JP6784533B2 - 空調システム - Google Patents

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Description

本発明は、空調対象空間の潜熱処理を行う潜熱処理装置と空調対象空間の顕熱処理を行う顕熱処理装置とが備えられた空調システムに関する。
商業施設やオフィスビルなどのような複数の空調対象空間を有する施設では、潜熱処理装置と顕熱処理装置とを備えた空調システムにより空調対象空間の空調を行う場合がある(例えば、特許文献1及び2を参照。)。この特許文献1及び2に記載の空調システムにおいて、屋外から外気を取り込んで各空調対象空間に供給するように構成された潜熱処理装置は、外気から潜熱を奪うことで低湿の除湿空気を生成し、その除湿空気を各空調対象空間に供給して、空調対象空間の主に潜熱負荷を処理する潜熱処理を行う。また、この潜熱処理装置は、空気を冷却除湿して複数の空調対象空間に供給可能な冷却除湿器にて構成された冷却除湿方式を採用しており、空気中の水分を吸着除湿する吸着材にて構成されたデシカント方式と比較して、省エネルギー性、経済性、省スペース性等で優位となる。一方、空調対象空間との間で室内空気を循環させるように構成された顕熱処理装置は、空調対象空間から取り込んだ室内空気から顕熱を奪うことで低温空気を生成し、その低温空気を空調対象空間に供給して、空調対象空間の主に顕熱負荷を処理する顕熱処理を行う。
特許文献1及び2に記載の空調システムは、室外機から供給された冷媒液を蒸発させて冷熱を得る蒸発器を、潜熱処理装置及び顕熱処理装置に冷却器として備えた直膨システムとして構成されている。
WO2015/173895号公報 特許第5328951号公報
特許文献1及び2に記載の空調システムでは、複数の空調対象空間が目標空調状態となるように潜熱処理装置及び顕熱処理装置を制御しているが、例えば、ある空調対象空間において、在室人数の増減などにより顕熱負荷や潜熱負荷が目標空調状態に対応する設定範囲から外れてしまうと、快適性が悪化する場合がある。例えば、顕熱負荷が他の空調対象空間よりも小さい側に変動すると、潜熱処理装置から過剰に冷却された空気が供給されることになるので、快適性が悪化する。また、潜熱負荷が他の空調対象空間よりも大きい側に変動すると、潜熱処理装置から十分に除湿された空気が供給されずに、潜熱負荷が十分に処理されずに除湿能力不足が生じる場合がある。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、空調対象空間の潜熱処理を行う潜熱処理装置と空調対象空間の顕熱処理を行う顕熱処理装置とが備えられた空調システムにおいて、省エネルギー性、経済性、省スペース性等を確保しながら、顕熱負荷や潜熱負荷が大きく変動しても、各空調対象空間の快適性を確保することができる技術を提供する点にある。
本発明の第1特徴構成は、空調対象空間の潜熱処理を行う潜熱処理装置と空調対象空間の顕熱処理を行う顕熱処理装置とが備えられた空調システムであって、
前記潜熱処理装置は、空気を冷却除湿して複数の空調対象空間に供給可能な冷却除湿器にて構成され、
複数の空調対象空間の何れかにおいて負荷が設定範囲から外れる負荷変動が生じた場合に、その負荷変動に対応して前記冷却除湿器を制御する制御部が備えられ
前記制御部は、空調対象空間の負荷に基づいて目標給気温度を設定し、空調対象空間への給気温度が目標給気温度になるように、前記冷却除湿器を制御するように構成され、且つ、複数の空調対象空間の何れかにて潜熱負荷に拘らず顕熱負荷が設定範囲よりも小さくなる負荷変動が生じた場合に、前記目標給気温度を上昇側に補正する室温優先モードを実行する点にある。
本構成によれば、潜熱処理装置と顕熱処理装置とを備えた潜熱・顕熱分離の空調システムにおいて、当該潜熱処理装置が、冷却除湿器から構成されているので、省エネルギー性、経済性、省スペース性等で優位となる。そして、潜熱処理装置を構成する冷却除湿器にて冷却除湿した空気を複数の空調対象空間に供給し、ある空調対象空間において顕熱負荷や潜熱負荷が設定範囲から外れて大きく変動している場合には、他の空調対象空間よりも優先して、その負荷変動に対応して冷却除湿器を制御することができる。このことで、顕熱負荷や潜熱負荷の変動分を主に潜熱処理装置における冷却除湿器の冷却除湿能力の変更により処理することができ、顕熱負荷や潜熱負荷が大きく変動する空調対象空間における快適性の悪化を抑制することができる。
従って、本発明により、潜熱処理装置と顕熱処理装置とが備えられた空調システムにおいて、省エネルギー性、経済性、省スペース性等を確保しながら、顕熱負荷や潜熱負荷が大きく変動しても、各空調対象空間の快適性を確保することができる。
本構成によれば、潜熱処理装置において、空調対象空間への給気温度が目標給気温度になるように冷却除湿器を制御するにあたり、在室人数の減少等の理由により、ある空調対象空間において顕熱負荷が設定範囲よりも小さくなるような負荷変動(以下、この負荷変動を「顕熱負荷の極小化」と呼ぶ場合がある。)が生じると、上記冷却除湿器の制御における目標給気温度を上昇側に補正する室温優先モードを実行することができる。そして、ある空調対象空間で顕熱負荷の極小化が生じた場合に、このような室温優先モードを実行すれば、潜熱処理装置からの給気温度が上昇するので、当該空調対象空間における過剰な室温低下を抑制して、快適性を確保することができる。
本発明の第特徴構成は、前記制御部は、空調対象空間の負荷に基づいて目標給気温度を設定し、空調対象空間への給気温度が目標給気温度になるように、前記冷却除湿器を制御するように構成され、且つ、複数の空調対象空間の何れかにて潜熱負荷が設定範囲よりも大きくなる負荷変動が生じた場合に、前記目標給気温度を低下側に補正する除湿優先モードを実行可能に構成されている点にある。
本構成によれば、潜熱処理装置において、空調対象空間への給気温度が目標給気温度になるように冷却除湿器を制御するにあたり、在室人数の増加等の理由により、ある空調対象空間において潜熱負荷が設定範囲よりも大きくなるような負荷変動(以下、このような負荷変動を「潜熱負荷の極大化」と呼ぶ場合がある。)が生じると、上記冷却除湿器の制御における目標給気温度を低下側に補正する除湿優先モードを実行することができる。そして、ある空調対象空間で潜熱負荷の極大化が生じた場合に、このような除湿優先モードを実行すれば、潜熱処理装置からの給気湿度が低下するので、当該空調対象空間における過剰な湿度上昇を抑制して、快適性を確保することができる。
本発明の第3特徴構成は、前記制御部は、複数の空調対象空間の何れかにて顕熱負荷が設定範囲よりも小さくなる負荷変動が生じず、且つ、複数の空調対象空間の何れかにて潜熱負荷が設定範囲よりも大きくなる負荷変動が生じた場合に、前記除湿優先モードを実行する点にある。
本発明の第4特徴構成は、前記制御部は、重要度が低い空調対象空間を除く一部の空調対象空間の負荷に基づいて前記目標給気温度を決定する点にある。
本実施形態に係る空調システムの構成を示す図 図1に示す空調システムの制御フローを示す図
本発明に係る空調システムの実施形態について図面に基づいて説明する。
図1に示す空調システム100は、商業施設やオフィスビルなどのような複数の空調対象空間Rを有する施設に設けられ、空調対象空間Rの潜熱処理を行う潜熱処理装置10と、空調対象空間R(図1では2つの空調対象空間Rを例示している。)の顕熱処理を行う顕熱処理装置20と、これら処理装置10,20の運転を制御する制御装置40(制御部の一例)とが備えられている。
潜熱処理装置10は、ファン11の送風動力により屋外から取り込んだ外気OAを給気SAとして給気ダクト1を通じて複数の空調対象空間Rに分配供給すると共に、ファン13の送風動力により複数の空調対象空間Rから排気ダクト2を通じて取り込んだ室内空気RAを排気EAとして屋外に排出するように構成されている。
更に、潜熱処理装置10は、空気を冷却除湿して複数の空調対象空間Rに供給可能な冷却除湿コイル12(冷却除湿器の一例)にて構成されている。具体的には、屋外から取り込んだ外気OAを、後述する全熱交換器14に通過させた後に冷却除湿コイル12に通過させ、この冷却除湿コイル12において、チラー30(熱源機の一例)で生成された低温の冷却水CWとの熱交換により露点以下に冷却することで設定湿度に除湿する所謂潜熱処理を行い、この除湿後の外気OAを、再熱器にて加熱することなく給気SAとして複数の空調対象空間Rに供給する。このように、冷却除湿コイル12を採用した冷却除湿方式の潜熱処理装置10は、空気中の水分を吸着除湿する吸着材にて構成されたデシカント方式のものと比較して、省エネルギー性、経済性、省スペース性等で優位となる。
潜熱処理装置10には、冷却除湿コイル12を通流する冷却水CWの流量を調整可能な流量調整弁15が設けられており、冷却除湿コイル12を通過した後の給気SAの実際の温度を実給気温度Tsとして計測する温度センサ16が設けられている。そして、詳細については後述するが、制御装置40は、潜熱処理装置10の運転制御において、温度センサ16で計測される実給気温度Tsが予め決定された目標給気温度Tstになるように、流量調整弁15の開度調整により冷却除湿コイル12を通流する冷却水CWの流量を制御する所謂冷却水量制御を実行する。
また、潜熱処理装置10には、冷却除湿コイル12の他に、排気EAとして排出される室内空気RAから、換気によって失われる空調エネルギーの全熱(顕熱及び潜熱)を回収して、給気SAとして供給される外気OAに与える全熱交換器14が設けられており、このことで省エネルギー性の更なる向上が図られている。
一方、顕熱処理装置20は、複数の空調対象空間Rの夫々に個別に配置されるファンコイルユニットとして構成されている。具体的には、ファン21の送風動力により空調対象空間Rから取り込んだ室内空気RAを冷却コイル22に通過させ、この冷却コイル22において、チラー30で生成された低温の冷却水CWとの熱交換により設定温度に冷却する所謂顕熱処理を行い、この冷却後の室内空気RAを給気SAとして空調対象空間Rに供給する。
各空調対象空間Rには、実際の室内温度(乾球温度)を実室内温度Trとして計測する温度センサ23と、実際の室内湿度(相対湿度)を実室内湿度Hrとして計測する湿度センサ24とが設けられている。尚、一の空調対象空間Rにおける温度センサ23や湿度センサ24の設置個数については、図1では夫々1個のみを設置した状態を記載しているが、夫々複数個を設置しても構わない。また、複数個を設置する場合には、各検出値の平均値や代表値を計測値として扱うことができる。
そして、制御装置40は、各空調対象空間Rにおける顕熱処理装置20の運転制御において、温度センサ23で計測される実給気温度Tsが予め決定された目標室内温度になるように、ファン21の送風量又は冷却コイル22を通流する冷却水CWの流量を制御する所謂室内空調制御を実行する。
更に、詳細については後述するが、制御装置40は、温度センサ23で計測された実室内温度Trと湿度センサ24で計測された実室内湿度Hrとから、空調対象空間Rの空気状態を所望の状態とするための目標給気温度Tstを決定し、その決定した目標給気温度Tstを、上述した潜熱処理装置10の潜熱処理における冷却水量制御に用いる。
このような潜熱処理装置10と顕熱処理装置20とを備えた空調システム100では、夫々の空調対象空間Rに対して、潜熱処理装置10により潜熱処理が行われた給気SAと、顕熱処理装置20により顕熱処理が行われた給気SAとを供給することにより、当該空調対象空間Rの温度及び湿度の空気状態を設定範囲内に調整することができる。
かかる空調システム100では、複数の空調対象空間Rの何れかにおいて負荷が設定範囲から外れる負荷変動が生じる場合がある。具体的には、ある空調対象空間Rにおいて、例えば在室人数の減少により室内温度が低下した場合等には、その空調対象空間Rにおいて、顕熱負荷が設定範囲よりも小さくなるような顕熱負荷の極小化が発生することがある。また、ある空調対象空間Rにおいて、例えば在室人数の増加により室内湿度が上昇した場合等には、その空調対象空間Rにおいて、潜熱負荷が設定範囲よりも大きくなる潜熱負荷の極大化が発生することがある。
そして、ある空調対象空間Rにおいて、室内温度が低下して顕熱負荷の極小化が発生した場合には、潜熱処理装置10から通常どおりに冷却除湿された給気SAが供給され続けることで、過剰冷房となり快適性が悪化することが懸念される。
一方、ある空調対象空間Rにおいて、室内湿度が上昇して潜熱処理の極大化が発生した場合には、潜熱処理装置10から通常どおりに冷却除湿された給気SAが供給され続けることで、除湿不足となり快適性が悪化することが懸念される。
そこで、本実施形態の空調システム100では、顕熱負荷や潜熱負荷が大きく変動しても、各空調対象空間Rの快適性を確保することができる構成を有しており、その構成について以下に説明を加える。
空調システム100の制御装置40は、潜熱処理装置10の潜熱処理における冷却水量制御において、複数の空調対象空間Rの何れかにおいて負荷が設定範囲から外れる負荷変動が生じた場合に、その負荷変動に対応して冷却除湿コイル12を通流する冷却水CWの流量を制御するように構成されている。
以下、この制御装置40により実行される潜熱処理装置10の潜熱処理における冷却水量制御の制御フローの詳細について、図2を参照して説明する。
先ず、快適性を確保するための目標室内湿度Hrtが設定される(ステップ#01)。尚、図示や詳細な説明は割愛するが、制御装置40において、目標室内湿度Hrtなどの数値設定は、利用者がリモコンなどの操作部を操作することにより行うことができる。
更に、空調対象空間Rにおける顕熱負荷の極小化を判断するための室内温度下限値Trminが設定され(ステップ#02)、空調対象空間Rにおける潜熱負荷の過大化を判断するための室内湿度上限値Hrmaxが設定される(ステップ#03)。
この室内温度下限値Trminや室内湿度上限値Hrmaxについては、利用者が直接設定することもできるが、予め設定された初期値を利用しても構わず、また、利用者が設定した室内温度や室内湿度に基づいて決定しても構わない。
次に、各空調対象空間Rにおいて、実室内温度Trが温度センサ23により計測され、実室内湿度Hrが湿度センサ24により計測される(ステップ#04)。そして、これら計測された実室内温度Tr及び実室内湿度Hrから、各空調対象空間Rの空気状態を所望の状態とするための潜熱処理装置10からの目標給気温度Tstが決定される。尚、この目標給気温度Tstを決定するために用いる実室内温度Tr及び実室内湿度Hrについては、複数の空調対象空間Rの夫々での計測値の平均値とすることができる。また、全ての空調対象空間Rの実室内温度Tr及び実室内湿度Hrを用いるのではなく、例えば潜熱処理装置10からの給気温度に関して重要度が低い空調対象空間Rを除く一部の空調対象空間Rの実室内温度Tr及び実室内湿度Hを用いて目標給気温度Tstを決定しても構わない。更に、代表となる空調対象空間Rを設定し、その空調対象空間Rでの実室内温度Tr及び実室内湿度Hrを用いて目標給気温度Tstを決定しても構わない。また、このように目標給気温度Tstの決定に用いる実室内温度Tr及び実室内湿度Hrを計測するための空調対象空間Rについては、利用者が適宜選択して設定するように構成することもできる。
このように目標給気温度Tstが決定されると、潜熱処理装置10の冷却水量制御(ステップ#06)が実行されて、温度センサ16で計測される実給気温度Tsが目標給気温度Tstになるように、流量調整弁15の開度調整により冷却除湿コイル12を通流する冷却水CWの流量が制御される。
そして、後述するステップ#07及びステップ#08において顕熱負荷の極小化や潜熱負荷の極大化が発生していないと判定した場合には、目標給気温度Tstが変更されることなく一定の値に維持された状態で冷却水量制御が保持される所謂通常除湿モード(ステップ#20)が実行される。このことで、各空調対象空間Rの温度及び湿度の空気状態が適切な設定範囲内の状態に維持されることになる。
一方、複数の空調対象空間Rの何れかにおいて実室内温度Trが上記ステップ#02で設定された室内温度下限値Trmin以下であるか否かを判定する、言い換えれば、複数の空調対象空間Rの夫々で計測された実室内温度Trのうちの最低値である最低実室内温度が上記ステップ#02で設定された室内温度下限値Trmin以下であるか否かを判定する(ステップ#07)。そして、実室内温度Trが室内温度下限値Trmin以下である空調対象空間Rが存在する場合には、その空調対象空間Rにおいて顕熱負荷が設定範囲よりも小さくなる所謂顕熱負荷の極小化が発生していると判定することができる。
そして、このような顕熱負荷の極小化が発生していると判定した場合(ステップ#07のYES)には、後述する室温優先モード(ステップ#10)が実行される。具体的には、この室温優先モード(ステップ#10)では、目標給気温度Tstを例えば1℃分上昇側に補正(ステップ#11)して、当該補正後の目標給気温度Tstを用いて潜熱処理装置10の潜熱処理における冷却水量制御を一定時間保持する(ステップ#12)。更に、最低実室内温度が室内温度下限値Trmin以下であると判定される(ステップ#13のYES)間は、このような目標給気温度Tstの上昇側への補正(ステップ#11)と冷却水量制御の保持(ステップ#12)とを繰り返し実行し、最低実室内温度が室内温度下限値Trminよりも高くなった場合(ステップ#13のNO)には、この室温優先モード(ステップ#10)の実行を終了する。尚、この室温優先モードにおける目標給気温度Tstの上昇幅は適宜変更することができ、例えば顕熱負荷の極小化が発生している空調対象空間Rの実室内温度Trと室内温度下限値Trminとの温度差等に応じて変更することもできる。
このように、ある空調対象空間Rで顕熱負荷の極小化が生じた場合に室温優先モードを実行すれば、潜熱処理装置10から各空調対象空間Rへの給気SAの温度が上昇するので、顕熱負荷の極小化が発生していた空調対象空間Rにおける過剰な室温低下が抑制され、快適性が確保されることになる。尚、室温優先モード(ステップ#10)の実行可否のために上記ステップ#07にて顕熱負荷の極小化の判定対象とする空調対象空間Rについては、全ての空調対象空間Rとするのではなく、例えば顕熱負荷処理において重要度が低い空調対象空間Rを除く一部の空調対象空間Rとすることができる。また、顕熱負荷の極小化の判定対象とする空調対象空間Rを、利用者が適宜選択して設定するように構成することもできる。
また、顕熱負荷の極小化が発生していると判定されなかった場合(ステップ#07のNO)には、複数の空調対象空間Rの何れかにおいて実室内湿度Hrが上記ステップ#03で設定された室内湿度上限値Hrmax以上であるであるか否かを判定する、言い換えれば、複数の空調対象空間Rの夫々で計測された実室内湿度Hrのうちの最大値である最大実室内湿度が上記ステップ#03で設定された室内湿度上限値Hrmax以上であるか否かを判定する(ステップ#08)。そして、実室内湿度Hrが室内湿度上限値Hrmax以上である空調対象空間Rが存在する場合には、その空調対象空間Rにおいて潜熱負荷が設定範囲よりも大きくなる所謂潜熱負荷の極大化が発生していると判定することができる。
そして、このような潜熱負荷の極大化が発生していると判定した場合(ステップ#08のYES)には、後述する除湿優先モード(ステップ#30)が実行される。具体的には、この除湿優先モード(ステップ#30)では、目標給気温度Tstを例えば1℃分低下側に補正(ステップ#31)して、当該補正後の目標給気温度Tstを用いて潜熱処理装置10の潜熱処理における冷却水量制御を一定時間保持する(ステップ#32)。更に、最大実室内湿度が室内湿度上限値Hrmax以上であると判定される(ステップ#33のYES)間は、このような目標給気温度Tstの低下側への補正(ステップ#31)と冷却水量制御の保持(ステップ#32)とを繰り返し実行し、最大実室内温度が室内湿度上限値Hrmaxよりも低くなった場合(ステップ#33のNO)には、この除湿優先モード(ステップ#30)の実行を終了する。尚、この除湿優先モードにおける目標給気温度Tstの低下幅は適宜変更することができ、例えば潜熱負荷の極大化が発生している空調対象空間Rの実室内湿度Hrと室内湿度上限値Hrmaxとの湿度差等に応じて変更することもできる。
このように、ある空調対象空間Rで潜熱負荷の極大化が生じた場合に除湿優先モードを実行すれば、潜熱処理装置10から各空調対象空間Rへの給気SAの湿度が低下するので、潜熱負荷の極大化が発生していた空調対象空間Rにおける過剰な湿度上昇が抑制され、快適性が確保されることになる。尚、除湿優先モード(ステップ#30)の実行可否のために上記ステップ#08にて潜熱負荷の極大化の判定対象とする空調対象空間Rについては、全ての空調対象空間Rとするのではなく、例えば潜熱負荷処理において重要度が低い空調対象空間Rを除く一部の空調対象空間Rとすることができる。また、潜熱負荷の極大化の判定対象とする空調対象空間Rを、利用者が適宜選択して設定するように構成することもできる。
また、上述した室温優先モード(ステップ#10)、通常除湿モード(ステップ20)、及び、除湿優先モード(ステップ#30)の終了後には、本制御フローが繰り返し実行されるが、その繰り返し実行される際には、上述したステップ#04の前に戻り、当該ステップ#04の実室内温度Tr及び実室内湿度Hrの計測ステップから本制御フローが実行される。
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、制御装置40が、複数の空調対象空間Rの何れかにおいて負荷が設定範囲から外れる負荷変動が生じた場合に、その負荷変動に対応して冷却除湿コイル12での冷却水の流量を制御するにあたり、顕熱負荷の極小化が生じた場合にはそれを解消するべく室内優先モードを実行し、潜熱負荷の極大化が生じた場合にはそれを解消するべく除湿優先モードを実行するように構成したが、室内優先モード及び除湿優先モードの何れか一方のみを実行して、顕熱負荷の極小化及び潜熱負荷の極大化の一方のみを解消するように構成しても構わない。
10 潜熱処理装置
12 冷却除湿コイル(冷却除湿器)
20 顕熱処理装置
40 制御装置(制御部)
100 空調システム
Tst 目標給気温度

Claims (4)

  1. 空調対象空間の潜熱処理を行う潜熱処理装置と空調対象空間の顕熱処理を行う顕熱処理装置とが備えられた空調システムであって、
    前記潜熱処理装置は、空気を冷却除湿して複数の空調対象空間に供給可能な冷却除湿器にて構成され、
    複数の空調対象空間の何れかにおいて負荷が設定範囲から外れる負荷変動が生じた場合に、その負荷変動に対応して前記冷却除湿器を制御する制御部が備えられ
    前記制御部は、空調対象空間の負荷に基づいて目標給気温度を設定し、空調対象空間への給気温度が目標給気温度になるように、前記冷却除湿器を制御するように構成され、且つ、複数の空調対象空間の何れかにて潜熱負荷に拘らず顕熱負荷が設定範囲よりも小さくなる負荷変動が生じた場合に、前記目標給気温度を上昇側に補正する室温優先モードを実行する空調システム。
  2. 前記制御部は、空調対象空間の負荷に基づいて目標給気温度を設定し、空調対象空間への給気温度が目標給気温度になるように、前記冷却除湿器を制御するように構成され、且つ、複数の空調対象空間の何れかにて潜熱負荷が設定範囲よりも大きくなる負荷変動が生じた場合に、前記目標給気温度を低下側に補正する除湿優先モードを実行可能に構成されている請求項1に記載の空調システム。
  3. 前記制御部は、複数の空調対象空間の何れかにて顕熱負荷が設定範囲よりも小さくなる負荷変動が生じず、且つ、複数の空調対象空間の何れかにて潜熱負荷が設定範囲よりも大きくなる負荷変動が生じた場合に、前記除湿優先モードを実行する請求項に記載の空調システム。
  4. 前記制御部は、重要度が低い空調対象空間を除く一部の空調対象空間の負荷に基づいて前記目標給気温度を決定する請求項1〜3に記載の空調システム。
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