(57)【要約】【課題】季節、時刻により日射量や外気温度が変化し、効率的な制御が困難であるという課題があった。【解決手段】被制御エリアをインテリアゾーンとペリメータゾーンとに区分して空調する空調システムにおいて、日射量を計測する日射計を該建物の外壁部に設け、かつ、外気温度を計測する温度計を該建物の外部に設けて、該日射計により計測された日射量並びに該温度計により計測された外気温度を考慮して給気温度設定値を決定したことを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制御エリアをインテリアゾーンとペリメータゾーンとに区分して空調する空調システムにおいて、日射量を計測する日射計を建物の外壁部に設け、かつ、外気温度を計測する温度計を該建物の外部に設けて、該日射計により計測された日射量並びに該温度計により計測された外気温度を考慮して給気温度設定値を決定することを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記日射計は前記制御エリアのペリメータゾーンを構成している外壁面の各壁面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記給気温度設定値を決定する決定部は、最大要求風量比率に基づいて基準の給気温度設定値を算出する基準設定部と、日射量と外気温度に基づく補正値を算出する補正部と、前記基準設定値と前記補正値を考慮した給気温度設定値を定める演算部とを具備することを特徴とする請求項１又は請求項２の何れか１に記載する空調システム。
【請求項４】
前記空調システムにおいて、空調機からの空調空気を給気する吹出口をペリメータゾーンに設けると共に被制御エリア内の空気を還気する吸込口をインテリアゾーンとペリメータゾーンの境界近傍に設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１に記載する空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大型インテリジェントビルに適した空調システムに関するものであり、更に具体的には被制御エリアを複数のゾーンに区分して空調制御を行う技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来はビル等の内部に設けられた大きな部屋、例えば事務室等を空調する場合には被制御エリア（事務室等）を中央部のインテリアゾーンと窓側周辺のペリメータゾーンとに分けて別々の空調機で空調制御することが行われていた。近年省エネの思想からインテリアゾーンとペリメータゾーンとを同一の空調機で空調制御するようになってきた。しかし、ペリメータゾーンでは、夏期においては日射量や外気温度によって室内温度が影響される割合が大きく、また冬季には外気温度に影響される割合も大きい。従って、ペリメータゾーンをインテリアゾーンと全く同様に空調制御を行うと不経済になる。このため、従来から種々の工夫がなされてきた。例えば、公開特許公報、平１１−１３２４８９号には以下に説明する空調制御が開示されている。また、特許公報、平６−６８３９４号にはインテリアゾーン、ペリメータゾーンの他にペリインテリアゾーンという中間ゾーンを設けて制御した例が開示されている。
【０００３】
図６、図７は公開特許公報、平１１−１３２４８９号に開示されている従来の空調制御の１例を示す。図６において、被制御エリア５０は窓側に面したペリメータゾーンＰと中央部のインテリアゾーンＡに仮想的に区分され、ペリメータゾーンＰは更に東西南北の４つのゾーンＥ、Ｗ、Ｓ、Ｎに区分されている。ここで、Ｎ側ゾーンの熱負荷を１００％として、Ｅ側ゾーン、Ｗ側ゾーン、Ｓ側ゾーンは日射量等の外界条件に応じて建物の外壁６３に、図示省略の２重サッシ、外部ブラインド等を設けて熱負荷が１００％になるように制限している。これにより、ゾーンＥ、Ｗ、Ｓ、ＮのペリメータゾーンＰは全てのゾーンにおいて熱負荷を１００％として同一の空調制御を可能にしている。
【０００４】
図６において、２点鎖線に囲まれた中央には空調機５５が設置され、送風口５６から給気ダクト５７を経て、可変風量調節ユニット（ＶＡＶユニット）６５により吹出口６４からペリメータゾーンＰ内に空調された空気が送風され、また吹出口５９からインテリアゾーンＡに空気が供給される。図７は立面視した空調システムを示す。図７から理解できるように、給気ダクト５７から吹出口５９へは分岐ダクト５８，動圧を静圧に変換するためのチャンバー６０を経て空調した空気が送風される。また、ＶＡＶユニット６５はダンパ６６，ファン６７を具備し、中央制御装置７０により制御されている。
【０００５】
また、上記装置では、夕方以降の残業時間帯には、ペリメータゾーンＰの空調負荷が低下するため、中央制御装置７０によって、複数のＶＡＶユニット６５の少なくとも一部が停止されると共に、停止されたＶＡＶユニット６５の送風量に対応させて空調機５５の給気風量をインバータ制御等によって調整する。
上記従来装置においては、東西南北の日射量の相違を外壁に２重サッシ、外部ブラインド等を設けて均一化を図っている。また、日中と夜間の外気温度の差を解消するために残業帯を設けて個別の制御を行っている。また、特許公報、平６−６８３９４号に開示した従来装置ではインテリアゾーン、ペリメータゾーンの他にペリインテリアゾーンという中間ゾーンを設けて季節により空調空気の流れの向き、供給風量を制御して問題を解決している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように前者の従来装置では、日射量の影響や、外気温度の影響を解決するために、２重サッシ、外部ブラインド等を外壁に設置し、或いは日中と夜間とに分けて制御し、問題の解決を図っている。また、後者の従来装置では、ペリインテリアゾーンを設けて季節により制御方式を変更して問題の解決を図っている。しかし、上記した従来装置では何れも季節や時刻を基準に制御方式を変更しているが同じ季節、同じ時刻でも日射量も一様ではなく、また外気温度も一様ではない。従来装置のように、季節や時刻を基準にする制御方式では効率的な制御が困難で、また、設備も複雑になるという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用している。即ち、
請求項１記載の発明は、被制御エリアをインテリアゾーンとペリメータゾーンとに区分して空調する空調システムにおいて、日射量を計測する日射計を建物の外壁部に設け、かつ、外気温度を計測する温度計を該建物の外部に設けて、該日射計により計測された日射量並びに該温度計により計測された外気温度を考慮して給気温度設定値を決定することを特徴としている。
請求項１記載の発明は日射量並びに外気温度を計測しているので、季節の変化や時刻の相違によって複雑な制御方式を採用することなく正確な制御ができるように制御方式を構成したことを主たる特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記日射計は前記制御エリアのペリメータゾーンを構成している外壁面の各壁面に設けたことを特徴としている。
請求項２に記載の発明は窓の向きにより制御方式を異ならせずに同一の制御方式を採用可能にしたことを主たる特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２の何れか１に記載の発明において、前記給気温度設定値を決定する決定部は、最大要求風量比率に基づいて基準の給気温度設定値を算出する基準設定部と、日射量と外気温度に基づく補正値を算出する補正部と、前記基準設定値と前記補正値を考慮した給気温度設定値を定める演算部とを具備することを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１に記載の発明において、前記空調システムにおいて、空調機からの空調空気を給気する吹出口をペリメータゾーンに設けると共に被制御エリア内の空気を還気する吸込口をインテリアゾーンとペリメータゾーンの境界近傍に設けたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施形態】
図１は本発明を実施した実施形態（空調システム）の構成を示し、図２は実施形態の配置図を示す。以下、図に基づいて説明をする。図１において、被制御エリア（例えば事務室）１０は窓１１側のペリメータゾーンＰとインテリアゾーンＡとに仮想的に区分されている。ペリメータゾーンＰの天井壁に給気吹出口１４が設けられており、インテリアゾーンＡ（又はペリメータゾーンＰとインテリアゾーンＡとの境界）の天井壁に室内空気の吸込口１５が設けられている。給気吹出口１４は給気ダクト１６により空調機２０の給気側に接続されており、室内空気の吸込口１５は還気ダクト１８により空調機２０の還気側に接続されている。
【００１２】
給気ダクト１６の途中（給気吹出口１４に近い位置）に可変風量調節ユニット（以下、ＶＡＶユニットという）１７が設けられている。ＶＡＶユニット１７は内部にダンパと送風機を具備し、局所コントローラ１９によって制御されており、定量の給気が送風可能になっている。被制御エリア１０内に配置された室内温度計２１が局所コントローラ１９の入力側に接続され、局所コントローラ１９は更に空調機２０のコントローラ３０に接続されている。また、給気の温度を計測する温度計２２が給気ダクト１６の途中に設けられており、温度計２２の出力端はコントローラ３０の入力側に接続されている。
【００１３】
空調機２０は簡略化したものが図示されており、内部にはインバータ２５によって制御された送風機２４と空調のための冷却コイル２７，加熱コイル２８等が配設されている。なお、空調機２０は従来技術と同様であり、ここでは詳細を省略してある。また、コントローラ３０の入力側には外気温度を計測する温度計３１、日射量を計測する複数個の日射計３２が接続されている。
【００１４】
図２は被制御エリア１０の内部における配置図の１例を示すもので、説明のためのものであり、これによって本発明が限定されるものではない。図２において、被制御エリア１０の窓１１を設けている側の各外壁３３に日射計３２が取り付けられている。日射計３２は図１で示したように、コントローラ３０に接続されている。なお、図２では日射計は外壁に１個の日射計３２を設けたが、複数個設けてもよい。図２の一点鎖線で示す外側部分がペリメータゾーンＰで、内側部分がインテリアゾーンＡである。なお、ゾーンの境界は必ずしも明確でなく、仮想的に設けられている。
【００１５】
インテリアゾーンＡの略中央に空調機２０が配置され、ペリメータゾーンＰに給気吹出口１４及びＶＡＶユニット１７が複数個配置され、給気ダクト１６によって空調機２０の給気口側に接続されている。また、室内空気の吸込口１５はインテリアゾーンＡとペリメータゾーンＰとの境界近くに配置し、還気ダクト１８によって空調機２０の吸込口側に接続されている。外気温度を計測する温計計３１は屋上等に配置され、日射を避ける屋根、風の影響を遮るスクリーン等を設けたボックス（図示省略）の内部に設置される。図１に示すように、温度計３１の出力端もコントローラ３０に接続されている。
【００１６】
コントローラ３０は日射計３２による日射量、温度計３１による外気温度を考慮して給気温度設定値を求める。コントローラ３０は、更に、温度計２２による給気温度と給気温度設定値の偏差を求め、この偏差に基づいて冷却コイル２７のバルブ、加熱コイル２８のバルブを制御して給気温度が給気温度設定値になるように制御する。図３は給気温度の設定値を算出するフローチャートで、これはコントローラ３０の演算装置（又はコントローラ３０の給気温度決定部）によって実行される。このプログラム（図３）の実行前に予め、ＶＡＶ１７の要求風量比率γがＶＡＶコントローラ１９からコントローラ３０に送信される。コントローラ３０は複数のＶＡＶ１７（図２参照）から送信された要求風量比率γ１・・・γｎの中から最大の要求風量比率γｍａｘ　を求める。なお、最大の要求風量比率γｍａｘ　を求める演算は、コントローラ３０と別個に設けたゾーンコントローラ（図示省略）で行うようにしてもよい。
【００１７】
図３において、ステップＳ１で、最大要求風量比率γｍａｘ　が８０％を超えているかどうかを検討する。超えている場合はステップＳ２で現在の給気温度設定値Ｔｐからの変化分ΔＴを求める。このときの変化分ΔＴは冷房の場合は負（ΔＴ＜０）で、暖房の場合は正（ΔＴ＞０）となる。γｍａｘ　が８０％を超えていない場合はステップＳ３でγｍａｘが４５％以下であるかどうかを検討する。４５％以下の場合はステップＳ４で、ステップＳ２と同様に現在の給気温度設定値Ｔｐからの変化分ΔＴを求める。このときの変化分ΔＴは冷房の場合は正で、暖房の場合は負となる。４５％以上の場合、即ち、８０％＞γｍａｘ＞４５％の場合は、ステップＳ５では変化分ΔＴはゼロ（ΔＴ＝０）とする。ステップＳ６では現在の給気温度設定値に変化分ΔＴを加算して基準給気温度設定値Ｔｋを求める。
【００１８】
ステップＳ７では、日射量計３２、温度計３１で計測した日射量Ｄと外気温度Ｔｏとを連続的に又は一定時間毎にコントローラ３０に送信する。コントローラ３０はこれらの計測データをメモリに記録し、定めた時刻ごとにデータを更新する。ステップＳ８では図４、図５に示すテーブルを利用して補正値を求める。図４において、日射量Ｄの最小値と最大値を適宜に定めて、その区間を（０％、１００％）とする。また、日射量Ｄの基準値の上限をＵｔとし、下限をＬｔとして、日射量Ｄが基準値の範囲（Ｌｔ、Ｕｔ）にあるときは補正値Ｈをゼロ（Ｈ＝０）とする。日射量Ｄの補正範囲の上限をＤｍａｘとし、これ以上の日射量Ｄについては補正値ＨをＨｍｉｎ（＜０）とする。同様に補正範囲の下限をＤｍｉｎとし、これ以下の日射量Ｄについては補正値ＨをＨｍａｘ（＞０）とする。即ち、真夏日のように日射量の大きい日は冷房を最大にし、真冬日のように日射量の少ない日は暖房を最大にする。
【００１９】
日射量Ｄが範囲（Ｄｍｉｎ、Ｌｔ）の間にある場合及び日射量Ｄが範囲（Ｕｔ、Ｄｍａｘ）の間にある場合は補正値ＨをＨｍａｘからゼロまで、又は、ゼロからＨｍｉｎまで直線的に減少させる。これは日射量Ｄが大きい場合はペリメータゾーンＰ内の温度上昇が大きくなり、また、日射量Ｄが小さい場合はペリメータゾーンＰ内の温度上昇が小さくなるから、これを調整するためである。ここで、補正最大値Ｈｍａｘ、補正最小値Ｈｍｉｎを外気温度Ｔｏによって変化させる。これを図５（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【００２０】
図５（Ａ）は補正最大値Ｈｍａｘの変化を示す。図５（Ａ）において、外気温度Ｔｏが（摂氏Ｔ２度より低い温度）の範囲ではＤＴｍａｘ（＞０）で、外気温度Ｔｏが（摂氏Ｔ２度〜Ｔ１度）の範囲ではＤＴｍａｘからゼロまで直線的に減少する。但し、Ｔ２は摂氏０度いかになることもあり、また、Ｔ２＜Ｔ１である。例えば、外気温度Ｔｏが摂氏ｔ５度の場合はＨｍａｘ＝ＤＴ５となる。また、補正最小値Ｈｍｉｎの変化を示す図５（Ｂ）において、外気温度Ｔｏが（摂氏Ｔ３度より高い温度）の範囲ではＤＴｍｉｎ（＜０）で、外気温度Ｔｏが（摂氏Ｔ４度〜Ｔ３度）の範囲ではゼロからＤＴｍｉｎまで直線的に減少する。但し、Ｔ２＜Ｔ１≦Ｔ４＜Ｔ３である。例えば、外気温度Ｔｏがｔ６の場合はＨｍｉｎ＝ＤＴ６となる。なお、上記したテーブルにおけるＬｔ，Ｕｔ、ＤＴｍａｘ、ＤＴｍｉｎ等のパラメータ値は実験等に依って適切な値を決定する。以上に説明した図４及び図５のテーブルを利用して補正値Ｈを求める。
【００２１】
ステップＳ９では変更された給気温度設定値ＴＳｐを算出する。本実施形態では、
基準給気温度設定値Ｔｋ＝現在の給気温度設定値Ｔｐ＋変化分ΔＴより、Ｔｋを求め、次に、給気温度設定値ＴＳｐ＝基準給気温度設定値Ｔｋ＋補正値Ｈ　を求める。
【００２２】
本実施形態では、外気温度と日射量を計測して給気温度設定温度を求めて制御しているので、季節による変化並びに１日の時刻による変化にも上手く対応する空調システムが構成されている。従って、日射量の影響による室内温度の調整、外気温度の影響による室内温度の調整が速やかに行われ、室内温度設定値が安定しやすくなるという効果、制御性能が改良されるという効果が得られる。
【００２３】
以上、この発明の実施形態、実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、設備の配置構成は図に示したものに限られず、適宜変更してもよいし、また、室内温度設定値の日射量、外気温度に依る補正は図に示したテーブルに限定されるものではない。例えば、直線変化部分を適当な曲線に変更してもよいし、その他の変更を適宜行ってもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、日射量の影響による室内温度の調整、外気温度の影響による室内温度の調整が速やかに行われ、室内温度設定値が安定しやすくなるという効果、制御性能が改良されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した実施形態（空調システム）の構成を示す。
【図２】本実施形態の配置図を示す。
【図３】給気温度設定値を求める手順のフローチャートを示す。
【図４】日射量による影響を示す補正を求めるテーブルを示す。
【図５】外気温度による影響を示す補正を求めるテーブルを示す。
【図６】従来装置の配置図を示す。
【図７】従来装置の構成を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年10月4日(2002.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】追加
【補正の内容】
【符号の説明】
１０　　　被制御エリア
１１　　　窓
１４　　　給気吹出口
１５　　　室内空気吸込口
１６　　　給気ダクト
１７　　　ＶＡＶユニット（可変風量調節ユニット）
１８　　　還気ダクト
１９　　　局所コントローラ
２０　　　空調装置
２２　　　温度計
３０　　　空調機コントローラ
３１　　　外気温度計
３２　　　日射量計
Ｄ　　　　日射量
Ｈ　　　　補正値
Ｔｏ　　　外気温度
Ｔｋ　　　基準給気温度設定値
ＴＳｐ　　給気温度設定値


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004125288.tif 000013
【図５】
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【図６】
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【図７】
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