太陽の熱と光を最大限に活用し、デメリットを最小限に抑えるように建物を設計することであり、特に太陽光発電の活用という意味で重要です。天窓は、住宅、公共、商業ビルの採光設計に広く使用されています。採光が増加すると、電気照明の使用量が減り、窓ガラスのサイズが小さくなり（サイドライト）、エネルギーが節約され、コストが下がり、環境への影響が軽減されます。採光により、建物によっては照明エネルギーの使用量を最大80％削減できます。^[6]

トップライト（天窓）はサイドライト（窓）と組み合わせると、日光を最大限に取り入れることができます。

1. トップライトは建物の中央部分に光をもたらすことができる
2. 空からの間接照明と太陽への直接照射の両方により、一日中日光を利用できます。
3. 現代の透明および/または半透明のガラスは、まぶしさを防ぎ、低い角度で太陽光を捉え、床面積のより広い範囲に光を拡散させるために使用できます。

曇りの日でも、天窓からのトップライトはサイドライトよりも3～10倍効率的です。^[7]

ガラスとプラスチックの充填システムにおける最近の多くの進歩は、すべてのタイプの天窓に大きなメリットをもたらしました。進歩の中には、熱性能を向上させるもの、日光の可能性を維持および活用することに焦点を当てたもの、強度、耐久性、耐火性、その他の性能基準を強化するように設計されたものがあります。

ガラス充填材 (窓) を使用する現代の天窓では、通常、2 枚のガラスで作られた密閉断熱ガラス ユニット (IGU) が使用されます。これらのタイプの製品は、可視光線透過率に関して NFRC 評価の対象です。3 枚のガラスを使用したアセンブリは、最も寒い気候の地域ではコスト面で正当化される場合がありますが、3 層目のガラスを追加することで光がいくらか失われます。

ガラスユニットには通常、1 つ以上のガラス表面に少なくとも 1 つの低放射率 (Low-E) コーティングが施されており、放射熱の流れを抑制することで U 係数と特に SHGC を低減します。Low-E コーティングにはさまざまな種類があり、日光の取り込みもさまざまな程度に低減します。高純度の不活性ガスがガラス板間のスペースで頻繁に使用され、熱効率の高いガラス間隔と支持要素の進歩により、ガラス張りの天窓アセンブリの熱性能をさらに向上させることができます。

多くの天窓や TDD では、プラスチック製のグレージング インフィルが一般的に使用されています。これらのアセンブリには通常、熱成形されたドームが含まれますが、成形された形状も珍しくありません。ドーム型の天窓は、通常、傾斜の低い屋根で使用されます。ドーム型なので、水や燃える残り火を逃がすことができます。

天窓に使用されるプラスチックは紫外線安定化されており、熱特性を向上させるその他の改良が施されている場合があります。光透過率を測定するための標準規格が存在しないことは、プラスチック製の窓ガラスを使用した天窓を比較して選択する際に不利な点となります。

アクリルはドーム天窓に使用される最も一般的なプラスチック製窓ガラスです。ただし、耐衝撃性などの追加の特性が求められる場合には、ポリカーボネートやコポリエステル素材も窓ガラスとして使用されます。 ^[8]

NFRC: 可視光線透過率の評価

U 係数: あらゆる建物の熱損失性能を表します。

SHGC - 太陽熱取得係数: 太陽光によって引き起こされるアセンブリの外部から内部への熱伝達を測定します。

これらの特性は米国では 0 から 1 までの小数で表され、数値が低いほど熱伝達率が低いことを示します。地理的な地域によって、最適な U 係数と SHGC パフォーマンスは異なります。日当たりの良い南部の気候帯では、U 係数が低いことよりも SHGC が低いことが重要です。寒冷な北部の気候帯では、U 係数が低いことの方が重要であり、SHGC が高いことが正当化されます。

天窓の選択では、人工照明の使用を最小限に抑えるために十分な日光供給を維持しながら、低い U 係数と最適な SHGC 値のバランスが求められます。電気照明の自動光感知制御により、エネルギーの節約が最大限に高まります。

ある研究では、日光が最適に取り入れられた教室では、そうでない教室よりも生徒のテストの成績が著しく高かったと結論付けられました。^[9]他の研究では、日光が生理的および心理的な健康に良い影響を与え、小売スペースでの売上など、多くの状況で生産性を高めることができることが示されています。^[要出典]

コスト削減の点では、米国エネルギー省は、多くの商業ビルが自然光を最適に利用することで総エネルギーコストを最大 3 分の 1 削減できると報告しています。近年建設された商業倉庫や「大型店舗」の大半は、エネルギー/コストの節約のために天窓を多用しています。

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