JP5881177B2 - 建物照明のための光レベル制御 - Google Patents

Description

本発明は、建物の少なくとも一部の照明に関する。特に、本発明は、電灯及び窓操作部を制御することによる建物の少なくとも一部の光レベル（light level）の制御に関する。

最近の建物には、しばしば、開口を介して（典型的には窓を介して）当該建物に入射する昼光の量を制御するために、電動シェード又はブラインド等の制御可能な窓操作部（window treatment）が備わっている。更に、最近の建物には、しばしば、個々の又は各群の電灯器具の光レベルを制御することが可能な可制御電灯も備わっている。斯かる光レベルの制御は、典型的には、調光器により達成される。一般的に、昼光を可能な限り多く使用することが有益である。建物の居住者にとり、昼光による照明は通常は健康の増進につながる。環境的及び費用的観点から、建物の屋内を照明するために昼光を最適に利用することは、電気的照明要件の減少により、当該建物のエネルギ消費を減少させ得る。更に、最適な制御は、暖房及び冷房要件の低減にもつながり得る。多くの状況において、窓操作部及び電灯は手動により及び／又は互いに独立に制御され、昼光は準最適にしか使用されない。

米国特許第7,566,137号は、建物空間内における所望の照明プロファイルを維持するための照明維持システムを開示しており、該システムにおいて建物空間は昼光及び電灯の両方により照明可能となっている。該システムは、当該空間の照明レベルを感知するためのセンサと、該空間の照明を補足するための複数の調光可能な電灯と、斯かる電灯の調光レベルを制御するための制御システムとを有している。該制御システムは、当該空間内に所望の照明プロファイルを生じさせるプリセット値に向かって調光レベルを調整する。当該空間に入射する昼光の量を選択的に変化させるための制御可能な窓操作部を実施化する実施例も開示されている。

それにも拘わらず、現状技術においては依然として改善の必要性が存在する。

従来技術の建物照明システムは、順次に（シーケンシャルに）動作する。順次動作においては、先ず窓操作部を動作させることにより昼光の量が調整され、その後、与えられた照明レベル設定値を満たすように電灯が調整される。このようなシステムは、しばしば、ユーザにとり不満足である。何故なら、順次動作は遅く、待ち時間が耐えられないからである。ユーザが光レベルの自動調整に不満足である場合、ユーザが手動制御に戻り、自動制御から得られるエネルギ消費の節約を損なう危険性がある。

建物の少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するための制御システムであって、建物の少なくとも一部の屋内の光レベルの高速調整が可能な制御システムを実現することが有益である。内部にいることが楽しい環境を提供することを補助をする、ユーザにより使いやすいシステムとして認識されるような完全に統合され且つ自動化された制御システムを実現ことも望ましい。更に、ユーザの設定値の要求をエネルギ効率的な方法で満たすことを支援するような完全に統合され且つ自動化された制御システムを実現することが望ましい。概して、本発明は、好ましくは前述した不都合を単独で又は何らかの組み合わせで緩和、軽減又は除去することを追求するものである。特に、本発明の目的は、従来技術の前述した課題又は他の課題を解決する制御システムを提供することと見ることができる。

上記課題の1以上に、より良く対処するために、本発明の第１態様においては制御システムが提供される。該制御システムは、建物の少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するもので、該建物の少なくとも一部は１以上の透光部を介する昼光及び１以上の電灯により発生される光の両方により照明され、該制御システムは、
− 屋内光レベルを検出するための少なくとも１つの屋内センサと、
− 前記１以上の電灯の光レベルを制御するための少なくとも１つの電灯コントローラと、
− 前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルを制御するための少なくとも１つの窓操作部コントローラと、
− 前記少なくとも１つの屋内センサに動作的に接続された、制御設定値を処理するための処理ユニットと、
に動作的に接続され、前記処理ユニットは検出された屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差を決定し、前記１以上の電灯の光レベル及び前記１以上の透光部を介して入射された昼光の入射レベルは、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラを、前記検出された屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の前記差に基づいて、前記建物の前記少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するように動作させることにより並行して制御される。

前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの並行動作を可能にする制御システムを設けることにより、高速なシステムを提供することができる。何故なら、少なくとも前記電灯は前記設定値を瞬時に又は実質的に瞬時に満たすように高速で調整することができるからである。特に、前記窓操作部の動作に長い時間が掛かるような状況において、前記電灯は、ユーザが前記差の減少が短時間で得られるように感じるように前記窓操作部に適応するよう動作することができる。

前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラを、前記検出された屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の差に基づいて動作させることにより、当該システムは、ユーザが位置する環境の実際の光レベルに基づいて動作する。斯かる環境の実際の光レベルは、典型的に、該環境に位置することが心地よいと感じられるか否かに関して極めて重要である。最適ではないと感じられる光レベルの環境に長く留まることは、典型的には、不満足につながる。当該制御を、検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差に基づくものとすることにより、当該システムはユーザにより感じられる実際の光レベルに対して動作し、本システムはユーザが不満と思いにくく、ユーザが手動制御に移行しそうになくなる。

有利な一実施例において、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、前記検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差を減少させるように動作される。当該制御を、この差を減少させることに基づかせることにより、実際の光レベルを設定値の光レベルに高速に且つしっかりと順応させる統合動作を用いることができる。

有利な一実施例において、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、前記検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差に比例する出力により動作される。当該制御を比例動作に基づかせることにより、光レベルは実際の光レベルを高速で設定値の光レベルに順応させることができる。

有利な一実施例において、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、上記少なくとも１つの電灯コントローラが上記少なくとも１つの窓操作部コントローラから動作情報を入力する、及び／又はその逆となるように動作的に接続され、その場合、上記少なくとも１つの電灯コントローラは上記少なくとも１つの窓操作部コントローラから入力された情報に基づいて動作され、及び／又は上記少なくとも１つの窓操作部コントローラは上記少なくとも１つの電灯コントローラから入力された情報に基づいて動作される。２つのタイプのコントローラの間で動作情報を共有することにより、一方の副ユニットにおいて既に利用可能な情報を他の副ユニットにおいて使用することができるような完全に統合されたシステムを提供することができ、これにより、詳細な制御をサポートするシステムを提供する。上記動作情報は、照明器具の調光レベル及び窓操作部を介して入射される光の割合等の情報とすることができる。

有利な一実施例において、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの並行動作は、上記少なくとも１つの窓操作部コントローラを前記制御設定値により定められる入射レベルに向かって動作させること、及び上記少なくとも１つの電灯コントローラを前記検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差を減少させるように動作させることを含む。窓操作部は電灯よりも長い時定数で動作する。太陽からの直接的な又は日光の反射からのグレアの問題等に関連して、当該窓操作部の特定の入射レベルが望まれる状況において、ユーザは、実質的に一定の光レベルを依然として維持しながら、窓操作部を所望の位置に動作させることができる。

当該制御システムが上記電灯及び窓操作部を追加の評価基準に基づいて動作するのをサポートすることは本発明の実施例の利点である。有利な一実施例において、このような追加の評価基準は上記電灯をエネルギ効率的態様で動作させることに基づくものである。一実施例において、このことは、前記処理ユニットに上記電灯のエネルギ消費の目安を更に決定させることにより達成され、その場合において、前記１以上の電灯の光レベル及び前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルは、前記検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差を減少させることにより、且つ、上記電灯のエネルギ消費を減少させることにより制御される。

本発明の一つの利点は、本発明が分散された及び集中された動作をサポートするということである。与えられた使用状況に依存するような、両タイプの動作の利点及び欠点が存在する。本発明の実施例は、上記の何れにも限定されるものではなく、これによれば、多数の一般的建物運用システムに関連して使用することが可能な汎用システムが提供される。

本発明の有利な一実施例において、前記電灯コントローラ及び前記窓操作部コントローラは、通信リンクにより通信的に接続される。原理的に、ローカルな専用接続、又はデータ及び／又は建物制御のための企業ネットワーク等のバックボーンネットワーク等の、如何なる好適な通信リンクを使用することもできる。本発明の一つの利点は、本発明が所与の通信の特定の構成に依存することがなく、従って本発明を汎用システムにするということである。

本発明の有利な実施例において、当該システムの動作は、更に、昼光のレベルを検出する少なくとも１つの屋外センサからの入力に基づくものであり、光レベルの更に一層良好な制御を提供することができる。有利な一実施例において、得られる昼光は前記窓操作部を制御するために使用することができる。他の有利な実施例において、上記屋外センサの計測値はグレアの検出を行うために使用することができ、これは、建物の利用者にとり非常に厄介なグレアの影響を回避すべく上記窓操作部を自動的に制御するために使用することができる。上記センサを屋外センサとして参照することは、該センサが屋外の場所に配置されるということを意味するものではなく、該センサは、昼光レベルである屋外光レベルを検出することができる限り、固有の構成に依存して内部又は外部に配置することができる。

本発明の有利な実施例において、当該システムの動作は当該部屋内の人の存在を検出するための現用（占有）センサに更に基づくものであり、当該照明システムは当該部屋に人がいるか否かに依存した動作設定値を定める規則に従って動作されるものとすることができる。このような規則は、簡単な形では、最後の占有者が当該部屋を離れてから電灯が消灯されるまでの期間を定める時間設定であり得る。この構成は、当該部屋に誰もいない場合に電灯を消灯することができるので、エネルギ消費を最小にし得る。

本発明の第２態様によれば、照明システムが提供される。該照明システムは、
− 屋内光レベルを検出するための少なくとも１つの屋内センサと、
− 前記１以上の電灯の光レベルを制御するための少なくとも１つの電灯コントローラと、
− 前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルを制御するための少なくとも１つの窓操作部コントローラと、
− 前記少なくとも１つの屋内センサに動作的に接続され、屋内光レベル設定値を含む制御設定値を処理する処理ユニットと、
− 当該建物の前記少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するための制御ユニットと、
を有し、前記制御ユニットは前記処理ユニットを動作させて、前記検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差を決定し、前記１以上の電灯の光レベル及び前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルは、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラを、前記検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の前記差に基づいて当該建物の前記少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するように動作させることにより並行して制御される。

本発明の第３態様によれば、照明システムを動作させる方法が提供される。該方法は、
− 屋内光レベル設定値を含む制御設定値を入力するステップと、
− 屋内光レベルを検出するステップと、
− 1以上の電灯の光レベルを制御するステップと、
− 少なくとも１つの窓操作部を制御して、１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルを設定するステップと、
を有し、前記１以上の電灯の光レベル及び前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルは、前記少なくとも１つの電灯及び前記少なくとも１つの窓操作部を、前記検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差に基づいて当該建物の前記少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するように動作させることにより並行して制御される。

上記方法は、有利には、コンピュータ上で動作した場合に、本発明の第１、第２及び／又は第３態様に従って照明システムを制御するようなコンピュータプログラム製品において実施化することができる。

概して、本発明の種々の態様は、本発明の範囲内において如何なる可能な態様において組み合わせ且つ結合することもできる。本発明の上記及び他の態様、フィーチャ及び／又は利点は、後述する実施例から明らかとなり、斯かる実施例を参照して解説されるであろう。

図１は、建物の屋内を照明するための照明システムの一実施例を概念的に示す。 図２Ａは、全体の制御配置の一実施例のブロック図を示す。 図２Ｂは、全体の制御配置の他の実施例のブロック図を示す。 図３は、窓操作部コントローラにより実行される制御ループを実施する簡略化された概略フローチャートを示す。 図４Ａは、電灯コントローラにより実行される制御ループを実施する簡略化された概略フローチャートを示す。 図４Ｂは、電灯コントローラにより実行される制御ループを実施する簡略化された概略フローチャートを示す。 図５は、分散制御アルゴリズムを実施する制御システムの簡略化されたブロック図を示す。 図６は、集中制御アルゴリズムを実施する制御システムの簡略化されたブロック図を示す。 図７は、本発明の一実施例によるシステムのシミュレーションされた結果を示すグラフを示す。 図８は、本発明の一実施例によるシステムのシミュレーションされた結果を示すグラフを示す。 図９は、本発明の一実施例によるシステムのシミュレーションされた結果を示すグラフを示す。 図１０は、本発明の実施例に関連して実行される概略ステップを示す概略フローチャートを示す。

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して例示としてのみ説明する。

図１は、ここでは部屋の平面図により例示された、建物１の屋内を照明するための照明システムの一実施例を概念的に示している。該照明システムは、屋内光レベルを検出するための屋内センサ３に、接続された電灯の光レベルを制御するための電灯コントローラ４に、及びここでは２つの窓８の形態の透光部を介して入射される昼光の入射レベルを調整する窓操作部６を制御するための窓操作部コントローラ５に動作的に接続された制御システム２を有している。上記窓操作部は、典型的には、シェード又はブラインドの形態である。一実施例において、上記制御システムは処理ユニット７に動作的に接続された制御ユニットの形態である。当該システムは、昼光レベルを検出するための屋外センサ９を更に有している。該屋外センサ９は当該建物の外部に配置されるように図示されている。しかしながら、該センサは、内部の屋外光レベルを検出することができるような位置（上記窓操作部の背後等）に配置することもできる。該図は、更に、当該部屋内の人の存在を検出するための現用（占有）センサ１０及び通信リンク１１も示している。当該制御システムは、単一の主体として図示されている。しかしながら、該制御システムは、典型的には集中システム又は分散システムの何れかとしての、如何なる好適な形態でも実施化することができるものと理解される。分散システムにおいては、上記処理ユニットは少なくとも１以上の電灯コントローラ、１以上の窓操作部コントローラ及び１以上のユーザインターフェースにわたって分散させることができる。該制御システムの動作は、何らかの形態及び何らかの手段により提供されるコンピュータコード等のコンピュータプログラム製品１２により供給される命令に基づくものとすることができる。

図１の固有の細部は、解説的理由で設けられていると理解されるべきである。一般的に、当該照明システムは、如何なるタイプのフロア計画をも有する如何なるタイプの建物に関しても設けることができる。当該建物は、区域の電灯が独立に制御されるような各区域へのように、各部分に分割することができる。例えば、４つの電灯及び２つの窓操作部を、２つの屋内センサの測定値により検出される光レベルの平均に基づいて集合的に制御することができる。一般的に、建物は、光レベルが、何れかの数の屋内センサからのセンサ測定値に基づいて幾つかの数の窓操作部及び幾つかの数の電灯を動作させることに基づいて集合的に制御されるような如何なる数の区画に分割することもできる。一群の電灯を集合的に制御するために２以上のセンサが使用される場合、組み合わされたセンサ信号を発生することができる。該組み合わされたセンサ信号は、平均信号、加重信号又は如何なる他の好適な信号とすることもできる。照明器具及び窓操作部の数は、特定の用途に依存する。

図２Ａ及び２Ｂは、全体の制御配置の２つの実施例のブロック図を示す。図２Ａは分散制御を採用した実施例を図示する一方、図２Ｂは集中制御を採用した実施例を示す。

図２において、入力値又は信号は３つの供給部から入力される。即ち、設定値２０から導出される入力値、屋内センサ２１からのセンサ測定値から導出される入力値及び屋外センサ２２からのセンサ測定値から導出される入力値である。設定値２０は、ユーザ設定及びより一般的な制御設定の組み合わせに基づくものであり得る。上記センサは、典型的には、照明（照度）レベルを検出することができるフォトセンサの形態である。照明レベルは、一般的には、所与のルクス（lux）のレベルとして表される。上記入力に基づいて、電灯２３、２３'及び窓操作部２４、２４'は、専用のコントローラ２５、２６又は共用中央コントローラ２７の何れかの形態のコントローラを使用することにより制御される。実施例において、電灯コントローラは照明器具の調光レベルを制御し、窓操作部コントローラは窓操作部モータを制御する。

図示した実施例において、電灯コントローラ及び窓操作部コントローラは、電灯が窓操作部から受信された情報に基づいて動作され得るように、又はその逆となるように、動作情報が共用され得るよう、動作的に接続されている（２８、２９）。

図３は、電灯コントローラが調光レベルの状態の形の動作情報を窓操作部コントローラと共有し、この状態に応じて窓操作部が動作され得るようにするような状況における、該窓操作部コントローラにより実行される制御ループを実施化する簡略化された概略フローチャートを示す。

図３及び４のフローチャートにおいて、"イエス"は"ｙ"により略称され、"ノー"は"ｎ"により略称されている。

初期開ループは、当該窓操作部が自動モードに設定されているか（３０）を検出するように設定されている。もし"イエス"なら、設定値が満足されていないか、又は該窓操作部が完全には開かれておらず、且つ、電灯がオンであるかを検出する（３１）。

当該窓操作部が完全に開かれている場合、該窓操作部は、より多くの光を供給するように動作させることはできない。従って、上記条件に対する答えがノーなら、当該システムは自動モードが設定されているか否かを検出する（３０）ために戻るよう命令される。上記条件（３１）に対する答えがイエスである場合、以下の制御シーケンスが実行される。即ち、電灯がオフされているかを判定する（３２）。もしイエスなら、当該部屋内の光レベルが設定値により定められた目標レベルより高いかを判定する（３３）。即ち、検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差が正であるか又は負であるかが判定される。検出された光レベルが設定レベルよりも高い場合、窓操作部の入射レベルを減少させる（３４）。ステップ３２において電灯がオンであると判定された場合、当該部屋内の光レベルが設定値により定められる目標レベルよりも高いかが判定される（３５）。しかしながら、この場合、光レベルが過度に高いなら、窓操作部の入射レベルは緩やかに減少され（３６）、それ以外の場合は、窓操作部の入射レベルは増加される（３７）。

図４Ａは、電灯コントローラが窓操作部コントローラの状態に関する情報を受信しないような場合に該電灯コントローラにより実行される制御ループを実施する簡略化された概略フローチャートを示す。

最初の開ループは、当該電灯コントローラが自動モードに設定されているかを検出する（４０）ように設定されている。もし、イエスなら、設定値が満たされていないかを検出する（４１）。上記条件（４１）に対する答えがイエスなら、以下の制御シーケンスが実行される。即ち、当該部屋内の光レベルが設定値により規定された目標レベルより高いかが判定される（４２）。即ち、検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差が正であるか又は負であるかが判定される。検出された光レベルが設定値レベルより高い場合、発生される電灯光のレベルが、例えば調光レベルを増加させることにより減少される（４３）。しかしながら、検出された光レベルが設定値レベルより高くない場合、例えば調光レベルを減少させることにより発生される電灯光のレベルは増加される（４４）。

図４Ｂは、当該電灯コントローラが窓操作部コントローラの状態に関する情報を受信し、この状態に従って電灯を動作させることができるようにする場合に、該電灯コントローラにより実行される制御ループを実施する簡略化された概略フローチャートを示す。

初期開ループは、当該電灯システムが自動モードに設定されているか（４００）を検出するように設定されている。もし"イエス"なら、設定値が満足されていないか、又は前記窓操作部が完全には開かれておらず、且つ、電灯がオンであるかを検出する（４０１）。上記条件（４０１）に対する答えがイエスなら、以下の制御シーケンスが実行される。即ち、窓操作部が最大入射レベルにあるかを判定する（４０２）。もしイエスなら、当該部屋内の光レベルが設定値により規定される目標レベルより高いかを判定する（４０３）。即ち、検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差が正であるか又は負であるかが判定される。検出された光レベルが設定値レベルより高い場合、発生される電灯光のレベルは、例えば調光レベルを増加させることにより減少される（４０４）。ステップ４０２において、窓操作部が最大入射レベルにはないと判定された場合、当該部屋内の光レベルが設定値により規定される目標レベルより高いかが判定される（４０５）。しかしながら、この場合において、光レベルが過度に高いなら、例えば調光を低下させることにより電灯の光レベルが増加され（４０６）、それ以外の場合は、例えば調光をゆるやかに低下させることにより電灯光レベルは緩やかに増加される（４０７）。

以下では、制御システムが、検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差を最小化する費用関数を定めることにより実施化される２つの実施例が更に詳細に開示される。下記の例では、費用関数は、検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差に加えて、電灯のエネルギ消費の寄与度も有し、電灯及び窓操作部が、検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差を低減すると共に電灯のエネルギ消費も低減することにより制御される。

実施例において、前記電灯コントローラ及び窓操作部コントローラは、費用関数を最小化する勾配降下アルゴリズム（gradient descent algorithm）に基づいて光レベルを適応的に制御するように構成することができる。該費用関数は、前記光レベルの差からの及びエネルギ消費からの寄与度を含むように構成することができる。上記光レベルの差は、以下では、照明誤差とも称す。以下の式１及び２は、照明誤差及びエネルギ消費の両方を適応的に低減させ、

ここで、ｘ(ｎ)及びｗ(ｎ)は、各々、電灯設定値及び窓操作部設定値を表す。パラメータｎはサンプル時間を表す。アナログ的状況では、ｎは時間ｔにより交換されるであろう。関数ｅ(ｎ)は、ユーザの設定値と測定された屋内光レベルとの差を表し、従ってｅ(ｎ)は上記照明誤差である。関数Ｅ(ｎ)はエネルギ消費を表す。μは適応化のステップの大きさを定める正の定数である。従って、これらの式は、電灯及び窓操作部が各適応制御サイクル毎に調整されるであろう量を定める。

上記照明誤差は、更に、

と記述することができ、ここで、ｕは所望のユーザ設定値を定め、ｙ(ｎ)は屋内照明センサの測定値である。屋内の光は、

と記述することができ、ここで、dl(ｎ)は屋外光センサの測定値から決定される利用可能な昼光レベルである。電灯のエネルギ消費はｘ(ｎ)に比例するものと設定することができ、この結果、

となる。

上記関係を用いて、式１及び式２は式３及び式４へと簡略化することができる。即ち、

両式におけるｘ(ｎ)及びｗ(ｎ)の存在は、電灯及び窓操作部の制御が互いに統合することができることを保証する。更に、上記式３及び式４を果たす制御アルゴリズムは、電灯及び窓操作部に関する時定数が異なったとしても、順次動作を要せずに並行動作を可能にする。並行適応システムは、真の並行動作により正しく動作するであろう。

式1及び式２（又は式３及び式４）に基づく制御アルゴリズムは、エネルギ消費の低減及びユーザ設定値の満足をバランスさせる。この結果、エネルギを節約するためにユーザ設定値を常に完全に満たすことができるとは限らない。このような状況は、昼光が光レベル要件を満たすには不十分であり、従って電灯光が大幅に増加されねばならない場合である。この場合、当該制御システムはエネルギを節約するために光レベルを低いレベルに設定し得る。このことは、ユーザにとり常に許容可能であるとは限らない。他の実施例では、以下に説明するように、下記に定義される式５及び式６に基づいて、ユーザ設定値を満たすことが優先されるが、それでも、エネルギ消費も低減される。一実施例において、このことは、照明誤差及びエネルギ消費を下記のように適応的に低減することにより達成し得る。即ち、

これらは、式１及び式２に関するのと同様の方法で、式７及び式８へと簡略化することができる。

これらの制御方程式によれば、電灯コントローラは単にユーザ設定値を満たそう（即ち、照明誤差を減少しよう）とするが、窓操作部コントローラは両者を低減しようと（即ち、照明誤差を減少させると共に、窓を介して可能な限り多くの光を入射させ、それに応じて電灯が調光するようにさせることにより、電灯にエネルギを節約させようと）試みる。

所与の照明システムにおいては、多数の異なる制御アルゴリズムをユーザインターフェースを介して選択することができ、従って、当該照明システムの責任者は、全体の照明システムを共通のアルゴリズムに基づいて制御するように選択することができるか、又は当該建物の各区画が異なるアルゴリズムに基づいて制御されるようにすることができる。

他の実施例において、当該制御アルゴリズムは、電灯コントローラ及び窓操作部コントローラの出力が、検出される屋内光レベルと屋内光レベル設定値との間の差に比例する、即ち照明誤差関数ｅ(ｎ)に比例するような比例制御に基づくものとすることができる。

図５は、図２Ａの実施例における、即ち分散制御システムにおける式７及び式８に基づいた制御アルゴリズムを実施する制御システムの簡略化されたブロック図を示す。かくして、各電灯又は一群の電灯及び各窓操作部又は一群の窓操作部が、分散コントローラにより制御される。図示の実施例において、各電灯コントローラ及び各窓操作部コントローラは、自身のコントローラを有している。

ユーザは、典型的にはリモコン、コンピュータ又は壁取り付けインターフェース等のユーザインターフェースを用いて、設定値を所望のルクス値に設定することにより、必要とされる光レベルｕを設定する（５０）。該ユーザ設定値は、電灯コントローラ５１及び窓操作部コントローラ５２に入力される。更に、屋内光センサ５３からのセンサ測定値も上記２つのコントローラに入力される。電灯コントローラ５１は第１処理ステップ５４において照明誤差ｅを決定し、該照明誤差は、次のステップ５５において式７を用いることにより電灯制御変数（例えば、調光レベルを表す値）ｘ(ｎ)を決定するために使用される。ｘ(ｎ)は、光レベルを設定するために電灯５６に出力される。更に、ｘ(ｎ)は窓操作部コントローラにも出力される（５０２）。調整された光レベルは、後の屋内光センサの測定値に影響を与える（５７）。

電灯を動作させるのと並行して、即ち同時的に又は共起的に、窓操作部コントローラ５２も第１処理ステップ５８において照明誤差ｅを決定し（又は受信し）、次いで、該照明誤差は、窓操作部制御変数（例えば、ブラインド位置を表す値）を上記の受信されたｘ(ｎ)と dl(ｎ)を決定するための屋外センサ５０１から入力されるセンサ測定値とに基づいて決定するために使用される。次の処理ステップ５９において式８を用いて決定される該窓操作部制御変数ｗ(ｎ)は、入射レベルを設定するために窓操作部５００に出力される。ここでも、調整された光レベルは、後の屋内光センサの測定値５７に影響を与えるであろう。

図６は、図２Ｂの実施例における、即ち集中制御システムにおける式７及び式８に基づいた制御アルゴリズムを実施する制御システムの簡略化されたブロック図を示す。かくして、集中処理ユニットは制御設定値を供給することにより電灯及び窓操作部を制御する。

図５に関連したのと同様に、ユーザは必要とされる光レベルｕを設定する（５０）。該ユーザ設定値は、屋内光センサ５３からのセンサ測定値及び屋外光センサ５０１からのセンサ測定値と一緒に中央光コントローラ６０に入力される。該中央光コントローラ６０は、第１処理ステップ５４において照明誤差ｅを決定する。次いで、該照明誤差及び屋外光センサからのセンサ測定値は、次の処理ステップ６１において式７及び式８を使用することにより、電灯制御変数ｘ(ｎ)及び窓操作部制御変数ｗ(ｎ)を決定するために使用される。決定されたｘ(ｎ)及びｗ(ｎ)は、電灯光レベルを設定するために電灯６２に出力されると共に、入射レベルを設定するために窓操作部コントローラ６３に出力される。調整された光レベルは、後の屋内光センサの測定値５７に影響を与えるであろう。

上記中央コントローラは両制御方程式を同時に処理するので、上記状況における並行動作は明らかである。

図７は、本発明の実施例によるシステムのシミュレーションされた結果を示すグラフを図示している。この及び下記に示すシミュレーションは図５をマトラボ（MatLab）で実施化することにより実行された。該図は、昼光及び電灯の各々からの光レベル寄与度φ［lux］を最大の昼光利用可能性Ｍ_dl［lux］の関数として示している。該グラフは、ユーザ設定値が５００luxの場合において、変化する昼光に対して当該電灯が１０００luxを出力することに制限される場合を示している。該グラフは、昼光７０の寄与度及び電灯７１の寄与度を示す。より多くの昼光が利用可能となるにつれて、電灯の割合が減少され、これによりエネルギ消費を減少させることが分かる。電灯は、十分な昼光がない場合にのみ、使用される。

図８は、図７と同様に本発明の実施例によるシステムのシミュレーションされた結果を示すグラフを図示しているが、該図は光レベル寄与度φ［lux］をユーザ設定値ＳＰ［lux］の関数として示す点が相違している。該グラフは、昼光が５００luxに制限される場合を示している。該グラフは、昼光８０の寄与度及び電灯８１の寄与度を示す。昼光がユーザ設定値を満たすほど利用可能でない場合、電灯が最小限に使用されることが分かる。

図９は、本発明の実施例による並行動作システムの性能と比較した場合の、閉ループ適応型順次システムのシミュレーションされた性能を表すグラフを示す。該図は、順次の窓操作部制御９０、順次の電灯制御９１、本発明の実施例による並行窓操作部制御９２及び本発明の実施例による並行電灯制御９３に関する入射光の正規化された割合Ｆ_φを、全てサンプル時間ｎ［ｔ］の関数として示している。該グラフは、当該設定値が９４において増加された場合を示している。該設定値の変更は、ユーザ設定値によるもの、又は現用センサが人の存在を検出したことに応答したものであり得る。順次システムは収束するのに一層長い時間が掛かる一方、本発明の実施例によるシステムは変更された設定値に対して即座に反応している。本システムによれば、当該部屋は先ず電灯により短期間照明され、その間に窓操作部はより一層多くの昼光を入射させるようになり、次いで、電灯は、それに応じて、可能な最小値へと調光する。順次システムによれば、電灯は、所要の光の補足を開始するのに先立ち、ブラインドが完全に開くまで待つ。

図１０は、本発明の実施例に関して実行される概略ステップを表す概略フローチャートを示す。

該方法は、制御アルゴリズム１００を有し、該制御アルゴリズムは、屋内光レベル設定値を含む設定値を入力する（１０１）と共に、屋内光レベルを検出又は受信する（１０２）ように構成される。斯かる入力／測定値に基づいて、上記制御アルゴリズムは1以上の電灯の光レベルを制御する（１０３）と共に、少なくとも１つの窓操作部の入射レベルを制御する（１０４）。これら電灯光レベル及び入射レベルは並行して制御されて、検出される屋内光レベル１０２と屋内光レベル設定値１０１との間の差を減少させる。

以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明したが、このような図示及び説明は解説的及び例示的なものであり、限定するものではないと見なされるべきである。即ち、本発明は開示された実施例に限定されるものではない。開示された実施例の他の変形例は、当業者であれば、請求項に記載された本発明を実施する際に、図面、開示及び添付請求項の精査から理解及び実施することができるものである。尚、請求項において"有する"なる文言は他の構成要素及びステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、単一のプロセッサ又は他のユニットであれば、請求項に記載された幾つかの項目の機能を満たすことができる。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。また、コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアと一緒に若しくは他のハードウェアの一部として供給される固体媒体に記憶し、又は斯かる媒体で分配することができるのみならず、インターネットを介して又は他の有線若しくは無線通信システムを介して等の他の形態で配信することもできる。また、請求項における如何なる符号も、範囲を限定するものと見なしてはならない。

Claims (13)

1. 建物の少なくとも一部の屋内の光レベルを制御する制御システムであって、前記建物の前記少なくとも一部は１以上の透光部を介する昼光及び１以上の電灯により発生される光の両方により照明され、該制御システムは、
   − 屋内光レベルを検出するための少なくとも１つの屋内センサと、
   − 前記１以上の電灯の光レベルを制御するための少なくとも１つの電灯コントローラと、
   − 前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルを制御するための少なくとも１つの窓操作部コントローラと、
   − 前記少なくとも１つの屋内センサに接続された、屋内光レベル設定値を含む制御設定値を処理する処理ユニットと、
   に接続され、
   前記処理ユニットは検出される前記屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の差を決定し、
   前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の前記差に基づいて、前記建物の前記少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するように、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラを並行動作させることにより、前記１以上の電灯の光レベル及び前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルが、並行して制御され、
   前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、前記少なくとも１つの電灯コントローラが前記少なくとも１つの窓操作部コントローラから前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの動作情報を受信し、且つ／又は前記少なくとも１つの窓操作部コントローラが前記少なくとも１つの電灯コントローラから前記少なくとも１つの電灯コントローラの動作情報を受信するように、接続され、
   前記少なくとも１つの電灯コントローラは、更に、受信される前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの動作情報に基づいて動作させられ、且つ／又は前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、更に、受信される前記少なくとも１つの電灯コントローラの動作情報に基づいて動作させられる制御システム。
2. 前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラが、前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の前記差を減少させるように動作させられる請求項１に記載の制御システム。
3. 前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラが、前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の前記差に比例する出力により、前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の前記差を減少させるように動作させられる請求項１に記載の制御システム。
4. 前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの並行動作が、前記少なくとも１つの窓操作部コントローラを、前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルを前記制御設定値により定められる入射レベルに近づけるように、動作させること、及び前記少なくとも１つの電灯コントローラを前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の前記差を減少させるように動作させることを含む請求項１に記載の制御システム。
5. 前記処理ユニットが前記電灯のエネルギ消費の目安を更に決定し、前記１以上の電灯の光レベル及び前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルが、前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の前記差を減少させることにより、且つ、前記電灯のエネルギ消費を減少させることにより制御される請求項１に記載の制御システム。
6. 前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの少なくとも１つが、前記1以上の電灯の光レベル及び前記1以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルの少なくとも１つの分散制御のための専用のコントローラを有する請求項１に記載の制御システム。
7. 前記1以上の電灯の光レベル及び前記1以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルの集中制御のために、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラを制御するための中央制御ユニットに更に接続される請求項１に記載の制御システム。
8. 前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラが、通信リンクにより接続される請求項１に記載の制御システム。
9. 昼光のレベルを検出するための少なくとも１つの屋外センサに更に接続され、前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、更に、検出される前記昼光のレベルに基づいて動作させられる請求項１に記載の制御システム。
10. 前記建物の前記少なくとも一部の屋内の人の存在を検出するための1以上の人感センサに更に接続され、前記１つ以上の人感センサによって人の存在が検出されるか否かに応じて、前記制御設定値が変更される請求項１に記載の制御システム。
11. 建物の少なくとも一部を照明するための照明システムであって、前記建物の前記少なくとも一部は1以上の透光部を介する昼光及び1以上の電灯により発生される光の両方により照明され、該照明システムが、
    − 屋内光レベルを検出するための少なくとも１つの屋内センサと、
    − 前記１以上の電灯の光レベルを制御するための少なくとも１つの電灯コントローラと、
    − 前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルを制御するための少なくとも１つの窓操作部コントローラと、
    − 前記少なくとも１つの屋内センサに接続され、屋内光レベル設定値を含む制御設定値を処理する処理ユニットと、
    − 前記建物の前記少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するための制御ユニットと、
    を有し、前記制御ユニットは前記処理ユニットを動作させて、前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の差を決定し、前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の前記差に基づいて、前記建物の前記少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するように、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラを並行動作させることにより、前記１以上の電灯の光レベル及び前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルが、並行して制御され、
    前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、前記少なくとも１つの電灯コントローラが前記少なくとも１つの窓操作部コントローラから前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの動作情報を受信し、且つ／又は前記少なくとも１つの窓操作部コントローラが前記少なくとも１つの電灯コントローラから前記少なくとも１つの電灯コントローラの動作情報を受信するように、接続され、
    前記少なくとも１つの電灯コントローラは、更に、受信される前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの動作情報に基づいて動作させられ、且つ／又は前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、更に、受信される前記少なくとも１つの電灯コントローラの動作情報に基づいて動作させられる照明システム。
12. 建物の少なくとも一部を照明するために照明システムを動作させる方法であって、
    − 屋内光レベル設定値を含む制御設定値を入力するステップと、
    − 屋内光レベルを検出するステップと、
    − 少なくとも１つの電灯コントローラにより、1以上の電灯の光レベルを制御するステップと、
    − 少なくとも１つの窓操作部コントローラにより、少なくとも１つの窓操作部を制御して、１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルを設定するステップと、
    を有し、前記検出される屋内光レベルと前記屋内光レベル設定値との間の差に基づいて、前記建物の前記少なくとも一部の屋内の光レベルを制御するように、前記少なくとも１つの電灯コントローラ及び前記少なくとも１つの窓操作部コントローラを並行動作させることにより、前記１以上の電灯の光レベル及び前記１以上の透光部を介して入射される昼光の入射レベルが、並行して制御され、
    前記方法は、前記少なくとも１つの電灯コントローラが、前記少なくとも１つの窓操作部コントローラから前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの動作情報を受信するステップ、及び／又は前記少なくとも１つの窓操作部コントローラが、前記少なくとも１つの電灯コントローラから前記少なくとも１つの電灯コントローラの動作情報を受信するステップを更に有し、
    前記少なくとも１つの電灯コントローラは、更に、受信される前記少なくとも１つの窓操作部コントローラの動作情報に基づいて動作させられ、且つ／又は前記少なくとも１つの窓操作部コントローラは、更に、受信される前記少なくとも１つの電灯コントローラの動作情報に基づいて動作させられる方法。
13. コンピュータ上で動作した場合に、照明システムを、請求項１２に記載の方法に従って建物の少なくとも一部を照明するように制御するコンピュータプログラム。

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