特許 7473364 空調システムの改修方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-15

(45)【発行日】2024-04-23

(54)【発明の名称】空調システムの改修方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 3/00 20060101AFI20240416BHJP

【ＦＩ】

F24F3/00

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020040836

(22)【出願日】2020-03-10

(65)【公開番号】P2021143773

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-03-08

(73)【特許権者】

【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】平井 仁

(72)【発明者】

【氏名】菊地 栄

(72)【発明者】

【氏名】山本 潤司

(72)【発明者】

【氏名】神 賢一郎

(72)【発明者】

【氏名】宮下 真一

【審査官】佐藤 正浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３２２０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１０５５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７００９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２５５０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外気及び還気を含む処理空気を処理する既存の空調システムを、下記の改修後の空調システムに改修する方法であって、
当該改修後の空調システムは、
外気及び還気を含む処理空気を処理する空調機を備えた空調システムであって、
往路及び還路を為す２本の冷温水管との間で冷温水を循環し、前記処理空気の顕熱処理を行う冷温水コイルと、
少なくとも前記処理空気の潜熱処理を行う水熱源ヒートポンプと、を備え、
前記水熱源ヒートポンプは、
前記冷温水管との間で冷温水を循環する水熱源機と、
前記水熱源機との間で冷媒を循環し、前記処理空気と前記冷媒との熱交換を行う直膨コイルと、を有し、
前記空調機のケーシング内には、前記処理空気の通流方向の上流側から順に、前記冷温水コイル及び前記直膨コイルが配置され、
前記既存の空調システムが備える既存の空調機は、
往路及び還路を為す２本の冷水管との間で冷水を循環する冷水コイルと、
往路及び還路を為す２本の温水管との間で温水を循環する温水コイルと、を備え、
前記温水コイル及び前記温水管を撤去し、
前記既存の空調機の内部において、既存の前記温水コイルが設置されていたスペースに前記直膨コイルを設置し、
前記水熱源機を設置して前記直膨コイルと接続し、
前記水熱源機を既存の前記冷水管と接続することを特徴とする、空調システムの改修方法。

【請求項2】

既存の前記冷水管には、前記冷水に代えて、９℃～４０℃の中温水を循環させることを特徴する、請求項１に記載の空調システムの改修方法。

【請求項3】

前記水熱源機には複数の前記直膨コイルが並列して接続され、
複数の前記直膨コイルは、前記通流方向における前記冷温水コイルの下流側に直列に配置されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の空調システムの改修方法。

【請求項4】

前記冷温水管を通流する前記冷温水は、９℃～４０℃の中温水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の改修方法。

【請求項5】

前記空調機は、前記外気及び前記還気をそれぞれ独立して処理する外気処理経路、及び、還気処理経路を有し、
前記水熱源機に対しては複数の前記直膨コイルが並列して接続され、
前記外気処理経路には、前記外気の通流方向上流側から順に、前記冷温水コイル及び前記直膨コイルが配置され、
前記還気処理経路には、前記還気の通流方向上流側から順に、前記冷温水コイル及び前記直膨コイルが配置されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の空調システムの改修方法。

【請求項6】

前記外気処理経路における前記冷温水コイルの下流側には、複数の前記直膨コイルが直列に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の空調システムの改修方法。

【請求項7】

前記空調機は、前記外気処理経路および前記還気処理経路でそれぞれ処理された前記外気及び前記還気を混合した後に、空調対象空間へと給気することを特徴とする、請求項５または６のいずれか一項に記載の空調システムの改修方法。

【請求項8】

前記直膨コイルの下流側には、前記処理空気を加湿する加湿器が設けられることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の空調システムの改修方法。

【請求項9】

前記空調機及び前記水熱源ヒートポンプの前記水熱源機が一体に構成されることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の空調システムの改修方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調システムの改修方法に関する。

【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、冷熱と温熱とを同時に生成することができる冷暖房同時型（いわゆる冷暖フリー式）の空調システムが提案されている。

【0003】

具体的に、例えば特許文献１には、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージをクリーンルーム用に転用した空調システムが開示されている。マルチ型空冷ヒートポンプパッケージの室外機としては、冷暖房同時型の室外機が想定されている。そして特許文献１に記載の空調システムによれば、外気処理空調機のケーシングに少なくとも２系統以上の冷暖房同時型の室外機を接続し、これにより、外気処理空調機において冷却コイルと再熱コイルとを同時に利用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－７８５２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されるように、空調システムに空冷式のヒートポンプパッケージを適用する場合、外気処理空調機のケーシングの内部に設けられるコイルを、建物の外部（例えば屋上）に設けられる室外機との間で接続する必要があるため、当該コイルと室外機を接続するための配管が長くなる。そしてこのように配管が長くなると、当該配管の設置にかかる施工コストが増加する。また、建物の外部に室外機を設置する必要があるため、空調システムの設置スペースが大きくなる。また更に、空調システムの運転に際しても、このように配管が長くなると、当該配管の内部に冷温水を通流させるための消費電力が大きくなり、すなわち、エネルギー効率が低下する。

【0006】

また一般的に、セントラル空調システムに冷暖フリー式システムを適用する場合、ターボ式冷凍機や吸収式冷凍機等の熱源機と、空調機（特許文献１に記載の外気処理空調機に相当）との間で冷水及び温水をそれぞれ往還させて循環させる必要がある。このため、往路及び還路を為す少なくとも４本の配管を施工（以下、「４管式」という。）する必要があり、当該熱源機とコイルを接続するための配管本数が多くなる。そしてこのように配管本数が多いと、当該配管の施工コストが増加するとともに、当該配管の設置スペースも大きくなる。

【0007】

このように従来の空調システムは、空調システムの設置スペース、施工コスト、及びエネルギーの観点において改善の余地があった。

【0008】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、冷暖フリー式システムを実現し、従来技術と比較して設置スペース、施工コスト、及びエネルギーの削減が可能な２管式の空調システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明は、外気及び還気を含む処理空気を処理する既存の空調システムを、下記の改修後の空調システムに改修する方法である。
すなわち当該改修後のシステムは、外気及び還気を含む処理空気を処理する空調機を備えた空調システムであって、往路及び還路を為す２本の冷温水管との間で冷温水を循環し、前記処理空気の顕熱処理を行う冷温水コイルと、少なくとも前記処理空気の潜熱処理を行う水熱源ヒートポンプと、を備え、前記水熱源ヒートポンプは、前記冷温水管との間で冷温水を循環する水熱源機と、前記水熱源機との間で冷媒を循環し、前記処理空気と前記冷媒との熱交換を行う直膨コイルと、を有し、前記空調機のケーシング内には、前記処理空気の通流方向上流側から順に、前記冷温水コイル及び前記直膨コイルが配置されているものである。
そして前記既存の空調システムが備える既存の空調機は、往路及び還路を為す２本の冷水管との間で冷水を循環する冷水コイルと、往路及び還路を為す２本の温水管との間で温水を循環する温水コイルと、を備え、前記温水コイル及び前記温水管を撤去し、前記既存の空調機の内部において、既存の前記温水コイルが設置されていたスペースに前記直膨コイルを設置し、前記水熱源機を設置して前記直膨コイルと接続し、前記水熱源機を既存の前記冷水管と接続することを特徴としている。
本発明によれば、例えば既存の４管式の空調システムを、本発明に係る２管式の空調システムへと改修することができる。これにより、空調システムに設置される冷温水管の設置本数を、例えば従来の４本のから２本に削減できる。すなわち、改修後において空調システムにおける冷温水管の設置スペースを適切に削減できるとともに、施工コストを適切に削減できる。
また一般的に、空調システムにおける冷水管は温水管と比較して内部を通流する冷温水の温度が低いため、当該冷水管の腐食の進行度合は温水管と比較して小さい。そこで本発明のように、既存の空調システムにおける温水管を撤去して冷水管を再利用することにより、冷水管を撤去する場合と比較して、改修後の空調システムの寿命を延ばすことができる。
なお、既存の前記冷水管には、前記冷水に代えて、９℃～４０℃の中温水を循環させることが望ましい。
冷水に代えて９℃～４０℃の中温水を循環させることにより、当該中温水を製造する冷却塔や空冷ヒートポンプチラー等のセントラル熱源機の運転効率を向上することができる。そしてこれにより、改修後の空調システムの運転にかかるエネルギーを削減できる。

【0010】

本発明によれば、改修後の空調システムに水熱源ヒートポンプ、すなわち水冷式のヒートポンプを適用するため、空調機のケーシング内に設けられる直膨コイルと水熱源機とを近接して設置することができる。具体的には、例えば水熱源機は空調機と同一室内に設置することが可能であるため、空調システムの設置スペースを適切に削減できる。また、このように水熱源機と空調機と同一室内に設置できるため、これらを接続するための冷媒配管の長さを短くすることができ、施工コストを適切に削減できる。

【0011】

また本発明によれば、冷温水コイル及び水熱源ヒートポンプに対して共通の冷温水管が接続された２管式の空調システムを構成するため、従来の４管式以上の空調システムと比較して冷温水管の本数を削減できる。すなわち、空調システムの設置スペースをさらに適切に削減できるとともに、施工コストをさらに適切に削減できる。

【0012】

前記水熱源機には複数の前記直膨コイルが並列して接続され、複数の前記直膨コイルは、前記通流方向における前記冷温水コイルの下流側に直列に配置されてもよい。

【0013】

前記冷温水管を通流する前記冷温水は、９℃～４０℃の中温水であることが望ましい。

【0014】

本発明によれば、冷温水として９℃～４０℃の中温水を利用することにより、当該中温水を製造する冷却塔や空冷ヒートポンプチラー等のセントラル熱源機の運転効率を向上することができる。そしてこれにより、空調システムの運転にかかるエネルギーを削減できる。

【0015】

前記空調機は、前記外気及び前記還気をそれぞれ独立して処理する外気処理経路、及び、還気処理経路を有し、前記水熱源機に対しては複数の前記直膨コイルが並列して接続され、前記外気処理経路には、前記外気の通流方向上流側から順に、前記冷温水コイル及び前記直膨コイルが配置され、前記還気処理経路には、前記還気の通流方向上流側から順に、前記冷温水コイル及び前記直膨コイルが配置されてもよい。

【0016】

前記外気処理経路における前記冷温水コイルの下流側には、複数の前記直膨コイルが直列に配置されていてもよい。

【0017】

前記空調機は、前記外気処理経路および前記還気処理経路でそれぞれ処理された前記外気及び前記還気を混合した後に、空調対象空間へと給気してもよい。

【0018】

前記直膨コイルの下流側には、前記処理空気を加湿する加湿器が設けられていてもよい。

【0019】

前記空調機及び前記水熱源ヒートポンプの前記水熱源機が一体に構成されてもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、冷暖フリー式システムを実現し、従来技術と比較して設置スペース、施工コスト、及びエネルギーの削減が可能な２管式の空調システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１の実施形態に係る空調システムを備える建物構成の概略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空調機の構成の概略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冷房運転時の空気線図である。

【図4】第１の実施形態に係る空調システムの冷房運転時の様子を示す説明図である。

【図5】空調機の他の構成例を示す説明図である。

【図6】空調機の他の構成例を示す説明図である。

【図7】第２の実施形態に係る空調機の構成の概略を示す説明図である。

【図8】第２の実施形態に係る空調システムの冷房運転時の空気線図である。

【図9】第２の実施形態に係る空調システムの冷房運転時の様子を示す説明図である。

【図10】第２の実施形態に係る空調システムの暖房運転時の空気線図である。

【図11】第２の実施形態に係る空調システムの暖房運転時の様子を示す説明図である。

【図12】既存の空調システムの改修方法の様子を示す説明図である。

【図13】既存の空調システムの改修方法の様子を示す説明図である。

【図14】既存の空調システムの改修方法の様子を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、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。

【0028】

＜第１の実施形態にかかる空調システム＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空調システムを適用した建物の構成の一部を示す説明図である。図２は、図１の空調システムの一部を拡大して示す説明図である。

【0029】

図１に示すように建物１の内部には、空調対象空間Ｒと機械室Ｍが隣接して形成されている。本発明においては、後述の空調システム１０を用いて処理空気としての外気ＯＡ、及び、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡの混合空気ＭＡを処理し、給気ＳＡとして空調対象空間Ｒへと供給する。なお、建物１に形成される空調対象空間Ｒ、機械室Ｍの数や配置は図示の例には限定されない。

【0030】

空調システム１０は、変風量装置２０（いわゆるＶＡＶ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｉｒ Ｖｏｌｕｍｅ）、空調機３０及び水熱源ヒートポンプ４０を有している。変風量装置２０は、空調機３０において処理された処理空気を、空調対象空間Ｒに給気ＳＡとして供給する。空調機３０は、取り込んだ混合空気ＭＡに対して所望の処理を施す各種機器を備えている。水熱源ヒートポンプ４０は、空調機３０に取り込まれた混合空気ＭＡの潜熱処理を行う。

【0031】

変風量装置２０は空調対象空間Ｒの天井裏の空間２に設けられており、後述の空調機３０で処理された処理空気を、ダクト２０ｄ、及び、空調対象空間Ｒの天井面に形成された給気口２１を介して、空調対象空間Ｒに給気ＳＡとして供給する。なお、図示の例では空調対象空間Ｒの天井裏の空間２に対して３台の変風量装置２０が設けられているが、変風量装置２０の数や配置は任意に選択できる。

【0032】

空調機３０は機械室Ｍに設けられている。図２に示すように空調機３０のケーシング３０ａ内には、フィルタ３１、冷温水コイル３２、加湿器３３、送風機３４及び後述の水熱源ヒートポンプ４０の直膨コイル４２、４３が設けられている。フィルタ３１、冷温水コイル３２、直膨コイル４２、４３、加湿器３３及び送風機３４は、ケーシング３０ａ内における混合空気ＭＡの通流方向上流側から下流側に直列に並べて配置されている。

【0033】

また空調機３０のケーシング３０ａには、ダクト２０ａ及び２０ｄが接続されている。ダクト２０ｄは、上述のように変風量装置２０と接続され、ケーシング３０ａ内で処理された混合空気ＭＡを変風量装置２０へ送風するための通流経路を形成する。ダクト２０ａは、処理空気としての混合空気ＭＡ（外気ＯＡ及び還気ＲＡ）をケーシング３０ａ内に導入するための通流経路を形成する。

【0034】

フィルタ３１は、空調機３０に導入された処理空気としての混合空気ＭＡ（外気ＯＡ及び還気ＲＡ）に含まれる塵などの不純物を除去する。

【0035】

冷温水コイル３２は、図１に示すように、２本の配管３２ａ、３２ｂを介して、往路及び還路を為す２本の冷温水管５０ａ、５０ｂと接続されている。冷温水管５０ａ、５０ｂの内部には例えば９℃～４０℃程度の中温水が通流しており、これにより、冷温水コイル３２の内部には冷温水管５０ａ、５０ｂとの間で中温水が循環している。そして冷温水コイル３２は、空調機３０に導入された混合空気ＭＡと中温水とを熱交換することにより、混合空気ＭＡのプレクール（冷房時）又はプレヒート（暖房時）を行う。

【0036】

加湿器３３は、空調対象空間Ｒへの給気ＳＡを所望の湿度に調節する。なお、加湿器３３の構成は任意に選択できる。

【0037】

送風機３４は、ケーシング３０ａ内で処理された混合空気ＭＡを変風量装置２０へと送風する。なお、送風機３４は図示しないインバータ制御回路により、混合空気ＭＡの送風動作が制御される。

【0038】

水熱源ヒートポンプ４０は、水熱源機４１と直膨コイル４２、４３を、冷媒配管４０ａにより相互に接続した構成を有している。水熱源機４１の内部には、水熱交換器（図示せず）、膨張弁（図示せず）、圧縮機（図示せず）、及び四方弁（図示せず）が設けられている。そして水熱源ヒートポンプ４０は、内部に冷媒を循環可能に構成されている。

【0039】

なお、直膨コイル４２及び直膨コイル４３は、それぞれ水熱源機４１との間で冷媒配管４０ａを介して独立して冷媒を循環可能に接続されている。換言すれば、直膨コイル４２と直膨コイル４３は、それぞれ水熱源機４１に対して並列に接続され、空調機３０のケーシング３０ａ内において独立して混合空気ＭＡを処理できるように構成されている。

【0040】

水熱源機４１は、機械室Ｍに設けられている。水熱源機４１は、図１に示すように、２本の配管４０ｂ、４０ｃを介して、冷温水管５０ａ、５０ｂと接続されている。これにより、水熱源機４１には冷温水管５０ａ、５０ｂとの間で中温水が循環している。そして水熱源機４１は、内部に設けられた前述の水熱交換器により、直膨コイル４２、４３との間で循環する冷媒と中温水の熱交換を行う。なお水熱源機４１は、２本の配管４０ｂ、４０ｃに代え、配管３２ａ、３２ｂを分岐されることにより冷温水管５０ａ、５０ｂと接続されてもよい。

【0041】

膨張弁は、例えば水熱源機４１の内部に設けられ、水熱源ヒートポンプ４０の内部を循環する冷媒を膨張させる。

【0042】

圧縮機は、例えば水熱源機４１の内部に設けられ、水熱源ヒートポンプ４０の内部に冷媒を循環させるとともに、循環する当該冷媒を圧縮する。

【0043】

四方弁は、例えば水熱源機４１の内部に設けられ、水熱源ヒートポンプ４０の内部を循環する冷媒の循環方向を切り替えることにより、水熱源ヒートポンプ４０の冷房運転と暖房運転を切り替える。

【0044】

直膨コイル４２は、空調機３０のケーシング３０ａ内に設けられている。そして直膨コイル４２は、ケーシング３０ａ内において冷媒と混合空気ＭＡの熱交換を行い、例えば混合空気ＭＡを冷却除湿（冷房時）又は加熱（暖房時）する。

【0045】

直膨コイル４３は、空調機３０のケーシング３０ａ内に設けられている。そして直膨コイル４３は、ケーシング３０ａ内において冷媒と混合空気ＭＡの熱交換を行い、例えば混合空気ＭＡを再熱（冷房時）又は加熱（暖房時）する。

【0046】

冷温水管５０ａ、５０ｂは、機械室Ｍの天井面及び床面を貫通して設置されており、例えばそれぞれの一端が建物１の屋上に設置された冷却塔（図示せず）、又は空冷ヒートポンプチラー等の中温水を製造するセントラル熱源機等と接続され、他端が相互に接続されることで、内部に中温水が循環可能に構成されている。また、冷温水管５０ａ、５０ｂを循環する中温水は、これら冷却塔や空冷ヒートポンプチラー等により所定の温度（例えば９℃～４０℃程度）に制御される。

【0047】

なお、図示の例においては空調機３０のケーシング３０ａ内に２つの直膨コイル４２、４３を直列に配置したが、例えば冷温水コイル３２により処理空気を充分に加熱または冷却できる条件下においては、ケーシング３０ａ内に設置される直膨コイルは１つであってもよい。

【0048】

本発明に係る空調システム１０は、以上のように２本の冷温水管５０ａ、５０ｂを備える２管式の空調システムとして構成されている。

【0049】

＜空調システムの動作＞
次に、図３及び図４を参照しながら空調システム１０の冷房時の動作の一例について説明する。図３は空調システム１０の冷房運転時の空気線図、図４は空調システム１０の冷房運転時における処理空気の流れを示す説明図である。なお、以下の説明で示される温度は一例である。

【0050】

建物１の内部に取り込まれた３５℃の外気ＯＡは、空調対象空間Ｒからの還気ＲＡ（２６℃、５０ａ％ＲＨ、１０．５ｇ／ｋｇ´）と混合されて２９℃の混合空気ＭＡとなって空調機３０のケーシング３０ａへと導入される（図３及び図４のＳ１）。空調機３０に導入された混合空気ＭＡは、フィルタ３１により不純物が除去され、冷温水コイル３２へ導入される。

【0051】

冷温水コイル３２に導入された混合空気ＭＡは、冷温水コイル３２の内部を循環する中温冷水（１５℃）との熱交換により１６℃にプレクールされる（図３及び図４のＳ２）。次に混合空気ＭＡは、直膨コイル４２により熱交換され、１３℃まで冷却されると同時に除湿される（図３及び図４のＳ３）。続いて、冷却除湿された混合空気ＭＡは、直膨コイル４３により再熱される（図３及び図４のＳ４）。再熱された混合空気ＭＡは、その後、送風機３４により空調機３０から変風量装置２０へと送出され、給気ＳＡ（１５℃、９．６４ｋｇ´）として空調対象空間Ｒ供給される。

【0052】

その後、空調対象空間Ｒに供給された給気ＳＡは、室内空気と熱交換（図３及び図４のＳ５）された後、再び、還気ＲＡ（２６℃、５０ａ％ＲＨ）として外気ＯＡと混合され、混合空気ＭＡとなって空調機３０へと導入される。

【0053】

＜空調システムの効果＞
本実施形態に係る空調システム１０は、上述のように２本の冷温水管５０ａ、５０ｂと接続された２管式の空調システムを構成している。このため、従来の４管式以上の空調システムと比較して、設置する配管本数を減少でき、この結果、空調システム１０の設置スペース及び施工コストを適切に削減でき、さらに、空調システム１０の施工工期を削減できる。

【0054】

また、本実施形態にかかる空調システム１０には、水冷式のヒートポンプである水熱源ヒートポンプ４０を適用している。これにより、水熱源機４１（空冷式のヒートポンプにおける室外機に相当）を建物１の外部に設置する必要がないため、空調システム１０の設置スペース、及び冷媒配管４０ａを更に削減できる。具体的には、例えば水熱源ヒートポンプ４０を構成する水熱源機４１及び直膨コイル４２、４３を同一の機械室Ｍに設置することにより、適切に空調システム１０の設置スペースを削減できるとともに、水熱源機４１と直膨コイル４２、４３を接続する冷媒配管４０ａの延長を短くすることができ、すなわち空調システム１０の施工コストを削減できる。またこのように冷媒配管４０ａの延長が短くなることで、冷媒を循環するに際しての圧縮機の消費電力を削減できるとともに、空調システム１０のランニングコストを削減できる。

【0055】

なお水熱源機４１は、空調機３０の内部に設置された直膨コイル４２、４３との間で冷媒を適切に循環できれば、任意に設置位置を変更できる。例えば図１においては水熱源機４１を機械室Ｍの床面に設置する場合を例示したが、例えば機械室Ｍの天井面や壁面に固定してもよい。かかる場合、機械室Ｍにおけるフットプリント（設置スペース）を好適に削減できる。

【0056】

また例えば、水熱源機４１を空調機３０と一体に構成してもよい。なお、「水熱源機４１を空調機３０と一体に構成する」とは、例えば図５に示すように空調機３０と水熱源機４１を積層して配置する場合や、例えば図６に示すように空調機３０のケーシング３０ａ内に水熱源機４１を配置する場合をいう。そして、このように水熱源機４１を空調機３０と一体に構成することにより、空調システム１０の設置スペースを更に節約できる。

【0057】

本実施形態に係る空調システム１０によれば、処理空気としての外気ＯＡと還気ＲＡの混合空気ＭＡを、中温冷水（例えば１５℃）により可能な限りプレクール（顕熱処理）し、残りの潜熱除去を水熱源ヒートポンプ４０の直膨コイル４２により行う。このように、従来の空調システムにおいて使用されていた低温冷水（例えば５～８℃）を利用する必要がないため、処理空気の処理に係るエネルギーを削減できる。

【0058】

また、本実施形態に係る空調システム１０の空調機３０においては、処理空気の通流方向において、処理空気の冷却除湿（冷房時）又は加熱（暖房時）を行う直膨コイル４２と、処理空気の再熱（冷房時）又は加熱（暖房時）を行う直膨コイル４３が直列に配置されている。これにより、空調機３０の内部において熱回収を利用した処理空気の調湿（除湿及び再熱）を行うことができるため、空調対象空間Ｒに供給される給気ＳＡの温度及び湿度を適切に制御できる。換言すれば、本発明に係る２管式での空調システム１０により、従来の４管式や６管式の空調システムにおいて実現される調湿空調及び冷暖フリー式システムを実現できる。

【0059】

なお、空調機３０のケーシング３０ａ内においては、必ずしも２つの直膨コイルが直列に配置される必要はなく、例えば冷温水コイル３２により処理空気を充分に加熱または冷却できる条件下においては、ケーシング３０ａ内に設置される直膨コイルが１つであってもよい。

【0060】

また、本実施形態に係る空調システム１０によれば、上述のように水熱源機４１と空調機３０を同一の機械室Ｍに設置できるため、水熱源ヒートポンプ４０において、水熱源機４１と直膨コイル４２、４３との間で冷媒を循環するに際しての圧縮機の消費電力を低減できる。すなわち、処理空気の処理に係るエネルギーを更に削減できる。

【0061】

なお、第１の実施形態に係る空調システム１０では、空調機３０においては外気ＯＡと還気ＲＡが混合された混合空気ＭＡの処理を行ったが、外気ＯＡと還気ＲＡは、空調機３０において独立して処理されてもよい。

【0062】

＜第２の実施形態に係る空調システム＞
図７は、第２の実施形態に係る空調システム１００が備える空調機１３０の構成の概略を示す説明図である。本実施形態に係る空調システム１００は、空調機内に導入される外気ＯＡと還気ＲＡを独立して処理する。なお、以下の説明において上記実施形態と実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0063】

図７に示すように、第２の実施形態に係る空調システム１００が備える空調機１３０のケーシング１３０ａ内には、取り込んだ外気ＯＡを処理する外気処理経路１３１と、取り込んだ還気ＲＡを処理する還気処理経路１３２と、合流経路１３３が形成されている。

【0064】

外気処理経路１３１には、フィルタ３１、冷温水コイル３２、直膨コイル４２及び直膨コイル４３が、外気ＯＡの通流方向上流側から下流側にこの順に並べて配置されている。

【0065】

還気処理経路１３２には、フィルタ３１、冷温水コイル３２、直膨コイル４２及び加湿器３３が、還気ＲＡの通流方向上流側から下流側にこの順に並べて配置されている。

【0066】

合流経路１３３は、外気処理経路１３１における直膨コイル４３の下流側、及び、還気処理経路１３２における加湿器３３の下流側、がそれぞれ合流することにより形成されている。合流経路１３３には送風機３４が設けられている。合流経路１３３では、外気処理経路１３１及び還気処理経路１３２でそれぞれ処理された後の外気ＯＡと還気ＲＡが混合されて混合空気ＭＡとなり、送風機３４により変風量装置２０へと送風される。変風量装置２０に送風された混合空気ＭＡは、給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに供給される。

【0067】

また、空調システム１００においては、外気処理経路１３１に設けられた直膨コイル４２、４３、及び、還気処理経路１３２に設けられた直膨コイル４２が、それぞれケーシング１３０ａの外部に設けられた水熱源機４１と接続されている。

【0068】

また、外気処理経路１３１に設けられた冷温水コイル３２、還気処理経路１３２に設けられた冷温水コイル３２、及び、水熱源機４１はそれぞれ往路及び還路を為す２本の冷温水管５０ａ、５０ｂと接続されており、空調システム１００は２管式の空調システムとして構成されている。

【0069】

＜第２の実施形態に係る空調システムの動作＞
次に、図８及び図９を参照しながら空調システム１００の夏期の冷房時の動作の一例について説明する。図８は空調システム１００の冷房運転時の空気線図、図９は空調システム１００の冷房運転時における処理空気の流れを示す説明図である。なお、以下の説明で示される温度は一例である。

【0070】

建物１の内部に取り込まれた３５℃の外気ＯＡは、空調機１３０のケーシング１３０ａ内の外気処理経路１３１へと導入される。空調機１３０に導入された外気ＯＡは、フィルタ３１により不純物が除去され、冷温水コイル３２へ導入される。

【0071】

冷温水コイル３２に導入された外気ＯＡは、冷温水コイル３２の内部を循環する中温冷水（１５℃）との熱交換により１６℃にプレクールされる（図８及び図９のＳ１）。次に外気ＯＡは、直膨コイル４２により熱交換され、１０℃まで冷却されると同時に除湿される（図８及び図９のＳ２）。直膨コイル４２により冷却除湿された外気ＯＡは、合流経路１３３へと送られる。

【0072】

一方、空調対象空間Ｒからの２６℃の還気ＲＡは、空調機１３０のケーシング１３０ａ内の還気処理経路１３２へと導入される。空調機１３０に導入された還気ＲＡは、フィルタ３１により不純物が除去され、冷温水コイル３２へ導入される。

【0073】

冷温水コイル３２に導入された還気ＲＡは、冷温水コイル３２の内部を循環する中温冷水（１５℃）との熱交換により１６℃にプレクールされる（図８及び図９のＳ３）。次に還気ＲＡは、直膨コイル４２により熱交換され、１２℃まで冷却されると同時に除湿される（図８及び図９のＳ４）。直膨コイル４２により冷却除湿された還気ＲＡは、合流経路１３３へと送られる。

【0074】

合流経路１３３へと送られた処理後の外気ＯＡ及び還気ＲＡは、当該合流経路１３３において混合されて混合空気ＭＡとなる（図８及び図９のＳ５）。混合空気ＭＡは、送風機３４により空調機１３０から変風量装置２０へと送出され、その後、１１℃の給気ＳＡとして空調対象空間Ｒに供給される（図８及び図９のＳ５）。

【0075】

その後、空調対象空間Ｒに供給された給気ＳＡは、室内空気と熱交換（図８及び図９のＳ６）された後、再び、２６℃の還気ＲＡとして空調機１３０の還気処理経路１３２へと導入される。

【0076】

続いて、図１０及び図１１を参照しながら空調システム１００の冬期の暖房時の動作の一例について説明する。図１０は空調システム１００の暖房運転時の空気線図、図１１は空調システム１００の暖房運転時における処理空気の流れを示す説明図である。なお、以下の説明で示される温度は一例である。

【0077】

建物１の内部に取り込まれた２℃の外気ＯＡは、空調機１３０のケーシング１３０ａ内の外気処理経路１３１へと導入される。空調機１３０に導入された外気ＯＡは、フィルタ３１により不純物が除去され、冷温水コイル３２へ導入される。

【0078】

冷温水コイル３２に導入された外気ＯＡは、冷温水コイル３２の内部を循環する中温温水（３０℃）との熱交換により２６℃にプレヒートされる（図１０及び図１１のＳ１）。次に外気ＯＡは、直膨コイル４３により熱交換され、３５℃まで加熱される（図１０及び図１１のＳ２）。直膨コイル４３により加熱された外気ＯＡは、合流経路１３３へと送られる。

【0079】

一方、空調対象空間Ｒからの２３℃の還気ＲＡは、空調機１３０のケーシング１３０ａ内の還気処理経路１３２へと導入される。空調機１３０に導入された還気ＲＡは、フィルタ３１により不純物が除去され、冷温水コイル３２へ導入される。

【0080】

冷温水コイル３２に導入された還気ＲＡは、冷温水コイル３２の内部を循環する中温温水（３０℃）との熱交換により２６℃にプレヒートされる（図１０及び図１１のＳ３）。次に還気ＲＡは、直膨コイル４２により熱交換され、３５℃（絶対湿度７．９ｇ／ｋｇ´）まで加熱される（図１０及び図１１のＳ４）。直膨コイル４２により加熱された還気ＲＡは、次に、加湿器３３により２８℃（絶対湿度１０．８ｇ／ｋｇ´）まで加湿される（図１０及び図１１のＳ５）。加湿器３３により加湿された還気ＲＡは、合流経路１３３へと送られる。

【0081】

合流経路１３３へと送られた処理後の外気ＯＡ及び還気ＲＡは、当該合流経路１３３において混合されて混合空気ＭＡとなる（図１０及び図１１のＳ６）。混合空気ＭＡは、送風機３４により空調機１３０から変風量装置２０へと送出され、その後、３０℃（絶対湿度７．９ｇ／ｋｇ´）の給気ＳＡとして空調対象空間Ｒ供給される。

【0082】

その後、空調対象空間Ｒに供給された給気ＳＡは、室内空気と熱交換された後、再び、２３℃の還気ＲＡとして空調機１３０の還気処理経路１３２へと導入される。

【0083】

＜第２の実施形態に係る空調システムの効果＞
本実施形態に係る空調システム１００は、第１の実施形態に係る空調システム１０と同様に２管式の空調システムとして構成される。すなわち、従来の４管式や６管式の空調システムと比較して、設置する配管本数を減少でき、この結果、空調システム１００の設置スペース及び施工コストを適切に削減でき、さらに、空調システム１００の施工工期を削減できる。

【0084】

なお、図８～図１１に示した例においては、空調システム１００により夏期の冷房運転、及び、冬期の暖房運転を行う場合を例に説明を行ったが、ケーシング１３０ａ内に設けられる各種機器の動作、及び、冷温水管５０ａ、５０ｂを循環する中温水の流量を制御することにより、夏期又は冬期に限らず、年間を通じて適切に給気ＳＡの温度、湿度を調節することができる。すなわち、本発明に係る２管式での空調システム１０により、従来の４管式や６管式の空調システムにおいて実現される調湿空調及び冷暖フリー式システムを実現できる。

【0085】

具体的には、例えばケーシング１３０ａ内に設けられた冷温水コイル３２の動作により、処理空気の顕熱処理を効率よく制御できる。

【0086】

このように本実施形態に係る空調システム１００によれば、水熱源ヒートポンプ４０及び中温水（例えば９℃～４０℃）を利用した空調システムを構成することにより、２管式の空調システムであっても、従来の４管式、６管式の空調システムと同等以上の調湿空調、冷暖フリー式システムを実現できる。また、このように空調システムにおいて中温水を利用するため、従来のように低温冷水（例えば５～８℃程度）や高温温水（例えば４５℃程度）を利用する場合と比較して大幅に空調システムの省エネルギー化を図ることができる。

【0087】

＜空調システムの改修方法＞
なお、本発明の実施形態に係る空調システム１０および空調システム１００は、建物１に設けられた既存の空調システムに代えて設置する場合、すなわち、既存の空調システムを改修する場合において、特に有用である。

【0088】

図１２～図１４は、建物１に設けられた既存の空調システム２００を、空調システム１０に改修する場合の施工手順の一例を示す説明図である。なお、以下の説明においては、４管式の既存の空調システム２００を２管式の空調システム１０に改修する場合を例に説明を行う。

【0089】

図１２（ａ）に示すように、既存の空調システム２００は、ケーシング２３０ａ内にフィルタ３１、冷水コイル２０１、温水コイル２０２及び加湿器３３を備える空調機２３０を有している。冷水コイル２０１は、往路及び還路を為す２本の冷水管２５０ａ、２５０ｂとの間で冷水を循環する。温水コイル２０２は、往路及び還路を為す２本の温水管２５１ａ、２５１ｂとの間で温水を循環する。すなわち既存の空調システム２００は、合計４本の冷温水管と接続された４管式の空調システムを構成している。

【0090】

既存の空調システム２００の改修に際しては、先ず、図１２（ｂ）に示すように既設の温水管２５１ａ、２５１ｂを撤去する。なお、温水管２５１ａ、２５１ｂの撤去により生じるスペースは、例えば改修後の空調システム１０を更に改修する際において使用するための将来用配管更新スペースとしてもよい。

【0091】

温水管２５１が撤去されると、次に、図１３（ａ）に示すように、空調機２３０のケーシング２３０ａ内に設けられた温水コイル２０２を撤去する。

【0092】

ケーシング２３０ａ内から温水コイル２０２が撤去されると、次に、空調機２３０のケーシング２３０ａ内における冷水コイル２０１と加湿器３３との間、すなわち、既存の温水コイル２０２が配置されていたスペースに、図１３（ｂ）に示すように２つの直膨コイル４２、４３を直列配置する。従って、温水コイル２０２の撤去に伴って空いたスペースを有効に活用できる。

【0093】

次に、水熱源機４１を設置する。水熱源機４１の設置場所は任意に決定することができるが、例えば図１４（ａ）に示すように空調機２３０の上に重ねて一体に配置することで、空調システムの設置スペースを節約できる。そして水熱源機４１が設置されると、図１４（ｂ）に示すように、直膨コイル４２、４３を水熱源機４１に対してそれぞれ並行に独立させて接続するとともに、水熱源機４１を２本の冷水管２５０ａ、２５０ｂと接続する。

【0094】

そして、このように新たに設置された水熱源ヒートポンプ４０が冷水管２５０ａ、２５０ｂと接続されると、一連の既存の空調システム２００の改修が完了する。なお、改修後の空調システム１０においては、残置された冷水管２５０ａ、２５０ｂに対して中温冷水（例えば９℃～４０℃程度）を通流させる。すなわち、冷水管２５０ａ、２５０ｂは、空調システム１０への改修後において、本発明に係る冷温水管として使用する。

【0095】

＜本実施形態に係る改修方法の効果＞
本改修方法によれば、既存の４管式の空調システム２００を、温水系統（温水コイル２０２及び温水管２５１）の撤去、及び水熱源ヒートポンプ４０（水熱源機４１及び直膨コイル４２、４３）の設置のみによって、容易に２管式の空調システム１０に改修することができる。

【0096】

また、このように４管式の空調システムを２管式の空調システムに改修することで、機械室Ｍに設置される配管本数が４本から２本に削減されるため、機械室Ｍにおける空調システムの設置スペースを適切に削減できる。また、このように配管本数が削減されるため、施工コスト及び施工工期も適切に削減できる。

【0097】

また、以上の改修方法によれば温水コイル２０２に代えてケーシング２３０ａ内に直膨コイル４２、４３を設置し、かかる直膨コイル４２、４３は、機械室Ｍ内に（図示の例では空調機２３０と積層して）配置される水熱源機４１と接続される。これにより、改修前において、例えば建物１の屋上に設けられた室外機（図示せず）との間で冷媒を循環させる場合と比較して、冷媒を循環するに際しての圧縮機の消費電力を大幅に削減できる。

【0098】

また一般的に、内部で冷温水を循環させる冷温水管は、当該循環する冷温水の温度が高いほど腐食速度が増加し、早期に寿命を迎える。換言すれば、図１２～図１４に示した既存の空調システム２００においては、冷水管２５０と比較して温水管２５１の腐食速度が大きく、早期に寿命を迎える。

【0099】

そこで、本実施形態にかかる改修方法によれば、空調システム２００の温水系統の撤去を行い、冷水系統を改修後の空調システム１０の冷温水管として再利用する。上述のように、改修のタイミングにおいて冷水管２５０は温水管２５１と比較して腐食の進行度合が小さいため、このように既存の冷水管２５０を残置して本発明の冷温水管として再利用することで、改修後の空調システム１０の寿命を延ばすことができる。

【0100】

なお、以上の改修方法においては冷水管２５０を残置して、改修後の空調システム１０における冷温水管として再利用したが、例えば冷水管２５０を撤去して新たに冷温水管５０ａ、５０ｂを設置してもよい。

【0101】

また、以上の改修方法においては温水管２５１を撤去したが、温水管２５１は必ずしも撤去する必要はない。例えば、温水管２５１を建物１の内部に残置し、改修後の空調システム１０を更に改修する際において使用するための将来更新用の配管としてもよい。

【0102】

なお、上記改修方法においては４管式の空調システム２００を改修する場合を例に説明を行ったが、空調システム２００が４管式以上、例えば６管式の空調システムである場合であっても、本発明の実施形態に係る２管式の空調システム１０、１００に適切に改修することができる。一般的に、６管式の空調システムには往還の冷水管、温水管及び中温冷水管が接続されているが、例えば冷水管または中温冷水管を残置して２管式の空調システムへと改修を行うことにより、空調システムの設置スペース及び改修コストを削減できる。

【0103】

また、上記改修方法においては４管式の空調システム２００を改修する場合を例に説明を行ったが、当然に、空調システム２００が２管式である場合であっても、本発明の実施形態に係る空調システム１０、１００に適切に改修をすることができる。

【0104】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0105】

本発明は、外気及び還気を処理して建物内の空調対象空間の温度及び湿度を調整する技術に特に有用である。

【符号の説明】

【0106】

１ 建物
２ 空調対象空間の天井裏の空間
１０ 空調システム
２０ 変風量装置

３０ 空調機
３１ フィルタ
３２ 冷温水コイル

３３ 加湿器
３４ 送風機
４０ 水熱源ヒートポンプ

４１ 水熱源機
４２ 直膨コイル
４３ 直膨コイル
５０ａ 冷温水管
５０ｂ 冷温水管
１００ 空調システム
１３０ 空調機

１３１ 外気処理経路
１３２ 還気処理経路
１３３ 合流経路
２００ 既存の空調システム

Ｒ 空調対象空間
Ｍ 機械室
ＭＡ 混合空気
ＯＡ 外気
ＲＡ 還気
ＳＡ 給気

【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】