データ処理装置及び二酸化炭素濃度測定用センサーシステム
【課題】二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素センサーを無線化し、かつ、当該二酸化炭素濃度の測定を長時間行うことを可能とする。
【解決手段】二酸化炭素センサー１０は、二酸化炭素濃度測定素子１０１、無線送信部１０２、電源部１０４、素子制御部１０５及び無線制御部１０８を含む。二酸化炭素濃度測定素子１０１は、室内の二酸化炭素濃度を検知し、当該二酸化炭素濃度を測定する。無線送信部１０２は、測定された二酸化炭素濃度をデータ処理装置に対して無線通信により送信する。電源部１０４は、二酸化炭素濃度測定素子１０１及び無線送信部１０２に対して電力を供給する。素子制御部１０７は、予め設定された間隔で二酸化炭素濃度測定素子１０１に電力を供給するように、電源部１０４を制御する。無線制御部１０８は、予め設定された間隔で無線送信部１０２に電力を供給するように、電源部１０４を制御する。
【解決手段】二酸化炭素センサー１０は、二酸化炭素濃度測定素子１０１、無線送信部１０２、電源部１０４、素子制御部１０５及び無線制御部１０８を含む。二酸化炭素濃度測定素子１０１は、室内の二酸化炭素濃度を検知し、当該二酸化炭素濃度を測定する。無線送信部１０２は、測定された二酸化炭素濃度をデータ処理装置に対して無線通信により送信する。電源部１０４は、二酸化炭素濃度測定素子１０１及び無線送信部１０２に対して電力を供給する。素子制御部１０７は、予め設定された間隔で二酸化炭素濃度測定素子１０１に電力を供給するように、電源部１０４を制御する。無線制御部１０８は、予め設定された間隔で無線送信部１０２に電力を供給するように、電源部１０４を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内の二酸化炭素濃度を測定するデータ処理装置及び二酸化炭素濃度測定用センサーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばビル内等の居住スペースの空調を管理する空調システムが知られている。この空調システムにおいては、居住スペースの二酸化炭素濃度を予め定められた基準値以下に保つことを重要な目的の１つとしている。例えば建築物衛生法（通常、ビル管理法）では、不特定多数の人間が利用する相当程度の規模を有する建築物（特定建築物）における空調基準を「空気環境の管理基準値」として定めている。この建築物衛生法によれば、二酸化炭素濃度を１０００ＰＰＭ（Pert Per Million）以下にすることが求められる。
【０００３】
このために、例えばビル等の居住スペースにおいて、室内の二酸化炭素濃度を測定することが行われている。この二酸化炭素濃度の測定は、例えばセンサーを用いて、１ヶ月〜２ヶ月に１回程度行われる。また、二酸化炭素濃度の測定が行われるのは、例えば各フロアーで１箇所程度であり、一日のうちに何回か測定し、その平均値を用いるのが一般的である。
【０００４】
上記した二酸化炭素濃度の測定に用いられるセンサー（以下、二酸化炭素センサーと表記）は、例えば検知管を用いた検知管方式の大型で高価なものであり、常時測定を行うというものではない。
【０００５】
近年では、例えばポータブルの二酸化炭素測定器も知られているが、この二酸化炭素測定器に用いられる電池の寿命は数時間というのが普通である。そのため、連続的な測定を行うためには、一般的には、外部電源としてＡＣ電源が必要となる。
【０００６】
一方、上記したような法的規制とは別に省エネの実現または快適性の向上のために二酸化炭素濃度を測定することも行われている。しかしながら、上記したように測定に用いられる二酸化炭素センサーの価格が高いことや、消費電力が大きいことから実現されている例は多くない。なお、価格の点を無視すれば、原理的には換気扇または空調機に二酸化炭素センサーを内蔵することは可能である。
【０００７】
また、空調の分野では、主に配線等の工事費の削減を目的として、センサーの無線化へのニーズが大きい。これに関連して、上記した二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素センサーについても無線化への期待が高まっている。
【０００８】
しかしながら、上記したように例えば電源を確保する必要がある等の点から、実際に無線化された例は殆ど無いと思われる。
【０００９】
例えば新築ビル、既存ビルでも容易に施工でき、適切な換気制御が実現でき、室内環境の快適性と省エネルギーの両立ができる技術（以下、先行技術と表記）が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。この先行技術によれば、空調機の制御を目的として各部屋あるいは空調ゾーンごとに無線の炭酸ガスセンサー（二酸化炭素センサー）と、無線送信機及び受信機の一対とを備えることにより、配線レス化を図ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１４７５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、ビル等の室内の二酸化炭素濃度は、在室人数が多いほど大きくなり、その値も在室人数によって敏感に変化する。よって、法的規制のための数値とは異なり、測定値をもとに分析または評価を行うためには、多くの場所で日常的に連続して測定することが必要となる。このような場合、少なくとも１時間に数回、１日以上連続して測定する必要がある。
【００１２】
ここで、既存の建物に多くの二酸化炭素センサーを設置する場合、配線のコストが大きくなる。このため、二酸化炭素センサーの無線化が必要となる。しかしながら、この場合には、電源の確保が必要不可欠である。
【００１３】
空調機または換気扇に内蔵された二酸化炭素センサーであれば電源の問題はあまり無い。しかしながら、二酸化炭素濃度は同じフロアーでも例えば部屋の場所によって異なり、また同じ室内でも高さまたは方向によって異なる。よって、空調機または換気扇に内蔵された二酸化炭素センサーでは正確な二酸化炭素濃度の測定ができず、正しい評価を行うことが難しい。
【００１４】
このため、人のいる場所または測定した場所にセンサーを置くことが好ましい。しかしながら、例えば体育館のように広い空間の中央部付近または部屋の天井付近の空中のように、場所によっては電源を確保することが困難である。
【００１５】
また、例えばレイアウト変更または設置コスト等を考慮すると、二酸化炭素センサーの無線化が望ましいが、現実的な無線の二酸化炭素センサーは知られていない。
【００１６】
上記した先行技術では、無線の二酸化炭素センサーを用いるとしているが、電源の方式及びセンサーの原理については述べられていない。このため、無線の二酸化炭素センサーを実現することは困難である。
【００１７】
また、先行技術では、各部屋または各空調ゾーンにセンサー受信部が有線で設けられる。このため、二酸化炭素センサーを無線化することによる配線工事費の低減の効果が小さい。また、先行技術では、人間の存在を把握するために人感センサーを設けるとしているが、これによるコストもかかる。
【００１８】
また、二酸化炭素センサーには、大きく分けて「（非分散型）赤外線吸収式」及び「固体電解質方式」があるが、いずれも消費電力が大きく、無線化することは困難である。例えば、このような二酸化炭素センサーを無線化した場合、通常のアルカリ乾電池を数本用いて連続測定できる時間は１日程度である。先行技術においては、センサーの種類は特定されていないが、連続測定できる時間は上記と同様であるものと考えられる。
【００１９】
本発明の目的は、二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素センサーを無線化し、かつ、当該二酸化炭素濃度の測定を長時間行うことを可能とするデータ処理装置及び二酸化炭素濃度測定用センサーシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の１つの態様によれば、二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度測定手段と、前記二酸化炭素濃度に係る測定データを送信する送信手段と、前記二酸化炭素濃度を測定手段に対して電力を供給する電力供給手段と、前記二酸化炭素濃度測定手段に断続的に電力を供給するように、前記電力供給手段を制御する電力供給制御手段とを含む二酸化炭素センサーからの測定データを断続的に受信するデータ処理装置において、前記送信された測定データを受信する受信手段と、前記受信された測定データに基づいて、当該測定データが測定された時点での室内の換気量を算出する換気量算出手段と、前記受信された測定データ及び前記算出された換気量に基づいて、前記室内における在室人数を算出する在室人数算出手段とを具備するデータ処理装置を提供することにある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素センサーを無線化し、かつ、当該二酸化炭素濃度の測定を長時間行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る二酸化炭素濃度測定用センサーシステムの構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す二酸化炭素センサー１０の外観を示す図。
【図３】二酸化炭素センサー１０の主として機能構成を示すブロック図。
【図４】無線親機２０及びデータ処理装置３０の主として機能構成を示すブロック図。
【図５】二酸化炭素センサー１０における測定周期及び無線通信周期を示す図。
【図６】二酸化炭素濃度測定賞センサーシステムにおける二酸化炭素センサー１０及び無線親機２０が配置されるフロアーを示す図。
【図７】事務所ビル等のフロアーにおける二酸化炭素センサー１０の配置を示す図。
【図８】図７に示す二酸化炭素センサー１０ａ〜１０ｄによる二酸化炭素濃度の測定結果の一例を示す図。
【図９】会議室内で二酸化炭素センサー１０が配置された場所の一例を示す図。
【図１０】図９に示される場所に配置された二酸化炭素センサー１０による二酸化炭素濃度の測定結果を示す図。
【図１１】図１０に示す測定結果をフィッティングした結果の一例を示す図。
【図１２】給気及び還気と換気の関係を説明するための図。
【図１３】二酸化炭素センサー１０を換気及び防犯のために利用する際のデータ処理装置３０の処理手順を示すフローチャート。
【図１４】移動体または浮遊体に二酸化炭素センサー１０が配置された具体例を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る二酸化炭素濃度測定用センサーシステムの構成を示すブロック図である。図１に示す二酸化炭素濃度測定用センサーシステムは、二酸化炭素センサー１０、無線親機２０及びデータ処理装置３０を有する。
【００２５】
二酸化炭素センサー１０は、例えばビル内等の居住スペース内（室内）に複数配置される。二酸化炭素センサー１０は、自身が配置されている室内の二酸化炭素濃度（ＣＯ2濃度）を測定する。二酸化炭素センサー１０は、測定された二酸化炭素濃度（を示すデータ）を無線通信により無線親機２０に対して送信する機能を有する。ここで用いられる無線方式は、例えば特定小電力無線である。
【００２６】
二酸化炭素センサー１０は、無線通信可能であるため、例えば配線及び電源の確保等が困難な箇所に配置することができる。
【００２７】
無線親機２０は、二酸化炭素センサー１０と無線通信可能に接続されている。無線親機２０は、二酸化炭素センサー１０のアクセスポイントとして機能する。また、無線親機２０は、データ処理装置３０と通信可能に接続されている。これにより、無線親機２０は、二酸化炭素センサー１０及びデータ処理装置３０間で、データの送受信を行う。
【００２８】
データ処理装置３０は、二酸化炭素センサー１０によって測定された二酸化炭素濃度に基づいて、各種処理を実行する。また、データ処理装置３０は、二酸化炭素センサー１０に対して、無線親機２０を介して二酸化炭素濃度の測定に関する指示を送信する。データ処理装置３０としては、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）が用いられる。また、データ処理装置３０は、例えば上記した無線親機２０を内蔵する構成であっても構わない。
【００２９】
なお、上記したように本実施形態に係る二酸化炭素濃度測定用センサーシステムにおける無線方式は、特定小電力無線である。この特定小電力無線によれば、見通しができれば例えば１００ｍ〜１５０ｍ以上であっても通信可能である。また、周波数は４２９ＭＨｚ付近であり、例えばオフィスで多用されている無線ＬＡＮなどに用いられる２．４ＧＨｚ帯の電波との混信の恐れもない。
【００３０】
図２は、図１に示す二酸化炭素センサー１０の外観を示す。二酸化炭素センサー１０は、電源スイッチ１１、ディップスイッチ１２、リセットボタン１３、アンテナ１４及び電池交換蓋１５を備える。
【００３１】
電源スイッチ１１は、二酸化炭素センサー１０の電源のオン／オフを切り替える。二酸化炭素センサー１０により長時間にわたって測定を行わない場合には、例えば手動により電源を切ることができる。
【００３２】
ディップスイッチ１２は、二酸化炭素センサー１０の測定モード（後述する）の設定に用いられる。また、リセットボタン１３は、ディップスイッチ１２で設定された測定モードを例えば手動によりリセットする際に用いられる。
【００３３】
アンテナ１４は、無線通信用アンテナ、例えばヘリカルアンテナである。二酸化炭素センサー１０は、このアンテナ１４により無線通信を行うことができる。
【００３４】
また、電池交換蓋１５は、二酸化炭素センサー１０の電源である電池を交換する際に用いられる。例えば電池交換蓋１５を開けることによって、電池を交換することができる。
【００３５】
なお、二酸化炭素センサー１０は、スリット部分１６の内部に二酸化炭素濃度を測定するセンサー素子を有する。このセンサー素子は、例えば非分散型赤外線吸収式のセンサー素子である。
【００３６】
図３は、二酸化炭素センサー１０の主として機能構成を示すブロック図である。二酸化炭素センサー１０は、二酸化炭素濃度測定素子（センサー素子）１０１、無線送信部１０２、無線信号受信部１０３、電源部１０４、外部電源用トランス１０５、測定モード設定部１０６、素子制御部１０７及び無線制御部１０８を含む。
【００３７】
二酸化炭素濃度測定素子１０１は、二酸化炭素センサー１０が配置されている室内の二酸化炭素濃度を検知し、当該二酸化炭素濃度を測定する。
【００３８】
無線送信部１０２は、二酸化炭素濃度測定素子１０１によって測定された二酸化炭素濃度を、アンテナ１４を介して無線通信により送信する。無線送信部１０２は、測定された二酸化炭素濃度を無線親機２０に対して送信する。これにより、二酸化炭素濃度測定素子１０１によって測定された二酸化炭素濃度は、無線親機２０を介してデータ処理装置３０に送信される。
【００３９】
無線受信部１０３は、例えば二酸化炭素センサー１０による測定タイミングまたは無線の送信タイミングを設定するためのデータ（以下、設定データと表記）を、アンテナ１４を介して受信する。無線受信部１０３は、データ処理装置３０によって無線親機２０を介して送信された設定データを受信する。
【００４０】
電源部１０４は、二酸化炭素濃度測定素子１０１、無線送信部１０２及び無線受信部１０３に対して、これらが動作するために必要な電力を供給する。この電源部１０４としては、例えば乾電池または充電池が用いられる。電源部１０４には上記した電源スイッチ１１が接続されており、この電源スイッチ１１により電源を切ることができる。これにより、二酸化炭素センサー１０が長期にわたって使用されない場合には、電池の消耗を防ぐことができる。
【００４１】
なお、外部電源は、必要に応じて用いられる。この場合、外部電源用トランス１０５を介して電力が供給される。また、この外部電源により、上記した電源部１０４として用いられる例えば電池を充電することも可能である。
【００４２】
測定モード設定部１０６は、二酸化炭素センサー１０における二酸化炭素濃度の測定に関するモード（測定モード）を設定する。この測定モードには、例えば測定開始時刻、二酸化炭素濃度が測定される間隔（測定タイミング）及び二酸化炭素測定素子１０１によって測定された二酸化炭素濃度（測定データ）の送信タイミングが含まれる。
【００４３】
測定モード設定部１０６は、例えば無線受信部１０３によって受信された設定データに基づいて、測定モードを設定する。また、測定モード設定部１０６は、当該測定モード設定部１０６に接続されたディップスイッチ１２によってハード的に測定モードを設定することも可能である。通常、例えばディップスイッチ１２を用いてハード的に設定された測定モードよりもデータ処理装置３０からの設定データに基づいて設定された測定モードの方が優先される。この場合において、例えば測定モード設定部１０６に接続されたリセットボタン１３を押すとハード的に設定された測定モードが有効となる。
【００４４】
素子制御部１０７は、測定モード設定部１０６によって設定された測定モードに含まれる測定タイミング（間隔）で二酸化炭素濃度測定素子１０１に断続的に電力を供給するように、電源部１０４を制御する。これにより、二酸化炭素濃度測定素子１０１による二酸化炭素濃度の測定周期が断続的となる。
【００４５】
無線制御部１０８は、測定モード設定部１０６によって設定された測定モードに含まれる送信タイミング（間隔）で無線送信部１０２に断続的に電力を供給するように、電源部１０４を制御する。これにより、無線送信部１０２による測定データ（測定された二酸化炭素濃度）の送信周期が断続的となる。
【００４６】
図４は、無線親機２０及びデータ処理装置３０の主として機能構成を示すブロック図である。無線親機２０は、無線データ送信部２１及び無線データ受信部２２を含む。
【００４７】
無線データ送信部２１は、データ処理装置３０によって送信される設定データを二酸化炭素センサー１０に対して送信する。無線データ送信部２１は、無線通信により設定データを送信する。
【００４８】
無線データ受信部２２は、二酸化炭素センサー１０によって送信される測定データを受信する。無線データ受信部２２は、無線通信により測定データを受信する。この受信された測定データは、データ処理装置３０に送信される。
【００４９】
データ処理装置３０は、計測管理部３１、入力データ格納部３２、送信部３３、受信部３４、変化率判定部３５、換気量評価部３６、在室人数評価部３７、結果表示処理部３８、表示部３９、データ格納処理部４０及びデータ格納部を含む。
【００５０】
計測管理部３１は、例えば二酸化炭素濃度測定用センサーシステムの管理者によって指定されたデータを入力する。この入力されたデータ（以下、入力データと表記）には、例えば二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋（測定の対象となる室内）の容積、当該二酸化炭素センサー１０によって二酸化炭素濃度が測定されるタイミング（測定間隔）、測定開始時刻または二酸化炭素センサー１０における測定データの送信タイミング等が含まれる。入力データは、入力データ格納部３２に格納される。
【００５１】
また、計測管理部３１は、計測管理部３１は、入力データに含まれる測定開始時刻、測定タイミングまたは送信タイミングに応じて、二酸化炭素センサー１０における設定データを、送信部３３を介して送信する。
【００５２】
受信部３４は、無線親機２０に含まれる無線データ受信部２２によって受信された測定データを受信する。受信部３４は、例えば二酸化炭素センサー１０によって一定間隔毎に測定された複数の測定データを受信する。この二酸化炭素センサー１０による測定間隔は、上記した計測管理部３１によって送信された設定データに応じて設定される。
【００５３】
変化率判定部３５は、測定データを、例えば予め定められた一定時間（期間）比較する。これにより、変化率判定部３５は、比較された測定データによって示される二酸化炭素濃度の変化率（状態）を判定する。変化率判定部３５は、例えば測定データの値の変化が予め定められた一定値以内（例えば１０００ＰＰＭ：Part Per Million）であれば二酸化炭素濃度は定常状態にあると判定する。
【００５４】
また、変化率判定部３５は、例えば測定データの値が次第に増加していれば、測定されている室内にいる人の数（以下、在室人数と表記）が増加したか、または当該室内における換気量が減少したと判定する。
【００５５】
また、変化率判定部３５は、例えば測定データの値が次第に減少していれば、在室人数が減少したか、または測定対象の室内における換気量が増加したと判定する。
【００５６】
換気量評価部３６は、変化率判定部３５によって判定された二酸化炭素濃度の変化率に基づいて、実効換気量を評価（算出）する。実効換気量は、二酸化炭素濃度測定時における実際の換気量である。この実効換気量は、二酸化炭素濃度の時系列データを例えば最小自乗法等を用いて指数関数でフィッティング（近似）し、このときのフィッティング係数及び入力データ格納部３２に格納されている部屋の容積から計算される。また、換気量評価部３６は、例えば在室人数が一定である場合には、実効換気量の時間変化を算出する。この実効換気量及び当該実効換気量の時間変化は、例えば一定時間毎に算出される。
【００５７】
在室人数評価部３７は、在室人数がわからない場合には、換気量評価部３６によって算出された実効換気量に基づいて在室人数を評価（算出）する。この在室人数は、例えば一定時間毎に算出される。
【００５８】
なお、上記した実効換気量、当該実効換気量の時間変化または在室人数の具体的な算出処理については後述する。
【００５９】
結果表示処理部３８は、換気量評価部３６によって算出された実効換気量及び当該実効換気量の時間変化を、例えば二酸化炭素濃度測定用センサーシステムの管理者に通知するために表示装置３９に表示させる。また、結果表示処理部３８は、在室人数評価部３７によって算出された在室人数を、管理者に通知するために表示装置３９に表示させる。
【００６０】
データ格納処理部４０は、換気量評価部３６によって算出された実効換気量及び時間変化をデータ格納部４１に格納する。また、データ格納処理部４０は、在室人数評価部３７によって算出された在室人数をデータ格納部４１に格納する。
【００６１】
図５は、二酸化炭素センサー１０における測定周期（測定タイミング）及び無線通信周期（送信タイミング）を示す。
【００６２】
ここで、二酸化炭素センサー１０において二酸化炭素濃度を測定する場合には、正確な値が測定されるまで予熱を行う必要がある（電力を供給し始めてから時間を要する）場合がある。その他にも、素子の安定化のために測定に先立ち数分間の通電を必要とする場合がある。これは、二酸化炭素センサー１０に含まれる二酸化炭素濃度測定用素子（センサー素子）１０１の種類によって異なる。図５では、二酸化炭素センサー１０において測定を行うにあたって、予熱を行う必要があるセンサー素子１０１が用いられた場合を想定している。
【００６３】
図５において、上段の線２０１は、二酸化炭素センサー１０に含まれるセンサー素子１０１に対する電力供給を示す。以下、線２０１をセンサー素子電力供給線２０１と称する。また、下段の線２０２は、二酸化炭素センサー１０に含まれる無線送信部１０２に対する電力供給を示す。以下、線２０２を無線送信部電力供給線２０２と称する。
【００６４】
図５のセンサー素子電力供給線２０１に示すように、センサー素子１０１では、時間T1〜T2まで予熱が行われている。その後、時間T2〜T3まで二酸化炭素濃度の測定が行われる。そして、無線送信部１０２は、時間T3〜T4まで測定データを無線親機２０に対して送信する。その後、一定時間が経ち、時間T5から次の測定のための予熱がセンサー素子１０１で行われ、時間T6から測定が行われる。
【００６５】
つまり、図５に示すセンサー素子電力供給線２０１の例では、センサー素子１０１に対しては、時間T1〜T3まで電力が供給されている。また、無線送信部１０２に対しては、時間T3〜T4まで電力が供給されている。よって、図５に示すように、この例における測定周期は、時間T2〜T6となる。
【００６６】
ここで、図５の無線送信部電力供給線２０２に示す無線送信に要する電力または起動に要する電力（例えば時間T3〜T4）を無視した場合を想定する。この場合、連続的に二酸化炭素濃度を測定する場合と比較すると、T5−T1／T3−T1倍に電池の寿命は長くなる。例えばT5−T1＝３０（分）、T3−T2≒０、T2−T1＝１（分）とした場合、電池の寿命は、T5−T1／T3−T1＝３０／１＝３０倍になる。
【００６７】
例えば単三乾電池６本で２〜３日程度の連続測定が可能である場合を想定する。この場合、上記したように断続的に測定することで、同様の電源（単三乾電池６本）であっても２〜３ヶ月程度の測定が可能になる。また、例えば夜間は測定しないものとし、測定周期を１時間とすると、１年程度の測定が可能となる。
【００６８】
図６は、二酸化炭素濃度測定用センサーシステムにおける二酸化炭素センサー１０及び無線親機２０が配置されるフロアーを示す図である。
【００６９】
図６に示すように、フロアー３００には、例えば部屋（居室）３００ａ〜３００ｅ及び空調機械室３０１が設けられている。各部屋３００ａ〜３００ｅの各々には、例えば部屋の大きさに応じて複数の二酸化炭素センサー１０が配置されている。一方、例えば空調機械室３０１には、無線親機２０（アクセスポイント）が配置されている。
【００７０】
この場合、各部屋３００ａ〜３００ｅに配置されている二酸化炭素センサー１０の各々によって測定された二酸化炭素濃度（測定データ）は、フロアー３００の空調機械室３０１に配置された無線親機２０まで無線により送信される。二酸化炭素センサー１０の各々から送信された測定データは、例えばインターネット等のネットワーク５０を介してデータ処理装置３０（図示せず）に対して送られる。
【００７１】
次に、図７及び図８を参照して、二酸化炭素センサー１０によって測定された測定結果について説明する。図７は、例えば事務所ビル等のフロアーにおける二酸化炭素センサー１０の配置を示す。
【００７２】
図７に示す例では、例えば事務所ビルのフロアー４００内の４箇所に二酸化炭素センサー１０ａ〜１０ｄが配置されている。なお、二酸化炭素センサー１０ａは、例えば会議中である会議室内に配置されている。一方、二酸化炭素センサー１０ｂ〜１０ｃは、会議室以外の箇所（特に人が集まる場所以外の場所）に配置されているものとする。
【００７３】
図８は、図７に示す二酸化炭素センサー１０ａ〜１０ｄによる二酸化炭素濃度の測定結果の一例を示す。図８においては、横軸は時間を示し、縦軸は測定された二酸化炭素濃度を示す。ここで、縦軸の二酸化炭素濃度は相対値である。
【００７４】
図８に示す例では、会議を行っている会議室に配置されている二酸化炭素センサー１０ａによって測定された二酸化炭素濃度は、約１７００と大きな値を示している。また、他の場所に配置された二酸化炭素センサー１０ｂ〜１０ｄによって測定された二酸化炭素濃度でも、約１２５０〜１４００とばらつきがある。
【００７５】
また、図８に示す例では、時間１８：００〜１８：３０に、全部の二酸化炭素センサー（１０ａ〜１０ｄ）を用いて一箇所（例えば二酸化炭素センサー１０ｄが配置されていた付近）の二酸化炭素濃度を測定している。この結果から、各二酸化炭素センサー１０ａ〜１０ｄの測定誤差は５０程度であると考えられる。
【００７６】
上記結果から、例えばオフィス内の二酸化炭素濃度を測定する場合には、場所による分布を考慮する必要があることがわかる。
【００７７】
図９及び図１０を参照して、１つの会議室内において複数箇所に配置された二酸化炭素センサー１０による二酸化炭素濃度の測定結果の一例について説明する。
【００７８】
図９は、会議室内で二酸化炭素センサー１０が配置された場所の一例を示す。図９に示す例では、チャンネル０（ＣＨ０）の二酸化炭素センサー１０は、床（高さ０ｃｍ）に配置されていることが示される。同様に、チャンネル１（ＣＨ１）の二酸化炭素センサー１０は、テーブル（高さ７０ｃｍ）に配置されている。チャンネル２（ＣＨ２）の二酸化炭素センサー１０は、ホワイトボード上（高さ１９０ｃｍ）に配置されている。また、チャンネル３（ＣＨ３）の二酸化炭素センサー１０は、天井（高さ２７０ｃｍ）に配置されている。このように、二酸化炭素センサー１０は、会議室内の４箇所に配置されている。
【００７９】
図１０は、図９に示される場所に配置された二酸化炭素センサー１０による二酸化炭素濃度の測定結果である。上記した図８と同様に、図１０においても横軸は時間を示し、縦軸は測定された二酸化炭素濃度を示す。また、上記した図８と同様に、縦軸の二酸化炭素濃度は相対値である。
【００８０】
図１０に示すように、図９に示す４箇所に配置された二酸化炭素センサー１０によって測定された二酸化炭素濃度は、会議を開始してから１時間程度でほぼ定常に達していることがわかる。また、二酸化炭素センサー１０が配置されている高さによって二酸化炭素濃度が異なることがわかる。
【００８１】
通常、屋外の二酸化炭素濃度は４００ＰＰＭ程度である。しかしながら、人間の呼気中の二酸化炭素濃度は、３〜５％（３００００〜５００００ＰＰＭ）と極めて大きい。このため、二酸化炭素濃度の測定値は、当該測定の対象となる室内に人間がいることにより、極めて敏感に反応する。原理的には、二酸化炭素濃度分布を詳細に測定することで、二酸化炭素発生源（人間）の分布をかなりの程度まで推測することが可能となる。
【００８２】
ここで、二酸化炭素濃度ｈ（ＰＰＭ）の時間変化は、１点モデルで、
【数１】
【００８３】
と表すことができる。ここで、ｈは二酸化炭素濃度（ＰＰＭ）、Ｖは測定対象となる部屋（室内）の体積（ｍ3）、ｎは在室人数（人）、Ｓは例えば大人１人あたりの二酸化炭素排出量（ｍ3／ｈ／人）、ｈoutは外気の二酸化炭素濃度（ＰＰＭ）、Ｑは実効的な換気量（ｍ3／ｈ）である。以下、Ｖ＝８７．７５（ｍ3）、Ｓ＝０．０２（ｍ3／ｈ／人）、ｈout＝４００（ＰＰＭ）であるものとして説明する。
【００８４】
ここで、上記した式（１）の解は、
【数２】
【００８５】
となる。ここで、ｈ0は初期の二酸化炭素濃度であり、ｈ∞は定常状態（時間ｔ→∞）における二酸化炭素濃度である。また、ｈ∞は、換気に用いる新鮮外気の二酸化炭素濃度ｈoutを用いて、上記した式（１）より、
【数３】
【００８６】
と表される。
【００８７】
上記したように、Ｓ＝０．０２（ｍ3／ｈ／人）、ｈout＝４００（ＰＰＭ）である。これにより、上記した式（３）を用いれば、ｎ人が在室する部屋の定常状態における室内の二酸化炭素濃度ｈ∞を一定値（例えば１０００ＰＰＭ）以下にするために必要な換気量Ｑが算出される。例えば測定対象となる部屋（室内）に５人が在室する、つまり、ｎ＝５の場合、式（３）により、Ｑ＝１６６（ｍ3／ｈ）となる。
【００８８】
ここで、注意すべき点は、上記した式（３）を用いた場合では、部屋の広さなどの情報を必要としないことである。これは、部屋を１点モデルで近似したため当然であるが、明らかに実態とは異なる。例えば極めて広い部屋と非常に狭い部屋で必要な換気量が等しいということはありえない。これは、二酸化炭素濃度の分布を無視したために生じる誤差となる。実際には人が居る付近を換気すればよいだけであり、部屋全体を換気する必要はない。また、二酸化炭素は空気より重たいので部屋の下部で濃度が高くなるため、部屋の下部から換気する方が効率がよくなる。逆に、呼気は温度が高いため対流によって部屋の上部の濃度が高くなることも考えられる。よく循環された部屋であれば発生源（人間）付近の濃度が高くなりうる。このような分布は実際に測定してみないとわからない。
【００８９】
一方、上記した式（２）を用いると、実効的な換気量が求まる。この場合、式（２）の指数関数部分を対数フィッティングすることにより勾配（−Ｑ／Ｖ）が求まる。ここでは、部屋の体積Ｖが現れる。即ち、部屋が広いほど定常に達するのに時間がかかるということである。
【００９０】
ここで、図１１は、図１０に示す測定結果（測定データ）をフィッティングした結果の一例を示す。このフィッティングした結果から傾きを求めることにより、Ｑ／Ｖの値を求めることができる。図１１に示す例で、例えばＱ／Ｖ＝２．２（１／ｈ）であった場合、Ｖ＝８７．７５（ｍ3）であるから、Ｑ＝１９０（ｍ3／ｈ）となる。フィッティングの誤差もあるが、換気量を測定することは用意ではないので、この方法は極めて有効であると言える。つまり、上記したように本実施形態によれば、二酸化炭素濃度の分布（空間分布）を測定することにより、実効換気量を算出することが可能となる。
【００９１】
なお、空調制御においては、場合によっては部屋の空調負荷がわかると都合がよい場合ある。これには空調機による吸気のパラメータ（例えば空調機が供給する空気の温度、湿度）、換気のパラメータ（部屋の温度、湿度に等しいと考えてよい）とともに、換気量を知る必要がある。この場合、上記したように部屋の換気量を評価することで、空調負荷（除去すべき熱量）を推定することもできる。
【００９２】
図１２は、給気及び還気と換気の関係を説明するための図である。なお、給気は、空調機から室内に供給される空気である。また、還気は、室内から空調機に戻る空気である。
【００９３】
例えば給気の温度、湿度は容易に測定可能である。また、還気の温度及び湿度は部屋の湿度及び温度で代表される。なお、還気の温度及び湿度を直接に測定することも可能である。
【００９４】
ところで、空調機から部屋に流入する空気の量は、空調機に戻る空気の量と等しくなく、戻る空気の量と部屋から外に漏れる空気の量の和になる。この場合、部屋から外に漏れる空気の量に等しい外気が導入されている。これらの空気の量がわかれば熱のバランスから空調負荷（室内での潜熱及び顕熱の発生量）を評価することができる。
【００９５】
しかしながら、これらの量を正確に評価することは難しい。そこで、上記したように二酸化炭素濃度の測定データのみから実効的な換気量（実効換気量）を算出する。これにより、この実効換気量あるいは、この実効換気量と既知の外気導入量を用いることで、室内の空調負荷を評価（推定）することが可能となる。この実効換気量及び評価された空調負荷に基づいて、例えば室内の空調を管理する空調機を制御することによって換気量を調節することができる。
【００９６】
また、上記した式（３）を用いると、大人１人あたりの二酸化炭素排出量Ｓを仮定（Ｓ＝０．０２（ｍ3／ｈ／人））することで測定対象となる部屋の在室人数を評価することができる。例えば、上記した図１０から外気の二酸化炭素濃度を５００ＰＰＭとし、定常状態での平均の二酸化炭素濃度を１１５０ＰＰＭとすると、これらの値及び算出された実効換気量Ｑから式（３）よりｎ（在室人数）≒６となる。これにより、部屋にいる人数は６人ということになる。上記したように、実際には５人であるが、二酸化炭素センサー１０の測定値以外に何らの情報も用いていないことを考えると良い精度といえる。
【００９７】
次に、図１３のフローチャートを参照して、例えば上記したような手法により算出される値を用いて、例えばビル内等の指定されたエリアにおいて二酸化炭素センサー１０を換気及び防犯のために利用する際のデータ処理装置３０の処理手順について説明する。例えば昼間（換気実施必要時間帯）には、二酸化炭素センサー１０は換気のために用いられる。一方、例えば夜間（換気実施不要時間帯）には二酸化炭素センサー１０は防犯のために用いられる。ビル内には、ｎ個の二酸化炭素センサー１０が配置されているものとして説明する。
【００９８】
なお、以下の説明で換気扇とあるのは、実効的に換気を行うことができる機器であれば他の機器であっても構わない。
【００９９】
ここでは、指定されたエリアに配置されているｎ個の二酸化炭素センサー１０により、当該エリアの二酸化炭素濃度は例えば２４時間連続して測定されているものとする。
【０１００】
まず、ｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）番目の二酸化炭素センサー１０により、当該二酸化炭素センサー１０が配置されている付近の二酸化炭素濃度を測定する（ステップＳ１）。このｉ番目の二酸化炭素センサー（以下、対象二酸化炭素センサーと表記）１０によって測定された二酸化炭素濃度（測定データ）は、無線親機２０を介してデータ処理装置３０に送られる。この測定データは、データ処理装置３０の受信部３４によって受信される。
【０１０１】
測定データがデータ処理装置３０の受信部３４によって受信されると、当該測定データが測定された時間が換気実施必要時間帯（例えば、昼間）であるか否かが判定される（ステップＳ２）。
【０１０２】
換気実施必要時間帯でない、つまり換気実施不要時間帯（例えば、夜間）であると判定されると（ステップＳ２のＮＯ）、受信部３４によって受信された測定データの値が変動しているか否かが判定される（ステップＳ３）。
【０１０３】
測定データの値が変動していると判定された場合には（ステップＳ３のＹＥＳ）、例えば二酸化炭素発生源（例えば、人間または小動物等）の侵入があったとみなして警報を発生する（ステップＳ４）。
【０１０４】
次に、指定されたエリアに配置されているｎ個の二酸化炭素センサー１０の全てについて処理が完了したか否かが判定される（ステップＳ５）。
【０１０５】
全てについて処理が完了したと判定された場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、処理は終了される。一方、全てについて処理が完了していないと判定された場合（ステップＳ５のＮＯ）、ｎ個の二酸化炭素センサー１０のうち、まだ処理されていない二酸化炭素センサー１０についてステップＳ１に戻って処理が繰り返される。
【０１０６】
一方、ステップＳ３において、測定データの値が変動していないと判定された場合、警報は発生されず、ステップＳ５の処理が実行される。
【０１０７】
また、ステップＳ２において換気実施必要時間帯であると判定された場合、上記した受信部３４によって受信された測定データの値が予め定められた基準値（例えば１０００ＰＰＭ）以上であるか否かが判定される（ステップＳ６）。
【０１０８】
測定データの値が予め定められた基準値以上でないと判定された場合（ステップＳ６のＮＯ）、上記した対象二酸化炭素センサー１０により例えば予め定められた一定時間、二酸化炭素濃度が測定される（ステップＳ７）。データ処理装置３０の受信部３４は、この間に測定された二酸化炭素濃度（測定データ）を受信する。これにより、データ処理装置３０では、二酸化炭素濃度の時間変化（率）が取得される。
【０１０９】
次に、データ処理装置３０は、取得された時間変化に応じて、二酸化炭素濃度の変化が定常状態であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【０１１０】
二酸化炭素濃度の変化が定常状態であると判定された場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、当該定常状態となっている二酸化炭素濃度の値及び上記した式（３）を用いて、必要最小の換気量を算出する（ステップＳ９）。
【０１１１】
データ処理装置３０は、算出された必要最小の換気量に応じて、例えば対象二酸化炭素センサー１０の近くに配置されている換気扇を停止する（ステップＳ１０）。これにより、換気量が低減され、省エネを図ることができる。
【０１１２】
なお、冷房を行う場合、換気によって外気を導入すると除湿負荷が増大する。一般に、室内の空気は外気より湿度が小さいので、これを循環して冷房することにより空調に必要な消費電力を大幅に低下することも可能になる。
【０１１３】
ステップＳ１０の処理が実行されると、ステップＳ５の処理が実行される。
【０１１４】
一方、ステップＳ８において二酸化炭素濃度の変化が定常状態でないと判定された場合、つまり二酸化炭素濃度が変化している場合、対象二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋の在室人数が増加したか、または当該部屋の換気量が減少したことを意味する。このため、データ処理装置３０は、取得された時間変化を指数関数でフィッティングする（ステップＳ１１）。
【０１１５】
データ処理装置３０の実効換気量評価部３６は、フィッティングされた結果に基づいて、上記した式（２）を用いて実効的な換気量（実効換気量）を算出する（ステップＳ１２）。
【０１１６】
次に、データ処理装置３０の在室人数評価部３７は、算出された実効換気量及び式（３）を用いて、上記した対象二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋の在室人数を算出（評価）する（ステップＳ１３）。
【０１１７】
データ処理装置３０では、算出された実効換気量及び在室人数に基づいて、予想される二酸化炭素濃度を算出する（ステップＳ１４）。ここで、この算出された二酸化炭素濃度が、予め定められた基準値以下であるか否かが判定される（ステップＳ１５）。
【０１１８】
このとき、予め定められた基準値以下でないと判定された場合（ステップＳ１５のＮＯ）、例えば対象二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋の空調機を制御することによって、対象二酸化炭素センサー１０に近い換気扇で換気する（ステップＳ１６）。
【０１１９】
一方、ステップＳ１５において予め定められた基準値以下であると判定された場合、ステップＳ１０の処理が実行される。
【０１２０】
また、ステップＳ６において測定データの値が予め定められた基準値以上であると判定された場合、ステップＳ１６の処理が実行される。
【０１２１】
ところで、本実施形態に係る二酸化炭素センサー１０は、例えば室内に置かれた移動体または浮遊体に配置することで、当該室内の様々な箇所の二酸化炭素濃度を測定することが可能である。
【０１２２】
図１４は、上記した移動体または浮遊体に二酸化炭素センサー１０が配置された具体例を示す図である。
【０１２３】
図１４に示すように、例えば室内４００には、移動体４０１、浮遊体４０２及び浮遊体４０３がある。この移動体４０１、浮遊体４０２及び浮遊体４０３には、それぞれ二酸化炭素センサー１０が配置されている。これにより、例えば二酸化炭素センサー１０が１箇所に配置されている場合とは異なり、室内４００に配置される二酸化炭素センサー１０の数が当該室内４００の広さに対して少ない場合でも、当該室内４００の様々な箇所の二酸化炭素濃度を測定することが可能となる。
【０１２４】
上記したように本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０を無線化することにより、例えば電源確保または配線が困難な箇所であっても当該二酸化炭素センサー１０を配置することができる。
【０１２５】
また、一般的に二酸化炭素濃度測定用のセンサー素子１０１は、消費電力が大きいため、連続的に使用すると単三アルカリ乾電池を例えば２〜４本用いても数時間程度の測定時間が限界である。無線送信自体にも電力を消費する。そこで、本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０において二酸化炭素濃度の測定及び当該測定された二酸化炭素濃度（測定データ）の送信を断続的とすることで、二酸化炭素濃度の測定を長時間行うことができる。
【０１２６】
また、本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０の無線化により、例えばビル等の各部屋または廊下等に当該二酸化炭素センサー１０を多数配置できる。これにより、各部屋の実効的な換気量を算出することができる。このように、例えば各部屋の実効的な換気量を評価することにより、換気の最適化を図ることが可能となる。同様に、二酸化炭素センサー１０を各部屋に複数配置することにより、当該部屋の居住者の位置における二酸化炭素濃度の測定が可能となる。
【０１２７】
また、本実施形態においては、室内に配置された複数の二酸化炭素センサー１０を用いて当該室内の二酸化炭素濃度の空間分布を取得（測定）し、当該空間分布を用いて複数の空調機及び複数の吸引口を制御することができる。これにより、室内の二酸化炭素濃度の空間分布を調整することができる。
【０１２８】
本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０により断続的に測定された二酸化炭素濃度から、実効的な換気量及び当該二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋の在室人数を算出することができる。これに応じて、例えば空調機または換気扇の制御を実行することにより、例えば換気量等を減少させることができる。
【０１２９】
また、本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０を用いて二酸化炭素濃度を長期間測定することができるので、二酸化炭素濃度の変化を日常的に測定することにより、例えば夜間等の人のいないはずの時間において二酸化炭素濃度の変化が見られた場合、不審者の侵入や小動物の侵入とみなして、警報を発生することができる。これにより、防犯上の効果も得ることができる。
【０１３０】
また、例えば二酸化炭素センサー１０を移動体または浮遊体に配置することにより、部屋に配置された二酸化炭素センサー１０が少数であった場合でも、当該部屋の様々な箇所の二酸化炭素濃度を測定することができる。
【０１３１】
なお、本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０に用いられるセンサー素子１０１は非分散型赤外線吸収式のセンサー素子であるものとして説明したが、固体電解質方式のセンサー素子が用いられる構成であっても構わない。
【０１３２】
なお、本願発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【０１３３】
１０…二酸化炭素センサー、２０…無線親機、２１…無線データ送信部、２２…無線データ受信部、３０…データ処理装置、３１…計測管理部、３２…入力データ格納部、３３…送信部、３４…受信部、３５…変化率判定部、３６…換気量評価部、３７…在室人数評価部、３８…結果表示処理部、３９…表示装置、４０…データ格納処理部、４１…データ格納部、１０１…二酸化炭素濃度測定素子（二酸化炭素濃度測定手段）、１０２…無線送信部、１０３…無線受信部、１０４…電源部（電力供給手段）、１０５…外部電源用トランス、１０６…測定モード設定部、１０７…素子制御部（第１の制御部）、１０８…無線制御部（第２の制御部）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内の二酸化炭素濃度を測定するデータ処理装置及び二酸化炭素濃度測定用センサーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばビル内等の居住スペースの空調を管理する空調システムが知られている。この空調システムにおいては、居住スペースの二酸化炭素濃度を予め定められた基準値以下に保つことを重要な目的の１つとしている。例えば建築物衛生法（通常、ビル管理法）では、不特定多数の人間が利用する相当程度の規模を有する建築物（特定建築物）における空調基準を「空気環境の管理基準値」として定めている。この建築物衛生法によれば、二酸化炭素濃度を１０００ＰＰＭ（Pert Per Million）以下にすることが求められる。
【０００３】
このために、例えばビル等の居住スペースにおいて、室内の二酸化炭素濃度を測定することが行われている。この二酸化炭素濃度の測定は、例えばセンサーを用いて、１ヶ月〜２ヶ月に１回程度行われる。また、二酸化炭素濃度の測定が行われるのは、例えば各フロアーで１箇所程度であり、一日のうちに何回か測定し、その平均値を用いるのが一般的である。
【０００４】
上記した二酸化炭素濃度の測定に用いられるセンサー（以下、二酸化炭素センサーと表記）は、例えば検知管を用いた検知管方式の大型で高価なものであり、常時測定を行うというものではない。
【０００５】
近年では、例えばポータブルの二酸化炭素測定器も知られているが、この二酸化炭素測定器に用いられる電池の寿命は数時間というのが普通である。そのため、連続的な測定を行うためには、一般的には、外部電源としてＡＣ電源が必要となる。
【０００６】
一方、上記したような法的規制とは別に省エネの実現または快適性の向上のために二酸化炭素濃度を測定することも行われている。しかしながら、上記したように測定に用いられる二酸化炭素センサーの価格が高いことや、消費電力が大きいことから実現されている例は多くない。なお、価格の点を無視すれば、原理的には換気扇または空調機に二酸化炭素センサーを内蔵することは可能である。
【０００７】
また、空調の分野では、主に配線等の工事費の削減を目的として、センサーの無線化へのニーズが大きい。これに関連して、上記した二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素センサーについても無線化への期待が高まっている。
【０００８】
しかしながら、上記したように例えば電源を確保する必要がある等の点から、実際に無線化された例は殆ど無いと思われる。
【０００９】
例えば新築ビル、既存ビルでも容易に施工でき、適切な換気制御が実現でき、室内環境の快適性と省エネルギーの両立ができる技術（以下、先行技術と表記）が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。この先行技術によれば、空調機の制御を目的として各部屋あるいは空調ゾーンごとに無線の炭酸ガスセンサー（二酸化炭素センサー）と、無線送信機及び受信機の一対とを備えることにより、配線レス化を図ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１４７５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、ビル等の室内の二酸化炭素濃度は、在室人数が多いほど大きくなり、その値も在室人数によって敏感に変化する。よって、法的規制のための数値とは異なり、測定値をもとに分析または評価を行うためには、多くの場所で日常的に連続して測定することが必要となる。このような場合、少なくとも１時間に数回、１日以上連続して測定する必要がある。
【００１２】
ここで、既存の建物に多くの二酸化炭素センサーを設置する場合、配線のコストが大きくなる。このため、二酸化炭素センサーの無線化が必要となる。しかしながら、この場合には、電源の確保が必要不可欠である。
【００１３】
空調機または換気扇に内蔵された二酸化炭素センサーであれば電源の問題はあまり無い。しかしながら、二酸化炭素濃度は同じフロアーでも例えば部屋の場所によって異なり、また同じ室内でも高さまたは方向によって異なる。よって、空調機または換気扇に内蔵された二酸化炭素センサーでは正確な二酸化炭素濃度の測定ができず、正しい評価を行うことが難しい。
【００１４】
このため、人のいる場所または測定した場所にセンサーを置くことが好ましい。しかしながら、例えば体育館のように広い空間の中央部付近または部屋の天井付近の空中のように、場所によっては電源を確保することが困難である。
【００１５】
また、例えばレイアウト変更または設置コスト等を考慮すると、二酸化炭素センサーの無線化が望ましいが、現実的な無線の二酸化炭素センサーは知られていない。
【００１６】
上記した先行技術では、無線の二酸化炭素センサーを用いるとしているが、電源の方式及びセンサーの原理については述べられていない。このため、無線の二酸化炭素センサーを実現することは困難である。
【００１７】
また、先行技術では、各部屋または各空調ゾーンにセンサー受信部が有線で設けられる。このため、二酸化炭素センサーを無線化することによる配線工事費の低減の効果が小さい。また、先行技術では、人間の存在を把握するために人感センサーを設けるとしているが、これによるコストもかかる。
【００１８】
また、二酸化炭素センサーには、大きく分けて「（非分散型）赤外線吸収式」及び「固体電解質方式」があるが、いずれも消費電力が大きく、無線化することは困難である。例えば、このような二酸化炭素センサーを無線化した場合、通常のアルカリ乾電池を数本用いて連続測定できる時間は１日程度である。先行技術においては、センサーの種類は特定されていないが、連続測定できる時間は上記と同様であるものと考えられる。
【００１９】
本発明の目的は、二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素センサーを無線化し、かつ、当該二酸化炭素濃度の測定を長時間行うことを可能とするデータ処理装置及び二酸化炭素濃度測定用センサーシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の１つの態様によれば、二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度測定手段と、前記二酸化炭素濃度に係る測定データを送信する送信手段と、前記二酸化炭素濃度を測定手段に対して電力を供給する電力供給手段と、前記二酸化炭素濃度測定手段に断続的に電力を供給するように、前記電力供給手段を制御する電力供給制御手段とを含む二酸化炭素センサーからの測定データを断続的に受信するデータ処理装置において、前記送信された測定データを受信する受信手段と、前記受信された測定データに基づいて、当該測定データが測定された時点での室内の換気量を算出する換気量算出手段と、前記受信された測定データ及び前記算出された換気量に基づいて、前記室内における在室人数を算出する在室人数算出手段とを具備するデータ処理装置を提供することにある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素センサーを無線化し、かつ、当該二酸化炭素濃度の測定を長時間行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る二酸化炭素濃度測定用センサーシステムの構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す二酸化炭素センサー１０の外観を示す図。
【図３】二酸化炭素センサー１０の主として機能構成を示すブロック図。
【図４】無線親機２０及びデータ処理装置３０の主として機能構成を示すブロック図。
【図５】二酸化炭素センサー１０における測定周期及び無線通信周期を示す図。
【図６】二酸化炭素濃度測定賞センサーシステムにおける二酸化炭素センサー１０及び無線親機２０が配置されるフロアーを示す図。
【図７】事務所ビル等のフロアーにおける二酸化炭素センサー１０の配置を示す図。
【図８】図７に示す二酸化炭素センサー１０ａ〜１０ｄによる二酸化炭素濃度の測定結果の一例を示す図。
【図９】会議室内で二酸化炭素センサー１０が配置された場所の一例を示す図。
【図１０】図９に示される場所に配置された二酸化炭素センサー１０による二酸化炭素濃度の測定結果を示す図。
【図１１】図１０に示す測定結果をフィッティングした結果の一例を示す図。
【図１２】給気及び還気と換気の関係を説明するための図。
【図１３】二酸化炭素センサー１０を換気及び防犯のために利用する際のデータ処理装置３０の処理手順を示すフローチャート。
【図１４】移動体または浮遊体に二酸化炭素センサー１０が配置された具体例を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る二酸化炭素濃度測定用センサーシステムの構成を示すブロック図である。図１に示す二酸化炭素濃度測定用センサーシステムは、二酸化炭素センサー１０、無線親機２０及びデータ処理装置３０を有する。
【００２５】
二酸化炭素センサー１０は、例えばビル内等の居住スペース内（室内）に複数配置される。二酸化炭素センサー１０は、自身が配置されている室内の二酸化炭素濃度（ＣＯ2濃度）を測定する。二酸化炭素センサー１０は、測定された二酸化炭素濃度（を示すデータ）を無線通信により無線親機２０に対して送信する機能を有する。ここで用いられる無線方式は、例えば特定小電力無線である。
【００２６】
二酸化炭素センサー１０は、無線通信可能であるため、例えば配線及び電源の確保等が困難な箇所に配置することができる。
【００２７】
無線親機２０は、二酸化炭素センサー１０と無線通信可能に接続されている。無線親機２０は、二酸化炭素センサー１０のアクセスポイントとして機能する。また、無線親機２０は、データ処理装置３０と通信可能に接続されている。これにより、無線親機２０は、二酸化炭素センサー１０及びデータ処理装置３０間で、データの送受信を行う。
【００２８】
データ処理装置３０は、二酸化炭素センサー１０によって測定された二酸化炭素濃度に基づいて、各種処理を実行する。また、データ処理装置３０は、二酸化炭素センサー１０に対して、無線親機２０を介して二酸化炭素濃度の測定に関する指示を送信する。データ処理装置３０としては、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）が用いられる。また、データ処理装置３０は、例えば上記した無線親機２０を内蔵する構成であっても構わない。
【００２９】
なお、上記したように本実施形態に係る二酸化炭素濃度測定用センサーシステムにおける無線方式は、特定小電力無線である。この特定小電力無線によれば、見通しができれば例えば１００ｍ〜１５０ｍ以上であっても通信可能である。また、周波数は４２９ＭＨｚ付近であり、例えばオフィスで多用されている無線ＬＡＮなどに用いられる２．４ＧＨｚ帯の電波との混信の恐れもない。
【００３０】
図２は、図１に示す二酸化炭素センサー１０の外観を示す。二酸化炭素センサー１０は、電源スイッチ１１、ディップスイッチ１２、リセットボタン１３、アンテナ１４及び電池交換蓋１５を備える。
【００３１】
電源スイッチ１１は、二酸化炭素センサー１０の電源のオン／オフを切り替える。二酸化炭素センサー１０により長時間にわたって測定を行わない場合には、例えば手動により電源を切ることができる。
【００３２】
ディップスイッチ１２は、二酸化炭素センサー１０の測定モード（後述する）の設定に用いられる。また、リセットボタン１３は、ディップスイッチ１２で設定された測定モードを例えば手動によりリセットする際に用いられる。
【００３３】
アンテナ１４は、無線通信用アンテナ、例えばヘリカルアンテナである。二酸化炭素センサー１０は、このアンテナ１４により無線通信を行うことができる。
【００３４】
また、電池交換蓋１５は、二酸化炭素センサー１０の電源である電池を交換する際に用いられる。例えば電池交換蓋１５を開けることによって、電池を交換することができる。
【００３５】
なお、二酸化炭素センサー１０は、スリット部分１６の内部に二酸化炭素濃度を測定するセンサー素子を有する。このセンサー素子は、例えば非分散型赤外線吸収式のセンサー素子である。
【００３６】
図３は、二酸化炭素センサー１０の主として機能構成を示すブロック図である。二酸化炭素センサー１０は、二酸化炭素濃度測定素子（センサー素子）１０１、無線送信部１０２、無線信号受信部１０３、電源部１０４、外部電源用トランス１０５、測定モード設定部１０６、素子制御部１０７及び無線制御部１０８を含む。
【００３７】
二酸化炭素濃度測定素子１０１は、二酸化炭素センサー１０が配置されている室内の二酸化炭素濃度を検知し、当該二酸化炭素濃度を測定する。
【００３８】
無線送信部１０２は、二酸化炭素濃度測定素子１０１によって測定された二酸化炭素濃度を、アンテナ１４を介して無線通信により送信する。無線送信部１０２は、測定された二酸化炭素濃度を無線親機２０に対して送信する。これにより、二酸化炭素濃度測定素子１０１によって測定された二酸化炭素濃度は、無線親機２０を介してデータ処理装置３０に送信される。
【００３９】
無線受信部１０３は、例えば二酸化炭素センサー１０による測定タイミングまたは無線の送信タイミングを設定するためのデータ（以下、設定データと表記）を、アンテナ１４を介して受信する。無線受信部１０３は、データ処理装置３０によって無線親機２０を介して送信された設定データを受信する。
【００４０】
電源部１０４は、二酸化炭素濃度測定素子１０１、無線送信部１０２及び無線受信部１０３に対して、これらが動作するために必要な電力を供給する。この電源部１０４としては、例えば乾電池または充電池が用いられる。電源部１０４には上記した電源スイッチ１１が接続されており、この電源スイッチ１１により電源を切ることができる。これにより、二酸化炭素センサー１０が長期にわたって使用されない場合には、電池の消耗を防ぐことができる。
【００４１】
なお、外部電源は、必要に応じて用いられる。この場合、外部電源用トランス１０５を介して電力が供給される。また、この外部電源により、上記した電源部１０４として用いられる例えば電池を充電することも可能である。
【００４２】
測定モード設定部１０６は、二酸化炭素センサー１０における二酸化炭素濃度の測定に関するモード（測定モード）を設定する。この測定モードには、例えば測定開始時刻、二酸化炭素濃度が測定される間隔（測定タイミング）及び二酸化炭素測定素子１０１によって測定された二酸化炭素濃度（測定データ）の送信タイミングが含まれる。
【００４３】
測定モード設定部１０６は、例えば無線受信部１０３によって受信された設定データに基づいて、測定モードを設定する。また、測定モード設定部１０６は、当該測定モード設定部１０６に接続されたディップスイッチ１２によってハード的に測定モードを設定することも可能である。通常、例えばディップスイッチ１２を用いてハード的に設定された測定モードよりもデータ処理装置３０からの設定データに基づいて設定された測定モードの方が優先される。この場合において、例えば測定モード設定部１０６に接続されたリセットボタン１３を押すとハード的に設定された測定モードが有効となる。
【００４４】
素子制御部１０７は、測定モード設定部１０６によって設定された測定モードに含まれる測定タイミング（間隔）で二酸化炭素濃度測定素子１０１に断続的に電力を供給するように、電源部１０４を制御する。これにより、二酸化炭素濃度測定素子１０１による二酸化炭素濃度の測定周期が断続的となる。
【００４５】
無線制御部１０８は、測定モード設定部１０６によって設定された測定モードに含まれる送信タイミング（間隔）で無線送信部１０２に断続的に電力を供給するように、電源部１０４を制御する。これにより、無線送信部１０２による測定データ（測定された二酸化炭素濃度）の送信周期が断続的となる。
【００４６】
図４は、無線親機２０及びデータ処理装置３０の主として機能構成を示すブロック図である。無線親機２０は、無線データ送信部２１及び無線データ受信部２２を含む。
【００４７】
無線データ送信部２１は、データ処理装置３０によって送信される設定データを二酸化炭素センサー１０に対して送信する。無線データ送信部２１は、無線通信により設定データを送信する。
【００４８】
無線データ受信部２２は、二酸化炭素センサー１０によって送信される測定データを受信する。無線データ受信部２２は、無線通信により測定データを受信する。この受信された測定データは、データ処理装置３０に送信される。
【００４９】
データ処理装置３０は、計測管理部３１、入力データ格納部３２、送信部３３、受信部３４、変化率判定部３５、換気量評価部３６、在室人数評価部３７、結果表示処理部３８、表示部３９、データ格納処理部４０及びデータ格納部を含む。
【００５０】
計測管理部３１は、例えば二酸化炭素濃度測定用センサーシステムの管理者によって指定されたデータを入力する。この入力されたデータ（以下、入力データと表記）には、例えば二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋（測定の対象となる室内）の容積、当該二酸化炭素センサー１０によって二酸化炭素濃度が測定されるタイミング（測定間隔）、測定開始時刻または二酸化炭素センサー１０における測定データの送信タイミング等が含まれる。入力データは、入力データ格納部３２に格納される。
【００５１】
また、計測管理部３１は、計測管理部３１は、入力データに含まれる測定開始時刻、測定タイミングまたは送信タイミングに応じて、二酸化炭素センサー１０における設定データを、送信部３３を介して送信する。
【００５２】
受信部３４は、無線親機２０に含まれる無線データ受信部２２によって受信された測定データを受信する。受信部３４は、例えば二酸化炭素センサー１０によって一定間隔毎に測定された複数の測定データを受信する。この二酸化炭素センサー１０による測定間隔は、上記した計測管理部３１によって送信された設定データに応じて設定される。
【００５３】
変化率判定部３５は、測定データを、例えば予め定められた一定時間（期間）比較する。これにより、変化率判定部３５は、比較された測定データによって示される二酸化炭素濃度の変化率（状態）を判定する。変化率判定部３５は、例えば測定データの値の変化が予め定められた一定値以内（例えば１０００ＰＰＭ：Part Per Million）であれば二酸化炭素濃度は定常状態にあると判定する。
【００５４】
また、変化率判定部３５は、例えば測定データの値が次第に増加していれば、測定されている室内にいる人の数（以下、在室人数と表記）が増加したか、または当該室内における換気量が減少したと判定する。
【００５５】
また、変化率判定部３５は、例えば測定データの値が次第に減少していれば、在室人数が減少したか、または測定対象の室内における換気量が増加したと判定する。
【００５６】
換気量評価部３６は、変化率判定部３５によって判定された二酸化炭素濃度の変化率に基づいて、実効換気量を評価（算出）する。実効換気量は、二酸化炭素濃度測定時における実際の換気量である。この実効換気量は、二酸化炭素濃度の時系列データを例えば最小自乗法等を用いて指数関数でフィッティング（近似）し、このときのフィッティング係数及び入力データ格納部３２に格納されている部屋の容積から計算される。また、換気量評価部３６は、例えば在室人数が一定である場合には、実効換気量の時間変化を算出する。この実効換気量及び当該実効換気量の時間変化は、例えば一定時間毎に算出される。
【００５７】
在室人数評価部３７は、在室人数がわからない場合には、換気量評価部３６によって算出された実効換気量に基づいて在室人数を評価（算出）する。この在室人数は、例えば一定時間毎に算出される。
【００５８】
なお、上記した実効換気量、当該実効換気量の時間変化または在室人数の具体的な算出処理については後述する。
【００５９】
結果表示処理部３８は、換気量評価部３６によって算出された実効換気量及び当該実効換気量の時間変化を、例えば二酸化炭素濃度測定用センサーシステムの管理者に通知するために表示装置３９に表示させる。また、結果表示処理部３８は、在室人数評価部３７によって算出された在室人数を、管理者に通知するために表示装置３９に表示させる。
【００６０】
データ格納処理部４０は、換気量評価部３６によって算出された実効換気量及び時間変化をデータ格納部４１に格納する。また、データ格納処理部４０は、在室人数評価部３７によって算出された在室人数をデータ格納部４１に格納する。
【００６１】
図５は、二酸化炭素センサー１０における測定周期（測定タイミング）及び無線通信周期（送信タイミング）を示す。
【００６２】
ここで、二酸化炭素センサー１０において二酸化炭素濃度を測定する場合には、正確な値が測定されるまで予熱を行う必要がある（電力を供給し始めてから時間を要する）場合がある。その他にも、素子の安定化のために測定に先立ち数分間の通電を必要とする場合がある。これは、二酸化炭素センサー１０に含まれる二酸化炭素濃度測定用素子（センサー素子）１０１の種類によって異なる。図５では、二酸化炭素センサー１０において測定を行うにあたって、予熱を行う必要があるセンサー素子１０１が用いられた場合を想定している。
【００６３】
図５において、上段の線２０１は、二酸化炭素センサー１０に含まれるセンサー素子１０１に対する電力供給を示す。以下、線２０１をセンサー素子電力供給線２０１と称する。また、下段の線２０２は、二酸化炭素センサー１０に含まれる無線送信部１０２に対する電力供給を示す。以下、線２０２を無線送信部電力供給線２０２と称する。
【００６４】
図５のセンサー素子電力供給線２０１に示すように、センサー素子１０１では、時間T1〜T2まで予熱が行われている。その後、時間T2〜T3まで二酸化炭素濃度の測定が行われる。そして、無線送信部１０２は、時間T3〜T4まで測定データを無線親機２０に対して送信する。その後、一定時間が経ち、時間T5から次の測定のための予熱がセンサー素子１０１で行われ、時間T6から測定が行われる。
【００６５】
つまり、図５に示すセンサー素子電力供給線２０１の例では、センサー素子１０１に対しては、時間T1〜T3まで電力が供給されている。また、無線送信部１０２に対しては、時間T3〜T4まで電力が供給されている。よって、図５に示すように、この例における測定周期は、時間T2〜T6となる。
【００６６】
ここで、図５の無線送信部電力供給線２０２に示す無線送信に要する電力または起動に要する電力（例えば時間T3〜T4）を無視した場合を想定する。この場合、連続的に二酸化炭素濃度を測定する場合と比較すると、T5−T1／T3−T1倍に電池の寿命は長くなる。例えばT5−T1＝３０（分）、T3−T2≒０、T2−T1＝１（分）とした場合、電池の寿命は、T5−T1／T3−T1＝３０／１＝３０倍になる。
【００６７】
例えば単三乾電池６本で２〜３日程度の連続測定が可能である場合を想定する。この場合、上記したように断続的に測定することで、同様の電源（単三乾電池６本）であっても２〜３ヶ月程度の測定が可能になる。また、例えば夜間は測定しないものとし、測定周期を１時間とすると、１年程度の測定が可能となる。
【００６８】
図６は、二酸化炭素濃度測定用センサーシステムにおける二酸化炭素センサー１０及び無線親機２０が配置されるフロアーを示す図である。
【００６９】
図６に示すように、フロアー３００には、例えば部屋（居室）３００ａ〜３００ｅ及び空調機械室３０１が設けられている。各部屋３００ａ〜３００ｅの各々には、例えば部屋の大きさに応じて複数の二酸化炭素センサー１０が配置されている。一方、例えば空調機械室３０１には、無線親機２０（アクセスポイント）が配置されている。
【００７０】
この場合、各部屋３００ａ〜３００ｅに配置されている二酸化炭素センサー１０の各々によって測定された二酸化炭素濃度（測定データ）は、フロアー３００の空調機械室３０１に配置された無線親機２０まで無線により送信される。二酸化炭素センサー１０の各々から送信された測定データは、例えばインターネット等のネットワーク５０を介してデータ処理装置３０（図示せず）に対して送られる。
【００７１】
次に、図７及び図８を参照して、二酸化炭素センサー１０によって測定された測定結果について説明する。図７は、例えば事務所ビル等のフロアーにおける二酸化炭素センサー１０の配置を示す。
【００７２】
図７に示す例では、例えば事務所ビルのフロアー４００内の４箇所に二酸化炭素センサー１０ａ〜１０ｄが配置されている。なお、二酸化炭素センサー１０ａは、例えば会議中である会議室内に配置されている。一方、二酸化炭素センサー１０ｂ〜１０ｃは、会議室以外の箇所（特に人が集まる場所以外の場所）に配置されているものとする。
【００７３】
図８は、図７に示す二酸化炭素センサー１０ａ〜１０ｄによる二酸化炭素濃度の測定結果の一例を示す。図８においては、横軸は時間を示し、縦軸は測定された二酸化炭素濃度を示す。ここで、縦軸の二酸化炭素濃度は相対値である。
【００７４】
図８に示す例では、会議を行っている会議室に配置されている二酸化炭素センサー１０ａによって測定された二酸化炭素濃度は、約１７００と大きな値を示している。また、他の場所に配置された二酸化炭素センサー１０ｂ〜１０ｄによって測定された二酸化炭素濃度でも、約１２５０〜１４００とばらつきがある。
【００７５】
また、図８に示す例では、時間１８：００〜１８：３０に、全部の二酸化炭素センサー（１０ａ〜１０ｄ）を用いて一箇所（例えば二酸化炭素センサー１０ｄが配置されていた付近）の二酸化炭素濃度を測定している。この結果から、各二酸化炭素センサー１０ａ〜１０ｄの測定誤差は５０程度であると考えられる。
【００７６】
上記結果から、例えばオフィス内の二酸化炭素濃度を測定する場合には、場所による分布を考慮する必要があることがわかる。
【００７７】
図９及び図１０を参照して、１つの会議室内において複数箇所に配置された二酸化炭素センサー１０による二酸化炭素濃度の測定結果の一例について説明する。
【００７８】
図９は、会議室内で二酸化炭素センサー１０が配置された場所の一例を示す。図９に示す例では、チャンネル０（ＣＨ０）の二酸化炭素センサー１０は、床（高さ０ｃｍ）に配置されていることが示される。同様に、チャンネル１（ＣＨ１）の二酸化炭素センサー１０は、テーブル（高さ７０ｃｍ）に配置されている。チャンネル２（ＣＨ２）の二酸化炭素センサー１０は、ホワイトボード上（高さ１９０ｃｍ）に配置されている。また、チャンネル３（ＣＨ３）の二酸化炭素センサー１０は、天井（高さ２７０ｃｍ）に配置されている。このように、二酸化炭素センサー１０は、会議室内の４箇所に配置されている。
【００７９】
図１０は、図９に示される場所に配置された二酸化炭素センサー１０による二酸化炭素濃度の測定結果である。上記した図８と同様に、図１０においても横軸は時間を示し、縦軸は測定された二酸化炭素濃度を示す。また、上記した図８と同様に、縦軸の二酸化炭素濃度は相対値である。
【００８０】
図１０に示すように、図９に示す４箇所に配置された二酸化炭素センサー１０によって測定された二酸化炭素濃度は、会議を開始してから１時間程度でほぼ定常に達していることがわかる。また、二酸化炭素センサー１０が配置されている高さによって二酸化炭素濃度が異なることがわかる。
【００８１】
通常、屋外の二酸化炭素濃度は４００ＰＰＭ程度である。しかしながら、人間の呼気中の二酸化炭素濃度は、３〜５％（３００００〜５００００ＰＰＭ）と極めて大きい。このため、二酸化炭素濃度の測定値は、当該測定の対象となる室内に人間がいることにより、極めて敏感に反応する。原理的には、二酸化炭素濃度分布を詳細に測定することで、二酸化炭素発生源（人間）の分布をかなりの程度まで推測することが可能となる。
【００８２】
ここで、二酸化炭素濃度ｈ（ＰＰＭ）の時間変化は、１点モデルで、
【数１】
【００８３】
と表すことができる。ここで、ｈは二酸化炭素濃度（ＰＰＭ）、Ｖは測定対象となる部屋（室内）の体積（ｍ3）、ｎは在室人数（人）、Ｓは例えば大人１人あたりの二酸化炭素排出量（ｍ3／ｈ／人）、ｈoutは外気の二酸化炭素濃度（ＰＰＭ）、Ｑは実効的な換気量（ｍ3／ｈ）である。以下、Ｖ＝８７．７５（ｍ3）、Ｓ＝０．０２（ｍ3／ｈ／人）、ｈout＝４００（ＰＰＭ）であるものとして説明する。
【００８４】
ここで、上記した式（１）の解は、
【数２】
【００８５】
となる。ここで、ｈ0は初期の二酸化炭素濃度であり、ｈ∞は定常状態（時間ｔ→∞）における二酸化炭素濃度である。また、ｈ∞は、換気に用いる新鮮外気の二酸化炭素濃度ｈoutを用いて、上記した式（１）より、
【数３】
【００８６】
と表される。
【００８７】
上記したように、Ｓ＝０．０２（ｍ3／ｈ／人）、ｈout＝４００（ＰＰＭ）である。これにより、上記した式（３）を用いれば、ｎ人が在室する部屋の定常状態における室内の二酸化炭素濃度ｈ∞を一定値（例えば１０００ＰＰＭ）以下にするために必要な換気量Ｑが算出される。例えば測定対象となる部屋（室内）に５人が在室する、つまり、ｎ＝５の場合、式（３）により、Ｑ＝１６６（ｍ3／ｈ）となる。
【００８８】
ここで、注意すべき点は、上記した式（３）を用いた場合では、部屋の広さなどの情報を必要としないことである。これは、部屋を１点モデルで近似したため当然であるが、明らかに実態とは異なる。例えば極めて広い部屋と非常に狭い部屋で必要な換気量が等しいということはありえない。これは、二酸化炭素濃度の分布を無視したために生じる誤差となる。実際には人が居る付近を換気すればよいだけであり、部屋全体を換気する必要はない。また、二酸化炭素は空気より重たいので部屋の下部で濃度が高くなるため、部屋の下部から換気する方が効率がよくなる。逆に、呼気は温度が高いため対流によって部屋の上部の濃度が高くなることも考えられる。よく循環された部屋であれば発生源（人間）付近の濃度が高くなりうる。このような分布は実際に測定してみないとわからない。
【００８９】
一方、上記した式（２）を用いると、実効的な換気量が求まる。この場合、式（２）の指数関数部分を対数フィッティングすることにより勾配（−Ｑ／Ｖ）が求まる。ここでは、部屋の体積Ｖが現れる。即ち、部屋が広いほど定常に達するのに時間がかかるということである。
【００９０】
ここで、図１１は、図１０に示す測定結果（測定データ）をフィッティングした結果の一例を示す。このフィッティングした結果から傾きを求めることにより、Ｑ／Ｖの値を求めることができる。図１１に示す例で、例えばＱ／Ｖ＝２．２（１／ｈ）であった場合、Ｖ＝８７．７５（ｍ3）であるから、Ｑ＝１９０（ｍ3／ｈ）となる。フィッティングの誤差もあるが、換気量を測定することは用意ではないので、この方法は極めて有効であると言える。つまり、上記したように本実施形態によれば、二酸化炭素濃度の分布（空間分布）を測定することにより、実効換気量を算出することが可能となる。
【００９１】
なお、空調制御においては、場合によっては部屋の空調負荷がわかると都合がよい場合ある。これには空調機による吸気のパラメータ（例えば空調機が供給する空気の温度、湿度）、換気のパラメータ（部屋の温度、湿度に等しいと考えてよい）とともに、換気量を知る必要がある。この場合、上記したように部屋の換気量を評価することで、空調負荷（除去すべき熱量）を推定することもできる。
【００９２】
図１２は、給気及び還気と換気の関係を説明するための図である。なお、給気は、空調機から室内に供給される空気である。また、還気は、室内から空調機に戻る空気である。
【００９３】
例えば給気の温度、湿度は容易に測定可能である。また、還気の温度及び湿度は部屋の湿度及び温度で代表される。なお、還気の温度及び湿度を直接に測定することも可能である。
【００９４】
ところで、空調機から部屋に流入する空気の量は、空調機に戻る空気の量と等しくなく、戻る空気の量と部屋から外に漏れる空気の量の和になる。この場合、部屋から外に漏れる空気の量に等しい外気が導入されている。これらの空気の量がわかれば熱のバランスから空調負荷（室内での潜熱及び顕熱の発生量）を評価することができる。
【００９５】
しかしながら、これらの量を正確に評価することは難しい。そこで、上記したように二酸化炭素濃度の測定データのみから実効的な換気量（実効換気量）を算出する。これにより、この実効換気量あるいは、この実効換気量と既知の外気導入量を用いることで、室内の空調負荷を評価（推定）することが可能となる。この実効換気量及び評価された空調負荷に基づいて、例えば室内の空調を管理する空調機を制御することによって換気量を調節することができる。
【００９６】
また、上記した式（３）を用いると、大人１人あたりの二酸化炭素排出量Ｓを仮定（Ｓ＝０．０２（ｍ3／ｈ／人））することで測定対象となる部屋の在室人数を評価することができる。例えば、上記した図１０から外気の二酸化炭素濃度を５００ＰＰＭとし、定常状態での平均の二酸化炭素濃度を１１５０ＰＰＭとすると、これらの値及び算出された実効換気量Ｑから式（３）よりｎ（在室人数）≒６となる。これにより、部屋にいる人数は６人ということになる。上記したように、実際には５人であるが、二酸化炭素センサー１０の測定値以外に何らの情報も用いていないことを考えると良い精度といえる。
【００９７】
次に、図１３のフローチャートを参照して、例えば上記したような手法により算出される値を用いて、例えばビル内等の指定されたエリアにおいて二酸化炭素センサー１０を換気及び防犯のために利用する際のデータ処理装置３０の処理手順について説明する。例えば昼間（換気実施必要時間帯）には、二酸化炭素センサー１０は換気のために用いられる。一方、例えば夜間（換気実施不要時間帯）には二酸化炭素センサー１０は防犯のために用いられる。ビル内には、ｎ個の二酸化炭素センサー１０が配置されているものとして説明する。
【００９８】
なお、以下の説明で換気扇とあるのは、実効的に換気を行うことができる機器であれば他の機器であっても構わない。
【００９９】
ここでは、指定されたエリアに配置されているｎ個の二酸化炭素センサー１０により、当該エリアの二酸化炭素濃度は例えば２４時間連続して測定されているものとする。
【０１００】
まず、ｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）番目の二酸化炭素センサー１０により、当該二酸化炭素センサー１０が配置されている付近の二酸化炭素濃度を測定する（ステップＳ１）。このｉ番目の二酸化炭素センサー（以下、対象二酸化炭素センサーと表記）１０によって測定された二酸化炭素濃度（測定データ）は、無線親機２０を介してデータ処理装置３０に送られる。この測定データは、データ処理装置３０の受信部３４によって受信される。
【０１０１】
測定データがデータ処理装置３０の受信部３４によって受信されると、当該測定データが測定された時間が換気実施必要時間帯（例えば、昼間）であるか否かが判定される（ステップＳ２）。
【０１０２】
換気実施必要時間帯でない、つまり換気実施不要時間帯（例えば、夜間）であると判定されると（ステップＳ２のＮＯ）、受信部３４によって受信された測定データの値が変動しているか否かが判定される（ステップＳ３）。
【０１０３】
測定データの値が変動していると判定された場合には（ステップＳ３のＹＥＳ）、例えば二酸化炭素発生源（例えば、人間または小動物等）の侵入があったとみなして警報を発生する（ステップＳ４）。
【０１０４】
次に、指定されたエリアに配置されているｎ個の二酸化炭素センサー１０の全てについて処理が完了したか否かが判定される（ステップＳ５）。
【０１０５】
全てについて処理が完了したと判定された場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、処理は終了される。一方、全てについて処理が完了していないと判定された場合（ステップＳ５のＮＯ）、ｎ個の二酸化炭素センサー１０のうち、まだ処理されていない二酸化炭素センサー１０についてステップＳ１に戻って処理が繰り返される。
【０１０６】
一方、ステップＳ３において、測定データの値が変動していないと判定された場合、警報は発生されず、ステップＳ５の処理が実行される。
【０１０７】
また、ステップＳ２において換気実施必要時間帯であると判定された場合、上記した受信部３４によって受信された測定データの値が予め定められた基準値（例えば１０００ＰＰＭ）以上であるか否かが判定される（ステップＳ６）。
【０１０８】
測定データの値が予め定められた基準値以上でないと判定された場合（ステップＳ６のＮＯ）、上記した対象二酸化炭素センサー１０により例えば予め定められた一定時間、二酸化炭素濃度が測定される（ステップＳ７）。データ処理装置３０の受信部３４は、この間に測定された二酸化炭素濃度（測定データ）を受信する。これにより、データ処理装置３０では、二酸化炭素濃度の時間変化（率）が取得される。
【０１０９】
次に、データ処理装置３０は、取得された時間変化に応じて、二酸化炭素濃度の変化が定常状態であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【０１１０】
二酸化炭素濃度の変化が定常状態であると判定された場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、当該定常状態となっている二酸化炭素濃度の値及び上記した式（３）を用いて、必要最小の換気量を算出する（ステップＳ９）。
【０１１１】
データ処理装置３０は、算出された必要最小の換気量に応じて、例えば対象二酸化炭素センサー１０の近くに配置されている換気扇を停止する（ステップＳ１０）。これにより、換気量が低減され、省エネを図ることができる。
【０１１２】
なお、冷房を行う場合、換気によって外気を導入すると除湿負荷が増大する。一般に、室内の空気は外気より湿度が小さいので、これを循環して冷房することにより空調に必要な消費電力を大幅に低下することも可能になる。
【０１１３】
ステップＳ１０の処理が実行されると、ステップＳ５の処理が実行される。
【０１１４】
一方、ステップＳ８において二酸化炭素濃度の変化が定常状態でないと判定された場合、つまり二酸化炭素濃度が変化している場合、対象二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋の在室人数が増加したか、または当該部屋の換気量が減少したことを意味する。このため、データ処理装置３０は、取得された時間変化を指数関数でフィッティングする（ステップＳ１１）。
【０１１５】
データ処理装置３０の実効換気量評価部３６は、フィッティングされた結果に基づいて、上記した式（２）を用いて実効的な換気量（実効換気量）を算出する（ステップＳ１２）。
【０１１６】
次に、データ処理装置３０の在室人数評価部３７は、算出された実効換気量及び式（３）を用いて、上記した対象二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋の在室人数を算出（評価）する（ステップＳ１３）。
【０１１７】
データ処理装置３０では、算出された実効換気量及び在室人数に基づいて、予想される二酸化炭素濃度を算出する（ステップＳ１４）。ここで、この算出された二酸化炭素濃度が、予め定められた基準値以下であるか否かが判定される（ステップＳ１５）。
【０１１８】
このとき、予め定められた基準値以下でないと判定された場合（ステップＳ１５のＮＯ）、例えば対象二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋の空調機を制御することによって、対象二酸化炭素センサー１０に近い換気扇で換気する（ステップＳ１６）。
【０１１９】
一方、ステップＳ１５において予め定められた基準値以下であると判定された場合、ステップＳ１０の処理が実行される。
【０１２０】
また、ステップＳ６において測定データの値が予め定められた基準値以上であると判定された場合、ステップＳ１６の処理が実行される。
【０１２１】
ところで、本実施形態に係る二酸化炭素センサー１０は、例えば室内に置かれた移動体または浮遊体に配置することで、当該室内の様々な箇所の二酸化炭素濃度を測定することが可能である。
【０１２２】
図１４は、上記した移動体または浮遊体に二酸化炭素センサー１０が配置された具体例を示す図である。
【０１２３】
図１４に示すように、例えば室内４００には、移動体４０１、浮遊体４０２及び浮遊体４０３がある。この移動体４０１、浮遊体４０２及び浮遊体４０３には、それぞれ二酸化炭素センサー１０が配置されている。これにより、例えば二酸化炭素センサー１０が１箇所に配置されている場合とは異なり、室内４００に配置される二酸化炭素センサー１０の数が当該室内４００の広さに対して少ない場合でも、当該室内４００の様々な箇所の二酸化炭素濃度を測定することが可能となる。
【０１２４】
上記したように本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０を無線化することにより、例えば電源確保または配線が困難な箇所であっても当該二酸化炭素センサー１０を配置することができる。
【０１２５】
また、一般的に二酸化炭素濃度測定用のセンサー素子１０１は、消費電力が大きいため、連続的に使用すると単三アルカリ乾電池を例えば２〜４本用いても数時間程度の測定時間が限界である。無線送信自体にも電力を消費する。そこで、本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０において二酸化炭素濃度の測定及び当該測定された二酸化炭素濃度（測定データ）の送信を断続的とすることで、二酸化炭素濃度の測定を長時間行うことができる。
【０１２６】
また、本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０の無線化により、例えばビル等の各部屋または廊下等に当該二酸化炭素センサー１０を多数配置できる。これにより、各部屋の実効的な換気量を算出することができる。このように、例えば各部屋の実効的な換気量を評価することにより、換気の最適化を図ることが可能となる。同様に、二酸化炭素センサー１０を各部屋に複数配置することにより、当該部屋の居住者の位置における二酸化炭素濃度の測定が可能となる。
【０１２７】
また、本実施形態においては、室内に配置された複数の二酸化炭素センサー１０を用いて当該室内の二酸化炭素濃度の空間分布を取得（測定）し、当該空間分布を用いて複数の空調機及び複数の吸引口を制御することができる。これにより、室内の二酸化炭素濃度の空間分布を調整することができる。
【０１２８】
本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０により断続的に測定された二酸化炭素濃度から、実効的な換気量及び当該二酸化炭素センサー１０が配置されている部屋の在室人数を算出することができる。これに応じて、例えば空調機または換気扇の制御を実行することにより、例えば換気量等を減少させることができる。
【０１２９】
また、本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０を用いて二酸化炭素濃度を長期間測定することができるので、二酸化炭素濃度の変化を日常的に測定することにより、例えば夜間等の人のいないはずの時間において二酸化炭素濃度の変化が見られた場合、不審者の侵入や小動物の侵入とみなして、警報を発生することができる。これにより、防犯上の効果も得ることができる。
【０１３０】
また、例えば二酸化炭素センサー１０を移動体または浮遊体に配置することにより、部屋に配置された二酸化炭素センサー１０が少数であった場合でも、当該部屋の様々な箇所の二酸化炭素濃度を測定することができる。
【０１３１】
なお、本実施形態においては、二酸化炭素センサー１０に用いられるセンサー素子１０１は非分散型赤外線吸収式のセンサー素子であるものとして説明したが、固体電解質方式のセンサー素子が用いられる構成であっても構わない。
【０１３２】
なお、本願発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【０１３３】
１０…二酸化炭素センサー、２０…無線親機、２１…無線データ送信部、２２…無線データ受信部、３０…データ処理装置、３１…計測管理部、３２…入力データ格納部、３３…送信部、３４…受信部、３５…変化率判定部、３６…換気量評価部、３７…在室人数評価部、３８…結果表示処理部、３９…表示装置、４０…データ格納処理部、４１…データ格納部、１０１…二酸化炭素濃度測定素子（二酸化炭素濃度測定手段）、１０２…無線送信部、１０３…無線受信部、１０４…電源部（電力供給手段）、１０５…外部電源用トランス、１０６…測定モード設定部、１０７…素子制御部（第１の制御部）、１０８…無線制御部（第２の制御部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度測定手段と、前記二酸化炭素濃度に係る測定データを送信する送信手段と、前記二酸化炭素濃度を測定手段に対して電力を供給する電力供給手段と、前記二酸化炭素濃度測定手段に断続的に電力を供給するように、前記電力供給手段を制御する電力供給制御手段とを含む二酸化炭素センサーからの測定データを断続的に受信するデータ処理装置において、
前記送信された測定データを受信する受信手段と、
前記受信された測定データに基づいて、当該測定データが測定された時点での室内の換気量を算出する換気量算出手段と、
前記受信された測定データ及び前記算出された換気量に基づいて、前記室内における在室人数を算出する在室人数算出手段と
を具備することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２】
前記算出された換気量に基づいて、前記室内の空調負荷を推定する推定手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項３】
前記算出された換気量に基づいて、前記室内の空調を管理する空調機を制御する手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項４】
前記受信された測定データまたは前記在室人数算出手段によって算出された在室人数に基づいて、前記室内への不審者の侵入を判定する手段と、
前記室内への不審者の侵入が判定された場合、警報を発生する警報発生手段と
を更に具備することを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項５】
前記二酸化炭素センサーは、複数配置され、
前記複数の二酸化炭素センサーの各々からの測定データに基づいて、前記室内における二酸化炭素濃度の空間分布を取得する取得手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項６】
二酸化炭素センサーと、前記二酸化炭素センサーからの測定データを断続的に受信するデータ処理装置とからなる二酸化炭素濃度測定センサーシステムにおいて、
前記二酸化炭素センサーは、
前記二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度測定手段と、
前記二酸化炭素濃度に係る測定データを前記データ処理装置に対して送信する送信手段と、
前記二酸化炭素濃度測定手段に対して電力を供給する電力供給手段と、
前記二酸化炭素濃度測定手段に断続的に電力を供給するように、前記電力供給手段を制御する電力供給制御手段と
を含み、
前記データ処理装置は、
前記送信された測定データを受信する受信手段と、
前記受信された測定データに基づいて、当該測定データが測定された時点での室内の換気量を算出する換気量算出手段と、
前記受信された測定データ及び前記算出された換気量に基づいて、前記室内における在室人数を算出する在室人数算出手段と
を含む
ことを特徴とする二酸化炭素濃度測定用センサーシステム。
【請求項７】
前記データ処理装置は、
前記受信された測定データまたは前記在室人数算出手段によって算出された在室人数に基づいて、前記室内への不審者の侵入を判定する手段と、
前記室内への不審者の侵入が判定された場合、警報を発生する警報発生手段と
を更に含むことを特徴とする請求項６記載の二酸化炭素濃度測定用センサーシステム。
【請求項１】
二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度測定手段と、前記二酸化炭素濃度に係る測定データを送信する送信手段と、前記二酸化炭素濃度を測定手段に対して電力を供給する電力供給手段と、前記二酸化炭素濃度測定手段に断続的に電力を供給するように、前記電力供給手段を制御する電力供給制御手段とを含む二酸化炭素センサーからの測定データを断続的に受信するデータ処理装置において、
前記送信された測定データを受信する受信手段と、
前記受信された測定データに基づいて、当該測定データが測定された時点での室内の換気量を算出する換気量算出手段と、
前記受信された測定データ及び前記算出された換気量に基づいて、前記室内における在室人数を算出する在室人数算出手段と
を具備することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２】
前記算出された換気量に基づいて、前記室内の空調負荷を推定する推定手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項３】
前記算出された換気量に基づいて、前記室内の空調を管理する空調機を制御する手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項４】
前記受信された測定データまたは前記在室人数算出手段によって算出された在室人数に基づいて、前記室内への不審者の侵入を判定する手段と、
前記室内への不審者の侵入が判定された場合、警報を発生する警報発生手段と
を更に具備することを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項５】
前記二酸化炭素センサーは、複数配置され、
前記複数の二酸化炭素センサーの各々からの測定データに基づいて、前記室内における二酸化炭素濃度の空間分布を取得する取得手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項６】
二酸化炭素センサーと、前記二酸化炭素センサーからの測定データを断続的に受信するデータ処理装置とからなる二酸化炭素濃度測定センサーシステムにおいて、
前記二酸化炭素センサーは、
前記二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度測定手段と、
前記二酸化炭素濃度に係る測定データを前記データ処理装置に対して送信する送信手段と、
前記二酸化炭素濃度測定手段に対して電力を供給する電力供給手段と、
前記二酸化炭素濃度測定手段に断続的に電力を供給するように、前記電力供給手段を制御する電力供給制御手段と
を含み、
前記データ処理装置は、
前記送信された測定データを受信する受信手段と、
前記受信された測定データに基づいて、当該測定データが測定された時点での室内の換気量を算出する換気量算出手段と、
前記受信された測定データ及び前記算出された換気量に基づいて、前記室内における在室人数を算出する在室人数算出手段と
を含む
ことを特徴とする二酸化炭素濃度測定用センサーシステム。
【請求項７】
前記データ処理装置は、
前記受信された測定データまたは前記在室人数算出手段によって算出された在室人数に基づいて、前記室内への不審者の侵入を判定する手段と、
前記室内への不審者の侵入が判定された場合、警報を発生する警報発生手段と
を更に含むことを特徴とする請求項６記載の二酸化炭素濃度測定用センサーシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１９６６８３（Ｐ２０１１−１９６６８３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２６６２７（Ｐ２０１１−１２６６２７）
【出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【分割の表示】特願２００７−１５１９３６（Ｐ２００７−１５１９３６）の分割
【原出願日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【分割の表示】特願２００７−１５１９３６（Ｐ２００７−１５１９３６）の分割
【原出願日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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