JPH04131643A

JPH04131643A - 総合環境創出システム

Info

Publication number: JPH04131643A
Application number: JP2254623A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Sugaya; 善昌菅谷; Toshimasa Itaya; 板谷　敏正; Hideki Takahashi; 秀樹高橋
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1992-05-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、外部環境情報、内部環境情報、時間情報を入
力して環境創出設備を制御する総合環境創出システムに
関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来よ
り室内環境に関しては、例えば温度や湿度の目標値をそ
れぞれ設定し、温度や湿度の検出値が設定値になるよう
に空調機を制御することによって快適な環境の創出を図
っている。

しかし、このような空調機のみによる環境制御では、温
度分布の不均一や局所的な不快感を生しる場合がある。

そこで、このような問題に対応して輻射冷暖房や換気、
日射も組み入れた高度な温熱環境創出の要求があり、さ
らには環境を演出するような快適感に対する要求もある
。そこで、二の多様化した要求に対応する機器システム
が必要となってきた。

また、温熱環境創出や演出のための制御では、空調機、
輻射冷暖房、換気、日射コントロール等の多くの環境制
御要素を同時に満足させることが必要になり、複雑なプ
ログラムシーケンスが必要になる。しかし、それを構築
することは困難であるため、現状では機器単体毎に個別
の制御を行うのが普通である。そのため、柔軟性、汎用
性かなく季節や場所によって不快に感じたり、エネルギ
ーの浪費を招く等の問題か生じる。

本発明は、・上記の課題を解決するものであって、季節
や場所に応じた環境の制御、演出を可能にし、柔軟性、
汎用性のある総合環境創出システムを提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、外部環境情報、内部環境情報、時
間情報を入力して環境創出設備を制御する総合環境創出
システムであって、内部環境情報からＰＭＶ値を算出す
るＰＭＶ値算出手段、メンバーシップ関数とファジィル
ールを使ってＰＭＶ値、外部環境情報、内部環境情報、
時間情報から環境設備の個別制御信号を生成するファジ
ィ制御手段を備えたことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の総合環境創出システムでは、内部環境情報から
ＰＭＶ値を算出するＰＭＶ値算出手段、メンバーシップ
関数とファジィルールを使ってＰＭＶ値、外部環境情報
、内部環境情報、時間情報から環境創出設備の個別制御
信号を生成するファジィ制御手段を備えるので、温度や
湿度だけでなくあらゆる情報を取り込んで、空調や輻射
冷暖房、換気、ブラインド、光、音、香等を総合的に制
御し、快適な環境を創出することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る総合環境創出システムの１実施例
を示す図である。

第１図において、計測データｌは、センサー群によって
得られる環境創出に必要なデータであり、例えば内部環
境情報の温度（室温、床冷暖房や輻射パネルその他の表
面温度）、湿度、照度、気流等と、外部環境情報の風量
、日射量、雨量等である。設定データ２は、予め人為的
に評価、設定されて入力されるデータであり、例えば内
部環境情報のｃｌｏ値、ＭＥＴ値等である。時間データ
３は、自然の時間変化に応じて環境創出の条件を変える
ためのデータであり、例えば時間、日、曜日、季節等の
時間情報である。

ＰＭＶ値演算部４は、計測データ１と設定データ２から
ＰＭＶ値（Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ　　Ｍｅａｎ　Ｖｏｔｅ
；環境指標値）及びその単位時間当たりの変化量ΔＰＭ
Ｖ値を算出するものである。ＰＭＶ値は、環境要素のう
ちの温度、湿度、周壁温度（平均輻射温度）、室内気流
、着衣量、活動量の６つの体感要素から次のようにして
算出される温熱感の評価指標である。まず、上記計測値
の室内表面温度と形態係数から平均輻射温度（ＭＲＴ）
が算定され、しかる後、この平均輻射温度及び設定値と
して入力されている着衣量（ｃｌｏ値）、活動量（ＭＥ
Ｔ値）、さらには測定された室内温度、室内湿度、室内
風速から算定される。

ファジィ制御部５は、ファジィ化部６、ファジィ推論部
７、非ファジィ化部８で構成し、メンバーシップ関数で
確定入力値を曖昧な言語にファジィ化した後、ファジィ
ルールに基づくファジィ推論を行って環境創出設備９の
制御を行うものである。

環境創出設備９において、スポット空調１１は、ＡＨＵ
等の温湿度制御機器の出力を制御するものである。輻射
冷暖房１２は、床冷暖房や輻射パネルの出力を制御する
ものである。換気１３は、換気ダクトダンパや窓を開度
制御するものである。

ブラインド１４は、ブラインドの開閉、液晶ブラインド
ガラス等を制御し日射量を制御するものである。以上の
ものか温熱環境制御系のものである。

光環境演出１５は、自然光の採光、照明装置の調光、点
滅等を制御するものである。香環境演出１６は、香発生
の強さの調整、香の種類の切り換えを制御するものであ
る。音環境演出１７は、ＢＧＭ（バックグラウンドミュ
ージック）の選曲、ゆらぎ雑音の発生、音の大きさ等を
制御するものである。以上のものが環境演出系のもので
ある。

次にファジィ制御部５について説明する。

第２図はメンバーシップ関数の例を示す図、第３図はフ
ァジィ推論方法を説明するための図、第４図は温熱環境
系と環境演出系の分配制御例を説明するための図である
。

ファジィ化部６は、センサーからの温度等の入力値と人
間のもつ「高い」や「ちょうどよい」等のあいまいな自
然言語との受渡しを行う部分であり、その受渡しをする
関数をメンバーシップ関数゛という。以下に例として温
度、湿度、ＰＭＶ、床面温度設定偏差に関する４つのメ
ンバーシップ関数を示し、入力項目、出力項目のファジ
ィ化について説明する。

■　温度（条件部）一般に、温熱感に対しては、２３℃から２５℃付近での
微妙な温度偏差が影響する。そこで、温度のメンバーシ
ップ関数は、第２図（ａ）に示すように２４℃付近に密
に山が切られる。このメンバーシップ関数によれば、例
えばセンサーからの入力で確定入力値の２６．５℃は、
「高い」というあいまいな言葉に０．５ぐらい適合する
と変換され、ファジィ化される。

■　湿度（条件部）湿度は人間の温熱感にそれほど敏感に影響を及ぼさない
ため、温度のメンバーシップ関数では、第２図（ｂｌに
示すように湿度約２０％から７０％まで幅広い山が切ら
れ、温度に比べ敏感な判断はされない。

■　ＰＭＶ（条件部）ＰＭＶのメンバーシップ関数では、下表に示すＰＭＶの
評価に使われる言語のスケールとファジィのメンバーシ
ップ関数のラベル名（メンバーシップ関数の山の名前）
か第２図（Ｃ）に示すようにそのまま対応する。

〔表１〕 ■　床面温度設定偏差（結論部）床冷房時には設定温度を下げすぎると結露やローカルデ
ィスコンフォートなどを生じる。そのため、床面の温度
においては、設定温度を下げるときは慎重に、・、上げ
るときは大胆に行うことが必要となり、第２図（ｄ）に
示すように左右非対象のメンバーシップ関数になる。

上記のようにメンバーシップ関数は、オペレータの経験
や勘により主観的に決められるものであるので、メンバ
ーシップ関数の設定、修正は、オペレーターがＣＲＴ上
で感覚的に自由に行うことができ、人間のあいまいな評
価軸をそのままコンピュータに取り込むことができる。

そのため、知識ベースの条件を数値ではなく、あいまい
な自然言語で記述することができ、オペレーターとのイ
ンターフェースの点で優れたものを提供することができ
る。

ファジィ推論部７は、ファジィルールに基づきファジィ
推論するものである。例えば経験則として、「もし、温
度か高ければ、風量をかなり少なくする。」があると仮
定すると、この仮定に基づくファジィルール化では、 ■Ｆ；温度＝高いＴＨＥＮ　；風量＝かなり少なくするというＩＦ−ＴＨＥＮ〜型で表現される。つまり、条件
部ＩＦ〜に制御対象の状態か記述され、結論部ＴＨＥＮ
〜にその状態に応じた操作の内容が記述されたものとな
る。

ファジィ推論は、このようなファジィルールとメンバー
シップ関数を使うものであり、実際にファジィ推論する
アルゴリズムを示したのか第３図である。

「ルール（ａ）　ＪＩＰ　−ＰＭＶ＝高い（暑い）ＡＮＤΔＰＭＶ＝上かっているＡＮＤ相当外気温度＝高いＴＨＥＮ・床面設定温度＝下げるｒルール（ｂ）」ＩＦ　；　ＰＭＶ＝高い（暑い）ＡＮＤΔＰＭＶ＝下がっているＡＮＤ相当外気温度＝適温ＴＨＥＮ；床面設定温度；そのままの例で簡単に説明する。ここで、入力としてＰＭＶ＝Ａ
、△ＰＭＶ＝Ｂ、相当外気温＝Ｃとしてファジィ推論を
行わせ、Ｍａｍｄａｎｉ　（Ｍａｘ　−Ｍ　ｉｎ）の方
法を用いた。

■　ルールの条件部各要素において各入力値におする適
合度を求める。

■　得られた適合度のうち最小値（Ｍｉｎ）を条件部の
適合度とする。

■　条件部の適合度で結論部のメンバーシップ関数にリ
ミッタをかける。

■　各ルールごとに■〜■の処理を行う。

■　それらの処理により得た各ルール結論部のメンバー
シップ関数の論理和（重ね合わせ）をとる。

非ファジィ化部８は、論理和で得られたファジィ集合の
重心を計算し、確定値出力りを得るものであり、各制御
対象毎に非ファジィ化か行われ操作量か決定される。

したがって、数式モデルでは表現できないような熟練者
の操作も、言韻的に記述することかでき、熟練オペレー
タのような柔軟で巧妙な自動制御かできる。

上記のように本発明の総合環境創出システムで得られる
出力信号は、空間の環境要素の状態を記述した前件部（
条件部）と、各状態に応じた操作内容を記述した後件部
（結論部）からなるＩＦ〜ＴＨＥＮ〜型の自然言語ルー
ル形式で制御できるファジィ制御手法により生成される
。所謂知識ベース駆動型の制御となる。この知識ベース
の設定、調整は、インターフェースを用意してＣＲＴ上
において言語レベルで行えるようにするので、容易、か
つ自由に行え、オペレータの知識を組み込み易いものと
なる。

その他の温熱環境制御、光環境演出１５、香環境演出１
６、音環境演出１７等の環境演出についても同様にファ
ジィルールとして知識ベース化かされる。そして、温熱
環境制御と環境演出の割合は、第４図に示すようにファ
ジィ判断部を設けて配分決定ファジィルールを設定する
と、この配分決定ファジィルールに基づき自動的な配分
か可能になる。すなわち、この例ては、ＰＭＶ値の大き
さに応じてα（０くαく１）を変え、ＰＭＶ値で良好な
環境に制御されるまでは、温熱環境制御を強め、ＰＭＶ
値が良好な環境に制御された後、環境演出を行うように
している。

本発明の総合環境創出システムによれば、上記のように
ファジィ制御手法を採用することにより、個別にてはな
く外部環境情報、内部環境情報、時間情報のそれぞれに
基づいてルール化し総合的な温熱環境制御と環境演出か
可能になる。例えば温熱環境制御において、暖房の場合
には床暖房を積極的に利用し、冷房の場合には床冷房よ
りスポット空調を積極的に利用するように設定したり、
外気温が換気による外気の導入を積極的に行える環境の
場合には、スポット空調や輻射冷暖房の制御を控えめに
して換気を有効に利用するように設定することか言語レ
ベルで行えるので、制御の自由度、柔軟性を高めること
かできる。

また、環境演出においても同様である。例えば光環境演
出では、時間や日射等に応じた制御を行うが、昼は、自
然光（日射）の量や入射角度から光の陰影などを予測し
ながら、さらに「暗いと涼しく感じるＪ等の光の温熱感
に対する影響も加味した、自然光の導入を演出する。ま
た、夜は人工光を使い、演出家のイメージに従った調光
をアクティブに実現する。さらに、昼休みや休憩時間帯
には、リラックスできるソフトな光環境を演出すること
もできる。香環境演出ては、時間帯、季節などにより香
りの種類や発生のタイミングを変化させ、さらに香りの
拡散効果を向上させるように風量などをコントロールす
る。また、温熱環境制御により風量か変化した場合には
、その変化に対応して強さをコントロールする。音環境
演出では、時間帯（朝、昼、夜、出動時間帯、昼休み、
休憩時間帯、残業時間帯等）や曜日（月曜日、週末等）
、月日（月末、繁忙期、季節）などによりＢＧＭとして
音楽や自然の滝の流れる音や野鳥の声、潮騒の音なとを
人工的に発生、コントロールし快適感を演出する。

次に、対象を大空間の中で手性部空間として位置づけら
れるアトリウム空間を例にとって温熱環境制御の基本コ
ンセプトについて説明する。アトリウムの適用範囲とし
ては、劇場、コンサートホール等の大空間施設、インテ
リジェントビルの執務空間等が考えられる。特に、オフ
ィス執務空間では入力の一部を変更し、個人の温熱感の
申告値も取り入れたものか考えられる。

第５図はアトリウム環境の基本コンセプトの例を示す図
、第６図は制御システムの構成例を示す図、第７図は制
御システムの他の構成例を示す図である。

アトリウムでは、第５図に示すように外皮としての役割
に着目すると、夏期、中間期、冬期に応じてその役割は
異なってくる。すなわち、夏期は、同図（ａ）（こ示す
よう（二日射を遮断すると共（こ、上部の熱だまりの暖
気を換気することによって、内部に人工的な快適環境を
形成する。これに対して、中間期は、同図（ｂ）に示す
ように日射を取り込むと共に、外気も積極的に取り入れ
ることによって、内部と外部との差がなくする。そして
、冬期は、同図（Ｃ）に示すように日射を取り込むが外
気は必要最低限の導入に止めることによって、内部に人
工的な快適環境を形成する。

この基本コンセプトを達成するために各制御機器を経験
者の知識を基に表２のように有機的に組合せ、総合的な
制御を実現するためのアルゴリズムを設定する。

〔表２〕制御システムには、それぞれの環境要素毎に、制御の単
位モジュールがあるが、第６図に示す例は、スポット空
調モジュール２１、床冷暖房モジュール２２、換気モジ
ュール２３、ブラインドモジュール２４の４つの制御モ
ジュールで構成したものである。これら各制御モジュー
ルの中には、それぞれの制御要素をコントロールする制
御ルール群か組み込まれている。但し、この制御ルール
は、制御対象の施設や制御コンセプトによっては異なる
ものとなる。以下に各モジュールのファジィルールを説
明する。

スポット空調では、まず吹出温度と室温度の関係から冷
房状態か暖房状態を選定し、次に、輻射や湿度などの温
熱要素を統合したＰＭＶとその変化量ΔＰＭＶで室内の
温熱状態を判断する。さらに、もしオペレーターがマニ
ュアルで操作する場合には、室内の温熱状態以外に、外
気の状態も見ながら操作量を決定すると考えられること
から、このファジィルールでは、室外の状態を相当外気
温でフィードフォワード的に入力し、ＡＨＵの能力内で
有効的な供給熱量の変化量を決定する。

ここで供給熱量とＰＭＶの関係などを数式モデルとして
定量的に記述することは、不確定な要素かたくさんある
ため困難であり、さらに外気の状態も定量的な判断に加
えることは困難である。そのため、定性的因果関係だけ
をつかんだ上で言語的な記述ができるファジィルールを
使うことが、本制御システムにはマツチする。

例えば冷房用における供給熱量の推定では、Ｉ　Ｆ　；
　ＰＭＶ＝高い（暑い）ＡＮＤΔＰＭＶ＝上がっているＡＮＤ相当外気温度＝高いＴＨＥＮ、供給熱量＝上げるとなる。また、１Ｆ　；　ＰＭＶ＝高い（暑い）ＡＮＤΔＰＭＶ＝下かっているＡＮＤ相当外気温度＝適温ＴＨＥＮ、供給熱量＝そのままとなる。

床冷曖房では、スポット空調と同様に室内の環境評価を
ＰＭＶとＰＭＶの変化量により行い、外気の状態を相当
外気温で評価しフィードフォワード的に入力し、結露や
ローカルディスコンフォートかない最適な床面設定温度
変化量か決定される。

例えば床面設定温度変化量の推定では、ＩＦＩＭＶ＝高
い（暑い）ＡＮＤΔＰＭＶ＝上がっているＡＮＤ相当外気温度；高いＴＨＥＮ　；床面設定温度変化量＝下げるとなる。また
、ＩＦ−ＰＭＶ＝高い（暑い）ＡＮＤΔＰＭＶ＝下がっているＡＮＤ相当外気温度＝適温ＴＨＥＮ；床面設定温度変化量＝そのままとなる。

床面温度設定の修正では、結露やローカルディスコンフ
ォートを防ぐため、設定温度は下げすぎないように修正
を行う。したかって、ＩＦ；床面温度＝低い（リミット）ＡＮＤ床面設定温度＝下げろＴＨＥＮ；床面設定温度変化量＝そのままとなる。

ブラインドの開閉では、制御目標である自然光の積極的
な導入から、できる限りブラインドを開けるものとし、
次のような劣悪な光環境てのみブラインドを閉める。す
なわち、ＩＦ；ＰＭＶ＝高い（暑い）ＡＮＤΔＰＭＶ＝上かっていＡＮＤ日射量；多いＴＨＥＮ、ブラインド＝閉めるとなる。このように自然言語の知識ベースで環境の演出
が行える。

換気の開閉でも、ブラインドの開閉と同様、外気の積極
的な導入から、できるだけ換気は開けるものとし、次の
ような状態でのみ換気窓を閉める。

（１）　Ｉ　Ｆ　−ＰＭＶ＝高イ（暑イ）ＡＮＤΔＰＭ
Ｖ＝上がっているＡＮＤ相当外気温度＝高いＴＨＥＮ、換気窓＝閉める（２）　Ｉ　Ｆ　；　ＰＭＶ＝低イ（寒イ）ＡＮＤΔＰ
ＭＶ＝下がっているＡＮＤ相当外気温度＝低いＴＨＥＮ；換気窓＝閉める（３）　Ｉ　Ｆ　、　ＰＭＶ＝適ＡＮＤΔＰＭＶ＝上かっているＡＮＤ相当外気温度＝高いＴＨＥＮ：換気窓；閉める（４）　Ｉ　Ｆ　；　ＰＭＶ＝適ＡＮＤΔＰＭＶ＝下がっているＡＮＤ相当外気温度＝低いＴＨＥＮ；換気窓＝閉める　ＩＦ　ＰＭＶ＝適となる。

上記のように第６図に示す制御システムは、室内環境の
評価に、先に説明したように輻射や気流なとの温熱要素
からＰＭＶを演算し、入力条件に組み入れたものであり
、入力条件をＰＭＶ、ΔＰＭＶ　（ＰＭＶの変化量）、
外気温、日射に限定し、ルール数を抑えたものである。

これに対して第７図に示す例は、室温と平均周壁温度を
入力条件に加え、ＰＭＶの収束性、省エネルギー性を加
えて追求したものである。したがって、ここでは、上記
ルールサンプルに示すようなファジィルールが組み込ま
れており、ＰＭＶを０にするために、室温と平均周壁温
度のどちらをよりコントロールすることが有効であるか
を判断し、操作量の配分を決める。さらに次段ではその
操作が加えられたことによる状況判断をし、配分の修正
がなされる。

よってよりきめ細かい制御が行える。

上記のように本発明の総合環境創出システムは、天候や
気温、日射、風等の外部環境データ、気温や湿度、照度
、気流、輻射温度等の内部環境データを入力とし、各モ
ジュールを介して複数の機器を統合制御することによっ
て、環境を司る温湿度、明暗、風、輻射、演出等を制御
する。したがって、その制御プログラムは、人間の知識
を利用した曖昧な言語で記述されたものである。また、
光演出や香演出、音演出等の環境演出も行うものである
。

しかも、経験者の知識が各モジュール毎に自然言語でフ
ァジィルールとして記述されるため、ルールの設定、修
正は、ＣＲＴ上で自然言語を媒体に行え、オペレーター
の経験的、直感的な操作ルールを制御系にダイレクトに
取り入れ、修正することができる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例では
、温熱環境制御と環境演出の割合をＰＭＶ値で変えるよ
うにしたが、ボリュームの操作によりマニュアルで自由
に変更し、オペレーターの好みの環境か創り出せるよう
に構成してもよい。また、ファジィ制御部で使われるメ
ンバーシップ関数やファジィルールは、ＩＣカードや光
カード等に記憶し、交換可能にすることによって目的に
応じ種々のパターンを選択適用することかできるように
してもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＰＭ
Ｖ値算出手段、ファジィ制御手段を備え、温度や湿度だ
けでなくあらゆる情報を取り込んで、空調や輻射冷暖房
、換気、ブラインド、光、音、香等を総合的に制御する
ので、言語的な記述で簡便に季節や場所、環境条件に応
じた快適環境の創出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る総合環境創出システムの１実施例
を示す図、第２図はメンバーシップ関数の例を示す図、
第３図はファジィ推論方法を説明するための図、第４図
は温熱環境系と環境演出系の分配制御例を説明するため
の図、第５図はアトリウム環境の基本コンセプトの例を
示す図、第６図は制御システムの構成例を示す図、第７
図は制御システムの他の構成例を示す図である。ｌ・・・計測データ、２・・・設定データ、３・・・時
間データ、４・・・ＰＭＶ演算部、５・・・ファジィ制
御部、６・・・ファジィ化部、７・・・ファジィ推論部
、８・・・非ファジィ化部、９・・・環境創出設備。第１図出　願　人　　　清水建設株式会社復代理人　弁理士　阿　部　龍　吉（外７名）犀４図第６図第５図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外部環境情報、内部環境情報、時間情報を入力し
て環境創出設備を制御する総合環境創出システムであっ
て、内部環境情報からＰＭＶ値を算出するＰＭＶ値算出
手段、メンバーシップ関数とファジィルールを使ってＰ
ＭＶ値、外部環境情報、内部環境情報、時間情報から環
境設備の個別制御信号を生成するファジィ制御手段を備
えたことを特徴とする総合環境創出システム。
（２）ファジィ制御手段は、温熱環境制御系と環境演出
系からなることを特徴とする請求項１記載の総合環境創
出システム。
（３）温熱環境制御系は、空調と輻射冷暖房と換気とブ
ラインドからなることを特徴とする請求項２記載の総合
環境創出システム。
（４）温熱環境制御系は、ＰＭＶ値を零にすることを達
成目標とすることを特徴とする請求項３記載の総合環境
創出システム。
（５）環境演出系は、照明や採光を制御する光環境演出
と香りの種類や発生タイミング、強度を制御する香環境
演出と音楽や自然音等の種類、発生タイミング、大きさ
を制御する音環境演出からなることを特徴とする請求項
２記載の総合環境創出システム。
（６）ＰＭＶ値により温熱環境制御系と環境演出系の分
配を変えることを特徴とする請求項２記載の総合環境創
出システム。