JP6415876B2 - 室温制御システム - Google Patents
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Description
特許文献1には、電動で開閉する引違い窓とエアコンを備え、窓を閉めてエアコンを運転中に、外気温が基準温度より低くなったことを外気温センサーが検知すると、窓を開けてエアコンをOFFするシステムが開示されている。
しかし、窓が四方の壁のうちの一面にしか取れない居室では、風の入口出口を確保できないため、窓を開けても通風効果が得られない。また、窓が居室の壁の2面に設けてあっても、風が弱いときや無風のときには、窓を開けても通風効果が期待できない。
居室1には、1つの窓6aと、換気扇30aと、エアコン7aと、室温センサー8aと、操作パネル9aと、中継装置10aとを備えている。居室2には、1つの窓6bと、換気扇30bと、エアコン7bと、室温センサー8bと、操作パネル9bと、中継装置10bとを備えている。居室3には、1つの窓6cと、換気扇30cと、エアコン7cと、室温センサー8cと、操作パネル9cと、集中制御機11とを備えている。屋外には、外気温センサー12と雨センサー13とが設けてある。
居室1,2の窓6a,6b、換気扇30a,30b、エアコン7a,7b、室温センサー8a,8b及び操作パネル9a,9b、外気温センサー12、雨センサー13は、中継装置10a,10bを介して集中制御機11と有線又は無線で接続されている。居室3の窓6c、換気扇30c、エアコン7c、室温センサー8c、操作パネル9cは、集中制御機11と有線又は無線で接続されている。
図13は居室1,2に設けられる操作パネル9a,9bのモニター画面を示し、図14は同操作パネル9a,9bの設定画面を示している。この操作パネル9a,9bでは、居室1,2ごとの状態をモニターする機能、居室1,2ごとに運転モード16等を設定する機能を有している。
居室1に人が居る時には、「自動A」モードが優先する。居室1に人が居ない時や非居室5では、「自動N」モードを選択することで、熱溜り排気や壁に蓄冷し、冷房使用を減らすことができる。「自動A」モードと「自動N」モードの相互の切り替えは、ユーザーが操作パネル9a,9b,9cにより手動で行ってもよいが、人感センサーを用いて自動的に切り替えることもできる。
上記の各運転モードに加え、ユーザーが帰宅時に部屋が暑い場合に、強制的にエアコンで暫く冷やし、快適温度になったら通常運転に戻す設定もできる。
換気扇30a,30b,30cは、各居室1,2,3の屋外に面していない位置、具体的には天井部に設けてあり、集中制御機11からの指令に基づき、窓6a,6b,6cが開いたときに換気扇30a,30b,30cがONし、窓6a,6b,6cが閉まったときに換気扇30a,30b,30cがOFFするように、窓6a,6b,6cと連動して制御される。換気扇30a,30b,30cは、通常運転の他、弱運転を選択することもできる。なお、図中の符号37は、換気扇30a,30b,30cが吸い込んだ空気を屋外に排出するための排気ダクトである。排気ダクト37での出口は、窓6a,6b,6cから離れた位置に設けてある。このように排気ダクト37の出口を窓6a,6b,6cから離れた位置に設けることで、排気ダクト37から排気される居室1,2,3内の空気が窓6a,6b,6cから居室1,2,3内に再び吸い込まれるショートサーキットを防ぎ、居室1,2,3の換気を正常に行える。
また、居室1,2,3ごとに窓6a,6b,6cと換気扇30a,30b,30cが設けてあり、換気空間が区分けされることで、十分な換気扇30a,30b,30cの効果を得ることができる。
居室1及び2の換気扇30a,30bは、窓6a,6bから離れた位置(窓6a,6bと反対側の位置)の天井部に設けてある。このように換気扇30a,30bと窓6a,6bとをなるべく離して設けることで、居室1,2内全体に渡って空気の流れができ、居室1,2内全体を効率良く換気できる。
図3は、「自動A(エアコン使用モード)」における外気温と室温に対応した窓6a、換気扇30a及びエアコン7aの状態をまとめたグラフである。同図に示すように、室温が快適温度範囲内で外気温が室温より高いときは(図中のA領域)、換気扇30a及びエアコン7aはOFFで窓6aは閉となる。室温が快適温度範囲内で外気温が室温より低いときは(図中のB領域)、窓6aは開で換気扇30aはON、エアコン7aはOFFとなる。また、室温が快適温度範囲を上回り、外気温が室温より高いときは(図中のC領域)、窓6aは閉で換気扇30aはOFF、エアコン7aはONとなる。室温が快適温度範囲を上回り、外気温が室温より低いときは(図中のD領域)、窓6aは開で換気扇30aはON、エアコン7aはOFFとなる。このように換気扇30aとエアコン7aと窓6aを制御することで、自然のエネルギーの有効利用と最小限のエアコン運転によって、快適な温度環境を提供できると共に、省エネを図ることができる。窓6aを開くときは換気扇30aがONになるので、窓6aが一つしかない居室1でも、屋外の風の状況にかかわらず一定以上の換気量を確保することができる。
また「自動A」モードにおいて、室温が快適下限温度TLより低いときは(図中のE領域)、換気扇30a及びエアコン7aはOFFで窓6aは閉となる。また、外気温について窓を開ける下限値(窓閉温度TC)が予め設定してあり、外気温がその下限値TCよりも低いときは(図中のF領域)、換気扇30a及びエアコン7aはOFFで窓6aは閉となる。これにより、冷たい外気が室内に入って室内が寒くなるのを防ぐことができる。
また、室温が快適下限温度TLより高く、外気温が快適下限温度TLと窓閉温度TCの間にあるときは(図中のG領域)、エアコン7aはOFFとし窓6a,6bを制限的に開け、且つ換気扇30aを弱運転として、通風を調節する。窓6aの開ける量は、外気温が快適下限温度TLに近いときは大きく開け、外気温が窓閉温度TCに近くになるにつれ開ける量を小さくする。これにより、適度な換気を行いつつ室内を快適に維持できる。
さらに「自動N」モードにおいて、室温が快適下限温度TLより低いときは(図中のJ領域)、窓6aは閉で換気扇30aはOFFとなる。また、外気温について窓6aを開ける下限値(窓閉温度TC)が予め設定してあり、外気温がその下限値TCよりも低いときは(図中のK領域)、窓6aは閉で換気扇30aはOFFとなる。これにより、冷たい外気が室内に入って室内が寒くなるのを防ぐことができる。
また、室温が快適下限温度TLより高く、外気温が快適下限温度TLと窓閉温度TCの間にあるときは(図中のL領域)、窓6aを制限的に開け、且つ換気扇30aを弱運転として、通風を調節する。これにより、適度な換気を行いつつ室内を快適に維持できる。
待機時間経過と判定されると、室温が快適下限温度TL以下か否かを判定する(ステップS9)。室温が快適下限温度TL以下の場合は、窓6aを閉とし換気扇30a及びエアコン7aをOFFし(ステップS10)、制御間隔t1を設定する(ステップS11)。室温が快適下限温度TL以上の場合は、次に外気温が窓閉温度TC以下か否かを判定する(ステップS12)。外気温が窓閉温度TC以下の場合は、窓6aを閉とし換気扇30a及びエアコン7aをOFFし(ステップS10)、制御間隔t1を設定する(ステップS11)。外気温が窓閉温度TC以上の場合は、次に外気温が快適下限温度TL以下か否かを判定する(ステップS13)。外気温が快適下限温度TL以下の場合は、窓6aを制限開とし、換気扇30aを弱とし、エアコン7aをOFFとし(ステップS14)、制御間隔t2を設定する(ステップS15)。
外気温が快適下限温度TL以上の場合は、エアコン有モードが選択されているか否か(エアコン使用モードかエアコン不使用モードか)を判定する(ステップS16)。エアコン不使用モードが選択されている場合は、次に室温より外気温が低いか否かを判定し(ステップS17)、室温より外気温が低いときは、窓6aを開とし、換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFし(ステップS18)、制御間隔t3を設定する(S19)。室温より外気温が高いときは、窓6aは閉とし、換気扇30a及びエアコン7aをOFFし(ステップS20)、制御間隔t3を設定する(ステップS21)。
ステップS16でエアコン使用モードが選択されていると、室温が快適温度範囲内か否かを判定する(ステップS22)。室温が快適温度範囲外と判定されると、次に外気温が快適上限温度TH以上か否かを判定する(ステップS23)。外気温が快適上限温度TH以上の場合は、次に外気温が室温より低いか否かを判定し(ステップS24)、外気温が室温より低いときは窓6aを開とし、換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFし(ステップS25)、制御時間t3を設定する(ステップS26)。一方、外気温が室温より高いときは、窓6aを閉とし、換気扇30aをOFFし、エアコン7aをONし(ステップS27)、制御時間t3を設定する(ステップS28)。ステップS23で外気温が快適上限温度TH以下の場合は、窓6aは開とし、換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFし(ステップS29)、制御間隔t3を設定する(ステップS30)。
ステップS22で室温が快適温度範囲内のときは、エアコン7aがON状態か否かを判定する(S31)。エアコン7aがON状態のときは、窓6aを閉、換気扇30a及びエアコン7aをOFFし(ステップS32)、制御時間t3を設定する(ステップS33)。エアコン7aがOFFのときは、次に外気温が快適上限温度TH以上か否かを判定する(ステップS34)。外気温が快適上限温度TH以上の場合は、窓6aは閉とし換気扇30a及びエアコン7aをOFFし(ステップS35)、制御間隔t3を設定する(ステップS36)。外気温が快適上限温度TH以下の場合は、次に室温より外気温が低いか否かを判定する(ステップS37)。室温より外気温が低い場合は、窓6aは開とし、換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFし(ステップS38)、制御間隔t3を設定する(ステップS39)。室温より外気温が高い場合は、窓6aは閉とし、換気扇30a及びエアコン7aをOFFし(ステップS40)、制御間隔t3を設定する(ステップS41)。以上のように窓6aと換気扇30aとエアコン7aの状態を設定するとグループ毎の処理を終了し、図7のフローチャートのループ処理終了(ステップS5)に移行し、その次にループ処理開始(ステップS1)に戻り、上述の処理が繰り返し行われる。
なお、図8のフローチャートの下部に記載の英文字は、図3,4のグラフのA〜Lの各領域に対応している。図8のフローチャートは、エアコン使用モードのときの制御とエアコン不使用モードのときの制御を合体させたものとなっているが、エアコン使用モードとエアコン不使用モードとでグループ毎の処理のフローチャートを分けることもできる。
この場合でも室温を快適に維持できるし、集中制御機11が室温と外気温を所定時間(t1、t2,t3)毎に確認することで、制御が簡単になり、また室温と外気温を確認する時間を細かくすることで、室温や外気温の変化に応じたタイムリーな温度制御が行える。
外気温が室温より高くなり、窓6aを閉めて換気扇30a及びエアコン7aをOFFにした場合でも、日射や風などの影響により外気温が室温より一時的に低くなることがあり、窓6aの開け閉めと換気扇30aのON・OFFが繰り返される場合があるが、外気温が室温より所定の窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT1以上低くなってから窓6aを開けて換気扇30aをON、エアコン7aをOFFすることで、そのような不都合(ハンチング)を解消することができる。
この窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT1は、図5より明らかなように、窓を開けるときの外気温と窓を閉めるときの外気温との温度差であり、例えば1〜3℃に設定される。1℃よりも小さいとハンチングが起きるおそれがあり、3℃よりも大きいと窓6aを開く時間が短くなるためである。窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT1は、地域や個人差によって設定を変更できる。
室温が快適上限温度THより高い状態で、外気温が快適上限温度THよりも高いときに、外気温が室温より所定の窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT4以上下がった場合(図中の矢印20参照)、窓6aを開けて換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFにする。外気温が室温より僅かに低い状態で窓6aを開けてエアコン7aをOFFにすると、室内の壁等からの熱放射によってエアコンOFFする前よりも室温が上がる場合があり、またエアコンONの状態では室内の湿度が低くなっており、エアコンをOFFして窓6aを開けると屋外の湿った空気が室内に入ることで体感温度が上がる場合があるが、外気温が室温より所定の窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT4以上低くなってから窓6aを開けてエアコン7aをOFFすることで、そのような不都合を解消し、室温を快適に維持できる。
室温が快適上限温度THより高い状態で、外気温が快適上限温度THよりも低いときは、外気温がエアコンONライン32よりも低いと、窓6aを開けて換気扇30aをON、エアコン7aをOFFし、外気温がエアコンONライン32よりも高いと、窓6aを閉じて換気扇30aをOFF、エアコン7aをONする。なお、エアコンONライン32は、室温がTHで外気温が(TH−dT1)のポイント33と、外気温がTHで室温が(TH+dT4)のポイント34とを結んだ線である。
また、エアコン7aをONすることにより、室温はエアコン7aの設定温度まで低下するが、このとき室温が快適上限温度THより所定の窓閉・エアコンOFF遅らせ温度dT6以上下がってからエアコンをOFFする(図中の矢印22参照)ことにより、エアコン7aがONとOFFを繰り返す不都合を解消することができる。なお、室温が快適上限温度THより窓閉・エアコンOFF遅らせ温度dT6以上下がらなかった場合は、外気温が室温より窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT1以上下がったとき(図中の矢印23参照)、窓6aを開けて換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFにする。
また、外気温が快適下限温度TLより一定温度dT3以上低く且つ窓閉温度TCより一定温度dT5以上高く、尚且つ室温が快適下限温度TLより一定温度dT2以上高いときに(図中のG領域)、窓6aを制限開とし、換気扇30aを弱運転とし、エアコン7aをOFFにしている。
外気温が室温より高くなり、窓6aを閉めた場合でも、日射や風などの影響により外気温が室温より一時的に低くなることがあり、窓6aの開け閉めと換気扇30aのON・OFFを繰り返す場合があるが、外気温が室温より所定の窓開遅らせ温度dT7以上低くなってから窓6aを開けて換気扇30aをONすることで、そのような不都合(ハンチング)を解消することができる。この窓開遅らせ温度dT7は、図6より明らかなように、窓を開けるときの外気温と窓を閉めるときの外気温との温度差であり、例えば1〜2℃に設定される。1℃よりも小さいとハンチングが起きるおそれがあり、2℃よりも大きいと窓6aを開く時間が短くなるためである。
また、外気温が快適下限温度TLより一定温度dT3以上低く且つ窓閉温度TCより一定温度dT5以上高く、尚且つ室温が快適下限温度TLより一定温度dT2以上高いときに(図中のL領域)、窓6aを制限開とし換気扇30aを弱としている。
ステップS17で室温より外気温が低いと判定されると、外気温が室温より窓開遅らせ温度dT7以上低いか否かを判定する(ステップS43)。外気温が室温より窓開遅らせ温度dT7以上低い場合は、窓6aを開とし、換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFし(ステップS18)、制御間隔t3を設定する(S19)。
ステップS23で外気温が快適上限温度TH以下と判定されると、外気温がエアコンONライン32(図5参照)より低いか否かを判定する(ステップS44)。外気温がエアコンONライン32より低い場合は、窓6aは開とし、換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFし(ステップS29)、制御間隔t3を設定する(ステップS30)。外気温がエアコンONライン32より高い場合は、窓6aは閉とし、換気扇30aをOFFし、エアコン7aをONし(ステップS45)、制御時間t3を設定する(ステップS46)。
ステップS23で外気温が快適上限温度TH以上と判定されると、外気温が室温より窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT4以上低いか否か判定する(ステップS47)。外気温が室温より窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT4以上低い場合は、窓6aは開とし、換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFし(ステップS25)、制御間隔t3を設定する(ステップS26)。外気温が室温より窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT4以上低くない場合は、窓6aは閉とし、換気扇30aをOFFし、エアコン7aをONし(ステップS27)、制御時間t3を設定する(ステップS28)。
ステップS31でエアコンON状態のときは、室温が快適上限温度THより窓閉・エアコンOFF遅らせ温度dT6以上低いか否かを判定する(ステップS47)。室温が快適上限温度THより窓閉・エアコンOFF遅らせ温度dT6以上低い場合は、窓6aを閉とし、換気扇30aをOFFして、エアコン7aをOFFし(ステップS32)、制御間隔t3を設定する(S33)。ステップS47でnoの場合、即ち室温が快適上限温度THより低く且つ(TH−dT6)より高い場合は、外気温が室温より窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT1以上低いか否かを判定する(ステップS48)。外気温が室温より窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT1以上低い場合は、窓6aを開とし、換気扇30aをONとし、エアコン7aをOFFし(ステップS49)、制御間隔t3を設定する(S50)。
ステップS37で室温より外気温が低いと判定されると、外気温が室温より窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT1以上低いか否かを判定する(ステップS51)。外気温が室温より窓開・エアコンOFF遅らせ温度dT1以上低い場合は、窓6aを開とし、換気扇30aをONし、エアコン7aをOFFし(ステップS38)、制御間隔t3を設定する(S39)。
なお、図9のフローチャートの下部に記載の英文字は、図5,6のグラフのA〜Lの各領域に対応している。
本システムは、窓6aと換気扇30aとを連動して制御し、窓6aを開けるときに換気扇30aをONすることで、換気扇30aにより居室内の空気が屋外に吸い出され、それに伴って窓6aより屋外の涼しい空気が入ってくるため、窓が一つしかない居室であっても効率のよい換気が行える。また、窓6aを開けるときに換気扇30aをONすることで、風が無風ないし弱いときでも、一定の換気量を確保できる。
このように本システムは、エアコン不使用モードとエアコン使用モードを使い分けることで、最大限の自然風の利用と最小限のエアコンの利用により、住宅の環境や生活シーンに応じた快適な温度環境を提供できると共に、省エネを図ることができる。その結果、熱中症の発症を予防することができ、冷房が苦手な人に対しても夏の健康的な暮らしを提供することができる。
本システムは、居室1,2,3ごとに窓6a,6b,6cと換気扇30a,30b,30cとエアコン7a,7b,7cが設けられ、居室1,2,3ごとに室温を制御できるので、各居室1,2,3の室温を快適な温度に保つのが容易である。
また、階段ホール等の非居室5と居室1又は居室2との間に出入口となる開口部を設けることで、非居室5と居室1又は居室2の室温を合わせて制御することもできる。
図15は、窓と換気扇を併用する場合と窓のみの場合の換気量と外部風速の関係を示している。同図に示すように、窓と換気扇を併用する場合には、風が無風ないし弱いときは換気扇により一定の換気量が確保され(図中の水平部35)、風がある程度強くなると風の強さに比例して換気量が大きくなる(図中の傾斜部36)。一方、窓のみの場合は、風が無風ないし弱いときは換気量はほぼ一定の小さい値となり、風がある程度強くなると風の強さに比例して換気量が増大する。そこで、窓のみで必要な換気量を確保できるときの外部風速(図中の「必要な換気量となる外部風速」)を閾値として、外部風速が閾値以上のときは換気扇をOFFして窓のみで換気を行い、外部風速が閾値以下のときは換気扇をONし、窓と換気扇を併用して換気を行う。
改正省エネ基準(H25施行)で一次エネルギー算出時に通風を確保する措置として20回/h以上を閾値として設けており、気積39.5m3の部屋40で20回/h換気を行うのに必要な換気量は790m3/hとなり、窓のみの場合の換気量のグラフと換気量=790m3/hの交点より、必要な換気量となる外部風速(閾値)を4.66m/sと算出することができる。
上記の例は、窓が1つの場合であったが、窓が2つある場合には、必要な換気量となる外部風速(閾値)はより小さい値になる。必要な換気量は、必ずしも20回/h換気に対応したものでなくてもよい。
2 居室
3 居室
4 住宅
5 非居室
6a,6b,6c 窓
7a,7b,7c エアコン
8a,8b,8c 室温センサー
9a,9b,9c 操作パネル
11 集中制御機(制御手段)
12 外気温センサー
30a,30b,30c 換気扇
43 外部風速計(風センサー)
Claims (1)
- 窓と外気温センサーと室温センサーと換気扇と制御手段とを備え、窓は、外気に面して設けてあり、換気扇は、室内の空気を屋外に排出するものであって、外気に面していない位置に設けてあり、制御手段は、外気温と室温とに応じて窓の開閉と換気扇のON・OFFを連動して制御するものであって、窓を開けるときに換気扇をONにし、窓を閉めるときに換気扇をOFFにするものであり、室温が快適下限温度及び外気温より高く、且つ外気温が窓開下限温度より高いときに、窓を開けて換気扇をONすることを特徴とする室温制御システム。
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