JP7142969B2 - 空調システム - Google Patents
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Description
従来、この種の空調システムは、建物内部に、複数の部屋に隣接するリターン区画を形成し、部屋には、送風機から送られる空気を吹き出す吸気部を設け、部屋とリターン区画との間には、部屋からリターン区画に向けた排出気流を形成する排気部を設け、リターン区画に、複数台の送風機と少なくとも1台の空調機とを設置している。そして、空調機の空調風量よりも複数の送風機の合計送風量を多くしている。それにより、リターン区画に設置された空調機で複数の部屋を均一温度に省エネで空調するものが、知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、複数の部屋と、廊下等の共用スペースとを有する住宅では、各部屋に設置された、当該各部屋の空気を通気する通気手段と、住宅の天井裏又は床下等に設置された、共用スペースを供給空気のチャンバーに用いて複数の部屋を冷・暖房するエアコン室内ユニットとを有している。そして、複数の通気手段の風量の総和と、エアコン室内ユニットの供給風量とを略等しく制御し、全館空調でありながらある程度の個別空調が可能となるものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、他の全館空調システムは、熱源機と、分配装置と、複数の温度センサーと、制御装置と、を備えている。その制御装置は、複数の温度センサーそれぞれが計測した温度を複数の空調空間それぞれの現在温度として取得して、現在温度と複数の空調空間それぞれの目標温度との差を小さくするように熱源機及び分配装置を制御するものが知られている(例えば、特許文献3参照)。
また、他の全館空調システムは、外気導入口から導入された空気と内気導入口から導入された空気とを混合する空気混合ボックスと、空調機と、空気混合ボックス内の空気を複数の部屋に搬送する、複数の部屋毎に対応して設けられた複数の搬送ファンと、取込空気温度センサーと、搬送空気温度センサーと、搬送ファンの風量を制御するシステムコントローラと、を備えている。そして、取込空気温度と搬送空気温度と所定の閾値とに基づいて搬送ファンの送風量を制御するファン風量制御部を備えたものが知られている(例えば、特許文献4)。
さらに、複数のエリアを空調するVAVシステムでは、VAVユニットのダンパーを全開にしても、該当エリアの室内温度が規定の時間内に室内温度設定値に到達することができない場合に、他のエリアを最小風量とし、該当エリアの風量増を行う。それでも該当エリアの室内温度が室内温度設定値に到達していない場合に、給気温度設定値を変更するものが知られている(例えば、特許文献5)。
また、特許文献2に記載の空調システムでは、各部屋の室温と設定温度の差により通気手段の風量を変えるものであるが、複数の通気手段の風量の総和と、エアコン室内ユニットの供給風量とを略等しく制御するため、エアコンから吹出された室温との差が大きい空調空気が、共用スペースを通って各部屋に移動する間に、伝熱により、各部屋に送風される空調空気の温度がそれぞれ変化し、各部屋を均一な温度にするのが困難という問題もあった。
また、特許文献3に記載の全館空調システムでは、現在温度と複数の空調空間それぞれの目標温度との差を小さくするように熱源機及び分配装置を制御するものであるが、目標温度と熱源機から吹出された空気の現在温度との差が大きい空調空気が、分配装置を通ることにより、風量が減らされ、各空調空間に移動する間に、伝熱により、各空調空間に送風される空調空気の温度がそれぞれ変化し、同様に、各空調空間を均一な温度にするのが困難であった。
また、特許文献4に記載の全館空調システムでは、空気混合ボックス内に取り込む空気の温度と、搬送ファンで搬送する空気の温度差により、搬送ファンの送風量を制御するものであるから、部屋毎に温度を変更することや、日射などによる負荷変化に対応できないという問題があった。
さらに、特許文献5に記載のVAVシステムでは、各エリアの室内温度を室内温度設定値に近づけることは可能であるが、室温との差が大きい空調空気の風量が、ダンパーの圧力損失によって減少し、全体的な風量を増やさないで給気温度設定値を変更することにより、さらに空調空気と室温との差を大きくするので、各エリアの室温を省エネで均一に維持することは困難であった。
この手段により、リターン区画にて、各部屋の排気部からの排出空気を空調部にて空調した空調空気と空調されていない排出空気が、その空調空気の風量より多い合計送風量の複数の送風機に吸引されることにより、空調空気と排出空気を確実に混合し、室温との差が小さい均一な温度の混合空調空気となり、それを回転数の制御範囲が広く、高効率なDCモーターを搭載した複数の送風部で吸込み、各部屋の吸気部より送風することにより、省エネで家全体を均一な温度にできる。
さらに、日射量、在室人員等の変化により、部屋毎の空調負荷が変化した場合、送風部のDCモーターの回転数をより広い範囲で調節することにより、省エネで各部屋への混合空調空気の送風量をより広い範囲で調節し、各部屋の温度への日射や在室人員等の影響を少なくし、快適にすることができる空調システムが得られる。
また他の手段は、前記部屋の温度設定手段と前記送風部の吸込み温度検知手段を有し、前記部屋の設定温度と前記送風部の吸込み温度によって、前記部屋の空調負荷を決定し、前記送風部の前記送風量を調節するとしたものである。
これにより、部屋毎に個人の好みの温度に設定可能で、リターン区画にて、各部屋に送風する送風機により、各部屋からの排出空気と空調空気を混合した混合空調空気を、各部屋の吸気部から吹出すので、送風機の吸込み空気の温度から各部屋からの排出空気の温度と各部屋の室温を推定し、各部屋の設定温度と送風部の吸込み温度により各部屋の空調負荷を決定し、送風部の送風量を調節する。そのため、省エネで、より早く、より確実に、各部屋を設定温度に近づけ、個人の好みに応じた快適空間にすることができる空調システムが得られる。
また、他の手段は、前記部屋の温度設定手段と前記部屋の室温検知手段を有し、前記部屋の設定温度と室温によって、前記部屋の空調負荷を決定し、前記送風部の前記送風量を調節するものである。
これにより、各部屋の室温から、各部屋の空調負荷をより正確に判定でき、省エネで、より早く、より確実に、各部屋を設定温度にし、個人の好みに応じた快適空間にすることができる空調システムが得られる。
また、他の手段は、前記部屋の前記温度設定手段と公衆回線を繋ぐ通信手段を有し、前記公衆回線に繋がる通信装置から、前記通信手段を通して、データを送信して、前記データに基づいて、前記部屋の前記温度設定手段の設定温度を決定するものである。
これにより、建物の内部及び外部の通信装置から各部屋の温度設定が可能となり、建物内でも近くに温度設定手段がない場合や、外出中に、部屋を個人の好みに応じた快適空間にすることができ、利便性の高い空調システムが得られる。
また、他の手段は、前記リターン区画の温度設定手段、前記リターン区画の室温検知手段及び、前記空調部の温度設定手段を有し、前記リターン区画の設定温度と室温によって、前記リターン区画の空調負荷を決定し、前記空調部の設定温度を調節するものである。
これにより、空調部と送風部に吸い込まれるリターン区画の空気の温度と設定温度から、リターン区画の空調負荷を、早く、正確に判定し、空調部の設定温度を調節することにより、空調部の能力が調節され、送風部の吸込み温度も調節されるので、送風部の送風量を調節しても、部屋の空調負荷に対応できず、個人の好みの温度にできない場合、より早く、より確実に、各部屋を設定温度にし、個人の好みに応じた快適空間にすることができる空調システムが得られる。又、部屋の空調負荷に十分対応でき、部屋を個人の好みの温度にできる場合でも、より省エネで、個人の好みの温度に安定させることができる空調システムが得られる。
また、空調部の設定温度を調節することにより、リターン区画の空調負荷に対応して、送風部の吸込み温度を調節可能なため、より省エネで、より早く、より確実に、個人の好みの快適温度を実現できる空調システムが得られる。
また、建物の内外と通信可能な通信手段と通信装置を有するので、通信装置から、より早く、より確実に、個人の好みの快適温度を実現でき、利便性の高い空調システムが得られる。
図1は本発明の実施の形態1における空調システムの構成を示す建物の1階平面図、図2は同建物の2階平面函である。
吹出グリル(吸気部)18a、18b、18c、18dには、2階用送風ダクト19a、19b、19c、19dの一端がそれぞれ接続されている。なお、吹出グリル18a、18b、18c、18dは、天井62に代えて床に設けてもよい。吹出グリル18a、18b、18c、18dを床に設ける場合には、2階用送風ダクト19a、19b、19c、19dは2階の床下に配設する。
廊下11の階段8側には手摺24が取り付けられている。手摺24は、横桟25と縦桟26とで構成されている。縦桟26と縦桟26との間は、スリット27になっている。階段8の1階空間側にも同様の手摺28が取り付けられている。
1階用送風機40及び2階用送風機41の内部には、ACモーターよりも省エネで、無段階で回転数をより広範囲で制御可能なDCモーター(直流モーター)65(図7参照)とシロッコファン42が設けられている。シロッコファン42の回転によって、階段室12から空気を吸い込み、吸い込まれた空気は、1階用送風ダクト10および2階用送風ダクト19内を流れて建物1内の各部屋に吹き出している。階段室12から空気を吸い込むことで、吸込気流43が発生する。吸い込まれた空気は、吹出気流44として1階用送風ダクト10および2階用送風ダクト19内を流れる。
1階用送風機40a、40b、40c、40dと2階用送風機41a、41b、41c、41dは風量調節手段として制御装置80(図8参照)を備えている。制御装置80は、ファンの回転数を無段階に変えることができる。
DCモーター65は、高効率で耐久性の高いブラシレスDCモーターである。
よって、階段室12は、リビング3、キッチン4、部室A13、部室B14、部室C15で構成される建物1内の複数の部屋から排出された空気が合流するリターン区画となる。すなわち、リターン区画となる階段室12は、リビング3、キッチン4、部室A13、部室B14、及び部室C15と隣接している。
すなわち、空調負荷計算は、壁・窓・天井等からの伝達熱、窓ガラスを透過する日射の輻射熱、在室者からの発生熱と水分、照明や機械器具からの発生熱、取入れ外気や隙間風による熱量や水分を空調負荷として計算する(山田治天,“冷凍および空気調和”,日本,株式会社養賢堂,1975年3月20日,p,240-247)。そして、この負荷計算結果に余裕をもたせ、能力でラインアップされている空調機の中から、建物1全体の空調機30aを選択し、建物1全体を空調する。
空調機30aの最適空調風量(以下最適空調風量:Vqという)は、合計送風量算出ステップで算出した合計送風量:Vhから決定する。
最適空調風量:Vqは、空調空気と排出空気を確実に混合させ、各部屋との温度差が少ない均一な温度の混合空調空気が、送風機40、41で、合計送風量が大風量で送風されるように、合計送風量:Vhの50%以下の風量であり、多くても100%未満の風量であり、空調機30aが空調負荷に対応して能力を発揮できる風量である。
空調機30aは、決定した空調能力を備え、決定した最適空調風量:Vq以下の空調風量を設定できるものを選定する。
なお、空調風量とは、空調部30aの熱交換器(図示せず)を通過する風量であり、大風量で各部屋に混合空調空気を吹出せるように、熱交換器通過による圧力損失を避けるため、熱交換器をバイパスする風路を有する空調部の場合は、バイパス風路の風量は空調風量から除くものとする。
送風機40、41の送風量は、各部屋の空調負荷によって、最小100m3/hから最大250m3/hまで、無段階で調節可能となっており、送風機40、41が全て最小送風量としても、合計送風量Vhは800m3/hであり、空調機30aの空調風量700m3/hより多い。
以降、送風機40、41の説明については、他の送風機40、41も送風機40bと同様なため、送風機40b以外の送風機40、41の説明は省略し、代表で、送風機40bで説明する。
1階用送風機(送風部)40bは、箱形の本体ケース70と、壁B23の上面から本体ケース70を覆うように、ルーバー71が着脱自在に取り付けられている。
また、ルーバー71には、通気口72が設けられており、壁B23の開口部(図示せず)を介して、階段室12と本体ケース70内、1階用送風ダクト10b内が、空気流路として繋がっている。
本体ケース70内には、DCモーター65とシロッコファン42が設けられており、シロッコファン42の側方には、電装箱75が設けられ、本体ケース70とルーバー71との間には、オプション取付台76が、電装箱75とリード線77にて接続されて設けられている。
シロッコファン42はDCモーター65の回転によって、ルーバー71から空気を吸い込んで、送風ダクト10bを通って、吹出しグリル9bから、リビング3に吹出す。
オプション取付台76には、複数のオプションユニットである温度センサーユニット78と温度設定ユニット79(温度設定部)が、ルーバー71を外した場合、本体ケース70の前方から、操作及び着脱自在に取り付けられている。
温度センサーユニット78は、送風機40bの吸込み空気の温度を検知するユニットであり、温度設定ユニット79は、送風機40bによって送風ダクト10bを通って、吹出しグリル9bから吹出されるリビング3の温度を設定するユニットである。
なお、一つの部屋に複数の吹出しグリルが設けられ、それらに複数の送風機が接続されている場合は、温度設定ユニット79は、部屋の中の吹出しグリル近辺の位置の温度を設定するユニットとして機能する。
電装箱75の中には、DCモーター65の運転を制御する制御装置80が設けられている。
制御装置80には、送風機40bのDCモーター65の運転を制御する送風制御部81と、送風制御部81に電源を供給する電源部82とが設けられている。
オプション取付台76には、温度センサーユニット78と温度設定ユニット79(温度設定部)を接続するための2つのコネクター88a、88bを備える。これらのコネクター88a、88bは、リード線77により、制御装置80の電源部82および送風制御部81に接続されており、温度センサーユニット78と温度設定ユニット79のコネクター87a、87bを介して、電源部82から温度センサーユニット78、温度設定ユニット79への電源供給が行われるとともに、温度センサーユニット78、温度設定ユニット79から送風制御部81へ情報が入力される。
送風制御部81には、温度センサーユニット78、温度設定ユニット79から入力される情報(検出情報)に基づいて、予め設定されたアルゴリズム(制御ロジック)を用いてDCモーター65の送風風量を演算して決定する演算部83が備えられている。この演算部83が用いるアルゴリズムの詳細については後述する。演算部83で決定した送風風量情報が送風制御部81に入力され、送風制御部81はDCモーター65の回転数を制御する。
温度センサー85は、送風機40bのルーバー71から吸い込む吸込み空気の温度を検知する機能を有しており、例えば、温度の変化を電圧に変換するものが用いられ、抵抗変化型や静電容量変化型などの形式のセンサーが用いられる。
ユニット制御部84aは、温度センサー85よりの検出信号に基づき、DCモーター65にて動作すべき風量を決定するため、送風制御部81に出力する。また、ユニット制御部84aは、温度センサー85からの出力信号であることを識別できる識別情報を送風制御部81に出力する機能を有している。
図9に示すように、温度設定部86は、送風機40bによって吹出す部屋(リビング3)の温度を設定する操作部89を有しており、操作部89には、回転することにより温度を16℃から30℃まで設定可能なSW90を有する。
このSW90は、設定温度を無段階で設定可能なダイヤル式のスイッチを設けているが、ダイヤル式のスイッチに限らず、切替設定ができればその他様々な構成のものを用いても良い。
ユニット制御部84bは、温度設定部86よりの検出信号に基づき、DCモーター65にて動作すべき風量を決定するため、送風制御部81に出力する。また、ユニット制御部84bは、温度設定部からの出力信号であることを識別できる識別情報を送風制御部81に出力する機能を有している。
また、リターン区画を板金などに囲まれた筐体とし、筐体を複数の部屋に隣接した場所に設け、筐体内に、空調部として、熱交換器だけを設け、送風部として、複数の送風機を設け、複数の送風機により、排出空気を熱交換器に通過することにより空調空気とし、熱交換器をバイパスして通過させない排出空気と空調空気を筐体内で混合させ、混合空調空気として、各部屋に送風してもよい。
そのため、オプション取付台76のコネクター88a、88bには、複数のオプションユニットより選択された任意のオプションユニットを接続することができる。オプションユニットとしては、温度センサー、湿度センサー、外気温度センサー、二酸化炭素センサー、日射センサー、人感センサー、温度設定部、湿度設定部、センサー設定部等を備えるものが用いられる。また、一度接続されたオプションユニットの接続を解除して、別のオプションユニットを接続することもできる。
上述の説明では、2個のオプションユニットがユニット取付台76に選択的に装着される場合について説明したが、1個のみ装着される場合や3個以上が装着される場合であっても良い。
また、オプションユニットとオプション取付台76を送風機40bの本体ケース70外の場所(例えば、部屋の天井、窓付近、ダクト内)に設けられるよう、オプション取付台76に接続可能な、オプション取付台と延長リード線とコネクターとカバーから構成されるオプションユニット延長ユニット(図示せず)を設けて、接続してもよい。
また、送風機40bの風量が、無段階に風量を決定する場合を例としたが、多段階の風量に決定する場合であっても良い。
熱交換器で冷媒と熱交換された空調空気は空調機30aの吹出気流33aとなり、略水平方向に、そして側壁20と略並行に壁A21に向かって吹き出す。また、1階用送風機40及び2階用送風機41が運転されると、送風機の吸込気流43と吹出気流44が発生する。
なお、冷房時よりも暖房時の方が吹出気流33aの比重が軽く上昇しやすいので、吹出気流33aが略水平方向に送風されるように、暖房時の吹出気流33aの方向は、冷房時の吹出気流33aの方向よりも下向きにしておくことが望ましい。
空調循環気流45は、主に階段室12の階段8側に形成され、空調戻り気流57は主に階段室12の2階の廊下11側に形成される。さらに、建物1の部屋に送風される合計送風量が空調風量より多いので、階段室12内では空調機30aの吹出気流33aと、1階の排出気流56と2階の排出気流53とが、しっかりと混合され、混合空調空気となる。そして、混合空調空気を送風機40、41が吸い込んで各部屋に吹出すことで、空調循環気流45の温度と各部屋の温度差はさらに少なくなる。
手摺24また手摺28のスリット27を空気が流通して、この混合を助ける。1階の排出気流56の一部は、階段8と廊下11の境から空調戻り気流57にも合流する。また、廊下11に1階からの気流が合流しやすくするために、建物1の1階と2階を導通する通気スリットを設けてもよい(図示省略)。
なお、本実施の形態のインバーターで圧縮機の回転数を制御するエアコンでは、室内機の空調風量が一定のときは、空調負荷が少ない場合に吹出温度と室温との差が少なくなるように運転する。よって、空調負荷が少なく、室温が安定している場合には、部屋への送風量を少なくしても快適性は損なわれないので、長時間でなければ、合計送風量:Vhを少なくし、空調風量が合計送風量:Vhの100%以上となっても構わない。
空調機30aと1階用送風機40、2階用送風機41全てが壁B23に設置されていなくてもよい。送風機の一部を階段室12の1階部分に設けることもできるし、仕切り壁22に設けることもできる。
本実施の形態の空調システムでは、空調風量より各部屋への合計送風量:Vhが多いので、各部屋からリターン区画へ戻った排出空気の一部は、空調機3Oaに吸い込まれ、残りの排出空気は空調機30aの吹出空気とリターン区画で十分に混合されて空調され、混合空調空気となって各部屋に戻る。
送風機40、41の風量調整手段で送風量を調節すれば、部屋の空調負荷の変動に送風機40、41ごとに対応することができる。
送風機40bの電源部82に電源が印加されると運転を開始し、温度センサーユニット78と温度設定ユニット79では、ユニット制御部84a、84bにおいて、送風機40bの吸込み温度を検出し、部屋の設定温度が認識される。
次に、これらの情報が、演算部83に入力され、演算部83では、認識した設定温度を目標値、検出した送風機の吸込み温度を入力し、送風機により吹出す部屋の空調負荷を決定し、各送風機の送風量(回転数)を操作量としてPID制御を行う。
しかし、より正確に空調負荷を算出するために、オプションユニット延長ユニット(図示せず)を接続して、そのオプション取付台76を、室外温度を検知可能な場所に、例えば、室外空気の給気ダクト内に設け、オプションユニットとして、外気温度センサー(図示せず)を設けて、送風機40、41と信号通信を行い、外気温度情報を演算部83に入力し、外気温度と設定温度との温度差による外気負荷を空調負荷に加えてもよい。
また、各部屋の窓付近に、日射センサー(図示せず)を設けて、送風機40、41と信号通信を行い、窓からの日射量情報を演算部83に入力し、日射負荷を空調負荷に加えたり、各部屋の天井に、人感センサー(図示せず)を設けて、送風機40、41と信号通信を行い、在室者情報を演算部83に入力し、在室者の人体負荷を空調負荷に加えでもよい。
通常、回転数と送風量は比例関係にあり、送風量が、最小100m3/hから最大250m3/hの間になるよう、DCモーター65の回転数を制御する。また、一般的にDCモーター65では、ACモーターと比較して、回転数の最小から最大の制御範囲が広く、回転数と消費電力は比例関係にあり、送風量(回転数)を減少させれば、消費電力も減少するため、特に最小送風量にて、ACモーターと比べて消費電力の差が大きく、5W未満と非常に消費電力が少ない。
例えば、冬季、吸込み温度が30℃で、推定した室温が14℃、設定温度が20℃の場合は、暖房空調負荷が大きいので、送風機40、41の送風量を最大風量の250m3/hと大きくし、部屋の室温を設定温度20℃に早く近づける。夏季、吸込み温度が23℃で、推定した室温が32℃、設定温度が28℃の場合は、冷房空調負荷が大きいので、送風機40、41の送風量を最大風量の250m3/hと大きくし、部屋の室温を設定温度28℃に早く近づける。
そして、吸込み温度から推定した室温と設定温度との差が小さく、空調負荷が小さいほど、送風機40、41の送風量を小さくし、設定温度に近づくにつれて、DCモーター65の回転数は減少し、消費電力も減少し、より省エネで、設定温度付近で安定する。
例えば、冬季、吸込み温度が30℃で、推定した室温が14℃、設定温度が16℃の場合は、暖房空調負荷が小さいので、送風機40、41の送風量を最小風量の100m3/hと小さくし、部屋の室温を設定温度16℃で安定させる。夏季、吸込み温度が23℃で、推定した室温が32℃、設定温度が30℃の場合は、冷房空調負荷が小さいので、送風機40、41の送風量を最小風量の100m3/hと小さくし、部屋の室温を設定温度30℃で安定させる。
また、日射量、在室人員等の変化により、部屋毎の空調負荷が変化した場合、送風機40、41のDCモーター65の回転数をより広い範囲で調節することにより、省エネで各部屋への混合空調空気の送風量をより広い範囲で調節し、各部屋の温度、日射量や在室人員等の影響を少なくし、快適空間にすることができる。
また、温度設定ユニット89で、部屋毎に個人の好みの温度に設定可能で、階段室12(リターン区画)にて、各部屋に送風する送風機40、41により、各部屋からの排出空気と空調空気を混合した混合空調空気を、各部屋の吹出しグリル9a、9b、9c、9dから吹出すので、送風機40、41の吸込み空気の温度から各部屋からの排出空気の温度と各部屋の室温を推定し、各部屋の設定温度と送風機40、41の吸込み温度により各部屋の空調負荷を決定し、送風機40、41の送風量を調節するため、省エネで、より早く、より確実に、各部屋を設定温度に近づけ、個人の好みに応じた快適空間にすることができる。
仮に、送風機40、41が故障等で、一時的に合計送風量が空調風量より少なくなっても、高気密高断熱住宅でもあり、長時間の運転による空調安定時で、建物1内全体として、混合空調空気が循環していれば、1時間等の短時間であれば、各部屋の温度や快適性への影響は少ない。
また、仮に、階段室(リターン区画)12に障害物があってショートサーキットが発生し、十分混合されなかったり、階段室12の窓からの日射により階段室12の位置により温度差が生じたりするなど、複数の送風機40、41の吸込み空気の温度に大きなバラツキがあった場合でも、それぞれの吸込み温度に応じて、送風量を調節するため、結果的に、各部屋の温度は設定温度に近づく。
不在時や、空調開始の部屋の温度が安定していない時には、送風量の調整開始時の送風量を最大風量からとすると、各部屋が設定温度に早く近づき、在室時や、長時間運転により部屋の温度が安定している時は、送風量の調整開始時の送風量を最小風量からとすると、ドラフト感を感じにくい送風となり、好適である。
また、本実施の形態では、送風機の吸込み温度から、部屋の室温を推定し、吸込み温度と部屋の設定温度で、部屋の空調負荷を決定したが、オプションユニットとして、湿度センサー(図示せず)と湿度設定部(図示せず)を追加して、送風機の吸込み湿度を検知し、部屋の湿度を推定し、部屋の設定湿度を認識して、送風機の吸込み温度と吸込み湿度と部屋の設定温度と設定湿度で、特に夏季冷房時に、部屋の空調負荷を決定してもよい。
図11は本発明の実施の形態2における空調システムの構成図、図12は送風機の送風量調節フローチャート2、図13は送風機の送風量調節フローチャート3、図14は空調機の設定温度調節フローチャートである。
建物101の1階のリビング3、キッチン4の天井には、1階の室内に送風する吹出グリル(吸気部)9a、9cが設けられている。吹出グリル9a、9cには、1階用送風ダクト10a、10cの一端がそれぞれ接続されている。
リターン区画である階段室12には、空調システム100の空調機(空調部)30aと1階用送風機(送風部)40a、40cと2階用送風機(送風部)41a、41cが設けられている。
1階用送風ダクト10a、10cと2階用送風ダクト19a、19cの他端には、1階用送風機40a、40cと2階用送風機41a、41cとが取り付けられている。
リモコン110、111、112、113、集中リモコン115には、温度センサー120、121、122、123、125を有し、リビング3、キッチン4、部屋A13、部屋B14及び階段室12の室温を検出する。
また、リモコン110、111、112、113、集中リモコン115には、リビング3、キッチン4、部屋A13、部屋B14及び階段室12の温度を設定するSW130、131、132、133、135を有しており、回転することにより温度を16℃から30℃まで設定可能である。
リモコン110、111、112、113と集中リモコン115は、信号線140、141、142、143で繋げられ、リモコンの温度センサー120、121、122、123で検知された室温とSW130、131、132、133で設定された設定温度の情報を通信する。
また、集中リモコン115と空調機30a、送風機40a、40c、41a、41cは、信号線145、146、147、148、149で繋げられ、空調機30aの設定温度と送風量、送風機40a、40c、41a、41cの送風量を通信により調節する。
集中リモコン115では、表示部150で、リモコン110、111、112、113及び集中リモコン115自らの設定温度や室温を通信により確認でき、SW135により、リモコン110、111、112、113の設定温度を通信により変更することが可能となっている。
実施の形態1と同じく、複数の送風機の合計送風量は、空調機30aの空調風量より多く、空調空気と排出空気が確実に混合されて、室温との温度差の少ない均一な温度の混合空調空気となって、各送風機に吸い込まれ、各部屋に送風されるため、各部屋は、省エネで、均一な温度に、空調される。
送風機に電源が印加されると運転を開始し、リモコン110、111、112、113に設けられた温度センサー120、121、122、123で、リビング3、キッチン4、部屋A13、部屋B14の室温を検出する。
また、リモコン110、111、112、113のSW130、131、132、133により、設定されたリビング3、キッチン4、部屋A13、部屋B14の設定温度を認識する。
そして、各部屋の室温と設定温度の情報は、信号線140、141、142、143で、集中リモコン115に通信し、集中リモコン115の制御部(図示せず)では、それに基づいて、各部屋の空調負荷を決定し、各送風機の送風量(回転数)を操作量としてPID制御を行う。
本実施の形態2では、リモコン110、111、112、113に設けられた温度センサー120、121、122、123で、リビング3、キッチン4、部屋A13、部屋B14の室温を検出し、SW130、131、132、133により、各部屋の設定温度を認識して、集中リモコン115で、各部屋の空調負荷を決定し、各送風機の送風量を調節しているが、実施の形態1と同じく、送風機40、41のオプション取付台76に、オプションユニット延長ユニット(図示せず)を接続して、そのオプション取付台76を、各部屋の室温検知が可能な場所、例えば、各部屋のドア付近や排気部52付近に設け、それに温度センサーユニット78と温度設定ユニット79を接続し、送風機40、41と信号通信を行い、室温と設定温度の情報を演算部83に入力し、各部屋の室温と設定温度の温度差に定数を掛けて、各部屋の空調負荷を求めてもよい。その場合は、リモコン110、111、112、113と集中リモコン115は不要となる。
また、より正確に空調負荷を算出するために、外気温度センサー(図示せず)を設けて、集中リモコン115に外気温度情報を入力し、外気温度と設定温度との温度差による外気負荷を空調負荷に加えたり、各部屋に日射センサー(図示せず)を設けて、集中リモコン115に窓からの日射量情報を入力し、日射負荷を空調負荷に加えたり、各部屋に人感センサー(図示せず)を設けて、集中リモコン115に在室者情報を入力し、在室者の人体負荷を空調負荷に加えたりしてもよい。
各部屋の室温と設定温度により、各部屋の空調負荷を決定し、DCモーター65の回転数を制御し、送風機40、41の送風量をPID制御するため、室温と設定温度の差が大きく、空調負荷が大きいほど、送風機40、41の送風量を大きくし、送風機40、41が吹出す部屋の室温が設定温度に早く近づく。
例えば、冬季、室温が14℃で、設定温度が20℃の場合は、暖房空調負荷が大きいので、送風機40の送風量を最大風量の250m3/hと大きくし、部屋の温度を設定温度20℃に早く近づける。夏季、室温が32℃で、設定温度が28℃の場合は、冷房空調負荷が大きいので、送風機40、41の送風量を最大風量の250m3/hと大きくし、部屋の温度を設定温度28℃に早く近づける。
そして、室温と設定温度との差が小さく、空調負荷が小さいほど、送風機40、41の送風量を小さくし、設定温度に近づくにつれて、DCモーター65の回転数は減少し、消費電力も減少し、より省エネで、設定温度付近で安定する。
例えば、冬季、室温が14℃で、設定温度が16℃の場合は、暖房空調負荷が小さいので、送風機40、41の送風量を最小風量の100m3/hと小さくし、部屋の温度を設定温度16℃で安定させる。夏季、室温が32℃で、設定温度が30℃の場合は、冷房空調負荷が小さいので、送風機40、41の送風量を最小風量の100m3/hと小さくし、部屋の温度を設定温度30℃で安定させる。
これにより、各部屋の室温から、各部屋の空調負荷をより正確に判定でき、省エネで、より早く、より確実に、各部屋を設定温度にし、個人の好みに応じた快適空間にすることができる。
送風機40、41の送風量(回転数)をPID制御中に、部屋の室温を検出し、部屋の設定温度を認識し、暖房時では、部屋の室温が設定温度より高く、室温の上昇率が高い場合、冷房時では、部屋の室温が設定温度より低く、室温の下降率が高い場合、送風機40、41の送風量を最大風量とする。そうでない場合は、送風機40、41の送風量(回転数)のPID制御を継続する。
夏季、室温が24℃で、設定温度が28℃で、室温の下降率が10分間で1K以上の場合は、送風機40、41の送風量を最大風量の250m3/hとする。他の空調機を運転したなどの何らかの理由で、一部の部屋の温度が急に下降し、設定温度以下となった場合は、その熱量を回収して、他の部屋の冷房に使用するため、送風機40、41の送風量を最大として、その部屋の空気をリターン区画に早く大量に戻して、各部屋に送風することにより、他の部屋を省エネで冷房できる。そうでない場合は、図12に示す送風機の送風量調節フローチャート2に基づいてPID制御される。
空調機30aに電源が印加されると運転を開始し、集中リモコン115に設けられた温度センサー125で、リターン区画である階段室12の室温を検出する。
また、集中リモコン115のSW135により、設定されたリターン区画である階段室12の設定温度を認識する。
そして、集中リモコン115の制御部(図示せず)では、それに基づいて、リターン区画である階段室12の空調負荷を決定し、空調機30a設定温度を操作量としてPID制御を行う。
しかし、より正確に空調負荷を算出するために、外気温度センサー(図示せず)を設けて、集中リモコン115と信号通信を行い、外気温度情報を入力し、外気温度と設定温度との温度差による外気負荷を空調負荷に加えたり、階段室12に日射センサー(図示せず)を設けて、集中リモコン115と信号通信を行い、窓からの日射量情報を入力し、日射負荷を空調負荷に加えてもよい。
例えば、冬季、階段室12の室温が14℃で、設定温度が20℃の場合は、暖房空調負荷が大きいので、空調機30aの設定温度を26℃と高くし、階段室12の室温を設定温度20℃に早く近づける。夏季、階段室12の室温が32℃で、設定温度が28℃の場合は、冷房空調負荷が大きいので、空調機30aの設定温度を20℃と低くし、階段室12の室温を設定温度28℃に早く近づける。
そして、階段室12の室温と設定温度との差が小さく、空調負荷が小さくなるほど、空調機30aの吸込空気温度も設定温度に近づき、空調機30aの圧縮機等の消費電力も減少し、より省エネで、設定温度付近で安定する。
例えば、冬季、階段室12の室温が14℃で、設定温度が16℃の場合は、暖房空調負荷が小さいので、空調機30aの設定温度を22℃と低くし、階段室12の室温を設定温度16℃で安定させる。夏季、階段室12の室温が32℃で、設定温度が30℃の場合は、冷房空調負荷が小さいので、空調機30aの設定温度を22℃と高くし、階段室12の室温を設定温度30℃で安定させる。
このように、空調機30aと送風機40、41に吸い込まれる階段室12(リターン区画)の空気の温度と設定温度から、階段室12(リターン区画)の空調負荷を、早く、正確に判定し、空調機30aの設定温度を調節することにより、空調機30aの能力が調節され、送風機40、41の吸込み温度も調節されるので、送風機40、41の送風量を調節しても、部屋の空調負荷に対応できず、個人の好みの温度にできない場合、より早く、より確実に、各部屋を設定温度にし、個人の好みに応じた快適空間にすることができる。又、部屋の空調負荷に十分対応でき、部屋を個人の好みの温度にできる場合でも、より省エネで、個人の好みの温度に安定させることができる。
タイミング(時間)の例としては、下記の1~4があるが、いずれにせよ、実際の最適タイミング(時間)は、建物の空調負荷と空調機の能力、送風機の送風量等によって異なるため、集中リモコン115、リモコン110、111、112、113又は、送風機40、41にタイミングSWを設けて、タイミングSWにてタイミング(時間)を変更できる構造がよい。
1.送風機40、41の送風量調整フローは5分毎に行い、空調機30aの設定温度調節フローは1時間毎に行う。
2.空調立ち上げ24時間以内は1とし、それ以降は、送風機40、41の送風量調整フローは10分毎に行い、空調機30aの設定温度調節フローは2時間毎に行う。
3.送風機40、41の送風量調整フローは5分毎に行い、各部屋の室温と設定温度との差がある閾値以上での時間が1時間以上継続した場合、空調機30aの設定温度調節フローを開始し、以降、閾値未満になるまで、10分毎に行う。
4.空調立ち上げ24時間以内は3とし、それ以降は、送風機40、41の送風量調整フローは10分毎に行い、各部屋の室温と設定温度との差がある閾値以上での時間が1時間以上継続した場合、空調機30aの設定温度調節フローを開始し、以降、閾値未満になるまで、20分毎に行う。
また、集中リモコン115とリモコン110、111、112、113との通信は、信号線140、141、142、143で、集中リモコン115と送風機40a、40c、41a、41cとの通信は、信号線146、147、148、149で、集中リモコン115と空調機30aとの通信は、信号線145で、有線方式で行っているが、それぞれに無線通信部を設けて、Wi-Fi(登録商標)やBluetooth(登録商標)、赤外線などの無線方式で行っても構わない。
図15は本発明の実施の形態3における空調システムの制御システム図である。
図15示す空調システム160は、建物161に設けられ、実施の形態1の建物1に設けられた空調システム29と建物101に設けられた空調システム100と基本的な構成は同じで、説明の簡単化のため、同じ構成要素には同じ番号を付与し、一部の構成要素は省略している。
また、リターン区画(図示せず)に、リターン区画の室温を検知する温度センサー179を有する。
HEMSリモコン164は、温度センサー175、176、177、178、179と通信線165と繋がれ、各部屋及びリターン区画の室温情報を入力している。
HEMSリモコン164は、各部屋及びリターン区画の温度設定手段(図示せず)を備える。
また、HEMSリモコン164は、通信機(通信手段)166を備え、通信機166は公衆回線168と接続され、建物外部との情報通信、例えば、通信装置(スマートフォン、携帯電話、パソコン、タブレット、カーナビ等)169、サーバー170と、運転情報の入出力などの情報通信が可能となっている。
また、通信機166と無線方式で繋がれた、対話での音声認識によるAIアシスタント機能を有するAIスピーカー(通信装置)167を有し、公衆回線168を通して、外部のサーバー170と繋がって、HEMSリモコン164と運転情報の入出力など、音声での情報通信が可能となっている。
また、AIスピーカー(通信装置)167で、音声で、各部屋及びリターン区画の設定温度を変更するなど、その都度HEMSリモコン164を操作しなくても、利便性良く、快適性を高めることも可能である。
これにより、建物の内部及び外部の通信装置169から各部屋の温度設定が可能となり、建物内でも近くに温度設定手段がない場合や外出中に部屋を個人の好みに応じた快適空間にすることができ、利便性が高くなる。
さらにまた、外部のサーバー170とデータを通信して、地域の電力事情や天候等に応じて、各部屋及びリターン区画の設定温度を変更し、地域として安定した電力で、個人としては省エネで、快適な運転に制御可能である。
また、HEMSリモコン164と各部屋の室温を検出する温度センサー(図示せず)以外に、外気温度を検出する外気温度センサー(図示せず)と各部屋の日射量を検知する日射センサー(図示せず)と各部屋の人の存在を検知する人感センサー(図示せず)も接続し、HEMSリモコン164で、各部屋の設定温度と室温と外気温度と日射量と在室人数で、各部屋の空調負荷を決定し、送風機40a、40c、41a、41cの送風量を調節してもよい。
さらに、HEMSリモコン164とリターン区画の室温を検出する温度センサー(図示せず)以外に、外気温度を検出する外気温度センサー(図示せず)と日射量を検知する日射センサー(図示せず)も接続し、HEMSリモコン164で、リターン区画の設定温度と室温と外気温度と日射量で、リターン区画の空調負荷を決定し、空調機の設定温度を調節してもよい。
さらにまた、HEMSリモコン164に、IHコンロ、照明機器等の家電機器を接続し、運転操作可能としてもよい。
そして、HEMSリモコン164と太陽電池、蓄電池、パワーコンディショナー、電力計測装置等と接続し、各機器の消費電力、太陽電池の発電量、蓄電池の蓄電力量等によって、より省エネルギーで効率的に各機器を運転制御するようにしてもよい。
そしてさらに、通信方式については、有線でも無線でもよい。
2 玄関
3 リビング
4 キッチ
5 トイレ
6 浴室
7 洗面脱衣室
8 階段
9a、9b、9c、9d 吹出グリル(吸気部)
10a、10b、10c、10d 1階用送風ダクト
11 廊下
12 階段室
13 部室A
14 部室B
15 部室C
16 納戸A
17 納戸B
18a、18b、18c、18d 吹出グリル(吸気部)
19a、19b、19c、19d 2階用送風ダクト
20 側壁
21 壁A
22 仕切壁
23 壁B
24 手摺
25 横桟
26 縦桟
27 スリット
28 手摺
29 空調システム
30a 空調機(空調部)
31 上面
32a 吸込気流
33a 吹出気流
34 上下方向風向制御板。
40a、40b、40c、40d 1階用送風機(送風部)
41a、41b、41c、41d 2階用送風機(送風部)
42 シロッコファン
43 吸込気流
44 吹出気流
45 空調循環気流
50 ドア
51 下側隙間
52 排気部
53 排出気流
55 排出部
56 排出気流
57 空調戻り気流
62 天井
65 DCモーター(直流モーター)
70 本体ケース
71 ルーバー
72 通気口
73 取付部
74 取付ばね
75 電装箱
76 オプション取付台
77 リード線
78 温度センサーユニット
79 温度設定ユニット(温度設定部)
80 制御装置
81 送風制御部
82 電源部
83 演算部
84a、84b ユニット制御部
85 温度センサー
86 温度設定部
87a、87b コネクター
88a、88b コネクター
89 操作部
90 SW
100 空調換気システム
101 建物
110、111、112、113 リモコン
115 集中リモコン
120、121、122、123、125 温度センサー
130、131、132、133、135 SW
140、141、142、143 信号線
145、146、147、148、149 信号線
150 表示部
160 空調システム
161 建物
162 レンジフード
163 暖房乾燥換気扇
164 HEMS(Home Energy Management System)リモコン
165 通信線
166 通信機
167 AIスピーカー
168 公衆回線
169 通信装置(スマートフォン、携帯電話、パソコン、タブレット、カーナビ等)
170 サーバー
175、176、177、178、179 温度センサー
Claims (5)
- 高気密高断熱な建物に、複数の部屋に隣接するリターン区画を形成し、前記部屋には、DCモーターを搭載した送風部から送られる空気を吹き出す吸気部を設け、前記部屋と前記リターン区画との間には、前記部屋から前記リターン区画に向けた排出気流を形成する排気部を設け、前記リターン区画に、複数の前記送風部と空調部とを設置し、
前記送風部と前記吸気部をダクトで接続し、
前記リターン区画にて、前記空調部が前記排出気流を吸い込んで空調した吹出気流を、拡散させながら前記送風部の吸込気流に合流させて混合し、
前記吸気部から前記部屋に吹き出す吹出気流温度と前記部屋の室温との温度差を、前記空調部の吹出気流温度と前記部屋の前記室温との温度差より少なくした空調システムであって、
前記送風部に、前記送風部の吸込み温度を検出する温度センサーユニットと、温度設定ユニットと、前記DCモーターの運転を制御する制御装置を設け、
前記温度センサーユニットにより検出した前記吸込み温度と前記温度設定ユニットで設定した設定温度とにより、前記制御装置で、前記送風部の送風量を決定し、
前記空調部に、吸込空気温度を検知する温度検知手段と空調風量と空調設定温度の設定手段を設け、前記吸込空気温度と前記空調設定温度により、空調能力を制御し、
前記送風部の前記送風量と前記空調部の前記空調能力により、前記部屋の前記室温を前記設定温度に調節することを特徴とする空調システム。 - 高気密高断熱な建物に、複数の部屋に隣接するリターン区画を形成し、前記部屋には、DCモーターを搭載した送風部から送られる空気を吹き出す吸気部を設け、前記部屋と前記リターン区画との間には、前記部屋から前記リターン区画に向けた排出気流が通過する排気部を設け、前記リターン区画に、前記送風部と空調部とを設置し、
前記送風部と前記吸気部をダクトで接続し、
前記リターン区画にて、前記空調部が前記排出気流を吸い込んで空調した吹出気流を、拡散させながら前記送風部の吸込気流に合流させて混合し、
前記吸気部から前記部屋に吹き出す吹出気流温度と前記部屋の室温との温度差を、前記空調部の吹出気流温度と前記部屋の前記室温との温度差より少なくした空調システムであって、
前記送風部のオプション取付台に、前記部屋に設けられた前記部屋の室温を検出する温度センサーユニット及び温度設定ユニットを接続し、前記送風部に、前記DCモーターの運転を制御する制御装置を設け、
前記温度センサーユニットにより検出した前記室温と前記温度設定ユニットで設定した設定温度とにより、前記制御装置で、前記送風部の送風量を決定し、
前記空調部に、吸込空気温度を検知する温度検知手段と空調風量と空調設定温度の設定手段を設け、前記吸込空気温度と前記空調設定温度により、空調能力を制御し、
前記送風部の前記送風量と前記空調部の前記空調能力により、前記部屋の前記室温を前記設定温度に調節することを特徴とする空調システム。 - 前記空調部からの前記吹出気流の吹出方向を避けて前記送風部の吸込口を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空調システム。
- 前記部屋の前記室温が前記設定温度に達しても、前記部屋の前記室温の変化率が閾値よりも高い場合、前記送風部の前記送風量を最大風量とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の空調システム。
- 前記送風部に、前記送風部の前記送風量を自動及び手動に切り替え可能な風量設定SWを接続し、前記自動の場合には、決定された前記送風量とし、前記手動の場合には、前記送風量を前記風量設定SWで、任意の送風量に設定可能なことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の空調システム。
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