成果報告書詳細
管理番号20110000000875
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 エネルギー使用合理化技術戦略的開発/エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発/自律分散最適化アルゴリズムを用いた省エネ型照明システムの研究開発
公開日2011/7/28
報告書年度2008 - 2010
委託先名学校法人同志社大学 株式会社三井物産戦略研究所
プロジェクト番号
部署名エネルギー対策推進部
和文要約省エネルギー社会を構築する上で、ビルの消費電力の削減は大きな課題である。オフィス全体の消費エネルギーの20から25%は照明が占めていることから、照明の省エネルギーは重要である。しかし、これまで様々な省エネ手法がとられてきており、従来の手法では大幅な省エネルギーは難しい。抜本的な省エネを図るためには、新たな考え方、手法が必要である。このような考えをもとに、低炭素社会の構築および原油使用量削減の実現に向けて、自律分散最適化アルゴリズムを用いた省エネ型照明システム(以下では「知的照明システム」と呼ぶ)を開発した。知的照明システムは情報通信技術を活用し、オフィスで働くナレッジワーカー(知的創造性の高い業務を遂行する人)に執務に最適であると感じる照度と色温度の照明環境を個別に提供することにより、最大限の省エネルギー性の実現とナレッジワーカーの知的生産性と創造性を高める。知的照明は最適化手法という知能を照明に組み込む新たな考え方であり、照明の30から50%の省エネ効果が期待できる。 こうした目的を実現するため、平成20年11月17日~平成23年3月20までに渡り実施された独立行政法人 NEDO技術開発機構のエネルギー使用合理化技術戦略的開発/エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発「自律分散最適化アルゴリズムを用いた省エネ型照明システムの研究開発」において、知的照明システムに関するニーズ調査、各種構成要素の開発、知的照明システムのプロトタイプの作成および実オフィスにおける約1年に渡る実証実験などを行った。 知的照明システムにおけるニーズ調査では、LED照明器具の急速な開発および普及がとともに付加価値の高いLED照明器具の制御アプリケーションが求められていることが分かった。LED照明と親和性の高い知的照明システムのニーズはLEDの普及とともに高まっていると考えられ、ニーズは高いことが分かった。 各種構成要素の開発では、知的照明用蛍光灯器具およびLED照明器具の開発や各種センサの開発、照明制御器の開発、知的照明制御用ソフトウェアの開発などを行った。開発した色温度可変型照明器具、小型の照度センサおよび制御用ソフトウェアは実オフィスにおいて1年程度の実証実験を実施し改良を加えた結果、長期間の運用に耐えるシステムが完成した。 また、開発した構成要素をもとに知的照明システムのプロトタイプシステムを実際の執務空間に導入し30から50人程度の執務環境において省エネ性および主観評価を行うとともに既存の照明システムおよび市販の最新型照明システムとの省エネ性の比較を行った。実証実験は2カ所で行い、それぞれ異なる照明器具、蛍光灯照明器具とLED照明器具の2種類を用いた。その結果、机上面照度をビルの標準照度に設定した場合に比べ蛍光灯照明では45%、LED照明器具では46%の省エネ効果を達成した。 知的照明システムでは各執務者の照度が低くなることで室内の照度が低下し省エネ効果が図れるが、執務者は各個人の選好照度を実現しているため暗いという意見は少ない。強制的に均一に照度を下げるのではなく、照明を明るくする暗くするという選択肢を個人に与える。我慢する省エネではなく各執務者が主体性を持って省エネが図られる、このシステムの有用性は高いといえる。執務者アンケートより照明環境と知的生産性についての関係性を多くの執務者が意識していることより、より快適な照明環境を創造する「知的照明システム」の早急な実用化が望まれる。この結果をもとに平成23年度から省エネルギー型照明システムの実用試験を目指す。
英文要約Title: Research and development of energy efficient lighting system by using Autonomous Distributed Optimization Algorithms (FY2008-FY2010) Final Report
Intelligent lighting system (ILS) is superior to other lighting systems in that this system can be controlled precisely to provide value-added lighting environment to consumer needs. Its turning a long term goal for developed countries like Japan, U.S.A, UK, and EU to realize zero-carbon and Zero-Energy Buildings. The intelligent lighting system could be one of the key component technology to reduce the energy consumption from light to achieve the goal of ZEB. At present, there is no product that can perform like Intelligent lighting system to contribute for improving intellectual productivity by providing personal lighting needs while also contributing to energy conservation. Although, there are many technical hurdles to overcome for commercializing the Intelligent lighting system, ILS should be the kind to be developed as it don’t require server and central computers or network connection by wires. It’s a simple system applicable in existing lighting systems for penetrating new markets. If such kind of ILS is developed, it could be applicable in large room and large office buildings with widely used ceiling lighting system in China, Japan and other Asian countries. Such new developed systems, which will be installed in office buildings together with next-generation lighting equipments , could potentially save energy, as it is easy to control affinity with daylight dimming and next generation energy efficient lighting equipments such as LED and OLED. We researched the energy efficiency and green building policy of developed and emerging countries like EU, UK, Germany, the United States of America, China, Singapore, and Japan. Most of the Green Building Environmental Assessment schemes include incentives to offer points for certification of Green Buildings to the all high efficient lighting and lighting control systems. Existing energy saving methodologies for lighting control have difficulties in achieving both increasing workplace productivity and increasing energy efficiency. However “Intelligent Lighting System” could do it by reflecting individual preferences that tend to have lower illumination intensity than present flat light intensity. To spread the “Intelligent Lighting System” smoothly in the world, the “Intelligent Lighting System” should be connected to the existent BACs (Building Automation Control Systems) has been studied. When the “Intelligent Lighting System” is connected to the existent BACs, it is preferable to use open protocols such as BACnet "! which has high interoperability with existing BACs. However it is necessary to reduce the network traffic, arising from communication frequency and number of management points, for a smooth integration because the stability of network should be kept strong. In our research, we found that, it is difficult to apply the “autonomous distributed optimization algorithm to HVAC system, like the one used in lighting systems, because of differences in the control response and the equipment complexity between the HVAC and lighting systems. Modifications of the algorithm formulas will be needed. Among the different HVAC, this algorithm could be applicable for personal air conditioning system, because distances between the outlet and the occupant is relatively close. Therefore, we have studied existing personal air conditioning systems. As a result, we have found some HVAC systems which are appropriate for the algorithm verification. In this application, another issue is energy consumption. When occupants set their preferred lighting intensity, energy consumption in lighting system can be reduced. But if a variable temperature air-conditioning system is achieved, energy consumption could also increase.
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