JP3194220B2 - Vav制御システム - Google Patents

Vav制御システム

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JP3194220B2
JP3194220B2 JP02391497A JP2391497A JP3194220B2 JP 3194220 B2 JP3194220 B2 JP 3194220B2 JP 02391497 A JP02391497 A JP 02391497A JP 2391497 A JP2391497 A JP 2391497A JP 3194220 B2 JP3194220 B2 JP 3194220B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ダクトを介して
空調機のファンからの吹出給気の供給を受け、第1〜第
Nの被制御エリアの負荷状況に応じてそこへの給気吹出
量を各個に制御する第1〜第Nの可変給気量調整手段を
有し、この可変給気量調整手段からの要求風量を満足す
るように空調機のファン回転数を制御するVAV制御シ
ステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、大規模な構築物において、空
調機より給気ダクトを介して各部へ給気の供給を行う場
合、各空調対象部位(被制御エリア)の給気吹出口毎に
可変給気量調節ユニット(VAVユニット)を設け、こ
のVAVユニットからの給気吹出量をVAVコントロー
ルユニットにより被制御エリアの負荷状況に応じて制御
する一方、VAVコントロールユニットから送られてく
る要求風量からシステム全体の総要求風量を演算し、こ
の総要求風量から変換テーブルによりファン回転数の目
標値を求め、この求めた目標値になるように空調機のフ
ァン回転数をインバータ制御するようにしている。
【0003】最近では、省エネを図るために、極力VA
Vユニットのダンパ開度が最大(全開)となるように、
すなわち少なくともVAVユニットの1つが最大開度と
なるように、空調機のファン回転数を制御することが行
われている。例えば、ダンパ開度が最大のVAVユニッ
トが一つもなければ、様子を見ながら空調機のファン回
転数を一定量ずつ下げて行き、システムを省エネ状態に
近づける。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のVAV制御システムによると、システムを省
エネ状態に近づけることはできるが、様子を見ながら空
調機のファン回転数を一定量ずつ増減する方式であるた
めに、空調機のファン回転数が即座に定まらず、システ
ムが安定するまでに時間がかかるという問題がある。
【0005】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、システムを
一挙に省エネ状態に近づけることのできる、すなわち空
調機のファン回転数を一挙に理想値とすることのできる
VAV制御システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第1発明(請求項1に係る発明)は、上述し
たVAV制御システムにおいて、ダクト系統毎に全ダク
ト各部の実ダクト抵抗および可変給気量調整手段の最大
開度時の実ダンパ抵抗を用いて表現される流体力学の理
論式に第1〜第Nの可変給気量調整手段の要求風量を代
入し、これによって各理論式毎に求められる圧力損失に
基づいてファンからの吹出静圧を決定し、これにより決
定された吹出静圧および総要求風量を実現するファンの
回転数を予め準備されているファン回転数−送風圧力−
送風量特性から求めるようにしたものである。この発明
によれば、ダクト系統毎に全ダクト各部の実ダクト抵抗
(S1,S2,S3)および可変給気量調整手段の最大
開度時の実ダンパ抵抗(SDmin1 ,SDmin2 )を用いて
表現される流体力学の理論式に第1〜第Nの可変給気量
調整手段の要求風量(LVAV1,LVAV2)が代入され、こ
れによって各理論式毎に圧力損失(ΔPduct1 ,ΔPdu
ct2 )が求められる。そして、この圧力損失に基づいて
ファンからの吹出静圧(ΔPduct)が決定され、これに
より決定された吹出静圧(ΔPduct)および総要求風量
(ΣLVAVi)を実現するファンの回転数が予め準備され
ているファン回転数−送風圧力−送風量特性から求めら
れる。
【0007】第2発明(請求項2に係る発明)は、第1
発明において、ダクト系統毎に全ダクト各部の実ダクト
抵抗および可変給気量調整手段の最大開度時の実ダンパ
抵抗を用いて表現される流体力学の理論式に第1〜第N
の可変給気量調整手段の要求風量を代入し、これによっ
て各理論式毎に求められる圧力損失中より最大のものを
ファンからの吹出静圧として決定するようにしたもので
ある。この発明によれば、各理論式毎に求められる圧力
損失(ΔPduct1 ,ΔPduct2 )中より最大のものが、
ファンからの吹出静圧(ΔPduct)として決定される。
【0008】第3発明(請求項3に係る発明)は、第1
発明において、ファン回転数−送風圧力−送風量特性を
実測により求めたものである。この発明によれば、決定
された吹出静圧(ΔPduct)および総要求風量(ΣLVA
Vi)を実現するファンの回転数が、実測により求められ
準備されたファン回転数−送風圧力−送風量特性から求
められる。
【0009】第4発明(請求項4に係る発明)は、第1
発明において、ダクト系統毎の流体力学の理論式中の全
ダクト各部の実ダクト抵抗および可変給気量調整手段の
最大開度時の実ダンパ抵抗を、第1〜第Nの可変給気量
調整手段のダンパ開度を最大開度としたうえで、ファン
の回転数を所定回数変更し、各変更回転数において測定
されるファンからの吹出静圧および第1〜第Nの可変給
気量調整手段からの吹出風量に基づいて、求めるように
したものである。この発明によれば、第1〜第Nの可変
給気量調整手段のダンパ開度を最大としたうえで、ファ
ンの回転数を所定回数変更し、各変更回転数においてフ
ァンからの吹出静圧(ΔPduct)および第1〜第Nの可
変給気量調整手段からの吹出風量(LVAV1,LVAV2)を
測定する。そして、この測定された吹出静圧および第1
〜第Nの可変給気量調整手段からの吹出風量に基づい
て、ダクト系統毎の流体力学の理論式中の全ダクト各部
の実ダクト抵抗(S1,S2,S3)および可変給気量
調整手段の最大開度時の実ダンパ抵抗(SDmin1 ,SDm
in2 )が求められる。この求めた全ダクト各部の実ダク
ト抵抗および可変給気量調整手段の最大開度時の実ダン
パ抵抗を用いてダクト系統毎の流体力学の理論式が表現
される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。図2はこの発明の一実施の形態を示
すVAV制御システムの計装図である。同図において、
1は空調機であり、電動弁2を介して冷水CWが供給さ
れる冷却コイル3,電動弁4を介して温水HWが供給さ
れる加熱コイル5,および送風機6により構成されてい
る。なお、送風機6において、6aはファン、6bはイ
ンバータである。
【0011】空調機1におけるインバータ6b,電動弁
2および4はその動作が制御装置7により制御されるも
のとなっており、空調機1においてそのファン6aより
吹き出される給気(吹出給気)が、給気ダクト8を介し
被制御エリア9−1〜9−nへ供給されるものとなって
いる。被制御エリア9−1〜9−nには各エリア毎に室
温を検出する温度センサT1〜Tnが設けられており、
温度センサT1〜Tnでの検出温度PVが局部的に設け
られたVAVコントロールユニット10−1〜10−n
へ各個に与えられている。
【0012】VAVコントロールユニット10−1〜1
0−nは、各個に与えられる検出温度PVと設定温度S
Pとの偏差および制御装置7より与えられる吹出給気温
度とに基づいて被制御エリア9−1〜9−nへの要求風
量を演算し、これを制御装置7へ返送する一方、その要
求風量を確保するように、VAVユニット11−1〜1
1−nのダンパ12−1〜12−nの開度を、風速セン
サ13−1〜13−nの検出々力を見ながら制御する。
VAVコントロールユニット10とVAVユニット11
により可変給気量調整手段が構成されている。なお、V
AVユニット11−1〜11−nにおいて、14−1〜
14−nはダンパ12−1〜12−nの開度を検出する
開度センサである。また、制御装置7に対しては、CR
T等による表示部23が設けられている。
【0013】制御装置7は、VAVコントロールユニッ
ト10−1〜10−nから送られてくる要求風量からシ
ステム全体の総要求風量を演算し、後述する基本原理と
同様の方式でファン回転数の目標値を求め、この求めた
目標値となるように空調機1のファン回転数を制御す
る。
【0014】一方、VAVユニット11−1〜11−n
を通過し、吹出口15−1〜15−nを介して被制御エ
リア9−1〜9−nへ吹き出される給気(給気吹出)
は、被制御エリア9−1〜9−nにおける空調制御に貢
献した後、排気口16−1〜16−nより還気ダクト1
7を経て排気調整用ダンパ18を介して排出されるが、
その一部は還気調整用ダンパ19を介し還気として空調
機1へ戻されるものとなっている。
【0015】そして、この空調機1へ戻される還気に対
し、外気が外気調整用ダンパ20を介して所定の割合で
取り込まれるものとなっている。なお、排気調整用ダン
パ18,還気調整用ダンパ19,外気調整用ダンパ20
の開度は制御装置7からの指令によって調整されるもの
となっている。また、制御装置7へは、空調機1からの
吹出給気温度および還気ダクト17における還気温度の
実際値が温度センサ21および22を介して、また空調
機1すなわちファン6aからの吹出静圧の実際値が圧力
センサ24を介して与えられるものとなっている。
【0016】〔制御装置7におけるファン回転数の目標
値の求め方〕ダクト系統毎に全ダクト各部の実ダクト抵
抗および各VAVユニット11の最大開度時の実ダンパ
抵抗を用いて表現される流体力学の理論式に各VAVコ
ントロールユニット10からの要求風量を代入し、これ
によって各理論式毎に求められる圧力損失に基づいてフ
ァンからの吹出静圧を決定し、この決定された吹出静圧
および総要求風量を実現するファン回転数を予め準備さ
れているファン回転数−送風圧力−送風量特性から求め
る。
【0017】〔基本原理〕図2に示したn個のVAVユ
ニット11を用いたVAV制御システムではその説明が
複雑となるため、以下では最も簡単な例としてVAVユ
ニット11を2個用いたVAV制御システム(図3参
照)について、制御装置7におけるファン回転数の目標
値の求め方の具体例について説明する。
【0018】〔準備〕 〔流体力学に基づく理論式〕流体力学において、圧力損
失をΔP、ダクト抵抗をS、風量をLとした場合、下記
(a)式が成立する。 ΔP=S・L2 ・・・・(a) この(a)式を図3に示したVAV制御システムにあて
はめると、VAVユニット11−1の属するダクト系統
については下記式が、VAVユニット11−2の属す
るダクト系統については下記式が、流体力学に基づく
理論式として得られる。
【0019】 ΔPduct=S1・(LVAV1+LVAV2)2 +(S2+SD1)・LVAV12 ・・・・ ΔPduct=S1・(LVAV1+LVAV2)2 +(S3+SD2)・LVAV22 ・・・・ 但し、このおよび式において、ΔPductはファン6
aからの吹出静圧、S1〜S3は各部のダクト抵抗、S
D1,SD2はVAVユニット11−1,11−2のダンパ
抵抗、LVAV1,LVAV2はVAVユニット11−1,11
−2からの吹出風量である。
【0020】〔理論式,における各実ダクト抵抗お
よび各VAVユニットの最大開度時の実ダンパ抵抗の決
定〕理論式ととを足して下記式を作る。 2・ΔPduct=2S1・(LVAV1+LVAV2)2 +(S2+SD1)・LVAV12 +( S3+SD2)・LVAV22 ・・・・ 図3において、VAVユニット11−1,11−2のダ
ンパ開度を最大(ダンパ抵抗SD1,SD2を最小)とした
うえで、ファン6aの回転数を5回変更し、各変更回転
数においてファン6aからの吹出静圧ΔPduct、VAV
ユニット11−1,11−2からの吹出風量LVAV1,LV
AV2を測定する。
【0021】そして、この測定したΔPduct,LVAV1,
LVAV2を式に代入し、これによって得られる5つの連
立式からその解としてダクト抵抗S1,S2,S3およ
びVAVユニット11−1,11−2の最大開度時のダ
ンパ抵抗SD1(SD1min ),SD2(SD2min )を求め
る。そして、この求めたダクト抵抗S1,S2,S3お
よびダンパ抵抗SD1min ,SD2min を式および式に
代入し、これを実ダクト抵抗S1,S2,S3およびV
AVユニット11−1,11−2の最大開度時の実ダン
パ抵抗SD1min ,SD2min を用いて表現された流体力学
に基づく理論式,として準備しておく。なお、実ダ
クト抵抗S1,S2,S3および実ダンパ抵抗SD1min
,SD2min は、重回帰分析などの手法により求めるよ
うにしてもよい。
【0022】〔ファン回転数−送風圧力−送風量特性の
同定〕ファン回転数−送風圧力−送風量特性を準備して
おく。この特性は設計値として準備しておくものとして
もよいが、実測により求めた方がより正確となる。実測
により求める場合には次のような方法をとる。
【0023】図3において、ファン6aの回転数を変え
ながら、またVAVユニット11−1,11−2のダン
パ開度を変えながら、その時のファン6aからの吹出静
圧ΔPductおよび吹出風量ΣLVAViを測定する。この測
定した吹出静圧ΔPductおよび吹出風量ΣLVAViをファ
ン6aの回転数をパラメータとしてプロットする。これ
により図4に示すようなファン回転数(R)−送風圧力
(ΔPduct)−送風量(Q)特性を得る。このファン回
転数−送風圧力−送風量特性の同定は実ダクト抵抗S
1,S2,S3および実ダンパ抵抗SD1min ,SD2min
の決定が完了していなくても可能である。
【0024】〔ファン回転数の目標値の決定〕以上のよ
うな準備がなされていることを前提としてファン回転数
の目標値を次のようにして決定する。実ダクト抵抗S
1,S2,S3およびVAVユニット11−1,11−
2の最大開度時の実ダンパ抵抗SD1min ,SD2min を用
いて表現された流体力学に基づく理論式,にVAV
ユニット11−1,11−2からの要求風量LVAV1,L
VAV2を代入し、それぞれΔPductを求める。すなわち、
理論式からΔPduct1を、理論式からΔPduct2 を
求める。そして、この求めたΔPduct1 ,ΔPduct2 の
うち、最大のものをファン6aからの吹出静圧ΔPduct
とする。また、VAVユニット11−1,11−2から
の要求風量LVAV1,LVAV2を加算し、これによって得ら
れるΣLVAViを総要求風量とする。
【0025】そして、この求められた吹出静圧ΔPduct
および総要求風量ΣLVAViを実現するファン回転数Rを
図4に示されるファン回転数−送風圧力−送風量特性か
ら求め、これをファン回転数の目標値とする。この目標
値となるようにファン回転数を制御することにより、少
なくとも1台のVAVユニットが即座に最大開度とな
り、システムが一挙に省エネ状態に近づく。
【0026】このファン回転数の目標値の決定は定周期
で行う。この場合、前周期から今周期の間にVAVユニ
ット11−1あるいは11−2からの要求風量が変更さ
れると、変更後のVAVユニットからの要求風量をLVA
Viとして上述と同様にしてファン回転数の目標値を決定
し、この決定した目標値となるようにファン回転数を制
御する。これにより、VAVユニットからの要求風量が
変更される毎に、システムは省エネ状態を確保するよう
に動作する。
【0027】なお、上述した実施の形態では、説明を簡
単とするためにVAVユニット11を2個用いたVAV
制御システムを例にとって説明したが、図2に示された
n個のVAV制御システムでもこの基本原理と同様の方
式でファン回転数の目標値が決定される。また、これと
同様の方式を採用することにより、種々の形態のVAV
制御システムにおいて一挙に省エネ状態に近づけること
ができる。
【0028】〔制御装置7における準備段階の処理動
作〕図5は制御装置7における準備段階の処理動作を示
すフローチャートである。この準備段階の処理動作は少
なくとも最初に1回だけ行われる。制御装置7は、空調
システムの計測図(図3)から流体力学に基づくダクト
系統毎の理論式(,式)を作成し、記憶する(ステ
ップ501)。そして、各VAVユニット11の開度を
最大としたうえで、ファン6aの回転数を所定回数変更
し、各変更回転数においてファン6aからの吹出静圧Δ
Pductおよび各VAVユニット11からの吹出風量LVA
Viを測定する(ステップ502)。
【0029】そして、この測定データを理論式(式)
に代入し、ダクト系統毎の全ダクト各部の各実ダクト抵
抗Sと各VAVユニット11の最大開度時の実ダンパ抵
抗SDimin を求める(ステップ503)。そして、この
求めた各実ダクト抵抗Sと各実ダンパ抵抗SDimin をス
テップ501のダクト系統毎の理論式(,)に代入
し、これを各実ダクト抵抗Sおよび各VAVユニットの
最大開度時の実ダンパ抵抗SDimin を用いて表現された
流体力学に基づく理論式として記憶する(ステップ50
4)。
【0030】そして、ファン6aの回転数を変更しなが
ら、また各VAVユニット11のダンパ開度を変えなが
ら、その時のファン6aからの吹出静圧ΔPductおよび
吹出風量(ΣLVAVi)を測定し、この測定した吹出静圧
ΔPductおよび吹出風量ΣLVAViをファン6aの回転数
をパラメータとしてプロットし、ファン回転数−送風圧
力−送風量特性を同定する(ステップ505)。
【0031】なお、ステップ505におけるファン回転
数−送風圧力−送風量特性の同定は、必ずしもステップ
504の次でなくてもよく、どのステップで行うように
してもよい。また、このフローチャートにおいてはファ
ン回転数−送風圧力−送風量特性を実測により求めるよ
うにしたが、この特性は設計値として準備しておくもの
としてもよい。すなわち、ステップ501の前段のステ
ップ500において、図示破線でそのステップを示す如
く、予め与えられるファン回転数−送風圧力−送風量特
性を記憶するようにしてもよい。また、この準備段階の
処理動作終了後は、図2において圧力センサ24を取り
外してもよい。
【0032】〔制御装置7におけるファン回転数制御〕
図1は制御装置7におけるファン回転数制御に際して処
理動作を示すフローチャートである。制御装置7は、先
のステップ504で記憶した各実ダクト抵抗Sおよび各
VAVユニット11の最大開度時の実ダンパ抵抗SDimi
n を用いて表現される流体力学に基づく理論式(,
)に各VAVユニット11からの要求風量LVAViを代
入してそれぞれΔPductを求め、この求めたΔPduct中
の最大のものをファン6aからの吹出静圧ΔPductとす
る(ステップ101)。
【0033】そして、各VAVユニット11からの要求
風量LVAViを加算し、これによって得られるΣLVAViを
総要求風量とし、この総要求風量ΣLVAViおよびステッ
プ101で求めた吹出静圧ΔPductを実現するファン回
転数Rを先のステップ505で記憶されたファン回転数
−送風圧力−送風量特性から求め、これをファン回転数
の目標値とし、この目標値となるようにファン回転数を
制御する(ステップ102)。
【0034】そして、所定時間Tの経過を待って(ステ
ップ103)、各VAVユニット11からの要求風量の
変更の有無を確認のうえ(ステップ104)、要求風量
の変更がなければ直ちにステップ101へ戻る一方、要
求風量の変更があれば、要求風量の変更のあったVAV
ユニット11の要求風量LVAViを変更後の値として(ス
テップ105)、ステップ101へ戻り、ファン6aか
らの吹出静圧ΔPductを新たに求め、ステップ102以
降の動作を繰り返す。
【0035】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、ダクト系統毎に全ダクト各部の実ダクト
抵抗および可変給気量調整手段の最大開度時の実ダンパ
抵抗を用いて表現される流体力学の理論式に第1〜第N
の可変給気量調整手段の要求風量が代入され、これによ
って各理論式毎に圧力損失が求められ、この圧力損失に
基づいてファンからの吹出静圧が決定され、これにより
決定された吹出静圧および総要求風量を実現するファン
の回転数が予め準備されているファン回転数−送風圧力
−送風量特性から求められるものとなり、この求めたフ
ァン回転数となるように空調機のファン回転数を制御す
るようにすれば、システムを一挙に省エネ状態に近づけ
ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図2に示した制御装置におけるファン回転数
制御に際しての処理動作を示すフローチャートである。
【図2】 本発明の一実施の形態を示すVAV制御シス
テムの計装図である。
【図3】 最も簡単な例として挙げたVAVユニットを
2個用いたVAV制御システムの計装図である。
【図4】 ファン回転数−送風圧力−送風量特性を例示
する図である。
【図5】 図2に示した制御装置における準備段階の処
理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…空調機、2,4…電動弁、3…冷却コイル、5…加
熱コイル、6…送風機、6a…ファン、6b…インバー
タ、7…制御装置、9−1〜9−n…被制御エリア、1
0−1〜10−n…VAVコントロールユニット、11
−1〜11−n…VAVユニット、12−1〜12−n
…ダンパ、13−1〜13−n…風速センサ、14−1
〜14−n…開度センサ、T1〜Tn…温度センサ、2
4…圧力センサ。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダクトを介して空調機のファンからの吹
    出給気の供給を受け、第1〜第Nの被制御エリアの負荷
    状況に応じてそこへの給気吹出量を各個に制御する第1
    〜第Nの可変給気量調整手段を有し、この可変給気量調
    整手段からの要求風量を満足するように前記空調機のフ
    ァン回転数を制御するVAV制御システムにおいて、 ダクト系統毎に全ダクト各部の実ダクト抵抗および可変
    給気量調整手段の最大開度時の実ダンパ抵抗を用いて表
    現される流体力学の理論式に前記第1〜第Nの可変給気
    量調整手段の要求風量を代入し、これによって各理論式
    毎に求められる圧力損失に基づいて前記ファンからの吹
    出静圧を決定する吹出静圧決定手段と、 この吹出静圧決定手段により決定された吹出静圧および
    総要求風量を実現する前記ファンの回転数を予め準備さ
    れているファン回転数−送風圧力−送風量特性から求め
    るファン回転数決定手段とを備えたことを特徴とするV
    AV制御システム。
  2. 【請求項2】 請求項1において、吹出静圧決定手段
    は、ダクト系統毎に全ダクト各部の実ダクト抵抗および
    可変給気量調整手段の最大開度時の実ダンパ抵抗を用い
    て表現される流体力学の理論式に前記第1〜第Nの可変
    給気量調整手段の要求風量を代入し、これによって各理
    論式毎に求められる圧力損失中より最大のものを前記フ
    ァンからの吹出静圧として決定することを特徴とするV
    AV制御システム。
  3. 【請求項3】 請求項1において、ファン回転数決定手
    段におけるファン回転数−送風圧力−送風量特性は、実
    測により求められたものであることを特徴とするVAV
    制御システム。
  4. 【請求項4】 請求項1において、吹出静圧決定手段に
    おけるダクト系統毎の流体力学の理論式は、その理論式
    中の全ダクト各部の実ダクト抵抗および可変給気量調整
    手段の最大開度時の実ダンパ抵抗が、第1〜第Nの可変
    給気量調整手段のダンパ開度を最大としたうえで、ファ
    ンの回転数を所定回数変更し、各変更回転数において測
    定されるファンからの吹出静圧および第1〜第Nの可変
    給気量調整手段からの吹出風量に基づいて、求められて
    いることを特徴とするVAV制御システム。
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