JP5975261B2 - 照明制御システム、照明制御方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、居室空間における複数の照明シーンごとの照明負荷を予め定めておき、照明シーンに応じて調光する調光システムが記載されている。
また、本発明は、上述の照明制御システムにおいて、前記人工照明調光率算出部は、前記デマンド照度と、逐点法によって算出される複数の前記灯具を点灯したときの照度と、に基づいて前記再調整率を算出することを特徴とする。
また、本発明は、上述の照明制御システムにおいて、前記必要照度算出部は、同一の前記位置に対して複数の前記デマンド照度が存在する場合、前記複数のデマンド照度の中で最大の照度に基づいて算出することを特徴とする。
昼光によって得られる照度を算出し、この昼光の照度と考慮してユーザの好みの照度とに応じた調光率で灯具を点灯させるようにした。これにより、昼光を考慮して灯具による照明を行うことができる。
図1は、本発明における照明制御システムが照明制御を行う対象の空間の一例を示す図である。ここでは、四方が壁に取り囲まれた居室100であり、そのうち南東方向に面した壁に窓110が設置され、その窓110にはブラインド等の昼光導入装置120が設けられている。太陽光は、日の出から日没までの間、窓110から居室100内に導入可能であり、昼光によって照度を得ることが可能である。昼光導入装置120は、スラット角度を調整することで、窓110を透過して居室100内に導入される太陽光の導入量を調整する。この昼光導入装置120は、グラデーションブラインドや平行ブラインドであってもよい。
昼光照度センサ10は、例えば、居室100がある建物の周囲や屋上に設置され、居室100の近傍の屋外光を検知して照度を測定する。この昼光照度センサ10は、例えば、全天日射量計であり、水平に設置され、全天日射量計測値[W/m2]を計測する。
建物情報記憶部11は、照度制御を行う対象の空間の緯度経度及び窓面の方位を記憶する。
昼光率データベース12は、直接光に対する昼光率である直射光昼光率DDと天空光に対する昼光率である天空光昼光率DSとを記憶する。この直射光昼光率DDと天空光昼光率DSは、想定居室(ここでは居室100)を対象とし、所定の入力条件を設定して光環境シミュレーションによる照度分布結果から得られる。ここでは、昼光導入装置120を用いて居室100内に導入される太陽光を調節する場合には、その調節された場合における直射光昼光率DDと天空光昼光率DSを昼光率データベース12に記憶しておくことで、昼光導入装置120によって利用した居室100について、照明制御システム1によって照明制御をすることができる。
図3は、窓面110aと太陽Sの位置との関係を説明する図である。
太陽高度hsは、窓面110aにおけるある点Aと太陽Sとを結ぶ直線L1の水平面に対する角度である。
窓面に対する太陽方位角度αは、直線L1を水平面上に投影した直線L2と窓面110aと直交する水平線L3とのなす角である。
入射角度iは、窓面110aと直交する水平線L3と直線L1とのなす角である。
プロファイル角度pは、直線L1を窓面110aと直交する垂直面に投影した投影線L4と水平面とのなす角である。
この図において、縦軸がプロファイル角度を表し、横軸が窓面に対する太陽方位角度を表しており、窓面110aに対する太陽の相対位置がプロットされている。
符号aに示す曲線は、ある年の6月17日における時刻毎のプロファイル角度pと窓面に対する太陽方位角度αとを表している。符号bに示す曲線は、ある年の12月12日における時刻毎のプロファイル角度pと窓面に対する太陽方位角度αとを表している。符号cに示す曲線は、ある時刻(ここでは午前7時)におけるプロファイル角度pと窓面に対する太陽方位角度αとを、1年の各日毎にプロットされた点を繋げた曲線である。
この図に示す関係を元に、居室100の窓面110aに対する太陽位置を把握することができる。例えば、照明制御を行う日時における太陽位置をこの図に示す関係から求め、その太陽位置における昼光率(直射光昼光率DDと天空光昼光率DS)を求める。
例えば、ある年の6月17日午前10時において、プロファイル角度pは約65°であり、窓面に対する太陽方位角度αが約−25°であることを表している。また、例えば、12月12日午前10時において、プロファイル角度pは約28°であり、窓面に対する太陽方位角度が約17°であることを表している。
また、ここで、直射光昼光率データは、プロファイル角度pが10°である場合に、窓面に対する太陽方位角度αが−15°、0°のそれぞれに対応した各座席における直射光昼光率DDが対応付けられている。また、例えば、プロファイル角度pが40°である場合に、窓面に対する太陽方位角度αが−15°、0°のそれぞれに対応した各座席における直射光昼光率DDが対応付けられている。−45°、−30°、0°、30°、45°のそれぞれに対応した各座席における直射光昼光率DDが対応付けられている。すなわち、図4における黒丸によって示された位置によって表されたプロファイル角度pと窓面に対する太陽方位角度αの組み合わせに対応した直射光昼光率DDが対応付けられている。
なお、ここでは、直射光は指向性を有するため、直射光昼光率については、プロファイル角度と窓面に対する太陽方位別に昼光率がデータベースに記憶される。
ここでは、天空光昼光率データは、プロファイル角度pに対し、各座席における天空光昼光率DSが対応付けられている。例えば、プロファイル角度pが10°である場合、座席P1における天空光昼光率DSが0.256%であり、座席P2における天空光昼光率DSが0.110%であることを表している。
また、ここで、天空光昼光率データは、プロファイル角度pが10°〜80°までの間の10°刻みのそれぞれの角度に対応した各座席における天空光昼光率DSが対応付けられている。
太陽位置算出部15は、日時取得部14によって得られた現在の日時と、建物情報記憶部11に記憶された情報とを基に、太陽位置(太陽高度hS、窓面に対する太陽方位角α、入射角度i)を算出する。この太陽位置の算出は、既存の技術を用いることで算出することができる。
昼光率算出部16は、太陽位置算出部15によって算出された太陽位置に応じた、居室100に配置された各席における昼光率(直射光昼光率DDと天空光昼光率DS)を算出する。
より具体的に、昼光率算出部16は、太陽位置算出部15によって算出された太陽位置に応じた昼光率(直射光昼光率DDと天空光昼光率DS)を、昼光率データベース12から読み出す。制御対象である日時に一致する直射光昼光率DDが昼光率データベース12に記憶されている場合には、昼光率データベース12から昼光率(直射光昼光率DDと天空光昼光率DS)を読み出すことで得る。
昼光率算出部16は、制御対象である日時に一致する直射光昼光率DDが昼光率データベース12に記憶されていない場合には、昼光率データベース12に記憶されたデータを元に、下記に示す式(9)〜式(11)で表される昼光率補間式に従って、昼光率を算出することで得る。
図7は、居室100における窓面に対する太陽方位角度とプロファイル角度との関係を表す図であり、特に、図4の一部を拡大した図である。例えば、昼光率データベース12に、制御対象である日時に一致する直射光昼光率DDが記憶されていない場合、昼光率算出部16は、そのプロファイル角度p、窓面に対する太陽方位角度αに最も近いプロファイル角度と窓面に対する太陽方位角度との組み合わせを4点抽出し、その抽出された4点における直射光昼光率の値を元に、線形一次補間式に従って補間をすることで直射光昼光率DDを算出する。
例えば、昼光率算出部16は、選択された4点として、プロファイル角度がp+であり窓面に対する太陽方位角度a−である場合の直射光昼光率D−、+と、プロファイル角度がp+であり窓面に対する太陽方位角度a+である場合の直射光昼光率D+、+と、プロファイル角度がp−であり窓面に対する太陽方位角度a−である場合の直射光昼光率D−、−と、プロファイル角度がp−であり窓面に対する太陽方位角度a+である場合の直射光昼光率D+、−とを読み出す。そして、式(9)によって、プロファイル角度がp+であり窓面に対する太陽方位角度αである場合の直射光昼光率DD、+を算出し、式(10)によって、プロファイル角度がp−であり窓面に対する太陽方位角度αである場合の直射光昼光率DD、−を算出する。そして、式(9)、式(10)によって得られた直射光昼光率DD、+と直射光昼光率DD、−とを元に、式(11)によって、プロファイル角度がpであり窓面に対する太陽方位角度αである場合の直射光昼光率DD、Dを算出する。
図8は、照度分布データ記憶部22に記憶される照度分布データのデータ例を示す図である。ここでは、灯具を識別する灯具識別情報である灯具IDを示す列と、オフィス空間内の定められた地点を識別する地点識別情報である地点IDを示す行とに対応付けられて、その調光可能な灯具が最大(100%)の点灯率で点灯した場合における、各地点での照度が記憶されている。照度の単位はlx(ルクス)である。例えば、灯具IDがL23である灯具30が点灯した場合、地点P21における照度は100ルクスであり、地点P22における照度は410ルクスであることを示している。このような照度は、予め計測した値でも良いし、シミュレーションにより算出した値でも良い。ここで、照度分布データ記憶部22には、例えばオフィス室内における可動式の間仕切りが存在する場合には、その間仕切りが開いている場合と閉じている場合との双方の照度分布データを予め記憶しておき、状況に応じて読み出し分けるようにしても良い。
図9は、点灯率データ記憶部23に記憶される点灯率データのデータ例を示す図である。この図では、地点P21と地点P22とにおける点灯率データを示している。例えば、地点P21を照度300ルクスで照らすためには、灯具L29を70%の点灯率で点灯させることが示されている。同様に、地点P21を照度700ルクスで照らすためには、灯具L29を100%の点灯率で、灯具L30を100%の点灯率で、灯具L23を10%の点灯率で点灯させることが示されている。ここでは個人席の点灯率データのみを図示するが、共用席においても、同様の点灯率データを用意して予め記憶しておくことができる。
灯具30は、居室100内に複数設置されており、それぞれに灯具IDが割り当てられている。この灯具IDによって、制御目的の灯具を特定し、調光率に応じて点灯させることができる。
図10は、上述の照明制御システム1の動作を説明するフローチャートである。
照明制御システム1の日時取得部14は、照明制御を行う時点の日時を取得する(ステップS10)。太陽位置算出部15は、日時取得部14によって取得された日時と建物情報記憶部11に記憶された建物情報とから、太陽高度hS、窓面に対する太陽方位角α、入射角度iを含む太陽位置を算出する(ステップS11)。
ユーザが在席または離席であるかを在席情報取得部20が取得すると(ステップS23)、人工照明調光率算出部24は、在席である座席に対応した灯具のそれぞれについて調光率を算出する(ステップS24)。人工照明の調光率が算出されると、照明制御部25は、点灯対象の灯具に対し、算出された調光率に従って点灯させる(ステップS25)。
ここでは、いずれの個人席の要求照度も700(ルクス)であった場合、人工照明調光率算出部24は、点灯率データ記憶部23から、地点P21を照度700(ルクス)で照らすための灯具IDと点灯率T1とを読み出す。同様に、地点P22を照度700(ルクス)で照らすための灯具IDと点灯率T2とを読み出す。
このように灯具30を点灯させた場合、地点P21における照度I1と、地点P22における照度I2とは、図8に示した値の合計値となる。ここで、逐点法により、複数灯具を点灯したときの直射光照度は各灯具の個別の照度の加算により求められる。間接光についても同様に加算することができる。すなわち、地点P21の照度I1は、100+80+420+270=870(ルクス)である。地点P22の照度I2は、410+260+150+110=930(ルクス)である。
そこで、人工照明調光率算出部24は、照度I1および照度I2に再調整率R1および再調整率R2を乗じた値を求める。ただし、地点P21においては灯具L29と灯具L30とに対して再調整率R1を乗じ、地点P22においては灯具L23と灯具L24とに対して再調整率R2を乗じる。このような再調整率に基づく点灯率により灯具30を点灯させる場合の照度I1´は、地点P21においては100×0.75+80×0.75+420×0.8+270×0.8=687(ルクス)である。同様に、地点P22における照度I2´は、410×0.75+260×0.75+150×0.8+110×0.8=710(ルクス)である。これにより、両地点の照度は、いずれもユーザの要求照度700(ルクス)に近い値となる。
具体的には、照明制御部25は、灯具30ごとに、人工照明調光率算出部24によって算出された再調整率Rに基づく点灯率を算出し、算出した点灯率により点灯することの点灯命令を、灯具30が有する制御部に送信する。灯具30は、照明制御部25から送信された点灯命令に応じて、指定された点灯率により灯具30を点灯させる。
また、昼光照度センサ10から得られる全天日射量を元に、昼光の照度を算出するようにしたので、天候の変化によって昼光の照度が変わっても、その変化に応じた調光率で灯具を点灯させることができる。
また、上述の実施形態によれば、昼光で不足する分を人工照明で補うようにしたので、居室100内に必要な照度を全て人工照明によって得る場合に比べ、ユーザが要求する照度を満たしつつ、照明エネルギーを削減することができる。
また、太陽の高度に合わせて時々刻々変化させるような昼光導入装置(グラデーションブラインド)が居室100内の窓面に取り付けられた場合には、天空光昼光率DSについても、太陽高度別にデータベースを作成し、昼光率データベース12に記憶しておくことで、照明制御システム1によって、グラデーションブラインドを介して導入される昼光を考慮した照明制御を行うことができる。
なお、上述した実施形態において、曇りの日においては、太陽が雲に隠れてしまう。しかし、直達日射量が全くないわけではないため、直達日射量が0に近い値を示すこととなり、また、直散分離式によって曇りであることを考慮した照度が得られる。従って、この直達日射量を用いることで、曇りの日であっても、昼光を考慮した照明制御を行うことができる。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
10 昼光照度センサ
11 建物情報記憶部
12 昼光率データベース
13 照度算出部
14 日時取得部
15 太陽位置算出部
16 昼光率算出部
17 昼光照度算出部
18 デマンド照度取得部
19 必要照度算出部
20 在席情報取得部
22 照度分布データ記憶部
23 点灯率データ記憶部
24 人工照明調光率算出部
25 照明制御部
30 灯具
Claims (6)
- 昼光を導入可能な居室に設けられた灯具を制御する照明制御システムであって、
前記居室における天空光照度と直射光照度とを取得する照度情報取得部と、
前記居室内における照明対象の位置毎の天空光昼光率と直射光昼光率とを前記居室に昼光を導入する窓に対する太陽位置に対応付けて記憶する記憶部と、
前記窓に対する太陽位置を取得する太陽位置取得部と、
前記太陽位置取得部によって取得された太陽位置に対応する前記居室内における照明対象の位置毎の天空光昼光率と直射光昼光率とを前記記憶部から読み出し、読み出された天空光昼光率と直射光昼光率と、前記照度情報取得部が取得した天空光照度と直射光照度とに基づいて、前記居室内の位置毎の昼光照度を算出する昼光照度算出部と、
照明対象の位置と当該位置において必要な照度であるデマンド照度とを取得するデマンド照度取得部と、
前記デマンド照度取得部が取得したデマンド照度と前記昼光照度算出部によって算出された昼光照度とから、照明対象の位置を灯具によって照明する際に必要な照度である必要照度を算出する必要照度算出部と、
前記位置における照度と当該照度となるように前記灯具の調光の度合いを示す灯具毎の点灯率とが対応付けられた点灯率データを記憶する点灯率データ記憶部と、
複数の前記位置ごとの前記必要照度にそれぞれ対応する複数の前記点灯率データを前記点灯率データ記憶部から取得し、前記複数の点灯率データにおいて同一の前記灯具の点灯率データが複数含まれている場合、前記複数の位置の照度が前記デマンド照度の予め定められた範囲内となるための再調整率を前記灯具ごとに算出する人工照明調光率算出部と、
前記灯具を前記再調整率に基づく前記点灯率に従って制御する照明制御部と、
を有することを特徴とする照明制御システム。 - 前記居室近傍における全天日射量を測定する照度センサと、
前記照度センサから得られた全天日射量から、拡散日射量と直達日射量とを求め、この拡散日射量と直達日射量とから、天空光照度と直射光照度とを算出する照度算出部とを有し、
前記照度情報取得部は、前記照度算出部によって算出される天空光照度と直射光照度を取得する
ことを特徴とする請求項1記載の照明制御システム。 - 前記位置にユーザがいるか否かを表す在席情報を取得する在席情報取得部を有し、
前記照明制御部は、前記在席情報取得部が取得した在席情報に従って、在席状態である位置を対象として前記点灯率データに従って前記灯具を制御する
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の照明制御システム。 - 前記人工照明調光率算出部は、前記デマンド照度と、逐点法によって算出される複数の前記灯具を点灯したときの照度と、に基づいて前記再調整率を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の照明制御システム。 - 前記必要照度算出部は、同一の前記位置に対して複数の前記デマンド照度が存在する場合、前記複数のデマンド照度の中で最大の照度に基づいて算出する、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の照明制御システム。 - 昼光を導入可能な居室に設けられた灯具を制御する照明制御システムにおける照明制御方法であって、
前記居室における天空光照度と直射光照度とを取得し、
前記居室に昼光を導入する窓に対する太陽位置を取得し、前記居室内における照明対象の位置毎の天空光昼光率と直射光昼光率とを前記居室に昼光を導入する窓に対する太陽位置に対応付けて記憶する記憶部から、前記取得された太陽位置に対応する前記居室内における照明対象の位置毎の天空光昼光率と直射光昼光率とを読み出し、読み出された天空光昼光率と直射光昼光率と、取得した天空光照度と直射光照度とに基づいて、前記居室内の位置毎の昼光照度を算出し、
照明対象の位置と当該位置において必要な照度であるデマンド照度とを取得し、
前記取得したデマンド照度と前記算出された昼光照度とから、照明対象の位置を灯具によって照明する際に必要な照度である必要照度を算出し、
前記位置における照度と当該照度となるように前記灯具の調光の度合いを示す灯具毎の点灯率とが対応付けられた点灯率データを記憶する点灯率データ記憶部を参照し、
複数の前記位置ごとの前記必要照度にそれぞれ対応する複数の前記点灯率データを前記点灯率データ記憶部から取得し、前記複数の点灯率データにおいて同一の前記灯具の点灯率データが複数含まれている場合、前記複数の位置の照度が前記デマンド照度の予め定められた範囲内となるための再調整率を前記灯具ごとに算出し、
前記灯具を前記再調整率に基づく前記点灯率に従って制御する
ことを特徴とする照明制御方法。
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