JP2004125296A

JP2004125296A - 空調機の給気温度制御装置

Info

Publication number: JP2004125296A
Application number: JP2002290892A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Terawaki; 寺脇　正文; Hiroichi Tashiro; 田代　博一
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: JP4036719B2

Abstract

【課題】従来のＶＡＶは製造メーカ等の相違により、室内温度の偏差が殆どゼロ近辺にあっても、給気温度設定値を上げたり、下げたりして制御機能が上手く作用しないという課題があった。
【解決手段】被制御エリアの各部屋に給気吹出口を設けて可変給気量調節ユニットから空調した給気を送風して前記各部屋内の空調を行うシステムにおいて、前記可変給気量調節ユニットに依存しないパラメータであって、前記各部屋の設定温度と計測温度との偏差並びに運転モードによって定まるパラメータを利用して、空調機の給気温度設定値を算出可能にしたことを特徴とする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機の給気温度制御装置の技術分野に属する。更に、詳細には、被制御エリアの熱負荷に応じて給気温度の設定値をリセットするロードリセットを行う装置の技術の分野に属する
【０００２】
【従来の技術】
従来からビル等の建築物内の空調を行うためには、空調を行う被制御エリアを複数の部屋（又はブロック）に分けて、各部屋に給気吹出口を設けて可変給気量調節ユニット（以下、ＶＡＶユニットという）から空調した給気を送風して各部屋内の空調制御を行っている。各部屋に送風する給気は各部屋毎に給気の温度制御を行わないで、一カ所にまとめて設置された空調機で給気の温度等を制御しているために、各部屋に設けられたＶＡＶユニットを如何様に操作しても全ての部屋の温度を設定温度に制御できない場合が生じてくる。このような不都合な状況を解消するためには空調機における給気温度の設定値をリセットして、給気温度の能力アップを図る必要がある。このような操作は通常ロードリセットと呼ばれている。以下に、従来装置におけるロードリセットについて説明する。
【０００３】
図４は従来の空調システム（空調機と被制御エリアから構成されるシステム）の構成図を示し、図５は従来の制御装置のブロック図を示す。以下、これらの図に基づいて従来技術を説明する。図４において、被制御エリア５０は複数の部屋Ｒ−１，Ｒ−２，・・・、Ｒ−ｎから構成されている。各部屋の吹出口５１には直接又はダクトによりＶＡＶユニット５２に接続されており、更にＶＡＶユニット５２は給気ダクト５３により空調機５５の給気ファン５６の送風側に接続されている。ＶＡＶユニット５２は局所コントローラ５２ａが設けられており、局所コントローラ５２ａは各部屋に設けられた温度センサ５８と設定温度との偏差に基づいて給気の送風風量を制御して、その部屋の温度調整を行っている。また、局所コントローラ５２ａはゾーンコントローラ６０に接続されている。
【０００４】
各部屋の還気吸込口６１は還気ダクト６２によって空調機５５の換気ファン５６に連通しており、換気ファン５６によって室内の空気が吸引される。空調機５５の内部は３つのゾーン、即ち、空調ゾーン５５Ａ、排気ゾーン５５Ｂ、外気取入ゾーン５５Ｃに仕切られている。空調ゾーン５５Ａには冷却コイル６３，過熱コイル６４、加湿機６５、給気ファン５６が順に配置されている。なお、冷水バルブ６３ａ、加熱蒸気バルブ６４ａはメインコントローラ７０から制御信号が送出され、これによって制御を行っている。排気ゾーン５５Ｂに還気された空気は一部が排気ダクト６７を通過して外部に放出され、残りがゾーン５５Ａとゾーン５５Ｂの間の仕切板に設けられた通路６６を通過してゾーン５５Ｃに移行し、外気取り入れダクト６８から取り入れられた外気と共にフィルタ６９を通過して空調ゾーン５５Ａに進入する。
【０００５】
また、給気ダクト５３には給気の温度を計測するための温度センサ７１が設けられている。還気ダクト６２には還気の温度を計測する温度センサ７２と炭酸ガス濃度を計測する炭酸ガス濃度センサ７３が設けられている。これらのセンサ７１〜７３の出力は何れもメインコントローラ７０の入力側に接続されている。
【０００６】
図５は従来の空調装置の局所コントローラ５２ａ、ゾーンコントローラ６０及びメインコントローラ７０の機能的関係を示したブロック図である。局所コントローラ５２ａでは、室温計測値ＰＶと室温設定値ＳＰとの偏差Ｅｔ並びに運転モード（冷房モード、暖房モード）に基づいて要求風量比率γ１・・・γｎを算出する。要求風量比率γ１・・・γｎは個々のＶＡＶユニットが要求する風量をそのＶＡＶユニットの最大設計風量（定格風量）に対する百分率で表した値である。図６（Ａ）〜（Ｃ）は異なるＶＡＶユニットの製造メーカによる温度偏差Ｅｔと要求風量比率との関係を示した例である。この例から分かるように、要求風量比率は製造メーカによって、或いは同一製造メーカであっても機種によって異なっている。また、同一の製造メーカのＶＡＶユニットであっても使用条件又は制御条件によっても要求風量比率は変化し、ある範囲を有する。例えば、同じ温度偏差Ｅｔであっても感度を大きくしたい場合は要求風量比率を大きくする。或いは、同じ温度偏差Ｅｔが長時間継続した場合は要求風量比率を大きくしたりする場合もありうる。
【０００７】
また、要求風量比率と要求風量とは図７に示す関係がある。即ち、図７に示すように、要求風量比率と要求風量とは（１：１）に対応している。ＶＡＶユニットの最大風量、例えば、３００ＣＭＨ（立方メートル／時）を１００％とし、最小風量、例えば、６０ＣＭＨを２０％として、この間を比例配分して要求風量が定められている。従って、要求風量が中間の１８０ＣＭＨは要求風量比率では６０％になる。このことから明らかなように、ある温度偏差Ｅｔに対して要求風量比率γに幅があることは、要求風量にも幅があって、一意的には定まらないことを意味している。
【０００８】
以下に、要求風量比率を用いた従来の給気温度設定値の算出法について説明する。ゾーンコントローラ６０はＶＡＶ−１・・・ＶＡＶ−ｎの要求風量比率γ１・・・γｎの内から最大要求風量比率（γｍａｘ）を求める。メインコントローラ７０では、最大要求風量比率γｍａｘに基づいて給気温度設定部７４は給気温度設定値を求めて、その設定を行う。これをロードリセットと呼んでいる。更に、制御偏差算出部７５はロードリセットされた設定値とセンサ７１で計測された給気温度との偏差を求める。バルブ制御部７５は運転モードを考慮して冷水バルブの制御量（冷水流量）と加熱蒸気バルブの制御量（蒸気流量）を演算で求め、これらの制御量から冷水バルブ開度算出部７８、加熱蒸気バルブ開度算出部７９はそれぞれバルブ開度を算出して、バルブ６３ａ、６４ａに出力して給気温度を制御する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来装置ではロードリセット値が要求風量比率（γ１・・・γｎ）の最大要求風量比率（γｍａｘ）に基づいて決定されていた。ところが要求風量比率はＶＡＶユニットの製造メーカや使用条件によって異なる（幅がある）ために、空調機コントローラで給気温度を制御できたとしても、空調制御性能が異なり、室内温度の偏差が殆どゼロ近辺にあっても、給気温度設定値を上げたり、下げたりして制御機能が上手く作用しないという不都合があった。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、要求風量比率（γ１・・・γｎ）の代わりに偏差Ｅｔに対して一意的に定まる新たなパラメータを導入した。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用している。即ち、
請求項１記載の発明は、被制御エリアの各部屋に給気吹出口を設けて可変給気量調節ユニットから空調した給気を送風して前記各部屋内の空調を行うシステムにおいて、前記可変給気量調節ユニットに依存しないパラメータであって、前記各部屋の設定温度と計測温度との偏差並びに運転モードによって定まるパラメータを利用して、空調機の給気温度設定値を算出可能にしたことを特徴としている。
請求項１記載の発明はＶＡＶユニットの製造メーカや機種等に依存しない共通なパラメータを採用して、空調機の給気温度設定値を算出可能にしたことを主な特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記パラメータは、運転モードを考慮して、前記温度偏差から一意的に決定される（０％〜１００％）間の数値をとるパラメータであることを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２の何れか１に記載の発明において、前記運転モードは冷房モードと暖房モードとの何れかを選択することを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１に記載の発明において、前記給気温度制御装置は前記各部屋毎に前記パラメータを決定するパラメータ決定手段と、決定された前記パラメータから制御エリア全体の代表パラメータを算出する代表パラメータ算出手段と、該代表パラメータから給気温度の設定値を求めて、設定するロードリセット手段を具備することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施形態】
以下に、本発明を実施した実施形態について説明する。本実施形態では、上述した従来装置の局所コントローラ５２ａ、ゾーンコントローラ６０，メインコントローラ７０の制御内容が異なるのみで、構成装置自体は従来装置（図４）と同様であり、以下の説明においても、これを利用する。図１は局所コントローラ１１ａ、ゾーンコントローラ２０及びメインコントローラ３０との機能的関係を示したブロック図である。
【００１５】
局所コントローラ１１ａは以下のように構成されている。即ち、室内温度偏差算出部１２は室温計測値ＰＶと室温設定値ＳＰとの偏差Ｅｔを演算で求める。室内温度制御部１３は偏差Ｅｔと運転モード（冷房モード又は暖房モード）に基づいて要求風量比率γ１を算出する。なお、要求風量比率γ１は上記した従来装置の場合と同じである。また、ダンパ開度算出部１６は前記した従来装置と同様であり、要求風量比率γ１から要求風量ＳＰを求めて、ＶＡＶ内に設けられている風量ＰＶとからＶＡＶユニット内に設けられているダンパ開度を制御する。従って、ＶＡＶユニットの送風風量の制御は従来と同じに行われる。
【００１６】
パラメータ算出部１４は、同様に偏差Ｅｔと運転モード（冷房モード、暖房モード）に基づいてＬＲパラメータ値を求める。図２を利用して、ＬＲパラメータの算出方法説明する。図２において、偏差Ｅｔは冷房モードでは、Ｅｔ＝室温計測値ＰＶ−室温設定値ＳＰと定義し、暖房モードでは、Ｅｔ＝室温設定値ＳＰ−室温計測値ＰＶ　と定義する。また、偏差Ｅｔは（−摂氏ＰＢ度〜＋摂氏ＰＢ度）の範囲とし、ＬＲパラメータの（０％〜１００％）の範囲を対応させる。上記範囲の外では０％又は１００％とする。例えば、ＰＢ＝摂氏２度とした場合は、図２に示すように、ＬＲパラメータは１００％となる。従って、偏差の範囲（−ＰＢ〜＋ＰＢ）を一定値にとれば、ＬＲパラメータはＶＡＶユニットの種類や製造メーカに関係なく一定値となる。
【００１７】
次に、偏差Ｅｔに上限閾値ｔａ、下限閾値ｔｂを設けて、偏差Ｅｔの範囲をＡ、Ｂ、Ｃに区分する。同様に上限閾値ｔａ、下限閾値ｔｂに対応するＬＲパラメータＲａ、Ｒｂを求めてＬＲパラメータの範囲をＥ、Ｆ、Ｇに区分する。偏差範囲Ｂ（又はパラメータ範囲Ｆ）は不感帯、又は快適状態と見なして調整不要な状態とする。偏差範囲Ｃ（又はパラメータ範囲Ｇ）は能力不足帯とし、即ち、冷房モードでは暑い状態、又は暖房モードでは寒い状態と見なして冷房能力又は暖房能力を増大させる。偏差範囲Ａ（又はパラメータ範囲Ｅ）は能力過剰帯とし、即ち、冷房モードでは寒い状態、又は暖房モードでは暑い状態と見なして冷房能力又は暖房能力を減少させる。このように、パラメータを区分することにより、制御が簡易化できる。
【００１８】
ゾーンコントローラ２０ではユニットＶＡＶ−１〜ＶＡＶ−ｎから算出されたＬＲパラメータＬＲ１〜ＬＲｎが入力され、それらの最大値ＬＲｍａｘ　を求める演算を行う。メインコントローラ３０の給気温度設定値算出部（ロードリセット部）３１はゾーンコントローラ２０で求めたＬＲパラメータの最大値ＬＲｍａｘと運転モードから図３に示す手順でロードリセット値を求める。まず、ステップＳ１では冷房モードか暖房モードかを決定し、冷房モードならステップＳ２を実行し、暖房モードならステップＳ７を実行する。ステップＳ２ではＬＲｍａｘと上限閾値Ｒａ（図２参照）と比較する。ＬＲｍａｘ≧上限閾値Ｒａが真（Ｙｅｓ）ならば、設定温度をΔＴだけ低下させ（ステップＳ４）、否（Ｎｏ）ならば更に下限閾値Ｒｂと比較し（ステップＳ３）、ＬＲｍａｘ≦下限閾値Ｒｂが真ならば設定温度をΔＴだけ増加させる（ステップＳ５）。否ならば設定温度不変（ΔＴ＝０）とする（ステップＳ６）。
【００１９】
暖房モードの場合も全く同様に行う。ステップＳ７ではＬＲｍａｘと上限閾値Ｒａと比較する。ＬＲｍａｘ≧上限閾値Ｒａが真ならば、設定温度をΔＴだけ低下させ（ステップＳ９）、否ならば更に下限閾値Ｒｂと比較し（ステップＳ８）、ＬＲｍａｘ≦下限閾値Ｒｂが真ならば設定温度をΔＴだけ増加させる（ステップＳ１０）。否ならば設定温度不変（ΔＴ＝０）とする（ステップＳ１１）。なお、設定温度の変化分ΔＴの大きさは適宜に定める。変化分ΔＴが大きすぎると感度が大きくなりすぎて制御が振動的になり、小さすぎると制御の結果がなかなか表れてこないという状態に陥る。
【００２０】
更に、メインコントローラ３０は以下の操作を継続して行う。即ち、給気温度設定部３２は、上記で求めた設定温度の変化分ΔＴを加算又は減算して設定温度Ｔｓｐを求め、給気温度を設定（又はリセット）する。制御偏差算出部３３，バルブ制御部３４，冷水バルブ開度算出部３５，加熱蒸気バルブ開度算出部３６は上述した従来装置と全く同様な操作を行う。
【００２１】
上述したように、本実施形態ではロードリセットのために専用のＬＲパラメータを定義して、ＶＡＶユニットの製造メーカ、機種等に関係なく共通に熱負荷状態を評価できるパラメータを導入して、その値によってシステム全体のロードリセット制御を行ったので、有効なロードリセット制御が常に可能となり、また、製造メーカによる相違を考慮する必要がないので単純で明快な制御方法の採用が可能になっている。
【００２２】
以上、この発明の実施形態、実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、共通のパラメータはＬＲパラメータでなくて、他の名称又は他の数値範囲をとるものであってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、熱負荷状態を評価できる共通のパラメータを導入して、その値によってシステム全体のロードリセット制御を行ったので、有効な制御が常に可能となり、また、単純で明快な制御方法の採用が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した実施形態のコントローラの機能ブロック図を示す。
【図２】ＬＲパラメータの求め方を示す。
【図３】本実施形態におけるロードリセット値を求めるフローチャートを示す。
【図４】従来装置における装置のブロック図を示す。
【図５】従来装置におけるコントローラの機能ブロック図を示す。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）従来装置における要求風量比率の変化範囲を示す。
【図７】従来装置における要求風量比率と要求風量との関係を示す。
【符号の説明】
１１ａ　　　　局所コントローラ
１２　　　　　偏差算出部
１４　　　　　ＬＲパラメータ算出部
２０　　　　　ゾーンコントローラ
３０　　　　　メインコントローラ
３１　　　　　給気温度設定値算出部
３３　　　　　制御偏差算出部
（ｔａ、ｔｂ）　　不感帯
Ｒａ、Ｒｂ　　上限（下限）閾値

Claims

被制御エリアの各部屋に給気吹出口を設けて可変給気量調節ユニットから空調した給気を送風して前記各部屋内の空調を行うシステムにおいて、前記可変給気量調節ユニットに依存しないパラメータであって、前記各部屋の設定温度と計測温度との偏差並びに運転モードによって定まるパラメータを利用して、空調機の給気温度設定値を算出可能にしたことを特徴とする空調機の給気温度制御装置。
前記パラメータは、運転モードを考慮して、前記温度偏差から一意的に決定される（０％〜１００％）間の数値をとるパラメータであることを特徴とする請求項１に記載の空調機の給気温度制御装置。
前記運転モードは冷房モードと暖房モードとの何れかを選択することを特徴とする請求項１又は請求項２の何れか１に記載の空調機の給気温度制御装置。
前記給気温度制御装置は前記各部屋毎に前記パラメータを決定するパラメータ決定手段と、決定された前記パラメータから制御エリア全体の代表パラメータを算出する代表パラメータ算出手段と、該代表パラメータから給気温度の設定値を求めて、設定するロードリセット手段を具備することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１に記載の空調機の給気温度制御装置。