JP2003035447A - 空気調和機の省エネルギシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数台の空気調和機を使用することを有効に
利用し、従来よりも快適で、省エネルギ効果が高い空気
調和機の省エネルギシステムを提供する。 【解決手段】 同一の空調対象の部屋１２に調和空気を
供給する複数台の空気調和機ＡＣ１〜４と、それらの空
気調和機からの空気を部屋１２に供給する複数本のメイ
ンダクト１３〜１６と、それぞれのメインダクトから分
岐され、先端の送風口１８が前記エリア内に分布されて
いる複数の送風ダクト１７と、各空気調和機の運転を、
交互に、または循環的に停止・再起動させる制御装置と
を備えているシステム。前記メインダクト１３〜１６は
連結ダクト１９で閉ループを構成するように連結されて
いる。メインダクトと各空気供給源との間に、メインダ
クトから空気供給源側への逆流を防止する逆流防止ダン
パ２０が介在されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和機の省エネ
ルギシステムに関する。さらに詳しくは、フロア面積が
広いビルの空気調和を、快適性を維持しながら低コスト
で運転することができる空気調和機の省エネルギシステ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機による室温の制御方法として
は、空気調和装置から室内に空気を送るファンを間欠的
に運転したり、熱媒体としての冷水や温水、蒸気の流量
を制御する制御弁を間欠的に開閉する方法などがある。
また、送風ファンなどを間欠的に運転するほか、インバ
ータ制御により、比例制御に近似させた段階的な制御を
行う場合もある。しかしインバータ制御は省エネルギ効
果があるものの、初期コストが高い。そのためＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御による省エネルギ運転の制御方法が提案されて
いる。

【０００３】たとえば特開２０００−２５７９４１号公
報は、従来の技術の欄で、室温を測定し、目標温度との
差が±１℃程度の許容範囲になるように空気調和機をＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御する方法や、冷水用操作弁や温水用操作
弁の開度をＯＮ／ＯＦＦする制御方法を提示すると共
に、さらに省エネルギ化を図るため、制御パラメータテ
ーブルに格納されている間欠運転用パラメータに応じ
て、操作弁の開度を間欠的にＯＮ／ＯＦＦする運転方法
を提案している。

【０００４】また、特開平８−６１７５１号公報には、
空気調和の対象となる互いに区分された複数のゾーンご
とに、別個の空気調和機および送風機を配置して、各ゾ
ーンごとに空気調和制御するゾーン制御、および空気調
和機の運転中に、戻り空気の温度に応じて、空気調和機
の運転を停止させる間欠運転制御により、省エネルギ化
を図ることが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フロア面積が広いビル
など、空調ゾーンが広い場合は、機械室の大きさや配
置、および天井内のダクトの納まりの関係で、空気調和
機を数台に分割し、それぞれ分担するエリアを定めて空
気調和作用を行わせることがある。その場合、各フロア
では、図６に示すように、それぞれの空気調和機１０１
からメインダクト（給気ダクト）１０３を延ばし、その
途中から多数の送風ダクト１０８を分岐し、それらの送
風ダクトの先端に送風口１０９を設けている。前記メイ
ンダクト１０３および送風ダクト１０８はそれぞれ天井
内に配設しており、送風口１０９は天井に開口してい
る。なお、通常は各フロアのそれぞれのエリアを担当す
る給気系統はそれぞれ上下ダクトで連通している（図３
参照）。

【０００６】このような複数台の空気調和機の運転制御
方法には、前述のような単独の空気調和機を制御する方
法をそのまま採用しうる。すなわち、各空気調和機が担
当するエリアを定め、それぞれのエリアごとに別個に温
度調節する方法が採られる。たとえば各系統のリターン
ダクトの温度を検出し、対応する空気調和機１０１のフ
ァンをＯＮ／ＯＦＦ制御したり、空気調和機自体をＯＮ
／ＯＦＦ制御したり、あるいはインバータ制御でファン
の回転数を変化させることにより、いわばフィードバッ
ク式の温度調節を行なうことができる。

【０００７】しかし複数台の空気調和機を別個独立にＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御する場合は、室内の温度変化が不規則に
変動し、また一斉にＯＮ／ＯＦＦ制御する場合は温度変
化が大きくなり、快適性が損なわれる。すなわち各ゾー
ンごとに設定温度が異なる場合は、複数台の空気調和機
で別個にＯＮ／ＯＦＦ制御する方法は利点となるが、広
い部屋の全体を同じレベルに制御する場合は場所によっ
て温度が異なることは欠点となる。また、インバータ制
御の場合は、イニシャルコストが増大する問題がある。
本発明は、複数台の空気調和機を使用することを有効に
利用し、前述のゾーン制御の考え方とは逆に、広い室内
をできるだけ均一に空気調和制御することができ、しか
も省エネルギ効果が高い空気調和機の省エネルギシステ
ムを提供することを技術課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の空気調和機の省
エネルギシステムは、同一の空調対象エリアに空気を供
給する複数台の空気調和機と、前記空気調和機からの空
気をそれぞれ対象エリアに供給する複数本のメインダク
トと、それぞれのメインダクトから分岐され、先端の送
風口が前記エリア内に分布されている複数の送風ダクト
と、各空気調和機の運転を、交互に、または循環的に停
止・再起動させる制御装置とを備えていることを特徴と
している。

【０００９】このようなシステムでは、前記メインダク
ト同士を連結するのが好ましい。その場合、複数本のメ
インダクトが閉ループを構成するように連結するのが一
層好ましい。また、前記メインダクトと各空気供給源と
の間に、メインダクトから空気供給源側への逆流を防止
する逆流防止ダンパを介在させるのが好ましい。

【００１０】

【作用および発明の効果】本発明の省エネルギシステム
では、同一の空調対象エリアに対し、複数台の空気調和
機から空気を送る。そして空気調和機は交互に、または
循環的に停止・再起動させるので、停止させている時間
の分だけ、確実に省エネルギ効果がある。なお、前述の
ゾーン制御の場合は、複数台の空気調和機で複数のゾー
ンを個別に間欠運転していくが、本発明では、１個所の
空調対象エリアを複数台の空気調和機により、それぞれ
順番に休ませながら、共同して空調作業を行う。そして
対象エリアが同じであるので、１台の空気調和機を休ま
せても、他の空気調和機からそのメインダクトを通じて
空気が送られる。そのため、対象とする空調エリアの空
調作業が常時継続されており、室内環境の快適性が維持
される。

【００１１】このような省エネルギシステムにおいてメ
インダクト同士を連結する場合は、稼働中の空気調和機
から送られる空気がそれに接続されているメインダクト
に入り、そのメインダクトから分岐している送風ダクト
を通じて室内（空調対象エリア）に空気を送る。同時
に、休止中の空気調和機と接続されている他のメインダ
クトにも空気が送られ、そのメインダクトの送風ダクト
からも室内に空気が送られる。したがって空調対象エリ
アが広く、送風ダクトの送風口の分布が偏っている場合
でも、快適性が維持される。

【００１２】さらに複数本のメインダクト同士を閉ルー
プ状に連結する場合は、一個所からの空気供給が左右に
分かれて広く均等に送風される。そのため空調対象エリ
アの全体について、一層均等に快適性が維持される。す
なわち１本のダクトラインであれば、入口部と末端部の
送風口近辺の環境に差が生じがちであるが、閉ループに
することにより、末端がなくなり、空調対象の環境の均
質化が図れる。

【００１３】メインダクトと各空気供給源との間に、メ
インダクトから空気供給源側への逆流を防止する逆流防
止ダンパを介在させる場合は、停止中の空気調和機側に
空気が漏れていくのが防止される。それにより、空調作
用の効率が向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに図面を参照しながら本発明
の省エネルギシステム（以下、単にシステムという）の
実施の形態を説明する。図１ａは本発明のシステムの一
実施形態を示すダクト系統図、図１ｂはそのシステムの
運用パターンの一実施形態を示すタイミングチャート、
図２ａ〜ｃはそれぞれそのシステムの運用パターンの他
の実施形態を示すタイミングチャート、図３は本発明の
システムの他の実施形態を示す概略斜視図、図４ａ〜ｃ
はそれぞれ本発明のシステムのさらに他の実施形態を示
す概略ダクト系統図、図５ａ〜ｂはそれぞれ本発明のシ
ステムのさらに他の実施形態を示す概略ダクト系統図で
ある。

【００１５】図１ａに示すシステム１０は、建物１１の
屋上や地下室、いずれかの階、あるいは各階の機械室な
どに配置された４台の空気調和機ＡＣ１〜４と、それぞ
れ空気調和機と連結されると共に部屋１２の天井内に配
設される４本のメインダクト１３、１４、１５、１６
と、それらのメインダクトから分岐される送風ダクト１
７と、各送風ダクトの先端に設けられ、天井で室内に開
口される送風口１８とを備えている。この実施形態では
それぞれのメインダクトは途中で分岐してＴ字状に配設
されている。そして第１〜４メインダクト１３〜１６の
先端は、それぞれ隣接するメインダクトの先端と連結ダ
クト１９で連結されており、全体として四角形の閉ルー
プ状に構成されている。また、第１〜４空気調和機ＡＣ
１〜４と、それらと対応するメインダクト１３〜１６と
の間に、それぞれ逆流防止ダンパ２０が介在されてい
る。還気用のダクトおよび空気取り入れ口は図示を省略
している。空気調和機ＡＣ１〜４、メインダクト１３〜
１６、送風ダクト１７、送風口１８などの要素について
は、従来公知のものを使用することができる。この実施
形態では、空調対象である１個所の部屋１２に複数台の
空気調和機およびメインダクトを使用していること、連
結ダクト１９を採用していることなどが特徴である。ま
た、逆流防止ダンパ２０としては、開閉の切り換えを電
気的に制御するモータダンパなどを使用しうる。

【００１６】図１ｂのタイミングチャートは、上記の４
台の空気調和機ＡＣ１〜４の運転状態（運用パターン）
を示している。この実施形態では、１サイクルＴ０の時
間帯を４つの時間区分Ｔ１〜４に分割し、４台の空気調
和機ＡＣ１〜４を順に１区分ずつ停止させている。ハッ
チングを施していない範囲Ｓが停止させている区分であ
り、ハッチングを施している範囲Ｗが可動している区分
である。たとえば第１の区分Ｔ１では、第１空気調和機
ＡＣ１を停止させ、他の第２〜４空気調和機ＡＣ２〜４
は稼働させている。第２区分では第１空気調和機ＡＣ１
を再稼働させると共に、第２空気調和機ＡＣ２を停止さ
せ、他の空気調和機ＡＣ３〜４の稼働は継続させてい
る。このように、この実施形態では、いわばプログラム
制御により、常時１台の空気調和機を強制的に停止させ
ているので、実質的には全体を稼働させる場合の７５％
の電力だけが消費される。すなわち空気調和機の冷房、
暖房あるいは空気清浄作用などの空調作用に要するエネ
ルギがその分だけ省かれる。そして停止させる空気調和
機が順に循環するので、図１ａの部屋１２の一部の環境
が極端に低下することがない。それによって省エネルギ
と快適な環境の維持とを両立させることができる。

【００１７】また、この実施形態では、メインダクト１
３〜１６同士を連結ダクト１９で連結して閉ループ状に
なっているので、たとえば第１空気調和機ＡＣが停止し
ている間でも、第２メインダクト１４および第４メイン
ダクト１６から連結ダクト１９を通じて第１メインダク
ト１３内に空気が流れてくる。そのため、第１メインダ
クト１３に連結されている送風ダクト１７および送風口
１８からも、調和空気が室内に送られる。したがって第
１メインダクト１３の下側にいる人たちも、快適な状態
が維持される。すなわちフロアが広い場合でも、快適さ
のレベルが平準化される。

【００１８】さらにこの実施形態では、各空気調和機Ａ
Ｃ１〜４の停止と、それらに連結されている逆流防止ダ
ンパ２０の閉止とが連動するように制御している。それ
により、調和済みの空気が停止中の空気調和機側に逆流
することがない。このように逆流を防止することによ
り、無駄なエネルギの消耗を避けることができる。な
お、図１ａでは、連結ダクト１９と各メインダクト１３
〜１６とを別個のものとして説明している。これは既設
の設備を改修する場合を念頭に置いたものであり、新規
に設置する場合は、もちろん１本の連続したダクトとす
ることができる。また図１ａでは、メインダクトが建物
の外壁を貫通するように示しているが、実際は天井ある
いは床を貫通して、屋上や地下室、あるいは他の階に設
置される空気調和機まで達する。

【００１９】図１ｂに示すタイミングチャートに合わせ
て空気調和機ＡＣ１〜４の運転の起動・停止を行わせる
には、たとえば中央監視室に設置したプログラマブルコ
ントローラやタイマなどの制御機器あるいはコンピュー
タを用いる。なお、監視室に設けた手動でＯＮ／ＯＦＦ
を切り替えるスイッチ類で行うこともできる。それらは
請求項１における制御装置である。

【００２０】図１ｂは説明のために、１台の空気調和機
の停止している範囲Ｓを１区分とした典型的な例を示し
ているが、空気調和機の能力が高い場合あるいは季節的
な要因によって、図２ａに示すように、停止時間Ｔａを
区分Ｔ１を超えて継続させたり、図２ｂのように区分Ｔ
１に満たない時間で稼働を再開させることができる。た
とえば初夏や夏の終わり、あるいは夏でも夕方には、周
囲の温度が低くなるので、冷房作用を低下させてもよ
い。その場合は図２ａのように、停止している時間Ｔａ
を延ばし、稼働時間Ｔｂを短くすることにより、一層エ
ネルギを節約する。また、とくに盛夏には、図２ｂのよ
うに停止時間Ｔａを短くし、稼働時間Ｔｂを長くする。
それにより空調対象エリアの快適性を維持しうる。この
ように停止時間Ｔａと稼働時間Ｔｂの比率は連続的な数
値をとることができるので、複数台の空気調和機を順に
運転することにより、ＯＮ／ＯＦＦ制御であっても、同
一の空調対象エリア内に対する空調能力を連続的に変化
させることができる。

【００２１】図１ｂの標準的なタイミングチャートを採
用するか、あるいは図２ａや図２ｂの低稼働率あるいは
高稼働率のタイミングチャートを採用するかは、季節や
時間帯によってあらかじめ設定しておくのが好ましい。
さらにコンピュータを用いた学習機能を適用することに
よって、システムを設置している地域的に特有の温度変
化に対応させるのが好ましい。なお、図２ａの場合は一
時的に２台の空気調和機が停止し、図２ｂの場合は一時
的にすべての空気調和機が稼働するが、それらも請求項
１における「循環的に停止・稼働させる」に含まれる。

【００２２】図２ｃは４台の空気調和機ＡＣ１〜４を第
１空気調和機ＡＣ１と第４空気調和機ＡＣ４からなる第
１グループと、第２空気調和機ＡＣ２と第３空気調和機
ＡＣ３とからなる第２グループに分け、第１グループと
第２グループとを交互に停止・稼働させるタイミングチ
ャートを示している。この場合は実効稼働率が５０％
で、さらに省エネルギで運転することができる。ただし
この場合でも、図２ａ、図２ｂの場合と同様に、各グル
ープの停止時間を区分を超えて延長したり、短縮するこ
とができる。

【００２３】図２ｃの運用パターンにおいて第１空気調
和機ＡＣ１と第３空気調和機ＡＣ３とで第１グループを
構成し、第２空気調和機ＡＣ２と第４空気調和機ＡＣ４
とで第２グループを構成したのは、図１ａのように部屋
１２が横に長い場合は、たとえば左側の第１空気調和機
と第３空気調和機を同時に停止すると、左側のエリアの
快適性が損なわれるからである。そしてたとえば対角同
士を同じグループとすることにより、全体の快適性を高
めることができる。同じ意味で、図１ｂのチャートにお
ける停止させる順番も、第１、第２、第３、第４の空気
調和機の順のように、文字のＺを描く順番で停止させて
片側を連続して停止させないのが好ましい。ただし第
１、第２、第４、第３の順のように、いわば円を描くよ
うに停止させていくようにしてもよい。

【００２４】つぎに図３を参照して、具体的なシステム
の実施形態を説明する。図３は図１のシステム１０を３
階建てのビル、たとえば通年冷房するデパートなどに適
用する場合の全体の構成を立体的に示している。各空気
調和機ＡＣ１〜４は建物の屋上に設置されている。空気
調和機内の送風機には、送風量を変化させるために（吹
出量調整）、スクロールダンパを設置している。各空気
調和機から１本ずつ、下方向に各階を貫通する空気供給
用縦ダクト２１〜２４が延びている。そしてそれらの縦
ダクト２１〜２４の途中から各フロアのメインダクト１
３〜１６が分岐し、逆流防止ダンパ２０を介してループ
状のダクトライン２５〜２７に連結されている。逆流防
止ダンパ２０は空調機停止時には閉状態となる。また、
各空気調和機ＡＣ１〜４の還気部から下方に還気用縦ダ
クト２９〜３２が延びており、途中から各フロアの還気
口３３に達している。還気ダクト２９〜３２の上端近辺
には、還気送風機３４が介在されている。なお、逆流防
止ダンパ２０として、ダンパ開度が連続的に変化し、風
量がその開度と比例する比例ダンパを用いてもよい。そ
の場合は、温度に基づいて風量を制御する場合などに利
用することができる。

【００２５】前記フロアには、室温を検出する温度セン
サＴが設けられている。それらの温度センサＴは、許容
温度の上限値や下限値を定めておき、それを超えた場合
に検出して、前述の複数台の空気調和機のタイミングチ
ャートを高稼働率のものに変更して快適性を維持するた
めに使用する。すなわち前述の運用パターンに基づくプ
ログラム制御では、フィードバックをせずに強制的にＯ
Ｎ／ＯＦＦ動作をさせるため、エネルギの消費が少ない
利点はあるが、外気温度の大きい変動に対して追従しな
い。そのため、室内の温度を検出して、所定の上限およ
び下限を許容範囲を超えた場合に稼働率を変動させた
り、一時的に停止時間を短くするなど、快適性を維持す
るべく運転モードを変えるようにしている。さらにそれ
らの温度センサＴは、学習制御のためのデータを採るた
めなどにも使用しうる。

【００２６】各空気調和機ＡＣ１〜４には、前記間欠運
転を制御するためのコントローラ４０が連結されてい
る。コントローラは温度センサＴからの取得データを記
憶することができるものであり、たとえば年間の室温の
温度変化のデータを記憶させる。システムを設置した初
年度はデータがないので、初期設定の運用パターンに従
って運転し、次年度からは前年度のデータに基づいて、
後述する運用パターンから自動的に選択させて、それに
基づいて運転させる。

【００２７】前記実施形態では４台の空気調和機を採用
しているが、空気調和機の台数は３台以下でも、また５
台以上でもよい。図４ａは２台の場合のシステムのダク
ト系統の実施形態を示している。このダクト系統５０で
は、ダクトライン５１を矩形状の閉ループに構成してお
り、空気調和機ＡＣ１、ＡＣ２は対角位置に配置してい
る。このシステムの運転のタイミングは、たとえば図２
ｃのように２台の空気調和機ＡＣ１、ＡＣ２を交互に停
止させ、また稼働させる。その場合の全体の稼働率は５
０％である。このシステムにおいても、図２ａや図２ｂ
の場合と同じように、停止時間を延長させて稼働率を５
０％以下にすることができ、また停止時間を短縮して稼
働率を５０％以上にすることもできる。ただし空気調和
機が２台であるので、通常は５０％以上にする。

【００２８】図４ｂのシステムは、細長い部屋１２に直
線状のダクトライン５３を設け、両端に空調機ＡＣ１、
ＡＣ２を連結したダクト系統を採用している。すなわち
このように幅が狭い部屋１２では、１本のメインダクト
から送風しても、空調後の空気が充分に行き渡る。その
ため、広い範囲をカバーする閉ループ状にダクトライン
を構成する必要がなく、直線状のダクトラインでも充分
である。なおこのシステムでも、図４ａのシステムと同
様に交互に空調機ＡＣ１、ＡＣ２を停止させればよい。

【００２９】図４ｃは、比較的狭い部屋１２に各空調機
ＡＣ１、ＡＣ２のメインダクト１３、１４を平行に配置
したダクト系統を示している。既設の空調設備の場合
は、このようなダクトライン設計もある。このようにメ
インダクト１３、１４同士が接近して延びている場合
は、両方のメインダクト１３、１４同士を接続したり、
閉ループ状にする必要はなく、そのままのダクト系統を
利用することもできる。その場合は各空調機ＡＣ１、Ａ
Ｃ２の制御装置だけを改造すればよい。

【００３０】図５ａのシステムでは、２台の空調機ＡＣ
１、ＡＣ２同士が比較的近い位置にあり、それらの送風
部同士を直接１本の連結ダクト１９で連結している。こ
のシステムでは、片方の空調機が停止している場合で
も、他方の空調機からの空気が両方の給気ダクトを通じ
て部屋１２に送られる。また図５ｂのシステムでは、メ
インダクト同士ではなく、送風ダクト１７同士が連結さ
れ、送風口１８は共用にしている。これらのシステム
も、前述のシステムと同様の省エネルギ効果があり、同
程度の快適性を維持しうる。

【００３１】なお、図１ａや図５ａなどでは、１本の送
風ダクト１７に１個所の送風口１８を設けているが、広
い部屋の場合、実際には送風ダクト１７をさらに分岐
し、それぞれの分岐したダクトに送風口１８を設ける。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１ａは本発明のシステムの一実施形態を示
すダクト系統図、図１ｂはそのシステムの運用パターン
の一実施形態を示すタイミングチャートである。

【図２】 図２ａ〜ｃはそれぞれそのシステムの運用パ
ターンの他の実施形態を示すタイミングチャートであ
る。

【図３】 本発明のシステムの他の実施形態を示す概略
斜視図である。

【図４】 図４ａ〜ｃはそれぞれ本発明のシステムのさ
らに他の実施形態を示す概略ダクト系統図である。

【図５】 図５ａ〜ｂはそれぞれ本発明のシステムのさ
らに他の実施形態を示す概略ダクト系統図である。

【図６】 従来の空調システムの一例を示すダクト系統
図である。

【符号の説明】

１０ 省エネルギシステム １１ 建物 １２ 部屋 ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３、ＡＣ４ 空気調和機（空調
機） １３、１４、１５、１６ メインダクト １７ 送風ダクト １８ 送風口 １９ 連結ダクト ２０ 逆流防止ダンパ ２１、２２、２３、２４ 給気用縦ダクト ２９、３０、３１、３２ 還気用縦ダクト ３３ 還気口 ３４ 還気送風機 Ｔ 温度センサ ４０ コントローラ ５０ ダクト系統 ５１、５３ ダクトライン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一の空調対象エリアに空気を供給する
   複数台の空気調和機と、前記空気調和機からの空気をそ
   れぞれ対象エリアに供給する複数本のメインダクトと、
   それぞれのメインダクトから分岐され、先端の送風口が
   前記エリア内に分布されている複数の送風ダクトと、各
   空気調和機の運転を、交互に、または循環的に停止・再
   起動させる制御装置とを備えている空気調和機の省エネ
   ルギシステム。
2. 【請求項２】 前記メインダクト同士が連結されている
   請求項１記載の省エネルギシステム。
3. 【請求項３】 前記複数本のメインダクトが閉ループを
   構成するように連結されている請求項２記載の省エネル
   ギシステム。
4. 【請求項４】 前記メインダクトと各空気調和機との間
   に、メインダクトから空気調和機側への逆流を防止する
   逆流防止ダンパが介在されている請求項１、２または３
   記載の省エネルギシステム。