JP2007315631A

JP2007315631A - 空調制御装置

Info

Publication number: JP2007315631A
Application number: JP2006143165A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Kinoshita; 朋行木下; Masanobu Ueda; 昌信植田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】個人の体感に近い快適な空調制御を可能にし、かつ省エネルギー化を図ることにある。
【解決手段】人間の温熱感覚に影響を与える複数のプロセス変数を入力して温熱感覚指標としてのＰＭＶ値を演算するＰＭＶ演算部１０と、室内に設置された複数台の個人用パソコン１２の電源がオンになるとそのパソコンを所有する人の在席を検出する個人在席検出部１１と、各個人用パソコンのＩＰアドレスに対応させて個人の快適度を示すＰＭＶ値が書き込まれたデータベースを有し、個人在席検出手段１１から在席情報を取込むとデータベースより該当するＩＰアドレスのＰＭＶ値を読み出してその平均ＰＭＶ値を演算する平均ＰＭＶ演算部１３と、この平均ＰＭＶ演算部で求められた平均ＰＭＶ値を目標ＰＭＶ値として設定する設定部１４と、ＰＭＶ演算部で求められたＰＭＶ値と設定部より出力される平均ＰＭＶ値との偏差を求め、この偏差をもとに室温が調整された室温設定値を演算する設定室温演算部１６とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、省エネルギー化を図りつつ室内の在席者個々の快適度に近い空調環境を実現可能な空調制御装置に関する。

例えば、オフィスビル内の空調制御としては、適正な室内温熱環境をできる限り少ないエネルギー消費により確保することが求められている。

適正な室内温熱環境を確保するにあたっては、厚さ、寒さに対する人間の温熱感覚を考慮することが重要である。人間の温熱感覚、すなわち、サーマル・コンフォートに影響を与える主な変数には、空気温度、平均輻射温度、気流温度、相対湿度、活動状態（人体の発熱量）、着衣状態の６つがある。

人の発熱量は、滞留による放射量、輻射による放射量、人からの蒸発熱量、呼吸による放熱量および蓄熱量の合計であり、これらの熱平衡式が成立している場合は、人体が熱的に中立であり、厚くも寒くもない快適状態である。逆に熱平衡式がくずれた場合に人体は厚さ、寒さを感じる。

最近、上記熱平衡式に基づく人間の温熱感覚指標として、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote:予測平均申告）と呼ばれるものが注目されている。

このＰＭＶは、ファンガー（Fanger）氏によって提案されたもので、同氏により発表された快適方程式を出発点とし、人体の熱負荷と人間の温冷感とを結び付けて７段階で表現したものである。

上記快適方程式は、人体の体内温が一定に保たれる定常状態において、周囲環境との間の熱平衡式に、各種放熱算定式を組み入れ、さらに生理量として皮膚温および発汗蒸発放熱量の快適条件を与えて導き出されたものである。この方程式は、上記の６つの変数を考慮に入れると、サーマル・コンフォートに要する室内温度を決定するのに使用できる。

なお、６つの変数の内、活動状態（作業強度）は、通常、代謝量ｍｅｔ（１ｍｅｔ＝５０ｋｃａｌ／ｍ²・ｈ）で示され、着衣状態は、ｃｌｏ（１ｃｌｏ＝０．１８ｍ²・ｈ・℃／ｋｃａｌ）で示される。

ＰＭＶ指標は、実際の代謝量、着衣条件下において、環境との間の熱の不平衡量を上記の快適方程式を用いて人体に対する熱負荷を求め、これと人間の温冷感とを結び付けたものである。温冷感としては、次の７段階評価尺度による数値として表す。

＋３：暑（hot）
＋２：暖かい（warm）
＋１：やや暖かい（slightly warm）
０：どちらでもない（neutral）、快適
−１：やや涼しい（slightly cool）
−２：涼しい（cool）
−３：寒い（cold）
この予測平均申告ＭＰＶは、所定の区画の在室者がその区画のコンフォートに対して下す平均的評価を表す。例えば、仕切りのないオフィスに人が５人おり、Ａさんはオフィスをやや暖かい（＋１）と感じ、Ｂさんは涼しい（−２）と感じ、Ｃさんはやや涼しい（−１）と感じ、Ｄさんはやや暖かい（＋１）と感じ、Ｅさんはやや涼しい（−１）と感じたとする。このとき平均評価、すなわち平均申告（ＭＶ）は次のように決まる。

ＭＶ＝（１−２−１＋１−１）／５＝−２／５＝−０．４
温熱感覚の指標となるＰＭＶと、フィンガの方程式から求められる人体熱負荷Ｌとの対応は、大勢の被験者によるデータから統計的に分析され、予測平均申告ＰＭＶとして、これを人体負荷Ｌおよび代謝量Ｍとして次式で与えている。

ＰＭＶ＝（０．３５２・ｅｘｐ（−０．０４２・Ｍ）＋０．０３２）・Ｌ
ここで、Ｍ：代謝量（ｋｃａｌ／ｍ²・ｈ）
Ｌ：人体熱負荷（ｋｃａｌ／ｍ²・ｈ）
図４はファンガーの方程式とＰＭＶの概念を示すものである。

ところで、従来、このＭＰＶ制御を採用した空調制御装置としては、ＰＭＶ演算部に室内の温度、平均輻射温度、気流速度および湿度、並びに外部から設定される人間の着衣状態、活動状態などの温熱感覚に影響を与える複数のプロセス変数を入力して温熱感覚指標としてのＰＭＶ値を演算し、またビルの管理人が空調機単位毎に目標ＰＭＶ値を設定部に設定し、これらＰＭＶ演算部で求められたＰＭＶ値と設定部に設定された目標ＰＭＶ値との偏差をもとに室内温度が調整された室温設定値を求め、この室温設定値に基づき空調機を制御するようにしたものがある（例えば、特許文献１，２）。
特許第３０４９２６６号公報特許第３３６１０１７号公報

しかし、かかる従来のＭＰＶ制御を採用した空調制御装置においては、ビルの管理人が空調機単位毎に目標ＭＰＶ値を設定するものであり、個人の温冷感（体感）を反映させたものではないため、個人の体感に合った快適な空調環境とは言えない。また、在室者数が減少した場合でも目標ＭＰＶ値は変らないため、省エネルギー化の観点からも十分ではない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、在室者の体感に近い空調制御ができると共に、省エネルギー化にも寄与できる空調制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、人間の温熱感覚に影響を与える複数のプロセス変数を入力し、これらのプロセス変数から温熱感覚指標としてのＰＭＶ値を演算するＰＭＶ演算手段と、室内に設置された複数台の個人用パソコンの電源がオンになるとそのパソコンを所有する人の在席を検出する個人在席検出手段と、前記各個人用パソコンのＩＰアドレスに対応させて個人の快適度を示すＰＭＶ値が書き込まれたデータベースを有し、前記個人在席検出手段から個人識別情報と共に在席情報を取込むと前記データベースより該当するＩＰアドレスのＰＭＶ値を読み出してその平均ＰＭＶ値を演算する平均ＰＭＶ演算手段と、この平均ＰＭＶ演算手段で求められた平均ＰＭＶ値を目標ＰＭＶ値として出力する設定手段と、前記ＰＭＶ演算部で求められたＰＭＶ値と前記設定部より出力される平均ＰＭＶ値との偏差を求め、この偏差をもとに室温が調整された室温設定値を演算する設定室温演算手段とを備え、前記設定室温演算手段により求められた室温設定値に基づいて空調制御する。

本発明によれば、在室者の体感に近い空調制御ができると共に、省エネルギー化にも寄与することができる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明による空調制御装置が適用された空調制御システムの構成例を示す図である。

図１に示すようにビルの室内に設置された複数台の個人用パソコンＰＣがＬＡＮにより在室管理サーバ（個人在席検出部）１１に接続され、この在席管理サーバ１１はパソコンＰＣの電源をオン、キータッチやスクリーンセーバーの信号を監視し、これらの信号の状態により在室者を検知し、個人識別情報と共に在席情報をＬＡＮによりルータを介して空調制御装置１に送信する。

この空調制御装置１は、パソコンのＩＰアドレス、個人のＰＭＶ値、座席表が構築されたデータベースを備え、在席管理サーバ１１から送信された個人識別情報に該当する在席情報と照合することにより、個人のＰＭＶ値をＰＭＶ制御に反映させ、空調設備２０をＤＤＣ（Direct Digital Controller）２により制御する。

図２は本発明による空調制御装置が適用された空調制御システムの実施形態を示すブロック構成図である。

図２に示すように、詳細を後述する空調制御装置１で求められた室温設定値はＤＤＣ２Ａに与えられ、また外部より予めＤＤＣ２Ａに湿度設定値が与えられている。ＤＤＣ２Ａは、室内４の温度、湿度がこれらの値と一致するように各バルブ５，６，７を介して空調機３を制御する。また、制御演算に使用するために室内４で測定された計測値がＤＤＣ２Ｂを介して空調制御装置１に与えられている。さらに、各人が所有するパソコン（ＰＣ）１２ａ，１２ｂ，……，１２ｎにＬＡＮを通して接続された個人在席検出部１１より個人識別情報と在席情報が空調制御装置１に与えられる。

空調制御装置１は、ＰＭＶ演算部１０と、個人在席検出部１１より個人識別情報と在席情報が与えられる平均ＰＭＶ演算部１３と、この平均ＰＭＶ演算部１３により求められた平均ＰＭＶ値をＰＭＶ設定値として出力する設定部１４と、ＰＭＶ演算部１０の出力と設定部１４の出力を切換える切換スイッチ１５と、この切換スイッチ１５を介して入力されるＰＭＶ演算部１０で求められたＰＭＶ値と設定部１４より出力される平均ＰＭＶ値との偏差ΔＰＭＶを求め、この偏差ΔＰＭＶをもとに室温が調整された室温設定値を求める設定室温演算部１６とを備えている。

上記ＰＭＶ演算部１０は、外部から設定される着衣状態、活動状態と、室内４に設けられた温度計４１、平均輻射温度計４２、気流速度計４３および湿度計４４によりそれぞれ測定された温度、平均輻射温度、気流速度および湿度の各プロセス変数とを、ＤＤＣ２Ｂを介して入力してＰＭＶを演算する。

上記平均ＰＭＶ演算部１３は、予めパソコンのＩＰアドレス、個人の快適度を示すＰＭＶ値、座席表などが書き込まれたデータベースを備え、個人在席検知部１１から送信される個人識別情報と在席情報を取込むとデータベース上のＩＰアドレス、座席表と照合し、該当するアドレスのＰＭＶ値を読み出してその平均ＰＭＶ値を求め、この平均ＰＭＶ値を設定部１４に与えるものである。また、この平均ＰＭＶ演算部１３は個人ＰＭＶ変更機能と学習機能を有し、ＰＭＶ変更機能によりパソコン１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎのアクセスによりデータベースに書き込まれた個人のＰＭＶ値の書き換えと、学習機能により個人の体感を学習して個人のＰＭＶ値が変更可能になっている。

一方、空調機３は、エアフィルタ、空気冷却器、空気加熱器、空気を加湿するための噴霧器および送風機などから構成され、この空調機３の前段には、蒸気バルブ５、温水バルブ６、冷水バルブ７がそれぞれ接続されている。また、この空調機３で調和された空気は、配管８を介して室内４に供給されるようになっている。

次に上記のように構成された空調制御装置の作用を述べる。

いま、室内４の温度、平均輻射温度、気流速度および湿度、並びに外部から設定される人間の着衣状態、活動状態などの温熱感覚に影響を与える複数のプロセス変数がＰＭＶ演算部１０に入力されているものとすれば、このＰＭＶ演算部１０では図４に示すファンガーの方程式によりＰＭＶ値を演算している。

一方、パソコン１２ａ，１２ｂ，……，１２ｎの電源をオンし、キータッチが行われると、そのキータッチ情報が個人在席検出部１１に送信される。この個人在席検出部１１ではパソコンのＩＰアドレスから個人識別と在席を検出し、その検出データは平均ＰＭＶ演算部１３に送信される。

すると、この平均ＰＭＶ演算部１３では、個人在席検知部１１からの個人識別情報と在席情報を取込むと、予めパソコンのＩＰアドレスに対応させて個人の快適度を示すＰＭＶ値と座席表などが書き込まれたデータベースと照合して、該当するＩＰアドレスのＰＭＶ値を読み出してその平均ＰＭＶ値を求め、この平均ＰＭＶ値を設定部１４に与える。

例えば、図３に示すように平均ＰＭＶ演算部１３のデータベースに各パソコンのＩＰアドレスＡ,Ｂ,Ｃ,…Ｇに対応させてＰＭＶ値０．１，０．２，０．１，…０．３が書き込まれているものとすれば、個人在席検出部１１により検出された個人識別情報と在席情報に該当するＰＭＶ値を読み出してその平均ＰＭＶ値を求め、これを設定部１４に目標ＰＭＶ値として与える。

このようにして設定部１４に目標ＰＭＶ値として与えられた平均ＰＭＶ値とＰＭＶ演算部１０により複数のプロセス変数から求められたＰＭＶ値は、切換スイッチ１５を介して設定温度演算部１６に与えられる。

この設定温度演算部１６では、ＰＭＶ演算部１０で求められたＰＭＶ値と設定部１４より出力される平均ＰＭＶ値との偏差ΔＰＭＶを求め、この偏差ΔＰＭＶをもとに室温が調整された室温設定値を求めてＤＤＣ２Ａに与える。このＤＤＣ２Ａは、室温設定値と、外部より予め設定された湿度設定値と、ＤＤＣ２Ｂに入力される温度および湿度の各計測値とから蒸気バルブ５、温水バルブ６、冷水バルブ７の各弁開度操作量を求めて各バルブを調節する。これにより、空調機３は在室者の感覚に近い最適な状態に調和された空気を配管８を介して室内４に供給する。

なお、上記では個人在席検出部１１によりパソコン１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎのキータッチ情報から個人識別と在席を検出するようにしたが、パソコンの電源がオンしたときの状態やスクリーンセーバー起動状況により個人識別と在席を検出するようにしてもよい。

このように上記実施形態では、個人在席検出部１１により室内４に設置された複数台のパソコン１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎが電源オン、キータッチ情報、スクリーンセーバー起動状況から個人識別と在席を個人在席検出部１１により検出し、この個人在席検知部１１からの個人識別情報と在席情報を平均ＰＭＶ演算部１３に取込んで、予めデータベースにパソコンのＩＰアドレスに対応させて書き込まれた個人の快適度を示すＰＭＶ値と座席表と照合して、該当するＰＭＶ値を読み出してその平均ＰＭＶ値を求め、この平均ＰＭＶ値とＰＭＶ演算部１０で求められたＰＭＶ値との偏差をもとに室内の温度が調整された室温設定値を求めて空調制御するようにしたので、在室者の温熱感覚に近い快適な空調制御を行うことができる。

また、個人在席検出部１１により電源オン、キータッチ情報、スクリーンセーバー起動状況から個人識別と在席を検出しているので、平均ＰＭＶ演算部１３は現在在席している人の快適度を示すＰＭＶ値から平均ＰＭＶ値を求めているので、熱源、換気制御の効率化ができ、省エネルギー化を図ることができる。

さらに、平均ＰＭＶ演算部１３は、学習機能と個人ＰＭＶ値変更機能を有しているので、各人が自分のパソコンにＰＭＶ値に対応させて体感を示す体感表を表示可能にしておき、この体感表の該当する体感を複数回指定して平均ＰＭＶ演算部１３に送信すれば、学習機能により該当するパソコンのＩＰアドレスに対応する個人ＰＭＶ値を変更することができ、より個人の体感に近い空調制御が可能である。

本発明による空調制御装置が適用された空調制御システムの構成例を示す図。本発明による空調制御装置が適用された空調制御システムの実施形態を示すブロック構成図。同実施形態において、平均ＰＭＶ演算部のデータベースに書き込まれたパソコンのＩＰアドレスに対応するＰＭＶ値の一例を示す図。ファンガー方程式からＰＭＶを演算する概念を説明するための図。

符号の説明

１…空調制御装置、２Ａ，２Ｂ…ＤＤＣ、３…空調機、４…室内、１０…ＰＭＶ演算部、１１…個人在席検出部、１２Ａ,１２ｂ,…，１２ｎ…パソコン、１３…平均ＰＭＶ演算部、１４…設定部、１５…切換スイッチ、１６…設定室温演算部、４１…温度計、４２…平均輻射温度計、４３…気流速度計、４４…湿度計

Claims

人間の温熱感覚に影響を与える複数のプロセス変数を入力し、これらのプロセス変数から温熱感覚指標としてのＰＭＶ値を演算するＰＭＶ演算手段と、
室内に設置された複数台の個人用パソコンの電源がオンになるとそのパソコンを所有する人の在席を検出する個人在席検出手段と、
前記各個人用パソコンのＩＰアドレスに対応させて個人の快適度を示すＰＭＶ値が書き込まれたデータベースを有し、前記個人在席検出手段から個人識別情報と共に在席情報を取込むと前記データベースより該当するＩＰアドレスのＰＭＶ値を読み出してその平均ＰＭＶ値を演算する平均ＰＭＶ演算手段と、
この平均ＰＭＶ演算手段で求められた平均ＰＭＶ値を目標ＰＭＶ値として出力する設定手段と、
前記ＰＭＶ演算部で求められたＰＭＶ値と前記設定部より出力される平均ＰＭＶ値との偏差を求め、この偏差をもとに室温が調整された室温設定値を演算する設定室温演算手段とを備え、
前記設定室温演算手段により求められた室温設定値に基づいて空調制御することを特徴とする空調制御装置。
請求項１記載の空調制御装置において、
個人在席検出手段は、個人用パソコンのキーボードのタッチ情報により、在席を検出することを特徴とする空調制御装置。
請求項１記載の空調制御装置において、
個人在席検出手段は、個人用パソコンのスクリーンセーバーの起動情報により、在席を検出することを特徴とする空調制御装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の空調制御装置において、
前記平均ＰＭＶ演算手段は、前記個人用パソコンからＰＭＶ値に対応する体感を複数回指定することにより、該体感を学習して前記データベースの該当するＩＰアドレスに対応するＰＭＶ値を変更することを特徴とする空調制御装置。