JP6652429B2 - 断熱性能検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する部位の断熱性能を検査するための断熱性能検査装置に関する。

建物の断熱性能は、建物の熱損失係数を推定することにより評価することができる。熱損失係数は、建物から逃げる熱量（Ｗ／Ｋ）を延床面積（ｍ^２）で除算した値（Ｑ値）として表される。建物から逃げる熱量は、屋外空間（床下空間や小屋裏空間も含む）に面する部位（外壁、１階床など）から逃げる熱量の総計として求められる。また、各部位から逃げる熱量は、その部位の面積と熱貫流率とに基づいて算出される。

建物の熱損失係数を求めるために、たとえば特開２０１３−２２１７７２号公報（特許文献１）では、建物の各部屋の温度および建物外部の温度を継続して測定し、建物全体の平均温度および外部に接する部屋の平均温度を求め、これら２つの平均温度が一定の関係となる熱移動モデルに従って熱損失係数を推定する方法が提案されている。

また、建物の外壁等の熱貫流率を求めるために、特開２０１４−０７４９５３号公報（特許文献２）では、たとえば外壁の熱貫流率を、外壁種別に応じた熱伝導率と、外壁厚と、外壁の断熱材の熱伝導率と、外壁断熱材厚とを、外壁熱貫流率算出式に代入して算出する方法が開示されている。

なお、特開２００６−７１５６５号公報（特許文献３）には、検査装置において、検査対象の断熱材を一方の面側から加熱した場合における断熱材の温度差に基づいて、断熱材の断熱性能を判定することが開示されている。この検査装置は、検査対象の断熱材も含めてケースで覆われる。

特開２０１３−２２１７７２号公報 特開２０１４−０７４９５３号公報 特開２００６−７１５６５号公報

特許文献１のように、建物の熱損失係数を推定するには、多くの時間と機材（温度計）が必要となる。また、内外温度差の大きな時期でなければ、推定誤差が大きくなる可能性がある。

また、特許文献２では、対象部位（たとえば外壁）の熱伝導率が予め記憶されていることが前提となっているため、対象部位の熱伝導率が未知である場合には、熱貫流率を算出することができない。

さらに、特許文献３の検査装置では、予め、断熱材の熱貫流率と断熱材表面および裏面の温度差との相関関係を算出しておく必要がある。そのため、この検査装置を既存の様々な建物の床や壁に適用するためには、膨大な算出データが必要となり、現実的ではない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単かつ短時間で、対象部位の断熱性能を検査することのできる断熱性能検査装置を提供することである。

この発明のある局面に従う断熱性能検査装置は、建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する対象部位の断熱性能を検査するための装置であって、板状部材と、一対の温度センサと、加熱部材と、演算処理部と、筐体とを備える。板状部材は、対象部位の屋外面に対面状態で配置され、所定の熱抵抗値を有する。一対の温度センサは、板状部材の表面側および裏面側にそれぞれ設けられている。加熱部材は、板状部材の裏面側に配置され、板状部材を介して対象部位を加熱する。演算処理部は、第１および第２の温度センサからの信号に応じて、対象部位の所定の断熱指標の推定に用いられる板状部材の表面側温度および裏面側温度の計測処理を行う。筐体は、板状部材および加熱部材の周囲を取り囲む側面部と、板状部材の表面を露出させる開口部とを有する。

好ましくは、加熱部材は、筐体の側面部から離れて配置されている。

好ましくは、断熱性能検査装置は、筐体内において加熱部材の裏面側に配置され、熱の逆流を防止するための断熱部材と、開口部を覆うように筐体に固定され、板状部材の表面を保護する保護板とをさらに備える。

好ましくは、演算処理部は、計測された板状部材の表面側温度および裏面側温度と、対象部位の屋外側の温度と、板状部材の熱抵抗値とに基づき算出される値を、保護板の熱抵抗値に応じて補正することにより、対象部位の断熱指標の推定処理を行う。

好ましくは、演算処理部による処理結果を記録するための、着脱可能な記録手段をさらに備える。

好ましくは、断熱性能検査装置は、加熱部材の過加熱を防止するための過加熱防止手段をさらに備える。

加熱部材は、面状発熱体と、面状発熱体と板状部材の裏面との間に配置される均熱板とを含んでもよい。

板状部材は、熱抵抗値が０．３〜０．８ｍ²Ｋ／Ｗの断熱材であることが望ましい。

本発明によれば、簡単かつ短時間で、対象部位の断熱性能を検査することができる。

本発明の実施の形態に係る断熱性能検査装置の基本構造を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る断熱性能検査装置の本体部が備える基本構成要素の分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る断熱性能検査装置の機能構成例を示すブロック図である。 対象部位の断熱指標（熱貫流率）の基本的な推定原理を概念的に示す図である。 板状部材（基準板）の表面側温度および裏面側温度の時間遷移の典型例を示すグラフである。 本発明の実施の形態において、板状部材の表面側の安定温度の予測処理について説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態において、予測式作成タイミングで作成され得る予測式の例を示すグラフである。 本発明の実施の形態において、確認タイミングで得られる実測値が予測値よりも小さい場合の予測式のグラフである。 本発明の実施の形態において、確認タイミングで得られる実測値が予測値よりも大きい場合の予測式のグラフである。 本発明の実施の形態において、確認タイミングで得られる実測値と予測値とが同じ場合の予測式のグラフである。 本発明の実施の形態に係る検査装置の外観例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る検査装置の外観例を示す側面図である。 図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う検査装置の断面構造を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態における、対象部位の断熱指標の推定原理を概念的に示す図である。 本発明の実施の形態における熱貫流率推定処理を示すフローチャートである。 比較例として、熱容量の比較的大きい部位を対象とし、ヒータを一定出力とした場合における、熱貫流率の測定に要する時間の具体例を示すグラフであり、（Ａ）のグラフには、各位置の温度の時間遷移の典型例が示され、（Ｂ）のグラフには、対象部位の熱貫流率（推定Ｕ値）と真値との関係が示されている。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

本実施の形態に係る断熱性能検査装置（以下「検査装置」と略す）は、建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する部位の断熱性能を検査する。検査対象の部位を、「対象部位」という。対象部位は、外壁、１階の床、および最上階の天井などの面部材である。なお、面部材は、単層の部材に限定されず、複数層で構成された部材であってもよい。屋外空間には、床下空間および小屋裏空間が含まれる。

この検査装置は、検査の対象部位の断熱性能を表わす指標（以下「断熱指標」という）として、熱貫流率（Ｕ値）を推定する機能を有している。

（基本構成について）
はじめに、図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る検査装置１の基本構成について説明する。

検査装置１は、建物の屋内空間において用いられ、本体部１２と、制御装置１３とを備える。本体部１２および制御装置１３は、筐体１０に収容されている。筐体１０は、角当や設置の衝撃等に耐えうる素材、たとえば鋼板により構成される。

筐体１０は、たとえば、略Ｕ字状断面を有する箱状体として形成されている。すなわち、筐体１０は、本体部１２および制御装置１３の制御基板等を取り囲む側面部１０ａと、側面部１０ａの一端側に連結された底面部１０ｂとで構成され、側面部１０ａの他端側に開口部１０ｃが設けられている。検査の際、検査装置１は、開口部１０ｃが対象部位８０側に位置するように、対象部位８０の屋内面（屋内側の面）に設置される。

筐体１０内において、本体部１２は開口部１０ｃ側に配置され、制御装置１３は底面部１０ｂ側に配置されている。本体部１２と制御装置１３との間には、仕切り板１４が介在されていてもよい。

図２に示されるように、本体部１２は、基準板２１と、ヒータ２２と、断熱部材２３と、一対の温度センサ２４，２５とを含む。なお、図２では、ヒータ２２および温度センサ２４，２５の配線の図示は省略されている。

基準板２１は、熱貫流率Ｕ_１が既知である板状部材である。熱貫流率は熱抵抗値の逆数であるため、基準板２１は所定の熱抵抗値を有していると換言できる。基準板２１の表面２１ａは、筐体１０の開口部１０ｃから露出する。そのため、検査の際に、基準板２１は、対象部位８０の屋内面に対面状態で配置される。

基準板２１は、たとえば、押出法ポリスチレンフォームなど樹脂系の断熱材により形成されている。基準板２１は、対象部位８０に熱を伝えることができ、かつ、熱抵抗が高すぎない材質であればよい。具体的には、基準板２１の熱抵抗値（Ｒ値）は、０．３０〜０．８０ｍ^２ｋ／Ｗであることが望ましい。また、断熱性能が経年変化しないことが望ましい。あるいは、経年変化した場合に交換可能なものであることが望ましい。

ヒータ２２は、基準板２１の裏面２１ｂ側に設けられる。ヒータ２２は、面状の発熱体（たとえばラバーヒータ）により構成される。ヒータ２２の表面が基準板２１の裏面２１ｂに当接する。ヒータ２２は、基準板２１と略同じ面積であることが望ましい。ヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦは、制御装置１３によって制御される。

断熱部材２３は、ヒータ２２の裏面側に設けられ、基準板２１とヒータ２２と断熱部材２３とが、層状に形成されている。断熱部材２３の厚みは、基準板２１の厚みよりも大きい。断熱部材２３の熱抵抗は、基準板２１の熱抵抗よりも十分に高く、ヒータ２２の熱が、基準板２１の反対方向へ逆流するのを防止する。その結果、ヒータ２２の熱の大部分を対象部位８０側に伝えられることができる。

温度センサ２４は、基準板２１の裏面２１ｂに設けられ、基準板２１の裏面２１ｂ側の温度を検知する。温度センサ２５は、基準板２１の表面２１ａに設けられ、基準板２１の表面２１ａ側の温度を検知する。ここで、理想的には、図４に示されるように、基準板２１の表面２１ａは、対象部位８０の屋内面に当接して配置される。この場合、温度センサ２５により検知される基準板２１の表面側温度は、対象部位８０の屋内面の温度、より特定的には、対象部位８０の屋内面のうち基準板２１の表面２１ａと面接触することで加熱される部分（以下「被加熱面」という）の温度と等しい。温度センサ２４，２５の検知信号は、制御装置１３に入力される。

図３に示されるように、制御装置１３は、各種演算処理および各部の制御を行う演算処理部３１と、各種データおよびプログラムを記憶する記憶部３２と、ユーザからの指示を受け付ける操作部３３と、各種情報を表示する表示部３４と、着脱可能な記録媒体３５ａからのデータの読出しおよび書き込みを行うドライブ装置３５と、各部に電力を供給する電源部３６と、演算処理部３１からの指示に基づき、ヒータ２２の出力を制御する加熱制御部３７と、計時動作を行う計時部（図示せず）とを含む。演算処理部３１および記憶部３２は、１つの制御基板（たとえばマイクロコンピュータ）に実装されてもよい。

（制御装置の機能構成について）
次に、図３および図４を参照して、制御装置１３の機能構成について説明する。

制御装置１３の演算処理部３１は、その機能構成として、計測処理部４１、予測処理部４２、推定部４３、および結果処理部４４を含んでいる。計測処理部４１、予測処理部４２、推定部４３、および結果処理部４４の機能は、この検査装置１が対象部位８０に取り付けられた状態において、演算処理部３１により実現される。記憶部３２には、基準板２１の熱貫流率Ｕ_１または熱抵抗値が予め記憶されている。

計測処理部４１は、温度センサ２４，２５からの検知信号に基づいて、ヒータ２２により対象部位８０に熱が伝えられた状態における、各位置の温度を計測する。すなわち、図４を参照して、基準板２１の裏面側温度Ｔｈ、および、基準板２１の表面側温度（対象部位８０の屋内面温度）Ｔｉを計測する。計測された各点の温度（℃）は、演算処理部３１の内部メモリなどの記憶手段に一時記憶される。

また、計測処理部４１は、加熱制御部３７を介してヒータ２２の運転を行い、対象部位８０を屋内空間側から加熱する。つまり、加熱制御部３７は、計測処理部４１からの指示に応じて、ヒータ２２の出力を制御する。加熱制御部３７によるヒータ２２の出力制御については後述する。

推定部４３は、対象部位８０の加熱後における、基準板２１の表裏温度（表面側温度および裏面側温度）Ｔｈ，Ｔｉ、および、対象部位８０の屋外側温度Ｔｏそれぞれの温度勾配から、対象部位８０の熱貫流率を推定する。

屋外側温度Ｔｏは、対象部位８０の屋外面（屋外側の面）の温度に相当する。ヒータ２２の加熱による対象部位８０の屋外面の温度の上昇率は僅かであるため、屋外側温度Ｔｏは、外気温で代替してもよいし、外気温に空気の熱伝達率を掛けて対象部位８０の屋外面の温度を推定してもよい。たとえば対象部位８０が１階床の場合、対象部位８０の屋外面の温度は、床下温度に代替することができる。このような場合、屋外側温度Ｔｏは、たとえば操作部３３を介して入力可能である。あるいは、屋外側温度Ｔｏを検知するための温度センサ（図示せず）が、筐体１０とは別に設けられ、この温度センサからの検知信号を制御装置１３に入力させるように構成してもよい。

対象部位８０の熱貫流率は、各位置の温度Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｏと、記憶部３２に記憶された基準板２１の熱貫流率Ｕ_１とに基づいて推定される。推定部４３による対象部位８０の熱貫流率の基本的な推定原理は、以下の通りである。

基準板２１の熱貫流率は既知であるため、その値Ｕ_１と、基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｉとから、基準板２１を通過する熱流Ｗ_１（単位：Ｗ／ｍ^２）を推定することができる。すなわち、次式（１）により、基準板２１を通過する熱流Ｗ_１を推定することができる。

Ｗ_１＝Ｕ_１×（Ｔｈ−Ｔｉ） ・・・（１）
一方、対象部位８０を通過する熱流Ｗ_０は、未知の熱貫流率Ｕ_０と、対象部位８０の表裏温度Ｔｉ，Ｔｏ（対象部位８０の屋内面温度に相当する基準板２１の表面側温度Ｔｉおよび対象部位８０の屋外側温度Ｔｏ）とから、次式（２）が成り立つ。

Ｗ_０＝Ｕ_０×（Ｔｉ−Ｔｏ） ・・・（２）
ここで、対象部位８０を通る熱流Ｗ_０と、基準板２１を通る熱流Ｗ_１とは、一次元で考えると同じであるため、次式（３）が成り立つ。

Ｕ_１×（Ｔｈ−Ｔｉ）＝Ｕ_０×（Ｔｉ−Ｔｏ） ・・・（３）
よって、求めたい対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０は、次式（４）により求められる。

Ｕ_０＝Ｕ_１×（Ｔｈ−Ｔｉ）／（Ｔｉ−Ｔｏ） ・・・（４）
すなわち、基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｉの温度差と、基準板２１の熱貫流率Ｕ_１とを乗算することにより得られる基準板２１の熱流の推定値（Ｗ_１）を、対象部位８０の表裏温度Ｔｉ，Ｔｏとの温度差で除算することにより、対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０が導出される。

上記推定原理に基づいて、理想的には、式（４）で表される算出式に、基準板２１の熱貫流率と上記３点の温度とを代入することで、対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０を推定（算出）することができる。

ここで、推定部４３により対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０を精度良く推定するためには、本来、基準板２１の表裏温度（Ｔｈ，Ｔｉ）および対象部位８０の屋外側温度（Ｔｏ）がそれぞれ略一定となり安定するまで待つ必要がある。なお、上述のように、対象部位８０の屋外側温度（Ｔｏ）は、対象部位８０の加熱状態に関わらず一定とみなせるため、実際には、基準板２１の表裏温度（Ｔｈ，Ｔｉ）が安定するまで待つ必要がある。基準板２１の表裏温度が安定するまでの時間は、対象部位８０の熱容量の大きさによって異なる。一般的に、床材の熱容量は、外壁の熱容量よりも大きい。床材は、典型的には、屋内空間に面する合板（たとえばフローリング、木床など）と、その裏側に設けられた断熱材（たとえばポリスチレンフォーム）とで構成されている。

対象部位８０が床材のような熱容量の大きい面部材である場合に、仮に、ヒータ２２の出力を一定出力として対象部位８０を加熱した場合、図１６（Ａ）に示すように、基準板２１の裏面側温度Ｔｈと、基準板２１の表面側温度（対象部位８０の屋内面温度）Ｔｉとの双方が安定するまでに、９時間近く掛かることがある。この場合、当然ながら、図１６（Ｂ）に示すように、対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０が真値Ｕｔと近い値となるまでに、９時間近く掛かる。これは、熱容量の大きい対象部位８０の場合、ヒータ２２からの熱が対象部位８０に蓄熱されながら、２点の温度Ｔｈ，Ｔｉが上昇するためであると考えられる。図１６において、基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｉの双方が安定し、推定Ｕ値が真値と略一致したときの時間が、「ｔｚ」で示されている。また、１階床の屋外面の実測温度がＴｏ_１で示され、床下温度がＴｏ_２で示されている。

入居中の実物件での断熱性能の検査は、２時間以下の短時間で終了することが望ましい。図１６に示すようなケースにおいて、加熱開始から理想の測定終了時間（二点鎖線で示されている）となったタイミングで熱貫流率の算出を試みた場合、その時点では基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｉは未だ上昇を続けており、それぞれの安定温度ＴＳｈ,ＴＳｉに達していない。したがって、その時点で得られた基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｉを上記算出式（４）に当て嵌めたとしても、推定Ｕ値と真値（Ｕｔ）との誤差は非常に大きい。

そこで、本実施の形態では、基準板２１の裏面側温度Ｔｈを一定に制御し、変数を基準板２１の表面側温度Ｔｉのみとすることにより、加熱開始から短時間で、表面側温度Ｔｉの安定温度を予測する。ヒータ２２の一定温度制御は加熱制御部３７により行われ、基準板２１の表面側安定温度の予測は予測処理部４２により行われる。なお、以下の説明においては、理解を容易にするために、基準板２１の裏面側温度Ｔｈを「ヒータ温度Ｔｈ」、基準板２１の表面側温度Ｔｉを「設置面温度Ｔｉ」という。

加熱制御部３７は、図５のグラフに示されるように、運転開始直後からヒータ２２の温度を急速に上げて、計測処理部４１により計測されたヒータ温度Ｔｈが設定温度ＴＳｈとなるように制御する。このような一定温度制御は、たとえばヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより実現される。なお、温度センサ２４からの検知信号は、計測処理部４１を経由することなく加熱制御部３７に入力されてもよい。

予測処理部４２は、加熱制御部３７による一定温度制御が行われている際に、時系列に得られる設置面温度（実測値）Ｔｉに基づいて、安定温度ＴＳｉを予測する。なお、測定開始後、安定温度ＴＳｉが予測可能となるのは、ヒータ温度Ｔｈが略一定となり、設置面温度Ｔｉの上昇勾配が安定した時点（図５の時間ｔａ）以降である。設置面の安定温度の予測方法については、図６のグラフを参照して説明する。

図６に示す時間ｔｂが、理想の測定終了時間（典型的には、測定開始後３０分〜６０分の間）であると仮定する。時間ｔｂの段階では、設置面温度Ｔｉは安定しておらず、上昇を続けている。通常、設置面温度Ｔｉの上昇は、理想終了時間ｔｂから長時間経過してやっと収束する。予測処理部４２は、時間ｔｂ以前の温度変化から関数近似を行って収束値ｂを導出することで、設置面の安定温度ＴＳｉを予測する。つまり、予測処理部４２は、設置面温度の変化過程において、ヒータ温度が一定の状態のときに得られる実測値（Ｔｉ）に基づいて、近似曲線の収束値ｂを算出することによって、設置面の安定温度ＴＳｉを予測する。

近似曲線は、次式（５）により表わされる。

ｙ＝−Ｃａ^ｘ＋ｂ （ただし、０＜ａ＜１） ・・・（５）
ここで、図６のグラフに示されるように、測定開始時ではなく、特定時点を近似曲線のｘ＝０とし、特定時点における実測値をｙ_０とする。その場合、式（５）の近似式に、ｘ＝０、ｙ＝ｙ_０を代入すると、
ｙ_０＝−Ｃａ^０＋ｂ＝−Ｃ＋ｂ
となるため、
Ｃ＝ｂ−ｙ_０
が成り立つ。よって、式（５）の近似式を、次式（６）の方程式に置き換える。

ｙ＝−（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ ・・・（６）
この方程式（６）を用いる場合、未知数ｂは、最終的に求めたい収束値であるが、未知数ａが定まれば計算できる。したがって、予測処理部４２は、特定時点よりも後の第１時点（ｘ_１）および第２時点（ｘ_２）の実測値（ｙ_１,ｙ_２）から、方程式（６）の未知数ａを導出する。なお、本実施の形態において、特定時点は、典型的には、ヒータ温度Ｔｈが安定した時点（時間ｔａ）である。したがって、特定時点を以下「ヒータ安定時点」という。第１時点は、ヒータ安定時点よりもΔｔ１分後の時点であり、第２時点は、ヒータ安定時点よりもΔｔ２分（Δｔ２＞Δｔ１）後の時点である。なお、特定時点は、時間ｔａよりも後であってもよい。

具体的には、まず、未知数ａを１未満の任意の数値として仮定する。そして、次式（７）により、第１時点の実測値から、収束値ｂの暫定値（以下、「暫定収束値ｂ^＊」と表わす）を求める。

ｂ^＊＝（ｙ_１−ｙ_０ａ^ｘ１）／（１−ａ^ｘ１） ・・・式（７）
暫定収束値ｂ^＊が求められると、それよりも後の時間における設置面温度Ｔｉの予測式を次式（８）のように設定することができる。

ｙ＝−（ｂ^＊−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ^＊ ・・・式（８）
予測式は、第１時点の実測値に基づき算出された暫定収束値ｂ^＊が用いられることから、本実施の形態では、第１時点、すなわちヒータ安定時点（ｘ＝0）からΔｔ１分経過した時点を「予測式作成タイミング」という。なお、図７には、第１時点が「予測式作成時刻」として示されている。

図７には、予測式作成タイミング（ｘ_１）において、未知数ａ＝０．５０と仮定したときの予測式のグラフ、未知数ａ＝０．９０と仮定したときの予測式のグラフ、未知数ａ＝０．９９と仮定したときの予測式のグラフが示されている。当然ながら、未知数ａの仮定値によって、暫定収束値ｂ^＊は様々な値をとる。たとえば、ｘ_１＝１０、未知数ａ＝０．９０と仮定した場合、暫定収束値ｂ^＊は、「ｂ^＊＝｛ｙ_１０−ｙ_０（０．９）^１０｝／｛１−（０．９）^１０｝」として表せる。なお、「ｙ_１０」は、ｘ＝１０のときの設置面温度Ｔｉ（実測値）である。

次に、予測処理部４２は、ヒータ安定時点からΔｔ２時間（ｘ_２）経過した第２時点において、予測式（８）より算出される予測値「−（ｂ^＊−ｙ_０）ａ^ｘ２＋ｂ^＊」と、そのときの実測値ｙ_２とを比較する。これにより、未知数ａの仮定値が正しいかどうかを判定（確認）する。

予測値と実測値ｙ_２とが異なる場合には、未知数ａが正しくないと判定できる。この場合、予測処理部４２は、予測値と実測値ｙ_２とが同じになるまで未知数ａの仮定値を変更する。たとえば、図８に示されるように、予測値が実測値ｙ_２よりも小さい場合、仮定した未知数ａは本来の値よりも小さすぎることが分かる。逆に、図９に示されるように、予測値が実測値ｙ_２よりも大きい場合、未知数ａの仮定値は本来の値よりも大きすぎることが分かる。

これに対し、図１０に示すように、予測値と実測値ｙ_２とが一致していれば、未知数ａの仮定値は正しいとみなすことができる。したがって、予測処理部４２は、このときの予測値の算出に用いた暫定収束値ｂ^＊を、収束値ｂとして判定することで、設置面の安定温度ＴＳｉを予測することができる。

このように、第２時点の実測値に基づき未知数ａの仮定値および暫定収束値ｂ^＊が正しいかを確認することから、本実施の形態では、第２時点、すなわちヒータ安定時点（ｘ＝0）からΔｔ２分経過した時点を「確認タイミング」という。なお、図８〜図１０には、第２時点が「確認時刻」として示されている。

このような予測方法を用いることで、設置面温度Ｔｉが安定していない段階で、その収束値ｂ、すなわち安定温度ＴＳｉを予測することができる。したがって、短時間で、対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０を推定することができる。

なお、温度センサ２５の特性上、２点の実測値ｙ_１，ｙ_２の一方または双方には、±０．５℃以下の誤差が含まれる可能性がある。実測値ｙ_１，ｙ_２のいずれかに誤差があれば、収束値ｂの算出結果にも影響する。したがって、予測処理部４２は、さらに、確認タイミングにおいて収束値ｂとして予測した値（収束値ｂの候補値）が、異常値でないか否かを判定してもよい。

また、本実施の形態のような安定温度の予測方法によれば、ヒータ安定時点と予測式作成タイミングとの時間差Δｔ１、および、予測式作成タイミングと確認タイミングとの時間差（Δｔ２−Δｔ１）は、等しくなくてもよい。そのため、予測式作成タイミングおよび確認タイミングを、理想終了時間内で自由に設定できる。

したがって、実測値ｙ_０とｙ_１との差、および、実測値ｙ_１とｙ_２との差が、それぞれ比較的大きくなる２点を、予測式作成タイミングおよび確認タイミングとして選択することができる。その結果、収束値の算出誤差を低減することができる。

また、確認タイミングを自由に設定できることから、確認タイミングを、測定開始時を基準とした理想終了時間ｔｂとして定めてもよい。この場合、理想終了時間ｔｂから安定時間ｔａを引いた時間が、ｘ_２の値（Δｔ２）となる。あるいは、確認タイミングを、ヒータ安定時点からの目標予測時間として定めてもよい。

なお、予測式作成タイミングおよび確認タイミングをそれぞれ特定するための情報は、予め記憶部３２に記憶されていてもよいし、測定開始時にユーザにより入力されてもよい。後者の場合、具体的な時刻（時分）が入力されてもよいし、安定時間ｔａからの経過時間（Δｔ１，Δｔ２）が入力されてもよい。あるいは、測定開始時からの経過時間（ｔａ＋Δｔ１，ｔａ＋Δｔ２）が入力されてもよい。

再び図３を参照して、結果処理部４４は、推定部４３による推定結果（対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０）の記録処理を行う。具体的には、結果処理部４４は、推定部４３による推定結果を、ドライブ装置３５を介して記録媒体３５ａに記録する。この際、対象部位８０を識別するための識別情報と、熱貫流率の推定データとを関連付けて、記録媒体３５ａに記憶させてもよい。結果処理部４４は、推定結果をユーザに報知するために、推定結果を表示部３４に表示する処理を行ってもよい。

なお、推定結果は、着脱可能な記録媒体３５ａに記録されることとしたが、記憶部３２の所定領域に記録されてもよい。また、その場合、ユーザによる所定の操作によって、記憶部３２に記録された推定結果を、通信部（図示せず）を介して、他の情報処理装置（たとえば、パーソナルコンピュータ、スマートフォンなど）に送信できるようにしてもよい。

本実施の形態では、上記した計測処理部４１、予測処理部４２、推定部４３、および結果処理部４４の機能は、演算処理部３１がソフトウェアを実行することで実現されるものとしたが、これらのうちの少なくとも１つについては、ハードウェアにより実現されてもよい。

（外観および構造の具体例について）
図１１〜図１３を参照して、検査装置１の外観および本体部１２の構造の具体例について説明する。図１１および図１２には、検査装置１の外観が示されている。図１３には、図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う検査装置１の断面構造が模式的に示されている。

筐体１０は平面視において（底面部１０ｂ側から見て）矩形形状（略正方形状）である。この場合、側面部１０ａは、互いに直交する４つの側板部により形成されている。

図１２に示されるように、側面部１０ａのうち１つの側板部には、電源のＯＮ／ＯＦＦを指示するための電源スイッチ３３ａと、検査開始を指示するためのスタートスイッチ３３ｂと、表示部３４と、記録媒体３５ａを抜き差しするための挿入口３５ｂと、測定終了時に点灯するランプスイッチ５３とが設けられている。電源スイッチ３３ａおよびスタートスイッチ３３ｂは、操作部３３に含まれる。

表示部３４には、検査の進行度合を示す情報、たとえばヒータ温度Ｔｈおよび設置面温度Ｔｉそれぞれの実測値、ならびに、検査開始からの経過時間などが表示される。なお、表示部３４は、筐体１０の底面部１０ｂに設けられてもよい。この場合、検査の進行度合を確認し易い。

他の側板部には、図１１に示されるように、たとえば、電源ケーブルを挿入するための挿入口５１と、主電源スイッチ５２とが設けられている。また、さらに他の側面部分には、持ち運び用の把持部１５が設けられていることが望ましい。

本実施の形態では、筐体１０の開口部１０ｃが保護板１１により覆われている。この場合、保護板１１の表面が対象部位８０の屋内面に当接するように、検査装置１が設置される。このように、基準板２１は、保護板１１を介して、対象部位８０の屋内面に対面状態で配置される。保護板１１は、耐熱性を有する材料、たとえばＡＢＳ樹脂により形成される。

図１３に示されるように、本実施の形態では、筐体１０内において、仕切り板１４側から順に、本体部１２の構成要素である断熱部材２３、ヒータ２２、均熱板２６、および基準板２１が配置され、基準板２１の表面２１ａに当接するように保護板１１が設けられている。つまり、断熱部材２３、ヒータ２２、均熱板２６、基準板２１、および保護板１１が、層状に構成されている。

基準板２１は、一例として、厚みＬ１が１５ｍｍ、熱伝導率が０．０２８Ｗ／ｍＫの断熱材である。つまり、基準板２１の熱抵抗値は０．５４ｍ^２ｋ／Ｗ程度である。断熱部材２３の厚みＬ２は、基準板２１の厚みＬ１の２倍以上であり、断熱部材２３の熱抵抗値は、基準板２１の熱抵抗値の２倍以上である。

ヒータ２２は、平面視においてたとえば正方形状であり、その一辺の長さＬ３が約４００ｍｍである。株式会社建築環境ソリューションズ製のＩＮＳＹＳ伝熱＆結露計算シリーズ「非定常 熱・湿気計算システムＨ＆Ｍ」により、ヒータ２２のサイズを１００ｍｍ角、２００ｍｍ角、３００ｍｍ角とした場合のそれぞれの温度分布と、一次元計算による温度分布とを比較した。それぞれの温度分布は、ヒータ２２の設定温度を６０℃として、加熱開始から２３時間後の温度分布である。

このシミュレーションの結果、２００ｍｍ角以下では、中心部における温度であっても、一次元計算の温度よりも極端に低い値を示した。これに対し、３００ｍｍ角では、中心部における温度が、一次元計算の温度と同じではないものの、近い分布を示した。このシミュレーション結果から、発熱面積が過小であると、周辺部への熱の回り込みにより、基準板２１の表面（設置面）２１ａの温度が想定よりも下がることが判明した。

そのため、安全側をみて、ヒータ２２のサイズを３００ｍｍよりも大きい４００ｍｍ角とすることで、熱伝達の効率低下を防止することができる。なお、上記シミュレーションの結果から、ヒータ２２のサイズは、４００ｍｍでなくてもよく、３００ｍｍ以上であればよい。

本実施の形態では、ヒータ２２の熱を基準板２１に均等に伝えるために、ヒータ２２と基準板２１との間に、熱伝導率の高い均熱板２６が設けられている。均熱板２６は、たとえばアルミニウム材料により形成される。ヒータ２２および均熱板２６は、基準板２１を加熱する加熱部材２７を構成する。なお、ヒータ２２の温度ムラが殆ど無い場合には、加熱部材２７は、ヒータ２２のみによって構成されてもよい。

ヒータ２２の加熱能力としては、７０℃程度まで加熱可能であることが望まれる。検査装置１は、既存の建物の床等に設置して使用されるため、ヒータ２２の過加熱を防止するための過加熱防止手段（安全装置）が設けられていることが望ましい。具体的には、ヒータ２２の裏面側に、サーミスタ２８が設けられ、サーミスタ２８により検知される温度が一定温度に達すると、強制的にヒータ２２の電源がオフされる。ヒータ２２の過加熱の判断は、制御装置１３の演算処理部３１により行われてもよい。

ここで、図１３に示されるように、加熱部材２７および基準板２１は、それらを取り囲む筐体１０の側面部１０ａから離れて配置されている。つまり、加熱部材２７および基準板２１の端部と筐体１０の側面部１０ａとの間には、隙間６０が設けられている。これにより、加熱部材２７のヒータ２２から発せられた熱が、基準板２１ではなく筐体１０の側面部１０ａに流れ、意図せず放熱されてしまうことを防止することができる。加熱部材２７および基準板２１と側面部１０ａとの間の間隔は、たとえば５ｍｍ程度である。

本実施の形態では、仕切り板１４と保護板１１とで本体部１２を挟み込む形態とすることで、加熱部材２７および基準板２１を、筐体１０に直接接触しないように固定している。保護板１１は、たとえば、側面部１０ａの開口部１０ｃ側端部に設けられたフランジ１６に、ビスなどにより固定される。仕切り板１４は、たとえば、側面部１０ａの中央部付近に設けられたフランジ１７に、ビスなどにより固定される。なお、保護板１１および仕切り板１４の筐体１０への固定方法は、特に限定されない。

このように、筐体１０の開口部１０ｃを覆う保護板１１が設けられることにより、基準板２１の表面２１ａまたは温度センサ２５の破損を防止するだけでなく、加熱部材２７および基準板２１を筐体１０の側面部１０ａから離間した状態で固定することができる。

なお、加熱部材２７（ヒータ２２および均熱板２６）と基準板２１との双方が、筐体１０の側面部１０ａから離れていることが望ましいが、少なくとも加熱部材２７が筐体１０の側面部１０ａから離れていればよい。

また、本実施の形態では、加熱部材２７および基準板２１と筐体１０の側面部１０ａとの間に隙間６０を設けることとしたが、これらの間に基準板２１よりも熱抵抗の大きい断熱材等を介在させてもよい。

（対象部位の熱貫流率Ｕ_０の補正について）
上述の例では、筐体１０の開口部１０ｃから露出する基準板２１の表面２１ａが、保護板１１により面接触状態で塞がれる。この場合、保護板１１が熱を伝導するため、対象部位８０の被加熱面の温度が想定よりも下がってしまう。つまり、基準板２１の表面側温度Ｔｉと、対象部位８０の被加熱面の温度とに、ずれが生じてしまう。そのため、上記基本の算出式（４）を用いた場合、対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０の推定精度が低下する。

そこで、本実施の形態では、保護板１１の素材を、熱貫流率または熱抵抗値が既知である素材とする。これにより、推定部４３は、上記式（４）による算出結果を、保護板１１の熱抵抗値（あるいは熱貫流率）に応じて補正することで、対象部位８０の熱貫流率を推定する。なお、保護板１１の熱抵抗値は、基準板２１の熱抵抗値と同程度であることが望ましい。

具体的には、図１４に示すように、保護板１１の熱貫流率を「Ｕ_２」で表わすと、対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０は、上記式（４）に代えて、次の式（９）により求められる。

Ｕ_０＝１／［１／｛Ｕ_１×（Ｔｈ−Ｔｉ）／（Ｔｉ−Ｔｏ）｝−１／Ｕ_２］ ・・・（９）
（動作について）
次に、検査装置１の動作について説明する。検査装置１の動作は、演算処理部３１が、記憶部３２に記憶されたプログラムを読み出して熱貫流率推定処理を実行することで実現される。

図１５は、本実施の形態における熱貫流率推定処理を示すフローチャートである。図１５に示す処理は、検査装置１の保護板１１を対象部位８０の屋内面に接触させた状態で、スタートスイッチ３３ｂが押下された場合に開始される。

図１５を参照して、はじめに、演算処理部３１の計測処理部４１は、加熱制御部３７を介してヒータ２２の加熱処理を開始するとともに（ステップＳ２）、加熱処理に並行して、上記した各位置の温度計測を開始する（ステップＳ４）。つまり、計測処理部４１は、ヒータ２２の加熱中、温度センサ２４，２５からの検知信号に基づいて、ヒータ温度Ｔｈおよび設置面温度Ｔｉを計測する。対象部位８０の屋外側温度Ｔｏは、たとえば検査開始時に、操作部３３から入力される。

加熱制御部３７は、ヒータ温度Ｔｈが設定温度（たとえば６０℃〜７０℃程度）となるように、ヒータ２２の一定温度制御を行う。設定温度は、予め記憶部３２に記憶されていてもよい。

続いて、演算処理部３１の予測処理部４２は、安定温度予測処理を実行する（ステップＳ６）。安定温度予測処理については、上述の通りである。すなわち、設置面温度Ｔｉの実測値と予測値とが同じと判定されるまで、未知数ａの仮定値の変更および暫定収束値ｂ^＊の算出が繰り返される。実測値と予測値とが同じと判定された場合、予測処理部４２は、実測値と同じと判定された予測値の算出に用いた最新の暫定収束値ｂ^＊を収束値ｂ（候補）として判定する。これにより、収束値ｂが出力される。

具体的には、たとえば、予測式作成タイミングを、ヒータ安定時点から１０分、確認タイミングを、ヒータ安定時点から３０分とし、未知数ａの仮定値の初期値を０．９とする。また、たとえば、未知数ａの仮定値は、初期値からたとえば０．００１ずつ順に変更していき、実測値と予測値とが、小数点第３位以上一致していれば、これらは同じであると判断する。

なお、予測式作成タイミングおよび確認タイミングにおける実測値は、それぞれ、移動平均処理が行われることによって、計測値の極端なばらつきが抑えられていることが望ましい。また、測定開始時においても、一定時間（たとえば５分程度）継続して実測値の移動平均処理を行うことにより、滑らかな曲線を得ておくことが望ましい。

安定温度予測処理が終わると、演算処理部３１の推定部４３は、記憶部３２から基準板２１の熱貫流率Ｕ_１および保護板１１の熱貫流率Ｕ_２を示す数値データを読み出して（ステップＳ８）、対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０を推定する（ステップＳ１０）。具体的には、上記式（９）で示される算出式に、ヒータ２２の設定温度（Ｔｈ）と、上記予測処理で求められた収束値（Ｔｉ）と、対象部位８０の屋外側温度（Ｔｏ）と、ステップＳ８で読み出した数値（Ｕ_１，Ｕ_２）とを代入することにより、対象部位８０の熱貫流率の推定値（Ｕ_０）を算出する。なお、式（９）の文字Ｕ_１，Ｕ_２に予め基準板２１の熱貫流率が代入された算出式を、記憶部３２に予め記憶させておいてもよい。ステップＳ８の処理（Ｕ_１値およびＵ_２値の読み出し）は、本推定処理の開始時に行われてもよい。

対象部位８０の熱貫流率（Ｕ_０）が推定されると、演算処理部３１の結果処理部４４は、推定結果（Ｕ_０）を記録媒体３５ａに記録する（ステップＳ１２）。これにより、他の情報処理装置において、記録媒体３５ａに記録された対象部位８０の熱貫流率を確認することができる。

このように、対象部位８０の熱貫流率を記録することで、対象部位８０の面積を入力すれば、対象部位８０から逃げる熱量を求めることもできる。また、建物において、断熱性能の評価対象となる全ての部位について、熱貫流率推定処理が終わると、記録媒体３５ａに記憶された部位ごとの熱貫流率と、それらの面積とを参照して、建物全体の外皮平均熱貫流率や熱損失係数を推定することもできる。

上述のように、本実施の形態によれば、検査装置１によって屋内空間側から対象部位８０に強制的に熱を与えるため、実際の内外温度差が小さい時期であっても、対象部位８０の熱貫流率の推定を行うことができる。また、検査装置１の基準板２１の面積は対象部位８０の面積よりも十分に小さく、対象部位８０の一部分のみを加熱するだけでよいため、従来よりも、短時間で断熱性能を検査することができる。

また、熱貫流率の検査に用いる機材としては、単体の検査装置１のみであるため、システム構成を簡易にすることができる。

また、熱流計により熱流を計測する場合、真値との誤差が生じやすいが、本実施の形態では、対象部位８０に熱が伝えられた状態において各位置の温度を計測するだけでよいため、誤差を少なくすることができる。

さらに、本実施の形態では、ヒータ２２の加熱開始後、早期の段階で、基準板２１の表面側の安定温度（収束値）を予測可能である。そのため、熱容量の大きい対象部位８０を検査対象とする場合でも、測定時間を短時間（理想的には、１時間以下）に抑えることができる。つまり、簡単かつ短時間で、対象部位８０の熱貫流率を精度良く推定することができる。したがって、本実施の形態の検査装置１は、入居中の実物件にも適用することが可能である。また、既存の建物全体の断熱性能も容易に評価できるため、検査装置１を利用することで、リフォーム事業を活性化することもできる。

なお、本実施の形態では、検査装置１の制御装置１３において、対象部位８０の熱貫流率の推定が行われた。しかしながら、図３に示した演算処理部３１の機能のうち、推定部４３および結果処理部４４の機能は、他の情報処理装置（以下「推定装置」という）により実現されてもよい。このような場合、検査装置１と推定装置とによって、断熱性能推定システムが構成されてもよい。

この場合、検査装置１の演算処理部３１には、計測処理部４１と、予測処理部４２との機能が含まれていればよい。この場合、熱貫流率の推定に必要な温度データが記録媒体３５ａに記録され、推定装置において、記録媒体３５ａに記録された温度データに基づいて、対象部位８０の熱貫流率Ｕ_０が推定される。記録媒体３５ａに記録されるデータには、少なくとも、予測された設置面安定温度ＴＳｉが含まれ、望ましくは、ヒータ安定温度ＴＳｈ（一定制御の設定温度）および対象部位８０の屋外側温度Ｔｏがさらに含まれる。

あるいは、記録媒体３５ａに記録されるデータは、熱貫流率の推定に用いられる安定温度のデータに代えて、安定温度に至るまでの時系列の温度データを含んでいてもよい。この場合、検査装置１の演算処理部３１には、予測処理部４２の機能も含まれなくてもよく、計測処理部４１の機能だけが含まれてもよい。つまり、記録媒体３５ａには、演算処理部３１の処理結果のうち、計測処理部４１による計測結果のみが記録されてもよい。

なお、本実施の形態では、対象部位の断熱性能を表わす指標として、熱貫流率を例に説明したが、上述の推定原理を利用できる指標であれば、これに限定されない。

また、本実施の形態では、検査装置１の筐体１０の形状が平面視において矩形形状であることとしたが、限定的ではなく、たとえば円形状であってもよい。その場合、本体部１２を構成する部材も、平面視において矩形形状でなくてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 検査装置、１０ 筐体、１０ａ 側面部、１０ｂ 底面部、１０ｃ 開口部、１１ 保護板、１２ 本体部、１３ 制御装置、１４ 仕切り板、１５ 把持部、１６，１７ フランジ、２１ 基準板、２２ ヒータ、２３ 断熱部材、２４，２５ 温度センサ、２６ 均熱板、２７ 加熱部材、２８ サーミスタ、３１ 演算処理部、３２ 記憶部、３３ 操作部、３４ 表示部、３５ ドライブ装置、３５ａ 記録媒体、３６ 電源部、３７ 加熱制御部、４１ 計測処理部、４２ 予測処理部、４３ 推定部、４４ 結果処理部、５２ 主電源スイッチ、５３ ランプスイッチ、６０ 隙間、８０ 対象部位。

Claims (7)

1. 建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する対象部位の断熱性能を検査するための装置であって、
   前記対象部位の屋内面に対面状態で配置され、所定の熱抵抗値を有する板状部材と、
   前記板状部材の表面側および裏面側にそれぞれ設けられた一対の温度センサと、
   前記板状部材の裏面側に配置され、前記板状部材を介して前記対象部位を加熱するための加熱部材と、
   前記一対の温度センサからの信号に応じて、前記対象部位の断熱指標の推定に用いられる前記板状部材の表面側温度および裏面側温度の計測処理を行う演算処理部と、
   前記板状部材および前記加熱部材の周囲を取り囲む側面部と、前記板状部材の表面を露出させる開口部とを有する箱状体であって、前記演算処理部を含む制御装置を収容する筐体と、
   前記板状部材の表面、および、前記板状部材の表面側に設けられた前記温度センサを保護するために、前記開口部を覆うように前記筐体に固定され、所定の熱抵抗値を有する保護板とを備え、
   前記保護板は、検査状態において前記対象部位の屋内面に当接し、
   前記演算処理部は、計測された前記板状部材の表面側温度および裏面側温度と、前記対象部位の屋外側の温度と、前記板状部材の熱抵抗値とに基づき算出される値を、前記保護板の熱抵抗値に応じて補正することにより、前記対象部位の断熱指標の推定処理を行う、断熱性能検査装置。
2. 前記加熱部材は、前記筐体の側面部から離れて配置されている、請求項１に記載の断熱性能検査装置。
3. 前記筐体内において前記加熱部材の裏面側に配置され、熱の逆流を防止するための断熱部材をさらに備える、請求項１または２に記載の断熱性能検査装置。
4. 前記演算処理部による処理結果を記録するための、着脱可能な記録手段をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の断熱性能検査装置。
5. 前記加熱部材の過加熱を防止するための過加熱防止手段をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の断熱性能検査装置。
6. 前記加熱部材は、面状発熱体と、前記面状発熱体と前記板状部材の裏面との間に配置される均熱板とを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の断熱性能検査装置。
7. 前記板状部材および前記保護板の熱抵抗値は、０．３〜０．８ｍ^２Ｋ／Ｗである、請求項１〜６のいずれかに記載の断熱性能検査装置。

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