JP2556933B2 - 空気調和システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は空気調和システムに関し、特にたとえば熱
交換器および送風機を有する空気調和機にダクトによっ
て連結された複数の可変風量ユニット（以下、「VAVユ
ニット」という。）を含む空気調和システムに関する。

〔従来の技術〕

この種の空気調和システムの一例が特公平１−50825
号や実願昭60−134688号に開示されている。この従来技
術は静圧制御方式の欠点を解消すべく提案されたもので
あり、その制御原理は、最も遠いVAVユニットのダンパ
開度が85〜99％の間になるように送風機を制御するフロ
ーティング制御である。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来技術では、送風機駆動用モータを制御するモ
ータ制御回路とVAVユニットとの間の信号が２線式の抵
抗信号であるため、VAVユニットから出力される信号の
数がわからない。たとえばいずれか１つのVAVユニット
のダンパ開度が100％であればモータ制御回路は送風量
および送風圧力の少なくとも一方（以下、「送風能力）
という。）を増加するようにモータを制御する。ところ
が、そのような状態にあるVAVユニットの数がわからな
いので、送風能力変化速度を最も遅く（たとえば０〜10
0％を15分）しなければならず、したがって、応答性が
あまりよくないという欠点があった。

この欠点を解消するための一手段として、特開平３−
267649号では、空気調和空間全体についての目標温度と
実際温度との偏差（ΣΔｔ）と所定の設定平衡値（Ｓ）
との差値（ΔＳ）に応じて送風能力変化速度を変更する
技術が提案されている。しかし、この技術では、少数の
空気調和空間の状態が他の多数の空気調和空間の空調に
影響を及ぼすため、複数の空気調和空間全体をバランス
よく空調できないという問題点があった。たとえば、多
数の空気調和空間において送風能力を増大することが要
求されていても、全体として差値（ΔＳ）が小さければ
送風能力変化速度が小さくされるので、そのような場合
には多数の空気調和空間における要求を迅速に満足でき
ないおそれがあった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、応答性を向上
でき、しかも複数の空気調和空間全体をバランスよく空
調できる、空気調和システムを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、熱交換器と送風機とを有する空気調和
機、送風機の送風量および送風圧力の少なくとも一方を
制御する送風能力制御手段、空気調和機から空気調和空
間に調和空気を送るためのダクト、それぞれがダクトに
設けられるかつ通過風量を調整するためのダンパとダン
パの開度を制御するためのダンパ制御手段とを有する複
数の可変風量ユニット、ダンパのそれぞれの状態を検出
する検出手段、および検出手段によってダンパが同じ状
態にあると検出された可変風量ユニットの数に応じて送
風量および送風圧力の少なくとも一方の変化速度を変更
するように送風能力制御手段に制御信号を与える制御手
段を備える、空気調和システムである。

〔作用〕

ダンパ制御手段は、たとえば風速センサによって検出
された実風量と空気調和空間の要求風量とによって、ダ
ンパの開度を制御する。そして、たとえば、ダンパ開度
が100％でかつそのダンパが開方向を要求している（実
風量が要求風量を未達であるが、ダンパは100％開であ
るので、開かない）とき、送風能力増大要求信号を出力
する。たとえば、ダンパ開度が85％未満でかつそのダン
パが閉方向に動いているとき、送風能力減少要求信号を
出力する。１つ以上のVAVユニットから送風能力増大要
求信号が出力された場合、その送風能力増大要求信号を
出力しているVAVユニットの数に比例する速度で送風能
力を増大する制御信号が制御手段から送風能力手段に与
えられる。全てのVAVユニットのダンパがたとえば85％
未満であるかつ少なくとも１つのVAVユニットから送風
能力減少要求信号が出力されている場合、その送風能力
減少要求信号を出力しているVAVユニットの数に比例す
る速度で送風能力を減少する制御信号が制御手段から送
風能力制御手段に与えられる。したがって、送風能力の
増大または減少を要求するVAVユニットの数に応じた変
化速度で空気調和機の送風能力が増大または減少され
る。

〔発明の効果〕

この発明によれば、送風能力の増大または減少を要求
するVAVユニットの数に応じた変化速度で空気調和機の
送風能力が増大または減少されるので、従来技術（特公
平−50825号，実願昭60−134688号）に比べて送風能力
制御の応答性を向上できる。しかも、ダンパが同じ状態
にあるVAVユニットの数に応じて送風能力変化速度を変
更できるようにしているので、少数のVAVユニットの状
態が他の多数のVAVユニットの制御に過大な影響を及ぼ
すのを防止でき、従来技術（特開平３−267649号）に比
べて複数の空気調和空間をバランスよく空調できる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利
点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

〔実施例〕

第１図に示す実施例の空気調和システム10は空気調和
機12を含む。空気調和機12は、熱交換器14および送風機
16を含み、ダンパ18,20および22を開閉することによっ
て外気を取り入れまたは還気を排出する。熱交換器14の
熱交換能力は、図示しない熱流体制御弁を制御すること
によって制御される。熱交換器14によって調和された空
気が送風機16によって、ダクト24に送出される。

ダクト24は各空気調和空間毎に分岐され、それぞれの
分岐ダクトには、VAVユニット261,262,…26nが設けら
れ、VAVユニット261,262,…26nを通して、調和された空
気が吹出口281,282,…28nから空気調和空間に吹き出さ
れる。各空気調和空間にはルームサーモスタット301,30
2,…30nが設けられ、ルームサーモスタット301〜30nに
よって、それぞれの空気調和間（室）の実際温度と設定
温度との温度偏差が検知される。

VAVユニット26は、第２図に示すように、ダンパ32を
含み、ダンパ32はダンパモータ34によって駆動されて開
放される。また、VAVユニット26はダンパ32の上流側に
配置された風速センサ36を有し、この風速センサ36から
の実風量（Qp）を示す信号（実風量信号）がダンパ制御
器38に入力される。ダンパ制御器38は、また、上述のル
ームサーモスタット30からの温度偏差に応じた要求風量
（Qr）を表す信号（要求風量信号）を受け、両信号を比
較して、実風量が要求風量になるようにダンパモータ34
すなわちダンパ32を第３図に示すように制御する。すな
わち、Qp＜Qrのときダンパ32は開方向に動かされ、Qp＞
Qrのとき閉方向に動され、Qp＝Qrのときその開度が維持
される。

このようにして、VAVユニット26のダンパ32はダンパ
制御器38によってそれぞれ個別に開閉されるが、このよ
うなダンパ開度がダンパモータ34の回転角度等に基づい
て検出されるとともに、ダンパ32の動いている方向が図
示しないリレー等によって検出される。そして、ダンパ
開度および回動方向（開方向，閉方向または停止状態）
を示す信号が、ダンパ制御器38からVCSコントローラ40
（第１図）に入力される。

次表Ｉが各VAVユニット26から送られる信号を表す。

表Ｉからよくわかるように、ダンパ開度が100％であ
りかつダンパが開方向に駆動を要求されているときに
は、そのVAVユニットからは送風能力の増大を要求する
信号UPが出力される。ダンパ開度が85％未満でありかつ
ダンパが閉方向に駆動されているときには、そのVAVユ
ニットからは送風能力の減少を要求する信号DOWNが出力
される。そして、ダンパ開度が85％〜99％のとき、およ
びダンパ開度が100％でかつ閉方向に駆動されているか
または停止しているとき、送風能力の増減を要求しない
信号OK1が出力される。ダンパ開度が０％〜85％でかつ
開方向に駆動されているかまたは停止しているとき、送
風能力の増減を要求しない信号OK2が出力される。

VCSコントローラ40は、後に説明する方法に従って、
表Ｉに示すそれぞれの信号に基づいてたとえばインバー
タ回路やインレットベーンのような送風能力制御装置42
に制御信号を与える。送風能力制御装置42によって空気
調和機12の送風機16の回転数が制御され、送風能力すな
わち送風量および送風圧力の少なくとも一方が制御され
る。

すなわち、１つでも上述の信号UPを出力しているVAV
ユニットがあるとき、VCSコントローラ40から送風能力
制御装置42には、送風機16の回転数を上昇するような制
御信号が与えられる。逆に、全てのVAVユニットから上
述の信号DOWNまたはOK2が出力されているとき、VCSコン
トローラ40から送風能力制御装置42には、送風機16の回
転数を下降するような制御信号が与えられる。ただし、
それ以外のときには、同じ状態を維持するために、前と
同じ制御信号を出力し続ける。

このとき、先に挙げた特公平１−50825号等において
は、送風能力の変化速度はほぼ一定であったので、応答
性が必ずしもよくなかった。そこで、この実施例におい
ては、第４図に示すように、信号UPを出力しているVAV
ユニットの数に応じて、送風能力変化速度すなわちVCS
コントローラ40の出力電圧の大きさの変化速度を変え
る。第４図の例でいえば、ｎ台全てのVAVユニットから
信号UPが出力されているときには、送風能力が非常に不
足しているので、点線ａで示すように、最も急峻な勾配
で制御電圧が上昇される。たとえば、空気調和機12のを
運転開始時等である。しかしながら、信号UPを出力して
いるVAVユニットが１台だけのときは、風量は全体的に
は満足されていて送風能力の不足は小さいので、風量の
うねりを抑制するために、実線ｂで示す最も緩慢な勾配
で制御電圧が上昇される。

なお、図示していないが、送風能力を減少する場合も
同様の方法に従う。すなわち、ｎ台全てのVAVユニット
から信号DOWNが出力されているときには、送風能力が非
常に過大なので、最も急峻な勾配で制御電圧が下降され
る。しかしながら、信号DOWNが出力しているVAVユニッ
トが１台だけのときは、風量は全体的には満足されてい
て送風能力の過大の程度は小さいので、風量のうねりを
抑制するために、最も緩慢な勾配で制御電圧が下降され
る。

一般に、空気調和機12からそれぞれのVAVユニット261
〜26nに供給される空気の温度は、冷房時と暖房時とで
は異なるものの、冷房時または暖房時ではそれぞれ一定
である。一方、VAVユニットの制御特性は第３図に示す
通りであるから、VAVユニットの冷暖房能力を超えたと
きには、VAVユニットは最大風量または最小風量のまま
である。通常、最小風量は最大風量に対して30〜50％と
いう大きな値である。したがって、たとえば最小風量で
VAVユニットが吹き続けた場合、冷え過ぎまたは暖め過
ぎという不快な状態になる。また、それを防ぐために、
給気温度を冷房時高めにまたは暖房時低めに設定すると
最大風量のときの能力が低下し、逆の現象が生じる。

第１図実施例では、この問題に対処するため、以下に
述べる方法で空気調和機12の熱交換器14の熱交換能力を
制御するようにした。

VAVユニット26（第２図）において目標風量が最小風
量のとき、そのVAVユニットからVCSコントローラ40に信
号OVERを出力する。また、VAVユニット26において目標
風量が最大風量のとき、そのVAVユニットからVCSコント
ローラ40に信号LUCKを出力する。そして、それ以外のと
きには信号OKを出力する。

VCSコントローラ40では、まず、信号OVERを出力して
いるVAVユニットの台数（Ａ％）および信号LUCKを出力
しているVAVユニットの台数（Ｂ％）を算出する。ただ
し、VAVユニットの台数ｎを100％として計算する。

ついで、VCSコントローラ40は、次表IIに従って、先
に述べた熱交換能力制御手段に対して過大信号または過
小信号を出力し、あるいは両信号とも出力しない。ただ
し、表IIにおいて、K1およびK2はそれぞれ定数であり、
定数K1は信号OVER,LUCKまたはOKを無視するVAVユニット
の台数（たとえば「10」）であり、定数K2は信号OVERを
出力しているVAVユニットおよび信号LUCKを出力してい
るVAVユニットが同時に存在するとき、いずれを優先す
るかを決定する倍数（たとえば「２」）である。

なお、VAVユニットにおける信号OVER,LUCKまたはOKの
決定要素として、VAVユニットの動作状態（実際に吹い
ている風量またはダンパの動作）ではなく、ルームサー
モスタットからの温度偏差の信号を用いた。これは、実
際に制御されている風量の最大または最小に基づいた場
合、VAVユニットの過渡的な状態に反応したり、全てのV
AVユニットが最大風量を要求したときその合計風量が空
気調和12の最大風量で賄えないことになったりして、う
まく制御できなくなるのを防ぐためである。

また、VAVユニットの台数をＡ％またはＢ％で表すよ
うにしたのは、１つのVCSコントローラ40に対して多く
のVAVユニットが接続される場合、実台数で判断すると
計算が複雑になるからである。

さらに、表IIにおいては、定数K1を用い、そのK1の値
を超えない場合には信号OVERまたはLUCKを無視するよう
にして、少ない台数のVAVユニットからの信号に全体が
左右されるのを防いでいる。すなわち、１台の空気調和
機12と１本のダクト24によって空気調和を行うのである
から各VAVユニットから別の要求信号が出力されてもそ
れらを同時に満足できるわけではないので、少数の信号
を切り捨てることによって、全体の動作をうまく制御で
きるのである。

そして、信号OVERを出力するVAVユニットと信号LUCK
を出力しているVAVユニットとが同時に存在したときに
は、多数決で制御する以外に方法はない。しかしなが
ら、単純な多数決では問題がある。たとえば、Ａ＝40％
でＢ＝41％のとき、単純にＢ＝41％の要求に従うとシス
テム全体としてみた場合、調和がとれなくなる。なぜな
ら、Ａ＝40％とＢ＝41％との差（１％）は全体からみる
とわずかてであるにもかかわらずＢ＝41％の要求を満足
するように熱交換能力を増大させると、熱交換能力の減
少を要求している40％のVAVユニットの空気調和間の不
満が益々大きくなり、不快で耐えられなくなってしま
う。このような場合、むしろ給気温度は変更しない方が
よい。そこで、上述の実施例では、定数K2を用いるよう
にした。定数K2の値をたとえば「２」に設定しておけ
ば、ＡおよびＢの一方が他方の２倍以上にならないと熱
交換能力の変更が行われず、上述のような問題を回避で
きる。

第１図に示す実施例では、VCSコントローラ40にデー
タ入出力用コンピュータ44を接続できるようにしてい
る。このデータ入出力コンピュータ44としては、任意の
小型コンピュータを利用できるが、ハンディターミナル
コンピュータやラップトップコンピュータなどでよい。
データ入出力用コンピュータ44は、送風能力の制御の自
動テストを可能にするために利用される。

上述のように、VCSコントローラ40は、VAVユニット26
1〜26nからの信号UP,DOWN,OK1またはOK2に基づいて送風
能力制御装置42を介して空気調和機12の送風機16を制御
するので、確実な制御動作が行われる必要がある。たと
えば、VAVユニットが全閉時に送風機16の回転数が上昇
すると、送風機16はサージ運転となり、大きな振動や騒
音を生じ、極端にはシステム全体が破壊する。そのた
め、システムの試運転時には、充分なテストが必要にな
る。現状ではサービスマンがVAVユニット１台毎にダン
パの開度やVCSコントローラ40への出力の状態をチェッ
クしているが、システム全体を系統的に正確に調整した
り確認するのは困難である。

第１図実施例においては、このようなテストをデータ
入出力用コンピュータ44に設定したプログラムに従って
自動的に実行し、その結果をデータ入出力用コンピュー
タ44の表示器やプリンタを用いて出力する。ただし、テ
スト項目は以下のようである。

（１） 通信の確実性の確認 全てのVAVユニットとの間で信号やデータの伝送エラ
ーのないことを確認する。

（２） ウォームアップ時のバランスのテスト データ入出力用コンピュータ44からデータを入力し、
全てのVAVユニット261〜26nを最大風量に設定した後、
先に説明した送風能力制御を実行する。各VAVユニット
のダンパ開度が100％近傍で安定したら、全てのVAVユニ
ット261〜26nの風速センサ36（第２図）からの実風量デ
ータを出力する。データ入出力用コンピュータ44がハン
ディターミナルコンピュータの場合プリントアウトし、
ラップトップコンピュータの場合表示する。

（３） 基本的な送風能力の減少テスト （２）の終了状態からデータ入出力用コンピュータ44
からデータを入力し、１台ずつVAVユニットのダンパを
全閉にしてVCSコントローラ40からの制御信号の状態を
出力する。

（４） １台毎の送風能力の増大・減少のテスト （３）の終了状態からデータ入出力用コンピュータ44
からデータを入力し、１台ずつVAVユニットを最大風量
に設定し、VCSコントローラ40からの制御信号が「０」
から或る値に変化して安定すること、およびそのVAVユ
ニットを全閉にして制御信号が「０」に戻ることを確認
し、結果を出力する。

このようにして、空気調和システム10の全体的かつ系
統的なテストが自動的に実行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図である。 第２図は第１図実施例のVAVユニットを示す図解図であ
る。 第３図は第２図に示すVAVユニットの制御特性を示すグ
ラフである。 第４図は第１図実施例における送風能力制御動作を示す
グラフである。 図において、10は空気調和システム、12は空気調和機、
14は熱交換器、16は送風機、24はダクト、26,261〜26n
はVAVユニット、30はルームサーモスタット、32はVAVダ
ンパ、34はダンパ駆動用モータ、36は風速センサ、38は
ダンパ制御器、40はVCSコントローラ、42は送風能力制
御装置、44はデータ入出力用コンピュータを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末吉 康則 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会 社クボタ内 (72)発明者 多根 良夫 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会 社クボタ内 (72)発明者 安達 晴彦 栃木県宇都宮市平出工業団地28 クボタ トレーン株式会社栃木工場内 (56)参考文献 特開 平３−267649（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器と送風機とを有する空気調和機、 前記送風機の送風量および送風圧力の少なくとも一方を
   制御する送風能力制御手段、 前記空気調和機から空気調和空間に調和空気を送るため
   のダクト、 それぞれが前記ダクトに設けられるかつ通過風量を調整
   するためのダンパと前記ダンパの開度を制御するための
   ダンパ制御手段とを有する複数の可変風量ユニット、 前記ダンパのそれぞれの状態を検出する検出手段、およ
   び 前記検出手段によって前記ダンパが同じ状態にあると検
   出された前記可変風量ユニットの数に応じて前記送風量
   および送風圧力の少なくとも一方の変化速度を変更する
   ように前記送風能力制御手段に制御信号を与える制御手
   段を備える、空気調和システム。
2. 【請求項２】前記検出手段は、前記複数の可変風量ユニ
   ットのそれぞれの前記ダンパが全開状態にあるかもしく
   は全開未満の所定開度以下の状態にあるかを検出し、か
   つそのダンパが開方向に動いているか、閉方向に動いて
   いるかまたは停止しているかを検出し、 前記制御手段は、１つ以上の前記可変風量ユニットの前
   記ダンパが全開状態にありかつ開方向の要求をしている
   とき当該状態にある可変風量ユニットの数に比例した速
   度で前記送風量および送風圧力の少なくとも一方を増大
   する方向に前記制御信号を変化させ、全ての前記可変風
   量ユニットのダンパが全開未満の前記所定開度以下の状
   態にあるとき当該状態にありかつそのダンパが閉方向に
   動いている可変風量ユニットの数に比例した速度で前記
   送風量および送風圧力の少なくとも一方を減少する方向
   に前記制御信号を変化させ、それ以外のとき前記制御信
   号を変化させない、請求項１記載の空気調和システム。
3. 【請求項３】前記複数の可変風量ユニットのそれぞれに
   関連して前記空気調和空間の温度を検出する温度検出器
   をさらに備え、 前記ダンパ制御手段は、前記空気調和空間の設定温度と
   前記温度検出器で検出した温度との偏差に応じて比例ま
   たは逆比例の風量制御特性に従って前記ダンパを制御す
   る、請求項１または２記載の空気調和システム。
4. 【請求項４】前記熱交換器の熱交換能力を変化させるた
   めの熱交換能力制御手段をさらに備え、 前記複数の可変風量ユニットのそれぞれは、風量制御特
   性において所定の最大風量制限値および最小風量制限値
   を有し、 前記ダンパ制御手段は、関連する可変風量ユニットの目
   標風量が前記最小風量制限値のとき第１の信号を、前記
   最大風量制限値のとき第２の信号を発生し、 前記熱交換能力制御手段は、前記第１の信号を出力して
   いる可変風量ユニットの数をＡ％、前記第２の信号を出
   力している可変風量ユニットの数をＢ％とした場合、Ａ
   ≧K1かつＡ≧K2×Ｂ（K1およびK2は定数）のとき前記熱
   交換能力を減少し、Ｂ≧K1かつＢ≧K2×Ａのとき前記熱
   交換能力を増大し、それ以外のとき前記熱交換能力を維
   持する、請求項１ないし３のいずれかに記載の空気調和
   システム。