WO2020075244A1 - 空気調和機、空気調和機制御方法及びプログラム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an air conditioner, an air conditioner control method, and a program.
- An air conditioner in which a thermal image sensor mounted on an air conditioner detects the surface temperature of a floor and a wall in a room and the surface temperature of a human body, and performs air flow control based on the detected surface temperature.
- a thermal image sensor is an infrared sensor. Since the infrared sensor detects the infrared rays emitted from the surface of the object to estimate the temperature, it cannot measure the temperature of the air in the room through which the infrared rays pass. Therefore, the conventional air conditioner cannot obtain information about the three-dimensional thermal environment of the indoor space.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an air conditioner and an air conditioner control that estimate a three-dimensional distribution of a thermal environment in a room in which an air conditioner is installed and perform air flow control based on the estimated three-dimensional distribution
- the purpose is to provide a method and a program.
- the air conditioner In an air conditioner including a heat exchanger, a fan, and a wind direction control plate, A thermal image sensor for acquiring a two-dimensional temperature distribution on a wall surface and a floor surface of an air-conditioned space in which the air conditioner is installed; Blowing temperature information of the blowing air blown from the blower of the air conditioner, blowing air amount information of the blowing wind, blowing direction information of the blowing wind, blowing air information acquisition unit, An outlet position acquisition means for acquiring outlet position information indicating the position of the outlet in the air-conditioned space, A space temperature that estimates a three-dimensional temperature distribution of the air-conditioned space based on the two-dimensional temperature distribution, the outlet temperature information, the outlet air volume information, the outlet wind direction information, and the outlet position information. Estimation means, Air flow control means for controlling the air conditioning conditions of the air conditioner based on the three-dimensional temperature distribution.
- the present invention it is possible to estimate the three-dimensional distribution of the thermal environment in the room in which the air conditioner is installed, and perform airflow control based on this.
- Block diagram showing the configuration of the air conditioner of the first embodiment The figure which shows the cross-sectional structure of the indoor unit of the air conditioner of Embodiment 1. An enlarged view of a portion of the heat exchanger of FIG. 2A.
- FIG. 3 is a diagram showing temperature measurement points stored in a temperature distribution DB according to the first embodiment.
- the figure which shows an example of the temperature of the volume section of FIG. The figure which shows an example of the reliability probability of the temperature of the volume section of FIG.
- Block diagram showing the functional configuration of the control device of the second embodiment The flowchart which shows the control processing which the air conditioner which concerns on Embodiment 2 performs.
- Block diagram showing the functional configuration of the control device of the third embodiment The figure which shows an example of the human body space area
- Block diagram showing the functional configuration of the control device of the fourth embodiment The flowchart which shows the control processing which the air conditioner which concerns on Embodiment 4 performs.
- Block diagram showing the functional configuration of the control device of the fifth embodiment The flowchart which shows the control processing which the air conditioner which concerns on Embodiment 5 performs.
- Block diagram showing the functional configuration of the control device of the sixth embodiment The figure which shows an example of the solar radiation area
- FIG. 16 is a diagram showing an example of a structure of a wall in Embodiment 7.
- Embodiment 1 The air conditioner 1 according to Embodiment 1 estimates a three-dimensional temperature distribution, a velocity distribution, and a sensible temperature in an indoor space, and performs air flow control based on the estimated temperature distribution, thereby realizing a comfortable indoor air flow environment for a user. To do.
- the air conditioner according to the present embodiment will be described taking a wall-mounted heat pump type room air conditioner as an example.
- FIG. 1 shows the configuration of the air conditioner 1 according to the first embodiment.
- the air conditioner 1 includes a heat exchanger 2 for adjusting the temperature of blown air, a fan 3 for blowing the blown air, a wind direction control plate 4 for adjusting the direction of the blown air, and an indoor temperature.
- the temperature sensor 5 for measuring the room temperature
- the humidity sensor 6 for measuring the room humidity
- the thermal image sensor 7 for detecting the surface temperature of the object
- the control device 8 for controlling each component.
- FIG. 2A is a diagram showing a cross-sectional configuration of an indoor unit of the air conditioner 1
- FIG. 2B is an enlarged view of a part of the heat exchanger 2 included in the air conditioner 1.
- the heat exchanger 2 includes a pipe 2a and fins 2b, and the refrigerant flows in the pipe 2a.
- the air 101 taken in by the fan 3 passes through the fins 2b of the heat exchanger 2. Then, heat exchange occurs between the air 101 passing through the fins 2b and the refrigerant flowing in the pipe 2a, and the temperature of the air 101 changes.
- the heat exchanger 2 is controlled by a control signal from the control device 8.
- a control signal indicating heating operation is sent from the control device 8
- it functions as a condenser for condensing the refrigerant to heat the air
- a control signal indicating cooling operation is sent from the control device 8
- the refrigerant is evaporated. It functions as an evaporator and cools the air.
- FIG. 4 shows the refrigeration cycle 102 in the air conditioner 1.
- the refrigeration cycle 102 is realized by a heat exchanger (evaporator) 102a that evaporates a refrigerant, a heat exchanger (condenser) 102b that condenses the refrigerant, a compressor 102c that compresses the refrigerant, and an expansion valve 102d that expands the refrigerant. .
- the temperature of the heat exchanger 2 is adjusted by controlling the temperature of the refrigerant using the compressor 102c and the expansion valve 102d.
- the switching operation for switching the operation of the heat exchanger (evaporator) 102a of the refrigeration cycle and the operation of the heat exchanger (condenser) 102b can switch between the heating operation and the cooling operation.
- the temperature of the refrigerant is higher than the temperature of the air taken into the heat exchanger 2, the taken air is warmed, and hot air is blown.
- the temperature of the refrigerant is lower than the temperature of the air taken into the heat exchanger 2, the taken air is cooled, and cold air is blown.
- the temperature of the air becomes lower than the dew point, the moisture in the air is condensed as condensed water in the heat exchanger 2, and the condensed water is discharged outside the room using the drainage pipe, and the dehumidified air is blown.
- the fan 3 shown in FIG. 1 takes in the air around the air conditioner 1 from the intake port and blows out the air that has been heat-exchanged by the heat exchanger 2 from the air outlet.
- the fan 3 for example, a sirocco fan, a turbo fan, or the like is adopted.
- the air conditioner 1 increases the rotation speed of the fan 3 to increase the air volume of the heat-exchanged air, and decreases the rotation speed of the fan 3 to reduce the air volume of the heat-exchanged air.
- the rotation of the fan 3 is controlled by a control signal from the control device 8.
- the air volume can be set in three stages of "large”, "normal", and "small".
- the wind direction control plate 4 is for adjusting the direction of the temperature-controlled air, that is, the wind direction.
- One or more wind direction control plates 4 are provided near the outlet of the air conditioner 1.
- the angle of the wind direction control plate 4 is controlled by a control signal from the control device 8.
- the angle means an angle formed by the wind direction control plate 4 and the vertical direction of the air conditioner 1 installed indoors.
- the angle of the wind direction control plate 4 can be set in three levels of "horizontal blowing direction", "licking direction", and "downward blowing direction”.
- FIG. 5A shows a diagram in which the angle of the wind direction control plate 4 is controlled in the downward blowing direction
- FIG. 5B shows a diagram in which the angle of the wind direction control plate 4 is controlled in the horizontal blowing direction.
- FIG. 5A when the angle of the wind direction control plate 4 is controlled in the downward blowing direction, the blowing air 103 is blown obliquely downward from the air conditioner 1 from the outlet 1a indicated by the hatched portion in FIG. 5A.
- FIG. 5B when the angle of the wind direction control plate 4 is controlled in the horizontal blowing direction, the blown air 103 is blown in the horizontal direction from the outlet 1a.
- the air conditioner 1 controls the wind direction of the blown air 103 blown out from the blowout port 1a by adjusting the angle of the wind direction control plate 4.
- an air conditioner represented by a heat pump type room air conditioner can adjust the temperature, the air volume, and the wind direction of the blowing air, and can realize various thermal environments.
- the control of the temperature, the volume and the direction of the blown air is called air flow control.
- the space where the airflow is controlled by the air conditioner is referred to as the air-conditioned space.
- the structure in which the air whose temperature and humidity are adjusted by the heat exchanger 2 and the fan 3 is blown from the outlet is the same as the wall-mounted type air conditioner. Since it is the same as the air conditioner, airflow control similar to that of a wall-mounted air conditioner is performed.
- the temperature sensor 5 shown in FIG. 1 is a sensor that detects the temperature inside the room. Specifically, the temperature sensor 5 detects the temperature of the air taken in from the suction port of the air conditioner 1.
- the humidity sensor 6 is a sensor that detects indoor humidity. Specifically, the humidity sensor 6 detects the humidity of the air taken in from the suction port of the air conditioner 1.
- temperature sensor 5 and the humidity sensor 6 may be replaced with a temperature / humidity sensor that integrally has a function of detecting temperature and humidity.
- the thermal image sensor 7 detects the temperature of the surface of an object, such as a floor surface, a wall surface, a ceiling surface, a human body, furniture, a window, a door, etc., within an image-capable range of the air-conditioned space, and detects a two-dimensional temperature distribution. To get.
- An infrared sensor is used as the thermal image sensor 7.
- the thermal image sensor 7 detects the temperature of the outlet 1a. As shown in FIG. 2A, the thermal image sensor 7 is installed at a position below the air conditioner 1 where the air outlet 1a can be photographed.
- the thermal image sensor 7 acquires a two-dimensional temperature distribution, detects the temperature of the air outlet 1a, and the like according to a control signal from the control device 8.
- FIG. 6 shows an example of an image of the temperature distribution on the floor taken by the thermal image sensor 7 during heating operation.
- the high temperature region 104a indicates a region in which warm air reaches the floor surface and the temperature of the floor surface becomes high, and the low temperature region 104b does not reach the floor surface by the warm air blown from the air outlet 1a.
- the area is shown. Since the information that the thermal image sensor 7 can obtain is the temperature of the two-dimensional object surface, it is possible to know the area of the floor surface that has been warmed by warm air, but the temperature of the air cannot be measured. , It is not possible to know the area of warmed space.
- the control device 8 shown in FIG. 1 is communicably connected to the heat exchanger 2, the fan 3, the wind direction control plate 4, the temperature sensor 5, the humidity sensor 6, and the thermal image sensor 7, and controls each component. Therefore, the control device 8 controls the air conditioning conditions of the air conditioner 1.
- the air-conditioning conditions refer to all conditions that can be set in the air conditioner 1, such as the temperature of the blowing air, the air volume, the wind direction, the wind speed, and the humidity.
- control device 8 includes a processor 81 that controls the control device 8, a ROM (Read Only Memory) 82 that stores a program, a RAM (Random Access Memory) 83 that is a work area, and an external device.
- ROM Read Only Memory
- RAM Random Access Memory
- a communication interface 84 for performing communication with and a readable / writable non-volatile memory 85 are included.
- the processor 81 centrally controls the control device 8. Details of the functions of the control device 8 realized by the processor 81 will be described later.
- the ROM 82 stores the program executed by the processor 81.
- the RAM 83 is used as a work area of the processor 81.
- the communication interface 84 is for performing wired or wireless communication with an external device.
- the external device is, for example, an air-conditioning remote controller for operating the air conditioner 1, a smartphone in which an application for operating the air conditioner 1 is installed, or the like.
- the control device 8 receives a signal from an external device via the communication interface 84, the control device 8 controls each component based on the content indicated by the received signal.
- the user sets the target temperature, the target air volume, or the target air direction using the external device, and the information indicating the set value is stored in the memory 85.
- the temperature distribution information acquired by the thermal image sensor 7 is stored in the memory 85. Further, the memory 85 stores various databases necessary for controlling the air conditioner 1.
- the temperature distribution DB 85a and the velocity distribution DB 85b are stored in the memory 85.
- the temperature distribution DB 85a is a database that the air conditioner 1 refers to in order to estimate the three-dimensional temperature distribution.
- the velocity distribution DB 85b is a database that the air conditioner 1 refers to in order to estimate the three-dimensional velocity distribution. Details of the temperature distribution DB 85a and the velocity distribution DB 85b will be described later. Further, the memory 85 stores data of a calculation formula of a thermal circuit network model for obtaining a three-dimensional temperature distribution described later.
- a database that describes the correspondence relationship between the rotation speed of the fan 3 and the air volume a database that describes the correspondence relationship between the angle of the wind direction control plate 4 and the wind direction, numerical fluid calculation, or an experiment using an actual air conditioner
- a database of three-dimensional temperature distribution created by the above is stored.
- FIG. 8 shows a configuration of functions realized in the control device 8.
- the control device 8 has a blowout air information acquisition unit 801 that obtains information on blowout air, an air outlet position information acquisition unit 802 that obtains position information of the air outlet, and a space for estimating a three-dimensional temperature distribution.
- Each of the above units is realized by the processor 81 executing a program stored in the ROM 82.
- the indoor thermal environment is created by the airflow control of the air conditioner 1.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of a temperature distribution of warm air from the vicinity of the outlet 1a to the floor surface in the heating operation.
- the temperature distribution is divided into three temperature zones, a high temperature area 105a, an intermediate temperature area 105b, and a low temperature area 105c.
- the warm air blown from the blowout port 1a has the highest temperature in the vicinity of the blowout port 1a, and the temperature decreases due to heat diffusion as it moves away from the blowout port 1a.
- the cold air blown from the blowout port 1a has the lowest temperature in the vicinity of the blowout port 1a, and the temperature rises due to heat diffusion as it moves away from the blowout port 1a.
- the temperature-controlled blowout air circulates in the room, so that the room has a non-uniform temperature distribution.
- FIG. 10 is a diagram showing an example of the velocity distribution of warm air blown out from the air outlet 1a in the heating operation.
- FIG. 10 shows the velocity distribution divided into three velocity zones, a high velocity region 106a, an intermediate velocity region 106b, and a low velocity region 106c.
- the warm air blown from the air outlet 1a is the fastest near the air outlet 1a, and becomes slower as it moves away from the air outlet 1a.
- air entrapment 107 occurs in the region of the end of the warm air.
- the temperature of the hot air is entrained in the surrounding air due to the viscosity of the air and the energy is dissipated.
- the airflow control creates a space with a non-uniform velocity distribution inside the room.
- the air conditioner 1 estimates a three-dimensional temperature distribution, a three-dimensional velocity distribution, and a three-dimensional sensible temperature distribution for a space having a non-uniform temperature distribution and velocity distribution.
- the blown-air information acquisition unit 801 shown in FIG. 8 acquires blowout temperature information of blown wind blown from the blowout port 1a, blown air volume information, and blown wind direction information.
- the blowing air information acquisition unit 801 is an example of the blowing air information acquisition means according to the present invention.
- the blowout temperature information is information indicating the temperature of blown air at the blowout port 1a.
- the temperature of the outlet 1a detected by the thermal image sensor 7 is regarded as the temperature of the blown air at the outlet 1a.
- the blown-air information acquisition unit 801 acquires information indicating the temperature of the outlet 1a as blown-out temperature information.
- the blown air volume information is information indicating the volume of blown air at the outlet 1a.
- the blown-air information acquisition unit 801 refers to a database (not shown) stored in the memory 85 in which the correspondence relationship between the rotation speed of the fan 3 and the air volume is described, and calculates the air volume from the set rotation speed of the fan 3.
- the information indicating the obtained air volume is acquired as the blown air volume information.
- the blown-air direction information is information indicating the wind direction of the blown wind at the outlet 1a.
- the blown-air information acquisition unit 801 is set with reference to a database (not shown) stored in the memory 85, in which the correspondence between the angle of the wind direction control plate 4 and the wind direction of the blown air at the blowout port 1a is described.
- the wind direction of the blown wind is obtained from the angle of the wind direction control plate 4, and the obtained wind direction is acquired as blown wind direction information.
- blown air information -Blowout temperature information, blown air volume information, and blown air direction information are collectively referred to as blown air information.
- the outlet position information acquisition unit 802 acquires outlet position information indicating the position of the outlet 1a in the room where the air conditioner 1 is installed.
- the outlet position information acquisition unit 802 is an example of an outlet position acquisition unit according to the present invention.
- Fig. 11 shows an example of the installation position of the air conditioner 1 in the room.
- the outlet position information is the ceiling height 108a in the room in which the air conditioner 1 is installed, the height 108b from the floor surface to the outlet 1a, the distance 108c from the side wall to the outlet 1a, 108d and information indicating the distance 108e from the front wall to the outlet 1a.
- the user inputs these pieces of information using an external device, and the outlet opening position information acquisition unit 802 acquires the outlet position information by receiving the information from the external device.
- the space temperature estimation unit 803 estimates the three-dimensional temperature distribution in the room based on the two-dimensional temperature distribution, the outlet temperature information, the outlet air volume information, the outlet air direction information, and the outlet position information.
- the space temperature estimation unit 803 is an example of space temperature estimation means according to the present invention.
- the temperature distribution and velocity distribution of the space created by the air conditioner 1 fixed in the room are the temperature, the air volume and the air direction of the blown air at the outlet 1a, the size of the room, and the wall that determines the amount of heat leak from the room to the outdoors. And if the heat insulation performance of the floor is determined, it can be uniquely determined.
- the temperature distribution DB 85a is stored in the memory 85.
- the temperature distribution DB 85a is a database of three-dimensional temperature values measured in a room of various sizes for each set value of the temperature, the air volume, and the wind direction of the blown air.
- FIG. 12A is a diagram for explaining measurement points of temperatures stored in the temperature distribution DB 85a. Based on the outlet 1a, the front direction of the air conditioner 1 from the outlet 1a is the x-axis direction, the height direction of the air conditioner 1 is the y-axis direction, and the width direction of the air conditioner 1 is the z-axis direction.
- FIG. 12B shows an example of data included in the temperature distribution DB 85a.
- the values of w1 and w2 are the distances from the side wall to the outlet, where the center of the outlet in the width direction of the air conditioner 1 is 0 cm in the room where the data stored in the temperature distribution DB 85a is measured. Is a value indicating.
- the temperature at each measurement point may be acquired by all measurements using an actual air conditioner 1, or may be acquired by numerical fluid calculation.
- the space temperature estimation unit 803 sets the set value that is the closest to the values of the temperature, air volume, and wind direction of the blown air included in the blown air information acquired by the blown air information acquisition unit 801. Select the data you have.
- the temperature distribution DB 85a is a temperature distribution obtained with the outlet as a reference. Therefore, the space temperature estimation unit 803 selects, from the data stored in the temperature distribution DB 85a, the data having the indoor dimension and the outlet position that are closest to the outlet position information acquired by the outlet position information acquisition unit 802. .
- the temperature value is affected by the insulation performance of walls and floors. Therefore, if the heat insulation performance condition of the room used when creating the temperature distribution DB 85a and the heat insulation performance condition of the room in which the air conditioner 1 is actually installed are different, the air conditioner 1 is actually installed. The temperature distribution in the space is different from the temperature distribution in the temperature distribution DB 85a. This difference is estimated by using a thermal network model that considers the heat insulation performance of walls and floors.
- FIG. 12C shows a thermal network model that considers the heat insulation performance of the walls and floor.
- This thermal network model shows a node having a representative value 109a (T [° C]) of the indoor temperature, a node having a representative value 109b (T OUT [° C]) of the outdoor temperature, and the heat insulation performance of the room. It is made using the thermal resistance value 109c (R [K / W]), the heat capacity 109d (C [J / ° C]) of the room, and the capacity 109e (Q [W]) of the air conditioner 1.
- a representative value (T (t) [° C]) of the temperature inside the room at time t [s] can be expressed by the following equation (1).
- the temperature distribution of the space inside the room where the air conditioner 1 is actually installed is calculated by adding the difference from the representative temperature T [° C] inside the room where the air conditioner 1 is installed to each temperature value of the temperature distribution DB 85a.
- the difference ⁇ T_diff T ⁇ T_mean between the average value T_mean [° C.] of the space temperature in FIG. 12B and the representative value T [° C.] of the equation (1) is calculated, and ⁇ T_diff is added to the space temperature distribution in FIG. 12B.
- the heat resistance value R [K / W] and the heat capacity C [J / ° C.] that are the heat insulation performance of the room cannot be easily known.
- the representative value T OUT [° C.] of the outdoor temperature cannot be known without using any device such as a temperature sensor provided outdoors.
- the capacity Q [W] of the air conditioner 1 can be known from the air volume and temperature of the blown air.
- Q [W] can be estimated by multiplying the power consumption of the air conditioner 1 by the COP. In other words, it is difficult to directly calculate the equation (1) because variables other than Q [W] cannot be known for the equation (1).
- FIG. 12D is a thermal network model equivalent to the thermal network model of FIG. 12C.
- the thermal resistance value 109c (R [K / W]) and the thermal capacity 109d (C [J / ° C]) of FIG. 12C are measured by using the wall floor temperature 109f (T wall [° C]) that can be measured by the thermal image sensor 7.
- the heat capacity of the wall floor 109 j (C wall [J / ° C.]).
- T [° C.], T wall [° C.], R air [K / W], C air [J / ° C.], and Q [W] can be written as the following formula (2).
- any temperature such as the maximum temperature, the minimum temperature, or the average temperature in the temperature distribution of the wall and the floor acquired by the thermal image sensor 7 can be adopted.
- the physical meaning of R air [K / W] is heat transfer from the air in the room to the walls. Therefore, R air [K / W] can be quantified using a dimensionless rearrangement formula used in numerical fluid calculation or heat transfer engineering.
- the space temperature estimation unit 803 estimates the three-dimensional temperature distribution of the thermal environment created by the air conditioner 1 by correcting the temperature value of the temperature distribution DB 85a.
- the space temperature estimation unit 803 is the closest to the outlet position information acquired by the outlet position information acquisition unit 802 among the data stored in the temperature distribution DB 85a. It is not limited to selecting data having dimensions and outlet positions.
- the temperature distribution DB 85a is a database of three-dimensional temperature values calculated by measurement or numerical fluid calculation for each set value of the temperature, air volume, and wind direction of the blown air in a room of a certain size
- the space temperature estimation unit 803 converts the measured indoor size of the temperature distribution DB 85a into the indoor size obtained from the outlet position information, and based on this conversion, obtains the temperature distribution by converting the data of the temperature distribution DB 85a and obtains the calculated temperature.
- the distribution data may be acquired as the temperature distribution data before correction. In this case, the space temperature estimation unit 803 further corrects the temperature value after the conversion based on the room size using the thermal network model.
- the space temperature estimation unit 803 estimated the three-dimensional temperature distribution using the physical model of the thermal circuit network described in equation (2), but other methods are possible.
- the space temperature estimation unit 803 can estimate the three-dimensional temperature distribution using a statistical machine learning method.
- the indoor space is divided into three-dimensional volume sections.
- the temperature of each volume section is represented using a probability distribution.
- the coordinates of the volume section can be expressed as (x i , y j , z k ).
- the coordinates indicating the position representing the volume space will be represented as x ijk .
- FIG. 14 shows a volume section represented by representative coordinates x ij at an arbitrary k position. Further, the probability that the temperature of the volume section at the position x ijk is T is expressed as p (T) using the function p.
- the algorithm using the Gaussian process is described.
- D ⁇ (x ijk , T ijk )
- N ( ⁇ ) are zero mean
- K is the number of data sets of the data set number is x want to predict unobserved ijk
- T Unobserved ijk dataset D Is a matrix called a Gram matrix with the same dimension as the sum of.
- FIG. 15A is an example showing the temperature of the volume section of FIG. 14, in which the volume section of high temperature is shown in dark color and the volume section of low temperature is shown in light color. If the Gaussian process is used, the temperature distribution of the space can be learned from the known data set such as the temperature distribution acquired by the thermal image sensor 7 and the blown-air temperature at the outlet 1a. The temperature distribution DB 85a may be added to the known data set.
- FIG. 15B is an example showing the reliability probability of the temperature in the volume section of FIG. 15A, which can be learned from the temperature acquired by the thermal image sensor 7 and the blowing air temperature. By using the Gaussian process in this way, it is possible to calculate the reliability of prediction for the predicted temperature value.
- the spatial velocity estimation unit 804 estimates the three-dimensional velocity distribution in the room based on the three-dimensional temperature distribution.
- the spatial velocity estimating unit 804 is an example of the spatial velocity estimating means according to the present invention.
- the airflow environment in the room is created by the warm air from the outlet 1a, and the temperature and velocity decrease as the distance from the position of the outlet 1a increases.
- a database of the relationship between temperature and velocity is created using numerical fluid calculations and experimental results.
- this database is referred to as a velocity distribution DB 85b.
- the velocity distribution DB 85b is stored in the memory 85.
- the spatial velocity estimation unit 804 estimates the three-dimensional velocity distribution from the three-dimensional temperature distribution estimated by the spatial temperature estimation unit 803 with reference to the velocity distribution DB 85b.
- the spatial velocity estimation unit 804 may obtain a three-dimensional velocity distribution by numerical fluid calculation from the air volume and direction of the blown air and the indoor dimensions.
- the spatial sensible temperature estimation unit 805 estimates the three-dimensional sensible temperature distribution based on the three-dimensional temperature distribution and the three-dimensional velocity distribution.
- the space sensation temperature estimation unit 805 is an example of the space sensation temperature estimation means according to the present invention.
- the human sensible temperature largely depends on the heat balance of the human body (Reference 2: "Building thermal environment (Yuzo Sakamoto), The University of Tokyo Press, 2011”).
- the heat balance of the human body can be calculated from the temperature of the air around the human body and the heat transfer coefficient between the human body and the air flow.
- the temperature of the air can be obtained from the three-dimensional temperature distribution, and the heat transfer coefficient due to the human body and the air flow is calculated using the model formula of forced heat transfer with reference to the magnitude of the speed from the three-dimensional speed distribution. can do.
- a model showing the relationship between the amount of heat balance of the human body and the amount of temperature to be corrected is created by experiment.
- the spatial sensation temperature estimation unit 805 obtains a correction amount of temperature based on this model and the obtained heat balance of the human body, and corrects the three-dimensional temperature distribution estimated by the spatial temperature estimation unit 803 to obtain the three-dimensional sensation temperature. Estimate the distribution.
- the space sensible temperature estimation unit 805 may estimate the three-dimensional sensible temperature distribution using a Linke calculation formula that estimates the sensible temperature from the temperature t [° C] and the velocity v [m / s].
- the sensible temperature is obtained by the following formula (3).
- the spatial sensible temperature estimation unit 805 puts the value of the three-dimensional temperature distribution estimated by the spatial temperature estimation unit 803 into the temperature t [° C.] of the equation (3), and the spatial velocity estimation unit 804 into the velocity v [m / s].
- the sensible temperature is obtained by inserting the value of the three-dimensional velocity distribution estimated by Then, the spatial sensation temperature estimation unit 805 sets the sensible temperature thus obtained as the value of the three-dimensional sensible temperature distribution.
- the airflow control unit 806, based on the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, and the three-dimensional sensible temperature distribution, the temperature set in the heat exchanger 2, the rotation speed of the fan 3, and the wind direction control plate. 4 wind direction and control.
- the airflow control unit 806 is an example of the airflow control means according to the present invention.
- the set temperature and the representative value of the three-dimensional sensible temperature distribution are compared, and when the set temperature is higher than the temperature of the representative value of the three-dimensional sensible temperature distribution, the airflow control unit 806 determines that the set temperature and the temperature of the representative value are equal to each other.
- a control signal for changing the angle of the wind direction control plate 4 to the downward blowing direction is generated in order to control the wind direction.
- the airflow control unit 806 obtains warm air that is lower by the difference (for example, 2 degrees) between the set temperature and the representative value temperature.
- a control signal for controlling the heat exchanger 2 and a control signal for increasing the rotation speed of the fan 3 and adjust the angle of the wind direction control plate 4 to the horizontal blowing direction in order to distribute the warm air of low temperature to the room.
- the representative value may be an average of the entire three-dimensional sensible temperature distribution, or an area in which a person may exist in the room is set in advance, and the average, maximum, and minimum values of the sensible temperature in the area are set. And so on.
- the representative value may be obtained from the three-dimensional temperature distribution.
- the airflow control unit 806 may perform airflow control by PID control based on the deviation between the set temperature of the air conditioner and the temperature obtained from the three-dimensional sensible temperature distribution or the three-dimensional temperature distribution.
- the airflow control unit 806 compares the set temperature with the three-dimensional temperature distribution, and if there is a region where the temperature is different from the set temperature, the direction of the region is set in order to bring the temperature of the region close to the set temperature.
- the wind direction control plate 4 is controlled so that the blown air is blown out.
- the airflow control unit 806 compares the set temperature and the three-dimensional sensible temperature distribution, and if there is a region where the set temperature and the sensible temperature differ, in order to bring the sensible temperature of the region close to the set temperature, The wind direction control plate 4 is controlled so that the blowing air is blown in the direction of the area.
- the air volume can be defined by the wind speed and the passage area. Therefore, the airflow control unit 806 compares the set air volume with the three-dimensional velocity distribution, and when there is a region where the air velocity is slower than the set air volume, controls the fan 3 so as to increase the air volume, and the air velocity is increased. When there is an area judged to be early, the fan 3 is controlled so as to reduce the air volume.
- the threshold value for determining whether it is faster or slower than the set air volume is set based on experiments, numerical calculations, and the like.
- the controller 8 uses the thermal image sensor 7 to acquire the two-dimensional temperature distribution on the wall surface and floor surface of the room where the air conditioner is installed (step S101).
- the blowout air information acquisition unit 801 refers to the set value stored in the memory, and acquires blowout temperature information of the blowout air blown from the blowout port, blowout air volume information, and blowout wind direction information (step S102). ).
- the outlet position information acquisition unit 802 acquires the outlet position information indicating the position of the outlet 1a in the room in which the air conditioner 1 is installed, which is received from the external device (step S103).
- the space temperature estimation unit 803 estimates the three-dimensional temperature distribution in the room based on the two-dimensional temperature distribution, the blowout temperature information, the blown air volume information, the blown wind direction information, and the blowout port position information (step S104). ).
- the spatial velocity estimation unit 804 estimates the three-dimensional velocity distribution in the room based on the three-dimensional temperature distribution (step S105).
- the spatial sensible temperature estimation unit 805 estimates the three-dimensional sensible temperature distribution based on the three-dimensional temperature distribution and the three-dimensional velocity distribution (step S106).
- the airflow control unit 806 determines the temperature of the heat exchanger, the rotation speed of the fan, and the wind direction of the wind direction control plate based on the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, and the three-dimensional sensible temperature distribution. Control (step S107).
- the present embodiment it is possible to realize a comfortable indoor airflow environment for the user by estimating the three-dimensional temperature distribution, velocity distribution, and sensible temperature in the indoor space and performing airflow control based on this. .
- the air conditioner 1 performs the current airflow control based on the future three-dimensional temperature distribution, the future three-dimensional velocity distribution, and the future three-dimensional sensible temperature distribution.
- the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
- the air conditioner 1 according to the second embodiment includes the components of the air conditioner 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 17, the air conditioner 1 according to the second embodiment functionally has a storage unit 807 that stores a history and a future function in addition to the functions of the air conditioner 1 according to the first embodiment. And a time-series spatial information estimation unit 808 that estimates the distribution.
- the storage unit 807 and the time-series spatial information estimation unit 808 are realized by the processor 81 in the control device 8 executing the program stored in the ROM 82.
- the storage unit 807 stores a history of the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, and the three-dimensional sensible temperature distribution.
- the storage unit 807 is an example of a storage unit according to the present invention.
- the history is the past three-dimensional temperature distribution, three-dimensional velocity distribution, and three-dimensional sensible temperature distribution estimated at regular time intervals.
- the history is stored in the memory 85.
- the time-series spatial information estimation unit 808 determines a future three-dimensional temperature distribution, a future three-dimensional velocity distribution, and a future three-dimensional temperature distribution based on the history of the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, and the three-dimensional sensible temperature distribution. Estimate the sensible temperature distribution.
- the time-series spatial information estimating unit 808 is an example of the time-series spatial information estimating means according to the present invention.
- the time-series spatial information estimation unit 808 uses a time-series prediction method such as a Kalman filter (Kalman filter) or a particle filter (Particle Filter) to store the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, and the three-dimensional velocity distribution stored in the storage unit 807.
- a future three-dimensional temperature distribution, a future three-dimensional velocity distribution, and a future three-dimensional sensible temperature distribution are estimated from the history of the three-dimensional sensible temperature distribution, that is, time series data.
- the airflow control unit 806 determines the temperature set in the heat exchanger 2 and the rotation speed of the fan 3 based on the future three-dimensional temperature distribution, the future three-dimensional velocity distribution, and the future three-dimensional sensible temperature distribution. And the wind direction of the wind direction control plate 4 are controlled.
- the airflow control unit 806 sets the temperature, the air volume, and the wind direction set by the user, and the future three-dimensional temperature distribution estimated by the time-series spatial information estimation unit 808, the future three-dimensional velocity distribution, and the future three-dimensional distribution.
- the sensible temperature distributions are compared, and if there is a difference, the heat exchanger 2, the fan 3, and the wind direction control plate 4 are controlled so as to eliminate the difference.
- steps S201 to S206 of the flowchart of FIG. 18 are the same as steps S101 to S106 of the flowchart of FIG. 16, so description thereof will be omitted.
- the storage unit 807 stores the history of the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, and the three-dimensional sensible temperature distribution (step S207).
- the time-series spatial information estimation unit 808 determines a future three-dimensional temperature distribution, a future three-dimensional velocity distribution and a future three-dimensional sensible temperature based on the history of the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution and the three-dimensional sensible temperature distribution.
- the distribution is estimated (step S208).
- the airflow control unit 806 determines the temperature set in the heat exchanger 2 and the rotation speed of the fan 3 based on the future three-dimensional temperature distribution, the future three-dimensional velocity distribution, and the future three-dimensional sensible temperature distribution.
- And the wind direction of the wind direction control plate 4 step S209).
- the current indoor airflow environment can be brought closer to the indoor airflow environment required by the user.
- the air conditioner 1 estimates a future moving area of the user, and performs airflow control in advance on the estimated area.
- the same components as those of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and the description of the common functions of the common components will also be omitted.
- the air conditioner 1 according to the third embodiment includes the components of the air conditioner 1 according to the second embodiment. As shown in FIG. 19, the air conditioner 1 according to the third embodiment is functionally different from the function of the air conditioner 1 according to the second embodiment, in addition to a human body that estimates a three-dimensional region in which a person exists.
- the spatial area estimation unit 809 is provided.
- the human body space area estimation unit 809 is realized by the processor 81 in the control device 8 executing a program stored in the ROM 82.
- the storage unit 807 stores the history of the two-dimensional temperature distribution acquired by the thermal image sensor 7, in addition to the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, and the three-dimensional sensible temperature distribution.
- the human body space area estimation unit 809 estimates a three-dimensional human body space area in which a person exists based on the history of the two-dimensional temperature distribution, and estimates a future human body space area based on the estimated human body space area.
- the human body space area estimating unit 809 is an example of the human body space area estimating means according to the present invention.
- the human body space area estimation unit 809 refers to the storage unit 807 and obtains a human body two-dimensional area that is an area in which a person exists in the temperature distribution information acquired by the thermal image sensor 7.
- the human body space area estimation unit 809 sets the area in which the temperature of the human body temperature (for example, 35 to 37 degrees) is detected as the human body two-dimensional area.
- the human body space region estimation unit 809 estimates the human body space region using machine learning such as a convolutional neural network that predicts a solid from a two-dimensional image.
- the method of estimating the human body space region from the two-dimensional region of the human body is not limited to this, and a known technique for estimating the region of the object in the three-dimensional space from the two-dimensional image can be used.
- the human body space area estimation unit 809 obtains a human body two-dimensional area for each of the two-dimensional temperature distributions stored at constant time intervals, and obtains a human body space area for each obtained human body two-dimensional area. In this way, the human body space area estimation unit 809 obtains time-series data of the human body space area.
- the human body space area estimation unit 809 estimates a future human body space area from the time series data of the human body space area.
- the future human body space area is an area that is considered to exist after the user moves.
- the human body space area estimation unit 809 estimates a future human body space area from the time series data of the human body space area using a time series prediction method such as a Kalman filter or a particle filter.
- the airflow control unit 806 refers to the future three-dimensional temperature distribution, three-dimensional velocity distribution, and three-dimensional sensible temperature distribution estimated by the time-series spatial information estimation unit 808, and refers to the temperature, velocity, and sensible temperature in the future human body space region. To get.
- the user uses an external device to register the desired temperature, air volume, and air direction in the air conditioner 1 in advance. Hereinafter, these are referred to as a preference temperature, a preference air volume, and a preference wind direction. Information on the preference temperature, the preference air volume, and the preference wind direction is stored in the memory 85.
- the airflow control unit 806 causes the heat exchanger 2, the fan 3, and the wind direction control plate to bring the temperature, the speed, and the sensible temperature in the future human body space region close to the preference temperature, the preference air volume, and the preference wind direction registered in advance.
- Control 4 causes the heat exchanger 2, the fan 3, and the wind direction control plate to bring the temperature, the speed, and the sensible temperature in the future human body space region close to the preference temperature, the preference air volume, and the preference wind direction registered in advance.
- FIG. 20 shows the estimated future human body space area and the hot air area blown out in advance.
- the human body space area estimation unit 809 estimates a future user area 110c from the past user area 110a and the current user area 110b.
- the airflow control unit 806 controls the airflow so that the region including the estimated future region 110c becomes a warm space before the user arrives so that the region has the registered preference temperature, preference airflow, and preference wind direction. I do.
- the space region 110d is a region of warm air blown out in advance by the air conditioner 1, and indicates a space region that has been warmed in advance in anticipation of a future user's region.
- the conventional air conditioner controls the air conditioning such as temperature and air volume, aiming at the human body part of the user that can be imaged by the thermal image sensor.
- Such control is feedback control that performs air flow control in accordance with thermal image data obtained after the action, and is delayed from the time when the user acts by the response time of the microcomputer or the refrigeration cycle.
- the air conditioner of the present embodiment it is predicted that the user will move, assuming that the area in which the user is present changes as the user walks indoors or changes the posture. It is possible to perform feed-forward control such that hot air or cold air is applied to the area in advance, or it is avoided.
- steps S301 to S306 and step S308 of the flowchart of FIG. 21 are the same as steps S201 to S206 and step S208 of the flowchart of FIG. 18, so description thereof will be omitted.
- the storage unit 807 stores the history of the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, the three-dimensional sensible temperature distribution, and the two-dimensional temperature distribution acquired by the thermal image sensor 7 (step S307).
- the human body space region estimation unit 809 estimates a three-dimensional human body space region in which a person exists based on the history of the two-dimensional temperature distribution, and based on the estimated human body space region. , A future human body space area is estimated (step S309).
- the airflow control unit 806 refers to the future three-dimensional temperature distribution, the future three-dimensional velocity distribution, and the future three-dimensional sensible temperature distribution to acquire the temperature, velocity, and sensible temperature in the future human body space region,
- the heat exchanger 2, the fan 3, and the wind direction control plate 4 are controlled so as to approach the preference temperature, the preference air volume, and the preference wind direction registered in advance (step S310).
- the present embodiment it is possible to predict the behavior of the user and prepare the indoor airflow environment required by the user in advance.
- Embodiment 4 The air conditioner 1 according to Embodiment 4 corrects the three-dimensional sensible temperature distribution in consideration of radiation heat transfer.
- the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
- the air conditioner 1 according to the fourth embodiment includes the components of the air conditioner 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 22, the air conditioner 1 according to the fourth embodiment is functionally functional in addition to the function of the air conditioner 1 according to the first embodiment, and also has radiant heat transfer for estimating a heat transfer amount by radiation.
- the estimation unit 810 is provided.
- the radiant heat transfer estimation unit 810 is realized by the processor 81 in the control device 8 executing a program stored in the ROM 82.
- the radiant heat transfer estimation unit 810 acquires emissivity information of a human body, a wall surface, and a floor surface existing in a room, and based on the emissivity information and the two-dimensional temperature distribution acquired by the thermal image sensor 7, Estimate heat transfer due to radiation from the floor.
- the radiant heat transfer estimating unit 810 is an example of the radiant heat transfer estimating means according to the present invention.
- the radiant heat transfer estimation unit 810 estimates the heat transfer amount based on the emissivity and temperature of the wall surface and the floor surface and the emissivity and temperature of the human body.
- the emissivity information indicating the emissivity of the wall surface and the floor surface is obtained by referring to a general database (not shown) regarding the emissivity of the wall surface and the floor surface.
- the emissivity information indicating the emissivity of the human body is obtained by referring to a database (not shown) regarding the emissivity of clothes covering the human body.
- These databases may be stored in the memory 85, an external device, an external storage device, or the like.
- the emissivity information may be input by the user using an external device.
- the temperature of the wall surface, the temperature of the floor surface, and the temperature of the human body are obtained from the binary temperature distribution acquired by the thermal image sensor 7.
- the spatial sensible temperature estimation unit 805 corrects the three-dimensional sensible temperature distribution based on the heat transfer amount estimated by the radiant heat transfer estimation unit 810.
- the space sensible temperature estimation unit 805 corrects the sensible temperature value of the three-dimensional sensible temperature distribution as the amount of heat transfer due to radiation from the human body to the wall surface and the floor surface increases.
- the relationship between the amount of increase in the amount of heat transfer and the amount of correction for the sensible temperature value is determined in advance based on experiments, numerical calculations, and the like.
- the air conditioner 1 can obtain a more accurate sensible temperature by considering the heat transfer amount, and can provide a comfortable thermal environment for the user.
- steps S401 to S406 of the flowchart of FIG. 23 are the same as steps S101 to S106 of the flowchart of FIG. 16, so description thereof will be omitted.
- the radiant heat transfer estimation unit 810 refers to the database regarding the emissivity of the wall surface and the floor surface and the database regarding the emissivity of the clothes covering the human body, and refers to the human body, the wall surface, and the floor surface existing in the room.
- the emissivity information is acquired, and the heat transfer amount due to the radiation from the wall surface and the floor surface is estimated based on the emissivity information and the two-dimensional temperature distribution acquired by the thermal image sensor 7 (step S407).
- the space sensible temperature estimation unit 805 corrects the three-dimensional sensible temperature distribution based on the heat transfer amount estimated by the radiant heat transfer estimation unit 810 (step S408).
- the airflow control unit 806 determines the temperature set in the heat exchanger 2 and the rotation speed of the fan 3 based on the three-dimensional temperature distribution, the three-dimensional velocity distribution, and the corrected three-dimensional sensible temperature distribution. And the wind direction of the wind direction control plate 4 are controlled (step S409).
- Embodiment 5 The air conditioner 1 according to Embodiment 5 performs airflow control in consideration of cold air inflow into the room.
- the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
- the air conditioner 1 according to the fifth embodiment includes the components of the air conditioner 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 24, the air conditioner 1 according to the fifth embodiment functionally has, in addition to the function of the air conditioner 1 according to the first embodiment, cool air for estimating the region of cool air flowing into the room. A region estimation unit 811 and a heat leak amount estimation unit 812 that estimates the heat leak amount in the cold air region are provided. The cool air region estimating unit 811 and the heat leak amount estimating unit 812 are realized by the processor 81 executing a program stored in the ROM 82 in the control device 8.
- the cold air region estimation unit 811 estimates a region of cold air that has flowed into the room through a door or a gap (hereinafter referred to as a cold air region) based on the three-dimensional temperature distribution and the three-dimensional velocity distribution.
- the cold air region estimation unit 811 is an example of the cold air region estimation means according to the present invention.
- the cool air region estimation unit 811 uses the temperature distribution of the wall surface and the floor surface acquired by the thermal image sensor 7 as a data set, and performs statistical machine learning such as the Gaussian process as described in the first embodiment. Estimate by.
- the heat leak amount estimation unit 812 estimates the heat leak amount from the volume of the cold region.
- the heat leak amount estimating unit 812 is an example of the heat leak amount estimating means according to the present invention.
- the heat leak amount estimation unit 812 estimates the heat leak amount Q leak [J] based on the following equation (4) using the volume V cold [m 3 ] of the cold air region.
- c air J / kg ⁇ ° C.
- ⁇ air kg / m 3
- ⁇ T the difference between the indoor temperature and the temperature in the cool air region, and refers to the three-dimensional temperature distribution.
- the temperature set in the heat exchanger 2 is set based on the heat leak amount. To increase the rotation speed of the fan 3 and change the wind direction of the wind direction control plate 4 to the direction of the cool air region. If the cold air region estimation unit 811 does not estimate the cold air region, the airflow control unit 806 does not perform such control. Further, the relationship between the heat leak amount and the increase amount of the temperature set in the heat exchanger 2 and the increase amount of the rotation speed of the fan 3 is predetermined based on experiments, numerical calculations, and the like.
- the airflow control unit 806 corrects the heat load based on the heat leak amount.
- the airflow control unit 806 refers to the three-dimensional temperature distribution and continues the above control until the temperature of the cool air region becomes equal to the set temperature.
- the airflow control unit 806 may refer to the three-dimensional sensible temperature distribution and continue the above control until the sensible temperature in the cool air region becomes equal to the set temperature.
- the airflow control unit 806 may perform the airflow control by PID control based on the deviation between the heat leak amount and a predetermined value.
- steps S501 to S506 of the flowchart of FIG. 25 are the same as steps S101 to S106 of the flowchart of FIG. 16, so description thereof will be omitted.
- the cold air region estimation unit 811 estimates the cold air region from the three-dimensional temperature distribution and the three-dimensional velocity distribution (step S507).
- the heat leak amount estimation unit 812 estimates the heat leak amount from the volume of the cold air region (step S509). Then, when the cool air region estimation unit 811 determines that there is a cool air region in the room, the air flow control unit 806 is set in the heat exchanger 2 based on the heat leak amount estimated by the heat leak amount estimation unit 812.
- step S510 when the cold air region estimation unit 811 determines that there is no cold air region in the room (step S508: No), the air flow control unit 806 performs normal air flow control that does not consider the heat leak amount (step S511).
- cold draft can be prevented by performing airflow control based on the amount of heat leak in the cold region.
- Embodiment 6 The air conditioner 1 according to Embodiment 6 performs air flow control in consideration of solar radiation into the room.
- the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
- the air conditioner 1 according to the sixth embodiment includes the components of the air conditioner 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 26, the air conditioner 1 according to the sixth embodiment is functionally different from the function of the air conditioner 1 according to the first embodiment in addition to the building material information acquisition unit 813 that acquires the heat capacity of the building material. And a solar radiation area estimation unit 814 that estimates the solar radiation area, and a solar radiation amount estimation unit 815 that estimates the solar radiation amount of the solar radiation area.
- the building material information acquisition unit 813, the solar radiation area estimation unit 814, and the solar radiation amount estimation unit 815 are realized by the processor 81 executing a program stored in the ROM 82 in the control device 8.
- the building material information acquisition unit 813 acquires information on the heat capacity of the wall and floor of the room where the air conditioner 1 is installed.
- the building material information acquisition unit 813 is an example of a building material information acquisition unit according to the present invention.
- the building material information acquisition unit 813 when receiving the information indicating the building materials of the interior wall and the floor from the external device, the building material information acquisition unit 813 refers to the database in which the heat capacities of the various building materials are stored, and the building information indicated by the received information.
- the information showing the heat capacity of is acquired.
- the database may be stored in the memory 85, an external device, an external storage device, or the like. Further, the value of the heat capacity of the building material may be input by the user using an external device.
- the solar radiation area estimation unit 814 estimates the solar radiation area on the wall surface and the floor surface on which the solar radiation is applied, based on the three-dimensional temperature distribution and the three-dimensional velocity distribution.
- the solar radiation area estimation unit 814 is an example of the solar radiation area estimation means according to the present invention.
- FIG. 27 shows an example of the solar radiation area.
- the solar radiation area is an area of the wall surface and floor surface exposed to the solar radiation.
- the solar radiation area (S [m 2 ]) in FIG. 27 is an area of the floor surface that is exposed to the solar radiation that has entered through the window.
- the solar radiation area estimation unit 814 identifies a high temperature area based on the three-dimensional temperature distribution, and selects an area in which the blowing air does not reach based on the three-dimensional velocity distribution among the identified areas. , The solar radiation area. It is assumed that the threshold value of the wind speed for determining the region where the blowing air does not reach is predetermined.
- the solar radiation area estimation unit 814 may obtain the area to which the blowing air does not reach based on the three-dimensional velocity distribution and the blowing air volume. For example, the solar radiation area estimation unit 814 considers that the blowing air has arrived even in a low wind speed area when the blowing air volume is small, and determines that the blowing air has not arrived even in the high wind speed area when the blowing air volume is large. . The solar radiation area estimation unit 814 considers that the solar radiation area is not estimated if there is no area that matches the predetermined condition. Further, the solar radiation area estimation unit 814 may estimate the solar radiation area from the two-dimensional temperature distribution acquired by the thermal image sensor 7.
- the solar radiation amount estimation unit 815 estimates the solar radiation amount based on the heat capacities of the walls and the floor and the temperature rise amount in the solar radiation region.
- the solar radiation amount estimation unit 815 is an example of the solar radiation amount estimating means according to the present invention.
- the solar radiation amount estimation unit 815 calculates the solar radiation amount based on the thermal circuit network model in the building material in the solar radiation region.
- FIG. 28 shows a diagram in which a building material of a portion corresponding to the solar radiation region is extracted and a thermal network of the building material of the wall and the floor is modeled by using the thermal network method.
- This thermal network model uses thermal resistance values of walls and floors (R wall [K / W]), heat capacities of walls and floors (C wall [J / K]), and representative values of outdoor temperature (T OUT). [° C.]) and the temperature of the wall and floor of the solar radiation region (T wall [° C.]).
- the heat capacity C wall is a value acquired by the building material information acquisition unit 813.
- the thermal resistance value R wall is calculated by using the area S [m 2 ] of the solar radiation region, the thickness 1 [m] of the building material, and the thermal conductivity k [W / (m ⁇ K)] of the building material. It can be expressed by the following equation (5).
- FIG. 29 shows the time change of the temperature T wall of the building material in the solar radiation region.
- T wall (t) is a value that can be measured by the thermal image sensor 7.
- the solar radiation amount estimation unit 815 causes the thermal image sensor 7 to detect the temperature T wall (t1) of the building material at time t1 and the temperature T wall (t2) of the building material at time t2, and causes the memory 85 to store the times t1 and t2. And the data of the detected temperatures T wall (t1) and T wall (t2) are stored.
- the detected time difference is represented by the following formula (9)
- the temperature difference is represented by the following formula (10)
- the formula (8) is represented by the formula (9) and the formula (10).
- the solar radiation amount estimation unit 815 calculates the solar radiation amount based on the equation (12).
- the airflow control unit 806 lowers the temperature set in the heat exchanger 2 based on the solar radiation amount, The rotation speed of the fan 3 is increased to change the wind direction of the wind direction control plate 4 to the direction of the solar radiation area.
- the airflow control unit 806 does not perform such control.
- the relationship between the amount of solar radiation and the amount of decrease in the temperature set in the heat exchanger 2 and the amount of increase in the rotation speed of the fan 3 is predetermined based on experiments, numerical calculations, and the like.
- the airflow control unit 806 refers to the three-dimensional temperature distribution and continues the above control until the temperature of the solar radiation area becomes equal to the set temperature. Alternatively, the airflow control unit 806 may refer to the three-dimensional sensible temperature distribution and continue the above control until the sensible temperature in the solar radiation region becomes equal to the set temperature. The airflow control unit 806 may perform airflow control by PID control based on the deviation between the amount of solar radiation and a predetermined value.
- steps S601 to S606 of the flowchart of FIG. 30 are the same as steps S101 to S106 of the flowchart of FIG. 16, so description thereof will be omitted.
- the building material information acquisition unit 813 acquires information indicating the heat capacity of the wall and floor of the room where the air conditioner 1 is installed based on the information received from the external device (step S607).
- the solar radiation area estimation unit 814 estimates the solar radiation area on the wall surface and the floor surface on which the solar radiation is applied from the three-dimensional temperature distribution and the three-dimensional velocity distribution (step S608).
- the solar radiation amount estimation unit 815 calculates the solar radiation amount based on the heat capacities of the walls and the floor and the temperature rise amount in the solar radiation area. Is estimated (step S610).
- the air flow control unit 806 sets the temperature set in the heat exchanger 2 based on the solar radiation amount estimated by the solar radiation amount estimation unit 815. Is lowered, the rotation speed of the fan 3 is increased, and the wind direction of the wind direction control plate 4 is changed to the direction of the solar radiation area (step S611).
- the solar radiation area estimation unit 814 determines that there is no solar radiation area in the room (step S609: No)
- the airflow control unit 806 performs normal airflow control that does not consider the solar radiation amount (step S612).
- step S607 may be performed at any time before the process of obtaining the solar radiation amount of step S610, regardless of the above timing.
- Embodiment 7 The air conditioner 1 according to Embodiment 7 performs airflow control in consideration of the occurrence of dew condensation.
- the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
- the air conditioner 1 according to the seventh embodiment includes the components of the air conditioner 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 31, the air conditioner 1 according to the seventh embodiment functionally has the functions of the air conditioner 1 according to the first embodiment, and additionally, the thermal conductivity, the heat capacity, and the moisture permeability coefficient of the building material.
- the building material information acquisition unit 813, the in-space humidity acquisition unit 816, the out-of-space information acquisition unit 817, and the dew condensation occurrence estimation unit 818 are realized by the processor 81 in the control device 8 executing a program stored in the ROM 82.
- the building material information acquisition unit 813 acquires the thermal conductivity, the heat capacity, and the moisture permeability coefficient of the wall inside the room where the air conditioner 1 is installed.
- the building material information acquisition unit 813 when receiving the information indicating the building material of the wall in the room from the external device, the building material information acquisition unit 813 refers to the database in which the thermal conductivity, the heat capacity, and the moisture permeability coefficient of various building materials are stored, Information indicating the thermal conductivity, heat capacity, and moisture permeability of the building material indicated by the received information is acquired.
- the database may be stored in the memory 85, an external device, an external storage device, or the like. Further, the values of the thermal conductivity, the heat capacity and the moisture permeability coefficient of the building material may be input by the user using an external device.
- the indoor humidity acquisition unit 816 acquires indoor humidity information.
- the in-spatial humidity acquisition unit 816 is an example of an in-spatial humidity acquisition unit according to the present invention.
- the indoor humidity information is information indicating the humidity measured by the humidity sensor 6.
- the in-space humidity acquisition unit 816 acquires indoor humidity information from the humidity sensor 6.
- the outdoor information acquisition unit 817 acquires outdoor temperature information and outdoor humidity information.
- the outside-space information acquisition unit 817 is an example of outside-space information acquisition means according to the present invention.
- the air conditioner 1 is provided with a temperature sensor and a humidity sensor (both not shown) outside the room.
- the outdoor temperature information is information indicating the temperature measured by the outdoor temperature sensor
- the outdoor humidity information is information indicating the humidity measured by the outdoor humidity sensor.
- the outdoor information acquisition unit 817 acquires outdoor temperature information from the outdoor temperature sensor, and acquires outdoor humidity information from the outdoor humidity sensor.
- the dew condensation occurrence estimation unit 818 collects the thermal conductivity, the heat capacity and the moisture permeability coefficient, the indoor temperature information obtained from the three-dimensional temperature distribution, the indoor humidity information, the outdoor temperature information, and the outdoor humidity information. Based on this, the occurrence of condensation is estimated.
- the dew condensation occurrence estimation unit 818 is an example of the dew condensation occurrence estimation means according to the present invention.
- the dew condensation occurrence estimating unit 818 obtains the thermal resistance value of the building material from the thermal conductivity and heat capacity of the wall and the moisture permeability resistance value from the moisture permeability coefficient of the building material. Next, the dew condensation occurrence estimating unit 818 creates a thermal circuit network model of the wall from the thermal resistance value of the building material, and obtains the indoor temperature information obtained from the three-dimensional temperature distribution and the outdoor temperature obtained by the outside space information obtaining unit 817. The temperature of the building material is obtained from the information and the thermal network model of the wall. Then, the dew condensation occurrence estimation unit 818 uses the temperature value of the building material to obtain the saturated water vapor pressure at that temperature.
- the dew condensation occurrence estimating unit 818 creates a humidity circuit network model of the wall from the moisture permeation resistance value of the building material, and uses the indoor humidity information acquired by the space humidity acquiring unit 816 and the outside space information acquiring unit 817.
- the water vapor pressure in the building material is obtained from the acquired outdoor humidity information and the humidity circuit network model of the wall.
- the position where the water vapor pressure exceeds the saturated water vapor pressure is the position where dew condensation occurs in the building material.
- FIG. 32A shows an example of the structure of the wall
- FIG. 32B shows the dew condensation generation position of the wall of FIG.
- the calculated value 111a shows the calculated value of the saturated water vapor pressure in the wall body
- the calculated value 111b is the calculated value of the water vapor pressure in the wall body.
- the position 111c where the water vapor pressure exceeds the saturated water vapor pressure is the position where dew condensation occurs on the wall.
- the airflow control unit 806 lowers the temperature set in the heat exchanger 2, increases the rotation speed of the fan 3, and changes the wind direction of the wind direction control plate 4 to the wall. Change to the direction of.
- steps S701 to S706 of the flowchart of FIG. 33 are similar to steps S101 to S106 of the flowchart of FIG. 16, description thereof will be omitted.
- the building material information acquisition unit 813 acquires the thermal conductivity, the heat capacity, and the moisture permeability coefficient of the wall based on the information received from the external device (step S707).
- the in-space humidity acquisition unit 816 acquires indoor humidity information based on the humidity detected by the humidity sensor 6 (step S708).
- the outdoor information acquisition unit 817 acquires outdoor temperature information based on the temperature detected by the outdoor temperature sensor, and acquires outdoor humidity information based on the humidity detected by the outdoor humidity sensor (step S709).
- the dew condensation occurrence estimation unit 818 collects the thermal conductivity, the heat capacity and the moisture permeability coefficient, the indoor temperature information obtained from the three-dimensional temperature distribution, the indoor humidity information, the outdoor temperature information, and the outdoor humidity information. Based on this, the occurrence of dew condensation is estimated (step S710).
- the airflow control unit 806 lowers the temperature set in the heat exchanger 2 and increases the rotation speed of the fan 3. The wind direction of the wind direction control plate 4 is changed to the wall direction (step S712).
- the airflow control unit 806 performs normal airflow control that does not consider dew condensation (step S713).
- steps S707, S708, and S709 may be any time before the processing of estimating the occurrence of dew condensation in step S710, regardless of the above timing.
- the air flow can be automatically controlled to suppress the dew condensation.
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Abstract
空気調和機(1)は、熱交換器(2)と、ファン(3)と、風向制御板(4)と、を備える。熱画像センサ(7)は、空気調和機(1)が設置された空調対象空間の壁面及び床面について2次元温度分布を取得する。吹出風情報取得部(801)は、空気調和機(1)の吹出口から送風される吹出風の吹出温度情報と、吹出風の吹出風量情報と、吹出風の吹出風向情報と、を取得する。吹出口位置情報取得部(802)は、空調対象空間における吹出口の位置を示す吹出口位置情報を取得する。空間温度推定部(803)は、2次元温度分布と、吹出温度情報と、吹出風量情報と、吹出風向情報と、吹出口位置情報と、に基づいて、空調対象空間の3次元温度分布を推定する。気流制御部(806)は、3次元温度分布に基づいて、空気調和機の空調条件を制御する。
Description
本発明は、空気調和機、空気調和機制御方法及びプログラムに関する。
空気調和機に搭載された熱画像センサが、室内の床面及び壁面の表面温度、及び人体の表面温度を検知し、検知した表面温度に基づいて気流制御を行う空気調和機が知られている(例えば、特許文献1)。このような熱画像センサは、赤外線センサである。赤外線センサは、物体表面から放出される赤外線を検知して温度を推定するので、赤外線が透過してしまう室内の空気の温度を測定することができない。したがって、従来の空気調和機は、室内空間の3次元の温熱環境に関する情報を得ることができない。
一方、室内空間の3次元の温熱環境に関する情報を得ることができれば、ユーザにとってより快適な温熱環境を提供することが可能となるため、室内空間の温熱環境について3次元分布を推定する技術が求められている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、空気調和機が設置された室内における温熱環境の3次元分布を推定し、これに基づいて気流制御を行う空気調和機、空気調和機制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る空気調和機は、
熱交換器と、ファンと、風向制御板と、を備える空気調和機において、
前記空気調和機が設置された空調対象空間の壁面及び床面について2次元温度分布を取得する熱画像センサと、
前記空気調和機の吹出口から送風される吹出風の吹出温度情報と、当該吹出風の吹出風量情報と、当該吹出風の吹出風向情報と、を取得する吹出風情報取得手段と、
前記空調対象空間における前記吹出口の位置を示す吹出口位置情報を取得する吹出口位置取得手段と、
前記2次元温度分布と、前記吹出温度情報と、前記吹出風量情報と、前記吹出風向情報と、前記吹出口位置情報と、に基づいて、前記空調対象空間の3次元温度分布を推定する空間温度推定手段と、
前記3次元温度分布に基づいて、前記空気調和機の空調条件を制御する気流制御手段と、を備える。
熱交換器と、ファンと、風向制御板と、を備える空気調和機において、
前記空気調和機が設置された空調対象空間の壁面及び床面について2次元温度分布を取得する熱画像センサと、
前記空気調和機の吹出口から送風される吹出風の吹出温度情報と、当該吹出風の吹出風量情報と、当該吹出風の吹出風向情報と、を取得する吹出風情報取得手段と、
前記空調対象空間における前記吹出口の位置を示す吹出口位置情報を取得する吹出口位置取得手段と、
前記2次元温度分布と、前記吹出温度情報と、前記吹出風量情報と、前記吹出風向情報と、前記吹出口位置情報と、に基づいて、前記空調対象空間の3次元温度分布を推定する空間温度推定手段と、
前記3次元温度分布に基づいて、前記空気調和機の空調条件を制御する気流制御手段と、を備える。
本発明によれば、空気調和機が設置された室内における温熱環境の3次元分布を推定し、これに基づいて気流制御を行うことができる。
以下に、本発明の実施の形態に係る空気調和機について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
実施の形態1に係る空気調和機1は、室内空間の3次元の温度分布、速度分布及び体感温度を推定し、これに基づいて気流制御を行うことにより、ユーザにとって快適な室内気流環境を実現するものである。
実施の形態1に係る空気調和機1は、室内空間の3次元の温度分布、速度分布及び体感温度を推定し、これに基づいて気流制御を行うことにより、ユーザにとって快適な室内気流環境を実現するものである。
以下では、壁掛方式のヒートポンプ式ルームエアコンを例に、本実施の形態に係る空気調和機について説明する。
図1に、実施の形態1に係る空気調和機1の構成を示す。空気調和機1は、吹出風の温度を調整するための熱交換器2と、吹出風を送風するためのファン3と、吹出風の向きを調整するための風向制御板4と、室内の温度を測る温度センサ5と、室内の湿度を測る湿度センサ6と、物体の表面温度を検知する熱画像センサ7と、各構成要素を制御する制御装置8と、を備える。
熱交換器2は、ファン3により取り込まれた空気と、熱交換器2を流れる冷媒との熱交換を行う。図2Aは、空気調和機1の室内機の断面構成を示す図であり、図2Bは、空気調和機1が備える熱交換器2の一部の拡大図である。熱交換器2は、図2Bに示すように、配管2aとフィン2bとを備え、配管2a内に冷媒が流れる。
図3に示すように、ファン3によって取り込まれた空気101は熱交換器2のフィン2bを通過する。そして、フィン2bを通過した空気101と配管2a内を流れる冷媒との間で熱交換が生じ、空気101の温度が変化する。
熱交換器2は、制御装置8からの制御信号により制御される。制御装置8より暖房運転を示す制御信号が送られると、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能して空気を加温し、制御装置8より冷房運転を示す制御信号が送られると、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能して空気を冷却する。
図4に、空気調和機1における冷凍サイクル102を示す。冷凍サイクル102は、冷媒を蒸発させる熱交換器(蒸発器)102a、冷媒を凝縮する熱交換器(凝縮器)102b、冷媒を圧縮する圧縮機102c及び冷媒を膨張する膨張弁102dにより実現される。圧縮機102c及び膨張弁102dを用いて冷媒の温度を制御することにより、熱交換器2の温度を調整する。また、冷凍サイクルの熱交換器(蒸発器)102aの運転と、熱交換器(凝縮器)102bの運転とを切り換える切換弁により、暖房運転と冷房運転とを切り換えることができる。
暖房運転の場合は、熱交換器2に取り込まれた空気の温度より冷媒の温度が高く、取り込まれた空気が温められ、温風が送風される。一方、冷房運転の場合は、熱交換器2に取り込まれた空気の温度より冷媒の温度が低く、取り込まれた空気は冷却され、冷風が送風される。また、空気の温度が露点より低くなると、空気中の水分が熱交換器2で結露水となって凝縮し、結露水は排水用の配管を使い室外に排出され、除湿された空気が送風される。
図1に示すファン3は、空気調和機1の周囲の空気を吸入口から取り込み、熱交換器2によって熱交換された空気を吹出口から吹き出す。ファン3として、例えば、シロッコファン、ターボファン等が採用される。空気調和機1は、ファン3の回転数を増加させることにより、熱交換された空気の風量を増加させ、ファン3の回転数を減少させることにより、熱交換された空気の風量を減少させる。ファン3の回転は、制御装置8からの制御信号により制御される。本実施の形態の空気調和機1において、風量は“多い”、“普通”、“少ない”の3段階に設定できるものとする。
風向制御板4は、温度調整された空気の向き、すなわち、風向を調整するためのものである。風向制御板4は、空気調和機1の吹出口付近に1枚以上設けられる。風向制御板4は、制御装置8からの制御信号により、風向制御板4の角度が制御される。ここで、角度とは、風向制御板4と室内に設置された空気調和機1の垂直方向とがなす角度をいう。本実施の形態の空気調和機1において、風向制御板4の角度は“水平吹き方向”、“ななめ方向”、“下吹き方向”の3段階に設定できるものとする。
図5Aに、風向制御板4の角度を下吹き方向に制御した図を示し、図5Bに、風向制御板4の角度を水平吹き方向に制御した図を示す。図5Aのように、風向制御板4の角度を下吹き方向に制御すると、図5Aの斜線部が示す吹出口1aから、空気調和機1の斜め下方に向かって吹出風103が吹き出される。また、図5Bのように、風向制御板4の角度を水平吹き方向に制御すると、吹出口1aから水平方向に吹出風103が吹き出される。このように、空気調和機1は、風向制御板4の角度の調整によって吹出口1aから吹き出される吹出風103の風向を制御する。
上記のように、ヒートポンプ式のルームエアコンに代表される空気調和機は、吹出風の温度、風量及び風向を調整することができ、様々な温熱環境を実現できる。吹出風の温度、風量及び風向の制御を気流制御と呼ぶ。以下、空気調和機により気流制御が行われる空間を空調対象空間という。
なお、床置き方式、天井埋め込み方式等の空気調和機であっても、熱交換器2及びファン3によって温度及び湿度を調整した空気を吹出口から送風するという構成は、上記の壁掛方式の空気調和機と変わらないため、壁掛方式の空気調和機と同様の気流制御が行われる。
図1に示す温度センサ5は、室内の温度を検知するセンサである。具体的には、温度センサ5は、空気調和機1の吸込口から取り入れられた空気の温度を検知する。
湿度センサ6は、室内の湿度を検知するセンサである。具体的には、湿度センサ6は、空気調和機1の吸込口から取り入れられた空気の湿度を検知する。
なお、温度センサ5及び湿度センサ6は、温度及び湿度を検知する機能を一体として備えた温湿度センサに置き換えてもよい。
熱画像センサ7は、空調対象空間においての床面、壁面、天井面、人体、家具、窓、扉等の、センサで撮像できる範囲に存在する物体表面の温度を検知し、2次元の温度分布を取得する。熱画像センサ7として、赤外線センサが用いられる。また、熱画像センサ7は、吹出口1aの温度を検知する。熱画像センサ7は、図2Aに示すように、空気調和機1の下部の、吹出口1aが撮影可能な位置に設置される。熱画像センサ7は、制御装置8からの制御信号により、2次元温度分布の取得、吹出口1aの温度の検知等を行う。
図6に、暖房運転時に熱画像センサ7が撮影した床面の温度分布の画像の一例を示す。高温度領域104aは、温風が床面に到達して床面の温度が高くなった領域を示し、低温度領域104bは、吹出口1aから送風された温風が床面に到達していない領域を示している。熱画像センサ7が取得できる情報は、2次元的な物体表面の温度であるので、温風が当たり、暖められた床面の領域を知ることはできるが、空気の温度を測ることができないので、暖められた空間の領域を知ることはできない。
図1に示す制御装置8は、熱交換器2、ファン3、風向制御板4、温度センサ5、湿度センサ6及び熱画像センサ7と通信可能に接続され、各構成要素を制御する。したがって、制御装置8は、空気調和機1の空調条件を制御する。ここで、空調条件とは、吹出風の温度、風量、風向き、風速、湿度等、空気調和機1に設定可能な全ての条件のことをいう。
制御装置8は、図7に示すように、制御装置8を統括するプロセッサ81と、プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)82と、作業領域であるRAM(Random Access Memory)83と、外部装置と通信を行うための通信インタフェース84と、読み書き可能な不揮発性のメモリ85と、を含んで構成される。
プロセッサ81は、制御装置8を統括的に制御する。プロセッサ81によって実現される制御装置8の機能の詳細については後述する。
ROM82は、プロセッサ81が実行するプログラムを記憶している。RAM83は、プロセッサ81の作業領域として使用される。
通信インタフェース84は、外部装置と、有線又は無線にて通信を行うためのものである。外部装置とは、例えば、空気調和機1を操作するための空調リモコン、空気調和機1を操作するためのアプリケーションがインストールされたスマートフォン等である。制御装置8は、通信インタフェース84を介して、外部装置から信号を受信すると、受信した信号が示す内容に基づいて、各構成要素を制御する。ユーザは、外部装置を用いて、目標温度、目標風量又は目標風向を設定し、設定された値を示す情報はメモリ85に格納される。
メモリ85には、熱画像センサ7により取得された温度分布情報が格納される。また、メモリ85には、空気調和機1の制御に必要な様々なデータベースが格納される。メモリ85には、温度分布DB85a及び速度分布DB85bが格納される。温度分布DB85aは、空気調和機1が3次元温度分布を推定するために、参照するデータベースである。速度分布DB85bは、空気調和機1が3次元速度分布を推定するために、参照するデータベースである。温度分布DB85a及び速度分布DB85bについて、詳細は後述する。また、メモリ85には、後述する3次元温度分布を求めるための熱回路網モデルの演算式のデータが格納される。その他、例えば、ファン3の回転数と風量との対応関係を記したデータベース、風向制御板4の角度と風向きとの対応関係を記したデータベース、数値流体計算又は空気調和機の実機を用いた実験によって作成した3次元の温度分布のデータベース等が格納される。
図8に、制御装置8において実現される機能の構成を示す。制御装置8は、機能的には、吹出風に関する情報を取得する吹出風情報取得部801と、吹出口の位置情報を取得する吹出口位置情報取得部802と、3次元温度分布を推定する空間温度推定部803と、3次元速度分布を推定する空間速度推定部804と、3次元体感温度分布を推定する空間体感温度推定部805と、空気調和機の気流制御を行う気流制御部806と、を備える。上記各部は、プロセッサ81がROM82に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
以下では、暖房運転の場合を例に、室内における3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布を推定するために、上記各部が実現する機能を説明する。
まず、推定の対象となる空間の温熱環境を説明する。室内の温熱環境は、空気調和機1の気流制御により作られる。
図9は、暖房運転の場合における、吹出口1a近傍から床面までの温風の温度分布の一例を示す図である。図9では、温度分布は、高温度領域105a、中間温度領域105b、低温度領域105cの3つの温度帯に分けて示される。吹出口1aから送風される温風は、吹出口1a近傍で最も温度が高く、吹出口1aから離れるに従って、熱拡散によって温度が下がる。
なお、冷房運転の場合では、吹出口1aから送風される冷風は、吹出口1a近傍で最も温度が低く、吹出口1aから離れるに従って、熱拡散によって温度が上がる。
空気調和機1の気流制御によれば、温度調整した吹出風が室内を循環しているため、室内は非均一な温度分布を有する空間となる。
図10は、暖房運転の場合における、吹出口1aから吹き出される温風の速度分布の一例を示す図である。図10は、速度分布を、高速度領域106a、中間速度領域106b、低速度領域106cの3つの速度帯に分けて示す。吹出口1aから送風される温風は、吹出口1a近傍で最も速く、吹出口1aから離れるに従って、遅くなる。また、温風の端の領域では、空気の巻き込み107が生じる。温風は、空気の粘性によって周囲の空気を巻き込み、エネルギーが散逸していくため、吹出口1aから離れるに従って速度が低減する。
よって、温度分布と同じく、気流制御によって、室内は非均一な速度分布を有する空間となる。
このように、非均一な温度分布及び速度分布を有する空間について、本実施の形態に係る空気調和機1は、3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布を推定する。
図8に示す吹出風情報取得部801は、吹出口1aから送風される吹出風の吹出温度情報と、吹出風量情報と、吹出風向情報と、を取得する。なお、吹出風情報取得部801は、本発明に係る吹出風情報取得手段の一例である。
吹出温度情報とは、吹出口1aにおける吹出風の温度を示す情報である。熱画像センサ7によって検知された吹出口1aの温度を、吹出口1aにおける吹出風の温度と見なす。吹出風情報取得部801は、吹出口1aの温度を示す情報を、吹出温度情報として取得する。
吹出風量情報とは、吹出口1aにおける吹出風の風量を示す情報である。吹出風情報取得部801は、メモリ85に格納された、ファン3の回転数と風量との対応関係が記されたデータベース(図示せず)を参照し、設定したファン3の回転数から風量を求め、求めた風量を示す情報を吹出風量情報として取得する。
吹出風向情報とは、吹出口1aにおける吹出風の風向きを示す情報である。吹出風情報取得部801は、メモリ85に格納された、風向制御板4の角度と吹出口1aにおける吹出風の風向きとの対応関係が記されたデータベース(図示せず)を参照し、設定した風向制御板4の角度から吹出風の風向きを求め、求めた風向きを吹出風向情報として取得する。
吹出温度情報、吹出風量情報及び吹出風向情報をまとめて吹出風情報と言う。
吹出口位置情報取得部802は、空気調和機1を設置した室内における吹出口1aの位置を示す吹出口位置情報を取得する。なお、吹出口位置情報取得部802は、本発明に係る吹出口位置取得手段の一例である。
図11に、空気調和機1の室内における設置位置の例を示す。図11の場合において、吹出口位置情報は、空気調和機1を設置した室内の天井高さ108a、床面から吹出口1aまでの高さ108b、側面の壁から吹出口1aまでの距離108c、108d及び正面の壁から吹出口1aまでの距離108eを示す情報である。ユーザが外部装置を用いてこれらの情報を入力し、吹出口位置情報取得部802は、これらの情報を外部装置から受信することにより、吹出口位置情報を取得する。
空間温度推定部803は、2次元温度分布と、吹出温度情報と、吹出風量情報と、吹出風向情報と、吹出口位置情報と、に基づいて、室内の3次元温度分布を推定する。なお、空間温度推定部803は、本発明に係る空間温度推定手段の一例である。
室内に固定された空気調和機1が作る空間の温度分布及び速度分布は、吹出口1aにおける吹出風の温度、風量及び風向と、室内の寸法と、室内から室外への熱リーク量を決める壁及び床の断熱性能とが定まれば、一意に決定することができる。
まず、空間温度推定部803が3次元温度分布を推定するにあたり、参照する温度分布DB85aについて説明する。温度分布DB85aは、メモリ85に格納される。
温度分布DB85aは、様々な寸法の室内において、吹出風の温度、風量及び風向の設定値毎に測定された3次元の温度値のデータベースである。図12Aは、温度分布DB85aに記憶される温度の、測定点を説明するための図である。吹出口1aを基準とし、吹出口1aから空気調和機1の正面方向をx軸方向、空気調和機1の高さ方向をy軸方向、空気調和機1の幅方向をz軸方向とする。図12Aは、z=0(cm)、すなわち吹出口1aの正面の中央の位置における温度分布の例を濃淡で示した図であり、濃淡が濃いほど温度が高いことを示す。測定点の座標は、x=150(cm)、y=100(cm)、z=0(cm)である。
図12Bに、温度分布DB85aに含まれるデータの一例を示す。図12Bに示すテーブルは、吹出風の温度が“24度”、風量が“普通”、風向が“下吹き方向”という状況下において、z=-w2~+w1(cm)地点における温度分布を示すものとする。ここで、w1、w2の値は、温度分布DB85aに格納されたデータが測定された室内において、空気調和機1の幅方向の吹出口中央を0cmとした、側面の壁から吹出口までの距離を示す値である。各測定点での温度は、空気調和機1の実機を用いて全て測定することにより取得してもよいし、数値流体計算により取得してもよい。
空間温度推定部803は、温度分布DB85aに格納されたデータのうち、吹出風情報取得部801により取得された吹出風情報に含まれる吹出風の温度、風量及び風向の値と最も近い設定値を有するデータを選択する。
また、温度分布DB85aは吹出口を基準として求められた温度分布である。したがって、空間温度推定部803は、温度分布DB85aに格納されたデータのうち、吹出口位置情報取得部802によって取得された吹出口位置情報に最も近い室内寸法及び吹出口位置を有するデータを選択する。
次に、選択された温度分布DB85aに記録された温度値を補正する手法について説明する。
温度値は、壁及び床の断熱性能の影響を受ける。したがって、温度分布DB85aを作成する際に用いた部屋の断熱性能条件と、空気調和機1が実際に設置された部屋の断熱性能条件とが相違すれば、空気調和機1が実際に設置された空間の温度分布は温度分布DB85aの温度分布と相違する。この相違を、壁及び床の断熱性能を考慮した熱回路網モデルを用いて、推定する。
図12Cに、壁及び床の断熱性能を考慮した熱回路網モデルを示す。この熱回路網モデルは、室内の温度の代表値109a(T[℃])を持つノードと、室外の温度の代表値109b(TOUT[℃])を持つノードと、部屋の断熱性能を示す熱抵抗値109c(R[K/W])と、部屋の熱容量109d(C[J/℃])と、空気調和機1の能力109e(Q[W])と、を用いて作られる。この熱回路網モデルでは、時刻t[s]での室内の温度の代表値(T(t)[℃])を、下記の式(1)のように表すことができる。
式(1)に記した室内の温度の代表値T[℃]を計算することができれば、図12Bに示したある条件下で作成した温度分布DB85aの3次元温度分布の平均温度値と、実際に空気調和機1を設置した室内の代表温度T[℃]との差分を、温度分布DB85aの各温度値に加えることにより、実際に空気調和機1が設置された室内の空間の温度分布を推定することができる。例えば、図12Bの空間温度の平均値T_mean[℃]と式(1)の代表値T[℃]との差分ΔT_diff=T-T_meanを算出し、図12Bの空間の温度分布にΔT_diffを足すことで、温度分布DB85aを作成する際に用いた室内の壁の断熱性能と実際の空気調和機1の設置された室内の壁の断熱性能との相違を補正することができる。例えば、ΔT_diff=0.5とすると、図12Bのテーブルの全ての温度値に0.5を加算する。
しかしながら、式(1)において、部屋の断熱性能である熱抵抗値R[K/W]及び熱容量C[J/℃]は、容易に知ることができない。また、室外の温度の代表値TOUT[℃]ついても、室外に設けられた温度センサのような何らかの装置を用いなければ知ることはできない。なお、空気調和機1の能力Q[W]は吹出風の風量及び温度から知ることができる。また、空気調和機1のCOP(Coefficient Of Performance:成績係数)をデータベースとして持っていれば、空気調和機1の消費電力にCOPをかけることによってQ[W]を推定することもできる。つまり、式(1)については、Q[W]以外の変数を知ることができないため、式(1)を直接計算することは難しい。
そこで、熱画像センサ7によって取得される情報を利用して、熱回路網モデルと同等の熱回路網モデルを作成する。
図12Dは、図12Cの熱回路網モデルと同等の熱回路網モデルである。図12Cの熱抵抗値109c(R[K/W])及び熱容量109d(C[J/℃])を、熱画像センサ7で測定できる壁床の温度109f(Twall[℃])を用いて、室内の空気の熱抵抗値109g(Rair[K/W])及び室内の空気の熱容量109h(Cair[J/℃])と、壁床の熱抵抗値109i(Rwall[K/W])及び壁床の熱容量109j(Cwall[J/℃])とに分割したモデルである。T[℃]、Twall[℃]、Rair[K/W]、Cair[J/℃]及びQ[W]の関係は、下記の式(2)のように書くことができる。
式(2)においてTwallは、熱画像センサ7が取得した壁及び床の温度分布における、最高温度、最低温度、平均温度等、あらゆる温度が採用できる。Rair[K/W]の物理的な意味は、室内の空気から壁への熱伝達である。したがって、数値流体計算又は伝熱工学などで用いられる無次元の整理式を用いて、Rair[K/W]を数値化することができる。
式(1)の熱回路網モデルにおいて、R[K/W]、C[J/℃]、TOUT[℃]は容易に知ることができない。しかし、壁床の温度Twall[℃]を用いれば、式(1)と同等な熱回路網モデルである式(2)が解けるので、室内の代表温度T[℃]を計算することができる。ここで、代表温度は、室内全体の温度の平均値とする。よって、式(2)を解くことにより、温度分布DB85aの温度値の平均値T_mean[℃]と代表値T[℃]との差分ΔT_diff=T-T_meanが求まり、ΔT_diffを図12Bが示す温度値の値に加算することにより、温度分布DB85aの温度値を実際に空気調和機1が設置された室内の空間温度に補正する。
このように、空間温度推定部803は、温度分布DB85aの温度値を補正することにより、空気調和機1が作り出す温熱環境の3次元温度分布を推定する。図12Eに、空間温度推定部803により推定されたz=0における温度分布の例を示す。吹出口1aから温風が床面に到達した位置(x座標:xwall,y座標:ywall)に向かい、徐々に温度が下がっていくことがわかる。
なお、上記、補正前の温度分布の選択において、空間温度推定部803は、温度分布DB85aに格納されたデータのうち、吹出口位置情報取得部802によって取得された吹出口位置情報に最も近い室内寸法及び吹出口位置を有するデータを選択することに限らない。例えば、温度分布DB85aが、ある寸法の室内における吹出風の温度、風量及び風向の設定値毎に、測定又は数値流体計算により算出された3次元の温度値のデータベースである場合、空間温度推定部803は、温度分布DB85aのデータを測定した室内寸法を吹出口位置情報から求められる室内寸法に変換し、この変換に基づいて温度分布DB85aのデータを変換することにより温度分布を求め、求めた温度分布のデータを補正前の温度分布のデータとして取得するようにしてもよい。この場合、空間温度推定部803は、室内寸法に基づく変換を行った後の温度値に対し、さらに熱回路網モデルを用いた温度値の補正を行う。
以上では、空間温度推定部803は、式(2)で記した熱回路網の物理モデルを用いて3次元温度分布を推定したがこれ以外の手法も可能である。空間温度推定部803は統計的機械学習手法を用いて、3次元温度分布を推定することができる。
以下に、統計的機械学習手法の例として、ガウス過程(Gaussian Process)により、3次元温度分布を推定する手法について説明する。
図13に示すように室内空間を3次元の体積区間に分割する。そして、各体積区間の温度を、確率分布を用いて表す。ここで、分割した体積区間の奥行き方向を添字i、高さ方向を添字j、幅方向を添字kとすると、体積区間の座標は、(xi,yj,zk)と表すことができる。以下、体積空間を代表する位置を示す座標を、xijkと表す。図14に、任意のkの位置において代表座標xijで表した体積区間を示す。また、位置xijkの体積区間の温度がTである確率を、関数pを用いて、p(T)と表す。
ガウス過程を用いたアルゴリズムを記す。アルゴリズムの目的は、観測した体積区間xijkの温度TijkのデータセットD={(xijk,Tijk)|(i,j,k):熱画像センサで取得できた体積区間}を用いて、観測していない体積区間x未観測ijkの温度T未観測ijkを予測することである。参考文献1「Gaussian Processes for Machine Learning (Carl Edward Rasmussen), The MIT Press, 2006」によると、位置xの代表温度Tを表す確率p(T|x)を学習する事ができ、p(T│x)=N(T|0,K)と書ける。ここでN(・)は、平均0、分散Kの多次元のガウス分布であって、Kは、データセットDのデータセット数と予測したいx未観測ijk及びT未観測ijkのデータセット数との和と、同じ次元数を持つグラム行列と呼ばれる行列である。この確率モデルによって、未観測の体積区間x未観測ijkにおける予測温度T予測ijk及び予測温度T予測ijkの信頼性(分散)が計算できる。
図15Aは、図14の体積区間の温度を示す例であり、温度の高い体積区間を濃い色で表し、温度の低い体積区間を薄い色で表したものである。ガウス過程を用いると、熱画像センサ7により取得した温度分布及び吹出口1aにおける吹出風温度と言った既知のデータセットから空間の温度分布が学習できる。既知のデータセットには、温度分布DB85aを加えてもよい。
図15Bは、図15Aの体積区間の温度の信頼確率を示した例であり、熱画像センサ7により取得した温度及び吹出風温度から学習できる。このようにガウス過程を用いると、予測した温度値に対して、予測の信頼度を計算する事ができる。
空間速度推定部804は、3次元温度分布に基づいて、室内の3次元速度分布を推定する。なお、空間速度推定部804は、本発明に係る空間速度推定手段の一例である。
室内の気流環境は、吹出口1aからの温風によって作られ、温度及び速度は、吹出口1aの位置から離れるに従って低減する。温度と速度との関係を数値流体計算、実験の結果等を用いてデータベース化する。以下、このデータベースを速度分布DB85bという。速度分布DB85bはメモリ85に格納される。空間速度推定部804は、速度分布DB85bを参照して、空間温度推定部803により推定された3次元温度分布から3次元速度分布を推定する。
なお、空間速度推定部804は、吹出風の風量及び風向と、室内寸法とから、数値流体計算により、3次元速度分布をもとめてもよい。
空間体感温度推定部805は、3次元温度分布と、3次元速度分布と、に基づいて3次元体感温度分布を推定する。なお、空間体感温度推定部805は、本発明に係る空間体感温度推定手段の一例である。
人間の体感温度は、人体の熱収支によることが大きい(参考文献2:「建築熱環境(坂本雄三)、東京大学出版会、2011年」)。人体の熱収支は、人体周囲の空気の温度と、人体と空気流れとによる熱伝達率と、によって算出できる。ここで空気の温度は3次元温度分布から求めることができ、人体と空気流れとによる熱伝達率は、3次元速度分布から速度の大きさを参照し、強制熱伝達のモデル式を用いて算出することができる。そして、人体の熱収支の量と補正すべき温度の量との関係を示すモデルを、実験により作成する。空間体感温度推定部805は、このモデルと求めた人体の熱収支とにより、温度の補正量を求め、空間温度推定部803により推定された3次元温度分布を補正することにより、3次元体感温度分布を推定する。
また、空間体感温度推定部805は、温度t[℃]と速度v[m/s]とから体感温度を推定するリンケの計算式を用いて、3次元体感温度分布を推定してもよい。リンケの計算式では体感温度は以下の式(3)で求められる。
体感温度=t-4×√v 式(3)
空間体感温度推定部805は、式(3)の温度t[℃]に空間温度推定部803により推定された3次元温度分布の値を入れ、速度v[m/s]に空間速度推定部804により推定された3次元速度分布の値を入れることにより、体感温度を求める。そして、空間体感温度推定部805は、求めた体感温度を3次元体感温度分布の値とする。
気流制御部806は、3次元温度分布と、3次元速度分布と、3次元体感温度分布と、に基づいて、熱交換器2に設定される温度と、ファン3の回転数と、風向制御板4の風向と、を制御する。なお、気流制御部806は、本発明に係る気流制御手段の一例である。
気流制御部806による具体的な気流制御の一例を以下に示す。
例えば、設定温度と3次元体感温度分布の代表値とを比較し、設定温度が3次元体感温度分布の代表値の温度よりも高い場合、気流制御部806は、設定温度と代表値の温度との差分(例えば、2度)だけ高い温風を得るために熱交換器2を制御するための制御信号を生成し、ファン3の回転数を上げる制御信号を生成し、温風を室内に行き渡らせるために風向制御板4の角度を下吹き方向に変える制御信号を生成する。また、例えば、設定温度が3次元体感温度分布により示される温度よりも低い場合、気流制御部806は、設定温度と代表値の温度との差分(例えば、2度)だけ低い温風を得るために熱交換器2を制御する制御信号を生成し、ファン3の回転数を上げる制御信号を生成し、低い温度の温風を室内に行き渡らせるために風向制御板4の角度を水平吹き方向の変える制御信号を生成する。なお、代表値は、3次元体感温度分布の全体の平均でもよいし、室内において人が存在する可能性のある領域を予め定めておき、その領域における体感温度の平均値、最高値、最低値等であってもよい。また、この例において、代表値は、3次元温度分布から求めてもよい。なお、気流制御部806は、空気調和機の設定温度と、3次元体感温度分布又は3次元温度分布から求められる温度との偏差に基づくPID制御により気流制御を行ってもよい。
また、気流制御部806は、設定温度と、3次元温度分布とを比較して、設定温度と温度が異なる領域が存在する場合、その領域の温度を設定温度に近づけるために、その領域の方向に吹出風を吹き出すように風向制御板4を制御する。あるいは、気流制御部806は、設定温度と、3次元体感温度分布とを比較して、設定温度と体感温度が異なる領域が存在する場合、その領域の体感温度を設定温度に近づけるために、その領域の方向に吹出風を吹き出すように風向制御板4を制御する。
風量は、風速と通過面積とで定義することができる。したがって、気流制御部806は、設定風量と3次元速度分布とを比較し、設定風量に対し、風速が遅いと判断される領域が存在する場合、風量を上げるようファン3を制御し、風速が早いと判断される領域が存在する場合、風量を下げるようファン3を制御する。設定風量に対して速い又は遅いと判断する閾値は、実験、数値計算等に基づいて定める。
次に、本実施の形態に係る空気調和機1が実行する制御処理を、図16のフローチャートを用いて説明する。空気調和機1の電源が投入されると、図16に示す制御処理が開始される。なお、この制御処理は、電源が切られるまで、周期的に、あるいは、温度、風量又は風向の設定が変更される度に実行される。
制御装置8は、熱画像センサ7を用いて、空気調和機が設置された室内の壁面及び床面について2次元温度分布を取得する(ステップS101)。吹出風情報取得部801は、メモリに記憶された設定値を参照して、吹出口から送風される吹出風の吹出温度情報と、吹出風量情報と、吹出風向情報と、を取得する(ステップS102)。吹出口位置情報取得部802は、外部装置から受信した空気調和機1を設置した室内における吹出口1aの位置を示す吹出口位置情報を取得する(ステップS103)。空間温度推定部803は、2次元温度分布と、吹出温度情報と、吹出風量情報と、吹出風向情報と、吹出口位置情報と、に基づいて、室内の3次元温度分布を推定する(ステップS104)。空間速度推定部804は、3次元温度分布に基づいて、室内の3次元速度分布を推定する(ステップS105)。空間体感温度推定部805は、3次元温度分布と、3次元速度分布と、に基づいて3次元体感温度分布を推定する(ステップS106)。気流制御部806は、3次元温度分布と、3次元速度分布と、3次元体感温度分布と、に基づいて、熱交換器の温度と、ファンの回転数と、風向制御板の風向と、を制御する(ステップS107)。
本実施の形態によれば、室内空間における3次元の温度分布、速度分布及び体感温度を推定し、これに基づいて気流制御を行うことにより、ユーザにとって快適な室内気流環境を実現することができる。
(実施の形態2)
実施の形態2に係る空気調和機1は、将来の3次元温度分布、将来の3次元速度分布及び将来の3次元体感温度分布に基づいて、現在の気流制御を行う。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態2に係る空気調和機1は、将来の3次元温度分布、将来の3次元速度分布及び将来の3次元体感温度分布に基づいて、現在の気流制御を行う。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態2に係る空気調和機1は、実施の形態1に係る空気調和機1の構成要素を備える。実施の形態2に係る空気調和機1は、図17に示すように、機能的には、実施の形態1に係る空気調和機1の機能に加え、履歴を記憶する記憶部807と、将来の分布を推定する時系列空間情報推定部808と、を備える。記憶部807及び時系列空間情報推定部808は、制御装置8において、プロセッサ81がROM82に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
記憶部807は、3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布の履歴を記憶する。なお、記憶部807は、本発明に係る記憶手段の一例である。
ここで、履歴とは、一定時刻毎に推定された過去の3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布である。履歴は、メモリ85に格納される。
時系列空間情報推定部808は、3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布の履歴に基づいて、将来の3次元温度分布と、将来の3次元速度分布と、将来の3次元体感温度分布とを推定する。なお、時系列空間情報推定部808は、本発明に係る時系列空間情報推定手段の一例である。
例えば、時系列空間情報推定部808は、カルマンフィルタ(Kalman Filter)、パーティクルフィルタ(Particle Filter)等の時系列予測手法を用いて、記憶部807により記憶された3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布の履歴、すなわち、時系列データから、将来の3次元温度分布、将来の3次元速度分布及び将来の3次元体感温度分布を推定する。
気流制御部806は、将来の3次元温度分布と、将来の3次元速度分布と、将来の3次元体感温度分布とに基づいて、熱交換器2に設定される温度と、ファン3の回転数と、風向制御板4の風向と、を制御する。
具体的には、気流制御部806は、ユーザが設定した温度、風量及び風向と、時系列空間情報推定部808が推定した将来の3次元温度分布、将来の3次元速度分布及び将来の3次元体感温度分布を比較し、差分がある場合は、差分をなくすように熱交換器2、ファン3及び風向制御板4を制御する。
次に、本実施の形態に係る空気調和機1が実行する制御処理を、図18のフローチャートを用いて説明する。空気調和機1の電源が投入されると、図18に示す制御処理が開始される。なお、この制御処理は、電源が切られるまで、周期的に、あるいは、温度、風量又は風向の設定が変更される度に実行される。
ここで、図18のフローチャートのステップS201~ステップS206は、図16のフローチャートのステップS101~ステップS106と同様であるので、説明を省略する。
ステップS206の処理が終わると、記憶部807は、3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布の履歴を記憶する(ステップS207)。時系列空間情報推定部808は、3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布の履歴に基づいて、将来の3次元温度分布、将来の3次元速度分布及び将来の3次元体感温度分布を推定する(ステップS208)。そして、気流制御部806は、将来の3次元温度分布、将来の3次元速度分布及び将来の3次元体感温度分布に基づいて、熱交換器2に設定される温度と、ファン3の回転数と、風向制御板4の風向と、を制御する(ステップS209)。
本実施の形態によれば、現在の室内気流環境を、ユーザが求める室内気流環境に、迅速に近づけることができる。
(実施の形態3)
実施の形態3に係る空気調和機1は、ユーザの将来の移動領域を推定し、推定した領域について予め気流制御をする。なお、以下の説明において、実施の形態1及び2と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略し、共通する構成要素の共通する機能についても説明を省略する。
実施の形態3に係る空気調和機1は、ユーザの将来の移動領域を推定し、推定した領域について予め気流制御をする。なお、以下の説明において、実施の形態1及び2と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略し、共通する構成要素の共通する機能についても説明を省略する。
実施の形態3に係る空気調和機1は、実施の形態2に係る空気調和機1の構成要素を備える。実施の形態3に係る空気調和機1は、図19に示すように、機能的には、実施の形態2に係る空気調和機1の機能に加え、人が存在する3次元領域を推定する人体空間領域推定部809を備える。人体空間領域推定部809は、制御装置8において、プロセッサ81がROM82に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
記憶部807は、3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布に加え、熱画像センサ7により取得された2次元温度分布の履歴を記憶する。
人体空間領域推定部809は、2次元温度分布の履歴に基づいて人が存在する3次元の人体空間領域を推定し、推定した人体空間領域に基づいて、将来の人体空間領域を推定する。なお、人体空間領域推定部809は、本発明に係る人体空間領域推定手段の一例である。
具体的には、人体空間領域推定部809は、記憶部807を参照し、熱画像センサ7により取得された温度分布情報において人が存在する領域である人体2次元領域を求める。人体空間領域推定部809は、人間の体温程度(例えば、35~37度)の温度が検知される領域を人体2次元領域とする。そして、人体空間領域推定部809は、2次元画像から立体を予測する畳み込みニューラルネットワークのような機械学習を用いて、人体空間領域を推定する。なお、人体2次元領域から人体空間領域を推定する手法はこれに限らず、2次元画像から3次元空間における対象物の領域を推定する既知の技術を用いることができる。
人体空間領域推定部809は、一定時刻毎に記憶された2次元温度分布のそれぞれについて人体2次元領域を求め、求めたそれぞれの人体2次元領域について人体空間領域を求める。このようにして、人体空間領域推定部809は、人体空間領域の時系列データを得る。
次に、人体空間領域推定部809は、人体空間領域の時系列データから、将来の人体空間領域を推定する。将来の人体空間領域とは、ユーザが移動した後に存在すると考えられる領域である。例えば、人体空間領域推定部809は、カルマンフィルタ、パーティクルフィルタ等の時系列予測手法を用いて、人体空間領域の時系列データから将来の人体空間領域を推定する。
気流制御部806は、時系列空間情報推定部808が推定した将来の3次元温度分布、3次元速度分布及び3次元体感温度分布を参照して、将来の人体空間領域における温度、速度、体感温度を取得する。また、ユーザは外部装置を用いて、好みの温度、風量及び風向を空気調和機1に予め登録しておく。以下、これらを、嗜好温度、嗜好風量及び嗜好風向きという。嗜好温度、嗜好風量及び嗜好風向きの情報は、メモリ85に格納される。そして、気流制御部806は、将来の人体空間領域のおける温度、速度、体感温度を、予め登録された嗜好温度、嗜好風量及び嗜好風向に近づけるように熱交換器2、ファン3及び風向制御板4を制御する。
図20は、推定した将来の人体空間領域と予め吹き出しておいた温風の領域とを示す。
人体空間領域推定部809は、過去のユーザの領域110aと、現在のユーザの領域110bとから将来のユーザの領域110cを推定する。
気流制御部806は、推定した将来の領域110cを含む領域を、ユーザが到着する以前から暖かい空間とするために、この領域が登録された嗜好温度、嗜好風量及び嗜好風向になるように気流制御を行う。ここで、空間領域110dは、空気調和機1が予め吹き出しておいた温風の領域であり、将来のユーザの領域を見越して予め暖めておいた空間領域を示す。
従来の空気調和機は、熱画像センサで撮影できるユーザの人体部位を目標に、温度、風量等の空調の制御を行っていた。このような制御は、行動後に得られる熱画像データに合わせて気流制御を行うフィードバック制御となり、マイコン又は冷凍サイクルの応答時間分だけ、ユーザが行動した時点から遅れてしまう。これに対し、本実施の形態の空気調和機は、ユーザが室内を歩いたり、姿勢を変更したりすることによりユーザが存在する領域が変更することを想定して、ユーザが移動すると予測される領域に、予め温風又は冷風を当てておく、あるいは、避けておくといったフィードフォワード制御をすることができる。
次に、本実施の形態に係る空気調和機1が実行する制御処理を、図21のフローチャートを用いて説明する。空気調和機1の電源が投入されると、図21に示す制御処理が開始される。なお、この制御処理は、電源が切られるまで、周期的に、あるいは、温度、風量又は風向の設定が変更される度に実行される。
ここで、図21のフローチャートのステップS301~ステップS306、ステップS308は、図18のフローチャートのステップS201~ステップS206、ステップS208と同様であるので、説明を省略する。
ステップS306の処理が終わると、記憶部807は、3次元温度分布、3次元速度分布、3次元体感温度分布及び熱画像センサ7により取得された2次元温度分布の履歴を記憶する(ステップS307)。次に、ステップS308の処理が終わると、人体空間領域推定部809は、2次元温度分布の履歴に基づいて人が存在する3次元の人体空間領域を推定し、推定した人体空間領域に基づいて、将来の人体空間領域を推定する(ステップS309)。そして、気流制御部806は、将来の3次元温度分布、将来の3次元速度分布及び将来の3次元体感温度分布を参照して、将来の人体空間領域における温度、速度、体感温度を取得し、予め登録された嗜好温度、嗜好風量及び嗜好風向に近づけるように熱交換器2、ファン3及び風向制御板4を制御する(ステップS310)。
本実施の形態によれば、ユーザの行動を予測して事前にユーザが求める室内気流環境を用意することができる。
(実施の形態4)
実施の形態4に係る空気調和機1は、放射熱伝達を考慮して、3次元体感温度分布を補正する。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態4に係る空気調和機1は、放射熱伝達を考慮して、3次元体感温度分布を補正する。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態4に係る空気調和機1は、実施の形態1に係る空気調和機1の構成要素を備える。実施の形態4に係る空気調和機1は、図22に示すように、機能的には、実施の形態1に係る空気調和機1の機能に加え、放射による熱伝達量を推定する放射熱伝達推定部810を備える。放射熱伝達推定部810は、制御装置8において、プロセッサ81がROM82に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
放射熱伝達推定部810は、室内に存在する人体、壁面及び床面の放射率情報を取得し、放射率情報と、熱画像センサ7により取得された2次元温度分布と、に基づいて壁面及び床面からの放射による熱伝達量を推定する。なお、放射熱伝達推定部810は、本発明に係る放射熱伝達推定手段の一例である。
具体的には、放射熱伝達推定部810は、壁面及び床面の放射率及び温度と、人体の放射率及び温度とに基づき、熱伝達量を推定する。ここで、壁面及び床面の放射率を示す放射率情報は、一般的な壁面及び床面の放射率に関するデータベース(図示せず)を参照することにより求める。また、人体の放射率を示す放射率情報は、人体を覆う衣服の放射率に関するデータベース(図示せず)を参照することにより求める。これらのデータベースは、メモリ85に格納されてもよいし、外部装置、外部記憶装置等に格納されてもよい。また、これらの放射率情報は、ユーザが外部装置を用いて入力してもよい。壁面の温度、床面の温度及び人体の温度は、熱画像センサ7により取得された2元温度分布から求める。
空間体感温度推定部805は、放射熱伝達推定部810より推定された熱伝達量に基づいて、3次元体感温度分布を補正する。
具体的には、空間体感温度推定部805は、人体から壁面及び床面への放射による熱伝達量が増加するに従い、3次元体感温度分布の体感温度値を下げる補正を行う。なお、熱伝達量の増加量と体感温度値の補正量との関係は、実験、数値計算等に基づいて予め定めておく。
暖房運転時において、壁面及び床面の温度が冷たい場合には、人体から壁面及び床面への放射による熱伝達量が大きくなる。このような場合、体感温度は下がり、空気の温度が十分に暖まっていてもユーザは冷気を感じることがある。しかし、本実施の形態に係る空気調和機1は、熱伝達量を考慮することにより、より正確な体感温度を求めることができ、ユーザにとって快適な温熱環境を提供することができる。
次に、本実施の形態に係る空気調和機1が実行する制御処理を、図23のフローチャートを用いて説明する。空気調和機1の電源が投入されると、図23に示す制御処理が開始される。なお、この制御処理は、電源が切られるまで、周期的に、あるいは、温度、風量又は風向の設定が変更される度に実行される。
ここで、図23のフローチャートのステップS401~ステップS406は、図16のフローチャートのステップS101~ステップS106と同様であるので、説明を省略する。
ステップS406の処理が終わると、放射熱伝達推定部810は、壁面及び床面の放射率に関するデータベース及び人体を覆う衣服の放射率に関するデータベースを参照して、室内に存在する人体、壁面及び床面の放射率情報を取得し、放射率情報と、熱画像センサ7により取得された2次元温度分布とに基づいて壁面及び床面からの放射による熱伝達量を推定する(ステップS407)。次に、空間体感温度推定部805は、放射熱伝達推定部810より推定された熱伝達量に基づいて、3次元体感温度分布を補正する(ステップS408)。そして、気流制御部806は、3次元温度分布と、3次元速度分布と、補正された3次元体感温度分布と、に基づいて、熱交換器2に設定される温度と、ファン3の回転数と、風向制御板4の風向と、を制御する(ステップS409)。
本実施の形態によれば、空気調和機が設置される室内の放射伝達を考慮した空間の体感温度分布を得ることができる。
(実施の形態5)
実施の形態5に係る空気調和機1は、室内への冷気流入を考慮して、気流制御を行う。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態5に係る空気調和機1は、室内への冷気流入を考慮して、気流制御を行う。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態5に係る空気調和機1は、実施の形態1に係る空気調和機1の構成要素を備える。実施の形態5に係る空気調和機1は、図24に示すように、機能的には、実施の形態1に係る空気調和機1の機能に加え、室内に流入した冷気の領域を推定する冷気領域推定部811と、冷気の領域の熱リーク量を推定する熱リーク量推定部812と、を備える。冷気領域推定部811及び熱リーク量推定部812は、制御装置8において、プロセッサ81がROM82に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
冷気領域推定部811は、3次元温度分布及び3次元速度分布に基づいて、扉又は隙間から室内に流入した冷気の領域(以下、冷気領域という)を推定する。なお、冷気領域推定部811は、本発明に係る冷気領域推定手段の一例である。
具体的には、冷気領域推定部811は、熱画像センサ7によって取得された壁面及び床面の温度分布をデータセットとして、実施の形態1に記したようにガウス過程のような統計的機械学習によって推定する。
熱リーク量推定部812は、冷気領域の体積から熱リーク量を推定する。なお、熱リーク量推定部812は、本発明に係る熱リーク量推定手段の一例である。
具体的には、熱リーク量推定部812は、冷気領域の体積Vcold[m3]を用いた以下の式(4)に基づいて、熱リーク量Qleak[J]を推定する。
Qleak=cair×ρair×Vcold×ΔT 式(4)
cair[J/kg・℃]は空気の比熱、ρair[kg/m3]は空気の密度、ΔTは室内の温度と冷気領域の温度との差であり、3次元温度分布を参照することにより求められる。
気流制御部806は、冷気領域推定部811により冷気領域が推定され、熱リーク量推定部812により熱リーク量が推定されると、熱リーク量に基づいて、熱交換器2に設定される温度を上げ、ファン3の回転数を増加し、風向制御板4の風向を冷気領域の方向に変更する。なお、冷気領域推定部811により冷気領域が推定されない場合、気流制御部806は、このような制御を行わない。また、熱リーク量と、熱交換器2に設定される温度の増加量及びファン3の回転数の増加量との関係は、実験、数値計算等に基づいて予め定めておく。
すなわち、気流制御部806は、熱リーク量による熱負荷の補正をする。気流制御部806は、3次元温度分布を参照して、冷気領域の温度が設定温度と等しくなるまで、上記の制御を継続する。あるいは、気流制御部806は、3次元体感温度分布を参照して、冷気領域の体感温度が設定温度と等しくなるまで、上記の制御を継続するようにしてもよい。なお、気流制御部806は、熱リーク量と予め定められた値との偏差に基づくPID制御により、気流制御を行ってもよい。
次に、本実施の形態に係る空気調和機1が実行する制御処理を、図25のフローチャートを用いて説明する。空気調和機1の電源が投入されると、図25に示す制御処理が開始される。なお、この制御処理は、電源が切られるまで、周期的に、あるいは、温度、風量又は風向の設定が変更される度に実行される。
ここで、図25のフローチャートのステップS501~ステップS506は、図16のフローチャートのステップS101~ステップS106と同様であるので、説明を省略する。
ステップS506の処理が終わると、冷気領域推定部811は、3次元温度分布及び3次元速度分布から、冷気領域を推定する(ステップS507)。冷気領域推定部811が、室内において冷気領域があると判断すると(ステップS508:Yes)、熱リーク量推定部812は、冷気領域の体積から熱リーク量を推定する(ステップS509)。そして、気流制御部806は、冷気領域推定部811により室内において冷気領域があると判断されると、熱リーク量推定部812により推定された熱リーク量に基づいて、熱交換器2に設定される温度を上げ、ファン3の回転数を増加し、風向制御板4の風向を冷気領域の方向に変更する(ステップS510)。一方、冷気領域推定部811が、室内において冷気領域がないと判断すると(ステップS508:No)、気流制御部806は、熱リーク量を考慮しない通常の気流制御を行う(ステップS511)。
従来、室内の扉又は窓の開閉を検知し、室内に流入した冷気に向けて温風を送風し、コールドドラフトと言われる冷気流入による局所的な不快感を防ぐ技術があった。しかしながら、従来技術では、冷気の温度、冷気の領域を3次元的に判別することができないため、冷気流入による熱リーク量の見積もりができなかった。そのため、冷気流入を防ぐために必要な風量、温度等の見積もりができなかった。
本実施の形態によれば、冷気領域の熱リーク量に基づいて気流制御を行うことにより、コールドドラフトを防ぐことができる。
(実施の形態6)
実施の形態6に係る空気調和機1は、室内への日射を考慮して、気流制御を行う。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態6に係る空気調和機1は、室内への日射を考慮して、気流制御を行う。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態6に係る空気調和機1は、実施の形態1に係る空気調和機1の構成要素を備える。実施の形態6に係る空気調和機1は、図26に示すように、機能的には、実施の形態1に係る空気調和機1の機能に加え、建材の熱容量を取得する建材情報取得部813と、日射領域を推定する日射領域推定部814と、日射領域の日射量を推定する日射量推定部815と、を備える。建材情報取得部813、日射領域推定部814及び日射量推定部815は、制御装置8において、プロセッサ81がROM82に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
建材情報取得部813は、空気調和機1が設置された室内の壁及び床の熱容量の情報を取得する。なお、建材情報取得部813は、本発明に係る建材情報取得手段の一例である。
具体的には、外部装置から室内の壁及び床の建材を示す情報を受信すると、建材情報取得部813は、種々の建材について熱容量が記憶されたデータベースを参照して、受信した情報が示す建材の熱容量を示す情報を取得する。なお、このデータベースは、メモリ85に格納されてもよいし、外部装置、外部記憶装置等に格納されてもよい。また、建材の熱容量の値は、ユーザが外部装置を用いて入力してもよい。
日射領域推定部814は、3次元温度分布及び3次元速度分布に基づいて、日射が当たっている壁面及び床面の日射領域を推定する。なお、日射領域推定部814は、本発明に係る日射領域推定手段の一例である。
図27に日射領域の一例を示す。日射領域とは、日射が当たっている壁面及び床面の領域である。図27の日射領域(S[m2])は、窓から入ってきた日射が当たっている床面の領域である。具体的には、日射領域推定部814は、3次元温度分布に基づいて、温度が高い領域を特定し、特定された領域のうち、3次元速度分布に基づいて吹出風が届いていない領域を、日射領域とする。吹出風が届いていない領域と判断するための風速の閾値は予め定められているものとする。なお、日射領域推定部814は、吹出風が届いていない領域を、3次元速度分布及び吹出風量に基づいて求めてもよい。例えば、日射領域推定部814は、吹出風量が少ない場合、風速が小さい領域でも吹出風は届いているとみなし、吹出風量が多い場合は、風速が多い領域でも吹出風が届いていない領域とする。日射領域推定部814は、予め定めた条件に一致する領域が無い場合は、日射領域は推定されなかったと見なす。また、日射領域推定部814は、熱画像センサ7により取得される2次元の温度分布から、日射領域を推定してもよい。
日射量推定部815は、壁及び床の熱容量と、日射領域における温度上昇量と、に基づいて日射量を推定する。なお、日射量推定部815は、本発明に係る日射量推定手段の一例である。
日射量推定部815は、日射領域の建材における熱回路網モデルに基づいて、日射量を求める。図28に、日射領域に該当する部分の建材を抜き出し、熱回路網法を用いて、壁及び床の建材の熱回路網をモデル化した図を示す。この熱回路網モデルは、壁及び床の熱抵抗値(Rwall[K/W])と、壁及び床の熱容量(Cwall[J/K])と、室外の温度の代表値(TOUT[℃])を持つノードと、日射領域の壁及び床の温度(Twall[℃])と、を用いて作られる。熱容量Cwallは、建材情報取得部813により取得される値である。なお、熱抵抗値Rwallは、日射領域の面積S[m2]と、建材の厚みl[m]と、建材の熱伝導率k[W/(m・K)]と、を用いて、以下の式(5)と表すことができる。
図29に日射領域の建材の温度Twallの時間変化を示す。時刻tにおける建材の温度Twall(t)は、図28の熱回路網モデルから導出すると、以下の式(6)となる。
式(6)のTsat[℃]は時刻t=∞における建材の飽和温度である。日射量Q[W]を使うと、Tsat[℃]は以下の式(7)のように表すことができる。
式(6)において、exp(-RwallCwallt)の項をテイラー展開し、tの2次以下の項を削除すると、以下の式(8)が得られ、Twall(t)は線形一次式で近似できる。
ここで、Twall(t)は熱画像センサ7により計測することができる値である。日射量推定部815は、熱画像センサ7に、時刻t1における建材の温度Twall(t1)と、時刻t2における建材の温度Twall(t2)とを検知させ、メモリ85に、時刻t1、t2と、検知された温度Twall(t1)、Twall(t2)のデータを格納する。検知された時刻の差分を以下の式(9)のように表し、温度の差分を以下の式(10)のように表し、式(8)を式(9)及び式(10)を用いて書くと、式(11)を得ることができる。
そして、式(7)と式(11)とから、日射量Qは、式(12)のように求めることができる。日射量推定部815は、式(12)に基づき日射量を求める。
気流制御部806は、日射領域推定部814により日射領域が推定され、日射量推定部815により日射量が推定されると、日射量に基づいて、熱交換器2に設定される温度を下げ、ファン3の回転数を増加し、風向制御板4の風向を日射領域の方向に変える。日射領域推定部814により日射領域が推定されない場合は、気流制御部806は、このような制御を行わない。なお、日射量と、熱交換器2に設定される温度の減少量及びファン3の回転数の増加量との関係は、実験、数値計算等に基づいて予め定めておく。
気流制御部806は、3次元温度分布を参照して、日射領域の温度が設定温度と等しくなるまで、上記の制御を継続する。あるいは、気流制御部806は、3次元体感温度分布を参照して、日射領域の体感温度が設定温度と等しくなるまで、上記の制御を継続するようにしてもよい。なお、気流制御部806は、日射量と予め定められた値との偏差に基づくPID制御により、気流制御を行ってもよい。
次に、本実施の形態に係る空気調和機1が実行する制御処理を、図30のフローチャートを用いて説明する。空気調和機1の電源が投入されると、図30に示す制御処理が開始される。なお、この制御処理は、電源が切られるまで、周期的に、あるいは、温度、風量又は風向の設定が変更される度に実行される。
ここで、図30のフローチャートのステップS601~ステップS606は、図16のフローチャートのステップS101~ステップS106と同様であるので、説明を省略する。
ステップS606の処理が終わると、建材情報取得部813は、外部装置より受信した情報に基づいて空気調和機1が設置された室内の壁及び床の熱容量を示す情報を取得する(ステップS607)。次に、日射領域推定部814は、3次元温度分布及び3次元速度分布から日射が当たっている壁面及び床面の日射領域を推定する(ステップS608)。日射領域推定部814が、室内において日射領域があると判断すると(ステップS609:Yes)、日射量推定部815は、壁及び床の熱容量と、日射領域における温度上昇量と、に基づいて日射量を推定する(ステップS610)。そして、気流制御部806は、日射領域推定部814により室内において日射領域があると判断されると、日射量推定部815により推定された日射量に基づいて、熱交換器2に設定される温度を下げ、ファン3の回転数を増加し、風向制御板4の風向を日射領域の方向に変える(ステップS611)。一方、日射領域推定部814が、室内において日射領域がないと判断すると(ステップS609:No)、気流制御部806は、日射量を考慮しない通常の気流制御を行う(ステップS612)。
なお、ステップS607の処理は、上記のタイミングによらず、ステップS610の日射量を求める処理よりも前であればいつでもよい。
本実施の形態によれば、日射により暑くなった領域を自動的に設定温度に近づけることができる。
(実施の形態7)
実施の形態7に係る空気調和機1は、結露の発生を考慮して、気流制御を行う。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態7に係る空気調和機1は、結露の発生を考慮して、気流制御を行う。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態7に係る空気調和機1は、実施の形態1に係る空気調和機1の構成要素を備える。実施の形態7に係る空気調和機1は、図31に示すように機能的には、実施の形態1に係る空気調和機1の機能に加え、建材の熱伝導率、熱容量及び透湿計数を取得する建材情報取得部813と、室内の湿度を取得する空間内湿度取得部816と、室外の温度及び湿度を取得する空間外情報取得部817と、壁における結露の発生を推定する結露発生推定部818とを備える。建材情報取得部813、空間内湿度取得部816、空間外情報取得部817及び結露発生推定部818は、制御装置8において、プロセッサ81がROM82に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
建材情報取得部813は、空気調和機1が設置された室内の壁について、熱伝導率と熱容量と透湿係数とを取得する。
具体的には、外部装置から室内の壁の建材を示す情報を受信すると、建材情報取得部813は、種々の建材について熱伝導率、熱容量及び透湿係数が記憶されたデータベースを参照して、受信した情報が示す建材の熱伝導率、熱容量及び透湿係数を示す情報を取得する。なお、このデータベースは、メモリ85に格納されてもよいし、外部装置、外部記憶装置等に格納されてもよい。また、建材の熱伝導率、熱容量及び透湿係数の値は、ユーザが外部装置を用いて入力してもよい。
空間内湿度取得部816は、室内の湿度情報を取得する。なお、空間内湿度取得部816は、本発明に係る空間内湿度取得手段の一例である。
室内の湿度情報は、湿度センサ6により測定された湿度を示す情報である。空間内湿度取得部816は、湿度センサ6から、室内の湿度情報を取得する。
空間外情報取得部817は、室外の温度情報と、室外の湿度情報とを取得する。なお、空間外情報取得部817は、本発明に係る空間外情報取得手段の一例である。
本実施の形態に係る空気調和機1は、室外に温度センサ及び湿度センサ(いずれも図示せず)を備える。室外の温度情報は、室外の温度センサにより測定された温度を示す情報であり、室外の湿度情報は、室外の湿度センサにより測定された湿度を示す情報である。空間外情報取得部817は、室外の温度センサから室外の温度情報を取得し、室外の湿度センサから室外の湿度情報を取得する。
結露発生推定部818は、熱伝導率、熱容量及び透湿係数と、3次元温度分布から求めた室内の温度情報と、室内の湿度情報と、室外の温度情報と、室外の湿度情報と、に基づいて結露の発生を推定する。なお、結露発生推定部818は、本発明に係る結露発生推定手段の一例である。
具体的には、参考文献2「建築熱環境(坂本雄三)、東京大学出版 2011年」を参照し、以下のように求める。
結露発生推定部818は、壁の熱伝導率及び熱容量から建材の熱抵抗値を求め、建材の透湿係数から透湿抵抗値を求める。次に、結露発生推定部818は、建材の熱抵抗値から壁の熱回路網モデルを作成し、3次元温度分布から求める室内の温度情報と、空間外情報取得部817より取得され室外の温度情報と、壁の熱回路網モデルとから建材の温度を求める。そして、結露発生推定部818は、建材の温度値を用いて、その温度での飽和水蒸気圧を求める。同様に、結露発生推定部818は、建材の透湿抵抗値から壁の湿度回路網モデルを作成し、空間内湿度取得部816により取得された室内の湿度情報と、空間外情報取得部817より取得され室外の湿度情報と、壁の湿度回路網モデルとから建材での水蒸気圧を求める。結露発生推定部818は、水蒸気圧が飽和水蒸気圧を上回った位置が、建材における結露の発生位置である。
図32Aに、壁の構造の例を示し、図32Bに、図32Aの壁の結露発生位置を示す。計算値111aは壁体内の飽和水蒸気圧の計算値を示し、計算値111bは壁体内の水蒸気圧の計算値である。水蒸気圧が飽和水蒸気圧を上回った位置111cが、壁における結露の発生位置である。
気流制御部806は、結露発生推定部818により結露の発生が推定されると、熱交換器2に設定される温度を下げ、ファン3の回転数を増加し、風向制御板4の風向を壁の方向に変える。
ここで、図33のフローチャートのステップS701~ステップS706は、図16のフローチャートのステップS101~ステップS106と同様であるので、説明を省略する。
ステップS706の処理が終わると、建材情報取得部813は、外部装置より受信した情報に基づいて、壁について、熱伝導率と熱容量と透湿係数とを取得する(ステップS707)。空間内湿度取得部816は、湿度センサ6が検知した湿度に基づいて室内の湿度情報を取得する(ステップS708)。次に、空間外情報取得部817は、室外の温度センサが検知した温度に基づいて室外の温度情報を取得し、室外の湿度センサが検知した湿度に基づいて室外の湿度情報を取得する(ステップS709)。結露発生推定部818は、熱伝導率、熱容量及び透湿係数と、3次元温度分布から求めた室内の温度情報と、室内の湿度情報と、室外の温度情報と、室外の湿度情報と、に基づいて結露の発生を推定する(ステップS710)。結露発生推定部818が、室内において結露が発生したと判断すると(ステップS711:Yes)、気流制御部806は、熱交換器2に設定される温度を下げ、ファン3の回転数を増加し、風向制御板4の風向を壁の方向に変える(ステップS712)。一方、結露発生推定部818が、室内において結露が発生していないと判断すると(ステップS711:No)、気流制御部806は、結露を考慮しない通常の気流制御を行う(ステップS713)。
なお、ステップS707、ステップS708、ステップS709の処理は、上記のタイミングによらず、ステップS710の結露の発生を推定する処理よりも前であればいつでもよい。
本実施の形態によれば、結露が発生すると、自動的に気流制御を行って、結露を抑制することができる。
本発明は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能である。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
1 空気調和機、1a 吹出口、2 熱交換器、2a 配管、2b フィン、3 ファン、4 風向制御板、5 温度センサ、6 湿度センサ、7 熱画像センサ、8 制御装置、81 プロセッサ、82 ROM、83 RAM、84 通信インタフェース、85 メモリ、85a 温度分布DB、85b 速度分布DB、101 空気、102 冷凍サイクル、102a 熱交換器(蒸発器)、102b 熱交換器(凝縮器)、102c 圧縮機、102d 膨張弁、103 吹出風、104a,105a 高温度領域、104b,105c 低温度領域、105b 中間温度領域、106a 高速度領域、106b 中間速度領域、106c 低速度領域、107 空気の巻き込み、108a 天井高さ、108b 床面から吹出口1aまでの高さ、108c,108d 側面の壁から吹出口1aまでの距離、108e 正面の壁から吹出口1aまでの距離、109a 室内の温度の代表値、109b 室外の温度の代表値、109c 部屋の断熱性能を示す熱抵抗値、109d 部屋の熱容量、109e 空気調和機1の能力、109f 壁床の温度、109g 空気の熱抵抗値、 109h 空気の熱容量、109i 壁床の熱抵抗値、109j 壁床の熱容量、110a 過去のユーザの領域、110b 現在のユーザの領域、110c 将来のユーザの領域、110d 将来のユーザの領域を見越して予め暖めておいた空間領域、111a 壁体内の飽和水蒸気圧の計算値、111b 壁体内の水蒸気圧の計算値、111c 壁体内の結露発生位置、 801 吹出風情報取得部、802 吹出口位置情報取得部、803 空間温度推定部、804 空間速度推定部、805 空間体感温度推定部、806 気流制御部、807 記憶部、808 時系列空間情報推定部、809 人体空間領域推定部、810 放射熱伝達推定部、811 冷気領域推定部、812 熱リーク量推定部、813 建材情報取得部、814 日射領域推定部、815 日射量推定部、816 空間内湿度取得部、817 空間外情報取得部、818 結露発生推定部
Claims (13)
- 熱交換器と、ファンと、風向制御板と、を備える空気調和機において、
前記空気調和機が設置された空調対象空間の壁面及び床面について2次元温度分布を取得する熱画像センサと、
前記空気調和機の吹出口から送風される吹出風の吹出温度情報と、当該吹出風の吹出風量情報と、当該吹出風の吹出風向情報と、を取得する吹出風情報取得手段と、
前記空調対象空間における前記吹出口の位置を示す吹出口位置情報を取得する吹出口位置取得手段と、
前記2次元温度分布と、前記吹出温度情報と、前記吹出風量情報と、前記吹出風向情報と、前記吹出口位置情報と、に基づいて、前記空調対象空間の3次元温度分布を推定する空間温度推定手段と、
前記3次元温度分布に基づいて、前記空気調和機の空調条件を制御する気流制御手段と、を備える、
空気調和機。 - 前記空調対象空間の3次元速度分布を推定する空間速度推定手段と、
前記3次元温度分布と、前記3次元速度分布と、に基づいて、前記空調対象空間の3次元体感温度分布を推定する空間体感温度推定手段と、をさらに備え、
前記気流制御手段は、前記3次元温度分布と、前記3次元速度分布と、前記3次元体感温度分布と、に基づいて、前記空気調和機の空調条件を制御する、
請求項1に記載の空気調和機。 - 前記空間速度推定手段は、前記3次元温度分布に基づいて、前記3次元速度分布を推定する、
請求項2に記載の空気調和機。 - 前記空調条件は、前記熱交換器に設定される温度と、前記ファンの回転数と、前記風向制御板の風向とを含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の空気調和機。 - 前記3次元温度分布の履歴と、前記3次元速度分布の履歴と、前記3次元体感温度分布の履歴と、を記憶する記憶手段と、
前記履歴に基づいて、将来の3次元温度分布と、将来の3次元速度分布と、将来の3次元体感温度分布と、を推定する時系列空間情報推定手段をさらに備え、
前記気流制御手段は、前記将来の3次元温度分布と、前記将来の3次元速度分布と、前記将来の3次元体感温度分布とに基づいて、前記空調条件を制御する、
請求項2又は3に記載の空気調和機。 - 前記記憶手段は、前記2次元温度分布の履歴と、ユーザが指定した嗜好温度、嗜好風量及び嗜好風向と、をさらに記憶し、
前記2次元温度分布の履歴に基づいて人が存在する3次元の人体空間領域を推定し、当該人体空間領域に基づいて、将来の人体空間領域を推定する人体空間領域推定手段をさらに備え、
前記気流制御手段は、前記将来の3次元温度分布と、前記将来の3次元速度分布と、前記将来の3次元体感温度分布と、に基づいて、前記将来の人体空間領域における温度、速度及び体感温度を取得し、前記将来の人体空間領域における温度、速度及び体感温度と、嗜好温度、嗜好風量及び嗜好風向と、に基づいて、前記空調条件を制御する、
請求項5に記載の空気調和機。 - 前記空調対象空間に存在する人体、前記壁面及び前記床面の放射率を示す放射率情報を取得し、当該放射率情報と、前記熱画像センサにより取得された前記2次元温度分布と、に基づいて、前記人体から前記壁面及び前記床面への放射による熱伝達量を推定する放射熱伝達推定手段をさらに備え、
前記空間体感温度推定手段は、前記熱伝達量に基づいて前記3次元体感温度分布を補正する、
請求項2又は3に記載の空気調和機。 - 前記3次元温度分布と、前記3次元速度分布と、に基づいて、前記空調対象空間に流入した冷気の領域である冷気領域を推定する冷気領域推定手段と、
前記冷気領域の体積から熱リーク量を推定する熱リーク量推定手段と、をさらに備え、
前記気流制御手段は、前記冷気領域推定手段により前記冷気領域が推定されると、前記熱リーク量推定手段により推定された前記熱リーク量に基づいて、前記熱交換器に設定される温度を上げ、前記ファンの回転数を増加し、前記風向制御板の風向を前記冷気領域の方向に変える、
請求項2又は3に記載の空気調和機。 - 前記空調対象空間の壁及び床の熱容量を取得する建材情報取得手段と、
前記3次元温度分布と、前記3次元速度分布と、に基づいて、日射が当たっている壁面及び床面の日射領域を推定する日射領域推定手段と、
前記壁及び床の前記熱容量と、前記日射領域における温度上昇量と、に基づいて、日射量を推定する日射量推定手段と、をさらに備え、
前記気流制御手段は、前記日射領域推定手段により前記日射領域が推定されると、前記日射領域推定手段により推定された前記日射量に基づいて、前記熱交換器に設定される温度を下げ、前記ファンの回転数を増加し、前記風向制御板の風向を前記日射領域の方向に変える、
請求項2又は3に記載の空気調和機。 - 前記空調対象空間の壁について、熱伝導率と、熱容量と、透湿係数と、を取得する建材情報取得手段と、
前記空調対象空間の湿度情報を取得する空間内湿度取得手段と、
前記空調対象空間の外の温度情報と、前記空調対象空間の外の湿度情報と、を取得する空間外情報取得手段と、
前記熱伝導率と、前記熱容量と、前記透湿係数と、前記3次元温度分布から求めた空調対象空間の温度情報と、前記空調対象空間の湿度情報と、前記空調対象空間の外の温度情報と、前記空調対象空間の外の湿度情報と、に基づいて、前記壁における結露の発生を推定する結露発生推定手段と、をさらに備え、
前記気流制御手段は、前記結露発生推定手段により結露の発生が推定されると、前記熱交換器に設定される温度を下げ、前記ファンの回転数を増加し、前記風向制御板の風向を前記壁の方向に変える、
請求項1から8のいずれか1項に記載の空気調和機。 - 前記空間温度推定手段は、前記熱画像センサにより取得した2次元温度分布より求めた前記壁面及び前記床面の温度と、前記空調対象空間の空気の熱抵抗値と、前記空調対象空間の空気の熱容量と、前記空気調和機の能力と、に基づいて、前記空調対象空間の代表温度を求め、当該代表温度に基づいて、データベースに記憶された3次元の温度値を補正することにより、前記3次元温度分布を推定する、
請求項1から10のいずれか1項に記載の空気調和機。 - 吹出風情報取得手段が、空気調和機の吹出口から送風される吹出風の吹出温度情報と、当該吹出風の吹出風量情報と、当該吹出風の吹出風向情報と、を取得し、
吹出口位置取得手段が、前記空気調和機が設置された空調対象空間における前記吹出口の位置を示す吹出口位置情報を取得し、
空間温度推定手段が、前記空調対象空間の壁面及び床面についての2次元温度分布と、前記吹出温度情報と、前記吹出風量情報と、前記吹出風向情報と、前記吹出口位置情報と、に基づいて、前記空調対象空間の3次元温度分布を推定し、
気流制御手段が、前記3次元温度分布に基づいて、前記空気調和機の空調条件を制御する、
空気調和機制御方法。 - 熱交換器と、ファンと、風向制御板と、空気調和機が設置された空調対象空間の壁面及び床面について2次元温度分布を取得する熱画像センサと、を備える前記空気調和機を制御するコンピュータを、
前記空気調和機の吹出口から送風される吹出風の吹出温度情報と、当該吹出風の吹出風量情報と、当該吹出風の吹出風向情報と、を取得する吹出風情報取得手段、
前記空調対象空間における前記吹出口の位置を示す吹出口位置情報を取得する吹出口位置取得手段、
前記2次元温度分布と、前記吹出温度情報と、前記吹出風量情報と、前記吹出風向情報と、前記吹出口位置情報と、に基づいて、前記空調対象空間の3次元温度分布を推定する空間温度推定手段、
前記3次元温度分布に基づいて、前記空気調和機の空調条件を制御する気流制御手段、として機能させる、
プログラム。
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