(57)【要約】【課題】クリーンルーム等の空調システムにおいて、室内温度、湿度を所定の設定温度、湿度に調整する際、室内に吹き出す空気を冷却、除湿、再熱するのに要するエネルギーを低減する。【解決手段】クリーンルーム１の室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度、湿度範囲に調整する空調制御装置であって、室内の温度、湿度が目標温度、湿度の範囲内にある場合、制御装置２０の制御指示値を室内の温度、湿度に変更するので、ＰＩＤコントローラ１６、１７、１８は制御量を出力せず、冷却バルブ１３、加熱バルブ１４、加湿バルブ１５を制御しない。また、室内の温度、湿度が目標温度、湿度の範囲外にある場合、制御指示値を室内の温度、湿度と目標温度、湿度の偏差に応じて変更して制御を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度または湿度範囲に調整する空調制御方法であって、前記室内の温度または湿度が前記目標温度または湿度範囲内にある場合、制御装置の制御指示値を前記室内の温度または湿度に変更して制御を行うことを特徴とする空調制御方法。
【請求項２】
室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度または湿度範囲に調整する空調制御装置であって、前記室内の温度または湿度が前記目標温度または湿度範囲内にある場合、制御装置の制御指示値を前記室内の温度または湿度に変更して制御を行うことを特徴とする空調制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の空調制御装置であって、前記室内の温度または湿度が前記目標温度または湿度範囲外にある場合、前記制御装置の制御指示値を前記目標温度または湿度と前記室内の温度または湿度の偏差に応じた制御指示値に変更して制御を行うことを特徴とする空調制御装置。
【請求項４】
室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度または湿度範囲に調整する空調制御方法であって、制御装置は前記室内の温度または湿度を前記公差の上限に調整する上限制御部及び前記公差の下限に調整する下限制御部を有し、前記目標温度または湿度範囲と前記室内の温度または湿度との関係に基づき、上限制御部または下限制御部のいずれかを選択して制御を行うことを特徴とする空調制御方法。
【請求項５】
室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度または湿度範囲に調整する空調制御装置であって、制御装置は前記室内の温度または湿度を前記公差の上限に調整する上限制御部及び前記公差の下限に調整する下限制御部を有し、前記目標温度または湿度範囲と前記室内の温度または湿度との関係に基づき、上限制御部または下限制御部のいずれかを選択して制御を行うことを特徴とする空調制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内の温度または湿度を目標温度または湿度範囲に調整する空調制御方法及び空調制御装置に関し、特に、制御装置に不感帯を設けて、空調装置の省エネ運転を可能にした空調制御方法及び空調制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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、湿度を設定された目標温度、湿度に向けて、クリーンルーム内に設置された温度計、湿度計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】
図６は、従来のクリーンルーム等に用いられる一般的な空調システムの制御概念図である。従来のクリーンルームの空調システムは、クリーンルーム１に所定の状態の空気を供給する空調機２を備えている。空調機２は、外気を取り入れる外気ダクト３、空調機２からクリーンルーム１に所定の温度、湿度に調整された空気を供給する給気ダクト４、クリーンルーム１から空調機２に図示しない還気ファンを用いて還気を再循環させる還気ダクト５を有し、クリーンルーム１に供給する空気に対し定められた割合の外気を外気ダクト３を介して取り入れ、換気するようになっている。
【０００４】
空調機２は、クリーンルーム１に供給する空気から塵やほこり等の微粒子を取り除くフィルタ８、冷却コイル９、加熱コイル１０、加湿コイル１１、送風ファン１２等を有する。冷却コイル９には図示しない冷凍機から冷水等が供給され、冷水の供給量はＰＩＤコントローラ１６によって冷却バルブ１３の開度を制御して調整される。ＰＩＤコントローラ１６には、クリーンルーム１に設置された温度計６、湿度計７からの信号がセレクタ１９を介して入力される。
【０００５】
加熱コイル１０には図示しないボイラから温水、蒸気等が供給され、温水、蒸気等の供給量は、ＰＩＤコントローラ１７によって加熱バルブ１４の開度を制御して調整される。ＰＩＤコントローラ１７にはクリーンルーム１に設置された温度計６からの信号が入力される。
【０００６】
加湿コイル１１には水、蒸気等が供給され、水、蒸気等を噴射し、その供給量はＰＩＤコントローラ１８によって加湿バルブ１５の開度を制御して調整される。ＰＩＤコントローラ１８にはクリーンルーム１に設置された湿度計７からの信号が入力される。
【０００７】
図６に示す空調システムにおいて、クリーンルーム１に目標として設定された乾球温度（以下、「乾球温度」を単に「温度」という）、相対湿度（以下、「相対湿度」を単に「湿度」という）をそれぞれ、２３±３℃、５０±１５％とし、外気温度、湿度がそれぞれ、３３℃、８０％である夏期における冷房動作、及び外気温度、湿度がそれぞれ、３℃、３０％である冬期における暖房動作について、湿り空気線図を用いて説明する。
【０００８】
図７は、湿り空気線図上での冷房動作、暖房動作を示す図である。
（夏期の冷房動作）
（１）温度、湿度がそれぞれ、３３℃、８０％の外気を冷却コイル９によって、露点温度である２９℃（相対湿度１００％、絶対湿度２６ｇ／ｋｇ’）まで冷却する。（冷却動作）
（２）このとき、湿度計７の計測値は室内の設定湿度条件である５０±１５％に達していないため、冷却コイルの制御用に設けられたＰＩＤコントローラ１６は、湿り空気線図の飽和線に沿って（湿度は１００％のまま）、室内の設定温度２３℃、湿度５０％における絶対湿度８ｇ／ｋｇ’と等しくなる露点温度１２℃まで冷却する。（除湿動作）
（３）最後に、下がりすぎた温度を加熱コイル１０によって、目標の室内設定温度２３℃まで加熱する。（再熱動作）
【０００９】
（冬期の暖房動作）
（１）温度、湿度がそれぞれ、３℃、３０％の外気を加熱コイル１０によって目標とする室内温度である２３℃まで加熱する。（加熱動作）
（２）外気を加熱することにより、湿度は１０％以下に低下するので、加湿コイル１１によって目標とする湿度である５０％まで水蒸気を噴射して加湿する。（加湿動作）
【００１０】
以上のような空調システムの制御において、冷却動作、再熱動作、再熱動作、加熱動作、加湿動作に要するエネルギーは湿り空気線図から求めることができ、冷房動作及び暖房動作において消費されるエネルギーは、室内の目標温度、湿度及び外気の温度、湿度により決定される。例えば、夏期の冷房動作で消費するエネルギーは、図７に示す湿り空気線図において、３３℃、８０％の外気を冷却コイルによって、露点温度である２９℃（相対湿度１００％）まで冷却するエネルギー（Ｅ１）、２９℃の飽和空気を飽和線に沿って１２℃まで冷却するエネルギー（Ｅ２）、１２℃の飽和空気を加熱コイルによって、目標の室内設定温度２３℃まで加熱する再熱動作に要するエネルギー（Ｅ３）の和（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）である。
【００１１】
また、空調システムにおいて、クリーンルーム等の室内の目標温度、湿度は、図７に示すように目標とする温度の中心の値に対し＋側及び−側に適当な幅の公差を有し、相対湿度においても目標とする湿度の中心の値に対し＋側及び−側に適当な幅の公差を有する目標範囲（例、温度２３±３℃、湿度５０±１５％）とするのが一般的である。
【００１２】
空調システムにおいて、室内の温度、湿度を、目標範囲の温度、湿度に到達させるための第１の到達方法は、外気を図７に示すような経路で、目標範囲の温度、湿度の中心付近の状態（例、２３℃、５０％）に調整し、その状態の空気を室内に吹き出すように制御する。
【００１３】
また、第２の到達方法は、図７に点線で示す範囲（吹出範囲）の温度、湿度の空気を室内に吹き出すことによっても、目標範囲（例、温度２３±３℃、湿度５０±１５％）の温度、湿度に到達させることができ、この場合には空調機で外気を吹出範囲（例、温度１８±３℃、湿度７０±２０％）の状態に調整し、その状態の空気を室内に吹き出すように制御する。
【００１４】
これらの到達方法において、従来の制御方法によれば、目標範囲の温度、湿度の中心の値（例、温度２３℃、湿度５０％）に向け、夏期においては冷気を吹き出し、また冬期においては暖気を吹き出すようにしており、室内温度、湿度はオーバーシュートを繰り返しながら次第に目標温度に近づく。
【００１５】
ところが、前記したように、実際には室内目標温度または湿度には、仕様範囲（例、温度２３±３℃、湿度５０±１５％）のように、公差が設けられており、必要以上に公差の中心の値まで制御を行うことはエネルギーの浪費となる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、クリーンルーム等の空調システムにおいて、室内温度、湿度を所定の設定温度、湿度に調整する際、室内に供給する空気を冷却、除湿、再熱するのに要するエネルギーを低減することを目的とする。また、既設の空調システムにも適用することが可能で、省エネ運転を可能とする空調制御方法及び空調制御装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による空調制御方法は、室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度または湿度範囲に調整する空調制御方法であって、室内の温度または湿度が目標温度または湿度範囲内にある場合、制御装置の制御指示値を室内の温度または湿度に変更して制御を行うものである。
【００１８】
また、本発明による空調制御装置は、室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度または湿度範囲に調整する空調制御方法であって、室内の温度または湿度が目標温度または湿度範囲内にある場合、制御装置の制御指示値を室内の温度または湿度に変更して制御を行うものである。
【００１９】
また、本発明による異なる空調制御方法は、室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度または湿度範囲に調整する空調制御方法であって、制御装置は前記室内の温度または湿度を前記公差の上限に調整する上限制御部及び前記公差の下限に調整する下限制御部を有し、前記目標温度または湿度範囲と前記室内の温度または湿度との関係に基づき、上限制御部または下限制御部のいずれかを選択して制御を行うものである。
【００２０】
また、本発明による異なる空調制御装置は、室内の温度または湿度を所定幅の公差がある目標温度または湿度範囲に調整する空調制御装置であって、制御装置は前記室内の温度または湿度を前記公差の上限に調整する上限制御部及び前記公差の下限に調整する下限制御部を有し、前記目標温度または湿度範囲と前記室内の温度または湿度との関係に基づき、上限制御部または下限制御部のいずれかを選択して制御を行うものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例による空調システムの制御概念図である。なお、図６に示す従来の空調システムと同様の構成要素については、従来の空調システムの説明で用いたのと同様の用語及び符号を用いて説明する。
【００２２】
本実施例のクリーンルームの空調システムは、クリーンルーム１の室内に所定の温度、湿度に調整された空気を吹き出し、目標として設定した温度、湿度に調整するための空調機２を備えている。空調機２は、外気を取り入れる外気ダクト３、空調機２からクリーンルーム１に所定の状態の空気を供給する給気ダクト４、クリーンルーム１から空調機２に図示しない還気ファンを用いて還気を循環させる還気ダクト５を有し、給気に対し定められた割合の外気を外気ダクト３を介して取り入れ、換気するようになっている。クリーンルーム１には、温度計６、湿度計７が設置され、室内の温度、湿度に対応した信号を出力している。
【００２３】
空調機２は、クリーンルーム１に供給する空気から塵やほこり等の微粒子を取り除くＨＥＰＡフィルタ等からなるフィルタ８、冷却コイル９、加熱コイル１０、加湿コイル１１、送風ファン１２等を有する。
【００２４】
冷却コイル９には図示しない冷凍機から冷水等が供給され、冷水の供給量は、ＰＩＤコントローラ１６によって冷却バルブ１３の開度を制御して調整される。
【００２５】
加熱コイル１０には図示しないボイラから温水、蒸気等が供給され、温水、蒸気等の供給量は、ＰＩＤコントローラ１７によって加熱バルブ１４の開度を制御して調整される。
【００２６】
加湿コイル１１には水、蒸気等が供給され、水、蒸気等を噴射し、その供給量はＰＩＤコントローラ１８によって加湿バルブ１５の開度を制御して調整される。
【００２７】
制御装置２０には、クリーンルーム内に設置された温度計６、湿度計７からの信号が入力され、目標範囲、吹出範囲の設定、室内や外気の温度、湿度、他の空調負荷等に基づき空調装置の動作管理、各ＰＩＤコントローラの管理等を行う。
【００２８】
図２は、湿り空気線図上における、目標範囲と吹出範囲の関係を示す図である。図７に基づいて説明したように、室内の目標温度、湿度は、中心の値（例、２３℃、）に対し＋側及び−側に適当な温度幅（例、±３℃）の公差を有し、相対湿度においても中心の値（例、５０％）に対し＋側及び−側に適当な湿度幅（例、±１０％）の公差を有するのが一般的である。そして、室内の温度、湿度をこのような目標範囲に調整するには、図２に点線で示す範囲（吹出範囲）の空気（例えば、温度１５〜２０℃、湿度５０〜９０％のＡＢＣＤで囲まれた状態の空気）を所定量、クリーンルーム内に吹き出せばよいことが知られている。
【００２９】
ここで、図２に示す吹出範囲ＡＢＣＤを中心にした領域を、次のように（１）〜（１０）の領域に分け、それぞれの場合に、冷却動作、加熱動作、加湿あるいは除湿動作をどのように制御したらよいかについて検討する。
【００３０】
（１）の領域（外気温度＜吹出下限温度，外気絶対湿度＜吹出範囲左下絶対湿度）
この場合は、目標温度、湿度を吹出範囲の左下の点Ａとして、加熱、加湿を行う。
【００３１】
（２）の領域（吹出下限温度≦外気温度≦吹出上限温度，外気温度＋５℃の時の相対湿度＜目標相対湿度下限）
この場合は、目標温度、湿度を現位置から吹出範囲下側曲線Ａ−Ｂ（目標範囲の相対湿度下限と同形）に垂直に交差する点に向け、加湿を行う。
【００３２】
（３）の領域（外気温度＞吹出上限温度，外気絶対湿度＜吹出範囲右下絶対湿度）
この場合は、目標温度、湿度を吹出範囲の右下の点Ｂとして、冷却、加湿を行う。
【００３３】
（４）の領域（外気温度＜吹出下限温度，吹出範囲左下絶対湿度≦外気絶対湿度≦吹出範囲左上絶対湿度）
この場合は、目標温度、湿度を現位置から吹出下限温度Ｄ−Ａと水平に交差する点に向け、加湿を行う。
【００３４】
（５）の領域（吹出下限温度≦外気温度≦吹出上限温度，目標相対湿度下限≦外気温度＋５℃の時の相対湿度≦目標相対湿度上限）
この場合は、何も制御しない。
【００３５】
（６）の領域（外気温度＞吹出上限温度，吹出範囲右下絶対湿度≦外気絶対湿度≦吹出範囲右上絶対湿度）
この場合は、目標温度、湿度を現位置から吹出上限温度Ｂ−Ｃと水平に交差する点に向けて、冷却を行う。
【００３６】
（７）の領域（外気温度＜吹出下限温度，外気絶対湿度＞吹出範囲左上絶対湿度）
この場合は、目標温度、湿度を現位置から吹出範囲上側曲線Ｃ−Ｄ（目標範囲の相対湿度上限と同形）に水平に交差する点に向け加熱を行う。
【００３７】
（８）の領域（吹出下限温度≦外気温度≦吹出上限温度，外気温度＋５℃の時の相対湿度＞目標相対湿度上限，外気絶対湿度≦吹出範囲右上絶対湿度）
この場合は、目標温度、湿度を現位置から吹出範囲上側曲線Ｃ−Ｄ（目標範囲の相対湿度上限と同形）に水平に交差する点に向け加熱を行う。
【００３８】
（９）の領域（外気温度＞吹出上限温度，外気絶対湿度＞吹出範囲右上絶対湿度）
この場合は、目標温度、湿度を吹出範囲の右上の点Ｃとして、冷却、除湿、再熱を行う。
【００３９】
（１０）の領域（吹出下限温度≦外気温度≦吹出上限温度，外気絶対湿度＞吹出範囲右上絶対湿度）
この場合は、目標温度、湿度を吹出範囲の右上の点Ｃとして、冷却、除湿、再熱を行う。
【００４０】
本実施例のクリーンルームの空調システムにおいては、外気あるいはクリーンルームからの還気を図２に示す吹出範囲の温度、湿度に調整する手段として図１に記載された空調システムの冷却バルブ１３、加熱バルブ１４、加湿バルブ１５の開度をそれぞれのＰＩＤコントローラ１６，１７，１８で制御する。
【００４１】
この時の第１の制御方法は、クリーンルーム１内に設置された温度計６、湿度計７からの信号を制御装置２０に取り込み、仕様公差範囲内にあれば、ＰＩＤコントローラ１６，１７，１８に対し目標値を出力し、ＰＩＤコントローラ１６，１７，１８における制御偏差をなくして、ＰＩＤコントローラ１６，１７，１８が冷却バルブ１３、加熱バルブ１４、加湿バルブ１５を制御しないようにする。
【００４２】
図３は、この時の制御方法を示す図で、図３（Ａ）は、本実施例における制御方法を示し、図３（Ｂ）は、従来例における制御方法を示す図である。縦軸は目標とする温度（または湿度）の制御指示値℃（または％）、横軸は温度計（または湿度計）をモニタしたときのモニタ値℃（または％）を表している。
【００４３】
図３（Ａ）に示すように、目標とする温度とモニタ値との偏差が−０．５〜＋０．５℃の範囲では不感帯を設けるため、制御指示値をモニタ値に合わせて変更し、ＰＩＤコントローラに出力する制御量を０とする。また、目標とする温度とモニタ値との偏差が大きい、モニタ値−１．０〜−０．５℃、及び＋０．５〜＋１．０℃の範囲では、制御指示値を変更し、モニタ値に応じてわずかな制御量をＰＩＤコントローラに出力する。
【００４４】
これに対し、図３（Ｂ）に示す従来例の制御方法では、制御指示値は変更せず、目標とする温度とモニタ値に偏差がある限り、偏差に応じた制御量をＰＩＤコントローラに出力する。
【００４５】
図４は、本発明の第２実施例による空調システムの制御概念図である。第２実施例による空調システムは、第１実施例による空調システムと比較すると、主としてＰＩＤコントローラ１６，１７，１８の構成が異なる。本実施例によって行われる第２の制御方法は、ＰＩＤコントローラ１６，１７，１８として、それぞれが目標値の上限制御部１６ａ，１７ａ，１８ａ、下限制御部１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ、及びセレクタ１６ｃ，１７ｃ，１８ｃを有し、制御装置２０からの指示により上限制御部１６ａ，１７ａ，１８ａ、あるいは下限制御部１６ｂ，１７ｂ，１８ｂのいずれかを選択して制御を行う。
【００４６】
図５は、空調システムにおいて実施される温度または湿度制御方法を示す図で、図５（Ａ）は本発明の制御による温度変化を示す図、図５（Ｂ）は従来の制御による温度変化を示す図である。従来の制御によれば、図５（Ｂ）に示すように、夏期においては冷気を吹き出し、また冬期においては暖気を吹き出すことによって、室内温度はオーバーシュートを繰り返しながら次第に目標温度（例、２３℃）に近づく。
【００４７】
そこで、図５（Ａ）に示すように、制御装置の室内目標温度に適当幅の公差（例、温度±２℃）を設け、高温側から目標温度に制御する際は公差幅の上限まで制御し、低温側から目標温度に制御する際は公差幅の下限まで制御するようにする。このようにすることにより、目標温度または湿度範囲に到達するのに要するエネルギー量を低減することが可能になる。
【００４８】
第２の制御方法によって冷却バルブ１３の開度を制御する際、クリーンルーム１に設置された温度計６、湿度計７からの信号は、制御装置２０に取り込まれ、温度計６、湿度計７からの信号と設定された目標範囲との関係が判別され、該関係に基づいてＰＩＤコントローラ１６内のセレクタ１６ｃによって目標範囲の上限値に制御する上限制御部１６ａを用いるか、あるいは目標範囲の下限値に制御する下限制御部１６ｂを用いるかを選択して制御を行う。
【００４９】
加熱バルブ１４の開度を制御する際、制御装置２０で温度計６からの信号と設定された目標範囲との関係が判別され、該関係に基づいてＰＩＤコントローラ１７内のセレクタ１７ｃによって目標範囲の上限値に制御する上限制御部１７ａを用いるか、あるいは目標範囲の下限値に制御する下限制御部１７ｂを用いるかを選択して制御を行う。
【００５０】
加湿バルブ１５の開度を制御する際、制御装置２０で湿度計７からの信号と設定された目標範囲との関係が判別され、該関係に基づいてＰＩＤコントローラ１８内のセレクタ１８ｃによって目標範囲の上限値に制御する上限制御部１８ａを用いるか、あるいは目標範囲の下限値に制御する下限制御部１８ｂを用いるかを選択して制御を行う。
【００５１】
【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、クリーンルーム等の空調システムにおいて、室内温度、湿度を所定の設定温度、湿度に調整する際、室内に吹き出す空気を冷却、除湿、再熱するのに要するエネルギーを低減し、空調システムを省エネ運転することが可能となる。また、既設の空調システムにおいて、制御装置に若干の機能を付け加えることにより、省エネ運転が可能な空調システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による空調システムの制御概念図である。
【図２】湿り空気線図上における、目標範囲と吹出範囲の関係を示す図である。
【図３】空調システムの制御方法を示す図で、図３（Ａ）は、本発明の第１の制御方法を示し、図３（Ｂ）は従来例の制御方法を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例による空調システムの制御概念図である。
【図５】空調システムの制御方法を示す図で、図５（Ａ）は本発明の第２の制御方法による変化を示す図、図５（Ｂ）は従来の制御方法による変化を示す図である。
【図６】従来の一般的な空調システムの制御概念図である。
【図７】湿り空気線図上での冷房動作、暖房動作を示す図である。
【符号の説明】
１…クリーンルーム、２…空調機、３…外気ダクト、４…給気ダクト、５…還気ダクト、６…温度計、７…湿度計、８…フィルタ、９…冷却コイル、１０…加熱コイル、１１…加湿コイル、１２…送風ファン、１３…冷却バルブ、１４…加熱バルブ、１５…加湿バルブ、１６…ＰＩＤコントローラ、１７…ＰＩＤコントローラ、１８…ＰＩＤコントローラ、１９…セレクタ、２０…制御装置。
【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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