(57)【要約】【課題】冬期及び中間期にフリークーリングを実施し、省エネルギー運転が可能な空調装置において、フリークーリングを行う期間及び時間を拡大し、省エネルギー効果を向上する。【解決手段】外調機２０及び内調機３０から吹き出される空気によって、クリーンルーム１０の温度・湿度条件を設定された所定の状態に保持する空調装置の運転制御方法であって、外気の温度・湿度条件を監視し、外気温度がクリーンルームの温度・湿度条件に対応する露点温度以下となったとき、冷凍機４０から外調機２０及び内調機３０の冷却コイル２２，３２に供給される冷水温度を自動的に外気温度に上昇させ、その後冷凍機４０の運転を停止し、冷却コイル２２，３２に冷却塔４１によって冷却された冷水を供給し、フリークーリングを実施する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機から吹き出される空気によって室内の温度及び湿度条件を所定の状態に保持する空調装置の運転制御方法であって、外気の温度及び湿度条件を監視し、外気温度が前記室内の温度及び湿度条件に対応する露点温度以下となったとき、前記空調機に供給される冷凍機からの冷水温度を前記外気温度に上昇させてフリークーリングを実施することを特徴とする空調装置の運転制御方法。
【請求項２】
空調機から吹き出される空気によって室内の温度及び湿度条件を所定の状態に保持する空調装置の運転制御装置であって、外気の温度及び湿度条件を監視する手段と、外気温度が前記室内の温度及び湿度条件に対応する露点温度以下となったことを検出する手段と、外気温度が前記露点温度以下となったことが検出されたとき、前記空調機に供給される冷凍機からの冷水温度を前記外気温度に上昇させてフリークーリングを実施する制御手段とからなることを特徴とする空調装置の運転制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の空調装置の運転制御装置であって、前記空調機は外調機と内調機からなり、前記外調機は外気を前記内調機の吹き出し空気条件に生成することを特徴とする空調装置の運転制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の空調装置の運転制御装置であって、前記外調機によって生成された空気と室内からの環気が混合され、混合された空気が前記内調機で前記室内条件に生成され、前記室内に吹き出されることを特徴とする空調装置の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置の運転制御方法及び運転制御装置に関し、特に、外気の温度及び湿度条件を監視し、外気条件に基づいて空調装置を制御して、通常運転とフリークーリング運転を随時切り換えることによって、フリークーリングを実施する期間及び時間を増加させ省エネルギーが可能な空調装置の運転制御方法及び運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生産環境条件が製品の品質に影響を及ぼすような場合、その生産設備をクリーンルーム内に設置することが行われている。クリーンルームの空調装置に代表される大型の空調装置（エアハンドリング装置）を用いる空調システムでは、クリーンルームの温度、湿度、清浄度条件を設定された目標温度、湿度、清浄度条件に向けて、クリーンルーム内に設置された温度センサ、湿度センサ等からの信号を用いて、空調装置に内蔵された冷却コイル、加熱コイル、加湿コイルの各バルブの開度をＰＩＤコントローラによって制御している。
【０００３】
一般にクリーンルーム内には多くの種類の発熱源が存在するため、夏期だけでなく中間期や冬期においても空調装置を冷房運転する必要がある。そのため、冷凍機を用いて冷房用の冷水を生成する必要があるが、中間期や冬期は外気温度が低いので外気を冷熱源として使用し、冷凍機を運転せずに冷却塔の冷却能力のみで冷水を生成して冷房運転を行うフリークーリングが可能である。
【０００４】
図４は、特許文献１に記載されたフリークーリング管理装置で用いられる空調システムを示す概略の配管系統図である。夏期のように外気温が高くフリークーリング運転を行わない通常運転時は、切換弁６４，６５のａ−ｂの通路が開とされ、冷却塔６１からの冷却水がポンプ６２によって冷凍機６３に送られ熱交換され、再び冷却塔６１へ戻される。冷凍機６３によって生成された冷却水は、ポンプ６６によって空調機６７に送られる。
【０００５】
また、外気温が低くなる中間期や冬期における、フリークーリング運転時には、切換弁６４，６５のａ−ｃの通路が開とされ、冷却塔６１の冷却能力によって生成された冷却水がポンプ６２によって空調機６７に送られ、冷凍機６３の運転は停止される。
【０００６】
空調装置をフリークーリング運転することが可能か否かは、外気の温度・湿度条件、室内の温度・湿度条件、冷却塔の冷却能力、冷房負荷等のデータから空調装置の管理者が判断し、フリークーリングを実施することが可能であると判断された場合、適当なタイミングで、空調装置をフリークーリング運転を行うように切り換えるのが一般的である。
【０００７】
なお、特許文献１に開示されたフリークーリング管理装置では、外気の湿球温度に基づいてフリークーリングが有効か否かを判断し、この判断結果に基づき、１日毎のフリークーリング有効時間帯及び無効時間帯を表示画面上に表示し、例えば１か月分の１日毎のフリークーリング有効時間帯及び無効時間帯を帯グラフで表示し、帯グラフ上でフリークーリング有効時間帯のみの日が、例えば１週間続いた場合をフリークーリングへの切り換え時期と判断するようにしている。
【０００８】
しかし、フリークーリングへの切り換えタイミングの判断は容易ではなく、また切り換え作業には時間がかかり、また一旦フリークーリングへ切り換えると通常の冷房に戻すのも容易ではない。したがって、頻繁にフリークーリングへの切り換えを行うことはなく、管理者は年に１回だけフリークーリングへ切り換えるのが一般的である。したがって、省エネルギー効果は十分とはいえず、フリークーリング期間を拡大し、さらに省エネルギー効果を向上することが求められている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１１４３４７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、冬期における低温の外気を利用して省エネルギーを図るフリークーリングは、従来１２月中旬から３月中旬の厳冬期の３か月間のみ実施され、１０月から１２月、３月から４月のような中間期の気象条件では、日により温度が高くなったり、湿度が高くなったりして空調機に温度、湿度異常が発生するため、温度・湿度条件が厳しいクリーンルーム等の空調設備にフリークーリングを適用することは困難で、６〜１０℃の冷水が安定して得られるときでなければフリークーリングを実施することができなかった。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、フリークーリングを実施し、省エネルギー運転が可能な空調装置において、外気の温度・湿度条件を監視し、自動的に冷凍機の冷水温度を変更してフリークーリングに移行し、フリークーリングを行う期間及び時間を拡大し、省エネルギー効果を向上することを目的とする。
【００１２】
また、フリークーリングを実施するクリーンルーム等の空調設備において、空調機を外調機と内調機から構成し、クリーンルームの温度・湿度条件を迅速かつ高精度に設定された温度・湿度条件に至らしめることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による空調装置の運転制御方法は、空調機から吹き出される空気によって室内の温度及び湿度条件を所定の状態に保持する空調装置の運転制御方法であって、外気の温度及び湿度条件を監視し、外気温度が前記室内の温度及び湿度条件に対応する露点温度以下となったとき、前記空調機に供給される冷凍機からの冷水温度を前記外気温度に上昇させてフリークーリングを実施することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による空調装置の運転制御装置は、空調機から吹き出される空気によって室内の温度及び湿度条件を所定の状態に保持する空調装置の運転制御装置であって、外気の温度及び湿度条件を監視する手段と、外気温度が前記室内の温度及び湿度条件に対応する露点温度以下となったことを検出する手段と、外気温度が前記露点温度以下となったことが検出されたとき、前記空調機に供給される冷凍機からの冷水温度を前記外気温度に上昇させてフリークーリングを実施する制御手段とからなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明が適用される空調システムを示す概略構成図である。生産環境が製品の品質に影響を及ぼす場合、その生産設備がクリーンルーム内に設置される。クリーンルームの空調システムは、クリーンルーム１０の環境を設定された所定の温度、湿度、清浄度等からなる状態とするための外調機２０及び内調機３０を備えている。
【００１６】
クリーンルーム１０は、外調機２０及び内調機３０から給気ダクト１１を介して所定の状態の空気が供給され、クリーンルーム１０内の空気の一部は還気ダクト１２を介して内調機３０に還気され、また一部の空気は排気ダクト１３を介して外気中に排出される。また、クリーンルーム１０の内部には、室内温度を計測する温度センサ１４、室内湿度を計測する湿度センサ１５を有し、温度センサ１４及び湿度センサ１５による計測値と、クリーンルーム１０に設定された温度、湿度条件と比較され、空調負荷が演算され、演算結果に基づいて内調機３０からフィルタを介して室内に吹き出される空気の流量等が決定される。
【００１７】
外調機２０は、エアフィルタ２１、冷却コイル２２、加熱コイル２３、加湿コイル２４、送風ファン２５を有し、クリーンルーム１０から排出された量に対応する量の外気を外気取り入れダクト２６から取り入れ、室内に吹き出される空気の状態に近似した温度・湿度条件に生成し、送風ファン２５、中間ダクト２７を介して内調機３０に供給する。また、外気取り入れダクト２６から取り入れる外気の温度を計測する温度センサ２８、外気湿度を計測する湿度センサ２９を有する。
【００１８】
内調機３０は、エアフィルタ３１、冷却コイル３２、加熱コイル３３、加湿コイル３４、送風ファン３５を有し、還気ダクト１２を介してクリーンルーム１０から還気された空気の温度・湿度等を所定の状態に生成して、送風ファン３５、給気ダクト１１を介してクリーンルーム１０にフィルタを介して吹き出す。
【００１９】
冷凍機４０は、冷却コイル２２，３２に冷水を供給するためのもので、冷凍機４０から排出される温水を冷却する冷却塔４１が冷却塔配管４２を介して接続されている。冷凍機４０で生成された冷水は冷水配管４３を介して外調機２０の冷却コイル２２及び内調機３０の冷却コイル３２に供給される。
【００２０】
また、冷凍機４０を運転せずに空調装置を運転するフリークーリング実施時には、冷却バルブ２２ａ，３２ａを全開とし、冷凍機４０の圧縮機を停止し、ポンプを運転することで冷却塔４１の冷却能力によって冷却された冷水を用いたフリークーリングが開始されるように構成されている。
【００２１】
したがって、外調機２０の冷却コイル２２、及び内調機３０の冷却コイル３２には、冷凍機４０から冷水配管４３を介して冷水が供給され、各々の供給量は冷却バルブ２２ａ，３２ａによって制御される。
【００２２】
外調機２０の加熱コイル２３、及び内調機３０の加熱コイル３３には、ボイラ５０から温水配管５１を介して温水が供給され、各々の供給量は温水バルブ２３ａ，３３ａによって制御される。
【００２３】
また、外調機２０の加湿コイル２４、及び内調機３０の加湿コイル３４には、ボイラ５０から温水配管５１を介して温水が供給され、各々に対する温水の供給量は加湿バルブ２４ａ，３４ａによって制御される。
【００２４】
以上のようなクリーンルームに用いられる空調システムにおいて、クリーンルーム１０内で発生する熱は、クリーンルーム１０から内調機３０へ還気される空気が内調機３０内の冷却コイル３２で冷却されることによって除熱される。
【００２５】
また、クリーンルーム１０内の空気の一部は、クリーンルーム１０外へ排出され、それと同量の外気を外調機２０から取り入れ、外調機２０内のエアフィルタ２１にて除塵し、清浄化された空気を冷却コイル３２で冷却して除湿し、除湿された空気を加熱コイル２３で所定温度まで加熱し、さらに所定温度に加熱された空気を加湿コイル２４で加湿して内調機３０側へ供給する。
【００２６】
外調機２０から供給される空気は、クリーンルーム１０から還気された空気と混合された後、内調機３０に供給され、設定された温度、湿度条件を目標としてクリーンルーム１０内へ吹き出される。また、クリーンルーム１０の空気吹き出し口にはフィルタを設けて除塵し、所定の清浄度を確保している。
【００２７】
図２は、本発明による空調装置の運転制御方法の実施例を説明するための湿り空気線図の要部を示す図である。以下の実施例において、クリーンルーム１０に設定される室内温度、室内湿度（相対湿度）条件は、それぞれ２４℃、４５％とし、外気温度が室内温度より低い冬期における空調装置の運転を例としている。この場合の室内の温度・湿度条件は、図２に示す湿り空気線図上では点Ａで示され、点Ａの状態の空気の露点温度は１１℃、絶対湿度は８．５ｇ／ｋｇである。
【００２８】
以下、外気の温度・湿度条件が異なる場合に、空調装置がどのように運転制御されるのかを具体的な例に基づいて説明する。
（イ）外気の温度・湿度（相対湿度）が、それぞれ１６℃・８０％の場合
この場合、外気の温度・湿度条件は、図２に示す空気線図上では点Ｂで示され、点Ｂの状態の空気の露点温度は１２．５℃、絶対湿度は９．０ｇ／ｋｇである。外気の絶対湿度が点Ａの状態の空気の絶対湿度より高いことから、空調装置を除湿運転する必要があり、冷却コイル２２に供給する冷水温度を点Ａの露点温度である１１℃以下の６〜１０℃となるように冷凍機を運転制御する。そして、外気取り入れダクト２６から取り入れた１６℃の外気が露点温度以下に冷却され、１１℃以下の飽和空気となったとき、外調機２０の加熱コイル２３によってクリーンルーム１０に対する空気の吹き出し温度程度まで加熱する。内調機３０は、その入口側で外調機２０からの空気とクリーンルーム１０からの還気とが混合され、室内の温度・湿度条件が設定された室内の温度・湿度条件（２４℃，４５％）となるように制御される。この場合、空調装置はフリークーリング運転されることはない。
【００２９】
（ロ）外気の温度・湿度がそれぞれ、１６℃、５５％の場合
この場合、外気の温度・湿度条件は、図２に示す空気線図上では点Ｃで示され、点Ｃの状態の空気の露点温度は６．５℃、絶対湿度は６．２ｇ／ｋｇである。外気の絶対湿度が点Ａの状態の空気の絶対湿度より低いことから、空調装置を除湿運転する必要はなく、フリークーリングが可能である。したがって、冷凍機が生成している冷水温度を少しずつ自動的に外気温度１６℃まで上昇させ、その後、外調機２０の冷却コイル２２、内調機３０の冷却コイル３２に冷水を供給し、冷凍機を運転しないフリークーリングによる省エネルギー運転を開始する。そして、点Ｃの状態の空気の絶対湿度は６．２ｇ／ｋｇであるから、湿度の不足分８．５−６．２＝２．３ｇ／ｋｇの湿度を加湿コイル２４から供給する。内調機３０は、（イ）の場合と同様に、その入口側で外調機２０からの空気とクリーンルーム１０からの還気とが混合され、室内の温度・湿度条件が設定された室内の温度・湿度条件となるように制御される。
【００３０】
以上のように、クリーンルームを設定された室内の温度・湿度条件となるように空調装置を制御する場合、空調装置をフリークーリングによる省エネルギー運転するには、外気条件が次の条件を満足する必要がある。
室内の温度・湿度条件に対応する露点温度＞外気温度
【００３１】
したがって、（ロ）の場合においてフリークーリングによる省エネルギー運転を実施中に、外気条件が変化して、室内の温度・湿度条件に対応する露点温度が、
室内の温度・湿度条件に対応する露点温度＜外気温度
となったような場合には、空調装置をフリークーリング運転から冷凍機を運転する通常運転に移行し、通常運転のために冷却バルブ２２ａ，３２ａを通常制御に戻し、クリーンルームの温度・湿度条件が異常にならないように、少しずつ自動的に冷水温度を降下させ、通常の設定温度に戻す。
【００３２】
図３は、クリーンルームに対する空調機の配置例を示す図である。図３（Ａ）は、クリーンルーム１０のための空調システムが外調機２０及び内調機３０を備えている例で、詳細には図１に示した構成で、外調機２０は外気専用空調機として機能し、内調機３０はクリーンルームの温度・湿度条件をより精度良く迅速に調整する空調機として機能しており、排気量が多いクリーンルーム用の空調装置に適している。
【００３３】
図３（Ｂ）は、空調システムが空調機３０′を備えている例で、１つの空調機３０′で外気から取り入れた空気及びクリーンルームからの還気を調整するが、クリーンルーム内に顕熱クーラ１６を備えているので、クリーンルーム内での発熱が多い場合の空調装置に適している。
【００３４】
図３（Ｂ）は、クリーンルーム１０が空調機３０′を備えている例で、１つの空調機３０′で外気から取り入れた空気及びクリーンルームからの還気を調整し、簡単な構成であるので比較的小規模のクリーンルーム用の空調装置に適している。
【００３５】
以上の実施例は、クリーンルームの空調装置として説明したが、例えば半導体、電子材料、光ファイバ及び関連部品、精密機械を生産する工場や作業場、オフィスビル、住宅等の一般の建物に適用することが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の記載から明らかなように、本発明によれば、夏場以外の冬期及び中間期に、外気の温度・湿度条件を監視し、自動的に冷凍機の冷水温度を変更してフリークーリングに移行することにより、フリークーリングを行う期間及び時間を拡大し、省エネルギーを図ることが可能となる。
【００３７】
また、フリークーリングを実施する空調装置において、空調機を外調機と内調機とから構成し、クリーンルームの温度・湿度条件を迅速かつ高精度に設定された状態に温度・湿度条件に至らしめ、保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される空調システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明による空調装置の運転制御方法の実施例を説明するための湿り空気線図の要部を示す図である。
【図３】クリーンルームに対する空調機の配置例を示す図である。
【図４】従来のフリークーリング管理装置で用いられる空調システムを示す概略の配管系統図である。
【符号の説明】
１０…クリーンルーム、１１…給気ダクト、１２…還気ダクト、１３…排気ダクト、１４…温度センサ、１５…湿度センサ、２０…外調機、２１…エアフィルタ、２２…冷却コイル、２３…加熱コイル、２４…加湿コイル、２５…送風ファン、２６…外気取り入れダクト、２７…中間ダクト、２８…温度センサ、２９…湿度センサ、３０…内調機、３１…エアフィルタ、３２…冷却コイル、３３…加熱コイル、３４…加湿コイル、３５…送風ファン、４０…冷凍機、４１…冷却塔、４２…冷却塔配管、４３…冷水配管、５０…ボイラ、５１…温水配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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