JPH07217962A

JPH07217962A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH07217962A
Application number: JP6007873A
Authority: JP
Inventors: Satsuki Suo; 五月周防; Akira Yoshida; 陽吉田; Makoto Ijiri; 良井尻
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】快適指標の計算過程の簡易化と演算装置の低
コスト化を図るとともに、この快適指標を用いて人体付
近の局所的環境について空気調和機を制御し、無駄のな
い消費電力で、人体の効率的な快適感向上を可能とす
る。【構成】快適指標演算手段３により快適指標Sh＝Ｖ
^1/2(Th−Tv)［Ｖ：頭部(額)付近の気流速度(m/s)、Th：
頭部(額)皮膚温度(℃)、Tv：頭部(額)付近の気流温度
(℃)］という演算式に人体検出手段４、頭部皮膚温度検
出手段５、気流速度検出手段６、気流温度検出手段７に
よる各検出値を代入して、そのときの快適指標を計算
し、その結果に基づき人体検出手段４により風向ルーバ
モータの制御を行い風向を決め、次に、これらのデータ
に基づいて被空調空間内が快適範囲内になるように圧縮
機運転周波数、室内ファンモータ制御を行う。上記の動
作を再び行い、快適指標を計算し、その動作の繰り返し
により、人体に絶えず快適な空間を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被空調空間内の人体環
境に基づいた快適指標を用いて運転制御を行う空気調和
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被空調空間内の人体環境に基づき快適指
標を用いて行われる従来の空気調和機の運転制御として
は、一つには、例えば特開平２−３０６０４０号公報に
おいて知られるようなものがある。

【０００３】この先行技術例は図４に示すように、空気
調和機は撮像手段１３を有し、その映像信号を基準と
し、人体判定手段１４により人体を判定する。そして、
特定部位判定手段１５により人体のある特定された部
位、例えば顔、手などを認識し、赤外線センサなどの追
尾手段１６により特定部位を追尾する。次いで、その特
定部位の皮膚温度を皮膚温度検出手段１７により検出
し、図５に示す皮膚温度と温冷感との相互関係を利用し
た温冷感判断手段１８により、空調制御手段１９を作動
させて、空気調和機の運転を制御するものであった。

【０００４】また、従来の別の制御手法としては、予想
平均温感であるＰＭＶなどの快適指標を基本として、空
気調和機の運転を制御するものが知られている。この場
合、予想平均温感であるＰＭＶの演算式としては、ＩＳ
Ｏ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｔａｎｄａｒｄＯ
ｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）７７３０に規定されている
下記(ｂ)式を挙げることができる。

【０００５】 PMV＝(0.303e^-0.036M＋0.28)×[(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)]……………………………………………………(ｂ) 但し、Tcl＝Tsk−0.155・Icl・[3.96×10^-8・fcl・{(Tcl＋2
74)⁴−(Tr＋273)⁴}＋fcl・hc・(Tcl−Ta)] 2.38(Tcl−Ta)^0.25＞(12.1・Vair)^1/2のとき、 hc＝2.38(Tcl−Ta)^0.25 2.38(Tcl−Ta)^0.25≦(12.1・Vair)^1/2のとき、 hc＝12.1・(Vair)^1/2 Tcl：衣服の表面温度 Tsk：皮膚温度 Pa＝RH・Pa* 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 Icl：衣服の熱抵抗 Vair：気流速度 fc
l：定数

【０００６】さらに、上記ＰＭＶ方程式の演算処理の簡
略化を図って空気調和機の制御を行っているものが、例
えば特開平５−１０７９１号公報に開示されている。図
６にはそのブロック構成図を示している。この図に示さ
れた制御構成では、予想平均温感演算装置２０を有して
いる。

【０００７】この予想平均温感演算装置２０は入力部２
１、演算部２２及び表示出力部２３を備えており、入力
部２１には設定値として、活動量Ｍ、衣服の熱抵抗Ｉc
1、係数ａ₁〜ａ₆及び所定定数Ｔcrが与えられている一
方、輻射温度Ｔr、気流温度Ｖair、気温Ｔa及び相対湿
度ＲＨが検出値として与えられている。そして、それら
の検出値が入力部２１より演算部２２へ送られ、演算部
２２において下記(ｃ)式に示したＰＭＶ方程式の簡略化
された演算式により演算処理されるように構成されてい
る。

【０００８】 PMV＝a₁＋a₂・Ta＋a₃・RH・Pa*−[a₄/(1＋a₅・Icl)]・(a₆−Teq)………………(ｃ) 但し、Teq＝b₁・Tr＋b₂・Ta−b₃・Vairⁿ・(Tcr−Ta)

【０００９】さらにまた、その他の従来の制御手法とし
ては、被空調空間内の全体の環境を考慮して空間内全体
を快適に制御するものや、人体付近の環境についても人
体を全身的に捉えて考慮されているもの等が知られてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、被空調空間内
の在室者の皮膚温度から温冷感を判断して空気調和機の
運転制御を行う前者の制御手法では、皮膚温度のみで温
冷感を判断しており、人体付近の環境状況や被空調空間
内全体の環境状況が考慮されていないため、制御精度が
それほど良くない。つまり、在室者の実感としての快適
感が十分に得られるような制御が実現できない。

【００１１】また、被空調空間内の在室者の着衣等の相
違によって、人体の露出している皮膚表面積が種々相違
することや、手などのように上下移動量の大きい身体部
位を特定部位として設定している場合、その特定部位が
障害物等との位置関係により室内に設置された赤外線セ
ンサやカメラ等の追尾手段から捉えることが不可能な場
合が生じるといった不都合も起こり得る。

【００１２】一方、ＰＭＶなどの快適指標を基準として
制御を行う後者の空気調和機については、快適指標のＰ
ＭＶ方程式は変数が多く、極めて複雑な形をしているた
め、演算処理時間が長くなるうえ、演算装置としてのコ
ストアップが避けられないという不具合がある。また、
たとえ特開平５−１０７９１号公報に開示されているよ
うに計算過程の簡略化を行ったものであっても、依然と
して多くの変数を用いることに変わりはなく、複雑な計
算過程となることから、上記問題点の解決にはならな
い。

【００１３】また、被空調空間内を全体的に均一な快適
環境を実現することを目的として制御を行おうとする場
合、在室者の位置や動きとは関係のない無駄な空間や場
所まで制御されることとなり、エネルギー消費の無駄が
大きい。

【００１４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、比較的検出しやすいパラメータとして、人
体頭部、特に額の皮膚温度と、その付近の気流温度と速
度を用いた相互関係により、快適指数の演算を容易化す
ることにより演算処理速度の向上及び演算処理部の低コ
スト化を図り、また、室内空調空間をスポット的に制御
することによって、効率的に快適感を得ることを可能と
し、さらに空気調和機の消費電力を低減して省エネルギ
ー空調システムを実現することが可能な空気調和機の運
転制御を行い得るようにすることを目的とするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、被空調空間内の人体環境に基づいた快適
指標を用いて運転制御を行う空気調和機において、被空
調空間内の人体について、常時露出しているため皮膚温
度等を比較的検出しやすい頭部に注目して制御を行うよ
うに構成している。

【００１６】すなわち、本発明の第１の構成では、人体
検出手段、頭部皮膚温度検出手段、気流速度検出手段、
気流温度検出手段、気流データ送信手段、気流データ受
信手段、快適指標演算手段及び室内局所制御手段とを具
備している。

【００１７】そして、前記人体検出手段により被空調空
間内の人体の位置検出を行い、頭部皮膚温度検出手段に
よりその被空調空間内の人体における頭部の皮膚露出部
分の皮膚温度Thを検出するとともに、気流速度検出手段
と気流温度検出手段とにより前記人体における頭部の皮
膚露出部分付近の気流速度Ｖ及び気流温度Tvを検出し、
これら気流速度Ｖ及び気流温度Tvの検出データを気流デ
ータ送信手段で送信するとともに、気流データ送信手段
で受信する。

【００１８】前記快適指標演算手段では前記頭部皮膚温
度検出手段により検出された温度と、気流データ受信手
段により受信された気流速度と気流温度とから、快適指
標Shの演算を、Sh＝Ｖ^1/2(Th−Tv)によって行い、室内
局所制御手段では前記快適指標演算手段の演算によって
得られた快適指標の値が5.0〜5.5の範囲で、空気調和機
本体から吹き出される気流の速度、温度及び風向を制御
するように構成されている。

【００１９】また、本発明の第２の構成では、被空調空
間内の環境情報に基づき室内全体の空気調和を行う室内
全体制御手段を備え、この室内全体制御手段により冷房
時はやや高め、暖房時はやや低めの温度で室内全体の空
気調和を行うとともに、室内局所制御手段により人体付
近の局所的空間に対してスポット的な空調制御を行うよ
うに構成している。

【００２０】

【作用】上記本発明の第１の構成によると、被空調空間
内の在室者において常時露出していて、皮膚温度等を比
較的検出しやすい頭部に注目し、その付近の環境値を検
出することにより、常に人体側からの情報を入力するこ
とができる。また、人体の快適感は人体側からの環境側
への放熱量と関係があるという観点より導いた相互関係
式を用いることにより、快適指標の計算が簡易化され
る。

【００２１】また、本発明の第２の構成によると、一般
的な空気調和機の制御方式を利用して、被空調空間内を
快適に冷房時はやや高め、暖房時はやや低めに設定した
うえで、局所的な集中空調制御を行うことにより、効率
的に無駄なく快適感が得られ、省エネルギーシステムと
して働くものとすることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は本発明の第１実施例に係る空気調和機
の構成を示すブロック図である。この図において、１は
室外機及び室内機を含む空気調和機本体であって、室外
機は能力可変圧縮機及び室外側熱交換器等を内蔵してお
り、また、室内機は室内側熱交換器、室内ファン及びこ
れを駆動するモータ、風向ルーバ及びこれを駆動するモ
ータ等を内蔵している。

【００２３】２は室内局所制御装置、３は快適指標演算
手段であって、これらはマイクロコンピュータ及びその
命令によって動作するドライブ回路等により構成されて
おり、室内局所制御装置２は快適指標演算手段３の演算
によって得られた快適指標Shの値が5.0〜5.5の範囲で、
空気調和機本体１から吹き出される気流の速度、温度及
び風向を制御する。

【００２４】４は広角レンズを備えた赤外線カメラ等か
らなる人体検出手段であって、被空調空間内の人体の位
置を検出する。５は頭部皮膚検出手段であって、被空調
空間内の人体における頭部の皮膚露出部分の皮膚温度を
検出する。６は気流速度検出手段であって、人体におけ
る頭部の皮膚露出部分付近の気流速度を検出する。７は
気流温度検出手段であって、人体における頭部の皮膚露
出部分付近の気流温度を検出する。８は気流速度検出手
段６、気流温度検出手段７双方の検出データを送信する
気流データ送信機である。

【００２５】上記した気流速度検出手段６、気流温度検
出手段７及び気流データ送信機８は被空調空間内の人体
の上半身に装着する人体装着式気流検出装置９に一体的
に設けられている。また、気流速度検出手段６と気流温
度検出手段７としては、小型気流センサが用いられる。
１０は気流データ送信機８からの送信データを受信する
気流データ受信機である。

【００２６】次に、前記快適指標演算手段３についてよ
り詳細に説明すると、該快適指標演算手段３は、頭部皮
膚温度検出手段５、頭部付近の気流速度検出手段６及び
頭部付近の気流温度検出手段７により検出された物理量
を取り入れて、快適指標を演算する。

【００２７】ここで、検出部位として頭部、特に額部分
に注目したことは次のような理由による。すなわち、被
空調空間内の人体の各部において、頭部、中でも額は常
に露出されており、しかも人体が被空調空間内において
活動している場合においても殆どの場合、人体全体の最
上位に位置しているので、障害物等により検出不可能と
なる場合が少ないと考えられるからである。

【００２８】上記した頭部を検出部位とした理由と並ん
で、人間の快適感は人体側から環境側、つまり被空調空
間側へ放出される放熱量と関係があるという発想に基づ
く理由とにより、人体側からの情報である頭部付近の検
出値を用いて、それらの検出値快適感との関係を導い
た。この相関式は人体頭部の皮膚露出部分(額)の温度Th
(℃)、人体頭部付近の気流速度Ｖ(m/s)、人体頭部付近
の気流温度Tv(℃)の３つのパラメータを用いて、快適指
標Sh＝Ｖ^1/2(Th−Tv)と表した。

【００２９】図２に、この快適指標Shと、実際の温度申
告 (人体頭部の皮膚露出部分(額)の温度Thと人体頭部付
近の気流温度Tvとの差値) 、気流申告(人体頭部付近の
気流速度Ｖ)との相互関係を示す。この図においては、
縦軸に頭部(額)についての申告結果(％)、横軸に快適指
標Shをとり、快適指標Shと実際の温度申告、快適指標Sh
と実際の気流申告の関係を回帰直線で表している。

【００３０】この結果、寄与率は温度申告結果について
は0.75、気流申告結果については0.62となり、比較的高
い値となった。ここで得られた両直線の交点は、双方の
申告結果について０付近、つまり快適な状態に位置す
る。このときの快適指標Shの値は約5.3であることが判
明した。したがって、温度、気流について快適感を満た
す快適指標Sh＝5.3という値が得られた。

【００３１】すなわち、このShという値は、温度及び気
流の申告値という快適空間を決定する数値の関数であ
り、快適指標として使用できることが明らかとなった。
また、快適感に対する快適指標Shの許容できる範囲とし
ては、温度、気流について申告値が±５％以内であれば
快適であると判断されるため、双方の申告値が±５％の
範囲で重なる領域は快適指標Shが5.0から5.5の間とな
り、且つ、快適指標Shが5.3が最良値であると言える。

【００３２】次に、上記構成の動作について説明する
と、赤外線カメラ等からなる人体検出手段４では、人体
らしき形状、温度等の検出値から人体の位置を認識し、
同時に頭部皮膚温度検出手段５により額等の頭部露出部
分の温度を検知する。

【００３３】また、被空調空間内の人体の上半身に装着
する人体装着式気流検出装置９により気流の速度及び温
度を検出する。すなわち、頭部付近気流速度検出手段６
と頭部付近気流温度検出手段７とにより気流速度、気流
温度を検出し、これらの検出データを気流データ送信機
８により送信する。送信された気流データは気流データ
受信機１０により受信されて、快適指標演算手段３に送
られる。

【００３４】なお、人体装着式気流検出装置９の装着位
置については、頭部、特に額付近が好ましいが、実際に
は、その部分への装着は無理がある。このため、人体衣
服の胸ポケット近辺に装着するとよく、このように若干
頭部から離間した位置であっても、気流速度、気流温度
はあまり変化しないため、何ら支障を来さすことはな
い。

【００３５】この頭部皮膚温度検出手段５、頭部付近の
気流速度検出手段６、頭部付近の気流温度検出手段７よ
り得られた物理量から、快適指標演算手段３によりその
時点の快適指標Shを演算する。また、人体検出手段４に
より判断された人体の位置に、風向ルーバモータの制御
を行い、風向を決定する。

【００３６】次に、これらのデータを室内局所制御装置
２に送信する。室内局所制御装置２では、この送信され
たデータに基づいて判断を行い、快適範囲内(Sh＝5.0〜
5.5)になるように、圧縮機運転周波数、室内ファンモー
タの制御を行う。そして、上記の動作を再び行い、快適
指標Shを演算する。この動作を快適指標範囲(Sh＝５．
０〜５．５、好ましくはSh＝5.3) に収束するまで繰り
返し行うことにより、被空調空間内の在室者の快適感を
保持しようとするものである。

【００３７】図３は本発明に係る空気調和機の第２実施
例における室内全体制御装置１２の構成を示すブロック
図である。この図に示される構成は、前記第１実施例の
構成に室内全体制御装置１２を付加したものである。

【００３８】したがって、空気調和機本体１から気流デ
ータ受信機１０については、図１に示された前記第１実
施例と同様の手段、装置であり、同様に動作するもので
あるため、図１と構成及び作用が共通する部分には共通
の符号を付し、重複を避けるためにその説明を省略す
る。また、ここでは室内全体制御装置１２については、
従来の空気調和機で使用されている制御系と同様のもの
とする。

【００３９】本実施例では、被空調空間内の環境値を把
握するために、各種センサを空気調和機の室内機の任意
の位置に設置することにより、環境情報としての室内機
の吸込空気のデータを検出している。検出データとして
は、空気調和機の室内機吸込空気の温度及び湿度、室内
ファンモータからの回転数から得られる気流速度、そし
て、室内からの輻射温度等が挙げられる。

【００４０】これらの検出データを利用して、室内全体
制御装置１２により制御を行うものが一般的である。な
お、上記の各種センサを使用せず、室内温度設定を被空
調空間内の人間が操作する方法でも問題はない。但し、
上記のいずれの場合においても、冷房時はやや高め、暖
房時はやや低めの温度で室内の全体的な空調制御を行う
ようにする。そして、このような従来の方法により制御
を行ったうえで、被空調空間内の在室者付近を前記第１
実施例で既述したプロセスと同様のプロセスで人体の位
置に対応する局所的空間に対してスポット的な空調制御
を行う。

【００４１】このように本実施例では、一つの空気調和
機に室内全体の空間を制御するための手段と、人体付近
の局所的空間を制御するための手段の二つの機能を備え
た制御装置を有する構成とすることにより、室内の全体
的空間と局所的空間を考慮した制御を行うことで、より
一層、効率的に快適性を向上させることが可能となり、
また、更なる消費電力低減を図ることが可能となる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によるときは、頭部(額)という比較的検出しやすい部分
の温度（人間側からの情報）と、その付近の気流速度、
気流温度（環境側からの情報）の３つのパラメータを使
用することにより、円滑に被空調空間の情報を得ること
ができ、空気調和機の制御をよりきめ細かく行うことが
できる。

【００４３】また、頭部の露出部分の温度Th、その付近
の気流速度Ｖ、気流温度Tvと快適申告値との相互関係式
として、快適指標Sh＝Ｖ^1/2(Th−Tv)を使用することに
より、比較的容易に快適指標を演算できることから、計
算処理が短時間で行え、演算装置の低コスト化を図るこ
とができる。また、人体をスポット的に捉えられること
により、人体付近の環境を集中的に制御することから、
無駄な電力消費を低減することができ、人体の効率的に
快適性の向上を図ることが可能となる。

【００４４】請求項２によるときは、室内の全体的空間
と局所的空間を考慮した制御を行うことにより、より一
層、効率的に快適性を向上させることができ、その結
果、消費電力の更なる低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る空気調和機の局所
制御のための構成を示すブロック図。

【図２】快適指標Shと温度申告、気流申告との相関関
係図。

【図３】本発明の第２実施例に係る空気調和機の全体
制御と局所制御の組み合わせ制御のための構成を示すブ
ロック図。

【図４】従来の空気調和機制御のブロック図。

【図５】従来の空気調和機制御で使用する平均皮膚温
度と温度感覚との相関関係図。

【図６】従来の空気調和機制御のブロック図。

【符号の説明】

１空気調和機本体２室内局所的制御装置３快適指標演算手段４人体検出手段５頭部皮膚温度検出手段６気流速度検出手段７気流温度検出手段８気流データ送信機９気流データ受信機１２室内全体制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被空調空間内の人体環境に基づいた快適
指標を用いて運転制御を行う空気調和機において、前記被空調空間内の人体の位置を検出する人体検出手段
と、前記被空調空間内の人体における頭部の皮膚露出部分の
皮膚温度を検出する頭部皮膚温度検出手段と、前記人体における頭部の皮膚露出部分付近の気流速度を
検出する気流速度検出手段と、前記人体における頭部の皮膚露出部分付近の気流温度を
検出する気流温度検出手段と、前記気流速度検出手段と気流温度検出手段双方の検出デ
ータを送信するための気流データ送信手段と、この気流データ送信手段から送信された気流データを受
信する気流データ受信手段と、前記頭部皮膚温度検出手段により検出された温度と、気
流データ受信手段により受信された気流速度と気流温度
とから、下記(ａ)式によって快適指標の演算を行う快適
指標演算手段と、前記快適指標演算手段の演算によって得られた快適指標
の値が5.0〜5.5の範囲で、空気調和機本体から吹き出さ
れる気流の速度、温度及び風向を制御する室内局所制御
手段と、を具備することを特徴とする空気調和機。 Sh＝Ｖ^1/2(Th−Tv)…………………………(ａ) 但し、Sh：快適指標 Th：人体頭部の皮膚露出部分の温度(℃) Tv：人体頭部付近の気流温度(℃) Ｖ：人体頭部付近の気流速度（ｍ／ｓ）
【請求項２】被空調空間内の環境情報に基づき室内全
体の空気調和を行う室内全体制御手段を備え、この室内
全体制御手段により冷房時はやや高め、暖房時はやや低
めの温度で室内全体の空気調和を行うとともに、室内局
所制御手段により人体付近の局所的空間に対してスポッ
ト的な空調制御を行うように構成されている請求項１の
空気調和機。