JP2869493B2 - 温熱環境制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アトリウム等の大空間や事務室等の執務空
間のような快適環境を要求される室の空調設備に適用し
て好適な温熱環境制御システムに関する。

〔従来の技術〕

従来、室内環境の制御には、空調機や送風機、輻射パ
ネル等が用いられ、室内の適当な場所を選んで温度セン
サーや湿度センサーを設置している。そして、その位置
での目標値を設定してセンサーによる検出値と比較して
空調機や送風機における冷温水バルブの開度を調整する
ことによって、室内温度、湿度等が予め設定された値に
なるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、最適な設定値を求め、温湿度を常にそ
の設定値になるように制御したとしても、それが必ずし
も快適な環境とはいえないことがある。それは、例えば
室内の空気温度、湿度が設定値になっていても、冬期に
窓ガラス面から冷輻射を受けると、人間は寒さを感じ、
快適な環境の評価では、このような冷輻射を受けない場
合と異なることからも感覚的に理解できる。このような
場合には、室内温度の設定値をあげれよいが、時々刻々
変化している温度の設定値を変化させることは難しいと
いう問題がある。

そこで、温湿度だけでなく他の要素も加味して人間の
感性に基づく温冷感指標により環境制御を行う試みが近
年注目されている。この温冷感指標が、デンマーク工科
大学のP.O.Fangerによって提唱されたPMV（PredictedMe
an Vote）であり、温度、湿度、気流、平均輻射温度、
着衣量、活動量を考慮して評価を行うものである。

温熱環境指標PMVは、ある環境条件で多数の人に温冷
感のヒアリングを行った場合に予測される平均申告値を
意味し、上記６つの要素から人体の快適方程式 Ｌ＝Ｈ−Ｅ−RES−Ｒ−Ｃ PMV＝α・Ｌ （但し、L:人体の熱負荷、H:人体の内部発熱、E:蒸発に
よる熱損失、RES:呼吸による熱損失、R:輻射による熱損
失、C:対流による熱損失、α:PMVへの変換計数を示
す。）に基づいて求められる。PMVの値は、−３〜＋３
の範囲で示され、PMV＝０は、暑くも寒くもない「ちょ
うど良い」状態を示す。物体から物体に熱が伝わる形態
には、伝導、対流、輻射という３つの種類があり、特
に、室内の温熱環境を考える場合には、人間の感性から
みると、室内各部の表面温度を知り、人間と室内各表面
との間の輻射熱の授受を解析する必要がある。PMVで
は、このような各部の表面温度と位置関係から求められ
る室内各点の平均輻射温度によって輻射熱の影響が考慮
される。コンフォートメーターはこの温熱環境センサー
である。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、簡便
なシステム構成で温熱環境指標により大空間の快適な温
熱環境を実現する温熱環境制御システムを提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、空間の温度、湿度、気流、輻射
温度等の温熱環境要素を検出する環境要素検出手段と、
人体の熱負荷に基づき評価される温熱環境指標を検出す
る環境指標検出手段と、前記温熱環境要素を調整する温
熱環境調整手段と、前記環境要素検出手段により検出し
た温熱環境要素の検出値が設定値になるように前記温熱
環境調整手段を制御する制御手段と、前記環境指標検出
手段により検出した温熱環境指標の検出値を目標値と比
較して偏差を求め該偏差を解消する温熱環境要素の修正
値を求めて前記設定値を修正する修正手段とを備えたこ
とを特徴とする。

また、空間の温度、湿度、気流、輻射温度等の温熱環
境要素を検出する検出手段と、前記温熱環境要素を調整
する温熱環境調整手段と、前記検出手段により検出した
温熱環境要素の検出値が設定値になるように前記温熱環
境調整手段を制御する制御手段と、前記検出手段により
検出した温熱環境要素の検出値を基に予め指定された位
置における人体の熱負荷に基づき評価される温熱環境指
標を演算する指標演算手段と、前記指標演算手段により
演算した温熱環境指標の演算値を目標値と比較して偏差
を求め該偏差を解消する温熱環境要素の修正値を求めて
前記設定値を修正する修正手段とを備えると共に、前記
温熱環境指標を演算する温熱環境要素の輻射温度とし
て、前記検出手段により表面温度を求めて該表面温度と
計算点における形態係数から前記計算点毎の輻射温度を
演算して求めることを特徴とする。

さらに、室内の温度、湿度、気流、輻射温度等の温熱
環境要素を調整する温熱環境調整手段と、設定値に基づ
いて前記温熱環境調整手段を制御する制御手段と、前記
制御手段の制御データを基に予め指定された位置におけ
る人体の熱負荷に基づき評価される温熱環境指標を演算
する指標演算手段と、前記指標演算手段により演算した
温熱環境指標の演算値を目標値と比較して偏差を求め該
偏差を解消する温熱環境要素の修正値を求めて前記設定
値を修正する修正手段とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の温熱環境制御システムでは、検出手段により
空間の温度、湿度、気流、輻射温度等の温熱環境要素と
温熱環境指標を検出し、或いは指標演算手段により温熱
環境指標を演算して温熱環境指標の検出値或いは演算値
と目標値とを比較し温熱環境要素の設定値を修正するの
で、温熱環境指標により評価される快適な環境を実現す
ることができる。

また、表面温度を求め形態係数と表面温度から輻射温
度を演算して求めるように構成したことを特徴とし、セ
ンサにより或いは室外条件と建築データを入力して熱回
路網・換気回路網解析を行い表面温度を求めるので、任
意の位置に輻射温度計を設けなくても輻射温度を求め、
温熱環境指標による環境制御を行うことができる。

さらには、調整手段の制御データを基に指定される位
置の温熱環境指標を演算するので、センサーを設けなく
ても任意の位置の温熱環境指標を制御することができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る温熱環境制御システムの１実施
例を示す図、第２図は第１図に示すシステムの制御装置
での処理の流れを説明するための図である。

第１図において、１は対象室、２は温熱環境センサ
ー、３は温度計、４は湿度計、５は風速計、６は輻射温
度計、７は送風機、８は吹き出し口、９は輻射パネル、
10は空調機、11は制御装置、12はガラス窓、13はブライ
ンドを示す。対象室１は、各種センサー（２〜６）によ
り温熱環境指標と、温熱環境要素である温度、湿度、気
流、輻射温度を測定し、送風機７、輻射パネル９、吹き
出し口８に接続された空調機10により環境調整を行うも
のである。温熱環境センサー（コンフォトメーター）２
は、温熱環境を評価するための温熱環境指標（PMV）を
測定するものであり、温度計３、湿度計４、風速計５、
輻射温度計６は、温熱環境要素を測定するものである。
制御装置11は、室内の温熱環境要素（温度、湿度、気
流、輻射温度）が設定値になるように空調機10、輻射パ
ネル９、送風機７を制御すると共に、温熱環境指標が快
適な環境を示すような設定値の修正を行うものである。
そのために、制御装置11では、以下の手順で処理を行
う。

温熱環境センサー２により温熱環境指標PMVを測定
する。

次に、測定した温熱環境指標を目標値と比較し偏差
ΔPMVを算出する。

続いてΔPMVを解消するのに必要な室内の温度、湿
度、気流、輻射温度の各温熱環境要素を計算する。

さらに、各温熱環境要素の設定値を修正、変更す
る。

そして、空調機の冷水バルブ、温水バルブ、送水温
度、風量（風速）等の制御を行う。

ところで、上記のような温熱環境制御のためには、計
測装置として、１つの架台にコンフォートメーターや温
度計、湿度計、風速計、輻射温度計の単品センサーを組
み合わせて取付けたものが使用される。この計測装置の
設置では、制御対象となる室内の制御上最も有効な位置
が選ばれ、環境状態の計測を行うように配慮することが
必要である。しかし、上記の温熱環境制御では、計測装
置の位置が、その目的上室の中央部分となり、往々にし
て柱壁等のない自由空間であることが多くなる。そのた
め、コンフォートメーター等の計測装置を設置すること
が難かしい位置となることもある。しかも、コンフォー
トメーターだけでもマイクロフォンのような形状と大き
さとなるため、これを含め単品センサーを組み合わせて
なる計測装置はさらに大きなものとなる。したがって、
室の中央部分等にこのような計測装置を設置すること
は、意匠上からも室の使い勝手上からも大きな制約を受
けることもある。一方、計測装置の設置位置を壁際等に
変更することは、温熱環境を制御する上では全く意味の
ないものにしてしまう。

そこで、コンフォートメーターを用いず、制御装置11
において、温度計、湿度計、風速計、輻射温度計による
測定値から温熱環境指標を演算することによって間接的
に求めるように構成してもよい。輻射温度についても、
同様に間接的に求めるようにしてもよい。

第３図は輻射温度を間接的に測定する例を示す図であ
り、温度計Ｔで表面温度を測定し、この表面温度と後述
する形態係数により任意の位置における輻射温度を求め
ればよい。

また、温熱環境を制御しようとしている室内は、当然
ある大きさをもっているため、室内のあらゆる場所で温
熱環境状態が異なっている。例えば室内の窓際では、室
の中央部に較べて窓面の表面温度による輻射熱の影響を
より強く受けており、室内の位置によって温熱環境指標
が大きく異なってくる。そのため、この状態の制御に対
して１つの計測装置で対応することには無理がある。そ
のため、室内にあらゆる位置で快適な温熱環境を維持す
るには、計測装置を多数設置する必要があるが、それ
は、先に述べたように取付上の問題とコスト上の問題が
ある。

そこで、各センサーを用いず制御装置において予測評
価して温熱環境指標を目標値になるように空調機や送風
機、輻射パネルの出力を制御するように構成してもよ
い。この評価システムによれば、制御対象空間の任意の
位置を制御対象ポイントと指定することによって、その
ポイントの任意の時刻に於けるPMV値を即座に予測する
ことができる。また、上記の評価システムによって予め
面積、形態係数を算出することができるので、室内の各
内壁の表面温度を測定することによって、輻射温度を計
算し室内の任意のポイントのPMV値を求めることもでき
る。

これにより従来のようにコンフォートメーター等の計
測機器を用いることなく、評価システムを温熱環境指標
PMVのセンサーとして温熱環境を制御することができ
る。また、計算によって室内の任意のポイントについて
PMV値を算出できるので、環境制御上、最も望ましい位
置を制御対象ポイントに設定することができ、その位置
のPMV値を設備機器で制御することができる。

次に、予測評価システムの例を説明する。

第４図は予測評価システムの１実施例構成を示す図で
ある。第４図において、１は建築形状データ、２は室内
使用条件データ、３は空調設備条件データ、４はPMV計
算条件データ、５は入力部、６はモデル設定部、７は熱
・換気解析部、８は温熱・換気解析結果データ、９は評
価部、10は評価データ、11は出力部を示す。

まず、予測評価システムの全体構成を説明する。第４
図に示す予測評価部は、例えばデジタイザやマウス、４
ボタンカーソルその他の入力手段を用いた入力部５を介
して建築形状データ１や室内使用条件データ２、空調設
備条件データ３、PMV計算条件データ４の入力を行うも
のであり、モデル設定部６は、建築形状データ１、案内
使用条件データ２、空調設備条件データ３から指定され
るチャンバ芯で建築物をチャンバ空間に分割して熱回路
網・換気回路網モデルを設定するものである。すなわ
ち、モデル設定部６による熱回路網・換気回路網モデル
の設定では、壁、窓、天井、床等の建築データを層、チ
ャンバ芯で分割し、それぞれ四角柱又は三角柱のチャン
バ空間毎に、チャンバNo.、それに付く熱接点面No.、換
気節点面No.、それらの属性情報からなるデータを設定
する。熱接点面は、壁、窓、天井、床等であり、換気節
点面（通気路）は、チャンバ空間の境界となる空間であ
る。そして、これらの熱節点面と換気接点面を熱と空気
の移動経路として熱コンダクタンス、通気抵抗等に変換
することによって熱回路網・換気回路網モデルを設定す
る。したがって、建築形状データ１は、室の形状、壁の
仕様、換気口・窓の配置・仕様等のデータからなり、室
内使用条件データ２は、人員の条件、OA機器の発熱量、
照明器具の発熱量等のデータからなり、空調設備条件デ
ータ３は、空調機やダクト、換気装置の位置・風量・吸
い込み・吹き出し、輻射冷暖房パネル、日射等のデータ
からなる。

熱・換気解析部８は、熱・換気回路網解析プログラム
を用いてモデル設定部６で設定された熱回路網・換気回
路網モデルにより熱・換気解析を行うものであり、各チ
ャンバ空間の温度、熱節点面の表面温度、換気節点面の
風量を計算して室内温度分布と表面温度分布等の熱・換
気解析結果データ８を生成する。

評価部９は、まず、熱・換気解析結果データ８を読み
込んで指定される計算点毎に表面温度と形態係数から平
均輻射温度を計算し、さらにこの結果に計算条件として
入力される湿度、気流、着衣量、活動量からなるPMV計
算条件データ４を加えPMV、PPDを求めるものであり、そ
の求めた平均輻射温度、PMV、PPDを出力する。

評価部９は、熱・換気解析結果データ８を読み込んで
平均輻射温度を計算し、さらにこの結果にPMV計算条件
データを加えてPMV、PPD等の評価データ10を求めるもの
であり、その求めた平均輻射温度、PMV、PPD等の評価デ
ータ10、温熱・換気解析結果データ８を出力するのが出
力部11である。

次に、予測評価システムにおける主要な入力データと
処理の例を説明する。

第５図は建築部位の材質や熱貫流率データの入力メニ
ューの例を示す図、第６図は熱貫流率テーブルの設定例
を示す図、第７図は室内使用条件の入力メニューの例を
示す図である。

建築仕様データとしては、建築部位種別、建築部位の
材質、窓ガラス・トップライトの材質、開口の種別、開
口の材質、開口の開口率がある。建築部位種別には、外
壁、内壁、パーティション、屋根、天井、床、外床、張
出し床、張出し天井、窓ガラス（シングルガラス、シン
グルガラス＋ブラインド、ペアガラス、開いた窓）、ト
ップライト、開口があり、熱節点面の種別で熱回路網・
換気回路網の接続の仕方が決まる。建築部位の材質は、
熱貫流率を求め、これから熱節点面間の熱コンダクタン
ス（＝熱貫流率×熱節点面の面積）を決定する。窓ガラ
ス・トップライトの材質では、ガラス材料番号から、ガ
ラスの日射透過率、反射率、吸収率を決定する。開口の
種別では、開いた窓（外壁上）、開いたトップライト
（屋根上）、開口（外壁上）、開口（外壁上）から、換
気面の種別、換気回路網接続の仕方を決定する。開口の
材質では、単純開口、ガラリから、通気路の通気抵抗を
決定し、開口の開口率では、実際の開口面積（＝開口率
×換気面の面積）を決定する。

屋根や天井、床・外床、トップライト、パーティショ
ン、張出し床、張出し天井等を入力する場合には、例え
ば設計図に基づき入力された平面図等の表示画面の下側
領域に第５図（ａ）に示す入力項目の選択テーブルが表
示される。この画面では、４ボタンカーソルを使って選
択領域にカーソルを移動してクリックすると、その入力
メニュー画面に切り替わる。屋根入力の領域にカーソル
を移動してクリックすることによって切り替わる屋根の
入力メニューの例を示したのが同図（ｃ）である。この
入力メニューは、断熱0mm、断熱15mm、……のいずれか
にカーソルを移動してクリックすることにより屋根の種
別と断熱厚を選択入力するものである。すなわち、RC屋
根天井PB貼で断熱15mmを入力する場合には、RC屋根天井
PB貼の横の断熱15mmを選択入力すればよい。また、「熱
貫流率による入力」の欄は、RC屋根天井PB貼、RC屋根天
井直仕上、折板屋根のいずれでもなく、或いはこれらの
いずれかであっても断熱欄の数値では選択入力できない
場合、直接熱貫流率により入力する場合に用いるもので
あり、「モニター」の欄は、選択入力した結果を熱貫流
率で確認したい場合に用いるものである。同図（ｂ）に
示す入力メニューのそれぞれに対応する熱貫流率のテー
ブルを示したのが第６図であり、システムでは、このテ
ーブルを参照することによって熱貫流率を設定する。

また、天井（床・外床）入力は、入力メニュー画面に
より上部（下部）空調室の場合か、上部（下部）非空調
室の場合か、上部（下部）外気温の室の場合か、さらに
それぞれにおいて天井PB貼、天井直仕上、断熱厚のいず
れか等を選択入力し、トップライトは、シングルガラス
か、シングルガラス＋日射遮蔽材か、ペアガラスか、そ
して、それが普通、熱吸収、熱反射のいずれか等を選択
入力する。以下同様である。

外壁仕様、内壁仕様、窓仕様、開口仕様の各入力の選
択テーブルの例を示したのが第５図（ｂ）であり、その
うち外壁仕様入力を選択したときに切り替わる入力メニ
ューの例を示したのが同図（ｄ）である。同図（ｄ）に
示す外壁仕様入力は、同図（ｃ）と同様に断熱厚を選択
入力することによりRC壁、ALC壁、金属パネル壁のいず
れかも同時に選択できるようにし、しかも、直接貫流率
による入力、入力した結果の熱貫流率のモニターを可能
に構成したものである。また、内壁仕様入力は、隣室空
調室の場合、隣室非空調室の場合、隣室外気温の室の場
合のいずれかについて選択入力でき、窓仕様入力は、シ
ングルガラス、シングルガラス＋日射遮蔽材、ペアガラ
スのいずれかについて選択入力でき、開口仕様入力は、
単純開口、ガラリのいずれかについて選択入力できるも
のである。

また、室内使用条件の入力メニューを示したのが第７
図であり、単位面積当たりの人体、照明電力を予め設定
した中から選択できるようにすると共に、「KEY IN」で
人体、照明、機器発熱を任意の数値で入力できるように
したものである。室内使用条件の入力では、入力に対応
して熱量への換算テーブルを設定しておくことによりチ
ャンバ面積に対応する熱量が計算される。例えば人体の
場合には、単位面積当たりの人数が入力値となるので、
換算テーブルは、その入力値に１人当たりの熱量とチャ
ンバ面積を掛けるような設定となる。

上記のように室内使用条件では、人体の項目で人員密
度（人/m²）と範囲からチャンバ空間の発熱量を決定
し、照明の項目で照明密度（W/m²）と範囲からチャンバ
空間の発熱量を決定し、OA機器等で発熱密度（kcal/m²
・ｈ）と範囲からチャンバ空間の発熱量を決定する。ま
た、輻射冷暖房パネル（床、天井、壁）では、パネル表
面温度とパネル取付範囲からパネルを取り付けた熱節点
面の温度を入力値で規定し、取り付けた建築部位種別に
より熱回路網・換気回路網の接続仕方を決める。

次にモデル設定について説明する。

第８図はチャンバ空間による建築物の構成を説明する
ための図、第９図はチャンバ空間の構成を説明するため
の図、第10図（ａ）〜（ｋ）は熱回路網の接続ルール、
第10図（１）〜（ｍ）は換気回路網の接続ルールを説明
するための図、第11図は熱回路網・換気回路網モデルの
設定例を示す図である。

建築形状データとして、第８図（ａ）の平面図、同図
（ｂ）の正面図に示すように壁21や窓22からなる室の形
状が入力され、さらに、空間を分割するチャンバ芯23が
指定されると、分割された壁21や窓22の部分はそれぞれ
が熱節点面を、空間の部分は換気節点面を構成し、この
熱節点面と換気節点面で囲まれたチャンバ空間CH₁₁、CH
₂₂、CH₂₃、……が設定される。このチャンバ空間は、チ
ャンバ空間No.とそれに付く熱節点面No.、換気節点面N
o.、それらの属性情報等からなる。そして、例えば同図
（ｂ）に示す正面図において、左下隅のチャンバ空間CH
₁₇の熱節点面では、同図（ｃ）に示すように分割して取
り出した部分的な壁21′や窓22′について、壁21″、窓
22′、その属性情報等が与えられる。したがって、第８
図（ａ）、（ｂ）に示すようなチャンバ空間で分割され
た建築物を立体的に表示すると、第９図（ａ）に示すよ
うになり、このチャンバ空間CH₁₁、CH₂₂、CH₂₃、……の
うち、例えば左下隅のものを取り出すと、同図（ｂ）に
示すように熱節点面34〜36と換気節点面（通気路）31〜
33とそれらの属性情報がこのチャンバ空間の情報とな
る。

そこで、これらの熱節点面や換気節点面をそれぞれの
材質や形状等に応じて熱コンダクタンス、通気抵抗等
C₁、C₂、……に変換して熱回路網・換気回路網モデルが
設定される。熱回路網・換気回路網モデルでは、それぞ
れの建築部位種別による熱回路網・換気回路網の接続ル
ールに基づいて設定されるが、その接続ルールの例を第
10図により説明する。

第10図において、Ｒ、R₁、R₂は室内チャンバ熱節点、
Ｓは外壁内表面熱節点、S₁、S₂はローパーティション表
面熱節点、Ｉは隣接熱節点、Ｏは外気熱節点、Ａはチャ
ンバ外壁面面積、Ｋは外壁熱貫流率、α_ｏは外表面熱伝
達率、α_ｉは内表面熱伝達率、C₁、C₂、C₃拡張熱コンダ
クタンスを示す。

まず、外壁・屋根の接続ルールは、第10図（ａ）に示
すように外壁内表面に熱節点Ｓを設け、Ｏ−Ｓ、Ｓ−Ｒ
間に熱回路を設ける。そして、外壁仕様入力により決ま
るＫ値より以下の式を用いてC₁、C₂を計算する。

C₁＝Ａ・（1/K−1/α_ｉ）^-1 C₂＝Ａ・α_ｉ また、内壁・天井・床の接続ルールは、同図（ｂ）に
示すように内壁内表面に熱節点Ｓを設け、Ｉ−Ｓ、Ｓ−
Ｒ間に熱回路を設ける。そして、内壁仕様入力により決
まるＫ値より、上記と同様にC₁、C₂を計算する。

ローパーティション・張出し床・張出し天井の接続ル
ールは、同図（ｃ）に示すようにローパーティションの
表面両側に熱節点S₁、S₂を設ける。そして、R₁−S₁、S₁
−S₂、S₂−R₂間に熱回路を設け、「ローパーティション
入力」により決まるＫ値より以下の式を用いてC₁、C₂、
C₃を計算する。

C₁＝Ａ・α_ｉ C₂＝Ａ・（1/K−2/α_ｉ）^-1 C₃＝Ａ・α_ｉ 窓ガラス・トップライトの接続ルールは、シングルガ
ラスを同図（ｄ）、シングルガラス＋ブラインドを同図
（ｅ）、ペアガラスを同図（ｆ）に示す。λはガラス熱
伝導率、ｄはガラス厚さ、r₁は非密閉中空層の熱抵抗、
r₂は密閉中空層の熱抵抗を示す。シングルガラスの場合
には、ガラス内表面に熱節点Ｓを設けると共にＯ−Ｓ、
Ｓ−Ｒ間に熱回路を設け、ガラス熱伝導率、厚さは一律
の値としてC₁、C₂を計算する。シングルガラス＋ブライ
ンドの場合には、ガラス内表面及びブライドに熱節点
S₁、S₂を設けると共に、Ｏ−S₁、S₁−S₂、S₂−Ｒ間に熱
回路を設ける。そして、ガラスの熱伝導率、厚さを一律
の値としてC₁を計算し、ブラインドは厚さを持たないも
のとしてC₂、C₃を計算する。また、ペアガラスの場合に
は、２枚のガラス内表面に熱節点S₁、S₂を設けると共
に、Ｏ−S₁、S₁−S₂、S₂−Ｒ間に熱回路を設け、ガラス
熱伝導率、厚さは一律の値としてC₁、C₂、C₃を計算す
る。

開口の熱甘露網の接続ルールは、同図（ｇ）に示すよ
うに仮想の開口表面に熱節点Ｓを設けると共に、Ｏ−Ｓ
に熱回路を設ける。そして、外表面熱伝達率α_０からC₁
を計算する。

また、輻射パネルを設置した場合の熱回路網・換気回
路網の接続ルールは次のようになる。

外壁や屋根、外床等に輻射パネルが付く場合には、同
図（ｈ）に示すように外壁内表面（パネル上）に熱節点
Ｓを設けてＳ−Ｒ間に熱回路を設け、内表面熱伝達率に
よりＣを計算する。同様に内壁や床、天井等に輻射パネ
ルが付く場合には、同図（ｉ）に示すように内壁内表面
（パネル上）に熱節点Ｓを設けてＳ−Ｒ間に熱回路を設
け、内表面熱伝達率によりＣを計算する。ローパーティ
ションの片面、或いは両側に輻射パネルが付く場合に
は、同図（ｊ）、同図（ｋ）に示すようにローパーティ
ションの表面両側に熱節点S₁、S₂を設けると共に、R₁−
S₁、S₂−R₂間に熱回路を設け、内表面熱伝達率よりC₁、
C₂を計算する。

次に、外癖に開く開口の換気回路網の接続ルールは同
図（１）、（ｍ）のようになる。なお、h₁は通気路１の
基準面からの高さ、h₂は通気路２の基準面からの高さ、
h₀は開口の高さ、h_Bは開口の腰高さ、h_Cはチャンバ底面
の基準面からの高さ、h_Fは当該階の床面の基準面からの
高さ、h_Xは開口のチャンバ１に属する部分の高さ、h_Yは
開口のチャンバ２に属する部分の高さ、A₁は通気路１の
有効開口面積、A₂は通気路２の有効開口面積、Ｗは開口
の当該チャンバ内幅、ζは通気抵抗（圧力損失係数）、
ｎは抵抗指数、ｋは開口の開口率を示す。

チャンバ内に開口高さが収まる場合には、チャンバ毎
に開口に上下２つの通気路を設け、通気路の基準面から
の高さh₁、h₂を計算する。そして、「開口仕様入力」よ
り決まる開口率より通気路の有効開口面積A₁、A₂を計算
する。また、チャンバ内に開口高さが収まらない場合に
は、開口をチャンバ１、２で分割し、上記と同様にそれ
ぞれのチャンバ毎に開口に上下２つの通気路を設け、通
気路の基準面からの高さh₁、h₂を計算する。そして、
「開口仕様入力」より決まる開口率より通気路の有効開
口面積A₁、A₂を計算する。

上記のように熱回路網・換気回路網の接続ルールを設
定しておくことにより、建築形状データが入力された場
合にそのデータから熱回路網・換気回路網モデルを設定
することができ、その例を示したのが第11図である。

熱回路網・換気回路網モデルが設定されると、室内使
用条件データをもとに各チャンバ空間に与れる発熱量を
設定する。空調設備条件の入力るよる換気回路網モデル
の設定を示したのが第12図である。空調設備条件の設定
では、空調機１つにつきチャンバを１つ作り温度を規定
する。そして、空調機と吹き出し口、吸い込み口のチャ
ンバの間に通気路を作って風量を規定し、空調機と外気
の間にも通気路を作る。データは、空調機No.、吹き出
し口の付くチャンバNo.、吹き出し風量、吸い込み口の
付くチャンバNo.、吸い込み風量、吹き出し空気温度か
らなる。また、送・排風機の場合には、外気と吹き出し
口・吸い込み口のチャンバとの間に通気路を作り、風量
を規定する。データは、吹き出し口の付くチャンバN
o.、吹き出し風量、吸い込み口の付くチャンバNo.、吸
い込み風量からなる。

その他に建物条件、気象条件の設定もあるが、この設
定では、建物の建つ緯度、軽度、評価をする月、日、時
刻、直達日射量、天空日射量、外壁の日射吸収率等から
回路網プログラムで太陽位置を算出すると共に、日射の
当たる壁、角度、日射量を算出する。また、建物の方位
から外壁それぞれの方位を求め、外壁上の熱節点面の方
位とする。さらに、外気温度から外気の熱節点の温度を
算出し、風向き、風速から外気の面する開口への風圧を
算出し、隣室の室温から内壁の熱節点と接続される隣室
の熱節点の室温を設定する。

第13図は評価部における計算点入力例を示す図、第14
図は計算点より見える熱節点面の取り出しを説明するた
めの図、第15図は形態係数の計算方法を説明するための
図である。

評価部では、先に述べたように、まず、平均輻射温度
の分布を求めるが、そのために、所謂温度分布計算の単
位ブロックとなる計算点入力を行う。この計算点入力で
は、ＸピッチとＹピッチを入力し、それに基づいて第13
図に示すように区分しその中心を計算点に設定（P_d1、P
_d2は除く）する。そして、計算点より見える熱節点面を
取り出して形態係数を求め、その形態係数と表面温度か
ら平均輻射温度 平均輻射温度＝Σ（形態係数×表面温度） を計算する。計算点より見える熱節点面は、例えば第14
図（ａ）の平面図においてはａやｂ、同図（ｂ）の断面
図においてはｅやｆであり、見えない熱節点面は、例え
ば同図（ａ）においてはｃやｄ、同図（ｂ）においては
ｇやｈである。

形態係数には「長方形平面対微小球」、「長方形平面
対微小面」、「長方形平面対長方形平面」等、数種類あ
るが、在室者を小球とみなして平均輻射温度（MRT）を
求める場合における「長方形平面対微小球の形態係数」
について以下に説明する。なお、第15図（ａ）に示すＡ
（ａ×ｂ）を熱回路網モデルの熱節点面とする。

まず、同図（ｂ）に示すように計算点Ｐからの垂線が
熱節点面内にある場合、形態係数φ_Ａは、その垂線と交
差する点を通る縦横の線でA₁〜A₄に分割して得られるφ
_A1〜φ_A4の総和として計算される。ここで、φ_A1〜φ_A4
は、熱節点面サイズａ×ｂが同図（ｂ）に示すように
a₁、a₂とb₁、b₂にそれぞれ分割され、計算点とチャンバ
との距離をｄとすると、 となる。また、同図（ｃ）、（ｄ）に示すように計算点
Ｐからの垂線が熱節点面の分割線上にある場合にも、形
態係数φ_Ａは、その垂線と交差する点を通る縦又は横の
線でA₁、A₂に分割して得られるφ_A1とφ_A2との和として
計算される。そして、同図（ｅ）〜（ｇ）に示すように
計算点Ｐからの垂線が熱節点面の外にある場合には、そ
の垂線と交差する点と熱節点面を含む面から熱節点面以
外の面の部分を差し引くことによって形態係数φ_Ａが求
められる。すなわち、例えば同図（ｇ）に示す例の場合
には、 φ_Ａ＝φ_ABCD−φ_BD−φ_DC＋φ_Ｄ で計算され、それぞれ、 で計算される。同様に同図（ｅ）の場合には、 φ_Ａ＝（φ_A1B1−φ_B1）＋（φ_A2B2−φ_B2） 同図（ｆ）の場合には、 φ_Ａ＝（φ_A1C1−φ_C1）＋（φ_A2C2−φ_C2） で計算される。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでは
なく、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例で
は、空間の温度、湿度、気流、輻射温度を温熱環境要素
として測定し、温熱環境指標を制御したが、着衣量や活
動量として対象室の状況に応じた値をメモリに記憶し、
温熱環境指標に反映させるようにしてもよいことは勿論
である。また、温度、湿度、気流、輻射温度から測定す
るものと入力データから予測するものとを任意に選択し
分けるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、温
湿度だけでなく気流や輻射温度を含めた温熱環境指標で
快適な温熱環境を実現することができる。また、予測シ
ステムを組み合わせることにより、制御対象空間の任意
の位置を制御対象ポイントとすることができるので、セ
ンサーを配置することはできないが、環境制御上で最も
望ましい位置を制御対象ポイントに設定することができ
る。また、少ない計測によって室内の多数の点を制御対
象ポイントとして環境制御を行うことができる。さらに
は、時刻毎に制御対象ポイントを変えたり、温熱環境指
標をグルーピングすることにより設備の部分運転をさせ
たりすることもでき、従来できなかったきめ細かい、省
エネを図った快適な環境の制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る温熱環境制御システムの１実施例
を示す図、第２図は第１図に示すシステムの制御装置で
の処理の流れを説明するための図、第３図は輻射温度を
間接的に測定する例を示す図、第４図は予測評価システ
ムの１実施例構成を示す図、第５図は建築部位の材質や
熱貫流率データの入力メニューの例を示す図、第６図は
熱貫流率テーブルの設定例を示す図、第７図は室内使用
条件の入力メニューの例を示す図、第８図はチャンバ空
間による建築物の構成を説明するための図、第９図はチ
ャンバ空間の構成を説明するための図、第10図は熱回路
網・換気回路網の接続ルールを説明するための図、第11
図は熱回路網・換気回路網モデルの設定例を示す図、第
12図は空調設備条件の設定例を示す図、第13図は評価部
における計算点入力例を示す図、第14図は計算点より見
える熱節点面の取り出しを説明するための図、第15図は
形態係数の計算方法を説明するための図である。 １……対象室、２……温熱環境センサー、３……温度
計、４……湿度計、５……風速計、６……輻射温度計、
７……送風機、８……吹き出し口、９……輻射パネル、
10……空調機、11……制御装置、12……ガラス窓、13…
…ブラインド。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空間の温度、湿度、気流、輻射温度等の温
   熱環境要素を検出する環境要素検出手段と、 人体の熱負荷に基づき評価される温熱環境指標を検出す
   る環境指標検出手段と、前記温熱環境要素を調整する温
   熱環境調整手段と、 前記環境要素検出手段により検出した温熱環境要素の検
   出値が設定値になるように前記温熱環境調整手段を制御
   する制御手段と、 前記環境指標検出手段により検出した温熱環境指標の検
   出値を目標値と比較して偏差を求め該偏差を解消する温
   熱環境要素の修正値を求めて前記設定値を修正する修正
   手段と を備えたことを特徴とする温熱環境制御システム。
2. 【請求項２】空間の温度、湿度、気流、輻射温度等の温
   熱環境要素を検出する検出手段と、 前記温熱環境要素を調整する温熱環境調整手段と、 前記検出手段により検出した温熱環境要素の検出値が設
   定値になるように前記温熱環境調整手段を制御する制御
   手段と、 前記検出手段により検出した温熱環境要素の検出値を基
   に予め指定された位置における人体の熱負荷に基づき評
   価される温熱環境指標を演算する指標演算手段と、前記
   指標演算手段により演算した温熱環境指標の演算値を目
   標値と比較して偏差を求め該偏差を解消する温熱環境要
   素の修正値を求めて前記設定値を修正する修正手段と を備えると共に、前記温熱環境指標を演算する温熱環境
   要素の輻射温度として、前記検出手段により表面温度を
   求めて該表面温度と計算点における形態係数から前記計
   算点毎の輻射温度を演算して求めることを特徴とする温
   熱環境制御システム。
3. 【請求項３】室内の温度、湿度、気流、輻射温度等の温
   熱環境要素を調整する温熱環境調整手段と、 設定値に基づいて前記温熱環境調整手段を制御する制御
   手段と、 前記制御手段の制御データを基に予め指定された位置に
   おける人体の熱負荷に基づき評価される温熱環境指標を
   演算する指標演算手段と、 前記指標演算手段により演算した温熱環境指標の演算値
   を目標値と比較して偏差を求め該偏差を解消する温熱環
   境要素の修正値を求めて前記設定値を修正する修正手段
   と を備えたことを特徴とする温熱環境制御システム。