JP6665970B2 - 換気装置 - Google Patents

Description

この発明は、室内の空気を換気する換気装置に関するものである。

従来から、室内環境を快適に保つために建物外から取り入れた空気と室内の空気とを熱交換させながら建物外へ排気する換気装置が知られている。例えば、特許文献１には、給気通路を流れる室外空気と排気通路を流れる室内空気とを全熱交換させる全熱交換器を備えた換気装置が記載されている。また、特許文献１の換気装置においては、室内温度センサと室内湿度センサとから室内空気の含有水分指数を検出し、室外空気温度が閾値を下回る場合には、含有水分指数と室外温度とに応じて間欠運転周期における給気ファンの停止時間が長くなるように制御する制御部を備えている。これにより、室外空気の温度が低く室内空気の湿度が高い場合に生じる全熱交換器の結氷を抑制することができる。

特許文献２においては、特許文献１と同じく全熱交換器を備え、室外温度が第１レベルを下回った場合には第１結氷抑制制御を実行し、第１レベルよりも低い第２レベルを下回った場合には、第２結氷抑制制御を実行する熱交換ユニットが記載されている。第２結氷抑制制御は第１結氷抑制制御よりも間欠運転周期における給気ファンの停止時間が長い制御である。これにより、室外温度が−１５℃、−２０℃といった寒冷地においても、全熱交換器の結氷を抑制できる。

特開２０１５−１４３５９３ 特開２００３−１４８７８０

特許文献１に開示されている従来の換気装置では、結氷が生じる全熱交換器の結氷量を考慮せず、室外温度レベル及び含有水分指数レベルの閾値、並びに給気ファン停止時間がレベル毎に固定であるため、結氷量が全て融解した後も給気ファンを停止し続けたり、反対に結氷量が全て融解していないにも関わらず給気ファンが運転してしまい結氷量が増加したりする課題がある。また、特許文献２に開示されている従来の熱交換ユニットも、室外温度に応じてあらかじめ定めた間欠運転周期で給気ファンを停止するため、特許文献１と同じ課題がある。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、全熱交換器の結氷量に応じた給気ファン運転状態を決定し、全熱交換器の結氷を抑制する制御装置を備えた換気装置を得るものである。

本発明に係る換気装置は、室外空気を室内に給気する給気ファンと、室内空気を室外へ排気する排気ファンと、透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され室外空気と室内空気とを熱交換する全熱交換器と、室内空気の温度を計測する室内温度センサと、室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、室外空気の温度を計測する室外温度センサと、
全熱交換器を通過する室外空気と室内空気との間で交換される熱及び水分の伝わり方を表している全熱交換器モデル式に室内空気の温度、室内空気の湿度、室外空気の温度を入力して結露量及び結氷量の少なくともいずれか一方を求めたものに基づいて給気ファン及び排気ファンの運転を制御する制御装置とを備えた換気装置である。

本発明に係る換気装置では、全熱交換器の結氷を抑制し、省エネルギーとすることができる。

本発明の実施の形態１による換気装置の機能構成図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の全熱交換器の構成の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の制御装置の構成の一例を示したシステム構成図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の制御装置の構成の一例を示したシステム構成図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の全熱交換器を通過する還気と外気の熱の伝わり方を示したイメージ図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の全熱交換器を通過する還気と外気の湿度の伝わり方を示したイメージ図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の全熱交換器に結氷が生じている場合に、全熱交換器を通過する還気と外気の熱の伝わり方を示したイメージ図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の全熱交換器に結露が生じている場合に、全熱交換器を通過する還気と外気の熱の伝わり方を示したイメージ図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の全熱交換器に結氷が生じている場合に、全熱交換器を通過する還気と外気の湿度の伝わり方を示したイメージ図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の全熱交換器に結露が生じている場合に、全熱交換器を通過する還気と外気の湿度の伝わり方を示したイメージ図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の全熱交換器の運転時間と圧力損失の関係を表したイメージ図である。 本発明の実施の形態１による換気装置の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による換気装置の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による換気装置の制御装置の構成の一例を示したシステム構成図である。 本発明の実施の形態２による換気装置の制御装置の構成の一例を示したシステム構成図である。 本発明の実施の形態２による換気装置の全熱交換器モデル式の風量と圧力の関係を表すＰ−Ｑ線図である。 本発明の実施の形態２による換気装置の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による換気装置の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による換気装置の制御装置の構成の一例を示したシステム構成図である。 本発明の実施の形態３による換気装置の制御装置の構成の一例を示したシステム構成図である。 本発明の実施の形態３による換気装置の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４による換気装置の制御装置の構成の一例を示したシステム構成図である。 本発明の実施の形態４による換気装置の制御装置の構成の一例を示したシステム構成図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る換気装置１を示す図である。図１に示すように、換気装置１は、給気ファン２、排気ファン３、全熱交換器４、制御装置５、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８を備える。換気装置１の左側が建物外、右側が室内になる。なお、室内温度センサ７と室内湿度センサ８とは、一体型の温湿度センサであってもよい。なお、室内湿度センサ８は、絶対湿度センサよりも相対湿度センサの方がより望ましい。もっとも、絶対湿度と温度が分かれば相対湿度も分かるので、室内湿度センサ８は絶対湿度センサであってもよい。

（換気装置１を流れる空気の流れの説明）
図１を用いて、換気装置１を流れる空気の流れを説明する。この構成の換気装置１では、建物外の空気が全熱交換器４を通過して室内に取り込まれる。以下では、この建物外から換気装置１に入ってくる空気を「外気」、室内に取り込まれる空気を「給気」と記載する。一方、室内の空気は、全熱交換器４を通過して建物外に排出される。以下では、この室内から換気装置１に入ってくる空気を「還気」、建物外に排出される空気を「排気」と記載する。全熱交換器４では、外気と還気との間で熱交換を行い、温度及び湿度が調整された給気が室内に供給される。ただし、全熱交換器４を通過せずに、外気を直接室内に取り込む場合もある。この場合、図１では省略しているが、全熱交換器４を通過せずに、外気を取り込むバイパス経路を備えている。全熱交換器４を通る経路とバイパス経路とは、ダンパー（図示せず）によって切り換えられる。

（給気ファン２、排気ファン３）
給気ファン２は、建物外の空気を室内に取り入れるためのファンである。この例では、給気ファン２は全熱交換器４よりも室内側に配置している。排気ファン３は室内の空気を建物外に排出するためのファンである。この例では、排気ファン３は全熱交換器４よりも室外側に配置している。

（全熱交換器４）
図２は全熱交換器４の構成の一例を示した図である。左側が室外、右側が室内である。室外から外気が全熱交換器４に入り室内に給気され、室内から還気が全熱交換器４に入り室外に排気される。全熱交換器４は、外気と還気とを全熱交換させる。例えば、図２に示すように、全熱交換器４は、四角柱状に形成されている。全熱交換器４では、平板部材である仕切板４１と波状部材である間隔板４２とが交互に積層されることで、隣り合う側面の一方に外気を流すための外気用流路が形成され、隣り合う側面の他方に排気を流すための排気用流路が形成されている。なお、平板部材及び波状部材は、透湿性を有した材料（例えば、紙）で構成されており、給気と排気との間で水分の移動が可能となっている。これにより、全熱交換器４では、顕熱の交換に加え、潜熱の交換が可能になる。

全熱交換器４は、取り込む外気と排出する室内空気とは仕切板４１で完全に分けられている。しかも、間隔板４２の波状部が土手の役割をすることで、給気風路と排気風路とを完全に分離することができる。しかも、間隔板４２を波状部材とすることにより全熱交換器４の強度を保っている。また、仕切板４１の表裏で流れる給気と排気との間で温度及び湿度の交換を行っている。例えば、仕切板４１には熱交換効率が高く透湿性に優れた全熱交換用紙を用い、間隔板４２にはハニカム構造のコルゲート加工紙を用いるとよい。

（全熱交換器４に結氷及び結露が生じる原因の説明）
冬期において外気温が低温で、室内が暖房により暖められている場合、全熱交換器４を通過する際に、室内からの暖かい還気が低温の外気により露点温度以下に冷やされ、還気中の水分が結露する。外気が０℃より低い場合は、この結露した水分が外気により冷やされ氷となって全熱交換器４の流路に付着する。全熱交換器４の流路に氷又は露が付着すると、流路が塞がれ、圧力損失が増加する。さらに、全熱交換器４の熱交換面積が減少するため、熱交換効率が低下する。

（制御装置５の構成の一例）
図３及び図４は、制御装置５の構成を詳細化したシステム構成図である。図３及び図４に示すように、この例では、制御装置５は、記憶装置５１、演算装置５２、受信装置５３、送信装置５４を備えている。

記憶装置５１は、換気装置１における計測制御を行うために必要な情報を記憶する装置であり、メモリ等である。なお、メモリは一例であり、その他ハードディスクドライブ、ＳＤカード等のデータを記憶できる装置であれば、特に種類は限定しない。

演算装置５２は、記憶装置５１に記憶されたデータを用いて、給気ファン２、排気ファン３等への制御指令５１ｅを演算する装置であり、ＣＰＵ、プロセッサ等である。

受信装置５３は、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８等の計測データを受信する装置である。この計測データには、給気ファン２、排気ファン３等の機器の動作モード等の運転状態を含んでもよい。

送信装置５４は、制御対象機器である給気ファン２、排気ファン３等への制御指令５１ｅを送信する装置である。各機器、センサへのデータの計測指令、運転状態の取得指令等を送信してもよい。

受信装置５３及び送信装置５４が、給気ファン２、排気ファン３、制御装置５、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８と通信する手段は、例えば、対象の機器、センサの各々で異なる個別専用線等で異なる通信手段であってもよい。また、無線で通信してもよい。このように、通信する手段は、ケーブルの種類、プロトコル等は特に限定せず、上記に列挙されていない通信手段を用いてもよい。また、受信装置５３で用いる通信手段と送信装置５４で用いる通信手段とは同じであってもよいし、異なってもよい。すなわち、複数の種類の通信手段を組み合わせたものであってもよい。

（記憶装置５１）
記憶装置５１は、全熱交換器モデル式５１ａ、運転・計測データ５１ｂ、結氷量Ｖ_freeze、結露量Ｖ_dew、運転条件５１ｃ、給排気ファン運転状態５１ｄ、制御指令５１ｅなどの情報を記憶する。給排気ファン運転状態５１ｄは、給気ファン２及び排気ファン３の運転状態のことであり、以下では、給気ファン２及び排気ファン３をまとめて給排気ファンと称することもある。また、制御指令５１ｅは、主として給排気ファンに対する制御指令の情報である。

記憶装置５１に記憶される運転条件５１ｃは、演算装置５２における各手段の処理で必要となる各種条件に関する情報である。例えば、給気ファン２の風量、排気ファン３の風量、全熱交換器４の大きさ、種別等の換気装置１の構成に関する情報、運転状態決定手段５２ｃで給排気ファン運転状態５１ｄを決定する周期等の情報を記憶装置５１で記憶する。また、受信装置５３及び送信装置５４で送受信するデータの種類、周期等も記憶装置５１に記憶される。

記憶装置５１に記憶される運転・計測データ５１ｂは、給気ファン２及び排気ファン３の運転データと、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８の計測データである。給排気ファンの運転データには、例えば、強運転、弱運転、運転停止等の給排気ファンの運転状態、全熱交換器４を通る経路とバイパス経路とでどちらの経路で運転されているかを示す動作モード等の情報が含まれている。さらに、運転・計測データ５１ｂは、時間の情報、例えば、データを時刻と共にセットで記憶装置５１に記憶してもよい。また、上記は、代表的な運転・計測データ５１ｂを列挙しただけであり、これらに限定する必要もなく、これら全てを含む必要もない。また、これらの情報は、現在の値だけでなく、過去データも含む。

記憶装置５１に記憶される全熱交換器モデル式５１ａは、全熱交換器４を通過する還気と外気とが熱交換する際の空気の物理変化をモデル化したものである。モデルの詳細については、後述する全熱交換器モデル式５１ａで説明する。

記憶装置５１に記憶される給排気ファン運転状態５１ｄと制御指令５１ｅとは、それぞれ運転状態決定手段５２ｃで決定した強運転、弱運転、運転停止等の給排気ファン運転状態５１ｄと、制御指令変換手段５２ｄとで決定した制御指令５１ｅである。

また、図には示していない各種センサで計測したデータ、例えば、外気湿度データ、給気温度データ、給気湿度データ等を記憶装置５１に記憶してもよい。

（全熱交換器モデル式５１ａ）
全熱交換器モデル式５１ａは、与えられた風量と空気条件とで給気ファン２及び排気ファン３を運転した場合に、全熱交換器４を通過する還気と外気とが熱交換する際の空気の物理変化をモデル化したものである。熱交換は全熱交換器４を通過する際に段階的に行われることから、全熱交換器４を複数の格子に分割し、格子毎に計算する。

入力情報としては、全熱交換器４の材質及び構造情報、給気ファン２の風量、排気ファン３の風量、室外温湿度、室内温湿度である。出力情報は全熱交換器４の温度交換効率、湿度交換効率、結氷量Ｖ_freeze、結露量Ｖ_dew、圧力等である。全熱交換器４の材質及び構造情報は、固定値である。

室外温湿度、室内温湿度については、室外湿度を除いては、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８から計測することができる。全熱交換器４の結氷、結露が問題となる冬季は、乾燥しており室外の絶対湿度は低く、相対湿度は高い値となる。このため、室外の相対湿度を例えば、固定値８０％としても、室外湿度を計測した場合とで、全熱交換器４の結氷で有意差がないことを確認している。もっとも、室外湿度センサを用いて湿度を計測した値を用いてもよい。この場合、室外温度センサ６と室外湿度センサとを兼用する室外温湿度センサを用いてもよい。

（結露・結氷なしモデル）
図５は冬期の運転条件５１ｃである、高温の還気から低温の外気に熱が伝わる条件を想定した場合の熱の伝わり方を示した図である。図において、上部の矢印は室内から室外に流れる還気を示し、下部の矢印は室外から室内に流れる外気の流れを示している。中央部の長方形は、全熱交換用紙である紙を表している。この紙は、全熱交換器４に用いている熱交換効率が高く透湿性に優れた仕切板４１に相当するものである。この紙の上方から下方に向かう２本の点線は、紙を所定のブロック単位で区切るものである。後述する図６から図１０でも、これらのことは同様であり、説明は省力する。

室内からの暖かい還気の熱は、まず紙の表面（図の上側）に伝わり、紙の厚み方向に熱伝導し、紙の裏面（図の下側）から外気に伝わる。還気から紙表面への熱量Ｑ_aは式（１）で、紙を通過する熱量Ｑ_pは式（２）で、紙の裏面から外気への熱量Ｑ_bは式（３）で表される。

また、ある格子中の還気温度Ｔ_aは式（４）で表される。

外気側でも同様に式（５）が成り立ち、ある格子中の外気温度Ｔ_bが求められる。

ここで、ｈ：紙上側対流熱伝達率、ｈ^’：紙下側対流熱伝達率、Ｓ^’：熱交換面積、λ：紙の熱伝導率、ｌ：紙の厚さ、ρ：空気密度、Ｃ：空気比熱、Ｓ：格子断面積、ｖ：流速、Ｔ_a：熱交換器中の還気温度、Ｔ_a-1：Ｔ_aより１ブロック上流の熱交換器中の還気温度、Ｔ_b：熱交換器中の外気温度、Ｔ_b-1：Ｔ_bより１ブロック上流の熱交換器中の外気温度、Ｔ_up：紙の上側表面温度、Ｔ_down：紙の下側表面温度である。

図６は冬期の運転条件５１ｃである、高湿の還気から低湿の外気に湿度が伝わる条件を想定した場合の水分の移動を示した図である。室内からの湿った還気の水分は、まず紙の表面に伝わり、紙を通過し、紙の裏面から外気に伝わる。還気から紙表面への水分量Ｗ_aは式（６）で、紙を通過する水分量Ｗ_pは式（７）で、紙の裏面から外気への水分量Ｗ_bは式（８）で表される。

また、ある格子中の還気絶対湿度Ｘ_aは式（９）で表される。

外気側でも同様に式（１０）が成り立ち、ある格子中の外気温度Ｘ_bが求められる。

ここで、ｈ_D：物質伝達率、α：相対湿度依存の透湿抵抗、Ｘ_a：熱交換器中の還気絶対湿度、Ｘ_a-1：Ｘ_aより１ブロック上流の熱交換器中の還気絶対湿度、Ｘ_b：熱交換器中の外気絶対湿度、Ｘ_b-1：Ｘ_bより１ブロック上流の熱交換器中の外気絶対湿度、Ｘ_up：紙の上側表面絶対湿度、Ｘ_down：紙の下側表面絶対湿度である。

式（１）〜式（１０）を用いて計算した、格子中の空気状態から結氷又は結露が発生するかを判定する。結氷が発生する条件は、紙の温度が格子中の空気の露点温度よりも低く、かつ０℃より低い場合である。結露が発生する条件は、紙の温度が格子中の空気の露点温度よりも低く、０℃よりも高い場合である。

（結氷時・結露時モデル）
結氷が発生する場合の結氷量Ｖ_freezeは式（１１）で計算でき、結露が発生する場合の結露量Ｖ_dewは式（１２）で計算できる。ここで、X_saturation：熱交換器中の飽和湿度である。

図７は結氷が発生した場合の熱の伝わり方を表した図であり、図８は結氷が発生した場合の湿度の伝わり方を表した図である。紙の上部にある長方形は、紙の表面（上部）の結氷である氷を表している。還気が暖かく湿った空気で、外気が冷えた空気の場合、紙の上部に結氷が発生するため、氷が熱抵抗となるとともに、結氷時に生じる潜熱が移動する。したがって、還気から氷表面への熱量Ｑ_{a_ice}は式（１３）で、氷を通過する熱量Ｑ_iceは式（１４）で、結氷時の凝固熱である潜熱Ｑ_{lat_ice}は式（１５）で、結氷時の熱量バランス式は式（１６）で表される。

ここで、λ_ice：氷の熱伝導率、ｌ_ice：氷厚さ、ｑ_ice：水の凝固熱、ｑ_water：水の凝縮熱である。

図９は結露が発生した場合の熱の伝わり方を表した図であり、図１０は結露が発生した場合の湿度の伝わり方を表した図である。紙の上部にある長方形は、紙の表面（上部）の結露である水を表している。還気が暖かく湿った空気で、外気が冷えた空気の場合、紙の上部に結露が発生するため、水が熱抵抗となるとともに、結露時に生じる凝縮熱が移動する。したがって、還気から水表面への熱量Ｑ_{a_dew}は式（１７）で、水を透過する熱量Ｑ_dewは式（１８）で、結露時の凝縮熱である潜熱Ｑ_{lat_dew}は式（１９）で、結露時の熱量バランス式は式（２０）で表される。

ここで、λ_dew：水の熱伝導率、ｌ_dew：水厚さである。

水分の場合、湿度交換する水分量のうち一部が氷又は水となり、残りが外気側に移動する。このとき、氷又は水の湿度と紙表面の湿度とが同等と仮定すると、結氷時の水分バランス式（２１）、結露時の水分バランス式（２２）が成り立つ。

（融解時モデル）
全熱交換器４に結氷した氷を溶かすため、給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転することにより、温かい還気を全熱交換器４に供給する場合がある。このとき、全熱交換器４の氷が融解し、結氷量V_freezeが減ることをモデル化する必要がある。融解時の熱バランス式は式（２３）で表される。

ここで、ρ_ice：氷密度、C_ice：氷比熱、V_fusion：融解量である。

式（２３）と式（１３）とを用いることにより融解量を求める。融解量を前時間までに生じていた結氷量V_freezeの合計量から差し引くことで、現在の全熱交換器４に生じている結氷量V_freezeを算出する。

結露の場合には、融解現象は生じない。しかしながら、式（１２）のように還気との湿度交換を模擬し、結露量の減少をモデル化してもよい。また、給気ファン２の停止による全熱交換器４の静圧変化、全熱交換器４の設置状態に応じて結露水が全熱交換器４から流出することによる結露量の減少をモデル化してもよい。

（圧力損失計算モデル）
全熱交換器４に生じている結氷量V_freeze、結露量V_dewから全熱交換器４を通過する空気の圧力損失ΔＰを式（２４）から式（２８）を用いて算出する。結氷量断面積Ｓ_freezeは式（２４）で、結露量断面積Ｓ_dewは式（２５）で、閉塞率ＣＬＯは式（２６）で、閉塞時の等価直径ｄｅは式（２７）で、レイノルズ数Ｒｅは式（２８）で、層流と仮定したときの圧力損失ΔＰは式（２９）で表される。

ここで、Ｓ_freeze：結氷量断面積、Ｓ_dew：結露量断面積、V_{freeze_L}：格子長さあたりの総結氷量、V_{dew_L}：格子長さあたりの総結露量、ρ_{_ice}：結氷密度、ρ_{_dew}：水密度、Ｓ_{_flow}：風路断面積、Ａ_{_flow}：風路周囲長さ、ΔＰ：圧力損失、Ｒｅ：レイノルズ数、Ｌ：風路長さ、ｄｅ：等価直径、ρ：空気の密度、u：流速、v：動粘性係数である。

ここまで、全熱交換器モデル式５１ａの一例を示してきた。しかしながら、全熱交換器モデル式５１ａは、この例に拘るものではない。全熱交換器モデル式５１ａは、結氷量Ｖ_freeze及び結露量Ｖ_dewの少なくとも一方を求める（推定する）モデル式であれば、その算出方法は問わない。全熱交換器モデル式５１ａは、少なくとも室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８の計測値を用いて、全熱交換器４の結氷量Ｖ_freeze及び結露量Ｖ_dewの少なくとも一方を求めるものであればよい。

また、全熱交換器モデル式５１ａは、結氷量Ｖ_freezeと結露量Ｖ_dewとを求める（推定する）モデル式であれば、圧力損失ΔＰを続けて求める（推定する）ことができるのが通常である。

（全熱交換器モデル式５１ａのバリエーション）
これまで説明した全熱交換器モデル式５１ａは熱移動と水分移動との物理モデルであったが、これ以外に近似式を用いて結氷量Ｖ_freeze、結露量Ｖ_dew、圧力損失ΔＰを算出してもよい。例えば、あらかじめ全熱交換器４の材質、構造情報に基づき、外気温と当該外気温での運転時間とを説明変数とした圧力損失ΔＰ推定式を準備しておいてよもよい。

図１１は、ある全熱交換器４において、外気温が−１５℃、−１０℃、−５℃で運転した場合の圧力損失ΔＰと運転時間との関係を表したイメージ図である。なお、圧力損失ΔＰと運転時間との関係は線形に限られるものではない。例えば、このようなデータをあらかじめ実験により求めておき、外気温及び室内温湿度をパラメータとした近似式で圧力損失ΔＰを求めることもできる。このことは融解時についても結氷時と同様である。

（演算装置５２）
プロセッサ等である演算装置５２は、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）、圧力損失推定手段５２ｂ、運転状態決定手段５２ｃ、制御指令変換手段５２ｄを備えている。

（結氷量推定手段５２ａ）
結氷量推定手段５２ａは、メモリ等である記憶装置５１に記憶された換気装置１の運転・計測データ５１ｂと運転条件５１ｃ、全熱交換器モデル式５１ａから、全熱交換器４の結氷量V_freezeを計算する。記憶装置５１に記憶された運転条件５１ｃと、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８等の計測値とを全熱交換器モデル式５１ａに代入することにより、全熱交換器４を通過時の空気状態と紙温度とが計算でき、結氷が生じるかの判定が可能である。

（結氷量・結露量推定手段５２ｈ）
結氷量・結露量推定手段５２ｈは、結氷量推定手段５２ａの上位互換の手段になっている。結氷量・結露量推定手段５２ｈは、結氷量推定手段５２ａと同様に、メモリ等である記憶装置５１に記憶された換気装置１の運転・計測データ５１ｂと運転条件５１ｃ、全熱交換器モデル式５１ａから、全熱交換器４の結氷量V_freezeと結露量Ｖ_dewとを計算する。記憶装置５１に記憶された運転条件５１ｃと、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８等の計測値とを全熱交換器モデル式５１ａに代入することにより、全熱交換器４を通過時の空気状態と紙温度とが計算でき、結氷または結露が生じるかの判定が可能である。

結氷すると判断された場合は、全熱交換器モデル式５１ａの結氷時モデルを用いて、全熱交換器４に生じる単位時間当たりの結氷量V_freezeを計算できる。給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転する場合、全熱交換器モデル式５１ａの融解時モデルを用いて単位時間当たりの融解量、及び融解に伴い結氷量V_freezeが減少した後の全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeの合計が計算できる。

また、結露すると判断された場合は、全熱交換器モデル式５１ａの結露時モデルを用いて、全熱交換器４に生じる単位時間当たりの結露量Ｖ_dewを計算できる。給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転する場合、全熱交換器モデル式５１ａの融解時モデルを用いて単位時間当たりの融解量、及び融解に伴い結氷量V_freezeが減少した後の全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeの合計が計算できる。

（圧力損失推定手段５２ｂ）
圧力損失推定手段５２ｂ、メモリ等である記憶装置５１に記憶された換気装置１の運転・計測データ５１ｂ、運転条件５１ｃ、全熱交換器モデル式５１ａ、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）の計算結果から、全熱交換器４の圧力損失ΔＰを計算する。

（運転状態決定手段５２ｃ）
運転状態決定手段５２ｃは、給排気ファン運転状態５１ｄを全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeと結露量Ｖ_dewとに基づき決定する。給排気ファン運転状態５１ｄとは、例えば、風量、運転（強弱を含む。）、停止を表す。給気ファン２と排気ファン３とが両方運転しており、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）で推定した全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeと結露量Ｖ_dewとが共に０の場合は、給排気ファン運転状態５１ｄは前時間の給排気ファン運転状態５１ｄを継続する。

給気ファン２と排気ファン３とが両方運転しており、全熱交換器４の圧力損失ΔＰがあらかじめ定めた圧力損失閾値以上になった場合、給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転することにより、室内からの暖かい還気で全熱交換器４の結氷を融解する。

給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転するのは、例えば、圧力損失ΔＰが圧力損失閾値を超えたと判断されたときから、室外温度センサ６で計測した外気温に応じてあらかじめ定めた時間とする。例えば、圧力損失閾値を超えたと判断された時間の外気温が−１５℃以下の場合は、給気ファン２の停止時間を４５分、−１５〜１０℃の場合は３０分、−１０℃〜−５℃の場合は１５分と、外気温が低いほど長い時間、給気ファン２を停止することになる。この給気ファン２の停止時間は、あらかじめ対象の全熱交換器４の材質、構造情報に基づき、実験により求めてもよい。また、外気温だけでなく、室内温度センサ７、室内湿度センサ８で計測された室内温湿度に応じて給気ファン２の停止時間をあらかじめ設定しておいてもよい。

あるいは、給気ファン２を停止する時間をあらかじめ定めるのではなく、圧力損失ΔＰで判断してもよい。全熱交換器モデル式５１ａ、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）、圧力損失推定手段５２ｂにより、全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeと結露量Ｖ_dewと圧力損失ΔＰとを逐次計算し、圧力損失ΔＰが閾値以下になるまで給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転してもよい。

あるいは、圧力損失ΔＰの閾値で判断せずに、全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeと結露量Ｖ_dewとが閾値以下になるまで給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転してもよい。ここで、結氷量Ｖ_freezeと結露量Ｖ_dewとで、異なる閾値を用いてもよい。

あるいは、給気ファン２の停止時間ではなく、圧力損失ΔＰに応じた給気ファン２と排気ファン３との風量をあらかじめ設定しておいてもよい。例えば、外気温が低く圧力損失ΔＰが増加してきた場合、給気ファン２及び排気ファン３の風量を小さくすることで、結氷量Ｖ_{ｆｒｅｅｚｅ}及び結露量Ｖ_dewの増加を抑制し、かつ圧力損失ΔＰの上昇を抑制する。風量を小さくしても圧力損失ΔＰが圧力損失閾値を超えた場合は、給気ファン２を一定時間停止する制御に変更しもよい。

給気ファン２の停止時間が終了すると給気ファン２の運転を再開し、結氷量Ｖ_freeze及び結露量Ｖ_dewが閾値を超えるまで運転を継続する。なお、結氷量Ｖfreezeと結露量Ｖdewとで、異なる閾値を用いることがある。

（制御指令変換手段５２ｄ）
制御指令変換手段５２ｄは、運転状態決定手段５２ｃで決定し、記憶装置５１に記憶した給排気ファン運転状態５１ｄを給気ファン２及び排気ファン３に対して、実際に指令を与える制御指令５１ｅに変換する。なお、給排気ファン運転状態５１ｄとは、給気ファン２及び排気ファン３の運転状態のことである。

例えば、給気ファン２への制御指令５１ｅの形式が、風量の強・中・弱、あるいは停止である場合には、記憶した給排気ファン運転状態５１ｄを、対応する指令である強・中・弱・停止のいずれかに変換し、制御指令５１ｅとして記憶装置５１に記憶する。なお、強・中・弱・停止は、一例であって、制御指令５１ｅの形式はこれらに限定されるものではない。

給気ファン２、排気ファン３が受け取れる制御指令５１ｅは換気装置１の機種毎に異なるため、機種に応じて制御指令５１ｅを生成する。このために必要な情報は、運転条件５１ｃとして記憶装置５１に記憶されている。また、運転状態決定手段５２ｃで決定した給排気ファン運転状態５１ｄを直接、給気ファン２及び排気ファン３に指令できる場合には、変換する必要はなく、記憶装置５１に記憶されている給排気ファン運転状態５１ｄと制御指令５１ｅとは同一のものとなる。

（フローチャート）
図１２及び図１３は、実施の形態１に係る換気装置１の制御装置５の処理の流れを示すフローチャートである。図１２は結氷量推定手段５２ａを用い、図１３は結氷量推定手段５２ａの上位互換である結氷量・結露量推定手段５２ｈを用いているため、図１２のステップＳＴ１５が図１３ではステップＳＴ５５になっている以外は、両者で違いはない。

これらの処理のフローは所定の時間周期で実行する。例えば、１周期の時間としては、１分、１０分、３０分等である。また、この１周期の時間は、固定する必要は無く、昼夜、季節（具体的には月）に応じて変更されてもよい。この時間周期は、運転条件５１ｃとして記憶装置５１に記憶されている。処理のフローは以下の通りである。各ステップでの詳細な実行内容は、演算装置５２の各部で機能説明した通りであり省略する。

ステップＳＴ１１で、演算装置５２が運転条件５１ｃを記憶装置５１から読み込む。ステップＳＴ１２で、演算装置５２が換気装置１の運転・計測データ５１ｂを記憶装置５１から読み込む。ステップＳＴ１３で、演算装置５２が全熱交換器モデル式５１ａを記憶装置５１から読み込む。ステップＳＴ１４で、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）が全熱交換器モデル式５１ａを用いて全熱交換器４を通過する空気状態を決定する。

ステップＳＴ５５（又はステップＳＴ１５）で、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）が全熱交換器モデル式５１ａを用いて全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeを計算する。ステップＳＴ１６で、圧力損失推定手段５２ｂが全熱交換器モデル式５１ａを用いて全熱交換器４を通過する空気の圧力損失ΔＰを計算する。ステップＳＴ１７で、運転状態決定手段５２ｃが給気ファン２及び排気ファン３の運転状態を決定する。ステップＳＴ１８で、制御指令変換手段５２ｄが給排気ファン運転状態５１ｄを制御指令５１ｅに変換する。ステップＳＴ１９で、送信装置５４が制御指令５１ｅを給気ファン２及び排気ファン３に送信する。

このように、実施の形態１の換気装置１では、全熱交換器モデル式５１ａを用いて全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeを求め、それに基づき給排気ファン運転状態５１ｄを決定するので、全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeの抑制と、熱交換換気時間の増加による省エネルギーという効果がある。

以上のように、室外空気を室内に給気する給気ファンと、室内空気を室外へ排気する排気ファンと、透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され室外空気と室内空気とを熱交換する全熱交換器と、室内空気の温度を計測する室内温度センサと、室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、室外空気の温度を計測する室外温度センサと、室内空気の温度、室内空気の湿度、室外空気の温度を全熱交換器の特性を表した全熱交換器モデル式に入力して求めた状態推定量に基づいて給気ファン及び排気ファンの運転を制御する制御装置とを備えた換気装置である。

全熱交換器モデル式は、全熱交換器を通過する室外空気と室内空気との間で交換される熱（温度）及び水分（湿度）の伝わり方を表している。

また、状態推定量は、結氷量である。さらに、状態推定量は、排気ファンによる気流の圧力損失である。

圧力損失が閾値を越えている場合は、排気ファンのみを運転する。

また、圧力損失が閾値を越えた場合は、室内空気の温度が低い程、給気ファンの停止時間を長くしている。

実施の形態２．
図１４及び図１５は、実施の形態２に係る換気装置１の制御装置５の機能構成の一例を示す図である。なお、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文、図面の全図において共通することである。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１との違いは、演算装置５２が風量推定手段５２ｅを備えたこと、運転状態決定手段５２ｃの決定方法が異なることである。このため、実施の形態１と機能、動作が異ならないものについては詳細な説明を省略する。

換気装置１は、給気ファン２、排気ファン３、全熱交換器４、制御装置５、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８を備えている。また、制御装置５は、メモリ等である記憶装置５１、プロセッサ等である演算装置５２、受信装置５３、送信装置５４を備えている。さらに、記憶装置５１は、全熱交換器モデル式５１ａ、運転・計測データ５１ｂ、結氷量Ｖ_freeze、運転条件５１ｃ、給排気ファン運転状態５１ｄ、制御指令５１ｅなどの情報を記憶する。また、演算装置５２は、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）、圧力損失推定手段５２ｂ、運転状態決定手段５２ｃ、制御指令変換手段５２ｄ、風量推定手段５２ｅを備えている。

（風量推定手段５２ｅ）
風量推定手段５２ｅは、圧力損失推定手段５２ｂ、記憶装置５１に記憶された換気装置１の運転・計測データ５１ｂと運転条件５１ｃ、全熱交換器モデル式５１ａから、全熱交換器４を通過する空気の風量を計算する。

図１６は換気装置１の風量と圧力との関係を表すＰ−Ｑ線図の一例である。結氷が生じていない場合の風量をＶ１、圧力をＰ１とした場合、結氷に伴い圧力損失ΔＰが増加し、圧力がＰ２まで増加すると、風量はＶ１からＶ２に減少する。風量推定手段５２ｅはこの関係を用いて、圧力損失推定手段５２ｂで求めた圧力損失ΔＰから全熱交換器４を通過する風量を計算する。このように、換気装置１のＰ−Ｑ線図があれば、風量と圧力とは一対一の関係となる。なお、メモリ等の記憶装置５１は、換気装置１の風量と圧力との関係を表すＰ−Ｑ線図に相当する情報を保管している。

（運転状態決定手段５２ｃ）
運転状態決定手段５２ｃは、給排気ファン運転状態５１ｄを全熱交換器４の結氷量Ｖｆｒｅｅｚｅに基づき決定する点は、実施の形態１と同様である。すなわち、給排気ファン運転状態５１ｄとは、例えば、風量、運転（強弱を含む。）、停止を表す。給気ファン２と排気ファン３とが両方運転しており、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）で推定した全熱交換器４の結氷量Ｖｆｒｅｅｚｅが０の場合は、給排気ファン運転状態５１ｄは前時間の給排気ファン運転状態５１ｄを継続する。

実施の形態１では、例えば、全熱交換器４の圧力損失ΔＰがあらかじめ定めた圧力損失閾値以上になった場合、給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転することにより、室内からの暖かい還気で全熱交換器４の結氷を融解としていた。実施の形態２では、圧力損失ΔＰによる閾値判断の代わりに、風量によって閾値判断をする。

給気ファン２と排気ファン３とが両方運転しており、全熱交換器４の給気ファン２の風量があらかじめ定めた風量閾値以下になった場合、給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転することにより、室内からの暖かい還気で全熱交換器４の結氷を融解する。

給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転するのは、例えば、風量が風量閾値以下と判断されたときから、室外温度センサ６で計測した外気温に応じてあらかじめ定めた時間とする。例えば、風量閾値以下と判断された時間の外気温が−１５℃以下の場合は、給気ファン２の停止時間を４５分、−１５〜１０℃の場合は３０分、−１０℃〜−５℃の場合は１５分と、外気温が低いほど長い時間、給気ファン２を停止することになる。この給気ファン２の停止時間は、あらかじめ対象の全熱交換器４の材質、構造情報に基づき、実験により求めてもよい。また、外気温だけでなく、室内温度センサ７、室内湿度センサ８で計測された室内温湿度に応じて給気ファン２の停止時間をあらかじめ設定しておいてもよい。

あるいは、給気ファン２を停止する時間をあらかじめ定めるのではなく、風量で判断してもよい。全熱交換器モデル式５１ａ、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）、圧力損失推定手段５２ｂにより、全熱交換器４の結氷量Ｖｆｒｅｅｚｅと風量とを逐次計算し、風量が閾値以上になるまで給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転してもよい。

あるいは、風量の閾値で判断せずに、全熱交換器４の結氷量Ｖｆｒｅｅｚｅが閾値以下になるまで給気ファン２を停止し、排気ファン３のみを運転してもよい。

給気ファン２の停止時間が終了すると給気ファン２の運転を再開し、結氷量Ｖｆｒｅｅｚｅが閾値を超えるまで運転を継続する。

結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）は、必須の構成要素であるが、風量推定手段５２ｅで風量が推定できるのであれば、圧力損失推定手段５２ｂは必須の構成要素ではない。

（フローチャート）
図１７及び図１８は、実施の形態２に係る換気装置１の制御装置５の処理の流れを示すフローチャートである。図１７は結氷量推定手段５２ａを用い、図１８は結氷量推定手段５２ａの上位互換である結氷量・結露量推定手段５２ｈを用いているため、図１７のステップＳＴ２５が図１８ではステップＳＴ６５になっている以外は、両者で違いはない。

これらの処理のフローは所定の時間周期で実行する。例えば、１周期の時間としては、１分、１０分、３０分等である。また、この１周期の時間は、固定する必要は無く、昼夜、季節（具体的には月）に応じて変更されてもよい。この時間周期は、運転条件５１ｃとして記憶装置５１に記憶されている。処理のフローは以下の通りである。各ステップでの詳細な実行内容は、実施の形態１の演算装置５２の各部で機能説明した通りであり省略する。

ステップＳＴ２１で、演算装置５２が運転条件５１ｃを記憶装置５１から読み込む。ステップＳＴ２２で、演算装置５２が換気装置１の運転・計測データ５１ｂを記憶装置５１から読み込む。ステップＳＴ２３で、演算装置５２が全熱交換器モデル式５１ａを記憶装置５１から読み込む。ステップＳＴ２４で、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）が全熱交換器モデル式５１ａを用いて全熱交換器４を通過する空気状態を決定する。ステップＳＴ６５（又はステップＳＴ２５）で、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）が全熱交換器モデル式５１ａを用いて全熱交換器４の結氷量Ｖ_freezeを計算する。

ステップＳＴ２６で、圧力損失推定手段５２ｂが全熱交換器モデル式５１ａを用いて全熱交換器４を通過する空気の圧力損失ΔＰを計算する。ステップＳＴ２７で、風量推定手段５２ｅが全熱交換器モデル式５１ａを用いて全熱交換器４を通過する空気の風量を計算する。なお、空気の圧力損失ΔＰを計算することなく、空気の風量を計算できるのであれば、ステップＳＴ２６を省略することができる。

ステップＳＴ２８で、運転状態決定手段５２ｃが給気ファン２及び排気ファン３の運転状態を決定する。ステップＳＴ２９で、制御指令変換手段５２ｄが給排気ファン運転状態５１ｄを制御指令５１ｅに変換する。ステップＳＴ３０で、送信装置５４が制御指令５１ｅを給気ファン２及び排気ファン３に送信する。

実施の形態１の効果と同様に、全熱交換器の結氷量Ｖ_freezeの抑制と、熱交換換気時間の増加による省エネルギーという効果がある。

以上のように、室外空気を室内に給気する給気ファンと、室内空気を室外へ排気する排気ファンと、透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され室外空気と室内空気とを熱交換する全熱交換器と、室内空気の温度を計測する室内温度センサと、室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、室外空気の温度を計測する室外温度センサと、室内空気の温度、室内空気の湿度、室外空気の温度を全熱交換器の特性を表した全熱交換器モデル式に入力して求めた状態推定量に基づいて給気ファン及び排気ファンの運転を制御する制御装置とを備えた換気装置である。

全熱交換器モデル式は、全熱交換器を通過する室外空気と室内空気との間で交換される熱（温度）及び水分（湿度）の伝わり方を表している。

また、状態推定量は、結氷量である。さらに、状態推定量は、排気ファンによる気流の風量である。

風量が閾値以下の場合は、排気ファンのみを運転する。

また、風量が閾値を下回る場合は、室内空気の温度が低い程、給気ファンの停止時間を長くしている。

実施の形態３．
図１９及び図２０は、実施の形態３に係る換気装置１の制御装置５の機能構成の一例を示す図である。実施の形態１との違いは、演算装置５２が外気温予測手段５２ｆと最適ファン風量決定手段５２ｇとを備えたことである。このため、実施の形態１と機能、動作が異ならないものについては詳細な説明を省略する。

換気装置１は、給気ファン２、排気ファン３、全熱交換器４、制御装置５、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８を備えている。また、制御装置５は、メモリ等である記憶装置５１、プロセッサ等である演算装置５２、受信装置５３、送信装置５４を備えている。さらに、記憶装置５１は、全熱交換器モデル式５１ａ、運転・計測データ５１ｂ、結氷量Ｖ_freeze、運転条件５１ｃ、給排気ファン運転状態５１ｄ、制御指令５１ｅなどの情報を記憶する。また、演算装置５２は、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）、圧力損失推定手段５２ｂ、運転状態決定手段５２ｃ、制御指令変換手段５２ｄ、外気温予測手段５２ｆ、最適ファン風量決定手段５２ｇを備えている。

（外気温予測手段５２ｆ）
外気温予測手段５２ｆは、記憶装置５１に記憶した室外温度センサ６の過去の計測値から、将来の外気温の推移を予測する。予測手法の一例としては、過去の外気温の推移から式（３０）に示すような時系列モデルの係数ベクトル｛φ０，φ１，…，φｐ｝を推定し、過去時刻（ｔ−1）から（ｔ−ｐ）の外気温から時刻ｔの外気温を予測する。ここで、εｔはホワイトノイズである。

一例として式（３０）のような自己回帰モデルを示したが、過去の外気温データだけでなく、他のデータ、例えば、前日の最高気温、最低気温、日射量の推移等を用いたモデルとしてもよい。また、前日の外気温データ、あらかじめ記憶しておいた代表的な外気温データを用いてもよい。

（最適ファン風量決定手段５２ｇ）
最適ファン風量決定手段５２ｇは、外気温予測手段５２ｆで予測した予測外気温を用いて、全熱交換器モデル式５１ａで圧力損失閾値を超えない範囲で換気負荷が最小となるように、給排気ファン運転状態５１ｄを決定する。

最適化問題の定式化の一例を式（３１）、式（３２）に示す。式（３１）は目的関数、一群となる式（３２）は式（３１）の制約式である。また、Ｖ_EA（ｔ）とＶ_SA（ｔ）とは制御変数である。なお、式（３１）の問題を解く手段は特に限定しない。また、制御変数の換気風量は連続値であっても、離散値であってもよい。

ここで、Ｑ_vent：換気負荷、ΔＰ：圧力損失、Ｐ_max：圧力損失閾値、Ｖ_vent：換気風量、Ｖ_max：換気風量最大値（定格風量）、ｈ_RA：室内からの還気エンタルピー、ｈ_OA：外気エンタルピー、θ：全熱交換効率、Ｖ_EA：排気ファン風量、Ｖ_SA：給気ファン風量、ｋ：換気風量を決定する時間である。

換気負荷Ｑ_ventとは、換気により生じる熱負荷であり、室内に設置されている空気調和機が処理する熱負荷の一部である。これが増加すると、空気調和機が処理する熱負荷が増加するため、空気調和機の消費エネルギーが増加する。換気負荷Ｑ_ventは式（３１）の制約式である式（３２）に示すように、換気風量Ｖ_ventと全熱交換効率θとに依存する。換気風量Ｖ_ventは給気ファン２と排気ファン３とで風量が一致している場合はその風量、一致していない場合は排気ファン３の風量とする。これは給気ファン２が停止し、排気ファン３のみを運転している場合は、換気装置１を介しての給気はないが、排気により室内が負圧になり、排気した分だけ隙間や外部から外気が侵入すると考えられるためである。

全熱交換効率θは式（３３）で計算される。ｈ_SAは給気エンタルピーのことである。全熱交換効率θは給気エンタルピ−ｈ_SAによって変化し、ｈ_SAは式（４）（９）で求められる給気側エレメント出口のＴ_ａ及びＸ_ａから求められる。例えば、式（３３）。したがって、ｈ_SAは全熱交換器４の材質、構造だけでなく、結氷が生じる場合には、結氷量Ｖ_freezeによっても変化する。結氷が生じている場合には結氷時モデルを用い、給気ファン２が停止している場合は融解時モデルを用いて、時間に応じて変化するためｈ_SAをその都度、計算する。また、給気ファン２を停止している時間帯の全熱交換効率θは０である。

式（３１）及び式（３２）を解くことにより給気ファン風量と排気ファン風量とが時間ステップｋ分だけ求められ、圧力損失閾値を超えない範囲でその時間分の換気負荷を抑制することができる。演算装置５２が最適ファン風量決定手段５２ｇを備えることで、運転状態決定手段５２ｃが圧力損失閾値を超えない範囲で給排気ファン運転状態５１ｄを動的に決定することになる。

（フローチャート）
図２１は、実施の形態３に係る換気装置１の制御装置５の処理の流れを示すフローチャートである。この処理のフローは所定の時間周期で実行する。例えば、１周期の時間としては、１分、１０分、３０分等である。また、この１周期の時間は、固定する必要は無く、昼夜、季節（具体的には月）に応じて変更されてもよい。この時間周期は、運転条件５１ｃとして記憶装置５１に記憶されている。処理のフローは以下の通りである。各ステップでの詳細な実行内容は、実施の形態１の演算装置５２の各部で機能説明した通りであり省略する。

ステップＳＴ３１で、演算装置５２が運転条件５１ｃを記憶装置５１から読み込む。ステップＳＴ３２で、演算装置５２が換気装置１の運転・計測データ５１ｂを記憶装置５１から読み込む。

ステップＳＴ３３で、外気温予測手段５２ｆが外気温を予測する。ステップＳＴ３４で、運転状態決定手段５２ｃが全熱交換器モデル式５１ａを記憶装置５１から読み込む。

ステップＳＴ３５で、最適ファン風量決定手段５２ｇが最適ファン風量を決定する。ステップＳＴ３６で、制御指令変換手段５２ｄが運転状態を制御指令５１ｅに変換する。ステップＳＴ３７で、送信装置５４が制御指令５１ｅを給気ファン２及び排気ファン３に送信する。

換気装置１の運転状態の最適化が可能になり、省エネルギーを実現することができる。

以上のように、室外空気を室内に給気する給気ファンと、室内空気を室外へ排気する排気ファンと、透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され室外空気と室内空気とを熱交換する全熱交換器と、室内空気の温度を計測する室内温度センサと、室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、室外空気の温度を計測する室外温度センサと、室内空気の温度、室内空気の湿度、室外空気の温度を全熱交換器の特性を表した全熱交換器モデル式に入力して求めた状態推定量に基づいて給気ファン及び排気ファンの運転を制御する制御装置とを備えた換気装置である。

全熱交換器モデル式は、全熱交換器を通過する室外空気と室内空気との間で交換される熱（温度）及び水分（湿度）の伝わり方を表している。

また、状態推定量は、結氷量である。さらに、状態推定量は、給気ファンによる気流の圧力損失である。

制御装置は、将来の外気温を予測する外気温予測手段を備え、予測された外気温を用いて圧力損失が閾値を超えない範囲で換気負荷を最小とする。

実施の形態４．
図２２及び図２３は、実施の形態４に係る換気装置１の制御装置５の機能構成の一例を示す図である。実施の形態３との違いは、実施の形態２のように風量推定手段５２ｅを備えていることである。このため、実施の形態１、実施の形態２及び実施の形態３と機能、動作が異ならないものについては詳細な説明を省略する。

換気装置１は、給気ファン２、排気ファン３、全熱交換器４、制御装置５、室外温度センサ６、室内温度センサ７、室内湿度センサ８を備えている。また、制御装置５は、メモリ等である記憶装置５１、プロセッサ等である演算装置５２、受信装置５３、送信装置５４を備えている。さらに、記憶装置５１は、全熱交換器モデル式５１ａ、運転・計測データ５１ｂ、結氷量Ｖ_freeze、運転条件５１ｃ、給排気ファン運転状態５１ｄ、制御指令５１ｅなどの情報を記憶する。また、演算装置５２は、結氷量・結露量推定手段５２ｈ（又は結氷量推定手段５２ａ）、圧力損失推定手段５２ｂ、運転状態決定手段５２ｃ、制御指令変換手段５２ｄ、風量推定手段５２ｅ、外気温予測手段５２ｆ、最適ファン風量決定手段５２ｇを備えている。また、メモリ等の記憶装置５１は、換気装置１の風量と圧力との関係を表すＰ−Ｑ線図に相当する情報を保管している。

（最適ファン風量決定手段５２ｇ）
実施の形態４の最適ファン風量決定手段５２ｇは、外気温予測手段５２ｆで予測した予測外気温を用いて、全熱交換器モデル式５１ａによって、風量が風量閾値以下の範囲で（オリジナルは「圧力損失閾値を超えない範囲」でしたが、書き間違いと判断しました。）換気負荷が最小となるように給排気ファン運転状態５１ｄを決定する。

最適化問題の定式化の一例を式（３４）、式（３５）に示す。式（３４）は目的関数、一群となる式（３５）は式（３４）の制約式である。また、Ｖ_EA（ｔ）とＶ_SA（ｔ）とは制御変数である。なお、式（３４）の問題を解く手段は特に限定しない。また、制御変数の換気風量は連続値であっても、離散値であってもよい。

ここで、Ｖ_ice：結氷時の風量、Ｖ_min：結氷時の風量閾値である。

（フローチャート）
実施の形態３と同様のため省略する。

実施の形態３の効果と同様に、換気装置１の運転状態の最適化が可能になり、省エネルギーを実現することができる。

以上のように、室外空気を室内に給気する給気ファンと、室内空気を室外へ排気する排気ファンと、透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され室外空気と室内空気とを熱交換する全熱交換器と、室内空気の温度を計測する室内温度センサと、室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、室外空気の温度を計測する室外温度センサと、室内空気の温度、室内空気の湿度、室外空気の温度を全熱交換器の特性を表した全熱交換器モデル式に入力して求めた状態推定量に基づいて給気ファン及び排気ファンの運転を制御する制御装置とを備えた換気装置である。

全熱交換器モデル式は、全熱交換器を通過する室外空気と室内空気との間で交換される熱（温度）及び水分（湿度）の伝わり方を表している。

また、状態推定量は、結氷量である。さらに、状態推定量は、給気ファンによる気流の風量である。

制御装置は、将来の外気温を予測する外気温予測手段を備え、予測された外気温を用いて給気ファンによる気流の風量が閾値を下回らない範囲で換気負荷を最小とする。

本願発明は、これまで述べてきた実施の形態に限定されるものではなく、本願発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、これまで述べてきた実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。また、これまで述べてきた実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより発明を形成してもよい。さらに、本願発明は、これまで述べてきた実施の形態の範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 換気装置、２ 給気ファン、３ 排気ファン、４ 全熱交換器、５ 制御装置、６ 室外温度センサ、７ 室内温度センサ、８ 室内湿度センサ、４１ 仕切板、４２ 間隔板、５１ 記憶装置、５１ａ 全熱交換器モデル式、５１ｂ 運転・計測データ、５１ｃ 運転条件、５１ｄ 給排気ファン運転状態、５１ｅ 制御指令、５２ 演算装置、５２ａ 結氷量推定手段、５２ｂ 圧力損失推定手段、５２ｃ 運転状態決定手段、５２ｄ 制御指令変換手段、５２ｅ 風量推定手段、５２ｆ 外気温予測手段、５２ｇ 最適ファン風量決定手段、５２ｈ 結氷量・結露量推定手段、５３ 受信装置、５４ 送信装置。

Claims (6)

1. 室外空気を室内に給気する給気ファンと、
   室内空気を室外へ排気する排気ファンと、
   透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され前記室外空気と前記室内空気とで熱交換し、給気と排気との間で水分が移動する全熱交換器と、
   前記室内空気の温度を計測する室内温度センサと、
   前記室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、
   前記室外空気の温度を計測する室外温度センサと、
   前記全熱交換器を通過する前記室外空気と前記室内空気との間で交換される熱及び水分の伝わり方を表している全熱交換器モデル式に前記室内空気の前記温度、前記室内空気の前記湿度、前記室外空気の前記温度を入力して結露量及び結氷量の少なくともいずれか一方を求めたものに基づいて前記給気ファン及び前記排気ファンの運転を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする換気装置。
2. 室外空気を室内に給気する給気ファンと、
   室内空気を室外へ排気する排気ファンと、
   透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され前記室外空気と前記室内空気とで熱交換し、給気と排気との間で水分が移動する全熱交換器と、
   前記室内空気の温度を計測する室内温度センサと、
   前記室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、
   前記室外空気の温度を計測する室外温度センサと、
   前記全熱交換器を通過する前記室外空気と前記室内空気との間で交換される熱及び水分の伝わり方を表している全熱交換器モデル式に前記室内空気の前記温度、前記室内空気の前記湿度、前記室外空気の前記温度を入力して求めた前記排気ファンによる気流の圧力損失が閾値を越えた場合には、前記室内空気の前記温度が低い程、前記給気ファンの停止時間を長くするように運転を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする換気装置。
3. 室外空気を室内に給気する給気ファンと、
   室内空気を室外へ排気する排気ファンと、
   透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され前記室外空気と前記室内空気とで熱交換し、給気と排気との間で水分が移動する全熱交換器と、
   前記室内空気の温度を計測する室内温度センサと、
   前記室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、
   前記室外空気の温度を計測する室外温度センサと、
   前記全熱交換器を通過する前記室外空気と前記室内空気との間で交換される熱及び水分の伝わり方を表している全熱交換器モデル式に前記室内空気の前記温度、前記室内空気の前記湿度、前記室外空気の前記温度を入力して求めた前記排気ファンによる気流の圧力損失が閾値を越えた場合には、前記圧力損失が高い程、前記給気ファンの風量を小さくするように運転を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする換気装置。
4. 室外空気を室内に給気する給気ファンと、
   室内空気を室外へ排気する排気ファンと、
   透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され前記室外空気と前記室内空気とで熱交換し、給気と排気との間で水分が移動する全熱交換器と、
   前記室内空気の温度を計測する室内温度センサと、
   前記室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、
   前記室外空気の温度を計測する室外温度センサと、
   前記全熱交換器を通過する前記室外空気と前記室内空気との間で交換される熱及び水分の伝わり方を表している全熱交換器モデル式に前記室内空気の前記温度、前記室内空気の前記湿度、前記室外空気の前記温度を入力して求めた前記排気ファンによる気流の風量が閾値を下回る場合には、前記室内空気の前記温度が低い程、前記給気ファンの停止時間を長くするように運転を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする換気装置。
5. 室外空気を室内に給気する給気ファンと、
   室内空気を室外へ排気する排気ファンと、
   透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され前記室外空気と前記室内空気とで熱交換し、給気と排気との間で水分が移動する全熱交換器と、
   前記室内空気の温度を計測する室内温度センサと、
   前記室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、
   前記室外空気の温度を計測する室外温度センサと、
   前記全熱交換器を通過する前記室外空気と前記室内空気との間で交換される熱及び水分の伝わり方を表している全熱交換器モデル式に前記室内空気の前記温度、前記室内空気の前記湿度、前記室外空気の前記温度を入力して求めた状態推定量に基づいて、将来の予測された外気温を用いて圧力損失が閾値を超えない範囲で換気負荷を最小とするよう前記給気ファン及び前記排気ファンの運転を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする換気装置。
6. 室外空気を室内に給気する給気ファンと、
   室内空気を室外へ排気する排気ファンと、
   透湿性のある平板部材である仕切板と波状部材である間隔板とが交互に積層され前記室外空気と前記室内空気とで熱交換し、給気と排気との間で水分が移動する全熱交換器と、
   前記室内空気の温度を計測する室内温度センサと、
   前記室内空気の湿度を計測する室内湿度センサと、
   前記室外空気の温度を計測する室外温度センサと、
   前記全熱交換器を通過する前記室外空気と前記室内空気との間で交換される熱及び水分の伝わり方を表している全熱交換器モデル式に前記室内空気の前記温度、前記室内空気の前記湿度、前記室外空気の前記温度を入力して求めた状態推定量に基づいて、予測された外気温を用いて前記給気ファンによる気流の風量が閾値を下回らない範囲で換気負荷を最小とするよう前記給気ファン及び前記排気ファンの運転を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする換気装置。

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