(57)【要約】【課題】空調機器が設置された住宅の期間エネルギー消費量を、短期間のモニター試験で、より正確に求めることができる方法を提供する。【解決手段】任意の温湿度条件に設定することが可能な空間である環境試験室１１内に収容された試験住宅２内に、エアコン２２を設置する。試験住宅２の周囲空間Ｒ１の温度を日常よりも早く変化させ、この場合に計測されたエアコン２２の消費電力量を、通常時間のものに換算することで、エアコン２２の消費電力量を求める。この換算の際に、壁材２１の蓄熱特性に伴う室内空間Ｒ２の応答遅れに基づく誤差を補正する補正係数を適用する。【選択図】図１
2009281632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲空間と蓄熱性を有する区画部材で仕切られた室内空間に配置された空調機器の、所定期間内におけるエネルギー消費量を測定する方法であって、
前記空調機器を稼働させた状態で、前記周囲空間の気温を、所定の第１期間を費やして、第１温度から、該第１温度とは異なる第２温度に変化させたときに、前記室内空間を空調するために当該空調機器が消費する第１エネルギー消費量を求めるに際し、
前記空調機器を稼働させた状態で、前記周囲空間の気温を、前記第１期間よりも充分短い第２期間を費やして、前記第１温度から前記第２温度に変化させたときに、前記室内空間を空調するために当該空調機器が消費する第２エネルギー消費量を求め、
前記第２期間を費やす温度変化の場合に発生する、前記区画部材の蓄熱特性に伴う前記周囲空間の温度に対する前記室内空間の温度の応答差に基づくエネルギー消費量誤差を補正する補正係数を求め、
前記第２エネルギー消費量を、前記第２期間と前記第１期間との比に応じて前記第１期間相当のものに換算すると共に、前記補正係数で補正して、第１エネルギー消費量を求めることを特徴とするエネルギー消費量測定方法。
【請求項２】
前記第１エネルギー消費量ＥＬは、次式で求められることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー消費量測定方法。
ＥＬ＝Ｌ／Ｓ・ＥＳ・(Ｓ／Ｌ)(Ｌ＋τ)／(Ｓ＋τ(１−exp(−Ｓ／τ)))
但し、Ｌ：第１期間
Ｓ：第２期間
ＥＳ：第２エネルギー消費量
τ：時間遅れ
(Ｓ／Ｌ)(Ｌ＋τ)／(Ｓ＋τ(１−exp(−Ｓ／τ)))：補正係数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、模擬的な住宅に空調機器を設置し、該空調機器を一定期間稼働させて、そのエネルギー消費量を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調機器が設置された住宅の期間エネルギー消費量（例えば年間エネルギー消費量）を求める手法としては、第１に、熱負荷計算プログラムを用いてシミュレーションを行って期間エネルギー消費量を推定する手法がある（例えば非特許文献１参照）。この手法は、簡易的に期間エネルギー消費量を求めることができるものの、あくまでシミュレーションであるので、正確な値を求めることはできない。
【０００３】
第２の手法として、実際の住宅を用いて空調機器の稼働状態をモニターするモニター試験を行い、期間エネルギー消費量を求める手法が挙げられる。この第２の手法は、実際の住宅を使用したモニター試験であり、熱負荷や空調機器性能等が実際の状態を反映するため、期間エネルギー消費量を極めて正確に求めることができる。しかしながら、このようなモニター試験には多大な時間を要し、また取得できるデータ数も制限される。
【０００４】
ところで、模擬的な住宅（試験住宅）を備え、この試験住宅の外気温度（周囲空間の温度）が任意に設定できる住宅用環境試験設備が、空調機器の性能を評価する上で注目されている。かかる住宅用環境試験設備を用いれば、例えば試験住宅の周囲空間温度を通常よりも早いサイクルで変化させ、上記第２の手法を適用して期間エネルギー消費量を求めることが可能となる。従って、実際の住宅を用いたモニター試験よりも短時間で、同様なデータを取得することができる。
【非特許文献１】伊香賀俊治ほか：住宅内のエネルギー消費量の都道府県別将来推計に関する研究（その１）、住宅内のエネルギー消費推計モデルの概要、日本建築学会大会（北海道）講演梗概集、２００４．０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、住宅の壁材等、室内空間を仕切る区画部材は、一般に蓄熱性を有している。実際の外気温変化のようにゆっくりとした温度変化では、区画部材の蓄熱性は無視できる程度であるが、上述の住宅用環境試験設備を用い、例えば２４時間の気温変化を２時間程度に短縮してモニター試験を行うような場合、区画部材の蓄熱性の影響が表出する。すなわち、試験住宅の周囲空間温度を早いテンポで変化させても、区画部材が蓄熱性を持つため、室内空間内の温度が遅れて追従変化することから、実際とは異なる温度環境下にある室内空間で空調機器を稼働させてしまうこととなる。従って、求められる期間エネルギー消費量は、実際の期間エネルギー消費量に対して誤差を含むという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、空調機器が設置された住宅の期間エネルギー消費量を、短期間のモニター試験で、より正確に求めることができる方法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】
【０００７】
本発明のエネルギー消費量測定方法は、周囲空間と蓄熱性を有する区画部材で仕切られた室内空間に配置された空調機器の、所定期間内におけるエネルギー消費量を測定する方法であって、前記空調機器を稼働させた状態で、前記周囲空間の気温を、所定の第１期間を費やして、第１温度から、該第１温度とは異なる第２温度に変化させたときに、前記室内空間を空調するために当該空調機器が消費する第１エネルギー消費量を求めるに際し、前記空調機器を稼働させた状態で、前記周囲空間の気温を、前記第１期間よりも充分短い第２期間を費やして、前記第１温度から前記第２温度に変化させたときに、前記室内空間を空調するために当該空調機器が消費する第２エネルギー消費量を求め、前記第２期間を費やす温度変化の場合に発生する、前記区画部材の蓄熱特性に伴う前記周囲空間の温度に対する前記室内空間の温度の応答差に基づくエネルギー消費量誤差を補正する補正係数を求め、前記第２エネルギー消費量を、前記第２期間と前記第１期間との比に応じて前記第１期間相当のものに換算すると共に、前記補正係数で補正して、第１エネルギー消費量を求めることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
この方法によれば、第１期間よりも充分短い第２期間を費やして取得される第２エネルギー消費量をベースにして第１エネルギー消費量を求めるので、実際よりも短期間で第１エネルギー消費量を求めることができる。そして、区画部材の蓄熱特性の影響は、エネルギー消費量誤差を補正する補正係数を適用した補正で解消できるので、正確に第１エネルギー消費量を求めることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１エネルギー消費量ＥＬは、次式で求められることが望ましい（請求項２）。
ＥＬ＝Ｌ／Ｓ・ＥＳ・(Ｓ／Ｌ)(Ｌ＋τ)／(Ｓ＋τ(１−exp(−Ｓ／τ)))
但し、Ｌ：第１期間
Ｓ：第２期間
ＥＳ：第２エネルギー消費量
τ：時間遅れ
(Ｓ／Ｌ)(Ｌ＋τ)／(Ｓ＋τ(１−exp(−Ｓ／τ)))：補正係数
【００１０】
この方法によれば、第２エネルギー消費量を計測するだけで、上記の算出式を用いて、第１エネルギー消費量を求めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエネルギー消費量測定方法によれば、区画部材の蓄熱特性の影響を補正係数の適用で解消できるので、住宅用環境試験設備等を用いて、空調機器が設置された住宅の期間エネルギー消費量を、短期間のモニター試験で、正確に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態につき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るエネルギー消費量測定方法を実施するために用いられる住宅用環境試験設備１を模式的に示す図である。住宅用環境試験設備１は、外気と遮断された空間を形成するための建屋であって、環境試験室１１と、機械室１２とが備えられている。
【００１３】
環境試験室１１は、屋外の気温や湿度に拘わらず、任意の温湿度条件に設定することが可能な、略密閉された空間である。機械室１２は、環境試験室１１の温湿度環境を生成するための機器類が設置された空間であり、その機器類に中には環境設定用空調装置１３が含まれている。環境設定用空調装置１３は、例えば環境試験室１１の室内を、−１０℃〜４５℃の温度条件、及び、３０％〜９０％の湿度条件の範囲において、任意の温湿度条件に設定することが可能な空調装置である。
【００１４】
環境試験室１１には、実際の住宅を模擬した試験住宅２が収容されている。試験住宅２は、環境試験室１１の室内空間（以下、「周囲空間Ｒ１」という）に対して仕切られた室内空間Ｒ２を形成するための壁材２１（区画部材）を備えている。このような配置とされていることから、試験住宅２の周囲温度を自在に設定できる結果、任意の外気温度条件、若しくは任意に変化する外気温度条件に曝されている一般住宅を、模擬的に設定することができる。
【００１５】
試験住宅２の室内空間Ｒ２には、エアコン２２（空調機器）が設置されている。このエアコン２２は、周囲空間Ｒ１が任意の温度に設定された条件下において、室内空間Ｒ２を試験的に空調するものであって、その空調動作に要する消費電力（エネルギー消費量）が測定される機器である。かかる消費電力量測定のため、エアコン２２への電力供給線には電力計２３が接続されている。
【００１６】
このような住宅用環境試験設備１を用いれば、エアコン２２を所定期間稼働させた場合に当該エアコン２２が消費する電力量（期間エネルギー消費量）を、実際よりも短期間で計測することが可能となる。すなわち、室内空間Ｒ２をエアコン２２で空調させつつ、外気を模擬することとなる周囲空間Ｒ１の温度を日常よりも早く変化させ、この場合に計測されたエアコン２２の消費電力量を、通常時間のものに換算することで、所期の消費電力量を求めることができる。
【００１７】
この点を、図２（Ａ）〜（Ｃ）に基づき説明する。ここでは、外気温度が７℃（第１温度）から１３℃（第２温度）に変化する間に、暖房設定温度＝２０℃に設定して空調機器（エアコン２２）を稼働させ、住宅の室内（室内空間Ｒ２）を空調する場合を例示する。
【００１８】
住宅用環境試験設備１を用いない場合、時間軸を短縮することは不可能であるので、所定期間、例えば１２時間（第１期間）内の期間エネルギー消費量を計測しようとする場合、１２時間のモニター試験を行う他ない。図２（Ａ）の直線Ｔａで示すように、外気温度が７℃から１３℃に１２時間かけてリニアに上昇したと想定すると、住宅の室内温度（暖房設定温度）と外気温度との差も、図２（Ｂ）の直線ΔＴａで示すように、直線Ｔａに追従して１３℃から７℃に１２時間かけてリニアに下降する。この場合、空調機器は、暖房設定温度＝２０℃を維持するために、直線ΔＴａの温度差に応じた負荷で、各時刻において運転されることになる。従って、図２（Ｃ）の直線Ｅａで示すように、空調機器は、時間の進行に伴って消費電力量が増加し、１２時間経過後には消費電力Ｅ１が、１２時間の期間エネルギー消費量（第１エネルギー消費量）として計測されることとなる。
【００１９】
これに対し、住宅用環境試験設備１を用いる場合、外気温度（周囲空間Ｒ１の温度）を人為的に変化させることが可能であるので、実際の時間経過よりも充分に短い期間、例えば１２時間に対して１時間（第２期間）という短期間のモニター試験で、実質的に１２時間分に相当する第１エネルギー消費量を求めることが可能となる。
【００２０】
すなわち、図２（Ａ）の直線Ｔｂで示すように、室内空間Ｒ２をエアコン２２で空調させつつ、環境設定用空調装置１３によって周囲空間Ｒ１の温度を７℃から１３℃に１時間かけて上昇させる。すると、試験住宅２の室内空間Ｒ２の温度（暖房設定温度）と周囲空間Ｒ１の温度（外気温度）との差も、図２（Ｂ）の直線ΔＴｂで示すように、直線Ｔｂに追従して１３℃から７℃に１時間で下降する。この場合、エアコン２２は、暖房設定温度＝２０℃を維持するために、直線ΔＴｂの温度差に応じた負荷で、各時刻において運転されることになる。従って、図２（Ｃ）の直線Ｅｂで示すように、エアコン２２は、時間の進行に伴って消費電力量が増加し、１時間経過後には消費電力Ｅ２が、１時間の期間エネルギー消費量（第２エネルギー消費量）として計測されることとなる。そして、この消費電力Ｅ２を、１２時間と１時間との比に応じて換算することで、消費電力Ｅ１に相当する値を得ることができる。
【００２１】
しかしながら、このような換算は、周囲空間Ｒ１の温度変化に室内空間Ｒ２の温度変化が、時間遅れなく追従することを前提としているため、正確さを欠く。すなわち、壁材２１は、多かれ少なかれ蓄熱性を有している。実際の外気温変化のように、１２時間かけて７℃から１３℃に周囲空間Ｒ１の温度を変化させるというような、ゆっくりとした温度変化の場合には、壁材２１の蓄熱性はほとんど無視でき、周囲空間Ｒ１の温度と室内空間Ｒ２とは略一致する。ところが、僅か１時間程度で、７℃から１３℃に周囲空間Ｒ１の温度を変化させた場合には、壁材２１の蓄熱性の影響を受けて、周囲空間Ｒ１の温度変化に室内空間Ｒ２の温度変化が追従できなくなる。
【００２２】
図３（Ａ）は、周囲空間Ｒ１の温度を短時間で変化させた場合の、実際の室内空間Ｒ２の温度変化状態を説明するためのグラフである。先に図２（Ｂ）で説明した通り、壁材２１の蓄熱性を無視した場合、周囲空間Ｒ１の温度（外気温度）を７℃から１３℃に１時間かけて上昇させると、外気温度と室内空間Ｒ２の温度（室内温度）との差は、直線ΔＴｂ１で示すように１３℃から７℃に１時間で減少すると扱える。
【００２３】
しかし、実際には壁材２１の蓄熱性の影響で、外気温度の変化に室内温度が遅れて追従する。この場合、壁材２１の蓄冷効果で、室内温度の上昇が外気温度の上昇に対して鈍くなる。このため、暖房設定温度＝２０℃に設定されたエアコン２２は、本来よりも過度に室内空間Ｒ２を暖房してしまう結果、外気温度と室内温度との差は、直線ΔＴｂ２で示すように本来よりも小さい温度差となってしまう。すなわち、１時間経過後には壁材２１の蓄熱性を無視した場合の直線ΔＴｂ１の温度差に対して、誤差温度差ｔｂが生じてしまうこととなる。
【００２４】
このような誤差温度差ｔｂの発生は、この例の場合、エアコン２２を過剰に稼働させることに繋がる。図３（Ｂ）は、エアコン２２の消費電力を示すグラフである。外気温度と室内温度との差が直線ΔＴｂ１である場合に、消費電力は直線Ｅｂ１で示され、１時間経過後には消費電力Ｅ２１が計測されるとすると、誤差温度差ｔｂを持つ場合には、消費電力は直線Ｅｂ１よりも増加率が大きい直線Ｅｂ２で示され、１時間経過後には消費電力Ｅ２１よりも大きい消費電力Ｅ２２が計測されることになる。このＥ２２とＥ２１との差分消費電力ｅ２が、誤差温度差ｔｂによる誤差分となる。従って、消費電力Ｅ２２に基づき、１２時間換算の消費電力を求めると、その値には誤差が含まれてしまう。
【００２５】
このような誤差を打ち消すため、本実施形態では、時間短縮して取得した消費電力のデータを、所定の補正係数（補正式）で補正して誤差温度差ｔｂの影響を除いて通常時間の消費電力のデータに換算する。以下、この補正式について説明する。
【００２６】
図４は、住宅（試験住宅２）の熱的な等価回路を示す図である。空調機器（熱源；エアコン２２）が備えられた住宅では、電気回路におけるＣＲ回路と類似的に、熱容量Ｃ［Ｊ／℃］と熱抵抗Ｒ［℃・ｓ／Ｊ］とを持ち、熱源から投入される熱量ｉ［Ｊ／ｓ］に対して応答の時間遅れτ＝熱容量Ｃ×熱抵抗Ｒが発生すると考えることができる。
【００２７】
ここで、熱源の消費エネルギーＥ［ｋＷ］は、熱損失Ｉ［ｋＷ］に比例し、熱損失Ｉ［ｋＷ］は室内温度Ｔ［℃］と外気温度Ｔｏ［℃］との温度差に比例するとの前提に基づくと、かかる温度差を電気回路における電位差と同等に扱えるので、投入熱量ｉ［Ｊ／ｓ］、蓄熱量Ｑ［Ｊ］及び熱損失Ｉ［ｋＷ］は次式で表すことができる。
ｉ＝（Ｔ−Ｔｏ）／Ｒ＋ｄ（Ｃ・（Ｔ−Ｔｏ））／ｄｔ  ・・・（１）
Ｑ＝Ｃ・（Ｔ−Ｔｏ）  ・・・（２）
Ｉ＝（Ｔ−Ｔｏ）／Ｒ  ・・・（３）
【００２８】
そして、室内温度Ｔ［℃］が当該室内の空調設定温度Ｔｓ［℃］に対して一次遅れがあるとすると、上記（１）式より、次の（４）式を導くことができる。
Ｔ（ｔ）−Ｔｏ＝（Ｔｓ−Ｔｏ）（１−exp（−ｔ／τ））  ・・・（４）
但し、Ｔｓ＝Ｒ・ｉ＋Ｔｏ、τ＝ＲＣ
図５は、このような一次遅れ（１−exp（−ｔ／τ））を模式的に示す図である。補正式は、蓄熱に伴う時間遅れを変数とした指数関数を用いることができる。
【００２９】
上記（３）式より、単位時間当たりの熱損失Ｉは、
Ｉ（ｔ）＝（１／Ｒ）・（Ｔｓ−Ｔｏ）（１−exp（−ｔ／τ））  ・・・（５）
で示される。この（５）式を積分すると、
∫Ｉ（ｔ）＝（１／Ｒ）・（Ｔｓ−Ｔｏ）（ｔ＋τ（１−exp（−ｔ／τ）））  ・・・（６）
となる。
【００３０】
ここで、通常の時間に沿った測定時間（第１期間；図２の例では１２時間）をＬ、短縮時の測定時間（第２期間；図２の例では１時間）をＳとするとき、壁材２１の蓄熱性を考慮した補正式（補正係数Ａ）は、次の（７）式の通り設定することができる。
Ａ＝∫Ｅ（Ｌ）／（∫Ｅ（Ｓ）・（Ｌ／Ｓ））
＝(Ｓ／Ｌ)(Ｌ＋τ)／(Ｓ＋τ(１−exp(−Ｓ／τ)))  ・・・（７）
この補正係数Ａは、短縮測定時間Ｓで外気温度を変化させた場合に発生する、壁材２１の蓄熱特性に伴う周囲空間Ｒ１の温度変化に対する室内空間Ｒ２の温度変化の応答差に基づく、エネルギー消費量誤差を補正する補正係数である。
【００３１】
従って、短縮測定時間Ｓ（例えば１時間）でエアコン２２の消費電力ＥＳ（第２エネルギー消費量）が取得されたなら、次の（８）式より、通常測定時間Ｌ（例えば１２時間）分に相当するエアコン２２の消費電力ＥＬ（第１エネルギー消費量）を算出することができる。
ＥＬ＝Ｌ／Ｓ・ＥＳ・Ａ
＝Ｌ／Ｓ・ＥＳ・(Ｓ／Ｌ)(Ｌ＋τ)／(Ｓ＋τ(１−exp(−Ｓ／τ)))   ・・・（８）
【００３２】
以上説明した本実施形態に係るエネルギー消費量測定方法によれば、通常測定時間よりも充分短い短縮測定時間を費やして取得される消費電力ＥＳをベースにして、通常測定時間Ｌ分に相当するエアコン２２の消費電力ＥＬを求めることができるので、実際よりも短期間でエアコン２２の期間エネルギー消費量評価を行うことができる。そして、壁材２１の蓄熱特性の影響は、上記（７）式で示した補正係数を適用した換算計算（上記（８）式）、補正で解消できるので、正確に消費電力ＥＬを求めることができる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば以下のような変形実施形態を取ることができる。
【００３４】
（１）上記実施形態では、暖房を行うエアコン２２の、期間エネルギー消費量を測定するケースを例示した。言うまでもなく、本発明は冷房の場合の期間エネルギー消費量測定にも適用できる。
【００３５】
（２）上記実施形態では、エネルギー消費量が消費電力である場合を例示した。これは、空調機器が電気をエネルギー源として稼働するエアコン２２を例示したからであって、例えばガスや灯油をエネルギー源として稼働する空調機器について測定を行う場合は、エネルギー消費量は前記ガスや灯油となる。
【００３６】
（３）上記実施形態では、短縮測定時間を１時間、通常測定時間を１２時間として例示したが、これらは一例に過ぎない。例えば、短縮測定時間を２時間、通常測定時間を２４時間としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係るエネルギー消費量測定方法を実施するために用いられる住宅用環境試験設備を模式的に示す図である。
【図２】住宅用環境試験設備を用いた期間エネルギー消費量の測定手法を説明するためのグラフであって、（Ａ）は外気温度の変化、（Ｂ）は室内温度と外気温度との差、（Ｃ）は消費電力の時間推移をそれぞれ示している。
【図３】（Ａ）は、周囲空間Ｒ１の温度を短時間で変化させた場合の、実際の室内空間Ｒ２の温度変化状態を説明するためのグラフ、（Ｂ）は、エアコン２２の消費電力を示すグラフである。
【図４】住宅の熱的な等価回路を示す図である。
【図５】一次遅れ（１−exp（−ｔ／τ））を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    住宅用環境試験設備
１１  環境試験室
１２  機械室
１３  環境設定用空調装置
２    試験住宅
２１  壁材（区画部材）
２２  エアコン（空調機器）
２３  電力計
Ｒ１  周囲空間
Ｒ２  室内空間
【図１】
2009281632.tif 000003
【図２】
2009281632.tif 000004
【図３】
2009281632.tif 000005
【図４】
2009281632.tif 000006
【図５】
2009281632.tif 000007