JP5845551B1 - 冬季における空調機の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2に記載された外気冷房システムでは、還気を加湿して外気と混合し、その際に混合空気の温度が給気温度となるように混合量を制御することにより、冷水コイルを停止して省エネルギーを図っている。
(a)外気温度(To)と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率(η)との対応関係を予め設定するステップと、
(b)現在の外気温度(To)を検知するステップと、
(c)検知した前記現在の外気温度(To)を基に、予め設定された対応する全熱交換効率(η)を取得するステップと、
(d)取得した前記全熱交換効率(η)となるように前記全熱交換器を制御するステップと、
(e)検知した前記現在の外気温度(To)及び所定の一定値である還気温度(Tr)と取得した前記全熱交換効率(η)とを基に、全熱交換後の外気温度(Tox)を算出するステップと、
(f)算出した前記全熱交換後の外気温度(Tox)及び検知した前記所定の一定値である還気温度(Tr)を基に、前記混合空気(M)の混合空気温度(Tm)が前記一定の給気温度(Ts)と等しくなるように、給気(SA)に占める外気(OA)の割合である外気量比率(q)を算出するステップと、
(g)算出した前記外気量比率(q)となるように取り入れる外気(OA)の量を制御するステップと、を有することを特徴とする。
(a)冬季を複数の期間に区分した各期間と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率(η)との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
(b)各期間中、予め設定された前記全熱交換効率(η)を維持するステップと、
(c)各期間中、現在の外気温度(To)及び現在の還気温度(Tr)を検知するステップと、
(d)検知した前記現在の外気温度(To)及び現在の還気温度(Tr)と予め設定された前記全熱交換効率(η)とを基に、全熱交換後の外気温度(Tox)を算出するステップと、
(e)算出した前記全熱交換後の外気温度(Tox)及び検知した前記現在の還気温度(Tr)を基に、前記混合空気(M)の混合空気温度(Tm)が前記一定の給気温度(Ts)と等しくなるように、給気(SA)に占める外気(OA)の割合である外気量比率(q)を算出するステップと、
(f)算出した前記外気量比率(q)となるように取り入れる外気(OA)の量を制御するステップと、を有し、
(a1)前記各期間と全熱交換効率(η)の対応関係は、当該期間について想定される外気温度(To)が所定の閾値温度(Tth)未満である場合は前記全熱交換効率(η)を一定値とし、前記閾値温度(Tth)以上である場合は前記全熱交換効率(η)を零とするように設定することを特徴とする。
(a)冬季を複数の期間に区分した各期間と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率(η)との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
(b)冬季を複数の期間に区分した各期間と、給気(SA)に占める外気(OA)の割合である外気量比率(q)との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
(c)各期間中、予め設定された前記全熱交換効率(η)及び前記外気量比率(q)を維持するステップと、を有し、
(a1)前記各期間と全熱交換効率(η)の対応関係は、当該期間について想定される外気温度(To)が、所定の閾値温度(Tth)未満である場合は前記全熱交換効率(η)を一定値とし、前記閾値温度(Tth)以上である場合は前記全熱交換効率(η)を零とするように設定し、
(b1)前記各期間と外気量比率(q)の対応関係は、当該期間について想定される外気温度(To)及び想定される還気温度(Tr)と前記設定された全熱交換効率(η)とを基に、全熱交換後の外気温度(Tox)を算出し、算出した前記全熱交換後の外気温度(Tox)と前記想定される還気温度(Tr)とを基に、前記混合空気(M)の混合空気温度(Tm)が前記一定の給気温度(Ts)と等しくなるように前記外気量比率(q)を算出し設定することを特徴とする。
(1)システム構成の概要
図1は、本発明による冬季における空調機(空気調和機)の制御方法を適用される空調システムの全体構成を概略的かつ模式的に示した図である。本発明は、セントラル空調方式の空調機に適用される。本発明では、一応、11月〜4月の期間を冬季としているが、季節の境目は厳密である必要はない。
q(%)=Qo/Qs*100, Qs(一定)=Qo+Qr
本発明の制御方法の基本原理を、厳冬期の場合と厳冬期以外の場合のそれぞれの例について説明する。
先ず、従来の制御方法における厳冬期に生じやすい問題点を説明する。なお、本明細書では、空調機の設計条件が以下の通りとなっている場合を例として説明する。従来の一般的な制御では、冬季を通して全熱交換器は常に稼働させ(すなわち全熱交換効率は常に一定)ており、かつ、外気量比率qは常に一定とされている。
・室内温度(還気温度)Tr :22℃
・室内相対湿度(還気相対湿度):45%
・給気温度Ts :20℃(一定)
・外気温度To :−2℃
・外気絶対湿度 :0.0015kg/kg
・全熱交換効率η :50%(従来は一定)
・外気量比率q :27%(従来は一定)
[式1] Tox=To+(Tr−To)*η/100
[式2] Tm=Tr−(Tr−Tox)*q/100
実際には、外気OA及び還気RAは変動する。例えば、外気温度Toは、当然に毎日変動し、また1日の中でも変動する。また、室内温度すなわち還気温度Trも、インテリアゾーン内の種々の条件により実際には変動する。
次に、従来の制御方法において厳冬期以外に生じやすい問題点を説明する。設計条件は、図2の厳冬期の例と同じであり、全熱交換器は常に稼働(すなわち全熱交換効率は常に一定)であり、また、外気量比率qも常に一定である。
図4は、上記の設計条件において、実際の外気温度Toが16℃となった場合の空調機における制御状況を湿り空気線図上に表したものである。上記[式1]及び[式2]により混合空気温度Tmを算出すると21.2℃となる。
図6の例から判るように、冷水及び温水の使用量に関して最も省エネルギーを実現できるのは、リアルタイムに全熱交換効率η及び外気量比率qを制御することである。その一方で、リアルタイム方式は、現時点の変動値を検知するための機器、それらと連携させる制御機器及び制御プログラム等にコストを要することが予想され、既存のシステムへの追加機能としての実施が困難な場合も考えられる。
この観点から、簡易方式として、冬季をいくつかの期間に区分し、各期間毎に全熱交換効率η及び外気量比率qを予め設定した最適値に固定して制御する方法も有用と考えられる。
以下、本発明の制御方法として、第1の実施形態ではリアルタイム方式、第2の実施形態ではリアルタイム方式と期間毎設定方式の併用方式、第3の実施形態では期間毎設定方式の各方式について具体的に説明する。
図7は、全熱交換効率η及び外気量比率qの双方をリアルタイムに変動するように制御するリアルタイム方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。
[式3] q=(Tr−Ts)/(Tr−Tox)*100
(Ts:設計条件による給気温度)
(全熱交換効率η=0%の場合は、上記[式1]よりTox=To)
[式4] H(MJ)=Qs*ρ*Cp*(Tm−Ts)*h/106
Qs:給気量(500000m3)
ρ:空気密度(1.2kg/m3)
Cp:空気定圧比熱(1.006J/kg・K)
h:空調機の稼働時間(2h)
図10は、期間毎設定方式とリアルタイム方式を併用した方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。
図13は、期間毎設定方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。
Qs:給気量(500000m3)
ρ:空気密度(1.2kg/m3)
Cp:空気定圧比熱(1.006J/kg・K)
h:空調機の稼働時間(10h)
Tm:[式2]より算出
Ts:設定値(20℃)
(Ts:設計条件による給気温度)
(全熱交換効率η=0%の場合は、上記[式1]よりTox=To)
2 インテリアゾーン
11 加熱コイル
12 冷却コイル
13 加湿器
14 全熱交換器
15 外気ダンパ
t1、t2、t3 温度センサ
To 外気温度
Tox 全熱交換後の外気温度
Tm 混合空気温度
Ts 給気温度
Tr 還気温度
OA 外気
SA 給気
RA 還気
EA 排気
M 混合空気
Claims (7)
- 冬季において、取り入れた外気(OA)を、排気(EA)と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気(OA)を還気(RA)と混合して混合空気(M)とし、前記混合空気(M)を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度(Ts)をもつ給気(SA)を送出する空調機の制御方法であって、
(a)外気温度(To)と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率(η)との対応関係を予め設定するステップと、
(b)現在の外気温度(To)を検知するステップと、
(c)検知した前記現在の外気温度(To)を基に、予め設定された対応する全熱交換効率(η)を取得するステップと、
(d)取得した前記全熱交換効率(η)となるように前記全熱交換器を制御するステップと、
(e)検知した前記現在の外気温度(To)及び所定の一定値である還気温度(Tr)と取得した前記全熱交換効率(η)とを基に、全熱交換後の外気温度(Tox)を算出するステップと、
(f)算出した前記全熱交換後の外気温度(Tox)及び検知した前記所定の一定値である還気温度(Tr)を基に、前記混合空気(M)の混合空気温度(Tm)が前記一定の給気温度(Ts)と等しくなるように、給気(SA)に占める外気(OA)の割合である外気量比率(q)を算出するステップと、
(g)算出した前記外気量比率(q)となるように取り入れる外気(OA)の量を制御するステップと、を有することを特徴とする
冬季における空調機の制御方法。 - 冬季において、取り入れた外気(OA)を、排気(EA)と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気を還気(RA)と混合して混合空気(M)とし、前記混合空気(M)を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度(Ts)をもつ給気(SA)を送出する空調機の制御方法であって、
(a)冬季を複数の期間に区分した各期間と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率(η)との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
(b)各期間中、予め設定された前記全熱交換効率(η)を維持するステップと、
(c)各期間中、現在の外気温度(To)及び現在の還気温度(Tr)を検知するステップと、
(d)検知した前記現在の外気温度(To)及び現在の還気温度(Tr)と予め設定された前記全熱交換効率(η)とを基に、全熱交換後の外気温度(Tox)を算出するステップと、
(e)算出した前記全熱交換後の外気温度(Tox)及び検知した前記現在の還気温度(Tr)を基に、前記混合空気(M)の混合空気温度(Tm)が前記一定の給気温度(Ts)と等しくなるように、給気(SA)に占める外気(OA)の割合である外気量比率(q)を算出するステップと、
(f)算出した前記外気量比率(q)となるように取り入れる外気(OA)の量を制御するステップと、を有し、
(a1)前記各期間と全熱交換効率(η)の対応関係は、当該期間について想定される外気温度(To)が所定の閾値温度(Tth)未満である場合は前記全熱交換効率(η)を一定値とし、前記閾値温度(Tth)以上である場合は前記全熱交換効率(η)を零とするように設定することを特徴とする
冬季における空調機の制御方法。 - 前記閾値温度(Tth)は、冬季の空調設計における外気温度、還気温度及び全熱交換効率の各設計値から算出した全熱交換後の外気温度に相当することを特徴とする請求項2に記載の冬季における空調機の制御方法。
- 前記現在の外気温度(To)及び現在の還気温度(Tr)を検知するステップに替えて、現在の外気温度(To)を検知するステップとし、かつ、前記全熱交換後の外気温度(Tox)を算出するステップ及び前記外気量比率(q)を算出するステップにおける前記現在の還気温度(Tr)に替えて、所定の一定値である還気温度(Tr)を用いることを特徴とする請求項2又は3に記載の冬季における空調機の制御方法。
- 冬季において、取り入れた外気(OA)を、排気(EA)と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気を還気(RA)と混合して混合空気(M)とし、前記混合空気(M)を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度(Ts)をもつ給気(SA)を送出する空調機の制御方法であって、
(a)冬季を複数の期間に区分した各期間と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率(η)との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
(b)冬季を複数の期間に区分した各期間と、給気(SA)に占める外気(OA)の割合である外気量比率(q)との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
(c)各期間中、予め設定された前記全熱交換効率(η)及び前記外気量比率(q)を維持するステップと、を有し、
(a1)前記各期間と全熱交換効率(η)の対応関係は、当該期間について想定される外気温度(To)が、所定の閾値温度(Tth)未満である場合は前記全熱交換効率(η)を一定値とし、前記閾値温度(Tth)以上である場合は前記全熱交換効率(η)を零とするように設定し、
(b1)前記各期間と外気量比率(q)の対応関係は、当該期間について想定される外気温度(To)及び想定される還気温度(Tr)と前記設定された全熱交換効率(η)とを基に、全熱交換後の外気温度(Tox)を算出し、算出した前記全熱交換後の外気温度(Tox)と前記想定される還気温度(Tr)とを基に、前記混合空気(M)の混合空気温度(Tm)が前記一定の給気温度(Ts)と等しくなるように前記外気量比率(q)を算出し設定することを特徴とする
冬季における空調機の制御方法。 - 前記閾値温度(Tth)は、冬季の空調設計における外気温度、還気温度及び全熱交換効率の各設計値から算出した全熱交換後の外気温度に相当することを特徴とする請求項5に記載の冬季における空調機の制御方法。
- 前記外気量比率(q)を算出する際に、前記混合空気(M)の混合空気温度(Tm)が前記一定の給気温度(Ts)と等しくなるようにすることに替えて、前記混合空気(M)の混合空気温度(Tm)が前記一定の給気温度(Ts)より所定の温度だけ低くなるようにすることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の冬季における空調機の制御方法。
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