2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K06432
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
三木 光範 同志社大学, 理工学部, 教授 (90150755)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 最適制御 / 照明 / 照度 / 色温度 / オフィス / 配光角 / 調光調色型LED / 快適性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オフィスにおける天井照明を個別に最適制御し、各執務者が希望する照度と色温度の照明環境を個別に提供する照明の個別分散最適制御に関する新たな課題を研究した。すなわち、一般的にオフィス照明として用いられている照明器具は、広い配光角を持ち、先進ビルで一般的なシステム天井では、1.8m間隔で設置されている。この場合には、隣接した執務者が大きく異なる照度や色温度を希望した場合には、それらを満足させることが物理的に不可能な場合があった。
この課題を解決するため、本研究では、次の二つの方法を検討した。一つは、配光角が狭い照明を数多く設置することで、執務者各個人の照度と色温度に関する個別制約条件が満足できるかどうかの検証、そして二つ目は、各個人が快適と感じる照度と色温度には、ある程度の幅があり、その幅を考慮すれば、必ずしも希望照度や希望色温度を一つの値と考えなくても良いのでは無いかと言うことである。各個別のデスクに実現する照度と色温度に幅が許容できるなら、最適化問題の解が個別制約条件を満たして得られることを検証した。
その検討方法は次の通りである。まず、狭い配光角の照明を数多く設置する方法に関しては、一般的な広い配光角の他に、中程度、および狭い配光角の照明を市販品から抽出し、それら３種類の照明器具に関して、配置間隔を広い、中程度、および狭いという３種類、合計９種類の照明環境を用い、12名の執務エリアにおいて各執務者が高照度、中照度、低照度をランダムに希望した数多くの場合に関して最適化を行い、実現照度の誤差を検証した。その結果、狭い配光角を持つ照明を数多く配置した場合、希望照度の実現率はほぼ100%となった。
また、希望照度には幅があることが被験者実験で明らかとなり、それを考慮すれば、広い配光角の照明を用いた場合でも、各執務者の満足度は低くならない最適化が可能であることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１年目の検討課題として想定していた結果をすべて出すことができた。それらは次の通りである。
（１）３種類の配光角を持つ照明と、３種類の設置間隔の組合せ、合計９種類の照明環境での照度シミュレーションを可能とするコンピュータプログラムを完成させることができた。（２）上記コンピュータシミュレーションを、１２名の執務者の希望照度をランダムに３種類に変化させ、照明の最適制御を行い、各執務者の机上照度に関して重要な結果を得ることができた。これにより、実験環境を設計できた。（３）上記の検討から得られた実験環境は、調光調色可能な広い配光角を持つダウンライト型LED照明を狭い間隔で設置し、配光角を狭くする器具を用いて３種類の配光角を実現させ、その照明器具を36台用いて実験できる3.6x3.6mの実験装置を製作した。（４）被験者実験を行い、希望照度に幅があることを明らかにした。被験者の照度に関する満足度を定義し、各被験者の照度満足度関数を求める方法を確立した。（５）希望照度に幅がある場合に照明環境を最適化するため、各執務者の照度に関する満足度を定義し、その満足度関数を用いて照明制御最適化の定式化を行うことができた。（６）最適化の定式化ができたことで、今後は、各執務者の照度の満足度関数を被験者実験で得ることができれば、広い配光角を持つ照明でも、照明の個別最適制御による満足度はかなり高くなることが分かった。従来の知的照明システムでは、希望照度は一定値として制約条件で与えていたため、隣接する執務者同士が、大きく異なる希望照度を持つ場合、その実現は容易ではなかったが、照度の満足度には幅があることが分かり、従来の方法より高い満足度を持つ最適化を行うことができることが分かった。
これらの成果は当初想定した目標を完全に満たしており、研究の進捗はおおむね順調であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は次の通り。
（１）すでに設計済みの実験環境と、すでに購入済みの部品を用いて、36台規模（3.6x3.6m）の大きさの調光調色照明個別制御空間を構築する。（２）すでに作成した照度シミュレーションプログラムを、上記実験室に合わせて改良し、実験で得られる照度値と適合するようにする。（３）色温度のシミュレーションプログラムを検討する。（４）購入した調光調色ダウンライトは広い配光角を持つ。このため、この照明を用いて中程度、および狭い配光角の実験が行えるように、配光角を変化させる部品を設計し、配光角が異なる実験が可能となるようにする。この部品は、ダウンライトの下にリング状の円筒を設置し、その円筒の長さを変えることで、中程度、および狭い配光角の照明となるようにする。（５）照度の満足度を調べるため、１年目より多い被験者で照度満足度の被験者実験を実施する。これにより、多くの人の照度満足度の外形がわかる。（６）実際のオフィスで本手法を用いる場合、照度満足度を被験者実験で得ることはできない。このため、各執務者が好む照度を相対的に入力するユーザインタフェースと、実現照度への満足度の入力を基に、各執務者の利用履歴から、当該執務者の満足度関数を求める学習機能のメカニズムを検討し、プロトタイプシステムを作成する。（７）３種類の配光角と３種類の設置間隔に基づく照明の個別最適制御実験を行い、各執務者机上面での照度実現精度に関する実験を実施する。（８）製作した照明実験室において、満足度を元に最適制御された個別照明環境の快適性を調べる被験者実験を実施する。
これらを推進すれば、個別分散最適制御照明の設計において、執務空間のデスクレイアウトおよび個別照明環境の実現精度に関する目標が分かれば、最適な配光角と設置間隔を得ることができ、かつ、その照明空間で満足度が最大になる照明制御が可能となる。
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| Causes of Carryover |
３種類の配光角を持つ調光調色型LEDダウンライト照明64台を設置する実験設備において、配光角を３種類に変化させる配光角調節リングの設計が年度内に間に合わず、その部品費が次年度繰越となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2017年6月末に実験設備を完成させるため、6月中に当該部品の発注と購入をすべて完了する予定である。
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