JP6576310B2

JP6576310B2 - Ｖａｖコントローラ

Info

Publication number: JP6576310B2
Application number: JP2016142965A
Authority: JP
Inventors: 上村　智之; 智之上村; 裕二百瀬; 和也有村; 一生冨澤; 英次根本
Original assignee: Mitsubishi Electric Building Techno-Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Building Techno-Service Co Ltd
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: JP2018013294A

Description

本発明は、ＶＡＶ方式による空調システムにおいて、ＶＡＶユニットを制御するＶＡＶコントローラに関する。

従来から、いわゆる中央式の空調システムとして、ＶＡＶ方式による空調システムが知られている。中央式の空調システムでは、例えばビルの機械室に大型の空気調和機が設けられる。空気調和機から供給される調和空気は、ダクトを介して各空調対象空間（例えば各テナント）に分配される。

それぞれの空調対象空間での温度調節が可能となるように、ＶＡＶ方式（ＶａｒｉａｂｌｅＡｉｒＶｏｌｕｍｅ、変風量方式）と呼ばれる空調制御が利用される。ＶＡＶ方式では、各空調対象空間への供給端（給気ダクト終端）にＶＡＶユニットが接続される。ＶＡＶユニットにはダクトの開度を調整するダンパ及びダンパモータが設けられる。

また、ＶＡＶユニットに加えて、当該ＶＡＶユニットを制御するＶＡＶコントローラが設けられる。ＶＡＶコントローラはコンピュータを備えており、例えば空調対象空間の実際の温度と目標温度との差異に基づいてダンパモータを駆動制御し、ダンパの開度を調整する。

例えば特許文献１では、ＶＡＶコントローラは、上記温度差に応じた給気風量を求め、当該給気風量に応じた開度指令をダンパモータに送信している。また、特許文献２、３では、ＶＡＶコントローラは、上記温度差に応じた要求風量を求め、当該要求風量をＶＡＶユニットに設けられた制御部に送信している。

特開２００７−１３２５９８号公報特開平４−２１４１４３号公報特開２０１３−２４５２４号公報

ところで、ビルや大規模商業施設等、大規模な空調システムを構築する際に、当該空調システムを単一企業の製品やシステムで構築するシングルベンダ方式に代わる方式として、空調システムに係る各種製品、システムの構築、メンテナンスシステム等を複数の企業に分散させるマルチベンダ方式が近年知られている。シングルベンダ方式と比較して製品やサービスの選択肢が拡がり、また安価に空調システムを構築できる等のメリットがある。

マルチベンダによる空調システムの構築に当たり、特にＶＡＶ方式に関連する機器に関して、ＶＡＶユニットとＶＡＶコントローラがそれぞれ別の企業から納入される場合がある。例えば前者は空調設備会社から納入され、後者は例えば計装制御会社から納入される。

ＶＡＶユニットの納入元が別企業であるため、ＶＡＶコントローラを納入する企業は、納入されたＶＡＶユニットの仕様を予め調査し、これに合う機能を備えたＶＡＶコントローラを用意する必要がある。加えて、ＶＡＶユニットを納入する企業が多岐に亘ることで、納入されるＶＡＶユニットの仕様が多岐に亘る。例えば上述したように、ＶＡＶコントローラからＶＡＶユニットに送信すべき信号が、ダンパモータの開度指令信号である場合と、要求風量信号である場合とに分かれる。このような場合に、ＶＡＶコントローラの設置に際して、ＶＡＶユニットの仕様に合わないＶＡＶコントローラを誤って持参するなど、空調システムの工期の遅れに繋がるようなおそれがある。そこで本発明は、仕様が多岐に亘る各ＶＡＶユニットに対応可能な、ＶＡＶコントローラを提供することを目的とする。

本発明は、ＶＡＶユニットのダンパ開度を制御するＶＡＶコントローラに関する。当該ＶＡＶコントローラは、空調対象空間の温度を計測する温度センサから温度測定値を取得するとともに、前記空調対象空間の温度目標値を取得し、両者の温度差分値を求める、温度演算部と、前記温度差分値に基づいて、前記ＶＡＶユニットへの風量要求値を求める、要求風量演算部と、前記風量要求値と、前記ＶＡＶユニットから送信される風速測定値に基づく風量測定値とに基づいて、前記ＶＡＶユニットへのダンパ開度指令を生成する、開度指令生成部と、前記温度差分値に基づいて、前記ＶＡＶユニットの空調要求能力値を求める、要求能力演算部と、前記ＶＡＶユニットから風速測定値を取得したときに、前記温度差分値の送信先を前記要求風量演算部に設定し、前記ＶＡＶユニットから風速測定値を取得しなかったときに、前記温度差分値の送信先を前記要求能力演算部に設定する、切替制御部と、を備える。

本発明によれば、仕様が多岐に亘る各ＶＡＶユニットに対応可能な、ＶＡＶコントローラが提供可能となる。

本実施形態に係るＶＡＶコントローラを含む、空調システムの一例を示すシステム構成図である。本実施形態に係るＶＡＶコントローラを含む、空調システムの別例を示すシステム構成図である。本実施形態に係るＶＡＶコントローラのハード構成を例示する図である。本実施形態に係るＶＡＶコントローラの機能ブロックの一例を示す図である。本実施形態に係るＶＡＶコントローラの機能ブロックの別例を示す図である。本実施形態に係るＶＡＶコントローラの、温度差分値の送信先を設定する設定フローを例示する図である。

図１、２に、本実施形態に係るＶＡＶコントローラ１０を含む、空調システムの構成を例示する。なお、一点鎖線は信号線を示す。また、図１、図２では、ＶＡＶユニット１８の制御部４０（４０Ａ，４０Ｂ）の仕様が異なっている。これについては後述する。

空調システムは、空気調和機１２、給気送風機１４、給気ダクト１６、ＶＡＶユニット１８、ＶＡＶコントローラ１０、温度センサ２２、温度設定部２４、還気ダクト２６、及び還気送風機２８を含んで構成される。

空気調和機１２は、外気を取り込み、また一部の還気も取り込んで、調和空気を生成する。空気調和機１２は、図示を省略するが、加湿器、空気加熱器、空気冷却器、エアフィルタ等を含んで構成される。

給気送風機１４は、空気調和機１２によって生成された調和空気を給気ダクト１６に送り込む。給気ダクト１６は、空調対象空間３０（例えばテナント）に対応して分岐される。その分岐端（ダクト終端）は、ＶＡＶユニット１８に接続される。ＶＡＶユニット１８を介して空調対象空間３０（空調制御対象空間）に供給された調和空気は、還気ダクト２６に回収される。還気は還気送風機２８に搬送され、一部は外気中に排気され、残りの一部は再び空気調和機１２に戻される。

ＶＡＶユニット１８は、ケーシング３２、ダンパ３４、ダンパモータ３６、風速センサ３８、及び制御部４０を含んで構成される。ケーシング３２はダンパ３４及び風速センサ３８を収容する。またケーシング３２は給気ダクト１６の終端に接続される入口と空調対象空間３０に向けられた出口とを備える。

ダンパ３４はケーシング３２内の流路の開度を調節するための板部材である。ダンパ３４には図示しない全開リミットスイッチ及び全閉リミットスイッチが設けられてもよい。

ダンパモータ３６はダンパ３４を駆動させる。ダンパモータ３６は例えばパルスモータから構成される。開度指令が与えられることで、ダンパモータ３６が駆動する。開度指令は、例えばダンパ３４の開き側に対する２値（０，１）の信号と、ダンパ３４の閉じ側に対する２値（０，１）の信号を含んで構成される。例えばダンパ３４を開き駆動させる際には、開き側の信号が１に設定され、閉じ側の信号が０に設定された開度指令がダンパモータ３６に送られる。

風速センサ３８はケーシング３２を流れる調和空気の流速Ｖを測定する。風速センサ３８は、例えばベーン式や熱線式のエアフローセンサから構成される。

制御部４０は、風速センサ３８から受信した信号（例えば電圧や電流）を演算処理し、風速値Ｖ（風速測定値）を求める。制御部４０は、ＣＰＵ等の演算回路と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを含んで構成される。

図１に例示する空調システムでは、制御部４０Ａは、専ら風速測定値Ｖの演算を行い、求めた風速測定値ＶをＶＡＶコントローラ１０に送信する。

一方、図２に例示する空調システムでは、制御部４０Ｂは風速測定値Ｖの算出に加えて、ダンパモータ３６の駆動制御が可能となっている。具体的には、制御部４０Ｂは、ＶＡＶコントローラ１０から、空調対象空間３０の実際の温度Ｔｍと温度目標値Ｔｓの差分ΔＴに基づく、空調要求能力値Ｐを受信する。さらに空調要求能力値Ｐと風速測定値Ｖとに基づいて、制御部４０Ｂは、ダンパモータ３６への開度指令を生成する。この詳細は後述する。

ＶＡＶコントローラ１０は、ＶＡＶユニット１８と協働してダンパ３４の開度調整を行う。また、ＶＡＶコントローラ１０は、空調システムが設けられたビル等の中央監視装置と通信可能であってよい。さらにＶＡＶコントローラ１０は、いわゆるビルオートメーション（ＢＡ）に対応可能であってよく、例えばＢＡＣｎｅｔ（Building Automation and Control Network）のプロトコルに対応可能であってよい。図３にはＶＡＶコントローラ１０のハード構成図が例示されている。ＶＡＶコントローラ１０は、ＣＰＵ４２、メモリ４４、及び外部機器とのインターフェース４６を備える。

メモリ４４には後述する送信先設定フローや、温度差ΔＴから風量要求値Ｑ＊への変換式、風量要求値Ｑ＊及び実際の風量Ｑ（風量測定値）に基づく開度指令の算出式、及び温度差ΔＴから空調要求能力値Ｐへの変換式等が記憶されている。

ＶＡＶコントローラ１０は、インターフェース４６を介して種々の信号を受信する。具体的には空調対象空間３０の壁面等に設けられた温度センサ２２から、空調対象空間３０の実際の温度である温度測定値Ｔｍを取得する。また、同じく空調対象空間３０の壁面等に設けられた温度設定部２４から、空調対象空間３０の利用者等により入力、設定された温度目標値Ｔｓを取得する。

さらにＶＡＶコントローラ１０は、ダンパ３４の全閉リミットスイッチ（図示せず）から、ダンパの全閉信号（ｌｍｔ０％）を取得し、全開リミットスイッチ（図示せず）から、ダンパの全開信号（ｌｍｔ１００％）を取得する。また、ＶＡＶコントローラ１０は、上位の中央監視装置（図示せず）等から、空気調和機１２のオン／オフ信号を取得する。加えて、ＶＡＶコントローラ１０は、ＶＡＶユニット１８の制御部４０Ａ，４０Ｂを介してケーシング３２内の風速測定値Ｖを取得する。

これらの取得情報をもとに、ＶＡＶコントローラ１０は、ダンパ３４の開度制御のための信号を生成する。具体的には、図１の空調システムでは、ＶＡＶコントローラ１０はダンパモータ３６に開度指令Ｄを送信する。一方、図２の空調システムでは、ＶＡＶコントローラ１０は、ＶＡＶユニット１８の制御部４０Ｂに、空調要求能力値Ｐを送信する。

図４、５には、ＶＡＶコントローラ１０の機能ブロック図が例示されている。図４の機能ブロック図は、図１の空調システムに対応するものであり、図５の機能ブロック図は、図２の空調システムに対応するものである。

ＶＡＶコントローラ１０は、温度演算部５０、要求風量演算部５２、開度指令生成部５４、要求能力演算部５６、切替制御部５８、及び風量演算部６０を含んで構成される。温度演算部５０は、温度センサ２２から温度測定値Ｔｍを受信し、また温度設定部２４から温度目標値Ｔｓを受信する。温度演算部５０は、温度目標値Ｔｓと温度測定値Ｔｍとの差分値（温度差分値）ΔＴを算出する。

要求風量演算部５２は、温度差分値ΔＴに基づいて、風量要求値Ｑ＊を求める。例えば、温度目標値Ｔｓから温度測定値Ｔｍを引いた差分が正に大きい場合は、現在設定されている風量を嵩増しした値を風量要求値Ｑ＊に設定する。風量演算部６０は、風速センサ３８が測定した風速測定値Ｖと、予め記憶されたケーシング３２の断面積Ａに基づいて、風量測定値Ｑを求める（Ｑ＝Ａ×Ｖ）。

開度指令生成部５４は、風量要求値Ｑ＊と風量測定値Ｑに基づいて、ダンパモータ３６に出力する開度指令Ｄを求める。例えば、風量要求値Ｑ＊から風量測定値Ｑを引いた差分が正に大きい場合は、開度指令Ｄとして、開き側信号として１が設定され、閉じ側信号として０が設定される。なお、中央管理室（図示せず）から、空気調和機１２の停止（Ｏｆｆ）情報を受信した際には、風量要求値Ｑ＊及び風量測定値Ｑに関わらず、開き側信号として０が設定され、閉じ側信号として１が設定される。

要求能力演算部５６は、温度演算部５０による温度差分値ΔＴに基づいて、空調要求能力値Ｐを求める。例えば、要求能力演算部５６には、ＶＡＶユニット１８による最大空調能力［ｋＷ］が記憶され、要求能力演算部５６は、温度差分値ΔＴの値に応じて、最大空調能力の何割が必要かを判定し、当該割合［％］を空調要求能力値Ｐとする。また、中央管理室（図示せず）から、空気調和機１２の停止（Ｏｆｆ）情報を受信した際には、温度差分値ΔＴに関わらず、開き側信号として０が設定され、閉じ側信号として１が設定される。

切替制御部５８は、温度演算部５０が算出するΔＴの送信先を切替可能となっている。図６には、切替制御部５８によるΔＴの送信先の設定フローが例示されている。当該フローは、空調システムの構築時や、ＶＡＶユニット１８の更新の際の最初の試験運転時等に実行される。

切替制御部５８は、ＶＡＶユニット１８の制御部から（４０Ａであるか４０Ｂであるかは不明の状態で）、風速測定値Ｖを受信したか否かを判定する（Ｓ１０）。このステップは、試験運転の開始から所定の待ち時間を設け、当該待ち時間中に風速測定値Ｖの受信有無を判定するものであってよい。

風速測定値Ｖを受信した場合、切替制御部５８は、温度差分値ΔＴの送信先を要求風量演算部５２に設定する旨の設定信号ＡｄｄΔＴを、温度演算部５０に送信する（Ｓ１２）。また、上記待ち時間に亘り風速測定値Ｖが受信されなかった場合は、切替制御部５８は、温度差分値ΔＴの送信先を要求能力演算部５６に設定する旨の設定信号ＡｄｄΔＴを、温度演算部５０に送信する（Ｓ１４）。その後、温度演算部５０は、以降の温度差分値ΔＴの送信先を、設定信号ＡｄｄΔＴにて指定されたもの（要求風量演算部５２または要求能力演算部５６）に設定する（Ｓ１６）。

ステップＳ１２にて、温度差分値ΔＴの送信先が要求風量演算部５２に設定されたときの処理の流れが図４の一点鎖線に例示されている。温度差分値ΔＴを受信した要求風量演算部５２は、風量要求値Ｑ＊を出力する。さらに、切替制御部５８と並行して風速測定値Ｖを受信した風量演算部６０は、風量測定値Ｑを算出する。開度指令生成部５４は、風量要求値Ｑ＊及び風量測定値Ｑに基づいて、開度指令Ｄを生成してダンパモータ３６に送信する。

ステップＳ１４にて、温度差分値ΔＴの送信先が要求能力演算部５６に設定されたときの処理の流れが、図５の一点鎖線に例示されている。温度差分値ΔＴを受信した要求能力演算部５６は、空調要求能力値Ｐ［％］をＶＡＶユニット１８の制御部４０Ｂに送信する。制御部４０Ｂは、空調要求能力値Ｐ及び風速センサ３８から取得した風速測定値Ｖから、開度指令Ｄを生成してダンパモータ３６に送信する。

なお上述の実施形態では、ＶＡＶユニット１８の仕様（正確には制御部４０Ａ，４０Ｂの仕様）に応じて、ＶＡＶコントローラ１０が自動的に温度差分値ΔＴの送信先を設定していたが、予め制御部として４０Ａ及び４０Ｂのどちらが用いられるかが明らかである場合には、これに加えて、手動で温度差分値ΔＴの送信先を設定できるようにしてもよい。

１０ＶＡＶコントローラ、１２空気調和機、１４給気送風機、１６給気ダクト、１８ＶＡＶユニット、２２温度センサ、２４温度設定部、２６還気ダクト、２８還気送風機、３０空調対象空間、３２ケーシング、３４ダンパ、３６ダンパモータ、３８風速センサ、４０Ａ，４０Ｂ制御部、５０温度演算部、５２要求風量演算部、５４開度指令生成部、５６要求能力演算部、５８切替制御部、６０風量演算部。

Claims

ＶＡＶユニットのダンパ開度を制御するＶＡＶコントローラであって、
空調対象空間の温度を計測する温度センサから温度測定値を取得するとともに、前記空調対象空間の温度目標値を取得し、両者の温度差分値を求める、温度演算部と、
前記温度差分値に基づいて、前記ＶＡＶユニットへの風量要求値を求める、要求風量演算部と、
前記風量要求値と、前記ＶＡＶユニットから送信される風速測定値に基づく風量測定値とに基づいて、前記ＶＡＶユニットへのダンパ開度指令を生成する、開度指令生成部と、
前記温度差分値に基づいて、前記ＶＡＶユニットの空調要求能力値を求める、要求能力演算部と、
所定の待ち時間中における前記ＶＡＶユニットからの風速測定値の受信有無を判定するとともに、前記待ち時間中に前記ＶＡＶユニットから風速測定値を取得したときに、前記温度差分値の送信先を前記要求風量演算部に設定し、前記待ち時間中に前記ＶＡＶユニットから風速測定値を取得しなかったときに、前記温度差分値の送信先を前記要求能力演算部に設定する、切替制御部と、
を備えることを特徴とする、ＶＡＶコントローラ。