JP6272697B2 - グレア・センサを有する活性窓を制御するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、建造物内部の明るさを制御する分野に関する。

建造物の壁は、夏期における建造物の加熱、及び冬期における冷却に関与する欠点を有している。

１９９０年代半ば以来、多種多様な断熱用の日照制御窓がガラス業界によって開発されている。現在市販されている「低放射率」又は「反射」膜によって、高レベルの断熱又は日照防護を達成することができる。

それでもなお、これらの窓は、温度・日照条件に適応できない固定的な特性を有する。

電気制御可能な光透過性を有する壁がこの問題に対処する。

いわゆる「インテリジェント・ガラス」窓の光学特性は、電気的に変更することができる。

「窓からの不快なグレアに対する切替可能グレージングの影響（Effect of switchable glazing on discomfort glare from windows）」、（Building Environment 44 (2009) p. 1171-1180）と題する論文には、グレアを低減するためのエレクトロクロム窓の使用可能性が論じられている。

にもかかわらず、このような窓を備えた建造物の室内で使用者が被るグレアは現実の条件では常に満足できるほど低減されるわけではない。

「窓からの不快なグレアに対する切替可能グレージングの影響（Effect of switchable glazing on discomfort glare from windows）」、Building Environment 44 (2009) p. 1171-1180

本発明の１つの目的は、建造物の窓を通る透過を制御して、窓を通過する光又は室内で拡散又は反射された光から生じるグレアの良好な管理を保証するために、電気制御可能な光透過性を有する複数の窓を制御するシステムを提供することである。

本発明の１つの態様によれば、電気制御可能な光透過特性を有する複数の活性窓Ｖ_kの光の透過を制御するためのシステムが、
集合Ｘの部分集合Ｘ_iを形成する異なる空間領域に対して、明るさをそれぞれ表す少なくとも１つの値を与えて、Ｌの部分集合Ｌ_iが集合Ｘ_iと関連付けられている明るさのマッピングＬを提供するための少なくとも１つの空間明るさセンサと、
複数の窓の各々の光の透過を制御することができるプログラムが記憶されたメモリを含む制御ユニットと、を含み、
前記プログラムは、明るさのマッピングＬからグレアの空間領域Ａ_jのマッピングＡを定義すること、及び電気制御可能な明るさを有する空間領域Ｏ_mのマッピングＯを使用することができ、各々の部分集合Ｏ_mは複数の活性窓Ｖ_kのうちの１つ以上と関連づけられており、
プログラムはさらに、複数の活性窓Ｖ_kの各々の光の透過をＡ及びＯの関数として制御することができる。

特定の実施態様によれば、システムは下記特徴、即ち、
集合Ａの部分集合Ａ_jは、強い明るさ、強いコントラスト、又は強い明るさ及び強いコントラストを有する空間領域を表す値であること、
強い明るさ、強いコントラスト、又は強い明るさ及び強いコントラストを有する空間領域はそれぞれ、予め定められたか又は計算された同一の絶対基準レベルに関連して決定されること、
Ａの部分集合Ａ_jは、明るさを表す値が、明るさを表す予め定められた値又は計算値であるＬＩ以上である空間領域に対応すること、
Ａの部分集合Ａ_jは、隣接空間領域との明るさを表す値の比が、コントラストを表す予め定められた値又は計算値であるＣＩ以上である空間領域に対応すること、
マッピングＯ及び部分集合Ｏ_iは、明るさが電気制御可能な活性窓の１つ以上によって直接又は間接に制御される空間領域を表すこと、
プログラムは、各々の空間領域Ｏ_mの明るさを表す値、例えば各々の領域Ｏ_mのために各々の活性窓Ｖ_kに割り当てられた係数、に対する各々の活性窓Ｖ_kの相対的な影響に関する情報の関数としても、複数の活性窓Ｖ_kの各々の光の透過を制御することができること、
プログラムは情報を自動的に得ることができること、
前記情報は、活性窓Ｖ_kのうちの複数又は全ての窓の同時且つ非同期の変化によって得られること、
非同期の変化は、時間的に異なる又はずれた所定の長さの周期で、活性窓Ｖ_kの光の透過を周期的に変化させることにあること、
活性窓Ｖ_kのうちの複数又は各々の窓が個別に制御されること、
活性窓Ｖ_kは建造物の同一の部屋の窓であり、異なる空間領域は建造物の部屋に関係していること、
のうちの１つ以上を、個別に又は技術的に可能な全ての組み合わせで含む。

本発明の対象はまた、電気制御可能な光透過特性を有する複数の活性窓Ｖ_kと、活性窓Ｖ_kの光の透過を制御するためのシステムとを含む組立体であって、制御システムが上記の通りである、組立体である。

また本発明の対象は、電気制御可能な光透過特性を有する複数の活性窓Ｖ_kの光の透過を制御する方法であって、
集合Ｘの異なる空間領域Ｘ_iに対して、明るさをそれぞれ表す少なくとも１つの値Ｌ_i＝Ｌ（Ｘ_i）を与えて、集合Ｌｉが集合Ｘ_iと関連付けられている明るさのマッピングＬを提供するために少なくとも１つの空間明るさセンサを使用する段階、
明るさのマッピングＬからグレアの空間領域Ａ_jのマッピングＡを定義する段階、及び、
電気制御可能な明るさを有する空間領域Ｏ_mのマッピングＯを使用する段階、を含んでおり、各々の部分集合Ｏ_mは複数の活性窓Ｖ_kのうちの１つ以上と関連づけられており、
該方法はさらに、複数の活性窓Ｖ_kの各々の光の透過をＡ及びＯの関数として制御する段階、を含む方法である。

特定の実施態様によれば、該方法は下記特徴、即ち
集合Ａの部分集合Ａ_jは、強い明るさ、強いコントラスト、又は強い明るさ及び強いコントラストを有する空間領域を表す値であること、
強い明るさ、強いコントラスト、又は強い明るさ及び強いコントラストを有する空間領域はそれぞれ、予め定められたか又は計算された同一の絶対基準レベルに関連して決定されること、
Ａの部分集合Ａ_jは、明るさを表す値が、明るさを表す予め定められた値又は計算値であるＬＩ以上である空間領域に対応すること、
Ａの部分集合Ａ_jは、隣接空間領域との明るさを表す値の比が、コントラストを表す予め定められた値又は計算値であるＣＩ以上である空間領域に対応すること、
マッピングＯ及び部分集合Ｏ_iは、明るさが電気制御可能な活性窓の１つ以上によって直接又は間接に制御される空間領域を表すこと、
複数の活性窓Ｖ_kの各々の光の透過は、各々の空間領域Ｏ_mの明るさを表す値、例えば各々の領域Ｏ_mのために各々の活性窓Ｖ_kに割り当てられた係数、に対する各々の活性窓Ｖ_kの相対的な影響に関する情報の関数としても制御されること、
情報は自動的に獲得されること、
情報は、活性窓Ｖ_kのうちの複数又は全ての窓の同時且つ非同期の変化によって得られること、
非同期の変化は、時間的に異なる又はずれた所定の長さの周期で、活性窓Ｖ_kの光の透過を周期的に変化させることにあること、
活性窓Ｖ_kのうちの複数又は各々の窓が個別に制御されること、
活性窓Ｖ_kは建造物の同一の部屋の窓であり、異なる空間領域は建造物の部屋に関係していること、
のうちの１つ以上を、個別に又は技術的に可能な全ての組み合わせで提供する。

添付の図面を参照しながら、一例として提供された下記説明を読めば、本発明はよりよく理解されるだろう。

図１は制御システムの機能概略図である。 図２は空間格子Ｘを示す概略図である。 図３は明るさのマッピングＬである。 図４はグレアのマッピングＡである。 図５はマッピングＯである。

提示された制御システム１は、建造物の室内にいる使用者の視覚的快適性と部屋の熱調節との両方を管理するように意図されている。

部屋は、制御システム１が制御することができる、電気制御可能な光透過特性を備えた複数の活性窓Ｖ_kを備えている。

記載のシステム１は単一の部屋に関連しているが、しかしより一般的には、制御システム１は一つの建造物の複数の部屋の照明を制御することができる。

活性窓Ｖ_kは例えば、電源の印加に化学的に反応する電気化学的に活性な装置を含む窓、例えばエレクトロクロム窓である。このような窓の光の透過は従って電気的に制御される。

「光学領域」という表現は、可視領域、赤外領域、及び紫外領域を意味するものと理解されるべきである。

多くのエレクトロクロム窓が存在する。
これらは一般に３つのカテゴリ、すなわち「全有機」又は「全ポリマー」、「混合型」、換言すれば有機及び無機の両方、及び「全ソリッド」、換言すれば概ね全無機に分類される。

米国特許第５２３９４０６号明細書及び欧州特許出願公開第０６１２８２６号明細書には、例えば有機エレクトロクロム装置が記載されている。

欧州特許第０２５３７１３号及び同第第０６７０３４６号、同第０３８２６２３号、同第０５１８７５４号、又は同第０５３２４０８号の各明細書には混合型エレクトロクロム装置が記載されている。

欧州特許第０８３１３６０号及び国際公開第００／０３２９０号パンフレットには全ソリッド・エレクトロクロム装置が記載されている。

有利には、電気化学的に活性な装置は、いわゆる「全ソリッド」装置である。このような装置の利点は、これが無機層を含むため耐久性を有することである。このような装置の更なる利点は、基板の数を最小化するのを可能にすることであり、層は単一の基板上に堆積される。

とはいえ、活性窓Ｖ_kは必ずしもエレクトロクロムでなくてもよい。これらは一般に、例えばガスクロム窓又は材料が電気的に加熱されるならばサーモクロム窓のような、電気的に制御可能な光透過特性を有する活性窓である。

制御システム１は、
明るさのマッピングＬを提供するための少なくとも１つの空間明るさセンサ２と、
複数の窓Ｖ_kの各々の光の透過を制御することができるプログラムが記憶されたメモリ１２を含む制御ユニット１０と、を含む。

グレアを管理するために、空間明るさセンサ２は、集合Ｘの部分集合Ｘ_iを形成する異なる空間領域に対して、明るさをそれぞれ表す少なくとも１つの値を与えること、及び従ってＬの部分集合Ｌ_iが集合Ｘ_iと関連付けられている明るさのマッピングＬを提供することができる。

なお、「値」という用語は明細書全体を通してより広い意味で理解されるべきである。これは任意の好適なタイプの値であり得る。これは例えば単一の数値、又は例えばベクトル又は行列のような一連の値である。

「表す」という用語は、この値が、明るさ、グレア、温度に関する情報を得るのを可能にすることを意味するものとする。これは例えば強度の値、又は電流、電圧の値である。

明るさセンサは例えばＣＣＤカメラである。これは例えば使用者の作業空間の方に向けられる。

図２は空間格子Ｘを示している。
格子Ｘは、使用者に影響を及ぼすグレアを管理するために制御ユニットによって計算に入れられる全ての空間を表している。

例えば下記、

が当てはまる。

格子Ｘは例えば、明るさセンサの観察ウィンドウに対応する方形輪郭を有している。この方形はこの例では別々の方形Ｘｉに細分されている。

変更形としては、Ｘの細分体は任意の好適なタイプを有している。細分体は例えば不均一である。より高い密度の部分集合Ｘ_iが例えば特定領域に提供される。

一般に細分体は例えば、Ｘ_iが別々であり、そして∪Ｘ_i＝Ｘであるように形成される。

各々のＸ_iは例えば、カメラ２の一組の画素に対応する。

領域Ｘ_iは例えば、観察される領域の１〜１０センチメートルの辺を有する比較的広い正方形である。

明るさセンサによって提供されるマッピングＬが図３に示されている。

この例では、Ｌ_i＝（Ｌ（Ｘ_i），Ｘ_i）であり、Ｌ（Ｘ_i）は空間明るさセンサ２によって（例えばｌｕｘで）測定された平均明るさである。Ｌ（Ｘ_i）は例えば、空間領域Ｘ_i内に配置されたセンサ２の各々の画素に対して得られる値を平均することにより得られる。

１つの集合であるマッピングＬは集合Ｌ_iの組み合わせである。

なおマッピングは、これらが観察されるために意図されているのではないという意味において「仮想的」である。従ってマッピングは、マッピングされた値が空間的値と関連づけられている、値の表である。

従って、「マッピング」という用語は、少なくとも１つの特定の値（例えば明るさの値）が少なくとも１つの空間的値と関連づけられるような集合を意味するものと理解されるべきである。関連づけは例えば、空間的値のメモリ割り当てへのポインタによって、そして一般には任意の適宜のタイプの論理リンクによって行われる。

制御ユニットのプログラムは、明るさのマッピングＬからグレアの空間領域Ａ_jのマッピングＡを定義することもできる。

図４は、明るさ値Ｌ（Ｘ_i）が予め定められた値以上であるものを集合Ｌｉから選択することによって得られるマッピングＡを示している。

したがって、この例では、Ａ＝｛Ｌ_i／Ｌ（Ｘ_i）＞ＬＩ｝であり、ＬＩは明るさ値である。

ＬＩは例えばメモリ内に記憶された予め定められた値である。ＬＩは、例えば空間格子Ｘにおける平均明るさの関数として、制御プログラムによって計算された値であってもよい。

集合Ａの部分集合Ａ_jはこのように、強い明るさを有する空間領域を表す値である。

変更形としては、グレアＡのマッピングは、強いコントラスト、又は強い明るさ及び強いコントラストを有する空間領域に対応する。

強いコントラストを有する領域は例えば、領域Ｘ_iの明るさ値Ｌ（Ｘ_i）と、領域Ｘ_iに隣接する１つ以上の領域Ｘ_jの明るさ値Ｌ（Ｘ_j）とを比較することによって得られる。

例えば下記、

が当てはまり、ｄ（Ｘ_i，Ｘ_j）は領域Ｘ_i及びＸ_j間の間隔であり、そしてＣＩはコントラスト値である（この場合、明るさの差分値）。

Ｌ（Ｘ_i）とＬ（Ｘ_j）との比較は任意の適宜のタイプのものである。これは例えば明るさの比 Ｌ（Ｘ_i）／（Ｘ_j）であり、この比は計算され、そして明るさの差ではなくＣＩと比較される。

ＬＩと同様に、ＣＩも例えば、メモリ内に記憶された予め定められた値である。ＬＩは例えば、空間格子Ｘにおける平均明るさの関数として、制御プログラムによって計算された値であってもよい。

制御プログラムは、電気制御可能な明るさを有する空間領域Ｏ_mのマッピングＯを使用することもでき、各々の部分集合Ｏ_mは、電気制御可能な光透過性を有する窓Ｖ_kの１つ以上と関連づけられる。

図５はマッピングＯを示している。

部分集合Ｏ_mは例えば、

によって定義され、Ｔ（Ｖ_k）は各々の窓Ｖ_kの光の透過である。

部分集合Ｏ_iはこの事例では、各々の空間領域Ｘ_iに対応する。各々の部分集合Ｏ_iはこの場合、空間領域Ｘ_iの明るさに対する各々の窓Ｖ_kの影響に関連する情報を与える。

しかしながら変更形としては、Ｏ_mが領域Ｘ_iにそれぞれ対応するのではなく、例えば複数の領域Ｘ_iから成る集合に対応する。

なお、係数（ａ_i）_kは必ずしも定数ではなく、例えば空における太陽の位置のようなパラメータの関数であってもよい。太陽の位置は例えば時計によって決定される。

係数（ａ_i）_kは予め定められてよい。単純な事例では、これらは例えば値０又は１を有するｋ桁のベクトルであって、これらの桁のうちの１つだけが例えば値１を有するベクトルである。

係数（ａ_i）_kは予備較正段階において、又は窓の通常稼働中に測定されてもよい。

これのために、透過は例えば、各々の窓Ｖ_kのために、制御ユニットによって成功裡に変更される。

各々の空間領域Ｘ_iの明るさの測定、及び窓Ｖ_kの既知の透過変化は、各々のＸ_iに対する係数ａ_i，_kを計算して、各々の窓Ｖ_kに対する計算を繰り返すことを可能にする。

別のより迅速な解決策は、全ての窓Ｖ_kの透過を同時に変化させるが、しかしこの場合、各々の窓Ｖ_kに関する識別可能な異なる変化により変化させることにある。

各々の窓Ｖ_kの透過は例えば法則、
Ｔ（Ｖ_k）＝ＴＬ₀ ＋ ｂ.ｃｏｓ（ｗ_k．ｔ）
に従って変化させられる。

ＴＬ₀、ｂ及びｗ_kは定数であり、ｔは時間であり、Ｔ（Ｖ_k）は窓Ｖ_kの光の透過であり、定数ｗ_kは全て、各々の窓Ｖ_kに対して異なる値を有する。

制御プログラムは、電気制御可能な光透過性を有する複数の窓Ｖ_kの各々の光の透過Ｔ（Ｖ_k）を、Ａ及びＯの関数として制御することもできる。

これを目的として、窓Ｖ_kの透過は、例えばＡが空集合になるように変更される。

この結果は例えば、時計で測定された待ち時間後に繰り返し獲得され得る。

Ａが非空集合のままであるなら、複数の窓Ｖ_kは、例えばそれらの着色状態で全て制御される。

なお、制御システム１は、たとえグレアが優先的に好ましく管理される場合でも、室内の温度又は室内の全般的な明るさの関数として窓の光の透過を管理するようになっていてもよい。

ＣＣＤカメラは例えば、各々の領域Ｘ_iの明るさを平均することによって、室内の明るさ全体を測定するためのセンサとして働くこともできる。

さらに、言うまでもなく、本システムは各タイプの１つ以上のセンサを含んでよい。

存在検知センサが設けられてもよく、或いは変更形として、存在検知センサの代わりに時計が設けられてもよい。その場合、室内での存在は予め定められた時間帯と同一視される。制御システム１は例えば、室内に使用者が存在するときにはグレア及び明るさを優先的に管理し、そして使用者の不在時には温度を優先的に管理する。

なお、「使用者」という用語は、建造物の部屋の使用者を意味するものと理解されるべきである。

最後に、部屋は、例えばブラインド、カーテン、及びＬＣＤ窓のような遮光手段を備えていてもよく、制御システムはこれらの遮光手段を制御することができる。

Claims (16)

1. 電気制御可能な光透過特性を有する複数の活性窓Ｖ_kの光の透過を制御するためのシステム（１）であって、
   少なくとも１つの空間明るさセンサであって、該少なくとも１つの空間明るさセンサの観察ウィンドウに対応する集合Ｘの部分集合Ｘ_iを形成する異なる空間領域に対して、明るさをそれぞれ表す少なくとも１つの値を与えて、Ｌの部分集合Ｌ_iが前記部分集合Ｘiと関連付けられている明るさのマッピングＬを提供するための少なくとも１つの空間明るさセンサと、
   前記複数の窓の各々の光の透過を制御することができるプログラムが記憶されたメモリを含む制御ユニットと、を含み、
   前記プログラムは、明るさの前記マッピングＬからグレアの空間領域Ａ_jのマッピングＡを定義すること、及び電気制御可能な明るさを有する空間領域Ｏ_mのマッピングＯを使用することができ、各々の部分集合Ｏ_mは前記複数の活性窓Ｖ_kのうちの１つ以上と関連づけられており、マッピングＯ及び部分集合Ｏ _m は、前記電気制御可能な活性窓Ｖ _k の１つ以上によって明るさが制御される空間領域を表しており、
   前記プログラムはさらに、前記複数の活性窓Ｖ_kの各々の光の透過をＡ及びＯの関数として制御することができ、
   各々の部分集合Ｏ _m は集合Ｘの１つ以上の部分集合Ｘ _i に対応している、システム（１）。
2. 前記集合Ａの前記部分集合Ａ_jは、強い明るさ、強いコントラスト、又は強い明るさ及び強いコントラストを有する空間領域を表す値である、請求項１に記載のシステム（１）。
3. 強い明るさ、強いコントラスト、又は強い明るさ及び強いコントラストを有する前記空間領域はそれぞれ、予め定められたか又は計算された一つの同じ絶対基準レベルに関連して決定される、請求項１又は２に記載のシステム（１）。
4. Ａの部分集合Ａ_jは、明るさを表す値が、明るさを表す予め定められた値又は計算値であるＬＩ以上である空間領域に対応する、請求項３に記載のシステム（１）。
5. Ａの部分集合Ａ_jは、隣接空間領域との明るさを表す値の比が、コントラストを表す予め定められた値又は計算値であるＣＩ以上である空間領域に対応する、請求項３に記載のシステム（１）。
6. 前記プログラムは、各々の空間領域Ｏ_mの明るさを表す値、例えば各々の領域Ｏ_mのために各々の活性窓Ｖ_kに割り当てられた係数、に対する各々の活性窓Ｖ_kの相対的な影響に関する情報の関数としても、前記複数の活性窓Ｖ_kの各々の光の透過を制御することができる、請求項１から５までのいずれか一項に記載のシステム（１）。
7. 前記プログラムは前記情報を自動的に得ることができる、請求項６に記載のシステム（１）。
8. 前記情報は、各々の前記活性窓Ｖ_kに関する識別可能な異なる変化をもって、全ての前記活性窓Ｖ_kの光の透過を同時に変化させることによって得られる、請求項７に記載のシステム（１）。
9. 前記活性窓Ｖ_kの光の透過の同時の変化は、時間的に異なる又はずれた所定の長さの周期で、前記活性窓Ｖ_kの光の透過を周期的に変化させることにある、請求項８に記載のシステム（１）。
10. 前記活性窓Ｖ_kのうちの複数又は各々の窓が個別に制御される、請求項１から９までのいずれか一項に記載のシステム（１）。
11. 前記活性窓Ｖ_kは建造物の同一の部屋の窓であり、前記異なる空間領域は前記建造物の前記部屋の領域である、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のシステム。
12. 電気制御可能な光透過特性を有する複数の活性窓Ｖ_kと、前記活性窓Ｖ_kの光の透過を制御するためのシステムとを含む組立体であって、前記制御システムが請求項１から１１までのいずれか一項に記載されたものである、組立体。
13. 請求項１２に記載の組立体を含む建造物。
14. 電気制御可能な光透過特性を有する複数の活性窓Ｖ_kの光の透過を制御する方法であって、
    少なくとも１つの空間明るさセンサの観察ウィンドウに対応する集合Ｘの異なる空間領域Ｘ_iに対して、明るさをそれぞれ表す少なくとも１つの値Ｌ_i＝Ｌ（Ｘ_i）を与えて、集合Ｌｉが前記集合Ｘiと関連付けられている明るさのマッピングＬを提供するために少なくとも１つの空間明るさセンサを使用する段階、
    明るさの前記マッピングＬからグレアの空間領域Ａ_jのマッピングＡを定義する段階、及び、
    電気制御可能な明るさを有する空間領域Ｏ_mのマッピングＯを使用する段階、を含んでおり、各々の部分集合Ｏ_mは前記複数の活性窓Ｖ_kのうちの１つ以上と関連づけられており、マッピングＯ及び部分集合Ｏ _m は、前記電気制御可能な活性窓Ｖ _k の１つ以上によって明るさが制御される空間領域を表しており、
    該方法はさらに、前記複数の活性窓Ｖ_kの各々の光の透過をＡ及びＯの関数として制御する段階を含んでおり、
    各々の部分集合Ｏ _m は集合Ｘの１つ以上の部分集合Ｘ _i に対応している、方法。
15. 前記活性窓が、エレクトロクロム窓、ガスクロム窓、及びサーモクロム窓のいずれかである、請求項１４に記載の方法。
16. 前記活性窓が、エレクトロクロム窓、ガスクロム窓、及びサーモクロム窓のいずれかである、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のシステム。

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