JP2011214738A

JP2011214738A - ダクト循環方式空調システムにおけるエネルギー消費効率管理方法

Info

Publication number: JP2011214738A
Application number: JP2010080958A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Seki; 佑介関
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27

Abstract

【課題】計測器設置を最小限に抑えることができ、かつ、経年劣化等に伴う効率低下を簡易に判定可能なダクト循環方式空調システムのエネルギー消費効率管理技術を提供する。
【解決手段】運転状態において、温湿度センサ９ｂ、９ｃにより給気ダクト７及び還気ダクト８内部を通過する空気の温度・湿度が計測され、これらの計測値を用いて給気・還気系統の比エンタルピー（ｈsa、ｈra）［ｋＪ／ｋｇ］が演算される。また、電力計９ｅにより送風機６ｂの消費電力計測が行われ、関係テーブルに基づいて給気風量（Ｇ）［ｋｇ／ｈ］が演算される。また、電力計９ｄにより熱源系統２の消費電力（Ｅｇ）［kＷh］計測が行われる。これらの計測値及び演算値を用いて、所定の単位時間（ｔ）ごとのシステム全体のＣＯＰが（１）式に基づいて演算される。

【選択図】図１

Description

本発明は、ダクト循環方式空調システムに係り、特に、計測器設置を最小限に抑えることができ、かつ、経年劣化等に伴う効率低下を簡易に判定可能なダクト循環方式空調システムにおけるエネルギー消費効率管理方法に関する。
なお、本発明において「ダクト循環方式空調システム」とは、冷凍サイクル等により作られる冷熱又は温熱を、室内から還流する空気と熱交換させて冷風又は温風とし、送風機によりダクトを介して室内に供給する空調システムを総称する概念として用いている。

空調システムの省エネルギー性の指標の一つとして、システムのエネルギー消費効率（以下、ＣＯＰという）計測に基づく評価があり、ＣＯＰを継続的に評価することにより、機器の劣化や効率の悪い運転の判定が可能となる。
ＣＯＰの算出方法としては種々あるが、従来、ダクト循環方式空調システムのＣＯＰの簡易的算出手法として、例えば特許文献１乃至３の技術が提案されている。
特許文献１には、複数の空調領域を空調するシステムにおける熱量管理技術が提案されている。かかる空気調和設備１００は、図４に示すように空気調和装置（ＡＨＵ）１０２ａと、ＡＨＵ１０２ａに接続されて複数の空調領域Ａ、Ｂ、Ｃを空調する空気供給系（ダクト循環系）１０２と、冷凍機１０１ａ、循環ポンプ１０１ｂ等を備えた熱源系１０１と、を主要構成とする。ＡＨＵ１０２ａ内の冷水コイル１０２ｂで熱交換された冷気（又は暖気）は、送風機１０２ｃにより給気ダクト１０３から分岐する分岐ダクト１０３ａ〜１０３ｃを経由して、各空調領域に供給される。各室内空気は分岐ダクト１０４ａ〜１０４ｃを経由して還気ダクト１０４に集められ、ＡＨＵ１０２ａに戻される。給気及び還気側の各分岐ダクトには、それぞれ風速センサ１０６，温湿度センサ１０７が装着されており、各温湿度センサから比エンタルピーを算出する。また、各風速センサにより計測した風速にダクト断面積を乗じて風量を演算し、給気と還気のエンタルピー差に給気風量を乗じることにより、空調領域ごとの消費熱エネルギーを求めることができる。
特許文献１の手法をさらに敷衍し、上記方法により求めた消費熱エネルギーをＡＨＵ、冷凍機等の消費電力量で除すことにより、システムのＣＯＰを求めることができる。

また、特許文献２には、ＡＨＵコイルの給気側と還気側の空気温度を算出、ＡＨＵのファン回転数を計測し、定格風量時の回転数との比から給気風量を算出、給気と還気のエンタルピー差に給気風量を乗じたものを空調機の消費電力量で除してＣＯＰを算出する技術が開示されている。
さらに特許文献３には、予め外気温度と空調機のＣＯＰ値の関係を求めておき、外気温度計測値に基づいてＣＯＰを推定する技術が開示されている。

特開２００２−３５７４８５号公報特開平８−４２９０１号公報特開２００１−２８９４８３号公報

しかしながら、特許文献１の手法では分岐給気ダクト及び分岐還気ダクトごとに風速センサ，温度センサ，湿度センサを配設することが必要であり、計測器設置、維持コストが嵩むという問題がある。
また、特許文献２の手法によれば計測ポイントは少なくて済むが、ファン回転数測定のための特別な装置が必要となるという問題がある。
さらに、特許文献３の手法によれば簡易な計測により評価可能となるものの、得られるＣＯＰ値は外気温度から導かれる推定値に過ぎない。また、基礎となる外気温度−ＣＯＰの関係は通常、新品時の値が用いられるため、機器の経年劣化に伴うＣＯＰ値変化に対応できないという問題もある。

本発明は上記各課題を解決するためのものであって、計測ポイントを最小限に抑えて、簡易にシステムのＣＯＰ値を求めることができ、かつ、機器の経年劣化等の判定も可能な技術を提供するものである。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係るダクト循環方式空調システムにおけるエネルギー消費効率管理方法は、
（１）熱源側において作られた冷熱又は温熱を、給気ダクト及び還気ダクトを介して、送風機により循環する室内空気と熱交換し、室内を空調するダクト循環方式空調システムにおいて、給気ダクト内及び還気ダクト内の温湿度の計測に基づいて、給気及び還気の比エンタルピー差（ｈsa−ｈra）[kJ/kg]を演算するステップと、熱源側の消費電力（Ｅｇ）［ｋＷh］を計測するステップと、送風機消費電力の計量に基づいて、予め求めた送風機消費電力と風量との関係を用いて、送風機風量（Ｇ）[kg/h]を演算するステップと、所定の単位時間（ｔ）ごとのシステムのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を、（１）式により求めるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明において、「ダクト循環方式空調システム」とは、屋上熱源機と、室内側外調機（以下、ＡＨＵという）の循環冷水・冷媒配管を介して接続し、ＡＨＵと室内側吹き出し口とをダクトで接続する空調システムを総称する概念である。
また、熱源側の消費電力（Ｅｇ）には、室内機側消費電力、室外機側消費電力、その他補機電力等を含む。
また、所定の単位時間（ｔ）としては、１分間、１０分間、１時間等、計測値の変動特性に対応して、適切な単位を選択することができる。
なお、上記各計測物理量の単位は例示であって、対応する他の単位を用いてもよい。

（２）上記発明により求めたＣＯＰが予め設定した下限閾値以下のときに、警告表示するステップを、さらに含むことを特徴とする。
本発明において、「警告表示」には視覚表示による注意喚起のみならず、警報等の聴覚による注意喚起等、他の手段も含まれる。

本発明によれば計測器設置を最小限に抑えることができ、コスト低減化に資する。特に、熱源機、ＡＨＵ等の主要装置については、通常、省エネ管理、メンテナンス等を目的として、電力計等のエネルギー計が配設されていることが多い。この場合には、給気・還気ダクト内に温湿度センサのみ配設すれば足りることになる。
また、従来、困難であった機器の経年劣化の判定も可能となるという効果がある。

本発明の一実施形態に係るダクト循環方式空調システム１の全体構成を示す図である。送風機消費電力と風量の関係テーブルの概念図である。ダクト循環方式空調システム１におけるＣＯＰ管理フローを示す図である。従来の空気調和設備１００の構成を示す図である。

図１、２を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態においては冷房運転時を想定している。
図１は、本実施形態に係るダクト循環方式空調システム１を示す図である。空調システム１は、冷水発生源である熱源機４と、熱源機４から供給される冷水を冷風にして空調対象空間１０に供給するＡＨＵ６と、を備え、一次側の熱源系統２と、二次側の給還気系統３と、システムの運転制御及び後述のＣＯＰ管理を行う計測制御系統９と、により構成されている。
一次側熱源系統２は、熱源機４と、往管５ｂ及び戻管５ｃにより、冷水を熱源機４とＡＨＵ６間で循環させる冷水配管５と、冷水配管経路中に配設される循環ポンプ５ｄと、ＡＨＵ７内の冷水コイル６ａと、を主要構成として備えている。かかる構成により熱源系統２は、熱源機４で作られた冷水を往管５ｂを介して供給し、冷水コイル６ａを介して熱交換により空調対象空間１０からの還気（新たに外気を加える場合もあり）を冷却した後、戻管５ｃを介して熱源機４側に戻すという冷水循環サイクルを構築している。

二次側給還気系統３は、ＡＨＵ６内の送風機６ｂと、ＡＨＵ６と空調対象空間１０とを結ぶ給気ダクト７及び還気ダクト８と、を主要構成として備えている。かかる構成により給還気系統３は、冷水コイル６ａにおいて冷却された還気及び新たに取り入れた外気を、送風機６ｂにより給気ダクト７、吹出口７ｂを介して空調対象空間１０に供給する。そして、還気口８ｂから吸い込んだ還気を、還気ダクト８を介してＡＨＵ６側に戻す、という給還気サイクルを構築している。
計測制御系統９は、給気ダクト経路中に配設される温湿度センサ９ｂと、還気ダクト８経路中に配設される温湿度センサ９ｃと、一次側熱源系統２の消費電力を計測する電力計９ｄと、及び送風機６ｂの消費電力を計測する電力計９ｅと、これら各計測装置の計測データを、信号線Ｃ１乃至Ｃ４を介して取り入れて蓄積し、演算する制御部９ａと、演算結果に基づいて後述する警告表示を行う表示部９ｆと、により構成されている。
また、制御部９ａは図２を内容とする送風機消費電力と風量の関係テーブルを備えており、後述するように送風機６ｂの消費電力計測値に基づいて、送風機風量を演算可能に構成されている。

ダクト循環方式空調システム１は以上のように構成されており、次に図３をも参照して、ダクト循環方式空調システム１におけるＣＯＰ管理フローについて説明する。なお、以下のフローでは制御の安定化を考慮して、各ステップは所定の時間間隔で行われるものとする。また、制御に必要な指令、演算等は制御部により行われる。
運転状態において、温湿度センサ９ｂ、９ｃにより給気ダクト７及び還気ダクト８内部を通過する空気の温度・湿度が計測され（Ｓ１０１）、これらの計測値を用いて給気・還気系統の比エンタルピー（ｈsa、ｈra）［ｋＪ／ｋｇ］が演算される（Ｓ１０２）。また、電力計９ｅにより送風機６ｂの消費電力計測が行われ（Ｓ１０３）、図２の関係テーブルに基づいて送風機風量（Ｗ）［ｍ３／ｈ］が演算され、さらに空気の比重（≒１．２[kg/m³]）を用いて［ｋｇ／ｈ］単位に変換する（Ｓ１０４）。また、電力計９ｄにより熱源系統２の消費電力（Ｅｇ）［kＷh］計測が行われる（Ｓ１０５）。これらの計測値及び演算値を用いて、所定の単位時間（ｔ）ごとのシステム全体のＣＯＰが（１）式に基づいて演算される（Ｓ１０６）。

次に、求めたＣＯＰが下限閾値（Ｃ_Ｌ）を下回ったか否かが判定される（Ｓ１０７）。閾値を下回っている場合は（Ｓ１０７においてＹＥＳ）、劣化に伴う能力低下と判定され表示部９ｆにその旨の警告表示が出される（Ｓ１０８）。閾値以上のときは（Ｓ１０７においてＮＯ）、正常稼動状態と判定され、Ｓ１０１以下のフローが定期的に繰り返し行われる。

なお、本実施形態では熱源機とＡＨＵ間を一次側熱源回路で結ぶ例を示したが、熱源機とＡＨＵが一体のパッケージタイプの空調機や、一台の室外機に複数の室内機を接続して使用するビル用マルチエアコン等を用いる形態とすることもできる。
また、本実施形態では一次側熱源系統として冷水を用いる例を示したが、冷媒を用いる形態とすることもできる。
また、本実施形態では、熱源機とＡＨＵ間を冷水循環させる冷房時における例を示したが、温水循環させる暖房時の形態についても同様に対応可能である。
また、本実施形態では、給気風量について体積単位［ｍ３／ｈ］の関係テーブルを用いて、重量単位［ｋｇ／ｈ］に変換する形態を示したが、直接重量単位の関係テーブルを用いる形態とすることもできる。

本発明は、熱源、冷媒、空調方式、建築構造等の種類を問わずダクト循環方式の空調システムに広く適用可能である。

１・・・・ダクト循環方式空調システム
２・・・・一次側冷水系統
３・・・・二次側給還気系統
４・・・・熱源機
５・・・・冷水配管
５ａ・・・循環ポンプ
６・・・・ＡＨＵ
６ａ・・・冷水コイル
６ｃ・・・送風機
７・・・給気ダクト
８・・・・還気ダクト
９ａ・・・制御部
９ｂ、９ｃ・・・温湿度センサ
９ｄ、９ｅ・・・電力計
９ｆ・・・表示部
１０・・・空調対象空間

Claims

熱源側において作られた冷熱又は温熱を、給気ダクト及び還気ダクトを介して、送風機により循環する室内空気と熱交換し、室内を空調するダクト循環方式空調システムにおいて、
給気ダクト内及び還気ダクト内の温湿度の計測に基づいて、給気及び還気の比エンタルピー差（ｈsa−ｈra）を演算するステップと、
熱源側の消費電力（Ｅｇ）を計測するステップと、
送風機消費電力の計量に基づいて、予め求めた送風機消費電力と風量との関係を用いて、送風機風量（Ｇ）を演算ステップと、
所定の単位時間（ｔ）ごとの、システムのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を、（１）式により求めるステップと、
を含むことを特徴とするダクト循環方式空調システムにおけるエネルギー消費効率管理方法。
請求項１により求めたＣＯＰが予め設定した下限閾値以下のときに、警告表示するステップを、さらに含むことを特徴とするダクト循環方式空調システムにおける空調機ＣＯＰ管理方法。