JP7591782B2 - Temperature load management device, temperature load management method, and computer program - Google Patents
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Description
本開示は、温度負荷管理装置、温度負荷管理方法、及びコンピュータプログラムに関する。 The present disclosure relates to a temperature load management device, a temperature load management method, and a computer program.
人は暑熱環境や厳寒環境など極端な温度環境に長時間さらされると、暑さ・寒さによる不快感やいらだちなど心的負担に加え、大量の発汗、震え運動、体温上昇(下降)などに起因する内臓系へのダメージや自律神経系への生理的負担など身体的負担が発生する。 When people are exposed to extreme temperature environments such as hot or cold environments for long periods of time, in addition to mental stress such as discomfort and irritation due to the heat or cold, physical stress is generated, including damage to the internal organs caused by excessive sweating, shivering, and a rise (fall) in body temperature, as well as physiological stress on the autonomic nervous system.
特許文献1には、暑い屋外などで作業者等が熱中症などの不調を感じた時などに、容易に避難して休憩をとることが可能なポータブルエアコンルームが提案されている。 Patent Document 1 proposes a portable air-conditioned room that allows workers to easily escape and take a break when they feel unwell, such as suffering from heat stroke, in hot outdoor conditions.
しかし、特許文献1に開示されたポータブルエアコンルームでは、狭いルーム内を低温にして利用者を一律に冷やすものであるため、利用者によっては、冷えすぎと感じたり、逆に、冷やし方が不十分であると感じたりすることがある。 However, the portable air-conditioning room disclosed in Patent Document 1 cools all users uniformly by keeping the temperature inside the small room low, so some users may feel that the room is too cold or, conversely, that it is not cooled enough.
本開示の目的は、暑熱環境や寒冷環境などで蓄積された温度負荷を除去するための環境を利用者が適切に利用できるようにすることにある。 The purpose of this disclosure is to enable users to appropriately utilize an environment that removes temperature loads accumulated in hot or cold environments.
本開示の第1の態様は、第1の環境で蓄積された第1の温度負荷を除去するための第2の環境に利用者をばく露させるときに用いる温度負荷管理装置(20)である。温度負荷管理装置(20)は、前記利用者の生理情報に基づいて、前記第2の環境を制御するか、又は前記ばく露を終了させるタイミングを通知する制御部(10)を備える。 A first aspect of the present disclosure is a temperature load management device (20) used when exposing a user to a second environment to remove a first temperature load accumulated in a first environment. The temperature load management device (20) includes a control unit (10) that controls the second environment or notifies the user of the timing to end the exposure based on physiological information of the user.
第1の態様では、第1の環境で蓄積された第1の温度負荷を除去するための第2の環境の制御、又は当該第2の環境への利用者のばく露を終了させるタイミングの通知を、利用者の生理情報に基づいて行う。このため、第2の環境の温度や利用時間等を利用者に応じて設定できる。従って、第2の環境を利用者が適切に利用することができる。 In the first aspect, the second environment is controlled to remove the first temperature load accumulated in the first environment, or the user's exposure to the second environment is terminated based on physiological information of the user. Therefore, the temperature and usage time of the second environment can be set according to the user. This allows the user to use the second environment appropriately.
本開示の第2の態様は、第1の態様において、前記制御部(10)は、前記利用者における前記第1の温度負荷に対抗する第1の神経系及び前記第1の神経系に支配される部位と逆の作用をする第2の神経系及び前記第2の神経系に支配される部位の活動の亢進に合わせて、前記第2の環境を制御するか、又は前記タイミングを通知する。尚、本開示において、神経系に支配される部位とは、例えば、環境温度によって変動する血管などの体温調節に関わる部位などを意味する。 In a second aspect of the present disclosure, in the first aspect, the control unit (10) controls the second environment or notifies the user of the timing in accordance with increased activity of a second nervous system and a part controlled by the second nervous system that acts in the opposite manner to a first nervous system and a part controlled by the first nervous system that counteracts the first temperature load in the user. In this disclosure, a part controlled by a nervous system means, for example, a part involved in thermoregulation such as blood vessels that fluctuates depending on the environmental temperature.
第2の態様では、例えば暑熱環境で暑熱負荷が蓄積された利用者において放熱促進系(発汗など)を支配する神経系や該当部位と逆の作用をする神経系(放熱抑制系(血管収縮など)を支配する神経系)や該当部位の活動の亢進に合わせて、第2の環境の制御等を行う。このため、利用者がより一層適切に第2の環境を利用することが可能となる。 In the second aspect, for example, in a user who has accumulated heat load in a hot environment, the second environment is controlled in accordance with the nervous system that controls the heat dissipation promotion system (such as sweating) and the nervous system that has the opposite effect to the relevant area (the nervous system that controls the heat dissipation inhibition system (such as vasoconstriction)) and the increased activity of the relevant area. This allows the user to use the second environment more appropriately.
本開示の第3の態様は、第2の態様において、前記制御部(10)は、前記第1の温度負荷の蓄積量と、前記第1の温度負荷と逆の第2の温度負荷によって前記第2の神経系を活動させるのに必要な当該第2の温度負荷の蓄積量とに基づいて、前記第2の環境の温度、又は前記タイミングを設定する。 A third aspect of the present disclosure is the second aspect, in which the control unit (10) sets the temperature of the second environment or the timing based on the accumulated amount of the first temperature load and the accumulated amount of the second temperature load that is opposite to the first temperature load and is required to activate the second nervous system by the second temperature load.
第3の態様では、例えば、暑熱環境で利用者に蓄積された暑熱負荷の蓄積量と、利用者の放熱抑制系(血管収縮など)を支配する神経系を活動させるのに必要な寒冷負荷の蓄積量とを求めて、これらの負荷蓄積量から、利用者にとって適切な第2の環境の温度や利用時間を設定することができる。 In the third aspect, for example, the amount of heat load accumulated in a user in a hot environment and the amount of cold load required to activate the nervous system that controls the user's heat dissipation inhibition system (such as vasoconstriction) can be calculated, and the temperature and usage time of the second environment appropriate for the user can be set based on these accumulated load amounts.
本開示の第4の態様は、第1乃至第3のいずれか1つの態様において、前記生理情報を検知するセンサー(11)をさらに備える。 A fourth aspect of the present disclosure is any one of the first to third aspects, further comprising a sensor (11) that detects the physiological information.
第4の態様では、センサー(11)により検知された利用者の生理情報を用いて、第2の環境の制御等を行うことができる。 In the fourth aspect, the second environment can be controlled, etc., using physiological information of the user detected by the sensor (11).
本開示の第5の態様は、第4の態様において、前記センサー(11)は、前記利用者が着用するブレスレット型センサー、及び複数の位置の体温を計測するセンサーである。 The fifth aspect of the present disclosure is the fourth aspect, in which the sensor (11) is a bracelet-type sensor worn by the user and a sensor that measures body temperature at multiple positions.
第5の態様では、利用者の生理情報、例えば発汗量や心拍数等を容易に検知することができる。 In the fifth aspect, the user's physiological information, such as the amount of sweat and heart rate, can be easily detected.
本開示の第6の態様は、第1乃至第5のいずれか1つの態様において、前記生理情報は、代謝量、皮膚温度、深部温度、発汗量、血管径、血流量、心拍数、心拍ゆらぎ、呼吸数、筋肉のふるえ、及び褐色脂肪細胞の活性度の少なくとも1つである。 A sixth aspect of the present disclosure is any one of the first to fifth aspects, in which the physiological information is at least one of metabolic rate, skin temperature, deep temperature, sweat rate, blood vessel diameter, blood flow rate, heart rate, heart rate fluctuation, respiratory rate, muscle tremor, and brown fat cell activity.
第6の態様では、利用者に蓄積された温度負荷と関連する生理情報を用いることができる。 In the sixth aspect, physiological information related to the temperature load accumulated on the user can be used.
本開示の第7の態様は、第1乃至第6のいずれか1つの態様において、前記第2の環境の制御対象は、温度、湿度、輻射温度、及び気流の少なくとも1つである。 A seventh aspect of the present disclosure is any one of the first to sixth aspects, in which the controlled object of the second environment is at least one of temperature, humidity, radiant temperature, and airflow.
第7の態様では、第2の環境の制御によって、利用者から温度負荷を除去することができる。 In the seventh aspect, the temperature load can be removed from the user by controlling the second environment.
本開示の第8の態様は、第1の環境で蓄積された第1の温度負荷を除去するための第2の環境に利用者をばく露させるときに用いる温度負荷管理方法であって、前記利用者の生理情報に基づいて、前記第2の環境を制御するか、又は前記ばく露を終了させるタイミングを通知する。 The eighth aspect of the present disclosure is a temperature load management method used when exposing a user to a second environment to remove a first temperature load accumulated in a first environment, and controls the second environment or notifies the user of the timing to end the exposure based on physiological information of the user.
第8の態様では、第1の環境で蓄積された第1の温度負荷を除去するための第2の環境の制御、又は当該第2の環境への利用者のばく露を終了させるタイミングの通知を、利用者の生理情報に基づいて行う。従って、第2の環境の温度や利用時間等を利用者に応じて設定できるので、第2の環境を利用者が適切に利用することができる。 In the eighth aspect, the second environment is controlled to remove the first temperature load accumulated in the first environment, or the user's exposure to the second environment is terminated based on physiological information of the user. Therefore, the temperature and usage time of the second environment can be set according to the user, allowing the user to use the second environment appropriately.
本開示の第9の態様は、第8の態様の温度負荷管理方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。 A ninth aspect of the present disclosure is a computer program for causing a computer to execute the temperature load management method of the eighth aspect.
第9の態様では、第8の態様と同様の効果を得ることができる。 In the ninth aspect, the same effect as in the eighth aspect can be obtained.
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the following embodiments are essentially preferred examples and are not intended to limit the scope of the present invention, its applications, or its uses.
〈温度負荷に関する人体メカニズムモデル〉
暑熱環境にばく露された人が、短時間でも常温以下の低温環境で熱負荷を取ると、心身への悪影響が抜けて集中力を回復できることが知られている。すなわち、体内の熱ストレスを早急に軽減することによって、心身のストレスが持続しにくくなり、リフレッシュしやすくなる。
<Human body mechanism model for temperature load>
It is known that if a person exposed to a hot environment is relieved of the heat stress by being placed in a low-temperature environment below room temperature even for a short time, the adverse effects on the mind and body can be relieved and concentration can be restored. In other words, by quickly reducing the heat stress in the body, the mental and physical stress becomes less likely to persist and it becomes easier to feel refreshed.
従って、極端な温度環境にばく露されている最中、又は屋内に移動した際に、心身に負担を強いられた温度環境に対して、常温を挟んだ対極の温度環境、具体的には、暑熱環境による負荷であれば常温以下の温度環境、寒冷環境による負荷であれば常温以上の温度環境を一時的に提供する空調制御によって、温度負荷の影響を軽減することができる。 Therefore, when exposed to an extreme temperature environment or when moving indoors, the effects of temperature stress can be mitigated by temporarily providing a temperature environment on the opposite side of normal temperature, specifically, a temperature environment below normal temperature if the stress is due to a hot environment, or a temperature environment above normal temperature if the stress is due to a cold environment.
本願発明者らは、人に蓄積されている熱ストレスを入力とし、自律神経に関連する指標を正常な範囲に戻すために必要な環境温度を出力とする人体メカニズムモデルについて検討を行った。ここで、出力される環境温度は、蓄積されている熱ストレスがゼロ未満になるように、過剰に冷却して血管を収縮させる等の放熱抑制系の神経系が優位になる程度の冷ストレスを人に与えることが可能な温度として算出される。 The inventors of the present application have studied a human body mechanism model that takes the heat stress accumulated in a person as input and outputs the environmental temperature required to return indicators related to the autonomic nervous system to a normal range. Here, the environmental temperature that is output is calculated as a temperature that can provide a person with cold stress to the extent that the heat radiation inhibition nervous system becomes dominant, such as by excessively cooling the person and constricting blood vessels, so that the accumulated heat stress becomes less than zero.
交感神経の働きには様々な種類のものがあるが、一例として、図1に示すような、暑熱負荷(暑熱刺激)を人が受けたときの放熱促進系の働きと、寒冷負荷(寒冷刺激)を受けたときの放熱抑制系の働きに着目した人体メカニズムモデルを以下のように考えた。人が暑熱環境に居続けることによって、放熱促進系(発汗、血管拡張、心拍数増大、血流量増大など)ばかりが機能していると、放熱促進系を支配する神経系、及びその支配を受ける末梢の体温調節に関わる組織のエネルギー等が不足することで疲弊してしまい、暑熱環境においても例えば発汗しにくい状況に陥る。そこで、一時的に人を過剰に冷却して放熱促進系の働きを抑制させ、放熱抑制系(血管収縮、筋肉のふるえ、褐色脂肪細胞の活性化など)が働くようにする。これにより、放熱促進系を支配する神経系、及びその支配を受ける末梢の体温調節に関わる組織のエネルギー等が補給され、体温調節機能が正常な状態に戻ると考えられる。一方、人が寒冷環境に居続けることによって、放熱抑制系を支配する神経系、及びその支配を受ける末梢の体温調節に関わる組織のエネルギー等が不足した場合には、一時的に人を過剰に温めて放熱抑制系の働きを抑制させ、放熱促進系が働くようにすれば、放熱抑制系の交感神経、及びその支配を受ける末梢の体温調節に関わる組織の疲労を回復させることができると考えられる。 There are various types of sympathetic nervous activity, but as an example, we have devised the following human body mechanism model, focusing on the activity of the heat dissipation promotion system when a person is subjected to a heat load (heat stimulus) and the activity of the heat dissipation inhibition system when a person is subjected to a cold load (cold stimulus), as shown in Figure 1. If a person continues to stay in a hot environment and only the heat dissipation promotion system (sweating, vasodilation, increased heart rate, increased blood flow, etc.) is functioning, the nervous system that controls the heat dissipation promotion system and the tissues involved in peripheral thermoregulation controlled by it will be exhausted due to a lack of energy, etc., and it will be difficult to sweat, for example, even in a hot environment. Therefore, the person is temporarily cooled excessively to suppress the activity of the heat dissipation promotion system and to activate the heat dissipation inhibition system (vasoconstriction, muscle tremors, activation of brown fat cells, etc.). This is thought to replenish energy, etc., to the nervous system that controls the heat dissipation promotion system and the tissues involved in peripheral thermoregulation controlled by it, and the thermoregulation function will return to normal. On the other hand, if a person continues to live in a cold environment and there is a shortage of energy in the nervous system that controls the heat dissipation inhibitory system and in the tissues involved in peripheral thermoregulation that are controlled by it, it is thought that if the person is temporarily overheated to suppress the activity of the heat dissipation inhibitory system and activate the heat dissipation promotion system, it will be possible to recover fatigue in the sympathetic nervous system of the heat dissipation inhibitory system and in the tissues involved in peripheral thermoregulation that are controlled by it.
本願発明者らは、以上の仮説から、暑熱環境や寒冷環境で蓄積された温度負荷を除去するための環境(以下、回復環境ということもある)に人をばく露させるときに、例えば発汗量、血管径等の生理情報に基づいて、回復環境を制御したり、回復環境への人のばく露を終了させるタイミング(回復環境の利用時間)を通知するという発明に想到した。当該発明においては、例えば、人の生理情報を用いて、暑熱環境や寒冷環境で蓄積された温度負荷に対抗する第1の神経系及び当該第1の神経系に支配される部位と逆の作用をする第2の神経系及び当該第2の神経系に支配される部位の活動の亢進に合わせて、回復環境の制御等を行ってもよい。また、環境情報から人の生理状態を推定して、当該第2の神経系に支配される部位の活動の亢進に合わせて、回復環境の制御等を行ってもよい。この場合、以下に詳述するように、人の生理情報、着衣量[clo]、運動量[met]に加えて環境情報(室内温度[℃]、相対湿度[%]、壁面温度[℃]、風速[m/s]、、外気温度[℃]、外気湿度[%]など)を用いて人体エクセルギー蓄積を算出し、その算出結果を用いて回復環境の温度や利用時間を設定してもよい。尚、人体エクセルギー蓄積とは、人体エクセルギー収支に関する次の式に含まれる。 Based on the above hypothesis, the inventors of the present application have come up with an invention in which, when a person is exposed to an environment for removing the temperature load accumulated in a hot or cold environment (hereinafter, sometimes referred to as a recovery environment), the recovery environment is controlled based on physiological information such as the amount of sweating and blood vessel diameter, and the timing to end the person's exposure to the recovery environment (the usage time of the recovery environment) is notified. In this invention, for example, the recovery environment may be controlled, etc., using the physiological information of the person in accordance with the enhancement of the activity of the second nervous system and the part controlled by the second nervous system, which acts in the opposite manner to the first nervous system and the part controlled by the first nervous system, which counteract the temperature load accumulated in a hot or cold environment. In addition, the physiological state of the person may be estimated from the environmental information, and the recovery environment may be controlled, etc., in accordance with the enhancement of the activity of the part controlled by the second nervous system. In this case, as described in detail below, human body exergy accumulation may be calculated using environmental information (room temperature [℃], relative humidity [%], wall temperature [℃], wind speed [m/s], outdoor temperature [℃], outdoor humidity [%], etc.) in addition to physiological information, amount of clothing [clo] , and amount of exercise [met], and the temperature and usage time of the recovery environment may be set using the calculation result. Note that human body exergy accumulation is included in the following equation regarding human body exergy balance.
[人体エクセルギー入力]-[人体エクセルギー消費]=[人体エクセルギー蓄積]+[人体エクセルギー出力]
上記の式において、人体エクセルギー入力、人体エクセルギー消費、人体エクセルギー蓄積、及び人体エクセルギー出力は、それぞれ、人体の体表面1m2 当たりについて求めたエクセルギーの発生、消費、蓄積、及び放出の速さを表すパラメータである。各パラメータの単位は、W/m2 である。
[Human body exergy input] - [Human body exergy consumption] = [Human body exergy accumulation] + [Human body exergy output]
In the above formula, human body exergy input, human body exergy consumption, human body exergy storage, and human body exergy output are parameters that respectively represent the rates of exergy generation, consumption, storage, and release calculated per 1 m2 of the human body surface. The unit of each parameter is W/ m2 .
人体エクセルギー入力とは、主として、体内で発生するエクセルギー、及び、体外から体内に取り込まれるエクセルギーであり、代謝によって発生する熱、吸気、着衣が吸収する放射熱に起因する。 Human body exergy input is primarily the exergy generated within the body and the exergy taken into the body from the outside, and is derived from heat generated by metabolism, inhaled air, and radiant heat absorbed by clothing.
人体エクセルギー消費とは、体内で消費されるエクセルギーであり、人体内部の温度差による熱拡散、人体と着衣との間の温度差による熱拡散、及び、人体と着衣との間の水蒸気圧力差による汗と空気との相互拡散に起因する。 Human body exergy consumption is the exergy consumed within the body, and is due to thermal diffusion caused by temperature differences inside the body, thermal diffusion caused by temperature differences between the body and clothing, and mutual diffusion between sweat and air caused by water vapor pressure differences between the body and clothing.
人体エクセルギー蓄積とは、周囲の環境に応じて体内に蓄積されるエクセルギーであり、暑熱環境では人体エクセルギー蓄積は増加する傾向にあり、寒冷環境では人体エクセルギー蓄積は減少する傾向にある。 Human body exergy accumulation is the exergy that accumulates in the body depending on the surrounding environment, and in hot environments human body exergy accumulation tends to increase, while in cold environments human body exergy accumulation tends to decrease.
人体エクセルギー出力とは、体内から体外に放出されるエクセルギーであり、主として、呼気、汗の蒸発後に発生する湿り空気の拡散、着衣が放出する放射熱に起因する。 Human body exergy output is the exergy released from inside the body to the outside, and is mainly due to exhalation, the diffusion of moist air generated after sweat evaporation, and radiant heat emitted by clothing.
尚、人体エクセルギー収支に関する参考文献としては、例えば「エクセルギーと環境の理論-流れ・循環のデザインとは何か[改訂版](宿谷昌則編著)」が挙げられる。 As a reference for the exergy balance of the human body, for example, "Theory of Exergy and the Environment - What is the Design of Flow and Circulation? [Revised Edition] (edited by Shukutani Masanori)" can be given.
<人体エクセルギー蓄積を用いたモデル化>
温度負荷とは、人の体温の維持を妨げる温冷刺激によって体温調節機能が働く熱ストレスを意味し、人に蓄積されている熱そのものとは区別される。例えば、温度30℃のときに発汗によって放熱して体温を保っている場合、それ以上の熱は蓄積されないが、熱ストレスはゼロではなく発汗などにより身体に負荷が生じている。そのため、放熱促進系を支配する神経系、及びその支配を受ける末梢の体温調節に関わる組織ではエネルギーが消費され続け、次第に疲弊していく。これを回復できる状態にするためには、これら放熱促進系の働きを抑制させることが必要だが、中立温度(体温調節が不要な温度)では放熱抑制系と拮抗状態にあり、放熱促進系と放熱抑制系の両方が活動していると考えられることから、放熱促進系の働きを抑制させるには、拮抗する放熱抑制系が優位になる必要がある。以上の前提において、例えば暑熱環境に対抗する回復環境の温度や利用時間は次のように算出される。
<Modeling using human body exergy accumulation>
Temperature load means heat stress that activates the thermoregulation function due to hot and cold stimuli that prevent the maintenance of a person's body temperature, and is distinguished from the heat itself that accumulates in the person. For example, when the temperature is 30°C and the body temperature is maintained by dissipating heat through sweating, no more heat is accumulated, but heat stress is not zero and sweating etc. cause stress on the body. Therefore, the nervous system that controls the heat dissipation promotion system and the tissues involved in peripheral thermoregulation controlled by it continue to consume energy and gradually become exhausted. In order to restore this state, it is necessary to suppress the function of these heat dissipation promotion systems, but at neutral temperatures (temperatures where thermoregulation is not necessary), they are in an antagonistic state with the heat dissipation inhibition system, and it is thought that both the heat dissipation promotion system and the heat dissipation inhibition system are active, so in order to suppress the function of the heat dissipation promotion system, the antagonistic heat dissipation inhibition system needs to be dominant. Based on the above assumptions, for example, the temperature and usage time of the recovery environment that counters the hot environment are calculated as follows.
まず、環境から対象者が受けた熱ストレス(第1の温度負荷)を次のように算出する。環境情報を入力として、単位時間当たりの深部の人体エクセルギー蓄積は、その環境へのばく露時間tの関数として計算できることが、例えば前述の参考文献により知られている。この知見に基づいて得られたシミュレーション結果を基に、本開示では、利用者がばく露される温度TEごとの滞在時間tに対する深部の人体エクセルギー総蓄積量ST(t)の変化を以下のように近似式として求める。 First, the heat stress (first temperature load) received by the subject from the environment is calculated as follows. It is known, for example from the aforementioned reference, that the deep human body exergy accumulation per unit time can be calculated as a function of the exposure time t to the environment using environmental information as input. Based on the simulation results obtained based on this knowledge, in this disclosure, the change in the deep human body exergy accumulation total ST(t) relative to the residence time t for each temperature TE to which the user is exposed is calculated as an approximate formula as follows:
例えば前述の参考文献に示されたモデル式を用いると、温度26℃の環境で熱的に平衡状態である対象者が温度36℃の暑熱環境に移動した場合、暑熱環境へのばく露時間Thを用いて、単位時間当たりの深部の人体エクセルギー蓄積ΔST(Th)は、図2のように変化することが示される(図2において、縦軸の単位はW/m2 で、横軸の単位は分)。また、深部の人体エクセルギーの総蓄積量STは、図3のように示される(図3において、縦軸の単位はJ/m2 で、横軸の単位は分)。 For example, using the model formula shown in the above-mentioned reference, when a subject who is in thermal equilibrium in an environment with a temperature of 26°C moves to a hot environment with a temperature of 36°C, the deep human body exergy accumulation per unit time ΔST(Th) is shown to change as shown in Figure 2 (in Figure 2, the vertical axis is in W/ m2 and the horizontal axis is in minutes) using the exposure time Th to the hot environment. Also, the total deep human body exergy accumulation ST is shown as shown in Figure 3 (in Figure 3, the vertical axis is in J/ m2 and the horizontal axis is in minutes).
図3のシミュレーション結果を、暑熱環境へのばく露時間Thのシグモイド関数で近似すると、次式(1)で表される。 The simulation results in Figure 3 are approximated by a sigmoid function of the exposure time Th to a hot environment, and are expressed by the following equation (1).
式(1)において、eは、自然対数の底となるネイピア数である。また、Thは0以上である。 In formula (1), e is Napier's constant, which is the base of the natural logarithm. Th is 0 or greater.
同様に、温度26℃の環境で熱的に平衡状態である対象者が温度36℃の暑熱環境に移動し、さらに暑熱環境に20分間ばく露された後に21℃の回復環境に移動した場合、深部の人体エクセルギー蓄積の総蓄積量STは、図4のように変化する。図4のシミュレーション結果のうち、時刻0:20(20分)以降に該当するSTを、回復環境へのばく露時間Tcのシグモイド関数で近似すると、次式(2)で表される。 Similarly, if a subject who is in thermal equilibrium in an environment with a temperature of 26°C is moved to a hot environment with a temperature of 36°C, and then is exposed to the hot environment for 20 minutes before being moved to a recovery environment with a temperature of 21°C, the total amount of deep human body exergy accumulation ST will change as shown in Figure 4. Among the simulation results in Figure 4, ST corresponding to the time from 0:20 (20 minutes) onwards can be approximated by a sigmoid function of the exposure time Tc to the recovery environment, and is expressed by the following equation (2).
式(2)において、eは、自然対数の底となるネイピア数である。また、Tcは0以上である。 In formula (2), e is Napier's constant, which is the base of the natural logarithm. Also, Tc is 0 or greater.
ここで、ST(=ST(Th)+ST(Tc))<0を満たすようなTcとすることで、暑熱環境における第1の温度負荷の蓄積量を、回復環境における第2の温度負荷の蓄積量によって解消することができるだけではなく、中立温度での平衡状態よりも冷却されることで、放熱促進系が抑制されて放熱抑制系が優位になり、放熱促進系が回復しやすい状態となる。 Here, by setting Tc so that ST (= ST(Th) + ST(Tc)) < 0 is satisfied, not only can the accumulated amount of the first temperature load in the hot environment be eliminated by the accumulated amount of the second temperature load in the recovery environment, but by cooling it below the equilibrium state at the neutral temperature, the heat dissipation promotion system is suppressed and the heat dissipation suppression system becomes dominant, resulting in a state in which the heat dissipation promotion system is more likely to recover.
例えば図4に示す場合、式(2)を用いて、ST<0を満たす最小のTc(回復環境の利用時間)は11.6分と算出される。 For example, in the case shown in Figure 4, using formula (2), the minimum Tc (usage time of the recovery environment) that satisfies ST < 0 is calculated to be 11.6 minutes.
このように、様々な温度、及びばく露時間に関する前述のような近似式を予め設定、記憶しておき、こられの近似式を用いて回復環境の利用時間を算出してもよい。尚、以上の説明では、第1の温度負荷に対して、回復環境の温度を選択することで、必要な利用時間を決めたが、他の近似モデルを用いることにより、より詳細で連続的な設定温度や利用時間を算出してもよい。 In this way, the aforementioned approximate formulas for various temperatures and exposure times may be set and stored in advance, and the usage time of the recovery environment may be calculated using these approximate formulas. Note that in the above explanation, the required usage time was determined by selecting the temperature of the recovery environment for the first temperature load, but more detailed and continuous set temperatures and usage times may be calculated using other approximate models.
また、予め第1の温度負荷を与える温度及び時間に対して、回復環境での深部の人体エクセルギー蓄積の総蓄積量STを、予め回復環境の温度TEcを変えてシミュレーションしておくことで、適切なばく露時間(利用時間)を求めることができる。例えば、温度26℃の環境で熱的に平衡状態である対象者が温度36℃の暑熱環境に20分ばく露された場合において、回復環境での深部の人体エクセルギー蓄積の総蓄積量STを、予めTEcを変えてシミュレーションした結果を図5に示す(図5において、縦軸の単位はJ/m2 で、横軸の単位は分)。図5に示す結果から、TEcが22℃以下であれば、目標時間15分以内にST<0を満たすことが導き出せる。 In addition, the total accumulated amount ST of the deep human body exergy accumulation in the recovery environment is simulated in advance by changing the temperature TEc of the recovery environment for the temperature and time of applying the first temperature load, so that an appropriate exposure time (use time) can be obtained. For example, when a subject in a thermal equilibrium state in an environment at a temperature of 26°C is exposed to a hot environment at a temperature of 36°C for 20 minutes, the total accumulated amount ST of the deep human body exergy accumulation in the recovery environment is simulated in advance by changing the TEc (in FIG. 5, the unit of the vertical axis is J/ m2 and the unit of the horizontal axis is minutes). From the results shown in FIG. 5, it can be derived that if the TEc is 22°C or less, ST<0 can be satisfied within the target time of 15 minutes.
尚、式(1)、式(2)において人体エクセルギーの算出方法は、特に限定されるものではない。例えば、入力された環境条件に含まれるパラメータ(気温、相対湿度等)を所定の公式に代入することによって、エクセルギーを直接算出してもよい。或いは、所定のアルゴリズムを用いて、入力された環境条件からエクセルギーを算出してもよい。或いは、環境条件とエクセルギーとを関連付けるテーブル又はデータベース等を予め作成しておき、入力された環境条件に基づいてエクセルギーを算出してもよい。 The method of calculating human body exergy in formulas (1) and (2) is not particularly limited. For example, exergy may be calculated directly by substituting parameters (air temperature, relative humidity, etc.) included in the input environmental conditions into a specified formula. Alternatively, exergy may be calculated from the input environmental conditions using a specified algorithm. Alternatively, a table or database that associates environmental conditions with exergy may be created in advance, and exergy may be calculated based on the input environmental conditions.
また、以上の計算例では、暑熱環境に対抗する回復環境(低温環境)の温度や利用時間の算出方法について説明したが、寒冷環境に対抗する回復環境(高温環境)の温度や利用時間についても、同様に温度負荷の温度及びばく露時間について予めシミュレーションしてモデル式を構築することで算出可能である。 In addition, in the above calculation example, we have explained how to calculate the temperature and usage time of a recovery environment (low temperature environment) that counters a hot environment, but the temperature and usage time of a recovery environment (high temperature environment) that counters a cold environment can also be calculated by simulating the temperature and exposure time of the temperature load in advance and constructing a model formula.
〈温度負荷管理装置の構成〉
図6は、実施形態に係る温度負荷管理装置(20)を備える空調システム(100)のブロック構成図である。本実施形態の温度負荷管理装置(20)は、第1の環境(暑熱環境や寒冷環境など)で利用者に蓄積された温度負荷(第1の温度負荷)を軽減するための第2の環境(回復環境)に当該利用者をばく露させるときに用いられる。
<Configuration of Temperature Load Management Device>
6 is a block diagram of an air conditioning system (100) including a temperature load management device (20) according to an embodiment. The temperature load management device (20) of this embodiment is used when exposing a user to a second environment (recovery environment) for reducing a temperature load (first temperature load) accumulated on the user in a first environment (such as a hot environment or a cold environment).
図6に示すように、温度負荷管理装置(20)は、主に、制御部(10)を備える。制御部(10)は、利用者の生理情報に基づいて、後述する空調装置(30)を通じて回復環境を制御するか、又は回復環境への利用者のばく露を終了させるタイミング(利用時間)を通知する。 As shown in FIG. 6, the temperature load management device (20) mainly includes a control unit (10). The control unit (10) controls the recovery environment through an air conditioner (30) (described later) based on the physiological information of the user, or notifies the user of the timing to end the exposure of the user to the recovery environment (usage time).
生理情報は、特に限定されるものではないが、例えば、代謝量、皮膚温度、深部温度、発汗量、血管径、血流量、心拍数、心拍ゆらぎ、呼吸数、筋肉のふるえ、及び、褐色脂肪細胞の活性度の少なくとも1つであってもよい。 The physiological information is not particularly limited, but may be, for example, at least one of metabolic rate, skin temperature, deep temperature, sweat rate, blood vessel diameter, blood flow rate, heart rate, heart rate fluctuation, respiratory rate, muscle tremor, and brown fat cell activity.
回復環境の制御対象は、特に限定されるものではないが、例えば、温度、湿度、輻射温度、及び気流の少なくとも1つであってもよい。 The control objects of the recovery environment are not particularly limited, but may be, for example, at least one of temperature, humidity, radiant temperature, and airflow.
温度負荷管理装置(20)は、マイクロコンピュータ等のコンピュータを備えており、当該コンピュータがプログラムを実行することによって、制御部(10)の機能、つまり、本実施形態の温度負荷管理方法が実施される。コンピュータは、プログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わないが、例えば半導体集積回路(IC)又はLSI(large scale integration)を含む一つ又は複数の電子回路により構成されていてもよい。複数の電子回路は、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは一つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なROM、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。 The temperature load management device (20) includes a computer such as a microcomputer, and the computer executes a program to implement the functions of the control unit (10), that is, the temperature load management method of this embodiment. The computer includes a processor that operates according to the program as the main hardware configuration. The processor may be of any type as long as it can realize the function by executing the program, and may be composed of one or more electronic circuits including, for example, a semiconductor integrated circuit (IC) or an LSI (large scale integration). The multiple electronic circuits may be integrated into one chip or may be provided on multiple chips. The multiple chips may be integrated into one device or may be provided on multiple devices. The program is recorded on a non-transitory recording medium such as a computer-readable ROM, optical disk, or hard disk drive. The program may be stored in the recording medium in advance, or may be supplied to the recording medium via a wide area communication network including the Internet.
温度負荷管理装置(20)は、利用者の生理情報を検知するセンサー(11)をさらに備えてもよい。センサー(11)は、例えば、利用者が着用するブレスレット型センサー、及び複数の位置の体温を計測するセンサーであってもよい。温度負荷管理装置(20)がセンサー(11)を備えることに代えて、温度負荷管理装置(20)と別体に構成された検知装置により利用者の生理情報を検知し、検知した生理情報を温度負荷管理装置(20)に送信してもよい。 The temperature load management device (20) may further include a sensor (11) that detects physiological information of the user. The sensor (11) may be, for example, a bracelet-type sensor worn by the user and a sensor that measures body temperature at multiple positions. Instead of the temperature load management device (20) including the sensor (11), the temperature load management device (20) may detect physiological information of the user using a detection device configured separately from the temperature load management device (20) and transmit the detected physiological information to the temperature load management device (20).
温度負荷管理装置(20)は、利用者の生理情報などを記憶する記憶部をさらに備えてもよい。温度負荷管理装置(20)が記憶部を備える場合、当該記憶部しては、コンピュータが読み取り及び書き込みができる記録媒体、例えばRAM等を用いてもよい。 The temperature load management device (20) may further include a storage unit that stores physiological information of the user, etc. When the temperature load management device (20) includes a storage unit, the storage unit may be a recording medium that can be read and written by a computer, such as a RAM.
温度負荷管理装置(20)は、必要な情報を入力したり、回復環境の温度や利用時間などを出力するための入力部や表示部をさらに備えてもよい。温度負荷管理装置(20)が入力部を備える場合、当該入力部としては、例えばキーボード、マウス、タッチパッド等を用いてもよい。温度負荷管理装置(20)が表示部を備える場合、当該表示部としては、例えばCRTや液晶ディスプレイ等の画像表示可能なモニタを用いてもよい。 The temperature load management device (20) may further include an input section and a display section for inputting necessary information and outputting the temperature of the recovery environment, the usage time, etc. If the temperature load management device (20) includes an input section, the input section may be, for example, a keyboard, a mouse, a touchpad, etc. If the temperature load management device (20) includes a display section, the display section may be, for example, a monitor capable of displaying images, such as a CRT or a liquid crystal display.
温度負荷管理装置(20)は、暑熱環境や寒冷環境などの温度となる外気温度を計測する計測部をさらに備えてもよい。温度負荷管理装置(20)が計測部を備える場合、当該計測部は、利用者が携帯する温度センサーであってもよいし、或いは、複数箇所(部屋、公共機関、屋外等)に設置された温度センサーであってもよい。後者の場合、利用者の周囲温度は、複数箇所に設置された温度センサーにより計測された温度履歴データと、利用者の移動履歴データとに基づいて算出される。利用者の移動履歴データは、予め記憶させておいてもよいし、利用者が適宜又は当日のスケジュールに基づき設定入力してもよい。温度負荷管理装置(20)は、外気温度として、アメダス等ネットから入手した外気温度情報を使用してもよい。 The temperature load management device (20) may further include a measuring unit that measures the outside air temperature, which is the temperature in a hot environment or a cold environment. When the temperature load management device (20) includes a measuring unit, the measuring unit may be a temperature sensor carried by the user, or may be temperature sensors installed in multiple locations (rooms, public institutions, outdoors, etc.). In the latter case, the ambient temperature of the user is calculated based on temperature history data measured by temperature sensors installed in multiple locations and the movement history data of the user. The movement history data of the user may be stored in advance, or may be set and input by the user as appropriate or based on the schedule of the day. The temperature load management device (20) may use outside air temperature information obtained from the Internet, such as AMeDAS, as the outside air temperature.
温度負荷管理装置(20)の実装形式は特に制限されないが、例えば、後述する空調装置(エアコン)(30)のリモコンに実装してもよい。この場合、リモコンに搭載されたマイクロコンピュータ、メモリ、タッチパネル等を利用して、温度負荷管理装置(20)を構成してもよい。 The temperature load management device (20) may be implemented in any manner, including, for example, a remote control for an air conditioner (30) described below. In this case, the temperature load management device (20) may be configured using a microcomputer, memory, touch panel, etc., mounted on the remote control.
温度負荷管理装置(20)において、制御部(10)は、利用者における第1の温度負荷に対抗する第1の神経系及び当該第1の神経系に支配される部位と逆の作用をする第2の神経系及び当該第2の神経系に支配される部位の活動の亢進に合わせて、回復環境を制御するか、又は回復環境の利用時間を通知してもよい。例えば、暑熱負荷に対抗する放熱促進系(発汗、血管拡張、心拍数増大、血流量増大など)を支配する第1の神経系と逆の作用をする第2の神経系(放熱抑制系(血管収縮、筋肉のふるえ、褐色脂肪細胞の活性化など)を支配する神経系)の活動の亢進に合わせて、回復環境の制御等を行ってもよい。 In the temperature load management device (20), the control unit (10) may control the recovery environment or notify the user of the usage time of the recovery environment in accordance with the increased activity of the second nervous system and the parts controlled by the second nervous system that act in the opposite manner to the first nervous system and the parts controlled by the first nervous system that counteract the first temperature load in the user. For example, the control of the recovery environment may be performed in accordance with the increased activity of the second nervous system (nervous system that controls the heat dissipation inhibition system (vasoconstriction, muscle tremors, activation of brown fat cells, etc.)) that acts in the opposite manner to the first nervous system that controls the heat dissipation promotion system (sweating, vasodilation, increased heart rate, increased blood flow, etc.) that counteracts heat load.
また、温度負荷管理装置(20)において、制御部(10)は、第1の温度負荷の蓄積量と、第1の温度負荷と逆の第2の温度負荷によって第2の神経系を活動させるのに必要な当該第2の温度負荷の蓄積量とに基づいて、回復環境の温度や利用時間を設定してもよい。この場合、式(1)、(2)に示すような人体に蓄積されるエクセルギーを用いたモデル式に基づき、回復環境の温度や利用時間を算出してもよい。 In the temperature load management device (20), the control unit (10) may set the temperature and usage time of the recovery environment based on the accumulated amount of the first temperature load and the accumulated amount of the second temperature load that is opposite to the first temperature load and is required to activate the second nervous system. In this case, the temperature and usage time of the recovery environment may be calculated based on a model equation using the exergy accumulated in the human body as shown in equations (1) and (2).
〈空調システムの構成〉
図6に示すように、温度負荷管理装置(20)と空調装置(30)とから空調システム(100)を構成してもよい。空調装置(30)は、温度負荷管理装置(20)の制御部(10)で設定された回復環境の温度や利用時間などに基づいて、回復環境の空調を行う。
<Air conditioning system configuration>
As shown in Fig. 6, an air conditioning system (100) may be configured from a temperature load management device (20) and an air conditioner (30). The air conditioner (30) conditions the recovery environment based on the temperature and usage time of the recovery environment set by a control unit (10) of the temperature load management device (20).
空調システム(100)において、温度負荷管理装置(20)による空調制御は、主に、暑熱環境や寒冷環境から強い温度負荷を受ける気温(夏季であれば外気温が例えば31℃以上、冬季であれば外気温が例えば10℃以下)の場合に実施してもよい。一方、外気温が20℃~30℃程度の範囲では常温(夏季:25℃~28℃)を中心に緩やかな温度勾配での空調制御を行ってもよい。また、外気温が10℃~20℃程度の範囲では常温(冬季:18℃~22℃)を中心に緩やかな温度勾配での空調制御を行ってもよい。 In the air conditioning system (100), air conditioning control by the temperature load management device (20) may be performed mainly when the temperature is subject to a strong temperature load from a hot or cold environment (for example, when the outside air temperature is 31°C or higher in summer and 10°C or lower in winter). On the other hand, when the outside air temperature is in the range of about 20°C to 30°C, air conditioning control may be performed with a gentle temperature gradient centered on normal temperature (summer: 25°C to 28°C). Also, when the outside air temperature is in the range of about 10°C to 20°C, air conditioning control may be performed with a gentle temperature gradient centered on normal temperature (winter: 18°C to 22°C).
空調システム(100)は、制御部(10)で設定された回復環境の温度や利用時間などを利用者が変更可能に構成された調整部(40)をさらに備えてもよい。言い換えると、回復環境の温度や利用時間などを利用者が空調装置(30)のリモコン等を通じて手動で特定の値に変更できるようにしてもよい。 The air conditioning system (100) may further include an adjustment unit (40) configured to allow a user to change the temperature, usage time, etc. of the recovery environment set by the control unit (10). In other words, the user may be able to manually change the temperature, usage time, etc. of the recovery environment to specific values via a remote control or the like of the air conditioning device (30).
空調システム(100)は、利用者の負荷の原因となる極端な環境温度(外気温)等の計測装置(センサー)をさらに備えていてもよい。例えば、センサーによって外気温及び室温(利用者周辺温度)を測定し、当該測定情報を用いて制御部(10)が回復環境の温度や利用時間などを設定し、当該設定値に基づき空調装置(30)が冷風や温風を回復環境に提供してもよい。 The air conditioning system (100) may further include a measuring device (sensor) for measuring extreme environmental temperatures (outdoor air temperature) that may cause a load on the user. For example, the outdoor air temperature and room temperature (temperature around the user) may be measured by the sensor, and the control unit (10) may use the measurement information to set the temperature and usage time of the recovery environment, and the air conditioning device (30) may provide cool air or warm air to the recovery environment based on the set values.
空調システム(100)は、例えばレストルームのように、室内全体の温度を制御する密閉型の室内空調システムとして構成されてもよい。このようなレストルーム(休憩室)によって、猛暑日(厳寒日)に屋外から来た人が温度負荷を軽減することが可能となる。 The air conditioning system (100) may be configured as a closed indoor air conditioning system that controls the temperature of the entire room, for example, in a restroom. Such a restroom (resting room) allows people coming from outdoors to reduce the temperature load on extremely hot (or extremely cold) days.
空調システム(100)は、例えばエントランスの壁から局所的に冷風や温風を提供するような、屋内の局所的な空間の温度を制御する開放型の空調システムとして構成されてもよい。 The air conditioning system (100) may be configured as an open-type air conditioning system that controls the temperature of a local space indoors, for example by providing localized cool or warm air from an entrance wall.
空調システム(100)は、屋外で利用でき且つ移動・仮設が可能に構成されてもよい。この場合、空調システム(100)は、例えば仮設レストルームのように、密閉型の空調室として構成されてもよいし、或いは、仮設冷風機又は仮設温風機のように、局所的に冷却又は暖房が可能な開放型の空調システムとして構成されてもよい。 The air conditioning system (100) may be configured so that it can be used outdoors and can be moved or temporarily installed. In this case, the air conditioning system (100) may be configured as a closed air-conditioned room, such as a temporary restroom, or as an open air conditioning system capable of localized cooling or heating, such as a temporary air cooler or a temporary air heater.
空調システム(100)が屋内外で開放型の空調システムとして構成される場合、利用場所の空気の状態と大きく異なる空気を利用者に提供することが必要になる。この場合、利用者の周囲環境のみを回復環境として空調制御すれば良い。従って、局所的な空調効果を向上させるために、利用場所の上方に設けた送風口から利用者の頭上に向けて垂直下方に送風を行うか、或いは、利用場所の側方に設けた送風口から利用者の正面に向けて水平方向に送風を行ってもよい。 When the air conditioning system (100) is configured as an open-type air conditioning system indoors and outdoors, it is necessary to provide users with air that is significantly different from the air condition at the place of use. In this case, it is sufficient to control the air conditioning of only the environment surrounding the user as a recovery environment. Therefore, in order to improve the local air conditioning effect, air can be blown vertically downward from an air outlet provided above the place of use toward the user's head, or air can be blown horizontally from an air outlet provided on the side of the place of use toward the front of the user.
また、開放型の空調システム(100)では、外気温と大きく乖離した温度の空気を提供する必要がある。このため、開放型の空調システム(100)を常時稼働すると、コストが増大するので、利用者が空調装置(30)の送風口に近づいたことを対物センサー等が感知したら、空調システム(100)が自動的に稼働するようにしてもよい。この場合、空調システム(100)の非稼働時には、空調装置(30)内で一定量の冷風や温風を循環させておくことによって、温度制御にかかるコストを低減しながら、稼働時には即時に冷風や温風を提供できるようにしてもよい。 In addition, an open-type air conditioning system (100) needs to provide air at a temperature that is significantly different from the outside air temperature. For this reason, constant operation of the open-type air conditioning system (100) increases costs, so the air conditioning system (100) may be configured to automatically operate when an objective sensor or the like detects that a user has approached the air outlet of the air conditioner (30). In this case, by circulating a certain amount of cold air or hot air within the air conditioner (30) when the air conditioning system (100) is not operating, it is possible to reduce the cost of temperature control while providing cold air or hot air instantly when the system is operating.
また、空調システム(100)による空調制御の目標温度(回復環境の温度)は、負荷温度(例えば外気温)との温度差が大きい一方、回復環境の利用時間は、例えば5分~15分程度と限定的である。このため、コスト削減のために必要最低限の短時間での温度調整が有効である。これを実現するために、例えば、ネットワークを通じて空調システム(100)を遠隔操作できる機能を持たせてもよい。具体的には、遠隔操作で設定された利用者の入室予定時刻に合わせて、短時間で急速に室内等の回復環境を目標温度に調整してもよい。 In addition, the target temperature (temperature of the recovery environment) of the air conditioning control by the air conditioning system (100) has a large temperature difference from the load temperature (e.g., outside temperature), while the usage time of the recovery environment is limited, for example, to about 5 to 15 minutes. For this reason, it is effective to adjust the temperature in the shortest possible time to reduce costs. To achieve this, for example, the air conditioning system (100) may be provided with a function to remotely control the system via a network. Specifically, the recovery environment, such as an indoor environment, may be rapidly adjusted to the target temperature in a short time in accordance with the user's scheduled entry time, which is set by remote control.
また、空調システム(100)は、利用者が室内等の回復環境に入ったことを感知する対物センサー等の感知部(50)をさらに備えてもよい。この場合、利用者が回復環境に入ったことを感知部(50)が感知したときだけ、空調システム(100)は、温度負荷管理装置(20)による空調制御を行ってもよい。また、空調装置(30)は、利用者が回復環境に入ったことを感知部(50)が感知してから、温度負荷管理装置(20)で設定された利用時間が経過した時点で、温度負荷管理装置(20)による空調を終了してもよい。例えば、前述の遠隔操作で設定された入室予定時刻近辺での人の入室を対物センサー等で感知してから、温度負荷管理装置(20)で設定された利用時間(例えば10分~15分)が過ぎたら、回復環境の温度を自動的に適温(例えば26℃~28℃近辺)に戻してもよい。 The air conditioning system (100) may further include a sensing unit (50) such as an objective sensor that senses that the user has entered a recovery environment such as a room. In this case, the air conditioning system (100) may control the air conditioning using the temperature load management device (20) only when the sensing unit (50) senses that the user has entered the recovery environment. The air conditioning device (30) may end the air conditioning using the temperature load management device (20) when the usage time set in the temperature load management device (20) has elapsed after the sensing unit (50) senses that the user has entered the recovery environment. For example, the temperature of the recovery environment may be automatically returned to an appropriate temperature (e.g., around 26°C to 28°C) after the usage time set in the temperature load management device (20) (e.g., 10 to 15 minutes) has elapsed after the objective sensor senses the entry of a person into the room near the scheduled entry time set by the above-mentioned remote control.
-実施形態の効果-
本実施形態の温度負荷管理装置(20)は、第1の環境(暑熱環境や寒冷環境など)で蓄積された第1の温度負荷を除去するための第2の環境(つまり回復環境)に利用者をばく露させるときに用いられる。温度負荷管理装置(20)は、主に制御部(10)を備える。制御部(10)は、利用者の生理情報に基づいて、回復環境を制御するか、又は回復環境への利用者のばく露を終了させるタイミング(つまり利用時間)を通知する。
--Effects of the embodiment--
The temperature load management device (20) of this embodiment is used when exposing a user to a second environment (i.e., a recovery environment) for removing a first temperature load accumulated in a first environment (such as a hot environment or a cold environment). The temperature load management device (20) mainly includes a control unit (10). The control unit (10) controls the recovery environment or notifies the user of the timing to end the user's exposure to the recovery environment (i.e., the usage time) based on physiological information of the user.
本実施形態の温度負荷管理装置(20)によると、第1の環境で蓄積された第1の温度負荷を除去するための回復環境の制御、又は当該回復環境の利用時間の通知を、利用者の生理情報に基づいて行う。このため、回復環境の温度や利用時間などを利用者に応じて設定できる。例えば、熱ストレス等の現状の温度負荷を利用者から除去し且つ利用者の自律神経系を正常な状態に戻すように、回復環境の温度設定を行うことができる。従って、第2の環境を利用者が適切に利用することができる。これにより、利用者の自律神経系を正常な状態に回復させて、例えば熱中症などの熱ストレスに起因する病気を予防することができる。 According to the temperature load management device (20) of this embodiment, the recovery environment is controlled to remove the first temperature load accumulated in the first environment, or the user is notified of the usage time of the recovery environment, based on physiological information of the user. Therefore, the temperature and usage time of the recovery environment can be set according to the user. For example, the temperature of the recovery environment can be set so as to remove the current temperature load such as heat stress from the user and return the user's autonomic nervous system to a normal state. Therefore, the user can appropriately use the second environment. This allows the user's autonomic nervous system to be restored to a normal state, and illnesses caused by heat stress, such as heat stroke, can be prevented.
本実施形態の温度負荷管理装置(20)において、制御部(10)は、利用者における第1の温度負荷に対抗する第1の神経系及び当該第1の神経系に支配される部位と逆の作用をする第2の神経系及び当該第2の神経系に支配される部位の活動の亢進に合わせて、回復環境を制御するか、又は回復環境の利用時間を通知してもよい。例えば暑熱環境で暑熱負荷が蓄積された利用者において放熱促進系(発汗など)を支配する神経系と逆の作用をする神経系(放熱抑制系(血管収縮など)を支配する神経系)の活動の亢進に合わせて、回復環境の制御等を行ってもよい。このようにすると、利用者がより一層適切に利用することが可能となる。 In the temperature load management device (20) of this embodiment, the control unit (10) may control the recovery environment or notify the user of the usage time of the recovery environment in accordance with the increased activity of the second nervous system and the parts controlled by the second nervous system that act in the opposite manner to the first nervous system that counteracts the first temperature load in the user and the parts controlled by the first nervous system. For example, in a user who has accumulated heat load in a hot environment, the recovery environment may be controlled in accordance with the increased activity of a nervous system (nervous system that controls the heat dissipation inhibition system (vasoconstriction, etc.)) that acts in the opposite manner to the nervous system that controls the heat dissipation promotion system (sweating, etc.). In this way, the user can use the environment more appropriately.
本実施形態の温度負荷管理装置(20)において、制御部(10)は、第1の温度負荷の蓄積量と、第1の温度負荷と逆の第2の温度負荷によって第2の神経系を活動させるのに必要な当該第2の温度負荷の蓄積量とに基づいて、回復環境の温度又は利用時間を設定してもよい。このようにすると、例えば、暑熱環境で利用者に蓄積された暑熱負荷の蓄積量と、利用者の放熱抑制系(血管収縮など)を支配する神経系を活動させるのに必要な寒冷負荷の蓄積量とを求めて、これらの負荷蓄積量から、利用者にとって適切な回復環境の温度や利用時間を設定することができる。 In the temperature load management device (20) of this embodiment, the control unit (10) may set the temperature or usage time of the recovery environment based on the accumulated amount of the first temperature load and the accumulated amount of the second temperature load required to activate the second nervous system by a second temperature load opposite to the first temperature load. In this way, for example, the accumulated amount of heat load accumulated in the user in a hot environment and the accumulated amount of cold load required to activate the nervous system that controls the user's heat dissipation inhibition system (vasoconstriction, etc.) can be obtained, and the temperature and usage time of the recovery environment appropriate for the user can be set based on these accumulated load amounts.
本実施形態の温度負荷管理装置(20)において、利用者の生理情報を検知するセンサー(11)をさらに備えてもよい。このようにすると、センサー(11)により検知された利用者の生理情報を用いて、回復環境の制御等を行うことができる。 The temperature load management device (20) of this embodiment may further include a sensor (11) that detects physiological information of the user. In this way, the physiological information of the user detected by the sensor (11) can be used to control the recovery environment, etc.
本実施形態の温度負荷管理装置(20)において、センサー(11)は、利用者が着用するブレスレット型センサー、及び複数の位置の体温を計測するセンサーであってもよい。このようにすると、利用者の生理情報、例えば発汗量や心拍数等を容易に検知することができる。 In the temperature load management device (20) of this embodiment, the sensor (11) may be a bracelet-type sensor worn by the user, and a sensor that measures body temperature at multiple positions. In this way, physiological information of the user, such as the amount of sweat and heart rate, can be easily detected.
本実施形態の温度負荷管理装置(20)において、生理情報は、代謝量、皮膚温度、深部温度、発汗量、血管径、血流量、心拍数、心拍ゆらぎ、呼吸数、筋肉のふるえ、褐色脂肪細胞の活性度、及び、視索前野から出力される体温調節に関する神経系の活性度の少なくとも1つであってもよい。このようにすると、利用者に蓄積された温度負荷と関連する生理情報を用いることができる。 In the temperature load management device (20) of this embodiment, the physiological information may be at least one of the metabolic rate, skin temperature, deep temperature, sweat rate, blood vessel diameter, blood flow, heart rate, heart rate fluctuation, respiratory rate, muscle tremor, activity of brown fat cells, and activity of the nervous system related to thermoregulation output from the preoptic area. In this way, the physiological information related to the temperature load accumulated in the user can be used.
本実施形態の温度負荷管理装置(20)において、回復環境の制御対象は、温度、湿度、輻射温度、及び気流の少なくとも1つであってもよい。このようにすると、回復環境の制御によって、利用者から温度負荷を除去することができる。 In the thermal load management device (20) of this embodiment, the object of control of the recovery environment may be at least one of temperature, humidity, radiant temperature, and airflow. In this way, the thermal load can be removed from the user by controlling the recovery environment.
《その他の実施形態》
前記実施形態では、温度負荷管理装置(20)は、利用者の人体に蓄積されるエクセルギーに基づいて、回復環境の温度や利用時間を設定した。しかし、温度負荷管理装置(20)は、利用者の生理情報に基づく他の指標に基づいて、回復環境の温度や利用時間を設定してもよい。例えば、利用者の血管の拡張収縮の度合いと相関関係がある他のパラメータや、交感神経と副交感神経とのバランスを表すパラメータなどを用いてもよい。このようなパラメータの一例として、利用者の呼吸又は心拍の変動の低周波数(LF)成分と高周波数(HF)成分との比であるLF/HFを用いてもよい。比LF/HFは、血管の拡張収縮の度合いと相関関係がある。この場合、温度負荷管理装置(20)は、例えば、利用者の脈波を測定する機器を用いて、LF/HFの値を取得してもよい。
Other Embodiments
In the above embodiment, the temperature load management device (20) sets the temperature and the usage time of the recovery environment based on the exergy accumulated in the user's body. However, the temperature load management device (20) may set the temperature and the usage time of the recovery environment based on other indices based on the physiological information of the user. For example, other parameters that are correlated with the degree of expansion and contraction of the user's blood vessels, or parameters that represent the balance between the sympathetic and parasympathetic nerves, may be used. As an example of such a parameter, LF/HF, which is the ratio between the low frequency (LF) component and the high frequency (HF) component of the user's respiration or heart rate fluctuation, may be used. The ratio LF/HF is correlated with the degree of expansion and contraction of the blood vessels. In this case, the temperature load management device (20) may obtain the value of LF/HF using, for example, an instrument that measures the user's pulse wave.
その他、例えば暑熱環境による温度負荷を受けた利用者を冷涼な回復環境にばく露させて温度負荷を除去する場合に、温度負荷管理装置(20)は、利用者の手などの末梢血管の血流量が所定値以下に低下したことを検知したら、回復環境への利用者のばく露を終了するようにしてもよい。 In addition, for example, when a user who has been subjected to a temperature load due to a hot environment is exposed to a cool recovery environment to remove the temperature load, the temperature load management device (20) may terminate the exposure of the user to the recovery environment when it detects that the blood flow rate in the peripheral blood vessels of the user's hands, etc., has fallen below a predetermined value.
また、前記実施形態では、温度負荷管理装置(20)と空調装置(30)とから空調システム(100)を構成し、温度負荷管理装置(20)は、空調装置(30)を通じて回復環境を制御した。しかし、これに代えて、温度負荷管理装置(20)自体に空調機能を具備させ、当該機能を用いて回復環境を制御してもよい。 In addition, in the above embodiment, the temperature load management device (20) and the air conditioner (30) constitute an air conditioning system (100), and the temperature load management device (20) controls the recovery environment through the air conditioner (30). However, instead of this, the temperature load management device (20) itself may be provided with an air conditioning function, and the recovery environment may be controlled using this function.
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。さらに、以上に述べた「第1」、「第2」、・・・という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。 Although the embodiments have been described above, it will be understood that various modifications of form and details are possible without departing from the spirit and scope of the claims. Furthermore, the above-mentioned embodiments, variations, and other embodiments may be combined or substituted as appropriate as long as the functionality of the subject matter of this disclosure is not impaired. Furthermore, the descriptions "first," "second," etc. described above are used to distinguish the words to which these descriptions are attached, and do not limit the number or order of the words.
本開示は、温度負荷管理装置、及び温度負荷管理方法について有用である。 This disclosure is useful for a temperature load management device and a temperature load management method.
10 制御部
20 温度負荷管理装置
30 空調装置
40 調整部
50 感知部
100 空調システム
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記利用者の生理情報に基づいて、前記第2の環境を制御するか、又は前記ばく露を終了させるタイミングを通知する制御部(10)を備え、
前記制御部(10)は、前記利用者における前記第1の温度負荷に対抗する第1の神経系及び前記第1の神経系に支配される部位と逆の作用をする第2の神経系及び前記第2の神経系に支配される部位の活動の亢進に合わせて、前記第1の環境での深部の人体エクセルギーの総蓄積量ST(Th)(但しThは前記第1の環境へのばく露時間)と、前記第2の環境での深部の人体エクセルギーの総蓄積量ST(Tc)(但しTcは前記第2の環境へのばく露時間)との合計が0よりも小さくなるように、前記第2の環境の温度、又は前記タイミングを設定する温度負荷管理装置。 A temperature load management device (20) used when exposing a user to a second environment for removing a first temperature load accumulated in a first environment, comprising:
a control unit (10) that controls the second environment or notifies a timing to end the exposure based on physiological information of the user;
The control unit (10) is a temperature load management device that sets the temperature of the second environment or the timing so that the sum of a total accumulated amount ST(Th) of deep human body exergy in the first environment (where Th is the exposure time to the first environment) and a total accumulated amount ST(Tc) of deep human body exergy in the second environment (where Tc is the exposure time to the second environment) is less than 0, in accordance with increased activity of a second nervous system and parts of the user controlled by the second nervous system that have the opposite effect to a first nervous system and parts of the user controlled by the first nervous system that counteract the first temperature load.
前記生理情報を検知するセンサー(11)をさらに備える温度負荷管理装置。 In the temperature load management device of claim 1,
The temperature load management device further comprises a sensor (11) for detecting the physiological information.
前記センサー(11)は、前記利用者が着用するブレスレット型センサー、及び複数の位置の体温を計測するセンサーである温度負荷管理装置。 In the temperature load management device of claim 2,
The sensor (11) is a temperature load management device that is a bracelet-type sensor worn by the user and a sensor that measures body temperature at multiple positions.
前記生理情報は、代謝量、皮膚温度、深部温度、発汗量、血管径、血流量、心拍数、心拍ゆらぎ、呼吸数、筋肉のふるえ、及び褐色脂肪細胞の活性度の少なくとも1つである温度負荷管理装置。 In any one of claims 1 to 3, the temperature load management device comprises:
A temperature load management device, wherein the physiological information is at least one of metabolic rate, skin temperature, deep temperature, sweat rate, blood vessel diameter, blood flow rate, heart rate, heart rate fluctuation, respiratory rate, muscle tremor, and activity of brown fat cells.
前記第2の環境の制御対象は、温度、湿度、輻射温度、及び気流の少なくとも1つである温度負荷管理装置。 In any one of claims 1 to 4, the temperature load management device comprises:
A temperature load management device in which the second environment is controlled in accordance with at least one of temperature, humidity, radiant temperature, and airflow.
前記利用者の生理情報に基づいて、前記第2の環境を制御するか、又は前記ばく露を終了させるタイミングを通知し、
前記利用者における前記第1の温度負荷に対抗する第1の神経系及び前記第1の神経系に支配される部位と逆の作用をする第2の神経系及び前記第2の神経系に支配される部位の活動の亢進に合わせて、前記第1の環境での深部の人体エクセルギーの総蓄積量ST(Th)(但しThは前記第1の環境へのばく露時間)と、前記第2の環境での深部の人体エクセルギーの総蓄積量ST(Tc)(但しTcは前記第2の環境へのばく露時間)との合計が0よりも小さくなるように、前記第2の環境の温度、又は前記タイミングを設定する温度負荷管理方法。 A temperature load management method used when exposing a user to a second environment for removing a first temperature load accumulated in a first environment, comprising:
notifying the user of a timing to control the second environment or to terminate the exposure based on physiological information of the user;
A temperature load management method in which the temperature of the second environment or the timing is set so that the sum of a total accumulated amount ST(Th) of deep human body exergy in the first environment (where Th is the exposure time to the first environment) and a total accumulated amount ST(Tc) of deep human body exergy in the second environment (where Tc is the exposure time to the second environment) is less than 0, in accordance with increased activity of a second nervous system and parts of the user controlled by the second nervous system that have an opposite effect to a first nervous system and parts of the user controlled by the first nervous system that counteract the first temperature load.
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