(57)【要約】【課題】空調エリアにおける空調機のファンの消費電力を低減することで、空調システム全体の効率を向上させて消費エネルギー、環境負荷、ランニングコストの低減を図るようにした。【解決手段】空調エリア６に設けられた複数の空調機２と、複数の空調機２のそれぞれに接続された給気ダクト３と、給気ダクト３、３同士を連結する連結ダクト５とを備えている。空調エリアに必要な風量より、空調エリアに必要な送風量を供給するための総空調風量を算出し、総空調風量を所定台数の空調機２で均等になるように均等空調風量を設定し、その均等空調風量から空調機２あたりのファン２ａの運転回転数を算出する。空調機２の所定台数は、運転回転数が1台の空調機２の定格回転数の範囲内で設定された最低回転数より小さくならないように総空調風量を均等化させる最大の運転台数とする。そして、運転台数の空調機２を運転回転数で連携運転させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物に設けられていて空調を行なうための複数の空調機と、
前記複数の空調機のそれぞれに接続された給気ダクトと、
前記給気ダクト同士を連結する連結ダクトと、
を備え、
前記空調エリアに必要な風量及び風圧の少なくとも一方により、前記連結ダクトにより連絡された空調系全体に必要な送風量を供給するための総空調風量を算出し、
前記総空調風量を所定台数の空調機で均等になるように均等空調風量を設定し、その均等空調風量から空調機あたりのファンの運転回転数を算出し、
前記空調機の所定台数は、前記複数の空調機のうち、前記運転回転数が1台の空調機の定格回転数の範囲内で設定された最低回転数より小さくならないように前記総空調風量を均等化させる最大の運転台数とされ、
前記運転台数の空調機を、前記運転回転数で連携運転させることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記空調機の前記運転台数は、前記連携運転中に前記総空調風量の変化とともに前記運転回転数が増減したときに、ファンの定格回転数の範囲内で最大となるように設定されることを特徴とする請求項１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、複数の空調機が使用される大規模なビルや工場などの空調を行なう空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大規模なビルや工場などの空調では、互いに仕切られた状態又は仕切られていない状態の所定領域からなる空調区画毎に空調機が設けられている。一般的に空調機を使用した空調方法は、熱源機で所定温度の熱媒を作り出し、その熱媒を各空調区画の空調機に送るように構成されている。空調機は熱媒と室内空気との温度交換を行い、温度交換後の空気を室内へ供給し、空調を行う。空調機の制御方法は、空調区画ごとの空調負荷（必要風量）から、各空調区画に対応する空調機の空調能力（ファン回転数）が設定され、その空調能力に応じて各空調機が運転されるようになっている。
【０００３】
ところで、上述したような大規模な建物等では、空調区画が各階に複数設けられていて空調機の台数も複数となるうえ、それぞれの空調区画の空間の広さも異なっている場合も多くなっている。そのため、それらの空調機が適正に運転されているかどうかといった運転状態を監視するとともに適宜制御することで空調エリアの空調管理を行えるようにした空調機監視システムが必要とされ、例えば特許文献１に開示されているものがある。
特許文献１は、空調機にダクトを介して接続されていて空調区画内に適宜配置されている吹出し口が手動操作や故障などにより停止された場合に、その能力不足分を同じ空調区画内の他の吹出し口から供給する送風量を増やして補完するように制御したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６４２５４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、従来の空調システムでは、以下のような問題があった。
すなわち、建物の各空調区画では、広さや使用用途等によって空調区画内で必要な風量（空調負荷）の大きい空調区画と小さい空調区画とが混在している場合が多く、その際には各空調機の運転における空調能力に違いが発生することになる。つまり、例えば１００％の空調能力（ファンの回転数Ｎ）で空調機を運転させる必要のある空調区画と、６０％の空調能力で空調機を運転させる空調区画とが混在する場合がある。このように、空調機を略１００％といった高い空調能力（ファンの回転数Ｎ）で運転すると、Ｎ３∝Ｗの関係により空調機のファンの軸動力Wが大きくなり、ファンの消費電力量が増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、空調エリアにおける空調機のファンの消費電力を低減することで、空調空気の搬送効率を向上させて、消費エネルギー、環境負荷、ランニングコストの低減を図るようにした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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る空調システムでは、建物に設けられていて空調を行なうための複数の空調機と、複数の空調機のそれぞれに接続された給気ダクトと、給気ダクト同士を連結する連結ダクトとを備え、空調エリアに必要な風量及び風圧の少なくとも一方により、連結ダクトにより連絡された空調系全体に必要な送風量を供給するための総空調風量を算出し、総空調風量を所定台数の空調機で均等になるように均等空調風量を設定し、その均等空調風量から空調機あたりのファンの運転回転数を算出し、空調機の所定台数は、複数の空調機のうち、運転回転数が1台の空調機の定格回転数の範囲内で設定された最低回転数より小さくならないように総空調風量を均等化させる最大の運転台数とされ、その運転台数の空調機を、運転回転数で連携運転させることを特徴としている。
【０００８】
本発明では、建物内に配置されている複数の空調機を管理し、それら空調機における送風量の制御を行うものであって、空調機の運転台数と空調機１台あたりの空調風量（ファンの回転数）とを制御して連携運転するようになっている。つまり、連結ダクトにより連絡された空調系全体に必要な風量及び風圧の少なくとも一方より総空調風量を算出し、その総空調風量を設定された運転台数の空調機で均等になるように均等空調風量を設定して空調機１台あたりのファンの運転回転数を算出し、設定された運転台数の空調機を均等化されたファンの運転回転数で連携運転させることができる。つまり、空調エリア内の複数の空調機（給気ダクト）が連結ダクトによって連結されていることから、なるべく多くの空調機を使用し、各空調機のファンの運転回転数を小さくして運転することで、空調エリア内において例えば１００％の空調風量（ファンの運転回転数）で運転される空調機をなくすことができ、空調エリアの空調機のファンの軸動力を小さくしてファンの消費電力を低減することができる。
【０００９】
また、本発明に係る空調システムでは、空調機の運転台数は、連携運転中に総空調風量の変化とともに運転回転数が増減したときに、ファンの定格回転数の範囲内で最大となるように設定されることが好ましい。
【００１０】
本発明では、例えば均等空調風量が変化して空調機のファンの定格回転数の範囲内で設定された最低回転数より小さくなる場合には、空調機の運転台数を減らして１台あたりのファンの運転回転数が前記最低回転数以上となるように空調機の運転台数を設定して、それら空調機を連携運転させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空調システムによれば、複数の空調機のそれぞれの給気ダクト同士が接続されているので、複数の空調機を連携運転させることができる。そして、総空調風量を運転台数の空調機で均等になるように均等空調風量（ファンの運転回転数）でそれぞれの空調機を運転させることができるため、連結ダクトにより連絡された空調系全体の空調機のファンの軸動力を小さくすることができ、ファンの消費電力を低減して空調システム全体の効率を向上させて、消費エネルギー、環境負荷、ランニングコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態による空調システムの概要を示す構成図である。
【図２】空調システムの運転状態を説明するための図である。
【図３】実施の形態の他の例による空調システムの概要を示す図である。
【図４】実施の形態の他の例による空調システムの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明による空調システムについて、図１および図２に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施の形態による空調システム１は、例えば大規模なビルや工場等の建物において複数の空調機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ）を使用して空調を行なう場合に採用されるものである。本実施の形態による空調エリア６は、所定の広さを有する４つの空調区画Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４からなる空間となっている。ここで、第１〜第４空調区画Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれの広さは、図１ではほぼ同じになっているが、異なっていてもよい。
【００１４】
空調システム１は、空調エリア６の空調区画Ｒ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）のそれぞれに空調機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ）が設けられ、各空調機２にはそれぞれの各空調区画Ｒ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）内に配置された変風量装置、定風量装置または吹出口（以下、本実施の形態では「変風量装置４」とする）に連結される給気ダクト３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）が設けられている。各空調機２には、ファン２ａが設けられている。空調機２としては、エアハンドリングユニット（ＡＨＵ）、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）、パッケージ型等の空気調和機器を使用することができる。
空調機２に接続される給気ダクト３は、変風量装置４、４、…に連結させるように枝分かれした状態で設けられている。
【００１５】
そして、隣接する空調区画Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４において空調機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの給気ダクト３、３同士は、連結ダクト５（図中両矢印で示されている第１〜第４連結ダクト５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ）によって接続されている。具体的には、第１空調区画Ｒ１における給気ダクト３Ａは、第２空調区画Ｒ２の給気ダクト３Ｂ及び第３空調区画Ｒ３の給気ダクト３Ｃにそれぞれ第１連結ダクト５Ａ、第２連結ダクト５Ｂによって連結されている。また、第４空調区画Ｒ４における給気ダクト３Ｄは、第２空調区画Ｒ２の給気ダクト３Ｂ及び第３空調区画Ｒ３の給気ダクト３Ｃにそれぞれ第３連結ダクト５Ｃ、第４連結ダクト５Ｄによって連結されている。つまり、１台の空調機２とその給気ダクト３とは、第１〜第４空調区画Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４毎に独立して配置されており、連結ダクト５によって各給気ダクト３、３同士が接続された構成となっている。
【００１６】
次に、このように構成される空調システム１の空調方法について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本空調システム１は、空調エリア６内に配置されているすべて又は複数の空調機２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ）を管理し、それら空調機２における送風量の制御を行うものであって、空調機２の運転台数と１台の空調機２あたりの空調風量（ファン２ａの運転回転数）とを制御するようになっている。
【００１７】
すなわち、具体的な空調方法は、先ず空調区画Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれの必要風量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４（つまり、室内空調負荷）を設定し、それら必要風量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の合計値（総必要風量Ｑ０）を算出する。このとき、空調機２毎の必要風量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、各空調機２の給気ダクト３に配置される複数の変風量装置４、４、…の必要風量を合算して算出される。
【００１８】
そして、算出された総必要風量Ｑ０を運転台数（後述する）の空調機２で均等按分となるように空調風量（これを「均等空調風量」という）を設定し、この均等空調風量から空調機１台あたりのファン２ａの運転回転数Ｎを算出し、設定された運転台数の空調機２を均等化されたファン２ａの運転回転数Ｎで連携運転させるようにする。つまり、ファン２ａの運転回転数は、総空調風量を空調機２の運転台数で割った空調風量平均値を発生する回転数となる。
要するに、なるべく多くの空調機２、２、…を使用し、各空調機２の均等空調風量（ファン２ａの運転回転数Ｎ）を小さくして運転することで、空調エリア６内において例えば１００％の空調風量（ファンの運転回転数）で運転される空調機をなるべく少なくすることができ、空調エリア６全体の空調機２のファン２ａの軸動力Ｗを小さくすることができる空調方法となっている。
【００１９】
ここで、上述した空調機２の運転台数について説明する。ファン２ａは正常に駆動するために、空調機の定格回転数の範囲内で設定され最低回転数以上であることが必要となることから、上述した算出方法によって得られた各空調機２のファン２ａの運転回転数が前記最低回転数より小さくならないように総空調風量を均等化させる空調機２の最大の運転台数が設定されている。例えば、ファン２ａの運転回転数Ｎが最低回転数より小さくなる場合には、空調機２の運転台数を減らして１台あたりの空調風量（ファン２ａの回転数Ｎ）が最少風量以上となるように空調機２の運転台数が設定されることになる。
【００２０】
そして、空調機２が連携運転中において、必要風量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が変化して総必要風量Ｑ０が増減する場合にも、その総必要風量Ｑ０に応じて上述した算出方法によって空調機２の運転台数が設定され、その運転台数の空調機２によってファン２ａの運転回転数で運転される。例えば、総必要風量Ｑ０が減少する場合には、上述したように１台の空調機２あたりの運転回転数Ｎがファン２ａの最低回転数より小さくなるため、空調機２の運転台数を１台減らして運転回転数Ｎを最低回転数以上とし、その減らした台数の空調機２によって連携運転させるようにする。
【００２１】
また、総必要風量Ｑ０が増加する場合には、各空調機２のファン２ａの運転回転数Ｎが設定された回転数を超えたときに、空調機２の台数を１台増やし、１台あたりの運転回転数Ｎを小さくして運転させる。
つまり、運転される各空調機２の均等空調風量（ファン２ａの運転回転数）は、好ましくは１００％とせずに、且つファン２ａの最低回転数以上で、なるべく小さくなるように設定される。これにより、空調エリア６内において例えば１００％の空調風量（ファン２ａの運転回転数）で運転される空調機をなくすことができ、空調エリア６全体のファン２ａの軸動力ＷをＮ３∝Ｗの関係により小さくさせることができ、空調機２内のファン２ａの消費電力を低減させることができる。
【００２２】
次に、上述した本実施の形態による空調システム１の作用について、さらに具体的に説明する。
図２は、本実施の形態の空調システム１の一部（第１空調区画Ｒ１及び第２空調区画Ｒ２）を示したものであり、２台の第１及び第２空調機２Ａ、２Ｂを連携運転させた状態を示している（下記、「実施例」に相当）。
そして、表１は、上記実施例と、２台の第１及び第２空調機２Ａ、２Ｂが連携運転されずに単独運転される比較例との運転動力を比較した一例を示している。表１に示すように、実施例、比較例ともに一方の空調機２（符号２Ａの第１空調機）の空調負荷が１００％で、他方の空調機２（符号２Ｂの第２空調機）の空調負荷が６０％であり、２台の総空調風量が１６０％となる空調条件となっている。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
従来例では、第１空調機２Ａと第２空調機２Ｂとが連結されず且つ連携運転する構成ではないので、１００％の空調負荷が必要な第１空調機２Ａの空調風量（ファン２ａの運転回転数Ｎ）が１００％で運転され、６０％の空調負荷が必要な第２空調機２Ｂの空調風量（ファン２ａの運転回転数Ｎ）が６０％で運転される。そのため、ファン２ａの軸動力（以下、ファン動力Ｗ）は、Ｎ３∝Ｗの関係により第１空調機２Ａで１００％、第２空調機２Ｂで略２２％となって合計で略１２２％となる。
これに対して、実施例では、１６０％の総空調風量を２台で均等（８０％ずつ）にして連携運転が行なわれることから、第１空調機２Ａ及び第２空調機２Ｂのそれぞれのファン動力Ｗは５２％ずつとなって合計で略１０４％となる。
そのため、実施例では、比較例に対して１８％のファン動力Ｗの削減を図ることができ、空調のエネルギー効率の向上を図ることができる。
【００２５】
さらに、本空調システム１では、図１に示すように、すべての空調機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ（給気ダクト３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）が互いに連結されて連携運転させることができるので、空調区画Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のうちいずれかの空調区画において、必要風量が１００％より小さい空調区画があるときに、その区画における送風量の余力分を必要風量が１００％を超える空調区画に回して補完することができる。
【００２６】
ここで、表２は、表１と同様の設備形態をなす実施例及び比較例を示したものである。
表２に示すように、第１空調機２Ａの空調負荷が１１６％で１００％を超え、第２空調機２Ｂの空調負荷が８０％である場合に、両空調機２Ａ、２Ｂの均等空調風量（ファン２ａの運転回転数）を９８％として運転することで、合計で１９６％の空調風量となり、第２空調機２Ｂの余力分（１８％）を第１空調機２Ａに回すことができる。なお、表２に示す従来例では、各空調機２における最大空調風量（１００％）を超える送風量を供給することができない構成となっている。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
上述した本実施の形態による空調システム１では、複数の空調機２、２、…のそれぞれの給気ダクト３、３同士が接続されているので、運転台数の空調機２を連携運転させることができる。そして、総空調風量を運転台数の空調機２で均等になるように均等空調風量（ファン２ａの運転回転数Ｎ）でそれぞれの空調機２を運転させることができるため、空調エリア６全体の空調機２のファン２ａの軸動力Ｗを小さくすることができ、ファン２ａの消費電力を低減して空調システム全体の効率を向上させて、消費エネルギー、環境負荷、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００２９】
以上、本発明による空調システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では第１〜第４空調区画Ｒ１〜Ｒ４の空調エリア６で、各空調区画に対応する第１〜第４空調機２Ａ〜２Ｄが設けられているが、これに限定されることはなく、空調区画数、空調機２の設置台数等は空調エリア６の大きさ、形状、用途等に応じて任意に設定することができる。
【００３０】
また、本実施の形態では空調区画毎に１台の空調機２を設けているが、１つの空調区画に対して１台の空調機２といった形態に限定されることはなく、例えば１つの空調区画を２台の空調機２、２を設けるようにしてもよい。そして、本実施の形態では、空調区画間が仕切られた状態としているが、これに制限されることはなく、双方の空調区画間が通路等によって連通されている。または仕切られていなくてもかまわない。
【００３１】
そして、複数の空調機２、２、…（給気ダクト３、３、…）の連結形態は、本実施の形態に限定されることはない。例えば図３に示すようなヘッダーダクト形式による連結形態や、図４に示すようなバイパスダクト形式による連結形態であってもかまわない。
また、本実施の形態では空調機２の運転台数と各空調機２の均等空調風量（ファン２ａの運転回転数Ｎ）とを、全ての空調区画に必要な風量（総必要風量Ｑ０）に基づいて設定しているが、風量であることに限定されることはなく、風圧（総必要風圧）、或いは風量と風圧の両方であってもよい。
さらに、本実施の形態では符号４を変風量装置としているが、これに代えて定風量装置、吹出口等であってもかまわない。
【符号の説明】
【００３２】
１  空調システム
２  空調機
３  給気ダクト
４  変風量装置
５  連結ダクト
６  空調エリア
Ｒ  空調区画
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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