JP4439419B2

JP4439419B2 - 空調機の制御方法

Info

Publication number: JP4439419B2
Application number: JP2005077966A
Authority: JP
Inventors: 至誠藁谷; 圭輔関口
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP2006258388A

Description

本発明は、情報通信機械室等を空調するのに好適な二重床空調システムにおける空調機の制御方法に関する。

情報処理技術及び通信技術の発達に伴ってＯＡ機器や通信装置等が室内に高集約化され、その結果、これらの機器類を格納する室内の熱負荷は増大傾向にあり、適切な空調を行わないと室内が高温となるおそれがある。一方、これらの機器・システムを構成する部品の許容温度は比較的低く設定されているため、高温環境下ではトラブルを起こす可能性がある。このため、これらの機器を格納する部屋の空調方式として、空調対象室内を床面と床パネルにより二重床に形成し、空調機から二重床空間に冷却用空気を供給し、さらに、床パネルに設けた吹き出し口から室内に吹き出す二重床空調方式が広く採用されている。

このような空調システムにおいては、冷却能力の制御は、通常、圧縮機の回転数制御により空調機の吹き出し温度を目標値に維持することにより行われる。図９は、従来の二重床空調システムにおける空調機の温度制御フローを示す図である。同図において、ｉ＝ｉとなった状態を想定する。まず、時刻ｔ(ｉ)における吹き出し温度と制御目標値Ｔｓとの差ΔＴｓ＝Ｔ0(t(i))−Ｔｓが演算され（ステップＳ９０３）、ΔＴｓの値に基づいて圧縮機運転周波数のＰＩＤ制御が行われる（Ｓ９０４）。次に、圧縮機運転周波数が能力制御下限値（最小能力）に至ったか否かが判定される（ステップＳ９０５）。最小能力に至っていないときは運転が継続され（Ｓ９０９）、その後、計測間隔τが経過したかが判定される（ステップＳ９１０）。計測間隔τを経過したときは、ｉ＝ｉ＋１として上述のステップが繰り返される（ステップＳ９１１）。

能力制御下限値に至ったときは（Ｓ９０５においてＹＥＳ）、次にこのときの吹き出し温度T0(ｔ(ｉ))がサーモＯＦＦ設定温度（Ｔｓ−α）以下か否かが判定される（ステップＳ９０６）。（Ｔｓ−α）以下のときは、圧縮機の運転が停止される（ステップＳ９０７）。その後サーモＯＮ温度以上になったときに運転が再開される（ステップＳ９０８）。（Ｔｓ−α）以下でないときは、圧縮機最小能力で運転が継続され（ステップＳ９０９）、ステップＳ９１０に移行する。

このように、吸い込み温度が低くなると圧縮機は部分負荷運転となり、さらに、冷房負荷が圧縮機の最小能力以下になると運転停止（サーモＯＦＦ）し、間欠（ＯＮ−ＯＦＦ）運転状態となる。

しかしながら、サーモＯＦＦ時には吸い込んだ空気をそのまま吹き出すため、吹き出し温度が上昇し、圧縮機運転要求（サーモＯＮ）が頻繁に発生することになる。これにより空調機の吹き出し温度が安定せず、その結果、室内の温度もハンチングを起こすという問題がある。

このような問題を解消するために、圧縮機運転要求に対してタイマーを設けたり、圧縮機停止時の吸い込み温度を記憶して、吸い込み温度をトリガーとして圧縮機の運転を再開する手法が提案されている。さらに、再熱（リヒート）機能により吹き出し気流を再加熱して、一定制御を実現する方法も提案されているが、省エネルギー性に劣るという問題がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２３６２９８号公報

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、空調機のサーモＯＦＦによる間欠運転を少なくして、吹き出し温度制御を向上させることを可能とする二重床空調システムにおける空調機の温度制御方法を提供するものである。

本発明は以下の内容をその要旨とする。すなわち、
（１）空調対象室内を床面と床パネルにより二重床に形成し、空調機から二重床空間に冷却用空気を供給し、床パネルに設けた吹き出し口から室内に吹き出す二重床空調システムにおける空調機温度制御方法であって、空調機吹き出し温度と設定温度の差及び所定の時間間隔で計測する空調機吸い込み温度の変化量に基づいて、能力制御することを特徴とする空調機温度制御方法。

（２）上記（１）の発明において、さらに、最小能力運転時に吹き出し温度がサーモＯＦＦ設定温度以下のときは、吸い込み温度の変化量が所定の許容値を超えるまでは、前記サーモＯＦＦ設定温度を低温側にシフトすることを特徴とする空調機温度制御方法。

（３）空調対象室内を床面と床パネルにより二重床に形成し、空調機から二重床空間に空調空気を供給し、床パネルに設けた吹き出し口から室内に吹き出す二重床空調システムにおける空調機温度制御方法であって、所定の時間間隔で計測する空調機吹き出し温度の変化量に基づいて能力制御を行い、かつ、最小能力運転時に吹き出し温度がサーモＯＦＦ設定温度以下のときは、蒸発器通過風量を増加させることより吹き出し温度を上昇させることを特徴とする空調機温度制御方法。

（４）空調対象室内を床面と床パネルにより二重床に形成し、複数の空調機から二重床空間に空調空気を供給し、床パネルに設けた吹き出し口から室内に吹き出す二重床空調システムにおける一の空調機の温度制御方法であって、所定の時間間隔で計測する前記一の空調機の吹き出し温度の変化量に基づいて能力制御を行い、かつ、前記一の空調機の最小能力運転時に吹き出し温度がサーモＯＦＦ設定温度以下のときに、隣接する他の空調機の吹き出し温度が設定温度以下になるまで、前記サーモＯＦＦ設定温度を低温側にシフトすることを特徴とする空調機温度制御方法。

（５）上記（３）又は（４）の発明において、さらに、所定の時間間隔で計測する空調機吸い込み温度の変化量をも加味して、能力制御することを特徴とする空調機温度制御方法。

上記各発明によれば、吹き出し温度制御性を向上させることが可能となる。
請求項３乃至５の発明によれば、サーモＯＦＦとなる頻度を減少させることができ、室温の安定性向上を図ることが可能となる。
さらに、請求項４の発明によれば、複数空調機の補完運転制御を実現することが可能となる。

以下、本発明に係る空調機温度制御方法の実施形態について、図１乃至８を参照してさらに詳細に説明する。重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（第一の実施形態）
図１は、本発明に係る二重床空調システム１の一実施形態を示す図である。同図を参照して、二重床空調システム１の空調は、情報通信機械室６に隣接する空調機室７に設置される空調機２によりなされる。空調機２は、蒸発器３、圧縮機（図示せず）、凝縮器（図示せず）とこれらを結ぶ配管群を主要構成とし、冷凍サイクルにより生成する冷気を送風機４により情報通信機械室６に供給する。空調機の冷却能力は、圧縮機の回転数を適宜制御することにより調整される。なお、空調機２の運転制御は機内に搭載される不図示の制御部により行われる。

情報通信機械室６の床は床パネル８により区画され、二重床空間５が形成されている。空調機２と二重床空間５とは往き側ダクト１１を介して結ばれている。往き側ダクト１１には吹き出し温度Ｔ０を計測する温度センサ１４が設けられている。また、天井部は天井板１２により区画され、天井空間１７が形成されている。天井空間１７と空調機２とは、戻り側ダクト１０を介して結ばれている。戻り側ダクト１０には、吸い込み温度Ｔ１を計測する温度センサ１５が設けられている。

以上のような構成により、蒸発器３で作られる冷気は送風機４により往き側ダクト１１を介して二重床空間５に送出され、床パネル８に複数設けられた吹出し口９から室内に供給する。室内を冷房した後に上昇する空気は、天井板１２に複数設けられた吸込口１３から天井空間１７に導かれ、さらに戻り側ダクト１０を介して空調機２に戻される。戻り側空気には外気導入ダクト１６を介して導入される外気が混和されて、空調機２に戻される。

二重床空調システム１は以上のように構成されており、次に図２、３を参照して、空調機２の制御部において行われる温度制御フローについて説明する。制御の安定化を考慮して、吹き出し温度Ｔ０、吸込温度Ｔ１の計測は所定の時間間隔τごとに行われる。図３は、吹き出し温度、吸込温度の時間的推移を示す図である。同図において、計測時刻は順次、ｔ(０)（初期値）、ｔ(１)、ｔ(２)、・・・ｔ(ｉ)、ｔ(ｉ＋１)で示されている。本実施形態の特徴は、圧縮機の能力制御を時刻ｔ(ｉ)における吹き出し温度Ｔ0(t(i))と制御目標値Ｔｓとの差ΔＴｓのみに基づいて行うのではなく、ｔ(ｉ)−ｔ(ｉ＋１)間における吸い込み温度の変化量ΔＴ１を考慮して行う点にある。

図２を参照して、まずｉ＝０、すなわち制御開始時における吹き出し温度T0(ｔ(0))、吸い込み温度T1(ｔ(0))が計測され、制御部の所定の記憶領域に格納される（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。以下の説明では運転が継続され、時刻ｔ(ｉ)に至った段階を想定する。

次に、計測間隔τが経過したか否かが判定される（ステップＳ１０３）。経過していなければ運転が継続される（Ｓ１０３においてＮＯ）。計測間隔τ経過したときは、次に時刻ｔ(ｉ＋１)における吹き出し温度T0(ｔ(ｉ＋１))、吸い込み温度T1(ｔ(ｉ＋１))が計測される（ステップＳ１０４）。次に、その時点における吹き出し温度と制御目標値Ｔｓとの差ΔＴｓ＝Ｔ0(t(ｉ＋１))−Ｔｓが演算され（ステップＳ１０５）、さらに前回計測時の吸い込み温度T1(ｔ(ｉ))との変化量ΔＴ１＝T1(ｔ(ｉ＋１))−T1(ｔ(ｉ))の値が演算される（ステップＳ１０６）。求めたΔＴｓ、ΔＴ１の値に基づいて圧縮機運転周波数のＰＩＤ制御が行われる（Ｓ１０７）。

次いで、圧縮機運転周波数が能力制御下限値（最小能力）に至ったか否かが判定される（ステップＳ１０８）。最小能力に至っていないときは（Ｓ１０８においてＮＯ）、ｉ＝ｉ＋２として上述のステップが繰り返される（ステップＳ１１３）。最小能力に至ったときは（Ｓ１０８においてＹＥＳ）、このときの吹き出し温度T0(ｔ(ｉ＋１))がサーモＯＦＦ温度（Ｔｓ−α）以下か否かが判定される（ステップＳ１０９）。サーモＯＦＦ温度以下のときは圧縮機の運転が停止され（ステップＳ１１０）、その後サーモＯＮ温度（Ｔｓ）以上になったときに運転が再開される（ステップＳ１１１）。サーモＯＦＦ温度に至っていないときは（Ｓ１０８においてＮＯ）、圧縮機最小能力での運転が継続され（ステップＳ１１２）、ｉ＝ｉ＋１として上述のステップが繰り返される（ステップＳ１１３）。

以上のステップが運転中、継続して行われる。なお、運転中に運転終了要求があったときは、その時点で機器の運転が停止される（以下の実施形態においても同様である）。
（第二の実施形態）
次に、図４、５を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態が上述の実施形態と異なる点は、圧縮機の能力制御は吹き出し温度と設定温度との偏位ΔＴｓに基づいて行うが、圧縮機の能力下限値を下回る能力制御要求があった場合は、吸い込み温度の低下が所定の値になるまでは、吹き出し温度設定値を低温側にシフトさせて運転を継続し、サーモＯＦＦを回避することである。
図４を参照して、まずｉ＝０、すなわち制御開始時における吹き出し温度T0(ｔ(0))、吸い込み温度T1(ｔ(0))が計測され、制御部の所定の記憶領域に格納される（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）。以下、運転が継続され時刻ｔ(ｉ)に至った段階を想定して説明する。

次に、その時点における吹き出し温度と制御目標値Ｔｓとの差ΔＴｓ＝Ｔ0(t(i))−Ｔｓが演算され（ステップＳ２０３）、ΔＴｓの値に基づいて圧縮機運転周波数のＰＩＤ制御が行われる（Ｓ２０４）。

その後、計測間隔τが経過したかが判定される（ステップＳ２０５）。経過していなければ運転が継続される（Ｓ２０５においてＮＯ）。計測間隔τを経過したときは、次に時刻ｔ(ｉ＋１)における吹き出し温度T0(ｔ(ｉ＋１))、吸い込み温度T1(ｔ(ｉ＋１))が計測され、制御部の所定の記憶領域に格納される（ステップＳ２０６）。

さらに、圧縮機運転周波数が能力制御下限値（最小能力）に至ったか否かが判定される（ステップＳ２０７）。最小能力に至っていないときは（Ｓ２０７においてＮＯ）、ｉ＝ｉ＋１として上述のステップが繰り返される（ステップＳ２１２）。能力制御下限値に至ったときは（Ｓ２０７においてＹＥＳ）、次にこのときの吹き出し温度T0(ｔ(ｉ＋１))がサーモＯＦＦ設定温度（Ｔｓ−α）以下か否かが判定される（ステップＳ２０８）。（Ｔｓ−α）以下ではないときは、圧縮機最小能力で運転が継続され（ステップＳ２１２）、さらにｉ＝ｉ＋１として上述のステップが繰り返される（ステップＳ２１３）。

（Ｔｓ−α）以下のときは、最初に（Ｔｓ−α）以下となったときの吸い込み温度T1(ｔ(ｊ))と今回の吸い込み温度の差、ΔＴ１＝T1(ｔ(ｊ))−T1(ｔ(ｉ＋１))が所定の値β以上か否かが判定される（ステップＳ２０９）。β以上のときはサーモＯＦＦ温度と判定され、圧縮機の運転が停止される（ステップＳ２１０）。その後サーモＯＮ温度以上になったときに運転が再開される（ステップＳ２１１）。β未満のときはサーモＯＦＦ温度に至っていないと判定され（Ｓ２０８においてＮＯ）、圧縮機最小能力での運転が継続され（ステップＳ２１２）、ｉ＝ｉ＋１として上述のステップが繰り返される（ステップＳ２１３）。以上のステップが運転中、継続して行われる。

図５は、本実施形態による制御によりサーモＯＮ時間が延長される態様を示したものである。すなわち、本来のサーモＯＦＦ温度（Ｔｓ−α）となった時点ｔ(ｊ)でサーモＯＦＦすることなく、吸い込み温度がさらにβ℃下がった時点ｔ(ｊ＋ｋ)においてサーモＯＦＦする。これにより吹き出し温度はγ℃低温側にシフトされることになる。

（第三の実施形態）
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の特徴は、吹き出し温度が本来のサーモＯＦＦ設定温度を下回ったときに、送風機の能力を上げることにより蒸発器通過風量を増加させ、これにより吹き出し温度を上昇させてサーモＯＦＦを回避する点にある。
図６を参照して、まずｉ＝０、すなわち制御開始時における吹き出し温度T0(ｔ(0))、吸い込み温度T1(ｔ(0))が計測され、制御部の所定の記憶領域に格納される（ステップＳ３０１、Ｓ３０２）。以下、運転が継続され時刻ｔ(ｉ)に至った段階を想定して説明する。

次に、その時点における吹き出し温度と制御目標値Ｔｓとの差ΔＴｓ＝Ｔ0(t(i))−Ｔｓが演算され（ステップＳ３０３）、ΔＴｓの値に基づいて圧縮機運転周波数のＰＩＤ制御が行われる（Ｓ３０４）。次に圧縮機運転周波数が能力制御下限値（最小能力）に至ったか否かが判定される（ステップＳ３０５）。最小能力に至っていないときは（Ｓ３０５においてＮＯ）、送風機は通常の制御フローに従い運転される（ステップＳ３０６）。その後、計測間隔τが経過したかが判定される（ステップＳ３１３）。経過していなければ運転が継続される（Ｓ３１３においてＮＯ）。計測間隔τを経過したときは、ｉ＝ｉ＋１として上述のステップが繰り返される（ステップＳ３１４）。

能力制御下限値に至ったときは（Ｓ３０５においてＹＥＳ）、次にこのときの吹き出し温度T0(ｔ(ｉ))がサーモＯＦＦ設定温度（Ｔｓ−α）以下か否かが判定される（ステップＳ３０７）。（Ｔｓ−α）以下のときは、次に送風機が最大能力で運転されているか否かが判定される（ステップＳ３０８）。最大能力に至っていないときは、送風機風量を１段階アップさせて運転が継続され（ステップＳ３１２）、ステップＳ３１４に移行する。

送風機が最大能力で運転されている場合には、これ以上吹き出し温度を上昇させることができないため、圧縮機の運転が停止される（ステップＳ３０９）。その後サーモＯＮ温度以上になったときに運転が再開される（ステップＳ３１０）。

（第四の実施形態）
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の特徴は、吹き出し温度が本来のサーモＯＦＦ設定温度を下回ったときに、隣接する他の空調機の吹き出し温度が設定温度以下でないときには、当該空調機のサーモＯＦＦ設定温度を低温側にシフトすることにより、間欠運転を回避する点にある。
図７を参照して、まずｉ＝０、すなわち制御開始時における吹き出し温度T0(ｔ(0))、吸い込み温度T1(ｔ(0))が計測され、制御部の所定の記憶領域に格納される（ステップＳ４０１、Ｓ４０２）。以下、運転が継続され時刻ｔ(ｉ)に至った段階を想定して説明する。

次に、その時点における吹き出し温度と制御目標値Ｔｓとの差ΔＴｓ＝Ｔ0(t(i))−Ｔｓが演算され（ステップＳ４０３）、ΔＴｓの値に基づいて圧縮機運転周波数のＰＩＤ制御が行われる（Ｓ４０４）。次に圧縮機運転周波数が能力制御下限値（最小能力）に至ったか否かが判定される（ステップＳ４０５）。最小能力に至っていないときは（Ｓ４０５においてＮＯ）、その状態で運転が継続される。その後、計測間隔τが経過したかが判定される（ステップＳ４１３）。経過していなければ運転が継続される（Ｓ４１３においてＮＯ）。計測間隔τを経過したときは、ｉ＝ｉ＋１として上述のステップが繰り返される（ステップＳ４１４）。

能力制御下限値に至ったときは（Ｓ４０５においてＹＥＳ）、次にこのときの吹き出し温度T0(ｔ(ｉ))がサーモＯＦＦ設定温度（Ｔｓ−α）以下か否かが判定される（ステップＳ４０６）。（Ｔｓ−α）以下でないときは圧縮機最小能力での運転が継続され（ステップＳ４１２）、ステップＳ４１３に移行する。

（Ｔｓ−α）以下のときは、次にそのときの隣接空調機の吹き出し温度Ｔ0'(t(i))が計測され（ステップＳ４０７）、さらにこの値が隣接空調機のサーモＯＦＦ設定温度（Ｔｓ−α'）以下であるか否かが判定される（ステップＳ４０８）。設定温度に至っていないときは、次に,、当該空調機の吹き出し温度T0(ｔ(ｉ))が所定の吹き出し温度として許容される限界温度（Ｔｓ−α−δ）より高いが否かが判定される（ステップＳ４０９）。この温度を下回っているときは、圧縮機の運転が停止される（ステップＳ４１０）。その後サーモＯＮ温度以上になったときに運転が再開される（ステップＳ４１１）。この温度以上のときはその状態で運転が継続され、ステップＳ４１３に移行する。

図８は、本実施形態による空調機温度制御によりサーモＯＮ時間が延長される態様を示したものである。すなわち、本来のサーモＯＦＦ温度（Ｔｓ−α）となった時点ｔ(ｊ)でサーモＯＦＦすることなく、吹き出し温度がさらにδ℃低温側にシフトされた時点ｔ(ｊ＋ｋ)においてサーモＯＦＦすることになる。

本発明は、熱源、空調機の機種、建築構造等を問わず、二重床空調システムに広く適用可能である。

本発明に係る二重床空調システム１を示す図である。第一の実施形態における空調機温度制御フローを示す図である。第一の実施形態における吹き出し温度、吸い込み温度の時間的変化を示す図である。第二の実施形態における空調機温度制御フローを示す図である。第二の実施形態における吹き出し温度、吸い込み温度の時間的変化を示す図である。第三の実施形態における空調機温度制御フローを示す図である。第四の実施形態における空調機温度制御フローを示す図である。第四の実施形態における吹き出し温度の時間的変化を示す図である。従来の二重床空調システムにおける空調機温度制御フローを示す図である。

符号の説明

１・・・・二重床空調システム
２・・・・空調機
３・・・・蒸発器
４・・・・送風機
５・・・・二重床空間
６・・・・情報通信機械室
７・・・・空調機室
８・・・・床パネル
９・・・・吹き出し口
１０・・・戻り側ダクト
１１・・・往き側ダクト
１２・・・天井板
１３・・・吸込口
１４，１５・・・温度センサ
１６・・・外気導入ダクト
１７・・・天井空間

Claims

空調対象室内を床面と床パネルにより二重床に形成し、空調機から二重床空間に冷却用空気を供給し、床パネルに設けた吹き出し口から室内に吹き出す二重床空調システムにおける空調機温度制御方法であって、
空調機吹き出し温度と設定温度の差及び所定の時間間隔で計測する空調機吸い込み温度の変化量に基づいて、能力制御することを特徴とする空調機温度制御方法。
請求項１において、さらに、最小能力運転時に吹き出し温度がサーモＯＦＦ設定温度以下のときは、吸い込み温度の変化量が所定の許容値を超えるまでは、前記サーモＯＦＦ設定温度を低温側にシフトすることを特徴とする空調機温度制御方法。
空調対象室内を床面と床パネルにより二重床に形成し、空調機から二重床空間に空調空気を供給し、床パネルに設けた吹き出し口から室内に吹き出す二重床空調システムにおける空調機温度制御方法であって、
所定の時間間隔で計測する空調機吹き出し温度の変化量に基づいて能力制御を行い、
かつ、最小能力運転時に吹き出し温度がサーモＯＦＦ設定温度以下のときは、蒸発器通過風量を増加させることより吹き出し温度を上昇させることを特徴とする空調機温度制御方法。
空調対象室内を床面と床パネルにより二重床に形成し、複数の空調機から二重床空間に空調空気を供給し、床パネルに設けた吹き出し口から室内に吹き出す二重床空調システムにおける一の空調機の温度制御方法であって、
所定の時間間隔で計測する前記一の空調機の吹き出し温度の変化量に基づいて能力制御を行い、
かつ、前記一の空調機の最小能力運転時に吹き出し温度がサーモＯＦＦ設定温度以下のときに、隣接する他の空調機の吹き出し温度が設定温度以下になるまで、前記サーモＯＦＦ設定温度を低温側にシフトすることを特徴とする空調機温度制御方法。
請求項３又は４において、さらに、所定の時間間隔で計測する空調機吸い込み温度の変化量をも加味して、能力制御することを特徴とする空調機温度制御方法。