JP7002918B2 - 換気システム、空調システム、換気方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、換気システム、空調システム、換気方法及びプログラムに関する。

近年、空調機器に使用される冷媒が直接大気に放出されることにより、同質量の二酸化炭素の数千倍もの温暖化効果を与えている事が問題になっている。冷媒のＧＷＰ（温暖化係数）が高いために、空調機器に使用される冷媒量の規制が進められている。これに伴い、直膨系と呼ばれる空調システムに関しては、使用している冷媒量が多いために、冷媒量を減らすための様々な技術がある。ここで、直膨系のシステムは、冷媒を室内機で直接膨張させて冷熱を得るシステムである。一方で、直膨系ではない間接系のシステムへの置き換えも進んでいる。

間接系の代表的な空調システムとして、空冷チラーが挙げられる。空冷チラーは、冷媒を用いて冷水を生成し、その冷水を水配管を通じて室内へ直接供給し、或いは冷水により冷却した空気をダクトで室内に搬送することで、室内の空調を行う。

オフィス、病院、学校に代表される住宅以外の施設では、空調と同じく換気も空調システムが担う重要な役割である。換気をする際に、外気をそのまま室内に導入するのではなく、一度冷却、除湿、加熱、加湿のいずれかの処理を行ったあとに室内に導入する機器及び空調システムを外調機と呼ぶことがあり、また室内空気の空調機及び空調システムを内調機と呼ぶことがある。

従来、内調機、外調機ともに直膨系のシステムで構成されることが多かったが、前述の冷媒量規制による間接系システムへの置き換えの推進から、内調機を直膨系で構成し、外調機を間接系で構成するケースが多くなっている。

しかしながら、内調機と外調機はそれぞれ独立に制御されるため、内調機と外調機とを含むシステム全体の総合エネルギー効率は必ずしも高いとは限らない。そこで、内調機と外調機を合わせた空調システムを１つの系とみなして、様々な条件下において系のエネルギー効率が最高となるように、系を予めモデル化して最適運転ポイントで制御をかける技術がある（例えば、非特許文献１を参照）。また、直膨系の内調機に顕熱負荷のみを処理させることで、省エネルギーを図る技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３－２４７７４１号公報

東芝レビューＶｏｌ．６８ Ｎｏ．１２（２０１３）ｐ．２６～２９

しかしながら、非特許文献１の技術では、内調機及び外調機それぞれの特性をモデル化する必要があるため、事前の準備作業が複雑であり、種々の構成を有する空調システムに柔軟に対応することは難しい。その結果、十分な省エネルギー性を確保することができないおそれがある。また、特許文献１の技術では、潜熱負荷を処理する際の省エネルギーについては十分に考慮されているとはいえず、省エネルギー性を向上させる余地があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、空調システムの省エネルギー性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の換気システムは、冷媒回路を流れる冷媒と流体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、流体を送り出すポンプと、流体と室内空間の外部から取り入れた空気との間で熱交換を行う第２熱交換器と、を通して流体を循環させる流体回路と、室内空間における湿度と、外部における湿度と、のいずれか一方の湿度の計測値を示す湿度情報を取得する第１取得手段と、第２熱交換器によって熱交換された空気を室内空間に送風する送風手段と、湿度情報により示される湿度の計測値から得る指標値が基準値より小さくなると、送風手段によって室内空間に送風される空気の温度を制御して、指標値が基準値に等しいときの空気の温度から上昇させる第１制御手段と、室内空間における湿度の目標値を設定する設定手段と、を備え、指標値は、湿度情報により示される湿度の計測値と設定手段により設定される湿度の目標値との差である。

本発明によれば、空調システムの省エネルギー性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る空調システムの構成を示す図 温度調整システムの冷媒回路を示す図 換気システムの流体回路を示す図 制御装置の機能的な構成を示す図 制御装置によって実行される空調処理を示すフロー図 温度差と冷媒蒸発温度との関係を示す図 湿度差と吹出温度との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る換気システムの構成を示す図 実施の形態２に係る湿度の計測値と吹出温度との関係を示す図 換気装置の変形例を示す図 流体回路の変形例を示す図 湿度差と吹出温度との関係の変形例を示す図

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。

実施の形態１．
図１には、実施の形態１に係る空調システム１００の構成が示されている。空調システム１００は、空調対象となる室内空間１０２内の空気を調和して、室内空間１０２をユーザにとって快適な状態にするシステムである。室内空間１０２は、例えば、工場、オフィス、病院、学校、他の公共施設及び住宅に代表される建物内に設けられた部屋である。ただし、室内空間１０２は、これには限定されず、車両、船舶及び航空機に代表される乗り物の内部に設けられた空間であってもよいし、地下空間であってもよい。さらに、室内空間１０２は、密閉されている空間に限られず、一部が外気と通じていてもよい。

空調システム１００は、図１に示されるように、室内空間１０２の空気の温度を調整する温度調整システム１１０を有し、室内空間１０２の空気を換気する換気システム１２０を有している。図１には、温度調整システム１１０及び換気システム１２０によって形成される気流の向きが白抜きの矢印で模式的に示されている。

温度調整システム１１０は、いわゆる内調機に相当し、室内空間１０２の空気を取り入れて、この空気の温度を調整してから室内空間１０２に送風する直膨系のシステムである。温度調整システム１１０は、空調システム１００によって処理される空調負荷のうち主に顕熱負荷を処理する。換言すると、温度調整システム１１０は、温度の目標値と実測値との差を顕熱負荷として、当該顕熱負荷に応じて冷媒の蒸発温度を制御することにより、省エネルギー性を実現する。

換気システム１２０は、いわゆる外調機に相当し、室内空間１０２の外部から空気を取り入れて、この空気を除湿してから室内空間１０２に送風する。換気システム１２０は、空調システム１００によって処理される空調負荷のうち主に潜熱負荷を処理する。換言すると、換気システム１２０は、湿度の目標値と実測値との差を潜熱負荷として、当該潜熱負荷に応じて給気温度を制御することにより、簡素な構成で容易に省エネルギー性を向上させる。なお、本実施の形態に係る換気システム１２０は、室内空間１０２の空気を積極的に排気するための構成を有していない。室内空間１０２からは、出入り口、窓、又は換気口を通して適宜排気される。

より詳細には、空調システム１００は、外気と熱交換を行うための室外機２０と、室内空間１０２に空調空気を吹き出す室内機３０，３１と、換気システム１２０の熱源として機能する熱源機４０と、外気を除湿して室内空間１０２に供給する換気装置５０と、空調システム１００の構成要素を制御する制御装置６０と、室内空間１０２の温湿度を計測する温湿度計測器６１と、を有している。

室外機２０と室内機３０，３１とは、冷媒配管２０ａを介して接続されている。室内機３０，３１は、天井裏１０１に設置される天井埋め込み型の空調機器である。熱源機４０と換気装置５０とは、水配管４０ａを介して接続されている。換気装置５０は、天井裏１０１に配設された給気ダクト５０ａを介して室内空間１０２に空気を供給する。室外機２０、熱源機４０及び換気装置５０は、室内空間１０２を内部に有する建物の壁面又は屋上に代表される室外に設置される。

図２には、室外機２０及び室内機３０，３１によって形成される冷媒回路７１が示されている。

室外機２０は、図２に示されるように、冷媒を圧縮する圧縮機２１と、圧縮機の周波数を調整する周波数調整部２２と、圧縮機２１を通過する冷媒の温度から冷媒蒸発温度を計測するための蒸発温度計測部２３と、冷媒の流路を切り替える四方弁２４と、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器２５と、室外熱交換器２５に空気を送風する室外送風機２６と、を有している。圧縮機２１、四方弁２４及び室外熱交換器２５は、冷媒配管２０ａで接続される。

圧縮機２１は、四方弁２４から冷媒配管２０ａを介して吸入口に流入した冷媒蒸気を圧縮して、高温高圧の冷媒蒸気を吐出口から吐出する。圧縮機２１が吐出した冷媒蒸気は、冷媒配管２０ａを介して四方弁２４に送出される。圧縮機２１に取り付けられた周波数調整部２２は、制御装置６０から送信される制御信号に従って、圧縮機２１の動作周波数を制御信号により指定される周波数に調整する。

蒸発温度計測部２３は、圧縮機２１に取り付けられた圧力センサを含む。蒸発温度計測部２３は、圧縮機２１の吸入部（低圧部）における冷媒の圧力を計測して、この計測値から冷媒の飽和温度（＝蒸発温度）に変換して、蒸発温度を示す蒸発温度情報を制御装置６０に送信する。

四方弁２４は、冷媒配管２０ａを介して圧縮機２１の吸入口及び吐出口に接続されている。また、四方弁２４は、冷媒配管２０ａを介して、室外熱交換器２５及び室内機３０，３１の室内熱交換器３０１，３１１に接続されている。四方弁２４は、制御装置６０から送信される制御信号に従って冷媒の流路を切り替える。すなわち、四方弁２４は、圧縮機２１の吐出口から送出された冷媒を、室外熱交換器２５又は室内熱交換器３０１，３１１に送出する。また、四方弁２４は、室外熱交換器２５又は室内熱交換器３０１，３１１から送出された冷媒を、圧縮機２１の吸入口へ送出する。四方弁２４が流路を切り替えることにより、冷房運転用の冷媒回路７１と、暖房運転用の冷媒回路７１と、のいずれか一方が形成される。冷媒回路７１の詳細については後述する。

室外熱交換器２５は、四方弁２４及び室内機３０，３１の膨張弁３０２，３１２に冷媒配管２０ａを介して接続され、四方弁２４と膨張弁３０２，３１２との一方から流入した冷媒を他方に送出する。室外熱交換器２５は、外気と冷媒との間で熱交換を行うことにより、流入した冷媒を凝縮又は蒸発させ、液化した冷媒又は冷媒蒸気を吐出する。例えば、冷房運転時には、室外熱交換器２５が凝縮器として機能することにより冷媒が放熱する。また、暖房運転時には、室外熱交換器２５が蒸発器として機能することにより冷媒が吸熱する。

室外送風機２６は、ファンと当該ファンを回転させる電動モータとを含んで構成され、室外熱交換器２５の近傍に配置される。室外送風機２６は、制御装置６０から送信される制御信号に従ってファンを回転させることにより、室外機２０の外部から流入して室外熱交換器２５を通過する空気流を生成する。室外熱交換器２５によって熱交換された空気は、加熱又は冷却されて室外機２０の外部に排出される。室外送風機２６の風量は、制御装置６０からの制御信号により指定される。

室内機３０は、室内空間１０２の空気と冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器３０１と、開度可変の膨張弁３０２と、室内熱交換器３０１により熱交換された空気を室内空間１０２に送風する室内送風機３０３と、室内空間１０２の空気の温度を計測する温度計測部３０４と、を有している。室内熱交換器３０１及び膨張弁３０２は、冷媒配管２０ａで接続される。

室内熱交換器３０１は、室外機の四方弁２４及び膨張弁３０２に冷媒配管２０ａを介して接続され、四方弁２４及び膨張弁３０２の一方から流入した冷媒を他方に送出する。室内熱交換器３０１は、室内空間１０２の空気と冷媒との間で熱交換を行うことにより、流入した冷媒を蒸発又は凝縮させ、冷媒蒸気、液化した冷媒又は二相冷媒を吐出する。二相冷媒は、冷媒蒸気と液化した冷媒とが混在した冷媒を意味する。例えば、冷房運転時には、室内熱交換器３０１が蒸発器として機能することにより冷媒が吸熱し、室内空間１０２の空気が冷却される。また、暖房運転時には、室内熱交換器３０１が凝縮器として機能することにより冷媒が放熱し、室内空間１０２の空気が加熱される。

膨張弁３０２は、内蔵のパルスモータにより開度を連続的に変更可能な減圧器である。膨張弁３０２は、室外機２０の室外熱交換器２５及び室内熱交換器３０１に冷媒配管２０ａを介して接続され、室外熱交換器２５及び室内熱交換器３０１の一方から流入した冷媒を他方に送出する。膨張弁３０２は、流入した冷媒にかかる圧力を減圧して冷媒を膨張させ、流入した冷媒より低温低圧の冷媒を吐出する。膨張弁３０２から吐出される冷媒の温度及び圧力は、膨張弁３０２の開度に応じて変化する。膨張弁３０２の開度は、制御装置６０から送信される制御信号により指定される。

室内送風機３０３は、室外送風機２６と同等の構成を有し、室内熱交換器３０１の近傍に配置される。ただし、室内送風機３０３のファンは、例えば、クロスフローファン又はプロペラファンである。室内送風機３０３は、制御装置６０から送信される制御信号に従ってファンを回転させることにより、室内空間１０２から室内機３０の内部に流入して室内熱交換器３０１を通過する空気流を生成する。室内熱交換器３０１によって熱交換された空気は、冷却又は加熱されて室内機３０の吹き出し口から室内空間１０２に送風される。室内送風機３０３の風向及び風量は、制御装置６０からの制御信号により指定される。

温度計測部３０４は、室内機３０の空気の吸込み口の近傍に配置される。温度計測部３０４は、室内機３０に吸い込まれた空気の温度を、室内空間１０２における空気の温度として計測し、計測値を示す温度情報を制御装置６０へ送信する。

室内機３１は、室内機３０と同等の構成を有する。詳細には、室内機３１は、室内機３０の室内熱交換器３０１、膨張弁３０２、室内送風機３０３及び温度計測部３０４と同等の室内熱交換器３１１、膨張弁３１２、室内送風機３１３及び温度計測部３１４を有している。

以上の構成を有する室外機２０及び室内機３０，３１によって冷房運転が実行される際の冷媒回路７１は、図２に示されるように、圧縮機２１、四方弁２４、室外熱交換器２５、膨張弁３０２，３１２、室内熱交換器３０１，３１１及び四方弁２４をこの順に通して冷媒を循環させる。図２には、この冷媒回路７１において冷媒の流れる方向が破線の矢印で示されている。また、暖房運転が実行される際の冷媒回路７１は、圧縮機２１、四方弁２４、室内熱交換器３０１，３１１、膨張弁３０２，３１２、室外熱交換器２５及び四方弁２４をこの順に通して冷媒を循環させる。図２には、この冷媒回路７１において冷媒の流れる方向が実線の矢印で示されている。冷媒回路７１は、限定するものではないが、請求項の冷媒回路に対応する。

図３には、熱源機４０及び換気装置５０によって形成される流体回路７２が示されている。

熱源機４０は、換気装置５０とともにいわゆる空冷チラーを構成する。熱源機４０は、図３に示されるように、冷媒を圧縮する圧縮機４１と、冷媒の流路を切り替える四方弁４２と、外気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器４３と、冷媒を膨張させる膨張弁４４と、冷媒と流体との間で熱交換を行う熱交換器４５と、熱交換器４３に空気を送風する送風機４６と、を有している。圧縮機４１、四方弁４２、熱交換器４３，４５及び膨張弁４４は、冷媒配管４７で接続される。

圧縮機４１は、例えば、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機、その他の方式で冷媒を圧縮する装置である。圧縮機４１は、四方弁４２から冷媒配管４７を介して吸入口に流入した冷媒蒸気を圧縮して、高温高圧の冷媒蒸気を吐出口から吐出する。圧縮機４１が吐出した冷媒蒸気は、冷媒配管４７を介して四方弁４２に送出される。

四方弁４２は、冷媒配管４７を介して圧縮機４１の吸入口及び吐出口に接続されている。また、四方弁４２は、冷媒配管４７を介して、熱交換器４３及び熱交換器４５に接続されている。四方弁４２は、圧縮機４１の吐出口から送出された冷媒を熱交換器４３に送出し、熱交換器４５から送出された冷媒を圧縮機４１の吸入口へ送出する。

熱交換器４３は、四方弁４２及び膨張弁４４に冷媒配管４７を介して接続され、四方弁４２から流入した冷媒を膨張弁４４に送出する。熱交換器４３は、外気と高温の冷媒との間で熱交換を行うことにより、流入した冷媒を凝縮させ、液化した冷媒を吐出する。すなわち、熱交換器４３が凝縮器として機能することにより冷媒が放熱する。

膨張弁４４は、開度が固定された減圧器である。膨張弁４４は、熱交換器４３及び熱交換器４５に冷媒配管４７を介して接続され、熱交換器４３から流入した冷媒を熱交換器４５に送出する。膨張弁４４は、流入した冷媒にかかる圧力を減圧して冷媒を膨張させ、流入した冷媒より低温低圧の冷媒を吐出する。

熱交換器４５は、１次側に流れる冷媒と、２次側に流れる流体としての水との間で熱交換を行うことにより、水を冷却する。熱交換器４５の１次側入口は、冷媒配管４７を介して膨張弁４４に接続され、１次側出口は、冷媒配管４７を介して四方弁４２に接続される。熱交換器４５の２次側入口は、水配管４０ａを介して熱交換器５１に接続され、２次側出口は、水配管４０ａを介してポンプ７３の吸入口に接続される。熱交換器４５は、膨張弁４４から流入した冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。

送風機４６は、室外送風機２６と同等の構成を有し、熱交換器４３の近傍に配置される。送風機４６は、ファンを回転させることにより、熱源機４０の外部から流入して熱交換器４３を通過する空気流を生成する。熱交換器４３によって熱交換された空気は、加熱されて熱源機４０の外部に排出される。

以上の構成を有する熱源機４０によって形成される冷媒回路７４は、図３に示されるように、圧縮機４１、四方弁４２、熱交換器４３、膨張弁４４、熱交換器４５及び四方弁４２をこの順に通して冷媒を循環させる。図３には、この冷媒回路７４において冷媒の流れる方向が破線の矢印で示されている。

換気装置５０は、いわゆるエアハンドリングユニット（ＡＨＵ、Air Handling Unit）に相当する。換気装置５０は、流体と室内空間１０２の外部から取り入れた空気との間で熱交換を行う熱交換器５１と、熱交換器５１に空気を送風する送風機５２と、外気の絶対湿度を計測する湿度計測器５３と、熱交換器５１を通過して室内空間１０２に供給される空気の温度を計測する温度計測器５４と、を有している。

熱交換器５１は、ポンプ７３の吐出口及び熱源機４０の熱交換器４５に水配管４０ａを介して接続され、ポンプ７３の吐出口から流入した水を熱交換器４５に送出する。熱交換器５１は、流体としての水と空気との間で熱交換を行うことにより、空気を露店温度以下に冷却して除湿する。

送風機５２は、室外送風機２６と同等の構成を有し、熱交換器５１を通る風路に配置される。ただし、送風機５２のファンは、例えば、シロッコファン又はプロペラファンである。送風機５２は、制御装置６０から送信される制御信号に従ってファンを回転させることにより、換気装置５０の外部から内部に流入して熱交換器５１を通過する空気流を生成する。熱交換器５１によって熱交換された空気は、除湿されて給気ダクト５０ａを通り給気口から室内空間１０２に送風される。送風機５２の風量は、制御装置６０からの制御信号により指定される。送風機５２は、限定するものではないが、請求項の送風手段に対応する。

湿度計測器５３は、換気装置５０の内部に形成される風路において熱交換器５１より上流側に配置される湿度センサである。湿度計測器５３は、湿度の計測値を示す湿度情報を制御装置６０に送信する。温度計測器５４は、換気装置５０の風路において熱交換器５１より下流側に配置される温度センサである。温度計測器５４は、給気ダクト５０ａに配置されてもよいし、給気口の近傍に配置されてもよい。温度計測器５４は、温度の計測値を示す温度情報を制御装置６０に送信する。

ポンプ７３の吸入口は、熱源機４０の熱交換器４５に水配管４０ａを介して接続され、吐出口は、換気装置５０の熱交換器５１に水配管４０ａを介して接続される。ポンプ７３は、制御装置６０からの制御信号に従った回転数で稼働して水を送出することにより、流体回路７２に流れる水流を生成する。

以上の構成を有する熱源機４０、換気装置５０及びポンプ７３によって形成される流体回路７２は、図３に示されるように、ポンプ７３、熱交換器５１、熱交換器４５をこの順に通して水を循環させる。図３には、この流体回路７２において流体としての水が流れる方向が実線の矢印で示されている。流体回路７２は、限定するものではないが、請求項の流体回路に対応する。

図１に戻り、制御装置６０は、信号線６０ａを介して室外機２０及び熱源機４０と接続されている。また、制御装置６０は、信号線６０ａを介して温湿度計測器６１と接続されている。そして、制御装置６０は、温湿度計測器６１から取得した温湿度の計測値と、他の計測器から取得した温度情報及び湿度情報に基づいて、室外機２０及び室内機３０，３１を制御し、熱源機４０及び換気装置５０を制御する。なお、図１では省略されているが、室外機２０と室内機３０，３１は信号線を介して接続されており、制御装置６０は、室外機２０を介して室内機３０，３１を制御する。また、熱源機４０と換気装置５０は信号線を介して接続されており、制御装置６０は、熱源機４０を介して換気装置５０を制御する。

図４には、制御装置６０の機能的な構成が示されている。図４に示されるように、制御装置６０は、室内空間１０２の湿度の目標値を設定する湿度設定部６２と、温湿度計測器６１及び湿度計測器５３から湿度情報を取得する湿度情報取得部６３と、熱源機４０及び換気装置５０を制御する換気システム制御部６４と、室内空間１０２の目標値を設定する温度設定部６５と、温湿度計測器６１、温度計測器５４及び温度計測部３０４，３１４から温度情報及び蒸発温度情報を取得する温度情報取得部６６と、室外機２０及び室内機３０，３１を制御する温調システム制御部６７と、を有している。なお、図４では、室外機２０、室内機３０、熱源機４０及び換気装置５０の構成が簡略化されて示されている。

湿度設定部６２及び温度設定部６５は、主に、入力キーに代表される入力インタフェースと、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）に代表される出力インタフェースと、を有するユーザインタフェースと、設定された目標値を記憶する記憶装置と、によって実現される。なお、ユーザインタフェースは、入力インタフェースと出力インタフェースとが一体的に形成されたタッチスクリーンであってもよい。また、湿度設定部６２及び温度設定部６５は、ユーザの操作する端末と通信するための通信インタフェース回路によって実現され、ユーザが端末を用いて温湿度の目標値を設定してもよい。湿度設定部６２は、限定するものではないが、請求項の設定手段に対応する。

湿度情報取得部６３及び温度情報取得部６６は、主として通信インタフェース回路によって実現される。湿度情報取得部６３は、限定するものではないが、請求項の第１取得手段に対応する。また、温度情報取得部６６は、限定するものではないが、請求項の第２取得手段に対応する。

換気システム制御部６４及び温調システム制御部６７は、主としてマイクロプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）により実現される。マイクロプロセッサがＥＥＰＲＯＭに記憶されるプログラムＰ１を実行することにより、換気システム制御部６４が熱源機４０及び換気装置５０を制御し、温調システム制御部６７が、室外機２０及び室内機３０，３１を制御する。換気システム制御部６４は、限定するものではないが、請求項の第１制御手段に対応する。また、温調システム制御部６７は、限定するものではないが、請求項の第２制御手段に対応する。

なお、図４では、制御装置６０の構成要素として、主として換気システム１２０に関する湿度設定部６２、湿度情報取得部６３及び換気システム制御部６４と、主として温度調整システム１１０に関する温度設定部６５、温度情報取得部６６及び温調システム制御部６７と、を区分しているが、これには限定されない。例えば、制御装置６０は、温湿度を設定するための設定部と、温湿度に関する情報を取得する取得部と、他の機器を制御する制御部と、を有してもよい。

また、温度調整システム１１０と換気システム１２０との双方が、制御装置６０の構成要素をすべて含んでいるが、換気システム１２０が湿度設定部６２、湿度情報取得部６３及び換気システム制御部６４のみを含み、温度調整システム１１０が温度設定部６５、温度情報取得部６６及び温調システム制御部６７のみを含んでいてもよい。

続いて、空調システム１００によって実行される空調処理について、空調システム１００が冷房運転をする例を、図５を用いて説明する。空調処理は、主として制御装置６０によって、一定の周期で繰り返し実行される。この周期は、例えば、１分間、１５分間、又は１時間である。

空調処理において、制御装置６０は、温度の目標値を取得する（ステップＳ１）。具体的には、温調システム制御部６７が、温度設定部６５によって設定されて記憶装置に記憶されている室内空間１０２の設定温度を示すデータを読み込む。

次に、制御装置６０は、温度の計測値を取得する（ステップＳ２）。具体的には、温度情報取得部６６が、現在の室内空間１０２の温度を示す温度情報を取得する。この温度情報は、温湿度計測器６１、温度計測部３０４，３１４から送信されたいずれの情報でもよい。

次に、制御装置６０は、現在の顕熱負荷に関する指標値を算出する（ステップＳ３）。具体的には、温調システム制御部６７が、ステップＳ１にて取得された目標値Ｔｓｅｔと、ステップＳ２にて取得された計測値Ｔｒｏｏｍとの差を、顕熱負荷を示す指標値として算出する。より詳細には、温調システム制御部６７は、計測値Ｔｒｏｏｍから目標値Ｔｓｅｔを減じて得る差ΔＴ（＝Ｔｒｏｏｍ－Ｔｓｅｔ）を算出する。

次に、制御装置６０は、冷媒蒸発温度を制御する（ステップＳ４）。具体的には、温調システム制御部６７が、ステップＳ３で算出した顕熱負荷に応じて、膨張弁３０２，３１２の開度及び圧縮機２１の周波数を制御することにより、室内熱交換器３０１，３１１の冷媒蒸発温度を制御する。図６には、顕熱負荷に応じて制御される冷媒蒸発温度が模式的に示されている。図６に示されるように、顕熱負荷に相当する温度差ΔＴがゼロに等しいときには、冷媒蒸発温度をＥＴ１として、温度差ΔＴが大きくなりＴ１になると、冷媒蒸発温度をＥＴ１より低いＥＴ２とする。すなわち、負荷が大きくなるほど蒸発温度を低下させる。また、温度差ΔＴがＴ１を超えると、冷媒蒸発温度をＥＴ２に固定する。冷媒蒸発温度ＥＴ２は、冷媒回路７１の構成によって規定される蒸発温度の範囲の下限値、或いは予め定められた蒸発温度の範囲の下限値に等しい。

通常、内調機は、一定の冷媒蒸発温度で稼働することが多い。これに対し、本実施の形態では、温度差ΔＴに応じて冷媒蒸発温度を調整し、顕熱負荷が小さいときには、冷媒蒸発温度を上昇させる。冷媒蒸発温度が高くなるほど、冷凍サイクルのＣＯＰ（Coefficient Of Performance）は高くなるため、温度調整システム１１０は、負荷が小さいときに消費エネルギーを節約して、省エネルギー性を実現することとなる。

図５に戻り、ステップＳ４に続いて、制御装置６０は、湿度の目標値を取得する（ステップＳ５）。具体的には、換気システム制御部６４が、湿度設定部６２によって設定されて記憶装置に記憶されている室内空間１０２の絶対湿度の設定値を示すデータを読み込む。

次に、制御装置６０は、湿度の計測値を取得する（ステップＳ６）。具体的には、湿度情報取得部６３が、現在の外気における絶対湿度の計測値を示す湿度情報と、現在の室内空間１０２における絶対湿度の計測値を示す湿度情報と、のいずれか一方を取得する。

次に、制御装置６０は、現在の潜熱負荷に関する指標値を算出する（ステップＳ７）。具体的には、換気システム制御部６４が、ステップＳ５にて取得された目標値Ｘｓｅｔと、ステップＳ６にて取得された計測値Ｘａとの差を、潜熱負荷を示す指標値として算出する。より詳細には、換気システム制御部６４は、計測値Ｘａから目標値Ｘｓｅｔを減じて得る差ΔＸ（＝Ｘａ－Ｘｓｅｔ）を算出する。

次に、制御装置６０は、換気装置５０の吹出温度を制御する（ステップＳ８）。具体的には、換気システム制御部６４が、ステップＳ７で算出した潜熱負荷に応じて、ポンプ７３の回転数と送風機５２の回転数との少なくとも一方を制御することにより、換気装置５０から室内空間１０２に供給される空気の温度を制御する。図７には、潜熱負荷に応じて制御される吹出温度が模式的に示されている。

図７に示されるように、潜熱負荷に相当する湿度差ΔＸがゼロに等しいときには、吹出温度をＳＡＴ１として、湿度差ΔＸが大きくなりＸ１になると、吹出温度をＳＡＴ１より低いＳＡＴ２とする。すなわち、負荷が大きくなるほど吹出温度を低下させて、除湿能力を高くする。また、湿度差ΔＸがＸ１を超えると、吹出温度をＳＡＴ２に固定する。吹出温度ＳＡＴ２は、流体回路７２及び冷媒回路７４の構成によって規定される吹出温度の下限値、或いは予め定められた吹出温度の範囲の下限値に等しい。

通常、外調機は一定の除湿能力を維持したまま稼働することが多い。これに対し、本実施の形態では、湿度差ΔＸに応じて吹出温度を調整し、湿度差ΔＸが基準値であるＸより小さくなると、吹出温度を、湿度差ΔＸがＸ１に等しいときの吹出温度よりも上昇させる。このため、潜熱負荷が小さいときには、吹出温度を上昇させて除湿能力を低下させる。吹出温度が高くなるほど、空冷チラーとしての熱源機４０を構成する熱交換器４５に戻る水温が低くなり、熱源機４０が有する冷媒回路７４の蒸発温度が上昇する結果、ＣＯＰが高くなる。換気システム１２０は、負荷が小さいときに消費エネルギーを節約して、省エネルギー性を向上させることとなる。

ただし、図７に示されるＳＡＴ１及びＳＡＴ２により規定される範囲は、取り込んだ空気の露点温度以下の範囲として規定される。

図５に戻り、ステップＳ８が終了すると、制御装置６０は、空調処理を終了する。

以上、説明したように、本実施の形態に係る温度調整システム１１０は、顕熱負荷に相当する温度差に応じて冷媒蒸発温度を変化させ、換気システム１２０は、潜熱負荷に相当する湿度差に応じて吹出温度を変化させる。温度差及び湿度差は、温度調整システム１１０及び換気システム１２０がそれぞれ有しているセンサの出力値から容易に得ることができる。このため、複雑な事前準備が不要となる。また、温度調整システム１１０及び換気システム１２０はそれぞれ、運転状態を自律的に決定し、個々に省エネ運転をすることで、結果的に空調システム１００全体の省エネルギー性が達成される。ひいては、簡便に省エネ効果を発揮する空調システム１００を構築することができる。

実施の形態２．
続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。本実施の形態は、図８に示されるように、換気装置５０が給気風路に加えて室内空間１０２の空気を外部に排気するための排気風路を備える点で、実施の形態１と異なる。

本実施の形態に係る換気装置５０は、図８に示されるように、その排気風路に、排気するための送風機５５と、排気風路を通る空気の湿度を計測する湿度計測器５６と、を有している。湿度計測器５６は、絶対湿度の計測値を示す湿度情報を制御装置６０に送信する。

本実施の形態に係る制御装置６０は、室内空間１０２の湿度の計測値を示す湿度情報を、温湿度計測器６１及び湿度計測器５６から受信する。また、制御装置６０は、外気の湿度の計測値を示す湿度情報を、湿度計測器５３から受信する。そして、制御装置６０は、図５に示される空調処理と同等の処理を実行する。

ただし、制御装置６０は、ステップＳ７において、室内空間１０２における湿度の計測値と外気における湿度の計測値のいずれか一方を指標値として採用する。例えば、室内空間１０２の絶対湿度Ｘｒｏｏｍを用いて、図９に示されるように吹出温度を決定する。

具体的には、図９に示されるように、室内空間の湿度の計測値Ｘｒｏｏｍが目標値であるＸ２に等しいときには、吹出温度をＳＡＴ３として、計測値ＸｒｏｏｍとＸ２との差が大きくなると、吹出温度をＳＡＴ３より低くする。そして、計測値ＸｒｏｏｍがＸ３に等しくなると、吹出温度をＳＡＴ３より低いＳＡＴ４とする。すなわち、負荷が大きくなるほど吹出温度を低下させて、除湿能力を高くする。また、計測値ＸｒｏｏｍがＸ３を超えると、吹出温度をＳＡＴ４に固定する。吹出温度ＳＡＴ４は、流体回路７２及び冷媒回路７４の構成によって規定される吹出温度の下限値、或いは予め定められた吹出温度の範囲の下限値に等しい。

以上、説明したように、本実施の形態に係る換気装置５０は、室内空間１０２の湿度の計測値を指標値として、吹出温度を決定した。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。

例えば、換気装置５０は、上記実施の形態に係るエアハンドリングユニットに限定されない。例えば、図１０に示されるような天井埋込型の装置であってもよい。

また、流体回路７２には、図１１に示されるように、三方弁７５によってバイパス路が形成されてもよい。

また、湿度差ΔＸと吹出温度との関係は、図７に例示されたものに限定されない。例えば、図１２に示されるように、湿度差ΔＸが基準値Ｘ１より小さくなったときに吹出温度を上昇させてもよい。

また、熱源機４０は、空冷チラーに限定されず、水冷チラーであってもよい。室内機は２台に限られず、１台であってもよいし、３台以上であってもよい。１つの部屋を室内空間１０２の例として示したが、複数の部屋をまとめて室内空間１０２として扱ってもよい。

また、指標値を用いた吹出温度の調整は、上述のものには限定されない。例えば、外気湿度である第１指標値から換気システム１２０の吹出温度を決定して、第２指標値である室内湿度をフィードバックして吹出温度を補正することも考えられる。ここで、吹出温度を補正する際には、室内湿度が目標値Ｘｓｅｔに到達しないときに吹出温度を低下させ、室内湿度が目標値Ｘｓｅｔ未満となるときに吹出温度を上昇させればよい。

上述の実施形態に係る制御装置６０の機能は、専用のハードウェアによっても、また、通常のコンピュータシステムによっても実現することができる。

例えば、プログラムＰ１を、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムＰ１をコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する装置を構成することができる。

また、プログラムＰ１をインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するようにしてもよい。

また、インターネット等のネットワークを介してプログラムＰ１を転送しながら起動実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

さらに、プログラムＰ１の全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報をコンピュータが通信ネットワークを介して送受信しながらプログラムＰ１を実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

なお、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロード等してもよい。

また、空調システム１００の機能を実現する手段は、ソフトウェアに限られず、その一部又は全部を専用のハードウェア（回路等）によって実現してもよい。例えば、制御装置６０の機能的な構成要素を、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を用いて構成すれば、制御装置６０の省電力化を図ることができる。

本発明は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、室内空間の空調に適している。

１００ 空調システム、 １０１ 天井裏、 １０２ 室内空間、 １１０ 温度調整システム、 １２０ 換気システム、 ２０ 室外機、 ２０ａ 冷媒配管、 ２１ 圧縮機、 ２２ 周波数調整部、 ２３ 蒸発温度計測部、 ２４ 四方弁、 ２５ 室外熱交換器、 ２６ 室外送風機、 ３０，３１ 室内機、 ３０１，３１１ 室内熱交換器、 ３０２，３１２ 膨張弁、 ３０３，３１３ 室内送風機、 ３０４，３１４ 温度計測部、 ４０ 熱源機、 ４０ａ 水配管、 ４１ 圧縮機、 ４２ 四方弁、 ４３ 熱交換器、 ４４ 膨張弁、 ４５ 熱交換器、 ４６ 送風機、 ４７ 冷媒配管、 ５０ 換気装置、 ５０ａ 給気ダクト、 ５１ 熱交換器、 ５２ 送風機、 ５３ 湿度計測器、 ５４ 温度計測器、 ５５ 送風機、 ５６ 湿度計測器、 ６０ 制御装置、 ６０ａ 信号線、 ６１ 温湿度計測器、 ６２ 湿度設定部、 ６３ 湿度情報取得部、 ６４ 換気システム制御部、 ６５ 温度設定部、 ６６ 温度情報取得部、 ６７ 温調システム制御部、 ７１，７４ 冷媒回路、 ７２ 流体回路、 ７３ ポンプ、 ７５ 三方弁、 Ｐ１ プログラム。

Claims (5)

1. 冷媒回路を流れる冷媒と流体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記流体を送り出すポンプと、前記流体と室内空間の外部から取り入れた空気との間で熱交換を行う第２熱交換器と、を通して前記流体を循環させる流体回路と、
   前記室内空間における湿度と、前記外部における湿度と、のいずれか一方の湿度の計測値を示す湿度情報を取得する第１取得手段と、
   前記第２熱交換器によって熱交換された前記空気を前記室内空間に送風する送風手段と、
   前記湿度情報により示される湿度の計測値から得る指標値が基準値より小さくなると、前記送風手段によって前記室内空間に送風される前記空気の温度を制御して、前記指標値が前記基準値に等しいときの前記空気の温度から上昇させる第１制御手段と、
   前記室内空間における湿度の目標値を設定する設定手段と、
   を備え、
   前記指標値は、前記湿度情報により示される湿度の計測値と前記設定手段により設定される湿度の目標値との差である、換気システム。
2. 前記第１制御手段は、前記送風手段の風量と前記ポンプの回転数との少なくとも一方を制御することにより、前記空気の温度を制御する、
   請求項１に記載の換気システム。
3. 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を通して冷媒を循環させる冷媒回路と、
   前記室内空間における温度の計測値を示す温度情報を取得する第２取得手段と、
   前記温度情報により示される温度の計測値から得る指標値に応じて、前記室内熱交換器の冷媒蒸発温度を制御する第２制御手段と、
   を有する温度調整システムと、
   前記室内空間に空気を供給する請求項１又は２に記載の換気システムと、
   を備える空調システム。
4. 冷媒回路を流れる冷媒と流体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記流体を送り出すポンプと、前記流体と室内空間の外部から取り入れた空気との間で熱交換を行う第２熱交換器と、を接続して前記流体を循環させる流体回路のうち、前記第２熱交換器によって熱交換された前記空気を前記室内空間に送風する送風ステップと、
   前記室内空間における湿度と前記外部における湿度とのいずれか一方の計測値から得る指標値が基準値より小さくなると、前記室内空間に送風される前記空気の温度を制御して、前記指標値が前記基準値に等しいときの前記空気の温度から上昇させる制御ステップと、
   前記室内空間における湿度の目標値を設定するステップと、
   を含み、
   前記指標値は、前記計測値と設定された湿度の目標値との差である、換気方法。
5. コンピュータに、
   冷媒回路を流れる冷媒と流体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記流体を送り出すポンプと、前記流体と室内空間の外部から取り入れた空気との間で熱交換を行う第２熱交換器と、を接続して前記流体を循環させる流体回路のうち、前記第２熱交換器によって熱交換された前記空気を、送風手段に前記室内空間へ送風させ、
   前記室内空間における湿度と前記外部における湿度とのいずれか一方の計測値から得る指標値が基準値より小さくなると、前記室内空間に送風される前記空気の温度を制御して、前記指標値が前記基準値に等しいときの前記空気の温度から上昇させ、
   前記室内空間における湿度の目標値を設定する、
   ことを実行させ、
   前記指標値は、前記計測値と設定された湿度の目標値との差である、プログラム。

Images