ＰＭＶ推定装置およびそのプログラム
【課題】実態に見合ったＰＭＶを正確に推定することができるＰＭＶ推定装置を提供する。
【解決手段】実施形態のＰＭＶ推定装置は、室内の平均輻射温度と、室内の温度と、室内の湿度と、室内の気流速度と、在室者の着衣量と、在室者の活動量と、からＰＭＶ（Predicted Mean Vote）値を算出する装置である。この装置において、室内に入射する日射量を算出する室内日射量算出手段と、室内日射量算出手段により算出された室内日射量を用いて室内に入射した日射を受ける被日射物品の温度を推定する被日射物品温度推定手段と、被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度を用いて室内の平均輻射温度を推定する平均輻射温度推定手段とを有する。
【解決手段】実施形態のＰＭＶ推定装置は、室内の平均輻射温度と、室内の温度と、室内の湿度と、室内の気流速度と、在室者の着衣量と、在室者の活動量と、からＰＭＶ（Predicted Mean Vote）値を算出する装置である。この装置において、室内に入射する日射量を算出する室内日射量算出手段と、室内日射量算出手段により算出された室内日射量を用いて室内に入射した日射を受ける被日射物品の温度を推定する被日射物品温度推定手段と、被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度を用いて室内の平均輻射温度を推定する平均輻射温度推定手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、人間の温冷感の定量的指標であるＰＭＶを推定するＰＭＶ推定装置およびそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、温室効果ガスの排出量低減に向けて、ビルや家庭などの需要家における省エネの推進が求められている。さらに、昨今の大震災による影響を受けて、電力需給の逼迫により一段と進んだ省エネ（節電）対策が求められるなど、需要家における省エネの推進は益々重要となってきている。
【０００３】
近年では、電力の供給側と需要家側との間に通信環境を整備することにより実現される次世代の電力系統（スマートグリッドと称される）において、需要家の電力消費量を抑制する「デマンドレスポンス」の導入も論じられている。将来的には電力需給の調整、系統安定化などの電力利用の全体最適を目的とした需要家側の省エネは、より身近なものになると考えられる。
【０００４】
このように一段と進んだ需要家側の省エネを実現するためには、需要家の室内などにおける環境を正確に把握する必要がある。例えば、室内の温湿度等の環境を維持する空調関連機器のエネルギー消費量は、オフィスビルにおいては建物全体の４割程度を占めるとされている。もし過剰な冷暖房状態を把握し、適正化できれば、大幅な省エネ効果を得られる可能性がある。
【０００５】
ところで、国際標準ＩＳＯ７７３０で標準的温（冷）熱指標として採用されている、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote：予測平均申告）と呼ばれる、環境との間に生じる不平衡熱量を求めて、人の温冷感と対応させた指標がある。このＰＭＶを空調の制御指標として活用し、快適性の向上とあわせて、過剰冷房・暖房の排除による省エネを目指した空調制御手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４４６１０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術においては、窓から室内に入る日射を遮るブラインドなどの日射を直接受ける被日射物品における温度変化の影響が考慮されていない。そのため、従来手法により推定されたＰＭＶは、実際の環境の状態とは乖離している可能性があり、これを空調等の制御指標に活用した場合、想定した室内の空調環境や省エネ効果が得られない恐れがあった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、実態に見合ったＰＭＶを正確に推定することができるＰＭＶ推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のＰＭＶ推定装置は、室内の平均輻射温度と、室内の温度と、室内の湿度と、室内の気流速度と、在室者の着衣量と、在室者の活動量と、からＰＭＶ（Predicted Mean Vote）値を算出する装置である。この装置において、室内に入射する日射量を算出する室内日射量算出手段と、室内日射量算出手段により算出された室内日射量を用いて室内に入射した日射を受ける被日射物品の温度を推定する被日射物品温度推定手段と、被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度を用いて室内の平均輻射温度を推定する平均輻射温度推定手段とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作フロー図である。
【図３】図３は、第１の実施形態のＰＭＶ推定装置により推定された平均輻射温度の分布を表す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図５】図５は、第２の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作フロー図である。
【図６】図６は、第３の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図７】図７は、第３の実施形態のＰＭＶ推定装置において、ＰＶ出力比率と雲量の関係（３月、西東京の例）を表す図である。
【図８】図８は、第４の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図９】図９は、第４の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作フロー図である。
【図１０】図１０は、第５の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図１１】図１１は、第５の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作フロー図である。
【図１２】図１２は、第１〜第５の実施形態に共通するＰＭＶ推定装置のハードウェア構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
ＰＭＶを推定するには、人体側の要素として活動量と着衣量、環境側の要素として温度と湿度、平均輻射温度、気流速度、以上の６要素を把握する必要がある。ここで平均輻射温度とは、実際の不均一な輻射場において、在室者が周囲環境と輻射熱交換を行うのと同量の輻射熱交換を行うような、均一温度の仮想閉鎖空間の表面温度であり、在室者の周囲にある壁や天井などの表面温度を用いて算出される。本実施形態では、ＰＭＶの推定を、以下の構成を有するＰＭＶ推定装置により行う。
【００１２】
（第１の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図１は、第１の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【００１３】
ＰＭＶ推定装置１は、窓（あるいは窓ガラス）を通して室内に入射する日射量を算出する室内日射量算出部１０と、室内日射量算出部１０により得られた室内日射量によるブラインドやドレープ等の被日射物品の温度を推定する被日射物品温度推定部１１と、被日射物品温度推定部１１により得られた被日射物品温度と、被日射物品を除くその他の壁面、天井、床面温度を用いて平均輻射温度を推定する平均輻射温度推定部１２と、平均輻射温度推定部１２により得られた平均輻射温度と、測定または設定された室内温湿度、気流速度、着衣量、および活動量からＰＭＶを推定するＰＭＶ演算部１３とにより構成される。なお、以下では、日射は、窓ガラスを通して室内に入射するものとして説明する。また、被日射物品としては、主にブラインドやドレープ等の窓側（窓近傍）に設置される物品を想定するが、これに限るものではない。
【００１４】
（ＰＭＶ推定装置各部の動作）
次に、各部の動作の詳細を、図２のフロー図を参照して説明する。なお、図２の左側に記載されているのは、一連のＰＭＶ推定にて必要となる入力パラメータであり、同図右側の括弧内に記述されているのは建物固有の設定パラメータである。
【００１５】
室内日射量算出部１０では、図２に示すＳ１からＳ４までの一連の演算が実行される。まずステップ１（Ｓ１）として現在の月ｍ、日ｄ、時刻ｔｉをもとに太陽位置の算出を行う。太陽位置は例えば以下の式（１）、（２）に示すような太陽高度ｈ［deg.］と太陽方位角Ａ［deg.］にて定義される。
【００１６】
【数１】
【００１７】
【数２】
【００１８】
上式にて、φ：計算場所の緯度［deg.］、δ：日赤緯［deg.］、t：時角［deg.］である。日赤緯δは、年間通日（１月１日を１，１２月３１日を３６５）の関数として表わされ、現在の月ｍ、日ｄから計算できる。また、時角ｔは、現在時刻ｔｉ、均時差（年間通日の関数であり、現在の月ｍ、日ｄから計算できる）、計算場所の経度、中央標準時の基準経度から算出される（日赤緯および時角については、例えば、「空気調和・衛生工学便覧 II 空調設備篇」、改訂１１版、空気調和・衛生工学会、ｐ．６８を参照）。このようにして求まった太陽位置を用いて、太陽入射角ｉ［deg.］を以下の式（３）にて計算する（Ｓ２）。なお、下式において、θ：計算面（窓面）の水平面からの傾斜角［deg.］、α：壁面方位角［deg.］である。
【００１９】
【数３】
【００２０】
次にステップ３（Ｓ３）として、上記の太陽入射角ｉを用いて計算面における直達日射量Ｉｄ［kcal/m2・h］、天空日射量Ｉｓ［kcal/m2・h］を導出する。
【００２１】
【数４】
【００２２】
【数５】
【００２３】
ここでＩ０は太陽乗数（大気圏外の直達日射量）、Ｉｓｋｙは水平面天空日射量、Ｐは大気透過率である。Ｉｓｋｙは、以下の式（６）を用いて算出できる。
【００２４】
【数６】
【００２５】
次にステップ４（Ｓ４）として室内日射量Ｉｇｒ［kcal/m2・h］を以下の式（７）にて算出する。
【００２６】
【数７】
【００２７】
上式において、ＣＩｄ：標準ガラスの入射角別の透過率比であり、太陽入射角ｉの関数として与えられる（入射角ｉ＝０［deg.］のときが１）。また、Ｃｄ：天空日射に対する垂直入射時の透過率比であり、τＷ：ガラスの垂直入射時の日射透過率である。以上の演算により、窓ガラスを介して室内に透過する室内日射量が演算できる。
【００２８】
次に被日射物品温度推定部１１ではＳ５からＳ７までの一連の動作が実行される。
【００２９】
まずステップ５（Ｓ５）としてブラインドやドレープ等の被日射物品温度：Ｔｂｒ［℃］を仮決めし、次いでステップ６（Ｓ６）として対流、放射による被日射物品の放熱量を計算する。対流による放熱量Ｑｆ［kcal/m2］は、垂直平板における自然対流熱伝達を想定すると、以下の式（８）のように計算できる。
【００３０】
【数８】
【００３１】
上式においてＮｕ：平均ヌッセルト数であり、これは、被日射物品温度（加熱体温度）Ｔｂｒ［℃］、室内温度Ｔ［℃］、被日射物品の高さＨｂｒ［m］などから与えられる（ヌッセルト数については、例えば、「空気調和・衛生工学便覧 Ｉ 基礎篇」、改訂１１版、空気調和・衛生工学会、ｐ．１７１を参照）。また、λ：熱伝導率［kcal/(m・k)］であり、これは、室内温度Ｔの関数として与えられる（熱伝導率については、例えば、「電熱工学資料」、改訂第３版、日本機械学会、ｐ．３００を参照）。一方、放射による放熱量Ｑｒ［kcal/m2］は、例えば以下の式（９）により算出する。ここでσ：シュテファン・ボルツマン定数［W/(m2・K4)］で、εｂｒ：被日射物品の放射率（吸収率）である。
【００３２】
【数９】
【００３３】
以上より、ステップ７（Ｓ７）として被日射物品の熱収支式（ヒートバランス）が、以下の式（１０）のように定式化できる。
【００３４】
【数１０】
【００３５】
この式（１０）を満たす被日射物品温度Ｔｂｒ［℃］を繰り返し演算することで、ブラインドやドレープ等の被日射物品温度を推定できる。
【００３６】
以上により推定された被日射物品温度Ｔｂｒを用いて、平均輻射温度推定部１２にて、ＰＭＶ推定地点の平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］を導出する。ｄΩｂｒ：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品が占める立体角［sr］、ｄΩ０：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品を除くその他の室内各面（壁面、天井面、および床面）が占める立体角［sr］として、Ｔ０：その他の室内各面の温度［℃］とすると、平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］は以下の式（１１）により算出できる（Ｓ８）。
【００３７】
【数１１】
【００３８】
最後にＰＭＶ演算部１３では、推定された平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］、計測または設定された室内の温度Ｔ［℃］、湿度Ｈ［%］、気流速度Ｖ［m/s］、在室者の着衣量Ｃ［clo］、活動量Ｍ［met］を用いて、公知のＰＭＶ計算式またはこれらの回帰式などを用いて現在のＰＭＶを推定する（Ｓ９）。
【００３９】
このようにして推定された室内の平均輻射温度の算出結果例を図３に示す。図３より、被日射物品に近い場所では平均輻射温度が高く、被日射物品からの距離（部屋の奥行）が大きくなるに従って、徐々に平均輻射温度が減少していく様子がわかる。つまり、上記による算出結果は、日射により加熱されたブラインドやドレープ等の被日射物品温度の影響が考慮された平均輻射温度の分布となっていることがわかる。このように、本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、室内に入る日射により加熱される被日射物品の影響を考慮して平均輻射温度を推定できる。また、ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品やその他の室内各面に応じた立体角を用いて平均輻射温度を導出することで、窓際の被日射物品の影響を考慮した室内任意位置のＰＭＶを正確に推定できるようになる。また、実態に見合ったＰＭＶを少ないセンサ数で正確に推定することができる。
【００４０】
［第２の実施形態］
第２の実施形態のＰＭＶ推定装置は、時々刻々変動する日射量を検知し、この日射量に応じて被日射物品の温度を演算し平均輻射温度を推定することで、天候等の変動に応じたＰＭＶを正確に推定できるようにしたものである。本実施形態では、ＰＭＶの推定を、以下の構成を有するＰＭＶ推定装置により行う。
【００４１】
（第２の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図４は、第２の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。同図において、図１に示した前述の第１の実施形態のＰＭＶ推定装置と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
本実施形態のＰＭＶ推定装置２では、日射量を検知する日射量検知手段としての日射量検知装置１４と、この日射量検知装置１４により検知された日射量から雲量を推定することで、天候に応じた日射遮蔽状態を模擬する雲量推定部１５とを有する。
【００４３】
（第２の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作）
次に、本実施形態のＰＭＶ推定装置の動作を、図５のフロー図を参照して説明する。なお、図５の左側に記載されているのは、一連のＰＭＶ推定にて必要となる入力パラメータであり、同図右側の括弧内に記述されているのは準固定的な設定パラメータである。前述した第１の実施形態の動作フローである図２と異なる箇所は、ステップ３−（２）（Ｓ３−（２））、ステップ３−（３）（Ｓ３−（３））のみである。
【００４４】
ステップ３（Ｓ３）では、太陽入射角ｉを用いて直達日射量Ｉｄ［kcal/m2・h］、天空日射量Ｉｓ［kcal/m2・h］を導出する（式（４）および式（５）を参照）。しかし、時々刻々と変化する天候によって、日射量は大きく変動する。この主だった要因として、雲による日射の遮蔽、温湿度の変化による大気透過率の変化が挙げられる。そこで、上記の天候により減少する日射量を推定するための補正係数である雲量ＣＣを導入する。これを受けて、ステップ３−（２）（Ｓ３−（２））では雲量推定部１５により、天候により異なる雲量を推定する。ここでは雲量ＣＣとして、０〜１０までの間で任意の値をとる無次元量とした。この天候を考慮した直達日射量Ｉｄｃ［kcal/m2・h］および天空日射量Ｉｓｃ［kcal/m2・h］を、以下の式（１２）、（１３）にて表現する。
【００４５】
【数１２】
【００４６】
【数１３】
【００４７】
ここで、日射量検知装置１４として屋上に水平設置された日射量計を想定すると、θ＝０［deg.］ならびにこのときの太陽入射角ｉ［deg.］を式（３）より求めて式（１２）、（１３）に代入し、例えば以下の式（１４）を満たすＣＣの値を導出することで雲量を推定できる。
【００４８】
【数１４】
【００４９】
なお、上式（１２）、（１３）においてｃｏｅｆ＿ＣＣは雲量の影響度合いのパラメータであり、状況に応じて任意の値に設定できるものとする。上記のように推定された雲量ＣＣを用いて、ステップ３−（３）（Ｓ３−（３））として、式（１２）および（１３）により、被日射物品が設置された各窓面における天候を考慮した直達日射量Ｉｄｃ［kcal/m2・h］および天空日射量Ｉｓｃ［kcal/m2・h］を求める。以降における動作は、第１の実施形態の動作フローである図２に示した動作と同様であるためここではその説明を省略する。
【００５０】
以上に説明した本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、天候により異なる日射量の変動を考慮したブラインドやドレープ等の被日射物品温度の推定が可能となり、これを用いて平均輻射温度を評価することで、時々刻々異なる日射環境に応じたＰＭＶを正確に推定できるようになる。
【００５１】
［第３の実施形態］
第３の実施形態のＰＭＶ推定装置は、上述の第２の実施形態に対し、日射量検知手段として太陽光発電装置を利用したものである。
【００５２】
（第３の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図６は、第３の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。同図において、前述の第２の実施形態のＰＭＶ推定装置と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
本実施形態のＰＭＶ推定装置３では、予め日射量検知手段としての太陽光発電装置１６の特性、配置、季節、時刻等に応じて、図７に示すような太陽光発電装置１６の発電比率（季節毎の快晴日における最大発電量との比率）と雲量の関係式または対応表を雲量推定部１５に持たせる。雲量推定部１５は、この関係式または対応表に基づき、時々刻々変化する太陽光発電量から雲量を推定することができる。
【００５４】
（第３の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作）
本実施形態のＰＭＶ推定装置３の動作は、雲量推定部１５が、太陽光発電装置１６の発電比率（季節毎の快晴日における最大発電量との比率）と雲量の関係式または対応表を基に雲量を推定すること以外、前述の第２の実施形態のＰＭＶ推定装置２の場合と同様である。
【００５５】
本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、近年導入が拡大している太陽光発電装置１６を日射量検知手段として活用することで、日射量検知を目的として追加の設備を設置する必要がなくなり、コストを抑え、維持や管理の手間を省くことができる。
【００５６】
［第４の実施形態］
第４の実施形態のＰＭＶ推定装置は、ＰＭＶ推定地点と窓や壁などとの相対的な位置関係に応じた立体角を利用して平均輻射温度を導出することで、窓際の被日射物品における温度変化の影響を考慮した室内任意地点におけるＰＭＶを正確に推定できるようにしたものである。本実施形態では、ＰＭＶの推定を、以下の構成を有するＰＭＶ推定装置により行う。
【００５７】
（第４の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図８は、第４の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。同図において、図４に示した前述の第２の実施形態のＰＭＶ推定装置と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
本実施形態のＰＭＶ推定装置４では、室内日射量算出部１０により算出された室内日射量のうち天空日射による室内日射量から、大気の放射温度を推定する大気放射温度推定部１７を加え、ブラインドやドレープ等の窓側が被日射物品による全閉以外の状態となっている場合においても実態に見合った平均輻射温度を推定する。なお、本実施形態を構築する上での前提条件として、窓側の開口部からの直達日射はないと仮定する。仮に直達日射が存在する場合、在室者はブラインドやドレープ等の被日射物品を動かし窓の開度を調節して直達日射を遮蔽するのが一般的であるからである。
【００５９】
（第４の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作）
次に、本実施形態のＰＭＶ推定装置の動作を、図９のフロー図を参照して説明する。前述した第２の実施形態の動作フローである図５と異なる箇所は、追加したステップ１０（Ｓ１０）である。
【００６０】
ステップ４（Ｓ４）では、室内日射量算出部１０において、天空日射による室内日射量Ｉ’ｇｒ［kcal/m2・h］を以下の式（１５）により導出する。
【００６１】
【数１５】
【００６２】
ここで、Ｉｓ：天空日射量［kcal/m2・h］であり、式（５）により算出される。また、Ｃｄ：天空日射に対する垂直入射時の透過率比であり、τＷ：ガラスの垂直入射時の日射透過率である。
【００６３】
次に、ステップ１０（Ｓ１０）において、上記の天空日射による室内日射量Ｉ’ｇｒを用いて、大気放射温度Ｔａｉｒ［℃］を推定する。これは予め直達日射がない建物北面などで実測した天空日射による室内日射量とこのときの大気放射温度より得られる両者の関係式または対応表を用いて推定する。
【００６４】
次に、ステップ８（Ｓ８）では上記により求まった大気放射温度Ｔａｉｒを用いて、以下の式（１６）によりＰＭＶ推定地点の平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］を導出する。
【００６５】
【数１６】
【００６６】
ここでｄΩｂｒ：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品が占める立体角［sr］、ｄΩ’ｂｒ：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品の開口部が占める立体角［sr］、ｄΩ０：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品を除くその他の室内各面が占める立体角［sr］として、Ｔｂｒ：被日射物品温度、Ｔ０：被日射物品を除くその他の室内各面の温度［℃］である。
【００６７】
ここでｄΩ’ｂｒは、ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品が占める立体角ｄΩｂｒに対して、ブラインドやドレープ等の被日射物品の開口度合いを表す係数α（例えば全閉で０、全開で１）を用いて、以下の式（１７）により算出する。
【００６８】
【数１７】
【００６９】
その他の動作は、第２の実施形態の動作フローである図５に示した動作と同様であるためその説明を省略する。
【００７０】
以上に説明した本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、ブラインドやドレープ等の被日射物品が全閉以外の状態となっている場合においても、実態に見合った平均輻射温度、ＰＭＶを推定することが可能となる。なお、ここでは第２の実施形態の構成に対する本実施形態特有の追加機能とその動作や効果について説明したが、前述の第１の実施形態または第３の実施形態に、本実施形態特有の追加機能をもたせた形態として構成してもよい。
【００７１】
［第５の実施形態］
第５の実施形態のＰＭＶ推定装置は、窓を介した外気との熱伝導や日射を除く屋内外との放射エネルギー授受の影響を考慮した室内任意地点におけるＰＭＶを正確に推定できるようにしたものである。本実施形態では、ＰＭＶの推定を、以下の構成を有するＰＭＶ推定装置により行う。
【００７２】
（第５の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図１０は、第５の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。同図において、図４に示した前述の第２の実施形態のＰＭＶ推定装置と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７３】
本実施形態のＰＭＶ推定装置５では、第２の実施形態のＰＭＶ推定装置２に対し、窓を介した外気との熱伝導や日射を除く屋内外との放射エネルギー授受の影響によるブラインドやドレープ等の被日射物品の温度変化を推定する外気起因温度変化推定部１８をさらに設けた構成としている。
【００７４】
（第５の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作）
次に、本実施形態のＰＭＶ推定装置の動作を、図１１のフロー図を参照して説明する。なお、図１１にて、前述した第２の実施形態の動作フローである図５と異なる箇所は、追加したステップ４−（２）（Ｓ４−（２））、ステップ４−（３）（Ｓ４−（３））およびステップ６−（２）（Ｓ６−（２））である。
【００７５】
本実施形態では、ステップ４−（２）（Ｓ４−（２））で、日射の有無を判断している。日射が有る場合（Ｓ４−（２）でＹｅｓ）、ステップ５（Ｓ５）以降の処理へ移行するが、日射がない場合（Ｓ４−（２）でＮｏ）、ステップ４−（３）にて被日射物品温度Ｔｂｒを前述と同様にして計算し、ステップ８（Ｓ８）へ移行する。
【００７６】
また、ステップ６−（２）（Ｓ６−（２））では、外気起因温度変化推定部１８において、室内の温度Ｔ［℃］と外気温度Ｔｏｕｔ［℃］を用いて、窓を介した外気との熱伝導や日射を除く屋内外との放射エネルギー授受の影響によるブラインドやドレープ等の被日射物品の温度変化ΔＴｂｒ［℃］を推定する。
【００７７】
この被日射物品の温度変化ΔＴｂｒは、日射が存在しない夜間において実測された外気温度と室内温度と被日射物品温度とに基づく関係式により推定される。すなわち外気と室内の温度差に応じて、被日射物品温度が室内温度からどの程度変化するかを例えば関係式（１８）により導き出す。
【００７８】
【数１８】
【００７９】
上式においてＫは比例定数で、日射が存在しない夜間において実測された外気温度と室内温度と被日射物品温度に基づき設定される。
【００８０】
次にステップ７（Ｓ７）では、上記の被日射物品の温度変化ΔＴｂｒを用いて、ブラインドやドレープ等の被日射物品温度Ｔｂｒ［℃］を推定する。日射の有無により被日射物品温度の推定方法が変わる。日射がある場合、以下の式（１９）に示す被日射物品の熱収支式（ヒートバランス）を満たすように被日射物品温度Ｔｂｒ［℃］を推定する。
【００８１】
【数１９】
【００８２】
ここで、Ｃｂｒ：ブラインドやドレープ等の被日射物品の比熱である。一方、日射がない場合には、以下の式（２０）により被日射物品温度Ｔｂｒ［℃］を算出する。
【００８３】
【数２０】
【００８４】
その他の動作は、第２の実施形態の動作フローである図５と同様であるため説明を省略する。
【００８５】
以上説明した本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、窓を介した外気との熱伝導や日射を除く屋内外との放射エネルギー授受の影響を加味してブラインドやドレープ等の被日射物品の温度を推定することで、特に夜間などにおいて、実態に見合った被日射物品温度、平均輻射温度を推定することができる。従って、実態に見合ったＰＭＶを正確に推定できるようになる。なお、ここでは第２の実施形態の構成に対する本実施形態特有の追加機能とこれの動作や効果について説明したが、前述の第１の実施形態、第３の実施形態または第４の実施形態に、本実施形態特有の追加機能をもたせた形態として構成してもよい。
【００８６】
以上、諸実施形態について説明した。上述したように、第１〜第５の実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、実態に見合ったＰＭＶを正確に推定することができるようになる。なお、上記諸実施形態のＰＭＶ推定装置は、ＰＭＶ値に基づいてビルの空調制御を行う空調制御装置等に適用することが可能である。
【００８７】
（第１〜５の実施形態に共通するＰＭＶ推定装置のハードウェア構成）
ここで、図１２に、第１から第５の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置に共通するハードウェア構成を示す。ＰＭＶ推定装置は、そのハードウェア構成として、ブートプログラム等の初期プログラムが格納されているＲＯＭ１０２と、ＯＳ（Operating System）や前述の各処理が記述された処理プログラム等が格納されているＨＤＤ１０３と、ＯＳおよび処理プログラムに従って前述の各処理を実行するＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１による処理に必要な種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ１０４と、外部機器とデータの入出力を行う入出力Ｉ／Ｆ１０５と、各部を接続するバス１１０とを備えている。
【００８８】
なお、上記処理プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルとして、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク（ＦＤ）、ＤＶＤ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。
【００８９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９０】
１、２、３、４、５ ＰＭＶ推定装置
１０ 室内日射量算出部
１１ 被日射物品温度推定部
１２ 平均輻射温度推定部
１３ ＰＭＶ演算部
１４ 日射量検知装置
１５ 雲量推定部
１６ 太陽光発電装置
１７ 大気放射温度推定部
１８ 外気起因温度変化推定部
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＨＤＤ
１０４ ＲＡＭ
１０５ 入出力Ｉ／Ｆ
１１０ バス
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、人間の温冷感の定量的指標であるＰＭＶを推定するＰＭＶ推定装置およびそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、温室効果ガスの排出量低減に向けて、ビルや家庭などの需要家における省エネの推進が求められている。さらに、昨今の大震災による影響を受けて、電力需給の逼迫により一段と進んだ省エネ（節電）対策が求められるなど、需要家における省エネの推進は益々重要となってきている。
【０００３】
近年では、電力の供給側と需要家側との間に通信環境を整備することにより実現される次世代の電力系統（スマートグリッドと称される）において、需要家の電力消費量を抑制する「デマンドレスポンス」の導入も論じられている。将来的には電力需給の調整、系統安定化などの電力利用の全体最適を目的とした需要家側の省エネは、より身近なものになると考えられる。
【０００４】
このように一段と進んだ需要家側の省エネを実現するためには、需要家の室内などにおける環境を正確に把握する必要がある。例えば、室内の温湿度等の環境を維持する空調関連機器のエネルギー消費量は、オフィスビルにおいては建物全体の４割程度を占めるとされている。もし過剰な冷暖房状態を把握し、適正化できれば、大幅な省エネ効果を得られる可能性がある。
【０００５】
ところで、国際標準ＩＳＯ７７３０で標準的温（冷）熱指標として採用されている、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote：予測平均申告）と呼ばれる、環境との間に生じる不平衡熱量を求めて、人の温冷感と対応させた指標がある。このＰＭＶを空調の制御指標として活用し、快適性の向上とあわせて、過剰冷房・暖房の排除による省エネを目指した空調制御手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４４６１０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術においては、窓から室内に入る日射を遮るブラインドなどの日射を直接受ける被日射物品における温度変化の影響が考慮されていない。そのため、従来手法により推定されたＰＭＶは、実際の環境の状態とは乖離している可能性があり、これを空調等の制御指標に活用した場合、想定した室内の空調環境や省エネ効果が得られない恐れがあった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、実態に見合ったＰＭＶを正確に推定することができるＰＭＶ推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のＰＭＶ推定装置は、室内の平均輻射温度と、室内の温度と、室内の湿度と、室内の気流速度と、在室者の着衣量と、在室者の活動量と、からＰＭＶ（Predicted Mean Vote）値を算出する装置である。この装置において、室内に入射する日射量を算出する室内日射量算出手段と、室内日射量算出手段により算出された室内日射量を用いて室内に入射した日射を受ける被日射物品の温度を推定する被日射物品温度推定手段と、被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度を用いて室内の平均輻射温度を推定する平均輻射温度推定手段とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作フロー図である。
【図３】図３は、第１の実施形態のＰＭＶ推定装置により推定された平均輻射温度の分布を表す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図５】図５は、第２の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作フロー図である。
【図６】図６は、第３の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図７】図７は、第３の実施形態のＰＭＶ推定装置において、ＰＶ出力比率と雲量の関係（３月、西東京の例）を表す図である。
【図８】図８は、第４の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図９】図９は、第４の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作フロー図である。
【図１０】図１０は、第５の実施形態のＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【図１１】図１１は、第５の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作フロー図である。
【図１２】図１２は、第１〜第５の実施形態に共通するＰＭＶ推定装置のハードウェア構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
ＰＭＶを推定するには、人体側の要素として活動量と着衣量、環境側の要素として温度と湿度、平均輻射温度、気流速度、以上の６要素を把握する必要がある。ここで平均輻射温度とは、実際の不均一な輻射場において、在室者が周囲環境と輻射熱交換を行うのと同量の輻射熱交換を行うような、均一温度の仮想閉鎖空間の表面温度であり、在室者の周囲にある壁や天井などの表面温度を用いて算出される。本実施形態では、ＰＭＶの推定を、以下の構成を有するＰＭＶ推定装置により行う。
【００１２】
（第１の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図１は、第１の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。
【００１３】
ＰＭＶ推定装置１は、窓（あるいは窓ガラス）を通して室内に入射する日射量を算出する室内日射量算出部１０と、室内日射量算出部１０により得られた室内日射量によるブラインドやドレープ等の被日射物品の温度を推定する被日射物品温度推定部１１と、被日射物品温度推定部１１により得られた被日射物品温度と、被日射物品を除くその他の壁面、天井、床面温度を用いて平均輻射温度を推定する平均輻射温度推定部１２と、平均輻射温度推定部１２により得られた平均輻射温度と、測定または設定された室内温湿度、気流速度、着衣量、および活動量からＰＭＶを推定するＰＭＶ演算部１３とにより構成される。なお、以下では、日射は、窓ガラスを通して室内に入射するものとして説明する。また、被日射物品としては、主にブラインドやドレープ等の窓側（窓近傍）に設置される物品を想定するが、これに限るものではない。
【００１４】
（ＰＭＶ推定装置各部の動作）
次に、各部の動作の詳細を、図２のフロー図を参照して説明する。なお、図２の左側に記載されているのは、一連のＰＭＶ推定にて必要となる入力パラメータであり、同図右側の括弧内に記述されているのは建物固有の設定パラメータである。
【００１５】
室内日射量算出部１０では、図２に示すＳ１からＳ４までの一連の演算が実行される。まずステップ１（Ｓ１）として現在の月ｍ、日ｄ、時刻ｔｉをもとに太陽位置の算出を行う。太陽位置は例えば以下の式（１）、（２）に示すような太陽高度ｈ［deg.］と太陽方位角Ａ［deg.］にて定義される。
【００１６】
【数１】
【００１７】
【数２】
【００１８】
上式にて、φ：計算場所の緯度［deg.］、δ：日赤緯［deg.］、t：時角［deg.］である。日赤緯δは、年間通日（１月１日を１，１２月３１日を３６５）の関数として表わされ、現在の月ｍ、日ｄから計算できる。また、時角ｔは、現在時刻ｔｉ、均時差（年間通日の関数であり、現在の月ｍ、日ｄから計算できる）、計算場所の経度、中央標準時の基準経度から算出される（日赤緯および時角については、例えば、「空気調和・衛生工学便覧 II 空調設備篇」、改訂１１版、空気調和・衛生工学会、ｐ．６８を参照）。このようにして求まった太陽位置を用いて、太陽入射角ｉ［deg.］を以下の式（３）にて計算する（Ｓ２）。なお、下式において、θ：計算面（窓面）の水平面からの傾斜角［deg.］、α：壁面方位角［deg.］である。
【００１９】
【数３】
【００２０】
次にステップ３（Ｓ３）として、上記の太陽入射角ｉを用いて計算面における直達日射量Ｉｄ［kcal/m2・h］、天空日射量Ｉｓ［kcal/m2・h］を導出する。
【００２１】
【数４】
【００２２】
【数５】
【００２３】
ここでＩ０は太陽乗数（大気圏外の直達日射量）、Ｉｓｋｙは水平面天空日射量、Ｐは大気透過率である。Ｉｓｋｙは、以下の式（６）を用いて算出できる。
【００２４】
【数６】
【００２５】
次にステップ４（Ｓ４）として室内日射量Ｉｇｒ［kcal/m2・h］を以下の式（７）にて算出する。
【００２６】
【数７】
【００２７】
上式において、ＣＩｄ：標準ガラスの入射角別の透過率比であり、太陽入射角ｉの関数として与えられる（入射角ｉ＝０［deg.］のときが１）。また、Ｃｄ：天空日射に対する垂直入射時の透過率比であり、τＷ：ガラスの垂直入射時の日射透過率である。以上の演算により、窓ガラスを介して室内に透過する室内日射量が演算できる。
【００２８】
次に被日射物品温度推定部１１ではＳ５からＳ７までの一連の動作が実行される。
【００２９】
まずステップ５（Ｓ５）としてブラインドやドレープ等の被日射物品温度：Ｔｂｒ［℃］を仮決めし、次いでステップ６（Ｓ６）として対流、放射による被日射物品の放熱量を計算する。対流による放熱量Ｑｆ［kcal/m2］は、垂直平板における自然対流熱伝達を想定すると、以下の式（８）のように計算できる。
【００３０】
【数８】
【００３１】
上式においてＮｕ：平均ヌッセルト数であり、これは、被日射物品温度（加熱体温度）Ｔｂｒ［℃］、室内温度Ｔ［℃］、被日射物品の高さＨｂｒ［m］などから与えられる（ヌッセルト数については、例えば、「空気調和・衛生工学便覧 Ｉ 基礎篇」、改訂１１版、空気調和・衛生工学会、ｐ．１７１を参照）。また、λ：熱伝導率［kcal/(m・k)］であり、これは、室内温度Ｔの関数として与えられる（熱伝導率については、例えば、「電熱工学資料」、改訂第３版、日本機械学会、ｐ．３００を参照）。一方、放射による放熱量Ｑｒ［kcal/m2］は、例えば以下の式（９）により算出する。ここでσ：シュテファン・ボルツマン定数［W/(m2・K4)］で、εｂｒ：被日射物品の放射率（吸収率）である。
【００３２】
【数９】
【００３３】
以上より、ステップ７（Ｓ７）として被日射物品の熱収支式（ヒートバランス）が、以下の式（１０）のように定式化できる。
【００３４】
【数１０】
【００３５】
この式（１０）を満たす被日射物品温度Ｔｂｒ［℃］を繰り返し演算することで、ブラインドやドレープ等の被日射物品温度を推定できる。
【００３６】
以上により推定された被日射物品温度Ｔｂｒを用いて、平均輻射温度推定部１２にて、ＰＭＶ推定地点の平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］を導出する。ｄΩｂｒ：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品が占める立体角［sr］、ｄΩ０：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品を除くその他の室内各面（壁面、天井面、および床面）が占める立体角［sr］として、Ｔ０：その他の室内各面の温度［℃］とすると、平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］は以下の式（１１）により算出できる（Ｓ８）。
【００３７】
【数１１】
【００３８】
最後にＰＭＶ演算部１３では、推定された平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］、計測または設定された室内の温度Ｔ［℃］、湿度Ｈ［%］、気流速度Ｖ［m/s］、在室者の着衣量Ｃ［clo］、活動量Ｍ［met］を用いて、公知のＰＭＶ計算式またはこれらの回帰式などを用いて現在のＰＭＶを推定する（Ｓ９）。
【００３９】
このようにして推定された室内の平均輻射温度の算出結果例を図３に示す。図３より、被日射物品に近い場所では平均輻射温度が高く、被日射物品からの距離（部屋の奥行）が大きくなるに従って、徐々に平均輻射温度が減少していく様子がわかる。つまり、上記による算出結果は、日射により加熱されたブラインドやドレープ等の被日射物品温度の影響が考慮された平均輻射温度の分布となっていることがわかる。このように、本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、室内に入る日射により加熱される被日射物品の影響を考慮して平均輻射温度を推定できる。また、ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品やその他の室内各面に応じた立体角を用いて平均輻射温度を導出することで、窓際の被日射物品の影響を考慮した室内任意位置のＰＭＶを正確に推定できるようになる。また、実態に見合ったＰＭＶを少ないセンサ数で正確に推定することができる。
【００４０】
［第２の実施形態］
第２の実施形態のＰＭＶ推定装置は、時々刻々変動する日射量を検知し、この日射量に応じて被日射物品の温度を演算し平均輻射温度を推定することで、天候等の変動に応じたＰＭＶを正確に推定できるようにしたものである。本実施形態では、ＰＭＶの推定を、以下の構成を有するＰＭＶ推定装置により行う。
【００４１】
（第２の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図４は、第２の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。同図において、図１に示した前述の第１の実施形態のＰＭＶ推定装置と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
本実施形態のＰＭＶ推定装置２では、日射量を検知する日射量検知手段としての日射量検知装置１４と、この日射量検知装置１４により検知された日射量から雲量を推定することで、天候に応じた日射遮蔽状態を模擬する雲量推定部１５とを有する。
【００４３】
（第２の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作）
次に、本実施形態のＰＭＶ推定装置の動作を、図５のフロー図を参照して説明する。なお、図５の左側に記載されているのは、一連のＰＭＶ推定にて必要となる入力パラメータであり、同図右側の括弧内に記述されているのは準固定的な設定パラメータである。前述した第１の実施形態の動作フローである図２と異なる箇所は、ステップ３−（２）（Ｓ３−（２））、ステップ３−（３）（Ｓ３−（３））のみである。
【００４４】
ステップ３（Ｓ３）では、太陽入射角ｉを用いて直達日射量Ｉｄ［kcal/m2・h］、天空日射量Ｉｓ［kcal/m2・h］を導出する（式（４）および式（５）を参照）。しかし、時々刻々と変化する天候によって、日射量は大きく変動する。この主だった要因として、雲による日射の遮蔽、温湿度の変化による大気透過率の変化が挙げられる。そこで、上記の天候により減少する日射量を推定するための補正係数である雲量ＣＣを導入する。これを受けて、ステップ３−（２）（Ｓ３−（２））では雲量推定部１５により、天候により異なる雲量を推定する。ここでは雲量ＣＣとして、０〜１０までの間で任意の値をとる無次元量とした。この天候を考慮した直達日射量Ｉｄｃ［kcal/m2・h］および天空日射量Ｉｓｃ［kcal/m2・h］を、以下の式（１２）、（１３）にて表現する。
【００４５】
【数１２】
【００４６】
【数１３】
【００４７】
ここで、日射量検知装置１４として屋上に水平設置された日射量計を想定すると、θ＝０［deg.］ならびにこのときの太陽入射角ｉ［deg.］を式（３）より求めて式（１２）、（１３）に代入し、例えば以下の式（１４）を満たすＣＣの値を導出することで雲量を推定できる。
【００４８】
【数１４】
【００４９】
なお、上式（１２）、（１３）においてｃｏｅｆ＿ＣＣは雲量の影響度合いのパラメータであり、状況に応じて任意の値に設定できるものとする。上記のように推定された雲量ＣＣを用いて、ステップ３−（３）（Ｓ３−（３））として、式（１２）および（１３）により、被日射物品が設置された各窓面における天候を考慮した直達日射量Ｉｄｃ［kcal/m2・h］および天空日射量Ｉｓｃ［kcal/m2・h］を求める。以降における動作は、第１の実施形態の動作フローである図２に示した動作と同様であるためここではその説明を省略する。
【００５０】
以上に説明した本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、天候により異なる日射量の変動を考慮したブラインドやドレープ等の被日射物品温度の推定が可能となり、これを用いて平均輻射温度を評価することで、時々刻々異なる日射環境に応じたＰＭＶを正確に推定できるようになる。
【００５１】
［第３の実施形態］
第３の実施形態のＰＭＶ推定装置は、上述の第２の実施形態に対し、日射量検知手段として太陽光発電装置を利用したものである。
【００５２】
（第３の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図６は、第３の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。同図において、前述の第２の実施形態のＰＭＶ推定装置と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
本実施形態のＰＭＶ推定装置３では、予め日射量検知手段としての太陽光発電装置１６の特性、配置、季節、時刻等に応じて、図７に示すような太陽光発電装置１６の発電比率（季節毎の快晴日における最大発電量との比率）と雲量の関係式または対応表を雲量推定部１５に持たせる。雲量推定部１５は、この関係式または対応表に基づき、時々刻々変化する太陽光発電量から雲量を推定することができる。
【００５４】
（第３の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作）
本実施形態のＰＭＶ推定装置３の動作は、雲量推定部１５が、太陽光発電装置１６の発電比率（季節毎の快晴日における最大発電量との比率）と雲量の関係式または対応表を基に雲量を推定すること以外、前述の第２の実施形態のＰＭＶ推定装置２の場合と同様である。
【００５５】
本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、近年導入が拡大している太陽光発電装置１６を日射量検知手段として活用することで、日射量検知を目的として追加の設備を設置する必要がなくなり、コストを抑え、維持や管理の手間を省くことができる。
【００５６】
［第４の実施形態］
第４の実施形態のＰＭＶ推定装置は、ＰＭＶ推定地点と窓や壁などとの相対的な位置関係に応じた立体角を利用して平均輻射温度を導出することで、窓際の被日射物品における温度変化の影響を考慮した室内任意地点におけるＰＭＶを正確に推定できるようにしたものである。本実施形態では、ＰＭＶの推定を、以下の構成を有するＰＭＶ推定装置により行う。
【００５７】
（第４の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図８は、第４の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。同図において、図４に示した前述の第２の実施形態のＰＭＶ推定装置と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
本実施形態のＰＭＶ推定装置４では、室内日射量算出部１０により算出された室内日射量のうち天空日射による室内日射量から、大気の放射温度を推定する大気放射温度推定部１７を加え、ブラインドやドレープ等の窓側が被日射物品による全閉以外の状態となっている場合においても実態に見合った平均輻射温度を推定する。なお、本実施形態を構築する上での前提条件として、窓側の開口部からの直達日射はないと仮定する。仮に直達日射が存在する場合、在室者はブラインドやドレープ等の被日射物品を動かし窓の開度を調節して直達日射を遮蔽するのが一般的であるからである。
【００５９】
（第４の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作）
次に、本実施形態のＰＭＶ推定装置の動作を、図９のフロー図を参照して説明する。前述した第２の実施形態の動作フローである図５と異なる箇所は、追加したステップ１０（Ｓ１０）である。
【００６０】
ステップ４（Ｓ４）では、室内日射量算出部１０において、天空日射による室内日射量Ｉ’ｇｒ［kcal/m2・h］を以下の式（１５）により導出する。
【００６１】
【数１５】
【００６２】
ここで、Ｉｓ：天空日射量［kcal/m2・h］であり、式（５）により算出される。また、Ｃｄ：天空日射に対する垂直入射時の透過率比であり、τＷ：ガラスの垂直入射時の日射透過率である。
【００６３】
次に、ステップ１０（Ｓ１０）において、上記の天空日射による室内日射量Ｉ’ｇｒを用いて、大気放射温度Ｔａｉｒ［℃］を推定する。これは予め直達日射がない建物北面などで実測した天空日射による室内日射量とこのときの大気放射温度より得られる両者の関係式または対応表を用いて推定する。
【００６４】
次に、ステップ８（Ｓ８）では上記により求まった大気放射温度Ｔａｉｒを用いて、以下の式（１６）によりＰＭＶ推定地点の平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］を導出する。
【００６５】
【数１６】
【００６６】
ここでｄΩｂｒ：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品が占める立体角［sr］、ｄΩ’ｂｒ：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品の開口部が占める立体角［sr］、ｄΩ０：ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品を除くその他の室内各面が占める立体角［sr］として、Ｔｂｒ：被日射物品温度、Ｔ０：被日射物品を除くその他の室内各面の温度［℃］である。
【００６７】
ここでｄΩ’ｂｒは、ＰＭＶ推定地点から見た被日射物品が占める立体角ｄΩｂｒに対して、ブラインドやドレープ等の被日射物品の開口度合いを表す係数α（例えば全閉で０、全開で１）を用いて、以下の式（１７）により算出する。
【００６８】
【数１７】
【００６９】
その他の動作は、第２の実施形態の動作フローである図５に示した動作と同様であるためその説明を省略する。
【００７０】
以上に説明した本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、ブラインドやドレープ等の被日射物品が全閉以外の状態となっている場合においても、実態に見合った平均輻射温度、ＰＭＶを推定することが可能となる。なお、ここでは第２の実施形態の構成に対する本実施形態特有の追加機能とその動作や効果について説明したが、前述の第１の実施形態または第３の実施形態に、本実施形態特有の追加機能をもたせた形態として構成してもよい。
【００７１】
［第５の実施形態］
第５の実施形態のＰＭＶ推定装置は、窓を介した外気との熱伝導や日射を除く屋内外との放射エネルギー授受の影響を考慮した室内任意地点におけるＰＭＶを正確に推定できるようにしたものである。本実施形態では、ＰＭＶの推定を、以下の構成を有するＰＭＶ推定装置により行う。
【００７２】
（第５の実施形態のＰＭＶ推定装置の構成）
図１０は、第５の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置の機能ブロック図である。同図において、図４に示した前述の第２の実施形態のＰＭＶ推定装置と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７３】
本実施形態のＰＭＶ推定装置５では、第２の実施形態のＰＭＶ推定装置２に対し、窓を介した外気との熱伝導や日射を除く屋内外との放射エネルギー授受の影響によるブラインドやドレープ等の被日射物品の温度変化を推定する外気起因温度変化推定部１８をさらに設けた構成としている。
【００７４】
（第５の実施形態のＰＭＶ推定装置の動作）
次に、本実施形態のＰＭＶ推定装置の動作を、図１１のフロー図を参照して説明する。なお、図１１にて、前述した第２の実施形態の動作フローである図５と異なる箇所は、追加したステップ４−（２）（Ｓ４−（２））、ステップ４−（３）（Ｓ４−（３））およびステップ６−（２）（Ｓ６−（２））である。
【００７５】
本実施形態では、ステップ４−（２）（Ｓ４−（２））で、日射の有無を判断している。日射が有る場合（Ｓ４−（２）でＹｅｓ）、ステップ５（Ｓ５）以降の処理へ移行するが、日射がない場合（Ｓ４−（２）でＮｏ）、ステップ４−（３）にて被日射物品温度Ｔｂｒを前述と同様にして計算し、ステップ８（Ｓ８）へ移行する。
【００７６】
また、ステップ６−（２）（Ｓ６−（２））では、外気起因温度変化推定部１８において、室内の温度Ｔ［℃］と外気温度Ｔｏｕｔ［℃］を用いて、窓を介した外気との熱伝導や日射を除く屋内外との放射エネルギー授受の影響によるブラインドやドレープ等の被日射物品の温度変化ΔＴｂｒ［℃］を推定する。
【００７７】
この被日射物品の温度変化ΔＴｂｒは、日射が存在しない夜間において実測された外気温度と室内温度と被日射物品温度とに基づく関係式により推定される。すなわち外気と室内の温度差に応じて、被日射物品温度が室内温度からどの程度変化するかを例えば関係式（１８）により導き出す。
【００７８】
【数１８】
【００７９】
上式においてＫは比例定数で、日射が存在しない夜間において実測された外気温度と室内温度と被日射物品温度に基づき設定される。
【００８０】
次にステップ７（Ｓ７）では、上記の被日射物品の温度変化ΔＴｂｒを用いて、ブラインドやドレープ等の被日射物品温度Ｔｂｒ［℃］を推定する。日射の有無により被日射物品温度の推定方法が変わる。日射がある場合、以下の式（１９）に示す被日射物品の熱収支式（ヒートバランス）を満たすように被日射物品温度Ｔｂｒ［℃］を推定する。
【００８１】
【数１９】
【００８２】
ここで、Ｃｂｒ：ブラインドやドレープ等の被日射物品の比熱である。一方、日射がない場合には、以下の式（２０）により被日射物品温度Ｔｂｒ［℃］を算出する。
【００８３】
【数２０】
【００８４】
その他の動作は、第２の実施形態の動作フローである図５と同様であるため説明を省略する。
【００８５】
以上説明した本実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、窓を介した外気との熱伝導や日射を除く屋内外との放射エネルギー授受の影響を加味してブラインドやドレープ等の被日射物品の温度を推定することで、特に夜間などにおいて、実態に見合った被日射物品温度、平均輻射温度を推定することができる。従って、実態に見合ったＰＭＶを正確に推定できるようになる。なお、ここでは第２の実施形態の構成に対する本実施形態特有の追加機能とこれの動作や効果について説明したが、前述の第１の実施形態、第３の実施形態または第４の実施形態に、本実施形態特有の追加機能をもたせた形態として構成してもよい。
【００８６】
以上、諸実施形態について説明した。上述したように、第１〜第５の実施形態のＰＭＶ推定装置によれば、実態に見合ったＰＭＶを正確に推定することができるようになる。なお、上記諸実施形態のＰＭＶ推定装置は、ＰＭＶ値に基づいてビルの空調制御を行う空調制御装置等に適用することが可能である。
【００８７】
（第１〜５の実施形態に共通するＰＭＶ推定装置のハードウェア構成）
ここで、図１２に、第１から第５の実施形態にかかるＰＭＶ推定装置に共通するハードウェア構成を示す。ＰＭＶ推定装置は、そのハードウェア構成として、ブートプログラム等の初期プログラムが格納されているＲＯＭ１０２と、ＯＳ（Operating System）や前述の各処理が記述された処理プログラム等が格納されているＨＤＤ１０３と、ＯＳおよび処理プログラムに従って前述の各処理を実行するＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１による処理に必要な種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ１０４と、外部機器とデータの入出力を行う入出力Ｉ／Ｆ１０５と、各部を接続するバス１１０とを備えている。
【００８８】
なお、上記処理プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルとして、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク（ＦＤ）、ＤＶＤ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。
【００８９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９０】
１、２、３、４、５ ＰＭＶ推定装置
１０ 室内日射量算出部
１１ 被日射物品温度推定部
１２ 平均輻射温度推定部
１３ ＰＭＶ演算部
１４ 日射量検知装置
１５ 雲量推定部
１６ 太陽光発電装置
１７ 大気放射温度推定部
１８ 外気起因温度変化推定部
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＨＤＤ
１０４ ＲＡＭ
１０５ 入出力Ｉ／Ｆ
１１０ バス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内の平均輻射温度と、室内の温度と、室内の湿度と、室内の気流速度と、在室者の着衣量と、在室者の活動量と、からＰＭＶ（Predicted Mean Vote）値を算出するＰＭＶ推定装置において、
室内に入射する日射量を算出する室内日射量算出手段と、
前記室内日射量算出手段により算出された室内日射量を用いて室内に入射した日射を受ける被日射物品の温度を推定する被日射物品温度推定手段と、
前記被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度を用いて前記平均輻射温度を推定する平均輻射温度推定手段と、
を有するＰＭＶ推定装置。
【請求項２】
前記室内日射量算出手段は、計算対象の月、日、および時刻、ならびに、日射を受ける前記被日射物品が設置された近傍の窓面の傾斜角、方位角、および窓の日射透過率から、窓を介して室内に入る日射量を推定し、
前記被日射物品温度推定手段は、周囲環境との対流および放射による放熱量を計算し、該放熱量と、前記室内日射量算出手段により推定された室内日射量と、前記被日射物品の日射の吸収率とを基に、前記被日射物品の温度を推定し、
前記平均輻射温度推定手段は、前記被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度と、前記被日射物品を除く室内のその他の壁面、天井面、および床面の温度と、室内の任意に設定したＰＭＶ推定位置から見て被日射物品が占める立体角と、前記ＰＭＶ推定位置から見て前記被日射物品を除く室内のその他の壁面、天井面、および床面が占める立体角と、を用いて、前記ＰＭＶ推定位置における平均輻射温度を推定する請求項１に記載のＰＭＶ推定装置。
【請求項３】
室内日射量算出手段により、室内に入射する日射量を算出する第１のステップと、
被日射物品温度推定手段により、前記室内日射量算出手段によって算出された室内日射量を用いて室内に入射した日射を受ける被日射物品の温度を推定する第２のステップと、
平均輻射温度推定手段により、前記被日射物品温度推定手段によって推定された被日射物品の温度を用いて室内の平均輻射温度を推定する第３のステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項４】
前記室内日射量算出手段による第１のステップは、計算対象の月、日、および時刻、ならびに、日射を受ける前記被日射物品が設置された近傍の窓面の傾斜角、方位角、および窓の日射透過率から、窓を介して室内に入る日射量を推定するステップを含み、
前記被日射物品温度推定手段による第２のステップは、周囲環境との対流および放射による放熱量を計算し、該放熱量と、前記室内日射量算出手段により推定された室内日射量と、前記被日射物品の日射の吸収率とを基に、前記被日射物品の温度を推定するステップを含み、
前記平均輻射温度推定手段による前記第３のステップは、前記被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度と、前記被日射物品を除く室内のその他の壁面、天井面、および床面の温度と、室内の任意に設定したＰＭＶ推定位置から見て被日射物品が占める立体角と、前記ＰＭＶ推定位置から見て前記被日射物品を除く室内のその他の壁面、天井面、および床面が占める立体角と、を用いて、前記ＰＭＶ推定位置における平均輻射温度を推定するステップを含む請求項３に記載のプログラム。
【請求項１】
室内の平均輻射温度と、室内の温度と、室内の湿度と、室内の気流速度と、在室者の着衣量と、在室者の活動量と、からＰＭＶ（Predicted Mean Vote）値を算出するＰＭＶ推定装置において、
室内に入射する日射量を算出する室内日射量算出手段と、
前記室内日射量算出手段により算出された室内日射量を用いて室内に入射した日射を受ける被日射物品の温度を推定する被日射物品温度推定手段と、
前記被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度を用いて前記平均輻射温度を推定する平均輻射温度推定手段と、
を有するＰＭＶ推定装置。
【請求項２】
前記室内日射量算出手段は、計算対象の月、日、および時刻、ならびに、日射を受ける前記被日射物品が設置された近傍の窓面の傾斜角、方位角、および窓の日射透過率から、窓を介して室内に入る日射量を推定し、
前記被日射物品温度推定手段は、周囲環境との対流および放射による放熱量を計算し、該放熱量と、前記室内日射量算出手段により推定された室内日射量と、前記被日射物品の日射の吸収率とを基に、前記被日射物品の温度を推定し、
前記平均輻射温度推定手段は、前記被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度と、前記被日射物品を除く室内のその他の壁面、天井面、および床面の温度と、室内の任意に設定したＰＭＶ推定位置から見て被日射物品が占める立体角と、前記ＰＭＶ推定位置から見て前記被日射物品を除く室内のその他の壁面、天井面、および床面が占める立体角と、を用いて、前記ＰＭＶ推定位置における平均輻射温度を推定する請求項１に記載のＰＭＶ推定装置。
【請求項３】
室内日射量算出手段により、室内に入射する日射量を算出する第１のステップと、
被日射物品温度推定手段により、前記室内日射量算出手段によって算出された室内日射量を用いて室内に入射した日射を受ける被日射物品の温度を推定する第２のステップと、
平均輻射温度推定手段により、前記被日射物品温度推定手段によって推定された被日射物品の温度を用いて室内の平均輻射温度を推定する第３のステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項４】
前記室内日射量算出手段による第１のステップは、計算対象の月、日、および時刻、ならびに、日射を受ける前記被日射物品が設置された近傍の窓面の傾斜角、方位角、および窓の日射透過率から、窓を介して室内に入る日射量を推定するステップを含み、
前記被日射物品温度推定手段による第２のステップは、周囲環境との対流および放射による放熱量を計算し、該放熱量と、前記室内日射量算出手段により推定された室内日射量と、前記被日射物品の日射の吸収率とを基に、前記被日射物品の温度を推定するステップを含み、
前記平均輻射温度推定手段による前記第３のステップは、前記被日射物品温度推定手段により推定された被日射物品の温度と、前記被日射物品を除く室内のその他の壁面、天井面、および床面の温度と、室内の任意に設定したＰＭＶ推定位置から見て被日射物品が占める立体角と、前記ＰＭＶ推定位置から見て前記被日射物品を除く室内のその他の壁面、天井面、および床面が占める立体角と、を用いて、前記ＰＭＶ推定位置における平均輻射温度を推定するステップを含む請求項３に記載のプログラム。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５７４７６（Ｐ２０１３−５７４７６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６９８４（Ｐ２０１１−１９６９８４）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]