JP6956922B1 - 換気システム、コントローラ、および換気扇の制御方法 - Google Patents

換気システム、コントローラ、および換気扇の制御方法 Download PDF

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Abstract

換気システムは、各々が異なる方角を向いた状態で建物(900)に設置され、かつ建物(900)の室内の天井裏を換気する複数の換気扇(500)と、各換気扇(500)の動作を制御するコントローラと、を備える。コントローラは、建物(900)の周囲の風の向きを示す風向情報を取得する。コントローラは、建物(900)の外気の温度が室内の温度よりも低いことを条件に、風向情報に基づき各換気扇(500)の動作を制御する。

Description

本開示は、換気システム、コントローラ、および換気扇の制御方法に関する。
従来、建物の天井裏を熱交換用の空間(チャンバー)として利用するシステムが知られている。
たとえば、特開2014−48022号公報(特許文献1)には、このようなシステムとして、天井チャンバー(天井裏)に外気を導入する給気送風機と、天井チャンバーの外気を室内へ導入する吹出口と、天井チャンバーの空気を排出する排気口と、天井チャンバー内の潜熱蓄熱材とを備える空気調和システムが開示されている。
当該空気調和システムでは、夜間においては、給気送風機と排気送風機との運転により冷たい外気を天井裏に導入することにより潜熱蓄熱材を冷やすとともに、導入した外気を排気口から排出する。このように、夜間においては、給気送風機と排気送風機とを天井裏用の換気扇として利用する。一方、昼間においては、給気送風機を運転して暖かい外気を天井裏に導入することにより、当該外気を夜間のうちに冷やした潜熱蓄熱材により冷やす。冷やされた外気は、排気口から排出されることなく、室内に供給される。
特開2014−48022号公報
天井裏の空気を効率良く冷やすためには、特許文献1における夜間の状態のように、天井裏に設置された換気扇を駆動する必要がある。しかしながら、換気扇の駆動に要する費用に対して、換気扇の駆動により得られる効果は高いとは言えない。
本開示は、換気扇の駆動に要する費用を低減可能な換気システム、換気システムを構成するコントローラ、および換気システムを構成する換気扇の制御方法を提供する。
本開示のある局面に従うと、換気システムは、各々が異なる方角を向いた状態で建物に設置され、かつ建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇と、各換気扇の動作を制御するコントローラと、を備える。コントローラは、建物の周囲の風の向きを示す風向情報を取得する。コントローラは、建物の外気の温度が室内の温度よりも低いことを条件に、風向情報に基づき各換気扇の動作を制御する。
本開示の他の局面に従うと、コントローラは、建物の周囲の風の向きを示す風向情報を取得する風向取得手段と、各々が異なる方角を向いた状態で建物に設置され、かつ建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇の動作を制御する制御指令を生成する指令生成手段と、制御指令を各換気扇に送信する送信手段と、を備える。指令生成手段は、建物の外気の温度が室内の温度よりも低いことを条件に、風向情報に基づき制御指令を生成する。
本開示のさらに他の局面に従うと、換気扇の制御方法は、建物の周囲の風の向きを示す風向情報を取得するステップと、各々が異なる方角を向いた状態で建物に設置され、かつ建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇の動作を制御するステップと、を備える。複数の換気扇の動作を制御するステップでは、建物の外気の温度が室内の温度よりも低いことを条件に、風向情報に基づき各換気扇の動作を制御する。
本開示によれば、換気扇の駆動に要する費用を低減可能となる。
建物の断面を表した断面図である。 図1におけるII−II線矢視断面図である。 換気扇の側面図である。 図3におけるIV−IV線矢視断面図である。 風の向きを説明するための図である。 コントローラが参照するデータテーブルである。 検出された風向きが図5のNo.1の方向である場合における天井裏の換気状態を説明するための図である。 検出された風向きが図5のNo.4の方向である場合における天井裏の換気状態(風の流れ)を説明するための図である。 コントローラの機能的構成を説明するための機能ブロック図である。 コントローラが実行する処理の流れを表したフロー図である。 コントローラのハードウェア構成の典型例を表した図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
なお、「方角」とは、後述する建物からの方位を意味する。「方角」とは、建物を基準とした方位(具体的には、平面方位)を用いて説明する。詳しくは、平面方位のうち点画式を用いる。より詳しくは、8方位(東、西、南、北、北東、南東、北西、南西)を用いて説明する。8方位に限定されず、4方位、16方位、32方位であってもよい。また、点画式の代わりに、360度式を用いてもよい。360度式の場合、方角は、方位角(水平面内での角度)として表記される。方角は、水平面内における方向である。
「外壁」とは、建物内部と外界(建物外部)との境にある壁を意味する。外壁は、建物内部の各室内を仕切ったり、あるいは室内と廊下とを仕切ったりする壁(すなわち、内壁)とは異なるものである。
<A.技術思想の概要>
本実施の形態に係る換気システムは、「各々が異なる方角を向いた状態で建物に設置され、かつ建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇」を備える。たとえば、換気システムでは、建物の複数の外壁の各々に換気扇が設けられている。典型的には、複数の外壁の各々に形成された貫通穴に換気扇が設置されている。各換気扇は、コントローラによって動作が制御される。
詳しくは、コントローラは、建物の周囲の風の向きを示す風向情報を取得する。コントローラは、建物の外気の温度が室内の温度よりも低いことを条件に、取得された風向情報に基づき各換気扇の動作を制御する。
典型的には、コントローラは、複数の換気扇のうち風下に位置する換気扇から天井裏の空気が建物の外に排気されるように、当該風下に位置する換気扇を動作させる。また、コントローラは、複数の換気扇のうち風上に位置する換気扇から建物の外の空気が天井裏に給気されるように、当該風上に位置する換気扇を動作させる。
上記のように、建物の外気の温度が室内の温度よりも低いことを条件に換気扇が動作するため、天井裏に室内の温度よりも低い外気(冷気)が給気されるともに、天井裏の空気が建物の外部に排気される。天井裏の空気には、室内の熱が天井を介して伝導する。これにより、室内が冷やされる。
また、風向情報に基づき各換気扇の動作を制御するため、風の力を補助として換気扇を駆動することが可能となる。したがって、本実施の形態に係る換気システムでは、風向を考慮しない換気システムに比べて、換気扇の駆動に要する費用を低減可能となる。
上記の制御は、特にナイトパージに好適である。なお、「ナイトパージ」とは、夜間または早朝の外気が室内の温度よりも低い場合に、涼しい外気を建物に取り込んでおき、建物に蓄積された熱を逃がしておくことである。
また、上記の制御は、外気冷房の際にも適用できる。外気冷房の場合、中間期(春、秋等の冷房運転および暖房運転が少ない期間)において上記の制御が適用し得る。外気冷房の場合、上記の制御は、日中であっても夜間であっても適用できる。上記の制御は、外気冷房の補助となり得る。
以下、このような構成の具体例を図面に基づいて説明する。
<B.システム構成>
図1は、建物900の断面を表した断面図である。建物900は、典型的にはオフィスビルである。
図1を参照して、建物900は、複数の外壁901と、複数の窓902と、屋上903と、室内940と、天井950と、天井裏960と、床面970と、床下980とを備える。天井裏960は、熱交換用の空間(チャンバー)として利用される。
換気システム1は、コントローラ110と、温度センサ120と、温度センサ130と、風向風速計140と、感雨センサ150と、複数の換気扇500とを備える。コントローラ110は、温度センサ120と、温度センサ130と、風向風速計140と、感雨センサ150と、複数の換気扇500とに通信可能に接続されている。
本例では、複数の外壁901の各々に、少なくとの1つの換気扇500が設置されている。詳しくは、各換気扇500は、外壁901に形成された貫通穴909に設置されている。より詳しくは、各換気扇500は、室内940の天井裏960を換気するために、天井裏960を構成する外壁901の貫通穴909に設置されている。
本例では、1つの換気扇500が、1つの貫通穴909に埋め込まれている。また、少なくとも、換気扇500の筐体が貫通穴909に収容されている。貫通穴909は、典型的には、換気扇500を設置するために建物900の外壁の一部をくり抜くことにより生成される。
各換気扇500は、給気動作と排気動作とが可能である。各換気扇500は、羽を回転させるモータを正回転および逆回転させることより、給気と排気とが可能である。本例では、各換気扇500は、羽を左回転(モータの逆回転の方向)に回転させることにより、外気を天井裏960へと供給する。各換気扇500は、羽を右回転(モータの正回転の方向)に回転させることにより、天井裏960の空気を建物900の外へと排出する。
温度センサ120は、室内940に設置されている。詳しくは、温度センサ120は、換気扇500が設置された天井裏960の真下の室内940に設置されている。温度センサ120は、室内940の温度を検出(測定)する。
温度センサ130は、建物900の屋上903に設置されている。温度センサ130は、建物900の周囲の外気の温度を検出する。なお、温度センサ130は、建物900の周囲の外気の温度を検出できればよいため、必ずしも屋上903に設置される必要はない。
温度センサ120,130は、検出結果をコントローラ110に通知する。具体的には、温度センサ120,130は、電気信号(温度を示す情報)をコントローラ110に送信する。
風向風速計140は、屋上903に設置されている。風向風速計140は、建物900の周囲(本例では、屋上903)に吹く風の向き、および当該風の風速を検出(測定)する。風向風速計140は、検出結果を、コントローラ110に通知する。なお、風向風速計140は、建物900の周囲の風の向きおよび風速を検出できればよいため、温度センサ130と同様、必ずしも屋上903に設置される必要はない。ただし、屋上903の方が他の場所よりも風向および風速の検出に適しているため、風向風速計140は屋上903に設置されることが好ましい。
感雨センサ150は、屋上903に設置されている。感雨センサ150は、少なくとも、降雨を検出する。感雨センサ150の代わりに、雨量を検出可能なセンサを用いてもよい。なお、感雨センサ150は、降雨の有無を検出できればよいため、必ずしも屋上903に設置される必要はない。ただし、屋上903の方が他の場所よりも降雨の検出に適しているため、感雨センサ150は屋上903に設置されることが好ましい。
コントローラ110は、本例では、天井裏960に設置されている。しかしながら、コントローラ110の設置場所は天井裏960に限定されるものではない。
コントローラ110は、温度センサ120から受信した電気信号の電圧値に基づき、室内940の温度(以下、「室温」とも称する)を判断する。コントローラ110は、温度センサ130から受信した電気信号の電圧値に基づき、建物900の周囲の外気の気温(以下、「外気温」とも称する)を判断する。
本例では、コントローラ110は、温度センサ120,130による検出結果に基づき、建物900の外気温が室温度よりも低いか否かを判断する。コントローラ110は、建物900の外気温が室温よりも低いことを条件に、換気扇500を駆動することによって天井裏960の換気を行う。
詳細については後述するが、コントローラ110は、風向風速計140による検出結果に基づいて、各換気扇500の動作を制御する。また、コントローラ110は、感雨センサ150による検出結果に基づいて、各換気扇の動作を制御する。
上述した換気を行った場合、天井裏960の温度の方が、室温よりも低くなる。したがって、室内940と天井裏960との間で、天井950を介した熱交換が行われる(矢印890参照)。具体的には、室内940の熱が天井裏960に伝導することにより、室温が低下する。
天井裏960に伝導した熱は、換気扇500の駆動によって建物900の外部へ放出される。また、換気扇500によって、新たな外気(冷気)が天井裏960に供給される。このような熱交換サイクルが実行されるため、室内940は徐々に冷やされる。
図2は、図1におけるII−II線矢視断面図である。
図2を参照して、建物900は、エレベータ、階段等が設置されるコア990を有する。コア990は、建物900を上下に貫いている。したがって、天井裏960は、図2に示した建物900の断面のうち、コア990のエリアを除いたエリアとなる。なお、図2では、便宜上、コントローラ110を図示していない。
外壁901には、換気扇500が設置されている。詳しくは、複数の換気扇500が、異なる方角を向いた状態で建物900の複数の外壁901に設置されている。より詳しくは、天井裏960と建物900の外部とを繋ぐ吸排気可能な換気扇500が、建物900において複数の方向を向くように複数個配置されている。各換気扇500は、建物900における、天井裏960に対応する箇所に設置されている。
本例では、説明の便宜上、建物900が、複数の外壁901として、東側の外壁901と、西側の外壁901と、南側の外壁901と、北側の外壁901とを備えるものとする。また、東側の外壁901と、西側の外壁901と、南側の外壁901と、北側の外壁901との各々に、換気扇500が設置されているものとする。
詳しくは、本例では、北側の外壁901に、4つの換気扇500(500_a1〜500_a4)が設置されている。東側の外壁901に、4つの換気扇500(500_b1〜500_b4)が設置されている。南側の外壁901に、4つの換気扇500(500_c1〜500_c4)が設置されている。西側の外壁901に、4つの換気扇500(500_d1〜500_d4)が設置されている。
詳しくは、換気扇500_a1〜500_a4は、北向きに設置されている。換気扇500_b1〜500_b4は、東向きに設置されている。換気扇500_c1〜500_c4は、南向きに設置されている。換気扇500_d1〜500_d4は、西向きに設置されている。
各方角(方位)の外壁901における換気扇500の数(4個)は例示であって、これに限定されるものではない。建物900等の形状および大きさによって、換気扇500の数は適宜決定される。また、換気扇500を設置する貫通穴909の数が決定される。
なお、各外壁901に設けられた各換気扇500のうちの任意の1つの換気扇500(たとえば、換気扇500_a1,500_b1,500_c1,500_d1)に着目すると、換気システム1は、「各々が異なる方角を向いた状態で建物900に設置され、かつ建物900の室内940の天井裏960を換気する複数の換気扇500」を備えると言える。
以下では、説明の便宜上、北側の外壁901に設置された4つの換気扇500_a1〜500_a4からなる換気扇群を、「第1換気扇群50A」と称する。同様に、東側の外壁901に設置された4つの換気扇500_b1〜500_b4からなる換気扇群を、「第2換気扇群50B」と称する。南側の外壁901に設置された4つの換気扇500_c1〜500_c4からなる換気扇群を、「第3換気扇群50C」と称する。西側の外壁901に設置された4つの換気扇500_d1〜500_d4からなる換気扇群を、「第4換気扇群50D」と称する。さらに、第1換気扇群50Aから第4換気扇群50Dのうちの任意の1つの換気扇群を、「換気扇群50」とも称する。
<C.換気扇>
図3は、換気扇の側面図である。
図3を参照して、換気扇500は、筐体540と、フィルタ560と、シャッター570とを備える。
シャッター570は、コントローラ110からの指示に基づき、開閉が可能である。シャッター570は、雨水の侵入防止、換気扇500の損傷防止、昼間において暑い外気が天井裏960に流入することを防止するために設けられている。なお、シャッター570を開閉するタイミングについては後述する。
フィルタ560は、雨水および虫等がシャッター570から筐体540の内部に侵入することを防止する。フィルタ560は、主面が図のXY平面に平行な状態で設置されている。
図4は、図3におけるIV−IV線矢視断面図である。
図4を参照して、換気扇500は、羽550をさらに備える。羽550は、筐体540に設けられたモータ(図示せず)に取り付けられている。羽550は、モータの回転(正回転、逆回転)により、矢印のA方向とB方向とに回転する。なお、本例では、A方向が右回転(モータの正回転)の方向である。羽550がA方向に回転すると、天井裏960から排気が行われる。B方向が左回転(モータの逆回転)の方向である。羽550がB方向に回転すると、天井裏960への給気が行われる。
なお、上述した換気扇500の設置の向きは、図示したZ軸の正の向きを意味する。
<D.換気扇の制御>
換気システム1では、建物900の周囲に自然に吹く風の方向を計測し、当該風の向きに逆らわないように換気扇500の吸排気方向を制御する。すなわち、風の力を補助として、天井裏960の空気と外気とを入れ換える。以下、このような換気扇500の制御例を説明する。
図5は、風の向きを説明するための図である。
図5を参照して、本例では、風向きを8つ(No.1〜No.8)に区分する。No.1の向きは北向きである。同様に、No.2〜No.8の向きは、それぞれ、北東の向き、東向き、南東の向き、南向き、南西の向き、西向き、北西の向きである。なお、これらの8つの向きは、建物900を中心とした向きである。なお、さらに細かく風向きを区分してもよい。
コントローラ110は、上述したように、風向風速計140からの出力に基づき、建物900の周囲の風の向きを示す風向情報を取得する。本例では、コントローラ110は、風向情報として、上述した8つの向き(図5参照)のいずれかを取得する。たとえば、コントローラ110は、風向風速計140から出力される風の向き(たとえば0度から360度)を、8つの区分のいずれかに区分する。
図6は、コントローラ110が参照するデータテーブルD6である。なお、データテーブルD6は、コントローラ110に予め記憶されている。
図6を参照して、コントローラ110は、建物900の外気温が室温よりも低いことを条件に、風向情報に基づき各換気扇500の動作を制御する。その際、コントローラ110は、データテーブルD6を参照して、各換気扇500の動作を決定する。
データテーブルD6では、換気扇500の羽550を給気が行われる方向に回転させるか、換気扇500の羽550を排気が行われる方向に回転させるか、あるいは、羽550の回転を停止させるかが規定されている。
データテーブルD6における「排気」とは、建物900の外部に天井裏960の空気を排出する方向に換気扇500を回転させることを意味する。同様に、「給気」とは、建物900の外部から天井裏960に空気を取り込む方向に換気扇500を回転させることを意味する。
たとえば検出された風向きが、図5のNo.1の方向(すなわち北向き)である場合、コントローラ110は、建物900の外気温が室温よりも低いことを条件に、第1換気扇群50Aの4つの換気扇500_a1〜500_a4の羽550(直接的にはモータ)を、天井裏960の空気が建物900の外部に排気される方向に回転させる。また、この場合、コントローラ110は、第3換気扇群50Cの4つの換気扇500_c1〜500_c4の羽550を、外気が天井裏960に給気される方向に回転させる。
なお、コントローラ110は、第2換気扇群50Bの換気扇500_b1〜500_b4と、第4換気扇群50Dの500_d1〜500_d4とが停止状態となるように、換気扇500_b1〜500_b4,500_d1〜500_d4を制御する。停止状態とする理由は、換気扇500_b1〜500_b4,500_d1〜500_d4は、北向きの風の力を、回転の補助として利用できないためである。
また、検出された風向きが、図5のNo.4の方向(すなわち南東の向き)である場合、コントローラ110は、建物900の外気温が室温よりも低いことを条件に、第1換気扇群50Aの4つの換気扇500_a1〜500_a4の羽550を、外気が天井裏960に給気される方向に回転させる。同様に、コントローラ110は、第4換気扇群50Dの4つの換気扇500_d1〜500_d4の羽550を、外気が天井裏960に給気される方向に回転させる。
さらに、この場合、コントローラ110は、第2換気扇群50Bの4つの換気扇500_b1〜500_b4の羽550を、天井裏960の空気が建物900の外部に排気される方向に回転させる。同様に、コントローラ110は、第3換気扇群50Cの4つの換気扇500_c1〜500_c4の羽550を、天井裏960の空気が建物900の外部に排気される方向に回転させる。
風向きが他の向きの場合(すなわち、No.2,No.3,No.5〜No.8の向きの場合)にも、コントローラ110は、同様に、データテーブルD6における規定に基づき、換気扇500の動作を制御する。具体的には、コントローラ110は、各換気扇500を駆動させたり、あるいは停止させたりする。詳しくは、コントローラ110は、給気と排気とを切り替えるため、駆動時における羽550の回転方向を制御する。
なお、無風の場合には、コントローラ110は、データテーブルD6を参照して、全ての換気扇500を動作させる。具体的には、本例の場合、第1換気扇群50Aおよび第2換気扇群50Bの8つの換気扇500(500_a1〜500_a4,500_b1〜500_b4)の羽550を、天井裏960の空気が建物900の外部に排気される方向に回転させる。第3換気扇群50Cおよび第4換気扇群50Dの8つの換気扇500(500_c1〜500_c4,500_d1〜500_d4)の羽550を、天井裏960の空気が建物900の外部に排気される方向に回転させる。
図7は、検出された風向きが図5のNo.1の方向(すなわち矢印610で示す北向き)である場合における天井裏960の換気状態(空気の流れ)を説明するための図である。
図7を参照して、コントローラ110は、図6に基づいて説明したように、南側の外壁901に設置された換気扇500_c1〜500_c4によって、外気(すなわち冷気)を天井裏960に供給する。詳しくは、コントローラ110は、複数の換気扇500のうち風上に位置する換気扇500_c1〜500_c4から建物の外の空気が天井裏に給気されるように、当該風上に位置する換気扇500_c1〜500_c4を動作させる。
さらに、コントローラ110は、北側の外壁901に設置された換気扇500_a1〜500_a4によって、天井裏960の空気を建物900の外部に排出する。詳しくは、コントローラ110は、複数の換気扇500のうち風下に位置する換気扇500_a1〜500_a4から天井裏の空気が建物の外に排気されるように、当該風下に位置する換気扇500_a1〜500_a4を動作させる。
コントローラ110による上述した換気扇500の制御によって、天井裏960では、矢印710で示した方向の空気の流れが生じる。すなわち、天井裏960の換気が行われる。具体的には、暖気を冷気で喚起する処理が行われる。
この際、換気扇500_c1〜500_c4は、換気扇500_a1〜500_a4の風上に位置し、かつ風を正面(南側)から直接受ける。それゆえ、換気扇500_c1〜500_c4に排気動作を行わせるよりも上述した給気動作を行わせる方が、換気扇500_c1〜500_c4の回転に要する駆動力を小さくできる。すなわち、換気扇500_c1〜500_c4の消費電力を低減できる。
一方、換気扇500_a1〜500_a4は、換気扇500_c1〜500_c4の風下に位置し、かつ風を直接的には受けない。また、換気扇500_c1〜500_c4によって天井裏960に外気が供給される。それゆえ、換気扇500_a1〜500_a4に上述した排気動作を行わせることにより、効率的な天井裏960の換気が実現できる。
図8は、検出された風向きが図5のNo.4の方向(すなわち矢印620で示す南東の向き)である場合における天井裏960の換気状態(空気の流れ)を説明するための図である。
図8を参照して、コントローラ110は、図6に基づいて説明したように、北側の外壁901に設置された換気扇500_a1〜500_a4と西側の外壁901に設置された換気扇500_d1〜500_d4とによって、外気(すなわち冷気)を天井裏960に供給する。詳しくは、コントローラ110は、複数の換気扇500のうち風上に位置する換気扇500_a1〜500_a4,500_d1〜500_d4から建物900の外の空気が天井裏960に給気されるように、当該風上に位置する換気扇500_a1〜500_a4,500_d1〜500_d4を動作させる。
さらに、東側の外壁901に設置された換気扇500_b1〜500_b4と南側の外壁901に設置された換気扇500_c1〜500_c4とによって、天井裏960の空気を建物900の外部に排出する。詳しくは、コントローラ110は、複数の換気扇500のうち風下に位置する換気扇500_b1〜500_b4,500_c1〜500_c4から天井裏の空気が建物の外に排気されるように、当該風下に位置する換気扇500_b1〜500_b4,500_c1〜500_c4を動作させる。
コントローラ110による上述した換気扇500の制御によって、天井裏960では、矢印720で示した方向の空気の流れが生じる。すなわち、天井裏960の換気が行われる。具体的には、暖気を冷気で喚起する処理が行われる。
この際、換気扇500_a1〜500_a4および換気扇500_d1〜500_d4は、換気扇500_b1〜500_b4および換気扇500_c1〜500_c4の風上に位置し、かつ風を斜め方向から直接受けるため、排気動作を行うよりも上述した給気動作を行う方が換気扇500の回転に要する駆動力を小さくできる。すなわち、当該換気扇500の消費電力を低減できる。
一方、換気扇500_b1〜500_b4および換気扇500_c1〜500_c4は、換気扇500_a1〜500_a4および換気扇500_d1〜500_d4の風下に位置し、かつ風を直接的には受けない。また、換気扇500_a1〜500_a4および換気扇500_d1〜500_d4によって天井裏960に外気が供給される。それゆえ、換気扇500_b1〜500_b4および換気扇500_c1〜500_c4に上述した排気動作を行わせることにより、効率的な天井裏960の換気が実現できる。
風向きが他の向きの場合(すなわち、No.2,No.3,No.5〜No.8の向きの場合)にも、コントローラ110がデータテーブルD6に基づいた換気扇500の動作制御を行うことにより、同様の利点が得られる。
このように、換気システム1では、コントローラ110は、風の向きに応じて、各換気扇500の羽550の回転方向を制御する。具体的には、コントローラ110は、風の向きに逆らわないように、各換気扇500による天井裏960への給気と天井裏960からの排気とを制御する。詳しくは、コントローラ110は、風圧を補助として、天井裏960の換気を行う。
それゆえ、換気システム1によれば、風向を考慮せずに換気扇500を駆動させる構成に比べて、換気扇500の駆動に要する費用を低減可能となる。
<E.機能的構成>
図9は、主として、コントローラ110の機能的構成を説明するための機能ブロック図である。
図9を参照して、コントローラ110は、室温情報取得部111と、外気温情報取得部112と、風向風速情報取得部113と、降雨情報取得部114と、指令生成部115と、送信部116とを備える。
室温情報取得部111は、温度センサ120から送信された電気信号を受信する。室温情報取得部111は、電気信号の電圧値に基づいて、室内940の温度を判断する。
外気温情報取得部112は、温度センサ130から送信された電気信号を受信する。外気温情報取得部112は、電気信号の電圧値に基づいて、建物900の周囲の外気温を判断する。
このように、コントローラ110は、温度センサ120から室内の温度情報を取得し、かつ温度センサ130から外気の温度情報を取得する。
信号変換器160は、風向風速計140による検出結果を、コントローラ110が処理可能な信号形式になるように変換する。風向風速情報取得部113は、信号変換器160によって変換された信号を取得する。風向風速情報取得部113は、少なくとも、建物900の周囲の風の向きを示す風向情報を取得する。
信号変換器170は、感雨センサ150による検出結果を、コントローラ110が処理可能な信号形式になるように変換する。降雨情報取得部114は、信号変換器170によって変換された信号を取得する。降雨情報取得部114は、建物の周囲の降雨の有無を表す降雨情報を取得する。
なお、風向風速計140による検出結果と感雨センサ150による検出結果とを、コントローラ110が直接取り込める場合には、信号変換器160,170は必要ではない。
室温情報取得部111によって取得された室温の情報と、外気温情報取得部112によって取得された外気温の情報と、風向風速情報取得部113によって取得された風向風速情報と、降雨情報取得部114によって取得された降雨情報とは、指令生成部115に送られる。
指令生成部115は、各換気扇500をどのような状態にすべきかを決定し、かつ決定された内容に基づく制御指令を生成する。具体的には、指令生成部115は、室温の情報と、外気温の情報と、風向風速情報と、降雨情報とに基づき、各換気扇500をどのような状態にすべきか決定し、かつ決定された内容に基づく制御指令を生成する。
制御指令は、換気扇500の動作を制御するための指令である。制御指令は、換気扇500の駆動の有無(駆動または停止)と、駆動時の回転方向(正回転または逆回転)と、シャッターの開閉指令とを含む。
指令生成部115は、周期的に制御指令を生成する。詳しくは、指令生成部115は、建物900の外気温が室温よりも低いことを条件に、制御指令を生成する。さらに詳しくは、本例では、指令生成部115は、降雨でないことを条件に、制御指令を生成する。指令生成部115は、生成された制御指令を各換気扇500に送信するために、当該制御指令を通信インターフェイスである送信部116に送る。
指令生成部115は、複数の換気扇500のうち、どの換気扇500を駆動させるかを決定する。指令生成部115は、複数の換気扇500のうち、どの換気扇500をどちらの方向に回転させるかを決定する。具体的には、指令生成部115は、データテーブルD6に基づき、各換気扇500の駆動の有無および、駆動時の回転方向を決定する。
詳しくは、指令生成部115は、上述したように、風向情報とデータテーブルD6とに基づき、各換気扇500の駆動の有無および、駆動時の回転方向を決定する。なお、データテーブルD6を用いた具体的な決定手法については、図6等に基づいて既に説明したので、ここでは説明を繰り返さない。
より詳しくは、本例では、指令生成部115は、風速が所定の閾値Th_L未満であることを条件に、各換気扇群50のうちの少なくとも1つの換気扇群50の換気扇500を駆動させる制御指令を生成する。閾値Th_Lとしては、たとえば強風時の風速(たとえば15m/秒)を用いることができる。
また、指令生成部115は、換気扇500のシャッター570を開状態とすべきか、あるいは閉状態とすべきかを決定する。指令生成部115は、風速情報に基づき、換気扇500のシャッター570を開状態とすべきか、あるいは閉状態とすべきかを決定する。シャッター570の開閉の具体例については、後述する(図10)。
生成された制御指令は、送信部116によって、各換気扇500に送信される。本例では、同じ換気扇群50の換気扇500に対しては、同一の制御指令が送信される。
以上のように、コントローラ110は、少なくとも、建物900の周囲の風の向きを示す風向情報を取得する風向風速情報取得部113と、建物900の外壁901において異なる方角を向いて設置され、かつ建物900の室内940の天井裏960を換気する複数の換気扇500の動作を制御する制御指令を生成する指令生成部115と、制御指令を各換気扇に送信する送信部116とを備える。指令生成部115は、建物900の外気の温度が室内940の温度よりも低いことを条件に、風向情報に基づき制御指令を生成する。
<F.制御構造>
図10は、コントローラ110が実行する処理の流れを表したフロー図である。
図10を参照して、ステップS1において、コントローラ110は、制御周期が到来したか否かを判断する。当該制御周期は、たとえば10分である。
制御周期が到来していないと判断された場合(ステップS1においてNO)、コントローラ110は、処理をステップS1に進める。制御周期が到来したと判断された場合(ステップS1においてYES)、コントローラ110は、ステップS2において、感雨センサ150から降雨情報を取得する。
ステップS3において、コントローラ110は、降雨情報に基づいて、降雨状態であるか否かを判断する。降雨状態であると判断された場合(ステップS3においてYES)、コントローラ110は、処理をステップS1に進める。降雨の際に換気扇500を動作させてしまうと、雨が天井裏960に入ってしまう。それゆえ、建物900にダメージを与える。それゆえ、上述したように、降雨状態と判断された場合には、処理をステップS1に戻す。
降雨状態でないと判断された場合(ステップS3においてNO)、コントローラ110は、ステップS4において、温度センサ120から室温情報を取得する。ステップS5において、コントローラ110は、温度センサ130から外気温情報を取得する。ステップS6において、コントローラ110は、外気温と室温とを比較する。本例では、コントローラ110は、外気温が室温よりも低いか否かを判断する。
外気温が室温よりも低くないと判断された場合(ステップS6においてNO)、コントローラ110は、処理をステップS1に進める。外気温が室温よりも低くない(すなわち、外気温が室温よりも高い場合)に換気扇500によって天井裏960に外気を取り込むと、室温が上昇してしまう。このため、室温が外気温よりも高くない場合には、処理をステップS1に戻す。
外気温が室温よりも低いと判断された場合(ステップS6においてYES)、ステップS7において、コントローラ110は、風向風速計140から風速情報と風向情報とを取得する。
ステップS8において、コントローラ110は、風速情報に基づく風速と、上述した閾値Th_Lよりも大きい閾値Th_H未満とを比較する。本例では、コントローラ110は、風速が閾値Th_H未満であるか否かを判断する。閾値Th_Hとしては、たとえば暴風時の風速(たとえば30m/秒)を用いることができる。
風速が閾値Th_H未満でないと判断された場合(ステップS8においてNO)、ステップS9において、コントローラ110は、全ての換気扇500のシャッター570を閉状態に制御する。風速が閾値Th_H未満でない場合(すなわち、風速が30m/秒以上である場合)にシャッター570を閉状態にする理由は、「風による羽550の強制回転によって換気扇500が損傷してしまう」ことを防止するためである。
風速が閾値Th_H未満であると判断された場合(ステップS8においてYES)、ステップS10において、コントローラ110は、風速情報に基づく風速と、上述した閾値Th_L(たとえば、15m/秒)とを比較する。本例では、コントローラ110は、風速が閾値Th_L未満であるか否かを判断する。
風速が閾値Th_L未満でないと判断された場合(ステップS10においてNO)、ステップS12において、コントローラ110は、全ての換気扇500を停止状態に制御する。コントローラ110は、全ての換気扇500に対して停止指令を送信する。あるいは、コントローラ110は、駆動している換気扇500に対してのみ停止指令を送信する。さらに、ステップS13において、コントローラ110は、全ての換気扇500のシャッター570を開状態に制御する。なお、風上側は正圧であるため、風上側の換気扇500のシャッター570を開けば、負圧である風下側の換気扇500から空気を建物900の外部へと逃がすことができる。
風速が閾値Th_L未満でない場合(すなわち、風速が15m/秒以上である場合)に全ての換気扇500を停止状態とし、かつシャッター570を開状態にする理由は、風に力のみで換気扇500を回転させるためである。このような制御を行うことにより、換気扇500をモータで駆動させる場合に比べて、天井裏960の換気に要する消費電力を低減させることができる。
風速が閾値Th_L未満であると判断された場合(ステップS10においてYES)、ステップS11において、コントローラ110は、風向情報およびデータテーブルD6に基づいて、換気扇500の動作を制御する。すなわち、図6〜図8等に基づいて説明したように、コントローラ110は、風の向きに応じて、各換気扇500の回転方向を制御する。具体的には、換気扇500の消費電力を低減するために、コントローラ110は、風の向きに逆らわないように、各換気扇500の羽550の回転方向を制御する。
<G.ハードウェア構成>
図11は、コントローラ110のハードウェア構成の典型例を表した図である。
図11を参照して、コントローラ110は、主たる構成要素として、プログラムを実行するプロセッサ11と、データを不揮発的に格納するROM(Read Only Memory)12と、プロセッサ11によるプログラムの実行により生成されたデータ、又は入力装置を介して入力されたデータを揮発的に格納するRAM(Random Access Memory)13と、データを不揮発的に格納するフラッシュメモリ14と、通信IF15と、時計16とを備える。
各構成要素は、相互にデータバスによって接続されている。なお、通信IF15は、本例では、他の各種機器と間における通信を行うためのインターフェイスである。
コントローラ110における処理は、各ハードウェアおよびプロセッサ11により実行されるソフトウェアによって実現される。このようなソフトウェアは、フラッシュメモリ14に予め記憶されている場合がある。また、ソフトウェアは、その他の記憶媒体に格納されて、プログラムプロダクトとして流通している場合もある。あるいは、ソフトウェアは、いわゆるインターネットに接続されている情報提供事業者によってダウンロード可能なプログラムプロダクトとして提供される場合もある。このようなソフトウェアは、読取装置によりその記憶媒体から読み取られて、あるいは、通信IF15等を介してダウンロードされた後、フラッシュメモリ14に一旦格納される。そのソフトウェアは、プロセッサ11によってフラッシュメモリ14から読み出され、RAM13に実行可能なプログラムの形式で格納される。プロセッサ11は、そのプログラムを実行する。
同図に示されるコントローラ110を構成する各構成要素は、一般的なものである。したがって、本開示の本質的な部分は、RAM13、フラッシュメモリ14、記憶媒体に格納されたソフトウェア、あるいはネットワークを介してダウンロード可能なソフトウェアであるともいえる。なお、コントローラ110の各ハードウェアの動作は周知であるので、詳細な説明は繰り返さない。
<H.変形例>
(1)上記においては、図7等に基づき説明したように、風上側の換気扇500の回転方向を天井裏960に給気がなされる方向に回転させるとともに、風下側の換気扇500の回転方向を天井裏960から排気がなされる方向に回転させる例を説明した。しかしながら、これに限定されるものではない。
たとえば、風下側の換気扇500を停止状態としてもよい。天井裏960に給気を行なうと、天井裏960の気圧を一定に保つべく、天井裏960から排気も行われるためのである。ただし、風下側の換気扇500を駆動する方が、停止する場合に比べて、換気の効率を上げることができる。
あるいは、風上側の換気扇500を停止状態としてもよい。天井裏960から外部へ排気を行なうと、天井裏960の気圧を一定に保つべく、天井裏960へ空気が風上側の停止中の換気扇500を介して流入するためのである。ただし、風上側の換気扇500を駆動する方が、停止する場合に比べて、換気の効率を上げることができる。
(2)上記においては、吸排気が可能な換気扇500を例に挙げて説明した。すなわち、正回転および逆回転が可能な換気扇500を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されるものではない。
たとえば、1台の換気扇500の代わりに、排気専用の換気扇と給気専用の換気扇とのセットを用いてもよい。たとえば、排気専用の換気扇と給気専用の換気扇とを外壁901の貫通穴909内に並べて設置してもよい。
この場合、コントローラ110は、図6のデータテーブルD6に示した給気および排気の関係に基づき、風向きに応じて、上記セットのうちの排気専用の換気扇と給気専用の換気扇との一方を駆動すればよい。
(3)上記では、室温と外気温とを温度センサ120,130によって検出し、かつ、コントローラ110は、建物900の外気温が室温よりも低いことを条件に、風向情報に基づき各換気扇500の動作を制御する例を説明した。しかしならが、室温と外気温との検出は必ずしも必要ではない。
たとえば夏場の夜間の時間帯(特に深夜時間帯)では、建物900の外気温が室温よりも低くなることが知られている。すなわち、このような時間帯(詳しくは、所定の日にち(あるいは季節、月)における所定の時間帯)になったことが、建物900の外気温が室温よりも低いことを間接的に表すことなる。このように、コントローラ110は、温度センサ120,130を用いずに、建物900の外気温が室温よりも低くなっているか否かを判定してもよい。
(4)風向風速計140を建物900の屋上903に設置する代わりに、建物900の外壁901に風圧を測るセンサ(図示せず)を設けて、風向を検知してもよい。なお、風速が早ければ、検知される風圧も強くなる。これにより、風向を知ることができる。
(5)風向風速計140は、建物900に設置されていなくてもよい。建物900に対する風の向きが判断できればよいため、風向風速計140は、たとえば建物900の周辺に設置されていてもよい。
(6)上記においては、換気システム1が、温度センサ130と、風向風速計140と、感雨センサ150とを備える構成を例に挙げて説明した。しかしながら、温度センサ130と、風向風速計140と、感雨センサ150とは、必ずしも必要ではない。
コントローラ110は、気象データの提供を行っている公共または民間の機関(気象庁等)のサーバ装置等から、建物900の周辺の気象データ(外気温と、風速と、風向と、降雨情報等)を取得してもよい。このような構成によれば、換気システム1のハードウェア構成を簡略化できる。
(7)上記においては、天井裏960に換気扇500を設ける構成を例に挙げた。天井裏960に換気扇500を設けた理由は、室内940から換気扇500が見えないようにするためである。すなわち、外観面を考慮したためである。このため、外観面を考慮しなければ、天井裏960ではなく、室内940に換気扇500を設けることも可能である。
(8)上記においては、複数の外壁901の各貫通穴909に換気扇500が設置されている例を挙げて説明したが、これに限定されるものではない。換気扇500が、建物900の複数の外壁901の各々に設置されていればよい。たとえば図1では、換気扇500が貫通穴909に埋め込まれている状態を示したが、換気扇500は貫通穴909に必ずしも埋め込まれている必要はない。すなわち、筐体540が貫通穴909に収容されている必要は必ずしもない。
たとえば換気扇500をダクトスリーブに接続しておき、かつ当該ダクトスリーブを貫通穴909に挿入し、かつ貫通穴909に固定してもよい。なお、この場合にも、各換気扇500の向き(換気扇500の取付姿勢、図3,図4におけるZ軸方向)は、図2に示した状態と同じにすればよい。このような構成によれば、換気扇500の筐体540は外壁901(詳しくは外壁面)から飛び出ることになるが、貫通穴909の直径を小さくすることができる。スリーブを利用することを条件に、換気扇500の向きを図2に示した状態と同様にする限り、換気扇500の取付位置は適宜変更し得る。
また、上記のようにダクトスリーブを用いる場合には、換気扇500を外壁901ではなく、建物900の柱あるいは梁に固定部材により固定することも可能である。
さらに述べれば、互いに異なる方角を向くように複数の換気扇500が建物900に設置されていればよい。この場合、データテーブルD6内のデータを各換気扇500の向きに応じて適宜変更すればよい。
(9)上記においては、建物900の全ての外壁901に換気扇500が設置された構成を例に挙げて説明したが、必ずしも全ての外壁901に換気扇500が設置されている必要はない。たとえば、4つの外壁901のうちの3つ外壁901のみに換気扇500が備えられている場合であっても、換気扇500の消費電力を低減できる。
(10)換気システム1における制御は、天井裏が存在しない建物(たとえば、三角屋根の家畜用の建物(牛舎、豚舎等))にも適用可能である。屋根の下部付近の外壁に換気扇500を設け、上述したような風向情報に基づく各換気扇の制御を行ってもよい。このような構成の場合、効率的に建物内を冷やすことが可能となる。
<I.付記>
(1)プログラムは、建物の周囲の風の向きを示す風向情報を取得するステップと、各々が異なる方角を向いた状態で前記建物の複数の外壁に設置され、かつ前記建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇の動作を制御するステップと、をコントローラのプロセッサに実行させる。複数の換気扇の動作を制御するステップでは、前記建物の外気の温度が前記室内の温度よりも低いことを条件に、前記風向情報に基づき各前記換気扇の動作を制御する。
(2)プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体(たとえば、一時的ではない記録媒体)であって、前記プログラムは、建物の周囲の風の向きを示す風向情報を取得するステップと、各々が異なる方角を向いた状態で前記建物の複数の外壁に設置され、かつ前記建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇の動作を制御するステップと、をコントローラのプロセッサに実行させる。複数の換気扇の動作を制御するステップでは、前記建物の外気の温度が前記室内の温度よりも低いことを条件に、前記風向情報に基づき各前記換気扇の動作を制御する。
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。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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 換気システム、50A 第1換気扇群、50B 第2換気扇群、50C 第3換気扇群、50D 第4換気扇群、110 コントローラ、111 室温情報取得部、112 外気温情報取得部、113 風向風速情報取得部、114 降雨情報取得部、115 指令生成部、116 送信部、120,130 温度センサ、140 風向風速計、150 感雨センサ、160,170 信号変換器、500 換気扇、540 筐体、550 羽、560 フィルタ、570 シャッター、710,720,890 矢印、900 建物、901 外壁、902 窓、903 屋上、909 貫通穴、940 室内、950 天井、960 天井裏、970 床面、980 床下、990 コア、D6 データテーブル。

Claims (6)

  1. 各々が異なる方角を向いた状態で建物の複数の外壁に設置され、かつ前記建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇と、
    前記複数の換気扇の各々を制御するコントローラと、を備え、
    前記複数の換気扇の各々は、シャッターを有し、
    前記コントローラは、
    前記建物の周囲の風の向きを示す風向情報と、前記建物の周囲の風の風速を示す風速情報とを取得し、
    前記建物の外気の温度が前記室内の温度よりも低い場合、
    前記風速が予め定められた第1の閾値以上であることを条件に、前記複数の換気扇の各々のシャッターを閉状態に制御し、
    前記風速が前記第1の閾値よりも小さく、かつ予め定められた第2の閾値以上であることを条件に、前記複数の換気扇の各々の駆動を停止するとともに、前記複数の換気扇の各々のシャッターを開状態に制御し、
    前記風速が前記第2の閾値よりも小さいことを条件に、前記風向情報に基づき、前記複数の換気扇のうち風下に位置する換気扇から前記天井裏の空気が前記建物の外に排気されるように、前記風下に位置する換気扇を駆動し、かつ、前記複数の換気扇のうち風上に位置する換気扇から前記建物の外の空気が前記天井裏に給気されるように、前記風上に位置する換気扇を駆動する、換気システム。
  2. 前記コントローラは、
    前記建物の周囲の降雨の有無を表す降雨情報を取得し、
    前記降雨情報が降雨を示している場合、前記複数の換気扇の各々の駆動を停止させる、請求項に記載の換気システム。
  3. 前記コントローラは、前記降雨情報が降雨を示している場合、各前記シャッターを閉状態とする、請求項に記載の換気システム。
  4. 前記建物の周囲の風の向きを検出するセンサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記センサから前記風向情報を取得する、請求項1からのいずれか1項に記載の換気システム。
  5. 各々が異なる方角を向いた状態で建物の複数の外壁に設置され、かつ前記建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇の各々を制御するコントローラであって、前記複数の換気扇の各々は、シャッターを有し
    前記建物の周囲の風の向きを示す風向情報を取得する風向取得手段と、
    前記建物の周囲の風の風速を示す風速情報を取得する風速取得手段と、
    記複数の換気扇の各々を制御する制御指令を生成する指令生成手段と、
    前記制御指令を前記複数の換気扇の各々に送信する送信手段と、を備え、
    前記指令生成手段は、前記建物の外気の温度が前記室内の温度よりも低い場合、
    前記風速が予め定められた第1の閾値以上であることを条件に、前記複数の換気扇の各々のシャッターを閉状態に制御する制御指令を生成し、
    前記風速が前記第1の閾値よりも小さく、かつ予め定められた第2の閾値以上であることを条件に、前記複数の換気扇の各々の駆動を停止するとともに、前記複数の換気扇の各々のシャッターを開状態に制御する制御指令を生成し、
    前記風速が前記第2の閾値よりも小さいことを条件に、前記風向情報に基づき、前記複数の換気扇のうち風下に位置する換気扇から前記天井裏の空気が前記建物の外に排気されるように、前記風下に位置する換気扇を駆動し、かつ、前記複数の換気扇のうち風上に位置する換気扇から前記建物の外の空気が前記天井裏に給気されるように、前記風上に位置する換気扇を駆動する制御指令を生成する、コントローラ。
  6. 建物の周囲の風の向きを示す風向情報を取得するステップと、
    前記建物の周囲の風の風速を示す風速情報を取得するステップと、
    各々が異なる方角を向いた状態で前記建物の複数の外壁に設置され、かつ前記建物の室内の天井裏を換気する複数の換気扇の各々を制御するステップと、を備え、
    前記複数の換気扇の各々を制御するステップは、前記建物の外気の温度が前記室内の温度よりも低い場合、
    前記風速が予め定められた第1の閾値以上であることを条件に、前記複数の換気扇の各々のシャッターを閉状態に制御するステップと、
    前記風速が前記第1の閾値よりも小さく、かつ予め定められた第2の閾値以上であることを条件に、前記複数の換気扇の各々の駆動を停止するとともに、前記複数の換気扇の各々のシャッターを開状態に制御するステップと、
    前記風速が前記第2の閾値よりも小さいことを条件に、前記風向情報に基づき、前記複数の換気扇のうち風下に位置する換気扇から前記天井裏の空気が前記建物の外に排気されるように、前記風下に位置する換気扇を駆動し、かつ、前記複数の換気扇のうち風上に位置する換気扇から前記建物の外の空気が前記天井裏に給気されるように、前記風上に位置する換気扇を駆動するステップとを含む、換気扇の制御方法。
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