JP2628112B2 - 温熱感覚演算装置 - Google Patents

温熱感覚演算装置

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JP2628112B2 JP3177811A JP17781191A JP2628112B2 JP 2628112 B2 JP2628112 B2 JP 2628112B2 JP 3177811 A JP3177811 A JP 3177811A JP 17781191 A JP17781191 A JP 17781191A JP 2628112 B2 JP2628112 B2 JP 2628112B2
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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、人体が感じる温熱感
覚(例えば、室内熱的環境評価指数TAVR)を演算す
る温熱感覚演算装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】人体が感じる温熱環境の評価指数、すな
わち温熱感覚として、室内熱的環境評価指数T
AVR(以下、単に評価指数と呼ぶ)なるものがある。
この評価指数TAVRは下記(1)式により定義され
る。この評価指数TAVRによれば、気温Ta,輻射温
度Tr,気流速度Vairを一つにまとめ、総合的に環
境の評価を行うことができる。なお、下記(1)式にお
いて、α,β,γ,Tskinは所定の係数である。 TAVR=α・Tr+β・Ta−γ・Vair 0.5・(Tskin−Ta) ・・・(1) すなわち、上記(1)式に基づけば、室内気温Ta,輻
射温度Tr,室内気流速度Vairを個別のセンサで計
測することによって、評価指数TAVRにほゞ等しい評
価指数TAVR を求めることができる。
【0003】最近では、上記評価指数TAVRを求める
ための第2の方法として、モジュール本体に加熱ヒータ
を組み込んで環境計測部とし、モジュール本体の表面温
度(センサ温度)Tsrfを気温Taに基づいて定めら
れる特定温度Taに一致させるように、加熱ヒータへ
の供給電力量を制御する方法が提案されている(例え
ば、本出願人による特願平2−250009号)。この
方法によれば、加熱ヒータへの供給電力量を熱エネルギ
H(Ta)として計測し、下記(2)式による演算を
施すことによって、評価指数TAVR を求めることが
できる。なお、下記(2)式において、a,b,c,d
は所定の係数である。 TAVR =a−Ta+b・H(Ta)+c・Ta+d ・・・(2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第2の方法では、センサ温度Tsrfを特定温度Ta
へ一致させるための制御機能として、センサ温度T
srfをフィードバック制御する閉ループ制御機能が付
加されており、このため装置構成が複雑となり、高価格
化が避けられなかった。また、上記閉ループ制御を例え
ばPIDコントローラを用いて行うものとした場合、P
IDないしPI制御の特性が、評価指数TAVR の計
測性能に大きな影響を与える。具体的に言えば、熱エネ
ルギH(Ta)は制御量(PV値)ではなく、操作量
(MV値)であり、計測される評価指数TAVR の値
が常にふらつき使用に耐えないものとなるため、PID
コントローラでのゲインを低めにするか、またはデータ
のスムージングを必要とする。しかし、このゲイン低下
やスムージングにより、室内環境への応答特性は、大き
く悪化してしまうことになる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するためになされたもので、温度センサを介して
供与される気温Taに基づき特定温度Taを演算する
特定温度演算手段と、特定温度Taに基づきセンサ温
度Tsrfのフィードバックを受けることなく熱エネル
ギH(Ta)を演算しこの演算した熱エネルギH(T
)を加熱手段へ供与する熱エネルギ演算供与手段
と、気温Ta,特定温度Ta,センサ温度Tsrf
熱エネルギH(Ta)および気流センサを介して供与
される気流速度Vairに基づき温熱感覚を演算する温
熱感覚演算手段とを備えたものである。
【0006】
【作用】したがってこの発明によれば、センサ温度T
srfと特定温度Taとを一致させるための閉ループ
制御機能を要しない。
【0007】
【実施例】以下、本発明に係る温熱感覚演算装置を詳細
に説明する。
【0008】図2はこの温熱感覚演算装置の一実施例を
示すブロック構成図である。この温熱感覚演算装置1
は、入力部2,演算部3,表示出力部4を備えている。
入力部2には、温度センサ6を介する室内気温Ta,環
境計測部5からのセンサ温度Tsrfおよび気流センサ
7を介する室内気流速度Vairが、検出値として与え
られている。そして、これらの検出値が入力部2より演
算部3へ送られ、演算部3にて、特定温度Ta,熱エ
ネルギとしてのヒータパワーH(Ta),評価指数T
AVR が求められる。
【0009】すなわち、演算部3では、図1に示すよう
に、その特定温度演算部3−1にて、室内気温Taに基
づき、下記(3)式により、特定温度Taを算出す
る。なお、下記(3)式については、後述する。 Ta ≒〔(γ・Hr)/(α・A)〕・(Tskin−Ta)+Ta ・・ ・(3)
【0010】次に、ヒータパワー演算部3−2にて、特
定温度Taに基づき、センサ温度Tsrfのフィード
バックを受けることなく、下記(4)式により、ヒータ
パワーH(Ta)を演算する。 H(Ta)=Hr・(Ta−Ta)+A・(0.2)・(Ta−Ta )・・・(4)
【0011】そして、この求めたヒータパワーH(Ta
)を、入力部2を介して環境計測部5へ与える。
【0012】ここで、環境計測部5について、説明を加
える。環境計測部5は、例えば図3(a)に示すよう
に、楕円球形状のモジュール本体5−11と、このモジ
ュール本体5−11の内部に配置された加熱ヒータ5−
12と、モジュール本体5−11に付設された表面温度
センサ5−13とから構成されている。モジュール本体
5−11は、銅やアルミのように熱伝導性の良い金属に
より形成されており、その外表面は図4(a)に網線部
で示すように着色され、輻射温度Trに感じるものとさ
れている。なお、本実施例においては、温度センサ6お
よび気流センサ7を、モジュール本体5−11の支持台
座5−14上に設置している。モジュール本体5−11
は、図3(b)および図4(b)に示すように、円筒形
状などとしてもよい。
【0013】上述したヒータパワーH(Ta)は、環
境計測部5における加熱ヒータ5−12へ与えられる。
そして、この加熱ヒータ5−12によってモジュール本
体5−11が加熱され、表面温度センサ5−13の検出
するセンサ温度Tsrfが、入力部2を介して演算部3
へ送られる。
【0014】演算部3においてセンサ温度Tsrfは評
価指数演算部3−3へ与えられる。評価指数演算部3−
3へは、温度センサ6を介する室内気温Ta,気流セン
サ7を介する気流速度Vair,特定温度演算部3−1
を介する特定温度Ta,ヒータパワー演算部3−2を
介するヒータパワーH(Ta)が供与されており、こ
れら供与値に基づき、下記(5)式により、評価指数T
AVR を算出する。なお、下記(5)式については、
後述する。 TAVR =α・Tsrf+β・Ta−a・H(Ta+V air ・( ・T srf −a ・Ta+a ・・・(5)
【0015】評価指数演算部3−3にて得た評価指数T
AVR は表示出力部4へ送り表示する。
【0016】このように、本実施例による温熱感覚演算
装置1によれば、温度センサ6を介して供与される室内
気温Taに基づき特定温度Taを求め、この特定温度
Taに基づきセンサ温度Tsrfのフィードバックを
受けることなくヒータパワーH(Ta)を演算し、こ
の演算したヒータパワーH(Ta)を加熱ヒータ5−
12へ与えるものとし、室内気温Ta,特定温度T
,センサ温度Tsrf,ヒータパワーH(Ta
および室内気流速度Vairに基づき評価指数TAVR
を算出するものとしているため、センサ温度Tsrf
と特定温度Taとを一致させるための閉ループ制御機
能を要せず、装置構成が簡略化され、小型,軽量,低価
格化を促進することができる。また、センサ温度T
srfに拘らずヒータパワーH(Ta)を一定として
供与するのみであるので、すなわち特定温度Taを得
て一義的にヒータパワーH(Ta)を供与するのみで
あるので、制御特性の影響がなくなり、室内環境への応
答性の改善が図られるものとなる。なお、本実施例によ
れば、オーバーシュートが一切なくなり、常に安全に環
境計測部5に触れることができるようになった。
【0017】次に、特定温度TaとヒータパワーH
(Ta)について説明する。
【0018】室内気温Taから特定温度Taを算出
し、これを使って、気流速度Vairがある微風V
airoである時、環境計測部5が満たす熱平衡式とし
て H(Ta)=Hr・(TaTr)+A・Vairo・(Ta−Ta )・・・(6) となる関係式を定めることにする(この時、Ta=T
srfとなるとみなす)。Hr:輻射熱伝達係数,A:
環境計測部固有の定数。このH(Ta)を実際に加熱
ヒータ5−12へ与え、この時、モジュール本体5−1
1の表面温度がTarfと計測される。
【0019】上記(6)式の両辺を係数Hrで割ると、 (1/Hr)・H(Ta )=(Ta −Tr)+(A
/Hr)・V airo ・(Ta −Ta) となり、これから、左辺をTrと(A/Hr)・V
airo ・(Ta −Ta)だ けにする。Tr−(A/Hr)・V airo ・(Ta −Ta)
=Ta −(1/Hr)・H(Ta さらに、両辺に係数αをかける。 α・Tr−α・(A/Hr)・V airo (Ta
Ta)=α・Ta −(α/Hr)・H(Ta さらに、この両辺にβ・Taを加える。すると、下記
(6−1)式が導かれる α・Tr+β・Ta−α・(A/Hr)・V airo ・(Ta −Ta)= α・Ta +β・Ta−(α/Hr)・H(Ta ) ・・・(6−1) ここで、Ta ≒T srf と仮定すると、式(6−1)
は次の式(6−2)となる。 α・Tr+β・Ta−α・(A/Hr)・V airo ・(T srf −Ta) =α・Ta +β・Ta−(α/Hr)・H(T srf ) ・・・(6−2)
【0020】式(1)の左辺と右辺を入れ替えたものを
式(1−1)とする。 α・Tr+β・Ta−γ・V air 0.5 ・(T skin −Ta)=T AVR ・・・(1−1) ここで、式(1−1)と(6−1)とを並べると次のよ
うになる。 α・Tr+β・Ta−γ・V air 0.5 ・(T skin −Ta)=T AVR ・・・(1−1) α・Tr+B・Ta−α・(A/Hr)・V airo ・(Ta −Ta)= α・Ta +β・Ta−(α/Hr)・H(Ta ) ・・・(6−1) 式(1−1)と(6−1)の左辺を比較すると、第1項
と2項は同じであるが、第3項だけが異なっている。そ
こで、この第3項の一部分を強制的に等しくさせると、
式(1−1)と式(6−1)の右辺は、等しい値とな
る。そこで、実際にこの第3項同士を等しくさせること
にする。 −α・(A/Hr)・V airo ・(Ta −Ta)
=−γ・V air 0.5 ・(T skin −Ta) これから、下記(7)式が導かれる。 α・(A/Hr)・V airo ・(Ta −Ta)=γ・V air 0.5 (T skin −Ta) ・・・(7)
【0021】ここで、式(7)の両辺をα・(A/H
r)・V airo で割る。 Ta −Ta=〔Hr/(α・A・V airo )〕・
γ・V air 0.5 (T skin −Ta)=〔(γ・H
r)/(α・A)〕・(V air 0.5
airo )・(T skin −Ta) さらに、左辺のTaを右辺に移すと、 Ta =(γ・Hr)/(α・A)〕・(V air
0.5 /V airo )・(T skin −Ta)+Ta となる。
【0022】ところで、室内の気流速、V air 0.5
とV airo との間では、その差があまりないと実験
などで判ったので、V airo ≒V air 0.5 、す
なわち(V air 0.5 /V airo )≒1と考え
る。細かく述べると、V airo の指数nは0.4〜
0.7の範囲となることが実験などにより判ったし、V
air とV airo はほゞ同じ値と考えて間違いな いの
で、(V air 0.5 /V airo )≒1としても問
題はない。すると、 Ta =〔(γ・Hr)/(α・A)〕・(V air
0.5 /V airo )・(T skin −Ta)+Ta Ta ≒〔(γ・Hr)/(α・A)〕・(T skin −Ta)+Ta(8) となり、Ta は室内気温Taにより定まる。
【0023】次に、評価指数T AVR の算出式につい
て説明する。
【0024】評価指数をT AVR と定めているが、これ
は、気温Ta,輻射温度Tr,気流速度V air を一つ
にまとめた室内評価用の温度とみなせる。環境計測部5
には、Ta で決まるヒータパワーH(Ta )を供与
しているが、その表面温度T srf はTa ≠T srf
であり、 H(Ta )=Hr・(T srf −Tr)+A・V air ・(T srf −T a)・・(9) となっている。
【0025】もし、環境計測部5の表面温度T srf
特定温度Ta とが一致するようにフィードバック制御
を働かせて、ヒータパワーH(Ta )を投入すると、
この場合は、 H(Ta )=Hr・(Ta −Tr)+A・V
airo ・(Ta −Ta)となる。 しかし、本実施例では、フィードバック制御を働かせて
いないので、ヒータパワーH(Ta )を投入したとし
ても環境計測部5の表面温度T srf と特定温度Ta
とは一致しない。これを表したのが上記(9)式であ
る。これは、環境計測部5での熱の投入と放散との平衡
を意味している。但し、式(9)の左辺のヒータパワー
H(Ta )は、特定温度Ta により、 H(Ta )=Hr・(Ta −Ta)+A・(0.2) ・(Ta −Ta ) ・・・ (4) として定め、加熱ヒータ5−12に投入する電力エネル
ギーとする。
【0026】ここで、式(9)を変形させる。先ず、式
(9)の両辺を係数Hrで割る。 (1/Hr)・H(Ta )=(T srf −Tr)+
(A/Hr)・V air ・(T srf −Ta) 左辺に輻射温度Trを持ってきて、残りを右辺に収め
る。 Tr=T srf −(1/Hr)・H(Ta )+(A/
Hr)・V air ・(T srf −Ta) さらに、両辺に係数αをかける。 α・Tr=α・T srf −(α/Hr)・H(Ta
+(α・A/Hr)・V air ・(T srf −Ta) さらに、この両辺にβ・Ta−γ・V air 0.5
(T skin −Ta)を加える。
【0027】すると、 α・Tr+β・Ta−γ・V air 0.5 ・(T
skin −Ta)=α・T srf +β・Ta−(α/H
r)・H(Ta )+(α・A/Hr)・V air
(T srf −Ta)−γ・V air 0.5 ・(T
skin −Ta) となる。さらに、V air 0.5 ≒V airo と考え
ているので、上の式は 、α・Tr+β・Ta−γ・V air 0.5 ・(T skin −Ta)=α・T rf +β・Ta−(α/Hr)・H(Ta )+V air ・〔(α・A/Hr )・(T srf −Ta)−γ(T skin −Ta)〕 ・・・(9−1) となる。
【0028】式(1)の左辺と右辺を入れ替えたものを
式(1−1)とする。 α・Tr+β・Ta−γ・V air 0.5 ・(T skin −Ta)=T AVR ・・・(1−1) ここで、式(1−1)と式(9−1)とを並べると次の
ようになる。 α・Tr+β・Ta−γ・V air 0.5 ・(T skin −Ta)=T AVR ・・・(1−1) α・Tr+β・Ta−γ・V air 0.5 ・(T skin −Ta)=α・T rf +B・Ta−(α/Hr)・H(Ta )+V air ・〔(α・A/Hr )・(T srf −Ta)−γ(T skin −Ta)〕 ・・・(9−1) この両式の左辺はまったく同じものだと判る。すなわ
ち、式(9−1)の右辺を計測すると、評価指数T
AVR と同じものが得られることを意味している。
【0029】そこで、式(9−1)の右辺を計測するこ
とで求めたT AVR の値は、定義式ではないという意味
でT AVR を使って、下記(10)式が得られる。 AVR =α・T srf +β・Ta−(α/Hr)・
H(Ta )+V air ・〔(α・A/Hr)・(T
srf −Ta)−γ(T skin −Ta)〕 AVR =α・T srf +β・Ta−(α/Hr)・H(Ta )+V ai ・{(α・A/Hr)・T srf −〔(α・A/Hr)−γ〕・Ta−γ・ skin }・・(10) この(10)式において、(α/Hr)=a ,(α・
A/Hr)=a ,〔(α・A/Hr)−γ〕=a
−γ・T skin =a とすれば、前述した(5)式が
導出されるものとなる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、センサ温度T srf と特定温度Ta
を一致させるための閉ループ制御機能を要しないので、
装置構成が簡略化され、小型,軽量,底価格化を促進す
ることができる。また、特定温度Ta を得て一義的に
ヒータパワーH(Ta )を供与するものとして、制御
特性の影響をなくし得、室内環境への応答性の改善を図
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2に示した温熱感覚演算装置においてその演
算部を示すブロック構成図である
【図2】本発明に係る温熱感覚演算装置の一実施例を示
すブロック構成図である
【図3】楕円球形状および円筒状のモジュール本体を使
用した環境計測部の一例を示す概略的な縦断面図であ
【図4】楕円球形状および円筒状のモジュール本体を使
用した環境計測部の外観斜視図である
【符号の説明】1…温熱感覚演算装置、3…演算部、3−1…特定温度
演算部、3−2…ヒータパワー演算部、3−3…評価指
数演算部、5…環境計測部、5−11…モジュール本
体、5−12…加熱ヒータ、5−13…表面温度セン
サ、6…温度センサ、7…気流センサ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 センサ温度Tsrfを変化させ得る加熱
    手段を有する環境計測部に対して設けられる温熱感覚演
    算装置であって、 温度センサを介して供与される気温Taに基づき特定温
    度Taを演算する特定温度演算手段と、 前記特定温度Taに基づき前記センサ温度Tsrf
    フィードバックを受けることなく熱エネルギH(T
    )を演算し、この演算した熱エネルギH(Ta
    を前記加熱手段へ供与する熱エネルギ演算供与手段と、 前記気温Ta,前記特定温度Ta,前記センサ温度T
    srf,前記熱エネルギH(Ta)および気流センサ
    を介して供与される気流速度vairに基づき温熱感覚
    を演算する温熱感覚演算手段とを備えたことを特徴とす
    る温熱感覚演算装置。
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