JP2011106692A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】外気導入の空調システムにおける顕著な省エネ化を実現する。
【解決手段】リターンダクト９と外気導入ダクト１０の交点に熱交換素子１３を設けて、低温外気とリターン空気との熱交換により外気冷熱のみを導入する。これによって、室内湿度制御に要するエネルギー増を回避できる。更に、熱交換素子１３によって外気との熱交換後の冷却状態のリターン空気を、空調機６へと流入させる構成とすることで、例えば、リターン空気を熱交換素子１３で冷却してから、空調機６で冷却させることができ、空調装置の負荷を軽減でき、空調装置に関する省エネ効果が高いものとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーバルーム等の室内空調を行う空調システムに関する。

従来より、例えばサーバルーム等の室内空調を行う空調システムに関して、省電力化を図る技術が提案されており、例えば、特許文献１、２に記載の従来技術が知られている。これら特許文献１，２の従来技術では、外気を導入することで省電力化を図る手法が提案されている。

特許文献１の従来技術では、外気温度に基づいて外気導入判断を行って、低温外気を導入している。具体的には、外気が所定温度以下の場合には外気導入送風運転を行い、外気が所定温度以上の場合には外気導入せずに室内空調運転を行う。また、外気導入する場合に外気をそのまま室内へと導入している。

特許文献２の従来技術では、外気の風路と内部空気の風路とが独立して設けられており、外気が室内に導入されない構成とし、更にこれら外気風路と内部空気風路の交点に熱交換素子を配置して、この熱交換素子によって外気と内部空気の顕熱を交換する手法が提案されている。例えば、外気温度が内部空気温度より低い場合には、熱交換素子によって外気と内部空気との熱交換が行われることで、内部空気が冷却されることになる。

このように、特許文献１，２は何れも外気導入する構成であるが、特許文献１では外気を直接室内へと導入する構成であるのに対して、特許文献２では室内へ導入せずに、熱交換により外気冷熱のみを導入する構成となっている。

また、特許文献２では、上記外気と内部空気の熱交換による冷却方式と既存のヒートポンプによる冷却方式とを各々単独で使用し、または併用可能としている。
また、特許文献２では、以下のように、外気の温度に基づいた制御を行っている。

35℃≦外気・・・外気導入+補助冷却装置
0＜外気＜35℃・・外気導入のみ
外気≦0℃・・・・補助加熱のみ
また、特許文献２では、熱交換素子と補助冷却装置とを並べて配置して、これらに内部空気を並列に流すことも提案している。

尚、上記内部空気とは、室内から空調システムへと戻される空気（リターン空気と呼ぶ）のことである。サーバルーム等の場合、多数の大型のサーバ装置が設置されている為、これらサーバ装置からの発熱量が多く、空調装置による冷却を常に必要としている。リターン空気は、上記熱交換素子や補助冷却装置等の空調装置によって冷却され、この冷却された空気である冷気が室内へと送出される。この冷気によってサーバ装置等が冷却されるが、これによって冷気は暖められて温度上昇し暖気となる。この暖気が上記リターン空気に相当する。

特開２００９−６３２２６号公報 特開２００５−１６４１３８号公報

上述した外気導入する従来技術のうち、まず、上記特許文献１の従来技術では、上記の通り、外気の温度が低い場合には外気を空調制御対象室内に導入することで、省エネ化を図っている。

しかしながら、空調制御対象空間が特にサーバルーム等のようにコンピュータが設置されている室内空間である場合には、温度だけでなく湿度の制御も重要である。すなわち、コンピュータを安定して動作させる為の温度、湿度等の使用環境条件が定められているので、この様な室内空間が一定範囲の温度、湿度に保たれるように空調制御する必要がある。

この為、上記特許文献１のように外気を室内に直接導入する構成の場合、たとえ温度に関しては制御の必要がない場合であっても、外気の湿度の状態によっては、湿度を所定範囲内とする制御を行なう必要が生じる。この為、この様な外気を室内に導入する従来方法では、湿度制御の為に多大な潜熱負荷処理(加湿器による加湿又は冷却コイルでの除湿)が必要となる場合が生じ、かえって電力消費量が増大する可能性がある。

上記特許文献１の手法では、外気の湿度に関しては何等考慮しておらず、例えば外気の湿度が極端に大きい（または極端に小さい）場合であっても、外気温度が所定温度以下であれば外気導入送風運転を行っており、上述した問題が生じる。

一方、特許文献２の従来技術では、上記の通り、外気を室内に直接導入するようなことはしないで、熱交換素子を用いて外気−内部空気間で熱交換を行う方式としているので、外気の湿度の影響を受けることはなく、上記特許文献１のような湿度制御による電力消費量増大の問題は生じない。

しかしながら、特許文献２の従来技術では、以下の問題が生じる。
まず、上記のように、特許文献２では、外気が35℃以上の高温の場合でも、外気導入を行っているので、例えば外気温度40℃で内部空気温度が30℃のような場合、熱交換素子では内部空気を加熱することになり、補助冷却装置の負荷がかえって増大する。この状態では、並べて配置されている熱交換素子と補助冷却装置とにおいて、片一方が加熱、他方が冷却となり無駄が生じる。

ここで特許文献２では、上記の通り熱交換素子と補助冷却装置が並べて配置して、これらに空気を並列に流すようにしているのは、段落００１２等に記載のように、並列に流すことにより熱交換素子と補助冷却装置の各々が大きな温度差で熱交換できる為、効率の高い冷却装置が得られるからである。しかしながら、この方法では、補助冷却装置の負荷を軽減するという省エネ化の観点からは問題がある。例えば、補助冷却装置における顕熱（温度差）負荷が軽減されない。

また、特許文献２では、外気温度のみに基づいて制御しており、外気導入の結果を検出していない為、補助冷却装置をどのように省エネ運転するかの記載が無い。例えば、熱交換素子を通過後の内部空気の温度を検出していない為、更に上記のように空気を並列に流す構成としている為、例えば、外気導入による冷却効果に応じて補助冷却装置の出力をどの程度にすべきなのか制御する様なことはできない。つまり、外気導入による冷却効果を、補助冷却装置の省エネ化に充分に生かすという観点からは、未解決の問題がある。

更に、引用文献１，２では何れも外気温度が比較的低い場合には、外気導入のみを行っているが、外気導入のみで常に室内温度を所定温度範囲に保てるという保証はない。引用
文献１では、外気導入のみで室内温度を所定温度範囲に維持できると予想される外気温を閾値として用いて、外気導入のみか否かの判定を行っているが、実際に予想通りになるとは限らない。

本発明の課題は、外気を導入する空調システムにおいて、熱交換素子を用いることで外気冷熱のみを導入でき室内湿度制御に要するエネルギー増を回避できると共に、熱交換素子から空調機へと空気を直列に流す構成とすることで、空調装置に係わる顕著な省エネ効果が得られる空調システム等を提供することである。

本発明の空調システムは、空調対象空間から吸引するリターン空気を、熱交換素子を通過させた後、空調機へ流入させる為のリターンダクトと、外部から導入する外気を、前記熱交換素子を通過させた後、再び前記外部へと排出する為の外気導入ダクトと、自己を通過する前記リターン空気と前記外気との熱交換を行う前記熱交換素子と、前記熱交換素子を通過後のリターン空気を、そのまま又は冷却して、前記空調対象空間へ送出する前記空調機とを有する。

上記構成の空調システムによれば、外気冷熱のみを導入することで室内湿度制御に要するエネルギー増を回避できると共に、熱交換素子から空調機へと空気を直列に流す構成としたことで、空調装置に係わる顕著な省エネ効果を得ることができる。

本発明の空調システムによれば、外気を利用する空調システムにおいて、熱交換素子を用いることで外気冷熱のみを導入でき室内湿度制御に要するエネルギー増を回避できると共に、熱交換素子から空調機へと空気を直列に流す構成とすることで、後段に設置する空調機の負荷を極力抑え、空調装置に係わる顕著な省エネ効果が得られる。

本例の空調システムの構成図である。 制御コントローラによる制御処理のフローチャート図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本例の空調システムの構成図である。
図示の例では、空調システムによる空調制御対象空間は、例えばインターネット・データセンタ等のサーバルームであるものとする。ここでは説明上、空調制御対象空間としてサーバルームを用いるが、この例に限らなく、例えば、単なる電算機室であっても構わない。要は、従来技術や課題で述べたように、空調制御対象空間は、温度及び湿度を所定範囲内に維持する必要がある空間となる。

このサーバルームは、システム天井３ａ及び二重床１ａにより、図示の通り、天井裏３、部屋２、床下１の三層に区画されている。そして、部屋２内には、情報処理機器を上下方向に搭載したラックである情報処理機器搭載ラック５が、整列して列をなし、当該ラック列が複数設置されている。

尚、図１にはサーバルーム内の構成の一例を示しているだけであり、この様な構成に限るものではない。但し、サーバルーム内がどの様な構成であっても、後述する空調機６からの冷気吹出口と、リターンダクト９への暖気流入口は存在する。

このサーバルームと同じ建物内にあって当該サーバルームの隣には、壁により仕切られた機械室４がある。この機械室４内には後述する各種構成があり、これに加え冷熱源１４や制御コントローラ１６がある。これらの機器によりサーバルーム内の温度を調整・制御する。これが本例の“空調システム”に相当する。また、この“空調システム”の構成における冷熱源１４と後述する空調機６を、“空調装置”と呼ぶものとする。

本例の“空調システム”は、機械室４内の後述する各種構成及び冷熱源１４を、コントローラ１６による制御によって、“空調装置”に関する顕著な省エネ効果を奏するものである。且つ、上記特許文献２と同様に、外気導入による室内湿度制御に要するエネルギー増を回避できるものである。制御コントローラ１６による制御処理は、後に図２を参照して説明する。

上記機械室４のリターンダクト９には、上記天井裏３からリターン空気が暖気状態で吸引され、機械室４内の後述する構成等によってこのリターン空気が冷却されて、冷気状態で床下１へと送出される。この冷気状態の空気は、床下１から二重床１ａに設けられた孔等を介して、部屋２内に流入し、情報処理機器搭載ラック５に搭載されている情報処理機器等を冷却することで暖められて、システム天井３ａに設けられた孔等を介して天井裏３へと流入し、上記暖気状態のリターン空気として再び機械室４のリターンダクト９へと吸引されることになる。

上記機械室４内の各種構成について、以下に説明する。
まず、機械室４内には図示の空調機６が設けられている。空調機６には、機械室４の外に設置されている冷熱源１４から、配管等を介して、冷媒として冷水１５が供給されている。これら空調機６や冷熱源１４等から成る空調装置は、それ自体は既存の構成であるので、以下、簡単に説明する。なお冷媒は流動抵抗が低く、且つ十分な熱交換ができれば良いが、ここでは一例として冷水を用いるものとする。

空調機６は送風機７、冷却コイル８等から成り、冷却コイル８に対して冷熱源１４から冷水１５が供給され、空調機６への流入空気が冷却コイル８によって冷却される。これは、流入空気と供給冷水１５との間で熱交換を行うことにより流入空気を冷気状態の空気にし、この冷気状態の空気が送風機７によって床下１へと送風される。但し、冷熱源１４が運転停止している状態では、流入空気は冷却されずにそのまま送風機７によって床下１へと送風されることになる。

冷熱源１４は、制御コントローラ１６によって制御される。すなわち、制御コントローラ１６は、冷熱源１４を運転／停止することにより冷水１５の供給開始／供給ストップ等を制御し、更に冷水１５の温度や供給量の調整等も行う。例えば、冷水１５の供給量の調整は、冷熱源１４内の不図示のポンプの回転数を制御することで行われる。そして、冷水１５の供給量を調整することで、冷却コイル８による流入空気の冷却能力が調整されることになる。また、ポンプ回転数が大きければ大きいほど、空調装置に関する消費電力が大きくなる。そこで、冷熱源１４を運転停止している状態では、空調装置に関する消費電力が非常に小さくなる。

尚、制御コントローラ１６の設置場所は、何処でもよく例えば、機械室４内であっても良いし、サーバルーム内等であっても良い。
本構成においては、機械室４内には、上記の空調装置に加え、更に図示のリターンダクト９、外気導入ダクト１０、及び熱交換素子１３が設けられている。

リターンダクト９は、天井裏３から吸引したリターン空気を、熱交換素子１３を通過さ
せた後、空調機６へと流入させる為のダクトである。
外気導入ダクト１０は、建物の外の空気（以降、外気と呼ぶ）を流入させて、この外気を熱交換素子１３に通過させた後、建物の外へと排出する為のダクトである。外気導入ダクト１０には、その外気導入口に外気導入口開閉シャッタ１１が設けられており、その外気排出口に外気送風ファン１２が設けられている。

つまり、外気の風路（外気導入ダクト１０）と、内部空気の風路（リターンダクト９）とが各々独立して設けられており、外気がリターンダクト９内に流入しない構成となっているので、外気は室内に導入されない。

熱交換素子１３は、リターンダクト９と外気導入ダクト１０の交点に設けられている。この熱交換素子１３によって、上記暖気状態のリターン空気と外気との間での熱交換が行われる。つまり、リターン空気の温度が外気の温度より高ければ、リターン空気が冷却されて温度低下することになる一方で、外気の温度は上昇する。

リターン空気の温度が外気の温度より低ければ、リターン空気が暖められて温度上昇することになる。しかしながら、本手法では、後述する制御コントローラ１６による外気導入口開閉シャッタ１１の開閉制御によって、外気の温度がリターン空気温度より高い場合には、外気導入口開閉シャッタ１１を閉じることで、外気導入を行わないようにする。つまり、外気導入せずに室内空調運転を行う。これによって、外気によってリターン空気が暖められて温度上昇するという本末転倒の事態は、生じない。

熱交換素子１３の構成自体は、例えば上記特許文献２等で示されるように従来構成である。例えば、熱交換素子１３は、互いが仕切られた第一風路及び第二風路を有し、第一風路はリターンダクト９と連通させ、第二風路は外気導入ダクト１０と連通させている。そして、第一風路を通過する空気と、第二風路を通過する空気とで熱交換が行われる構成となっている。

上記構成では、一方の風路の空気が、他方の風路に流入するようなことは無い。よって、外気がリターンダクト９内に流入することはなく、外気が空調対象空間内に流入するようなことはない。そこで、外気の湿度によって室内湿度が影響されることはない。

尚、熱交換素子１３の構成は、例えば特許文献２等で示される流路を樹脂形成した伝熱板を積層した構成等であっても良いが、この例に限るものではなく、他の既存の構成であっても良い。

このように、外気とリターン空気との熱交換により外気冷熱のみを導入するシステム構成とすることで、外気導入による室内湿度変化が無いため、加湿又は除湿等の室内湿度制御に要するエネルギー増を回避できる。

また、既に述べた通り、外気導入口開閉シャッタ１１の開閉制御によって、外気導入する場合には常に熱交換素子１３によってリターン空気を冷却することができる。
そして、熱交換素子１３によって外気と熱交換した冷却後のリターン空気を、空調機６へと流入させる構成とすることで熱交換素子１３と空調機６とを“並列”ではなく、“直列”の構成とする。例えば、リターン空気を熱交換素子１３で冷却してから、空調機６で冷却させることができ、空調装置の顕熱（温度差）負荷を軽減でき、空調装置に関する省エネ効果が高いものとなる。

あるいは、上記“直列”の構成では、熱交換素子１３によって外気と熱交換した冷却後のリターン空気の温度を検出することで、この冷却後リターン空気を更に空調機６で冷却
する必要があるか否かを判別し、必要が無ければ冷熱源１４を停止し、必要がある場合のみ冷熱源１４を運転することができる。これによって、空調装置に関する省エネ効果が得られると共に、熱交換素子１３による冷却だけでは不十分な場合には冷熱源１４を運転させてサーバルーム内温度を所定温度範囲内に維持する。

従来では上記の通り、外気温度のみに基づいて制御を行っており、外気導入のみの場合に常にサーバルーム内温度を所定温度範囲内に維持できるとは限らない。本手法では、上記“直列”の構成とすると共に、外気導入の結果（熱交換素子１３による冷却後のリターン空気温度）を検出することで、冷熱源１４を運転／停止を制御し、空調装置に関する省エネを図りつつ、常にサーバルーム内温度を所定温度範囲内に維持することができる。

尚、従来では、外気導入のみか室内空調のみかを選択するものであったり、上記“並列”の構成である為に、本手法の様な制御を行うことは考えられない。
更に、後述する制御コントローラ１６による上記外気送風ファン１２の回転数制御によって、熱交換素子１３によるリターン空気の冷却性能を調整可能としている。これによって、例えば、外気導入のみの場合に、熱交換素子１３による冷却後のリターン空気の温度を調整可能であり、それによって室内温度が所定温度範囲内となるように調整できる。また、外気送風ファン１２の回転数を最大にしても室内温度が所定温度範囲内とならない場合には、空調装置を動作させることにより、所謂、「外気導入＋空調装置」によって、熱交換素子１３で冷却後のリターン空気を更に冷却することになる。

尚、本説明のサーバルーム内温度は、空調機６の送風機７から室内へと送出される空気の温度を指すものとする。よって、外気導入のみの場合、熱交換素子１３で冷却後のリターン空気の温度は、ほぼ“室内温度”と同じと見做して良い。

そして、空調機６によって所定温度範囲内となるように制御された冷却空気が、床下１へと送出される。あるいは、外気導入のみの場合には、熱交換素子１３で冷却後のリターン空気が、そのまま空調機６から床下１へと送出される。

このように、本手法では、外気導入による冷却効果を充分に利用して空調装置に係わる顕著な省エネ効果を実現できるようにしつつ、室内温度が所定温度範囲内となるように調整・制御することが可能となる。

以上説明した各種制御の詳細な制御処理の一例を図２に示し、後に説明する。
尚、制御コントローラ１６は、外気を導入するときには、外気導入口開閉シャッタ１１を開にすると共に外気送風ファン１２を運転させる。一方、外気を導入しないときには、外気導入口開閉シャッタ１１を閉にすると共に外気送風ファン１２を停止させる。

ここで、図１に示すように、本例の空調システムにおける各所に、各種温度センサ１７，１８，１９，２０，２１が設けられている。
温度センサ１７は、外気温度Ｔ１を検出する為の温度センサである。温度センサ１８は、天井裏から吸引したリターン空気の温度（リターン空気温度Ｔ２）を検出する為の温度センサである。

温度センサ１９は、空調機６へ流入する空気の温度（空調機吸込温度Ｔ３）を検出する為の温度センサである。これは、熱交換素子１３で冷却後のリターン空気の温度を検出するものである。

温度センサ２０は、空調機６から床下１へと送風される空気の温度（空調機吹出温度Ｔ４）を検出する為の温度センサである。上記の通り、本説明においては、これはサーバル
ーム内温度を検出することを意味するものとなる。

温度センサ２１は、冷熱源１４から冷却コイル８へと供給される冷水１５の温度（冷水温度Ｔ５）を検出する為の温度センサである。
これら各種温度センサによって検出された温度データＴ１〜Ｔ５は、制御コントローラ１６が収集する。また、制御コンロトーラ１６に対して、例えば人間の操作等によって、サーバルーム内温度の設定値が任意に設定され、この設定温度Ｔ０が制御コンロトーラ１６内のメモリに記憶される。また、制御コンロトーラ１６のメモリには、予め、設定温度Ｔ０に対するマージンとして許容範囲Ｔｄが記憶されている。許容範囲Ｔｄは、設計者等が任意に決めて予め設定しておく。許容範囲Ｔｄの範囲の取り決めに制限は無いが、ここでは説明上、Ｔ０に対して上下同じ温度範囲を取るものとする。例えばＴ０±Ｔｄは、「Ｔ０−Ｔｄ以上〜Ｔ０＋Ｔｄ以下」の範囲を意味する。 制御コンロトーラ１６は、基本的に、サーバルーム内温度として、ここでは空調機吹出温度Ｔ４が、所定温度範囲内であるＴ０±Ｔｄとなるように制御を行う。そして、本例の空調システムでは、上述した構成と例えば図２に示すような処理によって、外気による冷却効果を十分に利用して空調装置の負荷を軽減することで、空調装置の顕著な省エネ効果を奏するものとしつつ、サーバルーム内温度が所定温度範囲内となるようにすることができる。

制御コンロトーラ１６は、上述した各種温度データや各種設定データに基づいて、上記外気導入口開閉シャッタ１１、外気送風ファン１２の制御や、冷熱源１４の制御を行う。例えば一例として図２に示す制御を行うが、この例に限らない。

ここで、上記の通り、制御コントローラ１６には、各種温度データＴ１〜Ｔ５が入力している。そして、制御コントローラ１６は、特に図示しないが、マイコン／ＣＰＵ／ＭＰＵ等の演算処理ユニット、メモリ、入出力インタフェース等を有しており、メモリには予め所定のアプリケーションプログラムが記憶されている。演算処理ユニットは、このアプリケーションプログラムを読出・実行することにより、例えば図２に示す制御処理を実現する。

また、上記入出力インタフェースは、各種温度データＴ１〜Ｔ５を入力する為の入力インタフェース、上記外気導入口開閉シャッタ１１、外気送風ファン１２の制御や、冷熱源１４に対して制御信号を送信する為の出力インタフェース等である。

また、制御コントローラ１６には、人間が各種設定値等を入力する為の入力装置も備えられていても良い。
上述した制御処理は、後に図２で説明するが、例えば、外気温度Ｔ１とリターン空気温度Ｔ２に基づいて、外気導入口開閉シャッタ１１の開閉制御と外気送風ファン１２の運転／停止制御を行う。また、例えば、空調機吸込温度Ｔ３と上記設定温度Ｔ０、許容範囲Ｔｄに基づいて、空調装置を動作させるか否かの判定を行う。また、例えば、空調機吹出温度Ｔ４と上記設定温度Ｔ０、許容範囲Ｔｄに基づいて、外気送風ファン１２のファン回転数制御または冷熱源１４のポンプ回転数制御を行う。

図２は、制御コントローラ１６８の上記制御の処理フローチャート図である。
以下、図２を参照して説明する。
まず、外気を導入するか否かを判定する（ステップＳ１１）。これは、「Ｔ１＜Ｔ２」を満たすか否か、すなわち外気の温度Ｔ１が、暖気状態のリターン空気の温度（リターン空気温度Ｔ２）よりも低いか否かを判定するものである。

外気の温度Ｔ１が、リターン空気温度Ｔ２以上の場合には（Ｔ１≧Ｔ２）（ステップＳ１１，ＮＯ）、外気によってリターン空気が冷却されないばかりか、かえってリターン空
気を加熱する場合もあるので、この場合には、外気を導入しないように制御する。すなわち、外気導入口開閉シャッタ１１の閉制御と外気送風ファン１２の停止制御を行う（ステップＳ１７）。更に、この場合には、外気によるリターン空気の冷却は行われないので、無条件で、冷熱源１４の運転を行わせて、冷水１５を冷却コイル８へと供給させて（ステップＳ１８）、空調機６によるリターン空気の冷却を行わせる。つまり、熱交換素子１３通過後のリターン空気の冷却を行わせる。

尚、この場合には、外気導入していないことから、リターン空気は熱交換素子１３で冷却されていない。つまり、空調装置による冷却のみとなる。但し、ステップＳ１３の判定がＹＥＳの場合にステップＳ１８の処理を行う場合には、リターン空気は熱交換素子１３で冷却され、更に空調装置によって冷却されることになる。

更に、冷却コイル８による冷却性能の制御を行う。すなわち、上記ステップＳ１８で冷熱源１４の運転開始後、冷熱源１４から冷却コイル８への冷水供給量を制御することで、冷却コイル８による冷却性能が適切なものとなるように制御する（ステップＳ１９〜Ｓ２２）。つまり、サーバルーム内温度が、所定温度範囲内であるＴ０±Ｔｄとなるように制御を行う。

冷熱源１４から冷却コイル８への冷水供給量の制御は、冷熱源１４のポンプ回転数を制御することで実現する。
尚、冷熱源１４のポンプ回転数とは、ここでは冷熱源１４が有する不図示のポンプの回転数を制御することで意味する。ポンプの回転数が変わることで、冷却コイル８への冷水供給量が変わることになり、これによって冷却コイル８による空気の冷却性能が変わることになる。但し、これはステップＳ１９〜Ｓ２２の処理自体は、従来と略同様である為、ここでは簡単に説明するためであり、実際の冷熱源制御では、冷水温度Ｔ５を所定温度に維持する為や、冷水温度Ｔ５自体を変化させる為の冷凍機制御等も含まれる。しかし、上記の通り、これ自体は従来の制御技術であり、ここでは特に説明しないものとし、ここでは簡単に説明する為に、冷水供給量制御としてポンプ回転数制御のみを言うものとする。

何れにしても、肝心なことは、冷熱源１４の制御自体ではなく、Ｔ３とＴ４（≒Ｔ０）との温度差が大きいほど冷熱源１４における顕熱（温度差）負荷が増大し、逆に温度差が小さいほど冷熱源１４における顕熱負荷が減少するということである。

従来の特許文献２の場合、上記“並列”の構成であることから、実質的にＴ３＝Ｔ２ということになり、補助冷却装置における顕熱負荷が大きくなり、省エネ効果に関して問題があった。これに対して、本手法では、上記“直列”の構成としていることから、Ｔ３＜Ｔ２とすることができ、冷熱源１４における顕熱負荷を減少させることができ、顕著な省エネ効果を奏することができる。

例えば、Ｔ０＝２５℃（≒Ｔ４）とし、Ｔ２＝３５℃とした場合、従来の特許文献２の場合、温度差１０℃（３５℃−２５℃）に応じた顕熱負荷が生じるのに対して、本手法では仮に熱交換素子１３によって７℃の温度減少が成された場合（つまり、Ｔ３＝２８℃となった場合）、温度差３℃（２８℃−２５℃）に応じた顕熱負荷が生じるだけで済む。

ステップＳ１９以降の処理の説明に戻る。
まず、現在の冷水供給量が、適当であるか、過剰であるか、不足しているかを判定する（ステップＳ１９）。そして、この判定結果に応じて、ステップＳ２０，Ｓ２１，Ｓ２２の何れかの処理を実行する。

すなわち、ステップＳ１９の判定処理は、例えば、以下の式を満たす場合には、「適当
」と判定し、
「−Ｔｄ≦Ｔ４−Ｔ０≦＋Ｔｄ」
以下の式に該当する場合には「過剰」と判定し、
「Ｔ４−Ｔ０＜−Ｔｄ」
以下の式に該当する場合には「不足」と判定する。

「Ｔ４−Ｔ０＞＋Ｔｄ」
すなわち、空調機吹出温度Ｔ４が、上記所定温度範囲内であるＴ０±Ｔｄとなるように、冷水１５の供給量の制御を行うものである。空調機吹出温度Ｔ４が上記所定温度範囲内である場合には「適当」と判定し、この場合には現在の冷水１５の供給量を維持する。つまり、冷熱源１４のポンプ回転数を、現状維持とする（ステップＳ２１）。

一方、空調機吹出温度Ｔ４が上記所定温度範囲内ではない場合には、冷水１５の供給量を変更することで、空調機吹出温度Ｔ４が上記所定温度範囲内となるようにする為の制御を行う。

すなわち、まず、空調機吹出温度Ｔ４が上記所定温度範囲の上限を越える場合（Ｔ０＋Ｔｄ＜Ｔ４）には、現在の冷水１５の供給量では「不足」であるので、冷水１５の供給量を増加させる。つまり、冷熱源１４のポンプ回転数を増大させて（ステップＳ２２）、これによって冷却コイル８による冷却性能を上げることで、空調機吹出温度Ｔ４を下げるように制御する。

また、空調機吹出温度Ｔ４が上記所定温度範囲の下限未満である場合（Ｔ０−Ｔｄ＞Ｔ４）には、現在の冷水１５の供給量では「過剰」であるので、冷水１５の供給量を減少させる。つまり、冷熱源１４のポンプ回転数を低減させて（ステップＳ２０）、これによって冷却コイル８による冷却性能を下げることで、空調機吹出温度Ｔ４を上げるように制御する。

尚、上記ステップＳ２０、Ｓ２２の処理は、予め設定されている所定の回転数分だけ、ポンプ回転数の増大又は低減を行わせるものであって良い。そして、例えば、ステップＳ１９〜Ｓ２２の処理は、ステップＳ１９の判定結果が「適当」となるまで、ループ処理とするようにしても良い。すなわち、ステップＳ２０又はＳ２２の何れかの処理が実行された場合には、ステップＳ１９の判定処理に戻るようにしても良い。

一方、外気温度Ｔ１がリターン空気温度Ｔ２よりも低い場合には（Ｔ１＜Ｔ２）（ステップＳ１１、ＹＥＳ）、外気を導入することで熱交換素子１３によるリターン空気冷却ができる状況であることになるので、外気導入の為の制御を行う。すなわち、外気導入口開閉シャッタ１１の開制御と外気送風ファン１２の運転制御を行う（ステップＳ１２）。尚、外気送風ファン１２の運転制御は、ここでは（初期状態では）全速運転するものとし、後に調整する。

ここで、本手法では、外気導入して外気によるリターン空気の冷却を行う場合において、外気による冷却のみで充分な場合には冷熱源１４は停止状態とし、外気による冷却のみでは不充分な場合には冷熱源１４を運転させて、外気による冷却後のリターン空気を更に空調機６で冷却させる。

これより、上記ステップＳ１２の処理に続いて、空調機６による冷却も行うか否かを判定する（ステップＳ１３）。これは、「Ｔ３−Ｔ０≦＋Ｔｄ」の条件を満たすか否かにより判定する。すなわち、外気による冷却のみで室内温度を所定温度範囲内とできるか否かを判定する。この条件を満たさない場合には、外気による冷却のみでは不十分であること
になる。

よって、上記条件を満たさない場合、すなわち「Ｔ３−Ｔ０＞＋Ｔｄ」であった場合には（ステップＳ１３，ＹＥＳ）、上記ステップＳ１８の処理へ移行する。すなわち、冷熱源１４の運転を行わせて、冷水１５を冷却コイル８へと供給させることで、空調機６による冷却を行わせる。この場合には、その後、上記ステップＳ１９以降の処理を実行することになるが、これについては説明済みであるので、ここでは説明しない。

一方、「Ｔ３−Ｔ０≦＋Ｔｄ」の条件を満たす場合（ステップＳ１３，ＮＯ）、すなわち外気による冷却後のリターン空気の温度である空調機吸込温度Ｔ３が、所定温度範囲（Ｔ０±Ｔｄ）の上限値以下の場合には、これ以上冷却する必要はないので、上記冷熱源１４の運転は行うことなく、外気による冷却のみの空調制御を行う状態とする。

尚、ステップＳ１３の判定がＮＯになったときに、冷熱源１４が運転状態であった場合には、冷熱源１４の運転を停止させる。また、尚、上記ステップＳ１３の判定条件におけるＴ３をＴ４に置き換えて判定を行なっても良い。

ここで、上記ステップＳ１３の判定がＮＯの場合とは、外気による冷却のみで「適当」（上記所定温度範囲内）である場合と、「過剰」（冷え過ぎ）である場合とが考えられる。これより、ステップＳ１４以降の処理も行う。

すなわち、空調機６から床下１へと送風される空気の温度である空調機吹出温度Ｔ４が、冷却適当であるか冷却過剰であるか
を判定する（ステップＳ１４）即ち、上記所定温度範囲内である「−Ｔｄ≦Ｔ４−Ｔ０≦＋Ｔｄ」を満たす場合は冷却適当とし、一方で上記所定温度範囲内でない「Ｔ４−Ｔ０＜−Ｔｄ」を満たす場合は冷却過剰と判定する。なお、状態としては「Ｔ４−Ｔ０＞＋Ｔｄ」もありうるが、ステップＳ１３の判定により空調機吸込温度Ｔ３が上記所定温度範囲の上限値越えることとはなっていないことが分かっており、基本的に「Ｔ４＞Ｔ３」となることは無いことから、ステップＳ１４の判定の段階では「Ｔ４−Ｔ０≦＋Ｔｄ」の状態、すなわち冷却適当か冷却過剰の状態である。但し、何らかの処理ミスで「Ｔ４−Ｔ０＞＋Ｔｄ」となっている場合も考慮しステップＳ１１に戻り処理を再度行なうか、場合によっては処理を強制終了しても構わない。 空調機吹出温度Ｔ４が上記所定温度範囲内である場合には（ステップＳ１４，「冷却適当」）、外気送風ファン１２の回転数を現状維持とする（ステップＳ１６）。これは一例としては、ステップＳ１２で全速運転としているので、全速運転を維持することになる。しかし、図には示していないが、ステップＳ１４〜Ｓ１６の処理は、ステップＳ１６が実行されるまでループ処理としても良い。つまり、ステップＳ１４の判定が「冷却過剰」となりステップＳ１５の処理を実行した場合には、ステップＳ１４に戻るようにしても良い。つまり、ステップＳ１４の判定が「冷却適当」となるまで、ステップＳ１５で外気送風ファン１２の回転数を所定回転数分ずつ下げる制御を行っても良い。そして、ステップＳ１４の判定が「冷却適当」となったら、そのときの回転数を維持する。勿論、ステップＳ１４の最初の判定で「冷却適当」となった場合には、全速運転を維持することになる。

一方、空調機吹出温度Ｔ４が上記所定温度範囲内ではない場合には（ステップＳ１４，「冷却過剰」）、冷え過ぎの状態と判定できる。よって、外気送風ファン１２の回転数を低減する制御を行う（ステップＳ１５）。これは、例えば、上記の通り、現在の回転数から予め設定される所定回転数分下げる制御等である。

尚、図２に示す処理は一例であり、この例に限るものではない。例えば、冷熱源１４を運転状態において、ポンプ回転数の制御だけでなく連携して外気送風ファン１２の回転数
制御も行うようにしても良い。

以上説明した本例の空調システムでは、以下に述べる効果が得られる。
まず、特許文献１における上述した湿度に関する問題を解消できる。
また、特許文献２のような熱交換素子と補助冷却装置が並べて配置してこれらに空気を並列に流す構成（上記“並列”の構成）ではなく、熱交換素子１３を通過後のリターン空気を、空調機６に流入させる構成（上記“直列”の構成）とすることで、更にこの構成に基づいて上述した各種制御を行うことで、以下の効果が得られる。

熱交換素子１３から空調機６へとリターン空気を直列に流す構成とすることで、リターン空気をまず熱交換素子によって冷却してから必要に応じて空調装置（冷却装置）において更に冷却することができる。つまり、熱交換素子１３による冷却のみで充分な場合には空調装置は停止させ、熱交換素子１３による冷却では不充分な場合でも不足分だけを空調装置による冷却で補うようにできる。空調装置が停止しているときは省エネ効果が高いものであり、空調装置を動作させる場合でも不足分だけを補うだけで済むので、空調装置に係わる顕熱（温度差）負荷が軽減され、省エネ効果が高いものとなる。そして、何れの場合でも、室内温度を常に所定温度範囲内に維持できる。

また、特許文献２では、外気が高温（35℃≦外気）であっても外気導入し続けるので、熱交換素子によって内部空気を加熱する場合が起こり得る。つまり、省エネ効果が得られないばかりか、逆の結果となる。

これに対して、上述した本システムでは、外気温が高い場合には外気導入を行わないので、熱交換素子によって内部空気を加熱するような事態は生じない。すなわち、熱交換素子１３によって、かえって空調装置の負荷を増大させるという本末転倒の事態は起こらない。

更に、各種温度検出値に応じて外気送風ファンの回転数を制御することで、外気冷熱導入量を制御することができる。これによって、外気導入のみの場合でも、室内温度を所定温度範囲内に維持することが可能となる。そして、外気送風ファンの回転数を増大し外気冷熱導入量を最大にしても冷却不十分である場合には、空調装置を動作させて室内温度が所定温度範囲内となるように調整する。外気冷熱導入量を最大にしたうえで、それでも不足する場合には不足分のみを空調装置で補わせることで、外気による冷却効果を最大限に利用して、空調装置に関する顕著な省エネ化を実現することができる（顕熱負荷を軽減することで、空調機６への供給冷水量を低減した省エネ運転が実現できる）。

この様な外気導入時の空調機６への省エネの側面を想定した供給冷熱量制御は、従来技術には無いものである。

１ 床下
１ａ 二重床
２ 部屋
３ 天井裏
３ａ システム天井
４ 機械室
５ 情報処理機器搭載ラック
６ 空調機
７ 送風機
８ 冷却コイル
９ リターンダクト
１０ 外気導入ダクト
１１ 外気導入口開閉シャッタ
１２ 外気送風ファン
１３ 熱交換素子
１４ 冷熱源
１５ 冷水
１６ 制御コントローラ
１７ 温度センサ（外気温度Ｔ１）
１８ 温度センサ（リターン空気温度Ｔ２）
１９ 温度センサ（空調機吸込温度Ｔ３）
２０ 温度センサ（空調機吹出温度Ｔ４）
２１ 温度センサ（冷水温度Ｔ５）

Claims (5)

1. 空調対象空間から吸引するリターン空気を、熱交換素子を通過させた後、空調機へ流入させる為のリターンダクトと、
   外部から導入する外気を、前記熱交換素子を通過させた後、再び前記外部へと排出する為の外気導入ダクトと、
   自己を通過する前記リターン空気と前記外気との熱交換を行う前記熱交換素子と、
   前記熱交換素子を通過後のリターン空気を、そのまま又は冷却して、前記空調対象空間へ送出する前記空調機と、
   を有することを特徴とする空調システム。
2. 空調装置と制御装置とを更に有し、
   前記空調装置は、前記空調機と、該空調機に対して冷水供給する為の冷熱源とを有し、
   前記制御装置は、前記熱交換素子を通過後のリターン空気の温度に基づいて前記空調装置を動作させるか否かを判定し、該空調装置を動作させると判定した場合、前記冷熱源を運転させて前記空調機へ冷水を供給させることで、前記熱交換素子を通過後のリターン空気を前記空調機で冷却させることを特徴とする請求項１記載の空調システム。
3. 前記制御装置は、前記冷熱源を運転させる場合、前記空調機から前記空調対象空間へ送出される空気の温度に基づいて、該空気の温度が任意の設定に応じた所定温度範囲内となるように前記冷熱源を制御することを特徴とする請求項２記載の空調システム。
4. 前記外気導入ダクトには、開閉シャッタと外気送風ファンが設けられており、
   前記制御装置は、前記空調対象空間から吸引するリターン空気の温度と、前記外気の温度に基づいて、外気温度がリターン空気温度以上である場合には、前記開閉シャッタを閉じると共に前記外気送風ファンを停止することで、前記熱交換素子への外気導入を行わせないことを特徴とする請求項２記載の空調システム。
5. 前記制御装置は、前記空調装置を動作させない場合において、前記空調機から前記空調対象空間へ送出される空気の温度が、任意の設定に応じた所定温度範囲内となるように、前記外気送風ファンの回転数を調整制御することを特徴とする請求項４記載の空調システム。