JP2011074685A

JP2011074685A - 日射調節装置

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Publication number: JP2011074685A
Application number: JP2009228260A
Authority: JP
Inventors: Masashi Murakami; 昌史村上; Masaaki Terano; 真明寺野
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP5406653B2

Abstract

【課題】ロールスクリーンのような日除け装置を制御する際に、直射光の入射を考慮して空調負荷によるエネルギ消費量の低減に貢献する日射調節装置を提供する。
【解決手段】セードを昇降させるロールスクリーン３を窓２に設置し、ロールスクリーン３の開度を協調制御ユニット１０から指示する。窓２から入射した太陽の直射光による床４の上の侵入距離を直射許容距離とし、協調制御ユニット１０は、ロールスクリーン３の開度を調節するように指示して直射許容距離を調節する。協調制御ユニット１０は、空調負荷６による冷房時には暖房時よりも直射許容距離を短くするように、ロールスクリーン３の開度を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロールスクリーンのように窓から入射する直射光の少なくとも一部を遮る遮蔽部材を備えた日除け装置の開度を調節することにより、窓から室内への外光の入射量を調節する日射調節装置に関するものである。

一般に、事務作業を行うオフィスのような室内空間においては、建物の窓から室内への外光の入射量を調節するために、ブラインドのような開閉式の日除け装置やロールスクリーンのような昇降式の日除け装置が採用されている。ブラインドは、昇降によって外光の入射量の調節を行うことが可能であるが、外光の入射量の調節は主としてスラットの角度の調節によりなされている。一方、ロールスクリーンは、外光の入射量の調節は昇降による開度の調節のみによって行われる。これらの日除け装置は、外光の入射量を手動で調節する構成のほか、モータを用いて電動で入射量を調節する構成も知られている。

一方、近年では、地球温暖化に伴って自然エネルギの利用が提唱されており、省エネルギに貢献する上で、自然エネルギの代表である太陽光（昼光）を利用することへの期待が高まっている。

このような事情から、電動式のブラインドやロールスクリーンを日除け装置に用い、室内への太陽光の入射距離の変化に応じて日除け装置の昇降を行って開度を自動的に調節することにより、照明負荷および空調負荷を低減させる技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、部屋の緯度、経度、方位、時刻に基づいて太陽の高度および方位を算出し、計算結果に基づいて日除け装置の開度を調節する技術が存在する旨の記載もある。

また、電動式のブラインドやロールスクリーンを日除け装置に用い、日除け装置の開度と日射状態との関係に対する総エネルギ消費量をあらかじめシミュレーションにより求めておき、シミュレーション結果に基づいて、照明負荷と空調負荷との総和である総エネルギ消費量を最小にするように日除け装置を制御する技術も提案されている（特許文献２参照）。

特開２０００−５４７６２号公報特開２００７−１２００８９号公報

上述したように、特許文献１に記載の技術では、室内への太陽光の入射距離の変化あるいは部屋に対する太陽の相対位置に基づいて日除け装置の開度を調節することで、照明負荷および空調負荷を低減させており、特許文献２に記載の技術では、日射状態として、太陽の方位と日射量とを計測し（複数の方位について鉛直面照度を計測し）、照明負荷と空調負荷との総エネルギ消費量を最小にするように日除け装置の開度を調節している。

ところで、ブラインドのようにスラットの角度を調節する場合とは異なり、ロールスクリーンを日除け装置に用いる場合には、日除け装置の下端位置を上下に移動させて（つまり、昇降させて）開度を調節する必要があるから、太陽光からの直射光が室内に入射することを許容しなければならない。すなわち、日除け装置を設けた窓付近の作業者ないし執務者にとっては、日除け装置の開度の変化に伴って机上面照度および温冷感が大きく変動するから、日除け装置の開度の変化によって照明環境および温熱環境が悪化することがある。

このような事情から、特許文献１に記載された技術では、許容日射入射距離（直射光の入射を許容する距離であるから、以下では「直射許容距離」という）を規定しておき、太陽光の入射距離が直射許容距離になるように日除け装置の開度を調節する技術が採用されている。ただし、特許文献１に記載の技術では、太陽光の入射距離が直射許容距離を超えないように制御することが主目的であり、照明負荷および空調負荷を低減させるという記載はあるが、照明負荷や空調負荷に関連付けた制御は行われていない。

一方、特許文献２に記載の技術では、日射条件に応じて照明負荷と空調負荷との総エネルギ消費量を最小にする制御が可能である。しかしながら、特許文献２に記載の技術は主としてブラインドやスマートウインドウに適用するために提案されており、ロールスクリーンのような昇降のみを行う日除け装置のように直射光が室内に入射する場合の条件が考慮されていない。

ちなみに、図７（ａ）のように、ブラインド８はスラット８ａを備えているから窓２から入射した太陽の直接光がスラット８ａで拡散されることになり、直接光を入射させずに室内の比較的広い範囲に太陽光を取り込むことができるが、図８（ａ）のように、ロールスクリーン３では窓２から直射許容距離内である室内の床面４に太陽の直接光が照射されるだけであるから、室内の広い範囲に太陽光を取り込むことはできない。

いま、冷房時について考察すると、ブラインド８の場合、図７（ｂ）に示すように、開度が小さい状態でも照明負荷（破線）のエネルギ消費量が比較的小さくなり、逆に開度が大きい場合でも空調負荷（実線）のエネルギ消費量が比較的小さくなる。一方、ロールスクリーン３の場合、図８（ｂ）に示すように、開度が小さい領域では照明負荷（破線）のエネルギ消費量が急激に大きくなり、開度が大きい領域では空調負荷（実線）のエネルギ消費量が急激に大きくなっている。この特性を考慮すると、ロールスクリーン３ではブラインド８とは異なる制御が必要であることがわかる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、太陽の直射光の少なくとも一部を遮る遮蔽部材を備えた日除け装置を制御する際に、直射光の入射を考慮して空調負荷によるエネルギ消費量の低減に貢献する日射調節装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、窓から入射する太陽の直射光の少なくとも一部を遮る遮蔽部材を備えるとともに外部からの指示を受けて遮蔽部材を移動させて開度を調節することにより窓から入射した直接光が床面に照射される範囲の窓からの最大距離である直射許容距離を調節する日除け装置と、時計部で計時する日時により太陽の高度および方位を算出する太陽位置算出部と、太陽位置算出部で求めた高度および方位とあらかじめ与えられている窓の方位を含む窓の仕様との関係に応じて日除け装置の開度を指示する開度制御部と、空調負荷による室内の冷房時には暖房時よりも直射許容距離を短くするように開度制御部に指示する協調制御部とを備えることを特徴とする。

また、屋外の照度を計測する照度センサを設け、協調制御部には、直射許容距離を屋外照度に関連付けた最適開閉テーブルを設け、最適開閉テーブルでは、空調負荷による冷房時には屋外照度に対して直射許容距離が単調減少する関係に設定し、空調負荷による暖房時には屋外照度に対して直射許容距離が単調増加する関係に設定するのが望ましい。

さらに、協調制御部として、日除け装置の開度と照度センサにより検出される屋外照度とを用いて窓を透過する熱量を算出し、算出した熱量に応じて空調負荷の設定温度を補正する構成を採用することができる。

あるいはまた、協調制御部として、日除け装置の開度と照度センサにより検出される屋外照度と外気温および室温を用いて算出した放射温度を用いて快適性の評価を行い、目標とする快適性が得られるように空調負荷の設定温度を決定する構成を採用することができる。

本発明の構成によれば、室内の冷房時には暖房時よりも直射許容距離を短くするように日除け装置の開度を調節するから、窓からの直射光の入射を考慮して照明負荷と空調負荷とによる総エネルギ消費量の低減に貢献することになる。すなわち、直射光の導入を前提としているロールスクリーンのような日除け装置において、空調負荷でのエネルギ消費量への影響が大きいことに鑑みて、冷房時には直射光の入射を抑制し、暖房時には直射光を積極的に取り入れるように直射許容距離を変更するから、空調負荷のエネルギ消費量を抑制することが可能になる。

また、屋外照度と直射許容距離とを関係付けた最適開閉テーブルを用いる構成では、屋外照度に基づいて直接光により室内に入射する熱量と室外に流出する熱量とを見積もることが可能になり、屋外照度に応じた日除け装置の開度の調節が可能になる。たとえば、冷房時であれば、晴天時に日除け装置の開度を小さくし、曇天時や雨天時には日除け装置の開度を大きくする制御が可能になる。

さらに、窓を透過する熱量に応じて空調負荷の設定温度を補正する構成を採用した場合には、窓に近い空間と窓から離れた空間との温度差による体感温度の差を抑制するように空調負荷を制御することが可能になる。

あるいはまた、放射温度を用いて快適性の評価を行い、目標の快適性が得られるように空調負荷の設定温度を決定する構成を採用した場合には、温熱環境による快適性への影響を評価し、所望の快適性が得られるように空調負荷の設定温度を調節するから、室内の作業者ないし執務者の快適性と省エネルギとの両立を図ることが可能になる。

実施形態を示す概略構成図である。同上に用いる屋外照度と直射許容距離との関係を示す図である。同上において最適開閉テーブルを生成する手順の動作説明図である。同上に用いる最適開閉テーブルのデータ例を示す図である。同上における設定温度の補正例を示す動作説明図である。同上の制御例を示す動作説明図である。（ａ）はブラインドの配置例を示す構成図、（ｂ）はブラインドの開度と照明負荷および空調負荷のエネルギ消費量との関係を示す説明図である。（ａ）はロールスクリーンの配置例を示す構成図、（ｂ）はロールスクリーンの開度と照明負荷および空調負荷のエネルギ消費量との関係を示す説明図である。

以下に説明する実施形態では、図１に示すように、建物１に設けた窓２に日除け装置としてのロールスクリーン３を配置している。ロールスクリーン３は、窓２から入射する太陽の直射光を遮る遮蔽部材としてシート状のセードをローラに巻き付けてあり、モータによりローラを正逆に回転させることによりセードの巻き上げと巻き戻しとを行う構成を有している。したがって、ローラの回動によりセードの下端位置が上下に移動し、窓２に対するロールスクリーン３の開度が調節される。セードには、カーテン用生地のように可視光領域の光を減光して拡散透過させる素材を用いることができるが、可視光領域の光を拡散透過させ赤外領域の光を遮断する遮熱性の素材を用いることが望ましい。

ところで、図示例では、建物１における窓２の上方の戸外には、外向きに突出するひさし５が設けられている。この場合、図１に示すように、室内の床面４から窓２の下端までの高さ寸法をＨ１、窓２の下端から上端までの高さ寸法（窓２の高さ寸法）をＨ２、窓３の上端からひさし５の下端までの高さ寸法をＨ３、ひさし５の突出寸法をＤ１、太陽光の直射光が室内に入射したときの床面４上での窓２からの入射距離をＤ０、窓２の上端からロールスクリーン３の下端までの高さ寸法（ロールスクリーン３の繰り出し寸法）をＨ０として寸法を規定しているものとする。ロールスクリーン３の繰り出し寸法Ｈ０を用いると、ロールスクリーン３の開度は、（Ｈ２−Ｈ０）と表すことができる。いま、太陽の高度θｈが、ｔａｎ^−１（Ｈ３／Ｄ１）≦θｈ≦ｔａｎ^−１｛（Ｈ２＋Ｈ３）／Ｄ１｝の範囲であるという条件を満たし、かつロールスクリーン３の繰り出し寸法Ｈ０が、Ｈ０≧Ｄ１・ｔａｎ（θｈ）−Ｈ３であるときには、以下の関係式が成立する。
Ｈ０＝Ｈ１＋Ｈ２−Ｄ０・ｔａｎ（θｈ） …（１）
ここに、ロールスクリーン３の繰り出し寸法Ｈ０が、Ｈ０＜Ｄ１・ｔａｎ（θｈ）−Ｈ３であるときには、次式の関係になるから、ロールスクリーン３の繰り出し寸法Ｈ０は直射光の入射距離Ｄ０とは無関係になる。
Ｄ０＝（Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３）／ｔａｎ（θｈ）−Ｄ１ …（２）
さらに、ロールスクリーン３の繰り出し寸法Ｈ０が、Ｈ０≧Ｈ２であれば、窓２がロールスクリーン３により覆われ直射光は室内に入射しないから、Ｄ０＝０になる。すなわち、この場合も直射光の入射距離Ｄ０とは無関係になる。

上述の説明からわかるように、ロールスクリーン３の昇降により直射光の入射距離Ｄ０を変化させることができるのは、太陽の高度θｈが上述した各条件を満たすときであるから、以下の説明では、太陽の高度θｈが上述した条件を満たすことを前提とする。また、入射距離Ｄ０は後述する条件により決定される。以下では、後述する条件で決定される入射距離Ｄ０を直射許容距離と呼ぶ。

ロールスクリーン３の開度は、開度制御部としてのロールスクリーン制御ユニット１１がロールスクリーン３に指示する。また、ロールスクリーン制御ユニット１１のほかに、室内の空調負荷６を制御する空調制御ユニット１２と、室内の照明負荷７を制御する照明制御ユニット１３とが設けられ、さらに、開度制御部としてのロールスクリーン制御ユニット１１と空調制御ユニット１２と照明制御ユニット１３とに指示を与える協調制御部としての協調制御ユニット１０が設けられる。

協調制御ユニット１０は、ロールスクリーン３と空調負荷６と照明負荷７との動作を監視し、後述する目標を達成するようにロールスクリーン３と空調負荷６と照明負荷７との制御を行う機能を有している。すなわち、協調制御ユニット１０は、ロールスクリーン３については開度を指示することができ、空調負荷６についてはオン・オフと設定温度と冷暖房の切替と風量の大きさとをパラメータとして指示することができ、照明負荷７についてはオン・オフと調光レベルとをパラメータとして指示することができる。

協調制御ユニット１０では、ロールスクリーン３と空調負荷６と照明負荷７とについて、これらのパラメータを調節することにより、空調負荷６と照明負荷７とによる合計のエネルギ消費量が低減されるようにロールスクリーンの開度を調節する。ただし、ロールスクリーンの開度は、太陽の直射光の入射距離Ｄ０が上述した直射許容距離になるように調節される。

さらに、協調制御ユニット１０は、空調負荷６が冷房運転を行っているか暖房運転を行っているかの別を空調制御ユニット１１から取得し、また、照明負荷７のオン・オフの状態や調光レベルを照明制御ユニット１３から取得する機能も備える。

協調制御ユニット１０においては、太陽の直接光の入射距離Ｄ０を考慮してロールスクリーン３の開度と空調負荷６（主として設定温度）と照明負荷７（主として調光レベル）とを制御しており、上述したように入射距離Ｄ０を決定するには、太陽の高度θｈが必要である。

したがって、協調制御ユニット１０には、太陽の高度を求めるための太陽位置算出部１０ａが設けられる。太陽位置算出部１０ａは、ロールスクリーン３が設置された建物１の地球上での位置（緯度、経度）と、現在日時とを用いて太陽の高度および方位の計算を行う。太陽の方位を求めることにより、建物１において窓２を設けている面の方位と太陽の方位との関係により、現在日時において太陽の直接光が窓２から入射するか否かを知ることができる。この計算には、緯度、経度、日時と太陽の高度および方位との関係を表す天文学に基づくデータを用いる必要があるから、太陽位置算出部１０ａには当該データをあらかじめ記憶させておく。また、太陽位置算出部１０ａがインターネットのような広域通信網からデータを取得することができる場合には、当該データを通信により取得する。

建物１の位置はあらかじめ計測して太陽位置算出部１０ａに設定するが、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を太陽位置算出部１０ａに設けておくことにより緯度と経度とを自動的に求めることも可能である。ＧＰＳ受信機を用いる場合にはＧＰＳ受信機から現在日時を取得することが可能である。また、ＧＰＳ受信機を用いない場合には、協調制御ユニット１０に現在日時を計時する時計部１０ｂを設けておけばよい。

また、窓２を通して室内外では熱エネルギの出入りがあり、太陽の直射光が室内に入射すると室内に入射する熱量が増加して室温を上昇させるが、暖房時において室温が外気温よりも高いときには窓２から流出する熱量が増加して室温が低下することになる。晴天時には入射する熱量が多く、曇天時や運転時では入射する熱量は減少するから、ロールスクリーン３の開度を適正に調節するには天候を知る必要がある。

協調制御ユニット１０には、窓２の付近で屋外の照度を計測する照度センサ１４が接続されており、照度センサ１４の出力は協調制御ユニット１０に設けた天候判定部１０ｃに入力される。天候判定部１０ｃでは、時計部１０ｂが計時している現在日時と太陽位置算出部１０ａで求めた太陽の高度および方位と窓２の方位とを用いることにより、照度センサ１４に入射する光の強度に対する閾値を設定する。天候判定部１０ｃにおいては、この閾値を天候の判定のために用い、照度センサ１４で計測した照度が設定した閾値以上であるときには晴天と判定し、閾値未満であるときには曇天または雨天と判定する。

日の入りから日の出までの時間帯には、照度による天候の判定は困難になり、また太陽光を利用することができないから、天候判定部１０ｃは、当該時間帯には天候の判定を行わない。また、照度センサ１４により計測される照度は、建物１の周囲の環境（他の建物や地形）により異なる場合があるから、閾値を調節可能にしておくことが望ましい。

以下では、空調負荷６と照明負荷７との動作に関連付けてロールスクリーン３の開度を調節する技術について説明する。上述のように、ロールスクリーン３と空調負荷６と照明負荷７との制御内容は、マイクロコンピュータを用いて構成された協調制御ユニット１０により指示される。すなわち、以下では協調制御ユニット１０の動作について説明する。

協調制御ユニット１０では、ロールスクリーン３のような昇降式の日除け装置では、開度の調節のみが行われることにより、太陽光の直射光が室内に入射し、しかも直射光の室内への入射距離が日除け装置の開度や太陽の高度により変化することに着目している。すなわち、晴天であってロールスクリーン３の開度が０でなければ太陽からの直接光が室内に入射するが、直接光は床面４に照射されるから、ロールスクリーン３の開度を変化させても机上面照度への関与度は低く、ロールスクリーン３の開度を変化させることは主に室内に入射する熱量を変化させると言える。

言い換えると、晴天時には、ロールスクリーン３の開度を調節することにより、照明負荷でのエネルギ消費量よりも空調負荷でのエネルギ消費量への関与度が高くなる。一方、曇天時や雨天時には、ロールスクリーン３の開度を調節しても室内に入射する熱量は大きく変化しないから、むしろ照明負荷でのエネルギ消費量への関与度が高くなる。

上述したロールスクリーン３の特性を踏まえると、暖房を行う冬季には太陽の高度が低く太陽光の直接光が室内に入射する距離が大きくなるから、晴天時には暖房に伴う空調負荷のエネルギ消費量を低減するために開度を大きくするのが望ましい。

また、曇天時や雨天時には窓を通して室外に流出する熱量が増加するから、空調負荷のエネルギ消費量を低減するために開度を小さくするのが望ましいが、照明負荷のエネルギ消費量を低減するには開度を大きくする必要があるから、空調負荷と照明負荷と総エネルギ消費量を考慮して開度が決定される。

すなわち、晴天時には、ロールスクリーン３の開度を大きくし窓２からの直射光を多く取り込むことにより、室内が太陽光により暖められ、空調負荷６のエネルギ消費量を低減させることができる。また、ロールスクリーン３の開度を大きくすることにより、外光の入射光量が増加するから、照明負荷７のエネルギ消費量の低減にも貢献する。以上のことから、暖房時には直射許容距離を大きくすることが望ましい。

ただし、曇天時や雨天時には、室内に入射する熱量よりも室外に流出する熱量のほうが多くなるから、ロールスクリーン３の開度を小さくすることにより、空調負荷６のエネルギ消費量を低減させることが望ましい。

一方、冷房を行う夏季には太陽の高度が高く太陽光の直射光が室内に入射する距離が短くなるから、晴天時には冷房に伴う空調負荷のエネルギ消費量を低減するために開度を小さくするのが望ましい。また、曇天時や雨天時には空調負荷のエネルギ消費量に対する開度の関与度が低くなるから、照明負荷のエネルギ消費量を低減するために開度を大きくするのが望ましい。

すなわち、晴天時には、窓２からの直射光が増加すると、室内に入射する熱量が増加し、空調負荷６のエネルギ消費量が増加するから、ロールスクリーン３の開度を小さくすることが望ましい。ただし、外光による照明負荷７のエネルギ消費量の削減効果が得られる程度の採光を行いながら直射光の入射を抑制する必要がある。結局、冷房時には窓２から入射する熱量を低減させるためにロールスクリーン３の開度を小さくするから、直射許容距離は小さくなる。一方、冷房時であっても曇天時ないし雨天時には、室内に入射する熱量が晴天時よりも減少するから、ロールスクリーン３の開量を大きくして、昼光をより多く室内に取り入れることによって照明負荷７のエネルギ消費量を低減させる。

図２（ａ）（ｂ）にそれぞれ冷房時と暖房時とにおける屋外照度（つまり、天候）と、直射許容距離（つまり、ロールスクリーン３の開度）との関係を示す。図示例において、屋外照度がＬ１より小さくなる状態は日照が得られなくなる時間帯（日の入りから日の出までの時間帯）の照度に相当し、屋外照度がＬ１より小さくなるときには、暖房時と冷房時とにかかわらずロールスクリーン３の開度をほぼ０にする。日照を利用できない時間帯であることは、照度センサ１４で検出される照度によらず、太陽位置算出部１０ａで求められる太陽の高度によって判断してもよい。

室内の暖房を行う場合は、図２（ａ）のように、曇天・雨天であって太陽光による照度が低いときは（図の照度Ｌ１付近）、屋外に流出する熱量を低減させるためにロールスクリーン３の開度を小さくし、照明負荷７でのエネルギ消費量を低減させる。また、晴天であって太陽光による照度が高いときには（図の照度Ｌ２付近）、入射する熱量を増加させるためにロールスクリーン３の開度を大きくすることによって、空調負荷６でのエネルギ消費量を低減させる。なお、照度Ｌ２は照度センサ１４により検出可能な照度の上限である。

一方、室内の冷房を行う場合、図２（ｂ）のように、曇天（雨天）であって太陽光による照度が低いときには（図の照度Ｌ１付近）、入射する熱量が少ないからロールスクリーン３の開度を大きくすることによって、照明負荷７でのエネルギ消費量を低減させる。一方、晴天であって太陽光による照度が高いときには（図の照度Ｌ２付近）、入射する熱量を低減するためにロールスクリーン３の開度を小さくすることによって、空調負荷６でのエネルギ消費量を低減させる。

要するに、暖房時には屋外照度が高いほど直射許容距離が大きくなるからロールスクリーン３の開度を大きくし、冷房時には屋外照度が高いほど直射許容距離が小さくなるからロールスクリーン３の開度を小さくする。

ところで、一般に、室内の暖房を行うのは冬季であり、室内の冷房を行うのは夏季であって、太陽の高度は日時により決定されるから、ロールスクリーン３の開度は図２に示す関係で制御することが可能であるが、屋外照度と開度との実際の関係は、冷暖房の設定温度や窓２の仕様（寸法や断熱性など）や部屋の特性（容積や断熱性など）のような他の条件によって変化するから、ロールスクリーン３の開度を正確に制御しようとすれば、他の条件についても考慮する必要がある。

そこで、図３に示す手順でコンピュータによるシミュレーションを行うことにより、屋外照度と直射許容距離との関係を求めている。シミュレーションで用いる諸条件のうち、屋外照度は時間経過に伴って変化するが、窓２の仕様や部屋の特性のような条件は時間経過によらず固定的であり、空調負荷６の設定温度や照明負荷７の目標照度も固定的に扱うことができる。したがって、建物１の仕様として固定的に規定される条件は、あらかじめ建築モデルとして構築しておき、空調負荷６の設定温度や照明負荷７の目標照度は、利用者により設定する。

シミュレーションでは、上述した固定的な条件をあらかじめ与えておくことで、日時と屋外照度とのみをパラメータとしてロールスクリーン３の開度（直射許容距離）を関係付けたデータテーブルである最適開閉テーブルを生成する。すなわち、最適開閉テーブルの各レコードは、日時と屋外照度と直射許容距離との３つ組になる。また、最適開閉テーブルは、空調負荷６により室内の冷房を行っているか暖房を行っているかに応じて選択される。

ここに、最適開閉テーブルを生成するにあたっては、空調負荷６でのエネルギ消費量と照明負荷７でのエネルギ消費量とを適宜の重み係数で求めた荷重和（各エネルギ消費量にそれぞれ重み係数を乗じて加算した値）が最小になるという条件が与えられており、この条件の下で直射許容距離と屋外照度との組み合わせが求められる。なお、上述のように、冷暖房の別と天候とにより、省エネルギのために空調負荷６と照明負荷７とのどちらに重点を置くかが異なるから、重み係数は、冷暖房の別および天候により調節される。

シミュレーションにあたっては、まず建築モデルを構築する（Ｓ１）。上述のように、建築モデルには、窓２の仕様（窓特性）と部屋の特性（部屋特性）と空調負荷６および照明負荷７の仕様（空調特性および照明特性）とが含まれる。空調特性には空調負荷６の配置の情報が含まれ、照明特性には照明器具の配置の情報が含まれる。これらの建築モデルは、建物に関する設計情報などの基本情報を登録した建物情報記憶部ＤＢに登録されている情報に基づいて構築する。次に、暖房と冷房との別、空調負荷６の設定温度、照明負荷７の目標照度など、室内の環境条件を指定する情報が入力される（Ｓ２）。

次に、日時と屋外照度とを適宜に設定するとともに、当該日時および屋外照度に対する直射許容距離の候補を複数生成する（Ｓ３）。設定する日時および屋外照度はあらかじめ登録されている値が順に選択される。その後、各候補について照明負荷７のエネルギ消費量の予測値を算出し（Ｓ４）、次に、空調負荷６によるエネルギ消費量の予測値を算出する（Ｓ５）。

ステップＳ３において設定される日時は、年間のすべての日あるいは季節変動を反映できる代表日であり、日時が与えられると、天文学に基づく演算によって太陽の高度および方位が求められる。（１）式で示したように、太陽からの直接光が室内に入射する距離は、太陽の高度および方位とロールスクリーン３の繰り出し寸法とにより決めることができる。

また、照明負荷７のエネルギ消費量については、屋外照度と直射許容距離（ロールスクリーン３の開度）とによって室内における机上面照度を算出し、机上面照度に関する設定照度に対する不足分を照明器具で補うように調光制御を行った場合について、エネルギ消費量を算出する（Ｓ４）。一方、空調負荷６のエネルギ消費量については、太陽の高度および方位と屋外照度と直射許容距離（ロールスクリーン３の開度）とによって室内に入射する直射光で入射する熱量を見積もり、さらに照明負荷７の発熱による熱量の増加も考慮して、設定温度におけるエネルギ消費量を算出する（Ｓ５）。ここに、空調負荷６と照明負荷７との各エネルギ消費量を算出する計算方法は周知である（たとえば、「宿谷昌則；数値計算で学ぶ光と熱の建築環境学、１９９３年７月、丸善」参照）。

次に、空調負荷６と照明負荷７とについて求めたエネルギ消費量の加重和を求める（Ｓ６）。エネルギ消費量の加重和は、日時および直射許容距離のすべての組み合わせについて繰り返して求める（Ｓ２，Ｓ７）。このようにして求めた日時と直射許容距離との組み合わせから省エネルギになる組み合わせを抽出し（Ｓ８）、上述した日時と屋外照度と直射許容距離との３つ組からなる最適開閉テーブルを生成する（Ｓ９）。最適開閉テーブルは、暖房か冷房かの別、空調負荷６の設定温度、照明負荷７の目標照度ごとにそれぞれ生成され、制御パラメータとして登録される（Ｓ２，Ｓ９）。

上述のような手順でシミュレーションを行うことにより、図４に示すように、屋外照度に対する直射許容距離の関係を求めることができる。シミュレーションの結果で得られる関係は、図４にドットで示している関係であるが、最適開閉テーブルは、図４に破線で示す関係になるように直線近似がなされる。すなわち、シミュレーション結果を用いて最小二乗法を用いて、屋外照度と直射許容距離とを線形関係に近似する。

ただし、屋外照度と直射許容距離とは、暖房時に屋外照度に対して直射許容距離が単調増加し、冷房時に屋外照度に対して直射許容距離が単調減少する関係であれば、非線形関係であってもよい。すなわち、最適開閉テーブルは、直線近似ではなく、適宜の関数で曲線近似により設定してもよい。

上述した動作では、室内の全体を均質に扱っているが、太陽からの直接光の影響は、室内において窓２から遠方の空間よりも窓２の近傍の空間のほうが大きくなる。たとえば、暖房時には、窓２を透過して室内に入射する熱量が多い場合に、窓２から遠方の作業者ないし執務者にとって快適な温度であっても、窓２の近傍の作業者ないし執務者にとっては不快な温度（暑い）になる可能性がある。また、冷房時には、窓２を透過して屋外に流出する熱量が多い場合に、窓２から遠方の作業者ないし執務者にとって快適な温度であっても、窓２の近傍の作業者ないし執務者にとっては不快な温度（寒い）になる可能性がある。ここに、窓２を通過する熱量が多い場合とは、たとえば熱量が２００Ｗ／ｍ以上になる場合を意味する。

そこで、図５に示すように、窓２を透過する熱量に応じて窓２の近傍に配置した空調負荷６の設定温度を補正することが望ましい。図示例は、冷房時の関係であり、窓２を透過する熱量が多くなると設定温度を１℃下げ、窓２を透過する熱量が少くなると設定温度を１℃上げるように補正値を設定している。図に示す特性は一例であって、設定温度の補正値は、建築モデルに応じて設定される。なお、窓２を透過する熱量は、協調制御ユニット１０において、次式で算出している。
透過熱量＝屋外照度×発光効率×窓の開口面積×窓の透過率
ここに、（発光効率）は、日射量と屋外照度との関係を表す定数である。また、（窓の開口面積）は、ロールスクリーン３の開度に応じて変化し、ロールスクリーン３の開度が大きいほど（窓の開口面積）も大きくなる。

上述の動作は、空調負荷６の設定温度を固定的に定めているが、作業者ないし執務者の温冷感には室内の輻射温度も影響するから、空調負荷６の設定温度は輻射温度を考慮して決定するのが望ましい。輻射温度を組み込んだ快適性評価の指数には、予測平均温冷感（ＰＭＶ＝ＰｒｅｄｉｃｔｅｒＭｅａｎＶｏｔｅ）や作用温度が知られている。

ここでは、ＰＭＶを用いるものとする。ＰＭＶは、作業者ないし執務者の環境を決める物理的因子である温度、湿度、放射温度、風速と、作業者ないし執務者の人的因子である着衣量、活動量との６個のパラメータを用いて、温冷感を−３〜＋３の整数値である温熱尺度で表す指標であり、温熱尺度が０のときに快適を意味し、温熱尺度が正であると暑いことを意味し、温熱尺度が負であると寒いことを意味する。

空調負荷６の設定温度を決めるためにＰＭＶを用いるには、ロールスクリーン３の開度と屋外の鉛直面照度とから窓２を透過して室内に入射する光量と、外気温とを用いた伝熱計算から放射温度を予測し、ＰＭＶの設定値に合致するように設定温度の補正を行う。電熱計算に用いるパラメータは、具体的には、室温、外気温、屋外照度、ロールスクリーン３の開度であり、熱の流れを電流に相似化した熱回路網、あるいはレスポンスファクタ法を用いて放射温度を予測する。そのため、ＰＭＶを用いる場合には、図示しない室温センサおよび外気温センサが必要になる。

上述のようにして求めた放射温度、季節により決まる着衣量、業務形態により決まる活動量を用い、湿度には、湿度計による計測値または３０〜５０％の適宜値（湿度計がない場合）を用い、風速には０．１〜０．４ｍ／ｓの適宜値を用いることにより、ＰＭＶが求められるから、協調制御ユニット１０では、ＰＭＶを求めるとともに、目標とするＰＭＶが得られるように、空調負荷６の設定温度を補正する。つまり、予測した放射温度から求められるＰＭＶが目標の温冷感になるように、空調負荷６の設定温度を調節する。

なお、乾球温度、気流、周囲壁からの放射の総合効果を表す作用温度を用いる場合も同様であり、実用上では周囲壁の平均温度と室温との平均値を用いて作用温度に代えることができる。作用温度は、周囲壁の表面温度と室温との差が比較的大きく、汗の蒸発の少ない暖房時に用いられ、湿度の影響は無視される。

上述のようにして生成された最適開閉テーブルおよび補正値は、協調制御ユニット１０に設定され、ロールスクリーン３の制御に用いられる。協調制御ユニット１０は、時計部１０ｂで計時している現在日時および建物情報記憶部ＤＢの部屋特性や窓特性（窓２の方位を含む）に基づいて太陽の高度および方位を算出する（Ｓ１）。高度が正であれば日中であるから（Ｓ２：Ｙｅｓ）、照度センサ１４で検出された屋外照度を取り込み（Ｓ３）、天候判定部１０ｃにおいて屋外照度に基づいて天候を判断する（Ｓ４）。

晴天時であると（Ｓ４：晴）、照度センサ１４から取り込んだ屋外照度を最適開閉テーブルに照合することにより直射許容距離を求める（Ｓ５）。直射許容距離が求まれば、太陽の高度に応じたロールスクリーン３の開度が算出され（Ｓ６）、ロールスクリーン制御ユニット１１に指示を与えてロールスクリーン３の開度を制御する（Ｓ７）。

その後、図示しない外気温センサにより計測している外気温を取り込み（Ｓ８）、快適性の評価を行って室温を決定する（Ｓ９）。このようにして決定した室温を空調負荷６を制御する空調制御ユニット１２に指示する（Ｓ１０）。その後、所定時間が経過するまで待機した後（Ｓ１１）、ステップＳ１に戻って太陽の高度および方位を算出する。

ここに、ステップＳ５において用いる最適開閉テーブルは、時計部１０ｂで計時している現在日時（Ｓ１４）および暖房か冷房かの別（Ｓ１５）を用いて、制御パラメータのうち条件に適合する最適開閉テーブルが選択される（Ｓ１６）。

また、ステップＳ２において太陽の高度が正でなければ太陽の直射光を利用できない時間帯（日の入りから日の出までの時間帯）であるから、ロールロールスクリーン３の開度を０（全閉）にする（Ｓ１３）。ステップＳ４において曇天または雨天の場合（Ｓ４：曇・雨）には、照明負荷７のエネルギ消費量を低減するためにロールスクリーン３を全開にする。もっとも、暖房時にはロールスクリーン３を全開にすると空調負荷６が増加することがあるから、このような場合は、曇天または雨天でもロールスクリーン３の開度を適宜に調節する場合がある。

上述の構成例では、建物１にひさし５を設けている場合を例として説明したが、ひさし５が設けられていない場合でも、照明負荷や空調負荷を適宜に調節することにより、上述した制御を行う場合と同様の室内環境を実現することが可能である。

また、本実施形態では、日除け装置として電動式のロールスクリーンを用いる場合を例として説明したが、スラットの角度を変更しない電動シャッタ、ローマンシェードのような折りたたみ式のカーテンを用いた電動カーテンなどモータを用いて駆動する昇降式の日除け装置であれば、本発明の技術思想を適用することが可能である。

また、昇降式ではないが、電動式のオーニングを日除け装置として用いる場合も同様の技術を採用することが可能である。この種のオーニングは、ロールスクリーン３とひさし５とを兼用した機能を有し、窓２の上方にひさし５が設けられていない場合でも、上述した構成例と同様の室内環境を実現することができる。また、採光についてはロールスクリーンよりも優れているから、照明負荷の低減にも貢献する。とくに、ショーウインドウのような大型の窓を設けている店舗においては、ディスプレイ効果を低減することなく、直射光の入射を制御することが可能になる点で利便性がある。

１建物
２窓
３ロールスクリーン（日除け装置）
４床
５ひさし
６空調負荷
７照明負荷
１０協調制御ユニット（協調制御部）
１０ａ太陽位置算出部
１１ロールスクリーン制御ユニット（開度制御部）
１２空調制御ユニット
１３照明制御ユニット
１４照度センサ

Claims

窓から入射する太陽の直射光の少なくとも一部を遮る遮蔽部材を備えるとともに外部からの指示を受けて遮蔽部材を移動させて開度を調節することにより窓から入射した直接光が床面に照射される範囲の窓からの最大距離である直射許容距離を調節する日除け装置と、時計部で計時する日時により太陽の高度および方位を算出する太陽位置算出部と、太陽位置算出部で求めた高度および方位とあらかじめ与えられている窓の方位を含む窓の仕様との関係に応じて日除け装置の開度を指示する開度制御部と、空調負荷による室内の冷房時には暖房時よりも直射許容距離を短くするように開度制御部に指示する協調制御部とを備えることを特徴とする日射調節装置。
屋外の照度を計測する照度センサを有し、前記協調制御部は、直射許容距離を屋外照度に関連付けた最適開閉テーブルを有し、最適開閉テーブルは、前記空調負荷による冷房時には屋外照度に対して直射許容距離が単調減少する関係に設定してあり、前記空調負荷による暖房時には屋外照度に対して直射許容距離が単調増加する関係に設定してあることを特徴とする請求項１記載の日射調節装置。
前記協調制御部は、前記日除け装置の開度と前記照度センサにより検出される屋外照度とを用いて窓を透過する熱量を算出し、算出した熱量に応じて空調負荷の設定温度を補正することを特徴とする請求項２記載の日射調節装置。
前記協調制御部は、前記日除け装置の開度と前記照度センサにより検出される屋外照度と外気温および室温を用いて算出した放射温度を用いて快適性の評価を行い、目標とする快適性が得られるように前記空調負荷の設定温度を決定することを特徴とする請求項２記載の日射調節装置。