JP5702571B2

JP5702571B2 - 空調方法及び空調システム

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Publication number: JP5702571B2
Application number: JP2010221945A
Authority: JP
Inventors: 啓之大立; 山田　邦昭; 邦昭山田; 山下　敏; 敏山下
Original assignee: Sanken Setsubi Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sanken Setsubi Kogyo Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012077968A

Description

本発明は空調方法及び空調システムに関し、特に湿度が調節された外気を複数系統の被空調室に供給する場合でも所定の指標を最適値に近づけることができる空調方法及び空調システムに関する。

近年、省エネルギーと快適性とを両立する冷暖房方式として、放射熱を用いた放射冷暖房システムが注目されている。放射冷暖房システムは、放射パネルからの放射熱で専ら被空調室の顕熱を処理し、外調機で湿度を調節した外気を被空調室に供給することで主に被空調室の潜熱を処理する、顕熱処理と潜熱処理とを分離した顕熱潜熱分離処理システムの一形態である。顕熱潜熱分離処理システムの制御として、被空調室の二酸化炭素濃度を所定の濃度にするように供給外気量を調節するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３０４０９６号公報（段落００４２等）

しかしながら、二酸化炭素濃度に基づいて画一的に導入外気流量を決定すると、その外気流量で被空調室の潜熱を処理できるようにエンタルピを減少させるために、そのコイルに適切な範囲の運転点を外れて運転しなければならない場合が生じ得る。あるいは、外気を搬送するファンに適切な範囲の運転点を外れて運転しなければならない場合が生じ得る。このとき、外気導入流量を決定する観点を、二酸化炭素濃度あるいは機器類の運転点のいずれか適切な方を基準とすることも考えられるが、外調機で処理した外気を１つの被空調室に供給する場合はともかく、複数系統の被空調室に供給する場合は被空調室ごとに事情が異なる場合が一般的なので適用が難しいが、適用できればエネルギー消費量等の所定の指標を最適値に近づけることができると考えられる。

本発明は上述の課題に鑑み、湿度が調節された外気を複数系統の被空調室に供給する場合でも所定の指標を最適値に近づけることができる空調方法及び空調システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る空調方法は、例えば図１乃至図３を参照して示すと、外気ＯＡの湿度を調節し、湿度が調節された調節済外気ＱＡを複数の被空調室Ｒに供給して、複数の被空調室Ｒの空調を行う空調方法であって；調節済外気ＱＡを、被空調室Ｒの目標湿度ＰＳに対してあらかじめ対応づけられた空気線図上の状態点である第１の状態点Ｐ１で、複数の被空調室Ｒに供給する際に、複数の被空調室Ｒを目標湿度ＰＳにするために必要な除湿風量Ｑｈ１を個別に算出する第１の除湿風量算出工程（Ｓｔ１）と；複数の被空調室Ｒの二酸化炭素濃度を所定の濃度とするために必要な外気量を個別に算出する必要外気量算出工程（Ｓｔ２）と；複数の被空調室Ｒについて個別に、第１の除湿風量算出工程（Ｓｔ１）で算出された除湿風量Ｑｈ１と、必要外気量算出工程（Ｓｔ２）で算出された外気量Ｑｒとを比較して、大きい方を採択する第１の採択工程（Ｓｔ３）と；第１の採択工程（Ｓｔ３）で個別に採択された風量の総和である第１の総和風量ΣＱｅ１の外気ＯＡを第１の状態点Ｐ１の調節済外気ＱＡとするためにエンタルピを減少させる際の所定の指標の変化量を算出すると共に、第１の総和風量ΣＱｅ１の調節済外気ＱＡを複数の被空調室Ｒへ搬送する際の所定の指標の変化量を算出して合算する、第１の変化量算出工程（Ｓｔ４）と；除湿風量Ｑｈ２を第１の状態点Ｐ１とは異なる空気線図上の状態点である第２の状態点Ｐ２について、除湿風量Ｑｈ２を個別に算出する第２の除湿風量算出工程（Ｓｔ５）と；複数の被空調室Ｒについて個別に、第２の除湿風量算出工程（Ｓｔ５）で算出された除湿風量Ｑｈ２と、必要外気量算出工程（Ｓｔ２）で算出された外気量Ｑｒとを比較して、大きい方を採択する第２の採択工程（Ｓｔ６）と；第２の採択工程（Ｓｔ６）で個別に採択された風量の総和である第２の総和風量ΣＱｅ２の外気ＯＡを第２の状態点Ｐ２の調節済外気ＱＡとするためにエンタルピを減少させる際の所定の指標の変化量を算出すると共に、第２の総和風量ΣＱｅ２の調節済外気ＱＡを複数の被空調室Ｒへ搬送する際の所定の指標の変化量を算出して合算する、第２の変化量算出工程（Ｓｔ７）と；調節済外気ＱＡの状態点を、第１の変化量算出工程（Ｓｔ４）で算出された所定の指標の第１の変化量Δ１と、第２の変化量算出工程（Ｓｔ７）で算出された所定の指標の第２の変化量Δ２とのうち、最小となる所定の指標の変化量の算出に用いられた状態点に更新する状態点更新工程（Ｓｔ８）とを備える。

このように構成すると、複数の被空調室に供給される外気の総和に対して所定の指標が適切となるような状態点の外気に処理されることとなり、所定の指標を最適値に近づけることができる。

また、本発明の第２の態様に係る空調方法は、上記本発明の第１の態様に係る空調方法において、前記所定の指標が、エネルギー消費量、コスト、二酸化炭素排出量のうちの少なくとも１つである。

このように構成すると、使用者の価値観に適合した所定の指標を最適値に近づけることができる。

また、本発明の第３の態様に係る空調方法は、例えば図１及び図２を参照して示すと、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る空調方法において、第２の変化量Δ２が、複数の状態点について複数算出され；状態点更新工程（Ｓｔ８）が、第１の変化量及び複数の第２の変化量のうちから最小となる変化量の算出に用いられた状態点に、調節済外気ＱＡの状態点を更新するように構成されている。

このように構成すると、所定の指標の最適値に近づけるための選択肢を増やすことができ、所定の指標をより最適値に近づけることができる確率が高まることとなる。

また、本発明の第４の態様に係る空調システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る空調方法を実行する制御装置６０と；外気ＯＡの湿度を調節する外調機１１と；被空調室Ｒに供給される調節済外気ＱＡの風量を調節する風量調節装置１５であって、複数の被空調室Ｒに対応して複数設けられた風量調節装置１５とを備える。

このように構成すると、所定の指標を最適値に近づけることができる空調システムとなる。

また、本発明の第５の態様に係る空調システムは、例えば図１及び図２に示すように、上記本発明の第４の態様に係る空調システム１において、外気ＯＡの空気線図上の状態を特定する物理量を検出する調節前外気状態検出器５１、５２と；複数の被空調室Ｒのそれぞれに対応して設けられ、被空調室Ｒ内の湿度を検出する室内湿度検出器５６と；複数の被空調室Ｒのそれぞれに対応して設けられ、被空調室Ｒ内の二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度検出器５７とを備え；制御装置６０が、室内湿度検出器５６で検出された値から第１の除湿風量算出工程（Ｓｔ１）における必要な除湿風量Ｑｈ１を算出し、二酸化炭素濃度検出器５７で検出された値から必要外気量算出工程（Ｓｔ２）における必要な外気量Ｑｒを算出すると共に、調節前外気状態検出器５１、５２で検出された値及び状態点更新工程（Ｓｔ８）で更新された状態点からエンタルピを減少させる際の所定の指標の変化量を算出するように構成されている。

このように構成すると、被空調室の状態の変化に応じて、湿度が調節された調節済外気の状態点を適切に変更することができる。

本発明によれば、複数の被空調室に供給される外気の総和に対して所定の指標が適切となるような状態点の外気に処理されることとなり、所定の指標を最適値に近づけることができる。

本発明の実施の形態に係る空調システムの模式的系統図である。本発明の実施の形態に係る空調システムの制御を説明する概念図である。本発明の実施の形態に係る空調システムにおける空気の状態を示す空気線図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る空調システム１を説明する。図１は、空調システム１の模式的系統図である。空調システム１は、外気ＯＡの湿度を調節する外調機１１と、外調機１１に熱媒体としての冷水Ｃを供給する熱源機１３と、外調機１１で外気ＯＡの湿度が調節された調節済外気ＱＡの風量を調節する風量調節装置としてのＶＡＶ（可変風量装置）１５と、被空調室Ｒに供給する供給空気ＳＡの温度を調節する空調機１８と、被空調室Ｒの顕熱を処理する放射パネル２１と、空調機１８及び放射パネル２１に熱媒体としての冷温水ＣＨを供給する熱源機２３と、各種の計器類５１〜５７と、制御装置６０とを備えている。

外調機１１は、外気ＯＡを導入し、導入した外気ＯＡを熱源機１３からの冷水Ｃで冷却除湿して湿度を調節し、外気ＯＡの湿度が調節された調節済外気ＱＡを生成する機器である。外調機１１は、外気ＯＡを冷却するコイル１１ｃと、調節済外気ＱＡを吐出するファン１１ｆとを有している。また、外調機１１は、排出する被空調室Ｒの空気（排気ＥＡ）と湿度調節前の外気ＯＡとで熱交換を行わせる熱交換器１１ｘを有している。以下の説明では、熱源機１３のエネルギーを用いて冷却除湿された外気を調節済外気ＱＡと言うこととし、熱交換器１１ｘを通過した後でもコイル１１ｃに導入される前は外気ＯＡの概念に含まれることとする。外調機１１のコイル１１ｃと熱交換器１１ｘとの間には、外気ＯＡの温度を検出する外気温度計５１と、外気ＯＡの湿度を検出する外気湿度計５２とが配設されている。外気温度計５１と外気湿度計５２とで、調節前外気状態検出器を構成している。外調機１１は、外気ＯＡの湿度を調節する際に外気ＯＡを冷却するため、結果として外気ＯＡの温度も変化することとなる。

外調機１１には、外気ＯＡを導入する外気ダクト３１と、調節済外気ＱＡを流す調節済外気ダクト３２と、被空調室Ｒからの排気ＥＡを導入する排気ダクト３３と、熱交換後の排気ＥＡを外部に導く排気ダクト３４とがそれぞれ接続されている。調節済外気ダクト３２には、調節済外気ＱＡを分配する分岐ダクト３５が接続されている。分岐ダクト３５は、図１中では３つが示されているが、実際は、１系統の外調機１１から調節済外気ＱＡが供給される被空調室Ｒの数分が、メインダクトとしての役割を果たす調節済外気ダクト３２から分岐している。

熱源機１３は、電気や熱等の外部からのエネルギー（外部エネルギー）を用いて、外調機１１に供給する冷水Ｃの温度を調節する機器であり、典型的には冷凍機あるいはチリングユニットが用いられる。熱源機１３は、外調機１１で外気ＯＡとの熱交換により温度が上昇した冷水Ｃを導入し、内部を循環する冷媒（不図示）が冷凍サイクル中で蒸発する際に冷水Ｃから蒸発潜熱を奪うことにより、冷水Ｃを冷却するように構成されている。熱源機１３は、外調機１１のコイル１１ｃに対して、冷却された冷水Ｃを供給する冷水往管４１及び温度が上昇した冷水Ｃを導入する冷水還管４２で接続されている。

ＶＡＶ１５は、分岐ダクト３５に配設されており、吐出される調節済外気ＱＡを、制御装置６０からの要求風量に応じた風量で吐出させる装置である。ＶＡＶ１５は、通過する気体の風速を検出する風速センサ（不図示）と、通過する気体の風量を調節するダンパ（不図示）とを有しており、風速センサで検出された通過風速に基づいて算出された通過風量を要求風量と比較し、通過風量が要求風量に近づくようにダンパの開度を調節するように構成されている。このように、ＶＡＶ１５は、通過風速に基づいて通過風量が算出されるため、ダクトの静圧が変化しても適切な風量制御が可能となっている。

空調機１８は、ＶＡＶ１５から導出された調節済外気ＱＡ及び被空調室Ｒからの還気ＲＡを導入して混合し、混合された空気の温度を調節して被空調室Ｒに供給する供給空気ＳＡを生成する機器である。空調機１８は、混合された空気の温度を調節するコイル１８ｃと、供給空気ＳＡを吐出するファン１８ｆとを有している。供給空気ＳＡを圧送するファン１８ｆは、インバータ制御で回転速度を変えることにより供給空気ＳＡの吐出風量を変えることができるように構成されている。また、空調機１８は、導入した調節済外気ＱＡ及び還気ＲＡを混合させるミキシングチャンバ１８ｍを有している。

空調機１８には、分岐ダクト３５と、還気ＲＡを導入する還気ダクト３８と、供給空気ＳＡを被空調室Ｒに導く給気ダクト３６とがそれぞれ接続されている。本実施の形態では、分岐ダクト３５及び還気ダクト３８がそれぞれミキシングチャンバ１８ｍに接続されているが、ＶＡＶ１５の下流側の分岐ダクト３５に還気ダクト３８が接続されて還気ＲＡが調節済外気ＱＡに合流した後に空調機１８へ導入されるように構成されていてもよい。

放射パネル２１は、被空調室Ｒの天井に配設され、被空調室Ｒの天井面を構成している。放射パネル２１は、板状に形成されたパネルの天井裏側の面に、熱媒体としての冷水Ｃ又は温水Ｈ（以下、総称して「冷温水ＣＨ」という。）を流すパイプが配置されて構成されている。パネルは、典型的には矩形（長方形又は正方形）の平面形状を有するが、三角形や六角形等の多角形の平面形状を有していてもよい。パイプは、冷温水ＣＨが保有する熱（冷熱又は温熱）をパネル全体に伝達することができるように、蛇行させて接触配置することにより伝熱面積を大きくすることが好ましい。

熱源機２３は、電気や熱等の外部からのエネルギー（外部エネルギー）を用いて、空調機１８及び放射パネル２１に供給する冷温水ＣＨの温度を調節する機器であり、典型的には冷温水発生機あるいはヒートポンプチラーが用いられる。熱源機２３には、温度が調節された冷温水ＣＨを流す冷温水往管４４と、空調機１８及び／又は放射パネル２１で熱が利用された後の冷温水ＣＨを導入する冷温水還管４６とが接続されている。冷温水往管４４の他端は、空調機１８のコイル１８ｃに接続されている。冷温水還管４６の他端は、放射パネル２１に接続されている。空調機１８と放射パネル２１とは、冷温水中継管４５で接続されている。このように構成されていることで、本実施の形態では、熱源機２３で温度が調節された冷温水ＣＨが、まず空調機１８に供給されて供給空気ＳＡと熱交換が行われ、その後に放射パネル２１に供給されて被空調室Ｒ内の物体と放射熱交換を行って被空調室Ｒの顕熱を処理した後、熱源機２３に戻されるように構成されている。

調節済外気ダクト３２には、調節済外気ＱＡの温度を検出する調節済外気温度計５３と、調節済外気ＱＡの湿度を検出する調節済外気湿度計５４とが配設されている。還気ダクト３８には、還気ＲＡの温度を検出する還気温度計５５と、還気ＲＡの湿度を検出する還気湿度計５６と、還気ＲＡの二酸化炭素濃度を検出する還気炭酸ガス濃度計５７とが配設されている。還気温度計５５及び還気湿度計５６で、被空調室Ｒ内の温度及び湿度を実質的に検出することができるように構成されている。なお、還気温度計５５、還気湿度計５６及び還気炭酸ガス濃度計５７は、被空調室Ｒ内に配設されていてもよい。外気湿度計５２、調節済外気湿度計５４、還気湿度計５６は、典型的には半導体等を用いたセンサを感部とする電気式湿度計が用いられるが、露点計が用いられてもよい。また、各湿度計５２、５４、５６は、単独で湿度を検出するものに限らず、温度計で検出された温度を用いて間接的に湿度を検出するものであってもよく、検出する湿度は相対湿度でも絶対湿度でもよい。さらに空調機１８における供給空気ＳＡの温度制御用に、供給空気ＳＡの温度を検出する給気温度計（不図示）を給気ダクト３６に設けてもよい。

制御装置６０は、外調機１１を制御する外調機制御部６１と、ＶＡＶ１５及び空調機１８を制御する空調機制御部６８とを含んで構成されている。外調機制御部６１と空調機制御部６８とは、図１では分離されて示されているが、一体に構成されていてもよい。外調機制御部６１は、外気温度計５１、外気湿度計５２、調節済外気温度計５３、及び調節済外気湿度計５４とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、検出された値に基づいて外調機１１のコイル１１ｃにおける冷水Ｃと外気ＯＡとの交換熱量を調節することができるように構成されている。冷水Ｃと外気ＯＡとの交換熱量の調節は、典型的にはコイル１１ｃを通過する冷水Ｃの流量を変化させることで行わせるが、コイル１１ｃに供給される冷水Ｃの温度を変化させること、あるは冷水Ｃの温度及び流量の双方を変化させることにより調節することとしてもよい。外調機制御部６１と空調機制御部６８とは信号ケーブルで接続されており、検出値等のデータを相互に伝達することができるように構成されている。空調機制御部６８は、還気温度計５５、還気湿度計５６、及び還気炭酸ガス濃度計５７とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、検出された値に基づいて除湿風量や必要外気量を算出又は抽出することができるように構成されている。また、空調機制御部６８は、空調機１８のファン１８ｆ及びＶＡＶ１５とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、外調機制御部６１及び／又は空調機制御部６８で検出あるいは演算されたデータに基づいてＶＡＶ１５のダンパの開度及びファン１８ｆの回転速度を調節することができるように構成されている。制御装置６０における制御の詳細は後述する。

引き続き図１を参照して、空調システム１の作用を説明する。まず、被空調室Ｒに供給される空気の大まかな流れを説明する。空調システム１を起動すると、外気ＯＡが外調機１１に導入される。外調機１１に導入された外気ＯＡは、熱源機１３から供給された冷水Ｃによって冷却除湿されて調節済外気ＱＡとなる。調節済外気ＱＡは、調節済外気ダクト３２を流れ、複数の分岐ダクト３５に分流される。分岐ダクト３５に流入した調節済外気ＱＡは、ＶＡＶ１５で風量が調節されたうえで空調機１８に導入される。空調機１８には、調節済外気ＱＡのほか、被空調室Ｒからの還気ＲＡも導入され、両者は混合されたうえで、熱源機２３から供給された冷温水ＣＨによって温度が調節されて供給空気ＳＡとなる。供給空気ＳＡは、給気ダクト３６を介して被空調室Ｒに供給され、被空調室Ｒの顕熱の一部及び潜熱を処理する。なお、被空調室Ｒの顕熱の残りは、放射パネル２１からの放射熱によって処理される。放射パネル２１には、空調機１８で調節済外気ＱＡと熱交換した後の冷温水ＣＨが導入される。放射パネル２１に導入された冷温水ＣＨは、被空調室Ｒの顕熱を処理した後、熱源機２３に還される。他方、被空調室Ｒの熱処理を行った供給空気ＳＡは、一部が還気ＲＡとして還気ダクト３８を介して空調機１８に導かれ、残りが排気ＥＡとして排気ダクト３３を介して外調機１１に導かれて外気ＯＡと熱交換が行われた後に、排気ダクト３４から屋外に排出される。

上述のように、空調システム１は、１台の外調機１１で調節された調節済外気ＱＡを、複数の系統に分配することとして、システム構成の簡略化を図っている。他方、分配された調節済外気ＱＡが供給される各被空調室Ｒは、通常、在室者の人数がまちまちであるため、必要換気量や処理すべき熱負荷が異なっている。本実施の形態では、還気炭酸ガス濃度計５７で各被空調室Ｒの二酸化炭素濃度を検出しているため、被空調室Ｒ内の二酸化炭素濃度を所定の濃度（例えば建築基準法で要求される濃度）に維持できる最小の外気ＯＡを供給することとすれば、導入する外気ＯＡの量を最小限にとどめることが可能になる。この場合、被空調室Ｒの潜熱の処理は、導入される最小限の風量の外気ＯＡで行われることとなる。しかし、導入する外気ＯＡの風量を二酸化炭素濃度のみで決定する場合、各被空調室Ｒの湿度を目標湿度以下に維持するためには、調節済外気ＱＡの湿度の状態点を最も条件の悪い被空調室Ｒに合わせて調節することになる。このため、二酸化炭素濃度を所定の濃度に維持する観点から決定された風量が、外調機１１の処理能力に適切な風量とは限らないため、空調システム１全体の消費エネルギー、ランニングコスト、又は二酸化炭素排出量等の所定の指標を最適化するのに、二酸化炭素濃度の観点から決定された風量が最適とは限らない。そこで、空調システム１では、以下のような制御をすることで、所定の指標を最適値に近づけることとしている。

図２は、空調システム１の制御を説明する概念図である。図３は、空調システム１における空気の状態を示す空気線図である。以下の説明において、空調システム１の構成に言及しているときは、適宜図１を参照することとする。また、以下の説明では、１台の外調機１１で生成された調節済外気ＱＡを３つの被空調室Ｒ（以下の説明の便宜上区別する場合はそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３の符号で示す）に分配する例を示すが、被空調室Ｒは２つでも４つ以上でも同様に適用することができる。また、以下の説明では、所定の指標が消費エネルギーであるとする。制御装置６０は、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３内の空気の状態が、目標とする室内空気の状態点（以下、「目標状態点ＰＳ」という。）に近づくように、空調システム１を制御する。本実施の形態では、目標状態点ＰＳが、乾球温度２８℃、相対湿度４５％（このときの絶対湿度は０．０１０６３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）となる）であるとして説明する。

制御装置６０は、外気温度計５１及び外気湿度計５２から外気ＯＡの温度及び湿度を検出して、外気ＯＡの空気線図上における状態点Ｐ０（図３に示す例では、乾球温度が２８℃、湿球温度が２１．３℃）を検出している。また、制御装置６０は、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について還気温度計５５及び還気湿度計５６から還気ＲＡの状態点を検出し、調節済外気ＱＡを、外調機１１で仮に第１の状態点Ｐ１に調節した場合に、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３内を目標湿度にするのに必要な風量である第１の除湿風量Ｑｈ１を、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について算出する（第１の除湿風量算出工程：Ｓｔ１）。第１の状態点Ｐ１は、目標状態点ＰＳの湿度に対してあらかじめ対応づけられた状態点であり、典型的には、起動時はあらかじめ決められている値（絶対値でもよく、外気温等に対して所定の関係にある値でもよい）であり、運転中は直前に運転されていた状態点である。本実施の形態では、第１の状態点Ｐ１が、乾球温度１２．３℃、相対湿度９０％であり、第１の除湿風量Ｑｈ１が、被空調室Ｒ１は１４３３ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ２は１３２３ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ３は５５１ｍ^３／ｈとなっている。

また、制御装置６０は、還気炭酸ガス濃度計５７から二酸化炭素濃度を検出し、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の二酸化炭素濃度を所定の濃度にするために必要な外気ＯＡの風量である必要外気風量Ｑｒを算出する（必要外気量算出工程：Ｓｔ２）。必要外気風量Ｑｒは、換気風量と相関があり、典型的には在室者の人数によって変動する。本実施の形態では、必要外気風量Ｑｒが、被空調室Ｒ１は１８００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ２は２０００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ３は３００ｍ^３／ｈとなっている。第１の除湿風量Ｑｈ１及び必要外気風量Ｑｒが算出されたら、制御装置６０は、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について、第１の除湿風量Ｑｈ１及び必要外気風量Ｑｒのうち大きい方を採択して第１の採択風量Ｑｅ１とする（第１の採択工程：Ｓｔ３）。本実施の形態では、第１の採択風量Ｑｅ１が、被空調室Ｒ１は１８００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ２は２０００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ３は５５１ｍ^３／ｈとなっている。

その後、制御装置６０は、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の第１の採択風量Ｑｅ１を総和して第１の総和風量ΣＱｅ１を算出する。本実施の形態では、第１の総和風量ΣＱｅ１は４３５１ｍ^３／ｈとなる。この、第１の総和風量ΣＱｅ１が、第１の状態点Ｐ１の調節済外気ＱＡを被空調室Ｒに供給する場合に外調機１１に導入する外気ＯＡの風量となる。そして、制御装置６０は、第１の総和風量ΣＱｅ１の外気ＯＡを第１の状態点Ｐ１の調節済外気ＱＡとするためにエンタルピを減少させる際の消費エネルギー（所定の指標の変化量）を算出する。エンタルピを減少させる際の消費エネルギーは、外調機１１の動力、熱源機１３の動力、冷水Ｃの搬送動力等の総和である。ただし、この総和は、被空調室Ｒ内の顕熱処理に寄与する分が除かれている。被空調室Ｒの顕熱処理寄与分は、調節済外気ＱＡによる被空調室Ｒ内の顕熱処理熱量に相当する熱源動力として、典型的には、「顕熱処理寄与分＝０．３３×外気ＯＡの風量（ｍ^３／ｈ）×（被空調室Ｒ内の温度（℃）−調節済外気ＱＡの温度（℃））÷熱源機のＣＯＰ」で求められる。上記式における数値「０．３３」は、空気の定圧比熱（Ｗｈ／（ｋｇ・Ｋ））と空気の密度（ｋｇ／ｍ^３）との積で求められる空気の容積比熱（Ｗｈ／（ｍ^３・Ｋ））の略値である。また、熱源機１３と熱源機２３とのＣＯＰが異なる場合、上記消費エネルギーから除かれる被空調室Ｒの顕熱処理寄与分は、熱源機２３のＣＯＰを適用することで、空調システム１全体の消費エネルギーを評価する際に、熱源機２３の負荷の減少分を正しく反映することができる。ある熱負荷を処理する際、第１の総和風量ΣＱｅ１が少ないほど比エンタルピの減少量を大きくするために外調機１１のコイル１１ｃを通過する冷水Ｃの流量が多くなりがちであり、冷水Ｃの流動抵抗も大きくなりがちである。また、制御装置６０は、並行して、第１の総和風量ΣＱｅ１の調節済外気ＱＡを各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に搬送する際の消費エネルギー（所定の指標の変化量）を算出する。このときの消費エネルギーは、典型的にはファン１１ｆの動力である。そして、制御装置６０は、第１の総和風量ΣＱｅ１について、エンタルピを減少させる消費エネルギー及び調節済外気ＱＡを搬送する際の消費エネルギーを算出したら、これらを合算した第１の変化量Δ１を算出する（第１の変化量算出工程：Ｓｔ４）。

次に、制御装置６０は、調節済外気ＱＡの最適な状態点を探索するため、外調機１１から導出される調節済外気ＱＡを、第１の状態点Ｐ１の代わりに第２の状態点Ｐ２に調節した場合に、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３内を目標湿度にするのに必要な風量である第２の除湿風量Ｑｈ２を、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について算出する（第２の除湿風量算出工程：Ｓｔ５）。第２の状態点Ｐ２は、第１の状態点Ｐ１とは異なる任意の状態点である。第２の状態点Ｐ２は、外調機１１によって冷却除湿される空気（外気ＯＡ）の露点付近の挙動に鑑み、第１の状態点Ｐ１が通る相対湿度線付近（典型的には同じ相対湿度）の状態点とするのが好ましい。本実施の形態では、第２の状態点Ｐ２が、乾球温度１１．８℃、相対湿度９０％であり、第２の除湿風量Ｑｈ２が、被空調室Ｒ１は１３００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ２は１２００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ３は５００ｍ^３／ｈとなっている。

第２の除湿風量Ｑｈ２が算出されたら、制御装置６０は、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について、第２の除湿風量Ｑｈ２及び必要外気風量Ｑｒのうち大きい方を採択して第２の採択風量Ｑｅ２とする（第２の採択工程：Ｓｔ６）。なお、必要外気風量Ｑｒは、第１の状態点Ｐ１における第１の除湿風量Ｑｈ１と比較する前に必要外気量算出工程（Ｓｔ２）で算出した風量と同じである。本実施の形態では、第２の採択風量Ｑｅ２が、被空調室Ｒ１は１８００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ２は２０００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ３は５００ｍ^３／ｈとなっている。

その後、制御装置６０は、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の第２の採択風量Ｑｅ２を総和して第２の総和風量ΣＱｅ２を算出する。本実施の形態では、第２の総和風量ΣＱｅ２は４３００ｍ^３／ｈとなる。この、第２の総和風量ΣＱｅ２が、第２の状態点Ｐ２の調節済外気ＱＡを被空調室Ｒに供給する場合に外調機１１に導入する外気ＯＡの風量となる。そして、制御装置６０は、上述の第１の変化量算出工程（Ｓｔ４）と同じ要領で、第２の総和風量ΣＱｅ２の外気ＯＡを第２の状態点Ｐ２の調節済外気ＱＡとするためにエンタルピを減少させる際の消費エネルギー（所定の指標の変化量）を算出し（ここでの消費エネルギーも第１の変化量Δ１を算出したときと同様に被空調室Ｒ内の顕熱処理寄与分が除かれている。）、第２の総和風量ΣＱｅ２の調節済外気ＱＡを各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に搬送する際の消費エネルギー（所定の指標の変化量）を算出して、両者を合算した第２の変化量Δ２を算出する（第２の変化量算出工程：Ｓｔ７）。

また、本実施の形態では、調節済外気ＱＡの最適な状態点を選定する際の選択肢を増やす観点から、第２の変化量Δ２をもう１つ算出することとしている。なお、もう１つの変化量を算出するのに必要な状態点、除湿風量、採択風量を、上述の第２の変化量Δ２を算出するのに用いたものと区別するため、接頭辞「第３の」を付することとする。制御装置６０は、外調機１１から導出される調節済外気ＱＡを、第３の状態点Ｐ３に調節した場合に、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３内を目標湿度にするのに必要な風量である第３の除湿風量Ｑｈ３を、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について算出する。本実施の形態では、第３の状態点Ｐ３が、乾球温度１３．２℃、相対湿度９０％であり、第３の除湿風量Ｑｈ３が、被空調室Ｒ１は１７７０ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ２は１６３４ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ３は６８１ｍ^３／ｈとなっている。

第３の除湿風量Ｑｈ３が算出されたら、制御装置６０は、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について、第３の除湿風量Ｑｈ３及び必要外気風量Ｑｒ（第１の変化量Δ１及び第２の変化量Δ２を算出する際の値と同じ）のうち大きい方を採択して第３の採択風量Ｑｅ３とする。本実施の形態では、第３の採択風量Ｑｅ３が、被空調室Ｒ１は１８００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ２は２０００ｍ^３／ｈ、被空調室Ｒ３は６８１ｍ^３／ｈとなっている。

その後、制御装置６０は、各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の第３の採択風量Ｑｅ３を総和して第３の総和風量ΣＱｅ３を算出する。本実施の形態では、第３の総和風量ΣＱｅ３は４４８１ｍ^３／ｈとなる。この、第３の総和風量ΣＱｅ３が、第３の状態点Ｐ３の調節済外気ＱＡを被空調室Ｒに供給する場合に外調機１１に導入する外気ＯＡの風量となる。そして、制御装置６０は、第３の総和風量ΣＱｅ３の外気ＯＡを第３の状態点Ｐ３の調節済外気ＱＡとするためにエンタルピを減少させる際の消費エネルギー（所定の指標の変化量）を算出し（ここでの消費エネルギーも第１及び第２の変化量Δ１、Δ２を算出したときと同様に被空調室Ｒ内の顕熱処理寄与分が除かれている。）、第３の総和風量ΣＱｅ３の調節済外気ＱＡを各被空調室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に搬送する際の消費エネルギー（所定の指標の変化量）を算出して、両者を合算した第３の変化量Δ３を算出する。

第１の変化量Δ１、第２の変化量Δ２、及び第３の変化量Δ３を算出したら、これらのうち最も小さくなるもの（すなわち消費エネルギーが最小となるもの）を選択し、その選択した変化量を算出した際に用いられた調節済外気ＱＡの状態点を、制御目標の状態点として採用し、実際の制御に反映させる（状態点更新工程：Ｓｔ８）。調節済外気ＱＡの状態点が状態点更新工程で採用した状態点になっているかは、調節済外気温度計５３及び調節済外気湿度計５４で調節済外気ＱＡの温度及び湿度を検出することによって確認される。調節済外気ＱＡの状態点が採用した状態点になっていない場合は、外調機１１に供給される冷水Ｃの流量及び／又は温度を調節することにより、採用した状態点に近づける。そして、状態点を更新したら、引き続き、あるいは所定時間経過後に、再び第１の除湿風量算出工程（Ｓｔ１）に戻り、以降、上述の制御を繰り返す。

以上のように、空調システム１は、二酸化炭素濃度の観点から必要な外気流量に拘泥せず、所定の指標を最適値に近づける観点から導入する外気ＯＡの風量を決定することとなるので、要求される所定の指標に最適な運転を行うことができる。

以上の説明では、所定の指標に最も適う調節済外気ＱＡの状態点を採用するために、変化量を３つ算出することとしたが、算出する変化量は、計算負荷軽減の観点から２つとしてもよく、選択の幅を広げてより適切な調節済外気ＱＡの状態点を探索する観点から４つ以上としてもよい。

以上の説明では、外気温度計５１及び外気湿度計５２が外調機１１のコイル１１ｃと熱交換器１１ｘとの間に設けられているとしたが、外調機１１に熱交換器１１ｘが設けられない場合は外気ダクト３１あるいは屋外に設けられていてもよい。また、外調機１１に熱交換器１１ｘが設けられる場合であっても、熱交換器１１ｘが顕熱のみを交換する熱交換器である場合は、外気湿度計５２が外気ダクト３１あるいは屋外に設けられることとしてもよい。

以上の説明では、被空調室Ｒの顕熱が主に空調機１８及び放射パネル２１で処理されることとしたが、放射パネル２１で足りる場合は空調機１８を設けずに、調節済外気ＱＡを各被空調室Ｒに供給する構成としてもよい。このようにすると、空調システム１の構成を簡素化することができる。

１空調システム
１１外調機
１５ＶＡＶ
５１外気温度計
５２外気湿度計
５６還気湿度計
５７還気炭酸ガス濃度計
６０制御装置
ＯＡ外気
ＱＡ調節済外気
Ｒ被空調室

Claims

外気の湿度を調節し、湿度が調節された調節済外気を複数の被空調室に供給して、複数の前記被空調室の空調を行う空調方法であって；
前記調節済外気を、前記被空調室の目標湿度に対してあらかじめ対応づけられた空気線図上の状態点である第１の状態点で、複数の前記被空調室に供給する際に、複数の前記被空調室を前記目標湿度にするために必要な除湿風量を個別に算出する第１の除湿風量算出工程と；
複数の前記被空調室の二酸化炭素濃度を所定の濃度とするために必要な外気量を個別に算出する必要外気量算出工程と；
複数の前記被空調室について個別に、前記第１の除湿風量算出工程で算出された除湿風量と、前記必要外気量算出工程で算出された外気量とを比較して、大きい方を採択する第１の採択工程と；
前記第１の採択工程で個別に採択された風量の総和である第１の総和風量の外気を前記第１の状態点の前記調節済外気とするためにエンタルピを減少させる際の所定の指標の変化量を算出すると共に、前記第１の総和風量の前記調節済外気を複数の前記被空調室へ搬送する際の前記所定の指標の変化量を算出して合算する、第１の変化量算出工程と；
前記調節済外気を、前記第１の状態点とは異なる空気線図上の状態点である第２の状態点で、複数の前記被空調室に供給する際に、前記除湿風量を個別に算出する第２の除湿風量算出工程と；
複数の前記被空調室について個別に、前記第２の除湿風量算出工程で算出された除湿風量と、前記必要外気量算出工程で算出された外気量とを比較して、大きい方を採択する第２の採択工程と；
前記第２の採択工程で個別に採択された風量の総和である第２の総和風量の外気を前記第２の状態点の前記調節済外気とするためにエンタルピを減少させる際の前記所定の指標の変化量を算出すると共に、前記第２の総和風量の前記調節済外気を複数の前記被空調室へ搬送する際の前記所定の指標の変化量を算出して合算する、第２の変化量算出工程と；
前記第１の変化量算出工程で算出された前記所定の指標の第１の変化量と、前記第２の変化量算出工程で算出された前記所定の指標の第２の変化量とのうち、最小となる前記所定の指標の変化量の算出に用いられた前記調節済外気の前記状態点を、制御目標の状態点として採用して実際の制御に反映させる状態点更新工程とを備え；
前記所定の指標が、エネルギー消費量、コスト、二酸化炭素排出量のうちの少なくとも１つである；
空調方法。
前記第２の変化量が、複数の前記状態点について複数算出され；
前記状態点更新工程が、第１の変化量及び複数の前記第２の変化量のうちから最小となる変化量の算出に用いられた前記調節済外気の前記状態点を、制御目標の状態点として採用して実際の制御に反映させるように構成された；
請求項１に記載の空調方法。
請求項１又は請求項２に記載の空調方法を実行する制御装置と；
外気の湿度を調節する外調機と；
前記被空調室に供給される前記調節済外気の風量を調節する風量調節装置であって、複数の前記被空調室に対応して複数設けられた風量調節装置とを備える；
空調システム。
外気の空気線図上の状態を特定する物理量を検出する調節前外気状態検出器と；
複数の前記被空調室のそれぞれに対応して設けられ、前記被空調室内の湿度を検出する室内湿度検出器と；
複数の前記被空調室のそれぞれに対応して設けられ、前記被空調室内の二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度検出器とを備え；
前記制御装置が、前記室内湿度検出器で検出された値から前記第１の除湿風量算出工程における前記必要な除湿風量を算出し、前記二酸化炭素濃度検出器で検出された値から前記必要外気量算出工程における前記必要な外気量を算出すると共に、前記調節前外気状態検出器で検出された値及び前記状態点更新工程で採用された前記状態点から前記エンタルピを減少させる際の所定の指標の変化量を算出するように構成された；
請求項３に記載の空調システム。