JPWO2020035909A1 - 空調装置、制御装置、空調方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
空調空間の空気と冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、それぞれ前記空気を前記熱交換器に送る第1の送風機及び第2の送風機と、を有し、前記空調空間を空調する空調手段と、
前記第1の送風機よりも前記第2の送風機に近い位置に設置された温度センサにより、前記熱交換器に送られる前記空気の温度を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記温度に応じて第1の除湿モードと第2の除湿モードとを切り替えて、前記空調手段に前記空調空間を除湿させる空調制御手段と、を備え、
前記空調制御手段は、前記第1の除湿モードでは、前記第1の送風機と前記第2の送風機とを規定の回転数で駆動させ、前記第2の除湿モードでは、前記第1の送風機を前記規定の回転数よりも小さい第1の回転数で駆動させ、且つ、前記第2の送風機を前記第1の回転数よりも大きい第2の回転数で駆動させる。
<空調装置1の構成>
図1に、本発明の実施の形態1に係る空調装置1を示す。空調装置1は、空調空間である室内空間71を空調する設備である。空調とは、空調空間の空気の温度、湿度、清浄度、気流等を調整することであって、具体的には、暖房、冷房、除湿、加湿、空気清浄等である。
空調装置1は、少なくとも「(A)冷房」、「(B)暖房」、「(C)除湿」、「(D)ハイブリッド」及び「(E)自動」の運転モードを有しており、これらのうちのいずれかの運転モードで室内空間71を空調する。
「冷房」の運転モードは、室内空間71の空気を冷却してその温度を下げるためのモードである。制御部101は、「冷房」の運転指令を受信すると、圧縮機21から吐出された冷媒が室外熱交換器23に流入するように四方弁22の流路を切り替え、膨張弁24,26を適度に開く。そして、制御部101は、圧縮機21と室外送風機31と室内送風機33a,33bとを駆動させる。
「暖房」の運転モードは、室内空間71の空気を温めてその温度を上げるためのモードである。制御部101は、「暖房」の運転指令を受信すると、圧縮機21から吐出された冷媒が室内熱交換器25に流入するように四方弁22の流路を切り替え、膨張弁24,26を適度に開く。そして、制御部101は、圧縮機21と室外送風機31と室内送風機33a,33bとを駆動させる。
冷房モードにおいて、制御部101は、圧縮機21の運転中に室温Tiがサーモオフ温度まで低下すると、冷えすぎを防止するために、圧縮機21の運転を停止する。そして、圧縮機21の停止中に室温Tiがサーモオン温度まで上昇すると、温まりすぎを防止するために、圧縮機21の運転を再開する。同様に、暖房モードにおいて、制御部101は、圧縮機21の運転中に室温Tiがサーモオフ温度まで上昇すると、温まりすぎを防止するために、圧縮機21の運転を停止する。そして、制御部101は、圧縮機21の停止中に室温Tiがサーモオン温度まで低下すると、冷えすぎを防止するために、圧縮機21の運転を再開する。サーモオフ温度及びサーモオン温度は、目標温度である設定温度Tmに対して規定の範囲内の温度に予め設定される。このように、制御部101は、圧縮機21の運転と停止とを繰り返すことにより、室温Tiを設定温度Tmに維持する。
「除湿」の運転モードは、室内空間71の湿度を下げるためのモードである。制御部101は、「除湿」の運転指令を受信すると、「冷房」と同様に、圧縮機21から吐出された冷媒が室外熱交換器23に流入するように四方弁22の流路を切り替え、膨張弁24,26を適度に開く。そして、制御部101は、圧縮機21と室外送風機31と室内送風機33a,33bとを駆動させる。これにより、冷媒は、冷媒配管61を「冷房」と同様の向きに循環する。
顕熱比(SHF)=顕熱能力/全熱能力 …(1)
「弱冷房除湿」の運転モードは、「冷房」よりも冷房能力が低く、且つ、除湿能力が高い第1の除湿モードである。制御部101は、「弱冷房除湿」の運転指令を受信すると、冷媒を「冷房」と同様の向きに循環させる。その上で、制御部101は、室内送風機33a,33bの回転数を「冷房」の場合よりも減少させる。言い換えると、制御部101は、「弱冷房除湿」では「冷房」よりも、室内送風機33a,33bにより室内熱交換器25に送られる送風量を少なくする。
「ダブルファン除湿」の運転モードは、2つの室内送風機33a,33bを異なる回転数で駆動させて室内空間71を除湿する第2の除湿モードである。制御部101は、「ダブルファン除湿」の運転指令を受信すると、冷媒を「冷房」と同様の向きに循環させる。その上で、制御部101は、第1の室内送風機33aの回転数を、第2の室内送風機33bの回転数よりも小さくする。
「露点温度除湿」の運転モードは、除湿能力を高めるために、冷媒の蒸発温度を空気の露点温度よりも低下させる第3の除湿モードである。制御部101は、「露点温度除湿」の運転指令を受信すると、冷媒を「冷房」と同様の向きに循環させる。その上で、制御部101は、圧縮機21の回転数を、蒸発温度センサにより検知された冷媒の蒸発温度が空気の露点温度よりも低くなる回転数に制御する。
「部分冷却除湿」の運転モードは、室内熱交換器25の入口側で冷媒の蒸発温度を空気の露点温度よりも低下させ、且つ、室内熱交換器25の出口側で冷媒の過熱度を大きくする第4の除湿モードである。制御部101は、「部分温度除湿」の運転指令を受信すると、冷媒を「冷房」と同様の向きに循環させる。その上で、制御部101は、膨張弁24の開度を、室内熱交換器25に冷媒が流入する流入口における冷媒の蒸発温度が空気の露点温度よりも低くなる開度に制御する。
「拡張除湿」の運転モードは、上述した「(C2)ダブルファン除湿」、「(C3)露点温度除湿」及び「(C4)部分冷却除湿」のうちの2つ又は3つを組み合わせたモードである。これら3つの運転モードのうちの2つ又は3つを組み合わせることで、顕熱能力と潜熱能力を連続的に幅広く調整することができる。そのため、様々な気象条件、建物条件及び生活条件において、室温と湿度の変動が少ない快適な空調を提供できる。また、「拡張除湿」では、下記「再熱除湿」よりも省エネとなる。
「再熱除湿」の運転モードは、室内空間71の温度の低下を抑えつつ湿度を低下させる第5の除湿モードである。制御部101は、「再熱除湿」の運転指令を受信すると、冷媒を「冷房」と同様の向きに循環させる。その上で、制御部101は、室内熱交換器25における2つの熱交換器25a,25bの間の膨張弁26を適度に閉じる。
「ハイブリッド」の運転モードは、冷房と送風とを組み合わせたモードであって、「送風」モードともいう。上述した「(C)除湿」に含まれる各運転モードを第1の運転モードと呼び、「(D)ハイブリッド」の運転モードを第2の運転モードと呼ぶこともできる。
「自動」の運転モードは、上述した「(A)冷房」、「(C1)弱冷房除湿」、「(C2)ダブルファン除湿」、「(C3)露点温度除湿」、「(C4)部分冷却除湿」、「(C5)拡張除湿」、「(C6)再熱除湿」及び「(D)ハイブリッド」のうちから運転モードを自動的に切り替えるモードである。ユーザは、ユーザインタフェースの単一のボタンを押圧することで、運転モードを「(E)自動モード」に変更することができる。ユーザインタフェースにおける「(E)自動モード」の表記は、「自動」、「おまかせ」、「A.I.」等の包括的な名称であっても良い。以下、空調装置1が「(E)自動」の運転モードで室内空間71を空調する場合について説明する。
次に、図5を参照して、空調装置1の機能的な構成について説明する。図5に示すように、空調装置1は、機能的に、取得部510と、推定部520と、判定部530と、空調制御部540と、報知部550と、を備える。これらの各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、ROM又は記憶部102に格納される。そして、制御部101において、CPUが、ROM又は記憶部102に記憶されたプログラムを実行することによって、図5に示した各機能を実現する。
顕熱負荷は、下記(2)式で表される非定常顕熱負荷Psと、下記(3)式で表される定常顕熱負荷Qsと、に分類される。非定常顕熱負荷Psと定常顕熱負荷Qsとの和は、下記(4)式で表されるように、空調装置1が室温Tiを設定温度Tmに変化させ、維持するための顕熱能力に相当する。
非定常顕熱負荷Ps=顕熱容量/単位時間×(室温Ti−設定温度Tm) …(2)
定常顕熱負荷Qs=α(外気温To−室温Ti)+β(窓温度Tw−室温Ti)+内部発熱量Qn …(3)
顕熱能力=非定常顕熱負荷Ps+定常顕熱負荷Qs …(4)
非定常潜熱負荷Pl=潜熱容量/単位時間×(室内絶対湿度−目標絶対湿度) …(5)
定常潜熱負荷Ql=α’(室外絶対湿度−室内絶対湿度)+内部蒸発量 …(6)
潜熱能力=非定常潜熱負荷Pl+定常潜熱負荷Ql …(7)
第1に、判定部530は、推定部520により推定された定常潜熱負荷Qlと潜熱閾値Ql1との大小関係を判定する。定常潜熱負荷Qlが潜熱閾値Ql1よりも大きい場合は、例えば雨又は曇りの日のように、外気湿度RHoが相対的に高い「高湿条件」が成立する場合に相当する。これに対して、定常潜熱負荷Qlが潜熱閾値Ql1よりも小さい場合は、例えば乾燥している日のように、外気湿度RHoが相対的に低い「低湿条件」が成立する場合に相当する。
高湿条件において、定常顕熱負荷Qsが第1の顕熱閾値Qs1よりも大きい場合は、外気温To又は窓温度Twが相対的に高い場合に相当するため、室温Tiが上昇し易い状況と言える。この場合、室温Tiを設定温度Tmに維持するためには、除湿能力に比べて冷房能力を主に必要とする。そのため、判定部530は、空調装置1が実行すべき運転モードが「(A)冷房」であると判定する。
高湿条件において、定常顕熱負荷Qsが第1の顕熱閾値Qs1よりも小さく、且つ、第2の顕熱閾値Qs2よりも大きい場合、高湿条件1ほどは冷房能力を必要としない。そのため、この場合、判定部530は、空調装置1が実行すべき運転モードが「(A)弱冷房除湿」であると判定する。これにより、判定部530は、高湿条件1よりも冷房能力を低下させる代わりに除湿能力を高める。
高湿条件において、定常顕熱負荷Qsが第2の顕熱閾値Qs2よりも小さく、且つ、第3の顕熱閾値Qs3よりも大きい場合、高湿条件2よりも更に冷房能力を必要としない。そのため、この場合、判定部530は、空調装置1が実行すべき運転モードが「(C2)ダブルファン除湿」、「(C3)露点温度除湿」又は「(C4)部分冷却除湿」であると判定する。これにより、判定部530は、高湿条件2よりも冷房能力を更に低下させ、且つ、除湿能力を更に高める。
高湿条件において、定常顕熱負荷Qsが第3の顕熱閾値Qs3よりも小さい場合、すなわち定常顕熱負荷Qsが負の値になった場合、室内空間71を冷房すると冷やしすぎになって快適性を低下させる。そのため、この場合、判定部530は、圧縮機21を停止して空調を停止すべきであると判定する。
低湿条件において、定常顕熱負荷Qsが第4の顕熱閾値Qs4よりも大きい場合は、室温Tiが上昇し易い状況に相当する。この場合、室温Tiを設定温度Tmに維持するためには、除湿能力に比べて冷房能力を主に必要とする。そのため、判定部530は、高湿条件1と同様に、空調装置1が実行すべき運転モードが「(A)冷房」であると判定する。
低湿条件において、定常顕熱負荷Qsが第4の顕熱閾値Qs4よりも小さい場合、低湿条件1ほどは冷房能力を必要とせず、また大きな除湿能力も必要としない。この場合、判定部530は、消費電力を抑えるため、空調装置1が実行すべき運転モードが「(D)ハイブリッド」であると判定する。
図7(a)〜(f)及び図8(g)〜(j)に、第1の例として、高湿条件が成立する曇りの日における各種パラメータの変化を示す。図7(a)に示すように、日射量は、雲の量によって異なるが、おおよそ6時から12時にかけて増加し、12時から18時にかけて減少する。窓温度Twは、図示しないが、日射量の増減と同様に変化する。図7(b)に示す外気温Toは、日射により温められるため、日射量よりも遅れて変化し、13時頃にピークに達する。図7(c)に示す外気湿度RHoは、高湿条件の下では相対的に高く推移する。更に、雨が降らず、外気の絶対湿度がほとんど変化しないと仮定した場合、外気湿度RHoは、外気温Toが高い昼間の時間ほど低下する。
図9(a)〜(f)及び図10(g)〜(j)に、第2の例として、低湿条件が成立する晴天の日における各種パラメータの変化を示す。図9(a)に示すように、日射量は、雲の量によって異なるが、おおよそ6時から12時にかけて増加し、12時から18時にかけて減少する。窓温度Twは、図示しないが、日射量の増減と同様に変化する。図9(b)に示す外気温Toは、日射により温められるため、日射量よりも遅れて変化し、13時頃にピークに達する。図9(c)に示す外気湿度RHoは、低湿条件の下では、図7(c)に示した高湿条件の下に比べて、相対的に低く推移する。
報知部550は、空調制御部540により空調の運転モードが切り替えられた際に、運転モードが切り替えられたことを、表示又は音声によりユーザに報知する。例えば、冷房モードで運転中に判定部530により除湿モードに切り替える条件が成立したと判定された場合、報知部550は、図11に示すような報知画面をリモートコントローラ55の表示部130に表示する。具体的に説明すると、報知部550は、運転モードが「冷房」から「除湿」に切り替えられたことを、その理由を示すメッセージと共に表示部130に表示する。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態1では、判定部530は、定常顕熱負荷Qsと定常潜熱負荷Qlとに応じて、空調装置1が実行すべき空調の運転モードを判定した。これに対して、実施の形態2では、判定部530は、室温Tiと設定温度Tmとの温度差ΔTと、室内湿度RHiと設定湿度RHmとの湿度差ΔRHと、に応じて、運転モードを判定する。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態1では、推定部520は、取得部510により取得された現時点における温度、湿度等に基づいて、定常顕熱負荷Qs及び定常潜熱負荷Qlを推定した。これに対して、実施の形態3では、推定部520は、定常顕熱負荷Qsと定常潜熱負荷Qlとのそれぞれについて、現時点よりも前の予め定められた長さの期間における変化傾向に基づいて、現時点から規定時間後における熱負荷を推定する。
推定顕熱負荷Qs’=定常顕熱負荷Qs+予測変動量ΔQs …(8)
推定潜熱負荷Ql’=定常潜熱負荷Ql+予測変動量ΔQl …(9)
次に、本発明の実施の形態4について説明する。実施の形態1では、推定部520が上記(3)式に従って定常顕熱負荷Qsを計算する際に、断熱性能を示すα、日射の入りやすさを示すβ、及び、内部発熱量Qnは既知であった。これに対して、実施の形態4に係る空調装置1は、各センサにより検知された過去の情報に基づいて、α、β、Qnの値を学習する。
以下、学習部570の学習機能についてより詳細に説明する。図17に示すように、室内空間71と室外空間72との間では、家屋3の壁、窓、隙間、換気設備等を介して熱が移動する。そのため、空調装置1が室温Tiを設定温度Tmに維持するために必要な熱量である定常顕熱負荷Qsは、壁の厚さ、窓の大きさ等の家屋3の特徴に依存する。
α=UA×A×(1.000+0.034) …(10)
Qs=α(To−Ti)+Qn …(11)
全熱能力=エンタルピ効率・空気密度・風量・(室内機13の吸込空気エンタルピ−室内熱交換器25の配管温度の飽和空気エンタルピ) …(12)
顕熱能力=温度効率・空気密度・空気比熱・風量・(室内機13の吸込空気温度−室内熱交換器25の配管温度) …(13)
潜熱能力=全熱能力−顕熱能力 …(14)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明を実施するにあたっては、種々の形態による変形及び応用が可能である。
Claims (12)
- 空調空間の空気と冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、それぞれ前記空気を前記熱交換器に送る第1の送風機及び第2の送風機と、を有し、前記空調空間を空調する空調手段と、
前記第1の送風機よりも前記第2の送風機に近い位置に設置された温度センサにより、前記熱交換器に送られる前記空気の温度を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記温度に応じて第1の除湿モードと第2の除湿モードとを切り替えて、前記空調手段に前記空調空間を除湿させる空調制御手段と、を備え、
前記空調制御手段は、前記第1の除湿モードでは、前記第1の送風機と前記第2の送風機とを規定の回転数で駆動させ、前記第2の除湿モードでは、前記第1の送風機を前記規定の回転数よりも小さい第1の回転数で駆動させ、且つ、前記第2の送風機を前記第1の回転数よりも大きい第2の回転数で駆動させる、
空調装置。 - 前記空調制御手段は、前記取得手段により取得された前記空気の温度に応じて定められる前記空調空間の顕熱負荷が顕熱閾値よりも大きい場合、前記第1の除湿モードで前記空調手段に前記空調空間を除湿させ、前記顕熱負荷が前記顕熱閾値よりも小さい場合、前記第2の除湿モードで前記空調手段に前記空調空間を除湿させる、
請求項1に記載の空調装置。 - 前記取得手段は、前記空調空間の外部である外部空間の温度を更に取得し、
前記顕熱負荷は、前記取得手段により取得された前記空調空間の空気の温度と前記外部空間の温度との差に応じて定められる、
請求項2に記載の空調装置。 - 前記取得手段は、前記第1の送風機よりも前記第2の送風機に近い位置に設置された湿度センサにより、前記第2の送風機により前記熱交換器に送られる前記空気の湿度を取得し、
前記空調制御手段は、前記取得手段により取得された前記湿度に応じて定められる前記空調空間の潜熱負荷が潜熱閾値よりも大きく、且つ、前記顕熱負荷が前記顕熱閾値よりも大きい場合、前記第1の除湿モードで前記空調手段に前記空調空間を除湿させ、前記潜熱負荷が前記潜熱閾値よりも大きく、且つ、前記顕熱負荷が前記顕熱閾値よりも小さい場合、前記第2の除湿モードで前記空調手段に前記空調空間を除湿させる、
請求項2又は3に記載の空調装置。 - 前記空調制御手段は、前記取得手段により取得された前記温度と、前記空調空間の設定温度と、の温度差が温度閾値よりも大きい場合、前記第1の除湿モードで前記空調手段に除湿させ、前記温度差が前記温度閾値よりも小さい場合、前記第2の除湿モードで前記空調手段に除湿させる、
請求項1から4のいずれか1項に記載の空調装置。 - 前記第2の除湿モードにおける前記第1の送風機と前記第2の送風機とによる送風量の和は、前記第1の除湿モードにおける前記第1の送風機と前記第2の送風機とによる送風量の和よりも、小さい、
請求項1から5のいずれか1項に記載の空調装置。 - 前記空調手段は、前記冷媒を圧縮して前記冷媒配管を循環させる圧縮機を更に有し、
前記空調制御手段は、前記取得手段により取得された前記温度に応じて前記第1の除湿モードと前記第2の除湿モードと第3の除湿モードとを切り替えて、前記空調手段に前記空調空間を除湿させ、
前記空調制御手段は、前記第3の除湿モードでは、前記圧縮機の回転数を、前記熱交換器における前記冷媒の蒸発温度が前記空気の露点温度よりも低くなる回転数に制御して、前記空調手段に前記空調空間を除湿させる、
請求項1から6のいずれか1項に記載の空調装置。 - 前記空調手段は、前記冷媒配管を流れる前記冷媒を減圧して膨張させる膨張弁を更に有し、
前記空調制御手段は、前記取得手段により取得された前記温度に応じて前記第1の除湿モードと前記第2の除湿モードと第4の除湿モードとを切り替えて、前記空調手段に前記空調空間を除湿させ、
前記空調制御手段は、前記第4の除湿モードでは、前記膨張弁の開度を、前記熱交換器に前記冷媒が流入する流入口における前記冷媒の蒸発温度が前記空気の露点温度よりも低くなる開度に制御して、前記空調手段に前記空調空間を除湿させる、
請求項1から7のいずれか1項に記載の空調装置。 - 前記空調制御手段により空調の運転モードが切り替えられた際に、前記運転モードが切り替えられたことを報知する報知手段、を更に備える、
請求項1から8のいずれか1項に記載の空調装置。 - 空調空間の空気と冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、それぞれ前記空気を前記熱交換器に送る第1の送風機及び第2の送風機と、を有し、前記空調空間を空調する空調装置を制御する制御装置であって、
前記第1の送風機よりも前記第2の送風機に近い位置に設置された温度センサにより、前記熱交換器に送られる前記空気の温度を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記温度に応じて第1の除湿モードと第2の除湿モードとを切り替えて、前記空調装置に前記空調空間を除湿させる空調制御手段と、を備え、
前記空調制御手段は、前記第1の除湿モードでは、前記第1の送風機と前記第2の送風機とを規定の回転数で駆動させ、前記第2の除湿モードでは、前記第1の送風機を前記規定の回転数よりも小さい第1の回転数で駆動させ、且つ、前記第2の送風機を前記第1の回転数よりも大きい第2の回転数で駆動させる、
制御装置。 - 空調空間の空気と冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、それぞれ前記空気を前記熱交換器に送る第1の送風機及び第2の送風機と、を用いて、前記空調空間を空調する空調方法であって、
前記第1の送風機よりも前記第2の送風機に近い位置に設置された温度センサにより、前記熱交換器に送られる前記空気の温度を取得し、
取得した前記温度に応じて第1の除湿モードと第2の除湿モードとを切り替えて、前記空調空間を除湿し、
前記第1の除湿モードでは、前記第1の送風機と前記第2の送風機とを規定の回転数で駆動させ、前記第2の除湿モードでは、前記第1の送風機を前記規定の回転数よりも小さい第1の回転数で駆動させ、且つ、前記第2の送風機を前記第1の回転数よりも大きい第2の回転数で駆動させる、
空調方法。 - 空調空間の空気と冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、それぞれ前記空気を前記熱交換器に送る第1の送風機及び第2の送風機と、を有し、前記空調空間を空調する空調装置を制御するコンピュータを、
前記第1の送風機よりも前記第2の送風機に近い位置に設置された温度センサにより、前記熱交換器に送られる前記空気の温度を取得する取得手段、
前記取得手段により取得された前記温度に応じて第1の除湿モードと第2の除湿モードとを切り替えて、前記空調装置に前記空調空間を除湿させる空調制御手段、として機能させ、
前記空調制御手段は、前記第1の除湿モードでは、前記第1の送風機と前記第2の送風機とを規定の回転数で駆動させ、前記第2の除湿モードでは、前記第1の送風機を前記規定の回転数よりも小さい第1の回転数で駆動させ、且つ、前記第2の送風機を前記第1の回転数よりも大きい第2の回転数で駆動させる、
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