JP2020041755A - 空調制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態に係る空調制御システム100について、図面を参照しながら説明する。図1は、空調制御システム100の概念図である。空調制御システム100は、部屋Rにいる人(以下、「在室者P」と呼ぶ。)が快適と感じる温熱環境を実現するために、部屋Rの空調環境を制御するためのシステムである。
図2は、空調制御システム100の全体構成図である。空調制御システム100は、主として、温冷感取得部10と、目標値設定部20と、環境条件生成部30と、環境条件記憶部40と、熱負荷算出部50と、環境条件選択部60と、空調機制御部70とを備える。
温冷感取得部10は、在室者Pが感じた温冷感を示す指標を取得する。このような指標としては、PMV(予測平均温冷感)が知られている。本実施形態では、温冷感を示す指標としてPMVが用いられる。この場合、温冷感取得部10は、PMVの現在の値を取得する。
目標値設定部20は、温冷感の目標値を設定する。温冷感の目標値とは、具体的には、PMVの目標値である。空気調和装置110が、冷房運転により部屋Rの空調環境を制御することで、PMVが変化する。目標値設定部20は、空気調和装置110による部屋Rの空調環境の制御により達成されるべきPMVの値又は範囲を設定する。
環境条件生成部30は、目標値設定部20が設定した温冷感(PMV)の目標値を満たすための環境条件を生成する。環境条件とは、空気調和装置110の制御によって実現することができる、部屋Rの空調環境に関する条件である。具体的には、環境条件は、PMVを算出するための6つの要素のうちの4つの環境側の要素の少なくとも1つを含む。以下において、環境条件は、部屋Rの気温、放射温度、相対湿度及び風速の各値から構成されるものとする。
環境条件記憶部40は、環境条件生成部30が生成した複数の環境条件を記憶する。図3は、環境条件記憶部40に記憶される環境条件の一例である。図3には、環境条件を一意に識別するためのIDと、環境条件を構成するパラメータとから構成されるレコードを複数有するデータベースが示されている。環境条件を構成するパラメータとは、PMVを算出するための6つの要素のうちの4つの環境側の要素である、部屋Rの気温、放射温度、相対湿度及び風速の各値である。
熱負荷算出部50は、在室者Pの体にかかる熱ストレス負荷の推定値を算出する。熱ストレス負荷とは、人体の体温調節機能の活動の度合いである。温冷感が同じ環境条件であっても、人体の体温調節機能の活動の度合いが大きいほど、自律神経の作用によって血管の拡張収縮が起こりやすくなる。例えば、空気調和装置110が冷房運転をしている環境では、在室者Pの体にかかる熱ストレス負荷により、在室者Pの血管が収縮しやすくなる。そして、血管の収縮が長時間続くと、血行不良が引き起こされる可能性がある。そのため、たとえ在室者Pが感じる温冷感が適切に維持されている環境(PMVが中立の値である環境)においても、在室者Pは、熱ストレス負荷に長時間曝されることによって、快適と感じなくなる場合がある。
[人体エクセルギー入力]−[人体エクセルギー消費]=[人体エクセルギー蓄積]+[人体エクセルギー出力]
環境条件選択部60は、熱負荷算出部50が算出した人体エクセルギー消費に基づいて、環境条件記憶部40に記憶されている複数の環境条件の中から、適切な環境条件を選択する。
空調機制御部70は、環境条件選択部60が選択した環境条件に基づいて、空気調和装置110を制御する。具体的には、最初に、空調機制御部70は、環境条件選択部60が選択した環境条件に含まれる気温、放射温度、相対湿度及び風速を目標値として設定する。次に、空調機制御部70は、現在の部屋Rの環境条件を検出する。次に、空調機制御部70は、現在の部屋Rの環境条件から、目標値として設定した環境条件に移行するための制御信号を生成して、空気調和装置110に送信する。空気調和装置110は、空調機制御部70から受信した制御信号に基づいて、部屋Rの空気環境を制御する。
図5は、空調制御システム100の制御のフローチャートである。図5は、空調制御システム100が、在室者Pの人体エクセルギー消費に基づいて選択した環境条件に基づいて空気調和装置110を制御する方法を示す。
(3−1)
空調制御システム100は、在室者Pの温冷感に関するPMVの目標値を達成するための空気調和装置110の制御だけではなく、在室者Pの熱ストレス負荷を低減する環境条件を達成するための空気調和装置110の制御も行う。
空調制御システム100は、在室者Pの人体エクセルギー消費に基づいて、PMVの目標値を満たす複数の環境条件の中から、適切な環境条件を選択し、選択された環境条件が実現されるように空気調和装置110を制御する。人体エクセルギー消費は、例えば、在室者Pがいる部屋Rの環境条件に基づいて算出される。このとき、算出された人体エクセルギー消費が低くなるような環境条件を選択することで、空調制御システム100は、空気調和装置110の制御によって、在室者Pにかかる熱ストレス負荷を抑制することができる。
(4−1)変形例A
空調制御システム100は、在室者Pの温冷感に関するPMVの目標値を達成するための空気調和装置110の制御だけではなく、在室者Pの熱ストレス負荷を低減する環境条件を達成するための空気調和装置110の制御も行う。この場合、空調機制御部70は、在室者Pの温冷感(PMV)を所定の第1目標値にする制御の他に、在室者Pの人体エクセルギー消費を所定の第2目標値まで低下させる制御を行う。そのため、空調機制御部70は、これらの2種類の制御を実質的に同時に行う方法により空気調和装置110を制御することで、在室者Pが長時間快適に感じることができる状態を維持できる。
空調制御システム100は、在室者Pにかかる熱ストレス負荷の指標として、在室者Pの血管の拡張収縮の度合いと相関関係がある人体エクセルギー消費を用いて、在室者Pの熱ストレス負荷を低減する環境条件を達成するための空気調和装置110の制御を行う。
少なくとも冷房機能を有する空気調和装置を制御するシステムであって、
部屋にいる人が感じた温冷感を示す指標を取得する取得部(温冷感取得部10)と、
少なくとも部屋の温度及び湿度に基づいて、当該人にかかる熱ストレス負荷を算出する算出部(熱負荷算出部50)と、
取得部が取得した指標が第1目標値となり、かつ、算出部が算出した熱ストレス負荷が第2目標値まで低下するように、空気調和装置を制御する制御部(空調機制御部70)と、
を備える。
空調制御システム100は、在室者Pにかかる熱ストレス負荷の指標として、在室者Pの血管の拡張収縮の度合いと相関関係がある人体エクセルギー消費を用いて、在室者Pの熱ストレス負荷を低減する環境条件を達成するための空気調和装置110の制御を行う。人体エクセルギー消費は、部屋Rの環境条件に基づいて算出される。
空調制御システム100は、在室者Pの温冷感の指標、及び、在室者Pにかかる熱ストレス負荷の指標に基づいて、空気調和装置110の制御を行う。しかし、空調制御システム100は、さらに、部屋Rを有する建物に使われている建材、及び、部屋Rの中に置かれている家財等への影響を考慮して設定された環境条件に基づいて空気調和装置110を制御してもよい。
空調制御システム100は、空気調和装置110を制御するだけではなく、空気調和装置110と連動する他の機器である連動機器を制御することで、部屋Rの環境条件を調整してもよい。ここで、連動機器とは、部屋Rの環境条件である気温、放射温度、相対湿度及び風速を制御することができる機器である。連動機器は、例えば、部屋Rの気温を調整するためのヒータ・空気調和装置、部屋Rの相対湿度を調整するための加湿器・除湿機、部屋Rの放射温度を調整するための床又は壁埋め込み式ヒータ・空気調和装置、及び、部屋Rの風速を調整するためのファン・送風機である。
空調制御システム100では、環境条件選択部60は、人体エクセルギー消費に基づく優先順位に基づいて、複数の環境条件から、人体にかかる熱ストレス負荷が小さい環境条件を選択し、選択した環境条件に基づいて空気調和装置110を制御する。しかし、環境条件選択部60は、空気調和装置110による環境条件の実現可能性をさらに考慮して、人体にかかる熱ストレス負荷が小さい環境条件を選択してもよい。この場合、例えば、環境条件選択部60は、最初に、環境条件記憶部40に記憶された複数の環境条件の中から、空気調和装置110により実現可能な環境条件を抽出し、次に、抽出された環境条件の中から、人体にかかる熱ストレス負荷が小さい環境条件を選択する。
空調制御システム100では、環境条件選択部60は、人体エクセルギー消費に基づく優先順位に基づいて、複数の環境条件から、人体にかかる熱ストレス負荷が小さい環境条件を選択し、選択した環境条件に基づいて空気調和装置110を制御する。しかし、環境条件選択部60は、空気調和装置110の節電効果をさらに考慮して、人体にかかる熱ストレス負荷が小さい環境条件を選択してもよい。この場合、例えば、環境条件選択部60は、最初に、環境条件記憶部40に記憶された複数の環境条件の中から、空気調和装置110の節電効果が所定の基準を満たすような環境条件を抽出し、次に、抽出された環境条件の中から、人体にかかる熱ストレス負荷が小さい環境条件を選択する。
空調制御システム100では、目標値設定部20は、PMVの目標値として、在室者Pの温冷感が中立となる値である0を設定する。しかし、在室者Pが快適と感じる環境のPMVには個人差がある。そのため、目標値設定部20は、PMVの目標値として、在室者Pが設定した値又は範囲を用いてもよい。この場合、在室者Pは、リモコン120を操作して、PMVの目標値を直接入力してもよく、又は、現在の温冷感を入力してもよい。在室者Pが現在の温冷感を入力する場合、目標値設定部20、又は、リモコン120内蔵のマイクロコンピュータは、在室者Pの入力に基づいてPMVの目標値を自動で設定してもよい。この場合、リモコン120は、例えば、現在の温冷感を入力するための複数のボタンを有する。これらのボタンは、在室者Pが寒いと感じたときに押すボタン、在室者Pが暑いと感じたときに押すボタン、及び、在室者Pが暑くもなく寒くもないと感じたときに押すボタン等である。目標値設定部20、又は、リモコン120内蔵のマイクロコンピュータは、在室者Pが押したボタンに応じて、PMVの目標値を自動的に設定する。
空調制御システム100では、環境条件選択部60は、算出された人体エクセルギー消費に基づいて、複数の環境条件に優先順位を設定する。優先順位は、環境条件の選択の際に考慮される。しかし、環境条件選択部60は、複数の環境条件に優先順位を設定する代わりに、複数の環境条件を分類してもよい。例えば、環境条件選択部60は、複数の環境条件を、「速い環境条件」と「遅い環境条件」とに分類してもよい。「速い環境条件」とは、在室者Pの体表面からの水分蒸発・放熱・吸熱が速い環境条件である。「遅い環境条件」とは、在室者Pの体表面からの水分蒸発・放熱・吸熱が遅い環境条件である。「遅い環境条件」は、「速い環境条件」よりも、人体エクセルギー消費が低いので、人体にかかる熱ストレス負荷が小さい環境条件である。
空調制御システム100は、在室者Pの温冷感に関するPMVの目標値を達成するための空気調和装置110の制御だけではなく、在室者Pの熱ストレス負荷を低減する環境条件を達成するための空気調和装置110の制御も行う。しかし、空調制御システム100は、在室者Pの選択に応じて、在室者Pの温冷感に関するPMVの目標値を達成するための空気調和装置110の制御のみを行ってもよい。
以上、空気調和装置110が冷房運転を行う場合における空調制御システム100の動作及び機能について説明した。しかし、空調制御システム100は、空気調和装置110が暖房運転を行う場合にも適用することができる。
―第2実施形態―
第1実施形態に係る空調制御システム100は、在室者Pの人体エクセルギー消費に基づいて、PMVの目標値を満たす複数の環境条件の中から、適切な環境条件を選択し、選択された環境条件が実現されるように空気調和装置110を制御する。人体エクセルギー消費に基づいて環境条件を選択する理由の一つは、在室者Pにかかる熱ストレス負荷が低い環境条件を実現するためである。人体エクセルギー消費が低いほど、在室者Pにかかる熱ストレス負荷が小さくなる傾向がある。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
50 熱負荷算出部(算出部)
70 空調機制御部(制御部)
100 空調制御システム
110 空気調和装置
Claims (9)
- 少なくとも冷房機能を有する空気調和装置(110)を制御するシステムであって、
部屋にいる人が感じた温冷感を示す指標を取得する取得部(10)と、
少なくとも前記部屋の温度及び湿度に基づいて前記人の人体エクセルギー消費を算出する算出部(50)と、
前記取得部が取得した前記指標が第1目標値となり、かつ、前記算出部が算出した前記人体エクセルギー消費が第2目標値まで低下するように、前記空気調和装置を制御する制御部(70)と、
を備える、空調制御システム(100)。 - 前記制御部は、前記空気調和装置の運転開始後に、前記第1目標値及び前記第2目標値の少なくとも一方を変更する、
請求項1に記載の空調制御システム。 - 前記制御部は、最初に、前記取得部が取得した前記指標が前記第1目標値となるように前記空気調和装置を制御し、前記指標が前記第1目標値となった後に、前記算出部が算出した前記人体エクセルギー消費が前記第2目標値まで低下するように前記空気調和装置を制御する、
請求項1又は2に記載の空調制御システム。 - 前記算出部は、少なくとも前記部屋の温度及び湿度を含む複数の環境条件のそれぞれに対して前記人体エクセルギー消費を算出し、
前記制御部は、前記算出部が算出した前記人体エクセルギー消費に基づいて、前記複数の環境条件に対して優先順位を設定し、前記優先順位に従って前記空気調和装置を制御する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の空調制御システム。 - 前記制御部は、前記算出部が算出した前記人体エクセルギー消費が最も低い前記環境条件に基づいて前記空気調和装置を制御する、
請求項4に記載の空調制御システム。 - 前記第1目標値は、前記人が感じた温冷感が中立となるような値である、
請求項1から5のいずれか1項に記載の空調制御システム。 - 前記制御部は、さらに、前記部屋の温度及び湿度が所定の範囲内になるように前記空気調和装置を制御する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の空調制御システム。 - 前記空気調和装置は、前記部屋の環境条件を調整するための機器と連動する、
請求項1から7のいずれか1項に記載の空調制御システム。 - 少なくとも冷房機能を有する空気調和装置(110)を制御するシステムであって、
部屋にいる人が感じた温冷感を示す指標を取得する取得部(10)と、
前記空気調和装置を制御する制御部(70)と、
を備え、
前記制御部は、
前記部屋の温度及び湿度が第1目標値になるように前記空気調和装置を制御する第1制御と、
前記部屋の温度及び湿度が第1目標値になった後、前記部屋の温度及び湿度が第2目標値になるように前記空気調和装置を制御する第2制御と、
を行い、
前記第1制御によって前記取得部が取得した前記指標が所定の目標値になったときの前記部屋の湿度よりも、前記第2制御によって前記取得部が取得した前記指標が所定の目標値になったときの前記部屋の湿度が高くなるように前記空気調和装置を制御する、
空調制御システム(100)。
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