JP2015218991A

JP2015218991A - ペリメーターゾーンの熱負荷計測システムおよび空調制御システム

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Publication number: JP2015218991A
Application number: JP2014104825A
Authority: JP
Inventors: 尚起吉本; Naoki Yoshimoto; 安藤　正彦; Masahiko Ando; 正彦安藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-12-07
Also published as: US20170153033A1; WO2015178114A1

Abstract

【課題】本発明は、放射温度計などの熱負荷検出のための専用の検出機器を設けることなく、ペリメーターゾーンの熱負荷を高精度に検出できるペリメーターゾーンの熱負荷推定システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のペリメーターゾーンの熱負荷推定システムは、窓面に設置された光透過性の太陽電池と、前記太陽電池の出力特性に基づいて、ペリメーターゾーンの熱負荷を推定する熱負荷推定手段と、を備え、前記熱負荷推定手段は、前記太陽電池の発電による短絡電流値および開放電圧値から窓面からの日射量と太陽電池の温度を求め、前記日射量と太陽電池の温度を用いてペリメーターゾーンの平均輻射温度を算出することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ペリメーターゾーンに光透過性の太陽光発電システムを導入し、その発電パラメータを利用してペリメーターゾーンの相対的な熱負荷を計測するシステムに関する。

近年、人口の都市集中が高まり、建築物の高層化に伴って消費エネルギーも増大している。オフィスビルをはじめとする建築物において、省エネルギーを推進することが求められている。高層化建築物の一例であるオフィスビルのエネルギーの多くが空気調和による消費で占められているため、空気調和の省エネルギー化に貢献する技術が検討されている。オフィスビルの空気調和の省エネルギー技術に関して、空気調和の負荷にとりわけ大きな影響を与えるのは、窓際付近、すなわちペリメーターゾーンである。特に窓付近は日射が侵入する結果、窓付近の物体に熱負荷が生じ、輻射熱が発生するために空調に対する大きな熱負荷となる。また、窓材は壁材と比較して熱貫流率が大きいため、外気との熱の出入りも壁付近と比較して大きくなる。

このように建築物のペリメーターゾーンの熱負荷低減が空調の消費電量低減に大きく寄与する。そのため、ペリメーターゾーンの熱負荷を精度良く検出して空調のエネルギーロスを低減することが重要である。

熱負荷の検出に関して、特許文献１には、窓付近のペリメーターゾーンを放射温度計で監視し、ペリメーターゾーン全体の熱負荷を放射温度計で直接計測し、空調制御へ活用するシステムが提案されている。放射温度計でペリメーターゾーン全体の熱負荷を直接計測することから検出精度に優れる。一方、熱負荷検出のための専用機器をペリメーターゾーン毎に設置する必要があり、機器や設置のためのコストが増大するという課題がある。

特許文献２には、太陽位置、太陽入射角等の情報や、屋上に設置された日射量検知装置で検知された日射量等の情報に基づいて室内に入射する日射量を演算によって推定し、推定した日射量に基づいて被日射物品の温度、平均輻射温度を演算によって推定する手法が提案されている。

特開平８−９４１４８号公報特開２０１３−５７４７６号公報

特許文献２の手法によれば、熱負荷検出のための専用機器をペリメーターゾーン毎に設置する必要がなくコスト低減に有効である。一方で、太陽位置、太陽入射角等の情報や、屋上に設置された日射量検知装置で検知された日射量等はペリメーターゾーンの情報を直接的に計測したものではなく、間接的な情報であるため、熱負荷の検出精度には改善の余地がある。

本発明は、放射温度計などの熱負荷検出のための専用の検出機器を設けることなく、ペリメーターゾーンの熱負荷を高精度に検出できるペリメーターゾーンの熱負荷推定システムを提供することを目的とする。

本発明のペリメーターゾーンの熱負荷推定システムは、窓面に設置された光透過性の太陽電池と、前記太陽電池の発電パラメータに基づいて、ペリメーターゾーンの熱負荷を推定する熱負荷推定手段と、を備え、前記熱負荷推定手段は、前記太陽電池の発電による短絡電流値および開放電圧値から窓面からの日射量と太陽電池の温度を求め、前記日射量と太陽電池の温度を用いてペリメーターゾーンの平均輻射温度を算出することを特徴とする。

本発明によれば、放射温度計などの熱負荷検出のための専用の検出機器を設けることなく、ペリメーターゾーンの熱負荷を高精度に検出できるペリメーターゾーンの熱負荷推定システムを提供することができる。

第１の実施形態を説明する機能ブロック図の一例である。第１の実施形態における窓開口部に設置された有機薄膜太陽電池の模式図の一例である。第１の実施形態を説明するシステムの動作手順を示すフロー図の一例である。第１の実施形態における有機薄膜太陽電池の短絡電流値と日射量の関係を示す検量線の一例である。第１の実施形態における有機薄膜太陽電池の温度と開放電圧値の関係を示す検量線の一例である。第２の実施形態を説明する機能ブロック図の一例である。第２の実施形態を説明するシステムの動作手順を示すフロー図の一例である。実施例および参考例の計測結果を示した図である。実施例で算出したＰＭＶ値の結果を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。以下の実施形態は一例であって、本実施形態によって、本発明が何ら制限されるものではない。

本実施形態では、窓開口部に光透過性をもつ有機薄膜太陽電池を設置し、その有機薄膜太陽電池の出力特性（発電データ）を検出することによって、窓開口部に入射する日射量および有機薄膜太陽電池の温度（窓面温度）を逐次検出することが可能である。そして、この日射量と窓面温度に基づいて、ペリメーターゾーンの平均輻射温度を推定できる。これらの有機薄膜太陽電池の発電データに基づくデータおよび室内温度、室内湿度によって空調の逐次制御が可能となる。ここで、有機薄膜太陽電池はペリメーターゾーンの窓面に設置されていることから、この発電データを用いて日射量および窓面温度を検出することにより、高精度な熱負荷検出を可能としている。また有機薄膜太陽電池は発電によるエネルギー創出の機能も持つことから、熱負荷検出のためだけに設けられるものではない。さらには、窓面に光透過性の太陽電池を設置することで窓面日射の遮断熱効果による省エネルギーの効果も得ることができる。

以下、本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は下記の実施形態のみで何ら制限されない。

［第１の実施形態］
窓開口部に光透過性をもつ有機薄膜太陽電池を設置し、その有機薄膜太陽電池の発電データを検出することによって、窓開口部に入射する日射量および窓面温度を検出する。窓際ゾーン（ペリメーターゾーン）は壁面の数倍熱貫流率が大きい窓面と接しているため、外気と室内温度の出入りが大きく、また日射が入り込む。また、窓際周辺の物品やブラインドなどの遮光器具が日射によって温度上昇した結果、物品から放射される輻射熱由来の平均放射温度が上昇する。ペリメーターゾーンの熱負荷、すなわち平均放射温度を検出することができれば、ペリメーターゾーンの空調制御に貢献することができる。また、人感環境のパラメーターを取り入れた標準的温熱指標として採用されている予告平均申告（Predicted Mean Vote, ＰＭＶ）を求めると人感環境を反映した空調制御が可能である。

第１の実施形態では、図面を参照しながら、窓開口部に有機薄膜太陽電池を設置したペリメーターゾーンの熱負荷推定システムおよび空調制御システムの概要について説明する。この実施形態は一例であって、本発明を実施するに当たり何ら制限されるものではない。

（システムの構成）
図１に第１の実施形態を説明する機能ブロック図を示す。ペリメーターゾーンの熱負荷推定システムは、窓開口部に設置された有機薄膜太陽電池１０１と、有機薄膜太陽電池１０１の出力特性に基づいて、ペリメーターゾーンの熱負荷を推定する熱負荷推定手段とを備える。熱負荷推定手段は、有機薄膜太陽電池の短絡電流から窓面日射量を算出する窓面日射量検出部１０２と、窓面日射量検出部で算出した日射量と有機薄膜太陽電池の開放電圧から窓面温度を算出する窓面温度検出部１０３と、窓面温度から対流・放射による放熱量を算出する放熱量算出部１０４と、算出された放熱量から平均輻射温度を算出する平均輻射温度算出部１０５から構成される。また、図１に示したように、測定された室内温湿度、気流速度、着衣量、活動量および算出された平均輻射温度によって、人感環境を反映したＰＭＶを算出するＰＭＶ算出部１０６を設けることによって、人感環境を反映した空調制御が可能となる。なお、ＰＭＶ演算部１０６を省略して平均輻射温度を利用してペリメーターゾーンの空調制御を行うことも可能である。

また、本実施形態の空調制御システムは、上記の熱負荷推定システムに更に空調を制御する空調制御部１０７を備えて構成される。平均輻射温度算出部１０５で算出された平均輻射温度、あるいは、ＰＭＶ演算部１０６で算出されたＰＭＶが空調制御部１０７に送られ、空調制御部１０７により空調機器の制御が実行される。

（有機薄膜太陽電池の説明）
図２に窓開口部に設置された有機薄膜太陽電池の模式図を示す。なお、図２は模式であり、寸法が限定されるものではない。有機薄膜太陽電池は光透過性を有し、窓面に対して粘着剤による貼付けなどによって固定されている。有機薄膜太陽電池の基材２０１は窓面に貼り付けることが容易なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などをはじめとする透明フィルムやＰＥＴやＰＭＭＡのプラスチック板形状、ガラス基板上など、任意の形態をとることができる。基材２０１に対して、透明電極２０２、正孔輸送層２０３、光発電層２０４、バッファ層２０５、対向電極２０６、カバー層２０７がこの順に積層されている。積層構造は一例であって、有機薄膜太陽電池の発電およびシステム構成に影響がなければ何ら制限されるものではない。

透明電極２０２はＩＴＯなどの金属酸化物やドープ量の大きなＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ導電性高分子などの任意の光透過性のある薄膜であれば特に制限はなく、膜厚１００〜５００ｎｍの範囲で形成される。正孔輸送層２０３はＰＥＤＯＴ−ＰＳＳや酸化ニッケルなど、正孔を輸送し、電子をブロックする薄膜を膜厚５〜１００ｎｍの範囲内で設置される。光発電層２０４はバルクヘテロ接合層と呼ばれる相分離起因の接合構造によって構成されている。ドナー分子はＰＣＤＴＴ−ＤＰＰなどの高分子であって、アクセプタ分子はＣ６０−ＰＣＢＭなどのフラーレン誘導体などがあげられる。バッファ層２０５は電子を輸送し、正孔をブロックする薄膜であり、フッ化リチウム、酸化チタン等の薄膜を１〜１０ｎｍの膜厚で形成される。対向電極２０６はＩＴＯをはじめとする金属酸化物または光透過性を維持して金、銀などの金属を蒸着で形成する、ないしは銀ナノワイヤーなどの分散液を塗布形成して電極を作製するなどの方法によって形成可能である。カバー層２０７は有機薄膜太陽電池の保護層及び安全性を目的に設置されるもので、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル―ポリビニルアルコール共重合体などの高分子フィルムを基材２０１とラミネート形成するなどの方法で作製できる。

（システムの具体的動作方法）
図３にシステムの動作手順を示すフロー図を示す。なお、図３の左側に示している項目は一連のシステム動作における入力パラメータであり、右側に示されているのは建屋の設置条件、室内環境によって予め決定しうるパラメータである。

（窓面の日射量の検出）
ステップＳ１は有機薄膜太陽電池の短絡電流値の検出によって、日射量を決定する工程である。図４に有機薄膜太陽電池における日射量に対する短絡電流値Ｉｓｃの関係を示した結果の一例を示す。図４に示したように日射量と短絡電流値Ｉｓｃは直線関係にあるため、予め図４のような検量線を用意しておくことによって、短絡電流値から逐次日射量を検出でき、一義的に決定することが可能である。

（窓面温度の検出）
次に、ステップＳ１で検出した日射量が１０Ｗ/ｍ²以上か否かを判断する（ステップＳ２）。これは、短絡電流値Ｉｓｃが有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁によって変化するためである。日射量が１０Ｗ/ｍ²以上の場合には、使用温度帯における短絡電流値変化が日射量に対応する変化量に対して十分小さいため、ステップＳ1で検出した日射量を用いてステップＳ３の窓面温度の検出に移行する。

一方、ステップＳ１で検出した日射量が１０Ｗ/ｍ²未満の場合には、有機薄膜太陽電池自体の温度Ｔ₁を室温Ｔｒで仮置きして（ステップＳ４）、対流・放射による放熱量の算出に進む。これは、日射量が１０Ｗ/ｍ²未満の場合には有機薄膜太陽電池の日射による発電と温度上昇に伴う電流増大の相対値が小さく、有機薄膜太陽電池の温度状態を無視できないためである。

ステップＳ３では、有機薄膜太陽電池を貼り付けた窓面温度Ｔｗｉｎの検出を以下のように行う。ステップＳ１で検出した日射量が１０Ｗ／ｍ²以上の場合には各日射量に応じて有機薄膜太陽電池の開放電圧Ｖｏｃと有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁は直線関係になり、開放電圧Ｖｏｃを検出することによって、有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁が一義的に規定される。本実施形態では、有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁と窓面温度Ｔｗｉｎはほぼ同じ値であり、有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁を窓面温度Ｔｗｉｎとすることができる。有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁は、有機薄膜太陽電池の開放電圧Ｖｏｃを検出し、以下の式（１）から算出することができる。

Ｖｏｃ＝Ｔ₁×（ｎｋ／ｑ）ｌｎ［（Ｉ_L／Ｉ₀）＋１］・・・式（１）
ｎ：ダイオードパラメータ、ｋ：ボルツマン定数、ｑ：電荷素量、Ｉ_L：光照射に伴う光電流、Ｉ₀：逆飽和起電力、Ｉ：回路内の電流、Ｖ：電圧、Ｔ₁：有機薄膜太陽電池の温度
また、日射量に応じて有機薄膜太陽電池の温度と開放電圧値は直線関係を示すため、式（１）を利用した有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁の算出方法の他に、ステップＳ１で規定された日射量に応じた検量線を用意することによっても、有機薄膜太陽電池の温度を規定することが可能である。図５に有機薄膜太陽電池の温度と開放電圧値の関係を示す。

なお、日射量が１０Ｗ/ｍ²以下の微弱な日射条件の場合は開放電圧が安定でないため、有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁を開放電圧では検出せず、ステップＳ４で仮定した室温Ｔｒを設定する。

（対流・放射による放熱量の算出）
ステップＳ５にて対流、放射による被日射物の放熱量を計算する。ガラス面および有機薄膜太陽電池を透過して室内に入射した日射量Ｉｇｒは式（２）によってあらわされる。

Ｉｇｒ＝Ｉｏ × α ・・・式（２）
α：有機薄膜太陽電池の全光透過率
被日射物はペリメーターゾーン付近にある、ブラインドなどの遮光物や床や物品などの日射受光物などで構成されるが、本発明の場合は日射の多くを有機薄膜太陽電池で吸収するため、平均輻射温度の算出において有機薄膜太陽電池のみの輻射を考慮しても大きくずれることはない。そのため、ステップＳ３又はＳ４で求めた有機薄膜太陽電池の温度Ｔ₁で対流および輻射の熱量を求めればよい。

有機薄膜太陽電池の表面から放出される対流による放出熱量ｑ_icは式（３）により求めることができる。

ｑ_ic ＝ α_ic（Ｔ₁ − Ｔｒ）・・・式（３）
α_ic：室内表面対流熱伝達率、Ｔｒ：室温
一方、放射による放熱量ｑ_is［ｋｃａｌ／ｍ²］は、以下の式（４）により算出する。

ｑ_is ＝ｑ_ic ＋ｑ_ir ＋ｑ_SR・・・式（４）
式（４）において、ｑ_irは隣接する部屋間の壁面からの放射交換熱流であり、隣接する部屋の室温、自室の室温によって規定される。ｑ_SRは室内の照明などで構成される短波長熱量である。

（平均輻射温度の算出）
ステップＳ５により算出された対流による放出熱量ｑ_icと放射による放熱量ｑ_isを用いて、ステップＳ６にて平均輻射温度Ｔｒａｄ［℃］を以下の式（５）より導出する。

ｑ_is ＋ｑ_ic ＝ σＴ_rad ⁴ ・・・式（５）
σ：ステファンボルツマン係数
本実施形態によれば、ペリメーターゾーンの平均輻射温度Ｔ_radを算出することによって、ペリメーターゾーンと室温との温度差、すなわちペリメーターゾーンの熱負荷を求めることが可能である。したがって、この熱負荷を均衡化するための最適な空調制御を実施することができ、従来のインテリアゾーン空調、ないしはペリメーターゾーン空調の吸気温度で制御してきた熱平衡状態と比較して、消費エネルギーを削減することが可能となる。

（予測平均申告ＰＭＶの算出）
本実施形態によれば、ステップＳ６の平均放射温度の算出によって、室温との差分である熱平衡を最適条件で制御することができる。この効果に人感環境のパラメータを付加することによって、よりきめ細かい制御を可能とする。ステップＳ７では、推定された平均輻射温度Ｔ_rad［℃］、計測または設定された室内の温度Ｔｒ［℃］、湿度Ｈ［％］、気流速度Ｖ［ｍ／ｓ］、在室者の着衣量Ｃ［ｃｌｏ］、活動量Ｍ［ｍｅｔ］を用いて、公知のＰＭＶ計算式またはこれらの回帰式などを用いて現在のＰＭＶを算出する。

（有機薄膜太陽電池の遮断熱効果および発電効果）
さらに、窓開口部の室内側から有機薄膜太陽電池を設置することによって、有機薄膜太陽電池の遮熱効果による日射の緩和、熱貫流率の向上に伴う遮断熱効果が加わり、入射する日射量の緩和、室内熱量の断熱性を持つことができる。有機薄膜太陽電池は日射を吸収または反射することによって室内に入り込む日射量を遮蔽することができる。遮蔽された日射のうちの一部は発電に寄与するエネルギーとして変換され、残量は熱となる。有機薄膜太陽電池からの放熱量は式（２）〜（４）によって計算できるため、有機薄膜太陽電池の放熱量も含めた平均輻射温度Ｔｒａｄを推定することができる。

本実施形態によれば、有機薄膜太陽電池は窓面入射光によって発電するため、発電による電力創出、日射の遮熱機能による室内熱負荷の低減、発電に伴う入射光強度、窓面温度の逐次検出を可能にすることによって、空調制御をきめ細かく制御することが可能となる。また、ペリメーターゾーンの気象変化に伴う熱負荷を逐次検出できることから、冬季日中に起こるペリメーターゾーンの暖房とインテリアゾーンの冷房が混合する空調混合現象を解消できる。さらに日射に伴う快適性を付与できるため、近年普及が著しいエアフローウィンドウ（ＡＦＷ）やダブルスキンガラスなどのペリメーターレス空調システムへ導入した場合の日射条件の緩和、ペリメーターゾーンの快適性付与および日射と照明の統合効果による照明調光省エネなどに関して有効である。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は有機薄膜太陽電池のダイオードとしての特性を利用することによって、夜間日射がない状態でも、有機薄膜太陽電池のダイオードとしての順方向電圧の温度依存特性を利用して、窓面の温度を検出する。

（システムの構成）
図６に第２の実施形態を説明する機能ブロック図を示す。基本構成は図１と同じであり、有機薄膜太陽電池１０１から窓面表面温度検出部１０３に入力される情報が、順方向電圧Ｖｔｈに変更される点が異なっている。

（システムの具体的動作方法）
第２の実施形態では、まず日射量の検出を実施し、日射が極めて微弱であり、検出限界以下であることを確認する。次に、有機薄膜太陽電池の特性検出方法を暗状態の電気特性評価モードとして、順方向電圧Ｖｔｈを検出し、Ｖｔｈから有機薄膜太陽電池の温度、すなわち窓面温度を検出する。窓面温度の検出以降の構成は第１の実施形態と同様である。図７に本実施形態のシステムの動作手順を示すフロー図を示す。

（夜間モードの特定および順方向電圧の検出）
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１１において有機薄膜太陽電池の短絡電流値の検出によって日射量を検出する。ステップＳ１２において窓面の日射が極めて微弱、もしくは日射がないことを確認する。日射がない目安は１Ｗ/ｍ²以下であり、条件に合致する場合は有機薄膜太陽電池の検出モードを暗状態の電気特性評価モードとし、ステップＳ１３に移行する。一方、日射量が１Ｗ/ｍ²よりも多い場合には、図３のステップＳ２に以降することで第１の実施形態の方法により平均輻射温度あるいはＰＭＶを算出する。

次にステップＳ１３では暗状態の電気特性評価モードで有機薄膜太陽電池の順方向電圧Ｖｔｈを測定する。Ｖｔｈは温度に対して、式（６）に示す１次関数で表わすことができる。

Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ₀ − α₀（Ｔ₁−Ｔｔｈ₀）・・・式（６）
ここで、Ｖｔｈ₀は基準温度Ｔｔｈ₀の時の順方向電圧、α₀は有機薄膜太陽電池のダイオード温度係数である。

ステップＳ１４は夜間の放射量を算出する工程、ステップＳ１５は平均輻射温度を算出する工程、ステップＳ１６はＰＭＶを算出する工程であり、これらは第一の実施形態のステップＳ５〜Ｓ７と同様である。

第２の実施形態によれば、有機薄膜太陽電池のダイオードとしての電気特性を活用して、夜間の窓面温度を逐次検出することが可能である。夜間の窓面は特に冬季ではコールドドラフト現象によるペリメーターゾーンの大きな熱負荷が生じ、従来の技術では空調機検出の温度に依存するため、ペリメーターゾーンの熱負荷緩和のために過剰な電力を消費していた状況を大きく緩和できる。

本発明を具体的に実施した事例について、以下実施例を説明する。なお、以下の実施例は本発明を実施するための一例であり、本発明を何ら制限するものではない。

（実施例１）
第１の実施形態によって、有機薄膜太陽電池のデータから窓面温度を推定し、そこから平均輻射温度を推定した。窓面に有機薄膜太陽電池を設置し、配線によって出力制御装置（ＰＣＳ）に接続した。ＰＣＳの内部回路に短絡電流、開放電圧を計測できる機構を設け、その短絡電流、開放電圧から日射量、有機薄膜太陽電池の表面温度を検出できる検量線を備えることによって、日射量と有機薄膜太陽電池の表面温度を推定できるようにした。有機薄膜太陽電池の表面温度を用いて対流放熱、放射熱を推定し、平均輻射温度を算出した。

（実施例２）
第１の実施形態において、実施例１によって推定した平均輻射温度に風量、着衣量、代謝量、室温、室内湿度を入力し、ＰＭＶを算出した。

（実施例３）
第２の実施形態によって、夜間のペリメーターゾーンの熱負荷を推定した。実施例１と同様に窓面に有機薄膜太陽電池を設置し、配線によって出力制御装置（ＰＣＳ）に接続した。ＰＣＳ内部で日射が著しく少ない、もしくは日射がない夜間の場合には電子負荷によって有機薄膜太陽電池のダイオード特性を検出できるモードに設定し、このダイオード特性から順方向しきい値電圧Ｖｔｈを検出した。Ｖｔｈの値から有機薄膜太陽電池の温度を推定し、有機薄膜太陽電池の表面温度を用いて対流放熱、放射熱を推定し、平均輻射温度を算出した。

（実施例４）
第２の実施形態において、実施例３によって推定した平均輻射温度に風量、着衣量、代謝量、室温、室内湿度を入力し、ＰＭＶを算出した。

（参考例１）
第１の実施形態において、実施例１と構成を同じ状態で、有機薄膜太陽電池の室内側近傍に平均輻射温度を計測する輻射温度計（グローブ温度計）を設置し、輻射温度計の計測結果と実施例１の平均輻射温度の推計結果を比較した。

（参考例２）
第２の実施形態において、実施例３と構成を同じ状態で、有機薄膜太陽電池の室内側近傍に平均輻射温度を計測する輻射温度計（グローブ温度計）を設置し、輻射温度計の計測結果と実施例３の平均輻射温度の推計結果を比較した。

実施例１および実施例２の結果について、図８に示す。実施例１に基づいて、有機薄膜太陽電池の表面温度を検出した。日射吸収に基づいて、有機薄膜太陽電池は遮熱と発電を両立して駆動する。日射遮蔽に基づいて、有機薄膜太陽電池は熱吸収し、表面温度が上昇する。本発明によれば、有機薄膜太陽電池の表面温度は開放電圧に対応して検出可能である。この開放電圧から検出した有機薄膜太陽電池の表面温度から放射熱量、対流熱量を算出し、平均輻射温度を推定した結果を図８に示している。図８では推定した平均輻射温度は参考例１で計測したグローブ温度と比較して０．３〜０．７℃低く推移しており、空調制御の指標としては問題なく採用できることを示している。グローブ温度と実施例１で推定した平均輻射温度との温度差は、実施例１で推定した平均輻射温度が有機薄膜太陽電池の放射熱、対流熱だけを考慮した値であり、その周辺の物品について考慮していないためと推定できる。しかしながら、有機薄膜太陽電池の放射熱、対流熱だけで、グローブ温度実測値と１．０℃以下の誤差で検出できていることは、有機薄膜太陽電池の日射遮蔽によって、日射の熱負荷の多くが吸収できており、他の物品の熱負荷が比較的小さいことを示している。

図８には夜間時間帯の実施結果も記載しており、これが実施例３および参考例２に対応している。夜間の有機薄膜太陽電池の表面温度は日射がないため、外気温に近づき、室温と外気温の中間域に位置する。したがって、第２の実施形態に示している平均輻射温度の考慮として有機薄膜太陽電池の窓面と室温の両者を考慮した平均輻射温度を求めている。その結果、実測したグローブ温度はほぼ室温に近づき、実施例３の平均輻射温度算出結果によれば、グローブ温度と比較して０．５〜０．７℃低く、室温と比較して１．０〜２．０℃低くなることがわかる。したがって、実施例３によれば、開放電圧のしきい値電圧を用いた有機薄膜太陽電池の表面温度から有機薄膜太陽電池表面の放射熱量、対流熱量を算出し、これら放射熱量、対流熱量と室温から構成される平均輻射温度を精度よく推定できることを示している。

図９には実施例２および実施例４で求めたＰＭＶの結果を示している。実施例１および実施例３に基づいて算出した平均輻射温度に対応したＰＭＶを算出することができることを示している。

以上の通り、本発明のペリメーターゾーンの熱負荷推定システムおよび空調制御システムによれば、窓面に有機薄膜太陽電池を設置した建屋において、有機薄膜太陽電池の発電時に得られる情報から日射量、窓面表面温度を検出し、室内の平均輻射温度を推定することによって、ペリメーターゾーンの温湿環境を逐次計測することが可能なシステムを提供することができる。このシステムによって、ペリメーターゾーンの空調負荷を逐次最適制御することが可能となり、建屋全体の省エネルギーが実現できる。

１０１有機薄膜太陽電池
１０２窓面入射日射量検出部
１０３窓面表面温度検出部
１０４放射量算出部
１０５平均輻射温度算出部
１０６ＰＭＶ演算部
１０７空調制御部

Claims

窓面に設置された光透過性の太陽電池と、
前記太陽電池の出力特性に基づいて、ペリメーターゾーンの熱負荷を推定する熱負荷推定手段と、を備え、
前記熱負荷推定手段は、前記太陽電池の発電による短絡電流値および開放電圧値から窓面からの日射量と太陽電池の温度を求め、前記日射量と太陽電池の温度を用いてペリメーターゾーンの平均輻射温度を算出することを特徴とするペリメーターゾーンの熱負荷推定システム。
請求項１において、前記熱負荷推定手段は、算出したペリメーターゾーンの平均輻射温度と、計測または設定された室内の温度、湿度、気流速度、在室者の着衣量、活動量を用いて、ＰＭＶ値を算出することを特徴とするペリメーターゾーンの熱負荷推定システム。
請求項１において、前記熱負荷推定手段は、日射のない夜間において、前記太陽電池のダイオードの特性である順方向電圧を検出することによって、太陽電池の温度を検出することを特徴とするペリメーターゾーンの熱負荷推定システム。
請求項１において、前記太陽電池が有機薄膜太陽電池であることを特徴とするペリメーターゾーンの熱負荷推定システム。
窓面に設置された光透過性の太陽電池と、
前記太陽電池の出力特性に基づいて、ペリメーターゾーンの熱負荷を推定する熱負荷推定手段と、前記熱負荷推定手段で推定された熱負荷に基づいて空調制御を行う空調制御部を備え、
前記熱負荷推定手段は、前記太陽電池の発電による短絡電流値および開放電圧値から窓面からの日射量と太陽電池の温度を求め、前記日射量と太陽電池の温度を用いてペリメーターゾーンの平均輻射温度を算出することを特徴とする空調制御システム。
請求項５において、
前記熱負荷推定手段は、算出したペリメーターゾーンの平均輻射温度と、計測または設定された室内の温度、湿度、気流速度、在室者の着衣量、活動量を用いて、ＰＭＶ値を算出することを特徴とする空調制御システム。
請求項５において、前記熱負荷推定手段は、日射のない夜間において、前記太陽電池のダイオードの特性である順方向電圧を検出することによって、太陽電池の温度を検出することを特徴とする空調制御システム。
請求項５において、前記太陽電池が有機薄膜太陽電池であることを特徴とする空調制御システム。