JP2016023819A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが建物に到着するまでに自然換気を適宜行うことにより建物内の環境を快適なものにする。【解決手段】ＨＥＭＳ３０は、外気温度センサ４０、室内温度センサ４２、降雨センサ４４及び風向風速計４６が各々検知した結果と携帯情報端末８４から受信したユーザの帰宅時刻に応じて、窓５０，５２，５４，５６，５８の開閉、シーリングファン６０及びエアコン６２を制御することにより、ユーザの帰宅時刻までに建物１００内の気温を設定温度にする。【選択図】図１

Description

本発明は、気象条件、外気温、室温に応じて建物の窓を開閉する空調システムに関する。

建物の窓の開閉を自動的に制御することで、建物内の自然換気の効率を向上させる建物の空調システムが提案されている。特許文献１には、システムのユーザが車両に乗って当該建物から離れて移動している場合には、その車両が建物に接近した場合に建物内の自然換気を行う技術が開示されている。

特開２０１０−７１０１２号公報

一方、昨今では、ユーザが車両以外の手段で移動する場合での建物内の自然換気を行うことに対するニーズが高まっているので、ユーザの移動手段によらず、建物の通風及び空調制御が可能であることが望ましい。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、ユーザが建物に到着するまでに自然換気を適宜行うことにより建物内の環境を快適なものにする空調システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、建物の内外の気温を各々検知する温度検知手段と、前記建物内の空気を戸外に排出する換気手段と、前記建物に設けられた開閉機構を有する窓と、前記建物内の気温を調整する空調手段と、前記建物のユーザの帰宅時刻を示す情報を受信する受信手段と、前記帰宅時刻までに前記建物内の気温を所定の温度にするために、前記温度検知手段の検知結果、前記ユーザの帰宅時刻を示す情報を受信した時刻及び前記ユーザの帰宅時刻に応じて、前記窓の開閉機構、前記換気手段及び前記空調手段を各々制御する制御手段と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、ユーザの帰宅時間及び環境検知手段の検知結果に基づいて窓を開閉することにより、建物内の自然換気を行うことができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記帰宅時刻を示す情報を受信した時刻と前記帰宅時刻との差が第１の所定時間以上であり、前記建物内の気温と前記建物外の気温との差が第１の所定値以上であると共に、前記建物内の気温と前記所定の温度との差が第２の所定値より大きい場合に前記窓を開放する又は換気手段を作動させる。

請求項２に記載の発明によれば、ユーザの帰宅まで十分な時間があって建物内の気温と所定の温度との差が大きい場合には、窓を開放し又は換気手段により強制的に建物内を換気できる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、風向及び風速を検知する環境検知手段をさらに有し、前記制御手段は、前記帰宅時刻を示す情報を受信した時刻と前記帰宅時刻との差が第１の所定時間以上であり、前記建物内の気温と前記建物外の気温との差が第１の所定値以下であると共に、前記建物内の気温と前記所定の温度との差が第２の所定値以下の場合で、かつ前記環境検知手段が自然換気が可能な風向及び風速を検知した場合に前記窓を開放する。

請求項３に記載の発明によれば、風向及び風速が自然換気に適した場合には、窓を開放し、そうでない場合には換気手段により強制的に建物内を換気できる。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記制御手段は、現在時刻と前記帰宅時刻との差が前記第２の所定時間未満であると共に、前記建物内の気温と前記所定の温度との差が第３の所定値を超える場合には、前記空調手段を作動させる。

請求項４に記載の発明によれば、ユーザの帰宅まで時間がなく建物内の気温と所定の温度との差が大きい場合には、空調手段を作動させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記制御手段は、夏期には前記第１の所定時間及び第２の所定時間を他の季節よりも長く設定する。

請求項５に記載の発明によれば、夏期には空調手段を作動させる時間を他の季節よりも長くすることができる。

以上説明したように、請求項１に記載の発明は、ユーザの帰宅時間及び環境検知手段の検知結果に基づいて窓を開閉することにより、ユーザが建物に到着するまでに自然換気を適宜行って建物内の環境を快適なものにするという効果を有する。

請求項２に記載の発明によれば、ユーザが建物に到着するまでに自然換気又は強制換気を適宜行って建物内の環境を快適なものにするという効果を有する。

請求項３に記載の発明によれば、風向及び風速が自然換気に適した場合には、窓を開放し、そうでない場合には換気手段により強制的に建物内を換気することにより、ユーザが建物に到着するまでに建物内の環境を快適なものにするという効果を有する。

請求項４に記載の発明によれば、ユーザの帰宅まで時間がなく建物内の気温と所定の温度との差が大きい場合には、空調手段を作動させることにより、ユーザが建物に到着するまでに建物内の環境を快適なものにするという効果を有する。

請求項５に記載の発明によれば、夏期には空調手段を作動させる時間を他の季節よりも長くすることにより、ユーザが建物に到着するまでに建物内の環境を快適なものにするという効果を有する。

本発明の実施の形態に係る空調システムを備えた建物の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る空調システムにおけるＨＥＭＳの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る空調システムにおける建物内の空気の流れを示した概略図であり、（Ａ）は全窓を開くと共にエアコン及びシーリングファンをオフにする第１の運転モード、（Ｂ）は全窓を開くと共にエアコンはオフ、シーリングファンはオンにする第２の運転モード、（Ｃ）は全窓を閉じると共にエアコンをオン、シーリングファンをオフにする第３の運転モードを各々示している。 （Ａ）はユーザによる帰宅時刻の指定から帰宅まで十分な時間があって、外気温度の下がり幅が小さい場合の制御の一例を、（Ｂ）はユーザによる帰宅時刻の指定から帰宅まで十分な時間があって、外気温度、室内温度共に高い状態から外気温度が急激に低下した場合の制御の一例を各々示す概略図である。 （Ａ）はユーザによる帰宅時刻の指定から帰宅までの時間が長く、室内温度と設定温度との差が小さい場合の制御の一例を、（Ｂ）はユーザによる帰宅時刻の指定から帰宅までの時間が極端に短い場合の制御の一例を各々示す概略図である。 夏期（６〜９月）における本実施の形態に係る空調システムの制御の一例を示したフローチャートである。 中間期（４〜５月、１０〜１１月）における本実施の形態に係る空調システムの制御の一例を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して本実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る空調システム１０を備えた建物１００の一例を示す概略図である。図１に示したように、本実施の形態に係る空調システム１０を備えた建物１００は、建物１００の外壁に外気温度センサ４０、建物１００の室内に室内温度センサ４２が各々設けられている。

外気温度センサ４０は、建物１００の外気温を検知するセンサであり、一例として、白金の温度による電気抵抗の変化に基づいて外気温を検知する電気式温度計である。また、室内温度センサ４２は、例えば、外気温度センサ４０と同様に、白金の温度による電気抵抗の変化に基づいて室内の気温を検知する電気式温度計である。

建物１００の、屋根３６の最上部には、降水を検知する降雨センサ４４と、風向及び風速を検知する風向風速計４６が設けられている。降雨センサ４４は、例えば、ガラス製のケースの内部に赤外線の発光素子であるＬＥＤ、受光素子であるフォトダイオード、赤外線の光路を形成するレンズ及び制御回路を含んでいる。ＬＥＤから放射された赤外線はケースのガラスで全反射するが、ケースの表面に水滴が存在すると赤外線の一部が水滴を透過して外部に放出されるため、ガラスでの反射量が減少する。その結果、受光素子であるフォトダイオードに入る光量が減少するので、雨滴を検知できる。

風向風速計４６は、例えば、風向計と一体となった風力計であり、当該風向計の先端に設けられた風車の回転速度から風速を検知する。

建物１００には、窓５０，５２，５４，５６，５８が設けられている。窓５０はいわゆる天窓（トップライト）であり、シーリングファン６０と協働して、建物１００内の空気を排出する。また、建物１００内には、エアコン６２が設けられている。

また、制御装置であるＨＥＭＳ（Home Energy Management System）３０には、前述の外気温度センサ４０、降雨センサ４４、風向風速計４６及び、建物１００内部の気温を計測する室内温度センサ４２が接続されている。

本実施の形態で、外気温度センサ４０、室内温度センサ４２、降雨センサ４４及び風向風速計４６は、降水、風量及び建物１００の内外の気温を検知する環境検知手段である。

ＨＥＭＳ３０は、これらのセンサの検知結果に基づいて、窓５０，５２，５４，５６，５８の開閉及びエアコン６２を制御する。本実施の形態では、窓５０，５２，５４，５６，５８の各々には、これらの窓を開閉するためのアクチュエータ及びこれらの窓の開閉の状態を検知するセンサ（共に図示せず）が各々設けられている。

窓の開閉及び施錠の状態を検知するセンサは、例えば、窓枠に設けられた永久磁石であるセンサマグネットの磁界を検知して所定の信号を出力するホールセンサ等である。窓が開かれた場合、センサマグネットとホールセンサとの位置関係が変化することにより、ホールセンサはセンサマグネットからの磁界を検知できなくなる。その結果、ホールセンサは所定の信号を出力しなくなるので、ＨＥＭＳ３０は、ホールセンサからの所定の信号が途絶えたことで窓が開いたと判定できる。本実施の形態では、ＨＥＭＳ３０は、ホールセンサによって各窓の開閉状態を把握し、例えば、窓を閉じる必要がある場合で、既に窓が閉じている場合には、その閉じた状態を維持する制御を行う。また、ＨＥＭＳ３０は、窓を開く必要がある場合で、既に窓が開いている場合には、その開いた状態を維持する制御を行う。

ＨＥＭＳ３０は、窓を開く必要がある場合で窓が閉じている場合には、その窓を開く制御を行い、窓を閉じる必要がある場合で窓が開いている場合には、その窓を閉じる制御を行う。また、ＨＥＭＳ３０にはゲートウェイである終端装置７０を介してネットワーク８０に接続されている。ネットワーク８０上にはＷｅｂサーバとして機能する情報サーバ８２が接続されており、ユーザの携帯情報端末８４から、情報サーバ８２及びネットワークを介して、帰宅時刻を指定する等の指令をＨＥＭＳ３０に送信することができる。また、ＨＥＭＳ３０は、ネットワーク８０を介して、天気予報等の気象情報を取得することもできる。

図２は、本実施の形態に係る空調システム１０におけるＨＥＭＳ３０の概略構成を示すブロック図である。ＨＥＭＳ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、ネットワークＩ／Ｆ部１８と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０とを含む。また、ＨＥＭＳ３０は表示部２２と、操作入力部２４と、バス２６とを含んでおり、情報を入力する端末と情報を表示する端末との機能を有している。

ＣＰＵ１２は、ＨＥＭＳの全体の動作を司るものであり、ＨＤＤ１４は窓の開閉及びエアコン６２の制御のプログラム、ＯＳ（Operating System）並びに窓の開閉の制御に供するデータ等が記録される不揮発性の記憶装置である。ＲＡＭ１６は、ＯＳ、プログラム又はデータが展開される揮発性の記憶装置である。ネットワークＩ／Ｆ部１８は、ネットワークに接続するためのものであり、ＮＩＣ（Network Interface Card）やそのドライバで構成される。ＲＯＭ２０は、ＨＥＭＳの起動時に動作するブートプログラムなどが記憶されている不揮発性の記憶装置である。表示部２２は、空調システム１０に関する情報をユーザに表示するものである。操作入力部２４は、ユーザが空調システム１０の操作や情報を入力する際に用いられるものであり、一例としてタッチパネル、キーボード等の入力装置及びトラックボール、ペンタブレット若しくはマウス等のポインティングデバイスが含まれる。バス２６は、情報のやりとりが行われる際に使用される。

図３は、本実施の形態に係る空調システム１０における建物１００内の空気の流れを示した概略図である。（Ａ）は全窓を開くと共にエアコン６２及びシーリングファン６０をオフにする第１の運転モード、（Ｂ）は全窓を開くと共にエアコン６２はオフ、シーリングファン６０はオンにする第２の運転モード、（Ｃ）は全窓を閉じると共にエアコン６２をオン、シーリングファン６０をオフにする第３の運転モードを各々示している。第１の運転モードは自然換気を行い、第２の運転モードはシーリングファン６０によって強制的な換気を行い、第３の運転モードは換気せずにエアコンで室内の気温を制御するものである。

図４は、（Ａ）はユーザによる帰宅時刻の指定から帰宅まで十分な時間があって、外気温度の下がり幅が小さい場合の制御の一例を、（Ｂ）はユーザによる帰宅時刻の指定から帰宅まで十分な時間があって、外気温度、室内温度共に高い状態から外気温度が急激に低下した場合の制御の一例を各々示す概略図である。図４(Ａ)、図４（Ｂ）は、外出時刻が１１時、１３時にユーザによる帰宅時刻の指定が行われ、帰宅時刻が１９時に指定された例である。

図４（Ａ）では、ユーザによる帰宅時刻の指定後、第１の運転モードで自然換気を行い、自然換気では室内温度が設定温度まで下がらない場合に、第２の運転モードにより強制的に換気し、さらにエアコン６２を用いた第３の運転モードにより、室内温度を設定温度まで下げている。本実施の形態では、設定温度は一例として２５℃である。

図４（Ｂ）では、ユーザによる帰宅時刻の指定後、第１の運転モードで自然換気を行い、自然換気では室内温度が下がり始めた後、第２の運転モードにより強制的に換気することにより室内温度を設定温度まで下げている。

図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、本実施の形態では、ユーザによる帰宅時刻の指定からユーザが帰宅するまでに６時間あるような、時間が十分にある場合には、自然換気を可能な限り活用して室内温度を快適な水準に制御できる。

図５は、（Ａ）はユーザによる帰宅時刻の指定から帰宅までの時間が長く、室内温度と設定温度との差が小さい場合の制御の一例を、（Ｂ）はユーザによる帰宅時刻の指定から帰宅までの時間が極端に短い場合の制御の一例を各々示す概略図である。図５(Ａ)は、外出時刻が１１時、１３時にユーザによる帰宅時刻の指定が行われ、帰宅時刻が１９時に指定された例である。図５（Ｂ）は、外出時刻が１１時、１８時４０分にユーザによる帰宅時刻の指定が行われ、帰宅時刻が１９時に指定された例である。

図５（Ａ）では、ユーザによる帰宅時刻の指定後、第１の運転モードで自然換気を行い、自然換気のみで室内温度を設定温度まで下げている。図５（Ｂ）では、自然換気でも強制換気でも室内温度を設定温度まで低下させるのは困難なので、エアコン６２を用いて室温を低下させている。

図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、本実施の形態では、ユーザによる帰宅時刻の指定からユーザが帰宅するまでの時間が短い場合には、帰宅時刻までの猶予と、室内温度と、外気温度とに基づき、場合によってはエアコン６２を積極的に用いて室内温度を快適な水準に制御する。

図６は、夏期（６〜９月）における本実施の形態に係る空調システム１０の制御の一例を示したフローチャートである。ステップ６００では、携帯情報端末８４からユーザが帰宅時刻を指定する。ステップ６０２では、ネットワーク８０を介して取得した気象情報と降雨センサ４４の検知結果とから窓を開放しても問題ないか否かを判定する。例えば、取得した気象情報が指定された帰宅時刻まで降水確率が３０％以下であって、降雨センサ４４が降水を検知していない場合に、窓を開放しても問題ないと判定する。

ステップ６０２で肯定判定の場合には、ステップ６０４で帰宅時刻を指定した時刻から帰宅時刻まで３０分以上あるか否かを判定する。ステップ６０４で肯定判定の場合には、ステップ６０６で室内温度と外気温度との差が２℃以上か否かを判定する。

ステップ６０６で肯定判定の場合には、ステップ６０８で室内温度と設定温度との差が５℃以下か否かを判定する。ステップ６０８で肯定判定の場合には、ステップ６１０で風向風速計により風向が至適な風があって、風速が０．５ｍ／ｓ以上か否かを判定する。風向が至適な場合とは、建物１００の窓５０〜５８に風が入り込む風向の場合である。

ステップ６１０で肯定判定の場合には、ステップ６１２で風速が５ｍ／ｓ以下か否かを判定する。ステップ６１２で肯定判定の場合には、ステップ６１４で第１の運転モードの制御を行う。

ステップ６１６では、第１及び第２の運転モードのいずれか一方又は両方で換気を行って現在時刻が帰宅時刻まで３０分未満となった時点で室内温度と設定温度の差の絶対値が１℃以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合には処理を終了する。ステップ６０２，６０４，６０６，６１２，６１６で否定判定の場合には、ステップ６１８で第３の運転モードでの制御を行い、処理を終了する。

ステップ６０８で否定判定の場合には、ステップ６２０で帰宅まで３時間以上あるか否かを判定する。ステップ６２０で肯定判定の場合にはステップ６２２で第１の運転モードでの制御を２時間行った後、第２の運転モードでの制御を行って、手順をステップ６１６に移行させる。

ステップ６２０で否定判定の場合には、ステップ６２４で帰宅まで２時間以上あるか否かを判定する。ステップ６２４で肯定判定の場合にはステップ６２６で第１の運転モードでの制御を１時間行った後、第２の運転モードでの制御を行って、手順をステップ６１６に移行させる。ステップ６２４で否定判定の場合には、ステップ６２８で第２の運転モードでの制御を行って、手順をステップ６１６に移行させる。

ステップ６１０で否定判定の場合には、ステップ６３０で帰宅時刻は９〜１９時か否かを判定する。ステップ６３０で肯定判定の場合には、ステップ６３２で第２の運転モードでの制御を行って、手順をステップ６１６に移行させる。ステップ６３０で否定判定の場合には、手順をステップ６２０に移行させる。

以上のように、本実施の形態に係る空調システム１０では、夏期において、可能な限り自然換気を活用することで、エネルギー消費を抑制しながら、室内温度を設定温度まで引き下げることができる。

図７は、中間期（４〜５月、１０〜１１月）における本実施の形態に係る空調システム１０の制御の一例を示したフローチャートである。ステップ７００では、携帯情報端末８４からユーザが帰宅時刻を指定する。ステップ７０２では、ネットワーク８０を介して取得した気象情報と降雨センサ４４の検知結果とから窓を開放しても問題ないか否かを判定する。例えば、取得した気象情報が指定された帰宅時刻まで降水確率が３０％以下であって、降雨センサ４４が降水を検知していない場合に、窓を開放しても問題ないと判定する。

ステップ７０２で肯定判定の場合には、ステップ７０４で帰宅時刻を指定した時刻から帰宅時刻まで１５分以上あるか否かを判定する。ステップ７０４で肯定判定の場合には、ステップ７０６で室内温度と外気温度との差の絶対値が２℃以上か否かを判定する。

ステップ７０６で肯定判定の場合には、ステップ７０８で室内温度と設定温度との差の絶対値が５℃以下か否かを判定する。ステップ７０８で肯定判定の場合には、ステップ７１０で風向風速計により風向が至適な風があって、風速が０．５ｍ／ｓ以上か否かを判定する。風向が至適な場合とは、建物１００の窓５０〜５８に風が入り込む風向である。

ステップ７１０で肯定判定の場合には、ステップ７１２で風速が５ｍ／ｓ以下か否かを判定する。ステップ７１２で肯定判定の場合には、ステップ７１４で第１の運転モードの制御を行う。

ステップ７１６では、第１及び第２の運転モードのいずれか一方又は両方で換気を行って現在時刻が帰宅時刻まで１５分未満となった時点で室内温度と設定温度の差の絶対値が１℃以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合には処理を終了する。ステップ７０２，７０４，７０６，７１２，７１６で否定判定の場合には、ステップ７１８で第３の運転モードでの制御を行い、処理を終了する。

ステップ７０８で否定判定の場合には、ステップ７２０で帰宅まで２時間以上あるか否かを判定する。ステップ７２０で肯定判定の場合にはステップ７２２で第１の運転モードでの制御を１時間行った後、第２の運転モードでの制御を行って、手順をステップ７１６に移行させる。

ステップ７２０で否定判定の場合には、ステップ７２４で帰宅まで１時間以上あるか否かを判定する。ステップ７２４で肯定判定の場合にはステップ７２６で第１の運転モードでの制御を３０分行った後、第２の運転モードでの制御を行って、手順をステップ７１６に移行させる。ステップ７２４で否定判定の場合には、ステップ７２８で第２の運転モードでの制御を行って、手順をステップ７１６に移行させる。

ステップ７１０で否定判定の場合には、ステップ７３０で帰宅時刻は１０〜１８時か否かを判定する。ステップ７３０で肯定判定の場合には、ステップ７３２で第２の運転モードでの制御を行って、手順をステップ７１６に移行させる。ステップ７３０で否定判定の場合には、手順をステップ７２０に移行させる。

以上のように、本実施の形態に係る空調システム１０では、中間期においても可能な限り自然換気を活用することで、エネルギー消費を抑制しながら、室内温度を設定温度まで引き下げることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ユーザが建物に到着するまでに自然換気を適宜行うことにより建物内の環境を快適なものにすることができる。

１０ 空調システム
１２ ＣＰＵ
１４ ＨＤＤ
１６ ＲＡＭ
１８ ネットワークＩ／Ｆ部
２０ ＲＯＭ
２２ 表示部
２４ 操作入力部
２６ バス
３０ ＨＥＭＳ
３６ 屋根
４０ 外気温度センサ
４２ 室内温度センサ
４４ 降雨センサ
４６ 風向風速計
５０，５２，５４，５６，５８ 窓
５０ 窓
６０ シーリングファン
６２ エアコン
８２ 情報サーバ
８４ 携帯情報端末
１００ 建物

Claims (5)

1. 建物の内外の気温を各々検知する温度検知手段と、
   前記建物内の空気を戸外に排出する換気手段と、
   前記建物に設けられた開閉機構を有する窓と、
   前記建物内の気温を調整する空調手段と、
   前記建物のユーザの帰宅時刻を示す情報を受信する受信手段と、
   前記帰宅時刻までに前記建物内の気温を所定の温度にするために、前記温度検知手段の検知結果、前記ユーザの帰宅時刻を示す情報を受信した時刻及び前記ユーザの帰宅時刻に応じて、前記窓の開閉機構、前記換気手段及び前記空調手段を各々制御する制御手段と、
   を備えた空調システム。
2. 前記制御手段は、前記帰宅時刻を示す情報を受信した時刻と前記帰宅時刻との差が第１の所定時間以上であり、前記建物内の気温と前記建物外の気温との差が第１の所定値以上であると共に、前記建物内の気温と前記所定の温度との差が第２の所定値より大きい場合に前記窓を開放する又は換気手段を作動させる請求項１に記載の空調システム。
3. 風向及び風速を検知する環境検知手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記帰宅時刻を示す情報を受信した時刻と前記帰宅時刻との差が第１の所定時間以上であり、前記建物内の気温と前記建物外の気温との差が第１の所定値以下であると共に、前記建物内の気温と前記所定の温度との差が第２の所定値以下の場合で、かつ前記環境検知手段が自然換気が可能な風向及び風速を検知した場合に前記窓を開放する請求項１又は２に記載の空調システム。
4. 前記制御手段は、現在時刻と前記帰宅時刻との差が前記第２の所定時間未満であると共に、前記建物内の気温と前記所定の温度との差が第３の所定値を超える場合には、前記空調手段を作動させる請求項２又は３に記載の空調システム。
5. 前記制御手段は、夏期には前記第１の所定時間及び第２の所定時間を他の季節よりも長く設定する請求項４に記載の空調システム。

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