JP4272097B2 - 統合制御空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空調エアを複数に分岐する空調システムに関する。さらに詳しくは、分岐させられた空調エアの風量を調節できる分岐チャンバーを用いた空調システムに関する。

特開２００３−７４９５８

特許文献１に示すように、ＡＨＵ（エアハンドリングユニット）から供給されるエアをチャンバーにより複数本のダクトに分岐して、ダクトの末端に接続される吹き出し口より室内に供給する空調設備がある。このような空調設備に用いられるチャンバーはフロアの天井に設置されており、そのフロアの各所、たとえば窓側または室内側というように仕切られるゾーンないしセクションごとに、必要とされる温度あるいは湿度の空気を供給するものである。この空調設備を実現するため、室内に供給する風量を調節できるＶＡＶ（可変風量ユニット）ユニットを前記吹き出し口ごとに配置している。

そのＶＡＶユニットは、吹き出し口から供給する風量を調整するためのダンパ等を備えており、その他、風量、空気温度または湿度などを検出するセンサを備えているものもある。そのＶＡＶユニットは、複数個が通信手段により連結されており、前記センサから得られる情報を複数のＶＡＶを制御する集中制御部等へ送信している。その集中制御部では前記センサから得られる情報により演算を行い、各々のＶＡＶユニットの要求を満たすように、ＡＨＵの空調ファンの運転を制御する。

特許文献１のように、分岐チャンバー内部に整流部材を配置するなどの様々な工夫により、吹き出し口から供給されるエアの風量バランスをとることが行われている。しかし、フロアが大きくなると、分岐チャンバーから延びる吹き出し口は大きく散開するため、近くの吹き出し口と遠くの吹き出し口とでは、供給される空気の圧力損失も大きく異なる。そのため、前記工夫には、時間と熟練が必要である。また、吹き出し口が散開していると、ＶＡＶユニットの保守・点検を行う場合にも多くの労力を必要とする。そればかりか、ＶＡＶユニットは高価であり、多数のＶＡＶユニットを必要とする病院のような大きなフロアを備えた建屋には、あまり向いていない。さらに、ＶＡＶユニットは吹き出し口付近に設けられるため、風量調節時に空気がダンパを通過するときの風切り音がうるさく、その防音対策のために、別途対策を講じる必要もあった。

上述したように、吹き出し口ごとに風量を調節したいという需要は多いが上述の問題点も並存する。そこで、本発明では、複数のダクトへ分配される供給エアの風量調節を容易にし、かつ、メンテナンスにかかる労力を軽減することができる空調システムを提供することを課題とする。

本発明の統合制御空調システムは（請求項１）、エアハンドリングユニットと、そのエアハンドリングユニットに接続されたメインダクトと、そのメインダクトに接続される１つ以上の空調システムと、その空調システムを制御する管理手段とからなり、前記空調システムが、エアを取り入れるための取入口および取り入れたエアを分岐して排出する複数の排出口を備えた分岐チャンバーと、それぞれの排出口に設けられ、排出口から排出するエアの風量を調節する排出口の風量調整ダンパと、それぞれの排出口に連結され、排出されたエアを室内の吹き出し口まで導くダクトと、そのダクトを流れるエアの風量を検出する排出側の風量センサと、その排出側の風量センサによって検出された風量および外部から指示される目標値に基づき、排出側の風量センサの値が目標値に近づくように風量調整ダンパをフィードバック制御する排出口用の演算手段と、前記分岐チャンバーの取入口部分に設けられ、分岐チャンバーに流入するエアの風量を調節する取入口の風量調節ダンパと、前記取入口へ流入するエアの風量を検出する取入口の風量センサと、その取入口の風量センサの検出値が排出側の排出量の合計値に近づくように取入口の風量調節ダンパをフィードバック制御する取入口用の演算手段とを備え、前記管理手段が、前記１つ以上の空調システムの排出口用の演算手段およびエアハンドリングユニットと通信可能に接続され、それぞれの排出側の排出量の合計値に近づくようにエアハンドリングユニットの運転をフィードバック制御する、ことを特徴とする。

このような統合制御空調システムは、前記排出口用の演算装置が排出ダンパ毎に設けられ、前記取入口用の演算装置が取入口の風量調節ダンパに設けられているものが好ましい（請求項２）。

また、本発明の統合制御空調システムは、前記目標値が室内に設けられた温度センサあるいは湿度センサの検出値に基づいているものが好ましい（請求項３）。さらに、前記ダンパの演算手段が、前記風量センサの現在値および目標値と共に自己の番地を出力し、前記管理手段が、前記出力された値に基づき、ダンパの開度の目標値を演算し、そのダンパの開度の目標値を前記番地と対応する演算手段へと出力するものが好ましい（請求項４）。
さらに、本発明の統合制御空調システムの第２の態様は（請求項５）、エアハンドリングユニットと、そのエアハンドリングユニットに接続されたメインダクトと、そのメインダクトに接続される１つ以上の空調システムと、その空調システムを制御する管理手段とからなり、前記空調システムが、エアを取り入れるための取入口および取り入れたエアを分岐して排出する複数の排出口を備えた分岐チャンバーと、それぞれの排出口に設けられ、排出口から排出するエアの風量を調節する排出口の風量調整ダンパと、それぞれの排出口に連結され、排出されたエアを室内の吹き出し口まで導くダクトと、そのダクトを流れるエアの風量を検出する排出側の風量センサと、その排出側の風量センサによって検出された風量および外部から指示される目標値に基づき、排出側の風量センサの値が目標値に近づくように風量調節ダンパをフィードバック制御する排出口用の演算手段とを備え、前記管理手段が、前記１つ以上の空調システムの排出口用の演算手段およびエアハンドリングユニットと通信可能に接続され、それぞれの排出側の排出量の合計値に近づくようにエアハンドリングユニットの運転をフィードバック制御する、ことを特徴とする。

本発明の空調システムは（請求項１）、それぞれのダクト内の風量を検出して、その値を目標値に近づけるように分岐チャンバーの排出口にてエアの風量を調整する。すなわち、室内の吹き出し口から離れた箇所で風量が調整されるため、風量の調節に伴う風切り音が室内へと伝わりにくい。また、同じ条件のエアを分岐するので、どれか１つの給気口に向けて風量が偏ることなく、容易に分岐させることができる。さらにダンパが一箇所にまとめて配置されているため、メンテナンスあるいは修理に係る労力を少なくすることができる。

また、流入するエアの風量の現在値および排出するエアの風量の現在値に基づいて分岐チャンバーの取入口にて流入するエアの風量を調整するので、分岐チャンバーに流入するエアを適切な量に制御することができる。
さらに、取入口および排出口に設けられた２つのダンパを調整することで、吹き出し口から吹き出す風量を細かく調整することができるので、調整できる範囲も広くなる。

また、それぞれの空調システムの演算手段と通信可能に接続された管理手段を備えているので、多数のダンパを同時に制御するのが容易であり、作動状況も把握しやすい。
さらに、メインダクトにより複数の上述の分岐チャンバーが接続されているので、必要な量の流入エアを必要な分岐チャンバーへと導くことができるので、エアのロスが少ない。さらに管理手段によりエアハンドリングユニットが制御されているので、システム全体が消費するエアを監視して、その消費量に基づいてエアハンドリングユニットを作動させることができるので、省エネである。

また、前記排出口用の演算装置が排出ダンパ毎に設けられ、前記取入口用の演算装置が取入口の風量調節ダンパに設けられている場合は（請求項２）、さらにメンテナンスあるいは修理に係る労力を少なくすることができる。
さらに、前記目標値が室内に設けられた温度センサあるいは湿度センサの検出値に基づいている場合は（請求項３）、必要な量の流入エアを必要な分岐チャンバーへ導くことができるので、エアのロスが少ない。
さらに、前記ダンパが、前記演算手段を有し、その演算手段が、前記風量センサの現在値および目標値と共に自己の番地を出力し、前記管理手段が、前記出力された値に基づき、ダンパの開度の目標値を演算し、そのダンパの開度の目標値を前記番地と対応する前記演算手段へと出力する場合は（請求項４）、ダンパを増設しても、そのダンパの作動状態を把握することが容易である。そのため、設備の拡大あるいは縮小時に係る労力を少なくすることができる。
本発明の統合制御空調システムの第２の態様によれば（請求項５）、システム全体が消費するエアを監視して、その消費量に基づいてエアハンドリングユニットを作動させることができるので、省エネである。

つぎに図面を参照しながら本発明の空調システムの一実施形態を説明する。図１は本発明の統合制御空調システムの概略図、図２ａは分岐チャンバーの上面図、図２ｂは図２ａの側面図、図３は空調システムに用いられるダンパの概略図、図４は統合制御空調システム他の実施形態の概略図を示す。

まず、図１を用いて本発明の統合制御空調システムの一実施形態について説明する。図１に示す統合制御空調システムＡは、分岐チャンバー１と、その分岐チャンバー１にエアを供給するエアハンドリングユニット（ＡＨＵ）２と、そのＡＨＵ２から分岐チャンバー１に、そしてその分岐チャンバー１から各ゾーンＺの吹き出し口にエアを導くフレキシブルダクト３と、分岐チャンバー１の取入口１ａおよび排出口１ｃのそれぞれに設けられ、分岐チャンバー１内に流入・排出するエアを調節するダンパ４ａ、４ｂと、それらダンパ４ａ、４ｂをまとめて通信可能に接続するネットワークコントローラ５と、そのネットワークコントローラ５と通信手段により接続され、前記ダンパ４ａ、４ｂに開度を指示する管理手段６とからなる。なお、説明を容易にするために、エアのうち、分岐チャンバー１へ流入するものを流入エアと、分岐チャンバー１から排出するものを排出エアと呼ぶ。

前記統合制御空調システムＡは、病院などの複数のセクションに区切られた大きなフロアに用いられ、そのセクションの居住者が必要としているエアを供給するものである。このような空調システムＡは、フロアの天井の中心付近に前記分岐チャンバー１を配置する。そして、それぞれのゾーンＺに適したエアを分岐チャンバー１から伸びるフレキシブルダクト３を通じて提供する。このとき、各ゾーンＺの温度あるいは湿度は室内センサ１０により検出される。その室内センサ１０の検出値はダンパ４の調節に用いるために、管理手段６またはダンパ４に送信される。

また、本実施例で用いられる通信手段は、ＲＳ２３２Ｃ、ＲＳ４８５あるいはイーサネット（登録商標）などのシリアル通信を用いることができるが、ウインドウズ（マイクロソフト社の商標）、ＬＩＮＵＸ、ＵＮＩＸ（登録商標）などの一般的なオペレーションソフト、および市販のネットワーク用ソフトによるＴＣＰ／ＩＰプロトコルを使用した通信を用いるのが好ましい。なお、前述したネットワークコントローラ５あるいは室内センサ１０を予め構内に布設された構内ＬＡＮ１１に接続できると、新たに通信ケーブルを配線する手間が省ける。

図２を用いて分岐チャンバー１の構造について説明する。分岐チャンバー１は、内部に空洞部を有した箱状のチャンバー本体１ａと、ＡＨＵ２が接続される取入口１ｂと、フレキシブルダクト３により各ゾーンＺへと導かれる複数個のダクト３が接続される排出口１ｃとからなる。チャンバー本体１ａは、ステンレスまたは亜鉛メッキ鋼板などの薄い金属板により形成され、薄い金属板をぐるりと折り曲げて、その端部同士をつけ合わせることにより外壁を形成し、その外壁の上下端を板状部材で蓋をすることにより箱状に形成されている。前記取入口１ｂおよび排出口１ｃは、丸型または角型の形状である。また、それら接続口の配置は、取入口１ｂを中心にして、排出口１ｃがその周囲にほぼ左右対称となるように、バランスよく設けるのが好ましい。さらに、排出エアが偏ることなく流れるように、分岐チャンバー１の形状は、一部分が突出したようなものではなく、円形、正５角形または正６角形のように左右が対称の図形あるいは軸対称の図形を用いるのが好ましい。なお、１つの分岐チャンバー１から延びる排出口１ｃは、通常は３〜８であり、好ましくは５本が好ましい。前記５本の場合には、ＡＨＵ２の接続口と併せて６つとなり、分岐チャンバー１を正六角形の形状に形成することができる。

前記ＡＨＵ２は、外部から取り込まれる外気（サーファスエア）および前記ゾーンＺより再び取り込まれるリターンエアを導入し、フィルタを通してゴミなどの不純物を除き、季節毎に設定される所定の温度および湿度に調整した空気を空調用のエアとして、前記分岐チャンバー１に供給するものである。

前記フレキシブルダクト３は、螺旋状に巻いた金属製の芯線の周りに金属または樹脂をコーティングした布などを巻いて成形されたものであり、自由に屈曲させることができる。また、フレキシブルダクト３の吹き出し口近辺では吹き出し口から吹き出される風速を検出するための風速センサ３ａが設けられている。前記風速センサ３ａは、ホットサーミスタあるいは上流と下流側の圧力差により風速を検出するものが用いられ、その風速とダクトの断面積をもとに風量が算出される。なお、ＡＨＵ２から分岐チャンバー１に流入される流入エアの風速は、フレキシブルダクト３の取入口１ｂ近辺に風速センサ３ａを配置して、分岐チャンバー１に流入する流入風量を正確に検出する。前記風速センサ３ａは信号線３ｂをフレキシブルダクト３に沿わせてダンパ４あるいはネットワークコントローラ５に接続される。なお、ダンパ４あるいはネットワークコントローラ５までの距離が遠い場合には、前記構内ＬＡＮ１１に接続したり、無線通信を用いることもできる。

図３に示すダンパ４ａ、４ｂは、分岐チャンバー１の取入口１ｂおよび複数の排出口１ｃの近辺に設けられ、分岐チャンバー１に流入・排出するエアの風量を調節するものである。そのダンパ4ａ、４ｂは、ダンパ部７と、そのダンパ部７を制御する演算手段８と、その演算手段８にダンパの操作量などを引き渡し、そのダンパを通るエアの風速を検出する風速センサ３ａの検出値を送信する通信部９とからなる。前記ダンパ部７は、取入口１ｂあるいは排出口１ｃを直径方向に貫通するように、回転自在に設けられる軸７ａと、その軸７ａに固定された円板状の羽根板７ｂとを備えている。したがって軸７ａの回転角度に応じて取入口１ｂおよび排出口１ｃの流路が開閉したり、あるいは開度が変化する。軸７ａにはモータＭの出力軸が減速機を介して機械的に連結されている。前記軸７ａあるいは減速機内のいずれかの回転軸には、ダンパの開度を検出するためのポテンショメータＰが連結されている。

前記演算手段８は、前記ポテンションメータＰから出力される羽根板７ｂの開度を前記通信部９へ引き渡すと共に、通信部９から羽根板７ｂの開度の目標値を所得して、その目標値とポテンションメータＰの示す現在の開度を比較して、目標値になるようにダンパ部７をフィードバック制御する。ただし、ポテンションメータＰを省略して、直接モータＭを制御してもよい。

前記通信部９は、風速センサ３ａの検出値または羽根板７ｂの開度を自己の番地と共に前記ネットワークコントローラ５を介して管理手段６へと送信する。一方、前記通信部９は管理手段６より風速の新たな目標値あるいは羽根板７ｂの新たな開度の目標値を受信し、それを演算手段８へと送信する。

図１に戻って、前記ネットワークコントローラ５は、ダンパ４ａ、４ｂが接続される。そのネットワークコントローラ５は、前述したシリアル通信または温度センサ等の異なる通信方式の機器をまとめて接続し、それらの機器をハブ１２を介して、構内ＬＡＮ１１に接続するものである。前記ネットワークコントローラ５を使用すると、多くのダンパ４ａ、４ｂを接続できるため、制御の必要なダンパの個数が増加しても、容易にダンパ４を増設することができる。なお、前記演算手段８はダンパ４ａ、４ｂにそれぞれ設けられているが、ネットワークコントローラ５内部に１つ設けて、制御させることもできる。その場合は各ダンパ４ａ、４ｂには演算手段８を設けない。また、前記室内センサ１０をネットワークコントローラ５に接続して、その検出値を管理手段６に送信することができる。

前記管理手段６は、中央処理演算装置６ａと、その中央処理演算装置６ａの演算に使用するメモリ６ｂ、たとえばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、中央処理演算装置６ａが演算を行うべきプログラムを格納しておくリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）６ｃ、例えばハードディスクなどの外部記憶装置とからなる。管理手段６としては通常のパーソナルコンピュータを用いることができる、その管理手段６は、複数のダンパ４から、それぞれ自己を識別する番地とともに、その番地に属するダクトの吹き出し口の温度、湿度および風速さらにはその条件での羽根部７ｂの開度の検出値が送信される。

また、管理手段６では、構内ＬＡＮ１１を介して所得できる個々のダクトの風量、ゾーンＺの温度、湿度の検出値を用いて、予めリードオンリーメモリ６ｃに記録された所定の算出式ないし算出テーブル（表）によりダンパの目標開度を演算させ、ポテンショメータＰからの開度信号とその目標開度とを比較して差がなくなるようにフィードバック制御するのが好ましい。前記ランダムアクセスメモリ６ｂは、温度の目標値を記憶させたり、演算の途中のデータを保存したりするために使用する。またリードオンリーメモリ６ｃは、算出式や制御用のプログラム、あるいは種々の要素間の動作順序などをあらかじめ記憶させるために使用する。なお、このような管理手段６はビル全体に１基配備すればよいが、ビルの各階、病院やホテルの部署ごとに配備するようにしてもよい。

さらに、管理手段６には分岐チャンバー１から排出する排出エアの風量のデータが送信されるため、その排出される風量の合計値をもとに、分岐チャンバー１へ流入する流入エアの量を判断して、取入口１ｂに配置されるダンパ４ａの羽根板７ｂの開度を調節することができる。また、各ゾーンＺが必要としている室温や湿度の検出値に基づいて分岐チャンバー１への流入量を調節することもできる。

図４に複数の分岐チャンバー１をメインダクト１３で接続した空調システムＢを示す。その統合制御空調システムＢは、前記ＡＨＵ２と、そのＡＨＵ２に接続されたメインダクト１３と、そのメインダクト１３から枝分かれして接続される複数の分岐チャンバー１、１とからなる。前記メインダクト１３と分岐チャンバー１とは、取入口１ｂで接続される。

前述したように、分岐チャンバー１に必要とされる風量に応じて、供給される風量を調節するように、取入口１ｂのダンパ部７を絞ると、その絞った分の風量は、別の分岐チャンバー１へと振り分けることができる。また、排出される風量の合計値により、その合計値に近づくようにＡＨＵ２の運転をフィードバック制御することもできるので、省エネである。

本発明の統合制御空調システムの概略図である。 図２ａは分岐チャンバーの上面図、図２ｂは図２ａの側面図である。 空調システムに用いられるダンパの概略図ある。 統合制御空調システム他の実施形態の概略図を示す。

符号の説明

１ 分岐チャンバー
１ａ チャンバー本体
１ｂ 取入口
１ｃ 接続口
２ エアハンドリングユニット（ＡＵＨ）
３ フレキシブルダクト
３ａ 風速センサ
３ｂ 信号線
４ａ ダンパ
４ｂ ダンパ
５ ネットワークコントローラ
６ 管理手段
６ａ 中央演算装置
６ｂ ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
６ｃ リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
７ ダンパ部
７ａ 軸
７ｂ 羽根板
８ 演算手段
９ 通信部
１０ 室内センサ
１１ 構内ＬＡＮ
１２ ハブ
１３ メインダクト
Ｚ ゾーン

Claims (5)

1. エアハンドリングユニットと、
   そのエアハンドリングユニットに接続されたメインダクトと、
   そのメインダクトに接続される１つ以上の空調システムと、
   その空調システムを制御する管理手段とからなり、
   前記空調システムが、エアを取り入れるための取入口および取り入れたエアを分岐して排出する複数の排出口を備えた分岐チャンバーと、
   それぞれの排出口に設けられ、排出口から排出するエアの風量を調節する排出口の風量調整ダンパと、
   それぞれの排出口に連結され、排出されたエアを室内の吹き出し口まで導くダクトと、
   そのダクトを流れるエアの風量を検出する排出側の風量センサと、
   その排出側の風量センサによって検出された風量および外部から指示される目標値に基づき、排出側の風量センサの値が目標値に近づくように風量調整ダンパをフィードバック制御する排出口用の演算手段と、
   前記分岐チャンバーの取入口部分に設けられ、分岐チャンバーに流入するエアの風量を調節する取入口の風量調節ダンパと、
   前記取入口へ流入するエアの風量を検出する取入口の風量センサと、
   その取入口の風量センサの検出値が排出側の排出量の合計値に近づくように取入口の風量調節ダンパをフィードバック制御する取入口用の演算手段とを備え、
   前記管理手段が、前記１つ以上の空調システムの排出口用の演算手段およびエアハンドリングユニットと通信可能に接続され、それぞれの排出側の排出量の合計値に近づくようにエアハンドリングユニットの運転をフィードバック制御する、統合制御空調システム。
2. 前記排出口用の演算装置が排出ダンパ毎に設けられ、前記取入口用の演算装置が取入口の風量調節ダンパに設けられている請求項１記載の統合制御空調システム。
3. 前記目標値が室内に設けられた温度センサあるいは湿度センサの検出値に基づいている請求項１または２記載の統合制御空調システム。
4. 前記ダンパの演算手段が、前記風量センサの現在値および目標値と共に自己の番地を出力し、前記管理手段が、前記出力された値に基づき、ダンパの開度の目標値を演算し、そのダンパの開度の目標値を前記番地と対応する演算手段へと出力する請求項３記載の統合制御空調システム。
5. エアハンドリングユニットと、
   そのエアハンドリングユニットに接続されたメインダクトと、
   そのメインダクトに接続される１つ以上の空調システムと、
   その空調システムを制御する管理手段とからなり、
   前記空調システムが、エアを取り入れるための取入口および取り入れたエアを分岐して排出する複数の排出口を備えた分岐チャンバーと、
   それぞれの排出口に設けられ、排出口から排出するエアの風量を調節する排出口の風量調整ダンパと、
   それぞれの排出口に連結され、排出されたエアを室内の吹き出し口まで導くダクトと、
   そのダクトを流れるエアの風量を検出する排出側の風量センサと、
   その排出側の風量センサによって検出された風量および外部から指示される目標値に基づき、排出側の風量センサの値が目標値に近づくように風量調節ダンパをフィードバック制御する排出口用の演算手段とを備え、
   前記管理手段が、前記１つ以上の空調システムの排出口用の演算手段およびエアハンドリングユニットと通信可能に接続され、それぞれの排出側の排出量の合計値に近づくようにエアハンドリングユニットの運転をフィードバック制御する、統合制御空調システム。