JP2002357356A

JP2002357356A - 空調制御方法

Info

Publication number: JP2002357356A
Application number: JP2001167911A
Authority: JP
Inventors: Takumi Sugiura; 匠杉浦; Yasuhiro Tojima; 康博頭島; Makoto Kato; 真加藤
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】一定静圧制御方式を採用した場合と同等程度の
温度制御特性を発揮させるとともに、かつ可変静圧制御
方式が本来持っている省エネルギー特性を十分に発揮さ
せる空調制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】風量変更手段を備えた複数の空調対象領域
８に対し、送風源３から給気ダクト５を介して供給する
空調用空気の風量を制御する方法であって、前記各空調
対象領域の要求風量に対応する前記給気ダクト内の静圧
値を算出する第１工程と、算出した各静圧値のうち最大
値を静圧設定値として、前記給気ダクト５内の静圧値を
前記静圧設定値とすべく送風源３からの供給風量を調整
する第２工程と、いずれの前記風量変更手段も全開とな
っていない場合には、いずれかの前記風量変更手段が全
開となるまで、前記静圧設定値を減少させて送風源から
の供給風量を再調整する第３工程と、を有する構成とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空調制御方法に係
り、特に、建物内の複数の空調対象領域における熱負荷
変動に応じて、当該空調対象領域を受け持つ送風機によ
る供給風量を増減させることにより、空調対象領域の温
度を所定の範囲に保つ変風量方式を採用した空調制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】建物の室内を空調するための空調制御方
法においては、温度を調整した調和空気を定風量で送風
する方式に代わって、変風量方式が注目されるようにな
っている。変風量方式は、調和空気の温度を一定とし
て、対象領域の熱負荷変動に応じて供給風量を変動させ
る方式である。その場合、一般に風量検出機構およびモ
ータダンパなどの風量変更手段を一体化した可変風量ユ
ニットを、各空調対象領域のダクトに組み込んで使用す
る。変風量方式は、熱負荷偏在環境への対応が容易であ
り、加えて送風機の動力が比較的小さくてもよいという
特徴がある。送風機の動力は、原理的には給気風量比の
３乗に比例することから、有力な省エネルギー方法とし
ても注目されている。

【０００３】ところで、変風量方式には、大別して2つ
の方式がある。第１の方式は、一定静圧制御方式であ
る。図３は、一定静圧制御方式による空調制御方法にお
けるシステム構成の概略を示す説明図である。また図４
は、一定静圧制御方式による空調制御方法の制御手順を
示すフロー図である。

【０００４】この方式は、各空調対象領域８に対し設計
最大風量が供給可能なダクト５内の静圧を予め把握して
おいて、この静圧が確保されるように送風機３の回転数
制御を行うものである。一定静圧制御方式では、定風量
方式に比べて搬送動力を抑制することができる。しかし
特に部分熱負荷時などには、要求風量を確保しうる最低
限の静圧以上の状態で送風機３が運転される一方で、可
変風量ユニット６の風量調整用ダンパが絞られるので、
余分な圧力損失が発生する。従って、送風機３の回転数
の大幅な削減は困難であり、省エネルギー効果は大きく
ない。

【０００５】第２の方式は、可変静圧制御方式である。
図５は、従来の可変静圧制御方式による空調制御方法の
システム構成の概略を示す説明図である。また、図６
は、従来の可変静圧制御方式による空調制御方法の制御
手順を示すフロー図である。

【０００６】この方式は、複数設けられたコントローラ
一体型可変風量ユニット６のうち、少なくとも１台にお
いて、圧力損失が最低の状態(ダンパ方式であればダン
パ全開)となった状態で、実際に必要な風量を得るため
に確保しなければならない最低限の静圧で運転する。し
たがって、部分熱負荷時には送風機の回転数を大幅に削
減することが可能となり、大きな省エネルギー効果が得
られると言われている。

【０００７】また発明者らは、上記可変静圧制御方式の
改善方式を提案している（特開２００１−９１０３６号
公報参照）。図７は、発明者らの提案に係る可変静圧制
御方式の改善方式の制御手順を示すフロー図である。な
おシステム構成は、本発明に係る空調制御方法のシステ
ム構成の概略図である、図１と同様である。

【０００８】この改善方式は、一の空調対象領域におけ
る要求風量を確保しうる給気ダクト内の静圧値を、各空
調対象領域における要求風量について算出し、算出した
各静圧値のうち最大値を設定値として、給気ダクト内の
静圧がこの設定値となるように、送風機の回転数を制御
するものである。これにより、各瞬間においては一定静
圧制御方式と同様の制御方式となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
２の方式である可変静圧制御方式には、以下の問題点が
存在する。（１）可変静圧制御方式では、各空調対象領域における
要求風量を確保すべく、それぞれの可変風量ユニットに
おける風量調整用ダンパの開度制御と、送風機の回転数
制御が並行して行われるため、相互の干渉が発生してそ
れぞれの動作速度が緩慢になる。よって一定静圧制御方
式と比較すると、各空調対象領域における要求風量への
追従性能が劣る。このため一定静圧制御方式よりも、温
度制御の安定性が低い。（２）送風機の回転数がハンチングすることにより、安
定した制御を行った場合に比べ無駄にエネルギーを消費
し、可変静圧制御方式が本来有する省エネルギー特性を
損なう。

【００１０】また、発明者らの提案した可変静圧制御方
式の改善方式は、一定静圧制御方式と同様に温度制御特
性が良好で、省エネルギーな運転が可能である。しかし
可変風量ユニットの風量調整ダンパ開度が全開となる保
障がなく、この点を改善すればもう一段の省エネルギー
化が可能である。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、一定静圧制御方式を採用した場合と同等
程度の温度制御特性を発揮させるとともに、かつ可変静
圧制御方式が本来持っている省エネルギー特性を十分に
発揮させる空調制御方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る空調制御方法は、風量変更手段を備え
た複数の空調対象領域に対し、送風源から給気ダクトを
介して供給する空調用空気の風量を制御する方法であっ
て、前記各空調対象領域の要求風量に対応する前記給気
ダクト内の静圧値を算出する第１工程と、算出した各静
圧値のうち最大値を静圧設定値として、前記給気ダクト
内の静圧値を前記静圧設定値とすべく送風源からの供給
風量を調整する第２工程と、いずれの前記風量変更手段
も全開となっていない場合には、いずれかの前記風量変
更手段が全開となるまで、前記静圧設定値を減少させて
送風源からの供給風量を再調整する第３工程と、を有す
る構成とした。

【００１３】この場合、空調運転時の各瞬間では一定静
圧制御方式と同様の動作となり、なおかつその静圧設定
値が逐次変化するような、新しい可変静圧制御方式とな
る。これにより、風量変更手段の開度制御と送風機の回
転数制御との相互干渉が解消されるため、一定静圧制御
方式の場合と同様な温度制御特性が得られる。また、い
ずれかの風量変更手段が全開となるまで送風機からの供
給風量を減少させるので、過剰な静圧に伴う圧力損失が
なくなり、省エネルギーな運転が可能となる。

【００１４】なお、全ての前記空調対象領域における風
量変更手段を全開とした状態で、前記各空調対象領域の
要求風量に対応する前記給気ダクト内の静圧値を予め計
測しておき、その計測結果に基づいて前記各空調対象領
域の要求風量に対応する前記給気ダクト内の静圧値を算
出する第１工程を有する構成とするのが好ましい。

【００１５】試運転時に、計測対象外の全ての空調対象
領域における風量変更手段を全開とした状態で要求風量
と必要静圧との関係を把握するので、空調運転時に、算
出した静圧値が最大ではない空調対象領域の風量調整手
段の開度によって、静圧値が最大である空調対象領域の
要求風量が確保されない場合はなくなる。従って、一の
空調対象領域における要求風量を、他の各空調対象領域
の要求風量にかかわらず確保しうることになる。また試
運転時に、計測対象である空調対象領域における風量変
更手段を全開として要求風量と必要静圧との関係を把握
するので、空調運転時に、空調対象領域の要求風量を確
保しうる最低限の静圧を把握することができる。従っ
て、最終的な静圧値にいち早く収束させることができ、
省エネルギーな運転を行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る空調制御方
法に好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に
説明する。なお以下に記載するのは本発明の実施形態の
一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。なお、以下には冷房する場合を例として説明する
が、暖房する場合にも同様に行うことができる。

【００１７】図１は、本実施の形態に係る空調制御方法
におけるシステム構成の概略を示す説明図である。また
図２は、本実施の形態に係る空調制御方法の制御手順を
示すフロー図である。本実施形態の概略は、図１に示す
ように、空調対象領域である室８を、空調機４、給気ダ
クト５、コントローラ一体型可変風量ユニット（以下、
可変風量ユニットと略す）６、還気ダクト１１、温度計
測センサ１５、主給気ダクト内静圧計測センサ（以下、
静圧計測センサと略す）１７、コントローラ１９などで
構成される空調システムを用いて、可変静圧制御方式で
制御を行うものである。なお、可変風量ユニット６等の
台（個）数は、図１のものに限られるものではなく、後
述する制御手順により制御することが可能であれば、何
台（個）であっても良い。

【００１８】以下に、上記のシステム構成を空気の流れ
に沿って詳しく説明する。まず、外気１４が空調機４に
取り込まれる。空調機４には冷却コイル２が組込まれ、
取り込まれた空気を所定の温度および湿度に調整する。
次に、空調機４に組み込まれた送風機３が、調整した空
気を給気１として送り出す。給気１は主給気ダクト５内
を搬送され、さらに各分岐給気ダクト５１に分配されて
可変風量ユニット６に送り込まれる。可変風量ユニット
６は、図には示さない風量計測機構および風量変更手段
としての風量調整用ダンパを有し、室８に流入する風量
を調節する。さらに、給気１は吹き出し口７を介して室
８に供給される。

【００１９】室８に供給された給気１は、室８内で熱負
荷を処理（冷房）する。次に、熱負荷の処理を終えた給
気１は、還気口９を介して天井裏の還気チャンバ１０に
吸い込まれる。さらに、還気ダクト１１内を搬送され、
ボリュームダンパ２０により排気１２と戻り空気１３に
割り振られる。そして、戻り空気１３となったものにつ
いては、所定の比率で外気１４と混合され、再び空調機
４内の冷却コイル２に導かれる。以上を繰り返すことに
より、室８の空調を行う。

【００２０】一方、各室８には温度計測センサ１５が備
え付けられており、その計測信号は信号線１６を介し
て、可変風量ユニット６に一体的に装備されたコントロ
ーラに伝えられる。また、この一体型コントローラにお
いて、温度計測センサ１５からの情報及び室温設定値に
基づいて、室８の温度を設定値に保つべく当該可変風量
ユニット６の要求風量が演算される。さらに、この要求
風量および可変風量ユニット６における風量計測機構で
計測された実際の風量計測値に基づいて、当該可変風量
ユニット６における風量調整用ダンパの操作方向、操作
量が演算され、実際の風量が要求風量に等しくなるよう
に、可変風量ユニット６の風量調整用ダンパが動作す
る。

【００２１】また、可変風量ユニット６はコントローラ
１９と接続されており、各可変風量ユニット６から要求
風量情報が伝えられる。なお必要に応じて、コントロー
ラ１９から要求風量設定が行われる。また、可変風量ユ
ニット６に至る分岐給気ダクト５１の手前における主給
気ダクト５には、静圧計測センサ１７が設置されてい
る。この静圧計測センサ１７の計測情報はコントローラ
１９に伝えられ、さらにコントローラ１９から送風機３
の回転数の制御信号がインバータ１８に供給される。

【００２２】次に、上記のように構成した空調システム
における制御手順について、図２に基づいて説明する。
まず、空調運転を行う前に試運転モードで運転し、各空
調対象領域の要求風量と給気ダクト内静圧との関係を把
握する手順を必ず１回は実行する。すなわち試運転モー
ドでは、１つの空調機４に接続される全ての可変風量ユ
ニット６に関して、順次要求風量と必要静圧とを計測
し、両者の関係を把握する手順を実行していく。その具
体的な手順は以下の通りである。

【００２３】試運転モードに入る場合（Ｓ１００）に
は、まずＮ＝１番目の可変風量ユニット６Ａを計測対象
とする（Ｓ１０２）。なお、計測対象外の全ての可変風
量ユニット６Ｂ、６Ｃにおいて、風量調整用ダンパの通
過風量が最大風量となるように、コントローラ１９から
の信号により各風量調整用ダンパの開度を最大とする。
（Ｓ１０４）。

【００２４】次に、コントローラ１９からの信号で、計
測対象である可変風量ユニット６Ａの要求風量を、設定
範囲の最大値に設定する（Ｓ１０６）。またこの時、可
変風量ユニット６Ａの風量調整用ダンパの開度は、要求
風量の大小に関係なく全開に固定しておく。

【００２５】次に、コントローラ１９において、上記要
求風量と計測対象である可変風量ユニット６Ａの風量計
測値とを比較し、可変風量ユニット６Ａの通過風量が要
求風量と等しくなるようにＰＩＤ演算を行って、インバ
ータ１８に制御信号を供給する（Ｓ１０８）。これによ
り送風機３の回転数が変更され（Ｓ１１０）、給気風量
が変動する。

【００２６】次に、計測対象である可変風量ユニット６
Ａの風量計測値と上記要求風量とが、およそ等しいか判
断する（Ｓ１１２）。等しくない場合は、Ｓ１０８に戻
って風量調整を継続する。等しい場合には、その時点に
おける静圧計測センサ１７の計測値を記録し、データベ
ースとしてコントローラ１９内に格納する（Ｓ１１
４）。

【００２７】次に、計測対象である可変風量ユニット６
Ａの要求風量を、設定範囲の最大値の７５％、５０％、
２５％に順次設定し、Ｓ１０６以降の手順を順次実行す
る（Ｓ１１６）。そして、上記の手順で得られた情報か
ら、計測対象である可変風量ユニット６Ａの要求風量と
必要静圧との関係を近似式として確立し、データベース
として格納する（Ｓ１１８）。

【００２８】次に、Ｎ＝Ｎ＋１とし（Ｓ１２０）、Ｎが
可変風量ユニットの総数を超えていない（まだ計測対象
とすべき可変風量ユニットが残っている）場合は、Ｓ１
０４に戻り、上記の手順を全ての可変風量ユニット６に
対して順次行う。一方、Ｎが可変風量ユニットの総数を
越えている場合には、試運転モードを終了する（Ｓ１２
２）。

【００２９】以上の手順により、１つの空調機４に接続
される全ての可変風量ユニット６に関して、要求風量と
必要静圧との関係を把握し、これをデータベースとして
コントローラ１９内に取り込む。このように、各可変風
量ユニットの要求風量に対応する必要静圧を、同一地点
である給気ダクト内で把握することにより、各要求風量
の大小関係が判断可能となり、全ての要求風量を確保し
うる静圧値を設定しうる。

【００３０】次に、空調運転時の手順について説明す
る。空調運転時には、各可変風量ユニットにおける風量
調整用ダンパの開度制御と、送風機の回転数制御とを並
行して行う。各可変風量ユニットにおける風量調整用ダ
ンパの開度制御では、まずＮ＝１番目の可変風量ユニッ
ト６Ａを制御対象とする（Ｓ２３２）。

【００３１】次に、可変風量ユニット６の一体型コント
ローラが、室温設定値と温度計測センサ１５による室温
計測値とに基づいて、室８の温度を設定値に保つべくＰ
ＩＤ演算を行い、当該可変風量ユニット６の要求風量を
算出する（Ｓ２３４）。

【００３２】さらに、可変風量ユニット６の一体型コン
トローラは、上記の要求風量および当該可変風量ユニッ
ト６における風量計測機構で計測された実際の風量計測
値に基づいて、実際の給気風量が要求風量に等しくなる
ように、当該可変風量ユニット６における風量調整用ダ
ンパの操作方向、操作量を演算する（Ｓ２３６）。そし
て制御信号を供給し、その風量調整用ダンパを動作させ
る（Ｓ２３８）。

【００３３】次に、Ｎ＝Ｎ＋１とし（Ｓ２４０）、Ｎが
可変風量ユニットの総数を超えていない（まだ対象とす
べき可変風量ユニットが残っている）場合は、Ｓ２３４
に戻り上記の手順を全ての可変風量ユニット６に対して
行う。一方、Ｎが可変風量ユニットの総数を越えている
場合には、調整は一巡する（Ｓ２３２）。

【００３４】一方、送風機の回転数制御においては、ま
ず各可変風量ユニット６が算出した要求風量をコントロ
ーラ１９が受信する。そして、試運転モードで作成した
要求風量と必要静圧との関係式をデータベースから読み
出し、受信した各要求風量を必要静圧に変換する（Ｓ３
２４）。そして、各必要静圧の最大値を、静圧設定値と
する（Ｓ３２６）。

【００３５】次に、Ｓ３２６で決定した静圧設定値と静
圧計測センサ１７における静圧計測値とを比較し、計測
値が設定値と等しくなるようにＰＩＤ演算を行い、イン
バータ１８に制御信号を供給する（Ｓ３２８）。これに
より、送風機３の回転数が変更される（Ｓ３３０）。

【００３６】ここで、各可変風量ユニット６の風量調整
用ダンパの開度をモニターする（Ｓ３３２）。そして風
量調整用ダンパが全開の可変風量ユニットがない場合に
は、給気ダクト５内の静圧が要求風量を確保するため最
低限必要な静圧よりも過剰であると判断する。そこで静
圧設定値を変更し（Ｓ３３４）、当初の設定値より低く
する。そして、風量調整用ダンパが全開の可変風量ユニ
ットが現れるまで、一定の速度で送風機３の回転数を減
少させるべく、インバータ１８に制御信号を供給する。

【００３７】なお、上述した制御の手順については、図
２のものに限られるものではなく、風量等を計測するこ
とにより、送風機の回転数等の変更を同じように行える
ならば、別の手順であっても良い。

【００３８】以上説明した本発明の実施の形態によれ
ば、空調運転時の各瞬間では一定静圧制御方式と同様の
動作となり、なおかつその静圧設定値が逐次変化するよ
うな、新しい可変静圧制御方式となる。これにより、可
変風量ユニットにおける風量調整用ダンパの開度制御
と、送風機の回転数制御の相互干渉が解消されるため、
一定静圧制御方式の場合と同様な要求風量への高い追従
性が得られる。また、最低１台以上の可変風量ユニット
の風量調整用ダンパの開度が全開となるまで、送風搬の
回転数を減少させて給気風量を低下させるので、過剰な
静圧に伴う圧力損失がなくなり、省エネルギーな運転が
可能となる。

【００３９】さらに、予め試運転時に、全ての可変風量
ユニットの風量調整用ダンパを全開とした状態におい
て、各空調対象領域の要求風量に対応する給気ダクト内
の静圧値を計測しておき、空調運転時に、その計測結果
に基づいて各空調対象領域の要求風量に対応する給気ダ
クト内の静圧値を算出する。まず試運転時に、計測対象
外の全ての空調対象領域における風量変更手段を全開と
した状態で要求風量と必要静圧との関係を把握するの
で、空調運転時に、算出した静圧値が最大ではない空調
対象領域の風量調整手段の開度によって、静圧値が最大
である空調対象領域の要求風量が確保されない場合がな
くなる。従って、一の空調対象領域における要求風量
を、他の各空調対象領域の要求風量にかかわらず確保し
うることになる。また試運転時に、計測対象である可変
風量ユニットにおける風量調整用ダンパを全開として要
求風量と必要静圧との関係を把握するので、空調運転時
に、空調対象領域の要求風量を確保しうる最低限の静圧
を把握することができる。従って、最終的な静圧値に早
く収束させることができ、省エネルギーな運転を行うこ
とができる。

【００４０】

【発明の効果】風量変更手段を備えた複数の空調対象領
域に対し、送風源から給気ダクトを介して供給する空調
用空気の風量を制御する方法であって、前記各空調対象
領域の要求風量に対応する前記給気ダクト内の静圧値を
算出する第１工程と、算出した各静圧値のうち最大値を
静圧設定値として、前記給気ダクト内の静圧値を前記静
圧設定値とすべく送風源からの供給風量を調整する第２
工程と、いずれの前記風量変更手段も全開となっていな
い場合には、いずれかの前記風量変更手段が全開となる
まで、前記静圧設定値を減少させて送風源からの供給風
量を再調整する第３工程と、を有する構成としたので、
一定静圧制御方式を採用した場合と同等程度の温度制御
特性を発揮させるとともに、かつ可変静圧制御方式が本
来持っている省エネルギー特性を十分に発揮させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る空調制御方法におけるシス
テム構成の概略を示す説明図である。

【図２】本実施の形態に係る空調制御方法の制御手順を
示すフロー図である。

【図３】一定静圧制御方式による空調制御方法における
システム構成の概略を示す説明図である。

【図４】一定静圧制御方式による空調制御方法の制御手
順を示すフロー図である。

【図５】従来の可変静圧制御方式による空調制御方法の
システム構成の概略を示す説明図である。

【図６】従来の可変静圧制御方式による空調制御方法の
制御手順を示すフロー図である。

【図７】発明者らの提案に係る空調制御方法の制御手順
を示すフロー図である。

【符号の説明】

１………給気、２………冷却コイル、３………送風機、
４………空調機、５………主給気ダクト、６，６Ａ，６
Ｂ，６Ｃ………コントローラ一体型可変風量ユニット、
７………吹き出し口、８………室、９………還気口、１
０………還気チャンバ、１１………還気ダクト、１２…
……排気、１３………戻り空気、１４………外気、１５
………温度計測センサ、１６………信号線、１７………
主給気ダクト内静圧計測センサ、１８………インバー
タ、１９………コントローラ、２０………ボリュームダ
ンパ、５１………分岐給気ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤真東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内Ｆターム(参考） 3L060 AA03 AA06 CC02 CC09 EE05 EE26 3L061 BE02 BF02 BF07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風量変更手段を備えた複数の空調対象領
域に対し、送風源から給気ダクトを介して供給する空調
用空気の風量を制御する方法であって、前記各空調対象領域の要求風量に対応する前記給気ダク
ト内の静圧値を算出する第１工程と、算出した各静圧値のうち最大値を静圧設定値として、前
記給気ダクト内の静圧値を前記静圧設定値とすべく前記
送風源からの供給風量を調整する第２工程と、いずれの前記風量変更手段も全開となっていない場合に
は、いずれかの前記風量変更手段が全開となるまで、前
記静圧設定値を減少させて前記送風源からの供給風量を
再調整する第３工程と、を有することを特徴とする空調制御方法。
【請求項２】全ての前記空調対象領域における前記風
量変更手段を全開とした状態で、前記各空調対象領域の
要求風量に対応する前記給気ダクト内の静圧値を予め計
測しておき、その計測結果に基づいて前記各空調対象領域の要求風量
に対応する前記給気ダクト内の静圧値を算出する第１工
程を有することを特徴とする請求項１に記載の空調制御
方法。