JP4917866B2

JP4917866B2 - 季節判定方法

Info

Publication number: JP4917866B2
Application number: JP2006307161A
Authority: JP
Inventors: 誠一柏原
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: JP2008121994A

Description

本願発明は、住宅内のエネルギー管理や換気量・空調制御に用いることのできる季節の判定方法に関する。

夏期には、建物内外温度差の減少等によって自然換気量（漏気量）が減少するので、自然換気のみでは水蒸気、二酸化炭素、またはホルムアルデヒド等の汚染物質の排出が不足がちとなる。したがって、室内空気質の観点から、汚染物質の発生が大きくなる夏期への対応が重要であり、基本となる換気回数は夏期を想定し、決定する必要がある。一方、冬期には、建物内外温度差の拡大等によって自然換気量が増大する。

現在平成１５年改正建築基準法では室内空気質への配慮から原則として常時換気設備の設置を義務付けており、さらに同法に基づくシックハウス対策マニュアルでは、機械換気によって、冬以外については０．５回／ｈ、冬については０．３回／ｈ以上の換気量を確保することが必要とされている。

しかし、省エネルギーの点では、換気による熱の搬出が問題であるため、換気量は必要以上に大きくしないのが望ましく、冬期に換気回数が過大になることは熱の搬出によるエネルギー損失の増大や居住者の快適性を損なう等大きな問題である。そこで、季節を判定し、季節に応じたエネルギー管理、換気量・空調制御が必要となる。

一般に、季節を判定する方法として、空調制御装置や換気装置に組み込まれたものが、多く開示されている。例えば、特許文献１、２において、外気温度と室内温度をそれぞれ測定し、その温度差を算出して、温度差が大きい季節における換気装置の換気風量を制御する方法が開示されている。しかしながら、外気温度を直接測定する方法では、建物の外壁に温度センサーを設置する必要があり、設置面、設置形態などに十分な配慮をしないと直射日光等の影響や、隣居のボイラー排熱等の影響を受けるなどの悪影響を受け、施工上の制約が多かった。

また、マイクロコンピュータに組み込まれたカレンダー機能を活用して、暦日情報による季節判定を行う方法が、特許文献３に記載されている。しかしながら、一般的なマイクロコンピュータは、供給されている電源が断たれると現在時刻の記憶を喪失するため、利用者が現在時刻の設定を再度行う必要があり、利用者の不便を強いるだけでなく、再設定用に時刻を合わせるための入力装置を別途設ける必要があり、製品としてコストが高くなるという課題があった。さらに、人が実感する季節は、年ごとに、立地条件ごとに異なり、必ずしも暦日で表されるものではなかった。

さらに、特許文献４には、室内温度値のみで判定する季節判定方法が記載されている。これは、常に過去２４時間分の室温値を記憶し、この記憶された温度値に基づいて、冬であれば所定温度以下であること、夏であれば所定温度以上であることを基準に、季節を判定するものである。具体的には、室内の最低温度が１０℃以下であれば、冬と判定し、最高温度が３５℃以上であれば、夏と判定するものである。ところが、特許文献４に記載の方法は室内の温度を測定することが前提であるが、室温を代表する場所が例えば寝室である場合、空調装置によって室温が制御されることが多く、室温は季節にかかわり無くいつもほぼ快適な温度に維持される傾向があるために、季節の判定基準としてはあてにならないという問題があった。例えば、冬が近づいて気温が低くなると室内を暖房するために冬の判定が出にくく、極端な場合には、冬場、暖房機等で室内を暖房しているために場所によっては輻射熱等で温度が高くなり、冬であるにもかかわらず、夏と判定をするというようなことも起こりえる。
特開２００５−９７９６特開２００５−１１４２７７特開昭５９−３５７４５特開昭６２−２９４８３４

上記のような従来技術では、直射日光や隣居のボイラー排熱等の影響を受けやすい、現在時刻再設定用の入力装置を設ける必要などから製品としてコストが高くなる、冷暖房の輻射熱等の影響で誤った判定をする等の問題があった。
本願発明は、上述した従来技術に伴う問題点を解決することを課題とする。本願発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、暦日情報や外気温度情報を必要としない、安定した（空調に影響されにくい）季節判定方法及び装置、システムを提供するものである。

本願発明にかかる季節判定方法は、住宅などの建築物の内部における空調器具を備えた居室以外の場所である玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、天井裏のいずれかの場所で、２４時間を測定周期として当該測定周期について屋内温度を検出し、前記所定の測定周期について最低屋内温度を抽出し、前記最低屋内温度を予め設定した閾値と比較し、前記季節判定ステップで判定された季節を当該測定周期の次の測定周期の間の季節と認定する、季節を判定する方法である。
また、本願発明の換気量調整方法は、空調器具を備えた居室以外の場所である玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、天井裏のいずれかの場所で、２４時間を測定周期として当該測定周期について屋内温度を検出し、前記所定の測定周期について最低屋内温度を抽出し、前記最低屋内温度を予め設定した閾値と比較し、前記季節判定ステップで判定された季節を当該測定周期の次の測定周期の間の季節と認定して屋内換気装置の風量を調整するステップを含む、換気量を調節する方法である。
ここで、居室とは、居住、執務、作業、集会、娯楽その他これらに類する目的のために継続的に使用する室であって、屋内の空間をいう。
そして、この居室が備える空調器具は、例えば、ヒートポンプ式のエアコンディショナー（いわゆるエアコン）、電気またはガスなどを熱源とするファンヒーター、石油ストーブその他の簡易な冷暖房の調節機能を有する機器を含む。
また、ここで屋内温度の検出は、所定の測定周期において１分から３時間程度の所定の測定時間間隔で行われる。測定時間間隔は、好ましくは１ないし５分程度である。
空調器具を備えた居室以外の場所である玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、天井裏のいずれかの場所で室内温度を測定するのは、冷暖房の影響を受けにくくするためであり、最低室内温度を指標に用いるのは、夜明け前後の時刻に観測される最低温度が空調器具を備えた居室以外の室内であれば、特に冷暖房の影響を受けにくいからである。

また、予め設定した閾値とは、冬又は夏を判定するために設定した最低温度と比較するための値である。例えば、冬を示す指標となる閾値（冬の閾値）は１５℃、夏を示す指標となる閾値（夏の閾値）は２０℃と設定してもよいが、地域、住宅により調節可能である。
また、換気装置とは、例えば、風量制御コンピュータ及びファンモーターから構成されている、換気を行うための装置等をいう。

本願発明によれば、空調器具を備えた居室以外の場所である玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、天井裏のいずれかの場所で、２４時間を測定周期として当該測定周期について屋内温度を検出し、前記所定の測定周期について最低屋内温度を抽出し、さらに前記最低屋内温度を予め設定した閾値と比較することにより季節を判定するので、暦日情報や外気温度情報を必要とせず、安定して（空調に影響されにくい）季節を判定することができるという効果を奏するだけでなく、温度センサーを屋内に１個とすれば設置が容易であり、コストを低減できる。また、冬を適切に判定することによって、すきま換気量が増大する冬には、強制換気量を低減することができるので、暖房負荷の低減や冷気ドラフトの低減ができるという効果を奏する。

また、本願発明にかかる季節判定方法は、前記所定の測定周期の最低屋内温度が冬の閾値以下であるときを冬と判定すること、前記最低屋内温度が夏の閾値以上であるときを夏と判定すること、前記最低屋内温度が冬の閾値以上であって、夏の閾値以下であるときを、中間季の春または秋と判定することも可能である。本願発明によれば、暦日情報や外気温度情報を必要とせず、空調の影響を排除することができるという効果を奏する。

また、本願発明にかかる季節判定方法において、前記所定の測定周期を２４時間とすれば、一般に２４時間周期で変動する屋内温度における最低気温を的確に把握することができるだけでなく、複雑な制御プログラムを必要としないという効果を奏する。

また、本願発明にかかる方法は、直前の季節判定で、それぞれ冬または夏であったかどうかで春または秋を判定することもできる。この方法によれば、直前の季節判定を用いて春または秋を判定することで、誤った季節判定をする可能性を低減することができるという効果を奏する。なお、中間季の判定が連続する場合は、春または秋が連続していると判定できることは、言うまでもない。

また、本願発明にかかる季節判定は、複数の測定周期にわたり、すなわち連続して数日間（例えば３日間）同一の判定であった場合に直前の季節判定から判定を変更する、季節判定であってもよい。その場合、季節判定が測定周期ごとに振動する可能性を低減することができるという効果を奏する。
また、本願発明にかかる季節判定は、閾値を±数度程度微調整できるようにしておくこともできる。その場合、閾値を調整することにより、個別の立地条件や住宅の断熱性能に応じて季節判定をすることができるという効果を奏する。

また、本願発明にかかる季節判定装置は、１）空調器具を備えた居室以外の場所である玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、天井裏のいずれかの場所で、２４時間を測定周期として当該所定の測定周期について屋内温度を検出する屋内温度検出手段と、２）前記所定の測定周期について最低屋内温度を抽出する最低屋内温度抽出手段と、３）前記最低屋内温度を予め設定した閾値と比較して季節を判定する季節判定手段とを含み、前記季節判定ステップで判定された季節を当該測定周期の次の測定周期の間の季節と認定する、季節判定装置である。暦日情報や外気温度情報を必要とせず、安定して（空調に影響されにくい）季節を判定することができるという効果を奏するだけでなく、温度センサーを屋内に１個とすることで設置が容易であり、コストを低減できる。また、冬のすきま換気量の増大に伴い、強制換気量を低減することができるので、暖房負荷の低減や冷気ドラフトの低減ができるという効果を奏する。

また、本願発明にかかる前記季節判定装置は、換気システムに搭載され、その判定結果により住宅の換気量を調節することができる。
また、本願発明にかかる季節判定装置は、ホームエネルギーマネージメントシステム(HEMS)等の情報端末と連動することによって、季節に応じた個別情報提供を行うことができ、住宅内のエネルギー管理や換気量・空調制御においてコスト低減を可能とするものである。ここで、HEMSとは、住宅のガス、水道、電気等のエネルギー利用状況を把握、記録することによって、住宅内で使用されるエネルギーの省資源化を目指すためのシステムである。

HEMSは、一般的には、エネルギー種別ごとに、その使用量を逐次測定し、時間別、日別、月別、年間別にデータを蓄積している。ユーザーへは、液晶パネル等の端末ディスプレイに、その使用状況、過去データとの比較、過去からの積算データ等を表示することによって、エネルギーの使いすぎや削減効果を表示し、省エネ生活への啓蒙と光熱費の削減に役立てられている。
また、HEMSは、より省エネ生活を推進する目的で、使用量の変化を分析し、削減方法についてのアドバイス等をユーザーへフィードバックするためのシステムである。季節判定がユーザーの住宅の立地条件ごとに得られれば、前年比較をするような場合、前年同月の消費エネルギーと比較した増減でなく、各季節期間の長短によって、季節要因によるエネルギー消費の増減の分析が可能となる。

また、ある時点での季節が中間季であれば、冷暖房の使用より、窓開け通風などによる温度調節を促す情報をユーザーへ返すことで、エネルギー消費を抑えることなどができる。
さらに、蓄熱暖房機や発電を兼ねた貯湯式給湯器など、季節によって運転条件を変える必要があるような機器に対しては、立地条件での季節変動情報をHEMSより与えるようにできれば、暦日情報よりも、より実態に即した最適な省エネ運転が可能になる。

以下、添付の図面を参照して本願発明に係る実施の形態を説明する。

図により本願発明に係る季節判定装置、換気システム及びこれ等を装備した住宅の一実施形態を具体的に説明する。図１は空調器具を備えた居室以外の最低屋内温度の測定から、最低温度の算出、季節の判定及び結果の出力までを示すフローチャートである。図２は、算出した最低温度から季節を判定するまでを示すフローチャートである。図３は、屋内温度測定手段、最低温度算出手段及び季節判定手段からなる季節判定のデータ処理スキームを示す図である。図４は、本願発明に係る季節判定装置と連動した換気装置を装備した換気システムの一例を示す図である。図５は年間の最低外気温度及び屋内温度を基に冬を判定した図である。図６は年間の最低外気温度及び屋内温度を基に夏を判定した図である。図７は、住宅エネルギー管理装置のブロック図である。

図１は、屋内温度を測定し、所定期間内での最低温度を算出して、季節の判定を行う様子を示すフローチャートである。先ず、ステップ１として、温度の測定を開始し、同時にタイマーをスタートする。ここで温度の測定位置は、例えば玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、または天井裏等である。
次に、ステップＳ２において、数分間隔（例えば５分間隔）で測定した屋内温度をメモリに記憶する。このステップは、所定の測定周期が経過するまで継続して行う。
次に、所定の測定周期が経過した場合には、ステップＳ３において、メモリに記憶された屋内温度データのうち、最低気温Ｔ_ｍｉｎを求める。この時、必ずしも、所定の測定周期に測定された室内温度を全て記憶する必要は無く、新たに測定された温度を前の測定温度と比較してより低い温度だけを記憶することを繰り返すこと等、結果的に所定の測定周期内の最低室内温度を求めることのできる方法であれば良い。

次に、ステップＳ４において、最低気温Ｔ_ｍｉｎと季節判定の指標となる閾値から、季節判定を行い、結果を出力する例を示す。
図２は、求めた最低温度から季節を判定するまでを示すフローチャートである。先ず、求めた最低温度Ｔ_ｍｉｎを、冬を示す指標となる閾値であるＴ_冬と比較する。Ｔ_ｍｉｎ≦Ｔ_冬である場合、季節は冬と判定される。
Ｔ_ｍｉｎ＞Ｔ_冬である場合は、次のステップとして、Ｔ_ｍｉｎを夏を示す指標となる閾値であるＴ_夏と比較する。Ｔ_ｍｉｎ≧Ｔ_夏である場合、季節は夏と判定される。Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ_夏である場合は、中間季と判定される。

図３は、屋内温度測定手段（屋内温度検出手段）、最低温度演算手段（最低屋内温度抽出手段）及び季節判定手段からなる季節判定のデータ処理スキームを示す図である。ここでは、測定時間間隔を１分、測定周期を２４時間（１４４０分）、Ｔ_冬を１５℃として冬を判定した例を示している。
図２及び図３は、何れも本願発明に係る季節判定方法が、最低屋内温度抽出手段により抽出したその測定周期の最低屋内温度を冬の閾値と比較して、閾値を１回下回れば冬（夏の閾値を１回越えれば夏）と判定する例であるが、この判定は、冬の閾値をＮ回連続して下回れば冬（夏の閾値をＮ回連続して越えれば夏）と判定するように構成しても良い。
例えば、測定周期（２４時間：日）ごとの季節判定の結果をデータ記憶手段に蓄積しておき、季節判定手段が各測定周期の最低屋内温度を冬の閾値と比較して、４回以上連続して冬の閾値を上回っていた判定値（１次判定値）（Ｔ_ｍｉｎ＞Ｔ_冬）が、初めて冬の閾値を下回った１次判定値（Ｔ_ｍｉｎ≦Ｔ_冬）を得た測定周期（日）を起算の測定周期と認識し、その次の測定周期の判定値、さらにその次の測定周期の１次判定値を認識して３周期連続で判定値がＴ_ｍｉｎ≦Ｔ_冬を満たす場合に初めて「冬」と判定（２次判定）することが可能である。
その他の例では、１６８時間（７日）分の７回の季節判定結果をデータ記憶手段に蓄積しておき、そのうちの何れか５回の季節判定結果がＴ_ｍｉｎ≦Ｔ_冬を満たす場合に初めて冬と判定することも可能である。
また、冬の閾値を１回下回れば冬と判定し、Ｎ回連続して越えることで春と判定するように構成すれば、冬を比較的長めに判定するようにすることができる。

図４は、本願発明に係る季節判定装置と連動した換気装置を装備した換気システムの一例を示す図である。換気システムは、季節判定装置及び換気装置で構成されている。また、換気装置は、風量制御コンピュータ及びファンモーターで構成されている。季節判定装置は換気量を調節することができる換気装置と連動して住宅の換気を常時連続して行う換気システムを構成している。尚、図示しないが、換気装置を複数設けてもよいことはいうまでもない。

図５は、年間の最低外気温度及び空調設備を備えた居室以外の屋内温度を基に実際に冬を判定した図である。図５では、２００４年８月１日から２００５年７月３１日の一年を通じ、一日（２４時間）ごとの最低外気温を△印で表示しており、右軸（外気温）によりその外気温の値を確認することができる。一方、◆印は、屋内温度測定手段により測定した空調設備を備えた居室以外の屋内温度のうち最低温度を抽出し、季節判定手段により季節を判定した結果を示したものである。判定値が１である場合は冬であり、判定値が０である場合は冬以外を示している（−１は欠損データ）。Ｔ_冬＝１５℃に設定し、季節を判定した場合、冬と判定された期間は、１１月上旬から４月下旬までであった。
図６は、年間の最低外気温度及び空調設備を備えた居室以外の屋内温度を基に実際に夏を判定した図である。図６でも図５と同様に、一日（２４時間）ごとの最低外気温を△印で表示しており、右軸（外気温）によりその外気温の値を確認することができる。一方、◆印は、屋内温度測定手段により測定した空調設備を備えた居室以外の一日（２４時間）の屋内温度の内から、最低温度算出手段により一日（２４時間）の最低温度を抽出し、季節判定手段により季節を判定した結果を表示したものである。判定値が１である場合は夏であり、判定値が０である場合は夏以外を示している（−１は欠損データ）。Ｔ_夏＝２０℃に設定し、季節を判定した場合、夏と判定された期間は、６月中旬から９月下旬であった。
いずれの例においても、最低外気温は日々大きく変動しているが、本願発明によって判定した季節は非常に安定していることが分かる。

図７は、宅内エネルギー管理装置のブロック図である。電気使用量検出手段、ガス使用量検出手段、水道使用量検出手段及び季節判定ステップからの情報をHEMSコンピュータに提供し、それらの情報を基に、エネルギー管理上有用な情報を情報表示端末に表示するというものである。具体的例として、電気及び電気使用量が増加している時であって、季節が春であると判定された場合に、暖房ではなく、窓の開閉による温度調節を促す、というようなことが挙げられる。

なお、上記に説明される方法、装置及びシステムは、本願発明を限定するものではなく、例示のために記載したものである。本願発明の技術的範囲は特許請求の範囲により定められるものであり、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲において種々の設計的変更が可能である。
また、上記発明が解決しようとする課題の項でも述べたように、本願発明は空調等に影響されにくい安定した季節判定方法を提供することを目的としている。そこで、代表する場所を寝室（室内）であるとした場合の特許文献４の発明を、代表する場所を廊下・ホール（空調器具を備えた居室以外の屋内）であるとした場合の本願発明と比較した。表１は、一般に冬季期間とされる１１月から３月の約５ヵ月間で、最低温度が３日連続して１５℃以下となった日数を示している。寝室における測定では、１５℃以下となった日数は約９０日であり、冬季期間とされる期間の内６割程度であった。それに対して、廊下・ホールにおける測定では、約１２０日と約８割が１５℃以下となり、標準偏差（％）も寝室で測定する場合に比べ半分以下と、邸によるばらつきも小さく、安定した結果が得られた。
表１

上記発明を実施することにより、常時換気システムの運転モードを季節に応じて自動調節することが可能となる。
また、HEMS等の情報端末と連動することにより、季節に応じた個別情報提供を行うことができる。

空調器具を備えた居室以外の屋内温度の測定から、最低温度の算出、季節の判定及び結果の出力までを示すフローチャートである。算出した最低温度から季節を判定するまでを示すフローチャートである。屋内温度測定手段、最低温度算出手段及び季節判定手段からなる季節判定のデータ処理スキームを示す図である。本願発明に係る季節判定装置と連動した換気装置を装備した換気システムの一例を示す図である。年間の最低外気温度及び空調設備を備えた居室以外の屋内温度を基に冬を判定した図である。年間の最低外気温度及び空調設備を備えた居室以外の屋内温度を基に夏を判定した図である。住宅エネルギー管理装置のブロック図である。

Claims

１）空調器具を備えた居室以外の場所である玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、天井裏のいずれかの場所で、２４時間を測定周期として当該測定周期について屋内温度を検出するステップと、
２）前記所定の測定周期について最低屋内温度を抽出するステップと、
３）前記最低屋内温度を予め設定した閾値と比較して季節を判定する季節判定ステップと、
４）前記季節判定ステップで判定された季節を当該測定周期の次の測定周期の間の季節と認定するステップと、
を含む季節判定方法。
前記屋内温度の検出は所定の時間間隔で行われる請求項１に記載の方法。
前記最低屋内温度と予め設定した第１の閾値とを比較して低ければ冬と判定する請求項１または２に記載の方法。
最低屋内温度が複数の測定周期にわたり、予め設定した第１の閾値と比較して低ければ冬と判定する請求項１または２に記載の方法。
前記最低屋内温度と予め設定した第２の閾値とを比較して高ければ夏と判定する請求項１または２に記載の方法。
最低屋内温度が複数の測定周期にわたり、予め設定した第２の閾値と比較して高ければ夏と判定する請求項１または２に記載の方法。
最低屋内温度と予め設定した第１の閾値及び第２の閾値を比較して、春または秋と判定する請求項１または２に記載の方法。
複数の測定周期にわたり、最低屋内温度と予め設定した第１の閾値及び第２の閾値とを比較して、春または秋と判定する請求項１または２に記載の方法。
直前の季節判定が冬の場合は春、直前の季節判定が夏であった場合は秋と判定する、請求項７又は８に記載の方法。
最低屋内温度を予め設定した第１の閾値及び第２の閾値と比較し、複数の測定周期にわたって同一の判定であった場合に直前の季節判定から判定を変更する、請求項１または２に記載の方法。
１）空調器具を備えた居室以外の場所である玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、天井裏のいずれかの場所で、２４時間を測定周期として当該測定周期について屋内温度を検出するステップと、
２）前記所定の測定周期について最低屋内温度を抽出するステップと、
３）前記最低屋内温度を予め設定した閾値と比較して季節を判定する季節判定ステップと、
４）前記季節判定ステップで判定された季節を当該測定周期の次の測定周期の間の季節と認定して屋内換気装置の風量を調整するステップと、
を含む換気量調整方法。
１）空調器具を備えた居室以外の場所である玄関、廊下、洗面室、ホール、トイレ、階段の壁面、天井近辺、天井裏のいずれかの場所で、２４時間を測定周期として当該所定の測定周期について屋内温度を検出する屋内温度検出手段と、
２）前記所定の測定周期について最低屋内温度を抽出する最低屋内温度抽出手段と、
３）前記最低屋内温度を予め設定した閾値と比較して季節を判定する季節判定手段と、
を含み、前記季節判定ステップで判定された季節を当該測定周期の次の測定周期の間の季節と認定する、季節判定装置。
請求項１２に記載の季節判定装置と連動して換気量を調節することができる換気装置を有する換気システム。
請求項１２に記載の季節判定装置と連動したホームエネルギーマネージメントシステム。
請求項１３に記載の換気システムまたは請求項１４に記載のホームエネルギーマネージメントシステムが設置された住宅。