JPWO2016079825A1 - ダクト式空気調和システム - Google Patents

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Abstract

空気調和機の調和空気が供給される複数の被空調空間10−1,10−2,10−3に対応して配置された複数のダクト分岐部7−1,7−2,7−3内に各々設けられ、個々のダクト分岐部7−1,7−2,7−3内の風路を開または閉の状態にする複数のダンパ9−1,9−2,9−3と、複数の吹出口8−1,8−2,8−3と、制御装置4と、を備え、制御装置4は、空気調和機が自動で風量調整を行うとき、複数の被空調空間10−1,10−2,10−3に各々設けられた複数の吹出口8−1,8−2,8−3の数または面積の総和に対する開状態のダンパ9−1,9−2を有するダクト7−1,7−2に設けられた開口吹出口の数または面積の総和の比率である開口比と、開口吹出口が存在する被空調空間10−1,10−2で測定された温度と目標温度との温度差とに基づいて室内機2の風量を制御する制御風量48aを算出する制御風量算出部を有する。

Description

本発明は、空気調和機に繋がるダクトにより複数の被空調空間へ調和空気を供給するダクト式空気調和システムに関する。
特許文献1に示す従来のダクト式空気調和システムでは、複数の被空調空間内の室温を設定温度に保つため、可変風量(VAV:Variable Air Volume)コンロールユニットでシステム全体の総要求風量が決定され、ダンパ開度の制御および送風機の回転数の制御が実施される。また特許文献1では、ダンパ開度および総要求風量の変化量に基づいて風量が微調整される。
特開平8−28941号公報
しかしながら、特許文献1で使用されるVAVコンロールユニットは、静圧過不足情報およびダンパ開度情報といった空調制御用の情報を取得し、空気調和機の制御にフィードバックするという複雑な構成であるため、システム全体として高価なものになり一般の住宅には普及し難いという課題があった。また特許文献1に示す従来技術では、ダンパの開度により風量の調整が行われ、使用されるダンパは開度を細かく制御できるものでなくてはならないため、システム全体のコストが増加するという課題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の被空調空間内の環境に対応した風量制御を安価な構成で実現可能なダクト式空気調和システムを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るダクト式空気調和システムは、空気調和機と、前記空気調和機の調和空気が供給される複数の被空調空間に対応して配置された複数のダクト内に各々設けられ、個々のダクト内の風路を開または閉の状態にする複数のダンパと、前記複数のダクトの端部に各々配置される複数の吹出口と、前記空気調和機および前記複数のダンパを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記空気調和機が自動で風量調整を行うとき、前記複数の被空調空間に各々設けられた前記複数の吹出口の数または面積の総和に対する開状態のダンパを有するダクトに設けられた開口吹出口の数または面積の総和の比率である開口比と、前記開口吹出口が存在する被空調空間で測定された温度と前記被空調空間の目標温度との温度差と、に基づいて、前記空気調和機を構成する室内機の制御風量を算出する制御風量算出部を有することを特徴とする。
本発明に係るダクト式空気調和システムは、複数の被空調空間内の環境に対応した風量制御を安価な構成で実現することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態1に係るダクト式空気調和システムの構成図 図1に示すダクト式空気調和システムにおいて吹出口数を変更した例を示す図 図1に示す制御装置の制御風量算出部の構成例を表す図 図3に示す制御風量テーブルの例を示す図 図1に示す制御装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態2に係るダクト式空気調和システムの構成図 図6に示す制御装置内の制御風量算出部の第1の構成例を表す図 図6に示す制御装置内の制御風量算出部の第2の構成例を表す図
以下に、本発明の実施の形態に係るダクト式空気調和システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係るダクト式空気調和システムの構成図である。ダクト式空気調和システム1は、空気調和機を構成する室内機2と、空気調和機を構成し室内機2に接続された室外機3と、空気調和機を制御する制御装置4と、被空調空間10−1に配置され制御線5を介して各種情報を制御装置4へ伝達するコントローラ6と、室内機2に接続され室内機2からの調和空気を複数の被空調空間10−1,10−2・・・10−nへ供給するダクト7と、ダクト7から分岐し被空調空間10−1,10−2・・・10−nに対応して配置される複数のダクト分岐部7−1,7−2・・・7−nと、複数のダクト分岐部7−1,7−2・・・7−n内に各々配置され制御装置4からの制御によりダクト内の風路を開閉する複数のダンパ9−1,9−2・・・9−nと、複数のダクト分岐部7−1,7−2・・・7−nの端部に各々配置され調和空気を複数の被空調空間10−1,10−2・・・10−nに排気する複数の吹出口8−1,8−2・・・8−nとを有する。nは1以上の整数である。なおダクト式空気調和システム1では1本のダクトと複数のダクト分岐部とが用いられているが、例えば、ダクト式空気調和システム1は、室内機2に複数のダクトの繋げ、室内機2からの調和空気を複数のダクトで複数の被空調空間へ供給する構成でもよい。
制御装置4、室内機2、室外機3、コントローラ6、および複数のダンパ9−1,9−2・・・9−nは制御線5で接続され、複数のダンパ9−1,9−2・・・9−nは、制御装置4により個々に開状態または閉状態に制御される。ダンパ9−1,9−2・・・9−nが開状態の場合、被空調空間10−1,10−2・・・10−nへ調和空気が供給され、ダンパ9−1,9−2・・・9−nが閉状態の場合、被空調空間10−1,10−2・・・10−nへの調和空気の供給が停止される。
コントローラ6は、被空調空間10−1の室温を計測するサーミスタ11を有し、計測された室温の情報が制御線5を介して制御装置4に送信される。またコントローラ6では、被空調空間10−1,10−2・・・10−nにおける空調を制御するための各種設定が行われる。各種設定の内容は、例えば複数の被空調空間10−1,10−2・・・10−nに各々設けられた吹出口8−1,8−2・・・8−nの数量の設定と、被空調空間の目標温度の設定と、室内機2が自動で風量調整を行うか、手動で室内機2の風量調整が行われるかを表す風量自動手動設定である。コントローラ6においてこれらの設定が行われた場合、吹出口8−1,8−2・・・8−nの数量を表す吹出口数情報aと、目標温度情報bと、風量自動手動設定の結果を表す風量自動手動設定情報cとが生成され、これらの情報はサーミスタ11で検出された室温情報dと共にコントローラ6から制御装置4に送信される。以下の説明ではこれらの情報をコントローラ出力情報6aと称する。なお、コントローラ6で設定される内容は上記設定内容に限定されるものではない。
室内機2は、図示しない室内機ファンの回転数を段階的に変えることで調和空気の排出量を段階的に変化させる機能を有し、室内機2では排出風量の変速段数を表す風量段数情報eが管理されている。風量段数情報eは例えば室内機2の工場出荷時に予め室内機2に設定された情報であり、本実施の形態では、風量段数情報eを含む室内機出力情報2aが室内機2から制御装置4に送信されることで、制御装置4において風量段数情報eが管理されているものとする。風量段数情報eの具体例は後述する。
図2は図1に示すダクト式空気調和システムにおいて吹出口数を変更した例を示す図である。被空調空間10−1には、ダクト分岐部7−1の端部に3つの吹出口8−1が配置され、被空調空間10−2には、ダクト分岐部7−2の端部に2つの吹出口8−2が配置され、被空調空間10−3には、ダクト分岐部7−3の端部に1つの吹出口8−3が配置されている。図2ではダンパ9−1が開状態であり、ダンパ9−2,9−3が閉状態であると仮定する。この場合、室内機2から供給される調和空気は、ダクト分岐部7−1を通流して3つの吹出口8−1から被空調空間10−1に供給されるが、被空調空間10−2,10−3には供給されない。このとき、被空調空間10−1,10−2,10−3に供給される調和空気の度合を表す開口比は、例えば複数の吹出口8−1,8−2,8−3の吹出口数総和と、開状態のダンパ9−1を有するダクト分岐部7−1に設けられた開口吹出口である3つの吹出口8−1の開口吹出口数総和とを用いて求められる。すなわち、図2の例では、吹出口数総和に対する開口吹出口数総和の比率である開口比が50%となる。また図2の例では、サーミスタ11で検出される室温が29℃であり、目標温度が27℃であり、室内機2が冷房運転中であり、風量段数が5段であると仮定する。以下、図2に示すダクト式空気調和システム1の例を用いて室内機2の制御風量を算出する機能を具体的に説明する。
図1,2の例ではコントローラ6が被空調空間10−1に設置されているが、コントローラ6は被空調空間10−1以外の被空調空間に設置されるものでもよい。また図1,2の例ではサーミスタ11で被空調空間10−1の室温が検出されるが、室温の検出はサーミスタ11に限定されものではなくサーミスタ以外の温度検出手段を利用してもよい。またサーミスタ11はコントローラ6に内蔵されたものに限定されず、被空調空間内の何れかの場所に配置されたものでもよい。
図3は図1に示す制御装置内の制御風量算出部の構成例を表す図である。図3には、制御装置4が有する機能の内、室内機2の制御風量48aを算出するための機能である制御風量算出部400のみ示されているが、制御装置4は、例えば図2に示すダンパ9−1,9−2,9−3の開閉を制御するダンパ制御機能といった制御風量算出機能以外の機能も有するものとする。
制御装置4は、コントローラ6からのコントローラ出力情報6aと室内機2からの室内機出力情報2aとを受信する情報受信部40と、コントローラ出力情報6aに含まれる吹出口数情報a、目標温度情報b、風量自動手動設定情報c、および室温情報dを記憶すると共に、室内機出力情報2aに含まれる風量段数情報eと、図示しないダンパ制御機能で管理されダンパ9−1,9−2,9−3の開閉状態を表すダンパ開閉状態情報fとを記憶する記憶部41と、吹出口数情報aに基づいて複数の吹出口8−1,8−2,8−3の総和を算出する吹出口数総和算出部43と、吹出口数情報aとダンパ開閉状態情報fに基づいて複数の吹出口8−1,8−2,8−3の内、開状態のダンパを有するダクトに設けられた開口吹出口の総和を算出する開口吹出口数総和算出部44と、開口比算出部45と、目標温度情報bと室温情報dとに基づいて目標温度と室温との温度差を算出する温度差算出部46と、風量自動手動設定情報cに基づいて風量調整が自動で行われる設定であるか手動で行われる設定であるかを判定する風量設定判定部42と、風量段数と開口比と温度差と制御風量とが対応付けられた制御風量テーブル47と、風量調整が自動と判断された場合、温度差算出部46で算出された温度差と開口比算出部45で算出された開口比と記憶部41に記憶された風量段数とを、制御風量テーブル47に照合して制御風量48aを決定して出力する制御風量決定部48とを有する。
開口比算出部45は、吹出口数総和算出部43で算出された吹出口数総和と開口吹出口数総和算出部44で算出された開口吹出口数総和とを用いて、被空調空間10−1,10−2,10−3に供給される調和空気の度合い、すなわち吹出口数総和に対する開口吹出口数総和の比率である開口比を算出する。図2の例では開口比が50%である。
温度差算出部46では、室内機2が冷房運転中であるか暖房運転中であるかを考慮して温度差が算出される。例えば冷房運転中の場合、温度差算出部46は(1)式で温度差を算出し、暖房運転中の場合、温度差算出部46は(2)式で温度差を算出する。
(1)温度差=室温−目標温度
(2)温度差=目標温度−室温
図4は図3に示す制御風量テーブルの例を示す図である。制御風量テーブル47には、1段から5段までの風量段数と、風量段数の値に対応付けられた1または複数の開口比を表す開口比ステージR11からR55と、温度差の値に対応付けられた複数の温度差ステージS1からS7と、室内機2の調和空気の排出風量を制御するための複数の制御風量とが対応付けられている。制御風量は、開口比が高いほど風量を強める傾向の制御量、または温度差が大きいほど風量を強める傾向の制御量である。「超強」、「強」、「弱」、「静」、「超静」、および「前回維持」で示されるものが制御風量の度合いを表す。図4では説明を簡単化するために制御風量を文字で表しているが、実際には制御風量に対応した値が設定されているものとする。制御風量テーブル47の内容は、例えばコントローラ6が設置される環境に合わせて風量の強弱を部分的に変更することができるものとする。
例えば、風量段数情報eで得られた風量段数が5段、開口比算出部45で算出された開口比が40%以上60%未満、温度差算出部46で算出された温度差が6℃以上である場合、制御風量決定部48では、図中(1)で示す「超強」に対応する制御風量48aを決定する。同様にして風量段数が5段、開口比が20%未満、温度差が1℃未満の場合、制御風量決定部48では、図中(2)で示す「超静」に対応する制御風量48aを決定する。
以下動作を説明する。図5は図1に示す制御装置の動作を示すフローチャートである。制御装置4の風量設定判定部42において風量調整が自動で行われる設定であると判定された場合(ステップS1,Yes)、吹出口数総和算出部43では吹出口数総和が算出され、開口吹出口数総和算出部44では開口吹出口数総和が算出され、温度差算出部46では室内機2が冷房運転中であるか暖房運転中であるかを判断して温度差が算出される(ステップS2)。図2の例では吹出口数総和が6であり、開口吹出口数総和が3であり、温度差が2℃である。開口比算出部45では開口比が算出され(ステップS3)、図2の例では開口比が50%となる。制御風量決定部48では、制御風量テーブル47が参照され、制御風量48aが決定される(ステップS4)。具体的には、風量段数が5段、開口比が50%、および温度差が2℃であるため、制御風量決定部48では、制御風量テーブル47の開口比ステージR53と温度差ステージS3とに対応する「弱」の制御風量48aが決定される。決定された制御風量48aは室内機2へ送信される(ステップS5)。
風量調整が自動で行われる設定ではないと判定された場合(ステップS1,No)、コントローラ6においてユーザが設定した風量を室内機2に送信する(ステップS6)。
実施の形態1のダクト式空気調和システム1では、ダンパの開閉状態および吹出口の数に着目することで、開状態または閉状態に制御されるダンパを使用しながらも、吹出口の開口数が多いときまたは温度差が大きい場合、風量を強め、吹出口の開口数が少なくまたは温度差が小さい場合、風量を弱めるという制御を実現することができる。従って、開度を細かく制御可能なダンパと静圧過不足情報およびダンパ開度を取得するためのVAVコンロールユニットとを用いる必要がなく、ユーザはダクト式空気調和システムを低コストで構築することが可能となる。
実施の形態2.
図6は本発明の実施の形態2に係るダクト式空気調和システムの構成図である。実施の形態1のダクト式空気調和システム1との違いは以下の通りである。ダクト式空気調和システム1Aでは、コントローラ6にサーミスタ11−1が設けられ、被空調空間10−1以外の複数の被空調空間10−2・・・10−nの内、被空調空間10−2にはサーミスタ11−2が設けられ、被空調空間10−nにはサーミスタ11−nが設けられている。nは1以上の整数である。サーミスタ11−2・・・11−nで各々検出された室温情報11aは、制御線12で制御装置4へ送信される。以下、実施の形態1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
図7は図6に示す制御装置内の制御風量算出部の第1の構成例を表す図である。制御風量算出部410は、コントローラ出力情報6aと室内機出力情報2aとサーミスタ11−1,11−2・・・11−nで各々検出された室温情報11aとを受信する情報受信部40Aと、吹出口数情報a、目標温度情報b、風量自動手動設定情報c、室温情報d、風量段数情報e、ダンパ開閉状態情報f、および室温情報11aを記憶する記憶部41Aと、風量設定判定部42と、吹出口数総和算出部43と、開口吹出口数総和算出部44と、開口比算出部45と、室温情報d、ダンパ開閉状態情報f、および室温情報11aに基づいてダンパが開口状態の吹出口が配置された複数の被空調空間の温度を平均化した温度を算出する平均温度算出部49と、平均温度算出部49で算出された平均温度と目標温度との温度差を算出する温度差算出部46Aと、開口比算出部45と、制御風量テーブル47と、制御風量決定部48とを有する。
実施の形態1のダクト式空気調和システム1では、サーミスタ11からの室温情報dを用いて制御風量48aが決定されたが、ダクト式空気調和システム1Aでは、ダンパの状態が開になっている複数の被空調空間で検出された複数の温度を用いて制御風量48aが決定される。例えば図6に示す被空調空間10−1,10−2のダンパ9−1,9−2のみが開状態である場合、平均温度算出部49は、ダンパ開閉状態情報fによりダンパが開口状態の吹出口が配置された被空調空間10−1,10−2を特定し、被空調空間10−1に配置されたサーミスタ11−1で検出された室温と被空調空間10−2のサーミスタ11−2で検出された室温との平均値を算出する。温度差算出部46Aは、平均温度算出部49で算出された平均値を、温度差を算出するための室温として使用する。これにより被空調空間10−1と被空調空間10−2の温度むらを軽減することができる。
図8は図6に示す制御装置内の制御風量算出部の第2の構成例を表す図である。制御風量算出部420は、情報受信部40Aと、記憶部41Aと、風量設定判定部42と、吹出口数総和算出部43と、開口吹出口数総和算出部44と、開口比算出部45と、吹出口数情報a、室温情報d、ダンパ開閉状態情報f、および室温情報11aに基づいてダンパが開口状態の吹出口が配置された複数の被空調空間の温度を加重平均化した温度を算出する加重平均温度算出部50と、加重平均温度算出部50で算出された加重平均温度と目標温度との温度差を算出する温度差算出部46Bと、開口比算出部45と、制御風量テーブル47と、制御風量決定部48とを有する。
吹出口数が多い被空調空間は面積が広く、空調され難いことが想定される。ダクト式空気調和システム1Bでは、ダンパの状態が開になっている複数の被空調空間で検出された複数の温度を用いて、複数の被空調空間の吹出口数に基づく温度の重みづけを行う。重みづけの方法としては吹出口数と室温の加重平均を用いる。例えば図6のダクト式空気調和システム1Aにおいて、被空調空間10−1,10−2のダンパ9−1,9−2が開状態であり、被空調空間10−1の室温が30℃で吹出口が5つであり、被空調空間10−2の室温が25℃で吹出口が1つである場合、加重平均温度算出部50は、吹出口数情報aとダンパ開閉状態情報fにより、ダンパが開口状態の吹出口が配置された被空調空間10−1,10−2の開口吹出口の数を求め、(3)式で加重平均温度を求める。
(3)加重平均温度=(30×5+25×1)/6=29.2℃
例えば風量段数が5段、開口比が50%、目標温度が25℃、また室内機2が冷房運転中であると仮定した場合、図7に示す制御風量算出部410の平均温度算出部49で算出される温度は27.5であり、温度差算出部46Aで算出される温度差は2.5℃となる。これに対して図8に示す制御風量算出部420の加重平均温度算出部50で算出される温度は29.2℃であるため、温度差算出部46Bで算出される温度差は4.2℃になる。温度差が2.5℃である場合、制御風量決定部48では図4に示す「弱」の制御風量48aが決定されるが、温度差が4.2℃である場合、制御風量決定部48では図4に示す「強」の制御風量48aが決定される。このように空調され難い被空調空間10−1を考慮した風量の決定を行うことができ、被空調空間10−1の室温を目標温度へより早く近づけることができる。
なお実施の形態1,2では、吹出口数総和と開口吹出口数総和とを用いて開口比を算出する例を説明したが、複数の吹出口の各々の断面積が異なる場合を考慮して開口比は吹出口面積総和と開口吹出口面積総和とを用いて求めてもよい。
以上に説明したように実施の形態1,2のダクト式空気調和システム1,1Aは、空気調和機と、前記空気調和機の調和空気が供給される複数の被空調空間に対応して配置された複数のダクト内に各々設けられ、個々のダクト内の風路を開または閉の状態にする複数のダンパと、前記複数のダクトの端部に各々配置される複数の吹出口と、前記空気調和機および前記複数のダンパを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記空気調和機が自動で風量調整を行うとき、前記複数の被空調空間に各々設けられた前記複数の吹出口の数または面積の総和に対する開状態のダンパを有するダクトに設けられた開口吹出口の数または面積の総和の比率である開口比と、前記開口吹出口が存在する被空調空間で測定された温度と前記被空調空間の目標温度との温度差と、に基づいて、前記空気調和機を構成する室内機の風量を制御する制御風量を決定する制御風量算出部400を有する。この構成により、開度を細かく制御可能なダンパと、静圧過不足情報およびダンパ開度を取得するためのVAVコンロールユニットとを用いることなく風量制御を行うことができ、ユーザはダクト式空気調和システムを低コストで構築することができる。またダクト式空気調和システム1,1AによればVAVコンロールユニットを用いる必要がないため構成部品の減容化を図ることができる。またダンパは開または閉の動作のみ行うものでよく装置構成が簡素化されることから長寿命化を図ることができる。
また実施の形態2の制御風量算出部410は、前記開口吹出口が存在する複数の被空調空間で測定された複数の温度の平均値と前記目標温度との温度差を用いる。この構成により、複数の被空調空間の温度むらを軽減することができる。
また実施の形態2の制御風量算出部420は、前記開口吹出口が存在する複数の被空調空間で測定された複数の温度を前記開口吹出口の数で加重平均した加重平均温度と前記目標温度との温度差を用いる。この構成により、空調され難い被空調空間の室温を目標温度へより早く近づけることができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1,1A ダクト式空気調和システム、2 室内機、2a 室内機出力情報、3 室外機、4 制御装置、5 制御線、6 コントローラ、6a コントロータ出力情報、7 ダクト、7−1,7−2,7−3,7−n ダクト分岐部、8−1,8−2,8−3,8−n 吹出口、9−1,9−2,9−3,9−n ダンパ、10−1,10−2,10−3,10−n 被空調空間、11,11−1,11−2,11−n サーミスタ、11a 室温情報、12 制御線、40,40A 情報受信部、41,41A 記憶部、42 風量設定判定部、43 吹出口数総和算出部、44 開口吹出口数総和算出部、45 開口比算出部、46,46A,46B 温度差算出部、47 制御風量テーブル、48 制御風量決定部、48a 制御風量、49 平均温度算出部、50 加重平均温度算出部、400,410,420 制御風量算出部。

Claims (5)

  1. 空気調和機と、
    前記空気調和機の調和空気が供給される複数の被空調空間に対応して配置された複数のダクト内に各々設けられ、個々のダクト内の風路を開または閉の状態にする複数のダンパと、
    前記複数のダクトの端部に各々配置される複数の吹出口と、
    前記空気調和機および前記複数のダンパを制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記空気調和機が自動で風量調整を行うとき、前記複数の被空調空間に各々設けられた前記複数の吹出口の数または面積の総和に対する開状態のダンパを有するダクトに設けられた開口吹出口の数または面積の総和の比率である開口比と、前記開口吹出口が存在する被空調空間で測定された温度と前記被空調空間の目標温度との温度差と、に基づいて、前記空気調和機を構成する室内機の制御風量を算出する制御風量算出部を有する
    ことを特徴とするダクト式空気調和システム。
  2. 前記制御風量算出部は、前記室内機の風量の変速段数を表す風量段数と、前記開口比と、前記温度差と、前記開口比が高いほど風量を強める傾向の制御風量と、が設定された制御風量テーブルを用いて、前記制御風量を算出することを特徴とする請求項1に記載のダクト式空気調和システム。
  3. 前記制御風量算出部は、前記室内機の風量の変速段数を表す風量段数と、前記開口比と、前記温度差と、前記温度差が大きいほど風量を強める傾向の制御風量と、が設定された制御風量テーブルを用いて、前記制御風量を算出することを特徴とする請求項1に記載のダクト式空気調和システム。
  4. 前記制御風量算出部は、前記開口吹出口が存在する複数の被空調空間で測定された複数の温度の平均値と、前記目標温度との温度差を用いることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載のダクト式空気調和システム。
  5. 前記制御風量算出部は、前記開口吹出口が存在する複数の被空調空間で測定された複数の温度を前記開口吹出口の数で加重平均した加重平均温度と、前記目標温度との温度差を用いることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載のダクト式空気調和システム。
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