JP5289493B2 - 空気調和システム - Google Patents
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Description
まず、この発明の実施の形態1について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係る空気調和システムが適用される建物のフロア平面図である。図1に示すように、この建物には、事務室A、会議室B、会議室C、事務室Dが設けられている。事務室Aの天井には、室内機1〜8と室内の空気を撹拌するサーキュレータ31〜33が設置されている。また、会議室Bの天井に室内機9が設置され、会議室Cの天井に室内機10が設置され、事務室Dの天井に室内機11が設置されている。
図3は、この発明の実施の形態1に係る空気調和システム100の接続構成を示す図である。図3に示すように、空気調和システム100は空調系統として3つの系統301〜303を備えると共に、サーキュレータ31〜33を備えている。系統301では室外機51に室内機1〜4が接続されている。また、系統302では室外機52に室内機5〜8が接続されている。更に、系統303では室外機53に室内機9〜11が接続されている。
図4は、この発明の実施の形態1に係る空気調和システムの冷媒回路を示す図である。図4では、室外機51の系統について示されているが、室外機52と室外機53の系統も図4に示す構成と同じ構成となっている。室外機51には4台の室内機1〜4が接続されているが、室内機1〜4の中は全て同じ構成である。このため、図4では、室内機1と室内機2のみ図示する。
まず、図4を参照して、冷房動作の冷凍サイクルについて説明する。圧縮機101から吐出された冷媒は、四方弁102より室外熱交換器103へと流れて空気と熱交換して凝縮液化し液側主管104より液側分岐管105へと分岐する。室内熱交換器107へと流れた冷媒は空気から熱を受けて蒸発した後、ガス側分岐管108よりガス側主管109、四方弁102及びアキュムレータ110を通過して再び圧縮機101に吸入される。
次に、暖房動作の冷凍サイクルについて説明する。暖房時は四方弁102を図4の点線側に切り換える。圧縮機101から吐出された冷媒はガス側主管109よりガス側分岐管108へと分岐し、室内熱交換器107へと流れて空気へ放熱して凝縮液化し、液側分岐管105上の膨張弁106で減圧される。膨張弁106を通って低圧となった冷媒は室外熱交換器103を流れて空気から熱を得て蒸発した後、四方弁102とアキュムレータ110を通過して再び圧縮機101に吸入される。
次に、空気調和システム100で実施される冷凍サイクルの能力調整動作について説明する。吸込空気温度センサ116の温度をTとし、設定温度をT0とする。また、冷房時には温度差ΔT(℃)を以下の式(1)のように定義し、暖房時には温度差ΔT(℃)を以下の式(2)のように定義する。
暖房時 ΔT=T0−T …(2)
圧縮機101が起動した直後は冷媒が室内熱交換器107や室外熱交換器103へ十分に行き届かず運転効率が低下する。このため、消費電力量を削減するには、運転と停止が短時間に頻繁に繰り返すような運転は避け、安定した周波数で運転させたほうがよい。
図6は、一般的な圧縮機の周波数と全断熱効率との関係を示す図である。
圧縮機101が断熱圧縮をしているときの動力を理論断熱圧縮動力といい、実際の圧縮機動力は理論断熱圧縮動力より大きくなる。理論断熱圧縮効率と実際の圧縮機動力との比を全断熱効率と呼び、以下の式(3)のように定義される。断熱効率ηcと機械効率ηmはそれぞれ式(4)と式(5)のように表される。
断熱効率ηc=理論断熱圧縮動力/(実際の圧縮機動力−機械的摩擦損失動力)
…(4)
機械効率ηm=(実際の圧縮機動力−機械的摩擦損失動力)/実際の圧縮機動力
…(5)
図7は、この発明の実施の形態1に係る空気調和システムのコントローラの構成を示すブロック図である。
コントローラ201は、制御部211と、キーボードなどの入力部212と、ディスプレイなどの表示部213と、伝送線30を介して各室外機51の室外制御装置と通信するための通信部214とを備えている。
図8及び図9は、図7のコントローラが有する情報の一覧を示す図である。なお、この一覧に示されている情報を以下ではシステム設定情報という。
室外機51〜53と室内機1〜11とは、施工時に機器のディップスイッチ等によりユニットアドレスが予め設定されている。ここでは、室外機51〜53のユニットアドレスは51〜53、室内機1〜11のユニットアドレスは1〜11、サーキュレータ31〜33のユニットアドレスは31〜33とする。
ここで、省エネ制御の概要について説明する。通常制御で運転中の室内機は、上述したように前記温度差ΔTに応じてサーモON又はサーモOFFのどちらかに自動的に切り替えられ、室内を設定温度に保つ制御が実施されている。ここで、仮に事務室Aの負荷(温度負荷)が大きい場合、事務室A内に配置された複数の室内機1〜8はサーモON状態に安定するが、負荷が小さければ、サーモONとサーモOFFとを繰り返すことになり、運転効率が低下する。よって、室内の負荷が小さい場合は、複数の室内機1〜8のうちの一部(つまり、停止系統の室内機)をサーモOFF状態に固定することにより、結果的に残りの室内機(つまり、運転系統の室内機)で処理すべき熱交換量の分担が増え、その残りの室内機はサーモON状態に安定し、運転効率の低下を抑制できる。しかし、複数の室内機のうちの一部をサーモOFF状態に固定すると、そのサーモOFF状態に固定された室内機の空調エリアは、省エネ制御を実施している間、十分に空調されないことになる。よって、この実施の形態1の省エネ制御では、複数の室内機1〜8のうちの一部をサーモOFF状態に固定すると共に、サーモOFF状態に固定された室内機の空調エリアを空調すべく、サーモOFF固定される室内機に予め対応づけられたサーキュレータを運転させるようにしており、これにより省エネと室内の快適性確保の両方を可能としている。
コントローラ201は、入力部212の操作により省エネ運転が指令されたことを検知すると、システム設定情報を参照して、許可系統の中で「運転系統」と「停止系統」を決定する(ステップS1)。ここでは、系統301を運転系統とし、系統302を停止系統として決定することになる。
以上詳細に説明したように、同室内に配置された複数の室内機のうち、ある一部の室内機をサーモOFF状態に固定制御することで、残りの室内機がサーモON状態で安定し、圧縮機の発停回数が減少し、空気調和システム全体としての運転効率の向上及び消費電力量の削減が可能となる。そして、サーモOFF固定対象の室内機(つまり、停止系統で運転中の室内機)をサーモOFFに固定することに連動してサーキュレータを運転させることで、室内に温度分布が生じるのを抑制することができ、室内の快適性を保つことができる。
実施の形態1では、運転系統と停止系統を施工者等のユーザが設定するようにしていたが、実施の形態2では、空調情報(吸込空気温度センサ116の検出温度、圧縮機周波数、定格能力、運転状態(運転/停止、サーモON/サーモOFF)、接続構成等)に基づいて空気調和システムが自動的に決めて設定する。以下、実施の形態2が実施の形態1と異なる内容を中心に説明する。なお、実施の形態2において実施の形態1と同様の構成部分について適用される変形例は、この実施の形態2についても同様に適用される。
図16は、図15のコントローラが有する情報の一覧を示す図である。
管理者や施工業者等のユーザは各系統301〜303それぞれについて省エネ制御の可否を選択する。ここでは系統301と系統302で省エネ制御が許可されている。続いてユーザは、省エネ制御が許可された系統301と系統302について、連動させるサーキュレータのユニットアドレスを指定する。系統301の室内機1〜4はサーキュレータ34〜36と連動させ、系統302の室内機5〜8はサーキュレータ31〜33と連動させる。サーキュレータ31〜33は、設置位置が系統301の室内機1〜4付近であり、吹き出し方向は、連動させる系統302の室内機5〜8の方向とする。サーキュレータ34〜36は、設置位置が系統302の室内機5〜8付近であり、吹き出し方向は、連動させる系統301の室内機1〜4の方向とする。
実施の形態2の空気調和システムの処理の流れは、図10に示した実施の形態1のフローチャートに示した流れと同様であるが、ステップS1の処理内容が異なる。更に、実施の形態2では、実施の形態1よりもサーキュレータの台数を増やしたことに伴い、ステップS8及びステップS9の処理内容が異なる。よって、以下では、実施の形態1と異なるステップS1、ステップS8及びステップS9の処理について説明する。
実施の形態2では、「運転系統」と「停止系統」をコントローラ201が空調情報に基づいて自動的に決定しており、この点が実施の形態1と異なる。以下、空調情報によって「運転系統」と「停止系統」を決定する方法について以下に7パターン説明する。全てのパターンに共通するのは、省エネ制御が許可された許可系統のうち、省エネ運転が指令されたときの消費電力が高い系統を運転系統に決定し、消費電力が低い系統を停止系統に決定することにある。なお、空気調和システム100として7パターンのうちどのパターンを適用するかは任意である。以下の各パターンの説明において、省エネ制御が許可された許可系統は図16に従い系統301及び系統302とし、それら各系統の各室内機の「運転/停止」及び「サーモON/サーモOFF」の状態については前述の図8に従うものとする。
省エネ制御が許可された許可系統の中で、運転中の室内機について吸込空気温度センサ116の温度Tと設定温度T0の温度差ΔT(℃)を、上記実施の形態1の式(1)や式(2)のように求め、ΔTの中で最大値をΔTmaxとする。ΔTmaxの室内機を含む系統を運転系統とし、ΔTmaxの室内機を含まない系統を停止系統とする。図8の例では、運転中の室内機1と室内機4と室内機7のそれぞれについて、吸込空気温度センサ116の温度Tと設定温度T0の温度差ΔTを求め、3つの温度差ΔTの中の最大値が例えば室内機7の場合、室内機7が属する系統302を運転系統とし、系統301を停止系統とすることになる。
省エネ制御が許可された許可系統の中で、運転中の室内機について吸込空気温度センサ116の温度Tと設定温度T0の温度差ΔT(℃)を、上記実施の形態1の式(1)や式(2)のように求め、系統毎に温度差ΔTの平均値ΔTaveを求める。ΔTaveの最も大きい系統を運転系統とし、ΔTaveの小さい系統を停止系統とする。図8の例では、運転中の室内機1と室内機4と室内機7のそれぞれについて、吸込空気温度センサ116の温度Tと設定温度T0の温度差ΔTを求め、系統301の平均値(室内機1の温度差ΔTと室内機4の温度差ΔTとの平均)と系統302の平均値(室内機7の温度差ΔT)とを比較し、大きい方を運転系統とし、小さい方を停止系統とすることになる。
省エネ制御が許可された許可系統の中で、系統毎の圧縮機101の周波数を比較して、周波数が高い系統を運転系統とし、周波数が低い系統を停止系統とする。
省エネ制御が許可された許可系統の中で運転中の室内機の合計定格能力が大きい系統を運転系統とし、小さい系統を停止系統とする。図8の例では、系統301で運転中の室内機1と室内機4の合計定格能力(Q1+Q4)と、系統302で運転中の室内機7の定格能力Q7とを比較する。
省エネ制御が許可された許可系統の中でサーモON室内機の合計定格能力が大きい系統を運転系統とし、小さい系統を停止系統とする。図8の例では、系統301のサーモON室内機1の定格能力Q1と、系統302のサーモON室内機7の定格能力Q7とを比較する。
省エネ制御が許可された許可系統の中で室内機の運転台数が多い系統を運転系統とし、少ない系統を停止系統とする。図8の例では、系統301の運転室内機が室内機1と室内機4の2台、系統302の運転室内機は室内機7の1台のため、系統301を運転系統とし、系統302を停止系統とする。
省エネ制御が許可された許可系統の中でサーモON室内機の台数が多い系統を運転系統とし、少ない系統を停止系統とする。図8の例では、系統301のサーモON室内機は1台、系統302のサーモON室内機は1台で同等である。この場合は、室外機アドレスの小さい系統301を運転系統とし、室外機アドレスの大きい系統302を停止系統とする。このように、空調情報を比較して同等な値の場合は室外機アドレス番号や系統番号の大小によって運転系統と停止系統を決めてもよいし、あるいは他の空調情報を比較して決定してもよい。
(ステップS8)
ステップS8では停止系統の中で運転中の室内機をサーモOFF状態に固定する。図8の例では、停止系統が系統301の場合は室内機1と室内機4がサーモOFF状態に固定され、停止系統が302の場合は室内機7がサーモOFF固定される。
室内機7をサーモOFF固定にすることによって事務室A内に室温の分布が発生することを防ぐために、サーモOFF固定された室内機に連動してサーキュレータを運転する。図16の例では、室内機1と室内機4がサーモOFF状態に固定された場合はサーキュレータ34とサーキュレータ36が運転され、室内機7がサーモOFF固定された場合はサーキュレータ33が運転される。
以上のように、実施の形態2では実施の形態1と同様の効果が得られると共に、空調情報に基づいて運転系統と停止系統とを自動的に決定するようにしたので、その時々の室内負荷環境に応じて運転系統と停止系統が割り振られることになり、省エネ制御中の室温の快適性を保つことができる。また、上記パターン1〜7によって運転系統と停止系統を決定することにより、室内の快適性を確保した省エネ制御を行うことができる。また、施工者等のユーザの設定の手間を軽減できる。
Claims (14)
- 室外機と、この室外機に接続され、同一室内空間に配置された複数台の室内機とを有する空調系統を少なくとも1系統と、
前記複数台の室内機が配置された空間に配置され、その空間内の空気を撹拌する複数のサーキュレータと、
運転中の各室内機のそれぞれをサーモON状態又はサーモOFF状態に切替える制御部とを備え、
各サーキュレータはそれぞれ省エネ制御においてサーモOFF状態に固定制御される各室内機の何れかに対応づけられており、
前記制御部は、省エネ制御の実行が可能と判断した場合、前記運転中の各室内機の一部をサーモOFF状態に固定制御すると共に、前記複数のサーキュレータのうち、少なくともサーモOFF状態に固定制御される室内機に対応づけられたサーキュレータを運転させることを特徴とする空気調和システム。 - 前記制御部は、
前記空調系統の圧縮機の周波数が予め設定した閾値F1以下の場合、
前記複数台の室内機の中でサーモON状態の室内機の合計定格能力Qtonが、前記省エネ制御においてサーモOFF状態に固定制御される室内機以外の室内機の合計定格能力Qon以下の場合、
運転中の各室内機それぞれにおける吸込空気温度と設定温度との差ΔTの最大値ΔTmaxが所定値以内の場合
の3つの場合のうち、少なくとも一部を満たす場合に前記省エネ制御の実行が可能と判断することを特徴とする請求項1記載の空気調和システム。 - 前記サーキュレータは、その吹き出し口が自己に対応づけられた室内機側を向くように設置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の空気調和システム。
- 室外機と、この室外機に接続され、同一室内空間に配置された1台以上の室内機とを有する空調系統を複数系統と、
前記複数台の室内機が配置された空間に配置され、その空間内の空気を撹拌するサーキュレータと、
運転中の各室内機のそれぞれをサーモON状態又はサーモOFF状態に切替え、また、前記複数の空調系統の各室内機それぞれについて吸込空気温度と設定温度との差ΔTを求め、ΔTが最大の室内機を含まない系統を停止系統に決定すると共に残りを運転系統に決定する制御部とを備え、
前記制御部は、省エネ制御の実行が可能と判断した場合、前記停止系統の運転中の室内機をサーモOFF状態に固定制御すると共に前記サーキュレータを運転させることを特徴とする空気調和システム。 - 室外機と、この室外機に接続され、同一室内空間に配置された1台以上の室内機とを有する空調系統を複数系統と、
前記複数台の室内機が配置された空間に配置され、その空間内の空気を撹拌するサーキュレータと、
運転中の各室内機のそれぞれをサーモON状態又はサーモOFF状態に切替え、また、前記複数の空調系統の各室内機それぞれについて吸込空気温度と設定温度との差ΔTを求め、前記空調系統毎にΔTの平均値ΔTaveを求め、ΔTaveの小さい系統を停止系統に決定し、ΔTaveの大きい系統を運転系統に決定する制御部とを備え、
前記制御部は、省エネ制御の実行が可能と判断した場合、前記停止系統の運転中の室内機をサーモOFF状態に固定制御すると共に前記サーキュレータを運転させることを特徴とする空気調和システム。 - 室外機と、この室外機に接続され、同一室内空間に配置された1台以上の室内機とを有する空調系統を複数系統と、
前記複数台の室内機が配置された空間に配置され、その空間内の空気を撹拌するサーキュレータと、
運転中の各室内機のそれぞれをサーモON状態又はサーモOFF状態に切替え、また、前記空調系統毎に運転中の室内機の合計定格能力Qを求め、合計定格能力Qの小さい系統を停止系統に決定し、合計定格能力Qの大きい系統を運転系統に決定する制御部とを備え、
前記制御部は、省エネ制御の実行が可能と判断した場合、前記停止系統の運転中の室内機をサーモOFF状態に固定制御すると共に前記サーキュレータを運転させることを特徴とする空気調和システム。 - 室外機と、この室外機に接続され、同一室内空間に配置された1台以上の室内機とを有する空調系統を複数系統と、
前記複数台の室内機が配置された空間に配置され、その空間内の空気を撹拌するサーキュレータと、
運転中の各室内機のそれぞれをサーモON状態又はサーモOFF状態に切替え、また、前記空調系統毎にサーモON状態の室内機の合計定格能力Qを求め、合計定格能力Qの小さい系統を停止系統に決定し、合計定格能力Qの大きい系統を運転系統に決定する制御部とを備え、
前記制御部は、省エネ制御の実行が可能と判断した場合、前記停止系統の運転中の室内機をサーモOFF状態に固定制御すると共に前記サーキュレータを運転させることを特徴とする空気調和システム。 - 室外機と、この室外機に接続され、同一室内空間に配置された1台以上の室内機とを有する空調系統を複数系統と、
前記複数台の室内機が配置された空間に配置され、その空間内の空気を撹拌するサーキュレータと、
運転中の各室内機のそれぞれをサーモON状態又はサーモOFF状態に切替え、また、前記空調系統毎に運転中の室内機の台数Nを求め、運転台数Nの少ない系統を停止系統に決定し、運転台数Nの大きい系統を運転系統に決定する制御部とを備え、
前記制御部は、省エネ制御の実行が可能と判断した場合、前記停止系統の運転中の室内機をサーモOFF状態に固定制御すると共に前記サーキュレータを運転させることを特徴とする空気調和システム。 - 室外機と、この室外機に接続され、同一室内空間に配置された1台以上の室内機とを有する空調系統を複数系統と、
前記複数台の室内機が配置された空間に配置され、その空間内の空気を撹拌するサーキュレータと、
運転中の各室内機のそれぞれをサーモON状態又はサーモOFF状態に切替え、また、前記空調系統毎にサーモON状態の室内機の台数Nを求め、台数Nが少ない系統を停止系統に決定し、台数Nの大きい系統を運転系統に決定する制御部とを備え、
前記制御部は、省エネ制御の実行が可能と判断した場合、前記停止系統の運転中の室内機をサーモOFF状態に固定制御すると共に前記サーキュレータを運転させることを特徴とする空気調和システム。 - 室外機と、この室外機に接続され、同一室内空間に配置された1台以上の室内機とを有する空調系統を複数系統と、
前記複数台の室内機が配置された空間に配置され、その空間内の空気を撹拌する複数のサーキュレータと、
運転中の各室内機のそれぞれをサーモON状態又はサーモOFF状態に切替え、また、前記複数の空調系統の一部の系統を停止系統に決定すると共に残りを運転系統に決定する制御部とを備え、
各サーキュレータのそれぞれは、自己の設置場所を空調エリアとしている空調系統以外の空調系統又はその空調系統の室内機に対応づけられており、
前記制御部は、省エネ制御の実行が可能と判断した場合、前記停止系統の運転中の室内機をサーモOFF状態に固定制御すると共に、前記停止系統に対応づけられたサーキュレータ又はサーモOFF状態に固定制御される室内機に対応づけられた前記サーキュレータを運転させることを特徴とする空気調和システム。 - 前記サーキュレータは、その吹き出し口が自己に対応づけられた空調系統又は室内機側を向くように設置されていることを特徴とする請求項10記載の空気調和システム。
- 前記サーキュレータを、その吹き出し口が前記停止系統の室内機側を向くように前記運転系統の空調エリアに設置したことを特徴とする請求項4〜請求項9の何れか一項に記載の空気調和システム。
- 前記制御部は、前記複数の空調系統のそれぞれの圧縮機の周波数を比較して、周波数が低い系統を前記停止系統に決定し、周波数が高い系統を前記運転系統に決定することを特徴とする請求項10又は請求項11記載の空気調和システム。
- 前記制御部は、
前記複数の空調系統のそれぞれの圧縮機の周波数が予め設定した閾値F1以下の場合、
前記複数の空調系統の各室内機の中でサーモON状態の室内機の合計定格能力Qtonが前記運転系統の中で運転中の室内機の合計定格能力Qon以下の場合、
前記複数の空調系統の中で運転中の各室内機それぞれにおける吸込空気温度と設定温度との差ΔTの最大値ΔTmaxが所定値以内の場合
の3つの場合のうち、少なくとも一部を満たす場合に前記省エネ制御の実行が可能と判断することを特徴とする請求項4〜請求項13の何れか一項に記載の空気調和システム。
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