JPH02146447A - 冷暖房タイマ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は冷暖房空調機の運転タイマに関する。

〔従来の技術〕

従来の冷暖房空調機に使用されている運転タイマは、た
とえば特開昭５８−１０２０５１号公報、特開昭５８−
１０６３４１号公報および特開昭５８−３５３４７号公
報に記載されているように、前者の従来技術においては
、前回もしくは前々回など過去のデータを記憶する手段
を備え、この記憶手段にて記憶されたデータと現状の室
温とから目標時刻に目標室温に到達するためのタイマの
動作時刻を補正していく方法が提案されている。

また、たとえば特開昭５９−２２９１２３号公報に記載
されているように後者の従来技術においては１部屋の熱
容量値や壁の熱伝達抵抗値を記憶する手段を備え、部屋
内外の温度差により冷暖房の開始時刻を決定していく方
式が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記前者の従来技術は、過去のデータと現状室温から冷
暖房開始時刻を決定するため、たとえば急に寒波が訪れ
た冬の朝など前日と当日とで外気温に大きな差が発生す
るような条件下では、室内の暖房開始時、壁温の上昇、
降下に多くの熱量が費され、室温の上昇、下降に寄与す
る熱量が少なく、室温制御に誤差を生じて室温を適確に
制御することができない問題があった。

また上記後者の従来技術は、壁の熱容量を配慮されてお
らず、上記前者の従来技術の場合と同様、急に寒波が訪
れた冬の朝などのように室温も炎気温の変化にともなっ
て低くなったとき、すなわち壁の熱容量が大きいため、
壁の熱容量が室温変化に影響を及ぼす条件下においては
、演算結果が現実より短時間で目標室温に到達すること
が予想されるので、暖房開始時刻が遅すぎ、目標時刻に
なっても未だ室温が目標室温に達しないなどの問題があ
った。

ともかく、部屋をバルクの熱容量として考える方式では
、実際に制御したい室温と求めた温度との間に大きな差
が生じる問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、部屋
の大きさ、壁条件をあらかじめ設定することによってあ
らゆる使用環境においてタイマを自動制御可能とする冷
暖房タイマを提供することにある。

ｒａｍを解決するための手段〕 上記目的を達成するために本発明の冷暖房タイマにおい
ては１部屋内の空気の熱容量と、壁の熱容量と、部屋内
空気側と壁との間および壁と外気との間のそれぞれの熱
伝達率とを記憶する記憶手段と１部屋内外の温度を検出
する検出手段と、該検出手段により検出された部屋の内
外の温度とあらかじめ設定された冷暖房の設定室温と、
少なくとも前記記憶手段にて記憶された部屋内空気の熱
容量もしくは壁の熱容量のいずれか一方とにより冷暖房
の開始時刻を決定する手段とを備えたものである。

また、冷暖房開始時刻決定手段は、冷暖房開始時刻の選
定と、省エネルギー運転を可能とするため、部屋内空気
温度と外気温度と運転周波数との関数としてあらかじめ
入力を算出して記憶する入力記憶手段と、省エネルギー
にて制御運転を可能とする最適周波数を算出する最適周
波数制御運転手段と、該最適周波数制御運転手段からの
最適周波数と部屋内空気温度と外気温度との関数として
あらかじめ冷暖房能力を算出して記憶する冷暖房能力記
憶手段とを備えたものである。

また冷暖房開始時刻決定手段は、外気温度の変化などに
より冷暖房能力が変化して目標時刻までに目標の部屋内
空気温度に到達しないのを防止するため、最適周波数制
御運転手段からの最適周波数と部屋内空気温度と外気温
との関数としてあらかじめ冷暖房能力を算出して記憶す
るとともに記憶された冷暖房能力を実際の部屋内空気温
度、外気温度９周波数から補正して記憶する冷暖房能力
記憶手段と、冷暖房が開始したときからあらかじめ設定
された再検討時間まで経過したときもしくはあらかじめ
設定された再検討の部屋内温度に達したときのいずれか
一方により残りの運転時間で目標部屋内空気温度に到達
するのに必要な最適周波数を選定する最適周波数制御運
転セレクト手段とを備えたものである。

（作　用〕 本発明の原理について第４図に示す部屋および壁の平面
図により説明する。

第４図に示すように部屋１内に空澗負荷を有する場合の
外部との関係は、今部屋１の内部空調能力をＱ、空気温
度をＴ、空気熱容量をＣ＾、壁温をＴｗ、壁２の熱容量
をＣｗ、部屋１内から壁２に逃げる熱量をＱｉｎ％Ｉ、
壁２から外気３に逃げる熱燻をＱｗｏｕｔ、外気３の温
度をＴｏｕｔ、部屋１と壁２との間の熱伝達率をＫｌ、
壁２と外気３との間の熱伝達率をに２とすると、部屋１
内での熱収支と、壁２での熱収支は、第５図（ａ）、　
（ｂ）および第６図（ａ）、　（ｂ）に示すように表わ
される。すなわち、今部屋１の表面積を単位面積と仮定
すると、熱収支は、微分演算子（時間に関する微分）を
Ｓを用いて表わせば となり、この式（Ｌ）を解くと。

・・・・・（２） となる。

この式（２）によって求められる曲線は第８図に示す室
温Ｔのシミュレート曲線４である６なお。

第８図は縦軸に室温Ｔ、横軸に第７図に示すタイマの動
作説明図における運転開始時刻からの時間ｔをとった場
合の目標室温に達するまでの時間ｔ２と、室温シミュレ
ート曲線との関係を示す図である。また同図の５は本発
明と比較するため、前記従来技術（特開昭５９−２２９
１２３号公報など）の場合の室温Ｔシミニレ−２３２曲
線を示す。

従来技術の場合には、部屋１と外気３との間を１つのバ
ルブ系として考えているため１部屋１側の熱容量をＣ′
、部屋１と外気３との間の壁２の熱通過率をに′とする
と、 ５ＴＸＣ’＝Ｑ　　Ｋ’（Ｔ−Ｔａｕｔ）　　　”（３
）となり、これを解くと。

となり、この式（４）によって求められる曲線は、室温
Ｔシミュレート曲線５となる。

すなわち、従来技術の場合、部屋１．壁２のそれぞれの
温度を一体としているため、式（４）のように室温Ｔは
一次遅れ式の形で表わされる。

これに対して本発明の場合、室温Ｔと壁温Ｔｗとの間に
一次遅れの関係がさらに出る訳で、室温Ｔは式（２）の
ように二次遅れ式の形で表わされる。

実際の系は１本発明のように、室温Ｔと壁温゛ｒｗとは
、当然異なってくる訳で、とくに冷暖房の立上りなどの
室温が過渡的に変化するような場合、一般に、室温Ｔと
壁温Ｔｗとの温度差が大きくでてくるため、第８図の実
際の室温Ｔの変化曲線６のように変化している。

一方従来技術の方式の場合には、壁３の熱容量Ｃｗを勘
案していないため、室温Ｔの暖房立上りスピードがより
早くなって曲線７のようになるため１式（４）より暖房
開始時刻を求め、暖房運転を開始した場合、目標時刻ｔ
２に至っても実際の室温Ｔは目標室＠ｎ５ｅｔに達して
いないという問題があった。

これに対して本発明の場合には、壁温Ｔｖの一次遅れ要
素を加えているため、室温Ｔとしては、二次遅れ近似が
できるので、式（４）に求めた曲線４は実際の室温変化
曲線６にほぼ近い曲線として求められる。

そこで本発明は上記の原理に基いてあらかじめ部屋の空
気熱容量ｃＡ、壁の熱容量Ｃｖ、部屋と壁との間の熱伝
達率Ｋ１．壁と外気との間の熱伝達率に２と、室温′ｒ
および外気温度Ｔｏｕｔとを式（２）により任意の室温
Ｔに到達する時間ｔを算出し、算出結果に基いて、目標
時刻ｔ　ｓｅｔに目標室温Ｔ　ｓｅｔとするため、目標
時刻ｔ　ｓｅｔの何分前に冷暖房運転を開始すればよい
かを演算により算出することにより冷暖房タイマとして
利用するものである。

すなわち、暖房の場合、時刻ｔ　ｓｅｔに目標室温Ｔｓ
ｅｔとなるようにセットして目標時刻ｔ　ｓｅｔのｔｏ
時間前に暖房運転を開始し、時刻ｔ　ｓｅｔに目標室温
Ｔｓｅｔに室温を制御するものである。

また本発明は、部屋の内部能力Ｑおよび入力Ｗをそれぞ
れ室温Ｔ、外気温Ｔｏｕｔおよび周波数ｆの関数として
算出して記憶しておき、冷暖房を開始したとき、その時
点での室温、外気温を基にしていかなる周波数運転パタ
ーンが最も省エネルギ的かつ快適運転パターンかを演算
して冷暖房開始時刻を決定するものである。

したがって目標時刻ｔ　ｓｅｔに目標室温Ｔ　ｓｅｔに
することができるとともに省エネルギーをはかることが
できる。

また、本発明の場合でも目標時刻ｔ　ｓｅｔに至っても
目標室１ｉＴｓｅｔに精度良く到達しないことがある。

この理由は、運転開始後に外気１Ｔｏｕｔが変化して暖
房能力Ｑが変化するなどにより暖房開始時点の室温と外
気温との関係がそのままの状態を続行しないためである
。

そこで本発明は、運転パターンを補正するため、第９図
に示すように暖房開始してからあらかじめ設定された時
間経過したときの時刻ｔａもしくはあらかじめ設定され
た室温再検討温度に達したときの室温Ｔａから残りの時
間で目標室温Ｔ　ｓｅｔに到達するために必要な運転パ
ターンを演算して選定することにより第９図に実線にて
示すように目標ｔ　ｓｅｔに目標室温Ｔｓｅｔに精度良
く到達するように制御するものである。

したがって精度良く目標時刻ｔ　ｓｅｔに目標室温Ｔｓ
ｅｔにすることができる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例である暖房タイマの構成ブロッ
ク図を示す第１図により説明する。

第１図において８はメモリにして１部屋内空気の熱容量
メモリ８ａと壁の熱容量メモリ８ｂ、部屋内空気と壁と
の間の熱伝達率メモリ８ｃと、壁と外気との間の熱伝達
率メモリ８ｄとから構成されている。９は部屋内空気温
度（以下室温という）検出手段、ＩＯは外気温度（以下
外気温という）検出手段、１１は暖房能力メモリにして
、室温検出手段９および外気温検出手段１０にてそれぞ
れ検出された室温Ｔおよび外気温Ｔｃ１ｕｔと、運転周
波数測定手段１２にて測定された運転周波数ｆとの関数
として暖房能力Ｑ　＋＋をあらかじめ記憶している。１
３は壁に流入する熱量算出手段にして、部屋内空気が壁
に流入する熱ｆｆｌＱｉｎｗを算出する。１４は壁から
逃げる熱量算出手段にして、壁から外気に逃げる熱量Ｑ
　ｏｕｔを算出する。１５は目標室温設定手段。

１６はＣＰＵにして、前記式（２）により所定の室温Ｔ
に達するまでの時間ｔを算出する。１７は室温シミュレ
ート曲線作成手段、１８はスタート時刻算出手段、１９
は空調機ＯＮ操作手段である。

つぎに動作について説明する。

ＣＰＵ１６はメモリ８から部屋内空気の熱容量ｃＡ、壁
の熱容量０ｗ１部屋内空気と壁との間の熱伝達率に１、
壁と外気との間の熱伝達率に２を取出し、室温検出手段
９および外気温検出手段１０にてそれぞれ検出された室
温Ｔおよび外気温Ｔｏｕｔを入力するとともに暖房能力
メモリ１１から暖房能力ＱＨを取出し、かつ壁に流入す
る熱量算出手段１３および壁から逃げる熱量算出手段１
４からそれぞれ部屋内空気が壁に流入する熱量Ｑｉｎν
および壁から外気に逃げる熱量Ｑｏｕｔを入力すると、
前記式（２）により所定の室温Ｔｏに達するまでの時間
ｔを算出する。

ついでＣＰＵ１６にて算出された所定の室温Ｔ。

に達するまでの時間ｔデータに基いて室温シミュレート
曲線作成手段１７が第８図に示す室温Ｔシミニレ−８曲
線４を演算して算出する。

しかるのち、室温シミュレート曲線作成手段１７にて算
出された室温Ｔシミニレ−８曲線４のデータに基いてス
タート時刻算出手段１８が目標時刻ｔ　ｓｅｔの何分前
に暖房運転を開始すればよいかを演算により算出し、算
出結果に基いて空調機のＯＮ操作手段１９に指示する。

したがって、本実施例においては、外気温に即した暖房
の開始時刻の設定を自動的に行うことができかつ精度よ
く目標時刻に目標の室温に制御することができるので、
部屋の大きさ、壁の条件をあらかじめ４１１定しておけ
ばあらゆる使用環境においてタイマを自動制御できる。

なお、本実施例においては１部屋内空気の熱容量メモリ
８ａおよび壁の熱容量メモリ８ｂを用いているが外気の
条件によってはいずれか一方を省略することも可能であ
る。

つぎに本発明の他の一実施例である暖房タイマの構成を
示す第２図について説明する。

なお第２図に示す本実施例は、第１図に示す実施例と比
較し、室内温度検出手段９．外気温検出手段１０および
運転周波数測定手段１２と、暖房能力メモ１月１との間
に入力メモリ２０および最適周波数制御運転算出手段２
１を備えている点が相異し、その他は同一であるから、
相異点のみ説明する。

入力メモリ２０は、入力Ｗをあらかじめ室温Ｔ。

外気温Ｔ　ｏｕｔおよび周波数ｆの関数として算出し記
憶する。

最適周波数制御運転算出手段２１は、あらかじめ入力メ
モリ２０からのデータに基いて室温Ｔおよび外気温Ｔｏ
ｕｔからどのような運転周波数ｆによす運転するのが最
も省エネルギーになるかを算出する。

暖房能力メモを月ｉは、あらかじめ最適周波数制御運転
算出手段２１からの最も省エネルギーの運転を可能とす
る最適周波数データと室温Ｔ、外気温Ｔ　ｏｕｔとの関
数として暖房能力ＱＨを算出して記憶する。

したがって本実施例においては、ＣＰＵ１６にて所定の
室温Ｔに達するまでの時間ｔを算出するさい、入力メモ
リ２０および暖房能力メモリ１１からの省エネルギーを
考慮した入力Ｗおよび暖房能力ＱＨを取出すので、所定
の室温Ｔに達するまでの時間ｔを算出することができ、
かつ省エネルギーをはかることができる。

つぎに本発明のさらに他の一実施例である暖房タイマの
構成ブロック図を第３図について説明する。

なお、第３図に示す本実施例は第２図に示す実施例と比
較し、室温検出手段９．外気温検出手段１０および最適
周波数制御運転測定手段２１、を暖房能力メモリ１１に
接続し、かつ空調機ＯＮ操作手段１９を運転時間計１１
１１’１手段２２もしくは温度差測定手段２３のいずれ
か一方を介して最適周波数制御運転セレクト手段２４に
接続している点が相異し、その他は同一であるから相異
点のみ説明する。

暖房能力メモリ１１′はあらかじめ最適周波数制御運転
算出手段２１からの最も省エネルギーの運転を可能とす
る最適周波数と室温Ｔ、外気温Ｔｏｕｔの関数として暖
房能力ＱＨを算出するとともに室温倹呂手段９．外気温
検出手段１１でそれぞれ検出された室温Ｔおよび外気温
Ｔｏｕｔと、運転周波数測定手段１２からの周波数ｆを
逐次入力してあらかじめ算出された暖房能力Ｑ■を補正
して記憶する。

運転時間計ａｔ！Ｉ手段２２は、暖房ＯＮ操作手段１９
から運転開始の指令があったときから計測を開始し、以
後単位時間毎に運転時間を計測し、あらかじめ記憶され
た再検討を要する時間まで経過したとき最適周波数制御
運転セレクト手段２４に再検討を指示する。

温度差測定手段２３は暖房ＯＮ操作手段１９から運転開
始の指令があったときから、そのときの室温Ｔとあらか
じめ記憶された目標室温Ｔ　ｓｅｔとの温度差Ｔｏを測
定開始し、以後逐次温度差を８１１定してあらかじめ記
憶された再検討を要する温度差に達したとき最適周波数
制御運転セレクト手段２４に再検討を指示する。

なお、本実施例では運転時間計測手段２２および温度差
測定手段２３の両方を備えているが、これに限定される
ものでなくいずれか一方を備えればよい。

最適周波数制御運転セレクト手段２４は、運転時間計測
手段２２もしくは温度差測定手段２３から再検討の指示
があったとき、その時点における目標時刻ｔ　ｓａｔま
での残りの運転時間で、目標室温Ｔｓｅｔに到達するの
に必要な周波数ｆを選定する。

したがって、本実施例においては、運転開始後外気温Ｔ
　ｏｕｔが変化し、それにともなって必要とする暖房能
力が変化する場合でも最適周波数制御運転セレクト手段
２２によりあらかじめ設定された運転時間経過後あるい
は室温Ｔがあらかじめ設定された目標室温Ｔｓｅｔとの
温度差Ｔｏに到達した時点で残りの運転時間で目標室温
Ｔｓｅｔに到達するのに必要な周波数ｆを選定するので
、精度良く目標時刻ｔ　ｓｅｔに目Ｉｌｌ　Ｔ　ｓｅｔ
に到達することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

（１）外気温に即した冷暖房立上りタイム時間の設定を
自動的に行うことができる。

（２）外気温に即して精度良く目標時刻ｔ　ｓｅｔに目
標室温Ｔ　ｓｅｔに制御することができる。

（３）省エネルギーの運転パターンを自動的に演算でき
るので、目標時刻ｔ　ｓｅｔに目標室温Ｔｓｅｔとなる
だけでなく省エネルギーをはかることができる。

（４）外気温が運転開始後変化し、それにともなって冷
暖房能力が変化する場合でも運転開始後あらかじめ設定
された時間経過したとき、あるいはあらかじめ設定され
た室温Ｔａに到達したとき、その時点で運転パターンを
再演算するので、制度良く目標時刻ｔ　ｓｅｔに目標室
温Ｔｓｅｔに達成することができる。

（５）部屋の大きさ、壁の条件（表面積、厚さなど）を
あらかじめ算出しておけばあらゆる使用環境においてタ
イマによる運転パターンの自動制御を行うことができる
。

たとえば冬期、就寝後室温を徐々に下げ朝方に一定時間
後最適就寝室温といわれる１４℃に保持するように制御
することにより、ａ寝後の空調自動制御が可能となる。

また留守をしている家内の温度を外気温に即して制御す
ることにより、家の耐用年数を延長させることが可能と
なる。

さらにホームオートメイションを用いることにより外部
から帰宅時の家内の温度を最適温に制御することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である暖房タイマの構成を示
すブロック図、第２図は本発明の他の一実施例である暖
房タイマの構成を示すブロック図、第３図はさらに他の
一実施例である暖房タイマの構成を示すブロック図、第
４図は空調する部屋と外気との関係を示す部屋および壁
の平面図、第５図は熱収支の等価回路図にして、その（
ａ）は部屋内の熱収支を示し、その（ｂ）は壁の熱収支
を示し、第６図は熱収支の等価ブロック図にして、その
（ａ）は部屋内の熱収支を示し、その（ｂ）は壁での熱
収支を示し、第７図はタイマの動作説明図、第８図は従
来技術および本発明の室温シミュレート曲線図、第９図
は運転パターンの再見直しをする場合の室温シミュレー
ト曲線図である。 １・・・部屋、２・・・壁、３・・・外気、４・・・本
発明による室温シミュレート曲線、５・・・従来技術に
よる室温シミュレート曲線、６・・・実際の室温変化曲
線、７・・・従来技術による暖房立上り時の室温変化曲
線。 ８・・・メモリ、９・・・室温検出手段、１ｏ・・・外
気温検出手段、１１・・・暖房能力メモリ、１２・・・
運転周波数測定手段、１３・・・壁に流入する熱量算出
手段、１４・・・壁から逃げる熱量算出手段、１５・・
・目標室温設定手段、１６・・・ＣＰＵ、１７・・・室
温シミュレート曲線作成手段、１８・・・スタート時刻
算出手段、１９・・・空調機ＯＮ操作手段、２０・・・
入力メモリ、　２１・・・最適周波数運転算出手段、２
２・・・運転時間計測手段、２３・・・温度差測定手段
、２４・・・最適周波数制御運転セレクト手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、部屋内空気の熱容量と壁の熱容量と、部屋内空気側
   と壁との間および壁と外気との間のそれぞれの熱伝達率
   とを記憶する記憶手段と、部屋内外の温度を検出する検
   出手段と、該検出手段により検出された部屋内外の温度
   とあらかじめ設定された冷暖房の設定室温と、上記記憶
   手段に記憶された熱伝達率と、部屋内空気の熱容量もし
   くは壁の熱容量のいずれか一方とにより冷暖房の開始時
   刻を決定する手段とを備えた冷暖房タイマ。 ２、冷暖房開始時刻決定手段は、部屋内温度と外気温度
   と運転周波数との関数としてあらかじめ入力を算出して
   記憶する入力記憶手段と、省エネルギーにて制御運転を
   可能とする最適周波数を算出する最適周波数制御運転算
   出手段と、該最適周波数制御運転算出手段からの最適周
   波数と部屋内温度と外気温度との関数で冷暖房能力をあ
   らかじめ算出して記憶する冷暖房記憶手段とを備えた請
   求項１記載の冷暖房タイマ。 ３、冷暖房開始時刻決定手段は、最適周波数制御運転算
   出手段からの最適周波数と部屋内温度と外気温度との関
   数で冷暖房能力をあらかじめ算出して記憶するとともに
   記憶された冷暖房能力を実際の部屋内空気温度、外気温
   度、周波数から補正して記憶する冷暖房能力記憶手段と
   、冷暖房が開始したときからあらかじめ設定された再検
   討時間まで経過したときもしくはあらかじめ設定された
   再検討の部屋内空気温度に達したときのいずれか一方に
   より残りの運転時間で目標の部屋内温度に到達するのに
   必要な最適周波数を選定する最適周波数制御運転セレク
   ト手段とを備えた請求項２記載の冷暖房タイマ。