JP2003065585A - 冷暖房システム - Google Patents
冷暖房システムInfo
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Abstract
を実現できるヒートポンプ式の冷暖房システムを得る。 【解決手段】 ヒートポンプサイクルの冷媒を熱
交換器3を介して水熱媒と熱交換させ、この水熱媒を加
熱する補助熱源用加熱手段4と循環ポンプ2を備えた熱
源機と、この熱源機に接続され熱源機から搬送されてく
る水熱媒により冷暖房を行う室内放熱器10とから構成
される冷暖房システムについて、暖房時においてはその
室内放熱器10で設定される設定温度と室内放熱器10
で検知される室内温度との温度差により、ヒートポンプ
サイクルの圧縮機7と補助熱源用加熱手段4の運転を制
御し、室内暖房負荷に応じた温度の水熱媒を生成するよ
うにする。
Description
クルの冷媒を熱交換器を介して水熱媒に熱交換させ、冷
・温水を生成して搬送する熱源機によって供給される水
熱媒によって冷暖房を行う冷暖房システムに関するもの
である。
で冷暖房に使う水熱媒を生成し、室内放熱器に送水して
冷暖房を行うヒートポンプチラー冷暖房システムとも称
される冷暖房システムにおいては、ヒートポンプサイク
ルで採熱できる熱量が外気温度に左右されることから、
外気温度が低いときには暖房能力が低下し、必要とする
暖房雰囲気が得がたくなる。こうした問題を、例えば特
開昭55―20315号公報に示されているヒートポン
プ式の空調技術では、室内熱交換器に正特性サーミスタ
加熱器を配置して、水熱媒温度低下時の暖房能力低下を
正特性サーミスタ加熱器で補うことで解決している。こ
の技術では、室内熱交換器の水熱媒温度をモニターして
いて、水熱媒温度が設定温度以下になったときには補助
熱源として正特性サーミスタ加熱器を動作させ、暖房能
力の不足を補っている。
ポンプ式の空調技術においては、暖房運転の場合で室内
暖房負荷が小さい場合でも、除霜運転時などでは水熱媒
温度が低下するため正特性サーミスタ加熱器による不必
要な熱補給が行われることになり、非経済的であるとい
った問題点がある。また、室内熱交換器の水熱媒温度に
より正特性サーミスタ加熱器の運転の可否を決定してい
るため、例えば暖房起動時、冷たい室内を急速に暖房し
たいような場合でも補助的にしか正特性サーミスタ加熱
器が働かず暖房の立上がりが悪いといった問題点もあ
る。
めになされたものであって、その課題とするところは、
省エネルギー性を備え快適な暖房を実現できるヒートポ
ンプ式の冷暖房システムを開発することである。
に請求項1の発明は、ヒートポンプサイクルの冷媒を熱
交換器を介して水熱媒と熱交換させ、水熱媒を加熱する
補助熱源用加熱手段と送水手段を備えた熱源機と、熱源
機に接続され熱源機から搬送されてくる水熱媒により冷
暖房を行う室内放熱器とから構成される冷暖房システム
について、暖房時においてその室内放熱器で設定される
設定温度と室内放熱器で検知される室内温度との温度差
により、ヒートポンプサイクルの圧縮機と補助熱源用加
熱手段の運転を制御し、室内暖房負荷に応じた温度の水
熱媒を生成するようにする手段を採用する。
は、ヒートポンプサイクルの冷媒を熱交換器を介して水
熱媒に熱交換させ、水熱媒を加熱する補助熱源用加熱手
段と送水手段を備えた熱源機と、熱源機に接続され熱源
機から搬送されてくる水熱媒により冷暖房を行う室内放
熱器とから構成される冷暖房システムについて、暖房時
においてその室内放熱器で設定される設定温度と室内放
熱器で検知される室内温度との温度差と、そのときの外
気温度とにより、ヒートポンプサイクルの圧縮機と補助
熱源用加熱手段の運転を制御し、室内暖房負荷に応じた
温度の水熱媒を生成するようにする手段を採用する。
は、請求項2に係る前記手段における外気温度が設定値
以下の場合には圧縮機を停止し、補助熱源用加熱手段の
みの運転で室内暖房負荷に応じた温度の水熱媒を生成す
るようにする手段を採用する。
は、請求項1〜請求項3までのいずれかに係る前記手段
における室内放熱器に、急速暖房設定手段を設け、この
急速暖房設定手段により急速暖房の設定がなされた場
合、補助熱源用加熱手段を連続運転させ、通常の温度よ
り高い温度の水熱媒を生成するようにする手段を採用す
る。
は、請求項1〜請求項4までのいずれかに係る前記手段
における熱交換器の下流側に、補助熱源用加熱手段を設
ける手段を採用する。
て示す本実施の形態は、不凍液等による水熱媒を生成し
て搬送する熱源機で構成される熱源側熱媒サイクルと、
これによって供給される水熱媒によって冷暖房を行う室
内放熱器で構成される利用側サイクルとにより構成され
る冷暖房システムに関するものである。熱源機は、図1
に示すように水熱媒を貯留するバッファタンク1と、バ
ッファタンク1の水熱媒を循環させる送水手段としての
循環ポンプ2と、水熱媒を熱交換器3を介して加熱又は
冷却するヒートポンプ方式の冷凍サイクルとによって構
成されている。
り側接続口がそれぞれ設けられていて、往き側接続口
は、循環ポンプ2の吸込側に配管接続され、戻り側接続
口は、採熱用の熱交換器3の二次流路に直列に接続され
た補助熱源用加熱手段4の出口側が配管接続されてい
る。循環ポンプ2の吐出側には利用側サイクルの往き側
配管が接続され、熱交換器3の二次流路の入口側には利
用側サイクルの戻り側配管が接続されている。ヒートポ
ンプによる冷凍サイクルは、室外熱交換器5と四方切換
弁6と圧縮機7及び流量調節弁8並びに熱交換器3の一
次流路で構成された熱媒循環閉路であり、冷凍サイクル
の冷媒と水熱媒とは相互に独立し、混じり合うことはな
いが熱交換器3により熱的には接続している。上記構成
の熱源機は、熱交換ユニット9として単一のケーシング
に収められ、室外に設置される。
管とに接続された室内放熱器10により水熱媒の循環系
として構成されている。室内放熱器10としては、室内
空気を循環させながら冷却或いは加熱することで冷暖房
機能を果す一機又は複数機のファンコイルユニットや、
輻射による冷暖房機能を果す床暖房パネル等による一組
又は複数組の輻射パネルが接続される。
循環ポンプ2や圧縮機7及び補助熱源用加熱手段4等を
制御するマイコンを含む制御手段11が搭載されてお
り、この制御手段11に冷房モードや暖房モードの設定
を行う設定スイッチや、LEDや液晶等により運転状態
等を表示する表示手段を備えたコントローラが信号線又
は赤外線信号により信号のやりとりを可能に接続されて
いる。制御手段11にはバッファタンク1の出口の水熱
媒温度を検知する熱媒温度検知手段12の出力、及び室
外の温度を検知する外気温度検知手段13の出力がそれ
ぞれ制御情報として取込まれる。
4及び室温を検知する室温検知手段15が備えられ、コ
ントローラ14の操作によって水熱媒の流量をそれ自体
に設けられた流量調節弁を動かして、室温が設定温度に
なるようにフィードバック制御を行うとともに、熱交換
ユニット9の制御手段11に運転情報や設定温度及び室
内温度を制御情報として送信する。
暖房モードが設定されると、制御手段11はヒートポン
プの冷凍サイクルを暖房のサイクルに切換え、室内放熱
器10のコントローラ14からの運転情報の取込みを行
う。室内放熱器10のいずれかから運転要求の信号が入
ると、利用側サイクルに送る水熱媒の温度を暖房できる
温度になるように、熱交換ユニット9を制御する。室内
放熱器10側からの運転要求の信号が一つもない場合に
は、循環ポンプ2は停止状態におかれる。
より、冷房モードが設定されると、制御手段11はヒー
トポンプの冷凍サイクルを冷房のサイクルに切換え、室
内放熱器10のコントローラ14からの運転情報の取込
みを行う。室内放熱器10のいずれかから運転要求の信
号が入ると、室内放熱器10に送る水熱媒の温度を冷房
できる、例えば7℃になるように、熱交換ユニット9を
制御する。室内放熱器10側からの運転要求の信号が一
つもない場合には、循環ポンプ2は停止状態におかれ
る。
転における省エネルギー性と快適性の実現をテーマとし
ており、制御手段11は暖房モードでは図3のフローチ
ャートによって示すような制御動作を行う。即ち、図3
におけるステップ♯1で暖房運転が開始されると、ステ
ップ♯2において室内放熱器10のコントローラ14か
ら設定温度T1を読込み、ステップ♯3に進む。ステッ
プ♯3では外気温度検知手段13の出力から外気温度T
0を検知してステップ♯4で外気温度T0が所定の温
度、例えば−15℃以上かどうかの判定を行い、−15
℃以上であればステップ♯8の処理に進み、そうでなけ
ればステップ♯5の処理に進む。
機7を保護する必要があり、ヒートポンプサイクルでの
採熱を断念して圧縮機7を停止し、補助熱源用加熱手段
4を動作させる処理をして、ステップ♯6において目標
の熱媒温度を、例えば50℃に固定する処理を行い、ス
テップ♯7へ進む。ステップ♯7では、外気温度T0の
検知から所定時間(例えば5分)経過したかどうかの判
定を行い、経過していればステップ♯2の処理に戻り、
経過していなければステップ♯7の処理を繰り返す。
であれば、圧縮機7の運転が可能であるとしてステップ
♯8〜ステップ♯15の一連の処理により、外気温度T
0、設定温度T1、室内温度Tsの関係から、室内暖房
負荷に応じた最適ないくつかの目標送水温度Tm、β、
αが算出される。これらの送水温度算出のためにまず、
ステップ♯8において外気温度検知手段13の出力によ
る外気温度T0により、送水温度下限値αと、送水温度
上限値βを算出する。送水温度下限値αと送水温度上限
値βでは、対象となる暖房空間の断熱性能の幅を考慮し
た値であり、ある外気温度T0について設定温度T1を
達成するために最低限必要な水熱媒温度と、設定温度T
1を達成するために必要な最大限の水熱媒温度であり、
例えば、図4に示すように予め割付けした外気温度T0
の条件によって算出される。
流に設けられた熱媒温度検知手段12による出力から現
在の送水温度Twを読取り、ステップ♯10で室温検知
手段15の出力から現在の室内温度Tsを読取り、ステ
ップ♯11へ進む。ステップ♯11では設定温度T1と
現在の室内温度Tsとの比較を行い、設定温度T1と現
在の室内温度Tsの温度差ΔT1を算出し、ステップ♯
12へ進み、算出した温度差ΔT1により送水温度の変
化率ΔGを算出し、ステップ♯13へ進む。温度差ΔT
1と送水温度の変化率ΔGとは例えば、図5に示すよう
な関係にある。
Tm0、現在の送水温度Tw、送水温度の変化率ΔGか
ら、算出式Tm=Tm0+Tw×ΔGを使って目標送水
温度Tmを算出し、ステップ♯14へ進む。ステップ♯
14とステップ♯15において、前の処理で算出した目
標送水温度Tmと、外気温度T0により算出した送水温
度下限値αと送水温度上限値βとの比較を行う。そし
て、送水温度下限値α<目標送水温度Tm<送水温度上
限値βであれば、目標送水温度Tmをステップ♯16で
採用する処理をし、目標送水温度Tm≦送水温度下限値
αであれば目標送水温度αをステップ♯18で採用する
処理を行い、目標送水温度Tm≧送水温度上限値βであ
れば目標送水温度βをステップ♯17で採用する処理を
行ってそれぞれステップ♯19へ進む。
度Tm或いはβ又はαと現在の送水温度Twとの温度差
ΔT2を算出し、ステップ♯20〜ステップ♯22にお
いて、補助熱源用加熱手段4の運転の可否を判定する。
即ち、ステップ♯20では、温度差ΔT2が所定の値
(例えば8℃)より大きいかどうかを判定し、大きけれ
ば補助熱源が必要であるとして補助熱源用加熱手段4を
運転させる処理をステップ♯23で行う。ステップ♯2
1では、温度差ΔT2が例えば3℃より小さいかどうか
の判定を行い、温度差ΔT2が3℃以上であればステッ
プ♯22へ進み、前の時刻に補助熱源用加熱手段4が運
転していたかどうかを判定し、温度差ΔT2が3℃未満
であればステップ♯24へ進み、補助熱源の必要はない
として補助熱源用加熱手段4を運転しない処理を行う。
ステップ♯22で前の時刻に補助熱源用加熱手段4が運
転していた場合には、ステップ♯23の処理に進み補助
熱源用加熱手段4を運転させる処理を行う。この処理
は、補助熱源用加熱手段4をチャタリングさせないため
のものである。
運転させる処理をした場合には、ステップ♯25で所定
時間(例えば5分)が経過したかどうかの判定を行い、
経過していればステップ♯2の処理に戻り、経過してい
なければステップ♯25の処理を繰り返す。また、ステ
ップ♯24で補助熱源用加熱手段4を運転させない処理
をした場合も、ステップ♯26で所定時間(例えば5
分)が経過したかどうかの判定を行い、経過していれば
ステップ♯2の処理に戻り、経過していなければステッ
プ♯26の処理を繰り返す。
サイクルの除霜運転時でも利用側サイクルに流れる水熱
媒温度は低下せず、快適な暖房雰囲気を形成することが
でき、室内暖房負荷が小さい場合の除霜運転時などに不
必要な補助熱源の運転が回避されるので省エネルギー性
も備わる。また、外気温度が極めて低く、ヒートポンプ
による採熱が有効でないばかりでなく、運転により圧縮
機7が破損するような状況では、補助熱源用加熱手段4
を有効に使って圧縮機7の破損を回避したうえで、補助
熱源による快適な暖房を行うことができる。補助熱源用
加熱手段4を熱交換器3の二次流路の後流側に設ける構
成を採ることにより、ヒートポンプの効率の悪化を招く
ことなく暖房能力を向上させることができる。なお、補
助熱源用加熱手段4については電気によるものの方が制
御が容易であるが、ガスや灯油を燃焼させる方式のもの
でも構わない。
形態は、実施の形態1で示した冷暖房システムに急速暖
房機能を付加したもので、この機能に係る構成以外は実
施の形態1のものと同じである。従って、実施の形態1
のものと同じ部分については実施の形態1のものと同じ
符号を用い、それらについての説明は省略する。
器10には図6に示すようにコントローラ14及び室温
を検知する室温検知手段15が備えられ、コントローラ
14には急速暖房設定手段16が設けられている。この
急速暖房設定手段16の設定は、熱交換ユニット9の制
御手段11に制御情報として送信される。暖房モードで
急速暖房設定手段16により急速暖房が設定されると、
熱交換ユニット9の制御手段11は、設定温度T1と室
内温度Tsの関係がT1=Ts+γとなるまで補助熱源
用加熱手段4を運転させ急速暖房運転を行う。そして、
T1=Ts+γとなった時点で急速暖房運転を終了し、
実施の形態1の図3によって示した制御動作に移行す
る。これによって、起動時に急速暖房の設定を行うこと
により速やかな暖房が可能になる。これ以外の機能は実
施の形態1のものと同じである。
性を備え快適な暖房を実現できるヒートポンプ式の暖房
システムが得られる。
を備え、より快適な暖房を実現できるヒートポンプ式の
暖房システムが得られる。
前記効果とともに外気温度が低くても圧縮機の保護を図
りながら快適な暖房ができるようになる。
項3までのいずれかに係る前記効果とともに立上がりの
速い急速暖房運転が可能になる。
項4までのいずれかに係る前記効果とともにヒートポン
プの効率を落すことなく暖房能力を向上させることがで
きる。
ム構成図である。
系のブロック構成図である。
手段の制御動作を示すフローチャートである。
おける制御動作に関する外気温度と送水温度の上限・下
限の関係を示す説明図である。
おける制御動作に関する設定温度と室内温度の温度差
と、送水温度の変化率の関係を示す説明図である。
手段の制御動作を示すフローチャートである。
ム構成図である。
機、 9 熱交換ユニット、 10 室内放熱器、 1
1 制御手段、 12 熱媒温度検知手段、13 外気
温度検知手段、 15 室温検知手段、 16 急速暖
房設定手段。
Claims (5)
- 【請求項1】 ヒートポンプサイクルの冷媒を熱交換器
を介して水熱媒と熱交換させ、この水熱媒を加熱する補
助熱源用加熱手段と送水手段を備えた熱源機と、この熱
源機に接続され同熱源機から搬送されてくる水熱媒によ
り冷暖房を行う室内放熱器とから構成される冷暖房シス
テムであって、暖房時において前記室内放熱器で設定さ
れる設定温度と同室内放熱器で検知される室内温度との
温度差により、前記ヒートポンプサイクルの圧縮機と前
記補助熱源用加熱手段の運転を制御し、室内暖房負荷に
応じた温度の水熱媒を生成するようにした冷暖房システ
ム。 - 【請求項2】 ヒートポンプサイクルの冷媒を熱交換器
を介して水熱媒と熱交換させ、この水熱媒を加熱する補
助熱源用加熱手段と送水手段を備えた熱源機と、この熱
源機に接続され同熱源機から搬送されてくる水熱媒によ
り冷暖房を行う室内放熱器とから構成される冷暖房シス
テムであって、暖房時において前記室内放熱器で設定さ
れる設定温度と同室内放熱器で検知される室内温度との
温度差と、そのときの外気温度とにより、前記ヒートポ
ンプサイクルの圧縮機と前記補助熱源用加熱手段の運転
を制御し、室内暖房負荷に応じた温度の水熱媒を生成す
るようにした冷暖房システム。 - 【請求項3】 請求項2に記載の冷暖房システムであっ
て、外気温度を検知し外気温度が設定値以下の場合には
圧縮機を停止し、補助熱源用加熱手段のみの運転で室内
暖房負荷に応じた温度の水熱媒を生成するようにした冷
暖房システム。 - 【請求項4】 請求項1〜請求項3までのいずれかに記
載の冷暖房システムであって、室内放熱器に急速暖房設
定手段を設け、この急速暖房設定手段により急速暖房の
設定がなされた場合、補助熱源用加熱手段を連続運転さ
せ、通常の温度より高い温度の水熱媒を生成するように
した冷暖房システム。 - 【請求項5】 請求項1〜請求項4までのいずれかに記
載の冷暖房システムであって、熱交換器の下流側に補助
熱源用加熱手段を設けた冷暖房システム。
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