JPS63173989A - 熱環境測定方法及び熱環境指数計測器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 建物の内外を問わず、熱環境を支配する要素は温度（気
温）、気流速度（風速）、日射、長波放射（周囲平均放
射温度）と湿度の５つの要素であり、最終的にこれらの
データを組合せて熱環境指数を算出している。

本来熱環境指数は、空調や建物の設計等に生かされるべ
きものである。

熱環境指数として有名なものは不快指数でこの場合は上
記のうち気温と湿度のみの２つの要素で表現し、 不快指数＝０．７２　（ｔａ＋ｔＷ）　＋　４０．６で
示される。この場合ｔａは気温、ｔｗは湿球温度である
。もう一つの例をあげると、 で示されるものである。ここでＶは気流の速さく風速）
ｔｒ：周囲平均放射温度である。従って、この場合は温
度ｔａ、湿度ｔｗ、気流速Ｖと周囲平均放射温度ｔｒの
４つの要素の組合せである。以上の如く熱環境指数とし
ては適用範囲に基づき各種のものが提案されている。こ
の適用範囲とは熱環境指数を使う目的により採用する要
素の組合せがことなることを意味する。例えば人間が屋
外で運動しているときの快適性と動物例えば牛等が最も
よく乳をだす熱環境指数の種類はことなったものとなる
。しかし基本となる要素は前記の５つでありこの要素を
全部或いは若干を組合せて熱環境指数は導出される。

従来例及びその問題点 従来上記５つの要素の一般的な計測は、各々別々の原理
に基づき開発された計器で個別に行われていた。この場
合、各計器の精度が異なること、データの取込み方法、
例えばサンプリングレートが異なる等の不便があった。

従って最終的にこれらのデータを利用して熱環境指数を
算出する場合、データの処理等に専門家の手による場合
が多く、折角のデータが充分生かされなかった。即ち本
来熱環境指数は、空調や建物の設計等に生かされべきも
のであるにも拘らず測定が手がるに出来ないこと、デー
タ処理が不便であること等により十分には普及していな
い。

本発明は上記５つの要素の中で特に測定がむつかしいと
云われる気流（速度）、周囲環境温度（長波放射量）、
日射の計測を非常に簡単に出来る方法を確立し、上記適
用範囲が定まった場合そのソフトを組み如何なる種類の
熱環境指数も得られる様にした。

本発明の構成 本発明測定方法は次の様に構成される。

被測定環境に於いて、直径が同じで、各々日射吸収率、
長波吸収率が異なり熱伝導率がよく、かつ熱容量の小さ
い３つ以上の金属中空球の各々の中心に熱容量の小さい
温度センサーを設けた中空金属球を放射状に等角度で配
置し、各法の熱的相互作用を消去し、更にこの被測定環
境内に上記球内の温度センサーと実質的に同じ熱容量の
温度センサーを別に設けて気温を出力せしめ、上記球内
の温度センサーの出力と上記別に設けた気温センサーの
出力とを用いて各法の熱収支式からなる多元連立方程式
を立て、これを最小二乗法により解くことにより熱環境
指数の要素を構成する風速、日射、平均放射温度（長波
放射）を算出し、これらの算出値と上記気温とを組合せ
て上記被測定環境に於ける熱環境指数を求める。

実施例 本発明方法を実施する装置即ち熱環境計につきその作用
と共に説明する。

先に述べたごとく気温、湿度の測定は測ろうとする現象
変化が詔そくかつそのセンサー自体も安価であるためこ
れら要素の測定については従来型を利用することで足り
るが本実施例では、従来測定が不便でかつ高価な日射、
放射、風速を温度センサーから求める方法について説明
する。その概要を第１図に示す。直径が同じで表面の短
波長と長波長の吸収率が異なる３つの球を考えると各々
の球について定常状態において下記の熱収支式が成立す
る。

ａ　ｓ　Ｉ　＋　ａ　（Ｔａ　−Ｔ、ｓ）　　”ε、σ
　（Ｔ、’　　−Ｔ　ｉ’　）　　＝０・・・・・・（
１）ここで、 Ｉ：日射量　　ａｉ　：各法の日射吸収率α２球の対流
熱伝達係数　　Ｔ１：気温Ｔ□：球の温度　　ａｉ　：
各法の長波放射吸収率σ：ステファンボルツマンの常数 Ｔ、：周囲の平均放射温度（ＭＲＴ） である。また添字、のついた記号は、各々の球により異
なる定数である。左辺第一項は球が吸収する日射量を、
第二項は対流により伝達する熱量を、第三項は球と周囲
表面との間における再放射交換量を示す。ここで、日射
吸収率ａｉ、長波吸収率ε１を既知として与えられるの
で、気温Ｔ、と中空球の中心の空気温度Ｔ、ｉを計測す
ることにより、日射量１１対流熱伝達係数α、周囲の平
均放射温度Ｔ、を三元連立方程式の解として求めること
が出来る。この場合、三元連立方程式は３つの球に対し
異なった日射吸収率ａ１、長波吸収率ε１を与えること
により常数の異なった３つの式が成立する。

具体的には、吸収率は一例として下表に示す様な組み合
せにより構成される。

この表は一例であり、種々な処理方法をとれば種々の吸
収率の組合せを作ることができる。なお各々の吸収率は
あらかじめ十分な精度で実測により決めておく。またさ
らに精度を上げるために、表に与える吸収率の組み合せ
の他に各々の吸収率の異なったもう一つの第４球を用意
し、４元連立方程式とすることも出来る。この４元連立
方程式においても、先の三元連立方程式と同じく未知数
は３個である。この意味は３個の未知数を決定する場合
より高精度に求められることを意味する。

また三元の場合四元の場合共測定される各法のＴ、ｉは
測定誤差を含んだものである。すなわち上記３つの未知
数は一義的に、解析的に解が得られるものでなく多くの
測定値を利用した最少２乗法により求められる。次に中
空球の温度は、球の中心に接点が来る様にした銅コンス
タンクン熱電対等、熱容量の少ない温度センサーにより
計測する。この場合中空球の材料として薄い銅板等を使
用し、表面温度と中心温度が出来るだけ早く同じ温度に
なる構造をとる。例えば真空にし中空球内面を黒化し、
反応の早い放射伝達の要素を多くする。

以上を整理すると、吸収率の異なる３つの球の温度Ｔ、
ｉ３点と気温Ｔ、の測定より日射量工、対流熱伝達係数
α、平均周囲表面温度Ｔ、を求めることが出来る。次に
対流熱伝達係数αより実験式を用いて風速を求めること
が出来る。さらに定義により平均放射温度は、周囲より
球に入射する長波放射量を規定するものである。

効果 以上は本発明による熱環境計の測定原理であるが、本発
明の効果は、熱環境を構成する各要素を従来の複雑なセ
ンサーを使わないで簡単な３つ乃至４つの温度測定によ
り決め得ることである。またこの４つのデータを組合せ
て種類の異なる熱環境指数の計算もＣＰＵで行うことが
出来る。

本方法を実施する熱環境指数計測器 第１図は上記した３つの球の１つを示す。３つの球はそ
の外面の処理が白ペイント塗装、黒ペイント塗装、及び
クロームメッキと夫々異なり其の他は全く同じ仕様とす
る。夫々の球は、外形７５ｆｆｌｆｆ１１厚さ０．５叩
の銅製の球の中心に直径５０μの銅コンスタンクンの熱
電対の接点が来る様にしである。

第１図に於いて、 １は熱電対、２はＣｕ製球、３は熱電対素線引出部、４
は熱電対引出線、５は断熱ブツシユ、６は球の支持棒を
示す。

尚、第２図に示す様に３つの球は放射状に等角度に配備
し、各々の間での熱的相互作用がない様にお互いの影響
を考慮し最低長の間隔に配置する。

第２図は、熱環境計を更正する３つの球ＷＳＢ。

Ｇと１つの気温センサーＴの配置とデータ処理の構成図
であり、１は熱電対、Ａ／ＤはＡ／Ｄ変換器、Ｌはりニ
ヤライザー、Ｔは気温センサー、Ｃは演算器、Ｗ　、Ｂ
ｓ　Ｃｒは夫々白、黒、クロムメッキを各々表面処理し
た球を示す。

第２図に示す様に具現された熱環境指数計においては引
出線７より得られる気温と３つの球よりの温度信号をＡ
／Ｄ変換ののち、組込みＣＰＵにより式（１）及び風速
を求める実験式を計算することにより必要とする気温、
日射、周囲平均放射温度、風速の４つの要素が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、熱環境計を構成する中空球１つの構造と球表
面における熱収支を示す図、 第２図は、熱環境計を更正する３つの球と１つの気温セ
ンサーの配置とデータ処理の構成図である。 １：熱電対、　　　　　　２：Ｃｕ製球、３：熱電対素
線引出部、４：熱電対引出線、５：断熱ブツシュ、　　
６：球の支持棒、ｌ：熱電対、 Ａ／Ｄ　：アナログ・デジタル変換器、Ｌ：リニヤライ
ザー、　Ｔ：気温センサー、Ｃ：演算器、 Ｗ、Ｂ、Ｃｒ：白、黒、クロムメッキを各々表面処理し
た球。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直径が同じで、各々日射吸収率、長波吸収率が異
   なり熱伝導率がよく、かつ熱容量の小さい３つ以上の金
   属中空球の各々の中心に熱容量の小さい温度センサーを
   設け、該センサーの出力とは別に設けた該センサーと同
   じ熱容量の気温センサーの出力と各球の熱収支式からな
   る多元連立方程式を立て、これを最小二乗法により解く
   ことにより熱環境を構成する気温、風速、日射、平均放
   射温度（長波放射）を計測することを特徴とする熱環境
   指数測定方法。
2. （２）測定すべき熱環境空間に表面を白色化、黒色化、
   クロームメッキした３つ以上の同等の銅製中空球を放射
   状に等角度に配置し各球中心に同じ熱容量の熱電対を夫
   々設けて各球の熱電対より出力を取り出し、一方、上記
   空間に別個に設けた上記熱電対と同じ熱容量の熱電対よ
   り成る気温センサーからの出力をも取り出し、これら出
   力より気温、風速、日射及び周囲平均放射温度を計算機
   により算出する事を特徴とする熱環境指数計測器。