JP2588438B2 - 既設建物の空調設備改修方法 - Google Patents

既設建物の空調設備改修方法

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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00Problems to be solved
    • F25B2500/06Damage

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  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,オフイスビル等の既設の空調設備を大容量
のものに経済的に改造する空調設備改修方法に関する。
〔発明の背景〕
近年,コンピュータや各種OA機器類の導入によって,
オフイスビルの室内顕熱が増大する方向にある。新築す
る建物であれば,このような負荷増大を見込んだ空調設
備の設計ができるが,既に建てられて何年か経過してい
る建物では,負荷が大きくなったからと言って簡単に設
備を増加するわけにはいかない。特にビル空調は水熱源
方式を採用しているところが多く,冷凍機や冷却塔等が
既設容量のまま固定されており,また建物内に縦横に必
要径の水配管が施設完了している。このような既設設備
をフル稼働しても負荷の増大に対処できない場合には何
らかの対策を施すことが必要である。
負荷の増大が10〜20%程度であれば,その室に空気熱
源式のヒートポンプを増設する等によってしのぐことは
できる。しかし,負荷が当初の設計より2倍近く増大す
るとなると,既設の設備を全部入れ換えることが必要と
なる。これは新設の場合よりも一層経費が嵩み,場合に
よっては施工できないところもある。したがって,建物
を建て直すといったことが行われていた。
負荷が当初の設計より2倍,3倍と増大しても水熱源方
式の既設の熱源機器や配管をそのまま生かして,増大し
た負荷を処理することができれば極めて有利である。
本発明はこの要求を満たすことを目的としたものであ
る。
〔発明の構成〕
本発明は,冷水で空気を冷却する空調機群と該冷水を
製造するための冷凍機を備えた既設建物について,建物
使用者側の事情により内部発生熱負荷が当初の設計容量
を大幅に超えたさいに,該冷凍機,空調機群および配管
施設を実質的に変更することなく空調設備を改修する方
法において,水側熱交換器と空気側熱交換器との間でヒ
ートポンプを形成したヒートポンプ式空調機を新設する
こと,当該ヒートポンプ式空調機の水側熱交換器を前記
の既設配管から引き出したローカル配管に該空調機専用
のポンプおよび制御弁を介して接続すること,既設およ
び新設の空調機群から前記の既設冷凍機に水を戻すため
の還管に,水対水熱交換器からなる水冷却器を新設する
こと,およびこの水対水熱交換器に冷水を供給するため
の空気熱源チラーユニットを新設することを特徴とす
る。
さらに本発明は,一層の負荷増大に対処する方法とし
て,冷水で空気を冷却する既設のフアンコイル群を撤去
し,水側熱交換器と空気側熱交換器との間でヒートポン
プを形成したヒートポンプ式空調機を新設すること,当
該ヒートポンプ式空調機の水側熱交換器を前記の既設配
管から引き出したローカル配管に該空調機専用のポンプ
および制御弁を介して接続すること,既設および新設の
空調機群から前記の既設冷凍機に水を戻すための還管
に,水対水熱交換器からなる水冷却器を新設すること,
および該水対水熱交換器に冷水を供給するための空気熱
源チラーユニットを新設することを特徴とする既設建物
の空調設備改修方法を提供する。
ここで,ヒートポンプ式空調機としては,水側熱交換
器を通過したあとの水と給気とを熱交換させる空気再熱
器を備えた構成のものであるのがよい。
〔作用〕
冷水を用いて空気を冷却する既設の空調機はそのまま
にして,或いはそれを撤去して,新設するヒートポンプ
式空調機はそれぞれ専用のポンプを備えているので,こ
の各自のポンプ動力で既設配管から冷水を取入れること
ができる。新設空調機によって冷凍機容量は不足するこ
とになるが,この不足分は水冷却器で賄う。この水冷却
器に通水して既設冷凍機の容量に見合う温度にまで冷却
し,これを冷凍機に送り込むことによって既設冷凍機や
冷却塔はそのままの容量で運転できることになる。水冷
凍器での放熱は新設する空気熱源チラーユニットで行な
う。空気再熱器を備えたヒートポンプ式空調機の新設に
よって調温,調湿が行なえる。これはコンピュータ室等
に有利である。
〔実施例〕
第1図は,既設建物の既設空調設備(水熱源方式)の
例を示したものである。実際には温水の製造も行って暖
房運転もできるのが通常であるが,本発明は冷房運転の
容量を増大することを意図しているので,暖房のための
熱源機器は省略してある。1は冷水を用いて空気を冷却
する空調機であり,建物の各階に必要台数設置される。
この既設空調機1は,図示の例ではフアン2とコイル3
とを備えたフアンコイルユニットが使用されているが,
場合によっては水熱源ヒートポンプユニットであるとき
もある。これら既設空調機群1に冷水を供給するための
冷凍機4と,冷凍機4の冷却水を放熱するための冷却塔
5が既に設置され,また冷水ポンプ6と冷却水ポンプ7
も規定容量のものが既に設置されている。各空調機1と
冷凍機4との間には必要な配管が施設されているが,こ
れは冷凍機4から各空調機1に向かうメイン往管8およ
び横引き往管9と,各空調機1から冷凍機4に戻る横引
き還管10およびメイン還管11とからなっている。
第2図は,第1図で説明した1〜11の機器や配管はそ
のままにして,本発明に従う改修例を示したものであ
り,破線で囲ったA部分とB部分が増設個所を示してい
る。
A部分は新設する空調機群を示しており,これらの空
調機13は,水側熱交換器14と空気側熱交換器15との間で
ヒートポンプを形成したヒートポンプ式空調機であり,
それぞれ専用のポンプ16を備えている。これらの新設空
調機13に対しては,既設の横引き往管9に一端を接続
し,既設の横引き還管10に他端を接続するように施設し
たローカル配管17を経て冷水を供給する。すなわち,そ
れぞれ専用のポンプ16を稼働して各水側熱交換器14に循
環供給する。
B部分は新設する熱源機器類を示しており,既設のメ
イン還管11に,水対水熱交換器からなる水冷却器19を介
装させ,この水冷却器19で予冷したうえで冷凍機4に戻
すようにする。この水冷却器19における冷熱源は,新設
する空気熱源チラーユニット20で製造した冷水を用い,
これをポンプ21によって循環させる。
このA部分とB部分の増設によっても,既設の配管8,
9,10,11はそのままの状態で(径大管に取り替える必要
なく)利用することができ,ポンプ6もそのままの容量
で使用できる。もちろん冷凍機4および冷却塔5もその
ままであり,冷却水ポンプ7や冷却水配管もそのままで
よい。
いま,第1図の既設の設備が200RTの冷凍機を使用
し,既設空調機1の全体で200RT相当の運転を行ってい
たシステムを,第2図に示した新設空調機13の全体でさ
らに200RT相当の運転を行うことにより,冷房能力を2
倍に引き上げる場合に,メイン往管路に流れる水量は改
修前後で変わりはなく2000/minの一定として,各管路
に流れる水温の例を第2図中に記入した。この場合,チ
ラーユニット20における冷却能力は260RT相当を必要と
し,新設空調機13の全体に流れる水量は570/minとな
る。
第3図は,新設する空調機13の例を拡大して示したも
のである。水側熱交換器14と空気側熱交換器15との間に
は圧縮機23および膨脹弁24を介して冷媒配管してヒート
ポンプが形成され,水側熱交換器14には付設のポンプ16
によってローカル配管17から冷却水が循環供給される。
このポンプ16付設のヒートポンプ式空調機13には,水側
熱交換器14を通過して加温された水を熱源とする空気再
熱器25を設けることができる。図示の例では,水側熱交
換器14へのローカル往管26と出側のローカル還管27との
間に,水側熱交換器14をバイパスするバイパス管28を設
け,ローカル還管27とバイパス管28との間において,空
気再熱器25を循環する水路が三方弁29を介して設けられ
ている。また,ローカル還管27には戻り水量を制御する
制御弁30が設けてある。なお,31は給気フアンを示す。
水側熱交換器14が凝縮器として機能するヒートポンプ
運転が行われると,ローカル還管27に流れる水温は上昇
するが,その水温はローカル往管26に供給される水温に
よっても異なるが,35〜37℃程度となるような制御を行
なうことができる。この場合,第2図に示したように,
ローカル往管26での水温は7℃の場合もあるが,30℃以
下であればヒートポンプの運転は可能である。この35〜
37℃程度にまで加温された温水を再熱器25に通水するこ
とによって,空気側熱交換器15で過冷却された空気を必
要な温度にまで加熱し,空気側熱交換器15では過冷によ
り冷却除湿を行なうことができる。そのさい,制御弁30
の開度制御によって,主系統から供給される冷却水と水
側熱交換器14を通過したあとの戻り水との混合量を制御
することができ,これによって水側熱交換器14に入る水
温の温度制御が行なえる。32はこのための温度計を示し
ている。この制御動作によって,必要な空気温度に制御
したうえ除湿の程度が調節できる。
第4図は,本発明に従う他の改修例を示したもので,C
部分,D部分およびE部分が第1図の既設設備を改造した
ところである。C部分では,当初(第1図)のフアンコ
イル1を全て撤去したうえ,ヒートポンプ式空調機13を
新設したものである。この新設空調機13は第2図(更に
は第3図)で説明したものに対応している。D部分で
は,水冷却器19に加えて冷却塔35を新設した以外は,第
2図と同様の増設設備を示している。E部分では水対水
熱交換器36とポンプ37を新設し,該熱交換器36におい
て,冷凍機4の1次側冷水回路とメイン往還管の2次側
冷水回路とを間接的に接続したものである。第4図中に
おいて,第2図と同じ参照数字を付した機器や配管は,
第2図で説明したものと同じ内容である。
第1図の既設の設備が200RTの冷凍機を使用し,既設
空調機1の全体で200RT相当の運転を行っていたシステ
ムを,第4図に示した新設空調機13の全体で400RT相当
の運転を行うことにより,冷房能力を2倍に引き上げる
場合に,各管路に流れる水温の例を第4図中に記入し
た。ただし,1次側冷水回路には当初のポンプ6によって
2000/minの水量を当初と同じだけ流し,2次側冷水回路
の流量を1310/minとしている。この場合,チラーユニ
ット20における冷却能力は130RT相当,冷却塔35の冷却
能力を130RT相当とし,冷却塔35には全循環水量1310/
minを送り込む。この例では,2次側冷水回路の往管と還
管の水温の温度差を自由に設定できるようになる。した
がって,各空調機13の水側熱交換器14から出る水温を高
く設定することによって,冷却塔35を用いた放熱が可能
となる。その結果,負荷が200RTから400RTに増えても,1
30RT分を冷却塔で放熱できるので,冷熱源(チラーユニ
ット)の増設は130RT分でよいことになる。
第5図は,2次側冷水回路の水量を当初2000/minの最
大として,当初の4倍近い800RTまで負荷処理能力を高
めた例を示しており,設備構成自体は第4図と同様であ
る。この場合,冷却塔35では200RT相当の放熱を行い,
チラーユニット20ではその台数を増やして675RT相当の
容量とすることになる。
〔効果〕
以上のように,本発明によれば,既設の配管,冷凍
機,冷却塔,メインポンプ等の設備をそのまま生かしな
がら,内部発生負荷が2倍,3倍と増えたとしても,その
負荷増大を簡単な設備の増設だけで賄うことができる。
したがって,旧来の建物を最近のOA機器類が増大したオ
フイスビルに使用する場合にも,経済的に対処すること
ができる。また,再熱器を備えたヒートポンプ式空調器
を用いることによって,調湿も可能となり,健全な環境
を作り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は,本発明で対象とする既設建物における既設空
調設備の例を示した機器配置系統図,第2図は本発明に
従って改修した空調設備の例を示す機器配置系統図,第
3図は本発明法で増設したヒートポンプ式空調機の構成
例を示す機器配置系統図,第4図は本発明に従って改修
した空調設備の他の例を示す機器配置系統図,第5図は
本発明に従って改修した空調設備のさらに他の例を示す
機器配置系統図である。 1……既設空調機,2……コイル, 3……フアン,4……既設冷凍機, 5……既設冷却塔,6……既設冷水ポンプ, 7……既設冷却水ポンプ,8……既設メイン往管, 9……横引き往管,10……横引き還管, 11……既設メイン還管, 13……新設空調機(ヒートポンプ式空調機), 14……水側熱交換器,15……空気側熱交換器, 16……新設空調機に付属のポンプ, 17……ローカル配管,19……水冷却器, 20……空気熱源チラーユニット, 25……空気再熱器,35……新設冷却塔, 36……冷水熱交換器,37……新設ポンプ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷水で空気を冷却する空調機群と該冷水を
    製造するための冷凍機を備えた既設建物について,建物
    使用者側の事情により内部発生熱負荷が当初の設計容量
    を大幅に超えたさいに,該冷凍機,空調機群および配管
    施設を実質的に変更することなく空調設備を改修する方
    法において, 水側熱交換器と空気側熱交換器との間でヒートポンプを
    形成したヒートポンプ式空調機を新設すること, 当該ヒートポンプ式空調機の水側熱交換器を前記の既設
    配管から引き出したローカル配管に該空調機専用のポン
    プおよび制御弁を介して接続すること, 既設および新設の空調機群から前記の既設冷凍機に水を
    戻すための還管に,水対水熱交換器からなる水冷却器を
    新設すること, この水対水熱交換器に冷水を供給するための空気熱源チ
    ラーユニットを新設すること, を特徴とする既設建物の空調設備改修方法。
  2. 【請求項2】冷水で空気を冷却するためのフアンコイル
    群と該冷水を製造するための冷凍機を備えた既設建物に
    ついて,建物使用者側の事情により内部発生熱負荷が当
    初の設計容量を大幅に超えたさいに,該冷凍機および配
    管施設を実質的に変更することなく空調設備を改修する
    方法において, 該フアンコイル群を撤去し,水側熱交換器と空気側熱交
    換器との間でヒートポンプを形成したヒートポンプ式空
    調機を新設すること, 当該ヒートポンプ式空調機の水側熱交換器を前記の既設
    配管またはこの既設配管から引き出したローカル配管に
    各空調機専用のポンプおよび制御弁を介して接続するこ
    と, 空調機群を経て昇温した温水を該既設冷凍機で冷却する
    前に,新設した水冷却器および冷却塔で予冷すること, 前記の水冷却器が水対水熱交換器からなり,この水対水
    熱交換器に冷水を供給するための空気熱源チラーユニッ
    トを新設すること, を特徴とする既設建物の空調設備改修方法。
  3. 【請求項3】ヒートポンプ式空調機は,水側熱交換器を
    通過したあとの水と給気とを熱交換させる空気再熱器を
    備えている請求項1または2に記載の空調設備改修方
    法。
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