(57)【要約】【課題】省エネルギー化及び自然エネルギーの活用を可能にすると共に、コストの削減を図る。【解決手段】本発明の放射空調システム１は、放射パネル２へ冷水又は温水を供給するための往水配管５と、放射パネル２から冷水又は温水を還流するための還水配管６と、還水配管６に設けられる還水温度検出器７と、室内空間に設けられる室内温度検出器９と、還水温度検出器７によって検出された還水温度が還水温度設定値となるように放射パネル２を流通する流量を制御すると共、室内温度検出器９によって検出された室内温度に基づき前記還水温度設定値を可変させるカスケード制御を行う制御装置１０と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2020159671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷水又は温水が流通する放射パネルからの放射熱により室内空間の冷房又は暖房を行う放射空調システムであって、
前記放射パネルへ冷水又は温水を供給するための往水配管と、
前記放射パネルから冷水又は温水を還流するための還水配管と、
前記還水配管に設けられる還水温度検出器と、
前記室内空間に設けられる室内温度検出器と、
前記還水温度検出器によって検出された還水温度が還水温度設定値となるように前記放射パネルを流通する流量を制御すると共、前記室内温度検出器によって検出された室内温度に基づき前記還水温度設定値を可変させるカスケード制御を行う制御装置と、
を備えていることを特徴とする放射空調システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記往水配管内の往水温度が前記還水温度に一定の温度差で追従するように制御する請求項１に記載の放射空調システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記室内空間の負荷が大きくなる程、前記往水温度と前記還水温度との温度差が小さくなるように制御する請求項２に記載の放射空調システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記室内空間の負荷が小さくなる程、前記往水温度と前記還水温度との温度差が大きくなるように制御する請求項２に記載の放射空調システム。
【請求項５】
冷水又は温水が流通する放射パネルからの放射熱により室内空間の冷房又は暖房を行う放射空調システムの制御方法であって、
前記放射パネルから冷水又は温水を還流するための還水配管に設けられる還水温度検出器によって検出された還水温度が還水温度設定値となるように前記放射パネルを流通する流量を制御すると共、前記室内空間に設けられる室内温度検出器によって検出された室内温度に基づき前記還水温度設定値を可変するカスケード制御を行うことを特徴とする放射空調システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射パネルからの放射熱により室内空間の冷房又は暖房を行う放射空調システム及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の室内空間の冷暖房方式の一つとして、冷温水が流通する放射パネルからの放射熱を利用した放射空調システムが知られている。
【０００３】
従来、この種の放射空調システムでは、室温により放射パネルの流量を比例制御又はＯＮ−ＯＦＦ制御している。しかしながら、ＯＮ−ＯＦＦ制御では室温変動幅が大きく、流量も常に変動する不安定な状態になる。また、安定化を目的に比例制御を採用しても放射パネルの流量変化と室温応答に大きな時間遅れが生じるため、結果的にＯＮ−ＯＦＦ制御に近い不安定な制御状態になるケースが多く、室内負荷に応じて放射パネルの能力や流量を安定して制御することが難しい。
【０００４】
一般に、このような時間遅れの原因としては、主に、放射パネル構成部材の熱抵抗により流量変化が放射パネルの表面温度変化として表れる迄に時間を要することや、放射パネル近傍の空気の移動速度が遅いため、室内に設置される温度センサ近傍の空気の温度変化までに時間を要することが考えられる。その結果、室温が不安定になるだけでなく、ポンプ動力の抑制制御への悪影響や冷温水温度の過度な上昇、下降による熱源の効率低下などにより、省エネルギー化の支障にもなり得る。
【０００５】
また、この種の放射空調システムでは、放射パネルの結露抑制及び熱源効率化のため、一般的に１５℃程度の比較的高温度の冷水を用いることが多い。この高温度の冷水の冷却には、地中熱や中間期から冬季の外気冷却（冷却塔）などの自然エネルギー活用による省エネルギー化が期待されるが、流量が不安定で水温が高低を繰り返す状態では自然エネルギーの安定利用が困難となる。
【０００６】
このような背景の下、従来、例えば、特許文献１に記載されているように、パネル表面温度、パネル往水温度及び還水温度、室温及び熱収支モデルから熱負荷を演算して予測し、パネルの冷水量を制御する放射空調システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１８−１４１５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の放射空調システムでは、熱負荷の演算結果が安全側に出ることが多く、必ずしも最適解とは言えないため、省エネルギー化を図ることが難しいといった問題や、放射パネルからの還水温度が成り行きとなるため、送水温度の最適化や自然エネルギーの活用に寄与できないといった問題がある。
【０００９】
また、上記した特許文献１に記載の放射空調システムでは、コントローラの開発コストや要所に設置される熱量計などのイニシャルコストが掛かるといった問題もある。
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、省エネルギー化及び自然エネルギーの活用を可能にすると共に、コストの削減を図ることのできる放射空調システム及びその制御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】
【００１１】
上記した目的を達成するため、本発明は、冷水又は温水が流通する放射パネルからの放射熱により室内空間の冷房又は暖房を行う放射空調システムであって、前記放射パネルへ冷水又は温水を供給するための往水配管と、前記放射パネルから冷水又は温水を還流するための還水配管と、前記還水配管に設けられる還水温度検出器と、前記室内空間に設けられる室内温度検出器と、前記還水温度検出器によって検出された還水温度が還水温度設定値となるように前記放射パネルを流通する流量を制御すると共、前記室内温度検出器によって検出された室内温度に基づき前記還水温度設定値を可変させるカスケード制御を行う制御装置と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、放射パネルの流量変化と室内温度の応答性や放射パネルを流通する流量の制御性を高めることができるため、放射パネルの放熱量、流量、及び水温の安定化を図ることができ、室内温度の安定化により快適性が向上すると共に、流量の安定化により搬送動力を低減させることができる。
【００１３】
本発明に係る放射空調システムにおいて、前記制御装置は、前記往水配管内の往水温度が前記還水温度に一定の温度差で追従するように制御してもよい。
【００１４】
これにより、システム全体の最適化を図り、効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係る放射空調システムにおいて、前記制御装置は、前記室内空間の負荷が大きくなる程、前記往水温度と前記還水温度との温度差が小さくなるように制御してもよく、前記室内空間の負荷が小さくなる程、前記往水温度と前記還水温度との温度差が大きくなるように制御してもよい。
【００１６】
これにより、搬送動力の削減や自然エネルギーの最大限の活用が可能となり、システム全体の効率をさらに高めることができる。
【００１７】
また、本発明は、冷水又は温水が流通する放射パネルからの放射熱により室内空間の冷房又は暖房を行う放射空調システムの制御方法であって、前記放射パネルから冷水又は温水を還流するための還水配管に設けられる還水温度検出器によって検出された還水温度が還水温度設定値となるように前記放射パネルを流通する流量を制御すると共、前記室内空間に設けられる室内温度検出器によって検出された室内温度に基づき前記還水温度設定値を可変するカスケード制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
これにより、放射パネルの流量変化と室内温度の応答性や放射パネルを流通する流量の制御性を高めることができるため、放射パネルの放熱量、流量、及び水温の安定化を図ることができ、室内温度の安定化により快適性が向上すると共に、流量の安定化により搬送動力を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、省エネルギー化及び自然エネルギーの活用を可能にすると共に、コストの削減を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る放射空調システムの構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態における放射パネルの能力と水温及び流量との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における放射パネルの流量と水温との関係を従来例と比較して示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における放射パネルの能力と流量との関係を従来例と比較して示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における放射パネルの往還水温度差を可変にした時の流量と水温との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における放射パネルの往還水温度差を可変にした時の放射パネルの能力と流量との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る放射空調システムの制御性の実験結果を従来方式の制御性と比較して示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る放射空調システムの試算モデルの構成を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る放射空調システムの試算モデルによる試算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る放射空調システム１の構成を示す説明図である。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る放射空調システム１は、放射パネル２からの放射熱によって室内空間に対して冷房又は暖房を行うものである。放射パネル２は、矩形薄板形状を有しており、例えば室内空間の天井面に複数配置される。放射パネル２の内部には、細い配管（図示省略）が配設されており、この配管内に冷水又は温水が流通するようになっている。なお、以下の説明では、放射パネル２の配管に冷水を流通させて室内空間を冷房する場合について説明する。
【００２３】
図１に示されているように、放射空調システム１は、熱源機３で作られた冷水を一次循環ポンプ４の駆動により放射パネル２へ冷水を供給するための往水配管５と、放射パネル２から熱源機３に冷水を戻すための還水配管６と、還水配管６に設けられる還水温度検出器７及び流量制御弁８と、室内空間に設けられる室内温度検出器９と、放射空調システム１の各種制御を行う制御装置１０と、を備えて構成されている。
【００２４】
このような構成を備えた放射空調システム１を制御する場合、制御装置１０は、還水温度検出器７によって検出された還水配管６内の還水温度が還水温度設定値Ｔｓとなるように流量制御弁８の開度を制御することで、放射パネル２の内部の前記配管を流通する冷水量を制御する。
【００２５】
図２に示されているように、熱源機３から放射パネル２に供給される送水温度が一定の場合、放射パネル２の放熱量（能力）と放射パネル２からの還水温度との関係は、放射パネル２の放熱量（能力）が増加するに従って還水温度が低下するといったほぼ直線的な関係になる。したがって、還水配管６内の還水温度が還水温度設定値Ｔｓとなるように冷水量を制御することより、放射パネル２の放熱量を制御することができる。
【００２６】
さらに、制御装置１０は、放射パネル２の放熱量と放射パネル２からの還水温度との前記関係を利用して、室内温度検出器９によって検出された室内温度に基づき還水温度設定値Ｔｓを可変させるカスケード制御を行う。
【００２７】
これにより、室内空間の負荷変動に放射パネル２の放熱量が追従し、室内空間の温度を一定に保つことが可能となる。また、この時、制御装置１０が還水温度設定値Ｔｓの変化速度を制御対象室内空間の負荷変動速度に近づけることで、室内空間の負荷量に対する過剰放熱を抑制し安定性の向上を図ることができる。
【００２８】
このように本発明の実施の形態に係る放射空調システム１では、還水温度を制御パラメータとして用いるため、還水温度設定値Ｔｓの変化に対して往水配管５を流通する往水温度を追従させる制御を容易に行うことができる。そこで、制御装置１０は、往水配管５内の往水温度が還水温度に一定の温度差で追従するように制御してもよい。
【００２９】
図３に示されているように、特に部分負荷時等において、熱源機３からの往水温度を還水温度に一定の温度差ΔＴで追従させて該往水温度を上昇させることで、熱源機３のＣＯＰ（Coefficient of Performance）を向上させることができる。なお、図３中の送水温度の破線部分は従来制御の場合を示している。
【００３０】
また、往水温度と還水温度との温度差ΔＴを一定に保つことにより、図４に示されているように、放射パネル２の放熱量（能力）と流量との関係は、従来のように送水温度一定で制御した場合の曲線（図４中の破線部分）からリニア特性の直線（図４中の実線）に近づくため、流量制御弁８にリニア特性の制御バルブを用いることにより、制御性をさらに向上させることができる。
【００３１】
さらに、往水温度と還水温度との温度差ΔＴを可変に制御することも容易になることから、図５及び図６に示されているように、制御装置１０は、室内空間の負荷が大きくなる程、往水温度と還水温度との温度差ΔＴが小さくなるように制御したり、或いは、室内空間の負荷が小さくなる程、その温度差ΔＴが大きくなるように制御したりしてもよい。
【００３２】
例えば、室内空間の負荷が大きい高負荷時は温度差ΔＴを小さくすることで放射空調システム１の能力を最大限発揮し、中負荷時は温度差ΔＴを大きくすることで放射空調システム１の搬送動力を削減することができる。さらに、このように制御することにより、放射パネル２への往水温度が上昇して温度差ΔＴが小さくなると、自然エネルギーを熱源として最大限活用することができるため、放射空調システム１全体の最適化や省エネルギー性の向上を容易に図ることができる。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態に係る放射空調システム１の制御性について、実大実験室の放射パネル２を使用して、従来方式と比較し、検証した。その結果、図７に示されているように、室温（２５℃に設定）、制御弁、還水温度、流量、処理熱量のすべての項目において、従来方式の場合には、暴れる現象が見られたのに対して、本発明の実施の形態に係る放射空調システム１（図７における本実施方式）の場合には、安定した結果を得ることができた。よって、本発明の実施の形態に係る放射空調システム１において、流量や熱量の安定化や部分負荷時の高温安定化等について、ほぼ期待通りの効果が得られることを確認することができた。
【００３４】
また、図８に示されているように、本発明の実施の形態に係る放射空調システム１に、熱源機３（ヒートポンプチラー）の手前に冷却塔１１を設置して自然エネルギーで予冷（プレクール）又はフリークーリングをする省エネ型熱源システム１２を導入したモデルにおいて、年間消費エネルギーのシミュレーションを実施した。その結果、図９に示されているように、省エネ型熱源システム１２を導入しない従来方式（１）との比較においては当然のこと、省エネ型熱源システム１２を導入した従来方式（２）と比べても、本発明の実施の形態に係る放射空調システム１では、少なくとも１０％以上の省エネルギー効果が見込めるという試算結果を得ることができた。
【００３５】
このように上記した本発明の実施の形態に係る放射空調システム１及びその制御方法によれば、従来の放射空調の応答性の悪さに起因する流量制御弁８の動作の不安定さを改善し、放射パネル２の能力、流量、及び水温の安定化を図ることができる。
【００３６】
また、放射パネル２からの還水温度を一定値に制御することで、自ずと流量も安定するため、全体の流量安定化にも繋がる。さらに、放射空調システム１の立ち上がり時のように放射パネル２の蓄熱の影響が極めて大きい場合でも、放射パネル２からの還水温度が設定値以下にならないように流量が制御されるため、過流量の抑制にも寄与することができる。
【００３７】
また、還水温度測定値から放射パネル２の放熱量を推定したり、正確に測定することが難しい放射パネル２の平均表面温度を推定したりすることが容易になる。そのため、熱量計や専用の温度センサ等を設けずに放射パネル２の放射量や温度を計測することができるため、コスト削減にも寄与することができる。
【００３８】
なお、上記した本発明の実施の形態の説明では、室内空間を冷房する時に放射空調システム１及びその制御方法を適用した場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、放射パネル２の配管に温水を流通させて室内空間を暖房する場合にも適用可能であることは言うまでもない。そして、暖房運転時にも冷房運転時と同様に、室内空間の負荷に応じて還水温度の設定可変制御と往水温度の追従制御を行うことで、放射空調システム１全体のＣＯＰを大きく向上させることができる。
【００３９】
また、本発明は、潜顕分離空調の顕熱コイルの制御、コンベクター、ドライコイル、床冷暖房設備等、放射パネル２以外の顕熱のみを処理する放熱器を備えた放射空調システムにも適用可能であり、いずれの場合にも安定化や高温化に上記したのと同等の効果を期待することができる。
【００４０】
さらに、上記した本発明の実施の形態の説明は、本発明に係る放射空調システム１及びその制御方法における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１    放射空調システム
２    放射パネル
５    往水配管
６    還水配管
７    還水温度検出器
９    室内温度検出
１０制御装置
【図１】
2020159671.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020159671.tif 000007
【図６】
2020159671.tif 000008
【図７】
2020159671.tif 000009
【図８】
2020159671.tif 000010
【図９】
2020159671.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月22日(2020.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷水又は温水が流通する放射パネルからの放射熱により室内空間の冷房又は暖房を行う放射空調システムであって、
前記放射パネルへ冷水又は温水を供給するための往水配管と、
前記放射パネルから冷水又は温水を還流するための還水配管と、
前記還水配管に設けられる還水温度検出器と、
前記室内空間に設けられる室内温度検出器と、
前記還水温度検出器によって検出された還水温度が還水温度設定値となるように前記放射パネルを流通する流量を制御することにより該放射パネルの放熱量を制御すると共、前記室内温度検出器によって検出された室内温度と室内温度設定値との温度差に基づき前記還水温度設定値を可変させるカスケード制御を行う制御装置と、
を備えていることを特徴とする放射空調システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記往水配管内の往水温度が前記還水温度に一定の温度差で追従するように制御する請求項１に記載の放射空調システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記室内空間の負荷が大きくなる程、前記往水温度と前記還水温度との温度差が小さくなるように制御する請求項２に記載の放射空調システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記室内空間の負荷が小さくなる程、前記往水温度と前記還水温度との温度差が大きくなるように制御する請求項２に記載の放射空調システム。
【請求項５】
冷水又は温水が流通する放射パネルからの放射熱により室内空間の冷房又は暖房を行う放射空調システムの制御方法であって、
前記放射パネルから冷水又は温水を還流するための還水配管に設けられる還水温度検出器によって検出された還水温度が還水温度設定値となるように前記放射パネルを流通する流量を制御することにより該放射パネルの放熱量を制御すると共、前記室内空間に設けられる室内温度検出器によって検出された室内温度と室内温度設定値との温度差に基づき前記還水温度設定値を可変するカスケード制御を行うことを特徴とする放射空調システムの制御方法。