JP2007271128A - 空調設備 - Google Patents

Abstract

【課題】外気冷房を行う上で、より高い快適感を得られるようにする。
【解決手段】室内空間１に外気を導入自在な外気導入手段Ｇが設けられている空調設備において、対象域の域内温度ｔｚを含む複数種のデータ値をパラメータとする快適指標値の演算モデルを用いて、快適指標値が設定目標値となるように外気導入手段Ｇを制御して外気導入量を調整する空調制御手段１０を設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内空間に外気を導入自在な外気導入手段が設けられている空調設備に関する。

従来、この種の空調設備としては、外気の温度（又はエンタルピ）と、室内の温度（又はエンタルピ）とを比較して、外気の値が室内の値より低い場合に、前記外気導入手段を制御して外気導入量を調整する空調制御手段が設けられていた（例えば、特許文献１参照）。

実公平０７−０５２８１３号公報

上述した従来の空調設備によれば、外気冷房を行うことが可能となるが、室内に導入される空気は、温度（又はエンタルピ）のみに着目してその導入量が調整されることとなる。しかしながら、快適であるとされる温度に室内温度が調整されたとしても、湿度や気流や着衣や熱代謝等の状態が異なれば、必ずしも快適であるとの体感をもつとは限らず、例えば、「暑い」とか、「冷えすぎ」と感じることもある。
即ち、外気冷房において、快適感が不安定になり易い問題点があった。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、外気冷房を行う上で、より高い快適感が得易い空調設備を提供するところにある。

本発明の第１の特徴構成は、室内空間に外気を導入自在な外気導入手段が設けられている空調設備において、対象域の域内温度を含む複数種のデータ値をパラメータとする快適指標値の演算モデルを用いて、前記快適指標値が設定目標値となるように前記外気導入手段を制御して外気導入量を調整する空調制御手段を設けてあるところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、従来のような対象域と外気との温度のみをもとにした空調制御と異なり、対象域の域内温度を含む複数種のデータ値をパラメータとする快適指標値の演算モデルを用いて、前記快適指標値が設定目標値となるように前記外気導入手段を制御して外気導入量を調整することができるから、より肌理の細かな空調制御を実施することが可能となる。
即ち、温度以外にも、複数種のデータ値をパラメータとした快適指標値を用いて空調制御のための演算を行うことで、片寄った空調制御を防止でき、より室内の人が快適と感じやすい環境に空調制御することが可能となる。
従って、室内温度が快適であるとされる値でさえあればよいと言うことに止まらず、一例として、湿度や気流や着衣や熱代謝等のパラメータをも含めた外気導入の制御を実現することが可能となり、外気冷房を行う上で、より高い快適感が得易くなる。
また、当然の事ながら、エネルギーを消費する空調に比べて、外気をそのまま使用する空調であるから、省エネルギー効果が叶えられることは勿論のことである。

本発明の第２の特徴構成は、前記快適指標値は、前記室内空間でのペリメータ域を対象域とした第一快適指標値であるところにある。

室内空間においては、ペリメータ域は、外壁や窓に面しているから、外気環境の影響を受け易く、インテリア域に比べて空調上の環境変化が激しいとされる。即ち、一例としては、窓から差し込む日射状況が変化するだけで、温度や湿度等も変化し、それに伴う快適性も大きく変化し易い。
本発明の第２の特徴構成によれば、本発明の第１の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、前記室内空間でのペリメータ域を対象域とした第一快適指標値の演算モデルを用いて外気導入量を調整制御するから、ペリメータ域での環境変化に対応した空調制御を行うことが可能となり、ペリメータ域での快適性をより向上させることができる。

本発明の第３の特徴構成は、前記室内空間を冷房自在な冷房手段が設けられ、前記空調制御手段には、前記室内空間でのインテリア域を対象域とした第二快適指標値が設定目標値となるように前記冷房手段を運転制御する機能が備えられているところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、外気導入による本発明の第１又は２の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、インテリア域に関しても、環境に適合した空調制御を行うことが可能になり、ペリメータ域、インテリア域を含めた室内空間のそれぞれに適した状態の空調を実現することができる。
また、外気導入のみによる制御の限界を、前記冷房手段の運転制御によって補完して、室内空間全体として肌理の細かな空調を叶えることが可能となる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜４は外気冷房を可能にした空調設備の設備構成を示し、図中、１はビル内におけるオフィスなどの人員収容のある空調対象の対象域（室内空間に相当）であり、この対象域１は、建屋内部の内方側に位置するインテリア域１ａと、ガラス窓を備える外壁寄りのペリメータ域１ｂとに区分される。そして、対象域１の床下空間は、複数の床吹出口２を通じて対象域１に給気する床下給気チャンバ３にしてあり、一方、対象域１の天井には複数の天井排気口４を設けてある。
また、外壁部における窓の下方には、床下の外気導入路１２を通じて外気ＯＡを対象域１のペリメータ域１ｂに取り入れる外気口１３を設けてあると共に、その外気導入路１２を開閉する外気ダンパ１４を設けてある。前記外気導入路１２、外気口１３、外気ダンパ１４を、外気導入手段Ｇと言う。
そして、対象域１における廊下側の欄間部１５は開閉ダンパとして駆動機構により開閉する構造にしてあり、さらに、廊下１６に連通する階段室１７の棟屋部には排気ダンパとして駆動機構により開閉する換気窓１８を設けてある。
従って、外気ダンパ１４、欄間部１５、換気窓１８を開くことにより、温度差による比重差をもって、外気を対象域１内に取り込んで外気冷房を行うことができる。
ここで、前記外気ダンパ１４、欄間部１５、換気窓１８を含めて自然換気ダンパＮという。

５は対象域１に隣接する機械室であり、この機械室５には、冷却コイル，加熱コイル、加湿器などを内蔵するとともに給気ファン６を装備した空調機（冷房手段に相当）７を設置してあると共に、後述する各種センサの情報をもとにして前記外気導入手段Ｇの運転制御や前記空調機７の運転制御を行う制御器（空調制御手段に相当）１０が設けてある。
従って、前記外気導入手段Ｇを制御して、外気ＯＡを対象域１に取り入れて外気冷房を行ったり、空調機７により温湿度調整した空気ＳＡを給気ファン６により床下給気チャンバ３に供給することで（図３参照）、その調整空気ＳＡを床吹出口２から対象域１に供給して対象域１を冷房又は暖房することができる。

８は床吹出口２からの空気吹き出しに伴い天井排気口４を通じて対象域１から排出される域内空気ＲＡを空調機７に戻す還気ダクトであり、空調機７では、還気ダクト８により導かれる空気ＲＡと外気取入ダクト９により導かれる外気ＯＡとの混合空気を温湿度調整して、その温湿度調整した空気ＳＡを床下給気チャンバ３に供給する（図３参照）。

なお、外気取入ダクト９により導く外気ＯＡは、吸着式外調機（デシカント空調機）などにより予調整するようにしてあり、また、還気ダクト８により導く還気空気ＲＡのうちの一部（外気取入ダクト９から外気導入風量に相当する風量）は外部に排気する構成にしてある。

また、対象域１の天井には複数のシーリングファン１１を装備してあり、このシーリングファン１１の運転により対象域１の域内者に対し適度な気流感を与えることで、対象域１の快適性を高めるようにしてある。

一方、対象域１の域内温度ｔｚを検出する域内温度センサＳ１、対象域１の域内湿度ｒｚ（相対湿度）を検出する域内湿度センサＳ２、天井部において放射温度ｔｘを検出する放射温度センサＳ３が、インテリア域１ａ、及び、ペリメータ域１ｂの夫々に設けてあると共に、ゾーン内気流の風速ｖを検出する内部風速センサＳ４が、両ゾーン１ａ，１ｂの境界近くにおける天井部に設けられている。そして、これらとは別に、外気温度ｔｏを検出する外気温度センサＳ５、外気湿度ｒｏを検出する外気湿度センサＳ６が設けられている。
そして、これら各センサの測定結果をもとにして、前記制御器１０によって、前記外気導入手段Ｇや、空調機７等の駆動制御がなされ、室内環境が快適な状態となるように空調される。

制御器１０は冷房運転及び暖房運転での空調機７の運転制御に加え、自然換気モードによる外気冷房運転の運転制御も司るものであり、この制御器１０は、域内温度センサＳ１により検出される域内温度ｔｚ、域内湿度センサＳ２により検出される域内湿度ｒｚ、並びに、外気温度センサＳ５により検出される外気温度ｔｏ、外気湿度センサＳ６により検出される外気湿度ｒｏに基づき、下記（Ａ１）〜（Ａ４）の制御動作による冷房運転を行うように構成してある。

（Ａ１） 検出される外気温度ｔｏ及び外気湿度ｒｏに基づき外気ＯＡのエンタルピｈｏ（以後、外気エンタルピという）を演算し、また、検出される域内温度ｔｚ及び域内湿度ｒｚに基づき対象域１における域内空気ＲＡのエンタルピｈｚ（以後、域内エンタルピという）を演算する。

そして、図１に示すように、外気温度ｔｏが１６℃以上、２８℃未満の範囲内である条件下で、外気エンタルピｈｏが域内エンタルピｈｚよりも低く（ｈｏ＜ｈｚ）、かつ、外気温度ｔｏが域内温度ｔｚよりも低いとき（ｔｏ＜ｔｚ）、外気ダンパ１４、欄間部１５、換気窓１８を開いて自然換気運転を自動的に開始する。
そして、当該自然換気運転中は、前記各センサの測定値、及び、各月毎に更新入力される域内者の代謝量ＡＬ及び着衣量ＣＬ夫々の予測値とに基づき、対象域１（例えば、ペリメータ域１ｂ）のＰＭＶ値（快適指標値の一例）を随時演算し、設定目標値としての−０．５（ＰＭＶ値＝−０．５）にする算定域内温度ｔｚｘを、ＰＭＶ値の演算モデル〔ＰＭＶ値＝ｆ（ｔｚ，ｒｚ，ｔｘ，ｖ，ＡＬ，ＣＬ），空気調和・衛生工学便覧１３版１基礎篇第４３９頁〜第４４３頁参照〕を用いて逆算し、この逆算で得た算定域内温度ｔｚｘを目標域内温度ｔｚｍ（＝ｔｚｘ）となるように、外気ダンパ１４の開度の調整を行う。

（Ａ２） 外気温度ｔｏが１６℃以上、２８℃未満の範囲内である条件下で、外気エンタルピｈｏが域内エンタルピｈｚよりも低く（ｈｏ＜ｈｚ）、且つ、外気温度ｔｏが域内温度ｔｚよりも低く（ｔｏ＜ｔｚ）、且つ、域内温度ｔｚが２４℃以上の場合、図２に示すように、外気ダンパ１４、欄間部１５、換気窓１８を開いて自然換気運転を行うと共に、シーリングファン１１の運転を自動的に開始する。
そして、当該自然換気＋シーリングファン運転中も、同様に、ＰＭＶ値を用いて外気ダンパ１４の開度の調整、及び、シーリングファン１１の風量調整を行う。

（Ａ３） 外気温度ｔｏが１６以上、２８℃未満の範囲内である条件下で、外気エンタルピｈｏが域内エンタルピｈｚよりも低く（ｈｏ＜ｈｚ）、且つ、外気温度ｔｏが域内温度ｔｚよりも低く（ｔｏ＜ｔｚ）、且つ、域内温度ｔｚが２６℃以上の場合、図３に示すように、外気ダンパ１４、欄間部１５、換気窓１８を開いて自然換気運転を行うと共に、シーリングファン１１の運転に並行して、前記空調機７の運転を自動的に開始する。
そして、当該自然換気＋シーリングファン運転＋空調機運転中も、同様に、ＰＭＶ値を用いて外気ダンパ１４の開度の調整、及び、シーリングファン１１の風量調整、空調機７の風量調整を行う。

（Ａ４） 外気温度ｔｏが２８℃以上である条件下で、外気エンタルピｈｏが域内エンタルピｈｚ以上（ｈｏ≧ｈｚ）の場合、図４に示すように、外気ダンパ１４、欄間部１５、換気窓１８を閉じて自然換気運転を停止すると共に、シーリングファン１１、前記空調機７の運転を自動的に行う。
そして、当該シーリングファン運転＋空調機運転中も、同様に、インテリア域１ａでのＰＭＶ値（第２快適指標値の一例）を用いてシーリングファン１１の風量調整、空調機７の風量調整を行う。

以上の各運転制御をまとめると図５のフローチャートの通りとなる。

本実施形態の空調設備によれば、従来のような対象域と外気との温度のみをもとにした空調制御と異なり、より肌理の細かな空調制御を実施することが可能となる。
即ち、温度以外にも、複数種のデータ値をパラメータとした快適指標値を用いて空調制御のための演算を行うことで、片寄った空調制御を防止でき、より室内の人が快適と感じやすい環境に空調制御することが可能となる。
そして、環境状況によっては、自然換気による冷房運転が可能となり、省エネルギー効果が叶えられる。
また、ペリメータ域、インテリア域それぞれでの快適性をより向上させることができる。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉 対象域１の域内温度ｔｚを含む複数のデータ値をパラメータとする快適指標値は、先の実施形態で説明したＰＭＶに限られるものではなく、空調分野において提案されている他の快適指標値であってもよく、場合によっては、域内温度ｔｚと域内湿度ｒｚとのみをパラメータとする不快指数的な快適指標値であってもよい。
また、快適指標値にＰＭＶ値を用いる場合、快適指標値（ＰＭＶ値）の設定目標値は０．５に限られるものではなく、ある程度高い快適度を示す値であれば、どのような値であってもよい。
〈２〉 また、運転制御上の外気温度や域内温度の管理値そのものは、先の実施形態で説明した１６℃、２４℃、２６℃、２８℃に限るものではなく、適宜設定することができる。
〈３〉 自然換気による換気ルートは、先の実施形態では、外気導入路１２〜外気口１３〜対象域１〜欄間部１５〜廊下１６〜階段室１７〜換気窓１８を通したものを説明したが、この構成に限るものではなく、適宜変更することが可能である。要するに、対象域に外気を取り入れ、その取り入れ相当量を室外に排出できるように構成してあればよい。
また、先の実施形態のように、空気の温度差による比重差を利用した自然換気によるものに限らず、ファンによる強制換気であってもよい。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

空調設備の運転状況を示す模式図 空調設備の運転状況を示す模式図 空調設備の運転状況を示す模式図 空調設備の運転状況を示す模式図 空調設備の運転制御を示すフローチャート

符号の説明

１ 対象域（室内空間に相当）
１ａ インテリア域
１ｂ ペリメータ域
７ 空調機（冷房手段に相当）
１０ 制御器（空調制御手段に相当）
Ｇ 外気導入手段
ｔｚ 域内温度

Claims (3)

1. 室内空間に外気を導入自在な外気導入手段が設けられている空調設備であって、
   対象域の域内温度を含む複数種のデータ値をパラメータとする快適指標値の演算モデルを用いて、前記快適指標値が設定目標値となるように前記外気導入手段を制御して外気導入量を調整する空調制御手段を設けてある空調設備。
2. 前記快適指標値は、前記室内空間でのペリメータ域を対象域とした第一快適指標値である請求項１に記載の空調設備。
3. 前記室内空間を冷房自在な冷房手段が設けられ、前記空調制御手段には、前記室内空間でのインテリア域を対象域とした第二快適指標値が設定目標値となるように前記冷房手段を運転制御する機能が備えられている請求項１又は２に記載の空調設備。

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