快適性をデザインする 〜快適性を保つエアコンの運転法〜：1Dモデリングの勘所（27）（2/4 ページ）

「1Dモデリング」に関する連載。連載第27回は、ひとが感じる快適さを熱的視点で考え、モデル化、評価可能であることを示した前回の内容を踏まえ、快適性を具体的に評価するとともに、快適性のモデリングから分かったことを整理する。

[大富浩一／日本機械学会 設計研究会，MONOist]

エアコンのモデリングから分かること

　一方、エアコンは図4に示すように熱の出し入れを行う装置であり、これを制御しているのが図5の「圧縮機」である。

図4　エアコンの原理［クリックで拡大］

図5　圧縮機の原理［クリックで拡大］

　連載第21回で導出したように、エアコンの運転を支配する式は以下となる。

　エアコンに求められるのは熱エネルギー量の調整機能である。エアコンの単位時間当たりのエネルギーの流入流出量Qは上記の式から、

となる。Vは圧縮機の容積であり、ここでは10cc＝10×10^-6m³とする。また、γは通過するガスの比容積、fは圧縮機の回転数（Tは回転周期）、Δhは比エンタルピーである。すなわち、熱量の制御はコンプレッサーの回転数制御に置き換えることができる。

快適性を保つエアコンの運転法

　以上の快適性ならびにエアコンのモデリングの知見から、快適性を保つエアコンの運転法を考える。快適性の評価では、温度、風速、湿度、服装指標、活動指標が入力であった。このうち、温度、風速、湿度は物理センサーにより計測可能である。また、服装指標、活動指標も画像センサーなどにより推定が可能である。従って、ひとに蓄積される熱エネルギーSは現在の技術でリアルタイムでの計測が可能である。すなわち、ひとの快適性をエアコンによって保つには、ひとの蓄熱量Sがゼロになるように、エアコンから熱量Qを付加すればよく、このための運転条件は下記となる。

　実際には、エアコンの供給熱量が全てひとに供給されるわけではないため、Q×TFがひとに供給される熱量としてTFを決める。ここでは、TF＝1／50とする。また、エアコンの供給熱量Qは部屋にQ_roomとして供給されるだけでなく、外壁を通して外部へQ_outとして出ていく。ここに、部屋の熱容量をC_room、外壁の熱コンダクタンスをGとすると、快適性を保つエアコンの運転法に関する式は以下となる。また、以上を図で表現すると図6となる。

図6　快適性を保つエアコンの運転法［クリックで拡大］