JP2004125185A

JP2004125185A - ファンコイルユニット用制御装置

Info

Publication number: JP2004125185A
Application number: JP2002285400A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kazama; 風間　洋一郎; Yasuhiro Nomura; 野村　康広
Original assignee: Hitachi Valve Ltd
Current assignee: Hitachi Valve Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】多数のファンコイルユニットで消費される熱量を簡便に算出することができるファンコイルユニット用制御装置を提供する。
【解決手段】ファンコイルユニット２−１において冷温水コイル２２−１により熱交換された空気を吐出するファンを駆動するためのインターフェースと、冷温水コイル２２−１に流れる流体の流量を制御するための電動弁５−１を駆動するインターフェースと、冷温水コイルの入口流体温度と出口流体温度との温度差ΔＴを検出する温度検出手段７ａ−１、７ｂ−１と、電動弁５−１の開度によって定まる容量係数Ｃｖを記憶するＥＥＰＲＯＭ３１−１と、温度差ΔＴ及びタイムベース３２−１に基いて測定された電動弁５−１の作動時間ｔを記憶するとともに、ΔＴとＣｖとｔに基いてファンコイルユニット２−１で消費される熱量Ｑ１を算出するネットワーク用ＩＣチップ３０−１とを備え、トランシーバ６を介してＬＯＮＷＯＲＫＳ通信ネットワーク１０３に接続されている。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビルなどの空調設備に使用されるファンコイルユニットの運転動作を制御するためのファンコイルユニット用制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のテナントを備えた都市ビルやホテルなどの空調設備は、冷熱コイルにより熱交換された空気をファンにより吐出するファンコイルユニットを各室（例えば天井裏）に設置し、冷熱コイルを流れる冷水または温水の流量と送風ファンの風量をファンコイルユニットに近接して配置された制御装置で調整することにより、室内に設置され、温度設定の変更、手動運転と自動運転の切換、設定値や風量などの表示といった基本機能をもつ設定器で設定された温度に調整するように構成されている。この空調設備によれば、中央機械室とファンコイルユニットの間を冷温水配管のみで結ぶので、各室を個別に空調することができる。一方ビル用空調設備の分野では、複数の空気調和機（エアコンあるいはファンコイルユニット等）を効率よく制御するために分散制御型空気調和システムが提案され、実用化されつつある。例えば、特許文献１には、（１）主端末と複数のエアコン用端末装置の各々に同一のプログラムを格納したネットワーク用ＩＣチップ（ニューロンチップ）を搭載し、各ＩＣチップをＬＯＮビルダー上で接続の設定を行う、（２）接続された全てのエアコンに対して同時通信するために、各端末に優先順位設定スィッチを設けて個別のエアコン用端末を認識する手段とする、（３）主端末からの命令を受信したことを確認するためのＡＣＫサービスを停止し、アプリケーションソフトで動作状態確認のネットワーク変数を入力することにより、多数のエアコンの運転を制御することが記載されている。この分散制御型空気調和システムは、通信プロトコルに係わる手続きをアプリケーション内で省略でき、また１タイプのＥＥＰＲＯＭを格納したニューロンチップで何台もの端末装置を構成できるという利点を有する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２２９５９０号公報（第４頁、図１−３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した複数のファンコイルユニットを備えた空調設備において、例えばビルに入居しているテナントごとに冷暖房費を算定するために各ファンコイルユニットで消費されるエネルギーを算出することが必要とされる場合がある。しかるに複数のテナント間で営業時間が異なる場合があるので、各ファンコイルユニットに熱量計を設置することがまず考えられる。しかるに、多数のファンコイルユニットごとに熱量計を設置することは、設置費用が嵩むという重大な問題があり、実用的ではない。
【０００５】
本発明の目的は上記の問題点を解消して、ファンコイルユニットの消費熱量を簡便に算出することができるファンコイルユニット用制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のファンコイルユニット用制御装置は、ファンコイルユニットに設けられた冷熱コイルにより熱交換された空気を吐出するファンを制御するためのインターフェースと、前記冷熱コイルを流れる流体の流量を制御する電動弁を駆動するためのインターフェースと、前記冷熱コイルの入口と出口における流体の温度差を検出する温度検出手段と、前記温度差を記憶する温度差記憶手段と、前記電動弁の開度によって定まる容量係数を記憶する容量係数記憶手段と、前記電動弁の作動時間を記憶する作動時間記憶手段と、前記温度差と前記容量係数と前記作動時間に基いて前記ファンコイルユニットで消費される熱量を算出する熱量算出手段とを有し、通信手段を介してネットワークに接続されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、前記ネットワークを通じて取得した前記電動弁の差圧に基いて前記容量係数を補正するための補正手段を有することが好ましく、さらに前記ネットワークを通じて取得した前記温度差に基いて熱量を算出する機能を有することがより好ましい。
【０００８】
本発明においては、前記通信手段をＬＯＮＷＯＲＫＳ（ＬＯＮはＥｃｈｅｌｏｎ社の商品名）とし、制御装置内のニューロンチップのＩＤ番号を前記設定器の操作スィッチで操作することにより、前記ネットワーク上に送出する機能を有する。ＬＯＮＷＯＲＫＳは、ＩＳＯで標準化されたＯＳＩ（開放型システム間相互接続）の７階層を利用するもので、プログラムを開発する際に、プログラムの冒頭でネットワーク変数を宣言し、その変数に数値を代入することにより、自動的に通信を行うネットワークシステムである。上記７階層は、ネットワークを構成する交換機などのルール（データをビット列にしてネットワークとの送受信を行う）を定めた下位層と、エンド−エンド間のアプリケーションのルールを定めた上位層からなり、下位層は、第１層（物理層）、第２層（データリンク層）、第３層（ネットワーク層）、第４層（トランスポート層）で構成され、上位層は、第５層（セッション層）、第６層（プレゼンテーション層）、第７層（アプリケーション層）で構成される。
【０００９】
本発明によれば、制御装置内のＥＥＰＲＯＭに、電動弁の開度に対応した流量特性を予め記憶しておくので、冷熱コイルの入口と出口の温度差とファンコイルユニットの作動時間を測定することにより、その制御装置が制御対象としたファンコイルユニットで消費される熱量を簡便に算出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は本発明が適用される空調設備のシステム構成を示すブロック図、図２は空調設備の配管系統の一例を示すブロック図｛図２は図１の空調設備１０−１の細部を示す図｝、図３は本発明の実施の形態に係わるファンコイルユニット用制御装置の制御回路の詳細を示すブロック図である。
【００１１】
本発明が適用される空調設備は、図１に示すように複数のブロック１０−１、１０−２、・・・１０−ｎで構成され、各ブロックはファンコイルユニット２−１、２−２、・・・２−ｎの駆動を制御する制御装置３−１、３−２、・・・３−ｎを備えている。本発明の実施の形態に係わる制御装置３−１、３−２、・・・３−ｎは、ファンコイルユニット２−１、２−２、・・・２−ｎと、このユニットの制御装置の動作設定を行うための、例えば室内に設置された設定器４−１、４−２、・・・４−ｎと、ファンコイルユニット２−１、２−２、・・・２−ｎのコイルに流れる流体の流量を制御する電動弁５、５−１、５−２、・・・５−ｎを含む。制御装置３−１、３−２、・・・３−ｎは、トランシーバ（図３参照）を介してＬＯＮＷＯＲＫＳ通信ネットワーク１０３に接続される。ＬＯＮＷＯＲＫＳ通信ネットワーク１０３は、ＧＷ（ゲートウエイ：性質が異なるネットワーク間のプロトコル変換装置）１０２及び通信線１０１を介して中央監視制御装置１００に接続されている。
【００１２】
上記ファンコイルユニット２−１は、図２に示すように、例えば送風ファン（不図示）と冷温水コイル２２−１、２２−２・・・２２−ｎとを備え、各冷温水コイル２２−１、２２−２・・・２２−ｎはポンプ９に並列に接続されている。冷温水コイル２２−１、２２−２・・・２２−ｎを流れる流体（冷水または温水）の流量は、各々電動弁５−１、５−２・・・５−ｎの開度を調整することにより制御される。冷温水コイル２２−１、２１−２・・・２１−ｎは往き管２３−１、２３−２・・・２３−ｎと還り管２４−１、２５−２・・・２５−ｎを介して単一の熱源に接続されている。冷熱コイル２２−１、２２−２・・・２２−ｎの入口側には、そこに流入する流体の温度を検出する温度センサ７ａ−１、７ａ−２・・・７ａ−ｎが設置され、冷温水コイル２２−１、２２−２・・・２２−ｎの出口側には、そこから流出する流体の温度を検出する温度センサ７ｂ−１、７ｂ−２・・・７ｂ−ｎが設置されている。それぞれの冷温水コイル２２−１、２２−２・・・２２−ｎ及び電動弁５−１、５−２・・・５−ｎは、それらに対応した制御装置３−１、３−２、・・・３−ｎ（図１参照）よって制御される。
【００１３】
上記制御装置３−１よれば、冷熱コイル２２−１で熱交換された空気を送風ファンで吐出する際に、温度設定値と実際の温度の偏差から温水または冷水の流量とファンの回転数を制御することにより、室内を設定温度に保つことができる。ファンコイルユニット２−１の運転モード（冷房運転、暖房運転）の判断は、温度センサ７ａ−１または７ｂ−１で配管を流れる流体温度を測定し、冷水（例えば５〜１０℃）あるいは温水（例えば４０〜５０℃）かを判別することにより決定される。なお、図２のファンコイルユニット２−１では単一のコイルを使用しているが、冷温水コイル２２−１の代わりに、温水コイル及び冷水コイルを別々に設け、温水コイル及び冷水コイルに各々電動弁を接続した構成でもよい。この場合は温水コイル及び冷水コイル前後に独立した温度センサを設ける必要がある。
【００１４】
制御装置３−１は、図３に示すように、トランシーバ６を介してＬＯＮＷＯＲＫＳ通信ネットワーク１０３に接続されており、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び各種インターフェースを含むネットワーク用ＩＣチップ（以下ニューロンチップという）３０−１を備えている。ニューロンチップ３０−１は電動弁５−１（図２参照）を駆動するバルブ駆動回路５１−１と、送風ファン用モータ２０−１を駆動するモータ駆動回路２１−１を備えている。またニューロンチップ３０−１は、Ａ／Ｄ変換器３３−１を介して、温度センサ７ａ−１、７ｂ−１（図２参照）に接続された温度検出回路３４ａ−１、３４ｂ−１に接続されている。さらにニューロンチップ３０−１は、バルブ特性（後述の容量係数）を格納するためのＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能な不揮発性メモリー）３１−１及びファンコイルユニットの作動時間を測定するためのタイムベース３２−１に接続されている。なお、当然のことであるが、タイムベース３２−１をハードウェアーで持たず、ニューロンチップ３０−１の内部タイマで構成してもよい。送風ファンの風量制御と電動弁による流量制御は、図示しない温度センサで測定した還気温度と設定温度の偏差によって行われる。電動弁の制御には、例えばオープンループ制御の一種であるフローティング制御または電動弁を全開または全閉の二位置で制御されるＯＮ−ＯＦＦ制御が採用される。
【００１５】
本実施の形態では、上記のファンコイルユニット２−１で消費されるエネルギーを管理するために、次のような考え方に基いて冷温水コイル２２−１で消費される熱量を算出するものである。最初に、冷温水コイル２２−１で消費される熱量を算出するためには、冷温水コイル２２−１を流れる流体の流量（Ｇ）を求める必要がある。流量（Ｇ）は、数１に示されるようにバルブの容量係数（Ｃｖ値）、差圧（ΔＰ）と定数ｋの積で表される。
【００１６】
【数１】

【００１７】
上記容量係数（Ｃｖ値）は、清水を一定差圧のもとで電動弁から流出する時の係数で、図４に示すように電動弁の開度によって異なった値を示し、同図の場合では、例えば弁開度が５０％の時のＣｖ値は１．６０となる。なおＣｖ値は電動弁の口径によっても異なるが、口径が１５ｍｍの場合は、表１に示す値に設定される。
【００１８】
【表１】

【００１９】
冷温水コイルで消費される熱量は（Ｑ）は、流体の流量（Ｇ）、電動弁の作動時間（ｔ）及びコイルの入口と出口の流体の温度差（ΔＴ）の積であり、これに数１のＧを代入すると数２で表される。従って総てのファンコイルユニットで消費される熱量の総和（ΣＱ）は、数３で示されるように差圧（ΔＰ）と各コイルのＣｖ・ｔ・ΔＴ（Ｋで表す）の総和との積で表される。
【００２０】
【数２】

【００２１】
【数３】

【００２２】
電動弁前後の差圧（ΔＰ）は電動弁の開度によって変化するが、図２に示すように通常、多数のコイルが並列に接続されるため、実際には電動弁の開度によらず、電動弁前後の差圧（ΔＰ）は殆ど変化しないので、以下の説明の通り、各コイルの差圧（ΔＰ）は一定として取り扱う。差圧（ΔＰ）が一定の条件のもとでは、各コイルで消費される熱量は、上記Ｋの値に比例する。従ってコイルごとの利用料金（Ｒ_ｎ）は、数４に示すように、全体の利用料金（Ｒ_ｔ）に、Ｋの総和（ΣＫ）に対するそのコイルのＫｎの比率を乗ずることによって算出することができる。
【００２３】
【数４】

【００２４】
図３に示す回路構成により、上記熱量の計算は、図５に示すような手順で行われる。最初のステップで、温度センサ７ａ−１で取得したコイルの入口温度（Ｔ_１）と温度センサ７ｂ−１で取得したコイルの出口温度（Ｔ_２）から温度差ΔＴを算出する（Ｓ１）。この温度差ΔＴは、Ｔ_１及びＴ_２を検出回路３４ａ−１及び検出回路３４ｂ−１に入力し、Ａ／Ｄ変換器３３−１に入力して温度差ΔＴを演算し、ディジタル信号に変換して、ニューロンチップ３０−１に出力する。次のステップで、Ｃｖ値が取得される（Ｓ２）。ニューロンチップ３０−１は絶えずバルブ開度をＲＡＭに記憶しているので、開度情報からその開度に対応したＣｖ値をＥＥＰＲＯＭから読み出す。第３のステップで、タイムベース３２−１を基に電動バルブ５−１の作動時間ｔ１が算出され、ニューロンチップ３０−１に記憶される（Ｓ３）。そしてニューロンチップ３０−１において、温度差ΔＴ、Ｃｖ値及び作動時間ｔから消費熱量Ｑに比例した係数が算出され（Ｓ４）、その係数から費用が算定される（Ｓ５）。このルーチンを一定時間毎に繰り返すことで、累積の消費熱量Ｑがニューロンチップ３０−１に記憶される。また中央監視装置１００（図１参照）から一定時間毎にネットワークを通じ、累積の消費熱量Ｑの送出の要求を受け、ニューロンチップ３０−１はネットワークに累積消費熱量Ｑを送出する。中央監視装置１００は同時にニューロンチップ内の累積消費熱量Ｑをクリアーする要求をニューロンチップ３０−１にすることで、ニューロンチップ３０−１内のメモリ節約となる。
【００２５】
本発明では、図２に示す冷温水コイルの差圧（ΔＰ）を検出する差圧センサ８をＬＯＮＷＯＲＫＳ通信ネットワーク１０３に接続することにより、ネットワークを通じて差圧（ΔＰ）を受信することが可能で、これにより、バルブの開度と流量の関係を、簡単に補正することができる。また本発明では、図２に示す温度センサ７ａ−１、７ｂ−１をＬＯＮＷＯＲＫＳ通信ネットワーク１０３に接続することにより、ネットワークを通じて取得した流体の温度差に基づいて熱量を算出することが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上に記述の如く本発明によれば、電動弁の開度からコイルに流れる流体の流量を求め、この流量とコイルの入口と出口の温度差に基いてファンコイルユニットで消費される熱量を算出するので、ファンコイルユニットのエネルギー管理を簡便に行うことができる。また本発明によれば、ＬＯＮＷＯＲＫＳに対応した構成を有するので、空調システムのオープン化を図ることができる。なお、詳細は述べないが、本発明はエアハンドリングユニットにも、当然適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるファンコイルユニット用制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わるファンコイルユニット用制御装置の配管系統の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わるファンコイルユニット用制御装置の制御回路の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係わる制御装置のバルブ開度と容量係数の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係わる制御装置の熱量の算出手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
２−１、２−２・・・２−ｎ：ファンコイルユニット
２０−１：送風ファン用モータ
２１−１：モータ駆動回路
２２−１、２２−２・・・２２−ｎ：冷温水コイル
３−１：ファンコイルユニット用制御装置
３０−１：ネットワーク用ＩＣチップ
３１−１：　ＥＥＰＲＯＭ
３２−１：タイムベース
３３−１：Ａ／Ｄ変換器
３４ａ−１：温度検出回路
３４ｂ−１：温度検出回路
４−１、４−２・・・４−ｎ：設定器
５−１、５−２・・・５−ｎ：電動弁
５１−１：バルブ駆動回路
６：トランシーバ
７ａ−１、７ａ−２・・・７ａ−ｎ：温度センサ
７ｂ−１、７ｂ−２・・・７ｂ−ｎ：温度センサ
８−１、８−２・・・８−ｎ：差圧センサ
９：ポンプ
１０−１、１０−２・・・１０−ｎ：ブロック
１００：中央監視制御装置
１０１：通信線
１０２：ＧＷ
１０３：ＬＯＮＷＯＲＫＳ通信ネットワーク

Claims

ファンコイルユニットに設けられた冷熱コイルにより熱交換された空気を吐出するファンを制御するためのインターフェースと、前記冷熱コイルを流れる流体の流量を制御する電動弁を駆動するためのインターフェースと、前記冷熱コイルの入口と出口における流体の温度差を検出する温度検出手段と、前記温度差を記憶する温度差記憶手段と、前記電動弁の開度によって定まる容量係数を記憶する容量係数記憶手段と、前記電動弁の作動時間を記憶する作動時間記憶手段と、前記温度差と前記容量係数と前記作動時間に基いて前記ファンコイルユニットで消費される熱量を算出する熱量算出手段と有し、通信手段を介してネットワークに接続されていることを特徴とするファンコイルユニット用制御装置。
前記ネットワークを通じて取得した前記電動弁の差圧に基いて前記容量係数を補正するための補正手段を有することを特徴とする請求項１記載のファンコイルユニット用制御装置。
前記ネットワークを通じて取得した温度差に基いて前記熱量を算出する機能を有することを特徴とする請求項２記載のファンコイルユニット用制御装置。