(57)【要約】      （修正有）【課題】空調空間内の環境を簡便に調整可能な空調制御システム及び空調制御方法を提供する。【解決手段】空調空間２内の環境を調整する空調制御システム１は、空調空間２内の空間内空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差から空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる飽差を演算する飽差演算部９と、飽差演算部９が演算した飽差に基づいて熱源機５を制御する熱源機制御部１０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機を制御して空調空間の空間内空気を調整する空調制御システムにおいて、
前記空間内空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差であって、前記空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる飽差を演算する飽差演算部と、
前記飽差に基づいて前記熱源機を制御する熱源機制御部と、
を備えていることを特徴とする空調制御システム。
【請求項２】
前記熱源機制御部は、前記飽差を所定の目標飽差範囲内に収まるように制御することを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。
【請求項３】
前記目標飽差範囲は、１．２〜１．８ｋＰａであることを特徴とする請求項２記載の空調制御システム。
【請求項４】
前記目標飽差範囲は、１．４〜１．６ｋＰａであることを特徴とする請求項３記載の空調制御システム。
【請求項５】
前記熱源機制御部は、前記飽差を前記空間内空気の温度に依存する所定の関数に基づいて制御することを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。
【請求項６】
熱源機を制御して空調空間の空間内空気を調整する空調制御方法において、
前記空間内空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差であって、前記空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる飽差を演算する飽差演算工程と、
前記飽差に基づいて前記熱源機を制御する熱源機制御工程と、
を含むことを特徴とする空調制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調空間の熱源機を制御して、空調空間の空間内空気を調整する空調制御システム及び空調制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間が生活する家屋やビル又は物品を保管する倉庫等の建物では、建物内の空気（空間内空気）の温度及び湿度を、人間が快適に感じたり物品の保管に適した範囲内に収まるように、建物に設置された熱源機で制御している。
【０００３】
このように空調空間の環境を制御するものとして、例えば、特許文献１に開示されているような、空調空間の空気温度と設定温度との差である空気温度差がサーモ閾値よりも大きいとき、室内ファンを回転させ、空気温度差がファン閾値を超え、熱交換器温度が寒暖閾値を超え、かつ空気湿度が乾湿閾値未満であるとき、室内ファンを停止させ、さらに、室内ファンを停止した後、熱交換器温度と露点温度との差である過冷却温度が過冷却閾値未満である場合、または、室内ファンを停止してから再回転時間が経過している場合、室内ファンを再度回転する空気調和機が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−００１３１０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、上述したような空調制御装置では、互いに依存し合う温度及び湿度をそれぞれに設定される目標範囲内に収めるように複合制御するため、空調空間の環境を所望の温度及び湿度に調整するのは煩雑であった。そのため、一般的には、湿度変動を考慮することなく、温度を目標範囲内に収めるように熱源機を制御することに主眼が置かれていた。
【０００６】
そこで、空調空間内の温度と湿度の両方を考慮した環境を簡便に調整するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、熱源機を制御して空調空間の空間内空気を調整する空調制御システムにおいて、前記空間内空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差であって、前記空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる飽差を演算する飽差演算部と、前記飽差に基づいて前記熱源機を制御する熱源機制御部と、を備えている空調制御システムを提供する。
【０００８】
この構成によれば、空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる空間内空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差（飽差）に基づいて熱源機が運転制御されることにより、空間内空気の管理値が飽差に限定されるため、従来のような温度及び相対湿度を複合制御するものと比較して、空調空間内の環境を容易に制御することができる。
【０００９】
さらに、熱源機が飽差に基づいて制御されることにより、空間内空気の温度及び相対湿度がバランス良く最適化されるため、相対湿度を下げるために温度をいたずらに低下させ過ぎる等のエネルギーのムダを抑制し、省エネルギー性の高い空調空間内の環境を調整することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の空調制御システムの構成に加えて、前記熱源機制御部は、前記飽差が所定の目標飽差範囲内に収まるように制御する空調制御システムを提供する。
【００１１】
この構成によれば、空間内空気の飽差が所定の目標飽差範囲内に収まるように熱源機が制御されることにより、空間内空気の飽差を目標飽差範囲内で柔軟に調整可能なため、空間内空気の温度及び相対湿度の制御性を更に向上させることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の空調制御システムの構成に加えて、前記目標飽差範囲は、１．２〜１．８ｋＰａである空調制御システム。
【００１３】
この構成によれば、良好な制御性を保ちつつ空調空間内の環境を快適に調整することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の空調制御システムの構成に加えて、前記目標飽差範囲は、１．４〜１．６ｋＰａである空調制御システムを提供する。
【００１５】
この構成によれば、飽差を１．４〜１．６ｋＰａ内で管理することにより、夏季または冬季の外気環境の変化に応じて細かく温度条件及び湿度条件を変更することなく、空調空間内の環境を簡便に調整することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の空調制御システムの構成に加えて、前記熱源機制御部は、前記飽差を前記空間内空気の温度に依存する所定の関数に基づいて制御する空調制御システムを提供する。
【００１７】
この構成によれば、空間内空気の温度に依存する所定の関数に基づいて、空間内空気の飽差を制御することにより、空間内空気の管理範囲が簡便に規定されるため、空間内空気の温度及び相対湿度の制御性を更に向上させることができる。
【００１８】
また、請求項６記載の発明は、熱源機を制御して空調空間の空間内空気を調整する空調制御方法において、前記空間内空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差であって、前記空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる飽差を演算する飽差演算工程と、前記飽差に基づいて前記熱源機を制御する熱源機制御工程と、を含む空調制御方法を提供する。
【００１９】
この方法によれば、熱源機が飽差に基づいて運転制御されることにより、空間内空気の管理値が飽差に限定されるため、従来のような温度及び相対湿度を複合制御するものと比較して、空調空間内の環境を容易に制御することができる。
【００２０】
さらに、熱源機が飽差に基づいて制御されることにより、空間内空気の温度及び相対湿度がバランス良く最適化されるように制御方法を規定可能なため、相対湿度を下げるために温度をいたずらに低下させ過ぎる等のエネルギーのムダを抑制し、省エネルギー性の高い空調空間内の環境を調整することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、空間内空気の管理値が飽差に限定されるため、従来のような空間内空気の温度及び湿度を調整する煩雑な複合制御を行うものと比較して、空調空間内の環境を簡便に調整することができる。さらに、空間内空気の温度及び相対湿度がバランス良く最適化されるため、省エネルギー性の高い空調空間内の環境を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例に係る空調制御システムの構成を示す図。
【図２】空間内空気の空気線図。
【図３】空間内空気の飽差毎の温度、相対湿度の関係を示す図。
【図４】空間内空気の相対湿度毎の温度、飽差の関係を示し、飽差１．２〜１．８の範囲を示す図。
【図５】空間内空気の相対湿度毎の温度、飽差の関係を示し、飽差を一定、又は温度の一次関数になるように制御する様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
空調制御システムに係る本発明は、空調空間内の温度と湿度の両方を考慮した環境を簡便に調整するという目的を達成するために、熱源機を制御して空調空間の空間内空気を調整する空調制御システムにおいて、空間内空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差であって、空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる飽差を演算する飽差演算部と、飽差に基づいて熱源機を制御する制御部と、を備えていることにより実現する。
【００２４】
また、空調制御方法に係る本発明は、空調空間内の温度と湿度の両方を考慮した環境を簡便に調整するという目的を達成するために、熱源機を制御して空調空間の空間内空気を調整する空調制御方法において、空間内空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差であって、空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる飽差を演算する飽差演算工程と、飽差に基づいて熱源機を制御する制御工程と、を含むことにより実現する。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の一実施例に係る空調制御システム１について説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。
【００２６】
また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。
【００２７】
また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。
【００２８】
図１は、セントラル式空調制御システム１の構成を示すブロック図である。空調制御システム１は、冷温水の供給を受ける空調機２ａが設置された空調空間２内の環境を調整する。往ヘッダ３から空調機２ａに供給される冷温水は、還ヘッダ４に戻り、熱源機５で所望の温度に調整される。熱源機５は、冷水を製造する冷凍機、温水を製造するヒートポンプやボイラー類、空調空間１内を除加湿する除湿機や加湿機等を包含する。なお、図１中の符号６は、熱媒（冷温水、フロン等）の温度を計測するセンサであり、符号７は、熱媒を圧送するポンプである。また、空調空間２内にはその空間内空気の温度及び相対湿度を計測する図示しないセンサが設置されている。
【００２９】
空調制御システム１の動作は、制御装置８に制御されている。制御装置８は、マイクロコンピュータやメモリを備えており、空調制御に用いられる各種データやプログラムが記憶され、センサ６が計測した温度を目標温度に一致させるように熱源機５を制御する。制御装置８は、空調空間２内の空気の飽和水蒸気圧と水蒸気圧との差（飽差）を演算する飽差演算部９と、熱源機５の動作を制御する熱源機制御部１０と、に機能分割される。
【００３０】
次に、空調制御システム１を用いた空調制御方法について、図面に基づいて説明する。図２は、空間内空気の空気線図である。図３は、空間内空気の飽差毎の温度、相対湿度の関係を示す図である。図４は、空間内空気の相対湿度毎の温度、飽差の関係を示し、飽差１．２〜１．８の範囲を示す図である。図５は、空間内空気の相対湿度毎の温度、飽差の関係を示し、飽差を温度に依存せずに一定になるように制御する様子と、飽差を温度の一次関数になるように制御する様子を示す図である。
【００３１】
空間内空気の温度及び相対湿度の設定条件として、図２の空気線図に示すように、ビル管理法及び建築基準法で定められた居室温湿度条件Ｃ１が存在する。また、省エネルギー法で定められた夏季の居室温湿度条件Ｃ２及び冬季の居室温湿度条件Ｃ３が存在する。従来の空調制御システムでは、空間内空気の温度及び相対湿度が、夏季であれば居室温湿度条件Ｃ２に、冬季であれば居室温湿度条件Ｃ３に合致するように、空調空間内の環境を調整する熱源機を制御していた。
【００３２】
空調制御システム１では、飽差演算部１５が、空間内空気の温度及び相対湿度に基づいて飽差を演算する。具体的には、飽差は数式１に基づいて演算される。なお、数式１中の温度の関数とは、例えば、Wexler-Hylandの式、Goff-Gratchの式等である。
【００３３】
【数１】
2016223708.tif 000003
【００３４】
このように、飽差、相対湿度及び温度は、これらの内の何れか２つを決定すれば、残りの１つが定まるという関係にある。数式１とWexler-Hylandの式とを用いて求められる空間内空気の飽差、温度及び相対湿度の関係を図２〜４に示す。
【００３５】
熱源機制御部１０は、空間内空気の飽差を所定の目標飽差値、又は所定の目標飽差範囲内に収まるように熱源機５を制御する。すなわち、熱源機制御部１０は、飽差を第一義的な管理値として、熱源機５を制御する。
【００３６】
熱源機制御部１０が、空間内空気の飽差と目標飽差値とを一致させるように制御する場合、熱源機制御部１０は、相対湿度の変化に応じて、目標飽差値を満たす温度を図３から導く。例えば、目標飽差値１．６ｋＰａ、温度２１℃及び相対湿度３５％である場合、降雨等によって相対湿度が５０％に上昇したときは、飽差演算部９は、目標飽差値を満たす温度約２５℃を演算し、熱源機制御部１０は、飽差演算部９の演算結果を満たすように熱源機５を制御する（図３中の矢印ａ）。
【００３７】
目標飽差値が１．４〜１．８ｋＰａ内の任意の定数に設定された場合、図２に示すように、空調空間内の環境は居室温湿度条件Ｃ２を満たし得ることが分かる。これにより、熱源機５が夏季に運転する場合、熱源機制御部１０が、飽差を目標飽差値に一致させると共に温度２５〜２７℃及び相対湿度５０〜６０％を満たすように熱源機５を制御することにより、居室温湿度条件Ｃ２を満たすように空調空間内の環境を調整することができる。同様に、熱源機５が冬季に運転する場合、目標飽差値を１．２〜１．６ｋＰａ内の任意の値に設定することで、熱源機制御部１０が、飽差を目標飽差値に一致させると共に温度２０〜２２℃及び相対湿度４０〜５０％を満たすように熱源機５を制御することにより、居室温湿度条件Ｃ３を満たすように空調空間内の環境を調整することができる。
【００３８】
さらに、目標飽差値が１．４〜１．６ｋＰａ内の任意の定数に設定された場合、居室温湿度条件Ｃ２、Ｃ３を共に満たし得ることが分かる。これにより、熱源機５を通年で運転する場合、目標飽差値が１．４〜１．６ｋＰａ内の任意の定数に設定されることで、季節に応じて細かい運転条件の変更を行うことなく、居室温湿度条件Ｃ２、Ｃ３を満たすように空調空間内の環境を調整することができる。
【００３９】
熱源機制御部１０が、空間内空気の飽差を目標飽差範囲内に収めるように制御する場合、熱源機制御部１０は、相対湿度の変化に応じて、温度及び目標飽差範囲内で目標飽差値を図３、４から導く。例えば、目標飽差範囲を１．２〜１．８ｋＰａに設定する場合、空間内空気が飽差１．４ｋＰａ、温度２０℃、相対湿度４０％であるとき、相対湿度が５５％に上昇すると、飽差演算部９は、図３より、目標飽差値１．２ｋＰａ且つ温度２２℃（図３中の矢印ｂ）、及び目標飽差値１．６ｋＰａ且つ温度約２７℃（図３中の矢印ｃ）を演算し、熱源機制御部１０は、飽差演算部９の演算結果のうち一つを満たすように熱源機５を制御する。
【００４０】
また、例えば、目標飽差範囲を１．２〜１．８ｋＰａに設定する場合、空間内空気が飽差１．３ｋＰａ、温度２６℃及び相対湿度６０％であるとき、温度が２４℃まで低下すると、飽差演算部９は、図４より、目標飽差値１．５ｋＰａ且つ相対湿度５０％（図４中の矢印ｄ）、及び目標飽差値１．８ｋＰａ且つ相対湿度４０％（図４中の矢印ｅ）を演算し、熱源機制御部１０は、飽差演算部９の演算結果のうち一つを満たすように熱源機５を制御する。
【００４１】
また、目標飽差範囲が１．４〜１．８ｋＰａを満たすように設定された場合、図２に示すように、空調空間内の環境は居室温湿度条件Ｃ２を満たし得る。これにより、熱源機５が夏季に運転する場合、熱源機制御部１０が、飽差を目標飽差範囲内に収めると共に温度２５〜２７℃及び相対湿度５０〜６０％を満たすように熱源機５を制御することにより、居室温湿度条件Ｃ２を満たすように空調空間内の環境を調整することができる。同様に、熱源機５が冬季に運転する場合、目標飽差範囲が１．２〜１．６ｋＰａを満たすように設定され、熱源機制御部１０が、飽差を目標飽差範囲内に収めると共に温度２０〜２２℃及び相対湿度４０〜５０％を満たすように熱源機５を制御することにより、温度居室温湿度条件Ｃ３を満たすように空調空間内の環境を調整することができる。
【００４２】
さらに、目標飽差範囲が１．４〜１．６ｋＰａを満たすように設定された場合、居室温湿度条件Ｃ２、Ｃ３を共に満たし得る。これにより、熱源機５を通年で運転する場合、飽差が目標飽差範囲内に収まることにより、季節に応じて細かい運転条件の変更を行うことなく、居室温湿度条件Ｃ２、Ｃ３を満たすように空調空間内の環境を調整することができる。
【００４３】
なお、目標飽差範囲内での目標飽差値は任意に変更して構わない。飽差演算部９が、複数の目標飽差値を演算する場合には、熱源機５のエネルギー効率及び運転コスト等を考慮して、省エネルギー且つ低コストを実現するように目標飽差値が決定されるのが好ましい。
【００４４】
また、上記居室温湿度条件Ｃ１〜３は、ビル空調に適用されるものであるが、空調空間２が植物プラント等であれば、熱源機制御部１０は、目標飽差範囲を植物栽培に適した０．５〜１．０ｋＰａに設定し、飽差を制御する。例えば、温度が２１℃の場合、飽差０．５〜１．０ｋＰａ間で任意の値を選択すれば良く、飽差１．０ｋＰａであれば相対湿度を６０％に設定し、飽差０．７ｋＰａであれば相対湿度を７０％に設定すれば良い。
【００４５】
このように、熱源機制御部１０が、空間内空気の飽差を所定の目標飽差範囲内に収まるように制御することにより、空調空間２の環境を柔軟に調整できる。これにより、空間内空気の温度及び相対湿度を目標飽差範囲内で制御すればよく、環境快適性を維持しながら、省エネルギー性を向上させることができる。
【００４６】
また、上述した実施例の変形例として、熱源機制御部１０は、空間内空気の飽差ＶＰＤを空間内空気の温度ｔの関数（ＶＰＤ＝ｆ（ｔ））に基づいて制御しても構わない。所定の関数は、例えば、温度ｔの１次関数、２次関数等が考えられる。以下、温度を変数とする１次関数に基づいて制御を行った場合について説明する。
【００４７】
空間内空気の飽差が目標飽差値を一定に維持するように、又は目標飽差範囲内に収まるように熱源機５を制御する場合、高温になるにつれて相対湿度も連動して上昇する傾向にある。このような場合、ビル等の人間が生活する空調空間２内の環境は、高温多湿状態となり快適性が確保できない虞がある。そこで、温度が上昇する場合には、相対湿度が温度上昇に反比例して低下するように規定した温度依存の飽差関数に従って調整するのが望ましい。
【００４８】
例えば、図５に示すように、温度１８℃、相対湿度６０％、飽差０．７５ｋＰａの環境から、温度が２４℃に上昇する場合、飽差を一定に維持すると相対湿度を７０％以上に上げる必要がある（図５中の矢印ｆ）。一方、温度上昇に比例する図５中の矢印ｇで規定される関数に従って飽差を１．５ｋＰａまで上昇させると、相対湿度を５０％まで低下させることができる。このように、温度上昇に伴って相対湿度を下げる、又は相対湿度の低下に伴って温度を上げるように熱源機５を制御することにより、空調空間２内の環境を快適に保つことができ、且つ省エネルギー性を高めることができる。
【００４９】
このように、空間内空気の温度を変数とした所定の関数に基づいて、空間内空気の温度及び相対湿度を制御することにより、温度や湿度が変動する場合であっても、その変動に応じた追随的な制御が可能となり、空調空間内の環境を快適に調整し、維持することができる。
【００５０】
このようにして、上述した空調制御システム１は、空間内空気の温度及び相対湿度によって定まる飽差に基づき、空調空間２の空間内空気の相対湿度の変動に応じて温度を変動させたり、空調空間２の空間内空気の温度の変動に応じて相対湿度を変動させることにより、熱源機５を運転制御することにより、空間内空気の管理値が飽差に限定されるため、従来のような温度及び相対湿度を複合制御するものと比較して、空調空間内の環境を容易に制御することができる。
【００５１】
さらに、熱源機５が飽差に基づいて制御されることにより、空間内空気の温度及び相対湿度がバランス良く最適化されるため、相対湿度を下げるために温度をいたずらに低下させる等のエネルギーのムダを抑制し、省エネルギー性の高い空調空間内の環境を調整することができる。
【００５２】
上述した空調制御システムは、大空間又は複数の空調空間に対して一つの熱源機で対応するセントラル方式に適用したものであるが、空調空間毎に空調機や熱源機を設置して空調空間毎に温湿度調整可能な個別方式に適用しても構わない
【００５３】
本発明は、人間が生活する家屋やビル又は物品が保管される倉庫等の建物の空調に適用することができる。
【００５４】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ・・・  空調制御システム
２  ・・・  空調空間
３  ・・・  往ヘッダ
４  ・・・  還ヘッダ
５  ・・・  熱源機
６  ・・・  センサ
７  ・・・  ポンプ
８  ・・・  制御装置
９  ・・・  飽差演算部
１０・・・  熱源機制御部
【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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