JP3463623B2

JP3463623B2 - 空調制御方法

Info

Publication number: JP3463623B2
Application number: JP27132899A
Authority: JP
Inventors: 匠杉浦; 康博頭島; 昇大島; 義文杉原
Original assignee: 日立プラント建設株式会社
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: JP2001091036A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物の室内を空調
するための空調制御方法に係り、特に空調対象領域の熱
負荷変動に応じて、当該空調対象領域を受け持つ空調供
給空気の風量を増減させることにより、空調対象領域の
温度を所定の範囲に保つ変風量方式を採用したものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】建物の室内を空調するための空調制御方
法においては、従来、定風量で送風する方式が用いられ
ていた。この方式は、送風機は一定の運転状態（回転
数）で運転して常に同じ空気量を空調対象領域に供給す
るものであり、熱負荷の変動に応じた制御は、冷却コイ
ルに通水する冷水量を変えることにより、供給空気温度
を操作して行うものである。この方式は、均質な熱負荷
のゾーンでは室温維持性能が高いが、熱負荷に偏りがあ
ると対応できない。また。送風機においては、比較的大
きな空気搬送動力を必要とするので、エネルギーの消費
が大きいという問題がある。

【０００３】そこで近年では、上記の定風量で送風する
方式に代わって、変風量方式が注目されるようになっ
た。変風量方式は、対象領域の熱負荷変動に応じて供給
する調和空気量を変動させる方式である。この方式にお
いては、一般的に、風速センサ、風速から風量への変換
機構、およびモーターダンパなどの風量変更手段を一体
化した可変風量ユニットを各空調対象領域のダクトに組
み込んだものが使用されている。この方式によれば、部
分負荷や熱負荷偏在環境への対応が容易であり、くわえ
て送風機の動力が比較的小さくても良いという特徴があ
る。送風機の動力は原理的に給気風量の比率の３乗に比
例することから、有力な省エネルギーツールとしても注
目を集めている。

【０００４】ところで、変風量方式には、大別して2つ
の方式がある。その一つは、一定静圧制御方式であ
る。図３は、一定静圧制御方式による空調制御方法にお
けるシステム構成の概略を示す説明図である。また、図
４は、一定静圧制御方式による空調制御方法の制御手順
を示すフロー図である。

【０００５】この方式は、図３に示すように、設計最大
風量が供給可能なダクト５内の必要静圧を予め把握して
おいて、どのような状況でもこの静圧が確保されるよう
に、インバータ１８などにより、図４に示す流れに従っ
て送風機３の回転数制御を行うものである。このため、
定風量の制御方法に比べると搬送動力が抑制されるが、
特に部分熱負荷時などでは実際に必要な風量を得るため
に確保しなければならない静圧以上の状態で運転される
こととなり、その分コントローラ一体型可変風量ユニッ
ト６が絞られて余分な圧力損失を与える形で運用される
ため、送風機３の回転数の大幅な削減は困難であり省エ
ネルギー効果は大きくない。

【０００６】そしてもう一つは、可変静圧制御方式であ
る。図５は、従来の可変静圧制御方式による空調制御方
法のシステム構成の概略を示す説明図である。また、図
６は、従来の可変静圧制御方式による空調制御方法の
制御手順を示すフロー図である。この方式は、図５に示
すシステム構成を用い、図４に示す流れに従って、要求
風量を満たしつつ、実際に必要な風量を得るために確保
しなければならない最低限の静圧で運転するものであ
る。

【０００７】具体的な制御の手順は、（１）各コントロ
ーラ一体型可変風量ユニット６が受け持つ空調対象領域
である室８の温度（代表温度）が所定の値となるよう
に、ＰＩＤ演算などにより当該室８の要求風量が決定す
る。（２）コントローラ一体型可変風量ユニット６を通
過する空調供給空気量が要求風量に等しくなるように、
コントローラ一体型可変風量ユニット６の図示しないモ
ータダンパを駆動させる。（３）送風機３の回転数制御
は、各コントローラ一体型可変風量ユニット６の合計要
求風量を設定値とし、各コントローラ一体型可変風量ユ
ニット６の実際の合計風量を現在値としてＰＩＤ演算な
どによりインバータ１８を操作して行う。（４）但し、
送風機３の回転数制御に当たっては、複数個あるコント
ローラ一体型可変風量ユニット６の状態を監視し、これ
らのコントローラ一体型可変風量ユニット６の内にダン
パが全開のものが１台もない場合には、現在のダクト５
内の静圧が要求風量を満たすための必要静圧よりも過剰
と判断し、いずれかのコントローラ一体型可変風量ユニ
ット６のダンパが全開となるまで一定の速度で送風機３
の回転数を減少させるようにインバータ１８を操作す
る。（５）上記（４）の動作の結果、各コントローラ一
体型可変風量ユニット６は、要求風量を確保するために
ダンパを開く動作を行うことになり、ついにはいずれか
のコントローラ一体型可変風量ユニット６のダンパが全
開となる。（６）さらに、少なくとも１台のコントロー
ラ一体型可変風量ユニットのダンパが全開になった状態
で、上記（１）〜（３）が行う。この状態で要求風量が
確保されるので、ここが実際に必要な風量を得るために
確保しなければならない最低限の静圧での運転点とな
る。

【０００８】以上のような動作の結果、複数設けられた
コントローラ一体型可変風量ユニット６のうち、少なく
とも１台において、圧力損失が最低の状態(ダンパ方式
であればダンパ全開)となった状態で、実際に必要な風
量を得るために確保しなければならない最低限の静圧で
運転する。このため、最大風量時には一定静圧制御方式
と同様の静圧(最大静圧)となる。したがって、部分熱負
荷時には送風機の回転数を大幅に削減することが可能と
なり、大きな省エネルギー効果が得られると言われてお
り、最近では可変静圧制御方式の採用が増加する傾向に
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可変静
圧制御方式による空調制御方法には、以下の３つの問題
点が存在する。（１）可変静圧制御方式では、要求風量
を確保するためにそれぞれの可変風量ユニットにおける
ダンパの制御と、空調機の送風機の回転数制御が並行し
て行われるため、相互の干渉が発生してそれぞれの動作
速度が緩慢になる。よって、図７および図８に示すよう
に、一定静圧制御方式と比較すると、その要求風量への
追従性能が劣っている。このため、温度制御の安定性が
一定静圧制御方式よりも低い。（２）ダンパが全開状態
である可変風量ユニットが１台もない時には、実際の風
量が要求風量を満たしているか否かに因らず、少なくと
も１台の可変風量ユニットのダンパが全開となるまで、
送風機の回転数を減少させて総風量を絞る動作を行うた
め、これが外乱となって図９に示すように制御の安定性
が損なわれる。（３）上記（１）及び（２）の動作によ
って、温度制御の安定性を欠くのに加えて、送風機の回
転数がハンチングすることにより、安定した制御を行っ
た場合に比べ無駄にエネルギーを消費し、可変静圧制御
の本来持つ省エネルギー特性を損なう。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、可変静圧制御方式を採用した空調制御方
法による温度制御特性を、一定静圧制御方式を採用した
場合と同等程度に向上させ、かつ可変静圧制御方式が本
来持っている省エネルギー特性を十分に発揮させる空調
制御方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明において
は、上述の課題を解決するための手段として、空調制御
方法において、複数の空調対象領域への各必要給気風量
から、当該複数の空調対象領域毎に設けられた各可変風
量装置へ調和された空気を供給する各分岐供給路におい
て、計測対象外の可変風量装置の通過風量が設定最大風
量となるようにし、かつ計測対象の可変風量装置を全開
にして試運転モードで運転し、全ての可変風量装置に関
して順次要求風量と必要静圧値とを計測して両者の関係
を把握し、実運転時には各可変風量装置の要求風量と必
要静圧値との関係のうち最大の必要静圧値を静圧設定値
とし、送風機から送出された前記調和された空気を前記
各分岐供給路に分配して供給する主供給路における静圧
値が前記静圧設定値と等しくなるように当該送風機構の
送出力を調整することを特徴とするものとした。

【００１２】また、上記の空調制御方法において、前記
各必要静圧値は、予め、前記各可変風量装置における圧
力損失の発生が最低になるように前記各可変風量装置を
順次調整し、送風機構から前記調和された空気を送出
し、調整された可変風量装置に接続された分岐供給路に
おける静圧値と、当該調整された可変風量装置に接続さ
れた吹き出し口から吹き出す風量と、の関係を計測した
結果を元に算出されることを特徴とするものとした。

【００１３】なお、調整された可変風量装置に接続され
た分岐供給路における静圧値と、当該調整された可変風
量装置に接続された吹き出し口から吹き出す風量と、の
関係の計測は、送風機構の送出力を複数段階に調整し、
各段階毎に計測することが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明は上記のように、複数の空調対象領域へ
の各必要給気風量から各分岐供給路において必要となる
各必要静圧値を算出し、各必要静圧値のうち最大の値を
設定値とし、主供給路における静圧値が前記設定値と等
しくなるように当該送風機構の送出力を調整するので、
送風機構は、主供給路における静圧値が常に分岐供給路
における必要静圧値のうち最大のもの、つまり最大の必
要給気風量に対応した水準で点されるようになるので、
温度制御特性が向上する。また、送風機構が必要かつ十
分な水準で運転されるので、省エネルギー効果も向上す
る。

【００１５】また、各必要静圧値を、各可変風量装置を
その圧力損失の発生が最低になるように調整した状態に
おいて、調整された可変風量装置に接続された分岐供給
路における静圧値と、当該調整された可変風量装置に接
続された吹き出し口から吹き出す風量と、の関係を計測
した結果を元に算出されるようにしたので、静圧値と風
量との関係付けを正確に行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る空調制御方法
に好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明
する。図１は、本実施の形態に係る空調制御方法におけ
るシステム構成の概略を示す説明図である。また、図２
は、本実施の形態に係る空調制御方法の制御手順を示す
フロー図である。なお、以下の説明においては、冷房時
を例としている。

【００１７】図１に示すように、本実施の形態において
は、概略、空調対象領域である室８を、空調機４、給気
ダクト５、コントローラ一体型可変風量ユニット６、還
気ダクト１１、温度計測センサ１５、ダクト内静圧計測
センサ１７、コントローラ１９などで構成される空調シ
ステムを用いて可変静圧制御方式で制御を行うものであ
る。なお、コントローラ一体型可変風量ユニット６等の
台（個）数は、図１のものに限られるものではなく、後
述する制御手順により制御することが可能であれば、何
台（個）であっても良い。

【００１８】以下に、上記のシステム構成を空気の流れ
に沿って詳しく説明する。まず、調和された空気であ
る給気１は、空調機４に送り込まれる。空調機４は、冷
却コイル２と送風機３とが組込まれており、給気１を所
定の温度、湿度に調整する。次に、給気１は、主給気ダ
クト５内を搬送され、さらに各分岐給気ダクト５１に分
配されてコントローラ一体型可変風量ユニット６に送り
込まれる。コントローラ一体型可変風量ユニット６は、
図には示さない風量計測機構を有し、風量を調節する。
さらに、給気１は吹き出し口７を介して室８に供給され
る。

【００１９】室８に供給された給気１は、室８内で熱負
荷を処理（冷房）する。次に、熱負荷の処理を終えた給
気１は、還気口９を介して天井裏の還気チャンバ１０に
吸い込まれる。さらに、還気ダクト１１を介して搬送さ
れ、ボリュームダンパ２０により排気１２と戻り空気１
３に割り振られる。そして、戻り空気１３となったもの
については、所定の比率で外気１４と混合され、再び空
調機４内の冷却コイル２に導かれる。以上の循環を繰り
返すことにより空調を行う。

【００２０】また、各室８には、温度計測センサ１５が
備え付けられており、その計測信号は、信号線１６を介
してコントローラ一体型可変風量ユニット６に伝えられ
る。また、給気ダクト５のコントローラ一体型可変風量
ユニット６に至る経路の手前には、ダクト内静圧計測セ
ンサ１７が設置されている。この静圧計測センサ１７の
計測情報は、インバータ１８を介して送風機の運転状態
を制御するコントローラ１９に供給される。さらに、コ
ントローラ一体型可変風量ユニット６もこのコントロー
ラ１９と接続されており、必要に応じて、コントローラ
１９から要求風量設定が行われたり、コントローラ一体
型可変風量ユニット６から各ユニットの要求風量情報が
伝えられる。

【００２１】また、可変風量ユニット６のコントローラ
においては、室８の温度を一定に保つべく温度計測セン
サ１５からの情報及び室温設定値に基づいて、当該コン
トローラ一体型可変風量ユニット６の要求風量が演算さ
れる。さらに、この要求風量とユニット６で計測される
実際の風量計測値に基づいて、当該コントローラ一体型
可変風量ユニット６の図示しないダンパの操作方向、操
作量が演算され、実際の風量が要求風量になるようにユ
ニット６のダンパが動作する。

【００２２】さらに、本発明の実施の形態における制御
手順について、図２に基づいて説明する。まず、本発明
の実施の形態においては、実際の運転を行う前に、試運
転モードで運転し、要求風量と必要静圧との関係を把握
する手順を必ず１回は実行する。試運転モードの場合に
は、１つの空調機４に接続される全てのコントローラ一
体型可変風量ユニット６に関して、順次要求風量と必要
静圧とを計測し、両者の関係を把握する手順を実行して
いく。具体的な制御手順は、以下の通りである。

【００２３】まず、試運転モードに入る場合（Ｓ１０
０）、Ｎ＝１番目のコントローラ一体型可変風量ユニッ
ト６Ａを計測対象とする（Ｓ１０２）。次に、コントロ
ーラ１９からの信号で、計測対象外のコントローラ一体
型可変風量ユニット６Ｂ、６Ｃの風量調整ダンパの通過
風量が各々のユニットの設定最大風量となるようにダン
パだけを操作対象として運転させる（Ｓ１０４）。

【００２４】次に、コントローラ１９からの信号で、計
測対象コントローラ一体型可変風量ユニット６Ａの要求
風量を設定範囲の最大値に設定する（Ｓ１０６）。ま
た、この時、コントローラ一体型可変風量ユニット６Ａ
のダンパの開度は要求風量の大小に関係なく全開に固定
しておく。次に、コントローラ１９において、風量計測
値をもとに、上述した状態で計測対象コントローラ一体
型可変風量ユニット６Ａの給気風量と要求風量と差につ
いて演算し、インバータ１８を操作する（Ｓ１０８）。
これにより、インバータ１８は回転数が変更される（Ｓ
１１０）。

【００２５】次に、計測対象コントローラ一体型可変風
量ユニット６Ａの風量計測値が要求風量とほぼ等しいか
比較する（Ｓ１１２）。ほぼ等しくない場合は、Ｓ１０
８に戻り、ほぼ等しい場合は、ダクト内静圧計測センサ
１７の計測値を記録する（Ｓ１１４）。次に、計測対象
コントローラ一体型可変風量ユニット６Ａの要求風量を
設定範囲の最大値の７５％、５０％、２５％に順次設定
し、Ｓ１０６以降の手順を順次実行する（Ｓ１１６）。

【００２６】次に、上記の手順で得られた情報から、計
測対象コントローラ一体型可変風量ユニット６Ａの要求
風量と必要静圧の関係を近似式として生成して記録する
（Ｓ１１８）。次に、Ｎ＝Ｎ＋１とし（Ｓ１２０）、Ｎ
がコントローラ一体型可変風量ユニットの総数を超えて
いない（まだ計測対象とすべきコントローラ一体型可変
風量ユニットが残っている）場合は、Ｓ１１４に戻って
上記の手順を繰り返し、越えている場合は、試運転モー
ドは終了となる（Ｓ１２２）。

【００２７】以上の手順により、１つの空調機４に接続
される全てのコントローラ一体型可変風量ユニット６に
関して、要求風量と必要静圧との関係を把握し、この関
係をコントローラ１９にデータとして取り込むことがで
きる。

【００２８】さらに、実運転時の制御手順について述べ
る。まず、室８の温度を一定に保つべく、温度計測セン
サ１５からの情報及び室温設定値に基づいて各コントロ
ーラ一体型可変風量ユニット６で演算される要求風量
を、コントローラ１９が受信して各要求風量を必要静圧
に変換する（Ｓ１２４）。次に、各コントローラ一体型
可変風量ユニット６の必要静圧の中で最大のものを判定
し、これを静圧設定値とする（Ｓ１２６）。次に、Ｓ１
２６で決定した静圧設定値とダクト内静圧計測センサ１
７での計測値給気風量と要求風量と差について演算し、
インバータ１８を操作する（Ｓ１２８）。これにより、
インバータ１８は回転数が変更される（Ｓ１３０）。

【００２９】また、以上の手順による調整と平行して以
下の手順による調整が実行される。まず、Ｎ＝１番目の
コントローラ一体型可変風量ユニット６Ａを制御対象と
する（Ｓ１０２）。次に、コントローラ一体型可変風量
ユニット６のコントローラは、通常と同様に室８の温度
を一定に保つべく温度計測センサ１５からの情報及び室
温設定値に基づいて、当該コントローラ一体型可変風量
ユニット６の要求風量が演算される（Ｓ１３４）。

【００３０】次に、上記の要求風量とコントローラ一体
型可変風量ユニット６で計測される実際の風量計測値に
基づいてコントローラ一体型可変風量ユニット６のダン
パ操作方向、操作量が演算される（Ｓ１３６）。そし
て、実際の風量が要求風量になるようにそのダンパが動
作する（Ｓ１３８）。次に、Ｎ＝Ｎ＋１とし（Ｓ１４
０）、Ｎがコントローラ一体型可変風量ユニットの総数
を超えていない（まだ対象とすべきコントローラ一体型
可変風量ユニットが残っている）場合は、Ｓ１３４に戻
って上記の手順を繰り返し、越えている場合は、調整は
一巡する（Ｓ１２２）。

【００３１】なお、上述した制御の手順については、図
２のものに限られるものではなく、風量等を計測するこ
とにより、送風機の回転数等の変更を同じように行える
ならば、別の手順であっても良い。

【００３２】以上説明した本発明の実施の形態によれ
ば、運転の瞬間瞬間では、一定静圧制御方式と同様の動
作でその静圧設定値が逐次変化するような、新しい可変
静圧制御方式となり、ユニットにおけるダンパ制御と、
送風機の回転数制御の相互干渉が解消されるため、一定
静圧制御と同様な要求風量への高い追従性が得られる。
さらに、最低１台以上のユニットのダンパが全開となる
まで送風搬の回転数を減少させて総風量を絞る動作がな
くなるため、これに伴なう制御の不安定性も解消して、
結果として省エネルギーな運転が可能となる。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、複数の空調対象領域への各必要給気風量から、当該
複数の空調対象領域毎に設けられた各可変風量装置へ調
和された空気を供給する各分岐供給路において、計測対
象外の可変風量装置の通過風量が設定最大風量となるよ
うにし、かつ計測対象の可変風量装置を全開にして試運
転モードで運転し、全ての可変風量装置に関して順次要
求風量と必要静圧値とを計測して両者の関係を把握し、
実運転時には各可変風量装置の要求風量と必要静圧値と
の関係のうち最大の必要静圧値を静圧設定値とし、送風
機から送出された前記調和された空気を前記各分岐供給
路に分配して供給する主供給路における静圧値が前記静
圧設定値と等しくなるように当該送風機構の送出力を調
整する構成としたことから、可変静圧制御方式を採用し
た空調制御方法による温度制御特性を大幅に向上させる
とともに、可変静圧制御方式が本来持っている省エネル
ギー特性を十分に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る空調制御方法におけるシス
テム構成の概略を示す説明図である。

【図２】本実施の形態に係る空調制御方法の制御手順を
示すフロー図である。

【図３】一定静圧制御方式による空調制御方法における
システム構成の概略を示す説明図である。

【図４】一定静圧制御方式による空調制御方法の制御手
順を示すフロー図である。

【図５】従来の可変静圧制御方式による空調制御方法の
システム構成の概略を示す説明図である。

【図６】従来の可変静圧制御方式による空調制御方法の
制御手順を示すフロー図である。

【図７】一定静圧制御方式における要求風量追従性能を
示す説明図である。

【図８】従来の可変静圧制御方式における要求風量追従
性能を示す説明図である。

【図９】従来の可変静圧制御方式における要求風量制御
性能を示す説明図である。

【符号の説明】

１給気２冷却コイル３送風機４空調機５主給気ダクト６コントローラ一体型可変風量ユニット６Ａコントローラ一体型可変風量ユニット６Ｂコントローラ一体型可変風量ユニット６Ｃコントローラ一体型可変風量ユニット７吹き出し口８室９還気口１０還気チャンバ１１還気ダクト１２排気１３戻り空気１４外気１５温度計測センサ１６信号線１７ダクト内静圧計測センサ１８インバータ１９コントローラ２０ボリュームダンパ５１分岐給気ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−279740（ＪＰ，Ａ) 特許2536234（ＪＰ，Ｂ２) 特許2945832（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 11/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の空調対象領域への各必要給気風量
から、当該複数の空調対象領域毎に設けられた各可変風
量装置へ調和された空気を供給する各分岐供給路におい
て、計測対象外の可変風量装置の通過風量が設定最大風
量となるようにし、かつ計測対象の可変風量装置を全開
にして試運転モードで運転し、全ての可変風量装置に関
して順次要求風量と必要静圧値とを計測して両者の関係
を把握し、実運転時には各可変風量装置の要求風量と必
要静圧値との関係のうち最大の必要静圧値を静圧設定値
とし、送風機から送出された前記調和された空気を前記
各分岐供給路に分配して供給する主供給路における静圧
値が前記静圧設定値と等しくなるように当該送風機構の
送出力を調整することを特徴とする空調制御方法。
【請求項２】前記各必要静圧値は、予め、前記各可変
風量装置における圧力損失の発生が最低になるように前
記各可変風量装置を順次調整し、送風機構から前記調和
された空気を送出し、調整された可変風量装置に接続さ
れた分岐供給路における静圧値と、当該調整された可変
風量装置に接続された吹き出し口から吹き出す風量と、
の関係を計測した結果を元に算出されることを特徴とす
る請求項１に記載の空調制御方法。