JPH0480297B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各部屋の室温を独立に調整できる
可変風量制御システムを採用したダクト式の空気
調和機に関する。

〔従来の技術〕

エアーダクトを用いて、温度調節された空気を
各部屋へ分配し、空気調和（以下、空調という）
を行うセントラル空調システムは、加湿器や高性
能フイルタが容易に組み込め、外気処理や全熱交
換器の採用も可能で質の高い空調が行え、また、
空調する部屋には吹出口と吸込口しかなく、室内
スペースが有効に使え、さらに、熱搬送系のトラ
ブルも少ないなど、ヒートポンプチラー・フアン
コイル方式や、直膨式のパツケージエアコン分散
配置方式などに比べて、多くのメリツトを有して
ビル空調などに用いられている。

その中でも、省エネルギ運転が可能な可変風量
制御方式（以下、VAV方式という）は熱負荷の
異なる各部屋を独立に温度制御でき、使用しない
部屋の空調を停止させることも可能で、必要送風
量の大小に応じ、送風機の動力を可変して、運転
費を低減させることもできる。

また、同時使用率を考慮することにより、熱源
機の能力を小さく設計することができる。

VAV方式には、風量調節用ダンパの形式に応
じて、二つの方式がある。そのうちの一つは、バ
イパス形VAVユニツトを用いる方式で、室内負
荷に応じて、室内へ吹き出す風量と直接熱源機へ
戻す（バイパスさせる）風量の比率を調節する。

この方式は、送風量が一定のため、熱源機の能
力制御がむずかしいパツケージエアコンを用いた
システムに用いられることが多いが、送風機制御
による省エネルギ効果は少ない。

また、もう一つの方式は、絞り形VAVユニツ
トを用いる方式で、室内負荷に応じて室内への吹
出風量を任意の値に調節する。

この方式はダンパの開度に応じて変化するダク
ト内の圧力を検出し、この値が設定値になるよう
に送風機の容量を制御するので、負荷が少なくな
り、ダクト内の空気温度が一定に制御されるとき
には風量が少なくなるので、熱源機の所要能力が
小さくなると共に、送風機の動力も低減される。

絞り形VAVユニツトを用いた従来技術には、
特開昭57−196029号公報や日本冷凍協会発行の冷
凍空調便覧（新版・第４版、応用編）の図２．１
０ａが知られている。

第３図はこれら従来の空気調和機のシステム構
成図である。同図において、１は空調される部屋
で、ここでは３部屋の場合を示している。２は天
井内に配置された室内機で、エアーフイルタ３、
熱交換器４、送風機５から構成されている。６は
この室内機２の空気吹出口に接続されたメインダ
クト、７はこのメインダクトから部屋数に応じて
分岐された３本の枝ダクト、８はこの枝ダクト７
の途中に設けられた絞り形VAVユニツト、９は
このVAVユニツト内に回転可能に取付けられた
ダンパ、１０は上記枝ダクト７の末端の天井面に
取り付けられた吹出口、１１は部屋１のドアの下
部に設けられた吸込口、１２は廊下天井面に設け
られた天井吸込口、１３は天井吸込口と上記室内
機２を連絡する還気ダクト、１４は部屋１にそれ
ぞれ取付けられたルームサーモスタツト、１５は
上記メインダクト６内に取付られた温度検出器、
１６は同じくメインダクト６内に設けた圧力検出
器、１７は熱交換器４に接続したヒートポンプな
どの熱源機である。

次に、以上のように構成された従来の空気調和
機の動作について説明する。各ルームサーモスタ
ツトで使用者が設定した設定室温と検出された現
在の空気温度の温度差に応じて、ダンパ９の開度
を任意の位置にそれぞれ調節する。

このダンパ９の開度に応じ、メインダクト６内
の圧力が変化し、これを圧力検出器１６が検出
し、あらかじめ設定しておいた設定圧力になるよ
うに、送風機５の容量を変化させる。

また、送風量の変化にともない、熱交換器４の
出口空気温度が変わるため、この温度を温度検出
器１５で検出し、あらかじめ設定しておいた空気
温度になるように、熱源機１７の能力を制御す
る。

このようにして、ほぼ一定の温度になるように
調節された空気は吹出口１０から室内熱負荷の大
小に応じた風量で部屋１内へ吹き出す。そして、
部屋を空調した空気は吸込口１１から廊下などの
スペースを通り、天井吸込口１２へ流れ、還気ダ
クト１３を経由して、再び室内機２へ戻る。

第４図は上記冷凍空調便覧の図２．１４に示さ
れた冷房負荷に対するVAVユニツトの通過風量
の制御の様子を表す線図である。

この第４図において、横軸は冷房負荷、縦軸は
風量を表しているが、冷房負荷は現在の室温と設
定温度の差、風量はダンパ９の開度と置換えるこ
とができる。

冷房運転により室温が低下し、設定温度との差
が小さくなるにしたがい、ダンパ９は徐々に閉ま
り、熱負荷とバランスした風量を吹出口１０から
部屋１へ吹き出す。なお、暖房時も、暖房負荷と
風量との関係は同様である。

また他の従来技術として、実公昭56−35694号
公報などが知られている。これはダンパの開度制
御は手動で行い、送風機と熱源機の制御は自動で
行うVAV方式であり、送風静圧制御部と送風温
度制御部とタイマー装置を備え、始動時に室温を
設定室温に早く到達させるため、運転開始直後の
一定時間の間送風機または熱源機あるいは送風機
と熱源機を最大能力にして運転するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の絞り形VAVユニツトを用いた空気調和
機は、上記のように構成されているので、各部屋
の熱負荷が大きく異なる場合でも、枝ダクト７の
寸法や吹出口１０の寸法、吹出口１０の中に設け
られた風量調節用の絞り（図示せず）などで正確
な各部屋１の風量バランスを取る必要がなく、
VAVユニツト８のダンパ９が各部屋の熱負荷に
応じた風量を自動調節していた。

しかし、熱負荷は外気温や室内発生熱などによ
り大きく異なり、吹出空気温度とダクト内圧力が
いつも一定に制御される場合には、吹出空気温度
と圧力の設定値のとり方によつては、運転開始直
後の熱負荷が大きいとき、ダンパ９を全開にして
も能力が足らず、室温が設定値に中々到達しない
部屋１が出るという問題があつた。

また、実公昭56−35694号などに示される如く、
ダンパを手動制御し、運転開始後一定時間、送風
機または熱源機あるいは送風機と熱源機を最大能
力で運転する方式では、運転開始後の一定時間手
動でダンパ９を全開状態に設定し、その後各部屋
１の熱負荷に応じてダンパ９の開度を再調節する
手間がかかり、しかも、外気温や室内熱負荷状態
に関係なく一定時間最大能力で運転した場合、部
屋１によつては室温が設定室温を下回つてしまう
（冷房時）場合や、負荷が大きい場合は時間内に
各部屋１の室温が設定室温に到達しないまま、通
常の能力での運転に切り換わつてしまい、設定室
温になるまで長い時間がかかるという問題があつ
た。

この発明は、上記の問題点を解決するためにな
されたもので、熱負荷が大きいときでも良好な室
温の立上がり特性が得られる空気調和機を得るこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る空気調和機は、ルームサーモス
タツトの検出信号をもとに各部屋の熱負荷を測定
する熱負荷測定手段と、この測定結果に基づきダ
クトに設けられたダンパの開度を制御するダンパ
制御手段と、運転開始直後は上記熱負荷測定手段
によつて測定された熱負荷に基づき総熱負荷があ
る値以下になるまで送風機の運転圧力を最大値
に、もしくは送風機からの送風温度を最大値（暖
房時）に、または最小値（冷房時）に設定し、通
常運転時は圧力と温度を設定値に設定し、かつ圧
力検出器と温度検出器からの検出信号を入力とす
る運転状態測定手段と、この出力に基づき送風機
の容量と熱源機の能力の少なくとも一方を決定す
る手段と、この決定結果に基づき送風機及び熱源
機を制御する制御手段を設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、送風量決定手段及び能力
決定手段が運転状態測定手段からの出力に基づい
て運転開始後の送風圧力及び送風温度の設定値
を、熱負荷測定手段によつて測定された空調中の
各部屋の熱負荷の総和がゼロまたはある設定値に
到達するまで、その最大値または最小値に設定
し、それ以降の通常運転時の送風圧力と送風温度
をあらかじめ定められた設定値になるよう設定
し、この設定値と運転状態測定手段の出力に基づ
き送風機または熱源機の容量・能力を決定するこ
とで室温の立上がり特性の良好な空気調和を可能
する。

〔実施例〕

第１図はこの発明による空気調和機の一実施例
の全体構成図である。

この実施例は第１図から明らかなように、室内
機２の熱交換器４と接続され、温風または冷風を
発生させるための能力可変形の熱源機１７と、こ
の熱源機１７と接続された熱交換器４を通しての
冷温風を搬送する容量可変形の送風機５と、この
送風機５に接続したメインダクト６と、このメイ
ンダクト６の枝ダクト７の部分に配置された風量
調節用のダンパ９と、上記メインダクト６内の圧
力を検出する圧力検出器１６と、同じくメインダ
クト６内の温度を検出する温度検出器１５と、各
部屋に取付けられたルームサーモスタツト１４を
備え、各ルームサーモスタツト１４の検出信号は
熱負荷測定手段１８に入力され、これによつて各
部屋の熱負荷の大小を測定するようになつてい
る。ダンパ制御手段９は熱負荷測定手段１８の出
力に基づき各ダンパ９の開度を制御するものであ
る。また、上記圧力検出器１６と温度検出器１５
からの検出信号は運転状態測定手段２０に入力さ
れ、これによつてメインダクト６内の現在の圧力
と温度を測定し、この圧力と温度が運転開始直後
は空調中の各部屋の熱負荷の総和が０か、又はあ
る設定された値になるまで最大値に、通常運転時
は各々の設定値になるように送風量決定手段２１
及び能力決定手段２３によつて、それぞれの送風
機５及び熱源機１７の送風量と能力の値を決定
し、この決定手段２１の出力に基づき送風機５の
容量を送風機制御手段２２で制御し、決定手段２
３の出力に基づき熱源機１７の能力を熱源機制御
手段２４で制御するように構成されている。

次に、この第１図の実施例の動作について、第
２図の制御プログラムフローチヤートを参照しな
がら暖房時について説明する。なお、これらの制
御はマイクロコンピユータを利用して実現される
ものであるが、その回路はここでは省略する。ま
た、熱負荷に見合つた送風量を調節するためのダ
ンパ９の開度制御法についての詳細も省略する。

まず、空気調和機が暖房運転モードになると、
第２図に示す制御プログラムがスタートし、ステ
ツプ30で各部屋１のルームサーモスタツト１４か
らそれぞれの設定温度T_Oと現在の室温T_Rの値が
入力され、これに基づいて次のステツプ31で各ダ
ンパの開度決定がなされる。ここで、室温と設定
温度が等しければ、ダンパ９の開度変更は行われ
ず、室温T_Rが低くければ、ダンパ９を開ける方
向に、高ければ閉める方向に制御する（ステツプ
32）。

次のステツプ33では、ダンパ９の制御後のメイ
ンダクト６内の圧力Ｐが圧力検出器１６により、
同じく送風温度T_Sが温度検出器１５により検出
される。

次のステツプ34では、上記ステツプ30で検出さ
れたT_OとT_Rの値を用い、ルームサーモスタツト
１４のスイツチ等で暖房運転が停止させられてい
る非空調室を除く各部屋１の熱負荷の総和を求め
る。なお、ここでは熱負荷＝設定室温−室温と定
義する。

次のステツプ35において、熱負荷の総和がある
定められた値Ｃ（定数、Ｃ＝Odegであつてもよ
い）より大きいかどうか判定され、大きければ次
のステツプ36でフラグＦが１かどうか判定し、１
でないならばステツプ37で設定圧力P_Oが最大設
定圧力P_Onaxに、設定温度Ｔが最大設定温度T_nax
に設定される。

なお、上記ステツプ35で、「NO」と判定され
た場合はステツプ38へ進み、ここでフラグが１に
設定され、さらに次のステツプ39へ進み、設定圧
力はあらかじめ定めておいた設定値(A)に、設定温
度は設定値(B)にそれぞれ設定される。また、上記
ステツプ36で「YES」と判定された場合は、ス
テツプ39へ進む。

次のステツプ40では、各ダンパ９がすべて全閉
または運転限界を越える全閉に近い状態かどうか
判定され、全閉でなければ、次のステツプ41で現
在熱源機１７が運転されているかどうか判定され
る。運転されていれば次のステツプ42へ、また、
停止されていれば熱源機１７と送風機５を運転し
て（ステツプ42）、次のステツプ43へ進む。ステ
ツプ43では、ＰとP_Oとの値が比較され、P_O＞Ｐ
の関係ならば送風機５の容量がＰとP_Oの差に応
じてアツプされ（ステツプ44）、また、Ｐ＜P_Oの
関係ならば下げられる（ステツプ45）。

さらに、ＰがP_Oの不感帯ならば、回転数の変
更を行わず、次のステツプ46へ進む。このステツ
プ46では、インバータなどのコントローラによ
り、送風機５の回転数制御が行われる。

次のステツプ47では、設定温度Ｔと温度T_Sの
値が比較され、Ｔ＞T_Sの関係ならば、熱源機１
７の能力（熱源機１７がヒートポンプの場合は、
図示していないが圧縮機の回転数）をＴとT_Sの
差に応じてアツプし（ステツプ48）、Ｔ＜T_Sなら
ばダウンする（ステツプ49）。

また、ＴがT_Sの不感帯ならば、回転数の変更
を行わず、次のステツプ50へ進む。このステツプ
50は、インバータなどのコントローラにより、熱
源機１７の回転数制御が行われる。

なお、ステツプ50で各ダンパ９がすべて全閉と
判定された場合は、ステツプ51へ進み、ここで送
風機５と熱源機１７を停止させる。

以上の制御が一定時間間隔で繰り返される。こ
れらの一連の制御により、運転開始直後におい
て、ある特定の一室あるいは複数室の室温が設定
室温を下回つている場合は、設定圧力と設定温度
の値は最大値に設定され、またダンパ９の開度も
熱負荷の大小に比例するため、熱負荷の大きい部
屋１のダンパ９はほぼ全開状態となる。

この結果、熱負荷の大きい部屋１へは高温で大
風量の温風が供給され、室温を急速に高める。

一方、室温がほぼ満足されている部屋１のダン
パ９は絞られ、適切な風量の温風が供給される。

また、各部屋１の室温がすべて設定室温に近づ
き、総熱負荷の値が小さくなると、設定圧力と設
定温度は通常の設定値に戻される。

なお、上記実施例では、運転開始直後、能力を
大きくするために送風圧力と送風温度の両方を最
大値に設定するようにしていたが、騒音や熱源機
１７の効率等を考慮して、どちらか一方のみを最
大値に設定するようにしてもよい。

また送風機５と熱源機１７の能力を最大にする
方法として、上記実施例では送風圧力と送風温度
をある定められた設計上の最大値に設定するよう
にしていたが、これに限らず、送風機５または圧
縮機を許容最高回転数（あるいは最高運転周波
数）で運転するようにしてもよい。なお上記実施
例では、運転開始直後において送風圧力をすぐ最
大値に設定するようにしていたが、暖房時におい
ては送風温度が不快でない十分な温度まで上昇し
た後に最大値にするようにした方がより良好であ
る。

さらに上記実施例では、総熱負荷を求める方法
として、設定室温と室温の差を用いていたが、こ
の値はダンパ９の開度に反映されるため、この開
度により送風圧力と送風温度の設定値の変更を行
うようにしてもよい。つまり各ダンパ９の開度の
総和がある値以下になるまでは、最大能力で運転
する。

また上記実施例では、通常運転時の送風圧力と
送風温度の設定値を一定（定数Ａ，Ｂ）にする制
御としていたが、各種可変静圧制御法、可変送風
温度制御法を通常運転時に採用してもよい。

なお、総熱負荷の求め方のタイミングには、毎
制御ごとの計測、ある間隔をおいての計測、ある
時間内の積算値または平均値としての計測などい
くつかの方法がある。

また上記実施例では、運転状態測定手段２０か
ら熱源機制御手段２４までを第１図に示した順序
で順次実行するように構成したが、各手段の実行
時間は短く、順序もそれほど重要ではないため、
例えば各手段の順序を、運転状態測定手段２０、
送風量決定手段２１、能力決定手段２３、送風機
制御手段２２、熱源機制御手段２４のように入れ
換えてもよい。

さらに上記実施例では、送風機５をインバータ
により、熱源機１７もインバータにより回転数制
御することにより送風量・能力を制御していた
が、これは他の制御手段によつてもよい。

また、上記実施例では熱源機１７をセパレート
形のヒートポンプとしていたが、これは一体形の
ヒートポンプ、ガスフアーネス、フアンコイルユ
ニツトなどの他の熱源機であつてもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、運転開始直後
の送風圧力の値と送風温度の値を総熱負荷の値が
ある値以下になるまで最大値に設定するように構
成したので、熱負荷の大きい場合でも各室温を比
較的短時間に設定室温に到達させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の空気調和機の一実施例の全
体構成図、第２図は第１図の制御動作を示すフロ
ーチヤート、第３図は従来例の空気調和機の構成
図、第４図は従来の空気調和機の冷房負荷と風量
の関係を示す説明線図である。 １……部屋、２……室内機、４……熱交換器、
５……送風機、６……メインダクト、７……枝ダ
クト、９……ダンパ、１４……ルームサーモスタ
ツト、１５……温度検出器、１６……圧力検出
器、１７……熱源機、１８……熱負荷測定手段、
１９……ダンパ制御手段、２０……運転状態測定
手段、２１……送風量決定手段、２２……送風機
制御手段、２３……能力決定手段、２４……熱源
機制御手段。なお、図中同一符号は同一又は相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 温風または冷温風を発生させる能力可変形の
   熱源機と、この熱源機の冷風を各部屋へ分配する
   容量可変形の送風機及びダクトと、このダクトの
   枝部分に配置された風量調節用のダンパと、各部
   屋に配置されたルームサーモスタツトを備えた空
   気調和機において、ルームサーモスタツトで設定
   された室温および検出された室温の信号を入力と
   してその差より各部屋の熱負荷を測定する熱負荷
   測定手段と、この熱負荷測定手段の出力に基づき
   上記ダンパの開度を制御するダンパ制御手段と、
   始動からの運転開始直後は上記熱負荷測定手段に
   より測定された空調中の各部屋の熱負荷の総和が
   ゼロまたは設定されたある値に到達するまで上記
   送風機の運転圧力及び上記熱源機の送風温度の少
   なくとも一方をその最大値（冷房時の送風温度は
   最小値）に設定し、それ以降の通常運転時は運転
   圧力と送風温度を通常運転用設定値に設定し、か
   つ上記ダクト内に設けられた圧力検出器と温度検
   出器からの検出信号を入力とする運転状態測定手
   段と、この運転状態測定手段の出力に基づき送風
   機の容量を決定する送風量決定手段、及びこの送
   風量決定手段の出力に基づき送風機を制御する送
   風機制御手段と、上記運転状態測定手段の出力に
   基づき熱源機の能力を決定する能力決定手段と、
   この能力決定手段の出力に基づき熱源機の能力を
   制御する熱源機制御手段を備えた空気調和機。 ２ 送風量決定手段は、運転開始直後の送風機の
   運転圧力を最大値に、通常運転時の運転圧力を設
   定値にそれぞれ設定し、この設定値と圧力検出器
   からの検出信号を入力とする運転状態測定手段の
   出力に基づき送風機の容量を決定するようになつ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の空気調和機。 ３ 能力決定手段は、運転開始直後の熱源機から
   の送風温度を最大値（暖房時）または最小値（冷
   房時）に、通常運転時の送風温度を設定値にそれ
   ぞれ設定し、この設定値と温度検出器からの検出
   信号を入力とする運転状態測定手段の出力に基づ
   き熱源機の能力を決定するようになつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気調
   和機。