JP3115404B2 - 温熱環境制御のための温度検出法 - Google Patents

温熱環境制御のための温度検出法

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JP3115404B2 JP04083013A JP8301392A JP3115404B2 JP 3115404 B2 JP3115404 B2 JP 3115404B2 JP 04083013 A JP04083013 A JP 04083013A JP 8301392 A JP8301392 A JP 8301392A JP 3115404 B2 JP3115404 B2 JP 3115404B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はデスクワークのように在
室者が定着位置にある場合の快適環境を形成する方法に
係り,より詳しくは,在室者の皮膚温度を非接触式に検
出して温熱環境を制御する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年ではオフイスや工場等において作業
の個別化や専門化から在室者が決まった位置で作業する
ことが多くなっている。ホテルの客室,病院の病室,車
輌内の乗客,自動車の運転台等でも決まった位置に滞在
することが余儀なくされる。
【0003】従来の空調システムでは,かような着座者
の挙動,着衣の状態,性別,年令,作業内容などの個人
差をあまり考慮せずに室内温度を決定し,室内温度がそ
の設定温度となるように空調機の運転状態を自動制御し
ているのが通常である。すなわち,従来の快適温熱環境
の制御では,快適範囲を雰囲気の温度,湿度,気流,輻
射等の物理量によって経験的に定め,その物理量の値が
目標値となるような制御を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし,快適範囲とさ
れる温熱条件を固定的に規定することは次の点で無理が
ある。
【0005】(1) 人の体温は日周性をもっており,時刻
によって快適範囲がスライドする可能性がある。 (2) 精神の緊張(覚醒)レベルも経時的に変化するが,
覚醒のレベルによって好まれる快適範囲(物理量)が異
なる可能性がある。 (3) 服装は日々変化し,従ってクロ値が変化する。クロ
値が変化すると快適範囲(物理量)が異なることにな
る。 (4) 代謝量も経時的に変化する。従って,代謝量により
快適範囲(物理量)が異なることになる。
【0006】従来の空調システムではこのような変化を
考慮しないで,温熱条件を固定的に定めていたから,実
際の快適範囲から逸脱した温度範囲に制御する可能性が
あった。
【0007】本発明はこのような問題の解決を目的とす
るものであり,人が好む快適条件を適切に検出して,快
適な温熱環境に制御する新しい方法を提供しようとする
ものである。
【0008】
【課題を解決する手段】本発明は,着座作業またはこれ
に類する定着作業を行なう作業域の温熱環境を熱源機器
類によって自動制御するに当たり,該作業域内に存在す
る物体の温度を赤外線放射温度計によって非接触式に検
出し,検出されるデータを一時的に蓄積してそれらのデ
ータの最小値を環境温度と定め,この決定された環境温
度よりも或る範囲の差をもつ検出データが得られた場合
にそれらの算術平均値を生体の皮膚温度であると予測し
たうえ,場合によってはさらに,前回の既に測定された
幾つかの皮膚温度の平均値と今回予測された皮膚温度と
を比較することにより,今回予測された皮膚温度が生体
の皮膚温度であると確認したうえ,この予測された皮膚
温度に基いて該熱源機器類を操作して作業域の温熱環境
を快適範囲に制御することを特徴とする。
【0009】
【作用】赤外線放射温度計は周知のように非接触式に物
体の表面温度を検出できるが,測定対象の識別能力はな
い。デスクワークを例とすると,デスク上の物体温度が
検出できるように赤外線放射温度計を設置すると,デス
ク上の書類等の物品温度とデスクワークしている手の甲
や指,掌等の生体温度を検出できるが,そのままでは,
検出される温度が生体の温度か物品の温度かは識別でき
ない。本発明によるとこれができる。
【0010】デスク上にある書類等の物品の表面温度は
環境温度に近い。一方,デスクワークをしている手の甲
や掌の皮膚温度は末梢部の皮膚温度に近く,環境の影響
を受けて比較的大きな変化を示すが,代謝量の放熱に相
当分,環境温度より数度高い値を示す。したがって,赤
外線放射温度計で検出される温度の最小値を,皮膚温度
を推定する上での「環境温度」と設定し,この「環境温
度」よりも赤外線放射温度計で検出される物体温度が数
度以上異なる場合には,この物体温度は人の手背部近傍
の皮膚温度であると判断できる。そのうえで,この皮膚
温度を現在値として熱源機器を制御する。
【0011】末梢部(手部)の皮膚温度は,代謝量や作
業量の前歴,クロ値,覚醒のレベルによっても変化する
ので,温熱感(快適感)を知る手掛かり信号として好適
であると共に,その皮膚温度を制御対象とすることによ
って真の快適温熱環境を形成できる。
【0012】一般に,人の体温が恒常に維持されるため
には,体内の熱生産と対外への熱放出とが生理学的に平
衡していなければならない。代謝エネルギーの1部は仕
事として用いられるが,その大部分は熱となる。周囲環
境との熱交換は輻射,対流および蒸発によって行われ,
次の(1)式で表される体内蓄熱量Sが0のときに,人体
蓄熱と環境への熱放散とが平衡して体温は恒温に維持さ
れることになる。
【0013】 S=M−(±W)−E−R−C ・・(1) ただし, S:体内蓄熱量, M:代謝量, W:作業によってなされた仕事(+), :作業によって仕事が加えられた場合(+), E:蒸発による放熱量, R:輻射熱交換量, C:対流熱交換量である。
【0014】蓄熱量Sが0となる作用温度は,着衣状態
で≒25〜29℃, 裸体で≒29〜31℃である。この温度範囲
では熱交換は専ら皮膚の表面温度を変化させることによ
って調整され,皮膚の表面温度の変化は,血管の拡張収
縮による身体深部と皮膚表層との間の血液流量の調節で
起きる。蓄熱量Sが0となる作用温度範囲内には,特に
このような血液流量の調節がなくても環境への熱放散が
代謝蓄熱と平衡する外的条件が存在するはずであり,こ
れを中立点と呼ぶ。該範囲より高温側では発汗によって
蒸発放熱が行われる蒸発調節熱域があり,また低温側で
は筋肉の緊張,身震い, 運動等によって代謝を増やした
り, 場所を選んだり, 或いは衣服を重ねて熱絶縁を強化
するなどの行動で調節を行う行動調節冷域に入る。この
高温側および低温側の領域では体温調節のための生理的
反応は一種の緊張 (ストレイン)と考えられるので,そ
のような環境を呼び起こす要因は環境ストレスと見るこ
とができる。かような環境ストレスが小さい環境がいわ
ゆる快適範囲である。
【0015】以上のことから中立点を与えるための温熱
環境は人の代謝量によって異なることを知る。また,皮
膚温度の変化が体温調節に係わっており,これが快適範
囲を決定付けていることを知る。
【0016】Fangerは1967年に快適方程式の導出を発表
し, 人体の熱負荷と人間の温冷感を結びつけて,PMV
(Predicted Mean Voto:予測平均申告) を提案した。そ
の中で,快適条件として, 皮膚温度Ts=35.7−0.032(H/A) H=M(1−η) M:代謝量(kcal/h) η:外部仕事の効率 A:人体の体表面積(m2) を与えている。ここで,皮膚温は人体の各部所の平均値
である。したがって,皮膚温と代謝量を求め,それらに
基づいて温湿度を調節すれば, 中立点を維持する環境を
人体に与えられる。
【0017】一方,代謝量(M)は, M=α(TS−TR) ・・(a) TS:人体の皮膚温度 (℃) TR:室内温度 (℃) α:比例係数 の式によって推定することができる。αは在室者の性
別,年令,作業内容などによって若干の個人差はある
が,在室者に応じて適切な値に補正して使用すればよ
い。
【0018】本発明では,露出している皮膚温度を非接
触式に検出して,温熱環境制御の制御量とするのである
が,その皮膚温度として環境や代謝によって変化しやす
い特に末梢部の手部の皮膚温度を採用することにより,
真の快適温熱環境を造り出すことができる。
【0019】
【実施例】図1は,デスクワークの個人的作業域に対し
てその個人の快適温熱環境を制御するために,デスク1
の物体温度を赤外線放射温度計2によって検出する状態
を示している。赤外線放射温度計2は作業者の手部3の
皮膚温度が検出できる位置にスタンド4を用いて設置さ
れている。スタンド4は適宜移動可能なものとすること
ができ,作業者の手部3を最も集光できやすい位置にセ
ットしておく。
【0020】赤外線放射温度計2としては,セラミック
感知素子を用いた周知のものが使用でき,例えば市販の
集電型赤外線センサ・モジュールが便宜である。
【0021】図2は,かような赤外線放射温度計2を用
いた場合の本発明に従う制御モードを図解したものであ
る。赤外線放射温度計2は集光レンズ6,赤外線センサ
7,アンプ8およびフイルタ9からなり,集光レンズ6
で集光された赤外線はセンサ7で電気信号(受光エネル
ギ量に応じた電圧)に変換されたあと,アンプ8および
フイルタ9を経て,皮膚温度予測装置10に入る。
【0022】皮膚温度予測装置10には,赤外線放射温
度計2の検出信号が定時間隔入力され,それらのデータ
が一時蓄積される。データが揃うと,これらのデータの
中から最小値を検索し,この値を「環境温度」と設定す
る。次に「環境温度」から皮膚温度の範囲を予測し,こ
の値を出力する。
【0023】例えば,定時間隔入力されるデータ(T1,T
2,T3,T4,・・) が一時蓄積され,これらの中から最小値
(TE) を検索し,この(TE) を環境温度に設定する。いま
予測皮膚温度の下限値を TSLとし, 上限値を THLとする
と, TSL=f1(TE) THL=f2(TE) の関数によってこれらを求める。この予測皮膚温度の上
下限範囲内に入る検出値が得られたとき,すなわち, TSL≦(Ti,T3,・・Tn ) ≦ THL のときTi, Tj ・・ Tn の算術平均 TN を求め, この T
N を皮膚温度と予測すし,この値を皮膚温度予測装置1
0が出力する。
【0024】そのさい, この信号を一たん記憶計12に
入力し,その値を記憶する。前回以前の記憶データが記
憶されていれば,その平均値と入力値とを比較し,その
差が或る範囲内であれば,該指示信号は皮膚温度である
と確認する。すなわち, 前回の既に測定された幾つかの
皮膚温度の平均値T'N T"N ・・がある場合には,これら
の値に基いて別の関数を用いて TSL THLを予測し,この
範囲に入る検出値の平均値を皮膚温度と予測する。これ
により,皮膚温度の再確認ができる。皮膚温度予測装置
10の精度を高めれば,この記憶計12を省略すること
も可能である。
【0025】図3に,これら赤外線放射温度計2,皮膚
温度予測装置10および記憶計12の制御フローを示し
た。
【0026】このようにして皮膚温度が検出されると,
環境の温熱環境制御のための制御装置13にこの皮膚温
度が指示信号として入力される。制御装置13ではこの
指示信号がその状態での快適範囲から外れている場合に
は熱源装置14を操作して快適範囲に収まるように作業
域の温熱環境を制御する。熱源装置14は空調装置が普
通に使用できるが,冷風または温風の供給装置や輻射熱
を利用したヒータ類であってもよい。また,この熱源装
置14は室内全体の空調をまかなう主空調設備とは別設
のパーソナル空調器や冷温風供給装置等とすることもで
きる。
【0027】以上の実施例は,デスクワークを作業域と
した場合のものであるが,工場内の位置が特定された作
業域,車輌や自動車の座席,病床,客室,接待用カウン
ター等の特定域であっても同様の制御ができ,これらの
特定域に存在する人に適した快適環境を形成することが
できる。また保育器や,場合によっては動物の飼育室等
にも適用可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば赤
外線放射温度計によって非接触式に人の皮膚温度を検出
でき,その人の代謝に合わせた快適環境となるように温
熱制御ができる。非接触式に皮膚温度が検出できること
は,皮膚に密着させた温度計を用いるのに比べると,着
装に伴う違和感がなく着脱操作も不要であるし,赤外線
放射温度計自体は小型装置であるから作業の邪魔にもな
らず,不快感を与えることもない。このようなことか
ら,人の快適温熱環境制御技術の進展並びに作業能率の
改善に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】デスク上の物体の表面温度を赤外線放射温度計
によって検出する状態を示す図である。
【図2】赤外線放射温度計で皮膚温度を検出して熱源装
置を制御する本発明の制御モードを図解して示した図で
ある。
【図3】図2の制御のフロー図である。
【符号の説明】
1 デスク 2 赤外線放射温度計 3 人の手部 4 スタンド 6 集光レンズ 7 赤外線センサ 8 アンプ 9 フイルタ 10 皮膚温度予測装置 12 記憶計 13 制御装置 14 熱源装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 11/02 G01J 5/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 着座作業またはこれに類する定着作業を
    行なう作業域の温熱環境を熱源機器類によって自動制御
    するに当たり,該作業域内に存在する物体の温度を赤外
    線放射温度計によって非接触式に検出し,検出されるデ
    ータを一時的に蓄積してそれらのデータの最小値を環境
    温度と定め,この決定された環境温度よりも或る範囲の
    差をもつ検出データが得られた場合にそれらの算術平均
    値を生体の皮膚温度であると予測し,この予測された皮
    膚温度に基いて該熱源機器類を操作して作業域の温熱環
    境を快適範囲に制御することを特徴とする温熱環境制御
    のための温度検出法。
  2. 【請求項2】 着座作業またはこれに類する定着作業を
    行なう作業域の温熱環境を熱源機器類によって自動制御
    するに当たり,該作業域内に存在する物体の温度を赤外
    線放射温度計によって非接触式に検出し,検出されるデ
    ータを一時的に蓄積してそれらのデータの最小値を環境
    温度と定め,この決定された環境温度よりも或る範囲の
    差をもつ検出データが得られた場合にそれらの算術平均
    値を生体の皮膚温度であると予測し,さらに前回の既に
    測定された幾つかの皮膚温度の平均値と今回予測された
    皮膚温度とを比較することにより,今回予測された皮膚
    温度が生体の皮膚温度であると確認したうえ,この予測
    された皮膚温度に基いて該熱源機器類を操作して作業域
    の温熱環境を快適範囲に制御することを特徴とする温熱
    環境制御のための温度検出法。
  3. 【請求項3】 赤外線放射温度計は,デスク上の物体温
    度を検出する位置に設置される請求項1または2に記載
    の温熱環境制御のための温度検出法。
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