JPH06100361B2 - 空調システムの制御方法およびそれに用いるｖａｖユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は空調システムの制御方法およびそれに用いる
VAVユニットに関し、特に２本のダクトからの冷風と温
風とを混合して室内に供給するいわゆるデュアルダクト
形式の空調システムの制御方法およびそれに用いるVAV
（可変風量）ユニットに関する。

〔従来技術〕

VAVユニットを用いるデュアルダクト形式の空調システ
ムの制御方法の一例が、たとえば特開昭56-105228号公
報に開示されている。この従来のデュアルダクト形式の
空調システムの制御方法においては、１本のダクトには
冷風を、また他の１本のダクトには温風をそれぞれ流し
て、温風と冷風とを混合して室内に空気流を供給する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のデュアルダクト形式の空調システムにおいては、
ダクトサイズや空調機容量は固定的であり、一方、一般
的に、空調システムでは、ダクトサイズや空調機容量
は、冷風を優先して決定する。これは、冷房運転の方が
負荷が大きいからである。したがって、ダクトサイズや
空調機容量は、その最大冷房負荷に応じた大きさのもの
でなければならず、ダクトサイズや空調機容量の大きな
ものが必要であった。それとともに、冷風用ダクトと温
風用ダクトの両方とも風量をゼロにすることはできない
ので、特に、冷房運転時、温風の影響で冷房ロスが生
じ、省エネルギの要請に沿わないものであった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、ダクトサイズや
空調機容量を小さくすることができる、デュアルダクト
形式の新規な空調システムの制御方法を提供することで
ある。

この発明の他の目的は、省エネルギ運転が可能なデュア
ルダクト形式の空調システムの制御方法を提供すること
である。

この発明のその他の目的は、新規なVAVユニットを提供
することである。

〔課題を解決するための手段〕

第１発明は、簡単にいえば、第１のダクトに結合される
第１の空調機、第２のダクトに結合される第２の空調
機、および第１および第２のダクトにそれぞれ結合され
る第１および第２の入力ポートと、室内に結合される出
力ポートと、第１および第２の入力ポートのそれぞれに
関連する実風量を検知する第１および第２の風速センサ
と、室内で要求する要求風量を算出する要求風量算出手
段と、要求風量算出手段からの入力が大きいとき小さ
く、小さいとき大きい信号を出力する反転手段とを有す
るVAVユニットを備える空調システムの制御方法であっ
て、夏動作モードのとき第１および第２の空調機をいず
れも冷房運転し、第１および第２の入力ポートのそれぞ
れに関連する風量を第１および第２の風速センサの出力
と要求風量算出手段の出力とに基づいて制御し、冬動作
モードのとき第１の空調機を暖房運転するとともに第２
の空調機を冷房運転し、第２の入力ポートに関連する風
量を第２の風速センサの出力と要求風量算出手段の出力
とに基づいて制御し、かつ第１の入力ポートに関連する
風量を第１の風速センサの出力と反転手段の出力とに基
づいて制御するようにした、空調システムの制御方法で
ある。

第２発明は、簡単にいえば、それぞれが個々のダクトに
結合される第１および第２の入力ポートと、室内に結合
されかつ第１および第２の入力ポートからの空気を混合
して出力する１つの出力ポートとを有するケーシング、
第１および第２の入力ポートのそれぞれに対応してケー
シング内に配置される第１および第２のダンパ、第１お
よび第２の入力ポートに関連して設けられる第１および
第２の風速センサ、出力ポートに関連する室内の温度と
設定温度との偏差量に基づいて要求風量を算出するため
の要求風量算出手段、第１および第２の風速センサによ
ってそれぞれ検知された実風量と要求風量とに基づい
て、第１および第２のダンパのそれぞれの開度を制御す
るための第１および第２のダンパ開度制御手段、および
動作モードを冬動作モードと夏動作モードとに切り換え
るためのスイッチ、スイッチによって冬動作モードが設
定されたとき第１のダンパ開度制御手段の動作を逆にす
るための逆転手段を備える、VAVユニットである。

〔作用〕

冬動作モードにおいては２本のダクトにそれぞれ冷風と
温風とを流して負荷に応じてそれぞれの風量が制御され
る。また、夏動作モードにおいては２本のダクトの両方
に冷風を流して負荷に応じてそれぞれ風量が制御され
る。

〔発明の効果〕

この発明によれば、夏動作モードにおいて、２本のダク
トの両方に冷風を流すようにしているため、いつの場合
にも２本のダクトにそれぞれ冷風と温風とを流す従来の
デュアルダクトシステムの比べて、一方の（冬動作モー
ドでも冷風が流される方の）ダクトサイズや空調機容量
たとえば送風能力や冷却能力を大幅に小さくすることが
できる。また、夏動作モードにおいては２本のダクトの
両方に冷風が流されるため、従来のもののように冷房運
転時に温風が流れないので、混合による冷房ロスがな
く、したがって省エネルギ運転が可能になる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

〔実施例〕

第２図はこの発明が適用される空調システムの一例を示
す系統図である。この空調システム10は空調機12を含
む。空調機12は、上下２段の空調ケーシング14aおよび1
4bに分割され、これらケーシングの空気流の上流側にフ
ィルタ室16を、そしてそのさらに上流側には入口チャン
バ18を形成する。フィルタ室16には上下ケーシング14a
および14bにそれぞれ対応するフィルタ16aおよび16bが
設けられ、入口チャンバ18は金網18cによって上下のチ
ャンバ18aおよび18bに仕切られる。

上段の空調ケーシング14aには、加熱コイル20と冷却コ
イル22aが設けられ、上段ケーシング14aの空気流の下流
側出口には送風機24aが設けられる。また、下段ケーシ
ング14bには冷却コイル22bが設けられ、その下流側出口
には送風機24bが設けられる。

送風機24aにはダクト26aが、また送風機24bにはダクト2
6bが、それぞれ連結される。したがって、ダクト26aに
は上段ケーシング14aからの温風または冷風が、ダクト2
6bには下段ケーシング14bからの冷風が、それぞれ送出
される。

２本のダクト26aおよび26bには、適当な分岐ダクトによ
って、複数のVAVユニット28,28,・・・が設けられる。
このVAVユニット28は、それぞれ、ダクト26aに結合され
た第１の入力ポート28aと別のダクト26bに結合された第
２の入力ポート28bと冷房あるいは暖房負荷としての室3
0に結合される１つの出力ポート28cとを有する。なお、
このVAVユニット28については、後に、第１図を参照し
て詳細に説明する。

それぞれの室30には、また、還気用ダクト32が連結さ
れ、この還気用ダクト32は、還気調整用ダンパ36を介し
て上部入口チャンバ18aに接続される。この還気用ダク
ト32の還気調整用ダンパ36の上流側には、排気調整用ダ
ンパ38を介して排気ダクト40が分岐接続される。

さらに、下部入口チャンバ18bには、外気調整用ダンパ4
2を介して外気取り入れ用ダクト44が結合される。

VAVユニット28は、第１図に示すように、１つのケーシ
ング50を有し、このケーシング50によって、前述の２つ
の入力ポート28aおよび28bと１つの出力ポート28cとが
形成される。このケーシング50内には、入力ポート28a
に関連する部分と入力ポート28bに関連する部分とを仕
切るための仕切板52が設けられる。この仕切板52は、し
かしながら、出力ポート28cの近傍ではそれぞれの入力
ポート28aおよび28bから送られた温風または冷風を混合
することができるように、ケーシング50内を完全に仕切
るものではない。

ケーシング50内の仕切板52によって仕切られた第１流路
54aおよび第２流路54bにはダンパ56aおよび56bがそれぞ
れ設けられるとともに、このダンパ56aおよび56bのそれ
ぞれの上流側には、実風量を測定するための風速センサ
58aおよび58bが設けられる。この風速センサ58aおよび5
8bは、それぞれ、適当な形式のものが用いられ得るが、
この実施例では、たとえばカルマン渦を利用する風速セ
ンサが用いられる。

風速センサ58aおよび58bからは風速に応じたアナログ信
号たとえば電圧あるいは電流が出力され、この風速セン
サ58aおよび58bには、それぞれ、そのアナログ信号を受
ける実風量演算回路60aおよび60bが接続される。

実風量演算回路60aおよび60bは、それぞれ、対応の入力
ポート28aおよび28bの実効断面積と、空気流の分布に依
存する適当な計数とによって、実風量を演算し、その実
風量に応じた大きさのアナログ信号（電圧または電流）
を出力する。

一方、第２図の室30に設けられたルームサーモ62から、
要求風量演算回路64に、そのときの室温と設定温度との
偏差量が入力される。この偏差量もまたアナログ信号と
して与えられる。要求風量演算回路64は、入力される偏
差量ΔＴに応じた要求風量を計算する。具体的には、た
とえば室温と設定温度との偏差量に応じた要求風量曲線
を予め設定しておき、入力された偏差量をその要求風量
曲線に従って計算し、アナログ信号たとえば電圧または
電流の関数として出力する。

前述の実風量演算回路60aおよび60bのそれぞれの出力が
対応のモータ制御回路66aおよび66bに与えられる。要求
風量演算回路64からの要求風量に応じたアナログ信号が
また、モータ制御回路66aおよび66bに与えられるのであ
るが、モータ制御回路66bには直接、モータ制御回路66a
には、スイッチ70を通して与えられる。

スイッチ70は、動作モードを切り換えるためのスイッチ
であり、このスイッチ70によって、夏動作モードと冬動
作モードとを切り換えて設定することができる。すなわ
ち、スイッチ70は要求風量演算回路64の出力に接続され
た共通接点70cと夏動作用の接点70sおよび冬動作用の接
点70wとを有する。そして、夏動作用接点70sはモータ制
御回路66aにそのまま接続されるが、冬動作用接点70wは
反転回路72を介してモータ制御回路66aの入力に接続さ
れる。

反転回路72はたとえば反転増幅器などを含み、要求風量
演算回路64からのアナログ信号の勾配を反転させる。要
求風量演算回路64からたとえば室温と設定温度との偏差
ΔＴが＋１℃のとき＋10Vとなり、偏差ΔＴが−１℃の
とき0Vとなるような勾配を有する電圧信号が出力される
とすれば、反転回路72では、この勾配を逆にし、ΔＴ＝
−１℃のとき＋10Vの電圧を、またΔＴが＋１℃のとき0
Vとなるような電圧信号を出力する。

モータ制御回路66aおよび66bは、ともに、２つのヒステ
リシス特性を有する電圧比較器を含み、それぞれの電圧
比較器は対応のダンパ56aおよび56bの開制御と閉制御と
を分担する。このそれぞれの電圧比較器によるヒステリ
シス特性によって、第３図に示すような不感帯を形成す
る。そして、このモータ制御回路66aおよび66bからは、
モータ68aおよび68bに、それぞれの比較器からの正転信
号および逆転信号が与えられる。

モータ68aは、ダンパ56aのダンパ軸に連結され、モータ
制御回路66aから正転信号が与えられると正転して、対
応のダンパ56aを開き、逆転信号が与えられるとダンパ5
6aを閉じる。同じように、モータ68bは、モータ制御回
路66bから与えられる正転信号または逆転信号に応じ
て、対応のダンパ56bを開方向または閉方向に作動させ
る。

次に、第4A図および第4B図を参照して、この実施例の空
調システムの制御方法について説明する。冬動作の場
合、第２図の加熱コイル20と冷却コイル22bとが有効化
され、空調機12からは、ダクト26aに温風が、ダクト26b
に冷風が、それぞれ送出される。そしてこのとき、スイ
ッチ70は、手動によりまたは空調機をそのように切り換
え設定したことに応じて自動的に、その共通接点70cが
冬動作接点70wに接続されて、VAVユニット28は冬動作モ
ードに設定される。

たとえば負荷としての室30の設定温度が22℃とし、その
ときの室温がそれより低い温度たとえば21℃である場合
を想定する。このとき、要求風量演算回路64は、その偏
差量ΔＴ＝−１℃に応じた要求風量電圧信号たとえば0V
を出力する。この要求風量電圧信号は、スイッチ70を通
して、反転回路72によって反転され、たとえば＋10Vの
電圧信号となってモータ制御回路66aに入力される。こ
のモータ制御回路66aには、同時に、そのときのダンパ5
6aの開度に相当する実風量に応じた電圧たとえば2Vが入
力されている。一方、0Vの要求風量電圧信号はそのまま
モータ制御回路66bに入力される。そのとき、モータ制
御回路66bには、そのときのダンパ56bの開度に相当する
実風量に応じた電圧たとえば5Vが入力されている。

モータ制御回路66aでは、反転回路72からの信号電圧＋1
0Vと実風量演算回路60aからの実風量電圧2Vとに応じ
て、そこに含まれる開制御用比較器から正転信号を出力
し、それを対応のモータ68aに与える。一方、モータ制
御回路66bは要求風量電圧0Vと実風量電圧5Vとに応じ
て、モータ68bに、逆転信号を出力する。したがって、
ダクト26aからの温風を受ける入力ポート28aに関連する
ダンパ56aが開方向に作動され、冷風が流れるダクト26b
に連結された入力ポート28bに関連するダンパ56bが閉方
向に作動される。そして、２つの流路54aおよび54bを経
た空気流はケーシング50内で混合されて出力ポート28c
から比較的高温の空気として出力される。

照明やOA機器などによる加熱エネルギが大きくなって、
やがて室温が高くなり、設定温度22℃より高くなってた
とえば23℃になった場合を想定する。この場合、要求風
量演算回路64からは、たとえば＋10Vの電圧信号が出力
される。そうすると、反転回路72からモータ制御回路66
aには、0Vの信号を出力する。このとき、実風量演算回
路60aからモータ制御回路64aにダンパ開度に応じた、た
とえば8Vの実風量電圧が与えられる。一方、モータ制御
回路66bには、要求風量演算回路64からの電圧信号10Vが
そのまま与えられるとともに、そのときの対応のダンパ
開度に応じた実風量電圧たとえば2Vが与えられている。
応じて、モータ制御回路66aからモータ68aに対して逆転
信号が、またモータ制御回路66bからモータ68bには正転
信号が、それぞれ与えられる。したがって、温風が入力
されている入力ポート28aに関連するダンパ56aが閉じら
れ、冷風が入力されている入力ポート28bに関連するダ
ンパ56bが開かれる。そして、ケーシング50の出力ポー
ト28cからは混合された比較的低温の空気が出力され
る。

このようにして、VAVユニット28は、暖房運転時すなわ
ち、冬動作モードにおいて、室30の暖房および冷房負荷
に応じて２つの入力ポート28aおよび28bからそれぞれ入
力される温風および冷風の風量を制御する。

次に、夏動作モードについて説明する。夏動作において
は、空調機12の２つの冷却コイル22aおよび22bがともに
作動される。したがって、このとき、加熱コイル20は動
作しない。そのため、２本のダクト26aおよび26bには、
それぞれ、冷風が送出される。一方、スイッチ70は、そ
の共通接点70cが夏動作モード接点70sに接続されて、夏
動作モードに切り換えられる。

たとえば設定温度が25℃で、室温がそれより高いたとえ
ば26℃である場合を想定する。このとき、その温度偏差
ΔＴ＝＋１℃に応じて、要求風量演算回路64からは、た
とえば＋10Vの要求風量電圧信号が出力される。スイッ
チ70は接点70sに接続されているため、この電圧信号
は、そのままモータ制御回路66aおよび66bに入力され
る。このとき、実風量演算回路60aからモータ制御回路6
6aに対応のダンパ56aの開度に応じた、たとえば3Vの実
風量電圧が与えられる。また、実風量演算回路60bから
モータ制御回路66bにダンパ56bの開度に応じた、たとえ
ば2Vの実風量電圧が与えられる。したがって、モータ制
御回路66aおよび66bから対応のモータ68aおよび68bに対
してともに正転信号が出力される。応じて、２つの入力
ポート28aおよび28bのそれぞれに関連するダンパ56aお
よび56bが、それぞれ、開方向に作動される。このと
き、２つの入力ポート28aおよび28bには、ともに冷風が
入力されているため、出力ポート28cから室内には冷風
が出力され、ダンパ56aおよび56bが開状態となり、室温
はやがて下降するであろう。

その後、室温が下がって設定温度より低いたとえば24℃
になった場合を想定する。このとき、要求風量演算回路
64からは、そのときの偏差ΔＴ＝−１℃に応じた要求風
量電圧信号たとえば0Vが出力される。このとき、実風量
演算回路60aおよび60bから、モータ制御回路66aおよび6
6bに、それぞれのダンパ開度に応じた、たとえば8Vおよ
び6Vの実風量電圧が与えられる。応じて、モータ制御回
路66aおよび66bは、それぞれ、対応のモータ68aおよび6
8bに逆転信号を与え、したがって、２つのダンパ56aお
よび56bがともに閉方向に作動される。このとき、入力
ポート28aおよび28bには、ともに依然として冷風が入力
されているが、ダンパ56aおよび56bが閉状態となり、室
温はやがて上昇するであろう。

このようにして、夏動作モードにおいては、２つのダク
ト26aおよび26bすなわち入力ポート28aおよび28bの両方
に冷風を流し、要求風量と実風量とに基づいてその風量
を調整することによって、冷房負荷との均衡を図るよう
にしている。したがって、従来のデュアルダクト形式の
空調システムのように、冷房運転時であっても温風が流
されるものに比べて、その温風による冷房ロスが少なく
なり、それだけ効率が向上し、省エネルギ運転が可能と
なる。

冷房負荷において、その最大負荷が40000m³/hrに相当す
るものとすると、先に引用した特開昭56-105228号公報
に開示されるような従来のシステムにおいては、冷風専
用のダクト（第１図の例でいえば28b）は、その最大負
荷量に応じたダクトサイズでなければならず、また冷却
コイル22bや送風ファン24bもそれだけの送風能力を有す
るものでなければならない。これに対して、上述の実施
例では、同じ最大冷房負荷40000m³/hrが、２本のダクト
26aおよび26bによって分担されるため、これらダクトサ
イズや空調機容量が非常に小さくてよい。

たとえば温風／冷風ダクト26aが、最大暖房負荷たとえ
ば15000m³/hrに応じてダクトサイズが決定され、それと
ともに加熱コイル20および送風ファン24aがその最大要
求風量に応じて設計される。最大冷房負荷が同じ40000m
³/hrであるとすれば、冷風専用ダクト26bは、25000m³/h
r（＝40000−15000）のダクトサイズであればよい。そ
れとともに、冷却コイル22bや送風ファン24bも、25000m
³/hrの能力を有するものであればよい。したがって、こ
の発明によれば、従来のものに比べてダクトサイズや空
調機容量を大幅に低減することができる。

なお、上述の実施例においては、それぞれの回路をアナ
ログ式のもので構成した。しかしながら、これら回路は
ディジタル式のもので構成されてもよく、さらにはマイ
クロコンピュータを利用したソフトウェアを含む回路と
して構成されてもよいことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例としてのVAVユニットを示
すブロック図である。 第２図はこの発明が適用される空調システムを示す系統
図である。 第３図はモータ制御回路における不感帯を説明するため
のグラフである。 第4A図および第4B図は第１図実施例の動作を説明するた
めの、室温に対する風量を表すグラフであり、第4A図が
冬動作モードの場合を示し、第4B図が夏動作モードの場
合を示す。 図において、12は空調機、20は加熱コイル、22a,22bは
冷却コイル、24aおよび24bは送風ファン、26a,26bはダ
クト、28はVAVユニット、28a,28bは入力ポート、28cは
出力ポート、56a,56bはダンパ、58a,58bは風速センサ、
60a,60bは実風量演算回路、62はルームサーモ、64は要
求風量演算回路、66a,66bはモータ制御回路、68a,68bは
モータ、70は動作モード切り換えスイッチ、72は反転回
路を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋田 州三 栃木県宇都宮市平出工業団地28 クボタト レーン株式会社栃木工場内 (72)発明者 安達 晴彦 栃木県宇都宮市平出工業団地28 クボタト レーン株式会社栃木工場内 (72)発明者 長浜 浩明 東京都文京区後楽１丁目４番27号 株式会 社日建設計内 (56)参考文献 特開 昭56−105228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−2947（ＪＰ，Ａ) 特許136432（ＪＰ，Ｃ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のダクトに結合される第１の空調機、
   第２のダクトに結合される第２の空調機、および前記第
   １および第２のダクトにそれぞれ結合される第１および
   第２の入力ポートと、室内に結合される出力ポートと、
   前記第１および第２の入力ポートのそれぞれに関連する
   実風量を検知する第１および第２の風速センサと、前記
   室内で要求する要求風量を算出する要求風量算出手段
   と、前記要求風量算出手段からの入力が大きいとき小さ
   く、小さいとき大きい信号を出力する反転手段とを有す
   るVAVユニットを備える空調システムの制御方法であっ
   て、 夏動作モードのとき前記第１および第２の空調機をいず
   れも冷房運転し、前記第１および第２の入力ポートのそ
   れぞれに関連する風量を前記第１および第２の風速セン
   サの出力と前記要求風量算出手段の出力とに基づいて制
   御し、 冬動作モードのとき前記第１の空調機を暖房運転すると
   ともに前記第２の空調機を冷房運転し、前記第２の入力
   ポートに関連する風量を前記第２の風速センサの出力と
   前記要求風量算出手段の出力とに基づいて制御し、かつ
   前記第１の入力ポートに関連する風量を前記第１の風速
   センサの出力と前記反転手段の出力とに基づいて制御す
   るようにした、空調システムの制御方法。
2. 【請求項２】それぞれが個々のダクトに結合される第１
   および第２の入力ポートと、室内に結合されかつ前記第
   １および第２の入力ポートからの空気を混合して出力す
   る１つの出力ポートとを有するケーシング、 前記第１および第２の入力ポートのそれぞれに対応して
   前記ケーシング内に配置される第１および第２のダン
   パ、 前記第１および第２の入力ポートに関連して設けられる
   第１および第２の風速センサ、 前記出力ポートに関連する前記室内の温度と設定温度と
   の偏差に基づいて要求風量を算出するための要求風量算
   出手段、 前記第１および第２の風速センサによってそれぞれ検知
   された実風量と前記要求風量とに基づいて、前記第１お
   よび第２のダンパのそれぞれの開度を制御するための第
   １および第２のダンパ開度制御手段、および 動作モードを冬動作モードと夏動作モードとに切り換え
   るためのスイッチ、 前記スイッチによって前記冬動作モードが設定されたと
   き前記第１のダンパ開度制御手段の動作を逆にするため
   の逆転手段を備える、VAVユニット。
3. 【請求項３】前記要求風量算出手段は前記要求風量に応
   じた大きさの信号を出力し、 前記逆転手段は前記信号の大きさを反転するための反転
   手段を含む、特許請求の範囲第２項記載のVAVユニッ
   ト。