JP2014173826A

JP2014173826A - 全熱交換型の換気装置

Info

Publication number: JP2014173826A
Application number: JP2013050030A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takayama; 吉彦高山; Toshihiko Hashimoto; 俊彦橋本; Kenichi Ishiguro; 賢一石黒
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】従来の全熱交換型の換気装置と空気調和装置では、オフィスや工場などの大空間で運転開始時にのみ室内温度と室内温度設定値の条件を比較し、空調機により省エネ運転が行われるが、運転開始時以降に換気負荷が増減した場合に、換気機器の風量を負荷に応じて順応できないという課題がある。
【解決手段】室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための全熱交換素子４と、屋外の空気を室内に取り入れるための給気ファンモータ５と、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンモータ６とを備えた全熱交換型換気装置１において、給気ファンモータ５、排気ファンモータ６の回転数を制御する制御部７を備え、この制御部７は、室内の換気負荷に応じて、給気ファンモータ５と排気ファンモータ６の回転数を変更することにより、低風量運転させ消費電力を低減させ、熱交換効率を高めることを目的とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主にオフィスビルや工場に設置され、複数台設置された空調機の省エネルギーのために使用される全熱交換器型の換気装置に関するものである。

従来、この種の全熱交換型の換気装置は、空調機に一体化され、室内温度や、外気導入の際の外気の温度を計測するためのセンサーを備え、室内と室外の温度を計測することで、省エネルギーの効果を得ようとするような空気調和装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

以下、その全熱交換型の換気装置の一例について図を参照しながら説明する。

特許文献１には、図７に示すように、温度調整を行う空気調和機１００と、この空気調和機１００に室内の換気を行う全熱交換機２００とを一体として備え、全熱交換機２００で室内空気（ＲＡ）と室外空気（ＯＡ）を熱交換したのち、室内へ給気空気（ＳＡ）として温度調整し吹き出す空気調和装置が開示されている。この空気調和装置は、空気調和機１００の冷房運転開始時に、室外温度が室内温度よりも低く、かつ、予め設定された室内設定温度と運転開始時の室内温度との温度差が所定の値以上である場合に、空気調和機１００の風量を減少させるか、または空気調和機１００自身を停止させる。そして、全熱交換機２００のみ運転させて室外温度と室内温度が同等となった後に、遅れて空気調和機１００を運転開始させるものである。この動作により室温の立ち上がりが早くなり、空気調和機１００を空調運転開始時から運転する場合に比べて省エネ性を向上させることができるものである。このような構成によれば、空気調和装置の運転開始初期の負荷を低減させることができる。

特開２００５−２８２９４９号公報

このような従来の全熱交換型の換気装置と空気調和装置では、オフィスや工場などの大空間で運転開始時にのみ室内温度と室内温度設定値の条件を比較し、全熱交換機と空気調和機の運転を遅延させる制御により運転開始時の省エネ運転が行われる。しかし、運転開始時以降に室内負荷が増大、あるいは減少した場合に、全熱交換型の換気装置は、連動して風量を制御できるような対応ができないという課題を有していた。

冷房の場合を例にして説明する。冷房する場合、運転開始時以降に室内負荷が増大する（室内の発熱量が増加する）と、室内温度は室内温度設定値に近づかず、逆に離れていく。運転開始時に「室内温度が室内温度設定値に近づくまで全熱交換機を運転する」という判断を行なったので、外気による冷却能力では、負荷増大に対応できず、室内温度を所望の設定温度に制御できなくなるのである。

また、運転初期の段階で、早く室内温度を設定値に近づけるため、全熱交換機２００に対して最大風量で運転する指令を出している。従って、運転開始時以降に室内負荷が減少した（室内の発熱量が減少する）場合、風量を下げて熱交換効率を上げたほうがより素早く室内温度設定値に近づく場合がある。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、室内負荷として室内の人員の増減に合わせ風量ダンパーを開閉し、開閉に連動して給気モータ、排気モータの回転数を制御することにより低風量運転させ消費電力を低減し、熱交換効率を高めることにより、空調機と熱交換型の換気装置を別々に設置しても、空調機の運転開始以外において、建物全体で協調して、空調機に省エネルギーの効果をもたらすことができる全熱交換型の換気装置を提供することを目的としている。

本発明の全熱交換型の換気装置は、この目的を達成するために、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための全熱交換素子と、屋外の空気を室内に取り入れるための給気ファンモータと、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンモータとを備えた全熱交換型の換気装置において、前記給気ファンモータ、前記排気ファンモータの回転数を制御する制御部を備え、この制御部は、室内の換気負荷に応じて、本体の給気ファンモータと排気ファンモータの回転数を増減する全熱交換型の換気装置であり、これにより目的を達成するものである。

本発明によれば、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための全熱交換素子と、屋外の空気を室内に取り入れるための給気ファンモータと、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンモータとを備えた全熱交換型の換気装置において、前記給気ファンモータ、前記排気ファンモータの回転数を制御する制御部を備え、この制御部は、室内の換気負荷に応じて、本体の給気ファンモータと排気ファンモータの回転数を増減する全熱交換型の換気装置ことにより、室内の人員の増減に合わせ給気モータ、排気モータの回転数を制御することにより消費電力を低減させ、低風量運転させる熱交換効率を高めることにより、省エネ効果を得ることができる、という効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の全熱交型の換気装置の構成を示す図制御動作を示す図本発明の実施の形態２の全熱交型の換気装置の構成を示す図本発明の実施の形態３の全熱交型の換気装置の構成を示す図本発明の実施の形態４の全熱交型の換気装置の構成を示す図本発明の実施の形態５の全熱交型の換気装置の構成を示す図従来の全熱交換器一体型の空気調和装置の構成を示す図

本発明の請求項１記載の全熱交換型の換気装置は、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための全熱交換素子と、屋外の空気を室内に取り入れるための給気ファンモータと、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンモータとを備えた全熱交換型の換気装置において、前記給気ファンモータ、前記排気ファンモータの回転数を制御する制御部を備え、この制御部は、室内の換気負荷に応じて、本体の給気ファンモータと排気ファンモータの回転数を変更する全熱交換型の換気装置、としたものであり、フロアーの換気負荷が減少した場合、連動して本体の給気ファンモータ、排気ファンモータの回転数を低減することにより風量を減し、全熱交換素子の通過風速を下げることにより熱交換効率を高めることができる、という効果を奏する。

また、室内に人感センサーを備え、この人感センサーの出力から室内の換気負荷を算出する請求項１記載の全熱交換型の換気装置、としたものであり、人員による負荷の増減を感知し、人員がいないスポットの給気口、排気口の開閉を自動で行う、という効果を奏する。

また、排気経路にＣＯ₂センサーを備え、このＣＯ₂センサーの出力から室内の換気負荷を算出する請求項１記載の全熱交換型の換気装置、としたものであり、ＣＯ₂による負荷の増減を感知し、ＣＯ₂濃度が高いスポットの給気口、排気口の開閉を自動で行う、という効果を奏する。

また、屋外の空気を室内に供給する複数の給気口と、室内の空気を排出する排気口と、前記給気口を開閉する開閉ダンパーを備え、前記開閉ダンパーは、室内の換気負荷に応じて開閉を制御し、前記制御部は、前記開閉ダンパーの開閉数に合わせ、本体の給気ファンモータと排気ファンモータの回転数を変更する請求項１〜３いずれかひとつに記載の全熱交換型の換気装置、としたものであり、オフィスや工場など大空間においてフロアーを複数のエリアに分け給気口、排気口をそれぞれ設けて換気する場合、フロアーの換気負荷がエリア毎に減少した場合、そのエリアの給気口、排気口のダンパーを閉め、開いているダンパーの数に比例しながら連動して本体の給気ファンモータ、排気ファンモータの回転数を低減することにより風量を減し、全熱交換素子の通過風速を下げることにより熱交換効率を高める、という効果を奏する。

また、屋外の空気を室内に供給する複数の給気口と、室内の空気を排出する排気口と、前記排気口の開口率を変更する風量調整ダンパーを備え、前記風量調整ダンパーは、室内の換気負荷に応じて開度を制御し、前記制御部は、前記風量調整ダンパーの開度に合わせ、本体の給気ファンモータと排気ファンモータの回転数を変更する請求項１〜３いずれかひとつに記載の全熱交換型の換気装置、としたものであり、換気負荷がエリア毎に減少した場合、そのエリアの給気口、排気口のダンパー開度を調整し、ダンパーの開度に比例しながら連動して本体の給気ファンモータ、排気ファンモータの回転数を低減することにより風量を減し、全熱交換素子の通過風速を下げることにより熱交換効率を高める、という効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の全熱交換型の換気装置の構成を示す図であり、図２は、全熱交換する風量と熱交換効率の関係を示した図である。

本実施の形態の全熱交換型換気装置１は、建物の室内２の天井裏３などに設置される。この全熱交換型換気装置１は、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための全熱交換素子４と、屋外の空気を室内に取り入れるための給気ファンモータ５と、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンモータ６とを備えている。そして、前記給気ファンモータ５と、前記排気ファンモータ６の回転数を制御する制御部７を備えている。この制御部７は、室内の換気負荷に応じて、本体の給気ファンモータ５と排気ファンモータ６の回転数を増減する構成となっている。一方、同一の天井裏３には、室内の温度を調整するための空調機８が別途設置され、室内で発生する熱負荷と換気のために取り入れる外気の熱負荷を目的の設定温度に調整するため、電力を調整している。また、全熱交換素子４を通過する風量と熱交換効率の関係は、全熱交換素子の伝熱面積を一定とした場合、風量が１００とした場合の熱交換効率Ｂと風量が２５とした場合の熱交換効率Ａとした場合、Ａ＞Ｂの関係が成り立つ。

フロアーの換気負荷が減少した場合、連動して本体の給気ファンモータ５、排気ファンモータ６の回転数を低減することにより、全熱交換素子４を流れる風量を減らし通過風速を下げることにより全熱交換素子内部で室内温度と室外温度が通過する際の全熱交換する時間を延ばすことになり熱交換効率を高めることができる。すなわち、全熱交換型換気装置１から室内側へ吹き出す空気の温度（給気温度）を下げることができるので、結果として、室内負荷の変化に素早く対応できることになる。また、風量を低下させるので、運転エネルギーも少なくて済み、省エネルギー効果も高くなる。

室内の人員の増減に合わせ給気ファンモータ５、排気ファンモータ６の回転数を制御することにより低風量運転させ熱交換効率を高めることにより、空調機８の冷房、暖房負荷を低減し省エネ効果を得ることができる全熱交換型換気装置１となる。

（実施の形態２）
次に図３を用いて人感センサー９について説明する。室内２に人感センサー９を備え、この人感センサー９の出力１０から室内２に在籍する人員を感知し換気負荷を制御部７で算出する構成となっている。例えば天井面に複数個設置した人感センサー９において、人員を感知した人感センサー９の出力数を制御部７が検出し、感知した人感センサー９の数に比例させ、出力数が少なければ回転数を低減させることにより、必要風量まで風量を減らすことができ必要換気量を効率よく供給することが出来る。

（実施の形態３）
次に図４に示すように、排気ダクト１１にＣＯ₂センサー１２を備え、このＣＯ₂センサー１２の出力を制御部７で室内の換気負荷を算出する構成とした。ＣＯ₂センサー１２により、室内の人員から排出されるＣＯ₂濃度を感知し、例えばＣＯ₂濃度が１０００ｐｐｍを超える濃度であれば、ファンモータの回転数を増加させ、５００ｐｐｍ以下に低下してくれば、ファンの回転数を低減させるなどし、ＣＯ₂による負荷の増減を感知し、必要換気量を効率的に換気することができる。

（実施の形態４）
次に、第４の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５に示すように、本実施の形態の全熱交換型換気装置１には、屋外の空気を室内に供給する複数の給気口１３と、室内２の空気を排出する排気口１４と、前記給気口１３に通じる給気ダクト１５と排気口１４に通じる排気ダクト１１を開閉する開閉ダンパー１６が接続されている。前記開閉ダンパー１６は、室内２の換気負荷に応じて開閉させ、前記制御部は、前記開閉ダンパー１６の開閉数に合わせ、本体の給気ファンモータ５と排気ファンモータ６の回転数を増減する制御部７を備えた構成とする。

図５に示すのは、オフィスや工場など大空間において、フロアーを複数のエリアに分け給気口１３、排気口１４をそれぞれ設けて換気するものである。図５のようなシステムにおいて、室内２の人員が減少しフロアーの換気負荷がエリア毎に減少した場合、該当の在籍人員が減少したエリアの給気口１３、排気口１４の開閉ダンパー１６を閉める。全熱交換型換気装置１は、開いている開閉ダンパー１６の数に比例しながら連動し、給気ファンモータ５、排気ファンモータ６の回転数を増減することにより風量を制御する。このようにして、全熱交換素子４の通過風速を下げることにより、熱交換効率を高め、省エネ効果を得ることができる。

（実施の形態５）
次に、第５の実施の形態について、図６を用いて説明する。図６に示すように、本実施の形態の全熱交換型換気装置１には、屋外の空気を室内２に供給する複数の給気口１３と、室内２の空気を排出する排気口１４と、前記給気口１３に通じる給気ダクト１５と排気口１４に通じる排気ダクト１１の開口率を変更する風量調整ダンパー１７が接続されている。前記風量調整ダンパー１７は、室内２の換気負荷に応じて開度を制御する。前記制御部７は、前記風量調整ダンパー１７の開度に合わせ、給気ファンモータ５と排気ファンモータ６の回転数を変更するものである。換気負荷がエリア毎に減少した場合、該当のエリアの給気口１３、排気口１４の風量調整ダンパー１７の開度を小さくする。そして、風量調整ダンパー１７の開度の積分値に比例して、給気ファンモータ５、排気ファンモータ６の回転数を制御する。例えば、風量調整ダンパー１７により、開口面積が狭くなった場合には回転数を低減することにより風量を減し、全熱交換素子４の通過風速を下げることにより熱交換効率を高めことにより、省エネ効果を得ることができる。

本発明にかかわる全熱交換型の換気装置は、夏場の空調電力ピーク時において、換気負荷を制御することにより空調機の消費電力を確実に削減することに有用である。

１全熱交換型換気装置
２室内
３天井裏
４全熱交換素子
５給気ファンモータ
６排気ファンモータ
７制御部
８空調機
９人感センサー
１０出力
１１排気ダクト
１２ＣＯ₂センサー
１３給気口
１４排気口
１５給気ダクト
１６開閉ダンパー
１７風量調整ダンパー

Claims

室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための全熱交換素子と、屋外の空気を室内に取り入れるための給気ファンモータと、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンモータとを備えた全熱交換型の換気装置において、前記給気ファンモータ、前記排気ファンモータの回転数を制御する制御部を備え、この制御部は、室内の換気負荷に応じて、本体の給気ファンモータと排気ファンモータの回転数を変更する全熱交換型の換気装置。
室内に人感センサーを備え、この人感センサーの出力から室内の換気負荷を算出する請求項１記載の全熱交換型の換気装置。
排気経路にＣＯ₂センサーを備え、このＣＯ₂センサーの出力から室内の換気負荷を算出する請求項１記載の全熱交換型の換気装置。
屋外の空気を室内に供給する複数の給気口と、室内の空気を排出する排気口と、前記給気口を開閉する開閉ダンパーを備え、前記開閉ダンパーは、室内の換気負荷に応じて開閉数を制御し、前記制御部は、前記開閉ダンパーの開閉数に合わせ、本体の給気ファンモータと排気ファンモータの回転数を変更する請求項１〜３いずれかひとつに記載の全熱交換型の換気装置。
屋外の空気を室内に供給する複数の給気口と、室内の空気を排出する排気口と、前記排気口の開口率を変更する風量調整ダンパーを備え、前記風量調整ダンパーは、室内の換気負荷に応じて開度を制御し、前記制御部は、前記風量調整ダンパーの開度に合わせ、本体の給気ファンモータと排気ファンモータの回転数を変更する請求項１〜３いずれかひとつに記載の全熱交換型の換気装置。