JP6194187B2 - 室内環境制御システム - Google Patents

Description

この発明は、室内環境制御システムに関するものである。

住宅や建築物の暖房に要するエネルギー使用量を低減するために、居室に在室者がいるか否かを検出して、これに基づいてエネルギーを制御することが提案されている。

特許文献１には、人体の輻射熱を感知する人体センサを居室に設け、人を検出した場合には設定温度を目標温度とし、人が検出されない場合には設定温度よりも所定温度だけ低い温度を目標温度として制御するシステムが開示されている。

特許文献２には、複数の温水マットと輻射熱などによる人体検出センサを備えたシステムが開示されている。このシステムは、人体検出センサによって人が検出されると、当該位置の温水マットに温水を流すように制御するものである。

特許文献３には、人体検出センサとして近赤外線センサを用いたシステムが開示されている。天井面に複数の輻射パネルおよび近赤外線センサが設けられている。近赤外線センサによって人を検出すると、当該輻射パネルの冷暖房のためのエネルギーを大きくするようにしている。

特許文献４には、複数の輻射パネルを設け、これらの表面温度を計測して、各輻射パネルの表面温度が均一になるように制御するシステムが開示されている。

特許文献５には、室外に設けられた日照センサに基づいて、室内の空調機器の能力を補正するシステムが開示されている。

特許３６３４５０７ 特開平９−３１８０８４ 特開平５−３１２３８８ 特開平４−３２０７５２ 特許３１６２８８０

寒冷地における住宅の冬期間の室内環境制御は、暖房と照明が中心であり、前者は生命や健康に関わる重要事項の１つである。寒冷地における住宅の暖房は、住宅全体のエネルギー使用量の多くを占めるが、居室全体の平均温度を上げることで快適性を保つの通常である。たとえば、特許文献１、特許文献５などのシステムは、居室全体の温度を制御している。

しかし、エネルギー使用量の低減のため平均室温を下げると、在室社の快適性を損なうだけでなく、寒冷地においては生命や健康に関わるため現実的ではない。

そこで、特許文献２、３、４のシステム等では、居室全体ではなく在室者だけを局所的に暖房することで暖房用エネルギーを削減するようにしている。しかし、いずれも、輻射熱や遠赤外線などに基づいて人体を検出しているため、日照と区別が付かず、適切な制御を行うことができないという問題があった。また、室内の照明についても、同様の問題が生じていた。

この発明は、上記のような問題を解決して、居室内における在室者の場所を適切に検知して、快適性を損なうことなく暖房などのエネルギーを低減することのできるシステムを提供することを目的とする。

(1)この発明に係る室内環境制御システムは、居室を複数の区画に分け、当該区画ごとに設けられた放熱装置と、前記居室を撮像して赤外画像を得る赤外線画像撮像装置と、前記赤外画像に基づいて人の有無を検出するとともに、当該人の足元位置を赤外画像にて特定して当該人が前記いずれの区画にいるかを判断する人検出手段と、人検出手段によって人が検出されると、当該人が存在すると判断した区画と当該人が存在しないと判断した区画に基づいて、各区画の放熱装置を制御する制御手段とを備えている。

したがって、人の存在する区画と存在しない区画でエネルギー量を調整し、快適性を損なうことなくエネルギー量を低減することができる。

(2)この発明に係る室内環境制御システムは、区画ごとに設けられた照明装置をさらに備え、制御手段は、人検出手段によって人が検出されると、当該人が存在すると判断した区画と当該人が存在しないと判断した区画に基づいて、各区画の照明装置を制御することを特徴としている。

したがって、人の存在する区画と存在しない区画で照明に要する電力を調整し、快適性を損なうことなく電力量を低減することができる。

(3)この発明に係る室内制御システムは、赤外線画像撮像装置と実質的に同じ範囲を実質的に同じアングルで撮像して通常画像を得る画像撮像装置と前記通常画像において前記区画を設定するために区画設定手段とをさらに備え、前記人検出手段は、前記赤外画像に対応する前記通常画像において、前記区画設定手段によって設定された区画に基づいて、検出した人がいずれの区画に存在するかを判断することを特徴としている。

したがって、ユーザの設定した区画にしたがって、エネルギー量の調整を行うことができる。

(4)この発明に係る室内環境制御システムは、通常画像における濃度差に基づいて日照を検出し、当該濃度差に応じて入射エネルギー量を推定する日照検出手段をさらに備え、前記制御手段は、検出された日照がいずれの区画であるかを赤外画像に基づいて判断し、前記推定された入射エネルギー量に基づいて当該区画の放熱装置からの放熱量を制御することを特徴としている。

したがって、日照によるエネルギーも考慮して暖房制御を適切に行うことができる。

(5)この発明に係る室内環境制御システムは、放熱装置が、対面式温水放熱パネルであることを特徴としている。

したがって、温水放熱パネルを用いて暖房制御を行うことができる。

「人検出手段」は、実施形態においては、ステップＳ１がこれに対応する。

「制御手段」は、実施形態においては、ステップＳ５がこれに対応する。

この発明の一実施形態による室内環境制御システムの機能ブロック図である。 放熱パネルＰ1〜Ｐ6、照明装置Ｌ1〜Ｌ6、赤外線カメラ４ａ、４ｂ、カメラ６ａ、６ｂの配置を示す図である。 放熱パネルＰ1、Ｐ2・・・と三方弁Ｖ1、Ｖ2・・・を示す図である。 ハードウエア構成を示す図である。 制御プログラム４６のフローチャートを示す図である。 赤外画像のひずみ補正を説明するための図である。 赤外画像の２値化を示す図である。 制御区画特定のフローチャートを示す図である。

１．全体構成
図１にこの発明の一実施形態による室内環境制御システムの機能ブロック図を示す。居室２の隅には、一対の赤外線画像撮像装置４ａ、４ｂが設けられている。同様に、一対の画像撮像装置６ａ、６ｂが設けられている。赤外線画像撮像装置４ａと画像撮像装置６ａは、ほぼ同一の範囲を同一のアングルにて撮像するように配置されている。赤外線画像撮像装置４ｂと画像撮像装置６ｂについても同様である。

区画設定手段８は、画像撮像装置６ａ、６ｂから受けた居室２の画像を表示し、ユーザからの入力操作にしたがって、居室２内に区画を設定する。ここでは、Ｄ1、Ｄ2・・・Ｄ6までの６つの区画が設定されたものとする。

各区画Ｄ1、Ｄ2・・・Ｄ6には、それぞれ、放熱装置Ｈ1、Ｈ2・・・Ｈ6が設けられている。また、各区画Ｄ1、Ｄ2・・・Ｄ6には、それぞれ、照明装置Ｌ1、Ｌ2・・・Ｌ6が設けられている。

人検出手段１０は、赤外線画像撮像装置４ａ、４ｂからの赤外画像を受けて、居室２内における人の有無を検出する。人を検出すると、その赤外画像の形状に基づいて、足元の位置を特定する。この足元が、区画設定手段８によって設定されたいずれの区画に位置するかを決定し、在室者の場所を判断する。

制御手段１２は、判断した在室者の存在する区画に基づいて、放熱装置Ｈ1、Ｈ2・・・Ｈ6や照明装置Ｌ1、Ｌ2・・・Ｌ6を制御する。これにより、在室者の快適性を損なわず、エネルギー消費量を低減することができる。

２．具体的構成
図２に、一実施形態による室内環境制御システムの放熱パネルＰ1〜Ｐ6、照明装置Ｌ1〜Ｌ6、赤外線カメラ４ａ、４ｂ、カメラ６ａ、６ｂの配置を示す。

図３に、放熱パネルＰ1、Ｐ2・・・、三方弁Ｖ1、Ｖ2・・・および温水管の接続関係を示す。温水流入管２０からは、三方弁Ｖ1、Ｖ2・・・を介して、放熱パネルＰ1、Ｐ2・・・の流入口Ｉ1、Ｉ2・・・に温水管が接続されている。また、放熱パネルＰ1、Ｐ2・・・の排出口Ｏ1、Ｏ2・・・は、温水排出管２２に接続されている。三方弁Ｖ1、Ｖ2・・・は、制御回路によって制御され、温水流入管２０と流入口を接続した状態と、温水流入管２０と温水排出管２０を接続した状態に切り替えることができる。

図４に、制御回路をＣＰＵ３０を用いて実現した場合のハードウエア構成を示す。ＣＰＵ３０には、メモリ３２、ディスプレイ３４、ハードディスク３６、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ３８、キーボード／マウス４０、Ｉ／Ｏポート４２が接続されている。

Ｉ／Ｏポート４２には、三方弁Ｖ1〜Ｖ6、照明装置Ｌ1〜Ｌ6、赤外線カメラ４ａ、４ｂ、カメラ６ａ、６ｂが接続されている。ハードディスク３６には、WINDOWS（商標）などのオペレーティングシステム４４、制御プログラム４６が記録されている。制御プログラム４６は、オペレーティングシステム４４と協働してその機能を発揮する。なお、オペレーティングシステム４４、制御プログラム４６は、ＤＶＤ−ＲＯＭ４８に記録されていたものを、ＤＶＤ−ＲＯＭ４８ドライブ３８を介して、ハードディスク３６にインストールしたものである。

３．制御処理
図５に、この発明の一実施形態による制御プログラム４６のフローチャートを示す。まず、ＣＰＵ３０は、赤外線カメラ４ａ、４ｂからの赤外画像に基づいて、居室２内に人がいるかどうかを判断する（ステップＳ１）。赤外線カメラ４ａと４ｂは、居室２の対角線上の位置に配置されている。したがって、赤外線カメラ４ａによる赤外画像は、全体的に図６Ａに示すように歪むことになる。なお、図において、Ｅは撮像方向である。同様に、赤外線カメラ４ｂによる赤外画像は、全体的に図６Ｂに示すように歪むことになる。

ＣＰＵ３０は、赤外線カメラ４ａの赤外画像と、赤外線カメラ４ｂの赤外画像とに基づいて、歪みを修正した図６Ｃに示すような赤外画像を生成する。

次に、ＣＰＵ３０は、この赤外画像中に人体画像が含まれているかどうかを判断する。まず、赤外画像を所定のしきい値で２値化する。これにより、たとえば、図７Ａのような赤外画像から、図７Ｂのような２値化画像を得ることができる。赤外画像内の２値化画像をラベリングし、所定の大きさ以上のものを抽出して人であると判断するようにしている。

この時、居室２内に日照があると、この日照も２値化画像として検出されることになる。そこで、矩形や平行四辺形などの形状の２値化画像は日照であると判断して区別するようにしている。さらに、日照があるところに人がいる場合には、人がいるところは日照よりもさらに温度が高くなる。そこで、日照を検出した場合には、しきい値を上げて２値化を行い、日照と重なった人の部分を抽出するようにしている。

以上のようにして、居室２内における人の有無を判断するようにしている。

人が検出されない場合、ＣＰＵ３０は、暖房温度、照明をスケジュール値に設定する（ステップＳ１０）。この実施形態では、全ての照明をオフにし、暖房温度を生存可能な下限温度付近（たとえば１７度）に設定するようにしている。

人が検出された場合、ＣＰＵ３０は、当該人がいずれの区画にいるかを判断し、これに応じて制御すべき区画を特定する（ステップＳ２）。図８に、制御区画特定処理のフローチャートを示す。

まず、ＣＰＵ３０は、２値化画像から右足と左足の足元の座標Ｘ1、Ｘ2を算出する（ステップＳ２１）。この実施形態では、足の先端の座標を算出するようにしている。次に、ＣＰＵ３０は、右足と左足の足元の座標Ｘ1、Ｘ2の平均値を算出し、人の位置とする（ステップＳ２２）。

続いて、カメラ６ａ、６ｂによる通常画像の対応する位置に基づいて、当該人の位置がいずれの区画であるかを判断する（ステップＳ２３）。なお、この実施形態では、カメラ６ａ、６ｂによる通常画像をディスプレイ３４に表示し、予めユーザがキーボード／マウス４０を用いて、区画を設定するようにしている。なお、通常画像は、赤外画像と同じように、カメラ６ａ、６ｂからの画像に基づいて歪みのない形状に補正される。その上で、ユーザは、通常画像における床面を基準として、マウスによって区画の線引きを行い、キーボードによって区画番号を入力する。このようにして、通常画像において、予め、区画が設定されている。

ＣＰＵ３０は、算出した平均座標がいずれの区画に属するかによって、人の存在する区画を決定する。

続いて、ＣＰＵ３０は、人の存在する区画およびこれに対向する区画を暖房制御対象とする（ステップＳ２４）。たとえば、図２において、区画３に人を検出した場合、区画３および区画６を暖房制御対象とする。この実施形態では、暖房制御対象となった区画については、後述のように設定された目標値になるように暖房能力を上げる。また、人を検出した区画だけでなく、対向する区画も暖房制御対象とするのは、片面だけの暖房であると居室者が不快感を感じる可能性があるからである。

次に、ＣＰＵ３０は、人の存在する区画を照明制御対象とする（ステップＳ２５）。つまり、人の存在する区画の照明をオンにするように設定する。

次に、ＣＰＵ３０は、居室者によって設定された暖房目標値を読み取る（図５、ステップＳ３）。なお、この実施形態では、居室者がリモコンを操作し、この信号を受信部にて受信し（図示せず）、ＣＰＵ３０がこれを取得するようにしている。

次に、ＣＰＵ３０は、通常画像に基づいて日照があるかどうかを判断し、あれば上記暖房目標値を補正する（ステップＳ４）。日照があるかどうかは、日照がないときの通常画像と、現在の通常画像との差分を取り、矩形部分、平行四辺形部分があるかどうかによって判断する。日照があると判断した場合、日照部分の輝度と、日照以外の部分の輝度との輝度差を算出し、日照エネルギーを推定する。この日照エネルギー量によって、前記暖房目標値を補正する。たとえば、日照エネルギー量が、当該区画を１度だけ上昇させるものであれば、暖房目標値を１度低くする。また、日照エネルギー量に応じて、照明の目標値を補正する。

次に、ＣＰＵ３０は、暖房制御対象区画について、補正された暖房目標値に基づいて暖房を制御し、照明対象区画について、補正された照明目標値に基づいて照明を制御する（ステップＳ５）。

ＣＰＵ３０による暖房の制御は次のようにして行われる。まず、暖房制御対象区画以外の区画における放熱パネルには温水が流れないように、三方弁Ｖ1〜Ｖ6を制御する。さらに、暖房制御対象区画の放熱パネルに対しては、三方弁の開度を調整して、暖房目標値になるように温水の流量を制御する。

ここで、エネルギーＱは、Ｑ＝ＭｃΔｔによって算出される。ここで、Ｍは単位時間当たりの温水の流量、ｃは水の比熱、Δｔは放熱パネルに入る温水の温度と出る温水の温度との差である。ＣＰＵ３０は、係る計算式に基づいて流量を調整する。

また、照明装置は無段階の輝度調整が可能となっている。ＣＰＵ３０は、補正された照明目標値になるように照明装置の輝度を調整する。

以上の処理を終了すると、ＣＰＵ３０は、ステップＳ１以下の処理を繰り返す。このようにして、居室２内において、人のいる部分が集中的に暖房され、人のいる部分のみが照明されることになる。

４．その他の実施形態
(1)上記実施形態においては、暖房制御と照明制御の双方を行っている。しかし、暖房制御のみ、照明制御のみを行うようにしてもよい。

(2)上記実施形態では、温水を用いた放熱パネルを用いた場合の暖房制御について説明したが、その他の暖房装置にも適用することができる。

(3)上記実施形態では、人のいる区画のみの照明をオンにしている。しかし、人のいる区画の照明を最も明るくし、隣接する区画をそれよりも暗くするというように制御してもよい。

(4)上記実施形態では、人のいる区画とこれに対向する区画の暖房制御を行うようにしている。しかし、人のいる区画のみの暖房制御を行うようにしてもよい。

Claims (4)

1. 居室を複数の区画に分け、当該区画ごとに設けられた放熱装置と、
   前記居室を撮像して赤外画像を得る赤外線画像撮像装置と、
   前記赤外画像に基づいて人の有無を検出するとともに、当該人の足元位置を赤外画像にて特定して当該人が前記いずれの区画にいるかを判断する人検出手段と、
   人検出手段によって人が検出されると、当該人が存在すると判断した区画と当該人が存在しないと判断した区画に基づいて、各区画の放熱装置を制御する制御手段と、
   前記通常画像における濃度差に基づいて日照を検出し、当該濃度差に応じて入射エネルギー量を推定する日照検出手段と、
   を備えた室内環境制御システムにおいて、
   前記制御手段は、検出された日照がいずれの区画であるかを赤外画像に基づいて判断し、前記推定された入射エネルギー量に基づいて当該区画の放熱装置からの放熱量を制御することを特徴とする室内環境制御システム。
2. 請求項１の室内環境制御システムにおいて、
   前記区画ごとに設けられた照明装置をさらに備え、
   前記制御手段は、人検出手段によって人が検出されると、当該人が存在すると判断した区画と当該人が存在しないと判断した区画に基づいて、各区画の照明装置を制御することを特徴とする室内環境制御システム。
3. 請求項１または２の室内環境制御システムにおいて、
   前記赤外線画像撮像装置と実質的に同じ範囲を実質的に同じアングルで撮像して通常画像を得る画像撮像装置と、
   前記通常画像において前記区画を設定するために区画設定手段と、
   をさらに備え、
   前記人検出手段は、前記赤外画像に対応する前記通常画像において、前記区画設定手段によって設定された区画に基づいて、検出した人がいずれの区画に存在するかを判断することを特徴とする室内環境制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれかの室内環境制御システムにおいて、
   前記放熱装置は、対面式温水放熱パネルであることを特徴とする室内環境制御システム。

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