JP2012063115A - Whole building air-conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一つの空調ユニットで家屋の複数の部屋を空調する全館空調システムに関する。 The present invention relates to an entire building air conditioning system that air-conditions a plurality of rooms in a house with one air conditioning unit.
従来の全館空調では、乾球温度(空気温度)を検出するサーミスタなどの温度センサを備えたサーモスタットにより、ユーザーが設定した設定温度となるように温度制御する。
近年、ファンガー(Fanger)氏が発表した快適方程式によりPMV(予測温冷感申告:ISO7730に規定)値を導き、快適性(体感)を考慮した空調制御を行うことが知られている(例えば特許文献1)。
In conventional whole-building air conditioning, temperature control is performed by a thermostat provided with a temperature sensor such as a thermistor for detecting a dry bulb temperature (air temperature) so that a set temperature set by a user is obtained.
In recent years, it is known that PMV (predicted thermal sensation declaration: stipulated in ISO7730) value is derived from the comfort equation published by Mr. Fanger and air conditioning control is performed in consideration of comfort (experience) (for example, patents) Reference 1).
上記PMV値を上記快適方程式では、6つの変数(温度、湿度、平均輻射温度、気流速度、着衣量、人の活動量)を用いており、そのため、複数種のセンサが必要で、多くの詳細な設定や調整が必要となり、空調制御装置のコストが高くなったり、実際の設置作業員やユーザーの設定や調整の負荷が増えてしまう。 In the above comfort equation, the PMV value above uses six variables (temperature, humidity, average radiation temperature, airflow velocity, amount of clothes, amount of human activity), so multiple types of sensors are required, and many details Adjustment and adjustment are required, which increases the cost of the air conditioning control device and increases the load of setting and adjustment of the actual installation worker and user.
そこで、本発明は、少ない種類のセンサで、しかも設置作業者やユーザーの設定・調整の負担を軽減しつつ、快適性を満足できる全館空調システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a whole-building air conditioning system that can satisfy comfort while reducing the burden of setting and adjustment of an installation worker and a user with a small number of sensors.
上記目的を達成するために請求項1においては、ユーザーによる温度設定入力が可能な温度設定手段、部屋の空気温度を検出する部屋内空気温度センサ、ユーザーによって操作され当該ユーザーが所望する涼しさ増加度合いや暖かさ増加度合いの体感度数n(nは−N≦n≦N、Nは正の整数、nは0を含む整数)を入力する体感度数入力手段を備え、さらに、部屋内の輻射熱源の表面温度を検出する表面温度センサを備え、前記体感度数入力手段が操作されたときに、目標温度Tt[℃]を下記(a)式、
Tt=(Ts−α×Th/2)+(Ts−β×Tc/2) ・・・(a)
により設定し、そして、温度制御手段により、前記部屋内空気温度センサによる検出温度Taが当該目標温度Ttとなるように前記空調ユニットを制御するようにした。
In order to achieve the above object, in
Tt = (Ts−α × Th / 2) + (Ts−β × Tc / 2) (a)
Then, the air conditioning unit is controlled by the temperature control means so that the temperature Ta detected by the room air temperature sensor becomes the target temperature Tt.
ただし、α=1−n/N β=1+n/N とする。
本発明者は、次の経緯を経て、上記式(a)を案出した。まず、全館空調システムにおいて、次の点に着目した。全館空調システムは、一つの部屋に、温度設定スイッチ及び体感度数入力スイッチを備えると共に空気温度を検出する温度センサを備え、ユーザーが前記温度設定スイッチにより設定した温度となるように、空調ユニットの運転能力を調整し或いは空調送風量を制御して温度制御するようにした構成である。
However, α = 1−n / N β = 1 + n / N.
The present inventor has devised the above formula (a) through the following process. First, we focused on the following points in the entire building air conditioning system. The entire building air conditioning system is equipped with a temperature setting switch and a body sensitivity number input switch in one room and a temperature sensor for detecting the air temperature, and the operation of the air conditioning unit is performed so that the temperature set by the user is set by the temperature setting switch. In this configuration, the temperature is controlled by adjusting the capacity or controlling the air-conditioning air flow rate.
今、空調されている部屋にいるユーザーが暑いとか寒いと感じる場合、その部屋の温度(空気温度)を感じる以外に、熱源からの輻射熱を感じる。この熱源としては、家庭電器機器が動作することによる輻射熱であったり、日射や外気温によって温度変化した壁面からの輻射熱であったりする。ここで平均的な部屋内温度は
(熱源温度+室内空気温度)×1/2
となることが判った。「1/2」は「熱源温度+室内空気温度」の平均をとる意味で1/2である。前記熱源温度としては最高温度Th[℃]と最低温度Tc[℃]とがある。これを一つの熱源としてとらえると、熱源温度は(Th+Tc)/2 となる。部屋内空気温度をTa[℃]とすると、部屋内温度をひとくくりで表すと、
部屋内温度={(Th/2+Tc/2)+Ta}/2
=(Th/2+Tc/2+Ta)/2 となる。
When a user in an air-conditioned room feels hot or cold, the user feels radiant heat from the heat source in addition to the temperature of the room (air temperature). The heat source may be radiant heat due to the operation of home appliances, or radiant heat from the wall surface that has changed in temperature due to solar radiation or outside air temperature. Here, the average room temperature is (heat source temperature + room air temperature) x 1/2
It turned out that it becomes. “1/2” is 1/2 in the sense of taking the average of “heat source temperature + room air temperature”. The heat source temperature includes a maximum temperature Th [° C.] and a minimum temperature Tc [° C.]. If this is regarded as one heat source, the heat source temperature is (Th + Tc) / 2. Assuming that the room air temperature is Ta [° C.], the room temperature is expressed as a whole.
Room temperature = {(Th / 2 + Tc / 2) + Ta} / 2
= (Th / 2 + Tc / 2 + Ta) / 2
ここでユーザーは、体感温度として暑い(涼しくしたい)と感じたり、又体感温度として寒い(暖かくしたい)と感じる場合には、輻射熱による影響、つまり高温側(最高温度Th側)の影響と、低温側(最低温度Tc側)の影響が影響している。 If the user feels that the temperature is hot (I want to be cool) or that the temperature is cold (I want to be warm), the effect of radiant heat, that is, the effect on the high temperature side (maximum temperature Th side) and the low temperature The influence of the side (minimum temperature Tc side) is influencing.
上記影響分を最高温度Th、最低温度tcに反映させると、
体感温度は
体感温度=α×Th/2+β×Tc/2+Ta)/2 となる。
When the above influence is reflected in the maximum temperature Th and the minimum temperature tc,
The sensible temperature is sensible temperature = α × Th / 2 + β × Tc / 2 + Ta) / 2.
ユーザーが体感度数入力手段により体感度数nとして例えば「1段階涼しくしたい」の趣旨である「−1」を入力する場合、そのユーザーに対して最高温度Thからの体感効果(影響)が大きく作用している。このため、その体感効果を前記最高温度Thに大きく反映させたほうが良く、逆に、最低温度Tcからの体感効果は小さく作用(影響)しているから、前記最低温度Tcに小さく反映させたほうが良いことが判った。又、ユーザーが逆にnとして例えば「1段階暖かくしたい」の趣旨である「1」を入力する場合、最低温度Tcからの体感効果が大きく作用し、最高温度Tcからの体感効果は小さい。このため、体感効果を前記最低温度Tcに大きく反映させ、又、最高温度Thに対する体感効果は小さく反映させたほうが良いことが判った。このために、この体感効果を上述の輻射放射係数α、βで補正している(体感効果を反映させている)。 When the user inputs, for example, “−1”, which means “I want to make it cooler by one step” as the body sensitivity number n by the body sensitivity number input means, the body sensation effect (influence) from the maximum temperature Th acts greatly on the user. ing. For this reason, it is better to reflect the sensation effect greatly on the maximum temperature Th, and conversely, the sensation effect from the minimum temperature Tc acts (influences) smallly. I found it good. On the other hand, when the user inputs “1”, which is, for example, “I want to be warmed by one level” as n, the bodily sensation effect from the lowest temperature Tc is large and the bodily sensation effect from the highest temperature Tc is small. For this reason, it has been found that the sensory effect should be largely reflected on the minimum temperature Tc, and the sensory effect on the maximum temperature Th should be reflected small. For this reason, this bodily sensation effect is corrected with the above-mentioned radiation emission coefficients α and β (the bodily sensation effect is reflected).
α=1−n/N β=1+n/N とする。
この輻射放射係数α、βは、涼しくしたい度合い、暖かくしたい度合いの相対的割合の目安である。
この輻射放射係数αは、体感が「涼しくしたい」ときには最高温度Thの影響が大きい趣旨であるから「Th/2」の係数とし、輻射放射係数βは体感が「暖かくしたい」ときには最低温度Tcの影響が大きい趣旨であるから「Tc/2」の係数とする。
α = 1−n / N β = 1 + n / N
The radiation emission coefficients α and β are a measure of the relative ratio of the degree of wanting to be cool and the degree of wanting to be warm.
The radiant emission coefficient α is a factor of “Th / 2” because the effect of the maximum temperature Th is great when the sensation is “I want to be cool”, and the radiant emission coefficient β is the minimum temperature Tc when the sensation is “I want to be warm”. Since the effect is large, the coefficient is “Tc / 2”.
そして、輻射放射係数αが反映された「α×Th/2」を設定温度Tsに反映させたものと、輻射放射係数βが反映された「β×Tc/2」を設定温度Tsに反映させたものとを合わせることにより目標温度Ttを設定する(前述の(a)式参照)と、ユーザーの体感が反映された目標温度Ttを得ることができた。
従って、ユーザーが体感度数入力手段により体感度数nを入力したときに、部屋内の空気温度及び輻射熱温度を考慮し、且つ当該体感度数nも考慮した目標温度Ttを設定でき、快適性が高い空調運転を実行できる。
Then, “α × Th / 2” reflecting the radiation emission coefficient α is reflected in the set temperature Ts and “β × Tc / 2” reflecting the radiation emission coefficient β is reflected in the set temperature Ts. When the target temperature Tt is set by combining the above (see the above-described equation (a)), the target temperature Tt reflecting the user's experience can be obtained.
Therefore, when the user inputs the body sensitivity number n by the body sensitivity number input means, the target temperature Tt can be set in consideration of the air temperature and the radiant heat temperature in the room and also taking into account the body sensitivity number n, and air conditioning with high comfort Can run.
さらに、前記α及びβには「涼しくしたい」場合の体感効果と、「暖かくしたい」場合の体感効果が反映されているから、涼しくする方向、暖かくする方向のいずれにも速く温度制御することができる。 Furthermore, since α and β reflect the sensation effect of “I want to be cool” and the sensation effect of “I want to be warm”, it is possible to quickly control the temperature in both the direction of cooling and the direction of warming. it can.
そして、センサ類として、部屋内空気温度センサ及び表面温度センサといった2種類の温度センサで済み、ファンガー氏の快適方程式を採用した全館空調システムにとは違って、センサ類を少なくでき、設置作業者やユーザーの設定・調整の負担も軽減できる。 In addition, two types of temperature sensors, such as an indoor air temperature sensor and a surface temperature sensor, are sufficient as sensors, and unlike the entire building air conditioning system that employs Mr. Fanger's comfort equation, the number of sensors can be reduced. And the burden of user settings and adjustments can be reduced.
以下、本発明の一実施形態について図1ないし図5を参照して説明する。全館空調システム1は、図1に示すように、複数の部屋A、部屋B、部屋C及び部屋Dを有する家屋2に設けられている。ここでは説明の簡単化のために4つの部屋を有する家屋2を例にとって説明するが、部屋数や部屋構成はこの家屋2には限定されるものではない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The entire building
全館空調システム1は、空調ユニット3と、給気ダクト4〜7と、回収ダクト8〜11と、コントローラ12(図2参照)と、制御装置13(図3参照)とを有して構成されている。
The entire building
前記空調ユニット3は、ヒートポンプを用いた冷風生成機と、ガスや石油を燃料として用いた燃料燃焼式温風生成機とを備えており、ヒートポンプのコンプレッサの回転数を変更することにより冷風生成運転の能力が可変(冷風温度の調整が可変)で、また、燃料燃焼式温風生成機の火力を調整することにより温風生成運転の能力が可変(温風温度の調整が可変)である。なお、冷風生成及び温風生成の双方をヒートポンプで担うようにしても良い。
The
各部屋A〜Dの任意の側壁の上部には、冷風又は温風の吹き出し口14〜17が形成されており、これら吹き出し口14〜17は前記給気ダクト4〜7を介して前記空調ユニット3に接続されている。又、各部屋A〜Dにおいて、前記吹き出し口14〜17が存在する側壁と対向する側壁の下部には冷風又は温風の回収口18〜21が形成されており、これら回収口18〜21は前記回収ダクト8〜11を介して前記空調ユニット3に接続されている。
Cold air or
前記コントローラ12は、前記部屋A〜Dのうち、例えば居間などのように人の利用が多い部屋Aに設置されており、このコントローラ12には、図3に示す冷房運転及び暖房運転を切替える運転切替スイッチ22、運転停止兼スタートスイッチ23、各運転の制御温度を設定するための温度設定手段としての温度設定スイッチ24、設定温度などを表示する表示器25、及び部屋の空気温度を検出する部屋内空気温度センサ26が設けられている。この部屋内空気温度センサ26は例えばサーミスタから構成されている。
The
さらに、前記コントローラ12には、体感度数入力手段として体感度数入力スイッチ27が設けられている。この体感度数入力スイッチ27は、体感が「ちょうどいい」場合にユーザーによりオン操作されるゼロスイッチ部と、体感が暑くて涼しくしたいときにオン操作されるマイナススイッチ部と、体感が涼しくて暖かくしたいときにオン操作されるプラススイッチ部とが含まれている。この場合、前記ゼロスイッチ部は制御装置13に「n=0」を入力するためのものであり、又、マイナススイッチ部はその操作回数に応じて「n=−1、−2、・・・−N」のいずれかを入力するためのものであり、そして、プラススイッチ部はその操作回数に応じて「n=1、2、・・・N」のいずれかを入力するためのものである。
Further, the
さらに前記部屋Aには、図2に示すように表面温度センサ28が設けられている。この表面温度センサ28は例えば各壁面方向を指向する複数の夫々赤外線センサからなる6つの個別表面温度センサを備えて構成されており、部屋A内の各種熱源(壁面や電気機器)から輻射温度(表面温度)を検出することが可能である。なお、この個別表面温度センサは、例えば部屋において表面温度が高くなる部位が予め予測され、又表面温度が低くなる部位が予め予測されている場合には、それらの部位に指向した表面温度センサであれば、2つで良く、必要に応じた数とすれば良い。
Further, a
図3に示す前記制御装置13はCPU、RAM、ROMなどを備えたマイクロコンピュータから構成されており、ROMに記憶された制御プログラムに従って全館空調システム1を総括的に制御するものであり、目標温度設定手段及び温度制御手段としても機能する。
The
又、この制御装置13は、前記表面温度センサ28が検出した表面温度(輻射温度)の中から、最高温度Th[℃]と最低温度Tc[℃]とを取得する。さらに、温度設定スイッチ24が操作されたときに設定温度Ts[℃]を記憶手段たるRAMに記憶し、前記部屋内空気温度センサ26が検出した部屋内空気温度Taを取得してRAMに記憶する。
Further, the
さらに又、前記制御装置13は、記憶手段であるROMに下記式
Tt=(Ts−α×Th/2)+(Ts−β×Tc/2)・・・(a)
を記憶している。
Furthermore, the
Is remembered.
この場合、α=1−n/N ・・・(b)
β=1+n/N ・・・(c)
上記輻射放射係数α、βは、涼しくしたい度合い、暖かくしたい度合いの相対的割合の目安である。この輻射放射係数αは、体感が「涼しくしたい」ときには最高温度Thの影響が大きい趣旨であるから「Th/2」の係数とし、輻射放射係数βは体感が「暖かくしたい」ときには最低温度Tcの影響が大きい趣旨であるから「Tc/2」の係数とする。
In this case, α = 1−n / N (b)
β = 1 + n / N (c)
The radiation emission coefficients α and β are measures of the relative ratio of the degree of wanting to be cool and the degree of wanting to be warm. The radiant emission coefficient α is a factor of “Th / 2” because the effect of the maximum temperature Th is great when the sensation is “I want to be cool”, and the radiant emission coefficient β is the minimum temperature Tc when the sensation is “I want to be warm”. Since the effect is large, the coefficient is “Tc / 2”.
そして、輻射放射係数αが反映された「α×Th/2」を設定温度Tsに反映させたものと、輻射放射係数βが反映された「β×Tc/2」を設定温度Tsに反映させたものとを合わせることにより目標温度Ttを設定する(前述の(a)式参照)と、ユーザーの体感が反映された目標温度Ttを得ることができる。 Then, “α × Th / 2” reflecting the radiation emission coefficient α is reflected in the set temperature Ts and “β × Tc / 2” reflecting the radiation emission coefficient β is reflected in the set temperature Ts. When the target temperature Tt is set by combining the above (see the above-described equation (a)), the target temperature Tt reflecting the user's experience can be obtained.
さて、前記制御装置13は、前記温度設定スイッチ24により温度設定がされたときにはこの設定温度Tsを目標温度Ttとして前記空調ユニット3を制御して温度制御し、前記体感度数入力スイッチ27により度数が入力されたときに前記(a)式を用いて目標温度Ttを設定し、前記部屋内空気温度センサ26による検出温度Taが当該目標温度Ttとなるように前記空調ユニット3を制御して温度制御する。
When the temperature is set by the
ここで、上記目標温度Tt設定の制御内容について図4を参照して説明する。ステップS1では、温度設定スイッチ24が操作されたか否かを判断し、操作されたと判断されれば、ステップS2で設定温度Tsを取得する。
ステップS1で「NO」であれば、ステップS3に移行して、体感度数入力スイッチ27が操作されたか否かを判断する。操作されたと判断されれば、ステップS4に移行して、体感度数nを取得する。なお、本実施形態ではNを3としている。従って、−3≦n≦3、つまり−3、−2、−1、0、1、2、3のいずれかとなる。
Here, the control content of the target temperature Tt setting will be described with reference to FIG. In step S1, it is determined whether the
If “NO” in the step S1, the process shifts to a step S3 to determine whether or not the body sensitivity
次のステップS5では、表面温度のうちの最高温度Th[℃]、同じく表面温度のうちの最低温度Tc[℃]を取得する。
そして、ステップS6に移行して、輻射放射係数α、βを前記(b)式、(c)式から求める(取得する)。
In the next step S5, the highest temperature Th [° C.] of the surface temperature and the lowest temperature Tc [° C.] of the surface temperature are obtained.
Then, the process proceeds to step S6, and the radiation emission coefficients α and β are obtained (obtained) from the equations (b) and (c).
この後、ステップS7に移行して、最終的に目標温度Ttを前記式(a)により求める。
なお、図5に示すように、設定温度Ts、最高温度Th、最低温度Tc、ユーザーにより入力された体感度数nを夫々例1〜8のようにした場合、目標温度Ttは当該図5に示すようになる。
Thereafter, the process proceeds to step S7, and finally the target temperature Tt is obtained by the equation (a).
As shown in FIG. 5, when the set temperature Ts, the maximum temperature Th, the minimum temperature Tc, and the body sensitivity number n input by the user are set as in Examples 1 to 8, the target temperature Tt is shown in FIG. It becomes like this.
以上説明したように本実施形態によれば、ユーザーが体感度数入力スイッチ27により体感度数nを入力したときに、輻射熱温度Th、Tcを考慮し、且つ当該体感度数nも考慮して、目標温度Ttを設定でき、検出温度(室内空気温度Ta)が当該目標温度Ttとなるように空調ユニット3を制御することにより温度制御する。よって、快適性が高い空調運転を実行できる。
さらに、前記α及びβには「涼しくしたい」場合の体感効果と、「暖かくしたい」場合の体感効果が反映されているから、涼しくする方向、暖かくする方向のいずれにも速く温度制御することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the user inputs the body sensitivity number n using the body sensitivity
Furthermore, since α and β reflect the sensation effect of “I want to be cool” and the sensation effect of “I want to be warm”, it is possible to quickly control the temperature in both the direction of cooling and the direction of warming. it can.
そして、本実施形態によれば、センサ類として、部屋内空気温度センサ26及び表面温度センサ27といった2種類の温度センサで済み、ファンガー氏の快適方程式を採用した全館空調システムにとは違って、センサ類を少なくでき、設置作業者やユーザーの設定・調整の負担も軽減できる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。
And according to this embodiment, two types of temperature sensors, such as the room
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can be set as the embodiment variously changed in the range which does not deviate from the summary.
図面中、1は全館空調システム、2は家屋、A〜Dは部屋、3は空調ユニット、12はコントローラ、13は制御装置(目標温度設定手段、温度制御手段)、24は温度設定スイッチ(温度設定手段)、26は部屋内空気温度センサ、27は体感度数入力スイッチ(体感度数入力手段)、28は表面温度センサを示す。 In the drawings, 1 is an entire building air conditioning system, 2 is a house, A to D are rooms, 3 is an air conditioning unit, 12 is a controller, 13 is a control device (target temperature setting means, temperature control means), and 24 is a temperature setting switch (temperature). Setting means), 26 is a room air temperature sensor, 27 is a body sensitivity number input switch (body sensitivity number input means), and 28 is a surface temperature sensor.
Claims (1)
この空調ユニットと家屋の複数の部屋とを夫々接続し冷風又は温風を前記各部屋に供給するダクトと、
前記複数の部屋のいずれかに設置され、ユーザーによる温度設定入力が可能な温度設定手段、部屋の空気温度を検出する部屋内空気温度センサ、ユーザーによって操作され当該ユーザーが所望する涼しさ増加度合いや暖かさ増加度合いの体感度数n(nは−N≦n≦N、Nは正の整数、nは0を含む整数)を入力する体感度数入力手段を有するコントローラと、
前記コントローラが設定された部屋内の輻射熱源の表面温度を検出する表面温度センサと、
前記温度設定手段により温度設定がされたときにはこの設定温度を目標温度とし、又、前記体感度数入力手段により度数が入力されたときに下記(a)式により目標温度を設定する目標温度設定手段と、
前記部屋内空気温度センサによる検出温度が当該目標温度となるように前記空調ユニットを制御して温度制御する温度制御手段と、を備えてなる全館空調システム。
前記設定温度をTs[℃]とし、前記表面温度センサにより検出された表面温度のうち最高温度をTh[℃]とし最低温度をTc[℃]とし、目標温度をTt[℃]としたとき、
Tt=(Ts−α×Th/2)+(Ts−β×Tc/2) ・・・(a)
とする。
ただし、α、βは、輻射放射係数であり、
α=1−n/N β=1+n/N とする。 An air conditioning unit;
A duct for connecting the air conditioning unit and a plurality of rooms in the house, respectively, and supplying cold air or hot air to the rooms;
Temperature setting means installed in any of the plurality of rooms and capable of temperature setting input by the user, an in-room air temperature sensor for detecting the air temperature of the room, a degree of coolness increase which is operated by the user and desired by the user, A controller having body sensitivity number input means for inputting a body sensitivity number n (n is −N ≦ n ≦ N, N is a positive integer, n is an integer including 0) of the degree of increase in warmth;
A surface temperature sensor for detecting a surface temperature of a radiant heat source in a room where the controller is set;
When the temperature is set by the temperature setting means, the set temperature is set as a target temperature, and when the frequency is input by the body sensitivity number input means, target temperature setting means for setting the target temperature by the following equation (a): ,
And a temperature control means for controlling the temperature of the air conditioning unit so that the temperature detected by the indoor air temperature sensor becomes the target temperature.
When the set temperature is Ts [° C.], the maximum temperature among the surface temperatures detected by the surface temperature sensor is Th [° C.], the minimum temperature is Tc [° C.], and the target temperature is Tt [° C.]
Tt = (Ts−α × Th / 2) + (Ts−β × Tc / 2) (a)
And
Where α and β are radiant emission coefficients,
α = 1−n / N β = 1 + n / N
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