JP2023015014A - 空気調和装置、および制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
前記制御部(100)は、前記対象人物(H)からの申告、前記対象人物(H)による前記空気調和装置の操作情報、前記対象空間(S)の環境情報、前記対象空間(S)のカメラ映像から推定される前記対象人物(H)の行動、または、前記対象空間(S)のカメラ映像から推定される前記対象人物(H)の着衣量、または、前記対象空間(S)内の前記対象人物(H)の音声に基づいて、前記行動パターンを把握する。
前記第1指標の目標値は、複数に分類される行動パターンのうち1の行動パターンに当てはまる対象人物群が熱的に中立と感じる温熱環境にある。
前記制御部(100)は、個人を認識する個人認識部(102)と、認識された個人ごとの行動パターンを蓄積する記憶部(101)とを備え、前記対象人物(H)の過去の行動パターンに基づいて前記第1指標の目標値を設定する。
前記第1指標は、前記対象空間(S)内の温度、人体エクセルギー収支に関する指標、予測温冷感申告(PMV)、または温熱環境に基づく指標である。
前記人体エクセルギー収支に関する指標は、人体エクセルギー消費速さを示す。
前記第1指標が、人体エクセルギー消費速さである場合、前記制御部(100)は、前記目標値を満たすように、前記対象空間(S)の温度、湿度、風速、または輻射温度を制御する
第7の態様では、温度、湿度、風速、または輻射温度を調節することで、人体エクセルギー消費速さを目標値にすることができる。目標値が対象人物(H)の最も快適に感じる値であれば、温度、湿度、風速、または輻射温度を調節するだけで、対象人物(H)に応じて対象空間を快適にすることができる。
前記制御部(100)は、前記空気調和装置の暖房運転時において、前記対象空間(S)の設定温度を所定値Taより高く設定する前記対象人物(H)に対しては、人体エクセルギー消費速さの前記目標値を所定値Vaより低く設定する。
前記制御部(100)は、前記空気調和装置の冷房運転時に着衣量が所定値Caより低い前記対象人物(H)に対しては、冷房運転時に、人体エクセルギー消費速さの前記目標値を所定値Vbより低く設定する。
(1)空気調和装置の全体構成
本開示の空気調和装置(10)は、対象空間である室内空間(S)の空調を行う。室内空間(S)には人(H)が存在する。人(H)は、本開示の対象人物(H)である。本例の空気調和装置(10)は、室内空気の温度を調節する機能を有する。
熱源ユニット(20)は、室外空間(O)に配置される室外ユニットである。熱源ユニット(20)は、熱源ファン(21)を有する。熱源ユニット(20)は、冷媒回路(R)に接続される要素として、圧縮機(22)、熱源熱交換器(23)、切換機構(24)、および膨張機構(25)を有する。
利用ユニット(30)は室内空間(S)の壁面に設置される。言い換えると、利用ユニット(30)は、壁掛け式の室内空調機である。利用ユニット(30)は、ケーシング(31)と、利用ファン(32)とを有する。利用ユニット(30)は、冷媒回路(R)に接続される要素として、利用熱交換器(33)を有する。
図2および図3に示すように、空気調和装置(10)は、複数のセンサを有する。本例の空気調和装置(10)は、外気温度センサ(41)、外気湿度センサ(42)、内気温度センサ(43)を有する。外気温度センサ(41)および外気湿度センサ(42)は、室外空間(O)に配置される。外気温度センサ(41)は、室外空気の温度を検出する。
図1~図3に示すように、空気調和装置(10)は、リモートコントローラ(35)を有する。リモートコントローラ(35)には、人(H)の操作に基づいて所定の情報が入力される。具体的に、リモートコントローラ(35)は、操作部(36)を有する。
空気調和装置(10)は、制御部(100)を有する。図2および図3に示すように、制御部(100)は、第1制御装置(C1)と、第2制御装置(C2)と、第3制御装置(C3)とを含む。第1制御装置(C1)は、熱源ユニット(20)に設けられる。第2制御装置(C2)は、利用ユニット(30)に設けられる。第3制御装置(C3)は、リモートコントローラ(35)に設けられる。
空気調和装置(10)は、人体エクセルギー消費速さを考慮した空調を行う。人体エクセルギー消費速さは、以下のエクセルギー収支に関する式に含まれる。
行動パターンは、外気温度に基づいて人(H)が行動する室内空間(S)における行動様式を含む。行動パターンは、複数種類に分類される。具体的に、表1に示すように、本例では5種類の行動パターンが設定される。これらの行動パターン(第1~第5行動パターン)は、リモートコントローラ(35)に記憶される。本例の各行動パターンには、室内空間(S)の内気温度と着衣量とが設定される。
空気調和装置(10)は、通常の冷房運転、通常の暖房運転、およびエクセルギー制御運転を行う。
冷房運転中の空気調和装置(10)は、熱源熱交換器(23)が放熱器として機能し、利用熱交換器(33)が蒸発器として機能する冷凍サイクル(冷房サイクル)を行う。具体的には、圧縮機(22)で圧縮された冷媒は、熱源熱交換器(23)で放熱し、膨張機構(25)で減圧される。膨張機構(25)で減圧された冷媒は、利用熱交換器(33)で蒸発し、圧縮機(22)に吸入される。
暖房運転中の空気調和装置(10)は、利用熱交換器(33)が放熱器として機能し、熱源熱交換器(23)が蒸発器として機能する冷凍サイクル(暖房サイクル)を行う。具体的には、圧縮機(22)で圧縮された冷媒は、利用熱交換器(33)で放熱し、膨張機構(25)で減圧される。膨張機構(25)で減圧された冷媒は、熱源熱交換器(23)で蒸発し、圧縮機(22)に吸入される。
エクセルギー制御運転では、制御部(100)は、外気温度センサ(41)により取得された外気温度と、人(H)に選択された行動パターンとに基づいて、人体エクセルギー消費速さVの目標値VGを設定する。エクセルギー制御運転では、人体エクセルギー消費速さVが、目標値VGとなるように室内空間(S)の空調を制御する。本例では、外気温度は、ある一定期間(例えば30日間)における平均外気温度を示す。
(4-1)特徴1
本実施例の空気調和装置(10)の制御部(100)は、人(H)が過去に置かれた環境の気温である外気温度(第1情報)と、該外気温度における人(H)の習慣的な行動パターンとに基づいて、人体エクセルギー消費速さ(第1指標)が目標値となるように設定する。
本実施形態の空気調和装置(10)の制御部(100)は、人(H)からの申告に基づいて、行動パターンを把握する。このことにより、人(H)は、自己に最適な行動パターンを選択できる。
人体エクセルギー消費速さVの目標値VGは、5種類の行動パターンのうち1の行動パターンに当てはまる複数の人(H)が熱的に中立と感じる温熱環境にある。熱的に中立と感じる温熱環境とは、上述したように人が快適に感じる温熱環境をいう。従って、目標値VGは、行動パターンごとに人(H)が快適に感じる温熱環境となるように設定される値となる。このことにより、行動パターンに応じて目標値VGを設定すれば、行動パターンに応じて室内空間(S)を快適にできる。
制御部(100)は、人体エクセルギー消費速さVの目標値VGを満たすように、室内空間(S)の内気温度を制御する。内気温度を制御するだけで目標値VGを満たすことができるため、室内空間(S)を比較的簡便に快適にできる。
上記実施形態においては、以下のような変形例の構成としてもよい。なお、以下では、原則として上記実施形態と異なる点について説明する。
本例の記憶部(101)は、人(H)による空気調和装置(10)の操作情報を記憶する。操作情報は、空気調和装置(10)の運転履歴や内気温度の設定履歴などの過去の情報を含む。記憶部(101)は、過去から現在までの一定期間の操作情報を記憶する。
本例の記憶部(101)は、室内空間(S)の環境情報を記憶する。室内空間(S)の環境情報には、室内空間(S)の温熱環境の情報が含まれる。具体的には、室内空間(S)の環境情報は、室内空間(S)の内気温度、内気湿度、気流(風速)、または輻射温度(壁面温度)を含む。記憶部(101)は、過去から現在までの一定期間の室内空間(S)の環境情報を記憶する。
本例の室内空間(S)にはカメラ(図示省略)が設置される。カメラは、室内空間(S)を撮影する。具体的に、カメラは、室内空間(S)の人(H)の着衣量を撮影する。本例の制御部(100)は、室内空間(S)のカメラ映像から推定される人(H)の着衣量に基づいて、行動パターンを把握する。
(5-4-1)行動パターンの把握の変形例4-1
本例の室内空間(S)には、上記変形例3と同様にカメラ(図示省略)が設置される。具体的に、カメラは、室内空間(S)の人(H)の行動を撮影する。本例の制御部(100)は、カメラ映像から推定される人(H)の行動に基づいて行動パターンを把握する。
本例の室内空間(S)には、マイク(図示省略)が設置される。具体的に、マイクは、室内空間(S)の人(H)の音声を録音する。本例の制御部(100)は、音声から推定される人(H)の行動に基づいて行動パターンを把握する。
本例では、上記変形例4-1及び4-2において、人(H)の行動、または人(H)の音声を、人体エクセルギー消費速さを求めるためのパラメータとして新に追加してもよい。例えば、第1~第5行動パターンの「内気温度」及び「着衣量」に加えて、「うちわをあおぐ」、「窓を開ける」、「水を飲む」、「会話内容」及び「泣き声」の少なくとも1つを項目として加えてもよい。パラメータの種類が増えることで、行動パターンの類型を増やすことができる。その結果、より細かく人体エクセルギー消費速さを制御でき、各人(H)に最適な温熱環境を実現できる。
図6に示すように、本例の制御部(100)は、個人認識部(102)を備える。個人認識部(102)は、カメラから送信された映像データから個人の顔を認識する装置であってもよいし、指紋認証やIDカードなど個人情報を読み取る読取装置であってもよい。本例の記憶部(101)は、個人認識部(102)で認識された個人ごとの行動パターンのデータを蓄積する。
本開示の第1指標は、室内空間(S)の内気温度であってもよい。空気調和装置(10)は、行動パターンに応じて、在室者(人(H))が快適さを感じる内気温度となるように空調を制御してもよい。
本開示の第1指標の目標値は、室内空間(S)にいる対象人物(H)が感じる快適性の度合いに基づかなくてもよい。第1指標の目標値は、室内空間(S)にいる人(H)が感じる快適さおよび熱ストレス負荷の度合いに基づいて設定されてもよいし、人(H)により任意に設定されてもよい。
本開示の第1指標が、人体エクセルギー消費速さVである場合、第1パラメータは、室内空間(S)の内気湿度(相対湿度)、風速、または輻射温度であってもよい。また、第1パラメータは、1種類に限らず、2種類以上を組み合わせてもよい。
本開示の制御部(100)は、空気調和装置(10)に設けられる。しかし、制御部(100)は、空気調和装置(10)とは異なる部分に設けられる制御システムであってよい。制御部(100)は、空気調和装置(10)とネットワークを介して接続されるサーバ装置に設けられてもよい。制御部(100)は、例えば人(H)が所有する端末装置に設けられてもよい。端末装置は、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、タブレットなどを含む。
本開示の第1情報は、人(H)の生体情報であってもよい。具体的に、人(H)の生体情報は、体温(深部体温を含む)、皮膚温度、鼓膜温度、直腸温度、腋窩温度、舌下温度、または表面温度(着衣を含む)、心拍数、血流量、血圧、自律神経指標、発汗量、または震えであってもよい。これらの生体情報は適宜所定のセンサにより測定される。
上記実施形態及び上記変形例については、以下のような構成としてもよい。
本開示に関連する研究成果を以下に述べる。
前報、前々報では、外気温度変動に対する順応に合わせて環境制御する必要性を検討するために、適応モデルを適用して室内温湿度条件を設定した場合と、従来の標準的な温湿度条件を設定した場合について、主観的寒暑感と生理データの違いを考察した。その結果、適応モデルに基づいた温湿度条件の方が快適であることを確認した。また、生理データのひとつである血流量を用いて、寒暑感を判別するモデルを考案した。
人には季節順応という性質があるので、環境温度が瞬間的には同じであっても夏季と冬季では温熱知覚が異なる。人に優しい環境制御を行うためには、この知見を取り入れることが不可欠である。環境温度の変化により変動する人間の中立温度(暑くも寒くもなく、快適と知覚する温度値)を定式化したものとして、適応モデルがASHRAEやCENで提案されている。適応モデルによると、人間の中立温度は過去1週間の体験温度の履歴によって決められている。
3.1.人体エクセルギー収支の概要
これまでの環境制御についての検討は、人体の熱エネルギーバランスに基づいていたが、これに加えて、人体エクセルギー収支も考慮すると、人に優しい環境制御の方法が新たに見いだせる可能性がある。
=[代謝で発生する温エクセルギー]
+[吸気の温(冷)・湿(乾)エクセルギー]
+[代謝水(肺)の温・湿エクセルギー]
+[代謝水(皮膚)と乾き空気の温(冷)・湿(乾)エクセルギー]
+[着衣が吸収する温(冷)放射エクセルギー]
-[温エクセルギーの蓄積]
-[呼気の温・湿エクセルギー]
-[汗水蒸発後にできる湿り空気の熱・分離エクセルギー]
-[着衣から出る温(冷)放射エクセルギー]
-[着衣から対流で出ていく温(冷)エクセルギー]。
人体エクセルギー消費速さが外気温に応じてどのようになるかを図7に示す。この図は、空気温度と壁面温度は等しく25℃、相対湿度50%、風速0.1m/s、着衣量1clo、活動量1.1met、外気湿度50%としている。室内環境が同じ場合でも、外気温度が違うと、エクセルギー消費速さが異なっており、屋外環境状態に対する拡散の起き方の大小が反映されていることがわかる。しかし、人体エクセルギー収支には、人の熱環境経験(過去の外気温度履歴)が含まれているわけではない。そこで本論では、人体エクセルギー収支理論に適応モデルのデータを融合させることで、人体エクセルギー消費速さがどのように変化するかを考察する。
4.1.季節順応に応じた人体エクセルギー消費速さ
計算条件として、関東の住宅を調査対象とした環境測定及び主観申告のデータを用いて、寒暑感申告が「どちらでもない(暑くも寒くもない)」(n=7,333)だった際の、各週の平均室内空気温度と標準偏差、平均着衣量と標準偏差を用いた。各値を図8に示す。輻射温度は空気温度と等しいとし、相対湿度、風速、活動量はそれぞれ、50%、0.1m/s、1.1metで固定とした。外気温湿度については、前述の調査データと同時期・同地域の気象庁の公開データを用いた。外気温度の変動に応じた室内空気温度と着衣量の調整方法には個人差があると考え、図9に示すように5種類の適応行動パターンを仮定して、人体エクセルギー収支計算の入力条件とした。各パターンの詳細について以下に説明する。
4.1の結果は、人体エクセルギー消費速さの目標値は一定ではなく、外気温度の履歴、その人の着衣量等、環境条件によって適切な値があることを示している。そこで、本節では、空気温度、壁面温度以外の環境条件、活動量、着衣量が与えられている場合に、壁面温度を空気温度と同じとした時の、人体エクセルギー消費速さを用いた空気温度の設定の仕方を述べる。以下に、具体的な環境条件を仮定して設定空気温度を定める方法を記載する。
5.1.概要
前報、前々報で述べた通り、本システムでは人に優しい環境制御システムを目指している。今回は、4.2節で述べた人への熱ストレスが少ない室内温度の導出方法を用いて、設定温度を定める機能を持ったシステムについて説明する。
最適な室内温度を導出するためには、現在の外気温湿度、室内湿度、風速、着衣量、活動量が必要となる。本システムの主な使用シーンは在宅着座リラックスの状態であり、風速は0.1m/s、活動量は1.1metとおいて良いと考えられる。ただし、春季から秋季においては扇風機の運転状況データを取得することで、風速の設定値を変化させる可能性も考えられる。外気温湿度は、室外機に備わった温湿度センサより取得し、室内湿度は室内機に備わった温湿度センサより取得する。着衣量は、夏季、中間期、冬季でそれぞれ固定とする。ただし、着衣量については人が直接入力することも可能とする。本システムは、以上を備え、4節で述べた計算方法を用いて導出した室内温度を環境に与える空調制御システムである。
H 人(対象人物(H))
100 制御部
101 記憶部(情報取得部)
Claims (11)
- 対象人物(H)が過去に置かれた環境情報、または前記対象人物(H)の生体情報を示す第1情報を取得する情報取得部(101)と、
前記第1情報における前記対象人物(H)の習慣的な行動パターンを把握する制御部(100)とを備える空気調和装置であって、
前記制御部(100)は、
前記情報取得部(101)により取得された前記第1情報と、把握された前記行動パターンとに基づいて、温熱環境に関する指標である第1指標の目標値を設定する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記制御部(100)は、前記対象人物(H)からの申告、前記対象人物(H)による前記空気調和装置の操作情報、対象空間(S)の環境情報、対象空間(S)のカメラ映像から推定される前記対象人物(H)の行動、前記対象空間(S)のカメラ映像から推定される前記対象人物(H)の着衣量、または、前記対象空間(S)内の前記対象人物(H)の音声に基づいて、前記行動パターンを把握する
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記第1指標の目標値は、複数に分類される行動パターンのうち1の行動パターンに当てはまる対象人物群が熱的に中立と感じる温熱環境にある
ことを特徴とする請求項1または2に記載の空気調和装置。 - 前記制御部(100)は、個人を認識する個人認識部(102)と、認識された個人ごとの行動パターンを蓄積する記憶部(101)とを備え、
前記対象人物(H)の過去の行動パターンに基づいて前記第1指標の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の空気調和装置。 - 前記第1指標は、対象空間(S)内の温度、人体エクセルギー収支に関する指標、予測温冷感申告(PMV)、または温熱環境に基づく指標である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の空気調和装置。 - 前記人体エクセルギー収支に関する指標は、人体エクセルギー消費速さを示す
ことを特徴とする請求項5に記載の空気調和装置。 - 前記第1指標が、人体エクセルギー消費速さである場合、前記制御部(100)は、前記目標値を満たすように、前記対象空間(S)の温度、湿度、風速、または輻射温度を制御する
ことを特徴とする請求項6に記載の空気調和装置。 - 前記制御部(100)は、
前記空気調和装置の暖房運転時において、前記対象空間(S)の設定温度を所定値Taより高く設定する前記対象人物(H)に対しては、人体エクセルギー消費速さの前記目標値を所定値Vaより低く設定する
ことを特徴とする請求項7に記載の空気調和装置。 - 前記制御部(100)は、
前記空気調和装置の暖房運転時において、前記対象空間(S)の設定温度を所定値Taより低く設定する前記対象人物(H)に対しては、人体エクセルギー消費速さの前記目標値を所定値Vaより高く設定する
ことを特徴とする請求項7に記載の空気調和装置。 - 前記制御部(100)は、
前記空気調和装置の冷房運転時に着衣量が所定値Caより低い前記対象人物(H)に対しては、冷房運転時に、人体エクセルギー消費速さの前記目標値を所定値Vbより低く設定する
ことを特徴とする請求項7に記載の空気調和装置。 - 請求項1または2に記載の制御部(100)を備えた空気調和装置の制御システム。
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Patent Citations (2)
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