JPH07103544A

JPH07103544A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH07103544A
Application number: JP5251715A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshida; 陽吉田; Sae Takagi; 小枝高木; Makoto Ijiri; 良井尻
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】使用者に、年間を通して快適な空調空間を提
供する。【構成】基礎代謝量演算手段６では、記憶手段５に記
憶される標準の基礎代謝量の年周期パターンと、空調空
間内に居る使用者の体重と、空気調和時の日付とに基づ
いて、空気調和時の使用者の基礎代謝量が算出される。
快適指標演算手段４では、前記基礎代謝量と、空調空間
の状態を検知する検知手段７〜１２からの検知結果とに
基づいて快適指標が算出される。制御手段３は、前記快
適指標に基づいて空気調和手段２の圧縮機１５、ファン
モータ１６、ルーバモータ１７を制御する。したがっ
て、空調空間内の環境を年間を通して使用者に対して快
適な状態とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度、気流、輻射温
度、湿度などの空調空間における環境を制御する空気調
和機に関し、特に使用者の代謝量を考慮した空気調和機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機は、空調空間における温度、
気流、輻射温度、湿度などを制御して、前記空間内に居
る使用者にとって快適な状態を提供するものである。前
記温度、気流、輻射温度、湿度などの制御方法として、
たとえば特開平２−３０６０３９には、人体の１日の生
体リズムなどによる体感温度の変化、および着衣量や外
気温度の変化などによる１年間の体感温度の変化を考慮
した方法が提案されている。これは、１日の体感温度の
変化パターンおよび１年間の体感温度の変化パターンに
従って、体感温度の目標値を設定するものであり、この
目標値を得るために空気調和機の出力、たとえば圧縮機
の運転周波数およびファン回転数などを制御するもので
ある。

【０００３】また、たとえば特開昭５９−４１７３５に
は、１日の生体リズム（生体活性度の変化）などによる
体感温度の変化を考慮した例が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平２−３０６
０３９や特開昭５９−４１７３５は、人体の生体リズム
や体感温度の変化を考慮したものであるけれども、いず
れも人体の代謝量を考慮したものではない。また、空調
空間内に居る使用者自身の代謝量を考慮したものではな
い。人体の代謝量が異なると快適だと感じる状態も異な
る。また、人体の代謝量は各個人によって異なるため、
使用者自身の代謝量に合った環境の制御が必要となる。
したがって、前記方法によって空調空間内に居る使用者
にとっての快適な状態を提供するすることは困難であ
る。

【０００５】本発明の目的は、空調空間内に居る使用者
に対して年間を通して快適な空調空間を作り出すことが
できる空気調和機を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、空調空間の環
境を制御する空気調和手段と、標準となる基礎代謝量の
年周期パターンを記憶する記憶手段と、前記標準となる
基礎代謝量の年周期パターン、前記空調空間内に居る使
用者の体重および空気調和時の日付に基づいて、空気調
和時における前記使用者の基礎代謝量を算出する基礎代
謝量演算手段と、前記空調空間の状態を検知する検知手
段と、空気調和時における前記使用者の基礎代謝量およ
び前記検知手段からの検知結果に基づいて快適指標を算
出する快適指標演算手段と、前記快適指標に基づいて前
記空気調和手段を制御する制御手段とを含むことを特徴
とする空気調和機である。

【０００７】

【作用】本発明に従えば、記憶手段に記憶される標準の
基礎代謝量の年周期パターンと、空気調和手段によって
環境が制御される空調空間内に居る使用者の体重と、空
気調和時の日付とに基づいて、空気調和時における前記
使用者の基礎代謝量が算出される。算出された基礎代謝
量と、前記空調空間の状態を検知する検知手段からの検
知結果とに基づいて、快適指標が算出され、該快適指標
に基づいて前記空気調和手段が制御される。

【０００８】したがって、使用者自身の基礎代謝量およ
び年間における基礎代謝量の変化を考慮して空気調和手
段の運転が実施され、年間を通して使用者に快適な空調
空間を提供することが可能となる。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である空気調和機
１の電気的構成を示すブロック図である。空気調和機１
は、空気調和手段２、制御手段３、快適指標演算手段
４、記憶手段５、基礎代謝量演算手段６、温度検知手段
７、気流検知手段８、輻射温度検知手段９、湿度検知手
段１０、活動量検知手段１１、着衣量検知手段１２、画
像処理手段１３および遠隔操作手段１４を備える。

【００１０】空気調和手段２は、圧縮機１５、ファンモ
ータ１６、ルーバモータ１７の他に、図示しない凝縮
器、蒸発器、キャピラリチューブ、ファン、ルーバを含
む。圧縮機１５、凝縮器、キャピラリチューブ、ファン
およびファンモータ１６は空調空間外（以下、「室外」
という）に設けられ、蒸発器、ルーバおよびルーバモー
タ１７は空調空間内（以下、「室内」という）に設けら
れる。

【００１１】冷房時には、冷媒が圧縮機１５、凝縮器、
キャピラリチューブ、蒸発器の順に循環する。圧縮機１
５で圧縮された冷媒（気体）が凝縮器に入ると、ファン
からの風によって冷やされて凝縮し液体となる。この液
体は、たとえば内径が１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの細い管
で実現されるキャピラリチューブに入って冷却され、さ
らに蒸発器に入る。前記キャピラリチューブの代わりに
膨張弁を用いることも可能である。蒸発器中で冷媒（液
体）が蒸発するときに風を通すと前記風の熱が奪われる
ため、冷風が生じる。この冷風を、室内に向けて設けら
れるルーバから流すことによって、室内温度が低下す
る。

【００１２】一方、暖房時には、冷房時の凝縮器が蒸発
器の役目をし、蒸発器が凝縮器の役目をする。蒸発器
（冷房時の凝縮器）中で冷媒は空気の熱を取って蒸発
し、気体となって圧縮機１５に入る。圧縮された冷媒
（気体）は凝縮器（冷房時の蒸発器）に入り、空気によ
って冷やされて液体となる。このとき、前記空気は暖め
られて温風となる。このため前記ルーバから温風が流れ
出し、室内温度が上昇する。なお、前記圧縮機１５は、
たとえばインバータ制御回路によって回転数の制御が行
われる。

【００１３】制御手段３は、たとえばマイクロプロセッ
サなどから成るＣＰＵ（中央処理装置）で実現され、空
気調和機１全体の動作を制御する。快適指標演算手段４
は、基礎代謝量演算手段６で算出された基礎代謝量と、
検知手段７〜１２で検知された各物理量とに基づいて快
適指標（ＰＭＶ）を算出する。快適指標（ＰＭＶ）と
は、環境の快適性の指標となる値であり、たとえば体感
温度などと同様に、空調空間の環境を制御するにあたっ
て用いられる数値である。記憶手段５は、たとえばＲＡ
Ｍ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリ
メモリ）で実現され、標準の基礎代謝量の年周期パター
ンおよびカレンダ機能を記憶している。ここに記憶され
る基礎代謝量の年周期パターンは、たとえば「温熱生理
学ｐ．８５中山昭雄著」（理工学社）に記載されている
ものである。

【００１４】温度検知手段７は、たとえば温度変化によ
って抵抗値が著しく変化する抵抗体を含むサーミスタで
実現され、室内および室外の温度を検知する。気流検知
手段８は、たとえば電流を通じた抵抗線の抵抗値が風速
によって変化することを利用した熱線形速度計で実現さ
れ、室内の風速を検知する。輻射温度検知手段９は、た
とえば多数の熱電対を直列に接続したサーモパイルで実
現され、室内の輻射温度を検知する。湿度検知手段１０
は、たとえば高分子膜を利用した湿度センサで実現さ
れ、室内の湿度を検知する。

【００１５】活動量検知手段１１は、たとえば広角レン
ズを備えるＣＣＤ（電荷結合素子）カメラで実現され
る。ＣＣＤカメラからの画像は、画像処理手段１３に入
力される。画像処理手段１３では、入力された画像から
使用者の活動量が求められる。着衣量検知手段１２は、
たとえばカラーＣＣＤカメラで実現され、カラーＣＣＤ
カメラで映し出された画像から肌色領域、すなわち衣服
で覆われていない領域が求められる。着衣量は、たとえ
ば全画像面積に対する肌色領域の面積で求められる。な
お、前記活動量検知手段１１で用いられるＣＣＤカメラ
を着衣量検知手段１２で用いられるカラーＣＣＤカメラ
と共用して用いることが可能である。

【００１６】遠隔操作手段１４は、空気調和機１の動作
（運転の開始および運転の終了など）を指示するととも
に、設定条件（たとえば温度）、使用者自身の体重およ
び空気調和機１の使用時の日付を入力する手段である。

【００１７】図２は、前記空気調和機１の動作を示すフ
ローチャートである。まず使用者によって、たとえば
「スタートボタン」が押され、空気調和機１の運転の開
始が指示される。これは、前記遠隔操作手段１４から入
力され、さらに制御手段３に伝達される。

【００１８】ステップａ１では、遠隔操作手段１４から
入力された設定温度が検知される。また、温度検知手段
７によって室外温度および室内温度が検知される。

【００１９】ステップａ２では、制御パラメータが設定
される。室内を使用者にとって快適な状態にするために
制御される要因は、温度、湿度、気流の強弱、風向など
であり、本実施例ではこれらの要因を、圧縮機１５の運
転周波数、ファンモータ１６の回転数、ルーバモータ１
７の回転数を用いて制御している。したがって、前記周
波数および回転数を制御パラメータとしている。これら
のパラメータが、前記ステップａ１で検知された値から
適宜設定される。

【００２０】ステップａ３では、ステップａ２で設定さ
れた条件に基づいて、空気調和手段２が運転を開始す
る。

【００２１】ステップａ４では、使用者の体重および使
用時（現在）の日付が検知される。体重および日付は、
前記遠隔操作手段１４から入力される。

【００２２】ステップａ５では、基礎代謝量演算手段６
で使用者の安静時における基礎代謝量Ｍが算出される。
基礎代謝量Ｍは、以下の数式（１）に基づいて求められ
る。算出された基礎代謝量Ｍは、使用時の日付とともに
記憶手段５に入力され、記憶される。

【００２３】基礎代謝量Ｍ（ｋｃａｌ／日）＝６９×Ｗ^0.75（Ｗ：体重（ｋｇ）） …（１）ステップａ６では、記憶手段５に記憶されているカレン
ダ機能と、入力された使用時の日付とから、標準の基礎
代謝量の年周期パターンでの位置が判断される。

【００２４】ステップａ７では、使用時における使用者
の基礎代謝量（標準値）が算出される。記憶手段５に記
憶されている標準の基礎代謝量の年周期パターンは、た
とえば図３に示されるようなものである。すなわち、１
年間の平均値を基準とした割合で記憶されている。前記
ステップａ５で求められた使用者の安静時における基礎
代謝量Ｍを基準として前記年周期パターンにあてはめる
と、ステップａ６で判断された年周期パターンの位置、
すなわち使用時における使用者の基礎代謝量が求められ
る。

【００２５】ステップａ８では、使用時の前後１ケ月の
期間内における基礎代謝量の最高値が算出される。これ
は、ステップａ６で判断された年周期パターンの位置を
標準として前後１ケ月間の範囲を定め、その間における
使用者の基礎代謝量の中から選ばれる。求められた基礎
代謝量の最高値は、記憶手段５に記憶される。

【００２６】ステップａ９では、所定時間、たとえば１
分間が経過したかどうかが判断される。経過した場合に
はステップａ１０に進み、経過していない場合にはステ
ップａ９で所定時間が経過するまで待機する。

【００２７】ステップａ１０では、快適指標演算手段４
が各検知手段７〜１２からの物理量を検知する。

【００２８】ステップａ１１では、活動量検知手段１１
で検知された使用者の活動量と、ステップａ８で求めら
れた前後１ケ月の基礎代謝量の最高値とが比較され、活
動量＞最高値であるかどうかが判断される。活動量の方
が大きい場合には、ステップａ１２に進み、活動量の方
が小さい場合にはステップａ１３に進む。

【００２９】ステップａ１２では、前記活動量を用いて
快適指標（ＰＭＶ）が算出される。

【００３０】ステップａ１３では、前記安静時における
基礎代謝量Ｍを活動量として快適指標（ＰＭＶ）が算出
される。ここで、ステップａ１２およびステップａ１３
で求められる快適指標（ＰＭＶ）は、次の数式（２）に
よって求められる。

【００３１】 PMV＝(0.303e^-2.088m+0.028)[58m-3.05×10^-3{5733-405.42m -1.3332rh×e^{18.6686-4030.18/(235+ta)}}-0.42(58m-58.15) -9.86×10^-4m(5867-1.3332rh×e^{18.6686-4030.18/(235+ta)}) -0.0812m(34-ta)-3.96×10^-8fcl×{(tcl+273)⁴-(tr+273)⁴} -fcl×hc(tcl-ta)] …（２）ここで、 tcl＝35.7-1.624m-Icl[3.96×10^-8fcl{(tcl+273)⁴-(tr+
273)⁴}+fcl・hc(tcl-ta)] （tclは収束するまで繰り返し計算を行う必要があ
る。） hc ＝2.38(tcl-ta)^0.25，2.38(tcl-ta)^0.25＞12.1 var
のとき 12.1 var ，2.38(tcl-ta)^0.25≦12.1 varのとき fcl＝1.00+0.2Icl ，Icl＜0.5 cloのとき 1.05+0.1Icl ，Icl≧0.5 cloのとき（ta：気温[℃]，tr：平均輻射温度[℃]，rh：相対湿度
[%]，var：気流速度[m/s]，Icl：着衣量，m：活動量，t
cl：着衣表面温度[℃]，hc：人体の対流熱伝達率[W/m²
℃]，fcl：人体の表面積率，e：自然対数の底）また、「ｃｌｏ」は、着衣量を表す単位であり、１ｃｌ
ｏは、湿度５０％、風速１０ｃｍ／ｓ、気温２１．２０
℃の大気中で、いすに腰かけて安静にしている被服者が
快適を感じ、かつ平均皮膚温度が３３℃を継続できるの
に必要な被服の熱絶縁値を表す（１ｃｌｏ＝０．１５５
ｍ²℃／Ｗ）。たとえば、夏期では０．５ｃｌｏ以下、
冬期では０．５ｃｌｏ以上と考えることができる。活動
量ｍはｍｅｔ値と称される（１ｍｅｔ値＝５８．２Ｗ／
ｍ²）。上記快適指標（ＰＭＶ）は、ＩＳＯ（国際標準
化機構）規格７７３０に基づくものである。

【００３２】ステップａ１４では、求められた快適指標
（ＰＭＶ）が、−０．５≦ＰＭＶ≦＋０．５の範囲であ
るかどうかが判断される。前記範囲内の場合はステップ
ａ９に戻る。前記範囲外の場合はステップａ１５に進
む。

【００３３】ステップａ１５では、ステップａ２で設定
した制御パラメータの値が変更される。前記ステップａ
１４で判断された結果が−０．５＞ＰＭＶであるとき
は、寒い、すなわち冷房時に冷房が強すぎる、あるいは
暖房時に暖房が弱すぎることを意味しているため、ステ
ップａ１５では、冷房時では冷房を弱くする対策、すな
わち圧縮機１５の運動周波数を下げる、ファンモータ１
６の回転数を下げる、あるいはルーバモータ１７の回転
数を下げることが実施される。また、暖房時では、暖房
を強くする対策、すなわち圧縮機１５の運動周波数を上
げることが実施される。一方、前記ステップａ１４でＰ
ＭＶ＞＋０．５であるときは、暑い、すなわち冷房時に
冷房が弱すぎる、あるいは暖房時に暖房が強すぎること
を意味するため、ステップａ１５では、冷房時には冷房
を強くする対策、すなわち前述した冷房を弱くする対策
とは逆の対策が実施される。また、暖房時には暖房を弱
くする対策、すなわち前述した暖房を強くする対策とは
逆の対策である圧縮機１５の運動周波数を上げる、また
はファンモータ１６の回転数を上げる、あるいはルーバ
モータ１７の回転数を上げることが実施される。ステッ
プａ１５で制御パラメータの変更が終了すると、再びス
テップａ９に戻る。

【００３４】以上のような動作が、使用者によって空気
調和機１の運転の終了が指示されるまで続けられる。

【００３５】なお、上述した活動量検知手段１１で検知
される使用者の活動量は、次のようにして求められる。
使用者の位置は、広角レンズを備えるＣＣＤカメラによ
って、一定の時間毎に検出される。ＣＣＤカメラからの
画像信号は、画像処理手段１３に入力される。図４
（１）は、時刻ｔ１時の画像を示し、図４（２）は時刻
ｔ２の画像を示す。画像処理手段１３には、直交座標
（Ｘ，Ｙ）が設定されている。このため、入力される画
像中の使用者１８の位置を判断することができる。図４
（１）に示される時刻ｔ１時に入力された画像内での使
用者１８の位置は、たとえばその頭の位置から（１，
１）であると判断される。次に、一定の時間、たとえば
予め定められる時間Ｔだけ経過した時刻ｔ２時に入力さ
れた画像、すなわち図４（２）に示される画像内での使
用者１８の位置は、時刻ｔ１のときと同様に、たとえば
その頭の位置から（３，１）であると判断される。この
ことから、時間Ｔの間に使用者１８はＸ軸方向に２目盛
分だけ移動したことがわかる。したがって、前記時間Ｔ
あたりの移動量から活動量が求められる。

【００３６】以上のように本実施例の空気調和機１は、
使用者自身の基礎代謝量および年間における基礎代謝量
の変化を考慮した運転を行うことから、年間を通じて使
用者に適した空調空間を提供することが可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、使用者自
身の基礎代謝量および年間における基礎代謝量の変化を
考慮して空調空間が制御されるので、年間を通じて使用
者に適した空調空間を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である空気調和機１の電気的
構成を示すブロック図である。

【図２】前記空気調和機１の動作を示すフローチャート
である。

【図３】記憶手段５に記憶されている標準の基礎代謝量
の年周期パターンの一例を示すグラフである。

【図４】画像処理手段１３に入力される画像を示す図で
ある。

【符号の説明】

１空気調和機２空気調和手段３制御手段４快適指標演算手段５記憶手段６基礎代謝量演算手段７温度検知手段８気流検知手段９輻射温度検知手段１０湿度検知手段１１活動量検知手段１２着衣量検知手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空調空間の環境を制御する空気調和手段
と、標準となる基礎代謝量の年周期パターンを記憶する記憶
手段と、前記標準となる基礎代謝量の年周期パターン、前記空調
空間内に居る使用者の体重および空気調和時の日付に基
づいて、空気調和時における前記使用者の基礎代謝量を
算出する基礎代謝量演算手段と、前記空調空間の状態を検知する検知手段と、空気調和時における前記使用者の基礎代謝量および前記
検知手段からの検知結果に基づいて快適指標を算出する
快適指標演算手段と、前記快適指標に基づいて前記空気調和手段を制御する制
御手段とを含むことを特徴とする空気調和機。