(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機から床下の空間に供給した冷房用空気を床吹出し口から室内に吹き出して冷房を行う床吹出し空調設備の制御システムであって、
室内の設定温度と検出温度との差から室温の偏差を算出し、該偏差により前記床吹出し口から吹出される冷房用空気の吹出し風量を一定とした場合の温度操作量を算出する温度操作量算出手段と、
該温度操作量算出手段が算出した温度操作量に前記冷房用空気の吹出し風量を乗じて熱量の増減量を算出する熱量増減量算出手段と、
該熱量増減量算出手段が算出した熱量の増減量を１／２乗〜１／３乗した値に前記吹出し風量を乗じて前記冷房用空気の吹出し風量の操作量を算出する吹出し風量操作量算出手段と、
該吹出し風量操作量算出手段が算出した前記冷房用空気の吹出し風量の操作量に前記冷房用空気の吹出し風量を加えて制御風量を算出する制御風量算出手段と、
前記熱量増減量算出手段が算出した熱量の増減量を前記吹出し風量操作量算出手段が算出した吹出し風量の操作量で除して前記冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量を算出する実吹出し温度操作量算出手段と、
該温度操作量算出手段が算出した前記冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量に前記冷房用空気の吹出し温度を加えて制御温度を算出する制御温度算出手段と、
前記制御風量算出手段が算出した制御風量及び前記制御温度算出手段が算出した制御温度に基づき、前記冷房用空気の吹出し風量及び吹出し温度をそれぞれ制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする床吹出し空調設備の制御システム。
【請求項２】
前記吹出し風量操作量算出手段は、前記熱量増減量算出手段が算出した熱量の増減量を１／３乗した値に前記吹出し風量を乗じて前記冷房用空気の吹出し風量の操作量とする請求項１に記載の床吹出し空調設備の制御システム。
【請求項３】
空調機から床下の空間に供給した冷房用空気を床吹出し口から室内に吹き出して冷房を行う床吹出し空調設備の制御方法であって、
室内の設定温度と検出温度との差から室温の偏差を算出し、該偏差により前記床吹出し口から吹出される冷房用空気の吹出し風量を一定とした場合の温度操作量を算出する温度操作量算出ステップと、
該温度操作量算出ステップで算出した温度操作量に前記冷房用空気の吹出し風量を乗じて熱量の増減量を算出する熱量増減量算出ステップと、
該熱量増減量算出ステップで算出した熱量の増減量を１／２乗〜１／３乗した値に前記吹出し風量を乗じて前記冷房用空気の吹出し風量の操作量を算出する吹出し風量操作量算出ステップと、
該吹出し風量操作量算出ステップで算出した前記冷房用空気の吹出し風量の操作量に前記冷房用空気の吹出し風量を加えて制御風量を算出する制御風量算出ステップと、
前記熱量増減量算出手段が算出した熱量の増減量を前記吹出し風量操作量算出ステップで算出した吹出し風量の操作量で除して前記冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量を算出する実吹出し温度操作量算出ステップと、
該温度操作量算出ステップで算出した前記冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量に前記冷房用空気の吹出し温度を加えて制御温度を算出する制御温度算出ステップと、
前記制御風量算出ステップで算出した制御風量及び前記制御温度算出ステップで算出した制御温度に基づき、前記冷房用空気の吹出し風量及び吹出し温度をそれぞれ制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする床吹出し空調設備の制御方法。
【請求項４】
前記吹出し風量操作量算出ステップは、前記熱量増減量算出ステップで算出した熱量の増減量を１／３乗した値に前記吹出し風量を乗じて前記冷房用空気の吹出し風量の操作量とする請求項３に記載の床吹出し空調設備の制御方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の床吹出し空調設備の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする床吹出し空調設備の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機から床下の空間に供給した冷房用空気を床吹出し口から室内に吹き出して冷房を行う床吹出し空調設備の制御システム及びその制御方法並びにそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、事務所ビルなどの建築物において、室内を所望な環境に保持するための空調設備として、ＯＡフロアと床スラブとの間の空間を給気ダクトとして利用し、ＯＡフロアに設置した床吹出し口から冷房用空気を吹き出して室内を冷房する床吹出し方式の空調設備が知られている。
【０００３】
この従来の床吹出し方式の空調設備では、室内の設定温度と室内の検出温度との差や室内と床下との差圧に基づいて、床吹出し口の開度や個数を調整することにより床吹出し口から吹き出される冷房用空気の風量を増減する一方、吹出し温度差を一定とする制御システムや制御方法が採用されている（例えば、特許文献１又は２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２４１８５４号公報
【特許文献２】特開２００５−２６５２８０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、上記した従来の床吹出し空調方式の制御システムや制御方法では、冷房用空気の吹出し風量のみを増減させて制御しているため、床吹出し口からの吹出し空気の到達距離が風量の増減に応じて変化し、特に冷房の部分負荷時に吹出し風量が減少することにより吹出し空気の垂直方向の到達距離が短くなり、足元が寒く、頭部が暑くなるといったように、室内の上下方向の温度分布にムラが生じ、室内の快適性の向上を図ることが難しいといった問題があった。
【０００６】
また、室内の冷房負荷の変化に応じて、床吹出し口の開度や個数を調整する場合には、室内の水平方向の温度分布にもムラが生じ易く、室内の快適性を高めることが難しいといった問題があった。
【０００７】
さらに、室内と床下との差圧を利用して風量を制御する場合には、差圧を計測する必要があるため、システムが複雑化するといった問題もあった。
【０００８】
本発明は上記した課題を解決すべくなされるものであり、室内の快適性の向上を図ると共に、システムの簡素化を図ることのできる床吹出し空調設備の制御システム及びその制御方法並びに制御プログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するため、本発明は、空調機から床下の空間に供給した冷房用空気を床吹出し口から室内に吹き出して冷房を行う床吹出し空調設備の制御システムであって、室内の設定温度と検出温度との差から室温の偏差を算出し、該偏差により前記床吹出し口から吹出される冷房用空気の吹出し風量を一定とした場合の温度操作量を算出する温度操作量算出手段と、該温度操作量算出手段が算出した温度操作量に前記冷房用空気の吹出し風量を乗じて熱量の増減量を算出する熱量増減量算出手段と、該熱量増減量算出手段が算出した熱量の増減量を１／２乗〜１／３乗した値に前記吹出し風量を乗じて前記冷房用空気の吹出し風量の操作量を算出する吹出し風量操作量算出手段と、該吹出し風量操作量算出手段が算出した前記冷房用空気の吹出し風量の操作量に前記冷房用空気の吹出し風量を加えて制御風量を算出する制御風量算出手段と、前記熱量増減量算出手段が算出した熱量の増減量を前記吹出し風量操作量算出手段が算出した吹出し風量の操作量で除して前記冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量を算出する実吹出し温度操作量算出手段と、該温度操作量算出手段が算出した前記冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量に前記冷房用空気の吹出し温度を加えて制御温度を算出する制御温度算出手段と、前記制御風量算出手段が算出した制御風量及び前記制御温度算出手段が算出した制御温度に基づき、前記冷房用空気の吹出し風量及び吹出し温度をそれぞれ制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明に係る床吹出し空調設備の制御システムにおいて、前記吹出し風量操作量算出手段は、前記熱量増減量算出手段が算出した熱量の増減量を１／３乗した値に前記吹出し風量を乗じて前記冷房用空気の吹出し風量の操作量とするのが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、空調機から床下の空間に供給した冷房用空気を床吹出し口から室内に吹き出して冷房を行う床吹出し空調設備の制御方法であって、室内の設定温度と検出温度との差から室温の偏差を算出し、該偏差により前記床吹出し口から吹出される冷房用空気の吹出し風量を一定とした場合の温度操作量を算出する温度操作量算出ステップと、該温度操作量算出ステップで算出した温度操作量に前記冷房用空気の吹出し風量を乗じて熱量の増減量を算出する熱量増減量算出ステップと、該熱量増減量算出ステップで算出した熱量の増減量を１／２乗〜１／３乗した値に前記吹出し風量を乗じて前記冷房用空気の吹出し風量の操作量を算出する吹出し風量操作量算出ステップと、該吹出し風量操作量算出ステップで算出した前記冷房用空気の吹出し風量の操作量に前記冷房用空気の吹出し風量を加えて制御風量を算出する制御風量算出ステップと、前記熱量増減量算出手段が算出した熱量の増減量を前記吹出し風量操作量算出ステップで算出した吹出し風量の操作量で除して前記冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量を算出する実吹出し温度操作量算出ステップと、該温度操作量算出ステップで算出した前記冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量に前記冷房用空気の吹出し温度を加えて制御温度を算出する制御温度算出ステップと、前記制御風量算出ステップで算出した制御風量及び前記制御温度算出ステップで算出した制御温度に基づき、前記冷房用空気の吹出し風量及び吹出し温度をそれぞれ制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
そして、本発明に係る床吹出し空調設備の制御方法において、前記吹出し風量操作量算出ステップは、前記熱量増減量算出ステップで算出した熱量の増減量を１／３乗した値に前記吹出し風量を乗じて前記冷房用空気の吹出し風量の操作量とするのが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明に係る床吹出し空調設備の制御プログラムは、上記した床吹出し空調設備の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、室内の快適性の向上を図ると共に、システムの簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムを示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムを示す構成ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムの制御フローを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムにおいて床吹出し口からの吹出し気流の垂直方向の到達距離が１．８ｍとなる時の吹出し条件を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムにおける床吹出し口からの吹出し気流の垂直方向の到達距離と従来の制御システムにおける床吹出し口からの吹出し気流の垂直方向の到達距離とを比較して示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムを示す概念図、図２は本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムを示す構成ブロック図である。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムは、ゾーン毎に冷房可能な床吹出し空調設備の運転を制御するためのものであり、この空調設備には、図１に示すように、機械室内に、コイル１やファン２を備える床置型の空調機３と、外気導入ダクト４に取り付けられるＶＡＶ（Variable Air Volume）５と、空調設備の運転を制御するコントローラ６とが設けられている。また、事務室内の一ゾーンには、温度センサー７が設置されていると共に、複数の在席者に対応してＯＡフロア８に床吹出し口９が設置されており、ＯＡフロア８と床スラブ１０との間の空間１１が給気ダクトとして利用されるようになっている。さらに、事務室と機械室との間にはモータダンパー１２により開閉制御可能な還気口１３が設けられている。
【００１８】
コントローラ６は、中央監視室に設置される中央監視制御装置（図示省略）と共に本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムを主として構成するものであり、この制御システムは、図２に示すように、演算部１４、制御部１５と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などから成る記憶部１６と、事務室側に設置される温度センサー７などとの接続を中継する事務室側Ｉ／Ｆ１７と、空調機３やＶＡＶ５などとの接続を中継する空調機器側Ｉ／Ｆ１８とから主に構成されている。そして、制御部１５は、記憶部１６のＲＯＭに格納されている制御プログラムに従って、後述する冷房用空気の吹出し風量と吹出し温度を共に制御するステップなどの動作を実行すると共に、演算部１４に対して、後述する制御風量や制御温度を算出するステップなどの動作を実行するよう命令を送出する。
【００１９】
次に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムの動作について説明する。ここで、図３は本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムの制御フローを示すフローチャート、図４は本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムにおいて床吹出し口からの吹出し気流の垂直方向の到達距離が１．８ｍとなる時の吹出し条件を示す図、図５は本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムにおける床吹出し口からの吹出し気流の垂直方向の到達距離と従来の制御システムにおける床吹出し口からの吹出し気流の垂直方向の到達距離とを比較して示す模式図である。
【００２０】
先ず、設計段階において、メーカーのカタログ等から、予め設定された冷房用空気の設計吹出し温度及び設計吹出し風量において、床吹出し口９から吹き出される冷房用空気の残風速が０．２５ｍ／ｓとなる時の垂直方向の到達距離が居住域高さである１．８ｍとなるように床吹出し口９を選定する。
【００２１】
この前提条件の下、演算部１４は、図３のステップ１に示すように、予め記憶部１６に格納された事務室内の設定温度Ｔと温度センサー７が検出した事務室内の検出温度Ｔｒとの差から室温の偏差ｅを算出する。そして、演算部１４は、ステップ２に示すように、この偏差ｅとＰＩＤ制御の各ゲインＫＰ、ＫＤ、ＫＩを用いて、床吹出し口９から吹出される冷房用空気の吹出し風量Ｑを一定とした場合の温度操作量ΔＴを算出する。
【００２２】
次に、演算部１４は、ステップ３において、この温度操作量ΔＴに、空気の比熱ｃ及び比重量ρと前記吹出し風量Ｑとを乗じることにより、熱量の増減量Δｑを算出する。
【００２３】
さらに、演算部１４は、ステップ４において、この熱量の増減量Δｑを１／３乗した値に前記吹出し風量Ｑを乗じることにより、冷房用空気の吹出し風量の操作量ΔＱ’を算出する。
【００２４】
ここで、下表１は、公知の実験式であるＶｘ／Ｖｏ＝Ｋ×Ｄｏ／Ｘ×（１±１．９×Ａｒ／Ｋ×（Ｘ／Ｄｏ）２）１／３（空気調和・衛生工学会編、空気調和・衛生工学便覧第１３版、３巻、２００２、Ｐ２８６）により、床吹出し口９からの垂直距離Ｘでの風速を算出した結果を示しており、Ｖｘは吹出し口からの距離Ｘでの風速、Ｖｏは吹出し口での吹出し風速、Ｋは吹出し口定数（＝５）、Ｄｏは吹出し口径、Ｘは吹出し口からの距離、Ａｒはアルキメデス数（＝ｇβΔＴＤｏ／Ｖｏ２）、ｇは重力加速度、βは体膨張率、ΔＴは吹出し温度差を示している。
【００２５】
この表１を線形補間することにより、垂直方向の到達距離が１．８ｍとなる吹出し温度差ΔＴと風量Ｑと負荷量ｑの各条件を求め、これらの関係をグラフに示したものが図４である。そして、図４中の風量Ｑの近似曲線（図４中、破線で示す。）を近似式に当て嵌めることにより、前記ステップ４において風量の操作量ΔＱ’を算出する式を得た。
【００２６】
【表１】
0005140705.tif 000002
次のステップ５では、演算部１４は、このようにして算出した吹出し風量の操作量ΔＱ’に前記吹出し風量Ｑを加え、実際に制御する際に吹出し風量の目標値となる制御風量Ｑ’を算出する。
【００２７】
また、ステップ６では、演算部１４は、前記ステップ３において算出した熱量の増減量Δｑを、前記ステップ４において算出した風量の操作量ΔＱ’に空気の比熱ｃ及び比重量ρを乗じた値で除することにより、冷房用空気の吹出し温度の実際の操作量ΔＴ’を算出する。
【００２８】
さらに、ステップ７において、演算部１４は、このように算出した吹出し温度の実際の操作量ΔＴ’に現在の吹出し温度ＴＯを加え、実際に制御する際に吹出し温度の目標値となる制御温度Ｔ’を算出する。
【００２９】
そして、制御部１５は、ステップ８に示すように、床吹出し口９から吹出される前記冷房用空気の風量が前記ステップ５において算出された制御風量Ｑ’になると共に前記冷房用空気の吹出し温度が前記ステップ７において算出された制御温度Ｔ’となるように、空調機３のコイル１を流通する冷水の流量や温度、ファン２の回転数などを制御する。
【００３０】
このように上記した実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムによれば、前記冷房用空気の吹出し風量と吹出し温度を共に制御することにより、吹出し気流の垂直方向の到達距離を常に一定の高さに保持することができる。
【００３１】
すなわち、例えば、図５の（１）に示すように、冷房最大熱負荷時の冷房用空気の吹出し条件（風量Ｑ、吹出し温度差ΔＴ）における吹出し気流の垂直方向の到達距離をＬとすると、冷房時の熱負荷が最大熱負荷の半分になった場合、従来のように冷房用空気の吹出し風量のみを増減させて制御する変風量方式では、図５の（２）に示すように、吹出し風量が０．５Ｑ（吹出し温度差はΔＴで一定）となり、浮力の影響を考慮すると、垂直方向の到達距離は０．５Ｌ以下となる。
【００３２】
これに対して、上記した本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムによれば、冷房熱負荷が最大熱負荷の半分になった場合、図５の（３）に示すように、冷房用空気の吹出し風量０．５Ｑを１／３乗して０．７９Ｑとすると共に、吹出し温度差を０．６３ΔＴとすることにより、垂直方向の到達距離を冷房時の最大熱負荷時の高さＬに維持しながら、冷房能力を冷房最大熱負荷時の半分（０．７９×０．６３＝０．５）とすることができる。
【００３３】
したがって、冷房の部分負荷時であっても、床吹出し口９からの吹出し風量が減じられることにより吹出し気流の到達距離が短くなり、在席者の足元が寒く、頭部が暑いといったように、室内の上下方向の温度分布にムラが生じることはない。また、上記した本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムでは、室内の冷房負荷の変化に応じて床吹出し口の開度や個数を調整しておらず、制御範囲内においてすべての床吹出し口９から常に同一風量の冷房用空気が吹出されるため、室内の水平方向の温度分布にもムラが生じ難い。したがって、室内の居住域を均一な温度分布に保つことができ、室内の快適性の向上を図ることができる。
【００３４】
さらに、上記した本発明の実施の形態に係る床吹出し空調設備の制御システムでは、室内と床下との差圧を利用して風量を制御しておらず、差圧を計測する必要がないため、システムの簡素化を図ることができる。
【００３５】
なお、上記した実施の形態では、ステップ４において、前記冷房用空気の垂直方向の到達距離を１．８ｍとするため、風量の操作量ΔＱ’を算出する際に熱量の増減量Δｑを１／３乗しているが、本発明はこの場合に限定されるものではない。すなわち、例えば、前記冷房用空気の垂直方向の到達距離を、事務作業時（すなわち、着席時）の執務空間の高さである１．１ｍとするように制御することもでき、この場合、前記風量の操作量ΔＱ’は、前記熱量の増減量Δｑを１／２乗した値に前記風量Ｑを乗じることにより算出される。したがって、前記冷房用空気の吹出し風量の操作量ΔＱ’を算出する際には、熱量の増減量Δｑに対して１／２乗〜１／３乗した値を使用することができる。
【００３６】
また、上記した本発明の実施の形態は、本発明の床吹出し空調設備の制御システムにおける好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、他の構成要素などとの置き換えが可能であり、かつ、他の構成要素との組合せを含む様々な変形が可能であり、本発明は、上記した実施の形態の記載をもって特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００３７】
１４        演算部（仮温度操作量算出手段、熱量増減量算出手段、吹出し風量操作量算出手段、制御風量算出手段、実吹出し温度操作量算出手段、制御温度算出手段）
１５        制御部（制御手段）
【図１】
0005140705.tif 000003
【図２】
0005140705.tif 000004
【図３】
0005140705.tif 000005
【図４】
0005140705.tif 000006
【図５】
0005140705.tif 000007