JP6259997B2

JP6259997B2 - 給排型換気装置

Info

Publication number: JP6259997B2
Application number: JP2013243489A
Authority: JP
Inventors: 大輔橋野; 岳人山本; 耕次飯尾; 康晃島
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: JP2015102282A

Description

本発明は、１つの本体で熱交換換気と普通換気を行い、使用者に不快感を与えることなく省エネ運転することができる給排型換気装置に関する。

従来技術について図７を参照しながら説明する。従来、この種の給排型換気装置は、本体１０１内部に給気風路１０２と排気風路と熱を交換する熱交換器１０３を備え、排気風路には熱交換器１０３を介す熱交換風路１０４と熱交換器１０３を介さない換気風路１０５と熱交換風路１０４と換気風路１０５を切替えるためのダンパ１０６を備え、給気風路１０２に室外の温度と湿度を検知する室外温湿度センサー１０７と排気風路に室内の温度と湿度を検知する室内温湿度センサー１０８を備えた給排型換気装置が知られていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−７１１８４号公報

このような従来の給排型換気装置は、室内外のエンタルピーから熱交換換気と普通換気を切替えることで使用者に不快感を与えないように制御することはできるが、室内外のエンタルピー差が小さく、使用者に不快感を与えないような条件でも熱交換換気で制御することがある。同一本体内に熱交換排気風路と普通換気風路を備え同一の風量を保つ場合、熱交換換気では熱交換素子により機内圧損が高くなり消費電力が上がるため、熱交換換気での運転時間が多くなると年間での消費電力が高くなる課題があった。

本発明は、前記の問題を解決し、熱交換換気と普通換気を有した給排型換気装置において、室内と室外に温度センサーを設け、使用者に不快感を与えない条件を判断し、熱交換換気と普通換気を切替え、消費電力の低減制御可能な給排型換気装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明の一態様に係る給排型換気装置は、
室内側吸込口と室内側吐出口と、室外側吸込口と室外側吐出口を設けた本体と、
この本体内に、
室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、
室内の空気を前記室内側吸込口から前記室外側吐出口へ連通させる排気風路と、
前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外空気と室内空気の熱を交換させる熱交換素子と、
前記給気風路と前記排気風路それぞれに配置した給気用ファンと排気用ファンと、
前記給気用ファンを駆動する給気用モータと、
前記排気用ファンを駆動する排気用モータを備えた給排型換気装置であって、
前記排気風路は、
前記熱交換素子を介して排気する熱交換排気風路と、
前記熱交換素子を介さずに排気する普通換気風路と、
前記熱交換排気風路と前記普通換気風路を切り替えるダンパを備え、
前記室内側吸込口に室内温度を検知する室内温度センサーを設け、
前記室外側吸込口に室外温度を検知する室外温度センサーを設け、
さらに前記給気用モータ、前記排気用モータ、前記ダンパを制御する制御部を設け、
この制御部には、前記室内温度センサーで検知した前記室内温度と前記室外温度センサーで検知した前記室外温度に基づいて前記ダンパを駆動するダンパ制御手段を備え、
前記ダンパ制御手段は、
前記室内温度と前記室外温度がともに人体が感じる快適温度範囲であると判断した場合に、前記排気風路を前記普通換気風路に切り替えるよう前記ダンパを制御し、
前記室内温度と前記室外温度のどちらか一方が、人体が感じる快適温度範囲から外れると判断した場合に、前記排気風路を前記熱交換排気風路に切り替えるよう前記ダンパを制御する
ものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、使用者に不快感を与えないとともに、年間での消費電力を低減する制御可能な給排気型換気装置を提供できる。

本発明の実施の形態１、実施の形態２の給排型換気装置の構成模式図本発明の実施の形態１の給排型換気装置の（ａ）風路模式図、（ｂ）熱交換排気風路模式図、（ｃ）普通間気風路模式図同給排型換気装置の制御フローチャート同給排型換気装置の温湿度のよるゾーン分布図同給排型換気装置の温度による風路運転切り替え図本発明の実施の形態２の給排型換気装置の制御フローチャート同給排型換気装置の温度による風路運転切り替え図従来技術の構成図

本発明の一態様に係る給排型換気装置は、
室内側吸込口と室内側吐出口と、室外側吸込口と室外側吐出口を設けた本体と、
この本体内に、
室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、
室内の空気を前記室内側吸込口から前記室外側吐出口へ連通させる排気風路と、
前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外空気と室内空気の熱を交換させる熱交換素子と、
前記給気風路と前記排気風路それぞれに配置した給気用ファンと排気用ファンと、
前記給気用ファンを駆動する給気用モータと、
前記排気用ファンを駆動する排気用モータを備えた給排型換気装置であって、
前記排気風路は、
前記熱交換素子を介して排気する熱交換排気風路と、
前記熱交換素子を介さずに排気する普通換気風路と、
前記熱交換排気風路と前記普通換気風路を切り替えるダンパを備え、
前記室内側吸込口に室内温度を検知する室内温度センサーを設け、
前記室外側吸込口に室外温度を検知する室外温度センサーを設け、
さらに前記給気用モータ、前記排気用モータ、前記ダンパを制御する制御部を設け、
この制御部には、前記室内温度センサーで検知した前記室内温度と前記室外温度センサーで検知した前記室外温度に基づいて前記ダンパを駆動するダンパ制御手段を備え、
前記ダンパ制御手段は、
前記室内温度と前記室外温度がともに人体が感じる快適温度範囲であると判断した場合に、前記排気風路を前記普通換気風路に切り替えるよう前記ダンパを制御し、
前記室内温度と前記室外温度のどちらか一方が、人体が感じる快適温度範囲から外れると判断した場合に、前記排気風路を前記熱交換排気風路に切り替えるよう前記ダンパを制御するものである。

これにより、室外の温度が室内温度より高いが使用者には不快感を与えない条件において、普通換気で制御することで省エネを図れるという効果を奏する。

また、前記快適温度範囲は、２０〜２３℃の範囲としたものである。

これにより、使用者には不快感を与えないという効果を奏する。

また、前記快適温度範囲は、不快指数から快適と感じる範囲に対応した温度範囲としたものである。

また、前記室内側吸込口に室内の湿度を検知する室内湿度センサーと、
前記室外側吸込口に室外の湿度を検知する室外湿度センサーと、
前記室内湿度センサーと前記室内湿度センサーの検知結果から室内エンタルピーと
前記室外湿度センサーと前記室外湿度センサーの検知結果から室外エンタルピーを算出する熱量算出部と、
前記室内エンタルピーと前記室外のエンタルピーを比較する熱量比較手段を備え、
前記熱交換排気風路運転時に前記室内エンタルピーと前記室外エンタルピーを比較し、前記熱交換排気風路と前記普通換気風路を制御するものである。

これにより、普通換気風路での運転で使用者には不快感を与えない条件範囲が広が津古とでさらなる省エネを図れるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の給排型換気装置１は、建物内の天井裏または、側面壁内もしくは床下に設置されるものであり、以下、床下に設置した場合について説明する。

図１に構成を示す。本体２は、直方体の形状をしており、床下に設置されている。

また、一方の側面３に室外側吸込口４と室外側吐出口５を有している。

側面３の対向面には室内側吸込口６と室内側吐出口７を有している。

本体２の内部には、図２の（ａ）に示すように室外側吸込口４から導入された外気が室内に室内側吐出口７に連通する給気風路８と、室内側吸込口６から室内の空気を室外側吐出口５連通する排気風路９を形成している。

これら給気風路８と排気風路９は、仕切り板１０、１１によって仕切られている。

また、給気風路８と排気風路９には、それぞれシロッコ型の給気ファン１２と排気ファン１３を設けている。

これら給気ファン１２と排気ファン１３は、それぞれ給気用モータ１４と排気用モータ１５に連結している。

また、給気風路８と排気風路９とが交差する位置に室内空気と外気の熱を交換する熱交換素子１６を配置している。

熱交換素子１６は、室内からの排気空気の熱を回収して室外からの給気空気に与える機能を有している。

また、排気風路９には、図２（ｂ）に示す室外側吸込口４から熱交換素子１６を介して室内側吐出口７に連通する熱交換排気風路１７と図２（ｃ）に示す室外側吸込口４から熱交換素子１６を介さずに室内側吐出口７に連通する普通換気風路１８と、これら熱交換排気風路１７と普通換気風路１８を切り替えるためのダンパ１９を備えている。

ダンパ１９は電動機２０に連結しており、熱交換排気風路１７と普通換気風路１８を切替えるものである。ここで電動機２０はステッピングモータなどが挙げられる。

また、室外側吸込口４に外気の温度を検知するための室外温度センサー２１を備え、室内側吸込口６に室内の温度を検知するための室内温度センサー２２を備えている。

また、これら給気ファン１２と排気ファン１３とダンパ１９を制御する制御部２３を備えている。

制御部２３には室外温度センサー２１と室内温度センサー２２の検知結果を比較する比較手段２４と電動機２０を駆動させダンパ１９を熱交換排気風路１７と普通換気風路１８を切替えるダンパ制御手段２５を備えている。

次に、比較手段２４の動作について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

ＳＴＥＰ１として、室外温度センサー２１の検知結果（Ｔ_ＯＡ）が快適温度範囲内か判断する。本実施の形態において、快適温度とは、不快指数を用いた人が快いと感じる温度とした。図４は温湿度と不快指数の関係を示す表である。一般的にゾーン１、ゾーン２は人が暑いと感じ空調もしくは、扇風機等を使用する環境である。ゾーン３、ゾーン５では特に何も感じない環境である。ゾーン４は快いと感じるゾーン、ゾーン６・ゾーン７では寒いと感じ、厚手の服の着用や空調を使用するゾーンになる。一般的な外気の湿度として３０％〜９０％の範囲で変化する中で、人が快いと感じるゾーン４の範囲になるのは外気温度が２０℃〜２３℃のため、快適温度範囲を２０℃〜２３℃と設定し、範囲内か判断する。

室外温度センサー２１の検知結果（以降、室外温度Ｔ_ＯＡ）が快適温度範囲外の場合、制御部２３は、ダンパ制御手段２５にダンパ１９を熱交換排気風路１７側になるように制御する。すなわち、排気風路９は、熱交換素子１６を通過する熱交換排気風路１７となる。これにより不快と感じる外気を直接室内に取り込まないように制御する。ここでも快適温度範囲を一般的な外気の湿度として３０％〜９０％の範囲で変化する中で、人が快いと感じるゾーン４の範囲になる２０℃〜２３℃と設定し判断する。

室外温度Ｔ_ＯＡが快適温度範囲内の場合には、ＳＴＥＰ２として室内温度センサー２２の検知結果（以降、室内温度Ｔ_ＲＡ）が快適温度範囲内か判断する。

室内温度Ｔ_ＲＡが快適温度範囲内の場合、制御部２３は、ダンパ制御手段２５にダンパ１９を普通換気風路１８側になるように制御する。すなわち、室内外どちらも快適状況のため、熱を回収する必要がないと判断し、熱交換素子１６を通過しない普通換気風路１８で運転する。

熱交換排気風路１７と普通換気風路１８どちらも同じ換気風量を保つ場合、普通換気風路１８では熱交換素子１６を介さないため内部圧損が低くなり消費電力が低くなる。そのため、熱の回収が必要ない環境では普通換気風路１８を選択することで省エネすることができ、かつ、室内外どちらも快適状況のため、室外の空気をそのまま室内に導入しても使用者に不快感を与えない。

室内温度Ｔ_ＲＡが快適温度範囲外の場合、制御部２３は、ダンパ制御手段２５にダンパ１９を熱交換排気風路１７側になるように制御する。この状態は空調等を動作している状態である。そのため、外気を直接取り込まず熱交換排気風路１７にすることで、空調が効率よく運転できるように制御する。

このように温度から内外気の快適状況を判断し、熱交換排気風路１７と普通換気風路１８を切替えることで、使用者に不快感を与えることなく、かつ、熱の回収が必要ない状況では普通換気風路１８にすることで省エネを実現できる。

また、不快指数（ＤＩ）を算出するためには温度だけでなく湿度も必要になる。ここで、使用環境での湿度を３０％〜９０％とすると、温度範囲２０〜２３℃であれば、不快指数（ＤＩ）はゾーン４（快い）となる。すなわち、温度だけでの不快指数（ＤＩ）を算出が可能になり、コストダウンすることができる。

また、本実施の形態では快適温度範囲を外気湿度３０％〜９０％の範囲から快適温度範囲を２０℃〜２３℃としたが、管理者（使用者）の判断により、快適温度範囲を拡げたり、狭くしたりしてもよい。すなわち、不快指数（ＤＩ）によれば、ゾーン３、ゾーン５において普通換気運転を行ってもよい。

また、本実施の形態では、普通換気運転を行う特徴的な部分について説明したが、室内温度Ｔ_ＲＡと室外温度Ｔ_ＯＡを大小比較のみによるダンパ１９の駆動判断を加えて行ってもよい。すなわち、冷房期であれば、Ｔ_ＯＡ＜Ｔ_ＲＡのとき、暖房期であれば、Ｔ_ＯＡ＞Ｔ_ＲＡのとき、普通換気運転を行ってもよい。

（実施の形態２）
上記のように実施の形態１では室内外の温度からゾーン４を判断して、熱交換排気風路１７と普通換気風路１８を切替えた。

しかし、温度と湿度の条件によっては他のゾーン、具体的にはゾーン３とゾーン５において、室外空気を直接室内へ導入する普通換気風路１８でも使用者に不快感を与えない条件がある。以下、第２の実施の形態について説明する。

本実施の形態の給排型換気装置では、図１に示すように、室外側吸込口４に室外湿度を検知する室外湿度センサー２６と室内側吸込口６に室内湿度を検知する室内湿度センサー２７を備えている。

また、比較手段２４には室外温度センサー２１の検知結果（室外温度Ｔ_ＯＡ）と室外湿度センサー２６の検知結果（室外湿度Ｈ_ＯＡ）から室外エンタルピーＪ_ＯＡを算出し、室内温度センサー２２の検知結果（室内温度Ｔ_ＲＡ）と室内湿度センサー２７の検知結果（Ｈ_ＲＡ）から室内エンタルピーＪ_ＲＡを算出する熱量算出部２８を設けている。

次に、比較手段２４の動作について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。

ＳＴＥＰ１１、ＳＴＥＰ１２は、実施の形態１のＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２に対応している。ＳＴＥＰ１１、ＳＴＥＰ１２では、室外温度Ｔ_ＯＡ、室内温度Ｔ_ＲＡが所定の快適温度範囲内にあるかどうかを判断し、普通換気運転を判断する。

次に、ＳＴＥＰ１１，ＳＴＥＰ１２において、所定の快適温度範囲外と判断された場合には、ＳＴＥＰ１３として室外温度Ｔ_ＯＡがゾーン４（２０〜２３℃）より低い結果もしくは高い結果か判断する。

低い結果（Ｔ_ＯＡ＜２０℃）の場合、ＳＴＥＰ１４として室外温度Ｔ_ＯＡがゾーン５の範囲内であるか判断する。一般的な外気の湿度として３０％〜９０％の範囲で変化する中で、ゾーン５の範囲になるのは外気温度が１６℃〜２０℃のため、ゾーン５の温度範囲を１６℃〜２０℃と設定する。室外温度Ｔ_ＯＡがゾーン５（１６〜２０℃）の範囲外、すなわち、Ｔ_ＯＡ＜１６℃の場合は室外の環境は寒いと感じるゾーン６もしくはゾーン７となっている。そのため、制御部２３はダンパ制御手段２５にダンパ１９を熱交換排気風路１７になるように制御する。これにより不快と感じる外気を直接室内に取り込まないように制御する。

一方、室外温度Ｔ_ＯＡがゾーン５の範囲内（１６≦ＴＯＡ＜２０℃）であると判断した場合、ＳＴＥＰ１５では、熱量算出部２８によって室内温度Ｔ_ＲＡと室内湿度センサー２７の検知結果（室内湿度Ｈ_ＲＡ）から室内エンタルピーＪ_ＲＡと室外温度Ｔ_ＯＡと室外湿度センサー２６の検知結果（室外湿度Ｈ_ＯＡ）から室外エンタルピーＪ_ＯＡを算出する。

次に、ＳＴＥＰ１５において比較手段２４が、室内エンタルピーＪ_ＲＡ＞室外エンタルピーＪ_ＯＡと判断した場合、制御部２３はダンパ制御手段２５にダンパ１９を熱交換排気風路１７になるように制御する。室内よりも熱量の低い外気を取り込むと、使用者は寒いと感じるため、外気を直接取り込まないように制御する。

一方、ＳＴＥＰ１５において比較手段２４が、室内エンタルピーＪ_ＲＡ＜室外エンタルピーＪ_ＯＡと判断した場合、制御部２３はダンパ制御手段２５にダンパ１９を普通換気風路１８になるように制御する。室内よりも熱量の大きな外気を取り込む事で室内の環境がゾーン４に近づけるため、直接外気を取り込む熱交換排気風路１７になるように制御する。

また、ＳＴＥＰ１３において、室外温度Ｔ_ＯＡがゾーン４より高いと判断された場合、ＳＴＥＰ１６として室外温度Ｔ_ＯＡがゾーン３の範囲内であるか判断する。一般的な外気の湿度として３０％〜９０％の範囲で変化する中で、ゾーン３の範囲になるのは外気温度が２３℃〜２５℃のため、ゾーン３の温度範囲を２３℃〜２５℃と設定する。室外温度Ｔ_ＯＡがゾーン３の範囲外（Ｔ_ＯＡ＞２５℃）の場合は室外の環境は暑いと感じるゾーン１もしくはゾーン２となっている。そのため、制御部２３はダンパ制御手段２５にダンパ１９を熱交換排気風路１７になるように制御する。これにより暑いと感じる外気を直接室内に取り込まないように制御する。

一方、室外温度Ｔ_ＯＡがゾーン３の範囲内（２３≦Ｔ_ＯＡ＜２５℃）であると判断した場合、ＳＴＥＰ１７として熱量算出部２８によって室内温度Ｔ_ＲＡと室内湿度Ｈ_ＲＡから室内エンタルピーＪ_ＲＡを算出し、室外温度Ｔ_ＯＡと室外湿度Ｈ_ＯＡから室外エンタルピーＪ_ＯＡを算出する。

次に、比較手段２４は室外エンタルピーＪ_ＯＡと室内エンタルピーＪ_ＲＡ比較し室内エンタルピーＪ_ＲＡ＜室外エンタルピーＪ_ＯＡの場合、制御部２３はダンパ制御手段２５にダンパ１９を熱交換排気風路１７側になるように制御する。室内よりも熱量の高い外気を取り込むと、使用者は暑いと感じるため、外気を直接取り込まないように制御する。

次に室外エンタルピーＪ_ＯＡ＞室外エンタルピーＪ_ＯＡの場合、制御部２３はダンパ制御手段２５にダンパ１９を普通換気風路１８側になるように制御する。室内よりも熱量の小さな外気を取り込む事で室内の環境がゾーン４に近づけるため、直接外気を取り込む熱交換排気風路１７になるように制御する。

以上のように、暑い・寒いと感じないゾーン３とゾーン５において室内外のエンタルピー比較から使用者に不快感を与えない状況を判断することで、図７に示すように、普通換気を行うエリアＳ２が大きくなり、普通換気風路１８での運転時間が多くなり、さらなる省エネが実現できる。

本発明にかかる空気調和機は、排気と給気を行う場合に、熱交換排気風路と普通完気風路を切替えるものであり、一般住宅などに用いられる同時給気排気型の空気調和機に有用である。

１給排型換気装置
２本体
３側面
４室外側吸込口
５室外側吐出口
６室内側吸込口
７室内側吐出口
８給気風路
９排気風路
１０仕切り板
１１仕切り板
１２給気ファン
１３排気ファン
１４給気用モータ
１５排気用モータ
１６熱交換素子
１７熱交換排気風路
１８普通換気風路
１９ダンパ
２０電動機
２１室外温度センサー
２２室内温度センサー
２３制御部
２４比較手段
２５ダンパ制御手段
２６室外湿度センサー
２７室内湿度センサー
２８熱量算出部
１０１本体
１０２給気風路
１０３熱交換器
１０４熱交換風路
１０５換気風路
１０６ダンパ
１０７室外温湿度センサー
１０８室内温湿度センサー

Claims

室内側吸込口と室内側吐出口と、室外側吸込口と室外側吐出口を設けた本体と、
この本体内に、
室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、
室内の空気を前記室内側吸込口から前記室外側吐出口へ連通させる排気風路と、
前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外空気と室内空気の熱を交換させる熱交換素子と、
前記給気風路と前記排気風路それぞれに配置した給気用ファンと排気用ファンと、
前記給気用ファンを駆動する給気用モータと、
前記排気用ファンを駆動する排気用モータを備えた給排型換気装置であって、
前記排気風路は、
前記熱交換素子を介して排気する熱交換排気風路と、
前記熱交換素子を介さずに排気する普通換気風路と、
前記熱交換排気風路と前記普通換気風路を切り替えるダンパを備え、
前記室内側吸込口に室内温度を検知する室内温度センサーと室内の湿度を検知する室内湿度センサーと、
前記室外側吸込口に室外温度を検知する室外温度センサーと室外の湿度を検知する室外湿度センサーとを設け、
前記室内温度センサーと前記室内湿度センサーとの検知結果から室内エンタルピーと前記室外温度センサーと前記室外湿度センサーとの検知結果から室外エンタルピーを算出する熱量算出部と、
前記室内エンタルピーと前記室外エンタルピーを比較する熱量比較手段とを設け、
さらに前記給気用モータ、前記排気用モータ、前記ダンパを制御する制御部を設け、
この制御部には、前記室内温度センサーで検知した前記室内温度と前記室外温度センサーで検知した前記室外温度に基づいて前記ダンパを駆動するダンパ制御手段を備え、
前記ダンパ制御手段は、
前記室内温度と前記室外温度がともに人体が感じる快適温度範囲である２０〜２３℃と判断した場合に、前記排気風路を前記普通換気風路に切り替えるよう前記ダンパを制御し、
前記室内温度と前記室外温度のどちらか一方が、人体が感じる前記快適温度範囲から外れると判断した場合に、
前記室外温度が前記快適温度範囲より低くかつ前記室内エンタルピーが前記室外エンタルピーより低い時、あるいは、前記室外温度が前記快適温度範囲より高くかつ前記室内エンタルピーが前記室外エンタルピーより高い時は、
前記排気風路を前記普通換気風路に切り替えるよう前記ダンパを制御し、
前記室外温度が前記快適温度範囲より低くかつ前記室内エンタルピーが前記室外エンタルピーより高い時、あるいは、前記室外温度が前記快適温度範囲より高くかつ前記室内エンタルピーが前記室外エンタルピーより低い時は、
前記排気風路を前記熱交換排気風路に切り替えるよう前記ダンパを制御する給排型換気装置。