Q05 「鏡で反射の太陽光は暖か？」（AC）, 2006/4/17
―あるマンションの彩光の仕掛けに関して―
最近、あるマンションで、新宿のNSビルのように中央が空洞（中庭）に
なっている構造を採用し、かつ太陽光をその空間（中庭）に鏡で反射させ
ようという仕掛けがあることを聞きました。
すばらしい考えですが、その反射された太陽光には、暖かさ、すなわち熱を
持っていないのではないでしょうか？
太陽放射は、鏡のみを暖め、それ以後に反射されて中庭に届く成分には、
だだ光だけの意味合いしかないのではないでしょうか。
― 回 答 ―
はい、その通りです。エネルギー的には小さいですが、彩光（明るさ）という
点からすれば、意味はあります。エネルギーの観点から考えてみましょう。
（１）鏡の反射率による減衰
用いる反射板に依存して反射率は変わります。例えばガラスの裏に金属を
真空蒸着して作った鏡だとすると、太陽光はガラスで一部吸収され、金属蒸着
面で反射するときも一部吸収され、さらに折り返すときガラスで吸収されます。
その結果、全波長平均での反射率が50％だとすれば、50%がロスになり
反射板を温めることになります。
反射率や吸収率は波長によって変わるので、目でみた感じと違ってきます。
吸収の少ない天然水晶板を使ったとします。その
厚さが１ｍｍだとすると、波長＝0.25～3μｍの範囲の透過率は
約90%です（丸善発行の「理科年表」の光学結晶の透過率の図による）。この
波長は太陽光のエネルギーがもつ波長範囲とほぼ一致します。
光の折り返しの際にも透過率は90%ですから、合計の透過率＝81%となります。
蒸着する金属として銀を使うと、波長平均で反射率＝98%ほどです。もし
水晶の代わりにガラスを使うと、種類と厚さに依存しますが、50%程度はロス
することになるのではないでしょうか。ガラスでは紫外部と赤外部で吸収が
ありますが、可視部での減衰は比較的に小さいので彩光の観点からはよい
でしょう。
レンズを用いて集光する場合も同様に、レンズでエネルギーは吸収されます。
（２）受光面積によるエネルギーの減少
晴天日の直達日射量は、太陽高度があまり低くないとき、
600～1,000W/m2 です。屋上に設置した太陽エネルギーを集光器と
しては大きい、面積１ｍ２で集光し、その50%が最終的に利用できる
とすれば、300～500 W となります。このエネルギーは熱としては小さいが
照明としては役立ちます。
冬場のエネルギーとして太陽光を直接的に利用できるのは、南側の窓から差し
込むエネルギーです。わが家を例に南向き窓の面積を測って
みると、14.2ｍ２あります。
わが家（緯度＝35.3N）での、冬至の頃の南中時（太陽天頂角＝58.7°）に
室内で獲得できる直達日射量を計算してみました
（DAY＝360、日平均気温 T＝7℃、水蒸気圧 VP＝7hPa、付近一帯のアルベドREF
＝0.15、大気の混濁係数 DUST＝0.05の条件を用いる）。
参考：日射量の計算
日射量の日変化の計算プログラムは「地表面に近い大気の科学」の付録 E に
掲載されている。本ホームページの「研究の指針」の「K17. 暑熱環境と
黒球温度」の章にも
晴天日の放射量の日変化の計算の説明があります。
冬至の頃の南中時（太陽天頂角＝58.7°）における直達日射量
＝858W/m2、地方時９時には666W/m2と計算されます。
したがって、
南中時に窓から入る直達日射量＝858W/m2×14.2ｍ２
×sin58.7°＝10.4 KW
となり、これは前述の彩光エネルギー300～500 W の21～35倍に相当します。
集光器の購入費と維持費が高価でも、彩光システムを取り入れる住宅が
建設されるのは、最近の都市における住環境が悪化しているということ
でしょう。