JP2007155206A - 放射冷暖房システムの制御方法及び放射冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射センサを用いることなく放射が関係する指数に基づいて制御することができる放射冷暖房システムの制御方法及び放射冷暖房システムを提供すること。
【解決手段】放射パネル１０の、表面温度を検出する工程と、消費熱量を検出する工程と、表面温度及び消費熱量に基づいて、放射パネル１０設置面以外の表面１０ａ〜１０ｃの平均温度を算出する工程と、放射パネル１０の表面温度と放射パネル１０設置面以外の表面１０ａ〜１０ｃの平均温度とに基づいて、現在の平均放射温度を算出する工程と、現在の平均放射温度が所望の平均放射温度となるように放射パネル１０の表面温度を変化させる工程とを備える放射冷暖房システムの制御方法、及びこの制御方法を行う制御装置３０と、放射パネル１０と、パネル表面温度及び消費熱量検出手段２６、２８、２９、３０とを備える放射冷暖房システム。
【選択図】図１

Description

本発明は放射冷暖房システムの制御方法及び放射冷暖房システムに関し、特に放射が関係する指数に基づいて制御することができる放射冷暖房システムの制御方法及び放射冷暖房システムに関するものである。

近年、省エネルギーと快適性とを両立する冷暖房方式として、放射冷暖房システムが注目されている。放射冷暖房システムは、天井面や床面等に設置された放射パネルを冷やし（温め）、放射パネルからの放射熱により冷暖房室の温度を調整するシステムである。放射熱による冷暖房は、温度調節した空気を吹出口から吹き出す場合と異なり在室者が気流を感じることがないだけでなく、音が静か、室内温度が均一となり、サラッとした空間を体感することができる。また、放射冷暖房システムでは、放射パネルを冷やす（温める）ために用いる冷水（温水）の温度が、低温（高温）空気を吹き出す空調システムに比べて高く（低く）て済む。このため、放射冷暖房システムは、より省エネルギーなシステムと言える。

放射冷暖房システムにおける室内環境の制御として、室内の代表点の温度を検出し、その検出した温度が所望の温度となるように、放射パネルの温度を調節することが一般的に行われている。ところが放射冷暖房システムでは、室内温度が一定でも放射エネルギーの強さによって体感温度が異なるため、放射が関係する指数に基づいて制御することが好ましい。このような事情の下、放射が関係する指数に基づいて制御するシステムとして、放射センサである赤外線放射温度計によって検出した室内の床面や壁面の放射エネルギーから床面や壁面の平均温度を算出し、算出した平均温度と予め設定した設定温度との偏差に基づいて放射体の放射量を制御するシステムがある（例えば特許文献１参照）。
特開平５−７９６７５号公報

放射冷暖房システムにおいて、上記のように放射が関係する指数に基づいて制御することは好ましいが、放射センサを用いる方法は、放射センサの近くに発熱体等の障害物がある場合は正しい計測をすることが困難となるため、センサの設置位置に制約が生じる。また、床面や壁面全体の放射エネルギーを検出するためには複数の放射センサを設置する必要が生じ、制御が煩雑になると共に設置コストがかさむこととなる。

本発明は上述の課題に鑑み、放射センサを用いることなく放射が関係する指数に基づいて制御することができる放射冷暖房システムの制御方法及び放射冷暖房システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る放射冷暖房システムの制御方法は、例えば図１及び図３に示すように、放射パネル１０の放熱及び吸熱の少なくとも一方により、対象となる冷暖房室１０Ｒの冷房及び暖房の少なくとも一方を行う放射冷暖房システムの制御方法であって；放射パネル１０の表面温度を検出する工程（Ｓ３２）と；放射パネル１０の消費熱量を検出する工程（Ｓ３３）と；放射パネル１０の表面温度及び消費熱量に基づいて、放射パネル１０が設置された面以外の冷暖房室１０Ｒを区画する表面１０ａ、１０ｂ、１０ｃの平均温度を算出する工程（Ｓ３４）と；放射パネル１０の表面温度と放射パネル１０が設置された面以外の冷暖房室１０Ｒを区画する表面１０ａ、１０ｂ、１０ｃの平均温度とに基づいて、現在の平均放射温度を算出する工程（Ｓ３５）と；前記現在の平均放射温度が所望の平均放射温度となるように放射パネル１０の表面温度を変化させる工程（Ｓ３７）とを備える。ここで「放射パネルの消費熱量」は、放射パネルから放出される熱量又は放射パネルが吸収する熱量をいう。

このように構成すると、放射パネルの表面温度及び消費熱量に基づいて現在の平均放射温度を算出し、現在の平均放射温度が所望の平均放射温度となるように放射パネルの表面温度を変化させるので、放射センサを用いることなく放射が関係する指数に基づいて放射冷暖房システムを制御することが可能となり、快適性が向上する。

また、請求項２に記載の発明に係る放射冷暖房システムの制御方法は、例えば図１及び図３に示すように、請求項１に記載の放射冷暖房システムの制御方法において、放射パネル１０に入る熱媒体ｗの入口温度、放射パネル１０から出る熱媒体ｗの出口温度、及び放射パネル１０に出入りする熱媒体ｗの通過流量を検出する工程（Ｓ３１）を備え；放射パネル１０の表面温度の検出（Ｓ３２）が、前記入口温度と前記出口温度とに基づいて算出され；放射パネル１０の消費熱量の検出（Ｓ３３）が、前記入口温度、前記出口温度、及び前記通過流量に基づいて算出され；放射パネル１０の表面温度を変化させる工程（Ｓ３７）が、前記入口温度及び前記通過流量の少なくとも一方を変化させることにより行われる。

このように構成すると、放射センサを用いることなく、単純な方法で、放射が関係する指数に基づいて放射冷暖房システムを制御することが可能となる。

また、請求項１又は請求項２に記載の放射冷暖房システムの制御方法において、現在の平均放射温度を算出する工程（Ｓ３５、例えば図３参照）が、冷暖房室１０Ｒ（例えば図５参照）の所定の位置を基準Ｓ（例えば図５参照）としたときの形態係数を用いて行われてもよい。所定の位置を冷暖房室の重心とした場合は平均放射温度の算出が容易になり、所定の位置を冷暖房室内の在室者の居住域とした場合は在室者の快適性が向上する。

また、請求項３に記載の発明に係る放射冷暖房システムの制御方法は、例えば図１に示すように、請求項１又は請求項２に記載の放射冷暖房システムの制御方法において、冷暖房室１０Ｒが複数の空間に分割され、放射パネル１０の表面温度を変化させる工程（Ｓ３７、例えば図３参照）が、分割された空間ごとに行われるように構成されている。

このように構成すると、例えば冷暖房室の在室者の居住域周辺のみを制御対象とすることが可能となり、消費エネルギーを削減しつつ在室者の快適性を向上させることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明に係る放射冷暖房システムの制御方法は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の放射冷暖房システムの制御方法において、前記所望の平均放射温度が所定の条件により予め定められており、前記所定の条件に応じて前記所望の平均放射温度を決定する工程を備える。

このように構成すると、所定の条件に応じて所望の平均放射温度を決定するので、在室者の快適性をより向上させることができる。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明に係る放射冷暖房システムは、例えば図１に示すように、熱媒体ｗを熱媒体流路の入口から導入し前記熱媒体流路の出口から導出して熱交換することにより、冷暖房室１０Ｒに対して放熱及び吸熱の少なくとも一方を行う放射パネル１０と；放射パネル１０の表面温度を検出するパネル表面温度検出手段２８、２９、３０と；放射パネル１０の消費熱量を検出するパネル消費熱量検出手段２６、２８、２９、３０と；請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の放射冷暖房システムの制御方法を行う制御装置３０とを備える。

このように構成すると、放射センサを用いることなく放射が関係する指数に基づいて制御することが可能な放射冷暖房システムとなる。

また、請求項６に記載の発明に係る放射冷暖房システムは、請求項５に記載の放射冷暖房システムにおいて、例えば図２に示すように、放射パネル１０が、赤外線を透過する赤外線透過部材１６で表面が形成され、熱媒体流路１１と赤外線透過部材１６との間に真空の空間が形成されて構成されている。

このように構成すると、熱媒体流路と赤外線透過部材との間に真空の空間が形成されているので、放射熱が冷暖房室内の空気と熱交換することがほとんどなくなり、より高精度な制御が可能な冷暖房システムとなる。

本発明によれば、放射パネルの表面温度及び消費熱量に基づいて現在の平均放射温度を算出し、現在の平均放射温度が所望の平均放射温度となるように放射パネルの表面温度を変化させるので、放射センサを用いることなく放射が関係する指数に基づいて放射冷暖房システムを制御することが可能となり、快適性が向上する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。なお、図１中、破線は制御信号を表す。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る放射冷暖房システム１の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る放射冷暖房システム１の系統図である。放射冷暖房システム１は、温度が調節された熱媒体ｗを内部に流す放射パネル１０と、熱媒体ｗの温度を調節する熱源機２５と、放射パネル１０に導入される熱媒体ｗの流量を検出する流量センサ２６と、放射パネル１０に導入される熱媒体ｗの温度を検出する温度センサ２８と、放射パネル１０から導出された熱媒体ｗの温度を検出する温度センサ２９と、放射冷暖房システム１を制御する制御装置３０とを備えている。

放射パネル１０は、典型的には、冷房又は暖房を行う対象となる冷暖房室１０Ｒの天井面に配設されている。放射パネル１０は、天井面の他、床面や壁面のいずれか、又はこれらの複数の箇所に配設されていてもよいが、天井面に配設されていると冷暖房室１０Ｒ内の在室者と接触することを回避することができるため熱伝達による放射パネル１０と在室者との熱交換を回避することができ、好適である。本実施の形態では、放射パネル１０が、冷暖房室１０Ｒの天井面の全面に配設されており、壁面１０ａ、１０ｂ、及び床面１０ｃには配設されていない構成となっている。図１では、放射パネル１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの４枚が図示されているが、設置される放射パネルの枚数は冷暖房室１０Ｒの大きさに応じて適宜決定される。なお、以下の説明では、特に区別する必要がある場合を除き、放射パネル１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを総称して放射パネル１０と表す。

ここで図２を参照して、放射パネル１０の構造について説明する。図２は放射パネルの詳細図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は変形例に係る平面図、（ｄ）は（ｃ）におけるＤ−Ｄ断面図である。まず図２（ａ）、（ｂ）を参照して、放射パネル１０について説明する。放射パネル１０は、熱媒体ｗの流路を形成する熱媒体管１１をガラス管１２に挿入して構成された放射管１３を複数備えている。熱媒体ｗは、典型的には水である。熱媒体ｗは、水以外の他の流体であってもよいが、比較的熱容量の大きい液体が好適である。熱媒体管１１には、耐食性及び熱伝導性に優れた材質を用いるのが好ましく、好適にはステンレス鋼管が用いられる。複数の放射管１３の各熱媒体管１１は、一端が往ヘッダー１４に接続され、他端が還ヘッダー１５に接続されている。このように、各熱媒体管１１は、往ヘッダー１４及び還ヘッダー１５に並列に接続されている。各ガラス管１２は、両ヘッダー１４、１５の近傍で両端部がすぼんでおり、断熱部材（不図示）を介して熱媒体管１１を支持している。ガラス管１２の端部と熱媒体管１１とは断熱部材（不図示）を介して密着しており、ガラス管１２内部の熱媒体管１１の外側部分を密閉された空間に形成している。この密閉された空間は、熱媒体管１１からガラス管１２への熱伝達が実質的にない程度の真空が形成されている。実質的にないとは、放射パネル１０と表面の空気との熱交換に利用されるエネルギーが、放射成分のエネルギーの１０％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは２％以下の状態である。

複数の放射管１３は、赤外線透過部材としてのアクリル樹脂板１６に載置されている。アクリル樹脂板１６は、放射パネル１０の表面を形成する矩形の板状部材である。放射パネル１０は、アクリル樹脂板１６の４つの辺からアクリル樹脂板１６の面と垂直に延びる側板１７を有している。側板１７は、防錆塗料が塗布された金属板で形成されている。４枚の側板１７は、放射管１３及び両ヘッダー１４、１５を囲み、放射管１３及び両ヘッダー１４、１５が放射パネル１０内で動くことを防いでいる。放射管１３の上には、断熱材１８が配設されている。これにより、放射管１３は、アクリル樹脂板１６と断熱材１８とに挟まれた状態となっている。断熱材１８は、４枚の側板１７で囲まれる内部に隙間なく充填されている。４枚の側板１７は、断熱材１８の上面で断熱材１８を押さえるように、内側に折り返されている。放射パネル１０は、熱媒体管１１内を流れる熱媒体ｗと熱媒体管１１との間で熱交換が行われ、熱媒体管１１からの放射熱がガラス管１２及びアクリル樹脂板１６を透過して放熱又は吸熱することにより冷暖房室１０Ｒ内の冷房又は暖房を行うように構成されている。なお、赤外線透過部材は、アクリル樹脂板の他、ポリエチレンフィルムやガラス板等であってもよい。

放射パネルは、図２（ｃ）、（ｄ）に示す放射パネル１０Ｔのように構成されていてもよい。放射パネル１０Ｔは、放射パネル１０と比較して、放射管１３の代わりに熱媒体流路を形成する熱媒体管１１Ａを有し、アクリル樹脂板１６の代わりに底板１６Ａを有している以外は、放射パネル１０と同様に構成されている。熱媒体管１１Ａは、典型的にはポリプロピレン管が用いられるが、この他に、架橋ポリエチレン管やポリブデン管等の可とう性のある材料であってもよい。底板１６Ａは、典型的には側板１７と同じ材料が用いられる。放射パネル１０Ｔは、熱媒体管１１Ａと底板１６Ａとの間に真空の空間が形成されていないため、熱媒体ｗの熱が対流成分（冷暖房室１０Ｒ内の空気）と熱交換して消費されてしまう反面、熱媒体管１１Ａに可とう性のある材料を用いているため放射パネルの製造が容易になるという利点がある。放射パネル１０Ｔは、熱媒体管１１Ａ内を流れる熱媒体ｗと底板１６Ａとの間で熱交換が行われ、底板１６Ａが放熱又は吸熱することにより冷暖房室１０Ｒ内の冷房又は暖房を行うように構成されている。なお、以下の説明では放射パネル１０を例として説明する。

再び図１に戻って、放射冷暖房システム１の構成の説明を続ける。熱源機２５は、放射パネル１０に導入される熱媒体ｗの温度を調節する機器である。熱源機２５としては、ヒートポンプチラーや冷温水発生機等が用いられる。熱源機２５は、熱媒体ｗを、冷房時には約１６〜２０℃、好ましくは１７〜１９℃に調節し、暖房時には約３３〜３７℃、好ましくは３４〜３６℃に調節するが、これら以外の温度にも調節することができるように構成されている。熱源機２５は、典型的には機械室等の冷暖房室１０Ｒとは別の空間に設置される。

熱源機２５には、往配管２２及び還配管２３が接続されている。往配管２２は、往枝管２２Ａ〜２２Ｄを介して各放射パネル１０Ａ〜１０Ｄの往ヘッダー１４（図２参照）と接続されている。還配管２３は、還枝管２３Ａ〜２３Ｄを介して各放射パネル１０Ａ〜１０Ｄの還ヘッダー１５（図２参照）と接続されている。還枝管２３Ａ〜２３Ｄには、それぞれ二方弁２７Ａ〜２７Ｄが配設されている。二方弁２７Ａ〜２７Ｄは、制御装置３０と信号ケーブルで接続されており、制御装置３０からの開閉信号を受信して、弁を開閉させることができるように構成されている。なお、熱源機２５と各放射パネル１０Ａ〜１０Ｄとの間の熱媒体ｗの循環時における摩擦損失の差を抑制するために、還配管２３をリバースレタン方式として構成することが好ましい。

往配管２２には、熱媒体ｗを放射パネル１０へと送る熱媒体ポンプ２４が配設されている。熱媒体ポンプ２４は、制御装置３０からの信号により回転速度を調節することができ、負荷に応じた流量の熱媒体ｗを放射パネル１０に圧送することができるように構成されている。また、往配管２２には、熱媒体ポンプ２４の下流側に、放射パネル１０に圧送される熱媒体ｗの流量を検出する流量センサ２６が配設されている。流量センサ２６は、典型的には電磁流量計が用いられるが他の種類のものでもよい。流量センサ２６は、制御装置３０と信号ケーブルで接続されており、検出した流量を信号として制御装置３０に送信することができるように構成されている。

往配管２２にはまた、放射パネル１０に圧送される熱媒体ｗの温度を検出する温度センサ２８が配設されている。温度センサ２８は、典型的にはサーミスタ等の接触式の温度センサが用いられるが他の種類のものでもよい。温度センサ２８は、制御装置３０と信号ケーブルで接続されており、検出した温度を信号として制御装置３０に送信することができるように構成されている。他方、還配管２３には、放射パネル１０から導出された熱媒体ｗの温度を検出する温度センサ２９が配設されている。温度センサ２９は、典型的には温度センサ２８と同じものが用いられる。温度センサ２９は、制御装置３０と信号ケーブルで接続されており、検出した温度を信号として制御装置３０に送信することができるように構成されている。なお、温度センサ２８、２９が検出する温度は、すべての放射パネル１０Ａ〜１０Ｄに入る熱媒体ｗ（分流前の熱媒体ｗ）の温度、あるいはすべての放射パネル１０Ａ〜１０Ｄから導出された熱媒体ｗ（合流後の熱媒体ｗ）の温度であるが、各放射パネル１０Ａ〜１０Ｄに出入りする熱媒体ｗの温度を個別に検出してもよい。

制御装置３０は、検出部を有しており、流量センサ２６、温度センサ２８、２９で検出された流量信号及び温度信号を受信し、また熱源機２５の出力等の状態の信号を受信するように構成されている。また、制御装置３０は、メモリ及び演算部を有しており、メモリに予め記憶された放射パネル１０の固有値や各種演算式により、各センサ２６、２８、２９で検出されたデータに基づき演算部で、放射パネル１０の表面温度や放射パネル１０の消費熱量、その他の値を算出することができるように構成されている。すなわち、放射パネルの表面温度及び消費熱量の「検出」は、検出した所定の物理量を基に算出する場合も含む。本実施の形態では、温度センサ２８、２９及び制御装置３０でパネル表面温度検出手段を構成し、流量センサ２６、温度センサ２８、２９及び制御装置３０でパネル消費熱量検出手段を構成している。

また、制御装置３０は、発信部を有しており、熱媒体ポンプ２４に流量調節信号を、二方弁２７Ａ〜２７Ｄに開閉信号を送信することができるように構成されている。また、制御装置３０は、計時機能やカレンダーを有しており、時間帯や季節等の別を判断できるように構成されている。制御装置３０は、ネットワークに接続され、時間帯や季節の情報等を外部のプロバイダーから入手可能なように構成されていてもよい。

引き続き図１及び図２を参照して、放射冷暖房システム１の作用を説明する。熱源機２５で温度が調節された熱媒体ｗは、熱媒体ポンプ２４にて圧送され放射パネル１０に向かって往配管２２内を流れる。放射パネル１０に至った熱媒体ｗは、往ヘッダー１４内に流入し、並列に複数連通している各熱媒体管１１に分配される。熱媒体ｗは各熱媒体管１１内を往ヘッダー１４から還ヘッダー１５に向かって流れ、この間に冷房時は吸熱を、暖房時は放熱を行い、冷暖房室１０Ｒの冷房又は暖房を行う。冷房時の吸熱した熱媒体ｗの温度は上昇し、暖房時の放熱した熱媒体ｗの温度は降下する。温度が上昇又は下降した熱媒体ｗは、還ヘッダー１５から流出し、還配管２３内を流れて熱源機２５に至り、熱源機２５で温度が調節されて再び放射パネル１０へと送られる。冷暖房室１０Ｒの熱負荷が変動した場合は、放射パネル１０に導入される熱媒体ｗの温度を変化させ、及び／又は放射パネル１０を通過する熱媒体ｗの流量を変化させる。あるいは冷暖房室１０Ｒを仮想的に複数の空間に分割し、分割した空間に対応した放射パネル１０のみに熱媒体ｗを導入して熱負荷を処理するようにしてもよい。冷暖房室１０Ｒの分割した空間ごとに冷暖房を行う場合は、より省エネルギーとなる。

冷暖房室１０Ｒを所望の環境とするための放射冷暖房システム１の制御は、放射が関係する指数に基づいて行われる。従来から多く採用されている、吹出口から温湿度を調整した空気を吹き出す対流型の冷暖房システムの場合は、室内温度に基づいた制御が行われることが多い。一般に、人間の快適感に対しては、温度や湿度の他に、人体表面の気流、壁面からの輻射（放射）、着衣量、活動状態等も大きく作用するものであるところ、放射冷暖房システムにおいては人間の快適感に対して放射（輻射）が占める割合が大きくなり、同じ室温であっても放射エネルギーの強さによって在室者の体感温度が異なるので、放射冷暖房システム１では、放射が関係する指数に基づいた制御が行われる。以下に放射冷暖房システムの制御方法について説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係る放射冷暖房システムの制御方法を説明するフローチャートである。以下の説明においては、適宜図１及び図２を参照することとする。まず、制御装置３０は、放射パネル１０に入る熱媒体ｗの入口温度を温度センサ２８で検出し、放射パネル１０から出た熱媒体ｗの出口温度を温度センサ２９で検出し、放射パネル１０に出入りする熱媒体ｗの通過流量を流量センサ２６で検出する（Ｓ３１）。次に、熱媒体ｗの入口温度及び出口温度に基づいて放射パネル１０の表面温度を検出する（Ｓ３２）。放射パネル１０の表面温度の検出は、放射パネル１０固有の、予め定まっている熱媒体ｗの出入口温度差と熱媒体ｗの入口温度と放射パネル１０の表面温度との関係から求められる。

ここで図４を参照して、放射パネル１０の表面温度の検出について説明する。図４は、熱媒体ｗの出入口温度差と熱媒体ｗの入口温度と放射パネル１０の表面温度との関係を表すグラフである。図４のグラフにおいて、縦軸は熱媒体ｗの出入口温度差を表し、横軸は放射パネル１０の表面温度を表し、右上がりの直線は熱媒体ｗの入口温度を表している。放射パネル１０が図４に示す特性を有し、現在の放射冷暖房システム１が、熱媒体ｗの入口温度が１８℃、出口温度が１９℃で冷房を行っているとする。このとき、熱媒体ｗの出入口温度差は、１９−１８＝１℃、熱媒体ｗの入口温度が１８℃であるから、まず、グラフの縦軸の１℃を探す。縦軸の１℃の部分から熱媒体ｗの入口温度１８℃を示す右上がりの直線に当たるまで横軸と平行に線を延ばし、交わった部分から横軸に当たるまで縦軸と平行に線を延ばす。このとき交わった横軸の値が放射パネル１０の表面温度となる。ここに示す例では、現在の放射パネル１０の表面温度は２０℃となる。

なお、ここでは説明の便宜のためにグラフを用いて説明したが、実際は、図４に示すグラフが表す関係が数式あるいはテーブルとして予め制御装置３０のメモリに記憶されており、温度センサ２８、２９で検知した値を数式に代入して演算部で演算することにより、あるいはテーブルからピックアップされることにより、放射パネル１０の表面温度が求められる。放射パネル１０がリニューアル工事等により変更された場合は、制御装置３０のメモリ上の数式あるいはテーブルも新たな放射パネルに固有の数式あるいはテーブルに書き換えられる。以上の説明では、放射パネル１０の表面温度は、熱媒体ｗの温度と放射パネル１０との固有の関係に基づいて算出されるとしたが、表面温度を検出する温度計により直接検出してもよい。

再び図３に戻って、放射冷暖房システム１の制御方法の説明を続ける。現在の放射パネル１０の表面温度を検出したら、次に放射パネル１０の単位面積当たりの消費熱量（以下単に「消費熱量」という場合も単位面積当たりの消費熱量を表す。）を検出する（Ｓ３３）。放射パネル１０の消費熱量は、検出した、放射パネル１０への熱媒体ｗの入口温度、出口温度、及び放射パネル１０を通過する熱媒体ｗの流量に基づき、制御装置３０のメモリに予め記憶された下記の（１）式に従って算出される。なお、下記の（１）式中の符号は、放射パネル１０の消費熱量Ｑｗ、熱媒体ｗの比熱Ｃｐ、熱媒体の流量Ｆｗ、入口温度Ｔｉ、出口温度Ｔｏ、放射パネル１０の面積Ａｐを表す。
Ｑｗ＝Ｃｐ×Ｆｗ×（Ｔｉ−Ｔｏ）／Ａｐ ・・・（１）
上記（１）式では入口温度から出口温度を引いているので、入口温度よりも出口温度の方が高い場合（冷房の場合）は、消費熱量Ｑｗは負の値となる。消費熱量Ｑｗが負の場合は吸熱を表し、正の場合は放熱を表す。なお、放射パネル１０の表面温度を検出する工程（Ｓ３２）と、放射パネル１０の消費熱量を検出する工程（Ｓ３３）とは、順序が逆であってもよい。

放射パネル１０の消費熱量を算出したら、次に放射パネル１０が設置された面以外の冷暖房室１０Ｒを区画する表面１０ａ、１０ｂ、１０ｃの平均温度（Ａｖｅｒａｇｅ Ｕｎｈｅａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ、以下「ＡＵＳＴ」という。）を算出する（Ｓ３４）。ＡＵＳＴは、放射パネル１０の表面温度及び消費熱量と、ＡＳＨＲＡＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｈｅａｔｉｎｇ， Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｇｅｎｅｅｒｓ；米国暖房冷凍空調学会）で提唱されている関係式とに基づき、下記の（２）式に従って算出される。なお、下記の（２）式中の符号は、放射パネル１０の表面温度Ｔｐ、放射熱伝達熱量Ｑｒを表す。
ＡＵＳＴ＝｛（Ｔｐ＋２７３）⁴−（Ｑｒ／（５．０×１０^-8））｝^1/4−２７３ ・・・（２）
ここで、放射熱伝達熱量Ｑｒは、放射パネルの消費熱量のほとんどすべてが放射成分となる放射パネル１０（図２（ａ）、（ｂ）参照）を用いる場合は、放射パネルの消費熱量Ｑｗと放射熱伝達熱量Ｑｒとがほぼ等しくなる。他方、放射パネルの消費熱量が放射成分と対流成分（冷暖房室１０Ｒ内の空気に伝達される熱量分）とに分けられる放射パネル１０Ｔ（図２（ｃ）、（ｄ）参照）を用いる場合は、放射パネルの消費熱量Ｑｗから対流成分に伝達される熱量Ｑｃを引いた熱量が放射熱伝達熱量Ｑｒとなる。対流成分に伝達される熱量Ｑｃは、熱を放射（吸熱）する面を下向きにして放射パネル１０Ｔが冷暖房室１０Ｒの天井に配設されている場合、放射パネル表面温度Ｔｐ及び室温Ｔａに基づいて、ＡＳＨＲＡＥで提唱されている下記の（３）式から簡易的に求めることができる。
Ｑｃ＝２．１３×｜Ｔｐ−Ｔａ｜^0.31×（Ｔｐ−Ｔａ） ・・・（３）
したがって、放射パネル１０Ｔが上述の条件で設置されている場合、放射熱伝達熱量Ｑｒは、前工程（Ｓ３３）で検出した放射パネルの消費熱量Ｑｗから上記の（３）式で得られた対流成分に伝達される熱量Ｑｃを差し引くことにより算出することができる。

ＡＵＳＴを求めたら、次に現在の平均放射温度（Ｍｅａｎ Ｒａｄｉａｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ、以下「ＭＲＴ」という。）を算出する（Ｓ３５）。ＭＲＴは、実際の不均一な放射場において在室者が周囲環境と放射熱交換を行うのと同量の放射熱交換を行うような均一温度の仮想閉鎖空間の表面温度である。現在のＭＲＴは、放射パネル１０の表面温度と、ＡＵＳＴと、冷暖房室１０Ｒの所定の位置を基準としたときの形態係数を用いて算出される。形態係数は、ある面から一様に放出した全放射エネルギーのうち他の一の面に当たる割合である。したがって、基準となる位置の取り方によって形態係数の値が変わることとなる。所定の位置を冷暖房室１０Ｒの重心とした場合はＭＲＴの算出が容易になり、所定の位置を冷暖房室１０Ｒ内の在室者の居住域とした場合は在室者の快適性が向上する。

ここで図５を参照して、所定の位置を冷暖房室１０Ｒの重心とした場合のＭＲＴの算出例を説明する。図５は、冷暖房室１０Ｒの重心を基準Ｓとした場合のＭＲＴの算出例を説明する図であり、（ａ）は冷暖房室１０Ｒの立面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図（冷暖房室１０Ｒの平面図）、（ｃ）は形態係数を表すテーブルの図である。図５中、壁面１０ａの幅（＝壁面１０ｂの幅）をＬａ、壁面１０ｄの幅（＝壁面１０ｅの幅）をＬｄ、天井面１０と床面１０ｃとの距離（＝壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅの高さ）をＬｈとする。図５において、基準ＳからＸ１方向に放射エネルギーを放出した場合の天井面１０の形態係数をＦ_X1,10と表すこととする。言い換えれば、Ｆ_X1,10は基準ＳからＸ１方向に見た天井面１０の形態係数である。同様に、基準ＳからＸ１方向に見た、壁面１０ａの形態係数をＦ_X1,10a、壁面１０ｂの形態係数をＦ_X1,10b、床面１０ｃの形態係数をＦ_X1,10c、と表す。また、基準ＳからＸ２方向に見た、天井面１０の形態係数をＦ_X2,10、壁面１０ａの形態係数をＦ_X2,10a、・・・と表し、基準ＳからＹ１方向に見た天井面１０の形態係数をＦ_Y1,10、基準ＳからＺ２方向に見た天井面１０の形態係数をＦ_Z2,10、・・・と表す。図５（ｃ）のテーブルは、これらの形態係数を表したものである。

各形態係数を求めるには、基準Ｓから見た方向と正対する面（Ｆ_X1,10a、Ｆ_X2,10b、Ｆ_Y1,10e、Ｆ_Y2,10d、Ｆ_Z1,10c、Ｆ_Z2,10）については、基準Ｓから正対する面までの距離をｒ、正対する面の長さ×幅をｐ×ｑとして、以下の（４）式により求められる。

例えば、Ｆ_X1,10aの場合は上記（４）式に、ｐ＝Ｌａ、ｑ＝Ｌｈ、ｒ＝Ｌｄ／２を代入することにより求められる。なお、基準Ｓとなる所定の位置を冷暖房室１０Ｒの重心以外とする場合は、上記（４）式のｐ、ｑ、ｒに代入する値を適宜変更すればよい。

上記以外の面（基準Ｓから見た方向と直交する面）についての形態係数は、以下の（５）式により求められる。

例えば、Ｆ_X1,10dの場合は上記（５）式に、ｐ＝Ｌｄ、ｑ＝Ｌｈ、ｒ＝Ｌａ／２を代入することにより求めら、Ｆ_X1,10の場合は上記（５）式に、ｐ＝Ｌａ、ｑ＝Ｌｄ、ｒ＝Ｌｈ／２を代入することにより求められる。なお、基準Ｓとなる所定の位置を冷暖房室１０Ｒの重心以外とする場合は、上記（５）式のｐ、ｑ、ｒに代入する値を適宜変更すればよい。

図５（ｃ）のテーブルを縦方向に見たときの最下部は、基準Ｓから任意の方向に見た各面の形態係数の合計であり、例えば基準からＸ１方向に見た各面の形態係数の合計をＦ_X1、Ｘ２方向に見た各面の形態係数の合計をＦ_X2、・・・というように表すこととする。なお、これらは、各形態係数の合計Ｆ_X1＝Ｆ_X2＝・・・＝Ｆ_Z2＝１という関係を有している。他方、図５（ｃ）のテーブルを横方向に見たときの最右部は、各面についての形態係数の合計であり、例えば天井面１０についての形態係数の合計をＦ₁₀、壁面１０ａについての形態係数の合計をＦ_10a、・・・というように表すこととする。各面についての形態係数の値は、それぞれ異なることとなる。ただし、六面体である冷暖房室１０Ｒの場合は、各面についての形態係数のそれぞれについての合計は６（Ｆ₁₀＋Ｆ_10a＋Ｆ_10b＋Ｆ_10c＋Ｆ_10d＋Ｆ_10e＝６）となる。なお、当然のことながら、基準Ｓから任意の方向に見た各面の形態係数の合計のそれぞれについての合計も６（Ｆ_X1＋Ｆ_X2＋Ｆ_Y1＋Ｆ_Y2＋Ｆ_Z1＋Ｆ_Z2＝６）となる。

各面についての形態係数Ｆ₁₀、Ｆ_10a、・・・、Ｆ_10eを求めたら、各面ごとにその面についての形態係数とその面の表面温度とを掛けたものを合計し、これを面の数で割ることにより、現在のＭＲＴが求まる。現在のＭＲＴは、放射パネル１０の表面温度をＴｐ、その他の面の表面温度をＡＵＳＴとして、以下の（６）式で表される。
ＭＲＴ＝（Ｔｐ×Ｆ₁₀＋ＡＵＳＴ×Ｆ_10a＋ＡＵＳＴ×Ｆ_10b＋ＡＵＳＴ×Ｆ_10c
＋ＡＵＳＴ×Ｆ_10d＋ＡＵＳＴ×Ｆ_10e）／６ ・・・（６）

なお、現在のＭＲＴは壁面の面積比から簡易的に算出してもよい。例えば、天井面１０（放射パネル面）：壁面１０ａ：壁面１０ｂ：床面１０ｃ：壁面１０ｄ：壁面１０ｅ＝２０：１５：１５：２０：１２：１２の場合、天井面（放射パネル面）とそれ以外の面との面積比は２０：７４となり、これより、ＭＲＴ＝（２０×Ｔｐ＋７４×ＡＵＳＴ）／（２０＋７４）としてもよい。なお、Ｔｐは放射パネルの表面温度である。

現在のＭＲＴを求めたら、次に現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなっているか否かの判断を行う（Ｓ３６）。所望のＭＲＴは、一般的な対流型の冷暖房システムにおいて夏季と冬季とで設定温度が異なるのと同様に、季節や時間帯等によって異なる値が予め定められている。所望のＭＲＴは、典型的には、春、夏、秋、冬、のそれぞれについて朝、昼、夜ごとに予め定められている。また、天候や外気の温度、湿度を所望のＭＲＴ設定の際に考慮に入れてもよい。これらの情報を得るために、制御装置３０がカレンダーを有し、冷暖房システム１が外気の温湿度を検知するセンサを有していてもよく、制御装置３０がテレビ局等のメディアとデジタルネットワークで接続され、ネットワークを介して天候や気温の情報等を得るようにしてもよい。なお、予め定められている所望のＭＲＴは、１点に限らず幅があってもよい。

現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなっているか否かの判断を行う工程（Ｓ３６）において、現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなっている場合は、放射パネル１０に入る熱媒体ｗの入口温度及び放射パネル１０から出た熱媒体ｗの出口温度、放射パネル１０に出入りする熱媒体ｗの通過流量を検出する工程（Ｓ３１）に戻り、再び上述した一連の工程を行う。他方、現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなっていない場合は、放射パネル１０に出入りする熱媒体ｗの通過流量、放射パネル１０に入る熱媒体ｗの入口温度のうち少なくとも一方を変化させる（Ｓ３７）。放射パネル１０に出入りする熱媒体ｗの通過流量の変化は熱媒体ポンプ２４の回転速度を変化させることにより行い、放射パネル１０に入る熱媒体ｗの入口温度の変化は熱源機２５の出力を変化させることにより行う。なお、放射パネル１０に出入りする熱媒体ｗの通過流量及び放射パネル１０に入る熱媒体ｗの入口温度の少なくとも一方を変化させることに加え、あるいはこれらに代えて、熱媒体ｗを導入する放射パネル１０Ａ〜１０Ｄの枚数を調節してもよい。

放射パネル１０を通過する熱媒体ｗの流量及び放射パネル１０入口の熱媒体ｗの温度の少なくとも一方を変化させたら、再び現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなっているか否かの判断を行う（Ｓ３６）。それでも現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなっていない場合は、放射パネル１０に出入りする熱媒体ｗの通過流量、放射パネル１０に入る熱媒体ｗの入口温度のうち少なくとも一方を変化させ（Ｓ３７）、現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなるまでこの工程（Ｓ３６、Ｓ３７）を繰り返す。現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなったら、放射パネル１０出入口の熱媒体ｗの温度及び放射パネル１０を通過する熱媒体ｗの流量を検出する工程（Ｓ３１）に戻り、以降の工程を行う。

以上で説明したように、本発明の実施の形態によれば、現在のＭＲＴが所望のＭＲＴとなるように放射パネル１０に出入りする熱媒体ｗの通過流量、放射パネル１０に入る熱媒体ｗの入口温度、熱媒体ｗを導入する放射パネル１０の枚数のうち少なくとも一つを変化させるので、放射センサを用いることなく放射が関係する指数に基づいて制御することが可能となり、冷暖房室１０Ｒの在室者の快適性が向上する。

本発明の実施の形態に係る放射冷暖房システムの系統図である。 放射パネルの詳細図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は変形例に係る平面図、（ｄ）は（ｃ）におけるＤ−Ｄ断面図である。 本発明の実施の形態に係る放射冷暖房システムの制御方法を説明するフローチャートである。 熱媒体の出入口温度差と熱媒体の入口温度と放射パネルの表面温度との関係を表すグラフである。 冷暖房室の重心を基準とした場合のＭＲＴの算出例を説明する図である。（ａ）は冷暖房室の立面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図、（ｃ）は形態係数を表すテーブルの図である。

符号の説明

１０ 放射パネル
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 壁面
１０Ｒ 冷暖房室
１１ 熱媒体管
１６ アクリル樹脂板
２６ 流量センサ
２８ 温度センサ
２９ 温度センサ
３０ 制御装置
ｗ 熱媒体

Claims (6)

1. 放射パネルの放熱及び吸熱の少なくとも一方により、対象となる冷暖房室の冷房及び暖房の少なくとも一方を行う放射冷暖房システムの制御方法であって；
   前記放射パネルの表面温度を検出する工程と；
   前記放射パネルの消費熱量を検出する工程と；
   前記放射パネルの表面温度及び消費熱量に基づいて、前記放射パネルが設置された面以外の前記冷暖房室を区画する表面の平均温度を算出する工程と；
   前記放射パネルの表面温度と前記放射パネルが設置された面以外の前記冷暖房室を区画する表面の平均温度とに基づいて、現在の平均放射温度を算出する工程と；
   前記現在の平均放射温度が所望の平均放射温度となるように前記放射パネルの表面温度を変化させる工程とを備える；
   放射冷暖房システムの制御方法。
2. 前記放射パネルに入る熱媒体の入口温度、前記放射パネルから出る熱媒体の出口温度、及び前記放射パネルに出入りする熱媒体の通過流量を検出する工程を備え；
   前記放射パネルの表面温度の検出が、前記入口温度と前記出口温度とに基づいて算出され；
   前記放射パネルの消費熱量の検出が、前記入口温度、前記出口温度、及び前記通過流量に基づいて算出され；
   前記放射パネルの表面温度を変化させる工程が、前記入口温度及び前記通過流量の少なくとも一方を変化させることにより行われる；
   請求項１に記載の放射冷暖房システムの制御方法。
3. 前記冷暖房室が複数の空間に分割され、前記放射パネルの表面温度を変化させる工程が、前記分割された空間ごとに行われるように構成された；
   請求項１又は請求項２に記載の放射冷暖房システムの制御方法。
4. 前記所望の平均放射温度が所定の条件により予め定められており、前記所定の条件に応じて前記所望の平均放射温度を決定する工程を備える；
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の放射冷暖房システムの制御方法。
5. 熱媒体を熱媒体流路の入口から導入し前記熱媒体流路の出口から導出して熱交換することにより、冷暖房室に対して放熱及び吸熱の少なくとも一方を行う放射パネルと；
   前記放射パネルの表面温度を検出するパネル表面温度検出手段と；
   前記放射パネルの消費熱量を検出するパネル消費熱量検出手段と；
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の放射冷暖房システムの制御方法を行う制御装置とを備える；
   放射冷暖房システム。
6. 前記放射パネルが、赤外線を透過する赤外線透過部材で表面が形成され、前記熱媒体流路と前記赤外線透過部材との間に真空の空間が形成されて構成された；
   請求項５に記載の放射冷暖房システム。

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