JP2022086036A - 換気制御システム - Google Patents

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Yasuhiro Suzuki
剛 木下
Takeshi Kinoshita
崇 藤園
Takashi Fujizono
純 稲垣
Jun Inagaki
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Abstract

Figure 2022086036000001
【課題】効率的に換気回数を確保する技術を提供する。
【解決手段】換気装置20は、対象となる領域の内外の空気を入れかえる。空気調和装置30は、HEPAフィルタ34を有する。制御装置40は、換気装置20と空気調和装置30に対して運転を指示する。空気調和装置30は、領域内の空気を吸い込んでHEPAフィルタ34によって浄化した後、領域内に吹き出して循環させる循環風路を有する。制御装置40は、換気装置20により導入される単位時間当たりの外気風量と、空気調和装置30により循環風路に循環される単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、換気装置20と空気調和装置30に対して運転を指示する。
【選択図】図1

Description

本開示は、換気制御技術に関し、特に施設の換気を制御する換気制御システムに関する。
複数個の居室を備えた高断熱・高気密家屋における空調システムでは、独立して設けられた少なくとも1つの空調室内の空調が制御され、空調された空気が空調室から各居室に搬送される(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第19/107163号
感染症の防止対策が急務である。感染症の防止対策として、1時間当たり換気回数2回との指針が出されている。ここで、換気回数とは、領域(部屋)の空気がすべて外気と入れ替わる回数である。換気扇だけで換気回数2回を実現する場合、風量が過大となり、空調負荷が増大するので、実現が困難になる。
本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、効率的に換気回数を確保する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本開示のある態様の換気制御システムは、対象となる領域の内外の空気を入れかえる換気装置と、集塵フィルタを有する空気調和装置と、換気装置と空気調和装置に対して運転を指示する制御装置とを備える。空気調和装置は、領域内の空気を吸い込んで集塵フィルタによって浄化した後、領域内に吹き出して循環させる循環風路を有する。制御装置は、換気装置により導入される単位時間当たりの外気風量と、空気調和装置により循環風路に循環される単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、換気装置と空気調和装置に対して運転を指示する。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
本開示によれば、効率的に換気回数を確保できる。
実施例1に係る住宅の構成を示す図である。 図1の制御部の構成を示す図である。 図3(a)-(b)は、図1の記憶部に記憶されるテーブルのデータ構造を示す図である。 図1の制御装置による風量の決定手順を示すフローチャートである。 実施例2に係る住宅の構成を示す図である。 図5の記憶部に記憶されるテーブルのデータ構造を示す図である。
(実施例1)
本開示の実施例を具体的に説明する前に、実施例の概要を説明する。本実施例は、住宅等の施設に設けられ、施設に対する全館空調を実行する空調システムに関する。前述のごとく、感染症の防止対策として、施設内の空気を外気と入れかえる換気回数が、1時間当たり2回とされている。換気装置だけで、換気回数2回を実現する場合、風量が過大となり、空調負荷が増大するので、実現が困難になる。本実施例に係る空調システムは、HEPAフィルタにより浄化させた空気を施設内で循環させており、換気すべき空気の風量の一部を、循環させる空気の風量に置き換える。つまり、循環させる空気の風量と、換気させる空気の風量との合計値が、1時間当たり2回の換気回数以上となるように換気がなされる。以下の説明において、風量とは、単位時間、例えば1時間あたりの風量を示す。
以下に説明する実施例は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示す。よって、以下の実施例で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ(工程)及びステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。したがって、以下の実施例における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
図1は、住宅100の構成を示す。住宅100には、換気装置20、空気調和装置30、制御装置40を含む空調システムが配置される。空調システムは換気制御システム、換気システム、全館空調システムとも呼ばれる。住宅100は、領域10と総称される第1領域10a、第2領域10bを含む。領域10は、例えば、部屋、リビングルーム、ダイニングルーム、キッチンである。住宅100に含まれる領域10の数は「2」に限定されず、住宅100は非住宅を含む施設であってもよい。
住宅100の外壁には外気導入口(図示せず)が設置される。外気導入口から住宅100の内部に向かって外気風路50が延びる。外気風路50は外気導入ダクトとも呼ばれる。外気風路50は、換気装置20に接続される。換気装置20には、外気導入ファン(図示せず)が設置され、外気導入ファンの回転により、外気導入口から外気60が取り込まれ、外気60が外気風路50を通って換気装置20に流入される。外気風路50は、換気装置20からさらに延びて、第1循環風路54aに接続され、換気装置20からの外気60を第1循環風路54aに流入させる。
換気装置20には、排気風路52も接続される。排気風路52は排気ダクトとも呼ばれる。排気風路52は、各領域10から換気装置20を経由して住宅100の外壁に向かって延びる。住宅100の外壁には排気口(図示せず)が設置され、排気口には排気風路52が接続される。換気装置20は、排気ファン(図示せず)の回転により、排気風路52を通って排気口から排気62を排出する。このように排気風路52は、第1領域10aと第2領域10bからの排気62を集合させ、1つの排気口から屋外へ排気62を排出する。その結果、換気装置20により、互いに異なった第1領域10aと第2領域10bに対する換気がなされ、領域10の内外の空気が入れかえられる。換気装置20において熱交換がなされてもよい。
住宅100の内部には、各領域10から空気調和装置30に延びる第1循環風路54aと、空気調和装置30から各領域10に延びる第2循環風路54bとが設置される。第1循環風路54aは還気ダクトとも呼ばれ、第2循環風路54bは給気ダクトとも呼ばれる。第1循環風路54aと第2循環風路54bとを接続した風路は環状に構成される。第1循環風路54a、第2循環風路54bは循環風路54と総称される。第1循環風路54aには、各領域10からの還気64が流入される。前述のごとく、第1循環風路54aは外気風路50に接続されるので、還気64には外気60が混合される。
空気調和装置30には、還気64と外気60の混合空気が第1循環風路54aから流入される。空気調和装置30のエアコンディショナ32は、還気64と外気60の混合空気に対して、空調を制御する。エアコンディショナ32は、空気の温度が設定された目標温度となるように、還気64と外気60の混合空気を冷却または加熱する。目標温度は、制御装置40により設定される。エアコンディショナ32は、加湿および除湿機能を有してもよい。
エアコンディショナ32からの空気はHEPAフィルタ(High Efficiency Particulate Air)34に流入される。HEPAフィルタ34は、エアフィルタであり、エアコンディショナ32において空調がなされた空気中からゴミ、塵埃などを取り除き、清浄された空気を出力する。HEPAフィルタ34を通過した空気は、空気調和装置30からの空気として、空気調和装置30に含まれる送風機(図示せず)により出力される。送風機の風量は後述の制御装置40により制御可能である。
空気調和装置30が第1領域10aと第2領域10bにおける温度を制御するために、空気調和装置30には、第2循環風路54bが接続される。第2循環風路54bは第1領域10aと第2領域10bまで延びる。第1領域10aと第2領域10bのそれぞれには吹出口(図示せず)が設けられ、各吹出口は第2循環風路54bに接続される。空気調和装置30から出力される給気66は、第2循環風路54bを通って、吹出口から領域10に吹き出す。第1領域10aの吹出口には第1ダンパ12aが設置され、第2領域10bの吹出口には第2ダンパ12bが設置される。第1ダンパ12a、第2ダンパ12bはダンパ12と総称され、ダンパ12は開度を調節することによって、吹出口から領域10に吹き出される給気66の風量を調節する。第1ダンパ12aと第2ダンパ12bの開度の調節は制御装置40により制御される。
第1領域10aと第2領域10bのそれぞれには吸込口(図示せず)が設けられ、各吸込口は第1循環風路54aに接続される。空気調和装置30の動作により、各領域10からの還気64は、吸込口から第1循環風路54aに流入する。これに続いて、還気64は、前述のごとく、第1循環風路54aを通って空気調和装置30に吸い込まれる。つまり、循環風路54は、空気調和装置30が領域10内の空気を吸い込んでHEPAフィルタ34によって浄化した後、領域10内に吹き出して循環させる。
第1領域10aには汚れセンサ70が設置される。汚れセンサ70は、第1領域10a内の空気の汚れを検出するためのセンサであり、例えば、粉塵センサ、ガスセンサである。汚れセンサ70には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。また、汚れセンサ70は第2領域10bに設置されてもよいし、第1領域10aと第2領域10bのそれぞれに設置されてもよい。汚れセンサ70は、無線通信等の通信機能を有し、検出した空気の汚れ値を制御装置40に送信する。
制御装置40は、空調システム全体を制御するシステムコントローラである。制御装置40は、IF部42、制御部44、記憶部46を含む。IF部42は、ダンパ12、換気装置20、空気調和装置30、汚れセンサ70と、無線通信により通信可能に接続される。無線通信で接続されることにより、複雑な配線工事が不要になる。しかしながら、これらのうちの少なくとも一部が有線通信により通信可能に接続されてもよい。IF部42は、汚れセンサ70から空気の汚れ値を受信する。
制御部44は、受信した空気の汚れ値をもとに換気装置20、空気調和装置30、ダンパ12に対する制御の内容を決定する。IF部42は、決定した制御の内容が含まれた制御信号を換気装置20、空気調和装置30、ダンパ12に送信する。これは、換気装置20、空気調和装置30に対して運転を指示するとともに、ダンパ12の開度を指示することに相当する。記憶部46には所定の情報が記憶される。
制御装置40の詳細を説明するために、ここでは図2も使用する。図2は、制御部44の構成を示す。制御部44は、換気制御部200、空調機制御部202を含む。換気制御部200は、換気装置20の制御内容を決定し、空調機制御部202は、空気調和装置30、ダンパ12の制御内容を決定する。
空調機制御部202は、汚れセンサ70において検出された空気の汚れ値をIF部42から受けつける。空調機制御部202は、記憶部46に記憶したテーブルを参照することによって、空気の汚れ値をもとに還気風量を決定する。図3(a)-(b)は、記憶部46に記憶されるテーブルのデータ構造を示す。図3(a)に示されるように汚れ値と還気風量とが対応づけられる。ここでは、汚れ値が大きくなるほど、還気風量も大きくされる。図3(b)は後述し、図2に戻る。還気風量とは、還気64の風量であり、空気調和装置30の風量の調節、ダンパ12の開度の調節、それらの組合せの調節により、調節される。例えば、ダンパ12の開度が固定値であり、決定された還気風量に応じて空気調和装置30の風量が決定されてもよい。また、空気調和装置30の風量が固定値であり、決定された還気風量に応じてダンパ12の開度が決定されてもよい。
記憶部46は、規定値、例えば1時間当たり2回の換気回数を満たすための合計風量設定値を記憶する。換気制御部200は、記憶部46に記憶した合計風量設定値から、空調機制御部202において決定された還気風量を減算することによって外気風量を決定する。外気風量は、合計風量設定値から還気風量を減算した値より大きくてもよい。外気風量とは、外気60の風量であり、これは、排気62の風量である排気風量と同等である。外気風量あるいは排気風量は、換気装置20の風量の調節により調節される。
制御部44は、空調機制御部202において決定した空気調和装置30の風量、ダンパ12の開度を指示するための制御信号(以下、「第1制御信号」という)をIF部42に出力する。制御部44は、換気制御部200において決定した換気装置20の風量を指示するための制御信号(以下、「第2制御信号」という)をIF部42に出力する。IF部42は、第1制御信号を空気調和装置30、ダンパ12に送信し、第2制御信号を換気装置20に送信する。これは、換気装置20により導入される単位時間当たりの外気風量と、空気調和装置30により循環風路54に循環される単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、ダンパ12と換気装置20と空気調和装置30に対して運転を指示することに相当する。
本開示における装置、システム、または方法の主体は、コンピュータを備えている。このコンピュータがプログラムを実行することによって、本開示における装置、システム、または方法の主体の機能が実現される。コンピュータは、プログラムにしたがって動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路(IC)、またはLSI(Large Scale Integration)を含む1つまたは複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、1つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なROM、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。
以上の構成による空調システムの動作を説明する。図4は、制御装置40による風量の決定手順を示すフローチャートである。空調機制御部202は汚れ値を取得し(S10)、汚れ値をもとに還気風量を決定する(S12)。換気制御部200は、合計風量設定値から還気風量を減算することによって外気風量を決定する(S14)。
本実施例によれば、単位時間当たりの外気風量と、単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、換気装置20と空気調和装置30に対して運転を指示するので、規定の換気回数を換気装置20と空気調和装置30とに分担させることができる。また、規定の換気回数を換気装置20と空気調和装置30とに分担させるので、換気装置20に対する負荷を軽減できる。また、換気装置20に対する負荷が軽減されるので、効率的に換気回数を確保できる。また、空気の汚れ値に応じて還気風量を決定するので、空気の汚れ値を低減させるための還気風量を確保できる。また、還気風量をもとに外気風量を決定するので、空気の汚れ値を低減させながら、効率的に換気回数を確保できる。
本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の換気制御システムは、対象となる領域の内外の空気を入れかえる換気装置(20)と、集塵フィルタ(34)を有する空気調和装置(30)と、換気装置(20)と空気調和装置(30)に対して運転を指示する制御装置(40)とを備える。空気調和装置(30)は、領域内の空気を吸い込んで集塵フィルタ(34)によって浄化した後、領域内に吹き出して循環させる循環風路(54)を有する。制御装置(40)は、換気装置(20)により導入される単位時間当たりの外気風量と、空気調和装置(30)により循環風路(54)に循環される単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、換気装置(20)と空気調和装置(30)に対して運転を指示する。
集塵フィルタ(34)は、HEPAフィルタ(High Efficiency Particulate Air)(34)であってもよい。
制御装置(40)は、換気装置(20)を制御する換気制御部(200)と、空気調和装置(30)を制御する空調機制御部(202)とを備えてもよい。空調機制御部(202)は、汚れセンサ(70)において検出された空気の汚れ値を受けつけ、空気の汚れ値に応じて還気風量を決定し、換気制御部(200)は、空調機制御部(202)において決定された還気風量をもとに、外気風量を決定してもよい。
(実施例2)
次に実施例2を説明する。実施例2は、実施例1と同様に、施設に対する全館空調を実行する空調システムに関する。実施例1では、空気の汚れ値をもとに還気風量を決定してから、還気風量をもとに外気風量を決定する。実施例2では、CO濃度をもとに外気風量を決定してから、外気風量をもとに還気風量を決定する。以下では、実施例1との差異を中心に説明する。
図5は、住宅100の構成を示す図である。図5は、図1と同様に示される。第1領域10aには第1COセンサ72aが配置され、第2領域10bには第2COセンサ72bが配置される。第1COセンサ72aと第2COセンサ72bはCOセンサ72と総称される。各COセンサ72は、領域10内のCO濃度を検出するためのセンサであり、COセンサ72には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。各COセンサ72は、無線通信等の通信機能を有し、検出したCO濃度を制御装置40に送信する。
図2に示される制御装置40の換気制御部200は、複数のCOセンサ72のそれぞれにおいて検出されたCO濃度をIF部42から受けつける。換気制御部200は、複数のCO濃度のうち、最大のCO濃度を選択する。換気制御部200は、記憶部46に記憶したテーブルを参照することによって、最大のCO濃度をもとに外気風量を決定する。図3(b)に示されるようにCO濃度と外気風量とが対応づけられる。ここでは、CO濃度が大きくなるほど、外気風量も大きくされる。図2に戻る。
記憶部46は、規定値、例えば1時間当たり2回の換気回数を満たすための合計風量設定値を記憶する。空調機制御部202は、記憶部46に記憶した合計風量設定値から、換気制御部200において決定された外気風量を減算することによって還気風量を決定する。還気風量は、合計風量設定値から外気風量を減算した値より大きくてもよい。
図5において、各COセンサ72は領域10に設置される。しかしながら、1つのCOセンサ72が排気風路52の排気口近傍に設置されてもよい。その際、COセンサ72は、排気口近傍のCO濃度を検出する。換気制御部200は、COセンサ72からのCO濃度をもとに外気風量を決定する。この場合、領域10間においてCO濃度に違いがあっても、空気調和装置30により平準化がなされる。
また、図5における制御装置40の制御部44は、記憶部46に記憶したテーブルを参照することによって、受けつけたCO濃度をもとに領域10内の在室人数を推定してもよい。図6は、記憶部46に記憶されるテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、CO濃度と在室人数が対応づけられる。ここでは、CO濃度が大きくなるほど、在室人数が多くされる。図2の換気制御部200は、推定された在室人数を制御部44から受けつける。換気制御部200は、在室人数が多くなるほど外気風量が大きくなるように、在室人数に応じて外気風量を決定する。還気風量の決定も同様である。
本実施例によれば、CO濃度に応じて外気風量を決定するので、CO濃度を低減させるための外気風量を確保できる。また、外気風量をもとに還気風量を決定するので、CO濃度を低減させながら、効率的に換気回数を確保できる。また、複数のCOセンサ72のそれぞれにおいて検出されたCO濃度のうち、最大のCO濃度に応じて外気風量を決定するので、各領域10のCO濃度を低減できる。また、在室人数に応じて外気風量を決定するので、CO濃度を低減させるための外気風量を確保できる。
本開示の一態様の概要は、次の通りである。制御装置(40)は、換気装置(20)を制御する換気制御部(200)と、空気調和装置(30)を制御する空調機制御部(202)とを備えてもよい。換気制御部(200)は、COセンサ(72)において検出された室内のCO濃度を受けつけ、CO濃度に応じて外気風量を決定し、空調機制御部(202)は、換気制御部(200)において決定された外気風量をもとに、還気風量を決定してもよい。
領域は、複数の部屋を含んでもよい。COセンサ(72)は各部屋に設置され、換気制御部(200)は、複数のCOセンサ(72)のそれぞれにおいて検出されたCO濃度のうち、最大のCO濃度に応じて外気風量を決定してもよい。
制御装置(40)は、換気装置(20)を制御する換気制御部(200)と、空気調和装置(30)を制御する空調機制御部(202)とを備えてもよい。換気制御部(200)は、推定された領域内の在室人数を受けつけ、領域内の在室人数に応じて外気風量を決定し、空調機制御部(202)は、換気制御部(200)において決定された外気風量をもとに、還気風量を決定してもよい。
以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
実施例1、2における記憶部46は制御装置40に含まれる。しかしながらこれに限らず例えば、記憶部46は記憶装置として制御装置40に接続されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
10 領域、 12 ダンパ、 20 換気装置、 30 空気調和装置、 32 エアコンディショナ、 34 HEPAフィルタ(集塵フィルタ)、 40 制御装置、 42 IF部、 44 制御部、 46 記憶部、 50 外気風路、 52 排気風路、 54 循環風路、 60 外気、 62 排気、 64 還気、 66 給気、 70 汚れセンサ、 72 COセンサ、 100 住宅、 200 換気制御部、 202 空調機制御部。

Claims (6)

  1. 対象となる領域の内外の空気を入れかえる換気装置と、
    集塵フィルタを有する空気調和装置と、
    前記換気装置と前記空気調和装置に対して運転を指示する制御装置とを備え、
    前記空気調和装置は、前記領域内の空気を吸い込んで前記集塵フィルタによって浄化した後、前記領域内に吹き出して循環させる循環風路を有し、
    前記制御装置は、前記換気装置により導入される単位時間当たりの外気風量と、前記空気調和装置により前記循環風路に循環される単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、前記換気装置と前記空気調和装置に対して運転を指示する換気制御システム。
  2. 前記集塵フィルタは、HEPAフィルタ(High Efficiency Particulate Air)である請求項1に記載の換気制御システム。
  3. 前記制御装置は、
    前記換気装置を制御する換気制御部と、
    前記空気調和装置を制御する空調機制御部とを備え、
    前記空調機制御部は、
    汚れセンサにおいて検出された空気の汚れ値を受けつけ、
    前記空気の汚れ値に応じて前記還気風量を決定し、
    前記換気制御部は、前記空調機制御部において決定された前記還気風量をもとに、前記外気風量を決定する請求項1または2に記載の換気制御システム。
  4. 前記制御装置は、
    前記換気装置を制御する換気制御部と、
    前記空気調和装置を制御する空調機制御部とを備え、
    前記換気制御部は、
    COセンサにおいて検出された室内のCO濃度を受けつけ、
    前記CO濃度に応じて前記外気風量を決定し、
    前記空調機制御部は、前記換気制御部において決定された前記外気風量をもとに、前記還気風量を決定する請求項1または2に記載の換気制御システム。
  5. 前記領域は、複数の部屋を含み、
    前記COセンサは各部屋に設置され、
    前記換気制御部は、複数の前記COセンサのそれぞれにおいて検出されたCO濃度のうち、最大のCO濃度に応じて前記外気風量を決定する請求項4に記載の換気制御システム。
  6. 前記制御装置は、
    前記換気装置を制御する換気制御部と、
    前記空気調和装置を制御する空調機制御部とを備え、
    前記換気制御部は、
    推定された前記領域内の在室人数を受けつけ、
    前記領域内の在室人数に応じて前記外気風量を決定し、
    前記空調機制御部は、前記換気制御部において決定された前記外気風量をもとに、前記還気風量を決定する請求項1または2に記載の換気制御システム。
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