JP4346295B2 - 空調機の風量制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機の制御装置の技術分野に属する。更に詳しくは、空調機における風量を制御する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大規模な建築物においては、空間を仕切っていくつかの部屋（被制御エリア）を設け、各部屋には空調機より給気ダクトを介して可変給気量調節ユニット（以下、ＶＡＶユニットという）により各部屋に設けられた給気吹出口から空調された空気を送風し、還気吸込口から室内の空気を空調機に戻して循環させる。一方、室内の空気中に炭酸ガス（ＣＯ２）等の濃度が高い場合には循環させる空気の一部を外部に排出すると共に外部から新鮮な空気を取り入れて空調処理を行うという方式が採用されている。
【０００３】
このような従来の空調装置においては空気を誘導するためのダクトを配管すると共にその空気通路にダンパ（蝶弁）を設けてダンパの角度を調節することによりダクト内を流れる空気の風量を調節するという方式が採用されている。このような空調制御システムとしては、例えば公開特許公報、平１１−３４４２５２号に開示されているものがある。図５はこの空調システムの全体構成の概略図を示し、図７はダンパ角度を決定する制御方法を示す。以下、この空調システムを従来装置１という。
【０００４】
図５において、５０は被制御エリアで、６０は空調機本体の概略図を示す。８０はダンパ制御装置（又は外気取り入れ制御装置）を示す。被制御エリア５０には空調機本体６０の給気ダクト６１から空調された空気が矢印方向（図の右向き矢印）に給気ファン６２によって供給される。なお、被制御エリアの各部屋には図示省略のＶＡＶユニットによって所定風量の給気が送風される。また、室内の空気が還気ファン６４により還気ダクト６３を通って還気される。６５は熱交換機で、６６は外気取入量を制御する外気ダンパであり、風速センサ６９によって外気の流速が計測される。６７は還気された空気を外部に排出する風量を制御する排気ダンパであり、６８は還気された空気を空調機（図示省略）に戻す風量を制御する還気ダンパである。
【０００５】
風速演算部８１は風速センサ６９の出力に基づいて風速Ｖ１を求め、風量演算部８２により実風量Ｑ１がＱ１＝Ｖ１・Ａ１により算出される。なお、Ａ１はダクト断面積である。８３は実風量比率演算部で実風量比率ＰＶ１はＰＶ１＝（Ｑ１／空調機定格風量）ｘ１００％により算出される。記号「ｘ」は乗算を示す。９４はダンパ制御部で、外気ダンパ開度６６の開度θ１、排気ダンパ６７の開度θ２、還気ダンパ６８の開度θ３を後述する方法で決定する。９２〜９４は外気取入風量設定値を決定する決定部で、決定部９２は外気取入風量の最小値Ｓ１を決定し、決定部９３は炭酸ガスの設定値と計測値の差から外気取入風量Ｓ２を決定し、決定部９４は給気温度設定値と給気温度計測値の差から外気取入風量Ｓ３を決定する。なお、給気温度計測値は給気温度センサ５１によって求める。セレクタ９５は外気取入風量Ｓ１〜Ｓ３から最大風量ＳＰ１を決定する。補正部９６は決定されたダンパ開度θ１〜θ３を制御量θ１’〜θ３’ に変換する。この変換により制御量量θ１’〜θ３’ と風量の関係が線形化される。
【０００６】
図６（Ａ）、（Ｂ）は決定部９３と決定部９４による外気取入風量の設定値Ｓ２、Ｓ３の決定方法を示す。図７は外気取入風量設定値ＳＰ１に基づいてダンパ開度θ１〜θ３を決定するテーブルを示す。まず、決定部９３は、図６（Ｂ）に示すように炭酸ガスの設定値と計測値の偏差に比例して外気取入風量Ｓ２（％）を決定する。次いで、決定部９４は、図６（Ａ）に示すように給気温度設定値（又はロードリセット値）と給気温度計測値の偏差に比例して外気取入風量Ｓ２（％）を決定する。ダンパ制御部９４はセレクタ９５によって外気取入風量の設定値Ｓ１（％）〜Ｓ３（％）から最大風量ＳＰ１（％）を決定し、これを制御信号出力として図７に示したダンパ開度決定テーブルからダンパ開度θ１〜θ３を決定する。
【０００７】
このダンパ開度決定テーブルでは外気ダンパ開度θ１と排気ダンパ開度θ２を同一開度に設定している。図７に示すように、ダンパ開度θ１（θ２＝θ１）と還気ダンパ開度θ３は一方のダンパ開度が中間開度又は全閉のときは他方のダンパ開度は全開を維持するように決定する。即ち、制御信号出力が５０％以下ではダンパ開度θ３は全開にしながらダンパ開度θ１（θ２）を制御信号出力の増加に従って０〜１００％と大きくして行き、ダンパ開度θ１（θ２）が全開に達したならばダンパ開度θ３を制御信号出力の増加に従って１００〜０％へと小さくする。
上記した従来装置１ではダンパ開度θ１〜θ３が外気取入風量（％）によって決定されるようになっている。なお、この従来装置１ではダンパ開度が低開度になると圧力損失が大きくなると云う理由から、θ１（又はθ２）＋θ３＝１００％ は成立しなくともよいとしている。
【０００８】
また別に従来装置（以下、従来装置２という）では通風量はダンパ開度に比例すると仮定して、還気ダンパ開度θ３を外気ダンパの開度θ２の逆動作として決定している。即ち、θ３＝１００−θ２（又はθ１）とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来装置（従来装置１及び従来装置２）では、炭酸ガス濃度の偏差や給気温度の偏差等から必要な外気の取入風量比を求め、これから直接にダンパ開度を求めるようにしているために、給気風量が少ない時に実際に設定した外気風量を導入できない場合が生じたり、或いは外気風量と排気風量が上手くバランスしないという事態が生じた。特に従来装置１では外気から設定した風量を導入できない事態が生じやすい。本願はかかる課題を解決するためになされた発明である。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するための手段として以下の構成を採用している。即ち、請求項１に記載の発明は、
各被制御エリアのＶＡＶユニットから空調した給気を送風し、該被制御エリアの空気を還気させて、該還気空気の一部を循環させるために空調部に導入して残りを外部に排出し、同時に外気を空調部に導入して、導入した外気を循環空気と共に空調処理をして、該空調された給気を前記ＶＡＶユニットへ送風するようにした空調機の風量制御装置において、前記空調機は、空調した給気を送風するインバータ付き給気ファンと、前記制御エリアから還気する還気装置と、外気取入空気の風量を制御する変風量装置と、前記還気装置から還気される空気を外気取入空気に混入する還気ダンパと、及び前記還気装置によって還気された還気量の残りを外部に排気する排気ダンパとを具備すると共に、前記風量制御装置はゾーンコントローラとメインコントローラから構成され、前記ゾーンコントローラは、前記各被制御エリアの給気口に設けられたＶＡＶユニットの要求風量を加算して総要求風量を求め、各ＶＡＶユニットのダンパ開度から最大値を求める演算により最大ダンパ開度を求め、求めた総要求風量と最大ダンパ開度のデータをメインコントローラに送出し、前記メインコントローラは外気冷房時の外気取入風量決定部、炭酸ガス濃度による外気取入量決定部、セレクタ部、外気要求風量比率決定部、給気用インバータ周波数決定部、還気ダンパ開度決定部、及び排気ダンパ開度決定部とから構成され、前記外気冷房時の外気取入風量決定部は、外気温度と還気温度から外気冷房運転するか否かの決定と外気取入風量を決定し、前記炭酸ガス濃度による外気取入量決定部は、還気中に含まれている炭酸ガス濃度が基準値以上の場合に該基準値以下に濃度を下げるように外気取入風量を決定し、前記セレクタ部は、該外気冷房時の外気取入風量と該炭酸ガス濃度による外気取入風量から最大外気取入風量を決定し、前記外気要求風量比率決定部は、給気ファンの定格風量に対する前記最大外気取入風量の比率を決定し、前記給気用インバータ周波数決定部は、前記最大ダンパ開度が上限値の場合は最大ダンパ開度を下げるように給気風量を前記総要求風量よりも大きく決定し、それ以外の場合は前記総要求風量を給気風量とし、該給気風量から前記給気用インバータの周波数を決定し、前記排気ダンパ開度決定部は、排気風量を前記外気取入風量と等しくなるように決定し、該排気風量から排気ダンパの開度を決定し、前記還気ダンパ開度決定部は、前記給気風量と前記最大外気取入風量から還気風量と還気ダンパの開度を決定することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外気取入空気の風量を制御する変風量装置は、ＶＡＶユニットで構成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外気取入空気の風量を制御する変風量装置は、外気ダンパで構成したことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施形態】
図１は本発明を実施した実施形態の装置の概略構成を示す。図２はメインコントローラの機能ブロック図を示す。図３はインバータ周波数と風量の関係を示す。図４は風量の関係を示す。以下これらの図に基づいて本実施形態を説明する。図１〜図４において、空調する被制御エリア１０は部屋１０ａ、１０ｂから構成されている。部屋１０ａ、１０ｂには可変給気流量調節ユニット（以下、ＶＡＶユニットという）１１ａ、１１ｂが給気吹出口に設けられている。ＶＡＶユニット１１ａ、１１ｂは給気ダクト１２に接続されており、給気ファン１３より空調された給気が送風される。また、部屋１０ａ、１０ｂには還気吸込口１４ａ、１４ｂが設けられており、還気ダクト１５を通って還気ファン１７により還気が行われる。
【００１５】
ＶＡＶユニット１１ａ、１１ｂには風量を設定する局所コントローラ１５ａ、１５ｂが設けられており、部屋１０ａ、１０ｂに設けられている温度センサ１６ａ、１６ｂ（現在の室温）と設定室温との偏差により所用の風量ｖ１，ｖ２が決定される。またＶＡＶコントローラ１５ａ、１５ｂはゾーンコントローラ２０に接続されており、風量ｖ１，ｖ２とＶＡＶユニット１１ａ、１１ｂの内部に設けられているダンパ開度β１、β２等のデータがゾーンコントローラ２０に入力される。ゾーンコントローラ２０は総要求風量Ｖと最大開度βｍを求め、コントローラ２５に送出する。なお、Ｖ＝ｖ１＋ｖ２、βｍ＝ｍａｘ（β１，β２）である。
【００１６】
空調機本体３０は給気路３１，還気路３２、外気路３３の風路に仕切られており、給気路３１には、冷却コイル、加熱コイル等からなる空調部３４と給気ファン１３とが設けられている。また、還気路３２には還気ファン１６が設けられており、その下流は排気ダクト３６に接続されると共に、給気路３１との境界に通気口３７が設けられている。排気ダクト３６及び通気口３７にはそれぞれ風量を制限する外気ダンパ３８、還気ダンパ３９が設けられている。外気路３３は外気取入れダクト４０に接続され、外気取入れダクト４０には外気取入れ用のＶＡＶユニット４１（及び、必要なら外気ファン４２）が設けられている。
【００１７】
また、給気ダクト１２には温度センサ４３が設けられており、その出力はメインコントローラ２５の入力側に接続されている。同様に、還気ダクト１５には温度センサ４４と炭酸ガス（ＣＯ２）濃度センサ４５が設けられており、その出力は何れもメインコントローラ２５の入力側に接続されている。コントローラ２５の出力側には給気ファン１３のインバータ１３ａ（インバータ制御された駆動モータ）、還気ファン１７のインバータ１７ａの他に、外気ダンパ３８の開度を制御するアクチュエータ３８ａ、還気ダンパ３９の開度を制御するアクチュエータ３９ａ、外気ＶＡＶユニット４１の風量を制御する制御部４１ａに接続されている。
【００１８】
図２を利用して、メインコントローラ２５を説明する。ゾーンコントローラ２０は前述したように（図１）、被制御エリアの各部屋１０ａ、１０ｂに設けたＶＡＶユニット１１ａ、１１ｂから、給気風量（実風量にほぼ等しい）ｖ１・・・ｖｎとダンパ開度β１・・・βｎの信号を受け、全給気風量Ｖと最大開度βｍを求めて、演算結果をメインコントローラ２５に出力する。なお、部屋数は図１ではｎ＝２としたが、これに限定されるものではない。給気インバータ周波数決定部４６は最大開度βｍを考慮して給気風量Ｖａを決定する。即ち、最大開度βｍが１００％の場合は給気風量Ｖａを全給気風量Ｖより多くして、最大開度βｎを１００％以下に下げるようにする。結果として、最大開度βｍが１００％以下（例えば、９０％）になるようにする。給気風量Ｖａとインバータ周波数との関係は図３（Ａ）に示すように直線関係にあるから、これを利用してインバータ周波数Ｎ１を決定する。
【００１９】
次に、還気インバータ周波数決定部４７は還気ファン１６のインバータ周波数を決定する。還気インバータ周波数は還気風量と給気風量がある割合になるように、図３（Ｂ）に示すように、インバータ周波数Ｎ２を決定する。外気冷房時の外気取入風量決定部２６は運転モード並びに還気温度と外気温度の差を考慮して外気取入風量ｗ１を決定する。即ち、外気冷房許可モードの場合において、外気温度が還気温度より低い場合に冷房効率等を考慮して決定する。炭酸ガス濃度による外気取入風量決定部２７は還気中に含まれている炭酸ガス濃度が高い場合に所定の基準値以下に濃度を下げるように外気取入風量ｗ２を決定する。
【００２０】
セレクタ部２８は外気取入風量決定部２６、２７によって決定された外気取入風量ｗ１，ｗ２の内から最大風量Ｗｍを求める。外気ＶＡＶユニット４１の風量は最大風量Ｗｍとなるように設定する。外気要求風量比率決定部２９は給気ファン１３の定格風量を１００％とし、これを基準にして比率（＝Ｗｍ／定格風量ｘ１００％）を求める。排気ダンパ開度決定部４９は外気取入風量Ｗｍと排気風量とが等しくなるように排気ダンパ３８の開度を決定する。還気ダンパ開度決定部は還気風量Ｖｋが給気風量Ｖａと外気取入風量Ｗｍとの差、即ち Ｖｋ＝Ｖａ−Ｗｍ となるように還気ダンパ３９の開度を決定する。なお、風量とダンパの開度との関係は従来技術と同様に実験結果又はカタログ等のデータにより決定できる。なお、排気風量比は外気要求風量比と同じ（即ちθ１＝θ２）とする。或いはａ、ｂをパラメータとして、θ３＝ａ−ｂｘ外気要求風量比 としてもよい。例えば、設計給気風量に対する最大外気風量比が０．３５の場合は、給気要求風量比が５０％ならば、還気ダンパの開度θ３はθ３＝１００−０．３５・５０％＝８７．５％となる。
【００２１】
図４は給気風量、還気風量、外気取入風量、排気風量、還気ダンパの通過風量との関係を示しており、ここで各風量は給気ファン１３の定格風量を１００％として、比率で表している。例えば、図４（Ａ）は給気風量を定格風量と同一の場合で１００％である。還気風量も１００％で外気取入風量、排気風量は３５％で還気ダンパの通過風量は６５％である。図４（Ｂ）は給気風量、還気風量が共に５０％で、外気取入風量、排気風量は３５％で還気ダンパの通過風量は１５％の場合である。図４（Ｃ）は給気風量、還気風量が共に３５％で、外気取入風量、排気風量は３５％で還気ダンパの通過風量は０％の場合である。
【００２２】
本実施形態は上記の様に構成されており、以下のような機能、作用効果を有する。即ち、被制御エリアに供給する風量は実際に被制御エリアの各部屋に供給されている風量と各部屋に設けられているＶＡＶユニットのダンパの最大開度を考慮して決定しており、供給風量が定格風量よりも小さい場合には制御範囲に余裕が生じる。また、供給風量はインバータによって制御されており、正確な風量が供給可能になっている。また、外気から導入する風量は要求される基準（炭酸ガス濃度等）を満たすために正確な風量を導入する必要があるが、ＶＡＶユニット４１によって行っているために正確な風量を導入できる。これらの正確な風量に基づいて還気ダンパ３９、排気ダンパ３８の開度を決定しているために、全体としても各風路（給気路３１，還気路３２、外気路３３）を流れる風量も正確になる。更に、インバータやＶＡＶユニットは強制的に風量を決定するアクティブな構成要素であり、各ゾーンを流れる流量はバランスするように決定されているので、設定値等の変更に対しても速やかに定常状態に達することが可能である。
【００２３】
以上、この発明の実施形態、実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、外気の導入風量を制御するＶＡＶの代わりにダンパを設けてダンパの開度を制御するようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、請求項１記載の発明は循環させる還気風量と排気風量を給気装置による供給風量と外気取入空気の風量とを基準にして決定しているので、各部を流れる風量が設計値と近い値になるという効果が得られる。従って、適切な空調が可能になるという効果が得られる。また、要求される外気取入空気の風量が制御通りの風量の導入が可能になることから、空調システムが高品質になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施した実施形態の装置の概略構成を示す。
【図２】 本実施形態のメインコントローラの機能ブロック図を示す。
【図３】 インバータ周波数と風量の関係を示す。
【図４】 各ゾーンの風量の関係を示す。
【図５】 従来装置の構成図を示す。
【図６】 従来装置の外気取入風量の設定を示す。
【図７】 従来装置のダンパ開度の決定テーブルを示す。
【符号の説明】
１０（１０ａ、１０ｂ） 被制御ゾーン
１１（１１ａ、１１ｂ） ＶＡＶユニット
１３（１３ａ） 給気装置
１６（１６ａ） 還気装置
２０ ゾーンコントローラ
２５ メインコントローラ
２８ セレクタ
３８ 排気ダンパ
３９ 還気ダンパ
４１ 外気取入れ用ＶＡＶユニット
４３，４４ 温度センサ
４５ 炭酸ガス濃度センサ
４６ 給気インバータ周波数決定部
４７ 還気インバータ周波数決定部
４８ 還気ダンパ開度決定部
４９ 排気ダンパ開度決定部

Claims (3)

1. 各被制御エリアのＶＡＶユニットから空調した給気を送風し、該被制御エリアの空気を還気させて、該還気空気の一部を循環させるために空調部に導入して残りを外部に排出し、同時に外気を空調部に導入して、導入した外気を循環空気と共に空調処理をして、該空調された給気を前記ＶＡＶユニットへ送風するようにした空調機の風量制御装置において、
   前記空調機は、空調した給気を送風するインバータ付き給気ファンと、前記制御エリアから還気する還気装置と、外気取入空気の風量を制御する変風量装置と、前記還気装置から還気される空気を外気取入空気に混入する還気ダンパと、及び前記還気装置によって還気された還気量の残りを外部に排気する排気ダンパとを具備すると共に、前記風量制御装置はゾーンコントローラとメインコントローラから構成され、
   前記ゾーンコントローラは、前記各被制御エリアの給気口に設けられたＶＡＶユニットの要求風量を加算して総要求風量を求め、各ＶＡＶユニットのダンパ開度から最大値を求める演算により最大ダンパ開度を求め、求めた総要求風量と最大ダンパ開度のデータをメインコントローラに送出し、
   前記メインコントローラは外気冷房時の外気取入風量決定部、炭酸ガス濃度による外気取入量決定部、セレクタ部、外気要求風量比率決定部、給気用インバータ周波数決定部、還気ダンパ開度決定部、及び排気ダンパ開度決定部とから構成され、
   前記外気冷房時の外気取入風量決定部は、外気温度と還気温度から外気冷房運転するか否かの決定と外気取入風量を決定し、前記炭酸ガス濃度による外気取入量決定部は、還気中に含まれている炭酸ガス濃度が基準値以上の場合に該基準値以下に濃度を下げるように外気取入風量を決定し、前記セレクタ部は、該外気冷房時の外気取入風量と該炭酸ガス濃度による外気取入風量から最大外気取入風量を決定し、前記外気要求風量比率決定部は、給気ファンの定格風量に対する前記最大外気取入風量の比率を決定し、
   前記給気用インバータ周波数決定部は、前記最大ダンパ開度が上限値の場合は最大ダンパ開度を下げるように給気風量を前記総要求風量よりも大きく決定し、それ以外の場合は前記総要求風量を給気風量と決定し、
   該給気風量から前記給気用インバータの周波数を決定し、前記排気ダンパ開度決定部は、排気風量を前記外気取入風量と等しくなるように決定し、該排気風量から排気ダンパの開度を決定し、前記還気ダンパ開度決定部は、前記給気風量と前記最大外気取入風量から還気風量と還気ダンパの開度を決定する
   ことを特徴とする空調機の風量制御装置。
2. 前記外気取入空気の風量を制御する変風量装置は、ＶＡＶユニットで構成したことを特徴とする請求項１に記載の空調機の空気風量制御装置。
3. 前記外気取入空気の風量を制御する変風量装置は、外気ダンパで構成したことを特徴とする請求項１に記載の空調機の空気風量制御装置。

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