JP2016161165A - 室内環境制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】室内の環境を温熱環境又は冷熱環境に迅速に変化させることができる室内環境制御システムを提供する。
【解決手段】室内環境制御システム１は、室内の冷房又は暖房を行う空気調和装置２と、室内に外気を導入する外気導入装置３と、制御部４０とを備える。制御部４０は、空調モードよりも室内への外気の導入量を増やす刺激付与モードを行った後、空調モードに戻すように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御する。刺激付与モードにおいて、外気を利用して室内環境を室外環境に素早く近づけることができるので、通常の空調モードにおける快適環境から刺激付与モードにおける温熱環境又は冷熱環境に迅速に変化させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内環境制御システムに関するものである。

近年、受験生などの生徒の多くが学業成績の向上のために学習塾を利用している。しかし、学習塾では、生徒が空調の効いた快適な部屋に長時間滞在する機会が多く、これによる体温調節機能の低下や運動不足等から自律神経活性が低下し、それが学業成績の向上を妨げる一因になっているとの指摘がある。

また、一般の学校においても、学習塾と同様に、教室の空調の完備、生徒の生活習慣（夜更かし、不規則な食生活、運動不足等）などを背景として、低体温の子供が増えている実態が課題となってきている。こうした兆候は脳の活性を低下させ、学業の向上においても支障になっていると考えられる。

こうした課題に対して、例えば、温熱環境から人体に対して意図的に軽度の負荷を与えることで、自律神経系の活性を高め、生体が持つ生理機能の健全性を維持・回復する手法が有効であり、このような生体機能の健全化が学業成績の向上にもつながると考えられる。

例えば特許文献１及び特許文献２には、生理機能の活性化作用を向上させるために高温保持動作と低温保持動作とが少なくとも１回ずつ交互に実行される温度変動運転を行う生理機能活性化装置が提案されている。

特開２０１１−０１７５２５号公報 特開２０１１−１４１１１７号公報

しかしながら、特許文献１，２の装置では、ルームエアコンの空調機能によって高温保持動作と低温保持動作とが実行されるので、高温保持動作及び低温保持動作の一方から他方への環境変化に時間がかかる。このように環境変化に時間がかかると、生徒が不快に感じる時間が長くなるので、生徒の集中力が阻害されることもある。その結果、生徒の集中力が重要な要素となる学習塾や学校では、かえって成績が下がる可能性もある。また、通常、学習塾や学校の教室は、一般住宅の部屋に比べると大容積である。このように学習塾や学校の教室の大きさも、環境変化に時間がかかる原因となる。

本発明の目的は、室内の環境を温熱環境又は冷熱環境に迅速に変化させることができる室内環境制御システムを提供することである。

本発明の室内環境制御システムは、室内の冷房又は暖房を行う空気調和装置（２）と、前記室内に外気を導入する外気導入装置（３）と、制御部（４０）と、を備え、前記制御部（４０）は、空調モードよりも前記室内への外気の導入量を増やす刺激付与モードを行った後、前記空調モードに戻すように前記空気調和装置（２）及び前記外気導入装置（３）を制御する。

本発明では、空調モードよりも室内への外気の導入量を増やす刺激付与モードが行われる。この刺激付与モードでは、通常の空調モードよりも室内への外気の導入量を増やすので、冷房時には、室外の暖かい空気を利用して室内を一時的に温熱環境に変化させることができ、暖房時には、室外の冷たい空気を利用して室内を一時的に冷熱環境に変化させることができる。このように本発明では、刺激付与モードにおいて、外気を利用して室内環境を室外環境に素早く近づけることができるので、通常の空調モードにおける快適環境から刺激付与モードにおける温熱環境又は冷熱環境に迅速に変化させることができる。そして、刺激付与モードが行われた後には、再び通常の空調モードに戻される。このような刺激付与モードと通常の空調モードの切り換えが行われることにより、室内の人に対して温熱又は冷熱の刺激（ストレス）を与えることができる。このような刺激を受ける機会が増えることにより、その人の自律神経の活性が高められると推測され、これにより、生理機能の健全性が取り戻されると考えられる。また、刺激付与モードへの環境変化が迅速に行われるので、環境変化に時間がかかることに起因する集中力の低下を抑制することもできる。

前記室内環境制御システムにおいて、前記制御部（４０）は、前記刺激付与モードにおいて、前記空調モードよりも前記空気調和装置（２）による空調能力を低くするように前記空気調和装置（２）を制御するのが好ましい。

この構成では、冷房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて、空気調和装置（２）による空調能力（冷房能力）を通常の空調モードよりも低くすることにより、室内をより迅速に温熱環境に変化させることができ、暖房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて、空気調和装置（２）による空調能力（暖房能力）を通常の空調モードよりも低くすることにより、室内をより迅速に冷熱環境に変化させることができる。これにより、自律神経を活性化する効果をさらに高めることができ、しかも、環境変化に時間がかかることに起因する集中力の低下をさらに抑制することもできる。

前記室内環境制御システムにおいて、前記制御部（４０）は、前記刺激付与モードと前記空調モードとの間に、前記空調モードよりも前記空気調和装置（２）による空調能力を高くして前記刺激付与モードから前記空調モードに復帰させる復帰モードを行うように前記空気調和装置（２）を制御するのが好ましい。

この構成では、通常の空調モードよりも空調能力を高くする復帰モードが行われるので、刺激付与モードによる温熱環境又は冷熱環境から快適環境へより迅速に室内環境を変化させることができる。このように刺激付与モードによる温熱環境又は冷熱環境から空調モードによる快適環境への移行時間を短縮できるので、温熱環境又は冷熱環境を不快に感じる時間が長くなることに起因する集中力の低下を抑制することができる。

前記室内環境制御システムにおいて、前記制御部（４０）は、前記復帰モードにおいて、前記刺激付与モードよりも前記室内への外気の導入量を減らすように前記外気導入装置（３）を制御するのが好ましい。

この構成では、復帰モードにおいて、外気導入装置（３）による外気の導入量を減らすことにより、室内をより迅速に快適環境に変化させることができる。これにより、刺激付与モードによる温熱環境又は冷熱環境から空調モードによる快適環境への移行時間をさらに短縮できるので、温熱環境又は冷熱環境を不快に感じる時間が長くなることに起因する集中力の低下をさらに抑制することができる。

前記室内環境制御システムにおいて、前記制御部（４０）は、前記刺激付与モードにおいて、前記室内の温度が予め設定された制限温度に到達すると、前記室内への外気の導入量を減らすように前記外気導入装置（３）を制御してもよい。

この構成では、刺激付与モードのための制限温度が予め設定されており、室内の温度がこの制限温度に到達すると、外気の導入量が減らされるので、冷房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて室内が過度に温熱環境になるのを抑制することができ、暖房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて室内が過度に冷熱環境になるのを抑制することができる。

前記室内環境制御システムにおいて、前記制御部（４０）は、前記刺激付与モードにおいて予め設定された時間が経過すると、前記刺激付与モードを終了して次のモードに移行するように前記空気調和装置（２）及び前記外気導入装置（３）を制御してもよい。

この構成のように刺激付与モードの終了条件として時間が採用される場合には、制御を簡素化することができる。

前記室内環境制御システムは、前記刺激付与モードを行う時間帯に関するデータが受け付けられる設定受付部（４１）を備え、前記制御部（４０）は、前記設定受付部（４１）によって受け付けられた前記時間帯に前記刺激付与モードを行うように前記外気導入装置（３）を制御してもよい。

この構成では、刺激付与モードを行う時間帯をユーザーが予め設定することができるので、室内に確実に人がいる時間帯と、そうでない時間帯とを明確に区別することができる。これにより、人がいない時間帯に刺激付与モードが行われないので、無駄な電力を消費することが防止される。また、設定された時間帯に刺激付与モードが自動的に実行されるので、室内に人がいる時間帯に確実に刺激付与モードを実行することができる。

前記室内環境制御システムにおいて、前記時間帯は、学習塾又は学校の授業の時間帯に応じた時間帯であるのが好ましい。

この構成では、学習塾又は学校の生徒が教室において授業を受けているときに、自動的に刺激付与モードを行うことができる。一般に、学習塾や学校には生徒が長期間継続的に高い頻度で通うことが多い。したがって、この構成では、生徒は、学習塾や学校において、刺激付与モードによる刺激を長期間継続的に繰り返し受けることができる。これにより、生徒の自律神経の活性が高められると推測され、その結果、生理機能の健全性が取り戻され、取り戻された健全性が維持される。このような生理機能の健全化は、学業成績の向上にもつながると考えられる。

本発明によれば、室内の環境を温熱環境又は冷熱環境に迅速に変化させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る室内環境制御システムを示す概略の構成図である。 図２（Ａ），（Ｂ）は、実施形態に係る室内環境制御システムの制御例１を示すタイムチャートである。図２（Ａ）は、冷房時期における制御例を示しており、図２（Ｂ）は、暖房時期における制御例を示している。 図３は、実施形態に係る室内環境制御システムにおいて、室内が通常の空調モードによって快適環境に制御されているときの状態を示す概略図である。 図４は、実施形態に係る室内環境制御システムにおいて、室内が刺激付与モードによって温熱環境又は冷熱環境に制御されているときの状態を示す概略図である。 図５は、実施形態に係る室内環境制御システムの制御例１を示すフローチャートである。 図６（Ａ），（Ｂ）は、実施形態に係る室内環境制御システムの制御例２を示すタイムチャートである。図６（Ａ）は、冷房時期における制御例を示しており、図６（Ｂ）は、暖房時期における制御例を示している。 図７は、実施形態に係る室内環境制御システムにおいて、室内が復帰モードによって温熱環境又は冷熱環境から快適環境に戻されているときの状態を示す概略図である。 図８は、実施形態に係る室内環境制御システムの制御例２を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る室内環境制御システム１について図面を参照しながら説明する。

［室内環境制御システム］
図１は、本発明の実施形態に係る室内環境制御システム１を示す概略の構成図である。本実施形態の室内環境制御システム１は、室内Ｓの環境変化を迅速に行うことにより、室内Ｓの人に対して温熱又は冷熱の刺激（ストレス）を効果的に与えることができる。このような刺激を受ける機会が増えることにより、その人の自律神経の活性化につながると推測される。

図１に示すように、室内環境制御システム１は、空気調和装置２と、外気導入装置３と、空気調和装置２及び外気導入装置３の動作を制御するコントローラ４とを備えている。コントローラ４は、通常の空調モードと刺激付与モード（ストレス付与モード）とが行われるように空気調和装置２と、外気導入装置３とを制御する。

空調モードは、室内Ｓの温度を調節して室内Ｓの環境を快適環境に空調するための運転モードである。具体的に、空調モードでは、夏季などのように室外の気温が高い時期（冷房時期）には室内Ｓを冷房することによって室内Ｓが快適環境に調節され、冬季などのように室外の気温が低い時期（暖房時期）には室内Ｓを暖房することによって室内Ｓが快適環境に調節される。すなわち、空調モードでは、室内Ｓの気温が目標温度（ユーザーによって設定される後述の設定温度Ｔ１）になるように空気調和装置２の空調能力が制御される。

刺激付与モードは、室内Ｓの環境を快適環境から温熱環境又は冷熱環境に変化させるための運転モードである。具体的に、刺激付与モードでは、冷房時期には、空調モードによって快適環境に調節されている室内Ｓに気温の高い外気（より具体的には、高温高湿の外気）を大風量で導入することによって室内Ｓを一気に温熱環境に変化させ、暖房時期には、空調モードによって快適環境に調節されている室内Ｓに気温の低い外気（より具体的には、低温低湿の外気）を大風量で導入することによって室内Ｓを一気に冷熱環境に変化させる。刺激付与モードでは、空調モードにおいて行われるような設定温度Ｔ１への制御が外され、外気を利用して室内Ｓが迅速に外気環境に近づくように外気導入装置３が制御される。

刺激付与モードが終了すると、室内Ｓへの外気導入量が刺激付与モードに比べて低減され（例えば空調モード時の外気導入量に戻され）、室内Ｓの環境は、空気調和装置２による空調能力によって温熱環境又は冷熱環境から快適環境（定常状態）に戻される。すなわち、室内Ｓの温湿度が素早く元の定常状態に戻される。

［空気調和装置］
空気調和装置２は、室内Ｓの冷房又は暖房を行うためのものである。空気調和装置２は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路２Ｃを備えている。空気調和装置２は、室外ユニット２１と、室内ユニット２２とを備えている。室外ユニット２１と室内ユニット２２は、液側連絡配管及びガス側連絡配管を介して互いに接続されている。

冷媒回路２Ｃには、圧縮機２３と、四方切換弁２４と、室外熱交換器２５と、膨張機構２６と、室内熱交換器２７とが設けられている。圧縮機２３、四方切換弁２４、室外熱交換器２５及び膨張機構２６は、室外ユニット２１に設けられている。室内熱交換器２７は、室内ユニット２２に設けられている。室外ユニット２１には、室外熱交換器２５へ室外空気を供給するための室外ファン２８が設けられており、室内ユニット２２には、室内熱交換器２７へ室内空気を供給するための室内ファン２９が設けられている。

冷媒回路２Ｃにおいて、圧縮機２３は、その吐出側が四方切換弁２４の第１のポートに接続され、その吸入側が四方切換弁２４の第２のポートに接続されている。また、冷媒回路２Ｃにおいて、四方切換弁２４の第３のポートから第４のポートへ向かって順に、室外熱交換器２５と、膨張機構２６と、室内熱交換器２７とが配置されている。

圧縮機２３は、スクロール型、ロータリ型などの圧縮機を用いることができるが、これらに限られない。本実施形態では、圧縮機２３は、その回転速度が可変となるように構成されている。具体的に、圧縮機２３の電動機は、インバータを介して商用電源に接続されている。インバータの出力周波数を変更すると、電動機の回転速度が変化し、その結果、圧縮機２３の回転速度が変化する。圧縮機２３の回転速度を上昇させると圧縮機２３の運転容量が増加し、圧縮機２３の回転速度を低下させると圧縮機２３の運転容量が減少する。

室外熱交換器２５及び室内熱交換器２７は、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器を用いることができるが、これに限られない。室外熱交換器２５は、室外空気を冷媒回路２Ｃの冷媒と熱交換させる。室内熱交換器２７は、室内空気を冷媒回路２Ｃの冷媒と熱交換させる。膨張機構２６は、例えば電子膨張弁などの膨張弁を用いることができるが、これに限られない。

四方切換弁２４は、第１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第４のポートと連通する第１状態（図１において実線で示す状態）と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポートが第３のポートと連通する第２状態（図１において破線で示す状態）とに切り換わる。空気調和装置２は、第１状態のときには冷房運転を行い、第２状態のときには暖房運転を行う。

室内環境制御システム１は、室内Ｓの空気の温度を測定する温度センサ１１を備えている。本実施形態では、温度センサ１１は、室内ユニット２２に設けられている。具体的に、温度センサ１１は、例えば、室内Ｓの空気を室内ユニット２２の筐体２０内に吸い込む吸込口付近に設けることができる。ただし、温度センサ１１は、室内Ｓの空気の温度を測定可能な場所に設けられていればよく、例えば部屋の天井に設けられていてもよく、部屋の側壁（例えば側壁に配置された図略のリモコンなど）に設けられていてもよく、外気導入装置３に設けられていてもよい。また、温度センサ１１は、空気調和装置２と外気導入装置３のそれぞれに設けられていてもよい。コントローラ４は、温度センサ１１の検知結果に基づいて空気調和装置２及び外気導入装置３の運転を制御する。

本実施形態では、室内ユニット２２は、天井埋込型、天井吊り下げ型などの天井設置型の室内機であるが、これに限られず、例えば壁掛け型、床置き型などの他のタイプの室内機であってもよい。

［外気導入装置］
外気導入装置３は、室内Ｓに外気を導入するためのものである。外気導入装置３は、室内Ｓに外気を案内する給気経路と、給気経路を通じて外気を室内Ｓに送るファン３１とを備えている。

ファン３１は、回転速度が一定となるように構成されていてもよいが、回転速度が可変となるように構成されていてもよい。回転速度が可変である場合には、回転速度は、段階的に変化するように構成されていてもよい。具体的に、例えば、ファン３１の電動機は、外気の導入量が最も多い「Ｈモード」と、外気の導入量が最も少ない「Ｌモード」とに切り換え可能に構成されていてもよい。この場合には、ファン３１の電動機は、室内Ｓに外気を導入しない停止モードと、外気の導入量が少ないＬモードと、外気の導入量が多いＨモードとを含む複数の段階に風量調節可能に構成される。

また、ファン３１の電動機は、インバータを介して商用電源に接続されていてもよい。この場合には、インバータの出力周波数を変更すると、電動機の回転速度が変化し、その結果、ファン３１の回転速度が変化する。ファン３１の回転速度を上昇させるとファン３１による室内Ｓへの外気の導入量が増加し、ファン３１の回転速度を低下させるとファン３１による室内Ｓへの外気の導入量が減少する。

また、外気導入装置３は、複数のファン３１を備えていてもよい。この場合には、運転するファン３１の台数に応じて外気の導入量を変えることができる。

本実施形態では、外気導入装置３は、筐体３０と、ダクト３２，３３と、吹出口３４とを備えている。ファン３１は、筐体３０内に収容されている。本実施形態では、ダクト３２と、筐体３０と、ダクト３３と、吹出口３４とは、この順に並んで配置され、前記給気経路を構成している。

ファン３１が運転されると、外気は、ダクト３２を通じて筐体３０内に流入し、ダクト３３を通じて吹出口３４に送られ、この吹出口３４から室内Ｓに供給される。本実施形態では、吹出口３４は、部屋の天井に設けられているが、これに限られず、例えば部屋の側壁に設けられていてもよい。

ファン３１としては、遠心ファン、斜流ファン、軸流ファン、クロスフローファンなどの種々の送風機を用いることができる。例えば、部屋の側壁に設けられた吹出口３４に、ファン３１としての軸流ファンが取り付けられる場合には、筐体３０、ダクト３２，３３を省略することもできる。この場合には、前記給気経路は、側壁に設けられた吹出口３４によって構成される。

外気導入装置３は、排気経路をさらに有していてもよいが、部屋の気密性があまり高くない場合には、排気経路を省略することもできる。前記排気経路は、室内Ｓの空気を室外に排出できるものであればよく、特に限定されるものではない。前記排気経路は、天井、側壁などに設けられた開口のみによって構成されていてもよい。また、前記排気経路は、天井、側壁などに設けられた開口に接続された図略の排気ダクトを備えていてもよい。また、前記排気経路には、図略の排気用ファンが設けられていてもよい。

また、外気導入装置３は、図略の全熱交換器を備えた換気装置であってもよい。全熱交換器は、前記給気経路を流れる外気と、前記排気経路を流れる室内Ｓからの空気との間で顕熱及び潜熱の熱交換を行わせるものである。ただし、刺激付与モードにおいて室内Ｓの環境を快適環境から温熱環境又は冷熱環境に迅速に変化させるという観点では、全熱交換器を用いることなく、室外の空気をそのまま室内Ｓに供給するのが好ましい。

本実施形態では、外気導入装置３は、天井（具体的には天井裏）に設けられているが、これに限られず、例えば部屋の側壁に設けられていてもよく、床に設置されていてもよい。

［コントローラ］
コントローラ４は、通常の空調モードと、刺激付与モードとが行われるように空気調和装置２と、外気導入装置３とを制御する。空調モードは、冷房運転モードと暖房運転モードとを含む。コントローラ４は、ＣＰＵ、メモリなどを有する。コントローラ４は、空気調和装置２に設けられていてもよく、外気導入装置３に設けられていてもよく、これらとは別の場所に設けられていてもよい。コントローラ４は、図略の通信線を介して、空気調和装置２、外気導入装置３、温度センサ１１などに接続されており、これらと情報の送受信を行うことができる。なお、情報の送受信は通信線ではなく無線で行われるものであってもよい。

コントローラ４は、通常の空調モードと、刺激付与モードなどの種々の運転モードとを実行する制御部４０と、ユーザーからの入力を受ける設定受付部４１と、時間計測部４２とを機能として備えている。制御部４０は、空気調和装置２を制御する空調制御部と、外気導入装置３を制御する外気導入制御部とを含む。本実施形態では、制御部４０は、空調モードよりも室内Ｓへの外気の導入量を増やす刺激付与モードを行った後、空調モードに戻すように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御する。

設定受付部４１は、例えば、空調モードにおける室内Ｓの設定温度、刺激付与モードを行う時間帯の設定値、刺激付与モードにおける制限温度の設定値などをユーザーから受け付ける機能を有する。そして、制御部４０は、これらの設定温度、時間帯、制限温度などのデータ、温度センサ１１から入力されるデータなどに基づいて、空気調和装置２及び外気導入装置３を制御して各種運転モードを実行する。

時間計測部４２は、時計機能を有している。また、時間計測部４２は、タイマー機能、カレンダー機能などを有していてもよい。制御部４０は、時間計測部４２の時計機能に基づいて、例えば刺激付与モードを実行する時間帯であるか否かの判断を行うことができる。

［運転動作］
通常の空調モードにおいて、コントローラ４の制御部４０は、ユーザーによって設定された設定温度に室内Ｓの温度が近づくように、圧縮機２３、膨張機構２６、室外ファン２８、室内ファン２９などを制御することにより、冷房運転又は暖房運転を行う。具体的に、制御部４０は、膨張機構２６の開度変更により冷媒回路２Ｃを流れる冷媒流量を調整したり、圧縮機２３の回転数を変更して圧縮機２３の運転容量を増減させたり、室外ファン２８による風量、室内ファン２９による風量を調節したりすることにより、空調能力を調節する。

冷房運転中の冷媒回路２Ｃでは、四方切換弁２４を第１状態に設定した状態で、冷凍サイクルが行われる。この状態では、室外熱交換器２５、膨張機構２６、室内熱交換器２７の順に冷媒が循環する。室外熱交換器２５は凝縮器として機能し、室内熱交換器２７は蒸発器として機能する。室外熱交換器２５では、圧縮機２３から吐出された冷媒が、室外空気へ放熱して凝縮する。一方、室内熱交換器２７では、膨張機構２６を通過する際に膨張した冷媒が、室内空気から吸熱して蒸発する。室内ユニット２２は、吸い込んだ室内空気を室内熱交換器２７へ供給し、室内熱交換器２７において冷却された空気を室内Ｓへ吹き出す。

暖房運転中の冷媒回路２Ｃでは、四方切換弁２４を第２状態に設定した状態で、冷凍サイクルが行われる。この状態では、室内熱交換器２７、膨張機構２６、室外熱交換器２５の順に冷媒が循環する。室内熱交換器２７は凝縮器として機能し、室外熱交換器２５は蒸発器として機能する。室内熱交換器２７では、圧縮機２３から吐出された冷媒が、室内空気へ放熱して凝縮する。室内ユニット２２は、吸い込んだ室内空気を室内熱交換器２７へ供給し、室内熱交換器２７において加熱された空気を室内Ｓへ吹き出す。一方、室外熱交換器２５では、膨張機構２６を通過する際に膨張した冷媒が、室外空気から吸熱して蒸発する。

刺激付与モードにおいて、コントローラ４の制御部４０は、室内Ｓに外気が導入されるように外気導入装置３を制御する。制御部４０は、刺激付与モードにおける室内Ｓへの外気の導入量が、空調モードにおける室内Ｓへの外気の導入量よりも多くなるように外気導入装置３を制御する。なお、通常の空調モードにおいては、制御部４０は、室内Ｓに外気を導入しないように外気導入装置３の運転を停止してもよく、室内Ｓに外気を導入するように外気導入装置３を運転してもよい。

本実施形態では、刺激付与モードは、室内Ｓに確実に人がいる時間帯に行われるのが好ましい。例えば、室内Ｓに人がいる時間帯がある程度規則性を有している場合には、刺激付与モードを行うスケジュールが予め決められており、刺激付与モードが自動で実行されるのが好ましい。具体例を挙げると、例えば学習塾又は学校の生徒に温熱又は冷熱のストレスを与えて自律神経を活性化して学業成績を向上させることを目的とする場合には、刺激付与モードを行う時間帯は、学習塾又は学校の授業の時間帯に合うように設定される。そして、設定された時間帯以外の時間帯には、刺激付与モードが行われずに、通常の空調モードが行われるか、空気調和装置２及び外気導入装置３の運転が停止されている。

以下、本実施形態の室内環境制御システム１の制御例について具体的に説明するが、室内環境制御システム１の制御は、以下の制御例に限られるものではない。

［制御例１］
図２（Ａ），（Ｂ）は、実施形態に係る室内環境制御システム１の制御例１を示すタイムチャートである。図２（Ａ），（Ｂ）は、時間の経過とともに空調モードと刺激付与モードとが行われるタイミングを示しており、実線は室内Ｓの気温の変化を示している。図２（Ａ）は、冷房時期における制御例を示しており、図２（Ｂ）は、暖房時期における制御例を示している。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、室内環境制御システム１では、通常の空調モードが行われ、その後、刺激付与モードが行われ、刺激付与モードが終了すると、再び空調モードに戻される。

制御例１では、刺激付与モードを行う時間帯が、学習塾又は学校の授業の時間帯に合うようにユーザーによって予め設定されている。すなわち、コントローラ４の設定受付部４１は、ユーザーによる時間帯の設定を受け付けて、制御部４０は、設定受付部４１によって受け付けられた時間帯に、刺激付与モードを行うように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御する。

図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、制御例１では、設定された時間帯において、通常の空調モードと刺激付与モードとが交互に実行される。制御例１では、設定された時間内に刺激付与モードが繰り返し行われる。すなわち、制御例１では、設定された時間帯において刺激付与モードが複数回実行されるが、これに限られず、刺激付与モードは、設定された時間帯に１回だけ行われてもよい。

刺激付与モードは、空調モードが開始されてから所定時間経過すると行われるようにしてもよい。また、刺激付与モードは、空調モードにおいて室内Ｓの気温が設定温度Ｔ１に到達してから所定時間経過すると行われるようにしてもよい。また、設定された時間帯において刺激付与モードが複数回実行される場合には、刺激付与モードは、例えば一定時間毎に行われるようにしてもよい。

図３は、実施形態に係る室内環境制御システム１において、室内Ｓが通常の空調モードによって快適環境に制御されているときの状態を示す概略図である。図２（Ａ），（Ｂ）及び図３に示すように、空調モードでは、制御部４０は、ユーザーによって設定された設定温度Ｔ１に室内Ｓの気温が近づくように空気調和装置２を制御する。図３に示す空調モードでは、外気導入装置３の運転は停止されており、室内Ｓに外気が導入されない状態で、空気調和装置２によって室内Ｓの気温が設定温度Ｔ１に調節されているが、これに限られない。空調モードでは、外気導入装置３を運転して外気を連続的又は断続的に室内Ｓに導入しながら、室内Ｓの気温を設定温度Ｔ１に調節するように空気調和装置２及び外気導入装置３が制御されてもよい。ただし、この場合には、外気導入装置３による外気の導入量は、室内Ｓの空調負荷が過度に高くならないように少なく抑えられる（例えば、前述の「Ｌモード」に設定される）。

図４は、実施形態に係る室内環境制御システム１において、室内Ｓが刺激付与モードによって温熱環境又は冷熱環境に制御されているときの状態を示す概略図である。図２（Ａ），（Ｂ）及び図４に示すように、刺激付与モードでは、制御部４０は、空調モードよりも室内Ｓへの外気の導入量を増やすように外気導入装置３を制御する。図４に示す刺激付与モードでは、空気調和装置２の運転は停止されており、空気調和装置２による室内Ｓの空調が行われない状態で、外気導入装置３によって室内Ｓへの外気の導入が行われているが、これに限られない。刺激付与モードでは、空気調和装置２を運転して室内Ｓの空調を行いながら、室内Ｓに外気を導入するように空気調和装置２及び外気導入装置３が制御されてもよい。

ただし、刺激付与モードにおいて、室内Ｓの環境を迅速に室外環境に近づけるという観点では、制御部４０は、刺激付与モードにおいて、空調モードよりも空気調和装置２による空調能力を低くするように空気調和装置２を制御するのが好ましい。

刺激付与モードにおける空調能力を、空調モードにおける空調能力よりも低くする制御としては、次の（Ａ）−（Ｅ）のような手段を例示することができるが、これらに限られない。
（Ａ）刺激付与モードにおいて空気調和装置２による空調運転を停止する。
（Ｂ）刺激付与モードにおいて圧縮機２３の運転容量が最低値に設定される（この場合には、室内Ｓの気温を設定温度Ｔ１に近づける制御が外されるのが好ましい）。
（Ｃ）刺激付与モードにおいて、冷房時期の場合には空調用の設定温度が設定温度Ｔ１よりも大きな値に設定され、暖房時期の場合には空調用の設定温度が設定温度Ｔ１よりも小さな値に設定される。
（Ｄ）部屋に複数の室内ユニット２２が配置されている場合には、刺激付与モードにおいて運転される室内ユニット２２の台数を、空調モードにおいて運転される室内ユニット２２の台数よりも少なくする。
（Ｅ）刺激付与モードにおいて室内ユニット２２から吹き出される風量を、空調モードにおいて室内ユニット２２から吹き出される風量よりも下げる。

なお、刺激付与モードにおいて、空気調和装置２による空調運転を停止する場合には、圧縮機２３は停止されるが、室内ファン２９は運転していてもよい。温度センサ１１が室内ユニット２２に設けられている場合には、室内ファン２９を運転することで温度センサ１１によって室内Ｓの気温を引き続き検知することができる。室内ファン２９を停止させても室内Ｓの気温を検知可能な位置に温度センサ１１が設けられている場合には、空調運転の停止中に室内ファン２９も停止してもよい。

図５は、実施形態に係る室内環境制御システム１の制御例１の具体例を示すフローチャートである。図２（Ａ），（Ｂ）及び図５に示すように、制御部４０は、まず始めに通常の空調モードが行われるように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御する（図５におけるステップＳ１）。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、空調モードでは、室内Ｓの気温が設定温度Ｔ１に近づくように室内Ｓが空調される。

次に、制御部４０は、空調モードの終了条件（次のモードの開始条件）が満たされているか否かを判断する（ステップＳ２）。空調モードの終了条件が満たされていない場合には（ステップＳ２においてＮＯ）、空調モードが継続される。空調モードの終了条件が満たされている場合には（ステップＳ２においてＹＥＳ）、制御部４０は、通常の空調モードを終了して刺激付与モードが行われるように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御する（ステップＳ３）。

空調モードの終了条件としては、例えば、通常の空調モードが開始されてからの経過時間が予め設定された基準時間に達することを挙げることができるが、これに限られない。空調モードの終了条件は、例えば、室内Ｓの気温が設定温度Ｔ１に到達してから所定時間経過することなどであってもよい。また、空調モードの終了条件は、授業が開始されてからの経過時間に基づくものであってもよい。また、通常モードの終了条件は、例えば、設定受付部５１によって受け付けられた時間帯に関連づけた条件とすることもできる。具体的には、空調モードの終了条件は、例えば、受け付けられた時間帯の始まりの時刻からの経過時間に基づくものであってもよい。この場合、本実施形態では、通常モードの終了条件は、授業の開始時刻（前記時間帯の始まりの時刻）からの経過時間が所定時間（例えば授業が開始されてから３０分）に達することを条件とすることができる。

刺激付与モードでは、外気導入装置３によって室外の空気が室内Ｓに導入されるので、室内Ｓが室外の環境に迅速に近づけられる。具体的に、刺激付与モードでは、冷房時期においては、図２（Ａ）に示すように室内Ｓの気温は、温度Ｔ２まで短時間で上昇する。また、刺激付与モードでは、暖房時期においては、図２（Ｂ）に示すように室内Ｓの気温は、温度Ｔ２まで短時間で降下する。これらの温度Ｔ２は、室外の気温と同じであってもよく、室外の気温と空調モードにおける設定温度Ｔ１との間の温度であってもよい。

制御例１では、制御部４０は、刺激付与モードにおいて、室内Ｓの温度が予め設定された制限温度に到達すると、室内への外気の導入量を減らすように外気導入装置３を制御してもよい。この制限温度は、空調モードの設定温度Ｔ１よりも室外の気温に近い値に設定することができるが、これに限られない。冷房時期における制限温度は、設定温度Ｔ１よりも大きな値であり、且つ、室外の気温よりも小さい値である。暖房時期における制限温度は、設定温度Ｔ１よりも小さい値であり、且つ、室外の気温よりも大きい値である。この場合には、刺激付与モードにおいて、室内Ｓの温度がこの制限温度に到達すると、外気の導入量が減らされるので、冷房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて室内Ｓが過度に温熱環境になるのを抑制することができ、暖房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて室内Ｓが過度に冷熱環境になるのを抑制することができる。

ただし、刺激付与モードでは、上述のような制限温度が設定されていなくてもよい。この場合には、刺激付与モードにおいて、例えば室内Ｓへの外気の導入量が一定となるように制御される。

次に、制御部４０は、刺激付与モードの終了条件（次のモードの開始条件）が満たされているか否かを判断する（ステップＳ４）。刺激付与モードの終了条件が満たされていない場合には（ステップＳ４においてＮＯ）、刺激付与モードが継続される。刺激付与モードの終了条件が満たされている場合には（ステップＳ４においてＹＥＳ）、制御部４０は、刺激付与モードを終了して通常の空調モードが行われるように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御する（ステップＳ１）。

刺激付与モードの終了条件としては、例えば、刺激付与モードが開始されてからの経過時間が予め設定された基準時間ｔ１に達することを挙げることができるが、これに限られない。刺激付与モードの終了条件は、例えば、刺激付与モードにおいて室内Ｓの気温が所定温度に到達してから所定時間経過することなどであってもよい。刺激付与モードが開始されてから終了するまでの時間（図２（Ａ），（Ｂ）では時間ｔ１）は、特に限定されるものではないが、数分〜十数分程度の範囲（具体的には例えば５分〜１０分程度）に設定することができる。また、刺激付与モードの終了条件は、予め定められた所定の時刻に達することを条件とすることもできる。

刺激付与モードから通常の空調モードに切り換えられると、室内Ｓの気温が設定温度Ｔ１に近づくように空気調和装置２が制御される。制御例１では、空調モードにおいて、刺激付与モードの終了時点の室内Ｓの気温Ｔ２から設定温度Ｔ１に戻るまでに時間ｔ２を要する。この時間ｔ２をさらに短縮するためには、次の制御例２のように制御してもよい。

［制御例２］
図６（Ａ），（Ｂ）は、実施形態に係る室内環境制御システム１の制御例２を示すタイムチャートである。図６（Ａ）は、冷房時期における制御例を示しており、図６（Ｂ）は、暖房時期における制御例を示している。図７は、室内環境制御システム１において、室内Ｓが復帰モードによって温熱環境又は冷熱環境から快適環境に戻されているときの状態を示す概略図である。

制御例２では、復帰モードが行われる点で、制御例１と異なっており、その他の制御は制御例１と同様である。制御例２では、制御部４０は、刺激付与モードと空調モードとの間に、空調モードよりも空気調和装置２による空調能力を高くして刺激付与モードから空調モードに復帰させる復帰モードを行うように空気調和装置２を制御する。この制御例２では、通常の空調モードよりも空調能力を高くする復帰モードが行われるので、刺激付与モードから通常の空調モードにより迅速に室内環境を変化させることができる。

図８は、室内環境制御システム１の制御例２を示すフローチャートである。図８におけるステップＳ１〜Ｓ４は、図５に示す制御例１のステップＳ１〜Ｓ４と同じであるので説明を省略する。

制御部４０は、刺激付与モードの終了条件（次のモードの開始条件）が満たされている場合には（ステップＳ４においてＹＥＳ）、刺激付与モードを終了して復帰モードが行われるように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御する（ステップＳ５）。

復帰モードでは、迅速に快適環境に戻すために、空気調和装置２による空調能力が通常の空調モードよりも高められる。復帰モードにおける空調能力を、通常の空調モードにおける空調能力よりも高くする制御としては、次の（Ｆ）−（Ｉ）のような手段を例示することができるが、これらに限られない。
（Ｆ）復帰モードにおいて圧縮機２３の運転容量が最高値に設定される。
（Ｇ）復帰モードにおいて、冷房時期の場合には空調用の設定温度が設定温度Ｔ１よりも小さな値に設定され、暖房時期の場合には空調用の設定温度が設定温度Ｔ１よりも大きな値に設定される。
（Ｈ）部屋に複数の室内ユニット２２が配置されている場合には、復帰モードにおいて運転される室内ユニット２２の台数を、空調モードにおいて運転される室内ユニット２２の台数よりも多くする。
（Ｉ）復帰モードにおいて室内ユニット２２から吹き出される風量を、空調モードにおいて室内ユニット２２から吹き出される風量よりも上げる。

なお、復帰モードでは、室外の空気の影響を極力受けずに快適環境に迅速に復帰させるという観点で、図７に示すように外気導入装置３の運転を停止するのが好ましい。

復帰モードの終了条件（次のモードの開始条件）としては、例えば、室内Ｓの気温が予め定められた基準温度（例えば設定温度Ｔ１）に到達したか否かを条件とすることができるが、これに限られない。この基準温度は、設定温度Ｔ１と異なる値であってもよい。また、復帰モードの終了条件としては、復帰モードが開始されてからの経過時間が予め設定された基準時間に達することを条件としてもよい。

制御例２では、復帰モードにおいて、刺激付与モードの終了時点の室内Ｓの気温Ｔ２から設定温度Ｔ１に戻るまでに時間ｔ３を要する。この時間ｔ３は、制御例１の時間ｔ２に比べて短縮されている。

制御部４０は、復帰モードの終了条件が満たされているか否かを判断する（ステップＳ６）。復帰モードの終了条件が満たされていない場合には（ステップＳ６においてＮＯ）、復帰モードが継続される。復帰モードの終了条件が満たされている場合には（ステップＳ６においてＹＥＳ）、制御部４０は、復帰モードを終了して通常の空調モードが行われるように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御する（ステップＳ１）。

［実施形態のまとめ］
本実施形態では、刺激付与モードにおいて、通常の空調モードよりも室内への外気の導入量を増やすので、冷房時には、室外の暖かい空気を利用して室内を迅速に温熱環境に変化させることができ、暖房時には、室外の冷たい空気を利用して室内を迅速に冷熱環境に変化させることができる。したがって、刺激付与モードにおいて外気を利用して室内環境を室外環境に素早く近づけることができるので、通常の空調モードにおける快適環境から刺激付与モードにおける温熱環境又は冷熱環境に迅速に変化させることができる。そして、刺激付与モードが行われた後には、再び通常の空調モードに戻される。このような刺激付与モードと通常の空調モードの切り換えが行われることにより、室内の人に対して温熱又は冷熱の刺激（ストレス）を与えることができる。このような刺激を受ける機会が増えることにより、その人の自律神経の活性が高められると推測され、これにより、生理機能の健全性が取り戻されると考えられる。また、刺激付与モードへの環境変化が迅速に行われるので、環境変化に時間がかかることに起因する集中力の低下を抑制することもできる。

本実施形態では、制御部４０は、刺激付与モードにおいて、空調モードよりも空気調和装置２による空調能力を低くするように空気調和装置２を制御する。具体的に、冷房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて、空気調和装置２による空調能力（冷房能力）を通常の空調モードよりも低くすることにより、室内をより迅速に温熱環境に変化させることができ、暖房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて、空気調和装置２による空調能力（暖房能力）を通常の空調モードよりも低くすることにより、室内をより迅速に冷熱環境に変化させることができる。これにより、自律神経を活性化する効果をさらに高めることができ、しかも、環境変化に時間がかかることに起因する集中力の低下をさらに抑制することもできる。

本実施形態の制御例２では、制御部４０は、刺激付与モードと空調モードとの間に、空調モードよりも空気調和装置２による空調能力を高くして刺激付与モードから空調モードに復帰させる復帰モードを行うように空気調和装置２を制御する。したがって、刺激付与モードによる温熱環境又は冷熱環境から快適環境へより迅速に室内環境を変化させることができる。このように刺激付与モードによる温熱環境又は冷熱環境から空調モードによる快適環境への移行時間を短縮できるので、温熱環境又は冷熱環境を不快に感じる時間が長くなることに起因する集中力の低下を抑制することができる。

本実施形態の制御例２では、制御部４０は、復帰モードにおいて、刺激付与モードよりも室内への外気の導入量を減らすように外気導入装置３を制御する。したがって、室内Ｓをより迅速に快適環境に変化させることができる。これにより、刺激付与モードによる温熱環境又は冷熱環境から空調モードによる快適環境への移行時間をさらに短縮できるので、温熱環境又は冷熱環境を不快に感じる時間が長くなることに起因する集中力の低下をさらに抑制することができる。

本実施形態では、制御部４０は、刺激付与モードにおいて、室内Ｓの温度が予め設定された制限温度に到達すると、室内Ｓへの外気の導入量を減らすように外気導入装置３を制御するのが好ましい。この制御例では、室内Ｓの温度がこの制限温度に到達すると、外気の導入量が減らされるので、冷房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて室内Ｓが過度に温熱環境になるのを抑制することができ、暖房が行われる時期には、刺激付与モードにおいて室内Ｓが過度に冷熱環境になるのを抑制することができる。

本実施形態では、制御部４０は、刺激付与モードにおいて予め設定された時間が経過すると、刺激付与モードを終了して次のモードに移行するように空気調和装置２及び外気導入装置３を制御してもよい。この構成のように刺激付与モードの終了条件として時間が採用される場合には、制御を簡素化することができる。

本実施形態では、制御部４０は、設定受付部４１によって受け付けられた時間帯に刺激付与モードを行うように外気導入装置３を制御する。したがって、刺激付与モードを行う時間帯をユーザーが予め設定することができるので、室内Ｓに確実に人がいる時間帯と、そうでない時間帯とを明確に区別することができる。これにより、人のいない時間帯に刺激付与モードが行われないので、無駄な電力を消費することが防止される。また、設定された時間帯に刺激付与モードが自動的に実行されるので、室内に人がいる時間帯に確実に刺激付与モードを実行することができる。

本実施形態では、学習塾又は学校の授業の時間帯に応じた時間帯に刺激付与モードが実行される。したがって、学習塾又は学校の生徒が教室において授業を受けているときに、自動的に刺激付与モードを行うことができる。そして、生徒は、学習塾や学校において、刺激付与モードによる刺激を長期間継続的に繰り返し受けることができる。これにより、生徒の自律神経の活性が高められると推測され、その結果、生理機能の健全性が取り戻され、取り戻された健全性が維持される。このような生理機能の健全化は、学業成績の向上にもつながると考えられる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

前記実施形態では、学習塾又は学校の授業の時間帯（生徒が着席している時間帯）に刺激付与モードが行われる場合を例示したが、これに限られず、例えばオフィス、公共機関などの他の場所において刺激付与モードが行われてもよい。

前記実施形態では、制御部４０は、刺激付与モードにおいて、室内Ｓの温度が予め設定された制限温度に到達すると、室内Ｓへの外気の導入量を減らすように外気導入装置３を制御したが、これに限られない。制御部４０は、刺激付与モードの開始から終了まで室内Ｓへの外気の導入量が減少しないように外気導入装置３を制御してもよい。

前記実施形態では、刺激付与モードを行う時間帯に関するデータが受け付けられる設定受付部４１が設けられていたが、この設定受付部４１は省略することもできる。

１ 室内環境制御システム
２ 空気調和装置
３ 外気導入装置
４ コントローラ
４０ 制御部
４１ 設定受付部
４２ 時間計測部

Claims (8)

1. 室内の冷房又は暖房を行う空気調和装置（２）と、
   前記室内に外気を導入する外気導入装置（３）と、
   制御部（４０）と、を備え、
   前記制御部（４０）は、空調モードよりも前記室内への外気の導入量を増やす刺激付与モードを行った後、前記空調モードに戻すように前記空気調和装置（２）及び前記外気導入装置（３）を制御する室内環境制御システム。
2. 前記制御部（４０）は、前記刺激付与モードにおいて、前記空調モードよりも前記空気調和装置（２）による空調能力を低くするように前記空気調和装置（２）を制御する請求項１に記載の室内環境制御システム。
3. 前記制御部（４０）は、前記刺激付与モードと前記空調モードとの間に、前記空調モードよりも前記空気調和装置（２）による空調能力を高くして前記刺激付与モードから前記空調モードに復帰させる復帰モードを行うように前記空気調和装置（２）を制御する請求項１又は２に記載の室内環境制御システム。
4. 前記制御部（４０）は、前記復帰モードにおいて、前記刺激付与モードよりも前記室内への外気の導入量を減らすように前記外気導入装置（３）を制御する請求項３に記載の室内環境制御システム。
5. 前記制御部（４０）は、前記刺激付与モードにおいて、前記室内の温度が予め設定された制限温度に到達すると、前記室内への外気の導入量を減らすように前記外気導入装置（３）を制御する請求項１〜４の何れか１項に記載の室内環境制御システム。
6. 前記制御部（４０）は、前記刺激付与モードにおいて予め設定された時間が経過すると、前記刺激付与モードを終了して次のモードに移行するように前記空気調和装置（２）及び前記外気導入装置（３）を制御する請求項１〜５の何れか１項に記載の室内環境制御システム。
7. 前記刺激付与モードを行う時間帯に関するデータが受け付けられる設定受付部（４１）を備え、
   前記制御部（４０）は、前記設定受付部（４１）によって受け付けられた前記時間帯に前記刺激付与モードを行うように前記外気導入装置（３）を制御する請求項１〜６の何れか１項に記載の室内環境制御システム。
8. 前記時間帯は、学習塾又は学校の授業の時間帯に応じた時間帯である請求項７に記載の室内環境制御システム。

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