以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
〈空調システムの全体構成〉
本実施形態の空調システム(10)は、複数の空気調和機(20,40)を備えている。複数の空気調和機(20,40)は、同一の室内空間(11)を空調の対象としている。本実施形態の空調システム(10)には、2台の空気調和機(第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40))が設けられる。空調システム(10)は、3台以上の空気調和機を備えてもよい。第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40)とは、基本的な構成は同じである。また、空調システム(10)は、各空気調和機(20,40)を制御するための制御装置(60)を備えている。
〈第1空気調和機〉
図1及び図2に示すように、第1空気調和機(20)は、室外に設置される第1室外ユニット(21)と、室内に設置される複数の第1室内ユニット(30)とを備えている。複数の第1室内ユニット(30)は、2本の連絡配管を介して第1室外ユニット(21)に並列に接続される。なお、第1室内ユニット(30)は、1台、2台、又は3台以上であってもよい。
第1空気調和機(20)は、冷媒が充填される第1冷媒回路(22)を備える。第1冷媒回路(22)では、冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。第1冷媒回路(22)には、第1圧縮機(23)、第1室外熱交換器(24)、第1室外膨張弁(25)、第1四方切換弁(26)、及び複数の第1室内熱交換器(32)が接続される。
第1圧縮機(23)、第1室外熱交換器(24)、第1室外膨張弁(25)、及び第1四方切換弁(26)は、第1室外ユニット(21)に設けられる。第1圧縮機(23)は、容量が可変なインバータ式の圧縮機で構成される。第1圧縮機(23)は、インバータ装置の出力が制御されることで運転周波数(電動機の回転数)が調節可能に構成される。第1室外熱交換器(24)は、例えばフィンアンドチューブ式の熱交換器である。第1室外熱交換器(24)の近傍には、第1室外ファン(27)が設けられる。第1室外熱交換器(24)では、第1室外ファン(27)が送風する室外空気と冷媒とが熱交換する。第1室外膨張弁(25)は、開度が可変な電子膨張弁で構成される。第1四方切換弁(26)は、第1〜第4のポートを有する。第1ポートは、第1圧縮機(23)の吐出側に連通し、第2ポートは第1圧縮機(23)の吸入側に連通する。第3ポートは、第1室外熱交換器(24)のガス側端に連通し、第4ポートは第1室内熱交換器(32)の液側端に連通する。第1四方切換弁(26)は、第1ポートと第3ポートが連通し且つ第2ポートと第4ポートが連通する第1状態(図2の実線で示す状態)と、第1ポートと第4ポートが連通し且つ第2ポートと第3ポートが連通する第2状態(図2の破線で示す状態)とに切り換えられる。
各第1室内熱交換器(32)は、各第1室内ユニット(30)に1つずつ設けられる。第1室内熱交換器(32)は、第1室内ユニット(30)内の空気通路に配置される。第1室内熱交換器(32)の近傍(下流側)には、第1室内ファン(33)が設けられる。第1室内熱交換器(32)では、室内空間(11)から吸い込んだ室内空気(吸込空気)と冷媒とが熱交換する。第1室内熱交換器(32)で熱交換した空気は、吹出空気として室内空間(11)へ供給される。
第1室内ファン(33)は、例えば遠心ファンで構成され、ファンの風量が調節可能に構成される。本実施形態の第1室内ファン(33)の風量は、Lタップ(小風量)、Mタップ(中風量)、及びHタップ(大風量)の3段階に切換可能である。
各第1室内ユニット(30)には、第1吸込温度センサ(34)及び第1吸込湿度センサ(35)がそれぞれ1つずつ設けられる。第1吸込温度センサ(34)は、吸込空気の温度を検出する。第1吸込湿度センサ(35)は、吸込空気の湿度(絶対湿度)を検出する。
第1冷媒回路(22)では、第1冷凍サイクル(冷房サイクル)と、第2冷凍サイクル(暖房サイクル)とが切り換えて行われる。第1冷凍サイクルでは、第1四方切換弁(26)が第1状態となり、第1圧縮機(23)、第1室外ファン(27)、及び第1室内ファン(33)が運転される。これにより、第1冷凍サイクルでは、冷媒が第1室外熱交換器(24)で放熱(凝縮)し、第1室外膨張弁(25)で減圧され、第1室内熱交換器(32)で蒸発する。第2冷凍サイクルでは、第1四方切換弁(26)が第2状態となり、第1圧縮機(23)、第1室外ファン(27)、及び第1室内ファン(33)が運転される。これにより、第2冷凍サイクルでは、冷媒が第1室内熱交換器(32)で放熱(凝縮)し、第1室外膨張弁(25)で減圧され、第1室外熱交換器(24)で蒸発する。
〈第2空気調和機〉
図2に示すように、第2空気調和機(40)は、第1空気調和機(20)と同様の構成機器を備えている。つまり、第2空気調和機(40)は、第2室外ユニット(41)と複数の第2室内ユニット(50)とが接続され、冷媒が循環する第2冷媒回路(42)が構成される。
第2室内ユニット(50)には、第2室内熱交換器(52)、第2室内ファン(53)、第2吸込温度センサ(54)、第2吸込湿度センサ(55)が設けられる。第2冷媒回路(42)では、第1冷媒回路(22)と同様にして、第1冷凍サイクル(冷房サイクル)と第2冷凍サイクル(暖房サイクル)とが切り換えて行われる。第2空気調和機(40)の各機器の構成は、第1空気調和機(20)と同様であるので詳細な説明は省略する。
〈リモコン〉
図1に示すように、第1空気調和機(20)には、第1リモコン(36)が設けられる。第2空気調和機(40)には、第2リモコン(56)が設けられる。各リモコン(36,56)は、例えば室内の壁に設けられ、ユーザが操作可能に構成される。各リモコン(36,56)には、対応する空気調和機(20,40)の電源のON/OFF、運転モードの切り換え、吹出空気の風向の切り換え等を行うための操作部が設けられる。また、各リモコン(36,56)には、対応する空気調和機(20,40)の現在の運転モード、設定温度、設定湿度等を表示する表示部が設けられる。
〈制御装置〉
図1及び図3に示すように、空調システム(10)は、各空気調和機(20,40)を制御するための制御装置(60)(制御システム)を備えている。本実施形態の制御装置(60)は、第1ローカルコントローラ(61)、第2ローカルコントローラ(71)、通信端末(80)、ルータ(85)、及びクラウドサーバ(90)を含んでいる。
第1ローカルコントローラ(61)は、第1空気調和機(20)に対応して設けられる。第1ローカルコントローラ(61)は、第1冷媒回路(22)の各構成機器、第1室内ファン(33)等を制御可能に構成される。第1ローカルコントローラ(61)は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを用いて構成されている。
第1ローカルコントローラ(61)は、第1能力決定部(62)、第1能力制御部(63)、及び第1通信部(64)を備えている。第1能力決定部(62)は、第1空気調和機(20)の能力を決定するための演算部である。第1能力制御部(63)は、第1空気調和機(20)の能力を制御するための制御部である。
第1通信部(64)は、ルータ(85)を介してインターネット(86)に接続され、該インターネット(86)を経由してクラウドサーバ(90)と通信可能に構成される。第1通信部(64)とルータ(85)との間の通信は、有線方式で実現してもよいし、無線方式で実現してもよい。このような構成により、第1ローカルコントローラ(61)とクラウドサーバ(90)との間では、運転指令や制御パラメータ等の信号のやりとりが双方向に可能となっている。
第2ローカルコントローラ(71)は、第2空気調和機(40)に対応して設けられる。第2ローカルコントローラ(71)は、第2冷媒回路(42)の各構成機器、第2室内ファン(53)等を制御可能に構成される。第2ローカルコントローラ(71)は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを用いて構成されている。
第2ローカルコントローラ(71)は、第2能力決定部(72)、第2能力制御部(73)、及び第2通信部(74)を備えている。第2能力決定部(72)は、第2空気調和機(40)の能力を決定するための演算部である。第2能力制御部(73)は、第2空気調和機(40)の能力を制御するための制御部である。
第2通信部(74)は、ルータ(85)を介してインターネット(86)に接続され、該インターネット(86)を経由してクラウドサーバ(90)と通信可能に構成される。第2通信部(74)とルータ(85)との間の通信は、有線方式で実現してもよいし、無線方式で実現してもよい。
通信端末(80)は、ユーザが、詳細は後述する温湿度制御モードの運転を指令するための通信機器である。通信端末(80)は、例えばスマートフォンやタブレットPC等で構成される。通信端末(80)は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを有する。また、通信端末(80)は、表示部及び操作部を兼用するタッチパネル(81)と、インターネット(86)を経由してクラウドサーバ(90)と接続する通信部(82)とを有する。
通信端末(80)には、温湿度制御モードを実行するためのプログラム(制御用アプリケーション)が記憶されている。ユーザは、通信端末(80)のタッチパネル(81)を操作することにより、温湿度制御モードのON/OFFの切り換え、温湿度制御モードの室内の目標温度(Ts)の設定、温湿度制御モードの室内の目標湿度(Rs)の設定を行うことができる。
クラウドサーバ(90)は、インターネット(86)を経由して、第1ローカルコントローラ(61)、第2ローカルコントローラ(71)、及び通信端末(80)と双方向に通信可能に構成されている。クラウドサーバ(90)は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを有する。
クラウドサーバ(90)は、運転判定部(91)及び能力決定部(92)を備えている。運転判定部(91)は、温湿度制御モードでの各種の運転(詳細は後述する)を切り換えるための判定動作を行う。能力決定部(92)は、温湿度制御モードの各運転において、各空気調和機(20,40)の目標蒸発温度、及び室内ファンの速度(ファンタップ)をそれぞれ決定する。クラウドサーバ(90)は、このようにして求めた運転パラメータを、インターネット(86)を経由して、各ローカルコントローラ(61,71)へ所定時間(例えば20秒)毎に送信する。
−運転動作−
空調システム(10)の運転動作について詳細に説明する。
空調システム(10)では、温度制御モードと温湿度制御モードとが選択可能となっている。温度制御モードは、室内空間(11)の室内空気の温度のみを調節するための運転モードであり、冷房運転及び暖房運転を含んでいる。温度制御モードでは、室内空気の温度を目標値に近づける制御が行われる。温湿度制御モードは、室内空間(11)の室内空気の温度と湿度とを調節するための運転モードである。温湿度制御モードでは、1)除湿運転、2)非分離運転、3)潜顕分離運転、4)顕熱運転、及び5)潜熱運転を含んでいる。温湿度制御モードでは、室内の空気状態(温度及び湿度)に応じて、1)〜5)の運転が自動的に切り換えて実行される。これらの運転の詳細は後述する。
−温度制御モードの冷房運転−
温度制御モードの冷房運転について説明する。冷房運転では、各空気調和機(20,40)で上述した第1冷凍サイクルが行われる。つまり、圧縮機(23,43)で圧縮された冷媒は、各室外熱交換器(24,44)で凝縮し、室外空気へ放熱する。凝縮した冷媒は、各室外膨張弁(25,45)で減圧された後、各室内熱交換器(32,52)を流れる。各室内熱交換器(32,52)では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。これにより、各室内ユニット(30,50)では、吸込空気が冷却される。蒸発した冷媒は、各圧縮機(23,43)に吸入され、再び圧縮される。各室内熱交換器(32,52)で冷却された空気は、室内空間(11)へ吹出空気として供給される。
冷房運転では、各室内ユニット(30,50)の吸込空気の温度と設定温度との差ΔTに応じて、各空気調和機(20,40)の能力が制御される。このΔTが大きくなると、各空気調和機(20,40)の目標蒸発温度が小さくなり、ひいては各圧縮機(23,43)の運転周波数が増大する。逆にΔTが小さくなると、各空気調和機(20,40)の目標蒸発温度が大きくなり、ひいては各圧縮機(23,43)の運転周波数が減少する。
−温湿度制御モード−
温湿度制御モードの運転は、室内の温度を目標温度(Ts)に近づけるともに、室内の湿度を目標湿度(Rs)に近づける運転である。温湿度制御モードでは、現在の室内の温湿度を目標点(S)(図6を参照)に近づけるように、現在の空気の状態点(C)に応じて、各種の運転を切り換える。温湿度制御モードは、各ローカルコントローラ(61,71)、クラウドサーバ(90)、及び通信端末(80)間の相互の信号の授受によって実現される。これらの端末間の信号の送受信は所定時間(例えば20秒)毎に行われる。
〈温湿度制御モードへの移行まで制御〉
温湿度制御モードへ移行するまでの制御について、図4を参照しながら説明する。ユーザが通信端末(80)のアプリケーションを起動させ、タッチパネル(81)上において「温湿度制御モード」の「ON」を選択すると、この信号がクラウドサーバ(90)へ出力される。同時に、クラウドサーバ(90)には、通信端末(80)に設定された目標温度(Ts)及び目標湿度(Rs)が入力される。以上のようにして、温湿度制御モードの開始の指示があると、ステップSt1からステップSt2へ移行する。
次いで、クラウドサーバ(90)は、受信した目標温度(Ts)及び目標湿度(Rs)を、各空気調和機(20,40)の各ローカルコントローラ(61,71)、又は各リモコン(36,56)へ送信する。各ローカルコントローラ(61,71)では、各空気調和機(20,40)で検出した吸込空気温度と目標温度(Ts)とを用いて各空気調和機(20,40)の起動(サーモON)の判定を行う。なお、各ローカルコントローラ(61,71)は、各空気調和機(20,40)で検出した吸込空気湿度と目標湿度(Rs)とを用いて各空気調和機(20,40)の起動の判定を行うようにしてもよい。
以上のようにして、サーモON条件が成立すると、ステップSt2からステップSt3へ移行し、温湿度制御モードへ移行する。
〈初回の判定動作〉
図5に示すように、温湿度制御モードへ移行すると、初回の判定動作が行われる(ステップSt51)。初回の判定動作では、運転判定部(91)が、1)除湿運転、3)顕熱運転、4)顕熱運転、5)潜熱運転のいずれを実行するかの判定を行う。つまり、初回の判定動作では、2)非分離運転が選択されることはない。判定動作では、通信端末(80)に設定された目標温度(Ts)と、通信端末(80)に設定された目標湿度(Rs)と、室内空間(11)の現在の空気状態とが用いられる。ここで、現在の空気状態を示す指標としては、室内空間(11)の現在の空気温度(T)と、室内空間(11)の現在の空気湿度(R)と、室内空間(11)の現在の不快指数(DI)とが用いられる。
空気温度(T)は、複数の第1吸込温度センサ(34)の各検出温度と、複数の第2吸込温度センサ(54)の各検出温度のうち、最も高い空気温度(Tmax)が用いられる。空気湿度(R)は、複数の第1吸込湿度センサ(35)の各検出湿度と、複数の第2吸込湿度センサ(55)の各検出湿度のうち、最も高い空気温度(Tmax)に対応する検出湿度である。つまり、空気温度(T)と空気湿度(R)は、同じ室内ユニット(30,50)の対となる吸込温度センサ(34,54)及び吸込湿度センサ(35,55)に対応している。
不快指数(DI)は、空気温度(T)及び空気湿度(R)とから求められる。ここで、不快指数(discomfort index)は、人体の温熱感覚を表すための温熱指標の一つであり、温度と湿度とを含む関係式により求めることができる。
判定動作では、各運転の移行の判定を行うための複数の閾値が用いられる。これらの閾値は、室内の空気状態の目標値(即ち、目標温度(Ts)及び目標湿度(Rs))に基づいて決定される。
具体的には、図6の空気線図を用いて概念的に説明すると、運転判定部(91)は、目標温度(Ts)に基づいて、第1温度閾値(Ts1)、第2温度閾値(Ts2)、第3温度閾値(Ts3)、第4温度閾値(Ts4)、及びサーモオフ判定温度(Toff)を算出する。第1温度閾値(Ts1)は、目標温度(Ts)に所定温度Δt1(例えば0.5℃)を加えた値である。第2温度閾値(Ts2)は、目標温度(Ts)に所定温度Δt2(例えば1.5℃)を加えた値である。第3温度閾値(Ts3)は、目標温度(Ts)に所定温度Δt3(例えば2.0℃)を加えた値である。第4温度閾値(Ts4)は、目標温度(Ts)から所定温度Δt4(例えば0.5℃)を引いた値である。サーモオフ判定温度(Toff)は、目標温度に所定温度(例えば2℃)を引いた値である。本実施形態では、Δt1とΔt4とが等しい。
運転判定部(91)は、目標湿度(Rs)に基づいて、第1湿度閾値(Rs1)、第2湿度閾値(Rs2)、第3湿度閾値(Rs3)、及び第4湿度閾値(Rs4)を算出する。ここで、第1湿度閾値(Rs1)は、目標湿度(Rs)に所定湿度Δr1(例えば1.0g/kg(dry-air))を加えた値である。第2湿度閾値(Rs2)は、目標湿度(Rs)に所定湿度Δr2(例えば2.0g/kg(dry-air))を加えた値である。第3湿度閾値(Rs3)は、目標湿度(Rs)から所定湿度Δr3(例えば1.0g/kg(dry-air))を引いた値である。第4湿度閾値(Rs4)は、目標湿度(Rs)から所定湿度Δr4(例えば2.0g/kg(dry-air))を引いた値である。本実施形態では、Δr1とΔr3とが等しくΔr2とΔr4とが等しい。
運転判定部(91)は、目標温度(Ts)及び目標湿度(Rs)とから、室内空間(11)の目標とする不快指数(目標不快指数(DIs1))を算出する。図6の空気線図では、右上にいくほど(温度及び湿度が高くなるほど)不快指数が大きくなり、左下(温度及び湿度が低くなる)ほど不快指数は小さくなる。従って、空気線図において、目標不快指数(Ds1)は左上に延びる線となり、この目標不快指数(DIs1)が第1の不快指数閾値となる。更に、運転判定部(91)は、目標不快指数(DIs1)に所定値(例えば0.5)を加えた値を第2不快指数閾値(DIs2)とする。
運転判定部(91)は、以上のような各閾値と、現在の空気の状態点(C)(即ち、空気温度(T)及び空気湿度(R))とを比較し、いずれの運転に移行するかを判定する。
具体的には、運転判定部(91)は、現在の空気の状態点(C)が、太線で囲んだE1の領域内にある場合、潜顕分離運転への移行を決定する。つまり、空気温度(T)が第2温度閾値(Ts2)より低く、且つ空気湿度(R)が第3湿度閾値(Rs3)以上であり、且つ空気湿度(R)が第1湿度閾値(Rs1)より低い場合には、潜顕分離運転への移行を決定する。また、運転判定部(91)は、現在の空気の不快指数(DI)が目標不快指数(DIs1)よりも低く、且つ空気湿度(R)が第3湿度閾値(Rs3)以上である場合にも、潜顕分離運転への移行を決定する。
運転判定部(91)は、現在の空気の状態点(C)が、太線で囲んだE2の領域内にある場合、顕熱運転への移行を決定する。つまり、空気温度(T)が第2温度閾値(Ts2)以上であり、且つ空気湿度(R)が第1湿度閾値(Rs1)より小さい場合には、顕熱運転への移行を決定する。また、運転判定部(91)は、空気温度(T)が第2温度閾値(Ts2)より低く、且つ空気湿度(R)が第3湿度閾値(Rs3)より低い場合にも、顕熱運転への移行を決定する。
運転判定部(91)は、現在の空気の状態点(C)が、太線で囲んだE3の領域内にある場合、潜熱運転への移行を決定する。つまり、空気温度(T)が第1温度閾値(Ts1)より低く、且つ空気湿度(R)が第1湿度閾値(Rs1)以上であり、且つ不快指数(DI)が目標不快指数(DIs1)以上である場合には、潜熱運転への移行を決定する。
運転判定部(91)は、現在の空気の状態点(C)が、E4の領域内にある場合、除湿運転への移行を決定する。つまり、空気温度(T)が第1温度閾値(Ts1)以上であり、空気湿度(R)が第1湿度閾値(Rs1)以上である場合、除湿運転への移行を決定する。
なお、図5に示すように、本実施形態では、ステップSt56で除湿運転が開始された後、所定時間(例えば120秒)が経過すると、ステップSt57へ移行し、除湿運転から非分離運転へ切り換えられる。
〈2回目以降の判定動作の概要〉
温湿度制御モードに移行した後の2回目以降の判定動作(ステップSt58)では、運転判定部(91)が、除湿運転を除く他の運転( 2)非分離運転、3)顕熱運転、4)顕熱運転、5)潜熱運転)のいずれを実行するかの判定を行う。つまり、温湿度制御モードでは、該温湿度制御モードの開始直後の初回の判定動作において、現在の空気がE4の領域内にある場合のみ、除湿運転が実行される。
2回目以降の判定動作は、各運転中において、所定時間(例えば20秒毎)に行われる。2回目以降の判定動作の基本的な判断基準は、上述した初回の判定動作と同じである。ただし、2回目以降の判定動作では、現在の運転の種類に応じて、次の運転を決定するための閾値が初回の判定動作とは異なる。
〈除湿運転/非分離運転中の判定動作〉
除湿運転及び非分離運転中の判定動作の閾値は、図7のようになる。詳細の説明は省略するが、これらの運転では、潜顕分離運転に対応する領域E1の湿度の範囲が、他の判定動作よりも下側(低湿側)に拡大されている。また、これらの運転では、潜顕分離運転に対応する領域E1において、第1湿度閾値(Rs1)以上の範囲での不快指数の閾値が存在しない。
〈潜顕分離運転中の判定動作〉
潜顕分離運転中の判定動作の閾値は、図8のようになる。詳細の説明は省略するが、潜顕分離運転では、顕熱運転に対応する領域E2、及び潜熱運転に対応する領域E3が、初回の判定動作よりも小さくなっている。また、潜顕分離運転において、現在の空気の状態点(C)が領域E5内にある場合、非分離運転への移行が決定される。潜顕分離運転における領域E5の範囲は、初回の判定動作の領域E4(除湿運転への移行範囲)よりも小さい。このように、潜顕分離運転中の判定動作では、継続して潜顕分離運転を行うための領域E1が、初回の判定動作の領域E1よりも大きくなっている。従って、ある運転から潜顕分離運転に移行した後、空気温度(T)や空気湿度(R)が僅かに高くなることで、他の運転が再び戻ること(いわゆるハンチング)を回避できる。
〈潜熱運転の判定動作〉
顕熱運転中の判定動作の閾値は、図9のようになる。詳細の説明は省略するが、顕熱運転では、他の判定動作にはない領域E6(ハッチングを付した領域)が存在する。領域E6は、領域E5と同様、非分離運転への移行を決定するための領域である。ただし、顕熱運転中の判定動作において、空気の状態点(C)が領域E5にある場合、速やかに非分離運転へ移行するのに対し、空気の状態点(C)が領域E6にある場合、この状態が所定時間(例えば180秒)継続することで、非分離運転に移行する。このように、顕熱運転から非分離運転への境界付近の領域において、時間の制約を加えることで、顕熱運転と非分離運転との間のハンチングを回避できる。
〈顕熱運転の判定動作〉
潜熱運転中の判定動作の閾値は、図10のようになる。詳細の説明は省略するが、潜熱運転では、潜顕分離運転に対応する領域E1の湿度の範囲が、初回の判定動作よりも下側(低湿側)に拡大されている。
〈各運転の概要〉
次いで、温湿度制御モードで実行される各運転について説明する。温湿度制御モードの運転は、複数の空気調和機(20,40)の全てが潜熱機となる第1運転と、複数の空気調和機のうちの一部(本例では第1空気調和機(20))が潜熱機となり、他の空気調和機(本例では第2空気調和機(40))が顕熱機となる第2運転と、複数の空気調和機(20,40)(本例では第1空気調和機(20)及び第2空気調和機(40))の全てが顕熱機となる第3運転とに大別される。除湿運転、非分離運転、及び潜熱運転は第1運転に含まれる。潜顕分離運転は、第2運転に該当し、顕熱運転は、第3運転に該当する。
「潜熱機」は、室内ユニット(30,50)の室内熱交換器(32,52)が空気を露点温度以下まで冷却するように制御される空気調和機である。従って、潜熱機の室内ユニット(30,50)で空気が冷却されると、空気中の水分が結露し、結露水がドレンパン等に回収される。これにより、潜熱機の室内ユニット(30,50)では、空気の温度及び湿度の双方が低下する。
「顕熱機」は、室内ユニット(30,50)の室内熱交換器(32,52)が空気を露点温度より高い温度で冷却するように制御される空気調和機である。従って、顕熱機の室内ユニット(30,50)で空気が冷却されると、空気中の水分は結露せず、空気の温度のみが低下する。
〈除湿運転〉
除湿運転は、室内の湿度及び温度が高い条件下において、室内の絶対湿度を急激に低下させる運転である。除湿運転では、第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40)との双方が潜熱機となる。
除湿運転に移行すると、クラウドサーバ(90)は、各空気調和機(20,40)の室内ファン(33,53)の風量を制御するための信号を各ローカルコントローラ(61,71)に送信する。除湿運転では、室内ファン(33,53)の風量をLタップに制御する信号が送信される。これにより、除湿運転では、全ての室内ファン(33,53)の風量が小風量となり、各室内ユニット(30,50)の除湿性能が向上する。
クラウドサーバ(90)は、各空気調和機(20,40)の目標蒸発温度(TeS)を適宜求め、求めた目標蒸発温度(TeS)を各ローカルコントローラ(61,71)に送信する。ここで、除湿運転では、次のような処理(目標蒸発温度決定処理)により、現在の空気状態に基づいて目標蒸発温度(TeS)を算出する。具体的には、能力決定部(92)は、メモリに記憶された関数式を用いて目標蒸発温度(TeS)を算出する。ここで、この関数式は、図11の空気線図上で示す飽和曲線と、現在の空気温度(T)と、現在の空気湿度(R)とを含む関数である。具体的に、この関数式は、図11に示すように、空気線図上における飽和曲線と、現在の空気の状態点を通過する直線Mとの接点(P)に対応する温度(Tp)を求めるものである。ここで、現在の空気の状態点(C)は、現在の空気温度(T)と現在の空気湿度(R)に対応する。この関数式により、接点(P)に対応する温度(Tp)が算出され、この温度(Tp)を目標蒸発温度(TeS)とする。除湿運転では、このような目標蒸発温度決定処理が、原則として、所定時間(20秒)毎に実行される。
このようにして得た目標蒸発温度(TeS)は、インターネット(86)を経由して、各ローカルコントローラ(61,71)に適宜送信される。この結果、各空気調和機(20,40)は、現在の蒸発温度(Te)が、所定時間毎に受信される目標蒸発温度(TeS)に近づくように圧縮機(23,43)の運転周波数を制御する。
除湿運転では、このように目標蒸発温度(T)を求めることで、目標蒸発温度(TeS)が過剰に高くなる、あるいは過剰に低くなることを防止できる。目標蒸発温度(TeS)が高すぎると、空気を冷却可能な温度が高くなり、空気から凝縮可能な水分量も少なくなってしまう。このため、室内空気を速やかに除湿できず、室内の温湿度を速やかに目標点(S)に近づけることができない。この結果、室内空間(11)の快適性が損なわれてしまう。
一方、目標蒸発温度(TeS)が低すぎると、空気の顕熱比が大きい領域(図11のaの矢印の傾きが小さい領域)で空気を除湿しようとする。この領域では、処理される全熱量に対して処理される潜熱の割合が小さくなるため、除湿に不利な条件となる。このため、この領域で空気を冷却すると、除湿の効率が低下し、ひいては省エネ性が損なわれてしまう。
これに対し、図11に示すように、接点(P)に対応する温度(Tp)を目標蒸発温度(TeS)とすることで、目標蒸発温度(TeS)が過剰に高くなる、あるいは過剰に低くなることがない。この結果、室内の快適性と、空調システム(10)の省エネ性を両立できる。
なお、除湿運転で求められる目標蒸発温度(TeS)には、各潜熱機で空気を確実に露点温度以下で冷却できるよう、上限値が設定されている。従って、除湿運転では、各潜熱機の冷却される空気が、露点温度より高くなってしまうことはない。
除湿運転では、上述したように目標蒸発温度決定処理が、原則として所定時間(20秒)毎に実行される。ただし、圧縮機(23,43)の保護や蒸発温度(Te)のハンチングの防止を目的として、各目標蒸発温度決定処理の実行前に次の更新判定が行われる。
更新判定では、目標蒸発温度処理を再び実行するか否かを判定する。更新判定において、条件1−A及び条件1−Bのいずれか一方又は両方が成立する場合、目標蒸発温度決定処理が行われ、目標蒸発温度(TeS)は更新される。
1−A:現在|Te−TeS|≦E1
1−B:|(現在|Te−TeS|−前回|Te−TeS|)|≦E2
ここで、現在|Te−TeS|は、現在の蒸発温度(Te)と現在の目標蒸発温度(TeS)との差分の絶対値である。前回|Te−TeS|は、今回の更新判定より1つ前の更新判定で算出された|Te−TeS|に相当する。E1及びE2は、予め設定された判定閾値である。
条件1−Aが成立する場合、実際の蒸発温度(Te)が目標蒸発温度(TeS)に収束していると判断できる。従って、条件1−Aが成立する場合、再び目標蒸発温度決定処理を行い、目標蒸発温度(TeS)を再計算する。
条件1−Bが成立する場合、蒸発温度(Te)と目標蒸発温度(TeS)の差分の減少変化量が小さくなっており、蒸発温度(Te)が目標蒸発温度(TeS)に収束する傾向にあると判断できる。従って、条件1−Bが成立する場合にも、再び目標蒸発温度決定処理を行い、目標蒸発温度(TeS)を再計算する。
条件1−A及び条件1−Bのいずれも成立しない場合、蒸発温度(Te)が目標蒸発温度(TeS)に収束しておらず、蒸発温度(Te)が大きく変化していると判断できる。従って、これらの条件が成立しない場合、目標蒸発温度決定処理を禁止し、目標蒸発温度(TeS)を再計算しない。これにより、蒸発温度(Te)が比較的大きく変化しているときに、目標蒸発温度(TeS)が再び変更されることを制限できる。従って、圧縮機(23,43)の運転周波数が大きく変化したり、蒸発温度(Te)がハンチングしたりすることを回避できる。
〈非分離運転〉
非分離運転は、除湿運転と同様、室内の湿度及び温度が高い条件下において、室内の絶対湿度を低下させる運転である。非分離運転では、第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40)との双方が潜熱機となる。ただし、上述したように、非分離運転は、初回の判定動作においては実行されない(図5を参照)。非分離運転では、第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40)との双方が潜熱機となる。
非分離運転に移行すると、クラウドサーバ(90)は、各空気調和機(20,40)の室内ファン(33,53)の風量を制御するための信号を各ローカルコントローラ(61,71)に送信する。非分離運転では、室内ファン(33,53)の風量をMタップに制御する信号が送信される。これにより、非分離運転では、全ての室内ファン(33,53)の風量が中風量となる。
クラウドサーバ(90)は、各空気調和機(20,40)の目標蒸発温度(TeS)を適宜求め、求めた目標蒸発温度(TeS)を各ローカルコントローラ(61,71)に送信する。ここで、非分離運転の目標蒸発温度(TeS)は、温度制御モードの冷房運転と類似の方法で求められる。
つまり、非分離運転の蒸発温度決定処理では、現在の空気温度(T)と、通信端末(80)に設定した目標温度(Ts)との差ΔTrsに応じて、目標蒸発温度(TeS)を算出する。ΔTrsが大きくなると、各空気調和機(20,40)の能力を増大させるために目標蒸発温度(TeS)が低下する。逆に、ΔTrsが小さくなると、各空気調和機(20,40)の能力を低下させるために目標蒸発温度(TeS)が高くなる。
なお、非分離運転で求められる目標蒸発温度(TeS)には、各潜熱機で空気を確実に露点温度以下で冷却できるよう、上限値が設定されている。従って、非分離運転では、各潜熱機で冷却される空気が、露点温度より高くなってしまうことはない。
非分離運転においても、除湿運転と同様にして、目標蒸発温度(TeS)を更新するか否かの更新判定が行われる。これにより、圧縮機(23,43)を保護するとともに、蒸発温度(Te)のハンチングを回避できる。
〈潜熱運転〉
潜熱運転は、特に室内の湿度が高い条件下において、室内の絶対湿度を低下させる運転である。潜熱運転では、第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40)との双方が潜熱機となる。潜熱運転は、基本的には除湿運転と同じ制御が行われる。
潜熱運転では、室内ファン(33,53)の風量をMタップに制御する信号が送信される。これにより、潜熱運転では、全ての室内ファン(33,53)の風量が中風量となる。
潜熱運転の蒸発温度決定処理では、除湿運転と同様、上記接点(P)に応じた温度(Tp)から目標蒸発温度(TeS)が決定される。ただし、潜熱運転では、除湿運転と異なり、目標蒸発温度(TeS)の更新判定が行われない。従って、潜熱運転では、所定時間(例えば20秒)毎に目標蒸発温度(TeS)が必ず再計算されることになる。
潜熱運転が実行されるのは、上記のように空気の状態点(C)が領域E3にある場合であり、この領域E3は、サーモオフ領域に近い位置にある。仮に、潜熱運転において、除湿運転と同様にして目標蒸発温度(TeS)の再計算が禁止されると、この間に空気が過剰に冷却されてしまい、空気温度(T)が目標蒸発温度(TeS)を大きく下回ってしまう可能性がある。この場合、空気温度(T)がサーモオフ領域に至ってしまう可能性もある。
これに対し、本実施形態では、潜熱運転において目標蒸発温度(TeS)を必ず更新するため、空気温度(T)が過剰に冷却される前に目標蒸発温度(TeS)を調整できる。これにより、空気温度(T)がサーモオフ領域に至ってしまうことも回避できる。また、潜熱運転では、除湿運転と比べると、蒸発温度(Te)が目標蒸発温度(TeS)に収束しやすい傾向にあるため、更新判定による制限をかけずとも、圧縮機(23,43)の運転周波数や蒸発温度(Te)が大きく変動することはない。
〈潜顕分離運転の概要〉
潜顕分離運転(同時運転)は、室内の温度及び湿度が目標点(S)に近い範囲にあるときに、各空気調和機(20,40)で室内の潜熱と顕熱とを個別に処理する運転である。本実施形態の潜顕分離運転では、第1空気調和機(20)が潜熱機となり、第2空気調和機(40)が顕熱機となる。従って、潜顕分離運転では、第1空気調和機(20)の室内ユニット(30,50)によって空気が冷却及び除湿されると同時に、第2空気調和機(40)の室内ユニット(30,50)によって空気の冷却のみが行われる。このように、潜熱機と顕熱機とを同時に運転することで、室内の温度が過剰に低下することを回避しつつ、室内の温湿度を目標の範囲に近づけることができる。
潜顕分離運転では、クラウドサーバ(90)から、潜熱機に対応するローカルコントローラ(本例では、第1ローカルコントローラ(61))と、顕熱機に対応するローカルコントローラ(本例では、第2ローカルコントローラ(71))とにそれぞれ異なる制御信号を送る必要がある。顕熱機と潜熱機とでは、それぞれ異なる制御が行われるからである。このため、クラウドサーバ(90)には、潜顕分離運転を行う際、どの空気調和機(20,40)が潜熱機となり、どの空気調和機(20,40)が顕熱機となるかを示す機器情報が登録される。本例では、潜顕分離運転において、第1空気調和機(20)が潜熱機となることを示す機器情報と、第2空気調和機(40)が顕熱機となることを示す機器情報とが、クラウドサーバ(90)に登録される。例えば、このような情報は、通信端末(80)や各ローカルコントローラ(61,71)から、インターネット(86)を経由して、クラウドサーバ(90)に送信される。
〈潜顕分離運転の潜熱機の制御〉
潜顕分離運転において、クラウドサーバ(90)は、潜熱機である第1空気調和機(20)に対応する第1ローカルコントローラ(61)に、第1室内ファン(33)の風量を制御するための信号を送信する。潜顕分離運転では、第1空気調和機(20)の第1室内ファン(33)の風量が2段階(例えばLタップとMタップの2段階)の間で切り換えられる。なお、第1室内ファン(33)は、MタップとHタップの2段階の間で切り換えられてもよい。
また、クラウドサーバ(90)は、第1ローカルコントローラ(61)に第1空気調和機(20)の蒸発温度(Te)を制御するための目標蒸発温度(第1目標蒸発温度(TeS1)を送信する。
潜顕分離運転の潜熱機の蒸発温度決定処理は、除湿運転と類似の方法で求められる。具体的には、能力決定部(92)は、空気線図上における飽和曲線と、目標点(S)を通過する直線の接点に対応する温度を第1目標蒸発温度(TeS1)とする。つまり、除湿運転では、飽和曲線との接点を求める際、現在の空気の状態点(C)(即ち、空気温度(T)及び空気湿度(R))を用いるのに対し、潜顕分離運転では、目標点(S)(即ち、目標温度(Ts)及び目標湿度(Rs))を用いる点で両者は異なる。目標点(S)は、通信端末(80)の設定値で決まるため、基本的には状態点(C)のように変化しない。従って、目標点(S)に基づいて接点を求めることで、第1目標蒸発温度(TeS1)が大きく変動することがない。従って、このような第1目標蒸発温度(TeS1)の変動に起因して、現在の空気の状態点(C)が図8の領域E1から外れてしまうことを回避でき、潜顕分離運転から他の運転へ切り換わることを抑制できる。
潜顕分離運転の潜熱機の蒸発温度決定処理においては、除湿運転と同様にして、更新判定が行われる。これにより、圧縮機(23,43)を保護するとともに、蒸発温度(Te)のハンチングを防止できる。
詳細の説明は省略するが、潜顕分離運転では、現在の空気の状態点(C)、目標点(S)、及び空気の状態点(C)(空気温度(T)及び空気湿度(R))の直前の変化に基づいて、潜熱機の第1目標蒸発温度(TeS1)が段階的に調節される。
〈潜顕分離運転の顕熱機の制御〉
潜顕分離運転において、クラウドサーバ(90)は、顕熱機である第2空気調和機(40)に対応する第2ローカルコントローラ(71)に、第2室内ファン(53)の風量を制御するための信号を送信する。潜顕分離運転では、第2空気調和機(40)の第2室内ファン(53)の風量が、例えばMタップ、あるいはHタップに制御される。
クラウドサーバ(90)は、第2ローカルコントローラ(71)に第2空気調和機(40)の蒸発温度(Te)を制御するための目標蒸発温度(TeS)(第2目標蒸発温度(TeS2))を送信する。
潜顕分離運転の顕熱機の蒸発温度決定処理では、顕熱機で処理される空気が露点温度より高くなるように、第2目標蒸発温度(TeS2)が決定される。具体的には、現在の目標点(S)に対応する空気の状態点(目標温度(Ts)及び目標湿度(Rs))から、この空気に対応する露点温度(Tdew-s)を算出する。つまり、この露点温度(Tdew-s)は、目標点(S)にある空気を冷却した場合に、この空気中から結露が生じる温度である。そして、蒸発温度決定処理では、この露点温度(Tdew-s)を第2目標蒸発温度(TeS2)とする。
潜顕分離運転は、現在の空気の状態点(C)が、目標点(S)を含む領域E1にあるときに実行される。従って、現在の空気の状態点(C)と目標点(S)とでは、空気の温湿度の大きな差が生じない。また、顕熱機の第2室内熱交換器(52)で冷却される空気が、蒸発温度以下の温度まで冷却されることは実質的にあり得ない。このため、目標点(S)に対応する露点温度(Tdew-s)を第2目標蒸発温度(TeS2)とすることで、顕熱機では、実質的に、空気が実際の露点温度より高い温度で冷却される。
ここで、目標点(S)は、通信端末(80)の設定値で決まるため、基本的には状態点(C)のように変化しない。従って、目標点(S)に基づいて露点温度を求めることで、第2目標蒸発温度(TeS2)が大きく変動することがない。これにより、このような第2目標蒸発温度(TeS2)の変動に起因して、現在の空気の状態点(C)が図8の領域E1から外れてしまうことを回避でき、潜顕分離運転から他の運転へ切り換わることを抑制できる。
〈顕熱運転〉
顕熱運転は、特に室内の温度が高い条件下において、室内の温度を低下させる運転である。顕熱運転では、第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40)との双方が顕熱機となる。
顕熱運転に移行すると、クラウドサーバ(90)は、各空気調和機(20,40)の室内ファン(33,53)の風量を制御するための信号を各ローカルコントローラ(61,71)に送信する。顕熱運転では、室内ファン(33,53)の風量をMタップに制御する信号が送信される。これにより、顕熱運転では、全ての室内ファン(33,53)の風量が中風量となる。
また、クラウドサーバ(90)は、各ローカルコントローラ(61,71)に各空気調和機(20,40)の蒸発温度(Te)を制御するための目標蒸発温度(TeS)を送信する。
潜顕運転の蒸発温度決定処理では、顕熱機で処理される空気が露点温度より高くなるように、目標蒸発温度(TeS)が決定される。具体的には、現在の空気の状態点(C)(空気温度(T)及び空気湿度(R)))から、この空気に対応する露点温度(Tdew-c)を算出する。つまり、この露点温度(Tdew-c)は、現在の状態点にある空気を冷却した場合に、この空気中から結露が生じる温度である。そして、蒸発温度決定処理では、この露点温度(Tdew-c)を第2目標蒸発温度(TeS2)とする。
顕熱運転は、現在の空気の状態点(C)が目標点(S)から離れた領域E2にあるときに実行される。従って、現在の空気の状態点(C)は、目標点(S)よりも比較的高い温度となる。このため、顕熱運転では、上記潜顕分離運転の潜熱機の制御と異なり、目標点(S)ではなく、現在の空気の状態点(C)に対応する露点温度(Tdew-c)を目標蒸発温度(TeS)としている。つまり、顕熱運転において、目標点(S)に対応する露点温度(Tdew-s)を目標蒸発温度とすると、目標蒸発温度(TeS)が過剰に低くなってしまい、空気が実際の露点温度以下まで冷却される可能性がある。これに対し、顕熱運転では、現在の空気の状態点(C)に対応する露点温度(Tdew-c)を目標蒸発温度(TeS)としているため、顕熱運転で空気が除湿されてしまうことを確実に防止できる。
〈サーモオフ動作〉
上述した各運転では、原則として、各空気調和機(20,40)の各吸込温度センサ(34,54)の検出温度が、サーモオフ判定温度(Toff)以下になると、対応する室内ユニット(30,50)がサーモオフする。
ただし、潜顕分離運転では、少なくとも、動作中の複数の室内ユニット(30,50)の全ての吸込温度センサ(34,54)の検出温度がサーモオフ判定温度(Toff)以下になるまで、全ての室内ユニット(30,50)のサーモオフが禁止される。従って、潜顕分離運転では、一部の室内ユニット(30,50)の吸込温度センサ(34,54)の検出温度だけがサーモオフ判定温度(Toff)以下になっても、該室内ユニット(30,50)はサーモオフしない。
潜顕分離運転では、顕熱機と潜熱機とで、吹出空気の温度が異なる。このため、室内空間(11)では、温度ムラが生じやすく、このことに起因して、一部の室内ユニット(30,50)の吸込温度センサ(34,54)の検出温度が極端に低くなり、潜顕分離運転を継続できなくなる可能性がある。これに対し、上記のサーモオフ判定を行うことで、室内空間(11)の全体の温度がサーモオフ判定温度以下になるまでの間、潜顕分離運転を継続することができる。
−潜顕分離運転のステップ制御の詳細−
潜顕分離運転では、上述したように、潜熱機である第1空気調和機(20)の第1目標蒸発温度(TeS1)と、顕熱機である第2空気調和機(40)の第2目標蒸発温度(TeS2)とがそれぞれ求められる。更に、潜顕分離運転では、このようにして求められた各目標蒸発温度(TeS)を基準として、これらの目標蒸発温度(TeS)を段階的に増減させる制御が行われる。この制御動作(ステップ制御)について図12〜図14を参照しながら説明する。
図13のステップSt21において、第1目標蒸発温度(TeS1)と第2目標蒸発温度(TeS2)とが、上述の方法で求められると、ステップSt22〜St24に移行する。ステップSt22〜St24では、現状の空気の温湿度(状態点(C))が、どの範囲にあるかの判定が行われる。
具体的に、クラウドサーバ(90)では、図12に示すような複数の領域(分割領域)を決定する関数やマップ等のデータが記憶されている。ここで、図12の例では、格子状に配列された複数の分割領域が形成される。本実施形態では、目標点(S)がある領域Eと、該領域Eを囲む複数(本例では8つ)の領域A、B、C、D、F、G、H、Iが形成される。これらの領域は、通信端末(80)に設定される目標の温湿度(目標点(S))を基準に定められている。従って、目標点(S)の位置が変わると、空気線図上における各領域の位置も変化する。
より詳細には、領域Aは、第1温度閾値(Ts1)以上第3温度閾値(Ts3)までの範囲で且つ第1湿度閾値(Rs1)以上第2湿度閾値(Rs2)までの範囲である。領域Bは、第1温度閾値(Ts1)以上第3温度閾値(Ts3)までの範囲で且つ第3湿度閾値(Rs3)以上第1湿度閾値(Rs1)までの範囲である。領域Cは、第1温度閾値(Ts1)以上第3温度閾値(Ts3)までの範囲で且つ第4湿度閾値(Rs4)以上第3湿度閾値(Rs3)までの範囲である。領域Dは、第4温度閾値(Ts4)以上第1温度閾値(Ts1)までの範囲で且つ第1湿度閾値(Rs1)以上第2湿度閾値(Rs2)までの範囲である。領域Eは、第4温度閾値(Ts4)以上第1温度閾値(Ts1)までの範囲で且つ第3湿度閾値(Rs3)以上第1湿度閾値(Rs1)までの範囲である。領域Fは、第4温度閾値(Ts4)以上第1温度閾値(Ts1)までの範囲で且つ第4湿度閾値(Rs4)以上第3湿度閾値(Rs3)までの範囲である。領域Gは、サーモオフ判定温度(Toff)以上第4温度閾値(Ts4)までの範囲で且つ第1湿度閾値(Rs1)以上第2湿度閾値(Rs2)までの範囲である。領域Hは、サーモオフ判定温度(Toff)以上第4温度閾値(Ts4)までの範囲で且つ第3湿度閾値(Rs3)以上第1湿度閾値(Rs1)までの範囲である。領域Iは、サーモオフ判定温度(Toff)以上第4温度閾値(Ts4)までの範囲で且つ第4湿度閾値(Rs4)以上第3湿度閾値(Rs3)までの範囲である。
ステップSt22〜St24では、このような複数の領域を示すデータに基づき、各空気調和機(20,40)の目標蒸発温度(TeS)を調節するステップ制御が行われる。このステップ制御では、現在の空気の状態点(C)と目標点(S)とに基づいて、潜熱機である第1空気調和機(20)と、顕熱機である第2空気調和機(40)の各目標蒸発温度(TeS)が変更される。また、このステップ制御では、現在の空気の状態点(C)が、過去にどの空気の状態点(c)であったかも考慮される。
具体的に、ステップSt22において、制御装置(60)の能力決定部(92)は、現在の空気の状態点(C)が、複数の分割領域のうちのどの領域になるかを判定する。次いで、ステップSt23において、制御装置(60)の能力決定部(92)は、前回の空気の状態点(C)が、複数の分割領域のうちのどの領域にあったかを判定する。ここで、前回の空気の状態点(C)は、本ステップ制御において、現在よりも一つ前の段階にステップSt22で判定された領域を意味する。
次いで、ステップSt24では、ステップSt22で判定した現在の領域と、ステップSt23で判定した前回の領域とに基づいて、第1空気調和機(20)及び第2空気調和機(40)の目標蒸発温度(TeS)をどのように変更するか決定する。具体的には、ステップSt24では、現在の空気の状態点(C)、及び前回の空気の状態点(C)に基づいて、第1空気調和機(20)の第1目標蒸発温度(TeS1)を1ステップ増大させるか、そのまま維持するか、1ステップ減少させるかの判定が行われる。同時に、ステップSt24では、現在の空気の状態点(C)、及び前回の空気の状態点(C)に基づいて、第2空気調和機(40)の第2目標蒸発温度(TeS2)を1ステップ増大させるか、そのまま維持するか、1ステップ減少させるかの判定が行われる。
ここで、本実施形態の空調システム(10)では、潜熱機側の第1目標蒸発温度(TeS1)における1ステップ毎の変更幅ΔTe1(第1変更幅)が、例えば1.0℃に設定される。また、顕熱機側の第2目標蒸発温度(TeS2)における1ステップ毎の変更幅ΔTe2(第2変更幅)は、例えば0.5℃に設定される。つまり、潜顕分離運転では、潜熱機である第1空気調和機(20)の第1目標蒸発温度(TeS1)の変更幅ΔTe1が、顕熱機である第2空気調和機(40)の第2目標蒸発温度(TeS2)の変更幅ΔTe2よりも大きい。換言すると、潜顕分離運転では、潜熱機である第1空気調和機(20)の冷却能力の変更幅ΔW1が、顕熱機である第2空気調和機(40)の冷却能力の変更幅ΔW2よりも大きい。
ステップSt24では、例えば図14に示す条件に応じて、各空気調和機(20,40)の能力が決定される。なお、図14では一部の条件のみを例示している。例えば図14の条件e1に示すように、現在の空気の状態点(C)が領域Eにあり、前回の空気の状態点(C)が領域Aであったとする。このことは、これまでの運転により、領域Aの状態点(C)の空気が領域Eに遷移したことを意味する。この条件が成立すると、能力決定部(92)は、潜熱機の第1目標蒸発温度(TeS1)を1ステップ増大させる一方、顕熱機の第2目標蒸発温度(TeS2)をそのまま維持する。これにより、現在の第1目標蒸発温度(TeS1)にΔTe1が加算され、第1空気調和機(20)の冷却能力が低下する。一方、現在の第2目標蒸発温度(TeS2)はそのままの値に維持され、第2空気調和機(40)の冷却能力は変化しない。以上により、領域Eに遷移した空気の温度や湿度が目標点(S)よりも低くなることを抑制できる。
また、例えば図14の条件e2に示すように、現在の空気の状態点(C)が領域Eにあり、前回の空気の状態点(C)が領域Dであったとする。このことは、これまでの運転により、領域Dの状態点(C)の空気が領域Eに遷移したことを意味する。この条件が成立すると、能力決定部(92)は、第1目標蒸発温度(TeS1)及び第2目標蒸発温度(TeS2)をそれぞれ1ステップ増大させる。これにより、現在の第1目標蒸発温度(TeS1)にΔTe1が加算され、第1空気調和機(20)の冷却能力が低下する。同時に、現在の第2目標蒸発温度(TeS2)にΔTe2が加算され、第2空気調和機(40)の冷却能力が低下する。以上により、領域Eに遷移した空気の温度や湿度が目標点(S)よりも低くなることを抑制できる。
同様にして、図14の条件e3に示すように、現在の空気の状態点(C)が領域Eにあり、前回の空気の状態点(C)が領域Fであった場合、第1目標蒸発温度(TeS1)を1ステップ減少させ、第2目標蒸発温度(TeS2)をそのまま維持する。これにより、第1空気調和機(20)の冷却能力が増大し、第2空気調和機(40)の冷却能力は変化しない。
また、図14の条件e4に示すように、現在の空気の状態点(C)が領域Eにあり、前回の空気の状態点が領域Iであった場合、第1目標蒸発温度(TeS1)及び第2目標蒸発温度(TeS2)をそれぞれ1ステップ減少させる。これにより、第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40)の各冷却能力が増大する。
また、図14の条件a1や条件d1に示すように、現在の空気の状態点(C)が領域A、あるいは領域Dにある場合、各空気調和機(20,40)の冷却能力が不足気味であると判断できる。従って、この場合には、前回の空気の状態点(C)がどの領域にあるかに拘わらず、第1目標蒸発温度(TeS1)及び第2目標蒸発温度(TeS2)が最小値(複数のステップのうち最も低いステップ)に変更される。これにより、第1目標蒸発温度(TeS1)及び第2目標蒸発温度(TeS2)が最小値となり、第1空気調和機(20)及び第2空気調和機(40)の冷却能力が大きくなる。従って、空気の状態点(C)を速やかに領域Eに近づけることができる。
また、図14の条件i1)に示すように、現在の空気の状態点(C)が領域Iにある場合、各空気調和機(20,40)の冷却能力が過剰であると判断できる。従って、この場合には、前回の空気の状態点(C)がどの領域にあるかに拘わらず、第1目標蒸発温度(TeS1)が1ステップ増大される。これにより、第1空気調和機(20)の冷却能力が増大し、空気の状態点(C)を速やかに領域Eに近づけることができる。
それ以外の条件判断についての説明は省略する。
ステップSt24では、このようにして、現在の空気の状態点(C)の領域、及び前回の空気の状態点(C)の領域に応じて、各空気調和機(20,40)の目標蒸発温度(TeS)が微調節される。つまり、ステップSt24では、現在の空気の状態点(C)及び目標点(S)の関係、及び現在の空気の状態点(C)及び前回の空気の状態点(C)の関係(挙動)に基づいて、現在の空気の状態点(C)がなるべく領域Eに収束するように、各空気調和機(20,40)の冷却能力が調節される。これにより、潜顕分離運転では、空気の状態点(C)を目標点(S)に近づけることができ、室内の温度及び湿度を目標の範囲に維持できる。
ステップSt24において、各空気調和機(20,40)の目標蒸発温度(TeS)が決定されると、これらの目標蒸発温度(TeS)が各ローカルコントローラ(61,71)に送信される。従って、各ローカルコントローラ(61,71)は、各空気調和機(20,40)の各蒸発温度(Te1,Te2)が、各目標蒸発温度(TeS)に収束するように、各圧縮機(23,43)の運転周波数を調節する。
次いで、ステップSt25では、通信端末(80)に設定された目標温度(Ts)及び目標湿度(Rs)が変更された場合、ステップSt21へ移行する。この場合、新たに設定された目標点(S)に基づいて第1目標蒸発温度(Te1)及び第2目標蒸発温度(Te2)が再計算される。そして、ステップSt22〜ステップSt24の判定処理が再び実行される。一方、ステップSt25において、目標温度(Ts)及び目標湿度(Rs)が変更されない場合、ステップS21をスキップし、ステップSt22〜ステップSt24の処理が繰り返される。
〈ステップ制御の変更幅〉
上述したステップ制御における目標蒸発温度(TeS)の変更幅について更に詳細に説明する。図15に示すように、潜顕分離運転では、潜熱機である第1空気調和機(20)の第1目標蒸発温度(TeS1)が露点温度以下の温度となり、顕熱機である第2空気調和機(40)の第2目標蒸発温度(TeS2)が露点温度より高くなる。従って、第1室内ユニット(30)の吸込空気温度と第1目標蒸発温度(TeS1)との温度差は、第2室内ユニット(50)の吸込空気温度と第2目標蒸発温度(TeS2)との温度差よりも大きくなる。つまり、潜顕分離運転では、第1室内ユニット(30)の空気の冷却能力の方が、第2室内ユニット(50)の空気の冷却能力よりも大きくなる。
一方、潜顕分離運転では、上述のように第1空気調和機(20)と第2空気調和機(40)とで段階的に目標蒸発温度(TeS)を微調整する。ここで、第1空気調和機(20)の第1目標蒸発温度(TeS1)の変更幅ΔTe1が小さすぎると、潜熱機が要する冷却能力に対する1ステップ毎の冷却能力の変更幅ΔW1も過剰に小さくなってしまう。この結果、潜熱機の冷却能力の応答性が悪化してしまう。また、第2空気調和機(40)の第2目標蒸発温度(TeS2)の変更幅ΔTe2が大きすぎると、顕熱機が要する冷却能力に対する1ステップ毎の冷却能力の変更幅ΔW2も過剰に大きくなってしまう。この結果、顕熱機の冷却能力を精度よく調整できない。
そこで、本実施形態では、潜熱機の第1目標蒸発温度(TeS1)の変更幅ΔTe1を、顕熱機の第2目標蒸発温度(TeS2)の変更幅ΔTe2よりも大きくしている。換言すると、潜熱機の冷却能力の変更幅ΔW1(第1の変更幅)を、顕熱機の冷却能力の変更幅ΔW2(第2の変更幅)よりも大きくしている。
具体的には、本実施形態では、潜熱機の第1目標蒸発温度(TeS1)の変更幅ΔTe1を1.0℃に設定している。ここで、この変更幅1.0℃は、第1室内ユニット(30)の定格運転条件において、空気の絶対湿度を1.0/kg(DA)だけ変化させるのに要する蒸発温度の変化量に相当する。また、顕熱機の第2目標蒸発温度(TeS2)の変更幅ΔTe2を0.5℃に設定している。ここで、この変更幅0.5℃は、第2室内ユニット(50)の定格運転条件において、空気の温度を1.0℃変えるのに必要な蒸発温度の変化量に相当する。
図15に示すように、第1室内ユニット(30)では、第1目標蒸発温度(TeS1)の変更幅ΔTe1が比較的大きくなるため、1ステップ毎の冷却能力の変更幅ΔW1も大きくなる。従って、潜熱機では、冷却能力に占める変更幅ΔW1の割合が大きくなる。この結果、潜熱機の冷却能力の応答性を向上できる。一方、第2室内ユニット(50)では、第2目標蒸発温度(TeS2)の変更幅ΔTe2が比較的小さくなるため、1ステップ毎の冷却能力の変更幅ΔW2の割合が小さくなる。この結果、顕熱機での冷却能力を精度よく調整できる。
−実施形態の効果−
上記実施形態では、第1空気調和機(20)及び第2空気調和機(40)で室内の潜熱と顕熱とを個別に処理することで、省エネ性の向上を図ることができる。ここで、潜顕分離運転では、潜熱機である第1空気調和機(20)の冷却能力の変更幅ΔW1を、顕熱機である第2空気調和機(40)の冷却能力の変更幅ΔW2よりも大きくしたため、潜熱機の空気調和機(20,40)の冷却能力の応答性を改善できるとともに、顕熱機の空気調和機(20,40)の冷却能力を細かい精度で調節できる。
《その他の実施形態》
上記実施形態の潜顕分離運転では、第1空気調和機(20)の第1目標蒸発温度(TeS1)の変更幅ΔTe1を、第2空気調和機(40)の第2目標蒸発温度(TeS2)の変更幅ΔTe2よりも大きくすることで、第1空気調和機(20)の冷却能力の変更幅ΔW1を、第2空気調和機(40)の冷却能力の変更幅ΔW2よりも大きくしている。しかしながら、潜顕分離運転において、他の方法により、変更幅ΔW1を変更幅ΔW2よりも大きくしてよい。これを実現する他の方法としては、例えば潜熱機の第1圧縮機(23)の運転周波数の変更幅を、顕熱機の第2圧縮機(43)の運転周波数の変更幅よりも大きくして、両者の運転周波数を段階的に制御することが考えられる。また、潜熱機の第1室内ファン(33)の回転数の変更幅を、顕熱機の第2室内ファン(53)の回転数の変更幅よりも大きくし、両者の回転数を段階的に制御することが考えられる。
上記実施形態の制御装置(60)は、クラウドサーバ(90)、通信端末(80)等を備え、インターネット(86)を経由して、温湿度制御モードを実現している。しかし、制御装置(60)は、インターネットを介さず、ローカル側のコントローラのみで空気調和機(20,40)を制御するものであってもよい。
また、上記実施形態の空調システム(10)は、同一の室内空間(11)を対象とする2台の空気調和機(20,40)で構成されているが、空気調和機(20,40)は3台以上であってもよい。この場合にも、潜顕分離運転において、どの空気調和機が潜熱機となり、どの空気調和機が顕熱機となるかを予め登録する。そして、潜顕分離運転では、この登録された情報に基づいて、潜熱機と顕熱機の割合が決定される。
上記実施形態の空調システム(10)において、空気調和機は、3台以上の室内ユニットを有し、室内ユニット内の冷媒回路に室内膨張弁が設けられる、いわゆるビル用マルチ型であってもよい。