JP6093658B2

JP6093658B2 - 全館空調システムにおける自動風量制御方法

Info

Publication number: JP6093658B2
Application number: JP2013127314A
Authority: JP
Inventors: 林　智彦; 智彦林
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-06-18
Also published as: JP2015001360A

Description

この発明は、空調された空気が複数の居室に供給されて室内機に戻される全館空調システムに関する。

従来、全館空調システムは、空調された空気がダクト等で被空調室(居室)に送られてそこを空調（冷暖房）し、その後、空気が被空調室の扉下部の隙間あるいはガラリ(通風口)から排出され、共用スペースを通って室内機へ戻されるシステムである。

特許文献１にある発明は、快適な温度調節を行うことができ、据付工事の費用を低減し、据付工事の自由度の大きい全館空調システムを提供する。複数の被空調室への送風量を、送風開始から所定時間の経過後、所定順序で増加あるいは減少し、前記室内機の吸込空気温度に基づき前記複数の被空調室毎の空調能力の過不足を計算し、各被空調室の室温を調整するようにした発明である。

また、全館空調における換気システムの観点から、複数の空間に仕切られた建物内を換気する換気システムにおいて、第１換気装置と第２換気装置と、連動制御装置とを備えている。第１換気装置は、１又は複数の空間に設けられ、建物の外部からの給気および建物の外部への排気の少なくとも一方を行う。第２換気装置は、建物のドア又は窓に組み込まれており、ドア又は窓の一方の側から反対側へと空気を流す換気機能を有する。連動制御装置は、第１換気装置と第２換気装置とを連動制御する発明が提案されている（特許文献２）。

特開平１０−０８９７５２号公報特開２００５−００３３２１号公報

全館空調システムでは、特許文献１のように快適な居住環境が提供されてきた、一方、外界との影響がない静的な状態だけではなく特に居住者が出入りする場合また外来者が来訪した場合に、玄関または裏口のドアが開けられる度に起こる空調の外乱についての課題が指摘されるようになって来た。

この問題を解決するために、先行技術の特許文献２では玄関ドアに換気装置を備えて、かつ空調装置に連動制御機能を備えることで解決を図っているが、すべての家の玄関ドア自体にこのような換気装置を備えることは設置上またコスト上の課題がある。

本願発明は、複数の被空調室を空調する全館空調システムにおける自動風量制御方法であって、外部と接続する一の被空調室のドア開度を検知するステップと、
前記ドアが開けられた場合に、前記ドア開度と前記ドアが開いている時間に比例して前記被空調室への供給風量の増加を計算するステップと、
この増加風量を前記被空調室に設けた吹出し口から出力するように調整するステップと、
を備えることを特徴とする全館空調システムにおける自動風量制御方法である。

また、本願発明は、より具体的に構成を記述すると、
複数の居室を空調する全館空調システムにおける自動風量制御方法であって、
玄関のドア開度を検知するステップと、
前記玄関のドアが開けられた場合に、このドア開度を入力とした比例積分制御動作を行って玄関への供給風量の増加分を計算するステップと、
この増加風量に従って前記玄関に設けた吹出し口のダンパを開けるステップと、
を備えることを特徴とする全館空調システムにおける自動風量制御方法である。
さらに、前記玄関ドアが閉じられた場合に、
前記供給風量を前記玄関ドアが開けられる前の状態に戻す指令を前記ダンパに行って、前記ダンパを閉めるステップを備える全館空調システムにおける自動風量制御方法でもある。

本願発明により、全館空調システムにおいて、玄関ドア開放による室温変化を解消することで、玄関エリアへの空気風量の増加だけで図れる。設置コストの上昇はさほどない。

本願発明の実施の一形態にかかる全館空調システムの模式図。本願発明の実施にかかる制御系のブロック図本願発明の実施にかかる制御系のフローチャート本願発明の実施の一形態による制御動作のタイムチャート

以下、本願発明を実施の形態に基づき説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す全館空調システムの模式図である。
同図において、全館空調システムは、一般住宅に適用される空調システムであり、空調機器自体は室外機９と室内機１５で構成される。室外機９には、圧縮機、熱交換器、送風機など（図示しない）が備えられる。室内機１５は室外機９からの冷媒配管１０に接続された蒸発器または凝縮器として機能する熱交換器１１と送風機１２とから構成される。
１は住宅内の各被空調室（居室）、８は居室扉の下部の隙間またはガラリ（通風口）、３は各居室に設けられた空調空気の吹出し口、この吹出し口３には通風ファン４および通風量を調整するダンパ５（ＶＡＶ：ＶａｒｉａｂｌｅＡｉｒＶｏｌｕｍｅタイプ）が備えられる。なお、本例では、複数の居室で構成されて、それらの温度を調整する吹出し口にファンとダンパがそれぞれ設けられることを述べたが、このような構成ではなくとも、室内機の出口近傍に配備することでもよい。

熱交換器１１は冷風または温風を形成し、送風機１２が当該空気をダクト６へ送出する。ダクト６につながる各居室の吹出し口３に設けられたダンパ５の開度あるいは通風ファン４によって送風量を調整される。このように供給された空気は、それぞれの部屋１を通過した後、扉の隙間またはガラリ８を通り共用スペース２を通り、さらに還流ダクト７を通って室内機１５に吸い込まれる。なお、ダクト６および還流ダクト７には随所にチャンバーボックスが設けられる。

室内機１５からの吹出し空気温度と戻り空気温度をそれぞれ温度センサ１３と１４が検出し、温度制御動作が実行される。この温度制御だけによる場合では、玄関ドアの開放などの外乱が発生すると、居室温度への制御動作は温度が変化してからのフィードバック動作のため時間がかかる。そこで、本願発明はそれよりもすばやい（フィードフォワード的な）応答を図るものである。
本例では、居室の一つである玄関エリアを２０として示し、そのドア２１の開度を検知するため開度センサ２２が設けられる。これは機械式、光学式などの手法が考えられる。
当然玄関エリア２０にも、他の居室と同様に吹出し口３、およびファン４とダンパ５、ガラリ８がそれぞれ設けられる。
尚、前記温度センサは室内機の出入り口に設けられるだけでなく、各居室に分散配置される場合でも同様である。

次に、図２の本願発明の実施にかかる制御系のブロック図に基づいて、本願発明の構成を説明する。この制御系の中枢に位置づけられる処理装置はマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）３０であり、これは室内機１５に内蔵するか、またはその近傍の適当なところに設置されることでよい。温度センサ１３，１４、ドア開度センサ２２その他の計測量を取得するセンサ・ドア検知部３２。また居室の温度風量設定など希望を受け入れるためのリモコン(図外)の表示をつかさどるリモコンインタフェース部３３、および空調制御の出力部としてファン出力部３４、ダンパ出力部３５が接続される。ＭＰＵ３０と検知部、各出力部は、これらのセンサおよびアクチュエータ（ダンパ、その他の駆動部をいう）とは有線または無線の通信で接続されるものである。もちろん、それら信号は随所にＡＤ、ＤＡ変換されて処理されることは言うまでもない。

さて、通常の全館空調にかかる制御としての室内機・室外機の制御部３１と並行して、本願発明の自動風量制御部は、ＭＰＵ３０の一機能として実装される。自動風量制御部は、ドアセンサ２２からの信号を取得するセンサ・ドア検知部３２から入力を受けて玄関等のドア２２が開いたことを検知して、所定の演算を行い、玄関エリア２０のダンパ５＿２０に対して、増加して供給する風量信号を出力する。
なお、本願発明ではアクチュエータ信号としてダンパ出力を主に述べるものであるが、別途ファン出力に転用して同等の効果を得ることも可能である。

図３で、この自動風量制御のフローチャートを示すので、以下に動作を説明する。
Ｓｔａｒｔから、ドア開度入力ステップ（図３中のステップＳ０１）を定周期で実行する。ここで得たドア開度データにしたがって、次のステップに分岐する。なお、このドア開度データは保存されて下記の処理に適宜用いられる。

（１）
自動風量制御モード
ドア開度データが０％（全閉）か否かで分岐する（ステップＳ０２）。
もし、０％でなく開いている状態（Ｏｐｅｎ）なら、自動風量(制御)モード（ステップＳ１０）へ進む。
ここでは、ドア開度と開いている時間とに応じて、ダンパを調節するために、次の数式（１）を実行する。
ダンパ開度をＹ，ドア開度をＸとし、パラメータの比例ゲインＫ、積分時間Ｔｉとする。
Ｙ＝Ｋ＊｛Ｘ＋（１／Ｔｉ）＊ ∫（Ｘ）ｄｔ｝・・・・・（１）
これは位置型の比例積分（ＰＩ）制御に相当する。
むしろ、マイクロプロセッサの演算によるので速度型で表現するべきであり、そうすると
ΔＹ＝Ｋ＊｛ΔＸ＋（１／Ｔｉ）＊Ｘ｝
・・・・・（２）
このように、比例積分（ＰＩ）制御に相当処理を実行する(ステップＳ１１)。
ドア開度Ｘの変化分ΔＸを求めるのには、前回値Ｘは記憶されたものを使う。
なお、場合によっては、比例項または積分項を無効にして、Ｐ動作、Ｉ動作のみでもかまわない。数式（２）では単位時間（1秒または1分）としてサンプル周期については簡略化して記したので、その時間要素は省略した。

（２）風量リセットモード
ステップＳ０２で０％（ドア全閉）と判断した場合に、前回値のドア開度と比べる必要がある（ステップＳ０３）。すなわち、前回ドア開度が０％でなくなった場合に、風量リセットモード（ステップＳ２０）に進む。
ドア開度が元（０％）に戻ったとしても、ＰＩ制御の積分効果によってダンパ開度は元には戻らない特性がある。ドア開度がマイナス方向にならないためである。
よって、ドアが元に戻って０％（全閉）になったら、もとの風量のダンパ開度に強制的に戻す必要がある。自動風量モードに入る前に記憶してあるダンパ開度を取り出し、その値に戻す。なお、いっぺんに戻すか、徐々に戻すかの戻し方は任意である（ステップＳ２１）。

（３）
通常運転モード
次に、ステップＳ０３から分岐してドア開度が０％継続の場合は、通常運転モード（ステップＳ３０）であり、ここでは特別に本願発明にかかる処理は要しない（ステップＳ３２）。
そして、各モードからのフローの最後はステップＳ４０に帰結する。Ｓ４０では、ダンパ出力開度を、今後の自動風量制御モードの後始末としての風量リセットモード動作に備えて、記憶する処理などが行なわれる。

続いて、図４のタイムチャートに基づいて、本願発明の実施例を示す。横軸は時間の推移を示す。縦軸は、玄関のドア開度２２およびダンパ開度５＿２０のパーセンテージである。
まず、時間領域＃１においては、通常の動作を行っていたとする（通常運転モード）。
時間領域＃２（自動風量モード）に入り、ドア２１が開けられドア開度２２がステップ状に上昇した。そのため、ダンパ開度５＿２０は比例動作（数式(１)又は（２））による出力がされ、ステップ状に上昇する。その後は積分動作が効いて、積分時間Ｔｉの逆数に比例した速度で上昇を続ける。なお、ここで、積分リミッタがあればそこでダンパ開度はリミットされることがある。

そして、時間領域＃３で、ドア２１が閉められてドア開度２２が０％に戻ったとすると、ダンパ開度５＿２０はまず比例動作が効いてその応分に開度は減少する。しかし、時間領域＃２で上昇した積分項の分はそのまま残るので、図中破線で示したように、適宜ダンパなどにバンプが生じない程度にすみやかに元の時間領域＃１にあったダンパ開度に戻すことになる（風量リセットモード）。

以上のとおり、本願発明では、玄関ドアが開いた場合には玄関エリアへの風量を増加させることで居住者に不快な状態を軽減することを図るものである。ただし、トータル的な熱収支バランスから、他の居室の風量を絞るなどの協調動作は別途必要となるかもしれないが、本願発明とは直接関係しないため説明は省略する。

１被空調室（居室）
２共用スペース
３吹出し口
４通風ファン
５ダンパ
６送風ダクト
７還流ダクト
８ガラリ
９室外機
１０冷媒配管
１１熱交換器
１２送風機
１３、１４温度センサ
１５室内機
２０玄関エリア
２１玄関ドア
２２ドア開度センサ

Claims

複数の被空調室を空調する全館空調システムにおける自動風量制御方法であって、
外部と接続する一の被空調室のドア開度を検知するステップと、
前記ドアが開けられた場合に、
前記ドア開度と前記ドアが開いている時間に比例して前記被空調室への供給風量の増加を計算するステップと、
この増加風量を前記被空調室に設けた吹出し口から出力するように調整するステップと、
を備えることを特徴とする全館空調システムにおける自動風量制御方法。
複数の居室を空調する全館空調システムにおける自動風量制御方法であって、
玄関のドア開度を検知するステップと、
前記玄関のドアが開けられた場合に、
このドア開度を入力とした比例積分制御動作を行って玄関への供給風量の増加分を計算するステップと、
この増加風量に従って前記玄関に設けた吹出し口のダンパを開けるステップと、
を備えることを特徴とする全館空調システムにおける自動風量制御方法。
請求項２における全館空調システムにおける自動風量制御方法において、さらに、
前記玄関ドアが閉じられた場合に、
前記供給風量を前記玄関ドアが開けられる前の状態に戻す指令を前記ダンパに行って、前記ダンパを閉めるステップを備える全館空調システムにおける自動風量制御方法。