(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022073809
(43)【公開日】2022-05-17
(54)【発明の名称】換気システム
(51)【国際特許分類】
F24F 7/007 20060101AFI20220510BHJP
F24F 7/10 20060101ALI20220510BHJP
F24F 9/00 20060101ALI20220510BHJP
F24F 11/46 20180101ALI20220510BHJP
F24F 11/74 20180101ALI20220510BHJP
F24F 11/77 20180101ALI20220510BHJP
F24F 110/70 20180101ALN20220510BHJP
F24F 120/12 20180101ALN20220510BHJP
【ＦＩ】
F24F7/007 B
F24F7/10 A
F24F9/00 A
F24F7/007 101
F24F11/46
F24F11/74
F24F11/77
F24F110:70
F24F120:12
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020185794
(22)【出願日】2020-11-06
(31)【優先権主張番号】P 2020181590
(32)【優先日】2020-10-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100139114
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 貞嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100139103
【弁理士】
【氏名又は名称】小山 卓志
(74)【代理人】
【識別番号】100214260
【弁理士】
【氏名又は名称】相羽 昌孝
(74)【代理人】
【識別番号】100119220
【氏名又は名称】片寄 武彦
(72)【発明者】
【氏名】川村 聡宏
(72)【発明者】
【氏名】山本 ミゲイル
(72)【発明者】
【氏名】長谷部 弥
(72)【発明者】
【氏名】三浦 靖弘
【テーマコード（参考）】
3L056
3L260
【Ｆターム（参考）】
3L056BD01
3L056BD07
3L056BE01
3L056BF06
3L056BG02
3L260AA04
3L260AB15
3L260BA12
3L260BA16
3L260BA41
3L260BA61
3L260CA02
3L260CA15
3L260CA17
3L260CB54
3L260EA06
3L260FA07
3L260FA15
3L260FC04
(57)【要約】
【課題】空間内の空調に大きな影響を及ぼすことなく、エネルギーロスを最低限とすることができる換気システムを提供する。
【解決手段】本発明は、所定の空間の換気を行う換気システム１であって、前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吹き出す給気口１５と、それぞれの給気口１５で、吹き出す空気の流量を制御する給気流量制御部１１０と、前記空間におけるＣＯ2の濃度分布を取得するＣＯ2濃度分布取得部１２０と、前記空間における人の位置情報を取得する位置情報取得部１３０と、前記ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部１３０で取得された人の位置情報とに基づいて、前記給気流量制御部１１０がそれぞれの給気口で吹き出す空気の流量の制御を行うように前記給気流量制御部１１０に対して指令を発する主制御部１００と、を有することを特徴とする
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、所定の空間の換気を行う換気システム１であって、前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吹き出す給気口１５と、それぞれの給気口１５で、吹き出す空気の流量を制御する給気流量制御部１１０と、前記空間におけるＣＯ2の濃度分布を取得するＣＯ2濃度分布取得部１２０と、前記空間における人の位置情報を取得する位置情報取得部１３０と、前記ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部１３０で取得された人の位置情報とに基づいて、前記給気流量制御部１１０がそれぞれの給気口で吹き出す空気の流量の制御を行うように前記給気流量制御部１１０に対して指令を発する主制御部１００と、を有することを特徴とする
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の空間の換気を行う換気システムであって、
前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吹き出す給気口と、
それぞれの給気口で、吹き出す空気の流量を制御する給気流量制御部と、
前記空間におけるＣＯ2の濃度分布を取得するＣＯ2濃度分布取得部と、
前記空間における人の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、前記給気流量制御部がそれぞれの給気口で吹き出す空気の流量の制御を行うように前記給気流量制御部に対して指令を発する主制御部と、を有することを特徴とする換気システム。
前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吹き出す給気口と、
それぞれの給気口で、吹き出す空気の流量を制御する給気流量制御部と、
前記空間におけるＣＯ2の濃度分布を取得するＣＯ2濃度分布取得部と、
前記空間における人の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、前記給気流量制御部がそれぞれの給気口で吹き出す空気の流量の制御を行うように前記給気流量制御部に対して指令を発する主制御部と、を有することを特徴とする換気システム。
【請求項2】
前記空間には複数のゾーンが規定されており、
前記ゾーン毎に給気口が設けられることを特徴とする請求項１に記載の換気システム。
前記ゾーン毎に給気口が設けられることを特徴とする請求項１に記載の換気システム。
【請求項3】
前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吸い込む排気口と、
それぞれの排気口で、吸い込む空気の流量を制御する排気流量制御部と、を有し、
前記主制御部が、前記ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、前記排気流量制御部がそれぞれの排気口で吸い込む空気の流量の制御を行うように前記排気流量制御部に対して指令を発することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の換気システム。
それぞれの排気口で、吸い込む空気の流量を制御する排気流量制御部と、を有し、
前記主制御部が、前記ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、前記排気流量制御部がそれぞれの排気口で吸い込む空気の流量の制御を行うように前記排気流量制御部に対して指令を発することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の換気システム。
【請求項4】
前記空間には複数のゾーンが規定されており、
前記ゾーン毎に排気口が設けられることを特徴とする請求項３に記載の換気システム。
前記ゾーン毎に排気口が設けられることを特徴とする請求項３に記載の換気システム。
【請求項5】
前記主制御部が、
前記位置情報取得部で取得された人の位置情報に基づいて人の密度を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の換気システム。
前記位置情報取得部で取得された人の位置情報に基づいて人の密度を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オフィスなどにおいて、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させて、感染症の伝染リスクを低減する換気システムに関する。
【背景技術】
【0002】
新型コロナウイルスの感染が広まる中、オフィスなどの空間において、感染症のリスクを低減させる対策の一つとしては、換気によって外気導入量を増やすことを挙げることができる。例えば、導入した外気により人と人との間にエアカーテンを形成するような気流制御を行うことは、感染リスク予防に有効であることが予想される。
【0003】
ただし、外気導入量を増やすことは、感染リスク低減に有効であるが、空間内の温調に大きなエネルギーを費やすこととなり、省エネルギーとは相反する建物の運用となることが問題であった。
【0004】
また、人が決まった場所に滞在し続ける場合では、人の滞在場所が予測できるため、人と人との間に気流を生じさせる制気口を設けてエアカーテンを形成することができるが、人が自由に移動できる場合には、建物に固定的に設けられた制気口では適正な気流制御を行うことに限界があり、感染リスクを低減させることは難しい、という問題があった。
【0005】
そこで、このような問題を解決するために、室内に存在する人の位置を検知するセンサを設けて、センサによる検知結果に応じて気流制御を行う技術が提案されている。例えば、特許文献１（特開２０１９－２１９１５４号公報）には、室内の上方に設置され、前記室内の天井面に沿って空気を送風する送風機器と、前記天井面または前記天井面から所定距離離れた位置、かつ、前記送風機器と離間した位置に、それぞれ離間して設置され、前記送風機器により送風される空気の流れである気流の向きを制御する複数の気流制御板と、前記複数の気流制御板のうち、前記室内に存在する２人の間の位置に対応する第１気流制御板を選定することで、前記２人の間に気流が流れるように制御する制御部と、前記室内に存在する人の位置を検知するセンサ部とを備え、前記制御部は、前記センサ部が検知した前記人の位置を用いて、前記室内に存在する２人の間の位置を算出する気流制御システムが記載されている。
【特許文献1】特開２０１９－２１９１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、多くの人が働いているオフィスなどの空間に、引用文献１記載の従来技術を適用すると、複数の気流制御板が同時に稼働してしまい、目指す気流環境が実現できない、という課題が発生してしまう。
【0007】
また、引用文献１記載の従来技術のように、気流制御板などの動く造作物を天井面に配置することはメンテナンスの面で好ましくない、という課題もあった。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明は、上記課題を解決するものであって、本発明に係る換気システムは、所定の空間の換気を行う換気システムであって、前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吹き出す給気口と、それぞれの給気口で、吹き出す空気の流量を制御する給気流量制御部と、前記空間におけるＣＯ2の濃度分布を取得するＣＯ2濃度分布取得部と、前記空間における人の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、前記給気流量制御部がそれぞれの給気口で吹き出す空気の流量の制御を行うように前記給気流量制御部に対して指令を発する主制御部と、を有することを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る換気システムは、前記空間には複数のゾーンが規定されており、前記ゾーン毎に給気口が設けられることを特徴とする。
【0010】
また、本発明に係る換気システムは、前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吸い込む排気口と、それぞれの排気口で、吸い込む空気の流量を制御する排気流量制御部と、を有し、前記主制御部が、前記ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、前記排気流量制御部がそれぞれの排気口で吸い込む空気の流量の制御を行うように前記排気流量制御部に対して指令を発することを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係る換気システムは、前記空間には複数のゾーンが規定されており、前記ゾーン毎に排気口が設けられることを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係る換気システムは、前記主制御部が、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報に基づいて人の密度を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る換気システムは、ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、給気流量制御部が、空間の複数箇所に設けられた給気口で吹き出す空気の流量の制御を行うので、このような本発明に係る換気システムによれば、外気を導入した場合でも、必要最低限の流量の空気が導入されるだけであり、空間内の空調に大きな影響を及ぼすことなく、エネルギーロスを最低限とすることができる。
【0014】
また、本発明に係る換気システムにおいては、複数箇所に設けられた給気口から吹き出された空気は、基本的に干渉し合うようなことはない。複数の気流制御板を用いた場合には、ある気流制御板が、他の気流制御板の気流制御を邪魔することが発生するが、本発明に係る換気システムによれば、そのようなことは発生しない。
【0015】
また、本発明に係る換気システムにおいては、従来技術のように、気流制御板などの動く造作物を天井に配置する必要がなく、メンテナンス性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第１実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的平面図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係る換気システム１のブロック図である。
【図4】本発明の第１実施形態に係る換気システム１の制御処理のフローチャートを示す図である。
【図5】本発明の第１実施形態に係る換気システム１で用いるテーブルを示す図である。
【図6】本発明の第１実施形態に係る換気システム１の動作例を示す図である。
【図7】本発明に係る換気システム１の効果を説明する図である。
【図8】本発明の第２実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。
【図9】本発明の第２実施形態に係る換気システム１のブロック図である。
【図10】本発明の第３実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。また、図２は本発明の第１実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的平面図である。また、図３は本発明の第１実施形態に係る換気システム１のブロック図である。
【0018】
本発明に係る換気システム１は、オフィスなどの空間Ｒにおいて、人と人とが近接している際に、人周囲の空気を置換するような気流を生成する構成とされている。このような気流を形成することで、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させて、感染症の伝染リスクを低減するものである。ここで、このような気流を形成する空気を、本明細書では「換気空気」と称することがある。
【0019】
上記のような気流を形成するための換気空気は、全て外気であってもよいし、或いは、全て空調機（不図示）で温湿度調整された空気であってもよいし、或いは、外気と温湿度調整された空気とを混合した空気であってもよい。気流形成のための空気に外気のみを用いる場合には、本発明に係る換気システム１を、空調機の系統と独立して構成することができる。また、気流形成のための空気に温湿度調整された空気を含める場合には、本発明に係る換気システム１を、空調機の系統の一部として構成することができる。以下で説明する実施形態においては、空調機系統の構成の説明については省略している。
【0020】
建物内の空間Ｒは、例えばオフィスなどが想定されるが、本発明に係る換気システム１が適用されるのは、特段オフィスに限定されるわけではない。空間Ｒの周囲は壁面が設けられると共に、空間Ｒの下部は床部１０が配され、上部は天井部３０が配されることで空間Ｒは区画がなされている。
【0021】
本実施形態では、当該空間Ｒに対して床部１０から常時空気を吹き出す空調システム（詳細は不図示）に、本発明に係る換気システム１を適用する例に基づいて説明をする。本実施形態では、当該空調システムによって床部１０から常時吹き出されている空気を、換気システム１で用いる換気空気としても流用するようにしている。しかしながら、換気システム１で用いる換気空気を、空調システムで利用する空気とは別に建物外部から直接調達するようにしてもよい。
【0022】
床部１０の下方には、床下空間１２が設けられており、この床下空間１２に対して、ダクト３を介して、給気ファン６によって送風された空気が、給気ダクト口４から供給されている。床下空間１２に供給された空気は、床部１０の複数箇所に設けられている床吹き出し口１３から、空間Ｒに対して吹き出される。
【0023】
天井部３０の上方には、天井上空間３２が設けられている。天井上空間３２の複数箇所には排気口３５が設けられており、この排気口３５の直上部には排気ダクト口５が配されている。排気ダクト口５にはダクト３を介して排気ファン７が接続されており、排気ファン７による吸引力の作用により、排気口３５から排気口３５近傍の空気が吸い込まれる。
【0024】
上記のように空間Ｒにおいては、平時、床部１０の吹き出し口１３から空気が吹き出され、排気口３５から空気が吸い込まれることにより、空間Ｒ内の空気が循環し、快適な環境を実現することが可能となっている。
【0025】
空間Ｒには、図２に示すように複数のゾーン（図２の例では、第１ゾーンから第２０ゾーンまでの２０ゾーン）が仮想的に規定されており、それぞれのゾーンに対応して給気口１５が床部１０に設けられている。それぞれの給気口１５の直下部には、給気ファン１１５が設けられており、それぞれの給気ファン１１５は、図３のブロックにおける給気流量制御部１１０により、オン・オフ制御、回転速度制御されるように構成されている。
【0026】
本発明に係る換気システム１においては、それぞれのゾーンの給気ファン１１５が独立的に動作することにより、それぞれの給気口１５で換気空気を吹き出すことができるようになっている。給気口１５から吹き出された換気空気は、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させて、感染症の伝染リスクを低減する。
【0027】
なお、本実施形態係る換気システム１では、換気空気を床部１０から導入するようにしているが、換気空気を導入する箇所は床部１０に限らず、天井や壁を利用するようにしてもよい。また、本実施形態では、換気空気の導入を促進させる給気ファン１１５は独立した制御機構を持っていることを想定しているが、空間Ｒに換気空気を導入するために、ダクティングされた末端に可変風量制御装置（ＶＡＶ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｉｒ Ｖｏｌｕｍｅ）を設け、これにより風量制御するようにしてもよい。
【0028】
本発明に係る換気システム１では、それぞれのゾーンにおいて給気ファン１１５を動作させて、給気口１５から換気空気を吹き出すタイミングを決定するために、当該ゾーンにおけるＣＯ2の濃度の情報と人の存否に係る情報とを利用する。より具体的には、本発明に係る換気システム１は室内のＣＯ2濃度分布と人の位置情報の関係から、感染リスクを算定し、感染リスクの高いエリアへ優先的に換気空気の導入量を増やすことで感染リスクを低減させるものである。
【0029】
本発明に係る換気システム１では、まず、ＣＯ2が高いゾーンは人の呼気の影響を受けて濃ＣＯ2度が上昇しており、感染リスクの高いエリアであると判断する。しかし、一人が個人ブースのような空間で作業をしている場合はＣＯ２濃度が高くとも、他人と近接することが少ないため感染リスクは低いと考えられる。ＣＯ2濃度のみで感染リスクを評価してしまうと、感染リスクが低いエリアにも過剰に換気空気を供給することに繋がるため、これを防ぐために、本発明に係る換気システム１では、人の位置情報も含めて換気空気導入量を制御するようにしている。
【0030】
本発明は、各ゾーンへの換気空気の導入量を調整できる給気ファン１１５を備えた換気システム１であり、換気空気の導入量を必要以上に増加させることがないために、例え換気空気の全量が外気によるものであったとしても、空間Ｒにおける温湿度に与える影響は限定的であり、建物の省エネルギー化運用に逆行するようなものではない。
【0031】
図３のブロック図に示されているＣＯ2濃度分布取得部１２０は、空間Ｒ内におけるＣＯ2濃度分布を検知するための構成である。このようなＣＯ2濃度分布取得部１２０は図１、図２に示されていないが、例えば、空間Ｒ内の適切な箇所にＣＯ2を検出するセンサを複数設けることにより、これを実現することができる。このようなセンサとしては、非分散型赤外線（ＮＤＩＲ：Ｎｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）吸収法方式のものを用いることができる。また、このような光学式の検出方式のものではなくとも、ＣＯ2センサとしては、電気化学式のもの、或いは、半導体式のものも用いることができる。
【0032】
上記のようにＣＯ2の濃度を検出するセンサは、あらかじめ建物における空間Ｒ内の適切な箇所に固定的に設置するようにしてもよいし、或いは、スマートフォンのような人が持ち歩くデバイスに設けるようにしてもよい。
【0033】
ＣＯ2濃度を検出する各センサで取得したデータは主制御部１００に送信され、主制御部１００において、複数箇所のＣＯ2濃度データに基づいて空間ＲにおけるＣＯ2濃度分布が算出・取得される。換気システム１における主制御部１００は、例えば、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用のマイクロコンピューターなどの情報処理装置を用いることができる。このような主制御部１００は、図３で接続される各構成とデータ通信を行い、各構成から所定のデータを受信して演算を行ったり、所定のデータを指令などとして出力したりすることができるようになっている。
【0034】
次に、本発明に係る換気システム１において、空間Ｒ内で人を検出する構成について説明する。図３のブロック図に示されている位置情報取得部１３０は、空間Ｒ内における人の位置情報を検知するための構成である。
【0035】
位置情報取得部１３０は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ技術を利用した測位を行うものであり、このために位置情報取得部１３０は、複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）からのデータを収集する。複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）は、空間Ｒの適切に箇所に設けられている。本実施形態ではアクセスポイント数は３つであるが、アクセスポイント数がこれに限定されるものではなく、３つ以上であればいくつでも構わない。
【0036】
オフィスなどの空間Ｒ内に滞在する人には、タグ５０が配布され、各人はこのタグ５０を装着することが想定されている。複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）からは、測定電波がタグ５０に送られる。これを受け取ったタグ５０は当該タグ５０が有する唯一無二の固有の信号と共に、測定電波を複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）に対して送り返すようになっている。
【0037】
位置情報取得部１３０は、複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）からタグ５０に対して、送った測定電波が帰ってくるまでの所要時間から、タグ５０側の処理時間を引くことで、往復の所要時間を算出する。次に、位置情報取得部１３０は、この往復の所要時間から、複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）それぞれからタグ５０までの距離を算出し、それぞれの距離からタグ５０の位置を算出する。
【0038】
位置情報取得部１３０で取得された各タグ５０の位置情報は、主制御部１００に対して送信される。主制御部１００側は、このような位置情報を取得すると、これに基づいて、人の密度を算出する。
【0039】
なお、位置情報取得部１３０は、上記のように、測定電波のＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）に基づいて、各タグ５０の位置情報を求めるようにしているが、位置情報取得部１３０が人の位置情報を取得する方法がこれに限定されるわけではない。例えば、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）技術を用いて、人の位置情報を取得するようにしてもよいし、空間Ｒの動画像を取得して、この動画像から画像解析処理によって人の位置情報を取得するようにしてもよい。
【0040】
主制御部１００に対しては、ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されたＣＯ2の濃度分布データと、位置情報取得部１３０で取得された人の位置情報データとがインプットされる。主制御部１００は、これらのデータに基づいて、どのゾーンの給気ファン１１５をどの程度動作させるかを決定し、この決定に基づいて、給気流量制御部１１０に対して指令を発する。給気流量制御部１１０は、この指令を受け、給気ファン１１５のオン・オフ制御、回転速度制御を行い、それぞれのゾーンの給気口１５で吹き出す空気の流量の制御を行う。
【0041】
次に、以上のように構成される本発明に係る換気システム１の動作について説明する。図４は本発明の第１実施形態に係る換気システム１の制御処理のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートによる制御処理は、本発明に係る換気システム１を動作させるためのアルゴリズムの一例である。また、このようなフローチャートは、汎用のマイクロコンピューターである主制御部１００によって実行されるが、このようなフローチャートを専用のハードウエアで実行させるようにしてもよい。
【0042】
図４において、ステップＳ１００で換気システム１の制御処理が開始されると、続いて、ステップＳ１０１に進み、ＣＯ2濃度分布取得部１２０によって、各ゾーンにおけるＣＯ2の濃度分布を取得する。
【0043】
続いて、ステップＳ１０２において、位置情報取得部１３０によって、空間Ｒ内の人の位置情報を取得して、ステップＳ１０３で、この人の位置情報に基づいて、各ゾーンにおける人密度を算出する。
【0044】
次に、ＣＯ2濃度分布取得部１２０、位置情報取得部１３０から取得した情報を基に、第Ｎゾーンの給気ファン１１５Nの制御を行う。まず、ステップＳ１０４では、Ｎに１がセットされる。
【0045】
続いて、ステップＳ１０５では、テーブルを参照し、このテーブルに応じて給気ファン１１５Nを制御する。ここで、このような制御の際に参照する前記のテーブルについて説明する。図５は本発明の第１実施形態に係る換気システム１で用いるテーブルを示す図である。
【0046】
それぞれのゾーンの給気ファン１１５は、給気流量制御部１１０によって、「低速回転」、「中速回転」、「高速回転」の３段階の回転速度でされるようになっている。なお、本実施形態では、給気ファン１１５の回転速度は３段階で設定されているが、給気ファン１１５の回転速度の段数については任意とすることができる。
【0047】
図５に示すテーブルでは、ＣＯ2濃度分布取得部１２０に基づいて取得されるＣＯ2濃度［ｐｐｍ］と、位置情報取得部１３０から算出される人密度［人／ｍ2］とに応じて、当該給気ファン１１５Nを３段階の回転速度「低速回転」、「中速回転」、「高速回転」のうちから、どの回転速度で制御するかが設定されている。なお、ＣＯ2濃度［ｐｐｍ］と人密度［人／ｍ2］とがテーブルの範囲外であるときには、給気ファン１１５はオフとされる。
【0048】
このように本発明に係る換気システム１は、テーブルに基づいて、適切な流量の換気空気を導入するようにしているため、必要量以上の換気空気が流入することなく、空間Ｒにおける温湿度に与える影響が少ない。
【0049】
ステップＳ１０５に続くステップＳ１０６では、規定されている全てのゾーンについて、給気ファン１１５の制御が行われたかが判定される。このステップにおける判定がＮＯであれば、ステップＳ１０７に進み、Ｎが１インクリメントされ、ステップＳ１０５に進む。
【0050】
一方、当該判定がＹＥＳとなると（本例では、Ｎ＝２０の場合）、ステップＳ１０８に進み、所定時間ウエイトしてから、ステップＳ１０１に戻り、ループする。
【0051】
上記のようなフローチャートに基づいて換気システム１を動作させ、例えば第２ゾーンにおいて、ＣＯ2濃度［ｐｐｍ］と人密度［人／ｍ2］とがテーブル内の値を取ると、図６に示すように、給気ファン１１５2が適切な速度で回転して、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させて、感染症の伝染リスクを低減することができる。
【0052】
以上のような本発明に係る換気システム１で、換気空気を導入することによる感染リスクの低減効果について説明する。空間Ｒ（室内）における感染リスクの低減効果については、下式（１）のＷｅｌｌｓ－Ｒｉｌｅｙの感染確率モデルを用いて検討する。当該モデルによれば、感染確率Ｐは、
【0053】
【数1】
【0054】
で表すことができる。
ここで、
Ｉ：感染者数［人］
ｑ： 感染性粒子発生量［ｑｕａｎｔａ／ｈ］
ｐ： 呼吸量［ｍ3／ｈ］
ｔ： 滞在時間（総曝露時間）［ｈ］
Ｑ： 換気量［ｍ3／ｈ］
である。
ここで、
Ｉ：感染者数［人］
ｑ： 感染性粒子発生量［ｑｕａｎｔａ／ｈ］
ｐ： 呼吸量［ｍ3／ｈ］
ｔ： 滞在時間（総曝露時間）［ｈ］
Ｑ： 換気量［ｍ3／ｈ］
である。
【0055】
上記の式（１）では、結核などの感染症の空気感染が定常状態の室内環境で生じることを想定していることに加え、感染症粒子がどこで発生したかに関わらず、建物の空間内のどこにでも同様の確率で存在しうることを仮定している。換気空間の容積の大小の影響が加味されていないことに対応するため、ＲｕｄｎｉｃｋとＭｉｌｔｏｎ1)によって提案された修正Ｗｅｌｌｓ－Ｒｉｌｅｙモデル（下式（２））を用いて、本発明の効果について試算した。
【0056】
【数2】
【0057】
ここで、
Ｖ：換気された空間の容積［ｍ3］
θ：空間が占有されてからの経過時間［ｈ］
θは毎週オフィスで１日８時間など継続的に利用された室内であればｔと同等として扱っても良いとされているため、θ＝ｔとして効果を算定した。
Ｖ：換気された空間の容積［ｍ3］
θ：空間が占有されてからの経過時間［ｈ］
θは毎週オフィスで１日８時間など継続的に利用された室内であればｔと同等として扱っても良いとされているため、θ＝ｔとして効果を算定した。
【0058】
図７に感染リスク低減制御の効果について算定した結果を示す。算定例は面積５０ｍ2、天井高２．５ｍの室内にインフルエンザ感染者が１名いると想定し、一般的な空調制御は人員密度０．２［人／ｍ2］×床面積［ｍ2］×２０ｍ3／人・ｈ、本発明に基づく換気制御では人員密度０．２［人／ｍ2］×床面積［ｍ2］×４０ｍ3／ｈの換気空気導入量があるとして算定した。感染性粒子発生量ｑはＢｒｅｎｔ Ｓｔｅｐｈｅｎｓら2)の研究成果を参考に決定した。
【0059】
一般的なオフィスビルの外気導入量は４－６ｍ3／ｍ2ｈ程度で計画されていることが多いため、感染リスクを低減させるために換気空気導入量を増加させるには限界がある。本発明のように、感染リスクが高いエリアを優先して換気空気の導入量を増やすことで設備機器容量が小さくても一定の効果をあげることができると期待できる。
【0060】
以上のように、本発明に係る換気システム１は、ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されたＣＯ2の濃度分布と、位置情報取得部１３で取得された人の位置情報とに基づいて、給気流量制御部１１０が、空間の複数箇所に設けられた給気口１５で吹き出す空気の流量の制御を行うので、このような本発明に係る換気システム１によれば、外気を導入した場合でも、必要最低限の流量の空気が導入されるだけであり、空間内の空調に大きな影響を及ぼすことなく、エネルギーロスを最低限とすることができる。
【0061】
また、本発明に係る換気システム１においては、複数箇所に設けられた給気口１５から吹き出された空気は、基本的に干渉し合うようなことはない。複数の気流制御板を用いた場合には、ある気流制御板が、他の気流制御板の気流制御を邪魔することが発生するが、本発明に係る換気システム１によれば、そのようなことは発生しない。
【0062】
また、本発明に係る換気システム１においては、従来技術のように、気流制御板などの動く造作物を天井に配置する必要がなく、メンテナンス性が良好となる。
【0063】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図８は本発明の第２実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。また、図９は本発明の第２実施形態に係る換気システム１のブロック図である。
【0064】
先の第１実施形態では、第Ｎゾーンの給気ファン１１５Nによって、空間Ｒに対して換気空気を導入するのみであったが、第２実施形態では、換気空気が導入される際、空間Ｒから空気を排気する構成が付加されている。
【0065】
図８において、第Ｎゾーンの排気口３５の上方に配されている排気ダクト口５の直下には、排気ファン１５５Nが設けられている。これら排気ファン１５５Nは、図９に示すように排気流量制御部１５０によって制御される。この排気流量制御部１５０は主制御部１００からの指令に基づいて、各排気ファン１５５Nを制御するように構成されている。
【0066】
第１実施形態で説明したように給気ファン１１５Nが３段階の回転速度で制御される構成であれば、排気ファン１５５Nも３段階の回転速度で制御され、給気される換気空気と同量の空気を排気ファン１５５Nで排気するように構成されることが好ましい。また、第Ｎゾーンの給気ファン１１５Nが動作すると、同じく第Ｎゾーンの排気ファン１５５Nが動作するように設定されている。
【0067】
また、第２実施形態に係る換気システム１においても、第１実施形態同様、給気ファン１１５N、排気ファン１５５Nの制御は、ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されるＣＯ2濃度［ｐｐｍ］と、位置情報取得部１３０から取得される人密度［人／ｍ2］と基づいて行われる。
【0068】
以上のように構成される第２実施形態に係る換気システム１は、給気ファン１１５によって導入された換気空気により、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させ、さらに、動作した給気ファン１１５の上の天井部３０に設けられた排気ファン１５５で導入された換気空気と同量の空気を排気する構成とされているので、このような第２実施形態に係る換気システム１によれば、感染症の伝染リスクを大幅に低減することができる。
【0069】
また、第２実施形態に係る換気システム１によっても、先の実施形態と同様の効果も享受することができる。
【0070】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１０は本発明の第３実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。
【0071】
これまで説明した各実施形態では、換気空気を床部１０から導入するようにしていた。これに対して、第３実施形態に係る換気システム１は、換気空気の導入を天井部３０側から行うように構成されている。以下、このような相違を中心に説明し、これまでと同様の参照番号が付された構成については同様のものであるので説明を省略する。
【0072】
これまでの実施形態と異なり、第３実施形態に係る換気システム１においては、床下空間１２には排気ダクト口５が配されている。この排気ダクト口５にはダクト３を介して排気ファン７が接続され、排気ファン７による吸引力の作用により、床部１０に設けられた複数の床吸い込み口１４から、空間Ｒにおける床吸い込み口１４近傍の空気が吸い込まれる。
【0073】
また、第３実施形態に係る換気システム１においては、天井上空間３２側に給気ファン６が設けられている。天井上空間３２の複数箇所には給気口１５が設けられており、この給気口１５の直上部には給気ダクト口４が配されている。複数の給気ダクト口４にはダクト３を介して給気ファン６が接続されている。各給気ダクト口４の上流（気流の方向でみて）側には、第Ｎゾーンボリュームダンパ（ＶＤ；Ｖｏｌｕｍｅ Ｄａｍｐｅｒ）１６５Nが配されている。これら第Ｎゾーンボリュームダンパ１６５Nは風量調節用のダンパであり、電動アクチュエーター（不図示）などによって風量調節がなされるようになっている。
【0074】
ブロック図については図示しないが、第Ｎゾーンボリュームダンパ１６５Nにおける上記電動アクチュエーター（不図示）は、給気流量制御部１１０により駆動制御されるように構成されている。
【0075】
先の実施形態と同様、本実施形態においても、主制御部１００に対しては、ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されたＣＯ2の濃度分布データと、位置情報取得部１３０で取得された人の位置情報データとがインプットされる。主制御部１００は、これらのデータに基づいて、どのゾーンの第Ｎゾーンボリュームダンパ１６５Nをどの程度の開度とするかを決定し、この決定に基づいて、給気流量制御部１１０に対して指令を発する。給気流量制御部１１０は、この指令を受け、第Ｎゾーンボリュームダンパ１６５Nにおける上記電動アクチュエーター（不図示）の制御を行い、それぞれのゾーンの給気口１５で吹き出す空気の流量の制御を行う。
【0076】
以上のように構成される第３実施形態に係る換気システム１によっても、これまで説明した実施形態と同様の効果も享受することができる。
［参考文献］
1) Rudnick, S.N., Milton, D.K., Risk of indoor airborne infection transmission estimated from carbon dioxide concentration. Indoor Air 13(3), 237-245., 2003
2) Brent Stephens: HVAC filtration and the Wells-Riley approach to assessing risks of infectious airborne diseases, Final Report, 2012
(https://www.nafahq.org/wp-content/uploads/WellsRileyReport.pdf)
［参考文献］
1) Rudnick, S.N., Milton, D.K., Risk of indoor airborne infection transmission estimated from carbon dioxide concentration. Indoor Air 13(3), 237-245., 2003
2) Brent Stephens: HVAC filtration and the Wells-Riley approach to assessing risks of infectious airborne diseases, Final Report, 2012
(https://www.nafahq.org/wp-content/uploads/WellsRileyReport.pdf)
【符号の説明】
【0077】
１・・・換気システム
３・・・ダクト
４・・・給気ダクト口
５・・・排気ダクト口
６・・・給気ファン
７・・・排気ファン
１０・・・床部
１２・・・床下空間
１３・・・床吹き出し口
１４・・・床吸い込み口
１５・・・給気口
３０・・・天井部
３２・・・天井上空間
３５・・・排気口
５０・・・タグ
７０・・・パーティション
１００・・・主制御部
１１０・・・給気流量制御部
１１５N・・・第Ｎゾーン給気ファン
１２０・・・ＣＯ2濃度分布取得部
１３０・・・位置情報取得部
１３５n・・・第ｎアクセスポイント
１５０・・・排気流量制御部
１５５N・・・第Ｎゾーン排気ファン
１６５N・・・第Ｎゾーンボリュームダンパ
Ｒ・・・空間
３・・・ダクト
４・・・給気ダクト口
５・・・排気ダクト口
６・・・給気ファン
７・・・排気ファン
１０・・・床部
１２・・・床下空間
１３・・・床吹き出し口
１４・・・床吸い込み口
１５・・・給気口
３０・・・天井部
３２・・・天井上空間
３５・・・排気口
５０・・・タグ
７０・・・パーティション
１００・・・主制御部
１１０・・・給気流量制御部
１１５N・・・第Ｎゾーン給気ファン
１２０・・・ＣＯ2濃度分布取得部
１３０・・・位置情報取得部
１３５n・・・第ｎアクセスポイント
１５０・・・排気流量制御部
１５５N・・・第Ｎゾーン排気ファン
１６５N・・・第Ｎゾーンボリュームダンパ
Ｒ・・・空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【手続補正書】
【提出日】2020-11-19
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オフィスなどにおいて、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させて、感染症の伝染リスクを低減する換気システムに関する。
【背景技術】
【0002】
新型コロナウイルスの感染が広まる中、オフィスなどの空間において、感染症のリスクを低減させる対策の一つとしては、換気によって外気導入量を増やすことを挙げることができる。例えば、導入した外気により人と人との間にエアカーテンを形成するような気流制御を行うことは、感染リスク予防に有効であることが予想される。
【0003】
ただし、外気導入量を増やすことは、感染リスク低減に有効であるが、空間内の温調に大きなエネルギーを費やすこととなり、省エネルギーとは相反する建物の運用となることが問題であった。
【0004】
また、人が決まった場所に滞在し続ける場合では、人の滞在場所が予測できるため、人と人との間に気流を生じさせる制気口を設けてエアカーテンを形成することができるが、人が自由に移動できる場合には、建物に固定的に設けられた制気口では適正な気流制御を行うことに限界があり、感染リスクを低減させることは難しい、という問題があった。
【0005】
そこで、このような問題を解決するために、室内に存在する人の位置を検知するセンサを設けて、センサによる検知結果に応じて気流制御を行う技術が提案されている。例えば、特許文献１（特開２０１９－２１９１５４号公報）には、室内の上方に設置され、前記室内の天井面に沿って空気を送風する送風機器と、前記天井面または前記天井面から所定距離離れた位置、かつ、前記送風機器と離間した位置に、それぞれ離間して設置され、前記送風機器により送風される空気の流れである気流の向きを制御する複数の気流制御板と、前記複数の気流制御板のうち、前記室内に存在する２人の間の位置に対応する第１気流制御板を選定することで、前記２人の間に気流が流れるように制御する制御部と、前記室内に存在する人の位置を検知するセンサ部とを備え、前記制御部は、前記センサ部が検知した前記人の位置を用いて、前記室内に存在する２人の間の位置を算出する気流制御システムが記載されている。
【特許文献1】特開２０１９－２１９１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、多くの人が働いているオフィスなどの空間に、引用文献１記載の従来技術を適用すると、複数の気流制御板が同時に稼働してしまい、目指す気流環境が実現できない、という課題が発生してしまう。
【0007】
また、引用文献１記載の従来技術のように、気流制御板などの動く造作物を天井面に配置することはメンテナンスの面で好ましくない、という課題もあった。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明は、上記課題を解決するものであって、本発明に係る換気システムは、所定の空間の換気を行う換気システムであって、前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吹き出す給気口と、それぞれの給気口で、吹き出す空気の流量を制御する給気流量制御部と、前記空間におけるＣＯ2の濃度分布を取得するＣＯ2濃度分布取得部と、前記空間における人の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、前記給気流量制御部がそれぞれの給気口で吹き出す空気の流量の制御を行うように前記給気流量制御部に対して指令を発する主制御部と、を有することを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る換気システムは、前記空間には複数のゾーンが規定されており、前記ゾーン毎に給気口が設けられることを特徴とする。
【0010】
また、本発明に係る換気システムは、前記空間の複数箇所に設けられ、それぞれの箇所で空気を吸い込む排気口と、それぞれの排気口で、吸い込む空気の流量を制御する排気流量制御部と、を有し、前記主制御部が、前記ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、前記排気流量制御部がそれぞれの排気口で吸い込む空気の流量の制御を行うように前記排気流量制御部に対して指令を発することを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係る換気システムは、前記空間には複数のゾーンが規定されており、前記ゾーン毎に排気口が設けられることを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係る換気システムは、前記主制御部が、前記位置情報取得部で取得された人の位置情報に基づいて人の密度を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る換気システムは、ＣＯ2濃度分布取得部で取得されたＣＯ2の濃度分布と、位置情報取得部で取得された人の位置情報とに基づいて、給気流量制御部が、空間の複数箇所に設けられた給気口で吹き出す空気の流量の制御を行うので、このような本発明に係る換気システムによれば、外気を導入した場合でも、必要最低限の流量の空気が導入されるだけであり、空間内の空調に大きな影響を及ぼすことなく、エネルギーロスを最低限とすることができる。
【0014】
また、本発明に係る換気システムにおいては、複数箇所に設けられた給気口から吹き出された空気は、基本的に干渉し合うようなことはない。複数の気流制御板を用いた場合には、ある気流制御板が、他の気流制御板の気流制御を邪魔することが発生するが、本発明に係る換気システムによれば、そのようなことは発生しない。
【0015】
また、本発明に係る換気システムにおいては、従来技術のように、気流制御板などの動く造作物を天井に配置する必要がなく、メンテナンス性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第１実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的平面図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係る換気システム１のブロック図である。
【図4】本発明の第１実施形態に係る換気システム１の制御処理のフローチャートを示す図である。
【図5】本発明の第１実施形態に係る換気システム１で用いるテーブルを示す図である。
【図6】本発明の第１実施形態に係る換気システム１の動作例を示す図である。
【図7】本発明に係る換気システム１の効果を説明する図である。
【図8】本発明の第２実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。
【図9】本発明の第２実施形態に係る換気システム１のブロック図である。
【図10】本発明の第３実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。また、図２は本発明の第１実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的平面図である。また、図３は本発明の第１実施形態に係る換気システム１のブロック図である。
【0018】
本発明に係る換気システム１は、オフィスなどの空間Ｒにおいて、人と人とが近接している際に、人周囲の空気を置換するような気流を生成する構成とされている。このような気流を形成することで、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させて、感染症の伝染リスクを低減するものである。ここで、このような気流を形成する空気を、本明細書では「換気空気」と称することがある。
【0019】
上記のような気流を形成するための換気空気は、全て外気であってもよいし、或いは、全て空調機（不図示）で温湿度調整された空気であってもよいし、或いは、外気と温湿度調整された空気とを混合した空気であってもよい。気流形成のための空気に外気のみを用いる場合には、本発明に係る換気システム１を、空調機の系統と独立して構成することができる。また、気流形成のための空気に温湿度調整された空気を含める場合には、本発明に係る換気システム１を、空調機の系統の一部として構成することができる。以下で説明する実施形態においては、空調機系統の構成の説明については省略している。
【0020】
建物内の空間Ｒは、例えばオフィスなどが想定されるが、本発明に係る換気システム１が適用されるのは、特段オフィスに限定されるわけではない。空間Ｒの周囲は壁面が設けられると共に、空間Ｒの下部は床部１０が配され、上部は天井部３０が配されることで空間Ｒは区画がなされている。
【0021】
本実施形態では、当該空間Ｒに対して床部１０から常時空気を吹き出す空調システム（詳細は不図示）に、本発明に係る換気システム１を適用する例に基づいて説明をする。本実施形態では、当該空調システムによって床部１０から常時吹き出されている空気を、換気システム１で用いる換気空気としても流用するようにしている。しかしながら、換気システム１で用いる換気空気を、空調システムで利用する空気とは別に建物外部から直接調達するようにしてもよい。
【0022】
床部１０の下方には、床下空間１２が設けられており、この床下空間１２に対して、ダクト３を介して、給気ファン６によって送風された空気が、給気ダクト口４から供給されている。床下空間１２に供給された空気は、床部１０の複数箇所に設けられている床吹き出し口１３から、空間Ｒに対して吹き出される。
【0023】
天井部３０の上方には、天井上空間３２が設けられている。天井上空間３２の複数箇所には排気口３５が設けられており、この排気口３５の直上部には排気ダクト口５が配されている。排気ダクト口５にはダクト３を介して排気ファン７が接続されており、排気ファン７による吸引力の作用により、排気口３５から排気口３５近傍の空気が吸い込まれる。
【0024】
上記のように空間Ｒにおいては、平時、床部１０の吹き出し口１３から空気が吹き出され、排気口３５から空気が吸い込まれることにより、空間Ｒ内の空気が循環し、快適な環境を実現することが可能となっている。
【0025】
空間Ｒには、図２に示すように複数のゾーン（図２の例では、第１ゾーンから第２０ゾーンまでの２０ゾーン）が仮想的に規定されており、それぞれのゾーンに対応して給気口１５が床部１０に設けられている。それぞれの給気口１５の直下部には、給気ファン１１５が設けられており、それぞれの給気ファン１１５は、図３のブロックにおける給気流量制御部１１０により、オン・オフ制御、回転速度制御されるように構成されている。
【0026】
本発明に係る換気システム１においては、それぞれのゾーンの給気ファン１１５が独立的に動作することにより、それぞれの給気口１５で換気空気を吹き出すことができるようになっている。給気口１５から吹き出された換気空気は、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させて、感染症の伝染リスクを低減する。
【0027】
なお、本実施形態係る換気システム１では、換気空気を床部１０から導入するようにしているが、換気空気を導入する箇所は床部１０に限らず、天井や壁を利用するようにしてもよい。また、本実施形態では、換気空気の導入を促進させる給気ファン１１５は独立した制御機構を持っていることを想定しているが、空間Ｒに換気空気を導入するために、ダクティングされた末端に可変風量制御装置（ＶＡＶ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｉｒ Ｖｏｌｕｍｅ）を設け、これにより風量制御するようにしてもよい。
【0028】
本発明に係る換気システム１では、それぞれのゾーンにおいて給気ファン１１５を動作させて、給気口１５から換気空気を吹き出すタイミングを決定するために、当該ゾーンにおけるＣＯ2の濃度の情報と人の存否に係る情報とを利用する。より具体的には、本発明に係る換気システム１は室内のＣＯ2濃度分布と人の位置情報の関係から、感染リスクを算定し、感染リスクの高いエリアへ優先的に換気空気の導入量を増やすことで感染リスクを低減させるものである。
【0029】
本発明に係る換気システム１では、まず、ＣＯ2が高いゾーンは人の呼気の影響を受けて濃ＣＯ2度が上昇しており、感染リスクの高いエリアであると判断する。しかし、一人が個人ブースのような空間で作業をしている場合はＣＯ２濃度が高くとも、他人と近接することが少ないため感染リスクは低いと考えられる。ＣＯ2濃度のみで感染リスクを評価してしまうと、感染リスクが低いエリアにも過剰に換気空気を供給することに繋がるため、これを防ぐために、本発明に係る換気システム１では、人の位置情報も含めて換気空気導入量を制御するようにしている。
【0030】
本発明は、各ゾーンへの換気空気の導入量を調整できる給気ファン１１５を備えた換気システム１であり、換気空気の導入量を必要以上に増加させることがないために、例え換気空気の全量が外気によるものであったとしても、空間Ｒにおける温湿度に与える影響は限定的であり、建物の省エネルギー化運用に逆行するようなものではない。
【0031】
図３のブロック図に示されているＣＯ2濃度分布取得部１２０は、空間Ｒ内におけるＣＯ2濃度分布を検知するための構成である。このようなＣＯ2濃度分布取得部１２０は図１、図２に示されていないが、例えば、空間Ｒ内の適切な箇所にＣＯ2を検出するセンサを複数設けることにより、これを実現することができる。このようなセンサとしては、非分散型赤外線（ＮＤＩＲ：Ｎｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）吸収法方式のものを用いることができる。また、このような光学式の検出方式のものではなくとも、ＣＯ2センサとしては、電気化学式のもの、或いは、半導体式のものも用いることができる。
【0032】
上記のようにＣＯ2の濃度を検出するセンサは、あらかじめ建物における空間Ｒ内の適切な箇所に固定的に設置するようにしてもよいし、或いは、スマートフォンのような人が持ち歩くデバイスに設けるようにしてもよい。
【0033】
ＣＯ2濃度を検出する各センサで取得したデータは主制御部１００に送信され、主制御部１００において、複数箇所のＣＯ2濃度データに基づいて空間ＲにおけるＣＯ2濃度分布が算出・取得される。換気システム１における主制御部１００は、例えば、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用のマイクロコンピューターなどの情報処理装置を用いることができる。このような主制御部１００は、図３で接続される各構成とデータ通信を行い、各構成から所定のデータを受信して演算を行ったり、所定のデータを指令などとして出力したりすることができるようになっている。
【0034】
次に、本発明に係る換気システム１において、空間Ｒ内で人を検出する構成について説明する。図３のブロック図に示されている位置情報取得部１３０は、空間Ｒ内における人の位置情報を検知するための構成である。
【0035】
位置情報取得部１３０は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ技術を利用した測位を行うものであり、このために位置情報取得部１３０は、複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）からのデータを収集する。複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）は、空間Ｒの適切に箇所に設けられている。本実施形態ではアクセスポイント数は３つであるが、アクセスポイント数がこれに限定されるものではなく、３つ以上であればいくつでも構わない。
【0036】
オフィスなどの空間Ｒ内に滞在する人には、タグ５０が配布され、各人はこのタグ５０を装着することが想定されている。複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）からは、測定電波がタグ５０に送られる。これを受け取ったタグ５０は当該タグ５０が有する唯一無二の固有の信号と共に、測定電波を複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）に対して送り返すようになっている。
【0037】
位置情報取得部１３０は、複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）からタグ５０に対して、送った測定電波が帰ってくるまでの所要時間から、タグ５０側の処理時間を引くことで、往復の所要時間を算出する。次に、位置情報取得部１３０は、この往復の所要時間から、複数のアクセスポイント（１３５1～１３５3）それぞれからタグ５０までの距離を算出し、それぞれの距離からタグ５０の位置を算出する。
【0038】
位置情報取得部１３０で取得された各タグ５０の位置情報は、主制御部１００に対して送信される。主制御部１００側は、このような位置情報を取得すると、これに基づいて、人の密度を算出する。
【0039】
なお、位置情報取得部１３０は、上記のように、測定電波のＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）に基づいて、各タグ５０の位置情報を求めるようにしているが、位置情報取得部１３０が人の位置情報を取得する方法がこれに限定されるわけではない。例えば、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）技術を用いて、人の位置情報を取得するようにしてもよいし、空間Ｒの動画像を取得して、この動画像から画像解析処理によって人の位置情報を取得するようにしてもよい。
【0040】
主制御部１００に対しては、ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されたＣＯ2の濃度分布データと、位置情報取得部１３０で取得された人の位置情報データとがインプットされる。主制御部１００は、これらのデータに基づいて、どのゾーンの給気ファン１１５をどの程度動作させるかを決定し、この決定に基づいて、給気流量制御部１１０に対して指令を発する。給気流量制御部１１０は、この指令を受け、給気ファン１１５のオン・オフ制御、回転速度制御を行い、それぞれのゾーンの給気口１５で吹き出す空気の流量の制御を行う。
【0041】
次に、以上のように構成される本発明に係る換気システム１の動作について説明する。図４は本発明の第１実施形態に係る換気システム１の制御処理のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートによる制御処理は、本発明に係る換気システム１を動作させるためのアルゴリズムの一例である。また、このようなフローチャートは、汎用のマイクロコンピューターである主制御部１００によって実行されるが、このようなフローチャートを専用のハードウエアで実行させるようにしてもよい。
【0042】
図４において、ステップＳ１００で換気システム１の制御処理が開始されると、続いて、ステップＳ１０１に進み、ＣＯ2濃度分布取得部１２０によって、各ゾーンにおけるＣＯ2の濃度分布を取得する。
【0043】
続いて、ステップＳ１０２において、位置情報取得部１３０によって、空間Ｒ内の人の位置情報を取得して、ステップＳ１０３で、この人の位置情報に基づいて、各ゾーンにおける人密度を算出する。
【0044】
次に、ＣＯ2濃度分布取得部１２０、位置情報取得部１３０から取得した情報を基に、第Ｎゾーンの給気ファン１１５Nの制御を行う。まず、ステップＳ１０４では、Ｎに１がセットされる。
【0045】
続いて、ステップＳ１０５では、テーブルを参照し、このテーブルに応じて給気ファン１１５Nを制御する。ここで、このような制御の際に参照する前記のテーブルについて説明する。図５は本発明の第１実施形態に係る換気システム１で用いるテーブルを示す図である。
【0046】
それぞれのゾーンの給気ファン１１５は、給気流量制御部１１０によって、「低速回転」、「中速回転」、「高速回転」の３段階の回転速度でされるようになっている。なお、本実施形態では、給気ファン１１５の回転速度は３段階で設定されているが、給気ファン１１５の回転速度の段数については任意とすることができる。
【0047】
図５に示すテーブルでは、ＣＯ2濃度分布取得部１２０に基づいて取得されるＣＯ2濃度［ｐｐｍ］と、位置情報取得部１３０から算出される人密度［人／ｍ2］とに応じて、当該給気ファン１１５Nを３段階の回転速度「低速回転」、「中速回転」、「高速回転」のうちから、どの回転速度で制御するかが設定されている。なお、ＣＯ2濃度［ｐｐｍ］と人密度［人／ｍ2］とがテーブルの範囲外であるときには、給気ファン１１５はオフとされる。
【0048】
このように本発明に係る換気システム１は、テーブルに基づいて、適切な流量の換気空気を導入するようにしているため、必要量以上の換気空気が流入することなく、空間Ｒにおける温湿度に与える影響が少ない。
【0049】
ステップＳ１０５に続くステップＳ１０６では、規定されている全てのゾーンについて、給気ファン１１５の制御が行われたかが判定される。このステップにおける判定がＮＯであれば、ステップＳ１０７に進み、Ｎが１インクリメントされ、ステップＳ１０５に進む。
【0050】
一方、当該判定がＹＥＳとなると（本例では、Ｎ＝２０の場合）、ステップＳ１０８に進み、所定時間ウエイトしてから、ステップＳ１０１に戻り、ループする。
【0051】
上記のようなフローチャートに基づいて換気システム１を動作させ、例えば第２ゾーンにおいて、ＣＯ2濃度［ｐｐｍ］と人密度［人／ｍ2］とがテーブル内の値を取ると、図６に示すように、給気ファン１１５2が適切な速度で回転して、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させて、感染症の伝染リスクを低減することができる。
【0052】
以上のような本発明に係る換気システム１で、換気空気を導入することによる感染リスクの低減効果について説明する。空間Ｒ（室内）における感染リスクの低減効果については、下式（１）のＷｅｌｌｓ－Ｒｉｌｅｙの感染確率モデルを用いて検討する。当該モデルによれば、感染確率Ｐは、
【0053】
【数1】
ここで、
Ｉ：感染者数［人］
ｑ： 感染性粒子発生量［ｑｕａｎｔａ／ｈ］
ｐ： 呼吸量［ｍ3／ｈ］
ｔ： 滞在時間（総曝露時間）［ｈ］
Ｑ： 換気量［ｍ3／ｈ］
である。
【0054】
上記の式（１）では、結核などの感染症の空気感染が定常状態の室内環境で生じることを想定していることに加え、感染症粒子がどこで発生したかに関わらず、建物の空間内のどこにでも同様の確率で存在しうることを仮定している。換気空間の容積の大小の影響が加味されていないことに対応するため、ＲｕｄｎｉｃｋとＭｉｌｔｏｎ1)によって提案された修正Ｗｅｌｌｓ－Ｒｉｌｅｙモデル（下式（２））を用いて、本発明の効果について試算した。
【0055】
【数2】
Ｖ：換気された空間の容積［ｍ3］
θ：空間が占有されてからの経過時間［ｈ］
θは毎週オフィスで１日８時間など継続的に利用された室内であればｔと同等として扱っても良いとされているため、θ＝ｔとして効果を算定した。
【0056】
図７に感染リスク低減制御の効果について算定した結果を示す。算定例は面積５０ｍ2、天井高２．５ｍの室内にインフルエンザ感染者が１名いると想定し、一般的な空調制御は人員密度０．２［人／ｍ2］×床面積［ｍ2］×２０ｍ3／人・ｈ、本発明に基づく換気制御では人員密度０．２［人／ｍ2］×床面積［ｍ2］×４０ｍ3／ｈの換気空気導入量があるとして算定した。感染性粒子発生量ｑはＢｒｅｎｔ Ｓｔｅｐｈｅｎｓら2)の研究成果を参考に決定した。
【0057】
一般的なオフィスビルの外気導入量は４－６ｍ3／ｍ2ｈ程度で計画されていることが多いため、感染リスクを低減させるために換気空気導入量を増加させるには限界がある。本発明のように、感染リスクが高いエリアを優先して換気空気の導入量を増やすことで設備機器容量が小さくても一定の効果をあげることができると期待できる。
【0058】
以上のように、本発明に係る換気システム１は、ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されたＣＯ2の濃度分布と、位置情報取得部１３で取得された人の位置情報とに基づいて、給気流量制御部１１０が、空間の複数箇所に設けられた給気口１５で吹き出す空気の流量の制御を行うので、このような本発明に係る換気システム１によれば、外気を導入した場合でも、必要最低限の流量の空気が導入されるだけであり、空間内の空調に大きな影響を及ぼすことなく、エネルギーロスを最低限とすることができる。
【0059】
また、本発明に係る換気システム１においては、複数箇所に設けられた給気口１５から吹き出された空気は、基本的に干渉し合うようなことはない。複数の気流制御板を用いた場合には、ある気流制御板が、他の気流制御板の気流制御を邪魔することが発生するが、本発明に係る換気システム１によれば、そのようなことは発生しない。
【0060】
また、本発明に係る換気システム１においては、従来技術のように、気流制御板などの動く造作物を天井に配置する必要がなく、メンテナンス性が良好となる。
【0061】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図８は本発明の第２実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。また、図９は本発明の第２実施形態に係る換気システム１のブロック図である。
【0062】
先の第１実施形態では、第Ｎゾーンの給気ファン１１５Nによって、空間Ｒに対して換気空気を導入するのみであったが、第２実施形態では、換気空気が導入される際、空間Ｒから空気を排気する構成が付加されている。
【0063】
図８において、第Ｎゾーンの排気口３５の上方に配されている排気ダクト口５の直下には、排気ファン１５５Nが設けられている。これら排気ファン１５５Nは、図９に示すように排気流量制御部１５０によって制御される。この排気流量制御部１５０は主制御部１００からの指令に基づいて、各排気ファン１５５Nを制御するように構成されている。
【0064】
第１実施形態で説明したように給気ファン１１５Nが３段階の回転速度で制御される構成であれば、排気ファン１５５Nも３段階の回転速度で制御され、給気される換気空気と同量の空気を排気ファン１５５Nで排気するように構成されることが好ましい。また、第Ｎゾーンの給気ファン１１５Nが動作すると、同じく第Ｎゾーンの排気ファン１５５Nが動作するように設定されている。
【0065】
また、第２実施形態に係る換気システム１においても、第１実施形態同様、給気ファン１１５N、排気ファン１５５Nの制御は、ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されるＣＯ2濃度［ｐｐｍ］と、位置情報取得部１３０から取得される人密度［人／ｍ2］と基づいて行われる。
【0066】
以上のように構成される第２実施形態に係る換気システム１は、給気ファン１１５によって導入された換気空気により、人から発せられる飛沫・呼気等を発散させ、さらに、動作した給気ファン１１５の上の天井部３０に設けられた排気ファン１５５で導入された換気空気と同量の空気を排気する構成とされているので、このような第２実施形態に係る換気システム１によれば、感染症の伝染リスクを大幅に低減することができる。
【0067】
また、第２実施形態に係る換気システム１によっても、先の実施形態と同様の効果も享受することができる。
【0068】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１０は本発明の第３実施形態に係る換気システム１が適用された空間Ｒの模式的側面図である。
【0069】
これまで説明した各実施形態では、換気空気を床部１０から導入するようにしていた。これに対して、第３実施形態に係る換気システム１は、換気空気の導入を天井部３０側から行うように構成されている。以下、このような相違を中心に説明し、これまでと同様の参照番号が付された構成については同様のものであるので説明を省略する。
【0070】
これまでの実施形態と異なり、第３実施形態に係る換気システム１においては、床下空間１２には排気ダクト口５が配されている。この排気ダクト口５にはダクト３を介して排気ファン７が接続され、排気ファン７による吸引力の作用により、床部１０に設けられた複数の床吸い込み口１４から、空間Ｒにおける床吸い込み口１４近傍の空気が吸い込まれる。
【0071】
また、第３実施形態に係る換気システム１においては、天井上空間３２側に給気ファン６が設けられている。天井上空間３２の複数箇所には給気口１５が設けられており、この給気口１５の直上部には給気ダクト口４が配されている。複数の給気ダクト口４にはダクト３を介して給気ファン６が接続されている。各給気ダクト口４の上流（気流の方向でみて）側には、第Ｎゾーンボリュームダンパ（ＶＤ；Ｖｏｌｕｍｅ Ｄａｍｐｅｒ）１６５Nが配されている。これら第Ｎゾーンボリュームダンパ１６５Nは風量調節用のダンパであり、電動アクチュエーター（不図示）などによって風量調節がなされるようになっている。
【0072】
ブロック図については図示しないが、第Ｎゾーンボリュームダンパ１６５Nにおける上記電動アクチュエーター（不図示）は、給気流量制御部１１０により駆動制御されるように構成されている。
【0073】
先の実施形態と同様、本実施形態においても、主制御部１００に対しては、ＣＯ2濃度分布取得部１２０で取得されたＣＯ2の濃度分布データと、位置情報取得部１３０で取得された人の位置情報データとがインプットされる。主制御部１００は、これらのデータに基づいて、どのゾーンの第Ｎゾーンボリュームダンパ１６５Nをどの程度の開度とするかを決定し、この決定に基づいて、給気流量制御部１１０に対して指令を発する。給気流量制御部１１０は、この指令を受け、第Ｎゾーンボリュームダンパ１６５Nにおける上記電動アクチュエーター（不図示）の制御を行い、それぞれのゾーンの給気口１５で吹き出す空気の流量の制御を行う。
【0074】
以上のように構成される第３実施形態に係る換気システム１によっても、これまで説明した実施形態と同様の効果も享受することができる。
［参考文献］
1) Rudnick, S.N., Milton, D.K., Risk of indoor airborne infection transmission estimated from carbon dioxide concentration. Indoor Air 13(3), 237-245., 2003
2) Brent Stephens: HVAC filtration and the Wells-Riley approach to assessing risks of infectious airborne diseases, Final Report, 2012
(https://www.nafahq.org/wp-content/uploads/WellsRileyReport.pdf)
［参考文献］
1) Rudnick, S.N., Milton, D.K., Risk of indoor airborne infection transmission estimated from carbon dioxide concentration. Indoor Air 13(3), 237-245., 2003
2) Brent Stephens: HVAC filtration and the Wells-Riley approach to assessing risks of infectious airborne diseases, Final Report, 2012
(https://www.nafahq.org/wp-content/uploads/WellsRileyReport.pdf)
【符号の説明】
【0075】
１・・・換気システム
３・・・ダクト
４・・・給気ダクト口
５・・・排気ダクト口
６・・・給気ファン
７・・・排気ファン
１０・・・床部
１２・・・床下空間
１３・・・床吹き出し口
１４・・・床吸い込み口
１５・・・給気口
３０・・・天井部
３２・・・天井上空間
３５・・・排気口
５０・・・タグ
７０・・・パーティション
１００・・・主制御部
１１０・・・給気流量制御部
１１５N・・・第Ｎゾーン給気ファン
１２０・・・ＣＯ2濃度分布取得部
１３０・・・位置情報取得部
１３５n・・・第ｎアクセスポイント
１５０・・・排気流量制御部
１５５N・・・第Ｎゾーン排気ファン
１６５N・・・第Ｎゾーンボリュームダンパ
Ｒ・・・空間
３・・・ダクト
４・・・給気ダクト口
５・・・排気ダクト口
６・・・給気ファン
７・・・排気ファン
１０・・・床部
１２・・・床下空間
１３・・・床吹き出し口
１４・・・床吸い込み口
１５・・・給気口
３０・・・天井部
３２・・・天井上空間
３５・・・排気口
５０・・・タグ
７０・・・パーティション
１００・・・主制御部
１１０・・・給気流量制御部
１１５N・・・第Ｎゾーン給気ファン
１２０・・・ＣＯ2濃度分布取得部
１３０・・・位置情報取得部
１３５n・・・第ｎアクセスポイント
１５０・・・排気流量制御部
１５５N・・・第Ｎゾーン排気ファン
１６５N・・・第Ｎゾーンボリュームダンパ
Ｒ・・・空間