JP2014181871A - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機からの設定温度条件の情報を不要とし換気装置との通信のやり取りをなくすことにより、単独で全熱交換型換気装置の運転を制御し、安価な省エネ型の空気調和システムを提供する。
【解決手段】全熱交換型換気装置１は、全熱交換素子４と、屋外の空気を取り入れる給気ファン５と、室内の空気を屋外に排出する排気ファン６と、熱交換換気と外気を直接取り入れるバイパス換気を切り替えるダンパー１５を備え、給気ファン５、排気ファン６、ダンパー１５を制御する制御部１２と、給気ファン５、排気ファン６、ダンパー１５の運転パターンを設定し、制御部１２に対して指令する設定部１６を設けたので、単独で運転を制御し、空調方法を自由に選択し、空調機９と全熱交換型換気装置１との通信配線を不要として、安価、省施工、省エネ型の空気調和システムである。
【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、空調機と併設された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、この種の空気調和装置・換気装置連動システムでは、空気調和装置及び換気装置が、運転制御装置と通信接続されている。運転制御装置は通信接続を介して、空気調和装置および換気装置を連動させて制御するのが一般的である。（例えば、特許文献１参照）。

以下、その全熱交換型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について、図５に示すように、従来、この種の空気調和装置・換気装置連動システムでは空気調和装置１００及び換気装置１０１が設定温度管理制御部１０３と通信線１０４と接続し通信し、冷房運転時、運転制御装置１０２が、室温、操作者が設定する空気調和装置１００の設定温度、外気温度、及び所定値を設定温度管理制御部１０３にて判定し、その判定結果に基づいて空気調和装置１００及び換気装置１０１の連動制御を行う。室温が、設定温度及び外気温度よりも高く、且つ室温と設定温度との差が所定値以下の時、換気装置１０１みを稼動させ、空気調和装置１００を停止させる。このため、室温が設定温度よりも高くなった際に、常に空気調和装置１００を冷房運転で稼動させる場合と比較して、消費電力を節約する省エネルギー空気調和システムが提案されている。

特開２０１０−１１７０８４号公報

このような従来の全熱交換型換気装置においては、空気調和装置の設定温度条件と外気温度、または室内温度を運転制御装置を用いて比較し換気装置へ運転信号を与え制御しているが、空気調和装置を運転しない季節や、空気調和装置と換気装置の制御信号が異なる場合には運転信号のやり取りができないため連動運転ができず、また必ず運転制御装置が必要となり、空気調和装置と換気装置との通信線を配線しなければいけないとうという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、空気調和機からの設定温度条件の情報を不要とし換気装置との通信のやり取りをなくすことにより、単独で換気装置の運転を制御することができるため、空気調和機または、空調方法を自由に選択できると共に連動のための通信配線も不要とするため、安価な省エネシステムを提供することができ、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換気装置を用いた空気調和システムを提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、給気ファンと、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンと、熱交換換気と熱交換せず外気を直接取り入れるバイパス換気を切り替えるダンパーを備えた全熱交換型の換気装置において、前記ファンの運転・停止、ダンパーの運転・停止を制御できる制御部を設けると共に、それぞれに連動するタイマー装置を制御部に設けることにより、空調機からの連動運転信号を不要とし、冷房期、暖房期、中間期の省エネルギー運転パターンを実使用に合わせ自由に設定できることとしたものであり、これにより所期の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と、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンと、熱交換換気と熱交換せず外気を直接取り入れるバイパス換気を切り替えるダンパーを備えた全熱交換型の換気装置において、前記ファンモータの運転・停止、ダンパーの運転・停止を制御できる制御部を設けると共に、それぞれに連動するタイマー装置を制御部に設けることにより、冷房期、暖房期、中間期の省エネルギー運転パターンを実使用に合わせ自由に設定できる構成にしたことにより、空気調和装置などからの設定温度情報などの外部信号は不要となるため運転制御装置も必要とせず、空気調和機も自由に選択でき、通信線の配線工事も不要となる省施工を実現でき、換気装置も室外温度、室内温度を感知する温度センサーや温度判定を行う運転制御装置も不要とできるため、安価に省エネルギーシステムを提供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の全熱交型換気装置の構成を示す図 本発明の実施の形態１の全熱交型換気装置の詳細図 本発明の実施の形態１の制御動作を示す図 本発明の実施の形態２の全熱交型換気装置の構成を示す図 本発明の実施の形態３の全熱交型換気装置の詳細図 本発明の実施の形態４の全熱交型換気装置の詳細図 本発明の実施の形態４の全熱交型換気装置の詳細図 従来の空気調和装置・換気装置連動システムの構成を示す図

本発明の請求項１記載の全熱交換型換気装置は、
室外ユニットを備えて室内の冷暖房を可能とする空気調和装置と、室内の空気と屋外の空気を熱交換しながら換気を行う熱交換型換気装置を備えた空気調和システムであって、前記熱交換型換気装置は、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と、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンと、熱交換換気と熱交換せず外気を直接取り入れるバイパス換気を切り替えるダンパーを備えるとともに、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーを制御する制御部と、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーの運転パターンを設定し、前記制御部に対して指令する設定部を設けた、という構成を有する。

これにより、空気調和装置などからの外部信号は不要となるため空気調和機も自由に選択でき、通信線の配線工事も不要となる省施工を実現でき、換気装置も室外温度、室内温度を感知する温度センサーや温度判定を行う運転制御装置も不要とできるため、安価に省エネルギーシステムを提供できる、という効果を奏する。

また、前記設定部は、室内に設けた入力装置に設けた、という構成にしてもよい。

これにより、設定を頻繁に変更したい場合に、天井面に設置された本体まで設定行くことなく、容易に設定変更が可能になる、という効果を奏する。

また、前記設定部には、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーそれぞれのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を入力する、という構成にしてもよい。

これによりＯＮ時刻とＯＦＦ時刻をそれぞれ別に入力し、運転停止の自動運転とダンパーの自動運転を組み合わせることにより、使用実態に合わせた省エネルギー運転が可能となり、例えば早朝や夜間など操作者が不在の場合でも使用実態にあった省エネルギー運転が可能になる、という効果を奏する。

また前記設定部には、前記空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻を入力し、前記制御部は、この前記空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻をもとに、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーそれぞれのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を算出する、という構成にしてもよい。

これにより、空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻を設定入力することにより、換気装置が自動的に運転、停止を判断するため、換気装置側でのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻の設定を省略することができるため管理者の設定作業を容易に行えるようにできる、という効果を奏する。

また、前記設定部には、前記空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻、および現在の日時情報を入力し、前記制御部は、この前記空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻および現在の日時情報をもとに、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーそれぞれのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を算出する、という構成にしてもよい。

これにより、日時情報により冬期、夏季、中間期を判断することにより、あらかじめ季節ごとに想定された換気装置のＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を算出し運転することができるため管理者の設定作業を容易に行なえるとともに、冷房や暖房が不要な時期は空気調和装置も停止するため、空気調和装置からの信号が途絶える時期においても、空調機設置場所の実態に合わせた省エネルギー運転を行うようにできる、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換気装置の構成を示す図であり、図２は同詳細図である。

図１から図３において、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。その本体内には、室内の空気と屋外の空気を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５と室内の空気を屋外へ排出するための排気ファン６を備えている。また、全熱交換型換気装置１の室内空気取入口８部分には、熱交換換気ダンパー１３とバイパス換気ダンパー１４を切り替えるダンパー１５が設けられている。制御部１２は、ダンパー１５、給気ファン５及び、排気ファン６の運転、停止を切り替える制御を行なう。そして、制御部１２には、前記給気ファン５、前記排気ファン６、前記ダンパー１５の運転パターンを設定し、前記制御部１２に対して指令する設定部１６を備えている。

全熱交換型換気装置１は、屋外の給気口からダクトを介して外気取入口７から屋外の新鮮な空気を取り入れる。また、室内の排気口からダクトを介して室内空気取入口８から室内の汚れた空気が吸い込まれる（場合によっては、全熱交換型換気装置１本体の室内空気取入口８に直接吸い込まれる）。そして、室内の汚れた空気を排出する際、空調機９で温度調節された室内空気の全熱と、空調機９の負荷となる屋外空気の全熱を交換することで、新鮮な空気を取り入れながら空調機９の熱処理負荷を減少させる構成になっている。

熱交換後の屋外空気は、室内給気口１０から室内２へ供給される。熱交換後の室内空気は、屋外排気口１１から屋外へ排出される。一方、同じ天井裏３には、室内の温度を調節するため、前述の空調機９が別途設置されている。空調機９は、室内で発生する熱負荷と換気の為に取り入れる外気の熱負荷に対応して、室内を目的の設定温度に調節するため、電力を消費している。

上記構成によって、設定部１６は、前記給気ファン５、前記排気ファン６、前記ダンパー１５をそれぞれ個別に運転、停止を切り替える指令を制御部１２に対して出力する。すなわち、設定部１６は、熱交換換気を行う場合、バイパス換気ダンパー１４を閉じ、熱交換換気ダンパー１３を開けるようにダンパー１５を運転するように指令を出力する。バイパス換気を行う場合、バイパス換気ダンパー１４を開け、熱交換換気ダンパー１３を閉じるようにダンパー１５を停止するように、設定部１６は指令を出力する。そして、それぞれの場合において、制御部１２は、給気ファン５、排気ファン６の運転・停止行い、外気の取り入れを制御することで室内空気取入口８の消費電力を削減することができる全熱交換型換気装置１となる。

以下に、事務所における空調負荷、換気負荷、室内温度の変化とダンパー１５、給気ファン５、排気ファン６の動作について図２・３を用いて説明する。

チャートの横軸には時間を、チャートの縦軸には例えば、冷房時において、一般的な事務所を想定した換気負荷、室内温度の変化と空調機の出力、換気装置のファンモータの運転、ダンパー１５の位置を示す。

ここで、ダンパー１５が「バイパス換気」の位置にあるときとは、バイパス換気ダンパー１４を開け、熱交換換気ダンパー１３を閉じている状態、すなわち、「バイパス換気運転」でありダンパー１５を停止させた状態である。ダンパー１５が「熱交換換気」の位置にあるときとは、バイパス換気ダンパー１４を閉じ、熱交換換気ダンパー１３を開けている状態、すなわち、「熱交換換気運転」でありダンパー１５を運転させた状態である。

例えば冷房期の事務所の使用実態に合わせ、設定部１６では、全熱交換型換気装置１の動作を運転パターンスイッチ１７を「１」として設定しておく。ここで、例えば、事務所の使用状況が毎朝９時から就業が決まっており、空調機９も就業に合わせ朝９時から運転する場合、運転開始時に空調機９の設定温度に素早く近づけるために全熱交換型換気装置１の運転を遅らせて運転すると効率的である。そこで、運転パターンスイッチ１７の「１」の動作を、全熱交換型換気装置１を空調機９の運転開始時刻よりも１時間遅らせた１０時から運転させるように設定しておく。このようにすれば、運転パターンスイッチ１７を「１」に設定することにより、運転開始時には、空調機９だけの運転となり、換気による負荷を無くすことができ、短時間で設定温度に近づけることができる。

また、運転パターン設定には、その他の時間帯の運転パターンを含めてまる一日の運転パターンを設定しておくことができる。例えば、運転パターンスイッチ１７の「１」には、１２時から１３時の間、全熱交換型換気装置１を停止するように設定しておく。この設定により、１２時から１３時の昼食時に、事務所が不在になる場合、換気が不要になるため全熱交換型換気装置１の運転を停止することにより空調負荷を低減することができ、空調機９の出力も下げることができる。

また、終業時刻後、室内人員が徐々に減っていくことを想定し、全熱交換型換気装置１の運転を停止するように設定しておくこともできる。このような設定により、終業時刻後の空調負荷を低減することができる。

また、夜間には空調機９を停止後、昼間の日射による建物の熱負荷により室内の温度が上がっていき、朝方には、外気温度が室内温度よりも低くなることが想定される。その場合には、積極的に外気取り入れ運転を行なうと効率的である。例えば、朝４時から６時の間に、全熱交換型換気装置１を運転し、かつバイパス換気運転を行う事により、外気冷房運転を終業時刻前に行い、空調機９の運転開始時の空調負荷を低減することができる。

上記のように、本実施の形態の全熱交換型換気装置１においては、定常的に決まった使用状況が想定される場合に、空調機９からの情報は必要とせず、空調機９との連動運転をせずに、全熱交換型換気装置１単独で運転が可能である。すなわち、空調機９などからの外部信号は不要となり空気調和方式も自由に選択できる。また、連動運転のための通信線の配線工事も不要となるため省施工を実現でき、全熱交換型換気装置１も室外温度、室内温度を感知する温度センサーや温度判定を行う運転制御装置も不要とできる。このように、連動システムを構成する部品の削減が可能となり、安価に省エネルギーシステムを構築できる。また、連動制御を行わなくても、全熱交換型換気装置１単独で制御することにより空調機９の熱処理負荷を削減することができ、空調機９の消費電力を削減することができるという効果が得られる。

図４は、本実施の形態の全熱交換型換気装置１の構成を示す図である。

図４に示すように、室内に全熱交換型換気装置１の運転、停止や風量などの可変機能を備えた手元操作部１９と、設定部１６を設けた入力装置１８を手元操作部１９に設けてもよい。このような構成によれば、設定を頻繁に変更したい場合に、天井面に設置された全熱交換型換気装置１本体まで設定者が行くことなく、容易に室内で設定変更が可能になるという効果が得られる。

（実施の形態２）
図５は、本実施の形態の全熱交換型換気装置１の操作部の詳細図である。操作部は、第１の実施の形態の図１における設定部１６に設けてもよいし、図４における手元操作部１９に設けてもよい。

この操作部には、給気ファン５、排気ファン６、とダンパー１５の各アクチュエータそれぞれのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を入力するためのスイッチ２０が設けられている。このスイッチ２０は、該当の時間帯に各アクチュエータの運転パターンをディップスイッチによって設定するものである。例えば、９時から１０時の間に給気ファンを運転させたい場合、給気ファンモータのスイッチ２０ａの左から１０番目のディップスイッチをＯＮ側に倒すのである。ダンパー１５についても、スイッチの表示はＯＮ／ＯＦＦになっているが、ＯＮは「熱交換換気」すなわち、バイパス換気ダンパー１４を閉じ、熱交換換気ダンパー１３を開けている状態を指し、ＯＦＦは、「バイパス換気」すなわち、バイパス換気ダンパー１４を開け、熱交換換気ダンパー１３を閉じている状態を指す。なお、逆にＯＮは「バイパス換気」、ＯＦＦは、「熱交換換気」としてもよい。

このような構成によれば、換気装置の給気ファン５、排気ファン６、ダンパー１５のＯＮ時刻とＯＦＦ時刻をそれぞれ別に設定入力することにより、運転、停止の自動運転とダンパー１５の自動運転を組み合わせることが可能となる。従って、使用実態に合わせた省エネルギー運転を行うことができる。例えば冷房期に早朝や夜間などの外気冷房を活用することにより室内負荷を低減でき省エネルギー効果があることは知られており、操作者が不在の場合でも使用実態に合わせ省エネルギー運転を行うことが可能になる。

（実施の形態３）
図６は、全熱交換型換気装置１の操作部の別の形態における詳細図である。操作部は、第２の実施の形態同様、第１の実施の形態の図１における設定部１６に設けてもよいし、図４における手元操作部１９に設けてもよい。

この操作部には、前記空調機９の運転開始時刻、運転終了時刻を入力するスイッチｄ２１が設けられている。このスイッチｄ２１には、空調機９の運転開始時刻、運転終了時刻を入力する。制御部、この情報から全熱交換型換気装置１の給気ファン５、排気ファン６、ダンパー１５のＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を自動算出し制御できる構成とする。なお、スイッチｄ２１の操作方法は、第２の実施の形態におけるスイッチ２０と同様である。

このような構成によれば、空調機９の運転開始時刻、運転終了時刻を設定入力することにより、設定入力値に対する全熱交換型換気装置１の運転、停止時間をあらかじめ決めておくことができる。そして、全熱交換型換気装置１の運転制御を自動的に判断することが可能となり、全熱交換型換気装置１側でのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻の設定を省略することができるため管理者の設定作業が簡略化することができる。

例えば、冷房時期において全熱交換型換気装置１はあらかじめ、空調機運転開始時刻の２時間前に運転し、空調機運転開始時には一旦運転を停止し、一時間後に遅れて運転を開始するような設定を行うという設定を行う。そのような設定により、空調機９の運転開始時刻の情報から、夏季冷房時期に事務所内の室内温度が、日射により温度が上がってしまう場合の負荷を低減するため、外気冷房の目的で運転開始前２時間バイパス換気運転を行う。このようにして素早く室内温度を下げ、空調機９の運転開始時には、設定温度に早く近づけ空調機９の出力を下げることができ、運転開始時の換気負荷を低減することができる。

（実施の形態４）
図７は、本実施の形態の全熱交換型換気装置１の操作部の別の形態における詳細図である。操作部は、第２の実施の形態同様、第１の実施の形態の図１における設定部１６に設けてもよいし、図４における手元操作部１９に設けてもよい。

設定部１６には、空調機９の運転開始時刻、運転終了時刻をスイッチｅ２２に入力する。そして、現在の月日時情報を時計機能を有した入力部Ａ２３に入力し、夏季の期間を入力部Ｂ２４、冬期の期間を入力部Ｃ２５に入力する。これら入力情報をもとに、設定部１６は、給気ファン５、排気ファン６、ダンパー１５それぞれのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を自動算出する。

入力部Ａ２３の日時情報が入力部Ｂ２４の期間に該当する場合は、季節を夏季と判断し、入力部Ｃ２５の期間に該当する場合は、季節を冬期と判断し、入力部Ｂ２４及び入力部Ｃ２５に該当しない場合は、中間期と判断する。夏季、冬期、中間期の判断を行うことにより、室外温度、室内温度が想定でき、あらかじめ季節ごとに想定された省エネルギー運転を行うための、換気装置のＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を算出し運転することができ管理者の設定作業を毎日行う必要がなく、容易に行なえるとともに、設置場所の実態に合わせた省エネルギー運転を行うようにできる。

例えば、冷房運転、暖房運転を行わない、中間期の場合で、近年増えている事務所内のＯＡ機器から熱負荷の影響で事務所内の室内温度が高いため、中間期でも空調機９により冷房運転を行っている。本実施の形態によれば、入力部Ａ２３、入力部Ｂ２４、入力部Ｃ２５の設定により中間期と判断した場合、事務所の使用環境に応じて、全熱交換型換気装置１のダンパー１５をバイパス換気で運転する設定とする。全熱交換型換気装置１にてバイパス換気を行うことにより外気冷房が可能となり、空調機９の運転負荷を減らすことができる。また、中間期等において、室内熱負荷が小さい場合には、空調機９を運転しないため、空調機９から連動信号で全熱交換型換気装置１の運転を制御することができなかった。しかし、本実施の形態では、全熱交換型換気装置１単独で季節情報を判断して自動運転できることとしたために、事務所の就業時刻に合わせ、全熱交換型換気装置１単独での運転を設定できるという効果がある。

本発明にかかわる全熱交換型換気装置は、空調機と併用した空調システムにおいて消費電力を確実に削減するとともに省施工を実現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
６ 排気ファン
７ 外気取入口
８ 室内空気取入口
９ 空調機
１０ 室内給気口
１１ 屋外排気口
１２ 制御部
１３ 熱交換換気ダンパー
１４ バイパス換気ダンパー
１５ ダンパー
１６ 設定部
１７ 運転パターンスイッチ
１８ 入力装置
１９ 手元操作部
２０ スイッチ
２１ スイッチｄ
２２ スイッチｅ
２３ 入力部Ａ
２４ 入力部Ｂ
２５ 入力部Ｃ

Claims (5)

1. 室外ユニットを備えて室内の冷暖房を可能とする空気調和装置と、室内の空気と屋外の空気を熱交換しながら換気を行う熱交換型換気装置を備えた空気調和システムであって、前記熱交換型換気装置は、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と、室内の空気を屋外に排出するための排気ファンと、熱交換換気と熱交換せず外気を直接取り入れるバイパス換気を切り替えるダンパーを備えるとともに、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーを制御する制御部と、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーの運転パターンを設定し、前記制御部に対して指令する設定部を設けた空気調和システム。
2. 前記設定部は、室内に設けた入力装置に設けた請求項１記載の空気調和システム。
3. 前記設定部には、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーそれぞれのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を入力する請求項１または２記載の空気調和システム。
4. 前記設定部には、前記空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻を入力し、
   前記制御部は、この前記空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻をもとに、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーそれぞれのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を算出する請求項１または２記載の空気調和システム。
5. 前記設定部には、前記空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻、および現在の日時情報を入力し、
   前記制御部は、この前記空気調和装置の運転開始時刻、運転終了時刻および現在の日時情報をもとに、前記給気ファン、前記排気ファン、前記ダンパーそれぞれのＯＮ時刻とＯＦＦ時刻を算出する請求項１または２記載の空気調和システム。

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