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PLCを用いた調色調光LED照明の開発

システムの概要

図1 システムの概要

PLCを用いた調色調光LED照明 1

写真1 PLCを用いた調色調光LED照明 1

PLCを用いた調色調光LED照明 2 
 GUI (グラフィカルユーザーインターフェース)

写真2 PLCを用いた調色調光LED照明 2 
GUI (グラフィカルユーザーインターフェース)

PLCを用いた調色調光LED照明 2
(リズムサポート機能)

図2 PLCを用いた調色調光LED照明 2
(リズムサポート機能)

PLCを用いた調色調光LED照明 2
(様々な照明シーン)

写真3 PLCを用いた調色調光LED照明 2
(様々な照明シーン)

[従来技術]
 近年、オフィスの知的生産性への関心が急速に高まり、業務効率のさらなる改善が課題である。また節電などのデマンドレスポンスや地球温暖化防止などを背景に、これまで以上に省エネルギー対策とワークスタイルの変革が求められている。しかしながら蛍光ランプを外すなどの視環境悪化を伴う省エネルギー対策も散見されている。テナントオフィスの照明設備は最小グリッドやJIS Z 9110等から計画されており、スクエア型蛍光灯器具などにより机上面照度が750lx程度となる均質な配置が一般的である。

[解決すべき課題]
 しかし実際は、テナント毎に業種や部署、性別や年齢、什器、窓からの距離など条件が異なるため、執務空間の要求に差異が生じる。これを理由にテナント入居時に改修工事を行う場合も少なくない。各室用途に応じた雰囲気作りや照度変更を目的として、既存の基準照明を撤去し、内装工事を行う。結果としてテナントの入退出毎に膨大な廃材が発生することが課題となっている。また時刻や天候により自然光は変化し、同一ビルでも高さや方位によって採光が異なるため、執務者の要求に応じた照明を一律に計画することは困難である。従来の蛍光灯器具では、光の質や制御方式に制約があり、如何に高品質で高機能な照明方式を導入できるかが技術的な課題であった。そこでLED照明に異なる色温度の素子を設け、PLC(Programmable Logic Controller)により高機能な制御を可能とし、執務者の要求に合わせた自由度の高い照明システムを開発することで、快適でかつ多様な執務空間と省エネルギーを両立するための技術的な課題解決を図った。

[手段]
PLCを用いたLED調色調光制御
 各器具にアドレスを持たせて、多くの制御情報を通信できるようにPLC制御を採用した。PWMとPLCの制御イメージを図1に示す。PLCを用いることにより用途や業務に応じた環境を自由に設定し、センサーによるロジック制御を可能とした。
 またPLCによる照明制御に加え、色温度の異なるLED素子(2700K+6500K)を組み合わせることで、時間帯や執務空間の雰囲気に合わせた照明モードを実現でき、テナント毎の要求の違いや執務環境ごとのJIS Z 9110等の推奨照度に対応が可能となる。

[効果]
 昼休みや日没などの時刻、季節等の変化に応じて、指定時刻に指定の照度と色温度(3000K~5500K)を変化可能なロジック制御を考え、従来のオフィス照明のように常時均質な空間から、執務者が好みによって多様な照明環境を選択できる。また複数の制御パラメータを制御しやすいように、簡単なGUI(Graphical User Interface)にまとめた。(写真1,2)
 PLC制御によるLED調色調光照明システムは省エネルギー、省資源化にも寄与する。エリア毎、時刻毎に最適運転を行うことで、過剰な照明電力を削減でき、これは空調熱負荷の低減にも貢献する。また入居時に受付や会議室、応接室など室毎に調色や調光によって照明演出を行うことで、改修せずに異なる印象の空間を提供することが可能である。これにより従来のテナントビルで生じる建材や照明器具などの廃材を低減できる。また睡眠の質と知的生産性の相関は明白であることなどから、サーカディアンリズムを考慮した照明の時間変化に対応している(リズムサポート)。(図2)(写真3)
 更に都市の視点において、日本の夜は明る過ぎる感が否めない。海外の先進都市と比較しても深夜まで照明エネルギーを消費するのは持続的な街作りにおいて対策を講じる必要がある。本技術が都市レベルで浸透することで、多様で省エネルギーな明かりが都市景観に投影されることになる。情報光害を抑制し、文化的で持続可能な街づくりに寄与すると考える。

 本研究の成果に対して、照明学会は、2014年、坂口佳史(株式会社 竹中工務店)、清水克実(シャープ株式会社)、黒木友裕(株式会社 竹中工務店)に照明学会照明技術開発賞を贈った。

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LED照明、オフィス調色調光照明、知的生産性、サーカディアンリズム
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