JP2004125304A - Wind volume control device of air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機の制御装置の技術分野に属する。更に詳しくは、空調機における風量を制御する技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、大規模な建築物においては、空間を仕切っていくつかの部屋(被制御エリア)を設け、各部屋には空調機より給気ダクトを介して可変給気量調節ユニット(以下、VAVユニットという)により各部屋に設けられた給気吹出口から空調された空気を送風し、還気吸込口から室内の空気を空調機に戻して循環させる。一方、室内の空気中に炭酸ガス(CO2)等の濃度が高い場合には循環させる空気の一部を外部に排出すると共に外部から新鮮な空気を取り入れて空調処理を行うという方式が採用されている。
【0003】
このような従来の空調装置においては空気を誘導するためのダクトを配管すると共にその空気通路にダンパ(蝶弁)を設けてダンパの角度を調節することによりダクト内を流れる空気の風量を調節するという方式が採用されている。このような空調制御システムとしては、例えば公開特許公報、平11−344252号に開示されているものがある。図5はこの空調システムの全体構成の概略図を示し、図7はダンパ角度を決定する制御方法を示す。以下、この空調システムを従来装置1という。
【0004】
図5において、50は被制御エリアで、60は空調機本体の概略図を示す。80はダンパ制御装置(又は外気取り入れ制御装置)を示す。被制御エリア50には空調機本体60の給気ダクト61から空調された空気が矢印方向(図の右向き矢印)に給気ファン62によって供給される。なお、被制御エリアの各部屋には図示省略のVAVユニットによって所定風量の給気が送風される。また、室内の空気が還気ファン64により還気ダクト63を通って還気される。65は熱交換機で、66は外気取入量を制御する外気ダンパであり、風速センサ69によって外気の流速が計測される。67は還気された空気を外部に排出する風量を制御する排気ダンパであり、68は還気された空気を空調機(図示省略)に戻す風量を制御する還気ダンパである。
【0005】
風速演算部81は風速センサ69の出力に基づいて風速V1を求め、風量演算部82により実風量Q1がQ1=V1・A1により算出される。なお、A1はダクト断面積である。83は実風量比率演算部で実風量比率PV1はPV1=(Q1/空調機定格風量)x100%により算出される。記号「x」は乗算を示す。94はダンパ制御部で、外気ダンパ開度66の開度θ1、排気ダンパ67の開度θ2、還気ダンパ68の開度θ3を後述する方法で決定する。92〜94は外気取入風量設定値を決定する決定部で、決定部92は外気取入風量の最小値S1を決定し、決定部93は炭酸ガスの設定値と計測値の差から外気取入風量S2を決定し、決定部94は給気温度設定値と給気温度計測値の差から外気取入風量S3を決定する。なお、給気温度計測値は給気温度センサ51によって求める。セレクタ95は外気取入風量S1〜S3から最大風量SP1を決定する。補正部96は決定されたダンパ開度θ1〜θ3を制御量θ1’〜θ3’ に変換する。この変換により制御量量θ1’〜θ3’ と風量の関係が線形化される。
【0006】
図6(A)、(B)は決定部93と決定部94による外気取入風量の設定値S2、S3の決定方法を示す。図7は外気取入風量設定値SP1に基づいてダンパ開度θ1〜θ3を決定するテーブルを示す。まず、決定部93は、図6(B)に示すように炭酸ガスの設定値と計測値の偏差に比例して外気取入風量S2(%)を決定する。次いで、決定部94は、図6(A)に示すように給気温度設定値(又はロードリセット値)と給気温度計測値の偏差に比例して外気取入風量S2(%)を決定する。ダンパ制御部94はセレクタ95によって外気取入風量の設定値S1(%)〜S3(%)から最大風量SP1(%)を決定し、これを制御信号出力として図7に示したダンパ開度決定テーブルからダンパ開度θ1〜θ3を決定する。
【0007】
このダンパ開度決定テーブルでは外気ダンパ開度θ1と排気ダンパ開度θ2を同一開度に設定している。図7に示すように、ダンパ開度θ1(θ2=θ1)と還気ダンパ開度θ3は一方のダンパ開度が中間開度又は全閉のときは他方のダンパ開度は全開を維持するように決定する。即ち、制御信号出力が50%以下ではダンパ開度θ3は全開にしながらダンパ開度θ1(θ2)を制御信号出力の増加に従って0〜100%と大きくして行き、ダンパ開度θ1(θ2)が全開に達したならばダンパ開度θ3を制御信号出力の増加に従って100〜0%へと小さくする。
上記した従来装置1ではダンパ開度θ1〜θ3が外気取入風量(%)によって決定されるようになっている。なお、この従来装置1ではダンパ開度が低開度になると圧力損失が大きくなると云う理由から、θ1(又はθ2)+θ3=100% は成立しなくともよいとしている。
【0008】
また別に従来装置(以下、従来装置2という)では通風量はダンパ開度に比例すると仮定して、還気ダンパ開度θ3を外気ダンパの開度θ2の逆動作として決定している。即ち、θ3=100−θ2(又はθ1)とする。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来装置(従来装置1及び従来装置2)では、炭酸ガス濃度の偏差や給気温度の偏差等から必要な外気の取入風量比を求め、これから直接にダンパ開度を求めるようにしているために、給気風量が少ない時に実際に設定した外気風量を導入できない場合が生じたり、或いは外気風量と排気風量が上手くバランスしないという事態が生じた。特に従来装置1では外気から設定した風量を導入できない事態が生じやすい。本願はかかる課題を解決するためになされた発明である。
【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、被制御エリアに変風量装置により空調した空気を送風し、該被制御エリアの空気を還気装置により還気させて、該還気空気の一部又は全部を循環させるために空調機に導入して残りを外部に排出し、同時に外気を空調機に導入して、これら導入した空気を該空調機により空調処理をして、該空調された空気を給気装置によって前記変風量装置へ送風するようにした空調制御装置において、循環させるために空調機に導入する空気の風量を外気取入空気の風量と給気装置による送風風量とから決定するようにしたことを特徴としている。即ち、請求項1記載の発明は循環させる還気風量と排気風量を給気装置による供給風量と外気取入空気の風量とを基準にして決定している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、前記外気取入空気の風量を外気取入ダクトに設けた変風量装置の風量値に基づいて制御することを特徴としている。
即ち、請求項2記載の発明は変風量装置により外気の導入風量を制御したことを主な特徴としている。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記外気取入空気の風量を外気取入ダクトに設けた外気ダンパの開度に基づいて制御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に記載の発明において、前記給気風量を前記給気装置の駆動インバータの周波数に基づいて制御することを特徴としている。
即ち、請求項4記載の発明はインバータ装置により供給風量を正確かつ、迅速に可能にしたことを主な特徴としている。
【0014】
【発明の実施形態】
図1は本発明を実施した実施形態の装置の概略構成を示す。図2はメインコントローラの機能ブロック図を示す。図3はインバータ周波数と風量の関係を示す。図4は風量の関係を示す。以下これらの図に基づいて本実施形態を説明する。図1〜図4において、空調する被制御エリア10は部屋10a、10bから構成されている。部屋10a、10bには可変給気流量調節ユニット(以下、VAVユニットという)11a、11bが給気吹出口に設けられている。VAVユニット11a、11bは給気ダクト12に接続されており、給気ファン13より空調された給気が送風される。また、部屋10a、10bには還気吸込口14a、14bが設けられており、還気ダクト15を通って還気ファン17により還気が行われる。
【0015】
VAVユニット11a、11bには風量を設定する局所コントローラ15a、15bが設けられており、部屋10a、10bに設けられている温度センサ16a、16b(現在の室温)と設定室温との偏差により所用の風量v1,v2が決定される。またVAVコントローラ15a、15bはゾーンコントローラ20に接続されており、風量v1,v2とVAVユニット11a、11bの内部に設けられているダンパ開度β1、β2等のデータがゾーンコントローラ20に入力される。ゾーンコントローラ20は総要求風量Vと最大開度βmを求め、コントローラ25に送出する。なお、V=v1+v2、βm=max(β1,β2)である。
【0016】
空調装置本体30は給気路31,還気路32、外気路33の風路に仕切られており、給気路31には、冷却コイル、加熱コイル等からなる空調機34と給気ファン13とが設けられている。また、還気路32には還気ファン16が設けられており、その下流は排気ダクト36に接続されると共に、給気路31との境界に通気口37が設けられている。排気ダクト36及び通気口37にはそれぞれ風量を制限する外気ダンパ38、還気ダンパ39が設けられている。外気路33は外気取入れダクト40に接続され、外気取入れダクト40には外気取入れ用のVAVユニット41(及び、必要なら外気ファン42)が設けられている。
【0017】
また、給気ダクト12には温度センサ43が設けられており、その出力はメインコントローラ25の入力側に接続されている。同様に、還気ダクト15には温度センサ44と炭酸ガス(CO2)濃度センサ45が設けられており、その出力は何れもメインコントローラ25の入力側に接続されている。コントローラ25の出力側には給気ファン13のインバータ13a(インバータ制御された駆動モータ)、還気ファン17のインバータ17aの他に、外気ダンパ38の開度を制御するアクチュエータ38a、還気ダンパ39の開度を制御するアクチュエータ39a、外気VAVユニット41の風量を制御する制御部41aに接続されている。
【0018】
図2を利用して、メインコントローラ25を説明する。ゾーンコントローラ20は前述したように(図1)、被制御エリアの各部屋10a、10bに設けたVAVユニット11a、11bから、給気風量(実風量にほぼ等しい)v1・・・vnとダンパ開度β1・・・βnの信号を受け、全給気風量Vと最大開度βmを求めて、演算結果をメインコントローラ25に出力する。なお、部屋数は図1ではn=2としたが、これに限定されるものではない。給気インバータ周波数決定部46は最大開度βmを考慮して給気風量Vaを決定する。即ち、最大開度βmが100%の場合は給気風量Vaを全給気風量Vより多くして、最大開度βnを100%以下に下げるようにする。結果として、最大開度βmが100%以下(例えば、90%)になるようにする。給気風量Vaとインバータ周波数との関係は図3(A)に示すように直線関係にあるから、これを利用してインバータ周波数N1を決定する。
【0019】
次に、還気インバータ周波数決定部47は還気ファン16のインバータ周波数を決定する。還気インバータ周波数は還気風量と給気風量がある割合になるように、図3(B)に示すように、インバータ周波数N2を決定する。外気冷房時の外気取入風量決定部26は運転モード並びに還気温度と外気温度の差を考慮して外気取入風量w1を決定する。即ち、外気冷房許可モードの場合において、外気温度が還気温度より低い場合に冷房効率等を考慮して決定する。炭酸ガス濃度による外気取入風量決定部27は還気中に含まれている炭酸ガス濃度が高い場合に所定の基準値以下に濃度を下げるように外気取入風量w2を決定する。
【0020】
セレクタ部28は外気取入風量決定部26、27によって決定された外気取入風量w1,w2の内から最大風量Wmを求める。外気VAVユニット41の風量は最大風量Wmとなるように設定する。外気要求風量比率決定部29は給気ファン13の定格風量を100%とし、これを基準にして比率(=Wmx100%/定格風量x100%)を求める。排気ダンパ開度決定部49は外気取入風量Wmと排気風量とが等しくなるように排気ダンパ38の開度を決定する。還気ダンパ開度決定部は還気風量Vkが給気風量Vaと外気取入風量Wmとの差、即ち Vk=Va−Wm となるように還気ダンパ39の開度を決定する。なお、風量とダンパの開度との関係は従来技術と同様に実験結果又はカタログ等のデータにより決定できる。なお、排気風量比は外気要求風量比と同じ(即ちθ1=θ2)とする。或いはa、bをパラメータとして、θ3=a−bx外気要求風量比 としてもよい。例えば、設計給気風量に対する最大外気風量比が0.35の場合は、給気要求風量比が50%ならば、還気ダンパの開度θ3はθ3=100−0.35・50%=87.5%となる。
【0021】
図4は給気風量、還気風量、外気取入風量、排気風量、還気ダンパの通過風量との関係を示しており、ここで各風量は給気ファン13の定格風量を100%として、比率で表している。例えば、図4(A)は給気風量を定格風量と同一の場合で100%である。還気風量も100%で外気取入風量、排気風量は35%で還気ダンパの通過風量は65%である。図4(B)は給気風量、還気風量が共に50%で、外気取入風量、排気風量は35%で還気ダンパの通過風量は15%の場合である。図4(C)は給気風量、還気風量が共に35%で、外気取入風量、排気風量は35%で還気ダンパの通過風量は0%の場合である。
【0022】
本実施形態は上記の様に構成されており、以下のような機能、作用効果を有する。即ち、被制御エリアに供給する風量は実際に被制御エリアの各部屋に供給されている風量と各部屋に設けられているVAVユニットのダンパの最大開度を考慮して決定しており、供給風量が定格風量よりも小さい場合には制御範囲に余裕が生じる。また、供給風量はインバータによって制御されており、正確な風量が供給可能になっている。また、外気から導入する風量は要求される基準(炭酸ガス濃度等)を満たすために正確な風量を導入する必要があるが、VAVユニット41によって行っているために正確な風量を導入できる。これらの正確な風量に基づいて還気ダンパ39、排気ダンパ38の開度を決定しているために、全体としても各風路(給気路31,還気路32、外気路33)を流れる風量も正確になる。更に、インバータやVAVユニットは強制的に風量を決定するアクティブな構成要素であり、各ゾーンを流れる流量はバランスするように決定されているので、設定値等の変更に対しても速やかに定常状態に達することが可能である。
【0023】
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、外気の導入風量を制御するVAVの代わりにダンパを設けてダンパの開度を制御するようにしてもよい。
【0024】
【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、請求項1記載の発明は循環させる還気風量と排気風量を給気装置による供給風量と外気取入空気の風量とを基準にして決定しているので、各部を流れる風量が設計値と近い値になるという効果が得られる。従って、適切な空調が可能になるという効果が得られる。また、要求される外気取入空気の風量が制御通りの風量の導入が可能になることから、空調システムが高品質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装置の概略構成を示す。
【図2】本実施形態のメインコントローラの機能ブロック図を示す。
【図3】インバータ周波数と風量の関係を示す。
【図4】各ゾーンの風量の関係を示す。
【図5】従来装置の構成図を示す。
【図6】従来装置の外気取入風量の設定を示す。
【図7】従来装置のダンパ開度の決定テーブルを示す。
【符号の説明】
10(10a、10b) 被制御ゾーン
11(11a、11b) VAVユニット
13(13a) 給気装置
16(16a) 還気装置
20 ゾーンコントローラ
25 メインコントローラ
28 セレクタ
38 排気ダンパ
39 還気ダンパ
41 外気取入れ用VAVユニット
43,44 温度センサ
45 炭酸ガス濃度センサ
46 給気インバータ周波数決定部
47 還気インバータ周波数決定部
48 還気ダンパ開度決定部
49 排気ダンパ開度決定部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of an air conditioner control device. More specifically, it belongs to the technical field of controlling the air volume in an air conditioner.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a large-scale building, several rooms (controlled areas) are provided by partitioning a space, and each room is provided with a variable air supply amount adjustment unit (hereinafter, VAV) through an air supply duct from an air conditioner. The air-conditioned air is blown from a supply air outlet provided in each room by the unit, and the indoor air is returned to the air conditioner from the return air inlet and circulated. On the other hand, when the concentration of carbon dioxide (CO2) or the like in the indoor air is high, a method of discharging part of the circulated air to the outside and taking in fresh air from the outside to perform air conditioning is adopted. I have.
[0003]
In such a conventional air conditioner, a duct for guiding air is provided, and a damper (butterfly valve) is provided in the air passage to adjust the angle of the damper, thereby adjusting the amount of air flowing through the duct. Is adopted. An example of such an air conditioning control system is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 11-344252. FIG. 5 is a schematic diagram of the overall configuration of the air conditioning system, and FIG. 7 shows a control method for determining a damper angle. Hereinafter, this air conditioning system is referred to as a
[0004]
In FIG. 5, 50 is a controlled area, and 60 is a schematic diagram of the air conditioner main body.
[0005]
The wind
[0006]
FIGS. 6A and 6B show a method of determining the set values S2 and S3 of the outside air intake air volume by the determining
[0007]
In this damper opening determination table, the outside air damper opening θ1 and the exhaust damper opening θ2 are set to the same opening. As shown in FIG. 7, the damper opening θ1 (θ2 = θ1) and the return air damper opening θ3 are such that when one damper opening is an intermediate opening or fully closed, the other damper opening is kept fully open. To decide. That is, when the control signal output is 50% or less, the damper opening θ1 (θ2) is increased from 0 to 100% as the control signal output increases while the damper opening θ3 is fully opened, and the damper opening θ1 (θ2) is increased. When the full opening is reached, the damper opening θ3 is reduced to 100 to 0% as the control signal output increases.
In the above-described
[0008]
Further, in a conventional device (hereinafter, referred to as a conventional device 2), the ventilation amount is assumed to be proportional to the damper opening, and the return air damper opening θ3 is determined as an operation reverse to the opening θ2 of the outside air damper. That is, θ3 = 100−θ2 (or θ1).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional apparatus (
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following solutions. That is,
According to the first aspect of the present invention, the air conditioned by the variable air amount device is blown into the controlled area, the air in the controlled area is returned by the return air device, and part or all of the return air is circulated. Air to the air conditioner to discharge the rest to the outside, at the same time to introduce outside air to the air conditioner, air-treat the introduced air by the air conditioner, and supply the air-conditioned air to the air supply device In the air-conditioning control device configured to send air to the variable air volume device, the amount of air introduced into the air conditioner for circulation is determined from the amount of outside air intake air and the amount of air blown by the air supply device. It is characterized by. That is, the invention of
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the air volume of the outside air intake air is controlled based on an air volume value of a variable air volume device provided in the outside air intake duct.
That is, the invention according to
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the amount of the outside air intake air is controlled based on an opening degree of an outside air damper provided in the outside air intake duct.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the air supply amount is controlled based on a frequency of a drive inverter of the air supply device.
That is, the invention of claim 4 is characterized mainly in that the supply air volume can be accurately and quickly made possible by the inverter device.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a functional block diagram of the main controller. FIG. 3 shows the relationship between the inverter frequency and the air flow. FIG. 4 shows the relationship between the air volumes. Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to these drawings. 1 to 4, the controlled area 10 to be air-conditioned includes
[0015]
The
[0016]
The air conditioner
[0017]
Further, a
[0018]
The
[0019]
Next, the return air inverter
[0020]
The
[0021]
FIG. 4 shows the relationship among the supply air volume, the return air volume, the outside air intake air volume, the exhaust air volume, and the air volume passing through the return air damper, where each air volume is defined as 100% of the rated air volume of the
[0022]
The present embodiment is configured as described above, and has the following functions and effects. That is, the amount of air supplied to the controlled area is determined in consideration of the amount of air actually supplied to each room in the controlled area and the maximum opening of the damper of the VAV unit provided in each room. When the air volume is smaller than the rated air volume, there is a margin in the control range. Further, the supplied air volume is controlled by an inverter, so that an accurate air volume can be supplied. In addition, it is necessary to introduce an accurate air flow for the air flow introduced from the outside air in order to satisfy a required standard (carbon dioxide concentration or the like). However, since the air flow is performed by the
[0023]
As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the examples, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Is also included in the present invention. For example, a damper may be provided instead of the VAV for controlling the amount of outside air introduced, and the opening of the damper may be controlled.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the present invention, the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of a main controller according to the embodiment.
FIG. 3 shows a relationship between an inverter frequency and an air volume.
FIG. 4 shows a relationship between air volumes in each zone.
FIG. 5 shows a configuration diagram of a conventional device.
FIG. 6 shows the setting of the outside air intake air volume of the conventional apparatus.
FIG. 7 shows a table for determining a damper opening of the conventional device.
[Explanation of symbols]
10 (10a, 10b) Controlled zone 11 (11a, 11b) VAV unit 13 (13a) Supply device 16 (16a)
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