JP2006292299A - 空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温湿度制御における室温調整の再加熱を抑制することができ、省エネルギーを達成する。
【解決手段】外気と空調対象となる室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する第１の混合機構（ダンパ２０、管２２，２６）と、この第１の混合機構で生成された混合空気を導入して冷媒により冷却する直膨コイル２と、この直膨コイル２で冷却された外気と前記室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する第２の混合機構（ダンパ３０、管３０，３２）と、この第２の混合機構で生成された混合空気を導入して冷水又は温水により冷却又は加温して前記室内への給気温度を調節する冷温水コイル４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、温湿度制御における室温調整の再加熱を抑制することで省エネルギーを達成するようにした空調制御装置に関する。

人体の温熱感に影響を及ぼす因子には、室温、室内湿度、平均輻射温度、活動量、着衣量、気流速度などがある。しかし、通常事務所ビル等では人が居る場所での気流速度は0.1m/s以下のため、温熱感への影響はほとんどない。着衣量は夏や冬等の季節でほぼ固定されており、活動量は事務ビル、デパート等のビル用途で決まる。また、平均輻射温度は、窓側以外では室温にほぼ追従する因子である。従って、室温以外に“湿度”が、人の快適性に大きく影響する因子となる。

しかし、事務所ビル等の通常の建物での空調制御は、ほとんどが室温制御のみで、湿度は成り行きまかせというのが現状である。一般の空調機は冷却コイル、加熱コイルの順に配置される構造となっている。冷房時に湿度も制御する場合、導入された外気は冷却コイルによる過冷却により除湿された後、加熱コイルによって温度調節される。このように、室温を調整するため加熱コイルで空気の再熱過程が必要となり、温度制御だけの場合に較べて非常に大きなエネルギーを消費する。

空調の温湿度制御における上述したような無駄なエネルギー消費をできる限り抑える制御アルゴリズム上の工夫はいろいろ行われている。例えば特許文献１に記載の「空調制御装置」では、制御アルゴリズムにより空調機を最適に制御するものである。
特開平１０−２９２９４１号公報

しかしながら、上述したように冷却コイル、加熱コイルを配置した一般の空調機による温湿度制御では、冷却コイルで過冷却による減湿を行うため、室温を調整するため加熱コイルで空気の再熱過程が必要になり、温度制御だけの場合に較べて大きなエネルギーを消費するという課題がある。また、特許文献１の例のように、制御アルゴリズムにより消費エネルギーをできる限り抑える構成では、マイクロコンピュータのソフトウェアにより対応するようにしているため、消費エネルギー削減には限界がある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、空調機のハードの構成も変えて温湿度制御における室温調整の再加熱を抑制することで省エネルギーを達成することのできる空調制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために請求項１の発明は、外気と空調対象となる室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する第１の混合機構と、この第１の混合機構で生成された混合空気を導入して冷媒により冷却する直膨コイルと、この直膨コイルで冷却あるいは加熱された外気と前記室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する第２の混合機構と、この第２の混合機構で生成された混合空気を導入して前記室内に供給する空気を冷水又は温水により冷却又は加温する冷温水コイルとを具備することを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の空調制御装置において、前記室内の湿度の調節は、室内の測定湿度に基づいて前記直膨コイルに導入する外気と還気の混合比により調節することにより行うことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１に記載の空調制御装置において、前記給気温度の調節は、前記室内の測定温度に基づいて前記冷温水コイルの水流量を調節することにより行うことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１に記載の空調制御装置において、直膨コイルを出た空気と混合する還気、あるいは冷温水コイルを通過させる混合空気を前記直膨コイルに冷媒を循環させるために設けられたコンプレッサ及び凝縮器の少なくとも何れかの発熱を利用して加熱する機構を具備することを特徴としている。

本発明によれば、温湿度制御における室温調整の再加熱の余分なエネルギー消費を抑制することができ、省エネルギーを達成することができる。また、コンプレッサや凝縮器で発生する排熱を利用して混合空気を加熱することで、より一層の省エネルギーが達成できる。

〈第１の実施形態〉
図１は本発明に係る空調制御装置の第１の実施形態を示す構成図である。

同図に示すように、この空調制御装置１Ａは、外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイル２と、この直膨コイル２で冷却あるいは加熱された外気を冷水又は温水により冷却又は加温して室内への給気温度を調節する冷温水コイル４とを備え、冷温水コイル４で温度調整された空気を給気ファン６によって室内に給気する。

直膨コイル２には、冷媒を圧縮するコンプレッサ８と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１０と、凝縮された冷媒を膨張させるための膨張弁１２とがこの順番で接続され、これによって冷媒サイクルが構成されている。

また、本実施形態では、冷温水コイル４には中央熱源（図示せず）から制御弁１４を介して冷温水が供給されており、供給された空気が冷却又は加温されて室内に供給されるようになっている。冷温水コイル４を冷却した後の冷水は還り冷水として凝縮器１０に供給され、この凝縮器１０を冷却した後、中央熱源へ戻される。

また、本実施形態においては、室内からの還気（リターン空気）が還気ファン１６によりダンパ１８を介して排気される一方、還気の一部がダンパ２０、管２２，管２６を介して外気と混合された後、直膨コイル２に供給されている。また、ダンパ２８管３０を介して直膨コイル出側の管３２において直膨コイルで冷却された外気と還気とが混合された後、冷温水コイル４に供給されるように成っている。

また、空調制御対象となる室内には、温度計３４と、湿度計３６とが設置されている。温度計３４で計測された室内温度信号は、コントローラ（ＤＤＣ: Direct Digital Controller）３８Ａに接続されており、これにより、冷温水コイルに冷温水を供給する制御弁１４の弁開閉制御が実行されている。また、湿度計３６で計測された室内湿度信号は、コントローラ（ＤＤＣ）３８Ｂに接続されており、これにより、直膨コイル２に還気を供給するダンパ２０と、冷温水コイル４に還気を供給するダンパ２８の制御が実行されている。

以上の構成において、ダンパ２４、管２６を介して導入された外気は直膨コイル２で冷却される。直膨コイル２を構成する蒸発器の冷媒蒸発温度は５℃程度になるため、外気の湿分を除去することができる。室内湿度は、湿度計３６で計測され、室内湿度を制御するため湿分除去量は、直膨コイル２の蒸発器を通過させる外気と還気の混合比を調節する、すなわち、湿度計３６で計測された湿度に基づきＤＤＣ３８Ｂによるダンパ２０の開度調節により行われる。

直膨コイル２を通過した混合空気は、室内に戻す還気量（戻し空気量）から直膨コイル２を通過した還気量を引いた量と再び混合され、冷温水コイル４に導入される。室内からの還気と混合することにより、直膨コイル２で過冷却された空気は暖められる。室内の温度は給気温度を調節して行う。この制御は冷温水コイル４の冷水／温水流量を室内の温度計３４の信号に基づいてＤＤＣ３８Ａが自動制御することにより行われる。
このように、第１の実施形態によれば、温湿度制御における室温調整の再加熱の余分なエネルギー消費を抑制することができ、省エネルギーを達成することができる。

〈第２の実施形態〉
図２は本発明に係る空調制御装置の第２の実施形態を示す構成図である。

第２の実施形態では、直膨コイル２を出た混合空気を直膨コイル２のコンプレッサ８の熱を利用して加熱することにより、給気温度調節の消費エネルギーを削減させるようにしている。
上記構成において、直膨コイル２で冷却された混合空気は、管３２から分岐した管４２を流れ、ダンパ４０を介してコンプレッサ８の周りに導かれる。コンプレッサ８では、導入された混合空気が外熱により温められた後、管４４を介して再び管３２へ戻される。この温められた混合空気と還気ファン１６からの還気とが管３２においてさらに混合され、冷温水コイル４に導入される。

このように、第２の実施形態によれば、冷温水コイル４には、ある程度加熱された除湿後の混合空気が導入されるため、冷温水コイル４の加温に要するエネルギーを低減することが可能となるばかりでなく、冷温水コイル４の結露を防止でき、装置の長寿命化を達成することができる。しかも、コンプレッサ８で発生する排熱を利用して混合空気を加熱することができ、より一層の省エネルギーが達成できる。

〈第３の実施形態〉
図３は本発明に係る空調制御装置の第３の実施形態を示す構成図である。

第３の実施形態では、直膨コイル２を出た混合空気を直膨コイル２の凝縮器の熱を利用して加熱することにより、給気温度調節の消費エネルギーを削減させるようにしている。

この場合、凝縮器は、第１凝縮器１０Ａと、第２凝縮器１０Ｂとで構成されており、第１凝縮器１０Ａでは、導入された混合空気が加熱され、第２凝縮器１０Ｂは、冷温水コイル４の戻り冷水で冷却される構成となっている。

上記構成において、直膨コイル２で冷却された混合空気は、管３２から分岐した管４２を流れ、ダンパ４０を介して第１凝縮器１０Ａの周りに導かれる。第１凝縮器１０Ａでは、導入された混合空気が外熱により温められた後、管４４を介して再び管３２へ戻される。この温められた混合空気と還気ファン１６からの還気とが管３２においてさらに混合され、冷温水コイル４に導入される。

このように、第３の実施形態によれば、冷温水コイル４には、ある程度加熱された除湿後の混合空気が導入されるため、冷温水コイル４の加温に要するエネルギーを低減することが可能となるばかりでなく、冷温水コイル４の結露を防止でき、装置の長寿命化を達成することができる。しかも、第１凝縮器１０Ａで発生する排熱を利用して混合空気を加熱することができ、より一層の省エネルギーが達成できる。

一方、凝縮器１０Ｂは、冷温水コイル４の冷却後の還り冷水で冷却されるようにしたので、より一層の省エネルギーを達成することができる。

なお、第２の実施形態、第３の実施形態では、直膨コイル２の出側の直後の混合空気をコンプレッサ８又は第１凝縮器１０Ａで加温するように構成したが、冷温水コイル４の入側直前の混合空気をコンプレッサ８又は第１凝縮器１０Ａに導いて加温するようにしても良い。

本発明に係る空調制御装置の第１の実施形態の構成図。 本発明に係る空調制御装置の第２の実施形態の構成図。 本発明に係る空調制御装置の第３の実施形態の構成図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 空調制御装置
２ 直膨コイル
４ 冷温水コイル
６ 給気ファン
８ コンプレッサ
１０ 凝縮器
１０Ａ 第１凝縮器
１０Ｂ 第２凝縮器
１２ 弁
１４ 制御弁
１６ 還気ファン
１８ ，２０，２４，２８，４０ ダンパ
２２，２６，３０，３２，４２，４４ 管
３４ 温度計
３６ 湿度計
３８Ａ，３８Ｂ コントローラ（ＤＤＣ）

Claims (4)

1. 外気と空調対象となる室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する第１の混合機構と、
   この第１の混合機構で生成された混合空気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイルと、
   この直膨コイルで冷却あるいは加熱された外気と前記室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する第２の混合機構と、
   この第２の混合機構で生成された混合空気を導入して前記室内に供給する空気を冷水又は温水により冷却又は加温する冷温水コイルと、
   を具備することを特徴とする空調制御装置。
2. 請求項１に記載の空調制御装置において、
   前記室内の湿度の調節は、室内の測定湿度に基づいて前記直膨コイルに導入する外気と還気の混合比により調節することにより行うことを特徴とする空調制御装置。
3. 請求項１に記載の空調制御装置において、
   前記室内の温度の調節は、室内の測定温度に基づいて前記冷温水コイルの水流量を調節することにより行うことを特徴とする空調制御装置。
4. 請求項１に記載の空調制御装置において、
   直膨コイルを出た空気と混合する還気、あるいは冷温水コイルを通過させる混合空気を前記直膨コイルに冷媒を循環させるために設けられたコンプレッサ及び凝縮器の少なくとも何れかの発熱を利用して加熱する機構を具備することを特徴とする空調制御装置。

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