JP3575118B2

JP3575118B2 - 空気調和制御装置

Info

Publication number: JP3575118B2
Application number: JP18494595A
Authority: JP
Inventors: 健二谷口; 芳郎高須賀
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: JPH0914737A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は空気調和機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
給気ファンと還気ファンとを有し冷水又は温水と熱交換を行う空気調和機器に、外界から新鮮外気を取り入れるための外気ダクトと、外界に室内の汚染空気を排出するための排気ダクトと、室内から吸い込んだ空気の一部を再び空気調和機器に取り込むための還気ダクトとが取り付けられており、またダクト内を流れる空気の量を調整するためにそれぞれのダクトに外気ダンパ・排気ダンパ・還気ダンパが設置されている空気調和システムにおいて、外気冷房を行う場合、従来は外気ダクト・排気ダクト・還気ダクトのそれぞれの内部を流れている空気の量を風量センサによって計測し、その計測値をもとにして外気冷房を行う割合に応じた外気ダンパ・排気ダンパ・還気ダンパの開度に調整していた。また、室内の局所排気がある場合も、その局所排気量を見込んで各風量センサで計測した風量に基づいて各ダンパ開度を調整していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、ダクト形状やファンの能力などの空気調和システム構成が変化すると、新たに風量を実測して各ダクトの開度を調整しなければならないうえ、風量センサが必要であるためコストアップになるという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは空気調和システムの変更があったとしても、容易に応ずることができる空気調和制御装置を提供するにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、給気ファンと還気ファンとを有し冷水又は温水と熱交換を行う空気調和機器に、外界から新鮮外気を取り入れるための外気ダクトと、外界に室内の汚染空気を排出するための排気ダクトと、室内から吸い込んだ空気の一部を再び空気調和機器に取り込むための還気ダクトとが取り付けられ、ダクト内を流れる空気の量を調整するためにそれぞれのダクトに外気ダンパ・排気ダンパ・還気ダンパが設置されている空気調和システムにおいて、給気ファンと還気ファンの設計風量と各ダクトの設計風量とに基づいて、送風しようとする室内における一定の局所的排気量を見込んだ一定以上の外気量を確保しつつ外気冷房の割合又は二酸化炭素制御の割合とに応じて各ダンパの開度を制御して外気量と排気量と還気量を適切な値とする制御手段を備えていることに第１の特徴を有しており、また給気ファンと還気ファンとがともに回転数制御できるものである時、給気ファン及び還気ファンの回転数並びに設計風量と各ダクトの設計風量と各ダクトの設計風量とに基づいて、送風しようとする室内における一定の局所的排気量を見込んだ一定以上の外気量を確保しつつ外気冷房の割合又は二酸化炭素制御の割合とに応じて各ダンパの開度を制御して外気量と排気量と還気量を適切な値とする制御手段を備えていることに第２の特徴を有している。
【０００５】
上記制御手段は、給気ファン風量と還気ファン風量との差を、送風しようとする室内における一定の局所的排気量とするものであることが好ましく、また室内の二酸化炭素の量に応じて外気の取り込み量を制御するものであってもよい。
【０００６】
【作用】
本発明によれば、各ダンパの開度を、給気ファンと還気ファンの設計風量または回転数及び設計風量と、各ダクトの設計風量の値とから計算するため、システム変更に対しては、これらの計算パラメータを変更するだけでよく、風量センサを使用して風量の測定を行う必要がないものである。
【０００７】
そして制御手段が、給気ファン風量と還気ファン風量との差を、送風しようとする室内における一定の局所的排気量とするものであれば、一定量の局所排気量を確保することができ、また室内の二酸化炭素の量に応じて外気の取り込み量を制御するものであれば、室内の二酸化炭素の量に応じて外気の取り込み量を制御することができる。
【０００８】
【実施例】
まず、回転数制御できる給気ファンＦ１及び還気気ファンＦ２と、外界から外気を取り入れるための外気ダクトＤ１と、外界に室内空気を排出するための排気ダクトＤ２と、排気しようとする空気の一部を再び空気調和機器に取り込むための還気ダクトＤ３とを備えて、各ダクトＤ１，Ｄ２，Ｄ３内を流れる空気の量を調整するためにそれぞれのダクトＤ１，Ｄ２，Ｄ３に外気ダンパＭＤ１、排気ダンパＭＤ２、還気ダンパＭＤ３が設置されている図１に示す空気調和システムにおいて、給気ファンＦ１と還気ファンＦ２の回転数が変化しても、一定の局所排気量を確保しながら外気冷房制御の割合又は二酸化炭素制御の割合に応じて外気量が所定の値になるように各ダンパＭＤ１，ＭＤ２，ＭＤ３の開度が制御できることを説明する。
【０００９】
給気ファンＦ１を１００％運転したときの給気ファン設計風量をＦＳ（ｍ^３／Ｈ）、還気ファンＦ２を１００％運転したときの還気ファン設計風量をＦＲ（ｍ^３／Ｈ）、給気ファンＦ１の回転数制御率とその時の給気ファン風量をそれぞれＮｓ、Ｆｓ（ｍ^３／Ｈ）、還気ファンＦ２の回転数制御率とその時の還気ファン風量をそれぞれＮｒ、Ｆｒ（ｍ^３／Ｈ）、給気ファンＦ１と還気ファンＦ２とが１００％運転しているときの必要な最少外気量とその時の最少排気量と還気量をそれぞれＶＯ（ｍ^３／Ｈ）、ＶＥ（ｍ^３／Ｈ）、ＶＲ（ｍ^３／Ｈ）、外気冷房の制御率又は二酸化炭素制御率をＣＯ、各ファンＦ１，Ｆ２の回転数制御時に外気冷房中の外気量と排気量と還気量をそれぞれＶｏ（ｍ^３／Ｈ）、Ｖｅ（ｍ^３／Ｈ）、Ｖｒ（ｍ^３／Ｈ）とする。
【００１０】
また、給気ファン設計風量ＦＳにおける最少外気量ＶＯの占める割合である常時外気率（最少外気率）をＫｏ、還気ファン設計風量ＦＲにおける最少排気率ＶＥの占める割合である常時排気率（最少排気率）をＫｅ、給気ファン設計風量ＦＳにおける外気ダクトを通過する最大風量Ｖｏ−ｍａｘの占める割合である最大外気率（外気ダクトの最大設計風量比）をＫｌ、還気ファン設計風量ＦＲにおける排気ダクトを通過する最大風量Ｖｅ−ｍａｘの占める割合である最大排気率（排気ダクトの最大設計風量比）をＫ２とすると、
Ｋｏ＝ＶＯ／ＦＳ・・・（式１）
Ｋｅ＝ＶＥ／ＦＲ・・・（式２）
Ｋｌ＝Ｖｏ−ｍａｘ／ＦＳ・・・（式３）
Ｋ２＝Ｖｅ−ｍａｘ／ＦＲ・・・（式４）
となる。
【００１１】
いま、図１のシステムにおいて給気ファンＦ１と還気ファンＦ２とが定格運転（１００％運転）しているとき、ファン風量と各ダクトを通過する風量の関係は
ＦＳ＝ＶＲ＋ＶＯ・・・（式５）
ＦＲ＝ＶＲ＋ＶＥ・・・（式６）
であり、（式５）から（式６）を減算することによって局所排気量ＶＣ（ｍ^３／Ｈ）
ＶＣ＝ＦＳ−ＦＲ＝ＶＯ−ＶＥ＝一定・・・（式７）
を求めることができる。
【００１２】
各ファンＦ１，Ｆ２が回転数制御しているときもＶＣ＝一定を保つには、
ＦＳ・Ｎｓ−ＦＲ・Ｎｒ＝ＶＯ−ＶＥ＝Ｖｏ−Ｖｅ＝ＶＣ＝一定・・・（式８）
を満足するように各ファンＦ１，Ｆ２を回転数制御することになる。また最大外気率Ｋｌと最大排気率Ｋ２は、
Ｋｌ・ＦＳ−Ｋ２・ＦＲ＝ＶＯ−ＶＥ＝＝Ｖｏ−ｍａｘ−Ｖｅ−ｍａｘ＝ＶＣ＝一定・・・（式９）
を満足するように各ダクトを設計する。
【００１３】
ここで、給気ファンＦ１を回転数Ｎｓで、還気ファンＦ２を回転数Ｎｒで運転中に外気冷房制御率又は二酸化炭素制御率ＣＯが上昇すると、外気ダンパＭＤ１と排気ダンパＭＤ２は徐々に開いて外気量と排気量は増加し、還気ダンパＭＤ３は徐々に閉じ還気量は減少する。このとき、一定の局所排気量ＶＣが確保されるような外気量Ｖｏ、排気量Ｖｅ、還気量Ｖｒになる様子を図２に示す。図２を式で表現すると
Ｖｏ＝（ＦＳ・Ｎｓ−ＶＯ）・ＣＯ＋ＶＯ・・・（式１０）
Ｖｅ＝（ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ）・ＣＯ＋ＶＥ・・・（式１１）
Ｖｒ＝−（ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ）・ＣＯ＋ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ・・・（式１２）
となる。ただし外気ダクトＤ１と排気ダクトＤ２の最大設計風量比を考慮して上式に制限を加えると、
Ｖｏ≦Ｋｌ・ＦＳ・・・（式１３）
Ｖｏ≦Ｋ２・ＦＲ・・・（式１４）
Ｖｒ≧ＦＳ・Ｎｓ−Ｋｌ・ＦＳ＝＝ＦＲ・Ｎｒ−Ｋ２・ＦＲ・・・（式１５）
となり、従って
（ＦＳ・Ｎｓ−ＶＯ）・ＣＯ＋ＶＯ≦Ｋｌ・ＦＳ・・・（式１６）
（ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ）・ＣＯ＋ＶＥ≦Ｋ２・ＦＲ・・・（式１７）
−（ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ）ＣＯ＋ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ≧ＦＲ・Ｎｒ−Ｋ２・ＦＲ・・・（式１８）
となる。これらの（式１６）（式１７）（式１８）を満足する外気冷房制御率又は二酸化炭素制御率ＣＯは
（式１６）より
ＣＯ≦（Ｋｌ・ＦＳ−ＶＯ）／（ＦＳ・Ｎｓ−ＶＯ）・・・（式１９）
（式１７）より
ＣＯ≦（Ｋ２・ＦＲ−ＶＥ）／（ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ）・・・（式２０）
（式１８）より
ＣＯ≦（Ｋ２・ＦＲ−ＶＥ）／（ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ）・・・（式２１）
となる。この時、（式８）（式９）より
Ｋｌ・ＦＳ−ＶＯ＝Ｋ２・ＦＲ−ＶＥ・・・（式２２）
ＦＳ・Ｎｓ−ＶＯ＝ＦＲ・Ｎｒ−ＶＥ・・・（式２３）
であり、（式２２）（式２３）より（式１９）〜（式２１）の外気冷房制御率又は二酸化炭素制御率ＣＯはすべて等しい。
【００１４】
また、（式１）と（式２）より外気冷房制御率又は二酸化炭素制御率ＣＯは

であり、従って

となる。
【００１５】
ここで、各ダンパ開度ＤＯ，ＤＥ，ＤＲは、（必要風量／設計風量）として下式で求められる。すなわち、外気ダンパＭＤ１の開度ＤＯは

排気ダンパＭＤ２の開度ＤＥは

還気ダンパの開度ＤＲは

である。ただし、ＣＯ＞（Ｋｌ−Ｋｏ）／（Ｎｓ−Ｋｏ）のときは

となる。
【００１６】
以上のように、外気ダンパＭＤ１、排気ダンパＭＤ２、還気ダンパＭＤ３の開度を、給気ファンＦ１の回転数Ｎｓ、還気ファンＦ２の回転数Ｎｒ、常時外気率（最少外気率）Ｋｏ、常時排気率（最少排気率）Ｋｅ、最大外気率Ｋｌ、最大排気率Ｋ２、外気冷房制御率又は二酸化炭素制御率ＣＯから求めることで制御するのである。ただし、各ダンパの制御にあたり、ダンパ開度とその圧力損失とは一般的には比例関係にないため、求めたダンパ開度をダンパの圧力損失特性に応じて補正する手段を設けておく。この結果、給気ファンＦ１と還気ファンＦ２の回転数が一定の場合はもちろん、回転数が変化しても、局所排気量を一定量確保しながら外気冷房制御率又は二酸化炭素制御率に応じて各ダンパ開度を制御することができ、しかも常に最少外気量以上の外気量を取り込む制御を行うことができる。
【００１７】
図３は空気調和システムの具体例を示しており、室内に設置した温度センサＴ、湿度センサＨ、二酸化炭素センサＣＯ２、並びに屋外から外気を取り入れる所に設置したエンタルピーセンサＥのそれぞれの計測値を空気調和制御装置に取り込み、外気冷房制御率又は二酸化炭素制御率を決定する。空気調和御御装置にあらかじめ設定しておいた空調システムのパラメータと給気ファンＦｌと還気ファンＦ２の回転数と外気冷房制御率又は二酸化炭素制御率から外気ダンパＭＤｌ，排気ダンパＭＤ２、還気ダンパＭＤ３の開度を計算し、それぞれのダンパの開度を制御する。給気ファンＦｌと還気ファンＦ２の回転数は室内の必要風量に応じてインバータ制御しており、局所排気ファンＦ３は常に一定量の室内空気を外界へ排出している。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、外気冷房の割合又は二酸化炭素制御の割合や、給気ファンの設計風量と各ダクトの設計風量、あるいは給気ファン及び還気ファンの回転数並びに設計風量と各ダクトの設計風量という数値パラメータを基にダクトの開度調節を行って送風しようとする室内における一定の局所的排気量を見込んだ一定以上の外気量を確保することから、空気調和システムの構成が変更されたり局所排気量や最少外気量が変化したとしても、数値パラメータを変更するだけで簡単に対応することができる。さらに、風量センサを使用しないためシステムとしてのコストダウンができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例の説明図である。
【図２】同上の各ダクト風量と外気冷房制御率（または二酸化炭素制御率）との関係の説明図である。
【図３】具体例のブロック図である。
【符号の説明】
Ｆ１給気ファン
Ｆ２還気ファン
Ｄ１外気ダクト
Ｄ２排気ダクト
Ｄ３還気ダクト
ＭＤ１外気ダンパ
ＭＤ２排気ダンパ
ＭＤ３還気ダンパ

Claims

給気ファンと還気ファンとを有し冷水又は温水と熱交換を行う空気調和機器に、外界から新鮮外気を取り入れるための外気ダクトと、外界に室内の汚染空気を排出するための排気ダクトと、室内から吸い込んだ空気の一部を再び空気調和機器に取り込むための還気ダクトとが取り付けられ、ダクト内を流れる空気の量を調整するためにそれぞれのダクトに外気ダンパ・排気ダンパ・還気ダンパが設置されている空気調和システムにおいて、
給気ファンと還気ファンの設計風量と各ダクトの設計風量とに基づいて、送風しようとする室内における一定の局所的排気量を見込んだ一定以上の外気量を確保しつつ外気冷房の割合又は二酸化炭素制御の割合とに応じて各ダンパの開度を制御して外気量と排気量と還気量を適切な値とする制御手段を備えていることを特徴とする空気調和制御装置。
回転数制御できる給気ファンと回転数制御できる還気ファンとを有し冷水又は温水と熱交換を行う空気調和機器に、外界から新鮮外気を取り入れるための外気ダクトと、外界に室内の汚染空気を排出するための排気ダクトと、室内から吸い込んだ空気の一部を再び空気調和機器に取り込むための還気ダクトとが取り付けられ、ダクト内を流れる空気の量を調整するためにそれぞれのダクトに外気ダンパ・排気ダンパ・還気ダンパが設置されている空気調和システムにおいて、
給気ファン及び還気ファンの回転数並びに設計風量と各ダクトの設計風量と各ダクトの設計風量とに基づいて、送風しようとする室内における一定の局所的排気量を見込んだ一定以上の外気量を確保しつつ外気冷房の割合又は二酸化炭素制御の割合とに応じて各ダンパの開度を制御して外気量と排気量と還気量を適切な値とする制御手段を備えていることを特徴とする空気調和制御装置。
制御手段は、給気ファン風量と還気ファン風量との差を、送風しようとする室内における一定の局所的排気量とするものであることを特徴とする請求項２記載の空気調和制御装置。
制御手段は、室内の二酸化炭素の量に応じて外気の取り込み量を制御するものであることを特徴とする請求項２の空気調和制御装置。