JPWO2014136199A1 - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

室外空気温度に応じて第一冷媒系統の蒸発温度制御範囲を決定し、第一冷媒系統の蒸発温度を第一冷媒系統の蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御し、室外空気湿度に応じて第二冷媒系統の蒸発温度制御範囲を決定し、第二冷媒系統の蒸発温度を第二冷媒系統の蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御するものである。

Description

本発明は、換気装置を備えた空気調和システムに関するものである。

従来の換気装置を備えた空気調和システムは、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張手段、室内熱交換器からなる冷媒系統で構成され、その冷媒系統内に冷媒が充填されている。冷房時は、圧縮機で圧縮された冷媒は、高温高圧のガス冷媒となり、室外熱交換器に送り込まれる。その室外熱交換器に流れ込んだ冷媒は、空気に熱を放出することで液化する。

そして、液化した冷媒は、膨張手段で減圧されて気液二相状態となり、室内熱交換器にて周囲空気から熱を吸収することでガス化する。一方で、空気は熱を奪われるため、室内空間を冷房することが可能となる。ガス化した冷媒は圧縮機に戻る。

また、換気装置は、室内の空気を室外の新鮮空気と入れ替える運転を行っており、冷房時、室外空気から導入される空気のエンタルピーが高い場合は、冷房負荷（室外空気負荷）となる。その他の負荷としては、室内で発生する負荷（室内負荷）、建物壁面から侵入する熱の負荷（熱貫流負荷）がある。

そのため、空調機器としては、室外空気負荷、室内負荷、熱貫流負荷を処理する必要がある。室外空気負荷、室内負荷の中には、顕熱負荷に加えて潜熱負荷も含まれているため、従来の空気調和システムでは室内熱交換器温度（冷媒蒸発温度）を低温一定にして、潜熱負荷を処理していた。
しかしながら、蒸発温度を低温一定で運転して潜熱負荷を処理する運転では、負荷にかかわらず消費電力量の多い低温で運転するため、運転効率（エネルギー効率）が低下してしまうという課題があった。一方、蒸発温度を高めると消費電力量を少なくできるため、運転効率は向上するが、潜熱処理量が不足して室内空気湿度が上昇し、快適性が低下するという課題があった。

そこで、室内空気湿度に応じて決まる蒸発温度上限値を設定し、設定した蒸発温度上限値以下の範囲で蒸発温度と室内空気温湿度、設定温度に基づき、潜熱処理不足を発生させずに蒸発温度を制御する空気調和システムがある（例えば、特許文献１参照）。

ＷＯ２００３／０２９７２８号（例えば、３頁〜４頁参照）

しかしながら、特許文献１に示す空気調和システムの制御では、室外空気負荷を考慮していないため、室外空気が高湿の場合は潜熱処理量不足による湿度上昇によって、快適性が低下してしまうという課題があった。また、室外空気が低湿の場合は必要以上に潜熱処理量が増え、消費電力量が増えてしまう（省エネ性が低下してしまう）という課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、室外空気負荷を考慮し、潜熱処理量不足（除湿不足）による快適性低下や過剰潜熱処理による省エネ性低下を回避し、快適性を維持（温度及び湿度の維持）しつつ省エネ性を高めることを実現する空気調和システムを提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和システムは、第一の冷媒が循環する第一室外機と室内機とで構成される第一冷媒系統と、第二の冷媒が循環する第二室外機と換気装置とで構成される第二冷媒系統を有し、前記第一冷媒系統は、第一圧縮機、第一室外熱交換器、第一膨張弁、室内熱交換器を有し、前記第二冷媒系統は、第二圧縮機、第二室外熱交換器、第二膨脹弁、冷却器を有し、前記第一室外機は、前記第一圧縮機、前記第一室外熱交換器、を有し、前記第二室外機は、前記第二圧縮機、前記第二室外熱交換器、を有し、前記室内機は、前記第一膨張弁、前記室内熱交換器、を有し、室内空気を温度調整しながら循環させるように構成され、前記換気装置は、前記第二膨脹弁、前記冷却器、を有し、室内空気と室外空気を入れ替えると共に入れ替えられる空気の間で温度調整を行うように構成され、前記第一室外機と前記室内機、前記第二室外機と前記換気装置はそれぞれ冷媒配管で接続されており、室外空気の温湿度を検出する手段を有し、室外空気温度に応じて前記第一冷媒系統の蒸発温度制御範囲を決定し、前記第一冷媒系統の蒸発温度を前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御し、室外空気湿度に応じて前記第二冷媒系統の蒸発温度制御範囲を決定し、前記第二冷媒系統の蒸発温度を前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御するものである。

本発明に係る空気調和システムによれば、室外空気の温湿度によって決まる室外空気負荷に応じて蒸発温度を制御することで、顕熱負荷及び潜熱負荷を確実に処理しながら蒸発温度を高くすることができるため、快適性を維持しつつ省エネ性を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和システム概略図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの冷媒系統図１である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの換気装置概略図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの冷媒系統図２である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムのＴｅｉ−ΔＴ図１である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムのＴｅｖ−ΔＸ図１である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの蒸発温度制御範囲を表す図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの空気線図１である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの空気線図２である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの空気線図３である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムのＴｅｉ−ΔＴ図２である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムのＴｅｖ−ΔＸ図２である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの制御フローである。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの蒸発温度上昇による効果を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和システム概略図、図２は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの冷媒系統図１である。
まず、空気調和システム１００の構成について説明する。

この空気調和システム１００は、ビルやマンション等に設置され、冷媒を循環させる冷媒系統を利用することで冷房負荷や暖房負荷を供給できるものである。空気調和システム１００は、室内機系統１１（第一冷媒系統）と、換気装置系統２１（第二冷媒系統）との２系統の冷媒系統から構成され、それらは伝送線１０３で集中コントローラ１０２に接続されている。また、集中コントローラ１０２には目標温湿度設定手段４４が設けられている。なお、集中コントローラ１０２は、空気調和システム１００を制御するものである。

室内機系統１１は、例えば３つの室内機１が室内機系統室外機２と冷媒配管１０４でそれぞれ接続され、換気装置系統２１は、例えば１つの換気装置３が換気装置系統室外機４と冷媒配管１０５で接続されている。
また、室内機１、室内機系統室外機２、換気装置３、及び換気装置系統室外機４は、それぞれ伝送線１０３で集中コントローラ１０２に接続されている。
なお、本実施の形態では室内機１の数を３つ、換気装置３の数を１つとしたが、それぞれ他の数でもよい。

室内機系統１１は、圧縮機１２と、四方弁１３と、室外熱交換器用送風機１７が設けられた室外熱交換器１４と、膨張弁１５と、室内熱交換器用送風機１８が設けられた室内熱交換器１６と、を備えている。
なお、膨張弁１５と、室内熱交換器１６と、は室内機１を構成し、圧縮機１２と、四方弁１３と、室外熱交換器１４と、は室内機系統室外機２を構成している。

換気装置系統２１は、圧縮機２２と、四方弁２３と、室外熱交換器用送風機２７が設けられた室外熱交換器２４と、膨張弁２５と、冷却器２６と、を備えている。
なお、膨張弁２５と、冷却器２６と、は換気装置３を構成し、圧縮機２２と、四方弁２３と、室外熱交換器２４と、は換気装置系統室外機４を構成している。

図３は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの換気装置概略図である。
換気装置３は、上述した膨張弁２５と、冷却器２６の他、給気用送風機２８と、排気用送風機２９と、室内空気と室外空気との全熱交換を行う全熱交換器３０と、室外空気の温度と湿度を検出する室外空気温湿度検出手段３１と、室内空気の温度と湿度を検出する室内空気温湿度検出手段３２と、を有している。
なお、室外空気温湿度検出手段３１は室外空気の温度と湿度を検出できる位置、室内空気温湿度検出手段３２は室内空気の温度と湿度を検出できる位置にそれぞれ設けられている。

図４は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの冷媒系統図２である。
圧縮機１２、２２には圧縮機周波数調整手段４１がそれぞれ設けられ、圧縮機１２、２２の吸入側には蒸発温度検出手段４２がそれぞれ設けられている。また、各室内機１には吸込温湿度を検出できる位置に吸込温湿度検出手段４３が設けられている。

図５は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムのＴｅｉ−ΔＴ図１、図６は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムのＴｅｖ−ΔＸ図１である。
なお、Ｔｅｉは室内機系統１１での目標蒸発温度を、ΔＴは室内空気温度Ｔａ（℃）と目標温度Ｔａ＿ｔｇｔ（℃）との差を、Ｔｅｖは換気装置系統２１での目標蒸発温度を、ΔＸは室内空気絶対湿度Ｘａ（ｋｇ／ｋｇ’）と目標絶対湿度Ｘａ＿ｔｇｔ（ｋｇ／ｋｇ’）との差を、それぞれ表している。
次に、空気調和システム１００の動作について説明する。
なお、本実施の形態では、全ての室内機１が冷房運転を行っているものとする。

室内機系統１１は、図４に示す吸込温湿度検出手段４３で検出された室内空気温度Ｔａ（℃）と、図１に示す目標温湿度設定手段４４で設定した目標温度（室内の設定温度）Ｔａ＿ｔｇｔとの差ΔＴ（℃）から、図５に示すＴｅｉ−ΔＴ図に基づいて、最大蒸発温度Ｔｅｉ＿ｍａｘ（℃）と最小蒸発温度Ｔｅｉ＿ｍｉｎ（℃）との間の値（蒸発温度制御範囲内の値）である目標蒸発温度Ｔｅｉ（℃）を決定する。そして、圧縮機１２の吸入側に設けられた蒸発温度検出手段４２で検出される冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度Ｔｅｉとなるように、圧縮機周波数調整手段４１で室内機系統室外機２の圧縮機１２の周波数を制御し、室内空気温度Ｔａ（℃）を調整する。

一方、換気装置系統２１は、図３に示す室内空気温湿度検出手段３２で検出された室内空気絶対湿度Ｘａ（ｋｇ／ｋｇ’）と、図１に示す目標温湿度設定手段４４で設定した目標絶対湿度（室内の設定湿度）Ｘａ＿ｔｇｔ（ｋｇ／ｋｇ’）との差ΔＸ（ｋｇ／ｋｇ’）から、図６に示すＴｅｖ−ΔＸ図に基づいて、最大蒸発温度Ｔｅｖ＿ｍａｘ（℃）と最小蒸発温度Ｔｅｖ＿ｍｉｎ（℃）との間の値（蒸発温度制御範囲内の値）である目標蒸発温度Ｔｅｖ（℃）を決定する。そして、圧縮機２２の吸入側に設けられた蒸発温度検出手段４２で検出される冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度Ｔｅｖとなるように、圧縮機周波数調整手段４１で換気装置系統室外機４の圧縮機２２の周波数を制御し、室内空気絶対湿度Ｘａ（ｋｇ／ｋｇ’）を調整する。
なお、蒸発温度制御範囲とは、蒸発温度が制御される温度範囲のことであり、Ｔｅｉ＿ｍａｘ（℃）、Ｔｅｖ＿ｍａｘ（℃）はその上限値、Ｔｅｉ＿ｍｉｎ（℃）、Ｔｅｖ＿ｍｉｎ（℃）はその下限値である。つまり、蒸発温度は、この蒸発温度制御範囲を超えないように制御される。

従来は、温度（顕熱）と湿度（潜熱）の制御を互いに独立して行えなかったため、温度と湿度の両方を目標値にすることが困難であった。
しかしながら、空気調和システム１００では、以上のように室内機系統１１で温度の制御を、換気装置系統２１で湿度の制御を、互いに独立して行うことができるため、制御性が高まり温度と湿度の両方を目標値にすることが容易となる。

図７は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの蒸発温度制御範囲を表す図である。
蒸発温度制御範囲の上限値である最大蒸発温度Ｔｅｉ＿ｍａｘ（℃）、Ｔｅｖ＿ｍａｘ（℃）と、下限値である最小蒸発温度Ｔｅｉ＿ｍｉｎ（℃）、Ｔｅｖ＿ｍｉｎ（℃）は、図７に示すように蒸発温度レベルに応じて、それぞれＨｉレベルとＬｏレベルの２パターンを持っておく。
また、室内機系統１１及び換気装置系統２１の蒸発温度レベルは、室外空気の温湿度条件によって決まる。つまり、室外空気の温湿度に応じて室内機系統１１及び換気装置系統２１の負荷が決まるため、負荷が大きい場合はＬｏレベル、負荷が小さい場合はＨｉレベルにする。なお、室内機系統１１及び換気装置系統２１において、ＨｉレベルのＴｅｉ＿ｍａｘ（℃）、Ｔｅｖ＿ｍａｘ（℃）と、Ｔｅｉ＿ｍｉｎ（℃）、Ｔｅｖ＿ｍｉｎ（℃）の値は、ともにＬｏレベルの値より大きい値とする。そのため、ＨｉレベルよりＬｏレベルの方が、冷房能力（冷却能力及び除湿能力）を上げることができる。このように決定することで、負荷が大きい場合は冷房能力を上げて冷却不足や除湿不足を回避しつつ、負荷が小さい場合は冷房能力を下げて省エネ運転を行うことができる。
なお、室外空気の温湿度には、図３に示す室外空気温湿度検出手段３１で検出された値を用いる。

図８は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの空気線図１である。
室外空気温湿度検出手段３１で検出された温湿度の値は、図８に示すように乾球温度の閾値Ｔ０と絶対湿度の閾値Ｘ０を境界として、４つのゾーン（ゾーンＩ〜ＩＶ）に分けられる。
ゾーンＩにある場合は、室外空気が低温及び低湿度であるので、低顕熱負荷条件及び低潜熱負荷条件、ゾーンＩＩにある場合は、室外空気が低温及び高湿度であるので、低顕熱負荷条件及び高潜熱負荷条件、ゾーンＩＩＩにある場合は、室外空気が高温及び低湿度であるので、高顕熱負荷条件及び低潜熱負荷条件、ゾーンＩＶにある場合は、室外空気が高温及び高湿度であるので、高顕熱負荷条件及び高潜熱負荷条件、となる。
なお、閾値Ｔ０と閾値Ｘ０については後述する。

低顕熱負荷条件（ゾーンＩとゾーンＩＩ）では、顕熱を制御する室内機系統１１の顕熱負荷は小さいので、室内機系統１１の蒸発温度を上げて冷却能力を下げることが可能となる（蒸発温度を上げても冷却不足は発生しないため）。そのため、図７に示す室内機系統１１の蒸発温度レベルはＨｉレベルとすることができ、ΔＴ（＝Ｔａ−Ｔａ＿ｔｇｔ）（℃）から、図５に示すＴｅｉ−ΔＴ図に基づいて目標蒸発温度Ｔｅｉ（℃）が決定される。
なお、ΔＴが０のときＴｅｉ＿ｍａｘ＝Ｔｅｉ＿ｈｉ＿ｍａｘ（℃）、ΔＴが予め決められた温度Ｔ１のときＴｅｉ＿ｍｉｎ＝Ｔｅｉ＿ｈｉ＿ｍｉｎ（℃）とし、０≦ΔＴ≦Ｔ１の間は、Ｔｅｉ＿ｍａｘ（℃）とＴｅｉ＿ｍｉｎ（℃）の間でΔＴと反比例関係にあるとして目標蒸発温度Ｔｅｉ（℃）を決定する。

一方、高顕熱負荷条件（ゾーンＩＩＩとゾーンＩＶ）では、顕熱を制御する室内機系統１１の顕熱負荷は大きいので、室内機系統１１の蒸発温度を下げて冷却能力を上げる必要がある。そのため、図７に示す室内機系統１１の蒸発温度レベルはＬｏレベルとし、ΔＴ（＝Ｔａ−Ｔａ＿ｔｇｔ）（℃）から、図５に示すＴｅｉ−ΔＴ図に基づいて目標蒸発温度Ｔｅｉ（℃）が決定される。
なお、ΔＴが０のときＴｅｉ＿ｍａｘ＝Ｔｅｉ＿ｌｏ＿ｍａｘ（℃）、ΔＴがＴ１のときＴｅｉ＿ｍｉｎ＝Ｔｅｉ＿ｌｏ＿ｍｉｎ（℃）とし、０≦ΔＴ≦Ｔ１の間は、Ｔｅ＿ｍａｘ（℃）とＴｅ＿ｍｉｎ（℃）の間でΔＴと反比例関係にあるとして目標蒸発温度Ｔｅｉ（℃）を決定する。

また、低潜熱負荷条件（ゾーンＩとゾーンＩＩＩ）では、潜熱を制御する換気装置系統２１の潜熱負荷は小さいので、換気装置系統２１の蒸発温度を上げて除湿能力を下げることが可能となる（蒸発温度を上げても除湿不足は発生しないため）。そのため、図７に示す換気装置系統２１の蒸発温度レベルはＨｉレベルとすることができ、ΔＸ（＝Ｘａ−Ｘａ＿ｔｇｔ）（ｋｇ／ｋｇ’）から、図６に示すＴｅｖ−ΔＸ図に基づいて目標蒸発温度Ｔｅｖ（℃）が決定される。
なお、ΔＸが０のときＴｅｖ＿ｍａｘ＝Ｔｅｖ＿ｈｉ＿ｍａｘ（℃）、ΔＸが予め決められた絶対湿度Ｘ１のときＴｅｖ＿ｍｉｎ＝Ｔｅｖ＿ｈｉ＿ｍｉｎ（℃）とし、０≦ΔＸ≦Ｘ１の間は、Ｔｅｖ＿ｍａｘ（℃）とＴｅｖ＿ｍｉｎ（℃）の間でΔＸと反比例関係にあるとして目標蒸発温度Ｔｅｖ（℃）を決定する。

一方、高潜熱負荷条件（ゾーンＩＩとゾーンＩＶ）では、潜熱を制御する換気装置系統２１の潜熱負荷は大きいので、換気装置系統２１の蒸発温度を下げて除湿能力を上げる必要がある。そのため、図７に示す換気装置系統２１の蒸発温度レベルはＬｏレベルとし、ΔＸ（＝Ｘａ−Ｘａ＿ｔｇｔ）（ｋｇ／ｋｇ’）から、図６に示すＴｅｖ−ΔＸ図に基づいて目標蒸発温度Ｔｅｖ（℃）が決定される。
なお、ΔＸが０のときＴｅｖ＿ｍａｘ＝Ｔｅｖ＿ｌｏ＿ｍａｘ（℃）、ΔＸがＸ１のときＴｅｖ＿ｍｉｎ＝Ｔｅｖ＿ｌｏ＿ｍｉｎ（℃）とし、０≦ΔＸ≦Ｘ１の間は、Ｔｅｖ＿ｍａｘ（℃）とＴｅｖ＿ｍｉｎ（℃）の間でΔＸと反比例関係にあるとして目標蒸発温度Ｔｅｖ（℃）を決定する。

図９は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの空気線図２である。
以上より、室内機系統１１及び換気装置系統２１の蒸発温度レベルは、室外空気の温湿度条件によって、図９に示すように決定される。

なお、各ゾーンの閾値である乾球温度の閾値Ｔ０（℃）と絶対湿度の閾値Ｘ０（ｋｇ／ｋｇ’）は、以下のようにして決定される。
閾値Ｔ０（℃）は、室内機系統１１の目標蒸発温度Ｔｅｉ（℃）をＨｉレベルのＴｅｉ＿ｈｉ＿ｍｉｎ（℃）とした時に、顕熱負荷を処理できる室外空気温度の最大値である。すなわち、閾値Ｔ０（℃）以下であれば、Ｈｉレベルの蒸発温度範囲であっても目標温度に到達できる。

実際、顕熱負荷は室外空気の温湿度条件だけでなく、人体、室外空気機器、照明などの内部発熱を考慮する必要があるが、それら人体、室外空気機器、照明などの内部発熱量はビルやマンションなどの物件毎にある程度想定され、その変動は少ないため、物件毎に想定される値を用いてＴ０を算出することができる。

一方、閾値Ｘ０（ｋｇ／ｋｇ’）は、換気装置系統２１の目標蒸発温度Ｔｅｖ（℃）をＨｉレベルのＴｅｖ＿ｈｉ＿ｍｉｎ（℃）とした時に、潜熱負荷を処理できる室外空気絶対湿度の最大値である。すなわち、閾値Ｘ０（ｋｇ／ｋｇ’）以下であれば、Ｈｉレベルの蒸発温度範囲であっても目標湿度に到達できる。

実際、潜熱負荷は室外空気の温湿度条件だけでなく、人体、室外空気機器、照明などの内部発熱を考慮する必要があるが、それら人体、室外空気機器、照明などの内部発熱量はビルやマンションなどの物件毎にある程度想定され、その変動は少ないため、物件毎に想定される値を用いてＸ０を算出することができる。

なお、閾値Ｘ０（ｋｇ／ｋｇ’）は、室外空気温度が変わったとしても、ある蒸発温度に対して目標湿度が同じであれば、潜熱負荷を処理できる室外空気絶対湿度の最大値はほとんど変わらない。そのため、図８及び図９に示すようにＸ０（ｋｇ／ｋｇ’）を決定できる。これは、蒸発温度が同じで室外空気温度が低下した場合、換気装置３の冷却器２６の全熱（顕熱＋潜熱）処理量は低下するが、ＳＨＦ（顕熱比）が低下するため、顕熱処理量のみ低下して潜熱処理量は低下しないためである。

図１０は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの空気線図３である。
閾値Ｔ０（℃）及びＸ０（ｋｇ／ｋｇ’）は、図１に示す目標温湿度設定手段４４の設定値によって、図１０に示すように変化させてもよい。同じ室外空気の温湿度条件であっても目標温度及び目標絶対湿度が変化すると、顕熱負荷及び潜熱負荷も変化する。そこで、目標温度が低くなると顕熱負荷は大きくなるため、その場合はＴ０（℃）を低くして冷却能力を上げる。また、目標絶対湿度が低くなると潜熱負荷は大きくなるため、その場合はＸ０（ｋｇ／ｋｇ’）を低くして除湿能力を上げる。
このようにすることで、目標温度及び目標絶対湿度が変化して負荷が大きくなった場合でも、冷却不足や除湿不足の発生を回避できる。

また、このとき図４に示す吸込温湿度検出手段４３で検出された室内空気温度Ｔａ（℃）や、図３に示す室内空気温湿度検出手段３２で検出された室内空気絶対湿度Ｘａ（ｋｇ／ｋｇ’）の値を用いて、室内機系統１１及び換気装置系統２１の蒸発温度レベルを、ＨｉレベルからＬｏレベルへの切り替え制御を行っても良い。

図１１は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムのＴｅｉ−ΔＴ図２である。
例えば、室内機系統１１がＨｉレベルで運転中、図１１に示すように吸込温湿度検出手段４３で検出された室内空気温度Ｔａと、目標温湿度設定手段４４で設定した目標温度Ｔａ＿ｔｇｔ（℃）との差ΔＴが予め決められた温度Ｔ２（℃）（Ｔ１＜Ｔ２）よりも大きい場合は、冷却能力が足りず顕熱負荷を処理できていないと判断し、冷却能力を上げるためＨｉレベルからＬｏレベルに移行する。

逆に、室内機系統１１がＬｏレベルで運転中、図１１に示すように室内空気温度Ｔａ（℃）と、目標温度Ｔａ＿ｔｇｔ（℃）との差ΔＴが予め決められた温度Ｔ３（℃）（＜０）よりも小さい場合は、冷却能力に余裕があり蒸発温度を更に上げられると判断し、冷却能力を下げるためＬｏレベルからＨｉレベルに移行する。なお、Ｌｏレベル運転中に圧縮機１２がサーモオフした場合に、ＬｏレベルからＨｉレベルに移行するとしてもよい。

図１２は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムのＴｅｖ−ΔＸ図２である。
また、換気装置系統２１がＨｉレベルで運転中、図１２に示すように室内空気温湿度検出手段３２で検出された室内空気絶対湿度Ｘａ（ｋｇ／ｋｇ’）と、目標温湿度設定手段４４で設定した目標絶対湿度（室内の設定湿度）Ｘａ＿ｔｇｔ（ｋｇ／ｋｇ’）との差ΔＸが予め決められた絶対湿度Ｘ２（ｋｇ／ｋｇ’）（Ｘ１＜Ｘ２）よりも大きい場合は、除湿能力が足りず潜熱負荷を処理できていないと判断し、除湿能力を上げるためＨｉレベルからＬｏレベルに移行する。

逆に、換気装置系統２１がＬｏレベルで運転中、図１２に示すように室内空気絶対湿度Ｘａ（ｋｇ／ｋｇ’）と、目標絶対湿度（室内の設定湿度）Ｘａ＿ｔｇｔ（ｋｇ／ｋｇ’）との差ΔＸが予め決められた絶対湿度Ｘ３（ｋｇ／ｋｇ’）（＜０）よりも小さい場合は、除湿能力に余裕があり蒸発温度を更に上げられると判断し、除湿能力を下げるためＬｏレベルからＨｉレベルに移行する。なお、Ｌｏレベル運転中に圧縮機２２がサーモオフした場合に、ＬｏレベルからＨｉレベルに移行するとしてもよい。

以上のように、室内空気の温湿度条件に応じてフィードバック制御することで、冷却不足や除湿不足の発生を回避できる。
なお、室内空気温度Ｔａ（℃）の値について、図３に示す室内空気温湿度検出手段３２で検出された値を用いてもよいし、室内空気絶対湿度Ｘａ（ｋｇ／ｋｇ’）の値について、図４に示す吸込温湿度検出手段４３で検出された値を用いてもよい。

図１３は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの制御フローである。
次に、上述した空気調和システム１００の動作について、図１３に示す制御フローに沿って説明する。
空気調和システム１００の運転開始後、室外空気温湿度検出手段３１で室外空気の温湿度を検出する（Ｓ１０）。
その検出した室外空気の温湿度の値に応じてゾーン判定を行い（Ｓ２０）、室内機系統１１及び換気装置系統２１の蒸発温度レベル（ＨｉレベルあるいはＬｏレベル）に応じて、蒸発温度制御範囲をそれぞれ決定する（Ｓ３０）。

次に、室内空気温度Ｔａ（℃）と目標温度Ｔａ＿ｔｇｔ（℃）とから、それらの差ΔＴ（℃）を、室内空気絶対湿度Ｘａ（ｋｇ／ｋｇ’）と目標絶対湿度Ｘａ＿ｔｇｔ（ｋｇ／ｋｇ’）とから、それらの差ΔＸ（ｋｇ／ｋｇ’）を、それぞれ算出する（Ｓ４０）。
そして、ΔＴ（℃）がＴ３（℃）以上かつＴ２（℃）以下かどうかを判定し（Ｓ５１）、その条件を満たす場合は、図５に示すＴｅｉ−ΔＴ図に基づいて目標蒸発温度Ｔｅｉ（℃）を決定する（Ｓ６１）。その後、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。
また、同時にΔＸ（ｋｇ／ｋｇ’）がＸ３（ｋｇ／ｋｇ’）以上かつＸ２（ｋｇ／ｋｇ’）以下かどうかを判定し（Ｓ５２）、その条件を満たす場合は、図６に示すＴｅｖ−ΔＸ図に基づいて目標蒸発温度Ｔｅｖ（℃）を決定する（Ｓ６２）。その後、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。

Ｓ５１で条件を満たさなかった場合は、ΔＴ（℃）がＴ３（℃）より小さいかどうかを判定し（Ｓ７１）、その条件を満たす場合は、現在の室内機系統１１の蒸発温度レベルがＬｏレベルかどうかを判定し（Ｓ８１）、その条件を満たす場合は、室内機系統１１の蒸発温度レベルをＨｉレベルに移行する（Ｓ９１）。その後、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。
また、Ｓ５２で条件を満たさなかった場合は、ΔＸ（ｋｇ／ｋｇ’）がＸ３（ｋｇ／ｋｇ’）より小さいかどうかを判定し（Ｓ７２）、その条件を満たす場合は、現在の換気装置系統２１の蒸発温度レベルがＬｏレベルかどうかを判定し（Ｓ８２）、その条件を満たす場合は、換気装置系統２１の蒸発温度レベルをＨｉレベルに移行する（Ｓ９２）。
その後、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。

Ｓ８１またはＳ９１で条件を満たさなかった場合は、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。また、Ｓ７１で条件を満たさなかった場合は、現在の室内機系統１１の蒸発温度レベルがＨｉレベルかどうかを判定し（Ｓ１０１）、その条件を満たす場合は、室内機系統１１の蒸発温度レベルをＬｏレベルに移行する（Ｓ１１１）。その後、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。

また、Ｓ１０１で条件を満たさなかった場合は、現在の換気装置系統２１の蒸発温度レベルがＨｉレベルかどうかを判定し（Ｓ１２１）、その条件を満たす場合は、換気装置系統２１の蒸発温度レベルをＬｏレベルに移行する（Ｓ１３１）。その後、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。
また、Ｓ１２１で条件を満たさなかった場合は、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。

Ｓ８２またはＳ９２で条件を満たさなかった場合は、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。また、Ｓ７２で条件を満たさなかった場合は、現在の換気装置系統２１の蒸発温度レベルがＨｉレベルかどうかを判定し（Ｓ１０２）、その条件を満たす場合は、換気装置系統２１の蒸発温度レベルをＬｏレベルに移行する（Ｓ１１２）。その後、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。

また、Ｓ１０２で条件を満たさなかった場合は、現在の室内機系統１１の蒸発温度レベルがＨｉレベルかどうかを判定し（Ｓ１２２）、その条件を満たす場合は、室内機系統１１の蒸発温度レベルをＬｏレベルに移行する（Ｓ１３２）。その後、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。
また、Ｓ１２１で条件を満たさなかった場合は、運転終了かどうかを判定し（Ｓ１４０）、終了しない場合はＳ２０に戻り、同じフローで制御を行う。

図１４は、本発明の実施の形態に係る空気調和システムの蒸発温度上昇による効果を示した図である。
上述の制御を行うことにより、室外空気の温湿度によって決まる負荷に応じて最適な蒸発温度とすることが可能となる。つまり、顕熱負荷及び潜熱負荷を確実に処理しながら、負荷が小さくなったら蒸発温度を高くすることで過剰処理を抑制でき、図１４に示すように圧縮機１２、２２の入力が低減されるため、快適性を維持しつつ省エネ性を高めることができる。

また、室外空気温湿度検出手段３１で検出した室外空気の温湿度に応じて負荷を判定しているため、負荷が小さいと判定された場合は、運転開始時も蒸発温度を高めで運転することが可能となり、運転開始の冷やし込み時（プルダウン時）の省エネ効果も得られる。

また、室外空気温湿度検出手段３１で検出した室外空気の温湿度から、顕熱負荷及び潜熱負荷を想定し、フィードフォワード制御で最適となる蒸発温度を決定した後、室内空気温湿度検出手段３２で検出した室内空気の温湿度を用いたフィードバック制御で最適な蒸発温度を修正するため、蒸発温度の最適値を見つけるまでの時間が短く、負荷変動にも追従可能となり、省エネ性を高めることができる。

今回、蒸発温度レベルに応じたＨｉレベルとＬｏレベルで、室内機系統１１はＴｅｉ＿ｍａｘ（℃）及びＴｅｉ＿ｍｉｎ（℃）、換気装置系統２１はＴｅｖ＿ｍａｘ（℃）及びＴｅｖ＿ｍｉｎ（℃）をそれぞれ設定したが、例えば、Ｈｉレベルは１４（℃）で一定、Ｌｏレベルは０（℃）で一定というように、ある固定値を設定してもよい。
また、今回室内温湿度と設定温湿度との差、室外温湿度でＨｉ、Ｌｏの切り替えを行ったが、たとえば、集中コントローラ１０２からの省エネ制御指令で強制的にＨｉレベルに変更、省エネ制御指令解除でＬｏレベルに変更といったように、外部指令でＨｉ／Ｌｏレベルの変更をしてもよい。

なお、本実施の形態では、蒸発温度制御範囲の上限値である最大蒸発温度Ｔｅｉ＿ｍａｘ（℃）、Ｔｅｖ＿ｍａｘ（℃）と、下限値である最小蒸発温度Ｔｅｉ＿ｍｉｎ（℃）、Ｔｅｖ＿ｍｉｎ（℃）は、２パターン持っていたが、２パターン以上持ってもよい。
また、室外空気温湿度検出手段３１、室内空気温湿度検出手段３２、及び吸込温湿度検出手段４３は、温度と湿度をそれぞれ１つのもので検出してもよいし、別個のもので検出してもよい。

また、本実施の形態では、湿度の制御に絶対湿度を用いたが、相対湿度を用いて同様の制御を行ってもよい。

１ 室内機、２ 室内機系統室外機、３ 換気装置、４ 換気装置系統室外機、１１ 室内機系統、１２ 圧縮機、１３ 四方弁、１４ 室外熱交換器、１５ 膨張弁、１６ 室内熱交換器、１７ 室外熱交換器用送風機、１８ 室内熱交換器用送風機、２１ 換気装置系統、２２ 圧縮機、２３ 四方弁、２４ 室外熱交換器、２５ 膨脹弁、２６ 冷却器、２７ 室外熱交換器用送風機、２８ 給気用送風機、２９ 排気用送風機、３０ 全熱交換器、３１ 室外空気温湿度検出手段、３２ 室内空気温湿度検出手段、４１ 圧縮機周波数調整手段、４２ 蒸発温度検出手段、４３ 吸込温湿度検出手段、４４ 目標温湿度設定手段、１００ 空気調和システム、１０２ 集中コントローラ、１０３ 伝送線、１０４ 冷媒配管、１０５ 冷媒配管。

本発明に係る空気調和システムは、第一の冷媒が循環する第一室外機と室内機とで構成される第一冷媒系統と、第二の冷媒が循環する第二室外機と換気装置とで構成される第二冷媒系統を有し、前記第一冷媒系統は、第一圧縮機、第一室外熱交換器、第一膨張弁、室内熱交換器を有し、前記第二冷媒系統は、第二圧縮機、第二室外熱交換器、第二膨脹弁、冷却器を有し、前記第一室外機は、前記第一圧縮機、前記第一室外熱交換器、を有し、前記第二室外機は、前記第二圧縮機、前記第二室外熱交換器、を有し、前記室内機は、前記第一膨張弁、前記室内熱交換器、を有し、室内空気を温度調整しながら循環させるように構成され、前記換気装置は、前記第二膨脹弁、前記冷却器、を有し、室内空気と室外空気を入れ替えると共に入れ替えられる空気の間で温度調整を行うように構成され、前記第一室外機と前記室内機、前記第二室外機と前記換気装置はそれぞれ冷媒配管で接続されており、室外空気の温湿度を検出する手段を有し、室外空気温湿度に応じて前記第一冷媒系統の蒸発温度制御範囲と前記第二冷媒系統の蒸発温度制御範囲とを決定し、前記第一冷媒系統の蒸発温度を前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御し、前記第二冷媒系統の蒸発温度を前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御するものである。

本発明に係る空気調和システムは、第一の冷媒が循環する第一室外機と室内機とで構成される第一冷媒系統と、第二の冷媒が循環する第二室外機と換気装置とで構成される第二冷媒系統を有し、前記第一冷媒系統は、第一圧縮機、第一室外熱交換器、第一膨張弁、室内熱交換器を有し、前記第二冷媒系統は、第二圧縮機、第二室外熱交換器、第二膨脹弁、冷却器を有し、前記第一室外機は、前記第一圧縮機、前記第一室外熱交換器、を有し、前記第二室外機は、前記第二圧縮機、前記第二室外熱交換器、を有し、前記室内機は、前記第一膨張弁、前記室内熱交換器、を有し、室内空気を温度調整しながら循環させるように構成され、前記換気装置は、前記第二膨脹弁、前記冷却器、を有し、室内空気と室外空気を入れ替えると共に入れ替えられる空気の間で温度調整を行うように構成され、前記第一室外機と前記室内機、前記第二室外機と前記換気装置はそれぞれ冷媒配管で接続されており、室外空気の温湿度を検出する手段を有し、室外空気温湿度に応じて前記第一冷媒系統の蒸発温度制御範囲と前記第二冷媒系統の蒸発温度制御範囲とを決定し、前記第一冷媒系統の蒸発温度を前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御し、前記第二冷媒系統の蒸発温度を前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御し、前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値は、室外空気温度が予め決められた閾値Ｔ０よりも高い場合の方が、前記閾値Ｔ０よりも低い場合に比べて低い値に決定され、前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値は、室外空気湿度が予め決められた閾値Ｘ０よりも高い場合の方が、前記閾値Ｘ０よりも低い場合に比べて低い値に決定されるものである。

Claims (9)

1. 第一の冷媒が循環する第一室外機と室内機とで構成される第一冷媒系統と、第二の冷媒が循環する第二室外機と換気装置とで構成される第二冷媒系統を有し、
   前記第一冷媒系統は、第一圧縮機、第一室外熱交換器、第一膨張弁、室内熱交換器を有し、
   前記第二冷媒系統は、第二圧縮機、第二室外熱交換器、第二膨脹弁、冷却器を有し、
   前記第一室外機は、前記第一圧縮機、前記第一室外熱交換器、を有し、
   前記第二室外機は、前記第二圧縮機、前記第二室外熱交換器、を有し、
   前記室内機は、前記第一膨張弁、前記室内熱交換器、を有し、室内空気を温度調整しながら循環させるように構成され、
   前記換気装置は、前記第二膨脹弁、前記冷却器、を有し、室内空気と室外空気を入れ替えると共に入れ替えられる空気の間で温度調整を行うように構成され、
   前記第一室外機と前記室内機、前記第二室外機と前記換気装置はそれぞれ冷媒配管で接続されており、
   室外空気の温湿度を検出する手段を有し、
   室外空気温度に応じて前記第一冷媒系統の蒸発温度制御範囲を決定し、
   前記第一冷媒系統の蒸発温度を前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御し、
   室外空気湿度に応じて前記第二冷媒系統の蒸発温度制御範囲を決定し、
   前記第二冷媒系統の蒸発温度を前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲内で決定した目標蒸発温度となるように制御する
   ことを特徴とする空気調和システム。
2. 前記第一冷媒系統の圧縮機の周波数によって前記第一冷媒系統の蒸発温度を制御し、
   前記第二冷媒系統の圧縮機の周波数によって前記第二冷媒系統の蒸発温度を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
3. 前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値は、室外空気温度が予め決められた閾値Ｔ０よりも高い場合の方が、前記閾値Ｔ０よりも低い場合に比べて高い値に決定され、
   前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値は、室外空気湿度が予め決められた閾値Ｘ０よりも高い場合の方が、前記閾値Ｘ０よりも低い場合に比べて高い値に決定される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和システム。
4. 前記閾値Ｔ０を室内の設定温度である目標温度の値に応じて変化させ、
   前記閾値Ｘ０を室内の設定湿度である目標湿度の値に応じて変化させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の空気調和システム。
5. 前記第一冷媒系統の前記目標蒸発温度は、
   室内空気温度と、設定された温度との差ΔＴに応じて決定され、
   前記第二冷媒系統の前記目標蒸発温度は、
   室内空気湿度と、設定された湿度との差ΔＸに応じて決定される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和システム。
6. 前記ΔＴは、
   ΔＴ＝０のとき、前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値となり、
   ΔＴ＝０より大きな予め決められた値Ｔ１のとき、前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の下限値となり、
   前記ΔＸは、
   ΔＸ＝０のとき、前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値となり、
   ΔＸ＝０より大きな予め決められた値Ｘ１のとき、前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の下限値となる
   ことを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。
7. 前記第一冷媒系統の前記目標蒸発温度は前記ΔＴと反比例関係にあり、
   前記第二冷媒系統の前記目標蒸発温度は前記ΔＸと反比例関係にある
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の空気調和システム。
8. 前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値が高い値に決定された場合において、前記ΔＴがＴ１より大きな予め決められた値Ｔ２よりも大きい場合は、前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値を前記高い値よりも低い値に変更し、
   前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値が高い値に決定された場合において、前記ΔＸがＸ１より大きな予め決められた値Ｘ２よりも大きい場合は、前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値を前記高い値よりも低い値に変更する
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の空気調和システム。
9. 前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値が低い値に決定された場合において、前記ΔＴが０より小さな予め決められた値Ｔ３よりも小さい場合は、前記第一冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値を前記低い値よりも高い値に変更し、
   前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値が低い値に決定された場合において、前記ΔＸが０より小さな予め決められた値Ｘ３よりも小さい場合は、前記第二冷媒系統の前記蒸発温度制御範囲の上限値及び下限値を前記低い値よりも高い値に変更する
   ことを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の空気調和システム。

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