(57)【要約】【課題】顕熱処理と潜熱処理を分離してシステム全体として効率的な省エネルギー運転を可能とする有効適切な空調システムを提供する。【解決手段】室内設定温度以下かつ室内空気の露点温度以上に設定した冷熱源水を調製する熱源装置１と、冷熱源水により室内空気を冷却して室内顕熱負荷のみを処理する主空調機２と、冷熱源水を利用して外気負荷を処理する副空調機３とを具備する。副空調機３は、冷熱源水を放熱源として利用して外気を露点温度以下に冷却して冷却除湿する冷却機３ａと、冷却機の後段に設置されて冷却除湿後の外気を冷熱源水により再熱する再熱コイル３ｃとを有する。熱源装置１を水冷式の冷水発生器としてその冷却塔１ｂにより冷熱源水を直接冷却可能とする。副空調機３は全熱交換器３ｄを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕熱と潜熱を分離処理する空調システムであって、
室内設定温度以下かつ室内空気の露点温度以上に設定した冷熱源水を調製する熱源装置と、前記冷熱源水により室内空気を冷却して室内顕熱負荷のみを処理する主空調機と、前記冷熱源水を利用して外気負荷を処理する副空調機とを具備し、
前記副空調機は、前記冷熱源水を放熱源として利用して外気を露点温度以下に冷却して冷却除湿する冷却機と、該冷却機の後段に設置されて冷却除湿後の外気を前記冷熱源水により再熱する再熱コイルとを有してなることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
請求項１記載の空調システムであって、
前記熱源装置は冷却塔を備えた水冷式の冷水発生器から構成され、かつ前記冷却塔は大気との熱交換により冷熱源水を直接冷却可能であることを特徴とする空調システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の空調システムであって、
前記副空調機には前記冷却機の前段に全熱交換器が設置され、該全熱交換器によって外気と室内からの排気との間で顕熱および潜熱の熱交換可能であることを特徴とする空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕熱と潜熱を分離処理する構成の空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、建物を対象とする空調システムはセントラル方式と個別方式に大別される。
前者は冷凍機やボイラ等の熱源装置から、各所に設置した空調機に対して熱媒体を循環供給するもので、現在では熱源装置としてたとえば大規模なヒートポンプ式の冷温水発生器を使用し、熱媒体としての冷温水（冷房時は冷水、暖房時には温水）を空調機としてのＡＨＵ（エアハンドリングユニット）やＦＣＵ（ファンコイルユニット）に供給するものが最も一般的である。
後者は、各部屋毎あるいは比較的小規模のゾーン毎に個別に空調を行うもので、室内ユニットと水冷式あるいは空冷式の室外ユニットとの間で冷媒を循環させて冷温水あるいは冷温風をそれ自体で調製するＰＡＣ（パッケージタイプの空調装置）を各所に分散配置するものが最も一般的である。
【０００３】
ところで、冷房時に冷水をＦＣＵやＡＨＵ等の空調機に循環供給するセントラル方式の空調システムでは、冷房時における顕熱処理と潜熱処理の双方を空調機の冷却コイルにより同時に行うものである。
すなわち、この種の空調システムでは、処理するべき室内空気や外気あるいはそれらの混合空気を冷却コイルを通過させる際に冷却する（顕熱処理）と同時に、処理空気中の水分を冷却コイルの表面で結露させてドレンとして除去して除湿する（潜熱処理）ようになっている。
【０００４】
したがって、このような従来一般の空調システムでは、特に潜熱処理のための冷却除湿を効率的に行うために冷水温度を充分に低く設定する必要がある。具体的には、室内設定温度が２５℃程度、相対湿度が５０％程度とされる場合には、室内空気の露点温度は１４℃程度であるので、冷水温度を５〜７℃程度とすることが通常である。
そして、そのように冷水温度を充分に低く設定することから、従来一般の空調システムでは熱源装置の成績係数を改善することが困難であって必ずしも効率的な運転がなされておらず、省エネルギーの観点からは好ましくないものである。
【０００５】
そこで、熱源装置の成績係数を改善してより効率的な運転を行うことを目的として、顕熱と潜熱とを分離して処理するという手法が検討されている。
すなわち、熱源装置の成績係数を改善するためには冷水温度を可及的に高く設定すれば良いから、顕熱処理が可能な範囲で冷水温度を露点温度以上に高く設定することにより冷却コイルでは顕熱処理のみを行い、それにより処理することのできない潜熱は他の手法、たとえば各種の除湿剤による化学的な除湿処理により行うことが検討され、そのための所謂デシカント空調システムについての提案もなされている。
【０００６】
また、冷水循環による空調システムではないが、特許文献１には顕熱処理専用の熱交換器と潜熱処理専用の熱交換器を備えた換気空調装置により顕熱と潜熱を分離処理するという空調システムについての提案がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３６９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
デシカント空調システムは、大型の空調機を必要として多大な設置スペースを要するし、除湿剤を加熱して再生するための設備や手間を必要とし、したがって建物を対象とする空調システムとしては現実的ではなく普及するに至っていない。
【０００９】
また、特許文献１に示される換気空調装置は、２つの熱交換器（直膨コイル）と複雑な冷媒回路を備える極めて特殊なＰＡＣであるので、通常のＰＡＣに比較して設備費や制御性、保守性の点で難があって一般的には採用し難いし、大規模な建物を対象とするセントラル方式の空調システムに適用できるものではない。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明はＦＣＵやＡＨＵ等の空調機への冷水循環による一般的なセントラル方式の空調システムを基本としながら、顕熱処理と潜熱処理を有効に分離することにより冷水温度を充分に高めることを可能とし、以てシステム全体として効率的な省エネルギー運転を可能とする有効適切な空調システム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】
本発明は顕熱と潜熱を分離処理する空調システムであって、室内設定温度以下かつ室内空気の露点温度以上に設定した冷熱源水を調製する熱源装置と、前記冷熱源水により室内空気を冷却して室内顕熱負荷のみを処理する主空調機と、前記冷熱源水を利用して外気負荷を処理する副空調機とを具備し、前記副空調機は、前記冷熱源水を放熱源として利用して外気を露点温度以下に冷却して冷却除湿する冷却機と、該冷却機の後段に設置されて冷却除湿後の外気を前記冷熱源水により再熱する再熱コイルとを有してなることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、熱源装置を冷却塔を備えた水冷式の冷水発生器から構成し、かつその冷却塔によって冷熱源水を大気との熱交換により直接冷却可能とすることが好ましい。
また、副空調機には冷却機の前段に全熱交換器を設置し、該全熱交換器によって外気と室内からの排気との間で顕熱および潜熱の熱交換可能とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の空調システムによれば、主空調機により室内顕熱負荷のみを処理し、副空調機により潜熱処理した外気を室内に供給することにより、顕熱と潜熱とを分離処理して室内の温度および湿度を設定温度および設定湿度に支障なく維持することができる。
したがって、主空調機における顕熱処理のための冷熱源水の水温を充分に高くできることから熱源装置における成績係数を充分に改善し得るし、副空調機においてはその冷熱源水を利用して冷却機による潜熱処理を効率的に行うことができるし、再熱コイルにおいては冷熱源水を利用して再熱を行うのでそれによる冷熱源水への熱回収効果も得られて、充分に効率的な省エネルギー運転が可能である。
さらに、冷熱源水を冷却塔により直接冷却することにより冷熱源水を介しての間接的な外気冷房が可能であるし、副空調機に全熱交換器を備えて排気から外気への全熱回収を行うことにより熱回収効果をさらに向上させる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態である空調システムの概要図である。
【図２】同、運転パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明の空調システムの実施形態を示す概要図である。
本実施形態は建物を対象とするセントラル方式の空調システムであって、屋上等に設置した熱源装置１においてたとえば１６℃程度の水温に設定した冷熱源水を調製し、その冷熱源水を各階に設置した主空調機２および副空調機３に循環供給させることにより、主空調機２において室内顕熱負荷の処理のみを行い、かつ副空調機３においては外気負荷（外気顕熱負荷および外気潜熱負荷）を処理することを主眼とする。
【００１６】
本実施形態における熱源装置１はチリングユニット１ａおよび冷却塔１ｂからなる水冷式の冷水発生器（所謂チラー）であって、通常のチラーと同様に５〜７℃程度の冷水を調製可能なものではあるが、本発明においてはそのような冷水よりはかなり高い中温水ともいうべき１６℃程度の冷熱源水を調製するものである。
冷熱源水の水温は、主空調機２での室内顕熱負荷は処理可能であるが室内潜熱負荷は処理しない範囲、すなわち室内設定温度以下かつ室内空気の露点温度以上の範囲に設定されるものである。具体的には、室内設定温度は通常２５℃程度とされ、その露点温度は１４℃程度であるから、本実施形態では冷熱源水の水温をたとえば１４〜２０℃の範囲で設定することとし、負荷により最適に設定する。
【００１７】
熱源装置１を構成しているチリングユニット１ａと冷却塔１ｂとは、それらの間で冷却水を循環させるための冷却水管４（往管４ａおよび還管４ｂ）により接続されている。
そして、チリングユニット１ａにより調製された冷熱源水は図示しないポンプによって冷熱源水主管５（往管５ａおよび還管５ｂ）を通して建物内全体に循環供給され、さらに冷熱源水分岐管６（往管６ａおよび還管６ｂ）を通して各ゾーンに設置されている主空調機２および副空調機３に対して循環供給されるようになっている。
さらに、冷却水管４と冷熱源水主管５とはバイパス管７（往管７ａおよび還管７ｂ）により接続されていて、中間期においては冷熱源水をチリングユニット１ａにより調製することに代えて冷却塔１ｂにより大気との熱交換により冷熱源水を直接冷却し得るようになっており、これにより後述するように冷熱源水を利用しての間接的な外気冷房（フリークーリング）を行うことが可能とされている。
【００１８】
主空調機２は顕熱処理のためのものであるが、この主空調機２としては通常のＦＣＵを用いることが可能であって、それが備えている冷却コイルに冷熱源水分岐管６から冷熱源水をそのまま供給して室内空気を冷却コイルにより冷却して給気として吹き出すことにより、室内温度を設定室温に維持することができる。
この場合、冷熱源水の水温は通常の冷水よりも高いことから給気の吹き出し温度は通常のＦＣＵによる場合に比べて高くなり、したがって同等の冷房能力を確保するための所要風量は大きくなるから、所望の冷房効果が得られるように給気量を適正に調整すれば良い。
なお、冷熱源水の水温が露点温度以上とされていることからこの主空調機２では潜熱処理がなされず（除湿されない）、したがってここではドレンは発生しないから、通常のＦＣＵに備えられているドレンパンやドレン配管は省略することも可能である。
【００１９】
副空調機３は実質的に外気処理のための外調機として機能するものであるが、本実施形態では上記の主空調機２では処理し得ない潜熱をここで処理して室内相対湿度を適正に維持するものである。
この場合、上記のような中温水ともいうべき比較的高温の冷熱源水で外気を単に冷却することでは効率的な潜熱処理は望めないので、この副空調機３には外気を確実に露点温度以下にまで冷却して効率的に冷却除湿するための冷却機３ａを備えている。
冷却機３ａは冷熱源水を放熱源として利用することによりそれ自体が小型の水冷パッケージタイプの空調装置（ＰＡＣ）として機能するものである。すなわち、冷却機３ａは、冷熱源水分岐管６により供給される冷熱源水によって凝縮器を冷却して最終的には上記の冷却塔１ｂから大気に放熱させることにより、冷媒ガスを蒸発器（直膨コイル）としての冷却コイル３ｂにおいて充分に低温で蒸発させるものであり、その冷却コイル３ｂに外気を通すことによって外気を露点温度以下に確実に冷却して効率的に冷却除湿を行うことが可能なものである。
【００２０】
上記の冷却機３ｂにより冷却除湿した外気はそのまま室内に供給することでも良く、その場合は充分に低温の外気による冷房効果も得られるから、通常の冷房時にはそれを見越して主空調機２の運転を行えば良いが、中間期等においては室内温度を低下させることなく除湿のみを行う必要もあるので、副空調機３には冷却コイル３ｂの後段に再熱コイル３ｃを備えている。
再熱コイル３ｃにも冷熱源水分岐管６から冷熱源水が供給されるものであって、冷却コイル３ｂにより冷却除湿された外気がこの再熱コイル３ｃにおいて室内温度程度となるように冷熱源水によって加温されるようになっている。この場合、冷熱源水は再熱コイル３ｃにおいて低温外気により冷却されることになるから、外気を潜熱処理するために利用された冷熱源水の冷熱の一部がここで熱回収されることになる。
【００２１】
また、副空調機３により室内に外気を供給することからその外気量相当分の排気を行う必要があるので、副空調機３はそのための排気装置としても機能するものとされている。
そして、副空調機３には冷却機３ａの前段に外気と排気との間で顕熱および潜熱の熱交換を行うための全熱交換器３ｄが備えられており、それにより室内からの排気に伴って失われる顕熱と潜熱の一部を回収しつつ効率的な換気がなされるようになっている。
【００２２】
図２は上記の空調システムの運転パターンの一例を一覧として示すものである。
夏期における通常の冷房時には、（１）欄に示すように、冷熱源水の水温を１６℃程度に調整して主空調機２により顕熱処理を行う。また、副空調機３における外気処理は、全熱交換器３ｄにより排気との全熱交換を行うことに加えて冷却機３ａにより冷却除湿を行う。再熱コイル３ｃによる再熱はせずに冷却除湿後の低温外気をそのまま室内に供給する。
なお、冷房負荷がピークを超えるような場合には冷熱源水の水温をさらに低下させてたとえば１４℃程度に設定し、それにより冷熱源水の往還の温度差を大きくして冷房能力を高めることも考えられる。但し、冷熱源水の水温をあまり低くすることは熱源装置１の成績係数を低下させることになって本システムの主旨にもとるから、あくまで露点温度以上に維持すべきである。
【００２３】
外気冷房は無理であるが外気処理を必要とするほどではない状況の中間期においては、（２）欄に示すように、１６℃程度に調整した冷熱源水により主空調機２において室内顕熱処理のみを行う。外気処理は冷却機３ａによる冷却除湿や再熱コイル３ｃによる再熱は行わずに、全熱交換器３ｄによる熱回収をしながらの換気のみを行う。
【００２４】
外気冷房が可能な中間期には、（３）欄に示すように、熱源装置１における管路を切り換えて冷熱源水を冷却塔１ｂにより直接冷却するフリークーリングを行い（その場合、冷熱源水の水温は外気条件に応じて成り行きとなる）、外気はそのまま導入するか、あるいは必要に応じて再熱コイル３ｃを冷却コイルとして使用して冷熱源水により外気を冷却してから供給すれば良い。排気との全熱交換は外気冷房効果が有利に得られる場合にのみ行えば良く、不利となる場合には全熱交換器３ｄをバイパスさせれば良い。
なお、従来一般の外気冷房は外気を室内に直接導入することにより潜熱負荷が増大あるいは加湿負荷が生じるが、本システムのように外気により冷熱源水を冷却してその冷熱源水により間接的な外気冷房を行うことによりそのような不具合は生じない。
【００２５】
梅雨時のような中間期の多湿期においては、（４）欄に示すように、冷却機３ａにより冷却除湿した外気をさらに再熱コイル３ｃにより再熱して室温として供給することにより、室温を低下させることなく除湿のみを行うことができる。
【００２６】
なお、冬期における暖房時には、冷熱源水に代えて通常の水温に調整した温水（たとえば４０℃程度）を主空調機２および副空調機３に供給して通常の暖房運転を行えば良い。この場合、副空調機３における冷却機３ａは当然に使用する必要はなく、それに代えて加湿器により加湿を行い、再熱コイル３ｃは単なる加熱コイルとして使用してそれに温水を供給し、全熱交換器３ｄはそのまま使用して排気からの熱回収を行えば良い。
【００２７】
以上の構成による空調システムは、主空調機２により室内顕熱負荷のみを処理し、副空調機３により主として潜熱処理した外気を室内に供給して室内空気の一部を排気することにより、顕熱と潜熱とを分離処理しつつ室内の温度および湿度を設定温度および設定湿度に維持することが可能なものである。
そして、主空調機２における顕熱処理のための冷熱源水の水温を充分に高くできることから熱源装置１における成績係数を充分に改善し得るし、副空調機３における潜熱処理は冷熱源水を利用して冷却機３ａにより効率的に行うことができ、再熱コイル３ｃによる熱回収効果も得られ、さらに冷却塔１ｂによるフリークーリングや、全熱交換器３ｄによる熱回収効果も得られるものであり、以上のことから本システムは充分に効率的な省エネルギー運転が可能である。
【００２８】
勿論、本システムは顕熱と潜熱を分離処理するとはいえ基本的には一般的なセントラル方式の空調システムを踏襲したものであって、デシカント空調システムのような特異な除湿処理を行うものではないし、また特許文献１に示されるような特殊なＰＡＣによる個別空調方式とするものでもないから、そのような一般的とはいえない特殊なシステムによる場合のデメリットを回避することができ、システム全体を最も効率的に運用することが可能である。
【００２９】
以上で本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば以下に列挙するような応用や変形が可能である。
【００３０】
室内で発生する潜熱の処理は、副空調機３により潜熱処理した外気を室内湿度よりも低い状態で供給するとともに室内から排気を行って適正な換気を行うことにより、室内湿度を適正に維持することが可能である。また、室内での発生潜熱が多いような場合には必要に応じて室内空気の一部を副空調機３により通して潜熱処理することも考えられ、その場合には排気の一部を冷却機３ａにより冷却除湿して室内に戻すように循環させれば良い。
【００３１】
上記実施形態では主空調機２としてＦＣＵを採用し、図１ではそれを天井設置型（天井隠蔽型あるいは天井吊り型）のように図示しているが、それに限るものでは勿論なく、主空調機２としてはＡＨＵも採用可能であるし、床置型その他の形式のものを任意に採用可能である。
副空調機３についても冷却機３ａと冷却コイル３ｂ、再熱コイル３ｃを組み込んだものであればその形式や設置形態は任意である。また、上記実施形態のように副空調機３は換気装置としても機能するものとして全熱交換器３ｄを備えることが好ましいが、必ずしもそうすることはなく、全熱交換器３ｄが不要であれば省略しても良いし、さらには排気は他の手段（別途設置した排気ファンなど）によることとして、副空調機３は単に外気を処理して室内に供給するだけの外調機とすることも考えられる。
【００３２】
熱源装置１としては、上記実施形態のように水冷式の冷水発生器としてその冷却塔１ｂによるフリークーリングを可能とすることが好ましいが、それに限るものでもなく、１４〜２０℃程度の冷熱源水を調製できるものであれば適宜の熱源装置（たとえば空冷ヒートポンプやガス焚き冷温水発生器等）も採用可能である。
【００３３】
本発明の空調システムはセントラル方式によることを基本とするが、その限りにおいて建物の用途や使用形態に応じて任意のゾーニングを行えば良いし、ゾーニング内をさらにペリメーターゾーンとインテリアゾーンとに区分することも任意であり、その場合には顕熱負荷が比較的大きいペリメータゾーンに主空調機２を設置し、潜熱負荷が比較的大きいインテリアゾーンに副空調機３を設置することが好ましい。
また、局所的に高顕熱負荷のエリアは主空調機２を増設すれば対応でき、さらに高負荷な場合は副空調機３を増設すれば簡単に改修対応可能である。
なお、大規模なセントラル方式の空調システムでは各ゾーンでの稼働率にばらつきが生じてシステム全体がピーク負荷にて運転されることは殆どないし、各ゾーンでの余裕分を他のゾーンに振り分けることも可能であるから、それを前提として熱源装置１に過度の余裕率や安全率を見込むことなく経済的な設計を行うことができる。
また、各ゾーンの設備容量を当初からピーク負荷に対応して設定した場合、実際の稼働状況によっては過剰設備となることもあるから、実際の稼働状況に応じて適宜増設することが可能な設計としておいて当初は必要最小限の容量とした経済設計も可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  熱源装置
１ａ  チリングユニット
１ｂ  冷却塔
２  主空調機
３  副空調機
３ａ  冷却機
３ｂ  冷却コイル
３ｃ  再熱コイル
３ｄ  全熱交換器
４  冷却水管
５  冷熱源水主管
６  冷熱源水分岐管
７  バイパス管
【図１】
2011058676.tif 000003
【図２】
2011058676.tif 000004