JP6283637B2 - 熱貫流率推定システム、熱貫流率推定装置、および熱貫流率推定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する面部材の断熱性能を表わす指標として、面部材の熱貫流率を推定する熱貫流率推定システム、装置、およびプログラムに関する。

建物の断熱性能は、建物の熱損失係数を推定することにより評価することができる。熱損失係数は、建物から逃げる熱量（Ｗ／Ｋ）を延床面積（ｍ^２）で除算した値（Ｑ値）として表される。建物から逃げる熱量は、屋外空間（床下空間や小屋裏空間も含む）に面する部位（外壁、１階床など）から逃げる熱量の総計として求められる。また、各部位から逃げる熱量は、その部位の面積と熱貫流率とに基づいて算出される。

建物の熱損失係数を求めるために、たとえば特開２０１３−２２１７７２号公報（特許文献１）では、建物の各部屋の温度および建物外部の温度を継続して測定し、建物全体の平均温度および外部に接する部屋の平均温度を求め、これら２つの平均温度が一定の関係となる熱移動モデルに従って熱損失係数を推定する方法が提案されている。

また、建物の外壁等の熱貫流率を求めるために、特開２０１４−０７４９５３号公報（特許文献２）では、たとえば外壁の熱貫流率を、外壁種別に応じた熱伝導率と、外壁厚と、外壁の断熱材の熱伝導率と、外壁断熱材厚とを、外壁熱貫流率算出式に代入して算出する方法が開示されている。

特開２０１３−２２１７７２号公報 特開２０１４−０７４９５３号公報

特許文献１のように、建物の熱損失係数を推定するには、多くの時間と機材（温度計）が必要となる。また、内外温度差の大きな時期でなければ、推定誤差が大きくなる可能性がある。

また、特許文献２では、対象部位（たとえば外壁）の熱伝導率が予め記憶されていることが前提となっているため、対象部位の熱伝導率が未知である場合には、熱貫流率を算出することができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単かつ短時間で、対象部位（面部材）の熱貫流率を推定することのできる熱貫流率推定システム、装置、およびプログラムを提供することである。

この発明のある局面に従う熱貫流率推定システムは、建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する面部材の断熱性能を表わす指標として、面部材の熱貫流率を推定するためのシステムであって、面部材の屋内面に当接または近接する表面とその反対側に位置する裏面とを有する板状部材と、板状部材の裏面側に設けられ、面部材の屋内面を加熱するヒータと、板状部材の表面側に設けられ、面部材の屋内面温度を検知する第１の温度センサとを備える。また、ヒータの加熱による面部材の屋内面温度の変化過程において、板状部材の裏面側温度が一定の状態で第１の温度センサから得られる実測値に基づいて、近似曲線の収束値を算出することによって、面部材の屋内面の安定温度を予測する予測処理手段と、予測処理手段により予測された安定温度と、面部材の屋外側温度と、板状部材の裏面側温度と、板状部材の熱貫流率とに基づいて、面部材の熱貫流率を推定する推定手段とを備える。

予測処理手段は、算出手段と、比較手段と、判定手段とを含む。算出手段は、面部材の屋内面温度の変化過程における特定時点を近似曲線のｘ＝０とし、特定時点における実測値をｙ_０とした場合に、
ｙ＝−（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ、または、
ｙ＝（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ
として表される方程式の未知数ａを１未満の任意の値に仮定し、未知数ａの仮定値と、特定時点よりも後の第１時点における実測値とに基づいて、収束値としての未知数ｂの暫定値を算出する。比較手段は、第１時点よりも後の第２時点における実測値と、算出手段により算出された暫定値に基づく第２時点における予測値とを比較する。判定手段は、比較手段による比較の結果、実測値と同じと判断された予測値の算出に用いた暫定値を、収束値として判定する。

好ましくは、算出手段は、第２時点における実測値と予測値とが同じと判定されるまで、未知数ａの仮定値の変更および暫定値の算出を繰り返す。

予測処理手段は、判定手段により判定された収束値が異常値か否かを判定する異常判定手段と、異常判定手段により異常値と判定された場合に、第１時点および第２時点の少なくとも一方を変更することによって、収束値を再計算する再計算手段とをさらに含むことが望ましい。

好ましくは、熱貫流率推定システムは、板状部材の裏面側に設けられ、板状部材の裏面側温度を検知する第２の温度センサと、板状部材の裏面側温度が設定温度となるように、ヒータの一定温度制御を行う加熱制御手段とをさらに備える。上記した特定時点は、板状部材の裏面側温度が一定温度に安定した時点に相当することが望ましい。

熱貫流率推定システムは、面部材に直接的に熱を伝えるために、板状部材の表面側に設けられたサブヒータをさらに備えてもよい。この場合、加熱制御手段は、面部材の屋内面温度が急上昇するように、加熱開始からの特定期間のみサブヒータを運転することが望ましい。

この発明の他の局面に従う熱貫流率推定装置は、建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する面部材の断熱性能を表わす指標として、面部材の熱貫流率を推定するための推定装置であって、記憶手段と、予測処理手段と、推定手段とを備える。記憶手段は、面部材の屋外側温度と、面部材の屋内面に当接または近接するように配置される板状部材の裏面側温度と、板状部材の熱貫流率とを記憶する。予測処理手段は、面部材の屋内面温度の変化過程において、板状部材の裏面側温度が一定の状態のときに得られる面部材の屋内面温度の実測値に基づいて、近似曲線の収束値を算出することによって、面部材の屋内面の安定温度を予測する。推定手段は、予測処理手段により予測された安定温度と、記憶手段に記憶された面部材の屋外側温度と、板状部材の裏面側温度と、板状部材の熱貫流率とに基づいて、面部材の熱貫流率を推定する。上記した熱貫流率推定システムと同様に、予測処理手段は、算出手段と、比較手段と、判定手段とを含む。

この発明のさらに他の局面に従う熱貫流率推定プログラムは、建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する面部材の断熱性能を表わす指標として、面部材の熱貫流率を推定するプログラムであって、面部材の屋内面が加熱された状態における、面部材の屋内面温度を取得するステップと、面部材の屋内面温度の変化過程における特定時点を近似曲線のｘ＝０とし、特定時点における実測値をｙ０とした場合に、
ｙ＝−（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ、または、
ｙ＝（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ
として表される方程式の未知数ａを１未満の任意の値に仮定するステップと、未知数ａの仮定値と、特定時点よりも後の第１時点における実測値とに基づいて、近似曲線の収束値としての未知数ｂの暫定値を算出するステップと、第１時点よりも後の第２時点における実測値と、算出された暫定値に基づく第２時点における予測値とを比較するステップと、比較の結果、実測値と同じと判断された予測値の算出に用いた暫定値を、収束値として判定し、収束値を面部材の屋内面の安定温度として予測するステップと、予測された安定温度に基づいて、面部材の熱貫流率を推定するステップとをコンピュータに実行させる。

本発明によれば、簡単かつ短時間で、面部材の熱貫流率を推定することができる。

本発明の実施の形態に係る熱貫流率推定システムの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る熱貫流率試験装置本体の分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る熱貫流率推定システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態において、面部材の熱貫流率の推定原理を概念的に示す図である。 本発明の実施の形態において、板状部材の表面側温度および裏面側温度の時間遷移の典型例を示すグラフである。 本発明の実施の形態において、板状部材の表面側の安定温度の予測処理について説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態において、第１時点で作成され得る予測式の例を示すグラフである。 本発明の実施の形態において、第２時点で得られる実測値が予測値よりも小さい場合の予測式のグラフである。 本発明の実施の形態において、第２時点で得られる実測値が予測値よりも多き場合の予測式のグラフである。 本発明の実施の形態において、第２時点で得られる実測値と予測値とが同じ場合の予測式のグラフである。 本発明の実施の形態における熱貫流率測定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における安定温度予測処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における安定温度予測処理を示すフローチャートである。 図１３のステップＳ４８の処理を説明するための図である。 図１３のステップＳ５６の再計算処理の一例を示すフローチャートである。 図１５の再計算処理を説明するための図である。 図１３のステップＳ５６の再計算処理の他の例を示すフローチャートである。 図１７の再計算処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る熱貫流率試験装置本体の分解斜視図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る熱貫流率推定システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の変形例において、熱貫流率試験装置本体と面部材との配置関係を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る熱貫流率試験装置本体において、温度センサの配置例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る熱貫流率推定システムが単体の装置として構成された場合における、装置の構造例を模式的に示す図である。 比較例として、熱容量の比較的大きい面部材を対象とし、ヒータを一定出力とした場合における、熱貫流率の測定に要する時間の具体例を示すグラフであり、（Ａ）のグラフには、各位置の温度の時間遷移の典型例が示され、（Ｂ）のグラフには、面部材の熱貫流率（推定Ｕ値）と真値との関係が示されている。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

本実施の形態では、建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する面部材の断熱性能を表わす指標として、面部材の熱貫流率を推定する熱貫流率推定システムについて説明する。断熱性能の評価対象の面部材は、外壁、１階の床、および最上階の天井などを含み、屋外空間は、床下空間および小屋裏空間を含む。なお、面部材は、単層の部材に限定されず、複数層で構成された部材であってもよい。

（概略構成について）
はじめに、本実施の形態に係る熱貫流率推定システムの概略構成について説明する。図１を参照して、熱貫流率推定システム１は、評価対象の面部材（以下「対象物」ともいう）８０に取付けられる熱貫流率試験装置（以下「試験装置」と略す）１０と、試験装置１０と電気的に接続され、熱貫流率を推定するための処理を行う推定装置１３とを備えている。

試験装置１０は、評価対象の面部材（以下「対象物」という）８０の屋内面（屋内側の面）に接触状態で配置される装置本体１１と、対象物８０の屋外面（屋外側の面）側に配置され、対象物８０の屋外側温度を検知する外付けの温度センサ１２とを有している。図２に示されるように、装置本体１１は、基準板２１と、ヒータ２２と、断熱部材２３と、２つの温度センサ２４，２５とを含む。なお、図２では、ヒータ２２および温度センサ２４，２５の配線の図示は省略されている。

基準板２１は、装置本体１１の一方面（表面）を形成する板状部材であり、対象物８０の屋内面に当接状態で配置（密着）される。つまり、基準板２１は、対象物８０の屋内面に当接する表面２１ａと、その反対側に位置する裏面２１ｂとを有している。基準板２１の熱貫流率Ｕ_１は既知である。

基準板２１は、たとえば、押出法ポリスチレンフォームなど樹脂系の断熱材により形成されている。なお、基準板２１は、対象物８０に熱を伝えることができ、かつ、熱抵抗が高すぎない材質であればよい。また、断熱性能が経年変化しないことが望ましい。あるいは、経年変化した場合に交換可能なものであることが望ましい。また、基準板２１の表面２１ａは、円滑であり、対象物８０の屋内面との密着度が確保できるものであることが望ましい。また、その形状は、たとえば矩形形状である。

ヒータ２２は、基準板２１の裏面側に設けられる発熱部材である。ヒータ２２がＯＮ状態（発熱状態）とされた場合に、基準板２１を介して対象物８０に熱が伝えられる。ヒータ２２は、面状の発熱体により構成され、基準板２１と略同じ面積であることが望ましい。ヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦは、推定装置１３によって制御される。

断熱部材２３は、ヒータ２２の屋内側に設けられ、基準板２１とヒータ２２と断熱部材２３とが、層状に形成されている。断熱部材２３の厚みは、基準板２１の厚みよりも大きい。断熱部材２３の熱抵抗は、基準板２１の熱抵抗よりも十分に高く、ヒータ２２の熱が屋内空間側へ逆流するのを防止する。その結果、ヒータ２２の熱の大部分を対象物８０側に伝えられることができる。なお、ヒータ２２の熱を基準板２１に均等に伝えるために、ヒータ２２と基準板２１との間には、均熱板（図示せず）が設けられていてもよい。

温度センサ２４は、基準板２１の裏面２１ｂに設けられ、基準板２１の裏面２１ｂ側の温度を検知する。温度センサ２５は、基準板２１の表面２１ａに設けられ、基準板２１の表面２１ａ側の温度を検知する。ここで、基準板２１の表面２１ａは、対象物８０の屋内面に当接状態で配置されるため、温度センサ２５により検知される温度は、対象物８０の屋内面の温度と等しい。

温度センサ１２は、対象物８０の屋外面であって、装置本体１１の温度センサ２４，２５と同じライン上に配置されることが望ましい。つまり、対象物８０が外壁の場合は、温度センサ１２の位置と、温度センサ２４，２５の位置とが略同じ高さであることが望ましい。なお、ヒータ２２の加熱による対象物８０の屋外面の温度の上昇率は僅かであるため、温度センサ１２は、対象物８０の屋外面そのものの温度に限らず、対象物８０の屋外側の温度を検知すればよい。つまり、対象物８０の屋外面の温度は、外気温で代替してもよいし、外気温に空気の熱伝達率を掛けて対象物８０の屋外面の温度を推定してもよい。たとえば対象物８０が１階床の場合、対象物８０の屋外面の温度は、床下温度に代替することができる。このような場合、温度センサ１２の設置位置は、特に限定されない。

温度センサ２４，２５、および、温度センサ１２による検知信号は、推定装置１３に入力され、推定装置１３において、対象物８０の熱貫流率が推定される。

図３に示されるように、推定装置１３は、各種演算処理および各部の制御を行う制御部３１と、各種データおよびプログラムを記憶する記憶部３２と、ユーザからの指示を受け付ける操作部３３と、各種情報を表示する表示部３４と、ネットワーク通信を行うための通信部３５と、電源部３６と、計時動作を行う計時部（図示せず）とを含む。推定装置１３は、また、制御部３１からの指示に基づき、ヒータ２２の出力を制御する加熱制御部３７と、温度センサ２４，２５，１２からの信号を入力して、制御部３１に出力する入力部（図示せず）とを含む。制御部３１は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置により実現される。記憶部３２は、たとえば不揮発性の記憶装置により実現される。あるいは、制御部３１と記憶部３２とは、１つのハードウェア（記憶・演算部）として構成されてもよい。

図１に示したように、試験装置１０と推定装置１３とが分離されている場合、推定装置１３は、ヒータ２２および温度センサ２４，２５，１２それぞれの配線の端子が接続されるコネクタ（図示せず）を含んでいればよい。

なお、試験装置１０の装置本体１１と推定装置１３とは、図２３に示されるように、１つの筐体１００内に設けられることが望ましい。つまり、熱貫流率推定システム１は、単体の装置（熱貫流率推定装置）１Ａによって構成されることが望ましい。この場合、推定装置１３の操作部３３および表示部３４は、筐体１００上に設けられればよく、その場合、操作部３３および表示部３４は、タッチパネルとして一体的に構成されていてもよい。また、装置本体１１と推定装置１３との間には、仕切り板１０１が設けられていてもよい。

また、上述のように、対象物８０の屋外面の温度が、外気温や床下温度で代替される場合には、温度センサ１２自体を設けず、推定装置１３の操作部３３または通信部３５を介して、対象物８０の屋外側温度が入力されてもよい。つまり、試験装置１０は、装置本体１１のみで構成されてもよい。

（機能構成について）
次に、熱貫流率推定システム１の機能構成について説明する。

図３に示されるように、推定装置１３は、その機能構成として、上記した加熱制御部３７に加え、計測処理部４１、予測処理部４２、推定部４３、および結果処理部４４を含んでいる。計測処理部４１、予測処理部４２、推定部４３、および結果処理部４４の機能は、試験装置１０が対象物８０に取り付けられた状態において、制御部３１により実現される。記憶部３２には、基準板２１の熱貫流率Ｕ_１が予め記憶されている。

計測処理部４１は、温度センサ２４，２５，１２からの検知信号に基づいて、ヒータ２２により対象物８０に熱が伝えられた状態における、各位置の温度を計測する。すなわち、図４を参照して、基準板２１の裏面側温度Ｔｈ、基準板２１の表面側温度（対象物８０の屋内面温度）Ｔｓ、および、対象物８０の屋外側温度Ｔｇを計測する。計測された各点の温度（℃）は、制御部３１の内部メモリなどの記憶手段に一時記憶される。

また、計測処理部４１は、加熱制御部３７を介してヒータ２２の運転を行い、対象物８０を屋内空間側から加熱する。つまり、加熱制御部３７は、計測処理部４１からの指示に応じて、ヒータ２２の出力を制御する。加熱制御部３７によるヒータ２２の出力制御については後述する。

推定部４３は、対象物８０の加熱後の３点の温度勾配から、対象物８０の熱貫流率を推定する。対象物８０の熱貫流率は、各位置の温度Ｔｈ、Ｔｓ、Ｔｇと、記憶部３２に記憶された基準板２１の熱貫流率Ｕ_１とに基づいて推定される。推定部４３による対象物８０の熱貫流率の推定原理は、以下の通りである。

基準板２１の熱貫流率は既知であるため、その値Ｕ_１と、基準板２１の表裏温度（表面側温度および裏面側温度）Ｔｈ、Ｔｓとから、基準板２１を通過する熱流Ｗ_１（単位：Ｗ／ｍ^２）を推定することができる。すなわち、次式（１）により、基準板２１を通過する熱流Ｗ_１を推定することができる。

Ｗ_１＝Ｕ_１×（Ｔｈ−Ｔｓ） ・・・（１）
一方、対象物８０を通過する熱流Ｗ_０は、未知の熱貫流率Ｕ_０と、対象物８０の表裏温度（Ｔｓ、Ｔｇ）とから、次式（２）が成り立つ。

Ｗ_０＝Ｕ_０×（Ｔｓ−Ｔｇ） ・・・（２）
ここで、対象物８０を通る熱流Ｗ_０と、基準板２１を通る熱流Ｗ_１とは、一元で考えると同じであるため、次式（３）が成り立つ。

Ｕ_１×（Ｔｈ−Ｔｓ）＝Ｕ_０×（Ｔｓ−Ｔｇ） ・・・（３）
よって、求めたい対象物８０の熱貫流率Ｕ_０は、次式（４）により求められる。

Ｕ_０＝Ｕ_１×（Ｔｈ−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔｇ） ・・・（４）
すなわち、推定部４３は、基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｓの温度差と、基準板２１の熱貫流率Ｕ_１とを乗算することにより得られる基準板２１の熱流の推定値（Ｗ_０）を、対象物８０の表裏温度Ｔｓ，Ｔｇ（基準板２１の表面側温度Ｔｓおよび対象物８０の屋外側温度Ｔｇ）との温度差で除算することにより、対象物８０の熱貫流率Ｕ_０を導出することができる。

上記推定原理に基づいて、本実施の形態では、式（４）で表される算出式に、基準板２１の熱貫流率と計測された３点の温度とを代入することで、対象物８０の熱貫流率Ｕ_０を推定（算出）する。

ここで、推定部４３により対象物８０の熱貫流率Ｕ_０を精度良く推定するためには、本来、基準板２１の表裏温度（Ｔｈ，Ｔｓ）および対象物８０の屋外側温度（Ｔｇ）がそれぞれ略一定となり安定するまで待つ必要がある。なお、上述のように、対象物８０の屋外側温度（Ｔｇ）は、対象物８０の加熱状態に関わらず一定とみなせるため、実際には、基準板２１の表裏温度（Ｔｈ，Ｔｓ）が安定するまで待つ必要がある。基準板２１の表裏温度が安定するまでの時間は、対象物８０の熱容量の大きさによって異なる。一般的に、床材の熱容量は、外壁の熱容量よりも大きい。床材は、典型的には、屋内空間に面する合板（たとえばフローリング、木床など）と、その裏側に設けられた断熱材（たとえばポリスチレンフォーム）とで構成されている。

対象物８０が床材のような熱容量の大きい面部材である場合に、仮に、ヒータ２２の出力を一定出力として対象物８０を加熱した場合、図２４（Ａ）に示すように、基準板２１の裏面側温度Ｔｈと、基準板２１の表面側温度（対象物８０の屋内面温度）Ｔｓとの双方が安定するまでに、９時間近く掛かることがある。この場合、当然ながら、図２４（Ｂ）に示すように、対象物８０の熱貫流率Ｕ_０が真値Ｕｔと近い値となるまでに、９時間近く掛かる。これは、熱容量の大きい対象物８０の場合、ヒータ２２からの熱が対象物８０に蓄熱されながら、２点の温度Ｔｈ，Ｔｓが上昇するためであると考えられる。図２４において、基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｓの双方が安定し、推定Ｕ値が真値と略一致したときの時間が、「ｔｚ」で示されている。また、１階床の屋外面温度がＴｇ_１で示され、床下温度がＴｇ_２で示されている。

入居中の実物件での断熱性能診断を可能にするためには、理想的には２時間以下の短時間で、対象物８０の断熱性能を評価（診断）する必要がある。図２４に示すようなケースにおいて、加熱開始から理想の測定終了時間（二点鎖線で示されている）となったタイミングで熱貫流率の算出を試みた場合、その時点では基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｓは未だ上昇を続けており、それぞれの安定温度ＴＳｈ,ＴＳｓに達していない。したがって、その時点で得られた基準板２１の表裏温度Ｔｈ，Ｔｓを上記算出式（４）に当て嵌めたとしても、推定Ｕ値と真値（Ｕｔ）との誤差は非常に大きい。

そこで、本実施の形態では、基準板２１の裏面側温度Ｔｈを一定に制御し、変数を基準板２１の表面側温度Ｔｓのみとすることにより、加熱開始から短時間で、表面側温度Ｔｓの安定温度を予測することとした。ヒータ２２の一定温度制御は加熱制御部３７により行われ、基準板２１の表面側安定温度の予測は予測処理部４２により行われる。なお、以下の説明においては、理解を容易にするために、基準板２１の裏面側温度Ｔｈを「ヒータ温度Ｔｈ」、基準板２１の表面側温度Ｔｓを「対象面温度Ｔｓ」という。

加熱制御部３７は、図５のグラフに示されるように、運転開始直後からヒータ２２の温度を急速に上げて、計測処理部４１により計測されたヒータ温度Ｔｈが設定温度ＴＳｈとなるように制御する。このような一定温度制御は、たとえばヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより実現される。なお、温度センサ２４からの検知信号は、計測処理部４１を経由することなく加熱制御部３７に入力されてもよい。

予測処理部４２は、加熱制御部３７による一定温度制御が行われている際に、時系列に得られる対象面温度（実測値）Ｔｓに基づいて、対象面（すなわち対象物８０の屋内面）の安定温度ＴＳｓを予測する。なお、測定開始後、安定温度ＴＳｓが予測可能となるのは、ヒータ温度Ｔｈが略一定となり、対象面温度Ｔｓの上昇勾配が安定した時点（図５の時間ｔａ）以降である。対象面の安定温度の予測方法については、図６のグラフを参照して説明する。

図６に示す時間ｔｂが、理想の測定終了時間（典型的には、測定開始後６０分〜１２０分の間）であると仮定する。時間ｔｂの段階では、対象面温度Ｔｓは安定しておらず、上昇を続けている。通常、対象面温度Ｔｓの上昇は、理想終了時間ｔｂから長時間経過してやっと収束する。予測処理部４２は、時間ｔｂ以前の温度変化から関数近似を行って収束値ｂを導出することで、対象面の安定温度ＴＳｓを予測する。つまり、予測処理部４２は、対象面温度の変化過程において、ヒータ温度が一定の状態のときに得られる実測値（Ｔｓ）に基づいて、近似曲線の収束値ｂを算出することによって、対象面の安定温度ＴＳｓを予測する。

近似曲線は、次式（５）により表わされる。

ｙ＝−Ｃａ^ｘ＋ｂ （ただし、０＜ａ＜１） ・・・（５）
ここで、図６のグラフに示されるように、測定開始時ではなく、特定時点を近似曲線のｘ＝０とし、特定時点における実測値をｙ_０とする。その場合、式（５）の近似式に、ｘ＝０、ｙ＝ｙ_０を代入すると、
ｙ_０＝−Ｃａ^０＋ｂ＝−Ｃ＋ｂ
となるため、
Ｃ＝ｂ−ｙ_０
が成り立つ。よって、式（５）の近似式を、次式（６）の方程式に置き換える。

ｙ＝−（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ ・・・（６）
この方程式（６）を用いる場合、未知数ｂは、最終的に求めたい収束値であるが、未知数ａが定まれば計算できる。したがって、予測処理部４２は、特定時点よりも後の第１時点（ｘ_１）および第２時点（ｘ_２）の実測値（ｙ_１,ｙ_２）から、方程式（６）の未知数ａを導出する。なお、本実施の形態において、特定時点は、典型的には、ヒータ温度Ｔｈが安定した時点（時間ｔａ）である。したがって、特定時点を以下「ヒータ安定時点」という。第１時点は、ヒータ安定時点よりもΔｔ１分後の時点であり、第２時点は、ヒータ安定時点よりもΔｔ２分（Δｔ２＞Δｔ１）後の時点である。なお、特定時点は、時間ｔａよりも後であってもよい。

具体的には、まず、未知数ａを１未満の任意の数値として仮定する。そして、次式（７）により、第１時点の実測値から、収束値ｂの暫定値（以下、「暫定収束値ｂ^＊」と表わす）を求める。

ｂ^＊＝（ｙ_１−ｙ_０ａ^ｘ１）／（１−ａ^ｘ１） ・・・式（７）
暫定収束値ｂ^＊が求められると、それよりも後の時間における対象面温度Ｔｓの予測式を次式（８）のように設定することができる。

ｙ＝−（ｂ^＊−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ^＊ ・・・式（８）
予測式は、第１時点の実測値に基づき算出された暫定収束値ｂ^＊が用いられることから、本実施の形態では、第１時点、すなわちヒータ安定時点（ｘ＝0）からΔｔ１分経過した時点を「予測式作成タイミング」という。なお、図７には、第１時点が「予測式作成時刻」として示されている。

図７には、予測式作成タイミング（ｘ_１）において、未知数ａ＝０．５０と仮定したときの予測式のグラフ、未知数ａ＝０．９０と仮定したときの予測式のグラフ、未知数ａ＝０．９９と仮定したときの予測式のグラフが示されている。当然ながら、未知数ａの仮定値によって、暫定収束値ｂ^＊は様々な値をとる。たとえば、ｘ_１＝１０、未知数ａ＝０．９０と仮定した場合、暫定収束値ｂ^＊は、「ｂ^＊＝｛ｙ_１０−ｙ0（０．９）^１０｝／｛１−（０．９）^１０｝」として表せる。なお、「ｙ_１０」は、ｘ＝１０のときの対象面温度Ｔｓ（実測値）である。

次に、予測処理部４２は、ヒータ安定時点からΔｔ２時間（ｘ_２）経過した第２時点において、予測式（８）より算出される予測値「−（ｂ^＊−ｙ_０）ａ^ｘ2＋ｂ^＊」と、そのときの実測値ｙ_２とを比較する。これにより、未知数ａの仮定値が正しいかどうかを判定（確認）する。

予測値と実測値ｙ_２とが異なる場合には、未知数ａが正しくないと判定できる。この場合、予測処理部４２は、予測値と実測値ｙ_２とが同じになるまで未知数ａの仮定値を変更する。たとえば、図８に示されるように、予測値が実測値ｙ_２よりも小さい場合、仮定した未知数ａは本来の値よりも小さすぎることが分かる。逆に、図９に示されるように、予測値が実測値ｙ_２よりも大きい場合、未知数ａの仮定値は本来の値よりも大きすぎることが分かる。

これに対し、図１０に示すように、予測値と実測値ｙ_２とが一致していれば、未知数ａの仮定値は正しいとみなすことができる。したがって、予測処理部４２は、このときの予測値の算出に用いた暫定収束値ｂ^＊を、収束値ｂとして判定することで、安定表面温度ＴＳｓを予測することができる。

このように、第２時点の実測値に基づき未知数ａの仮定値および暫定収束値ｂ^＊が正しいかを確認することから、本実施の形態では、第２時点、すなわちヒータ安定時点（ｘ＝0）からΔｔ２分経過した時点を「確認タイミング」という。なお、図８〜図１０には、第２時点が「確認時刻」として示されている。

このような予測方法を用いることで、対象面温度Ｔｓが安定していない段階で、その収束値ｂ、すなわち安定温度ＴＳｓを予測することができる。したがって、短時間で、対象物８０の熱貫流率Ｕ_０を推定することができる。

なお、温度センサ２５の特性上、２点の実測値ｙ_１，ｙ_２の一方または双方には、±０．５℃以下の誤差が含まれる可能性がある。実測値ｙ_１，ｙ_２のいずれかに誤差があれば、収束値ｂの算出結果にも影響する。したがって、予測処理部４２は、確認タイミングにおいて収束値ｂとして予測した値（収束値ｂの候補値）が、異常値でないか否かを判定することが望ましい。このような異常判定処理については後述する。

また、本実施の形態のような安定温度の予測方法によれば、ヒータ安定時点と予測式作成タイミングとの時間差Δｔ１、および、予測式作成タイミングと確認タイミングとの時間差（Δｔ２−Δｔ１）は、等しくなくてもよい。そのため、予測式作成タイミングおよび確認タイミングを、理想終了時間内で自由に設定できる。

したがって、実測値ｙ_０とｙ_１との差、および、実測値ｙ_１とｙ_２との差が、それぞれ比較的大きくなる２点を、予測式作成タイミングおよび確認タイミングとして選択することができる。その結果、収束値の算出誤差を低減することができる。

また、確認タイミングを自由に設定できることから、確認タイミングを、測定開始時を基準とした理想終了時間ｔｂとして定めてもよい。この場合、理想終了時間ｔｂから安定時間ｔａを引いた時間が、ｘ_２の値（Δｔ２）となる。あるいは、確認タイミングを、ヒータ安定時点からの目標予測時間として定めてもよい。

なお、予測式作成タイミングおよび確認タイミングをそれぞれ特定するための情報は、予め記憶部３２に記憶されていてもよいし、測定開始時にユーザにより入力されてもよい。後者の場合、具体的な時刻（時分）が入力されてもよいし、安定時間ｔａからの経過時間（Δｔ１，Δｔ２）が入力されてもよい。あるいは、測定開始時からの経過時間（ｔａ＋Δｔ１，ｔａ＋Δｔ２）が入力されてもよい。

再び図３を参照して、推定装置１３の結果処理部４４は、推定部４３による推定結果（対象物８０の熱貫流率Ｕ_０）を記憶部３２に記憶する処理を行う。この際、対象物８０を識別するための識別情報と、熱貫流率の推定データとを関連付けて、記憶部３２に記憶させることが望ましい。また、結果処理部４４は、推定結果をユーザに報知するために、推定結果を表示部３４に表示する処理を行う。なお、記憶部３２は、基準板２１の熱貫流率Ｕ_１の記憶用のメモリと、推定結果の記憶用のメモリとを、個別に含んでいてもよい。

なお、本実施の形態では、上記した計測処理部４１、予測処理部４２、推定部４３、および結果処理部４４の機能は、制御部３１がソフトウェアを実行することで実現されるものとしたが、これらのうちの少なくとも１つについては、ハードウェアにより実現されてもよい。

（動作について）
次に、熱貫流率推定システム１の動作について説明する。当該システム１の動作は、制御部３１が、記憶部３２に記憶されたプログラムを読み出して熱貫流率測定処理を実行することで実現される。

図１１は、本実施の形態における熱貫流率測定処理を示すフローチャートである。なお、図１１に示す処理は、装置本体１１が対象物８０の屋内面に接触した状態で、操作部３３を介してユーザから測定開始の指示が入力された場合に開始されるものとする。

図１１を参照して、はじめに、計測処理部４１は、加熱制御部３７を介してヒータ２２の加熱処理を開始するとともに（ステップＳ２）、加熱処理に並行して、上記した各位置の温度計測を開始する（ステップＳ４）。つまり、計測処理部４１は、ヒータ２２の加熱中、温度センサ２４，２５，１２からの検知信号に基づいて、ヒータ温度Ｔｈ、対象面温度Ｔｓ、および、対象物８０の屋外側温度Ｔｇを計測する。推定装置１３に入力された各温度センサからの検知信号は、デジタル信号に変換されて制御部３１に出力される。なお、上述のように、対象物８０の屋外側温度Ｔｇは、対象物８０の加熱状態に関わらず一定とみなせるため、当該温度の計測タイミングは問わない。

加熱制御部３７は、ヒータ温度Ｔｈが設定温度となるように、ヒータ２２の一定温度制御を行う。設定温度は、予め記憶部３２に記憶されていてもよい。

続いて、予測処理部４２は、安定温度予測処理を実行する（ステップＳ６）。安定温度予測処理については、図１２にサブルーチンを挙げて説明する。

図１２を参照して、予測処理部４２は、処理期間中、時系列に得られる各点の温度データをたとえば内部メモリに一時記憶する（ステップＳ２２）。変数ｉを測定開始からの経過時間とすると、時間ｉに計測されたヒータ温度Ｔｈｉおよび対象表面温度Ｔｓｉが順次保存される。

予測処理部４２は、まず、ヒータ温度が安定したか否かを判断する（ステップＳ２４）。具体的には、たとえば、時間ｉにおいて、前１０点のヒータ温度のデータの平均値と、前１００点のヒータ温度のデータの平均値とが略同じになった場合に、ヒータ温度が安定したと判断する。

ヒータ温度が安定したと判断した場合（ステップＳ２４にてＹＥＳ）、そのときの時間ｉを「ｘ_０」、対象表面温度Ｔｓｉを「ｙ_０」として保存する（ステップＳ２６にてＮＯ、ステップＳ２８）。なお、ヒータ温度の安定の有無は、ヒータ温度Ｔｈｉの変動だけを検出するのではなく、対象表面温度Ｔｓｉの勾配が安定したか否かも検出される。したがって、対象表面温度ｙ_０にはセンサ誤差がないとみなすことができる。

その後、予測処理部４２は、予測式作成タイミングとなったか否かを判断する（ステップＳ３０）。予測式作成タイミングか否かは、記憶部３２に記憶された情報または操作部３３を介して入力された情報に基づいて判断される。

経過時間ｉが予測式作成タイミングを示していれば（ステップＳ３０にてＹＥＳ）、現在の経過時間ｉから、保存したｘ_０時間を引いた時間Δｔ１を「ｘ_１」とし、そのときの対象表面温度Ｔｓｉを「ｙ_１」として保存する（ステップＳ３２）。

続いて、予測処理部４２は、未知数ａを任意の数値（０＜ａ＜１）に設定し（ステップＳ３４）、上記式（７）に基づき、未知数ａの仮定値および保存したｘ_１，ｙ_１に基づき、暫定収束値ｂ^＊を算出する（ステップＳ３５）。

暫定収束値ｂ^＊が求まると、予測処理部４２は、その後の対象面温度の予測式を、上記式（８）のように設定する（ステップＳ３６）。未知数ａの仮定値がたとえば０．９０の場合、予測方程式は、「ｙ＝−（ｂ^＊−ｙ_０）（０．９）^ｘ＋ｂ^＊」として表される。

予測式が作成されると、ステップＳ２２に戻る。ステップＳ２２では、時間ｉにおける各点温度データを追加保存し、（上記した各種の判断の後に、）確認タイミングとなったか否かが判断される（ステップＳ３８）。確認タイミングか否かについても、記憶部３２に記憶された情報または操作部３３を介して入力された情報に基づいて判断される。

確認タイミングであると判断された場合（ステップＳ３８にてＹＥＳ）、現在の経過時間ｉから、保存したｘ_０時間を引いた時間Δｔ２を「ｘ_２」とし、そのときの対象表面温度Ｔｓｉを「ｙ_２」として保存する（ステップＳ４０）。

次に、予測処理部４２は、実測値ｙ_２が、ステップＳ３６で作成した予測式の「ｘ」に、ｘ_２の値を代入して得られる予測値「−（ｂ^＊−ｙ_０）ａ^ｘ2＋ｂ^＊」と同じか否かを判断する（ステップＳ４２）。具体的には、実測値と予測値とが、小数点第３位以上一致していれば、これらは同じであると判断する。なお、実測値と予測値とが、小数点第２位以上一致していれば、これらは同じであると判断してもよい。

実測値と予測値とが異なっていれば（ステップＳ４２にてＮＯ）、予測式の未知数ａの仮定値を変更し、暫定収束値ｂ^＊を更新する（ステップＳ４４）。具体的には、実測値と予測値との大小関係に応じて、予測値が実測値に近付くように、未知数ａを変更する。つまり、実測値が予測値よりも小さい場合に、未知数ａの仮定値を元の仮定値よりも小さく変更し、実測値が予測値よりも大きい場合には、未知数ａの仮定値を元の仮定値よりも大きく変更する。未知数ａの値の変更は、たとえば、まず、０．１単位で行い、小数点第１位の数字が確定した後に、小数点第２位の数字を変更する。

実測値と予測値とが同じと判定されるまで、未知数ａの仮定値の変更および暫定収束値ｂ^＊の算出が繰り返される（ステップＳ４２，４４）。実測値と予測値とが同じと判定された場合（ステップＳ４２にてＹＥＳ）、予測処理部４２は、実測値と同じと判定された予測値の算出に用いた最新の暫定収束値ｂ^＊を収束値ｂ（候補）として判定する。これにより、収束値ｂが出力される（ステップＳ４６）。

次に、図１３を参照して、予測処理部４２は、収束値ｂ（候補）についての異常判定処理を実行する。具体的には、図１４のグラフに示されるように、予測処理部４２は、確認タイミングｘ_２よりも所定時間前の時点ｘ_２’における実測値ｙ_２’と、ｘ_２時点よりも所定時間後の時点ｘ_２’’における実測値ｙ_２’’とを取得する。そして、実測値ｙ_２’から収束値ｂ’を計算するとともに、実測値ｙ_２’’から収束値ｂ’’を計算する（ステップＳ４８）。これらの収束値ｂ’，ｂ’’の計算に用いられる未知数ａの値は、判定対象の収束値ｂの算出に用いられた値と同じである。

次に、予測処理部４２は、収束値の候補値ｂと、ここで計算した収束値ｂ’，ｂ’’との平均値Ｂaveを算出する（ステップＳ５０）。収束値の候補値ｂが平均値Ｂaveと略一致した場合（ステップＳ５２にてＹＥＳ）、収束値の候補値ｂは正しいと判断し、収束値ｂを予測値として決定する（ステップＳ５４）。なお、収束値の候補値ｂと平均値Ｂaveとが、たとえば小数点第２位以上一致していれば、これらは略一致していると判断する。

収束値の候補値ｂが平均値Ｂaveと一致しない場合（ステップＳ５２にてＮＯ）、収束値の候補値ｂは異常であると判断し、収束値ｂの再計算を実行する（ステップＳ５６）。収束値ｂの再計算が行われると、上記ステップＳ４６に戻り、上記処理を繰り返す。なお、本実施の形態では、確認タイミング付近の３点の実測値ｙ_２，ｙ_２’，ｙ_２’’に基づいて、収束値ｂの異常の有無を判定したが、限定的ではなく、４点以上の実測値’に基づいて収束値ｂの異常の有無を判断してもよい。

収束値ｂの再計算処理の一例について、図１５のフローチャートを参照して説明する。予測処理部４２は、予測式作成タイミングを前または後にずらして「ｘ_１」の値を変更し、そのときの実測値を「ｙ_１」に変更する（ステップＳ６０）。これにより、式（７）に基づき暫定収束値ｂ^＊を再計算し、予測式（８）を再作成する（ステップＳ６２）。具体的には、図１２のステップＳ３４〜Ｓ３６と同様の処理が行われる。なお、暫定収束値ｂ^＊の計算に用いられる未知数ａの仮定値は、直前の異常判定対象の収束値ｂ（候補）の算出に用いられた数値と同じであってもよい。

変更前の予測式作成タイミングを「ｘ_ｐ１」、そのときの実測値を「ｙ_ｐ１」と表わした場合において、実測値ｙ_ｐ１に誤差があった場合に再作成された予測式（８）のグラフの一例が図１６に示されている。

その後、確認タイミング（ｘ_２）おける実測値ｙ_２が、再作成した予測式から得られる予測値と同じとなる未知数ａを判定し、暫定収束値ｂ^＊を更新する（ステップＳ６４）。これにより、再作成した予測式に応じた暫定収束値ｂ^＊が、新たな収束値ｂ（候補）として再度出力される（図１２のステップＳ４６）。

このような再計算処理は、特に、最初の予測式作成タイミングにおける実測値ｙ_１に誤差があった場合に有効である。

なお、二度目の異常判定処理（図１３のステップＳ４８，Ｓ５０，Ｓ５２）においても、収束値ｂの候補が異常と判断された場合には、確認タイミングにおける実測値ｙ_２に誤差があったと仮定して、再計算処理を実行してもよい。

この場合の再計算処理の例が、図１７のフローチャートに示される。図１７を参照して、予測処理部４２は、確認タイミングを前または後にずらして「ｘ_２」の値を変更し、そのときの実測値を「ｙ_２」に変更する（ステップＳ７０）。次に、変更後の実測値ｙ_２が、変更後の「ｘ_２」を代入して得られる予測値と同じになる未知数ａを判定し、暫定収束値ｂ^＊を更新する（ステップＳ７２）。具体的には、図１２のステップＳ４２，Ｓ４４と同様の処理が行われる。更新後の暫定収束値ｂ^＊が、新たな収束値ｂ（候補）として再度出力される（図１２のステップＳ４６）。

変更前の確認タイミングを「ｘ_ｐ２」、そのときの実測値を「ｙ_ｐ２」と表わした場合において、実測値ｙ_ｐ２に誤差があった場合に、未知数ａおよび暫定収束値ｂ^＊が更新された予測式のグラフの一例が図１８に示されている。

なお、予測式作成タイミングおよび確認タイミングにおける実測値は、それぞれ、移動平均処理が行われることによって、計測値の極端なばらつきが抑えられていることが望ましい。また、測定開始時においても、一定時間（たとえば５分程度）継続して実測値の移動平均処理を行うことにより、滑らかな曲線を得ておくことが望ましい。

再び図１１を参照して、安定温度予測処理が終わると、推定部４３は、記憶部３２から基準板２１の熱貫流率Ｕ_１を示す数値データを読み出して（ステップＳ８）、対象物８０の熱貫流率Ｕ_０を推定する（ステップＳ１０）。具体的には、記憶部３２から上記式（４）で示される算出式も読み出し、読み出した算出式に、ヒータ２２の設定温度（Ｔｈ）と、上記予測処理で求められた収束値（Ｔｓ）と、対象物８０の屋外側温度（Ｔｇ）と、ステップＳ８で読み出した数値（Ｕ_１）とを代入することにより、対象物８０の熱貫流率の推定値（Ｕ_０）を算出する。なお、式（４）の文字Ｕ_１に予め基準板２１の熱貫流率が代入された算出式を、記憶部３２に予め記憶させておいてもよい。ステップＳ８の処理（Ｕ_１値の読み出し）は、本測定処理の開始時に行われてもよい。

対象物８０の熱貫流率（Ｕ_０）が推定されると、結果処理部４４は、推定結果（Ｕ_０）を表示部３４に表示するとともに、記憶部３２に記録する（ステップＳ１２）。このように、対象物８０の熱貫流率を記録することで、対象物８０の面積を入力すれば、対象物８０から逃げる熱量を求めることもできる。また、建物において、断熱性能の評価対象となる全ての面部材について、熱貫流率推定処理が終わると、記憶部３２に記憶された面部材ごとの熱貫流率と、それらの面積とを参照して、建物全体の外皮平均熱貫流率や熱損失係数を推定することもできる。

上述のように、本実施の形態によれば、試験装置１０によって室内空間側から対象物８０に強制的に熱を与えるため、実際の内外温度差が小さい時期であっても、対象物８０の熱貫流率の推定を行うことができる。また、試験装置１０の基準板２１の面積は対象物８０の面積よりも十分に小さく、対象物８０の一部分のみを加熱するだけでよいため、従来よりも、短時間で断熱性能を評価することができる。

また、熱貫流率を推定するために用いる機材としては、試験装置１０を対象物８０に設置するだけでよいため、システム構成を簡易にすることができる。

また、熱流計により熱流を計測する場合、真値との誤差が生じやすいが、本実施の形態では、対象物８０に熱が伝えられた状態において各位置の温度を計測するだけでよいため、誤差を少なくすることができる。

さらに、本実施の形態では、ヒータ２２の加熱開始後、早期の段階で、基準板２１の表面側の安定温度（収束値）を予測可能である。そのため、熱容量の大きい対象物８０を評価対象とする場合でも、測定時間を短時間（理想的には、１時間以下）に抑えることができる。したがって、本実施の形態のシステム１は、入居中の実物件にも適用することが可能である。

また、本実施の形態のような対象面の安定温度の予測方法によれば、収束値の候補が異常値か否かの判定ができるため、精度良く対象面の安定温度を予測することができる。また、予測式作成タイミングおよび確認タイミングの一方を変更するだけで、収束値を再計算できるため、処理負荷を抑えることができる。なお、予測式作成タイミングおよび確認タイミングの双方を変更してもよい。

なお、収束値の異常判定処理において、所定回数、収束値が異常と判断された場合には、判定対象となった収束値の最大値と最小値とから、幅をもった予測値を得てもよい。この場合、推定部４３は、予測処理部４２から得られた最大予測値と最小予測値とに基づいて、対象物８０の推定Ｕ値の最大値および最小値を計算してもよい。つまり、結果処理部４４において、熱貫流率の推定範囲が出力されてもよい。

あるいは、収束値の異常判定処理は必須ではない。その場合、確認タイミング付近の実測値から算出される収束値の統計値を、対象面の安定温度として判定してもよい。具体的には、図１３のステップＳ５０で算出したＢａｖｅ（収束値の候補と、確認タイミング前後の実測値から算出される収束値との平均）を、対象面の安定温度として判定してもよい。

また、本実施の形態では、ヒータ２２を一定温度制御して対象物８０を加熱し、上昇過程の表面側温度に対し、上記予測処理を行った。しかし、表面側温度を、一旦急上昇させ、その後の下降過程における表面側温度に対し、予測処理を行うことも可能である。その場合、上記式（５）で示された近似式に代えて、次式（９）で示される近似式を用いればよい。

ｙ＝Ｃａ^ｘ＋ｂ （ただし、０＜ａ＜１） ・・・式（９）
この場合、上昇過程の場合に用いた近似式（６）は、次式（１０）の方程式に置き換えられる。ただし、この方程式（１０）は、近似式（６）の未知数ａの範囲を、「−１＜ａ＜０」とすることと同義である。

ｙ＝（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ ・・・（１０）
なお、基準板２１の表面側温度を急上昇させるためのシステム構成は、次の変形例に示すような構成であってもよい。

（変形例）
図１９および図２０を参照して、本実施の形態の変形例における熱貫流率推定システム１は、上記実施の形態で示した装置本体１１に代えて、装置本体１１Ａを含んでいる。

図１９に示されるように、装置本体１１Ａは、上記した基準板２１、ヒータ（以下「メインヒータ」という）２２、断熱部材２３、および温度センサ２４，２５に加え、基準板２１の表面２１ａに重ねられたサブヒータ２６を有している。つまり、本変形例では、対象物８０に熱を伝える発熱部材として、メインヒータ２２に加え、サブヒータ２６がさらに設けられる。

サブヒータ２６は、メインヒータ２２と同様に、面状の発熱体により構成されている。この場合、基準板２１の表面側温度、すなわち対象物８０の屋内面温度を検知する温度センサ２５は、サブヒータ２６の表面に設けられる。なお、サブヒータ２６の面積は、メインヒータ２２の面積よりも小さくてもよい。

図２０に示されるように、サブヒータ２６は、推定装置１３の加熱制御部３７Ａによって制御される。加熱制御部３７Ａは、加熱開始からの特定期間のみ、サブヒータ２６を運転する。つまり、特定期間は、メインヒータ２２およびサブヒータ２６の双方を運転し、特定期間の後は、メインヒータ２２のみを運転する。これにより、加熱初期の特定期間における対象物８０の加熱強度が、その後の対象物８０の加熱強度よりも大きくなるように、発熱部材の出力が制御される。

なお、「特定期間」は、発熱部材の運転開始（加熱開始）から特定時までの期間を表わす。また、「特定時」は、たとえば、測定開始前に設定された設定時間であり、典型的には、記憶部３２に予め記憶された時間（所定時間）である。設定時間は、たとえば３０分以下である。なお、設定時間は、予め記憶部３２に記憶された時間でなくてもよく、たとえば、測定開始時にユーザが入力した時間であってもよい。あるいは、「特定時」は、対象面温度Ｔｓが閾値に達した時であってもよい。

加熱制御部３７Ａの動作は、計測処理部４１Ａによって制御される。なお、加熱制御部３７Ａは、メインヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦを制御するメイン加熱制御部と、サブヒータ２６のＯＮ／ＯＦＦを制御するサブ加熱制御部とを個別に含んでいてもよい。

図２１に示されるように、装置本体１１Ａの表面にサブヒータ２６が配置されるため、基準板２１の表面２１ａは、対象物８０の屋内面に当接せず近接した状態で配置される。この場合、サブヒータ２６によって対象物８０を直接加熱することができるため、メインヒータ２２は一定温度制御したままでも、対象面温度を急上昇させることができる。サブヒータ２６の出力は、一定出力であってよい。

なお、図２２に示されるように、サブヒータ２６の表面にも、均熱板７０を設けてもよい。均熱板７０は硬い材質であるため、均熱板７０の表面全体を対象物８０の屋内面に密着させるためには、温度センサ２５をサブヒータ２６の裏面側に設けてもよい。その場合、基準板２１の表面とサブヒータ２６との間に均熱板７０をさらに設けて、温度センサ２５を基準板２１の表面と均熱板７０との間に配置してもよい。温度センサ２５は、柔らかい材質の基準板２１の表面に埋め込まれる。なお、メインヒータ２２側の温度センサ２４を基準板２１の裏面と均熱板７０との間に配置する場合も同様に、温度センサ２４は、基準板２１の裏面に埋め込まれる。

なお、本実施の形態およびその変形例では、加熱制御部３７（３７Ａ）は、メインヒータ２２の一定温度制御を行うこととしたが、メインヒータ２２の出力を一定出力としてもよい。このような加熱制御が行われたとしても、対象面温度Ｔｓよりもヒータ温度Ｔｈの方が先に安定する場合、ヒータ温度Ｔｈが安定したと判断された段階で、対象面温度Ｔｓの安定値を予測可能である。したがって、双方の温度が安定するのを待つよりも、測定時間を短縮することができる。このように、対象面の安定温度ＴＳｓは、ヒータ温度Ｔｈが安定した状態であれば、発熱部材の加熱制御方法に関わらず予測可能である。

以上説明したように、本発明の実施の形態および変形例によれば、簡単かつ短時間で、対象物８０の熱貫流率を精度良く推定することができる。したがって、既存の建物全体の断熱性能も容易に評価できるため、本システム１を利用することで、リフォーム事業を活性化することもできる。

なお、上記熱貫流率推定方法をプログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭなどの光学媒体やメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な一時的でない（non-transitory）記録媒体にて記録させて提供することができる。この場合、推定装置１３は、記録媒体（図示せず）からプログラムやデータを読み出し／書き込み可能な駆動装置（図示せず）をさらに備えているものとする。また、通信部３５によるネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。

また、本実施の形態およびその変形例では、試験装置１０の装置本体１１（１１Ａ）に電気的に接続された推定装置１３において、対象物８０の熱貫流率の推定が行われた。しかしながら、図３に示した予測処理部４２、推定部４３、および結果処理部４４の機能を含む推定装置が、試験装置１０とは非接続の他のコンピュータにより実現されてもよい。このようなコンピュータは、たとえば一般的なパーソナルコンピュータまたは携帯端末であってよい。この場合、推定装置の記憶部には、基準板２１の熱貫流率Ｕ_０だけでなく、対象物８０の熱貫流率の推定に必要な各点の温度データも記憶されているものとする。

この場合、試験装置１０の装置本体１１に電気的に接続され、現場での試験に用いられる装置（以下「制御装置」という）には、加熱制御部３７（３７Ａ）と、加熱制御部３７の制御や各位置の温度の計測を行う計測処理部４１（４１Ａ）との機能が含まれていればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 熱貫流率推定システム、１０ 試験装置、１１，１１Ａ 装置本体、１２，２４，２５ 温度センサ、１３ 推定装置、２１ 基準板、２２ ヒータ（メインヒータ）、２３ 断熱部材、２６ サブヒータ、３１ 制御部、３２ 記憶部、３３ 操作部、３４ 表示部、３５ 通信部、３６ 電源部、３７，３７Ａ 加熱制御部、４１，４１Ａ 計測処理部、４２ 予測処理部、４３ 推定部、４４ 結果処理部、７０ 均熱板、８０ 対象物（面部材）、１００ 筐体、１０１ 仕切り板。

Claims (7)

1. 建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する面部材の断熱性能を表わす指標として、前記面部材の熱貫流率を推定するためのシステムであって、
   前記面部材の屋内面に当接または近接する表面と、その反対側に位置する裏面とを有する板状部材と、
   前記板状部材の裏面側に設けられ、前記面部材の屋内面を加熱するヒータと、
   前記板状部材の表面側に設けられ、前記面部材の屋内面温度を検知する第１の温度センサと、
   前記ヒータの加熱による前記面部材の屋内面温度の変化過程において、前記板状部材の裏面側温度が一定の状態で前記第１の温度センサから得られる実測値に基づいて、近似曲線の収束値を算出することによって、前記面部材の屋内面の安定温度を予測する予測処理手段と、
   前記予測処理手段により予測された前記安定温度と、前記面部材の屋外側温度と、前記板状部材の裏面側温度と、前記板状部材の熱貫流率とに基づいて、前記面部材の熱貫流率を推定する推定手段とを備え、
   前記予測処理手段は、
   前記面部材の屋内面温度の変化過程における特定時点を前記近似曲線のｘ＝０とし、前記特定時点における実測値をｙ０とした場合に、
   ｙ＝−（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ、または、
   ｙ＝（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ
   として表される方程式の未知数ａを１未満の任意の値に仮定し、未知数ａの仮定値と、前記特定時点よりも後の第１時点における実測値とに基づいて、前記収束値としての未知数ｂの暫定値を算出する算出手段と、
   前記第１時点よりも後の第２時点における実測値と、前記算出手段により算出された前記暫定値に基づく前記第２時点における予測値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較の結果、実測値と同じと判断された予測値の算出に用いた前記暫定値を、前記収束値として判定する判定手段とを含む、熱貫流率推定システム。
2. 前記算出手段は、前記第２時点における実測値と予測値とが同じと判定されるまで、未知数ａの仮定値の変更および前記暫定値の算出を繰り返す、請求項１に記載の熱貫流率推定システム。
3. 前記予測処理手段は、
   前記判定手段により判定された前記収束値が異常値か否かを判定する異常判定手段と、
   前記異常判定手段により異常値と判定された場合に、前記第１時点および前記第２時点の少なくとも一方を変更することによって、前記収束値を再計算する再計算手段とをさらに含む、請求項１または２に記載の熱貫流率推定システム。
4. 前記板状部材の裏面側に設けられ、前記板状部材の裏面側温度を検知する第２の温度センサと、
   前記板状部材の裏面側温度が設定温度となるように、前記ヒータの一定温度制御を行う加熱制御手段とをさらに備え、
   前記特定時点は、前記板状部材の裏面側温度が一定温度に安定した時点に相当する、請求項１〜３のいずれかに記載の熱貫流率推定システム。
5. 前記面部材に直接的に熱を伝えるために、前記板状部材の表面側に設けられたサブヒータをさらに備え、
   前記加熱制御手段は、前記面部材の屋内面温度が急上昇するように、加熱開始からの特定期間のみ前記サブヒータを運転する、請求項４に記載の熱貫流率推定システム。
6. 建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する面部材の断熱性能を表わす指標として、前記面部材の熱貫流率を推定するための推定装置であって、
   前記面部材の屋外側温度と、前記面部材の屋内面に当接または近接するように配置される板状部材の裏面側温度と、前記板状部材の熱貫流率とを記憶する記憶手段と、
   前記面部材の屋内面温度の変化過程において、前記板状部材の裏面側温度が一定の状態のときに得られる前記面部材の屋内面温度の実測値に基づいて、近似曲線の収束値を算出することによって、前記面部材の屋内面の安定温度を予測する予測処理手段と、
   前記予測処理手段により予測された前記安定温度と、前記記憶手段に記憶された前記面部材の屋外側温度と、前記板状部材の裏面側温度と、前記板状部材の熱貫流率とに基づいて、前記面部材の熱貫流率を推定する推定手段とを備え、
   前記予測処理手段は、
   前記面部材の屋内面温度の変化過程における特定時点を前記近似曲線のｘ＝０とし、前記特定時点における実測値をｙ０とした場合に、
   ｙ＝−（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ、または、
   ｙ＝（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ
   として表される方程式の未知数ａを１未満の任意の値に仮定し、未知数ａの仮定値と、前記特定時点よりも後の第１時点における実測値とに基づいて、前記収束値としての未知数ｂの暫定値を算出する算出手段と、
   前記第１時点よりも後の第２時点における実測値と、前記算出手段により算出された前記暫定値に基づく前記第２時点における予測値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較の結果、実測値と同じと判断された予測値の算出に用いた前記暫定値を、前記収束値として判定する判定手段とを含む、熱貫流率推定装置。
7. 建物の屋内空間と屋外空間との間に位置する面部材の断熱性能を表わす指標として、前記面部材の熱貫流率を推定するために、コンピュータによって実行されるプログラムであって、
   前記コンピュータは、前記面部材の屋外側温度と、前記面部材の屋内面に当接または近接するように配置される板状部材の裏面側温度と、前記板状部材の熱貫流率とを記憶する記憶手段を含み、
   前記面部材の屋内面温度の変化過程において、前記板状部材の裏面側温度が一定の状態のときに得られる前記面部材の屋内面温度の実測値に基づいて、近似曲線の収束値を算出することによって、前記面部材の屋内面の安定温度を予測する予測ステップと、
   前記予測ステップにおいて予測された前記安定温度と、前記記憶手段に記憶された前記面部材の屋外側温度と、前記板状部材の裏面側温度と、前記板状部材の熱貫流率とに基づいて、前記面部材の熱貫流率を推定する推定ステップとを備え、
   前記予測ステップは、
   前記面部材の屋内面温度の変化過程における特定時点を前記近似曲線のｘ＝０とし、前記特定時点における実測値をｙ０とした場合に、
   ｙ＝−（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ、または、
   ｙ＝（ｂ−ｙ_０）ａ^ｘ＋ｂ
   として表される方程式の未知数ａを１未満の任意の値に仮定するステップと、
   未知数ａの仮定値と、前記特定時点よりも後の第１時点における実測値とに基づいて、前記収束値としての未知数ｂの暫定値を算出するステップと、
   前記第１時点よりも後の第２時点における実測値と、算出された前記暫定値に基づく前記第２時点における予測値とを比較するステップと、
   比較の結果、実測値と同じと判断された予測値の算出に用いた前記暫定値を、前記収束値として判定するステップとを含む、熱貫流率推定プログラム。

Images