JPH07280324A

JPH07280324A - 温度湿度制御装置

Info

Publication number: JPH07280324A
Application number: JP6070417A
Authority: JP
Inventors: Yozo Hibino; 陽三日比野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1994-04-08
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【構成】快適線決定機構２０において、室温と湿度の設
定値を基準として室温と湿度との略逆比例関係によって
規定される快適線を決定し、この快適線との温度及び湿
度の偏差を計算する機構２１によって偏差を算出し、こ
の偏差にもとづいて空調機１と加湿機１４を制御する。【効果】居住者に対する快適性と、室温及び湿度の制御
性を両立させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部屋の温度及び湿度を
制御し快適な居住環境を実現するための温度湿度制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、部屋の温度と湿度を制御するため
の制御装置として典型的なものを、図５に示す。これ
は、図に示すように、室温設定値を設定する室温設定器
１と、室温を検出する室温検出器２と、室温設定値と検
出した室温との差にもとづいて空調機を制御して室温を
室温設定値に調整する温度制御器３と空調機４とから成
る室温制御系統と、温度設定値を設定する温度設定値５
と、湿度を検出する温度検出器６と、湿度検出器と検出
した湿度との差にもとづいて加湿機を制御して湿度を湿
度設定値に調整する湿度制御器３と加湿器８とから成る
湿度制御系統の二つの制御系統から構成されている。こ
れらの制御系統は、部屋９対にする日射や外乱などによ
る外部負荷と、居住者や発熱体などによる内部負荷に対
して、それぞれ独立に機能するようになっている。これ
らの制御系統によって、温度と湿度を制御する状況を図
６に示す。図において、横軸に室温をとり、縦軸に湿度
をとる。ここでは、温度として湿球温度を示している
が、相対湿度，絶対湿度等の湿度に関する別の指標を用
いることもできる。温度と湿度で決まる空調状態は、こ
の座標上の一点で表わされる。特に、室温の設定値Ｔ_IS
と、湿球温度の設定値Ｔ_WSで決まる目標空調状態を、Ｓ
で表わす。ここで、温度Ｔ_IO，湿球温度Ｔ_WOのある空調
状態Ｏから、目標空調状態Ｓに制御する過程を考えてみ
る。理想的にみると、温度差（Ｔ_IS−Ｔ_IO）に相当する
分だけ空調機４で加熱を行い、また湿度差（Ｔ_WS−
Ｔ_WO）に相当する分だけ加湿機８で加湿することによっ
て、図中の経路Ｃに沿って空調状態を推移させ、この結
果として、空調状態Ｏから出発して目標状態Ｓを実現す
る。このためには、温度については、状態Ｏから経路Ａ
に沿って移動させ、また湿度についてはＯから経路Ｂに
沿って移動させる必要がある。このときこれらに過不足
があると、目標状態Ｓに到達できないばかりか、余分の
エネルギを消費することになりかねないので注意が必要
である。

【０００３】しかし、希望した温度と湿度の設定値で決
められる目標空調状態はこの座標で唯一の点であるか
ら、この空調状態を正確に実現することは、一般に困難
である。特に、温度に関する負荷とこれに対する空調機
による制御過程と、温度に関する負荷とこれに対する加
湿機による制御過程に差がある場合には、この目標空調
状態に直線的に制御することができるとは限らない。例
えば、湿度の制御が効き過ぎたような場合には、経過ｅ
のように湿度の目標値をオーバーしてしまうので、この
温度を下げる必要がある。一方、温度の制御が効き過ぎ
たような場合には、経路ｄのように温度の目標値をオー
バーしてしまうので、この温度を下げる必要がある。こ
のような場合には、温度や湿度制御特性が悪いのである
から、目標状態Ｓを実現するのに時間がかかるのみなら
ず、居住者に不快な環境となる恐れがあり好ましくな
い。

【０００４】これに対して、特開平5−44979号公報のよ
うな加湿器を設けた暖房装置及びその制御方法が発明さ
れている。この公知例では、室内の暖房装置において、
室内に熱を発生させる発熱部と、室内の湿度を感知する
湿度感知部と、快適暖房モード選択時、信号を出力する
快適暖房キーと、湿度感知部及び温度感知部より信号を
受けて処理し、快適暖房キーより信号を受ける時、室内
温度の冬の季節に快適温度にセッティングして、発熱部
を制御し、快適温度に対応する快適湿度を決定して、快
適温度に伴う快適湿度で室内の湿度が維持されるよう
に、加湿装置を制御するマイコンとを具備したことを特
徴とする加湿器を設けたものである。

【０００５】また、加湿器を設けて室内の温度及び湿度
を調節して、室内を暖房する暖房装置において、初期化
後、通常暖房モードが選択されたかを判断する段階と、
通常暖房モードである場合に、それに合うように発熱部
を駆動する段階と、通常暖房モードでない場合に、快適
暖房モードであるかを判断し、快適暖房モードでない場
合、初期化以後の段階より繰り返し遂行する段階と、段
階において、快適暖房モードである場合、室内湿度を決
定する段階と、決定された相対湿度が、快適湿度以下で
あるかを判断し、以下でない場合、加湿装置をオフさ
せ、以下である場合、加湿装置をオンさせる段階と、設
定温度を予め決定された快適温度にセッティングする段
階と、室内温度が設定温度と同じであるかを判断し、同
じでない場合に、二つの温度の差に伴う発熱段階を決定
し、同じ場合に初期化以後の段階より繰り返す段階を具
備したことを特徴とする加湿器を設けたものである。

【０００６】この技術によると、快適運転を選択するに
従って自動的に室内の温度と湿度を設定された最適条件
に制御することにより、人体が快適感を感じることがで
きる室内住居環境を提供するのは勿論、手動で加湿装置
を動作させなければならない煩わしさをなくすことがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の公知例による
と、居住者の希望する室温の設定値に対応して、不快指
数のような唯一の快適指標にのっとって、湿度の設定値
を一意に定まってしまい、自由度がない。さらに、この
ようにして決められる目標とする温度および湿度が唯一
の状態であるので、これに対して空調機と加湿機を正確
に運転制御しないと、この目標状態を実現できない恐れ
がある。すなわち、居住者の快適性の実現とこれを達成
する制御装置の制御性の二つの観点から問題がある。

【０００８】本発明の目的は、居住者が希望する温度と
湿度の設定値にもとづいて快適な空調環境を適確に実現
しうる温度湿度制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のシステムは、室温設定値を設定する室温設
定器と、室温を検出する室温検出器と、空調機を制御し
て室温を調整する温度制御機構と、湿度設定値を設定す
る湿度設定器と、湿度を検出する湿度検出器と、加湿機
を制御して湿度を調整する湿度制御機構とからなる温度
湿度制御装置において、室温設定値と湿度設定値を基準
として室温と湿度との略逆比例関係によって規定される
快適線を制御目標として決定する機構と、この快適線と
温度及び湿度の偏差を算出する機構を備え、この偏差に
基づいて空調機及び加湿機を制御するようにした。

【００１０】

【作用】本発明では、居住者の希望する温度及び湿度の
設定値から決まる唯一の目標状態を直接実現するのでは
なく、これを基準として、室温と湿度との略逆比例関係
によって規定される直線を快適線と定義して、これを制
御の目標とする。このように定義された快適線上の状態
は、湿度と湿度が相補的な関係にあるので、この快適線
上のいかなる状態でも、居住者が希望する目標状態と等
価な快適性を得ることができることを保証されている。
さらに、この快適線を制御目標とすることにより、目標
状態は１次元の点から２次元の線に広げられたので、温
度と湿度で決まる現在の空調状態と目標となる快適線と
の距離を短めるように空調機と加湿機を運転制御するこ
とにより、居住者の希望する空調環境を時間的にす早く
しかも安定した状態で達成できる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のブロック図であ
る。空調機１は、室外機２と室内機３によって構成され
る。室外機２には、冷媒の圧縮機４と、冷媒の流れ方向
を変える四方弁５と、室外熱交換器６と、これに外気を
送風する室外ファン７が設置される。一方、室内機３に
は、冷媒の流量を調整する膨張弁８と、室内熱交換器９
と、これに室内の空気を送風する室内ファン１０が設置
される。室内を暖房する場合には、四方弁は図の実線の
ように連通しており、冷媒は実線の矢印のように流れ
る。室内熱交換器９は、凝縮器となり、高温高圧の冷媒
ガスはここで凝縮して、室内の空気を暖める。また、室
外熱交換器６は蒸発器となり、低温低圧の冷媒液はここ
で蒸発して、外気から熱をくみ上げるヒートポンプ機能
を果たす。制御装置１１は、圧縮機への入力を制御し、
また膨張弁の開度によってこれらの熱交換器の凝縮及び
蒸発能力を制御する。これにより、空調機１の暖房出力
を調節して、室内の空気を昇温させて、室温を任意に調
節することができる。室温の検出には、室温検出器１２
を用いる。また、居住者の希望する室温は、室温設定器
１３を用いて入力する。

【００１２】加湿機１４は、水蒸気の発生体１５と、こ
れの駆動機構１６及びこれに送風して水蒸気を室内に送
出するファン１７とから構成される。制御装置１１は、
加湿機の駆動機構を制御して、室内に供給する水蒸気の
量を調節することができる。これにより、室内の湿度を
任意に調節することができる。湿度の検出には、湿度検
出器１８を用いる。この湿度として、相対湿度，絶対湿
度，湿球温度等があるが、これらは容易に相互に変換で
きるので、どれを用いてもよい。ここでは以下湿球温度
を検出する検出器を用いた場合について説明する。ま
た、居住者の希望する湿度は、湿度設定器１９を用いて
入力する。この湿度として、やはり相対湿度，絶対湿
度，湿球温度等があるが、居住者の使い勝手を考慮する
と相対湿度で設定するものを用いるのがよい。ただし制
御装置１１では、この設定値を湿球温度に変換して加湿
機を制御すればよい。

【００１３】図２（ａ）は、本発明の制御装置１１の制
御動作を説明する図である。図において横軸に室温Ｔ_I
〔℃〕をとり、また縦軸に湿球温度Ｔ_W〔℃〕をとる
と、この座標上の一点がある空調状態を表わす。居住者
の希望する室温の設定値Ｔ_I ，湿度の設定値Ｔ_W とする
と、目標状態は一点Ｓで表わされる。現在の空調状態を
室温Ｔ_IO，湿度Ｔ_WOのＯで表わす。制御装置１１の目的
は、できるだけ短い時間で安定的に、空調状態をＯから
Ｓに移すことである。しかし、座標上の唯一の空調状態
Ｓを実現することは、制御的にみて極めて困難である。
ところで、人間の快適性は、温度のみならず温度に深い
関係があり、切り離しては考えられず、体感温度Ｔ_O は
温度Ｔ_I と湿度Ｔ_W の略逆比例的関係で表わすことがで
きるとされている。これは、数１のように定義される。

【００１４】

【数１】Ｔ_O＝ｋ_IＴ_I＋ｋ_WＴ_W …（数１）ここでｋ_I，ｋ_Wは定数で下記の関係がある。

【００１５】ｋ_I＋ｋ_W＝Ｉこの式で、Ｔ_I＝Ｔ_IS，Ｔ_W＝Ｔ_WSとおくと、体感温度Ｔ
_OSの設定値は、数２で定義することができる。

【００１６】

【数２】Ｔ_OS＝ｋ_IＴ_IS＋ｋ_WＴ_WS …（数２）すなわち、居住者が希望する温度及び湿度のそれぞれの
設定値が、快適性の観点から関係づけられて、唯一の体
感温度の設定値に置き換えられたことになる。しかも、
この体感温度の設定値を表わす数２は、図２（ａ）の座
標上では、目標状態Ｓ（Ｔ_IS，Ｔ_WS）を通る直線Ｌで表
わされる。これを快適線と呼ぶことにする。いいかえる
と、この快適線Ｌ上の各点は、目標状態Ｓと同じ快適性
を居住者に与え得ることになる。したがって、制御装置
１１の目的は、空調状態をＯからこの快適線Ｌ上の任意
の状態に移すことになる。したがって、唯一の目標状態
Ｓの場合よりも、格段に制御が容易になるのである。例
えば、目標状態Ｓに近い快適線上の状態Ｓを達成するた
めには、温度差（Ｔ_IS−Ｔ_IO）に相当する分だけ空調機
１で加熱を行い、また温度差(Ｔ_WS−Ｔ_W）に相当する分
だけ加湿機１４で加湿を行うことによって、図中の経路
Ｃに沿って空調状態を推移させる。このとき、温度につ
いては、状態Ｏから経路ａに沿って移動させ、また湿度
については経路ｂに沿って移動させる必要がある。この
とき、多少の過不足があると必ずしも、この状態Ｓに到
達しない可能性がある。しかし、制御の目標状態はでき
るだけ目標状態Ｓに近い快適線Ｃ上の状態であればよ
い。例えば、状態Ｄの方向のように、全く別の方向に空
調状態が推移したとしても、必ず快適線Ｌに到達するこ
とは保証される。したがって、この快適線Ｌ上の状態Ｌ
を、目標状態Ｓと等価な最終状態としてしまっても、同
じ快適性が確立されているということから満足のゆくも
のである。もし、この状態Ｄが不都合であれば、次に快
適線Ｌに沿ってｄの方向に、空調状態を推移させるとい
うことも可能である。この場合には、同じ快適性が維持
されるので申し分ない。また、状態Ｅの方向に推移した
とき、点線ｅに示したように目標状態Ｓを通り過ぎてオ
ーバーシュートするような状況があったとしても、快適
線Ｌにおいて空調状態の推移が停止するので、これ以上
余分なエネルギーを浪費するような事態が発生しない。

【００１７】図３は、快適線Ｌを決定する方法を説明す
る図である。図において、図２と同じように座標をと
る。図２において説明したように、室温の設定値が
Ｔ_IS，湿度の設定値がＴ_WSのときは、これらの設定値で
決まる目標状態Ｓを通るように快適線Ｌを決める。室温
の設定値がＴ_IS1 ，湿度の設定値がＴ_WS1 のように変わ
ったときには、新しく快適線Ｌ₁ を決定する。なお、本
実施例では、室温の設定値とともに湿度の設定値をも設
定するようにしているが、温度に対して快適性の観点か
ら適当な湿度の値もしくは範囲が予め定められている場
合には、これを用いて快適線を定めることができる。

【００１８】図４は、本発明の制御装置１１の構成を示
すブロック線図である。制御装置１１に対して、室温設
定器１３によって居住者は希望する室温の設定値Ｔ_ISを
入力する。また、湿度設定器１９によって希望する湿度
の設定値Ｔ_WSを入力する。制御装置１１の快適線決定機
構２０においては、これら２つの設定値を基準として、
前記した数１にもとづいて、制御目標となる快適線Ｌを
決定する。この快適線は、図２に説明したように、室温
Ｔ_I と湿度Ｔ_W の２つの座標で空調状態を表わすと、室
温と湿度の設定値で決まる目標状態Ｓを通る右下りの直
線で表わされる。現在の室温Ｔ_I を室温検出器１２によ
って検出し、また現在の湿度Ｔ_W によって検出し、制御
装置１１に入力する。これらの検出値から決まる空調状
態と快適線との偏差を快適線との差を計算する機構２１
によって算出する。この偏差は、図２に示したように、
現在の空調状態を表わす点と快適線との最短の距離、す
なわちこの点から快適線におろした垂線の長さで定義す
るのが適当である。この垂線の温度方向の成分が、快適
線に対する温度の偏差を表わしている。また垂線の湿線
方向の成分が、快適線に対する湿度の偏差を表わしてい
る。そこで、温度制御機構２３によって、この温度の偏
差を小さくするように空調機１を制御する。また、湿度
制御機構２２によって、この湿度偏差を小さくするよう
に、加湿機１を制御する。これによって、部屋の室温と
湿度のいずれもが、部屋に対する外部からの温度及び湿
度の負荷及び内部の温度及び湿度の負荷に対抗して、目
標とする快適線により短時間で安定して推移するように
制御される。

【００１９】なお、本発明の制御装置において上記の機
能を実現するために、マイクロコンピュータを適用する
のがよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、空調機と加湿機を用い
て居住者の希望する温度と湿度に関する快適性を損なう
ことなく、温度と湿度の両方ともに効果的に制御するこ
とができる。しかも、その制御過程において、制御性能
を良好に維持することができるので、制御装置自体の実
現性ならびに運用時の消費電力等の面においても有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の温度湿度制御装置のブロック図。

【図２】本発明の制御動作の説明図。

【図３】本発明の制御装置の機能のブロック図。

【図４】本発明の制御動作の説明図。

【図５】従来の制御装置の機能及び制御動作の説明図。

【図６】従来の制御装置の機能及び制御動作の説明図。

【符号の説明】

１…空調機、２…室外機、３…室内機、４…圧縮機、５
…四方弁、６…室外熱交換器、７…室外ファン、８…膨
張弁、９…室内熱交換器、１０…室内ファン、１１…制
御装置、１２…室温検出器、１３…室温設定値、１４…
加湿機、１５…水蒸器発生体、１６…駆動機構、１７…
ファン、１８…湿度検出器、１９…温度設定器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室温設定値を設定する室温設定器と、室温
を検出する室温検出器と、空調機を制御して室温を調整
する温度制御機構と、湿度設定値を設定する湿度設定器
と、湿度を検出する湿度検出器と、加湿機を制御して湿
度を調整する湿度制御機構とを含む温度湿度制御装置に
おいて、室温設定値と湿度設定値を基準として室温と湿
度との略逆比例関係によって規定される快適線を制御目
標として決定する機構と、前記快適線と温度及び湿度の
偏差を算出する機構を備え、この偏差に基づいて前記空
調機及び前記加湿機を制御することを特徴とする温度湿
度制御装置。