JP7288225B2 - 換気量推定装置、換気量推定方法およびプログラム - Google Patents

Description

本開示は、換気量推定装置、換気量推定方法およびプログラムに関する。

特許文献１に記載の換気量推定装置は、所定の閉空間内に設置され所定の二酸化炭素の濃度を測定する二酸化炭素濃度測定手段と、第一時刻の閉空間における二酸化炭素の濃度を、当該閉空間における換気量を考慮した、前記第一時刻よりも前の第二時刻における二酸化炭素の濃度からの影響と前記閉空間における二酸化炭素の発生からの影響、に基づいて表す関係式に、前記所定の二酸化炭素の発生量が既知の時間帯において前記二酸化炭素濃度測定手段によって測定された異なる２時刻における前記所定の二酸化炭素の濃度を、前記第一時刻と前記第二時刻の濃度として代入して、前記換気量を求める演算手段とを有する。

特開２０１０－１９４８４号公報

しかし、換気量が未知の状態で二酸化炭素の濃度変化のみから在室人数を決定するため、人数精度が低い。そのため、算出される換気量の精度も低かった。

本開示の目的は、対象空間の換気量を精度よく推定することができるようにすることにある。

本開示の第１の態様は、室内の対象空間の換気量を推定する換気量推定装置において、前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する制御部（50）を備える。

第１の態様では、対象空間の換気量を精度よく推定することができる。

本開示の第２の態様は、第１の態様において、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果は、前記複数の計算結果のうち前記実測値に関する値に最も近くなる計算結果を示す。

第２の態様では、複数の計算結果のうち実測値に関する値に最も近くなる計算結果から対象空間の換気量の推定値を出力することができる。

本開示の第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、前記条件は、前記対象空間がとり得る換気量である候補換気量と、前記対象空間内の残留人数との組み合わせを含む。

第３の態様では、対象空間がとり得る換気量である可能換気量と、対象空間内の残留人数との組み合わせを含む条件の変化を考慮して、対象空間の換気量を推定することができる。

本開示の第４の態様は、第１の態様から第３の態様のうちのいずれか１つの態様において、前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値は、時間が経過することに伴って前記対象空間内の二酸化炭素濃度が減衰する減衰区間における前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値を示す。

第４の態様では、減衰区間の二酸化炭素濃度の実測値を用いて対象空間の換気量を精度よく推定することができる。

本開示の第５の態様は、第４の態様において、複数の前記減衰区間の実測値が用いられる。

第５の態様では、複数の減衰区間の二酸化炭素濃度の実測値を用いることで、窓、ドア開け等の外乱による影響を抑制しつつ、対象空間の換気量を精度よく推定することができる。

本開示の第６の態様は、第５の態様において、前記制御部（50）は、前記複数の減衰区間の各々について、換気量の推定値を出力し、前記換気量の推定値を前記実測値と所定条件の前記計算結果との誤差で重みづけした平均を、前記対象空間の換気量の推定値として出力する。

第６の態様では、複数の減衰区間の各々の実測値に最も近くなる条件での前記対象空間内の二酸化炭素濃度の経時変化の計算結果と、複数の減衰区間の各々の二酸化炭素濃度の経時変化の実測値との誤差で重みづけした平均を、対象空間の換気量の推定値として出力することで、窓、ドア開け等の外乱による影響を効果的に抑制できる。

本開示の第７の態様は、第１の態様において、前記実測値に関する値は、互いに異なる複数の第１濃度差を示し、前記複数の第１濃度差の各々は、前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値と、室外の二酸化炭素濃度との差であり、前記複数の計算結果の各々は、一人の二酸化炭素発生量を考慮して得られる前記対象空間内の二酸化炭素濃度と前記室外の二酸化炭素濃度との第２濃度差を示す。

第７の態様では、対象空間の換気量を精度よく推定することができる。

本開示の第８の態様は、第７の態様において、前記複数の第１濃度差の各々は、経時的に出力された前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値と、前記室外の二酸化炭素濃度との濃度差のうち前記濃度差が安定的に推移するときの前記濃度差に基づく値を示す。

第８の態様では、経時的に出力された対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値と、室外の二酸化炭素濃度との濃度差のうち濃度差が安定的に推移するときの濃度差に基づく値を第１濃度差とすることができる。

本開示の第９の態様は、第７の態様または第８の態様において、前記条件は、前記対象空間がとり得る換気量である候補換気量を示す。

第９の態様では、対象空間がとり得る換気量である候補換気量を含む条件の変化を考慮して、対象空間の換気量を推定することができる。

本開示の第１０の態様は、第９の態様において、前記制御部（50）は、複数の前記第２濃度差のうち前記複数の第１濃度差と対応する対応濃度差を出力し、前記対応濃度差と対応する前記候補換気量を前記対象空間の換気量の推定値をとして出力する。

第１０の態様では、対応濃度差と対応する候補換気量を対象空間の換気量の推定値をとして出力することができる。

本開示の第１１の態様は、第１の態様から第１０の態様のうちのいずれか１つの態様において、前記制御部（50）は、前記対象空間の換気量の推定値を示す換気量推定結果の度数分布のうち度数のピークを含む山領域を特定する。

第１１の態様では、運用される特定の換気条件で対象空間の換気処理が行われるときの換気量の推定値を求めることができる。

本開示の第１２の態様は、第１１の態様において、前記度数分布は、複数の前記ピークを含み、前記山領域は、複数の前記ピークのうち最大の前記ピークを含む。

第１２の態様では、主に運用される換気条件で対象空間の換気処理が行われるときの換気量の推定値を求めることができる。

本開示の第１３の態様は、第１１の態様において、前記度数分布は、複数の前記ピークを含み、前記山領域は、複数の前記ピークのうち対応する前記換気量推定結果が最大となる前記ピークを含む。

第１３の態様では、機械換気で対象空間の換気処理が行われるときの換気量の推定値を求めることができる。

本開示の第１４の態様は、第１１の態様から第１３の態様のうちのいずれか１つの態様において、前記制御部（50）は、前記山領域における前記換気量推定結果の平均を、特定の換気条件で前記対象空間の換気処理が行われるときの前記対象空間の換気量の推定値として出力することができる。

第１４の態様では、山領域における換気量推定結果の平均を、運用される換気条件での換気量として出力することができる。

本開示の第１５の態様においては、換気量推定方法は、コンピュータに備えられる制御部（50）により、対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する。

第１５の態様では、対象空間の換気量を精度よく推定することができる。

本開示の第１６の態様においては、プログラムは、対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する処理をコンピュータに実行させる。

第１６の態様では、対象空間の換気量を精度よく推定することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る換気量推定装置の構成を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態の制御部の動作を示すフロー図である。 図３は、第１データ収集処理により収集された濃度情報を示す図である。 図４は、制御部が外気濃度を推定する手順を示す図である。 図５は、経時変化の実測値と複数の条件を変化させた経時変化の計算結果を示す図である。 図６は、各減衰区間の、換気量と、残留人数と、誤差を示す図である。 図７は、第２実施形態の制御部の動作を示すフロー図である。 図８は、第２濃度情報を示す図である。 図９は、第１濃度差の分布を示す図である。 図１０は、対応情報を示す図である。 図１１は、第１濃度差の分布と第２濃度差との関係を示す図である。 図１２は、第２実施形態の制御部の動作を示すフロー図である。 図１２は、プロット情報を示す図である。 図１４は、第１グラフを示す図である。 図１５は、第２グラフを示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付し、詳細な説明及びそれに付随する効果等の説明は繰り返さない。

―第１実施形態―
室内の空間である対象空間の換気量を推定する構成の第１実施形態を説明する。図１を参照して、本発明の実施形態に係る換気量推定装置（1）について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る換気量推定装置（1）の構成を示すブロック図である。換気量推定装置（1）は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）を含む。換気量推定装置（1）は、室内の空間である対象空間の換気量を推定する。

―全体構成―
図１に示すように、換気量推定装置（1）は、入力部（10）と、表示部（20）と、検出部（30）と、記憶部（40）と、制御部（50）とを備える。

入力部（10）は、換気量推定装置（1）に対する外部からの指示を受け付ける。入力部（10）は、例えば、キーボード、または、タッチパネルを含む。

表示部（20）は、例えば、換気量推定装置（1）により推定された対象空間の換気量のような情報を表示する。表示部20は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、またはＥＬＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃ Ｄｉｓｐｌａｙｅ）を含む。

検出部（30）は、対象空間内の二酸化炭素濃度を検出するセンサーである。

記憶部（40）は、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置（例えば、半導体メモリ）を含み、補助記憶装置（例えば、ハ-ドディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカード、又は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒａｌ Ｂｕｓ）フラッシメモリ）をさらに含んでもよい。記憶部（40）は、制御部（50）によって実行される種々のコンピュータープログラムを記憶する。

制御部（50）は、ＣＰＵ及びＭＰＵのようなプロセッサーを含む。制御部（50）は、記憶部（40）に記憶されたコンピュータープログラムを実行することにより、換気量推定装置（1）の各要素を制御する。

―第１実施形態の制御部の動作―
図１～図６を参照して、第１実施形態の制御部（50）の動作について説明する。

図１および図２に示すように、ステップＳ１０において、制御部（50）は、第１データ収集処理を行う。第１データ収集処理は、所定期間（例えば、１週間）の間、制御部（50）が検出部（30）により検出された対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値を示す第１濃度情報（100）を収集する処理である。図３は、第１データ収集処理により収集された第１濃度情報（100）を示す。第１濃度情報（100）は、検出部（30）により検出された対象空間内の二酸化炭素濃度と、二酸化炭素濃度が検出された時間とを対応付けた情報である。第１濃度情報（100）は、経時的に出力された対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値を示す。

図１～図３に示すように、ステップＳ２０において、制御部（50）は、第１濃度情報（100）から減衰区間を抽出する。減衰区間は、時間が経過することに伴って二酸化炭素濃度が減衰する区間である。減衰後に大きく変化しない安定部分がある場合、安定部分も減衰区間に含める。図３に示すように、本実施形態では、減衰区間１～減衰区間５が抽出される。減衰区間１～減衰区間５の各々における対象空間内の二酸化炭素の実測値（検出部により検出された値）は、対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値の第１例である。

図１、図２に示すように、ステップＳ３０において、制御部（50）は、減衰区間毎に外気濃度を推定する。外気濃度は、室外の二酸化炭素濃度である。

図４を参照して、制御部（50）が外気濃度を推定する手順について説明する。

図４の減衰区間Ｐ１及び減衰区間Ｐ４のように、減衰区間内に安定部分が存在する場合で、安定部分の最小濃度が全区間の最小濃度＋１００ｐｐｍ以下かつ、1人が在室する時の定常濃度以下となるような二酸化炭素の濃度条件が満たされるとき、減衰区間内の二酸化炭素の最小濃度が外気濃度に推定される。図４の減衰区間Ｐ１では４３０ｐｐｍが外気濃度に推定され、減衰区間Ｐ４では４１０ｐｐｍが外気濃度と推定される。安定部分は、減衰区間内において、室内空間内の二酸化炭素濃度（検出部（30）の検出値）が、所定期間の間、所定の範囲内でしか変化しなかった部分を示す。

図４の減衰区間Ｐ２および減衰区間Ｐ３は減衰区間内に安定部分が存在せず、上記濃度条件が満たされない。上記濃度条件が満たされないとき、第１データ収集処理が行われた全区間内のうちの二酸化炭素の最小濃度が外気濃度と推定される。減衰区間Ｐ２および減衰区間Ｐ３では、全区間内の最小濃度である４１０ｐｐｍが外気濃度と推定される。

上記のように減衰区間Ｐ１～減衰区間Ｐ４の各々の外気濃度を推定したときと同様の手順で、図３に示す減衰区間１～減衰区間５の各々について外気濃度が推定される。

図１～図３に示すように、ステップＳ４０において、制御部（50）は、減衰区間１～減衰区間５の各々について、現実的にとり得る対象空間の候補換気量Ｑと、減衰区間の終了時における対象空間内の残留人数Ｎの範囲とを推定する。

―候補換気量の範囲―
候補換気量Ｑの範囲は、予め設定される対象空間の設計換気量（設計ｑｍ^３／ｈ）から推定される。本実施形態では、候補換気量Ｑの範囲は下記数１に示す範囲の値に推定される。

［数１］
１≦Ｑ≦２・設計ｑ

対象空間の設計換気量が未知の場合、対象空間が設けられる建物の用途、対象空間の床面積等から算出された基準換気量が設計換気量の代わりに用いられる。

また、候補換気量Ｑの間隔は、設計ｑ／１０ｍ^３／ｈまたは５ｍ^３／ｈのうちの小さい方の値に設定される。

候補換気量Ｑは、上記数１で推定された範囲内の値のうち上記の間隔で選択された値に推定される。これにより、複数の候補換気量Ｑが推定される。

―残留人数の範囲―
残留人数Ｎの範囲は、減衰区間の始点の二酸化炭素濃度と設計換気量から推定される。残留人数Ｎが推定される手順について説明する。

下記数２に示すように、減衰区間の始点時における対象空間内の二酸化炭素濃度Ｃｐｐｐｍと設計換気量（設計ｑｍ^３／ｈ）から、減衰区間の始点時における対象空間内の二酸化炭素の発生量Ｍが算出される。Ｃｏは、上記ステップＳ３０において推定された外気濃度を示す。

［数２］
発生量Ｍ＝設計ｑ・（Ｃｐ－Ｃｏ）

人の呼吸（二酸化炭素の排出量）と二酸化炭素の発生量Ｍとの相関を示す所定の式から減衰区間の始点時における室内空間の在室人数のとり得る最大値Ｎｐが算出され、残留人数Ｎの範囲が下記数３のように推定される。

［数３］
０≦Ｎ≦Ｎｐ－１

例えば、減衰区間の始点時における室内空間の在室人数のとり得る最大値Ｎｐが１０人と算出された場合、室内空間内の残留人数Ｎは減衰区間の始点時の在室人数Ｎｐより少ないことが推定されるので、残留人数Ｎが０以上、９以下の整数の値に推定される（Ｎ＝０、１、２．．．、９）。これにより、複数の残留人数Ｎが推定される。候補換気量Ｑと、残留人数Ｎとの組み合わせは、条件の第１例である。

図１および図２に示すように、ステップＳ５０において、制御部（50）は、減衰区間１～減衰区間５の各々について、ステップＳ４０において推定した複数の候補換気量Ｑと複数の残留人数Ｎとの全組み合わせについて、実測による減衰区間の始点の二酸化炭素濃度からの複数の濃度衰退データを作成する。複数の濃度衰退データの各々は、候補換気量Ｑおよび残留人数Ｎのときの対象空間内の二酸化炭素濃度の減衰の経時変化をシミュレーションにより出力した計算結果である。複数の濃度衰退データは、候補換気量Ｑおよび残留人数Ｎの条件を上記で求めた範囲内で変化させることによって作成される。濃度衰退データを出力するためのシミュレーションは、対象空間の容積を示す情報、候補換気量Ｑを示す情報、残留人数Ｎを示す情報等を用いて行われる。濃度衰退データは、減衰区間毎に作成される。例えば、減衰区間２（図３参照）については、図５の点線に示すように、濃度衰退データＡ～濃度衰退データＤが作成される。濃度衰退データＡ～濃度衰退データＤは、条件を変化させて計算した対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果の第１例である。

制御部（50）は、減衰区間１～減衰区間５の各々について、複数の濃度衰退データのうち、検出部（30）による実測値との誤差である平均二乗誤差が最も小さい濃度衰退データ（所定条件の計算結果）で採用されるＱとＮの組み合わせを求める。例えば、減衰区間２（図３参照）において、図５の実線で示す実測値との平均二乗誤差が一番小さい濃度衰退データで採用されるＱとＮの組み合わせは、濃度衰退データＡ～濃度衰退データＤのうちの濃度衰退データＡで採用されるＱ（＝４５０）およびＮ（＝０）である。

減衰区間１、および減衰区間３～減衰区間５（図３参照）の各々についても、減衰区間２のときと同様の処理が行われ、平均二乗誤差が一番小さい濃度衰退データで採用されるＱとＮの組み合わせが求められる。その結果、図６に示すように、減衰区間１～減衰区間５の各々について、ＱとＮの組み合わせが求められる。

図１～図３、および図６に示すように、ステップＳ６０において、制御部（50）は、減衰区間１～減衰区間５の各々の換気量を、ステップＳ５０においてそれぞれ求めた候補換気量Ｑと推定する。制御部（50）は、減衰区間１～減衰区間５の各々について、換気量の推定値Ｑを上記実測値と上記所定条件の計算結果との誤差で重みづけした平均である重みづけ平均Ｗｍを、対象空間の換気量の推定値として出力する。以下では、対象空間の換気量の推定値を算出する手順について説明する。

下記数４に示すように、各減衰区間の重みＷｉが算出される。ｉは、各減衰区間を示す。本実施形態では、ｉは、１（減衰区間１）～５（減衰区間５）を示す。Ｅｉは、各減衰区間における、上記実測値と上記所定条件の計算結果（実測値との誤差が最も小さい濃度衰退データ）との誤差を示す。

［数４］
Ｗｉ＝（１／Ｅｉ）／Σ（１／Ｅｉ）

本実施形態では、Σ（１／Ｅｉ）は、下記数５のようになる。

［数５］
Σ（１／Ｅｉ）＝１／７．６４２＋１／１１．５１９＋．．．．＋１／１２．９４５＝１．５７３

下記数６に示すように、重みづけ平均Ｗｍが算出される。Ｑｉは、各減衰区間の換気量の推定値を示す。

［数６］
Ｗｍ＝Σ（Ｑｉ×Ｗｉ）

本実施形態では、重みづけ平均Ｗｍは、下記数７のようになる。

［数７］
Ｗｍ＝６５０×（１／７．６４２）／１．５７３＋．．．．＋４５０×（１／１２．９４５）／１．５７３＝６０５

―第１実施形態の効果―
以上のように、制御部（50）は、対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する。対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値は、第１濃度情報（100）を示す。条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果は、ステップＳ５０において、候補換気量Ｑおよび残留人数Ｎの条件を変化させることによって作成された複数の濃度衰退データ（濃度衰退データＡ～濃度衰退データＤ）を示す。複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果は、複数の計算結果のうち前記実測値に関する値に最も近くなる計算結果を示す。これにより、複数の濃度衰退データのうちから、実測値と比較して誤差が最も少ない濃度衰退データを用いて対象空間の換気量を推定することができるので、対象空間の換気量を精度よく推定することができる。また、制御部（50）は、対象空間の容積と、対象空間内の二酸化炭素濃度の経時変化の実測値と、条件を変化させた前記対象空間内の二酸化炭素濃度の経時変化の計算結果とに基づいて、実測値に最も近くなる計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する。対象空間の容積は、ステップＳ５０において、制御部（50）が濃度衰退データを出力するためのシミュレーションを行う際に用いられる。条件を変化させた前記対象空間内の二酸化炭素濃度の経時変化の計算結果は、ステップＳ５０において、候補換気量Ｑおよび残留人数Ｎの条件を変化させることによって作成された複数の濃度衰退データ（濃度衰退データＡ～濃度衰退データＤ）を示す。これにより、複数の濃度衰退データのうちから、実測値と比較して誤差が最も少ない濃度衰退データを用いて対象空間の換気量を推定することができるので、対象空間の換気量を精度よく推定することができる。また、対象空間の換気量を推定する際に、窓開け、ドア開け等の外乱による影響の低減できる。また、対象空間の照明ＯＮ／ＯＦＦなどの在室者数推定のための追加情報を用いることなく、対象空間の換気量を推定することができる。

―第２実施形態―
室内の空間である対象空間の換気量を推定する構成の第２実施形態を説明する。第２実施形態においても、図１に示す換気量推定装置（1）を用いて対象空間の換気量が推定される。

―第２実施形態の制御部の動作―
第２実施形態の制御部（50）の動作について説明する。

図１および図７に示すように、ステップＳ１１０において、制御部（50）は、第２データ収集処理を行う。第２データ収集処理は、所定期間（例えば、１週間）の間、制御部（50）が検出部（30）により検出された対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値を収集し、収集した二酸化炭素濃度の実測値を用いて、第２濃度情報（200）を取得する処理である。図８に示すように、第２濃度情報（200）は、経時的に出力された対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値と、室外の二酸化炭素濃度との濃度差ΔＣ（ｐｐｍ）を表す。濃度差ΔＣは、詳細には、対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値と、室外の二酸化炭素濃度との絶対差を示す。第２濃度情報（200）は、濃度差ΔＣと、対象空間内の二酸化炭素濃度の検出時間とを対応付けた情報である。

濃度差ΔＣを算出するために用いられる対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値は、例えば、検出部（30）（図１参照）により検出される。

濃度差ΔＣを算出するために用いられる室外の二酸化炭素濃度は、室外に設けられ、室外の二酸化濃度濃度を検出するセンサーにより検出された室外の二酸化炭素濃度の実測値でもよい。

濃度差ΔＣを算出するために用いられる室外の二酸化炭素濃度は、制御部（50）により算出された値でもよい。この場合、例えば、制御部（50）は、第２濃度情報（200）を得るために検出部（30）により検出された対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値のうちの最小値を、室外の二酸化炭素濃度として算出する。また、制御部（50）は、上記ステップＳ３０（図２および図４参照参照）に示す処理と同様の処理を行うことで、室外の二酸化炭素濃度を算出してもよい。

ステップＳ１２０において、制御部（50）は、第２濃度情報（200）に基づいて、複数の第１濃度差ΔＣ１を決定する。第１濃度差ΔＣ１は、第２濃度情報（200）に示す濃度差ΔＣのうち濃度差ΔＣが安定的に推移するときの濃度差ΔＣに基づく値を示す。濃度差ΔＣが安定的に推移することは、例えば、所定期間の間、濃度差ΔＣの最大と最小との差が所定範囲内の値となることを示す。濃度差ΔＣが安定的に推移するときの濃度差ΔＣに基づく値は、例えば、濃度差ΔＣが安定的に推移するときの濃度差ΔＣの最頻値を示す。

図８を参照して、制御部（50）が複数の第１濃度差ΔＣ１を決定する手順の一例について具体的に説明する。図８において、第２濃度情報（200）の下側の図は、第２濃度情報（200）のうちの領域（U）の部分を拡大したものである。

図８に示すように、制御部（50）は、例えば、第２濃度情報（200）の濃度差ΔＣの度数分布から、第２濃度情報（200）の経時的に出力された濃度差ΔＣに対して谷で区切る、クラスター分析を行う等の処理を行うことで、濃度差ΔＣが安定的に推移する複数の塊（V）を抽出する。塊（V）は、第２濃度情報（200）において、濃度差ΔＣが略一定となる定常点を示す。

第２実施形態では、塊（V1）、塊（V2）、および塊（V3）が抽出される。制御部（50）は、複数の塊（V）の各々について塊（V）内の濃度差ΔＣの最頻値を第１濃度差ΔＣ１として出力する。第２実施形態では、塊（V1）についてはΔＣ１ａが最頻値となることから第１濃度差ΔＣ１ａが出力され、塊（V2）についてはΔＣ１ｂが最頻値となることから第１濃度差ΔＣ１ｂが出力され、塊（V3）についてはΔＣ１ｃが最頻値となることから第１濃度差ΔＣ１ｃが出力される。その結果、複数の第１濃度差ΔＣ１ａ（第１濃度差ΔＣ１ａ、第１濃度差ΔＣ１ｂ、および第１濃度差ΔＣ１ｃ）が決定される。

図９に示すように、第２実施形態では、第１濃度差ΔＣ１ａ～第１濃度差ΔＣ１ｃは、第１濃度差ΔＣ１ａ、第１濃度差ΔＣ１ｂ、および第１濃度差ΔＣ１ｃの順番に大きくなるように分布している。第２実施形態では、第１濃度差ΔＣ１ａは６０ｐｐｍであり、第１濃度差ΔＣ１ｂは１２０ｐｐｍであり、第１濃度差ΔＣ１ｃは２４０ｐｐｍである。

ステップＳ１３０において、制御部（50）は、現実的にとり得る対象空間の候補換気量Ｒの範囲とを推定する。候補換気量Ｒの範囲は、予め設定される対象空間の設計換気量（設計ｑｍ^３／ｈ）から推定される。本実施形態では、候補換気量Ｒの範囲は下記数８に示す範囲の値に推定される。

［数８］
０．５・設計ｑ≦Ｒ≦２・設計ｑ

対象空間の設計換気量が未知の場合、対象空間が設けられる建物の用途、対象空間の床面積等から算出された基準換気量が設計換気量の代わりに用いられる。候補換気量Ｒの間隔は、設計ｑ／１０ｍ^３／ｈまたは５ｍ^３／ｈのうちの小さい方の値に設定される。候補換気量Ｒは、上記数８で推定された範囲内の値のうち上記の間隔で選択された値に推定される。これにより、複数の候補換気量Ｒが推定される。

ステップＳ１４０において、対象空間内に一人の人がいるとしたときの、対象空間内の二酸化炭素濃度と、室外の二酸化炭素濃度との差のとり得る値の最小値ΔＣｍｉｎと最大値ΔＣｍａｘとを算出する。最小値ΔＣｍｉｎは下記数９より求められる。ｋは、一人の人の二酸化炭素発生量であり、予め決められた値である。

［数９］
ΔＣｍｉｎ＝ｋ・１／（２・設計ｑ）

最大値ΔＣｍａｘは下記数１０より求められる。

［数１０］
ΔＣｍａｘ＝ｋ・１／（０．５・設計ｑ）

図７および図１０に示すように、ステップＳ１５０において、制御部（50）は、対応情報（W）を作成する。対応情報（W）は、複数の候補換気量Ｒと、複数の第２濃度差ΔＣ２とを対応付けた情報である。複数の第２濃度差ΔＣ２の各々は、制御部（50）の計算により出力される対象空間内の二酸化炭素濃度と前記室外の二酸化炭素濃度との差を示す。

複数の第２濃度差ΔＣ２の各々は、最小分解能、すなわち、対象空間内に一人の人がいるとしたときの、対象空間内の二酸化炭素濃度と、室外の二酸化炭素濃度との差である。

複数の第２濃度差ΔＣ２の各々は、下記数１１より求められる。

［数１１］
ΔＣ２＝ｋ・１／Ｒ

複数の第２濃度差ΔＣ２は、それぞれ、複数の候補換気量Ｒと対応する。図１０に示す対応情報（W）において、左右に並ぶ第２濃度差ΔＣ２と候補換気量Ｒとが対応している。複数の第２濃度差ΔＣ２の各々は、対応する候補換気量Ｒを数１１に代入することによって求められる。

対応情報（W）に含まれる第２濃度差ΔＣ２は、ΔＣｍｉｎ以上、ΔＣｍａｘ以下の範囲内の値に制限される。これにより、対応情報（W）において、第２濃度差ΔＣ２と対応する候補換気量Ｒの値も制限される。第２実施形態では、対応情報（W）において、第２濃度差ΔＣ２は、２０ｐｐｍ以上、８０ｐｐｍ以下の範囲内の値に制限され、候補換気量Ｒは、５０ｍ^３／ｈ以上、２００ｍ^３／ｈ以下の範囲内の値に制限される。これにより、対象空間の換気量を推定する際の制御部（50）の演算負荷を低減できる。

上記数１１に示すように、第２濃度差ΔＣ２が算出される際、一人の人の二酸化炭素発生量ｋが用いられ、一人の人の二酸化炭素発生量ｋが考慮されていることから、第２濃度差ΔＣ２は一人の二酸化炭素発生量を考慮して得られる対象空間内の二酸化炭素濃度と前記室外の二酸化炭素濃度との差を示す。

図７および図１１に示すように、ステップＳ１６０において、制御部（50）は、複数の第２濃度差ΔＣ２の各々について、最小分解能である第２濃度差ΔＣ２を基に、離散的な分解能を算出する。離散的な分解能は、第２濃度差ΔＣ２に対して自然数を乗じた値（ΔＣ２×Ｊ（Ｊは自然数（１、２、３、・・・・））の集合体である。制御部（50）は、複数の第２濃度差ΔＣ２の各々について、離散的な分解能と、複数の第１濃度差ΔＣ１（第１濃度差ΔＣ１ａ～第１濃度差ΔＣ１ｃ）との二乗誤差を計算する。制御部（50）は、複数の第２濃度差ΔＣ２のうち二乗誤差が最も小さくなる第２濃度差ΔＣ２を対応濃度差として出力する。

第２実施形態では、複数の第２濃度差ΔＣ２のうち、第２濃度差ΔＣ２ａ（＝６０ｐｐｍ）の離散的な分解能（ΔＣ２ａ×１＝６０ｐｐｍ、ΔＣ２ａ×２＝１２０ｐｐｍ、およびΔＣ２ａ×４＝２４０ｐｐｍ、）と、複数の第１濃度差ΔＣ１（第１濃度差ΔＣ１ａ～第１濃度差ΔＣ１ｃ）（図９参照）との二乗誤差が最も小さくなる。その結果、第２実施形態では、第２濃度差ΔＣ２ａ（＝６０ｐｐｍ）が、対応濃度差として出力される。

図７および図１０に示すように、ステップＳ１７０において、制御部（50）は、対応情報（W）において、対応濃度差と対応する候補換気量Ｒを、対象空間の換気量の推定値をとして出力する。第２実施形態では、対応濃度差が第２濃度差ΔＣ２ａ（＝６０ｐｐｍ）となる。その結果、第２実施形態では、対応情報（W）において、第２濃度差ΔＣ２ａ（＝６０ｐｐｍ）と対応する候補換気量Ｒ（＝１４０ｍ^３／ｈ）が対象空間の換気量の推定値をとして出力される。

―第３実施形態―
第３実施形態では、制御部（50）は、主に運用される換気条件（自然換気、機械換気等）での換気量を推定する。

―第３実施形態の制御部の動作―
第３実施形態の制御部（50）の動作について説明する。

図１および図１２に示すように、ステップＳ２１０において、制御部（50）は、第１換気量推定処理を複数回行うことで、複数の換気量推定結果を取得する。第１換気量推定処理は、上記第１実施形態に示す対象空間の換気量を推定値を出力する処理である（図２参照）。なお、制御部（50）は、第２換気量推定処理を複数回行うことで、複数の換気量推定結果を取得してもよい。第２換気量推定処理は、上記第２実施形態に示す対象空間の換気量を推定値を出力する処理である（図７参照）。また、制御部（50）は、上記第１換気量推定処理と上記第２換気量推定処理とを行うことで、複数の換気量推定結果を取得してもよい。換気量推定結果は、対象空間の換気量を推定値を示す。

ステップＳ２１０において、複数の換気量推定結果を取得するために行われる処理については、上記第１換気量推定処理および上記第２換気量推定処理に限定されない。ステップＳ２１０において、複数の換気量推定結果が取得される際、上記第１換気量推定処理および第２換気量推定処理以外の処理が行われてもよい。

図１２および図１３に示すように、ステップＳ２２０において、制御部（50）は、複数の換気量推定結果（対象空間の換気量を推定値）から、プロット情報（F1）を作成する。プロット情報（F1）は、頻度と換気量推定結果とを対応付けた情報であり、換気量推定結果の度数分布をプロットした情報である。プロット情報（F1）の座標系において、縦軸は頻度を示し、横軸は換気量推定結果を示す。頻度は、換気量推定結果を取得するための処理が行われた回数（度数）である（頻度＝度数）。なお、頻度は、度数を誤差で割った値でもよい（頻度＝度数／誤差）。誤差は、換気量推定結果と換気量の実測値との誤差を示す。

図１２および図１４に示すように、ステップＳ２３０において、制御部（50）は、プロット情報（F1）を平滑化した第１グラフ（Fa）を作成する。第１グラフ（Fa）は、頻度と換気量推定結果とを対応付けた情報であり、換気量推定結果の度数分布を示す。第１グラフ（Fa）の座標系において、縦軸は頻度を示し、横軸は換気量推定結果を示す。

第１グラフ（Fa）は、複数のピーク（T11,T12,T13）と、複数の底（H11,H12,H13,H14）とを含む。第１グラフ（Fa）において、複数のピーク（T11,T12,T13）のうちのいずれかと、複数の底（H11,H12,H13,H14）のうちのいずれかとが交互に存在する。ピーク（T11,T12,T13）は、第１グラフ（Fa）上において接線の傾きが０となる点のうち、頻度が増加する側（図１４の縦軸のプラス側）へ凸となる側に位置する点である。底（H11,H12,H13,H14）は、第１グラフ（Fa）上において接線の傾きが０となる点のうち、頻度が減少する側（図１４の縦軸のマイナス側）へ凸となる側に位置する点である。

図１２および図１４に示すように、ステップＳ２４０において、制御部（50）は、山領域を特定する。山領域は、度数と換気量推定結果とを対応付けた換気量推定結果の度数分布において、度数のピークを含む領域である。言い換えれば、山領域は、度数と換気量推定結果とを対応付けた換気量推定結果の度数分布において、換気量推定結果の増加に伴って度数が第１の谷、ピーク、および第２の谷の順番に変化するときの、第１の谷から第２の谷までの間の領域である。

第３実施形態では、換気量推定結果の度数分布を示す第１グラフ（Fa）は、複数のピーク（T11,T12,T13）を含む。第３実施形態では、制御部（50）により特定される山領域（Fa1）は、複数のピーク（T11,T12,T13）のうち最大のピーク（T12）を含む領域であり、第１グラフ（Fa）における底（H12）から底（H13）までの間の領域である。

ステップＳ２５０において、制御部（50）は、山領域（Fa1）における換気量推定結果の平均αを出力する。山領域（Fa1）における換気量推定結果の平均αは、山領域（Fa1）内の、頻度と、当該頻度と対応する換気量推定結果との積の総和を、山領域（Fa1）内の当該頻度の総和で割った値である。第３実施形態では、山領域（Fa1）における換気量推定結果の平均αは、第１グラフ（Fa）における換気量推定結果（a11）から換気量推定結果（a12）までの間の面積βを、第１グラフ（Fa）における換気量推定結果（a11）から換気量推定結果（a12）までの頻度γの総和で割った値である（α＝β／γ）。換気量推定結果（a21）は底（H12）と対応し、換気量推定結果（a12）は底（H13）と対応する。

ステップＳ２６０において、制御部（50）は、ステップＳ２５０において出力した山領域（Fa1）における換気量推定結果の平均αを、特定の換気条件で対象空間の換気処理が行われるときの対象空間の換気量の推定値として出力する。

図１４に示すように、第１グラフ（Fa）が複数のピーク（T11,T12,T13）を含むことから、第１グラフ（Fa）において、複数の山領域（底（H11）から底（H12）までの領域、底（H12）から底（H13）までの領域、および、底（H13）から底（H14）までの領域）が特定される。山領域毎に、対応する換気量推定結果が異なることから、互いに異なる換気条件（自然換気、機械換気等）で対象空間の換気処理が行われたことが推定される。

第３実施形態では、最大のピーク（T12）を含む山領域（Fa1）についての換気量推定結果の平均αが出力されている。山領域（Fa1）は、最大のピーク（T12）を含むが、このことは、度数が最も多いことを意味し、対象空間の換気処理が行われる際に、主に運用される換気条件であることを示している。よって、第３実施形態では、換気量推定結果の平均αが、主に運用される換気条件で対象空間の換気処理が行われるときの対象空間の換気量の推定値として出力される。

―第３実施形態の変形例―
図１５は、第１グラフ（Fa）（図１４参照）の変形例である第２グラフ（Fb）を示す。図１５に示すように、第２グラフ（Fb）は、複数のピーク（T21,T22）と、複数の底（H21,H22,H23）とを含む。図１５に示すように、第３実施形態の変形例では、ステップＳ２３０において（図１２参照）、第２グラフ（Fb）が作成される。

図１５に示すように、第３実施形態の変形例では、ステップＳ２４０において（図１２参照）、制御部（50）は、山領域（Fb1）を特定する。山領域（Fb1）は、複数のピーク（T21,T22）のうち対応する換気量推定結果が最大となるピークを含む領域である。第３実施形態の変形例では、図１５の第２グラフ（Fb）に示すように、ピーク（T21,T22）のうち、ピーク（T21）と対応する換気量推定結果（a21）よりも、ピーク（T22）と対応する換気量推定結果（a23）の方が大きい。その結果、山領域（Fb1）は、ピーク（T22）を含む領域に特定され、第２グラフ（Fb）における底（H22）から底（H23）までの間の領域に特定される。

図１５に示すように、第３実施形態の変形例では、ステップＳ２５０において（図１２参照）、制御部（50）は、山領域（Fab）における換気量推定結果の平均を出力する。ステップＳ２６０において（図１２参照）、制御部（50）は、山領域（Fab）における換気量推定結果の平均を、特定の換気条件で対象空間の換気処理が行われるときの対象空間の換気量の推定値として出力する。

一般に、機械換気が行われると自然換気よりも効率的な換気が行われることで、換気量が大きくなるので、換気量推定結果が大きくなる場合、機械換気が行われていることが推定できる。第３実施形態の変形例では、山領域（Fb1）について複数のピーク（T21,T22）のうち対応する換気量推定結果が最大となるピーク（T22）を含む領域としていることから、山領域（Fb1）において、ピーク（T21）を含む山領域よりも対応する換気量推定結果が大きくなるので、機械換気が行われていることが推定できる。よって、第３実施形態では、換気量推定結果が大きくなる山領域（Fb1）の換気量推定結果の平均が出力されるので、当該換気量推定結果の平均αが、機械換気により対象空間の換気処理が行われるときの対象空間の換気量の推定値として出力される。

なお、ステップＳ２１０～ステップＳ２４０において（図１２参照）、制御部（50）は、山領域（Fa1）を特定する際に、換気量推定結果の度数分布をプロットすることでプロット情報（F1）を作成し、プロット情報（F1）を平滑化した第１グラフ（Fa）を作成し、第１グラフ（Fa）から山領域（Fa1）を特定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、制御部（50）は、換気量推定結果の度数分布をプロットすることなく、複数の換気量推定結果について数値の状態で度数分布を判断して山領域（Fa1）を特定してもよい。また、制御部（50）は、複数の換気量推定結果についてクラスター分析等を用いて分類することで山領域（Fa1）を特定してもよい。また、制御部（50）は、複数の換気量推定結果について外れ値検定等の統計手法を用いることで山領域（Fa1）を特定してもよい。

―その他の実施形態―
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。

以上説明したように、本開示は、換気量推定装置、換気量推定方法およびプログラムについて有用である。

1 換気量推定装置
10 入力部
20 表示部
30 検出部
40 記憶部
50 制御部

Claims (16)

1. 室内の対象空間の換気量を推定する換気量推定装置において、
   前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する制御部（50）を備え、
   前記条件を変化させることは、前記対象空間内に残留していると仮定した前記対象空間内の残留人数を変化させることを含む、換気量推定装置。
2. 請求項１において、
   前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果は、前記複数の計算結果のうち前記実測値に関する値に最も近くなる計算結果を示す、換気量推定装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記条件は、前記対象空間がとり得る換気量である候補換気量と、前記対象空間内の残留人数との組み合わせを含む、換気量推定装置。
4. 請求項３において、
   前記複数の計算結果は、複数の前記組み合わせの各々について、前記対象空間内の二酸化炭素濃度の経時変化をシミュレーションにより出力した計算結果である、換気量推定装置。
5. 請求項１または請求項２において、
   前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値は、時間が経過することに伴って前記対象空間内の二酸化炭素濃度が減衰する減衰区間における前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値を示す、換気量推定装置。
6. 請求項５において、
   複数の前記減衰区間の実測値が用いられる、換気量推定装置。
7. 請求項６において、
   前記制御部（50）は、前記複数の減衰区間の各々について、換気量の推定値を出力し、前記換気量の推定値を前記実測値と所定条件の前記計算結果との誤差で重みづけした平均を、前記対象空間の換気量の推定値として出力する、換気量推定装置。
8. 室内の対象空間の換気量を推定する換気量推定装置において、
   前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する制御部（50）を備え、
   前記実測値に関する値は、互いに異なる複数の第１濃度差を示し、
   前記複数の第１濃度差の各々は、前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値と、室外の二酸化炭素濃度との差であり、
   前記複数の計算結果の各々は、一人の二酸化炭素発生量を考慮して得られる前記対象空間内の二酸化炭素濃度と前記室外の二酸化炭素濃度との第２濃度差を示し、
   前記条件を変化させることは、前記対象空間がとり得る換気量である候補換気量を変化させることを含み、
   複数の前記第２濃度差の各々は、変化させた複数の前記候補換気量の各々と、一人の人の二酸化炭素発生量とに基づいて前記候補換気量毎に求められる、換気量推定装置。
9. 請求項８において、
   前記複数の第１濃度差の各々は、経時的に出力された前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値と、前記室外の二酸化炭素濃度との濃度差のうち前記濃度差が安定的に推移するときの前記濃度差に基づく値を示す、換気量推定装置。
10. 請求項８または請求項９において、
    前記制御部（50）は、複数の前記第２濃度差のうち前記複数の第１濃度差と対応する対応濃度差を出力し、前記対応濃度差と対応する前記候補換気量を前記対象空間の換気量の推定値をとして出力する、換気量推定装置。
11. 室内の対象空間の換気量を推定する換気量推定装置において、
    前記対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する制御部（50）を備え、
    前記制御部（50）は、前記対象空間の換気量の推定値を示す換気量推定結果の度数分布のうち度数のピークを含む山領域を特定する、換気量推定装置。
12. 請求項１１において、
    前記度数分布は、複数の前記ピークを含み、
    前記山領域は、複数の前記ピークのうち最大の前記ピークを含む、換気量推定装置。
13. 請求項１１において、
    前記度数分布は、複数の前記ピークを含み、
    前記山領域は、複数の前記ピークのうち対応する前記換気量推定結果が最大となる前記ピークを含む、換気量推定装置。
14. 請求項１１において、
    前記制御部（50）は、前記山領域における前記換気量推定結果の平均を、特定の換気条件で前記対象空間の換気処理が行われるときの前記対象空間の換気量の推定値として出力する、換気量推定装置。
15. コンピュータに備えられる制御部（50）により、対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力し、
    前記条件を変化させることは、前記対象空間内に残留していると仮定した前記対象空間内の残留人数を変化させることを含む、換気量推定方法。
16. 対象空間内の二酸化炭素濃度の実測値に関する値と、条件を変化させて計算した前記対象空間内の二酸化炭素濃度に関する複数の計算結果とに基づいて、前記複数の計算結果のうち前記実測値と対応する計算結果から前記対象空間の換気量の推定値を出力する処理をコンピュータに実行させ、
    前記条件を変化させることは、前記対象空間内に残留していると仮定した前記対象空間内の残留人数を変化させることを含む、プログラム。

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