(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気製品が設置された建物の環境性能を、無人の状態でシミュレーション計測する方法であって、上記建物の室内に発熱体を備えた人体模型を配置するとともに、上記発熱体と上記電気製品とを予め設定した所定のサイクルで動作させて、上記建物内の廃熱量を計測するようにしたことを特徴とする建物の環境性能シミュレーション計測方法。
【請求項２】
上記建物に空調装置を設置するとともに、上記空調装置を、上記室内温度を一定の温度に保持するように稼動させて、上記空調装置の稼動状態を計測するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の建物の環境性能シミュレーション計測方法。
【請求項３】
予め設定された所定期間内における上記空調装置の稼動状態のデータから上記空調装置の稼動率を算出するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の建物の環境性能シミュレーション計測方法。
【請求項４】
上記建物の外部の温度を上記の所定期間だけ計測し、上記計測された外部温度の上記所定期間における平均値と上記空調装置の稼動率との関係から当該建物の環境性能を評価するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の建物の環境性能シミュレーション計測方法。
【請求項５】
複数の電気製品が設置された建物の環境性能を、無人の状態でシミュレーション計測するための建物の環境性能シミュレーション計測システムであって、上記建物の外部の温度を計測する手段と、上記建物の室内に配置された発熱体を備えた人体模型と、上記発熱体と上記電気製品とを予め設定した所定のサイクルで動作させる制御手段と、上記建物の室内温度に応じて稼動する空調装置と、上記建物内の廃熱量と上記空調設備の稼動状態とを計測する計測手段と、上記計測された廃熱量と空調設備の稼動状態の時系列データを記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする建物の環境性能シミュレーション計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の環境性能をシミュレーション計測する方法に関するもので、特に、建物を実際に使用した場合の建物内の環境を、無人の状態にてシミュレーション計測する方法とその計測システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物を設計する際には、各部屋の大きさや間取り、あるいは、外気温や日射量などの住居環境を考慮して、換気や空調装置の設定位置、断熱材の使用量及びその配置などを設定するのが一般的である(例えば、非特許文献１参照)。
また、住宅などを販売する場合には、通常、室内に家具や電気器具などを配置したモデルルームを設けて、販売する建物の使いやすさなどを顧客に評価してもらっている。
【非特許文献１】田中  俊六、足立  哲夫、武田  仁、土屋  喬雄  著  「最新  建築環境工学(改訂２版)」  井上書院、２０００年８月３０日、ｐ２０９−ｐ２１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、建物の設計・評価においては、照明やＴＶ、冷蔵庫などの電気器具や温水器などの設備の稼動による廃熱を考慮する必要があるが、実際には、これら電気器具や設備による廃熱については、単に、上記電気器具や設備の平均消費電力量により評価しているだけで、実際の稼動状態を考慮していないだけでなく、居住者による発熱の影響についても全く考慮されていないのが現状である。
実際の生活において室内環境を計測して室内の廃熱や空調装置の稼動がどのようになっているかを調べるためには、入居者に協力してもらって、ある程度の期間モニターすることが望ましいが、プライバシー等の問題もあり、現実的には困難であった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、住居等の建物の、実生活に近い状態での環境性能を容易にシミュレーション計測できる方法とその計測システムとを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の請求項１に記載の発明は、照明器具やＴＶなどの複数の電気製品が設置された建物の環境性能を、無人の状態でシミュレーション計測する方法であって、上記建物の室内に発熱体を備えた人体模型を配置するとともに、上記発熱体と上記電気製品とを予め設定した所定のサイクルで動作させて、上記建物内の廃熱量を計測するようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の建物の環境性能シミュレーション計測方法において、上記建物に空調装置を設置するとともに、上記空調装置を、上記室内温度を一定の温度に保持するように稼動させて、上記空調装置の稼動状態を計測するようにしたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の建物の環境性能シミュレーション計測方法において、予め設定された所定期間内における上記空調装置の稼動状態のデータから上記空調装置の稼動率を算出するようにしたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の建物の環境性能シミュレーション計測方法において、上記建物の外部の温度を上記の所定期間だけ計測し、上記計測された外部温度の上記所定期間における平均値と上記空調装置の稼動率との関係から当該建物の環境性能を評価するようにしたものである。
【０００６】
請求項５に記載の発明は、複数の電気製品とが設置された建物の環境性能を、無人の状態でシミュレーション計測するための建物の環境性能シミュレーション計測システムであって、上記建物の外部の温度を計測する手段と、上記建物の室内に配置された発熱体を備えた人体模型と、上記発熱体と上記電気製品とを予め設定した所定のサイクルで動作させる制御手段と、上記建物の室内温度に応じて稼動する空調装置と、上記建物内の廃熱量と上記空調設備の稼動状態とを計測する計測手段と、上記計測された廃熱量と空調設備の稼動状態の時系列データを記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、環境性能を計測する建物の室内に発熱体を備えた人体模型を配置するとともに、上記発熱体と上記電気設備とを予め設定した所定のサイクルで動作させて、上記建物内の廃熱量を計測するようにしたので、実生活に近い状態での室内の温熱環境を計測することができる。また、上記計測された人体発熱、各種電気製品及び設備機器の廃熱の和と室内外の温度差の計測値とを用いれば、当該建物の実質的な熱損失係数やエネルギー消費量を推定することができるので、無人の状態においても、住居等の建物の実生活に近い状態での環境性能を容易にシミュレーション計測することができる。
また、上記実質的な熱損失係数やエネルギー消費量を設計値と比較することにより、断熱材の使用量や配置などが的確であるかどうかなど、当該建物の評価を適正に行うことができる。
このとき、上記建物に空調装置を設置して、上記空調装置を、上記室内温度を一定の温度に保持するように稼動させ、上記空調装置の稼動状態を計測するとともに、上記建物の外部の温度を計測し、上記計測された外部温度と上記空調装置の稼動状態とを比較して当該建物の環境性能を評価するようにすれば、建物の環境性能を的確に評価することができる。
なお、実生活を模した上記所定のサイクルの設定は容易に変更できるので、実生活に近い様々な生活パターンが設定可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の最良の形態に係る環境性能シミュレーション計測用建物の一例を示す図である。このシミュレーション計測用建物１０は、前室１１とリビング１２とを備えた学生の住居を想定したもので、リビング１２は床１３にニードルパンチカーペット１４を敷き込み、東、西、及び南側の窓１５ａ，１５ｂ，１５ｃの外側の壁面にはそれぞれ手動式の日射遮蔽用のオーニング１６ａ，１６ｂ，１６ｃを取付けている。一方、壁１７には電波時計１８が設置されており、机１９の上には消費電力５９Ｗの小型ＴＶ２０と１００Ｗの電気スタンド２１が置かれている。また、天井２２の中央には６０Ｗの蛍光灯２３が取付けられており、リビング１２の前室１１側の隅には、消費電力７９Ｗの小型の冷蔵庫２４が設置されている。
２５は上記リビング１２に設置された空調装置で、この空調装置２５は当該空調装置２５に内蔵された温度センサの検知した温度と設定温度との差により稼動あるいは休止するように設定してあり、温度制御は夏場では２７℃以上のときに冷房動作するように設定する。また、冬場では１８℃以下になった場合に暖房動作するように設定する。
本例では、これらの電気器具や設備に加えて、発熱体を備えた２体の人体模型２６，２６を上記リビング１２に配置している。これらの人体模型２６には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、人体を模した枠体２６ａに上着２６ｂとズボン２６ｃとを着用させたもので、その頭部、胸部、腹部、大腿部、及び、膝部の内側には、それぞれ発熱体である複数の白熱電球２７が装着されている。これらの白熱電球２７の総消費電力は、通常では７５Ｗであるが、食後１時間は上記総消費電力が９５Ｗに増加するように設定してある。
図３（ａ）は、上記白熱電球２７に通電したときの上記人体模型２６のサーマル写真で、図３（ｂ）に示した実際の人体のサーマル写真の温度分布とは温度の高い部位が異なるものの、実際の人体とほぼ同程度の発熱量があることが発明者らにより確認されている。
【０００９】
また、シミュレーション計測用建物１０の内部及び周辺には、後述する本発明のシミュレーション計測システムに用いられる温度センサや湿度センサなどの環境計測手段が配置されている。具体的には、図１に示すように、当該建物１０直下の地中１ｍと０．６ｍの地点、地表面、及び、床１３を構成する断熱材１３ｈの１０ｃｍ毎に温度センサＴを配置するとともに、床下、床表面にも温度センサＴを配置している。また、前室１１とリビング１２の天井２２の表面、天井２２の断熱材２２ｈ、屋根裏、東，西，南の躯体内、及び、躯体外側に温度センサＴを配置するとともに、換気筒２８の出口及び上部にも温度センサＴを配置する。
更に、室内については、居間１２の中心と窓際、及び、２体の人体模型２６，２６の近傍などに温度センサＴを配置する。
また、湿度センサＤは、床１３、壁１７、天井２２、及び、居間１２の中心などに配置し、日射量センサＮと風力計Ｆとは屋根２９に配置する。
【００１０】
図４は、本発明による環境性能シミュレーション計測システム３０の一例を示す図で、このシミュレーションシステム３０は、温度センサＴ、湿度センサＤ、日射量センサＮ、及び、風力計Ｆなどの環境計測手段３１と、これらの環境計測手段３１で計測された各場所の温度や湿度、更には、日射量や風速のデータを時系列的記憶するデータ記憶手段３２と、上記２つの人体模型２６，２６、小型ＴＶ２０、電気スタンド２１、蛍光灯２３、及び、冷蔵庫２４のそれぞれに設けられたリレー装置３３ａ〜３３ｅを制御して上記人体模型２６や小型ＴＶ２０などを予め設定した所定のサイクルで動作させる制御手段３４と、図示しない電力計を備え、上記人体模型２６や小型ＴＶ２０などの消費電力を検出して、当該建物１０内の廃熱量を算出する廃熱量算出手段３５と、上記空調装置２５のＯＮ−ＯＦＦを検知して上記空調装置２５の稼動状態を監視するとともに、上記空調装置２５の稼動率を算出する空調装置監視手段３６と、上記環境計測手段３１から出力され温度、湿度等のデータをモニターするための環境モニター手段３７とを備えている。
なお、本例では、上記空調装置２５のＯＮ−ＯＦＦ状態についても、上記データ記憶手段３２に記憶して、環境モニター手段３７にてモニターできるようにしている。
また、射遮蔽用のオーニング１６ａ，１６ｂ，１６ｃが電動式の場合の上記オーニング１６ａ，１６ｂ，１６ｃの開閉、及び、電波時計１８を動かすのに使用する電力は微細であるので、消費電力の検出は行っていないが、本システムに組込むことは可能である。
【００１１】
上記シミュレーション計測用建物１０の環境性能をシミュレーション計測する際には、制御手段３４により、２つの人体模型２６，２６、小型ＴＶ２０、電気スタンド２１、蛍光灯２３、及び、冷蔵庫２４を、図５に示すようなサイクルでそれぞれ動作させる。なお、本例では、空調装置２５は内蔵温度センサにより自動制御されるが、上記制御手段３４によりプログラム制御することも可能である。
人体模型２６の白熱電球２７は常に点灯しており、通常ではその総消費電力は７５Ｗで、食後１時間は上記総消費電力が９５Ｗに増加するようにしている。また、小型ＴＶ２０及び電気スタンド２１は断続的にＯＮ−ＯＦＦさせるが、蛍光灯２３は起床時から就寝時まで継続して点灯させ、冷蔵庫２４については連続運転とする。
上記環境計測手段３１で計測された各場所の温度、湿度、日射量、風速のデータは、所定の時間毎（例えば、１分毎）にデータ記憶手段３２に送られるとともに、上記データ記憶手段３２には、廃熱量算出手段３５の電力計で検出された２つの人体模型２６，２６、小型ＴＶ２０、電気スタンド２１、蛍光灯２３、及び、冷蔵庫２４の消費電力量と、空調装置監視手段３６で検出された上記空調装置２５の稼動状態の時系列データが送られてくる。データ記憶手段３２では、これらのデータを記憶するとともに、環境モニター手段３７からの要請に応じて、上記温度、湿度、日射量、風速のデータ、及び、消費電力量と空調装置２５の稼動状態の時系列データとを環境モニター手段３７に転送する。なお、上記データ記憶手段３２に送られるデータは膨大となるので、１時間毎の１時間データファイルにまとめ、これが２４時間分蓄積された場合には、これを１日分データファイルとして纏めて、別途設けた外部記憶装置に保存することが望ましい。
これらのデータは、住居者の存在を考慮しただけでなく、小型ＴＶ２０、電気スタンド２１などの電気器具を実際に所定のパターンで作動させたときのデータであるので、本発明によるシミュレーション計測用建物１０の、実生活に近い状態での室内の温熱環境を計測することができる。
【００１２】
ところで、部屋(または、建物)の断熱性の評価は、一般に、熱損失係数Ｑで表わされ、このＱが小さいほど断熱性がよいとされている。上記熱損失係数Ｑは、建築部材とその配置等により決まる、部屋の内外の温度差１℃当たりの部屋の熱損失量（または、熱取得量）ＫＳと換気に伴う熱損失（または、熱取得）との和を延床面積Ｓ0で除したもので、あくまで計算上の断熱性能値であり、その他に、人体発熱、電気製品、設備機器の廃熱量ＴＨとの和を考慮することにより、室内における単位体積当たりの実質的な熱損失係数が表わせる。上記廃熱量ＴＨとして、従来は、電気製品や設備機器の仕様から求めた計算値を用いているが、本発明では、本発明によるシミュレーション計測システム３０により計測した廃熱量（ＴＨ）ｍを用いている。したがって、この実測した廃熱量（ＴＨ）ｍと、室内及び躯体外側に配置された温度センサＴでそれぞれ計測した上記シミュレーション計測用建物１０内外の温度差の計測値とを用いれば、無人の状態においても、当該建物１０の実質的な廃熱量（ＴＨ）ｍを含んだ実質的な熱損失係数Ｑｍを求めることができるので、住居等の建物の実生活に近い状態での環境性能を容易にシミュレーションすることができる。すなわち、建物の実質的なエネルギー消費量である廃熱量（ＴＨ）ｍを計測し、この廃熱量（ＴＨ）ｍの計測値と上記熱損失量あるいは熱取得量ＫＳと換気に伴う熱損失（または、熱取得）量との和を延床面積Ｓ0で除してやれば、実質的な熱損失係数Ｑｍを求めることができる。
したがって、本シミュレーションシステム３０で計測した廃熱量（ＴＨ）ｍを考慮して算出した実質的な熱損失係数Ｑｍと設計値の廃熱量ＴＨを用いて算出した熱損失係数Ｑとを比較することにより、断熱材の使用量や配置など的確であるかどうかなど、当該建物の評価を適正に行うことができる。更に、消費電力量と空調装置２５の稼動状態のデータも得ることができるので、例えば、予め設定された所定期間内における空調装置２５の稼動率を算出すれば、所定の生活パターンにおける空調装置２５の稼動率をシミュレーションできるので、当該シミュレーション計測用建物１０に必要な空調装置の容量や設置個所の適否などについても的確に評価することができる。
また、断熱材の量や配置などが異なるシミュレーション計測用建物１０を何種類か準備して、上記建物１０の外部に設置された温度センサＴで計測した上記建物１０の外部の温度の所定期間における平均値と、上記空調装置２５の稼動率とを比較すれば、上記建物１０の断熱性能についての詳細な情報を得ることができるので、建物の環境性能の評価精度を著しく向上させることができる。
【００１３】
このように、本最良の形態によれば、前室１１とリビング１２とを有し、上記リビング１２内に、小型ＴＶ２０、電気スタンド２１、蛍光灯２３、冷蔵庫２４を設置し、更に、、発熱体を備えた２体の人体模型２６，２６を配置したシミュレーション計測用建物１０を準備し、この建物１０の室内と室外の所定の位置に、温度センサＴ、湿度センサＤ、日射量センサＮ、及び、風力計Ｆなどの環境計測手段３１を配置し、環境計測手段３１で計測された各場所の温度や湿度、日射量や風速などを計測して時系列的に記憶する一方、上記２つの人体模型２６，２６、小型ＴＶ２０、電気スタンド２１、蛍光灯２３、及び、冷蔵庫２４のリレー装置３３ａ〜３３ｅを制御して上記人体模型２６や小型ＴＶ２０などを予め設定した所定のサイクルで動作させて、その消費電力を検出して当該建物１０内の廃熱量（ＴＨ）ｍを算出するとともに、リビング１２内に設置された空調装置２５のＯＮ−ＯＦＦを検知して上記空調装置２５の稼動状態を監視して、当該建物１０の環境性能をシミュレーションするようにしたので、シミュレーション計測用建物１０の、実生活に近い状態での環境性能を、無人の状態にて、容易にシミュレーション計測することができる。
【００１４】
なお、上記最良の形態では、シミュレーション計測用建物１０を、前室１１とリビング１２とを備えた学生の住居を想定したものとしたが、これに限るものではなく、図６に示すように、一戸建て住宅などの複数の部屋を備えた住居であっても、同様のシミュレーション計測を行うことが可能である。この場合には、人体模型２６の数を増やすとともに、シミュレーション計測用建物１０Ｍに、洗面所３８や風呂場３９、あるいは、台所４０などを設置するとともに、洗濯機４１、温水器４２、電子レンジ４３などの電気器具や設備を付加して、これらの電気器具や設備についても廃熱量を算出するようにすれば、より現実に近い建物の環境性能シミュレーション計測を実施することができる。
また、上記例では、人体模型２６を常時室内に配置したが、上記のシミュレーション計測用建物１０Ｍのように、２階があったり、部屋数が多い場合には、時間帯により、人体模型２６の配置が変わるようなパターンを設定したり、更には、通勤や通学あるいは外出等のパターンを設定して、各室内に配置する人体模型２６の数や配置を時間毎に変化させるようにしてもよい。
上記のように、人体模型２６や電気器具や設備などの制御対象が多くなった場合には、配線や制御が複雑になるので、図６及び図７（ａ），（ｂ）に示すように、人体模型２６、小型ＴＶ２０、電気スタンド２１、蛍光灯２３などの電気器具、温水器４２などの設備のそれぞれに、ＯＮ−ＯＦＦ時間を制御するマイコンチップから成るシーケンサＳを取付けるとともに、それぞれを配置された部屋のコンセント４４に接続して人体模型２６等を別個に制御することが望ましい。なお、この場合には、廃熱量は、シーケンサに組込まれた時間制御プログラムと当該機器の消費電力とを用いて算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
このように、本発明によれば、住居等の建物の、実生活に近い状態での環境性能を容易にシミュレーション計測することができる。すなわち、これまでのモデルハウスなどでのエネルギー消費量、設計値の熱損失係数Ｑは、設計値に基づくものであって、ひとつの目安に過ぎなかったが、本発明の環境性能シミュレーション計測システムで計測した廃熱量（ＴＨ）ｍやこの廃熱量（ＴＨ）ｍを考慮して算出した実質的な熱損失係数Ｑｍは現実に近いものである。したがって、上記熱損失係数Ｑｍと設計値の熱損失係数Ｑとを比較すれば、断熱材の配置、施工などが適正に行なわれているかどうかがわかるとともに、実質的なエネルギー消費量についても表示できるので、これを住宅の設計や改築などに利用すれば、適切な住宅の設計を行うことができる。また、これをモデルルームなどに適用すれば、有効な情報を顧客に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の最良の形態に係る環境性能シミュレーション用建物の一例を示す図である。
【図２】本最良の形態に係る人体模型の概要を示す図である。
【図３】本発明による人体模型と実際の人体のサーマル写真である。
【図４】本発明による環境性能シミュレーションシステムの構成を示す図である。
【図５】人体模型と電気器具の稼動パターンを示す図である。
【図６】本発明による環境性能シミュレーション用建物の他の例を示す図である。
【図７】人体模型、電気機器の制御方法の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０，１０Ｍ  環境性能シミュレーション計測用建物、１１  前室、１２  リビング、
１３  床、１４  カーペット、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  窓、
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  オーニング、１７  壁、１８  電波時計、１９  机、
２０  小型ＴＶ、２１  電気スタンド、２２  天井、２３  蛍光灯、２４  冷蔵庫、
２５  空調装置、２６  人体模型、２６ａ  枠体、２６ｂ  上着、２６ｃ  ズボン、
２７  白熱電球、２８  換気筒、２９  屋根、
３０  環境性能シミュレーション計測システム、３１  環境計測手段、
３２  データ記憶手段、３３ａ〜３３ｅ  リレー装置、３４  制御手段、
３５  廃熱量算出手段、３６  空調装置監視手段、３７  環境モニター手段、
３８  洗面所、３９  風呂場、４０  台所、４１  洗濯機、４２  温水器、
４３  電子レンジ、４４  コンセント、Ｔ  温度センサ、Ｄ  湿度センサ、
Ｎ  日射量センサ、Ｆ  風力計、Ｓ  シーケンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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