JP3182983B2

JP3182983B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP3182983B2
Application number: JP14706093A
Authority: JP
Inventors: 匠杉浦; 幸次渡辺; 紀子鈴木
Original assignee: 日立プラント建設株式会社
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH06337147A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空調装置に係り、特に、
日射による輻射熱の影響を考慮して室内の温熱環境制御
を行う空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、事務所等、空調される空調室の温
熱環境制御は、温度、湿度だけを制御対象として、これ
らを一定に保つように空調機やその他の熱源を制御して
いた。しかし、空調本来の目的は室内を一定の温湿度に
することではなく、在室者に快適な温熱環境を提供する
ことである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空調装置は、太陽日射がもたらす輻射環境が在室者の温
熱感に与える影響が大きいにもかかわらず、考慮されて
いないという問題がある。即ち、空調室の輻射環境に直
接影響を及ぼす空調室の壁内側の温度や、窓を通して空
調室内に侵入する日射の影響も温度変化としてしか捕ら
えて居なかった。この結果、強い日射により空調室の壁
や窓が加熱されて高温になると、時間的な遅れはあるも
のの一定時間後には、壁の内側の温度が上昇し、壁や窓
からの熱の輻射や対流により壁際の在室者の温熱環境を
悪化させる。また、空調室の窓に近い在室者にとって
は、窓を通して空調室内に直接侵入する日射量の多少に
よって温熱感が大きく変動する。このように、従来の空
調装置のように、室内の温湿度のみを対象とした制御で
は、室内の温度が設定どおり制御されていても、在室者
に快適な温熱環境を提供することができない。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、空調室を区分けした空調ゾーンごとに日射の影
響を考慮した空調制御を行うことにより、室内全体を快
適な温熱環境にすることのできる空調装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する為に、空調室を複数の空調ゾーンに区分けして、
区分けした空調ゾーンごとに空調する空調手段と、前記
各空調ゾーンの空気温度を測定する室内空気温度測定手
段と、前記空調室の建屋に日射される日射量を測定する
日射量測定手段と、前記室内空気温度測定手段で測定さ
れた各空調ゾーンの空気温度及び前記日射量測定手段で
測定された日射量に、予め入力されている前記建屋の構
造情報及び季節・日時による日射向きを含む標準日射強
度情報を加味して各空調ゾーンごとの日射影響度を演算
すると共に前記日射影響度を考慮して各空調ゾーンごと
に空調設定温度を補正する演算手段と、前記各空調ゾー
ンが前記演算手段で補正した空調設定温度になるように
前記空調手段の空調条件を制御する制御手段と、から成
ることを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明によれば、空調室を複数の空調ゾーンに
区分けして、空調ゾーンごとの空気温度が室内空気温度
測定手段されて演算手段に入力される。また、前記空調
室を形成する建屋に日射される日射量が日射量測定手段
で測定され、演算手段に入力される。また、演算手段で
は、測定された空気温度と日射量に、前記演算手段に予
め入力されている前記建屋の構造情報及び季節・日時に
よる日射向きを含む標準日射強度情報を加味して各空調
ゾーンごとの日射影響度を演算し、更に前記日射影響度
を考慮して各空調ゾーンごとに空調設定温度を補正す
る。そして、制御手段では、前記各空調ゾーンが補正し
た空調設定温度になるように前記空調手段の空調条件を
制御する。これにより、各空調ゾーンごとに日射の影響
を考慮した空調制御を行うことができるので、空調室全
体を快適な温熱環境にすることができる。特に、日射向
きは日射影響度を演算する上できわめて重要なファクタ
ーであり、この日射向きを予め入力する季節・日時によ
る標準日射強度情報の一つとして取り込むことによっ
て、きめの細かい空調制御を実現することができる。

【０００７】また、前記建屋の外気温度を測定する外気
温度測定手段を設け、日射による影響に加えて外気と各
空調ゾーンの温度差をも考慮して各空調ゾーンごとに空
調設定温度を補正する。これにより、一日の外気温度の
変化に応じて前記建屋の壁等を介して外気と各空調ゾー
ンとで行われる熱の授受の変化を性格に把握できるの
で、よりきめ細かな補正を行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る空調装置
の好ましい実施例について詳説する。本発明の空調装置
は、空調室を複数の空調ゾーンに区分けして、温熱環境
制御装置により各空調ゾーンごとに日射影響度を演算す
ると共に、前記各空調ゾーンごとに独立して設けられた
空調系統を前記日射影響度を考慮して適切に制御するこ
とにより、空調室全体を快適な温熱環境にするものであ
る。

【０００９】図１は、本発明の空調装置の概略構成を示
し、空調室１０を形成する建屋１２は東西方向が長い矩
形状に建てられており、東西南北に面する壁１４には夫
々窓１６、１６…が取付けられている。また、前記空調
室１０は、北西向きのＡゾーン、北東向きのＢゾーン、
南西向きのＣゾーン及び南東向きのＤゾーンの４つの空
調ゾーンに区分けされている。そして、各空調ゾーン
Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤはＡ系統、Ｂ系統、Ｃ系統、Ｄ系統の
各空調機１８、２０、２２、２４から夫々の給気系路１
８Ａ、２０Ａ、２２Ａ、２４Ａを介して空調されるよう
になっている。また、各空調機１８、２０、２２、２４
の図示しない熱源、バルブ、ダンパ、ファン等の空調制
御機器は信号ケーブルを介して後述する温熱環境制御装
置２６に接続されている。また、前記各空調ゾーンＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄには室内温度測定センサー２８、３０、３
２、３４が夫々設けられ、信号ケーブルを介して温熱環
境制御装置２６に接続されている。また、前記空調機の
還気系路３６に連通された外気導入系路３８に外気温度
測定センサー４０が設置され、信号ケーブルを介して温
熱環境制御装置２６に接続されている。また、建屋１２
の屋上（図１には示していない）には、日射量測定セン
サー２７が設けられ、信号ケーブルを介して温熱環境制
御装置２６に接続されている。

【００１０】次に、室内温熱環境制御装置２６について
説明すると、図２に示すように、室内温熱環境制御装置
２６は、必要なデータを取り込む入力部４２、取り込ま
れたデータから前記各空調ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄごとの
空調設定温度の補正値を算出する空調補正値算出器４
４、前記補正値に基づいて前記各空調機１８、２０、２
２、２４の熱源、バルブ、ダンパ、ファン等の空調制御
機器の動作条件を設定する出力設定器４６、そして、前
記動作条件に基づいて空調制御機器を動作させる出力部
４８で構成されている。また、前記入力部４２には、前
記日射量測定センサー、外気温度測定センサー４０、室
内温度測定センサー２８、３０、３２、３４で測定され
た測定値が逐次入力されると共に、前記建屋１２の方
位、壁の厚み・材質、窓の面積・透明度等の構造情報及
び季節・日時による標準日射強度情報が予め入力されて
いる。

【００１１】次に、上記の如く構成された本発明の空調
装置の作用について説明する。図１に示したように、空
調の対象となる建屋１２の南東方向に太陽５０が位置し
ており、空調室１０のうち空調ゾーンＣ、Ｄは太陽光線
５２が直接当たるため日射量が多く、空調ゾーンＡは日
射量が少ない。この為、空調室１０を従来の空調装置の
ように温湿度のみで空調すると、空調ゾーンＣ、Ｄの在
室者は暑く感じ、空調ゾーンＡの在室者は寒く感じる。
しかも、日射の向きは朝昼夕で時々刻々に変化し、例え
ば夕方には西日が射して、空調ゾーンＡ、Ｃの日射量が
多く、空調ゾーンＢ、Ｄは日射量が少なくなる。日射の
高さ（太陽光線５２の水平面に対する入射角度であり、
日射向きの一属性である。）も朝夕と真昼とでは大きく
変わり、真昼は高く、朝夕は低い。したがって、前記日
射量測定センサー２６の測定値と日射の向きとを組み合
せて、各空調ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄごとに日射の影響を
算定し、その結果を考慮して各空調ゾーンごとに空調条
件を制御すれば、単なる日射量測定センサーの検出日射
量に基く制御に比べて格段にきめの細かい快適な温熱環
境の制御が可能となる。また、日射の向きは季節・日時
によって自動的に定まる標準の不変情報であるから、そ
の都度、計測する必要がなく、前記入力部４２に予め入
力しておき、時計機能によって随意に引き出すことがで
きる。そこで、本発明の空調装置では、以下に説明する
空調制御を行うようにした。

【００１２】即ち、日射量測定センサー２７、外気温度
測定センサー４０及び室内温度測定センサー２８、３
０、３２、３４で日射量、外気温度及び各空調ゾーンの
空気温度が夫々測定されてその測定データが温熱環境制
御装置２６の入力部４２に逐次入力される。また、入力
部４２には、これら測定値の他に前記構造情報及び標準
日射強度情報のデータが予め入力されている。尚、季
節、日時等による標準日射強度、日射向き等の違いは、
温熱環境制御装置２６に内蔵されている時計機能により
選択される。次に、空調補正値算出器４６では、入力部
４２のデータから各空調ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ夫々につ
いて、窓１６から直接侵入する日射量、及び、日射や外
気温度より建屋１２の壁１４や窓１６が熱収支を行うこ
とにより変化する空調ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの壁１４内
側の表面温度並びに空調ゾーンへの熱の授受を演算し、
前記日射量の大小、前記表面温度の高低、前記熱の授受
の大小に応じて各空調ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの空調設定
温度を補正する。次に、出力設定器４６では、各空調ゾ
ーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが前記空調補正値算出器４４で補正
された空調設定温度になるようにＡ系統、Ｂ系統、Ｃ系
統、Ｄ系統の各空調機１８、２０、２２、２４の熱源、
バルブ、ダンパ、ファン等の空調制御機器の動作条件を
設定する。次に、出力部４８では、前記動作条件に基づ
いて空調制御機器を制御する。

【００１３】これにより、各空調ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
ごとに日射及び外気温度の影響度を考慮した空調制御を
行うことができるので、空調室１０全体を快適な温熱環
境にすることができる。従って、空調室１０の在室者は
空調室１０の居場所にかかわらず良好で安定した温熱感
を感じることができる。図３は、本発明の空調装置の別
実施例であり、上記した実施例と同様の部材には同符号
を付して説明する。図３に示すように、空調室１０が窓
１６近傍のぺリメータゾーン５４と窓１６から離れたイ
ンテリアゾーン５６との２つの空調ゾーンに区分けさ
れ、空調ゾーン５４、５６ごとにぺリメータゾーン用空
調機５８及びインテリアゾーン用空調機６０が設けられ
ている。そして、ぺリメータゾーン用空調機５８からの
空調空気は空調室１０の天井裏６２に配設されたぺリメ
ータゾーン用ダクト６４を介して天井６６に形成されぺ
リメータゾーン用吹出口６８からぺリメータゾーン５４
に吹き出される。一方、インテリアゾーン用空調機６０
からの空調空気は空調室１０の天井裏６２に配設された
インテリアゾーン用ダクト７０を介して天井６６に形成
されたインテリアゾーン用吹出口７２、７２…からイン
テリアゾーン５６に吹き出される。また、空調室１０に
供給された空調空気は、空調室１０のインテリアゾーン
側の側壁下部に形成された吸気口７４から吸気され還気
ダクト７６を介して各空調機５８、６０に戻る循環経路
を形成している。また、還気ダクト７６の途中で還気空
気の一部が排出ダクト７８から大気に排出され、代わり
に新鮮な外気が外気導入ダクト８０から各空調機５８、
６０に導入される。

【００１４】また、各空調機５８、６０は前述した出力
部４８を内蔵した空調出力設定器８１に信号ケーブルで
接続され、空調機５８、６０の図示しない熱源、バル
ブ、ダンパ、ファン等の空調制御機器を制御する。ま
た、空調出力設定器８１は空調指標算出器８２に信号ケ
ーブルで接続されている。また、空調室１０を形成する
建屋１２の屋上には、日射量測定センサー２７が設置さ
れると共に、ぺリメータゾーン５４及びインテリアゾー
ン５６には、夫々室内温度測定センサー８６、８８が設
置され、更に、前記外気導入ダクト８０には外気温度測
定センサー４０が設置されている。そして、これらのセ
ンサー２７、４０、８６、８８は信号ケーブルで前記空
調指標算出器８２に接続されている。また、空調室１０
の窓にはブラインド９０が設けられると共に、ブライン
ド９０の開閉度を示すブラインドセンサー９２が設置さ
れ、信号ケーブルを介して前記空調指標算出器８２に接
続されている。

【００１５】また、前記空調指標算出器８２は、ニュウ
ラルコンピューターと温熱環境指標（例えばＰＭＶ値）
を算出する演算器とで構成されている。ニュウラルコン
ピューターは図４に示すニュウラルネットワークの手法
を用いた情報処理装置で、日射量、日射積算量、ぺリメ
ータゾーン５４及びインテリアゾーン５６の空気温度、
外気温度、建屋の方位、壁の厚み・材質、窓の面積・透
明度等の構造情報、季節・日時による標準日射強度情報
及びブラインド９０の開閉度等の入力パターンに応じて
ぺリメータゾーン５４及びインテリアゾーン５６の空調
環境をシュミレートし、ぺリメータゾーン５４及びイン
テリアゾーン５６の日射による輻射温度推定値を出力パ
ターンとして出力するものである。

【００１６】また、温熱環境指標ＰＭＶ値とは、デンマ
ーク工科大学のファンガー教授によって提唱され、１９
８４年にＩＳＯ−７７３０として規格化されたもので、
人間の熱的快適感に影響を及ぼす空調ゾーンの代表風
速、気流温度、平均輻射温度、湿度及び着衣の熱抵抗
値、人間の代謝量の合計６要素から温熱環境指標ＰＭＶ
値の算定式により演算処理して空調ゾーンの温熱環境指
標ＰＭＶ値を算出するものである。

【００１７】上記した本発明の空調装置の別の実施例の
場合も、ぺリメータゾーン５４とインテリアゾーン５６
ごとに日射及び外気温度の影響度を考慮した空調制御を
行うことができるので、空調室１０全体を快適な温熱環
境にすることができる。尚、本発明の空調装置では、各
空調ゾーンごとの日射及び外気温度による輻射環境を考
慮して空調機の空調条件を制御し、空調空気により輻射
環境を制御するようにしたが、各空調ゾーンに輻射パネ
ル等を設けて、各空調ゾーンの輻射環境を直接制御する
ようにしてもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る空調
装置によれば、空調室を複数の空調ゾーンに区分けし
て、各空調ゾーンごとに日射による影響、特に日射量の
みならず日射向きによる影響を考慮した空調制御を行う
ようにしたので、空調室全体を快適な温熱環境にするこ
とができる。また、日射の影響に加えて外気温度と各空
調ゾーン温度の温度差を考慮した空調制御を行うことに
より、よりきめ細かな補正を行うことができるので、空
調室全体をより一層快適な温熱環境にすることができ
る。尚、日射の向きは季節・日時によって自動的に定ま
る標準の不変情報である点に着目して、予め入力してお
き、時計機能によって随意に引き出して日射量影響度の
演算に利用するようにしたので、その都度、計測する必
要がない。

【００１９】従って、温湿度だけを制御対象としていた
従来の空調装置ように空調室の温度が設定どおり制御さ
れていても、在室者の居場所、例えば強い日射のある窓
近傍位置では熱すぎ、窓から離れた場所では寒すぎると
いう欠点を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空調装置の構成を説明する概略図

【図２】室内温熱環境制御装置の概略構成を説明する説
明図

【図３】本発明に係る別の空調装置の構成を説明する説
明図

【図４】ニュウラルコンピューターのニュウラルネット
ワークを説明する説明図。

【符号の説明】

１０…空調室Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…空調ゾーン１２…建屋１４…壁１６…窓１８、２０、２２、２４…空調機２６…温熱環境制御装置２７…日射量測定センサー２８、３０、３２、３４…各空調ゾーンの室内温度測定
センサー４０…外気温度測定センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−101337（ＪＰ，Ａ) 実開平２−140248（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−193805（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 11/02 F24F 11/02 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空調室を複数の空調ゾーンに区分けして、
区分けした空調ゾーンごとに空調する空調手段と、前記各空調ゾーンの空気温度を測定する室内空気温度測
定手段と、前記空調室の建屋に日射される日射量を測定する日射量
測定手段と、前記室内空気温度測定手段で測定された各空調ゾーンの
空気温度及び前記日射量測定手段で測定された日射量
に、予め入力されている前記建屋の構造情報及び季節・
日時による日射向きを含む標準日射強度情報を加味して
各空調ゾーンごとの日射影響度を演算すると共に前記日
射影響度を考慮して各空調ゾーンごとに空調設定温度を
補正する演算手段と、前記各空調ゾーンが前記演算手段で補正した空調設定温
度になるように前記空調手段の空調条件を制御する制御
手段と、から成ることを特徴とする空調装置。
【請求項２】前記建屋の外気温度を測定する外気温度測
定手段を設け、前記日射影響度に加えて外気と前記各空
調ゾーンの温度差をも考慮して各空調ゾーンごとに空調
設定温度を補正することを特徴とする請求項１の空調装
置。