JP2022180255A - 換気システム - Google Patents

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Abstract

【課題】気流の経路に配置されるフィルタの寿命を延ばす。【解決手段】換気システム1は、室外空間96と室内空間91とを繋ぐ気流経路10と、気流経路10に配置された換気装置20と、換気装置20の動作モードを制御する制御装置50と、を備える。気流経路10は、第1経路11、第2経路12、第3経路13及び第4経路14と、を含む。換気装置20は、給気ファン21と、排気ファン22と、気流を流す経路の選択を行う選択機構と、を有する。動作モードは、換気モード及び循環モードを含む。第3経路13は、複数の分岐経路13a~13dを含む。複数の分岐経路13a~13bはそれぞれ、室内空間91に接続される。換気システム1は、さらに、空気質の値を測定する複数のセンサ30a~30dを備える。制御装置50は、複数のセンサ30a~30dによる測定結果に基づいて選択機構を制御することで、換気装置20の動作モードの切り替えを行う。【選択図】図1

Description

本発明は、換気システムに関する。
従来、室内の空気と外部の空気とを入れ替える換気装置が知られている(例えば、特許文献1~3を参照)。各特許文献に開示された換気装置は、空気中の塵埃、花粉、PM2.5などを吸着するフィルタを備える。
特開平9-299742号公報 特開2009-276059号公報 特開2020-51658号公報
従来の換気装置では、定期的にフィルタの交換又は清掃などのメンテナンスを行う必要がある。フィルタによる吸着物が多い程、メンテナンスを頻繁に行わなければならない。特に、大気汚染が進行した地域ではメンテナンスの頻度が高い。
そこで、本発明は、気流の経路に配置されるフィルタの寿命を延ばすことができる換気システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る換気システムは、室外空間と室内空間とを繋ぐ気流経路と、前記気流経路に配置された換気装置と、前記換気装置の動作モードを制御する制御装置と、を備える。前記気流経路は、それぞれが、前記室外空間と前記換気装置とを繋ぐ第1経路及び第2経路と、それぞれが、前記換気装置と前記室内空間とを繋ぐ第3経路及び第4経路と、を含む。前記換気装置は、前記室外空間から前記室内空間へ向かう方向に流れる気流を発生させる給気ファンと、前記室内空間から前記室外空間へ向かう方向に流れる気流を発生させる排気ファンと、前記給気ファン及び前記排気ファンの少なくとも一方が発生させる気流を流す経路の選択を行う選択機構と、を有する。前記動作モードは、前記第1経路及び前記第3経路を介して前記室外空間から前記室内空間への給気を行い、かつ、前記第2経路及び前記第4経路を介して前記室内空間から前記室外空間への排気を行う第1モードと、前記第3経路及び前記第4経路を介して前記換気装置と前記室内空間との間で空気を循環させる第2モードと、を含む。前記第3経路は、複数の分岐経路を含む。前記複数の分岐経路はそれぞれ、前記室内空間に接続される。前記換気システムは、さらに、前記分岐経路毎に設けられ、空気質の値を測定する複数のセンサを備える。前記制御装置は、前記複数のセンサによる測定結果に基づいて前記選択機構を制御することで、前記換気装置の動作モードの切り替えを行う。
本発明に係る換気システムによれば、気流の経路に配置されるフィルタの寿命を延ばすことができる。
図1は、実施の形態1に係る換気システムの構成を示す図である。 図2は、実施の形態1に係る換気システムの動作を示すフローチャートである。 図3は、換気装置が換気モードで動作中に流れる気流を示す図である。 図4は、換気装置が循環モードで動作中に流れる気流を示す図である。 図5は、空気質レベルの変化と換気装置の動作モードとの関係を示す図である。 図6は、実施の形態2に係る換気システムの構成を示す図である。 図7は、実施の形態2に係る換気システムの動作を示すフローチャートである。 図8Aは、換気装置が換気モードで動作中に流れる気流の一例を示す図である。 図8Bは、換気装置が換気モードで動作中に流れる気流の別の一例を示す図である。 図9は、換気装置が循環モードで動作中に流れる気流を示す図である。 図10は、実施の形態2の変形例に係る換気システムの構成を示す図である。
以下では、本発明の実施の形態に係る換気システムについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、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、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成につい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。
(実施の形態1)
[構成]
まず、本実施の形態に係る換気システムの構成について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る換気システム1の構成を示す図である。
図1に示される換気システム1は、室内空間91を有する建物90に備えられる。換気システム1は、室内空間91と室外空間96との間で空気の入れ換え、すなわち、換気を行う。
室内空間91は、建物90の内部空間である。室内空間91は、建物90の天井92と外壁95とで囲まれた空間である。本実施の形態では、室内空間91は、4つの部分空間91a、91b、91c及び91dを含んでいる。なお、部分空間の個数は、2つでもよく、特に限定されない。
部分空間91a~91dは、建物90の仕切り材93a、93b及び93cによって区画されている。仕切り材93a~93cは、扉などの開閉式の部材であってもよく、壁材などの固定された部材であってもよい。
部分空間91a~91dは、完全には分離されていない。具体的には、図1に示されるように、仕切り材93a~93cの各々の下部には、隙間94a、94b及び94cが設けられている。隙間94a~94cを介して部分空間同士で空気の移動が可能である。なお、隙間94a~94cは、各仕切り材の上部に設けられていてもよく、位置は特に限定されない。
室外空間96は、建物90の外側の空間である。つまり、室外空間96は、外気が存在する空間である。室外空間96には、PM0.1、PM2.5、PM10、粉塵、煤煙などの粒子状物質、及び、羽虫などの生物などが浮遊している。粒子状物質は、工場からの排煙や、薪炭材若しくは牛糞などの生物燃料、冠婚葬祭における花火、農業廃棄物の焼却(野焼きなど)、工事現場若しくは車両通行による粉塵、車両の排ガスなどに起因して多量に発生する。
建物90は、戸建て住宅、若しくは、マンションなどの集合住宅、又は、オフィスビルなどである。あるいは、建物90は、病院又は学校などの公共施設であってもよい。また、換気システム1は、バス、電車又は船などの室内空間91を有する移動体に備えられてもよい。
換気システム1は、図1に示されるように、室外空間96と室内空間91とを繋ぐ気流経路10と、換気装置20と、センサ30a、30b、30c及び30dと、プレフィルタ41及び42と、制御装置50と、を備える。気流経路10、換気装置20及び制御装置50は、建物90の天井裏の空間に配置されている。
気流経路10は、空気の通り道である。図1に示されるように、気流経路10は、第1経路11と、第2経路12と、第3経路13と、第4経路14と、を含む。
第1経路11及び第2経路12はそれぞれ、室外空間96と換気装置20とを繋ぐ経路である。第3経路13及び第4経路14はそれぞれ、換気装置20と室内空間91とを繋ぐ経路である。
第1経路11は、外壁95に設けられた開口95aと換気装置20とに接続されている。第1経路11は、室外空間96から換気装置20への給気(空気の取り入れ)に利用される。
第2経路12は、外壁95に設けられた開口95bと換気装置20とに接続されている。第2経路12は、換気装置20から室外空間96への排気(空気の掃き出し)に利用される。
第3経路13は、換気装置20と天井92に設けられた開口とに接続されている。第3経路13は、換気装置20から室内空間91への給気に利用される。第3経路13は、複数の分岐経路13a、13b、13c及び13dを含む。
複数の分岐経路13a~13dはそれぞれ、天井92に設けられた開口92a、92b、92c及び92dに接続されている。開口92a~92dはそれぞれ、分岐経路13a~13dの室内空間91への接続口である。開口92a~92dはそれぞれ、部分空間91a~91dに対応している。
具体的には、分岐経路13aは、開口92aを介して部分空間91aに接続されている。分岐経路13aは、部分空間91aへの給気に利用される。分岐経路13bは、開口92bを介して部分空間91bに接続されている。分岐経路13bは、部分空間91bへの給気に利用される。分岐経路13cは、開口92cを介して部分空間91cに接続されている。分岐経路13cは、部分空間91cへの給気に利用される。分岐経路13dは、開口92dを介して部分空間91dに接続されている。分岐経路13dは、部分空間91dへの給気に利用される。
なお、図1では、第3経路13は、換気装置から分岐経路13a~13dに至るまでの共通経路を含んでいるが、共通経路を含んでいなくてもよい。つまり、換気装置には、分岐経路13a~13dの各々が直接接続されていてもよい。
第4経路14は、天井92に設けられた開口92eと換気装置20とに接続されている。第4経路14は、室内空間91から換気装置20への排気に利用される。
第1経路11、第2経路12、第3経路13及び第4経路14はそれぞれ、ダクト又は配管などの筒状の部材によって形成される。各経路には、空気の逆流を防止するための逆流防止弁が設けられていてもよい。
換気装置20は、気流を生成する装置であり、気流経路10に配置されている。換気装置20は、図1に示されるように、給気ファン21と、排気ファン22と、弁23a及び23bと、フィルタ24及び25と、を有する。
給気ファン21及び排気ファン22はそれぞれ、プロペラファン、シロッコファン又はターボファンなどである。給気ファン21及び排気ファン22はそれぞれが、複数の羽根とDCモータとを有し、DCモータが複数の羽根を回転させることによって、気流を発生させる。給気ファン21は、室外空間96から室内空間91に向かう方向に気流を発生させる。排気ファン22は、室内空間91から室外空間96に向かう方向に気流を発生させる。つまり、給気ファン21及び排気ファン22の各々が発生させる気流の向きは、互いに反対方向である。
弁23a及び23bはそれぞれ、給気ファン21及び排気ファン22の少なくとも一方が発生させる気流を流す経路の選択を行う選択機構の一例である。具体的には、弁23a及び23bはそれぞれ、所定の経路の開閉を行う可動式シャッターである。弁23aは、第1経路11を開閉可能である。弁23bは、第2経路12を開閉可能である。弁23a及び23bの各々による開閉の方式は、例えば図1の白抜きの両矢印で表されるような回転式であるが、これに限定されない。開閉の方式は、スライド式であってもよい。
フィルタ24及び25は、気流に含まれる所定の物質を除去するフィルタである。例えば、フィルタ24及び25は、PM2.5、PM10、粉塵、煤煙などの粒子状物質を除去する。あるいは、フィルタ24及び25は、匂いを除去するフィルタであってもよい。
フィルタ24は、第1経路11の接続部分に配置された第1フィルタの一例である。フィルタ25は、第3経路13の接続部分に配置された第2フィルタの一例である。換気装置20は、第2経路12の接続部分及び第4経路14の接続部分の少なくとも一方に配置されたフィルタを備えてもよい。
フィルタ24及び25は、着脱可能であり、交換可能である。換気装置20は、フィルタ24及び25を取り付けるためのフィルタ取付部を有する。フィルタ取付部は、例えば、換気装置20の外郭筐体に設けられた溝などである。フィルタ24又は25は、外郭筐体の溝に嵌め入れられることによって取り付けられる。なお、フィルタ24又は25の取り付け方式については、特に限定されない。
なお、フィルタは、気流経路10内に配置されてもよい。あるいは、天井92に設けられた開口92a~92eにフィルタが配置されていてもよい。
換気装置20は、複数の動作モードを有する。複数の動作モードには、室内空間91の換気を行う換気モードと、室内空間91内の空気を循環させる循環モードとを有する。動作モードの具体例については、後で説明する。
換気装置20は、例えばERV(Energy Recovery Ventilation)システムに適応した熱交換器である。具体的には、換気装置20は、全熱交換器である。換気装置20は、室内空間91の室温及び湿度を一定に保つよう換気を行う。換気装置20は、給気ファン21及び排気ファン22の少なくとも一方が発生させる気流が通過する際に、気流が含む熱エネルギーを交換する熱交換ユニット(図示せず)を含んでもよい。これにより、室内空間91の熱エネルギーの増減を抑制することができるので、温度変化及び湿度変化の少ない快適な空間を実現することができる。
センサ30a~30dは、分岐経路毎に設けられ、空気質の値(空気質レベルとも称される)を測定する。センサ30a~30dは、互いに同種の空気質の値を測定するセンサであり、例えば、COセンサである。つまり、空気質の値は、二酸化炭素(CO)濃度である。
なお、空気質の値は、CO濃度に限定されない。例えば、空気質の値は、CO、PM2.5若しくはPM10、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)及び揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)からなる群から選択される1又は2以上の濃度であってもよい。
センサ30a~30dは、対応する分岐経路が接続される部分空間内に配置される。具体的には、センサ30aは、部分空間91aに配置され、部分空間91a内の空気質の値を測定する。センサ30bは、部分空間91bに配置され、部分空間91b内の空気質の値を測定する。センサ30cは、部分空間91cに配置され、部分空間91c内の空気質の値を測定する。センサ30dは、部分空間91dに配置され、部分空間91d内の空気質の値を測定する。図1では、センサ30a~30dは、外壁95の内面又は仕切り材93a若しくは93bに配置されているが、これに限定されない。センサ30a~30dは、天井92に配置されていてもよい。あるいは、センサ30a~30dは、分岐経路13a~13dの内部に配置されていてもよい。
プレフィルタ41及び42は、比較的大きめの異物を取り除くフィルタである。異物は、例えば、0.02mm以上の大きさである。具体的には、異物は、砂塵及び虫などである。プレフィルタ41及び42は、フッ素コーティングされていてもよい。これにより、異物の付着力を低減し、除去した異物を振動によって容易にふるい落とすことができる。
プレフィルタ41及び42の除去対象物は、フィルタ24及び25の除去対象物よりも大きい。例えば、プレフィルタ41及び42は、PM2.5などの粒子状物質の除去はできなくてもよい。
プレフィルタ41は、第1経路11に配置されている。具体的には、プレフィルタ41は、第1経路11の室外空間96側の端部である開口95aに配置されている。例えば、図1に示されるように、プレフィルタ41は、室外空間96に露出するように建物90の外壁95に取り付けられる。プレフィルタ41は、第1経路11に異物が侵入するのを抑制しながら、室外空間96から第1経路11に空気を通過させることができる。
プレフィルタ42は、第2経路12に配置されている。具体的には、プレフィルタ42は、第2経路12の室外空間96側の端部である開口95bに配置されている。例えば、図1に示されるように、プレフィルタ42は、室外空間96に露出するように建物90の外壁95に取り付けられる。プレフィルタ42は、第2経路12に異物が侵入するのを抑制しながら、第2経路12から室外空間96に空気を通過させることができる。
プレフィルタ41及び42は、取り外し可能であり、交換可能である。なお、プレフィルタ41及び42の少なくとも一方は設けられていなくてもよい。
制御装置50は、換気システム1の主要な動作を制御するコントローラである。制御装置50は、換気装置20の動作モードを制御する。具体的には、制御装置50は、複数のセンサ30a~30dによる測定結果に基づいて弁23a及び23bを制御することで、換気装置20の動作モードの切り替えを行う。また、制御装置50は、給気ファン21及び排気ファン22を制御する。制御装置50による具体的な制御内容については後で説明する。
制御装置50は、換気装置20及び複数のセンサ30a~30dの各々と通信可能に接続されている。当該通信は、有線通信であってもよく、無線通信であってもよい。通信に用いられる通信規格も特に限定されない。制御装置50は、室内空間91内に配置されていてもよく、ユーザなどによって操作可能なコントローラであってもよい。
制御装置50は、プロセッサ、マイクロコンピュータ又は専用回路である。制御装置50は、プロセッサ、マイクロコンピュータ又は専用回路のうちの2つ以上の組み合わせによって実現されてもよい。制御装置50が行う機能は、ソフトウェアで実現されてもよく、ハードウェアで実現されてもよい。制御装置50は、例えば、換気システム1の動作に関わるプログラムが記録されたメモリを含んでいる。
[動作]
続いて、本実施の形態に係る換気システム1の動作について、図2を用いて説明する。図2は、本実施の形態に係る換気システム1の動作を示すフローチャートである。
なお、図2は、換気システム1の全体の動作を制御する制御装置50の動作を示している。本実施の形態では、複数のセンサ30a~30dはそれぞれ、常時又は定期的に空気質レベルを測定し、測定した空気質レベルを制御装置50に送信する。あるいは、複数のセンサ30a~30dは、制御装置50からの要求があった場合に、空気質レベルの測定及び送信を行ってもよい。
ここでは、空気質レベルがCO濃度である場合を説明する。室内空間91に人が居る場合は、人の呼吸によってCO濃度が徐々に上昇する。CO濃度が高くなると人が不快に感じやすくなるため、換気などによってCO濃度を下げる必要がある。
図2に示されるように、制御装置50は、複数のセンサ30a~30dの各々で測定された空気質レベル(CO濃度)と閾値TH1とを比較する(S10)。閾値TH1は、第1閾値の一例であり、例えば1000ppmである。
複数のセンサ30a~30dの少なくとも1つで測定された空気質レベルが閾値TH1を超えた場合(S10でYes)、制御装置50は、換気装置20を換気モードで動作させる。具体的には、制御装置50は、2つの弁23a及び23bを開ける(S12)。
図3は、換気装置20が換気モードで動作中に流れる気流を示す図である。図3に示されるように、弁23aが第1経路11を開け、弁23bが第2経路12を開けているので、室内空間91と室外空間96とが気流経路10を介して繋がり、空気の入れ替え(換気)が行われる。
具体的には、給気ファン21が生成する気流は、太線の黒矢印で表されるように、プレフィルタ41、第1経路11、フィルタ24、換気装置20内、フィルタ25、第3経路13(分岐経路13a~13dの各々)の順に流れ、室外空間96から室内空間91(部分空間91a~91dの各々)へ空気が取り込まれる。また、排気ファン22が生成する気流は、斜線の網掛けが付された矢印で表されるように、第4経路14、換気装置20内、第2経路12、プレフィルタ42の順に流れ、室内空間91から室外空間96へ空気が排出される。なお、換気装置20内で気流が交差しているのは、熱交換ユニット(図示せず)による熱エネルギーの交換を模式的に表している。
換気モードでは、室外空間96から空気を取り入れるので、図3に示されるように、外気に含まれる異物又は粒子状物質などの除去対象物80が気流とともに室内空間91に進入しようとする。これに対して、換気システム1ではプレフィルタ41又はフィルタ24若しくは25が設けられているので、除去対象物80は、プレフィルタ41又はフィルタ24若しくは25に付着し、取り込まれる気流から除去される。
換気が行われることによって、室内空間91のCO濃度は次第に低下する。図2に示されるように、制御装置50は、複数のセンサ30a~30dの各々で測定された空気質レベル(CO濃度)と閾値TH2とを比較する(S14)。閾値TH2は、第1閾値より小さい第2閾値の一例であり、例えば800ppmである。閾値TH2は、換気装置20が最大出力で動作した場合に低減させることができる空気質レベルの最低値よりも大きい値である。これにより、換気モードでの動作を継続していると、いずれは空気質レベルが閾値TH2を下回ることになる。
複数のセンサ30a~30dの全てで測定された空気質レベルが閾値TH2を下回っていない場合(S14でNo)、制御装置50は、換気装置20の動作モードを換気モードで維持する(S12)。複数のセンサ30a~30dの全てで測定された空気質レベルが閾値TH2を下回った場合(S14でYes)、制御装置50は、換気装置20を循環モードで動作させる。具体的には、制御装置50は、2つの弁23a及び23bを閉じる(S16)。
図4は、換気装置20が循環モードで動作中に流れる気流を示す図である。図4に示されるように、弁23aが第1経路11を閉じ、弁23bが第2経路12を閉じているので、室内空間91と室外空間96とが気流経路10を介して繋がらない。つまり、空気の入れ替え(換気)は行われずに、室内空間91と換気装置20との間で空気の循環が行われる。
具体的には、給気ファン21が生成する気流は、太線の黒矢印で表されるように、換気装置20内、フィルタ25、第3経路13(分岐経路13a~13dの各々)の順に流れる。また、排気ファン22が生成する気流は、斜線の網掛けが付された矢印で表されるように、第4経路14、換気装置20内の順に流れる。第1経路11及び第2経路12が閉じているため、室内空間91、第4経路14、換気装置20内、フィルタ25、第3経路13、室内空間91の順に空気が循環する。
循環モードでは、室外空間96から空気を取り入れないので、外気に含まれる除去対象物80の進入が充分に抑制される。このため、プレフィルタ41並びにフィルタ24及び25に対する除去対象物80の新たな付着もほとんどないため、各フィルタの寿命を延ばすことができる。
循環モードでは、換気が行われないので、室内空間91のCO濃度は次第に増加する。図2に示されるように、制御装置50は、循環モードで換気装置20を動作させた後、ステップS10に戻り、上述した処理を繰り返す。複数のセンサ30a~30dの少なくとも1つで測定された空気質レベルが閾値TH1を超えない場合(S10でNo)、制御装置50は、換気装置20の動作モードを循環モードで維持する(S16)。
図5は、空気質レベルの変化と換気装置20の動作モードとの関係を示す図である。図5において横軸は時間を表し、縦軸は空気質レベル(CO濃度)を表している。
図5に示されるように、空気質レベルが閾値TH1を超えると、換気装置20は換気モードで動作するため、空気質レベルがピークに達した後、徐々に低下する。空気質レベルが閾値TH2を下回ると、換気装置20は循環モードで動作するため、空気質レベルが底を打った後、徐々に増加する。これの繰り返しによって、空気質レベルを平均的に閾値TH1と閾値TH2との間に収めることができる。また、循環モードでは、フィルタへの負担が充分に軽減されるので、循環モードでの動作が行われることによって、フィルタの寿命を延ばすことができる。このように、室内空間91の快適性を維持しながら、フィルタの寿命を延ばすことができる。
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係る換気システム1は、室外空間96と室内空間91とを繋ぐ気流経路10と、気流経路10に配置された換気装置20と、換気装置20の動作モードを制御する制御装置50と、を備える。気流経路10は、それぞれが、室外空間96と換気装置20とを繋ぐ第1経路11及び第2経路12と、それぞれが、換気装置20と室内空間91とを繋ぐ第3経路13及び第4経路14と、を含む。換気装置20は、室外空間96から室内空間91へ向かう方向に流れる気流を発生させる給気ファン21と、室内空間91から室外空間96へ向かう方向に流れる気流を発生させる排気ファン22と、給気ファン21及び排気ファン22の少なくとも一方が発生させる気流を流す経路の選択を行う選択機構と、を有する。動作モードは、第1経路11及び第3経路13を介して室外空間96から室内空間91への給気を行い、かつ、第2経路12及び第4経路14を介して室内空間91から室外空間96への排気を行う第1モード(換気モード)と、第3経路13及び第4経路14を介して換気装置20と室内空間91との間で空気を循環させる第2モード(循環モード)と、を含む。第3経路13は、複数の分岐経路13a~13dを含む。複数の分岐経路13a~13dはそれぞれ、室内空間91に接続される。換気システム1は、さらに、分岐経路毎に設けられ、空気質の値を測定する複数のセンサ30a~30dを備える。制御装置50は、複数のセンサ30a~30dによる測定結果に基づいて選択機構を制御することで、換気装置20の動作モードの切り替えを行う。
これにより、フィルタへの負担が少ない循環モードで換気装置20を動作させることができるので、フィルタの寿命を延ばすことができる。特に、大気汚染が進行した地域及び/又は衛生環境が不十分な地域では、PM2.5、塵埃、煤煙、羽虫などの影響によってフィルタの目詰まりが激しく、フィルタの交換又は清掃などのメンテナンス頻度が非常に高くなるので、本実施の形態に係る換気システム1は極めて有用である。
また、動作モードの切り替えの判断指標に用いられる空気質の値を測定するセンサが分岐経路毎に設けられているので、細やかな判断に基づく動作モードの切り替えが可能になる。
また、例えば、制御装置50は、複数のセンサ30a~30dの少なくとも1つで測定された空気質の値が閾値TH1を超えた場合に、換気装置20を第1モードで動作させる。複数のセンサ30a~30dの各々で測定された空気質の値が、閾値TH1より小さい閾値TH2を下回った場合に、換気装置20を循環モードで動作させる。
これにより、複数のセンサ30a~30dのうち1つでも閾値TH1を超える空気質の値が測定された場合には、換気モードで動作させることができ、速やかに室内空間91の換気が行われる。また、複数のセンサ30a~30dの全てで閾値TH2を下回る空気質の値が測定されるのを待って循環モードで動作させるので、室内空間91の換気を充分に行うことができる。このように、室内空間91の快適性の維持を重視した制御を行うことができる。
例えば、室内空間91の全容積を255mとし、常に4名の人が在室している場合(CO呼出量0.02m/h・人)において、換気装置20の最大換気量が270m/h、自然換気量が8.8m/h、閾値TH1が1000ppm、閾値TH2が800ppmとしてシミュレーションを行った。その結果、常時、換気モードで動作させる場合に比べて、フィルタの寿命を約1.8倍に延ばすことができた。
あるいは、制御装置50は、複数のセンサ30a~30dの少なくとも1つで閾値TH1を超える空気質レベルが測定されたセンサで空気質レベルが閾値TH2を下回った場合に、換気装置20を循環モードで動作させてもよい。
これにより、換気装置20の動作モードが循環モードに切り替えられやすくなるので、フィルタの寿命をさらに延ばすことができる。
また、例えば、室内空間91は、分岐経路の室内空間91への接続口毎に区画された複数の部分空間91a~91dを含む。複数のセンサ30a~30dはそれぞれ、対応する分岐経路が接続される部分空間91a~91d内に配置されている。
これにより、部分空間毎の空気質の値を精度良く測定することができる。
また、例えば、選択機構は、第1経路11及び第2経路12の少なくとも一方の経路を開閉可能な弁23a又は23bを含む。
これにより、簡単に経路の開閉を行うことができる。
また、例えば、空気質の値は、二酸化炭素濃度である。
これにより、CO濃度が高すぎると人が不快に感じるので、動作モードの切り替えの判断指標にCO濃度を利用することで、室内空間91の快適性の維持に寄与することができる。
また、例えば、換気装置20は、さらに、第1経路11の接続部分に配置されたフィルタ24と、第3経路13の接続部分に配置されたフィルタ25と、を有する。
これにより、外気に含まれる粒子状物質又は匂いなどを除去することができる。このため、室内空間91の空気を清浄な状態にすることができ、快適な室内空間91を形成することができる。
また、例えば、換気システム1は、第1経路11に配置されたプレフィルタ41を備える。
これにより、比較的大きい異物が気流経路10及び換気装置20内に進入するのを抑制することができる。
(実施の形態2)
続いて、実施の形態2について説明する。
実施の形態2に係る換気システムでは、実施の形態1と比較して、部分空間(分岐経路)毎に気流の流れを制御する点が相違する。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略又は簡略化する。
[構成]
まず、本実施の形態に係る換気システムの構成について、図6を用いて説明する。図6は、本実施の形態に係る換気システム101の構成を示す図である。
図6に示されるように、換気システム101は、実施の形態1に係る換気システム1の構成と比較して、制御装置50の代わりに制御装置150を備える点と、新たに複数のダンパ60a、60b、60c及び60dを備える点と、が相違する。
複数のダンパ60a~60dは、複数の分岐経路13a~13dの各々を開閉可能な開閉機構の一例である。具体的には、ダンパ60a~60dはそれぞれ、所定の経路の開閉を行う可動式シャッターである。ダンパ60aは、分岐経路13aを開閉可能である。ダンパ60bは、分岐経路13bを開閉可能である。ダンパ60cは、分岐経路13cを開閉可能である。ダンパ60dは、分岐経路13dを開閉可能である。ダンパ60a~60dの各々による開閉の方式は、例えば図6の白抜きの両矢印で表されるような回転式であるが、これに限定されない。開閉の方式は、スライド式であってもよい。
制御装置150は、実施の形態1に係る制御装置50の動作に加えて、ダンパ60a~60dを制御する。制御装置150による具体的な制御内容については、以下で説明する。
[動作]
続いて、本実施の形態に係る換気システム101の動作について、図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態に係る換気システム101の動作を示すフローチャートである。
図7に示されるように、制御装置150は、複数のセンサ30a~30dの各々で測定された空気質レベル(CO濃度)と閾値TH1とを比較する(S20)。複数のセンサ30a~30dの少なくとも1つで測定された空気質レベルが閾値TH1を超えた場合(S20でYes)、制御装置150は、換気装置20を換気モードで動作させる。具体的には、制御装置150は、2つの弁23a及び23bを開ける(S22)。さらに、制御装置150は、空気質レベルが閾値TH1より小さい分岐経路のダンパを閉じる(S24)。また、制御装置150は、空気質レベルが閾値TH1より大きい分岐経路のダンパを開ける(S26)。なお、ステップS22~S26は、いずれが先に行われてもよく、同時に行われてもよい。
図8A及び図8Bはそれぞれ、換気装置20が換気モードで動作中に流れる気流を示す図である。図8Aは、センサ30a及び30cで測定された空気質レベルが閾値TH1を超え、センサ30b及び30dで測定された空気質レベルが閾値TH1を超えていない例を示している。この場合、制御装置150は、ステップS24でダンパ60b及び60dを閉じ、ステップS26でダンパ60a及び60cを開ける。
これにより、空気質レベルが高くない部分空間91b及び91dは換気を行う必要がないので、換気が必要な部分空間91a及び91cを集中的に換気することができる。これにより、換気時間が短縮化される。例えば、部分空間91a~91dの大きさが互いに同じであるとすれば、換気時間を約半分にすることができる。外気を取り込む時間を短くすることができるので、フィルタにかかる負担を軽減することができ、フィルタの寿命を延ばすことができる。
図8Bは、センサ30aで測定された空気質レベルが閾値TH1を超え、センサ30b、30c及び30dで測定された空気質レベルが閾値TH1を超えていない例を示している。この場合、制御装置150は、ステップS24でダンパ60b、60c及び60dを閉じ、ステップS26でダンパ60aを開ける。
この場合、部分空間91a~91dの大きさが互いに同じであるとすれば、換気時間を約1/4にすることができる。外気を取り込む時間を更に短くすることができるので、フィルタにかかる負担を軽減することができ、フィルタの寿命をより長く延ばすことができる。
換気が行われることによって、室内空間91のCO濃度は次第に低下する。図7に示されるように、制御装置150は、ダンパが開いている経路に対応する複数のセンサ30a~30dの各々で測定された空気質レベル(CO濃度)と閾値TH2とを比較する(S28)。図8Aの例では、分岐経路13a及び13cのダンパ60a及び60bが空いているので、複数のセンサ30a及び30bの各々で測定された空気質レベルと閾値TH2とを比較する。
ダンパが開いている経路に対応する複数のセンサ30a~30dの全てで測定された空気質レベルが閾値TH2を下回らない場合(S28でNo)、制御装置150は、換気装置20の動作モードを換気モードで維持する。このとき、制御装置150は、ダンパが空いている経路のうち、空気質レベルが閾値TH2より小さい経路のダンパを閉じる(S30)。つまり、換気によって空気質レベルが閾値TH2を下回った場合、閾値TH2を下回った空気質レベルを測定したセンサに対応するダンパを閉じる。例えば、図8Aに示される換気モードで動作中に、センサ30cで測定された空気質レベルが閾値TH2を下回った場合には、制御装置150は、ダンパ60cを閉じる。これにより、図8Bに示される換気モードで動作させることができる。
一方、換気をしていない部分空間のセンサで測定された空気質レベルが閾値TH1を超えた場合には、そのセンサに対応するダンパを開ける(S26)。例えば、図8Bに示される換気モードで動作中に、センサ30cで測定された空気質レベルが閾値TH1を超えた場合、制御装置150は、ダンパ60cを開ける。これにより、図8Aに示される換気モードで動作させることができる。
ダンパが開いている経路に対応する複数のセンサ30a~30dの全てで測定された空気質レベルが閾値TH2を下回った場合(S28でYes)、制御装置150は、換気装置20を循環モードで動作させる(S32)。具体的には、制御装置150は、2つの弁23a及び23bを閉じ、全部のダンパ60a~60dを開ける。
図9は、換気装置20が循環モードで動作中に流れる気流を示す図である。図9は、図4と同じ気流経路が形成されている。したがって、空気の入れ替え(換気)は行われずに、室内空間91と換気装置20との間で空気の循環が行われる。
循環モードでは、換気が行われないので、室内空間91のCO濃度は次第に増加する。図7に示されるように、制御装置150は、循環モードで換気装置20を動作させた後、ステップS20に戻り、上述した処理を繰り返す。複数のセンサ30a~30dの少なくとも1つで測定された空気質レベルが閾値TH1を超えない場合(S20でNo)、制御装置150は、換気装置20の動作モードを循環モードで維持する(S32)。
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係る換気システム101は、複数の分岐経路の各々を開閉可能な開閉機構を備える。制御装置150は、複数のセンサ30a~30dの少なくとも1つで測定された空気質の値が閾値TH1を超えた場合に、開閉機構を制御することで、閾値TH1を超えた値が測定されたセンサに対応する分岐経路を開け、かつ、閾値TH1を超えた値が測定されていないセンサに対応する分岐経路を閉じ、かつ、換気装置20を換気モードで動作させる。
これにより、換気が必要な部分空間のみを集中的に換気することができるので、換気に要する時間を短くすることができる。つまり、外気を取り込んでフィルタに負担をかける時間が短くなるので、フィルタの寿命を延ばすことができる。
[変形例]
続いて、本実施の形態に係る換気システムの変形例について、図10を用いて説明する。図10は、本変形例に係る換気システム102の構成を示す図である。
図10に示されるように、換気システム102は、図7に示される換気システム101と比較して、複数のダンパ60a~60dの配置が相違している。具体的には、図7に示される換気システム101では、複数のダンパ60a~60dがそれぞれ、天井92の開口92a~92dの近傍、すなわち、分岐経路13a~13dの出口側に配置されている。これに対して、本変形例では、図10に示されるように、複数のダンパ60a~60dは、分岐経路13a~13dの入口側(換気装置20側)に配置されている。
これにより、ダンパ60a~60dを1ヶ所に集約して配置することができるので、各ダンパ60a~60dの設置及びメンテナンスが容易になる。例えば、制御装置150からの開閉の制御信号を有線で送信する場合に、配線を短くすることができる。
(その他)
以上、本発明に係る換気システムについて、上記の実施の形態などに基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、室内空間91が複数の部分空間91a~91dに区画される例を示したが、これに限定されない。室内空間91は、部分空間には区画されずに1つの単一の空間であってもよい。
また、複数の部分空間91a~91dの各々は、実質的に密閉されて気密性が高い空間であってもよい。この場合、換気装置20と室内空間91とを結ぶ第4経路14は、各部分空間に接続される複数の分岐経路を含んでもよい。
また、各経路が、ダクトなどである例を示したが、これに限定されない。各経路は、接続口のみであってもよい。例えば、換気装置20は、開口95a及び95bに直接接続されていてもよい。この場合、開口95a及び95bがそれぞれ、第1経路及び第2経路の一例である。あるいは、換気装置20は、開口92a~92dのいずれかに直接接続されていてもよい。この場合、換気装置20が接続された開口が、第3経路の分岐経路の一例である。また、換気装置20は、開口92eに直接接続されていてもよい。この場合、開口92eが第4経路の一例である。
また、例えば、フィルタ24及び25は、換気装置20ではなく、気流経路10内に配置されていてもよい。例えば、第1経路11内にフィルタ24が配置されてもよく、第3経路13内にフィルタ25が配置されてもよい。フィルタ25は、分岐経路13a~13dの各々に配置されてもよい。あるいは、開口92a~92dの各々の室内空間91側にフィルタ25が配置されてもよい。
また、例えば、選択機構の一例として、弁23a及び23bを用いたが、弁の代わりにダンパが用いられてもよい。また、例えば、開閉機構の一例として、ダンパ60a~60dを用いたが、ダンパの代わりに弁が用いられてもよい。選択機構及び開閉機構のいずれも、経路の開閉ができればその手段は特に限定されない。
また、例えば、換気システム1、101又は201は、排気に関わる構成を備えていなくてもよい。具体的には、換気システム1、101又は201は、第2経路12及び第4経路14、並びに、排気ファン22を備えなくてもよい。この場合、排気は、窓又はドアなどの外気と繋がる開口を介して自然に行われる。
また、上記実施の形態で説明した装置間の通信方法については特に限定されるものではない。装置間で無線通信が行われる場合、無線通信の方式(通信規格)は、例えば、ZigBee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、又は、無線LAN(Local Area Network)などの近距離無線通信である。あるいは、無線通信の方式(通信規格)は、インターネットなどの広域通信ネットワークを介した通信でもよい。また、装置間においては、無線通信に代えて、有線通信が行われてもよい。有線通信は、具体的には、電力線搬送通信(PLC:Powe Line Communication)又は有線LANを用いた通信などである。
また、上記実施の形態において、制御装置50又は150の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)又はプロセッサなどのプログラム実行部が、HDD(Hard Disk Drive)又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
また、制御装置50は、1つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。1つ又は複数の電子回路はそれぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
1つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、IC(Integrated Circuit)又はLSI(Large Scale Integration)などが含まれてもよい。IC又はLSIは、1つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、IC又はLSIと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムLSI、VLSI(Very Large Scale Integration)、又は、ULSI(Ultra Large Scale Integration)と呼ばれるかもしれない。また、LSIの製造後にプログラムされるFPGA(Field Programmable Gate Array)も同じ目的で使うことができる。
また、本発明の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、HDD若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1、101、102 換気システム
10 気流経路
11 第1経路
12 第2経路
13 第3経路
13a、13b、13c、13d 分岐経路
14 第4経路
20 換気装置
21 給気ファン
22 排気ファン
23a、23b 弁(選択機構)
24、25 フィルタ
30a、30b、30c、30d センサ
41、42 プレフィルタ
50、150 制御装置
60a、60b、60c、60d ダンパ(開閉機構)
91 室内空間
91a、91b、91c、91d 部分空間
92a、92b、92c、92d 開口
96 室外空間

Claims (9)

  1. 換気システムであって、
    室外空間と室内空間とを繋ぐ気流経路と、
    前記気流経路に配置された換気装置と、
    前記換気装置の動作モードを制御する制御装置と、を備え、
    前記気流経路は、
    それぞれが、前記室外空間と前記換気装置とを繋ぐ第1経路及び第2経路と、
    それぞれが、前記換気装置と前記室内空間とを繋ぐ第3経路及び第4経路と、を含み、
    前記換気装置は、
    前記室外空間から前記室内空間へ向かう方向に流れる気流を発生させる給気ファンと、
    前記室内空間から前記室外空間へ向かう方向に流れる気流を発生させる排気ファンと、
    前記給気ファン及び前記排気ファンの少なくとも一方が発生させる気流を流す経路の選択を行う選択機構と、を有し、
    前記動作モードは、
    前記第1経路及び前記第3経路を介して前記室外空間から前記室内空間への給気を行い、かつ、前記第2経路及び前記第4経路を介して前記室内空間から前記室外空間への排気を行う第1モードと、
    前記第3経路及び前記第4経路を介して前記換気装置と前記室内空間との間で空気を循環させる第2モードと、を含み、
    前記第3経路は、複数の分岐経路を含み、
    前記複数の分岐経路はそれぞれ、前記室内空間に接続され、
    前記換気システムは、さらに、前記分岐経路毎に設けられ、空気質の値を測定する複数のセンサを備え、
    前記制御装置は、前記複数のセンサによる測定結果に基づいて前記選択機構を制御することで、前記換気装置の動作モードの切り替えを行う、
    換気システム。
  2. 前記制御装置は、
    前記複数のセンサの少なくとも1つで測定された空気質の値が第1閾値を超えた場合に、前記換気装置を前記第1モードで動作させ、
    前記第1閾値を超えたセンサで測定された空気質の値が、前記第1閾値より小さい第2閾値を下回った場合に、前記換気装置を前記第2モードで動作させる、
    請求項1に記載の換気システム。
  3. 前記制御装置は、
    前記複数のセンサの少なくとも1つで測定された空気質の値が第1閾値を超えた場合に、前記換気装置を前記第1モードで動作させ、
    前記複数のセンサの各々で測定された空気質の値が、前記第1閾値より小さい第2閾値を下回った場合に、前記換気装置を前記第2モードで動作させる、
    請求項1に記載の換気システム。
  4. さらに、前記複数の分岐経路の各々を開閉可能な開閉機構を備え、
    前記制御装置は、
    前記複数のセンサの少なくとも1つで測定された空気質の値が前記第1閾値を超えた場合に、前記開閉機構を制御することで、前記第1閾値を超えた値が測定されたセンサに対応する分岐経路を開け、かつ、前記第1閾値を超えた値が測定されていないセンサに対応する分岐経路を閉じ、かつ、前記換気装置を前記第1モードで動作させる、
    請求項2又は3に記載の換気システム。
  5. 前記室内空間は、前記分岐経路の前記室内空間への接続口毎に区画された複数の部分空間を含み、
    前記複数のセンサはそれぞれ、対応する前記分岐経路が接続される部分空間内に配置されている、
    請求項1~4のいずれか1項に記載の換気システム。
  6. 前記選択機構は、前記第1経路及び前記第2経路の少なくとも一方の経路を開閉可能な弁を含む、
    請求項1~5のいずれか1項に記載の換気システム。
  7. 前記空気質の値は、二酸化炭素濃度である、
    請求項1~6のいずれか1項に記載の換気システム。
  8. 前記換気装置は、さらに、
    前記第1経路の接続部分に配置された第1フィルタと、
    前記第3経路の接続部分に配置された第2フィルタと、を有する、
    請求項1~7のいずれか1項に記載の換気システム。
  9. さらに、前記第1経路に配置されたプレフィルタを備える、
    請求項1~8のいずれか1項に記載の換気システム。
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