(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも室内温度および室内相対湿度を測定する環境測定器と、冷蔵庫としての機能とショーケース温度計を有するショーケースが内部に設置された室内用の空調設備の空調制御装置において、
環境測定器からの情報と着衣量及び活動量に関する情報が入力されて快適性指標を演算する快適性指標演算手段と、
快適性指標演算手段で演算した快適性指標に基づいて、省エネと室内の快適性を同時に満足させるような空調設備の室温設定値を含む制御量設定値を演算する制御量設定値演算手段と、
制御量設定値演算手段で演算した室温設定値を含む制御量設定値と、ショーケース温度計からの情報とに基づいて、室内温度が当該設定室内温度となった場合のショーケース外側表面温度Ｔｓを算出し、環境測定器からの室内温度および室内相対湿度を含む情報に基づいて、空気の結露温度Ｔ”を算出し、ＴｓおよびＴ”がＴｓ＜Ｔ”である場合に、ＴｓがＴ”以上となるよう室温設定値を含む制御量設定値を補正して補正制御量設定値を求める制御量設定値補正手段と、
を備えたことを特徴とする空調設備の空調制御装置。
【請求項２】
快適性指標演算手段は、ＰＭＶを用いて快適性指標を演算することを特徴とする請求項１記載の空調設備の空調制御装置。
【請求項３】
制御量設定値演算手段は、ファジィ演算を用いて省エネと室内の快適性を同時に満足させるような空調設備の制御量設定値を演算することを特徴とする、請求項１記載の空調設備の空調制御装置。
【請求項４】
制御量設定値演算手段は、省エネと室内の快適性を同時に満足させるような室温設定値を求めることを特徴とする請求項１記載の空調設備の空調制御装置。
【請求項５】
制御量設定値演算手段は、省エネと室内の快適性を同時に満足させるような室温設定値と室内湿度設定値を求めることを特徴とする請求項１記載の空調設備の空調制御装置。
【請求項６】
制御量設定値補正手段は、室内表面熱伝達率α［Ｗ／ｍ２・Ｋ］、壁体（ガラス）の熱貫流率Ｋ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］、ショーケース内温度をＴａ［℃］、室内空気の露点温度Ｔ”［℃］の場合、制御量設定値演算手段で求めた室温設定値Ｔｓｖが
【数１】
0004309604.tif 000012
なる時、ショーケースのガラスが結露したものと判定し、室温設定値Ｔｓｖを
【数２】
0004309604.tif 000013
と補正して補正制御量設定値を求めることを特徴とする請求項１記載の空調設備の空調制御装置。
【請求項７】
制御量設定値補正手段は、室温ＴＲ［℃］、室内相対湿度ψより、湿り空気線図の作成に用いられる演算式に基づいて露点温度Ｔ”［℃］求めることを特徴とする、請求項６記載の空調設備の空調制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、コンビニ、スーパーなどの店舗ビルにおいて、居住者の快適性を保持してかつ省エネを実現することができる空調設備の空調制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調設備の空調制御本来の目的は、適正な室内温熱環境を確保することである。このような室内温熱環境をできる限り少ないエネルギー消費で実現できることが望ましい。しかし、コンビニやスーパーなどでは、室内に冷蔵庫となっているショーケースが設置してあるため、ショーケースのガラスが室内の空調制御の状態によって結露する恐れがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで現在、快適性と省エネを同時に満たし、かつショーケースのガラス結露防止も考慮した空調設備の空調制御は、まだ行われていないのが実情である。
【０００４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、コンビニやスーパーなどの店舗ビルにおいて、室内に設置され冷蔵庫となっているショーケースのガラスが結露しないよう室内の室温と室内湿度を、快適性と省エネも考慮して最適に制御できる空調設備の空調制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも室内温度および室内相対湿度を測定する環境測定器と、冷蔵庫としての機能とショーケース温度計を有するショーケースが内部に設置された室内用の空調設備の空調制御装置において、環境測定器からの情報と着衣量及び活動量に関する情報が入力されて快適性指標を演算する快適性指標演算手段と、快適性指標演算手段で演算した快適性指標に基づいて、省エネと室内の快適性を同時に満足させるような空調設備の室温設定値を含む制御量設定値を演算する制御量設定値演算手段と、制御量設定値演算手段で演算した室温設定値を含む制御量設定値と、ショーケース温度計からの情報とに基づいて、室内温度が当該設定室内温度となった場合のショーケース外側表面温度Ｔｓ〔℃〕を算出し、環境測定器からの室内温度および室内相対湿度を含む情報に基づいて、空気の結露温度Ｔ”を算出し、ＴｓおよびＴ”がＴｓ＜Ｔ”である場合に、ＴｓがＴ”以上となるよう室温設定値を含む制御量設定値を補正して補正制御量設定値を求める制御量設定値補正手段とを備えたことを特徴とする空調設備の空調制御装置である。
【０００６】
本発明によれば、室内に設置してある冷蔵庫として機能するショーケースのガラスが結露しないよう、室内の室温と室内湿度を快適性と省エネも考慮して最適に制御できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１乃至図３は、本発明による空調設備の空調制御装置の一実施の形態を示す図である。
【０００９】
図１に示すように、店舗等の室内１０に、ショーケース温度計１１ａを有し冷蔵庫として機能するショーケース１１が設置されている。また室内１０には、温度計５ａ、平均輻射温度計５ｂ、気流速度計５ｃ及び湿度計５ｄが設置され、これら温度計５ａと、平均輻射温度計５ｂと、気流速度計５ｃと、湿度計５ｄとにより環境測定器５が構成される。
【００１０】
また室内１０には空調機２０が空気管２４、２５を介して接続され、空調機２０からの空気配管２４を介して空気が室内１０へ送られ、室内１０の空気は空気配管２５を介して空調機２０へ戻される。
【００１１】
さらに、空調機２０内を通る空気は蒸気バルブ、温水バルブ及び冷水バルブの働きにより加湿，加熱，冷却されて出てくる。
【００１２】
本発明による空調制御装置は、温度計５ａと、平均輻射温度計５ｂと、気流速度計５ｃと、湿度計５ｄとからなる環境測定器５からの情報と、ショーケース温度計１１ａからの情報に基づいて、空調機２０に付随する蒸気バルブ２１と、温水バルブ２２と、冷却バルブ２３とを適切に制御するものである。
【００１３】
図１において、空調制御装置１は環境測定器５にＤＤＣ（Direct Digital Controller）１２を介して接続され、また蒸気バルブ２１と、温水バルブ２２と、冷却バルブ２３はＤＤＣ１３を介して制御されている。
【００１４】
次に、本発明による空調制御装置１について記述する。
【００１５】
空調制御装置１は、環境測定器５からの情報と着衣量及び活動量に関する情報が入力されて快適性指標を演算する快適性指標演算手段２と、快適性指標演算手段２で演算した快適性指標に基づいて、省エネと室内１０の快適性を同時に満足させるような空調機２０の制御量設定値を演算する制御量設定値演算手段３とを備えている。また制御量設定値演算手段３で演算した制御量設定値と、環境測定器５の情報と、ショーケース温度計１１ａからの情報に基づいて、制御量設定値補正手段４により、空調機２０が室内１０に設置してあるショーケース１１を結露させるか否か判定し、結露すると判断した場合に、制御量設定値を補正して補正制御量設定値を求めるようになっている。
【００１６】
次に各構成要素について、更に説明する。
【００１７】
まず、快適性指標演算手段２について説明する。
【００１８】
人間の快適性を考えて、適正な室内温熱環境を確保するにあたっては、暑さ、寒さに対する人間の温熱感覚を考慮することが重要である。これに影響を与える変数として次のものがある。▲１▼室内温度  ▲２▼平均輻射温度  ▲３▼気流速度  ▲４▼相対湿度  ▲５▼活動状態（人体の内部発熱量）▲６▼着衣状態
人体の発熱量は対流による放射量、輻射による放熱量、人からの蒸発熱量、呼吸による放熱量及び蓄熱量の合計で、これらの熱平衡が成立している場合は、人体は熱的に中立であり、暑くも寒くもない快適状態である。逆に熱平衡がくずれた場合に人体は暑さ寒さを感じる。
【００１９】
上述のように、環境測定器５は温度計５ａ、平均輻射温度計５ｂ、気流速度計５ｃ、湿度計５ｄからなり、環境測定器５は室内温度、平均輻射温度、気流速度、相対湿度を計測し、これらの情報を快適性指標演算手段２へ出力する。
なお、着衣量及び活動量に関する情報は、あらかじめ固定値として快適性指標演算手段２に設定することもできる。代表的な値は後述する。
【００２０】
快適指標演算手段２では上記の環境測定器５からの情報と着衣量及び活動量に関する情報を用いて快適性指標を求める。
【００２１】
なお、▲２▼平均輻射温度を読める平均輻射温度計５ｂを設置する代わりに、室温や外気温度等を用いて平均輻射温度を推定計算しても良い。また、▲３▼気流速度が居住者の付近で小さい場合、快適性指標への影響を無視できるため、これを変数から省略しても良い。
【００２２】
また、快適性指標演算手段２はＰＭＶを用いて快適性指標を演算することができる。
【００２３】
ここでＰＭＶ（Predicted Mean Vote：予測平均回答）とは、デンマーク工科大学のＦａｎｇｅｒ教授が１９６７年に快適方程式の導出を発表し、これを出発点として人体の熱負荷と人間の温冷感を、欧米人の多数の被験者のアンケートから統計分析して結び付けたものである。これは近年ＩＳＯ規格にも取り上げられ、空調制御の快適性指標として最近よく用いられるようになった。温冷感の指標となるＰＭＶは、次の７段階評価尺度による数値として表す。
【００２４】
【数３】
0004309604.tif 000002
上記のうち、快適な範囲は‐０．５〜＋０．５である。
【００２５】
また上記の温熱感覚に影響を与える６つの変数のうち、
作業強度を表す活動状態は通常、代謝量ｍｅｔで、着衣状態はｃｌｏの単位を用いる。
【００２６】
次にｍｅｔ及びｃｌｏについて述べる。
【００２７】
ｍｅｔ（メット）
代謝量を表す単位であり、熱的に快適な状態における安静時代謝を基準とする。例えば事務所ビルでの事務作業は１．２ｍｅｔである。
【００２８】
【数４】
0004309604.tif 000003
ｃｌｏ（クロ）
衣服の熱絶縁性を表す単位で、１ｃｌｏとは気温２１℃、相対湿度５０％、気流５ｃｍ／ｓ以下の室内で、体表面からの放射量が１ｍｅｔの代謝と平衡するような着衣状態での値で、通常の熱抵抗値に換算すると
【数５】
0004309604.tif 000004
なお、冬季の建物内での着衣量は通常１．０ｃｌｏ、夏季の着衣量は通常０．５ｃｌｏである。
【００２９】
ＰＭＶについては、下記の参考文献に詳述されている。
【００３０】
【数６】
0004309604.tif 000005
次に制御量設定値演算手段３について述べる。
【００３１】
制御量設定値演算手段３では、快適性指標が居住者の快適範囲に入ってかつ、省エネを犠牲にしない制御量（温度、湿度等の）設定値を求める。
【００３２】
快適性範囲内とは、省エネを考慮して冷房時は室温が高めになるように定めた範囲をいい、ＰＭＶ目標値として室温の変動幅を考慮して（−０．５＜ＰＭＶ＜＋０．５）の上限近く、例えば＋０．３を設定する。
【００３３】
反対に暖房時には室温が低めになるように、快適範囲の下限近くの−０．３をＰＭＶ目標値として設定する。
【００３４】
制御量設定値演算手段３において、図２に示すようなファジィ演算を用いる。
【００３５】
すなわち図２において、快適性指標演算手段２で求められたＰＭＶから、ＰＭＶ目標値を引いた偏差Ｅｐがファジィ演算部６に入力される。さらにこの偏差Ｅｐが変化量演算部７に入力され、その変化量ΔＥｐが演算される。ΔＥｐもファジィ演算部６に入力され、ファジィ演算部６は、ＥｐとΔＥｐから快適性指標ＰＭＶがＰＭＶ目標値となるよう制御量設定値の変化量を求める。
【００３６】
制御量設定値演算手段３はファジィ演算部６を有しているので、同時に複数の制御量設定値を求めることが可能である。
【００３７】
図３にファジィ制御ルールテーブルの例を示す。
【００３８】
図３において、ＮＢ、ＮＭ、ＮＳ、ＺＯ、ＰＳ、ＰＭ、ＰＢの意味は次の通りである。
【００３９】
ＮＢ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｂｉｇ  ；負で大きい
ＮＭ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｍｅｄｉｕｍ  ；負で中くらい
ＮＳ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｓｍａｌｌ  ；負で小さい
ＺＯ：Ｚｅｒｏ
ＰＳ：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｓｍａｌｌ  ；正で小さい
ＰＭ：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｍｅｄｉｕｍ  ；正で中くらい
ＰＢ：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｂｉｇ  ；正で大きい
図３に示すようなファジィ制御ルールテーブルに従って求められた制御量設定値の変化量は加算部６ａ、６ｂに入力され、前回の制御量設定値と加算されて今回の制御量設定値が求められる。求められた各制御量設定値は制御量設定値補正手段４に入力される。
【００４０】
制御量設定値補正手段４は上記の制御量設定値、環境測定器５からの情報である室内温度  、相対湿度と、ショーケース温度計１１ａからの情報を用いて、補正制御量設定値を求める。
【００４１】
制御量設定値補正手段４において、補正制御量設定値は以下のように求める。
【００４２】
室温ＴＲ［℃］、室内相対湿度ψの空気の露点温度Ｔ”［℃］及び室内表面温度Ｔｓ［℃］、とするとき、ショーケース表面に結露が生ずるか否かはＴｓとＴ”とを比較することで判定できる。すなわち、Ｔ”＞Ｔｓのとき結露する。
【００４３】
室内表面温度Ｔｓ［℃］は、室内表面熱伝達率α［Ｗ／ｍ２・Ｋ］（ｋｃａｌ／ｍ２・ｈ・℃）、壁体（ガラス）の熱貫流率Ｋ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］  （ｋｃａｌ／ｍ２・ｈ・℃）、室内空気温ＴＲ［℃］、ショーケース内温度Ｔａ［℃］を用いて
【数７】
0004309604.tif 000006
よって求めることができる。なお、通常Ｋ／αの値は、０＜Ｋ／α＜１である。
【００４４】
結露するＴ”＞Ｔｓの条件は
【数８】
0004309604.tif 000007
制御量設定演算手段３で求められた、室温設定値をＴｓｖとすると空調制御後、室内空気温ＴＲは、Ｔｓｖになるので、上記条件は
【数９】
0004309604.tif 000008
すなわち、下記の条件が成立する場合
【数１０】
0004309604.tif 000009
ショーケースのガラスが結露するので、Ｔｓｖの値を下記の値に置き換える。
【００４５】
【数１１】
0004309604.tif 000010
露点温度Ｔ”は室温ＴＲ、室内相対湿度ψより湿り空気線図の作成に用いられる演算式によって求められる。
【００４６】
具体的、演算式を以下に示す。
【００４７】
【数１２】
0004309604.tif 000011
制御量設定値補正手段４は、上記で求めた制御量（温度、湿度等の）設定値を用いてＤＤＣ（Direct Digital Controller）１３により、空調機２０に付随する蒸気バルブ２１と、温水バルブ２２と、冷却バルブ２３とを制御した場合にショーケース１１のガラスが結露するか否かをショーケース温度計１１ａからの情報と、環境測定器５からの情報により前記方法に基づいて判定し、結露する時は上記設定値を結露しないように制御量設定値を補正して補正制御量設定値を定める。
【００４８】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００４９】
まず、環境測定器５を構成する温度計５ａ、平均輻射温度計５ｂ、気流速度計５ｃ、湿度計５ｄから室内温度、平均輻射温度、気流速度、及び相対湿度に関する情報と、着衣量及び活動量に関する情報が快適性指標演算手段２に入力される。
【００５０】
快適性指標演算手段２では、ＰＭＶを用いた快適性指標演算により快適性指標が算出される。
【００５１】
次に上記の快適性指標と快適性指標目標値が制御量設定値演算手段３に入力される。
【００５２】
制御量設定値演算手段３では、上記の快適性指標と快適性指標目標値を用いて制御量設定値、例えば温度、湿度に関する設定値ＳＶ１，ＳＶ２が算出される。
【００５３】
次に制御量設定値補正手段４では、上記の制御量設定値と、環境測定器５からの情報である室内温度、及び相対湿度と、ショーケース内１１のショーケース温度計１１ａからの情報を用いて補正制御量（温度、湿度等）設定値ＳＶ１´，ＳＶ２´が算出される。制御量設定値補正手段４で算出された設定値はＤＤＣ（Direct Digital Controller）１３に送信される。ＤＤＣ１３は、蒸気バルブ２１、温水バルブ２２、冷水バルブ２３を制御することにより空調機２０から送出される空気温度，湿度を制御する。空調機２０によって冷却または加熱，加湿された空気は、空気配管２４を介して、室内１０に供給され、室内１０からの空気は空気配管２５を介して空調機２０に戻される。
【００５４】
（他の実施例）
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、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できるものである。
【００５５】
例えば快適性指標演算手段２においてＰＭＶ以外の手法を用いて快適指標を求めても良い。また、快適性指標演算手段２は、ニューロなどの手法を用いた学習機能を有していても良い。
【００５６】
また、制御量設定値補正手段４において露点温度Ｔ”を室温ＴＲ、室内相対湿度ψより求める場合、数値テーブルを用いた折れ線近似で露点温度Ｔ”を求めても良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、コンビニやスーパーなどの店舗等の室内において、居住者の快適性を保持して、かつ省エネを実現すると共に、冷蔵庫として機能するショーケースのガラスが曇（露点）らないような、室内の室温と室内湿度を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空調設備の空調制御の一実施例を示す全体構成図
【図２】制御量設定値演算の実施例を示す図
【図３】ファジィ制御ルールテーブルの例を示す図
【符号の説明】
１  空調設備の空調制御装置
２  快適性指標演算手段
３  制御量設定値演算手段
４  制御量設定値補正手段
５  環境測定器
５ａ  温度計
５ｂ  平均輻射温度計
５ｃ  気流速度計
５ｄ  湿度計
６  ファジィ演算部
６ａ  加算部
６ｂ  加算部
７  変化量演算部
１０  室内
１１  ショーケース
１１ａ  ショーケース温度計
１２  ＤＤＣ
１３  ＤＤＣ
２０  空調機
２１  蒸気バルブ
２２  温水バルブ
２３  冷水バルブ
２４  空気配管
２５  空気配管
【図１】
0004309604.tif 000014
【図２】
0004309604.tif 000015
【図３】
0004309604.tif 000016