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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024130403
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】空調システム
(51)【国際特許分類】
F24F 5/00 20060101AFI20240920BHJP
F24F 3/06 20060101ALI20240920BHJP
F24F 3/14 20060101ALI20240920BHJP
F24F 11/80 20180101ALI20240920BHJP
F24F 11/70 20180101ALI20240920BHJP
F24F 110/12 20180101ALN20240920BHJP
F24F 110/22 20180101ALN20240920BHJP
F24F 140/20 20180101ALN20240920BHJP
【ＦＩ】
F24F5/00 101Z
F24F5/00 101B
F24F3/06
F24F3/14
F24F11/80
F24F11/70
F24F110:12
F24F110:22
F24F140:20
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023040091
(22)【出願日】2023-03-14
(71)【出願人】
【識別番号】000229715
【氏名又は名称】日本ピーマック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100167634
【弁理士】
【氏名又は名称】扇田 尚紀
(74)【代理人】
【識別番号】100187849
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 隆史
(74)【代理人】
【識別番号】100212059
【弁理士】
【氏名又は名称】三根 卓也
(72)【発明者】
【氏名】平原 美博
(72)【発明者】
【氏名】朝倉 智也
(72)【発明者】
【氏名】深山 大輔
【テーマコード（参考）】
3L053
3L054
3L260
【Ｆターム（参考）】
3L053BB03
3L053BB05
3L053BC05
3L054BF02
3L260AB01
3L260AB06
3L260AB14
3L260BA41
3L260CA12
3L260CA13
3L260CA32
3L260CA33
3L260CB37
3L260EA07
3L260EA13
3L260FA04
3L260FB21
3L260FB48
3L260FB70
(57)【要約】
【課題】冷水と温水の供給を切り換えることなく、熱源水温度を可変することで年間を通して冷暖房の両方の運転が可能な空調機を備えた空調システムを提供する。
【解決手段】空調対象空間の空調を行うための空調システムであって、取り込んだ外気を処理する空調機と、往路及び環路を為す２本の竪管を介して前記空調機と接続され、当該空調機における前記外気との熱交換に供される熱媒を生成するチラーと、を備え、前記空調機は、冷媒の圧縮と膨張を交互に実行して冷凍サイクルを構成するヒートポンプユニットであって、前記チラーとの間で前記熱媒を循環するプレコイルと、前記チラーとの間で前記熱媒を循環する熱交換器と、前記外気との熱交換を行う少なくとも一つの直膨コイルと、を備えるヒートポンプユニットと、を有し、前記チラーで生成される前記熱媒の温度が１５℃～３５℃である。
【選択図】図１
【解決手段】空調対象空間の空調を行うための空調システムであって、取り込んだ外気を処理する空調機と、往路及び環路を為す２本の竪管を介して前記空調機と接続され、当該空調機における前記外気との熱交換に供される熱媒を生成するチラーと、を備え、前記空調機は、冷媒の圧縮と膨張を交互に実行して冷凍サイクルを構成するヒートポンプユニットであって、前記チラーとの間で前記熱媒を循環するプレコイルと、前記チラーとの間で前記熱媒を循環する熱交換器と、前記外気との熱交換を行う少なくとも一つの直膨コイルと、を備えるヒートポンプユニットと、を有し、前記チラーで生成される前記熱媒の温度が１５℃～３５℃である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空調対象空間の空調を行うための空調システムであって、
取り込んだ外気を処理する空調機と、
往路及び環路を為す２本の竪管を介して前記空調機と接続され、当該空調機における前記外気との熱交換に供される熱媒を生成するチラーと、を備え、
前記空調機は、冷媒の圧縮と膨張を交互に実行して冷凍サイクルを構成するヒートポンプユニットであって、
前記チラーとの間で前記熱媒を循環するプレコイルと、
前記チラーとの間で前記熱媒を循環する熱交換器と、
前記外気との熱交換を行う少なくとも一つの直膨コイルと、を備えるヒートポンプユニット、を有し、
前記チラーで生成される前記熱媒の温度が１５℃～３５℃であることを特徴とする、空調システム。
取り込んだ外気を処理する空調機と、
往路及び環路を為す２本の竪管を介して前記空調機と接続され、当該空調機における前記外気との熱交換に供される熱媒を生成するチラーと、を備え、
前記空調機は、冷媒の圧縮と膨張を交互に実行して冷凍サイクルを構成するヒートポンプユニットであって、
前記チラーとの間で前記熱媒を循環するプレコイルと、
前記チラーとの間で前記熱媒を循環する熱交換器と、
前記外気との熱交換を行う少なくとも一つの直膨コイルと、を備えるヒートポンプユニット、を有し、
前記チラーで生成される前記熱媒の温度が１５℃～３５℃であることを特徴とする、空調システム。
【請求項2】
前記チラーで生成される前記熱媒の温度を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記外気の温湿度と前記空調対象空間の温湿度とに基づいて、前記熱媒の温度を可変制御することを特徴とする、請求項１に記載の空調システム。
前記制御部は、
前記外気の温湿度と前記空調対象空間の温湿度とに基づいて、前記熱媒の温度を可変制御することを特徴とする、請求項１に記載の空調システム。
【請求項3】
前記制御部は、
前記外気の温湿度と前記空調対象空間の温湿度とに基づいて、前記空調機から前記空調対象空間に供給される給気の吹き出し温度を可変制御することを特徴とする、請求項２に記載の空調システム。
前記外気の温湿度と前記空調対象空間の温湿度とに基づいて、前記空調機から前記空調対象空間に供給される給気の吹き出し温度を可変制御することを特徴とする、請求項２に記載の空調システム。
【請求項4】
前記ヒートポンプユニットが水熱源式のヒートポンプであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項5】
前記ヒートポンプユニットが空気熱源式のヒートポンプであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項6】
前記空調機が、前記ヒートポンプユニットの後段に加湿器を更に有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項7】
前記外気を、前記空調対象空間からの還気との混合の後に給気として前記空調対象空間に供給することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項8】
前記外気と前記還気の混合を、前記空調機の内部で行うことを特徴とする、請求項７に記載の空調システム。
【請求項9】
前記空調対象空間の内部温度を放射熱により調整する放射パネル、を更に有し、
前記放射パネルは、前記竪管を介して前記チラーと接続されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の空調システム。
前記放射パネルは、前記竪管を介して前記チラーと接続されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空調システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、例えば商業用、工業用の建物に設置される空調システムとして、セントラル空調方式が採用されている。このような建物では、例えば特許文献１にも開示があるように、冷房期間には例えば７℃の低温冷水を、暖房期間には例えば５０℃の高温温水を、それぞれシーズンを通して一定の設定温度で製造し、各階（フロア）に供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－３２２０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、冷房期間／暖房期間にあっても、上記した低温冷水や高温温水を必要とする外気負荷がピークとなる期間は極僅かである。このピーク期間を除くと、空調システムでは上記した低温や高温を必要としないばかりか、過度な仕事により余分なエネルギーを消費することとなり、空調システムの効率低下の原因となり得る。
【0005】
また、特に冷房期間と暖房期間との中間期には、日ごとや室（フロア）ごとに冷暖房の切り替えが要求される場合がある。この場合、例えば冷水系統と温水系統とを独立して構成し、年間を通して低温冷水と高温温水の両方を供給することが考えられるが、往路／還路に合計４本の竪管（いわゆる４管式）が必要となり、設備費用が高額になると共に、空調システム全体でのエネルギー効率が低下する。一方、設備費用の削減のために往路／還路を合計２本の竪管（いわゆる２管式）で構成した場合、冷暖房の切り替えごとに低温冷水と高温温水の製造／供給をも切り替える必要があり、凡そ現実的ではない。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてされたものであり、冷水と温水の供給を切り換えることなく、熱源水温度を可変することで年間を通して冷暖房の両方の運転が可能な空調機を備えた空調システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係る技術は、空調対象空間の空調を行うための空調システムであって、取り込んだ外気を処理する空調機と、往路及び環路を為す２本の竪管を介して前記空調機と接続され、当該空調機における前記外気との熱交換に供される熱媒を生成するチラーと、を備え、前記空調機は、冷媒の圧縮と膨張を交互に実行して冷凍サイクルを構成するヒートポンプユニットであって、前記チラーとの間で前記熱媒を循環するプレコイルと、前記チラーとの間で前記熱媒を循環する熱交換器と、前記外気との熱交換を行う少なくとも一つの直膨コイルと、を備えるヒートポンプユニット、を有し、前記チラーで生成される前記熱媒の温度が１５℃～３５℃であることを特徴としている。
上記構成によれば、建物に取り込まれた外気を、空調機においてヒートポンプユニットに通流させる。この時、チラーからプレコイル及び熱交換器に供給される熱媒の温度は、夏季の冷房運転時には１５℃以上、冬期の暖房運転時には３５℃以下で制御され、これにより空調システムの全体でエネルギー効率を大幅に向上できる。
上記構成によれば、建物に取り込まれた外気を、空調機においてヒートポンプユニットに通流させる。この時、チラーからプレコイル及び熱交換器に供給される熱媒の温度は、夏季の冷房運転時には１５℃以上、冬期の暖房運転時には３５℃以下で制御され、これにより空調システムの全体でエネルギー効率を大幅に向上できる。
【0008】
上記空調システムは、前記チラーで生成される前記熱媒の温度を制御する制御部を有していてもよい。前記制御部は、前記外気の温湿度と前記空調対象空間の温湿度とに基づいて、前記熱媒の温度と、前記空調機から前記空調対象空間に供給される給気の吹き出し温度を可変制御することが望ましい。
上記構成によれば、取り込んだ外気の温湿度及び空調対象空間の温湿度に応じて、換言すれば外気負荷と冷暖房要求に追従して熱媒温度や給気の吹き出し温度を制御するため、空調対象空間の負荷に見合った温湿度環境を作ることができる。従って、空調対象空間の過冷却、過加熱を抑制し、更にエネルギー効率を向上できる。
上記構成によれば、取り込んだ外気の温湿度及び空調対象空間の温湿度に応じて、換言すれば外気負荷と冷暖房要求に追従して熱媒温度や給気の吹き出し温度を制御するため、空調対象空間の負荷に見合った温湿度環境を作ることができる。従って、空調対象空間の過冷却、過加熱を抑制し、更にエネルギー効率を向上できる。
【0009】
前記ヒートポンプユニットは、水熱源式のヒートポンプ、または空気熱源式のヒートポンプであってもよい。
【0010】
前記空調機が、前記ヒートポンプユニットの後段に加湿器を更に有していてもよい。これにより、空調対象空間に供給する給気の温湿度を更に適切に制御できる。
【0011】
前記外気を、前記空調対象空間からの還気との混合の後に給気として前記空調対象空間に供給してもよい。この場合、前記外気と前記還気の混合は、前記空調機の内部で行なわれてもよい。
このように外気と還気の混合を行うことで、空調対象空間に供給する給気の温湿度を更に適切に制御できる。
このように外気と還気の混合を行うことで、空調対象空間に供給する給気の温湿度を更に適切に制御できる。
【0012】
前記空調対象空間の内部温度を放射熱により調整する放射パネル、を更に有していてもよい。この場合、前記放射パネルは、前記竪管を介して前記チラーと接続される。
このように放射パネルを用いて空調対象空間の内部温度を放射熱で制御することで、空調システムのエネルギー効率を更に向上できる。
このように放射パネルを用いて空調対象空間の内部温度を放射熱で制御することで、空調システムのエネルギー効率を更に向上できる。
【発明の効果】
【0013】
本開示の技術によれば、冷水と温水の供給を切り換えることなく、熱源水温度を可変することで年間を通して冷暖房の両方の運転が可能な空調機を備えた空調システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第１の実施形態に係る空調システムを適用した建物を示す説明図である。
【図2】第１の実施形態に係る空調システムが備える外調機の構成の詳細を示す説明図である。
【図3】第１の実施形態に係る空調システムの動作を示す空気線図である。
【図4】第２の実施形態に係る空調システムを適用した建物を示す説明図である。
【図5】第２の実施形態に係る空調システムが備える空調機の構成の詳細を示す説明図である。
【図6】第２の実施形態に係る空調システムの動作を示す空気線図である。
【図7】第３の実施形態に係る空調システムが備える外調機の構成の詳細を示す説明図である。
【図8】第３の実施形態に係る空調システムの動作を示す空気線図である。
【図9】空調システム他の構成例を示す説明図である。
【図10】空調システム他の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態に係る空調システムについて、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
また、本開示の技術にかかる空調システムが備える「空調機」には、いわゆる「外調機」が包含される場合がある。
また、本開示の技術にかかる空調システムが備える「空調機」には、いわゆる「外調機」が包含される場合がある。
【0016】
＜第１の実施形態に係る空調システム＞
図１は、第１の実施形態に係る空調システム２を適用した建物１の全体的な構成の一例を示す説明図である。図２は、図１の空調システム２が備える外調機３０の構成の詳細を示す説明図である。
図１は、第１の実施形態に係る空調システム２を適用した建物１の全体的な構成の一例を示す説明図である。図２は、図１の空調システム２が備える外調機３０の構成の詳細を示す説明図である。
【0017】
図１に示すように、建物１の内部には複数、一例において建物１のフロア（階数）と同数の空調対象空間Ｒが形成されている。本開示の技術に係る空調システム２は、これら複数の空調対象空間Ｒの各々において、独立して冷暖房を可能に構成される。なお、建物１に設定される空調対象空間Ｒの数や配置は任意に決定できる。
【0018】
本実施形態において空調システム２は、複数の冷温水チラー１０と、二次側空調装置２０を備える。また、二次側空調装置２０は、複数の外調機３０と複数の室内機５０を備える。一例において冷温水チラー１０は建物１の外部空間、例えば屋上に設けられ、外調機３０と室内機５０は建物１に設定された空調対象空間Ｒの各々に対応して各フロアに設けられる。また冷温水チラー１０の設置数は、建物１に設定された空調対象空間Ｒでの冷暖房負荷等に基づいて決定される。
【0019】
熱源機としての冷温水チラー１０では、後述の二次側空調装置２０において空調対象空間Ｒに供給する給気ＳＡ、処理空気ＳＯＡを生成するための熱媒としての熱源水を生成し、往路及び環路を為す２本の熱源水用竪管１１を介して、生成した熱源水を建物１の各フロアに配置された外調機３０との間で循環させる。熱源水用竪管１１は、冷温水チラー１０からの熱源水を各フロアに供給するための往路管１１ａと、各フロアで外調機３０での熱交換に供された熱源水を冷温水チラー１０に戻すための還路管１１ｂと、を有する。従って、本開示の技術に係る空調システム２は、２管式のシステムとして構成される。
【0020】
熱源水用竪管１１には、熱源水を循環させるためのポンプＰ１と、通流する熱源水の流量を制御するための二方弁Ｖ１が設けられている。そして空調システム２では、ポンプＰ１の回転数の可変により冷温水チラー１０を通流する熱源水の流量を制御し、冷温水チラー１０において熱源水に与える熱量を調整することで、生成される熱源水の温度を可変制御する。本実施形態において、冷温水チラー１０で生成される熱源水（熱媒）の温度は、年間を通して１５℃～３５℃である。
【0021】
二方弁Ｖ１は、熱源水用竪管１１において、後述する外調機３０及び後述する室内機５０の下流（出口）側に配置されている。二方弁Ｖ１は、外調機３０及び室内機５０の各々の負荷処理量に応じて開度が制御される。そして、各二方弁Ｖ１の制御量を集積した演算負荷量に応じて、後述する制御部６０により冷温水チラー１０の負荷容量（熱源水の流量と供給温度）を制御する。
【0022】
なお、冷温水チラー１０の構成や配置は特に限定されるものではなく、外調機３０に循環させるための１５℃～３５℃の熱源水を生成できれば、任意の構成とすることができる。
【0023】
外調機３０は空調対象空間Ｒの外部、例えば同フロアに設けられた機械室等に配置される。外調機３０は、給気口１ａを介して建物１に取り込んだ外気ＯＡを、冷温水チラー１０からの熱源水との熱交換により処理して処理空気ＳＯＡを生成する。生成された処理空気ＳＯＡは、ダクト３０ａを介して空調対象空間Ｒへと供給される。
【0024】
図２に示すように外調機３０は、一例においてフィルタ３１、水熱源ヒートポンプユニット（以下、単に「ヒートポンプユニット」と言う。）４０、加湿器３２及び送風機３３を内部に有する。フィルタ３１、ヒートポンプユニット４０、加湿器３２及び送風機３３は、外気ＯＡの通流経路上にこの順で配置されている。
【0025】
フィルタ３１は、取り込んだ外気ＯＡに含まれる異物を除去する。
加湿器３２は、ヒートポンプユニット４０を介して熱処理された外気ＯＡを加湿して湿度を調整する。加湿器３２は、例えば気化式加湿器であり、図示しない給水部に接続される。
送風機３３は、ヒートポンプユニット４０及び加湿器３２を介して温湿度が調整された外気ＯＡを処理空気ＳＯＡとしてダクト３０ａを介して空調対象空間Ｒに向けて送出する。
加湿器３２は、ヒートポンプユニット４０を介して熱処理された外気ＯＡを加湿して湿度を調整する。加湿器３２は、例えば気化式加湿器であり、図示しない給水部に接続される。
送風機３３は、ヒートポンプユニット４０及び加湿器３２を介して温湿度が調整された外気ＯＡを処理空気ＳＯＡとしてダクト３０ａを介して空調対象空間Ｒに向けて送出する。
【0026】
ヒートポンプユニット４０は、プレコイル４１、水熱交換器４２、主コイル４３及び再熱コイル４４を有する。ヒートポンプユニット４０は、水熱交換器４２と主コイル４３及び／又は再熱コイル４４を、冷媒配管４０ａにより相互に接続した構成を有する。冷媒配管４０ａには、図示しない膨張弁（図示せず）、圧縮機４５及び四方弁４６が設けられ、内部に冷媒を循環可能に構成されている。従ってヒートポンプユニット４０は、これら圧縮機４５、膨張弁、主コイル４３及び再熱コイル４４の間を冷媒が流通し冷凍サイクルを構成している。
【0027】
プレコイル４１は、熱源水用竪管１１を介して冷温水チラー１０と接続されている。そしてプレコイル４１では、取り込んだ外気ＯＡと冷温水チラー１０からの熱源水とを熱交換することにより、冷房運転時における外気ＯＡのプレクール、暖房運転時における外気ＯＡのプレヒートを行う。
水熱交換器４２は、熱源水用竪管１１を介して冷温水チラー１０と接続されている。そして水熱交換器４２では、冷温水チラー１０からの熱源水と、冷媒配管４０ａを循環する冷媒との熱交換を行い、主コイル４３、再熱コイル４４において外気ＯＡとの熱交換に供された冷媒の冷却／加熱を行う。
膨張弁は、冷媒配管４０ａを循環する冷媒を膨張させる。
圧縮機４５は、冷媒配管４０ａに冷媒を循環させると共に、循環する冷媒を圧縮する。
四方弁４６は、冷媒配管４０ａを循環する冷媒の循環方向を切り替えることにより、ヒートポンプユニット４０の冷房運転と暖房運転を切り替える。
水熱交換器４２は、熱源水用竪管１１を介して冷温水チラー１０と接続されている。そして水熱交換器４２では、冷温水チラー１０からの熱源水と、冷媒配管４０ａを循環する冷媒との熱交換を行い、主コイル４３、再熱コイル４４において外気ＯＡとの熱交換に供された冷媒の冷却／加熱を行う。
膨張弁は、冷媒配管４０ａを循環する冷媒を膨張させる。
圧縮機４５は、冷媒配管４０ａに冷媒を循環させると共に、循環する冷媒を圧縮する。
四方弁４６は、冷媒配管４０ａを循環する冷媒の循環方向を切り替えることにより、ヒートポンプユニット４０の冷房運転と暖房運転を切り替える。
【0028】
なお、図示の例では水熱交換器４２を外調機３０の内部においてプレコイル４１の後段に配置したが、水熱交換器４２の配置はこれに限定されない。例えば水熱交換器４２は、外調機３０の内部において任意の位置に配置されてもよいし、外調機３０の外部、例えば空調対象空間Ｒと同フロアに設けられた機械室に配置されてもよい。
【0029】
主コイル４３は、ヒートポンプユニット４０において外気ＯＡの経路におけるプレコイル４１の下流側に配置される。主コイル４３では、外気ＯＡの顕熱処理及び潜熱処理、具体的には冷媒配管４０ａを循環する冷媒と外気ＯＡの熱交換を行い、冷房運転時における外気ＯＡの冷却除湿、暖房運転時における外気ＯＡの加熱を行う。
【0030】
再熱コイル４４は、ヒートポンプユニット４０において外気ＯＡの経路の下流側に配置される。再熱コイル４４では、外気ＯＡの顕熱処理、具体的には冷媒配管４０ａを循環する冷媒と外気ＯＡの熱交換を行い、冷房運転時における外気ＯＡの再熱を行う。
従って、主コイル４３と再熱コイル４４は、水熱交換器４２に対して並列に接続され、ヒートポンプユニット４０において独立して外気ＯＡを処理可能に構成されている。従って、特にプレコイル４１において外気ＯＡの熱処理が充分に行える条件下では、プレコイル４１の後段には、少なくとも１つの直膨コイルが配置されていればよい。
従って、主コイル４３と再熱コイル４４は、水熱交換器４２に対して並列に接続され、ヒートポンプユニット４０において独立して外気ＯＡを処理可能に構成されている。従って、特にプレコイル４１において外気ＯＡの熱処理が充分に行える条件下では、プレコイル４１の後段には、少なくとも１つの直膨コイルが配置されていればよい。
【0031】
なお図２に示した例では、外調機３０の内部に、少なくともヒートポンプユニット４０と加湿器３２からなる顕熱／潜熱処理モジュールを１つのみ配置したが、外調機３０の内部には、この顕熱／潜熱処理モジュールを外気ＯＡの通流経路に対して並列に複数配置してもよい。
【0032】
なお、外調機３０により空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、空調対象空間Ｒの熱負荷を処理した後、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
【0033】
室内機５０は、一例において空調対象空間Ｒの上部の天井空間に配置される。室内機５０には、熱源水用竪管１１を介して冷温水チラー１０が接続される。また室内機５０は、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡを取り込み可能に構成される。そして室内機５０では、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡを冷温水チラー１０からの熱源水と熱交換することにより温湿度を制御して、給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに供給する。
【0034】
なお室内機５０は、図１に示すように複数、図示の例では各空調対象空間Ｒに対応してそれぞれ２台が配置される。従って、本実施形態において冷温水チラー１０には、複数、本実施形態においては２台の室内機５０が並列に接続されている。空調対象空間Ｒに対応して設けられる室内機５０の数や配置は、例えば外調機３０と並べて建物１の機械室に配置する等、任意に設定できる。
【0035】
本実施形態に係る空調システム２では、上記したように外調機３０及び室内機５０が、一の熱源水用竪管１１に対して並列に複数接続されている。より具体的には、複数の外調機３０及び複数の室内機５０が、それぞれ熱源水用竪管１１に対して並列に接続されるように、建物１の各フロア（各階）に設けられている。これにより空調システム２では、各フロア（各空調対象空間Ｒ）の冷暖房を、それぞれ独立して行うことができる。
【0036】
以上のように構成された空調システム２には制御部６０が設けられている。制御部６０は、空調システム２を構成する各種要素（冷温水チラー１０及び各種二方弁等）の動作を制御する。一例において制御部６０では、上記したように各外調機３０、室内機５０の負荷処理量に応じて二方弁Ｖ１の開度を制御して、冷温水チラー１０の負荷容量を制御する。制御部６０は空調システム２と一体に構成されていてもよいし、外調機３０に組み込まれて構成されてもよいし、又は空調システム２を遠隔で制御可能に構成されてもよい。
【0037】
続いて、図１及び図２に示した第１の実施形態に係る空調システム２の動作例について説明する。図３は空調システム２の冷暖房運転、各々に際しての空気線図を示している。なお、以下の説明において用いる温湿度等の数値は例示的なものであり、必ずしも空調システム２の実際の運転における数値と一致するものではない。また、以下の説明で用いる温度はいずれも乾球温度である。
【0038】
＜第１実施形態に係る空調システムの冷房運転＞
先ず、空調システム２の冷房運転について説明する。
空調システム２の冷房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（３５℃、２１ｇ／ｋｇ´）が外調機３０に供給され、プレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（１７℃）との熱交換により冷却除湿（１９℃、１３ｇ／ｋｇ´）される（図３の冷房ステップＣＳ１）。
続いて、プレコイル４１で冷却除湿された外気ＯＡは、ヒートポンプユニット４０の主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、冷却除湿（１０℃、８ｇ／ｋｇ´）される（図３の冷房ステップＣＳ２）。
続いて、主コイル４３で冷却除湿された外気ＯＡは、ヒートポンプユニット４０の再熱コイル４４に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により温湿度が調整され、これにより処理空気ＳＯＡ（１９℃、８ｇ／ｋｇ´）が生成される（図３の冷房ステップＣＳ３）。生成された処理空気ＳＯＡは、送風機３３により空調対象空間Ｒに向けて送出される。
先ず、空調システム２の冷房運転について説明する。
空調システム２の冷房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（３５℃、２１ｇ／ｋｇ´）が外調機３０に供給され、プレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（１７℃）との熱交換により冷却除湿（１９℃、１３ｇ／ｋｇ´）される（図３の冷房ステップＣＳ１）。
続いて、プレコイル４１で冷却除湿された外気ＯＡは、ヒートポンプユニット４０の主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、冷却除湿（１０℃、８ｇ／ｋｇ´）される（図３の冷房ステップＣＳ２）。
続いて、主コイル４３で冷却除湿された外気ＯＡは、ヒートポンプユニット４０の再熱コイル４４に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により温湿度が調整され、これにより処理空気ＳＯＡ（１９℃、８ｇ／ｋｇ´）が生成される（図３の冷房ステップＣＳ３）。生成された処理空気ＳＯＡは、送風機３３により空調対象空間Ｒに向けて送出される。
【0039】
空調システム２の冷房運転は以上のようにして行われる。
なお、空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、その後、還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）として室内機５０に送られた後に給気ＳＡとして再度空調対象空間Ｒに供給されるか、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
なお、空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、その後、還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）として室内機５０に送られた後に給気ＳＡとして再度空調対象空間Ｒに供給されるか、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
【0040】
＜第１実施形態に係る空調システムの暖房運転＞
続いて、空調システム２の暖房運転について説明する。
空調システム２の暖房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（－２℃、１ｇ／ｋｇ´）が外調機３０に供給され、プレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（２７℃）との熱交換により加熱（２５℃、１ｇ／ｋｇ´）される（図３の暖房ステップＨＳ１）。
続いて、プレコイル４１で加熱された外気ＯＡは、ヒートポンプユニット４０の主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、更に加熱（４８℃、１ｇ／ｋｇ´）される（図３の暖房ステップＨＳ２）。
続いて、主コイル４３で加熱された外気ＯＡは加湿器３２に通流され、当該加湿器３２における加湿により温湿度が調整され、これにより処理空気ＳＯＡ（２７℃、９ｇ／ｋｇ´）が生成される（図３の暖房ステップＨＳ３）。生成された処理空気ＳＯＡは、送風機３３により空調対象空間Ｒに向けて送出される。
続いて、空調システム２の暖房運転について説明する。
空調システム２の暖房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（－２℃、１ｇ／ｋｇ´）が外調機３０に供給され、プレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（２７℃）との熱交換により加熱（２５℃、１ｇ／ｋｇ´）される（図３の暖房ステップＨＳ１）。
続いて、プレコイル４１で加熱された外気ＯＡは、ヒートポンプユニット４０の主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、更に加熱（４８℃、１ｇ／ｋｇ´）される（図３の暖房ステップＨＳ２）。
続いて、主コイル４３で加熱された外気ＯＡは加湿器３２に通流され、当該加湿器３２における加湿により温湿度が調整され、これにより処理空気ＳＯＡ（２７℃、９ｇ／ｋｇ´）が生成される（図３の暖房ステップＨＳ３）。生成された処理空気ＳＯＡは、送風機３３により空調対象空間Ｒに向けて送出される。
【0041】
空調システム２の暖房運転は以上のようにして行われる。
なお、空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、その後、還気ＲＡ（２４℃、９ｇ／ｋｇ´）として室内機５０に送られた後に給気ＳＡとして再度空調対象空間Ｒに供給されるか、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
なお、空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、その後、還気ＲＡ（２４℃、９ｇ／ｋｇ´）として室内機５０に送られた後に給気ＳＡとして再度空調対象空間Ｒに供給されるか、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
【0042】
以上、本実施形態に係る空調システム２によれば、年間を通して１５℃～３５℃で可変に温度制御された熱源水を用いると共に、水熱源ヒートポンプ（ヒートポンプユニット４０）を有する外調機３０を用いて外気ＯＡを処理して給気ＳＡを生成する。
このように、水熱源ヒートポンプ（ヒートポンプユニット４０）を採用したハイブリット空調システムとして構成することで、冷暖房のピーク期間でも従来のように低温冷水（例えば７℃）や高温温水（例えば５０℃）を必要とせず、１５℃～３５℃の熱源水での対応が可能となり、エネルギー効率を大幅に向上できる。また、上記したピーク期間を除くと、本実施形態に係る空調システム２では顕熱負荷への対応のみで冷暖房が可能となり、かかる点からもエネルギー効率の向上が見込まれる。
このように、水熱源ヒートポンプ（ヒートポンプユニット４０）を採用したハイブリット空調システムとして構成することで、冷暖房のピーク期間でも従来のように低温冷水（例えば７℃）や高温温水（例えば５０℃）を必要とせず、１５℃～３５℃の熱源水での対応が可能となり、エネルギー効率を大幅に向上できる。また、上記したピーク期間を除くと、本実施形態に係る空調システム２では顕熱負荷への対応のみで冷暖房が可能となり、かかる点からもエネルギー効率の向上が見込まれる。
【0043】
具体的に、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、冷房期間における熱源水の供給温度を１５℃以上、暖房期間における熱源水の供給温度を３５℃以下とすることで、熱源機（冷温水チラー１０）の成績係数を２割～３割程度向上させ、１次エネルギーの使用量を大幅に削減できることがわかった。
また、本実施形態に係る空調システム２では、外調機３０に組み込むヒートポンプユニット４０でも、１５℃～３５℃の熱源水を利用できる水熱源式を採用したことから、従来のシステムと比較して成績係数を飛躍的に向上でき、ピーク期間においても従来のシステムと同等、若しくは１割程度のエネルギー削減効果を得られる。
また、本実施形態に係る空調システム２では、外調機３０に組み込むヒートポンプユニット４０でも、１５℃～３５℃の熱源水を利用できる水熱源式を採用したことから、従来のシステムと比較して成績係数を飛躍的に向上でき、ピーク期間においても従来のシステムと同等、若しくは１割程度のエネルギー削減効果を得られる。
【0044】
更に本実施形態に係る空調システム２によれば、制御部６０を用いて、外気ＯＡの温湿度と空調対象空間Ｒ内の温湿度等を監視しながら熱源機（冷温水チラー１０）からの熱源水の温度と、室内機５０による給気ＳＡの吹き出し温度を最適な組み合わせで設定、制御することで、各フロア（空調対象空間Ｒ）での室内負荷に見合った温湿度環境を作り出すことができる。換言すれば、空調対象空間Ｒの過冷却／過加熱が抑制でき、この結果、更なるエネルギー効率の向上が図れる。
したがって制御部６０は、外気ＯＡの温湿度と空調対象空間Ｒの温湿度に基づいて、熱源水の温度と、給気ＳＡの吹き出し温度とを可変制御する。
したがって制御部６０は、外気ＯＡの温湿度と空調対象空間Ｒの温湿度に基づいて、熱源水の温度と、給気ＳＡの吹き出し温度とを可変制御する。
【0045】
また更に、本実施形態に係る空調システム２は、水熱源式のヒートポンプ（主コイル４３及び再熱コイル４４）と水コイル（プレコイル４１）とを組み合わせたシステムであり、冷温水チラー１０からの熱源水の供給温度を可変して、外調機３０において熱源水が何度でも冷却加熱が可能であるため、年間を通して、冷暖房の切り換えストレスのないシステムを構築できる。
【0046】
＜第２の実施形態に係る空調システム＞
図４は、第２の実施形態に係る空調システム１０２を適用した建物１の構成の一部を示す説明図である。図５は、図４の空調システム１０２が備える空調機１３０の構成の詳細を示す説明図である。
なお、空調システム１０２を適用する建物１は、第１の実施形態で示した建物１（図１を参照）と同様の構成を有し、複数の空調対象空間Ｒが設定されるが、説明の簡略化のため、図４に示すように一の空調対象空間Ｒのみを示して説明を行う。また、空調システム１０２において第１の実施形態で示した空調システム２と実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の付番を付して詳細な説明を省略する。
図４は、第２の実施形態に係る空調システム１０２を適用した建物１の構成の一部を示す説明図である。図５は、図４の空調システム１０２が備える空調機１３０の構成の詳細を示す説明図である。
なお、空調システム１０２を適用する建物１は、第１の実施形態で示した建物１（図１を参照）と同様の構成を有し、複数の空調対象空間Ｒが設定されるが、説明の簡略化のため、図４に示すように一の空調対象空間Ｒのみを示して説明を行う。また、空調システム１０２において第１の実施形態で示した空調システム２と実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の付番を付して詳細な説明を省略する。
【0047】
空調システム１０２は、複数の冷温水チラー１０、二次側空調装置１２０及び制御部６０を有する。また二次側空調装置１２０は、少なくとも１つの空調機１３０と給気部１５０を備える。空調機１３０と給気部１５０は、ダクト１３０ａを介して接続されている。空調機１３０は建物１に設定された空調対象空間Ｒの各々に対応して設けられ、往路及び環路を為す２本の熱源水用竪管１１を介して、冷温水チラー１０と接続される。冷温水チラー１０で生成される熱源水の温度は、年間を通して１５℃～３５℃である。
【0048】
空調機１３０は空調対象空間Ｒの外部、例えば同フロアに設けられた機械室等に配置される。空調機１３０は、給気口１ａを介して建物１に取り込んだ外気ＯＡを、冷温水チラー１０からの熱源水との熱交換、及び空調対象空間Ｒからの還気ＲＡとの混合により処理して給気ＳＡを生成する。生成された給気ＳＡは、ダクト１３０ａと給気部１５０を介して空調対象空間Ｒへと供給される。
【0049】
図５に示すように空調機１３０は、一例においてフィルタ３１、ヒートポンプユニット４０、加湿器３２及び送風機３３を内部に有する。フィルタ３１、ヒートポンプユニット４０、加湿器３２及び送風機３３は、外気ＯＡの通流経路上にこの順で配置されている。
【0050】
また空調機１３０では、還気用接続口を介して空調対象空間Ｒからの還気ＲＡを内部に取り込み、例えばプレコイル４１と主コイル４３の間に形成された混合空間ＭＳにおいて、外気ＯＡと混合可能に構成されている。空調機１３０に取り込まれる還気ＲＡの流量は、例えば図示しないダンパーの開度を制御することで調整可能に構成される。
すなわち第２の実施形態に係る空調システム１０２は、第１の実施形態に係る空調システム２における外調機３０と室内機５０が一体に構成された空調機１３０を備えた形態と言える。従って本開示に係る技術では、空調システムが備える空調機において、外気と還気の混合が行われてもよい。
すなわち第２の実施形態に係る空調システム１０２は、第１の実施形態に係る空調システム２における外調機３０と室内機５０が一体に構成された空調機１３０を備えた形態と言える。従って本開示に係る技術では、空調システムが備える空調機において、外気と還気の混合が行われてもよい。
【0051】
なお、図５に示した例においては、外気ＯＡと還気ＲＡを混合する混合空間ＭＳがプレコイル４１と主コイル４３の間に形成される場合を例に図示を行ったが、外気ＯＡと還気ＲＡの混合のタイミングはこれに限られるものではない。例えば、外気ＯＡと還気ＲＡはプレコイル４１の前段で混合されてもよい。
【0052】
また空調機１３０では、取り込んだ外気ＯＡの温湿度や空調対象空間Ｒで要求される空調負荷に応じて、外気ＯＡと還気ＲＡとの混合、及び／又は、冷温水チラー１０からの熱源水との熱交換の少なくともいずれか一方が省略されてもよい。従って、空調機１３０では還気ＲＡと外気ＯＡの混合のみを行って混合空気ＭＡを給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに供給してもよいし、外気ＯＡを還気ＲＡと混合することなくヒートポンプユニット４０での熱源水との熱交換に供し、給気ＳＡを生成して空調対象空間Ｒに供給してもよい。
【0053】
続いて、図４及び図５に示した第２の実施形態に係る空調システム１０２の動作例について説明する。図６は空調システム１０２の冷暖房運転、各々に際しての空気線図を示している。なお、以下の説明において用いる温湿度等の数値は例示的なものであり、必ずしも空調システム１０２の実際の運転における数値と一致するものではない。また、以下の説明で用いる温度はいずれも乾球温度である。
【0054】
＜第２実施形態に係る空調システムの冷房運転＞
先ず、空調システム１０２の冷房運転について説明する。
空調システム１０２の冷房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（３５℃、２１ｇ／ｋｇ´）が二次側空調装置１２０の空調機１３０に供給され、プレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（１７℃）との熱交換により冷却除湿（１９℃、１３ｇ／ｋｇ´）される（図６の冷房ステップＣＴ１）。
続いて、プレコイル４１で冷却除湿された外気ＯＡは、混合空間ＭＳにおいて、還気用接続口を介して空調機１３０に取り込まれた還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）と混合され、これにより混合空気ＭＡ（２２℃、１２ｇ／ｋｇ´）が生成される（図６の冷房ステップＣＴ２）。
生成された混合空気ＭＡは、次に主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、冷却除湿（１０℃、８ｇ／ｋｇ´）される（図６の冷房ステップＣＴ３）。
続いて、主コイル４３で冷却除湿された混合空気ＭＡは、再熱コイル４４に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により温湿度が調整され、これにより給気ＳＡ（１９℃、８ｇ／ｋｇ´）が生成される（図６の冷房ステップＣＴ４）。
生成された給気ＳＡは、その後、送風機３３によりダクト１３０ａを介して給気部１５０へと送られ、空調対象空間Ｒに供給される。
先ず、空調システム１０２の冷房運転について説明する。
空調システム１０２の冷房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（３５℃、２１ｇ／ｋｇ´）が二次側空調装置１２０の空調機１３０に供給され、プレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（１７℃）との熱交換により冷却除湿（１９℃、１３ｇ／ｋｇ´）される（図６の冷房ステップＣＴ１）。
続いて、プレコイル４１で冷却除湿された外気ＯＡは、混合空間ＭＳにおいて、還気用接続口を介して空調機１３０に取り込まれた還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）と混合され、これにより混合空気ＭＡ（２２℃、１２ｇ／ｋｇ´）が生成される（図６の冷房ステップＣＴ２）。
生成された混合空気ＭＡは、次に主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、冷却除湿（１０℃、８ｇ／ｋｇ´）される（図６の冷房ステップＣＴ３）。
続いて、主コイル４３で冷却除湿された混合空気ＭＡは、再熱コイル４４に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により温湿度が調整され、これにより給気ＳＡ（１９℃、８ｇ／ｋｇ´）が生成される（図６の冷房ステップＣＴ４）。
生成された給気ＳＡは、その後、送風機３３によりダクト１３０ａを介して給気部１５０へと送られ、空調対象空間Ｒに供給される。
【0055】
空調システム１０２の冷房運転は以上のようにして行われる。
なお、空調対象空間Ｒに供給された給気ＳＡは、その後、再度還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）として空調機１３０での外気ＯＡとの混合に供されるか、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
なお、空調対象空間Ｒに供給された給気ＳＡは、その後、再度還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）として空調機１３０での外気ＯＡとの混合に供されるか、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
【0056】
＜第２実施形態に係る空調システムの暖房運転＞
続いて、空調システム１０２の暖房運転について説明する。
空調システム１０２の暖房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（－２℃、１ｇ／ｋｇ´）が二次側空調装置１２０の空調機１３０に供給され、プレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（２７℃）との熱交換により加熱（２５℃、１ｇ／ｋｇ´）される（図６の暖房ステップＨＴ１）。
続いて、プレコイル４１で加熱された外気ＯＡは、混合空間ＭＳにおいて、還気用接続口を介して空調機１３０に取り込まれた還気ＲＡ（２４℃、９ｇ／ｋｇ´）と混合され、これにより混合空気ＭＡ（２５℃、５ｇ／ｋｇ´）が生成される（図６の暖房ステップＨＴ２）。
生成された混合空気ＭＡは、次に主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、更に加熱（４０℃、５ｇ／ｋｇ´）される（図６の暖房ステップＨＴ３）。
続いて、主コイル４３で加熱された外気ＯＡは加湿器３２に通流され、当該加湿器３２における加湿により温湿度が調整され、これにより給気ＳＡ（２７℃、９ｇ／ｋｇ´）が生成される（図３の暖房ステップＨＴ４）。
生成された給気ＳＡは、その後、送風機３３によりダクト１３０ａを介して給気部１５０へと送られ、空調対象空間Ｒに供給される。
続いて、空調システム１０２の暖房運転について説明する。
空調システム１０２の暖房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（－２℃、１ｇ／ｋｇ´）が二次側空調装置１２０の空調機１３０に供給され、プレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（２７℃）との熱交換により加熱（２５℃、１ｇ／ｋｇ´）される（図６の暖房ステップＨＴ１）。
続いて、プレコイル４１で加熱された外気ＯＡは、混合空間ＭＳにおいて、還気用接続口を介して空調機１３０に取り込まれた還気ＲＡ（２４℃、９ｇ／ｋｇ´）と混合され、これにより混合空気ＭＡ（２５℃、５ｇ／ｋｇ´）が生成される（図６の暖房ステップＨＴ２）。
生成された混合空気ＭＡは、次に主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、更に加熱（４０℃、５ｇ／ｋｇ´）される（図６の暖房ステップＨＴ３）。
続いて、主コイル４３で加熱された外気ＯＡは加湿器３２に通流され、当該加湿器３２における加湿により温湿度が調整され、これにより給気ＳＡ（２７℃、９ｇ／ｋｇ´）が生成される（図３の暖房ステップＨＴ４）。
生成された給気ＳＡは、その後、送風機３３によりダクト１３０ａを介して給気部１５０へと送られ、空調対象空間Ｒに供給される。
【0057】
空調システム１０２の暖房運転は以上のようにして行われる。
なお、空調対象空間Ｒに供給された給気ＳＡは、その後、再度還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）として空調機１３０での外気ＯＡとの混合に供されるか、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
なお、空調対象空間Ｒに供給された給気ＳＡは、その後、再度還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）として空調機１３０での外気ＯＡとの混合に供されるか、排気口１ｂを介して排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
【0058】
以上、第２の実施形態に係る空調システム１０２によれば、空調機１３０での主コイル４３による外気処理に先立って還気ＲＡを混合し、混合空気ＭＡを生成することで、外気ＯＡをそのまま処理する場合と比較して、ヒートポンプユニット４０の負荷を軽減できる。従って、ヒートポンプユニット４０の成績係数を向上させ、エネルギー効率を更に向上できる。
【0059】
＜第３の実施形態に係る空調システム＞
図７は、第３の実施形態に係る空調システムが備える外調機２３０の構成の詳細を示す説明図である。外調機２３０は、一例において第１の実施形態で示した建物１（図１を参照）において、上記した外調機３０に代えて配置される。
図７は、第３の実施形態に係る空調システムが備える外調機２３０の構成の詳細を示す説明図である。外調機２３０は、一例において第１の実施形態で示した建物１（図１を参照）において、上記した外調機３０に代えて配置される。
【0060】
図７に示すように外調機２３０は、一例においてフィルタ３１、ヒートポンプユニット４０、加湿器３２及び送風機３３を内部に有する。フィルタ３１、ヒートポンプユニット４０、加湿器３２及び送風機３３は、外気ＯＡの通流経路上にこの順で配置されている。
【0061】
また外調機２３０には、外気ＯＡの通流経路におけるプレコイル４１の前段に、還気用接続口を介して外調機２３０内に取り込んだ還気ＲＡを外気ＯＡと熱交換するための全熱交換器２３１と、全熱交換器２３１での外気ＯＡとの熱交換に供された還気ＲＡを排出するための送風機２３２が設けられている。
外調機２３０の内部において、外気ＯＡの通流経路と還気ＲＡの通流経路は独立して形成されている。すなわち、外調機２３０の内部において還気ＲＡと外気ＯＡの混合は行われない。
外調機２３０の内部において、外気ＯＡの通流経路と還気ＲＡの通流経路は独立して形成されている。すなわち、外調機２３０の内部において還気ＲＡと外気ＯＡの混合は行われない。
【0062】
続いて、図７に示した外調機２３０を備える空調システムの動作例について説明する。図８は空調システムの冷暖房運転、各々に際しての空気線図を示している。なお、以下の説明において用いる温湿度等の数値は例示的なものであり、必ずしも空調システムの実際の運転における数値と一致するものではない。また、以下の説明で用いる温度はいずれも乾球温度である。
【0063】
＜第３実施形態に係る空調システムの冷房運転＞
先ず、外調機２３０を備える空調システムの冷房運転について説明する。
空調システムの冷房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（３５℃、２１ｇ／ｋｇ´）が外調機２３０に供給されるとともに、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）が外調機２３０に供給される。そして、外調機２３０に取り込まれた外気ＯＡは、全熱交換器２３１における還気ＲＡとの熱交換により冷却除湿（２９℃、１４ｇ／ｋｇ´）される（図８の冷房ステップＣＰ１）。
還気ＲＡとの熱交換により冷却除湿された外気ＯＡは、続いてプレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（１７℃）との熱交換により更に冷却除湿（１８℃、１３ｇ／ｋｇ´）される（図８の冷房ステップＣＰ２）。
プレコイル４１で冷却除湿された外気ＯＡは、次に主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、冷却除湿（１０℃、８ｇ／ｋｇ´）される（図６の冷房ステップＣＰ３）。
続いて、主コイル４３で冷却除湿された外気ＯＡは、再熱コイル４４及び加湿器３２にこの順で通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換、及び加湿器３２における加湿により温湿度が調整され、これにより処理空気ＳＯＡ（１９℃、８ｇ／ｋｇ´）が生成される（図８の冷房ステップＣＰ４）。生成された処理空気ＳＯＡは、送風機３３により空調対象空間Ｒに向けて送出される。
先ず、外調機２３０を備える空調システムの冷房運転について説明する。
空調システムの冷房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（３５℃、２１ｇ／ｋｇ´）が外調機２３０に供給されるとともに、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）が外調機２３０に供給される。そして、外調機２３０に取り込まれた外気ＯＡは、全熱交換器２３１における還気ＲＡとの熱交換により冷却除湿（２９℃、１４ｇ／ｋｇ´）される（図８の冷房ステップＣＰ１）。
還気ＲＡとの熱交換により冷却除湿された外気ＯＡは、続いてプレコイル４１での冷温水チラー１０からの熱源水（１７℃）との熱交換により更に冷却除湿（１８℃、１３ｇ／ｋｇ´）される（図８の冷房ステップＣＰ２）。
プレコイル４１で冷却除湿された外気ＯＡは、次に主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、冷却除湿（１０℃、８ｇ／ｋｇ´）される（図６の冷房ステップＣＰ３）。
続いて、主コイル４３で冷却除湿された外気ＯＡは、再熱コイル４４及び加湿器３２にこの順で通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換、及び加湿器３２における加湿により温湿度が調整され、これにより処理空気ＳＯＡ（１９℃、８ｇ／ｋｇ´）が生成される（図８の冷房ステップＣＰ４）。生成された処理空気ＳＯＡは、送風機３３により空調対象空間Ｒに向けて送出される。
【0064】
空調システムの冷房運転は以上のようにして行われる。
なお、空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、その後、室内機５０に送られた後に給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに再度供給されるか、還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）として全熱交換器２３１での外気ＯＡとの熱交換に供された後または排気口１ｂを介して、排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
なお、空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、その後、室内機５０に送られた後に給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに再度供給されるか、還気ＲＡ（２６℃、１１ｇ／ｋｇ´）として全熱交換器２３１での外気ＯＡとの熱交換に供された後または排気口１ｂを介して、排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
【0065】
＜第３実施形態に係る空調システムの暖房運転＞
続いて、外調機２３０を備える空調システムの暖房運転について説明する。
空調システムの暖房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（－２℃、１ｇ／ｋｇ´）が外調機２３０に供給されるとともに、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡ（２４℃、９ｇ／ｋｇ´）が外調機２３０に供給される。そして、外調機２３０に取り込まれた外気ＯＡは、全熱交換器２３１における還気ＲＡとの熱交換により加熱（１５℃、７ｇ／ｋｇ´）される（図８の暖房ステップＨＰ１）。
還気ＲＡとの熱交換により加熱された外気ＯＡは、続いて主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、加熱（３８℃、７ｇ／ｋｇ´）される（図６の暖房ステップＨＰ２）。
続いて、主コイル４３で加熱された外気ＯＡは、再熱コイル４４及び加湿器３２にこの順で通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換、及び加湿器３２における加湿により温湿度が調整され、これにより処理空気ＳＯＡ（３１℃、９ｇ／ｋｇ´）が生成される（図８の暖房ステップＨＰ３）。生成された処理空気ＳＯＡは、送風機３３により空調対象空間Ｒに向けて送出される。
続いて、外調機２３０を備える空調システムの暖房運転について説明する。
空調システムの暖房運転では、給気口１ａを介して建物１に取り込まれた外気ＯＡ（－２℃、１ｇ／ｋｇ´）が外調機２３０に供給されるとともに、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡ（２４℃、９ｇ／ｋｇ´）が外調機２３０に供給される。そして、外調機２３０に取り込まれた外気ＯＡは、全熱交換器２３１における還気ＲＡとの熱交換により加熱（１５℃、７ｇ／ｋｇ´）される（図８の暖房ステップＨＰ１）。
還気ＲＡとの熱交換により加熱された外気ＯＡは、続いて主コイル４３に通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換により、加熱（３８℃、７ｇ／ｋｇ´）される（図６の暖房ステップＨＰ２）。
続いて、主コイル４３で加熱された外気ＯＡは、再熱コイル４４及び加湿器３２にこの順で通流され、冷媒配管４０ａを通流する冷媒との熱交換、及び加湿器３２における加湿により温湿度が調整され、これにより処理空気ＳＯＡ（３１℃、９ｇ／ｋｇ´）が生成される（図８の暖房ステップＨＰ３）。生成された処理空気ＳＯＡは、送風機３３により空調対象空間Ｒに向けて送出される。
【0066】
空調システムの暖房運転は以上のようにして行われる。
なお、空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、その後、室内機５０に送られた後に給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに再度供給されるか、還気ＲＡ（２４℃、９ｇ／ｋｇ´）として全熱交換器２３１での外気ＯＡとの熱交換に供された後または排気口１ｂを介して、排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
なお、空調対象空間Ｒに供給された処理空気ＳＯＡは、その後、室内機５０に送られた後に給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに再度供給されるか、還気ＲＡ（２４℃、９ｇ／ｋｇ´）として全熱交換器２３１での外気ＯＡとの熱交換に供された後または排気口１ｂを介して、排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
【0067】
以上、第３の実施形態に係る空調システムによれば、外調機２３０でのヒートポンプユニット４０による外気処理に先立って、全熱交換器２３１により外気ＯＡと還気ＲＡの熱交換を行う。これにより、外気ＯＡをそのまま処理する場合と比較して、ヒートポンプユニット４０の負荷を軽減できる。従って、ヒートポンプユニット４０の成績係数を向上させ、エネルギー効率を更に向上できる。
【0068】
＜他の実施形態に係る空調システム＞
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
【0069】
例えば、以上の実施形態においては、生成された給気ＳＡを空調対象空間Ｒに供給することで、当該空調対象空間Ｒ内の温湿度を調整する場合を例に説明を行ったが、空調対象空間Ｒ内の温湿度の調整方法はこれに限定されない。
【0070】
具体的に、例えば図９に示す空調システム３０２の二次側空調装置３２０のように、室内機５０に代えて放射パネル３５０を配置することで、放射熱により空調対象空間Ｒの温度を調整するようにしてもよい。放射パネル３５０は、冷温水チラー１０からの冷温水を内部で循環させることで、給気ＳＡを吹き込むことなく、放射熱により空調対象空間Ｒの温度を調節する。
この場合、空調対象空間Ｒからの排気ＥＡの排出することと、外調機３０において少なくとも湿度処理が施された外気ＯＡを給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに供給することと、のバランスを制御することで、空調対象空間Ｒの湿度を調整してもよい。
従って図９に示す空調システム３０２の二次側空調装置３２０は、主として空調対象空間Ｒの温度制御を行うための放射パネル３５０と、主として空調対象空間Ｒの湿度制御を行うための外調機３０を有する。
この場合、空調対象空間Ｒからの排気ＥＡの排出することと、外調機３０において少なくとも湿度処理が施された外気ＯＡを給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに供給することと、のバランスを制御することで、空調対象空間Ｒの湿度を調整してもよい。
従って図９に示す空調システム３０２の二次側空調装置３２０は、主として空調対象空間Ｒの温度制御を行うための放射パネル３５０と、主として空調対象空間Ｒの湿度制御を行うための外調機３０を有する。
【0071】
この場合であっても、冷温水チラー１０からの放射パネル３５０及び外調機３０に供給される冷温水の温度を１５℃～３５℃に制御することで、従来と比較して空調システム３０２の全体でエネルギー効率を大幅に向上できる。
【0072】
また具体的に、例えば外調機の内部でドレン水（例えばヒートポンプユニット４０での外気ＯＡの除湿により生じた凝縮水）を回収、循環可能に構成し、このドレン水を気化させてミストとして全熱交換器２３１やヒートポンプユニット４０に吹き付けることで、これら全熱交換器２３１やヒートポンプユニット４０における熱交換を促進するようにしてもよい。
【0073】
更に具体的に、上記した例ではプレコイル４１に冷温水チラー１０で温度制御して生成された冷温水を通流させ、外気ＯＡのプレヒート／プレクールを行ったが、プレコイル４１に通流させる冷温水は冷温水チラー１０で生成されるものには限定されず、少なくとも温度を安定制御できるものであればよい。従って、外気ＯＡのプレヒート／プレクールを行うためのプレコイル４１には、例えば年間を通して温度が安定した地下水や工業用水が通流されてもよい。
【0074】
例えば、以上の実施形態では、外調機（第２の実施形態においては空調機１３０）の内部には、冷温水チラー１０からの熱源水を利用する水熱源式のヒートポンプユニット４０を配置したが、ヒートポンプユニット４０の種類もこれに限定されるものではない。
【0075】
ヒートポンプユニット４０では、温度が１５℃～３５℃に調整された熱媒であれば、冷温水チラー１０からの熱源水に代えて任意の冷媒やブライン、ガスを利用してもよい。換言すれば、空調対象空間Ｒが形成された建物の屋上に配置されるチラーの種類は冷温水チラーに限られるものではなく、ガスチラーやブラインチラーであってもよい。
従って本開示の技術に係る空調システムは、冷媒の圧縮と膨張を交互に実行して冷凍サイクルを構成して取り込んだ外気の顕熱処理及び潜熱処理を行うヒートポンプユニットを備えた外調機と、外調機において外気との熱交換に供される１５℃～３５℃の熱媒を生成するチラーと、を備える。この場合、ヒートポンプユニットは水熱源式のヒートポンプであってもよいし、空気熱源式のヒートポンプであってもよい。
従って本開示の技術に係る空調システムは、冷媒の圧縮と膨張を交互に実行して冷凍サイクルを構成して取り込んだ外気の顕熱処理及び潜熱処理を行うヒートポンプユニットを備えた外調機と、外調機において外気との熱交換に供される１５℃～３５℃の熱媒を生成するチラーと、を備える。この場合、ヒートポンプユニットは水熱源式のヒートポンプであってもよいし、空気熱源式のヒートポンプであってもよい。
【0076】
また具体的に、以上の実施形態ではヒートポンプユニット４０において１つの冷凍サイクルのみを構成したが、２つ以上の冷凍サイクルを構成してもよい。
【0077】
図１０に、２つの冷凍サイクルを構成するヒートポンプユニット４４０を備えた空調機４３０の構成の一例を示す。図１０に示すように、空調機４３０はフィルタ３１、ヒートポンプユニット４４０及び送風機３３を備える。ヒートポンプユニット４４０は、プレコイル４１、冷媒／冷媒熱交換器４４２、第１の主コイル４４３ａ及び第２の主コイル４４３ｂを有する。
【0078】
ヒートポンプユニット４４０は、冷媒／冷媒熱交換器４４２と第１の主コイル４４３ａを第１の冷媒配管４４０ａにより接続するとともに、冷媒／冷媒熱交換器４４２と第２の主コイル４４３ｂを第２の冷媒配管４４０ｂで接続した構成を有する。第１の冷媒配管４４０ａには、第１の圧縮機４４５ａ、図示しない膨張弁及び第１の四方弁４４６ａが設けられる。第２の冷媒配管４４０ｂには、第２の圧縮機４４５ｂ、図示しない膨張弁及び第２の四方弁４４６ｂが設けられる。ヒートポンプユニット４４０では、第１の圧縮機４４５ａ、図示しない膨張弁及び第１の主コイル４４３ａで第１の冷凍サイクルを構成するとともに、第２の圧縮機４４５ｂ、図示しない膨張弁及び第２の主コイル４４３ｂで第２の冷凍サイクルを構成する、いわば２段圧縮式の構成を有する。
【0079】
冷媒／冷媒熱交換器４４２では、第１の冷媒配管４４０ａを通流する第１の冷媒と、第２の冷媒配管４４０ｂを通流する第２の冷媒の熱交換が行われる。
第１の圧縮機４４５ａ及び第２の圧縮機４４５ｂは、それぞれ第１の冷媒配管４４０ａ、第２の冷媒配管４４０ｂに冷媒を循環させると共に、循環する冷媒を圧縮する。
第１の四方弁４４６ａ及び第２の四方弁４４６ｂは、それぞれ第１の冷媒配管４４０ａ、第２の冷媒配管４４０ｂを循環する冷媒の循環方向を切り替える。
第１の圧縮機４４５ａ及び第２の圧縮機４４５ｂは、それぞれ第１の冷媒配管４４０ａ、第２の冷媒配管４４０ｂに冷媒を循環させると共に、循環する冷媒を圧縮する。
第１の四方弁４４６ａ及び第２の四方弁４４６ｂは、それぞれ第１の冷媒配管４４０ａ、第２の冷媒配管４４０ｂを循環する冷媒の循環方向を切り替える。
【0080】
以上のように構成された空調機４３０では、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡをフィルタ３１、プレコイル４１及び第１の主コイル４４３ａにこの順に通流させることで、還気ＲＡの顕熱処理及び潜熱処理を行って給気ＳＡを生成する。
この時、第１の主コイル４４３ａにおいて還気ＲＡとの熱交換に供されて加熱／冷却された第１の冷媒は、冷媒／冷媒熱交換器４４２において、第２の冷媒配管４４０ｂを通流する第２の冷媒の熱交換により温度が調整されて、第１の主コイル４４３ａに再度送られる。
また、冷媒／冷媒熱交換器４４２において第１の冷媒との熱交換に供されて加熱／冷却された第２の冷媒は、第２の主コイル４４３ｂにおいて、外気ＯＡとの熱交換により温度が調整されて、冷媒／冷媒熱交換器４４２に再度送られる。
第２の主コイル４４３ｂでの第２の冷媒との熱交換に供された外気ＯＡは
排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
この時、第１の主コイル４４３ａにおいて還気ＲＡとの熱交換に供されて加熱／冷却された第１の冷媒は、冷媒／冷媒熱交換器４４２において、第２の冷媒配管４４０ｂを通流する第２の冷媒の熱交換により温度が調整されて、第１の主コイル４４３ａに再度送られる。
また、冷媒／冷媒熱交換器４４２において第１の冷媒との熱交換に供されて加熱／冷却された第２の冷媒は、第２の主コイル４４３ｂにおいて、外気ＯＡとの熱交換により温度が調整されて、冷媒／冷媒熱交換器４４２に再度送られる。
第２の主コイル４４３ｂでの第２の冷媒との熱交換に供された外気ＯＡは
排気ＥＡとして建物１の外部へと排出される。
【0081】
このように空調機４３０のヒートポンプユニット４４０では、上記した空調システムにおける水熱交換器４２に相当する冷媒／冷媒熱交換器４４２において、冷温水チラー１０からの熱源水を利用することに代えて第２の冷媒を利用する。また、この第２の冷媒は、第２の主コイル４４３ｂでの外気ＯＡとの熱交換により温度が調整され、冷媒／冷媒熱交換器４４２に再度送られる。
すなわちヒートポンプユニット４４０では、冷温水チラー１０に相当する要素として、第２の冷媒の温度を外気ＯＡにより調整する第２の主コイル４４３ｂを備えている。
すなわちヒートポンプユニット４４０では、冷温水チラー１０に相当する要素として、第２の冷媒の温度を外気ＯＡにより調整する第２の主コイル４４３ｂを備えている。
【0082】
従って、空調機４３０が備えるヒートポンプユニット４４０は、いわゆる空気熱源式のヒートポンプであると言える。換言すれば、本開示の技術において空調システムに配置されるヒートポンプシステムは、上記したように空気熱源式のヒートポンプユニットであってもよい。
【0083】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。
【0084】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【産業上の利用可能性】
【0085】
本発明は、複数の空調対象空間を有する建物に導入する空調システムとして有用である。
【符号の説明】
【0086】
１ 建物
２ 空調システム
１０ 冷温水チラー
１１ 熱源水用竪管
２０ 二次側空調装置
３０ 外調機
３１ フィルタ
３２ 加湿器
３３ 送風機
４０ ヒートポンプユニット
４１ プレコイル
４２ 水熱交換器
４３ 主コイル
４４ 再熱コイル
５０ 室内機
６０ 制御部
ＭＡ 混合空気
ＭＳ 混合空間
ＯＡ 外気
ＳＯＡ 処理空気
ＳＡ 給気
Ｒ 空調対象空間
ＲＡ 還気
２ 空調システム
１０ 冷温水チラー
１１ 熱源水用竪管
２０ 二次側空調装置
３０ 外調機
３１ フィルタ
３２ 加湿器
３３ 送風機
４０ ヒートポンプユニット
４１ プレコイル
４２ 水熱交換器
４３ 主コイル
４４ 再熱コイル
５０ 室内機
６０ 制御部
ＭＡ 混合空気
ＭＳ 混合空間
ＯＡ 外気
ＳＯＡ 処理空気
ＳＡ 給気
Ｒ 空調対象空間
ＲＡ 還気
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】