JP2014062651A - 冷水による除湿再熱空調システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
外気を取り入れて冷却して再熱して給気する空調システムにおいて、冷却のために上流に中温冷水コイルを配置し、その下流に低温冷水コイルを配置し、更にその下流に再熱コイルを配置し、中温冷水コイルへの供給冷水温度は外気より低く低温冷水コイルへの冷水温度より高い温度を水温として該中温冷水コイルによって外気を予め冷却し、低温冷水コイルによって所定の目標絶対湿度にまで冷却し、中温冷水コイルの冷却後の還り冷水を再熱コイルに供給する冷水による除湿再熱空調システム。
【選択図】図5
Description
そこで、冷却除湿後に適切な温度にするために、例えば、特許文献1に示すように、再熱コイルを設ける除湿再熱を行う空調装置が開発されているが、再熱のために冷却熱源以外に温水熱源動力や電気ヒータによる加熱動力を消費していた。
この従来技術の構造を図1で説明すると、冷却除湿用の冷水コイルaとその下流に適切な温度にするための再熱コイルbを設置し、外気OAを冷水コイルaの例えば7℃程度低温冷水で湿度コントロールし、その後の再熱コイルbで例えば46℃前後の温水で温度コントロールして、この空調空気を給気ファンcで室内等に給気していた。これを図2の空気線図で表すと、冷却除湿には、冷水コイルaの低温冷水で大きな外気A負荷(高い空気温度)を一度で露点温度Bまで下げる処理をしている。このため、適切な温度Cにするために冷却熱源以外に温水熱源動力や電気ヒータによる再熱コイルcの加熱動力を消費するという問題点があった。
ところで、近年の社会情勢での要請は電力消費量の削減であって、環境省が中心となって環境対策として行っているクールビズでは、服装を工夫して、室内設定温度を28℃に行うキャンペーンを行っているが、冷却方式(通常空調)の空調システムでは、湿度が高くなり室内温度28℃では不快となり、結局、設定温度を下げているのが実情であり、それを解決させるには、同じ室内温度28℃でも湿度を下げる除湿再熱空調システムを用いる必要があるが、この除湿再熱空調システムも上述した問題点があった。
請求項2の発明は、請求項1に記載の冷水による除湿再熱空調システムにおいて、前記再熱コイルの還水配管又は往水配管の途中に三方弁を配置し、対向する前記往水配管又は還水配管にバイパス管を設けて、該バイパス管の一端を三方弁に接続して、該三方弁によって中温冷水コイルの冷却後の還り冷水の一部を還水配管に還水させ、残りの全量を再熱コイルに往水して再熱に使用してバイパスする流量を制御することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の冷水による除湿再熱空調システムにおいて、還気を排気する通路と前記中温冷水コイルの上流とに全熱交換器を設け、還気によって全熱交換器を冷却するとともに、前記中温冷水コイルの上流で全熱交換器によって外気を予め冷房することを特徴とする。
また、大きな外気負荷をはじめに高COP(冷房COP=冷房能力(kW)÷冷房消費電力(kW))の中温冷水で処理し、比較的COPが低い低温冷水の使用量を削減することにより、省エネ効果を高めることができる。
中温冷水の還り水を再熱コイル(CO3)に使用することにより、還り水が冷却(冷熱回収)されて、中温冷水の冷却負荷が低減できる。
更に、低温冷水コイルで潜熱、中温冷水コイル(CO1)と再熱コイル(CO3)で顕熱をコントロールできる。
このように、例えば、室内設定温度を28℃に設定した状態でも、湿度も従来よりも省エネで湿度を下げることができるので、快適な空調下でクールビズを実行できる画期的なシステムである
請求項2の冷水による除湿再熱空調システムによれば、中温冷水用コイルと再熱コイルをほぼ別々の制御が可能となる。
更に、請求項3の冷水による除湿再熱空調システムの発明によれば、更に効率よく冷却ができ、更に省エネ運転が可能となる。
[実施例1]
実施例1の冷水による除湿再熱空調システム(装置)は、冷却除湿用として冷却は中温冷水を使用する中温冷水コイル(CO1)1と、低温冷水を使用する低温冷水コイル(CO2)2と中温冷水の2系統の冷水を利用し、再熱用の再熱コイル(CO3)3に中温冷水コイル(CO1)1の中温冷水での冷却後の還り冷水をそのまま全量を供給して再熱するもので、別途に再熱加熱コイルや電気ヒータを用いる必要がない。
例えば、目標温度17.8℃、湿度69.8%(絶対湿度8.86g/kg')と設定したとすると、外気OAが33.0℃(DB)10.000m3/h、相対湿度60%(RH)、絶対湿度19.1g/kg’、全熱(エンタルピ)82.1kJ/kg’、露点温度24.2℃(DP)であるとき、中温冷水コイル1は、コイル往水口11に14℃の中温冷温水を140L/min(61.0kW)(COP=4.07)で供給し、外気を冷やした中温冷水コイル1の中温冷水はコイル還水口12から21.9℃に上昇する。
この結果、中温冷水コイル1により外気OAは冷却され、21.0℃(DB)、相対湿度95%(RH)、絶対湿度14.6g/kg'、全熱(エンタルピ)58.84kJ/kg'、露点温度20.2℃(DP)となる。図4の空気線図では、A点からB1点まで移行する。
この結果、低温冷水コイル2により外気OAは更に冷却され、13.0℃(DB)、相対湿度95%(RH)、絶対湿度8.86g/kg'、全熱(エンタルピ)35.44kJ//kg'、露点温度12.2℃(DP)となる。図4の空気線図では、B1点からB2点まで移行する。
この結果、再熱コイル3により外気OAは逆に加熱され、最終目標値の17.8℃(DB)、相対湿度69.8%(RH)、絶対湿度8.86g/kg'、全熱(エンタルピ)40.35kJ/kg'、露点温度12.2℃(DP)となる。図4の空気線図では、B2点からC点まで温度だけが移行し、目標の温度17.8℃、湿度69.8%(絶対湿度8.86g/kg')とすることができる。
また、大きな外気負荷をはじめに高COPの中温冷水で処理し、比較的COPが低い低温冷水の使用量を削減することにより、省エネ効果を高めることができる。
すなわち、図3において、中温冷水コイル1での消費熱量a=77.0kWであるが、再熱コイル3でb=−16.0kWの分の熱量で温められ、中温冷水コイル1と再熱コイル3との合計a+b=61.0kWを消費することになる。これをシステム全体でみれば、冷却には中温冷水コイル1と低温冷水コイル2とでa+c=155.0kWが消費されるが、再熱コイル3で熱回収されるので、a+b+c=139.0kWとなる。このように、図1のような従来例のそのまま排熱した場合はa+b-c=171.0kWに対して、図3の実施例1では139.0kWであるので、その熱量の差は32.0kWが省エネとなり、18.7%の省エネ効果が得られる。
図1の従来例においては、、低温冷水で155.0kWでCOP=3.58(7℃)であるので消費電力は155.0/3.58=43.3kWであり、温水で16.0kWでCOP=4.51(46℃)であるので消費電力は16.0/4.51=3.5kWで、合計で46.8kWである。したがって、消費電力は従来の46.8kWに対し、実施例1では36.8kWであるので、21.4%の省エネ効果になる。
このように、中温冷水の還り水を再熱コイル3に使用することにより、還り水が冷却(冷熱回収)されて、中温冷水の冷却熱源が低減できる。
更に、低温冷水コイル2で潜熱、再熱コイル3で顕熱(温度制御)をコントロールできる。
実施例2の冷水による除湿再熱空調システム(装置)は、冷却除湿用として冷却は中温冷水を使用する中温冷水コイル1と、低温冷水を使用する低温冷水コイル2と中温冷水の2系統の冷水を利用し、再熱用の再熱コイル3に中温冷水コイル1の中温冷水での外気冷却後の暖まった還り冷水の全量を使用するのではなく、三方弁5を用いて再熱コイル3への水量を制御して、その他を三方弁を用いてバイパスさせて還水するもので、中温冷水コイル1と再熱コイル3とを別々に水量を可変にして、それぞれを制御可能にするもので、別途に再熱加熱コイルや電気ヒータを用いる必要がないのは実施例1と同じである。
この三方弁5で往水配管34での温冷水コイル1の外気冷却後の暖まった還り冷水の一部をバイパス管によって直接還水させ、残りを再熱コイル3に注水して再熱に使用する。すなわち、三方弁5を用いて再熱コイル3への水量を制御して、その他を三方弁を用いてバイパスさせて熱源装置へ還水させ、出来る限り中温冷水コイル1への水量を多くして、冷房効率や省エネ効率を向上させている。
なお、三方弁5を往水配管34の途中に設けて、還水配管34に分岐するバイパス管51を設けて、バイパス管51の三方弁5の他の出口に接続して、一部をバイパス管によって直接還水させ、残りを再熱コイル3に往水して再熱に使用する。
この際、中温冷水コイル1での冷却後の還り冷水の全量を使用すると、再熱コイル3を再熱し過ぎるので、一部である28L/minを再熱コイル3に通水し、残りをバイパスさせて還水に合流させる。このため再熱コイル3からの還水温度の実施例1での20.2℃より若干高い21.9℃となる。
したがって、従来の46.8kWに対し、実施例2では36.0kWであるので、23.0%の省エネ効果になる。
実施例2は、以上のような構成であるので、中温冷水コイル1と再熱コイル3の作動を別個に制御できるので、実施例1の作用・効果に加えて、中温冷水コイル1の能力を目一杯発揮させ、全体としてより省エネ運転を実現できる。特に、実施例1では目標値まで再熱しきれない場合でも、その範囲を含む広い範囲での制御が可能となる。
実施例3の冷水による除湿再熱空調システム(装置)は、大部分の構成が実施例1又は実施例2と同じであるが、全熱交換器6を使用する点が異なる。
このため、図6に示すように、還気RAを全熱交換器6を介して排気EAする空気通路Bを、実施例1又は実施例2の処理通路Aと平行又は近接して設け、中温冷水コイル1の上流と前記空気通路Bとに全熱交換器6を設け、還気RAによって全熱交換器6を冷却するとともに、前記中温冷水コイル1の上流で全熱交換器6によって外気OAを予めに冷房して、更なる省エネを実現している。
同様に、実施例2の中温冷水コイル1の82.0kWが、実施例2を全熱交換器6を設けた実施例3(括弧書き)では33.6kWに軽減し、冷温冷水コイル2の57.2kWが47.9kWに軽減される
実施例3は、以上のような構成であるので、実施例1又は実施例2の作用・効果に加えて、全体としてより省エネ運転を実現できるという作用・効果が得られる。特に、実施例1及び実施例2では目標値まで再熱しきれない場合でも、その範囲を含むさらに広い範囲での制御が可能となる。
更に、還気を排気する通路と中温冷水コイルの上流とに全熱交換器を設け、還気によって全熱交換器を冷却するとともに、中温冷水コイルの上流で全熱交換器によって外気を予め冷房すれば、更に効率よく冷却ができ、更に省エネ運転が可能となる。
ところで、近時、室内設定温度を28℃に行うキャンペーンを行なわれているが、冷却方式の空調システムでは、湿度が高くなり室内温度28℃では不快となり、それを解決させるために本実施例等のような除湿再熱空調システムを用い、同じ室内温度28℃で湿度を下げる必要があるが、本発明の各実施例の除湿再熱空調システムを用いれば、省エネ運転でもクールビズを快適に実行でき、画期的な除湿再熱空調システムである
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の各実施例に限定されるものでないことは勿論である。
11,21,31・・往水口、
12,22,32・・還水口、
2・・低温冷水コイル、
3・・再熱コイル、33・・往水配管、34・・還水配管
4・・給気ファン、
5・・三方弁、51・・バイパス管
6・・全熱交換器
Claims (3)
- 外気を取り入れて冷却して再熱して給気する空調システムにおいて、冷却のために上流に中温冷水コイルを配置し、その下流に低温冷水コイルを配置し、更にその下流に再熱コイルを配置し、前記中温冷水コイルへの供給冷水温度は外気より低く前記低温冷水コイルへの冷水温度より高い温度を水温として該中温冷水コイルによって外気を予め冷却し、前記低温冷水コイルによって所定の目標絶対湿度にまで冷却し、前記中温冷水コイルの冷却後の還り冷水を前記再熱コイルに供給することを特徴とする冷水による除湿再熱空調システム
- 前記再熱コイルの還水配管又は往水配管の途中に三方弁を配置し、対向する前記往水配管又は還水配管にバイパス管を設けて、該バイパス管の一端を三方弁に接続して、該三方弁によって中温冷水コイルの冷却後の還り冷水の一部を還水配管に還水させ、残りの全量を再熱コイルに往水して再熱に使用してバイパスする流量を制御することを特徴とする請求項1に記載の冷水による除湿再熱空調システム
- 還気を排気する通路と前記中温冷水コイルの上流とに全熱交換器を設け、還気によって全熱交換器を冷却するとともに、前記中温冷水コイルの上流で全熱交換器によって外気を予め冷房することを特徴とする請求項1又は2に記載の冷水による除湿再熱空調システム
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