JP3046045B2 - エアハンドリングユニットの運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気調和装置の運転方法に係り、特に外部
からの熱源水と、ヒートポンプからの熱源とのいずれか
に切替えて用いることのできるエアハンドリングユニッ
トの運転方法に関する。

〔従来の技術〕

最近のビル空気調和では、部屋の区画で冷房と暖房が
逆であったり、（南向き、北向きあるいはOA機器の有無
による）、また、同一区画であっても、時間帯により冷
房と暖房が逆になったりする。

従来、このような用途に対し、熱源水と冷媒との間で
熱交換をする水熱交換器と、空気調和対象の空気と冷媒
との間で熱交換をする空気熱交換器とを有し、これら熱
交換器を冷媒圧縮機および配管、切替弁、絞り装置（膨
張弁）などで結んで冷凍サイクルを行わせるヒートポン
プを有するエアハンドリングユニットを用いる例があ
る。

この方式では、熱源水としては、20〜30℃の冷却水を
用い、空気調和要求が冷房の場合には、水熱交換器を凝
縮器、空気熱交換器を蒸発器として、圧縮機を運転し
て、冷凍サイクルを行わせ、空気から熱を奪い（冷
房）、冷却水に熱を放出する。また、逆に、空気調和要
求が暖房の場合には、水熱交換器を蒸発器、空気熱交換
器を凝縮器として、圧縮機を運転して、冷凍サイクルを
行わせ、前記冷却水から熱を奪い、空気に熱（暖房）を
放出している。

この方式では、冷房であっても暖房であってもヒート
ポンプ（冷凍機）を運転している。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、小容量のヒートポンプは、単位出力あたりの
損失が、大容量のヒートポンプよりも大きく、効率が劣
るため、上記のように小型ヒートポンプを各ユニットご
とに配備して、これを常時稼働させて空調する方式は効
率が悪い。

本発明は、前記のような欠点を改良し、効率よく冷暖
房の行なえるエアハンドリングユニットの運転方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、外部から供
給される熱源水によって、空気調和対象の空気の温度調
整をする空気熱交換器と、前記熱源水を低熱源又は熱放
出先として運転し、前記空気熱交換器に熱源を供給する
ヒートポンプと、前記空気熱交換器への熱源供給を外部
からの熱源水とするか、ヒートポンプからの熱源とする
かの切替装置とを有するエアハンドリングユニットにお
いて、空気の調和要求と、外部からの熱源水の温度レベ
ルとが合致する場合は、ヒートポンプを停止して外部か
ら供給される熱源水を、往路からエアハンドリングユニ
ットの空気熱交換器に取り込み復路に戻し、合致しない
場合は、ヒートポンプを運転して前記空気熱交換器に製
造した熱源を供給するように切替装置を切替えると共
に、外部から供給される熱源水の流れ方向を、合致して
いる場合と逆に、復路からエアハンドリングユニットの
ヒートポンプに取り込み往路に戻すことを特徴とするエ
アハンドリングユニットの運転方法としたものである。

次に、本発明を詳しく説明する。本発明は熱源水の温
度レベルが、冷房用（４〜15℃程度）あるいは暖房用
（40〜60℃）に変化する場合に適用するエアハンドリン
グユニットの運転方法である。

すなわち、ビル全体として、冷房が主体であれば、熱
源水を冷水とし（冷房用）、また暖房が主体であれば、
熱源水を温水とするようなシステムに適用するエアハン
ドリングユニットの運転方法に関するものである。

して運転するのが好ましい。

熱源水の温度レベルが、空気側の要求と合っていれ
ば、熱源水で空調する。この場合、熱源水を空気熱交換
器に導く。熱源水の温度レベルが、空気側の要求と合っ
ていない場合は、熱源水を低熱源（熱供給源）または熱
放出先として、ヒートポンプ（圧縮機）を運転する。

外部から供給される熱源水が温水であって、エアハン
ドリングユニットへの負荷要求（空気側からの要求）が
冷房の場合には、外部から供給される温水を、ヒートポ
ンプの凝縮器用冷却水として用い（温水に熱を与え
る）、空気熱交換器には蒸発器からの冷水を供給する。

外部から供給される熱源水が冷水であって、エアハン
ドリングユニットへの負荷要求（空気側からの要求）が
暖房の場合には、外部から供給される冷水を、ヒートポ
ンプ蒸発器の冷水として用い（冷水から熱を奪う）、空
気熱交換器には凝縮器からの温水を供給する。

熱源水の温度レベルが、空気側の要求と合っている場
合は、熱源水を熱源装置からの往路からエアハンドリン
グユニットに取り込み、復路に戻す。一方、熱源水の温
度レベルが、空気側の要求と合っていない場合は、熱源
水を熱源への復路からエアハンドリングユニットに取り
込み、往路に戻すのがよい。ヒートポンプでの汲み上げ
温度幅を少なくし、圧縮機動力を減らすことができる。

〔作 用〕

本発明では、多数のエアハンドリングユニットに対
し、全体としての要求が大きな方（主体となる方）を熱
源機としての大容量ヒートポンプで熱源水（冷水または
温水）を一括して製造し、個々のエアハンドリングユニ
ットに供給し、個々のエアハンドリングユニットのヒー
トポンプの運転をなるべく抑え、要求と供給熱源水とが
合致しないエアハンドリングユニットでは、供給されて
いる熱源水を低熱源（冷水）あるいは熱放出先（冷却
水）として、エアハンドリングユニット内の小容量ヒー
トポンプを運転して、要求に合わせる。この場合、小容
量ヒートポンプの一方では冷水が、他方では温水がで
き、両者共、有効に利用できる。すなわち、一方では、
要求に合致した熱源を製造して、エアハンドリングユニ
ットで使用し、他方では、大容量ヒートポンプと同じ熱
源を製造し、熱源側に戻している。従って大容量ヒート
ポンプの出力は減らすことができ、省エネが図れる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例で図面を用いて具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１ 第１図に本発明のエアハンドリングユニットを用いる
空気調和システムの全体構成図を示す。

第１図において、１は熱源機、２、２′はエアハンド
リングユニット、３はヒートポンプを有する本発明のエ
アハンドリングユニットを示し、熱源機からの熱源水の
流通管の往路は４、復路は５で、この熱源水の往復路
４、５と各エアハンドリングユニットを結ぶ流路を６及
び７で示す。また各エアハンドリングユニット２、２′
は、空気熱交換器10と送風機８及び空気取入口９からな
っている。

そして、ヒートポンプが内蔵されているエアハンドリ
ングユニット３は、ヒートポンプの冷暖切替を水系統で
行い、第２図にその部分拡大図を示す。第２図におい
て、符号４〜10は第１図と同じであり、11は蒸発器、12
は凝縮器、13は圧縮機、14は膨張弁、15、16、17は三方
弁、18、19はポンプである。

このように構成された空気調和システムの運転操作を
説明すると、主運転が冷房の場合は、まず熱源機１を運
転し、冷房用の４〜15℃程度の冷水を製造し、熱源水の
流通管の往路４に通す。各エアハンドリングユニット
２、２′、３では、その区画が冷房要求の場合は、弁を
開にして、送られてきた冷水を管６から空気熱交換器10
に通し、送風機８を運転して、空気取入口９からの空気
を冷却して送り出しその区画を冷房する。熱交換され暖
められた冷水は、管７から復路５に導かれて熱源機に至
り、再び冷却され循環するサイクルをとる。

そして、エアハンドリングユニット３の区画が、暖房
要求に切替った場合は、空気熱交換器10への冷水の供給
を止め、ヒートポンプを運転する。ヒートポンプの運転
は、まず、三方弁15、16、17を切替えて、蒸発器11に熱
源水の復路５の冷水を管７から導く。蒸発器では冷媒が
冷水から熱を奪う。そして熱源水の冷水は冷却されて管
６から往路に返される。冷媒は、この蒸発器11で蒸発し
て、圧縮機13で圧縮されて凝縮器12に至る。凝縮器12で
は、圧縮された冷媒は循環水により冷されて、凝縮し、
膨張弁14を通って蒸発器11に循環するサイクルをとる。
一方、三方弁15、16の切替えと、ポンプ19の作動によ
り、空気熱交換器10と凝縮器12とを循環している水は、
凝縮器12での冷媒の凝縮による凝縮熱によって加温され
て、空気熱交換器10で空気取入口９からの空気を暖めて
暖房用に供される。

また、主運転が暖房の場合で、エアハンドリングユニ
ット３の区画が冷房要件の場合は、次のような操作とな
る。まず、三方弁15と16を切替えて、ポンプ19を作動さ
せて、熱源水の復路５から温水を凝縮器12に導く。凝縮
器12では、冷媒が温水中に熱を放出して凝縮する。より
暖められた温水は、管６から熱源水の往路４に導かれ
る。そして、凝縮した冷媒は、膨張弁14により減圧され
て蒸発器11に至る。蒸発器11では、冷媒は循環水から熱
を奪い蒸発し、圧縮機13で圧縮されて、凝縮器に循環す
るサイクルをとる。蒸発器で熱を奪われ冷却された循環
水は、ポンプ18の作動と弁17の切替えにより空気熱交換
器10に至り、空気取入口９からの空気を冷却し冷房用に
供される。

第３−ａ図及び第３−ｂ図にエアハンドリングユニッ
ト３内の熱源水と循環水の流れを示す。第３−ａ図が、
熱源水が冷水で、空調が暖房の場合であり、第３−ｂ図
が、熱源水が温水で、空調が冷房の場合である。

上記のように、本発明のエアハンドリングユニット３
を、主運転と異なる空調要件の生ずる可能性のある区画
に設けておくことにより、それぞれの要件を満たすこと
ができ、しかもヒートポンプからの排熱は、主運転用の
熱源水として利用できる。

実施例２ 第４図に、本発明のエアハンドリングユニット３の別
の実施例を記載する。

第４図では、ヒートポンプの冷暖切替を、冷媒系統で
行い、ヒートポンプの凝縮器、蒸発器（これらを冷媒交
換器21、22と呼ぶ）の役目が逆転するようにしたもので
ある。

外部から供給される熱源水と、エアハンドリングユニ
ットの負荷要求（空気側からの要求）が合っている場合
には、空気熱交換器に外部からの熱源水を導き、ヒート
ポンプは運転しない。

すなわち、熱源水は、往路４から管６を経て空気熱交
換器10を通り、管７から復路５に流れる。

そして、外部から供給される熱源水が温水で、エアハ
ンドリングユニットの負荷要求が冷房の場合、三方弁24
を切替えて、ポンプ６を作動させて、熱源水の復路５の
温水を管７から冷媒熱交換器21（凝縮器として働く）に
通して、冷媒から熱を奪い、温水は加熱されて管６から
往路４に導く。冷媒熱交換器21で熱を奪はれて凝縮した
冷媒は、膨張弁14を通り冷媒熱交換器22（蒸発器として
働く）に至り、空気熱交換器10へポンプ27で循環してい
る循環水から熱を奪い、蒸発する。蒸発した冷媒は圧縮
機13で圧縮されて、冷媒熱交換器21に循環される。そし
て熱を奪われて冷却した循環水は、空気熱交換器10で空
気取入口９からの空気を冷却して冷房に供される。

また、外部から供給される熱源水か冷水で、エアハン
ドリングユニットの負荷要求が暖房の場合、切替弁23を
切替えることにより、冷媒熱交換器21を蒸発器として、
冷媒熱交換器22を凝縮器として作動させて、冷媒熱交換
器22から熱を供給して、循環水を加温し空気熱交換器10
で空気を加熱して暖房に供される。このように、ヒート
ポンプは、実施例１と同様に冷房用にも、暖房用にも使
用でき、その排熱は主運転の熱源水として使用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、主たる運転は熱源機からの熱源水の
供給により、冷房又は暖房が行なわれ、この供給される
熱源水とは逆の空調要求があった場合のみ、小容量のヒ
ートポンプを用いるため、効率的な運転ができ、また、
ヒートポンプの排熱も熱源水として有効に利用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の空気調和システムの全体構成図、第
２図は、本発明のエアハンドリングユニットの部分拡大
図、第３−ａ図は、第２図で熱源水が冷水の場合の水の
流れの説明図、第３−ｂ図は、第２図で熱源水が温水の
場合の水の流れの説明図、第４図は他のエアハンドリン
グユニットの部分拡大図である。 １……熱源機、２、２′……エアハンドリングユニッ
ト、３……ヒートポンプを内蔵した本発明のエアハンド
リングユニット、４……熱源水往路、５……熱源水復
路、６、７、……配管、８……送風機、９……空気取入
口、10……空気熱交換器、11……蒸発器、12……凝縮
器、13……圧縮機、14……膨張弁、15、16、17、24……
三方弁、18、19、26、27……ポンプ、21、22……冷媒熱
交換器、23……切替弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部から供給される熱源水によって、空気
   調和対象の空気の温度調整をする空気熱交換器と、前記
   熱源水を低熱源又は熱放出先として運転し、前記空気熱
   交換器に熱源を供給するヒートポンプと、前記空気熱交
   換器への熱源供給を外部からの熱源水とするか、ヒート
   ポンプからの熱源とするかの切替装置とを有するエアハ
   ンドリングユニットにおいて、空気の調和要求と、外部
   からの熱源水の温度レベルとが合致する場合は、ヒート
   ポンプを停止して外部から供給される熱源水を、往路か
   らエアハンドリングユニットの空気熱交換器に取り込み
   復路に戻し、合致しない場合は、ヒートポンプを運転し
   て前記空気熱交換器に製造した熱源を供給するように切
   替装置を切替えると共に、外部から供給される熱源水の
   流れ方向を、合致している場合と逆に、復路からエアハ
   ンドリングユニットのヒートポンプに取り込み往路に戻
   すことを特徴とするエアハンドリングユニットの運転方
   法。