JP7100915B1 - ファンコイルユニットの制御方法及び伝熱量算出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
- 本発明の態様は、ペリメーターゾーンに設置され、各々が冷水又は温水を供給される熱交換コイル(11)を備え、室内空気を吸い込みその吸込空気を前記熱交換コイル(11)で前記冷水又は温水と熱交換させた後に室内に吹き出すように構成された複数のファンコイルユニットの制御方法であって、
設置場所の方位を基に複数のファンコイルユニットをグループ分けし、各グループに対し所定の吸込空気設定温度(T3)をそれぞれ前記複数のファンコイルユニットの稼動前に予め決定する第1のステップと、
前記複数のファンコイルユニットの稼動時に、各グループ毎に吸込空気温度(t3)を検知し、前記吸込空気温度(t3)が、各グループに予め決定された前記吸込空気設定温度(T3)に一致するように各ファンコイルユニットへの前記冷水又は温水の供給と停止を制御する第2のステップとを有し、
前記第1のステップが、
ペリメーターゾーンの方位毎の熱負荷(HL)を算出する第3のステップと、
算出された前記熱負荷(HL)に応じて前記各グループの前記吸込空気設定温度(T3)を決定する第4のステップとを含み、かつ、
前記第4のステップが、
前記熱負荷(H L )による室内温度変化(ΔT L )を算出するステップと、
冷房時はファンコイルユニットの吹出空気温度(t4)の目安値から前記室内温度変化(ΔT L )だけ高い温度を、暖房時はファンコイルユニットの吹出空気温度(t4)の目安値よりも前記室内温度変化(ΔT L )だけ低い温度を、前記吸込空気設定温度(T3)として決定するステップとを含む。
- 好ましくは前記制御方法において、前記第1のステップが、冷房と暖房の各々の期間について、前記吸込空気設定温度(T3)を決定することを含む。
- 好ましくは前記制御方法において、前記第1のステップが、1日のうちの各時間帯の前記吸込空気設定温度(T3)を決定することを含み、かつ、
前記第2のステップが、ファンコイルユニットを稼動させる前に、予め決定された各時間帯の前記吸込空気設定温度(T3)に設定した後、ファンコイルユニットを稼動させることを含む。
- 好ましくは前記制御方法において、前記第1のステップが、天候の異なる日の各々の前記吸込空気設定温度(T3)を決定することを含み、かつ、
前記第2のステップが、ファンコイルユニットを稼動させる前に、当日の天候に応じて予め決定された前記吸込空気設定温度(T3)に設定した後、ファンコイルユニットを稼動させることを含む。
- 好ましくは前記制御方法において、前記第1のステップが、ファンコイルユニットに供給する冷水又は温水の設定温度(T1)を決定することを含む。
伝熱量の設計仕様値(H0)、冷水又は温水の水量(L)、水の比熱(ρw)を用いてファンコイルユニットの入口と出口の水の温度変化である第1の温度差(Δtw0)を算出するステップと、
水の設定温度と吸込空気設定温度の設計仕様値(T10, T30)を用いて、それらの差である第2の温度差(ΔTi0)を算出するステップと、
前記第1の温度差(Δtw0)と前記第2の温度差(ΔTi0)の比である第1係数(γw)を算出するステップと、
水の設定温度及び吸込空気設定温度のいずれか又は双方を、設計仕様値以外の値(T1,T3)に変更したとき、以下の式から伝熱量(H)を求めるステップとを有する伝熱量算出方法。
伝熱量(H)=水量(L)×水の比熱(ρw)×第1係数(γw)×変更後の第2の温度差(ΔTi)。
伝熱量の設計仕様値(H0)、空気量(Q)、空気の比熱(ρa)を用いてファンコイルユニットの入口と出口の空気の温度変化である第1の温度差(Δta0)を算出するステップと、
水の設定温度と吸込空気設定温度の設計仕様値(T10, T30)を用いて、それらの差である第2の温度差(ΔTi0)を算出するステップと、
前記第1の温度差(Δta0)と前記第2の温度差(ΔTi0)の比である第2係数(γa)を算出するステップと、
水の設定温度及び吸込空気設定温度のいずれか又は双方を、設計仕様値以外の値(T1,T3)に変更したとき、以下の式から伝熱量(H)を求めるステップとを有する伝熱量算出方法。
伝熱量(H)=空気量(Q)×空気の比熱(ρa)×第2係数(γa)×変更後の第2の温度差(ΔTi)。
(1)空調システムの全体構成
図1は、ファンコイルユニット(以下、「FCU」と略称する場合がある)を含むセントラル空調システムの全体構成の一例を概略的に示す図である。図1に平面図で示す建物の一フロアは略四角形であり、インテリアゾーンとそれを取り囲むペリメーターゾーンがある。ペリメーターゾーンは外気の影響を受けやすい。図示の例では、複数のFCU10が、ペリメーターゾーンの窓際に沿って所定の間隔で設置されている。エアハンドリングユニット(AHU)20は、取り入れた外気を冷水又は温水との熱交換で温度調節し、給気として各フロアに供給する。FCU10は、AHU20のみでは温度制御ができないペリメーターゾーンにおいて温度制御を行う。FCU10は、室内空気を吸い込み、冷水又は温水と熱交換させた後、室内に吹き出す。FCU10は室内空気を循環させるのみである。本明細書で単に「水」というときは、冷水と温水の双方を意味する。
水の設定温度T1及び吸込空気設定温度T3を設計仕様値以外の値に変更すると、FCUにおける水から空気への伝熱量がどのように変化するかを説明するために、先ず、FCUにおける冷水又は温水から空気への伝熱量Hの算出方法を説明する。
図4及び図6を参照して、冷房時のFCUの冷水から空気への伝熱量H(冷水の熱消費エネルギー)の算出フローを説明する。一例として、冷房時のFCUの各パラメータの設計仕様値として、以下の各値を用いる。設計仕様値の各パラメータには下付の「0」を付しているが、空気量Qと冷水量Lは、設計仕様値から変更しないので付していない。
・伝熱量(冷却)H0:1300kcal/h
・空気量Q:500m3/h
・冷水量L:360kg/h
・冷水設定温度T10:7℃
・吸込空気設定温度T30:26℃
冷水の温度差Δtw(=t2-T1)を算出する一般式は以下の通りである。
Δtw=H/(L×ρw) [1]
(ρwは水の比熱)
[1]式より、設計仕様値のときの温度差Δtw0の数値は以下の通りである。
Δtw0=1300/(360×1)=3.6℃ [2]
Δta=H/(Q×ρa) [3]
(ρaは空気の比熱)
[3]式より、設計仕様値のときの温度差Δta0の数値は以下の通りである。
Δta0=1300/(500×0.288)=9.0℃ [4]
ΔTi=|T3-T1| [5]
(暖房時はΔTi=T1-T3であるので絶対値の符号を付している。)
[5]式より、設計仕様値のときの入口温度差ΔTi0の数値は以下の通りである。
ΔTi0=26-7=19℃ [6]
Δtm=((T3-t2)-(t4-T1))/ln((T3-t2)/(t4-T1))
上記の設計仕様値、式[1][3]を用いて算出すると、
Δtm=((26-10.6)-(17-7)/ln((26-10.6)/(17-7))
=12.5となる。
Δta/Δtm=A2 [8]
ΔTi/Δtm=A3 [9]
(A1、A2、A3は定数)
式[7][9]より、Δtmを消去すると、第1係数γwが得られる。
Δtw/ΔTi=A1/A3=γw [10]
式[8][9]より、Δtmを消去すると、第2係数γaが得られる。
Δta/ΔTi=A2/A3=γa [11]
γw=Δtw0/ΔTi0=3.6/19=0.190 [12]
γa=Δta0/ΔTi0=9.0/19=0.475 [13]
Δtw=γw×ΔTi=0.190×17=3.23℃ [14]
Δta=γa×ΔTi=0.475×17=8.08℃ [15]
H=L×ρw×Δtw=360×1×3.23=1163(kcal/h) [16]
H=Q×ρa×Δta=500×0.288×8.08=1163(kcal/h)
[17]
伝熱量Hは、第1係数γwと第2係数γaのどちらを用いても同じ値となる。
ΔH(%)=((H-H0)/H0)×100(%) [18]
この例の場合、ΔH=-10.6%となる(本明細書では、削減を負の値で示す)。
H=L×ρw×γw×ΔTi [19]
H=Q×ρa×γa×ΔTi [20]
・伝熱量(加熱)H0:2400kcal/h
・空気量Q:500m3/h
・温水量L:180kg/h
・温水設定温度T10:50℃
・吸込空気設定温度T30:22℃
図7及び図8に示した知見によれば、FCUにおける水と空気の入口温度差ΔTiを小さくすることが、水の伝熱量Hの低減に寄与すると言える。この知見に基づいて、本発明は、FCUにおける水の設定温度T1と吸込空気設定温度T3を適切に決定することによって、冷房時又は暖房時の水の熱消費エネルギーを低減することを提案する。
ΔTL=HL/(Q×ρa) [21]
(Q:FCUの空気量(m3/h)、ρa:空気比熱)
これにより、ペリメーターゾーンの各方位における各時間帯の熱負荷HLによる室内温度変TLが求められる。なお、冷房時はΔTLは正値、暖房時はΔTLは負値である。
ΔTL=t4-T3 [22]
吹出空気温度t4は、吸込空気がFCU内で熱交換した結果として得られる温度であるので、設定値でもなく確定できる値でもないが、ここでは設定温度T3を決定するための目安値として選択する。例えば、冷房の場合、設計仕様値を用いた上記の式[4]のΔta0が9.0℃であるから、吸込空気設定温度の設計仕様値T30の26℃から9.0℃を引くとt4として17℃が得られる。この時点では、これを吹出空気温度t4の目安値として選択する。目安値としてのt4は、後で変更することもできる。
T3=t4+ΔTL [23]
これにより、ペリメーターゾーンの各方位における各時間帯の吸込空気設定温度T3が得られる。なお、冷房時はΔTLは正値、暖房時はΔTLは負値である。
図14は、一日を通して冷房又は暖房を行う際のFCUの稼動フローの一例を概略的に示している。吸込空気設定温度T3は、図9の決定フローに従って予め決定されており、水の設定温度T1についても予め決定されていると想定する。
・ステップ21:FCUを稼動させる当日の朝、天候が晴天であるか曇天であるか(あるいはどちらに近いか)を確認する。
11 熱交換コイル
12 往水入口
13 還水出口
14 空気入口
15 空気出口
16 ファン
17 温度センサ
Claims (7)
- ペリメーターゾーンに設置され、各々が冷水又は温水を供給される熱交換コイル(11)とファン(16)とを備え、室内空気を吸い込みその吸込空気を前記熱交換コイル(11)で前記冷水又は温水と熱交換させた後に室内に吹き出すように構成された複数のファンコイルユニットの制御方法であって、
設置場所の方位を基に複数のファンコイルユニットをグループ分けし、各グループに対し所定の吸込空気設定温度(T3)をそれぞれ前記複数のファンコイルユニットの稼動前に予め決定する第1のステップと、
前記複数のファンコイルユニットの稼動時に、各グループ毎に吸込空気温度(t3)を検知し、前記吸込空気温度(t3)が、各グループに予め決定された前記吸込空気設定温度(T3)に一致するように各ファンコイルユニットへの前記冷水又は温水の供給と停止を制御する第2のステップとを有し、
前記第1のステップが、
ペリメーターゾーンの方位毎の熱負荷(HL)を算出する第3のステップと、
算出された前記熱負荷(HL)に応じて前記各グループの前記吸込空気設定温度(T3)を決定する第4のステップとを含み、かつ、
前記第4のステップが、
前記熱負荷(H L )による室内温度変化(ΔT L )を算出するステップと、
冷房時はファンコイルユニットの吹出空気温度(t4)の目安値から前記室内温度変化(ΔT L )だけ高い温度を、暖房時はファンコイルユニットの吹出空気温度(t4)の目安値よりも前記室内温度変化(ΔT L )だけ低い温度を、前記吸込空気設定温度(T3)として決定するステップとを含む、ファンコイルユニットの制御方法。 - 前記第1のステップが、冷房と暖房の各々の期間について、前記吸込空気設定温度(T3)を決定することを含む、請求項1に記載のファンコイルユニットの制御方法。
- 前記第1のステップが、1日のうちの各時間帯の前記吸込空気設定温度(T3)を決定することを含み、かつ、
前記第2のステップが、ファンコイルユニットを稼動させる前に、予め決定された各時間帯の前記吸込空気設定温度(T3)に設定した後、ファンコイルユニットを稼動させることを含む、請求項1又は2に記載のファンコイルユニットの制御方法。 - 前記第1のステップが、天候の異なる日の各々の前記吸込空気設定温度(T3)を決定することを含み、かつ、
前記第2のステップが、ファンコイルユニットを稼動させる前に、当日の天候に応じて予め決定された前記吸込空気設定温度(T3)に設定した後、ファンコイルユニットを稼動させることを含む、請求項1~3のいずれかに記載のファンコイルユニットの制御方法。 - 前記第1のステップが、ファンコイルユニットに供給する冷水又は温水の設定温度(T1)を決定することを含む、請求項1~4のいずれかに記載のファンコイルユニットの制御方法。
- 請求項1~5のいずれかに記載のファンコイルユニットの制御方法を適用されるファンコイルユニットにおける、熱交換コイルを流れる水から空気への伝熱量(H)の算出方法であって、
伝熱量の設計仕様値(H0)、冷水又は温水の水量(L)、水の比熱(ρw)を用いてファンコイルユニットの入口と出口の水の温度変化である第1の温度差(Δtw0)を算出するステップと、
水の設定温度と吸込空気設定温度の設計仕様値(T10, T30)を用いて、それらの差である第2の温度差(ΔTi0)を算出するステップと、
前記第1の温度差(Δtw0)と前記第2の温度差(ΔTi0)の比である第1係数(γw)を算出するステップと、
水の設定温度及び吸込空気設定温度のいずれか又は双方を、設計仕様値以外の値(T1,T3)に変更したとき、以下の式から伝熱量(H)を求めるステップとを有する伝熱量算出方法。
伝熱量(H)=水量(L)×水の比熱(ρw)×第1係数(γw)×変更後の第2の温度差(ΔTi)。 - 請求項1~5のいずれかに記載のファンコイルユニットの制御方法を適用されるファンコイルユニットにおける、熱交換コイルを流れる水から空気への伝熱量(H)の算出方法であって、
伝熱量の設計仕様値(H0)、空気量(Q)、空気の比熱(ρa)を用いてファンコイルユニットの入口と出口の空気の温度変化である第1の温度差(Δta0)を算出するステップと、
水の設定温度と吸込空気設定温度の設計仕様値(T10, T30)を用いて、それらの差である第2の温度差(ΔTi0)を算出するステップと、
前記第1の温度差(Δta0)と前記第2の温度差(ΔTi0)の比である第2係数(γa)を算出するステップと、
水の設定温度及び吸込空気設定温度のいずれか又は双方を、設計仕様値以外の値(T1,T3)に変更したとき、以下の式から伝熱量(H)を求めるステップとを有する伝熱量算出方法。
伝熱量(H)=空気量(Q)×空気の比熱(ρa)×第2係数(γa)×変更後の第2の温度差(ΔTi)。
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