JP3044409B2

JP3044409B2 - 空気調和システム

Info

Publication number: JP3044409B2
Application number: JP3172584A
Authority: JP
Inventors: 五十嵐征四郎
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: JPH05126350A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートポンプ加熱機付
ファンコイルユニットを使用して室内の排熱を回収する
空気調和システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建物内の冷暖房設備において、地
域冷暖房熱源プラント或いはビル内に設置された熱源機
において冷水及び温水を製造し、内部負荷及び外気取り
入れ負荷を中心に処理する空調機と外壁負荷を中心に処
理する複数台のファンコイルユニットとに前記冷水及び
温水を供給する方式が知られている。このうち、外壁側
に設置されるファンコイルユニットには、冷水コイル及
び温水コイルが内蔵され、これら冷水コイル及び温水コ
イルをそれぞれ自動制御弁を介して冷水配管及び温水配
管に接続し、温度制御ゾーン毎に設けられた制御装置か
らの信号により冷水又は温水を各々の専用コイルに切り
換え、外壁側の冷暖房負荷を処理する方式が多く採用さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、近接して高層ビ
ルが林立する地域では、ビルの影が時間と共に刻々と変
化し、外壁側の冷暖房負荷が大きく変化するため、建物
のスパーン毎の細かい制御ゾーンを必要としている。ま
た、空調仕様が向上してゾーン毎、時間毎の冷暖房負荷
が対象空間で混在している。

【０００４】しかしながら、前記従来の方式において
は、ファンコイルユニット毎に冷水配管及び温水配管と
して４本のパイプを必要とし、また、１ないし数台のフ
ァンコイルユニットでゾーニングされた制御ゾーン毎に
温度制御を行う自動制御弁を設けると共に、制御ゾーン
毎に制御盤を設けサーモスタットにより温度制御を行わ
なければならないという問題を有し、さらに、冷水コイ
ル又は温水コイルに同時に通水することなく室内を設定
温度に制御する必要性から複雑な配管と制御の難しさを
招き、結果としてメンテナンスに手間のかかりコストア
ップを招くという問題を有している。

【０００５】また、冬季に発生する建物内部の余剰熱は
温度が低いこともあって屋外に放出されるケースが多
く、熱回収型ヒートポンプ機で回収利用しているケース
もあるが、回収効率があまり良くなく、また、複雑で且
つイニシャルコストも高いので、回収量が多く管理体制
が充実しているコンピュータセンターや地域冷暖房熱源
プラント以外ではあまり採用されていない。

【０００６】

【０００７】本発明の目的は、ヒートポンプ加熱機付フ
ァンコイルユニットにより、室内照明、ＯＡ機器、居住
人員が発生する排熱を回収利用することができる空気調
和システムを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の空気調和システ
ムは、建物の内部負荷及び外気取り入れ負荷を中心に処
理するインテリア側空調機１０と、外壁負荷を中心に処
理するペリメータ側空調機１とを備え、インテリア側空
調機１０の冷水コイル１１又は温水コイル１２に冷水又
は温水を供給することにより冷暖房を行い、ペリメータ
側空調機１は、冷却コイル２、送風機３で構成されるフ
ァンコイルユニットと、圧縮機４、凝縮器５、膨張弁７
及び蒸発器８で構成されるヒートポンプ加熱機とを備
え、自動切換制御弁Ｖ１の切換制御により冷房時には熱
媒を冷却コイル２に供給し暖房時には熱媒を蒸発器８に
供給することを特徴とする。さらに、インテリア側空調
機１０の冷水コイルで室内の排熱を回収し、これにより
ヒートポンプ加熱機の蒸発器８に供給される冷水を加熱
することを特徴とする。前記熱媒としては、冷水または
フロンのうち成層圏のオゾン層に害を及ぼさないＨＣＦ
Ｃ、ＨＦＣを用いる。

【０００９】

【００１０】なお、上記構成に付加した番号は、理解を
容易にするために図面と対比させるためのもので、これ
により本発明の構成が何等限定されるものではない。

【００１１】

【作用】本発明の空気調和システムにおいては、例えば
図２に示すように、インテリア側空調機１０の温水コイ
ル１２に温水供給管１４ａ、温水戻り管１４ｂを介して
温水を供給しインテリア側の暖房を行い、ペリメータ側
空調機１のヒートポンプを運転し、図１に示す蒸発器８
に熱媒を循環させこれを熱源として利用し、凝縮器５に
てペリメータ側の暖房を行い、ヒートポンプの熱源用の
熱媒は、ポンプＰ４により熱交換器１５の熱交換部１５
ｂに循環させ、また、切換弁Ｖ５、Ｖ６を切換えること
により、冷水が、ポンプＰ１、冷水供給管１３ａ、冷水
コイル１１、冷水戻り管１３ｂ、切換弁Ｖ５、制御弁Ｖ
４、ポンプＰ３、熱交換器１５の熱交換部１５ａ、切換
弁Ｖ６の順に循環するようにし、冷水コイル１１で室内
の排熱及び温水コイル１２から空気を介しての熱を回収
し、熱交換器１５においてヒートポンプ側の熱源用熱媒
を加熱する。

【００１２】

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。図１は本発明に係わるヒートポンプ加熱機付ファ
ンコイルユニットの１実施例を示す構成図である。

【００１４】ヒートポンプ加熱機付ファンコイルユニッ
ト１は、冷却コイル２、送風機３及び図示しないエアフ
ィルタ、ドレンパン、制御盤、ケーシング等で構成され
る周知のファンコイルユニットと、圧縮機４、凝縮器
５、アキュムレータ６、膨張弁７及び蒸発器８で構成さ
れるヒートポンプ加熱機とからなり、冷却コイル２及び
蒸発器８には、温度制御兼切換用の三方弁Ｖ１の切換制
御により選択的に熱媒が供給される構造となっている。
なお、アキュムレータ６は、省略される場合もある。前
記熱媒としては、冷水またはフロンのうち成層圏のオゾ
ン層に害を及ぼさないＨＣＦＣ、ＨＦＣを用いる。

【００１５】このヒートポンプ加熱機付ファンコイルユ
ニット１は、建物内の温度制御ゾーン毎に設置され、温
度制御ゾーン毎に設けられる温度制御装置によって、冷
房時には、切換制御三方弁Ｖ１により冷却コイル２への
循環熱媒量を制御することにより冷房を行い、暖房時に
は圧縮機４を運転すると共に切換制御三方弁Ｖ１を切換
えることにより、蒸発器８に熱媒を循環させこれを熱源
として利用し、凝縮器５にて暖房を行うものである。

【００１６】図２ないし図５は前記ヒートポンプ加熱機
付ファンコイルユニットを使用した空気調和システムの
１実施例を示す構成図である。

【００１７】１０は建物の内部負荷及び外気取り入れ負
荷を中心に処理する１台又は複数台の空調機（以下イン
テリア側空調機という）であり、冷水コイル１１及び温
水コイル１２を備え、それぞれ冷水供給管１３ａ、冷水
戻り管１３ｂ及び温水供給管１４ａ、温水戻り管１４ｂ
により、地域冷暖房熱源プラント或いはビル内に設置さ
れた熱源機に接続されている。冷水供給管１３ａ及び温
水供給管１４ａには、ポンプＰ１、Ｐ２を設け冷水コイ
ル１１及び温水コイル１２に冷水及び温水を供給可能に
すると共に、冷水供給管１３ａと冷水戻り管１３ｂの間
及び温水供給管１４ａと温水戻り管１４ｂとの間に制御
弁Ｖ２、Ｖ３を設け、冷水及び温水をバイパスさせるこ
とにより冷水コイル１１及び温水コイル１２への冷水及
び温水の供給温度を制御し、図示されていないがインテ
リア側空調機１０に各々設けられた制御装置によりイン
テリアスペースの温度制御を行うようにしている。

【００１８】１５は熱交換部１５ａ、１５ｂを有する熱
交換器であり、図で示すように、一方の熱交換部１５ａ
は、ポンプＰ３、制御弁Ｖ４及び切換弁Ｖ５を介して冷
水供給管１３ａ及び冷水戻り管１３ｂに接続されると共
に、切換弁Ｖ６を介して冷水供給管１３ａ及び冷水戻り
管１３ｂに接続されている。制御弁Ｖ４は、熱交換器１
５で熱交換された冷水をバイパスさせて後述する熱媒配
管１６ａの温度が設定温度になるように調節する弁であ
り、切換弁Ｖ５は、熱交換部１５ａへの冷水を冷水供給
管１３ａから供給するか、冷水戻り管１３ｂから供給す
るかを切換える弁であり、切換弁Ｖ６は、熱交換部１５
ａからの冷水を冷水供給管１３ａに戻すか、冷水戻り管
１３ｂに戻すかを切換える弁である。なお、冷水供給管
１３ａからの冷水を熱交換器１５に循環させる圧力の余
裕があればポンプＰ３は省略してもよい。また、制御弁
Ｖ４は、ポンプＰ３が回転数制御される場合は省略して
もよい。

【００１９】一方、外壁負荷を中心に処理するペリメー
タ側には、図１で説明したヒートポンプ加熱機付ファン
コイルユニット１（以下ペリメータ側空調機という）が
複数台設置され、その熱媒配管１６ａ、１６ｂは、ポン
プＰ４を介して熱交換器１５の他方の熱交換部１５ｂに
接続されている。

【００２０】上記構成からなるヒートポンプ加熱機付フ
ァンコイルユニットを使用した空気調和システムの動作
について説明する。

【００２１】図２はペリメータ側空調機１及びインテリ
ア側空調機１０で共に暖房を行う場合を示す。インテリ
ア側空調機１０の温水コイル１２に温水供給管１４ａ、
温水戻り管１４ｂを介して温水を供給しインテリア側の
暖房を行い、ペリメータ側空調機１のヒートポンプ加熱
機を運転し、図１で説明した蒸発器８に熱媒を循環させ
これを熱源として利用し、凝縮器５にてペリメータ側の
暖房を行い、ヒートポンプ加熱機の熱源用熱媒は、ポン
プＰ４により熱交換器１５の熱交換部１５ｂに循環させ
る。また、切換弁Ｖ５、Ｖ６を切換えることにより、冷
水が、ポンプＰ１、冷水供給管１３ａ、冷水コイル１
１、冷水戻り管１３ｂ、切換弁Ｖ５、制御弁Ｖ４、ポン
プＰ３、熱交換器１５の熱交換部１５ａ、切換弁Ｖ６の
順に循環するようにし、冷水コイル１１で室内の排熱及
び温水コイル１２から空気を介しての熱を回収して熱交
換部１５ａに送り、熱交換部１５ｂを流れるヒートポン
プ加熱機の熱源用熱媒を加熱し、これをペリメータ側の
暖房に利用する。

【００２２】図３はペリメータ側空調機１で冷房、イン
テリア側空調機１０で暖房を行う場合を示す。インテリ
ア側空調機１０の温水コイル１２に温水供給管１４ａ、
温水戻り管１４ｂを介して温水を供給しインテリア側の
暖房を行い、ペリメータ側空調機１のヒートポンプ加熱
機を停止し、図１で説明した冷却コイル２に熱媒を循環
させこの熱媒をポンプＰ４により熱交換器１５の熱交換
部１５ｂに循環させる。また、切換弁Ｖ５、Ｖ６を切換
えることにより、冷水が、冷水供給管１３ａ、切換弁Ｖ
５、制御弁Ｖ４、ポンプＰ３、熱交換器１５の熱交換部
１５ａ、切換弁Ｖ６、冷水戻り管１３ｂの順に循環する
ようにし、熱交換器１５においてペリメータ側空調機１
の熱媒を冷却する。

【００２３】図４はペリメータ側空調機１及びインテリ
ア側空調機１０共に冷房を行う場合を示し、ペリメータ
側空調機１より循環量の多いインテリア側空調機１０の
冷水供給の一部として熱交換器１５で利用した冷水を熱
源機に返す前に全量再利用することで、ポンプＰ３によ
って冷水供給管１３ａから吸い込んだ冷水は再度冷水供
給管１３ａに返されてポンプＰ１の吸い込み冷水の一部
となり、インテリア側空調機１０の冷水コイル１１に冷
水供給管１３ａ、冷水戻り管１３ｂを介して冷水を供給
しインテリア側の冷房を行う。

【００２４】図５は、ペリメータ側空調機１で暖房、イ
ンテリア側空調機１０で冷房を行う場合を示す。インテ
リア側空調機１０の冷水コイル１１に冷水供給管１３
ａ、冷水戻り管１３ｂを介して冷水を供給しインテリア
側の冷房を行い、ペリメータ側空調機１のヒートポンプ
加熱機を運転し、図１で説明した蒸発器８に熱媒を循環
させこれを熱源として利用し、凝縮器５にてペリメータ
側の暖房を行い、ヒートポンプの熱源用熱媒は、ポンプ
Ｐ４により熱交換器１５の熱交換部１５ｂに循環させ
る。また、切換弁Ｖ５、Ｖ６を切換えることにより、制
御弁Ｖ２でポンプＰ１出口冷水温度がねらいの温度にな
るようにコントロールされた冷水は、ポンプＰ１、冷水
コイル、冷水戻り管１３ｂ、切換弁Ｖ５、制御弁Ｖ４、
ポンプＰ３、熱交換器１５の熱交換部１５ａ、切換弁Ｖ
６の順に循環する。この場合、熱交換部１５ａを出た冷
水温度は、熱交換器１５を介する分だけ冷水戻り管１３
ｂの冷水温度より低いので、インテリア側空調機１０で
の冷房に再利用される。なお、熱交換部１５ａを出た冷
水温度が、冷水戻り管１３ｂの冷水温度より高い場合及
びインテリア側空調機１０が停止の場合は、熱交換部１
５ａを出た冷水を切換弁Ｖ６を介して冷水戻り管１３ｂ
に戻す。

【００２５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実
施例においては、インテリア側空調機１０の冷水系統と
ペリメータ側空調機１との熱媒系統を熱交換器１５を介
して熱交換させているが、熱の授受を自動弁を使用して
直接混合させるようにしてもよい。ただし、熱媒が冷水
の場合である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記のように優れた効果が得られる。

【００２７】（イ）既存のファンコイルユニットにヒー
トポンプ加熱機を組み合わせるだけで、熱媒配管が２パ
イプでありながら、従来の４パイプ以上の温度制御特性
がミキシングロスもなく容易に得られる。また、従来、
窓側の冷暖房負荷を処理するために設置されるウオール
スルータイプのヒートポンプ機に対してもエネルギーの
利用効率、温度制御性及び意匠性等で著しい改善を図る
ことができる。

【００２８】（ロ）空調設備を改修する場合、既存のシ
ーズン切換式冷温兼用２パイプ方式のファンコイルユニ
ットシステムでも、配管を追加することなく、容易に４
パイプ方式のファンコイルユニットシステムに準じたグ
レードの高い機能を持たせることできる。

【００２９】（ハ）本発明のヒートポンプ加熱機付ファ
ンコイルユニットを使用した空気調和システムは、冬季
にインテリア側空調機を介して室内照明、ＯＡ機器、居
住人員からの発熱を回収し、これを外壁側暖房負荷対応
のペリメータ側空調機の熱源として利用できる。

【００３０】（ニ）夏期のペリメータ側空調機の熱源供
給が、全て中央からの熱供給となるため、電力の平準化
を狙った蓄熱システムや地域熱供給システムからの熱供
給と良く調和する。また、圧縮機の運転が暖房時のみの
ため、冷房を兼ねた従来のヒートポンプ機に比べ小さな
圧縮機容量ですみ、その入力電力の全てが無駄なく暖房
に利用できる。

【００３１】（ホ）ファンコイルを使用したカセットフ
ァンコイルシステムにおいて、ファンコイルの代わり
に、本発明のヒートポンプ加熱機付ファンコイルユニッ
トを使用すれば、冬季や中間期において温度制御ゾーン
毎に自動で冷房、暖房の切換運転が可能となる。また、
暖房時のヒートポンプ用熱源の熱媒供給温度が低いの
で、蓄熱システムと組み合わせる場合には、断熱しない
床下蓄熱槽の利用が可能になったり、冬季には夜間にヒ
ートポンプで蓄熱される蓄熱水の利用温度幅が拡大し、
暖房負荷の大きい建物でも蓄熱水量が著しく減少され、
氷等による潜熱蓄熱システムの利用が容易になる。

【００３２】（ヘ）本発明のヒートポンプ加熱機付ファ
ンコイルユニットには、制御弁が組み込まれ、かつ、循
環熱媒のシーズン毎の切換が不要になるため、窓側の方
位毎のゾーニングが不要となり、配管をシンプルにでき
る。

【００３３】（ト）ヒートポンプ加熱機付ファンコイル
ユニットに循環させる熱媒に水を利用しても、配管内水
温が年間１５℃以下の冷水となるため、循環水の水質が
通常の水道水であれば、鋼管の内面腐食が殆ど発生しな
い。

【００３４】（チ）ヒートポンプ加熱機付ファンコイル
ユニットに循環させる熱媒に水の代わりにフロンを利用
すると、水漏れ事故がなくなり、居室内での配管が容易
となる。また、ヒートポンプ加熱機付ファンコイルユニ
ットを運転しても、熱媒の凍結温度に至らないため機内
凍結事故がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるヒートポンプ加熱機付ファンコ
イルユニットの１実施例を示す構成図

【図２】本発明のヒートポンプ加熱機付ファンコイルユ
ニットを使用した空気調和システムの１実施例を示す構
成図

【図３】前記空気調和システムの動作を説明するための
図

【図４】前記空気調和システムの動作を説明するための
図

【図５】前記空気調和システムの動作を説明するための
図

【符号の説明】

１…ヒートポンプ加熱機付ファンコイルユニット（ペリ
メータ側空調機）２…冷却コイル、３…送風機、４…圧縮機、５…凝縮
器、６…アキュムレータ７…膨張弁、８…蒸発器、Ｖ１…温度制御兼切換用の三
方弁１０…インテリア側空調機、１１…冷水コイル、１２…
温水コイル１３ａ…冷水供給管、１３ｂ…冷水戻り管、１４ａ…温
水供給管１４ｂ…温水戻り管、１５…熱交換器、１５ａ、１５ｂ
…熱交換部１６ａ、１６ｂ…熱媒配管、Ｐ１〜Ｐ４…ポンプ、Ｖ
２、Ｖ３、Ｖ４…制御弁Ｖ５、Ｖ６…切換弁

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】建物の内部負荷及び外気取り入れ負荷を中
心に処理するインテリア側空調機と、外壁負荷を中心に
処理するペリメータ側空調機とを備え、前記インテリア
側空調機の冷水コイル又は温水コイルに冷水又は温水を
供給することにより冷暖房を行い、前記ペリメータ側空
調機は、冷却コイル及び送風機で構成されるファンコイ
ルユニットと、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器で構
成されるヒートポンプ加熱機とを備え、自動切換制御弁
の切換制御により冷房時には熱媒を前記冷却コイルに供
給し暖房時には熱媒を前記蒸発器に供給することを特徴
とする空気調和システム。
【請求項２】前記インテリア側空調機の冷水コイルで室
内の排熱を回収し、これによりヒートポンプ加熱機の蒸
発器に供給される熱媒を加熱することを特徴とする請求
項１記載の空気調和システム。
【請求項３】前記熱媒として冷水を用いることを特徴と
する請求項１または２記載の空気調和システム。
【請求項４】前記熱媒としてフロンを用いることを特徴
とする請求項１または２記載の空気調和システム。