JPH10281538A - 室内の空気調和方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 室内居住域を赤外線放射センサで計測し、セ
ンサ出力によって温度調節装置、吹き出し風量調節装置
等の室内環境制御装置を制御し、居住空間の快適性を向
上させる。 【解決手段】 温度制御の対象となる室内居住２域の所
定の場所に、室内居住域２の特定の区域からの放射温度
を測定する赤外線放射センサ１を設置し、この赤外線放
射センサ１により室内居住域２の特定の区域における平
均化された放射温度を測定し、この平均化された放射温
度に基づいて室内居住域２の空気を調和する空気調和機
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空調制御の対象
となる室内居住域（インテリアゾーン）の温熱環境を最
適に制御する空調制御システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、室内居住域に対する空調制御方法
としては、室内の任意の個所に温度センサを設置し、こ
の温度センサの出力に基づいて室内居住域を制御する方
法および空気調和機などにより還気（排気）された室内
居住域の空気温度を温度センサで測定し、この出力に基
づいて室内居住域を制御する方法が一般的であった。

【０００３】一方、赤外線カメラたとえば２次元赤外線
センサと、この赤外線センサから得られる画像情報を処
理する画像処理部とを備え、この画像処理部により赤外
線センサから得られる画像情報を解析することで対象空
間の温熱環境を把握するものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】まず、室の内壁に設置
された温度センサにより室内居住域の温度を測定するも
のにあっては、次のような問題点がある。 （１）実質的に１点での計測であり、したがって設置場
所近辺の室内温度しか計測することができず、室内居住
域全体の温度を代表しているとは言い難い。 （２）室内壁に温度センサを設置する方法では、近年の
室内居住域の無柱化により、設置できる場所が無くなっ
てきている。 （３）事務所内のレイアウト変更などにより、温度セン
サが棚の陰になったり、最悪の場合は、オフィスオート
メーション機器等の熱源機器が近くに設置され、その排
熱の影響を直に受けるようなケースもある。 （４）近年、事務所内のオフィスオートメーション化が
進み、居住域におけるオフィスオートメーション機器の
占める割合が急増している。これらの発熱の影響や放射
の影響が懸念されるが、従来の温度センサでは、これら
の要因を考慮することができない。一方、空気調和機に
より還気（排気）された空気温度を温度センサで測定す
る方法も、室内温度分布の影響などで室内居住域全体の
温度を代表しているとは言い難い。最悪の場合は、空気
調和機により供給された空気が室内空気と混合すること
なく、そのまま排気（いわゆるショートサーキット）さ
れる場合も考えられる。

【０００５】また赤外線カメラ（２次元赤外線センサ）
と画像処理部の組み合わせによる方法では、以下のよう
な問題点がある。 （１）従来の温度センサに比べハードウエアのコストが
非常に高い。 （２）画像処理部に複雑な処理ソフトあるいは回路が必
要である。 （３）温度センサに比べるとサイズが大きく、重量も重
いことから設置場所の確保が難しく、設置作業も大がか
りなものになってしまう。 （４）現状の赤外線カメラでは、一度に監視できる範囲
が狭く室内全体を監視するには、複数台設置による監視
または旋回装置の必要があり、システムが全体として複
雑になり、このため設計や運用が難しい。 （５）カメラ部が露出することにより室内空間の美観が
損なわれる。また居住者には、カメラに監視されている
という不快感が生じる。

【０００６】従来の空気調和装置は、上述のように、室
内の任意の個所に温度センサを設置するものにあって
は、局部的な計測であり、また２次元赤外線センサを用
いるものにあっては画像処理部に複雑な処理ソフトある
いは回路が必要で、かつ装置が大型となり、しかも高価
となる。

【０００７】この発明は、室内居住域の平均化された放
射温度を赤外線放射センサで計測し、この赤外線放射セ
ンサの出力によって温度調節装置、吹き出し風量調節装
置等の室内環境を制御する装置を制御し、居住空間の快
適性を温度と放射の２成分から向上させることを目的と
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
空調制御の対象となる室内居住域の所定の場所に、室内
居住域の特定の区域からの放射温度を測定する赤外線放
射センサを設置し、この赤外線放射センサにより室内居
住域の特定の区域における平均化された放射温度を測定
し、この平均化された放射温度に基づいて室内居住域の
空気調和を行う空気調和機を制御するものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、空調制御の対象と
なる室内居住域の所定の場所に設けられ、室内居住域の
特定の区域における平均化された放射温度を測定する赤
外線放射センサと、赤外線放射センサの出力に基づき室
内居住域の空気調和を行う空気調和機を備えたものであ
る。

【００１０】請求項３記載の発明は、室内居住域の空気
調和を行う空気調和機と、室内居住域の任意の場所に取
り付けられたケースと、このケースに保持されたセンサ
ヘッドと、このセンサヘッドの先端部に取り付けたレン
ズと、ケース内に収納され、検出部をレンズのほぼ焦点
上に取り付けられ、かつレンズを通して検出した室内居
住域の平均温度を検出する赤外線検出素子、およびこの
赤外線検出素子の出力を受けて、空気調和機を制御する
制御器を設けたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図によってこの発明の実施
の一形態を説明する。 実施の形態１．図１はこの発明に係る空気調和方法およ
びその装置をオフィスにおける室内居住域に適用した状
態を示す縦断面図、図２は図１の平面図、図３はこの発
明に係る空気調和方法およびその装置に用いる赤外線放
射センサの縦断面図、図４はこの発明に係る空気調和方
法およびその装置の制御系のブロック図、図５は室内居
住域を測定した赤外線放射センサ出力とグローブ球温度
の相関図である。図１および図２において、１は室内居
住域２内の天井３面に取り付けた赤外線放射センサで、
所定の視野角θｙを有している。なお、符号Ｏｐは赤外
線放射センサ１の視野の中心方向を示している。また図
２において赤外線放射センサ１は水平方向にθｘの広が
りを有している。これによって赤外線放射センサ１は所
定の角度θｘ、θｙの視野を以て室内居住域の特定の区
域からの放射温度を測定する。４はファンコイルユニッ
ト、５は床面６に設けた空気吹き出し口、７は柱、８は
窓、９は事務机、１０は事務机９の上に設置されたＯＡ
機器でたとえばコンピュータ、１１は書棚である。

【００１２】図３において１２はケースで、室内居住域
２の任意の場所たとえば天井３に取り付けられる。１３
はケース１２内に収納したボックス、１４はこのボック
ス１３内に固定した回路基板、１５はケース１２に所定
の角度の範囲内で任意の方向に摺動自在に保持されたセ
ンサヘッド、１６はこのセンサヘッド内に固定した基
板、１７はこの基板に取り付けた赤外線検出素子で、こ
の赤外線検出素子１７はリード線１８を介して回路基板
１４に接続される。１９はセンサヘッド１５の先端部に
取り付けたレンズで、室内居住域２の特定の区域すなわ
ち所定の範囲を検出するよう検出角度θｘ、θｙに応じ
て選択される。なお、赤外線検出素子１７の検出部はレ
ンズ１９のほぼ焦点上に取り付けられる。また、２０は
センサヘッド１５内の温度を測定する温度検出素子であ
る。

【００１３】次に上記構成における制御方法について説
明する。まず、室内の天井３に設置された赤外線放射セ
ンサ１は図１において、所定の角度θｘ、θｙの視野を
以て室内居住域の特定の区域からの放射温度を測定す
る。この放射温度は、所定の角度θｘ、θｙの視野内の
室内居住域２の平均化された放射温度である。この赤外
線放射センサ１の出力に基づいて空気調和機の給気温度
設定値および風量を設定値などの制御設定値を決定する
ことにより、室内居住域２を快適に制御する。図４にお
いて、２１は空気調和機を制御する制御装置である。
今、設定値ＳＰが設定されると、制御装置２１は空気調
和機２５をその設定値ＳＰに基づいて制御する。一方、
赤外線放射センサ１は室内居住域２の平均化された放射
温度を計測し、これによって、その計測値ＰＶは比較部
２２において設定値ＳＰと比較され、さらに外乱によっ
て生じた制御偏差に基づいて制御装置２１は空気調和機
２５の給気温度設定値および風量等を決定する。そして
制御装置２１の出力によって、空気調和機２５が室内居
住域を快適に制御する。

【００１４】赤外線放射センサ１の出力は、室内居住域
２の空間に発熱源や人が存在しないときには、室内居住
域２の平均温度を示す。またＯＡ機器１０や人等の熱源
が存在する場合には、熱源からの放射も計測する。温度
と放射は人の温冷感に大きな影響を与え、温冷感を代表
する指標であるグローブ球温度や作用温度の主要素とな
っている。グローブ球温度は温度と放射および風速の３
要素の影響を受けるが、一般に居住域は低風速であり、
図５に示すように赤外線放射センサの出力はグローブ球
温度との相関が高い。よって、赤外線放射センサの出力
を利用して空気調和機を制御することにより、人の温冷
感を考慮したより快適な空調が実現できる。

【００１５】また、室内居住域２全体の平均化された放
射温度を計測するために赤外線放射センサ１の視野角θ
ｙは、ある程度大きなもの、例えば垂直方向において４
５度前後、水平方向において６０〜１２０度を選定し、
とくに天井の低いオフィスなどでは図１に示すように赤
外線放射センサ１の視野の中心を真下ではなく、やや水
平方向に傾けて設置する。

【００１６】赤外線放射センサ１を設置する場合は、赤
外線放射センサ１の視野内にペリメータゾーン（室外環
境の影響が大きい窓際や外壁周辺）が含まれないように
設置する。ペリメータゾーンは、主な室内居住域２すな
わちインテリアゾーンと温度が異なる場合が多いためで
ある。この場合、ペリメータ専用に空気調和機が設置さ
れていることが多く、インテリアゾーンと分けた制御が
一般的である。

【００１７】実施の形態２．図６は室内居住域２が複数
に分割されている場合の室内居住域の平面図、図７は図
６においてＡ方向から見た縦断面図である。図６に示す
ように空調制御対象ゾーンすなわち室内居住域２が仕切
り壁２４により複数に分割されている場合、それぞれの
ゾーン２ａ、２ｂ・・・２ｎ毎に赤外線放射センサを天
井などに設置する。この際、隣の制御ゾーンが赤外線放
射センサ１の視野内に入らないように、水平方向の視野
θｘが狭い赤外線放射センサ１を選定する。室内居住域
２に設置された赤外線放射センサからは、ゾーン毎の平
均化された放射温度が出力され、これに基づいてそれぞ
れの空気調和機の給気温度設定値および風量等を決定す
ることにより、ゾーン毎に快適に制御される。空気調和
機が１台の場合は、それぞれのゾーンに設けられた、風
量調節器２３を制御することによりそれぞれのゾーンを
個別に快適に制御することも可能である。

【００１８】実施の形態３．図８は会議室や宴会場等の
大空間での実施の形態を示す縦断面図である。とくに大
空間たとえば宴会場やホールなどでは、従来の温度セン
サによる一点だけの計測では、室内居住域の代表温度を
把握するのが難しい。多数設置する方法もあるが、設置
コストや設置場所、美観の問題など課題が多い。そこで
大空間で天井の高い場合は、図８に示すように制御対象
ゾーンすなわち室内居住域２の中心の天井３に設置す
る。赤外線放射センサ１の視野の中心を真下に向けて設
置することにより、とくに温度分布の生じやすい大空間
においては居住域全体の温熱環境を計測することができ
る。とりわけ会議室や宴会場等の大空間では居住者の人
数変動が大きいが、赤外線放射センサは人からの放射も
計測するため、居住域内の人の占有率も加味した快適な
制御が可能となる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、空調制御の対象となる室内居住域の所定の場所
に、室内居住域の特定の区域からの放射温度を測定する
赤外線放射センサを設置し、この赤外線放射センサによ
り室内居住域の特定の区域における平均化された放射温
度を測定し、この平均化された放射温度に基づいて室内
居住域を空調する空気調和機を制御するので、室内居住
域全体の温熱環境を代表することができ、またセンサの
取り付け場所を柱に制限されることがない。さらに居住
者やオフィスオートメーション機器、周囲の壁温度とい
った放射源を加味した放射温度を赤外線放射センサで計
測するので、温度と放射の２要素を考慮した居住者の快
適性が実現可能となる。さらに赤外線カメラと画像処理
部の組み合わせによる方法に比べ、ハードウエアが安価
で、画像処理部に複雑な処理ソフトあるいは回路が不要
で、しかも小型で重量も軽いことから設置場所の制約が
少なく、設置作業も簡単となる。さらに１台あたりの測
定範囲が広く、設置台数も少なくて済む。かつ画像解析
などの煩雑な処理を必要としない。このため、居住者の
快適環境を実現するのに非常に有効であるなどの効果が
ある。

【００２０】請求項２の発明によれば、温度制御の対象
となる室内居住域の所定の場所に設けられ、室内居住域
の特定の区域における平均化された放射温度を測定する
赤外線放射センサと、赤外線放射センサの出力に基づき
室内居住域の空気調和を行う空気調和機を備えているの
で、請求項１と同様に、室内居住域全体の温度を代表す
ることができ、またセンサの取り付け場所が制限される
ことがない。さらに居住者やオフィスオートメーション
機器、周囲の壁温度といった放射源を加味した放射温度
を計測することができる。さらに赤外線カメラと画像処
理部の組み合わせによる方法に比べ、ハードウエアが安
価で、画像処理部に複雑な処理ソフトあるいは回路が不
要で、しかも小型で重量も軽いことから設置作業も簡単
となる。さらに１台あたりの測定範囲が広く、設置台数
も少なくて済む。かつ画像解析などの煩雑な処理を必要
としない。このため、居住者の温熱環境を安価に、かつ
容易に計測するのに非常に有効であるなどの効果があ
る。

【００２１】請求項３の発明によれば、室内居住域の空
気調和を行う空気調和機と、室内居住域の任意の場所に
取り付けられケースと、このケースに所定の角度の範囲
内で任意の方向に摺動自在に保持されたセンサヘッド
と、このセンサヘッドの先端部に取り付けたレンズと、
ケース内に収納され、検出部をレンズのほぼ焦点上に取
り付けられ、かつレンズを通して検出した室内居住域の
平均化された放射温度を検出する赤外線検出素子、およ
びこの赤外線検出素子の出力を受けて、空気調和機を制
御する制御器を備えているので、１台あたりの測定範囲
が広く、設置台数も少なくて済む。また赤外線カメラと
異なりきわめて簡単な構成で赤外線放射センサを構成す
ることができ、かつ小型で軽量にすることができること
から、赤外線放射センサの取り付け場所が制限されるこ
とがなく、設置作業も容易であるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る空気調和方法およびその装置を
オフィスにおける室内居住域に適用した状態を示す縦断
面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】この発明に係る空気調和方法およびその装置に
用いる赤外線放射センサの縦断面図である。

【図４】この発明に係る空気調和方法およびその装置の
制御系のブロック図である。

【図５】室内居住域を測定した赤外線放射センサ出力と
グローブ球温度の相関図である。

【図６】この発明に係る空気調和方法およびその装置の
実施の形態２を示す平面図である。

【図７】図６において矢印Ａ方向から見た縦断面図であ
る。

【図８】この発明に係る空気調和方法およびその装置の
実施の形態３を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 赤外線放射センサ ２ 室内居住域 １２ ケース １９ レンズ １５ センサヘッド １７ 赤外線検出素子 ２５ 空気調和機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調制御の対象となる室内居住域の所定
   の場所に、上記室内居住域の特定の区域からの放射温度
   を測定する赤外線放射センサを設置し、この赤外線放射
   センサにより上記室内居住域の特定の区域における平均
   化された放射温度を測定し、この平均化された放射温度
   に基づいて上記室内居住域の空気調和を行う空気調和機
   の制御方法。
2. 【請求項２】 空調制御の対象となる室内居住域の所定
   の場所に設けられ、上記室内居住域の特定の区域におけ
   る平均化された放射温度を測定する赤外線放射センサ
   と、上記赤外線放射センサの出力に基づき上記室内居住
   域の空気調和を行う空気調和機を備えた空気調和装置。
3. 【請求項３】 室内居住域（２）の空気調和を行う空気
   調和機（２５）と、上記室内居住域（２）の任意の場所
   に取り付けられケース（１２）と、このケース（１２）
   に所定の角度の範囲内で任意の方向に摺動自在に保持さ
   れたセンサヘッド（１５）と、このセンサヘッド（１
   ５）の先端部に取り付けたレンズ（１９）と、上記ケー
   ス（１２）内に収納され、検出部を上記レンズ（１９）
   のほぼ焦点上に取り付けられ、かつ上記レンズ（１９）
   を通して検出した上記室内居住域（２）の平均化された
   放射温度を検出する赤外線検出素子（１７）、およびこ
   の赤外線検出素子（１７）の出力を受けて、上記空気調
   和機（２５）を制御する制御器（２１）を備えた空気調
   和装置。