JP4966184B2

JP4966184B2 - 空調制御装置および空調制御方法

Info

Publication number: JP4966184B2
Application number: JP2007340914A
Authority: JP
Inventors: 雄一花田; 博之森本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: JP2009162411A

Description

本発明は、オフィスや住居等の空調を制御する空調制御装置および空調制御方法に関する。

従来、オフィスや住居等に設置された空調制御装置では、室外の外気と室内の還気とを混合した空気を適切な温度および湿度に調整することにより行う制御が主流である。

しかし、室内の還気は適切な温度および湿度に既に制御されているため、近年は外気のみをまず冷却、除湿し、その後還気と混合することにより、省エネルギー化を図る方式が提案されている。

この方式の一例として、特許文献１に記載された空調装置がある。

この特許文献１に記載の空調装置では、外気を取り入れる外気ダクトと空調制御対象の室内から還気ファンを用いて還気を循環させる還気ダクトとが合流する点の上流に除湿用冷水コイルを設け、外気の湿度が高い夏場はこの除湿用冷水コイルにより外気のみを除湿した後、還気と混合し、さらに温調用冷水コイルにより混合した空気を冷却して空調制御対象の室内に供給するため、除湿に要するエネルギーを低減させることができる。
特開２００４−２４５５４６

上記の特許文献１の空調装置では、外気を除湿するための除湿用冷水コイルと、この除湿用冷水コイルで除湿された空気と室内の還気とを混合した混合空気（空調機の給気）を適温に調整するための温調用冷水コイルとの２つのコイルは、制御状態によって必要な流量がそれぞれ異なり、これに対応するため並列状態に接続されている。

しかし、これら２つのコイルを並列状態に接続すると、直列状態に接続したときと比べて冷水流量が多くなり搬送動力が大きくなるという問題があった。

そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、空調制御に必要な冷水流量を低減させることにより搬送動力を低減させることができる空調制御装置および空調制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の空調制御装置は、除湿用冷水コイルと温調用冷水コイルとが直列状態で接続され、前記除湿用冷水コイルは、冷水を利用して外気の除湿を行う除湿コイル部と、冷凍機から前記除湿コイル部に取り込む冷水の量を開度により調整する第１の弁とを有し、前記温調用冷水コイルは、前記除湿コイル部で除湿された外気と空調制御対象の室内から取り込んだ還気とが混合された混合空気を、冷水を利用して温度調整を行う温調コイル部と、前記除湿コイル部で利用された後の冷水を前記温調コイル部に取り込む量を調整するため前記温調コイル部に直列状態で接続された第２の弁と、前記除湿コイル部で利用された後の冷水を排水する量を調整するため前記温調コイル部に並列状態で接続された第３の弁と、前記除湿コイル部で利用された後の冷水に加えて必要な冷水を冷凍機から直接前記温調コイル部に取り込む量を調整するため、前記温調コイル部の上流に直列状態で接続された第４の弁とを有することを特徴とする。

また、本発明の空調制御方法は、除湿用冷水コイル内に設けられた第１の弁の開度を調整することにより、前記除湿用冷水コイル内に設けられ冷水を利用して除湿を行う除湿コイル部に冷凍機から取り込む冷水の量を調整して要求された除湿負荷に対応して外気の除湿を行い、温調用冷水コイル内に設けられた第２の弁の開度を調整することにより、前記温調用冷水コイル内に設けられ冷水を利用して温度調整を行う温調コイル部に前記除湿コイル部で利用された後の冷水を取り込む量を調整し、また、前記温調用冷水コイル内に前記温調コイル部に並列状態で接続された第３の弁の開度を調整することにより、前記除湿コイル部で利用された後の冷水を排水する量を調整し、さらに、前記温調用冷水コイル内の前記温調コイル部の上流に直列状態で接続された第４の弁の開度を調整することにより、前記除湿コイル部で利用された後の冷水に加えて必要な冷水を冷凍機から直接前記温調コイル部に取り込む量を調整して要求された温度調整負荷に対応し、前記除湿が行われた外気と空調制御対象の室内から取り込んだ還気とが混合された混合空気の温度調整を行うことを特徴とする。

本発明の空調制御装置および空調制御方法によれば、空調制御に必要な冷水流量を低減させることにより搬送動力を低減させることができる。

〈一実施形態による空調制御装置の構成〉
本発明の一実施形態による空調制御装置１を利用した空調制御システムの全体図を、図１に示す。

空調制御装置１は、露点温度センサ１１と、温度センサ１２と、除湿用冷水コイル１３と、この除湿用冷水コイル１３と直列状態に接続された温調用冷水コイル１４とから構成され、空調制御対象の室内２０の空調を制御する。

露点温度センサ１１は、空調制御対象の室内２０に供給する空気の露点温度を計測する。また、温度センサ１２は、空調制御対象の室内２０に供給する空気の温度を計測する。

除湿用冷水コイル１３は、図示しない冷凍機から供給される冷水を利用することにより、露点温度センサ１１で計測された露点温度に基づいたＰＩＤ制御で決定された設定で外気を取り込んで除湿を行う。温調用冷水コイル１４は、除湿用冷水コイル１３で利用された冷水を取り込み再利用することにより、温度センサ１２で計測された温度に基づいてＰＩＤ制御で決定された設定で、除湿用冷水コイル１３で除湿された外気と制御対象の居室などの室内から取り込んだ還気との混合空気を適温に調整する。

除湿用冷水コイル１３および温調用冷水コイル１４の詳細な構成を、図２に示す。

除湿用冷水コイル１３は、除湿コイル部１３１と、冷凍機から除湿コイル部１３１に取り込む冷水の量を開度により調整する第１の弁である弁１３２とを有する。

温調用冷水コイル１４は、温調コイル部１４１と、除湿コイル部１３１で利用された後の冷水を温調コイル部１４１に取り込む量を調整するための第２の弁である弁１４２と、除湿コイル部１３１で利用された後の冷水を排水する量を調整するため温調コイル部１４１に並列状態で接続された第３の弁である弁１４３と、冷凍機から取り込む冷水の量を調整するため、温調コイル部１４１、弁１４２、および弁１４３の上流にこれらに直列状態で接続された第４の弁である弁１４４とを有する。

〈一実施形態による空調制御装置の動作〉
次に、本実施形態における空調制御装置１の動作について説明する。

空調制御対象の室内２０の空調制御が開始されると、外気が空調制御装置１に取り込まれ除湿用冷水コイル１３で除湿された後、この除湿された外気と空調制御対象の室内２０から取り込まれた還気とが混合されて混合空気とされ、この混合空気が温調用冷水コイル１４により適温に調整されて空調制御対象の室内２０に供給される。

調整された混合空気が空調制御対象の室内２０に供給される際に、露点温度センサ１１により混合空気の露点温度が計測され、この計測値が除湿用冷水コイル１３をＰＩＤ制御するための情報として除湿用冷水コイル１３にフィードバックされる。

また、調整された混合空気が空調制御対象の室内２０に供給される際に、温度センサ１２により混合空気の温度が計測され、この計測値が温調用冷水コイル１４をＰＩＤ制御するための情報として温調用冷水コイル１４にフィードバックされる。

露点温度センサ１１の計測値が除湿用冷水コイル１３にフィードバックされると、ＰＩＤ制御により、除湿用冷水コイル１３内の弁１３２の開度が調整される。つまり、湿度が高く露点温度が高いときには弁１３２の開度が高くなり、湿度が低く露点温度が低いときには弁１３２の開度が低くなるように制御される。

また、温度センサ１２の計測値がフィードバックされると、ＰＩＤ制御により、温調用冷水コイル１４内の弁１４２、１４３および１４４の開度が調整される。

温度センサ１２の計測値による、温調用冷水コイル１４内の弁１４２、１４３および１４４の開度の変化について、図３および図４を参照して説明する。図３は、除湿および温調の負荷の大きさごとに異なる除湿用冷水コイル１３および温調用冷水コイル１４を流れる冷水の流路を示す概念図であり、図４は、除湿および温調の負荷の大きさの変化に伴う、（Ａ）弁１４２の開度の変化を示すグラフ、（Ｂ）弁１４３の開度の変化を示すグラフ、（Ｃ）弁１４４の開度の変化を示すグラフである。

除湿用冷水コイル１３よる外気の湿度調整が行われており、温調用冷水コイル１４に対する混合空気の温度調整の要求がない場合（温調負荷がない場合）は、弁１４２が全閉される（図４（Ａ）ａ状態）とともに弁１４３が全開される（図４（Ｂ）ａ状態）ことにより、図３（Ａ）の太線矢印で示すように除湿コイル部１３１で利用された後の冷水が温調コイル部１４１に供給されず全て弁１４３を流れて排水される。このとき、弁１４４は全閉され（図４（Ｃ）ａ状態）、冷凍機からの冷水は取り込まれない。

また、温調負荷が要求され、温度調整に必要な冷水流量が除湿に必要な冷水流量よりも少ない場合は、温調負荷が高くなるにつれて、弁１４３が全開されたままで（図４（Ｂ）ｂ状態）弁１４２の開度が上げられる（図４（Ａ）ｂ状態）ことにより、図３（Ｂ）の太線矢印で示すように除湿コイル部１３１で利用された後の冷水のうち温調コイル部１４１に必要な冷水流量が温調コイル部１４１に供給される。

このとき、弁１４４は全閉されたまま（図４（Ｃ）ｂ状態）で、除湿コイル部１３１において利用された冷水のみが再利用される。また、弁１４２が全開された後（図４（Ａ）ｃ状態）さらに温調負荷が高くなった場合には、弁１４４が全閉されたまま（図４（Ｃ）ｃ状態）で弁１４３の開度が下げられる（図４（Ｂ）ｃ状態）ことにより、除湿コイル部１３１で利用された後の冷水がより多く温調コイル部１４１に供給される。

冷凍機から供給された冷水（たとえば７℃）は、除湿コイル部１３１で利用されると温度が上がる（例えば１３℃）が、温調コイル部１４１では除湿コイル部１３１ほど低温の冷水は必要ないため、除湿コイル部１３１での利用後の再利用でも温調効果を得ることができる。

また、さらに温調負荷が高くなり、温度調整に必要な冷水流量と除湿に必要な冷水流量とが等しくなった場合は、弁１４２が全開される（図４（Ａ）ｄ状態）とともに弁１４３が全閉される（図４（Ｂ）ｄ状態）ことにより、図３（Ｃ）の太線矢印で示すように除湿コイル部１３１で利用された後の冷水が全て温調コイル部１４１に供給される。このとき、弁１４４は全閉されたまま（図４（Ｃ）ｄ状態）で、除湿コイル部１３１において利用された冷水のみが再利用される。

また、さらに温調負荷が高くなり、温度調整に必要な冷水流量が除湿に必要な冷水流量よりも多くなった場合は、弁１４２が全開される（図４（Ａ）ｅ状態）とともに弁１４３が全閉されたまま（図４（Ｂ）ｅ状態）で弁１４４の開度が上げられる（図４（Ｃ）ｅ状態）ことにより、図３（Ｄ）の太線矢印で示すように除湿コイル部１３１で利用された後の冷水に加えて冷凍機からの冷水も温調コイル部１４１に供給される。

また、除湿用冷水コイル１３に対する外気の湿度調整の要求がなく、温調用冷水コイル１４による混合空気の温度調整のみが行われる場合は、弁１３２は全閉され弁１４４の開度が上げられることにより、図３（Ｄ）の太線矢印で示すように温調コイル部１４１に必要量の冷水が冷凍機から供給される状態になる。

以上の本実施形態によれば、除湿用冷水コイル１３と温調用冷水コイル１４とを直列状態で配置することにより除湿用冷水コイル１３で利用した冷水を温調用冷水コイル１４で再利用することができるため必要な冷水流量を低減させることができ、これにより搬送動力を低減させることが可能になる。

本発明の一実施形態による空調制御装置１を利用した空調制御システムの構成を示す全体図である。本発明の一実施形態による空調制御装置１の除湿用冷水コイル１３および温調用冷水コイル１４の構成図である。本発明の一実施形態による空調制御装置１の除湿用冷水コイル１３および温調用冷水コイル１４を流れる冷水の流路を示す概念図である。本発明の一実施形態による空調制御装置１の除湿および温調の負荷の大きさの変化に伴う、（Ａ）弁１４２の開度の変化を示すグラフ、（Ｂ）弁１４３の開度の変化を示すグラフ、（Ｃ）弁１４４の開度の変化を示すグラフである。

符号の説明

１…空調制御装置
１１…露点温度センサ
１２…温度センサ
１３…除湿用冷水コイル
１４…温調用冷水コイル
２０…空調制御対象の室内
１３１…除湿コイル部
１３２…弁
１４１…温調コイル部
１４２〜１４４…弁

Claims

除湿用冷水コイルと温調用冷水コイルとが直列状態で接続され、
前記除湿用冷水コイルは、冷水を利用して外気の除湿を行う除湿コイル部と、冷凍機から前記除湿コイル部に取り込む冷水の量を開度により調整する第１の弁とを有し、
前記温調用冷水コイルは、前記除湿コイル部で除湿された外気と空調制御対象の室内から取り込んだ還気とが混合された混合空気を、冷水を利用して温度調整を行う温調コイル部と、前記除湿コイル部で利用された後の冷水を前記温調コイル部に取り込む量を調整するため前記温調コイル部に直列状態で接続された第２の弁と、前記除湿コイル部で利用された後の冷水を排水する量を調整するため前記温調コイル部に並列状態で接続された第３の弁と、前記除湿コイル部で利用された後の冷水に加えて必要な冷水を冷凍機から直接前記温調コイル部に取り込む量を調整するため、前記温調コイル部の上流に直列状態で接続された第４の弁とを有することを特徴とする空調制御装置。
除湿用冷水コイル内に設けられた第１の弁の開度を調整することにより、前記除湿用冷水コイル内に設けられ冷水を利用して除湿を行う除湿コイル部に冷凍機から取り込む冷水の量を調整して要求された除湿負荷に対応して外気の除湿を行い、
温調用冷水コイル内に設けられた第２の弁の開度を調整することにより、前記温調用冷水コイル内に設けられ冷水を利用して温度調整を行う温調コイル部に前記除湿コイル部で利用された後の冷水を取り込む量を調整し、また、前記温調用冷水コイル内に前記温調コイル部に並列状態で接続された第３の弁の開度を調整することにより、前記除湿コイル部で利用された後の冷水を排水する量を調整し、さらに、前記温調用冷水コイル内の前記温調コイル部の上流に直列状態で接続された第４の弁の開度を調整することにより、前記除湿コイル部で利用された後の冷水に加えて必要な冷水を冷凍機から直接前記温調コイル部に取り込む量を調整して要求された温度調整負荷に対応し、前記除湿が行われた外気と空調制御対象の室内から取り込んだ還気とが混合された混合空気の温度調整を行うことを特徴とする空調制御方法。