JP7445855B1 - 空調ユニット、空調ユニット向け制御装置および空調設備の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、運転条件に応じて、空調対象室内を設定条件に最適な仕方で制御することが可能な空調機の制御システムおよび制御方法を提供する。【解決手段】空調対象室内へ空気を流入し、空調対象室内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気を戻す空調設備であって、外気を導入した空気を除湿する除湿部と、外気を導入した空気を冷却する冷却部と、冷却除湿された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気を加湿する加湿部を有し、空気の温度および/又は湿度を調整することにより、空調対象室内を空調する空調設備の制御方法であって、換気比率をパラメータとして、計算刻み幅に基づいて、除湿、冷却、加熱、および加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、評価項目合計数値を算出することにより、評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階と、を有する構成としている。【選択図】図１

Description

本発明は、空調ユニット、空調ユニット向け制御装置および空調設備の制御方法に関し、より詳細には、運転条件（負荷条件、設定条件、外気条件）に応じて、空調対象室内を設定条件に最適な仕方で制御することが可能な空調ユニット、空調ユニット向け制御装置および空調設備の制御方法に関する。

従来から、空調機に対する制御方法、システムを利用して、空調機による空調空間の空気の調整が行われている。
特許文献１は、その一例を開示する。
この空調機の制御方法は、空調負荷に応じて、最小から最大まで能力制御する最大能力可変運転と、空調負荷に応じて、最小から定格まで能力制御する定格能力可変運転とに切り替え可能な空気調和措置において、除霜運転に入って以降、最大能力可変運転に固定するものである。
このような制御方法によれば、除霜運転に入って以降、最大能力可変運転に固定するので、除霜運転を必要とする状況下では、空調負荷に応じて最大の暖房能力を発揮することができる。
また、気候条件によっては、外気温が下がっても除霜運転するほどに結露しないことがある場合には、外気温が所定値以下になったことを条件にして、最大能力可変運転することにより、空調負荷に応じて最大の暖房能力を発揮することができる。
具体的には、室温の設定値と検出温度との偏差に応じて、冷媒循環用の圧縮機の運転周波数を変化させる、いわゆるインバータ制御が開示されている。
しかしながら、空調対象室内の温度のみに注目し、空調対象室内の湿度の高低に応じて、制御するものでなく、空調対象室内の温度の高低に応じて、最大能力可変運転か、定格能力可変運転かの二者択一の切り替え制御を行っているに過ぎず、空調機の省エネルギー化の観点から、きめの細かい制御を行うものではない。

特許文献２は、空気調和システムとして、別の例を開示する。
この空気調和システムは、空調用空気を空調対象室内に供給して冷房又は暖房する空調機と、空調機を制御して空調用空気を冷房又は暖房に適した空気状態に調整する空調機制御装置と、空調用空気の空気状態の調整のために空調機に供給される循環水の供給水温を調整する熱源機と、空調機制御装置から独立した制御装置であって循環水の供給水温を外気負荷の変動に応じて自動的に可変調整する熱源機制御装置と、を備える。
この空気調和システムによれば、通常、外気負荷である屋外の温度と湿度に比例して空調対象室内の空調負荷は変動するので、外気負荷が少ないと空調対象室内の空調負荷も少ないと予測できる。それを利用して、空調機への循環水の供給水温を、夏期は上げて冬期は下げれば、熱源機の消費エネルギーが減って省エネを図れる。複雑でコストの掛かる中央制御方式を用いずに、制御を空調機側と熱源機側に完全分離し独立させているため、計装工事が簡略化され保守管理が楽となる。
しかしながら、この空気調和システムは、特許文献１とは異なり、空調対象室内の温度のみならず、空調対象室内の湿度にも注目して、省エネルギー化の観点から空調制御を行っているが、外気の変動のみに応じて、空調機に供給される循環水の供給水温を制御量として、制御するに過ぎない。

特許文献３は、空調制御システムとして、さらに別の例を開示する。
この空調制御システムは、多数の制御部品を有する空調機器を備えた事業所に空調機器の制御方法を運転管理会社から提供する空調制御システムであって、事業所の空調負荷を外気条件に依存する負荷と生産計画に基づく負荷とに区別し、外気条件に依存する負荷に対しては少なくとも前日までの外気状態履歴から求めた当日の予測外気状態に基づいて空調機器を構成する各制御部品を制御し、生産計画に基づく負荷に対しては前日と実質的に同じ状態で空調機器を構成する各制御部品を制御する制御方法を運転管理会社が事業所に提供するものである。
運転管理会社は、前日までの外気状態の履歴を記憶する外気状態履歴データベースと空調熱負荷データベースとを有し、気象予報提供手段からネットワークを介して得た当日の予測最高気温と前日までの外気状態履歴データ及び負荷データに基づいて当日の外気条件に依存する負荷を予測する。
より具体的には、半導体製造ラインを覆って設けられたクリーンルームには、外気を導入するためのダクトが取付けられ、ダクトには、外気側から順に送風機、加湿器、冷却コイル、加熱器が取付けられている。

空調熱負荷を予測するときは、空調熱負荷データベースには、予め空調対象設備の熱負荷の履歴が記憶され、半導体生産装置、ドライコイル、冷却コイル、純水の冷却負荷と加湿器、加熱器の加熱負荷の大きさが記憶されている。空調熱負荷データベースに記憶されたこれらの熱負荷の情報を、外気状態に依存するものと外気状態に依存しないものとに分離する。冷却コイルと純水が、外気状態に依存する空調熱負荷源であり、これら外気状態に依存する空調熱負荷については、前日の空調熱負荷曲線を、外気状態の当日の推移予測結果と前日の測定結果との差に相当する分だけ補正して求める。
一方、半導体生産装置とドライコイルとは外気状態とは無関係の空調熱負荷源であり、外気状態とは無関係の半導体生産装置の空調負荷は、ほとんどの日において前日の空調熱負荷の大きさと同じであるとみなせる。
当日の空調熱負荷を解析したら、パソコンは空調機器特性データベースから冷凍機の部分負荷特性等の空調機器の特性を読み込み、それとともに、空調機器設定温湿度データベースからクリーンルームの設定温度や設定湿度等の情報を読み込み、読み込んだ空調機器の情報と空調機器の設定温度および湿度と当日の空調熱負荷予測結果とを用いて、空調制御方法分析手段が半導体製造事業所のエネルギー使用量が最小になるように省エネ運転方法を分析する。

以上の空調制御システムによれば、特許文献２と同様に、空調対象室内の温度のみならず、湿度にも注目して、予め予測される外気の変動のみならず負荷変動にも応じて、空調機の省エネルギー化の観点から最適制御を達成しようとする。
しかしながら、特許文献３では、具体的に、何を制御量にして制御を行うかすら開示されておらず、ましてや、空調対象室内からの外部への排気と、空調機への還気との比に着目し、空調機に取り入れる空気において、還気をどの程度にするかについて、開示はおろか示唆すらなされていない。
この点、従来の空調機に対する制御方法、システムにおいて、空調対象室内からの外部への排気および空調機への還気については、オール排気か、ほぼオール還気の二者択一で行われてきたに過ぎず、外気条件の変動、空調対象室内における負荷の変動、および空調対象室内の目標温湿度の変動、あるいは、これらの組み合わせによる変動に応じて、たとえば、空調機の省エネルギー化の観点から空調対象室内からの外部への排気および空調機への還気との比に注目して、最適制御を行うものは皆無であった。

特開平3-117844 特許第6425750号 特開2002-89929

以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、運転条件（負荷条件、設定条件、外気条件）に応じて、空調対象室内を設定条件に最適な仕方で制御することが可能な空調ユニット、空調ユニット向け制御装置および空調設備の制御方法を提供する。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、運転条件に応じて、空調機に対する省エネルギーを最適にしながら、空調対象室内を目標温湿度に制御することが可能な空調ユニット、空調ユニット向け制御装置および空調設備の制御方法を提供する。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、換気比率に着目し、空調設備に対する評価項目を数値化することにより、最適な換気比率をシミレーションすることが可能な空調ユニット、空調ユニット向け制御装置および空調設備の制御方法を提供する。

上記課題を達成するために、本発明の空調設備の制御方法は、
空調対象室内へ空気を流入し、空調対象室内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気を戻す空調設備であって、外気を導入した空気を除湿する除湿部と、外気を導入した空気を冷却する冷却部 と、冷却除湿された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気を加湿する加湿部と、をこの順に有し、空気の温度および/又は湿度を調整することにより、空調対象室内を空調する空調設備の制御方法であって、
数値化すべき、空調設備に対する評価項目の選択と、空調対象室内の目標温度および/又は目標湿度、空調対象室内の熱負荷、および外気温度および/又は外気湿度からなる前提条件と、換気比率、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれのエネルギー消費量に対する選択する評価項目への換算係数、換気比率の計算刻み幅からなる計算条件とを設定する段階と、
空調対象室内の除湿の必要性の可否を判定する段階と、除湿の必要性がある場合、除湿源のエネルギー消費量に基づいて、除湿源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の冷却の必要性の可否を判定する段階と、冷却の必要性がある場合、冷熱源のエネルギー消費量に基づいて、冷熱源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の加熱の必要性の可否を判定する段階と、加熱の必要性がある場合、加熱源のエネルギー消費量に基づいて、加熱源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の加湿の必要性の可否を判定する段階と、加湿の必要性がある場合、加湿源のエネルギー消費量に基づいて、加湿源における評価項目を数値化し、
除湿、冷却、加熱および加湿それぞれの可否を判定する段階の判定結果に基づいて、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれの評価項目数値の合計を算出する段階と、
換気比率をパラメータとして、前記計算刻み幅に基づいて、前記除湿、前記冷却、前記加熱、および前記加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、前記評価項目合計数値を算出することにより、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階と、を有する構成としている。

以上の構成を有する空調設備の制御方法によれば、たとえば、季節または昼夜に応じて外気温度が変動する場合において、空調対象室内の設定温湿度が室温のもとで、冬季で外気が低温低湿度の場合、換気比率を調整することにより、空調対象室内から環気して空調機に戻す時間当たりの空気量が外部から空調機に取り入れる外気の時間当たりの空気量より多くなるように空気量比を調整する一方、夏季で外気が高温高湿度の場合、換気比率を調整することにより、空調対象室内から環気して空調機に戻す時間当たりの空気量が外部から空調機に取り入れる外気の時間当たりの空気量より少なるように空気量比を調整することにより、季節または昼夜を問わず、常時、空調対象室内から環気して空調機に戻さず、空調対象室内からすべて外部に排気したり、逆に、空調対象室内から外部に排気することなく、空調対象室内からすべて環気して空調機に戻す場合に比し、空調対象室内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気、すなわち、空調機入口に供給する空調用空気を調整することにより、空調対象室内を目標温湿度に制御するのに、除湿源、冷熱源、加熱源、および加湿源それぞれに必要なエネルギー消費量 を算出し、原油量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コスト等空調設備に対する評価項目を選択したうえで、除湿源、冷熱源、加熱源、および加湿源それぞれにおいて、エネルギー消費量ー評価項目数値間の換算係数に基づいて、評価項目数値を最小化する換気比率を算出することにより、空調設備を最適に制御することが可能である。

また、前記空調設備に対する評価項目は、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストのいずれか、または組み合わせであり、それに応じて、選択した評価項目を数値化するのに、冷熱源、除湿源、加熱源、および加湿源それぞれに必要なエネルギー消費量ー評価項目数値間の換算係数を用いるのがよい。
さらに、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階は、前記冷却部向け冷熱源、前記除湿部向け除湿源、前記加熱部向け加熱源、および加湿部向けの加湿源の評価項目合計数値を、換気比率を０％から１００％まで、パラメータとして、前記計算刻み幅に基づいてシミュレーションし、評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出することにより行うのがよい。

さらにまた、前記除湿可否の判定段階は、空調対象室内の目標温度および目標湿度から算出される露点温度と、所定換気比率で混合した前記空調設備入口の空気の温度および湿度から算出される露点温度とを比較し、前者の露点温度が、後者の露点温度より低い場合には、除湿必要と判定し、高い場合には、除湿不必要と判定するのがよい。
加えて、前記除湿部において、空調対象室内の冷却により除湿を行う場合、前記冷熱源と前記除湿源とを共用化するのでもよい。
また、前記冷却可否の判定段階は、空調対象室内の目標温度と、前記除湿部出口の空気の温度とを比較し、前者の温度が、後者の温度より低い場合には、冷却必要と判定し、高い場合には、冷却不必要と判定するのがよい。
さらに、前記加熱可否の判定段階は、空調対象室内の目標温度と、前記除湿部または前記冷却部出口の空気の温度とを比較し、前者の温度が、後者の温度より高い場合には、加熱必要と判定し、低い場合には、加熱不必要と判定するのがよい。
さらにまた、前記加湿可否の判定段階は、空調対象室内の目標湿度と、前記加熱部により加熱後の空気湿度とを比較し、前者の目標湿度が、後者の空気湿度より高い場合には、加湿必要と判定し、低い場合には、加湿不必要と判定するのがよい。
さらに、前記除湿源および/または前記冷熱源は、蒸気圧縮式冷凍機、吸収式冷凍機、吸着式冷凍機、地下水、海洋深層水のいずれかであり、選択した冷熱源に応じて、エネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用するのがよい。

さらにまた、前記加熱源は、ボイラ、ヒートポンプ、廃温水、地熱、太陽熱温水器、電気ヒータのいずれかであり、選択した加熱源に応じて、エネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用するのがよい。
加えて、前記加湿源は、ボイラ、蒸気、超音波加湿器、電極式加湿器のいずれかであり、選択した冷熱源に応じて、エネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用するのがよい。
また、前記空調設備に対する評価項目は、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストの組み合わせであり、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストそれぞれに対して、零を含む重み付け係数を設定し、それぞれ重み付け係数を乗じた原油換算量、排出ＣＯ２量、および空調設備運転コストの合計が、数値化すべき空調設備に対する評価項目であるのがよい。

上記課題を達成するために、本発明の空調ユニットは、
空調対象室内へ空気を流入し、空調対象室内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気を戻す空調設備であって、外気を導入した空気を除湿する除湿部と、外気を導入した空気を冷却する冷却部 と、冷却除湿された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気を加湿する加湿部と、をこの順に有し、
該空調設備から空調対象室への往管路と、空調対象室から該空調設備への復管路と、外気の空調設備への導入管路と、該復管路に連通接続される排出管路とがさらに設けられ、
復管路または導入管路に第1電動弁、排出管路に第２電動弁が設けられ、
該第1電動弁および/または該第２電動弁の開度を調整する制御装置が設けられ、
該制御装置は、
数値化すべき、空調設備に対する評価項目の選択と、空調対象室内の目標温度および/又は目標湿度、空調対象室内の熱負荷、および外気温度および/又は外気湿度からなる前提条件と、換気比率、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれのエネルギー消費量に対する選択する評価項目への換算係数、換気比率の計算刻み幅からなる計算条件とを設定する段階と、
空調対象室内の除湿の必要性の可否を判定する段階と、除湿の必要性がある場合、除湿源のエネルギー消費量に基づいて、除湿源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の冷却の必要性の可否を判定する段階と、冷却の必要性がある場合、冷熱源のエネルギー消費量に基づいて、冷熱源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の加熱の必要性の可否を判定する段階と、加熱の必要性がある場合、加熱源のエネルギー消費量に基づいて、加熱源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の加湿の必要性の可否を判定する段階と、加湿の必要性がある場合、加湿源のエネルギー消費量に基づいて、加湿源における評価項目を数値化し、
除湿、冷却、加熱および加湿それぞれの可否を判定する段階の判定結果に基づいて、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれの評価項目数値の合計を算出する段階と、
換気比率をパラメータとして、前記計算刻み幅に基づいて、前記除湿、前記冷却、前記加熱、および前記加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、前記評価項目合計数値を算出することにより、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階と、を有する制御アルゴリズムを有し、
該1電動弁および/または該第２電動弁の開度を調整することにより、前記空調設備への換気比率が調整可能である、構成としている。

また、空気の空調対象室から外部への排出管路は、前記空調対象室から前記空調設備への前記復管路の空調対象室側近傍に接続され、外気の空調設備への導入管路は、前記空調対象室から前記空調設備への前記復管路の前記空調設備側近傍に接続されるのがよい。

上記課題を達成するために、本発明の空調ユニット向け制御装置は、
空調対象室内へ空気を流入し、空調対象室内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気を戻す空調設備であって、外気を導入した空気を除湿する除湿部と、外気を導入した空気を冷却する冷却部 と、冷却除湿された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気を加湿する加湿部と、をこの順に有する空調設備に対する制御装置であって、
該制御装置は、
数値化すべき、空調設備に対する評価項目の選択と、空調対象室内の目標温度および/又は目標湿度、空調対象室内の熱負荷、および外気温度および/又は外気湿度からなる前提条件と、換気比率、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれのエネルギー消費量に対する選択する評価項目への換算係数、換気比率の計算刻み幅からなる計算条件とを設定する段階と、
空調対象室内の除湿の必要性の可否を判定する段階と、除湿の必要性がある場合、除湿源のエネルギー消費量に基づいて、除湿源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の冷却の必要性の可否を判定する段階と、冷却の必要性がある場合、冷熱源のエネルギー消費量に基づいて、冷熱源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の加熱の必要性の可否を判定する段階と、加熱の必要性がある場合、加熱源のエネルギー消費量に基づいて、加熱源における評価項目を数値化し、
空調対象室内の加湿の必要性の可否を判定する段階と、加湿の必要性がある場合、加湿源のエネルギー消費量に基づいて、加湿源における評価項目を数値化し、
除湿、冷却、加熱および加湿それぞれの可否を判定する段階の判定結果に基づいて、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれの評価項目数値の合計を算出する段階と、
換気比率をパラメータとして、前記計算刻み幅に基づいて、前記除湿、前記冷却、前記加熱、および前記加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、前記評価項目合計数値を算出することにより、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階と、を有する制御アルゴリズムを有し、
算出された評価項目合計数値を最適化する換気比率に基づいて、該空調対象室から該空調設備への復管路または導入管路に設けられる第1電動弁、および/または空気の空調対象室から外部への排出管路に設けられる第２電動弁の開度を調整することにより、前記空調設備への換気比率が調整可能である、構成としている。

また、前記制御装置は、前記評価項目の選択と、前記前提条件と、前記計算条件とからなる設定条件を入力する入力部と、
設定条件を記憶する設定条件記憶部と、空気線図データベースとを記憶する記憶部と、
前記入力部から入力された設定条件に基づいて、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する演算部と、
該演算部により算出された評価項目合計数値を最適化する換気比率に基づいて、前記第１電動弁および/または前記第２電動弁の開度を制御する制御信号を送信する出力部と、を有するのがよい。
さらに、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階は、所与の計算刻み幅で換気比率を変動させて、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率候補を算出した場合に、該評価項目合計数値を最適化する換気比率候補の前後で所与の計算刻み幅より計算刻み幅を小さくすることにより、より正確な該評価項目合計数値を最適化する換気比率を計算し直すのがよい。

さらにまた、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率のもとで、前記空調対象室内へ流入される空気温湿度が前記目標温湿度に一致するように、前記除湿源および／または前記冷熱源の冷熱媒、および／または前記加熱源の熱媒、および／または前記加湿源の熱媒の流量をフィードバック制御するのがよい。
加えて、前記空調対象室内は、エンジンベンチであり、エンジンの試験条件に応じて、前記空調対象室内の負荷条件が変動するのでもよい。
また、予め定められたエンジンの試験条件により、前記空調対象室内の負荷条件の変動スケジュールを設定し、設定した変動スケジュールに応じて、フィードフォワード制御するのでもよい。
さらに、前記空調対象室内は、恒温恒湿室であり、季節または昼夜に応じて変動する外気温湿度を測定すべきスケジュールを予め設定しておき、設定されるスケジュールにより外気温湿度が測定されるたびに、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出するのでもよい。
さらにまた、前記空調対象室内の負荷は、前記空調対象室内へ流入される空気の温湿度と、前記空調対象室内から流出される空気の温湿度との差分により、算出するのでもよい。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。
空調対象室１４内を空調する空調設備１０は、図１に示すように、従来既知のタイプであり、空調対象室１４内へ空気を流入し、空調対象室１４内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気を戻す空調設備１０であって、外気を導入した空気を除湿する除湿部２４と、外気を導入した空気を冷却する冷却部２６ と、冷却除湿された空気を加熱する加熱部２８と、加熱された空気を加湿する加湿部３２と、をこの順に有し、空気の温度および/又は湿度を調整することにより、空調対象室１４内を空調するように概略構成されている。

より詳細には、空調設備１０は、家屋、ビル、工場、公共施設等の建築物内に含まれる空調対象室１４内において、空気調和を実現するシステムである。
空調設備１０は、空調対象室１４内に対して、空調済みの空気を供給する空調機３１と、空調機３１に対して、冷水および/または熱水を供給する熱源１５とから、概略構成され、空調機３１により空調された空気は、給気ダクト１２を介して空調対象室１４内に供給され、空調対象室１４内で空調済みの空気は、負荷を受けた後還気ダクト２０を介して空調機３１の入口に戻され、空調機３１と熱源１５とは、熱水および冷水が往来するようにしている。
空調機３１は、後に説明するように、空調対象室１４内から還流される空気と、外気とを所定割合で取り入れ、冷却/加熱、加湿/除湿したうえで、空調済みの空気を空調対象室１４内に供給するように構成している。

空調機３１には、各種センサー（図示せず）、 例えば、空調機３１内に吸入される外気の温度及び湿度を検出する空気温度センサー及び空気湿度センサー２３、並びに、空調対象室１４内に流入する空気温度センサー及び空気湿度センサー２５、空調対象室１４内から流出する空気温度センサー及び空気湿度センサー２７が配置されている。
空調機３１は、空調機３１に含まれる各部の動作を制御する空調機制御部（図示せず）を有する。空調機制御部は、ＣＰＵやメモリ及び各 種電装品等で構成される。空調機制御部は、空調機３１に含まれる各機器と配線を介して接続される。空調機制御部は、室内に配置される各種センサーと電気的に接続され、空調対象室１４内に設置されるリモコン（図示せず）と通信可能に接続され、通信線を介して制御装置及びリモコン（図示せず）と電気的に接続されてもよい。

例えば、空調機３１において加湿部３２として気化式加湿器を用いて少換気量で外気を給気している際に空調対象室１４内に加湿不足が発生しそうな場合、加湿部３２の入口での空気の温度を上昇させるだけで、処理風量を増大させることなく、消費電力を抑制しつつ、加湿量を増加させることができる。

空調設備１０から空調対象室１４への往管路１２と、空調対象室１４から空調設備１０への復管路１６と、外気の空調設備１０への導入管路２１と、復管路１６に連通接続される排出管路１９とがさらに設けられる。
復管路１６に第1電動弁６０、排出管路１９に第２電動弁６２が設けられ、第1電動弁６０および第２電動弁６２の開度を調整する制御装置６８が設けられる。第1電動弁６０は、導入管路２１の途中に設けるのでもよい。
空気の空調対象室１４から外部への排出管路１９は、空調対象室１４から空調設備１０への復管路１６の空調対象室１４側近傍に接続され、外気の空調設備１０への導入管路２１は、空調対象室１４から空調設備１０への復管路１６の空調設備１０側近傍に接続される。

復管路である給気ダクト１２は、外気を含む空気の流路を形成する部材である。給気ダクト１２は、風量調整部（図示せず）が駆動することで外気が流入するように、一端が空調機３１に接続される一方、給気ダクト１２の他端は、空調対象室１４内に連通する。具体的には、給気ダクト１２の他端は、空調対象室１４内の天井に形成された給気口に接続される。復管路である還気ダクト２０は、同様に、外気の流路を形成する部材であり、還気ダクト２０は、一端が空調機３１に接続される一方、給気ダクト１２の他端は、空調対象室１４内に連通する。

図１に示すように、空調対象室１４内からの還気ダクト２０は、途中に第1電動弁６０を有し、空調機３１への入り口手前で、外気導入ダクト２１と連通し、外気導入ダクト２１を介して、外気を導入し、第1電動弁６０を通過の還気と還気ダクト２０に接続する手前で合流するようにしている。
第1電動弁６０は、電動モーター６４により開閉度が調整可能であり、電動モーター６４は、排出管路１９に設けられる第２電動弁６２の開閉度を調整する電動モーター６６と同様に、制御部６８に接続され、制御部６８により、第1電動弁６０および第1電動弁６２それぞれの開閉度が制御されるようにしている。これにより、還気ダクト２０により空調対象室１４内から空調機３１へ還流される空気量と、外気導入ダクト２１により外部から空調機３１へ給気される外気の空気量との比（換気比率）を調整することが可能である。

空調機３１は、主として、上流から下流に向かって、風量調整部２２、熱交換部２９、及び加湿部３２をこの順に有している。
風量調整部は、外気と還気との混合空気を空調機３１内に取り込み、給気ダクト１２へ送る送風機である。 送風機の型式については特に限定されないが、例えば、シロッコファン等の給気ファンを用いてもよい。風量調整部は、ファンモーターを含み、ファンモーターがインバータ制御されることによって回転数が調整されるのでもよい。風量調整部は、空調対象室１４内へ給気される空気の風量である処理風量を調整する。
熱交換部２９は、所定換気比率の空気の冷却器２６及び加熱器２８からなり、伝熱管及び伝熱フィンを有する。熱交換器２９では、伝熱管及び伝熱フィンの周囲を通過する混合気と、伝熱管を通過する熱媒体との間で熱交換が行われる。より詳細には、風量調整部の下流側に隣接する冷却器２６は、伝熱管及び伝熱フィンの周囲を通過する風量調整部２２からの混合気と、冷水往路５０からの伝熱管を通過する冷水との間で熱交換が行われ、混合気が冷却され、加熱された冷水は、冷水復路５２を介して熱源１５である冷却除湿源３８に戻され、一方、冷却器２６の下流側に隣接する加熱器２８は、伝熱管及び伝熱フィンの周囲を通過する冷却器２６からの混合気と、熱水往路５４からの伝熱管を通過する熱水との間で熱交換が行われ、混合気が加熱され、冷却された熱水は、熱水復路５６を介して熱源１５である加熱源４０に戻される。以上のように、本実施形態においては、除湿部において、空調対象室内の冷却により除湿を行うことにより、冷熱源と除湿源とを共用化して、冷却除湿源３８としている。
加湿部３２は、熱交換部を通過した混合気を加湿する。加湿部３２の方式や型式は特に限定されないが、例えば、加湿源４４から往路５８を介して水を噴霧する加湿器を用いてもよい。なお、最下流側に、フィルター３２が設置されている。

除湿部２４および冷却部２６への冷却除湿源３８は、蒸気圧縮式冷凍機、吸収式冷凍機、吸着式冷凍機、地下水、海洋深層水のいずれかであり、選択した冷熱源に応じて、後に説明するエネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用する。
加熱部２８への加熱源４０は、ボイラ、ヒートポンプ、廃温水、地熱、太陽熱温水器、電気ヒータのいずれかであり、選択した加熱源に応じて、後に説明するエネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用する。
加湿部３２への加湿源４４は、ボイラ、蒸気、超音波加湿器、電極式加湿器のいずれかであり、選択した加湿源に応じて、後に説明するエネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用する。
除湿部２４と冷却部２６とにおいて、除湿部２４における除湿の手段として、除湿対象の空気を冷却してもよく、この場合、除湿部２４の下流に冷却部２６を設けることなく、冷却除湿部２４とするのでもよく、除湿後の空気温度の調整は、下流側の加熱部２８で調整するのでよい。

図２に示すように、空調機制御部６８は、記憶部１３２、演算制御部１３３ 、入力部１３４、および出力部１３５を有する。記憶部１３２と演算制御部１３３ との間で信号の送受信可能に接続され、演算制御部１３３と入力部１３４、出力部１３５との間でそれぞれ信号の送信、受信可能に接続されている。
入力部１３４において、後に説明する評価項目の選択と、前提条件と、計算条件とからなる設定条件を入力する。

データ記憶部１３１には、実運転データ記憶部１３２ａ、設定条件記憶部１３２ｂ、および空気線図データベース１３２cが設けられる。なお、実運転用データ記憶部１３２ は、必要に応じて設けられるものであり、例えば、評価項目合計数値を最適化する換気比率をシミュレーション計算する前提条件を、実運転データ記憶部１３２ａに必要なデータを記憶させるようにしてもよい。
空気線図データベース１３２cは、湿り空気の熱的性質を１気圧のもとで表した線図であり、（１）乾球温度、（２）湿球温度、（３）露点温度、（４）相対湿度、（５）絶対湿度、（６）比エンタルピ、および（７）顕熱比 のうち、２項目を特定することにより、他の項目の数値の読み取り可能なデータベースであり、演算制御部１３３において、評価項目合計数値を最適化する換気比率をシミュレーション計算する途中段階において、利用される。
運転データは、それぞれ入力部１３４及び演算制御部１３３を介して、それぞれ対応する記憶部に格納される。また、運転データ記憶部１３２ａには、実運転データの実測値が格納されるようになっている。
評価項目合計数値を最適化する換気比率をシミュレーション計算する場合、演算制御部１３３が、測定温度１３１aおよび測定湿度１３１ｂに基づき、データ記憶部１３２ａに格納されているデータを用いて、換気比率を算出し、その過程で算出される冷却除湿源３８、加熱源４０、および加湿源４４における評価項目の数値化データ（後に説明）を記憶部１３２に格納する。

演算部１３３において、入力部１３４から入力された設定条件に基づいて、換気比率をパラメータとして、空気線図データベース１３２cも利用して、評価項目合計数値をシミュレーション計算し、評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する。
より詳細には、制御装置６８の演算制御部１３３は、数値化すべき空調設備１０に対する評価項目の選択と、空調対象室１４内の目標温度および/または目標湿度、空調対象室１４内の熱負荷、および外気温度および/または外気湿度からなる前提条件と、換気比率、除湿部２４および冷却部２６向け冷却除湿源３８、加熱部２８向け加熱源４０、および加湿部３２向け加湿源４４それぞれのエネルギー消費量に対する選択する評価項目への換算係数、換気比率の計算刻み幅からなる計算条件とを設定する段階と、
空調対象室１４内の除湿の必要性の可否を判定する段階と、除湿の必要性の可の場合、除湿源のエネルギー消費量に基づいて、冷却除湿源３８における評価項目を数値化し、
空調対象室１４内の冷却の必要性の可否を判定する段階と、冷却の必要性がある場合、冷却除湿源３８のエネルギー消費量に基づいて、冷却除湿源３８における評価項目を数値化し、
空調対象室１４内の加熱の必要性の可否を判定する段階と、加熱の必要性の可の場合、加熱源４０のエネルギー消費量に基づいて、加熱源４０における評価項目を数値化し、
空調対象室１４内の加湿の必要性の可否を判定する段階と、加湿の必要性の可の場合、加湿源４４のエネルギー消費量に基づいて、加湿源４４における評価項目を数値化し、
除湿、冷却、加熱および加湿それぞれの可否を判定する段階の判定結果に基づいて、除湿部２４および冷却部２６向け冷却除湿源３８、加熱部２８向け加熱源４０、および加湿部３２向け加湿源４４それぞれの評価項目数値の合計を算出する段階と、
換気比率をパラメータとして、除湿、加熱、および加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、評価項目合計数値を算出することにより、評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階と、を有する制御アルゴリズムを具備する。
出力部１３５において、演算部１３３により算出された評価項目合計数値を最適化する換気比率に基づいて、第1電動弁６０および/または第２電動弁６２の開度を制御する制御信号を送信する。

以上、外気温湿度および空調機の取込空気の温湿度に基づく、評価項目合計数値を最適化する換気比率の算出は、演算制御部１３３ によって、以下の制御アルゴリズムによって実行される。なお、制御部６８に含まれる上記の機能は、通常のパーソナルコンピュータなどを用いることにより実現することができる

図３に示すように、ステップ０において、評価項目の選定、前提条件、計算条件について、条件設定を行う。評価項目の選定は、原油量、ＣＯ２量、および運転コストのうちいずれかを選択し、外気導入比率rの決定の基礎とする。前提条件は、空調室内目標温湿度、および外気温湿度であり、空調室の使用目的に応じて、空調室内目標温湿度を設定し、季節、昼夜に応じて、外気温湿度を設定する。計算条件は、冷却除湿源３８、加熱源４０、加湿源４４のＣＯＰ、加湿源４４のエネルギー消費量―評価値の換算係数、外気導入比率rの計算刻み幅Δrである。
空調設備１０に対する評価項目は、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストのいずれか、または組み合わせであり、それに応じて、選択した評価項目を数値化するのに、冷却除湿源３８、加熱源４０、および加湿源４４それぞれに必要なエネルギー消費量ー評価項目数値間の換算係数を用いる。
空調設備１０に対する評価項目は、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストの組み合わせであり、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストそれぞれに対して、零を含む重み付け係数を設定し、それぞれ重み付け係数を乗じた原油換算量、排出ＣＯ２量、および空調設備運転コストの合計が、数値化すべき空調設備１０に対する評価項目でもよい。
この場合、各重み付け係数も予め設定しておく。

次いで、ステップ１において、外気導入比率ｒの初期値0を設定する。
次いで、ステップ２において、空調対象室出口空気の温湿度、外気の温湿度および外気導入比率ｒより空調機入口温湿度を算出する。この時、風量調整部２２の温度上昇を考慮して除湿部入口温湿度を算出してもよい。

次いで、ステップ３において、空調対象室１４内の除湿の必要性を判定する。
より具体的には、空調対象室１４内の除湿の必要性の可否を判定する段階と、除湿の必要性の可の場合、冷却除湿源３８のエネルギー消費量に基づいて（ステップ４）、冷却除湿源３８における評価項目を数値化する（ステップ５）。
この場合、除湿可否の判定段階は、空調対象室１４内の目標温度および目標湿度から算出される露点温度と、所定換気比率で混合した空調設備１０入口の空気の温度および湿度から算出される露点温度とを比較し、前者の露点温度が、後者の露点温度より低い場合には、除湿必要と判定し、高い場合には、除湿不必要と判定する。

次いで、ステップ６において、空調対象室１４内の冷却の必要性の可否を判定し、冷却の必要性がある場合、冷却除湿源３８のエネルギー消費量に基づいて（ステップ７）、冷熱源における評価項目を数値化する（ステップ８）。
次いで、ステップ９において、空調対象室１４内の加熱の必要性を判定する。
より具体的には、空調対象室１４内の加熱の必要性の可否を判定する段階と、加熱の必要性の可の場合、加熱源４０のエネルギー消費量に基づいて（ステップ１０）、加熱源４０における評価項目を数値化する（ステップ１１）。
この場合、加熱可否の判定段階は、空調対象室１４内の目標温度と、除湿部２４または冷却部２６出口の空気の温度とを比較し、前者の温度が、後者の温度より高い場合には、加熱必要と判定し、低い場合には、加熱不必要と判定する。

次いで、ステップ１２において、空調対象室１４内の加湿の必要性を判定する。
より具体的には、空調対象室１４内の加湿の必要性の可否を判定する段階と、加湿の必要性の可の場合、加湿源４４のエネルギー消費量に基づいて（ステップ１３）、加湿源４４における評価項目を数値化する（ステップ１４）。
この場合、加湿可否の判定段階は、空調対象室１４内の目標湿度と、加熱部２８により加熱後の空気湿度とを比較し、前者の目標湿度が、後者の空気湿度より高い場合には、加湿必要と判定し、低い場合には、加湿不必要と判定する。

次いで、ステップ１５において、除湿、冷却、加熱および加湿それぞれの可否を判定する段階の判定結果に基づいて、除湿部２４および冷却部２６向け冷却除湿源３８、加熱部２８向け加熱源４０、および加湿部３２向け加湿源４４それぞれの評価項目数値（ステップ５、ステップ８、ステップ１１およびステップ１４）の合計を算出する。
次いで、ステップ１６において、外気導入比率rが１００％以上であるかを判定し、１００％未満であれば、ステップ１７に進み、１００％以上であれば、ステップ１８に進む。
次いで、ステップ１７において、外気導入比率rをr＋Δrとして、ステップ３に進む。

次いで、ステップ１８において、評価項目数値を最小化するrを決定する。より詳細には、換気比率rをパラメータとして、除湿、冷却、加熱、および加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、評価項目合計数値を算出することにより、評価項目合計数値を最適化する換気比率rを算出する。
評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階は、冷却部２６向け冷却除湿源３８、除湿部２４向け冷却除湿源３８、加熱部２８向け加熱源４０、および加湿部３２向けの加湿源４４の評価項目合計数値を、換気比率を０％から１００％まで、パラメータとして、計算刻み幅に基づいてシミュレーションし、評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出することにより行う。
評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階は、所与の計算刻み幅で換気比率を変動させて、評価項目合計数値を最適化する換気比率候補を算出した場合に、評価項目合計数値を最適化する換気比率候補の前後で所与の計算刻み幅より計算刻み幅を小さくすることにより、より正確な評価項目合計数値を最適化する換気比率を計算し直すのでもよい。
なお、空調対象室１４内の負荷は、空調対象室１４内へ流入される空気の温湿度と、空調対象室１４内から流出される空気の温湿度との差分により、算出する。

次いで、ステップ１９において、評価項目合計数値を最適化する換気比率rに基づいて、第１電動弁６０および/または第２電動弁６２の開度を調整し、終了する。なお、第1電動弁６０、第２電動弁６２により、予め計算された所定換気率に設定されたら、設定された所定換気率に基づいて、熱源１５側において、空調対象室１４内が目標温度、目標温度に達するように、たとえば、通常のフィードバック制御を行えばよい。

変形例として、評価項目合計数値を最適化する換気比率のもとで、空調対象室１４内へ流入される空気温湿度が目標温湿度に一致するように、冷却除湿源３８の冷媒および／または加熱源４０の熱媒および／または加湿源４４の熱媒の流量をフィードバック制御するのでもよい。

空調対象室１４内は、エンジンベンチでもよく、エンジンの試験条件に応じて、空調対象室１４内の負荷条件が変動することから、予め定められたエンジンの試験条件により、空調対象室１４内の負荷条件の変動スケジュールを設定し、設定した変動スケジュールに応じて、フィードフォワード制御するのでもよい。
空調対象室１４内は、恒温恒湿室でもよく、季節または昼夜に応じて変動する外気温湿度を測定すべきスケジュールを予め設定しておき、設定されるスケジュールにより外気温湿度が測定されるたびに、評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出するのでもよい。

以上の構成を有する空調設備１０の制御方法によれば、たとえば、季節または昼夜に応じて外気温度が変動する場合において、空調対象室１４内の設定温湿度が室温のもとで、冬季で外気が低温低湿度の場合、換気比率を調整することにより、空調対象室１４内から環気して空調機３１に戻す時間当たりの空気量が外部から空調機３１に取り入れる外気の時間当たりの空気量より多くなるように空気量比を調整する一方、夏季で外気が高温高湿度の場合、換気比率を調整することにより、空調対象室１４内から環気して空調機３１に戻す時間当たりの空気量が外部から空調機３１に取り入れる外気の時間当たりの空気量より少なるように空気量比を調整することにより、季節または昼夜を問わず、常時、空調対象室１４内から環気して空調機３１に戻さず、空調対象室１４内からすべて外部に排気したり、逆に、空調対象室１４内から外部に排気することなく、空調対象室１４内からすべて環気して空調機３１に戻す場合に比し、空調対象室１４内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気、すなわち、空調機３１入口に供給する空調用空気を調整することにより、空調対象室１４内を目標温湿度に制御するのに、冷却除湿源３８、加熱源４０、および加湿源４４それぞれに必要なエネルギー消費量 を算出し、原油量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コスト等空調設備１０に対する評価項目を選択したうえで、冷却除湿源３８、加熱源４０、および加湿源４４それぞれにおいて、エネルギー消費量ー評価項目数値間の換算係数に基づいて、評価項目数値を最小化する換気比率を算出することにより、空調設備１０を最適に制御することが可能である。

以下に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様な構成要素については、同様な参照番号を付することによりその説明は省略し、以下では、本実施形態の特徴部分について詳細に説明する。
本発明の第２実施形態の特徴は、熱源にヒートポンプユニットを用いる点にあり、原油量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コスト等空調設備１０に対する評価項目を選択したうえで、冷却除湿源、加熱源４０、および加湿源４４それぞれにおいて、エネルギー消費量ー評価項目数値間の換算係数に基づいて、評価項目数値を最小化する換気比率を算出する点においては、第１実施形態と同様であるが、第１実施形態においては、冷却除湿源、加熱源４０、および加湿源４４それぞれを別個独立に設けているのに対して、本実施形態においては、加熱源４０と冷却除湿源３８について、ヒートポンプユニットを共用化している点にある。

ヒートポンプユニット４０は、従来既知のタイプである。
図７および図８において、ヒートポンプユニット４０は、概略的には、圧縮機１０４の吐出側に一端が接続された冷媒往管１０２の他端が、凝縮器１０８、電子膨張弁１１０を介して蒸発器１０６の１次側流路入口に接続され、１次側流路出口に一端が接続された冷媒復管１０３の他端が、アキュムレータ１１２を介して、圧縮機１０４の吸入側に接続され、冷媒回路を構成している。冷媒については、たとえば、フロン系として、Ｒ１３４aおよびＲ３２、非フロン系として、アンモニア冷媒および二酸化炭素冷媒を用いてもよい。

蒸発器１０６ は、乾式の蒸発器として構成され、蒸発器１０６ の内部に冷媒回路と接続された熱交換管（ 図示せず） が配設され、胴側に冷媒ガスが充満するようにして、冷水の熱回収をすることにより、冷媒を加熱している。
より詳細には、冷媒と管外の冷水とが熱交換し、冷媒液または気液混合冷媒が冷水を冷却することにより、蒸発器１０６の出口で冷媒が乾きガスとなって圧縮機１０４に吸引され、一方冷却された冷水が、冷水往路４６、５０それぞれを介して、空調機３１の除湿部２４および冷却部２６に供給され、除湿部２４および冷却部２６で加熱された冷水が冷水復路４８、５２それぞれを介して蒸発器１０６に戻されるようにしている。
一方、凝縮器１０８は、水冷式がよい。
より詳細には、冷媒ガスと管外の熱水とが熱交換し、冷媒ガスが熱水を加熱することにより、凝縮して液化され、一方加熱された熱水が、熱水往路５４を介して空調機３１の加熱部２８に供給され、加熱部２８で冷却された熱水が冷水復路５６を介して凝縮器１０８に戻されるようにしている。

圧縮機１０４ は、たとえば、容量制御式の往復圧縮機または回転あるいは遠心圧縮機が用いられる。特に、往復式圧縮機であれば、潤滑剤をクランク室等の低圧チャンバーに戻し、スクリュー圧縮機であれば、圧縮機ケーシングの低圧域又は中間圧域に戻すようにする。
冷媒回路における圧縮機１０４の駆動用モーター１２２ には、インバータ装置１２４ を設けて駆動用モーター１２２ を回転数制御できるようにしてある。

インバータ装置１２４には、制御部１２６が接続され、圧縮機１０４の容量制御を行うようにしている。
制御部１２６は、たとえば、冷媒吐出圧力が高圧カット値より低い第１閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吐出圧力が第１閾値より小さい第２閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吐出圧力が第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持するようにしている。

圧縮機１０４の下流側には油分離器１１４が設けられ、油分離器１１４で分離された潤滑剤は圧縮機１０４に戻される。油分離器１１４の下流側には、順に凝縮器１０８及び受液器（図示せず）が設けられ、受液器の下流側には、運転の開始時又は停止時に冷媒回路の開閉を行なう電磁弁（図示せず）と、たとえば、膨張弁として電子膨張弁１１０が設けられている。圧縮機１０４の上流側の冷媒往管１０３には、冷媒ガス温度を検出する温度センサー（図示せず）と冷媒ガス圧力を検出する圧力センサー１１６，１１８が設けられている。
電子膨張弁１１０には、従来既知の過熱度コントローラ（図示せず）が付設され、運転中に検出される検出過熱度が、過熱度設定値（目標過熱度）となるように、過熱度コントローラが、たとえばＰＩＤ制御により、電子膨張弁１１０の開度を調整するようにしてある。

以上の構成を有する空調設備１０の制御方法によれば、たとえば、季節または昼夜に応じて外気温度が変動する場合において、空調対象室１４内の設定温度が室温のもとで、冬季で外気が低温の場合、空調対象室１４内から環気して空調機３１に戻す時間当たりの空気量が外部から空調機３１に取り入れる外気の時間当たりの空気量より多くなるように空気量比を調整する一方、夏季で外気が高温の場合、空調対象室１４内から環気して空調機３１に戻す時間当たりの空気量が外部から空調機３１に取り入れる外気の時間当たりの空気量より少なるように空気量比を調整することにより、季節または昼夜を問わず、常時、空調対象室１４内から環気して空調機３１に戻さず、空調対象室１４内からすべて外部に排気したり、逆に、空調対象室１４内から外部に排気することなく、空調対象室１４内からすべて環気して空調機３１に戻す場合に比し、空調機３１の入口に供給する空調用空気を調整することにより、空調対象室１４内を設定条件に制御するのに、空調機３１を構成する機器のＣＯＰ等を考慮しつつ、熱源としてヒートポンプを用い、冷熱源および/または除湿源と加熱源の熱源機を共用化しつつ、省エネルギー化等最適な仕方で制御することが可能である。

本出願人は、以上の空調設備１０に基づいて、換気比率による原油換算値の変化のシミュレーション計算を行い、空調機３１の入口に供給する空調用空気を調整することにより、空調対象室１４内を設定条件に制御するのに、空調機３１を構成する機器のＣＯＰ等を考慮しつつ、省エネルギー化等最適な仕方で制御することが可能である点を確認している。
具体的には、本発明の実施形態に係る空調設備１０において、室内目標温湿度、室内負荷、空調機３１の循環風量が一定の場合、外気条件の変動に基づく、換気比率をパラメータとして、原油換算値の変化のシミュレーション計算を行った。

シミュレーション計算の前提条件として、外気条件、負荷条件、目標条件について、図４に示す。より具体的には、外気条件としては、各月における気温、および湿度、負荷条件としては、各月共通に、室内負荷として、顕熱および潜熱、目標条件として、各月共通に、室内吹き出し温度、室内吹き出し湿度を示し、各月共通に、空調風量を設定している。また、電力―原油換算係数、および産業用以外の蒸気―原油換算係数、並びに、冷熱供給ＣＯＰおよび電気加熱器ＣＯＰを設定している。
4月の場合におけるシミュレーション計算結果を図５に、１１月の場合におけるシミュレーション計算結果を図６に示す。
図５および図６によれば、外気温度が高い４月においては、蒸気加熱、電気加熱問わず、換気比率が３０％までは、原油換算値が下降し、換気比率を３０％近傍で最小となり、換気比率が３０％超えると１００％まで上昇し、一方、外気温度が低い１１月においては、蒸気加熱、電気加熱問わず、換気比率が８０％までは、原油換算値が下降し、換気比率を８０％近傍で最小となり、換気比率が８０％超えると１００％まで上昇する点が示されている。

以上、加熱、冷却、除湿、加湿それぞれを実行する機器の種類に応じて、空調設備１０のきめ細やかな最適な運転が可能となり、特に、ユーザーの重視するファクター（省エネ性、環境負荷、およびランニングコスト、またはこれらの組み合わせ）に応じて、空調設備１０のきめ細やかな最適な運転が可能となる点を確認した。
なお、季節に応じた最適値、日に応じた最適値、昼夜に応じた最適値がシミュレーション可能であり、評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出するシミュレーションのタイミングを、たとえば、タイマーにより、予め設定しておいてもよいし、または、予期せぬ室内の負荷変動に対応可能なように、監視状態のもとにおいて、所定の変動がある場合には、シミュレーションを自動的にスタートするようにしてもよい。
前者については、夏と冬、昼夜では、外気条件が大きく変動することから、予めシミュレーションのタイミングを設定しておくのに好都合であり、後者については、住居用室内でなく、たとえば、エンジンベンチのように、室内の目標温湿度または負荷変動が大きい場合に、好都合である。
フィードバック制御、ディファレンシャルを伴うオン・オフ制御が基本だが、所定の変動の時期および変動値が予めわかっている場合には、フィードフォワード制御でもよい。
記憶部において、オフライン運転を前提に、実運転データ記憶部１３２aを設けるものとして説明したが、オンライン運転をする場合、運転しながら、シミュレーション計算により最適運転を模索する場合には、実運転データ記憶部１３２aを省略してもよい。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において、当業者であれば、種々の修正あるいは変更が可能である。
たとえば、本実施形態において、空調設備１０における加熱部２８および冷却部２６について、原油換算値が最小になる換気比率を算出するものとして説明したが、それに限定されることなく、冷却部２６の冷媒、および加熱部２８の熱媒が、ヒートポンプユニットにより供給され、ヒートポンプユニットのＣＯＰを含め、空気量比を設定するのでもよい。

たとえば、本実施形態において、空調対象室１４内に空調用空気を供給する空調設備１０の制御方法として、運転条件に応じて、外部から空調機３１に取り入れる外気の時間当たりの空気量と、空調対象室１４内から環気して空調機３１に戻す時間当たりの空気量との空気量比を設定する場合、運転条件は、空調機３１に取り入れる外気の外気条件が、たとえば、季節または昼夜に応じて変動する場合を説明したが、それに限定されることなく、運転条件は、空調対象室１４内における負荷条件、および/または空調対象室１４内の目標温度および/または湿度、および/または空調機３１に取り入れる外気の外気条件であってもよく、たとえば、負荷条件、設定条件および外気条件すべてが変動する場合であってもよい。

たとえば、本実施形態において、冷却部２６は、伝熱管および伝熱フィンの周囲を通過する空気と、伝熱管内を流れる冷媒との間の熱交換器であり、熱交換部は、伝熱管および伝熱フィンの周囲を通過する空気と、伝熱管内を流れる熱媒との間の熱交換器であり、冷却部２６の駆動エネルギーの原油換算値と、熱交換部の駆動エネルギーの原油換算値との合計が最小となるように、外部から空調機３１に取り入れる外気の時間当たりの空気量と、空調対象室１４内から環気して空調機３１に戻す時間当たりの空気量との空気量比を設定し、空気量比を設定したら、ヒートポンプユニットにおける冷媒および／または熱媒の流量は、そのままで、成り行きとするものとして説明したが、それに限定されることなく、空調対象室１４内の測定温度が設定温度に一致するように、設定した空気量比に応じて、熱源側において、冷媒および／または熱媒の流量をフィードバック制御するのでもよい。

本発明の第１実施形態に係る空調設備１０の概略全体図である。 本発明の第１実施形態に係る空調設備１０の制御ユニットの概略図である。 本発明の第１実施形態に係る空調設備１０の制御ユニットにおける制御フローを示す図である。 本発明の実施形態に係る空調設備１０において、各月による、換気比率による原油換算値の変化のシミュレーション計算の前提条件を示す表である。 本発明の実施形態に係る空調設備１０において、４月の実測値に基づいて、換気比率による原油換算値の変化のシミュレーション計算結果を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る空調設備１０において、１１月の実測値に基づいて、換気比率による原油換算値の変化のシミュレーション計算結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る空調設備１０の図１と同様な図である。 本発明の第２実施形態に係る空調設備１０において、ヒートポンプユニットの詳細を示す図である。

１０ 空調設備
１２ 空気往路ダクト
１４ 空調対象室
１５ 熱源
１６ 空気復路ダクト
１８ 戻しダクト
１９ 排出管路
２１ 外気導入管路
２２ 風量調整部
２３ 温湿度センサー
２４ 除湿部
２５ 温湿度センサー
２６ 冷却部
２７ 温湿度センサー
２８ 加熱部
２９ 温湿度センサー
３０ 加熱部
３２ 加湿部
３４ フィルター
３６ 空気流出口
３８ 冷却除湿源
４０ 加熱源
４２ 第2加熱源
４４ 加湿源
４６ 冷水往路
４８ 冷水復路
５０ 冷水往路
５２ 冷水復路
５４ 熱水往路
５６ 熱水復路
５８ 加湿媒体供給路
６０ 第1電動弁
６２ 第２電動弁
６４ 第１電動弁用駆動モーター
６６ 第２電動弁用駆動モーター
６８ 制御部
７０ 流入口
７１ 室内負荷
７２ 流出口
１０６ 蒸発器
１０４ 圧縮機
１０８ 凝縮器
１１０ 電子膨張弁
１１４ 油分離器
１１２ アキュムレータ
１１６ 圧力センサー
１１８ 圧力センサー
１２０ 温度センサー
１２２ 電動機
１２４ インバータ装置
１２６ 制御装置
１２７ 電動弁の入出力
１３０ 冷凍制御装置
１３２ データ記憶部
１３２ａ 実運転データ記憶部
１３２ｂ 設定条件記憶部
１３２ｃ 空気線図データベース
１３３ 演算制御部
１３４ 入力部
１３５ 出力部

Claims (20)

1. 空調対象室内へ空気を流入し、空調対象室内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気を戻す空調設備であって、外気を導入した空気を除湿する除湿部と、外気を導入した空気を冷却する冷却部 と、冷却除湿された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気を加湿する加湿部と、をこの順に有し、空気の温度および/又は湿度を調整することにより、空調対象室内を空調する空調設備の制御方法であって、
   記憶部、演算制御部、入力部、および出力部を有し、該記憶部と該演算制御部との間で信号の送受信可能に接続され、該演算制御部と該入力部、該出力部との間でそれぞれ信号の送信、受信可能に接続されている空調設備制御部により、
   数値化すべき、空調設備に対する評価項目の選択と、空調対象室内の目標温度および/又は目標湿度、空調対象室内の熱負荷、および外気温度および/又は外気湿度からなる前提条件と、換気比率、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれのエネルギー消費量に対する選択する評価項目への換算係数、換気比率の計算刻み幅からなる計算条件とを設定する段階と、
   空調対象室内の除湿の必要性の可否を判定する段階と、除湿の必要性がある場合、除湿源のエネルギー消費量に基づいて、除湿源における評価項目を数値化し、
   空調対象室内の冷却の必要性の可否を判定する段階と、冷却の必要性がある場合、冷熱源のエネルギー消費量に基づいて、冷熱源における評価項目を数値化し、
   空調対象室内の加熱の必要性の可否を判定する段階と、加熱の必要性がある場合、加熱源のエネルギー消費量に基づいて、加熱源における評価項目を数値化し、
   空調対象室内の加湿の必要性の可否を判定する段階と、加湿の必要性がある場合、加湿源のエネルギー消費量に基づいて、加湿源における評価項目を数値化し、
   除湿、冷却、加熱および加湿それぞれの可否を判定する段階の判定結果に基づいて、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれの評価項目数値の合計を算出する段階と、
   換気比率をパラメータとして、前記計算刻み幅に基づいて、前記除湿、前記冷却、前記加熱、および前記加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、前記評価項目合計数値を算出することにより、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階とを、実行することを特徴する空調設備の制御方法。
2. 前記空調設備に対する評価項目は、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストのいずれか、または組み合わせであり、それに応じて、選択した評価項目を数値化するのに、冷熱源、除湿源、加熱源、および加湿源それぞれに必要なエネルギー消費量ー評価項目数値間の換算係数を用いる、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
3. 前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階は、前記冷却部向け冷熱源、前記除湿部向け除湿源、前記加熱部向け加熱源、および加湿部向けの加湿源の評価項目合計数値を、換気比率を０％から１００％まで、パラメータとして、前記計算刻み幅に基づいてシミュレーションし、評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出することにより行う、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
4. 前記除湿可否の判定段階は、空調対象室内の目標温度および目標湿度から算出される露点温度と、所定換気比率で混合した前記空調設備入口の空気の温度および湿度から算出される露点温度とを比較し、前者の露点温度が、後者の露点温度より低い場合には、除湿必要と判定し、高い場合には、除湿不必要と判定する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
5. 前記除湿部において、空調対象室内の冷却により除湿を行う場合、前記冷熱源と前記除湿源とを共用化する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
6. 前記冷却可否の判定段階は、空調対象室内の目標温度と、前記除湿部出口の空気の温度とを比較し、前者の温度が、後者の温度より低い場合には、冷却必要と判定し、高い場合には、冷却不必要と判定する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
7. 前記加熱可否の判定段階は、空調対象室内の目標温度と、前記除湿部または前記冷却部出口の空気の温度とを比較し、前者の温度が、後者の温度より高い場合には、加熱必要と判定し、低い場合には、加熱不必要と判定する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
8. 前記加湿可否の判定段階は、空調対象室内の目標湿度と、前記加熱部により加熱後の空気湿度とを比較し、前者の目標湿度が、後者の空気湿度より高い場合には、加湿必要と判定し、低い場合には、加湿不必要と判定する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
9. 前記除湿源および/または前記冷熱源は、蒸気圧縮式冷凍機、吸収式冷凍機、吸着式冷凍機、地下水、海洋深層水のいずれかであり、選択した冷熱源に応じて、エネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用し、および/または前記加熱源は、ボイラ、ヒートポンプ、廃温水、地熱、太陽熱温水器、電気ヒータのいずれかであり、選択した加熱源に応じて、エネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用し、および/または前記加湿源は、ボイラ、蒸気、超音波加湿器、電極式加湿器のいずれかであり、選択した冷熱源に応じて、エネルギー消費量に基づく評価項目の数値化の際、そのＣＯＰを利用する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
10. 前記空調設備に対する評価項目は、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストの組み合わせであり、原油換算量、排出ＣＯ２量、空調設備運転コストそれぞれに対して、零を含む重み付け係数を設定し、それぞれ重み付け係数を乗じた原油換算量、排出ＣＯ２量、および空調設備運転コストの合計が、数値化すべき空調設備に対する評価項目である、請求項２に記載の空調設備の制御方法。
11. 空調対象室内へ空気を流入し、空調対象室内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気を戻す空調設備であって、外気を導入した空気を除湿する除湿部と、外気を導入した空気を冷却する冷却部 と、冷却除湿された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気を加湿する加湿部と、をこの順に有し、
    該空調設備から空調対象室への往管路と、空調対象室から該空調設備への復管路と、外気の空調設備への導入管路と、該復管路に連通接続される排出管路とがさらに設けられ、
    復管路または導入管路に第1電動弁、排出管路に第２電動弁が設けられ、
    該第1電動弁および/または該第２電動弁の開度を調整する制御装置が設けられ、
    該制御装置は、
    数値化すべき、空調設備に対する評価項目の選択と、空調対象室内の目標温度および/又は目標湿度、空調対象室内の熱負荷、および外気温度および/又は外気湿度からなる前提条件と、換気比率、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれのエネルギー消費量に対する選択する評価項目への換算係数、換気比率の計算刻み幅からなる計算条件とを設定する段階と、
    空調対象室内の除湿の必要性の可否を判定する段階と、除湿の必要性がある場合、除湿源のエネルギー消費量に基づいて、除湿源における評価項目を数値化し、
    空調対象室内の冷却の必要性の可否を判定する段階と、冷却の必要性がある場合、冷熱源のエネルギー消費量に基づいて、冷熱源における評価項目を数値化し、
    空調対象室内の加熱の必要性の可否を判定する段階と、加熱の必要性がある場合、加熱源のエネルギー消費量に基づいて、加熱源における評価項目を数値化し、
    空調対象室内の加湿の必要性の可否を判定する段階と、加湿の必要性がある場合、加湿源のエネルギー消費量に基づいて、加湿源における評価項目を数値化し、
    除湿、冷却、加熱および加湿それぞれの可否を判定する段階の判定結果に基づいて、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれの評価項目数値の合計を算出する段階と、
    換気比率をパラメータとして、前記計算刻み幅に基づいて、前記除湿、前記冷却、前記加熱、および前記加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、前記評価項目合計数値を算出することにより、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階と、を有する制御アルゴリズムを有し、
    該第１電動弁および/または該第２電動弁の開度を調整することにより、前記空調設備への換気比率が調整可能である、ことを特徴とする空調ユニット。
12. 空気の空調対象室から外部への排出管路は、前記空調対象室から前記空調設備への前記復管路の空調対象室側近傍に接続され、外気の空調設備への導入管路は、前記空調対象室から前記空調設備への前記復管路の前記空調設備側近傍に接続される、請求項１１に記載の空調ユニット。
13. 空調対象室内へ空気を流入し、空調対象室内から流出する空気に対して、所定換気比率で外気を導入した空気を戻す空調設備であって、外気を導入した空気を除湿する除湿部と、外気を導入した空気を冷却する冷却部 と、冷却除湿された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気を加湿する加湿部と、をこの順に有する空調設備に対する制御装置であって、
    該制御装置は、
    数値化すべき、空調設備に対する評価項目の選択と、空調対象室内の目標温度および/又は目標湿度、空調対象室内の熱負荷、および外気温度および/又は外気湿度からなる前提条件と、換気比率、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれのエネルギー消費量に対する選択する評価項目への換算係数、換気比率の計算刻み幅からなる計算条件とを設定する段階と、
    空調対象室内の除湿の必要性の可否を判定する段階と、除湿の必要性がある場合、除湿源のエネルギー消費量に基づいて、除湿源における評価項目を数値化し、
    空調対象室内の冷却の必要性の可否を判定する段階と、冷却の必要性がある場合、冷熱源のエネルギー消費量に基づいて、冷熱源における評価項目を数値化し、
    空調対象室内の加熱の必要性の可否を判定する段階と、加熱の必要性がある場合、加熱源のエネルギー消費量に基づいて、加熱源における評価項目を数値化し、
    空調対象室内の加湿の必要性の可否を判定する段階と、加湿の必要性がある場合、加湿源のエネルギー消費量に基づいて、加湿源における評価項目を数値化し、
    除湿、冷却、加熱および加湿それぞれの可否を判定する段階の判定結果に基づいて、除湿部向け除湿源、冷却部向け冷熱源、加熱部向け加熱源、および加湿部向け加湿源それぞれの評価項目数値の合計を算出する段階と、
    換気比率をパラメータとして、前記計算刻み幅に基づいて、前記除湿、前記冷却、前記加熱、および前記加湿それぞれの必要性可否判定段階を繰り返して、前記評価項目合計数値を算出することにより、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階と、を有する制御アルゴリズムを有し、
    算出された評価項目合計数値を最適化する換気比率に基づいて、該空調対象室から該空調設備への復管路または導入管路に設けられる第1電動弁、および/または空気の空調対象室から外部への排出管路に設けられる第２電動弁の開度を調整することにより、前記空調設備への換気比率が調整可能である、ことを特徴とする空調ユニット向け制御装置。
14. 前記制御装置は、前記評価項目の選択と、前記前提条件と、前記計算条件とからなる設定条件を入力する入力部と、
    設定条件を記憶する設定条件記憶部と、空気線図データベースとを記憶する記憶部と、
    前記入力部から入力された設定条件に基づいて、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する演算部と、
    該演算部により算出された評価項目合計数値を最適化する換気比率に基づいて、前記第１電動弁および/または前記第２電動弁の開度を制御する制御信号を送信する出力部と、を有する、請求項１３に記載の空調ユニット向け制御装置。
15. 前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する段階は、所与の計算刻み幅で換気比率を変動させて、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率候補を算出した場合に、該評価項目合計数値を最適化する換気比率候補の前後で所与の計算刻み幅より計算刻み幅を小さくすることにより、より正確な該評価項目合計数値を最適化する換気比率を計算し直す、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
16. 前記評価項目合計数値を最適化する換気比率のもとで、前記空調対象室内へ流入される空気温湿度が前記目標温湿度に一致するように、前記除湿源および／または冷熱源の冷熱媒、および／または前記加熱源の熱媒、および／または前記加湿源の熱媒の流量をフィードバック制御する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
17. 前記空調対象室内は、エンジンベンチであり、エンジンの試験条件に応じて、前記空調対象室内の負荷条件が変動する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
18. 予め定められたエンジンの試験条件により、前記空調対象室内の負荷条件の変動スケジュールを設定し、設定した変動スケジュールに応じて、フィードフォワード制御する、請求項１７に記載の空調設備の制御方法。
19. 前記空調対象室内は、恒温恒湿室であり、季節または昼夜に応じて変動する外気温湿度を測定すべきスケジュールを予め設定しておき、設定されるスケジュールにより外気温湿度が測定されるたびに、前記評価項目合計数値を最適化する換気比率を算出する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。
20. 前記空調対象室内の負荷は、前記空調対象室内へ流入される空気の温湿度と、前記空調対象室内から流出される空気の温湿度との差分により、算出する、請求項１に記載の空調設備の制御方法。

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