JP2004125316A

JP2004125316A - 空調機の制御方法及び空調機

Info

Publication number: JP2004125316A
Application number: JP2002291915A
Authority: JP
Inventors: Norio Kuzuoka; 葛岡　典雄
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: JP3964298B2

Abstract

【課題】冷温水を十分な温度差で熱源側へ還水させることのできる空調機の制御方法及び空調機を提供し、ポンプ搬送動力の低減、冷温水配管の小口径化、冷凍機成績効率の向上、蓄熱層における温度成層の乱れを防止する。
【解決手段】ファンコイル装置２３の熱交換器２５に冷温水を循環供給するとともに、この熱交換器２５に空気を通過させることにより、冷温水と空気とを熱交換させる空調機２１の制御方法において、熱交換器２５に接続した還管２９の冷温水温度を検出し、この冷温水温度が所定温度となるように熱交換器２５を通過させる冷温水の量を増減制御する。一方、ファンコイル装置２３を通過した熱交換後の空気が所望温度となるように熱交換器２５を通過する室内空気量と熱交換器２５をバイパスする室内空気量との比率を可変制御する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水方式セントラル冷暖房システムに用いて好適な空調機の制御方法及び空調機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水方式セントラル冷暖房システムでは、ファンコイル装置を備えた空調機を使用し、ファンコイル装置に循環させた冷温水により室内空気に対して吸熱・放熱を行う。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】
特開平８−９４１５１号公報
【特許文献２】
特開平７−２７３９４号公報
【０００４】
図３に示すように、空調機１のファンコイル装置３には熱交換器（冷水又は温水又は冷温水コイル）５が内蔵され、熱交換器５は水方式セントラル冷暖房システムからの冷温水往管７及び還管９と接続される。熱交換器５には送風ファン１１により室内空気１３が循環供給され、熱交換器５を通過した室内空気１３は熱交換されることにより暖気又は冷気となって室内に再び戻される。
【０００５】
従来、この種の空調機１は、室温検出センサ１５によって検出した室内温度、吹出温度検出センサ１７によって検出された給気温度、又は除湿の要求により、直接、冷温水の制御弁１９を開閉制御していた。従って、例えば、ファンコイル装置３が冷房運転されると、先ず、運転と同時に制御弁１９が開かれ、冷房の場合には、冷水が熱交換器５に循環供給されるとともに、設定温度と室内温度との温度差により、又は設定温度と吹出温度との温度差等に応じて制御弁１９が開閉制御された。そして、冷気吹き出しにより室温が所望温度近傍まで低下すれば、その温度が検出されることによって、設定温度との温度差が小さくなったことが把握され、熱交換器５への供給冷温水量が減少されることで、冷房能力が弱められ、所望の設定温度に室温が維持された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した空調機の制御方法は、室内温度、給気温度、又は除湿の要求により、直接、冷温水の制御弁を開閉制御していたため、運転開始時、室内温湿度の急激な変化、設定温湿度変更の際のサーモスタット温度検知／ヒューミディスタットの湿度検知の遅れ、或いは中間期小負荷時、熱交換コイル通過空気温度が中間温度となり、弁（バルブ）制御性ミスマッチの問題等で、オーバーシュート或いはハンチング等の制御誤差が生じ易く、制御弁が必要以上に開放され、冷温水の過大流量化を招いた。さらに室内サーモ、ヒューミディスタットの過度の設定、また、空気量のフィルター等の目づまりによる低下で、冷温水が十分な冷却又は加熱、再熱の熱交換されずに還る（スッポヌケ）現象を招いた。その結果、熱交換器において送風空気と冷温水との十分な熱交換が行われず、冷温水が設計温度差よりも小温度差のままで水方式セントラル冷暖房システムの熱源に還水された。そして、このことは、冷温水用ポンプ搬送動力の増大、冷温水配管サイズの大口径化、冷凍機成績効率の低下等の不利をもたらした。
また、近年、水方式セントラル冷暖房システムは、安価な深夜電力を有効に利用できる蓄熱システム（例えば、水を利用した温度成層蓄熱槽等）と併用される傾向にある。このような蓄熱システムでは、蓄熱した冷温水を確実に使い切る（熱交換率を高める）ことにより、効率的な運転が実現できる。ところが、上記のように小温度差のままで冷温水が還水される空調機では、冷温熱エネルギーを未だ有する冷温水が蓄熱層に戻され、蓄熱層に温度成層の乱れが生じ、蓄熱量を低下させる問題を生じさせた。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、冷温水を大温度差で熱源側へ還水させることのできる空調機の制御方法及び空調機を提供し、ポンプ搬送動力の低減、冷温水配管の小口径化、冷凍機成績効率の向上、蓄熱層における温度成層の乱れ防止を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の空調機の制御方法は、ファンコイル装置の熱交換器に冷温水を循環供給するとともに、該熱交換器に室内空気を通過させることにより、前記冷温水と該室内空気とを熱交換させる空調機の制御方法において、前記熱交換器に接続した還管の冷温水温度を検出し、該冷温水温度が所定温度となるように前記熱交換器を通過させる冷温水の量を増減制御する一方、前記ファンコイル装置を通過した熱交換後の室内空気が所望温度となるように前記熱交換器を通過する室内空気量と該熱交換器をバイパスする室内空気量との比率を可変制御することを特徴とする。
【０００８】
この空調機の制御方法では、還管の冷温水温度が検出され、この冷温水温度が所定温度となるように、熱交換器を通過する冷温水の量が増減制御される一方、ファンコイル装置を通過した熱交換後の室内空気が所望温度となるように、熱交換器を通過する室内空気量と、熱交換器をバイパスする室内空気量との比率が可変制御される。これにより、未だ使いきっていない冷暖房能力を有した冷温水が熱交換機内に長く滞留し、送風空気と十分に熱交換可能となり、かつ要求された適正な熱交換量が確保されると共に、往管と還管との十分な温度差が常時確保されるようになる。この結果、冷温水量が小水量に抑制されて、ポンプ搬送動力の低減、冷温水配管サイズの小口径化、冷凍機成績効率の向上等が可能となる。
【０００９】
請求項２記載の空調機は、ファンコイル装置の熱交換器に冷温水を循環供給するとともに、前記熱交換器に室内空気を通過させることにより、前記冷温水と該室内空気とを熱交換させる空調機において、前記熱交換器に接続した還管の冷温水温度を検出する還管センサと、前記還管に介装され該還管センサの検出温度が所定温度となるように前記熱交換器を通過する冷温水の量を増減制御する制御弁と、前記熱交換器を迂回するバイパスダクトと、前記室内に設けた室温検出センサと、前記バイパスダクトに設けられ該室温検出センサの検出値に応じて前記熱交換器を通過する室内空気量と該熱交換器をバイパスする室内空気量との比率を可変制御するバイパスダンパとを具備したことを特徴とする。
【００１０】
この空調機では、還管の冷温水温度を検出する還管センサと、この還管センサの検出温度が所定温度となるように冷温水量を増減制御する制御弁と、熱交換器を迂回するバイパスダクトと、バイパスダクトに設けられ室温検出センサの検出値に応じて熱交換器をバイパスする室内空気量を可変制御するバイパスダンパとを具備したので、還管の冷温水の温度が十分に上ってない（冷水の場合）又は下ってない（温水の場合）と（即ち、冷温水が未だ十分な冷温熱エネルギーを有していると）、制御弁が絞られ、熱交換器を通過する冷温水の通過速度が減速される。これにより、熱交換器において冷温水が送風空気と十分に熱交換されるようになり、未だ使いきっていない冷温水の冷暖房能力を十分に引き出して還り冷温水水温を所定の温度を確保できる（補償）ように制御される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る空調機の制御方法及び空調機の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る空調機の概略を表す構成図である。
【００１２】
本実施の形態による空調機２１は、ファンコイル装置２３の熱交換器２５に冷温水を循環供給するとともに、この熱交換器２５に室内空気を通過させることにより、冷温水と室内空気とを熱交換させる。例えばファンコイル装置２３には、熱交換器２５が内蔵され、熱交換器２５は図示しない水方式セントラル冷暖房システム或いは蓄熱システムからの冷温水往管２７及び冷温水還管２９と接続されている。また、ファンコイル装置２３には送風ファン３１が内蔵され、送風ファン３１は室内側又は外気又は両方から吸い込んだ空気を熱交換器２５に通過させることで熱交換させ、冷温風となった空気を室内へ吹き出す。また、この送風ファン３１は、例えば、インバータコントローラ３２等により、送風量が可変制御可能となっている。
【００１３】
熱交換器２５に接続した還管２９には還管センサ３３を取り付けてあり、還管センサ３３は熱交換器２５を通過した後（熱交換を終えた後）の冷温水温度を検出する。また、この還管２９には還管センサ３３の下流側には制御弁３５を介装してあり、制御弁３５は弁開度が無段階制御可能となっている。即ち、この制御弁３５は、還管センサ３３の検出温度が所定温度となるように、熱交換器２５を通過する冷温水の量を増減制御するようになっている。
【００１４】
制御弁３５は、冷温水の還り側の温度が、設定された水温に保持されるように制御を行う。この制御は、制御弁３５に、例えばフィードバック制御可能な制御部（コントローラ）４６を設け、この制御部に還管センサ３３からの検出信号を入力することにより実現することができる。したがって、熱交換器２５では、全風量が通過する時、最大定格能力の熱交換が行われ、定格の還り温度にて還水される。これにより、熱交換器２５は、常時、還り温度が補償され、入口側との十分な温度差が確保される。
前述の総合的制御を行うコントローラ４６を設備する。さらにこのコントローラ４６は、空調の立上り時等の、急冷、急暖等の定常時でない時には、前述の制御を解除、オーバーロードする機能を有する。
【００１５】
ファンコイル装置２３には室内からの空気を、熱交換器２５へ導入する経路３６と、熱交換器２５を迂回するバイパスダクト３７とを備えている。従って、吸込ダクトからファンコイル装置２３に吸引された空気のうち、バイパスダクト３７を通過した還気は、熱交換器２５を通過せずに、再び送風ファン３１を介して室内へと供給されることとなる。この室内には、室温検出センサ３９を設けている。また、ファンコイル装置２３の吹出口近傍には、吹き出し空気温度を検出する吹出温度検出センサ４１を設けている。
【００１６】
バイパスダクト３７にはバイパスダンパ４３を介装してあり、バイパスダンパ４３は室温検出センサ３９（給気温度制御の場合は吹出温度検出センサ４１）の検出値に応じて熱交換器２５を通過する室内空気量と熱交換器２５をバイパスする室内空気量との比率を可変制御するようになっている。ファンコイル装置２３内の送風経路は、上記のように２系統となっており、バイパスダンパ４３が閉じられれば、レタン空気の全ては熱交換器２５へ導入され、バイパスダンパ４３が徐々に開かれることで、熱交換器２５をバイパスする空気量が徐々に増大するようになっている。したがって、バイパスダクト３７をバイパスする空気量が増大すれば、その分、熱交換器２５を通過する空気量は減少する。これら２系統の空気は、合流した後、送風ファン３１によって室内へ吹き出される。
【００１７】
つまり、バイパスダンパ４３を開閉制御することにより、熱交換器２５による熱交換量が制御可能となっている。バイパスダンパ４３が全閉の場合には全風量が熱交換器２５側を通過し、熱交換量が最大となる。
なお、本実施の形態では、バイパスダクト３７、バイパスダンパ４３がファンコイル装置２３に内設される場合を例に説明するが、これらバイパスダクト３７、バイパスダンパ４３は、ファンコイル装置２３の外部に併設されるものであってもよい。
【００１８】
また、低負荷時、部分負荷時には、バイパス側の風量が増大することで、熱交換器２５側の風量が低下し、熱交換器２５側の静圧ロスが低下することから、バイパス側静圧ロスを加味してもファンコイル装置２３の装置内静圧ロスが低下する。その結果、送風量が増大するが、空調機２１は、それを風量計（又は風速計）４５により検出し、この検出値に基づき送風ファン３１の制御（例えばインバータ制御又は可変ピッチ制御等）を行い、送風量を適正量に抑止するようになっている。この制御によっても、空調機２１の送風動力が低減され、省エネルギー効果が得られるようになっている。
【００１９】
なお、レタン空気をバイパスダクト３７に通過させるバイパス時には、レタン空気の全てを熱交換器２５に通過させる一般方式よりも冷却除湿効果（バイパス除湿）をもたらすことになり、このバイパス除湿効果は再熱が不要という効果がある。
【００２０】
次に、このような構成を有する空調機２１の動作を説明する。
図２は本発明に係る制御方法を冷水循環時で実演による制御の例で表した動作説明図である。
冷水循環時、室内の空調冷房負荷が低下した場合、レタン側の空気の温度が低下し、それによりＡ点で、還り側の冷水温度が所定温度より低くなる。それを還管センサ３３が検出し、その検出信号に基づき制御弁３５がＢ点で絞られ、還水量が減少される。これにより、冷水が熱交換器２５で十分に熱交換されることとなり、Ｃ点から、再び還り側の冷水温度が所定温度に保持される。
【００２１】
それと同時に上記の動作により、還り側の冷水温度が所定温度に保持される状態において、Ｄ点で、室温（又は給気温度）が負荷が減って基準温度より低下すると、それを吹出温度検出センサ４１が検出し、その検出信号に基づきバイパスダンパ４３がＥ点で開かれる。これにより、バイパスダクト３７へ送風空気がバイパスされると同時に、Ｆ点から、熱交換器２５側通過風量が減少する。この結果、熱交換器２５における冷水と通過空気との熱交換量が減少して、Ｇ点から空気温度が上昇して、基準温度に保持される。
【００２２】
なお、図２に示した制御は、説明の簡略化のために温度を高低、或いは還水量・風量を大小とした２値的な動作を例に説明したが、本発明に係る空調機の制御方法は、これらの温度・還水量・風量を無段階に増減制御可能としている。
【００２３】
このように、上記した空調機２１の制御方法によれば、還管２９の冷温水温度が検出され、この冷温水温度が所定温度となるように、熱交換器２５を通過する冷温水の量が増減制御される一方、ファンコイル装置２３を通過した熱交換後の室内空気が所望温度となるように、熱交換器２５を通過する室内空気量と、熱交換器２５をバイパスする室内空気量との比率が可変制御される。これにより、未だ使いきっていない冷暖房能力を有した冷温水が、送風空気と十分に熱交換可能となり、往管２７と還管２９との大温度差が常時確保されるようになる。この結果、冷温水量が小水量に抑制されて、ポンプ搬送動力の低減、冷温水配管サイズの小口径化、冷凍機成績効率の向上等が可能となる。
【００２４】
また、空調機２１によれば、還管２９の冷温水温度を検出する還管センサ３３と、この還管センサ３３の検出温度が所定温度となるように冷温水量を増減制御する制御弁３５と、熱交換器２５を迂回するバイパスダクト３７と、バイパスダクト３７に設けられ室温検出センサ３９の検出値に応じて熱交換器２５をバイパスする室内空気量を可変制御するバイパスダンパ４３とを具備したので、還管２９の冷温水の温度が十分に上ってない（冷水の場合）又は下ってない（温水の場合）と（即ち、冷温水が未だ十分な冷温熱エネルギーを有していると）、制御弁３５が絞られ、熱交換器２５を通過する冷温水の通過速度が減速される。これにより、熱交換器２５において冷温水が送風空気と十分に熱交換されるようになり、未だ使いきっていない冷温水の冷暖房能力を十分に引き出して、還管２９の冷温水水温を、所定の温度に常時確保できるようになる。
【００２５】
なお、本発明に係る空調機の制御方法は、その他の制御と併用することができ、その併用制御としては、例えばＶＡＶ制御が挙げられる。ＶＡＶ制御としては、空調機の下流給気ダクト側に、ＶＡＶボックスを設ける可変風量制御がある。給気風量はＶＡＶボックスからの信号により、一般のＶＡＶ制御と同様に、送風ファン３１をインバータ等によって可変制御する。この可変制御は、空調機の低圧損による風量増を修正するバイパスダンパ４３の定風量制御よりも優先させる。その後に適正熱交換量を確保されるように、バイパスダンパー４３の開度は、修正制御される。この場合、冷温水は還管センサ３３と制御弁３５とによる冷温水温度制御により、送風温度はバイパスダンパ４３による制御により、送風量はＶＡＶ可変風量制御により、とそれぞれ独立しているため、相互に影響を及ぼすことなく容易且つ適正な制御が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る空調機の制御方法によれば、還管の冷温水温度を検出し、この冷温水温度が所定温度となるように熱交換器を通過させる冷温水の量を増減制御する一方、ファンコイル装置を通過した熱交換後の室内空気が所望温度となるように熱交換器を通過する室内空気量と熱交換器をバイパスする室内空気量との比率を可変制御するので、未だ使いきっていない冷暖房能力を有した冷温水を、送風空気と十分に熱交換させることができ、往管と還管との大温度差を常時確保できるようになる。この結果、冷温水量を小水量に抑制できるようになり、ポンプ搬送動力の低減、冷温水配管サイズの小口径化、冷凍機成績効率の向上等の効果を得ることができる。
【００２７】
また、本発明に係る空調機によれば、還管の冷温水温度を検出する還管センサと、この還管センサの検出温度が所定温度となるように冷温水量を増減制御する制御弁と、熱交換器を迂回するバイパスダクトと、バイパスダクトに設けられ室温検出センサの検出値に応じて熱交換器をバイパスする室内空気量を可変制御するバイパスダンパとを具備したので、還管と往管との冷温水の温度差が小さいと（即ち、冷温水が未だ十分な冷温熱エネルギーを有していると）、制御弁が絞られ、熱交換器を通過する冷温水の通過速度が減速される。これにより、熱交換器において冷温水が送風空気と十分に熱交換されるようになり、未だ使いきっていない冷温水の冷暖房能力を十分に引き出して、往管と還管との大温度差を常時確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空調機の概略を表す構成図である。
【図２】本発明に係る制御方法を冷水循環時の例で表した動作説明図である。
【図３】従来の空調機の概略を表す構成図である。
【符号の説明】
２１…空調機、２３…ファンコイル装置、２５…熱交換器、２９…還管、３３…還管センサ、３５…制御弁、３７…バイパスダクト、３９…室温検出センサ、４３…バイパスダンパ、４６…コントローラ

Claims

ファンコイル装置の熱交換器に冷温水を循環供給するとともに、該熱交換器に室内空気を通過させることにより、前記冷温水と該室内空気とを熱交換させる空調機の制御方法において、
前記熱交換器に接続した還管の冷温水温度を検出し、該冷温水温度が所定温度となるように前記熱交換器を通過させる冷温水の量を増減制御する一方、
前記ファンコイル装置を通過した熱交換後の室内空気が所望温度となるように前記熱交換器を通過する室内空気量と該熱交換器をバイパスする室内空気量との比率を可変制御することを特徴とする空調機の制御方法。
ファンコイル装置の熱交換器に冷温水を循環供給するとともに、前記熱交換器に室内空気を通過させることにより、前記冷温水と該室内空気とを熱交換させる空調機において、
前記熱交換器に接続した還管の冷温水温度を検出する還管センサと、
前記還管に介装され該還管センサの検出温度が所定温度となるように前記熱交換器を通過する冷温水の量を増減制御する制御弁と、
前記熱交換器を迂回するバイパスダクトと、
前記室内に設けた室温検出センサと、
前記バイパスダクトに設けられ該室温検出センサの検出値に応じて前記熱交換器を通過する室内空気量と該熱交換器をバイパスする室内空気量との比率を可変制御するバイパスダンパと
を具備したことを特徴とする空調機。