JP6673718B2

JP6673718B2 - 室温制御システム

Info

Publication number: JP6673718B2
Application number: JP2016032350A
Authority: JP
Inventors: 奈美村松; 豊大浦; 貴文大橋; 明仁尾崎
Original assignee: Kyushu University NUC; Sankyo Tateyama Inc
Current assignee: Kyushu University NUC; Sankyo Tateyama Inc
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2036-02-23
Also published as: JP2017150711A

Description

本発明は、窓の開閉を自動で行って室内を快適に保つ室温制御システムに関する。

従来から室内の温度調節を行う手段としてエアコンが使われてきたが、エアコンで温度調節を行う場合、その都度ＯＮ・ＯＦＦの操作が必要で面倒であった。また、エアコンは長時間使用すると、エネルギーの浪費につながるとともに、人体に負荷がかかり健康を害するおそれもあった。

本発明は以上に述べた実情に鑑み、快適で省エネが図れる室温制御システムの提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による室温制御システムは、２つ以上の窓と外気温度センサと室内温度センサと雨センサと制御手段とを備え、制御手段は、室温が快適下限温度以上で且つ外気温が窓閉温度以上で室温より低いときに窓を開けるものであり、雨センサが雨を検知したときは、窓を閉めるとともに、雨が止んでから所定の期間、室内よりも湿度の高い外気が流入しないようにするために外気温について設定される窓開け温度を下げることを特徴とする。

請求項１記載の発明による室温制御システムは、２つ以上の窓と外気温度センサと室内温度センサと雨センサと制御手段とを備え、制御手段は、室温が快適下限温度以上で且つ外気温が窓閉温度以上で室温より低いときに窓を開けることで、自然の風を最大限利用して室温を快適に制御でき、さらに制御手段は、雨センサが雨を検知したときは、窓を閉めるとともに、雨が止んでから所定の期間、室内よりも湿度の高い外気が流入しないようにするために外気温について設定される窓開け温度を下げることで、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できるので、快適で省エネが図れる。

エアコンなしの場合の制御手段の制御の流れの一例を示すフローチャートである。図１のフローチャート中の湿度判定に用いられる判定図１，２，３を示す。図１のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図ａを示す。エアコンなしの場合の制御手段の制御の流れの他の例を示すフローチャートであって、真夏以外のときのものを示す。図４のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図ｂを示す。エアコンなしの場合の制御手段の制御の流れの他の例を示すフローチャートであって、真夏のときのものを示す。図６のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図ｃを示す。エアコン有りの場合の制御手段の制御の流れの一例を示すフローチャートである。図８のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図Ａを示す。図８のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図Ｂを示す。図８のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図Ｃを示す。エアコン有りの場合の制御手段の制御の流れの他の例を示すフローチャートであって、真夏以外のときのものを示す。図１２のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図Ｄを示す。図１２のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図Ｄ２を示す。エアコン有りの場合の制御手段の制御の流れの他の例を示すフローチャートであって、真夏のときのものを示す。図１５のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図Ｅを示す。図１５のフローチャート中の温度状態判定に用いられる判定図Ｅ２を示す。本発明の一実施形態に係る室温制御システムを設置した建物を模式的に示す平面図である。同室温制御システムの機能構成を示すブロック図である。本発明の室温制御システムの冷房負荷削減効果を示すグラフである。本発明の室温制御システムについて行ったシミュレーションの結果を示すグラフであって、窓が開いたときの室内の温度と湿度の状態を空気線図上にプロットしたものである。本発明の室温制御システムについて行ったシミュレーションの結果を示すグラフであって、窓が開いたときの室内の温度と湿度の状態を空気線図上にプロットしたものである。本発明の室温制御システムについて行った実験の結果を示すグラフであって、窓が開いたときの室外の温度と湿度の状態を空気線図上にプロットしたものである。本発明の室温制御システムについて行ったシミュレーションの結果を示すグラフであって、快適時間の割合を示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１８は本発明の一実施形態に係る室温制御システムを設置した建物を模式的に示す平面図であり、図１９は同システムの機能構成を示すブロック図である。本実施形態の室温制御システムは、平屋の住宅に適用したものである。
本システムは、屋外に面した複数の窓１，１，…と、室内に設置したエアコン７、集中制御機６、操作パネル８、室内温度センサ３及び室内湿度センサ５と、屋外に設置した雨センサ９、外気温度センサ２及び外気湿度センサ４を備えている。各窓１，１，…とエアコン７と操作パネル８と各センサ２，３，４，５，９は、集中制御機６と有線又は無線で接続されている。
なお、本実施形態はエアコン７を備えたシステムになっているが、エアコン７のないシステムの場合もある。

各窓１は、屋外へと繋がる電動窓であり、集中制御機６からの指令に基づき、図示しないモーターによって自動で開閉される。各窓１は、全開、全閉の他、半開きの状態として通風量を制限することができる。複数の窓１，１，…は、建物の向かい合う又は交差する壁に設けてあり、これらの窓１，１，…を同時に開けることで、風の入口と出口ができて室内を風が流れ、涼しい外気を室内に多く取り入れることができるので、自然の風を最大限利用して室温を快適に制御できる。２つの窓１，１を、１つの壁上の上部と下部に設けることもでき、この場合は２つの窓を同時に開けることで、重力換気による換気が行える。各窓１は、すべり出し窓やオーニング窓、引違い窓など、その種類は問わない。

操作パネル８は、室内及び室外の温度と湿度の状態をモニターする機能、室温の快適上限温度ＴＨと快適下限温度ＴＬと窓閉温度ＴＣを設定する機能、運転モードを設定する機能を備えている。
快適上限温度ＴＨと快適下限温度ＴＬは、ユーザーが好きな温度に設定できるが、エコを考慮して快適上限温度ＴＨは通常のエアコンの設定温度より若干高めに設定し、快適下限温度ＴＬはユーザーが許容できる温度（寒いと感じない温度）とするのが好ましい。具体的には、例えば昼間は快適上限温度ＴＨを２７℃、快適下限温度ＴＬを２２℃に設定し、夜間は快適上限温度ＴＨを２９℃、快適下限温度ＴＬを２４℃と設定する。快適上限温度ＴＨと快適下限温度ＴＬを個々に設定するのではなく、ある一つの設定温度を設定すると、その設定温度±３℃が快適上限温度ＴＨ・快適下限温度ＴＬとして自動的に設定されるようにすることもできる。なお、一般的にエアコンにも設定温度を設定する機能があるが、エアコンの設定温度は本システムの快適上限温度ＴＨと同じ温度に設定するようにする。窓閉温度ＴＣは、室温が下がり過ぎるのを防ぐために、外気温がその温度よりも下がると窓が開かないようにするために設定するものであり、例えば２０℃に設定される。
運転モードとしては、エアコン使用モードと、エアコン不使用モードを選択することができる。エアコン使用モードは、室内に人が居るときに選択されるものであり、エアコン７のＯＮ／ＯＦＦと窓１，１，…の開閉を自動で行って、室内を快適に制御するものである。エアコン不使用モードは、室内に人が居ないときに選択されるものであって、エアコン７はＯＦＦのままで窓１，１，…の開閉のみを自動で行って、室内を快適に制御するものである。エアコン使用モードとエアコン不使用モードの切り替えは、手動で行ってもよいが、室内に設置した人感センサにより自動で切り替わるようにすることもできる。

集中制御機６は、例えばパソコンや専用コントローラー等で構成され、各種データ及びプログラムを記憶する記憶部や、計時動作を行う計時部等を備えており、記憶部に予め格納されたプログラムに従い、室温と外気温の比較等を行い、窓１，１，…の開閉とエアコン７のＯＮ・ＯＦＦを制御する。また集中制御機６は、外気温度センサ２が検出した外気温と外気湿度センサ４が検出した外気湿度に基づいて外気エンタルピを算出する機能、室内温度センサ３が検出した室温と室内湿度センサ５が検出した室内湿度に基づいて室内エンタルピを算出する機能を有する。

次に、集中制御機６が行う制御の流れをフローチャートに基づいて説明する。図１は、エアコンなしの場合の集中制御機６の制御の流れの一例を示すフローチャートである。図１に示すように、制御判定が開始されると、ループ処理が開始され（ステップＳ１）、続いて雨センサ９により得られる情報から降雨の有無を判定する（ステップＳ２）。降雨有りと判定されると、窓１，１，…を閉めて（ステップＳ３）ループ処理を終了する。

ステップＳ２で降雨無しと判定されると、図２に示す判定図１，２，３の何れか一つを用いて湿度判定を行う（ステップＳ４）。判定図１，２，３の何れを用いるかは、予めプログラムで決められている。
図２（ａ）に示す判定図１は、外気湿度または外気エンタルピが一定の値Ｈｈ以上のときは状態１と判定し、外気湿度または外気エンタルピが一定の値Ｈｈより低いときは状態２と判定する（外気湿度定値制御、外気エンタルピ定値制御）。判定図１を用いる場合は、室内湿度及び室内エンタルピを検知する必要がないため、室内湿度センサは不要となる。
図２（ｂ）に示す判定図２は、外気湿度または外気エンタルピが室内湿度または室内エンタルピよりも高いときは状態１と判定し、外気湿度または外気エンタルピが室内湿度または室内エンタルピよりも低いときは状態２と判定する（湿度比例制御、エンタルピ比例制御）。
図２（ｃ）に示す判定図３は、室内湿度または室内エンタルピが一定の値Ｈｈよりも高いときは状態１と判定し、室内湿度または室内エンタルピが一定の値Ｈｈよりも低いときは状態２と判定する（室内湿度定値制御、室内エンタルピ定値制御）。判定図３を用いる場合は、室外湿度または室外エンタルピを検知する必要がないため、外気湿度センサは不要となる。

上記の判定図１〜３の何れかによる判定の結果、状態１と判定されたときには、降雨有りのときと同様に、窓１，１，…を閉めて（ステップＳ３）ループ処理を終了する。状態２と判定されたときは、後述する判定図ａによる温度状態判定を行い、外気温と室温の状態によっては窓１，１，…は開となり得る。このような制御を行うことで、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できる。エンタルピは湿度に比例するから、エンタルピにより判定を行っても、湿度により判定を行ったときと同様の効果が得られる。

ステップＳ４で状態２と判定されると、図３に示す判定図ａに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ５）、窓１，１，…の状態を決定する（ステップＳ６）。判定図ａでは、外気温が窓閉温度ＴＣ以下のとき、室温が快適下限温度ＴＬ以下のとき、及び室温が快適下限温度ＴＬ以上で外気温が室温よりも高いときは（図中のＡ領域）、窓１，１，…は閉となる。室温が快適下限温度ＴＬ以上で外気温が室温よりも低いときは（図中のＢ領域）、窓１，１，…は開となる。
また、外気温が快適下限温度ＴＬよりも低く且つ窓閉温度ＴＣより高く、尚且つ室温が快適下限温度ＴＬより高いときは（図中のＣ領域）、窓１，１，…は制限開（半開き）となる。

図４は、エアコンなしの場合の集中制御機６の制御の流れの他の例を示すフローチャートであって、真夏以外のときのものを示している。制御判定が開始されると、ループ処理が開始され（ステップＳ１１）、続いて雨センサ９により得られる情報から降雨の有無を判定する（ステップＳ１２）。降雨有りと判定されると、窓１，１，…を閉めて（ステップＳ１３）ループ処理を終了する。ここまでは、先に説明した図１のフローチャートの制御と同じである。

ステップＳ１２で降雨無しと判定されると、降雨後所定の期間経過したか否かを判定する（Ｓ１４）。ここでいう所定の期間は、例えば何時間といった時間の長さで設定してもよいし、期間の終点の時刻で設定してもよい。好ましくは、雨が上がってから翌朝までの期間とするのがよい。
ステップＳ１４で降雨後所定の期間経過したと判定されると、図３に示す判定図ａに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ１５）、窓１，１，…の状態を決定する（ステップＳ１６）。このステップＳ１５とステップＳ１６は、図１のフローチャートにおけるステップＳ５とステップＳ６と同じである。

ステップＳ１４で降雨後所定の期間経過していないと判定されると、図５に示す判定図ｂに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ１７）、窓１，１，…の状態を決定する（ステップＳ１６）。判定図ｂは、図３に示す判定図ａと比較すると、室温が快適下限温度ＴＬ以上で外気温が室温より低い領域のうち、外気温が快適上限温度ＴＨよりもｄｔ４＋Ｔ以上低くない範囲では、窓１，１，…が閉となる点が異なっている。すなわち、降雨後所定の期間が経過するまでの間は、窓開け温度を下げている。
降雨後は外気の湿度が高くなるから、降雨後所定の期間が経過するまでの間、このように窓開け温度を下げて窓１，１，…が開くときの条件を厳しくすることで、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できる。この制御によれば、外気湿度センサ４と室内湿度センサ５が不要となり、コストを削減できる。

図６は、エアコンなしの場合の集中制御機６の制御の流れの他の例を示すフローチャートであって、真夏のときのものを示している。制御の流れとしては、図４に示した真夏以外のときと同じである。異なるのは、降雨後所定の期間が経過した場合の温度状態判定（ステップＳ１５）における判定図を図５に示す判定図ｂとし、真夏以外のときの判定図ａと比較して窓開け温度を下げている点と、降雨後所定の期間が経過していない場合の温度状態判定（ステップＳ１７）における判定図を図７に示す判定図ｃとし、判定図ｂと比較して窓開け温度をＴ２さらに下げている点である。
真夏は、真夏以外のときよりも湿度が全般的に高いため、このように窓開け温度を下げることにより、真夏の間も湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止し、真夏の快適性をより向上させられる。

図８は、エアコン有りの場合の集中制御機６の制御の流れの一例を示すフローチャートである。図８に示すように、制御判定が開始されると、ループ処理が開始され（ステップＳ２１）、続いて雨センサ９により得られる情報から降雨の有無を判定する（ステップＳ２２）。
降雨有りと判定されると、室内に人が居るかどうかの判定（在・不在判定）を行う（ステップＳ２３）。エアコン不使用モードが選択されているときや人感センサが人を検知しないときは「不在」と判定し、エアコン使用モードが選択されているときや人感センサが人を検知したときは「在」と判定する。「不在」と判定されたときは、窓１，１，…を閉めてエアコン７をＯＦＦする（ステップＳ２４）。「在」と判定されたときは、図１１に示す判定図Ｃに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ２５）、窓１，１，…とエアコン７の状態を決定する（ステップＳ２６）。具体的には、室温が快適上限温度ＴＨより高い場合は、窓１，１，…は閉でエアコン７はＯＮとなる。室温が、快適上限温度ＴＨよりも低い場合は、窓１，１，…は閉でエアコン７はＯＦＦとなる。すなわち判定図Ｃでは、いずれの場合も窓１，１，…は閉となり、室温に応じてエアコン７をＯＮにするかＯＦＦにするかだけを判定する。

ステップＳ２２で降雨無しと判定されると、先に説明したエアコンなしの場合と同様に、図２に示す判定図１，２，３の何れか一つを用いて湿度判定を行う（ステップＳ２７）。判定図１，２，３の何れを用いるかは、予めプログラムで決められている。

上記の判定図１〜３の何れかによる判定の結果、状態１と判定されたときには、先に説明した降雨有りのときと同様に、在・不在判定を行い（ステップＳ２３）、「不在」のときは窓１，１，…を閉めてエアコン７をＯＦＦし（ステップＳ２４）、「在」のときはステップＳ２５の判定図Ｃによる温度状態判定を行い、室温が快適上限温度ＴＨ以上のときは窓１，１，…を閉めてエアコン７をＯＮし、室温が快適上限温度ＴＨ以下のときは窓１，１，…を閉めてエアコン７をＯＦＦする。すなわち、状態１と判定されたときは、外気温と室温の状態にかかわらず、窓１，１，…は閉となる。状態２と判定されたときは、後述する判定図Ａ又は判定図Ｂによる温度状態判定を行い、外気温と室温の状態によっては窓１，１，…は開となり得る。このような制御を行うことで、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できる。エンタルピは湿度に比例するから、エンタルピにより判定を行っても、湿度により判定を行ったときと同様の効果が得られる。

上述の湿度判定の結果、状態２と判定されたときは、室内に人が居るかどうかの判定（在・不在判定）を行う（ステップＳ２８）。
「不在」と判定されると、図９に示す判定図Ａに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ２９）、窓１，１，…とエアコン７の状態を決定する（ステップＳ２６）。判定図Ａでは、外気温が窓閉温度ＴＣ以下のとき、室温が快適下限温度ＴＬ以下のとき、及び室温が快適下限温度ＴＬ以上で外気温が室温よりも高いときは（図中のＡ領域）、窓１，１，…は閉でエアコン７はＯＦＦとなる。室温が快適下限温度ＴＬ以上で外気温が室温よりも低く且つ快適下限温度ＴＬより高いときは（図中のＢ領域）、窓１，１，…は開でエアコン７はＯＦＦとなる。
また、外気温が快適下限温度ＴＬよりも低く且つ窓閉温度ＴＣより高く、尚且つ室温が快適下限温度ＴＬよりも高いときは（図中のＣ領域）、窓１，１，…を制限開（半開き）としエアコン７はＯＦＦにする。このように判定図Ａでは、エアコン７は常にＯＦＦとなり、外気温と室温に応じて窓１，１，…の開閉のみを行う。

ステップＳ２８で「在」と判定されると、図１０に示す判定図Ｂに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ３０）、窓１，１，…とエアコン７の状態を決定する（ステップＳ２６）。判定図Ｂでは、外気温が窓閉温度ＴＣ以下のとき及び室温が快適下限温度ＴＬ以下のとき、及び室温が快適下限温度ＴＬ以上快適上限温度ＴＨ以下で外気温が室温より高いときは（図中のＤ領域）、窓１，１，…は閉でエアコン７はＯＦＦとなる。外気温が快適上限温度ＴＨ以上で且つ室温も快適上限温度ＴＨ以上のときは（図中のＥ領域）、窓１，１，…は閉でエアコン７はＯＮとなる。室温が快適上限温度ＴＨ以上で外気温が快適下限温度ＴＬ以上快適上限温度ＴＨ以下のとき、及び室温が快適下限温度ＴＬ以上快適上限温度ＴＨ以下で外気温が室温より低く且つ快適下限温度ＴＬより高いときは（図中のＦ領域）、窓１，１，…は開でエアコン７はＯＦＦとなる。
また、外気温が窓閉温度ＴＣ以上快適下限温度ＴＬ以下で室温が快適下限温度ＴＬ以上のときは（図中のＧ領域）、窓１，１，…を制限開（半開き）としエアコン７はＯＦＦにする。このように判定図Ｂでは、外気温と室温に応じて窓１，１，…の開閉とエアコン７のＯＮ／ＯＦＦを連動して行い、室内をより快適に維持する。
以上のようにして窓１，１，…とエアコン７の状態を決定したら、ループ処理を終了し、制御判定開始に戻る。

図１２は、エアコン有りの場合の集中制御機６の制御の流れの他の例を示すフローチャートであって、真夏以外のときのものを示している。制御判定が開始されると、ループ処理が開始され（ステップＳ３１）、続いて雨センサ９により得られる情報から降雨の有無を判定する（ステップＳ３２）。
降雨有りと判定されると、室内に人が居るかどうかの判定を行い（ステップＳ３３）、「不在」のときは窓１，１，…を閉めてエアコン７をＯＦＦし（ステップＳ３４）、「在」のとき図１１に示す判定図Ｃによる温度状態判定を行い（ステップＳ３５）、窓とエアコンの状態を決定する（ステップＳ３６）。ここまでは、先に説明した図８のフローチャートの制御と同じである。

ステップＳ３２で降雨無しと判定されると、降雨後所定の期間経過したか否かを判定する（Ｓ３７）。
ステップＳ３７で降雨後所定の期間経過したと判定されると、室内に人が居るかどうかの判定を行い（ステップＳ３８）、「不在」と判定した場合は、図９に示す判定図Ａに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ３９）、窓１，１，…とエアコン７の状態を決定する（ステップＳ３６）。「在」と判定した場合は、図１０に示す判定図Ｂに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ４０）、窓１，１，…とエアコン７の状態を決定する（ステップＳ３６）。このステップＳ３８からステップＳ３９又はステップＳ４０を経由してステップＳ３６に至る制御の流れは、図８のフローチャートにおけるステップＳ２８からステップＳ２９又はステップＳ３０を経由してステップＳ２６に至る制御の流れと同じである。

ステップＳ３７で降雨後所定の期間経過していないと判定されると、室内に人が居るかどうかの判定を行い（ステップＳ４１）、在のときは図１３に示す判定図Ｄに外気温と室温を当てはめ（ステップＳ４２）、窓１，１，…とエアコン７の状態を決定する（ステップＳ３６）。判定図Ｄは、図１０に示す判定図Ｂと比較して、窓１，１，…が開でエアコン７がＯＦＦとなる領域Ｆの外気温の上限を、快適上限温度ＴＨからｄｔ４＋Ｔだけ低い温度とし、窓開け温度を下げている点が異なっている。
降雨後は外気の湿度が高くなるから、降雨後所定の期間が経過するまでの間、このように窓開け温度を下げることで、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できる。この制御によれば、外気湿度センサ４と室内湿度センサ５が不要となり、コストを削減できる。
ステップＳ４１で不在と判定されたときは、図１４に示す判定図Ｄ２に外気温と室温を当てはめ（ステップＳ４３）、窓１，１，…とエアコン７の状態を決定する（ステップＳ３６）。判定図Ｄとの違いは、窓１，１，…閉でエアコン７がＯＮとなる領域Ｅがなくなり、その部分が窓１，１，…閉でエアコン７がＯＦＦとなる領域Ｄとなっている点である。

図１５は、エアコン有りの場合の集中制御機６の制御の流れの他の例を示すフローチャートであって、真夏のときのものを示している。制御の流れとしては、図１２に示した真夏以外のときと同じである。異なるのは、降雨後所定の期間が経過した場合で「在」と判定されたときの温度状態判定（Ｓ４０）における判定図を図１３に示す判定図Ｄとし、「不在」と判定されたときの温度状態判定（Ｓ３９）における判定図を図１４に示す判定図Ｄ２とし、それぞれ真夏以外のとき（判定図Ａ，Ｂ）よりも窓開け温度を下げており、降雨後所定の期間が経過していない場合で「在」と判定されたときの温度状態判定（Ｓ４２）における判定図を図１６に示す判定図Ｅとし、「不在」と判定されたときの温度状態判定（Ｓ４３）における判定図を図１７に示す判定図Ｅ２とし、それぞれ真夏以外のときの判定図Ｄ，Ｄ２と比較して窓開け温度をＴ２だけさらに下げている。
真夏は、真夏以外のときよりも湿度が全般的に高いため、このように窓開け温度閾値を大きくすることにより、真夏の間も湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止し、真夏の快適性をより向上させられる。

次に、本室温制御システム（エアコン有り）について行ったシミュレーションの結果を示す。シミュレーションは、図１８に示すような平屋の住宅の６窓に自動制御窓を配置し、大阪のアメダスの気象データ標準年（６／１〜１０／３０）を用いて行った。シミュレーションは、本発明の実施例として温度制御（窓開の外気温の下限２０℃、上限２６°）＋外気エンタルピ定値制御（外気エンタルピが６０ｋＪ／ｋｇ’を下回った時窓開け）、温度制御（窓開の外気温の下限２０℃、上限２６°）＋エンタルピ比例制御、温度制御（窓開の外気温の下限２０℃、上限２６°）＋室内エンタルピ定値制御（室内エンタルピが６０ｋＪ／ｋｇ’を下回った時窓開け）、温度制御（窓開の外気温の下限２０℃、上限２６°）＋外気湿度定値制御（絶対湿度が１４ｇ／ｋｇ’を下回った時窓開け）、温度制御（窓開の外気温の下限２０℃、上限２６°）＋湿度比例制御の５通り、比較例としてエアコン運転のみ（窓開けなし）、温度制御のみ（湿度またはエンタルピに基づく制御なし）の２通り行った。

図２０は、上記のシミュレーションにより冷房負荷をそれぞれ求めてグラフ化したものである。同図に示すように、本発明の実施例はいずれもエアコン運転のみの場合と比較して冷房負荷を概ね２０％以上削減できることが分かる。このように冷房負荷を削減できるのは、外気温が下がったときにエアコン７をＯＦＦして窓１，１，…を開けるためである。なお、本発明の実施例が温度制御のみの場合と比較して冷房負荷が大きいのは、外気温が下がっても湿度またはエンタルピが高いときは窓１，１，…を開けない制御を行うため、温度制御のみの場合より窓１，１，…が開いている時間が短くなるためである。

図２１−１，２１−２は、１時間毎のアメダス気象データによるシミュレーションの結果、窓開となるときの室内の温度・湿度の状態を空気線図上にプロットしたものである。図２１−２（ｆ）に示す温度制御のみの場合には、相対湿度７０％以上の点が多数あるが、図２１−１の（ａ），（ｂ），（ｃ）と図２１−２の（ｄ），（ｅ）に示す本発明の実施例では、相対湿度７０％以上の点がほとんどなく、快適範囲内にほぼ納まっていることが分かる。なお、快適範囲はＰＭＶ−０．５〜＋０．５及び相対湿度７０％以下とした。ＰＭＶ（Predicted Mean Vote：予測温冷感申告）は、ＩＳＯ規格（ＩＳＯ７７３０）により規定されており、気温、湿度、気流、熱放射、代謝量、着衣量を考慮して算出される。ＰＭＶ値が−０．５から＋０．５の間であれば、９０％の人にとって快適であるとされている。
図２３は、窓が開いている時間のうち、室内温湿度が快適範囲内にある時間の割合を示している。同図に示すように、温度制御のみの場合は快適範囲内にある時間の割合が３８．５％であるのに対して、本発明の実施例では快適範囲内にある時間の割合がいずれも６０％以上となり、快適時間の割合が大幅に増加することが分かる。

図２２は、実際の建物に本発明の室温制御システムを設置して行った実験の結果を示している。実験は、恵那市にある平屋の住宅の６窓に自動制御窓を設置し、６月３日から７月２２日にかけて行った。実験条件は、窓開の外気温の下限を１８℃、上限を２６℃とし、降雨後は翌朝まで窓開け温度を２℃低くする制御を行った。図２２（ａ）は、実験の結果、窓が開いたときの室外の温度と湿度の状態を空気線図上にプロットしたものであり、図２２（ｂ）は比較例であって温度制御のみの場合を示している。
同図より明らかなように、降雨後に窓開け温度を一定の期間下げる制御を行った場合には、温度制御のみの場合と比較して、エンタルピの高い外気を室内に入れないことが分かる。

以上に述べたように本室温制御システムは、２つ以上の窓１，１，…と外気温度センサ２と室内温度センサ３と外気湿度センサ４と室内湿度センサ５と制御手段（集中制御機）６とを備え、制御手段６は、エアコンなしの場合の図３、エアコン有りの場合の図９，１０に示すように、室温が快適下限温度ＴＬ以上で且つ外気温が窓閉温度ＴＣ以上で室温より低いときに窓１，１，…を開けることで、自然の風を最大限利用して室温を快適に制御でき、さらに制御手段６は、エアコンなしの場合の図１と図２（ｂ）、エアコン有りの場合の図８と図２（ｂ）に示すように、外気湿度または外気エンタルピが室内湿度または室内エンタルピよりも高いときは、室温が快適下限温度ＴＬ以上で且つ外気温が窓閉温度ＴＣ以上で室温より低いときであっても窓１，１，…を閉めるため、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できるので、快適で省エネが図れる。

また本室温制御システムは、２つ以上の窓１，１，…と外気温度センサ２と室内温度センサ３と外気湿度センサ４と制御手段６とを備え、制御手段６は、エアコンなしの場合の図３、エアコン有りの場合の図９，１０に示すように、室温が快適下限温度ＴＬ以上で且つ外気温が窓閉温度ＴＣ以上で室温より低いときに窓１，１，…を開けることで、自然の風を最大限利用して室温を快適に制御でき、さらに制御手段は、エアコンなしの場合の図１と図２（ａ）、エアコン有りの場合の図８と図２（ａ）に示すように、外気湿度または外気エンタルピが所定の値よりも高いときは、室温が快適下限温度ＴＬ以上で且つ外気温が窓閉温度ＴＣ以上で室温より低いときであっても窓１，１，…を閉めるため、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できるので、快適で省エネが図れる。室内湿度センサ５が不要になるので、システムを簡略化できる。

また本室温制御システムは、２つ以上の窓１，１，…と外気温度センサ２と室内温度センサ３と室内湿度センサ５と制御手段６とを備え、制御手段６は、エアコンなしの場合の図３、エアコン有りの場合の図９，１０に示すように、室温が快適下限温度ＴＬ以上で且つ外気温が窓閉温度ＴＣ以上で室温より低いときに窓１，１，…を開けることで、自然の風を最大限利用して室温を快適に制御でき、さらに制御手段６は、エアコンなしの場合の図１と図２（ｃ）、エアコン有りの場合の図８と図２（ｃ）に示すように、室内湿度または室内エンタルピが所定の値よりも高いときは、室温が快適下限温度ＴＬ以上で且つ外気温が窓閉温度ＴＣ以上で室温より低いときであっても窓１，１，…を閉めるため、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できるので、快適で省エネが図れる。外気湿度センサ４が不要になるので、システムを簡略化できる。

また本室温制御システムは、２つ以上の窓１，１，…と外気温度センサ２と室内温度センサ３と雨センサ９と制御手段６とを備え、制御手段６は、エアコンなしの場合の図３、エアコン有りの場合の図９，１０に示すように、室温が快適下限温度以上で且つ外気温が窓閉温度以上で室温より低いときに窓を開けることで、自然の風を最大限利用して室温を快適に制御でき、さらに制御手段は、エアコンなしの場合の図４と図５、エアコン有りの場合の図１２と図１３に示すように、雨センサが雨を検知したときは、窓を閉めるとともに、雨が止んでから所定の期間、窓開け温度を下げることで、湿度の高い外気が室内に流入して室内の快適性が損なわれるのを防止できるので、快適で省エネが図れる。室内湿度センサ５と外気湿度センサ４が両方とも不要になるので、システムをより簡略化できる。真夏のときは、真夏以外のときと比べて、降雨後所定の期間経過したときの窓開け温度を下げ、降雨後所定の期間経過していないときの窓開け温度をさらに下げることで、真夏の快適性を一層向上できる。

本室温制御システムは、エアコン７をさらに備え、制御手段６は、窓１，１，…を開けたときにエアコン７をＯＦＦにし、室温が快適上限温度ＴＨ以上で窓１，１，…が閉のときにエアコンをＯＮにするので、エアコン７の運転により室内の快適性がより一層向上すると共に、自然の風を取り入れることでエアコン７の運転時間を極力減らし、省エネが図れる。

本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。実施形態はエアコンを備えるものであったが、エアコンを備えず、窓の開閉のみを行うものであってもよい。雨センサと、雨センサの信号に基づく制御は、省略することができる（請求項４に係る発明を除く）。また実施形態のものは、室温の快適上限温度ＴＨと快適下限温度ＴＬを設定しているが、一つの設定温度のみを設定するものであってもよい。また実施形態は、平屋の建物内の温度・湿度を一括して制御しているが、一つの建物内の複数の部屋の温度・湿度を部屋ごとに制御するもの、複数階の建物内を各フロアごとに制御するものであってもよい。フローチャートは適宜変更することができ、例えば温度状態判定を行った後に湿度またはエンタルピの判定を行うこともできる。実施形態のものは、降雨後所定の期間経過していないときの窓開け温度を、真夏以外のときと真夏のときとで違わせているが、季節によらず同じ値とすることもできる。制御手段は、室温が快適下限温度以上で且つ外気温が窓閉温度以上で室温より所定の窓開き遅らせ温度ｄｔだけ下がったときに窓を開けるようにしてもよく、そのように窓開き遅らせ温度ｄｔを設定することで、窓が短い時間に開け閉めされるハンチングを防止することができる。湿度またはエンタルピについても同様に、状態１となる条件と状態２となる条件との間に所定の閾値を設けることで、ハンチングを防止することができる。本発明のシステムは、住宅に限らず、あらゆる建物に適用することができる。

１窓
２外気温度センサ
３室内温度センサ
４外気湿度センサ
５室内湿度センサ
６集中制御機（制御手段）
７エアコン
８操作パネル
９雨センサ

Claims

２つ以上の窓と外気温度センサと室内温度センサと雨センサと制御手段とを備え、制御手段は、室温が快適下限温度以上で且つ外気温が窓閉温度以上で室温より低いときに窓を開けるものであり、雨センサが雨を検知したときは、窓を閉めるとともに、雨が止んでから所定の期間、室内よりも湿度の高い外気が流入しないようにするために外気温について設定される窓開け温度を下げることを特徴とする室温制御システム。