JP2007263527A - 除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】全熱交換機能を有する外調機と、前記外調機から送給された外気を除湿する除湿機と、前記除湿機で除湿された外気又は外調機から直接送給された外気と空調対象空間からの還気との混合空気を空調対象空間に処理空気として送給する空調機とからなり、かつ前記導入された外気、又は外調機で冷却、除湿された外気の湿度が空調に適した湿度以下であって、前記除湿機を作動しなくても事足りる場合に、前記外気を除湿機を経ることなく外調機から空調機に直接送給するバイパスダクトを備えてなる除湿機併用型空調装置の運転が、計測された空調対象空間Sの温湿度値及び外気の温湿度値に基づいて省エネルギーを達成するのに最適な状態となるよう自動制御される運転制御装置を備えた除湿機併用空調装置の最適運転制御システムによる。
【選択図】 図1
Description
すなわち、外気(新鮮空気)を取り入れ、空調対象空間S内空気の一部を外部に排出する機能を有する外調機1と、空調対象空間Sに温湿度を調節した処理空気を供給する空調機2と、前記外調機1、空調機2、空調対象空間Sを結ぶダクト53、54、55、56、57とで構成された空調システムであって、前記外調機1のハウジング内は、外気を取り入れるための給気室6と、空調対象空間S内空気の一部を外部に排出するための排気室7とに分離され、かつ給気室6と排気室7に跨って全熱交換ロータ71が設けられており、この全熱交換ロータ71によって外気と排気の持つ顕熱と潜熱を同時に交換するとともに、前記給気室6にはファン61によって生じる外気の流れの上流から下流に向けて、外気を加熱する温水コイル81と外気を一次冷却する冷水コイル83が、また、必要に応じて外気を加湿する加湿器91が配置され、外気の温湿度の一次調節を行ってダクト57により空調機2に送られる。
そして空調機2のハウジング内には、空気の流れの上流から下流に向けて順次、外調機1からの外気と空調対象空間Sからの還気が混じった空気を過冷却する冷水コイル84、冷水コイル84で過冷却された空気を加熱する温水コイル82を備えて、ファン65によって空調対象空間Sへ送り込む処理空気の温湿度調整を行っている。
しかし、収容可能人員の多い空調対象空間Sに大勢の人が入場し、その人員密度が2.5人/m2に達するというような混雑した状態において、上記のような好適な温湿度条件で空調を行う場合には、空調機2の冷水コイル84の除湿能力の限界により、空調対象空間Sに送給する風量は膨大なものとなる。
また、冷水コイル84へ供給する水の温度を低下させて冷水コイル84の除湿効果の限界を高めれば空調対象空間Sへの送給風量の削減は可能だが、冷凍機等の熱源機器で水温をより一層低下させなければならず、使用できる熱源機器が限られたり、熱源機器の外形寸法が増大したり、熱源機器の効率が低下したりする等の問題が生じる。
すなわち、ハウジング内の仕切壁によって、外気(新鮮空気)を導入するための給気室6と空調対象空間Sからの還気の一部である排気を外部に排出するための排気室7に2分され、かつ給気室6と排気室7に跨って全熱交換ロータ71が設けられ、この全熱交換ロータ71によって外気と排気の持つ顕熱と潜熱を同時に交換する全熱交換機4と、
ハウジング内の仕切壁によって前記全熱交換機4から送給された外気の除湿を行う除湿室8と別途外部から取り入れた空気を加熱して除湿剤を乾燥させる乾燥室9とに2分され、かつ除湿室8と乾燥室9に跨って除湿剤使用の除湿ロータ72が設けられ、また除湿室8には全熱交換機4から送給された外気を冷却又は加熱する冷温コイル85が前記除湿ロータ72の上流に配置されてなる除湿機3と、
前記除湿ロータ72により除湿されてダクト52から送給された空気と空調対象空間Sからの還気とが混じった処理空気を冷却又は加熱する冷温コイル86、及び必要に応じて空調対象空間Sへ送り込む処理空気に加湿する加湿器92を有する空調機2と、
前記全熱交換機4、除湿機3、空調機2及び空調対象空間Sを結ぶダクト51、52、53、54、55、56からなる空調システムである。
本発明は、上記課題に鑑み、上記特願2006−55365号の空調システムの完全自動制御化を実現しようとするものである。
〔1〕導入された外気と、空調対象空間からの還気の一部である排気とを全熱交換して前記外気の冷却、除湿、又は加熱、加湿する外調機と、前記外調機から送給された外気を除湿する除湿機と、前記除湿機で除湿された外気と外調機から直接送給された外気と空調対象空間からの還気との3者の混合空気、あるいは外調機から直接送給された外気と空調対象空間からの還気との混合空気を冷却、又は加熱、加湿して前記空調対象空間に処理空気として送給する空調機とからなり、かつ前記導入された外気、又は外調機で冷却、除湿された外気の湿度が空調に適した湿度以下であって、前記除湿機を作動しなくても事足りる場合に、前記外気を除湿機を経ることなく外調機から空調機に直接送給するために、前記外調機と空調機との間にバイパスダクトを備えてなる除湿機併用型空調装置に係る空調システムにおいて、
前記外調機、空調機及び除湿機の運転が、計測された空調対象空間Sの温湿度値及び外気の温湿度値に基づいて省エネルギーを達成するのに最適な状態となるよう自動制御される運転制御装置を備えてなることを特徴とする除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。
(1)除湿負荷が、外調機及び空調機の冷却機能によって除湿可能な量を超えた場合には、外調機、空調機、除湿機を作動させ、
(2)除湿負荷が、外調機及び空調機の冷却機能によって除湿可能な量より少なく、かつ外気の温度と絶対湿度が前記空調環境条件として入力された室内設定温湿度値の絶対湿度より小さい場合には、外気の導入量を増加させ、外気による空調を優先させるよう外調機と空調機を作動させ、
(3)除湿負荷が、外調機及び空調機の冷却機能によって除湿可能な量より少なく、かつ外気の温度と絶対湿度が前記空調環境条件として入力された室内設定温湿度値の絶対湿度を超えている場合には、外調機を通常運転するように外調機と空調機を作動させるよう自動制御するものであることを特徴とする前項〔1〕又は〔2〕に記載の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。
(ア)本発明の除湿機併用型空調装置が、計測された空調対象空間の室内温湿度値及び外気の温湿度値に基づいて外調機、空調機、除湿機の運転を制御する運転制御装置を備え、該運転制御装置が、空調対象空間の使用想定人数や室内設定温湿度値等あらかじめ入力された空調環境条件と計測された前記室内温湿度値及び外気温湿度値から、より少ない消費エネルギーで先に設定された空調環境条件を維持するよう外調機、空調機、除湿機の運転を制御するので、省エネを考慮した最適運転が可能になる。
(イ)前記運転制御装置が、空調対象空間の使用想定人数から該空調対象空間での除湿負荷を算出し、該除湿負荷と外調機及び空調機の冷却機能によって除湿可能な量とを比較し除湿負荷が除湿可能な量より少ない場合には、除湿機の運転を停止するよう制御し、かつ除湿機が停止したときに外調機から空調機に除湿機を経ることなく外気を直接送給するバイパスダクトを備えているので、除湿機のガスバーナーとファンを停止でき、省エネルギー効果が増大する。
(ウ)外調機のファンにインバータを備え、外気の導入風量、及び排気の排出風量を制御できるので、空調対象空間の使用想定人数に対応しての外気導入が可能になり、また外気の温湿度が低い場合、外調機での冷却、除湿を行うことなく外気のみでの冷却、除湿ができ、空調装置の省エネルギー化が図れる。
図1は、本発明の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システムの作用を説明するフローチャート、図2は本発明の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システムを採用した除湿機併用型空調装置の概念図である。
図において1は外調機、2は空調機、3は除湿機、4は運転制御装置、6は給気室、7は排気室、8は除湿室、9は乾燥室、41は外気温湿度センサ、42は室内温湿度センサ、50はバイパスダクト、51、52、53、54、55、56はダクト、5a、5bはバイパス手段、61、62、63、64、65はファン、71は全熱交換ロータ、72は除湿ロータ、81、82は温水コイル、83、84は冷水コイル、91は加湿器、Bはガスバーナー、Sは空調対象空間である。
本発明における除湿機併用型空調装置は、外調機1、空調機2、除湿機3とで構成される空調装置であり、除湿機3の運転の作動・停止の制御が可能なものであれば採用できる運転制御システムである。
本発明における除湿機併用型空調装置の一例としては、図2に示すように、
導入された外気と、空調対象空間Sからの還気の一部である排気とを全熱交換して前記外気の冷却、除湿、又は加熱、加湿を行う外調機1と、前記外調機1から送給された外気を除湿する除湿機3と、前記除湿機3で除湿された外気と外調機1から直接送給された外気と空調対象空間Sからの還気との3者の混合空気、あるいは外調機1から直接送給された外気と空調対象空間Sからの還気との混合空気を冷却、又は加熱、加湿して前記空調対象空間Sに処理空気として送給する空調機2とからなる除湿機併用型空調装置にあって、前記導入された外気、又は外調機1で冷却、除湿された外気の湿度が空調に適した湿度以下であって、前記除湿機3を作動しなくても事足りる場合に、前記外気を除湿機3を経ることなく外調機1から空調機2に直接送給するために、前記外調機1と空調機2との間にバイパスダクト50を備えている。
そして、前記外調機1は、そのハウジング内の仕切壁によって外気を導入する給気室6と空調対象空間Sからの還気の一部である排気を導入する排気室7とに2分されており、その給気室6と排気室7とに跨って前記外気と排気間の全熱交換を行う全熱交換ロータ71が配設され、前記給気室6には外気を導入し給気室6内に気流を起こすファン61と、前記全熱交換ロータ71によって熱交換された外気を加熱する温水コイル81、及び冷却する冷水コイル83が、また前記排気室7には前記全熱交換ロータ71で熱交換された排気を外部に排出するファン62が備えられている。
さらに、前記外調機1の全熱交換ロータ71には導入された外気と空調対象空間Sからの還気の一部である排気との間での熱交換を必要としない場合に、全熱交換ロータ71をバイパスして外気を導入し排気を排出するバイパス手段5a、5bが備えられ、また、前記外調機1のファン61、62にはインバータが備えられ、外気の導入風量、及び排気の排出風量を制御可能にしている。
そして、前記空調機2は、前記除湿機3から送給された処理外気、又は前記バイパスダクト50を介して外調機1から直接送給された外気と、前記空調対象空間Sからの還気との混合空気を冷却する冷水コイル84及び加熱する温水コイル82を備えている。
なお、取り入れられた外気が乾燥していて除湿の必要がなかったり、前記外調機1での除湿によって空調に必要な湿度前後の空気が得られたりして除湿機3を作動しなくても事足りる場合には、それまで前記除湿機3に送給していた外気を外調機1から空調機2に直接送給するためのバイパスダクト50に送給するよう切り替えられる構成となっている。
そしてまた、前記給気室6と排気室7にはインバーターを付加したファン61、62を設け、前記ファン61、62の回転数を制御することによって導入する外気量及び外部に排出する排気量の制御を可能としており、少ない入場人員数の場合には外気の導入を抑制して空調対象空間Sからの還気の循環利用量を増やし、効率のよい空調が行えるようにしている。
さらに、空調対象空間Sにおいて冷却や除湿が必要で、かつ外気の温湿度が室内設定温湿度よりも低く全熱交換ロータ71での熱交換の必要がない場合には、全熱交換ロータ71の動作を停止して外気を送給できるようバイパス手段5a、5bが備えられている。
なお、本発明における最適運転とは、省エネルギーを達成するのに最適な状態で除湿機併用型空調装置が運転されることであり、本発明は、外気の状況や空調対象空間の状況に合わせて空調装置の運転が無駄なくなされるよう自動的に制御される制御システムである。
そして、運転制御装置4は、空調対象空間Sの使用想定人数、空調対象空間Sの室内設定温湿度値及び前記外気温湿度センサ41及び空調対象空間S内の室内温湿度センサ42の計測値に基づいて、省エネルギーを達成するのに最適な状態となるよう外調機1、空調機2及び除湿機3の運転の作動・停止を自動制御する。
自動制御の一例としては、前記運転制御装置4が、まず最初に空調対象空間Sの使用想定人数、室内設定温湿度値から前記空調対象空間Sでの除湿負荷を算出する。そして、次に算出された除湿負荷と、外気温湿度センサ41及び空調対象空間S内の室内温湿度センサ42の計測値に基づいて、省エネルギーを達成するのに最適な状態となるよう外調機1、空調機2及び除湿機3の運転の作動・停止を以下のように自動制御する。
制御1.前記除湿負荷が、外調機1及び空調機2の冷却機能によって除湿可能な量を超えた場合、「除湿機運転必要」と判断し、外調機1、空調機2、除湿機3を作動させる。
制御2.前記除湿負荷が、外調機1及び空調機2の冷却機能によって除湿可能な量より少なく、かつ外気の温度と絶対湿度が室内の設定温湿度値の絶対湿度より小さい場合、「除湿機運転不要」「外調機の全熱ロータによる熱交換不要」と判断し、外気を外調機1で熱交換処理することなく空調機2へ直接送給し、外気による空調を優先させるよう外調機1と空調機2を作動させる。
この際、外気の導入風量を変更できるように制御することもできる。
制御3.前記除湿負荷が、外調機1及び空調機2の冷却機能によって除湿可能な量より少なく、かつ外気の温度と絶対湿度が室内の設定温湿度値の絶対湿度を超えている場合、「除湿機運転不要」、「外調機による熱交換必要」と判断し、外調機1を通常運転するように外調機1と空調機2を作動させる。
外調機1の通常運転とは、外気と排気の持つ顕熱と潜熱の交換のために外調機1内の全熱交換ロータ71の作動や、外気を加熱する温水コイル81や外気を一次冷却する冷水コイル83の作動、あるいは必要に応じて外気を加湿する加湿器91の作動が行われる運転である。
なお、上記制御1、2、3は本発明の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システムにおける一実施例として挙げたものに過ぎず、除湿機併用型空調装置の設置場所や空調対象空間Sの大きさ、使用状況、使用目的、使用している人の平均年齢、あるいは季節等、環境や状況を考慮して、様々な制御パターンを設けることができる。
例えば、制御2において、空調対象空間Sの入場人員数が少ない場合には、外気の取り入れ風量を制御し、外気の導入風量を減らすとともに排気量を減らし、空調対象空間Sからの還気の再利用率を高め、入場人員数の変動が大きい場合に、効率的な空調ができるようにする制御パターンを別に設定することもできる。
前記外気温湿度センサ41は、外気の温度、相対湿度等、室内温湿度センサ42は、室内の温度、相対湿度等、空調に必要な情報を計測し、運転制御装置4に計測値を送る。
前記外気温湿度センサ41、室内温湿度センサ42は、いずれも1個又は複数個設置してもよく、また室内温湿度センサ42は、空調対象空間S内に設置しても、空調対象空間Sに配置される空調機2の還気ダクト54に備えてもよい。
また、前記運転制御装置4は、除湿機併用型空調装置を構成する外調機1、空調機2、除湿機3との間に、これら構成機器の作動・停止を制御するための制御回線を備えている。
まずステップ1(S1)では、運転制御装置4に空調対象空間Sの使用想定人員、空調対象空間Sの室内設定温湿度値及び、外気温湿度センサ41の計測値である外気温度、相対湿度が入力される。この際外気温湿度センサ41と運転制御装置4との間に外気温湿度センサ41の計測値を伝送する信号回線を設けて、外気温湿度センサ41の計測値を随時運転制御装置4に自動入力されるようにしておくことにより、外気の温湿度の変化に素早く対応でき、無駄のない運転制御が可能となる。
ステップ2(S2)では、前記入力された空調対象空間Sの使用想定人員、空調対象空間Sの室内設定温湿度値、及び外気温湿度センサ41の計測値に基づいて、空調対象空間Sでの除湿負荷、外調機1及び空調機2での除湿可能な量(除湿量)、温湿度値の低い導入外気による外冷除湿量が運転制御装置4において算出される。この際、外気のエンタルピと露点温度、空調対象空間Sの室内設定エンタルピと露点温度など、空調に関する情報を算出しておくことが望ましい。
ステップ3(S3)では、ステップ2で算出された空調対象空間Sでの除湿負荷と、外調機1及び空調機2での除湿量とを比較し、前記除湿負荷が前記外調機1及び空調機2での除湿量より多い場合(図においてはNOの場合)には、運転制御装置4が「除湿機運転必要」と判断して外調機1、空調機2、除湿機3を作動させる「制御1」を選択し、各装置を作動させる。
すなわち、外気の湿度が空調に適した湿度(設定湿度)より高く、外調機1や空調機2による除湿量では空調に適した湿度にならない場合に除湿機3を作動させて空調に適した湿度まで除湿させる前記「制御1」を選択し、運転制御装置が外調機1、空調機2、除湿機3のすべてを作動するように制御する。
これは、例えば、外気湿度が空調に適した湿度より低く、外調機1や空調機2による除湿によって空調に適した湿度(設定湿度)が得られる場合には、除湿機3を停止し、導入外気を外調機1と空調機2の間に配設されたバイパスダクト50に送給するように切り替えて、除湿機3を経ることなく外調機1から空調機2に直接送給するように制御する。
これによって、除湿機3のファン63、64の運転とガスバーナーへのガスの供給が不要となり省エネルギー化が図られることになる。
例えば、空調対象空間Sにおいて冷却や除湿が必要な場合で、外気の温湿度が室内設定温湿度より低いときには、「制御2」により外調機の全熱交換ロータを停止し、外気を直接空調機2を介して空調対象空間Sに送給するよう制御される。
2: 空調機
3: 除湿機
4: 運転制御装置
6: 給気室
7: 排気室
8: 除湿室
9: 乾燥室
41:外気温湿度センサ
42:室内温湿度センサ
50:バイパスダクト
51、52、53、54、55、56:ダクト
5a、5b:バイパス手段
61、62、63、64、65:ファン
71:全熱交換ロータ
72:除湿ロータ
81、82:温水コイル
83、84:冷水コイル
91:加湿器
B: ガスバーナー
S: 空調対象空間
Claims (7)
- 導入された外気と、空調対象空間からの還気の一部である排気とを全熱交換して前記外気の冷却、除湿、又は加熱、加湿する外調機1と、前記外調機1から送給された外気を除湿する除湿機3と、前記除湿機3で除湿された外気と外調機1から直接送給された外気と空調対象空間Sからの還気との3者の混合空気、あるいは外調機1から直接送給された外気と空調対象空間Sからの還気との混合空気を冷却、除湿又は加熱、加湿して前記空調対象空間Sに処理空気として送給する空調機2とからなり、かつ前記導入された外気、又は外調機1で冷却、除湿された外気の湿度が空調に適した湿度以下であって、前記除湿機3を作動しなくても事足りる場合に、前記外気を除湿機3を経ることなく外調機1から空調機2に直接送給するために、前記外調機1と空調機2との間にバイパスダクト50を備えてなる除湿機併用型空調装置に係る空調システムにおいて、
前記外調機1、空調機2及び除湿機3の運転が、計測された空調対象空間Sの温湿度値及び外気の温湿度値に基づいて省エネルギーを達成するのに最適な状態となるよう自動制御される運転制御装置4を備えてなることを特徴とする除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。 - 前記運転制御装置4が、空調対象空間Sの使用想定人数、空調対象空間Sの室内設定温湿度値等あらかじめ入力された空調環境条件と、前記室内温湿度値及び外気温湿度値を計測する室内温湿度センサ42及び外気温湿度センサ41の計測値に基づいて、省エネルギーを達成するのに最適な状態となるよう外調機1、空調機2及び除湿機3の運転の作動・停止を自動制御するものであることを特徴とする請求項1に記載の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。
- 前記運転制御装置4が、使用想定人数から空調対象空間Sでの除湿負荷を算出し、かつ、前記除湿負荷と外調機1及び空調機2の除湿能力の比較を行って、空調対象空間Sの使用想定人数に適合して設定された空調対象空間Sの室内温湿度を、省エネルギーで達成するよう外調機1、空調機2及び除湿機3の運転の作動・停止を自動制御するものであって、
(1)除湿負荷が、外調機1及び空調機2の冷却機能によって除湿可能な量を超えた場合には、外調機1、空調機2、除湿機3を作動させ、
(2)除湿負荷が、外調機1及び空調機2の冷却機能によって除湿可能な量より少なく、かつ外気の温度と絶対湿度が前記空調環境条件として入力された室内設定温湿度値の絶対湿度より小さい場合には、外気の導入量を増加させ、外気による空調を優先させるよう外調機1と空調機2を作動させ、
(3)除湿負荷が、外調機1及び空調機2の冷却機能によって除湿可能な量より少なく、かつ外気の温度と絶対湿度が前記空調環境条件として入力された室内設定温湿度値の絶対湿度を超えている場合には、外調機1を通常運転するように外調機1と空調機2を作動させるよう自動制御するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。 - 前記除湿機併用型空調装置の外調機1の全熱交換ロータ71が、導入された外気と空調対象空間からの還気の一部である排気との間での熱交換を必要としない場合に、全熱交換ロータ71をバイパスして外気を導入し排気を排出するバイパス手段5a、5bを備えてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。
- 前記除湿機併用型空調装置の外調機1のファン61、62がインバータを備え、外気の導入風量、及び排気の排出風量を制御可能にしてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。
- 前記除湿機併用型空調装置の空調機2が、前記除湿機3から送給された処理外気、又は前記バイパスダクト50を介して外調機1から直接送給された空気と、前記空調対象空間Sからの還気との混合空気を冷却する冷水コイル84又は加熱する温水コイル82を備えてなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。
- 前記除湿機併用型空調装置の空調機2が、前記除湿機3から送給された処理外気、又は前記バイパスダクト50を介して外調機1から直接送給された空気と、前記空調対象空間Sからの還気との混合空気を冷却する冷水コイル84及び加熱する温水コイル82を備えてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の除湿機併用型空調装置の最適運転制御システム。
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