JP2020134080A - エアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアフローウインドウ内の窓部空気を、年間を通じて適切に取り扱うことが可能であると共に、冬季において、窓部空気の温熱をインテリアゾーンの空調に適合するように利用することが可能なエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法を提供する。【解決手段】第１及び第２のファンの運転を停止し、外調機を運転し、第１の流路から第２の流路を遮断する状態を初期モードとし、初期モードで、例えば、室空間内温度が所定の上下限範囲外であるとき、窓部空気を室空間の外方へ排出する排出モードに移行し、排出モードで、ＣＯ２濃度が所定値以下であるとき、室内空気に窓部空気を混合するために、適温化循環モードに移行し、これら排出モード及び適温化循環モードの条件も満たさないときは、初期モードに戻るようにし、適温化循環モードでは、室空間内温度と窓部内温度の差が次第に大きくなっていくことに応じて、第２ファンを順次増速運転する。【選択図】図４

Description

本発明は、エアフローウインドウ内の窓部空気を、年間を通じて適切に取り扱うことが可能であると共に、冬季において、窓部空気の温熱をインテリアゾーンの空調に適合するように利用することが可能なエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法に関する。

窓際における日射などの温熱を利用した空調技術として、特許文献１及び２が知られている。特許文献１の「ペリメータ域の空気調和方法およびその空気調和方法を実施する空気調和装置」は、ペリメータ域専用の空気調和装置を用いることなくエアカーテンを形成すると共にペリメータ域の温度環境を改善することを目的とし、ペリメータ域に設置された室内機は、吸込口から室内空気を吸い込んで吹出口から上方へ吹き上げる。そして、外気負荷と共に排気ダクトから排気される。その際に、空気通路におけるファンより下流側に分岐ダクトから送出されてくるインテリア域用の一次空気を供給する。こうして、室内機の吸込口から吸い込まれた空気よりも多量の空気を吹出口から吹き出して、吹出口と排気口との間にエアカーテンを形成する。また、外気負荷を取り込んで吹出口と吸込口との間を循環する循環流に外気負荷に対抗する負荷（インテリア域用の一次空気）を加えることによって、ペリメータ域の温度環境を改善するようにしている。

特許文献２の「ペリメータ・インテリア空調装置及び空調方法」は、インテリア空調機によってペリメータゾーンの温熱環境をコントロールできるようにし、ペリメータ空調機を省略しても快適な温熱環境が実現できるペリメータレス空調が可能なペリメータ・インテリア空調装置及び空調方法を提供することを課題とし、外側窓と内側窓間にブラインドを有する二重窓を設けた建物におけるインテリアゾーンを空調するインテリア空調機を具備すると共に、前記二重窓内の空気を室外に排気する排気装置を備え、前記排気装置を前記外側窓とブラインド間の空気層から排気可能に設置すると共に、前記インテリア空調機を前記内側窓とブラインド間の空気層から選択的に吸気可能に構成したペリメータ・インテリア空調装置を構成している。

特開平７−１６７４６０号公報 特開２００２−１４７７９３号公報

背景技術から理解されるように、ペリメータゾーンの温熱環境は、日射等の影響で、春・秋の中間期に対し、夏は暑さが厳しく、冬であっても暑く感じる場合があって、その対策が各種施されてきた。

その対策の中で、エアフローウインドウ等の二重窓が用いられているが、このエアフローウインドウでは、内部の窓部空気が相当高温になるため、夏季では単に排気する一方で、冬季では、その温熱を室内空調に利用することが望まれる。特に、窓際から離れたインテリアゾーンの空調に適合するように窓部空気を温熱利用することが望まれる。

例えば、冬季において、室内空調により暖められているインテリアゾーンに向けて、窓部空気をそのまま引き入れて吹き込むことが考えられるが、このようにすると、すでに暖められているインテリアゾーンの室内空気に対し高温の窓部空気が室内で混ざり合うこととなり、インテリアゾーンが、温度斑のある温熱環境となってしまって不快感を生じさせることが考えられ、窓部空気の温熱利用とはいえ、快適な空調システムを実現することが難しかった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、エアフローウインドウ内の窓部空気を、年間を通じて適切に取り扱うことが可能であると共に、冬季において、窓部空気の温熱をインテリアゾーンの空調に適合するように利用することが可能なエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法は、上下躯体の間に内外一対のガラスで挟んで形成され、通風可能な中空チャンバ状のエアフローウインドウと、該エアフローウインドウから当該エアフローウインドウを有する室空間の外方にわたって設けられ、第１のファンで、該エアフローウインドウ内の窓部空気を該室空間の外方へ向けて流通させる第１の流路と、上記エアフローウインドウに寄せて設けられた吸い込み口及び該エアフローウインドウから離して設けられた吹き出し口を有し、第２のファンで、室内空気を、該吸い込み口から該吹き出し口へ向けて流通させて上記室空間に循環させる第２の流路と、上記第１の流路に、上記第１のファンの吐出側に位置させて設けられ、該第１の流路の上記第２の流路に対する連通・遮断を切り替えるための流路切替手段と、上記室空間に外気を導入する外調機と、窓部内温度を計測する第１の温度センサ及び室空間内温度を計測する第２の温度センサそれぞれから温度計測値が入力されると共に、上記室空間のＣＯ２濃度を計測するＣＯ２センサからＣＯ２濃度が入力され、上記第１のファンの運転、上記第２のファンの運転、上記外調機の運転及び上記流路切替手段の切り替え動作を制御する制御装置とを用い、上記第１及び第２のファンの運転を停止し、上記外調機を運転し、上記流路切替手段で上記第１の流路から上記第２の流路を遮断する状態を初期モードとし；該初期モードで、室空間内温度が所定の上下限範囲外及び窓部内温度と室空間内温度の差が所定値以下のいずれかであるとき、窓部空気を上記室空間の外方へ排出するために、上記流路切替手段で上記第１の流路から上記第２の流路を遮断した状態を維持して、上記第１のファンを運転する排出モードに移行し；該排出モードで、ＣＯ２濃度が所定値以下であるとき、室内空気に窓部空気を混合するために、上記外調機の運転を停止し、上記流路切替手段で上記第１の流路を上記第２の流路に連通させると共に、上記第２ファンを運転する適温化循環モードに移行し；これら排出モード及び適温化循環モードのいずれの条件も満たさないときは、上記初期モードに戻るようにし；上記適温化循環モードでは、室空間内温度と窓部内温度の差が次第に大きくなっていくことに応じて、上記第２ファンを順次増速運転するようにしたことを特徴とする。

本発明にかかるエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法にあっては、エアフローウインドウ内の窓部空気を、年間を通じて適切に取り扱うことができると共に、冬季において、窓部空気の温熱をインテリアゾーンの空調に適合するように利用することができる。

本発明にかかるエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法に用いられる空調装置を示す概略平面構成図である。 図１に示したエアフローウインドウを利用した空調装置を側方から見た図であって、図２（Ａ）は外調機の運転状態を、図２（Ｂ）は適温化循環モード状態をそれぞれ説明する説明図である。 図１に示したエアフローウインドウを利用した空調装置に備えられる制御装置を含む制御系の構成図である。 図１に示したエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法の好適な一実施形態を示すフローチャート図である。 図１に示した空調装置の第１のファンと第２のファンの運転状況を示すグラフ図である。

以下に、本発明にかかるエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態に係る制御方法が適用されるエアフローウインドウを利用した空調装置について説明すると、図１及び図２に示すように、建物１には、床スラブ２と直上階の床スラブ３との間に、当該直上階の床スラブ３下に設けられる天井４と、建物１の外方に面する側から建物１の奥へ向けて、互いに間隔を隔てて設けられた一対の間仕切り壁５と、建物１の外方に面して開放された開口部に設けられるエアフローウインドウ６と、エアフローウインドウ６とは反対側で、建物１内部の廊下７から仕切る廊下側壁８とで区画されて、室空間９が形成される。

エアフローウインドウ６は例えば、一対の間仕切り壁５の間に配置して、床スラブ２と直上階の床スラブ３との間に、内外一対のガラス１０で挟んで、中空チャンバ状に形成される。エアフローウインドウ６の下部には、エアフローウインドウ６内部を通風可能とするために、室空間９と連通される通気通路（図示せず）が形成される。また、エアフローウインドウ６内部には、室空間９への日射量を調整するために、ブラインド１１が設けられる。

室空間９の天井４と直上階の床スラブ３との間に形成される天井裏空間１２には、エアフローウインドウ６内部に一端が連通された第１の流路１３が室空間９の外方にわたって延設される。第１の流路１３はダクトなどで構成される。第１の流路１３の途中には、エアフローウインドウ６内の窓部空気を室空間９の外方へ向けて流通させるために、窓部空気をエアフローウインドウ６から吸引し室空間９外方へ向けて吐出する第１のファン１４が設けられる。

天井裏空間１２には、エアフローウインドウ６に寄せて、すなわちペリメータゾーン側に設けられた吸い込み口１５ａと、エアフローウインドウ６から離して、すなわちペリメータゾーンよりも室空間奥のインテリアゾーン側に設けられた吹き出し口１５ｂを有する第２の流路１５が設けられる。

第２の流路１５は、ダクトなどで構成され、第１の流路１３と並列に設けられる。吸い込み口１５ａ及び吹き出し口１５ｂは、天井４に形成される開口部に配置される。第２の流路１５の途中には、室空間内の空気、すなわち室内空気を、ペリメータゾーン側の吸い込み口１５ａから吸い込み、吹き出し口１５ｂへ向けて流通させ、インテリアゾーン側へ吹き出して、室内空気を室空間９に循環させる第２のファン１６が設けられる。

天井裏空間１２には、第１のファン１４の吐出側１４ａに位置させて、第１の流路１３に流路切替手段１７が設けられる。流路切替手段１７は、第２のファン１６の吐出側１６ａと連結される。図示例にあっては、第２の流路１５は、これより分岐する分岐流路１８を介して、流路切替手段１７に連結される。分岐流路１８も、ダクトなどで構成される。

流路切替手段１７は、第１の流路１３をエアフローウインドウ６側から室空間９の外方へ連通するために、第１の流路１３を開放しかつ分岐流路１８を封鎖して、第２の流路１５に対する第１の流路１３の遮断を行う第１切替位置と、第１の流路１３を流れる窓部空気を第２の流路１５へ流通させるために、分岐流路１８を開放しかつ第１の流路１３を封鎖して、第２の流路１５に対する第１の流路１３の連通を行う第２切替位置とに切替動作されるように構成される。

流路切替手段１７としては、流路を封鎖したり開放したりするダンパ機構などで構成される。

このエアフローウインドウを利用した空調装置は、第１の作用として、例えば夏季など、室内温度が外気温よりも低い適温となるように室内空調機による室内空調で維持していて、かつ窓部空気の温度が高いときには、流路切替手段１７を第１切替位置にし、窓部空気を第１のファン１４で第１の流路１３に流通させて、室空間９の外方へ排気する。この排気によって室空間９の温熱環境を緩和することができる。

他方、第２の作用として、例えば冬季など、室内温度が外気温よりも高い適温となるように室内空調機による室内空調で維持していて、かつ窓部空気の温度が日射等によって高いときには、流路切替手段１７を第２切替位置にし、第１のファン１４で窓部空気を第１の流路１３から第２の流路１５に流通させ（第２のファン１６は停止しておく）、吹き出し口１５ｂから室空間９（インテリアゾーン）へ吹き出す。この吹き出しによって室空間９の温熱環境・室内空調負荷を緩和することができる。

さらに、第２の作用の場合に、室内温度を室内空調で維持していて、かつ窓部空気の温度が相当に高温であるときには、当該窓部空気をそのまま室空間９へ吹き出すと、吹き出した窓部空気の温熱塊が室空間９に散在し、温度斑が生じて、快適性が損なわれるおそれがある。

このような場合には、第３の作用として、流路切替手段１７を第２切替位置にし、窓部空気を第１のファン１４で第１の流路１３から第２の流路１５に流通させると共に、室内空気を第２のファン１６で第２の流路１５に流通させる。このようにすれば、循環する室内空気に窓部空気を混合することができ、この混合した温熱空気を吹き出し口１５ｂから吹き出すことで、室空間９の温熱環境の快適性を向上することができる。

これら第１〜３の作用は、上記例示に限らず、第１のファン１４の運転、第２のファン１６の運転、並びに流路切替手段１７の切替操作で簡単にいつでも作り出すことができ、これにより、四季を通じて、室空間９を好ましい温熱環境にすることができる。

本実施形態では、このエアフローウインドウを利用した空調装置に、室空間９へ外気の導入を行う外調機２３が組み合わされる。外調機２３からの外気は、室空間９に導入されると、その一部は通風可能なエアフローウインドウ６内へ取り込まれ、窓部空気となる。

また、本実施形態では、上記の空調装置を構成する第１のファン１４の運転、第２のファン１６の運転、外調機２３の運転及び流路切替手段１７の切替動作を制御する制御装置１９が備えられる。従って、制御装置１９から、これら第１及び第２のファン１４，１６、外調機２３、並びに、流路切替手段１７に制御信号が出力されるように構成される。図示例では、制御装置１９は、天井裏空間１２に設置されている。

制御装置１９には、エアフローウインドウ６の窓部内温度を計測する第１の温度センサ２０と、室空間内温度を計測する第２の温度センサ２１それぞれから温度計測値が入力される。図２に示すように、第１の温度センサ２０は、エアフローウインドウ６内部に設けられ、窓部内温度の温度計測値は、無線で制御装置１９に入力される。第２の温度センサ２１は、ペリメータゾーンに設けられ、室空間内温度の温度計測値は、無線で制御装置１９に入力される。

図示例にあっては、追加の温度センサ２２がインテリアゾーンに設けられていて、この追加の温度センサ２２で計測された室空間内温度の温度計測値を無線で制御装置１９に入力するようにしてもよい。

さらに、室空間９には、室空間９内のＣＯ２濃度を計測するＣＯ２センサ２４が設けられ、ＣＯ２センサ２４からＣＯ２濃度が無線で制御装置１９に入力される。制御装置１９は、ＣＯ２濃度が設定値、例えば１，０００ｐｐｍ以上のとき外調機２３を運転し、設定値未満のとき、その運転を停止する。

次に、図４に示した制御フロー図と、図５に示した第１のファン１４と第２のファン１６の運転状況を示すグラフ図に従って、本実施形態に係るエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法を説明する。図５は、縦軸に第１及び第２のファン１４，１６の風量比（第２のファン／第１のファン）が、横軸に窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２との温度差（Ｔ１−Ｔ２）がとられている。

図示するように、制御装置１９を起動すると、当該制御装置１９は、第１及び第２のファン１４，１６を運転停止状態とし、外調機２３の運転を開始し、流路切替手段１７を、第１の流路１３から第２の流路１５を遮断する第１切替位置とする初期モードに設定する。

窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２の計測値から、室空間内温度Ｔ２が所定の上下限範囲内、例えば１７℃と３０℃の間であり、かつ、窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２との温度差が所定値、例えば１０℃よりも小さいとき、室空間９は快適な温熱環境であるとして、第１及び第２のファン１４，１６の運転停止状態を維持し、外調機２３の運転を継続するように初期モードに戻って維持する。

これにより、無駄な空調運転が回避され、省エネルギ化を確保することができる。

他方、室空間内温度Ｔ２が所定の上下限範囲外であったり、あるいは、窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２との温度差が所定値以上であるとき、第１の流路１３から第２の流路１５を遮断するために流路切替手段１７を第１切替位置に維持した状態で、第１のファン１４の運転を開始して、排出モードに移行する。排出モードでは、窓部空気が第１のファン１４で第１の流路１３へ吸引され、そのまま室空間９の外方へ排出される。

これにより、エアフローウインドウ６内の窓部空気の温熱が室空間９に与える影響を低減することができる。

次いで、排出モードにおいて、ＣＯ２濃度が所定値、例えば１，０００ｐｐｍよりも大きいときは、制御装置１９は、再度初期モードに戻す制御を行う。外調機２３から外気が室空間９に導入されることで、ＣＯ２濃度を低下することができる。ＣＯ２濃度が所定値以下になるまで、繰り返してループ処理される（ここまでが、図５中、（イ）の範囲）。

次いで、排出モードにおいて、ＣＯ２濃度が所定値以下になると、制御装置１９は、外調機２３の運転を停止し、第１の流路１３を第２の流路１５に連通させるために流路切替手段１７を第２切替位置に切り替え、第１のファン１４の運転に加えて、第２のファン１６を運転する適温化循環モードに移行する。

適温化循環モードでは、第２のファン１６で循環される室内空気に、第１のファン１４で送り込まれる窓部空気が混合され、この混合空気が吹き出し口１５ｂから室空間９へ吹き出される。この適温化循環モードでは、窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２との温度差が次第に大きくなっていくことに応じて、第２のファン１６の運転（回転速度）が多段階に順次増速運転される。

窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２との温度差が例えば、１５℃未満のとき、第２のファン１６は低速運転される（図５中、（ロ）の範囲）。

窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２との温度差が１５℃未満を超えて、例えば、２０℃未満のとき、第２のファン１６は中速運転される（図５中、（ハ）の範囲）。

窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２との温度差が２０℃未満を超えて、例えば、２５℃未満のとき、第２のファン１６は高速運転される（図５中、（ニ）の範囲）。

窓部内温度Ｔ１と室空間内温度Ｔ２との温度差が、２５℃以上のとき、第２のファン１６はさらに高速運転される（図５中、（ホ）の範囲）。

適温化循環モードでは、窓部内温度Ｔ１と室空間温度Ｔ２との温度差が大きくなるに従い、第２のファン１６の運転速度制御によって、窓部空気に対し、順次に室内空気の循環風量を増やすことができ、室空間９内の温度が急激に変化することを防止して、快適な温熱環境を室空間９に確保することができる。

制御装置１９は、制御中のいずれの時点であっても、排出モード及び適温化循環モードのいずれの条件も満たさなくなったときには、初期モードに戻るようになっている。

以上説明した本実施形態に係るエアフローウインドウを利用した空調装置にあっては、エアフローウインドウ６の窓部空気を、夏季では単に排気する（排気モード）一方で、冬季では、その温熱を室内空調に利用する（適温化循環モード）ことができる。第２の流路１５の吹き出し口１５ｂが、窓際から離れたインテリアゾーンに設けられるので、当該ゾーンの空調に適合するように窓部空気を温熱利用することができる。

冬季において、室内空調により暖められているインテリアゾーンに向けて、窓部空気をそのまま引き入れて吹き込む態様だけでなく、循環する室内空気と窓部空気とを混合して吹き込む態様で空調を行うので、インテリアゾーンが温度斑のある温熱環境となることを防止して、窓部空気の温熱利用による快適な空調システムを実現することができる。

すなわち、エアフローウインドウ６内の窓部空気を、年間を通じて適切に取り扱うことができると共に、冬季において、窓部空気の温熱をインテリアゾーンの空調に適合するように利用することができ、室空間９に快適な温熱環境を作り出すことができる。

２ 床スラブ
３ 直上階の床スラブ
６ エアフローウインドウ
９ 室空間
１０ ガラス
１３ 第１の流路
１４ 第１のファン
１４ａ 第１のファンの吐出側
１５ 第２の流路
１５ａ 吸い込み口
１５ｂ 吹き出し口
１６ 第２のファン
１７ 流路切替手段
１９ 制御装置
２０ 第１の温度センサ
２１ 第２の温度センサ
２３ 外調機
２４ ＣＯ２センサ

Claims (1)

1. 上下躯体の間に内外一対のガラスで挟んで形成され、通風可能な中空チャンバ状のエアフローウインドウと、
   該エアフローウインドウから当該エアフローウインドウを有する室空間の外方にわたって設けられ、第１のファンで、該エアフローウインドウ内の窓部空気を該室空間の外方へ向けて流通させる第１の流路と、
   上記エアフローウインドウに寄せて設けられた吸い込み口及び該エアフローウインドウから離して設けられた吹き出し口を有し、第２のファンで、室内空気を、該吸い込み口から該吹き出し口へ向けて流通させて上記室空間に循環させる第２の流路と、
   上記第１の流路に、上記第１のファンの吐出側に位置させて設けられ、該第１の流路の上記第２の流路に対する連通・遮断を切り替えるための流路切替手段と、
   上記室空間に外気を導入する外調機と、
   窓部内温度を計測する第１の温度センサ及び室空間内温度を計測する第２の温度センサそれぞれから温度計測値が入力されると共に、上記室空間のＣＯ２濃度を計測するＣＯ２センサからＣＯ２濃度が入力され、上記第１のファンの運転、上記第２のファンの運転、上記外調機の運転及び上記流路切替手段の切り替え動作を制御する制御装置とを用い、
   上記第１及び第２のファンの運転を停止し、上記外調機を運転し、上記流路切替手段で上記第１の流路から上記第２の流路を遮断する状態を初期モードとし、
   該初期モードで、室空間内温度が所定の上下限範囲外及び窓部内温度と室空間内温度の差が所定値以下のいずれかであるとき、窓部空気を上記室空間の外方へ排出するために、上記流路切替手段で上記第１の流路から上記第２の流路を遮断した状態を維持して、上記第１のファンを運転する排出モードに移行し、
   該排出モードで、ＣＯ２濃度が所定値以下であるとき、室内空気に窓部空気を混合するために、上記外調機の運転を停止し、上記流路切替手段で上記第１の流路を上記第２の流路に連通させると共に、上記第２ファンを運転する適温化循環モードに移行し、
   これら排出モード及び適温化循環モードのいずれの条件も満たさないときは、上記初期モードに戻るようにし、
   上記適温化循環モードでは、室空間内温度と窓部内温度の差が次第に大きくなっていくことに応じて、上記第２ファンを順次増速運転するようにしたことを特徴とするエアフローウインドウを利用した空調装置の制御方法。

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