JPH10148371A - 健康空調制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １日の生体リズムに合った温熱環境を創出す
る。 【解決手段】 健康的な室内環境創造のための空調制御
を行う健康空調制御システムにおいて、空調制御の目標
値として、春又は秋の中間期における外気温変化による
人体からの放熱量変化に基づいて朝を低めに午後にピー
クを有し夕方から夜に向かって再び低くなる設定値ｔを
求め空調制御を行う。前記空調の温度制御の設定値は、
前記放熱量変化と季節に応じた着衣量の関数として求
め、前記放熱量変化は、中間期における平均的な外気温
変化を基準とし、収容環境に応じて設定し、前記収容環
境は、年齢や性別、活動状態、平均的な着衣量や体表面
積、代謝量である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、健康的な室内環境
創造のための空調制御を行う健康空調制御システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】空調シ
ステムは、冷房・暖房を行うことにより四季を通じて常
に快適な温熱環境を創出する手段として、種々の方式の
ものが提案されている。空調システムとして、基本的に
は、快適な環境を創出するため、それぞれの季節に応じ
て適切な設定値を求め、体感温度として夏は涼しく、冬
は温かく感じるようにするものであり、設定値との比較
により検出温度を一定に調節するのが従来の最も一般的
なものである。また、比較的最近においては、ＰＭＶ値
（環境指標値）を導入すると共にファジィ制御を導入し
た環境創出システムが提案されている。これは、環境要
素のうちの温度、湿度、周壁温度（平均輻射温度）、室
内気流、着衣量、活動量からなる６つの体感要素からＰ
ＭＶ値及びその単位時間当たりの変化量ΔＰＭＶ値を算
出し、ファジィルールに基づくファジィ推論を行って空
調や輻射冷暖房、換気、ブラインド等の制御を行うこと
により、快適な環境を創出するものである。

【０００３】しかし、いずれにしても、従来の空調シス
テムは、それぞれの季節に合わせて常に或る一定の温熱
環境を創出して、快適さを演出するものであり、そのた
めに季節の変化に対応させてはいるが、人間にとって健
康的な「生体リズム」については全く考慮されていない
といってもよい。すなわち、快適であると言われる環境
を作り出す温度・湿度・照度などの要素についてみる
と、それらの要素は基本的に「固定値（一定値）制御」
である。古くから人間は、時刻・季節とともに時には激
しく変動する「自然」という一定のリズムを持った環境
の中で生活してきた。このような生活の中で、「生体リ
ズム」が形成され、外部変動に対する適応力を培ってき
たが、上記のような従来の固定値制御による環境創出シ
ステムは、知らず知らずのうちに人体に大きな負の影響
を与え、人類が長年の間に築いてきた「生体リズム」を
破壊し、肉体的・精神的な適応力を失わせ、過去に存在
しなかった疾病を引き起こす原因になっていると考えら
れている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、人間の１日の生体リズムに合った
温熱環境を創出するものである。

【０００５】そのために本発明は、健康的な室内環境創
造のための空調制御を行う健康空調制御システムにおい
て、空調制御の目標値として、春又は秋の中間期におけ
る外気温変化による人体からの放熱量変化に基づいて朝
を低めに午後にピークを有し夕方から夜に向かって再び
低くなる設定値を求め空調制御を行うようにしたことを
特徴とするものである。

【０００６】また、前記空調の温度制御の設定値を前記
放熱量変化と季節に応じた着衣量の関数として求め、前
記放熱量変化を中間期における平均的な外気温変化を基
準とし、収容環境に応じて設定し、前記収容環境は、年
齢や性別、活動状態、平均的な着衣量や体表面積、代謝
量であることを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る健康空調制
御システムの実施の形態を示す図、図２は放熱量の考え
方を説明するための図であり、１はセンサ、２は空調制
御装置、３は空調設備、２１は比較制御部、２２は設定
値レジスタ、２３は設定値演算部、２４はパラメータ入
力制御部、２５はパラメータ記憶部、２６はクロ値記憶
部を示す。

【０００８】図１において、センサ１は、制御対象とな
る室内温度を検出するものであり、空調設備３は、例え
ば冷温水バルブやパッケージコントローラ、ファン等の
制御対象設備である。空調制御部２は、比較制御部２
１、設定値レジスタ２２、設定値演算部２３、パラメー
タ入力制御部２４、パラメータ記憶部２５、クロ値記憶
部２６からなり、所定時間毎にパラメータに基づき設定
値を演算し、センサ１により検出される室内温度が制御
目標となる設定値になるように空調設備３を制御するも
のである。

【０００９】空調制御装置２において、比較制御部２１
は、センサ１の検出温度を設定値と比較演算して、空調
設備３の制御信号を生成するものであり、設定値レジス
タ２２は、その設定値を保持するものである。設定値演
算部２３は、所定の時間毎に設定値を演算して設定値レ
ジスタ２２を更新するものであり、その演算をするため
のパラメータを格納するのがパラメータ記憶部２５、ク
ロ値を格納するのがクロ値記憶部２６である。パラメー
タ入力制御部２４は、パラメータ記憶部２５及びクロ値
記憶部２６に格納するパラメータを入力し、また、その
パラメータを所定の時間毎に設定値演算部２３で設定値
を演算する時にパラメータ記憶部２５及びクロ値記憶部
２６に格納したパラメータを供給する制御を行うもので
ある。

【００１０】本発明に係る健康空調制御システムは、設
定値演算部２３により室内温度の制御目標となる設定値
ｔを１日のサイクルで人体の着衣時の放熱量（熱損失）
Ｑｔとその時期における当該施設でのクロ値（着衣の熱
抵抗）Ｉｃｌの関数

【００１１】

【数１】ｔ＝ｆ（Ｑｔ，Ｉｃｌ） として求め、設定値レジスタ２２に保持する。これらの
うち、人体の着衣時の放熱量Ｑｔは、人間にとって心地
よい中間期における放熱量、つまり、春又は秋の外部に
おける人体の放熱量である。したがって、この放熱量Ｑ
ｔは、１日のサイクルで変化するものである。これを図
示したのが図２である。また、クロ値Ｉｃｌは、その時
期の着衣量であるので、季節によって変化するものであ
る。温熱環境指標の計算などに用いられるクロ値は、皮
膚表面から着衣外表面までの熱抵抗値として定義され、
例えば周知の「サーマルマネキン」を使い人体の熱平衡
に関して模擬的に計測される。これは、マネキン内部に
ヒーターが内蔵されており、代謝量と同じ熱量をヒータ
ーにより発熱した場合に、周囲にどの程度放熱するかを
見るものである。

【００１２】次に、人体の着衣時の放熱量Ｑｔ及びパラ
メータについて説明する。図３は外気温のパラメータを
説明するための図、図４は平均的な着衣量、体表面積及
び代謝量の各パラメータを説明するための図である。人
体の着衣時の放熱量Ｑｔは、人間にとって心地よい春又
は秋の平均的な１日の外気温、平均的な着衣量、平均的
な体表面積、代謝量をパラメータとして求めるものであ
る。外気温は、春又は秋のうち、例えば秋の１日サイク
ルの平均的な外気温の値であり、図３（Ａ）に示すよう
に朝から徐々に上昇して午後にピークとなり、夕方から
夜に向かって下がってゆくカーブである。したがって、
これをパラメータとして例えば図３（Ｂ）に示すような
データによりパラメータ記憶部２５に格納される。ま
た、平均的な着衣量は、成人の平均的な着衣量、平均的
な体表面積は、成人の平均的な体表面積であり、代謝量
は、成人の平均的な代謝量である。これらを施設・環
境、年齢、性別、活動量に応じて調整できるようにする
ためには、例えば図４に示すようなそれぞれのデータが
パラメータとしてパラメータ記憶部２５に格納される。

【００１３】着衣量は、図４（Ａ）に示すように事務所
か、工場か、宿泊施設か、教育施設か、高齢者施設か等
の施設やその環境に応じて異なる値を持つ。また、体表
面積は、図４（Ｂ）に示すように少年か、青年か、成年
か、老年か、男女等の年齢・性別に応じて異なる値を持
つ。同様に、代謝量は、図４（Ｃ）に示すように活動量
の程度が激しいか、比較的活発か、普通か、比較的おと
なしいか、静かか等の活動量の程度に応じて異なる値を
持つ。これらは、勿論、他の区分を使って設定してもよ
い。例えば小学校や中学校であれば、図４に示すパラメ
ータの教育施設、少年、活動的に対応し、また、高齢者
施設の場合には、必然的に老年でかつ静に該当する。し
たがって、これらの組み合わせは適宜変更可能であるこ
とはいうまでもない。

【００１４】このように空調制御を行う空間の収容環境
は、実際にオフィスやイベントホール、病院、老人福祉
施設、学校など、さまざまである。そこで、これらの条
件に応じて着衣量、体表面積、代謝量のデータを予め記
憶部に格納しておき、それらを切り替えて選択し放熱量
Ｑｔを求めるようにしてもよい。このようにすることに
より、収容環境に応じたより健康的な空調制御が可能に
なる。

【００１５】次に、設定値演算部２３による設定値演算
処理の流れを説明する。図５は設定値演算処理の流れを
説明するための図、図６は設定値の例を示す図である。
設定値演算処理は、図５に示すようにまず、設定値演算
時刻（例えば毎時）がくるのを待って（ステップＳ１
１）、パラメータ入力制御部２４を通して設定条件に対
応した平均的な着衣量、体表面積及び代謝量の値を読み
出し（ステップＳ１２）、同時にその時刻に対応した外
気温を読み出す（ステップＳ１３）。そして、これらの
パラメータから放熱量Ｑｔを求める（ステップＳ１
４）。次に、クロ値Ｉｃｌを読み出し（ステップＳ１
５）、放熱量Ｑｔ及びクロ値Ｉｃｌから制御目標値であ
る設定値ｔを求め（ステップＳ１６）、この設定値ｔを
設定値レジスタ２２にセットする（ステップＳ１７）。
なお、クロ値は、先に述べたようにその時期の当該施設
での着衣量であり、季節によって変化するものであるの
で、カレンダーにより、或いは季節の設定により決める
ことができる。このようにして設定値演算時刻毎に設定
値レジスタ２２に保持される設定値ｔを更新するので、
センサ１の検出温度が設定値ｔとなるように比較制御部
２１で空調設備３の制御信号を生成することにより、設
定値ｔに追従させて空調制御を行うことができる。

【００１６】上記のようなパラメータを使った関数によ
り設定値ｔを求めるため、夏、冬では、クロ値Ｉｃｌの
変化により、１日のサイクルでは、人体の着衣時の放熱
量Ｑｔの変化により、図６に示すように朝は低めで徐々
に高くなり、午後にピークとなって夕方から夜に向かっ
て再び低くなるような１日のサイクルの設定値ａ、ｂが
夏、冬の季節に応じて求めることができ、このような設
定値となる室温に空調を制御することができる。このこ
とは、

【００１７】

【数２】中間期の外気温度変化による人体からの放熱量
変化＝夏の着衣量での室内温度変化による人体からの放
熱量変化＝冬の着衣量での室内温度変化による人体から
の放熱量変化 つまり、１日の放熱量の変化からみると、体感的に１年
を通して中間期（春・秋）の心地よい環境と同じ環境を
１日の「生体リズム」に合わせて実現することができ
る。

【００１８】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、代謝量として成人の平均的な代謝量
を使ったが、１日のサイクルで異なる値を持つ代謝量を
使ってもよい。また、設定値ｔを求める場合、演算式を
用いて各パラメータを代入し演算により求めてもよい
が、各パラメータをアドレスとするルックアップテーブ
ルを用いて求めるようにしてもよい。さらに、各パラメ
ータは、設置する空間の構成、環境に合わせてそれぞれ
のシステムで一義的に決めてもよいが、図４に示したよ
うに設置する空間の構成、環境に合わせて選択できるよ
うにしてもよいことはいうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、空調なしでも非常に快適に過ごすことができ
る春や秋の中間期に合わせて、しかも人体の放熱量が１
日を通してこのような春や秋の中間期における放熱量と
同じになるようにするので、朝、昼、夜のリズムに合わ
せた「自然のリズム」を体に与えることができ、健康的
で快適な環境を実現することができる。しかも、パラメ
ータを選択して変えることにより、病院、スポーツ施
設、イベントホール、オフィス等のそれぞれの施設や環
境、年齢、性別の構成、活動量等の条件に合った快適な
温熱環境を創出することができる。また、従来の固定値
制御のシステムと比較すると、夏は昼間において、冬は
朝と夕において図６の斜線に示す部分で省エネを図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る健康空調制御システムの実施の
形態を示す図である。

【図２】 放熱量の考え方を説明するための図である。

【図３】 外気温のパラメータを説明するための図であ
る。

【図４】 平均的な着衣量、体表面積及び代謝量の各パ
ラメータを説明するための図である。

【図５】 設定値演算処理の流れを説明するための図で
ある。

【図６】 設定値の例を示す図である。

【符号の説明】

１…センサ、２…空調制御装置、３…空調設備、２１…
比較制御部、２２…設定値レジスタ、２３…設定値演算
部、２４…パラメータ入力制御部、２５…パラメータ記
憶部、２６…クロ値記憶部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 健康的な室内環境創造のための空調制御
   を行う健康空調制御システムにおいて、空調制御の目標
   値として、春又は秋の中間期における外気温変化による
   人体からの放熱量変化に基づいて朝を低めに午後にピー
   クを有し夕方から夜に向かって再び低くなる設定値を求
   め空調制御を行うようにしたことを特徴とする健康空調
   制御システム。
2. 【請求項２】 前記設定値は、前記放熱量変化と季節に
   応じた着衣量の関数として求めることを特徴とする請求
   項１記載の健康空調制御システム。
3. 【請求項３】 前記放熱量変化は、中間期における平均
   的な外気温変化を基準として設定することを特徴とする
   請求項１記載の健康空調制御システム。
4. 【請求項４】 前記放熱量変化は、収容環境に応じて設
   定することを特徴とする請求項１記載の健康空調制御シ
   ステム。
5. 【請求項５】 前記収容環境は、施設の種類や、年齢、
   性別、活動状態であることを特徴とする請求項４記載の
   健康空調制御システム。
6. 【請求項６】 前記収容環境は、平均的な着衣量や体表
   面積、代謝量であることを特徴とする請求項４記載の健
   康空調制御システム。