JP2020079655A - 空調制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】天井裏に冷気を吹き出し冷却することで室内を空調する輻射空調方式が採用されている場合において、天井裏の結露の発生を防止する。【解決手段】建物には、全熱交換器３と、天井裏２に設置される室内機４及びダンパ５，６と、室内機４の動作制御及びダンパ５，６の開閉制御を行うコントローラ１１と、が設置される。コントローラ１１は、空調設備の動作開始時はダンパ５を閉め、ダンパ６を開いて対流空調方式にて室内を空調する。室温が設定温度に達すると、コントローラ１１は、ダンパ６を閉め、ダンパ５を開いて輻射空調方式にて室内を空調する。輻射空調方式での空調制御時に温湿度センサ１２による測定値から算出した露点温度から結露の発生の可能性があると判断した場合、コントローラ１１は、室内機４から天井裏２に供給する冷気の風速を強めたり、冷気の設定温度を上昇させたりして結露の発生を防止する。【選択図】図１

Description

本発明は、空調制御システム、特に輻射空調方式による空調制御に関する。

従来から、室内の空気を対流させることで室内の空調を行う対流空調方式の室内機が主流であった。ただ、近年では、省エネの観点から、天井裏に冷気を吹き出し冷却することで天井面から冷気を放射（輻射）し、これにより室内を空調する輻射空調方式の室内機が登場してきている。

特開平０８−１８９６６０号公報 特開２００８−０１４５５７号公報 特開２００６−２１４６９６号公報 特開平１１−１０８４２０号公報

しかしながら、従来の輻射空調方式の室内機は、天井裏に冷気を吹き出すようにしているため、天井裏に結露が発生しやすい状況であった。

本発明は、天井裏に冷気を吹き出し冷却することで室内を空調する輻射空調方式が採用されている場合において、天井裏の結露の発生を防止することを目的とする。

本発明に係る空調制御システムは、部屋の天井裏に設けられた吹出口から冷気を吹き出し部屋の天井面を冷却することによって前記部屋を空調する輻射空調方式にて空調制御を行う空調制御システムにおいて、前記天井裏における温度及び湿度を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された温度及び湿度から算出した露点温度から結露の発生の可能性があると判断した場合、前記天井裏に対し結露防止用の空調制御を行う空調制御手段と、を有することを特徴とする。

また、前記空調制御手段は、前記結露防止用の空調制御として、前記吹出口から吹き出す冷気の風速を強めることを特徴とする。

また、前記空調制御手段は、前記結露防止用の空調制御として、前記吹出口から吹き出す冷気の設定温度を上昇させることを特徴とする。

また、前記空調制御手段は、前記部屋の空気を対流させることで前記部屋を空調する対流空調方式での空調制御が可能な場合において、前記部屋の温度が設定温度から所定値以上上昇した場合、前記部屋の空調制御を前記輻射空調方式から前記対流空調方式に切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、天井裏に冷気を吹き出し冷却することで室内を空調する輻射空調方式が採用されている場合において、天井裏の結露の発生を防止することができる。

本実施の形態に係る空調制御装置の一実施の形態により空調制御が行われる部屋及びその部屋の天井裏に設置される空調設備の概要を示す模式図である。 本実施の形態において空調制御対象の部屋における時間と室温との関係を示すグラフ図である。 本実施の形態において天井裏の結露を防止するための空調制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る空調制御装置の一実施の形態により空調制御が行われる部屋及びその部屋の天井裏等に設置される空調設備の概要を示す模式図である。図１には、空調設備が設置されるビル等の建物の部屋１及びその部屋１の天井裏２が示されている。そして、図１には、空調設備として、建物に設置される全熱交換器３と、天井裏２に設置される室内機４及びダンパ５，６が示されている。室内機４は、図１において二重線で示しているダクト７によって全熱交換器３及びダンパ５，６と接続される。全熱交換器３は、外気（吸気）を外気取入口８から取り込み、全熱交換して室内機４に供給する。室内機４は、室温が部屋１の利用者等により設定された室温の目標温度（以下、「設定温度」）になるように、全熱交換器３から供給される空気の温度を調整する。室内機４は、温度調整した空気を、ダンパ５を介して吹出口９から天井裏２に供給する場合と、ダンパ６を介して吹出口１０から部屋１に供給する場合と、がある。前者は、吹出口１０から冷気を吹き出し部屋１の天井面を冷却することによって室内（部屋１の中）を空調する輻射空調方式に該当する。後者は、部屋１の空気を対流させることで室内の空調を行う対流空調方式に該当する。各空調方式は、各ダンパ５，６を開閉制御することで実現可能であるが、このダンパ５，６の切替制御は、コントローラ１１によって行われる。なお、図１では、コントローラ１１と他の構成要素との間に設けられるデータ制御信号線を破線で示し、そのデータ信号又は制御信号の流れの方向を矢印で示している。

天井裏２には、更に温度及び湿度を測定する温湿度センサ１２が設置され、コントローラ１１は、空調設備の監視を行う中央監視装置（図示せず）による制御のもと、温湿度センサ１２が測定した温度及び湿度から算出した露点温度から結露の発生の可能性があると判断した場合、室内機４の動作制御やダンパ５，６の開閉制御を行うことで、天井裏２に対し結露防止用の空調制御を行う。

コントローラ１１は、従前からある汎用的なハードウェア構成で実現できる。すなわち、コントローラ１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、記憶手段としてのＲＡＭ及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、中央監視装置と通信を行う通信手段としてのネットワークインタフェースを内部バスに接続して構成される。

本実施の形態においては、全熱交換器３、室内機４及びダンパ５等によって輻射空調方式の室内機を形成し、全熱交換器３、室内機４及びダンパ６等によって対流空調方式の室内機を形成する。なお、天井裏２に温湿度センサ１２を設ける必要はあるが、本実施の形態における空調設備自体は、輻射空調方式及び対流空調方式の双方が実現可能な既存の空調設備を利用して実現できる。なお、本実施の形態では、全熱交換器３及び室内機４を各空調方式にて兼用しているが、別構成にて各空調方式の室内機を構成してもよい。

以上の構成において、コントローラ１１が輻射空調方式にて空調制御する場合、ダンパ５の開度が１００％となるよう開制御し、ダンパ６の開度が０％となるよう閉制御する。そして、外気取入口８から取り込まれた外気は、全熱交換器３で全熱交換され、室内機４にて温度調整された後、ダンパ５を介して吹出口９から天井裏２に供給される。そして、天井裏２の空気は、還気口１３から吸い込まれ、全熱交換器３で全熱交換された後、排気口１４から建物の外へ排気される。

一方、コントローラ１１が対流空調方式にて空調制御する場合、ダンパ６の開度が１００％となるよう開制御し、ダンパ５の開度が０％となるよう閉制御する。そして、外気取入口８から取り込まれた外気は、全熱交換器３で全熱交換され、室内機４にて温度調整された後、ダンパ６を介して吹出口１０から室内に供給される。そして、室内の空気は、還気口１５から吸い込まれ、全熱交換器３で全熱交換された後、排気口１４から建物の外へ排気される。

次に、本実施の形態における空調制御について説明する。ここでは、冷房を利用する夏場を想定して説明することにする。

本実施の形態では、空調方式として、輻射空調方式及び対流空調方式の双方を利用している。輻射空調方式は、対流空調方式と比較すると、高い快適性を提供でき、また省エネ効果が優れている一方、空調設備を動作させてから部屋１の温度が設定温度に到達するまでに時間がかかるという欠点がある。換言すると、対流空調方式は、輻射空調方式と比較して省エネ効果は劣るものの、部屋１の温度をより早く設定温度まで近づけることができる。

そこで、本実施の形態においては、図２に示すように、例えば部屋１において業務が開始される朝などの空調設備の動作開始時（時点Ｔ０）には、対流空調方式にて空調を制御させる。より詳細には、コントローラ１１は、ダンパ６の開度を１００％とし、ダンパ５の開度を０％として、室内機４からの冷気が吹出口１０から部屋１に供給されるようにする。これにより、輻射空調方式で空調制御する場合より早く室温を設定温度に到達させることが可能となる。

そして、室温が設定温度（図２においては、２６℃）に所定の閾値以内に近付く、あるいは達すると（時点Ｔ１）、対流空調方式から輻射空調方式に切り替える。より詳細には、コントローラ１１は、ダンパ５の開度を０％から１００％に開制御し、ダンパ６の開度を１００％から０％に閉制御することで、室内機４からの冷気が吹出口９から天井裏２に供給されるようにする。

このように、室温と設定温度との偏差が所定の閾値以上に大きい場合、対流空調方式にて空調制御を行い、室温と設定温度との偏差が所定の閾値以内に小さくなると、対流空調方式から輻射空調方式に空調制御を切り替える。

ところで、輻射空調方式で空調設備を動作させる場合、天井に設けられる空気式天井放射パネル（輻射パネル）を天井裏２の冷気にて冷却することになるが、天井裏２の温度や湿度等の関係から、結露が発生する場合が考えられる。そこで、本実施の形態においては、次のようにして結露の発生を防止するようにした。以下、結露の発生を防止する空調制御処理について図３に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、コントローラ１１がプログラムを実行することによって実施され、プログラムが起動されると、停止されるまで処理を繰り返し行う。ただ、例えば１分間隔等適当な時間間隔を開けて実施されるようにしてもよい。

温湿度センサ１２は、天井裏２の温度及び湿度を測定しているが、コントローラ１１は、その測定された温度及び湿度を取得し（ステップ１０１）、その測定値から露点温度を算出する（ステップ１０２）。露点温度の算出方法は、ソフトウェアや所定の表等を利用するなど既存の算出方法を用いることにする。算出された露点温度から結露発生の可能性がないようであれば（ステップ１０３でＮ）、上記ステップ１０１に戻る。一方、算出された露点温度から結露発生の可能性がある場合（ステップ１０３でＹ）、コントローラ１１は、次のような結露防止用の空調制御を行う（ステップ１０４）。

ここで、結露発生の可能性がある場合というのは、算出した露点温度が結露を発生させる露点温度に達した場合だけに限らない。例えば、現時点では結露を発生させる露点温度に達していなくても、露点温度の遷移から近々に結露を発生させることが予想される場合を含む。

第１の空調制御の方法として、吹出口９から吹き出す冷気の風速を現時点の風速より強める。風速を強めることで、ほぼ密閉状態の天井裏２の気圧が上昇し、これにより結露が発生しない程度まで露点温度の上昇が見込める。

第２の空調制御の方法として、室内機４が供給する冷気の温度を上昇させる。現在の冷気の設定温度を上方に修正して天井裏２に供給することで、天井裏２における温度が上昇し、結露が発生しない程度まで露点温度の上昇が見込める。

ところで、第２の空調制御の方法の場合、天井裏２に供給する冷気の設定温度を上げると、天井の輻射パネルの冷却効果を弱めてしまう。これにより、室温を設定温度から上昇させてしまうことになりかねない。そこで、図２においてグラフの中央付近に示すように、室温が上昇し、室温と設定温度との偏差が所定の閾値以上に大きくなった場合（時点Ｔ２）、コントローラ１１は、輻射空調方式から対流空調方式に空調制御を切り替える。

このように、天井裏２に供給する冷気の設定温度を上げることで天井裏２における結露の発生を防止し、そして冷気の設定温度を上げることで発生しうる室温上昇という弊害を空調方式の切替えにより防止する。そして、対流空調方式で空調設備を動作させたことで室温が設定温度に達する、若しくは所定の閾値以内に近付くと（時点Ｔ３）、コントローラ１１は、対流空調方式から輻射空調方式に空調制御を切り替える。

なお、ここでは、冷気の設定温度を上げることで室温の上昇が発生するため、輻射空調方式から対流空調方式に空調制御を切り替えるようにした。ただ、結露防止のために冷気の設定温度を上げなくても、例えば、真夏日の昼間等では外気温の影響を受けて室温が上昇してしまう場合も考えられる。この場合も上記と同様に輻射空調方式から対流空調方式に空調制御を切り替えることで対処するようにしてもよい。

本実施の形態によれば、以上のようにして輻射空調方式にて空調制御を行う場合に発生しうる結露を防止することができる。

なお、本実施の形態では、冷房を利用する夏場の場合を例にして説明した。暖房を使用する場合、輻射空調方式では、天井裏２に暖気を供給して天井面を加熱するので結露は発生しにくいが、加湿するなどすると結露が生じる可能性があるかもしれない。この場合は、上記説明した空調制御を適用してもよい。

また、本実施の形態では、ダンパ５，６の開度を１００％又は０％として空調方式を完全に切り替えるように制御させている。ただ、ダンパ５，６の開度をそれ以外、例えば２０％と８０％、あるいは４０％と１０％と調整して空調制御してもよい。後者の場合、開度が合わせて５０％と半分となるので、省エネ効果をより一層高めることができる。

また、本実施の形態では、天井裏を冷却する輻射空調方式を採用した場合で説明したが、床下を冷却する輻射空調方式を採用した場合にも適用可能である。

１ 部屋、２ 天井裏、３ 全熱交換器、４ 室内機、５，６ ダンパ、７ ダクト、８ 外気取入口、９，１０ 吹出口、１１ コントローラ、１２ 温湿度センサ、１３，１５ 還気口、１４ 排気口。

Claims (4)

1. 部屋の天井裏に設けられた吹出口から冷気を吹き出し部屋の天井面を冷却することによって前記部屋を空調する輻射空調方式にて空調制御を行う空調制御システムにおいて、
   前記天井裏における温度及び湿度を測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定された温度及び湿度から算出した露点温度から結露の発生の可能性があると判断した場合、前記天井裏に対し結露防止用の空調制御を行う空調制御手段と、
   を有することを特徴とする空調制御システム。
2. 前記空調制御手段は、前記結露防止用の空調制御として、前記吹出口から吹き出す冷気の風速を強めることを特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
3. 前記空調制御手段は、前記結露防止用の空調制御として、前記吹出口から吹き出す冷気の設定温度を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
4. 前記空調制御手段は、前記部屋の空気を対流させることで前記部屋を空調する対流空調方式での空調制御が可能な場合において、前記部屋の温度が設定温度から所定値以上上昇した場合、前記部屋の空調制御を前記輻射空調方式から前記対流空調方式に切り替えることを特徴とする請求項３に記載の空調制御システム。