JP2006200812A - 空調システム - Google Patents
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Abstract
【課題】7℃の冷水を使用した場合でも、人体に優しい空調を行なうことができると共に、空調空間へ吹出す空調送風量を減少させることができ、且つ、冷凍機等の熱源機の容量の減少、高効率化等を図った空調システムを提供する。
【解決手段】導入された外気と空調空間54からの還気の一部である排気とを全熱交換して外気の冷却及び除湿を行なう全熱交換ロータ61を有する全熱交換機51と、全熱交換機51から送給された空気を冷却する冷温コイル70及び冷温コイル70からの空気を除湿する除湿ロータ69を有する除湿機52と、除湿ロータ69により除湿される際に加熱されて除湿機52から送給された空気と空調空間54からの還気とが混じった空気を冷却する冷温コイル75を有する空調機53を備え、空調機53から空調空間54へ給気を行い得るようにする。
【選択図】図1
【解決手段】導入された外気と空調空間54からの還気の一部である排気とを全熱交換して外気の冷却及び除湿を行なう全熱交換ロータ61を有する全熱交換機51と、全熱交換機51から送給された空気を冷却する冷温コイル70及び冷温コイル70からの空気を除湿する除湿ロータ69を有する除湿機52と、除湿ロータ69により除湿される際に加熱されて除湿機52から送給された空気と空調空間54からの還気とが混じった空気を冷却する冷温コイル75を有する空調機53を備え、空調機53から空調空間54へ給気を行い得るようにする。
【選択図】図1
Description
本発明は空調システムに関する。
例えば、在室人員が1万人程度で人員密度が2.5人/m2のような混雑した室内空間において空調を行なう場合、従来は、一般の空調と同様、冷水コイルと温水コイルを利用すると共に、過冷却と再熱の温湿度制御を行なう空調システムが採用されており、斯かる空調システムの従来例は図3に示されている。
図中、1は外調機、2は空調機、3は空調空間である。而して、外調機1のハウジング1a内は、屋外から導入管4を通り導入された外気(新鮮空気)が管路5側へ送給される径路となる室6と、管路7から送出された排気が導出管8側へ導出される径路となる室9とに分けられており、ハウジング1a内には室6,9に跨って配置された回転駆動可能な全熱交換ロータ10が設けられている。全熱交換ロータ10は外気と排気が有する顕熱と潜熱を同時に交換する空調用の熱交換器である。又、室6における外気の流れ方向と、室9における排気の流れ方向は反対向きとなっている。
室6には、全熱交換ロータ10よりも外気流れ方向上流側にファン11が配置されていると共に、全熱交換ロータ10よりも外気流れ方向下流側に、外気流れ方向へ向けて順次、外気を加熱する温水コイル12、外気を一次冷却する冷水コイル13、必要に応じて外気を加湿する加湿器14が配置されている。又、室9には、全熱交換ロータ10の排気流れ方向上流側にファン15が配置されている。
空調機2のハウジング2a内には、空気流れ方向上流側から下流側へ向けて順次、管路5からの空気と管路16からの還気が混じった空気を過冷却する冷水コイル17と、冷水コイル17で過冷却された空気を加熱する温水コイル18と、温水コイル18を通過してきた空気を管路19を介し、給気として空調空間3へ送給するためのファン20が配置されている。
空調空間3からの還気は管路16へ送出し得るようになっており、管路16の中途部には、還気の一部が排気されるよう管路7の排気流れ方向上流側端部が接続されている。
温水コイル12には、温水の往管路21と還管路22が接続されており、往管路21の中途部には、温水を温水コイル18へ送給する往管路23が接続され、還管路22の中途部には、温水コイル18からの還りの温水が還管路22へ送給されるよう、還管路24が接続されている。
冷水コイル13には、冷水の往管路25と還管路26が接続されており、往管路25の中途部には、冷水を冷水コイル17へ送給する往管路27が接続され、還管路26の中途部には、冷水コイル17からの還りの冷水が還管路26へ送給されるよう、還管路28が接続されている。なお、図中、29,30,31,32は開閉弁である。
次に、上記空調システムの作動を図4〜図7をも参照しつつ説明する。例えば、上記空調システムにおいて冷房等の空調を行なう際には、全熱交換ロータ10、ファン11,15,20は駆動されており、開閉弁29は閉止し、他の開閉弁30,31,32は開いている。
このため、冷凍機等の熱源機器において冷却された冷水は往管路25から冷水コイル13に送給されると共に、往管路25,27から冷水コイル17へ送給される。冷水コイル13からの戻りの冷水は還管路26から、又、冷水コイル17からの戻りの冷水は還管路28,26から、熱源機器へ戻され、冷却されて再び前記径路を循環する。
温水機等の熱源機器で生成された温水は、管路21,23から温水コイル18に送給され、温水コイル18から管路24,22を経て熱源機器へ戻され、加熱されて再び前記径路を循環する。
導入管4から外調機1の室6内に導入された外気(新鮮空気)は、ファン11により室6内を送給され、全熱交換ロータ10において、室9側の排気との間で熱と水蒸気の授受が行われ、冷却されると共に除湿される。全熱交換ロータ10において冷却され且つ除湿された空気は冷水コイル13へ送給され、冷水コイル13により一次冷却されて相対湿度が上昇する。而して、冷却され且つ相対湿度が上昇した空気は、室6から管路5を経て空調機2のハウジング2a内へ導入される。外気を冷水コイル13により二次冷却するのは、外気の熱処理を室内の熱処理と分けることで、空調機2の冷水コイル17における温湿度制御を安定して行なうためである。
空気はハウジング2a内において管路16からの還気と合流し、還気と混じった空気は、冷水コイル17により過冷却されると共に除湿され、温水コイル18により再加熱されて温度が上昇する。
空気の除湿により人体に湿度が高いことによる不快感を与えることが防止される。温水コイル18で加熱するのは、加熱することなく、空調空間3へ給気を供給すると、空調空間3の冷房が効きすぎるためである。
温水コイル18で加熱された空気はファン20により、管路19を通り給気として空調空間3へ吹出されて空調空間3の冷房に供され、空調空間3を所定の温度及び湿度に保持する。
空調空間3から管路16へ送出された還気の一部は、空調機2の冷水コイル17上流側へ導入されて管路5からの空気と混じり合い、上記した径路を経て再び循環して空調空間3の冷房に供される。
還気のうち、空調機2へ送給されなかった分は、排気として管路7から外調機1の室9へ送給され、ファン15により全熱交換ロータ10へ送給され、全熱交換ロータ10において室6を送給される外気との間で熱と水蒸気の授受が行なわれ、加熱されると共に絶対湿度が上昇し、導出管8から外部へ排出される。
図3に示す従来の空調システムにおいては、送水温度により冷水コイル17における除湿能力に限界があるため、空調空間3の温湿度条件は、温度25℃、相対湿度60%RH、或は温度26℃、相対湿度50%RHで運用されることが多かった。
一方、人体に優しい室内温度の条件としては、外気温度と空調空間3との温度差を小さくすると共に、空調空間3の温度を上げるかわりに、湿度を下げるのが望ましく、室内は一般に温度27℃、相対湿度40%RHが好適である。しかし、斯かる室内温度、湿度により、在室人員が1万人程度で人員密度が2.5人/m2のような混雑した空調空間3において空調を行なう場合、冷水コイル17の除湿能力の限界により、空調送風量が膨大になる。
すなわち、例えば上記空調システムにおいて、図6に示すような外気条件、空調空間内条件、人員、外気量、冷房負荷で空調を行なった場合、顕熱合計は750,000W、潜熱合計は600,000Wとなる。又、この場合、空調空間3における必要除湿量は、「潜熱合計÷蒸発潜熱」であるため、600,000W÷672Wh/Kg≒893Kg/hとなる。
又、図3に示す空調システムにおいて、冷凍機等の熱源機器から空調機2の冷水コイル17へ送給される送水温度が7℃で且つ空調機2の冷水コイル17が12列コイルの場合、冷水コイル17により約10℃DP(7.8g/kg’)程度まで除湿可能である。
この場合、空調空間3の除湿を行なうために必要な空調送風量は、「必要除湿量÷(空調空間3内の絶対湿度−空調空間3へ吹出される給気の絶対湿度)÷比重」であるため、893Kg/h÷(0.0089Kg/kg’−0.0078Kg/kg’)÷1.2kg/m3≒676,520m3/hとなる。
而して、空調空間3の室内温度と空調空間3へ吹出される給気温度の差である吹出温度差は「顕熱合計÷(空調送風量×給気の比熱)」であるため、750,000W÷(676,520m3×0.33W/m3・℃)≒3.4℃となる。
上記計算結果を基に、図3の空調システムの所定位置における外気(新鮮空気)、給気、還気、排気の各送風量、各所定位置における温度、絶対湿度を示すと図4に示すようになり、空調送風量、一次エネルギー消費量(消費した石油、石炭、ガス、電気等を計算することにより求められるもの)、熱源機容量を示すと図7における「図3に示す従来の空調システム(送水温度7℃)」のようになる。
又、図3に示す空調システムにおいて、空調送風量を減少させるため、図6に示す設計条件で且つ冷凍機等の熱源機器から空調機2の冷水コイル17へ送給される送水温度を3℃、冷水コイル17を12列コイルとする場合について、前記した計算と同様の計算を行なうと、必要な空調送風量は284,000m3/hとなると共に、空調空間3の室内温度と空調空間3へ吹出される給気温度の差である吹出温度差は8.0℃となり、しかも外気(空気)、給気、還気、排気の各送風量、各所定位置における温度、絶対湿度は図5に示すようになり、更に空調送風量、一次エネルギー消費量、熱源機容量は図7における「図3に示す従来の空調システム(送水温度3℃)」のようになる。而して、この場合は、空調送風量を減少させることができるが、一次エネルギー消費量は若干上昇する。
在室人員や人員密度が高い場合の先行技術文献としては非特許文献1がある。この文献の208頁の図1・113には居住域空調方式の例として東京体育館の例が示されている。而して、非特許文献1に示す居住域空調方式においては、外調機と空調機を備えており、外調機には全熱交換器が設けられている。
空気調和・衛生工学便覧6 応用編 2001年(平成13年)11月30日 第13版第1刷発行 発行所 社団法人空気調和・衛生工学会
空気調和・衛生工学便覧6 応用編 2001年(平成13年)11月30日 第13版第1刷発行 発行所 社団法人空気調和・衛生工学会
図3に示す従来の空調システムにおいては、冷水コイル17へ送給される冷水の送水温度を7℃とすると、上述のように、冷水コイル17の除湿能力の限界により、空調空間3へ送給される空調送風量は膨大な量となる(図4参照)。
一方、図3に示すような空調システムにおいて、冷水コイル17へ送給される冷水の送水温度を約3℃程度にする場合には、空調空間3へ送給される給気温度は冷水コイル17において低露点まで過冷却して除湿されるため、空調送風量を減少させることができるが、冷凍機等の熱源機器において冷水温度をより一層低温に冷却する必要があるため、適用できる熱源機器が限定されたり、熱源機器の外形寸法が増大したり、熱源機器の効率が低下する等の問題があった。又、非特許文献1の場合も、図3に示す空調システムと同様な問題がある。
本発明は、上述の実情に鑑み、7℃の冷水を使用した場合でも、人体に優しい空調を行なうことができると共に、空調空間へ吹出す空調送風量を減少させることができ、且つ、冷凍機等の熱源機の容量の減少、高効率化等を図った空調システムを提供することを目的としてなしたものである。
本発明の空調システムは、導入された外気と空調空間からの還気の一部である排気とを全熱交換して外気の冷却及び除湿を行なう全熱交換手段を有する全熱交換機と、該全熱交換機から送給された空気を冷却するコイル手段及び該コイル手段からの空気を除湿する除湿手段を有する除湿機と、前記除湿手段により除湿される際に加熱されて除湿機から送給された空気と空調空間からの還気とが混じった空気を冷却するコイル手段を有する空調機を備え、該空調機のコイル手段において冷却された空気を前記空調空間へ給気し得るよう構成したものである。
本発明の空調システムにおいては、全熱交換手段は回転可能な全熱交換ロータであり、除湿手段は回転可能な除湿ロータであり、コイル手段は冷温コイルである。
本発明の空調システムによれば、コイル手段へ送給される冷水の送水温度を7℃にして空調を行なう場合にも、空調空間内を人体に優しい温度27℃、相対湿度40%RH程度に保持する空調を行なうことができると共に、従来の空調システムにおいて冷水の送水温度を7℃とする場合に比較して空調空間への給気(空調送風量)の量を小風量とすることができ、従って、空調機の小型化、空調騒音の低減、ダクトの小径化が可能となり、更には、従来の空調システムに比べて、一次エネルギー消費量、冷凍機等の熱源機容量を減少させることができ、省エネルギー及びコストダウンを図ることができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1は本発明を実施する形態の一例である。図中、51は全熱交換機、52は除湿機、53は空調機、54は空調空間である。而して、全熱交換機51のハウジング51a内は、屋外から導入管55を通り導入された外気(新鮮空気)が管路56側へ送給される径路となる室57と、管路58から送出された排気が導出管59側へ導出される径路となる室60とに分けられており、ハウジング51a内には室57,60に跨って配置された回転駆動可能な全熱交換ロータ61が設けられている。全熱交換ロータ61は外気と排気が有する顕熱と潜熱を同時に交換する空調用の熱交換器である。
図1は本発明を実施する形態の一例である。図中、51は全熱交換機、52は除湿機、53は空調機、54は空調空間である。而して、全熱交換機51のハウジング51a内は、屋外から導入管55を通り導入された外気(新鮮空気)が管路56側へ送給される径路となる室57と、管路58から送出された排気が導出管59側へ導出される径路となる室60とに分けられており、ハウジング51a内には室57,60に跨って配置された回転駆動可能な全熱交換ロータ61が設けられている。全熱交換ロータ61は外気と排気が有する顕熱と潜熱を同時に交換する空調用の熱交換器である。
室57には、全熱交換ロータ61よりも外気流れ方向上流側にファン62が配置されると共に、室60には、全熱交換ロータ61よりも排気流れ方向上流側にファン63が配置されている。又、室57における給気の流れ方向と、室60における排気の流れ方向は反対向きとなっている。
除湿機52のハウジング52a内は、管路56から導入された空気が管路64側へ送給される室65と、管路66から取込まれた外気が管路67側へ送給される室68とに分けられており、ハウジング52a内には室65,68に跨って配置された回転駆動可能な除湿ロータ69が設けられている。除湿ロータ69は、例えばシリカゲル等を有するハニカム構造で、低露点空気の生成に最適な手段である。
室65における除湿ロータ69よりも空気流れ方向上流側には、空気流れ方向上流側から下流側へ向けて、加熱冷却兼用の冷温コイル70、ファン71が配置され、室68の除湿ロータ69よりも外気流れ方向上流側には、除湿ロータ69に捕捉された水分を乾燥させ除去するため、ガスバーナ等の乾燥手段72が配置され、除湿ロータ69の外気流れ方向下流側には、除湿ロータ69から水蒸気として除去された水分と外気を共に排気として管路67へ送出するためのファン73が配置されている。室65における空気流れ方向と、室68における外気及び排気の流れ方向は反対向きとなっている。
空調機53のハウジング53a内には、給気流れ方向上流側から下流側へ向けて順次、管路64からの空気と管路74からの還気が混じった空気を冷却し或は加熱するための冷温コイル75と、必要に応じて空気を加湿する加湿器76と、空気を管路77を介し給気として空調空間54へ送給するためのファン78が配置されている。
空調空間54からの還気は管路74へ送出し得るようになっており、管路74の中途部には、還気の一部が排気されるよう、管路58の排気流れ方向上流側端部が接続されている。
冷温コイル70には、冷水或は温水の往管路79と還管路80が接続されており、往管路79の中途部には、冷水又は温水を冷温コイル75へ送給する往管路81が接続され、還管路80の中途部には、冷温コイル75からの還りの冷水又は温水が還管路80へ送給されるよう、還管路82が接続されている。なお、図中、83,84は開閉弁である。
次に、上記した実施の形態の作動を、図2及び図6,図7をも参照しつつ説明する。
例えば、上記空調システムにおいて冷房等の空調を行なう際には、全熱交換ロータ61、除湿ロータ69、ファン62,63,71,73,78は駆動されており、開閉弁83,84は開いている。
例えば、上記空調システムにおいて冷房等の空調を行なう際には、全熱交換ロータ61、除湿ロータ69、ファン62,63,71,73,78は駆動されており、開閉弁83,84は開いている。
このため、冷凍機等の熱源機器において冷却された冷水は往管路79から冷温コイル70に送給されると共に、往管路79,81から冷温コイル75へ送給される。冷温コイル70からの戻りの冷水は還管路80から、又、冷温コイル75からの戻りの冷水は還管路82,80から、熱源機器へ戻され、冷却されて再び前記径路を循環する。
導入管55から全熱交換機51の室57内に導入された外気(新鮮空気)は、ファン62により室57内を送給され、全熱交換ロータ61において、室60側の排気との間で熱と水蒸気の授受が行われ、冷却されると共に除湿され、冷却され且つ除湿された空気は室57から管路56を経て除湿機52のハウジング52aにおける室65内へ導入される。
而して、室65へ導入された空気は冷温コイル70において一次冷却されると共に相対湿度が上昇し、ファン71により除湿ロータ69へ送給される。除湿ロータ69は除湿材に捕捉された水分を除去するため、室68側においてガスバーナ等の乾燥手段72により加熱されており、従って、除湿ロータ69に送給された空気は除湿されて低湿空気となると共に除湿材の吸着熱により加熱されて、温度が上昇し、管路64を経て空調機53のハウジング53aへ導入される。なお、冷温コイル70において空気を一次冷却するのは、空気の相対湿度を上げて除湿ロータ69での除湿効率を上げるためである。
管路66から除湿機52の室68へ取込まれた外気はガスバーナ等の乾燥手段72により加熱され、加熱空気により除湿ロータ69の除湿材により空気から除湿された水分が蒸発され、蒸発した水分は空気と共に、管路67から外部へ排気される。
空気はハウジング53a内において管路74からの還気と合流し、還気と混じり合った空気は冷温コイル75により冷却される。冷温コイル75で所定温度に冷却された空気は、ファン78により管路77を通り給気として空調空間54へ吹出されて空調空間54の冷房に供され、空調空間54を所定の温度及び湿度に保持する。
空調空間54から管路74へ送出された還気の一部は、空調機53の冷温コイル75上流側へ導入されて管路64からの空気と混じり合い、上記した径路を経て再び循環し空調空間54の冷房に供される。
還気のうち、空調機53へ送給されなかった分は、排気として管路58から全熱交換機51の室60へ送給され、ファン63により全熱交換ロータ61へ送給され、全熱交換ロータ61において室57を送給される外気との間で熱と水蒸気の授受が行なわれ、加熱されると共に絶対湿度が上昇し、導出管59から外部へ排出される。
次に、本図示例について具体的に数値を上げて説明すると、例えば図1の空調システムにおいて、図6に示すような外気条件、室内条件、人員、外気量、冷房負荷で空調を行なった場合、前述したように、顕熱合計は750,000Wとなる。
図1に示す空調システムにおいて、冷凍機等の熱源機器から空調機53の冷温コイル75へ送給される送水温度が7℃で且つ冷温コイル75が12列コイルの場合、冷温コイル75により約10℃DP(7.8g/kg’)程度まで除湿可能であり、且つ、除湿機52の除湿ロータ69により約−7.4℃DP(2g/kg’)程度まで除湿可能である。
又、空調空間3への必要な空調送風量は、「顕熱合計÷(冷温コイル75からの給気温度と空調空間54の空調温度との差である送風温度差)×比熱」であるため、750,000W÷(8℃×0.33W/m3・℃)≒284,000m3/hとなる。
而して、上記計算結果を基に、図1の空調システムの所定位置における外気(新鮮空気)、給気、還気、排気の各送風量、各所定位置における温度、絶対湿度を示すと図2に示すようになり、空調送風量、一次エネルギー消費量、冷凍機等の熱源機器容量を示すと図7の「図1に示す本発明の空調システム(送水温度7℃)」のようになる。
このため、本図示例によれば、冷温コイル70,75へ送給される冷水の送水温度を7℃にして空調を行なう場合にも、空調空間54内を人体に優しい温度27℃、相対湿度40%RH程度に保持するような空調を行なうことができると共に、図3の空調システムにおいて冷水の送水温度を7℃とする場合に比較して空調空間54への給気(空調送風量)の量を小風量とすることができ、従って、空調機53の小型化、空調騒音の低減、ダクトである管路74,77の小径化が可能となり、更には、図3の空調システムに比べて、一次エネルギー消費量、冷凍機等の熱源機容量を減少させることができ、省エネルギー及びコストダウンを図ることができる。
なお、本発明の空調システムは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
51 全熱交換機
52 除湿機
53 空調機
54 空調空間
61 全熱交換ロータ(全熱交換手段)
69 除湿ロータ(除湿手段)
70 冷温コイル(コイル手段)
75 冷温コイル(コイル手段)
52 除湿機
53 空調機
54 空調空間
61 全熱交換ロータ(全熱交換手段)
69 除湿ロータ(除湿手段)
70 冷温コイル(コイル手段)
75 冷温コイル(コイル手段)
Claims (4)
- 導入された外気と空調空間からの還気の一部である排気とを全熱交換して外気の冷却及び除湿を行なう全熱交換手段を有する全熱交換機と、該全熱交換機から送給された空気を冷却するコイル手段及び該コイル手段からの空気を除湿する除湿手段を有する除湿機と、前記除湿手段により除湿される際に加熱されて除湿機から送給された空気と空調空間からの還気とが混じった空気を冷却するコイル手段を有する空調機を備え、該空調機のコイル手段において冷却された空気を前記空調空間へ給気し得るよう構成したことを特徴とする空調システム。
- 全熱交換手段は回転可能な全熱交換ロータである請求項1記載の空調システム。
- 除湿手段は回転可能な除湿ロータである請求項1又は2記載の空調システム。
- コイル手段は冷温コイルである請求項1、2又は3記載の空調システム。
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