JP2001227798A - 外調機による冷水製造システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外調機を用いて冷水を製造する。 【解決手段】 冬季の空調機で消費される冷房負荷を賄
うために、必要な冷水温度より外気温度が低い場合には
外調機冷水弁を開放し、外気と熱交換させることで冷水
を製造させる。また、ビル全体の空調運転状況等から積
極的に冷水の送水温度を高めることで、冷水製造効果を
向上させ、また同時に外気をプレヒートする効果を与
え、温熱消費量軽減をはかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、外調機を利用し
た空調システムに用いて好適な外調機による冷水製造シ
ステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】外調機は、通常、外気の一次処理を行う
ために設置され、冷房時は冷水を使用して、除湿を含ま
ない冷房用として２６℃程度、また除湿が必要な場合に
は１０℃程度の送風温度で運転される。さらに、暖房時
には、１０〜２０℃程度の送風温度となるように運転さ
れる。昨今では、オフィスのＯＡ化に伴い、冬場でも空
調機では冷房が行われることが多い。

【０００３】図３は外調機を利用した従来の空調システ
ムの一例を示す概略構成図である。同図において、１は
冷熱源、２は温熱源、３は外調機、４および５は空調機
であり、外調機３は冷水コイル３−１，温水コイル３−
２およびファン３−３を備え、空調機４は冷水コイル４
−１，温水コイル４−２およびファン４−３を備え、空
調機５は冷水コイル５−１，温水コイル５−２およびフ
ァン５−３を備えている。

【０００４】外調機３の冷水コイル３−１には電動弁
（冷水弁）６が、空調機４の冷水コイル４−１には電動
弁（冷水弁）７が、空調機５の冷水コイル５−１には電
動弁（冷水弁）８が付設されており、冷水コイル３−
１，４−１，５−１には冷熱源１からの冷水が与えられ
るようになっている。また、外調機３の温水コイル３−
２には電動弁（温水弁）９が、空調機４の温水コイル４
−２には電動弁（温水弁）１０が、空調機５の温水コイ
ル５−２には電動弁（温水弁）１１が付設されており、
温水コイル３−２，４−２，５−２には温熱源２からの
温水が与えられるようになっている。

【０００５】なお、Ｐ１〜Ｐ６はポンプ、Ｔ１〜Ｔ１０
は温度センサ、Ｆ１，Ｆ２は流量計、ＢＶ１，ＢＶ２は
バイパスバルブ、ＣＬＳおよびＨＬＳは往水管路、ＣＬ
ＲおよびＨＬＲは還水管路であり、温度センサＴ１は冷
熱源１からの冷水の送水温度Ｔｓｃを検出し、温度セン
サＴ２は冷熱源１への冷水の還水温度Ｔｒｃを検出す
る。温度センサＴ３は温熱源２への還水温度Ｔｒｈを検
出し、流量計Ｆ１は冷水の流量を、流量計Ｆ２は温水の
流量を検出する。温度センサＴ４は外調機３における冷
水コイル３−１を通過直後の空気の温度を検出し、温度
センサＴ５は外調機３における温水コイル３−２を通過
直後の空気の温度を検出する。温度センサＴ６は空調機
４における冷水コイル４−１を通過直後の空気の温度を
検出し、温度センサＴ７は空調機４における温水コイル
４−２を通過直後の空気の温度を検出する。温度センサ
Ｔ８は空調機５における冷水コイル５−１を通過直後の
空気の温度を検出し、温度センサＴ９は空調機５におけ
る温水コイル５−２を通過直後の空気の温度を検出す
る。温度センサＴ１０は外気温度Ｔｏｕｔを検出する。

【０００６】このシステムでは、冬季、外気温度が１０
℃を下回るような場合、外調機３において外気を加熱加
湿し、送風温度が１０℃以上になるように運転される。
すなわち、外調機３において加熱せずに外気を空調機４
や空調機５へ送ると、送風温度が低すぎるために絶対湿
度を高めることができず、被制御室内での湿度低下を生
じることがある。このような、湿度低下を防ぐために、
外調機３において外気を加熱する。この場合、外調機３
における外気の加熱は、温水コイル３−２を用いて行わ
れる。すなわち、電動弁９を開とし、この電動弁９の開
度を調整することによって、温水コイル３−２への温水
の供給量を制御し、外調機３から空調機４や空調機５へ
の外気を１０℃以上とする。この際、電動弁６は閉と
し、冷水コイル３−１への冷水の供給は行わない。

【０００７】外調機３からの外気は空調機４や空調機５
へ送られる。外調機３からの外気のみで冷房を行うこと
ができない場合、空調機４（５）は、冷水コイル４−１
（５−１）を用いて外調機３からの外気と被制御室内か
らの循環空気との混合空気を冷却する。すなわち、電動
弁７（８）開とし、この電動弁７（８）の開度を調整す
ることによって、冷水コイル４−１（５−１）への冷水
の供給量を制御し、空調機４（５）から被制御室内への
給気温度を所望の温度とする。外気冷房を実施する場合
には、室内空気により相対的に低温な外調機３の送風量
を増大させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この外
調機を利用して空調システムでは、低温の外気があるに
もかかわらず、外調機での加湿効率を高めるために加熱
を行い、また空調機側で冷却を行うというミキシングロ
スが発生する。そのため、冷熱源と温熱源とを合わせた
熱源機器でのエネルギー消費が大きくなり、ランニング
コストが高くなるという問題があった。また、外気冷房
により冷房を行う場合、外調機からの低温低湿の外気の
導入量を増大させるので室内湿度が低下するか、または
加湿を有効にするための温熱負荷および加湿コストが増
加するという問題があった。

【０００９】例えば、図３において、外調機３への外気
温度を５℃、外調機３からの空調機４や空調機５への外
気温度を１１℃、外調機３を通過する外気の風量をＱ０
とすると、外調機３では無単位で（１１−５）×Ｑ０＝
６Ｑ０の熱量の温水を必要とする。空調機４において、
外調機風量：循環空気風量＝１：３とし、循環空気の温
度が２７℃であるとすると、空調機４の入口空気温度は
２３℃となる。空調機４から１９℃の給気が必要であれ
ば、給気風量をＱａとすると、（２３−１９）×Ｑａ＝
４Ｑａの熱量の冷水を必要とする。空調機５について
も、空調機４と同様であるとすれば、（２３−１９）×
Ｑａ＝４Ｑａの熱量の冷水を必要とする。簡単化のため
に、Ｑ０＝Ｑａとすると、温水の必要熱量は６Ｑ０＝６
Ｑａ、冷水の必要熱量は４Ｑａ＋４Ｑａ＝８Ｑａとな
り、冷熱源１には８Ｑａの負荷が、温熱源２には６Ｑａ
の負荷がかかり、冷水・温水運転効率が同等であれば、
冷熱源１と温熱源２とを合わせた熱源機器には１４Ｑａ
の負荷がかかる。

【００１０】また、外気冷房により冷房を行うために、
外調機３からの低温低湿の外気の導入量を増大し、２Ｑ
０としたとする。この場合、外調機３では（１１−５）
×２Ｑ０＝１２Ｑ０の熱量の温水を必要とする。空調機
４において、外調機風量：循環空気風量＝１：１とし、
循環空気の温度が２７℃であるとすると、空調機４の入
口空気温度は１９℃となる。空調機４から１９℃の給気
が必要であれば、給気風量をＱａとすると、（１９−１
９）×Ｑａ＝０Ｑａの熱量の冷水を必要とする。空調機
５についても、空調機４と同様であるとすれば、（１９
−１９）×Ｑａ＝０Ｑａの熱量の冷水を必要とする。簡
単化のために、Ｑ０＝Ｑａとすると、温水の必要熱量は
１２Ｑ０＝１２Ｑａ、冷水の必要熱量は０Ｑａ＋０Ｑａ
＝０Ｑａとなり、冷熱源１には０Ｑａの負荷が、温熱源
２には１２Ｑａの負荷がかかり、冷水・温水運転効率が
同等であれば、冷熱源１と温熱源２とを合わせた熱源機
器には１２Ｑａの負荷がかかる。さらに、空調機４から
被制御室内へはそれまでの２倍の外気（低湿度の外気）
が流入し、その分、室内湿度が低下する。また、外調機
３におけるファン動力が２倍以上必要となってくる。

【００１１】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、冷熱源や温
熱源にかかる負荷を軽減し、ランニングコストを安くす
ることの可能な、また、外気冷房で冷房を行うような場
合でも室内湿度の低下を招くことがないようにすること
の可能な、外調機による冷水製造システムを提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、外気温度が所定温度を下回っている
場合、冷熱源からの冷水の送水温度が外気温度よりも高
いことを確認のうえ、外調機の冷水コイルへ冷熱源から
の冷水を供給して外気冷熱を回収するようにしたもので
ある。この発明によれば、例えば、外気温度が５℃で所
定温度（１０℃）を下回っており、冷熱源からの送水温
度が１４℃であるものとすれば、外調機の冷水コイルへ
冷熱源からの冷水が供給され、この冷水によって外気が
加熱される。この際、外気冷熱が回収され、冷水の温度
が下がる（冷水が製造される）。

【００１３】冷熱源からの冷水の送水温度を積極的に高
め、回収される外気冷熱量を大きくすれば、冷水回収の
期間が増大する（冷熱回収期間が長くなる）。また、外
気温度との温度差が大きくなることにより、単位時間あ
たりの冷熱回収量が増加し、かつ温水使用量が削減され
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。図１は本発明を適用した外調機を利
用した空調システムの一実施の形態を示す概略構成図で
ある。同図において、図３と同一符号は同一構成要素を
示し、その説明は省略する。

【００１５】このシステムには、システム全体を制御す
る装置として制御装置１２が設けられており、制御装置
１２からの指令を受けて冷熱源１や温熱源２、外調機
３、空調機４，５などの運転が制御されるようになって
いる。すなわち、本実施の形態において、制御装置１２
は、温度センサＴ１〜Ｔ１０からの検出温度や流量計Ｆ
１，Ｆ２からの検出流量を入力とし、冷熱源１や温熱源
２、ポンプＰ１〜Ｐ６、外調機３のファン３−３、外調
機３に付設された冷水弁６，温水弁９、空調機４のファ
ン４−３、空調機４に付設された冷水弁７，温水弁１
０、空調機５のファン５−３、空調機５に付設された冷
水弁８，温水弁１１、バイパス弁ＢＶ１，ＢＶ２などを
制御する。

【００１６】図２に制御装置１２の要部構成を示す。図
２において、１２−１はＣＰＵ、１２−２はＲＯＭ、１
２−３はＲＡＭ、１２−４，１２−５は入出力インター
フェイスである。ＣＰＵ１２−１は、インターフェイス
１２−４を介して与えられる各種入力情報を得て、ＲＯ
Ｍ１２−２に格納されたプログラムに従い、ＲＡＭ１２
−３にアクセスしながら、各種処理動作を行う。

【００１７】このシステムでは、冬場、外気温度が１０
℃を下回るような場合、外調機３において外気を加熱加
湿し、送風温度が１０℃以上になるようにする。すなわ
ち、外調機３において加熱せずに外気を空調機４や空調
機５へ送ると、送風温度が低すぎるために絶対湿度を高
めることができず、被制御室内での湿度低下を生じるこ
とがある。このような湿度低下を防ぐために、外調機３
において外気を加熱する。

【００１８】この場合、外調機３における外気の加熱
は、冷水コイル３−１を用いて行う。すなわち、従来に
おいては、温水コイル３−２を用いて外気の加熱を行っ
ていたが、本実施の形態では冷水コイル３−１を用いて
外気の加熱（プレヒート）を行う。この冷水コイル３−
１を用いての外気の加熱に際し、制御装置１２は、外気
温度Ｔｏｕｔが１０℃を下回っており、かつ、冷熱源１
からの冷水の送水温度Ｔｓｃが外気温度Ｔｏｕｔよりも
高いことを確認のうえ、外調機３に付設されている冷水
弁６を開く。なお、冷水の送水温度Ｔｓｃと外気温度Ｔ
ｏｕｔとの比較判断に際しては、ポンプ搬送動力のトレ
ードオフ分を考慮するようにしてもよい。

【００１９】本実施の形態において、冬季（外気温度１
０℃以下）は、冷熱源１からの冷水の送水温度Ｔｓｃを
比較的高温（１２〜１４℃）としておく。通常のシステ
ムでは、冷熱源１からの冷水の送水温度Ｔｓｃは７℃と
されるが、これは主に冷却除湿効果が必要なためであ
り、冬季にはこのような冷水は不要である。本実施の形
態において、冷熱源１からの冷水の送水温度Ｔｓｃの設
定値は、運転員による判断・外気露点温度による簡易判
断により定めてもよいし、最適送水温度設定制御などの
送水温度設定演算により定めてもよい。最適送水温度の
設定については特願平９−２３２４９１号に示されてい
るので、ここでの詳しい説明は省略する。

【００２０】図１において、外調機３への外気温度を５
℃、外調機３における冷水コイル３−１を用いて加熱さ
れた外気温度を９℃、外調機３を通過する外気の風量を
Ｑ０とすると、外調機３では無単位で（９−５）×Ｑ０
＝４Ｑ０の熱量の冷水が外気から回収される。なお、こ
の場合、冷水コイル３−１で加熱された外気を、温水コ
イル３−２を用いてさらに加熱し、１１℃とする。これ
により、外調機３では、（１１−９）×Ｑ０＝２Ｑ０の
熱量の温水を必要とする。

【００２１】空調機４において、外調機風量：循環空気
風量＝１：３とし、循環空気の温度が２７℃であるとす
ると、空調機４の入口空気温度は２３℃となる。空調機
４から１９℃の給気が必要であれば、給気風量をＱａと
すると、（２３−１９）×Ｑａ＝４Ｑａの熱量の冷水を
必要とする。空調機５についても、空調機４と同様であ
るとすれば、（２３−１９）×Ｑａ＝４Ｑａの熱量の冷
水を必要とする。簡単化のために、Ｑ０＝Ｑａとする
と、外調機３では２Ｑ０＝２Ｑａの熱量の温水を消費
し、空調機４，５では４Ｑａ＋４Ｑａ＝８Ｑａの熱量の
冷水を消費する。

【００２２】しかし、４Ｑ０＝４Ｑａの熱量の冷水を外
調機３において外気から回収しているので、すなわち外
調機３の冷水コイル３−１へ冷熱源１からの冷水を供給
して外気冷熱を回収しその冷水の温度を下げている（冷
水を製造している）ので、温水源２には２Ｑａの負荷が
かかるものの、冷熱源１には８Ｑａ−４Ｑａ＝４Ｑａの
負荷しかかからず、冷水・温水運転効率が同等であれ
ば、冷熱源１と温熱源２とを合わせた熱源機器には６Ｑ
ａの負荷しかかからない。すなわち、従来の温水コイル
３−２のみの利用では冷熱源１と温熱源２とを合わせた
熱源機器に１４Ｑａの負荷がかかっていたが、本実施の
形態では６Ｑａの負荷しかかからず、熱源機器でのエネ
ルギー消費が少なくなり、ランニングコストが安くな
る。また、空調機４や５には比較的高温の冷水が供給さ
れるため、空調機４や５による不要な除湿が防止され
る。

【００２３】冷熱源１からの冷水の送水温度を積極的に
高め、回収される外気冷熱量を大きくすれば、冷水回収
の期間が増大する（冷熱回収期間が長くなる）。また、
外気温度との温度差が大きくなることにより、単位時間
あたりの冷熱回収量が増加し、かつ温水使用量が削減さ
れる。

【００２４】上述の例では、外調機３の冷水コイル３−
１へ冷水を供給することによって外気から回収される熱
量（回収熱量）が外調機３の温水コイル３−２および空
調機４の冷水コイル４−１，空調機５の冷水コイル５−
１で消費される熱量（消費熱量）よりも少ないものとし
たが（回収熱量＜消費熱量）、例えば冷熱源１からの冷
水の送水温度Ｔｓｃを高くすれば、外調機３の温水コイ
ル３−２へ温水を供給しなくても外気温度を所定の温度
（１１℃）まで加熱することができるようになり、回収
熱量を消費熱量よりも多くして（回収熱量＞消費熱
量）、空調機４や５での必要熱量を外気から回収した熱
量で賄うことが可能となる。これにより、冷熱源１や温
熱源２に負荷がかからなくなり、外気のみの冷房が可能
となる。この場合、外調機３からの外気の風量は変わら
ないので、室内湿度が低下するというような問題は生じ
ない。

【００２５】なお、制御装置１２は、回収熱量＞消費熱
量の場合には、次の，の何れかの運転を行う。 送水温度Ｔｓｃが一定となるように外調機３に付設さ
れた冷水弁６の制御を行う。 送水温度Ｔｓｃが下がるのに任せ、外気との熱交換が
飽和するのを待つ。の運転方法では、外調機３へ無駄
な送水が行われなくなるという長所があり、の運転方
法では空調機４や５への送水流量を減らすという長所が
ある。選択基準は各々の容量・設置位置により適宜決定
する。

【００２６】また、制御装置１２は、回収熱量＜消費熱
量の場合には、冷熱源１や温熱源２に負荷がかかるの
で、その負荷状況に応じて冷熱源１や温熱源２の運転を
制御する（熱源が複数台あるシステムでは台数制御を行
う）。また、制御装置１２は、回収熱量＞消費熱量の場
合には、冷熱源１や温熱源２には負荷がかからないの
で、冷熱源１や温熱源２の運転を停止する。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、外気温度が所定温度を下回っている場
合、冷熱源からの冷水の送水温度が外気温度よりも高い
ことを確認のうえ、外調機の冷水コイルへ冷熱源からの
冷水を供給して外気冷熱を回収するようにしたので、例
えば、外気温度が５℃で所定温度（１０℃）を下回って
おり、冷熱源からの送水温度が１４℃であるものとすれ
ば、外調機の冷水コイルへ冷熱源からの冷水が供給さ
れ、この冷水によって外気が加熱される一方、外気冷熱
が回収されて冷水の温度が下がる（冷水が製造される）
ものとなり、冷熱源や温熱源にかかる負荷を軽減し、ラ
ンニングコストを安くすることが可能となる。また、外
調機からの外気の風量を増大させることなく、外気冷房
で冷房を行うことが可能となり、室内湿度の低下を招か
ないようにすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した外調機による空調システム
の一実施の形態を示す概略構成図である。

【図２】 この空調システムにおける制御装置の要部構
成を示す図である。

【図３】 外調機を利用した従来の空調システムの一例
を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１…冷熱源、２…温熱源、３…外調機、４，５…空調
機、６，７，８…電動弁（冷水弁）、３−１，４−１，
５−１…冷水コイル、３−２，４−２，５−２…温水コ
イル、３−３，４−３，５−３…ファン、９，１０，１
１…電動弁（温水弁）、Ｔ１〜Ｔ１０…温度センサ、１
２…制御装置、１２−１…ＣＰＵ、１２−２…ＲＯＭ、
１２−３…ＲＡＭ、１２−４，１２−５…入出力インタ
ーフェイス。

フロントページの続き (72)発明者 竹迫 雅史 東京都港区芝浦４丁目３番４号 山武ビル システム株式会社内 (72)発明者 佐藤 文秋 東京都千代田区丸の内２丁目７番３号 三 菱地所株式会社内 Ｆターム(参考） 3L050 BB02 BB16 3L060 CC03 CC05 DD01 EE31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷水コイルおよび温水コイルを備えた外
   調機と、 外気温度が所定温度を下回っている場合、冷熱源からの
   冷水の送水温度が前記外気温度よりも高いことを確認の
   うえ、前記外調機の冷水コイルへ前記冷熱源からの冷水
   を供給して外気冷熱を回収する制御手段とを備えたこと
   を特徴とする外調機による冷水製造システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記冷熱源からの冷
   水の送水温度を積極的に高め、回収される外気冷熱量を
   大きくしたことを特徴とする外調機による冷水製造シス
   テム。