JPH0735360A

JPH0735360A - 複合暖房システム

Info

Publication number: JPH0735360A
Application number: JP5203685A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nakashiro; 優中城; Toshiaki Tanaka; 寿昭田中; Takeshi Rakuma; 毅樂間; Takashi Kodaira; 隆志小平; Naoko Shimofure; 尚子霜触; Hiroyuki Nunokawa; 廣之布川; Hirofumi Iinuma; 宏文飯沼
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】床暖房機を主暖房機、温風による空気調和機
を従暖房機として使い、快適な温熱環境を維持でき、居
住者の操作上の繁雑さを著しく軽減し、過暖房による無
駄なエネルギ消費を無くする。【構成】室内Ｒの空気温度が設定温度になるように該
室内を温風により暖房する空気調和機１と、室内Ｒを床
面からの輻射エネルギにより設定床表面温度に応じて暖
房可能な床暖房機２とを備える。室内Ｒの空気温度を含
む環境情報を得る環境情報取得手段（室内温度センサ１
１、発熱量コントローラ２１など）と、この取得情報に
基づき、設定温度を反映させた室内熱負荷と該室内熱負
荷を床暖房機が分担する割合とに応じた床面の放熱量を
得るのに必要な設定床表面温度を演算する設定値演算手
段（発熱量コントローラ２１）とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも温風による
暖房が可能な空気調和機と床面輻射による床暖房機とを
協働させて室内を暖房する複合暖房システムに係り、と
くに、空気調和機と床暖房機の長所を活かして総合的に
室内の温熱環境を制御し、熱負荷の変動などに的確に対
処可能な複合暖房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】室内を暖房する機器には、種々のものが
使われている。この内、温風による暖房機は最も多く使
用されているものの一つであり、ヒートポンプ式エアコ
ンや、石油、ガス、電気エネルギなどを用いた温風機が
挙げられる。例えば、特公平４−３６３０４号公報に
は、発熱体と送風機とを組み合わせた「暖房装置」が開
示されている。この暖房装置は、室内の検出温度や演算
した体感温度とそれらの設定温度との偏差に基づいて温
風の送風量を制御するものである。

【０００３】一方、快適性の高い暖房手段として、床面
からの輻射により暖房する床暖房機が近年、急速に普及
してきている。例えば電気カーペットや温水フロアヒー
タなどが、この範疇に属する。しかし、この床暖房機
は、運転開始時の立ち上がり特性や熱負荷変動に対する
能力制御性が劣ることから、上述した温風暖房が可能な
空気調和機を併用することが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように床面輻射による床暖房機と温風暖房が可能な空気
調和機とを併用する場合、両方の暖房機を統括して効果
的に制御するシステムが無かったため、種々の不都合が
あった。

【０００５】まず、居住者が天候などの変化を勘案しな
がら両方の暖房機を操作することは、その操作が繁雑に
なり、非常に煩わしいことであった。とくに、床暖房機
は床表面の温度を設定値に制御する機器であるから、こ
の床暖房機を主暖房機、空気調和機を従暖房機として使
う場合、居住者は天候、気温などの変化に敏感に対応し
て床暖房機をいちいち操作しなければならず、その設定
温度の選択も難しい。この設定が高くなり過ぎると、過
暖房となり、快適性を損なうとともに、エネルギを無駄
に消費する。このため、床暖房機を主暖房機とする併用
の仕方は、居住者に対する操作上の負担が大きかった。

【０００６】本発明は、上述した従来技術の現状に鑑み
てなされたもので、輻射による床暖房機を主暖房機、温
風による空気調和機を従暖房機として使い、快適な温熱
環境を維持でき、居住者の操作上の繁雑さを著しく軽減
し、さらに過暖房による無駄なエネルギ消費を無くする
ことができる複合暖房システムを提供することを、目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る複合暖房システムは、室内の空気温
度が設定温度になるように該室内を温風により暖房する
空気調和機と、上記室内を床面からの輻射エネルギによ
り設定床表面温度に応じて暖房可能な床暖房機と、上記
室内の空気温度を含む環境情報を得る環境情報取得手段
と、上記設定温度を反映させた室内熱負荷と該室内熱負
荷を上記床暖房機が分担する割合とに応じた上記床面の
放熱量に必要な上記設定床表面温度を上記環境情報取得
手段の取得情報に基づいて演算する設定値演算手段とを
備えた。

【０００８】

【作用】現在の空気温度、床温度、ふく射温度、床面積
などが温熱環境情報として環境情報取得手段から得られ
る。これらの環境情報に基づき、居住者が設定した設定
温度を反映させた予測室内熱負荷とこの予測室内熱負荷
を床暖房機が分担する割合（例えば、予測熱負荷の７５
％）とに応じた床面の放熱量に必要な設定床表面温度が
設定値演算手段により演算される。

【０００９】これにより、床暖房機はその設定床表面温
度を目標値として自己の放熱量を制御し、空気調和機は
設定温度に応じて自己の温風による暖房能力を制御す
る。この結果、床暖房機の運転状態が安定したときは、
床暖房機は上記負担割合分の熱負荷（例えば７５％）に
相当する熱エネルギを輻射するとともに、空気調和機は
残りの割合（例えば２５％）に相当する熱エネルギを温
風により供給する。また暖房開始時における床暖房機の
立ち上がりは遅いが、空気調和機が設定温度を目標値と
して運転するので、温風による急速暖房がなされる。さ
らに、ドアを開けるなどの外乱により熱負荷が変化した
ときは、空気調和機がその変化に自動的に追従して対応
する。さらに、床暖房機の暖房負担割合を適宜設定して
おくことにより、日射などにより突然の入熱があったと
きは、空気調和機の温風による暖房能力を下げること
で、全体の暖房能力を迅速に下げることができ、過暖房
を的確に回避できる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例に係る複合暖房シ
ステムを図１〜図３に基づいて説明する。

【００１１】この複合暖房システムは図１に示すよう
に、室内Ｒの例えば壁に温風吹き出し口を設けた空気調
和機としてのエアコン１と、この室内Ｒの床に放熱部を
敷設した床暖房機２と、エアコン１及び床暖房機２に暖
房用の熱源を供給する熱源機３とを備えている。この実
施例の複合暖房システムでは後述するように、床暖房機
２が主暖房機を形成し、エアコン１が床暖房機２の暖房
能力を補完する従暖房機を形成している。

【００１２】熱源機３は、例えばボイラであり、温水を
エアコン１及び床暖房機２に供給可能になっている。

【００１３】エアコン１は、温風により室内を暖房する
もので、熱源機３から循環される温水熱を熱交換するこ
とにより温風を得る形式になっている。エアコン１は、
熱交換器や送風機を内臓したエアコン本体１０と、室内
Ｒの空気温度を検出する室内温度センサ１１と、エアコ
ン本体１０に内臓されたエアコン・コントローラ１２と
を有する。エアコン・コントローラ１２は後述する如
く、この複合暖房システム全体として与えられる設定温
度（目標値）と、室内温度センサ１１が検出した空気温
度ＴＡａ（添字ａは実際の検出値を示す）との偏差に基
づいて温風の吹出し量を制御し、室内温度が設定温度に
一致するように制御する。

【００１４】また、床暖房機２は、床に敷設される床暖
房機本体２０と、この床表面の温度を検出する床面温度
センサ２１と、床暖房機本体２０の発熱量を制御する発
熱量コントローラ２２とを有する。発熱量コントローラ
２２は、この複合暖房システム全体における床暖房機２
の分担割合に応じて、暖房機本体２０の発熱量を制御す
るものである。

【００１５】発熱量コントローラ２２は、図２に示す一
連の処理を一定時間毎（例えば１０秒毎）に行って、目
標値としての設定床表面温度ＴＰを演算し、床暖房機本
体２０に出力する。

【００１６】まず、制御が開始されると、ステップＳ１
で、室内温度センサ１１の検出信号に基づいてＴＡａに
空気温度が代入される。次いで、ステップＳ２では、予
め設定してある天井、壁などの非加熱面の平均温度ＴＵ
の予測値が内臓メモリから読み出される。この非加熱面
平均温度ＴＵは、環境情報取得手段から、推定演算する
ようにしてもよい。

【００１７】次いでステップＳ３に移行し、検出した空
気温度ＴＡａに対応する設定床表面温度ＴＰのおおよそ
の値を、次の簡易演算式により求める。

【００１８】設定床表面温度ＴＰ＝空気温度ＴＡａ＋予測熱負荷×設定割合×０．１２５×床面積 …（１）ここで、予測熱負荷は、被暖房対象となる部屋の熱負荷
の予測値であり、居住者などから図示しない操作パネル
を介して与えられる設定温度のほか、非加熱面平均温度
などの環境要素の値を使って計算される。この予測熱負
荷には更に、外気温度の検出値を加味するようにしても
よい。

【００１９】また、設定割合は、部屋の予測熱負荷を床
暖房機２が負担する割合（画面設定した割合）であり、
床暖房機２を主暖房機としたときの負荷の大部分を負担
し且つ日射などによる負荷変動を鑑みた値、例えば０．
７５〜０．８程度の値が好適である。

【００２０】さらに、係数０．１２５は次のように簡易
的に決められている。空気温度ＴＡ＝２０℃、非加熱面
平均温度ＴＵ＝２０℃と仮定すると、床平均温度ＴＰと
空気温度ＴＡの差と床面からの放熱量Ｑｐ（kcal/m²h)
との関係を、後述する放熱量Ｑｐの計算式に基づいて求
めたところ、図３に示すようになった。この図３の横
軸：「ＴＰ−ＴＡ」、縦軸：Ｑｐの傾きは直線近似で、
およそ「８kcal／℃ m²h 」となるから、その逆数は
「０．１２５℃／kcal・ m²h 」となり、これを上記簡
易計算の係数として使ったものである。

【００２１】さらに、この設定床表面温度ＴＰは簡易計
算された、およその値であるので、この温度から０．１
℃刻みで補正計算を繰り返し、真の設定床表面温度ＴＰ
を求める。

【００２２】まず、ステップＳ４では、床暖房機２が負
担すべき放熱量Ｑｐを次の式から計算する。

【００２３】Ｑｐ＝1.87・(TP-TAa) ^1.31+4.3・10^-8・[(TP+273) ⁴-(TU+273) ⁴] … （２）ここで、Ｑｐ：床からの放熱量（kcal／ m²h ）ＴＰ：設定床表面温度（℃）ＴＡａ：空気温度（℃）ＴＵ：非加熱面平均温度（℃） 1.87・(TP-TAa) ^1.31：対流放熱量を表す実験式 4.3・10^-8・[(TP+273) ⁴-(TU+273) ⁴] ：輻射放熱量
の式（放射率＝0.85で計算）である。空気温度ＴＡａ、床表面温度ＴＰ、非加熱面平
均温度ＴＵは、ここではステップＳ１〜Ｓ３で求めたデ
ータを使う。

【００２４】さらに、ステップＳ５にて、簡易計算され
た「予測熱負荷＋設定割合×０．１２５×床面積」の熱
量とステップＳ４で計算された放熱量Ｑｐが比較され
る。この結果、「予測熱負荷＋設定割合×０．１２５×
床面積」−放熱量Ｑｐ＝０ならば、ステップＳ６にて、
ステップＳ３で簡易計算した床表面温度ＴＰがそのまま
目標値として出力される。

【００２５】しかし、「予測熱負荷＋設定割合×０．１
２５×床面積」−放熱量Ｑｐ＞０ならば設定床表面温度
ＴＰを上げなければならないとして、ステップＳ７で変
数Ｆ＝１を設定し、反対に「＜０」ならば設定床表面温
度ＴＰを下げなければならないとして、ステップＳ８で
変数Ｆ＝−１を設定する。この変数はフラグとしても機
能する。

【００２６】ステップＳ７又はＳ８の処理後、ステップ
Ｓ９に移行し、設定床表面温度ＴＰ＝ＴＰ＋０．１・
Ｆ … （３）の演算を行う。つまり、０．１℃刻みで設定床表面温度
ＴＰが増減される。

【００２７】次いでステップＳ１０にて、この増減させ
た設定床表面温度ＴＰを使って上記（２）式による放熱
量Ｑｐを再演算する。

【００２８】そして、ステップＳ１１では再び、最新の
放熱量Ｑｐと「予測熱負荷＋設定割合×０．１２５×床
面積」の熱量とが比較される。これにより、「予測熱負
荷＋設定割合×０．１２５×床面積」−放熱量Ｑｐ＝０
ならば、ステップＳ６に移行し、この判断時の設定床表
面温度ＴＰが目標値として出力される。

【００２９】しかし、ステップ１１で「＞０」と判断さ
れるときは、ステップＳ１２にてその時点の変数Ｆ＝１
かＦ＝−１かを判断する。Ｆ＝−１と判断されるとき
は、ステップＳ８を通る処理により床表面温度ＴＰを下
げる処理を行っていたところ、「予測熱負荷＋設定割合
×０．１２５×床面積」の熱量の方が初めて放熱量Ｑｐ
よりも大きくなった（反転した）場合である。このた
め、ステップＳ９で調整した設定床表面温度ＴＰが、床
暖房機２の発熱量制御の設定割合分に相当する熱エネル
ギを放出する目標温度に到達したと判断し（但し、最大
の誤差範囲は±０．１℃）、ステップＳ６で、その設定
床表面温度ＴＰを目標値として床暖房機本体２０に指令
する。

【００３０】しかし、ステップＳ１２でＦ＝１と判断さ
れるときは、前回の判断（ステップＳ５）でも、「予測
熱負荷＋設定割合×０．１２５×床面積」＞放熱量Ｑｐ
であった場合であるから、依然として放熱量Ｑｐが不足
すると認識し、ステップＳ９の処理に戻る。これによ
り、再び設定床表面温度ＴＰを０．１℃だけ上げて、上
述したステップＳ１０の演算及びステップＳ１１の判断
を繰り返す。

【００３１】また、ステップＳ１１で「＜０」と判断さ
れるときも、ステップＳ１３に移行して、変数（フラ
グ）Ｆ＝−１か１かの判断を行う。この判断でＦ＝−１
のときは、依然として設定床表面温度ＴＰを下げなけれ
ばならないとして、ステップＳ９の処理に戻る。これよ
り、設定床表面温度ＴＰを０．１℃だけ更に下げて同様
の処理が試みられる。しかし、Ｆ＝１のときは、設定床
表面温度ＴＰを上げる制御を行っていたところ、初めて
「予測熱負荷＋設定割合×０．１２５×床面積」＜放熱
量Ｑｐとなる状態に反転した場合である。この場合は、
ステップＳ１４でＴＰ＝ＴＰ−０．１の温度調整を行っ
てからステップＳ６に移行し、最終決定の設定床表面温
度ＴＰが指令される。

【００３２】以上の処理により、設定床表面温度ＴＰは
初期値としておよそ値を演算しておいてから、０．１℃
刻みで増減する処理を繰り返しながら、床暖房機２の設
定割合に対応する目標値ＴＰに近づけることができる。
このように、設定床表面温度ＴＰを求める際、簡易計算
とその後の増減計算とを併用するのは次の理由による。
放熱量Ｑｐを求める式（２）は、前述したように、Ｑｐ
＝ｆ（TP,TA,TU）の形になっている。この式を、ＴＰ＝
ｆ（QP,TA,TU）の形に変形できれば、温度ＴＰを簡単に
計算できるが、その変形及び計算は困難である。したが
って、上述したように簡易計算とその後の増減計算とに
より賄い、解を得ている。

【００３３】なお、この増減の調整幅は０．１℃刻みに
限定されることなく、計算精度と演算負荷を考慮した他
の任意の値であってもよい。

【００３４】このように求められた設定床表面温度ＴＰ
は目標値として床暖房機本体２０に出力される。したが
って、床暖房機本体２０では、床面温度センサ２１によ
り検出される床面温度ＴＰａ（添字ａは実際の検出値を
示す）が設定床表面温度ＴＰに一致するように、両者の
偏差に基づいたフィードバック制御が行われる。

【００３５】この床暖房機２の運転に並行して、エアコ
ン１では、居住者の設定温度に対応した温風制御が実施
される。

【００３６】この結果、この複合暖房システムが運転を
開始すると、エアコン１が設定温度に応じた暖房を開始
するとともに、床暖房機２にも上述した設定床表面温度
ＴＰが目標値として直ちに与えられる。これに応答し
て、床暖房機２は、予測熱負荷（設定温度が加味された
熱量）の設定割合、例えば７５％の熱量を放熱するよう
に、その実際の床表面温度ＴＰａが制御される。

【００３７】しかし、床暖房機２の暖房制御の追従性
（立ち上がり）がエアコン１よりも低いため、運転開始
直後はエアコン１の温風暖房がメインとなり、エアコン
１の温風暖房により適切な温度まで立ち上げられる。こ
のため、暖房開始時に暖房不足になるという事態を回避
できる。

【００３８】その後、床暖房機２が立ち上がり、安定運
転に入ると、実際の床表面温度ＴＰａが上述した設定床
表面温度ＴＰに一致することとなり、床暖房機２が全体
の熱負荷の予め定めた割合、例えば７５％を分担する。
このため、安定時には床暖房機２が主暖房機となり、そ
の高い快適性が存分に発揮される。

【００３９】また、部屋のドアを開けるなど、突然の外
乱などにより部屋の熱負荷が変化したときは、エアコン
１がその温度変化を検知し、温風量を増加して追従性良
く急速暖房する。

【００４０】さらに、日射が突然に部屋に入り込んでく
るなど、温熱環境が変化する場合、部屋の熱負荷は減る
ことになるが、床暖房機はこれに迅速には対処できな
い。しかし、設定割合分しか発熱しておらず、残り（例
えば２５％）をエアコン１が負担しているため、この残
り割合以内の入熱であれば、エアコン１が日射分だけ暖
房能力を減らし、全体の熱負荷減少に合わせた暖房能力
に制御される。これにより、急速な日射増などがあって
も、エアコン１の温風調整により過暖房を迅速に回避
し、省エネルギ化を図ることができるとともに、快適性
の高い温熱環境を維持できる。

【００４１】このように床暖房機２をメインにしなが
ら、残りの熱負荷をエアコン１で追従性良く対処できる
ので、互いの長所を活かしつつ、欠点を補完した複合暖
房を自動的が実施される。この結果、居住者は従来のよ
うな煩雑な操作に悩まされることもない。

【００４２】なお、上述した実施例におけるエアコン１
は温水熱を利用した温風暖房を行うものについて説明し
たが、本発明の空気調和機はそれに限定されず、例えば
ヒートポンプ式の冷暖房可能なエアコンや冷媒加熱式の
エアコンであってよいし、石油、ガス、電気エネルギな
どを用いた温風機であってもよい。

【００４３】同様に、本発明の床暖房機についても、上
述した温水を熱源とするもののほか、電気カーペット式
の床暖房機であってよいことは勿論である。

【００４４】一方、上記実施例における設定温度は、居
住者が設定する所望の空気温度であるとしたが、この値
は、例えば温熱環境評価指標（例えば、空気温度、平均
輻射温度、気流速度、湿度、着衣量、及び活動量を変数
とし、人の熱バランスを考慮したＰＭＶやＳＥＴ^＊な
ど）で暖房能力を制御する場合は、設定された温熱環境
評価指標に相当する空気温度としてもよい。

【００４５】さらに、上記実施例における床面温度セン
サは実際には取り付けず、他の温度情報から推定演算す
るとしてもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る複合
暖房システムは、室内の空気温度が設定温度になるよう
に該室内を温風により暖房する空気調和機と、室内を床
面からの輻射エネルギにより設定床表面温度に応じて暖
房可能な床暖房機とを備え、室内の空気温度を含む環境
情報を得て、この取得情報に基づき、設定温度を反映さ
せた室内熱負荷と該室内熱負荷を床暖房機が分担する割
合（例えば７５％）とに応じた床面の放熱量に必要な設
定床表面温度を演算するようにした。このため、暖房開
始時は空気調和機の温風暖房により急速に立ち上げて、
暖房不足を排除でき、その後、床暖房機の輻射暖房が主
となって、極めた快適な温熱環境を提供するとともに、
外乱や日射による急激な温度変化には空気調和機が応答
性良く対処して、暖房不足や過暖房を自動的に回避でき
る。これにより、従来の床暖房機、空気調和機を単独に
操作していたような煩雑な操作は不要になり、したがっ
て、空気調和機及び床暖房機の長所を共に活かし、操作
性に優れ、省エネルギの要請にマッチした複合暖房シス
テムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る複合暖房システムの概
略系統図である。

【図２】発熱量コントローラの処理を示す概略フローチ
ャートである。

【図３】設定床表面温度の簡易計算のための、「床表面
温度−空気温度」と「床面からの放熱量」の関係の一例
を示すグラフである。

【符号の説明】

１エアコン（空気調和機）２床暖房機３熱源機１０エアコン本体１１室内温度センサ１２エアコン・コントローラ２０床暖房機本体２１床面温度センサ２２発熱量コントローラＲ室内

フロントページの続き (72)発明者樂間毅大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者小平隆志大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者霜触尚子大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者布川廣之大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者飯沼宏文大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内の空気温度が設定温度になるように
該室内を温風により暖房する空気調和機と、上記室内を
床面からの輻射エネルギにより設定床表面温度に応じて
暖房可能な床暖房機と、上記室内の空気温度を含む環境
情報を得る環境情報取得手段と、上記設定温度を反映さ
せた室内熱負荷と該室内熱負荷を上記床暖房機が分担す
る割合とに応じた上記床面の放熱量を得るのに必要な上
記設定床表面温度を上記環境情報取得手段の取得情報に
基づいて演算する設定値演算手段とを備えたことを特徴
とする複合暖房システム。