JPH0674545A - 可変風量空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空調機の運転効率及び空調用空気の供給効率
を向上でき、各空調空間に対する空調用空気供給の不均
衡を是正できる可変風量空気調和装置を提供すること。 【構成】 送風ファン4を有し、空調用空気を発生する
空調機1と、その空調用空気を各空調空間7a,7b,7cへ送
る空調用ダクト5a,5b,5cと、空調用ダクト5a,5b,5cの途
中に設けられ、空調用空気の量を調節するＶＡＶダンパ
6a,6b,6cと、各空調空間7a,7b,7cの温度を各々の設定温
度に一致させることができるように操作量を演算し、送
風ファン4の送風能力を操作する送風量制御手段9と、各
空調空間7a,7b,7cの温度が各設定温度に一致するように
操作量を演算し、ＶＡＶダンパ6a,6b,6cを操作する空気
分配制御手段10とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各空調空間に要求され
る空調負荷に応じて可変風量装置を制御する可変風量空
気調和装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の可変風量空気調和装置の
構成図である。１は冷暖房などを行うための空調機、２
は例えば外気と熱交換を行う熱源側ユニット、３は空調
用の空気と熱交換を行う利用側ユニット、４は熱交換さ
れた空気を送り込むための送風ファン、５ａ，５ｂ，５
ｃは空調用の空気を通す各空調用ダクト、６ａ，６ｂ，
６ｃは通過空気量を調節する可変風量装置いわゆるＶＡ
Ｖダンパ、７ａ，７ｂ，７ｃは空調すべき室などの各空
調空間、８ａ，８ｂ，８ｃは各空調空間７ａ，７ｂ，７
ｃの温度を検出する温度センサである。この装置の動作
概略を図３のフローチャートを用いて説明する。

【０００３】従来、可変風量空気調和装置においては、
以下の順序で運転される。

【０００４】まず、各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃに設置
された各温度センサ８ａ，８ｂ，８ｃによって各空調空
間７ａ，７ｂ，７ｃの温度Ｔi(i=a,b,c)を検知する（ス
テップＳ２０１）。次に、各温度Ｔiと各空調空間７
ａ，７ｂ，７ｃの各設定温度Ｒi等を用いて各空調空間
７ａ，７ｂ，７ｃの空調負荷を計算する（ステップＳ２
０２）。求められた各空調負荷に対応できるように、各
ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃの開度を変更して調整す
る（ステップＳ２０３）。更に、各空調負荷の合計であ
る全空調負荷に対応できるように、送風ファン４の回転
数と、空調機１の運転状態を調整する（ステップＳ２０
４）。その後、空調機１を運転中は、上述の処理を繰り
返す。

【０００５】この順序で運転すると、各空調空間７ａ，
７ｂ，７ｃの温度Ｔiと各設定温度Ｒiとの差が大きい時
などのように空調負荷が大きい場合には、空調機１の空
調能力や送風ファン４の回転数は上がり、各ＶＡＶダン
パ６ａ，６ｂ，６ｃは各々開度を上げていく。逆に、各
空調空間７ａ，７ｂ，７ｃの温度Ｔiと各設定温度Ｒiと
の差が小さい時などのように空調負荷が小さい場合に
は、空調機１の空調能力や送風ファン４の回転数は下が
り、各ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃは各々開度を下げ
ていく。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような順序で可変風量空気調和装置を運転すると、各Ｖ
ＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃは各空調空間７ａ，７ｂ，
７ｃの情報のみを用いて制御されるので、全空調空間の
空調負荷が小さくなってくると、全ＶＡＶダンパの開度
が下がり全空調用ダクトにおいて空調用空気を供給する
際の抵抗が増すため、空調機１の運転効率および空調用
空気の供給効率が悪化してしまう。

【０００７】さらに、各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃに対
する各空調用ダクト５ａ，５ｂ，５ｃの長さの違い等に
よる空調用空気供給の不均衡があった場合には、それを
是正することができないという課題がある。以上の課題
に対して、機器面で対策を行うとするならば、機器の設
置場所毎に対策を行わなくてはならないので、機器の汎
用性が損なわれてしまう。一方、機器の汎用性を損なわ
ないように制御アルゴリズム上で対策を行った場合、例
えば、処理ステップＳ２０３において空調機１が発生し
た空調用空気を各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃの空調負荷
に比例して分配するように、各ＶＡＶダンパ６ａ，６
ｂ，６ｃの開度を決定するように制御アルゴリズムを組
んだ場合を考えると、ある空調空間での空調負荷がたい
へん大きくなった場合、その空調空間の要求する空調用
空気の量が、機器が供給できる最大空気量を越えると、
最大空気量を越えない程度の空調負荷を持つ他の空調空
間の要求する空調用空気の量は相対的に小さくなるの
で、後者の空調空間へは空調用空気を十分供給できなく
なってしまう。つまり、実現不可能な空調要求を考慮に
いれるため、実現可能な空調要求までも乱してしまうこ
とになる。

【０００８】本発明は、従来のこのような課題を考慮
し、空調機の運転効率及び空調用空気の供給効率を向上
でき、各空調空間に対する空調用空気供給の不均衡を是
正でき、また、空調機が供給できる最大空調量を越えた
空調負荷を要求する空調空間がある場合には、最大空調
量を越えない程度の空調負荷を持つ空調空間に優先的に
必要なだけ空調用空気を分配することができる可変風量
空気調和装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、空調された空
気を送風する送風手段と、送風手段に接続され、複数個
の空調すべき空間の送風量を変更する複数個の空気量変
更手段と、それら複数個の空調空間の要求する空調負荷
を検出演算する空調負荷検出演算手段と、それら演算さ
れた空調負荷のうち最大の空調負荷が要求される空間に
対応する空気量変更手段を最大能力に設定し、また他の
空気量変更手段を最大能力を基準にして、各空間に要求
される空調負荷に比例した能力に設定し、各空間の要求
する空調負荷を満足させるように、送風手段の送風能力
又は空調された空気の被空調度合を制御する制御手段と
を備えた可変風量空気調和装置である。

【００１０】

【作用】本発明は、送風手段が空調された空気を送風
し、空気量変更手段が複数個の空調すべき空間の送風量
を変更し、空調負荷検出演算手段がそれら複数個の空調
空間の要求する空調負荷を検出演算し、制御手段が、そ
れら演算された空調負荷のうち最大の空調負荷が要求さ
れる空間に対応する空気量変更手段を最大能力に設定
し、また他の空気量変更手段を最大能力を基準にして、
各空間に要求される空調負荷に比例した能力に設定し、
各空間の要求する空調負荷を満足させるように、送風手
段の送風能力又は空調された空気の被空調度合を制御す
る。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。

【００１２】図１は、本発明にかかる一実施例の可変風
量空気調和装置の動作を示すフローチャートであり、図
２は、同実施例の可変風量空気調和装置の構成図であ
る。

【００１３】図２において、空調機１などの機器の構成
は従来例と同様であり、機器構成の説明を省略する。本
実施例では、各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃ用のＶＡＶダ
ンパ６ａ，６ｂ，６ｃは、空気分配制御手段９により制
御され、その空気分配制御手段９には、各空調空間７
ａ，７ｂ，７ｃにそれぞれ設けられた各温度センサ８
ａ，８ｂ，８ｃの検出結果が入力されている。又、各温
度センサ８ａ，８ｂ，８ｃの検出結果は、送風量制御手
段１０に入力され、その送風量制御手段１０は送風ファ
ン４の送風量を制御している。

【００１４】また、送風ファン４が送風手段であり、Ｖ
ＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃが可変風量装置あるいは空
気量変更手段を構成し、空気分配制御手段９及び送風量
制御手段１０が制御手段を構成し、温度センサ８ａ，８
ｂ，８ｃ及びその検出結果等を用いて各空調空間７ａ，
７ｂ，７ｃの空調負荷を演算する演算回路（図示省略）
が空調負荷検出演算手段を構成している。

【００１５】次に、上記実施例の動作について、図１を
参照しながら説明する。

【００１６】まず、各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃに設置
された各温度センサ８ａ，８ｂ，８ｃによって温度Ｔi
(i=a,b,c)を検出する（ステップＳ１０１）。次に、各
温度Ｔiと各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃの各設定温度Ｒi
を用いて空気分配制御手段９により各ＶＡＶダンパ６
ａ，６ｂ，６ｃの操作量を演算する（ステップＳ１０
２）。続いて、温度センサ８ａ，８ｂ，８ｃによって検
出した温度Ｔiのすべてと設定温度Ｒi(i=a,b,c)のすべ
てを用いて、各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃの温度を各々
の設定温度Ｒiに一致させることができるように送風量
制御手段１０により送風ファン４の回転数を演算する
（ステップＳ１０３）。次に、送風ファン４の回転数が
操作上限値になっているか、操作上限値になっていない
かを判断する（ステップＳ１０４）。

【００１７】判断の結果、送風ファン４の回転数が操作
上限値になっている場合、（数４）に基づいて各ＶＡＶ
ダンパ６ａ，６ｂ，６ｃの操作量を変換する（ステップ
Ｓ１０５）。ここで、空気分配制御手段９によって演算
される操作量がＶＡＶダンパの操作上限値を越えたとき
は、その演算結果をＶＡＶダンパの操作上限値に変換す
る。

【００１８】続いて、処理ステップＳ１０５で変換され
た操作量を（数３）に基づいて、各ＶＡＶダンパ６ａ，
６ｂ，６ｃの操作量を変換する（ステップＳ１０６）。

【００１９】

【数３】

【００２０】

【数４】 一方、上述の判断の結果、送風ファン４の回転数が操作
上限値になっていない場合は、処理ステップＳ１０５は
行わず、（数３）に基づいて、各ＶＡＶダンパ６ａ，６
ｂ，６ｃの操作量を変換する（ステップＳ１０６）。

【００２１】次に、処理ステップＳ１０６により求めら
れた操作量になるように、各ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，
６ｃの開度を変更すると共に、処理ステップＳ１０３に
より求められた操作量になるように送風ファン４の回転
数を変更する（ステップＳ１０７）。

【００２２】その後、空調負荷に見合うように空調機１
の運転状態を変更し（ステップＳ１０８）、以上の処理
を繰り返す。

【００２３】次に、以上の制御アルゴリズムを具体的数
値を例に上げて説明する。各ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，
６ｃの操作幅は０〜１００％とし、空調用ダクト５ｃが
他の空調用ダクト５ａ，５ｂよりも長いことを想定す
る。 ＜具体例１＞空気分配制御手段９によって演算された各
ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃの操作量が３０％、６０
％、８０％とする。 Ａ）送風ファン４の回転数が操作上限値になっていない
場合 空気分配制御手段９によって演算された各ＶＡＶダンパ
６ａ，６ｂ，６ｃの操作量のうち、最大のものはＶＡＶ
ダンパ６ｃの８０％である。また、ＶＡＶダンパ６ｃの
操作上限値は１００％なので、（数３）を用いると、 ｕa ＝ ３０／（８０／１００）＝ ３７．５ ％ ｕb ＝ ６０／（８０／１００）＝ ７５ ％ ｕc ＝ ８０／（８０／１００）＝ １００ ％ と変換される。 Ｂ）送風ファン４の回転数が操作上限値になっている場
合 空気分配制御手段９によって演算された各ＶＡＶダンパ
６ａ，６ｂ，６ｃの操作量は、すべて各ＶＡＶダンパ６
ａ，６ｂ，６ｃの操作上限値よりも小さいので（数４）
を用いると、 ｕa ＝ ｍｉｎ［３０,１００］＝ ３０ ％ ｕb ＝ ｍｉｎ［６０,１００］＝ ６０ ％ ｕc ＝ ｍｉｎ［８０,１００］＝ ８０ ％ となり、（数４）に基づく変換による操作量の変更はな
い。

【００２４】そこで、送風ファン４の回転数が操作上限
値になっていない場合と同様に（数３）を用いると、 ｕa ＝ ３０／（８０／１００）＝ ３７．５ ％ ｕb ＝ ６０／（８０／１００）＝ ７５ ％ ｕc ＝ ８０／（８０／１００）＝ １００ ％ と変換される。 ＜具体例２＞空気分配制御手段９によって演算された各
ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃの操作量が３０％、６０
％、１２０％とする。 Ａ）送風ファン４の回転数が操作上限値になっていない
場合 空気分配制御手段９によって演算された各ＶＡＶダンパ
６ａ，６ｂ，６ｃの操作量のうち、最大のものはＶＡＶ
ダンパ６ｃの１２０％である。また、ＶＡＶダンパ６ｃ
の操作上限値は１００％なので、（数３）を用いると、 ｕa ＝ ３０／（１２０／１００）＝ ２５ ％ ｕb ＝ ６０／（１２０／１００）＝ ５０ ％ ｕc ＝ １２０／（１２０／１００）＝ １００ ％ と変換される。 Ｂ）送風ファン４の回転数が操作上限値になっている場
合 空気分配制御手段９によって演算された各ＶＡＶダンパ
６ａ，６ｂ，６ｃの操作量を（数４）に基づいて変換す
ると、 ｕa ＝ ｍｉｎ［３０,１００］＝ ３０ ％ ｕb ＝ ｍｉｎ［６０,１００］＝ ６０ ％ ｕc ＝ ｍｉｎ［１２０,１００］＝ １００ ％ となる。

【００２５】さらに、（数３）に基づいて変換すると、 ｕa ＝ ３０／（１００／１００）＝ ３０ ％ ｕb ＝ ６０／（１００／１００）＝ ６０ ％ ｕc ＝ １００／（１００／１００）＝ １００ ％ と変換される。

【００２６】具体例１からわかるように、空気分配制御
手段９の演算結果が対応する各ＶＡＶダンパ６ａ，６
ｂ，６ｃの操作上限値を越えなければ、ＶＡＶダンパの
開度決定に送風ファン４の回転数は関係しない。また、
この場合は各ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃの開度を小
さくして全体の空調能力を下げたい場合であるが、逆に
各ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃの開度は大きくなる。
しかし、空調用空気の供給が過剰になるようであれば、
送風ファン４の送風能力は下がり、それにつれて空調機
１の空調能力も下がるので、たいへん効率の良い機器運
転が実現される。

【００２７】また、具体例２からわかるように、以上の
ような方法で各ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃの開度を
決定することにより、送風ファン４の回転数が操作上限
値となっていないときには、各空調用ダクト５ａ，５
ｂ，５ｃの長さの違い等による空調用空気供給の不均衡
を是正することができる。その理由は以下の通りであ
る。空調用ダクト５ｃが他に比べて長いと空調空間７ｃ
には空調用空気が供給しにくくなり、他の空調空間７
ａ,７ｂに比べて空調能力が小さくなる傾向にある。そ
のため、それに対応する空気分配制御手段９により演算
されるＶＡＶダンパ６ｃの操作量は、たくさんの空調用
空気を得るために大きい値となる。そして、その値がＶ
ＡＶダンパ６ｃの操作上限値（１００％）を越えると、
他のＶＡＶダンパ６ａ,６ｂは、（数３）に基づく操作
量変換により空気分配制御手段９で演算された操作量よ
りも小さい開度になる。その結果、空調空間７ａ,７ｂ
に送られる空調用空気が相対的に減り、空調用空気が供
給されにくい空調空間７ｃに空調用空気をたくさん供給
することができるようになる。

【００２８】また、送風ファン４の回転数が操作上限値
になっている場合には、空調空間７ｃでは空気分配制御
手段９により演算された操作量（１２０％）がＶＡＶダ
ンパ６ｃの操作上限値（１００％）を越えているので、
ＶＡＶダンパ６ｃだけについて操作量を操作上限値（１
００％）に変換し、他のＶＡＶダンパ６ａ,６ｂの操作
量は変換しない（これは言い換えると、ＶＡＶダンパ６
ｃの操作量を基準にした場合、他のＶＡＶダンパ６ａ,
６ｂの操作量を増加させたことになる）。これにより、
送風ファン４の回転数が最大でさらにＶＡＶダンパ６ｃ
の操作量を操作上限値以上に要求するといった実現不可
能な空調要求を持つ空調空間７ｃよりも、最大空気量を
越えない程度の空調負荷を持つ空調空間７ａ,７ｂに優
先的に必要なだけ空調用空気を分配することができる。

【００２９】さらに、全状態において（数３）による操
作量変換を行うことにより、ＶＡＶダンパ６ｃが全開の
状態で運転されるので、効率の良い機器運転が可能とな
る。

【００３０】以上のように、可変風量空気調和装置にお
いて、全状態で（数３）に基づいて変換した操作量を用
いて各ＶＡＶダンパ６ａ，６ｂ，６ｃを操作することに
より、１つ以上のＶＡＶダンパが操作上限値で運転され
るので、空調負荷が小さい場合でも、空調用ダクトにお
いて空調用空気を供給する際の抵抗を可能な限り最小に
おさえることができ、その分送風ファン４の送風能力や
空調機１の空調能力を小さくできるので、空調機１の運
転効率および空調用空気の供給効率の良い機器運転が可
能となる。

【００３１】特に、空調要求のある空調空間が１つの場
合には、ＶＡＶダンパは操作上限値で運転され、送風フ
ァン４と空調機１で空調能力を制御することになる。

【００３２】また、機器が供給できる最大空気量を越え
た空調用空気を要求する空調空間がない場合には、空調
用空気供給の不均衡を是正することができるので各空調
用ダクト５ａ，５ｂ，５ｃの長さの違い等によらず、各
空調空間７ａ，７ｂ，７ｃの温度をすばやく各設定温度
Ｒiに一致させることができる。

【００３３】一方、機器が供給できる最大空気量を越え
た空調用空気を要求する空調空間がある場合には、最大
空気量を越えない程度の空調負荷を持つ空調空間に優先
的に必要なだけ空調用空気を分配できるので、実現不可
能な空調能力を要求する空調空間が存在しても、実現可
能な空調能力を要求している空調空間は乱されることな
く快適な温熱環境を実現することができる。

【００３４】また、送風ファン４、各ＶＡＶダンパ６
ａ，６ｂ，６ｃを各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃの検出温
度Ｔiと設定温度Ｒiを用いて制御しているので、各空調
用ダクト５ａ，５ｂ，５ｃには、いかなるセンサも取り
付ける必要がない。

【００３５】さらに、各空調空間７ａ，７ｂ，７ｃの要
求する空調用空気の量と空調機１が供給できる最大空気
量とを比較してＶＡＶダンパの操作量変換方法を変える
ことにより、機器の汎用性を失うことなく空調用空気供
給の不均衡を是正することが可能となるので、機器の設
置場所毎の調整が不要となり設置工数の削減ができる。

【００３６】なお、上記実施例では、空調空間が３つの
例を用いて説明したが、空調空間の数はこれに限定され
るものではない。

【００３７】また、上記実施例では、ＶＡＶダンパの操
作量変換方法の変更の判断に、送風ファン回転数の操作
上限値により行ったが、これに代えて、例えば空調機の
所定の運転状態により行うようにしてもよい。

【００３８】また、上記実施例では、制御手段は各空調
空間の要求する空調負荷を満足させるために送風ファン
の送風量を制御するように構成したが、これに限らず、
例えば空調用空気の被空調度合等を制御するようにして
もよい。あるいは又、それら両者を組み合わせてもよ
い。

【００３９】また、上記実施例では、制御手段を専用の
ハードウェアにより構成したが、これに代えて、同様の
機能をコンピュータを用いてソフトウェア的に実現して
もよい。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、空調負荷のうち最大の空調負荷が要求される空
間に対応する空気量変更手段を最大能力に設定し、また
他の空気量変更手段を最大能力を基準にして、各空間に
要求される空調負荷に比例した能力に設定し、各空間の
要求する空調負荷を満足させるように、送風手段の送風
能力又は空調された空気の被空調度合を制御する制御手
段を備えているので、空調機の運転効率及び空調用空気
の供給効率を向上でき、各空調空間に対する空調用空気
供給の不均衡を是正できるという長所を有する。

【００４１】また、空調機が供給できる最大空調量を越
えた空調負荷を要求する空調空間がある場合には、最大
空調量を越えない程度の空調負荷を持つ空調空間に優先
的に必要なだけ空調用空気を分配することができるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施例の可変風量空気調和装
置の動作を表すフローチャートである。

【図２】同実施例の可変風量空気調和装置の構成図であ
る。

【図３】従来の可変風量空気調和装置の動作を表すフロ
ーチャートである。

【図４】従来の可変風量空気調和装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 空調機 ２ 熱源側ユニット ３ 利用側ユニット ４ 送風ファン ５ａ，５ｂ，５ｃ 空調用ダクト ６ａ，６ｂ，６ｃ 可変風量装置（ＶＡＶダンパ） ７ａ，７ｂ，７ｃ 空調空間 ８ａ，８ｂ，８ｃ 温度センサ ９ 空気分配制御手段 １０ 送風量制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中谷 和生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調された空気を送風する送風手段と、
   前記送風手段に接続され、複数個の空調すべき空間の送
   風量を変更する複数個の空気量変更手段と、それら複数
   個の空調空間の要求する空調負荷を検出演算する空調負
   荷検出演算手段と、それら演算された空調負荷のうち最
   大の空調負荷が要求される空間に対応する前記空気量変
   更手段を最大能力に設定し、また他の空気量変更手段を
   前記最大能力を基準にして、各空間に要求される空調負
   荷に比例した能力に設定し、前記各空間の要求する空調
   負荷を満足させるように、前記送風手段の送風能力又は
   前記空調された空気の被空調度合を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする可変風量空気調和装置。
2. 【請求項２】 制御手段の制御によっても、前記空間の
   要求する空調負荷を満足できない場合は、前記最大の空
   調負荷が要求される空間以外の空間に対応する前記空気
   量変更手段の送風量を上げるように前記制御手段は制御
   することを特徴とする請求項１記載の可変風量空気調和
   装置。
3. 【請求項３】 送風ファンを有する空調機より発生した
   空調用空気を、可変風量装置を有する各空調用ダクトを
   介して各空調空間へ供給する可変風量空気調和装置にお
   いて、前記各空調空間の温度を各々の設定温度に一致さ
   せることができるように操作量を演算し、前記送風ファ
   ンの送風能力を操作する送風量制御手段と、前記各空調
   空間の温度が各設定温度に一致するように操作量を演算
   し、前記各可変風量装置を操作する空気分配制御手段と
   を備え、前記送風量制御手段により決められた送風ファ
   ンの送風能力が上限値となっていない場合は、（数１）
   に基づいて前記空気分配制御手段によって演算される操
   作量を変換し、送風ファンの送風能力が上限値となって
   いる場合は、前記空気分配制御手段によって演算される
   操作量を（数２）に基づいて変換し、その変換結果を
   （数１）に基づいて変換し、各々の場合において変換さ
   れた操作量を用いて前記各可変風量装置を操作すること
   を特徴とする可変風量空気調和装置。 【数１】 【数２】