JPH04136653A

JPH04136653A - 空調装置

Info

Publication number: JPH04136653A
Application number: JP2258307A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ikeda; 秀男池田; Shoichi Suzuki; 鈴木　昭一; Ryohei Hatano; 波多野　良平; Goro Ushiba; 五朗牛場; Toru Kitagawa; 北川　透; Toshiyuki Ogawa; 小川　利幸; Shigeru Takahara; 高原　繁
Original assignee: Taikisha Ltd; Takenaka Komuten Co Ltd; Toyo Valve Co Ltd
Current assignee: Taikisha Ltd; Takenaka Komuten Co Ltd; Toyo Valve Co Ltd
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1992-05-11
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JP2871832B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、熱交換器を通過する流体の流量を制御して所
定のエリアへ送り込む外気の温度を調整する空調装置に
関する。

〔従来技術〕

従来、ビル等の空調設備において、設定された最適温度
を得るため、各エリア（区画された事務所や室）毎に温
度センサを設けこの温度センサによって検出された温度
に基づいて熱交換器を循環する流体（冷水、温水）の流
量をフィードバック制御している。

このため、各室毎に最適な温度を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記フィードバック制御では、室内の温
度変化に対する温度制御が遅れるため、最適温度を維持
することが難しい。また、遅れて温度制御している間に
、さらに室内の温度が変化することもあり、熱交換器に
よる熱交換のためのエネルギ的にもロスがある。

本発明は上記事実を考慮し、温度制御の遅れがなく、エ
ネルギロスの少ない空調装置を得ることが目的である。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）に記載の発明は、熱交換器によって熱交換
された外気を所定のエリアへ送り込みかつこのエリア内
の空気を排出する空調器本体と、前記熱交換器を循環す
る流体の流量を制御する流量制御弁と、前記流体の流量
を検出する流量センサと、前記熱交換器を循環する流体
の熱交換前後の温度を検出する一対の温度センサと、前
記エリア内に発生するエリア内発熱量を検出する発熱量
検出手段と、前記流量センサで検出された流量及び前記
一対の温度センサで検出された温度差から前記熱交換器
による熱交換量を演算する演算手段と、前記演算手段で
演算された熱交換量と前記発熱量検出手段で検出された
エリア内発熱量とを一致させるように前記流量制御弁の
開度を制御する制御手段と、を有している。

請求項（２）に記載の発明は、前記発熱量検出手段が、
前記エリア内に存在する人数をカウントする人数カウン
タと、前記エリア内に設置される電気機器が配線される
分電盤から使用電力量を検出する電力量検出手段と、を
備え前記人数のカウント値と前記使用電力量とから前記
発熱量を得ることを特徴としている。

〔作用〕

請求項（１）に記載の発明によれば、エリア内の発熱量
をエリア内発熱量検出手段で検出する。

この発熱量は、エリア内に設置される例えば照明器具、
電気機器、人員の数等で変化する。

一方、流量センサでは熱交換器を循環する流体の流量を
検出し、温度センサでは熱交換器を循環する流体の熱交
換前後の温度を検出する。制御手段では、前記変化する
エリア内の発熱量と熱交換される熱量とが一致するよう
に流量制御弁の開度を制御する。これにより、エリア内
の温度が変化しても、エリア内の発熱量によって温度変
化が起こる前に空調器本体による空調で温度制御できる
ので（フィードフォワード）、エリア内の温度を所定の
温度に維持することができる。

請求項（２）に記載の発明では、前記エリア内発熱量検
出手段として、人数カウンタと電力量検出手段を備えて
いる。

人数カウンタは、例えば赤外線による人体センサをエリ
ア内の天井等に設置することにより、エリア内に存在す
る人数の変化を認識することができる。また、エリアの
出入口に人の出入りをカウントするカウンタを設けても
よい。

電力量検出手段では、エリア内に給電するための分電盤
から使用電力を検出することにより、照明器具、電気機
器等による発熱量を検出することができる。

〔実施例〕

第１図（Ａ）には、本実施例の空調装置が設置されたエ
リア、例えばビルの１室である事務所１００の内部が示
されている。

この事務所１００には、その天井部１０２に照明器具１
０４が設置され、壁面にはコンセント１０６が設けられ
ている。照明器具１０４及びコンセント１０６は壁面１
０８の上部に取付けられた分電盤１１０から配線されて
いる。

分電盤１１０と照明器具１０４との間の接続線には、壁
面１０８における出入口ドア１１２の近傍に配設された
スイッチ１１４が介在され、このスイッチ１１４のオン
・オフにより点灯・消灯を行うことができる。

コンセント１０６・には、机上の電気機器１１６のプラ
グ１１８が差し込まれており、電気機器１１６へ給電し
ている。このため、電気機器１１６自体に設けられてい
るスイッチ（図示省略）のオン・オフにより電気機器１
１６を起動・停止させることができる。この分電盤１１
０には、各配線に電流計（図示省略）が取付けられてお
り、この電流計の信号線１２０が後述する制御装置７８
と接続されている。制御装置７８では、前記電流計から
の信号による分電盤１１０での使用電力を演算すること
ができる。

天井部１０２には、人数カウンタとしての人体センサ１
２２が取付けられている。人体センサ１２２は、ベース
部１２４から半球形のセンサ部１２６が突出された構成
となっており、赤外線により事務所１００内にいる在室
者１．２８を検出することができる。ここで、この人体
センサ１２２のセンサ部１２６は、半球形であるので、
事務所１００内全体を隈無く検出することができる。な
お、この人体センサ１２２の信号線１３０は、制御装置
７８へ接続されている。

天井部１０２には、エア吹出口１３２が設けられた吹出
パネル１３４が取付けられている。この吹出パネル１３
４のエア吹出口１３２は、空調器１２とダクト１３６を
介して連通されている。また、壁面１０８には、エア吸
込口１３８が設けられた吸込パネル１４０が取付けられ
ている。この吸込パネル１４０のエア吸込口１３８は、
空調器１２とダクト１４２を介して連通されている。

また、事務所１００には制御装置７８に接続された温度
設定器１４４が配設され、在室者が任意に事務所１００
内の温度を設定することができる。

第１図（Ｂ）及び第２図に示される如く、空調器１２は
、熱交換器１４を備えておりこの熱交換器１４には、そ
のインレット部１６及びアウトレット部１８に図示しな
いメイン管路から分岐された供給用配管２０、排出用配
管２２がそれぞれ連結されている。熱交換器１４の近傍
にはブロア２４が配設されている。ブロア２４の吐出口
は前記エア吹出口１３２と連通されたダクト１３６に接
続されている。このブロア２４の駆動により外気又は、
エア吸込口１３８と連通されるダクト１４２からのエア
が室内へ導入されるようになっている。ここで、ブロア
２４から吹き出されるエアは、熱交換器１４を通過する
ことにより、熱交換が行われ、温度調整がなされる。す
なわち、供給用配管２０の管路と排出用配管２２の管路
間で、熱交換のための媒体である流体（温水又は冷水）
が循環される構成となっている。

調整される温度は、前記流体の流量によって変化するよ
うになっている。流量は、前記排出用配管２２の中間部
に配設された流量制御バルブ１０によって調整されてい
る。

第３図に示される如く、流量制御バルブ１０は、その内
方が空洞とされた筒体状のバルブケーシング２６の軸方
向両端部にフランジ２８．３０が形成されている。フラ
ンジ２８．３０は、それぞれ排出用配管２２側のフラン
ジ３２と連結されている。

バルブケーシング２６内の流体の流れ方向中間部には弁
体３４が配設され、バルブケーシング２６内の管路を一
次側管路３６及び二次側管路３８に仕切っている。弁体
３４はその基部が軸棒３４Ａとされ、バルブケーシング
２６の周壁を貫通し、弁体駆動部４０へと延長されてい
る。弁体駆動部４０では、この軸棒３４Ａを軸移動させ
て、−次側管路３６と二次側管路３８とを閉塞又は開放
するように、弁体３４による管路の開度を調整している
。この弁体３４の開度は、第４図に示される如く、開度
センサ４２によって検出するようになっている。

開度センサ４２は第３図及び第４図に示される如く、弁
体駆動部４０のケーシング４４の外側に設けられており
、前記弁体３４の軸移動に応じて、自身の軸直角方向へ
移動するピン４６によって弁体３４の移動に連動される
ようになっている。

ピン４６は、ケーシング４４に設けられた第４図上下方
向が長手方向とされた長孔４８を貫通して、軸５４を中
心に回動可能な指針アーム５０と連結されている。ピン
４６は、この指針アーム５０の長手方向に沿づて形成さ
れた長孔５２へ収容されている。このため、指針アーム
５０は、ピン４６の移動に応じて軸５４を中心に回動す
る構成である。

ケーシング４４には、この指針アーム５０の回動範囲空
間を含むようにサブケーシング５６が取付けられている
（第３図参照）。サブケーシング５６は皿状で指針アー
ム５０の先端の移動軌跡に対応して、扇状の窓５８が設
けられている。このため、指針アーム５０の先端は、こ
の窓５８により目視することができる。窓５８には、透
明のカバー６０が取付けられており、目盛６２が刻設さ
れている。この目盛６２の刻設幅は、以下に示す原理に
よって定められている。

指針アーム５０は、弁体３４がバルブケーシング２６内
の管路を全閉している状態では弁体３４の軸線と直交す
るようになっている（第３図水平状態）。この状態から
、弁体３４が管路を開放する方向へ軸移動されると、ピ
ン４６と長孔４８とのカム作用によって、ピン４６が長
孔４８の一端から他端へと移動され、これに応じて指針
アーム５０が角度θで傾倒される。この角度θは、前記
軸５４とピン４６との距離Ａと、弁体３４の管路全閉状
態からの移動量Ｘとによって決まる（θ＝ｔａｎ−１（
Ｘ／Ａ）・・・（１））。すなわち、移動量Ｘが小さい
程角度θの変化量は大きく、移動量Ｘが大きくなるにつ
れて角度θの変化量は小さくなるため、弁体３４の移動
量を均等に分割した場合の目盛６２は、その目盛幅が全
開状態から全開状態にかけて徐々に狭くなることになる
（第４図参照）。

また、ケーシング４４には、指針アーム５０の移動軌跡
に沿って複数の接点６４が均等配置されている。これに
より、指針アーム５０の動きに応じて、弁体３４の開度
を電気的に認識することができる。なお、上記構成の開
度センサ４２では、１目盛内に収容可能な接点６４が全
開近傍領域で多くなるので、精度良く弁体３４の開度を
検出することができる。

第３図に示される如く、バルブケーシング２６のフラン
ジ２８．３・０には、それぞれ−次側管路３６及び二次
側管路３８と連通ずる貫通孔６６が形成されている。こ
の貫通孔６６には、それぞれ圧力センサ６８．７０が取
付けられ、−次側管路３６を流れる流体の圧力及び二次
側管路３８を流れる流体の圧力を検出することができる
。第２図に示される如く、圧力センサ６８．７０の信号
線７２．７４は、それぞれ差圧メータ７６へ接続され、
検出される圧力をこの差圧メータ７６へと供給している
。差圧メータ７６は、入力される一次側管路３６の圧力
及び二次側管路３８の圧力との差圧を得て、制御装置７
８へ供給する役目を有している。

第２図に示される如く、供給用配管２０と排出用配管２
２には、それぞれ温度センサ９７．９９が設けられ、制
御装置７８へ接続されている。この温度センサ９７．９
９では、各配管２０．２２を流れる流体の温度が検出さ
れるようになっている。また、制御装置７８では、この
温度差と前記流量とから熱交換器１４による熱交換量を
演算している。

Ｋ＝ＱｘΔＴ×α　（２）但し、Ｋ：熱量、Ｑ：流量、 ΔＴ：温度差、 α：測定インタバル、である。

この制御装置７８には、前記開度センサ４２のそれぞれ
の接点６４からの信号線８０が接続されている。第５図
に示される如く、制御装置７８は、マイクロコンピュー
タ８２を含んで構成されており、このマイクロコンピュ
ータ８２は、ＣＰＵ８４、ＲＡＭ８６、ＲＯＭ８８、入
出力ポート９０及びこれらを接続するデータバスやコン
トロールバス等のバス９２で構成されている。

入出力ポート９０には、Ａ／Ｄ変換器７５を介して前記
差圧メータ７６からの信号線９４及び開度センサ４２の
接点６４からの信号線８０がそれぞれ接続されている。

また、この入出力ポート９０には、事務所１００に設置
された人体センサ１２２からの信号線１・３０及び温度
設定器１４４が接続されると共にＡ／Ｄ変換器１４６を
介して分電盤１１０に設置された電流計からの信号線１
２０が接続されている。

ＣＰＵ８４では、この人体センサ・１２２からの信号に
応じて事務所１００内にいる在室者１２８の人数を認識
し、電流計からの信号により分電盤１１０による使用電
力量を演算する。これらのデータから事務所１００内で
の発熱量を得ることができる。

ＲＡＭ８６には、本実施例に適用される流量制御バルブ
１０特有の弁開度に応じた流量補正係数（ＣＶ値）がマ
ツプとして記憶されている（第６図参照）。このＣＶ値
は、弁体の開度による開口面積の開口度合いが含まれて
おり、−次側管路３６と二次側管路３８との圧力差によ
って流量を得る場合の補正係数として適用される。

以下に本実施例の作用を第７図のフローチャートに従い
説明する。

まず、ステップ２００では、空調器１２が作動したか否
かが判断され、否定判定の場合はステップ２０２へ移行
して温度設定器１４４で設定された設定値をクリアにし
た後、ステップ２００へ戻る。ステップ２００で空調器
１２が作動すると、ステップ２０４へ移行して温度設定
器１４４による温度設定値を読込み、次いでステップ２
０６で設定値に変化があったか否かが判断される。ここ
で、空調器１２の作動開始時は設定値がクリアとされて
いるので、肯定判定される。また、空調器１２の作動中
に設定値が変化しても肯定判定される。ステップ２０６
で肯定判定されると、ステップ２０８へ移行して、設定
値に応じた標準流量ＱＢＡ５Ｅを演算し、ステップ２０
９において室内（インテリアゾーン）の負荷のみを考慮
すればよいと判定された場合はステップ２１０へ移行す
る。

なお、ステップ２０９では、壁面から伝わる熱や窓から
照射される日射等を考慮するか否かが判定されるように
なっており、これは季節や時間等により予め設定してお
けばよい。なお、ステップ２０９で否定判定された場合
については後述する。

次のステップ２１・Ｏでは、人体センサにより在室者１
２８の人数Ａをカウントし、次いでステップ２１２へ移
行して、以下の（３）式から導入外気量Ｂを演算する。

Ｂ＝Ａ　Ｘα＋　−（３）但し、α１は在室者１人当たりの必要外気量である。

次のステップ２１４では、導入外気の温度に基づく導入
外気熱量Ｃを以下の（４）式によって演算する。

Ｃ＝Δｉ　ｘｌ、　２　Ｘ　Ｂ　−（４）但し、Δ１は
外気温度と室内温度とのエンタルピー差である。

次のステップ２１６では、在室者の人数Ａに応じた人体
発熱量りを以下の（５）式によって演算する。

Ｄ＝ＡＸα２　””’（５）但し、α２は在室者１人当たりの発熱量である。

次のステップ２１８では、分電盤１１０に設定された電
流計から読み取った電流値Ｉから得られる電力からこれ
らの使用による発熱量Ｅを以下の（６）式によって演算
する。

Ｅ　＝　Ｉ　ｘ　１００Ｖ　ｘ　Ｏ，８６（６）次のス
テップ２１９では、室内の温度が許容範囲か否かが判断
され、許容範囲と判定された場合は、温度調整の必要が
ないので、ステップ２０９へ移行する。また、許容範囲
外と判定された場合は、温度調整の必要があるので、ス
テップ２２０へ移行し、朝の立ち上げではない場合にス
テップ２２１へ移行する。このステップ２２０で、朝の
立ち上げと判定された場合は、急速に温度調整をする必
要があるので、後述するステップ２２６へ移行して、バ
ルブの開度を全開とする。

ステップ２２１では、上記（３）式〜（６）式によって
得られた熱量の事務所１００内の総発熱量Ｋ　（Ｋ＝Ｂ
＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）により前記標準流量ＱＢ＾、。を補正し
、補正流量Ｑを演算し、次いでステップ２２２へ移行し
て、以下の（７）式からＣＶ値を求めた後、ステップ２
２４へ移行して、第６図のマツプからバルブ開度Ｘを得
る。

ＣＶ＝Ｑ／Ｒ，ｒτ７７石　（７）但し、Ｒ：係数、 ΔＰニー次側書路と二次側管路との圧力差、Ｇ：水を１
とした時の液体の比重、である。

次のステップ２２６では、読み取られたバルブ開度Ｘに
基づいて弁体３６を駆動して流量を制御する。なお、ス
テップ２２０から直接移行された場合は、前述の如く弁
体３６は全開とされる。弁体３６を駆動した後は、ステ
ップ２０４へ移行して温度設定器１４４による温度設定
値を読込、次いでステップ２０６で設定値が変化したか
否かを判断し、変化が無ければ標準流量Ｑ、Ａ５．を変
更する必要がないので、ステップ２０８を飛び越してス
テップ２１０へ移行する。

次に、ステップ２０９で否定判定、すなわち外部からの
影響も考慮すると判定された場合は、ステップ２０９か
らステップ２２８へ移行する。

なお、外部負荷を考慮する場合には、壁面の内外、ガラ
ス内外及び屋根の内外の温度を検出する温度センサ（図
示省略）と、ガラスへの日射量を検出する日射センサ（
図示省略）がそれぞれ必要となる。

ステップ２２８では、外壁の内外温度センサにより外壁
の相当温度差△Ｔを演算し、熱量を演算する（外壁面積
（ｍ２）ＸΔＴＸＫ）。なお、符号には、熱貫流量であ
る。

次のステップ２３０では、ガラスの内外温度差△Ｔ１；
より熱貫流量を演算しくガラス面積（ｍ２）ＸΔＴＸＫ
）、次いでステップ２３２でガラスの日射センサにより
日射量を演算する（ガラス面積（ｍ２）ＸＳＸｈ）。な
お、符号Ｓは、日射センサでの検出値、ｈは、ブライド
等の遮蔽係数である。

次のステップ２３４では、屋根の内外温度センサにより
屋根の相当温度差ΔＴを演算し、熱量を演算する（屋根
面積（ｍ２）ＸΔＴＸＫ）。ステップ２３４での演算が
終了すると、ステップ２１９へ移行して、上記演算され
た熱量及び日射量が考慮された温度調整が行われる。

本実施例によれば、事務所１００内の在室者に応じた温
度変化及び電気機器１１６及び照明器具１０４の使用に
よる温度変化を予測して、標準流量を補正し、この補正
流量に応じて熱交換器１４を循環する流体の流量を制御
するようにしたので、フィードバック補正によって温度
制御する場合に比べ、制御の遅れがなく、エネルギロス
を少なくして設定された温度を維持することができる。

なお、本実施例では人体カウンタとして人体センサ１２
２を用いたが、事務所１００の出入口にバッサセンサを
取付け、このバッサセンサによって出入りする人をカウ
ントするようにしてもよい。

また、本実施例では事務所１００を密閉した状態での制
御を示したが、窓を開閉を検出し、この窓の開閉に応じ
た外気による熱量の変化をパラメータとして追加しても
よい。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明に係る空調装置では、温度制御
の遅れがなく、エネルギロスが少ないという優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に係る空調装置が適用さえたエリ
アの概略図、第１図（Ｂ）は本実施例に係る空調器の概
略配管図、第２図は排出用配管の拡大図、第３図は開度
センサの側面図、第４図は開度センサの正面図、第５図
は制御ブロック図、第６図はバルブ開度−ＣＶ値時特性
図第７図は制御フローチャートである。１０・・・空調器用流量制御バルブ、１２・・・空調器、１４・・・熱交換器、４２・・・開度センサ、６８．７０・・・圧力センサ、７８・・・制御装置、９７．９９・・・温度センサ、１００・・・事務所（エリア）、１０４・・・照明器具、１１０・・・分電盤、１１６・・・電気機器、１２２・・・人体センサ（人数カウンタ）、１２８・・
・在室者す

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱交換器によって熱交換された外気を所定のエリ
アへ送り込みかつこのエリア内の空気を排出する空調器
本体と、前記熱交換器を循環する流体の流量を制御する
流量制御弁と、前記流体の流量を検出する流量センサと
、前記熱交換器を循環する流体の熱交換前後の温度を検
出する一対の温度センサと、前記エリア内に発生するエ
リア内発熱量を検出する発熱量検出手段と、前記流量セ
ンサで検出された流量及び前記一対の温度センサで検出
された温度差から前記熱交換器による熱交換発熱量を演
算する演算手段と、前記演算手段で演算された熱交換発
熱量と前記発熱量検出手段で検出されたエリア内発熱量
とを一致させるように前記流量制御弁の開度を制御する
制御手段と、を有する空調装置。
（２）前記発熱量検出手段は、前記エリア内に存在する
人数をカウントする人数カウンタと、前記エリア内に設
置される電気機器が配線される分電盤から使用電力量を
検出する電力量検出手段と、を備え前記人数のカウント
値と前記使用電力量とから前記発熱量を得ることを特徴
とする請求項（１）記載の空調装置。