JP7185147B2 - ファンユニットの選定方法 - Google Patents
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Description
(1)全体構成
図1Aは、第2ユニット30が搭載された空気処理システム10の構成図である。図1Aにおいて、空気処理システム10は、建物BLの一フロアの天井裏に配置されており、部屋の換気を行う。
(2-1)第1ユニット20
図1Bは、室外空気と供給空気の流れを説明するための第1ユニット20の断面側面図である。図1Cは、室内空気と排出空気の流れを説明するための第1ユニットの断面側面図である。図1Dは、全熱交換エレメント12の一例を示す斜視図である。
ハウジング11は、内部に、略四角柱形状の全熱交換エレメント12を収容している。ハウジング11には、外気ダクト18に接続するための開口11a、給気ダクト41に接続するための開口11b、還気ダクト46に接続するための開口11c、及び排気ダクト19に接続するための開口11dが設けられている。
第1フィルタ13は、全熱交換エレメント12のうち、第3空間SP3に露出している部分を覆うように配置されている。第2フィルタ14は、全熱交換エレメント12のうち、第1空間SP1に露出している部分を覆うように配置されている。
図1Eは、第2ユニット30の構成の一例を示す模式図である。第2ユニット30は、第2ファン31と、第2ファン31を回転させるファンモータ31bと、第2風量検出手段32とを有している。
各対象空間100A~100Dには、対応する第2ユニット30A~30Dに対して遠隔で風量を設定するリモコン55が設置されている。リモコン55は、後述のコントローラ50を構成する第1コントローラ51および第2コントローラ52のいずれかに接続さる。
図2は、コントローラ50の構成を説明するためのブロック図である。図2において、コントローラ50は、第1コントローラ51と複数の第2コントローラ52とを含んでいる。第1コントローラ51と複数の第2コントローラ52とは互いに接続されている。
第1コントローラ51は、プロセッサ51aと、メモリ51bとを含む。プロセッサ51aは、メモリ51bに記憶されている風量制御プログラムを読み取り、各第2コントローラ52A~52Dに必要な指令を出力する。メモリ51bは、各第2コントローラ52A~52Dから送られてくる風量設定値を随時記憶する。
第2コントローラ52は、プロセッサ52aと、メモリ52bとを含む。プロセッサ52aは、メモリ52bに記憶されている第2ファン31の風量制御プログラムを読み取り、第2ファン31に必要な指令を出力する。
各第2コントローラ52A~52Dは、対応するリモコン55A~55Dから入力された各対象空間100A~100Dの風量設定値を受信する。各第2コントローラ52A~52Dは、入力された風量設定値を記憶する。
(4-1)ダクト抵抗の特性
第1ユニット20と第2ユニット30とを接続するダクト40の長さは、第2ユニット30の吹出口の位置によって異なり、また、第1ユニット20と第2ユニット30とが据え付けられる物件によっても異なる。
第2ユニット30の吹出口における静圧と吸込口における静圧の差を、第2ユニット30の前後差圧という。
上記の通り、第2ユニット30の風量制御には、ダクト抵抗、他の第2ユニット30の風量を考慮した風量維持機能が必要であることは分かった。しかしながら、第1ユニット20および第2ユニット30が据え付けられる物件、または第2ユニット30の据え付け位置によってダクト長さは変わり、そのダクト抵抗もダクト長さ、そのダクト内を流れる空気の風量によって変動する。それゆえ、従来の試運転調整によってファンモータ31bの回転数と風量との関係をデータ化することは困難である。
図7は、前後差圧△Pをパラメータとして、風速Vとファンモータ31bの回転数Nとの関係を示すグラフである。図7において、前後差圧△Pが同じ場合、ファンモータ31bの回転数Nは、係数aおよび定数項bを用いて、風速Vの一次式で表すことができる。
N=a×V+b [1]
図7に示す通り、前後差圧一定の場合、少なくとも3点の値を得る試験を実施することにより、[1]式を導き出すことができる。
a=m×△P+n [2]
b=p×△P+q [3]
N=(m×△P+n)×V+(p×△P+q) [4]
△P=(N-n×V-q)/(m×V+p) [5]
上記[5]式とファンの理論式とから、回転数目標値Nyを算出する計算式を導き出すことができる。現在の前後差圧△Px、現在の風量Qx、前後差圧目標値△Pyおよび風量目標値Qyの関係は、ファンの理論式より、
△Py/△Px=(Qy/Qx)2 [6]
となる。
(Ny-n×Vy-q)/(m×Vy+p)=(Qy/Qx)2×△Px [7]
となる。また、Vy=(Qy/Qx)×Vxであるので、
Ny=(Qy/Qx)2×△Px×{m×(Qy/Qx)×Vx+p}+n×(Qy/Qx)×Vx+q [8]
となる。以下、この[8]式を第1関数とよぶ。
ファンモータ31bの回転数が回転数目標値に到達した後も前後差圧△Pが変動しなければ、その回転数が維持されるが、他の第2ユニット30の風量が変化した場合に、前後差圧△Pが変動する。
△N=a×(Vy-Vx) [9]
となる。以下、この[9]式を第2関数とよぶ。
先ず、第2コントローラ52は、ステップS1において、第1コントローラ51から風量目標値Qyを受信したか否かを判定する。第2コントローラ52は、風量目標値Qyを受信したときにステップS2へ進む。また、第2コントローラ52は、風量目標値Qyを受信していないときにステップS6へ進む。
次に、第2コントローラ52は、ステップS2において、風量目標値Qyを実現する風速目標値Vyを算出する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS3において、風速目標値VyをステップS2で算出した値に更新する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS4において、ステップS3で更新された風速目標値Vyを実現するファンモータ31bの回転数目標値Nyを、第1関数を用いて算出する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS5において、ファンモータ31bの回転数目標値をステップS4で計算された値Nyへ更新する。第2コントローラ52は、回転数目標値をNyへ更新した後、ファンモータ31bの回転数が目標値になるように制御する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS6において、第2風量検出手段32の検出値を現在の風速Vxとして取得する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS7において、風速目標値Vyと現在の風速Vxとの差を算出する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS8において、前後差圧△Pを算出する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS9において、制御パラメータとしての係数aを算出する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS10において、ステップS7で算出した風速目標値Vyと現在の風速Vxとの差と、ステップS9で算出した係数aとを第2関数に適用して回転数変更量△Nを算出する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS11において、ステップS10で算出した回転数変更量△Nに基づき回転数目標値Nyを算出する。
次に、第2コントローラ52は、ステップS12において、回転数をステップS11で算出した回転数目標値Nyへ更新する。そして、第2コントローラ52は、ステップS1へ戻る。
(5-4-1)サージングの発生要因
図12は、第2ファン31のファンモータ31bの回転数Nをパラメータとする、風量Qと前後差圧△Pとの関係を表すグラフである。図12において、横軸が風量Q、縦軸が前後差圧△Pを表している。
図13は、図12に表された各回転数における極値点を通る曲線を描いたグラフである。図12において、風量が極値点よりも左側に振れたときにサージングが発生する。したがって、風量と前後差圧との組合せが、図13の縦軸と曲線とで囲まれた領域(以後、サージング発生領域という)の外側にあれば、サージングは発生しない。図13に記載の曲線を式で表すと、
f(Q)=r×Q2+s×Q [10]
である。rおよびsは、実験データにより決定することができる。
したがって、上記[10]式に現在の風量Qxを代入して算出したf(Qx)は、風量Qxのときにサージングを起こし得る前後差圧に相当する。
(6-1)従来システムおよび本実施形態の概要
図14は、従来の空気処理システムの構成と本実施形態の構成とを比較した構成比較図である。図14において、上段に従来システムの概略構成を示し、下段に本実施形態の概略構成を示している。
図15は、空気処理システム10の設計から運用(管理)に至るまでの工程について、従来システムと本実施形態とを比較した表である。図15において、工程は設計、施工、検査および管理の4項目に分けられ、工程項目ごとに作業手順を記載している。
ここでは、各対象空間100A~100Dに必要とされる換気量(風量)が算定される。必要換気量(風量目標値)は、対象空間ごとに設定されている最大収容人数に1人当たりの必要換気量を乗じて算出される。
ここでは、ダクトを介して空気が流通する通風経路が決定される。通風経路は、空調機、照明、火災報知器などの他の機材を考慮しながら検討される。
ここでは、設備構成部材が選定される。設備構成部材として、ダクトおよびそのサイズ、分岐接手、室内端末および屋外端末が選定される。
ここでは、通風経路の圧力損失を計算する。本実施形態では、ダクト圧力損失の計算は大まかな計算でよい。それに対し、従来システムでは、複雑な通風経路に対応した細かな計算が必要である。
ここでは、第2ユニット30の機種が選定される。以下、図17Aおよび図17Bを参照しながら、送風機の選定方法を説明する。
図17Aは、従来システムにおける風量と前後差圧との関係を示すグラフである。図17Aにおいて、右上がりで描かれた曲線は、風量と通風経路における圧力損失との関係を表している。通風経路を通過する風量が大きくなるほど、ダクト及びその他設備構成部材における抵抗は大きくなり、圧力損失が大きくなる。図17Aの実線の曲線は圧力損失の設計上の値であり、その実線の曲線を挟むように点線で表された2本の曲線は、実際に組み立てられる際に設計値と異なることも見越した、圧力損失のバラツキの上下限を表している。
図17Bは、本実施形態における風量と前後差圧との関係を示すグラフである。図17Bにおいて、右上がりで描かれた曲線は、風量と通風経路における圧力損失との関係を表している。図17Bの実線の曲線は圧力損失の設計上の値であり、その実線の曲線を挟むように点線で表された2本の曲線は、実際に組み立てられる際に設計値と異なることも見越した、圧力損失のバラツキの上下限を示している。
ここでは、第2ユニット30の能力を確認する。具体的には、第2ユニット30に必要な能力が、選定した第2ユニット30の運転可能範囲R内にあるか否かを確認する。
運転可能範囲Rの第1範囲R1は、風量目標値Qyに対する第1圧力損失値の変動幅を示す。第2範囲R2は、第2ユニット30が変更可能な前後差圧△Pxの範囲である。第1範囲R1は、第2範囲R2の範囲内である。
(施工手順B1b)
ここでは、第1ユニット20、第2ユニット30およびダクト40の設置を行う。第2ユニット30が複数ある場合は、第2ユニット30毎に風量目標値Qyを入力するだけで、風量の自動制御が可能となる。
(検査手順C1b)
ここでは、第1ユニット20、第2ユニット30、ダクト40など設備の設置状態を確認する。従来システムでも、設備に差異はあるものの、同様の確認を行う。
ここでは、設備の性能検査を行う。具体的には、試運転モードでの運転だけで検査は完了する。第2ユニット30は、ダクト抵抗の変動により前後差圧が変化しても、実測風量と第2ファン31の回転数から前後差圧を算出して、算出された前後差圧において、風量目標値Qyを実現するように第2ファン31の回転数を制御する。したがって、作業者による風量調整は不要である。
(管理手順D1b)
ここでは、風量の確認を行う。風量測定は、リモコンで実風量を確認する。第2ユニット30には、風速センサである第2風量検出手段32を搭載しているので、作業者はリモコンで実風速を確認することができる。
(7-1)
第2ユニット30の選定方法では、第1ユニット20から対象空間100A~100Dまでの全圧力損失値の一部である第1圧力損失値に基づいて第2ユニット30を選定すればよい。その後は、第2ユニット30側にて第2コントローラ52が、ダクト40の実際の圧力損失に対応する前後差圧に基づき第2ファン31の回転数を自動制御する。それゆえ、事前の厳密な圧力損失計算を必要としない。
第2ユニット30の選定方法では、第1圧力損失値を算出する際、第1ユニット20から各対象空間100A~100Dまでの構成部材のうち、全圧力損失値に対する比率が所定値未満となる構成部材の圧力損失値を算入しない。第2ユニット30側にて第2コントローラ52が、ダクト40の実際の圧力損失に対応する前後差圧に基づき第2ファン31の回転数を自動制御するので、第2ユニット30の選定の際に細かな圧力損失値まで計算する必要がない。
第2ユニット30の選定方法では、第1圧力損失値が、少なくとも第1ユニット20における圧力損失値を含む。第1ユニットから各対象空間100A~100Dまでの全圧力損失値のうち概ね50%を占める第1ユニット20における圧力損失を見逃さなければ、第2ユニット30の選定方法を誤ることは回避される。
第2ユニット30の選定方法では、第2ユニット30の数量および能力の少なくとも1つを決定する。第2ユニット30は、前後差圧に基づきファンの回転数を自動制御するユニットであるので、対象空間の必要換気量(風量目標値Qy)に基づき、数量および能力の少なくとも1つを決定するだけでよい。
圧力損失は通風抵抗であり、ダクトの長さとダクト内の風量に依存するため、通風抵抗の変動を測定することは非常に困難であるが、測定容易な前後差圧の変動で代用することができる。したがって、第2ユニット30の選定方法では、風量目標値Qyに対する第1圧力損失値の変動幅を示す第1範囲R1が、第2ユニット30が変更可能な前後差圧の第2範囲R2内であれば、第2ユニット30の選定方法を誤ることは回避される。
第2ユニット30が変更可能な風量範囲は、大きく設定しすぎた場合、低位側では信頼性を喪失し、高位側ではファンへの入力との関係で経済的合理性を失うことになる。したがって、第2ユニット30の選定方法では、風量目標値Qyが、第2ユニット30が変更可能な風量の第3範囲R3内であれば、信頼性と経済的合理性の両立を図ることができる。
第2ユニット30の選定方法では、第1範囲R1が、サージング発生境界R4と重ならない。それゆえ、サージングの発生を防止することができる。
第2ユニット30の選定方法では、圧力損失値が最も大きい経路に接続される第2ユニット30であるならば、当該経路よりも短い経路に接続される第2ユニットとして兼用することができる。
上記第1実施形態では、排気用の第2ユニット30が複数の還気分岐ダクト47A~47Dそれぞれに設けられる構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、変形例として、排気ダクトに1つの排気用の第2ユニット30だけが設けられる構成であってもよい。
上記実施形態の空気処理システムは、第2ユニット30を給気用ファンユニットおよび排気用ファンユニットとして利用することによって、ファンを有しない第1ユニット20の全熱交換エレメント12に空気を流通させることができる換気システムを例に説明した。
図18は、第2ユニット30が搭載された第2実施形態に係る空気処理システム210の構成図である。図18において、空気処理システム210は、第1ユニット220と、複数の第2ユニット30と、ダクト40と、コントローラ50とを備えている。
第1ユニット220は、第1ファン21、熱交換器22、第1風量検出手段23、温度センサ24及び水量調整弁25を有している。熱交換器22には、熱源ユニット60から熱媒体として例えば冷水または温水が供給される。熱交換器22に供給される熱媒体は、冷水または温水以外のもの、例えばブラインであってもよい。
図18には、複数の第2ユニット30を備える空気処理システム210の代表例として、2つの第2ユニット30を備える空気処理システムが1つの対象空間100に対して配設されている例が示されている。
ダクト40は、第1ユニット220から第1ファン21により送出される供給空気SAを、複数の第2ユニット30に分配する。ダクト40は、給気ダクト41と、給気ダクト41から分岐した給気分岐ダクト42とを含んでいる。
図19は、コントローラ50の構成を説明するためのブロック図である。図19において、コントローラ50は、第1コントローラ51と複数の第2コントローラ52とを含んでいる。第1コントローラ51と複数の第2コントローラ52とは互いに接続されている。
第1コントローラ51は、プロセッサ51aと、メモリ51bとを含む。プロセッサ51aは、メモリ51bに記憶されている第1ファン21の風量制御プログラムを読み取り、第1ファン21、各第2コントローラ52に必要な指令を出力する。
第2コントローラ52は、プロセッサ52aと、メモリ52bとを含む。プロセッサ52aは、メモリ52bに記憶されている第2ファン31の風量制御プログラムを読み取り、第2ファン31に必要な指令を出力する。
各第2ファン31は、モータの回転数を変更することにより各第2ユニット30の吸込口33aと吹出口33bとの空気の圧力差である前後差圧を変更することができる。各第2ファン31は、ダクト40の静圧が一定であるとすると、回転数を大きくすることにより、各第2ユニット30の前後差圧を大きくすることができる。
第2実施形態における第2ユニット30の選定には、第1実施形態で説明した第2ユニット30の選定方法が適用される。
上記第2実施形態では、第1ユニット220が第1ファン21を有しているが、必ずしも第1ユニット220が第1ファン21を必要とするものではない。本開示の第2ユニット30の選定方法は、ファンを有しない第1ユニットにダクトを介して接続される第2ユニットにも適用可能である。
20 第1ユニット(空気処理ユニット)
30 第2ユニット(ファンユニット)
31 第2ファン(ファン)
32 第2風量検知手段(検出部)
33 ケーシング
33a 吸込口
33b 吹出口
40 ダクト
41 主ダクト
42A 第1分岐ダクト
42B 第2分岐ダクト
50 コントローラ(制御部)
51 第1コントローラ(制御部)
52 第2コントローラ(制御部)
100 対象空間
210 空気処理システム
220 第1ユニット(空気処理ユニット)
Claims (9)
- 空気処理の対象空間(100)と空気処理ユニット(20)との間を連絡するダクト(40)の途中に配置されたファンユニットが、前記空気処理ユニット(20)によって所定の処理が行われた空気を前記対象空間(100)まで搬送する空気処理システムの、
ファンユニットの選定方法であって、
第1ステップとして、
回転数可変のファン(31)と、
吸込口(33a)および吹出口(33b)を有し、前記ファン(31)を収容するケーシング(33)と、
前記ファン(31)の風量(Qx)または風量相当値(Vx)を検出する検出部(32)と、
前記ファン(31)の回転数を制御する制御部(50)と、
を備え、
前記制御部(50)が、前記検出部(32)の検出値に基づき前記吸込口(33a)と前記吹出口(33b)との空気の圧力差である前後差圧(△Px)を決定し、前記前後差圧(△Px)に基づき前記ファン(31)の回転数を自動制御する、
ファンユニット(30)を選定の候補とし、
第2ステップとして、前記空気処理ユニット(20)から前記対象空間(100)までの全圧力損失値の一部である第1圧力損失値を計算し、
第3ステップとして、前記風量(Qx)と前記前後差圧(△Px)との関係、前記対象空間へ供給する風量の目標値である風量目標値(Qy)、および前記第1圧力損失値とに基づき、ファンユニット(30)を選定する、
ファンユニットの選定方法。 - 前記第1圧力損失値を算出する際、前記空気処理ユニット(20)から前記対象空間(100)までの構成部材のうち、全圧力損失値に対する比率が所定値未満となる前記構成部材の圧力損失値を算入しない、
請求項1に記載のファンユニットの選定方法。 - 前記第1圧力損失値は、少なくとも空気処理ユニット(20)における圧力損失値を含む、
請求項1または請求項2に記載のファンユニットの選定方法。 - 前記第3ステップにおいて、前記ファンユニット(30)の数量および能力の少なくとも1つを決定する、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のファンユニットの選定方法。 - 前記風量目標値(Qy)に対する前記第1圧力損失値の変動幅を示す第1範囲は、前記ファンユニット(30)が変更可能な前記前後差圧(△Px)の第2範囲内である、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のファンユニットの選定方法。 - 前記風量目標値(Qy)は、前記ファンユニット(30)が変更可能な風量の第3範囲内である、
請求項5に記載のファンユニットの選定方法。 - 前記第1範囲は、前記ファン(31)の回転数毎に測定した前記ファン(31)の風量と前記前後差圧との関係を示す曲線の極値を通る曲線で表される境界と重ならない、
請求項5に記載のファンユニットの選定方法。 - 前記ダクト(40)は、前記空気処理ユニット(20)から前記対象空間(100)に至る複数の経路を有し、
前記ファンユニット(30)は複数の前記経路それぞれに接続され、複数の前記ファンユニット(30)は、複数の前記経路のうち圧力損失値が最も大きい経路に接続されるファンユニットで統一される、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のファンユニットの選定方法。 - 前記ダクト(40)は、第1経路と第2経路とを含み、
前記第1経路は、
前記空気処理ユニット(20)に接続される主ダクト(41)と、
前記主ダクト(41)から分岐して前記ファンユニット(30)である第1ファンユニット(30A)に接続される第1分岐ダクト(42A)と、
を有し、
前記第2経路は、
前記空気処理ユニット(20)に接続される主ダクト(41)と、
前記主ダクト(41)から分岐して前記ファンユニット(30)である第2ファンユニット(30B)に接続される第2分岐ダクト(42B)と、
を有し、
前記第1分岐ダクト(42A)における圧力損失値が、前記第2分岐ダクト(42B)における圧力損失値よりも大きい場合、前記第2ファンユニット(30B)は前記第1ファンユニット(30A)で統一される、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のファンユニットの選定方法。
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