JPH0637295Y2 - 空気調和設備 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、複数の空調エリアの個別空調費用を計量可能
な空気調和設備に関する。

［従来の技術］ 冷房や暖房あるいは換気等を行なうための空気調和設備
（空調設備）を有するビル等において、建物内に複数の
借り手（テナント）が存在しかつ同一の空調設備を共用
する場合には、各テナントの利用割合いに応じて空調費
用を分担する必要がある。各空調エリアに要した費用を
性格に計量する手段としてカロリーメータが使用される
ことがある。カロリーメータは、各空調エリアに送出さ
れる空気の風量を検出するとともに、空気の入口温度と
出口温度の差を検出することにより、各空調エリアに費
されたカロリーを算出するようにしている。

［考案が解決しようとする課題］ カロリーメータを用いた計量手段はかなり正確に消費カ
ロリーを算出できる反面、空調機能と直接関係のない各
種センサ類が必要である。しかもこれらセンサ類からの
情報を処理するための演算手段が別途に必要であるな
ど、設備費および運用費がきわめて高く、メンテナンス
にも費用がかかる。

従って本考案の目的は、各エリアの個別空調費用を簡易
なシステムによって計量できるような空気調和設備を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために開発された本考案の空気調和設
備は、加熱または冷却された熱媒が流通させられる熱交
換用のコイルと、上記コイル内の熱媒と熱交換された空
気を所定の空調エリアに送出する送風機と、上記コイル
内を流れる熱媒の流量を調整可能でかつ空調エリアの設
定温度と検出温度との差に応じてバルブ開度が制御され
その開度に応じて熱交換量を制御するコイル用制御弁
と、予め求めておいた上記制御弁のバルブ開度と熱媒の
流量との関係に基づいて当該空調エリアにおける単位時
間ごとのバルブ開度に応じた変数値を求めるとともにこ
の変数値に送風機運転による定額値を加えた値を送風機
が運転されている間だけ積算する演算手段とを具備した
ものである。

［作用］ コイル内を流れる熱媒は空調エリアの空気と熱交換さ
れ、再び空調エリアに送出される。コイルを流れる熱媒
の流量は、空調エリアの設定温度と検出温度との差が所
定値以下となるように制御弁によって調整される。この
制御弁の開度は単位時間ごとに演算手段により入力され
る。この演算手段においては、バルブ開度に応じた変数
値を送風機運転による定額値に加算し、この値を送風機
が運転された時間だけ積算することによって当該空調エ
リアの空調費用負担分を計量する。

［実施例］ 以下に本考案の一実施例につき第１図ないし第10図を参
照して説明する。第１図に示された空気調和設備11は、
熱媒が循環させられる主管路12と、この主管路12の途中
に設けられた熱交換塔13およびヒートポンプ14を備えて
構成されている。主管路12を流れる熱媒は不凍液であ
る。密閉式構造を有する熱交換塔13はビル等の建屋外部
に据付けられていて、上記熱媒と外気との熱交換が行な
えるようになっている。

主管路12は、熱交換塔13からヒートポンプ14に至る往路
管部12aと、ヒートポンプ14から熱交換塔13に至る復路
管部12bとからなる。本実施例の場合、往路管部12aに送
液用のポンプ16と、流量調整弁17が設けられている。

ヒートポンプ14は冷温水発生系18の一部を構成する。冷
温水発生系18は、熱媒としての水が循環させられる管路
20と、送水用のポンプ21と、熱交換器を備えた蓄熱槽22
などを備えて構成されている。このヒートポンプ14は、
周知のものと同様にフロンガス等の熱媒を圧縮するコン
プレッサや凝縮器，蒸発器，方向切換弁，減圧弁，各種
配管等（いずれも図示せず）を備えて構成され、主管路
12の往路管部12aから送られてくる熱媒のもつ冷熱また
は温熱を利用して、冷温水発生系18の管路20を流れる熱
媒を加熱または冷却するようになっている。

各空調エリアごとに設けられる熱交換ユニット25（１つ
のみ代表して図示する）は、ケーシング26の内部にメイ
ンコイル27とサブコイル28を備えている。メインコイル
27と上記蓄熱槽22の熱交換器とは管路30でつながれてお
り、この管路30を介して、熱媒としての水がメインコイ
ル27と蓄熱槽22の熱交換器との間を循環するようになっ
ている。この管路30の途中に、熱媒を循環させるための
ポンプ31と、熱媒の流量を調整するためのメインコイル
用制御弁32が設けられている。

第２図に例示したように、熱交換ユニット25のケーシン
グ26に内蔵された送風機35はモータ36によって駆動され
る。空気取入れ口37からリターン風路38（第３図参照）
に導入された空調エリアからの戻り空気は、サブコイル
28からメインコイル27を経て、送風口39から空調エリア
に送出される。すなわちサブコイル28はメインコイル27
よりも通風上流側に設けられている。サブコイル28の通
風上流側にはプレフィルタ41とメインフィルタ42が配置
されている。

更にこの熱交換ユニット25は、メインコイル27とサブコ
イル28を迂回するバイパス風路45とこの風路45を開閉す
るダンパ46を備えている。バイパス風路45はリターン風
路38に隣接して設けられているが、リターン風路38とバ
イパス風路45との間は仕切り壁47によって仕切られてい
る。バイパス風路45の入口部50はサブコイル28の吸込み
側近傍に開口し、バイパス風路45の出口部51はメインコ
イル27の吹出し側近傍に開口している。

上記サブコイル28に補助管路55が接続されている。補助
管路55は、熱交換塔13の出口側に位置する主管路12の往
路管部12aら分岐してサブコイル28の入口に至る第１管
路部55aと、サブコイル28の出口部と補助タンク56とを
むすぶ第２管路部55bと、補助タンク56の出口部から主
管路12に至る第３管路部55cとからなる。第３管路部55c
は、流量調整弁17とヒートポンプ14との間において主管
路12に合流する。また、サブコイル28内を流れる熱媒の
流量を調整するためサブコイル用制御弁57が設けられて
いる。

サブコイル用制御弁57とメインコイル用制御弁32は、マ
イクロコンピュータ等を用いたコントローラ60によっ
て、当該空調エリアの設定温度と検出温度の差が所定値
以下となるようにバルブ開度が制御されるようになって
いる。演算手段としてのコントローラ60には、後述する
ように各空調エリアに費された空調費用を計量するため
のプログラムが組まれており、各空調エリアごとの費用
を中央指令制御装置61に記録できるようになっている。

次に上記構成の空気調和設備の作用について説明する。

夏期等の冷房時期には、第１図中の矢印Ａ方向に流れる
主管路12内の熱媒の冷熱を利用したヒートポンプ14の冷
却サイクルによって、冷温水発生系18に冷水が作られ
る。この冷水は管路20内を矢印Ｂ方向に流れて蓄熱槽22
に蓄えられる。ヒートポンプ14を通過して温度が上昇し
た復路管部12b内の熱媒は熱交換塔13を通ることによっ
て外気と接触し冷却される。蓄熱槽22に蓄えられた冷熱
は管路30内を矢印Ｃ方向に流れる熱媒と熱交換され、冷
却された熱媒がメインコイル27を通る。

熱交換ユニット25の送風機35の働きによって空気取入れ
口37に導入された空調エリアからの戻り空気は、リター
ン風路38を通ってプレフィルタ41およびメインフィルタ
42を通過し、メインコイル27を通る時にこのコイル27の
冷熱と熱交換されるため、冷風が送風機35から所定の空
調エリアに送出される。リターン風路38を通過する空気
の温度は図示しない温度センサによって検出され、この
検出温度と設定温度との差に応じてメインコイル用制御
弁32の開度がコントローラ60によって自動制御される。
すなわち冷房モードでは、第４図に実線で示されるよう
に制御弁32のバルブ開度がリターン温度と設定温度の差
に比例して０〜100％の範囲で制御される。この制御弁3
2が全開以外の時は、サブコイル用制御弁57は閉じられ
ている。また、バイパス風路45のダンパ46も閉じてい
る。なお、リターン温度を検出する代りに、空調エリア
に設置された温度センサによって室温を検出するように
してもよい。

上記冷房モードにおいて、メインコイル27だけでは冷房
能力が不足する場合、すなわちメインコイル用制御弁が
全開になっても室温が下がらない時に、サブコイル用制
御弁57が開弁させられる。サブコイル用制御弁57が開弁
すると、熱交換塔13を経て主管路12を流れる低温の熱媒
の一部が、第１図に矢印Ｄで示されるように補助管路55
の第１管路部55aに取入れられ、サブコイル28を流れる
ようになる。こうしてサブコイル28が冷却されると、熱
交換ユニット25内に導入されてくる空調エリアからの戻
り空気がサブコイル28によって予冷された状態でメイン
コイル27を通過するようになるため、冷房能力が格段に
向上する。こうしてサブコイル28を併用した場合、メイ
ンコイル27のみの定格能力に比べて約1.5倍の能力アッ
プが見込める。サブコイル用制御弁57の開度も、リター
ン温度と設定温度の差に比例して０〜100％の範囲で制
御される。

サブコイル28を通過することによって熱交換された熱媒
は第２管路部55bを通って補助タンク56に流入し、更に
第３管路部55cを通ってヒートポンプ14の入口側にて主
管路12に合流する。このため主管路12からヒートポンプ
14に導入される熱媒の総流量は、サブコイル28に流れる
分岐流量にかかわらず一定である。

一方、冬期等の暖房時期においては、主管路12内を流れ
る熱媒から採熱するヒートポンプ14の加熱サイクルによ
って冷温水発生系18に温水が作られ、この温水は第１図
中の矢印Ｂ方向に流れて蓄熱槽22に蓄えられる。第１図
中の矢印Ａ方向に流れる主管路12内の熱媒はヒートポン
プ14を通過することにより熱が奪われて温度が低下する
が、熱交換塔13において外気と熱交換され、再び温度が
上昇した状態でヒートポンプ14に送られる。蓄熱槽22に
蓄えられた熱は、第１図中の矢印Ｃ方向に流れる熱媒と
熱交換され、温度の上昇した熱媒がメインコイル27を通
る。

送風機35の働きによって空調エリアから送られてきた戻
り空気は、空気取入れ口37→リターン風路38→プレフィ
ルタ41→メインフィルタ42をこの順に通過し、更にメイ
ンコイル27を通る時にこのコイル27内の高温の熱媒と熱
交換されることによって、温風が送風機35から所定の空
調エリアに送出される。リターン風路38を通過する際の
空気の温度は図示しない温度センサによって検出され、
第４図に破線で示されるように、リターン温度と設定温
度との差に応じてメインコイル用制御弁32の開度が０〜
100％の範囲で制御される。この制御弁32が僅かでも開
弁しているうちは、サブコイル用制御弁57は閉弁状態に
維持される。バイパス風路45のダンパ46は閉じたままで
ある。

上記暖房モードにおいて、例えば発熱源としてのOA機器
が設置されている箇所や日の当たる窓際のように局部的
な冷房が必要な箇所、あるいは暖房負荷が減少して過暖
になりそうな場合、メインコイル用制御弁32が閉じると
ともに、リターン温度に応じてサブコイル用制御弁57が
開弁させられる。サブコイル用制御弁57が開弁すると、
熱交換塔13を経た主管路12内の低温熱媒の一部が、第１
図に矢印Ｄで示されるように補助管路55を通ってサブコ
イル28に導入される。暖房モードにおいて熱交換塔13を
通過してきた熱媒はある程度温度が上昇しているが、冷
房用として利用可能な温度であるから、この低温熱媒の
一部をサブコイル28に導入することにより、熱交換ユニ
ット25から特定の空調エリアに冷風を送出することがで
きる。

このように暖房時期に熱交換塔13から送られてくる低温
熱媒を利用してサブコイル28を冷やすようにしたから、
冷温水発生系18を暖房サイクルに維持した状態のまま局
部的な冷房が可能である。この場合、サブコイル用制御
弁57は、メインコイル用制御弁32の開度が最小になった
時、すなわち温風の吹出しを停止した時点で開弁させる
ようにする。

暖房と冷房の中間期においては冷温水発生系18が停止さ
せられる。この中間期に冷房が必要となった場合、サブ
コイル用制御弁57のみが開弁させられる。メインコイル
用制御弁32は閉じたままである。サブコイル用制御弁57
が開弁すると、第５図に矢印Ｅで示されるように、熱交
換塔13を経て主管路12内を流れてくる低温の熱媒が補助
管路55に取入れられ、サブコイル28を冷やしたのち補助
タンク56に流入し、更に復路管部12bを経て熱交換塔13
に戻されるようになる。熱交換塔13を通過した熱媒は外
気と熱交換されることにより中間期の冷房用として利用
可能な温度まで下がるから、これをサブコイル28に流入
させることで所定の空調エリアに冷風を送出することが
できる。この場合、冷温水発生系18を停止したまま冷房
が行なわれる。

冷房も暖房も行なわずに換気のみを行なう時、すなわち
メインコイル用制御弁32とサブコイル用制御弁57がいず
れも閉弁状態にある時には、ダンパ46が全開させられる
ことによりバイパス風路45が開放される。この換気モー
ドでは、送風機35によって空調エリアから空気取入れ口
37に導入された戻り空気は、リターン風路38→プレフィ
ルタ41→メインフィルタ42→バイパス風路の入口部50→
バイパス風路45→バイパス風路の出口路51→送風機35の
経路をとり、再び空調エリアに送出される。この換気モ
ードでは、空気はメインコイル27とサブコイル28を迂回
して主にバイパス風路45を通るため、圧力損失を少なく
することができる。

上述した各空調モードにおける空調料金の計量は、以下
述べるようにコントローラ60によって自動的に行なわれ
る。

制御弁32,57のバルブ開度と流量との間には一定の関係
がある。例えば周知のバタフライ弁の場合には、第６図
に示されるようにバルブ開度が65％付近になると流量が
ほぼ最大値（90〜95％）に近付くことが知られている。
この場合、同図に２点鎖線で示された近似直線のよう
に、開度65％付近を最大としてバルブ開度と流量との関
係を比例関係におきかえることができる。本実施例のコ
ントローラ60は料金算出に要する処理手順を簡易化する
ためにこの近似直線を使用するが、コントローラ60のビ
ット容量に余裕があれば、実際のバルブの開度と流量の
関係を忠実に示す曲線を使用するようにしてもよい。

また、送風機35のみを運転する時にもそれなりの費用が
かかるから、送風機を運転した場合における一律の定額
値Ｆを予め定めておく。

まず冷房モードにおいてメインコイル27のみが使われた
場合には、当該空調エリアにおいて、第７図に示される
ように、メインコイル用制御弁32のバルブ開度に応じた
変数値を単位時間（例えば10分）ごとに求めるととも
に、この変数値に送風機運転による定額値Ｆを加えた加
重値を得る。そして単位時間ごとの加重値を、送風機35
が運転されている間だけ積算することにより、メインコ
イル27のみを使用した場合の冷房料金が算出される。な
お、計量された加重値はアナログ値で伝送してコンピュ
ータで積算してもよいし、あるいはデジタル値でシリア
ル伝送しコンピュータで積算するようにしてもよい。

冷房時にメインコイル27とサブコイル28が併用された時
には、メインコイル用制御弁32が全開となるから、第８
図に示されるように、サブコイル用制御弁57のバルブ開
度に応じた変数値にメインコイルの最大値M₁と送風機の
定額値Ｆが加算される。こうして得られた単位時間ごと
の加重値を、送風機35が運転されている間だけ積算する
ことにより、メインコイル27とサブコイル28を使用した
場合の冷房料金が算出される。

メインコイル27を使用した暖房モードの時には、第９図
に示されるように、メインコイル用制御弁32のバルブ開
度に応じた変数値を単位時間ごとに求めるとともに、こ
の変数値に送風機運転による定額値Ｆを加えた加重値を
得る。そして単位時間ごとの加重値を、送風機35が運転
されている間だけ積算することにより、メインコイル27
のみを使用した場合の暖房料金が算出される。

中間期の冷房モードでサブコイル28のみを使用した場
合、第10図に示されるように、バルブ開度に応じたサブ
コイル用制御弁57の変数値に送風機運転の定額値Ｆが加
算される。また、換気だけの時には送風機運転の定額値
Ｆのみがその運転時間に応じて計量される。

以上述べたように、制御弁32,57の開度が入力されるコ
ントローラ60によって各熱交換ユニット25ごとの個別空
調料金が計上され、これらのデータはビル管理室等に設
けられた中央指令制御装置61に記録される。なお、演算
はコントローラ60で行なう代りに中央指令制御装置61で
行なうようにしてもよい。

本実施例の個別料金計量システムは、制御弁32,57の開
度を制御するコントローラ60のバルブ制御信号をそのま
まコントローラ60において料金計算用のデータとして使
用するため、別途にセンサ類を設ける必要がないととも
に、このコントローラ60を利用して料金計算を自動的に
行なえるから、カロリーメータのような特別な演算手段
は不要であり、しかも低コストで運用できる。

なお、オフィスビルの場合、本実施例で述べた個別料金
計算システムは、定時間帯以外（例えば土・日曜日とか
残業時間帯など）に適用される。定時間帯ではテナント
の意思とは無関係に部屋の位置や日照条件等によって空
調負荷に差が生じてしまうからである。定時間帯に要し
た空調料金は、各テナントが専有する空調エリアの広さ
に応じて暖房・冷房・換気等の運転モード別に一律に計
上する。また、定時間帯であっても各空調エリアで個別
にサブコイル28を使用した場合には、サブコイル用制御
弁57のバルブ開度と使用時間を計測して料金に加算す
る。

［考案の効果］ 本考案によれば、カロリーメータのようにコストの高い
機器を必要とせず、簡易な料金計算システムによって実
際の消費カロリーに即した個別空調費用を計量すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示し、第１図は空気調和設備
の系統図、第２図と第３図はそれぞれ熱交換ユニットの
内部を示す縦断正面図と縦断側面図、第４図は第１図中
の制御弁の開度と温度との関係を示す図、第５図は中間
期における熱媒の流れを示す系統図、第６図はバルブ開
度と流量の関係を示す図、第７図ないし第10図はそれぞ
れバルブ開度と加重値との関係を示す図である。 11……空気調和設備、25……熱交換ユニット、27……メ
インコイル、28……サブコイル、32……メインコイル用
制御弁、57……サブコイル用制御弁、60……コントロー
ラ（演算手段）。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱または冷却された熱媒が流通させられ
   る熱交換用のコイルと、 上記コイル内の熱媒と熱交換された空気を所定の空調エ
   リアに送出する送風機と、 上記コイル内を流れる熱媒の流量を調整可能でかつ空調
   エリアの設定温度と検出温度との差に応じてバルブ開度
   が制御されその開度に応じて熱交換量を制御するコイル
   用制御弁と、 予め求めた上記制御弁のバルブ開度と熱媒の流量との関
   係に基づいて当該空調エリアにおける単位時間ごとのバ
   ルブ開度に応じた変数値を求めるとともにこの変数値に
   送風機運転による定額値を加えた値を上記送風機が運転
   されている間だけ積算する演算手段と、 を具備したことを特徴とする空気調和設備。
2. 【請求項２】前記コイルは少なくとも１つのメインコイ
   ルと１つのサブコイルを含み、これら双方のコイルにそ
   れぞれ上記制御弁が設けられており、各制御弁のバルブ
   開度に応じた変数値に送風機運転による定額値を加算す
   ることにより複数のコイルが使われた場合の空調費用を
   計量する請求項１記載の空気調和設備。