JP3575118B2 - 空気調和制御装置 - Google Patents
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Description
【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(m3/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(m3/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(m3/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(m3/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(m3/H)、VE(m3/H)、VR(m3/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(m3/H)、Ve(m3/H)、Vr(m3/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(m3/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 (4)
- 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。
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