空調機の設定温度と室温の関係

質問

基本的なことかもしれませんが，教えてください。

・天井付近に設置され，吸込み温度を設定し制御する空調機があったとします。
（ルームエアコンでもいいですし，オフィスの天カセエアコンでもかまいません）
・吹出し風量は一定とします。

A：１０人ひとが居る部屋で，吸込み温度を２７℃に設定し空調します。
B：同じ部屋で（その他の負荷も同じとして）人数が３人だけで，２７℃に設定し空調します。

経験的，感覚的には，Bの方が涼しくなるような気がします。
（涼しく感じるだけなのか，室温も実際低いのか明確ではありませんが）

熱物理的には，Aの方が熱負荷は大きいので吹出し温度は低くなると思います。
しかし，部屋の中央と天井付近の上下温度差がA，Bで同じであれば，
天井付近の吸込み温度を同じように制御すれば部屋中央も同じになるはずです。
（むしろ，吹出し温度が低いAの方が上下温度差がつきやすく，
部屋中央や床付近は冷えそうな気も。）

Bの方が涼しくなる（部屋中央温度が低くなる）という感覚が間違っているのでしょうか？
あるいは，何か理論的に説明できるのでしょうか？

Aの方が，
　・人数が多く，人表面温度からの互いの熱放射を感じて暑苦しく感じるだけなのでしょうか？
あるいは
　・人（障害物）が多く水平方向に温度ムラが生じやすく，涼しく感じる箇所もあるが
　　暑く感じる箇所もあって，それが経験的な印象になっているのでしょうか？

何かすっきりしません。
理論的，客観的な納得をしたいです。
よきアドバイスをお願いします。

回答No.3

yasu2209 · ベストアンサー

＃１です。

疑問に思われていることに補足をします。（といってもこれが正解という訳ではなく、あくまでも私の思考経過ということで）

Bの場合、吸い込み温度28度、吹き出し温度18度で定常状態であったとします。この時エアコンは温度差28-18=10度に空気の比重や比熱などをかけて得られるカロリーを処理しています。
Aの場合、負荷が大きいわけですから、吸い込みが28度ならたとえば吹きだしは15度となる温度差13度に相当するカロリーを処理する必要があります。
ところがエアコンで可観測なデータが吸い込み温度だけですから、Bの場合もAの場合も同じ28度という温度を認知していたのでは10度の温度差で吹きだせばよいのか、13度の温度差で吹きだせばよいのか判断がつきません。従って設定温度との差分に応じた出力たとえば設定温度が27度だとして27度に対して１度高い、28度の時には温度差10度になる処理をする、2度高い29度の場合は温度差13度になる能力制御を行う・・・といった具合です。
つまり、レファランスの設定温度が一定なら、必ず大きい出力を出す時のほうがレファランスとの差分は大きくなっているはずだ、ということです。おそらくその差は１度とか0.5度とかの範囲だとは思いますが。。。

それよりも質問者様の補足を見て思ったのは、「それって、単にエアコンの能力不足じゃないの？」ということです。
エアコンが熱負荷に応じていくらでも能力を上げられればいいのですが、能力が少ないと、大きな熱負荷が発生した場合、いくら温度を下げようとしてもその能力を出せない状態になっているんじゃないかということです。室内熱負荷+α程度の冷房能力しかない場合は当然多くの人がいる会議では能力不足で室温はあがってしまいます。
Aの場合とBの場合で、室内の代表的な数点で実際に温度を測ってみると明らかにAのほうが高くなっているのではないですか？　
　＜Bのほうか涼しくなるような　"気がします"。＞ではなく事実として＜Aのほうが暑く"なっている"＞　ではないでしょうか。

お礼

yasu2209さん，1048twさん　ありがとうございました。
回答確認とお礼が遅くなり申し訳ありません。

エアコン側の観測温度と出力の関係をよく理解していなかったです。
今回よく理解できました。

負荷が大きく，たくさんの熱量を処理しないといけないときは
吹出し温度差をたくさんとらないといけなく，
そのためには，エアコン側としては，設定より少し高い吸い込み温度
のところで制御してしまう（そうならざるを得ない）のですね。

（そのため，結果的に，負荷の大きいＡのほうが室内温度が高くなる
可能性があるということですね。）

ということは，例えば，Ａの場合に
　・「吸い込み設定温度」を１度下げる　とか
　・（負荷の量に比例させて）風量を上げる　とか
すると，実際の室内温度がＢの場合に近くなるのでしょうかね。

例示した会議室の例では，確かに能力不足ということも
重なっているのかもしれませんが，

仮に能力が足りていても，一般的なエアコンの出力制御のしくみから，
「吸い込み設定温度」が同じで「風量設定」も同じ場合には
負荷が大きいときに室温が高くなりやすいと言えそうなのですね。

すごく勉強になりました。
ありがとうございました。

回答No.4

1048tw

回答補足します。

　　エアコンは吸込んだ温度に温度差をつけて吹出します。

　　それはあくまで　ほぼ一定の温度差しかありません。（吹出し温度を変化させているのでは無い）

　例　＜室温３０℃、　設定温度２７℃　の場合＞

　　　　　吸込み温度３０℃　　⇒　　吹出し温度　１５℃（温度差１５℃として）

　　　　　　　　　１５℃で吹出した風が室温とまざり、吸込み温度が２９℃となり

　　　　　　　　　２９℃　⇒　１４℃で吹出し、２８℃で吸込む・・・　の繰り返しで

　　　　　　　　　室温が設定温度に近づきます。

　　　　設定温度になる時間が、早いか遅いかは能力の違いもありますが、風量が多いか少ないか

　　　　で変化します。　　（風量が多い　⇒　室内循環量が多い　＝　室温が下がる時間短い）

　　　　　　※風量が多く（強）運転していても、なかなか温度が設定値にならなければ、能力不足
　　　　　　　　です。　　　　　　　　　もしくは、フィルターの詰まりで風量不足の可能性も

　　エアコンは風量を自動にしておく事をお勧めします。

　　吸込み温度と設定温度との差が、大きければ大きいほど風量は自動で強風となり、差が小さく

　　なるにつれて、風量は弱～停止となります。　（風量を任意で設定していませんか？　　弱とか）

回答No.2

1048tw

ＡNo.1　さんは素人ながら大変すばらしい回答ですね。

　以下に単純な説明をさせて頂きます。

ＡとＢとの違い　：　１０人と３人では人体から熱が出る為、当然人数の多いほうが室内温度

　　　　　　　　　　　上昇が高くなります。　　

おくまでも吸込み温度（室温設定）２７℃設定で、吹き出し風量が同一（一定）の場合。

　　　　　　　　　　：　人数が多い　Ａは熱負荷が多くなるので、吸込み口付近温度は高くなる。
　　　　　　　　　　　　が・・・吹き出し温度一定であれば、冷気が吹出してくる量が同じで
　　　　　　　　　　　　吹出し温度が高くなり、当然室内温度は高くなります。

　　　　　　※補足　：　エアコンは吸込み温度と吹出し温度の差がある程度
　　　　　　　　　　　　　一定ですので、人数（熱負荷）が多いと吹出し温度に違いがでます。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　例えば　Ａは２９℃とすると、吹出し１７℃　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｂは２７℃とすると　吹出し１５℃　　　といった感じ。
　　　　　　　　　　　　　　風量を多くしなければ、室温はなかなか下がりません。

　　ですので、人数が多くなった時室温を下げる方法は、吹出し風量を多くする必要があります。　　

それと、直接吹出しの風があたるかどうかで、体感温度にかなり違いがありますよ。　
　　（同じ室内でも全然違います）　　　　　Ａの場合でも、直接あたる人は涼しいと思います。

回答No.1

yasu2209

回答が付かないのは、これ！といった正解が無いからなんでしょう。
専門家ではありませんが思いつくままに書いてみますので参考にしてください。

この問題は気流と温度の分布を考える必要がありそうです。
天井からの噴出し気流が４方吹きで、ほぼ天井にそって噴出され、周囲の壁にあたって降下し、部屋の中央で上昇気流となりエアコンの吸い込み口に吸い込まれる、というモデルを考えます。

次に制御の内容ですが、Aの場合のほうが負荷が大きいので噴出し温度が低いはずだ、というのは正しいと思いますが、厳密には吸い込み温度に対する噴出し温度の低下分、つまり処理熱量が大きいということですね。制御は通常目標温度と吸い込み温度の差に応じた出力を出すよう設計されていると思いますが（この２つしか可観測なデータがない）同じ吸い込み温度では制御からみて出力を変える必要性が発生しないので、吸い込み温度はAのほうが高くなっているはずです。噴出し口の絶対温度もAのほうが低くなっているというのは正しいとは思いますが（そうでなければ任意の温度で平衡してしまう）要点はAの場合が吸い込み温度は少し高くなっているということです。

さて考察ですが、Aの場合、風が壁にそって下りてきて人にあたりながら温度を上げ、中央で吸い込まれるわけですが、人の存在位置によってかなり差がでることが予想されます。
壁に近い人はBのケースよりも低い温度の風にあたりながら、しかもBよりも低い温度の壁からの輻射により涼しく感じると思います。
　注）ここで人以外の熱負荷一定、という条件は一旦断熱仕様が同じで、外部温度が同じという意味に解釈しています。室内への流入熱量は外気温度、室内温度、断熱熱貫流係数で決まりますから、室内の壁近傍温度が変わると流入熱量が増えて、室内に流入する総熱量が一定という条件を満たせなくなるからです。
またこのAの場合では部屋の中央付近にいる人は周囲の人で暖められた空気を感じることになりますし、少ないながらも人の輻射も感じます。それでなくとも吸い込み口ではBよりも少し高い温度になっている状態でバランスしますので、直下ではその分も多少暑い温度を感じていることでしょう。

Bのケースの場合がこの逆を考えればよく、周囲の人も中央部の人もあまり大きな快適度の差はないと思われます。

この話はダイナミズムを考えると理解しやすいと思います。もともと現在考えられている快適性は一様均一をよしとしていますので、負荷が大きい->処理による変化量が大きい->快適性が損なわれる
という流れになるのではないでしょうか。

質問者様が上下の温度差という観点で考察をされていますが、もう少し詳細な気流分布や温度分布、それに快適性という観点を交えて考察されることが理解への近道になるのではないかと思います。

素人ですので、私の考察が正しいかどうかわかりませんが参考にしてください。

お礼

yasu2209さん，回答ありがとうございました。
確認おそくなりお礼が遅れました。

とても丁寧な判りやすい説明ありがとうございます。
ひとつだけ，

>噴出し口の絶対温度もAのほうが低くなっているというのは正しいとは思いますが
>要点はAの場合が吸い込み温度は少し高くなっているということです

といただきましたが，

私は，
例えば吸い込み口内に温度センサがあり，この温度を27℃になるように
出力（吹出し温度）を制御するエアコンだとして，
（エアコンの能力が足りていてこのとおり安定制御ができたとしたら）
A，Bとも吸い込み温度が同じ27℃になり，Aの方が熱負荷が大きい分，
吸い込み温度だけがBより低くなる　というように考えたのですが

yasu2209さんが言われるのは
吸い込み温度（＝天井付近温度？）は，若干Aの方が高くなったところで
安定するということでしょうか？
（ここはちょっと判らない気もしますが）

いずれにしても，BよりAの方が，低い吹出し温度が出てくる，互いの人の
発熱による温度上昇を感じやすい　などで快適性を損ないやすいと
理解したらいいでしょうか。

このような疑問を持った経緯は，
会議室などで，
少人数で会議しているときは，ある温度でエアコン付けていて暑く感じないのですが
人数が多いときや，プロジェクタなどを付けているときなど
いつも経験的（習慣的）に，壁リモコンの設定温度を下げて動かしています。
そうしないと，だんだん暑くなってくるからです。

素朴に，これはいったい何故なんだろう？
どういう状況になっていると理解したらいいのだろう？　と考えたのです。

これは，吹出し風がくるあたりは逆に寒くて，
人の居る真ん中あたりでは，人同士の熱輻射などを感じやすい，という状態に
なっているだけなのでしょうかね。。