講義室の空調制御と快適さの指標
長崎大学工学部 機械システム工学講座
山口朝彦

日本熱物性学会生活環境懇話会 第5回研究会 平成20年9月27日(土) 大学コンソーシアム大阪

動機
 講義室の空調制御• キャンパス電力負荷の平準化と省エネ
 快適さの指標• あやふやなものの測定と数値化
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キャンパスの省エネと電力負荷平準化• 省エネルギー法による目標(第1種エネルギー管理指定工場)
エネルギー消費原単位を中長期的にみて年平均１パーセント以上低減させる• 契約電力超過による違約金
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省エネ
キャンパスエネルギー監視システム•- データの集計と省エネ対策の提案

電力負荷の集中回避
夏期の空調(冷房)運転•- 夏期休暇の時期変更 → 空調負荷の増大- 学生顧客主義 → 空調停止は ×

講義室の空調制御
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長崎大学機械システム工学科の若手の懇話会• 理科系の減少(全国、特に九州)• 志願倍率の低下• 海外の大学の機械工学科の動向• 予算獲得に向けてのコラボレーション
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研究テーマ探し...

• 人間の肝臓の触感 ← 技術の伝承• 美容と匂い ← 不快な匂いの除去• 食感 ← おいしいの＋α• 空調制御のための指標 ← 温度だけ?
あやふやなものや人間の感覚を測る、数値化

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空調 ← 快適さの欲求
温度調節(寒暖)
風向調節(上下左右)
風量調節(強弱)
温度 = 快適さ ?
ボルダーでは気温30℃でも涼しく感じた...湿度?

快適さの指標日本熱物性学会生活環境懇話会 第5回研究会 平成20年9月27日(土) 大学コンソーシアム大阪ルームエアコンの性能

通年エネルギー消費効率 ＞ 6
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省エネ法とルームエアコン(エネルギーの使用の合理化に関する法律)

トップランナー基準
エネルギー多消費機器のうち省エネ法で指定するものの省エネルギー基準を、各々の機器において、基準設定時に商品化されている製品のうち最も省エネ性能が優れている機器の性能以上に設定する「トップランナー基準早わかり」経済産業省資源エネルギー庁, 財団法人省エネルギーセンター, 2006 より

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エアコンの性能向上
1. 熱交換器の性能向上
2. 制御系の性能向上(インバータ化など)
3. 流体機械の性能向上
4. 冷媒の性能向上
5. 理論サイクルのCOP向上
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快適さの指標温熱環境に関する快適さの指標• SET*(Standard New Eﬀective Temperature 新標準有効温度), A.
P. Gagge, et al., ASHRAE• ET*(New Eﬀective Temperature 新有効温度), A. P. Gagge, et al.
• PMV(Predicted Mean Vote 予想温冷感申告), O. Fanger,
ISO-7730• PPD(Predicted Percentage of dissatisﬁed 予測不快者率)• THI(Temperature Humidity Index 不快指数)• WCI(Wind Chill Index 風力冷却指数), Siple and Passel• TSI(Thermal Sensation Index 温冷感指数)
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PMV, PPD
ISO-7730: -0.5 < PMV < 0.5を推奨(PPD < 10%)
PMV+3（Hot）+2（Worm）+1（Slightly warm）
0（Neutral）
物理的環境要素
人間の状態に依存する要素-1（Slightly cool）-2（Cool）-3（Cold）

PMV計算用EXCELシート: 名城大学理工学部建築学科 吉永美香 研究室
http://wwwra.meijo-u.ac.jp/labs/ra001/lectures/PMV.xls
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SET*

Nishi Labo. (http://www.hit.ac.jp/~archi/zhp/nzhp/)• 温熱感覚および放熱量が実在環境におけるものと同等になるような相対湿度50％の標準環境の気温(SET*: 0.10m/s, 1.0met, 0.6clo)

1. 気温
2. 風速
3.
4.
5.
6.

湿度
放射温度
着衣量
作業量

ASHRAE:SET*=22.2℃～25.6℃が快適域
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温冷感試験
試験条件(3×3=9回)

室温[℃]202428

相対湿度[%]
305080

試験時期：平成20年2月
場所：人口気象室
被験者数：4人
被験者：学生
被服量：約1clo

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試験内容• 講義中を想定(読書、パズルなど)• アンケートを実施

温冷感(7段階) 寒い ⇔ 暑い
湿乾度(7段階) ひどく乾燥している ⇔ ひどく湿気ている
不満度(6段階) まったく感じない ⇔ とても不満

制御・観測室

人工気象室内の様子
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予測PMVとの比較

PMV

28℃
24℃

20℃
相対湿度 [%]

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温熱環境においては、一般的に...

• 快適性に最も影響があるのは温度• 代謝量が大きいと湿度の影響が増す• PMVは温冷感としてしか評価していない• 高湿度域ではSET*も湿度のずれが大きい
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考察• PMVは高温・高湿度域では快適さの指標としては不十分(デンマークだから?)• SET*も高湿度域の精度が不十分(ASHRAEだから?)

高温・高湿度の日本(九州)では、湿度も快適さの重要なパラメータ
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平成20年データ (長崎海洋気象台)

6月

7月

8月

9月

日最高気温[℃]

平均湿度[%]

上旬

25.0

73

中旬

25.7

82

下旬

26.0

81

上旬

29.677

中旬

32.1

73

下旬

33.4

72

上旬

34.1

67

中旬

32.1

75

下旬

30.172上旬31.2

69

中旬

29.0

77

下旬

29.2

78

湿度が気になる気温
PMVやSET*は苦手な領域
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講義室の空調制御(安静時のルームエアコン)

エアコンの制御
制御パラメータ
温度 (省エネ努力目標： 28℃)
風量 (省エネ努力目標： 弱or中)28

弱日本熱物性学会生活環境懇話会 第5回研究会 平成20年9月27日(土) 大学コンソーシアム大阪

湿り空気によるエアコン運転シミュレーション
外気温度
外気湿度
エアコン
設定温度

35 ℃
75%
28 ℃
24 ℃
20 ℃

冷媒温度 ⇔ 消費エネルギー、相対湿度、成績係数

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計算モデル

エアコンが除去する熱量
Mv

Mv

Mc
Mf
Mf

室内発生熱負荷
人体からの熱負荷
外部jからの熱負荷

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省エネ法とルームエアコン(エネルギーの使用の合理化に関する法律)

トップランナー基準
エネルギー多消費機器のうち省エネ法で指定するものの省エネルギー基準を、各々の機器において、基準設定時に商品化されている製品のうち最も省エネ性能が優れている機器の性能以上に設定する「トップランナー基準早わかり」経済産業省資源エネルギー庁, 財団法人省エネルギーセンター, 2006 より

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エアコンの性能向上
1. 熱交換器の性能向上
2. 制御系の性能向上(インバータ化など)
3. 流体機械の性能向上
4. 冷媒の性能向上
5. 理論サイクルのCOP向上
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冷凍サイクルのT-s線図ηCarnort =1
TH /TL − 1

冷媒温度が熱源温度に近いほどCOPは大きいTs
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考察
一定の設定温度において、熱交換器の性能向上 → 蒸発器ピンチ温度の減少→ 冷媒温度の上昇 → COPの向上だとすると、
1. COPの高いエアコンは湿度が下がらない
2. 同じ設定温度でも、蒸し暑く感じる
3. 設定温度を下げる
4. 結果的に、省エネにならないかも...

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エアコンの性能試験• JIS B 8615-1• 冷房能力• JIS C 9612
• 通年エネルギー消費効率

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冷房能力試験条件
定格運転 JIS B 8615-1: 1999
相対湿度

室内側吸込空気温度 [℃]
乾球温度

27

湿球温度

1946%
(0.0105)
相対湿度

室外側吸込空気温度 [℃]
乾球温度

35

湿球温度

2440%
(0.0143)

JIS B 8615-1← ISO 5151
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通年エネルギー消費効率
附属書 4 表1 冷房期間中冷房を必要とする各温度の発生時間(全国平均) JIS C 9612: 2005
温度区分

外気温度 [℃]

発生時間 [h]温度区分

外気温度 [℃]

発生時間 [h]124158.2

93251.5225181.6103326.9

326184.7

1134

14.3

427178.7

12355.6

528147.3

1336

1.5

6

29114.1

1437

0.7

7

30

93.8

15

380.1

83179.6

計1 238.6

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15

冷房期間エネルギー消費効率Φcr (tj )j=1CSP F = 15
j=1

Pc (tj )Φcr (tj ) 冷房期間中に発生する外気温度tjにおいて、その発生時間内に建物を冷房するために要する熱量(Wh)(JIS B 8615-1の冷房能力試験のデータを利用)

Pc (tj )冷房期間中に発生する外気温度tjにおいて、その発生時間内に建物を冷房するために要した消費電力量(Wh)(JIS B 8615-1の冷房能力試験のデータを利用)
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ご静聴ありがとうございました
湿り空気の計算
http://www2.mech.nagasaki-u.ac.jp/PROPATH/