(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調空間の室温が目標温度となるように空調を行う空気調和装置の制御システムであって、
前記空調空間の在室者の活動量を計測する活動量センサと、
前記目標温度を変動させるゆらぎモードの運転を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記活動量センサで計測された活動量に応じて、前記ゆらぎモードにおける、前記目標温度の変動幅であるゆらぎ幅および前記目標温度の変動周期であるゆらぎ周期の一方または両方を変化させるものであり、冷房運転時の前記ゆらぎモードにおいて、前記目標温度を、前記目標温度の初期値と前記初期値よりも前記ゆらぎ幅だけ低い温度とに、前記ゆらぎ周期毎に交互に変動させる空気調和装置の制御システム。
【請求項２】
空調空間の室温が目標温度となるように空調を行う空気調和装置の制御システムであって、
前記空調空間の在室者の活動量を計測する活動量センサと、
前記目標温度を変動させるゆらぎモードの運転を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記活動量センサで計測された活動量に応じて、前記ゆらぎモードにおける、前記目標温度の変動幅であるゆらぎ幅および前記目標温度の変動周期であるゆらぎ周期の一方または両方を変化させるものであり、暖房運転時の前記ゆらぎモードにおいて、前記目標温度を、前記目標温度の初期値と前記初期値よりも前記ゆらぎ幅だけ高い温度とに、前記ゆらぎ周期毎に交互に変動させる空気調和装置の制御システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記活動量センサで計測された前記活動量が大きくなるほど、前記ゆらぎ幅を大きくする請求項１または請求項２記載の空気調和装置の制御システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記活動量センサで計測された前記活動量が大きくなるほど、前記ゆらぎ周期を短くする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置の制御システム。
【請求項５】
前記活動量が複数の範囲に分けられ、各範囲に前記ゆらぎ幅と前記ゆらぎ周期とが設定されており、
前記複数の範囲のうち、前記活動量センサで計測された活動量を含む範囲に設定された前記ゆらぎ幅と前記ゆらぎ周期で前記ゆらぎモードが行われる請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の空気調和装置の制御システム。
【請求項６】
前記初期値は、安静時の活動量を少なくとも含む複数のパラメータを用いて算出される熱環境評価指数ＰＭＶが０になるように決定されている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の空気調和装置の制御システム。
【請求項７】
前記複数の範囲のそれぞれの前記ゆらぎ幅は、各範囲内の活動量を少なくとも含む複数のパラメータを用いて算出される熱環境評価指数ＰＭＶが０になるように決定された温度と、前記初期値との温度差である請求項５または請求項６記載の空気調和装置の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内の空調を行う空気調和装置の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オフィス、学校または学習塾で作業効率が室内環境によって左右される研究事例があった。そこで、室内へ刺激付与物質を供給し、刺激付与物質の供給と除去とを切り替えて室内の温熱環境を変化させることにより、自律神経系の活性を高めるようにした技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６１１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、自律神経系の活性を高めることを目的として、刺激付与物質の供給により在室者に温熱刺激を与えている。このように、温熱刺激は自律神経系の活性を高めることができるが、在室者に快適感を与えることも可能である。しかし、特許文献１では、温熱刺激によって在室者に快適感を与えることについては検討されていない。また、在室者が快適に感じるかどうかは、在室者個人の活動量も影響すると考えられる。しかし、特許文献１ではこの点についても検討されていない。【０００５】
本発明はこのような点を鑑みなされたもので、在室者の活動量を考慮しつつ、温熱刺激により快適性の向上を図ることが可能な空気調和装置の制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る空気調和装置の制御システムは、空調空間の室温が目標温度となるように空調を行う空気調和装置の制御システムであって、空調空間の在室者の活動量を計測する活動量センサと、目標温度を変動させるゆらぎモードの運転を行う制御装置とを備え、制御装置は、活動量センサで計測された活動量に応じて、ゆらぎモードにおける、目標温度の変動幅であるゆらぎ幅および目標温度の変動周期であるゆらぎ周期の一方または両方を変化させるものであり、冷房運転時のゆらぎモードにおいて、目標温度を、目標温度の初期値と初期値よりもゆらぎ幅だけ低い温度とに、ゆらぎ周期毎に交互に変動させるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、在室者の活動量に応じて目標温度のゆらぎ幅およびゆらぎ周期の一方または両方を変化させるようにしたので、在室者の活動量に合わせて温熱刺激を与えることができ、快適性の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの一例を示す図である。
【図２】図１の制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る空気調和システムのゆらぎモードにおける活動量に応じた目標温度のゆらぎ幅とゆらぎ周期とをまとめた表を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る空気調和システムにおけるゆらぎモードの制御フローチャートの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る空気調和システムにおけるゆらぎモード時の活動量に応じた目標温度のゆらぎの一例を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る空気調和システムにおけるゆらぎモードの変形例１の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る空気調和システムにおけるゆらぎモードの変形例２の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。また、本実施の形態で説明する各種具体的な設定例は一例を示すだけであり、特にこれらに限定されない。
【００１０】
本実施の形態において、通信とは、無線通信および有線通信は勿論、無線通信と有線通信とが混在した通信であってもよい。例えば、ある区間では無線通信が行われ、他の空間では有線通信が行われるようなものであってもよい。また、ある装置から他の装置への通信が有線通信で行われ、他の装置からある装置への通信が無線通信で行われるようなものであってもよい。
【００１１】
実施の形態１．
（実施の形態１の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの一例を示す図である。
空気調和システムは、空調空間の室温が目標温度となるように空調を行う空気調和装置１０と、空気調和装置１０を制御する制御システム５０とを備えている。
【００１２】
空気調和装置１０は、室内機２０と室外機３０とを備えている。室内機２０は、室内送風機２１と、室内熱交換器２２と、室温を計測する室温センサ２３とを備えている。室内機２０は、冷房、暖房、除湿、加湿、保湿または送風などの運転モードにて室内を空調する。
【００１３】
室外機３０は、室外送風機３１、室外熱交換器３２、膨張弁３３、四方弁３４および圧縮機３５を備える。圧縮機３５、四方弁３４、室外熱交換器３２、膨張弁３３および室内熱交換器２２が冷媒配管４０で接続されることで、冷媒回路が構成されている。そして、冷媒回路の内部を冷媒が圧縮と膨張を繰り返しながら循環することで、ヒートポンプが形成されている。
【００１４】
制御システム５０は、空調空間の在室者の活動量を計測する活動量センサ６０と、空気調和システム全体を制御する制御装置７０とを備えている。
【００１５】
活動量センサ６０は、たとえば、赤外線センサまたはウェアラブルセンサなどで構成される。活動量センサ６０が赤外線センサで構成される場合、室内の熱分布から、在室者が立っている、座っている、または動いているなどの状態を取得して、活動量を算出する。また、活動量センサ６０がウェアラブルセンサとして例えば手首に取り付けられる時計式タイプのものである場合、加速度計などが内蔵されて活動量計としての機能を有するものを用いればよい。そして、活動量センサ６０で計測された活動量は通信で制御装置７０に送られる。
【００１６】
活動量は、具体的には代謝量［ｍｅｔ］である。代謝量１［ｍｅｔ］は、体表面１［ｍ２］当たり５８．２［Ｗ］の熱量を表す。この熱量［Ｗ］は、日本人の平均的な体表面１．７［ｍ２］の場合である。代謝量は、安静時から運動時まで１０倍以上と大きく変化する。例えば、安静時は１．０［ｍｅｔ］である。立位時は１．２［ｍｅｔ］である。ゆっくり歩く場合は２．０［ｍｅｔ］である。すこし早く歩く場合は３．０［ｍｅｔ］である。マラソン時速１０キロは１０［ｍｅｔ］程度である（出典：空気調和・衛生工学会「快適な温熱環境のメカニズム」）。
【００１７】
制御装置７０は、各運転モードの運転を行う。暖房運転および冷房運転では、室温を目標温度に維持する通常モードと、在室者に対して温熱刺激を与えるゆらぎモードとを選択的に行う。ゆらぎモードは、活動量センサ６０で計測された活動量に応じて目標温度を変動させる制御であり、温熱刺激により在室者の快適性を向上することを目的とした制御である。ゆらぎモードについては改めて詳述する。
【００１８】
制御装置７０は、例えばマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどを備えており、ＲＯＭには後述のフローチャートに対応したプログラムなどが記憶されている。なお、図１では、制御装置７０は、空気調和装置１０と別体に構成された例を示したが、空気調和装置１０内に組み込まれてもよい。
【００１９】
図２は、図１の制御装置の一例を示すブロック図である。
図２に示すように、制御装置７０は、周波数決定部７１、動作制御部７２および記憶部７３を備えている。周波数決定部７１は、室温センサ２３で計測された室温と目標室温との温度差に応じて圧縮機３５の周波数を決定する。動作制御部７２は、周波数決定部７１で決定された圧縮機周波数に基づき圧縮機３５を制御する。記憶部７３は、空気調和システムの制御プログラム、ゆらぎモードで必要となる各種データなどを記憶する。各部同士の接続は有線でも無線でもよく、制御指令および機器情報などが相互に伝達すればよい。なお、図２には、本実施の形態１に関連する部分のみを図示している。
【００２０】
（温熱刺激と快適性との関係）
今までの研究結果では、生体リズムで空調を運転制御するという概念、例えば１／ｆゆらぎの運転制御が、生体に対し快適感を与える可能性があることが分かった。本実施の形態１では、この種のゆらぎモードを室温調整に採用し、在室者の快適性の向上を図る。なお、本実施の形態１のゆらぎモードは、１／ｆゆらぎとは異なるゆらぎモードであり、以下に説明する。
【００２１】
（ゆらぎモード）
ゆらぎモードでは、活動量センサ６０で計測された在室者の活動量に応じて、空気調和装置１０の目標温度のゆらぎ幅およびゆらぎ周期を自動的に調整する。ゆらぎ幅とは、目標温度の変動幅である。ゆらぎ周期は目標温度の変動周期である。以下、図３を参照してゆらぎモードについてさらに具体的に説明する。なお、以下では冷房運転時のゆらぎモードについて説明する。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムのゆらぎモードにおける活動量に応じた目標温度のゆらぎ幅とゆらぎ周期とをまとめた表を示す図である。
本実施の形態１では、活動量をＡ〜Ｃの閾値によって４つの範囲に分ける。具体的には、「安静」において活動量は０［ｍｅｔ］≦活動量＜１［ｍｅｔ］となる。また、「軽い運動」において活動量は１［ｍｅｔ］≦活動量＜３［ｍｅｔ］となる。また、「適度な運動」において活動量は３［ｍｅｔ］≦活動量＜５［ｍｅｔ］となる。「ヘビーな運動」において活動量は５［ｍｅｔ］≦活動量となる。なお、この分け方は一例であって、この分け方に限定されるものではない。
【００２３】
活動量が大きくなるほど、人体の温熱敏感度が高くなる。逆に、睡眠中など代謝量が小さくなった時、人体の温熱敏感度もそれに応じて低下する。よって、ゆらぎモードでは、図３に示すように、活動量が大きくなるに連れて、ゆらぎ幅をＨ１＜Ｈ２＜Ｈ３のように大きくする一方、ゆらぎ周期をΔＴ１＞ΔＴ２＞ΔＴ３のように短くする。なお、図３に示したゆらぎ幅およびゆらぎ周期の具体的数値は一例を示したに過ぎず、それらは実使用条件などに応じて適宜設定すれば良い。
【００２４】
活動量センサ６０で検知された活動量が「安静」の範囲にあるときは、目標温度の変動は行わず、室温が、以下に説明する初期値を維持するように制御する。そして、活動量センサ６０で検知された活動量が例えば「適度な運動」の範囲にあるときは、図３の具体例で説明すると、ゆらぎ幅をＨ２にするとともに、ゆらぎ周期をΔＴ２とする。すなわち、ここでは冷房運転であるので、目標温度を初期値と初期値からＨ２低い温度とにΔＴ２毎に変動させる制御を行う。
【００２５】
また、本実施の形態１のゆらぎモードでは、在室者の快適性を維持しつつ、消費電力の低減を図る制御も併せて行う。具体的には、活動量が例えば「適度な運動」の範囲にあるとき、目標温度を初期値からＨ２低い温度に一定にするのではなく、初期値と初期値からＨ２低い温度とに交互に変動させる。これにより、目標温度を初期値からＨ２低い温度に一定にする場合に比べて消費電力の低減を図ることができる。
【００２６】
ここで、活動量に応じた目標温度のゆらぎ幅の決定方法について説明する。目標温度のゆらぎ幅は、例えば快適性を示す熱環境評価指数であるＰＭＶ（Ｐｒｅｄｉｃｔ  Ｍｅａｎ  Ｖｏｔｅ）を用いて決定する。ＰＭＶは、０が快適性の中立値であり、＋側を暖かい側に、−側を寒い側として評価可能な指数である。ＰＭＶが±０．５の範囲内であれば快適な環境である。ＰＭＶは、人間の温冷感に影響を与える複数のパラメータを用いて以下の（１）式で表される。
【００２７】
ＰＭＶ＝ｆ（Ｔ、ＲＨ、ｖ、ＭＲＴ、ＭＥＴ、ｃｌｏ）・・・（１）
ここで、
Ｔ［℃］：室温
ＲＨＡ［％］：相対湿度
ｖ［ｍ／ｓ］：風速
ＭＲＴ［℃］：平均放射温度
ＭＥＴ［ｍｅｔ］：代謝量
ｃｌｏ［ｃｌｏ］：着衣量
【００２８】
上記の６つの変数のうち、室温Ｔと代謝量ＭＥＴ以外は固定値である。相対湿度ＲＨ、風速ｖおよび平均輻射温度ＭＲＴには、冷房時のデフォルト値として用意した値を用いるなどとすればよい。ここで、平均放射温度とは、周囲の全方向から受ける熱放射を平均化した温度である。
【００２９】
（１）式の代謝量ＭＥＴに、「安静」時の活動量を示す代謝量、具体的には「安静」の活動量範囲のたとえば中心値を代入するとともに、ＰＭＶに快適性の中立値である０を代入し、室温Ｔを算出する。このようにして算出された室温Ｔは、在室者が「安静」の状態にあるときに快適と感じる温度である。この温度を初期値として用いる。
【００３０】
そして、（１）式の代謝量ＭＥＴに、「軽い運動」、「適度な運動」および「ヘビーな運動」のそれぞれの活動量範囲の中心値を代入して、それぞれの活動量に応じた快適な室温を算出する。その算出された室温と初期値との温度差が、活動量に応じたゆらぎ幅となる。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムにおけるゆらぎモードの制御フローチャートの一例を示す図である。制御装置７０は、図４の処理を、ゆらぎモードの終了が指示されるまで予め設定された制御間隔、例えば１分毎に行う。
冷房運転でゆらぎモードが選択されると、制御装置７０は、活動量センサ６０で計測された活動量を取得し（ステップＳ１）、活動量が予め分けられた４つの範囲のうち、どの範囲内であるのかをチェックする（ステップＳ２）。そして、該当する範囲に応じた空調制御を行う（ステップＳ３〜ステップＳ１０）。
【００３２】
すなわち、活動量センサ６０で計測された活動量が０［ｍｅｔ］≦活動量＜Ａ［ｍｅｔ］の範囲内である場合（ステップＳ３）、制御装置７０は目標室温を初期値に一定に保つ空調制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御装置７０の周波数決定部７１は、室温センサ２３で計測された室温と初期値との温度差に応じて圧縮機３５の周波数を決定し、決定した周波数に基づき動作制御部７２が圧縮機３５を制御する。
【００３３】
活動量センサ６０で計測された活動量がＡ［ｍｅｔ］≦活動量＜Ｂ［ｍｅｔ］の範囲にある場合（ステップＳ５）、制御装置７０は、目標室温を、初期値と初期値よりもＨ１低い温度とにΔＴ１毎に変動する空調制御を行う（ステップＳ６）。活動量センサ６０で計測された活動量がＢ［ｍｅｔ］≦活動量＜Ｃ［ｍｅｔ］の範囲にある場合（ステップＳ７）、制御装置７０は、目標室温を、初期値と初期値よりもＨ２低い温度とにΔＴ２毎に変動する空調制御を行う（ステップＳ８）。活動量センサ６０で計測された活動量がＣ以上である場合（ステップＳ９）、制御装置７０は、目標室温を、初期値と初期値よりもＨ３低い温度とにΔＴ３毎に変動する空調制御を行う（ステップＳ１０）。
【００３４】
図５は、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムにおけるゆらぎモード時の活動量に応じた目標温度のゆらぎの一例を示した図である。以下、図３に示した具体的数値を用いてゆらぎモードを説明する。ここでは初期値を２７℃とする。
図５の例では、ゆらぎモード開始初期ｔ０では、活動量が「安静」の範囲であるが、時刻ｔ１、時刻ｔ２、時刻ｔ３と進むに連れ、活動量が、「軽い運動」、「適度な運動」、「ヘビーな運動」へと上昇している。このように活動量が上昇するに連れ、目標温度のゆらぎ幅が１℃、１．５℃、２℃と広がる一方、ゆらぎ周期が４分、３分、２分と短くなっている。そして、時刻ｔ４では、活動量が「ヘビーな運動」から「軽い運動」に下がったことに伴い、目標室温のゆらぎ幅が２℃から１℃に減少する一方、ゆらぎ周期が２分から４分に長くなっている。そして、ｔ５で再び活動量が「適度な運動」から「ヘビーな運動」に上昇し、これに伴い、目標室温のゆらぎ幅が１℃から２℃に増加する一方、ゆらぎ周期が４分から２分に短くなっている。
【００３５】
なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２では、時刻ｔ１で「軽い運動」に応じたゆらぎ制御、つまり目標温度を２７℃から１℃減算した２６℃と初期値の２７℃とに４分間毎に変化させる制御が開始される。時刻ｔ１から４分の間は、目標温度を２６℃とした運転が行われる。次の４分では目標温度を初期値とした運転が行われる。しかし、この例では１分毎に活動量に応じたゆらぎ制御の変更が行われるため、目標温度を初期値とした運転を開始してから４分経過前の時刻ｔ２で活動量が「軽い運動」から「適度な運動」に変化している。この活動量の変化に伴い、４分経過前に「適度な運動」に応じたゆらぎ制御が開始されている。
【００３６】
以上のように本実施の形態１によれば、活動量に応じて目標室温のゆらぎ幅とゆらぎ周期とを変動させるようにしたので、在室者の活動量に合わせて適切な温熱刺激を与えることができ、快適性を向上できる。
【００３７】
また、本実施の形態１では、活動量に応じて目標室温を変動させるにあたり、初期値から活動量に応じたゆらぎ幅だけ低い温度に一定に制御するのではなく、初期値と初期値からゆらぎ幅だけ低い温度とに交互に変動させるようにした。これにより、目標温度を初期値からゆらぎ幅だけ低い温度に一定にする場合に比べて消費電力の低減を図ることができる。
【００３８】
ゆらぎモードでは、活動量が大きくなるほど、ゆらぎ幅を大きくするようにした。また、ゆらぎモードでは、活動量が大きくなるほど、ゆらぎ周期を短くするようにした。このように、活動量に応じてゆらぎ幅とゆらぎ周期とを変動させることができる。
【００３９】
また、本実施の形態１では、活動量が複数の範囲に分けられ、各範囲にゆらぎ幅とゆらぎ周期とが設定されており、複数の範囲のうち、活動量センサ６０で計測された活動量を含む範囲に設定されたゆらぎ幅とゆらぎ周期でゆらぎモードが行われるようにした。このように、活動量を複数の範囲に分け、各範囲に応じたゆらぎモードを実現できる。
【００４０】
ゆらぎモードにおける初期値は、安静時の活動量を少なくとも含む複数のパラメータを用いて算出される熱環境評価指数ＰＭＶが０になるように決定されている。また、活動量を分けた複数の範囲のそれぞれのゆらぎ幅は、各範囲内の活動量を少なくとも含む複数のパラメータを用いて算出される熱環境評価指数ＰＭＶが０になるように決定された温度と、初期値との温度差である。このように、熱環境評価指数ＰＭＶが０になるように初期値およびゆらぎ幅を設定するため、熱環境評価指数ＰＭＶが快適となる室温での空調制御が行われることになり、より快適性を向上できる。
【００４１】
なお、本実施の形態１では、目標温度のゆらぎ幅とゆらぎ周期との両方を活動量に応じて変化させるようにしたが、どちらか一方を変動させるようにしてもよい。以下、具体的に説明する。
【００４２】
図６は、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムにおけるゆらぎモードの変形例１の説明図である。
図６の変形例では、目標温度のゆらぎ幅が一定で、ゆらぎ周期を活動量に応じて変化させている。
【００４３】
図７は、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムにおけるゆらぎモードの変形例２の説明図である。
図７の変形例では、目標温度のゆらぎ幅を活動量に応じて変化させ、ゆらぎ周期を一定としている。
【００４４】
以上のように、目標温度のゆらぎ幅およびゆらぎ周期の一方を変動させる制御としても、快適性を向上できる。
【００４５】
なお、本実施の形態１では、初期値およびゆらぎ幅を熱環境評価指数ＰＭＶを用いて決定したが、本発明はこれに限られない。初期値は例えばユーザにより設定された設定温度としてもよい。
【００４６】
また、本実施の形態１では、冷房運転でのゆらぎモードの例を説明したが、暖房運転でも同様にゆらぎモードを適用できる。暖房運転の場合には、目標室温の変動を、初期値と、初期値に対してゆらぎ幅だけ高い温度とに変動させればよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０  空気調和装置、２０  室内機、２１  室内送風機、２２  室内熱交換器、２３  室温センサ、３０  室外機、３１  室外送風機、３２  室外熱交換器、３３  膨張弁、３４  四方弁、３５  圧縮機、４０  冷媒配管、５０  制御システム、６０  活動量センサ、７０  制御装置、７１  周波数決定部、７２  動作制御部、７３  記憶部。
【図１】
0006937946.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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