説明

ダクト循環方式空調システムにおけるエネルギー消費効率管理方法

【課題】計測器設置を最小限に抑えることができ、かつ、経年劣化等に伴う効率低下を簡易に判定可能なダクト循環方式空調システムのエネルギー消費効率管理技術を提供する。
【解決手段】運転状態において、温湿度センサ9b、9cにより給気ダクト7及び還気ダクト8内部を通過する空気の温度・湿度が計測され、これらの計測値を用いて給気・還気系統の比エンタルピー(hsa、hra)[kJ/kg]が演算される。また、電力計9eにより送風機6bの消費電力計測が行われ、関係テーブルに基づいて給気風量(G)[kg/h]が演算される。また、電力計9dにより熱源系統2の消費電力(Eg)[kWh]計測が行われる。これらの計測値及び演算値を用いて、所定の単位時間(t)ごとのシステム全体のCOPが(1)式に基づいて演算される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ダクト循環方式空調システムに係り、特に、計測器設置を最小限に抑えることができ、かつ、経年劣化等に伴う効率低下を簡易に判定可能なダクト循環方式空調システムにおけるエネルギー消費効率管理方法に関する。
なお、本発明において「ダクト循環方式空調システム」とは、冷凍サイクル等により作られる冷熱又は温熱を、室内から還流する空気と熱交換させて冷風又は温風とし、送風機によりダクトを介して室内に供給する空調システムを総称する概念として用いている。
【背景技術】
【0002】
空調システムの省エネルギー性の指標の一つとして、システムのエネルギー消費効率(以下、COPという)計測に基づく評価があり、COPを継続的に評価することにより、機器の劣化や効率の悪い運転の判定が可能となる。
COPの算出方法としては種々あるが、従来、ダクト循環方式空調システムのCOPの簡易的算出手法として、例えば特許文献1乃至3の技術が提案されている。
特許文献1には、複数の空調領域を空調するシステムにおける熱量管理技術が提案されている。かかる空気調和設備100は、図4に示すように空気調和装置(AHU)102aと、AHU102aに接続されて複数の空調領域A、B、Cを空調する空気供給系(ダクト循環系)102と、冷凍機101a、循環ポンプ101b等を備えた熱源系101と、を主要構成とする。AHU102a内の冷水コイル102bで熱交換された冷気(又は暖気)は、送風機102cにより給気ダクト103から分岐する分岐ダクト103a〜103cを経由して、各空調領域に供給される。各室内空気は分岐ダクト104a〜104cを経由して還気ダクト104に集められ、AHU102aに戻される。給気及び還気側の各分岐ダクトには、それぞれ風速センサ106,温湿度センサ107が装着されており、各温湿度センサから比エンタルピーを算出する。また、各風速センサにより計測した風速にダクト断面積を乗じて風量を演算し、給気と還気のエンタルピー差に給気風量を乗じることにより、空調領域ごとの消費熱エネルギーを求めることができる。
特許文献1の手法をさらに敷衍し、上記方法により求めた消費熱エネルギーをAHU、冷凍機等の消費電力量で除すことにより、システムのCOPを求めることができる。
【0003】
また、特許文献2には、AHUコイルの給気側と還気側の空気温度を算出、AHUのファン回転数を計測し、定格風量時の回転数との比から給気風量を算出、給気と還気のエンタルピー差に給気風量を乗じたものを空調機の消費電力量で除してCOPを算出する技術が開示されている。
さらに特許文献3には、予め外気温度と空調機のCOP値の関係を求めておき、外気温度計測値に基づいてCOPを推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−357485号公報
【特許文献2】特開平8−42901号公報
【特許文献3】特開2001−289483号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1の手法では分岐給気ダクト及び分岐還気ダクトごとに風速センサ,温度センサ,湿度センサを配設することが必要であり、計測器設置、維持コストが嵩むという問題がある。
また、特許文献2の手法によれば計測ポイントは少なくて済むが、ファン回転数測定のための特別な装置が必要となるという問題がある。
さらに、特許文献3の手法によれば簡易な計測により評価可能となるものの、得られるCOP値は外気温度から導かれる推定値に過ぎない。また、基礎となる外気温度−COPの関係は通常、新品時の値が用いられるため、機器の経年劣化に伴うCOP値変化に対応できないという問題もある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は上記各課題を解決するためのものであって、計測ポイントを最小限に抑えて、簡易にシステムのCOP値を求めることができ、かつ、機器の経年劣化等の判定も可能な技術を提供するものである。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係るダクト循環方式空調システムにおけるエネルギー消費効率管理方法は、
(1)熱源側において作られた冷熱又は温熱を、給気ダクト及び還気ダクトを介して、送風機により循環する室内空気と熱交換し、室内を空調するダクト循環方式空調システムにおいて、給気ダクト内及び還気ダクト内の温湿度の計測に基づいて、給気及び還気の比エンタルピー差(hsa−hra)[kJ/kg]を演算するステップと、熱源側の消費電力(Eg)[kWh]を計測するステップと、送風機消費電力の計量に基づいて、予め求めた送風機消費電力と風量との関係を用いて、送風機風量(G)[kg/h]を演算するステップと、所定の単位時間(t)ごとのシステムのエネルギー消費効率(COP)を、(1)式により求めるステップと、を含むことを特徴とする。
【数2】

【0007】
本発明において、「ダクト循環方式空調システム」とは、屋上熱源機と、室内側外調機(以下、AHUという)の循環冷水・冷媒配管を介して接続し、AHUと室内側吹き出し口とをダクトで接続する空調システムを総称する概念である。
また、熱源側の消費電力(Eg)には、室内機側消費電力、室外機側消費電力、その他補機電力等を含む。
また、所定の単位時間(t)としては、1分間、10分間、1時間等、計測値の変動特性に対応して、適切な単位を選択することができる。
なお、上記各計測物理量の単位は例示であって、対応する他の単位を用いてもよい。
【0008】
(2)上記発明により求めたCOPが予め設定した下限閾値以下のときに、警告表示するステップを、さらに含むことを特徴とする。
本発明において、「警告表示」には視覚表示による注意喚起のみならず、警報等の聴覚による注意喚起等、他の手段も含まれる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば計測器設置を最小限に抑えることができ、コスト低減化に資する。特に、熱源機、AHU等の主要装置については、通常、省エネ管理、メンテナンス等を目的として、電力計等のエネルギー計が配設されていることが多い。この場合には、給気・還気ダクト内に温湿度センサのみ配設すれば足りることになる。
また、従来、困難であった機器の経年劣化の判定も可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態に係るダクト循環方式空調システム1の全体構成を示す図である。
【図2】送風機消費電力と風量の関係テーブルの概念図である。
【図3】ダクト循環方式空調システム1におけるCOP管理フローを示す図である。
【図4】従来の空気調和設備100の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1、2を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態においては冷房運転時を想定している。
図1は、本実施形態に係るダクト循環方式空調システム1を示す図である。空調システム1は、冷水発生源である熱源機4と、熱源機4から供給される冷水を冷風にして空調対象空間10に供給するAHU6と、を備え、一次側の熱源系統2と、二次側の給還気系統3と、システムの運転制御及び後述のCOP管理を行う計測制御系統9と、により構成されている。
一次側熱源系統2は、熱源機4と、往管5b及び戻管5cにより、冷水を熱源機4とAHU6間で循環させる冷水配管5と、冷水配管経路中に配設される循環ポンプ5dと、AHU7内の冷水コイル6aと、を主要構成として備えている。かかる構成により熱源系統2は、熱源機4で作られた冷水を往管5bを介して供給し、冷水コイル6aを介して熱交換により空調対象空間10からの還気(新たに外気を加える場合もあり)を冷却した後、戻管5cを介して熱源機4側に戻すという冷水循環サイクルを構築している。
【0012】
二次側給還気系統3は、AHU6内の送風機6bと、AHU6と空調対象空間10とを結ぶ給気ダクト7及び還気ダクト8と、を主要構成として備えている。かかる構成により給還気系統3は、冷水コイル6aにおいて冷却された還気及び新たに取り入れた外気を、送風機6bにより給気ダクト7、吹出口7bを介して空調対象空間10に供給する。そして、還気口8bから吸い込んだ還気を、還気ダクト8を介してAHU6側に戻す、という給還気サイクルを構築している。
計測制御系統9は、給気ダクト経路中に配設される温湿度センサ9bと、還気ダクト8経路中に配設される温湿度センサ9cと、一次側熱源系統2の消費電力を計測する電力計9dと、及び送風機6bの消費電力を計測する電力計9eと、これら各計測装置の計測データを、信号線C1乃至C4を介して取り入れて蓄積し、演算する制御部9aと、演算結果に基づいて後述する警告表示を行う表示部9fと、により構成されている。
また、制御部9aは図2を内容とする送風機消費電力と風量の関係テーブルを備えており、後述するように送風機6bの消費電力計測値に基づいて、送風機風量を演算可能に構成されている。
【0013】
ダクト循環方式空調システム1は以上のように構成されており、次に図3をも参照して、ダクト循環方式空調システム1におけるCOP管理フローについて説明する。なお、以下のフローでは制御の安定化を考慮して、各ステップは所定の時間間隔で行われるものとする。また、制御に必要な指令、演算等は制御部により行われる。
運転状態において、温湿度センサ9b、9cにより給気ダクト7及び還気ダクト8内部を通過する空気の温度・湿度が計測され(S101)、これらの計測値を用いて給気・還気系統の比エンタルピー(hsa、hra)[kJ/kg]が演算される(S102)。また、電力計9eにより送風機6bの消費電力計測が行われ(S103)、図2の関係テーブルに基づいて送風機風量(W)[m3/h]が演算され、さらに空気の比重(≒1.2[kg/m3])を用いて[kg/h]単位に変換する(S104)。また、電力計9dにより熱源系統2の消費電力(Eg)[kWh]計測が行われる(S105)。これらの計測値及び演算値を用いて、所定の単位時間(t)ごとのシステム全体のCOPが(1)式に基づいて演算される(S106)。
【数3】

【0014】
次に、求めたCOPが下限閾値(C)を下回ったか否かが判定される(S107)。閾値を下回っている場合は(S107においてYES)、劣化に伴う能力低下と判定され表示部9fにその旨の警告表示が出される(S108)。閾値以上のときは(S107においてNO)、正常稼動状態と判定され、S101以下のフローが定期的に繰り返し行われる。
【0015】
なお、本実施形態では熱源機とAHU間を一次側熱源回路で結ぶ例を示したが、熱源機とAHUが一体のパッケージタイプの空調機や、一台の室外機に複数の室内機を接続して使用するビル用マルチエアコン等を用いる形態とすることもできる。
また、本実施形態では一次側熱源系統として冷水を用いる例を示したが、冷媒を用いる形態とすることもできる。
また、本実施形態では、熱源機とAHU間を冷水循環させる冷房時における例を示したが、温水循環させる暖房時の形態についても同様に対応可能である。
また、本実施形態では、給気風量について体積単位[m3/h]の関係テーブルを用いて、重量単位[kg/h]に変換する形態を示したが、直接重量単位の関係テーブルを用いる形態とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【0016】
本発明は、熱源、冷媒、空調方式、建築構造等の種類を問わずダクト循環方式の空調システムに広く適用可能である。
【符号の説明】
【0017】
1・・・・ダクト循環方式空調システム
2・・・・一次側冷水系統
3・・・・二次側給還気系統
4・・・・熱源機
5・・・・冷水配管
5a・・・循環ポンプ
6・・・・AHU
6a・・・冷水コイル
6c・・・送風機
7・・・給気ダクト
8・・・・還気ダクト
9a・・・制御部
9b、9c・・・温湿度センサ
9d、9e・・・電力計
9f・・・表示部
10・・・空調対象空間

【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱源側において作られた冷熱又は温熱を、給気ダクト及び還気ダクトを介して、送風機により循環する室内空気と熱交換し、室内を空調するダクト循環方式空調システムにおいて、
給気ダクト内及び還気ダクト内の温湿度の計測に基づいて、給気及び還気の比エンタルピー差(hsa−hra)を演算するステップと、
熱源側の消費電力(Eg)を計測するステップと、
送風機消費電力の計量に基づいて、予め求めた送風機消費電力と風量との関係を用いて、送風機風量(G)を演算ステップと、
所定の単位時間(t)ごとの、システムのエネルギー消費効率(COP)を、(1)式により求めるステップと、
を含むことを特徴とするダクト循環方式空調システムにおけるエネルギー消費効率管理方法。
【数1】

【請求項2】
請求項1により求めたCOPが予め設定した下限閾値以下のときに、警告表示するステップを、さらに含むことを特徴とするダクト循環方式空調システムにおける空調機COP管理方法。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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