JP3990143B2 - 外気冷房システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外気を導入して室内を冷房するための外気冷房システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、工場空調の需要が確実に増えている。製造機器のコンパクト化、設置の高密度化エネルギー消費量の増加などの原因で、建物単位での発熱量が大幅に増加しており、中には年間冷房運転を必要としているケースもある。
【0003】
また、生産プロセスの要求に応じて室内の温度、湿度、清浄度の管理レベルに対する要求も高くなっている。このようなニーズに応え、省エネルギー空調システムとして外気冷房システムの開発が検討されつつある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単純に外気を室内に導入するだけでは、室内の温度、湿度制御を最適に制御することは困難である。
【0005】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、室内の温湿度を制御できる外気冷房システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、室内空気を還流すると共にその還流空気を加湿し、その加湿した空気と外気とを混合して室内に設定の温湿度に調整した給気を供給する外気冷房システムであって、給気が、還流空気の絶対湿度のままで給気温度が変化する負荷ラインを設定し、他方、還流空気を加湿したときの空気と外気とを混合して得られる給気が、上記負荷ラインで設定した絶対湿度となるように還流空気の加湿量を決定すると共に給気が負荷ライン上に設定した設定温度となるように還流空気と外気の混合量を制御するようにした外気冷房システムである。
【0007】
請求項2の発明は、室内空気を還流すると共にその還流空気を加湿し、その加湿した空気と外気とを混合して室内に空調された給気として吹き出すに際し、負荷ライン上の給気の露点温度を検出し、給気が露点温度となるように還流空気の加湿量を制御すると共に、給気温度が設定温度となるように還流空気量と外気量とを調節する請求項1記載の外気冷房システムである。
【0008】
請求項3の発明は、室内の圧力が一定となるよう排気し、その排気の一部を還流空気とし、その還流空気を加湿すると共に外気と混合させて室内に給気する請求項1又は2記載の外気冷房システムである。
【0009】
請求項4の発明は、室内下部より室内の圧力が一定となるよう排気すると共に室内の底部に形成した床下チャンバ内で還流空気を加湿し、その加湿した還流空気を外気と混入して給気とする請求項1又は2記載の外気冷房システムである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0011】
図1において、10は空調を行う室内で、その室内10に冷房を行う空調機11が給気ライン12を介して接続される。
【0012】
空調機11は、冷水コイル13と循環ファン14からなり、その吸込側に外気導入ライン15が接続され、その導入ライン15に外気導入ダンパ16が接続される。
【0013】
室内10の下部には排気ライン17が接続され、その排気ライン17に排気ファン18と排気ダンパ19が接続される。
【0014】
空調機11の吸込側と排気ファン18の吐出側とが還流空気ライン20で接続され、その還流空気ライン20に還流空気ダンパ21と加湿器22が接続される。
【0015】
加湿器22は、還流空気室23内に水スプレー管24を設けて構成され、そのスプレー管24に混合器25が接続されると共に混合器25に水供給ライン26と圧縮空気供給ライン27が接続され、その圧縮空気供給ライン27に圧縮空気量を制御する電動弁28が接続される。
【0016】
室内10の温度(主に給気ライン12からの給気温度)を検出する温度センサ30が設けられ、その温度センサ30が信号変換器31を介して第1温度計32と第2温度計33に接続される。また給気ライン12には給気温度の露点を検出する露点計34が接続される。
【0017】
これら温度計32,33と露点計34は制御装置35に接続され、その制御装置35で、外気導入ダンパ16、還流空気ダンパ21、電動弁28が制御される。
【0018】
この制御装置35による制御は、露点計34の検出した露点で、電動弁28が調整されて加湿器22による還流空気への加湿量が制御され、第1温度計32で、外気導入ダンパ16が調整されて外気導入量が制御され、第2温度計33で、還流空気ダンパ21が調整されて還流空気量が制御される。
【0019】
また室内10の排気ライン17の近傍には圧力検出センサ36が設けられ、そのセンサ36に圧力計37が接続される。
【0020】
圧力計37での圧力検出値は、排気ファン18の排風量を制御するインバータ38に入力され、インバータ38が、圧力検出センサ36で検出される圧力が一定となるよう排気ファン18の排風量を制御するようになっている。
【0021】
以上において、通常の夏季の冷房の際には、空調機11の冷水コイル13に冷水を供給し、室内10の空気を排気ライン17、還流ライン20から空調機11内に導入して冷却し、給気ライン12から空調空気として室内10を冷房するが、冬季などにおいて、室内10の温度が高く、外気温度が低い場合、空調機11の冷水コイル13による冷房を停止し、外気導入ライン15から外気OAを導入して外気冷房を行う。
【0022】
この際、還流する室内空気の温度(ROOM)とその室内空気の絶対湿度から外気冷房で吹き出される給気の温度と絶対湿度を設定し、他方導入する外気OAの温度と絶対湿度の状態から還流空気の加湿量を決定すると共に還流空気と外気の混合量を制御する。
【0023】
これを、図2の空気線図により説明する。
【0024】
先ず、室内から排気される還流空気(ROOM)の温度が24℃、相対湿度で45%(絶対湿度8.6g/kg(DA),0.008kg/kg(DA))とし、外気OAの導入で、絶対湿度を変えずに給気の吹出温度SAを16℃と設定し、最大冷房負荷ΔT(吹出温度TSA−還流空気温度(室温)TROOM)としたとき、この条件に対して、外気の状態は、図中、塗りつぶし示した領域Zに入っている状態であれば外気冷房の運転が可能となる。
【0025】
すなわち、外気温度0〜11℃の範囲では、絶対湿度0.002kg/kg以上で相対湿度100%まで、外気温度11〜14℃のときには、絶対湿度0.002kg/kg以上で、還流空気(ROOM)の絶対湿度までで、かつ点P(温度11℃、絶対湿度0.002kg/kg)と吹出温度SAを結んだ線lに対して温度が低く、絶対湿度が低い領域Z内の外気状態であれば外気冷房運転が可能となる。
【0026】
この外気冷房で、外気OAが、温度10℃、絶対湿度0.003kg/kgのとき、還流空気ROOMを加湿して、等エンタルピ線に沿ったRAまで加湿(加湿量L=10.75−8.35=2.40g/kg(DA))し、その加湿した還流空気RAと外気OAとを混合することで給気温度SAを得ることができる。
【0027】
この際の外気OAと加湿した還流空気RAの混合比は、給気温度SA(16℃)と還流空気RAの温度(18.6℃)と外気OAの温度(10℃)から、
として求めることができる。
【0028】
実際の制御においては、図1で説明した露点計34で検出した露点ADFが一定となるように電動弁28にて圧縮空気量を制御して水供給ライン26からの噴射水量を制御して還流空気(ROOM)の加湿量Lを制御することで、先ず給気は、図2で示したSAとROOMを結ぶ線の負荷ラインR上に位置し、次に第1温度計32と第2温度計33にて外気導入ダンパ16と還流空気用ダンパ21を制御することで、両者の空気量比を調整して吹出温度(給気温度SA)を負荷ラインR上で設定した16℃にすることが可能となる。
【0029】
また、図2では、還流空気RA加湿量に対して最大加湿量も合わせて示したが、還流空気ROOMを最大加湿し、外気OAと混合すれば16℃以下に下げることも可能である。
【0030】
なお、外気OAの導入により室内10の圧力が変動するため、圧力センサ36で室内圧力を検出し、その圧力計37で、インバータ38を介して排気ファン18の排風量EXを制御することで室内10の圧力を一定に保ちつつ適正な還流空気量を制御することができる。
【0031】
図3は、図2の外気冷房運転で、冷房負荷を一定にした状態で、外気OAが、10℃から絶対湿度はそのままで5℃に下がった外気OA’となった場合の設定条件を示したものである。
【0032】
この場合、還流空気の加湿量をRAからRA’まで変化させ、その加湿した還流空気RA’と外気OA’とを混合することで、冷房負荷を変えずに給気温度SA(16℃)とすることができる。
【0033】
すなわち、外気OA’の場合、還流空気(ROOM)の加湿量L’は、
となり、外気OA’の導入量を少なくすればよい。
【0034】
図4は、図2の外気冷房運転で、冷房負荷を変えた場合の設定条件を示したものである。
【0035】
すなわち、給気温度SA(16℃)18℃の給気温度SA’と冷房負荷を変化させた場合、還流空気(ROOM)の加湿量L’は、
となり、図2に対して外気導入量を約7%程度少なくするだけでよい。
【0036】
図5は、本発明の他の実施の形態を示したものである。
【0037】
図5において、室内10は、クリーンルームであり、そのグレーチング40で形成される床下チャンバ41にスプレー管42と混合器25を設け、その混合器25に水供給ライン26と圧縮空気供給ライン27とを接続し、他方床下チャンバ41と外気導入ライン15とを還流空気ライン20で接続すると共にその還流空気ライン20に還流ファン42を接続し、さらに室内10の下部の空気を廃棄する排気ライン17を還流空気ライン20と別個に接続したものであり、その他の構成は、図1の形態と同じである。
【0038】
本実施の形態においては、床下チャンバ41内で加湿するため、図1の加湿器22と違って加湿空間を広くとることができ、最大加湿量まで湿度制御性が向上できる。
【0039】
以上本実施の形態を説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変形できる。例えば、図2〜4で、給気SAと還流空気ROOMの絶対湿度が同じ例で説明したが、給気SAの露点ADFが一定であれば、還流空気ROOMとその露点が相違してもよい。また露点ADFで加湿量を制御し、室内温度(給気温度)で、還流空気と外気の混合比を制御するようにしたが、外気、還流空気(ROOM)、給気の各温度とその絶対湿度を、ここに検出し、これらを制御装置35に入力し、制御装置35が空気線図を基に加湿量や外気導入量を求めてこれらを制御するようにしてもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、外気を導入して室内を設定した温湿度に冷房でき、冷熱源容量を削減できる。室内空気の一部を排気しながら外気で冷房するため、室内換気が良好にできると共に湿度の制御性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図2】本発明において、空気線図上での外気冷房システムを説明する図である。
【図3】図2において、外気温度が変化したときの空気線図上での外気冷房システムを説明する図である。
【図4】図2において、冷房負荷を変化させたときの空気線図上での外気冷房システムを説明する図である。
【図5】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
10 室内
12 給気ライン
15 外気導入ライン
20 還流空気ライン
22 加湿器
34 露点計
Claims (4)
- 室内空気を還流すると共にその還流空気を加湿し、その加湿した空気と外気とを混合して室内に設定の温湿度に調整した給気を供給する外気冷房システムであって、給気が、還流空気の絶対湿度のままで給気温度が変化する負荷ラインを設定し、他方、還流空気を加湿したときの空気と外気とを混合して得られる給気が、上記負荷ラインで設定した絶対湿度となるように還流空気の加湿量を決定すると共に給気が負荷ライン上に設定した設定温度となるように還流空気と外気の混合量を制御することを特徴とする外気冷房システム。
- 室内空気を還流すると共にその還流空気を加湿し、その加湿した空気と外気とを混合して室内に空調された給気として吹き出すに際し、負荷ライン上の給気の露点温度を検出し、給気が露点温度となるように還流空気の加湿量を制御すると共に、給気温度が設定温度となるように還流空気量と外気量とを調節する請求項1記載の外気冷房システム。
- 室内の圧力が一定となるよう排気し、その排気の一部を還流空気とし、その還流空気を加湿すると共に外気と混合させて室内に給気する請求項1又は2記載の外気冷房システム。
- 室内下部より室内の圧力が一定となるよう排気すると共に室内の底部に形成した床下チャンバ内で還流空気を加湿し、その加湿した還流空気を外気と混入して給気とする請求項1又は2記載の外気冷房システム。
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