JP2016171840A - 環境制御システム、制御装置、プログラム - Google Patents

環境制御システム、制御装置、プログラム Download PDF

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史明 大林
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Kazuhiro Taniguchi
和宏 谷口
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宏 下田
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裕剛 石井
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Kazune Miyagi
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Abstract

【課題】視覚刺激、聴覚刺激、嗅覚刺激のいずれも用いることなく利用者の集中度を維持または向上させることを可能にする。【解決手段】環境制御システムは、環境形成装置10と制御装置20とを備える。制御装置20は、記憶部21と処理部22と指示部23とを備える。記憶部21は、利用者Usの集中度を復帰させる覚醒気流Fsを形成するように環境形成装置10の稼働期間Tsを定める第1期間情報、稼働期間Tsよりも長い基準期間Twを定める第2期間情報、および覚醒気流Fsの風速を定める速度情報とを記憶する。処理部22は、第1期間情報と第2期間情報と速度情報とに基づいて環境形成装置10の動作内容を定める。指示部23は、処理部22が定めた動作内容を環境形成装置10に指示する。基準期間Twは、稼働期間Tsが1回以上含まれるように定められている。【選択図】図1

Description

本発明は、作業空間における利用者の集中度に影響する環境要素を制御する環境制御システム、この環境制御システムに用いる制御装置、およびコンピュータを制御装置として機能させるプログラムに関する。
一般的に、学習空間あるいは執務空間のような作業空間において作業を行う利用者の作業効率は、意識集中の程度(以下、「集中度」という)の影響を受ける。また、利用者の集中度は、様々な環境要素によって変化する。そのため、利用者の集中度に影響を与える環境要素を制御する技術が提案されている(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。特許文献1、特許文献2に記載された技術は、いずれも利用者の存在する作業空間における環境要素のうちの照明環境を制御している。
特許文献1に記載された技術は、覚醒水準を高めて作業効率を向上させるために、白色光での照明に単波長光を付加している。特許文献1では、この構成を採用することにより、点灯エネルギーを過大にすることなく作業効率を向上させることを可能にしている。
一方、特許文献2には、昼食後の時間帯の照度を通常照度より高く設定し、その他の時間帯の照度を通常照度より低く設定する技術が記載されている。この構成により、特許文献2は、昼食後の時間帯における作業効率の向上を図ることができ、かつ総エネルギー消費量を抑制することが可能になっている。
特開2009−59677号公報 特開2003−245356号公報
ところで、利用者の作業効率を高めるために、特許文献1では照明光に含まれる波長成分に着目し、特許文献2では照明光の強度に着目しているから、色調の変化や明るさの変化によって利用者にとって違和感が生じる可能性がある。また、違和感が生じない程度の視覚刺激では、作業効率を十分に高めることができない可能性がある。
また、利用者の集中度を向上させるために、嗅覚刺激あるいは聴覚刺激を利用する技術も知られているが、嗅覚刺激に対する応答は個人差が大きく、聴覚刺激を与える技術は、騒音を生じる場合があり、またコミュニケーションを妨げる可能性もある。
本発明は、視覚刺激、聴覚刺激、嗅覚刺激のいずれも用いることなく利用者の集中度を維持または向上させることを可能にした環境制御システムを提供することを目的とする。さらに、本発明は、この環境制御システムに用いる制御装置、およびコンピュータを制御装置として機能させるプログラムを提供することを目的とする。
本発明に係る環境制御システムは、作業空間に気流を形成する機能を有する環境形成装置と、前記作業空間に存在する利用者の意識集中の程度である集中度を維持または向上させるように前記環境形成装置の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記利用者の集中度を復帰させる覚醒気流を形成するように前記環境形成装置の稼働期間を定める第1期間情報、前記稼働期間よりも長い基準期間を定める第2期間情報、および前記覚醒気流の風速を定める速度情報とを記憶する記憶部と、前記第1期間情報と前記第2期間情報と前記速度情報とに基づいて前記環境形成装置の動作内容を定める処理部と、前記処理部が定めた動作内容を前記環境形成装置に指示する指示部とを備え、前記基準期間は、前記稼働期間が1回以上含まれるように定められていることを特徴とする。
本発明に係る制御装置は、上述した環境制御システムに用いられることを特徴とする。
本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述した環境制御システムに用いる制御装置として機能させるためのものである。
本発明の構成によれば、視覚刺激、聴覚刺激、嗅覚刺激のいずれも用いることなく利用者の集中度を維持または向上させることが可能になる。
実施形態に共通する構成の概略図である。 実施形態1および実施形態2を示すブロック図である。 実施形態1および実施形態2の動作例を示す図である。 実施形態で用いる覚醒気流の具体例を示す図である。 実施形態で用いる覚醒気流の他の具体例を示す図である。 実施形態において集中度を定量化するための計測例を示す図である。 実施形態1の効果の例を示す図である。 実施形態3を示すブロック図である。 実施形態4を示すブロック図である。
(実施形態1)
本実施形態は、作業空間における利用者の集中度を維持あるいは向上させるために、作業空間における気流を制御する構成を採用している。ただし、利用者の集中度を維持あるいは向上させるために、作業空間において気流以外の空気環境の制御を併用することも可能である。空気環境は、気流のほかに、空気中の物質(物理的、化学的、生物学的)の濃度、温度、相対湿度などを含む。空気中の物理的物質は、塵埃、黄砂、微粒子状物質(PM10、PM2.5など)などが知られている。また、空気中の化学的物質は、一酸化炭素、二酸化炭素、アルデヒド類(とくに、ホルムアルデヒド)、VOC(Volatile Organic Compounds)などが知られている。空気中の生物学的物質は、カビ、ウィルス、花粉などが知られている。
したがって、空気環境を変化させるには、作業空間の換気、作業空間における気流の形成、作業空間の温度あるいは湿度の調節、空気中の物質の除去などが考えられる。気流の形成、温度あるいは湿度の調節は、利用者の快適性にも影響を与える。
本実施形態では、図1に示すように、利用者Usが存在する作業空間Esが室内である場合を想定する。また、本実施形態において、環境形成装置10は、作業空間Esの内部で気流を形成する扇風機あるいはサーキュレータのような送風機11であるが、図1のように、作業空間Esの空気を排出することによって作業空間に外気を取り入れる換気扇12を代わりに用いても併用してもよい。また、空調装置、空気清浄機のような他の環境形成装置10を代わりに用いることも併用することも可能である。
換気扇12は、外部空間から作業空間Esに空気を吸気すると同時に、作業空間Esから外部空間へ空気を排気し、吸気と排気とを行う間に熱交換を行うようにした構成であってもよい。さらに、換気に用いる換気装置は、機械換気を行う換気扇12のほか、自然換気を行う窓のような開口部でもよい。これらの環境形成装置10は、単独で使用されるか組み合わせて使用される。
図1に示すように、環境形成装置10の動作は制御装置20が制御する。すなわち、環境形成装置10と制御装置20とにより環境制御システムが構築される。利用者Usの集中度は、知的作業を行っている期間において時間の経過に伴って変動するから、制御装置20は、集中度が低下するタイミングに合わせて、集中度を維持あるいは向上させる空気環境が形成されるように、環境形成装置10を動作させることが望ましい。利用者Usの集中度は、計測装置30を用いて監視することが可能であるが、以下の構成では、集中度を計測装置30で計測することは必須ではない。
制御装置20は、図2に示すように、記憶部21と処理部22と指示部23とを備えている。記憶部21は、環境形成装置10を制御するための情報を記憶しており、処理部22は、記憶部21が記憶している情報を用いて環境形成装置10の動作内容を定めるように構成されている。また、指示部23は、処理部22が定めた動作内容を環境形成装置10に指示する。図2に示す制御装置20は、入力部24と時計部25とを備え、さらに取得部26を備えている。入力部24は操作器40からの操作入力による入力情報を受け取る。また、時計部25は、環境形成装置10を動作させるタイミングを定めるために時間を計時する。
処理部22は、記憶部21が記憶している情報と時計部25が計時している時間とを用いて指示部23に環境形成装置10への指示を出力させる処理を行う。さらに、処理部22は、操作器40から入力部24が受け取った入力情報に基づく処理を行い、記憶部21に情報を記憶させる処理、あるいは環境形成装置10の起動を指示部23に指示する処理なども行う。
図2に示す構成例では、取得部26は、センサ50からの情報を受け取って処理部22に引き渡す機能を有しているが、計測装置30を用いる場合は、取得部26が計測装置30が計測している集中度の情報を処理部22に引き渡す機能を有していてもよい。センサ50は、空気環境のうち空気中の物質の濃度を計測する。センサ50は必須ではないが、センサ50が設けられている場合、記憶部21はセンサ50が計測した物質の濃度に対する目標値を記憶する。処理部22は、センサ50の計測値と記憶部21の目標値との関係に応じて環境形成装置10の動作を制御するように指示部23に指示する。
ところで、集中度は時間経過に伴って増減することが知られている。本実施形態の制御装置20は、環境形成装置10を制御し、作業空間Esにおいて利用者Usに当たる気流を図3のように変化させることにより、利用者Usの集中度の維持あるいは向上を図っている。図3に示す例では、利用者Usに対して比較的強い刺激を与えることができる覚醒気流Fsを間欠的に発生させており、覚醒気流Fsにより利用者Usの集中度の低下を抑制している。すなわち、送風機11は、覚醒気流Fsを利用者Usに当てるように気流の方向が制御される。
図3に示す例では、覚醒気流Fsよりも風速が小さい微気流Fwも発生させており、少なくとも覚醒気流Fsが生じていない期間には、微気流Fwを発生させている。ここに、微気流Fwは、風速にゆらぎを与えており、風速が0[m/s]になる期間も含まれているが継続的に生成される。微気流Fwの風速は一定でもよいが、ゆらぎを与えることにより、微気流によって利用者Usに冷えが生じる可能性が低減される。ゆらぎとしては、たとえば1/fゆらぎが採用される。風速にゆらぎを与えるには、送風機11に設けたファンの回転数を制御するほか、送風機11が形成する気流の向きを変化させるようにしてもよい。
送風機11は、覚醒気流Fsと同様に、微気流Fwを利用者Usに当てるように気流の方向が制御される。微気流Fwの風速は、覚醒気流Fsの2分の1以下であり、図3に示す例では、微気流Fwの風速の最大値が覚醒気流Fsの風速の最大値に対して4分の1以下になるように設定している。たとえば、覚醒気流Fsの風速の最大値は1.6[m/s]とし、微気流Fwの風速の最大値は0.4[m/s]とする。また、覚醒気流Fwと微気流Fsとの風速の差は0.5[m/s]以上であることが望ましい。
微気流Fwは、少なくとも覚醒気流Fsが生成されていない期間に生成され、図3のように、覚醒気流Fsが発生している期間に継続して生成されていてもよい。覚醒気流Fsと微気流Fwとを併用する場合には、覚醒気流Fsを生成する送風機11と微気流Fwを生成する送風機11とを別に設けることが望ましい。単一の送風機11を覚醒気流Fsの生成と微気流Fwの生成とに兼用している場合には、覚醒気流Fsの生成と微気流Fwの生成とを切り替えるようにしてもよい。微気流Fwを生成することは必須ではないが、微気流Fwを利用者Usの頭部付近に流すことによって、利用者Usの頭部からの放熱を促進することが可能になる。
すなわち、一般的には、人体の発熱によって頭部の周囲に上昇気流が生じ、下半身に比べると、上半身から頭部の周辺においては、温度境界層が厚くなる傾向がある。つまり、上半身から頭部の周辺では、上昇気流によって覚醒気流Fsの効果が弱められる可能性がある。とくに覚醒気流Fsは利用者Usに対して間欠的に当てるだけであるから、上昇気流によって刺激が弱められる可能性がある。一方、間欠気流Fsを利用者Usに当てていない期間において、上半身から頭部の近辺に微気流Fwを当てると、温度境界層が薄くなり、人体からの放熱が促進される。その結果、覚醒気流Fsによる刺激の効果が高められることになる。また、微気流Fwによって頭部の放熱が促進されるから、いわゆる頭寒足熱が得られる。
覚醒気流Fsを生成する情報として、記憶部21は、覚醒気流Fsを生成する送風機11の稼働期間を定める第1期間情報と、覚醒気流Fsが間欠的に生成されるように送風機11の稼働期間よりも長い基準期間を定める第2期間情報とを記憶している。また、記憶部21は、覚醒気流Fsの風速を定める速度情報も記憶している。稼働期間は、覚醒気流Fsを発生させる期間であって、基準期間に少なくとも1回の稼働期間が含まれるように定められる。稼働期間は、3秒以上60秒以下の範囲から選択され、基準期間は5分以上40分以下の範囲から選択される。また、覚醒気流Fsの風速の最大値は、0.5[m/s]以上2[m/s]の範囲から選択される。これらの数値範囲において稼働期間と基準期間と風速とを定めた覚醒気流Fsを用いることにより、集中度の低下抑制に寄与する覚醒気流Fsを生成することが可能になる。なお、本実施形態における風速は、利用者Usに当たる気流の風速である。
稼働期間を10秒に定め、基準期間を10分に定めているとすれば、10分の基準期間に、少なくとも10秒間は送風機11が稼働することになる。図3に示す動作例では、10分間隔で覚醒気流Fsを生成しているが、覚醒気流Fsを生成する時間間隔は一定でなくてもよく、10分毎の基準期間において覚醒気流Fsを生成する期間は適宜に定めることが可能である。つまり、覚醒気流Fsを生成する時間間隔は不等間隔でもよく、基準期間において覚醒気流Fsを生成する頻度(回数)も一定でなくてもよい。
ところで、覚醒気流Fsの風速は稼働期間において一定ではなく、図4のように、稼働期間Tsの初期には時間経過に伴って風速が増加し、稼働期間Tsの終期には時間経過に伴って風速が減少する。図4において、符号Twは覚醒気流Fsを生成していない期間を表している。したがって、期間Twにおける風速の変動は微気流Fwに対応している。
覚醒気流Fsが利用者Usに与える刺激は、風速が大きいほど強く、風速の増加率が大きいほど強くなる。一方、風速を減少させる際の低下率は集中度に大きな影響を与えないから、図4に示す例では、増加率の絶対値に比べて低下率の絶対値は小さくしている。つまり、処理部22は、覚醒気流Fsを生成する稼働期間Tsにおいて、風速が急速に立ち上がり、風速が緩やかに立ち下がるように、送風機11の動作内容を定めることが望ましい。図5に示す例は、覚醒気流Fsを生成する際の風速の増加率を図4の例よりも大きくした場合を示している。このように、覚醒気流Fsにおいて風速の増加率を高めると、覚醒気流Fsが利用者Usに与える刺激はより強くなる。
覚醒気流Fsを生成する際の風速の増加率を調節するには、送風機11に供給する電力を調節する構成を採用すればよい。送風機11が、風向の制御を可能にするフラップあるいはルーバを備えていれば、利用者Usに気流を当てない状態で送風機11が生成する気流の風速を高めた状態で、利用者Usに覚醒気流Fs気流が当たるようにフラップあるいはルーバを制御してもよい。
ところで、覚醒気流Fsおよび微気流Fwは、利用者Usに当てるように方向が制御されるから、風速の最大値あるいは稼働期間によっては、利用者Usにとっての温熱感の許容範囲を逸脱する可能性がある。要するに、利用者Usに当たる覚醒気流Fsの風速によっては、利用者Usにとっての体感温度が、低すぎる場合、あるいは高すぎる場合が生じる可能性がある。したがって、覚醒気流Fsの風速の最大値および稼働期間は、作業空間Esの気温に応じて調節することが望ましい。一般的に、気温が低いほど風速の最大値は小さくし、稼働期間を短くすることが望ましいと言える。また、気温が高い場合には、風速の最大値を大きくし、稼働期間を長くすることによって、体感温度を下げることに寄与する。このような制御を行うために、センサ50が室内の温度を監視し、処理部22は、センサ50が計測した温度に応じて、記憶部21から制御用の情報を抽出すればよい。
上述したように、覚醒気流Fsおよび微気流Fwを生成するように送風機11に指示するための情報(第1期間情報、第2期間情報、速度情報)は記憶部21が記憶している必要がある。これらの情報は、ROM(Read Only Memory)で構成された記憶部21にあらかじめ記憶させておいてもよいが、操作器40から入力部24を通して記憶部21に与えるようにしてもよい。
操作器40は、制御装置20に専用に設けることが可能であるが、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータなどから選択される端末装置を操作器40として用いてもよい。端末装置を操作器40として用いると、操作器40に情報を記憶させておき、必要に応じて記憶部21に転送することによって、上述した制御を行うことが可能になる。
また、覚醒気流Fsおよび微気流Fwは、利用者Usの特定の部位に当てることが必要であるから、送風機11が生成する気流の向きを調節する必要がある。そのため、制御装置20は、初期設定の期間において、送風機11から利用者の様々な部位に風が当たるように送風機11を制御する。一方、利用者Usは操作器40を用いて、送風機11からの風が利用者の特定部位に当たったことを制御装置20に通知する。処理部22は、操作器40から通知された時点に基づいて、送風機11が生成した気流の向きに対応する制御情報を記憶部21に記憶させる。
このような初期設定を行うことにより、覚醒気流Fsおよび微気流Fwが利用者Usに対して適正な部位に当たるように、送風機11からの気流の向きを調節することが可能になる。すなわち、処理部22は、覚醒気流Fsおよび微気流Fwが利用者Usの所定部位に当たるように、覚醒気流Fsおよび微気流Fwを形成する部位を、送風機11の動作内容として定める。処理部22が定めた動作内容は、指示部23を通して送風機11に指示され、送風機11は、指示部23からの指示に応じて気流の向きを制御する。すなわち、利用者Usの特定部位に覚醒気流Fsおよび微気流Fwが当たるように送風機11が制御される。
ここで、覚醒気流Fsおよび微気流Fwは、利用者Usの目が乾かないように、利用者Usの顔面に当たらないように、送風機11の位置を設定することが望ましい。送風機11の位置は、望ましくは斜め後方とし、椅子などに気流が遮られないようにする。
本実施形態の環境制御システムを用いる際には、利用者Usが知的作業を開始する時点で、制御装置20が環境形成装置10の制御を開始する必要がある。制御装置20が環境形成装置10の制御を開始する時点は、利用者Usが操作器40から指示してもよいが、利用者Usを監視するカメラあるいは利用者Usを監視するセンサを用いて、利用者Usが所定位置で着座したことを検出してもよい。
ところで、制御装置20が環境形成装置10の制御を開始してから所定の期間(15分から20分程度)は利用者Usの集中度は維持されると考えられる。したがって、制御装置20が環境形成装置10の制御を開始してから所定の期間は覚醒気流を生成せず、この期間が経過した後に上述した動作を行うようにしてもよい。また、制御装置20が環境形成装置10の制御を開始してから所定の期間内では、基準期間を時間経過に伴って短縮するように制御し、所定の期間が経過した後に基準期間を一定にしてもよい。
上述した制御装置20は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えるデバイスを主なハードウェア要素として備える。この種のデバイスは、メモリを一体に備えるマイコン(microcontroller)、あるいはメモリを別に設けるマイクロプロセッサなどが用いられる。すなわち、制御装置20は、コンピュータを用いて構成される。プログラムは、このコンピュータを、以下に説明する制御装置20として機能させるために用いられる。このプログラムは、ROM(Read Only Memory)にあらかじめ記憶させておくほか、コンピュータで読取可能な光ディスクのような記録媒体で提供されるか、インターネットのような電気通信網を通して提供される。
(集中度)
ところで、本実施形態では「集中度」という用語を用いているが、「集中度」という用語は、明確に定義されていることが少ない。集中度を定量化して扱う場合は、たとえば、以下に説明する集中時間比率を指標に用いることが可能である。集中時間比率は、人が知的作業を行った場合に、作業時間に対して集中の状態であった時間の比率を意味する。
集中時間比率の概念は、人が知的作業を実施している期間において、認知資源を作業の対象に割り当てている状態と、認知資源を作業の対象に割り当てていない状態とを含むモデルに基づいている。このモデルにおいて、認知資源を対象に割り当てて作業が進行している状態を「作業状態」とし、認知資源を対象に割り当てず長期間にわたって休息をとっている状態を「長期休息」と呼ぶ。また、認知資源を対象に割り当てているが無意識に作業の処理が短時間停止している状態を「短期休息」と呼ぶ。「短期休息」の状態は、「作業状態」である期間に、一定の確率で生理的に発生することが知られている。
「作業状態」と「短期休息」とは、認知資源を対象に割り当てている状態であるから、集中の状態とみなされ、「長期休息」は、認知資源を対象に割り当てていない状態であるから、非集中の状態とみなされる。したがって、「作業状態」と「短期休息」と「長期休息」との3状態、あるいは「作業状態」および「短期休息」と「長期休息」との2状態を分離すると、集中度を定量化できることがわかる。
ここでは、集中度をリアルタイムで計測する技術ではなく、所定期間のうちで集中の状態であった期間を求める技術について説明する。この場合、たとえば、集中度を計測する被験者に対して、難易度のばらつきが少ない多数の問題を提示し、被験者が問題の回答に要した時間(回答時間)を全問について計測する。次に、図6に示すように、回答時間の区分ごとに度数を求めてヒストグラムを生成する。上述したモデルを採用した場合、このヒストグラムは、集中の状態と非集中の状態とを重ね合わせた結果を表していると推定される。
適切な問題を与えた場合、このヒストグラムは2つ以上のピークを持つ形状になるという実験結果が得られている。すなわち、ヒストグラムには2個以上の山形領域が生じることになる。回答時間が最短であるピークを含む山形領域は、「作業状態」と「短期休息」とを混合した状態を表し、他のピークを含む山形領域は、「作業状態」と「短期休息」と「長期休息」とを混合した状態を表していると解釈される。これは、集中している状態であっても、問題の難易度のばらつきによっては、回答時間が長くなる可能性があるからである。
ここで、問題の難易度が一定である理想的な状態を想定すると、ヒストグラムに現れる山形領域は、回答時間tの関数として、対数正規分布の確率密度関数f(t)で近似できると推定される。ただし、現実的には問題の難易度のばらつきを完全に排除することはできない。そこで、2つの山形領域のうち回答時間が最短である山形領域について、ピークよりも回答時間の短い部位とピーク付近の部位のみが対数正規分布の確率密度関数f(x)に合致すると解釈する。そして、この部位を近似するように確率密度関数f(x)のパラメータ(期待値と分散))を決定する。
確率密度関数f(x)のパラメータが決定されると、回答時間の期待値を求めることが可能になる。求めた期待値に全問題数を乗じた結果は、被験者が問題に着手してから終了するまでの総時間(総回答時間)のうち、集中の状態であった時間と解釈することが可能である。また、総回答時間から、集中の状態であった時間を減算した時間を、非集中の状態であった時間と解釈することができる。そこで、総回答時間に対する集中の状態であった時間の時間比を集中時間比率とし、この集中時間比率が大きいほど集中度が高いと判断する。
上述した集中時間比率は、集中度の指標の一例であり、集中度は後述する他の指標を用いて定量化することが可能である。とくに、集中時間比率を求めるには、被験者に多数の問題を与えて回答させるという作業が必要であり、作業中に集中度の指標を得ることが困難である。そのため、集中度に応じて環境形成装置10(図1参照)を制御するには、集中時間比率と等価な集中度の指標を他の技術で計測することが必要である。
ところで、被験者に比較的長い時間(たとえば、3時間)にわたって問題を与え続けた場合、作業環境に変化を与えなければ、比較的短い期間(たとえば、1〜10分)ごとの集中度は、図7に示す特性C1のように変動するという知見が得られている。つまり、知的作業が比較的長い時間にわたって継続する場合、集中度は、20〜40分の期間ごとに増減を繰り返すように変動する。要するに、継続して知的作業を行うと、集中度は、時間の経過に伴って、高い状態から低下し、その後、回復して上昇し、再び低下するというように、増減を繰り返す特性を有している。集中度が変動する期間には、個人差があり、また集中度が変動する期間は様々な要因によって変化する。上述のような時間の経過に伴う集中度の変動に着目すると、知的作業の作業効率を高めるには、集中度の低下を抑制すればよいと言える。
本実施形態のように、覚醒気流と微気流とが作業空間Esに生成されるように環境形成装置10を制御した場合、図7に特性C2で示すように、集中度の低下を抑制することが可能になった。すなわち、環境形成装置10の動作により集中度が維持ないし向上されることによって、比較的長い時間にわたって利用者の集中度が大きく低下することが防止された。すなわち、覚醒気流と微気流とを組み合わせて用いると、集中度の低下が抑制される結果、作業効率の向上が期待できる。なお、覚醒気流のみを用いても集中度の低下は抑制される。
なお、本実施形態のように覚醒気流と微気流とを用いる技術を採用した場合と、覚醒気流および微気流を用いない場合とについて、集中度を計測したところ、本実施形態の技術によって集中度が12%程度向上するという結果が得られた。
上述した本実施形態の環境制御システムは、環境形成装置10と制御装置20とを備える。環境形成装置10は、作業空間に気流を形成する機能を有する。制御装置20は、作業空間Esに存在する利用者Usの意識集中の程度である集中度を維持または向上させるように環境形成装置10の動作を制御する。制御装置20は、記憶部21と処理部22と指示部23とを備える。記憶部21は、利用者Usの集中度を復帰させる覚醒気流Fsを形成するように環境形成装置10の稼働期間Tsを定める第1期間情報、稼働期間Tsよりも長い基準期間Twを定める第2期間情報、および覚醒気流Fsの風速を定める速度情報とを記憶する。処理部22は、第1期間情報と第2期間情報と速度情報とに基づいて環境形成装置10の動作内容を定める。指示部23は、処理部22が定めた動作内容を環境形成装置10に指示する。基準期間Twは、稼働期間Tsが1回以上含まれるように定められている。
この構成によれば、覚醒気流Fsを利用者Usに当てることによって、気流だけで利用者Usの集中度の維持または向上が可能になる。
制御装置20は、操作入力による入力情報を受け取る入力部24を備えることが望ましい。この場合、記憶部21は、入力情報に含まれている第1期間情報と第2期間情報と速度情報とを記憶する。
この構成によれば、環境形成装置10を制御する情報を入力情報として与えることが可能になる。
処理部22は、覚醒気流Fsが利用者Usの所定部位に当たるように、作業空間Esにおいて覚醒気流Fsを形成する部位を環境形成装置10の動作内容として定めることが望ましい。
この構成によれば、たとえば、覚醒気流Fsが利用者Usの上半身にのみ当たるように定めることが可能になる。
稼働期間Tsは3秒以上60秒以下の範囲から選択され、基準期間Twは5分以上40分以下の範囲から選択され、風速の最大値は0.5[m/s]以上2[m/s]以下の範囲から選択されることが望ましい。
覚醒気流Fsに関する条件をこの範囲において選択することによって、適正な刺激を利用者Usに与えることが可能になる。
記憶部21は、覚醒気流Fsの風速に対して2分の1以下の風速である微気流Fwの風速を含む環境情報を記憶していることが望ましい。この場合、処理部22は、第1期間情報と第2期間情報と環境情報とに基づいて、少なくとも覚醒気流Fsが停止している期間において微気流Fwが生じるように環境形成装置10の動作内容を定める。さらに、処理部22は、微気流Fwが利用者Usに当たるように、作業空間Esにおいて微気流Fwを形成する部位を環境形成装置10の動作内容として定めることが望ましい。
この構成によれば、微気流によって利用者Usの周囲の温度境界層を薄くすることが可能になり、結果的に覚醒気流Fsによる集中度の低下抑制の効果を高めることになる。
ここに、環境形成装置10は、作業空間Esに気流を形成する送風機11であることが望ましい。すなわち、覚醒気流Fsおよび微気流Fwは利用者Usに当てるように生成されるから、送風機11を用いて気流を形成すると、利用者Usの特定部位に当たる気流を生成する制御が容易に行える。
(実施形態2)
実施形態1では、作業空間Esにおいて覚醒気流および微気流が生成されるように環境形成装置10を制御する例を説明した。覚醒気流および微気流は、ともに利用者Usの特定部位(上半身および頭部の近辺)に当てるように生成される。本実施形態では、作業空間Esにおいて、利用者Usに当てない環境気流を形成する構成例について説明する。本実施形態の構成は、図2に示した実施形態1の構成と同様である。
環境気流を形成する期間は微気流と同様であり、環境気流の風速は覚醒気流の風速以下であればよい。また、微気流は利用者Usに当たるように風向が制御されているが、環境気流は利用者Usに当たらないように風向が制御される。すなわち、環境気流を生成する期間は微気流と同様であり、環境気流の風速は微気流の風速とは異なり、また、微気流が利用者Usに当たるのに対して、環境気流は利用者Usに当たらない点が相違している。環境気流は、望ましくは、利用者Usの近傍で上方に向かうように形成する。なお、環境形成装置10として作業空間Esの上部に配置されたエアコンを採用する場合には、環境気流は下方に向かうように形成される。環境気流を形成するための情報は、周囲情報として記憶部21が記憶する。したがって、処理部22は、周囲情報を用いて環境形成装置10が環境気流を生成するように動作内容を定める。
環境形成装置10を用いて環境気流とを形成すると、環境気流によって室内の空気が攪拌されるから、作業空間Esの空気の淀みが解消され、また、作業空間Esの温度分布の偏りが抑制される。とくに、作業空間Esの気温が比較的高い場合には、微気流によって頭寒足熱の効果が期待できるが、作業空間Esの気温が比較的低い場合には、利用者Usに微気流を当てると、利用者Usの体感温度が低下して集中度が低下する可能性がある。このような場合に、環境気流を形成すれば、作業空間Esの空気が攪拌され、利用者Usの周囲の空気の淀みが少なくなり、覚醒気流による刺激を確保しやすくなるという効果が期待できる。本実施形態の他の構成および動作は実施形態1と同様である。
本実施形態の環境制御システムでは、記憶部21が、覚醒気流の風速以下の風速である環境気流の風速を含む周囲情報を記憶している。この場合、処理部22は、第1期間情報と第2期間情報と周囲情報とに基づいて、少なくとも覚醒気流Fsが停止している期間において環境気流が生じるように環境形成装置10の動作内容を定める。さらに、処理部22は、環境気流が利用者Usに当たらないように、作業空間Esにおいて環境気流を形成する部位を環境形成装置10の動作内容として定める。
この構成によれば、環境気流によって作業空間Esの空気が攪拌され、作業空間Esにおける空気の淀みが抑制され、結果的に利用者Usの集中力の維持または向上に寄与することが期待できる。
(実施形態3)
本実施形態は、覚醒気流と微気流と環境気流との3種類の気流を用いる例であって、図8に示すように、図2に示した実施形態1の構成に選択部27を付加している。本実施形態の処理部22は、微気流を用いる第1動作状態と、環境気流を用いる第2動作状態とが選択可能であり、選択部27は、第1動作状態と第2動作状態とを選択するように構成されている。
選択部27は、操作器40からの操作入力によって第1動作状態と第2動作状態とを切り替えることが可能であるが、センサ50が作業空間Esの気温を監視する場合には、センサ50が計測した温度に応じて第1動作状態と第2動作状態とを選択してもよい。センサ50が計測した温度に応じて選択部27が第1動作状態と第2動作状態とを切り替える場合に、記憶部21に記憶させる情報の例を表1に示す。
Figure 2016171840
表1に示す例では、気温が24[℃]未満であるときに第1動作状態が選択され、気温が24[℃]以上であるときに第2動作状態が選択されるように、記憶部21の情報が定められている。第1動作状態は、覚醒気流と環境気流とを組み合わせて用いる動作状態であり、第2動作状態は、覚醒気流と微気流とを組み合わせて用いる動作状態である。すなわち、微気流による体感温度の低下により利用者Usが寒いと感じる場合には、微気流ではなく環境気流を生成し、逆に環境気流では利用者Usが暑いと感じる場合には、微気流を生成することにより体感温度を下げることになる。
本実施形態のように、微気流と環境気流とを適宜に組み合わせることによって、利用者Usにとって快適な環境が形成され、結果的に集中度の維持または向上を実現することが可能になる。本実施形態の他の構成および動作は上述した実施形態と同様である。
上述した本実施形態の環境制御システムでは、記憶部21は、覚醒気流Fsの風速に対して2分の1以下の風速である微気流Fwの風速を含む環境情報と、覚醒気流Fsの風速以下の風速である環境気流の風速を含む周囲情報とを記憶している。処理部22は、第1動作状態と第2動作状態とが選択可能であり、制御装置20は、第1動作状態と第2動作状態とを選択する選択部27を備える。第1動作状態では、処理部22は、第1期間情報と第2期間情報と環境情報とに基づいて、少なくとも覚醒気流Fsが停止している期間において微気流Fwが生じるように環境形成装置10の動作内容を定める。また、第1動作状態では、処理部22は、微気流Fwが利用者Usに当たるように、作業空間において微気流Fwを形成する部位を環境形成装置10の動作内容として定める。第2動作状態では、処理部22は、第1期間情報と第2期間情報と周囲情報とに基づいて、少なくとも覚醒気流Fsが停止している期間において環境気流が生じるように環境形成装置10の動作内容を定める。また、第2動作状態では、処理部22は、環境気流が利用者に当たらないように、作業空間Esにおいて環境気流を形成する部位を環境形成装置10の動作内容として定める。
この構成によれば、作業空間Esの気温などに応じて第1動作状態と第2動作状態とを選択することができるから、利用者Usは快適な環境で集中度を維持または向上させることが可能になる。
(実施形態4)
本実施形態は、図9に示すように、集中度を計測するための計測装置30を図2に示した実施形態1の構成に付加した構成を有している。計測装置30は図1のように利用者Usの集中度に関すデータを計測するように配置され、計測装置30が計測したデータは取得部26を通して処理部22に与えられる。処理部22は、計測装置30が計測したデータに基づいて集中度を評価し、評価結果により環境形成装置10の動作内容を決める。
処理部22は、集中度が極大である状態から所定の閾値だけ低下したタイミングで、覚醒気流を生成するように環境形成装置10の動作内容を決める。処理部22は、覚醒気流を生成するように環境形成装置10の動作内容を決めるタイミングとして、集中度が所定の基準値まで低下した時点を採用することが可能である。あるいはまた、処理部22は、集中度が低下する際の変化率を算出し、算出した変化率を所定範囲と比較することによって、環境形成装置10に覚醒気流を生成させるタイミングとして、集中度の低下が急激になった時点を採用してもよい。
計測装置30は、利用者に非侵襲(non-invasive)で集中度を監視し、かつ集中度の変化を比較的短い時間間隔(たとえば、1〜10分)で検出する必要がある。計測装置30は、非侵襲であるだけではなく非接触であることが望ましいが、ヘッドバンドやリストバンドのように利用者に接触する構成を含んでいてもよい。
計測装置30としては、たとえば、利用者を撮像するカメラが用いられる。取得部26は、カメラで撮像した利用者の画像を用いて、体動、姿勢、瞳孔径、まばたきの頻度などの情報を取得し、処理部22は、これらの情報を単独または組み合わせて用いることにより、集中度の評価値を求める。ここに、処理部22は、これらの情報と上述した集中時間比率との関係を対応付けてルックアップテーブル(記憶部21)に登録するように構成される。処理部22は、集中度を評価する際には、取得部26から得た情報をルックアップテーブルと照合して集中時間比率に変換することにより集中度を定量化する。
なお、上述のように、カメラで撮像した画像から得られる情報を集中時間比率に変換する技術は、集中度を定量化する技術の一例であって、計測装置30は、集中度の目安となる情報であれば他の情報を監視する構成であってもよい。たとえば、計測装置30は、利用者の特定部位における皮膚温度の変化をサーモグラフで検出する構成、脳波あるいは脳波以外の生体電流を検出する構成であってもよい。
処理部22は、評価した集中度に応じて、環境形成装置10の動作内容を、たとえば以下のように決定する。環境形成装置10として送風機11を用いる場合であって、処理部22が集中度の維持あるいは向上を図るタイミングになったと判断したとき、処理部22は、覚醒気流が生成されるように送風機11の動作内容を決める。
ところで、センサ50は、空気環境のうち空気中の物質の濃度を計測する構成であってもよい。この場合、記憶部21には、センサ50が計測する物質の濃度に対する目標値があらかじめ定められ、処理部22は、取得部26を通して取得した物質の濃度を目標値と比較することによって、環境形成装置10の動作内容を定める。
空気中の物質の濃度は、空気質と呼ばれ、空気質には、二酸化炭素濃度、酸素濃度、相対湿度(水蒸気濃度)、臭気成分(揮発成分:アルデヒド類、VOCなども含む)、塵埃などの各種の環境要素が含まれる。センサ50は、空気質に含まれる環境要素のうちで着目する環境要素を計測し、処理部22は、センサ50が計測した環境要素の濃度に対する目標値を用いて環境形成装置10の動作を制御する。目標値は、利用者の集中度が低下するか上昇する値を実測値に基づいて統計的に定めればよい。
ここでは、処理部22は、集中度を維持または向上させるように環境形成装置10を動作させている期間に、センサ50で計測している環境要素が目標値に達すると、環境形成装置10の動作を元の状態に復帰させるように構成される。たとえば、着目する環境要素を二酸化炭素の濃度とする場合、目標値は400ppmなどに設定される。
この場合、集中度を維持または向上させるために、作業空間への外部の空気の導入量を増加させるように換気扇12を動作させている間に、二酸化炭素の濃度が400ppmまで低下すると、換気扇12を元の動作に復帰させるという動作になる。
ところで、環境形成装置10の動作を時計部25が計時する時間の経過に応じて制御する構成において、センサ50で計測する環境要素について設定した目標値を適用する場合には、以下の例のような動作が可能である。いま、環境形成装置10が換気扇12であり、着目する環境要素が二酸化炭素の濃度であって、目標値が400ppmである場合を想定する。この目標値は、室内の標準的な二酸化炭素の濃度に対して3分の2以下、望ましくは2分の1以下に設定される。すなわち、目標値は、700ppm以下、望ましくは500ppm以下に設定される。また、以下に説明する例では、知的作業の開始から25分が経過すると集中度が低下し始めると仮定する。
この場合、処理部22は、知的作業の開始から25分が経過した時点で、換気扇12を強(高速)で運転させることにより、集中度の維持あるいは向上を図る。その後、処理部22は、たとえば、センサ50で計測される二酸化炭素の濃度が目標値である400ppmに達してから10分間が経過するまで待ち、換気扇12を元の状態に復帰させる。
利用者に覚醒気流を当てることにより利用者を刺激する場合は、送風機11を制御した直後に利用者の集中度に変化が生じる。一方、換気扇12を用いて室内の空気質を調節する場合は、換気扇12の動作が開始されてから室内の空気質が所要の程度に改善されるまでの時間は比較的長時間(たとえば、20分間)になる。そのため、集中度の低下が見込まれる時間帯に対して、室内の空気質が所要の程度に改善されるまでに要する時間だけ先行して換気扇12の運転を開始してもよい。
なお、環境形成装置10が換気扇12のように回転型のモータを動力源とする場合、目標値をモータの回転数によって定めるようにしてもよい。つまり、センサ50を用いることなく、モータの回転数を目標値に用いて換気扇12の動作を復帰させるタイミングを定めるようにしてもよい。
さらに、処理部22は、集中度に応じて、環境形成装置10の動作を異ならせるように構成されていてもよい。たとえば、集中度を複数段階に分け、段階ごとに気流の速度あるいは目標値などを変更するようにしてもよい。さらには、サーカディアンリズムのような生体リズムを考慮し、時間帯に応じて環境形成装置10の動作を変更する構成を採用してもよい。
上述した本実施形態の環境制御システムは、作業空間における利用者の集中度を計測する計測装置30を備える。この構成において、制御装置20は、計測装置30が計測した集中度を維持または向上させるように環境形成装置10の動作を制御する。
この環境制御システムは、利用者の集中度を計測装置30で監視してフィードバック制御を行うから、集中度を維持ないし向上させる適切なタイミングで、環境形成装置10を制御することが可能になる。
また、制御装置20は、時間を計時する時計部25を備えていてもよい。この構成において、制御装置20は、時計部25が計時した時間と利用者の集中度との関係を用いることにより、時計部25が計時する時間に応じて、集中度を維持または向上させるように環境形成装置10の動作を制御する。
この環境制御システムは、経過時間と利用者の集中度との関係を用いてオープン制御を行うから、計測装置30を用いることなく、簡単な構成で実現することができる。
環境制御システムは、作業空間の空気質について着目する環境要素を計測するセンサ50を備えていてもよい。この構成では、制御装置20は、センサ50が計測する環境要素について設定された目標値が達成されるように、環境形成装置10の動作を制御する。
この環境制御システムは、作業空間の空気質を考慮して環境形成装置10の動作を制御するから、二酸化炭素の濃度、においのように集中度に作用する空気質を改善することによって、集中度の維持ないし向上を図ることができる。
環境形成装置10は、換気装置であり、センサ50は、環境要素として二酸化炭素の濃度を計測する構成であってもよい。この構成では、制御装置20は、センサ50により計測される作業空間の二酸化炭素の濃度が、700ppmを超えないように、換気装置を制御することが望ましい。
この環境制御システムは、作業空間における二酸化炭素の濃度が高濃度にならないように調節するから、集中度の低下を抑制し、結果的に集中度の低下を抑制することが可能になる。
なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。
10 環境形成装置
11 送風機
20 制御装置
21 記憶部
22 処理部
23 指示部
24 入力部
25 時計部
27 選択部
30 計測装置
50 センサ
Es 作業空間
Fs 覚醒気流
Fw 微気流
Ts 稼働期間
Tw 基準期間
Us 利用者

Claims (14)

  1. 作業空間に気流を形成する機能を有する環境形成装置と、
    前記作業空間に存在する利用者の意識集中の程度である集中度を維持または向上させるように前記環境形成装置の動作を制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、
    前記利用者の集中度を復帰させる覚醒気流を形成するように前記環境形成装置の稼働期間を定める第1期間情報、前記稼働期間よりも長い基準期間を定める第2期間情報、および前記覚醒気流の風速を定める速度情報とを記憶する記憶部と、
    前記第1期間情報と前記第2期間情報と前記速度情報とに基づいて前記環境形成装置の動作内容を定める処理部と、
    前記処理部が定めた動作内容を前記環境形成装置に指示する指示部とを備え、
    前記基準期間は、前記稼働期間が1回以上含まれるように定められている
    ことを特徴とする環境制御システム。
  2. 前記制御装置は、
    操作入力による入力情報を受け取る入力部をさらに備え、
    前記記憶部は、前記入力情報に含まれている前記第1期間情報と前記第2期間情報と前記速度情報とを記憶する
    請求項1記載の環境制御システム。
  3. 前記処理部は、
    前記覚醒気流が前記利用者の所定部位に当たるように、前記作業空間において前記覚醒気流を形成する部位を前記環境形成装置の動作内容として定める
    請求項1又は2記載の環境制御システム。
  4. 前記稼働期間は3秒以上60秒以下の範囲から選択され、前記基準期間は5分以上40分以下の範囲から選択され、前記風速の最大値は0.5[m/s]以上2[m/s]以下の範囲から選択される
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の環境制御システム。
  5. 前記記憶部は、前記覚醒気流の風速に対して2分の1以下の風速である微気流の風速を含む環境情報をさらに記憶しており、
    前記処理部は、前記第1期間情報と前記第2期間情報と前記環境情報とに基づいて、少なくとも前記覚醒気流が停止している期間において前記微気流が生じるように前記環境形成装置の動作内容を定め、かつ前記微気流が前記利用者に当たるように、前記作業空間において前記微気流を形成する部位を前記環境形成装置の動作内容として定める
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の環境制御システム。
  6. 前記記憶部は、前記覚醒気流の風速以下の風速である環境気流の風速を含む周囲情報をさらに記憶しており、
    前記処理部は、前記第1期間情報と前記第2期間情報と前記周囲情報とに基づいて、少なくとも前記覚醒気流が停止している期間において前記環境気流が生じるように前記環境形成装置の動作内容を定め、かつ前記環境気流が前記利用者に当たらないように、前記作業空間において前記環境気流を形成する部位を前記環境形成装置の動作内容として定める
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の環境制御システム。
  7. 前記記憶部は、前記覚醒気流の風速に対して2分の1以下の風速である微気流の風速を含む環境情報と、前記覚醒気流の風速以下の風速である環境気流の風速を含む周囲情報とをさらに記憶しており、
    前記処理部は、
    前記第1期間情報と前記第2期間情報と前記環境情報とに基づいて、少なくとも前記覚醒気流が停止している期間において前記微気流が生じるように前記環境形成装置の動作内容を定め、かつ前記微気流が前記利用者に当たるように、前記作業空間において前記微気流を形成する部位を前記環境形成装置の動作内容として定める第1動作状態と、
    前記第1期間情報と前記第2期間情報と前記周囲情報とに基づいて、少なくとも前記覚醒気流が停止している期間において前記環境気流が生じるように前記環境形成装置の動作内容を定め、かつ前記環境気流が前記利用者に当たらないように、前記作業空間において前記環境気流を形成する部位を前記環境形成装置の動作内容として定める第2動作状態とが選択可能であり、
    前記制御装置は、
    前記第1動作状態と前記第2動作状態とを選択する選択部をさらに備える
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の環境制御システム。
  8. 前記環境形成装置は、前記作業空間に気流を形成する送風機である
    請求項1〜7のいずれか1項に記載の環境制御システム。
  9. 前記作業空間における前記利用者の前記集中度を計測する計測装置をさらに備え、
    前記制御装置は、
    前記計測装置が計測した前記集中度を維持または向上させるように前記環境形成装置の動作を制御する
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の環境制御システム。
  10. 前記制御装置は、
    時間を計時する時計部をさらに備え、前記時計部が計時した時間と前記利用者の前記集中度との関係を用いることにより、前記時計部が計時する時間に応じて、前記集中度を維持または向上させるように前記環境形成装置の動作を制御する
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の環境制御システム。
  11. 前記作業空間の空気質について着目する環境要素を計測するセンサをさらに備え、
    前記制御装置は、前記センサが計測する前記環境要素について設定された目標値が達成されるように、前記環境形成装置の動作を制御する
    請求項1〜10のいずれか1項に記載の環境制御システム。
  12. 前記環境形成装置は、換気装置であり、
    前記センサは、前記環境要素として二酸化炭素の濃度を計測する構成であって、
    前記制御装置は、
    前記センサにより計測される前記作業空間の二酸化炭素の濃度が、700ppmを超えないように、前記換気装置を制御する
    請求項11記載の環境制御システム。
  13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の環境制御システムに用いられることを特徴とする制御装置。
  14. コンピュータを、請求項1〜12のいずれか1項に記載の環境制御システムに用いる前記制御装置として機能させるためのプログラム。
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