JP2011038687A - 送風システム - Google Patents

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Naoto Ariyoshi
直人 有吉
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Abstract

【課題】季節環境を判断し、その判断結果に基づき適切な送風方向を選択して送風機を駆動制御できる送風システムおよび送風方向制御方法を得ること。
【解決手段】建家内居住空間の高所に配置され、該配置場所の季節環境を検知する第1の環境検知センサが設けられ、空気を送り出す風出力側を、指令に従い、前記建家の壁面に設けられる排気口へ向かう第1の送風方向と、床面に向かう第2の送風方向とに切り換えて向けることができる送風機と、前記建家内居住空間の低所に配置され、該配置場所の季節環境を検知する第2の環境検知センサが設けられ、前記第1の環境検知センサと前記第2の環境検知センサの各検知出力に基づき、前記第1の送風方向と前記第2の送風方向との何れかを指定する前記指令を出力するコントローラとを備えた。
【選択図】 図1

Description

本発明は、居住空間で用いる送風機の送風方向を制御する送風システムに関するものである。
一般に、建家内の居住空間における温度分布は、冷房や暖房が行われていても、天井面付近が高く床面付近が低い分布をしており、夏季や冬季などでは天井面付近と床面付近との温度差は大きくなりがちである。そのことが居住環境や作業環境を悪くする要因の一つになっている。
そのため、従来から、建家内居住空間の天井面付近と床面付近との温度差を小さくして居住環境や作業環境を改善するため、天井側に配置される送風機を、天井面付近と床面付近との温度差に基づき、天井面付近の空気を排気口から外部へ排出する排熱機器として使用する場合と、天井面付近の空気を床面側に向けて送風し空気を循環させ温度分布の均一化を図るサーキュレーション機器として使用する場合とに切り換える技術が種々提案されている(例えば、特許文献1,2等)。
実開平05−036223号公報 特開昭59−081434号公報
しかし、従来提案されている送風方向制御は、人手により切り換えて設定した夏季用、冬季用の送風方向に従って行うものであり、送風方向の切り換えを失念して送風機を駆動してしまうことが起こり、送風機が有する排熱機器、サーキュレーション機器としての機能を充分に発揮できず、建家内居住空間の居住環境や作業環境を所望の状態に制御できない場合が起こる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、季節環境を判断し、その判断結果に基づき適切な送風方向を選択して送風機を駆動制御できる送風システムを得ることを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明にかかる送風システムは、建家内居住空間の高所に配置され、該配置場所の季節環境を検知する第1の環境検知センサが設けられ、空気を送り出す風出力側を、指令に従い、前記建家の壁面に設けられる排気口へ向かう第1の送風方向と、床面に向かう第2の送風方向とに切り換えて向けることができる送風機と、前記建家内居住空間の低所に配置され、該配置場所の季節環境を検知する第2の環境検知センサが設けられ、前記第1の環境検知センサと前記第2の環境検知センサの各検知出力に基づき、前記第1の送風方向と前記第2の送風方向との何れかを指定する前記指令を出力するコントローラとを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、季節環境を判断し、その判断結果に基づき適切な送風方向を選択して送風機を駆動制御できる送風システムが得られる。したがって、従来の手動切換では失念することがあった送風方向の切換忘れを防止することができ、送風機の機能を充分に発揮させることができるという効果を奏する。
図1は、本発明の実施の形態1による送風システムの配置態様等を説明する側面図である。 図2は、図1に示す送風機とコントローラの要部構成(その1)を示す外観図である。 図3は、送風運転開始指示の入力時の環境温度から送風方向を判定する手順を説明するフローチャートである。 図4は、夏季と判定したときに実施する送風運転制御手順を説明するフローチャートである。 図5は、夏季での送風運転制御時での温度変化の一例を示す図である。 図6は、冬季と判定したときに実施する送風運転制御手順を説明するフローチャートである。 図7は、冬季での送風運転制御時での温度変化の一例を示す図である。 図8は、本発明の実施の形態2として、図1に示す送風機とコントローラの要部構成(その2)を示す外観図である。 図9は、不快指数を下げる送風方向制御手順を説明するフローチャートである。
以下に、本発明にかかる送風システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1と図2を参照して、本発明の実施の形態1による送風システムの構成について説明する。なお、図1は、本発明の実施の形態1による送風システムの配置態様等を説明する側面図である。図2は、図1に示す送風機とコントローラの要部構成(その1)を示す外観図である。
図1において、本実施の形態1による送風システムは、送風機1とコントローラ2aとで構成される。送風機1は、建家内の居住空間3の高所(図示例では天井面4)に吊り下がる形で配置されている。コントローラ2aは、居住空間3の低所(図示例では或る壁面の床面5に近い所定高さ位置、例えば床面5から約1.2m付近の位置)に取り付けられている。また、居住空間3の壁面(図示例ではコントローラ2aが取り付けられている壁面と対面する壁面)の高所には、排気口6が設けられている。
具体的には、送風機1は、例えば図2に示すように、直方体形状をした送風機本体10aの長手方向両端をフレーム11に回動可能に支持させた構成をしている。送風機1は、そのフレーム11が天井面4に固定されることで、送風機本体10aが天井面4に吊り下がる形で取り付けられている。図2に示すように、送風機本体10aの風吹出側面12には、長手方向に沿った長方形の形状をした幾つかの風吹出口13が設けられている。この構成により、送風機1は、つまり送風機本体10aは、コントローラ2aからの指令に従い、風吹出側面12を、排気口6へ向かう第1の送風方向8と、床面5に向かう第2の送風方向9とに切り換えて向けることができる。図示例では、排気口6の配置高さ位置が一致することから第1の送風方向8は水平方向である。第2の送風方向9は垂直下方の床面5側方向(垂直方向)であるとしている。
図2において、送風機本体10aの風吹出側面12には、風吹出口13の他に、第1の環境検知センサである温度センサ14が設けられている。また、コントローラ2aの操作パネルには、人の手操作により送風機1の起動・停止の入力と風量の設定とを行うためのダイアル20の他に、第2の環境検知センサである温度センサ21が設けられている。
次に、図3〜図7を参照して、本実施の形態1による送風方向制御について説明する。なお、図3は、送風運転開始指示の入力時の環境温度から送風方向を判定する手順を説明するフローチャートである。図4は、夏季と判定したときに実施する送風運転制御手順を説明するフローチャートである。図5は、夏季の送風運転制御時での温度変化の一例を示す図である。図6は、冬季と判定したときに実施する送風運転制御手順を説明するフローチャートである。図7は、冬季の送風運転制御時での温度変化の一例を示す図である。
図3において、コントローラ2aは、ダイアル20から送風運転開始指示の入力があると(ST1:Yes)、送風機本体10aに送風運転開始指示を出力せずに、温度センサ14が検知した送風機本体10a付近の検知温度(天井面4付近の環境温度)Tbと、温度センサ21が検知した自コントローラ2a付近の検知温度(床面5付近の環境温度)Tcとをそれぞれ取得し(ST2,ST3)、検知温度Tb,Tcに基づき、夏季での送風方向判定処理(ST4〜ST6)と、冬季での送風方向判定処理(ST7〜ST9)とを行う。
ここで、冷房運転が行われる夏季では、外気温度が高いので、冷房運転開始前では、天井面4付近の環境温度は空気が外気で暖められて高い状態にあり、床面5付近の環境温度も高い状態にあると考えられる。図3では、天井面4付近の検知温度Tbから排熱送風運転を行う必要のある夏季と判定する温度を、例えばTb≧28℃としている(ST4)。また、床面5付近の検知温度Tcから排熱送風運転を行う必要のある夏季と判定する温度を、例えばTc≧25℃としている(ST6)。
すなわち、コントローラ2aは、天井面4付近の検知温度TbがTb≧28℃である(ST4:Yes)場合、或いは、天井面4付近の検知温度TbはTb<28℃である(ST4:No)が、床面5付近の検知温度TcがTc≧25℃である(ST5:Yes)場合に、排熱送風運転が必要である判定し、送風機本体10aに風吹出側面12を第1の送風方向(水平方向)8に向けさせる指示を出力して(ST6)本手順を終了し、夏季送風運転制御(図4)へ移行する。居住空間3では、冷房運転が開始されているとしている。
また、暖房運転が行われる冬季では、外気温度が低いので、暖房運転開始前では、天井面4付近の環境温度も床面5付近の環境温度も低い状態にあると考えられる。図3では、天井面4付近の検知温度Tbからサーキュレーション送風運転を行う必要のある冬季と判定する温度を、例えばTb<15℃としている(ST7)。または、床面5付近の検知温度Tcからサーキュレーション送風運転を行う必要のある冬季と判定する温度を、例えばTc<15℃としている(ST8)。
すなわち、コントローラ2aは、天井面4付近の検知温度Tbが、Tb<15℃である(ST7:Yes)場合、或いは、天井面4付近の検知温度Tbは25℃>Tb>15℃である(ST7:No)が、床面5付近の検知温度Tcが、Tc<15℃である(ST8:Yes)場合に、サーキュレーション送風運転が必要であると判定し、送風機本体10aに風吹出側面12を第2の送風方向(垂直方向)9に向けさせる指示を出力して(ST9)本手順を終了し、冬季送風運転制御(図6)へ移行する。居住空間3では、暖房運転が開始されているとしている。
次に、図4を参照して、コントローラ2aが行う夏季送風運転制御について説明する。図4において、コントローラ2aは、温度センサ14が検知した送風機本体10a付近の検知温度(天井面4付近の環境温度)Tbと、温度センサ21が検知した自コントローラ2a付近の検知温度(床面5付近の環境温度)Tcとをそれぞれ取得し(ST11,ST12)、取得した検知温度Tb,Tcの温度差ΔTを算出し(ST13)、算出した温度差ΔTが所定温度(例えば8℃)よりも大きいか否かを調べる(ST14)。
今の例では、算出した温度差ΔTはΔT≧8℃であり(ST14:Yes)、送風中ではないので(ST15:No)、コントローラ2aは、送風機本体10aを起動して第1の送風方向(水平方向)への送風を開始させ(ST16)、ST11に戻る。これによって、高い外気温度により暖められた天井面4付近の空気を排気口6へ向けて送り出す排熱送風が開始される。
そして、排熱送風運転開始(ST16)後のST11〜ST13を経たST14において、算出した温度差ΔTが、依然としてΔT≧8℃である場合(ST14:Yes)は、今度は送風中である(ST15:Yes)ので、コントローラ2aは、排熱送風を継続(ST17)してST11に戻る。つまり、コントローラ2aは、算出した温度差ΔTがΔT≧8℃である場合(ST14:Yes)は、送風機本体10aに送風動作を継続させ(ST17)、ST11に戻る。
これによって、天井面4付近の暖かい空気が排出口6から外部へ排出され続け、天井面4付近の環境温度が下降する。また、床面5付近の環境温度は冷房により下降していく。その結果、ST13において算出した温度差ΔTが小さくなり、ΔT<8℃になると(ST14:No)、コントローラ2aは、居住空間3内の温度分布が均一化されたと判断して送風機本体10aの送風動作を停止させ(ST18)、本手順を終了する。
次に、図5では、図3に示した手順で夏季送風運転制御を判定する期間25での検知温度Tb,Tcの変化と、図4に示した手順での第1の送風方向(水平方向)への送風運転制御を行っている期間26での検知温度Tb,Tcの変化とが示されている。
このように、夏季送風運転制御においては、算出した温度差ΔTが所定温度(今の例では8℃)よりも大きい場合は、天井面4付近の暖かい空気を排気口6へ送り出す排熱送風を行って天井面4付近の温度降下を早めるので、冷房負荷の軽減が可能になる。そして、算出した温度差ΔTが所定温度よりも小さくなった場合は、冷房により居住空間3内の環境温度が均一化されたものとして、排熱送風を停止するので、冷気を無駄に排出することのない送風制御が可能になる。
次に、図6を参照して、コントローラ2aが行う冬季送風運転制御について説明する。図3にて説明したように、冬季送風運転制御へ移行する環境温度は、温度センサ14が検知した送風機本体10a付近の検知温度(天井面4付近の環境温度)Tbと、温度センサ21が検知した自コントローラ2a付近の検知温度(床面5付近の環境温度)Tcとが共に15℃以下の場合である。この環境温度において直ちに送風機本体10aから第2の送風方向(垂直方向)へのサーキュレーション送風を開始させると、天井面4付近の冷気を床面5側に吹き下ろすことになり居住空間3内に居る人に冷風感を与えてしまう。また、検知温度Tbと検知温度Tcとの温度差が殆ど無い場合だとサーキュレーション効果が得られず、無駄な送風運転になる。
そこで、図6において、コントローラ2aは、天井面4付近の検知温度Tbと、床面5付近の検知温度Tcとをそれぞれ取得し(ST21,ST22)、取得した検知温度Tb,Tcの温度差ΔT(ΔT=Tb−Tc)を算出する(ST23)。暖房が行われているので、天井面4付近の空気は暖房により暖められて15℃から所定温度(例えば20℃)に向かって上昇している。コントローラ2aは、天井面4付近の検知温度Tbが20℃を超えているか否かを調べる(ST24)。天井面4付近の検知温度Tbが20℃を超えていない場合(ST24:No)は、前記した問題があるので、本手順を終了する。
また、天井面4付近の検知温度Tbが20℃を超えていても(ST24:Yes)、算出した温度差ΔTが所定温度(例えば5℃)を超えていない場合(ST25:No)も、前記した問題があるので、本手順を終了する。
すなわち、コントローラ2aは、天井面4付近の検知温度Tbが暖房により暖められて例えば20℃を超えており(ST24:Yes)、かつ算出した温度差ΔTが例えば5℃を超えている場合(ST25:Yes)に、送風機本体10aを起動して第2の送風方向(垂直方向)への送風を開始する(ST26)。これによって、暖房により暖められた天井面4付近の空気を床面5側に向けて送り出すサーキュレーション送風が開始される。
コントローラ2aは、サーキュレーション送風を開始させると(ST26)、ST27にて、天井面4付近の検知温度Tbと床面5付近の検知温度Tcとをそれぞれ取得し、取得した検知温度Tb,Tcの温度差ΔT(ΔT=Tb−Tc)を算出する。そして、算出した温度差ΔTが、ΔT<2℃でない場合(ST28:No)、サーキュレーション送風を継続し(ST29)、ST27に戻る。そのST27〜ST28〜ST29〜ST27の繰り返し過程で、算出した温度差ΔTが、ΔT<2℃となると(ST28:Yes)、居住空間3内の温度分布が十分に均一化されサーキュレーション効果が得られたとして送風機本体10aに送風動作を停止させてサーキュレーション送風を停止し(ST30)、本手順を終了する。
次に、図7では、図3に示した手順で冬季送風運転制御を判定する期間27での検知温度Tb,Tcの変化と、図6に示した手順での第2の送風方向(垂直方向)への送風運転制御を開始するまでの期間28での検知温度Tb,Tcの変化と、図6に示した手順での第2の送風方向(垂直方向)への送風運転制御を行っている期間29での検知温度Tb,Tcの変化とが示されている。
このように、冬季送風運転制御においては、暖房により暖められた空気が上昇し天井面4付近が必要以上に暖められることを防ぎ、居住空間3内の温度分布を効率よく均一にすることが可能になるので、暖房負荷を軽減することができる。
なお、図4と図6では、算出する温度差ΔTを所定の固定値としたが、送風機1(つまり送風機本体10a)の設置場所とコントローラ2aの設置場所とは、居住空間3の形態によって区々としているので、設置場所に応じて可変するようにすれば、その設置場所に適切な送風方向制御が可能になる。
このように、本実施の形態1による送風システムは、送風機本体の最適な送風方向を自動的に設定できるので、従来の手動切換では失念することがあった送風方向の切換忘れを防止することができ、送風機の機能を充分に発揮させることができる。
そして、冷暖房機器の補助装置として用いることにより、冷暖房機器の負荷軽減が可能になるので、省エネ効果も期待できる。特に工場や倉庫など比較的天井の高い建物では、居住空間が非常に広く、冷暖房機器の負荷は相当に大きいので、本実施の形態1による送風システムを補助装置として用いれば、高い省エネ効果を発揮すると考えられる。
実施の形態2.
図8は、本発明の実施の形態2として、図1に示す送風機とコントローラの要部構成(その2)を示す外観図である。本実施の形態2では、不快指数を下げる送風方向制御について説明する。
図8において、本実施の形態2による送風システムでは、符号を変えたコントローラ2bに、第2の環境検知センサとしての湿度センサ30が追加して設けられ、符号を変えた送風機本体10bに、第1の環境検知センサとしての湿度センサ31が追加して設けられている。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
次に、図9を参照して、不快指数を下げる送風方向制御動作について説明する。なお、図9は、不快指数を下げる送風方向制御手順を説明するフローチャートである。
図9において、コントローラ2bは、ダイアル20から送風運転開始指示の入力があると(ST41:Yes)、送風機本体10bに送風運転開始指示を出力せずに、温度センサ14が検知した送風機本体10b付近の検知温度(天井面4付近の環境温度)Tb及び湿度センサ31が検知した送風機本体10b付近の検知湿度(天井面4付近の環境湿度)Hbを取得する(ST42)。並行して、コントローラ2bは、温度センサ21が検知した自コントローラ2b付近の検知温度(床面5付近の環境温度)Tc及び湿度センサ30が検知した自コントローラ2b付近の湿度(床面5付近の環境湿度)Hcを取得する(ST43)。
ここで、不快指数DIは、温度Tと相対湿度Uとを用いて、
DI=0.81T+0.01U(0.99T−14.3)+46.3 (1)
と表される(出典:理科年表 国立天文台編 平成8(1996)年 気74(264)頁)。
コントローラ2bは、この式(1)に、取得した環境温度Tb及び環境湿度Hbを代入して天井面4付近の不快指数Fbを算出し、また、取得した環境温度Tc及び環境湿度Hcを代入して床面5付近の不快指数Fcを算出し(ST44)、両者の大小関係に基づき送風方向を制御する(ST45〜ST51)。
すなわち、Fb≧Fcの場合(ST45:Yes)は、コントローラ2bは、送風機本体10bの風吹出側面12を第1の送風方向(水平方向)8に向けさせて送風動作を開始させる。不快指数の高い天井面4付近の空気が排気口6から外部へ排出される。これによって、天井面4付近の不快指数が下がるので、居住空間3内の不快指数が効率よく改善される。
コントローラ2bは、第1の送風方向(水平方向)8への送風運転を開始すると(ST46)、例えば、ダイアル20から送風運転停止指示の入力があるまで(ST47:No)、送風機本体10bに送風動作を継続させ(ST48)、送風運転停止指示の入力があると(ST47:Yes)、送風機本体10bに送風動作を停止させ(ST49)、本手順を終了する。
天井面4付近の不快指数が高くなる夏季においては、以上の第1の送風方向(水平方向)8への送風運転制御を実施することにより、居住空間3内の不快指数を改善することができる。
また、Fb<Fcの場合(ST45:No)は、コントローラ2bは、送風機本体10bの風吹出側面12を第2の送風方向(垂直方向)9に向けさせて送風を開始させる。不快指数の低い天井面4付近の空気が不快指数の高い床面5側に向けて送り込まれる。これによって、居住空間3内の不快指数が下がる方向で効率よく均一化される。
コントローラ2bは、第2の送風方向(垂直方向)9への送風運転を開始すると(ST50)、例えば、ダイアル20から送風運転停止指示の入力があるまで(ST51:No)、送風機本体10bに送風動作を継続させ(ST52)、送風運転停止指示の入力があると(ST51:Yes)、送風機本体10bに送風動作を停止させ(ST49)、本手順を終了する。
このように、本実施の形態2による送風システムによれば、天井面付近の不快指数とコントローラ付近(人が生活する、ないしは、作業する床面付近)の不快指数とに基づき、実施の形態1と同様の送風方向を定めて送風運転を行うので、居住空間内の不快指数を効率よく下げることができる。
本実施の形態2による送風システムも、工場や倉庫など比較的天井が高く、居住空間が相当に広い建物において、空調機器の補助装置として用いることにより、高い省エネ効果が期待できる。
実施の形態1による送風方向制御は、送風機本体とコントローラの各々に温度センサを追加するだけで実現できる制御であり、また、実施の形態2による不快指数を下げる送風方向制御は、送風機本体とコントローラの各々に更に湿度センサを追加するだけで実現できる制御であり、特別な装置を必要としないで比較的安価に構成することが可能である。
以上のように、本発明にかかる送風システムは、季節環境に応じて適切な送風方向制御を自動的に行える送風システムとして有用である。特に、工場や倉庫など比較的天井が高く、居住空間が相当に広い建物に設備される冷暖房機器や空調機器の補助装置として用いるのに適している。
1 送風機
2a,2b コントローラ
3 建家内の居住空間
4 天井面
5 床面
6 排気口
8 第1の送風方向(水平方向)
9 第2の送風方向(垂直方向)
10a,10b 送風機本体
11 フレーム
12 風吹出側面
13 風吹出口
14 温度センサ(第1の環境検知センサ)
20 ダイアル
21 温度センサ(第2の環境検知センサ)
30 湿度センサ(第2の環境検知センサ)
31 湿度センサ(第1の環境検知センサ)

Claims (5)

  1. 建家内居住空間の高所に配置され、該配置場所の季節環境を検知する第1の環境検知センサが設けられ、空気を送り出す風出力側を、指令に従い、前記建家の壁面に設けられる排気口へ向かう第1の送風方向と、床面に向かう第2の送風方向とに切り換えて向けることができる送風機と、
    前記建家内居住空間の低所に配置され、該配置場所の季節環境を検知する第2の環境検知センサが設けられ、前記第1の環境検知センサと前記第2の環境検知センサの各検知出力に基づき、前記第1の送風方向と前記第2の送風方向との何れかを指定する前記指令を出力するコントローラと
    を備えたことを特徴とする送風システム。
  2. 前記第1および第2の環境検知センサは、それぞれ温度センサであり、
    前記コントローラは、
    前記第1および第2の環境検知センサの各検知温度に基づき、季節環境が夏季であるか冬季であるかを判断し、夏季であると判断した場合は前記送風機の前記風出力側を前記第1の送風方向に向けさせる前記指令を出力し、冬季であると判断した場合は前記送風機の前記風出力側を前記第2の送風方向に向けさせる前記指令を出力する
    ことを特徴とする請求項1に記載の送風システム。
  3. 前記コントローラは、前記送風機の前記風出力側を前記第1の送風方向に向けさせた場合において各検知温度の温度差が所定値よりも大きい場合に、前記各検知温度の温度差が該所定値よりも小さくなるまでの間、前記送風機に送風動作を行わせることを特徴とする請求項2に記載の送風システム。
  4. 前記コントローラは、前記送風機の前記風出力側を前記第2の送風方向に向けさせた場合において前記第1の環境検知センサの検知温度が所定温度よりも高く、かつ各検知温度の温度差が第1の所定値よりも大きい場合に、前記各検知温度の温度差が前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値以下になるまでの間、前記送風機に送風動作を行わせることを特徴とする請求項2に記載の送風システム。
  5. 前記第1および第2の環境検知センサは、それぞれ、温度センサと湿度センサとで構成され、
    前記コントローラは、
    前記第1の環境検知センサと前記第2の環境検知センサの各検知出力を用いて双方の配置場所環境の不快指数をそれぞれ算出し、前記送風機側の不快指数が自コントローラ側の不快指数よりも高い場合もしくは等しい場合は前記送風機の前記風出力側を前記第1の送風方向に向けさせる前記指令を出力して送風動作を開始させ、自コントローラ側の不快指数が前記送風機側の不快指数よりも高い場合は前記送風機の前記風出力側を前記第2の送風方向に向けさせる前記指令を出力して送風動作を開始させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の送風システム。
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