JP4448411B2 - 室内照明器具の調光システム - Google Patents

Description

本発明は、住宅の室内を照明する照明器具を調光するシステムに関する。

従来より、住宅における消費電力の節減を図るために、太陽光と照明器具の併用による室内照明が試みられている。これに適用可能な従来の発明として、第１に、住宅の採光部から導光経路を経て室内に採り込まれる太陽光の照度を測定し、所定値以下の時は、採光部の太陽電池にて発電された電力を用いて、所定値との差に応じた照度分を補うように照度を調整して人工光源を点灯させ、所定値以上の時は人工光源を消灯させる、というものがある（例えば特許文献１）。

また、第２に、廂に設けた太陽電池にて発電された電力によって点灯する人工照明を用いて、廂によって太陽光が遮られる領域を照明することで、廂の内側を全体に亘って太陽光の日射状態に応じた明るさにする、というものがある（例えば特許文献２）。
特開平６−１１１６１０号公報 特開平７−５７８７７号公報

上記した第１の従来技術は、太陽光の採光経路が採光部及び導光経路に限られてしまい、しかも、これらを予め住宅に設置しておかなければならないので、既設の住宅に容易に採用することができない。また、第２の従来技術は、廂で覆われた競技場のスタンド等の屋外施設でないと利用できないもので、住宅への転用性がない。このように、従来の技術はいずれも、既設の住宅に採用するという汎用性の面で不都合を有するものであった。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、既設の住宅であっても、太陽光と照明器具の併用による室内照明で住宅における消費電力の節減を図ることができる室内照明器具の調光システムを提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１に記載した本発明の室内照明器具の調光システムは、図１に基本構成図で示すように、住宅１の窓１ａから室内に入射する太陽光の平均照度に応じて前記室内の照明器具１３を調光する室内照明器具の調光システムであって、前記住宅１の屋外に配置された太陽電池５により発電された電力量を測定する発電電力量測定手段７と、前記発電電力量測定手段７の測定結果を受け取り、受け取った前記発電電力量測定手段７の測定結果から前記太陽電池５により発電された単位面積及び単位時間当たりの電力量を算出して一時記憶手段２１ｂに格納し、一時記憶手段２１ｂに格納した電力量に基づいて、前記住宅１に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度を算出して一時記憶手段２１ｂに格納する日射量算出手段２１Ａと、不揮発性記憶手段２３に予め記憶されている前記住宅１の緯度及び経度と、時計手段２５により管理されている現在の暦及び時刻とに基づいて、前記住宅１に対する太陽の現在の高度及び方位を算出して一時記憶手段２１ｂに格納する太陽位置算出手段２１Ｂと、不揮発性記憶手段２３に予め記憶されている前記窓１ａの前記住宅１における設置方位及び開口面積と、前記日射量算出手段２１Ａが一時記憶手段２１ｂに格納した、前記住宅１に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度と、当該平均照度を前記日射量算出手段２１Ａが一時記憶手段２１ｂに格納した時点において前記太陽位置算出手段２１Ｂが算出して一時記憶手段２１ｂに格納した、前記住宅１に対する太陽の現在の高度及び方位とから、前記窓１ａから前記室内に入射する太陽光の単位時間当たりの平均照度を算出して一時記憶手段２１ｂに格納する入射量算出手段２１Ｃと、前記室内の照度が不揮発性記憶手段２３に予め記憶されている前記室内の最適照度となるように、前記入射量算出手段２１Ｃが一時記憶手段２１ｂに格納した、前記窓１ａから前記室内に入射する太陽光の単位時間当たりの平均照度と、不揮発性記憶手段２３に予め記憶されている前記室内の最適照度とに基づいて、照明調光手段１５により前記照明器具１３を調光する調光制御手段２１Ｄとを備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載した本発明の室内照明器具の調光システムは、請求項１に記載した本発明の室内照明器具の調光システムにおいて、前記日射量算出手段２１Ａが、前記住宅１に設置されて該住宅１内の各種情報が伝送される宅内ネットワーク１１を介して前記発電電力量測定手段７の測定結果を受け取るように構成されているものとした。

住宅１の窓１ａから室内に太陽光が入射する場合、その入射する太陽光の平均照度を司るファクタとしては、住宅１に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度、住宅１に対する太陽の高度及び方位と住宅における窓１ａの設置方位との関係、そして、住宅１の窓１ａの開口面積がある。このうち、住宅１に対する窓１ａの設置方位と窓１ａの開口面積は、一度決まれば不変であるが、住宅１に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度や、太陽の高度及び方位は、時刻や季節によって変わる。

そこで、請求項１に記載した本発明の室内照明器具の調光システムでは、発電電力量測定手段７によって測定される住宅１の屋外の太陽電池５により発電された電力量から、住宅１に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度を日射量算出手段２１Ａによって算出して一時記憶手段２１ｂに格納し、これと、太陽位置算出手段２１Ｂによって算出されて一時記憶手段２１ｂに格納される、時刻や季節によって変わる住宅に対する太陽の高度及び方位と、不揮発性記憶手段２３に予め記憶されている住宅１における窓１ａの設置方位との関係、そして、やはり不揮発性記憶手段２３に予め記憶されている住宅１の窓１ａの開口面積を考慮に入れて、窓１ａから室内に入射する太陽光の単位時間当たりの入射量を入射量算出手段２１Ｃにより算出して一時記憶手段２１ｂに格納し、これに基づいて、室内の照度が不揮発性記憶手段２３に予め記憶されている最適照度となるように、調光制御手段２１Ｄが照明調光手段１５により照明器具１３を調光するようにしている。

これにより、既設の住宅１であってもその住宅１の窓１ａから室内に入射する太陽光と室内の照明器具１３とを併用して、消費電力の節減を図りつつ最適照度を基準にした照度に室内の照度をコントロールすることができる。

また、請求項２に記載した本発明の室内照明器具の調光システムによれば、請求項１に記載した本発明の室内照明器具の調光システムにおいて、住宅１内の各種情報を伝送するための宅内ネットワーク１１が住宅１に設置されていて、余剰電力を電力会社に売却するためや商用電源の併用量を割り出すため等に、太陽電池５により発電された電力量を測定する発電電力量測定手段７が既に設けられてその測定結果が宅内ネットワーク１１経由でやりとりされている場合、既存の構成を効率よく利用して、消費電力の節減が可能な照明器具１３の調光を行わせることができる。

以下、本発明の室内照明器具の調光システムを、図面を参照して説明する。

図２は本発明の一実施形態に係る室内照明器具の調光システムを採用した住宅の概略構成を一部ブロックで示す説明図で、図２に示す本実施形態の住宅は、建物１の屋根３に太陽電池パネル５（請求項中の太陽電池に相当）を配置し、この太陽電池パネル５が太陽光を利用して発電する電力量を電力量計７（請求項中の発電電力量測定手段に相当）により測定しつつ、太陽電池パネル５により発電された電力を蓄電ユニット９に蓄え、これを住宅１の電気機器にて消費し、或は、余剰電力を電灯線を介して電力会社に伝送し売却するように構成されている。

また、住宅１には、インターネット回線に接続された宅内ネットワーク（ＬＡＮ）１１が設けられており、この宅内ネットワーク１１には、住宅１の各部屋の照明器具１３を調光する調光装置１５や、風呂給湯装置、例えば台所等に設置された集中コントローラ等（いずれも図示せず）が接続されている。

そして、太陽電池パネル５により発電されて蓄電ユニット９に蓄えられる電力量は、宅内ネットワーク１１を介して電力量計７から入力される電力量に基づいて、集中コントローラ内のマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）２１によって管理され、また、これに基づいて、住宅１の電気機器による消費用に蓄電ユニット９から供給する電力量や、蓄電ユニット９から電灯線を介して電力会社に伝送し売却する電力量が、マイコン２１の制御によってコントロールされる。さらに、このマイコン２１から宅内ネットワーク１１を介して供給される制御信号により、調光装置１５や風呂給湯装置１７の動作が制御される。

前記マイコン２１は、図３に電気的構成のブロック図で示すように、ＣＰＵ２１ａ、ＲＡＭ２１ｂ、及び、ＲＯＭ２１ｃを有しており、このうち、ＣＰＵ２１ａには、ＲＡＭ２１ｂ及びＲＯＭ２１ｃの他、電源供給が断たれても格納データが失われない不揮発性メモリ（以下、ＮＶＭと略記する）２３や、現在の暦（年月日）及び時刻を管理する時計装置２５（請求項中の時計手段に相当）、各照明器具１３の調光装置１５のドライバ２７、宅内ネットワーク１１に対するインタフェース２９等が接続されている。

前記ＲＡＭ２１ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、前記ＲＯＭ２１ｃには、ＣＰＵ２１ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。

前記ＮＶＭ２３には、住宅１が建てられている位置の緯度及び経度や、住宅１の各部屋に設けられている窓１ａの住宅１に対する設置方位や開口面積が、各部屋毎に分けて格納されており、また、住宅１の緯度と経度、及び、現在の暦（年月日）と時刻から、住宅１に対する太陽の高度及び方位を算出するための計算式や、太陽電池パネル５の面積、発電効率（例えば、太陽電池パネル５の日射量に対する発電電力量の相関）、そして、各部屋（室内）毎の最適照度が格納されている。

次に、前記ＲＯＭ２１ｃに格納された制御プログラムに従いＣＰＵ２１ａが行う処理を、図４のフローチャートを参照して説明する。

マイコン２１の起動によりプログラムがスタートすると、ＣＰＵ２１ａは、まず、インタフェース２９及び宅内ネットワーク１１を介して、電力量計７が測定した太陽電池パネル５による発電電力量を、このフローチャートにより定まる処理の周期毎に取り込み（ステップＳ１）、取り込んだ電力量と、ＮＶＭ２３に格納されている太陽電池パネル５の面積と、ステップＳ１における電力量の取り込み周期とから、太陽電池パネル５により発電された単位面積及び単位時間当たりの電力量を算出して、ＲＡＭ２１ｂのワークエリアに一時的に格納し（ステップＳ３）、格納した電力量と、ＮＶＭ２３に格納されている太陽電池パネル５の発電効率とに基づいて、前記住宅１に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度を算出して、ＲＡＭ２１ｂのワークエリアに一時的に格納する（ステップＳ５）。

そして、時計装置２５が管理している現在の暦（年月日）及び時刻と、ＮＶＭ２３に格納されている住宅１の緯度及び経度、並びに、計算式から、住宅１に対する太陽の現在の高度及び方位を算出して、ＲＡＭ２１ｂのワークエリアに一時的に格納し（ステップＳ７）、格納した現在の太陽の高度及び方位と、ステップＳ５で算出した太陽光の平均照度と、ＮＶＭ２３に格納されている住宅１の各部屋の窓１ａの住宅１に対する設置方位や開口面積とから、各部屋毎の窓１ａから室内に入射する太陽光の単位時間当たりの平均照度を算出して、ＲＡＭ２１ｂのワークエリアに一時的に格納する（ステップＳ９）。

続いて、各部屋毎の窓１ａから室内に入射する太陽光の単位時間当たりの平均照度と、ＮＶＭ２３に格納されている各部屋（室内）毎の最適照度とから、各部屋（室内）の照明器具１３による照明光とその部屋の窓１ａから入射する太陽光とでその部屋（室内）の照度を最適照度とするように、各部屋に設けられた照明器具１３を対応する調光装置１５によって調光するための、各調光装置１５による対応する照明器具１３の調光量を算出して、ＲＡＭ２１ｂのワークエリアに一時的に格納し（ステップＳ１１）、格納した各照明器具１３の調光量を、インタフェース２９及び宅内ネットワーク１１を介して、対応する各調光装置１５に対して出力した後（ステップＳ１３）、ステップＳ１にリターンする。

以上の説明からも明らかなように、本実施形態による室内照明器具の調光システムでは、図４のフローチャートにおけるステップＳ１乃至ステップＳ５が、請求項中の日射量算出手段に対応する処理となっており、また、図４中のステップＳ７が、請求項中の太陽位置算出手段に対応する処理となっており、さらに、図４中のステップＳ９が、請求項中の入射量算出手段に対応する処理となっている。

また、本実施形態による室内照明器具の調光システムでは、図４中のステップＳ１１及びステップＳ１３が、請求項中の調光制御手段に対応する処理となっており、さらに、ＲＡＭ２１ｂのワークエリアによって請求項中の一時記憶手段が構成され、ＮＶＭ２３によって請求項中の不揮発性記憶手段が構成されている。

このように構成された本実施形態による室内照明器具の調光システムでは、蓄電ユニット９に蓄えられた電力を住宅１の電気機器にて消費するか、それとも、余剰電力として電力会社に売却するかを決定し、或は、住宅１の電気機器で消費したり電力会社に売却する電力量をどのくらいにするかを決定するために、その基礎として、太陽電池パネル５による発電電力量が電力量計７により周期的に測定される。

そして、太陽電池パネル５により発電された電力量が周期的に測定されると、その測定された電力量を、太陽電池パネル５の面積と、太陽電池パネル５による発電電力量の測定周期とで除することで、太陽電池パネル５により発電された単位面積及び単位時間当たりの電力量が算出され、これと、太陽電池パネル５の発電効率とから、住宅１に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度が算出される。

また、太陽電池パネル５により発電された電気量が測定された周期の時点における、住宅１に対する太陽の高度及び方位が、その時点における現在の暦（年月日）及び時刻と、住宅１の緯度及び経度とから、所定の計算式を用いて算出され、その高度と方位、先に算出した住宅１に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度、及び、ＮＶＭ２３に格納されている住宅１の各部屋の窓１ａの住宅１に対する設置方位や開口面積によって、各窓１ａから各部屋に入射する太陽光の単位時間当たりの平均照度が算出される。

このようにして、各部屋毎に、窓１ａから入射する太陽光の平均照度が算出されると、元々各部屋に設定されている最適照度に各部屋の照度を合わせるために、窓１ａから入射される太陽光による照度にどのくらいの照度を加えて補う必要があるかが算出されて、その算出された照度となるように、各部屋の照明器具１３が対応する調光装置１５によって調光される。

したがって、太陽電池パネル５により発電された電力量が周期的に測定される毎に、その時点の暦（年月日）及び時刻等から住宅１に対する太陽の高度及び方位が算出され、また、その時点の太陽電池パネル５により発電された電力量等から太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度が算出されて、常に最新の太陽の高度及び方位と太陽光の平均照度とに基づいて、各窓１ａから各部屋に入射する太陽光の単位時間当たりの平均照度が算出されて、各部屋の照度を最適照度とするように照明器具１３が調光装置１５によって調光されることになる。

このように、本実施形態による室内照明器具の調光システムによれば、太陽の高度及び方位や、住宅１に照射される太陽光の平均照度の時間の経過による変化を考慮に入れて、各部屋の窓１ａから室内に入射する太陽光の平均照度を求め、これを基準に各部屋の照明器具１３の調光量を算出するようにしているので、一般的な構造の住宅１について、太陽光と照明器具１３との併用による省エネ型の室内照明を実現することができる。

また、本実施形態による室内照明器具の調光システムによれば、電力量計７により測定される太陽電池パネル５の発電電力量を宅内ネットワーク１１からマイコン２１に取り込むと共に、各種の情報をＮＶＭ２３からマイコン２１に取り込んで、これらを用いて各部屋の照明器具１３の調光量を算出し調光装置１５に出力する構成としていることから、特殊な採光部や導光経路の採用を前提としなくても、既設の住宅１に電気配線を施す程度で利用できるようにすることができる。

尚、本実施形態では宅内ネットワーク１１が住宅１内に既に設けられていて、電力量計７で測定した太陽電池パネル５の発電電力量のマイコン２１への取り込みを宅内ネットワーク１１経由で行う場合について説明したが、宅内ネットワーク１１は必須ではなく、電力量計７がマイコン２１のインタフェース２９に直結されていてもよい。

但し、本実施形態のように宅内ネットワーク１１が住宅１内に既に設けられていて、蓄電ユニット９に蓄えられた電力を住宅１の電気機器にて消費するか、それとも、余剰電力として電力会社に売却するかや、その際の電力量をどのくらいにするかを決定するために、電力量計７により周期的に測定された太陽電池パネル５の発電電力量を宅内ネットワーク１１を介してマイコン２１に取り込むように既に構成されている場合には、その取り込んだ太陽電池パネル５の発電電力量を用いて各部屋の照明器具１３の調光量を算出する構成として、照明器具１３の調光量の算出のためにわざわざ電力量計７からマイコン２１に太陽電池パネル５の発電量を取り込むための構成を設けなくて済むようにして、既存の構成を有効活用することができる。

本発明の室内照明器具の調光システムの基本構成図である。 本発明の室内照明器具の調光システムを採用した住宅の概略構成を一部ブロックで示す説明図である。 図２の調光システムの電気的構成を示すブロック図である。 図３のマイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭに格納された制御プログラムに従い行う処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 住宅
１ａ 窓
５ 太陽電池
７ 発電電力量測定手段
１３ 照明器具
１５ 照明調光手段
２１Ａ 日射量算出手段
２１Ｂ 太陽位置算出手段
２１Ｃ 入射量算出手段
２１Ｄ 調光制御手段
２１ｂ 一時記憶手段
２３ 不揮発性記憶手段
２５ 時計手段

Claims (2)

1. 住宅の窓から室内に入射する太陽光の平均照度に応じて前記室内の照明器具を調光する室内照明器具の調光システムであって、
   前記住宅の屋外に配置された太陽電池により発電された電力量を測定する発電電力量測定手段と、
   前記発電電力量測定手段の測定結果を受け取り、受け取った前記発電電力量測定手段の測定結果から前記太陽電池により発電された単位面積及び単位時間当たりの電力量を算出して一時記憶手段に格納し、一時記憶手段に格納した電力量に基づいて、前記住宅に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度を算出して一時記憶手段に格納する日射量算出手段と、
   不揮発性記憶手段に予め記憶されている前記住宅の緯度及び経度と、時計手段２５により管理されている現在の暦及び時刻とに基づいて、前記住宅に対する太陽の現在の高度及び方位を算出して一時記憶手段に格納する太陽位置算出手段と、
   不揮発性記憶手段に予め記憶されている前記窓の前記住宅における設置方位及び開口面積と、前記日射量算出手段が一時記憶手段に格納した、前記住宅に照射される太陽光の単位面積及び単位時間当たりの平均照度と、当該平均照度を前記日射量算出手段が一時記憶手段に格納した時点において前記太陽位置算出手段が算出して一時記憶手段に格納した、前記住宅に対する太陽の現在の高度及び方位とから、前記窓から前記室内に入射する太陽光の単位時間当たりの平均照度を算出して一時記憶手段に格納する入射量算出手段と、
   前記室内の照度が不揮発性記憶手段に予め記憶されている前記室内の最適照度となるように、前記入射量算出手段が一時記憶手段に格納した、前記窓から前記室内に入射する太陽光の単位時間当たりの平均照度と、不揮発性記憶手段に予め記憶されている前記室内の最適照度とに基づいて、照明調光手段により前記照明器具を調光する調光制御手段と、
   を備えることを特徴とする室内照明器具の調光システム。
2. 前記日射量算出手段は、前記住宅に設置されて該住宅内の各種情報が伝送される宅内ネットワークを介して前記発電電力量測定手段の測定結果を受け取るように構成されている請求項１記載の室内照明器具の調光システム。

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