東急建設技術研究所報 No. 44

U.D.C 69.006.7

天井放射空調システムの制御方法に関する基礎的検討―冬期の実測結果とピンポン玉を用いた平均放射温度の算出―
山口要

約：仁士 ＊

三好達也 ＊

富田健司 ＊

東急建設技術研究所では，ZEB 実現に向けた取組の一つとして，事務所棟の 1 フロアに天井放射空調システ
ムを導入したが，その空調制御方法は対流式空調と同じ手法をとっている。そこで，冬期の暖房時期において室内温熱環境計測を実施し，放射空調制御のためのセンサ位置とセンサ種類の検討を実施した。併せて，放射の影響を考慮した計測を行うセンサの一つであるグローブ球について，実際の空調制御に実装することを考慮し，ピンポン玉を用いて小型化した場合の測定値について検証した。その結果，放射環境における空調制御において，壁に設置した温度センサでは放射パネルからの熱放射を考慮できず，また，空間の代表温度と差が生じることがわかり，放射空調制御には適していないことを示した。小型化したグローブ球は，ベルノン式のグローブ球を用いた場合とグローブ温度に差が生じるが，実験値から得られた補正式を用いて平均放射温度を算出することで，ベルノン式と同等の結果を得た。

キーワード：

天井放射空調，ZEB，暖房，室内温熱環境，グローブ球目

1．はじめに

4．グローブ球比較実験概要

2．冬期暖房時の室内温熱環境測定概要

5．比較実験結果と補正

3．室内温熱環境測定結果と考察

6．おわりに次：

1．はじめに当と考えている。

昨今，オフィスビルにおいて省エネと快適性の両立を目

そこで，当該建物の天井放射空調が実装された執務室に指し，天井放射空調システムが導入される事例が増えてきおいて，制御センサの配置及び種類の妥当性を検討するこている。当社においても，同様の目的で，既報 1)にて報告とを目的として，室内の平面的な気温分布，インテリアゾした事務所建物に天井放射空調を導入した。

ーン，ペリメーターゾーン（NE，NW）の代表点におけ

しかし，導入した天井放射空調の制御方法は，一般的なるグローブ温度，制御センサ位置におけるグローブ温度と対流式空調に用いられている室温制御方法（壁付け空気温気温について比較した。測定概要を表 1 に示す。また，測度センサで室内の空気温度をセンシングし制御する方法）

定項目と測定点に関しては，表 2 および図 1，図 2 に示が用いられており，天井放射パネルからの放射の影響を考す。

慮した制御方法とはなっていない。
そこで，本報では当社事務所建物に導入した天井放射空表1調システムに対する空調制御用の室内環境計測センサ（以測定概要

下，制御センサ）位置の妥当性と，制御センサの種類の妥当性について，冬期暖房運転時の実測結果から検討した。
また，放射の影響を考慮した制御センサとしてグローブ温度計を使用することを想定し，グローブ球の種類による出力温度の差異について，基礎的な検討を実施した。
2．冬期暖房運転時の室内温熱環境測定概要

表2

オフィスビル等の一般的な空調制御では，室やゾーンの代表点として，壁や天井内に設置された空気温度センサ（以下，温度センサ）を用いて制御が実施される。これは，室内空気温度（以下，気温）は均一であるという仮定のもと制御に使われるが，ペリメーターゾーンのような日射の影響を受けやすい範囲や，放射空調のような放射による温冷感を得る空調において，制御センサの配置や種類は不適＊技術研究所

温熱・風グループ85

測定項目と測定位置等

東急建設技術研究所報 No. 44

図3

図1

測定位置（平面）

図4

図2

各測定位置での温度推移

空気温度とグローブ温度の比較

測定位置（垂直）図5

パネル表面温度の推移

3．室内温熱環境測定結果と考察
3.1

平面気温分布図 3 に各測定位置で測定した温度推移を示す。全体の傾向として，測定位置による差は大きくても 0.7℃程度であり，気温分布と言えるような温度差はなかった。
測定位置①〜④のペリメーターゾーンにおいて気温が高くなることを想定していたが，本測定においてブラインドを全閉にしていたこともあり，室内の気温は概ね均一であった。
3.2

図6

ゾーン代表点における気温とグローブ温度

NW ゾーンの各種温度比較

図 4 にペリメーターゾーンのうち NW ゾーンの代表点す。なお，
NW ゾーン及び NE ゾーンの測定結果の傾向が同①，NE ゾーンの代表点③，インテリアゾーンの代表点⑥様であったため，本報では NW ゾーンの測定結果を示す。

における気温とグローブ温度の推移を示す。また，図 5 に制御センサ位置における気温とグローブ温度の差は，前グローブ温度に影響を与えると考えられる放射パネル表面

項と同様に 1.0℃〜1.5℃程度であり，放射パネルからの影温度を示す。

響によるものと考えられる。ゾーン中央の気温と制御セン

図 4 より，気温とグローブ温度を比べると 1℃〜1.5℃のサ位置の気温では最大 3.2℃，グローブ温度では最大 3.4℃差があることが分かった。前項でも示したが，ブラインドの差が生じた。また，空調設定温度 22℃に対して，制御を全閉としており日射による影響は大きくなかったことをセンサ位置では設定温度を超えているが，NW ゾーンの考慮すると，放射パネルからの放射熱を受け，気温よりグ気温は 16：00 まで設定温度に達していない状況であった。

ローブ温度が高くなったと考えられる。一方，ゾーン間を以上のことより，制御センサの位置として柱・壁ではゾー比較すると，気温に大きな差はなかったが，グローブ温度ン中央と気温，グローブ温度共に差が生じ，かつ放射の影は NE ゾーン＞インテリアゾーン＞NW ゾーンの順でグロ響を十分に計測できていないことが想定でき，制御センサーブ温度が低い結果となった。差が生じる要因としては，の位置・種類として，あまり相応しくないと考えられる。

図 5 に示す各ゾーンの放射パネル表面温度の傾向とグロー制御センサの最適な位置までは明らかにできていないが，ブ温度の高低の傾向が一致することから，グローブ温度が空調制御として執務者近傍に適切な制御センサが配置され放射熱の影響を受けたことが考えられる。ていることが望ましいと考えられる。

3.3

制御センサ位置における気温とグローブ温度

図 6 に制御センサ位置の測定位置 T1，およびゾーン中4．グローブ球比較実験概要

央の測定位置①における気温とグローブ温度の推移を示

放射の影響を考慮した空調制御を行う場合，平均放射温86東急建設技術研究所報 No. 44

表3度（以下，MRT）を利用することが考えられる。MRT の算

実験概要

出にはグローブ温度が必要となるが，一般的に用いられているベルノン式グローブ球（以下，ベルノン式）は直径 150mm であり，制御センサとして室内に設置するにはサイズが大きい。制御センサとして利用するためには，ベルノン式と同等の性能を有し，より小径であることが求められる。
そこで，安価で手に入りやすい直径 40 mm のピンポン玉を黒色塗装し，小径な簡易グローブ球（以下，簡易式）として用いた場合のグローブ温度特性について，ベルノン式との比較実験を行った。
表 3 に実験概要を，図 7 に実験概略図を示す。実験は，同一空間にベルノン式，簡易式を並べるように配置し，並べたグローブ球に正対する位置に日射装置および気流の吹出口を設置し，T 型熱電対にてグローブ温度を測定した。
実験ケースは，気温変化に対する追従性の検証と，放射や気流による影響の検証を目的として，以下の 4 ケースを設定した。
Case1：気温を 20℃から 30℃に昇温した場合
Case2：気温を 30℃から 20℃に降温した場合
Case3：気温 20℃にて，約 80 W/m 2 の熱放射を与えた場合

図7

Case4：Case3 の条件にて，約 2.6 m/s の気流を与えた場合

実験の概略図5．比較実験結果と補正
5.1

比較実験結果図 8 に周囲気温変化に対するグローブ温度の推移を示す（Case1，Case2）。熱放射の無い環境では，グローブ温度と気温は同じ値となるはずである。しかし，ベルノン式によるグローブ温度は試験開始から 270 分経過しても気温に漸近してはいるものの一致はしておらず，気温に対し常に

図8

周囲気温変化に対するグローブ温度の推移

図9

熱放射・気流によるグローブ温度の推移低い値で推移している。一方，簡易式によるグローブ温度はほぼ気温と一致して推移している。これは，ベルノン式の容積に対し簡易式の容積が小さいため気温の影響を受けやすいものと考えられる。
図 9 に熱放射・気流を与えた場合のグローブ温度の推移を示す（Case3，Case4）。熱放射を与えると，ベルノン式によるグローブ温度の方が簡易式によるグローブ温度より高い温度で推移しており，熱放射を与えてから約 60 分後には約 1℃の温度差が生じている。これは，グローブ球の大きさによる熱放射の受熱面積が影響しているものと考えられる。その後，強制的に気流を与えると温度差が小さくなるが，約 0.5℃の温度差が生じたまま推移している。
5.2

平均放射温度算出式の補正

簡易式を用いてグローブ温度を計測する場合，ベルノン式を用いたグローブ温度とは得られる温度に差が生じるこ

図 10補正前の平均放射温度

図 11

補正後の平均放射温度とが確認できた。そのため，簡易式を利用して空調制御を行う場合，グローブ温度から MRT を算出する過程で，ベルノン式を用いた場合と同等の MRT となるような補正が必要である。
ISO7726 Annex‑B 2) では，MRT の計算式が式(()，式)と示されており，計算の過程でグローブ球の大きさが考慮されている。

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図 10 に Case3，Case4 の実験結果を式()，式()に〇 ISO7726

代入して得られた MRT を示す。グローブ球の大きさを考（自然対流）

慮した MRT でも，ベルノン式を用いた場合と簡易式を用平均放射温度計算式

T= (T+273) +いた場合に差が見られる。これは，本来グローブ球は銅板T−T 0.25×10 ××(T−T) −273εD 

式(を黒色塗装したものであるが，簡易式はピンポン玉を用いているため，本来のグローブ球とは材質が異なることが原（強制対流）

因と考えられる。よって，簡易式から得られるグローブ温度にて MRT を算出する場合には，式()，式(T = (T+273) +)をさら
1.1×10 ×V ×(T−T) −273
ε×D

式(に補正する必要がある。
式(()，式 ()，式(ブ温度のみを式()，式(（自然対流）)に代入して得られた MRT と()，式()が妥当であると言える。
)，式(T−T 
6.36×10 ××(T−T) −273
εD

式()

（強制対流）

T'  = (T+273) +このことから，簡易式にて得られたグローブ温度からMRTを算出する過程で式(T' = (T+273) +した場合の推移を示す。ベルノン式と簡易式の MRT はほぼ同じ値で推移していることから，実験値にて補正した式)〇実験結果から補正した平均放射温度計算式)を実験値により補正した式として式)を示す。図 11 に，図 10 から簡易式のグロー)
1.36×10 ×V ×(T−T) −273
ε×D)を用いれば，グローブ球の式()

大きさの違いだけでなく，材質の違いによる影響も補正でT：平均放射温度（自然対流）［℃］き，ベルノン式と近い値の MRT が得られるものと考えらT ：平均放射温度（強制対流）［℃］れる。
ただし，簡易グローブ球を用いた場合，気温の微小な変T：グローブ温度［℃］ T：気温［℃］

動に応じてグローブ温度が変化するため，得られたグローブ

ε：放射率（≒0.95）

温度の移動平均をとる等の計測値処理が必要と考えられる。

D：グローブ球直径［m］ V：気流速［m/s］（ は補正値）

6．おわりに温度とは一概に言い切れない。

本報では，放射空調が実装された執務室における温熱環･ ピンポン玉を用いた簡易グローブ球を用いてグローブ温境計測と，グローブ球の比較実験の 2 つの測定を実施し以度を測定し，平均放射温度を算出する場合，算出する過下の知見を得た。

程において実験値から得られた補正式にて換算すること･ 放射環境における空調制御では，温度センサでは放射パで，ベルノン式グローブ球を用いた場合と同等の結果をネルからの放射熱を考慮できず不十分である。

得られる。

･ 制御センサの位置はペリメーターゾーンの壁・柱付けの今後は，放射空調システムに適した空調制御方法につい場合，空間の代表温度と大きな差が生じ，ゾーンの代表て，より具体的な検討を行っていく予定である。

参考文献
1) 山口仁士，三好達也，富田健司：既存中規模事務所ビルの ZEB 実現に向けた取組み―様々な熱エネルギーを用いたシステムの省エネルギー効果の検討―，東急建設技術研究所報，No. 43, pp. 53‑56, 2018.2
2) 平成 16 年度

遠赤外線応用機械のエネルギー評価方法に関する調査研究報告書，日本機械工業連合会・遠赤外線協会，平成 17

年3月

FUNDAMENTAL STUDY ON CONTROL METHOD OFCEILING RADIATEION AIR CONDITIONING SYSTEMENVIRONMENTAL MEASUREMENT RESULT IN WINTER AND
CALCULATION OF AVERAGE RADIATION TEMPERATURE USING PING‑PONG BALLS
H. Yamaguchi, T. Miyoshi, and K. Tomita
The control method of the radiation air conditioning system often uses the convection air conditioning method.
Therefore, we carried out the environmental measurement in the winter season and examined the control method of theradiation air conditioning system. And we also verified the miniaturization of the glove ball. As a result, it was found thatthe conventional sensor position and sensor type are not optimal for the radiative air conditioning system. It was found thatthe temperature obtained from the miniaturized glove ball is different from the conventional one. However, by correcting
the formula for calculating the mean radiation temperature by the experimental value, the difference in value gave a small
result.

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