JPH0713573B2 - 予測平均温感演算方法および装置 - Google Patents

予測平均温感演算方法および装置

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JPH0713573B2
JPH0713573B2 JP3210458A JP21045891A JPH0713573B2 JP H0713573 B2 JPH0713573 B2 JP H0713573B2 JP 3210458 A JP3210458 A JP 3210458A JP 21045891 A JP21045891 A JP 21045891A JP H0713573 B2 JPH0713573 B2 JP H0713573B2
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teq
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、室内環境の快適さを
示す予測平均温感PMV(Predicted Mean Vote )を演
算する予測平均温感演算方法および装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来より、予測平均温感であるPMVの
演算式として、ISO(InternationalStandard Organizat
ion )7730に規定されたPMV方程式、すなわち下記
(1)式が採用されている。 PMV=(0.303 e-0.036M +0.028 )×〔(M−W'
)−3.05×10-3・{5733−6.99(M−W' )−Pa}
−0.42{(M−W' )−58.15 }−1.7 ×10-5・M・
(5867−Pa)−0.0014・M・(34−Ta)−3.96・10
-8・fcl・{(Tcl+274 )4 −(Tr+273 )4 }−
fcl・hc ・(Tcl−Ta )〕・・・(1) 但し、上記(1)式において、 Tcl=Tsk−0.155 ・Icl・〔3.96×10-8・fcl・
{(Tcl+274 )4 −(Tr+273 )4 }+fcl・hc
・(Tcl−Ta )〕 2.38 (Tcl−Ta)0.25 hc= for 2.38 (Tcl−Ta)0.25> (12.1・Vair)1/2 12.1・(Vair)1/2 for 2.38 (Tcl−Ta)0.25≦12.1・(Vair)1/2 Tcl:衣服の表面温度,Tsk:皮膚温,Pa=RH・P
* ,RH:湿度,Pa* :飽和水蒸気圧,M:活動
量,W':仕事量,Ta :気温,Tr :輻射温度,Ic
l:衣服の熱抵抗,Vair :気流速度,fcl:定数。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のPMV方程式によると、多くの項の集まりで
あり、しかも極めて複雑な形をしている。例えば、Tc
l,Tr の4乗項の存在や、Tclの繰り返し演算等があ
る。このため、従来にあっては、演算処理が複雑とな
り、処理時間が長くかかるばかりでなく、PMV演算装
置としての高価格化が避けられず、ビル空調用PMVセ
ンサとしての実用化に難があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために提案されたもので、その第1発明(請
求項1に係る発明)および第2発明(請求項2に係る発
明)は、輻射温度Tr,気温Ta ,気流速度Vair ,所
定定数Tcr,係数b1 〜b3 および係数nに基づき、下
記(a)式により等価温度Teqを演算し、等価温度Te
q,気温Ta ,相対湿度RH,飽和水蒸気圧Pa* ,衣
服の熱抵抗Icl,皮膚温Tsk,活動量Mおよび任意の定
数D1 〜D8 に基づき、下記(b)式により予測平均温
感PMV(以下、従来のPMVに対して区別するために
PMV* と言う)を演算するようにしたものである。 Teq=b1・Tr+b2・Ta−b3・Vairn・(Tcr−Ta)・・・(a) PMV* =(0.303 e-0.036・M・58.15+0.028 )・{D1 +D2 ・M−D3 ・ Tsk+D4 ・M・Ta +(D5 +D6 ・M)・RH・Pa* −〔D7 /(1+D 8 ・Icl)〕・(Tsk−Teq)}・・・(b) また、その第3発明(請求項3に係る発明)および第4
発明(請求項4に係る発明)は、輻射温度Tr ,気温T
a ,気流速度Vair ,所定定数Tcr,係数b1〜b3
よび係数nに基づき、下記(e)式により等価温度Teq
を演算し、前記等価温度Teq,気温Ta ,相対湿度R
H,飽和水蒸気圧Pa* ,衣服の熱抵抗Icl,および係
数a1 〜a6 に基づき、下記(f)式により予測平均温
感PMV*を演算するようにしたものである。 Teq=b1・Tr+b2・Ta−b3・Vairn・(Tcr−Ta)・・・(e) PMV* =a1 +a2 ・Ta +a3 ・RH・Pa* −〔a4 /(1+a5 ・I cl)〕・(a6 −Teq)・・・(f) また、その第5発明(請求項5に係る発明)および第6
発明(請求項6に係る発明)は、第1発明および第2発
明において、環境計測装置を配置して計測値H(W/m
2 )を得るものとし、b4 を係数とする下記(i)式に
より、等価温度Teqを演算するようにしたものである。 Teq=b1・Tcr+b2・Ta−b4・H・・・(i) また、その第7発明(請求項7に係る発明)および第8
発明(請求項8に係る発明)は、第3発明および第4発
明において、環境計測装置を配置して計測値H(W/m
2 )を得るものとし、b4 を係数とする下記(k)式に
より、等価温度Teqを演算するようにしたものである。 Teq=b1・Tcr+b2・Ta−b4・H・・・(k)
【0005】
【作用】したがって、本願の第1発明〜第4発明によれ
ば、簡単な四則演算で、予測平均温感PMV* を算出す
ることができる。また、本願の第5発明〜第8発明によ
れば、第1発明〜第4発明において、輻射温度Tr や気
流速度Vair の個別計測が不要となり、等価温度Teqの
演算処理が簡素化される。
【0006】
【実施例】以下、本発明に係る予測平均温感演算装置を
詳細に説明する。
【0007】図1(a)はこの予測平均温感演算装置の
一実施例を示すブロック構成図であり、第3,第4発明
に対応する。この予測平均温感演算装置1は入力部2,
演算部3および表示出力部4を備えている。入力部2に
は、活動量M,衣服の熱抵抗Icl,および所定定数Tcr
が設定値として与えられている一方、輻射温度Tr ,気
流速度Vair ,気温Ta ,相対湿度RHが検出値として
与えられている。そして、これらの設定値および検出値
が入力部2より演算部3へ送られ、演算部3にて、等価
温度Teqを採用したPMV* 方程式に基づく、本願特有
の演算処理が行われる。
【0008】すなわち、先ず、輻射温度Tr ,気温Ta
,気流速度Vair ,所定定数Tcr,係数b1 〜b3
よび係数nに基づき、下記(2)式により等価温度Teq
を演算する。そして、この演算して得た等価温度Teq,
気温Ta ,相対湿度RH,飽和水蒸気圧Pa* ,衣服の
熱抵抗Iclおよび係数a1〜a6 に基づき、下記(3)
式により予測平均温感PMV* を演算する。 Teq=b1・Tr+b2・Ta−b3・Vairn・(Tcr−Ta )・・・(2) PMV* =a1 +a2 ・Ta +a3 ・RH・Pa* −〔a4 /(1+a5 ・I cl)〕・(a6 −Teq)・・・(3)
【0009】ここで、上記(2)式を含む(3)式
は、本出願人が従来のPMV方程式((1)式)を簡素
化すべく、試行錯誤して得た式である。すなわち、先
ず、等価温度Teq,気温Ta ,相対湿度RH,飽和水蒸
気圧Pa* ,衣服の熱抵抗Icl,皮膚温Tsk,活動量M
および任意の定数D1 〜D8 により表されるPMV*
程式として、下記(4)式を得た(第1,第2発明)。 PMV* =(0.303 e-0.036・M・58.15+0.028 )・{D1 +D2 ・M−D3 ・ Tsk+D4 ・M・Ta +(D5 +D6 ・M)・RH・Pa* −〔D7 /(1+D 8 ・Icl)〕・(Tsk−Teq)}・・・(4)
【0010】そして、この(4)式において、a1
1+D2 ・M−D3 ・Tsk、a2 =D4 ・M、a3
5 +D6 ・M、a4 =D7 、a5 =D8 、a6 =Tsk
として、上記(3)式を得た。
【0011】この(3)式より得られるPMV* は、従
来のPMV方程式で得られるPMVに対してかなりの精
度で合致する。表1に、有風,夏期,Icl=0.5 ,RH
=50%,Ta =Tr =30℃,Vair =0.2m/s での、P
MVとPMV* との比較を示す。また、表2に、有風,
夏期,Icl=0.5 ,RH=50%,Ta =Tr =30℃,V
air =0.4m/sでの、PMVとPMV* との比較を示す。
これらの表からも、PMVとPMV* とは、微小誤差を
持って合致することが分かる。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】なお、表1,表2において、LOADと
は、式(1)をPMV=(0.303 e-0. 036M +0.028)
×LOADとした時、一つにまとめられる部分を意味
し、LOAD* は、PMV* のLOADに相当する部分
である。また、R+C=3.96×10-8・fcl・{(Tcl+
274)4 −(Tr +273)4 }+fcl・hc ・
(Tcl−Ta )で、R* +C*は、PMV* のR+Cに
相当する部分である。そして、R* +C* は、〔a4
(1+a5 ・Icl)〕・(a6 −Teq)に比例する。
【0015】演算部3にて得たPMV* は、表示出力部
4へ送り表示する。
【0016】このように、本実施例による予測平均温感
演算装置1によれば、簡単な四則演算でしかも精度を悪
化させることなく、予測平均温感PMV* を算出するこ
とができ、従来に比してその処理時間を大幅に短縮する
ことができるものとなる。また、簡単な演算処理を施す
のみでよいので、オペアンプを中心としたアナログ回路
もしくはマイクロコンピュータを1つ組み込むのみで、
演算部3を構成することが可能となり、低価格化を促進
することができ、ビル空調用PMVセンサとしての実用
化に大きく貢献する。
【0017】図1(b)は本願発明の他の実施例であ
り、第7,第8発明に対応する。この実施例では、入力
部2に活動量M,衣服の熱抵抗Icl,所定定数Tcr,気
温Taおよび相対湿度RHを与えることは図1(a)の
実施例と同じであるが、環境計測装置5を室内に配置
し、輻射温度Tr および気流速度Vair に代えて、環境
計測装置5の計測値H(W/m2 )を与えるものとして
いる。
【0018】図2は、環境計測装置5の一例であり、球
形状のモジュール本体5-11 を備えた第1のセンサモジ
ュール5-1と、同じく球形状のモジュール本体5-21 を
備えた第2のセンサモジュール5-2とを擁してなり、モ
ジュール本体5-11 およびモジュール本体5-21は、熱
伝導性の良い金属(銅あるいはアルミ)を材料として形
成されている。モジュール本体5-11 の外表面はつや消
しの黒あるいは灰色とされており、モジュール本体5-2
1 の外表面は鏡面(銀メッキ又はクロームメッキ)とさ
れている。
【0019】すなわち、モジュール本体5-11 の外表面
の放射率は、モジュール本体5-21の外表面の放射率よ
りも大きいものとされており、例えばモジュール本体5
-11はその放射率が0.3 以上、モジュール本体5-11 は
その放射率が0.2 以下とされている。そして、センサモ
ジュール5-1および5-2には、第3図に示すように、そ
のモジュール本体5-11 および5-21 の内部に、加熱ヒ
ータ5-12 および5-22 が配置されており、かつその外
表面に感温素子5-13 および5-23 が配設されている。
さらに、センサモジュール5-1および5-2は、感温素子
5-13 および5-23 の検出温度すなわちモジュール本体
5-11 および5-21 の外表面温度を一定温度Tcr℃に保
つべく、加熱ヒータ5-12 および5-22 への供給電力量
を制御する制御回路(図示せず)を各個に有している。
【0020】さらに、センサモジュール5-1および5-2
は、加熱ヒータ5-12 および5-22での消費電力を検出
する検出回路(図示せず)を各個に備え、これら検出回
路により検出される加熱ヒータ5-12 および5-22 での
消費電力W1 およびW2 をモジュール本体5-11 および
5-21 の気流が当たる表面積a(m2 )で除して、気流
の当たる単位表面積当たりの消費電力H1およびH2
(W/m2 )を得、定数αを使ってH1−α・H2なる
演算を行い、その演算結果を計測値H(W/m2)とし
て入力部2へ与えるものとしている。なお、本実施例に
おいて、モジュール本体5-11 とモジュール本体5-21
とは、熱的相互干渉が極めて少ないようにされている。
【0021】一方、この環境計測装置5の計測値Hを入
力とする予測平均温感演算装置1'は、その演算部3'
にて、気温Ta ,所定定数(一定温度)Tcr,係数b
1 ,b2 ,b4 および計測値Hすなわち(H1−α・H
2)に基づき、下記(5)式により等価温度Teqを演算
する。 Teq=b1・Tcr+b2・Ta −b4・(H1−α・H2)・・・(5)
【0022】そして、この演算して得た等価温度Te
q,気温Ta ,相対湿度RH,飽和水蒸気圧Pa* ,衣
服の熱抵抗Iclおよび係数a1 〜a6 に基づき、前記
(3)式により予測平均温感PMV* を演算する。
【0023】図4にこの予測平均温感演算装置1' での
予測平均温感PMV* の演算過程を示す。
【0024】この実施例によれば、環境計測装置5を用
いることにより、気流速度Vair や輻射温度Tr の個別
計測が不要となり、すなわち気流速度Vair ,輻射温度
Tr,気温Ta が環境計測装置5において一体となって
計測値Hとして検出されるものとなり、等価温度Teqの
演算処理が簡素化され、演算部3’でのハード構成が簡
略化されると共に、演算処理時間が短縮され低コスト化
が促進されるものとなる。
【0025】なお、上記(5)式より得た等価温度Teq
を用い、気温Ta ,相対湿度RH,飽和水蒸気圧Pa
* ,衣服の熱抵抗Icl,皮膚温Tsk,活動量Mおよび任
意の定数D1 〜D8 に基づき、前記(4)式により予測
平均温感PMV* を演算するものとしてもよい(第5,
第6発明)。
【0026】また、上述においては、環境計測装置5を
センサモジュール5-1とセンサモジュール5-2との2分
割構成としたが、1個のセンサモジュールで構成するこ
ともできる。例えば、図5に示すように、熱伝導性の良
い金属(銅あるいはアルミ)を材料として球形状のモジ
ュール本体6-1を形成し、このモジュール本体6-1の外
表面の放射率を0.3 以上とし(つや消しの黒色あるいは
灰色とする)、かつモジュール本体6-1の外表面の一部
に0.7 μm以上の長波長で零でない有限の透過光性材
(例えば、ポリエチレン)6-2を気流遮断を目的として
取り付け、モジュール本体6-1の内部に加熱ヒータ6-3
を配置するものとし、さらにモジュール本体6-1の外表
面に感温素子6-4を配置し、この感温素子6-4の検出温
度(外表面温度)を一定温度Tcr℃に保つべく、加熱ヒ
ータ6-3への供給電力量を制御する制御回路(図示せ
ず)を設け、加熱ヒータ6-3での消費電力W3 を検出す
るものとし、この消費電力W3 に〔SA /(SA +SB
)〕・(1/a)を乗じ、H3=〔SA /(SA +SB
)〕・(W3 /a)を演算し、その演算結果を環境計
測装置5の計測値H(W/m2 )として入力部2へ与え
るものとする。
【0027】但し、上述において、aはモジュール本体
6-1において気流の当たる表面積(m2 )、SA ,SB
はモジュール本体6-1において気流が当たる表面積と気
流が当たらない表面積(カバー6-2により覆われた表面
積)との比率(SA :SB )を示している。
【0028】この場合、予測平均温感演算装置1' にお
いては、その演算部3' にて、気温Ta ,一定温度Tc
r,係数b1 ,b2 ,b4 および計測値HすなわちH3
に基づき、下記(6)式により等価温度Teqを演算す
る。 Teq=b1・Tcr+b2・Ta−b4・H3・・・(6)
【0029】そして、この演算して求めた等価温度Te
q,気温Ta ,相対湿度RH,飽和水蒸気圧Pa* ,衣
服の熱抵抗Iclおよび係数a1 〜a6 に基づき、前記
(3)式により予測平均温感PMV* を演算する。
【0030】次に、環境計測装置5の計測値Hが前述の
(2)式、すなわちTeq=b1 ・Tr +b2 ・Ta−b3
・Vairn・(Tcr−Ta )なる式と、どのような関係
になるのかを説明する。
【0031】図2に示した環境計測装置5において、そ
の計測値Hは、(H1−α・H2)となる。また、図5
に示した環境計測装置5において、その計測値Hは、H
3となる。環境計測装置5においては、加熱コイルでの
消費電力をコントロールすることにより、モジュール本
体の表面温度を一定温度Tcrとしているが、この熱エネ
ルギーは周囲環境の輻射と気温,気流により放散され
る。ここで、輻射による熱放散はhr ・(Tcr−Tr )
として表現され、気温Ta と気流速度Vair による熱放
散はm・Vairn ・(Tcr−Ta )として表現される。
但し、hr は輻射熱伝達係数。したがって、 H=hr・(Tcr−Tr)+m・Vairn・(Tcr−Ta )(W/m2 ) が成り立つ。
【0032】これを変形すると、 hr・Tcr−H=hr・Tr−m・Vairn・(Tcr−Ta
) となり、計測値Hとある定数hr ・Tcrとから右辺の情
報が読み出せる。ここで、計測値Hの他に温度センサの
情報を加え、両片の各項の係数を決めると、 b1 ・Tcr+b2 ・Ta −b4 ・H=b1 ・Tr +b2
・Ta −b3 ・Vairn・(Tcr−Ta) と求まる。
【0033】すなわち、b1 ・Tcrというある定数と気
温Ta と計測値Hと係数b4 を使って、 Teq=b1・Tcr+b2・Ta −b4・H により等価温度が求まる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本願の第1発明〜第4発明によれば、簡単な四則演算で
しかも精度を悪化させることなく、予測平均温感PMV
* を算出することができ、従来に比してその処理時間を
大幅に短縮することができるものとなる。また、簡単な
演算処理を施すのみでよいので、オペアンプを中心とし
たアナログ回路もしくはマイクロコンピュータを1つ組
み込むのみで、演算部を構成することが可能となり、低
価格化を促進することができ、ビル空調用PMVセンサ
としての実用化に大きく貢献する。また、本願の第5発
明〜第8発明によれば、第1発明〜第4発明において、
輻射温度Tr や気流速度Vair の個別計測が不要とな
り、等価温度Teqの演算処理が簡素化され、等価温度演
算手段でのハード構成が簡略化されると共に、演算処理
時間が短縮され低コスト化が促進されるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明(第3,第4発明)に係る予測平均温感
演算装置の一実施例を示すブロック構成図および本発明
(第7,第8発明)に係る予測平均温感演算装置の一実
施例を示すブロック構成図。
【図2】この予測平均温感演算装置に用いる環境計測装
置の一例を示す図。
【図3】この環境計測装置におけるモジュール本体の内
部構成を示す断面図。
【図4】図1(a)に示した予測平均温感演算装置での
予測平均温感PMV* の演算過程を示す図。
【図5】環境計測装置の他の例を示す図。
【符号の説明】
1,1’ 予測平均温感演算装置 2 入力部 3,3’ 演算部 5 環境計測装置

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 輻射温度Tr ,気温Ta ,気流速度Vai
    r ,所定定数Tcr,係数b1 〜b3 および係数nに基づ
    き、下記(a)式により等価温度Teqを演算し、前記等
    価温度Teq,気温Ta ,相対湿度RH,飽和水蒸気圧P
    * ,衣服の熱抵抗Icl,皮膚温Tsk,活動量Mおよび
    任意の定数D1 〜D8 に基づき、下記(b)式により予
    測平均温感PMV* を演算する予測平均温感演算方法。 Teq=b1・Tr+b2・Ta−b3・Vairn・(Tcr−Ta)・・・(a) PMV* =(0.303 e-0.036・M・58.15+0.028 )・{D1 +D2 ・M−D3 ・ Tsk+D4 ・M・Ta +(D5 +D6 ・M)・RH・Pa* −〔D7 /(1+D 8 ・Icl)〕・(Tsk−Teq)}・・・(b)
  2. 【請求項2】 輻射温度Tr ,気温Ta ,気流速度Vai
    r ,所定定数Tcr,係数b1 〜b3 および係数nに基づ
    き、下記(c)式により等価温度Teqを演算する等価温
    度演算手段と、前記等価温度Teq,気温Ta ,相対湿度
    RH,飽和水蒸気圧Pa* ,衣服の熱抵抗Icl,皮膚温
    Tsk,活動量Mおよび任意の定数D1〜D8 に基づき、
    下記(d)式により予測平均温感PMV* を演算する予
    測平均温感演算手段とを備えたことを特徴とする予測平
    均温感演算装置。 Teq=b1・Tr+b2・Ta−b3・Vairn・(Tcr−Ta)・・・(c) PMV* =(0.303 e-0.036・M・58.15+0.028 )・{D1 +D2 ・M−D3 ・ Tsk+D4 ・M・Ta +(D5 +D6 ・M)・RH・Pa* −〔D7 /(1+D 8 ・Icl)〕・(Tsk−Teq)}・・・(d)
  3. 【請求項3】 輻射温度Tr ,気温Ta ,気流速度Vai
    r ,所定定数Tcr,係数b1 〜b3 および係数nに基づ
    き、下記(e)式により等価温度Teqを演算し、前記等
    価温度Teq,気温Ta ,相対湿度RH,飽和水蒸気圧P
    * ,衣服の熱抵抗Icl,および係数a1 〜a6 に基づ
    き、下記(f)式により予測平均温感PMV* を演算す
    る予測平均温感演算方法。 Teq=b1・Tr+b2・Ta−b3・Vairn・(Tcr−Ta)・・・(e) PMV* =a1 +a2 ・Ta +a3 ・RH・Pa* −〔a4 /(1+a5 ・I cl)〕・(a6 −Teq)・・・(f)
  4. 【請求項4】 輻射温度Tr ,気温Ta ,気流速度Vai
    r ,所定定数Tcr,係数b1 〜b3 および係数nに基づ
    き、下記(g)式により等価温度Teqを演算する等価温
    度演算手段と、前記等価温度Teq,気温Ta ,相対湿度
    RH,飽和水蒸気圧Pa* ,衣服の熱抵抗Icl,および
    係数a1 〜a6 に基づき、下記(h)式により予測平
    均温感PMV* を演算する予測平均温感演算手段とを備
    えたことを特徴とする予測平均温感演算装置。 Teq=b1・Tr+b2・Ta−b3・Vairn・(Tcr−Ta)・・・(g) PMV* =a1 +a2 ・Ta +a3 ・RH・Pa* −〔a4 /(1+a5 ・I cl)〕・(a6 −Teq)・・・(h)
  5. 【請求項5】 請求項1において、環境計測装置を配置
    して計測値H(W/m2 )を得るものとし、b4 を係数
    とする下記(i)式により、等価温度Teqを演算するこ
    とを特徴とする予測平均温感演算方法。 Teq=b1・Tcr+b2・Ta−b4・H・・・(i)
  6. 【請求項6】 請求項2において、環境計測装置を配置
    して計測値H(W/m2 )を得るものとし、b4 を係数
    とする下記(j)式により、等価温度Teqを演算するこ
    とを特徴とする予測平均温感演算装置。 Teq=b1 ・Tcr+b2 ・Ta−b4 ・H・・・(j)
  7. 【請求項7】 請求項3において、環境計測装置を配置
    して計測値H(W/m2 )を得るものとし、b4 を係数
    とする下記(k)式により、等価温度Teqを演算するこ
    とを特徴とする予測平均温感演算方法。 Teq=b1 ・Tcr+b2 ・Ta−b4 ・H・・・(k)
  8. 【請求項8】 請求項4において、環境計測装置を配置
    して計測値H(W/m2 )を得るものとし、b4 を係数
    とする下記(l)式により、等価温度Teqを演算するこ
    とを特徴とする予測平均温感演算装置。 Teq=b1・Tcr+b2・Ta−b4・H・・・(l)
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