JP6976779B2 - 空調システム - Google Patents

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Description

本発明は、複数のエリアに空調空気を供給可能な空調システムに関する。
上記のような空調システムでは、空調空気を生成する空調機と、空調機にて生成された空調空気を複数のエリアに供給可能な複数の分岐路とが備えられ、複数の分岐路の夫々にて複数のエリアの夫々に空調空気を供給して、各エリアを個別空調している(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載のシステムでは、複数の分岐路の夫々に各エリアへの空調空気の供給量を調整自在なエリア用空調ファンが備えられており、各エリアに対して各エリア用空調ファンにより個別に空調空気を供給している。複数のエリア用空調ファンの制御としては、各エリアの温度が所望温度になるように、各エリア用空調ファンの回転速度を個別に制御している。
実開昭59−80627号公報
特許文献1に記載のシステムでは、複数のエリア用空調ファンの制御として、各エリアの空調負荷を賄うように、各エリア用空調ファンを個別に制御している。しかしながら、空調機からの空調空気を複数の分岐路にて分けながら各エリアに空調空気を供給しているので、単に、各エリア用空調ファンを個別制御するだけでは、他のエリア用空調ファンの影響を受けてしまい、各エリアに対する空調空気の送風量を適切に調整できない場合がある。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、各エリアへの空調空気の送風量を適切に調整して、各エリアの空調負荷を適切に賄うことができる空調システムを提供する点にある。
本発明の第1特徴構成は、全体用空調ファンを備えない少なくとも1つの空調機と、
1つの前記空調機にて空調処理された空調空気を複数のエリアに供給可能な複数の分岐路と、
複数の前記分岐路の夫々に備えられ、各エリアへの空調空気の供給量を調整自在なエリア毎のエリア用空調ファンと、
エリア毎の前記エリア用空調ファンの夫々が対応するエリアの状況、及び、複数のエリアの目標風量の合計値である全体エリアの目標風量に応じて、複数の前記エリア用空調ファンの夫々を制御する風量制御を行う制御部とが備えられ
前記制御部は、前記風量制御として、エリア毎の前記エリア用空調ファンの夫々が対応するエリアの状況に応じて複数の前記エリア用空調ファンの夫々を制御する個別風量制御と、前記全体エリアの目標風量に応じて前記個別風量制御における前記エリア用空調ファンの作動状態を補正する補正制御とを行うように構成され、
前記制御部は、前記個別風量制御において、エリア毎の前記エリア用空調ファンの夫々の回転速度を、対応するエリアの目標風量に応じた目標回転速度に設定し、
前記補正制御において、前記全体エリアの目標風量に基づいて、予め設定された補正関係を用いて、前記個別風量制御にて設定した前記エリア用空調ファンの夫々の目標回転速度を補正し、
補正後の目標回転速度になるように、前記エリア用空調ファンの夫々の回転速度を制御している点にある。
本構成によれば、空調機に全体用空調ファンを備えなくても、エリア用空調ファンにて各エリアへの空調空気の供給量を調整することで、複数のエリアの個別空調を行うことができる。また、エリア用空調ファンを制御することで、各エリアへの空調空気の供給量を調整することができるので、VAV装置(可変風量装置)のように空調空気に対して抵抗を与えることもなく、それだけエネルギー消費量の低減を図ることができ、省エネ性の向上を図ることができる。
しかも、風量制御では、制御部が、エリア用空調ファンの夫々が対応するエリアの状況だけでなく、複数のエリアを含む全体エリアの目標風量に応じて、複数のエリア用空調ファンの夫々を制御するので、各エリアの空調負荷の状況だけでなく、全体エリアの目標風量を考慮しながら、各エリアへの空調空気の送風量を調整することができる。これにより、全体の風量バランスを良好に維持しながら、各エリアの空調負荷を賄うために、各エリアへの空調空気の送風量を適切に調整することができる。
更に、本構成によれば、制御部が個別風量制御を行うことで、各エリアへの空調空気の送風量が各エリアの状況に応じた送風量になるように、エリア用空調ファンを制御することができる。しかも、制御部は、個別風量制御だけでなく、補正制御を行うので、全体エリアの目標風量に応じて、エリア用空調ファンの作動状態を補正することができる。これにより、エリア用空調ファンが、他のエリア用空調ファンの影響を受けても、エリアへの空調空気の送風量がエリアの状況に応じた送風量になるように、エリア用空調ファンの作動状態を補正できるので、各エリアへの空調空気の送風量を適切に調整することができる。
本発明の第特徴構成は、前記制御部は、前記補正制御において、前記全体エリアの目標風量が大きいほど前記個別風量制御における目標回転速度が大きくなるように、全体エリアの目標風量に応じて前記エリア用空調ファンの目標回転速度を補正するように構成されている点にある。
本構成によれば、制御部は、個別風量制御において、エリア用空調ファンの目標回転速度を制御しており、補正制御において、エリア用空調ファンの目標回転速度を補正している。このように、エリア用空調ファンの目標回転速度を制御するという比較的簡易な制御により、各エリアへの空調空気の送風量を適切に調整することができる。しかも、補正制御では、全体エリアの目標風量が大きくなり、他のエリア用空調ファンの影響を受け易い場合に、個別風量制御における目標回転速度が大きくなるように補正するので、他のエリア用空調ファンの影響を十分に考慮した適切な補正を行うことができる。
本発明の第特徴構成は、前記制御部は、全ての前記エリア用空調ファンの風量が閾値未満である場合に、前記空調機による目標給気温度を緩和側に変更可能に構成されている点にある。
全てのエリア用空調ファンの風量が閾値未満である場合には、全てのエリア用空調ファンにおいて、各エリアへの空調空気の送風量を最小側に絞っている状態であり、エリア用空調ファンの制御可能な送風量よりも小さくなっている可能性がある。そこで、本構成によれば、このような場合には、制御部が、空調機による目標給気温度を緩和側に変更している。例えば、冷房している場合には、空調機からの目標給気温度を上昇側に変更させている。このとき、各エリアの空調負荷を賄うためには、目標給気温度の上昇側への変更に伴って、エリア用空調ファンによる送風量を増加させることになる。よって、各エリアへの空調空気の送風量を、エリア用空調ファンの制御可能な送風量に増加させることができ、エリア用空調ファンの制御により各エリアへの空調空気の送風量を適切に調整することができる。
第1実施形態における空調システムの概略構成を示す図 第2実施形態における空調システムの概略構成を示す図
本発明に係る空調システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕
図1に示すように、空調対象空間1は、連通する複数のエリア1a、1bに分けられており、空調システムは、空調空気A1を生成する空調機2と、空調機2から複数のエリア1a,1bに空調空気A1を供給可能な複数の分岐路3a,3bと、エリア毎のエリア用空調ファン4a,4bと、複数のエリア用空調ファン4a,4bの夫々を制御する制御部10とが備えられている。
この実施形態では、図1に示すように、空調対象空間1(1つの居室)が連通する状態で第1エリア1aと第2エリア1bとに分けられている。よって、分岐路として、第1エリア1aに対応する第1分岐路3aと第2エリア1bに対応する第2分岐路3bとが備えられ、エリア用空調ファンとして、第1エリア1aに対応する第1エリア用空調ファン4aと第2エリア1bに対応する第2エリア用空調ファン4bとが備えられている。このように、エリアの数と分岐路の数とエリア用空調ファンの数とは同数となるようにしている。空調対象空間1のいくつのエリアに分けるかは適宜変更が可能であり、エリアの数に応じて、分岐路及びエリア用空調ファンの数も変更可能である。
空調機2は、例えば、空調対象空間1に隣接する空間等に配置されている。空調機2は、空調対象空間1からの還気A2を空調処理部21にて空調処理して、空調空気A1を生成している。また、図示は省略するが、空調機2は、外気を取入可能に構成されており、取り入れた外気、又は、外気に還気A2を混合させた混合気を、空調処理部21にて空調処理可能に構成されている。
空調機2には、空調対象空間1からの還気A2を空調機2に供給する還気路5が接続されている。還気路5は、空調対象空間1の床下空間6に開放されており、空調対象空間1からの還気A2を、床下空間6を通して空調機2に供給するように構成されている。
空調機2は、全体用空調ファンが備えられておらず、供給される空気(還気A2のみ、外気のみ、還気A2と外気の混合気)を空調処理する空調処理部21が備えられている。空調処理部21は、図外の熱源機から循環供給される熱媒体(例えば、冷水)と供給される空気とを熱交換させて、供給される空気を冷却処理する冷水コイルにて構成されている。ちなみに、空調処理部21は、供給される空気を冷却処理するだけでなく、熱源機から供給される熱媒体(例えば、温水)にて供給される空気を加熱処理する冷温水コイルとすることもでき、どのような構成とするかは適宜変更が可能である。
空調機2には、図示は省略するが、空調処理部21の制御を行う空調機用制御部が備えられている。空調機用制御部は、空調処理部21に対して供給される熱媒体の供給量を制御することで、空調処理部21を制御している。空調機用制御部は、生成する空調空気A1の温度が目標給気温度となるように、空調処理部21を制御している。
目標給気温度について説明すると、空調対象空間1の目標空調状態として、空調対象空間1の全体における目標温度を使用者等が設定可能としている。そこで、使用者等により設定される目標温度と空調対象空間1の全体における温度との偏差、及び、予め設定されている偏差と目標給気温度との関係等を用いて、空調機用制御部が目標給気温度を求めるようにしている。偏差と目標給気温度との関係は、例えば、偏差の大きさに応じて、給気温度をどれぐらいにすべきかを示す関係であり、実験やその他各種の条件に基づいて予め設定されている。
空調対象空間1の全体における温度については、空調機用制御部が、空調対象空間1に配置された温度センサT1,T2の検出情報を取得することで、空調対象空間1の全体における温度情報を取得している。例えば、複数の温度センサT1,T2を備える場合には、各温度センサT1,T2の検出温度の平均値を求めることで、空調対象空間1の全体における温度情報(平均値)を取得することができる。また、冷房を行う場合には、複数の温度センサT1,T2の検出温度のうち、一番高い検出温度を、空調対象空間1の全体における温度情報として取得することもできる。
このように、空調対象空間1の全体における目標空調状態として、目標温度を設定可能としているが、複数のエリア1a,1bの夫々についても、目標空調状態として、エリア毎の目標温度を設定可能に構成されている。
ちなみに、空調対象空間1の全体及び各エリア1a,1bにおける目標空調状態として、温度のみの目標温度を設定可能としているが、温度と湿度の目標温湿度を設定することもできる。この場合には、空調機制御部が、目標温湿度と空調対象空間1の全体における温湿度との偏差を用いて、目標給気温度を求めることができる。
複数の分岐路3a,3bの夫々は、一端部が空調機2に接続されており、他端部が複数のエリア1a,1bの夫々に対応する吹出部7に接続されている。吹出部7は、空調対象空間1の天井部8において、複数のエリア1a,1bの夫々に対応する位置に配置されている。
エリア用空調ファン4a,4bは、複数の分岐路3a,3bの夫々に備えられ、各エリア1a,1bへの空調空気A1の供給量を調整自在に構成されている。複数の分岐路3a,3bの夫々には、エリア用空調ファン4a,4bに加えて、分岐路3a,3bにおける空気の逆流を防止する逆流防止機構9a,9bが備えられている。逆流防止機構9a,9bは、チャッキダンパ等にて構成されており、複数の分岐路3a,3bの夫々において、エリア用空調ファン4a,4bの設置箇所よりも空調空気A1の通流方向の下流側に配置されている。ちなみに、逆流防止機構9a,9bについては、複数の分岐路3a,3bの夫々において、エリア用空調ファン4a,4bの設置箇所よりも空調空気A1の通流方向の上流側に配置することも可能である。
以下、制御部10による複数のエリア用空調ファン4a,4bの制御について説明する。
各エリア用空調ファン4a,4bにおける運転スイッチが使用者等によりON/OFF操作されることで、制御部10が、エリア用空調ファン4a,4bを作動状態と作動停止状態とに切替可能に構成されている。また、例えば、制御部10は、設定時間帯にエリア用空調ファン4a,4bを作動状態に切り替えるように、エリア用空調ファン4a,4bの作動状態と作動停止状態との切替を自動的に行うことも可能である。
制御部10は、複数のエリア1a,1bの状況、及び、複数のエリア1a,1bを含む全体エリアである空調対象空間1の全体における目標風量に応じて、複数のエリア用空調ファン4a,4bの夫々を制御する風量制御を行うように構成されている。
制御部10は、風量制御として、各エリア1a,1bの状況に応じて複数のエリア用空調ファン4a,4bの夫々を制御する個別風量制御と、空調対象空間1の全体における目標風量に応じて個別風量制御におけるエリア用空調ファン4a,4bの作動状態を補正する補正制御とを行うように構成されている。
制御部10が、個別風量制御を行うことで、各エリア1a,1bの空調負荷を賄うために、各エリア1a,1bに供給される空調空気A1の風量がエリア毎の目標風量となるように、エリア用空調ファン4a,4bを制御することができる。しかしながら、制御部10が、個別風量制御を行うだけでは、他のエリア用空調ファン4a,4bの作動状態の影響を受けてしまい、各エリア1a,1bに供給される空調空気A1の風量をエリア毎の目標風量に調整できない可能性がある。
そこで、制御部10は、個別風量制御を行うだけでなく、補正制御を行うことで、各エリア1a,1bに供給される空調空気A1の風量をエリア毎の目標風量に適切に調整できるようにしている。ちなみに、制御部10は、複数のエリア用空調ファン4a,4bが作動状態である場合に、個別風量制御及び補正制御の両方を行い、1台のエリア用空調ファン4a,4bのみが作動状態である場合は、個別風量制御のみ行うことができる。
個別風量制御では、制御部10が、エリア用空調ファン4a,4bの夫々の回転速度を、対応するエリア1a,1bの目標風量に応じた目標回転速度に制御している。制御部10は、各エリア1a,1bに配置された温度センサT1,T2の検出温度とエリア毎の目標温度との偏差に基づいて、各エリア1a,1bにおける目標風量に応じた目標回転速度を求めており、その求めた目標回転速度になるようにエリア用空調ファン4a,4bの回転速度を制御している。目標回転速度を求めるに当たり、制御部10は、温度センサT1,T2の検出温度とエリア毎の目標温度との偏差に基づいて、その偏差と目標回転速度との関係を用いて、目標回転速度を求めている。そして、温度センサT1,T2の検出温度とエリア毎の目標温度との偏差と目標回転速度との関係は、例えば、偏差の大きさに応じて、目標回転速度をどれぐらいにすべきかを示す関係であり、実験やその他各種の条件に基づいて予め設定されている。
補正制御では、制御部10が、空調対象空間1の全体における目標風量が大きいほど個別風量制御における目標回転速度が大きくなるように、空調対象空間1の全体における目標風量に応じてエリア用空調ファン4a,4bの目標回転速度を補正している。制御部10は、空調対象空間1の全体における目標風量に基づいて、予め設定された補正関係を用いて、エリア用空調ファン4a,4bの目標回転速度を補正している。空調対象空間1の全体における目標風量については、各エリア1a,1bにおける目標風量の合計値を用いることができる。また、空調対象空間1の全体における空調負荷を検出するための温度センサを設けて、その温度センサの検出温度と目標温度との偏差から空調対象空間1の全体における目標風量を求めることもできる。
〔表1〕に基づいて、制御部10による個別風量制御と補正制御について説明を加える。
Figure 0006976779
個別風量制御では、例えば、目標回転速度として、強用目標回転速度と中間用目標回転速度と弱用目標回転速度との3段階に調整可能としている。これにより、制御部10は、各エリア1a,1bに配置された温度センサT1,T2の検出温度とエリア毎の目標温度との偏差が強用範囲、中間用範囲、及び、弱用範囲の何れの範囲となるかによって、目標回転速度を、強用目標回転速度と中間用目標回転速度と弱用目標回転速度との何れかに設定している。
制御部10は、個別風量制御によってエリア用空調ファン4a,4bの目標回転速度が強用目標回転速度と中間用目標回転速度と弱用目標回転速度との何れかに設定された状態において、空調対象空間1の全体における目標風量の大きさに応じて、〔表1〕に示すような補正関係を用いて、設定された目標回転速度を3段階で補正可能としている。例えば、空調対象空間1の全体における目標風量が、0〜30%と30〜60%と60〜100%との何れであるかによって、目標回転速度を3段階で補正している。
これにより、例えば、個別風量制御にて強用目標回転速度が設定され、空調対象空間1の全体における目標風量が0〜30%である場合には、制御部10が、強用目標回転速度における周波数を40Hzに補正して、エリア用空調ファン4a,4bの回転速度を制御している。また、個別風量制御にて中間用目標回転速度が設定され、空調対象空間1の全体における目標風量が0〜30%である場合には、制御部10が、中間用目標回転速度における周波数を30Hzに補正して、エリア用空調ファン4a,4bの回転速度を制御している。更に、個別風量制御にて弱用目標回転速度が設定され、空調対象空間1の全体における目標風量が0〜30%である場合には、制御部10が、弱用目標回転速度における周波数を20Hzに補正して、エリア用空調ファン4a,4bの回転速度を制御している。
このようにして、個別風量制御では、各エリア1a,1bの空調負荷に応じて、エリア用空調ファン4a,4bの目標回転速度を設定することができ、各エリア1a,1bの空調負荷を賄うようにエリア用空調ファン4a,4bを制御することができる。しかも、補正制御を行うことで、空調対象空間1の全体における風量バランスを良好に維持しながら、各エリア1a,1bの空調負荷を賄うために、各エリア1a,1bへの空調空気A1の送風量を適切に調整することができる。
ここで、例えば、複数の分岐路3a,3bの夫々に風速計を設けることで、各分岐路3a,3bにおける空調空気A1の供給量を風速計にて検出することができる。よって、制御部10は、風速計にて検出する風量がエリア毎の目標風量となるように、各エリア用空調ファン4a,4bを制御する風速制御を行うことができる。この風速制御を行うことで、各エリア1a,1bに供給される空調空気A1の風量を目標風量に調整することができる。そこで、制御部10は、上述の補正制御に代えて、風速計による風速制御を行うことも可能であり、補正制御を行う状態と風速計による風速制御を行う状態とに切替可能に構成することもできる。
制御部10は、全てのエリア用空調ファン4a,4bの風量が閾値未満である場合に、空調機2による目標給気温度を緩和側に変更可能に構成されている。全てのエリア用空調ファン4a,4bの風量が閾値未満である場合には、全てのエリア用空調ファン4,4bにおいて、各エリア1a,1bへの空調空気A1の送風量を最小側に絞っている状態であり、エリア用空調ファン4a,4bの制御可能な送風量よりも小さくなっている可能性がある。
そこで、全てのエリア用空調ファン4a,4bの風量が閾値未満である場合には、制御部10が、空調機2による目標給気温度を緩和側に変更している。全てのエリア用空調ファン4a,4bの風量については、全てのエリア用空調ファン4a,4bの回転速度から求めることができる。また、上述の如く、複数の分岐路3a,3bの夫々に風速計を設ける場合には、風速計にて各エリア用空調ファン4a,4bの風量を測定できるので、その測定した風量の合計値を、全てのエリア用空調ファン4a,4bの風量とすることができる。
例えば、冷房を行っている場合には、目標給気温度の緩和側への変更により、例えば、18℃から20℃に変更するべく、空調機2からの目標給気温度を上昇側に変更することになる。よって、各エリア1a,1bの空調負荷を賄うためには、エリア用空調ファン4a,4bによる送風量を増加させることになる。その結果、各エリア1a,1bへの空調空気A1の送風量を、エリア用空調ファン4a,4bの制御可能な送風量に増加させることができ、エリア用空調ファン4a,4bの制御により各エリア1a,1bへの空調空気A1の送風量を適切に調整することができる。
〔第2実施形態〕
上記第1実施形態では、図1に示すように、空調機2が、空調対象空間1に隣接する空間等に配置されているが、この第2実施形態は、空調機2の配置箇所の別実施形態を示している。その他の構成については、上記第1実施形態と同様であるので、同符号を記す等により説明は省略する。
この第2実施形態では、図2に示すように、空調機2が空調対象空間1の床下空間6に配置されている。空調機2は、床下空間6の空気A3を導入して、空調処理部21にて空調処理することで、空調空気A1を生成するように構成されている。
複数の分岐路3a,3bの夫々は、一端部が空調機2に接続されており、他端部が空調対象空間1内に配置された吹出部7に接続されている。吹出部7は、空調対象空間1内に配置される机11に対応する位置に配置されている。
上記第1実施形態と同様に、複数の分岐路3a,3bの夫々には、空調空気A1の流通方向の上流側から順に、エリア用空調ファン4a,4b、逆流防止機構9a,9bが備えられている。
このようにして、複数のエリア1a,1bは、机11の上部等、各机11に対応する領域となっている。図示は省略するが、各机11には、各エリア1a,1bにおけるエリア毎の目標温度を設定するための温度設定部やエリア毎の温度を検出するための温度センサ等が備えられている。
この第2実施形態でも、上記第1実施形態と同様に、制御部10は、個別風量制御と補正制御の両方を行っており、空調対象空間1の全体の風量バランスを良好に維持しながら、各エリア1a,1bの空調負荷を賄うために、各エリア1a,1bへの空調空気A1の送風量を適切に調整することができる。
〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)上記実施形態では、空調対象空間1を、連通する複数のエリア1a,1bに分けているが、例えば、空調対象空間1を、区画体等により複数のエリアを区画する状態で備えることもできる。
(2)上記実施形態では、制御部10が、個別風量制御及び補正制御において、エリア用空調ファン4a,4bの目標回転速度を制御しているが、個別風量制御及び補正制御において制御するのは、エリア用空調ファン4a,4bの作動状態であればよく、目標回転速度に限るものではない。
(3)上記実施形態では、空調機2を1台備えた例を示したが、例えば、空調機2を複数台備えて、複数の空調対象空間を空調することも可能であり、空調機2の台数については適宜変更が可能である。
(4)上記実施形態では、空調機2の外部にエリア用空調ファン4a,4bを備えた例を示しているが、例えば、空調機2の内部にエリア用空調ファン4a,4bを内蔵することもでき、空調機2に対してエリア用空調ファン4a、4bをどのように備えるかは適宜変更が可能である。空調機2にエリア用空調ファン4a,4bを内蔵する場合には、分岐路3a,3bの一部も空調機2に内蔵されることになる。
1 空調対象空間
1a 第1エリア
1b 第2エリア
2 空調機
3a 第1分岐路
3b 第2分岐路
4a 第1エリア用空調ファン
4b 第2エリア用空調ファン
10 制御部

Claims (3)

  1. 全体用空調ファンを備えない少なくとも1つの空調機と、
    1つの前記空調機にて空調処理された空調空気を複数のエリアに供給可能な複数の分岐路と、
    複数の前記分岐路の夫々に備えられ、各エリアへの空調空気の供給量を調整自在なエリア毎のエリア用空調ファンと、
    エリア毎の前記エリア用空調ファンの夫々が対応するエリアの状況、及び、複数のエリアの目標風量の合計値である全体エリアの目標風量に応じて、複数の前記エリア用空調ファンの夫々を制御する風量制御を行う制御部とが備えられ
    前記制御部は、前記風量制御として、エリア毎の前記エリア用空調ファンの夫々が対応するエリアの状況に応じて複数の前記エリア用空調ファンの夫々を制御する個別風量制御と、前記全体エリアの目標風量に応じて前記個別風量制御における前記エリア用空調ファンの作動状態を補正する補正制御とを行うように構成され、
    前記制御部は、前記個別風量制御において、エリア毎の前記エリア用空調ファンの夫々の回転速度を、対応するエリアの目標風量に応じた目標回転速度に設定し、
    前記補正制御において、前記全体エリアの目標風量に基づいて、予め設定された補正関係を用いて、前記個別風量制御にて設定した前記エリア用空調ファンの夫々の目標回転速度を補正し、
    補正後の目標回転速度になるように、前記エリア用空調ファンの夫々の回転速度を制御している空調システム。
  2. 前記制御部は、前記補正制御において、前記全体エリアの目標風量が大きいほど前記個別風量制御における目標回転速度が大きくなるように、全体エリアの目標風量に応じて前記エリア用空調ファンの目標回転速度を補正するよう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、全ての前記エリア用空調ファンの風量が閾値未満である場合に、前記空調機による目標給気温度を緩和側に変更可能に構成されている請求項1又は2に記載の空調システム。
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