JP2024019018A - 空調システム - Google Patents
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Abstract
【課題】アンビエント空調とタスク空調とを連動して制御して、作業者が快適に感じる空調状態を実現しながら、消費エネルギーを低減する。【解決手段】作業者Pが作業する複数の作業領域Dを含む区域A、Bの全体を空調するアンビエント空調装置2と、複数の作業領域Dを個別に空調する複数のタスク空調装置3と、複数の作業領域Dにそれぞれ設けられ、当該作業領域Dの作業者Pから空調の設定値を受け付ける複数の受付手段と、複数の作業領域Dにそれぞれ設けられ、当該作業領域Dの空調状態を検出する複数の検出手段と、を備える空調システム1であって、アンビエント空調装置2を複数の受付手段が受け付けた設定値のうちの1つの設定値に基づいて制御し、1つの設定値に対応する作業領域D以外の作業領域Dに対応するタスク空調装置3を当該作業領域Dの受付手段が受け付けた設定値に基づいて制御する制御手段を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、空調システムに関する。
事務室等の作業が行われる空間において、空間全体を空調するアンビエント空調装置と、個々の作業領域を空調するタスク空調装置と、を組み合わせた空調システムが利用されている。複数の作業者が同時に作業を行う空間では、作業者ごとの服装、体格、体調、好み等の違いによって、快適に感じる空調状態が異なるため、アンビエント空調装置のみによる空調ではすべての作業者が快適に感じる空間を創ることが難しい。そこでこの種の空調システムでは、アンビエント空調装置によってその空間に対する大まかな空調を提供するとともに、タスク空調装置によって各作業領域の作業者の個別の要望に合わせた空調を提供して、多くの作業者の要望に応じている。
たとえば特開2013-195047号公報(特許文献1)には、人感センサを用いてゾーンごとの執務者の位置および人数を検知し、この検知信号に基づいてアンビエント空調装置を制御するタスク・アンビエント空調装置が開示されている。特許文献1に係る発明によれば、執務者の居ないゾーンに対するアンビエント空調装置の出力を下げることができ、省エネルギーに資する。
しかし、特許文献1の技術では、アンビエント空調の制御とタスク空調の制御とが独立に行われていた。そのため、システム全体のエネルギー消費について、改善の余地があった。
そこで、アンビエント空調とタスク空調とを連動して制御して、作業者が快適に感じる空調状態を実現しながら、消費エネルギーを低減できる空調システムの実現が求められる。
本発明に係る空調システムは、作業者が作業する複数の作業領域を含む区域の全体を空調するアンビエント空調装置と、前記複数の作業領域を個別に空調する複数のタスク空調装置と、前記複数の作業領域にそれぞれ設けられ、当該作業領域の作業者から空調の設定値を受け付ける複数の受付手段と、前記複数の作業領域にそれぞれ設けられ、当該作業領域の空調状態を検出する複数の検出手段と、を備える空調システムであって、前記アンビエント空調装置を前記複数の受付手段が受け付けた設定値のうちの1つの設定値に基づいて制御し、前記1つの設定値に対応する作業領域以外の作業領域に対応する前記タスク空調装置を当該作業領域の受付手段が受け付けた設定値に基づいて制御する制御手段を備えることを特徴とする。
この構成によれば、アンビエント空調装置の容量を過剰に大きくすることなく、作業者が快適に感じる空調状態を実現しうる。また、負荷のばらつきがエリア内で解消するので、アンビエント空調による負荷の過処理がなく快適性および省エネルギー性を確保できる。
本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。
本発明に係る空調システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
〔空調システムの構成〕
本実施形態に係る空調システム1は、事務室Rの全体を空調するアンビエント空調装置2と、事務室Rに設置された複数の事務机Dの周辺(作業領域の一例である。)を空調する複数のタスク空調装置3と、検出手段4と、が協調して動作して、事務室Rの事務机Dで作業を行う作業者Pに快適な作業環境を提供するものである(図1)。事務室Rは複数の区域を含み、空調システム1は、検出手段4として、各区域の作業者Pを検出する人感センサ41、事務室Rの室温を検出する温度センサ42、事務室Rの湿度を検出する湿度センサ43、ならびに、タスク第一センサ44およびタスク第二センサ45、を備える。また、アンビエント空調装置2およびタスク空調装置3が共用する装置として、室外機5および制御盤6(制御手段の一例である。)が設けられている。制御盤6は、制御対象の各構成要素および各種センサと電気的に接続されているが、当該接続について図示を省略している。
本実施形態に係る空調システム1は、事務室Rの全体を空調するアンビエント空調装置2と、事務室Rに設置された複数の事務机Dの周辺(作業領域の一例である。)を空調する複数のタスク空調装置3と、検出手段4と、が協調して動作して、事務室Rの事務机Dで作業を行う作業者Pに快適な作業環境を提供するものである(図1)。事務室Rは複数の区域を含み、空調システム1は、検出手段4として、各区域の作業者Pを検出する人感センサ41、事務室Rの室温を検出する温度センサ42、事務室Rの湿度を検出する湿度センサ43、ならびに、タスク第一センサ44およびタスク第二センサ45、を備える。また、アンビエント空調装置2およびタスク空調装置3が共用する装置として、室外機5および制御盤6(制御手段の一例である。)が設けられている。制御盤6は、制御対象の各構成要素および各種センサと電気的に接続されているが、当該接続について図示を省略している。
(アンビエント空調装置の構成)
まず、アンビエント空調装置2の構成を説明する。アンビエント空調装置2は、送風式空調機7と輻射式空調機8とを有する。
まず、アンビエント空調装置2の構成を説明する。アンビエント空調装置2は、送風式空調機7と輻射式空調機8とを有する。
送風式空調機7は、外気取入口71から取り入れた空気に対して、直膨式外調機72によって温度および湿度の調節を施し、これを吹出口73から事務室Rに吹き出すことによって、事務室Rを空調する。事務室Rに設けられた吸気口74から、屋外に向けて開口する排出口75へ空気を案内する。
直膨式外調機72は、蒸発器721(アンビエント冷却部の一例である。)、凝縮器722(アンビエント加熱部の一例である。)、加湿器723、および送風機724を有する(図2)。外気取入口71から取り入れられた空気は、送風機724の動力によって、蒸発器721、凝縮器722、加湿器723、および送風機724をこの順に通過して温度および湿度が調節されたのちに、吹出口73に供給される。蒸発器721の上流に、外気に含まれる塵埃を取り除くフィルタユニットFが設けられている。
蒸発器721は、冷冷媒(室温より温度が低い冷媒)と空気とを熱交換させて空気を冷却し、これによって空気中の水分を凝縮させて空気を除湿する装置である。蒸発器721の冷媒回路C1は室外機5に接続されている。蒸発器721に液状態の冷媒が供給され、これを蒸発器721において蒸発させる際の気化熱を利用して空気から熱を奪う。冷媒回路C1の蒸発器721への入口に弁721aが設けられており、弁721aの開度を調整することで蒸発器721の温度を制御できる。冷媒回路C1には蒸発器721から室外機5へ冷冷媒を戻す不図示の戻り配管が存在する。他の構成要素の戻り配管も不図示である。また、戻り配管に制御弁(不図示)が設けられており、制御弁の開度によって蒸発器721を流通する冷冷媒の温度を制御できる。
凝縮器722は、温冷媒(室温より温度が高い冷媒)と空気とを熱交換させることによって空気を加熱する装置である。蒸発器721を通過した空気は一般的に、事務室Rへの供給に適した温度より低い温度になっているので、これを凝縮器722によって再加熱して事務室Rへの供給に適した温度に調節する。凝縮器722の冷媒回路C2は室外機5に接続されている。凝縮器722に気化状態の冷媒が供給され、これを凝縮器722において凝縮する際の凝縮熱を利用して空気に熱を与える。冷媒回路C2の凝縮器722への入口に弁722aが設けられており、弁722aの開度を調整することで凝縮器722の温度を制御できる。冷媒回路C1、C2は結合されていてもよいし、互いに独立していてもよい。
加湿器723は、加湿器723を通過する空気に対して水蒸気を噴霧して、当該空気の湿度を上昇させる装置である。加湿器723の運転の有無および出力は、制御盤6によって制御される。
直膨式外調機72から送出される空気の温度は、蒸発器721による冷却と凝縮器722による加熱とのバランスによって調節される。また、直膨式外調機72から送出される空気の湿度は、蒸発器721による除湿と加湿器723による加湿とのバランスによって調節される。
蒸発器721の出力は、弁721aの開度(冷冷媒の流量)によって決定される。弁721aの開度は、直膨式外調機72から送出される空気の湿度が所望の湿度になるように決定され、たとえば、事務室Rの室内の湿度センサ43の検出値に基づいて弁721aの開度がフィードバック制御される。戻り配管の制御弁(不図示)の開度も、送出される空気の温度および湿度を考慮して決定される。また、加湿器723の出力も同様にフィードバック制御される。
凝縮器722の出力は、弁722aの開度(温冷媒の流量)によって決定される。弁722aの開度は、直膨式外調機72から送出される空気の温度が所望の温度になるように決定され、たとえば、直膨式外調機72の出口に設けられた温度センサ(不図示)や、事務室Rの室内の温度センサ42などの検出値に基づいてフィードバック制御される。外気の湿度が高いほど蒸発器721の出力(必要な除湿量)が大きくなるので、凝縮器722の必要出力(必要な再加熱量)が大きくなる。
これらの制御は、制御盤6により実行される。すなわち、蒸発器721、凝縮器722、室外機5、および制御盤6が、事務室Rに供給する空気の温度を調節する温度調節部を構成し、蒸発器721、加湿器723,および制御盤6が、事務室Rに供給する空気の湿度を調節する湿度調節部を構成している。
送風機724は、公知の送風機であり、温度および湿度が調節された空気を吹出口73を通じて事務室Rに供給する。送風機724の出力は、制御盤6によって、制御盤6に入力される人感センサ41の検出結果に基づいて制御される。送風機724と吹出口73との間に流量調整弁76が設けられている。
吹出口73は、直膨式外調機72によって温度および湿度が調節された空気を事務室Rに吹き出す。吹出口73は、事務室Rに複数設けられている。事務室Rは複数の区域を含み、それぞれの吹出口73はいずれかの区域に関連付けられている。図1では、説明のため二つの区域A、Bを示し、区域Aに関連付けられている構成要素に添字Aを付し、区域Bに関連付けられている構成要素に添字Bを付している。したがって図1では、吹出口73について吹出口73Aおよび吹出口73Bを図示している。
また、各吹出口73には、制御弁731(731A、731B)が設けられており、吹出口73からの空気の吹出量を個別に制御できる。制御弁731(731A、731B)は、制御弁731が設けられている区域の人感センサ41(41A、41B)と電気的に接続されており、人感センサ41の検出結果に基づいて制御される。また、各吹出口73には、空気の吹出し方向を制御可能な配向板(不図示)が設けられている。
事務室Rに空気が供給されることによって、事務室Rと屋外とに差圧が生じると、事務室Rから屋外に空気が流出する。この空気の流れは、事務室Rに設けられた吸気口74から、屋外に向けて開口する排出口75へ至る経路を通る。外気取入口71から取り入れられた空気と排出口75から排出される空気との間で熱交換が行われる全熱交換器77が設けられている。
輻射式空調機8は、事務室Rに存在する熱源(作業者Pなど)から輻射される熱を、事務室Rの上部に設けられた上部輻射パネル81が吸収することによって、事務室Rを空調(冷却)する。上部輻射パネル81は室外機5に接続されており、直膨式外調機72の蒸発器721と冷媒回路C1を共有している(図3)。
上部輻射パネル81は複数設けられており、それぞれの上部輻射パネル81(81A、81B)はいずれかの区域に関連付けられている。また、それぞれの上部輻射パネル81(81A、81B)に流入する冷媒の流量を制御する制御弁82(82A、82B)が設けられており、それぞれの上部輻射パネル81(81A、81B)の出力を制御できる。さらに、戻り配管に制御弁(不図示)が設けられており、この制御弁の開度によって上部輻射パネル81を流通する冷冷媒の温度を制御できる。上部輻射パネル81(81A、81B)の表面温度を検出する表面温度センサ83(83A、83B)が設けられている。
制御弁82の開度(上部輻射パネル81の出力)は、原則的には、温度センサ42の検出値が設定温度になるように、制御盤6によって制御される。ただし、室温と湿度との関係によっては、上部輻射パネル81を過度に冷却すると結露するおそれがある。そこで、温度センサ42の検出値(室温)および湿度センサ43の検出値(湿度)から露点温度を算出し、表面温度センサ83の検出値が露点温度以上となるように制御弁82の開度を制御して、上部輻射パネル81の表面温度が露点温度を下回って、結露することを避ける。
(タスク空調装置の構成)
次に、タスク空調装置3の構成を説明する。タスク空調装置3は、向かい合わせに設置された二つの事務机Dの間に立設された衝立状の装置であり、事務机Dに正対して設置される正面部31に、冷却用輻射パネル32(タスク冷却部の一例である。)、加熱用輻射パネル33(タスク加熱部の一例である。)、および温冷感申告装置34(受付手段の一例である。)が設けられている(図1、図3、図4)。また、検出手段4としてのタスク第一センサ44およびタスク第二センサ45も、正面部31に装着されている。タスク空調装置3は輻射式空調機の一種である。
次に、タスク空調装置3の構成を説明する。タスク空調装置3は、向かい合わせに設置された二つの事務机Dの間に立設された衝立状の装置であり、事務机Dに正対して設置される正面部31に、冷却用輻射パネル32(タスク冷却部の一例である。)、加熱用輻射パネル33(タスク加熱部の一例である。)、および温冷感申告装置34(受付手段の一例である。)が設けられている(図1、図3、図4)。また、検出手段4としてのタスク第一センサ44およびタスク第二センサ45も、正面部31に装着されている。タスク空調装置3は輻射式空調機の一種である。
冷却用輻射パネル32は、事務室Rに存在する熱源(作業者Pなど)から輻射される熱を吸収することによって、事務机Dの周辺を空調(冷却)する。冷却用輻射パネル32は正面部31の上半分の領域に設けられており、使用状態において事務机Dの天板より上側において作業者Pの上半身と正対する。この構成により、作業者Pが暑さを感じやすい頭部付近を重点的に冷却できるので、作業者が冷感を感じやすく、快適性の向上に寄与する。
冷却用輻射パネル32は室外機5に接続されている。冷却用輻射パネル32は、蒸発器721および上部輻射パネル81と冷媒回路C1を共有しており(図3)、冷却用輻射パネル32対して冷冷媒(室温より温度が低い冷媒)が供給される。また、冷却用輻射パネル32に流入する冷媒の流量を制御する制御弁36が設けられており、冷却用輻射パネル32の出力を制御できる。さらに、戻り配管に制御弁(不図示)が設けられており、制御弁の開度によって冷却用輻射パネル32を流通する冷冷媒の温度を制御できる。冷却用輻射パネル32の表面温度を検出する表面温度センサ35が設けられており、表面温度センサ35の検出値が露点温度以上となるように制御弁36の開度が制御される。
加熱用輻射パネル33は、事務室Rに存在する加熱対象(作業者Pなど)に対して熱を輻射することによって、事務机Dの周辺を空調(加熱)する。加熱用輻射パネル33は、正面部31の下半分の領域に設けられており、使用状態において事務机Dの天板より下側において作業者Pの下半身と正対する。この構成により、作業者が冷えを感じやすい足元付近を重点的に加熱できるので、作業者が温感を感じやすく、快適性の向上に寄与する。加熱用輻射パネル33にも、表面温度センサ(不図示)を設けてもよい。
加熱用輻射パネル33は室外機5に接続されている。加熱用輻射パネル33は、凝縮器722と冷媒回路C2を共有しており(図3)、加熱用輻射パネル33に対して温冷媒(室温より温度が高い冷媒)が供給される。また、加熱用輻射パネル33に流入する冷媒の流量を制御する制御弁37が設けられており、加熱用輻射パネル33の出力を制御できる。
冷却用輻射パネル32および加熱用輻射パネル33が正面部31に設けられているので、使用状態において、冷却用輻射パネル32および加熱用輻射パネル33が作業者Pと正対する。輻射により移動する熱の量は、熱を授受する二つの物体の間の幾何学的位置関係を表す形態係数を含む関数である。冷却用輻射パネル32および加熱用輻射パネル33と、作業者Pと、が正対することによって形態係数が大きくなるので、輻射により移動する熱の量が大きくなる。したがって冷却用輻射パネル32および加熱用輻射パネル33と作業者Pとの間の輻射による熱の授受が起こりやすく、空調の効率がよい。
冷却用輻射パネル32と加熱用輻射パネル33とを比較すると、作業者Pから見て左右方向の幅が、冷却用輻射パネル32の方が広い。冷却用輻射パネル32は、作業者Pに加えて事務机D上の熱源(たとえば、パソコン、ディスプレイなど)から輻射される熱を吸収するべく作業者Pの体の幅より広い寸法で設けられている。これに対し、加熱用輻射パネル33は多くの場合、作業者Pの足元に熱を輻射すれば足りるため、作業者Pの体の幅と同程度の寸法で設けられている。
タスク第一センサ44は、正面部31の冷却用輻射パネル32と水平方向に隣接する位置に設けられており、本実施形態では少なくとも温度を検出できるセンサである。また、タスク第一センサ44は、制御弁36と電気的に接続されており、制御弁36の開度はタスク第一センサ44の検出結果(たとえば環境温度)に基づいて制御される。タスク第一センサ44の検出結果は、事務机Dにおける空調状態の指標となりうる。
より詳細には、冷却用輻射パネル32が正面部31の左右方向中央に設けられており、タスク第一センサ44は向かって右側に設けられている。作業者Pは、正面部31の左右方向中央に正対する位置(すなわち冷却用輻射パネル32と正対する位置)で作業を行うことが多いため、タスク第一センサ44は作業者Pと正対しない位置関係になる。そのため、タスク第一センサ44が作業者Pの体表面温度よりも、作業者Pの周囲にある物体の表面温度の影響を受けやすい。作業者Pの体表面は空調状態のみではなく作業者Pの体温の影響を受けるのに対し、作業者Pの周囲にある物体の表面温度は空調状態が支配的な要因となる。この構成によれば、タスク第一センサ44は空調状態を反映した温度を検出するため、制御の安定性と快適性を両立することができる。
タスク第二センサ45は、正面部31の加熱用輻射パネル33と水平方向に隣接する位置に設けられており、温度を検出するセンサである。また、タスク第二センサ45は、制御弁37と電気的に接続されており、制御弁37の開度はタスク第二センサ45の検出結果(たとえば環境温度)に基づいて制御される。タスク第二センサ45の検出結果も、事務机Dにおける空調状態の指標となりうる。
タスク第二センサ45も通常の位置で作業を行う作業者Pと正対しない位置関係になるため、制御の安定性と快適性を両立しやすい。
タスク第一センサ44およびタスク第二センサ45は、放射温度検出器を採用しても良い。放射温度検出器を用いて温度を測定する場合、熱源等からの熱の輻射や測定対象領域に生じる空気の対流が正確な測定の妨げになる。本実施形態では放射温度検出器が冷却用輻射パネル32および加熱用輻射パネル33の正面にあたる領域(熱の輻射や空気の対流などが生じやすい領域である。)に正対しないので、環境温度を正確に測定しやすい。
また、タスク第一センサ44およびタスク第二センサ45は、PMV値(平均予測温冷感申告)を算出するPMV計を採用しても良い。典型的なPMV計は、気温計、グローブ温度計、風速計、および湿度計を有し、個別のセンサの検出値を総合してPMVを算出する。PMV計を用いる場合、温度に加えて気流および湿度を測定するので、作業者Pが置かれている環境における空調の必要性をより詳細に評価でき、作業者Pが一層快適になるように冷却用輻射パネル32および加熱用輻射パネル33の出力を制御できる。PMV計も、放射温度検出器と同様、熱の輻射や空気の対流などの影響を受けにくい。
タスク第一センサ44およびタスク第二センサ45は、風速計や湿度計などの温度以外の物理量を検出できる複合的なセンサ装置を採用しても良い。タスク第一センサ44をPMV計として、タスク第二センサ45を放射温度検出器とする、といった構成としても良い。タスク第一センサ44およびタスク第二センサ45が温度以外の物理量を検出できる単数または複数のセンサ装置であってもよい。
温冷感申告装置34は、それぞれの事務机Dの作業者Pが感じる温冷感の入力を受け付ける装置である。温冷感申告装置34は、たとえば、各作業者P自身の好みに基づくPMV設定値を受け付ける装置、各作業者が希望する設定温度を受け付ける装置、より大まかな温冷感の入力(たとえば「暑い」、「快適」、「寒い」の三段階)を受け付ける装置、などである。温冷感申告装置34は、各作業者が希望する空調の設定値を受け付ける構成である。
〔空調システムの制御〕
続いて、空調システム1の制御について説明する。
続いて、空調システム1の制御について説明する。
(1)アンビエント空調装置の制御
(a)送風式空調機の制御
アンビエント空調装置2のうちの送風式空調機7は、人感センサ41の検出結果(作業者Pの有無および人数)に基づいて、送風機724の出力および各吹出口73の吹出量(制御弁731の開度)が制御される。
(a)送風式空調機の制御
アンビエント空調装置2のうちの送風式空調機7は、人感センサ41の検出結果(作業者Pの有無および人数)に基づいて、送風機724の出力および各吹出口73の吹出量(制御弁731の開度)が制御される。
それぞれの人感センサ41は、人感センサに関連付けられている区域内の作業者Pの人数を検出する。検出した人数に基づいて、次の二つの制御が行われる。
第一に、送風機724の出力が制御される。制御盤6は、それぞれの人感センサ41が検出した作業者Pの人数を合算することにより、事務室Rに存在する作業者Pの総人数を特定する。特定した総人数が所定の閾値以上のときは、制御盤6は、送風機724の出力を当該総人数に所定の係数を乗じた値により制御する。
特定した総人数が所定の閾値未満のときは、制御盤6は、送風機724の出力を所定の値により制御する。この値は、たとえば、送風機724を安定に運転しうる最低限の出力値である。
第二に、各吹出口73の吹出量が制御される。図1は、区域Aに一人の作業者Pが存在し、区域Bには作業者Pが存在しない状況を示している。区域Aは作業者Pが存在するので、当該作業者Pが快適に感じるように吹出口73Aの吹出量を制御する必要がある。区域Bは作業者Pが存在しないので、区域Bにおける快適性は重要ではない。そこで、吹出口73Aの吹出量を吹出口73Bの吹出量に比べて大きくして、送風機724から事務室Rに供給される空気を作業者Pが存在する区域Aに多く分配する。具体的には、制御弁731Aの開度を、制御弁731Bの開度より大きくする。ただし、作業者Pが存在しない領域の吹出量が過度に小さいと、事務室R内に温度勾配が生じるおそれがあるので、吹出口73Bの吹出量が所定の最低値になるように制御する。
これによって、直膨式外調機72において温度および湿度が調節された空気が作業者Pの周囲に多く供給されるので、作業者Pが快適に感じやすい。すなわち、作業者Pの快適性を損なうことなく直膨式外調機72の消費電力を小さくでき、省エネルギーに資する。
(b)輻射式空調機の制御
アンビエント空調装置2のうちの輻射式空調機8は、温度センサ42の検出結果(室温)に基づいて、上部輻射パネル81の出力(制御弁82の開度)が制御される。すなわち、室温が高いときは制御弁82の開度を大きくして上部輻射パネル81の出力を上げ、室温が低いときには制御弁82の開度を小さくして上部輻射パネル81の出力を下げる。上部輻射パネル81の出力を上げると、上部輻射パネル81に分配される冷媒の流量が増えるので、室外機5の負荷が大きくなる。
アンビエント空調装置2のうちの輻射式空調機8は、温度センサ42の検出結果(室温)に基づいて、上部輻射パネル81の出力(制御弁82の開度)が制御される。すなわち、室温が高いときは制御弁82の開度を大きくして上部輻射パネル81の出力を上げ、室温が低いときには制御弁82の開度を小さくして上部輻射パネル81の出力を下げる。上部輻射パネル81の出力を上げると、上部輻射パネル81に分配される冷媒の流量が増えるので、室外機5の負荷が大きくなる。
(2)タスク空調装置の制御
タスク空調装置3は、タスク第一センサ44の検出結果(環境温度)に基づいて冷却用輻射パネル32の出力(制御弁36の開度)が制御され、タスク第二センサ45の検出結果(環境温度)に基づいて加熱用輻射パネル33の出力(制御弁37の開度)が制御される。
タスク空調装置3は、タスク第一センサ44の検出結果(環境温度)に基づいて冷却用輻射パネル32の出力(制御弁36の開度)が制御され、タスク第二センサ45の検出結果(環境温度)に基づいて加熱用輻射パネル33の出力(制御弁37の開度)が制御される。
輻射式空調機8は事務室Rの全体的な環境を考慮して制御される。タスク空調装置3は各基が置かれている局所的な環境を考慮してそれぞれ個別に制御される。
タスク第一センサ44が検出する環境温度が高いときは、制御弁36の開度を大きくして冷却用輻射パネル32の出力を上げる。タスク第一センサ44が検出する環境温度が低いときは、制御弁36の開度を小さくして冷却用輻射パネル32の出力を下げる。また、人感センサ41の検出結果に基づいて作業者Pの有無を判断し、作業者Pが存在しない場合には冷却用輻射パネル32を停止(制御弁36を閉鎖)する。
タスク第二センサ45が検出する環境温度が低いときは、制御弁37の開度を大きくして加熱用輻射パネル33の出力を上げる。タスク第二センサ45が検出する環境温度が高いときは、制御弁37の開度を小さくして加熱用輻射パネル33の出力を下げる。また、人感センサ41の検出結果に基づいて作業者Pの有無を判断し、作業者Pが存在しない場合には加熱用輻射パネル33を停止(制御弁37を閉鎖)する。
それぞれの作業領域における適切な空調は、作業者P個人の好みにも左右される。そこで、冷却用輻射パネル32および加熱用輻射パネル33の制御を、タスク第一センサ44およびタスク第二センサ45の検出結果に基づく制御に加えて、作業者Pの好みに応じた制御も行う構成を説明する。
(3)連動制御(第一の例)
アンビエント空調装置2とタスク空調装置3との連動制御の第一の例について説明する。
アンビエント空調装置2とタスク空調装置3との連動制御の第一の例について説明する。
(a)作業者Pが閾値未満のとき
前述の通り事務室Rに存在する作業者Pの総人数が所定の閾値未満のときは、送風機724の出力が所定の給気量に制御される。たとえば、シックハウス対策等の目的で最低限要求される換気回数(たとえば毎時0.5回以上)を実現できるように、送風機724の出力が制御される。このとき、アンビエント空調装置2の出力が過剰になり、事務室Rの室内が過剰に空調される(冷房運転において冷えすぎる、または、暖房運転において暑すぎる)おそれがある。
前述の通り事務室Rに存在する作業者Pの総人数が所定の閾値未満のときは、送風機724の出力が所定の給気量に制御される。たとえば、シックハウス対策等の目的で最低限要求される換気回数(たとえば毎時0.5回以上)を実現できるように、送風機724の出力が制御される。このとき、アンビエント空調装置2の出力が過剰になり、事務室Rの室内が過剰に空調される(冷房運転において冷えすぎる、または、暖房運転において暑すぎる)おそれがある。
この状況において、タスク空調装置3の出力を上げる制御を行って、アンビエント空調装置2における余剰の負荷をタスク空調装置3において処理する。たとえば、冷房運転において冷えすぎる状況であれば、加熱用輻射パネル33の出力を上げて、余剰の冷却負荷を吸収する。反対に、暖房運転において暑すぎる状況であれば、冷却用輻射パネル32の出力を上げて、余剰の加熱負荷を吸収する。このような制御を行うことによって、負荷のばらつきがエリア内で解消するので、アンビエント空調装置2による負荷の過処理がなく快適性および省エネルギー性を確保できる。
(b)作業者Pが多いとき
反対に、作業者Pの総人数が所定の閾値を大きく超え、事務室Rの定員に対する総人数の割合が所定の基準値を超える場合は、作業者Pのうち空調強度に対する要求が小さい人(空調負荷量が小さい運転を希望する人)が快適に感じられるようにアンビエント空調装置2を運転する。さらに、アンビエント空調装置2の運転によって実現される空調強度に対して不足を感じる作業者Pに対して、タスク空調装置3によって個別に空調強度を調節する、という考え方で制御を行う。
反対に、作業者Pの総人数が所定の閾値を大きく超え、事務室Rの定員に対する総人数の割合が所定の基準値を超える場合は、作業者Pのうち空調強度に対する要求が小さい人(空調負荷量が小さい運転を希望する人)が快適に感じられるようにアンビエント空調装置2を運転する。さらに、アンビエント空調装置2の運転によって実現される空調強度に対して不足を感じる作業者Pに対して、タスク空調装置3によって個別に空調強度を調節する、という考え方で制御を行う。
具体的には、まず、区域ごとに、複数の温冷感申告装置34が受け付けた温冷感(換言すれば、空調の設定値である。)のうち最も空調負荷量が小さい温冷感を、当該区域の代表設定値とする。冷房運転時は、区域内の作業者Pのうち最も寒がりと思われる人(作業者Px(不図示)とする。)の温冷感が、最も空調負荷量が小さい温冷感になる。
次に、作業者Pxが快適に感じるように、代表設定値に基づいて当該区域の設定室温を決定する。この設定室温に基づいて当該区域のアンビエント空調装置2の出力(直膨式外調機72の各部、ならびに、制御弁731(731A、731B)および制御弁82(82A、82B)の制御量)が制御される。
ここまでに説明した制御により、作業者Pxが快適に感じる室温が実現される。しかし、作業者Pxは区域内の作業者Pのうち最も寒がりと思われる人なので、他の作業者Pは暑く感じることが予想される。そこで、それぞれの温冷感申告装置34が受け付けた温冷感に基づいて、それぞれのタスク空調装置3の出力(制御弁36、37の開度)を制御することによって、全ての作業者Pが快適に感じられるようにする。ただし、タスク空調装置3の出力を最大にしても快適に感じられない作業者P(作業者Pyとする。不図示。)が存在する場合は、アンビエント空調装置2の出力を大きくして、作業者Pyが快適に感じられるようにする。この場合は、作業者Pxのタスク空調装置3の加熱用輻射パネル33を動作させて作業者Pxの周囲における冷房を緩和し、作業者Pxの快適性を維持する。
これによって、アンビエント空調装置2の容量を過剰に大きくすることなく、作業者Pが多いときであっても快適性を確保できる。また、負荷のばらつきがエリア内で解消するので、アンビエント空調装置2による負荷の過処理がなく快適性および省エネルギー性を両立することができる。
(4)連動制御(第二の例)
連動制御の第二の例について説明する。この例は、タスク第一センサ44がPMV計として実装され、温冷感申告装置34がPMV設定値を受け付ける装置として実装されている。
連動制御の第二の例について説明する。この例は、タスク第一センサ44がPMV計として実装され、温冷感申告装置34がPMV設定値を受け付ける装置として実装されている。
この例では、吹出口73がいずれかの事務机Dに向けられている。事務机D(すなわち作業者Pの周囲)に対して直接に空気を吹き付けることによって、作業者Pが空気の温度自体により感じる温冷感より高い感度で温冷感を感じる。この現象は、タスク第一センサ44の検出値(PMV値)を通じて検出可能である。この構成により、温度調整の出力を小さくしながら作業者Pの快適性を損ないにくい制御を実現できるので、快適性と省エネルギー性を両立しやすい。
また、作業者Pの周囲に空気を吹き付けることによって、作業者Pが空調を過度に感じる場合は、タスク空調装置3の出力を調整して作業者Pが快適に感じる空調状態を実現する。
すなわち、一連の制御としては、まず、温冷感申告装置34が受け付けた各作業者PのPMV設定値に基づいて、各吹出口73の向きおよび風量を決定する。吹出口73の向きおよび風量により、それぞれの事務机Dの空調状態に差異が生まれ、その差異がタスク第一センサ44によって特定される。そして、それぞれのタスク空調装置3におけるタスク第一センサ44の検出値(PMV値)および温冷感申告装置34が受け付けたPMV設定値に基づいて、それぞれのタスク空調装置3の出力が制御される。
また、この例では、事務机Dに向けて空気が吹き付けられるので、事務机D上の熱源からの除熱が行われやすい。この点も、作業者Pの快適性の向上に寄与する。加えて、作業者Pの周囲に常に新しい空気が供給されることになるので、作業者Pの近傍の清浄性が向上しうる。さらに、吹出口73から吐出される空気は蒸発器721を経て除湿されているので、冷却用輻射パネル32の周囲に湿度が低い空気を供給でき、冷却用輻射パネル32の結露を防ぎやすくなる。
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係る空調システムのその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。
最後に、本発明に係る空調システムのその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。
上記の実施形態では、事務室Rが複数の区域に区分されており、区域ごとにアンビエント空調装置の制御が行われる構成を例として説明した。空調対象とするエリアの全体を一つの区域としてアンビエント空調装置を制御してもよい。
上記の実施形態では、アンビエント空調装置2が送風式空調機7と輻射式空調機8とを有する構成を例として説明した。アンビエント空調装置は、送風式空調機および輻射式空調機の双方を備える構成に限定されない。
上記の実施形態では、輻射式空調機8に冷冷媒が供給され、輻射式空調機8が冷房機能のみを有する例を説明した。アンビエント空調装置が輻射式空調機を有する場合、当該輻射式空調機は、冷房機能のみ、暖房機能のみ、冷房機能および暖房機能の双方、のいずれの機能を実現可能な構成であってもよい。
上記の実施形態では、輻射式空調機8において、それぞれの上部輻射パネル81(81A、81B)に流入する冷媒の流量を制御する制御弁82(82A、82B)が設けられ、複数の上部輻射パネル81が並列に接続されている例を説明した。アンビエント空調装置が輻射式空調機を有する場合、個々の輻射パネルの接続は、直列、並列、またはこれらの組合せのいずれであってもよい。
上記の実施形態では、冷媒回路C1およびC2が、それぞれ、複数の構成要素に共有されている構成を例として説明した。本発明に係る空調システムにおいて、冷媒を必要とする構成要素がそれぞれ独立した冷媒回路を有していてもよい。
その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。
1 :空調システム
2 :アンビエント空調装置
3 :タスク空調装置
32 :冷却用輻射パネル
33 :加熱用輻射パネル
34 :温冷感申告装置
4 :検出手段
41 :人感センサ
42 :温度センサ
44 :タスク第一センサ
45 :タスク第二センサ
721 :蒸発器
722 :凝縮器
81 :上部輻射パネル
82 :制御弁
C1 :冷媒回路
C2 :冷媒回路
R :事務室
D :事務机
P :作業者
2 :アンビエント空調装置
3 :タスク空調装置
32 :冷却用輻射パネル
33 :加熱用輻射パネル
34 :温冷感申告装置
4 :検出手段
41 :人感センサ
42 :温度センサ
44 :タスク第一センサ
45 :タスク第二センサ
721 :蒸発器
722 :凝縮器
81 :上部輻射パネル
82 :制御弁
C1 :冷媒回路
C2 :冷媒回路
R :事務室
D :事務机
P :作業者
Claims (11)
- 作業者が作業する複数の作業領域を含む区域の全体を空調するアンビエント空調装置と、
前記複数の作業領域を個別に空調する複数のタスク空調装置と、
前記複数の作業領域にそれぞれ設けられ、当該作業領域の作業者から空調の設定値を受け付ける複数の受付手段と、
前記複数の作業領域にそれぞれ設けられ、当該作業領域の空調状態を検出する複数の検出手段と、を備える空調システムであって、
前記アンビエント空調装置を前記複数の受付手段が受け付けた設定値のうちの1つの設定値に基づいて制御し、前記1つの設定値に対応する作業領域以外の作業領域に対応する前記タスク空調装置を当該作業領域の受付手段が受け付けた設定値に基づいて制御する制御手段を備えることを特徴とする空調システム。 - 前記1つの設定値は、前記複数の受付手段が受け付けた設定値のうち空調負荷量が最も小さい空調の設定値である請求項1に記載の空調システム。
- 前記検出手段が、グローブ温度計を含む請求項1に記載の空調システム。
- 前記空調の設定値が、PMV値である請求項1~3のいずれか一項に記載の空調システム。
- 前記タスク空調装置と前記アンビエント空調装置とが冷媒回路を共有する請求項1~3のいずれか一項に記載の空調システム。
- 前記アンビエント空調装置が、前記区域に供給する空気を冷却するアンビエント冷却部と、前記区域に供給する空気を加熱するアンビエント加熱部と、をさらに有し、
前記タスク空調装置が、前記作業領域を冷却するタスク冷却部と、前記作業領域を加熱するタスク加熱部と、を有し、
前記アンビエント冷却部と前記タスク冷却部とが冷媒回路を共有し、
前記アンビエント加熱部と前記タスク加熱部とが冷媒回路を共有する請求項5に記載の空調システム。 - 前記アンビエント空調装置が、前記区域に供給する空気の温度を調節する温度調節部と、熱源から輻射される熱を吸収する輻射パネルと、を有し、
前記温度調節部と前記輻射パネルとが冷媒回路を共有する請求項1~3のいずれか一項に記載の空調システム。 - 前記アンビエント空調装置は、前記区域に空気を吹き出す吹出口を有し、
前記制御手段は、前記1つの設定値に基づいて前記吹出口の向き、および前記吹出口から吹き出す空気の流量、の少なくとも一つを制御する請求項1~3のいずれか一項に記載の空調システム。 - 前記区域を複数備えることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の空調システム。
- 前記アンビエント空調装置は、空気を供給する送風機をさらに有し、
前記検出手段が、前記複数の区域のそれぞれにおける作業者の人数を検出し、
前記制御手段は、
前記検出手段が検出した前記作業者の数が所定の閾値以上のときは、前記送風機の出力を前記作業者の数に基づいて制御し、
前記検出手段が検出した前記作業者の数が所定の閾値未満のときは、前記送風機の出力を所定の出力とする請求項9に記載の空調システム。 - 前記アンビエント空調装置は、前記複数の区域のそれぞれに空気を吹き出す複数の吹出口を有し、
前記制御手段は、前記複数の区域のうち前記作業者を検出した区域の前記吹出口から吹き出される空気の風量を、他の区域の前記吹出口から吹き出される空気の風量より大きくする請求項9に記載の空調システム。
Applications Claiming Priority (4)
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JP2022121974 | 2022-07-29 |
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2023
- 2023-07-10 JP JP2023112810A patent/JP2024019018A/ja active Pending
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