JP2023037745A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】より熱的快適性を維持しつつ除湿を行うことができる空調システムを提供する。【解決手段】空調システム１は、所定温度の冷水を生成する熱源機１０と、送風機２１を備えると共に熱源機１０からの冷水を導入して送風機２１を運転させることで室内Ｒの冷房を行う室内機２０とを備え、室内の快適性を示す指標の値である指標値が設定された快適範囲内であるかを判断する第１判断部と、室内機２０が設置される室内Ｒの湿度が所定湿度を超えるかを判断する第２判断部と、第１判断部により指標値が快適範囲内であると判断され、且つ、第２判断部により湿度が所定湿度を超えると判断された場合に、所定温度よりも低い温度の冷水を熱源機１０にて生成させ、送風機２１が運転中であるとき風量を現状のまま維持させる制御部とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、空調システムに関する。

従来、吸収式冷凍機等の熱源機と、熱源機からの冷水を利用して室内を冷却する室内機とを備えた空調システムが知られている。このような空調システムには、目標となる室内温度及び室内湿度に応じて、熱源機から出力される冷水の温度を制御したり、室内機が備える送風機の風量を制御したりするものがある（例えば特許文献１，２参照）。このような空調システムによれば、室内の熱的快適性を制御しつつも、湿度といった環境側要素も制御することができる。

特開２００７－１３９２４１号公報 特開２０１１－２７３０１号公報

ここで、実際の環境下においては、熱的には快適環境であるものの湿度については高く、除湿のみを行いたい場合がある。このような場合、従来では室内機に冷水を供給しつつ室内機の風量を増加させて結露を多く発生させることにより除湿を行うこととなる。しかし、この除湿を行った場合には、同時に冷房効果も発揮されてしまい熱的快適性指標の値（例えば予想平均温冷感申告の値）が快適範囲外となり易くなってしまう。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、より熱的快適性を維持しつつ除湿を行うことができる空調システムを提供することにある。

本発明の空調システムは、所定温度の冷水を生成する熱源機と、送風機を備えると共に前記熱源機からの冷水を導入して前記送風機を運転させることで室内の冷房を行う室内機と、を備えた空調システムであって、前記室内の快適性を示す指標の値である指標値が設定された快適範囲内であるかを判断する第１判断手段と、前記室内機が設置される室内の湿度が所定湿度を超えるかを判断する第２判断手段と、前記第１判断手段により指標値が快適範囲内であると判断され、且つ、前記第２判断手段により湿度が前記所定湿度を超えると判断された場合に、前記所定温度よりも低い温度の冷水を前記熱源機にて生成させ、前記送風機が運転中であるとき風量を現状のまま維持させる制御手段と、を備える。

本発明によれば、指標値が快適範囲内であると判断され、且つ、湿度が所定湿度を超えると判断された場合に、所定温度よりも低い温度の冷水を熱源機にて生成させ、送風機が運転中であるとき風量を現状のまま維持させる。このため、熱的快適性への寄与度が非常に大きい気流については増加させることなく除湿を行うこととなり、熱的快適性を維持し易くすることができる。特に、風量の増加がない場合には除湿効果が低下する傾向があるが、室内機に出力する冷水温度を低くすることで除湿効果の低下を抑制することとなる。従って、より熱的快適性を維持しつつ除湿を行うことができる。

本実施形態に係る空調システムを示す構成図である。 図１に示した空調システムの一部構成図である。 本実施形態に係る空調システムを構成する室内機の動作を示すフローチャートである。 本実施形態に係る空調システムを構成する熱源機の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本実施形態に係る空調システムを示す構成図であり、図２は、図１に示した空調システムの一部構成図である。図１及び図２に示すように、空調システム１は、熱源機１０からの冷水を利用して各室内機２０が各室内Ｒの冷却を行うものであって、熱源機１０と、複数の室内機２０と、各種センサＴ，Ｈと、配管Ｌ１，Ｌ２とを備えて構成されている。

熱源機１０は、所定温度（例えば７℃）の冷水を生成するものであって、制御部（制御手段）１１を有する。制御部１１は、熱源機１０の全体を制御すると共に、後述する室内機２０の制御部（符号２２）と通信可能なものである。この熱源機１０は、所定温度の冷水を生成可能であれば、例えば吸収式冷凍機であってもよいし、ヒートポンプ式冷凍機や蒸気圧縮冷凍機等であってもよい。さらに、熱源機１０は、冷水に加えて温水を生成可能な吸収式冷温水機等であってもよい。熱源機１０によって生成された所定温度の冷水は、往き配管Ｌ１を通じて複数の室内Ｒに設置されるそれぞれの室内機２０に供給される。

複数の温度センサＴは、それぞれの室内Ｒに設置されて室内温度に応じた信号を出力するものである。複数の湿度センサＨについても同様に、それぞれの室内Ｒに設置されて室内湿度に応じた信号を出力するものである。複数の温度センサＴにおいて検出された室内温度に応じた信号、及び、複数の湿度センサＨにおいて検出された室内湿度に応じた信号は、各室内機２０に送信される。

室内機２０は、送風機２１を備えると共に、熱源機１０からの冷水を導入して送風機２１を運転させることで冷風を室内Ｒに送り込み室内Ｒの冷房を行うものである。この室内機２０は、制御部２２を備えている。制御部２２は、室内機２０の全体を制御するものであって、送風機２１の風量の調整等を行うものである。なお、室内機２０によって冷房に利用された冷水は所定温度よりも高くなった状態で戻り配管Ｌ２を通じて熱源機１０に戻され、熱源機１０において再度所定温度まで冷却されることとなる。

ここで、本実施形態に係る制御部２２は、第１判断部（第１判断手段）２２ａと、第２判断部（第２判断手段）２２ｂと、風量制御部（制御手段）２２ｃとを備えている。

第１判断部２２ａは、室内Ｒの予想平均温冷感申告（快適性を示す指標）の値であるＰＭＶ（Predicted Mean Vote）値（指標値）を算出し、ＰＭＶ値が設定された快適範囲内（例えば－０．５超且つ０．５未満）であるかを判断するものである。ＰＭＶ値は、人間の感覚量から物理的考察に基づいて熱的快適性を表示したものであり、室内温度、室内湿度、活動量、着衣量、室内風速、及び放射温度に基づいて算出されるものである。よって、第１判断部２２ａは、室内温度、室内湿度、活動量、着衣量、室内風速、及び放射温度に基づいてＰＭＶ値を算出する。このうち、室内温度と室内湿度とについては、温度センサＴ及び湿度センサＨによる測定結果が採用される。活動量、着衣量、室内風速、及び放射温度については、固定値が採用されてもよいし、固定値以外の値が採用されてもよい。例えば活動量については室内Ｒごとにどのような活動を行うのかに基づいて設定された固定値が採用されてもよいが、空調システム１が活動量を測定するセンサや演算部等を備え、それらの測定値が固定値以外の値として採用されてもよい。着衣量については、季節等に応じた固定値が採用されてもよいが、空調システム１が着衣量を測定するセンサや演算部等を備え、それらの測定値が固定値以外の値として採用されてもよい。また、室内風速については、室内環境であることからゼロ等の固定値が採用されてもよいし、例えば現在の送風機２１の風量が固定値以外の値として採用されてもよい。さらに、室内風速を現在の送風機２１の風量とする場合には、室内機２０の設置位置を考慮した値が採用されてもよい。加えて、空調システム１が室内風速を測定するセンサや演算部等を備え、それらの測定値が固定値以外の値として採用されてもよい。さらに、放射温度についても建物の最上階であるか地下であるか等が考慮された値が採用されてもよいし、室内温度と同じ値が固定値以外の値として採用されていてもよい。また、空調システム１が放射温度を測定するセンサや演算部等を備え、それらの測定値が固定値以外の値として採用されてもよい。

第２判断部２２ｂは、室内Ｒの湿度が所定湿度を超えるかを判断するものである。すなわち、第２判断部２２ｂは、各室内Ｒの湿度センサＨの信号に基づく室内湿度と所定湿度とを比較して、それぞれの室内Ｒの湿度が所定湿度を超えるかを判断する。

さらに、制御部２２は、第１判断部２２ａによりＰＭＶ値が快適範囲内であると判断され、且つ、第２判断部２２ｂにより室内Ｒの湿度が所定湿度を超えると判断された場合、自己を除湿モードに移行させる。さらに、制御部２２は、自己が除湿モードとなった旨を熱源機１０の制御部１１に送信する。

風量制御部２２ｃは、送風機２１の風量を制御するものである。この風量制御部２２ｃは、除湿モードとなった時点で送風機２１が運転中である場合、現在の風量を維持する。また、風量制御部２２ｃは、除湿モードとなった時点で送風機２１が停止中である場合、最低風量で運転を開始させる。

ここで、従来の室内機においては除湿運転を行う場合、熱源機１０からの冷水が流れる配管（例えばコイル）に対して多くの室内空気を曝すことで除湿効果を高めるようにしている。すなわち、風量が増加する傾向にある。しかし、本実施形態においては、送風機２１が停止している場合には最低風量で運転させるが、それ以外の場合には風量を維持するようにしている。

また、熱源機１０の制御部１１は、除湿モードとなった室内機２０の数（すなわち除湿対象となった室内Ｒの数）が全体の所定割合（例えば６割）を超えるとき、除湿対応運転を行う。この際、制御部１１は、所定温度よりも低い温度の冷水を熱源機１０にて生成させる。具体的に制御部１１は、通常７℃の冷水を生成するところ、除湿対応運転において５℃の冷水を生成する。

よって、本実施形態に係る空調システム１では、除湿時に送風機２１の風量を原則維持しつつ冷水温度を下げることで除湿効果を発揮するようにしている。特に、風量を原則維持することから、熱的快適性への寄与度が非常に大きい気流を維持して、除湿時に室内Ｒに居る者がより寒く感じてしまう事態を抑制することができる（熱的快適性を損なわないようにすることができる）。

次に、本実施形態に係る空調システム１の動作を説明する。図３は、本実施形態に係る空調システム１を構成する室内機２０の動作を示すフローチャートである。なお、図３に示す処理は、室内機２０の電源がＯＦＦされるまで繰り返し実行される。

図３に示すように、まず第１判断部２２ａは、ＰＭＶ値が快適範囲内であるかを判断する（Ｓ１）。ＰＭＶ値が快適範囲内でない場合（Ｓ１：ＮＯ）、風量制御部２２ｃは、送風機２１の風量を自動制御する（Ｓ２）。この処理において風量制御部２２ｃは、ＰＭＶ値が快適範囲から大きく離れるほど、風量が大きくなるように風量を自動で調節する（例えば、ＬＯＷ、ＭＩＤＤＬＥ、及びＨＩＧＨから選択して送風制御する）こととなる。その後、処理はステップＳ１に戻る。なお、本実施形態においてはＬＯＷ、ＭＩＤＤＬＥ、及びＨＩＧＨの３段階による風量制御を行うが、特にこれに限らず、２段階又は４段階以上の風量制御が行われてもよいし、無段階な（連続的な）風量制御が行われてもよい。以下、風量制御についてはＬＯＷ、ＭＩＤＤＬＥ、及びＨＩＧＨの３段階を想定して説明する。

ＰＭＶ値が快適範囲内である場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、第２判断部２２ｂは、室内湿度が所定湿度を超えるかを判断する（Ｓ３）。室内湿度が所定湿度を超えない場合（Ｓ３：ＮＯ）、風量制御部２２ｃは、送風機２１の風量を自動制御する（Ｓ２）。ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判断され、ステップＳ３で「ＮＯ」と判断された場合、熱的にも湿度的にも快適である。よって、風量制御部２２ｃは、現状を維持するように送風制御することとなる。すなわち、風量制御部２２ｃは、風量ＯＦＦで熱的快適性を維持できるのであれば風量をＯＦＦとする。または目標となるＰＭＶ値から離れ始めた場合、風量制御部２２ｃは、例えば風量をＬＯＷにする等、熱的快適性を維持する為に風量を自動で調節する。

室内湿度が所定湿度を超える場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、熱的には快適であるが湿度的には快適でないといえる。よって、制御部２２は、除湿モードをＯＮとする（Ｓ４）。この処理において制御部２２は、自己が除湿モードとなった旨の信号を熱源機１０に送信する。次いで、制御部２２は、現在、風量ＯＦＦであるか（すなわち送風機２１がＯＦＦ状態であるか）を判断する（Ｓ５）。

風量がＯＦＦでない場合（Ｓ５：ＮＯ）、風量制御部２２ｃは、現在の風量を維持する（Ｓ６）。すなわち、風量制御部２２ｃは、現在の風量がＬＯＷであればＬＯＷを維持し、現在の風量がＭＩＤＤＬＥであればＭＩＤＤＬＥを維持する。また、風量制御部２２ｃは、現在の風量がＨＩＧＨであればＨＩＧＨを維持する。その後、処理はステップＳ８に移行する。

風量がＯＦＦである場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、風量制御部２２ｃは、風量をＬＯＷとする（Ｓ７）。すなわち、風量制御部２２ｃは、送風機２１が停止していることから最低風量で運転を開始させる。その後、処理はステップＳ８に移行する。

ステップＳ８において第１判断部２２ａは、再度ＰＭＶ値が快適範囲内であるかを判断する（Ｓ８）。ＰＭＶ値が快適範囲内でない場合（Ｓ８：ＮＯ）、すなわち除湿運転によって熱的快適性が損なわれてしまった場合、処理はステップＳ１０に移行し、制御部２２は除湿モードをＯＦＦとする（Ｓ１０）。この際、制御部２２は、自己が除湿モードでなくなった旨の信号を熱源機１０に送信する。その後、処理はステップＳ１に移行する。

ＰＭＶ値が快適範囲内である場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、第２判断部２２ｂは、室内湿度が規定湿度未満であるかを判断する（Ｓ９）。ここで、規定湿度はステップＳ３の所定湿度よりも低いことが好ましい。室内湿度が規定湿度未満でない場合（Ｓ９：ＮＯ）、処理はステップＳ５に移行する。

一方、室内湿度が規定湿度未満である場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、熱的快適性を保ちつつ湿度的に快適となったことから、制御部２２は、除湿モードをＯＦＦとする（Ｓ１０）。この処理においても制御部２２は、自己が除湿モードでなくなった旨の信号を熱源機１０に送信する。その後、処理はステップＳ１に移行する。

図４は、本実施形態に係る空調システム１を構成する熱源機１０の動作を示すフローチャートである。なお、図４に示す処理は、熱源機１０の電源がＯＦＦされるまで繰り返し実行される。

図４に示すように、まず制御部１１は、熱源機１０を通常運転する（Ｓ１１）。このときの制御部１１は、往き配管Ｌ１を通じて室内機２０に供給される冷水温度（冷水出口温度）を例えば７℃とする。

次に、制御部１１は、各室内機２０からの信号に基づいて、除湿モードＯＮの室内機２０の台数が第１所定％（例えば６０％）を超えるかを判断する（Ｓ１２）。除湿モードＯＮの室内機２０の台数が第１所定％を超えない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、台数が第１所定％を超えると判断されるまで、この処理が繰り返される。

一方、除湿モードＯＮの室内機２０の台数が第１所定％を超える場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、制御部１１は除湿対応運転をＯＮとする（Ｓ１３）。これにより、制御部１１は、冷水出口温度が例えば５℃となるように熱源機１０を制御することとなる（Ｓ１４）。

その後、制御部１１は、各室内機２０からの信号に基づいて、除湿モードＯＮの室内機２０の台数が第２所定％（第１所定％以下の値であって例えば４０％）以下となったかを判断する（Ｓ１５）。除湿モードＯＮの室内機２０の台数が第２所定％以下となっていない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、処理はステップＳ１４に移行する。

一方、除湿モードＯＮの室内機２０の台数が第２所定％以下となった場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、制御部１１は除湿対応運転をＯＦＦとする（Ｓ１６）。その後、処理はステップＳ１１に移行する。

このようにして、本実施形態に係る空調システム１によれば、ＰＭＶ値が快適範囲内であると判断され、且つ、湿度が所定湿度を超えると判断された場合に、所定温度よりも低い温度の冷水を熱源機１０にて生成させ、送風機２１が運転中であるとき風量を現状のまま維持させる。このため、熱的快適性への寄与度が非常に大きい気流については増加させることなく除湿を行うこととなり、熱的快適性を維持し易くすることができる。特に、風量の増加がない場合には除湿効果が低下する傾向があるが、室内機２０に出力する冷水温度を低くすることで除湿効果の低下を抑制することとなる。従って、より熱的快適性を維持しつつ除湿を行うことができる。

また、ＰＭＶ値が快適範囲内であると判断され、且つ、湿度が所定湿度を超えると判断された場合に、所定温度よりも低い温度の冷水を熱源機１０にて生成させ、送風機２１が停止しているとき送風機２１の最低風量で送風機２１の運転を開始させる。このため、室内機２０の稼働が無い状態で熱的快適性を維持できている場合には、送風機２１を最低風量で運転させて、より熱的快適性を維持しつつ除湿を行うことができる。

また、ＰＭＶ値が快適範囲内であると判断され、且つ、湿度が所定湿度を超えると判断された除湿対象の室内Ｒの数が全体数の所定割合を超えるときに、所定温度よりも低い温度の冷水を熱源機１０にて生成させ、送風機２１が運転中であるとき風量を現状のまま維持させる。このため、１台の熱源機１０によって複数の室内機２０に冷水を供給する場合には、複数の室内Ｒの全体的な熱的快適性を維持しつつ除湿を行うこととなり、全体を考慮した空調を行うことができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。さらに、可能な範囲で公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上実施形態において空調システム１は１台の熱源機１０にて生成された冷水を複数の室内機２０に供給するものであるが、特にこれに限らず、１台の熱源機１０にて生成された冷水を１台の室内機２０に供給するものであってもよい。さらには、熱源機１０の台数が複数であって、複数台の熱源機１０にて生成された冷水を１又は複数の室内機２０に供給するものであってもよい。

また、上記実施形態においては複数の室内機２０のそれぞれに制御部２２を備えているが、これに限らず、例えば１つの制御部２２が複数の室内機２０を制御する構成であってもよい。さらに、熱源機１０の制御部１１及び室内機２０の制御部２２を制御する又は統合した上位の制御部を備え、上位の制御部において第１判断部２２ａ及び第２判断部２２ｂ等の処理が実行されてもよい。すなわち、空調システム１を制御するものであれば制御部は、熱源機１０内に設けられてもよいし、空調機２０内に設けられてもよいし、両者外に設けられてもよい。

さらに、本実施形態に係る熱源機１０は除湿対応運転がＯＦＦである場合、所定温度の冷水を生成しているが、この所定温度が変動するようになっていてもよい。例えば、空調システム１において多くの冷房効果を得たい場合に、熱源機１０が６℃等の冷水を生成するように制御されてもよい。さらに、この状態から除湿対応運転がＯＮとなった場合には、６℃等（所定温度）よりも低い温度の冷水が生成されればよい。

また、本実施形態においては快適性を示す指標として予想平均温冷感申告を例に説明した。しかし、指標は予想平均温冷感申告に限られるものではない。例えば、指標は、快適性を示すものであれば、有効温度（ＥＴ）、作用温度（ＯＴ）、風冷指数（ＷＣＩ）、熱ストレス指数（ＨＳＩ）、湿球黒球温度（ＷＢＧＴ）、不快指数（ＴＨＩ）、又は、標準新有効温度（ＳＥＴ＊）であってもよい。なお、これらのいずれかの指標を採用する場合、その指標の値を算出するためのセンサや演算部を要することはいうまでもない。特に、本発明では除湿を行うことから、指標値の算出に湿度の値（又は温度の値）を要するものを採用することが好ましい。

１ ：空調システム
１０ ：熱源機
１１ ：制御部（制御手段）
２０ ：室内機
２１ ：送風機
２２ ：制御部
２２ａ ：第１判断部（第１判断手段）
２２ｂ ：第２判断部（第２判断手段）
２２ｃ ：風量制御部（制御手段）
Ｈ ：湿度センサ
Ｌ１ ：往き配管
Ｌ２ ：戻り配管
Ｒ ：室内
Ｔ ：温度センサ

Claims (3)

1. 所定温度の冷水を生成する熱源機と、送風機を備えると共に前記熱源機からの冷水を導入して前記送風機を運転させることで室内の冷房を行う室内機と、を備えた空調システムであって、
   前記室内の快適性を示す指標の値である指標値が設定された快適範囲内であるかを判断する第１判断手段と、
   前記室内機が設置される室内の湿度が所定湿度を超えるかを判断する第２判断手段と、
   前記第１判断手段により指標値が快適範囲内であると判断され、且つ、前記第２判断手段により湿度が前記所定湿度を超えると判断された場合に、前記所定温度よりも低い温度の冷水を前記熱源機にて生成させ、前記送風機が運転中であるとき風量を現状のまま維持させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする空調システム。
2. 前記制御手段は、前記第１判断手段により指標値が快適範囲内であると判断され、且つ、前記第２判断手段により湿度が前記所定湿度を超えると判断された場合に、前記所定温度よりも低い温度の冷水を前記熱源機にて生成させ、前記送風機が停止しているとき前記送風機の最低風量で運転を開始させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記室内機は、複数の室内をそれぞれ冷房するものを複数備え、
   前記第１判断手段及び前記第２判断手段は、複数の室内それぞれについて指標値が快適範囲内であるか否か、室内の湿度が前記所定湿度を超えるか否かを判断し、
   前記制御手段は、複数の室内のうち、前記第１判断手段により指標値が快適範囲内であると判断され、且つ、前記第２判断手段により湿度が前記所定湿度を超えると判断された除湿対象の室内の数が全体数の所定割合を超えるときに、前記所定温度よりも低い温度の冷水を前記熱源機にて生成させ、前記除湿対象の室内の前記送風機が運転中であるとき風量を現状のまま維持させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の空調システム。

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