JP2588792B2 - 温熱感覚演算方法および装置 - Google Patents

温熱感覚演算方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、人体が感じる温熱感覚〔例えば、等価温
度(Equivalent Temperature)Teq〕を演算する温熱感
覚演算装置に関するものである。
〔従来の技術〕
人体が感じる温熱環境の評価指数、すなわち温度感覚
として、等価温度Teqなるものがある。
この等価温度Teqを求めるための第1の方法として、
輻射温度Tr,気温Ta,気流速度Vairを個別のセンサで計測
し、所定の演算を施すことによって、人体の等価温度Te
qにほゞ等しい等価温度Teqを求める方法が提案されて
いる。この方法は、演算処理が煩わしく、処理時間が長
引くという問題がある。
そこで、最近、等価温度Teqを求めるための第2の方
法として、モジュール本体に加熱ヒータを組み込み、そ
のモジュール本体の温度(センサ温度)Tcrを常に一定
の値(例えば、36.5℃)に保つべく、加熱ヒータへの供
給電力量を制御する方法が提案されている。この方法に
よれば、加熱ヒータへの供給電力量を計測し、所定の演
算を施すことによって、等価温度Teqを算出すること
ができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述した第2の方法では、当然ではあ
るが、モジュール本体と加熱ヒータとからなる環境計測
部が人体よりはるかに小さいので、その気流感度が人体
の気流感度よりも大きな値となる。
この気流感度の相異は、等価温度Teqと等価温度Teq
は気流速度Vairが0.1m/s前後ほぼゞ等しい値をとるが、
より大きな気流速度になると共に、等価温度Teqと等価
温度Teqとの差が広がることに表れる。
具体的には、等価温度Teqより等価温度Teqの方がよ
り低い値をとるようになり、そして、このことは、正確
な計測が不可能であることを意味する。
すなわち、上述した第2の方法では、輻射温度Tr,気
温Ta,気流速度Vairを一体で計測することができるとい
う利点があるにも拘わらず、すなわち演算処理が簡略化
されるという利点があるにも拘わらず、気流速度Vairが
大きい場合には正確な計測ができないという致命的な欠
点がある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はこのような課題を解決するために提案された
もので、その第1発明(請求項1に係る発明),第3発
明(請求項3に係る発明)は、気温Taと衣服の熱抵抗Ic
lとに基づき設定温度値θ(th)を演算し、この設定温度
値θ(th)とセンサ温度Tcrとが等しくなるように、セン
サ温度Tcrを調整し得る加熱手段へ熱エネルギ情報Hθ
(th)を供与し、気温Ta,衣服の熱抵抗Icl,設定温度値θ
(th),熱エネルギ情報Hθ(th)に基づき温熱感覚を演算
するようにしたものである。
また、その第2発明(請求項2に係る発明),第4発
明(請求項4に係る発明)は、第1発明,第3発明にお
いて、気温Ta,衣服の熱抵抗Icl,設定温度値θ(th),熱
エネルギ情報Hθ(th)および係数b1〜b4に基づき、温熱
感覚として下記(a)式により等価温度Teqを演算す
るようにしたものである。
Teq=b1+b2×θ(th)+b3×Ta−b4 ×Hθ(th) ……(a) 〔作用〕 したがって、本願の第1発明,第3発明によれば、気
温Taと衣服の熱抵抗Iclとに基づき設定温度値θ(th)が
定められ、この設定温度値θ(th)にセンサ温度Tcrが合
致するように、加熱手段へ熱エネルギ情報Hθ(th)が与
えられる。すなわち、センサ温度Tcrが、一定の値では
なく、状況に応じて変化する設定温度値θ(th)と等しく
なるように制御される。そして、気温Ta,衣服の熱抵抗I
cl,設定温度値θ(th),熱エネルギ情報Hθ(th)に基づ
き、温熱感覚が演算される。
また、本願の第2発明,第4発明によれば、具体的に
表現された方程式(a)により、温熱感覚として等価温
度Teqが演算される。
〔実施例〕
以下、本発明に係る温熱感覚演算装置を詳細に説明す
る。
第2図はこの温熱感覚演算装置の一実施例を示すブロ
ック構成図である。この温熱感覚演算装置1は、入力部
2,演算部3および表示出力部4を備えている。入力部2
には、衣服の熱抵抗Iclが設定値として与えられている
一方、気温Taおよび環境計測部5からのセンサ温度Tcr
が検出値として与えられている。そして、これらの設定
値および検出値が入力部2より演算部3へ送られ、演算
部3にて、設定温度値θth),熱エネルギとしてのヒータ
パワーHθ(th),等価温度Teqが求められる。
すなわち、演算部3では、第1図に示すように、その
設定温度値演算部3−1にて、気温Taと衣服の熱抵抗Ic
lとに基づき、下記(1)式により設定温度値θ(th)
算出する。なお、下記(1)式において、a1,a2につい
ては後述する。
θ(th)=a1+a2×Ta ……(1) 次に、ヒータ制御演算部3−2にて、設定温度値θ
(th)とセンサ温度Tcrとが等しくなるように、例えばPID
制御又はファジー制御を行ないつつ、この時のヒータパ
ワーHθ(th)を計測する。そして、この求めたヒータパ
ワーHθ(th)(W)を、入力部2を介して環境計測部5
へ与える。
ここで、環境計測部5について、説明を加える。環境
計測部5は、例えば、第3図(a)に示すように、球形
状のモジュール本体5−11と、このモジュール本体5−
11の内部に配置された加熱ヒータ5−12と、モジュール
本体5−11に付設された温度センサ5−13とから構成さ
れている。モジュール本体5−11は、銅やアルミのよう
に熱伝導性の良い金属により形成されており、その外表
面は放射率が大きくされ、輻射温度Trに感じるものとさ
れている。なお、環境計測部5でのモジュール本体5−
11は、第3図(b),(c),(d)に示すように、半
球形状,円筒形状,楕円形状などとしてもよい。
上述したヒータパワーHθ(th)は、環境計測部5にお
ける加熱ヒータ5−12へ与えられる。そして、この加熱
ヒータ5−12によってモジュール本体5−11が加熱さ
れ、温度センサ5−13の検出するセンサ温度Tcrが設定
温度値θ(th)と等しくなるように制御される。
そして、等価温度演算部3−3にて、気温Ta,衣服の
熱抵抗Icl,設定温度値θ(th),ヒータパワーHθ(th)
基づき、下記(2)式により、等価温度Teqを算出す
る。なお、下記(2)式において、b1,b2,b3,b4につい
ては後述する。
Teq=b1+b2×θ(th)+b3+Ta −b4×Hθ(th) ……(2) 等価温度演算部3−3にて得た等価温度Teqは表示
出力部4へ送り表示する。
このように、本実施例による温熱感覚演算装置1によ
れば、衣服の熱抵抗Iclと気温Taとに基づき設定温度値
θ(th)を求め、センサ温度Tcrを設定温度値θ(th)に合
致させるように、加熱ヒータ5−12ヘのヒータパワーH
θ(th)を制御し、気温Ta,衣服の熱抵抗Icl,設定温度値
θ(th),ヒータパワーHθ(th)に基づき等価温度Teq
算出するものとしているため、気流速度Vairが大きい場
合でも、等価温度Teqが人体の感じる等価温度Teqに高
精度で合致するものとなり、正確な等価温度の計測が可
能となる。
次に、等価温度Teqと等価温度Teqとが高精度で合致
する点について、どのようなメカニズムによるものか捕
捉して説明する。
今、環境計測部5へ供給するヒータパワーをHとする
と、このヒータパワーHは、周囲環境(気温Ta,輻射温
度Tr,気流速度Vair)によりそのエネルギが奪われる。
このとき、モジュール本体5−11の表面の温度がT
(℃)だとすると、 H=Hr×(T−Tr)+A×Vairn ×(T−Ta) ……(3) という関係が成り立つ。Hr:輻射熱伝達係数,A:環境計測
部固有の定数。
(3)式を変形すると、下記(4)式が得られる。
一方、人体が感じる等価温度Teqは下記(5)式によ
り定義される。
(4)式と(5)式とを比べると、T=36.5とし、か
つ、(4)式の両片に係数0.45を掛けた後、この両片に を加えれば、等価温度Teqにほゞ等しいものが得られる
はずである。すると、(4)式は、下記(6)式とな
る。
さて、(6)式と(5)式とを比べると、その違い
は、 と0.75×Vair0.5の部分であることが分かる。
さて、環境計測部5は小形に作っているので、その気
流感度がどうしても人体の気流感度より大きくなってし
まう。すなわち、その表面効果により気流感度部分が人
体のそれよりも大きく、 となり、どうしてもこの不等号が最後までつきまとい、
正確な等価温度を求めることができなくなる。
そこで、本実施例においては、気流感度を一致させる
ために、気流感度の係数のみ注目するのではなく、上記
(6)式および(5)式において、(36.5−Ta)の温度
差まで含めて考え直した。これにより、 となるように、36.5℃でなく、θ(th)℃という温度で環
境計測部5へのヒータパワーHθ(th)を制御すればよい
ことに気付いた。
すなわち、 と表され、0.1〜1.0m/sの範囲では、nは0.35〜0.6の範
囲の値をとるから、Vair0.5≒Vairnとみなせ、 と表される。
したがって、衣服の熱抵抗Iclと気温Taとに基づき設
定温度値θ(th)を求め、センサ温度Tcrを設定温度値θ
(th)に合致させるように、加熱ヒータ5−12へのヒータ
パワーHθ(th)を制御し、気温Ta,衣服の熱抵抗Icl,設
定温度値θ(th),ヒータパワーHθ(th)に基づき、 を計算して等価温度Teqを求めるものとすれば、通常
のビルオフィスでは、気流速度Vairが大きい場合でも、
正しく等価温度を計測することができるものとなる。
なお、(8)式において、 とすると、θ(th)=a1+a2×Taとして表現される。
また、(9)式において、 とすると、 Teq=b1+b2×θ(th)+b3×Ta−b4×Hθ(th) と表現される。
〔発明の効果〕
以上説明したことから明らかなようにこの発明による
温熱感覚演算装置によると、センサ温度Tcrが、一定の
値ではなく、状況に応じて変化する設定温度値θ(th)
等しくなるように制御され、気温Ta,衣服の熱抵抗Icl,
設定温度値θ(th),熱エネルギHθ(th)に基づき温熱感
覚が演算されるので、気流速度Vairが大きい場合でも、
その演算して得た温熱感覚が人体が感じる温熱感覚に高
精度に合致するものとなり、正確な温熱感覚の計測が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第2図に示した温熱感覚演算装置においてその
演算部を示すブロック構成図、第2図は本発明に係る温
熱感覚演算装置の一実施例を示すブロック構成図、第3
図は環境計測部の一例を示す概略的な縦断面図である。 1……温熱感覚演算装置、2……入力部、3……演算
部、3−1……設定温度値演算部、3−2……ヒータ制
御演算部、3−3……等価温度演算部、5……環境計測
部。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気温Taと衣服の熱抵抗Iclとに基づき設定
    温度値θ(th)を演算し、 この設定温度値θ(th)とセンサ温度Tcrとが等しくなる
    ように、前記センサ温度Tcrを調整し得る加熱手段へ熱
    エネルギ情報Hθ(th)を供与し、 前記気温Ta,前記衣服の熱抵抗Icl,前記設定温度値θ
    (th),前記熱エネルギ情報Hθ(th)に基づき温熱感覚を
    演算する ようにしたことを特徴とする温熱感覚演算方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、気温Ta,衣服の熱抵抗I
    cl,設定温度値θ(th),熱エネルギ情報Hθ(th)および
    係数b1〜b4に基づき、温熱感覚として下記(a)式によ
    り等価温度Teqを演算するようにしたことを特徴とす
    る温熱感覚演算方法。 Teq=b1+b2×θ(th)+b3×Ta−b4 ×Hθ(th) ……(a)
  3. 【請求項3】センサ温度Tcrを調整し得る加熱手段を有
    する環境計測部に対して設けられる温熱感覚演算装置で
    あって、 気温Taと衣服の熱抵抗Iclとに基づき設定温度値θ(th)
    を演算する設定温度値演算手段と、 前記設定温度値θ(th)と前記センサ温度Tcrとが等しく
    なるように前記加熱手段へ熱エネルギ情報Hθ(th)を供
    与する熱エネルギ供与手段と、 前記気温Ta,前記衣服の熱抵抗Icl,前記設定温度値θ
    (th),前記熱エネルギ情報Hθ(th)に基づき温熱感覚を
    演算する温熱感覚演算手段とを備えたことを特徴とする
    温熱感覚演算装置。
  4. 【請求項4】請求項3において、温熱感覚演算手段は、
    気温Ta,衣服の熱抵抗Icl,設定温度値θ(th),熱エネルギ
    情報Hθ(th)および係数b1〜b4に基づき、温熱感覚とし
    て下記(a)式により等価温度Teqを演算することを
    特徴とする温熱感覚演算装置。 Teq=b1+b2×θ(th)+b3×Ta−b4 ×Hθ(th) ……(a)
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