JP5053574B2 - Replacement ventilation system for electrical room - Google Patents
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Description
本発明は、OA機器類等の発熱する電気機器を有する電機室内を冷房する置換換気システムに関する。 The present invention relates to a replacement ventilation system for cooling an electric room having an electric device that generates heat, such as OA devices.
OA機器類等の電気機器を有する電機室(電気室と表記される場合もある)の必要換気量は、一般に室内の発熱量を基準とした熱計算式(式1)により求める。空気調和・衛生工学会編「空気調和・衛生工学便覧」(第5編第5章pp.260)によれば、一般に電機室の換気量は20〜30回/hとされる。
Q=3.6qs/{cpρ(ti−t0)} (式1)
ここに、
Q:必要換気量 [m3
/h]
qs:発熱量 [W]
cp:空気の比熱 [kJ
/(kg・K)]
ρ:空気の密度 [kg /m3]
ti:許容室温 [℃]
t0:外気温度 [℃]
The necessary ventilation amount of an electrical room (which may be expressed as an electrical room) having electrical equipment such as OA equipment is generally obtained by a heat calculation formula (Formula 1) based on the amount of heat generated in the room. According to the “Air Conditioning and Sanitary Engineering Handbook” edited by the Society for Air Conditioning and Sanitation Engineering (Volume 5 Chapter 5 pp.260), the ventilation volume of the electrical room is generally 20-30 times / h.
Q = 3.6q s / {c p ρ (t i -t 0)} ( Equation 1)
here,
Q: Necessary ventilation [m 3
/ h]
q s : calorific value [W]
c p : Specific heat of air [kJ
/ (Kg · K)]
ρ: Air density [kg / m 3 ]
t i : allowable room temperature [° C.]
t 0 : outside air temperature [° C.]
近年OA機器類の増加などによりビル全体の消費電力が増大しており、変圧器容量や需要率が上昇し、電機室内の発生熱量も増加している。その結果、電機室内の必要換気量を満足するために非常に大きなダクトが必要となり、大きい占有スペースを必要とする。そこで、一般的にはPAC(パッケージエアコン)の室内機等の冷却装置を電機室内に併設し、必要換気量の低減を行っている。 In recent years, power consumption of the entire building has increased due to an increase in OA equipment, etc., transformer capacity and demand rate have increased, and the amount of heat generated in the electrical room has also increased. As a result, a very large duct is required to satisfy the required ventilation amount in the electrical room, and a large occupied space is required. Therefore, generally, a cooling device such as a PAC (package air conditioner) indoor unit is provided in the electrical room to reduce the necessary ventilation.
ところが、市販されている標準型PACにおける室内機の室内吸込み空気温度使用限界は、WB25℃程度(温度設定可能範囲はDB35℃以下)であり、それ以上の温度で連続運転を行うと、PACの安全装置が作動して強制的に運転が停止され、手動にて復帰する必要が生じる。そのため、電機室の許容室温が例えばDB40℃の温度要件であるのに対し、DB30℃を相当に下回る室温(例えば27℃)で運用されることが多く、必要以上に冷房を行うことにより、無駄なエネルギーを消費する要因となっている。 However, the indoor intake air temperature usage limit of the indoor unit in the standard PAC that is commercially available is about WB25 ° C (the temperature setting range is DB35 ° C or less). The safety device is activated and the operation is forcibly stopped, and it is necessary to return manually. For this reason, the allowable room temperature in the electrical room is, for example, a temperature requirement of DB40 ° C, but it is often operated at a room temperature (eg, 27 ° C) that is considerably lower than DB30 ° C. It is a factor that consumes a lot of energy.
また、電機室内の天井部から外気の供給を行うと、電気機器の発熱によって加熱されて上昇した熱気(室内空気)を外気で下方に押し戻し、温度制御対象である電気機器に移流させることになり、非効率である。このため外気を室の下方からゆっくりとした給気速度で供給し、電気機器によって加熱されて上昇した室内空気を上部から排気する置換換気システムが有効である。 In addition, when outside air is supplied from the ceiling of the electrical room, the hot air (room air) heated and raised by the heat generated by the electrical equipment is pushed back downward by the outside air and is transferred to the electrical equipment to be temperature controlled. Is inefficient. For this reason, a replacement ventilation system is effective in which outside air is supplied from the lower side of the room at a slow air supply speed, and indoor air heated and raised by the electric equipment is exhausted from above.
ここで、図1に従来システム(混合方式)と置換換気システムによる室内空気の垂直温度分布を比較して示す。従来システムでは、室内に供給した外気が室内空気と混合されるため、室内全体が完全混合に近くなり、室内空気の垂直温度分布は全体的にほぼ等しくなる。これに対して、置換換気システムの場合には、室内空気の温度が下方で低く、上方で高くなる温度成層が形成される。従来システムと同風量・同給気温度で置換換気を行った場合には、天井部温度が従来システムと同等な温度になるが、温度制御対象である電気機器の高さでの温度は置換換気システムの方が低く保たれる。すなわち、温度制御対象である電気機器の高さでの温度を等しくさせた場合であれば、置換換気システムは、比べてより高い給気温度、かつ少ない風量で電気機器電気盤の高さでの温度を従来システムと等しくさせることができる。 Here, FIG. 1 shows a comparison of the vertical temperature distribution of room air by the conventional system (mixing method) and the replacement ventilation system. In the conventional system, since the outside air supplied to the room is mixed with the room air, the whole room becomes close to perfect mixing, and the vertical temperature distribution of the room air is almost equal overall. On the other hand, in the case of a replacement ventilation system, a temperature stratification is formed in which the temperature of the indoor air is low at the bottom and high at the top. If replacement ventilation is performed with the same air volume and supply air temperature as the conventional system, the ceiling temperature will be the same as that of the conventional system, but the temperature at the height of the electrical equipment subject to temperature control is the replacement ventilation. The system is kept lower. In other words, if the temperature at the height of the electrical equipment that is the target of temperature control is made equal, the replacement ventilation system will have a higher supply air temperature and a lower air volume at the height of the electrical equipment electrical panel. The temperature can be made equal to conventional systems.
ところが、仮に換気のみで置換換気を行おうとすると、夏季ピーク時において例えば35℃の外気を供給する場合には、温度制御対象である電気機器の高さでの温度を例えば40℃以下に保つためには、大風量、すなわち多くの吹出し面積を確保する必要がある。そのために、吹出し口の設置場所を確保することが困難になってしまう。 However, if replacement ventilation is to be performed only with ventilation, when supplying outside air of 35 ° C, for example, at the peak of summer, to maintain the temperature at the height of the electrical equipment that is the temperature control target, for example, 40 ° C or less. Therefore, it is necessary to secure a large air volume, that is, a large blowing area. Therefore, it becomes difficult to secure the installation location of the outlet.
ここで、置換換気を行う場合に、室下方に設ける吹出し口の設置面積を小さくするためには、外気を冷却して供給風量を少なくすれば良い。上記のように温度制御対象である電気機器の高さでの温度を例えば40℃以下に保つ場合、外気を例えば30℃以下まで冷却して供給すれば、風量を十分に少なくすることができ、吹出し口の設置面積も小さくできる。そこで本発明者らは、外気を冷却して室の下方から供給し、加熱されて上昇した室内空気を上部から排気する置換換気システムを先に開示している(特許文献1、2)。
Here, when performing replacement ventilation, in order to reduce the installation area of the air outlet provided below the room, it is only necessary to cool the outside air and reduce the supply air volume. When maintaining the temperature at the height of the electrical equipment that is the temperature control target, for example, at 40 ° C. or less as described above, if the outside air is cooled to, for example, 30 ° C. or less and supplied, the air volume can be sufficiently reduced, The installation area of the outlet can be reduced. In view of this, the present inventors have previously disclosed a replacement ventilation system that cools the outside air, supplies it from below the room, and exhausts the heated indoor air from above (
上記特許文献1、2に開示した置換換気システムは、室内に供給する外気の全部を冷却するいわゆるオールフレッシュモードによる運転を行うものである。ここで、いわゆるオールフレッシュモードによる置換換気システムとしては、例えば図2〜4に示す構成が考えられる。
The replacement ventilation system disclosed in
図2に示す置換換気システム100は、給気ダクト110に例えばPACの室内機などの冷却装置111と給気チャンバ112を直列に接続した構成である。この置換換気システム100では、冷却装置111に内蔵された内蔵ファン113の稼動によって、給気ダクト110を通じて引き込み、冷却装置111で冷却した外気を、給気チャンバ112を通じて室内に供給する構成である。
The
図3に示す置換換気システム101も、図2に示した置換換気システム100と同様に、給気ダクト110に例えばPACの室内機などの冷却装置111と給気チャンバ112を直列に接続している。但し、この置換換気システム101では、給気ダクト110に設けた給気ファン115の稼動によって、外気を冷却装置111および給気チャンバ112を通じて室内に供給している。そして、冷房運転が必要な場合にのみ、冷却装置111に内蔵された内蔵ファン113が稼動する構成である。
In the
図4に示す置換換気システム102は、給気ダクト110に給気チャンバ112のみを接続し、給気ダクト110に設けた給気ファン115の稼動によって、外気を給気チャンバ112を通じて室内に供給している。そして、室内に別に設置した給気チャンバ120に例えばPACの室内機などの冷却装置111を接続し、冷却装置111に内蔵された内蔵ファン113の稼動により、室内上部において吸い込んだ室内空気を冷却装置111で冷却後、給気チャンバ120から室内に戻している。
In the
しかしながら、OA機器類等の電気機器を有する電機室はビルの地下などに設けられることが多く、電機室に外気を供給する給気ダクト110の総延長は長くなりがちである。図2に示した置換換気システム100では、冷却装置111の内蔵ファン113の稼動で外気を室内に給気しなければならないため、能力の高い内蔵ファン113が必要になってしまう。外気を冷却する冷却装置として、量販されているPACの室内機を用いれば、安価なシステムを提供できるが、図2に示した置換換気システム100では、冷却装置111として標準型のPACの室内機を用いたのでは、内蔵ファンの風量が足りず、室内への給気が不十分になる可能性がある。
However, an electrical room having electrical equipment such as OA equipment is often provided in the basement of a building, and the total length of the
また、図3に示した置換換気システム101は、給気ダクト110に設けた給気ファン115の稼動によって、冷却装置111の流路中が常に通風されており、冷却装置111の内蔵ファン113の起動時に内蔵ファン113に過電流が発生し、モータを焼損する可能性がある。更に、図4に示した置換換気システム102では、特に外気温度が高い時に、冷却装置111を介さずに給気ダクト110から室内に供給した外気が、温度が高いために浮力で上昇する場合がある。上昇した外気は室内の周囲空気を誘引するが、誘引によって電気機器などが設置された温度制御対象域よりも上方にある空気を温度制御対象域まで引き込む可能性がある。言い換えると、温度制御対象域の熱負荷を大きくする可能性がある。
In the
加えて、冷却装置111として例えばPACの室内機を用いた場合、PACの室内機の出口温度の上限は相当に低い温度(例えば27℃)に設定されている。上記の例で言えば、例えば35℃の外気を30℃程度まで冷却して室内に給気すれば、さほど大風量とせずに比較的小さな吹出し面積でも、電機室内の熱負荷を処理することが可能である。にも関わらず、いわゆるオールフレッシュモードによる置換換気システムでは、PACの室内機の出口温度の上限として設定されている例えば27℃に冷却した外気を室内に給気することになる。このため、必要以上に外気を冷却することによるエネルギーの無駄を生ずる。
In addition, when, for example, a PAC indoor unit is used as the
本発明は、このような問題を改善し、省エネルギー化のはかれる電機室の置換換気システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a replacement ventilation system for an electrical room that improves such problems and saves energy.
本発明によれば、発熱する電気機器を有する電機室内に外気を供給し、前記電機室内で加熱されて上昇した室内空気を排気することにより、前記電機室内の換気を行う置換換気システムであって、前記電機室内に外気を供給する給気ダクトに給気ファンを設け、前記給気ダクトから外気の一部のみを取り出して再び前記給気ダクトに戻すバイパスダクトを接続し、前記バイパスダクトに、外気を冷却する冷却装置を設け、前記冷却装置は内蔵ファンを有しており、前記冷却装置はパッケージエアコンの室内機であり、前記電機室内へ外気を供給する給気口を、前記電気機器を超えない高さに配置し、前記電機室内から室内空気を排出する排気口を、前記電気機器よりも上方に配置したことを特徴とする、電機室の置換換気システムが提供される。 According to the present invention, there is provided a replacement ventilation system that ventilates an electric room by supplying outside air into an electric room having an electric device that generates heat and exhausting indoor air heated and raised in the electric room. , An air supply fan is provided in an air supply duct for supplying outside air into the electrical room, and a bypass duct that takes out only a part of the outside air from the air supply duct and returns it to the air supply duct is connected to the bypass duct. A cooling device for cooling the outside air is provided, the cooling device has a built-in fan, the cooling device is an indoor unit of a packaged air conditioner, and an air supply port for supplying outside air to the electrical room is connected to the electric device. Provided is a replacement ventilation system for an electric room, which is arranged at a height not exceeding, and an exhaust port for discharging room air from the electric room is arranged above the electric device. .
この置換換気システムにあっては、前記給気口に、前記電機室内へ供給する外気に対して旋回成分を与えるフィンを設けても良い。 In this replacement ventilation system, the air supply port may be provided with a fin that gives a swirl component to the outside air supplied to the electrical room.
この置換換気システムにあっては、前記電気機器が電気盤であり、前記電機室内に供給する外気の温度について基準温度を設定し、前記給気口から前記電機室内に供給される外気の温度が前記基準温度を超えた場合に、前記冷却装置の内蔵ファンを稼動させるようにしても良い。また、前記電気機器が電気盤であり、前記電機室内の所定の高さにおける室内空気の温度について基準温度を設定し、前記電機室内の所定の高さにおける室内空気の温度が前記基準温度を設定を超えた場合に、前記冷却装置の内蔵ファンを稼動させるようにしても良い。 In this replacement ventilation system, the electric device is an electric panel, and a reference temperature is set for the temperature of the outside air supplied into the electric room, and the temperature of the outside air supplied into the electric room from the air supply port is set. The built-in fan of the cooling device may be operated when the reference temperature is exceeded. Further, the electric device is an electric board, and a reference temperature is set for a temperature of room air at a predetermined height in the electric room, and a temperature of the room air at a predetermined height in the electric room sets the reference temperature. If the value exceeds the value, the built-in fan of the cooling device may be operated.
本発明によれば、電機室内の下方に外気を供給し、上方から排気する置換換気システムを採用したことにより、電気機器で加熱されて上昇した室内空気を室内への拡散を極力抑えて高温のまま室外に排出できるので、室内全体を基準温度に制御する混合方式と比較して、より少ないエネルギーで冷房運転を行うことができる。また、室内空間全体の平均温度が高くなるため、貫流負荷も削減でき、熱源容量を低減することができる。また、混合方式と比べてより高い給気温度での運転が可能なため、外気のみによる冷房期間を長く取ることができ、省エネルギー性向上が図れる。 According to the present invention, by adopting a replacement ventilation system that supplies outside air to the lower part of the electrical room and exhausts it from above, the indoor air heated by the electric equipment is prevented from diffusing into the room as much as possible and is kept at a high temperature. Since it can be discharged to the outside as it is, the cooling operation can be performed with less energy compared to the mixing method in which the entire room is controlled to the reference temperature. Moreover, since the average temperature of the whole indoor space becomes high, a through-flow load can also be reduced and a heat source capacity | capacitance can be reduced. In addition, since operation at a higher supply air temperature is possible as compared with the mixing method, a cooling period using only outside air can be increased, and energy savings can be improved.
本発明によれば、バイパスダクトに設けた冷却装置により、給気ダクトを送風される外気の一部を取り出して冷却した後、再び給気ダクトに戻して混合させ、電機室内に外気を供給することになる。即ち、出口温度が例えば27℃程度に設定されたPACの室内機を冷却装置として用いた場合、給気ダクトを送風される外気の一部のみを27℃以下程度まで冷却し、再び給気ダクト中を流れる外気と混合させてから、電機室内に給気することになる。このため本発明によれば、例えば35℃の外気を30℃程度まで冷却して室内に給気することが可能となり、必要以上に外気を冷却しなくてすむので、省エネルギー化がはかれる。また、給気温度が高くなったことにより、室内における空気の上昇速度も小さくなり、より少ない換気回数で運転でき、給気ファンの動力低減も図れる。また、冷却装置は給気ダクト中を流れる外気の一部のみを冷却できれば足りるので、市販されているオールフレッシュのPACの室内機などでも能力的に十分な対応が可能である。また、給気ダクト中の風量によらず冷却装置への送風量をほぼ一定にでき、冷却装置は熱交換効率の高い運転ができる。更に、冷却装置の内蔵ファンの起動時に生じる過電流を抑制できるため、モータを保護することができる。 According to the present invention, the cooling device provided in the bypass duct takes out a part of the outside air blown through the air supply duct and cools it, then returns it to the air supply duct and mixes it again to supply the outside air into the electrical room. It will be. That is, when a PAC indoor unit whose outlet temperature is set to about 27 ° C. is used as a cooling device, only a part of the outside air blown through the air supply duct is cooled to about 27 ° C. After being mixed with the outside air flowing through, the air is supplied into the electrical room. Therefore, according to the present invention, for example, it is possible to cool the outside air at 35 ° C. to about 30 ° C. and supply the air into the room, and it is not necessary to cool the outside air more than necessary, thereby saving energy. In addition, since the air supply temperature is increased, the rising speed of the air in the room is also reduced, so that the operation can be performed with a smaller number of ventilations and the power of the air supply fan can be reduced. Further, the cooling device only needs to cool a part of the outside air flowing in the air supply duct, so that it is possible to sufficiently cope with the capability of a commercially available all-fresh PAC indoor unit. In addition, the amount of air blown to the cooling device can be made almost constant regardless of the air volume in the air supply duct, and the cooling device can be operated with high heat exchange efficiency. Furthermore, since the overcurrent generated at the time of starting the internal fan of the cooling device can be suppressed, the motor can be protected.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。図5は、本発明の実施の形態にかかる置換換気システム1の説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is an explanatory diagram of the
電機室10は、例えばビルの地下などに設けられている。電機室10の内部には、OA機器類等の電気機器11が配置してある。電気機器11は発熱するので、電機室10内を冷房する必要がある。
The
電機室10の下部(ここでは床上)には、給気チャンバ15が設置されている。これら給気チャンバ15に、給気ダクト16としての外気取入ダクトが接続してある。給気ダクト16には、後述するバイパスダクト20の往バイパスダクト部20aが接続される箇所よりも上流側に、給気ファン17が設けてあり、この給気ファン17の稼動により、給気ダクト16を通じて給気チャンバ15に外気が供給されている。
An
また、給気ファン17と給気チャンバ15の間において、給気ダクト16には、給気ダクト16から外気の一部を取り出して、再び給気ダクト16に戻すバイパスダクト20が接続してある。バイパスダクト20には、外気を冷却する冷却装置21が接続してある。より具体的には、給気ダクト17からループ状のバイパスダクト20が分岐し、冷却装置21を介して再び給気ダクト16に合流している。バイパスダクト20は、給気ダクト16から外気の一部を取り出し、その取り出した外気を冷却装置21に送る往バイパスダクト部20aと、冷却装置21で冷却した外気を再び給気ダクト16に戻す復バイパスダクト部20bからなる。
Further, between the
冷却装置21には、パッケージエアコン(PAC)の室内機が用いられている。この室内機には、少なくとも蒸発器を構成する熱交換器と減圧装置が備えられ、不図示の室外機の圧縮機、凝縮器と共に冷凍サイクルを構成する。もっともウォールスルータイプのような一体型のPACでは、蒸発器と送風機の部分が室内機に相当し、これらがバイパスダクト20に接続されれば良い。冷却装置21は内蔵ファン22を有しており、この内蔵ファン22が稼動した場合は、給気ダクト16中から外気の一部を、往バイパスダクト部20aを通じて冷却装置21内に引き込み、冷却装置21で冷却した外気を、復バイパスダクト部20bを通じて再び給気ダクト16に戻すようになっている。復バイパスダクト部20bは、往バイパスダクト部20aよりも下流側において給気ダクト16に接続されている。なお、このバイパスダクト20にダンパを設けて冷却装置21への外気の供給量を調整しても良いが、ここでは予め計算により給気ダクト16よりも断面積の小さいダクトをバイパスダクト20とすることで、冷却装置21に好適な外気供給量としている。また、この実施の形態では、このようにPACの室内機を利用した冷却装置21の冷房出口温度の上限が27℃に設定されている。
As the
給気チャンバ15の前面には、図6に示すように、複数の給気口25が縦横に並べて配置されている。これら給気口25は、何れも電気機器11の高さhを超えない位置に配置されている。
On the front surface of the
前述のように、給気チャンバ15には、給気ファン17の稼動によって給気ダクト16を通じて外気が供給されている。また、内蔵ファン22が稼動した場合は、外気の一部が冷却装置21内で冷却された状態で、給気チャンバ15に供給される。
As described above, outside air is supplied to the
これにより、給気チャンバ15の前面に形成された複数の給気口25から、電機室10の内部に向かって外気が供給されるようになっている。なお、給気チャンバ15前面の複数の給気口25は何れも電気機器11の高さhを超えない位置に配置されているので、こうして給気口25を経て電機室10内に給気される外気によって、電気機器11を確実に冷却できるようになっている。
Thus, outside air is supplied from the plurality of
各給気口25には、図7、8に示すように、電機室10内へ供給される外気に対して旋回成分を与えるためのフィン30が、それぞれ複数枚ずつ装着されている。各給気口25の中央に支持部材31が設けてあり、各フィン30は、この支持部材31の周りに適当な等間隔で放射状に取り付けてある。また、給気口25から電機室10内に向かって吹き出す外気に旋回成分を与えるべく、各フィン30は給気口25の中心軸25’に対してそれぞれ傾斜して配置されており、図7と図8では、フィン30の傾斜方向が逆向きの関係になっている。
As shown in FIGS. 7 and 8, each of the
このように、各給気口25に傾斜したフィン30を放射状に取り付けたことにより、給気チャンバ15から電機室10内へ供給される外気を、給気口25を通過する際に、各フィン30の表面に沿わせて強制的に流すことができる。これにより、各給気口25から電機室10内に向かって吹き出す外気に、中心軸25’を中心とする時計回転方向または反時計回転方向の旋回成分をそれぞれ与えることができる。
As described above, the
前述のように給気ユニット15の前面には、複数の給気口25が縦横に並べて配置されているが、隣り合う給気口25から吹き出される外気の旋回成分は、互いに逆の回転方向の関係になっている。即ち、例えば図9(A)に示すように上下方向に並んだ4つの給気口25a、25b、25c、25dを例にして説明すると、1番上の給気口25aと上から3番目の給気口25cでは、ガイドフィン30の傾斜方向が図7で説明した状態であり、これら給気口25aと給気口25cからは、給気ユニット15の前面を電機室10の室内側から見た場合において、反時計回転方向の旋回成分を与えられた外気が吹き出される。一方、上から2番目の給気口25bと4番目の給気口25dでは、ガイドフィン30の傾斜方向が図8で説明した状態であり、これら給気口25bと給気口25dからは、給気ユニット15の前面を電機室10の室内側から見た場合において、時計回転方向の旋回成分を与えられた外気が吹き出される。このように、隣り合う給気口25aと給気口25b、給気口25bと給気口25c、給気口25cと給気口25dの間において、それぞれ互いに逆の回転方向に旋回する外気を吹き出すようになっている。
As described above, the plurality of
即ち、図9(B)に示すように、上下方向に並んだ4つの給気口25a、25b、25c、25dからいずれも同じ回転方向に旋回する外気(図9(B)に示す例では、いずれも反時計回転方向に旋回する外気)を吹き出した場合、給気口25aと給気口25bの間、給気口25bと給気口25cの間及び給気口25cと給気口25dの間において、互いに旋回を打ち消しあう方向に外気が吹き出されることとなる。そうすると、各給気口25a、25b、25c、25dから吹き出される外気の旋回成分が相殺されてしまう。
That is, as shown in FIG. 9B, outside air that swirls in the same rotational direction from the four
一方、図9(A)で説明したように、各給気口25a、25b、25c、25dから吹き出す外気の旋回成分を交互に逆の回転方向とすれば、給気口25aと給気口25bの間、給気口25bと給気口25cの間及び給気口25bと給気口25cの間のいずれにおいても、互いに同じ方向に外気が吹き出されることとなるので、各給気口25a、25b、25c、25dから吹き出される外気の旋回成分が相殺されず、お互いに旋回運動を助長しあうようになる。
On the other hand, as described with reference to FIG. 9A, if the swirl components of the outside air blown out from the
なお、図9では、上下に配列された給気口25の関係について説明したが、先に図6で説明したように、給気ユニット15の前面には複数の給気口25が縦横に並べて配置されている。この図示の形態では、図10(A)に示すように、上下に配列された給気口25の関係では、隣り合う給気口25から吹き出される外気の旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるように、各給気口25に設けられたフィン30の傾斜方向が設定されているが、左右に配列された給気口25の関係では、隣り合う給気口25から吹き出される外気の旋回成分が、互いに同じ回転方向の関係となるように、各給気口25に設けられたフィン30の傾斜方向が設定されている。給気ユニット15の給気口25は、フィルタ面や整流羽根付き開口、複数のスリットが形成された面等であれば良い。給気ユニット15の外形は、矩形に限らない。例えば給気ユニット15の外形を半円筒形状とし、各給気口25から180°の方向に給気できるように構成しても良い。
Although the relationship between the
図5に示すように、電機室10内に取り入れられた新鮮な外気は、電気機器11に熱的に接触することにより加熱される。このように加熱されて上昇した室内空気を排気するための排気口35が、電機室10の上部に設けられている。排気口35には、排気ダクト36の下流側が接続してあり、更に、排気ダクト36には排気ファン37が設けてある。排気口35は、電機室10内に配置された電気機器11よりも高い位置に配置してある。排気ファン37の稼動によって、電機室10内を上昇した室内空気を、電気機器11の上方において排気口35を通して排気ダクト36内に吸い込み、外部に排気するようになっている。
As shown in FIG. 5, fresh outside air taken into the
図11は、この実施の形態の置換換気システムの温度制御系統の説明図である。給気ダクト16に設けられた例えば熱電対等の温度センサ40によって検出された外気の温度が、制御盤41に入力されている。温度センサ40は、給気ダクト16および給気チャンバ15を通じて電機室10の内部に供給される外気の温度(吹出し温度)を検出するようになっている。なお、温度センサ40は、復バイパスダクト部20bの接続位置よりも十分に下流側に配置されている。これにより、後述するように、冷却装置21の内蔵ファン22と室内機側の圧縮機が稼動した場合には、冷却装置21で冷却されて復バイパスダクト部20bを通じて給気ダクト16に戻された外気と給気ダクト16中を流れてきた外気とが十分に混合され、均一な温度となった位置において、温度センサ40によって、外気の温度を検出することが可能である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a temperature control system of the replacement ventilation system according to this embodiment. The temperature of the outside air detected by a
制御盤41には、電機室10内に供給する外気の温度に関する基準温度Tが設定されている。制御盤41は、温度センサ40によって検出された外気の温度(給気口25から電機室10内に供給される外気の温度に相当する)が前記基準温度Tを超えた場合に、冷却装置21の少なくとも内蔵ファン22を稼動させるように制御している。こうして、制御盤41の指令によって内蔵ファン22が稼動した場合は、給気ダクト16中から外気の一部が冷却装置21内に引き込まれ、冷却装置21で冷却した外気が給気ダクト16に戻されることとなる。
The
なお、温度センサ40によって検出された外気の温度が前記基準温度T以下である場合は、制御盤41は、少なくとも冷却装置21の内蔵ファン22(望ましくは、それに加えて圧縮機を含む冷凍サイクル)の稼動を停止させるように制御する。この場合は、給気ダクト16中を流れる外気は冷却装置21内に引き込まれることがなく、そのまま給気ダクト16中を通過して、給気チャンバ15から電機室10の内部に供給されることとなる。
When the temperature of the outside air detected by the
さて、以上のように構成された置換換気システムにおいて、給気ファン17の稼動により、給気ダクト16および給気チャンバ15を通じて電機室10内に外気が供給され、発熱する電気機器11を有する電機室10内の冷房運転が行われる。この場合、電機室10内に対する外気の吹出し速度を1.2m/sec以下として、比較的ゆっくりとした風速で給気することが望ましい。
Now, in the replacement ventilation system configured as described above, an electric machine having an
電機室10内に供給される外気の温度は温度センサ40によって検出され、制御盤41に入力される。制御盤41は、温度センサ40によって検出された外気の温度が基準温度Tを超えた場合に、冷却装置21の内蔵ファン22を稼動させる。例えば、基準温度Tが30℃であるのに対して、給気ファン17の稼動によって給気ダクト16内に取り込まれる外気の温度が35℃である場合、制御盤41は、冷却装置21の内蔵ファン22を稼動させる。これにより、給気ダクト16中から外気の一部が冷却装置21内に引き込まれ、冷却装置21で冷却した外気が給気ダクト16に戻される。こうして、冷却装置21によって冷却された外気が給気ダクト16に戻されることにより、冷却された状態となった外気が、給気チャンバ15を通じて電機室10内に供給されることとなる。
The temperature of the outside air supplied into the
この場合、冷却装置21の冷房出口温度の上限は27℃であるが、冷却装置21によって27℃以下まで冷却された外気と、給気ダクト16中をそのまま流れてきた例えば35℃の外気が混合されるので、冷却装置21の冷却上限温度よりも高い30℃程度(基準温度T)に冷却した状態で、外気を電機室10内に供給することが可能である。なお、外気を基準温度Tである30℃程度に冷却した状態にできるように、給気ダクト16中から冷却装置21に取り込む外気の取り込み量、冷却装置21の冷却温度などを予め適宜設定しておく。
In this case, although the upper limit of the cooling outlet temperature of the
また一方、給気ファン17の稼動によって給気ダクト16内に取り込まれる外気の温度が30℃以下である場合は、制御盤41は、冷却装置21の内蔵ファン22の稼動を停止させる。この場合は、給気ダクト16内に取り込まれた30℃以下の外気が、給気チャンバ15を通じて電機室10内にそのまま供給されることとなる。
On the other hand, when the temperature of the outside air taken into the
こうして電機室10内に供給される外気(30℃以下の外気)には、給気チャンバ15前面に形成された給気口25を通過する際に、フィン30により旋回成分が与えられる。これにより、電機室10内に向かって、各給気口25から旋回しながら外気が供給される。
Thus, the swirl component is given to the outside air (outside air of 30 ° C. or less) supplied into the
すると、各給気口25から吹き出した外気に、電機室10内の空気が誘引されて一緒に移動する誘引作用がはたらく。この場合、図示の置換換気システムにあっては、給気口25から吹き出す外気に旋回成分が与えられるので、外気に誘引される電機室10内の空気の誘引量(誘引比)が増加する。これに伴い、運動量保存則に従って外気の速度は、各給気口25から吹き出した後、速やかに減速することとなる。
Then, the attracting action in which the air in the
こうして電機室10内に供給された外気は、温度差により、電機室10内の下方に下降するように流れ、電機室10内に配置された電気機器11を適切に冷却することができる。
The outside air thus supplied into the
一方、電気機器11に熱的に接触した外気は、やがて加熱され、緩やかに上昇する。その上昇流により、電気機器11に周囲などで発生した塵埃やガスなどの汚染物質を電機室10内の上方に搬送することもできる。
On the other hand, the outside air that has been in thermal contact with the
そして、電機室10内の上部に溜まった室内空気(加熱された空気)は、攪拌されることなく、即ち、電機室10内に形成された温度成層を乱すことなく、排気口35及び排気ダクト36を経て排気ファン37の稼動で外部に排気される。こうして、低温の外気を電機室10内の下方に供給しつつ、電機室10内の上部から、加熱された室内空気を排気することにより、電機室10内の換気が行われ、電気機器11の発熱に対する冷房運転を行うことができる。
The indoor air (heated air) accumulated in the upper part of the
この置換換気システムによれば、外気を冷却して電機室10内に供給する必要が生じた場合、バイパスダクト20に設けた冷却装置21により、給気ダクト16を送風される外気の一部をのみを冷却しているので、例えば35℃の外気を冷却装置21の冷却上限温度よりも高い30℃程度(基準温度T)まで冷却して電機室10内に給気することが可能となる。このため、必要以上に外気を冷却しなくてすむので、省エネルギー化がはかれる。なお、外気の温度が前記基準温度T以下である場合は、冷却装置21の稼動は停止されるので、より省エネルギー化がはかれる。
According to this replacement ventilation system, when the outside air needs to be cooled and supplied into the
またこのように、より少ない換気回数で運転でき、給気ファン17の動力低減も図れる。また、冷却装置21は給気ダクト16中を流れる外気の一部のみを冷却できれば足りるので、市販されているPACの室内機などでも能力的に十分な対応が可能である。
In addition, in this way, the operation can be performed with a smaller number of ventilations, and the power of the
また、給気ダクト16中の外気の一部のみが冷却装置21に流れるので、内蔵ファン22の停止時における往バイパスダクト部20aと復バイパスダクト部20bの圧力差は、給気ダクト16中における往バイパスダクト部20aと復バイパスダクト部20bの接続箇所間の静圧損失程度と小さく、停止中の内蔵ファン22にかかる圧力差は小さい。このため、冷却装置21の内蔵ファン22の起動時においても内蔵ファン22のモータにかかる力は小さく、モータの焼損を抑制できる。また、給気ダクト16中の風量によらず冷却装置21への送風量をほぼ一定にでき、冷却装置21は熱交換効率の高い運転ができる。さらに、給気ダクト16中における往バイパスダクト部20aと復バイパスダクト部20bの接続箇所間の圧力差が小さいために、内蔵ファン22機外静圧は、往バイパスダクト部20aと復バイパスダクト部20bの流路抵抗のみになる。静圧損失が小さいために、内蔵ファン22は定格風量に近い送風量の運転ができ、熱交換効率の高い運転ができる。
Further, since only a part of the outside air in the
以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。例えば図7、8では、給気口25に複数のフィン30を放射状に取り付けた構成を説明したが、各給気口25にはフィン30を装着しなくても良い。
As mentioned above, although an example of preferable embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not limited to the form of illustration. For example, in FIGS. 7 and 8, the configuration in which the plurality of
また、各給気口25にフィン30を装着する場合であっても、図10(B)に示すように、上下に配列された給気口25の間では、隣り合う給気口15から吹き出される外気の旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるが、横に配置された給気口25の間では、隣り合う給気口25から吹き出される外気の旋回成分が、互いに同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。また逆に、図示はしないが、横に配列された給気口25の間では、隣り合う給気口25から吹き出される外気の旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるが、上下に配置された給気口25の間では、隣り合う給気口25から吹き出される外気の旋回成分が、互いに同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。また、全部の給気口25から吹き出される外気の旋回成分が、いずれも同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。更に、各給気口25から吹き出される外気の旋回成分が、不規則に同じ回転方向となったり逆の回転方向となるように設定されていてもよい。各給気口25から吹き出される外気の旋回成分の回転方向は、任意に設定できる。
Further, even when the
また、図12に示すように、給気口25に装着したフィン30の周囲に、円筒45を取り付けても良い。このように、フィン30の周囲に円筒45を取り付けることにより、電機室10内に吹き出す外気に対して、より多くの旋回成分を与えることができる。このため、吹き出した外気に誘引される電機室10内の空気の誘引量(誘引比)を更に増加させることができ、電機室10内に吹き出した外気の速度を速やかに減速させ、速やかに昇温させることができるようになる。
In addition, as shown in FIG. 12, a
また図13に示すように、給気ユニット15の前方に多数の通気孔50が形成された多孔板51を給気ユニット15の前面と平行に配置し、各給気口25の前方に所定の隙間を空けて多孔板51が設けられるように構成しても良い。そうすれば、各給気口25から噴出された外気を、更に多孔板51に形成された通気孔50を通して電機室10内に給気することにより、気流減衰特性をより向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 13, a
また、置換換気システムの温度制御系統は、先に図11に示した温度制御系統の他、例えば図14、15に示した構成とすることもできる。図14に示した温度制御系統では、電機室10内の所定の高さに配置された例えば熱電対等の温度センサ55によって検出された室内空気の温度が、制御盤41に入力されている。この例では、温度センサ55は高さhの位置に配置されており、温度センサ55によって電気機器11の最上部の室温を検出するようになっている。なお、電機室10内には下方が低く、上方が高い温度勾配が形成されているので、温度センサ55によって検出される電気機器11の最上部の室温が、電気機器11の周囲における最高室温となる。
Further, the temperature control system of the replacement ventilation system may be configured as shown in FIGS. 14 and 15 in addition to the temperature control system shown in FIG. In the temperature control system shown in FIG. 14, the temperature of room air detected by a
制御盤41には、電気機器11を円滑に稼動させるために維持すべき基準温度T’が設定されている。制御盤41は、温度センサ55によって検出された電気機器11の周囲における最高室温が前記基準温度T’を超えた場合に、冷却装置21の内蔵ファン22を稼動させるように制御している。こうして、制御盤41の指令によって内蔵ファン22が稼動した場合は、給気ダクト16中から外気の一部が冷却装置21内に引き込まれ、冷却装置21で冷却した外気が給気ダクト16に戻されることとなる。
The
このように室内空気の温度に基いて冷却装置21の稼動を制御することによっても、先に図11で説明した温度制御系統と同様に、電機室10内の換気を行い、電気機器11の発熱に対する冷房運転を行うことができる。
By controlling the operation of the
また、図15に示した温度制御系統では、電機室10内における電気機器11の最上部の室温が温度センサ55によって検出されて制御盤41に入力されると共に、電機室10の内部に供給される外気の温度(吹出し温度)が温度センサ40によって検出されて制御盤41に入力されている。
In the temperature control system shown in FIG. 15, the uppermost room temperature of the
制御盤41は、温度センサ55によって検出された電気機器11の周囲における最高室温が基準温度T’以下となるように、外気の温度(吹出し温度)についての基準温度Tの設定値を変更した制御を行うようになっている(いわゆるカスケード制御)。このように室内空気の温度に基いて外気の温度(吹出し温度)についての基準温度Tの設定値を変更するカスケード制御を行うことによっても、先に図11で説明した温度制御系統と同様に、電機室10内の換気を行い、電気機器11の発熱に対する冷房運転を行うことができる。
The
その他、図16に示すように、給気ファン17と排気ファン37にインバータ60、61を搭載し、温度センサ55で検出された室内温度に基いて給気ファン17と排気ファン37の送風量を制御することにより、基準温度T’以下となるように構成しても良い。
In addition, as shown in FIG. 16,
また、本発明は、図5に示した第1種換気に限らず、室上部の空気をファンを設けずに排気する第2種換気にも適用できる。 Moreover, this invention is applicable not only to the 1st type ventilation shown in FIG. 5, but the 2nd type ventilation which exhausts the air of a room upper part, without providing a fan.
従来システムを本発明システムに改修した場合の効果を試算した。以下に図面を参照しつつ説明する。 The effect when the conventional system was modified to the system of the present invention was estimated. This will be described below with reference to the drawings.
(計算条件)
床面積400m2、天井高さ6m、内部発熱230 W/m2、DB40℃が許容室温である電機室を対象とし、冬季・中間期に外気冷房運転を行い、夏季にPACによる循環混合運転をおこなう従来方式と、本発明方式とを比較した。
(Calculation condition)
Targeting electrical rooms with a floor area of 400 m 2 , ceiling height of 6 m, internal heat generation of 230 W / m 2 , and DB40 ° C at an allowable room temperature, outdoor air cooling operation is performed in winter and mid-term, and circulating mixing operation by PAC is performed in summer. The conventional method to be performed and the method of the present invention were compared.
(従来システム)
冬季・中間期:外気を給気する第1種換気(換気回数12回/時間)
夏季(6〜9月):PACのみ運転
(Conventional system)
Winter / intermediate: First-class ventilation to supply outside air (
Summer (June to September): PAC only
(試算に用いた本発明のシステム例)
図5に示したように、既設の給気ダクトを一部立ち下げてPACにバイパスし、置換換気用の給気ユニットに接続する。電気盤(電気機器)の高さ2.5 mまでを40℃以下に保つために、29℃以下の給気を行う(吹出し速度1.0m/s)。外気温度が29℃を上回るときPACでバイパス外気を冷却し、29℃給気を保つ運転を行う(換気回数7回/h)。給気チャンバの高さは2m、排気口の高さ5mである。
(Example of the system of the present invention used for estimation)
As shown in FIG. 5, a part of the existing air supply duct is lowered and bypassed to the PAC and connected to the air supply unit for replacement ventilation. In order to keep the height of the electric panel (electric equipment) up to 2.5 m at 40 ° C or lower, air supply at 29 ° C or lower is performed (blowout speed 1.0 m / s). When the outside air temperature exceeds 29 ° C, the bypass outside air is cooled with PAC and the air supply is maintained at 29 ° C (ventilation frequency 7 times / h). The height of the air supply chamber is 2 m, and the height of the exhaust port is 5 m.
(計算結果)
図17に月別の消費エネルギーを、図18に年間の消費エネルギーを比較する。開発システム(本発明)は、従来システムより約9割のエネルギー削減ができる計算結果となった。
(Calculation result)
FIG. 17 compares monthly energy consumption, and FIG. 18 compares annual energy consumption. The development system (the present invention) has a calculation result that can reduce energy by about 90% compared to the conventional system.
(CFDによる解析結果)
電機室は、電気盤が多数並ぶために温度むらが懸念された。そこで、供給した外調空気が適切に分配され、温度偏差が許容範囲に保たれるかを検討するため、CFD解析を実施した。図19に解析条件を示す。給気ユニットは、特開2002-372268、特開2005-282892などに記載された旋回流誘引型の置換換気用給気ユニットを用いた。
(CFD analysis results)
The electric room was worried about uneven temperature due to the large number of electric panels. Therefore, CFD analysis was performed to examine whether the supplied externally conditioned air is properly distributed and the temperature deviation is kept within the allowable range. FIG. 19 shows the analysis conditions. As the air supply unit, a swirl flow induction type replacement ventilation air supply unit described in JP-A-2002-372268, JP-A-2005-282892, or the like was used.
図20に、従来システム(PAC運転)による実測値と開発システム(本発明)による計算値の垂直温度分布を示す。従来システムでは、PACの吸込み温度が27℃に設定されており、上下温度勾配の小さい混合空調が行われていた。これに対し、開発システムでは、温度成層が形成され、盤下部の管理温度が40℃以下とすることができた。 FIG. 20 shows the vertical temperature distribution of the actual measurement value by the conventional system (PAC operation) and the calculation value by the development system (the present invention). In the conventional system, the PAC suction temperature is set to 27 ° C., and mixed air conditioning with a small vertical temperature gradient has been performed. On the other hand, in the development system, temperature stratification was formed, and the control temperature at the bottom of the panel could be kept below 40 ° C.
図21に室中央垂直温度分布を、図22に床上2.5m水平温度分布を示す。温度成層により盤下部の温度が40℃以下となり、また平面温度偏差が±2℃以内に保たれることを確認した。 FIG. 21 shows the room center vertical temperature distribution, and FIG. 22 shows the 2.5 m horizontal temperature distribution on the floor. Temperature stratification confirmed that the temperature at the bottom of the panel was 40 ° C or less and that the planar temperature deviation was kept within ± 2 ° C.
本発明は、例えばOA機器類等の発熱する電気機器を有する電機室の冷房に適用できる。 The present invention can be applied to cooling of an electric room having an electric device that generates heat, such as OA devices.
1 置換換気システム
10 電機室
11 電気機器
15 給気チャンバ
16 給気ダクト
17 給気ファン
20 バイパスダクト
21 冷却装置
22 内蔵ファン
25 給気口
30 フィン
35 排気口
36 排気ダクト
37 排気ファン
40 温度センサ
41 制御盤
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電機室内に外気を供給する給気ダクトに給気ファンを設け、
前記給気ダクトから外気の一部のみを取り出して再び前記給気ダクトに戻すバイパスダクトを接続し、
前記バイパスダクトに、外気を冷却する冷却装置を設け、
前記冷却装置は内蔵ファンを有しており、
前記冷却装置はパッケージエアコンの室内機であり、
前記電機室内へ外気を供給する給気口を、前記電気機器を超えない高さに配置し、
前記電機室内から室内空気を排出する排気口を、前記電気機器よりも上方に配置したことを特徴とする、電機室の置換換気システム。 A replacement ventilation system that ventilates the electric room by supplying outside air into an electric room having an electric device that generates heat, and exhausting indoor air heated and raised in the electric room,
An air supply fan is provided in an air supply duct for supplying outside air into the electrical room,
Connect a bypass duct that takes out only part of the outside air from the air supply duct and returns it to the air supply duct again,
A cooling device for cooling the outside air is provided in the bypass duct,
The cooling device has a built-in fan;
The cooling device is a packaged air conditioner indoor unit,
An air supply port for supplying outside air into the electrical room is arranged at a height not exceeding the electrical equipment,
A replacement ventilation system for an electrical room, wherein an exhaust port for exhausting room air from the electrical room is disposed above the electrical device.
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