汚染源探索方法及びこれを用いた汚染物質除去システム
【課題】
汚染物質の発生源を同定し、室内空気中の汚染物質を効果的に除去する。
【解決手段】
測定手段２は室内空気中の汚染物質濃度を測定し、シミュレータ３は室内の汚染物質の発生位置、及び発生量をパラメータとして室内の汚染物質濃度分布を計算し、測定結果と計算結果との重み付き残差を評価関数として、汚染源探索手段１はこの評価関数を最小化させることで汚染物質の発生位置、及び発生量を計算する。また、制御装置８０は、前記汚染源探索手段１の計算により得られた汚染物質の発生位置、及び発生量に基づいて空気調和機２０、あるいは空気清浄機９０の運転状態を制御する。
汚染物質の発生源を同定し、室内空気中の汚染物質を効果的に除去する。
【解決手段】
測定手段２は室内空気中の汚染物質濃度を測定し、シミュレータ３は室内の汚染物質の発生位置、及び発生量をパラメータとして室内の汚染物質濃度分布を計算し、測定結果と計算結果との重み付き残差を評価関数として、汚染源探索手段１はこの評価関数を最小化させることで汚染物質の発生位置、及び発生量を計算する。また、制御装置８０は、前記汚染源探索手段１の計算により得られた汚染物質の発生位置、及び発生量に基づいて空気調和機２０、あるいは空気清浄機９０の運転状態を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内空気の汚染物質であるホルムアルデヒド等の化学物質、及びウィルス等の生物系微粒子の発生位置や発生量を探索する方法、及び室内の汚染物質を除去するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年建築される住宅では、省エネルギーを背景として、住宅の高気密化や高断熱化が進んでいる。これは、高気密化により室内への外気の出入りを少なくし、高断熱化により熱伝導による熱侵入を小さくする、という二つの効果により冷暖房にかかるエネルギーを低減しようとするものである。
【０００３】
一方、高気密化に伴って、所謂シックハウス症候群や化学物質過敏症と呼ばれる疾患の患者数が年々増えている。これは、高気密化によって換気量が減少するため、汚染物質（化学物質）が室内に長時間滞留し、なかなか室外に排出できないことによる。特に、化学物質過敏症は、重症化するとごく微量の化学物質にも反応するようになり、慢性的な中毒症状を起こす恐れがある。従って、化学物質過敏症の患者が快適な生活をおくるためには、化学物質の発生要因を極力排除すると共に、化学物質が室内で発生した場合には速やかにこれを除去する手段を講じる必要がある。
【０００４】
ホルムアルデヒド等一部の化学物質については法令の改正等により使用が制限され、新築住宅については建築材料からの発生量は非常に少なくなってきているが、既存住宅や家具等の室内備品については対策が進んでいないのが実状である。
【０００５】
さらに、重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ）の爆発的な感染拡大等の影響を受け、細菌やウィルスといった生物系微粒子に対するクリーン化の要求も高まっている。生物系微粒子は通常は人間が発生源となり、人間の移動に伴って発生源も移動するため、効果的な除去が難しいといった問題点がある。
【０００６】
このような問題点を解決する方法として、一般に各種の浄化方式を採用した空気清浄機を用いる方法が用いられているが、特許文献１に開示されているように、換気装置を備えた空気調和機においてガスセンサの信号出力に応じて送風ファンや換気装置を制御する方法や、特許文献２に開示されているようにシミュレータを用いて空気清浄度の時間変化特性を評価する方法といった技術が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１１６８０８号公報
【０００８】
【特許文献２】特開平１１−１４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記の各従来技術には以下のような課題があった。
【００１０】
そもそも、化学物質や生物系微粒子といった室内空気の汚染物質を効率よく除去するためには、汚染源で発生した汚染物質を周囲に拡散させることなく排気、もしくは浄化する必要がある。すなわち、汚染源で発生した汚染物質が排気、もしくは浄化されるまでの時間をなるべく短くすることが重要である。
【００１１】
換気装置を備えた空気調和機においてガスセンサの信号出力に応じて送風ファンや換気装置を制御する方法では、送風ファンの風量や換気量を増やすと室内に強い循環流が発生する恐れがあり、汚染源が循環流の内部にある場合には汚染物質が室内に長時間滞留し、換気が十分に進まないといった問題が懸念される。
【００１２】
また、シミュレータを用いて空気清浄度の時間変化特性を評価する方法は、高度の給排気手段を備えるクリーンルームを対象としており、クリーンルームの空気清浄度や、クリーンルームの空気清浄度が悪化した場合に、それがどのように回復するかといった空気清浄度回復能力は評価できるものの、空気清浄度が悪化した場合にそれを如何に回復させるかという方法については考慮されていない。
【００１３】
既に述べたように、室内の汚染物質を効率よく除去するためには、汚染源で発生した汚染物質を周囲に拡散させることなく排気、もしくは浄化する必要がある。このためには、汚染源の位置、汚染源から発生する汚染物質量、汚染物質の室内での拡散性状を把握し、これらの情報に基づいて的確な汚染物質の除去手段を講じることが望ましい。
【００１４】
本発明は、このような事情を鑑みなされたもので、室内における汚染物質の発生位置や発生量を探索する手段、及びこれを用いて効果的に汚染物質を除去する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、汚染物質の発生位置や発生量を探索するために、室内の汚染物質濃度分布を計算するシミュレータと、室内の汚染物質濃度を測定する測定手段と、汚染物質の発生位置及び発生量を探索する汚染源探索手段とを備え、測定手段は室内の汚染物質濃度を所定の周期で測定し、シミュレータは汚染物質の発生位置及び発生量をパラメータとして室内の汚染物質濃度分布を計算し、汚染源探索手段は測定手段による測定結果と測定手段の位置における前記シミュレータの計算結果との重み付き残差を評価関数として、この評価関数を用いて評価値が最小となるパラメータを計算することで汚染物質の発生位置及び発生量を探索することを最も主要な特徴とする。
【００１６】
また、重み付き残差を計算するための重み関数は測定結果、又はパラメータに対する汚染物質濃度の変化率である感度係数で構成されることが望ましい。
【００１７】
さらに、室内の汚染物質を効率よく除去するために、汚染源探索手段の探索結果に基づいて、空気調和装置の吹出し風量、吹出し方向、あるいは排気手段、給気手段、空気清浄手段を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の汚染源探索方法は、汚染物質の発生位置や発生量といったパラメータを計算する際に、単に計算結果と測定結果との差（残差）を評価関数とするのではなく、計算結果と測定結果との差に、測定結果又は感度係数で構成される重み関数を乗じた重み付き残差を評価関数とし、この評価関数を用いて求めた評価値を最小化させる方法であるので、汚染物質拡散性状の違いに起因する探索精度のばらつきを少なくすることができ、汚染源の探索精度が向上する。また、評価関数として重み付き残差を用いるので、例えば汚染物質の発生位置と発生量、といった物理的性質、単位の異なる異種データを同じ尺度で比較できるという利点がある。
【００１９】
さらに、前記汚染源探索方法を用いて汚染物質の発生位置と発生量を求め、その情報に基づいて空気調和装置、排気手段、給気手段、空気清浄手段等を制御するため、室内の汚染物質を効果的に除去できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
室内における汚染物質の発生位置と発生量を精度よく探索する方法と、その結果に基づいて室内の汚染物質を効果的に除去するシステムを実現した。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の第１の実施例を説明するためのブロック図である。また、図２は本発明の第１の実施例を説明するためのフローチャートである。図１に示す第１の実施例は、汚染物質の濃度を測定する測定装置２と、その結果等から汚染物質の発生位置や量を求める汚染源探索部１と、汚染物質の拡散等や空調による排出状態を求めるシミュレータ３と、シミュレータ３がシミュレーションに使用するパラメータ設定部４と、シミュレーションの条件を設定する計算条件設定部５から構成されている。
【００２２】
さらに、汚染源探索部１は、測定結果入力部１２と、計算結果入力部１３と、重み関数計算部１４と、評価関数計算部１５と、探索誤差判定部１６と、パラメータ修正部１７とから構成されている。
【００２３】
室内の所定の位置に設置された測定装置２は、所定の周期で室内の汚染物質濃度を測定する。汚染源探索部１は、測定結果入力部１２を介して測定装置２の測定結果を取得する。一方、シミュレータ３は、計算条件設定部５で設定された計算条件、及びパラメータ設定部４で設定されたパラメータ（汚染物質の発生位置、発生量）を用いてシミュレーションを行い、室内の汚染物質濃度分布を求める。汚染源探索部１は、計算結果入力部１３を介してシミュレータ３のシミュレーション結果を取得する。重み関数計算部１４は取得した測定結果と、シミュレーション結果、又はどちらか１方の結果から重み関数を求める。次に、評価関数計算部１５は、測定結果、シミュレーション結果、重み関数計算部１４で求めた重み関数を用いて重み付き残差を計算し、これを評価関数とする。探索誤差判定部１６は、評価関数計算部１５が計算した評価値が最小値であるかどうかを判定し、最小値でないと判断した場合はパラメータ修正部１７にてパラメータの値を修正する。シミュレータ３は修正されたパラメータを用いて再び汚染物質濃度分布を計算する。探索誤差判定部１６が、評価関数計算部１５で計算される評価値が最小値であると判定するまで上記の操作を反復して行う。評価値が最小値となれば、このときのパラメータの値が求める汚染物質の発生位置、発生量となる。
【００２４】
シミュレータ３の計算方法として、例えばコンピュータを用いた数値シミュレーションを用いることができる。これは、室内を有限個の計算格子に分割し、汚染物質拡散性状を支配する輸送方程式を計算格子上で離散化し、離散化により得られた連立方程式を与えられた初期条件、境界条件のもとに計算する手法である。汚染物質が化学物質等のガス状物質である場合には、気流を支配する輸送方程式（連続の式、Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式、エネルギー方程式、流れが乱流の場合にはさらに乱流諸量に関する方程式）と、汚染物質濃度に関する輸送方程式を同時に計算することにより汚染物質濃度分布を計算することができる。また、汚染物質が粒子状である場合には、気流を支配する輸送方程式を予め計算し、求めた流れ場において汚染物質粒子に関する運動方程式を解くことにより汚染物質粒子の挙動を計算することができる。
【００２５】
室内の気流分布を数値シミュレーションで計算するのは、コンピュータを用いるといえども膨大な演算量と計算時間を要する。従って、短い時間間隔で汚染源の探索を行う場合に、その都度気流分布を数値シミュレーションにより計算するのは効率的ではない。そこで、汚染源探索部１に、直前の探索と今回の探索における気流分布の変化を判定する気流分布判定部を設ける。そして、気流分布判定部で気流分布に変化がないと判断した場合には、気流分布の計算は省略して、直前の気流分布の計算結果を用いて汚染物質濃度に関する輸送方程式、あるいは汚染物質粒子の運動方程式だけを計算する。このようにすれば、汚染源探索部１の演算量が大幅に削減でき、パラメータ計算に要する時間を短縮することができる。
【００２６】
または、想定し得る多数のパラメータ及び計算条件における気流分布、汚染物質濃度分布を、予めシミュレータ３により計算しておき、その結果を図示しない記憶装置に記録しておく。そして、汚染源探索部１は測定結果を最もよく再現する計算結果を記憶装置から取得するようにしても良い。この方法により、パラメータ計算に要する時間をさらに短縮することが可能となる。
【００２７】
なお、シミュレータ３の計算方法については上記の方法に限定するものではなく、他の理論に基づいた計算方法でも良いことは云うまでもない。
【００２８】
図１及び図２に示す第１の実施例における評価関数計算部１５における評価関数の計算方法を、図３に示すシステム図に基づき説明する。図３において、送風機２１、フィルタ２２、熱交換器２３を備えた空気調和機２０は、外気、及び室内１０からの環気を取り込み、フィルタ２２で汚染物質を除去し、熱交換器２３にて所定の温湿度に調整した後、給気ダクト３０を介して複数の吹出口３１ａ，３１ｂ，３１ｃに送風する。各吹出口３１ａ，３１ｂ，３１ｃから吹出されて室内１０を通過した空気は、複数の吸気口４１ａ，４１ｂ，４１ｃに吸い込まれ、吸い込まれた空気は吸気ダクト４０を介して一部は排気口４２から室外に排気され、残りは環気ダクト４３を通して再び空気調和機２０に導入される。また、室内１０には汚染物質濃度を測定するために１つの測定装置２が所定の位置に設けられている。さらに、汚染源探索部１、シミュレータ３、パラメータ設定部４、計算条件設定部５で構成される汚染源探索装置７０が設けられている。
【００２９】
図３において、汚染源は単一であり、汚染源における汚染物質発生量は既知でると仮定する。また、汚染源５０は図３に示す破線上にのみ存在するとする。すなわち、汚染源５０の位置は図示の距離Ｘを求めればよいことになる。なお、汚染物質は化学物質であるとして説明する。
【００３０】
汚染源５０の壁からの距離Ｘが変化したときの測定装置２の位置における汚染物質濃度の計算結果は概略図４に示すような分布になる。図４に示すグラフにおいて、実線で示した条件１は空気調和機の送風量が比較的大きく、室内の気流流速が大きい場合、また、条件２は空気調和機の送風量が比較的小さく、室内の気流流速が小さい場合である。気流流速が大きい条件１の場合には、汚染物質の濃度拡散に比べて気流に乗って移動する移流が支配的となるため、距離Ｘが大きくなるにつれて測定装置２の位置における汚染物質濃度は急激に小さくなる。一方、気流流速が小さい条件２の場合には、移流に比べて濃度拡散が支配的となるため、距離Ｘが比較的大きい場合でも汚染物質濃度はそれほど減少しない。
【００３１】
図４において、ある時刻における測定装置２の測定結果がＹ０のとき、条件１の場合はＸ１、条件２の場合はＸ２が距離Ｘの解、すなわちパラメータである汚染源の位置である。測定結果Ｙ０から距離Ｘを解析的に求めることができる場合は、測定結果Ｙ０から直ちに解Ｘ１、またはＸ２を計算できる。ところが、室内における汚染物質拡散は非線形現象であり、測定結果Ｙ０から解析的に距離Ｘを計算することはできない。そこで、距離Ｘを仮定して汚染物質濃度分布をシミュレータ３により計算し、測定装置２の位置における計算結果と測定結果Ｙ０とを比較し、その差が小さくなるまで距離Ｘを逐次修正するという反復解法が用いられる。
【００３２】
図５に示すグラフは、計算結果と測定結果Ｙ０との差、すなわち重みなし残差をｅとし、ｅの二乗値を評価関数とした場合の距離Ｘと評価値の関係を概略的に示したものである。反復解法では、評価値が最小となる距離Ｘを逐次修正しながら計算することになる。
【００３３】
反復解法では、評価値が完全に最小となるまで計算することはせず、逐次求められる評価値の変化量、あるいは変化率が予め定めた判定値以下になった時点で反復を打ち切ることが多い。図５には、判定値ηで反復を打ち切った時点での距離Ｘの解を白丸印で示してある。条件１の場合には反復解法により計算される解と真の解Ｘ１との誤差はδ１で、打切りによる推定誤差は比較的小さいが、条件２の場合には誤差δ２はδ１に比べて大きく、反復の打切りにより推定誤差が非常に大きい。これは、図４において、条件２の場合は距離Ｘに対する汚染物質濃度Ｙの変化率が小さいため、重みなし残差ｅの二乗値の距離Ｘに対する変化率も小さいことに起因する。このように、汚染物質の拡散性状の違い（例えば、図４の場合の条件１と条件２の違い）によって距離Ｘの推定精度にばらつきが大きい方法では、求められるパラメータの信頼度は低い。
【００３４】
一方、図６に示すグラフは、評価関数として重み付き残差の二乗値を用いた場合を太線で示してある。ここで、重み付き残差とは、計算結果と測定結果との差に重み関数を乗じた値のことであり、図６に示すグラフでは、距離Ｘに対する汚染物質濃度Ｙの変化率（感度係数）∂Ｙ／∂Ｘの逆数を重み関数としている。すなわち、重み付き残差はｅ／（∂Ｙ／∂Ｘ）となる。このような重み関数を用いることにより、図４に示す条件１の場合には、距離Ｘが小さい領域では感度係数が大きいため重み関数の値は小さくなり、距離Ｘが大きい領域では感度係数が小さいため重み関数の値は大きくなる。一方、条件２の場合はほぼ全域に渡って感度係数が小さいため、重み関数の値は大きくなる。このような重み関数を用いた重み付き残差の二乗値を評価関数とすることにより、評価値の距離Ｘに対する変化率が条件によらずほぼ同等の傾向を示すようになる。
【００３５】
図６に示すグラフには、図５と同じ判定値ηで反復を打ち切った時点での距離Ｘの解を黒丸印で示してある。評価関数として重み付き残差の二乗値を用いることで、条件１の場合の推定誤差はδ１からδ１’に増加するが、条件２の場合の推定誤差はδ２からδ２’に減少し、δ１’とδ２’の差が小さくなる。また、推定誤差を相対誤差の形で比較すると、δ１’／Ｘ１とδ２’／Ｘ２の値はほぼ同等の値となる。すなわち、条件による推定誤差のばらつきが小さくなる。
【００３６】
以上、第１の実施例によれば、条件によるパラメータの推定誤差のばらつきを小さくすることができ、汚染物質の発生位置を精度よく計算することができる。なお、以上の説明では重み関数として感度係数の逆数を用いたが、例えば、汚染物質の発生位置と発生量を同時に求める場合には、重み関数として測定結果の逆数を用いて無次元化することにより重み付き残差が相対誤差となるため、単位の異なる物理量の残差を同じ尺度で評価関数に組み込むことができる。また、感度係数と測定結果を組み合わせたものを重み関数としてもよく、汚染物質の拡散性状に応じて重み関数を選択すればよい。
【００３７】
以上のように、本実施例では、汚染物質の発生源の位置を求める（汚染部室の発生量は既知）て、空気調和機２０の送風機２１の送風量を制御することで、汚染源からの汚染物質の拡散を極力抑制して、汚染物質を早期に排出することが可能となる。
【実施例２】
【００３８】
図７は本発明の第２の実施例を説明するためのシステム図である。図７に示す第２の実施例で、図３の実施例と異なる点は、複数の吹出口３１ａ，３１ｂ，３１ｃにそれぞれダンパ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを設けると共に、複数の汚染物質濃度の測定装置２ａ，２ｂ，２ｃを設けて、各測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの測定結果から、汚染源探索装置７０で汚染物質発生源と発生量を求めて、制御装置８０で各吹出口３１ａ，３１ｂ，３１ｃに設けてあるダンパ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの開度を制御したり、空気調和機２０の送風量（送風機２１の回転数）を制御するようにした点である。即ち、実施例１では汚染物質発生源から発生する汚染物質の発生量が既知の値であるとしたが、本実施例では、汚染物質の発生量も不明な場合に有効なものである。
【００３９】
図７において、例えば測定装置２ａの汚染物質濃度の測定結果が大きな値で、その他の測定装置２ｂ、２ｃの測定結果が小さい場合を考える。この場合、汚染源探索装置７０は、測定結果の汚染物質濃度分布から、例えば、汚染源５０が図示のＡ点にあり、その発生濃度も併せて計算する。この結果に基づいて、制御装置８０はダンパ３２ａ、３２ｂの開度を大きくすると共に、ダンパ３２ｃの開度を小さくする。このような調整により、吹出口３１ａから吸気口４１ａに至る気流流速が早くなるため、汚染物質の除去速度が増すと同時に、吹出口３１ｂから吸気口４１ａに至る気流流速を早くすることでエアカーテンを形成し、室内１０の測定装置２ｃ側への汚染物質の拡散を防ぐことができる。
【００４０】
また、例えば測定装置２ａ乃至測定装置２ｃの汚染物質濃度の測定結果が概略等しい場合について考えると、この場合、汚染源探索装置７０は、例えば複数の汚染源が室内に均等に存在すると計算する。この計算結果に基づいて、制御装置８０はダンパ３２ａ乃至ダンパ３２ｃの開度が同じになるように調整する。このような調整により、室内１０にはほぼ均一な下降流が形成されるため、循環流による汚染物質の滞留を少なくして汚染物質を除去することができる。
【００４１】
さらに、この場合に、ダンパ３２ａ乃至ダンパ３２ｃのダンパが全開になるように制御装置８０が送風機２１の回転数を小さくすることができれば、送風機２１の消費動力が小さくなると共に、熱交換器２３の交換熱量が小さくなるため図略の冷温熱源機器の消費動力も小さくなり、システム全体の省エネルギー化を図ることができる。
【００４２】
なお、測定装置２、吹出口３２、吸気口４１等は図７に示す個数に限定するものではない。また、室内への吹出し方向を調整する手段、あるいは吸気口４１の吸気風量を調整する手段等を組み合わせ、制御装置８０にて吹出し方向や吸気風量も併せて制御することにより、さらにきめ細かく室内の気流を制御することが可能となり、汚染物質の除去効率が高まる。
【００４３】
以上のように、本実施例のように室内の複数箇所の汚染濃度を測定することによって、汚染源の位置、および汚染源の発生濃度に加えて、汚染の分布を知ることができ、きめ細かい空調制御を実施できると共に、汚染除去効率も向上することが可能となる。
【実施例３】
【００４４】
図８は本発明の第３の実施例を説明するためのシステム図である。この構成で図７と異なる点は、汚染物質濃度の測定装置２が自走可能な台車６０に設けられ、台車６０に設けた送信手段６１は測定装置２の測定結果を無線で送信し、測定結果受信手段７１は送信手段６１が送信した測定結果を受信すると共に汚染源探索装置７０に伝送する点で、それ以外は図７に示す実施例と同じである。
【００４５】
測定装置２を自走可能な台車６０に設け、室内１０にて移動可能とすることにより、少ない測定装置で室内の複数の場所における測定が可能となる。このため、実施例２に比べて多数の測定装置を設置しなくても汚染源の探索精度が向上するという利点がある。また、測定結果を無線で送受信することにしたので、測定結果を汚染源探索装置７０に伝送するための信号線が不要となり、例えば既存建築物への汚染源探索装置７０の設置が容易に行えるといった利点がある。
【００４６】
なお、図８では自走可能な台車６０に設けた測定装置２は１つであるが、汚染物質の種類に応じて複数の測定装置を設けてもよいし、温度センサや湿度センサといった他の測定装置を併せて設けてもよい。また、図８では自走可能な台車６０は１台であるが、複数台設けてもよいことは言うまでもない。さらに、測定装置２の床面からの高さを変更可能とすることにより、汚染物質濃度の三次元的な空間分布を測定できるため、測定結果を用いてシミュレータの詳細な計算精度検証を行うことができ、汚染源探索精度がさらに向上することが期待できる。
【実施例４】
【００４７】
図９は本発明の第４の実施例を説明するためのシステム図である。図９に示す第４の実施例で図７の構成と異なる点は、送風機２１、熱交換器２３、吹出し風向調整手段２４を備えた複数の空気調和機２０ａ，２０ｂと、複数の空気清浄機９０ａ，９０ｂを設けて、吸気ダクトや吹出口、環気ダクト、吸気ダクト等をなくした点である。その他の点は図７と同じである。
【００４８】
それぞれの空気調和機２０ａ，２０ｂは、送風機２１ａ，２１ｂで取り込んだ室内１０の空気を、熱交換器２３ａ，２３ｂで所定の温湿度に調整した後、吹出し風向調整手段２４ａ，２４ｂを通して室内１０に再び吹出す。一方、それぞれの空気清浄機９０ａ，９０ｂは室内１０の空気を取り込み、空気中の汚染物質を除去した後、再び室内１０に給気する。また、室内１０には汚染物質濃度を測定するために複数の測定装置２ａ，２ｂ，２ｃが設けられており、これら複数の測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの測定結果は汚染源探索装置７０に入力される。汚染源探索装置は、汚染源探索部、シミュレータ、パラメータ設定部、計算条件設定部から構成され、複数の測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの測定結果に基づいて汚染物質の発生位置、及び発生量を計算する。汚染源探索装置７０で計算された汚染物質の発生位置、発生量に基づいて制御装置８０は各空気調和機２０ａ，２０ｂの送風機２１ａ，２１ｂの回転数、あるいは吹出し風向調整手段２４ａ，２４ｂ、あるいは空気清浄機９０ａ，９０ｂの運転状態を制御する。
【００４９】
図９に示す第４の実施例は、室内への外気の給気がなく、空気の循環が室内で閉じている。このような場合、室内の汚染物質を効果的に除去するためには、汚染源で発生した汚染物質を速やかに各空気清浄機９０ａ，９０ｂへ輸送する必要がある。そこで、空気調和機２０ａ，２０ｂの送風量、室内への空気の吹出し方向、空気清浄機９０ａ，９０ｂの運転状態を、汚染源探査装置７０が計算した汚染源に関する情報に基づいて制御し、室内の気流を細かく制御することで、汚染源から空気清浄機９０ａ，９０ｂに至る気流を形成し、汚染物質を効果的に空気清浄機９０ａ，９０ｂに輸送することができる。また、制御装置８０が、汚染源から離れた場所にある空気清浄機９０ａ，９０ｂの運転は停止させるようにすれば、空気清浄度を悪化させることなく空気清浄機の消費動力を最小限に抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００５０】
なお、図９では測定装置２は室内に固定して図示しているが、測定装置は移動可能としてもよい。さらに、測定装置による汚染物質濃度の測定結果を汚染源探索装置７０に無線で送信するようにしてもよい。
【００５１】
以上のように、本実施例では、複数の空気調和機と複数の空気清浄機を配置することで、先の実施例に比べて、複数のダクトを配置する必要が無く、レイアウトを自由に変更することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】汚染源探索実施方法を説明するブロック図である。
【図２】汚染源探索実施方法を説明するフローチャートである。
【図３】評価関数計算方法を説明するシステム図である。
【図４】評価関数計算方法を説明するグラフである。
【図５】評価関数計算方法を説明するグラフである。
【図６】評価関数計算方法を説明するグラフである。
【図７】汚染物質除去システム実施方法を示した説明図である。
【図８】汚染物質除去システム実施方法を示した説明図である。
【図９】汚染物質除去システム実施方法を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…汚染源探索部、２…測定装置、３…シミュレータ、４…パラメータ設定部、５…計算条件設定部、２０…空気調和機、７０…汚染源探索装置、８０…制御装置９０…空気清浄機。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内空気の汚染物質であるホルムアルデヒド等の化学物質、及びウィルス等の生物系微粒子の発生位置や発生量を探索する方法、及び室内の汚染物質を除去するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年建築される住宅では、省エネルギーを背景として、住宅の高気密化や高断熱化が進んでいる。これは、高気密化により室内への外気の出入りを少なくし、高断熱化により熱伝導による熱侵入を小さくする、という二つの効果により冷暖房にかかるエネルギーを低減しようとするものである。
【０００３】
一方、高気密化に伴って、所謂シックハウス症候群や化学物質過敏症と呼ばれる疾患の患者数が年々増えている。これは、高気密化によって換気量が減少するため、汚染物質（化学物質）が室内に長時間滞留し、なかなか室外に排出できないことによる。特に、化学物質過敏症は、重症化するとごく微量の化学物質にも反応するようになり、慢性的な中毒症状を起こす恐れがある。従って、化学物質過敏症の患者が快適な生活をおくるためには、化学物質の発生要因を極力排除すると共に、化学物質が室内で発生した場合には速やかにこれを除去する手段を講じる必要がある。
【０００４】
ホルムアルデヒド等一部の化学物質については法令の改正等により使用が制限され、新築住宅については建築材料からの発生量は非常に少なくなってきているが、既存住宅や家具等の室内備品については対策が進んでいないのが実状である。
【０００５】
さらに、重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ）の爆発的な感染拡大等の影響を受け、細菌やウィルスといった生物系微粒子に対するクリーン化の要求も高まっている。生物系微粒子は通常は人間が発生源となり、人間の移動に伴って発生源も移動するため、効果的な除去が難しいといった問題点がある。
【０００６】
このような問題点を解決する方法として、一般に各種の浄化方式を採用した空気清浄機を用いる方法が用いられているが、特許文献１に開示されているように、換気装置を備えた空気調和機においてガスセンサの信号出力に応じて送風ファンや換気装置を制御する方法や、特許文献２に開示されているようにシミュレータを用いて空気清浄度の時間変化特性を評価する方法といった技術が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１１６８０８号公報
【０００８】
【特許文献２】特開平１１−１４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記の各従来技術には以下のような課題があった。
【００１０】
そもそも、化学物質や生物系微粒子といった室内空気の汚染物質を効率よく除去するためには、汚染源で発生した汚染物質を周囲に拡散させることなく排気、もしくは浄化する必要がある。すなわち、汚染源で発生した汚染物質が排気、もしくは浄化されるまでの時間をなるべく短くすることが重要である。
【００１１】
換気装置を備えた空気調和機においてガスセンサの信号出力に応じて送風ファンや換気装置を制御する方法では、送風ファンの風量や換気量を増やすと室内に強い循環流が発生する恐れがあり、汚染源が循環流の内部にある場合には汚染物質が室内に長時間滞留し、換気が十分に進まないといった問題が懸念される。
【００１２】
また、シミュレータを用いて空気清浄度の時間変化特性を評価する方法は、高度の給排気手段を備えるクリーンルームを対象としており、クリーンルームの空気清浄度や、クリーンルームの空気清浄度が悪化した場合に、それがどのように回復するかといった空気清浄度回復能力は評価できるものの、空気清浄度が悪化した場合にそれを如何に回復させるかという方法については考慮されていない。
【００１３】
既に述べたように、室内の汚染物質を効率よく除去するためには、汚染源で発生した汚染物質を周囲に拡散させることなく排気、もしくは浄化する必要がある。このためには、汚染源の位置、汚染源から発生する汚染物質量、汚染物質の室内での拡散性状を把握し、これらの情報に基づいて的確な汚染物質の除去手段を講じることが望ましい。
【００１４】
本発明は、このような事情を鑑みなされたもので、室内における汚染物質の発生位置や発生量を探索する手段、及びこれを用いて効果的に汚染物質を除去する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、汚染物質の発生位置や発生量を探索するために、室内の汚染物質濃度分布を計算するシミュレータと、室内の汚染物質濃度を測定する測定手段と、汚染物質の発生位置及び発生量を探索する汚染源探索手段とを備え、測定手段は室内の汚染物質濃度を所定の周期で測定し、シミュレータは汚染物質の発生位置及び発生量をパラメータとして室内の汚染物質濃度分布を計算し、汚染源探索手段は測定手段による測定結果と測定手段の位置における前記シミュレータの計算結果との重み付き残差を評価関数として、この評価関数を用いて評価値が最小となるパラメータを計算することで汚染物質の発生位置及び発生量を探索することを最も主要な特徴とする。
【００１６】
また、重み付き残差を計算するための重み関数は測定結果、又はパラメータに対する汚染物質濃度の変化率である感度係数で構成されることが望ましい。
【００１７】
さらに、室内の汚染物質を効率よく除去するために、汚染源探索手段の探索結果に基づいて、空気調和装置の吹出し風量、吹出し方向、あるいは排気手段、給気手段、空気清浄手段を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の汚染源探索方法は、汚染物質の発生位置や発生量といったパラメータを計算する際に、単に計算結果と測定結果との差（残差）を評価関数とするのではなく、計算結果と測定結果との差に、測定結果又は感度係数で構成される重み関数を乗じた重み付き残差を評価関数とし、この評価関数を用いて求めた評価値を最小化させる方法であるので、汚染物質拡散性状の違いに起因する探索精度のばらつきを少なくすることができ、汚染源の探索精度が向上する。また、評価関数として重み付き残差を用いるので、例えば汚染物質の発生位置と発生量、といった物理的性質、単位の異なる異種データを同じ尺度で比較できるという利点がある。
【００１９】
さらに、前記汚染源探索方法を用いて汚染物質の発生位置と発生量を求め、その情報に基づいて空気調和装置、排気手段、給気手段、空気清浄手段等を制御するため、室内の汚染物質を効果的に除去できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
室内における汚染物質の発生位置と発生量を精度よく探索する方法と、その結果に基づいて室内の汚染物質を効果的に除去するシステムを実現した。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の第１の実施例を説明するためのブロック図である。また、図２は本発明の第１の実施例を説明するためのフローチャートである。図１に示す第１の実施例は、汚染物質の濃度を測定する測定装置２と、その結果等から汚染物質の発生位置や量を求める汚染源探索部１と、汚染物質の拡散等や空調による排出状態を求めるシミュレータ３と、シミュレータ３がシミュレーションに使用するパラメータ設定部４と、シミュレーションの条件を設定する計算条件設定部５から構成されている。
【００２２】
さらに、汚染源探索部１は、測定結果入力部１２と、計算結果入力部１３と、重み関数計算部１４と、評価関数計算部１５と、探索誤差判定部１６と、パラメータ修正部１７とから構成されている。
【００２３】
室内の所定の位置に設置された測定装置２は、所定の周期で室内の汚染物質濃度を測定する。汚染源探索部１は、測定結果入力部１２を介して測定装置２の測定結果を取得する。一方、シミュレータ３は、計算条件設定部５で設定された計算条件、及びパラメータ設定部４で設定されたパラメータ（汚染物質の発生位置、発生量）を用いてシミュレーションを行い、室内の汚染物質濃度分布を求める。汚染源探索部１は、計算結果入力部１３を介してシミュレータ３のシミュレーション結果を取得する。重み関数計算部１４は取得した測定結果と、シミュレーション結果、又はどちらか１方の結果から重み関数を求める。次に、評価関数計算部１５は、測定結果、シミュレーション結果、重み関数計算部１４で求めた重み関数を用いて重み付き残差を計算し、これを評価関数とする。探索誤差判定部１６は、評価関数計算部１５が計算した評価値が最小値であるかどうかを判定し、最小値でないと判断した場合はパラメータ修正部１７にてパラメータの値を修正する。シミュレータ３は修正されたパラメータを用いて再び汚染物質濃度分布を計算する。探索誤差判定部１６が、評価関数計算部１５で計算される評価値が最小値であると判定するまで上記の操作を反復して行う。評価値が最小値となれば、このときのパラメータの値が求める汚染物質の発生位置、発生量となる。
【００２４】
シミュレータ３の計算方法として、例えばコンピュータを用いた数値シミュレーションを用いることができる。これは、室内を有限個の計算格子に分割し、汚染物質拡散性状を支配する輸送方程式を計算格子上で離散化し、離散化により得られた連立方程式を与えられた初期条件、境界条件のもとに計算する手法である。汚染物質が化学物質等のガス状物質である場合には、気流を支配する輸送方程式（連続の式、Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式、エネルギー方程式、流れが乱流の場合にはさらに乱流諸量に関する方程式）と、汚染物質濃度に関する輸送方程式を同時に計算することにより汚染物質濃度分布を計算することができる。また、汚染物質が粒子状である場合には、気流を支配する輸送方程式を予め計算し、求めた流れ場において汚染物質粒子に関する運動方程式を解くことにより汚染物質粒子の挙動を計算することができる。
【００２５】
室内の気流分布を数値シミュレーションで計算するのは、コンピュータを用いるといえども膨大な演算量と計算時間を要する。従って、短い時間間隔で汚染源の探索を行う場合に、その都度気流分布を数値シミュレーションにより計算するのは効率的ではない。そこで、汚染源探索部１に、直前の探索と今回の探索における気流分布の変化を判定する気流分布判定部を設ける。そして、気流分布判定部で気流分布に変化がないと判断した場合には、気流分布の計算は省略して、直前の気流分布の計算結果を用いて汚染物質濃度に関する輸送方程式、あるいは汚染物質粒子の運動方程式だけを計算する。このようにすれば、汚染源探索部１の演算量が大幅に削減でき、パラメータ計算に要する時間を短縮することができる。
【００２６】
または、想定し得る多数のパラメータ及び計算条件における気流分布、汚染物質濃度分布を、予めシミュレータ３により計算しておき、その結果を図示しない記憶装置に記録しておく。そして、汚染源探索部１は測定結果を最もよく再現する計算結果を記憶装置から取得するようにしても良い。この方法により、パラメータ計算に要する時間をさらに短縮することが可能となる。
【００２７】
なお、シミュレータ３の計算方法については上記の方法に限定するものではなく、他の理論に基づいた計算方法でも良いことは云うまでもない。
【００２８】
図１及び図２に示す第１の実施例における評価関数計算部１５における評価関数の計算方法を、図３に示すシステム図に基づき説明する。図３において、送風機２１、フィルタ２２、熱交換器２３を備えた空気調和機２０は、外気、及び室内１０からの環気を取り込み、フィルタ２２で汚染物質を除去し、熱交換器２３にて所定の温湿度に調整した後、給気ダクト３０を介して複数の吹出口３１ａ，３１ｂ，３１ｃに送風する。各吹出口３１ａ，３１ｂ，３１ｃから吹出されて室内１０を通過した空気は、複数の吸気口４１ａ，４１ｂ，４１ｃに吸い込まれ、吸い込まれた空気は吸気ダクト４０を介して一部は排気口４２から室外に排気され、残りは環気ダクト４３を通して再び空気調和機２０に導入される。また、室内１０には汚染物質濃度を測定するために１つの測定装置２が所定の位置に設けられている。さらに、汚染源探索部１、シミュレータ３、パラメータ設定部４、計算条件設定部５で構成される汚染源探索装置７０が設けられている。
【００２９】
図３において、汚染源は単一であり、汚染源における汚染物質発生量は既知でると仮定する。また、汚染源５０は図３に示す破線上にのみ存在するとする。すなわち、汚染源５０の位置は図示の距離Ｘを求めればよいことになる。なお、汚染物質は化学物質であるとして説明する。
【００３０】
汚染源５０の壁からの距離Ｘが変化したときの測定装置２の位置における汚染物質濃度の計算結果は概略図４に示すような分布になる。図４に示すグラフにおいて、実線で示した条件１は空気調和機の送風量が比較的大きく、室内の気流流速が大きい場合、また、条件２は空気調和機の送風量が比較的小さく、室内の気流流速が小さい場合である。気流流速が大きい条件１の場合には、汚染物質の濃度拡散に比べて気流に乗って移動する移流が支配的となるため、距離Ｘが大きくなるにつれて測定装置２の位置における汚染物質濃度は急激に小さくなる。一方、気流流速が小さい条件２の場合には、移流に比べて濃度拡散が支配的となるため、距離Ｘが比較的大きい場合でも汚染物質濃度はそれほど減少しない。
【００３１】
図４において、ある時刻における測定装置２の測定結果がＹ０のとき、条件１の場合はＸ１、条件２の場合はＸ２が距離Ｘの解、すなわちパラメータである汚染源の位置である。測定結果Ｙ０から距離Ｘを解析的に求めることができる場合は、測定結果Ｙ０から直ちに解Ｘ１、またはＸ２を計算できる。ところが、室内における汚染物質拡散は非線形現象であり、測定結果Ｙ０から解析的に距離Ｘを計算することはできない。そこで、距離Ｘを仮定して汚染物質濃度分布をシミュレータ３により計算し、測定装置２の位置における計算結果と測定結果Ｙ０とを比較し、その差が小さくなるまで距離Ｘを逐次修正するという反復解法が用いられる。
【００３２】
図５に示すグラフは、計算結果と測定結果Ｙ０との差、すなわち重みなし残差をｅとし、ｅの二乗値を評価関数とした場合の距離Ｘと評価値の関係を概略的に示したものである。反復解法では、評価値が最小となる距離Ｘを逐次修正しながら計算することになる。
【００３３】
反復解法では、評価値が完全に最小となるまで計算することはせず、逐次求められる評価値の変化量、あるいは変化率が予め定めた判定値以下になった時点で反復を打ち切ることが多い。図５には、判定値ηで反復を打ち切った時点での距離Ｘの解を白丸印で示してある。条件１の場合には反復解法により計算される解と真の解Ｘ１との誤差はδ１で、打切りによる推定誤差は比較的小さいが、条件２の場合には誤差δ２はδ１に比べて大きく、反復の打切りにより推定誤差が非常に大きい。これは、図４において、条件２の場合は距離Ｘに対する汚染物質濃度Ｙの変化率が小さいため、重みなし残差ｅの二乗値の距離Ｘに対する変化率も小さいことに起因する。このように、汚染物質の拡散性状の違い（例えば、図４の場合の条件１と条件２の違い）によって距離Ｘの推定精度にばらつきが大きい方法では、求められるパラメータの信頼度は低い。
【００３４】
一方、図６に示すグラフは、評価関数として重み付き残差の二乗値を用いた場合を太線で示してある。ここで、重み付き残差とは、計算結果と測定結果との差に重み関数を乗じた値のことであり、図６に示すグラフでは、距離Ｘに対する汚染物質濃度Ｙの変化率（感度係数）∂Ｙ／∂Ｘの逆数を重み関数としている。すなわち、重み付き残差はｅ／（∂Ｙ／∂Ｘ）となる。このような重み関数を用いることにより、図４に示す条件１の場合には、距離Ｘが小さい領域では感度係数が大きいため重み関数の値は小さくなり、距離Ｘが大きい領域では感度係数が小さいため重み関数の値は大きくなる。一方、条件２の場合はほぼ全域に渡って感度係数が小さいため、重み関数の値は大きくなる。このような重み関数を用いた重み付き残差の二乗値を評価関数とすることにより、評価値の距離Ｘに対する変化率が条件によらずほぼ同等の傾向を示すようになる。
【００３５】
図６に示すグラフには、図５と同じ判定値ηで反復を打ち切った時点での距離Ｘの解を黒丸印で示してある。評価関数として重み付き残差の二乗値を用いることで、条件１の場合の推定誤差はδ１からδ１’に増加するが、条件２の場合の推定誤差はδ２からδ２’に減少し、δ１’とδ２’の差が小さくなる。また、推定誤差を相対誤差の形で比較すると、δ１’／Ｘ１とδ２’／Ｘ２の値はほぼ同等の値となる。すなわち、条件による推定誤差のばらつきが小さくなる。
【００３６】
以上、第１の実施例によれば、条件によるパラメータの推定誤差のばらつきを小さくすることができ、汚染物質の発生位置を精度よく計算することができる。なお、以上の説明では重み関数として感度係数の逆数を用いたが、例えば、汚染物質の発生位置と発生量を同時に求める場合には、重み関数として測定結果の逆数を用いて無次元化することにより重み付き残差が相対誤差となるため、単位の異なる物理量の残差を同じ尺度で評価関数に組み込むことができる。また、感度係数と測定結果を組み合わせたものを重み関数としてもよく、汚染物質の拡散性状に応じて重み関数を選択すればよい。
【００３７】
以上のように、本実施例では、汚染物質の発生源の位置を求める（汚染部室の発生量は既知）て、空気調和機２０の送風機２１の送風量を制御することで、汚染源からの汚染物質の拡散を極力抑制して、汚染物質を早期に排出することが可能となる。
【実施例２】
【００３８】
図７は本発明の第２の実施例を説明するためのシステム図である。図７に示す第２の実施例で、図３の実施例と異なる点は、複数の吹出口３１ａ，３１ｂ，３１ｃにそれぞれダンパ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを設けると共に、複数の汚染物質濃度の測定装置２ａ，２ｂ，２ｃを設けて、各測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの測定結果から、汚染源探索装置７０で汚染物質発生源と発生量を求めて、制御装置８０で各吹出口３１ａ，３１ｂ，３１ｃに設けてあるダンパ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの開度を制御したり、空気調和機２０の送風量（送風機２１の回転数）を制御するようにした点である。即ち、実施例１では汚染物質発生源から発生する汚染物質の発生量が既知の値であるとしたが、本実施例では、汚染物質の発生量も不明な場合に有効なものである。
【００３９】
図７において、例えば測定装置２ａの汚染物質濃度の測定結果が大きな値で、その他の測定装置２ｂ、２ｃの測定結果が小さい場合を考える。この場合、汚染源探索装置７０は、測定結果の汚染物質濃度分布から、例えば、汚染源５０が図示のＡ点にあり、その発生濃度も併せて計算する。この結果に基づいて、制御装置８０はダンパ３２ａ、３２ｂの開度を大きくすると共に、ダンパ３２ｃの開度を小さくする。このような調整により、吹出口３１ａから吸気口４１ａに至る気流流速が早くなるため、汚染物質の除去速度が増すと同時に、吹出口３１ｂから吸気口４１ａに至る気流流速を早くすることでエアカーテンを形成し、室内１０の測定装置２ｃ側への汚染物質の拡散を防ぐことができる。
【００４０】
また、例えば測定装置２ａ乃至測定装置２ｃの汚染物質濃度の測定結果が概略等しい場合について考えると、この場合、汚染源探索装置７０は、例えば複数の汚染源が室内に均等に存在すると計算する。この計算結果に基づいて、制御装置８０はダンパ３２ａ乃至ダンパ３２ｃの開度が同じになるように調整する。このような調整により、室内１０にはほぼ均一な下降流が形成されるため、循環流による汚染物質の滞留を少なくして汚染物質を除去することができる。
【００４１】
さらに、この場合に、ダンパ３２ａ乃至ダンパ３２ｃのダンパが全開になるように制御装置８０が送風機２１の回転数を小さくすることができれば、送風機２１の消費動力が小さくなると共に、熱交換器２３の交換熱量が小さくなるため図略の冷温熱源機器の消費動力も小さくなり、システム全体の省エネルギー化を図ることができる。
【００４２】
なお、測定装置２、吹出口３２、吸気口４１等は図７に示す個数に限定するものではない。また、室内への吹出し方向を調整する手段、あるいは吸気口４１の吸気風量を調整する手段等を組み合わせ、制御装置８０にて吹出し方向や吸気風量も併せて制御することにより、さらにきめ細かく室内の気流を制御することが可能となり、汚染物質の除去効率が高まる。
【００４３】
以上のように、本実施例のように室内の複数箇所の汚染濃度を測定することによって、汚染源の位置、および汚染源の発生濃度に加えて、汚染の分布を知ることができ、きめ細かい空調制御を実施できると共に、汚染除去効率も向上することが可能となる。
【実施例３】
【００４４】
図８は本発明の第３の実施例を説明するためのシステム図である。この構成で図７と異なる点は、汚染物質濃度の測定装置２が自走可能な台車６０に設けられ、台車６０に設けた送信手段６１は測定装置２の測定結果を無線で送信し、測定結果受信手段７１は送信手段６１が送信した測定結果を受信すると共に汚染源探索装置７０に伝送する点で、それ以外は図７に示す実施例と同じである。
【００４５】
測定装置２を自走可能な台車６０に設け、室内１０にて移動可能とすることにより、少ない測定装置で室内の複数の場所における測定が可能となる。このため、実施例２に比べて多数の測定装置を設置しなくても汚染源の探索精度が向上するという利点がある。また、測定結果を無線で送受信することにしたので、測定結果を汚染源探索装置７０に伝送するための信号線が不要となり、例えば既存建築物への汚染源探索装置７０の設置が容易に行えるといった利点がある。
【００４６】
なお、図８では自走可能な台車６０に設けた測定装置２は１つであるが、汚染物質の種類に応じて複数の測定装置を設けてもよいし、温度センサや湿度センサといった他の測定装置を併せて設けてもよい。また、図８では自走可能な台車６０は１台であるが、複数台設けてもよいことは言うまでもない。さらに、測定装置２の床面からの高さを変更可能とすることにより、汚染物質濃度の三次元的な空間分布を測定できるため、測定結果を用いてシミュレータの詳細な計算精度検証を行うことができ、汚染源探索精度がさらに向上することが期待できる。
【実施例４】
【００４７】
図９は本発明の第４の実施例を説明するためのシステム図である。図９に示す第４の実施例で図７の構成と異なる点は、送風機２１、熱交換器２３、吹出し風向調整手段２４を備えた複数の空気調和機２０ａ，２０ｂと、複数の空気清浄機９０ａ，９０ｂを設けて、吸気ダクトや吹出口、環気ダクト、吸気ダクト等をなくした点である。その他の点は図７と同じである。
【００４８】
それぞれの空気調和機２０ａ，２０ｂは、送風機２１ａ，２１ｂで取り込んだ室内１０の空気を、熱交換器２３ａ，２３ｂで所定の温湿度に調整した後、吹出し風向調整手段２４ａ，２４ｂを通して室内１０に再び吹出す。一方、それぞれの空気清浄機９０ａ，９０ｂは室内１０の空気を取り込み、空気中の汚染物質を除去した後、再び室内１０に給気する。また、室内１０には汚染物質濃度を測定するために複数の測定装置２ａ，２ｂ，２ｃが設けられており、これら複数の測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの測定結果は汚染源探索装置７０に入力される。汚染源探索装置は、汚染源探索部、シミュレータ、パラメータ設定部、計算条件設定部から構成され、複数の測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの測定結果に基づいて汚染物質の発生位置、及び発生量を計算する。汚染源探索装置７０で計算された汚染物質の発生位置、発生量に基づいて制御装置８０は各空気調和機２０ａ，２０ｂの送風機２１ａ，２１ｂの回転数、あるいは吹出し風向調整手段２４ａ，２４ｂ、あるいは空気清浄機９０ａ，９０ｂの運転状態を制御する。
【００４９】
図９に示す第４の実施例は、室内への外気の給気がなく、空気の循環が室内で閉じている。このような場合、室内の汚染物質を効果的に除去するためには、汚染源で発生した汚染物質を速やかに各空気清浄機９０ａ，９０ｂへ輸送する必要がある。そこで、空気調和機２０ａ，２０ｂの送風量、室内への空気の吹出し方向、空気清浄機９０ａ，９０ｂの運転状態を、汚染源探査装置７０が計算した汚染源に関する情報に基づいて制御し、室内の気流を細かく制御することで、汚染源から空気清浄機９０ａ，９０ｂに至る気流を形成し、汚染物質を効果的に空気清浄機９０ａ，９０ｂに輸送することができる。また、制御装置８０が、汚染源から離れた場所にある空気清浄機９０ａ，９０ｂの運転は停止させるようにすれば、空気清浄度を悪化させることなく空気清浄機の消費動力を最小限に抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００５０】
なお、図９では測定装置２は室内に固定して図示しているが、測定装置は移動可能としてもよい。さらに、測定装置による汚染物質濃度の測定結果を汚染源探索装置７０に無線で送信するようにしてもよい。
【００５１】
以上のように、本実施例では、複数の空気調和機と複数の空気清浄機を配置することで、先の実施例に比べて、複数のダクトを配置する必要が無く、レイアウトを自由に変更することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】汚染源探索実施方法を説明するブロック図である。
【図２】汚染源探索実施方法を説明するフローチャートである。
【図３】評価関数計算方法を説明するシステム図である。
【図４】評価関数計算方法を説明するグラフである。
【図５】評価関数計算方法を説明するグラフである。
【図６】評価関数計算方法を説明するグラフである。
【図７】汚染物質除去システム実施方法を示した説明図である。
【図８】汚染物質除去システム実施方法を示した説明図である。
【図９】汚染物質除去システム実施方法を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…汚染源探索部、２…測定装置、３…シミュレータ、４…パラメータ設定部、５…計算条件設定部、２０…空気調和機、７０…汚染源探索装置、８０…制御装置９０…空気清浄機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内の汚染物質濃度分布を計算するシミュレータと、汚染物質濃度を測定する測定手段と、汚染物質の発生位置及び発生量を探索する汚染源探索手段とを備え、前記測定手段は室内の汚染物質濃度を所定の周期で測定し、前記シミュレータは汚染物質の発生位置及び発生量をパラメータとして室内の汚染物質濃度分布を計算し、前記汚染源探索手段は前記測定手段による測定結果と前記測定手段の位置における前記シミュレータの計算結果との重み付き残差を評価関数として、この評価関数が最小となるパラメータを計算することで汚染物質の発生位置及び発生量を探索することを特徴とする汚染源探索方法。
【請求項２】
重み付き残差を計算するための重み関数が測定結果、又はパラメータに対する汚染物質濃度の変化率である感度係数で構成されることを特徴とする請求項１に記載の汚染源探索方法。
【請求項３】
室内の空気を調整する空気調和装置と、室内の汚染物質濃度分布を計算するシミュレータと、汚染物質濃度を測定する測定手段と、汚染物質の発生位置及び発生量を探索する汚染源探索手段と、前記空気調和装置の運転を制御する制御手段を備えた汚染物質除去システムであって、前記測定手段は室内の所定箇所の汚染物質濃度を所定の周期で測定し、前記シミュレータは汚染物質の発生位置をパラメータとして前記測定手段による測定時点での室内の汚染物質濃度分布を計算し、前記汚染源探索手段は前記測定手段による測定結果と前記測定手段の位置における前記シミュレータの計算結果との重み付き残差を評価関数として、この評価関数用いて評価値が最小となるパラメータを計算することで汚染物質の発生位置を求め、前記制御手段は前記汚染源探索手段の探索結果に基づいて前記空気調和装置を制御することを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項４】
室内の空気を調整する空気調和装置と、室内の汚染物質濃度分布を計算するシミュレータと、汚染物質濃度を測定する測定手段と、汚染物質の発生位置及び発生量を探索する汚染源探索手段と、前記空気調和装置の運転を制御する制御手段を備えた汚染物質除去システムであって、前記空気調和装置は空気の吹出し風量を調整する風量調整手段と、空気の吹出し方向を調整する風向調整手段とを備え、前記測定手段を室内の複数箇所に設けてそれぞれの場所の汚染物質濃度を所定の周期で測定し、前記シミュレータは汚染物質の発生位置及び発生量をパラメータとして前記測定手段による測定時点での室内の汚染物質濃度分布を計算し、前記汚染源探索手段は前記測定手段による測定結果と前記測定手段の位置における前記シミュレータの計算結果との重み付き残差を評価関数として、前記評価関数を用いて評価値が最小となるパラメータを計算することで汚染物質の発生位置及び発生量を探索し、前記制御手段は前記汚染源探索手段の探索結果に基づいて前記風量調整手段や前記風向調整手段を制御することを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項５】
請求項４に記載の汚染物質除去システムにおいて、
前記複数の測定手段に代えて、移動可能な台上に測定手段を搭載し、前記移動台を移動して、室内の複数箇所の汚染濃度を測定し、その結果を前記汚染源探索手段に無線で送信することを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項６】
請求項４に記載の汚染物質除去システムにおいて、
室内の空気を室外に排出する排気手段、室外の空気を室内に取り入れる給気手段、室内の汚染物質を除去する空気清浄手段の少なくとも１つを具備し、前記制御手段は前記汚染源探索手段の探索結果に基づいて前記排気手段、前記給気手段、前記空気清浄手段の少なくとも１つの運転状態を制御することを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項７】
請求項４又は６に記載の汚染物質除去システムにおいて、
重み付き残差を計算するための重み関数が測定結果、又はパラメータに対する汚染物質濃度の変化率である感度係数で構成されることを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項１】
室内の汚染物質濃度分布を計算するシミュレータと、汚染物質濃度を測定する測定手段と、汚染物質の発生位置及び発生量を探索する汚染源探索手段とを備え、前記測定手段は室内の汚染物質濃度を所定の周期で測定し、前記シミュレータは汚染物質の発生位置及び発生量をパラメータとして室内の汚染物質濃度分布を計算し、前記汚染源探索手段は前記測定手段による測定結果と前記測定手段の位置における前記シミュレータの計算結果との重み付き残差を評価関数として、この評価関数が最小となるパラメータを計算することで汚染物質の発生位置及び発生量を探索することを特徴とする汚染源探索方法。
【請求項２】
重み付き残差を計算するための重み関数が測定結果、又はパラメータに対する汚染物質濃度の変化率である感度係数で構成されることを特徴とする請求項１に記載の汚染源探索方法。
【請求項３】
室内の空気を調整する空気調和装置と、室内の汚染物質濃度分布を計算するシミュレータと、汚染物質濃度を測定する測定手段と、汚染物質の発生位置及び発生量を探索する汚染源探索手段と、前記空気調和装置の運転を制御する制御手段を備えた汚染物質除去システムであって、前記測定手段は室内の所定箇所の汚染物質濃度を所定の周期で測定し、前記シミュレータは汚染物質の発生位置をパラメータとして前記測定手段による測定時点での室内の汚染物質濃度分布を計算し、前記汚染源探索手段は前記測定手段による測定結果と前記測定手段の位置における前記シミュレータの計算結果との重み付き残差を評価関数として、この評価関数用いて評価値が最小となるパラメータを計算することで汚染物質の発生位置を求め、前記制御手段は前記汚染源探索手段の探索結果に基づいて前記空気調和装置を制御することを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項４】
室内の空気を調整する空気調和装置と、室内の汚染物質濃度分布を計算するシミュレータと、汚染物質濃度を測定する測定手段と、汚染物質の発生位置及び発生量を探索する汚染源探索手段と、前記空気調和装置の運転を制御する制御手段を備えた汚染物質除去システムであって、前記空気調和装置は空気の吹出し風量を調整する風量調整手段と、空気の吹出し方向を調整する風向調整手段とを備え、前記測定手段を室内の複数箇所に設けてそれぞれの場所の汚染物質濃度を所定の周期で測定し、前記シミュレータは汚染物質の発生位置及び発生量をパラメータとして前記測定手段による測定時点での室内の汚染物質濃度分布を計算し、前記汚染源探索手段は前記測定手段による測定結果と前記測定手段の位置における前記シミュレータの計算結果との重み付き残差を評価関数として、前記評価関数を用いて評価値が最小となるパラメータを計算することで汚染物質の発生位置及び発生量を探索し、前記制御手段は前記汚染源探索手段の探索結果に基づいて前記風量調整手段や前記風向調整手段を制御することを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項５】
請求項４に記載の汚染物質除去システムにおいて、
前記複数の測定手段に代えて、移動可能な台上に測定手段を搭載し、前記移動台を移動して、室内の複数箇所の汚染濃度を測定し、その結果を前記汚染源探索手段に無線で送信することを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項６】
請求項４に記載の汚染物質除去システムにおいて、
室内の空気を室外に排出する排気手段、室外の空気を室内に取り入れる給気手段、室内の汚染物質を除去する空気清浄手段の少なくとも１つを具備し、前記制御手段は前記汚染源探索手段の探索結果に基づいて前記排気手段、前記給気手段、前記空気清浄手段の少なくとも１つの運転状態を制御することを特徴とする汚染物質除去システム。
【請求項７】
請求項４又は６に記載の汚染物質除去システムにおいて、
重み付き残差を計算するための重み関数が測定結果、又はパラメータに対する汚染物質濃度の変化率である感度係数で構成されることを特徴とする汚染物質除去システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１７７６８５（Ｐ２００６−１７７６８５Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６８６３０（Ｐ２００４−３６８６３０）
【出願日】平成１６年１２月２１日（２００４．１２．２１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２１日（２００４．１２．２１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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