JPH05332596A

JPH05332596A - 等価温度演算方法および環境計測装置

Info

Publication number: JPH05332596A
Application number: JP3210457A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kon; 昭彦昆
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1993-12-14
Also published as: EP0495117A1; WO1992002767A1; EP0495117A4

Abstract

(57)【要約】【目的】気流の影響を小さくして、環境計測装置の小
型化を促進し、正確な等価温度Ｔeqの導出を図る。【構成】モジュール本体５-11 の外表面温度を一定温
度Ｔcrに保持する。また、モジュール本体５-11 に対し
て放射率の低いモジュール本体５-12 の外表面温度を一
定温度Ｔcrに保持する。そして、モジュール本体５-11
および５-12 を一定温度Ｔcrに保持するために必要な、
気流の当たる単位面積当たりの消費電力Ｈ１およびＨ２
を計測し、所定定数αを使用してＨ１−α・Ｈ２なる演
算を行い、その演算結果を計測値Ｈ（Ｈ１−α・Ｈ２）
として出力し、下記（ａ）式により等価温度Ｔeqを演算
する。Ｔeq＝ｂ₁・Ｔcr＋ｂ₂・Ｔa−ｂ₄・（Ｈ１−α・Ｈ２）
・・・（ａ）

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装置に用いて好適な、等価温度
演算方法および環境計測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 Organiza
tion ）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
ａ^* ，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】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、Ｔcl，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】このような理由から、本出願人は、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（２）式によ
り等価温度Ｔeqを演算し、この演算して得た等価温度Ｔ
eq，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（以下、従来のＰＭ
Ｖと区別するためにＰＭＶ^* と言う）を演算す方式を、
試行錯誤しながら考えた。Ｔeq＝ｂ₁・Ｔr＋ｂ₂・Ｔa−ｂ・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）・・・（２）ＰＭＶ^* ＝ａ₁ ＋ａ₂ ・Ｔa ＋ａ₃ ・ＲＨ・Ｐａ^* −〔ａ₄ ／（１＋ａ₅ ・Ｉcl ）〕・（ａ₆ −Ｔeq）・・・（３）

【０００５】このＰＭＶ^* 方程式によれば、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＰＭＶ^* 方程式においては、等価温度Ｔeqを得るため
に、輻射温度Ｔr や気流速度Ｖair の個別計測が必要と
なる。そこで、本出願人は、輻射温度Ｔr や気流速度Ｖ
air の個別計測を不要とし、等価温度Ｔeqの演算処理を
簡素化するべく、輻射温度Ｔr ，気流速度Ｖair を使用
せずに等価温度Ｔeqの演算を行い得るものとして、環境
計測装置の導入を試みた。しかし、本出願人が導入を試
みた当初の環境計測装置において、これを小型化しよう
とすると、気流の影響が増大して、正確な等価温度Ｔeq
を求めることができなくなるという問題に突き当たっ
た。

【０００７】

【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）は、等価温度演算方法に関するもの
であって、第１のセンサ物体の外表面温度を一定温度Ｔ
crに保持する第１の保持手段と、第１のセンサ物体に対
して放射率の低い第２のセンサ物体の外表面温度を一定
温度Ｔcrに保持する第２の保持手段と、第１のセンサ物
体の外表面温度を一定温度Ｔcrに保持するために必要
な、気流の当たる単位表面積当たりの消費電力Ｈ１を計
測する第１の消費電力計測手段と、第２のセンサ物体の
外表面温度を一定温度Ｔcrに保持するために必要な、気
流の当たる単位表面積当たりの消費電力Ｈ２を計測する
第２の消費電力計測手段とを備え、気温Ｔa ，係数ｂ
₁ ，ｂ₂ ，ｂ₄ および所定定数αに基づき、下記（ａ）
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・（Ｈ１−α・Ｈ２）・・・（ａ）また、その第２発明（請求項２に係る発明）は、環境計
測装置に関するものであって、上記第１発明における第
１の保持手段，第２の保持手段，第１の消費電力計測手
段，第２の消費電力計測手段と、第１の消費電力計測手
段にて計測して得た消費電力Ｈ１と第２の消費電力計測
手段にて計測して得た消費電力Ｈ２とに基づき、所定定
数αを使用してＨ１−α・Ｈ２なる演算を行い、その演
算結果を計測値Ｈ１−α・Ｈ２として出力する出力手段
とを備えている。また、その第３発明（請求項３に係る
発明）は、等価温度演算方法に関するものであって、セ
ンサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcrに保持する保持手
段と、センサ物体の外表面の一部に気流遮断を目的とし
て取り付けられたカバーと、センサ物体の外表面温度を
一定温度Ｔcrに保持するために必要な消費電力Ｗ₃ を計
測する消費電力計測手段と、この消費電力計測手段にて
計測して得た消費電力Ｗ₃に〔ＳA ／（ＳA ＋ＳB ）〕
・（１／ａ）を乗じ、その演算結果を計測値Ｈ３として
出力する出力手段とを備え、気温Ｔa ，係数ｂ₁ ，ｂ
₂ ，ｂ₄ および所定定数αに基づき、下記（ｂ）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・（Ｈ１−α・Ｈ２）・・・（ａ）但し、第３発明において、ａはセンサ物体において気流
が当たる表面積、ＳA，ＳB はセンサ物体において気流
が当たる表面積と気流が当たらない表面積との比率（Ｓ
A ：ＳB ）である。また、その第４発明（請求項４に係
る発明）は、環境計測装置に関するものであって、上記
第３発明における保持手段，カバー，消費電力計測手
段，出力手段を備えている。

【０００８】

【作用】したがって、本願の第２発明では、消費電力Ｈ
１と消費電力Ｈ２との差を取ることにより、気流の影響
を小さくすることが可能となり、また、本願の第４発明
では、センサ物体の外表面の一部にカバーを取り付ける
ことにより、気流の影響を小さくすることが可能とな
り、また、本願の第１発明および第３発明によれば、気
流の影響を小さくしたうえ、正確な等価温度Ｔeqを求め
ることが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る環境計測装置を詳細に説
明する。

【００１０】図２は本発明に係る環境計測装置を適用し
ようとする予測平均温感演算装置を示すブロック構成図
である。

【００１１】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、演算処理
が行われる。

【００１２】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 お
よび係数ｎに基づき、前記（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、前記（３）
式により予測平均温感ＰＭＶ^* を演算する。

【００１３】ここで、前記（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り、この式より得られる
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，Ｉ
cl＝0.5 ，ＲＨ＝50％，Ｔa ＝Ｔr ＝30℃，Ｖair ＝0.
2m/sでの、ＰＭＶとＰＭＶ^* との比較を示す。また、表
２に、有風，夏期，Ｉcl＝0.5 ，ＲＨ＝50％，Ｔa ＝Ｔ
r ＝30℃，Ｖair ＝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。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】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 ・（Ｔ
cl−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。

【００１７】演算部３にて得たＰＭＶ^* は、表示出力部
４へ送り表示する。

【００１８】図３は本願発明に係る環境計測装置を適用
してなる予測平均温感演算装置を示すブロック構成図で
ある。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を与えているのは
図２の場合と同じであるが、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。

【００１９】図１（ａ）は、環境計測装置５の一実施例
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５-21 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。

【００２０】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、図４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。

【００２１】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。

【００２２】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（４）式により等価温度Ｔeqを演算
する。Ｔeq＝ｂ₁・Ｔcr＋ｂ₂・Ｔa −ｂ₄・（Ｈ１−α・Ｈ２）・・・（４）

【００２３】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、前記（３）
式により予測平均温感ＰＭＶ^* を演算する。

【００２４】図５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。

【００２５】なお、上述においては、センサモジュール
５-1および５-2において、モジュール本体５-11 および
５-21 を球形状としたが、図６（ａ）に示すような半球
形状のモジュール本体５-11 ' および５-21 ' としても
よく、図６（ｂ）に示すようなドーナツ形状のモジュー
ル本体５-11'' および５-21'' としてもよい。また、例
えば図７（ａ）〜（ｆ）に示すように、球形状，半球形
状，ドーナツ形状のモジュール本体を選択的に組み合わ
せてもよい。

【００２６】図７（ａ）の場合は、球形状と半球形状の
モジュール本体を組み合わせ、球形状のモジュール本体
の放射率を大きくしている。図７（ｂ）の場合は、球形
状と半球形状のモジュール本体を組み合わせ、半球形状
のモジュール本体の放射率を大きくしている。図７
（ｃ）の場合は、半球形状のモジュール本体の上に球形
状のモジュール本体を組み合わせ、球形状のモジュール
本体の放射率を大きくしている。図７（ｄ）の場合は、
半球形状のモジュール本体の上に一回り小さい半球形状
のモジュール本体を組み合わせ、小さい方のモジュール
本体の放射率を大きくしている。図７（ｅ）の場合は、
ドーナツ形状のモジュール本体の空洞部上に球形状のモ
ジュール本体を組み合わせ、球形状のモジュール本体の
放射率を大きくしている。図７（ｆ）の場合は、ドーナ
ツ形状のモジュール本体の空洞部に半球形状のモジュー
ル本体を組み合わせ、半球形状のモジュール本体の放射
率を大きくしている。

【００２７】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１（ｂ）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）のカバー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Ｗ
₃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。

【００２８】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。

【００２９】この場合、予測平均温感演算装置１' は、
その演算部３' にて、気温Ｔa ，一定温度Ｔcr，係数ｂ
₁ ，ｂ₂ ，ｂ₄ および計測値ＨすなわちＨ３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・Ｈ３・・・（５）

【００３０】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、前記（３）
式により予測平均温感ＰＭＶ^* を演算する。

【００３１】なお、上述においては、モジュール本体６
-1を球形状としたが、図８（ａ）に示すように半球形状
のモジュール本体６-1' としてもよく、また図８（ｂ）
に示すように円柱形状のモジュール本体６-1''としても
よく、図８（ｃ）に示すように楕円形状のモジュール本
体６-1''' としてもよい。円柱形状のモジュール本体６
-1'' や楕円形状のモジュール本体６-1''' の場合は、
カバー（６-2'',６-2''' をそのモジュール本体の胴周
部に巻くものとする。

【００３２】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 −ｂ
₃ ・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）なる式と、どのような関係
になるのかを説明する。

【００３３】図１（ａ）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１（ｂ）に示した環境計測装置５において、その
計測値Ｈは、Ｈ３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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】次に、図１（ａ）より代表される環境計測
装置５および図１（ｂ）により代表される環境計測装置
５が、何故、気流の影響を小さくできるかについて説明
する。

【００３８】図１（ａ）および（ｂ）に代表される環境
計測装置５は、気温Ｔa ，輻射温度Ｔr ，気流速度Ｖai
r を一体に計測することを目的とした装置であり、この
装置のモデルは人体そのものである。

【００３９】さて、人体のように加熱された物体は、輻
射，気温，ならびに気流により熱エネルギーを表面から
奪われる。すなわち、輻射により熱が奪われることに関
しては、皮膚温Ｔskと輻射温度Ｔr との差（Ｔsk−Ｔr
）で表すことができる。ここで、熱が輻射により奪わ
れる効率を意味する輻射熱伝達係数ｈr （Ｗ／ｍ² °
k）を導入すると、ｈr ・（Ｔsk−Ｔr ）（Ｗ／ｍ² ）が、実際に輻射により奪われる熱量である。引き続き、
温度（Ｔa ）の気流により熱が奪われるのは、皮膚温Ｔ
skと気温Ｔa との差（Ｔsk−Ｔa ）と、熱が気流により
奪われる効率を意味する対流熱伝達係数ｈc （Ｗ／ｍ²
°k ）とにより、ｈc ・（Ｔsk−Ｔa ）（Ｗ／ｍ² ）で表現される。ここで、係数ｈc は実は気流速度Ｖair
の関数で、ｈc ＝ｍ・Ｖairⁿで示される（ｎ＝0.4 〜0.
7 ）。

【００４０】以上より、加熱による熱エネルギーＨ'
（Ｗ／ｍ² ）が輻射ならにびに気温，気流により奪われ
る関係は、Ｈ' ＝ｈr ・（Ｔsk−Ｔr ）＋ｈc ・（Ｔsk−Ｔa ）＝ｈr ・（Ｔsk−Ｔr ）＋ｍ・Ｖair ⁿ ・（Ｔsk−Ｔa ）・・・（６）と具体的に書き表せる。

【００４１】さて、上記（６）式の第２項の係数ｍは、
加熱物体の表面積の関数で、小さな物体（小さな表面）
になるほどｍの数値が大きくなる。

【００４２】ここで、小型でありながら、実質的にｍの
係数を小さくする具体的方策をとったものが、加熱エネ
ルギーの差を取るようにした図１（ａ）で代表される環
境計測装置５であり、気流遮断カバーを取り付けるもの
とした図１（ｂ）で代表される環境計測装置５である。

【００４３】先ず、図１（ａ）で代表される環境計測装
置５について述べるに、センサモジュール５-1とセンサ
モジュール５-2とは、互いに熱的相互干渉がなく、これ
らにおいて表面温度をＴcr（℃）とすると、センサモジ
ュール５-1，５-2において、以下の関係が成り立つ。Ｈ１＝ｈr₁・（Ｔcr−Ｔr ）＋ｍ₁ ・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）（Ｗ／ｍ² ）Ｈ２＝ｈr₂・（Ｔcr−Ｔr ）＋ｍ₂ ・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）（Ｗ／ｍ² ）ここで、Ｈ１−α・Ｈ２の演算を行うと、Ｈ１−α・Ｈ２＝ｈr₁・（１−α・ｈr₂／ｈr₁）・（Ｔcr−Ｔr ）＋（ｍ₁ − α・ｍ₂ ）・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）が求まる。

【００４４】モジュール本体５-2が鏡面状態にあるとい
うことは、ｈr₁＞＞ｈr₂すなわちｈr₂／ｈr₁＜＜１と見
做せるので、Ｈ１−α・Ｈ２≒ｈr₁・（Ｔcr−Ｔr ）＋（ｍ₁ −α・ｍ₂ ）・Ｖairⁿ・（Ｔ cr−Ｔa ）と置ける。

【００４５】この式の気流による効果（右辺第２項）
で、（ｍ₁ −α・ｍ₂ ）の係数は引算されることから、
αを任意に選ぶと、小さな数値に定めることができる。

【００４６】すなわち、小型にしたため、ｍ₁ ，ｍ₂ の
係数が大きくなっても、このように差を取ると、（ｍ₁
−α・ｍ₂ ）が人体のｍと同じ程度の数値に小さくでき
るものとなる。

【００４７】次に、図１（ｂ）で代表される環境計測装
置５について述べる。モジュール本体６-1において、気
流が当たる部分Ａと、カバー６-2により気流が当たらな
い部分Ｂとの熱関係は、ＨＡ＝ｈr_A・（Ｔcr−Ｔr ）＋ｍ_A ・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）（Ｗ／ｍ² ）ＨＢ＝ｈr_B・（Ｔcr−Ｔr ）＋ｍ_B ・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）（Ｗ／ｍ² ）である。

【００４８】そして、実際に加熱ヒータ６-3が消費する
熱エネルギーＷ₃ （Ｗ）は、Ｗ₃ ＝ａ・ＨＡ＋（ＳB ／ＳA ）・ａ・ＨＢ＝〔ａ・ｈr_A ＋（ＳB ／ＳA ）・ａ・ｈr_B〕・（Ｔcr−Ｔr ）＋〔ａ・ｍ_A ＋（ＳB ／ＳA ）・ａ・ｍ_B 〕・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）である。

【００４９】ところで、カバー６-2が取り付いているの
で、係数ｍ_B は、ｍ_A ＞＞ｍ_B すなわちｍ_B ／ｍ_A ＜＜
１と置け、〔ａ・ｍ_A ＋（ＳB ／ＳA ）・ａ・ｍ_B 〕＝ａ・ｍ_A ・〔１＋（ＳB ／ＳA ）・（ｍ_B ／ｍ_A ）〕/≒ａ・ｍ_A と見做せる。

【００５０】また、カバー６-2が赤外領域で透過特性を
持つということは、ｈr_A ≒ｈr_B と一応見做せて、〔ａ・ｈr_A ＋（ＳB ／ＳA ）・ａ・ｈr_B〕＝〔１＋（ＳB ／ＳA ）〕・ａ・ｈr_A＝〔（ＳA ＋ＳB ）／ＳA 〕・ａ・ｈr_A と置ける。

【００５１】すると、Ｗ₃ ＝〔ａ・ｈr_A＋（ＳB ／ＳA ）・ａ・ｈr_B〕・（Ｔcr−Ｔr ）＋〔ａ・ｍ _A ＋（ＳB ／ＳA ）・ａ・ｍ_B 〕・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）≒〔（ＳA ＋ＳB ）／ＳA 〕・ａ・ｈr_A・（Ｔcr−Ｔr ）＋ａ・ｍ_A ・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）となる。

【００５２】これを両片に〔ＳA ／（ＳA ＋ＳB ）〕・
（１／ａ）を掛けると、〔ＳA ／（ＳA ＋ＳB ）〕・（Ｗ₃ ／ａ）＝ｈr_A・（Ｔcr−Ｔr ）＋〔ＳA ／（ＳA ＋ＳB ）〕・ｍ_A ・Ｖairⁿ・（Ｔcr−Ｔa ）と求まる。

【００５３】この式の気流による効果（右辺第２項）で
〔ＳA ／（ＳA ＋ＳB ）〕・ｍ_A の係数は、元のｍ_A よ
りＳA ／（ＳA ＋ＳB ）だけ小さくなっていることが分
かる。

【００５４】すなわち、気流の当たる面積と当たらない
面積との比（ＳA ：ＳB ）をうまく選べば、小型化によ
りｍ_A の数値が増大しても、〔ＳA ／（ＳA ＋ＳB ）〕
・ｍ_A を小さくして、人体のｍにほゞ等しい数値とする
ことができる。

【００５５】

【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２発明では消費電力Ｈ１と消費電力Ｈ２との差
を取ることにより気流の影響を小さくすることが可能と
なり、また本願の第４発明ではセンサ物体の外表面の一
部にカバーを取り付けることにより気流の影響を小さく
することが可能となり、また本願の第１発明および第３
発明によれば気流の影響を小さくしたうえ正確な等価温
度Ｔeqを求めることが可能となり、環境計測装置の小型
化を促進してかつ正確な等価温度Ｔeqを求めること可能
となり、予測平均温感演算装置の実現に大きく貢献する
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明（第２発明）に係る環境計測装置の一実
施例を示す概略構成図および本発明（第４発明）に係る
環境計測装置の一実施例を示す概略構成図。

【図２】この環境計測装置の適用される予測平均温感演
算装置を示すブロック構成図。

【図３】この環境計測装置を適用してなる予測平均温感
演算装置を示すブロック構成図。

【図４】図１（ａ）に示した環境計測装置においてその
センサモジュールの内部構成を示す縦断面図。

【図５】図３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６】図１（ａ）に示した環境計測装置でのモジュー
ル本体の変形例を示す図。

【図７】図１（ａ）に示した環境計測装置でのセンサモ
ジュールの変形組み合わせ例を示す図。

【図８】図１（ｂ）に示した環境計測装置でのモジュー
ル本体の変形例を示す図。

【符号の説明】

５環境計測装置５-1，５-2 センサモジュール５-11，５-12 モジュール本体５-12，５-22 加熱ヒータ５-13，５-23 感温素子６-1 モジュール本体６-2 カバー６-3 加熱ヒータ６-4 感温素子

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１０月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】このような理由から、本出願人は、輻射温
度Ｔｒ，気温Ｔａ，気流速度Ｖａｉｒ，所定定数Ｔｃ
ｒ，係数ｂ_１〜ｂ_３および係数ｎに基づき、下記（２）
式により等価温度Ｔｅｑを演算し、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ａ_１〜ａ_６に基
づき、下記（３）式により予測平均温感ＰＭＶ（以下、
従来のＰＭＶと区別するためにＰＭＶ^＊と言う）を演算
す方式を、試行錯誤しながら考えた。Ｔｅｑ＝ｂ_１・Ｔｒ＋ｂ_２・Ｔａ−ｂ_３・Ｖａｉｒ^ｎ・（Ｔｃｒ−Ｔａ）・・・（２）ＰＭＶ^＊＝ａ_１＋ａ_２・Ｔａ＋ａ_３・ＲＨ・Ｐａ^＊−〔ａ_４／（１＋ａ_５・Ｉｃｌ）〕・（ａ_６−Ｔｅｑ）・・・（３）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のセンサ物体の外表面温度を一定温
度Ｔcrに保持する第１の保持手段と前記第１のセンサ物
体に対して放射率の低い第２のセンサ物体の外表面温度
を一定温度Ｔcrに保持する第２の保持手段と、前記第１
のセンサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcrに保持するた
めに必要な、気流の当たる単位表面積当たりの消費電力
Ｈ１を計測する第１の消費電力計測手段と、前記第２の
センサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcrに保持するため
に必要な、気流の当たる単位表面積当たりの消費電力Ｈ
２を計測する第２の消費電力計測手段とを備え、気温Ｔa ，係数ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｂ₄ および所定定数αに基
づき、下記（ａ）式により等価温度Ｔeqを演算すること
を特徴とする等価温度演算方法。Ｔeq＝ｂ₁・Ｔcr＋ｂ₂・Ｔa−ｂ₄・（Ｈ１−α・Ｈ２）・・・（ａ）
【請求項２】第１のセンサ物体の外表面温度を一定温
度Ｔcrに保持する第１の保持手段と、前記第１のセンサ
物体に対して放射率の低い第２のセンサ物体の外表面温
度を一定温度Ｔcrに保持する第２の保持手段と、前記第
１のセンサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcrに保持する
ために必要な、気流の当たる単位表面積当たりの消費電
力Ｈ１を計測する第１の消費電力計測手段と、前記第２
のセンサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcrに保持するた
めに必要な、気流の当たる単位表面積当たりの消費電力
Ｈ２を計測する第２の消費電力計測手段と、前記第１の
消費電力計測手段にて計測して得た消費電力Ｈ１と前記
第２の消費電力計測手段にて計測して得た消費電力Ｈ２
とに基づき、所定定数αを使用してＨ１−α・Ｈ２なる
演算を行い、その演算結果を計測値Ｈ１−α・Ｈ２とし
て出力する出力手段とを備えてなることを特徴とする環
境計測装置。
【請求項３】センサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcr
に保持する保持手段と、前記センサ物体の外表面の一部
に気流遮断を目的として取り付けられたカバーと、前記
センサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcrに保持するため
に必要な消費電力Ｗ₃ を計測する消費電力計測手段と、
この消費電力計測手段にて計測して得た消費電力Ｗ₃ に
〔ＳA ／（ＳA ＋ＳB ）〕・（１／ａ）を乗じ、その演
算結果を計測値Ｈ３として出力する出力手段とを備え、気温Ｔa ，係数ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｂ₄ および所定定数αに基
づき、下記（ｂ）式により等価温度Ｔeqを演算すること
を特徴とする等価温度演算方法。Ｔeq＝ｂ₁・Ｔcr＋ｂ₂・Ｔa−ｂ₄・Ｈ３・・・（ｂ）但し、ａはセンサ物体において気流が当たる表面積、Ｓ
A ，ＳB はセンサ物体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との比率（ＳA ：ＳB ）。
【請求項４】センサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcr
に保持する保持手段と、前記センサ物体の外表面の一部
に気流遮断を目的として取り付けられたカバーと、前記
センサ物体の外表面温度を一定温度Ｔcrに保持するため
に必要な消費電力Ｗ₃ を計測する消費電力計測手段と、
この消費電力計測手段にて計測して得た消費電力Ｗ₃ に
〔ＳA ／（ＳA ＋ＳB ）〕・（１／ａ）を乗じ、その演
算結果を計測値Ｈ３として出力する出力手段とを備えて
なることを特徴とする環境計測装置。但し、ａはセンサ
物体において気流が当たる表面積、ＳA ，ＳB はセンサ
物体において気流が当たる表面積と気流が当たらない表
面積との比率（ＳA ：ＳB ）。