JP2018141566A - 放射空調システム - Google Patents

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Abstract

【課題】コストをかけることなく、安定した応答性がよい制御を行うことが可能な放射空調システムを提供する。
【解決手段】空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、放射パネルに流通させる冷温水の入口側温度センサーと、出口側温度センサーと、冷温水の流量を計測する流量センサーと、空調対象空間の温度と冷温水の入口側温度と出口側温度と冷温水の流量と空調対象空間における熱収支モデルとから負荷を予測する負荷予測手段（ステップＳ１０２）と、目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、予測された負荷と目標居室空気温度と冷温水の入口側温度とから流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラー（ステップＳ１０５）と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、天井に設置された放射パネルを空調対象空間における温度調整のために用いる放射空調システムに関する。
建物内部の冷房、暖房は、冷却、加熱された空気を送風する方式以外に、内部を通過する熱媒体（冷温水）によりパネル表面の温度を制御し、放射熱により居室内の温度調整を行う方式が知られている。このような放射熱を使用した冷房、暖房は、温度調整された送風が直接身体にあたらないため、居室内の作業者の体に対する負荷も少ない利点を有している。特許文献１、特許文献２には、このような放射熱を利用した冷房もしくは暖房用の放射パネルが開示されている。
特開平８−８６４７５号公報 特開平９−１５２１４６号公報
上記のように、放射空調は放射パネルや躯体を直接冷温水により冷却・加熱する空調方式であり、快適性に優れ、身体に負担の少ない空調方式であるが、制御において下記の問題点がある。
従来の放射空調システムにおいては、居室内の壁面は、放射パネルからの放射熱伝達により、直接冷却・加熱される一方で、居室内の空気は、放射パネル及び壁面からの対流熱伝達によって、冷却・加熱されため、熱的な遅れが生じる。したがって、空気を制御対象とする場合、応答性が悪く、制御が安定しない、といった制御応答性の問題があった。例えば、負荷が小さい時は、放射パネル内を流通させる冷温水はON-OFF運転のような流量の動きとなってしまう。
そこで、上記のような制御応答性の課題を克服するために、放射パネルの表面温度を検出し、これに基づいて制御を行う方式も考えられる。しかしながら、放射パネルの表面温度に分布が生じるため、測定点を１つとしてしまうと適切な制御を行うことができない、という問題がある。そこで、放射パネルの表面温度分布を考慮して、放射パネルにおける複数点で温度を検出するためにセンサーを増やすことも考えられるが、これによればコストが上昇する、という新たな問題が発生する。
この発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る放射空調システムは、空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標温度設定手段で設定された目標居室空気温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、から前記流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る放射空調システムは、空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の温度を制御する温度コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標温度設定手段で設定された目標居室空気温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、から前記温度コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る放射空調システムは、空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室作用温度を設定する目標作用温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標作用温度設定手段で設定された目標居室作用温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、から前記流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る放射空調システムは、空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室作用温度を設定する目標作用温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の温度を制御する温度コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標作用温度設定手段で設定された目標居室作用温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、から前記温度コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る放射空調システムは、前記放射パネルが前記空調対象空間の天井に設置されることを特徴とする。
本発明に係る放射空調システムは、室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、流量センサーで計測される冷温水の流量と、放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測し、これに基づいて、放射パネルで流通させる冷温水の流量や温度を決定するので、このような本発明に係る放射空調システムによれば、コストをかけることなく、安定した応答性がよい空調システムの制御を行うことが可能となる。
本発明の実施形態に係る放射空調システム１の概要を説明する図である。 １系統分の放射パネル１０の構成の概要を模式的に示す図である。 空調対象空間３内における熱収支モデルを示す図である。 単位放射パネル１１近傍における熱収支モデルを示す図である。 本発明の実施形態に係る放射空調システム１による制御のフローチャートを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る放射空調システム１による制御のフローチャートを示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る放射空調システム１の概要を説明する図である。
本発明に係る放射空調システム１は、空調対象空間３における温度を放射空調により調整する目的で設けられるものである。空調対象空間３においては、放射パネル１０が居室（Room）５と、天井裏（Plenum）７とを隔離するように設けられている。
放射パネル１０は、居室空間などの天井部に配設される温度調整設備であり、それが放射する熱により、居室空間が適温となるように温度調整を行う。
本実施形態の放射パネル１０は、内部に配管１２が設けられ、この配管１２に冷水を流通させることで、居室５に対する冷房設備として機能する。配管１２には、冷水に代えて温水を流通させることで暖房設備として機能させることも可能である。以下、本実施形態では、配管１２に冷水を流通させる場合を例にとり説明する。
図１において、配管１２は※印で連結されており、冷水は循環するようになっている。配管１２内で循環され、放射パネル１０に流通させる冷水の流量は冷温水流量コントローラー１１０によって制御される。冷温水流量コントローラー１１０は、最適流量送水温度算出機であるメインコントローラー１００かららの指令値（Ｑw,calc）に基づいて、バルブ１１３の開度を制御したり、或いは、ポンプ１１４の回転数をインバーター１１５で制御したりすることで、冷水の流量は制御する。
一方、放射パネル１０に流通させる冷水の温度は冷温水温度コントローラー１５０によって制御される。冷温水流量コントローラー１１０は、最適流量送水温度算出機であるメインコントローラー１００かららの指令値（θw,0,calc）に基づいて、配管１２を２次側とする熱交換器１５７の１次側配管１５１中の冷媒の流量を、バルブ１５３の開度により制御したり、或いは、ポンプ１５４の回転数をインバーター１５５で制御したりすることで、配管１２で熱交換させる熱量を制御し、結果として、放射パネル１０に流通させる冷水の温度を制御する。１５２は、１次側配管１５１中に設けられる熱源である。
本発明に係る放射空調システム１には、室温センサー５０、入口側温度センサー６０、出口側温度センサー７０、及び流量センサー８０が設けられている。
室温センサー５０は、空調対象空間３における居室５の温度（θra）を計測するセンサーである。室温センサー５０で計測された温度データはメインコントローラー１００に送信され、メインコントローラー１００で各指令値の決定に供される。
入口側温度センサー６０は放射パネル１０に流入する冷水の温度（θw,0）を計測するセンサーである。入口側温度センサー６０で計測された温度データはメインコントローラー１００に送信され、メインコントローラー１００で各指令値の決定に供される。
出口側温度センサー７０は放射パネル１０から流出する冷水の温度（θw,n）を計測するセンサーである。出口側温度センサー７０で計測された温度データはメインコントローラー１００に送信され、メインコントローラー１００で各指令値の決定に供される。
流量センサー８０は配管１２で循環する（すなわち、放射パネル１０内を流通する）冷水の流量（Ｑw）を計測するセンサーである。流量センサー８０で計測された流量データはメインコントローラー１００に送信され、メインコントローラー１００で各指令値の決定に供される。
次に、本発明に係る放射空調システム１で用いられる放射パネル１０のより詳細な構成について説明する。１系統分の放射パネル１０は、複数枚の単位放射パネル１１から構成されている。以下、本実施形態では、簡単のため空調対象空間３に１系統分の放射パネル１０が設けられる例を説明するが、放射空調システム１が複数系統の放射パネル１０を有していても構わない。
図２は１系統分の放射パネル１０の構成の概要を模式的に示す図である。本実施形態においては、１系統分の放射パネル１０は、ｎ枚の単位放射パネル１１から構成されている。配管１２は、これらｎ枚の単位放射パネル１１の全てを挿通している。図２には示さないが、それぞれの単位放射パネル１１はアルミパンチングパネル１４を有しており、配管１２からヒートシンク１３を介して、アルミパンチングパネル１４を冷却するようになっている。なお、本実施形態では、配管１２からヒートシンク１３を介して、アルミパンチングパネル１４を冷却する形態の単位放射パネル１１に基づいて説明を行うが、本発明に係る放射空調システム１に採用し得る放射パネル１０を構成する単位放射パネル１１の形態はこれに限定されるものではない。
図２において、θw,kは、ｋ枚目の単位放射パネル１１の出口温度として定義される。すなわち、θw,0は放射パネル１０への冷水の往温度であり、入口側温度センサー６０で計測される温度であり、θw,nは放射パネル１０から流出する冷水の温度であり、出口側温度センサー７０で計測される温度である。
また、図２において、θrs,kはｋ枚目の単位放射パネル１１の居室（Room）側表面温度として、また、θps,kはｋ枚目の単位放射パネル１１の天井裏（Plenum）側表面温度として定義される。
次に、以上のように構成される本発明に係る放射空調システム１における熱収支モデルについて説明する。図３は空調対象空間３内における熱収支モデルを示す図であり、図３（ａ）にはモデル自体が、また図３（ｂ）には図中の変数の定義の説明が示されている。
また、図４は単位放射パネル１１近傍における熱収支モデルを示す図である。図４（ａ）にはモデル自体が、また図４（ｂ）には図中の変数の定義の説明が示されている。
本発明に係る放射空調システム１における熱収支モデルの構築にあたっては、図３及び図４における（Ａ）乃至（Ｅ）における熱収支に着目することで、これを行っている。より具体的には、 （Ａ）は居室５内の熱収支に基づくものであり、（Ｂ）は天井裏７内における熱収支に基づくものであり、（Ｃ）は放射パネル１０の居室側表面での熱収支に基づくものであり、（Ｄ）は放射パネル１０の天井裏側表面での熱収支に基づくものであり、（Ｅ）は放射パネル１０の居室側と天井裏側の表面と配管１２内の冷水との熱収支に基づくものである。
これらの熱収支に基づく定式化を［数１］に記載する。［数１］において、（Ａ）の熱収支に基づいて式（Ａ）が定式化され、（Ｂ）の熱収支に基づいて式（Ｂ）が定式化され、（Ｃ）の熱収支に基づいて式（Ｃ−１）乃至（Ｃ−ｎ）が定式化され、（Ｄ）の熱収支に基づいて式（Ｄ−１）乃至（Ｄ−ｎ）が定式化され、（Ｅ）の熱収支に基づいて式（Ｅ−１）乃至（Ｅ−ｎ）が定式化される。
なお、本明細書には『公益社団法人空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集第３巻p.313−p.316（DVD−ROM J-29）「天井放射空調モデル化に関する研究（第2 報）天井放射パネル空調性能の簡易予測手法の構築」伊藤 清、赤司 泰義、三浦 靖弘、川村 聡宏、２０１６年８月３１日』記載の内容、及びこれに関連した大会発表内容を参照することで、援用するものとする。
Figure 2018141566
ここで、［数１］の式中の各変数は以下の通りである。
θra；居室空気温度［℃］
θpa；天井裏空気温度［℃］
αad；天井裏から居室への移流による熱伝達率［Ｗ／Ｋ］
θrs,k；ｋ枚目のパネル居室側表面温度［℃］
θps,k；ｋ枚目のパネル天井裏側表面温度［℃］
θw,k；ｋ枚目のパネルの出口温度［℃］
θw,0；冷水往温度［℃］
Ｑw；冷水流量［l／min］
ｑbr；居室側負荷［W］
ｑbp；天井裏側負荷［W］
Ｓp；パネル１枚当たりの有効部面積［m2］
Ｓc；パネル以外の天井面積［m2］
Ｌp；パネル１枚当たりの配管長さ［m］
ρw；水の比重［kg/m3］
ｃw；水の比熱［J/kg・K］
αr；居室側パネル総合熱伝達率［W/m2・K］
αp；天井裏側パネル総合熱伝達率［W/m2・K］
Ｋc；パネル以外の天井の熱貫流率［W/m2・K］
Ｋrps；天井裏側−居室側表面間熱貫流率［W/m2・K］
κ；冷水−パネル表面間熱貫流率１
γ；冷水−パネル表面間熱貫流率２
β；Ｋr＋Ｋpに対するＫrの比
Ｋr；冷水−居室側パネル表面熱貫流率［W/m・K］
Ｋp；冷水−天井裏側パネル表面熱貫流率［W/m・K］
さて、［数１］全体を参照すると、矩形の枠で囲まれたものが変数であるが、これらは（３ｎ＋６）個ある。一方、方程式の数は、［数１］全体で（３ｎ＋２）本存在する。このことから、（３ｎ＋６）個の変数のうち、４つの変数が既知のものとして与えられると、全ての変数が与えられることがわかる。
本発明に係る放射空調システム１においては、４つの既知変数として、室温センサー５０で計測される温度（θra）、入口側温度センサー６０で計測される温度（θw,0）、出口側温度センサー７０で計測される温度（θw,n）、流量センサー８０で計測される流量（Ｑw）が用いられる。
以上のような考え方に基づく本発明に係る放射空調システム１の制御例について説明する。図５は本発明の実施形態に係る放射空調システム１による制御のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、メインコントローラー１００によって実行される。また、このようなフローチャートは、一定時間経過毎に実行されることが好ましい。
ここで、本発明に係る放射空調システム１においては、居室５における室温θraの目標値であるθra,set（「目標居室空気温度」とも言う。）は、メインコントローラー１００に設定されるものとする。これを目標値設定手段と称する。
図５において、ステップＳ１００で制御が開始されると、続いて、ステップＳ１０１に進み、室温センサー５０で計測される温度（θra）と、設定された目標値（θra,set）とから、｜θra−θra,set｜≧Δが成立するか否かが判定される。ここで、Δは既定の所定量であり、許容し得る目標値θra,setからのずれ量の閾値である。
ステップＳ１０１における判定結果がＮＯであるときには、温度θraのずれが設定された目標値からの許容範囲内であるので、ステップＳ１０８に進み、特に能動的な制御を行うことなく、処理を終了する。一方、ステップＳ１０１における判定結果がＹＥＳであるときには、温度θraのずれが設定された目標値からの許容範囲外となるので、ステップＳ１０２に進み、温度θraが目標値となるよう制御を行う処理を進める。
ステップＳ１０２では、［数１］に示した熱収支モデルを用いることで、負荷の現在値の予測を行う。より具体的には、４つの既知数として温度θw,0、温度θra、温度θw,n、流量Ｑwが前記熱収支モデルに入力されることで、居室側負荷ｑbr及び天井裏側負荷ｑbpの出力を得る。
続いて、ステップＳ１０３では、流量センサー８０で計測される流量（Ｑw）が、Ｑw,max＞Ｑw＞Ｑw,minを満たすか否かが判定される。ここで、Ｑw,maxは配管１２内の冷水の流量として、システムが許容する最大の流量であり、Ｑw,minは配管１２内の冷水の流量として、システムが許容する最小の流量である。
ステップＳ１０３における判定の結果がＹＥＳであるときには、放射パネル１０に流通させる冷水の流量のコントロールに基づいて、居室５における室温が目標値となるように制御を行うようにする。このときはステップＳ１０４に進み、熱収支モデルを用いた設定条件となるための流量の算出を行う。具体的には、ステップＳ１０２で既知となった居室側負荷ｑbr、天井裏側負荷ｑbp、及び、目標値温度θra,set、計測温度θw,0が前記熱収支モデルに入力されることで、指令流量Ｑw,calcを算出する。
続くステップＳ１０５では、算出されたＱw,calcを冷温水流量コントローラー１１０に指令することで、冷温水流量コントローラー１１０が冷水の流量ＱwがＱw,calcとなるように制御する。
一方、ステップＳ１０３における判定の結果がＮＯであるときには、放射パネル１０に流通させる冷水の温度のコントロールに基づいて、居室５における室温が目標値となるように制御を行うようにする。このときはステップＳ１０６に進み、熱収支モデルを用いた設定条件となるための流量の算出を行う。具体的には、ステップＳ１０２で既知となった居室側負荷ｑbr、天井裏側負荷ｑbp、及び、目標値温度θra,set、計測流量Ｑwが前記熱収支モデルに入力されることで、指令温度θw,0,calcを算出する。
続くステップＳ１０５では、算出されたθw,0,calcを冷温水温度コントローラー１５０に指令することで、冷温水温度コントローラー１５０が冷水の温度θw,0がθw,0,calcとなるように制御する。
ステップＳ１０８で処理を終了する。
以上のように、本発明に係る放射空調システム１は、室温センサー５０で計測される前記空調対象空間の温度と、入口側温度センサー６０で計測される冷温水の温度と、出口側温度センサー７０で計測される冷温水の温度と、流量センサー８０で計測される冷温水の流量と、放射パネル１０が設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測し、これに基づいて、放射パネル１０で流通させる冷温水の流量Ｑwや温度θw,0を決定するので、このような本発明に係る放射空調システム１によれば、コストをかけることなく、安定した応答性がよい空調システムの制御を行うことが可能となる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。先の実施形態では、制御対象が居室５の室温θraであるのに対して、本実施形態では制御対象が作用温度ＯＴである点で相違しており、その他の点は同様の構成を有している。
ここで、作用温度ＯＴは例えば下式（２）によって求めたものを用いることができる。このような作用温度ＯＴの演算には、例えば、メインコントローラー１００の演算機能などを用いることができる。
なお、本発明に係る放射空調システム１で扱い得る作用温度がこれに限定されるものではない。
Figure 2018141566
ただし、
αc；対流熱伝達率［W/m2・K］
αrr；放射熱伝達率［W/m2・K］
Ψk；放射パネルｋの形態係数
Ψrw；壁面・床面・天井面（放射パネル以外の面）の形態係数
と定義されるものである。
図６は本発明の他の実施形態に係る放射空調システム１による制御のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、メインコントローラー１００によって実行される。また、このようなフローチャートは、一定時間経過毎に実行されることが好ましい。
ここで、本発明に係る放射空調システム１においては、居室５における作用温度ＯＴの目標値であるＯＴset（「目標居室作用温度」とも言う。）は、メインコントローラー１００に設定されるものとする。これを目標値設定手段と称する。
図６において、ステップＳ２００で制御が開始されると、続いて、ステップＳ２０１に進み、演算された現在の作用温度（ＯＴ）と、設定された作用温度の目標値（ＯＴset）とから、｜ＯＴ−ＯＴset｜≧Δが成立するか否かが判定される。ここで、Δは既定の所定量であり、許容し得る目標値ＯＴsetからのずれ量の閾値である。
ステップＳ２０１における判定結果がＮＯであるときには、作用温度ＯＴのずれが設定された目標値からの許容範囲内であるので、ステップＳ２０８に進み、特に能動的な制御を行うことなく、処理を終了する。一方、ステップＳ２０１における判定結果がＹＥＳであるときには、作用温度ＯＴのずれが設定された目標値からの許容範囲外となるので、ステップＳ２０２に進み、作用温度ＯＴが目標値となるよう制御を行う処理を進める。
ステップＳ２０２では、［数１］に示した熱収支モデルを用いることで、負荷の現在値の予測を行う。より具体的には、４つの既知数として温度θw,0、温度θra、温度θw,n、流量Ｑwが前記熱収支モデルに入力されることで、居室側負荷ｑbr及び天井裏側負荷ｑbpの出力を得る。
続いて、ステップＳ２０３では、流量センサー８０で計測される流量（Ｑw）が、Ｑw,max＞Ｑw＞Ｑw,minを満たすか否かが判定される。ここで、Ｑw,maxは配管１２内の冷水の流量として、システムが許容する最大の流量であり、Ｑw,minは配管１２内の冷水の流量として、システムが許容する最小の流量である。
ステップＳ２０３における判定の結果がＹＥＳであるときには、放射パネル１０に流通させる冷水の流量のコントロールに基づいて、居室５における作用温度ＯＴが目標値となるように制御を行うようにする。このときはステップＳ２０４に進み、熱収支モデルを用いた設定条件となるための流量の算出を行う。具体的には、ステップＳ２０２で既知となった居室側負荷ｑbr、天井裏側負荷ｑbp、及び、作用温度の目標値ＯＴset、計測温度θw,0が前記熱収支モデルに入力されることで、指令流量Ｑw,calcを算出する。
続くステップＳ２０５では、算出されたＱw,calcを冷温水流量コントローラー１１０に指令することで、冷温水流量コントローラー１１０が冷水の流量ＱwがＱw,calcとなるように制御する。
一方、ステップＳ２０３における判定の結果がＮＯであるときには、放射パネル１０に流通させる冷水の温度のコントロールに基づいて、居室５における作用温度ＯＴが目標値となるように制御を行うようにする。このときはステップＳ２０６に進み、熱収支モデルを用いた設定条件となるための流量の算出を行う。具体的には、ステップＳ２０２で既知となった居室側負荷ｑbr、天井裏側負荷ｑbp、及び、作用温度の目標値ＯＴset、計測流量Ｑwが前記熱収支モデルに入力されることで、指令温度θw,0,calcを算出する。
続くステップＳ２０５では、算出されたθw,0,calcを冷温水温度コントローラー１５０に指令することで、冷温水温度コントローラー１５０が冷水の温度θw,0がθw,0,calcとなるように制御する。
ステップＳ２０８で処理を終了する。
以上のような実施形態に係る放射空調システム１は、室温センサー５０で計測される前記空調対象空間の温度と、入口側温度センサー６０で計測される冷温水の温度と、出口側温度センサー７０で計測される冷温水の温度と、流量センサー８０で計測される冷温水の流量と、放射パネル１０が設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測し、これに基づいて、放射パネル１０で流通させる冷温水の流量Ｑwや温度θw,0を決定し、適切な作用温度を維持できるので、このような本発明に係る放射空調システム１によれば、コストをかけることなく、安定した応答性がよい空調システムの制御を行うことが可能となる。
なお、本実施形態においては、作用温度が設定された目標値となるような制御を行ったが、本発明に係る放射空調システム１は、例えば、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote）などの他の指標が設定された目標値となるような制御にも利用することができる。
以下、［数１］の導出について記載しておく。
１．熱収支モデルについて
（１）居室内の熱収支式
ａ）居室空気
Figure 2018141566
上式は居室空気に関する熱収支式である。定常時は左辺の時間微分項が0となることを利用し、更に右辺の各項を各部分の温度で表すと(4)式が導かれる。
Figure 2018141566
ｂ）居室壁面
Figure 2018141566
上式は居室の壁面に関する熱収支式である。「(1) a) 居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。
Figure 2018141566
ここでθrw≒ＭＲＴrwとすれば、(７)式が導かれる。
Figure 2018141566
ｃ）居室発熱体（負荷）
Figure 2018141566
上式は発熱体に関する熱収支式である。「(1) a) 居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。
Figure 2018141566
（２）天井内の熱収支式
ａ）天井裏空気
Figure 2018141566
上式は天井裏の空気に関する熱収支式である。「(1) a) 居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。
Figure 2018141566
ｂ）天井裏壁面
Figure 2018141566
上式は天井裏の壁面に関する熱収支式である。「(1) a) 居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。
Figure 2018141566
ここでθpw＝ＭＲＴpwとすると
Figure 2018141566
ｃ）天井裏発熱体（負荷）
Figure 2018141566
上式は天井裏の発熱体に関する熱収支式である。「(1) a) 居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。
Figure 2018141566
（３）パネルの居室側表面での熱収支
Figure 2018141566
上式はパネルの居室側表面での熱収支式である。「(1) a) 居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。
Figure 2018141566
（４）パネルの天井裏側表面での熱収支
Figure 2018141566
上式はパネルの天井裏側表面での熱収支式である。「(1) a) 居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。
Figure 2018141566
（５）パネル表面とパネル配管内の冷水との熱収支式
Figure 2018141566
上式はパネルの配管内冷水に関する熱収支式である。定常時を仮定し、右辺第2項の積分関数は一定となることから、下式が導かれる。
Figure 2018141566
定常時に入力条件をパネルへの冷水温度θw,0と冷水流量Ｑw、発熱量ｑbr、ｑbpとしたときに、知りたい変数（居室温度等）がθra、θrs、θrw、θpa、θps、θpw、θw,n、θbr、θbpの9個に対して、方程式が(4)、(7)、(9)、(11)、(14)、(16)、(18)、(20)、(22)式の9式あるので、各変数をニュートン-ラプソン法等で導出することが可能となる。
但し、放射天井パネルの敷設率等を決定する際に必要な情報である負荷処理能力を把握する際には、空気温度やパネルの表面温度のみで良く、居室の壁面温度や発熱体の表面温度（θrw、θpw、θbr、、θbp）
は必要とされる場合は少ないと考えられる。そこで、下記にθra、θrs、θpa、θps、θw,nのみを得るための簡略化モデルを導出する。

居室に関する各部の熱収支式である(4)、(9)、(11)式を連立させると下式を得る。
Figure 2018141566
(23)式の右辺第2項から第4項はパネルの居室側表面に関わる熱流であり、下式のように表すことができる。
Figure 2018141566
θre：居室側パネル環境温度
αr＝αr,c＋αr、r：居室側総合熱伝達率
これを用い、θre＝θraを仮定すると
Figure 2018141566
また、パネルの居室側表面に関する熱収支式である(18)式に関してもこの仮定を適用すると、
Figure 2018141566
天井裏に関する各部の熱収支式である(11)、(14)、(16)式を連立させると下式を得る。
Figure 2018141566
(27)式の右辺第2項から第4項はパネルの居室側表面に関わる熱流であり、下式のように表すことができる。
Figure 2018141566
θpe：天井裏側パネル環境温度
αp＝αp,c＋αp,r：天井裏側総合熱伝達率
これを用い、θpe＝θpaを仮定すると
Figure 2018141566
また、パネルの天井裏側表面に関する熱収支式である(18)式に関してもこの仮定を適用すると、
Figure 2018141566
(22)式の右辺第1項、(26)式の右辺第3項、(30)式の右辺第3項の積分関数であるパネル配管内冷水とパネル表面間の温度差はパネル入口からの配管長さに依存する関数となると考えられる。パネル1枚におけるパネル配管内冷水とパネル表面間の温度差は一定と仮定しても差し支えないことが実験により明らかになっている。このことから、各項の積分関数をパネル1枚ごとに積分すると下記のように表すことができる。
Figure 2018141566
Figure 2018141566
Figure 2018141566
ここで、
Figure 2018141566
Figure 2018141566
Figure 2018141566
Figure 2018141566
とする。
また、Ｋは配管内の冷水流量Ｑwに依存すると考えられるため、流量に関する指数関数として仮定する。
Figure 2018141566
以上の仮定より、(22)式、(26)式、(30)式はパネル1枚ごとの熱収支式に書き換えが可能となり、下式となる。
Figure 2018141566
Figure 2018141566
Figure 2018141566
(39)、(40)、(41)式はパネル1枚ごとに立式されるため、1系統内にn枚接続される場合は各n個ずつ式が用意されることになる。

改めて熱収支式を示すと
（１）居室空気に関する熱収支式：
Figure 2018141566
ここで
Figure 2018141566
とする。
（２）天井裏空気に関する熱収支式：
Figure 2018141566
ここで
Figure 2018141566
とする。
（３）パネルの居室側表面に関する熱収支式：
Figure 2018141566
（４）パネルの天井裏側表面に関する熱収支式：
Figure 2018141566
（５）パネル表面とパネル配管内の冷水との熱収支式
Figure 2018141566
となる。
なお、各変数の網羅的な説明表を以下に添付しておく。
Figure 2018141566
１・・・放射空調システム
３・・・空調対象空間
５・・・居室（Room）
７・・・天井裏（Plenum）
１０・・・放射パネル（１系統分）
１１・・・単位放射パネル
１２・・・配管
１３・・・ヒートシンク
１４・・・アルミパンチングパネル
２１・・・居室側表面
２２・・・天井裏側表面
５０・・・室温センサー
６０・・・入口側温度センサー
７０・・・出口側温度センサー
８０・・・流量センサー
１００・・・メインコントローラー（最適流量送水温度算出機）
１１０・・・冷温水流量コントローラー
１１３・・・バルブ
１１４・・・ポンプ
１１５・・・インバーター
１５０・・・冷温水温度コントローラー
１５１・・・１次側配管
１５２・・・熱源
１５３・・・バルブ
１５４・・・ポンプ
１５５・・・インバーター
１５７・・・熱交換器

Claims (5)

  1. 空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、
    前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、
    前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、
    前記空調対象空間の目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、
    前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標温度設定手段で設定された目標居室空気温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、から前記流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、
    を有することを特徴とする放射空調システム。
  2. 空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、
    前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、
    前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、
    前記空調対象空間の目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の温度を制御する温度コントローラーと、
    前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標温度設定手段で設定された目標居室空気温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、から前記温度コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、
    を有することを特徴とする放射空調システム。
  3. 空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、
    前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、
    前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、
    前記空調対象空間の目標居室作用温度を設定する目標作用温度設定手段と、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、
    前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標作用温度設定手段で設定された目標居室作用温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、から前記流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、
    を有することを特徴とする放射空調システム。
  4. 空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、
    前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、
    前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、
    前記空調対象空間の目標居室作用温度を設定する目標作用温度設定手段と、
    前記放射パネルに流通させる冷温水の温度を制御する温度コントローラーと、
    前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標作用温度設定手段で設定された目標居室作用温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、から前記温度コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、
    を有することを特徴とする放射空調システム。
  5. 前記放射パネルが前記空調対象空間の天井に設置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の放射空調システム。
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