JP2009257600A - 外気取入システム - Google Patents

Abstract

【課題】外気導入に伴い湿分が室内に流入しても、過渡的な室内の湿度変化を抑制する外気取入システムを提供することを課題とする。
【解決手段】室内の空気を調整する外気取入システム１であって、屋外の空気の温度が室内の空気の温度よりも低い場合に、屋外の空気を室内へ取り入れる外気取り入れ手段と、室内の空気の露点温度よりも低い温度の熱媒を供給する熱媒供給手段３と、室内の空気を熱媒供給手段３から供給される熱媒で冷やして除湿することにより、室内の空気の湿度を調整する除湿手段２と、外気取り入れ手段が取り入れる屋外の空気の絶対湿度である外気絶対湿度が室内の空気の絶対湿度よりも高い場合に、除湿手段２の除湿能力が上がるように熱媒供給手段３が除湿手段２へ供給する熱媒を制御する制御手段１３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、外気取入システムに関する。

ビル等では、冷凍機やボイラ等の冷熱源機器で生成された冷水や温水、上記、氷水スラリー等の熱媒をビルや工場、地下街等のエアハンドリングユニット、ファンコイルユニット等へ分配する集中式の空調システムが多く採用されている。空調システムは、システムを構成する各空調機器の運転効率を高めるため、熱収支の変化に応じて冷媒循環系統の温度や流量を最適化する技術が開発されている（例えば、特許文献１や２を参照）。
特許第２５２７６４３号公報 特開２００７−２０５６０４号公報

空調管理において、室内の温度を下げる目的で外気を取り入れる場合、外気の導入により室内の湿度が居住者の快適感を損ねる場合がある。ここで、夏季等に湿分を低減した空気を得ようとして熱媒をポンプの能力の上限近くまで稼動させて循環させ、または冷凍機を操作して熱媒温度を低下させることが行われるが、エネルギーを多く消費し運転費等が高くなる。

本発明は、上記した問題に鑑み、外気導入に伴い湿分が室内に流入しても、過渡的な室内の湿度変化を抑制する外気取入システムを提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、外気絶対湿度に基づいて冷熱源を制御する。

詳細には、室内の空気を調整する外気取入システムであって、屋外の空気の温度が前記室内の空気の温度よりも低い場合に、該屋外の空気を該室内へ取り入れる外気取り入れ手段と、前記室内の空気の露点温度よりも低い温度の熱媒を供給する熱媒供給手段と、前記室内の空気を前記熱媒供給手段から供給される熱媒で冷やして除湿することにより、該室内の空気の湿度を調整する除湿手段と、前記外気取り入れ手段が取り入れる前記屋外の空気の絶対湿度が前記室内の空気の絶対湿度よりも高い場合に、前記除湿手段の除湿能力が上がるように前記熱媒供給手段が該除湿手段へ供給する熱媒を制御する制御手段と、を備える。

本発明は、外気導入に伴い室内に流入する湿分を処理することを目的とするため、外気を取り入れ可能な外気取入システムであることを前提とする。ここで、電力消費量削減の観点から外気導入による冷房を行う場合、外気に含まれる湿分が室内に流入し得る。空調用の熱媒は、室内などの空調空間の温度調整を主たる目的としているため、熱媒の温度や圧力、流量は輸送すべき熱量に応じて制御される。よって、冷房負荷低減の目的で外気を導入すると、輸送すべき熱量の減少に伴って熱媒と室内空気との間の熱交換量が減り、除湿量が減る。

ここで、本発明は、外気を取り入れて室内の温度を調整する場合に、制御手段が外気の絶対湿度に応じて熱媒を制御する。外部から室内へ流入した湿分は、空気を露点温度よりも低い温度に冷やして凝縮させることにより回収可能であるが、その除湿能力は除湿手段へ供給される熱媒と空気との温度差に大きく依存するため、輸送すべき熱量が減っても熱
媒の温度や圧力、流量等を能動的に制御することにより、除湿手段における除湿能力を制御することが可能となる。このように、屋外の絶対湿度に基づいて熱媒を制御することにより、外気導入に伴い湿分が室内に流入しても除湿能力を能動的に制御し、過渡的な室内の湿度変化を抑制することが可能となる。

また、前記制御手段は、前記外気絶対湿度が前記室内の空気の絶対湿度よりも高い場合に、前記熱媒供給手段が前記除湿手段へ供給する熱媒の圧力を下げるようにしてもよい。除湿能力は、除湿対象の空気がより低い温度にまで冷やされる程その能力が高まるため、熱媒の圧力を下げて熱媒の流速を下げることにより、熱媒と空気との間における熱交換を促進して除湿能力を高めることが可能である。すなわち、熱媒の圧力を下げて熱媒の流速を下げてやることにより、熱交換器である除湿手段内に熱媒が長時間滞在し、熱媒が空気と十分に熱交換される。よって、室内の湿度変化を抑制しつつ、熱媒の過度な昇圧による運転コストを削減することが可能となる。

また、前記制御手段は、前記室内の除湿に必要な熱媒の圧力を外気絶対湿度に応じて既定したマップであって、前記除湿手段に略最小の圧力の熱媒が供給されるように熱媒の圧力を既定したマップを有し、該マップに基づいて前記外気絶対湿度に応じた熱媒の圧力の制御を行うようにしてもよい。これによれば、圧力を過剰に昇圧することがなくなるので、過渡的な室内の湿度変化を抑制しつつ、運転コストを低減することが可能になる。なお、外気絶対湿度に応じて熱媒の圧力を既定した上記マップは、運転コストを削減する観点から前記除湿手段に略最小の圧力で熱媒が供給されるように熱媒の圧力を既定したマップであって、例えば、外気導入時、室内を除湿するために最低限必要な熱媒の圧力を外気絶対湿度に応じて既定したマップである。

また、前記制御手段は、前記外気絶対湿度が、前記室内の加湿が必要な既定の絶対湿度の下限値および該室内の除湿が必要な既定の絶対湿度の上限値の範囲を満たさない場合に、前記熱媒供給手段が前記除湿手段へ供給する熱媒の圧力を下げるようにしてもよい。これによれば、外気導入に伴い湿分が室内に流入しても熱媒の圧力調整によって除湿能力を能動的に制御し、過渡的な室内の湿度変化を抑制することが可能となる。なお、既定の絶対湿度の上限値および下限値は、外気を室内に取り入れる際に熱媒を制御しなくても室内の快適性を保つことが十分に可能な外気の湿度の条件値であり、例えば、室内の湿度を空調する際に一般的に調整される範囲である０．００１２ｋｇ／ｋｇから０．００１５ｋｇ／ｋｇといった条件値を例示できる。

また、前記制御手段は、前記外気絶対湿度が前記室内の空気の絶対湿度よりも高い場合に、前記熱媒供給手段が前記除湿手段へ供給する熱媒の温度を下げるようにしてもよい。除湿能力は、除湿対象の空気と熱媒との温度差に依存する。すなわち、除湿対象の空気をなるべく低い露点温度まで下げることにより大量の湿分を凝縮させることが可能となるため、外部から流入する湿分の量に応じて熱媒の温度を下げることにより、除去すべき湿分の量に応じた露点まで空気の温度を下げることが可能となる。

また、前記制御手段は、前記室内の除湿に必要な熱媒の温度を外気絶対湿度に応じて既定したマップであって、前記除湿手段に略最小量の冷熱が供給されるように熱媒の温度を既定したマップを有し、該マップに基づいて前記外気絶対湿度に応じた熱媒の温度の制御を行うようにしてもよい。これによれば、無用な冷熱の製造がされなくなるので過渡的な室内の湿度変化を抑制しつつ、運転コストを低減することが可能になる。なお、外気絶対湿度に応じて熱媒の温度を既定した上記マップは、運転コストを削減する観点から前記除湿手段に略最小量の冷熱が供給されるように熱媒の温度を既定したマップであって、例えば、外気導入時、室内を除湿するために最低限必要な熱媒の温度を外気絶対湿度に応じて既定したマップである。

外気導入に伴い湿分が室内に流入しても、過渡的な室内の湿度変化を抑制することが可能になる。

以下、本発明の一実施形態を例示的に説明する。以下に示す実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜空調システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る空調システム１（本発明でいう、外気取入システムに相当する）の構成図である。図１が示すように、空調システム１は、空気の調整を行う対象である各部屋に設置されたファンコイルユニット等の二次側設備２（本発明でいう、除湿手段に相当する）、及び二次側設備２に熱媒を介して冷熱を供給する冷凍機等の冷熱源機器３（本発明でいう、熱媒供給手段に相当する）を備える。冷熱源機器３や二次側設備２は部屋の数や要求冷熱の量に応じてそれぞれ複数設けられており、また、冷熱源機器３と二次側設備２との間は冷熱を運ぶ水である熱媒が循環するように構成されている。二次側設備２の下流側と冷熱源機器３の上流側とを繋ぐ配管の途中には、戻りヘッダ４が設けられており、複数の二次側設備２から戻る熱媒は戻りヘッダ４に集められた後、冷熱源機器３の蒸発器へ送られる。なお、戻りヘッダ４と各冷熱源機器３との間には一次ポンプ５がそれぞれ設けられており、冷熱源機器３に送水している。各冷熱源機器３で冷却された熱媒はポンプ入口ヘッダ６へ集められた後、複数の二次ポンプ７によって昇圧され、二次側設備２へ送られる。二次ポンプ７は、インバータによる可変速モータで駆動される。なお、二次ポンプ７の出口側にもポンプ出口ヘッダ８が設けられており、各二次ポンプ７で昇圧された熱媒はヘッダに一旦集められた後、冷熱源機器３へ送られるように構成されている。また、冷熱源機器３の凝縮器には、熱媒から回収した熱を気化熱の作用で外気へ放出するため、冷却水循環ポンプ９と冷却塔１０とを備える冷却水循環系統が設けられている。また、戻りヘッダ４とポンプ入口ヘッダ６との間には、一次ポンプ５と二次ポンプ７との流量のミスマッチを是正するためのバイパス配管１１が設けられている。

また、空調システム１は、システムを構成する各機器の動作や計測データを処理する現場のコントローラ１２、及び統合コントローラ１３（本発明でいう、制御手段に相当する）を備える。コントローラ１２は、空調システム１の制御対象の各機器、部材の近くに複数設置されており、上位装置である統合コントローラ１３へ計測データを提供し、統合コントローラ１３からの指令を受けて現場の機器の動作を制御する。コントローラ１２、及び統合コントローラ１３は、ＣＰＵやＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるコンピュータであり、入力されるデータを数値演算処理し、演算結果を制御信号や計測データとして出力する。

二次側設備２は、ここでは熱媒（例えば、冷水や氷水スラリー等）が流れる配管にフィンが取り付けられた熱交換用のコイルと、室内の空気をコイルに送る電動ファンとを備える、いわゆるエアハンドリングユニットやファンコイルユニットである。二次側設備２は、ビルや工場、地下街等に設置されており、電動ファンが室内の空気を循環させながらコイルと熱交換させる。これにより、室内の空気の温度が調整される共に、除湿が行われる。なお、二次側設備２は、室内の還気を調整するものの他、外気と還気の混合気を調整したり、室内に取り入れる外気を調整することで室内の空気を間接的に調整（いわゆるオールフレッシュ式）したりしてもよい。また、二次側設備２には、コントローラ１２からの指令を受けて開閉可能なダンパを備える外気取り入れダクト（本発明でいう、外気取り入れ手段に相当する）が併設されており、コントローラ１２の指令に応じて室内に外気を取り入れることが可能なように構成されている。外気取り入れダクトは、電動ファンの吸い
込み側に配設されており、ダンパが開くと電動ファンの吸引力により外気を取り入れるように構成されている。このダンパは、室内の空気質を維持する他に、空調システム１が冷房モードの場合において、外気温度が室内温度より低い場合に大きく開く。これにより、冷凍機の熱負荷が低減され、空調システム１の電力消費量が削減される。

冷熱源機器３は、蒸発器や凝縮器、膨張弁や圧縮機を備える、いわゆる冷凍機である。もっとも、吸収式冷凍機等、原理や形式が相違しても本発明が適用できることは勿論である。冷熱源機器３は、二次側設備２から流れてきた熱媒の熱を熱媒冷却器としての蒸発器で除去する。蒸発器で除去された熱は、最終的に冷却塔１０から放熱される。冷熱源機器３は、室内の空気を十分に冷却可能な温度の熱媒を生成可能である。

統合コントローラ１３は、現場に設置されたコントローラ１２Ａ〜Ｃと通信など計装信号で接続されており、各コントローラから送られる計測データ等に基づいて空調システム全体の制御を統括する。すなわち、統合コントローラ１３は、現場に設置された各コントローラから送られる計測データ等に基づいて空調システム１の最適な運転条件等を算出し、各コントローラに算出した制御目標値等を通知する。なお、統合コントローラ１３は、後述するが、最適な運転条件を算出する上で必要なマップ等のデータを、ハードディスク等の記憶媒体に保持している。

コントローラ１２Ａは、外気の温度、及び外気の絶対湿度を計測可能なセンサと接続されており、計測した温度、及び湿度のデータを統合コントローラ１３へ通知する。コントローラ１２Ｂは、二次側設備２の下流側に配設された開度調整が可能な二方弁１４（流量調整弁）と通信など計装信号で接続されており、計装信号を二方弁１４へ送信することで統合コントローラ１３等の指令に応じて二次側設備２のコイル内を流れる熱媒の流量を制御し、室温を調整する。コントローラ１２Ｃは、戻りヘッダ４の上流側に配設された流量センサ１５および温度センサ１６と通信など計装信号で接続されており、これらセンサからの計装信号を受信することで二次側設備２から冷熱源機器３へ流れる熱媒（還水）の流量および温度を計測可能なように構成されている。また、コントローラ１２Ｃは、ポンプ出口ヘッダ８に配設された圧力センサ１７と通信など計装信号で接続されており、これらセンサからの計装信号を受信することで二次ポンプ７の出口圧力（送水圧力）を計測可能なように構成されている。また、コントローラ１２Ｃは、二次ポンプ７の回転数を制御するインバータ、冷熱源機器３の制御ユニット、ポンプ入口ヘッダ６とポンプ出口ヘッダ８との間を繋いで両ヘッダ間の熱媒の圧力差を調整する圧力調整弁１８と通信など計装信号で接続されており、これらの機器へ計装信号を送信することでこれらの機器の動作を制御する。圧力調整弁１８は、二次ポンプ７の回転数制御によってもポンプ出口ヘッダ８の圧力を調整し切れない場合に用いられる。

＜空調システムの動作フロー＞
次に、空調システム１の動作フローについて説明する。図２は、空調システム１の動作フロー図である。以下、図２のフロー図を参照しながら空調システム１の動作について説明する。図２に示すように、空調システム１の動作フローは、大まかに、送水圧力の計算工程と送水温度の計算工程とで構成される。

（ステップＳ１０１：データ収集）空調システム１が起動されると、統合コントローラ１３は、各コントローラ１２から運転データを収集する。すなわち、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ａから外気温度と外気絶対湿度のデータを収集し、コントローラ１２Ｂから二方弁１４の開度のデータを収集し、コントローラ１２Ｃから還水の流量および圧力、ならびに送水圧力のデータを収集する。

（ステップＳ１０２：必要揚程の計算）次に、統合コントローラ１３は、現在の各機器
の動作状態から熱媒の必要揚程を以下の数式により計算する。すなわち、統合コントローラ１３は、還水の流量を二次ポンプ７の定格流量で除算し、ポンプの負荷率を算出する。次に、二次ポンプ７の最低揚程と定格揚程、及び負荷率に基づいて算出されるポンプ揚程に熱媒循環系統のヘッド圧力（図示しないヘッドタンクによる圧力）を加算することで、必要揚程Ｐ０を算出する。
（式―１） ポンプの負荷率＝負荷流量÷ポンプ定格の負荷流量
（式―２） 必要揚程Ｐ０＝ポンプ揚程＋ヘッド圧力
＝最低揚程＋（定格揚程―最低揚程）×負荷率²＋ヘッド圧
力

（ステップＳ１０３：二方弁開度で補正）次に、統合コントローラ１３は、二次側設備２へ流れる熱媒に過不足が生じないようにするため、上記ステップＳ１０２で算出した必要揚程Ｐ０を二方弁１４の開度に基づいて補正する。すなわち、統合コントローラ１３は、３つある二方弁１４のうち最も開いている弁の開度が上限値を超えている場合、必要揚程Ｐ０に補正値を加算した値を補正後の必要揚程Ｐ１とする。この処理は、二方弁１４の開度を増加しても熱媒流量が増加しなくなって室内の温度が制御不能になるのを防ぐために設けられる処理であり、二方弁１４の開度調整による流量制御に必要な揚程を補償するために設けられる処理である。よって、ここでいう上限値とは、二方弁１４が熱媒の流量を制御するのに必要な最低限の揚程であり、例えば、空調システム１を現場に据え付けた時や試運転後に経験則等によって決定され、設定される値（現場調整値）である。なお、統合コントローラ１３は、最も開いている弁の開度が上限値を超えていない場合は、上記ステップＳ１０２で算出した必要揚程Ｐ０を必要揚程Ｐ１とする。また、補正値は、経験則等に基づいて適宜調整する。
（条件式） もし（二方弁開度の最大値＞上限値）が真の場合、必要揚程Ｐ１＝必要揚程Ｐ０＋補正値

（ステップＳ１０４：外気温度チェック）次に、統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０３で決定された必要揚程Ｐ１が、外気温度に基づいて決定される最低限必要な揚程を下回っていないかをチェックし、下回っている場合には、この最低限必要な揚程を必要揚程Ｐ１とする（Ｓ１０４’）。通常、外気温度が高くなると室内への入熱も増大するため、二次側設備２が要求する熱媒の流量が増える。よって、ここでいう最低限必要な揚程とは、外気温度から推定される二次側設備２の要求熱媒流量を予め確保するため、設備の設計仕様等に基づいて決定される最低限必要な揚程であり、統合コントローラ１３に予め設定される値である。

（ステップＳ１０５：外気絶対湿度チェック）次に、統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０４で決定された必要揚程Ｐ１が、外気絶対湿度に基づいて決定される最低限必要な揚程を下回っていないかをチェックし、下回っている場合には、この最低限必要な揚程を必要揚程Ｐ１とする（Ｓ１０５’）。なお、ここでいう必要最低限な揚程とは、外気取り入れダクトから外気を取り入れた際、室内を除湿するために必要な推定熱媒流量を予め確保するため、設備の設計仕様等に基づいて決定される最低限必要な揚程であり、統合コントローラ１３に予め設定される値である。なお、この揚程は、統合コントローラ１３に予め設定された図３に示すようなマップで定義されており、ステップＳ１０４で決定された必要揚程Ｐ１がマップの条件を満たしているか否かをチェックする際の基準となる。図３のマップは、外気絶対湿度が高くなると送水圧力が下がるように設定されており、外気の絶対湿度が0.012kg/kg以上の場合は送水圧力がＰｘ１、外気の絶対湿度が0.015kg/kg以上の場合は送水圧力がＰｘ１よりも低いＰｘ２が示されている。これは、外気絶対湿度が高い場合に送水圧力を下げて熱媒の流速を落とすことにより、二次側設備２のコイルや冷熱源機器３の蒸発器でより多くの熱量が熱交換されるようにする、という技術思想に基づく。すなわち、熱媒の圧力を下げて熱媒の流速を下げてやることにより、熱交換器で
ある除湿手段内に熱媒が長時間滞在し、熱媒が空気と十分に熱交換される。なお、外気絶対湿度の上限値及び下限値（0.012kg/kg・0.015kg/kg）は、室温が２６℃〜２８℃において外気冷房を導入する際、室内の快適性を保つ観点から決定される既定の閾値であり、二次側設備２では室内の湿度がこのような絶対湿度の範囲内になるように空調を行っている。導入する外気の絶対湿度がこの上限値よりも高ければ除湿を必要とし、外気絶対湿度が該下限値よりも低ければ加湿を必要とする。

（ステップＳ１０６：還水温度チェック）次に、統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０５で決定された必要揚程Ｐ１が、還水温度に基づいて決定される最低限必要な揚程を下回っていないかをチェックし、下回っている場合には、この最低限必要な揚程を必要揚程Ｐ１とする（Ｓ１０６’）。ポンプの揚程が低いと熱媒の循環が遅くなって還水温度が高くなり、冷凍機の出口温度が目標値より高くなるのを防ぐためである。すなわち、熱負荷が少ないためポンプの揚程を下げて熱媒の流速を下げると、コイルを流れる熱媒の流れが遅くなるため、還水の温度が高くなる。還水の温度が高くなると、一次ポンプ５の送水流量が一定であれば冷凍機の出口温度が目標値を維持できなくなり高くなる。また、熱媒の流速が遅すぎると輸送可能な熱量が減り、二次側設備２から冷熱源機器３へ輸送すべき熱量を十分に熱輸送できなくなる。よって、ここでいう最低限必要な揚程とは、還水温度から推定される必要な熱輸送量を予め確保するため、設備の設計仕様等に基づいて決定される最低限必要な揚程であり、統合コントローラ１３に予め設定される値である。

（ステップＳ１０７：送水圧力の決定）統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０２からステップＳ１０６までの一連の処理を経て最終的に決定された必要揚程Ｐ１を送水圧力Ｐとする。下限値１から３のうち何れを送水圧力として採用するかは、空調対象施設の負荷にとって最も効果を持つパラメータを設備特性によって選択する。また、外気絶対湿度のように季節によって重要度の変わるパラメータもあり、時期毎に下限値１から３の優先順位を見直す場合もある。この送水圧力Ｐは、二次ポンプ７の出口圧力の制御目標値となる。なお、ステップＳ１０４〜１０６の処理において、必要揚程Ｐ１のチェックを外気温度、外気湿度、還水温度の順に行っているのは、空調負荷の重要度の高いパラメータを優先的にチェックするためである。

（ステップＳ１０８：外気温度で計算）次に、統合コントローラ１３は、現在の各機器の動作状態から熱媒の温度（送水温度）を以下のステップにより決定する。すなわち、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ａから通知される外気温度のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ１を決定する。
（条件式） もし（外気温度＞制限値ｎ１）が真の場合、送水温度Ｔ１＝制限値ｎ１の時の送水温度

（ステップＳ１０９：外気絶対湿度で計算）次に、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ａから通知される外気絶対湿度のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ２を決定する。
（条件式） もし（外気絶対湿度＞制限値ｎ２）が真の場合、送水温度Ｔ２＝制限値ｎ２の時の送水温度

上の表が示すように、外気絶対湿度が高くなるにつれて送水温度が下がるように設定されている。これは、外気絶対湿度が高い場合に送水温度を下げて熱媒の温度を低くすることにより、二次側設備２のコイルの除湿能力を高める、という技術思想に基づく。すなわち、外気絶対湿度に応じて送水温度を既定した表２のマップは、運転コストを削減する観点から二次側設備２のコイルに略最小量の冷熱が供給されるように送水温度を既定したマップであり、外気導入時、室内を除湿するために最低限必要な送水温度を外気絶対湿度に応じて既定したマップである。

（ステップＳ１１０：負荷流量で計算）次に、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ｃから通知される還水流量のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ３を決定する。
（条件式） もし（負荷流量＞制限値ｎ３）が真の場合、送水温度Ｔ３＝制限値ｎ３の時の送水温度

（ステップＳ１１１：二方弁開度で計算）次に、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ｂから通知される二方弁１４の弁開度のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ４を決定する。
（条件式） もし（二方弁開度＞制限値ｎ４）が真の場合、送水温度Ｔ４＝制限値ｎ４の時の送水温度

（ステップＳ１１２：還水温度で計算）次に、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ｃから通知される還水温度のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ５を決定する。なお、以下の表に示すマップでは、還水温度と送水温度との対応関係が一対一で示されているが、還水温度と送水温度との対応関係は送水圧力Ｐに応じて複数規定されており、上記ステップＳ１０７で決定された送水圧力Ｐの値に応じて異なるものとする。
（条件式） もし（外気絶対湿度＞制限値ｎ５）が真の場合、送水温度Ｔ５＝制限値ｎ５の時の送水温度

（ステップＳ１１３：送水温度の決定）統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０８からステップＳ１１２までの処理を経て決定された５つの送水温度（Ｔ１〜Ｔ５）のうち、最小の値を送水温度Ｔとする。この送水温度Ｔは、冷熱源機器３の出口温度の制御目標値となる。

（ステップＳ１１４：送水温度で下限値チェック）次に、統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０７で決定した送水圧力Ｐが、上記ステップＳ１１３で決定された最終的な送水温度Ｔに基づいて決定される最低限必要な揚程を下回っていないかをチェックし、下回っている場合には、この最低限必要な揚程を必要揚程Ｐ１とした後（ステップＳ１１４’）、ステップＳ１０７からステップＳ１１３までの処理を再び行う。なお、ここでいう最低限必要な揚程とは、温度Ｔの熱媒を二次側設備２および冷熱源機器３で効率よく熱交換させるのに最低限必要なポンプの揚程であり、設備の設計仕様等に基づいて決定され、統合コントローラ１３に予め設定される値である。

（ステップＳ１１５：送水圧力Ｐ、送水温度Ｔの決定）統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１１４において、送水圧力Ｐが送水温度Ｔに基づいて決定される必要揚程を下回っていないことを確認したら、ステップＳ１０７およびステップＳ１１３の処理によって決定された送水圧力Ｐおよび送水温度Ｔを各機器の制御目標値として最終決定し、コントローラ１２Ｃへ通知する。統合コントローラ１３から制御目標値を通知されたコントローラ１２Ｃは、二次ポンプ７のインバータを制御することでポンプの回転数を調整し、ポンプ出口ヘッダ８の圧力が送水圧力Ｐになるようにする。また、コントローラ１２Ｃは、冷熱源機器３に制御目標値として送水温度Ｔを通知する。コントローラ１２Ｃから送水温度Ｔを通知された冷熱源機器３は、ベーン開度等を調整することにより、蒸発器出口の熱媒温度が送水温度Ｔになるように熱媒を制御する。

＜空調システムの効果＞
以上、上記空調システム１によれば、二次側設備２が必要とする最低限の流量の熱媒を二次ポンプ７で供給しているため、ポンプの電力消費量を低減することが可能である。春季や秋季のように二次側設備２が要求する熱媒の流量が少ない場合、ポンプの吐出流量が過多になりやすいが、二次側設備２の要求熱媒流量に応じてポンプの回転数を制御しているため、電力消費量の大幅な削減が可能となる。また、上記空調システム１によれば、外気温度等のパラメータに基づいて決定される最低限必要な熱媒の圧力や温度のチェックが行われるため、電力消費量の削減を目的としてポンプの回転数を減じても、熱媒の流れが
不足する事態を避けることが可能である。すなわち、上記空調システム１によれば、負荷側の運転状態を基に冷温熱源水の送水圧力、送水温度の制御目標値を可変に制御しているため、各部屋の熱負荷を適正に処理して室内環境を適正な状態に保ちつつ、設備の消費エネルギーの削減を図ることが可能となる。

熱媒が冷水の場合での代表空調機の運転データから、上記実施形態の実施結果を示す。図４は、冷水送水圧力の制御結果と外気絶対湿度、室内絶対湿度を示したものである。冷熱源機と二次ポンプは７：００に起動し、代表空調機は７：４０に起動した。なお、代表機以外の空調機も、７：００〜７：４０の間に起動していた。外気絶対湿度（１）の変動をみると、７：００〜８：００は、ほぼ一定であったが１２：００に向かい増加傾向であった。一方、冷水送水圧力（２）の変動をみると、空調負荷の変動に応じて制御されている。冷熱源機と二次ポンプの起動後、徐々に増加し７：５０頃にピークとなったが、以降減少していた。これは、外気絶対湿度の増加に対して、冷水送水圧力を下げる方向で運転した結果である。なお、送水圧力を下げても室内絶対湿度（３）は、空調機の起動から約１時間が経過した８：３０以降、ほぼ安定していることから、本制御において、外気導入に伴う湿分の流入に対して室内の湿度変化を抑制していたことがわかる。

次に、冷水送水温度の制御結果と外気絶対湿度、室内絶対湿度を図５に示す。冷水送水温度（２）は、７：３０頃に設計仕様の７℃となり、以降、空調負荷の変動に応じて制御されている。外気絶対湿度（１）の上昇に対して、冷水送水温度（２）は、ほぼ設計仕様の７℃と下限温度付近で制御し、外気導入に伴う湿分を冷却除湿していたことがわかる。以上の結果より、外気絶対湿度に基づいて熱媒の送水圧力、送水温度を制御することで、室内の湿分を安定に保ちながら送水圧力を必要最小に絞ることが可能となる。

なお、ここで、外気取り入れダクトのダンパの動作について補足説明する。図６は、外気冷房における外気取り入れダクトのダンパが開く場合の条件を示す空気線図である。冷房負荷を削減する目的で外気をそのまま取り入れる場合であっても、外気の絶対湿度が高すぎる場合には除湿、低すぎる場合には加湿を行う必要が生じる。加湿や除湿を行うには新たな空調熱量が必要になることから、本実施形態に係る空調システム１は、外気温度および湿度が図６の斜線で示す領域内にある場合に外気を取り入れることで熱効率を高めている。

なお、上記空調システム１は、複数のコントローラ１２を統合コントローラ１３が統括するシステム構成になっているが、本発明はこのような実施形態に限定されるものでなく、一つの制御装置が全ての機器の制御を一括して行うものであってもよい。

空調システムの構成図。 空調システムの動作フロー図。 外気絶対湿度と必要揚程との関係を示すマップ。 冷水送水圧力の制御結果と外気絶対湿度、室内絶対湿度を示した図。 冷水送水温度の制御結果と外気絶対湿度、室内絶対湿度を示した図。 空気線図。

符号の説明

１・・・空調システム
２・・・二次側設備
３・・・冷熱源機器
４・・・戻りヘッダ
５・・・一次ポンプ
６・・・ポンプ入口ヘッダ
７・・・二次ポンプ
８・・・ポンプ出口ヘッダ
９・・・冷却水循環ポンプ
１０・・冷却塔
１１・・バイパス配管
１２Ａ，Ｂ，Ｃ・・コントローラ
１３・・統合コントローラ
１４・・二方弁
１５・・流量センサ
１６・・温度センサ
１７・・圧力センサ
１８・・圧力調整弁

Claims (6)

1. 室内の空気を調整する外気取入システムであって、
   屋外の空気の温度が前記室内の空気の温度よりも低い場合に、該屋外の空気を該室内へ取り入れる外気取り入れ手段と、
   前記室内の空気の露点温度よりも低い温度の熱媒を供給する熱媒供給手段と、
   前記室内の空気を前記熱媒供給手段から供給される熱媒で冷やして除湿することにより、該室内の空気の湿度を調整する除湿手段と、
   前記外気取り入れ手段が取り入れる前記屋外の空気の絶対湿度である外気絶対湿度が前記室内の空気の絶対湿度よりも高い場合に、前記除湿手段の除湿能力が上がるように前記熱媒供給手段が該除湿手段へ供給する熱媒を制御する制御手段と、を備える、
   外気取入システム。
2. 前記制御手段は、前記外気絶対湿度が前記室内の空気の絶対湿度よりも高い場合に、前記熱媒供給手段が前記除湿手段へ供給する熱媒の圧力を下げる、
   請求項１に記載の外気取入システム。
3. 前記制御手段は、前記室内の除湿に必要な熱媒の圧力を外気絶対湿度に応じて既定したマップであって、前記除湿手段に略最小の圧力の熱媒が供給されるように熱媒の圧力を既定したマップを有し、該マップに基づいて前記外気絶対湿度に応じた熱媒の圧力の制御を行う、
   請求項１または２に記載の外気取入システム。
4. 前記制御手段は、前記外気絶対湿度が、前記室内の加湿が必要となる既定の絶対湿度の下限値および該室内の除湿が必要となる既定の絶対湿度の上限値の範囲を満たさない場合に、前記熱媒供給手段が前記除湿手段へ供給する熱媒の圧力を下げる、
   請求項１から３の何れかに記載の外気取入システム。
5. 前記制御手段は、前記外気絶対湿度が前記室内の空気の絶対湿度よりも高い場合に、前記熱媒供給手段が前記除湿手段へ供給する熱媒の温度を下げる、
   請求項１から４の何れかに記載の外気取入システム。
6. 前記制御手段は、前記室内の除湿に必要な熱媒の温度を外気絶対湿度に応じて既定したマップであって、前記除湿手段に略最小量の冷熱が供給されるように熱媒の温度を既定したマップを有し、該マップに基づいて前記外気絶対湿度に応じた熱媒の温度の制御を行う、
   請求項１から５の何れかに記載の外気取入システム。

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