JP4503508B2 - 床暖房システム及び床暖房システムにおける湿度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、床暖房システムに係り、特に、快適室内環境を実現するために好適な床暖房システム及びその湿度制御方法に関する。

従来、住宅用空調等においては、室内の温度と湿度の制御はそれぞれ別個の装置を用いて独立に行われることが一般的であり、システムとして室内環境を快適に制御することが困難であった。このような問題を解決するために、一台の空調機（エアコン）により温度・湿度を同時に制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、この技術には暖房時の室内快適環境を実現するための具体的開示がない。また、この技術は、温度・湿度を一台の空調機で行うものであるため、機器が比較的大型となり、狭い居室には不向きであるという問題がある。また、送風による空調であるため、気流感により居住者の快適性を損なうという問題がある。さらに、壁面等に設置されると室内の美観を損なうという問題もある。
特開２００１−２７２０８６号公報

本発明はこのような問題を解決するためのものであって、暖房時において快適室内環境を実現できる床暖房システム及びその湿度制御方法に関する技術を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の内容を要旨とする。

第１の発明は、床暖房パネルと、床暖房パネルに温水を供給する熱源機と、床暖房コントローラと、湿度調節器と、を含む床暖房システムであって、床暖房コントローラは、室温センサと、湿度センサと、湿度調節器に対する発停信号送信手段と、を備え、湿度調節器は、床暖房コントローラからの発停信号受信手段を備え、さらに、床暖房コントローラの室温センサ及び湿度センサの検出値に基づいて、温水供給制御及び湿度制御を行うことにより、所定の快適室内環境条件を維持する手段を備え、て成ることを特徴とする。

本発明において、「床暖房パネル」には床暖房マットも含まれる。また、乾式の床暖房のみならず湿式（パイプ敷設方式）床暖房を含む。

「湿度センサ」は、相対湿度又は絶対湿度を計測するセンサのいずれをも含む。

「湿度調節器」は、加湿器又は除湿器のいずれをも含む。
「発停信号受信手段」は、湿度調節器のコンセント部に付設され、これにより電源（接点）のＯＮ／ＯＦＦを行うタイプのものであってもよい。

第２の発明は、第１の発明において前記快適室内環境条件を維持する手段が、前記熱源機が前記床暖房コントローラを介して前記湿度調節器に対して行う発停制御、及び、前記床暖房パネルに対して行う温水供給制御、を含むことを特徴とする。

第３の発明は、前記快適室内環境条件が乾球温度と絶対湿度により定まる快適環境条件であることを特徴とする。

「快適環境条件」としては種々の指標が提唱されているが、例えばＡＳＨＲＡＥの推奨する室内条件を用いることができる。図７の斜線部分がこれに該当し、絶対湿度４．２〜１２ｇ／ｋｇの範囲である。さらに、これに限らず、他の快適室内環境条件、例えばJ.O.Fangerの提唱する快適性指標、ＰＭＶ（predicted mean
vote）等を用いることもできる。

第４の発明は、第１乃至３に記載の床暖房システムにおいて、室内を設定乾球温度にするために前記熱源機の運転制御を行うとともに、設定乾球温度到達時の絶対湿度が、前記室内環境条件内の所定の値となるように湿度制御を行う、ことを特徴とする。

第５の発明は、第１乃至３に記載の床暖房システムにおいて、外気温度と室内温度に基づいて、室内窓表面温度を演算するステップと、室内湿度と室内窓表面温度に基づいて、室内露点温度を演算するステップと、室内温度が常に前記露点温度以上となるように、室内温度又は室内湿度を制御するステップと、を含むことを特徴とする。

以下、図５，６の空気線図を用いて本発明の原理について説明する。室内窓表面温度Ｔｗは、

Ｔｗ＝｛（Ｋｏ＋Ｋｇ）・Ｔｉ＋Ｋｉ・Ｔｏ｝／（Ｋｏ＋Ｋｇ＋Ｋｉ）・・・式（１）
により求めることができる。ここに、
Ｋｏ［℃／Ｗ］：窓表面熱伝達抵抗値（外）
Ｋｉ［℃／Ｗ］：窓表面熱伝達抵抗値（内）
Ｋｇ［℃／Ｗ］：ガラス熱抵抗値
Ｔｉ［℃］：室内温度
Ｔｏ［℃］：外気温度
とする。なお、熱伝達抵抗値Ｋｏ、Ｋｉは一定値であるが、ガラス熱抵抗値は種類によって異なるため、最も熱抵抗値の小さい（熱が伝わり易い）ものを想定値とするか、取り付けられている窓ガラスの熱抵抗値を用いる。

図５において、室内環境をＥ１（乾球温度Ｔ１、絶対湿度Ｘ１）とすると、室内露点温度は絶対湿度Ｘ１ラインと飽和線の交点Ｅｄにおける乾球温度Ｔｄとなる。また、窓部環境はＥｗ（Ｔｗ、Ｘ１）である。窓結露を防止するためには、常にＴｗ≧Ｔｄ＋ΔＴ（ΔＴは余裕度）であることが条件となる。図５の条件下では、この関係が満たされている。従って、結露のおそれはないことになる。しかし、図６の条件下では、Ｔｗ＜Ｔｄ＋ΔＴであり、結露のおそれがあると判断される。このため、結露防止のためには床暖房による温度制御と湿度調節器による結露回避制御が必要となる。この場合、制御方法として相対湿度優先制御（図６において相対湿度Ｈ１を維持しつつ、乾球温度をＴ”に下げる）、又は室温優先制御（乾球温度Ｔ１を維持しつつ、相対湿度をＨ１’に下げる）を取り得るが、いずれにしろ絶対湿度Ｘ１からＸ１’に下げることによりＴｗ≧Ｔｄ＋ΔＴを満足するようにする必要がある。

本発明によれば、床暖房による気流を伴わない暖房と微風による湿度調節器（加湿器・除湿器）を用いるため、居住者に殆ど気流感を感じさせない快適性の高い暖房システムが実現できる。

また、床暖房コントローラに湿度センサを設けたため、湿度調節器に湿度センサが不要となり、小型かつ低コストの湿度調節器を用いることが可能となる。また、デザイン性に優れた加湿器・除湿器を使用者が自由に選択できるという効果もある。

床暖房パネルを用いた暖房であるため、エアコンのように壁面に突出することがなく、壁面の有効利用が可能となり、また、室内の美観に優れるという効果もある。

以下、本発明に係る床暖房システムの実施形態について、図１乃至６を参照してさらに詳細に説明する。なお、重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（第一の実施形態）

本実施形態は、暖房設定温度に基づいて室温変化を予測した湿度制御を行うものであり、主として請求項４に該当する。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る床暖房システム１の全体構成を示すものである。同図において、床暖房システム１は、屋外に設置される温水式暖房機（熱源機）３、居室２室内床面に敷設される床暖房パネル６、壁面に設置され床暖房パネル６の温度制御を行う床暖房コントローラ４、湿度制御を行う加湿器５を主要構成として備えている。

熱源機３は、本体内部に床暖房システム１の運転制御を司る制御部３ａ、外気温検知用温度センサ３ｂを備えている。さらに、いずれも不図示の暖房用燃焼部、熱交換器、暖房循環回路、温水制御弁等を備えている。熱源機３と床暖房パネル６間は一対の温水循環用配管７で結ばれており、熱源機３で作られた温水が床暖房パネル６に供給され、さらに熱源機３に戻されるように構成されている。

床暖房コントローラ４は、制御部４ａ、赤外線送信部４ｂ、室温センサ４ｃ、湿度センサ４ｄを備えている。赤外線送信部４ｂは、熱源機３からの指令により加湿器５にたいして発停を指示するように構成されている。一方、加湿器５は、床暖房コントローラ４の制御部４ａからの発停指示受信部５ａを備えている。

制御部３ａは、いずれも不図示のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び記憶部等を備え、各センサの検出値、使用者の要求に対応して、ＲＯＭに格納されている所定のプログラムに従い温水循環制御を行う。記憶部には、後述する空気線図テーブルが格納されている。制御部３ａと床暖房コントローラ４間は信号線Ｃ１で接続されており、使用者のＯＮ−ＯＦＦ操作、設定温度変更、タイマー設定等の情報が制御部３ａに送信されるように構成されている。さらに、制御部３ａから床暖房コントローラ４を介して加湿器５に対してＯＮ−ＯＦＦ操作指示を行えるように構成されている。

床暖房システム１は以上のように構成されており、次に図２、３を参照して、本実施形態における湿度制御方法について説明する。以下の制御は、熱源機３の制御部３ａにより行われる。本実施形態は、暖房開始時の相対湿度３０％から設定温度到達時に快適室内条件内の相対湿度（５０％）に制御する想定である。図２を参照して、Ｅｉ、Ｅｆはそれぞれ暖房開始時、設定温度到達時の室内温度及び絶対湿度条件であり、Ｅｉ（Ｔｉ、Ｘｉ）、Ｅｆ（Ｔｆ、Ｘｆ）とする。なお、斜線で囲われた領域はＡＳＨＲＡＥ推奨の快適室内条件である。

図３を参照して、使用者から床暖房の運転要求があると（ステップＳ１０１）、床暖房コントローラ４の室温センサ４ｃ、湿度センサ４ｄにより（初期）室内温度・湿度条件が計測される（ステップＳ１０２）。次に、現在温度・湿度と設定温度・湿度との比較が行われる。すなわち、まず室温Ｔｒが設定温度Ｔｆ以上か否かが判定される（ステップＳ１０３）。Ｔｒ≧Ｔｆのときは床暖房はＯＦＦ状態となり（ステップＳ１０５）、Ｔｒ＜Ｔｆのときは床暖房はＯＮ状態となる（ステップＳ１０４）。次いで、室内絶対湿度ＸｒがＸｆ以上か否かが判定される（ステップＳ１０６）。Ｘｒ≧Ｘｆのときは加湿器５はＯＦＦ状態となる（ステップＳ１０８）。Ｘｒ＜Ｘｆのときは、加湿器５はＯＮ状態となる（ステップＳ１０７）。この運転条件下で床暖房の運転停止要求があったか否かが判定される（ステップＳ１０９）。運転停止要求があれば床暖房、加湿器の運転が停止される（Ｓ１１０）。運転停止要求がなければ上述のステップが継続的に行われる。

上述の制御を行うことにより、室内環境は図３における軌跡（Ａ）を辿って設定快適室内条件に到達することができる。一方、最初から設定相対湿度を維持すべく制御を行ったときは、軌跡（Ｂ）のようになる。両者を比較すると、本実施形態による制御によれば加湿器のＯＮ−ＯＦＦ繰り返し回数が減少し、機器の寿命等によい影響を与えることが明らかである。

（第二の実施形態）

次に、図４，５をも参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、主として請求項４に該当するものであり、熱源機の外気温センサと床暖房コントローラの室温センサ、湿度センサの検出値に基づいて室内露点温度を演算し、室内温度、湿度を制御することにより窓結露を防止するものである。

本実施形態の構成は、第一の実施形態における床暖房システム１と同一であるので説明を省略する。図４を参照して、制御開始に伴い熱源機３の外気温センサ３ｂにより外気温Ｔｏ、床暖房コントローラの室温センサ４ｃ、湿度センサ４ｄによりそれぞれ室温Ｔｉ，湿度Ｈｉが計測される（ステップＳ２０１）。次に、これらの計測値に基づいて室内窓表面温度Ｔｗが演算される（ステップＳ２０２）。次いで、室内露点温度Ｔｄが演算される（ステップＳ２０３）。次に、求めた窓表面温度Ｔｗと露点温度Ｔｄとを比較し、Ｔｗ≧Ｔｄ＋ΔＴか否かが判定される（ステップＳ１０３）。Ｔｗ≧Ｔｄ＋ΔＴのときは（ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、結露のおそれがないと判定され、その状態で次の計測タイミングに戻る。Ｔｗ＜Ｔｄ＋ΔＴのときは（ステップＳ２０４においてＮＯ）、結露のおそれありと判定され、床暖房６の温度制御、加湿器５の制御が行われる（ステップＳ２０５）。この場合、相対湿度優先制御のときは室温を下げ、室温優先のときは相対湿度を下げるが、いずれの場合も絶対湿度を下げる必要がある。

なお、各実施形態において、湿度センサにより絶対湿度を計測する例を示したが、これに限らず相対湿度を計測する形態とすることも可能である。

本発明は、熱源を問わず床暖房システムと湿度調節器を用いるシステムに広く利用可能である。

本発明の第一の実施形態に係る床暖房システム１を示す図である。 第一の実施形態における快適環境条件に設定するための温度、湿度制御を示す図である。 第一の実施形態における温度、湿度制御フローを示す図である。 第二の実施形態における結露防止のための温度、湿度制御フローを示す図である。 空気線図上において結露しない条件を示す図である。 空気線図上において結露回避制御の原理を示す図である。 ＡＳＨＲＡＥの推奨する快適室内条件を空気線図上に示した図である。

符号の説明

１ 床暖房システム
２ 居室熱源機
３ 熱源機
３ａ 熱源機制御部
４ 床暖房コントローラ
４ａ 制御部
４ｂ 赤外線送信部
４ｃ 室温センサ
４ｄ 湿度センサ
５ 加湿器
６ 床暖房パネル
６ａ 赤外線受信部

Claims (1)

1. 床暖房パネルと、床暖房パネルに温水を供給する熱源機と、床暖房コントローラと、湿度調節器と、を含む床暖房システムであって、
   床暖房コントローラは、室温センサと、湿度センサと、湿度調節器に対する発停信号送信手段と、を備え、
   湿度調節器は、床暖房コントローラからの発停信号受信手段を備え、
   さらに、床暖房コントローラの室温センサ及び湿度センサの検出値に基づいて、温水供給制御及び湿度制御を行うことにより、乾球温度と絶対湿度により定まる所定の快適室内環境条件を維持する手段を備え、
   前記快適室内環境条件を維持する手段が、前記熱源機が前記床暖房コントローラを介して前記湿度調節器に対して行う発停制御、及び、前記床暖房パネルに対して行う温水供給制御、を含んで、成る床暖房システムにおいて、
   外気温度と室内温度に基づいて、室内窓表面温度を演算するステップと、
   室内湿度と室内窓表面温度に基づいて、室内露点温度を演算するステップと、
   室内温度が常に前記露点温度以上となるように、室内温度又は室内湿度を制御するステップと、
   を含むことを特徴とする床暖房システムにおける湿度制御方法。

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