特許 5845551 冬季における空調機の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5845551

(24)【登録日】2015年12月4日

(45)【発行日】2016年1月20日

(54)【発明の名称】冬季における空調機の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/02 20060101AFI20151224BHJP

   F24F 11/053 20060101ALI20151224BHJP

   F24F 3/147 20060101ALI20151224BHJP

【ＦＩ】

   F24F11/02 C

   F24F11/053 Z

   F24F3/147

【請求項の数】7

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-158554(P2014-158554)

(22)【出願日】2014年8月4日

【審査請求日】2015年3月2日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515309634

【氏名又は名称】鍵谷 道生

(73)【特許権者】

【識別番号】515309645

【氏名又は名称】岡安 勇夫

(73)【特許権者】

【識別番号】515309656

【氏名又は名称】小林 宗正

(74)【代理人】

【識別番号】100095267

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 高城郎

(72)【発明者】

【氏名】鍵谷 道生

(72)【発明者】

【氏名】小林 宗正

【審査官】 佐藤 正浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２７２０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１８６３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ １１／０２

Ｆ２４Ｆ ３／１４７

Ｆ２４Ｆ １１／０５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冬季において、取り入れた外気（OA）を、排気（EA）と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気（OA）を還気（RA）と混合して混合空気（M）とし、前記混合空気（M）を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度（Ts）をもつ給気（SA）を送出する空調機の制御方法であって、
（ａ）外気温度（To）と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率（η）との対応関係を予め設定するステップと、
（ｂ）現在の外気温度（To）を検知するステップと、
（ｃ）検知した前記現在の外気温度（To）を基に、予め設定された対応する全熱交換効率（η）を取得するステップと、
（ｄ）取得した前記全熱交換効率（η）となるように前記全熱交換器を制御するステップと、
（ｅ）検知した前記現在の外気温度（To）及び所定の一定値である還気温度（Tr）と取得した前記全熱交換効率（η）とを基に、全熱交換後の外気温度（Tox）を算出するステップと、
（ｆ）算出した前記全熱交換後の外気温度（Tox）及び検知した前記所定の一定値である還気温度（Tr）を基に、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）と等しくなるように、給気（SA）に占める外気（OA）の割合である外気量比率（q）を算出するステップと、
（ｇ）算出した前記外気量比率（q）となるように取り入れる外気（OA）の量を制御するステップと、を有することを特徴とする
冬季における空調機の制御方法。

【請求項2】

冬季において、取り入れた外気（OA）を、排気（EA）と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気を還気（RA）と混合して混合空気（M）とし、前記混合空気（M）を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度（Ts）をもつ給気（SA）を送出する空調機の制御方法であって、
（ａ）冬季を複数の期間に区分した各期間と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率（η）との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
（ｂ）各期間中、予め設定された前記全熱交換効率（η）を維持するステップと、
（ｃ）各期間中、現在の外気温度（To）及び現在の還気温度（Tr）を検知するステップと、
（ｄ）検知した前記現在の外気温度（To）及び現在の還気温度（Tr）と予め設定された前記全熱交換効率（η）とを基に、全熱交換後の外気温度（Tox）を算出するステップと、
（ｅ）算出した前記全熱交換後の外気温度（Tox）及び検知した前記現在の還気温度（Tr）を基に、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）と等しくなるように、給気（SA）に占める外気（OA）の割合である外気量比率（q）を算出するステップと、
（ｆ）算出した前記外気量比率（q）となるように取り入れる外気（OA）の量を制御するステップと、を有し、
（ａ１）前記各期間と全熱交換効率（η）の対応関係は、当該期間について想定される外気温度（To）が所定の閾値温度（Tth）未満である場合は前記全熱交換効率（η）を一定値とし、前記閾値温度（Tth）以上である場合は前記全熱交換効率（η）を零とするように設定することを特徴とする
冬季における空調機の制御方法。

【請求項3】

前記閾値温度（Tth）は、冬季の空調設計における外気温度、還気温度及び全熱交換効率の各設計値から算出した全熱交換後の外気温度に相当することを特徴とする請求項２に記載の冬季における空調機の制御方法。

【請求項4】

前記現在の外気温度（To）及び現在の還気温度（Tr）を検知するステップに替えて、現在の外気温度（To）を検知するステップとし、かつ、前記全熱交換後の外気温度（Tox）を算出するステップ及び前記外気量比率（q）を算出するステップにおける前記現在の還気温度（Tr）に替えて、所定の一定値である還気温度（Tr）を用いることを特徴とする請求項２又は３に記載の冬季における空調機の制御方法。

【請求項5】

冬季において、取り入れた外気（OA）を、排気（EA）と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気を還気（RA）と混合して混合空気（M）とし、前記混合空気（M）を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度（Ts）をもつ給気（SA）を送出する空調機の制御方法であって、
（ａ）冬季を複数の期間に区分した各期間と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率（η）との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
（ｂ）冬季を複数の期間に区分した各期間と、給気（SA）に占める外気（OA）の割合である外気量比率（q）との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
（ｃ）各期間中、予め設定された前記全熱交換効率（η）及び前記外気量比率（q）を維持するステップと、を有し、
（ａ１）前記各期間と全熱交換効率（η）の対応関係は、当該期間について想定される外気温度（To）が、所定の閾値温度（Tth）未満である場合は前記全熱交換効率（η）を一定値とし、前記閾値温度（Tth）以上である場合は前記全熱交換効率（η）を零とするように設定し、
（ｂ１）前記各期間と外気量比率（q）の対応関係は、当該期間について想定される外気温度（To）及び想定される還気温度（Tr）と前記設定された全熱交換効率（η）とを基に、全熱交換後の外気温度（Tox）を算出し、算出した前記全熱交換後の外気温度（Tox）と前記想定される還気温度（Tr）とを基に、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）と等しくなるように前記外気量比率（q）を算出し設定することを特徴とする
冬季における空調機の制御方法。

【請求項6】

前記閾値温度（Tth）は、冬季の空調設計における外気温度、還気温度及び全熱交換効率の各設計値から算出した全熱交換後の外気温度に相当することを特徴とする請求項５に記載の冬季における空調機の制御方法。

【請求項7】

前記外気量比率（q）を算出する際に、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）と等しくなるようにすることに替えて、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）より所定の温度だけ低くなるようにすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の冬季における空調機の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セントラル空調方式の空調機の制御方法、特に冬季における空調機の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

中規模ないしは大規模の建物の空調設備には、セントラル空調方式が適用されている。近年では、地域冷暖房システムも普及してきており、地域で共有する冷熱源から温水及び冷水が各建物に供給されている。各建物にそれぞれ設定された空調機は、外気を取り入れてその温度を冷水又は温水を用いて調節し、当該建物内の冷房又は暖房の空調を行う。一般的な空調機は、季節による外気の変化に関わらず室内温度を常に一定に維持する制御を行っている。そこで、外気の条件に応じて空調機において種々の制御を行い、冷水や温水に使用量をできるだけ低減して省エネルギーを図るための技術が提案されている。

【0003】

特許文献１に記載された空調制御システムでは、空調機とは別に設置された喚起システムにおいて外気と還気との全熱交換を行うことにより、外気温度を調整して空調設備の省エネルギーを図っている。
特許文献２に記載された外気冷房システムでは、還気を加湿して外気と混合し、その際に混合空気の温度が給気温度となるように混合量を制御することにより、冷水コイルを停止して省エネルギーを図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−５９１２４号公報

【特許文献2】特許３９９０１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

冬季は、厳冬期のように比較的外気温度が低い時期と、初冬や晩冬のように比較的外気温度が高い時期があり、冬季全体を通して省エネルギーを実現できる空調機制御方法は未だ提示されていない。また、そのような空調機制御方法は、既存のシステム構成を大きく変更することなく簡易に実施できることが望ましい。

【0006】

現状では、一般的なビル空調設備では、冬季全体を通して一定の設定、例えば、全熱交換器の交換比率や給気（外気と還気からなる）における外気量比率を一定とする設定により、制御を行っている（この一般的な制御方法の具体的な問題点については、後述する本発明の制御方法とともに説明する）。この結果、外気と還気を混合した混合空気の温度が一定に設定された給気温度より高くなった場合は、混合空気の温度を給気温度に冷却するために冬季であっても冷却コイルにおいて冷水が使用されることになり、非常に大きなエネルギーを消費している。冬季に冷水を使用することはエネルギーの無駄であり、冬季の冷水使用量を零にして温水のみを使用することが望ましく、さらに、冷水も温水も使用せずに一定の給気温度を維持できることが理想的である。

【0007】

以上の現状に鑑み、本発明は、冬季における空調機の制御方法において、既存のシステム構成を大きく変更することなく簡易に行うことができ、大きな省エネルギー効果を上げることができる方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明は、以下の構成を提供する。なお、括弧内の記号は、後述する図面中の符号であり参考のために付するものである。

【0009】

本発明の第１の形態は、冬季において、取り入れた外気（OA）を、排気（EA）と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気（OA）を還気（RA）と混合して混合空気（M）とし、前記混合空気（M）を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度（Ts）をもつ給気（SA）を送出する空調機の制御方法であって、
（ａ）外気温度（To）と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率（η）との対応関係を予め設定するステップと、
（ｂ）現在の外気温度（To）を検知するステップと、
（ｃ）検知した前記現在の外気温度（To）を基に、予め設定された対応する全熱交換効率（η）を取得するステップと、
（ｄ）取得した前記全熱交換効率（η）となるように前記全熱交換器を制御するステップと、
（ｅ）検知した前記現在の外気温度（To）及び所定の一定値である還気温度（Tr）と取得した前記全熱交換効率（η）とを基に、全熱交換後の外気温度（Tox）を算出するステップと、
（ｆ）算出した前記全熱交換後の外気温度（Tox）及び検知した前記所定の一定値である還気温度（Tr）を基に、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）と等しくなるように、給気（SA）に占める外気（OA）の割合である外気量比率（q）を算出するステップと、
（ｇ）算出した前記外気量比率（q）となるように取り入れる外気（OA）の量を制御するステップと、を有することを特徴とする。

【0011】

本発明の第２の形態は、冬季において、取り入れた外気（OA）を、排気（EA）と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気を還気（RA）と混合して混合空気（M）とし、前記混合空気（M）を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度（Ts）をもつ給気（SA）を送出する空調機の制御方法であって、
（ａ）冬季を複数の期間に区分した各期間と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率（η）との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
（ｂ）各期間中、予め設定された前記全熱交換効率（η）を維持するステップと、
（ｃ）各期間中、現在の外気温度（To）及び現在の還気温度（Tr）を検知するステップと、
（ｄ）検知した前記現在の外気温度（To）及び現在の還気温度（Tr）と予め設定された前記全熱交換効率（η）とを基に、全熱交換後の外気温度（Tox）を算出するステップと、
（ｅ）算出した前記全熱交換後の外気温度（Tox）及び検知した前記現在の還気温度（Tr）を基に、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）と等しくなるように、給気（SA）に占める外気（OA）の割合である外気量比率（q）を算出するステップと、
（ｆ）算出した前記外気量比率（q）となるように取り入れる外気（OA）の量を制御するステップと、を有し、
（ａ１）前記各期間と全熱交換効率（η）の対応関係は、当該期間について想定される外気温度（To）が所定の閾値温度（Tth）未満である場合は前記全熱交換効率（η）を一定値とし、前記閾値温度（Tth）以上である場合は前記全熱交換効率（η）を零とするように設定することを特徴とする。

【0012】

上記第２の形態において、前記閾値温度（Tth）は、冬季の空調設計における外気温度、還気温度及び全熱交換効率の各設計値から算出した全熱交換後の外気温度に相当することを特徴とする。

【0013】

上記第２の形態において、前記現在の外気温度（To）及び現在の還気温度（Tr）を検知するステップに替えて、現在の外気温度（To）を検知するステップとし、かつ、前記全熱交換後の外気温度（Tox）を算出するステップ及び前記外気量比率（q）を算出するステップにおける前記現在の還気温度（Tr）に替えて、所定の一定値である還気温度（Tr）を用いてもよい。

【0014】

本発明の第３の形態は、冬季において、取り入れた外気（OA）を、排気（EA）と全熱交換可能な全熱交換器に通し、前記全熱交換器を通過した外気を還気（RA）と混合して混合空気（M）とし、前記混合空気（M）を冷却コイル又は加熱コイルにより冷却又は加熱し、所定の加湿を行って一定の給気温度（Ts）をもつ給気（SA）を送出する空調機の制御方法であって、
（ａ）冬季を複数の期間に区分した各期間と、前記全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率（η）との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
（ｂ）冬季を複数の期間に区分した各期間と、給気（SA）に占める外気（OA）の割合である外気量比率（q）との対応関係を、少なくとも当該期間の開始前に予め設定するステップと、
（ｃ）各期間中、予め設定された前記全熱交換効率（η）及び前記外気量比率（q）を維持するステップと、を有し、
（ａ１）前記各期間と全熱交換効率（η）の対応関係は、当該期間について想定される外気温度（To）が、所定の閾値温度（Tth）未満である場合は前記全熱交換効率（η）を一定値とし、前記閾値温度（Tth）以上である場合は前記全熱交換効率（η）を零とするように設定し、
（ｂ１）前記各期間と外気量比率（q）の対応関係は、当該期間について想定される外気温度（To）及び想定される還気温度（Tr）と前記設定された全熱交換効率（η）とを基に、全熱交換後の外気温度（Tox）を算出し、算出した前記全熱交換後の外気温度（Tox）と前記想定される還気温度（Tr）とを基に、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）と等しくなるように前記外気量比率（q）を算出し設定することを特徴とする。

【0015】

上記第３の形態において、前記閾値温度（Tth）は、冬季の空調設計における外気温度、還気温度及び全熱交換効率の各設計値から算出した全熱交換後の外気温度に相当することを特徴とする。

【0016】

上記第１〜第３の形態において、前記外気量比率（q）を算出する際に、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）と等しくなるようにすることに替えて、前記混合空気（M）の混合空気温度（Tm）が前記一定の給気温度（Ts）より所定の温度だけ低くなるようにすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明による冬季における空調機の制御方法は、現在の、又は、想定される外気温度及び還気温度に基づいて全熱交換効率及び外気量比率を制御し、外気と還気を混合した混合空気の温度が、一定の給気温度とほぼ等しくなるようにすることにより、冬季における冷水及び温水、特に冷水の使用による消費熱量を零又は零近傍とするように省エネルギーを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明による冬季における空調機制御方法を適用される空調システムを概略的かつ模式的に示した構成図である。

【図2】図２は、実際の外気温度Ｔｏが６℃、還気温度Ｔｒが２５℃となった場合の空調機における制御状況を湿り空気線図上に表したものである。

【図3】図３は、図２に示した問題点を解消するための本発明の制御方法の第１の基本原理を、湿り空気線図上に表したものである。

【図4】図４は、図２と同様の設計条件において、実際の外気温度Ｔｏが１６℃となった場合の空調機における制御状況を湿り空気線図上に表したものである。

【図5】図５は、図４に示した問題点を解消するための本発明の制御方法の第２の基本原理を、湿り空気線図上に表したものである。

【図6】図６は、図４に示した問題点を解消するために、図３と図５にそれぞれ示した本発明の制御方法の第１と第２の基本原理を組み合わせた制御方法を、湿り空気線図上に表したものである。

【図7】図７は、全熱交換効率η及び外気量比率ｑの双方をリアルタイムに変動するように制御するリアルタイム方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。

【図8】図８は、外気温度Ｔｏと全熱交換効率ηとの対応関係の設定例を示す表である。

【図9】図９（ａ）（ｂ）は、図７及び図８に示したリアルタイム方式の制御方法を適用した場合の冷水及び温水の消費熱量のシミュレーションの例を示した表である。

【図10】図１０は、期間毎設定方式とリアルタイム方式を併用した方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。

【図11】図１１（ａ）（ｂ）は、各期間と全熱交換効率ηとの対応関係の設定例を示す表である。

【図12】図１２（ａ）（ｂ）は、図１０及び図１１に示した、全熱交換効率の期間固定制御と外気量比率のリアルタイム制御の併用方式の制御方法を適用した場合における、冷水及び温水の消費熱量のシミュレーションの例を示した表である。

【図13】図１３は、期間毎設定方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。

【図14】図１４（ａ）（ｂ）は、各期間と全熱交換効率η及び外気量比率ｑとの対応関係の設定例を示す表である。

【図15】図１５（ａ）（ｂ）は、図１３及び図１４に示した、全熱交換効率及び外気量比率の期間毎設定方式の制御方法を適用した場合における、冷水及び温水の消費熱量のシミュレーションの例を示した表である。

【図16】図１６（ａ）（ｂ）は、図１４（ａ）（ｂ）に示した各期間と全熱交換効率η及び外気量比率ｑとの対応関係の設定例の別の例である。

【図17】図１７は、図１６の設定例を適用した場合における、図１５（ａ）と同様の、厳冬期の冷水及び温水の消費熱量のシミュレーションの例を示した表である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施例を示した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（１）システム構成の概要
図１は、本発明による冬季における空調機（空気調和機）の制御方法を適用される空調システムの全体構成を概略的かつ模式的に示した図である。本発明は、セントラル空調方式の空調機に適用される。本発明では、一応、１１月〜４月の期間を冬季としているが、季節の境目は厳密である必要はない。

【0020】

セントラル空調方式における空調機１は、エアハンドリングユニットとも称され、基本的に建物毎に設けられている。インテリアゾーン２は、建物内の空調対象となる各室を代表的に示したものである。空調機１には、外気ダンパ１５から外気ＯＡが取り込まれ、インテリアゾーン２からの還気ＲＡと混合されて混合空気Ｍとなり、加熱コイル１１又は冷却コイル１２を通過する際に必要に応じて熱交換により加熱又は冷却される。空調機の熱源である温水及び冷水は、建物毎に作られる場合と、一定地域内で１つの熱源プラントから複数の建物に供給される場合がある。加熱又は冷却された混合空気は、さらに加湿器１３で必要に応じて加湿され、給気ＳＡとしてインテリアゾーン２に送られる。インテリアゾーン２から空調機１へ戻る空気は、還気ＲＡと排気ＥＡからなる。排気ＥＡは、還気ＲＡとは分岐して全熱交換器１４を通過し、必要に応じて外気ＯＡとの間で全熱交換を行った後、排気される。

【0021】

空調機１には、上記の内部機器類を制御するための制御装置（図示せず）が設けられている。図１では、制御装置による主な制御の流れを模式的に点線で示している。空調設計では、一定の給気温度Ｔｓが設定されている。一定の給気温度Ｔｓを維持するために、給気温度センサｔ１により検知した給気温度Ｔｓに基づいて加熱コイル１１の温水量調整弁１１ａ又は冷却コイル１２の冷水量調整弁１２ａを制御する（点線Ｃ１参照）。また、空調設計では、一定の室内相対湿度も設定されており、加湿器１３を制御して給気ＳＡの湿度を制御する（点線Ｃｈ参照）。これらは一般的な制御方法であるので、詳細説明を省略する。

【0022】

本発明の制御方法では、全熱交換器１４における全熱交換効率ηと、給気ＳＡに占める外気ＯＡの割合である外気量比率ｑの制御を行うことを特徴とする。

【0023】

全熱交換効率ηは、基本的には、全熱交換器１４を稼働させるか停止させるかにより制御する。全熱交換効率ηの数値は、通常、全熱交換器１４により決まっており、例えば５０％である。全熱交換器１４の制御方法については後述するが、一例では、外気温度センサｔ２により検知した現在の外気温度Ｔｏに基づいて全熱交換器１４の稼働又は停止を決定する（点線Ｃ２参照）。

【0024】

外気量比率ｑは、主として外気ダンパ１５の開度により制御する。給気ＳＡの量Ｑｓは、空調設計により一定値に設定され、常に一定に維持される。外気量比率ｑが増すと、給気ＳＡに占める外気ＯＡの量Ｑｏが増え、還気ＲＡの量Ｑｒが減る（その分、排気ＥＡの量が増える）。ｑ、Ｑｓ、Ｑｏ、Ｑｒの関係は次のようになる。
ｑ（％）＝Ｑｏ／Ｑｓ＊１００， Ｑｓ（一定）＝Ｑｏ＋Ｑｒ

【0025】

外気量比率ｑの調整により、混合空気温度Ｔｍを調整することができる。外気量比率ｑの制御方法については後述するが、一例では、全熱交換後の現在の外気温度Ｔｏｘと、還気温度センサｔ３により検知した現在の還気温度Ｔｒに基づいて外気量比率ｑを算出し、外気ダンパ１５の開度を制御する（点線Ｃ３参照）。なお、全熱交換後の外気温度Ｔｏｘは、全熱交換器１４が停止しているときは外気温度Ｔｏと同じである。なお、外気温度Ｔｏ及び還気温度Ｔｒの温度測定の不安定さを補うために、図示しないが、混合空気Ｍの温度Ｔｍを直接計測する温度センサを設けて連続的に監視してもよい。

【0026】

（２）本発明の制御方法の基本原理の説明
本発明の制御方法の基本原理を、厳冬期の場合と厳冬期以外の場合のそれぞれの例について説明する。

【0027】

（２−１）厳冬期の例
先ず、従来の制御方法における厳冬期に生じやすい問題点を説明する。なお、本明細書では、空調機の設計条件が以下の通りとなっている場合を例として説明する。従来の一般的な制御では、冬季を通して全熱交換器は常に稼働させ（すなわち全熱交換効率は常に一定）ており、かつ、外気量比率ｑは常に一定とされている。

【0028】

＜設計条件＞
・室内温度（還気温度）Ｔｒ ：２２℃
・室内相対湿度（還気相対湿度）：４５％
・給気温度Ｔｓ ：２０℃（一定）
・外気温度Ｔｏ ：−２℃
・外気絶対湿度 ：０．００１５ｋｇ／ｋｇ
・全熱交換効率η ：５０％（従来は一定）
・外気量比率ｑ ：２７％（従来は一定）

【0029】

給気温度Ｔｓは、常に設計値となるように制御される。また、室内温度（還気温度）Ｔｒは、経験的に給気温度Ｔｓ＋２℃程度であり、これを設計値とする。仮に、外気温度Ｔｏ及び還気温度Ｔｒが上記の設計値の通りであれば、全熱交換後の外気温度Ｔｏｘ（以下の［式１］で算出）は１０℃となる。さらに、混合空気温度Ｔｍ（以下の［式２］で算出）は１８．８℃となるので、加熱コイルにより温水と熱交換させ、給気温度Ｔｓの２０℃とする。

【0030】

全熱交換後の外気温度Ｔｏｘの算出式：
［式１］ Ｔｏｘ＝Ｔｏ＋（Ｔｒ−Ｔｏ）＊η／１００

【0031】

混合空気温度Ｔｍの算出式：
［式２］ Ｔｍ＝Ｔｒ−（Ｔｒ−Ｔｏｘ）＊ｑ／１００

【0032】

＜実際の条件＞
実際には、外気ＯＡ及び還気ＲＡは変動する。例えば、外気温度Ｔｏは、当然に毎日変動し、また１日の中でも変動する。また、室内温度すなわち還気温度Ｔｒも、インテリアゾーン内の種々の条件により実際には変動する。

【0033】

図２は、実際の外気温度Ｔｏが６℃、還気温度Ｔｒが２５℃となった場合の空調機における制御状況を湿り空気線図上に表したものである。外気ＯＡ及び還気ＲＡの実際の値を図上に示している。還気ＲＡの点を通り、顕熱比線ＳＨＦに平行な線と、給気温度Ｔｓの設計値２０℃との交点が給気ＳＡとなる。全熱交換後の外気ＯＸは、ＲＡとＯＡを結ぶ直線上に位置する。全熱交換後の外気ＯＸの温度Ｔｏｘは、上記［式１］から算出され、この場合は１５．５℃となる。

【0034】

さらに、全熱交換後の外気ＯＸと還気ＲＡが、外気量比率ｑで混合されると、混合空気Ｍは、ＲＡとＯＸを結ぶ直線上に位置する。混合空気温度Ｔｍは、上記［式２］から算出され、この場合は２２．４℃となる。

【0035】

図２の例において混合空気Ｍを給気ＳＡとするには、温度については混合空気温度Ｔｍを給気温度Ｔｓまで冷却する必要がある（黒矢印参照）。このために冷却コイルにおいて冷水との熱交換が行われる。なお、湿度については、加湿器により混合空気Ｍの湿度から給気ＳＡの湿度まで加湿される（白矢印参照）。このように、実際の還気温度Ｔｒが設計値より高くなると、冬季、特に厳冬期でありながら冷水が使用されるというエネルギーの無駄が生じる。

【0036】

図３は、図２に示した問題点を解消するための本発明の制御方法の第１の基本原理を、湿り空気線図上に表したものである。図３において、図２と異なる点は、外気量比率ｑを２７％から５５％に増やすように制御した点である。この場合の混合空気温度Ｔｍを上記［式２］から算出すると１９．８℃となる。この場合、混合空気Ｍを給気ＳＡとするには、温度については混合空気温度Ｔｍを給気温度Ｔｓまで加熱することになる（黒矢印参照）。従って、加熱コイルにおいて温水との熱交換が行われる。このように、外気量比率ｑを増すことにより、混合空気温度Ｔｍを下げることができる。混合空気温度Ｔｍを給気温度Ｔｓよりも下げることができれば、冷水は不要となる。理想的には、混合空気温度Ｔｍが給気温度Ｔｓと等しくなれば、冷水も温水も不要となり、最も省エネルギーとなる。

【0037】

（２−２）厳冬期以外の例
次に、従来の制御方法において厳冬期以外に生じやすい問題点を説明する。設計条件は、図２の厳冬期の例と同じであり、全熱交換器は常に稼働（すなわち全熱交換効率は常に一定）であり、また、外気量比率ｑも常に一定である。

【0038】

＜実際の条件＞
図４は、上記の設計条件において、実際の外気温度Ｔｏが１６℃となった場合の空調機における制御状況を湿り空気線図上に表したものである。上記［式１］及び［式２］により混合空気温度Ｔｍを算出すると２１．２℃となる。

【0039】

この場合、混合空気Ｍを給気ＳＡとするには、温度については混合空気温度Ｔｍを給気温度Ｔｓまで冷却する必要がある（黒矢印参照）。このために冷却コイルにおいて冷水との熱交換が行われる。このように、厳冬期以外の冬季には、外気温度Ｔｏが設計値よりも遙かに高くなるため、冬季でありながら冷水を使用するという無駄が生じることとなる。

【0040】

図５は、図４に示した問題点を解消するための本発明の制御方法の第２の基本原理を、湿り空気線図上に表したものである。図５において、図４と異なる点は、全熱交換効率ηを０％（すなわち全熱交換器停止）とするように制御した点である。従って、外気温度Ｔｏと全熱交換後の温度Ｔｏｘは一致し、Ｔｏｘ＝Ｔｏとなる（上記［式１］でη＝０として算出される）。この場合の混合空気温度Ｔｍは、上記［式２］から算出すると２０．４℃となる。この場合も、給気温度Ｔｓとするために冷却が必要であるが、図４の場合と比較してみると、図５の場合は混合空気温度Ｔｍが給気温度Ｔｓにより近いので、冷水の使用量が低減されることになる。

【0041】

図６は、図４に示した問題点を解消するために、図３と図５にそれぞれ示した本発明の制御方法の第１と第２の基本原理を組み合わせた制御方法を、湿り空気線図上に表したものである。図６において、図５と異なる点は、全熱交換効率ηを０％（すなわち全熱交換器停止）としたことに加え、外気量比率ｑを２７％から３３％に増やすように制御した点である。この場合の混合空気温度Ｔｍを上記［式１］［式２］から算出すると２０．０℃となる。この場合は、加熱も冷却も不要であり、理想的な省エネルギーとなる。

【0042】

図６に示したように、混合空気温度Ｔｍが常に給気温度Ｔｓと一致するように制御できれば、理想的である。実際には外気温度Ｔｏ及び還気温度Ｔｒは常に変動している。従って、外気温度Ｔｏ及び還気温度Ｔｒの変化に応じて、全熱交換効率η及び外気量比率ｑが変化するように制御することにより、理想的な省エネルギーを実現できる。

【0043】

（３）本発明による空調機制御方法
図６の例から判るように、冷水及び温水の使用量に関して最も省エネルギーを実現できるのは、リアルタイムに全熱交換効率η及び外気量比率ｑを制御することである。その一方で、リアルタイム方式は、現時点の変動値を検知するための機器、それらと連携させる制御機器及び制御プログラム等にコストを要することが予想され、既存のシステムへの追加機能としての実施が困難な場合も考えられる。
この観点から、簡易方式として、冬季をいくつかの期間に区分し、各期間毎に全熱交換効率η及び外気量比率ｑを予め設定した最適値に固定して制御する方法も有用と考えられる。
以下、本発明の制御方法として、第１の実施形態ではリアルタイム方式、第２の実施形態ではリアルタイム方式と期間毎設定方式の併用方式、第３の実施形態では期間毎設定方式の各方式について具体的に説明する。

【0044】

（３−１）第１の実施形態（リアルタイム方式）
図７は、全熱交換効率η及び外気量比率ｑの双方をリアルタイムに変動するように制御するリアルタイム方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。

【0045】

リアルタイム方式では、現在の外気温度Ｔｏに基づいて、予め設定された全熱交換効率ηとなるように制御するとともに、現在の外気温度Ｔｏ及び現在の還気温度Ｔｒに基づいて、混合空気温度Ｔｍが給気温度Ｔｓとなるように外気量比率ｑを制御する。

【0046】

先ず、準備段階のステップＳ１１において、外気温度Ｔｏと全熱交換効率ηの対応関係を予め設定しておく。

【0047】

ここで図８を参照する。図８は、現在の外気温度Ｔｏと全熱交換効率ηとの対応関係の設定例を示す表である。一例として、現在の外気温度Ｔｏが所定の閾値温度Ｔｔｈ未満のときは全熱交換効率ηを５０％（全熱交換器稼働）とし、現在の外気温度Ｔｏが閾値温度Ｔｔｈ以上のときは全熱交換効率ηを０％（全熱交換器停止）とするように設定する。

【0048】

ここで、所定の閾値温度Ｔｔｈは、例えば外気温度Ｔｏ、還気温度Ｔｒ、及び全熱交換効率ηを上記の設計条件における設計値として上記［式１］から算出される外気温度Ｔｏｘとする。上記の設計条件の場合、設計値はＴｏ＝−２℃、Ｔｒ＝２２℃、η＝５０％であるので、Ｔｔｈ＝１０℃となる。上記［式１］によると、全熱交換効率ηが別の値（例えば２５％、７５％等）の場合は閾値温度Ｔｔｈも変わることになる。しかし、簡易方式として、その地域及び／又はその建物について経験的に妥当であれば、全熱交換効率ηの値に関わらず閾値温度Ｔｔｈを常に一定（例えば１０℃）として、全熱交換器の稼働・停止を決定してもよい。

【0049】

なお、一般的な全熱交換器は一定の全熱交換効率ηを有するが、複数の全熱交換効率ηを設定できる全熱交換器であっても本発明を適用可能である。その場合、稼働時の全熱交換効率ηの各値（η１、η２等）と停止のいずれかを、複数の閾値温度Ｔｔｈを境界として選択する。

【0050】

なお、図８のような設定表は、通常、空調機の制御装置に導入される制御プログラムの一部に含まれ、制御装置内の記憶装置に予め記憶される（他の実施形態でも同様）。

【0051】

再び図７を参照する。ステップＳ１２〜Ｓ１７は、冬季において空調機の稼働中に繰り返し行われる制御の１つのサイクルを示している。１つのサイクルは、例えば一定時間毎（３０分に１回、1時間に１回、２時間に１回等）に行われる。先ず、現在の外気温度Ｔｏ及び還気温度Ｔｒを、それぞれ外気温度センサ及び還気温度センサにより検知する（ステップＳ１２）。

【0052】

ステップＳ１２で検知した現在の外気温度Ｔｏに基づいて図８の全熱交換効率の設定を参照し、対応する全熱交換効率ηを取得する（ステップＳ１３）。そして、取得した全熱交換効率ηに基づき、全熱交換器の稼働又は停止を制御する（ステップＳ１４）。

【0053】

また、ステップＳ１２で検知した現在の外気温度Ｔｏ及び現在の還気温度Ｔｒと、ステップＳ１３で取得した全熱交換効率ηとを基に、上記［式１］より全熱交換後の外気温度Ｔｏｘを算出する（ステップＳ１５）。算出した全熱交換後の外気温度Ｔｏｘ及びステップＳ１２で検知した現在の還気温度Ｔｒを基に、以下の［式３］により外気量比率ｑを算出する（ステップＳ１６）。

【0054】

外気量比率ｑの算出式：
［式３］ ｑ＝（Ｔｒ−Ｔｓ）／（Ｔｒ−Ｔｏｘ）＊１００
（Ｔｓ：設計条件による給気温度）
（全熱交換効率η＝０％の場合は、上記［式１］よりＴｏｘ＝Ｔｏ）

【0055】

上記の［式３］は、上記［式２］においてＴｍ＝Ｔｓとし、変形したものである。ｑを算出したならば、外気量Ｑｏ＝ｑＱｓとなるように外気ダンパの開度を制御する（ステップＳ１７）。Ｑｓは給気量であり、常に一定である。

【0056】

図９（ａ）（ｂ）は、図７に示した制御方法による冷水及び温水の消費熱量のシミュレーションの例を示した表である。ここでは、簡単とするために、検知される現在の還気温度Ｔｒを２３℃として計算を行った。

【0057】

図９（ａ）は、厳冬期の例として、２月３日の９時〜１７時の間、２時間毎に図７のステップＳ１２〜Ｓ１７を行った場合を示している。９時と１１時は外気温度Ｔｏが１０℃未満なので全熱交換器を稼働させ、１３時は外気温度Ｔｏが１０℃以上なので全熱交換器を停止させ、１５時は外気温度Ｔｏが１０℃未満なので再び稼働させている。外気量比率ｑはＴｍ＝Ｔｓとなるように毎回変動させている。

【0058】

図９（ｂ）は、厳冬期以外の例として、４月８日の９時〜１７時の間、２時間毎に図７のステップＳ１２〜Ｓ１７を行った場合を示している。９時は外気温度Ｔｏが１０℃未満なので全熱交換器を稼働させ、１１時以降は１０℃以上なので停止させている。外気量比率ｑはＴｍ＝Ｔｓとなるように毎回変動させている。

【0059】

なお、冷水又は温水の消費熱量は、一般的には以下の［式４］により算出される（各変数の数値例及び定数の数値も示す）が、ここでは外気量比率ｑをＴｍ＝Ｔｓとなるように制御するので、冷水及び温水の消費熱量Ｈは常に零となり、理想的な省エネルギー制御を実現できる。

【0060】

冷水又は温水の消費熱量の算出式：
［式４］ Ｈ（ＭＪ）＝Ｑｓ＊ρ＊Ｃｐ＊（Ｔｍ−Ｔｓ）＊ｈ／１０^６
Ｑｓ：給気量（５０００００ｍ^３）
ρ：空気密度（１．２ｋｇ／ｍ^３）
Ｃｐ：空気定圧比熱（１．００６Ｊ／ｋｇ・Ｋ）
ｈ：空調機の稼働時間（２ｈ）

【0061】

なお、図９の例では、２時間毎に制御しているので、実際にはその間に外気温度Ｔｏ及び還気温度Ｔｒが変化し、冷水又は温水を消費することがあるが、通常は、制御を行った時点から大きく外れることはないと予想される。従って、平均的にみれば１日を通して冷水及び温水の消費熱量はほぼ零となる。理論的には、制御間隔を短くするほど、すなわち文字通りのリアルタイム制御に近づけるほど、より省エネルギーとなる。

【0062】

図７に示した第１の実施形態の制御方法において、より簡易な変形形態も考えられる。図７のステップＳ１２において、現在の外気温度Ｔｏのみを検知し、現在の還気温度Ｔｒは検知しない。そして、図７のステップＳ１５及びステップＳ１６の現在の還気温度Ｔｒに替えて、過去のデータによる平均的な還気温度Ｔｒ、又は、還気温度Ｔｒの設計値等の所定の一定値を用いて算出を行う。これは、実際の外気温度Ｔｏの変動に比べて実際の還気温度Ｔｒはそれほど大きく変動しないことを前提としている。

【0063】

（３−２）第２の実施形態（期間毎設定方式とリアルタイム方式の併用）
図１０は、期間毎設定方式とリアルタイム方式を併用した方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。

【0064】

併用方式では、全熱交換効率ηについては、冬季を複数の期間に分け、各期間中は全熱交換効率を予め設定した一定の値に維持する。一方、外気量比率ｑについては、第１の実施形態と同様に現在の外気温度Ｔｏ及び現在の還気温度Ｔｒに基づいて、混合空気温度Ｔｍが給気温度Ｔｓとなるように制御する。

【0065】

先ず、準備段階のステップＳ２１において、冬季を複数の期間に区分する。区分単位は、例えば、１ヶ月、半月、１０日、一週間、１日等である。また各区分の長さが等しくなくともよい。続いて、各期間と全熱交換効率ηの対応関係を予め設定する。すなわち、各期間毎に全熱交換器を稼働させるか停止させるかを予め設定する。設定方法は、例えばステップ２１ａ及び２１ｂによる。先ずステップＳ２１ａにおいて、上記の設計条件による外気温度Ｔｏ、還気温度Ｔｒ、全熱交換効率ηの設計値を用いて上記［式１］によりＴｏｘを算出し、算出したＴｏｘを閾値温度Ｔｔｈとする。次にステップ２１ｂにおいて、各期間について想定される外気温度Ｔｏが閾値温度Ｔｔｈ未満か以上かにより、当該期間の全熱交換効率ηを設定する。

【0066】

ここで図１１を参照する。図１１（ａ）（ｂ）は、各期間と全熱交換効率ηとの対応関係の設定例を示す表である。図１１（ａ）では１ヶ月を１期間として冬季を６期間に分け、また、図１１（ｂ）では半月を１期間として冬季を１２期間に分け、各期間について想定される外気温度Ｔｏに基づいてそれぞれ全熱交換効率ηを設定している。

【0067】

図１１（ａ）（ｂ）において、「想定される外気温度」とは、例えば、過去の統計データ、その地方の基準値、天気予報データ等から想定される各期間における昼間の平均外気温度である（以下の第３の実施形態でも同様）。「昼間」は、例えば、一般的な営業時間である９時から１７時までの８時間、あるいは、８時から１８時までの１０時間等、対象建物に応じて適宜決定する。そして、想定される外気温度Ｔｏが、所定の閾値温度Ｔｔｈ未満であれば全熱交換器を稼働させ、所定の閾値温度Ｔｔｈ以上であれば全熱交換効率を停止させるように予め設定する。設計条件から算出された図１１の設定例の閾値温度Ｔｔｈは、図８の例と同様に１０℃である。

【0068】

なお、過去の統計データやその地方の基準値から外気温度を想定する場合は、冬季の開始前に全ての期間の設定が可能である。一方、天気予報のデータを用いて外気温度を想定する場合は、当該期間の開始時までに設定を行えばよい（以下の第３の実施形態でも同様）。例えば、１日を１期間とする場合は、前日の天気予報を基に翌日について想定される外気温度を取得し、それに基づいて翌日の全熱交換効率を設定する。

【0069】

再び図１０を参照すると、ステップＳ２２及びＳ２３は、各期間の開始時に行われる制御である。先ず、各期間の開始時に、上記ステップＳ２１で行った設定を参照し、対応する全熱交換効率を取得する（ステップＳ２２）。そして、取得した全熱交換効率ηに基づき、全熱交換器の稼働又は停止を制御する（ステップＳ２３）。この全熱交換器の稼働又は停止の状態は、当該期間中は一定に維持される。

【0070】

ステップＳ２４〜Ｓ２７は、空調機の稼働中に繰り返し行われる制御の１つのサイクルを示している。１つのサイクルは、一定時間毎（３０分に１回、1時間に１回、２時間に１回等）に行われる。先ず、現在の外気温度Ｔｏ及び現在の還気温度Ｔｒを、それぞれ外気温度センサ及び還気温度センサにより検知する（ステップＳ２４）。

【0071】

ステップＳ２４で検知した現在の外気温度Ｔｏ及び現在の還気温度Ｔｒと、ステップＳ２２で取得した全熱交換効率ηとを基に、上記［式１］より全熱交換後の外気温度Ｔｏｘを算出する（ステップＳ２５）。算出した全熱交換後の外気温度Ｔｏｘと、ステップＳ２４で検知した現在の還気温度Ｔｒとを基に、上記［式３］より外気量比率ｑを算出する（ステップＳ２６）。

【0072】

算出した外気量比率ｑを基に、外気量Ｑｏ＝ｑＱｓとなるように外気ダンパの開度を制御する（ステップＳ２７）。Ｑｓは給気量であり、常に一定である。

【0073】

図１２（ａ）（ｂ）は、図１０に示した制御方法を適用した場合における、冷水及び温水の消費熱量のシミュレーションの例を示した表である。ここでは、簡単とするために、検知される現在の還気温度Ｔｒを２３℃として計算を行った。

【0074】

図１２（ａ）は、厳冬期の例として、上記第１の実施形態と同じ２月３日の９時〜１７時の間、２時間毎に図１０のステップＳ２４〜Ｓ２６を行った場合を示している。例えば図１１（ａ）の設定によれば、２月３日は全熱交換効率ηが５０％に固定される期間内にあるので、全熱交換器は常に稼働している。外気量比率ｑはＴｍ＝Ｔｓとなるように毎回変動させている。

【0075】

図１２（ｂ）は、厳冬期以外の例として、上記第１の実施形態と同じ４月８日の９時〜１７時の間、２時間毎に図１０のステップＳ２４〜Ｓ２６を行った場合を示している。例えば図１１（ａ）の設定によれば、４月８日は全熱交換効率ηが０％に固定される期間内にあるので、全熱交換器は常に停止している。外気量比率ｑはＴｍ＝Ｔｓとなるように毎回変動させている。

【0076】

なお、冷水又は温水の消費熱量は、上記［式４]により算出されるが、外気量比率ｑをＴｍ＝Ｔｓとなるように制御するので、冷水及び温水の消費熱量は常に零となり、理想的な省エネルギー制御を実現できる。

【0077】

なお、図１２の例は、上述した第１の実施形態における図９の例と同様に、２時間毎に制御しているので、実際にはその間に外気温度Ｔｏ及び還気温度Ｔｒが変化し、冷水又は温水を消費することがあるが、通常は、制御を行った時点から大きく外れることはないと予想される。従って、平均的にみれば、１日を通して冷水及び温水の消費熱量はほぼ零となる。理論的には、制御間隔を短くするほど、すなわち文字通りのリアルタイム制御に近づけるほど、より省エネルギーとなる。

【0078】

図１０に示した第２の実施形態の制御方法において、より簡易な変形形態も考えられる。図１０のステップＳ２４において、現在の外気温度Ｔｏのみを検知し、現在の還気温度Ｔｒを検知しない。そして、図１０のステップＳ２５及びステップＳ２６の現在の還気温度Ｔｒに替えて、過去のデータによる平均的な還気温度Ｔｒ、又は、還気温度Ｔｒの設計値等の所定の一定値を用いて算出を行う。これは、実際の外気温度Ｔｏの変動に比べて実際の還気温度Ｔｒはそれほど大きく変動しないことを前提としている。

【0079】

（３−３）第３の実施形態（期間毎設定方式）
図１３は、期間毎設定方式による空調機制御方法の一例を概略的に示したフロー図である。

【0080】

期間毎設定方式では、全熱交換効率η及び外気量比率ｑの双方について、冬季を複数の期間に分け、各期間中は全熱交換効率及び外気量比率をそれぞれ予め設定した一定の値に維持する。期間毎設定方式では、期間毎に予め設定した設定値に固定した制御を行うので、上述したリアルタイム方式に比べて、簡易かつ低コストに実施することができる。また、既存のシステムへの追加機能として実現することも比較的容易である。

【0081】

先ず、準備段階のステップＳ３１において、冬季を複数の期間に区分し、各期間と全熱交換効率ηの対応関係を予め設定する。このステップＳ３１（ステップ３１ａ、３１ｂ）については、上述した第２の実施形態における図７のステップＳ２１（ステップ２１ａ、２１ｂ）と同様である。

【0082】

さらに、もう１つの準備段階のステップＳ３２において、冬季を複数の期間に区分し、各期間と外気量比率ｑの対応関係を予め設定する。なお、ステップＳ３１とＳ３２は独立して設定することができ、外気量比率ｑについての期間の区分方法は、全熱交換効率ηについての期間の区分方法とは異なっていてもよい。外気量比率ｑの設定方法は、例えばステップ３２ａ及び３２ｂによる。先ずステップＳ３２ａにおいて、各期間について想定される外気温度Ｔｏ及び想定される還気温度Ｔｒと、ステップ３１で設定された当該期間の全熱交換効率ηとを基に、上記［式１］により全熱交換後の外気温度Ｔｏｘを算出する。次にステップ３２ｂにおいて、ステップ３１ｂで算出した全熱交換後の外気温度Ｔｏｘと、各期間について想定される還気温度Ｔｒを基に、上記［式３］により外気量比率ｑを算出する。

【0083】

ステップ３２ａ及び３２ｂにおける「想定される還気温度」は、対象建物の過去の統計データ等から各期間について適切な値を決定して用いることが好適である。各期間毎の還気温度Ｔｒの変動が少ない場合は、簡易とするために冬季全体の平均値等の一定値を用いてもよい。さらに別の例として、簡易とするために還気温度Ｔｒの設計値を用いてもよい。

【0084】

ここで図１４を参照する。図１４（ａ）（ｂ）は、各期間と全熱交換効率η及び外気量比率ｑとの対応関係の設定例を示す表である。図１４（ａ）では、１ヶ月を１期間として冬季を６期間に分け、また、図１４（ｂ）では、半月を１期間として冬季を１２期間に分けている。全熱交換効率ηの設定方法に関しては、第２の実施形態の図１１と同様であり、各期間について想定される外気温度Ｔｏに基づいてそれぞれ全熱交換効率ηを設定している。

【0085】

各期間の全熱交換効率ηを設定したならば、設定した全熱交換効率ηと、想定される外気温度を基に、上記［式１]より各期間について全熱交換後の外気温度Ｔｏｘを算出する（全熱交換効率０％のときは、Ｔｏｘ＝Ｔｏ）。簡単とするために、この例では、想定される還気温度Ｔｒを常に２３℃として計算を行った。算出した全熱交換後の外気温度Ｔｏｘを用いて、上記［式３］により各期間の外気量比率ｑを算出する。

【0086】

算出された外気量比率ｑは、各期間について想定される外気温度及び想定される還気温度を基にしたＴｍ＝Ｔｓとなるときの値であるので、これを当該期間の設定値とすれば、最も省エネルギーを実現できる確率が高いといえる。

【0087】

なお、図１４の例では、外気量比率ｑの算出値をそのまま設定値としている。しかしながら、外気量比率ｑの算出値そのまま設定値とする替わりに、算出値に基づいた概算値（例えば端数を四捨五入した値）や近似値（例えば±１０〜１５％の範囲の値）を設定値としてもよい。算出の根拠とした統計や予報により想定される外気温度及び統計により想定される還気温度は、実際の外気温度及び還気温度に近い可能性が高いとはいえるが、必ず一致するものではないためである。本明細書で「Ｔｍ＝Ｔｓとなるように算出された外気量比率ｑ」という場合には、算出値自体を当然含むとともに、その概算値や近似値も含むものとする。

【0088】

なお、想定される外気温度及び還気温度として、過去の統計データやその地方の基準値を用いる場合は、冬季の開始前に全ての期間の設定が可能である。一方、天気予報のデータを用いる場合は、当該期間の開始前に設定を行えばよい。例えば、１日を１期間とする場合は、前日の天気予報に基づいて翌日の外気温度を想定し、設定値を算出する。

【0089】

再び図１３を参照する。ステップＳ３３〜Ｓ３６は、各期間の開始時に行われる制御である。先ず、上記ステップＳ３１で設定した全熱交換効率ηについての各期間の開始時に当該期間に対応する全熱交換効率ηの設定値を取得する（ステップＳ３３）。そして、取得した全熱交換効率ηの設定値に基づき、全熱交換器の稼働又は停止を制御する（ステップＳ３４）。この全熱交換器の稼働又は停止の状態は、当該期間中は一定に維持される。

【0090】

次に、上記ステップＳ３２で設定した外気量比率ｑについての各期間の開始時に当該期間に対応する外気量比率ｑの設定値を取得する（ステップＳ３５）。そして、取得した外気量比率ｑの設定値に基づき、外気ダンパの開度を制御する（ステップＳ３６）。この外気量比率ｑは、当該期間中は一定に維持される。

【0091】

期間毎設定方式では、外気量比率ｑは、上述した第１及び第２の実施形態のように１つの期間中にＴｍ＝Ｔｓとなるように制御されるのではなく、１つの期間中は固定されている。従って、実際の外気温度Ｔｏ及び還気温度Ｔｒの変動によりＴｍが変動し、Ｔｍ＞Ｔｓとなったときは冷却コイルで冷水が使用され、Ｔｍ＜Ｔｓとなったときは加熱コイルで温水が使用されることとなる。この結果、随時、冷水消費熱量又は温水消費熱量が生じることになる。それでも、ステップＳ３１及びＳ３２の設定によれば、Ｔｍの変動はＴｓの近傍に留まる確率が高くなり、消費熱量を最小とすることができる。

【0092】

図１５（ａ）（ｂ）は、図１３及び図１４に示した、全熱交換効率及び外気量比率の期間毎設定方式の制御方法を適用した場合における、冷水及び温水の消費熱量のシミュレーションの例を示した表である。

【0093】

図１５（ａ）は、厳冬期の例として、図１４（ｂ）の設定例に従って２月前半の２月３日〜７日の５日間に図１３のステップＳ３３〜Ｓ３６の制御を行った場合を示している。当該期間の全熱交換効率ηの設定値は５０％、外気量比率ｑの設定値は３３％である。１日毎の冷水・温水の消費熱量を計算するために、各日の外気温度Ｔｏとして実際の昼間平均外気温度を用いた。簡単とするために実際の還気温度Ｔｒを２３℃として計算を行った。冷水又は温水の消費熱量Ｈは、以下の［式５］により算出した。なお、比較例として、外気量比率ｑを２７％とした場合と、４０％とした場合の計算結果を併せて示す。

【0094】

［式５］ Ｈ（ＭＪ）＝Ｑｓ＊ρ＊Ｃｐ＊（Ｔｍ−Ｔｓ）＊ｈ／１０^６
Ｑｓ：給気量（５０００００ｍ^３）
ρ：空気密度（１．２ｋｇ／ｍ^３）
Ｃｐ：空気定圧比熱（１．００６Ｊ／ｋｇ・Ｋ）
ｈ：空調機の稼働時間（１０ｈ）
Ｔｍ：［式２］より算出
Ｔｓ：設定値（２０℃）

【0095】

比較例の外気量比率２７％の場合は、混合気温度Ｔｍがいずれも給気温度Ｔｓより上回るので冷水消費熱量のみとなり、その合計を消費熱量として評価する。設定値の外気量比率３３％の場合と、比較例の外気量比率４０％の場合は、混合気温度Ｔｍが給気温度Ｔｓを上回る日と下回る日が存在するので冷水消費熱量と温水消費熱量のいずれかを生じ、これらの合計を消費熱量として評価する。本発明による設定値の外気量比率３３％の場合の消費熱量を１００％とすると、２つの比較例の消費熱量はそれぞれ１９２％、１５１％となる。

【0096】

図１５（ｂ）は、厳冬期以外の例として、図１４（ｂ）の設定例に従って４月後半のうち４月２１日〜２５日の５日間に図１３のステップＳ３３〜Ｓ３６の制御を行った場合を示している。当該期間の全熱交換効率ηの設定値は０％、外気量比率ｑの設定値は４０％である。比較例は、外気量比率ｑを３３％とした場合と、４７％とした場合である。図１５（ａ）と同様に消費熱量Ｈを算出した。

【0097】

設定値の外気量比率４０％の場合の消費熱量を１００％とすると、２つの比較例の消費熱量はそれぞれ１１７％、１１９％となる。

【0098】

図１３のステップＳ３２に示した外気量比率ｑの設定方法では、１つの期間について１つの想定される外気温度Ｔｏ（例えば昼間平均外気温度）及び１つの想定される還気温度Ｔｒのみを用いている。これに対し、実際の外気温度Ｔｏは毎日変化するとともに、一日のうちでも最低気温から最高気温の間で変化する。また実際の還気温度Ｔｒも一定ではなく変化する。このように、設定値の根拠となる外気温度及び還気温度と実際のそれらは、必ずしも一致するものではないが、図１５に示したシミュレーション結果は、本発明による設定方法及びそれを用いた制御方法が、実際に冷水及び温水の消費熱量の節減に有効であることを裏付けている。

【0099】

図１６（ａ）（ｂ）は、図１４（ａ）（ｂ）に示した各期間と全熱交換効率η及び外気量比率ｑとの対応関係の設定例の別の例であり、ここでは、全熱交換効率ηを２５％としている。閾値温度Ｔｔｈは、図１４と同じく１０℃とした。この例では、全熱交換器を稼働させる厳冬期において、全熱交換効率ηが図１４の例に比べて低いため、最適な（混合空気温度Ｔｍを給気温度Ｔｓと一致させる）外気量比率ｑは小さくなる。例えば２月前半は、図１４の例ではｑ＝３３％であったが、図１６の例ではｑ＝２２％となる。

【0100】

図１７は、図１６の設定例を適用した場合における、図１５（ａ）と同様の、厳冬期の冷水及び温水の消費熱量のシミュレーションの例を示した表である。厳冬期以外の例は、図１５（ｂ）と同じとなるので省いている。

【0101】

図１７では、設定例の外気量比率２２％とともに、比較例として外気量比率ｑを１５％とした場合と、３０％とした場合の計算結果を併せて示す。設定値の外気量比率２２の場合の消費熱量を１００％とすると、２つの比較例の消費熱量はそれぞれ２９６％、２３３％となる。図１６及び図１７に示した例においても、理論上は消費熱量を最小限とすることはできるが、全熱交換効率ηが小さく排気ＥＡからの熱回収量が極めて少ない点を考慮すると、全熱交換効率ηが大きい図１４及び図１５に示した例の方が好ましいといえる。

【0102】

以上の第１〜第３の各実施形態の制御方法において、外気量比率ｑの算出に用いた上記［式３］は、上記［式２］においてＴｍ＝Ｔｓとし、変形したものである。この算出法により外気量比率ｑを設定すると、実際の混合空気温度Ｔｍの変動においては、給気温度Ｔｓより低い（温水を使用する）場合と、高い（冷水を使用する）場合の双方が均等に生じ得る。そこで、冬季における冷水使用を避けることを優先する場合は、上記［式２］においてＴｍ＝Ｔｓ−Δｔとすればよい。すなわち、混合空気温度Ｔｍが、給気温度Ｔｓより若干低くなるようにする（Ｔｍ＜Ｔｓ）。この場合、上記［式３］は次の［式３’］となる。

【0103】

［式３’］ ｑ＝（Ｔｒ−Ｔｓ＋Δｔ）／（Ｔｒ−Ｔｏｘ）＊１００
（Ｔｓ：設計条件による給気温度）
（全熱交換効率η＝０％の場合は、上記［式１］よりＴｏｘ＝Ｔｏ）

【0104】

上記[式３’]のΔｔは、例えば０．５℃、１．０℃、２．０℃等に設定する。Ｔｍ＜Ｔｓとした場合の外気量比率ｑは、Ｔｍ＝Ｔｓとした場合より高くなる。Δｔを大きくすると、冷水使用量より温水使用量が優勢となり、さらに大きくすると冷水使用量が零となり温水使用量のみとすることができる（例えば、図１５及び図１７のシミュレーション例において、外気量比率ｑの高い比較例がこれに相当する）。但し、Δｔを大きくとりすぎると温水使用量が大きくなりすぎ消費熱量が大きくなってしまうので、温水使用量の上限を目安として設定した上でΔｔを設定するとよい。

【符号の説明】

【0105】

１ 空調機
２ インテリアゾーン
１１ 加熱コイル
１２ 冷却コイル
１３ 加湿器
１４ 全熱交換器
１５ 外気ダンパ
ｔ１、ｔ２、ｔ３ 温度センサ
Ｔｏ 外気温度
Ｔｏｘ 全熱交換後の外気温度
Ｔｍ 混合空気温度
Ｔｓ 給気温度
Ｔｒ 還気温度
ＯＡ 外気
ＳＡ 給気
ＲＡ 還気
ＥＡ 排気
Ｍ 混合空気

【要約】

【課題】冬季において省エネルギーを実現する空調機の制御方法を提供する。
【解決手段】外気温度と、全熱交換器における零又は一定値のいずれかである全熱交換効率との対応関係を予め設定するステップと、現在の外気温度及び現在の還気温度を検知するステップと、検知した現在の外気温度を基に、予め設定された全熱交換効率を取得するステップと、取得した全熱交換効率なるように全熱交換器を制御するステップと、検知した現在の外気温度及び現在の還気温度と取得した全熱交換効率とを基に、全熱交換後の外気温度を算出するステップと、算出した全熱交換後の外気温度及び検知した現在の還気温度を基に、混合空気の混合空気温度が一定の給気温度と等しくなるように、給気に占める外気の割合である外気量比率を算出するステップと、算出した外気量比率となるように取り入れる外気の量を制御するステップとを有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】