JP6172603B2 - 空調制御装置、空調設備、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、室内の環境を調整する空調機器を制御する空調制御装置、この空調制御装置を用いた空調設備、この空調制御装置を実現するプログラムに関する。

近年、空調機器で環境が調整された室内で過ごす時間が長くなっていることから、健康への提供が懸念されている。とくに、夏季の冷房による冷え、発汗能力の低下が顕在化しており、空調機器で環境が平準化されることによって、身体の調整能力が低下していると言われている。

身体の調整能力が低下しないように温熱環境を空調機器で制御する場合、冷房時であれば設定温度を高めにし、暖房時であれば設定温度を低めに設定することが一般的である。しかし、空調機器の設定温度を、冷房時に高めに設定し暖房時に低めに設定することは、利用者にとっては快適性を損なうことであるから、快適性よりも健康あるいは省エネルギーを志向する利用者でなければ、このような温度設定は行わない。

利用者の意思とは関係なく温熱環境を制御する技術としては、たとえば、ＰＭＶのような温熱感指標を算出し、算出されたＰＭＶ値が快適範囲になるように空調機器の制御値を定める技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１２７７８２号公報

特許文献１に記載された技術は、温熱感指標に基づいて快適性の範囲において空調機器の制御値を定めており、温熱感指標には快適性の範囲に幅があるから、空調機器の設定温度を、冷房時には高めに設定し、暖房時には低めに設定することが可能である。

しかしながら、利用者の温熱感覚には個人差があり、利用者によっては自動的に設定された制御値を受け入れず、結果的に、利用者にとって快適な設定温度が選択される可能性が高くなる。すなわち、特許文献１に記載された技術では、空調機器を用いて、夏季あるいは冬季の温熱環境に馴化させることはできない。

本発明は、空調機器を制御することにより、空調機器の利用者を夏季あるいは冬季の温熱環境に馴化させることを可能にした空調制御装置を提供することを目的とし、さらに、この空調制御装置を用いた空調設備、この空調制御装置を実現するためのプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る空調制御装置は、環境情報を環境センサから取得する第１の取得部と、室内の環境を調整する空調機器について動作状態を含む動作情報を取得する第２の取得部と、前記環境情報および前記動作情報の関係があらかじめ定められた環境条件を満足するか否かを判断し、前記環境条件を満足していない場合に、前記空調機器の動作状態を変更する制御ルールを生成する判断部と、前記判断部が生成した前記制御ルールに従って前記空調機器の動作状態を指示する制御部とを備え、前記制御ルールは、前記環境情報および前記動作情報の関係を前記環境条件に近づけ、かつ、前記空調機器の動作状態を段階的に変化させるように生成され、１段階の変化量は、動作状態の変化が人に知覚されない微小な変化となるように定められ、段階間の継続時間は、変化後の動作状態に人が馴化する時間となるように定められることを特徴とする。

この空調制御装置において、前記環境条件は、気温を用いて定められていることが好ましい。

この空調制御装置において、前記制御ルールは、１回以上の冷房期間の暑熱馴化または１回以上の暖房期間の寒冷馴化を行うことによって前記環境条件が満足されるように、前記空調機器の設定温度と当該設定温度を適用する日時とが定められる長期ルールと、前記長期ルールで定められた設定温度を目標の設定温度に用い、前記空調機器の設定温度が前記目標の設定温度と異なる場合に、前記空調機器の設定温度を前記目標の設定温度に近づけるように定められる短期ルールとを含むことがさらに好ましい。

本発明に係る空調設備は、上述したいずれかの空調制御装置と、前記空調制御装置に制御され室内の気温を調節する空調機器と、室外の気温を含む環境情報を監視する環境センサとを備えることを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述したいずれかの空調制御装置として機能させるものである。

本発明の構成によれば、環境情報および動作情報の関係があらかじめ定められた環境条件を満足しない場合に、空調機器の動作状態を変更する制御ルールを生成している。制御ルールは、環境情報および動作情報の関係を環境条件に近づけ、かつ、空調機器の動作状態の変化が人に知覚されない微小な変化となるように生成される。したがって、利用者が快適性を追求する環境を得るように空調機器の動作状態を設定したとしても、その動作状態が環境条件を満足しない場合には、利用者が気付かない間に環境条件を満足する動作状態に近づくことになる。その結果、空調機器の利用者が気付かないうちに、利用者を夏季あるいは冬季の温熱環境に馴化させることが可能になるという利点を有する。

実施形態１を示すブロック図である。 同上の動作説明図である。 実施形態２を示すブロック図である。

図１に示すように、以下に説明する空調制御装置２は、第１の取得部２１と第２の取得部２２と判断部２３と制御部２５とを備える。第１の取得部２１は、環境情報を環境センサ３から取得する。第２の取得部２２は、室内１１の環境を調整する空調機器１について動作状態を含む動作情報を取得する。判断部２３は、環境情報および動作情報の関係があらかじめ定められた環境条件を満足するか否かを判断し、環境条件を満足していない場合に、空調機器１の動作状態を変更する制御ルールを生成する。制御部２５は、判断部２３が生成した制御ルールに従って空調機器１の動作状態を指示する。制御ルールは、環境情報および動作情報の関係を環境条件に近づけ、かつ、空調機器１の動作状態の変化が人に知覚されない微小な変化となるように生成される。ここに、環境条件は、室内１１の気温を用いて定められていることが好ましい。

また、制御ルールは、空調機器１の動作状態を段階的に変化させるように生成されることが好ましい。この場合、１段階の変化量は、動作状態の変化が人に知覚されない微小な変化となるように定められ、段階間の継続時間は、変化後の動作状態に人が馴化する時間となるように定められることが好ましい。

制御ルールは、長期ルールと短期ルールとを含むことが好ましい。環境条件が室内１１の気温を用いて定められる場合、長期ルールは、１回以上の冷房期間の暑熱馴化または１回以上の暖房期間の寒冷馴化を行うことによって環境条件が満足されるように、空調機器１の設定温度と当該設定温度を適用する日時とを定める。短期ルールは、長期ルールで定められた設定温度を目標の設定温度に用い、空調機器１の設定温度がこの目標の設定温度と異なる場合に、空調機器１の設定温度をこの目標の設定温度に近づけるように定められる。

以下に説明する空調設備は、空調制御装置２と、空調制御装置２に制御され室内１１の気温を調節する空調機器１と、室外１２の気温を含む環境情報を監視する環境センサ３とを備える。

（実施形態１）
以下に説明する空調設備は、図１に示すように、室内１１の環境を制御する空調機器１と、空調機器１の動作を制御する空調制御装置２と、室外１２の環境を監視する環境センサ３とを備える。

本実施形態において、空調機器１は、室内１１の環境のうちの主として温度を制御する装置を想定する。この種の空調機器１は、ヒートポンプ式のエアコンディショナ（以下、「エアコン」という）のほか、各種の冷房装置および暖房装置から選択される。空調機器１は、温度を含む動作状態が、利用者が使用する操作装置（図示せず）からの指示により変更可能であり、また空調制御装置２からの制御信号によっても変更可能となるように構成されている。

本実施形態は、主として温度を制御することを想定しているから、扇風機、加湿器、除湿器、空気清浄機などのように室温を実質的に変化させない空調機器は、本実施形態では扱わない。ただし、これらの空調機器の動作を制御するために本実施形態において説明する技術を採用してもよい。

空調機器１が環境を制御する室内１１は、空調機器１の動作によって環境の制御が可能な範囲を意味しており、必ずしも１つの部屋の内部という意味ではない。すなわち、集合住宅の共用部、店舗ビル、病院、ホテルなどの建物の館内などを除外しない。ただし、以下では、１人ないし数人（４〜５人程度）が常用する空間として、住居の部屋が室内１１である場合を想定する。

環境センサ３が環境を監視する室外１２は、上述した室内１１の外界となる空間を意味する。以下では、建物の外部である屋外を想定する。ただし、建物内であっても、部屋の内部と外部とにおいて環境に差異が生じる場合には、部屋の外部を室外１２として扱うことも可能である。

空調制御装置２は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えるデバイスとインターフェイス用のデバイスとを主なハードウェア要素とする。プロセッサを備えるデバイスは、メモリとプロセッサとを一体に備えるマイコン、メモリを外部に備えるプロセッサなどから選択される。

これらのデバイスにより以下に説明する機能を実現するプログラムは、あらかじめ空調制御装置２に設けられたＲＯＭに内蔵される。また、プログラムは、インターネットのような電気通信回線を通して提供されてもよく、あるいは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体により提供されてもよい。

空調制御装置２は、室外１２に設置される環境センサ３から環境情報を取得する第１の取得部２１を備える。環境情報は、少なくとも室外１２の気温に関する情報を含む。環境情報には、気温のほか、湿度、空気質などに関する情報を含んでいてもよい。また、空調制御装置２は、空調機器１の動作状態に関する動作情報を取得する第２の取得部２２を備える。動作情報は、原則として、空調機器１の動作状態を設定する設定器（図示せず）から取得される。ただし、空調機器１が動作状態に関する情報を取り出すインターフェイス部を備えている場合には、空調機器１から取得することが可能である。

第１の取得部２１と第２の取得部２２とは、空調機器１の設定温度が変更されてから室内１１の気温が設定温度に達する程度の時間を単位時間とし、単位時間ごとに情報を取得する。単位時間は、たとえば１０〜６０分の範囲で定められ、一例を示すと、単位時間は３０分に設定される。

第１の取得部２１が取得した環境情報と第２の取得部２２が取得した動作情報とは、空調制御装置２に設けられた判断部２３に入力される。判断部２３は、環境情報に含まれる室外１２の気温と、動作情報に含まれる空調機器１の設定温度（利用者が指示した温度）とを、あらかじめ定められた環境条件に照らし合わせ、環境条件に応じた制御ルールを生成する。すなわち、判断部２３は、環境条件に制御ルールが対応付けられており、環境情報および動作情報が環境条件を満足するように空調機器１の制御ルールを決定する。制御ルールの具体的な内容については後述する。

制御ルールは、判断部２３において生成され、空調制御装置２に設けられた記憶部２６に保存される。あるいはまた、判断部２３が生成した制御ルールは、空調制御装置２に設けられた通信インターフェイス部（以下、「通信Ｉ／Ｆ部」）２４を通して外部装置３０に保存される。通信Ｉ／Ｆ部２４がインターネットのような電気通信回線ＮＴに接続可能である場合、外部装置３０はコンピュータサーバあるいはクラウドコンピューティングシステムが用いられる。通信Ｉ／Ｆ部２４は、パーソナルコンピュータのような支援装置を、外部装置３０として直接接続するように構成されていてもよい。

制御ルールは、室内１１と室外１２との気温差、室内１１の気温の上限値あるいは下限値などを環境条件として定められる。本実施形態における環境条件は、室内１１の気温について、人の健康管理上で適切と言われている温度に基づいて定められる。

そのため、本実施形態における環境条件は、ＩＳＯ７７３０で推奨されている条件、日本建築学会あるいは国土交通省などが推奨する条件、医学的見地により推奨される条件などから選択される。たとえば、日本建築学会によれば、冷房時（夏季）における居室の温度は２５〜２８℃、暖房時（冬季）における居室の温度は１７〜２２℃が推奨されている。また、国土交通省は、夏季における室温として２８℃、冬季における室温として２０〜２２℃を推奨している。

記憶部２６あるいは外部装置３０は、環境条件および制御ルールのような空調機器１を制御するために必要な情報に加えて、空調機器１の動作時における設定温度、室外１２の気温、日時などを対応付けた履歴情報を記憶することが望ましい。履歴情報を保存するには比較的大きな記憶容量が必要であるから、一時的に記憶部２６に記憶させた後、外部装置３０に転送することが望ましい。

空調制御装置２は、記憶部２６（あるいは外部装置３０）に保存された制御ルールに従って空調機器１の制御を行う制御部２５を備える。制御部２５は、利用者が空調機器１に動作状態を指示していない状態に場合に、判断部２３から与えられた制御ルールに従って空調機器１の動作状態を制御する。

環境条件には、立場によるばらつきがあり、また新たな医学的知見が発見されることもあるから、採用する環境条件は選択可能であることが望ましい。また、制御ルールを定めるときに必要なパラメータ（設定温度の変化量、設定温度を維持する期間など）は、あらかじめ定めた値を用いてもよいが、複数の選択肢あるいは所定の範囲から選択可能にしてもよい。これらの選択は、必ずしも利用者が行う必要はないが、利用者による選択を可能にする場合には、空調制御装置２に、情報の対話的な入力を可能にするための表示器および操作器を設けるか、通信Ｉ／Ｆ部２４を通して端末装置を接続すればよい。端末装置は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末などから選択すればよい。

選択可能な環境条件は、たとえば、夏季であれば、室内１１の気温について、（１）２７〜２８℃、（２）（室外１２の気温）−７℃、（３）（室外１２の気温）−５℃の選択肢から選択することが考えられる。また、これらの選択肢に優先度を与えておくことも可能である。パラメータについては、設定温度の変化量についての大小、設定温度を維持する期間の長短、設定温度の微調節などを可能にしてもよい。このような調節が可能であれば、利用者は、好み、癖、体質、健康状態などに合うように、制御ルールを調節することが可能になる。選択可能になる情報は、記憶部２６（あるいは外部装置３０）に保存されていることが望ましい。

（動作）
以下、空調制御装置２の動作を説明する。空調制御装置２は、２種類の制御ルールを用いて空調機器１の動作状態を制御する。一方の制御ルールは、数時間程度までの期間について適用される制御ルールであって、以下では「短期ルール」と呼ぶ。他方の制御ルールは、数ヶ月から数年の期間について適用される制御ルールであって、以下では「長期ルール」と呼ぶ。

＜短期ルール＞
短期ルールは、単位時間ごとに第１の取得部２１が取得した環境情報のうちの室外１２の気温と、単位時間ごとに第２の取得部２２が取得した動作情報のうちの設定温度とを条件に用いる。判断部２３は、室外１２の気温および設定温度を、記憶部２６に記憶されている環境条件に照らし合わせ、環境条件に対応する制御ルールを設定する。

短期ルールは、室内１１と室外１２との気温差の範囲、室内１１の気温の上限値あるいは下限値を環境条件として定められる。この種の環境条件は、たとえば、ＩＳＯ７７３０で推奨されている条件、日本建築学会などが推奨する条件、医学的見地により推奨される条件などから選択される。

ＩＳＯ７７３０では、夏季において、室内１１と室外１２との温度差が５〜７℃以下であることが推奨され、冬季において、室内１１の気温の下限値が２０℃であることが推奨されている。また、日本建築学会では、冷房時における室内１１と室外１２との温度差を７℃以内にすることが推奨され、暖房時における室内１１（居室）の気温の下限値は１７℃が推奨されている。さらに、医学的見地からは、ヒートショック予防などの観点によって、７〜９月には室内１１の気温を室外１２の気温に対して５〜７℃低い範囲とし、１１〜４月には室内１１の気温を１８〜２２℃の範囲とすることが推奨されている。

判断部２３は、この気温に関する条件を環境条件とし、空調機器１の設定温度を決める制御ルール（短期ルール）を定めている。以下では、夏季である場合を想定し、環境条件を「室外の気温−７℃≦室内の気温≦室外の気温−５℃」とする。なお、室内１１の気温は空調機器１の設定温度に一致すると仮定する。

室内１１の気温と室外１２の気温との関係が上述の環境条件を満たしている場合、判断部２３は、短期ルールとして、設定温度を変更しないという指示を制御部２５に与える。この場合、判断部２３は、空調機器１の設定温度と、環境センサ３が検出した室外１２の気温と、日時とを対応付けて記憶部２６（あるいは外部装置３０）に記憶させる。

一方、室内１１の気温と室外１２の気温との関係が上述の環境条件を満たしていない場合、判断部２３は、短期ルールとして、空調機器１の設定温度（制御内容）を変更する指示を制御部２５に与える。指示する設定温度は、たとえば、以下のように定める。

いま、室外１２の気温が３３℃であり、空調機器１の設定温度が２４℃であるとする。この場合、室内１１と室外１２との気温差は、９℃であるから、上述した環境条件を満足しない。この場合、判断部２３は、記憶部２６（あるいは外部装置３０）に制御ルールが存在するか否かを探索する。また、制御部２５は、制御ルールが適用中である場合、空調機器１の動作状態が制御ルールを満足する動作か否かを判断する。

探索により制御ルールの適用中であって、かつ空調機器１が制御ルールを満足する動作状態である場合、判断部２３は、空調機器１が適用中の制御ルールによる動作状態を継続するように制御部２５に指示する。また、空調機器１が制御ルールの適用による動作状態である場合、判断部２３は、空調機器１の設定温度と、環境センサ３が検出した室外１２の気温と、日時とを対応付けて記憶部２６（あるいは外部装置３０）に記憶させる。

一方、探索により制御ルールの適用中であって、かつ空調機器１の動作状態が制御ルールを満たしていない場合、判断部２３は、空調機器１の設定温度と、制御ルールを満たす場合の設定温度との温度差を求める。たとえば、制御ルールに基づく設定温度が２６℃であるとすれば、空調機器１の設定温度が上述のように２４℃であることは、空調機器１の動作状態が制御ルールを満足していないことになる。

このように、空調機器１の設定温度が制御ルールに基づく設定温度とは異なっている場合、判断部２３は、空調機器１の設定温度を、制御ルールにより定まる設定温度に近づけるように、設定温度を時間経過に伴って変化させる。すなわち、判断部２３は、時間経過に伴って設定温度を段階的に変化させる。

判断部２３は、上述した単位時間ごとに、あらかじめ定めた微小の変化量ずつ設定温度を変化させ、単位時間の所定数倍の時間が経過した時点で、制御ルールに基づく設定温度に達しているように設定温度を定める。つまり、判断部２３は、単位時間ごとに、１段階の変化量ずつ設定温度を変化させることにより、目標とする設定温度に到達させる。目標とする設定温度は、後述する長期ルールによって設定される。

単位時間および単位時間ごとの１段階の変化量は、設定温度の変化を人が知覚できない程度に定める。また、単位時間は、変化後の設定温度に人が馴化（順化）する程度の時間であることが望ましい。単位時間は、たとえば３０分に定められ、変化量は、たとえば０．３℃に定められる。要するに、制御ルールは、環境情報（室外１２の気温）および動作情報（現状の設定温度）の関係を環境条件に近づけ、かつ、空調機器１の動作状態（設定温度）の変化が人に知覚されない程度の微小な変化となるように生成される。

上述した例では、制御ルールに従って設定温度を定めた場合との温度差は２℃であり、２℃／０．３℃≒７であるから、設定温度は、単位時間の７倍の時間（＝３．５時間）で制御ルールに従う設定温度に到達する。すなわち、判断部２３は、「３０分ごとに０.３℃ずつ設定温度を上昇させる制御を７回繰り返す」という短期ルールを設定する。

上述した制御ルール（短期ルール）において、単位時間が３０分に定められ、設定温度の１段階の変化量が０．３℃に定められているのは、以下の理由による。すなわち、人の生理学的な特性によれば、人の温度受容器は、皮膚に対する温度刺激が１６〜４０℃程度の範囲では、３０分ほどでほぼ順応することが知られている。また、人が知覚可能な温度差は、５０歳以下では０．５℃、６５歳以上では１〜５℃と言われている。したがって、１段階の変化量が０．３℃であれば、年齢にかかわらず温度差が知覚されず、単位時間が３０分であれば、設定した温度にほぼ馴化すると考えられる。なお、これらの値は一例であって、適宜に変更することが可能である。

ちなみに、皮膚温が３３〜３４℃程度であるとき、人は暑さおよび寒さを感じることがない。このような皮膚温は、中立状態の皮膚温であって、無感温度と呼ばれている。

制御部２５は、判断部２３が設定した短期ルールを用いて空調機器１に動作状態を指示する。ここでは、動作状態のうち設定温度のみに着目しているから、制御部２５は、設定温度を短期ルールに従って設定するように、空調機器１に指示を与える。空調機器１は、制御部２５から設定温度が指示されると設定温度を変更する。

制御部２５は、空調機器１の設定温度を変更するたびに、空調機器１の設定温度と、環境センサ３が検出した室外１２の気温と、日時とを対応付けて記憶部２６（あるいは外部装置３０）に記憶させる。

上述した例において、１４：００における室内１１の気温が２４℃であって、到達させる気温が２６℃であるとすれば、記憶部２６（あるいは外部装置３０）に記憶される内容は、表１のようになる。このようにして、設定温度が２６℃に達するまで、３０分ごとに記憶部２６（あるいは外部装置３０）にデータが追記される。

ところで、空調機器１の設定温度が制御ルールに従っていない状態から制御ルールに従う設定温度に近づける期間において、空調機器１の設定温度を利用者が変更する可能性がある。上述した例では、３０分ごとに設定温度を０．３℃ずつ変化させる動作を７回繰り返すから、所望の設定温度に達するには、３．５時間を要する。そのため、利用者が設定温度を変更する可能性がある。利用者が設定温度を変更した場合、判断部２３は、変更された設定温度と、制御ルールに従う設定温度との温度差を求め、短期ルールをあらためて設定する。

空調機器１の設定温度を利用者が変更したか否かを判断部２３が認識するには、たとえば、設定温度を指示した主体を示すフラグを用いるか、空調制御装置２が指示した設定温度と空調機器１の設定温度とを比較する技術を用いる。

フラグを用いる場合、制御部２５が制御ルールに従って空調機器１に設定温度を指示する際に、制御部２５が記憶部２６（または外部装置３０）にフラグを設定する。また、空調機器１から第２の取得部２２が受け取る動作情報に、利用者が設定温度を変更したことを示す情報を含めておき、この情報を受け取ると、判断部２３がフラグを解除する。この動作により、判断部２３は、フラグの有無によって、空調機器１の設定温度が、制御ルールに基づいて設定されたか、利用者に設定されたかを区別することができる。

また、設定温度を比較する場合、判断部２３は、単位時間ごとに、制御部２５が空調機器１に前回指示した設定温度と、空調機器１から第２の取得部２２が取得した設定温度とを比較する。比較結果が一致していれば、空調機器１の設定温度は制御ルールに従って設定されたと判断され、比較結果が不一致であれば、空調機器１の設定温度は利用者に設定されたと判断される。

上述した短期ルールを適用した動作を図２にまとめて示す。空調制御装置２は、空調機器１の動作情報を取得し（Ｓ１）、環境センサ３から環境情報を取得する（Ｓ２）。動作情報と環境情報との取得の順序は問わない。環境情報および動作情報の関係が所定の環境条件を満足しているときは（Ｓ３：Ｙ）、空調機器１の制御は行わずに、動作情報と環境情報とが記憶部２６（あるいは外部装置３０）に保存される（Ｓ８）。

環境情報および動作情報の関係が環境条件を満足していないときには（Ｓ３：Ｎ）、制御ルールの適用中ではないか、制御ルールの適用中であっても制御情報が制御ルールを満たしていない場合（Ｓ４：Ｎ）、短期ルールを新たに作成する（Ｓ５）。空調制御装置２は、新たに作成された短期ルールに従って設定温度（制御内容）を更新する（Ｓ６）。一方、制御ルールが適用中であり、かつ制御情報が制御ルールを満足している場合（Ｓ４：Ｙ）、短期ルールに従って制御内容を更新する（Ｓ６）。新された制御内容は空調機器１に指示され（Ｓ７）、指示された制御内容は、動作情報および環境情報とともに記憶部２６（あるいは外部装置３０）に保存される（Ｓ８）。

＜長期ルール＞
ところで、短期ルールにおいて目標とする設定温度は、上述したように、長期ルールにより設定される。長期ルールは、数ヶ月から数年について適用される制御ルールであり、季節を単位として用いられる。季節を単位としているのは、暖房時と冷房時とでは制御ルールが異なるからである。

長期ルールを設定するために、判断部２３は、所定期間における室外１２の気温および空調機器１の設定温度を、記憶部２６（または外部装置３０）から読み出す。室外１２の気温および空調機器１の設定温度は、記憶部２６（または外部装置３０）に空調制御装置２が記憶させた情報を用いる。所定期間は、空調機器１の冷房時あるいは暖房時に対応する期間であって、通常は季節に対応する。所定期間は、たとえば２ヶ月とする。

判断部２３は、記憶部２６（または外部装置３０）から読み出した情報の平均値を求める。いま、室外１２の気温をθｏ、空調機器１の設定温度をθａｃとし、室外１２の気温の平均値をθｏｍ、空調機器１の設定温度の平均値をθａｃｍとする。

判断部２３は、空調機器１の設定温度の平均値θａｃｍについて、室外１２の気温との温度差を環境条件に用いる。長期ルールでは、空調機器１の設定温度の平均値θａｃｍを室内１１の気温とみなし、室外１２の気温の平均値θｏｍを室外１２の気温とみなす。短期ルールと同様に夏季である場合を想定し、環境条件を、「室外の気温−７℃≦室内の気温≦室外の気温−５℃」とする。

空調機器１の設定温度の平均値θａｃｍと室外１２の気温の平均値θｏｍとの関係が、上述した環境条件を満たしている場合、判断部２３は、長期ルールとして、空調機器１が適用中の制御ルールによる動作状態を継続するように制御部２５に指示する。すなわち、判断部２３は、長期ルールによって空調機器１に指示する設定温度を、設定温度の平均値θａｃｍとする。

一方、空調機器１の設定温度の平均値θａｃｍと室外１２の気温の平均値θｏｍとの関係が、上述した環境条件を満たしていない場合、判断部２３は、目標とする温度差Δθｔを定め、温度差Δθｔを０にするように、設定温度を時間経過に伴って変化させる。

温度差Δθｔは、室外１２の気温の平均値θｏｍと、空調機器１の設定温度の平均値θａｃｍと、環境条件とにより定められる。目標とする温度差Δθｔは、たとえば、（θｏｍ−７℃）−θａｃｍ≦Δθｔ≦（θｏｍ−５℃）−θａｃｍという関係で表される。ここで、θｏｍ−θａｃｍ＝θｄｍとおけば、上述した関係は、θｄｍ−７℃≦Δθｔ≦θｄｍ−５℃と表される。

短期ルールと同様に、長期ルールにおいても、判断部２３は、空調機器１の設定温度を時間経過に伴って段階的に変更する。１段階の変化量θｓｔｐは、人が知覚可能な温度差に基づいて設定され、たとえば０．３℃に設定される。また、長期ルールでは、設定温度を１段階変化させる期間が１〜２週間程度に定められる。

判断部２３は、温度差Δθｔを０に近づけるように空調機器１の設定温度を変更するために、設定温度を変化させる必要回数Ｎを、Ｎ＝Δθｔ／θｓｔｐによって求める。設定温度を１段階変化させる期間Ｔｓｔｐに回数Ｎを乗じた期間が、空調機器１による暑熱馴化あるいは寒冷馴化を行う期間になる。判断部２３は、各期間Ｔｓｔｐに設定温度を割り当てることにより長期ルールを設定する。

ここに、運動を行って発汗を促せば、運動強度に応じて数日から１０日程度で暑熱馴化がなされるが、日常的に運動を行っていない人にとって、この方法での暑熱馴化は苦痛を伴う。これに対して、本実施形態は、空調機器１の設定温度を徐々に変化させて室内１１の気温を調節するだけであるから、利用者は苦痛を伴うことなく暑熱馴化あるいは寒冷馴化がなされることになる。

暑熱馴化は夏季（冷房期間）に行われ、寒冷馴化は冬季（暖房期間）に行われるから、判断部２３が制御ルールを設定するために、冷房期間か暖房期間かはあらかじめ定めておくことが必要である。

ところで、設定温度を１段階変化させる期間Ｔｓｔｐは、たとえば１〜２週間であるから、たとえば期間Ｔｓｔｐが１週間であっても、長期ルールで温度差Δθｔを０にするには、Ｎ週間を要する。そのため、温度差Δθｔが比較的大きい場合、温度差Δθｔが０に達する前に、冷房期間あるいは暖房期間が終了する場合がある。このような場合、長期ルールは、次の冷房期間あるいは暖房期間に持ち越される。すなわち、長期ルールの残りの制御は、冷房期間であれば翌年の冷房期間に実施され、暖房期間であれば年末からの暖房期間に実施されることになる。

たとえば、７月１日から９月３０日までを冷房期間（夏季）とする場合であって、８月の２週目から長期ルールを適用する場合を想定する。設定温度を１段階変化させる期間Ｔｓｔｐが１週間、設定温度を変化させる必要回数が９回であると、長期ルールの適用期間が終了するのは１０月になり、設定温度を変化させる回数が３回残ることになる。このような場合、翌年の冷房期間が開始される７月１日以後に残りの３回を実施する。

長期ルールの適用期間が決まると、判断部２３は、日ごとに設定温度を割り当てる。つまり、判断部２３は、長期ルールの適用期間において、月日で指定した期間に設定温度を割り当てたデータ（Ｘ１月Ｙ１日〜Ｘ２月Ｙ２日，θｘ℃）を長期ルールとして作成し、この長期ルールを、記憶部２６（あるいは外部装置３０）に保存する。記憶部２６（あるいは外部装置３０）に保存された長期ルールは、月日で指定された期間に該当する設定温度が適用されるように、制御部２５が読み出す。すなわち、制御部２５は、長期ルールの設定温度を、短期ルールにおける目標とする設定温度に定める。

（実施形態の効果）
以上説明したように、長期ルールによって、暑熱馴化あるいは寒冷馴化が長期的になされるようにし、利用者が一時的に空調機器１の設定温度を変更した場合には、短期ルールを適用することにより、短期的な馴化を行うようにして、長期ルールに復帰させる。短期ルールが適用される事例としては、たとえば、夏季であれば、利用者が帰宅直後に空調機器１の設定温度を通常時よりも下げた場合などが該当する。

すなわち、利用者が自身が快適になるように空調機器１の設定温度を調節した場合に、短期的には、利用者が知覚できない程度の変化量で設定温度を変化させ、かつ変化させた設定温度に順応する程度の時間が経過するまで設定温度を維持する。この動作を繰り返すことにより、長期ルールで設定されている目標の設定温度に近づけ、結果的に、利用者にとって適正と考えられる設定温度に馴化させることが可能になる。

この動作では、室内１１の温度が急激に変化することがなく、利用者は、気付かない間に適正な設定温度に馴化するから、苦痛を伴わずに適正な温熱環境に馴れることになる。

（他の構成例）
上述した構成例では、判断部２３が定めた制御ルールは継続して利用されているが、判断部２３が定めた制御ルールが利用者に適合しない場合がある。すなわち、利用者は、好み、癖、体質、健康状態などにばらつきがあるから、判断部２３が定めた制御ルールが利用者に適合しない場合もある。

空調制御装置２が入力器を備えるか、空調制御装置２が端末装置と通信する場合、判断部２３は、入力器あるいは端末装置からの指示を受けて、制御ルールを破棄し、作成しなおすことが可能であることが望ましい。また、入力器あるいは端末装置からの指示ではなく、利用者が設定温度を変更する頻度を監視し、頻度が規定値以上である場合に制御ルールを変更する構成を採用してもよい。たとえば、利用者が設定温度を５日間続けて変更した場合に、適用中の制御ルールを破棄すればよい。

上述した構成例では、室外１２の環境を監視する環境センサ３を設け、環境センサ３により室外１２の温度を監視しているが、室内１１の環境を監視する環境センサ３を設けることも可能である。たとえば、室外１２の気温に加えて、室内１１の気温を監視することが可能である。室内１１の気温を監視すれば、冬季において床付近と天井付近との温度差が３℃以内にするという、ＩＳＯ７７３０の推奨値を満足するように、扇風機、サーキュレータのような空調機器１を用いて、室内１１の環境を制御することが可能になる。

また、環境センサ３は、室内１１の気温、室外１２の気温のほかに、湿度、風速のように人の快適性に関与する環境を監視してもよい。この種の情報は、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote＝予測平均温熱感）、ＳＥＴ＊（Standard New Effective Temperature）、ＯＴ（Operative Temperature＝作用温度）などの温熱感指標を算出するために用いてもよい。この種の温熱感指標を算出することにより、空調機器１により制御可能な環境のうち温度、湿度、風速などの制御を行うことも可能である。

この場合の空調制御装置２の制御対象は、暖房機器、扇風機、除湿器などから選択される空調機器１を含む。扇風機、除湿器は、単独では室内１１の気温を変化させることができないから、室内１１の気温を変化させる他の空調機器１と組み合わせて用いられる。

空調機器１が扇風機、除湿器などを含む場合、たとえば、設定温度の変更によって快適性が損なわれる場合に、湿度、風速の調節によって、快適性を維持し、利用者に目標とする設定温度を達成させることが考えられる。すなわち、室内１１の温度が同じであるとしても、湿度が下がるか、あるいは風速が大きくなれば、気温が低下したかのような体感が得られる。

したがって、冷房時において設定温度を２６℃にするという制御ルールである場合に、制御部２５は、湿度と風速との少なくとも一方を調節することにより、設定温度を２６．８℃などに設定することが可能になる。要するに、制御部２５は、設定温度を変更した場合に、温熱感指標が変化しないように、湿度と風速との少なくとも一方を制御する。湿度と風速との制御に要する電力にもよるが、温熱感指標が同じであれば、一般的には設定温度の制御に要する電力のほうが大きいから、上述した制御を行えば、省エネルギーにつながる。

長期ルールは、月日に応じて設定温度が定まっているから、たとえば、夏季において室外１２の気温が３８℃などと特別に高い日が例外的に生じた場合、熱中症などを防止するために、長期ルールを無視して設定温度を変更することが必要になる。本実施形態は、利用者による設定温度の変更を許容する短期ルールを適用するから、例外的な設定温度が必要である場合にも、長期ルールを破棄することなく、短期ルールで柔軟に対応することができる。

長期ルールを設定するには、上述したように、室外１２の気温の平均値および空調機器１の設定温度の平均値が必要である。平均値を求める際には、例外的な値を異常値として平均の演算から除外すればよい。また、平均値を算出する場合に、記憶部２６（あるいは外部装置３０）に保存されているデータだけでは不足する場合には、気象庁のような公的機関が発表しているデータを取得して利用してもよい。この種のデータには、たとえば、地域気象観測システム（いわゆるアメダス）のデータがある。

本実施形態で説明した空調制御装置２は、単独で用いることが可能である。また、通信機能を備える電気負荷と通信することにより、電気負荷の動作の監視および電気負荷の動作の制御を可能にするＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラに、空調制御装置２の機能が組み込まれていてもよい。

（実施形態２）
本実施形態は、図３のように、実施形態１の構成に対して、室内１１と室外１２との間で自然換気を可能にする開閉部４と、室内１１の環境を監視する環境センサ３Ａとを付加した構成を備える。

空調制御装置２に設けられた第１の取得部２１は、環境センサ３から室外１２の環境情報を取得するだけではなく、環境センサ３Ａから室内１１の環境情報も取得する。本実施形態において、環境センサ３が監視する室外１２の環境情報は気温および風速を含み、環境センサ３Ａが監視する室内１１の環境情報は気温および風速を含む。本実施形態は、温熱感指標を考慮する。したがって、環境センサ３，３Ａは環境情報として湿度などの情報も含めて監視する構成であってもよい。

空調制御装置２に設けられた制御部２５は、空調機器１の制御だけではなく、開閉部４の開口率も制御する。開閉部４は、窓、ドアなどから選択され、建物の複数箇所に設けられる。適宜部位の開閉部４を開放することによって、室内１１に外気が通気され、自然換気がなされる。開閉部４の開口率は、動作情報として第２の取得部２２が取得する。

環境センサ３，３Ａが監視する環境情報のうち風速に関する情報は、開閉部４から室外１２の空気を取り入れるために用いられるから、少なくとも風速を監視する環境センサ３，３Ａは、開閉部４の近傍に配置されていることが望ましい。

本実施形態は、空調制御装置２が、開閉部４を空調機器１に優先して用いるように制御を行うことにより、利用者の外気温に対する馴化を促し、かつ省エネルギーにも寄与させている。判断部２３は、開閉部４の近傍に配置された室外１２の環境センサ３で監視される風速を用い、環境センサ３で計測された風速が所定範囲（たとえば、０．５〜５ｍ／ｓ）であれば、開閉部４を開くように制御部２５に指示する。

一方、第１の取得部２１は環境センサ３Ａから室内１１の環境を定期的に取得する。ここで、制御部２５が開閉部４を開いた後に、室内１１の環境が所定の環境条件を満たさない場合（すなわち、風速、風量が基準値に達しない場合）、判断部２３は、室内１１の環境を改善するように空調機器１および開閉部４を制御する。

すなわち、開閉部４が全開でなければ、判断部２３は開閉部４の開口率を増加させるように開閉部４を制御する。また、空調機器１が、扇風機あるいはサーキュレータを含む場合は、扇風機あるいはサーキュレータを動作させる。さらに、これらの空調機器１を動作させても依然として室内１１の環境が所定の環境条件を満足しない場合は、冷房あるいは暖房を行う空調機器１を動作させる。

判断部２３は、実施形態１で説明した処理と同様にして、温熱感指標から求められる設定温度について長期ルールと短期ルールとの制御ルールを設定する。制御部２５は、実施形態１と同様に、冷房あるいは暖房を行う空調機器１を動作させる際には、判断部２３が定めた制御ルールを用いて空調機器１を制御する。

この動作により、制御ルールにより設定された設定温度と同程度の温熱環境指数が得られる場合には、可能な限り室内１１に室外１２の空気を取り入れることによって、空調機器１への依存性を下げることが可能になる。ここに、室外１２の風速は一様ではなく、時々刻々と変化するから、風速の瞬時値を用いても温熱環境指数を評価することは困難である。したがって、環境センサ３，３Ａが監視する風速については、判断部２３において求めた一定時間の平均値を用いる。開閉部４を開くことによって、室外１２の空気を取り入れる場合には、風速が変化するから、室内１１における利用者の温熱感覚は、一定ではなく、時間とともに変化する。それゆえ、暑熱馴化の一層の促進がなされ、温熱環境に対する人の調整能力を賦活させることになる。

ところで、気温が体温を上回るほど高い（たとえば、３８℃以上）場合には、風速が大きくても人体からの放熱量は増加せず、むしろ空気から人体に放熱されることが知られている。すなわち、室外１２の気温が、所定温度を超えると、開閉部４を開いて外気を室内１１に取り込んだとしても、空気流による冷却効果は期待できなくなる。また、人体は、発汗および汗の蒸発に伴う気化熱の放散によって放熱しているが、湿度が上昇した場合には、汗の気化が阻害されるから、放熱の効率が著しく低下する。

このような事象に鑑みて、室外１２の気温、風速、湿度を組み合わせることによって、開閉部４を開放せずに、空調機器１を動作させるほうが望ましい条件が定められる。したがって、本実施形態では、開閉部４を開放する条件の範囲と、空調機器１を動作させる条件の範囲とを定め、記憶部２６（あるいは外部装置３０）に保存している。ここに、雨天時には、開閉部４を開くと室内１１が濡れることがあり、また室内１１の湿度が上昇することがある。したがって、環境センサ３Ａには、天候を判断する機能を付加し、制御部２５は、雨天時には開閉部４を閉じることが望ましい。

判断部２３は、環境センサ３，３Ａが監視した環境情報を、これらの条件に照らし合わせることにより、開閉部４を開くか、空調機器１を動作させるかを決定する。また、空調機器１の運転に際しては、実施形態１と同様に、長期ルールおよび短期ルールに従って設定温度を調節する。

なお、本実施形態では、環境センサ３，３Ａを用いて風速、湿度を監視しているが、室外１２の風速、湿度に関しては、地域気象観測システム（いわゆるアメダス）などのデータを用いてもよい。

上述した構成例では、空調制御装置２が、空調機器１の動作と開閉部４の開閉とを自動的に組み合わせているが、利用者によっては、開閉部４の開閉を自動的に行うことを忌避する場合もある。そのため、空調制御装置２は、空調機器１と開閉部４とを併用する動作モードと、空調機器１のみを用いる動作モードとの選択が可能になっていることが望ましい。すなわち、利用者に２種類の動作モードの一方を選択させる構成であることが望ましい。本実施形態の他の構成および動作は実施形態１と同様である。

なお、上述した実施形態は本発明の一例であって、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

１ 空調機器
２ 空調制御装置
３ 環境センサ
３Ａ 環境センサ
１１ 室内
１２ 室外
２１ 第１の取得部
２２ 第２の取得部
２３ 判断部
２４ 通信インターフェイス部
２５ 制御部
２６ 記憶部
３０ 外部装置

Claims (5)

1. 環境情報を環境センサから取得する第１の取得部と、
   室内の環境を調整する空調機器について動作状態を含む動作情報を取得する第２の取得部と、
   前記環境情報および前記動作情報の関係があらかじめ定められた環境条件を満足するか否かを判断し、前記環境条件を満足していない場合に、前記空調機器の動作状態を変更する制御ルールを生成する判断部と、
   前記判断部が生成した前記制御ルールに従って前記空調機器の動作状態を指示する制御部とを備え、
   前記制御ルールは、
   前記環境情報および前記動作情報の関係を前記環境条件に近づけ、かつ、
   前記空調機器の動作状態を段階的に変化させるように生成され、
   １段階の変化量は、動作状態の変化が人に知覚されない微小な変化となるように定められ、
   段階間の継続時間は、変化後の動作状態に人が馴化する時間となるように定められる
   ことを特徴とする空調制御装置。
2. 前記環境条件は、気温を用いて定められている
   請求項１記載の空調制御装置。
3. 前記制御ルールは、
   １回以上の冷房期間の暑熱馴化または１回以上の暖房期間の寒冷馴化を行うことによって前記環境条件が満足されるように、前記空調機器の設定温度と当該設定温度を適用する日時とが定められる長期ルールと、
   前記長期ルールで定められた設定温度を目標の設定温度に用い、前記空調機器の設定温度が前記目標の設定温度と異なる場合に、前記空調機器の設定温度を前記目標の設定温度に近づけるように定められる短期ルールとを含む
   請求項２記載の空調制御装置
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調制御装置と、
   前記空調制御装置に制御され室内の気温を調節する空調機器と、
   室外の気温を含む環境情報を監視する環境センサとを備える
   空調設備。
5. コンピュータを、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調制御装置として機能させる
   プログラム。

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