JP2871832B2

JP2871832B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP2871832B2
Application number: JP2258307A
Authority: JP
Inventors: 秀男池田; 昭一鈴木; 良平波多野; 五朗牛場; 透北川; 利幸小川; 繁高原
Original assignee: Taikisha Ltd; Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Taikisha Ltd; Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JPH04136653A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、熱交換器を通過する流体の流量を制御して
所定のエリアへ送り込む外気の温度を調整する空調装置
に関する。

〔従来技術〕

従来、ビル等の空調設備において、設定された最適温
度を得るため、各エリア（区画された事務所や室）毎に
温度センサを設けこの温度センサによって検出された温
度に基づいて熱交換器を循環する流体（冷水、温水）の
流量をフイードバツク制御している。

このため、各室毎に最適な温度を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記フイードバツク制御では、室内の
温度変化に対する温度制御が遅れるため、最適温度を維
持することが難しい。また、遅れて温度制御している間
に、さらに室内の温度が変化することもあり、熱交換器
による熱交換のためのエネルギ的にもロスがある。

本発明は上記事実を考慮し、温度制御の遅れがなく、
エネルギロスの少ない空調装置を得ることが目的であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）に記載の発明は、熱交換器によって熱交
換された外気を所定のエリアへ送り込みかつこのエリア
内の空気を排出する空調器本体と、前記熱交換器を循環
する流体の流量を制御する流量制御弁と、前記流量制御
弁の単位移動量に対する目盛りが全閉状態から全開状態
にかけて徐々に狭くなるように形成され該流量制御弁の
全閉状態近傍において流量制御弁の微小な移動量に対す
る流量を検出可能な前記流体の流量を検出する流量セン
サと、前記熱交換器を循環する流体の熱交換前後の温度
を検出する一対の温度センサと、前記エリア内に発生す
るエリア内発熱量を検出する発熱量検出手段と、前記流
量センサで検出された流量及び前記一対の温度センサで
検出された温度差から前記熱交換器による熱交換量を演
算する演算手段と、前記演算手段で演算された熱交換量
と前記発熱量検出手段で検出されたエリア内発熱量とを
一致させるように前記流量制御弁の開度を制御する制御
手段と、を有している。

〔作用〕

請求項（１）に記載の発明によれば、室内等のエリア
内の発熱量は発熱量検出手段によって検出する。エリア
内の発熱量は、照明器具、電気機器による使用電力や人
員の数等によって変化する。このため、発熱量検出手段
としては、例えば人数カウンタと電力量検出手段を用
い、エリア内に存在する人物による発熱量とエリア内の
設置された照明器具、電気機器等による発熱量を検出す
ることにより、エリア内全体における発熱量を検出す
る。

また、流量センサは熱交換器を循環する流体の流量を
検出する。流量センサは、熱交換器を循環する流体の流
量を制御する流量制御弁の開度を検出することによって
流量を検出する。流量センサには、流量制御弁の単位移
動量に対して全閉状態から全開状態にかけて徐々に狭く
なる目盛りが形成されている。すなわち、流量制御弁の
全閉状態近傍領域では、目盛りの幅が広く形成されてい
る。従って、流量制御弁の全閉状態近傍領域においては
流量制御弁の少ない移動量に対しても流量値が拡大表示
されるので、検出可能になる。このように、流量制御弁
の単位移動量に対して全閉状態から全開状態にかけて徐
々に狭くなる目盛りを形成することにより、流量制御弁
の全閉状態近傍領域における流体の流量を精度良く検出
することができる。

さらに、温度センサは流体の熱交換前後の温度を検出
する。制御手段では、発熱量検出手段で検出されたエリ
ア内の発熱量と熱交換される熱量（熱交換発熱量）とが
一致するように流量制御弁の開度を制御する。熱交換発
熱量は、流量センサによって検出された流量と温度セン
サによって検出された熱交換前後の温度差に基づいて演
算手段により演算される。なお、流量制御弁の開度を制
御する際には、前述したように、流量制御弁の単位移動
量に対し、全閉状態から全開状態にかけて徐々に狭くな
る目盛りが形成されていることにより、流量制御弁の全
閉状態近傍領域では流量制御弁の開度を精密に制御する
ことができる。

従って、エリア内の温度が変化してもエリア内の発熱
量によって温度変化が起こる前に空調器本体による空調
で温度制御するので、温度制御の遅れをなくし、エネル
ギロスの少ない空調制御を実現することができる。ま
た、流量制御弁の全閉近傍領域においては流量制御弁の
微小な移動量に伴う流量を検出することができると共
に、流量制御弁の開度を精密に制御することができる。

〔実施例〕

第１図（Ａ）には、本実施例の空調装置が設置された
エリア、例えばビルの１室である事務所100の内部が示
されている。

この事務所100には、その天井部102に照明器具104が
設置され、壁面にはコンセント106が設けられている。
照明器具104及びコンセント106は壁面108の上部に取付
けられた分電盤110から配線されている。

分電盤110と照明器具104との間の接続線には、壁面10
8における出入口ドア112の近傍に配設されたスイツチ11
4が介在され、このスイツチ114のオン・オフにより点灯
・消灯を行うことができる。

コンセント106には、机上の電気機器116のプラグ118
が差し込まれており、電気機器116へ給電している。こ
のため、電気機器116自体に設けられているスイツチ
（図示省略）のオン・オフによる電気機器116を起動・
停止させることができる。この分電盤110には、各配線
に電流計（図示省略）が取付けられており、この電流計
の信号線120が後述する制御装置78と接続されている、
制御装置78では、前記電流計からの信号による分電盤11
0での使用電力を演算することができる。

天井部102には、人数カウンタとしての人体センサ122
が取付けられている。人体センサ122は、ベース部124か
ら半球形のセンサ部126が突出された構成となってお
り、赤外線により事務所100内にいる在室者128を検出す
ることができる。ここで、この人体センサ122のセンサ
部126は、半球形であるので、事務所100内全体を隈無く
検出することができる。なお、この人体センサ122の信
号線130は、制御装置78へ接続されている。

天井部102には、エア吹出口132が設けられた吹出パネ
ル134が取付けられている。この吹出パネル134のエア吹
出口132は、空調器12とダクト136を介して連通されてい
る。また、壁面108には、エア吸込口138が設けられた吸
込パネル140が取付けられている。この吸込パネル140の
エア吸込口138は、空調器12とダクト142を介して連通さ
れている。

また、事務所100には制御装置78に接続された温度設
定器144が配設され、在室者が任意に事務所100内の温度
を設定することができる。

第１図（Ｂ）及び第２図に示される如く、空調器12
は、熱交換器14を備えておりこの熱交換器14には、その
インレツト部16及びアウトレツト部18に図示しないメイ
ン管路から分岐された供給用配管20、排出用配管22がそ
れぞれ連結されている。熱交換器14の近傍にはブロア24
が配設されている。ブロア24の吐出口は前記エア吹出口
132と連通されたダクト136に接続されている。このブロ
ア24の駆動により外気又は、エア吸込口138と連通され
るダクト142からのエアが室内へ導入されるようになっ
ている。ここで、ブロア24から吹き出されるエアは、熱
交換器14を通過することにより、熱交換が行われ、温度
調整がなされる。すなわち、供給用配管20の管路と排出
用配管22の管路間で、熱交換のための媒体である流体
（温水又は冷水）が循環される構成となっている。

調整される温度は、前記流体の流量によって変化する
ようになっている。流量は、前記排出用配管22の中間部
に配設された流量制御バルブ10によって調整されてい
る。

第３図に示される如く、流量制御バルブ10は、その内
方が空洞とされた筒体状のバルブケーシング26の軸方向
両端部にフランジ28、30が形成されている。フランジ2
8、30は、それぞれ排出用配管22側のフランジ32と連結
されている。

バルブケーシング26内の流体の流れ方向中間部には弁
体34が配設され、バルブケーシング26内の管路を一次側
管路36及び二次側管路38に仕切っている。弁体34はその
基部が軸棒34Aとされ、バルブケーシング26の周壁を貫
通し、弁体駆動部40へと延長されている。弁体駆動部40
では、この軸棒34Aを軸移動させて、一次側管路36と二
次側管路38とを閉塞又は開放するように、弁体34による
管路の開度を調整している。この弁体34の開度は、第４
図に示される如く、開度センサ42によって検出するよう
になっている。

開度センサ42は第３図及び第４図に示される如く、弁
体駆動部40のケーシング44の外側に設けられており、前
記弁体34の軸移動に応じて、自身の軸直角方向へ移動す
るピン46によって弁体34の移動に連動されるようになっ
ている。

ピン46は、ケーシング44に設けられた第４図上下方向
が長手方向とされた長孔48を貫通して、軸54を中心に回
動可能な指針アーム50と連結されている。ピン46は、こ
の指針アーム50の長手方向に沿って形成された長孔52へ
収容されている。このため、指針アーム50は、ピン46の
移動に応じて軸54を中心に回動する構成である。

ケーシング44には、この指針アーム50の回動範囲空間
を含むようにサブケーシング56が取付けられている（第
３図参照）。サブケーシング56は皿状で指針アーム50の
先端の移動軌跡に対応して、扇状の窓58が設けられてい
る。このため、指針アーム50の先端は、この窓58により
目視することができる。窓58には、透明のカバー60が取
付けられており、目盛62が刻設されている。この目盛62
の刻設幅は、以下に示す原理によって定められている。

指針アーム50は、弁体34がバルブケーシング26内の管
路を全閉している状態では弁体34の軸線と直交するよう
になっている（第３図水平状態）。この状態から、弁体
34が管路を開放する方向へ軸移動されると、ピン46と長
孔48とのカム作用によって、ピン46が長孔48の一端から
他端へと移動され、これに応じて指針アーム50が角度θ
で傾倒される。この角度θは、前記軸54とピン46との距
離Ａと、弁体34の管路全閉状態からの移動量Ｘとによっ
て決まる（θ＝tan^-1（X/A）・・・（１））。すなわ
ち、移動量Ｘが小さい程角度θの変化量は大きく、移動
量Ｘが大きくなるにつれて角度θの変化量は小さくなる
ため、弁体34の移動量を均等に分割した場合の目盛62
は、その目盛幅が全閉状態から全開状態にかけて徐々に
狭くなることになる（第４図参照）。

また、ケーシング44には、指針アーム50の移動軌跡に
沿って複数の接点64が均等配置されている。これによ
り、指針アーム50の動きに応じて、弁体34の開度を電気
的に認識することができる。なお、上記構成の開度セン
サ42では、１目盛内に収容可能な接点64が全閉近傍領域
で多くなるので、精度良く弁体34の開度を検出すること
ができる。

第３図に示される如く、バルブケーシング26のフラン
ジ28、30には、それぞれ一次側管路36及び二次側管路38
と連通する貫通孔66が形成されている。この貫通孔66に
は、それぞれ圧力センサ68、70が取付けられ、一次側管
路36を流れる流体の圧力及び二次側管路38を流れる流体
の圧力を検出することができる。第２図に示される如
く、圧力センサ68、70の信号線72、74は、それぞれ差圧
メータ76へ接続され、検出される圧力をこの差圧メータ
76へと供給している。差圧メータ76は、入力される一次
側管路36の圧力及び二次側管路38の圧力との差圧を得
て、制御装置78へ供給する役目を有している。

第２図に示される如く、供給用配管20と排出用配管22
には、それぞれ温度センサ97、99が設けられ、制御装置
78へ接続されている。この温度センサ97、99は、各配管
20、22を流れる流体の温度が検出されるようになってい
る。また、制御装置78では、この温度差と前記流量とか
ら熱交換器14による熱交換量を演算している。

Ｋ′＝Ｑ′×ΔＴ×α ……（２）但し、Ｋ′：熱量、Ｑ′：流量、 ΔT:温度差、 α：測定インタバル、である。

この制御装置78には、前記開度センサ42のそれぞれの
接点64からの信号線80が接続されている。第５図に示さ
れる如く、制御装置78は、マイクロコンピユータ82を含
んで構成されており、このマイクロコンピユータ82は、
CPU84、RAM86、ROM88、入出力ポート90及びこれらを接
続するデータバスやコントロールバス等のバス92で構成
されている。

入出力ポート90には、A/D変換器75を介して前記差圧
メータ76からの信号線94及び開度センサ42の接点64から
の信号線80がそれぞれ接続されている。また、この入出
力ポート90には、事務所100に設置された人体センサ122
からの信号線130及び温度設定器144が接続されると共に
A/D変換器146を介して分電盤110に設置された電流計か
らの信号線120が接続されている。

CPU84では、この人体センサ122からの信号に応じて事
務所100内にいる在室者128の人数を認識し、電流計から
の信号により分電盤110により使用電力量を演算する。
これらのデータから事務所100内での発熱量を得ること
ができる。

RAM86には、本実施例に適用される流量制御バルブ10
特有の弁開度に応じた流量補正係数（CV値）がマツプと
して記憶されている（第６図参照）。このCV値は、弁体
の開度による開口面積の開口度合いが含まれており、一
次側管路36と二次側管路38との圧力差によって流量を得
る場合の補正係数として適用される。

以下に本実施例の作用を第７図のフローチヤートに従
い説明する。

まず、ステツプ200では、空調器12が作動したか否か
が判断され、否定判定の場合はステツプ202へ移行して
温度設定器144で設定された設定値をクリアにした後、
ステツプ200へ戻る。ステツプ200で空調器12が作動する
と、ステツプ204へ移行して温度設定器144による温度設
定値を読込み、次いでステツプ206で設定値に変化があ
ったか否かが判断される。ここで、空調器12の作動開始
時は設定値がクリアとされているので、肯定判定され
る。また、空調器12の作動中に設定値が変化しても肯定
判定される。ステツプ206で肯定判定されると、ステツ
プ208へ移行して、設定値に応じた標準流量Q_BASEを演算
し、ステツプ209において室内（インテリアゾーン）の
負荷のみを考慮すればよいと判定された場合はステツプ
210へ移行する。なお、ステツプ209では、壁面から伝わ
る熱や窓から照射される日射等を考慮するか否かが判定
されるようになっており、これは季節や時間等により予
め設定しておけばよい。なお、ステツプ209で否定判定
された場合については後述する。

次のステツプ210では、人体センサにより在室者128の
人数Ａをカウントし、次いでステツプ212へ移行して、
以下の（３）式から導入外気量Ｂを演算する。

Ｂ＝Ａ×α_１ ……（３）但し、α_１は在室者１人当たりの必要外気量である。

次のステツプ214では、導入外気の温度に基づく導入
外気熱量Ｃを以下の（４）式によって演算する。

Ｃ＝Δｉ×1.2×Ｂ ……（４）但し、Δｉは外気温度と室内温度とのエンタルピー差で
ある。

次のステツプ216では、在室者の人数Ａに応じた人体
発熱量Ｄを以下の（５）式によって演算する。

Ｄ＝Ａ×α_２ ……（５）但し、α_２は在室者１人当たりの発熱量である。

次のステツプ218では、分電盤110に設定された電流計
から読み取った電流値Ｉから得られる電力からこれらの
使用による発熱量Ｅを以下の（６）式によって演算す
る。

Ｅ＝Ｉ×100V×0.86 ……（６）次のステツプ219では、室内の温度が許容範囲か否か
が判断され、許容範囲と判定された場合は、温度調整の
必要がないので、ステツプ209へ移行する。また、許容
範囲外と判定された場合は、温度調整の必要があるの
で、ステツプ220へ移行し、朝の立ち上げではない場合
にステツプ221へ移行する。このステツプ220で、朝の立
ち上げと判定された場合は、急速に温度調整をする必要
があるので、後述するステツプ226へ移行して、バルブ
の開度を全開とする。

ステツプ221では、上記（３）式〜（６）式によって
得られた熱量の事務所100内の総発熱量K_ALL（K_ALL＝Ｂ
＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）により前記標準流量Q_BASEを補正し、補
正流量Ｑを演算し、次いでステツプ222へ移行して、以
下の（７）式からCV値を求めた後、ステツプ224へ移行
して、第６図のマツプからバルブ開度Ｘを得る。

但し、R:係数、 ΔP:一次側管路と二次側管路との圧力差、 G:水を１とした時の液体の比重、である。

次のステツプ226では、読み取られたバルブ開度Ｘに
基づいて弁体36を駆動して流量を制御する。なお、ステ
ツプ220から直接移行された場合は、前述の如く弁体36
は全開とされる。弁体36を駆動した後は、ステツプ204
へ移行して温度設定器144による温度設定値を読込、次
いでステツプ206で設定値が変化したか否かを判断し、
変化が無ければ標準流量Q_BASEを変更する必要がないの
で、ステツプ208を飛び越してステツプ209へ移行する。

次に、ステツプ209で否定判定、すなわち外部からの
影響も考慮すると判定された場合は、ステツプ209から
ステツプ228へ移行する。

なお、外部負荷を考慮する場合には、壁面の内外、ガ
ラス内外及び屋根の内外の温度を検出する温度センサ
（図示省略）と、ガラスへの日射量を検出する日射セン
サ（図示省略）がそれぞれ必要となる。

ステツプ228では、外壁の内外温度センサにより外壁
の相当温度差ΔＴを演算し、熱量を演算する（外壁面積
（m²）×ΔＴ×Ｋ）。なお、符号Ｋは、熱貫流量であ
る。

次のステツプ230では、ガラスの内外温度差ΔＴによ
り熱貫流量を演算し（ガラス面積（m²）×ΔＴ×Ｋ）、
次いでステツプ232でガラスの日射センサにより日射量
を演算する（ガラス面積（m²）×Ｓ×ｈ）。なお、符号
Ｓは、日射センサでの検出値、ｈは、ブライド等の遮蔽
係数である。

次のステツプ234では、屋根の内外温度センサによる
屋根の相当温度差ΔＴを演算し、熱量を演算する（屋根
面積（m²）×ΔＴ×Ｋ）。ステツプ234での演算が終了
すると、ステツプ219へ移行して、上記演算された熱量
及び日射量が考慮された温度調整が行われる。

本実施例によれば、事務所100内の在室者に応じた温
度変化及び電気機器116及び照明器具104の使用による温
度変化を予測して、標準流量を補正し、この補正流量に
応じて熱交換器14を循環する流体の流量を制御するよう
にしたので、フイードバツク補正によって温度制御する
場合に比べ、制御の遅れがなく、エネルギロスを少なく
して設定された温度を維持することができる。

なお、本実施例では人体カウンタとして人体センサ12
2を用いたが、事務所100の出入口にパツサセンサを取付
け、このパツサセンサによって出入りする人をカウント
するようにしてもよい。

また、本実施例では事務所100を密閉した状態での制
御を示したが、窓を開閉を検出し、この窓の開閉に応じ
た外気による熱量の変化をパラメータとして追加しても
よい。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明に係る空調装置では、温度制
御の遅れがなく、エネルギロスが少ないという優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に係る空調装置が適用さえたエリ
アの概略図、第１図（Ｂ）は本実施例に係る空調器の概
略配管図、第２図は排出用配管の拡大図、第３図は開度
センサの側面図、第４図は開度センサの正面図、第５図
は制御ブロツク図、第６図はバルブ開度−CV値特性図、
第７図は制御フローチヤートである。 10……空調器用流量制御バルブ、 12……空調器、 14……熱交換器、 42……開度センサ、 68、70……圧力センサ、 78……制御装置、 97、99……温度センサ、 100……事務所（エリア）、 104……照明器具、 110……分電盤、 116……電気機器、 122……人体センサ（人数カウンタ）、 128……在室者。

フロントページの続き (72)発明者鈴木昭一東京都中央区銀座８丁目21番１号株式会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者波多野良平東京都中央区銀座８丁目21番１号株式会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者牛場五朗東京都中央区銀座８丁目21番１号株式会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者北川透東京都新宿区西新宿２丁目６番１号株式会社大氣社内 (72)発明者小川利幸東京都中央区日本橋室町１丁目５番７号東洋バルヴ株式会社内 (72)発明者高原繁東京都新宿区西新宿２丁目６番１号株式会社大氣社内 (56)参考文献特開昭63−140236（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−237954（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−163761（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−200546（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24F 11/02 G01F 1/00 G01F 1/11

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器によって熱交換された外気を所定
のエリアへ送り込みかつこのエリア内の空気を排出する
空調器本体と、前記熱交換器を循環する流体の流量を制
御する流量制御弁と、前記流量制御弁の単位移動量に対
する目盛りが全閉状態から全開状態にかけて徐々に狭く
なるように形成され該流量制御弁の全閉状態近傍におい
て流量制御弁の微小な移動量に対する流量を検出可能な
前記流体の流量を検出する流量センサと、前記熱交換器
を循環する流体の熱交換前後の温度を検出する一対の温
度センサと、前記エリア内に発生するエリア内発熱量を
検出する発熱量検出手段と、前記流量センサで検出され
た流量及び前記一対の温度センサで検出された温度差か
ら前記熱交換器による熱交換発熱量を演算する演算手段
と、前記演算手段で演算された熱交換発熱量と前記発熱
量検出手段で検出されたエリア内発熱量とを一致させる
ように前記流量制御弁の開度を制御する制御手段と、を
有する空調装置。