JP5406653B2 - Solar radiation control device - Google Patents
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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。 The present invention adjusts the amount of incident external light from the window into the room by adjusting the opening degree of the sunshade provided with a shielding member that blocks at least part of the direct light incident from the window, such as a roll screen. The present invention relates to a solar radiation adjusting device.
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。 Generally, in an indoor space such as an office where office work is performed, an open / close type sunshade device such as a blind or a lifting type such as a roll screen is used to adjust the amount of incident external light from the building window. The awning device is adopted. The blind can adjust the amount of incident external light by raising and lowering, but the amount of incident external light is mainly adjusted by adjusting the angle of the slats. On the other hand, in the roll screen, the adjustment of the incident amount of external light is performed only by adjusting the opening degree by raising and lowering. In addition to the configuration for manually adjusting the incident amount of external light, these awning devices are also known for a configuration in which the incident amount is adjusted electrically using a motor.
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。 On the other hand, in recent years, the use of natural energy has been advocated along with global warming, and in order to contribute to energy saving, expectations for using sunlight (daylight), which is a representative of natural energy, increase. ing.
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。
From such circumstances, by using an electric blind and a roll screen for the sunshade, by automatically raising and lowering the sunshade according to the change in the incident distance of sunlight into the room, the opening degree is automatically adjusted, A technique for reducing an illumination load and an air conditioning load has been proposed (see Patent Document 1).
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)。 Electric blinds and roll screens are used in the sunshade, and the total energy consumption for the relationship between the sunscreen opening and the solar radiation state is obtained in advance by simulation. Based on the simulation results, the lighting load and air conditioning load are calculated. There has also been proposed a technique for controlling the sunshade so as to minimize the total energy consumption, which is the sum of the above (see Patent Document 2).
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。
As described above, in the technique described in
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。 By the way, unlike the case where the angle of the slat is adjusted like a blind, when the roll screen is used for the sunshade, the lower end position of the sunshade is moved up and down (that is, moved up and down) to adjust the opening degree. Therefore, it is necessary to allow direct light from sunlight to enter the room. In other words, for the workers or office workers near the window where the sunshade is installed, the illumination on the desk surface changes significantly because the illuminance on the desk surface and the thermal sensation vary greatly with the change in the sunscreen opening. The environment and the thermal environment may deteriorate.
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。
Under such circumstances, the technique described in
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。
On the other hand, in the technique described in
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。
Incidentally, as shown in FIG. 7A, since the blind 8 includes the slat 8a, the direct light of the sun incident from the
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。
Now, when considering cooling, in the case of the blind 8, as shown in FIG. 7B, the energy consumption of the illumination load (broken line) is relatively small even when the opening is small, and conversely the opening is large. Even in this case, the energy consumption of the air conditioning load (solid line) is relatively small. On the other hand, in the case of the
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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is to consider the incidence of direct light when controlling a sunshade equipped with a shielding member that blocks at least part of the direct sunlight. An object of the present invention is to provide a solar radiation control device that contributes to a reduction in energy consumption due to an air conditioning load.
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、屋外の照度を計測する照度センサとを備え、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。 In order to achieve the above object, the present invention includes a shielding member that shields at least part of the direct sunlight incident from the window and moves the shielding member in response to an external instruction to adjust the opening degree. A sunshade that adjusts the direct sunlight allowable distance, which is the maximum distance from the window in the range where direct light incident from the window is irradiated on the floor, and the solar position that calculates the altitude and direction of the sun based on the date and time measured by the clock unit A calculation unit, an opening degree control unit for instructing the opening degree of the sunshade device according to the relationship between the altitude and azimuth obtained by the solar position calculation unit and a window specification including a predetermined window azimuth, and an air conditioning load a cooperative control unit at the time the room is cooled to instruct the opening control unit so as to shorten the direct allowable distance than the heating by, and a luminance sensor that measures the outdoor illumination, the cooperative control unit is direct allowable distance The There is an optimum switching table associated with the outside illuminance, and the optimum opening / closing table is set so that the direct exposure allowable distance monotonously decreases with respect to the outdoor illuminance during cooling by the air conditioning load, and the outdoor illuminance during heating by the air conditioning load. In contrast, the direct-light allowable distance is set so as to increase monotonously .
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。 Further, as a cooperative control unit, a configuration for calculating the amount of heat that passes through the window using the opening of the sunshade device and the outdoor illuminance detected by the illuminance sensor, and correcting the set temperature of the air conditioning load according to the calculated amount of heat. Can be adopted.
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。 Alternatively, as a cooperative control unit, the comfort is evaluated using the radiation temperature calculated using the outdoor illuminance, the outside air temperature, and the room temperature detected by the opening of the sunscreen device and the illuminance sensor, and the target comfort is The structure which determines the preset temperature of an air-conditioning load can be employ | adopted so that it may be obtained.
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。 According to the configuration of the present invention, the opening degree of the sunshade device is adjusted so that the allowable direct-lighting distance is shorter than that during heating when the room is cooled, so that the illumination load and the air conditioning load are considered in consideration of the incidence of direct light from the window. This will contribute to the reduction of the total energy consumption. That is, in the case of a sunscreen device such as a roll screen that is premised on the introduction of direct light, in view of the large impact on energy consumption at the air conditioning load, direct light is suppressed during cooling and direct light during heating. Since the direct-light allowable distance is changed so as to actively incorporate the air conditioning load, the energy consumption amount of the air conditioning load can be suppressed.
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から、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。 In addition, since an optimal open / close table that correlates outdoor illuminance and allowable direct exposure distance is used, it is possible to estimate the amount of heat that enters the room by direct light and the amount of heat that flows out of the room based on the outdoor illuminance. The opening degree of the sunshade device can be adjusted according to the condition. For example, during cooling, it is possible to control to reduce the opening of the sunshade device during fine weather, and to increase the opening of the sunshade device during cloudy weather or rainy weather.
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。 Furthermore, in the case of adopting a configuration that corrects the set temperature of the air conditioning load according to the amount of heat that passes through the window, the difference in the sensory temperature due to the temperature difference between the space close to the window and the space away from the window is suppressed. It becomes possible to control the air conditioning load.
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。 Alternatively, if the configuration is used to evaluate comfort using the radiation temperature and determine the set temperature of the air conditioning load so that the desired comfort can be obtained, evaluate the impact of the thermal environment on comfort In addition, since the set temperature of the air conditioning load is adjusted so as to obtain the desired comfort, it is possible to achieve both the comfort and energy saving of the indoor worker or office worker.
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。
In the embodiment described below, as shown in FIG. 1, a
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。
By the way, in the example of illustration, the
H0 = H1 + H2-D0 · tan (θh) (1)
Here, when the feed-out dimension H0 of the
D0 = (H1 + H2 + H3) / tan (θh) −D1 (2)
Further, if the feeding dimension H0 of the
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。
As can be seen from the above description, the incident distance D0 of the direct light can be changed by raising and lowering the
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。
The opening degree of the
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。
The
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。
In the
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。
Furthermore, the coordinated
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。
The
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。
Therefore, the
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。
The position of the
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。
In addition, there is heat energy in and out of the room through the
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。
The
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。
In the time zone from sunset to sunrise, it becomes difficult to determine the weather by illuminance, and sunlight cannot be used, so the weather determination unit 10c does not determine the weather during the time zone. Moreover, since the illuminance measured by the
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。
Hereinafter, a technique for adjusting the opening degree of the
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。
In the coordinated
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。
In other words, during fine weather, by adjusting the opening of the
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。
Considering the characteristics of the
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。 In addition, since the amount of heat flowing out of the room through the window increases during cloudy or rainy weather, it is desirable to reduce the opening to reduce the energy consumption of the air conditioning load, but to reduce the energy consumption of the lighting load Since it is necessary to increase the opening, the opening is determined in consideration of the air conditioning load, the lighting load, and the total energy consumption.
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。
In other words, when the weather is fine, the opening of the
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。
However, when it is cloudy or rainy, the amount of heat that flows out of the room is greater than the amount of heat that enters the room. Therefore, by reducing the opening of the
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。 On the other hand, in the summer when cooling is performed, the sun's altitude is high and the distance from which sunlight directly enters the room is shortened. Therefore, in fine weather, the opening degree is reduced to reduce the energy consumption of the air conditioning load accompanying cooling. Is desirable. Also, since the degree of participation of the opening with respect to the energy consumption of the air conditioning load decreases during cloudy weather or rainy weather, it is desirable to increase the opening in order to reduce the energy consumption of the lighting load.
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。
That is, when the direct light from the
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。
FIGS. 2A and 2B show the relationship between outdoor illuminance (that is, weather) and direct exposure allowable distance (that is, the opening degree of the roll screen 3) during cooling and heating, respectively. In the illustrated example, the state in which the outdoor illuminance is smaller than L1 corresponds to the illuminance in the time zone where the sunshine is not obtained (the time zone from sunset to sunrise), and when the outdoor illuminance is smaller than L1, Regardless, the opening degree of the
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。
When heating indoors, as shown in Fig. 2 (a), when it is cloudy or rainy and the illuminance by sunlight is low (near illuminance L1 in the figure), a roll is used to reduce the amount of heat flowing out to the outdoors. The opening degree of the
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。
On the other hand, when the room is cooled, as shown in FIG. 2B, when it is cloudy (rainy) and the illuminance by sunlight is low (near the illuminance L1 in the figure), the amount of incident heat is small. By increasing the opening, energy consumption at the
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。
In short, the higher the outdoor illuminance during heating, the greater the direct exposure distance, so the opening degree of the
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。
By the way, in general, indoor heating is performed in winter, indoor cooling is performed in summer, and the altitude of the sun is determined by the date and time. Therefore, the opening degree of the
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。
Therefore, the relationship between the outdoor illuminance and the direct exposure allowable distance is obtained by performing a computer simulation according to the procedure shown in FIG. Among various conditions used in the simulation, the outdoor illuminance changes with the passage of time, but the conditions such as the specifications of the
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。
In the simulation, the above-mentioned fixed conditions are given in advance, thereby generating an optimum opening / closing table, which is a data table that relates the opening degree (direct permissible distance) of the
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。
Here, when generating the optimum opening / closing table, the load sum obtained by using an appropriate weighting factor for the energy consumption amount in the
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)。
In the simulation, an architectural model is first constructed (S1). As described above, the architectural model includes specifications of the windows 2 (window characteristics), room characteristics (room characteristics), and specifications of the
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)。
Next, the date and time and the outdoor illuminance are set appropriately, and a plurality of candidates for the direct exposure allowable distance for the date and the outdoor illuminance are generated (S3). Pre-registered values are selected in order for the date and time and outdoor illuminance to be set. Thereafter, a predicted value of the energy consumption amount of the
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。
The date and time set in step S3 is a representative day that can reflect all the days of the year or seasonal variations, and given the date and time, the altitude and direction of the sun can be obtained by a calculation based on astronomy. As indicated by the equation (1), the distance at which the direct light from the sun enters the room can be determined by the altitude and direction of the sun and the feed dimension of the
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)。
Moreover, about the energy consumption of the
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)。
Next, a weighted sum of energy consumptions obtained for the
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。 By performing the simulation in the above-described procedure, as shown in FIG. 4, it is possible to obtain the relationship between the direct exposure allowable distance and the outdoor illuminance. The relationship obtained as a result of the simulation is a relationship indicated by dots in FIG. 4, but the optimum opening / closing table is linearly approximated to have a relationship indicated by a broken line in FIG. 4. That is, the illumination intensity and the direct exposure distance are approximated to a linear relationship using the least square method using the simulation result.
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。 However, outdoor illuminance and direct permissible distance are non-linear if the direct permissible distance increases monotonously with respect to the outdoor illuminance during heating and the direct permissible distance decreases monotonously with respect to the outdoor illuminance during cooling. Also good. That is, the optimum opening / closing table may be set not by linear approximation but by curve approximation with an appropriate function.
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。
In the above-described operation, the whole room is handled uniformly, but the influence of direct light from the sun is larger in the space near the
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。
Therefore, as shown in FIG. 5, it is desirable to correct the set temperature of the
Transmitted heat amount = outdoor illuminance × luminous efficiency × window opening area × window transmittance Here, (luminous efficiency) is a constant representing the relationship between the amount of solar radiation and the outdoor illuminance. The (opening area of the window) varies depending on the opening degree of the
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=Predicter Mean Vote)や作用温度が知られている。
In the above-described operation, the set temperature of the
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。 Here, PMV is used. PMV has six parameters: temperature, humidity, radiation temperature, wind speed, which are physical factors that determine the environment of the worker or the worker, and the amount of clothes and activity, which are the human factors of the worker or the worker. It is an index that expresses thermal sensation on a thermal scale which is an integer value of −3 to +3, which means comfort when the thermal scale is 0, and means that it is hot when the thermal scale is positive. If the scale is negative, it means cold.
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。
In order to use the PMV to determine the set temperature of the
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。
Using the radiation temperature determined as described above, the amount of clothes determined by the season, and the amount of activity determined by the business form, the humidity is a value measured by a hygrometer or an appropriate value of 30 to 50% (when there is no hygrometer) Since the PMV is obtained by using an appropriate value of 0.1 to 0.4 m / s for the wind speed, the
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。 The same applies when using an operating temperature that represents the overall effect of dry bulb temperature, airflow, and radiation from the surrounding wall. In practice, the average temperature of the surrounding wall and room temperature should be used instead of the operating temperature. Can do. The working temperature has a relatively large difference between the surface temperature of the surrounding wall and room temperature, and is used during heating with less sweat evaporation, and the influence of humidity is ignored.
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)。
The optimum opening / closing table and the correction value generated as described above are set in the
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)。
When the weather is fine (S4: fine), the allowable direct exposure distance is obtained by comparing the outdoor illuminance acquired from the
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。
Thereafter, the outside air temperature measured by an outside air temperature sensor (not shown) is taken in (S8), the comfort is evaluated, and the room temperature is determined (S9). The room temperature thus determined is instructed to the air
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)。
Here, the optimum opening / closing table used in step S5 is the optimum opening / closing table that meets the conditions of the control parameters using the current date and time (S14) timed by the
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。
Moreover, since it is a time zone (time zone from the sunset to the sunrise) when the solar altitude is not positive in step S2, the opening degree of the
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。
In the above configuration example, the case where the
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。 Further, in this embodiment, the case where an electric roll screen is used as the sunshade device has been described as an example. However, an electric shutter that does not change the angle of the slats, an electric curtain using a folding curtain such as a roman shade, a motor such as an electric curtain The technical idea of the present invention can be applied to any elevating type sunshade device that is driven by using a sunscreen.
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。
Moreover, although it is not a raising / lowering type, the same technique can be employ | adopted also when using an electric awning as a sunshade. This type of awning has the function of using both the
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
1
4
10a Solar
12 Air-
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