JP5777716B2

JP5777716B2 - 照明調光率決定装置

Info

Publication number: JP5777716B2
Application number: JP2013529966A
Authority: JP
Inventors: 洋介金子; 晃久安田; 友哉竹中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: CN103765990A; JPWO2013027608A1; WO2013027608A1

Description

本発明は、例えばオフィスのフロアに設置された複数台の照明の調光率を設定する照明調光率決定装置に関する。

オフィスのエネルギー消費増大に対する抑制は社会的な課題であり、このような背景の下、在席者付近だけ照明を点灯させることで消費電力量削減を図る照明制御方式が開発されている。すなわち、明るさが必要な箇所には必要な照度を与え、明るさが必要でない箇所は極力明るさを落とすことにより、消費電力の削減を図ることを目的としたものである。例えば、特許文献１に示す照明制御方式では、在席者の位置を人感センサで検知し、在席者の近傍は高い調光率として在席者から離れるにつれて徐々に調光率を下げていくことで、必要な明るさを維持しつつ消費電力量を抑えるようにしている。

特開平７−３１２２９４号公報

しかしながら、オフィスの在席状態が時々刻々と変化する状況を考慮した場合、上記特許文献１で示されているような従来の制御方法で得られる調光率の設定は、明るさ維持と消費電力量削減の両立の観点で最良とはいえないものであった。例えば、図９は従来方式を適用した場合の、オフィスに１人在席している場合と２人在席している場合の調光率を概念的に示したものである。もし１人在席時の調光率で明るさ維持と消費電力量削減の両立を最適な状態で実現できているとすれば、２人在席時に前から在席していた在席者の隣の照明の調光率が増加するため、前から在席していた在席者にとっては明るすぎる状態となってしまう。つまり、１人在席時と２人在席時では最適な調光率の組合せは本来異なるが、従来方法を用いた場合は、このように在席状態の違いを考慮して調光率の組合せを変えることができなかった。また、従来方法では、在席者付近を７５０［ｌｘ］、在席者から少し離れたエリアを７５０［ｌｘ］〜２８０［ｌｘ］とするように調光出力値を設定できると記載されているが、その照度を満たすための調光出力値の決定方法については具体的な方法が開示されていなかった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、在席状態が変化する中で在席者付近の明るさ維持と消費電力量削減を両立するよう、複数照明の調光率を設定することのできる照明調光率決定装置を得ることを目的とする。

この発明に係る照明調光率決定装置は、複数の照明器具で照明される複数の目標地点の目標照度を設定する目標照度設定部と、複数の目標地点のうち、単独の目標地点を対象として単独の目標地点が目標照度となるように複数の照明器具の調光率を単独の目標地点からの距離に応じて段階的に調整し、複数の目標地点毎に決定する調光率決定部と、単独の照明器具の調光率と照明器具と単独の目標地点間の距離とに基づいて決定される目標地点の照度を求め、これを複数の照明器具に対する照度で合計し、合計した照度を目標地点の目標照度とする補正調光率を複数の照明器具毎に求める処理を複数の目標地点全てが目標照度となるよう行う調光率補正部とを備え、調光率決定部が決定した複数の照明器具の調光率を調光率補正部が決定した補正調光率で補正するようにしたものである。

この発明の照明調光率決定装置は、単独の照明器具の調光率と照明器具と単独の目標地点間の距離とに基づいて決定される目標地点の照度を求め、これを複数の照明器具に対する照度で合計し、合計した照度を目標地点の目標照度とする補正調光率を複数の照明器具毎に求める処理を複数の目標地点全てが目標照度となるよう行う調光率補正部を備え、調光率決定部が決定した複数の照明器具の調光率を調光率補正部が決定した補正調光率で補正するようにしたので、在席状態が変化する中で在席者付近の明るさ維持と消費電力量削減を両立するよう、複数照明の調光率を設定することができる。

この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置を用いた照明システムを示す構成図である。この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置の目標照度テーブルの説明図である。この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置の調光率の設定例を示す説明図である。この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置の照明ｉが地点ｊに与える照度の説明図である。この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置の複数の目標地点に対する調光率の設定を独立に行った場合の説明図である。この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置の調光率の補正を示す説明図である。この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置の照明器具により照明された目標地点の照度の実測値を用いる場合の説明図である。従来の問題点を示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による照明調光率決定装置を用いた照明システムの構成図である。
図示の照明システムは、照明調光率決定装置１００と複数の照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・とからなる。照明調光率決定装置１００は、各照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・の調光率を決定する装置であり、目標照度設定部１０１と制御部１０２を備えている。目標照度設定部１０１は、各照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・で照明される複数の目標地点３００の目標照度１０１ａを設定する。制御部１０２は、目標照度設定部１０１で設定された目標照度１０１ａに基づいて、各照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・の調光率を決定するものであり、調光率設定部１０３と調光率補正部１０４を備えている。

調光率決定部１０３は、任意の目標地点３００のみを対象とした場合に、その目標地点３００が目標照度となる照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・の調光率を決定する。調光率補正部１０４は、任意の目標地点３００を照らす照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・が他の目標地点３００に与える照度の影響度を定量化し、定量化した影響度を用いて、複数の目標地点３００を対象とした場合に、各目標地点３００が目標照度となるよう調光率決定部１０３が決定した複数の照明器具の調光率を補正した補正調光率１０４ａを決定する。すなわち、調光率補正部１０４は、複数目標地点の目標照度を同時に満たすように調光率を決定した場合の過剰照度を抑制する。従って、制御部１０２としての制御は調光率補正部１０４で求められた補正調光率１０４ａに従って行うよう構成されている。

照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・は、天井面等に設置され、フロア内を照明する複数の照明器具であり、照明調光率決定装置１００によって決定された調光率に従って、それぞれの光源２００ａを制御するよう構成されている。なお、図１では３台の照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・のみ示しているが、設置数は３台に限定されるものではない。

以下、在席者付近だけ調光させる制御を実現する場合を想定し、本システムの動作を説明する。
この制御を実現する場合、人の在・不在を検知する手段が必要となる。本手段は本発明において外部システムに位置付けられ、人の在席を検知するとその場所の照度を上げるように目標照度設定部１０１に指示する。逆に、人の不在を検知するとその場所の照度を下げるように指示する。
人の在・不在を検知する手段は、人感センサ、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）稼働状況、および入退室管理システムなどの情報を活用して実現できる。例えば、人感センサであれば天井面に複数配置することで、フロア内の人の在席位置を検知できる。また、ＰＣ稼働状況であればＰＣにエージェントソフトウェアなどをインストールして非アイドル状態を把握し、フロア内におけるＰＣの設置位置を併せて管理することで、在席位置を検知できる。さらに、入退室管理システムを利用する場合は、フロアの入口と出口にカードリーダを設置して入室と退室した人を検知し、その人の座席を予め管理しておくことで在席位置を検知できる。
在席を検知した場合の目標照度設定部１０１に対する指示は、在席位置を７５０［ｌｘ］に設定するなどとする。

目標照度設定部１０１は、フロア内の各地点の目標照度１０１ａを設定する。目標照度１０１ａは目標照度テーブルに格納されており、フロア内の各座標の照度をどの程度にすべきという情報を管理している。図２は目標照度テーブルの説明図であり、（ａ）はフロア座標定義、（ｂ）は（ａ）に示すフロア座標定義の目標照度テーブルを示している。フロア座標が図２（ａ）のように定義されている場合に、例えば、座標Ｘ＝６、Ｙ＝１の照度を７５０［ｌｘ］などと管理している。

目標照度１０１ａが設定されると、調光率決定部１０３は、ある目標地点３００に対して各照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・で目標照度を満たすように調光率を決定する。その際、各照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・が目標地点３００に与える影響度を考慮して各照明器具の調光率を決定する。本設定手順を図３のフローチャート、図４の調光率の設定例に基づいて説明する。

目標地点ｉ（ｉ＝１・・・Ｎ、Ｎ：目標地点数）に対して個別に処理を行い、全ての目標地点の目標照度を満たすことができる調光率パターンを決定するように動作する（ステップＳＴ１〜ＳＴ３）。

目標地点ｉを中心に半径ｄ以内の照明器具を選択する（ステップＳＴ４）。これらの照明器具の調光率を制御することで、目標地点ｉの照度が満たされるように制御する。なお、半径ｄの値は本システムを導入するオフィス毎に任意に設定できるものとする。図４の例では目標地点ｉに対して、照明１、照明２、照明３が選択される。なお、照明１、照明２、照明３は、図１における照明器具２００−１，２００−２，２００−３，・・・に相当するもので、以下、単に、照明１、照明２、照明３、・・・として説明する。

先ず、選択した照明器具２００−１，２００−２，２００−３の調光率を全て０％に設定する（ステップＳＴ５）。次に、選択した照明器具２００−１，２００−２，２００−３の調光率を１ランク高い値に設定する（ステップＳＴ６）。例えば、調光率を０％〜１００％の間で１０％刻みに設定可能な照明器具の場合は１０％に設定する。ただし、この際に、目標地点ｉからの距離に応じて上げ幅を調整し、目標地点ｉ付近の照明は上げ幅を高くする。図４の例では状態１となり、目標地点ｉの真上の照明２は２０％の調光率とし、目標地点ｉから半径ｄ離れた照明１と照明３は１０％の調光率とする。

次に、目標地点ｉの照度を、逐点法を用いて算出する（ステップＳＴ７）。逐点法は照度計算の一般的な手法であり、照明器具の光度情報、および照明器具と目標地点の距離に応じて照度を計算できる。例えば図５に示す通り、照明１・・・Ｎが設置された床面から天井面までの高さｈのフロアにおいて、照明ｉが地点ｊに与える照度ｅ_ijは、照明ｉの調光率ｒ_i、照明ｉと地点ｊが成す角度θ_ij、照明器具の特性により決定する光度Ｉ（θ_ij）、および照明の保守率Ｍにより式（１）の通り算出できる。なお、式（１）中のＣ_ijは照明ｉが地点ｊに与える影響度を示している。また、地点ｊはフロア内のＮ本の照明の影響を受けるため、地点ｊの照度Ｅ_jは式（２）の通り算出できる。

ここで、目標地点の照度が目標値以上であれば目標地点ｉに対する処理は終了となり、次に目標地点ｉ＋１に対して同様の処理を行う（ステップＳＴ８→ステップＳＴ２）。目標照度を満たしていなければステップＳＴ６に戻る。
これにより、図４の状態１→状態２→状態３に示したように調光率を徐々に上げながら、調光率が決定される。

ステップＳＴ１〜ＳＴ３で示した通り、この処理を全ての目標地点３００に対して独立に実行する。

以上の処理により、各目標地点３００に対して必要十分な照度を与える調光率の設定が求まる。ただし、本処理によれば複数の目標地点３００に対する調光率の設定を独立に決定するため、図６の状態１と状態２のように目標地点Ａと目標地点Ｂの調光率を決定した時に、照明２や照明３のように異なる設定になる場合がある。その場合は、高い方の調光率を選択し、照明２および照明３の調光率を６０％に決定するという処理を行う（状態３）。

上記の手順により調光率決定部１０３が調光率を決定した後、調光率補正部１０４がその調光率を補正する。調光率決定部１０３が決定した調光率で制御する場合、複数の目標地点３００が隣接するエリアは過剰照度となる。なぜならば、図６の状態１と状態２で示した通り、調光率決定部１０３は、目標地点Ａおよび目標地点Ｂを単独で照らすことを想定して調光率を設定する。そのため、目標地点Ａと目標地点Ｂを同時に照らす場合の調光率の設定は目標地点Ａに対して過剰な設定となる。これは、目標地点Ａが目標地点Ｂを照らす照明３と照明４の影響を受けるためである。調光率補正部１０４はその影響を補正する。以下に図７を用いてその手順を示す。

前述の調光率決定部１０３の処理により、目標地点Ａと目標地点Ｂを独立に最適照度で照らす調光率設定が状態１と状態２に、目標地点Ａと目標地点Ｂを同時に過剰照度で照らす調光率設定が状態３に設定されているとする。なお、この例では、目標地点Ａは照明２の直下、目標地点Ｂは照明３の直下にあると仮定している。また、本図においてｒは調光率、ｅは照度を表している。状態１と状態２において、調光率ｒ_abは照明ｂの直下を最適に照らす照明ａの調光率を意味し、照度ｅ_abは照明ｂの直下を最適に照らした場合の照明ａの直下の照度を示している。状態３においては複数の目標地点を同時に照らすために調光率決定部１０３が決定した調光率とそのときの照度を示しており、ｒ_aは照明ａの調光率、照度ｅ_aは照明ａの直下の照度を示している。

次に、目標地点Ａと目標地点Ｂを同時に最適照度で照らす補正後の調光率を状態４の通りｒ₁’〜ｒ₄’と仮定すると、この時の照度（すなわち最適照度）ｅ₁’〜ｅ₄’は、目標地点Ａと目標地点Ｂを単独で照らすと仮定した場合の照度ｅ₁₂〜ｅ₄₂、ｅ₁₃〜ｅ₄₃の値となる。なお、本手順ではｅ₁’＝ｅ₁₂（＞ｅ₁₃）、ｅ₂’＝ｅ₂₂（＞ｅ₂₃）、ｅ₃’＝ｅ₃₃（＞ｅ₃₂）、ｅ₄’＝ｅ₄₃（＞ｅ₄₂）のように、大きな値をとることとする。

ここで、最適照度を与える調光率（ｒ₁’〜ｒ₄’）は、照度（ｅ₁〜ｅ₄）を照度（ｅ₁’〜ｅ₄’）に変化させるように設定された調光率である。すなわち、以下の関係を満たすように設定する。

ここで、Ｃ_ijは照明ｉが地点ｊに与える影響度である。照明がある地点に与える影響度は照明と地点の距離により求まる。例えば、逐点法によるとＣ_ijは式（１）で示した通り計算で算出できる。また、Ｃ_ijは距離により決定するため、オフィスで実測して算出してもよい。図８は実測する場合の状況を示した図であるが、フロア内の照明を１台点灯させた状態で、計測地点１から計測地点４までの照度を実測して影響度を測定するといった手順で算出できる。

以上の通り示した照明システムによれば、オフィスフロアの任意の箇所の照度を指定することで、その照度を満たす照明の調光率の組合せを決定できる。そのため、１人在席時はその在席者近傍の照度を満たす調光率を、２人在席していた場合は２人の近傍の照度を同時に満たす調光率を、といったように在席者の変化に応じた調光率を設定できる。

以上の通り示した照明システムによれば、個々の在席者付近の最適な調光率を決定した後に、近くの在席者を照らす照明の影響度を補正するように動作する。そのため、全照明の調光率パターンから在席者付近の照度を満たす最適な調光パターンを見つける、いわゆる組合せ最適問題などの手法と比較して高速に動作するため、人の在・不在に追従した照明制御を実現できる。

以上の通り示した照明システムによれば、在・不在の検知後に調光率を決定するまで一連の処理を全て計算で行うことができる。そのため、オフィスフロアに設置した照度計の計測値を利用してフィードバック制御で調光率を決定する場合と比較して高速に動作する。

以上の通り示した照明システムによれば、照明器具が各地点に与える照度の影響度を実測により算出した値を利用することも可能である。これによれば、オフィスフロアの状況（パーティションの影響など）を考慮して照度の影響度を設定することが可能である。

以上説明したように、実施の形態１の照明調光率決定装置によれば、複数の照明器具で照明される複数の目標地点の目標照度を設定する目標照度設定部と、複数の目標地点のうち、単独の目標地点を対象として単独の目標地点が目標照度となるように複数の照明器具の調光率を単独の目標地点からの距離に応じて段階的に調整し、複数の目標地点毎に決定する調光率決定部と、単独の照明器具の調光率と照明器具と単独の目標地点間の距離とに基づいて決定される目標地点の照度を求め、これを複数の照明器具に対する照度で合計し、合計した照度を目標地点の目標照度とする補正調光率を複数の照明器具毎に求める処理を複数の目標地点全てが目標照度となるよう行う調光率補正部とを備え、調光率決定部が決定した複数の照明器具の調光率を調光率補正部が決定した補正調光率で補正するようにしたので、在席状態が変化する中で在席者付近の明るさ維持と消費電力量削減を両立するよう、複数照明の調光率を設定することができる。

また、実施の形態１の照明調光率決定装置によれば、単独の照明器具の調光率と照明器具と単独の目標地点間の距離とに基づいて決定される目標地点の照度は、逐点法により求めるようにしたので、調光率を決定する処理を高速に行うことができる。

また、実施の形態１の照明調光率決定装置によれば、単独の照明器具の調光率と照明器具と単独の目標地点間の距離とに基づいて決定される目標地点の照度は、照明器具により照明された目標地点の照度の実測値を用いて求めるようにしたので、実際の環境に即した調光率を決定することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１００照明調光率決定装置、１０１目標照度設定部、１０１ａ目標照度、１０２制御部、１０３調光率設定部、１０３ａ調光率、１０４調光率補正部、１０４ａ補正調光率、２００−１，２００−２，２００−３照明器具、２００ａ光源、３００目標地点。

Claims

複数の照明器具で照明される複数の目標地点の目標照度を設定する目標照度設定部と、前記複数の目標地点のうち、単独の目標地点を対象として当該単独の目標地点が前記目標照度となるように前記複数の照明器具の調光率を当該単独の目標地点からの距離に応じて段階的に調整し、前記複数の目標地点毎に決定する調光率決定部と、
単独の照明器具の調光率と当該照明器具と単独の目標地点間の距離とに基づいて決定される当該目標地点の照度を求め、これを前記複数の照明器具に対する照度で合計し、当該合計した照度を前記目標地点の目標照度とする補正調光率を前記複数の照明器具毎に求める処理を前記複数の目標地点全てが目標照度となるよう行う調光率補正部とを備え、
前記調光率決定部が決定した前記複数の照明器具の調光率を前記調光率補正部が決定した補正調光率で補正することを特徴とする照明調光率決定装置。
前記単独の照明器具の調光率と当該照明器具と単独の目標地点間の距離とに基づいて決定される当該目標地点の照度は、逐点法により求めることを特徴とする請求項１記載の照明調光率決定装置。
前記単独の照明器具の調光率と当該照明器具と単独の目標地点間の距離とに基づいて決定される当該目標地点の照度は、前記照明器具により照明された前記目標地点の照度の実測値を用いて求めることを特徴とする請求項１記載の照明調光率決定装置。