JP2000161685A

JP2000161685A - 温風式床暖房システム

Info

Publication number: JP2000161685A
Application number: JP10331424A
Authority: JP
Inventors: Takashi Doi; 隆司土井; Koichi Kitagawa; 晃一北川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】室内空調機および床暖房空調機の空調能力を
個別にかつ連動させて制御し、短時間で快適な室内環境
を得ると共にその後も快適状態を維持できる温風式床暖
房システムを提供する。【解決手段】暖房制御を行った際の、室内温度および
床面温度の変化を示す。立ち上げ制御では、主に室内空
調ユニットによる対流空調によって、室内温度を上昇さ
せる。室温優先制御では、床暖空調ユニットを高能力運
転させて、床面温度を上昇させると共に、室内空調ユニ
ットによる対流空調によって、室内温度を上昇させる。
室温床温制御では、室内空調ユニットによって室温を一
定に保ちながら、床暖空調ユニットにて床面温度を上昇
させる。床暖定常制御では、主に床暖空調ユニットによ
って室温・床温を一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルによ
って熱交換された温風を用いた、床面からの伝熱による
床暖房空調と室内空気の対流による室内空調とを併用し
た温風式床暖房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特許番号第２６９０１４０号にて
開示された空気調和機のように、運転立ち上げ時におい
て、室内温度に関わらずいきなり床暖房を行うと、室内
機からの温風は床内部に蓄冷された冷熱（負（−）の熱
量）によって、床吹出口から冷気となって室内に吹き出
して室内温度が低下するため、最低風量で床暖房を立ち
上げていた。そして室内温度が上昇すると風量を多くし
て空調を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最低風
量で空調を行うと、床に蓄えられている冷熱はいつまで
たっても除去できない。また、場合によっては外気温度
の負荷が大きくて、いつまでも室内温度の上昇しない状
態が続く。このため、使用者は暖房を望んでいるにも関
わらず、いっこうに室内が暖まらないので不快に感じ
る。

【０００４】図１４は、従来の空気調和機の断面図であ
る。室内機１１は、室１０の側壁１４に隣接する片隅床
部に設置されており、外郭１２の上部に上吹き出し口１
７、下部に下吹き出し口１８が、それぞれ設けられ、
上、下吹き出し口１７，１８の間の風路に、熱交換機１
３と、ファン１９とケーシング２０よりなる送風機２１
を配置している。

【０００５】二重床２２と床１６との間に下吹き出し口
１８と通じる下部空間２３を形成する。室内機１１から
離れた室１０の側壁１５近傍の端部に下部空間２３と室
１０内とをつなげる開口部２４が設けられている。

【０００６】本従来例では、熱交換機・ファンが一対し
かなく、冷房・暖房によって空気経路を反転させて空調
を行う。暖房の場合は図中の実線の空気経路となる。運
転立ち上げ時に最低風量で運転することによって、直接
ダクト内の冷気を出さないので、室内温度を低下させな
いことには効果がある。しかし、図１５に示すようにＱ
暖を空調機の暖房熱量、Ｑ冷１〜Ｑ冷４を外部からの冷
熱量とすると、Ｑ暖＜（Ｑ冷１〜Ｑ冷４の合計）の場合
寒くなり、Ｑ暖＞（Ｑ冷１〜Ｑ冷４の合計）の場合暖か
くなる。この運転を継続していると室内温度はなかなか
上昇しない。これは室内空気温度と床面温度とを個別に
制御できないからである。

【０００７】本発明は、冷凍サイクルを用いた室内空気
の対流および床面からの伝熱を併用して暖房を行う床暖
房システムにおいて、室内空調機および床暖房空調機の
空調能力を個別にかつ連動させて制御し、短時間で快適
な室内環境を得ると共にその後も快適状態を維持できる
温風式床暖房システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載の床暖房空調システムは、
冷凍サイクルを用いて室外と室内との熱交換を行い、室
内空気の対流および床面からの伝熱を併用して暖房を行
う温風式床暖房システムにおいて、室内空気との熱交換
を行う熱交換器を有する室内空調ユニットと、床面との
熱交換を行う熱交換器を有する床暖房空調ユニットと、
室内の目標温度を設定記憶する目標室内温度記憶手段
と、床面の目標温度を設定記憶する目標床面温度記憶手
段と、室内の温度を検出する室内温度センサと、床面の
温度を検出する床面温度検出手段と、これらセンサおよ
び検出手段の検出結果と、前記目標室内温度および目標
床面温度とに基づいて前記室内空調ユニットおよび床暖
房空調ユニットの空調能力を個別かつ連動させて制御す
る運転制御手段とを具備することを特徴とする。

【０００９】以上の構成によって、室内温度と床面温度
とを個別かつ最適に制御できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明の温風式床暖房システムの
概略構成図である。（ａ）は室内に配置された温風式床
暖房機の設置例を示し、（ｂ）は床ダクトおよび温風式
床暖房機の断面図である。

【００１２】温風式床暖房機１は、床面２（フローリン
グ）の角に設置され、室内を暖房空調する。室内空調ユ
ニット１ａは、室内空気の対流による暖房を行う。一
方、室内の床面２の床裏または床内部には床ダクト３が
形成され、床暖房空調ユニット１ｂから床ダクト３に空
気を送出して床面２との熱交換を行い、床面２からのふ
く射および伝熱と、床吹出口３ａからの対流によって室
内を暖房する。なお、冷凍サイクルは、室内空調ユニッ
ト１ａと床暖房空調ユニット１ｂとで共通としてもよい
し、別個独立としてもよい。

【００１３】図２に示すように、温風式床暖房機１の空
気吸込口には室内空気温度を検出する室温センサＴａ、
熱交換器には熱交換器温度センサＴｃ、床面２には床面
温度を検出する床面温度センサＴｆ、床ダクト３には床
ダクト温度センサＴｄｕｃｔが設置され、それぞれ運転
制御部（図示せず）に接続される。運転制御部は、マイ
クロコンピュータなどによって構成され、あらかじめ設
定された目標室内温度・目標床面温度、および各センサ
からの検出温度に基づき空調システムの運転制御を行
う。床面温度差は３℃以内とし、床面温度は室内温度よ
りも２℃以上高く制御する。なお、床面温度は床面温度
センサＴｆで直接計測するか、あるいは床ダクト温度セ
ンサＴｄｕｃｔの計測値と風量および経過時間で推測す
ることもできる。

【００１４】図３は、本発明の温風式床暖房システムの
暖房制御のフローチャートである。まず立ち上げ制御
（ＳＴ１）では、床内の冷気を出しながら床ダクト内の
空気温度を上げる。次に室温優先制御（ＳＴ２）を行
い、室温を優先的に上昇させて、より早く室内を暖め
る。そして室温床温制御（ＳＴ３）に移行し、室温を一
定に保ちながら、床面温度を上昇させる。そして床暖定
常制御（ＳＴ４）に移行し、室温・床温を一定に保つ。

【００１５】図４は、上記暖房制御を行った際の、室内
温度および床面温度の変化を示す。立ち上げ制御では、
主に室内空調ユニットによる対流空調によって、室内温
度を上昇させる。室温優先制御では、床暖空調ユニット
を高能力運転させて、床面温度を上昇させると共に、室
内空調ユニットによる対流空調によって、室内温度を上
昇させる。室温床温制御では、室内空調ユニットによっ
て室温を一定に保ちながら、床暖空調ユニットにて床面
温度を上昇させる。床暖定常制御では、主に床暖空調ユ
ニットによって室温・床温を一定に保つ。

【００１６】次に図５〜８は、使用者が快適性を考慮し
て、リモコンなどによって温風式床暖房機１の制御モー
ドを変えたり、目標温度を変更する場合の申告組み合わ
せ例を示す。

【００１７】図５は、立ち上げ制御（Ａモード）と室温
優先制御（Ｂモード）のパターンの申告組み合わせ例
を示す。立ち上げ制御（Ａモード）では、全ての温度変
更指示を受け付けない。

【００１８】室温優先制御（Ｂモード）のパターンで
は、室温を暖かく（Ｈｏｔ）する制御は受け付けず、室
温を維持（Ｋｅｅｐ）する制御では目標室温（Ｔａｏ）
を現在の室温（Ｔａ）に変更すると共に床温を暖かくす
る場合はＣモードへ移行し、床温を維持または寒くする
場合は目標床温（Ｔｆｏ）を目標室温（Ｔａｏ）＋２と
してＣモードへ移行する。室温を寒く（Ｃｏｏｌ）する
制御では目標室温（Ｔａｏ）を現在の室温（Ｔａ）に変
更すると共に床温を暖かくする場合はＣモードへ移行
し、床温を維持または寒くする場合は目標床温（Ｔｆ
ｏ）を目標室温（Ｔａｏ）＋２としてＣモードへ移行す
る。

【００１９】図６は、室温優先制御（Ｂモード）のパ
ターンの申告組み合わせ例を示す。室温を暖かく（Ｈｏ
ｔ）する制御では、目標室温（Ｔａｏ）を申告値だけ上
昇させ、目標床温（Ｔｆｏ）を目標室温（Ｔａｏ）＋２
℃とする。室温を維持（Ｋｅｅｐ）する制御は受け付け
ない。室温を寒く（Ｃｏｏｌ）する制御では目標床温
（Ｔｆｏ）および目標室温（Ｔａｏ）は変更せず、Ｃモ
ードへ移行する。

【００２０】図７は、室温床温制御（Ｃモード）の申告
組み合わせ例を示す。室温を暖かく（Ｈｏｔ）する制御
では、目標室温（Ｔａｏ）を申告値だけ上昇させ、目標
床温（Ｔｆｏ）を目標室温（Ｔａｏ）＋２℃とする。室
温を維持（Ｋｅｅｐ）する制御では、床温を暖かくする
制御は受け付けず、床温を維持または寒くする場合は現
在の床温（Ｔｆ）を目標床温（Ｔｆｏ）に変更してＤモ
ードへ移行する。室温を寒く（Ｃｏｏｌ）する制御では
目標床温（Ｔｆｏ）を申告値だけ減少させ、目標室温
（Ｔａｏ）はそのままとする。

【００２１】図８は、床暖定常制御（Ｄモード）の申告
組み合わせ例を示す。室温を暖かく（Ｈｏｔ）する制御
では、目標室温（Ｔａｏ）を申告値だけ上昇させ、床温
を暖かくする場合は、目標床温（Ｔｆｏ）も同様に上昇
させ、維持または寒くする場合は目標床温（Ｔｆｏ）は
そのままとする。室温を維持（Ｋｅｅｐ）する制御で
は、床温を暖かくする場合、目標床温（Ｔｆｏ）を申告
値だけ上昇させ、床温を維持する場合は現状維持とし、
床温を寒くする場合は、目標室温（Ｔａｏ）を申告値だ
け減少させ、目標床温（Ｔｆｏ）はそのままとする。室
温を寒く（Ｃｏｏｌ）する制御では、床温を暖かくまた
は維持する場合は、目標室温（Ｔａｏ）を申告値だけ減
少させ、Ｅモードへ移行する。床温を下げる場合は目標
室温（Ｔａｏ）および目標床温（Ｔｆｏ）を申告値分減
少させる。なおＥモードは、機器の性能上Ｔｆ≧Ｔａ＋
α（機器の性能で決まる補正値）という制御をできない
ので、室温（Ｔａ）を優先させて制御する。

【００２２】次に各制御について、図９〜１３を用いて
説明する。

【００２３】立ち上げ制御では、快適性を向上させるた
めに、室内温度・床面温度をいち早く高くした方がよ
い。室内温度は、通常のエアコン暖房と同様、室内空調
ユニットを駆動して、立ち上げれば室温は上昇する。し
かし、床暖空調ユニットの場合は異なる。図９に示すよ
うに、床内に冷気および床構造部材に蓄えられた冷熱
（蓄冷量）があるため、高い温度の空気を床ダクトに送
り込んでも、床吹き出し口からは冷たい冷気が放出され
る。この冷気が室内温度を低下させる。このため、床暖
空調ユニットは、室内温度を低下させない程度の風量で
運転を行い、床内部にある冷気を排出し、また、排出後
は床建築部材に蓄えられた冷熱をできるだけ除去する必
要がある。実際には上記内容の風量は冷熱量や外気温度
によっても変化するため、正確な値の判断は難しい。こ
のため、可能な限り低風量で運転を行い、上記目標を達
成する。

【００２４】また、冷熱はその熱容量が大きいため、低
風量では、完全に除去できない。よってこの制御では、
床内部に存在する冷気を除去し、この制御以降の運転に
おいて、床暖空調ユニットが大風量・高能力で運転を行
っても、床吹き出し口から冷気がでないことによる、室
内温度低下の要因となることを未然に防ぐ。このため、
以下の二つのうちいずれかの確認を行えば、立ち上げ制
御完了の判断ができる。

【００２５】１．冷気が除去できた→室温が上昇する。

【００２６】２．蓄冷量がある程度低減された→外気温
度に暴露した時間などから蓄冷量を算出し、現在までの
運転時間と投入熱量とから削減できた熱量を算出して残
存熱量を求め、室内温度低下に寄与しない程度の残存熱
量であればよしとする。

【００２７】しかし、２の場合床の構造部材に温度セン
サーを付けるなどして、その温度変化を検出して正確な
値が算出されるが、実際にはセンサーの取り付け誤差な
どを考慮すると、必ずしも正確な制御ができるか否かは
不確定である。このため、図１０に示すように、室温の
上昇に幅を設けて、その温度以上になったことで、冷気
・冷熱を除去できたと判断する方が正確である。住宅の
構造や設置場所によるがこの温度幅を２〜５℃程度とす
る。

【００２８】室温優先制御で室内の快適性を高めるに
は、室内温度・床面温度を早く高めることが必要であ
る。しかし図１１に示すように床面の構造部材（フロー
リング、根太（ネタ）、耐水性合板など）には未知の蓄
冷量があるため、床暖空調ユニットは最大能力で運転を
行う。これに対して室内空調ユニットは、通常のエアコ
ンと同様、目標値との差で運転を行う。この室内空調ユ
ニットの場合、床からの吸熱が不明のため、室内温度制
御は考慮に入れない。

【００２９】通常で考えると、室内空調ユニットの能力
＝（必要熱量−床暖空調ユニットの能力）であるが、床
暖空調ユニットからの熱量は床裏の温度や蓄熱量によっ
て変化するため、室内空気温度に寄与する熱量として正
確に算出できない。このため、室温優先制御では、室内
空調ユニットの能力＝必要熱量とする。

【００３０】この室温優先制御は、通常のエアコンと同
様、目標値からいったんオーバーシュートさせて、目標
室内温度に安定させる。このオーバーシュートに達する
まで室温優先制御を行う。

【００３１】室温床温制御では、床内に蓄冷量がなくな
り、暖められて、蓄熱量が増えて暖かくなっている。ま
た室内温度は目標値を満たしている。この場合、室内温
調のための必要熱量・床面温調のための必要熱量から各
空調ユニットの熱量を考える。

【００３２】室内空調ユニットの能力＝必要熱量−床暖
空調ユニットの能力床暖空調ユニットの能力＝必要熱量この場合、床暖空調ユニットの能力に室内空調ユニット
の能力を考慮に入れない理由は、図１２に示すように熱
は下から上に流れるため、室内の空気温度が床内部の温
度に寄与する割合が少ないからである。なお、室内の加
熱量はＱ室＋Ｑ１＋Ｑ２であり、床の加熱量はＱ床−Ｑ
床ロスである。

【００３３】そして床面温度が目標値＋補正値に達した
とき、室温床温制御を完了する。この補正値は床面の温
度も今までの供給熱量が急変した場合（急激に低減）、
床面温度が下がるおそれがあるからである。しかしなが
ら、実際には、床面の温度は床部材が暖められて、それ
に伴い、ゆっくり上昇しているため、急激に供給熱量を
低下させても床面温度が下がるおそれは少なく、むしろ
床部材からの伝熱で上昇する可能性がある。このため補
正値は０を仮定する。

【００３４】床暖定常制御では、室内温度と床面温度と
を一定に保つための運転を行う。室内温調のための必要
熱量・床面温調のための必要熱量から、各空調ユニット
の熱量を考える。

【００３５】室内空調ユニットの能力＝必要熱量−床暖
空調ユニットの能力床暖空調ユニットの能力＝必要熱量この場合、床暖空調ユニットの能力決定を優先させる。
これは床暖空調ユニットは床ダクトからの吹き出しによ
って、室内空調も同時に行っているため、室内温度が床
面温度よりも数度低ければ床暖空調ユニットで全ての空
調が賄えるからである。この数度とは、室内の断熱性能
や床暖房機器の取り付け面積などによって変化するの
で、特に設定されて数値を設けない。そして現在までの
運転経歴から室内空調ユニットの運転が必要であるか否
かを判断する。ここで図１３に示すように、室温ｘ℃を
保つために必要な熱量は、外気温をｙ℃として、（ｘ℃
／ｙ℃）におけるＱロスの合計である。この必要熱量が
Ｑ１＋Ｑ２（＝Ｑ床−Ｑ床ロス）で賄えるときはＱ室は
必要なくなる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の温風式床暖
房システムは、室内温度と床面温度とを個別かつ最適に
制御できるので、快適な床暖房を実現できる。また、床
暖立ち上げ制御によって、床面に蓄えられた冷熱量によ
る室内環境への悪影響を低減できる。さらに室温優先制
御および室温床温制御によって室内温度および床面温度
を早く目標温度にすることができる。そして床暖定常制
御によって快適性を考慮して室内温度および床面温度を
制御することができる。以上の制御によって、短時間で
快適な室内環境を得ると共にその後も快適状態を維持で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の温風式床暖房システムの概略構成図で
あって、（ａ）は温風式床暖房機の設置例を示す図、
（ｂ）はその断面図である。

【図２】本発明の温風式床暖房システムの温度センサの
配置図である。

【図３】本発明の温風式床暖房システムの暖房制御のフ
ローチャートである。

【図４】暖房制御を行った際の、室内温度および床面温
度の変化を示す図である。

【図５】立ち上げ制御（Ａモード）と室温優先制御（Ｂ
モード）のパターンの申告組み合わせ例を示す図であ
る。

【図６】室温優先制御（Ｂモード）のパターンの申告
組み合わせ例を示す図である。

【図７】室温床温制御（Ｃモード）の申告組み合わせ例
を示す図である。

【図８】床暖定常制御（Ｄモード）の申告組み合わせ例
を示す図である。

【図９】立ち上げ制御の説明図である。

【図１０】立ち上げ制御完了時の説明図である。

【図１１】室温優先制御中の熱の流れを示す図である。

【図１２】室温床温制御中の熱の流れを示す図である。

【図１３】床暖定常制御中の熱の流れを示す図である。

【図１４】従来の空気調和機の断面図である。

【図１５】従来の空気調和機による熱の流れを示す図で
ある。

【符号の説明】

１…温風式床暖房機，１ａ…室内空調ユニット，１ｂ…
床暖房空調ユニット，２…床面，３…床ダクト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3L060 AA06 AA08 CC02 CC04 CC08 CC09 CC19 DD01 DD07 EE05 EE26 3L071 AA02 AB01 AB05 AC06 AD02 AE01 AE02 AF01 AF06 AG01 AG02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷凍サイクルを用いて室外と室内との熱
交換を行い、室内空気の対流および床面からの伝熱を併
用して暖房を行う温風式床暖房システムにおいて、室内空気との熱交換を行う熱交換器を有する室内空調ユ
ニットと、床面との熱交換を行う熱交換器を有する床暖房空調ユニ
ットと、室内の目標温度を設定記憶する目標室内温度記憶手段
と、床面の目標温度を設定記憶する目標床面温度記憶手段
と、室内の温度を検出する室内温度センサと、床面の温度を検出する床面温度検出手段と、これらセンサおよび検出手段の検出結果と、前記目標室
内温度および目標床面温度とに基づいて前記室内空調ユ
ニットおよび床暖房空調ユニットの空調能力を個別かつ
連動させて制御する運転制御手段とを具備することを特
徴とする温風式床暖房システム。
【請求項２】暖房運転の開始時には、前記室内空調ユニットは、室内温度と目標室内温度との
差に応じて暖房能力を決定し、前記床暖房空調ユニットは、低風量で運転する床暖立ち
上げ制御を行うことを特徴とする請求項１記載の温風式
床暖房システム。
【請求項３】前記床暖立ち上げ制御を、室内温度が運
転開始時から第１の所定温度上昇するまで継続すること
を特徴とする請求項２記載の温風式床暖房システム。
【請求項４】前記床暖立ち上げ制御開始後、室内温度
が第１の所定温度上昇したら、前記室内空調ユニットは、室内温度と目標室内温度との
差に応じて暖房能力を決定し、前記床暖房空調ユニットは、高能力で運転する室温優先
制御を行うことを特徴とする請求項３記載の温風式床暖
房システム。
【請求項５】前記室温優先制御を、室内温度が目標室
内温度から第２の所定温度上昇するまで継続することを
特徴とする請求項４記載の温風式床暖房システム。
【請求項６】室内温度の経歴が、目標室内温度よりも
第３の所定温度以上になったことを記録し、かつ床面温
度が目標床面温度に達していない場合、前記室内空調ユニットは、室内温度を目標温度以上に維
持するように暖房能力から前記床暖房空調ユニットの暖
房能力を差し引いて暖房能力を決定し、前記床暖房空調ユニットは、床面温度と目標温度との差
に応じて暖房能力を決定する室温床温制御を行うことを
特徴とする請求項１記載の温風式床暖房システム。
【請求項７】前記室温床温制御を、床面温度が目標床
面温度より補正値分上昇するまで継続することを特徴と
する請求項６記載の温風式床暖房システム。
【請求項８】室内温度が（目標温度＋第３の所定温
度）以上になり、かつ床面温度が（目標温度＋補正値）
以上に達した後、前記室内空調ユニットは、前記床暖房空調ユニットから
供給される熱量を差し引いて、室内温度を目標温度以下
にならないように維持する暖房能力を決定し、前記床暖房空調ユニットは、床面温度が目標温度となる
暖房能力を決定し、この状態を継続させる床暖定常制御
を行うことを特徴とする請求項１記載の温風式床暖房シ
ステム。