JP2022191850A - 制御装置及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】快適な屋内環境を実現するための技術を向上させる。【解決手段】環境制御装置５０は、屋外の温度及び風速を示す情報を取得する情報取得部と、屋内の空気と屋外の空気とを換気するための窓５の開度と屋外の温度及び風速との対応関係を参照し、情報取得部により取得された情報に基づいて窓５の開度を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、換気設備を制御する制御装置及び制御プログラムに関する。

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（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、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が開示されている。

特開２０１６－２３８１９号公報

多数の人が勤務するオフィスビルなどにおいては、屋内の快適さだけでなく、換気設備の開閉が屋内における人々の活動や換気設備の耐久性などに及ぼす影響などを適切に考慮しつつ自然換気を行う必要があることを本発明者らは課題として認識した。

本開示は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、快適な屋内環境を実現するための技術を向上させることにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様の制御装置は、屋外の温度及び風速を示す情報を取得する情報取得部と、屋内の空気と屋外の空気とを換気するための換気設備の開度と、屋外の温度及び風速との対応関係を参照し、情報取得部により取得された情報に基づいて換気設備の開度を制御する制御部と、を備える。

本開示の別の態様は、制御プログラムである。このプログラムは、コンピュータを、屋外の温度及び風速を示す情報を取得する情報取得部と、屋内の空気と屋外の空気とを換気するための換気設備の開度と、屋外の温度及び風速との対応関係を参照し、情報取得部により取得された情報に基づいて換気設備の開度を制御する制御部と、として機能させる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

実施の形態に係る環境制御システムの構成を示す図である。 実施の形態に係る環境制御システムにより制御される窓の例を示す図である。 実施の形態に係る制御方法の手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る環境制御システムにおける制御基準の例を示す図である。 窓の開度を決定するために参照される開度テーブルの例を示す図である。 実施の形態に係る制御装置の構成を示す図である。

実施の形態に係る環境制御システムは、屋内の空気と屋外の空気とを換気するための換気設備を自動制御する。感染症の蔓延が大きな社会問題となっている中、屋内の空気を適切な頻度で屋外の空気と換気することにより、屋内にいる人から排出されたウイルスや菌などの病原体を屋外に排出し、屋外の新鮮な空気を屋内に取り入れる必要がある。存在する人の数が多い空間ほど、病原体が空気中に排出される可能性が高いので、換気設備を開いて屋内の空気と屋外の空気とを換気する必要性が高いが、屋外の状況によっては、換気設備を開くことにより屋内の空間にいる人に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、実施の形態に係る環境制御システムは、屋外の温度及び風速に応じて、換気設備の開度を制御する。例えば、屋外の温度が低過ぎる場合や高過ぎる場合には、換気設備の開度を小さくし、又は、換気設備を閉じて、屋内の空気の温度変化を抑え、屋外の温度が屋内の温度に近い場合には、換気設備の開度を大きくして、換気の効率を高める。また、屋外の風速が大き過ぎる場合には、換気設備の開度を小さくし、又は、換気設備を閉じて、屋内に強い風が吹き込まないようにし、屋外の風速が小さい場合には、換気設備の開度を大きくして、換気の効率を高める。これにより、屋内への悪影響を抑えつつ、屋内の空気と屋外の空気を適切に換気することができる。

環境制御システムは、上記のような強制的な換気を目的として換気設備を自動制御するだけでなく、エネルギー消費量を抑えながら快適な屋内環境を実現することを目的として、換気設備と、屋内の空気の温度又は湿度を調節するための空調設備とを統括的かつ協調的に自動制御する。環境制御システムは、屋内にいる人が感じる快適さを数値化した指標である快適指数を算出し、算出された快適指数が、屋内にいる人が快適であると感じる範囲内になるように、換気設備と空調設備を制御する。環境制御システムは、屋外の状況が良好であり、外気を屋内に取り入れることによって快適指数が改善されることが期待できるときには、換気設備を開いて外気を屋内に取り入れる。環境制御システムは、雨が降っているとき、風が強いとき、花粉や微小粒子状物質などが多く飛散しているときなど、屋外の状況が良好でないときには、換気設備を閉じて外気を遮断し、空調設備によって屋内の空気を調節する。これにより、換気設備を開放することによる屋内への悪影響を抑えつつ、積極的に外気を利用して屋内の空気を快適に維持することができるので、エネルギー消費量を低減させることができる。

窓などの換気設備は、一般に、モータなどの駆動手段によって機械的に開閉されるので、頻繁に開閉を繰り返すと、劣化を早めたり、故障を生じたりする原因となりうる。また、開閉動作に伴って音が発生するので、屋内にいる人が執務中、会議中、授業中、就寝中などの状況においては、開閉の頻度を低くすることが望まれる。したがって、本実施の形態の環境制御システムは、屋外の状況が良好であって換気設備を開くことができる状況であっても、屋外の状況が悪化することが予想されるときには換気設備を開かない。これにより、換気設備を過度に開閉することによる換気設備や屋内の人への悪影響を抑えつつ、効率良く屋外の空気を取り入れることができる。

屋内の空気の温度や湿度は、屋内の区画された領域ごとに異なりうる。とくに、多数の人が勤務するオフィスビルなどの比較的大規模な建物は、窓などの換気設備が設けられた周辺部の領域と、換気設備が設けられない中心部の領域を含む。換気設備が設けられない領域は、換気設備の開閉による影響を直接的には受けにくいので、換気設備を開放したときに両者の環境の間に大きな差が生じうる。したがって、本実施の形態の環境制御システムは、換気設備が設けられた周辺部の領域と、換気設備が設けられない中心部の領域とで異なる制御基準にしたがって換気設備と空調設備を制御する。

図１は、実施の形態に係る環境制御システムの構成を示す。環境制御システム１は、制御対象のビル２の外壁に設置された換気設備の一例である窓５と、窓５を開閉する換気設備制御装置１１と、ビル２の内部の各領域に設置された空調設備６と、空調設備６を制御する空調設備制御装置１２と、ビル２に設置されたセンサ７と、換気設備制御装置１１及び空調設備制御装置１２を制御する環境制御装置５０と、気象情報などを提供する情報提供サーバ１３と、これらの装置を接続する通信網１０とを備える。

ビル２の屋内は、ビル２の周辺部に位置する領域であるペリメータゾーン３と、ビル２の中心部に位置する領域であるインテリアゾーン４とに分類される。窓５は、ペリメータゾーン３に設置される。空調設備６は、ペリメータゾーン３とインテリアゾーン４の双方に設置される。

センサ７は、屋外に設置された温度センサ、湿度センサ、風向センサ、風速センサ、雨量センサ、気圧センサ、花粉センサ、照度センサ、日射センサなどと、屋内に設置された温度センサ、湿度センサ、照度センサなどを含む。

環境制御装置５０は、センサ７によって検知された、屋外の気温、湿度、風向、風速、雨量、気圧、花粉の飛散量、照度、日射量、屋内の気温、湿度、照度などの情報を取得する。環境制御装置５０は、更に、情報提供サーバ１３から、微小粒子状物質（ＰＭ２．５）、黄砂、花粉などの飛散量や光化学スモッグなどの屋外の空気の質に関する情報、天気予報、気象情報などの公開情報を取得する。全ての情報を情報提供サーバ１３から取得可能である場合は、センサ７は設けられなくてもよい。

環境制御装置５０は、これらの情報に基づいて、ビル２の複数の領域ごとに、リアルタイムに快適指数を算出する。図１には、１つの階層の領域を示すが、ビル２が複数の階層を有する場合は、環境制御装置５０は、複数の階層ごとに快適指数を算出する。環境制御装置５０は、算出された快適指数が、屋内にいる人が快適であると感じる範囲内になるように、換気設備制御装置１１及び空調設備制御装置１２を制御することにより、ビル２に設置された窓５及び空調設備６を統括的かつ協調的に自動制御する。

図２は、実施の形態に係る環境制御システムにより制御される窓の例を示す。図２（ａ）は、窓５が閉じた状態を上方から見た模式図である。ビル２には、開閉可能な窓５だけでなく、開閉不可能な窓８も設けられる。開閉可能な窓５は、開閉不可能な窓８よりも外側に張り出した直角三角形の形状を有する。図２（ｂ）は、窓５が開かれた状態を上方から見た模式図である。窓５は、外壁に直交する辺に設けられた開閉部９が回転することにより開かれる。このような構造を採用することにより、ビル２の外壁に沿って吹くビル風を効率的に屋内に取り入れることができる。また、通常の窓と異なり、開閉部９が回転することによって生じた開口から直接屋内に風が吹き込まないような構造になっているので、屋内に吹き込んだ風によって書類などが飛ばされたり埃が舞ったりするのを抑えることができる。図１及び図２には、斜辺が同じ方向に揃った複数の窓５が設けられる例を示すが、左右反転した窓５が混在していてもよい。この場合、屋内から屋外へ向かって左向きに開口する窓と右向きに開口する窓が混在するので、環境制御装置５０は、屋外の風速又は風向に応じて開放する窓５を決定してもよい。例えば、所定値よりも風速が速いときには、風向と逆方向に開口する窓５を開き、所定値よりも風速が遅いときには、風向と同方向に開口する窓５を開いてもよい。これにより、風が弱いときに、効率的に外気を屋内に取り込むことができる。また、風が強いときに、風による屋内への影響を軽減させることができる。窓５は、一般的な横引き窓、引き違い窓、開き窓、ルーバー窓などであってもよいし、その他の任意の開閉方法の窓であってもよいし、任意の形状の窓であってもよい。

図３は、実施の形態に係る制御方法の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０において、環境制御装置５０は、曜日や時間帯などの所定の期間に応じて動作モードを設定する。本実施の形態の環境制御システム１は、オフィスビルを制御対象としているので、制御対象のビル２に入居している企業の勤務体系に応じて、ビル２内にいる人の数やビル２内の状況などが大きく時間変化する。したがって、環境制御装置５０は、企業の勤務体系に合わせて複数の動作モードを設定可能とする。本実施の形態では、勤務時間である「平日昼間」と、勤務時間の後に一部の人が残業する時間帯である「残業時間」と、残業時間の終了後でほとんど人がいない時間帯である「夜間」と、勤務前の準備のための時間帯である「明方」と、終日ほとんど人がいない「休日」の５つの動作モードが設けられる。

「平日昼間」の動作モードにおいて、環境制御装置５０は、快適指数をリアルタイムに算出し、快適指数が所定の管理範囲内に入るように、窓５などの換気設備と空調設備６とを自動制御する。

「残業時間」の動作モードにおいても、環境制御装置５０は、快適指数が所定の管理範囲内に入るように、窓５と空調設備６とを自動制御する。「残業時間」の動作モードは、「平日昼間」の動作モードと同一であってもよい。残業時間には、勤務時間よりもビル２内にいる人の数が少なくなると考えられるので、快適指数の管理範囲を「平日昼間」の動作モードより広くしてもよい。また、残業時間には、窓５の開閉による騒音の影響が相対的に小さくなると考えられるので、窓５を開くための条件を「平日昼間」の動作モードより緩和してもよい。

「夜間」の動作モードにおいて、環境制御装置５０は、窓５を閉じた状態に維持し、空調設備６をオフにする。真夏の期間中（例えば７月から９月）は、空調設備６の負荷を低減させるために、環境制御装置５０は、外気温度が日中よりも低い早朝に、外気を屋内に取り入れてビル２内の温度を下げる「ナイトパージ機能」を実行する。ナイトパージ機能の詳細は後述する。

「明方」の動作モードにおいて、環境制御装置５０は、勤務時間に向けて、快適指数が所定の管理範囲内に入るように、窓５などの換気設備と空調設備６とを自動制御する。「明方」の動作モードは、「平日昼間」の動作モードと同一であってもよい。明方には、窓５の開閉による騒音の影響が相対的に小さくなると考えられるので、窓５を開くための条件を「平日昼間」の動作モードより緩和してもよい。

「休日」の動作モードにおいて、環境制御装置５０は、窓５を閉じた状態に維持し、空調設備６をオフにする。休日にビル２に出勤した人がいる場合は、手動で窓５又は空調設備６を制御可能としてもよいし、出勤している人がいる領域の窓５及び空調設備６を、「平日昼間」の動作モードと同様に環境制御装置５０に自動制御させてもよい。

制御対象のビル２に複数の企業などが入居している場合は、企業ごとに異なる動作モードが設定されてもよい。曜日や時間帯以外に、時間、日、週、月、季節などの期間ごとに異なる動作モードが設定されてもよい。休日明けの勤務日の「明方」又は「平日昼間」の動作モードの開始時刻を、それ以外の日の「明方」又は「平日昼間」の動作モードの開始時刻よりも早くしてもよい。担当者による動作モードの設定を受け付けてもよい。例えば、暦以外の休日の設定を受け付けてもよい。

所定の期間ごとに異なる動作モードを設定可能とすることにより、ビル２内の状況に応じてより適切な制御基準にしたがって換気設備及び空調設備を自動制御することができる。これにより、自然換気による悪影響及び消費エネルギーを抑えつつ、ビル２内の環境を向上させることができる。

ステップＳ１２において、環境制御装置５０は、センサ７から検知情報を、情報提供サーバ１３から公開情報を、換気設備制御装置１１及び空調設備制御装置１２から機器情報を、それぞれ取得する。

ステップＳ１４において、環境制御装置５０は、ビル２の階層ごと、及び各階層の領域ごとに、快適指数を算出する。快適指数は、例えば、国際標準化機構（International Organization for Standardization：ＩＳＯ）の国際規格ＩＳＯ７７３０によって定められた予測平均温冷感申告（Predicted Mean Vote：ＰＭＶ）であってもよい。ＰＭＶ値は、温冷感を決定する環境側の４要素（気温、湿度、風速、熱放射）と、人体側の２要素（代謝量、着衣量）とに基づいて算出される。ＰＭＶ値は、０を熱的中立状態とし、－３から３の間で人間の温熱快適性を表現する。快適指数は、アメリカ暖房冷凍空調学会（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers：ＡＳＨＲＡＥ）によって定められた標準新有効温度（ＳＥＴ^＊）であってもよい。快適指数は、その他の規格によって定められた指標であってもよいし、環境制御システム１において独自に定められた数式によって算出される指標であってもよい。

快適指数としてＰＭＶ値を算出する場合、環境制御装置５０は、ＰＭＶ値を算出するために使用される気温及び湿度を、センサ７からリアルタイムに取得する。温度や湿度などを検知するためのセンサ７が同一領域に複数設置されている場合は、それらのセンサ７によって測定された値の平均値が使用されてもよい。また、センサ７が設置されていない領域の温度や湿度などの値として、隣接する領域や同一階層の別の領域に設置されているセンサ７によって測定された値が使用されてもよい。

ＰＭＶ値を算出するために使用される、着衣量、代謝量、外部仕事量、平均放射温度、及び気流速度は、時間変化量が小さいと考えられるので、これらの値として予め設定された固定値が使用されてもよい。固定値は、所定期間ごと、例えば、時間ごと、日ごと、週ごと、月ごと、季節ごとに設定されてもよい。例えば、勤務開始時刻の代謝量がより大きく設定されてもよい。固定値は、ビル２の階層ごと又は領域ごとに設定されてもよい。例えば、ペリメータゾーン３とインテリアゾーン４とで異なる固定値が設定されてもよい。また、窓５が設けられている領域と、窓５が設けられていない領域とで異なる固定値が設定されてもよい。この場合、窓５が設けられているペリメータゾーン３と、窓が設けられていないインテリアゾーン４とで異なる算出基準にしたがって快適指数が算出される。これにより、ペリメータゾーン３とインテリアゾーン４の環境の差を精確に評価して、窓５と空調設備６を制御することができる。

各領域の広さ、高さ、形状、容積、内装材の種類などや、各領域に設置されている機器や設備などの種類、数、位置などや、各領域に存在する人の数、属性、行動などに応じて固定値が設定されてもよい。固定値は、各領域の状況の変化に合わせて手動又は自動で変更されてもよい。例えば、出勤時刻前の外気温に基づいて、その日の着衣量が算出されてもよい。また、担当者が各領域にいる人の着衣量を目視で確認して、その日の着衣量を環境制御装置５０に入力してもよい。これらの変数の値がリアルタイムに変更されてもよい。例えば、各領域に設置されたカメラによって撮影された画像を環境制御装置５０が解析することにより、着衣量、代謝量、外部仕事量などが取得されてもよい。平均放射温度や気流速度の値として、センサ７によって検知された測定値が使用されてもよい。

ステップＳ１６において、環境制御装置５０は、屋外の天候を確認する。環境制御装置５０は、センサ７から取得した検知情報を参照して、屋外の天候が、窓５の開放が禁止される所定の条件に合致するか確認する。所定の条件は、例えば、風速、雨量、降雹に関する条件である。

環境制御装置５０は、風速センサから取得した所定時間（例えば３秒）ごとの風速の測定値に基づいて、所定期間（例えば１０分間）における風速の平均値を算出し、風速の平均値が所定値（例えば３ｍ／ｓ）以上になったときに、窓５の開放を禁止し、窓５が開いていれば窓５を閉じる。環境制御装置５０は、瞬時風速が所定値（例えば８ｍ／ｓ）を超えた回数が、所定期間（例えば１０分間）中に所定回数（例えば３回）になったときに、窓５の開放を禁止し、窓５が開いていれば窓５を閉じる。環境制御装置５０は、風速が所定値（例えば１ｍ／ｓ）以下である状態が所定期間（例えば１時間）継続するまで窓５の開放を禁止する。環境制御装置５０は、風速が所定値以下である状態が所定期間以上継続すると、窓５の開放の禁止を解除し、通常動作に戻る。

環境制御装置５０は、雨量センサから取得した所定時間（例えば１秒）ごとの雨量の測定値が、所定回数（例えば３回）以上所定値（例えば１ｍｍ）以上になったときに、窓５の開放を禁止し、窓５が開いていれば窓５を閉じる。環境制御装置５０は、雨量が所定値（例えば０ｍｍ）以下である状態が所定期間（例えば３０分間）継続するまで窓５の開放を禁止する。環境制御装置５０は、雨量が所定値以下である状態が所定期間以上継続すると、窓５の開放の禁止を解除し、通常動作に戻る。

環境制御装置５０は、降雹センサから取得した所定時間（例えば１秒）ごとの降雹の検知回数が、所定期間（例えば１０秒間）に所定回数（例えば１回）以上になったときに、窓５の開放を禁止し、窓５が開いていれば窓５を閉じる。環境制御装置５０は、降雹の検知回数が所定値（例えば０回）以下である状態が所定期間（例えば３０分間）継続するまで窓５の開放を禁止する。環境制御装置５０は、降雹の検知回数が所定値以下である状態が所定期間継続すると、窓５の開放の禁止を解除し、通常動作に戻る。

窓５が、例えば横滑り窓など、風、雨、雹などが屋内に入りにくい形状を有している場合、環境制御装置５０は、風速、降雨、降雹などに基づいて窓５の開放を禁止しなくてもよい。また、屋外の風速が所定値未満である場合、環境制御装置５０は、降雨や降雹などに基づいて窓５の開放を禁止しなくてもよい。

ステップＳ１８において、環境制御装置５０は、屋外の空気の質を確認する。環境制御装置５０は、センサ７から取得した検知情報や、情報提供サーバ１３から取得した公開情報を参照して、空気の質が、窓５の開放が禁止される所定の条件に合致するか確認する。所定の条件は、例えば、花粉、ＰＭ２．５に関する条件である。

環境制御装置５０は、花粉センサから取得した所定時間（例えば１秒）ごとの花粉の量の測定値が、所定回数（例えば３回）以上所定値（例えば５０個／ｃｍ^３）以上になったときに、窓５の開放を禁止し、窓５が開いていれば窓５を閉じる。環境制御装置５０は、花粉の量が所定値（例えば５０個／ｃｍ^３）未満である状態が所定期間（例えば１時間）継続するまで窓５の開放を禁止する。環境制御装置５０は、花粉の量が所定値未満である状態が所定期間継続すると、窓５の開放の禁止を解除し、通常動作に戻る。

環境制御装置５０は、情報提供サーバ１３から取得したＰＭ２．５の量が、所定値（例えば３５μｇ／ｍ^３）であったときに、窓５の開放を禁止し、窓５が開いていれば窓５を閉じる。環境制御装置５０は、ＰＭ２．５の量が所定値（例えば３５μｇ／ｍ^３）未満である状態が所定期間（例えば１時間）継続するまで窓５の開放を禁止する。環境制御装置５０は、ＰＭ２．５の量が所定値未満である状態が所定期間継続すると、窓５の開放の禁止を解除し、通常動作に戻る。

高層階に設置された窓５については、環境制御装置５０は、屋外の空気の質に基づいて窓５の開放を禁止しなくてもよい。また、屋外の風速が所定値未満である場合、環境制御装置５０は、屋外の空気の質に基づいて窓５の開放を禁止しなくてもよい。環境制御装置５０は、高層階用の別のセンサにより窓の開放を禁止してもよい。

ステップＳ２０において、環境制御装置５０は、情報提供サーバ１３から取得した公開情報を確認する。環境制御装置５０は、情報提供サーバ１３から取得した公開情報を参照して、屋外の天候が悪化することが予想されるために窓５の開放が禁止される所定の条件に合致するか確認する。所定の条件は、例えば、降水確率、雨量予測に関する条件である。

環境制御装置５０は、所定時間（例えば１時間）後の降水確率が所定値（例えば５０％）以上であるときに、窓５の開放を禁止し、窓５が開いていれば窓５を閉じる。環境制御装置５０は、降水確率が所定値（例えば５０％）未満になるまで窓５の開放を禁止する。環境制御装置５０は、降水確率が所定値未満になると、窓５の開放の禁止を解除し、通常動作に戻る。

環境制御装置５０は、所定時間（例えば１時間）後の予測雨量が所定値（例えば１０ｍｍ）以上であるときに、窓５の開放を禁止し、窓５が開いていれば窓５を閉じる。環境制御装置５０は、予測雨量が所定値（例えば１０ｍｍ）未満になるまで窓５の開放を禁止する。環境制御装置５０は、降水確率が所定値未満になると、窓５の開放の禁止を解除し、通常動作に戻る。

窓５の開放を禁止する条件は、窓５の形状や位置などに応じて個別に設定されてもよい。また、窓５の開放を禁止する条件は、屋外の風速や風向などに応じて設定されてもよい。

ステップＳ２２において、環境制御装置５０は、屋内外の状況を参照し、窓５を開閉するための所定の条件に合致するか確認する。環境制御装置５０は、ステップＳ１０において設定された動作モードにおいて窓５の開放が禁止されている場合、及び、ステップＳ１６、Ｓ１８、Ｓ２０において窓５の開放が禁止された場合は、窓５の自動制御を実施しない（Ｓ２２のＮ）。屋外の状況が良好でないときには窓５を閉じることにより、外気による屋内への悪影響を抑えることができる。また、屋外の状況が悪化する可能性があるときには窓５を開放しないことにより、過度の開閉による窓５を駆動する機構や屋内の人への悪影響を抑えることができる。環境制御装置５０は、窓５の開放が禁止されていない場合は、制御基準にしたがって窓５及び空調設備６の制御内容を判定する。

図４は、本実施の形態に係る環境制御システムにおける制御基準の例を示す。制御基準Ａは、真冬を除く季節（例えば２月から１１月まで）に適用される。制御基準Ｂは、真冬を除く季節（例えば２月から１１月まで）において窓５の開放が禁止されているときに適用される。制御基準Ｃは、真冬（例えば１２月から１月まで）、及び真冬を除く季節（例えば２月から１１月まで）において外気温度が後述する所定の温度範囲内にないときに適用される。制御基準Ｄは、空調設備６を使用せずに窓５のみを制御する場合に適用される。

快適指数であるＰＭＶ値の目標値は、熱的中立状態を表す０である。環境制御装置５０は、快適指数が管理範囲下限値から管理範囲上限値までの間の管理範囲に入るように、窓５及び空調設備６を制御する。窓制御下限値及び窓制御上限値は、環境制御装置５０が窓５を自動制御するために使用される。空調制御下限値及び空調制御上限値は、環境制御装置５０が空調設備６を自動制御するために使用される。通常は、「中間モード」の値が使用され、ビル２内の状況やビル２内にいる人からの要望などに応じて、快適さを優先して窓５の開放を控える「快適優先モード」や、窓５をできる限り開放して省エネルギー化を図る「パッシブ優先モード」に切り替えられる。

制御基準Ａが適用されているとき、環境制御装置５０は、外気温度が、外気を屋内に取り入れることによって屋内の快適指数が向上することが期待できる所定の温度範囲内であるときに、快適指数に基づいて窓５を自動制御する。所定の温度範囲は、例えば、快適指数が管理範囲下限値となる温度よりも所定温度（例えば４度）低い温度以上で、快適指数が管理範囲上限値となる温度よりも所定温度（例えば０度）低い温度以下であってもよい。

制御基準Ａにおいて、環境制御装置５０は、快適指数が窓制御下限値から窓制御上限値までの値である間、窓５の自動制御を実施しない。窓が閉じられているときに、快適指数が上昇して窓制御上限値を超えると、環境制御装置５０は窓５を開く。快適指数が更に上昇して管理範囲上限値を超えると、環境制御装置５０は窓５を閉じる。快適指数が下降して窓制御下限値を下回ると、環境制御装置５０は窓５を閉じる。

制御基準Ａにおいて、環境制御装置５０は、快適指数が空調制御上限値よりも高いとき、及び空調制御下限値よりも低いときに、空調設備６をオンにする。空調設備６がオンになっている間、空調設備６の動作は空調設備制御装置１２によって自動制御される。空調設備６がオンになっているときに、快適指数が上昇又は下降して０になると、環境制御装置５０は空調設備６をオフにする。

制御基準Ｂが適用されているとき、環境制御装置５０は、窓５を閉じた状態に維持し、空調設備６のみを制御する。空調設備６の制御方法は、制御基準Ａと同様である。

制御基準Ｃが適用されているとき、環境制御装置５０は、窓５を閉じた状態に維持し、空調設備６のオンオフも制御しない。環境制御装置５０は、快適指数が０となる温度を算出し、算出された温度を目標温度として設定するよう空調設備制御装置１２に指示する。空調設備６の動作は空調設備制御装置１２によって自動制御される。

制御基準Ｄが適用されているとき、環境制御装置５０は、空調設備６を制御せず、窓５のみを制御する。窓５の制御方法は、制御基準Ａと同様である。

前述したように、快適指数は領域ごとに算出され、ペリメータゾーン３とインテリアゾーン４とで異なる算出基準にしたがって算出される。このように算出された快適指数に基づいて窓５及び空調設備６を制御することにより、領域ごとの環境の差を小さくし、ビル２の内部全体の快適さを向上させることができる。

ステップＳ２２において窓５を自動制御すると判定された場合（Ｓ２２のＹ）、ステップＳ２３において、環境制御装置５０は、屋外の温度及び風速に基づいて窓５の開度を決定する。環境制御装置５０は、屋外の温度及び風速と窓５の開度との対応関係を予め定めたテーブルを参照し、温度センサから取得した外気温の測定値、及び風速センサから取得した風速の測定値に基づいて、窓５の開度を決定する。

図５は、窓５の開度を決定するために参照される開度テーブルの例を示す。開度テーブルは、屋外の温度及び風速と窓５の開度との対応関係を定める。風速は、風速センサから取得した所定時間（例えば３秒）ごとの風速の測定値の、所定期間（例えば１０分間）における平均値であってもよい。開度テーブルとして、換気を行うことがより優先される場合に参照される第１テーブルと、屋内の快適さを保つことがより優先される場合に参照される第２テーブルが設けられる。２つの開度テーブルは、屋外の温度と窓５の開度との対応関係が異なり、第１テーブルの方が第２テーブルよりも、大きい開度が対応づけられた屋外の温度の範囲が広い。

第１テーブルにおいては、屋外の温度が１７℃未満又は２８℃以上である場合、全ての風速の範囲において窓５の開度は０％とされる。第２テーブルにおいては、屋外の温度が１９℃未満又は２６℃以上である場合、全ての風速の範囲において窓５の開度は０％とされる。それ以外の温度範囲においては、風速に応じて窓５の開度が決定される。風速が小さいほど窓５の開度は大きくされ、風速が大きいほど窓５の開度は小さくされる。

例えば、風速が０～０．５ｍ／ｓである場合、第１テーブルにおいては、屋外の温度が１７℃未満である場合は窓５の開度は０％とされ、屋外の温度が１７～１８．５℃である場合は窓５の開度は２５％とされ、屋外の温度が１８．５～２０℃である場合は窓５の開度は５０％とされ、屋外の温度が２０～２８℃である場合は窓５の開度は１００％とされ、屋外の温度が２８℃以上である場合は窓５の開度は０％とされる。風速が０～０．５ｍ／ｓである場合、第２テーブルにおいては、屋外の温度が１９℃未満である場合は窓５の開度は０％とされ、屋外の温度が１９～２０．５℃である場合は窓５の開度は２５％とされ、屋外の温度が２０．５～２２℃である場合は窓５の開度は５０％とされ、屋外の温度が２２～２６℃である場合は窓５の開度は１００％とされ、屋外の温度が２６℃以上である場合は窓５の開度は０％とされる。

風速が１～２ｍ／ｓである場合、第１テーブルにおいては、屋外の温度が１７．５℃未満である場合は窓５の開度は０％とされ、屋外の温度が１７．５～１９℃である場合は窓５の開度は２５％とされ、屋外の温度が１９～２０．５℃である場合は窓５の開度は５０％とされ、屋外の温度が２０．５～２８℃である場合は窓５の開度は１００％とされ、屋外の温度が２８℃以上である場合は窓５の開度は０％とされる。風速が１～２ｍ／ｓである場合、第２テーブルにおいては、屋外の温度が１９．５℃未満である場合は窓５の開度は０％とされ、屋外の温度が１９．５～２１℃である場合は窓５の開度は２５％とされ、屋外の温度が２１～２２．５℃である場合は窓５の開度は５０％とされ、屋外の温度が２２．５～２６℃である場合は窓５の開度は１００％とされ、屋外の温度が２６℃以上である場合は窓５の開度は０％とされる。

風速が３～４ｍ／ｓである場合、第１テーブルにおいては、屋外の温度が１８．５℃未満である場合は窓５の開度は０％とされ、屋外の温度が１８．５～２０℃である場合は窓５の開度は２５％とされ、屋外の温度が２０～２８℃である場合は窓５の開度は５０％とされ、屋外の温度が２８℃以上である場合は窓５の開度は０％とされる。窓５の開度が１００％とされる温度範囲はない。風速が３～４ｍ／ｓである場合、第２テーブルにおいては、屋外の温度が２０．５℃未満である場合は窓５の開度は０％とされ、屋外の温度が２０．５～２２℃である場合は窓５の開度は２５％とされ、屋外の温度が２２～２６℃である場合は窓５の開度は５０％とされ、屋外の温度が２６℃以上である場合は窓５の開度は０％とされる。窓５の開度が１００％とされる温度範囲はない。

風速が５～６ｍ／ｓである場合、第１テーブルにおいては、屋外の温度が１９．５℃未満である場合は窓５の開度は０％とされ、屋外の温度が１９．５～２８℃である場合は窓５の開度は２５％とされ、屋外の温度が２８℃以上である場合は窓５の開度は０％とされる。窓５の開度が５０％又は１００％とされる温度範囲はない。風速が５～６ｍ／ｓである場合、第２テーブルにおいては、屋外の温度が２１．５℃未満である場合は窓５の開度は０％とされ、屋外の温度が２１．５～２６℃である場合は窓５の開度は２５％とされ、屋外の温度が２６℃以上である場合は窓５の開度は０％とされる。窓５の開度が５０％又は１００％とされる温度範囲はない。

風速が６ｍ／ｓである場合、第１テーブルにおいても、第２テーブルにおいても、全ての温度範囲において窓５の開度は０％とされる。

風速が大きい場合、風速がより小さい場合と比べて、同じ開度に対応づけられた屋外の温度の範囲が、同じであるか、又はより狭くされる。同じ温度においては、風速が大きい場合、風速がより小さい場合と比べて、開度が同じであるか、又はより小さくされる。同じ風速においては、屋外の温度が高い場合、屋外の温度がより低い場合と比べて、開度が同じであるか、又はより大きくされる。これにより、屋内に与える悪影響を抑えつつ、適度な開度で窓５を開いて効率良く換気をすることができる。

このように、本実施の形態の環境制御装置５０は、屋外の温度及び風速と窓５の開度との対応関係を定めた開度テーブルを用いて窓５の開度を制御するので、制御を単純化することができ、安価な装置で制御を実現することができる。また、第１のテーブル、第２のテーブルに加えて、さらに多くの動作モードを設ける場合であっても、制御が複雑になるのを抑えることができる。また、設定を容易に変更することができるので、状況に応じて適切に窓５の開度を制御することができる。

屋外の温度が開度テーブルにおいて窓５の開度０％に対応する温度であったとしても、屋内の温度が所定値以上である場合は、環境制御装置５０は、窓５を開いてもよい。この場合、所定時間が経過したとき、又は、屋内の温度が所定値未満になったときに、窓５を閉じてもよい。

環境制御装置５０は、屋内の空気の質に更に基づいて窓５の開度を制御してもよい。例えば、屋内の空気の二酸化炭素濃度をセンサにより検知し、二酸化炭素濃度が高い場合、二酸化炭素濃度が低い場合と比べて、窓５の開度をより大きくしてもよい。また、二酸化炭素以外の汚染物質をセンサにより検知し、汚染物質が検知された場合、汚染物質が検知されていない場合と比べて、窓５の開度をより大きくしてもよい。二酸化炭素や汚染物質を早期に屋外に排出させるための動作モードが設けられてもよい。この場合、窓５の開放が禁止されていたとしても、禁止をいったん解除して窓５を開放し、所定時間が経過したとき、二酸化炭素の濃度が所定値未満になったとき、又は汚染物質が検知されなくなったときに、窓５を閉じてもよい。

環境制御装置５０は、屋外からの輻射熱に更に基づいて窓５の開度を制御してもよい。例えば、屋外からの輻射熱を示す情報として、屋内の壁面の温度をセンサにより検知し、屋内の壁面の温度が高い場合、すなわち、屋外からの輻射熱が多い場合、屋内の壁面の温度が低い場合と比べて、窓５の開度をより大きくしてもよい。

環境制御装置５０は、屋外の風向に更に基づいて窓５の開度を制御してもよい。例えば、屋外の風向をセンサにより検知し、屋外から風が吹き込む窓５の開度を、それ以外の窓５の開度より小さくしてもよい。

ステップＳ２４において、環境制御装置５０は窓５を自動制御する。環境制御装置５０は、ステップＳ２３において決定された開度で窓５を開く。環境制御装置５０は、窓５を開いているときに、屋外の温度又は風速が変化した場合、開度テーブルを参照して窓５の開度を変更する。環境制御装置５０は、現在の窓５の開度と異なる開度に対応する屋外の温度又は風速の値が所定時間（例えば３０分）以上継続した場合に、その状態に対応する窓５の開度に変更する。これにより、窓５の開度の過度な変更を抑えることができる。窓５の開度を大きくする場合と小さくする場合とで、屋外の温度又は風速の閾値を異ならせ、ヒステリシスを設けてもよい。

環境制御装置５０は、窓５を開放する場合、屋外の風速又は風向に基づいて、開放する窓５の数や位置などを決定する。

環境制御装置５０は、風速センサから取得した所定時間（例えば３秒）ごとの風速の測定値に基づいて、所定期間（例えば１０分間）における風速の平均値を算出し、風速の平均値に基づいて開放する窓５の数及び位置を決定する。例えば、環境制御装置５０は、風速の平均値が第１の閾値（例えば１．５ｍ／ｓ）未満であるときは、全ての窓５を開放し、風速の平均値が第１の閾値以上で第２の閾値（例えば３ｍ／ｓ）未満であるときは、各面の半数の窓５を開放する。前述したように、環境制御装置５０は、風速の平均値が所定値（例えば３ｍ／ｓ）を超えると窓５を閉じ、風速が所定値（例えば１ｍ／ｓ）以下である状態が所定期間（例えば１時間）継続するまで窓５の開放を禁止する。半数の窓５が開放された状態から全ての窓５が開放された状態に戻る場合も、同様に、環境制御装置５０は、風速が所定値（例えば１ｍ／ｓ）以下である状態が所定期間（例えば１時間）継続してから残りの半数の窓５を開放する。

環境制御装置５０は、風向センサから取得した風向の測定値に基づいて、所定期間（例えば１０分間）における風向の平均値を算出し、風向の平均値が連続して２回閾値を超えた場合、その風向に基づいて開放する窓５の位置を決定する。環境制御装置５０は、窓５の開口の方向と風向との関係に基づいて開放する窓５の位置を決定してもよい。例えば、所定値よりも風速が速いときには、風向と逆方向に開口する窓５を開き、所定値よりも風速が遅いときには、風向と同方向又は直行する方向に開口する窓５を開いてもよい。環境制御装置５０は、風向の平均値が連続して２回閾値を超えない場合は、風向が一定していないと判断し、全ての窓５を開いてもよい。

環境制御装置５０は、ペリメータゾーン３ごとに開放する窓５の数や位置などを決定してもよい。環境制御装置５０は、階層ごとに開放する窓５の数や位置などを決定してもよい。環境制御装置５０は、複数の窓５をグループに分類し、開放する窓５のグループを決定してもよい。

ステップＳ２６において、環境制御装置５０は空調設備６を自動制御する。環境制御装置５０は、快適指数を算出する式を用いて、快適指数が０となる屋内の温度を算出する。環境制御装置５０は、算出された温度を設定温度とするよう空調設備制御装置１２に指示する。空調設備制御装置１２は、指示された設定温度に基づいて、各空調設備６を自動制御する。

ステップＳ２８において、環境制御装置５０は、快適指数の管理範囲を確認する。算出された快適指数が管理範囲に入っていなければ、快適指数が管理範囲に入るように、上記の制御を継続する。

前述した「夜間」の動作モードにおいてナイトパージ機能が実行されるとき、環境制御装置５０は、勤務時間になる所定時間（例えば３時間）前以降に、外気温度が所定温度（例えば２７度）以下であり、かつ、屋内温度が所定温度以上である場合に、窓５を開いて外気を屋内に取り入れる。窓５の制御は、ビル２の階層ごと又は領域ごとに実行されてもよい。窓５を開いているときに、外気温度の方が屋内温度よりも高くなると、環境制御装置５０は窓５を閉じる。その後、外気温度が屋内温度よりも低くなると、環境制御装置５０は再び窓５を開いてもよい。上述した窓５の開放が禁止される条件が成立しているときは、環境制御装置５０は窓５を開けない。窓５の開放の禁止が解除された場合は、環境制御装置５０は窓５を開放してもよい。環境制御装置５０は、窓５を開放する際に、上述したように風速又は風向に基づいて開放する窓５の数又は位置を決定してもよい。風速が比較的速く、半数の窓５が開かれる場合であっても、会議室など、風が吹き込むことによる影響が小さい領域の窓５は全て開放してもよい。これにより、ビル２の外壁や壁などに蓄積された熱を、早朝の冷気によって冷却することができるので、空調設備６の負荷を軽減し、消費エネルギーを低減させることができる。

図６は、実施の形態に係る環境制御装置５０の構成を示す。環境制御装置５０は、通信装置５１、表示装置５２、入力装置５３、記憶装置７０、及び処理装置６０を備える。環境制御装置５０は、サーバ装置であってもよいし、パーソナルコンピュータなどの装置であってもよいし、携帯電話端末、スマートフォン、タブレット端末などの携帯端末であってもよい。

通信装置５１は、通信網１０を介した他の装置との間の通信を制御する。通信装置５１は、有線又は無線の任意の通信方式により通信を行ってもよい。表示装置５２は、処理装置６０により生成される画面を表示する。表示装置５２は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置などであってもよい。入力装置５３は、担当者による指示入力を処理装置６０に伝達する。入力装置５３は、マウス、キーボード、タッチパッドなどであってもよい。表示装置５２及び入力装置５３は、タッチパネルとして実装されてもよい。

記憶装置７０は、処理装置６０により使用されるプログラム、データなどを記憶する。記憶装置７０は、半導体メモリ、ハードディスクなどであってもよい。記憶装置７０には、制御基準保持部７１、制御対象情報保持部７２、及び履歴情報保持部７３が格納される。

制御基準保持部７１は、環境制御装置５０が窓５及び空調設備６を協調制御するための制御基準を保持する。制御基準保持部７１は、制御プログラムのデータや、制御プログラムが使用する各種のパラメータ、閾値、固定値、図５に示した開度テーブルなどを保持する。

制御対象情報保持部７２は、制御対象であるビル２に関する情報を保持する。制御対象情報保持部７２は、ビル２の階層及び領域に関する情報、ビル２に設置された窓５及び空調設備６の種類、数、位置などの情報、ビル２に設置されたセンサ７の種類、数、位置などの情報、ビル２に入居している企業などに関する情報などを保持する。

履歴情報保持部７３は、環境制御装置５０による制御の履歴情報を保持する。履歴情報保持部７３は、センサ７から取得した検知情報、情報提供サーバ１３から取得した公開情報、窓５の開閉時刻、開閉頻度、空調設備６のオンオフ時刻、設定温度などの履歴情報を保持する。履歴情報保持部７３に保持された履歴情報は、環境制御装置５０による制御のために利用されてもよい。例えば、過去の窓５の開閉頻度に応じて、窓５を開閉するための条件を変更してもよい。

処理装置６０は、動作モード制御部６１、検知情報取得部６２、公開情報取得部６３、快適指数算出部６４、制御内容判定部６５、換気設備制御部６６、空調設備制御部６７、及び設定変更部６８を備える。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩなどにより実現され、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、またはハードウエアとソフトウエアの組合せなど、いろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

動作モード制御部６１は、ステップＳ１０において、動作モードを設定する。検知情報取得部６２は、ステップＳ１２において、センサ７から検知情報を取得する。公開情報取得部６３は、ステップＳ１２において、情報提供サーバ１３から公開情報を取得する。快適指数算出部６４は、ステップＳ１４において、各階層及び各領域ごとに快適指数を算出する。

制御内容判定部６５は、ステップＳ１６、Ｓ１８、Ｓ２０において、窓５の開放が禁止される条件が成立しているか否かを判定する。窓５の開放が禁止されていない場合、制御内容判定部６５は、ステップＳ２２において、制御基準保持部７１に保持された制御基準にしたがって、窓５及び空調設備６の制御内容を判定する。制御内容判定部６５は、ステップＳ２３において、制御基準保持部７１に保持された開度テーブルを参照して、窓５の開度を決定する。換気設備制御部６６は、ステップＳ２４において、制御内容判定部６５により判定された内容で窓５を制御する。空調設備制御部６７は、ステップＳ２６において、制御内容判定部６５により判定された内容で空調設備６を制御する。

設定変更部６８は、制御基準保持部７１に保持された制御パラメータなどを変更する。設定変更部６８は、担当者から制御パラメータなどの変更指示を受け付けて、制御基準保持部７１に保持されたデータを変更してもよい。例えば、図４に示した制御基準において、「快適優先」モードや「パッシブ優先」モードへ変更してもよい。また、管理範囲上限値、管理範囲下限値、空調制御上限値、空調制御下限値、窓制御上限値、窓制御下限値などを変更してもよい。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示すにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

実施の形態では、多数の人が勤務するオフィスビルを制御対象とする場合について説明したが、実施の形態の環境制御システムは、居住空間、宿泊施設、商業施設、娯楽施設、複合施設、公共施設など、換気設備と空調設備とを備える任意の施設や建築物などにおいて利用可能である。

１ 環境制御システム、２ ビル、３ ペリメータゾーン、４ インテリアゾーン、５ 窓、６ 空調設備、７ センサ、８ 窓、９ 開閉部、１０ 通信網、１１ 換気設備制御装置、１２ 空調設備制御装置、１３ 情報提供サーバ、５０ 環境制御装置、６１ 動作モード制御部、６２ 検知情報取得部、６３ 公開情報取得部、６４ 快適指数算出部、６５ 制御内容判定部、６６ 換気設備制御部、６７ 空調設備制御部、６８ 設定変更部、７１ 制御基準保持部、７２ 制御対象情報保持部、７３ 履歴情報保持部。

Claims (16)

1. 屋外の温度及び風速を示す情報を取得する情報取得部と、
   屋内の空気と屋外の空気とを換気するための換気設備の開度と、屋外の温度及び風速との対応関係を参照し、前記情報取得部により取得された情報に基づいて前記換気設備の開度を制御する制御部と、
   を備える制御装置。
2. 前記対応関係において、風速がより大きい場合、風速がより小さい場合と比べて、同じ開度に対応づけられた屋外の温度の範囲が、同じであるか、又はより狭くされる
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記対応関係において、同じ屋外の温度においては、風速がより大きい場合、風速がより小さい場合と比べて、開度が同じであるか、又はより小さくされる
   請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記対応関係において、同じ風速においては、屋外の温度がより高い場合、屋外の温度がより低い場合と比べて、開度が同じであるか、又はより大きくされる
   請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. 前記対応関係として、換気を行うことがより優先される場合に参照される第１の対応関係と、屋内の快適さを保つことがより優先される場合に参照される第２の対応関係とが設けられる
   請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
6. 前記第１の対応関係の方が、前記第２の対応関係よりも、大きい開度が対応づけられた屋外の温度の範囲が広い
   請求項５に記載の制御装置。
7. 前記情報取得部は、屋内の空気の二酸化炭素濃度を示す情報を更に取得し、
   前記制御部は、前記情報取得部により取得された屋内の空気の二酸化炭素濃度に更に基づいて前記換気設備の開度を制御する
   請求項１から６のいずれかに記載の制御装置。
8. 前記制御部は、屋内の空気の二酸化炭素濃度が高いほど、前記換気設備の開度を大きくする
   請求項７に記載の制御装置。
9. 前記情報取得部は、屋外からの輻射熱を示す情報を更に取得し、
   前記制御部は、前記情報取得部により取得された屋外からの輻射熱に更に基づいて前記換気設備の開度を制御する
   請求項１から８のいずれかに記載の制御装置。
10. 前記制御部は、屋外からの輻射熱が多いほど、前記換気設備の開度を大きくする
    請求項９に記載の制御装置。
11. 前記情報取得部は、屋外の風向を示す情報を更に取得し、
    前記制御部は、前記情報取得部により取得された屋外の風向に更に基づいて前記換気設備の開度を制御する
    請求項１から１０のいずれかに記載の制御装置。
12. 前記制御部は、屋外から風が吹き込む換気設備の開度を、それ以外の換気設備の開度より小さくする
    請求項１１に記載の制御装置。
13. 前記制御部は、現在の前記換気設備の開度と異なる開度に対応する状態が所定時間以上継続した場合に、その状態に対応する前記換気設備の開度に変更する
    請求項１から１２のいずれかに記載の制御装置。
14. 前記制御部は、屋内の空気の温度又は湿度を調節するための空調設備を更に制御する
    請求項１から１３のいずれかに記載の制御装置。
15. 前記情報取得部により取得された情報に基づいて、屋内の快適さを表す指標を領域ごとに算出する指標算出部を更に備え、
    前記制御部は、前記指標算出部により算出された指標に基づいて前記換気設備と前記空調設備とを制御する
    請求項１４に記載の制御装置。
16. コンピュータを、
    屋外の温度及び風速を示す情報を取得する情報取得部と、
    屋内の空気と屋外の空気とを換気するための換気設備の開度と、屋外の温度及び風速との対応関係を参照し、前記情報取得部により取得された情報に基づいて前記換気設備の開度を制御する制御部と、
    として機能させるための制御プログラム。

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