JPH0694292A

JPH0694292A - 温熱感対応空調システム

Info

Publication number: JPH0694292A
Application number: JP4268185A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shiotani; 正樹塩谷; Katsuhiko Watanabe; 克彦渡辺; Noriyasu Sagara; 典泰相楽; Hideo Tanaka; 英夫田中; Masahiko Tokunaga; 昌彦徳永
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1994-04-05

Abstract

(57)【要約】【目的】居住者の温熱感の変化に追従して、空調機器
類を制御することができるようにし、室内環境のハイア
メニティ確保を図る。【構成】調和空気量を室内の空調負荷に比例して増減
できるＶＡＶユニット５を空調機３に接続する。居住者
の温熱申告値を教師信号として個人の温熱感を反映した
ＰＭＶ方程式を学習機能により構築し、このＰＭＶ方程
式から算出されるＰＭＶ値で空調機３、ＶＡＶユニット
５を制御するニューラルネットワーク部９を空調機３、
ＶＡＶユニット５に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、居住者の温熱感を反映
する温熱感対応空調システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空調システムでは、室内条件を代
表する位置（以下、「室内代表点」とする）に温湿度セ
ンサを取り付け、この温湿度センサからの検出情報によ
り空調機器類を制御するのが一般的である。空調機器類
は、この室内代表点に取り付けられた温湿度センサの検
出値に基づき、室内代表点の温湿度が設定範囲内になる
よう運転制御される。従来制御では、室内環境がほぼ代
表点の温湿度に等しいと考えられているためである。

【０００３】一方、近年、空調機器類の制御を、総合的
な温度熱指標であるＰＭＶ(Predic-ted Mean Vote:予測
平均申告）値に基づき行う空調システムも提案されてい
る。人間の温熱感覚は、温湿度・気流速・輻射量などの
要素はもとより、衣服や作業量によっても影響を受け
る。ＰＭＶ値は、上述したような居住者の快適感を左右
する温度環境因子を変数とした、人体と環境との間の熱
平衡式であるＰＭＶ方程式により算出されるものであ
る。従って、ＰＭＶ値に基づいて空調機器類の制御を行
うことで、実際の人間の感覚に近い値で空調機器類が制
御でき、室内環境をより快適条件に近いものとすること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、オフィス等にお
いては、知的生産性向上が重要課題として取り上げら
れ、室内環境でのハイアメニティ確保が叫ばれている。
これを受けて人間の温熱感を満足することができる空調
システムの重要性が益々高まる傾向にある。しかしなが
ら、温熱感の快適性は、個人或いは同一人であっても、
その体調・気分によって大きく左右される複雑な対象で
ある。これに対して、従来の空調システムに見られる室
内代表点温度を一定にする単純な制御では、居住者の温
熱感とに大きなズレが生じ、快適な室内環境を実現する
ことは不可能であった。また、温熱感の指標となるＰＭ
Ｖ値により、空調機器類の制御を行う空調システムもあ
るが、ＰＭＶ値は、本来実験より得られた平均化された
指標のため、個人による差異（好み）や体調による変化
までは対象とされず、居住者を十分に満足させることは
不可能であった。

【０００５】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、居住者の温熱感の変化に追従して空調機器類を制御
することができる温熱感対応空調システムを提供し、も
って、室内環境のハイアメニティ確保を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る温熱感対応空調システムの構成は、空調
機と、この空調機の吹き出し側に接続され熱媒体である
調和空気量を室内の空調負荷に比例して増減するＶＡＶ
ユニットと、空調機及びＶＡＶユニットに接続されると
ともに居住者の温熱申告値を検出するマン／マシンイン
ターフェースに接続され温熱申告値及び申告時の温湿
度、気流速、輻射量を教師信号として個人の温熱感を反
映したＰＭＶ方程式を学習機能により構築し、ＰＭＶ方
程式から算出されるＰＭＶ値で空調機、ＶＡＶユニット
を制御するニューラルネットワーク部とからなることを
特徴とするものである。

【０００７】

【作用】標準的な空調条件の範囲で、温湿度、気流速、
輻射量、着衣量、作業量の環境要因が設定され、これら
の変数を教師信号として、ニューラルネットワークによ
り標準となるＰＭＶ方程式が学習される。居住者からの
温熱申告がない場合、この標準的なＰＭＶ値で空調機器
類が制御される。居住者が、標準ＰＭＶ値に基づく空調
状態に対して不満足の場合、不快の程度がマン／マシン
インターフェースを介してニューラルネットワーク部に
伝達され、この温熱申告値及び申告時の温湿度、気流
速、輻射量の検出値を教師信号としてニューラルネット
ワークにより個人の温熱感を反映したＰＭＶ方程式が再
構築され、これから算出される居住者の温熱感が反映さ
れたＰＭＶ値で空調機器類が制御される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る温熱感対応空調システム
の好適な実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１
は本発明温熱感対応空調システムの基本構成を表す説明
図である。温熱感対応空調システム１は、空調機３、風
量可変（ＶＡＶ：Variable Air V-olume）ユニット５、
制御出力演算部７、ニューラルネットワーク部９、セン
サ１１、マン／マシンインターフェース１３を主な要素
として構成されている。空調機３には冷温水コイル３
ａ、加湿器３ｂ、送風機３ｃ等が備えられ、冷温水コイ
ル３ａに供給される冷温水は冷温水弁１５により流量制
御されるようになっている。空調機３にはサプライダク
トを介してＶＡＶユニット５が接続され、ＶＡＶユニッ
ト５は熱媒体である調和空気量を、室内の空調負荷に比
例して増減できるようになっている。空調機３の冷温水
弁１５、及びＶＡＶユニット５には制御出力演算部７が
接続され、制御出力演算部７は後述するニューラルネッ
トワーク部９により算出された温熱感指標に基づいて、
これら機器を効率的に制御するようになっている。

【０００９】次に、ニューラルネットワーク部９におけ
る原理について説明する。ニューラルネットワークは、
信号を処理するニューロンと、各ニューロンを結ぶシナ
プス結合から構成される。ニューロンは、出力結合から
の信号に重みをかけて足しあわせ、ある閾値を越えたら
出力結合に信号を出すという素子である。入出力が与え
られるとネットワークはそれに合うように結合の重みを
調整し、そのパターンを記憶することができる。これが
今日注目されているニューラルネットワークの学習機能
である。ニューラルネットワークは、問題に応じてニュ
ーロンの伝達関数とネットワーク構造を適当に設定すれ
ば、例題を繰り返し学習（再学習）させることにより、
例題を正しく処理するように結合の重みを調整すること
ができる。即ち、入力と出力に応じて内部での処理方法
を決定していく、自己組織化機能を有する。数学モデル
で考えると、ニューロンは結合している他のニューロン
からくる入力に、それぞれ重みを与えて取り込み、この
入力の総和に伝達関数をほどこして出力に送り出す。出
力はさらに他のニューロンへの入力となる場合もある。
ネットワーク構造には種々のものがあるが、基本的な構
造として、本発明では図２に示す、階層型ネットワーク
を用いる。

【００１０】図２は本発明で用いるニューラルネットワ
ークの構造図である。基本的な構造は、入力層・中間層
・出力層の３層からなる階層型ネットワークで、各ニュ
ーロンからの信号の総和方法は加重和、信号の出力関数
はシグモイド関数を用いる。学習アルゴリズムはバック
プロパゲーション（誤差逆伝播学習：最終出力層の実際
の反応と教師信号として与えられた正解との誤差が最小
となるようにニューロン間の結合を少しずつ変更する学
習方法）である。本発明では、入力層にＰＭＶを構成す
る温熱７要素（温湿度・気流速・輻射量・着衣量・代謝
量・作業量）をそれぞれのニューロンに対応させ、出力
層にＰＭＶを１つのニューロンに対応させる。一方、従
来技術でも述べたＰＭＶは、温湿度・気流速・輻射量・
着衣量・代謝量・作業量を考慮した総合的な温熱指標
で、実際の人間の感覚に近いものである。ただし、ＰＭ
Ｖ指標は、あくまでも平均的な人を想定して作られてい
る。図３はニューラルネットワークの制御ブロック図で
ある。本発明では、このＰＭＶ方程式を前述のニューラ
ルネットワークに学習させ、個人の温熱感申告から温熱
感指標を動的に獲得し、この獲得した指標に基づいて制
御を行うものである。

【００１１】ニューラルネットワーク部９にはセンサ１
１が接続され、センサ１１は室内空気温湿度・平均輻射
温度・室内気流速度を検出する。また、ニューラルネッ
トワーク部９にはマン／マシンインターフェース１３が
接続され、マン／マシンインターフェース１３は居住者
の温熱申告を伝達する。マン／マシンインターフェース
１３は電話機にセンサを組み込んだデータ通信装置や、
タッチパネル形式のものであってもよい。センサ組み込
み型データ通信装置の場合には、卓上型とするととも
に、補助電源としての太陽電池を備え、内部センサへ室
内空気を導くための吸い込み用ファンを設ける。また、
背面にはパソコン（ニューラルネットワーク部９）への
接続端子、電話回線接続端子等を設ける。そして、セン
サ組み込み型データ通信装置の前面にはモニタ画面表示
部が設けられ、モニタ画面表示部は室内環境の諸データ
を表示できるものとする。タッチパネルでは、不快の度
合いを例えば「とても寒い；−３」、「寒い；−２」、
「やや寒い；−１」、「どちらでもない；０」、「やや
暑い；＋１」、「暑い；＋２」、「とても暑い；＋３」
とし、−３から＋３までの離散的な値として直接信号を
検出できるようにするものが考えられる。

【００１２】このように構成される温熱感対応空調シス
テムの動作を説明する。図３は本発明温熱感対応空調シ
ステムの制御ブロック図である。先ず、従来提案されて
いるＰＭＶ方程式により、標準的な空調条件の範囲で温
湿度、気流速、輻射量の組み合わせを考えるとともに、
季節毎の標準的な着衣量・代謝量・作業量を設定してＰ
ＭＶ値を算出する。これらの結果を教師信号として、ニ
ューラルネットワークにより標準となるＰＭＶ方程式を
学習させる。居住者からの温熱申告がない場合、温湿度
・気流速・輻射量の検出値からこの標準的なＰＭＶ方程
式により算出されるＰＭＶ値をフィードバックし、これ
とＰＭＶの設定値との偏差に基づき、制御出力演算部７
を介して、室内温湿度サーモの設定値を変更し、これに
基づき空調機冷温水コイル弁１５及び加湿器３ｂを制御
し、吹き出し空気温湿度を変更すると共に、ダンパーま
たはインバータまたはＶＡＶユニット５により吹き出し
風量を制御する。

【００１３】居住者が、暑がり、或いは寒がりで、標準
ＰＭＶ値に基づく現在の空調状態に対して不満足な場
合、不快の程度をマン／マシンインターフェース１３を
介してニューラルネットワーク部に伝達する。次に、温
熱申告値と申告時の温湿度・気流速・輻射量の検出値を
教師信号としてニューラルネットワークに再学習させ、
個人の温熱感を反映したＰＭＶ方程式を再構築する。こ
れから算出されるＰＭＶ値が目標範囲内になるように上
記の制御アルゴリズムに従い、吹き出し空気温度及び吹
き出し風量を制御する。

【００１４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る温熱感対応空調システムは、ニューラルネットワーク
を利用して温熱感モデルが構築され、追加学習により居
住者の温熱感が動的に反映されるので、居住者の感覚の
変化に追従して空調機器類を制御することができ、好み
に合った理想的な室内環境を実現させることができる。
この結果、室内環境のハイアメニティ確保を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明温熱感対応空調システムの基本構成を表
す説明図である。

【図２】本発明で用いるニューラルネットワークの構造
図である。

【図３】ニューラルネットワークの制御ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１温熱感対応空調システム３空調機５ＶＡＶユニット９ニューラルネットワーク部１３マン／マシンインターフェース

フロントページの続き (72)発明者田中英夫東京都港区元赤坂一丁目２番７号鹿島建設株式会社内 (72)発明者徳永昌彦東京都港区元赤坂一丁目２番７号鹿島建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空調機と、該空調機の吹き出し側に接続され熱媒体である調和空気
量を室内の空調負荷に比例して増減するＶＡＶユニット
と、前記空調機及び該ＶＡＶユニットに接続されるとともに
居住者の温熱申告値を検出するマン／マシンインターフ
ェースと、該マン／マシンインターフェースに接続され前記温熱申
告値を教師信号として個人の温熱感を反映したＰＭＶ方
程式を学習機能により構築し、該ＰＭＶ方程式から算出
されるＰＭＶ値で前記空調機、ＶＡＶユニットを制御す
るニューラルネットワーク部とからなることを特徴とす
る温熱感対応空調システム。