外気利用空調システム及び外気冷房運転方法
【課題】中間期や冬期において外気を利用した外気冷房を効果的に行いつつ給気の加湿不足を防止する。
【解決手段】 外気導入口３に連通する第一の流通路である外気通路４と、還気取入口５を介し空調対象空間６に連通する第二の流通路である還気通路７と、外気通路及び前記還気通路に混合部９を介して連通すると共に、給気風路１０を介し空調対象空間６に連通する第三の流通路である給気通路１１とを備え、還気通路には前記還気取入口からの還気を断熱加湿する１段目加湿器１２を設置し、給気通路１１には、冷熱熱交換器１６、外気と還気が混合した混合気を断熱加湿する２段目加湿器と、給気通路内の混合気を空調対象空間に送給する給気ファン２１とを設置し、外気通路には外気を混合部に搬送する外気ファン２４を設置し、空調対象室内には室内空気の一部を排気する排気ファン２６を設置する。
【解決手段】 外気導入口３に連通する第一の流通路である外気通路４と、還気取入口５を介し空調対象空間６に連通する第二の流通路である還気通路７と、外気通路及び前記還気通路に混合部９を介して連通すると共に、給気風路１０を介し空調対象空間６に連通する第三の流通路である給気通路１１とを備え、還気通路には前記還気取入口からの還気を断熱加湿する１段目加湿器１２を設置し、給気通路１１には、冷熱熱交換器１６、外気と還気が混合した混合気を断熱加湿する２段目加湿器と、給気通路内の混合気を空調対象空間に送給する給気ファン２１とを設置し、外気通路には外気を混合部に搬送する外気ファン２４を設置し、空調対象室内には室内空気の一部を排気する排気ファン２６を設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外気利用空調システム及び外気冷房運転方法に関するものである。特に空調対象空間の熱負荷が１年中多く発生し、人などの潜熱負荷が殆どなく、室内湿度許容範囲が厳しい場合に適用できる外気利用空調システム及び外気冷房運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットデータセンターや電算機室等においては、機器からの発熱を除去し且つ所定の湿度を保持するようにして機器が正常に動作する環境の提供を図るために、空調機（冷房機）を通年で稼働して冷房及び湿度調整を行うようにしているが、インターネットデータセンターや電算機室等の機器は大量の熱を発するために、冷房機への還り空気温度は高く、そのため、還気を設定温度まで冷却して給気するのに年間を通して多大のエネルギ（電力）を消費している。
【０００３】
空調対象室内に大量の熱を発する電算機やサーバラックなどが存在しない、一般事務所ビルにおいては、外気を利用して還気の温度を低下し、冷却コイルでの冷凍機消費エネルギを低減するようにした外気利用空調システムがあり、例えば本特許出願人による特許文献１がある。特許文献１の外気利用空調システムは、空気調和機の内部に外気系に連通して外気ＯＡを取り入れる第一の流通路と、還気系を介し空調対象空間に連通して取入れた還気ＲＡを加湿器により加湿する第二の流通路と、第一の流通路及び第二の流通路に連通すると共に給気系を介し前記空調対象空間に連通する第三の流通路を備え、冷凍機に接続された冷却手段を前記第一の流通路と第二の流通路とに備えた構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０６４５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１によれば、中間期（春季や秋季）及び冬期において、室温よりも低温である外気ＯＡを利用することによって省エネルギを図ることができる。しかし、還気ＲＡのみを加湿する方式であるため、加湿による冷却効果を最大限に利用することができないという問題がある共に、空調対象室内に大量の熱を発する電算機やサーバラックなどがあって大風量の外気による冷却が必要なところへ適用する場合、外気ＯＡを取入れる割合を所定以上に増加した場合には給気ＳＡの湿度が低下し、そのために外気ＯＡの取入れが制限される問題があり、せっかくの外気冷熱が最大限利用できず、又、更なる給気ＳＡの冷却が必要な場合には還気ＲＡ及び外気ＯＡを冷凍機に接続した冷却手段で冷却することにより所要の給気温度を維持しているが、冷凍機の運転エネルギ（電力）が増大する場合が生じていた。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑み、中間期や冬期において、室内に大量の熱を発生する機器があり室内温湿度許容範囲が狭く管理が厳しい（例えば電算機室の場合、室内湿度の許容範囲を相対湿度±１０％で管理する場合もある。）空調対象室内に外気を利用した外気冷房を行う場合に、大量の外気を混合することによる給気に対する加湿不足を防止することができると共に、加湿による冷却効果を最大限に利用できるようにし、又、中間期や冬期に、冷房負荷が大きくて直接給気に混合する外気冷却だけでは冷房能力が不足する際にも、間接的な外気冷熱の更なる利用により冷熱供給装置の使用を最少限にして運転エネルギの低減を図れるようにした、外気利用空調システム及び外気冷房運転方法を提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１の外気利用空調システムは、外気導入口に連通する第一の流通路である外気通路と、還気取入口を介し空調対象空間に連通する第二の流通路である還気通路と、外気通路及び還気通路に外気通路及び還気通路とは区画された混合部を介して連通すると共に、混合部と区画され且つ給気風路を介し空調対象空間に連通する第三の流通路である給気通路とを備え、還気通路には還気取入口からの還気を水により断熱加湿する１段目加湿手段を設置し、給気通路には、冷却手段と、外気導入口からの外気と還気取入口からの還気が混合した混合気を水により断熱加湿する２段目加湿手段と、給気通路内の混合気を空調対象空間に送給する給気手段とを設置し、外気通路には、混合気の温湿度状態を調整するため風量調整が可能である外気を搬送するための外気送給手段を設置し、空調対象室内には、室内空気の一部を排気するための排気手段を設置したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２の外気利用空調システムにおいては、１段目加湿手段の加湿量を還気取入口にて計測し演算された絶対湿度に応じて、外気送給手段の風量を混合部にて計測し演算されたエンタルピに応じて、２段目加湿手段の加湿量を給気風路にて計測し演算された絶対湿度に応じて、それぞれ制御する制御装置を有している。
【０００９】
本発明の請求項３の外気利用空調システムにおいては、冷却手段は、冷却塔を利用したフリークーリングにより冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイルを有している。
【００１０】
本発明の請求項４の外気利用空調システムにおいては、冷却手段は、冷却塔を利用したフリークーリングにより冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイルと、冷凍機により冷却される冷水と熱交換する冷水コイルとを有している。
【００１１】
本発明の請求項５の外気利用空調システムにおいては、空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点として設定し、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点を頂点に持つ４つの領域に分けて、温湿度を測定し求めた外気の状態点が４つの領域の何れに含まれるかで運転モードを切り替える制御装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６の外気利用空調システムにおいては、請求項５の外気利用空調システムにおいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、１段目加湿手段はＯＦＦとし、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づき外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき２段目加湿手段の加湿量を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７の外気利用空調システムにおいては、請求項５の外気利用空調システムにおいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づき外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき２段目加湿手段の加湿量を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８の外気利用空調システムにおいては、請求項５の外気利用空調システムにおいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき１段目加湿手段の加湿量を制御し、２段目加湿手段はＯＦＦとし、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項９の外気利用空調システムにおいては、請求項５の外気利用空調システムにおいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御し、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１０の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点として設定し、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点を頂点に持つ４つの領域に分けて、温湿度を測定し求めた外気の状態点が４つの領域の何れに含まれるかで運転モードを切り替えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１１の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、１段目加湿手段はＯＦＦとし、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１２の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１３の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、２段目加湿手段はＯＦＦとし、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１４の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御し、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の外気利用空調システム及び外気冷房運転方法によれば、中間期や冬期において外気を利用した外気冷房を行う際に、還気ＲＡを加湿する１段目加湿器と、混合気ＭＡを加湿する２段目加湿器を備えたことにより、給気ＳＡの加湿不足を防止することができると共に、加湿による冷却効果を最大限に利用して給気の目的の温度と湿度を達成することができる。又、このように外気利用による冷却効果を最大限に高めたことにより、中間期や冬期に、冷房負荷が大きくて外気冷却だけでは冷房能力が不足する際にも冷熱供給装置の使用を最少限にして冷熱供給装置のエネルギを大幅に低減できるという優れた効果を奏し得る。また、１段目加湿手段の加湿量を還気取入口にて計測し演算された絶対湿度に応じて、外気送給手段の風量を混合部にて計測し演算されたエンタルピに応じて、２段目加湿手段の加湿量を給気風路にて計測し演算された絶対湿度に応じて、それぞれ制御することで、各々の空気調和手段によりＴ−Ｘａ空気線図上を動作させた結果、次の空気調和手段の演算にもその計測し演算された値が利用できて正確に動作させることができるし、各々の空気調和手段の制御比例帯を広くとれるので誤差も少なくなると言う優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態における外気利用空調システムの概略構成を示す側面図である。
【図２】図１の外気利用空調システムに備える制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図１の外気利用空調システムにおける乾球温度と絶対湿度と等エンタルピと飽和曲線との関係を示す空気線図である。
【図４ａ】図１の外気利用空調システムにおける運転モードの算出方法を示すフローチャートである。
【図４ｂ】図４ａに書き切れない運転モードの判断部分を取出して示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２４】
図１は外気利用空調システムの空気系を示しており、外気利用空調システム１は、一面が外壁である機械室２の内部に、外気ガラリ等である外気導入口３に連通する第一の流通路である外気通路４と、還気取入口５を介し空調対象空間６に連通する第二の流通路である還気通路７と、外気通路４及び還気通路７に連通し外気ＯＡと還気ＲＡを混合して混合気ＭＡとするための、外気側及び空調対象空間とを仕切壁８で区画された混合部９と、混合部９内の混合気ＭＡを導入して給気風路１０を介し前記空調対象空間６に給気ＳＡを供給するケーシングで混合部９と区画された第三の流通路である給気通路１１とを有している。
【００２５】
前記還気通路７には還気取入口５からの還気ＲＡを加湿して還気ＲＡ'とするための１段目加湿器１２（１段目加湿手段）を設けている。例えば、機械室２の一部を断熱パネル４０などで区画し、還気取入口５を一端部に、他端部には還気フィルタ４１を設けて還気通路７とし、還気取入口５とフィルタ４１との中間に１段目加湿器１２を下部にドレンパンを付属させて設ける。この１段目加湿器１２は水加湿器であり、加湿前後の還気は断熱変化する。１３は１段目加湿器１２のスプレー量を調節するための１段目調節バルブである。尚、前記還気フィルタは備えなくてもよい。
【００２６】
又、前記給気通路１１はケーシングを有する空調機であり、前記給気通路１１には、前記外気導入口３からの外気ＯＡと還気取入口５から導入され１段目加湿器１２で加湿された還気ＲＡ'が混合した混合気ＭＡを加湿するための２段目加湿器１４（２段目加湿手段）を下部にドレンパンを付属させて設ける。この２段目加湿器１４は水加湿器であり、加湿前後の還気は断熱変化する。１５は２段目加湿器１４のスプレー量を調節するための２段目調節バルブである。上記１段目及び２段目加湿器１２，１４には、水スプレー、気化式加湿器、超音波加湿器、など加湿水を加熱しないで処理空気加湿前後で断熱変化になる、いわゆる水加湿を用いることができる。
【００２７】
前記給気通路１１における２段目加湿器１４の下流には、冷熱熱交換器１６（冷却手段）が設けられている。図１に示す冷熱熱交換器１６は、外気取入・水噴霧加湿では給気ＳＡが目標温度に達しない場合に冷却を行う冷却塔によるフリークーリングで冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイル１７と、該フリークーリングによる冷却水コイル１７によっても給気ＳＡが目標温度に達しない場合に更に冷却を行うための冷凍機で冷却される冷水と熱交換する冷水コイル１８とを備えた場合を示している。図中１９，２０は冷却水コイル１７及び冷水コイル１８に供給管を介して連通する冷却用バルブである。なお、冷水や冷却水の還り側配管は図では省略している。又、図示していないが、冷却水の配管系には、冷却水還り管、冷却塔、搬送用の冷却水ポンプ、冷却水往き管が備わり、図示の冷却水コイルの冷却用バルブ１９から冷却水コイル１７を出て、冷却水還り管へ繋がる、一連の冷却水循環系が存在し、冷水の配管系には、冷水還り管、搬送用の冷水ポンプ、冷凍機、冷水往き管が備わり、図示の冷水コイルの冷却用バルブ２０から冷水コイル１８を出て、冷水還り管へ繋がる、一連の冷水循環系が存在している。
【００２８】
前記給気通路１１の冷熱熱交換器１６の下流には、給気通路１１の給気ＳＡを給気風路１０へ送給するための給気ファン２１（給気手段）が設けられている。図１の給気風路１０は、前記給気通路１１からの給気ＳＡを床下部の空間２２を介して前記空調対象空間６に供給する場合を示している。これは、電算室やデータセンター等で多く見られ、電算機等の機器が発生する大量の熱で暖められ上昇する空気の流れを利用して、空調対象空間の熱くなった還気をいち早く還気取入口５及び排気手段へ導くことで、室内に空気が澱むことなく、有効な冷房を行う目的で、冷たい空気を床から吹き出し、天井側で還気を取るのである。
【００２９】
前記外気通路４の上流側で外気導入口３の下流側には、外気フィルタ２３が設けられると共に、外気フィルタ２３の下流側には、外気系３からの新鮮な外気ＯＡを取り入れて前記還気ＲＡ'と共に混合部９へ送給するようにした外気ファン２４（外気送給手段）を設けている。
【００３０】
また、空調対象空間６の所要位置には、空調対象空間６の室内空気の一部を排気ＥＡとして外部へ排出するようにした排気口を有する排気風路２５が接続されており、該排気風路２５には排気ファン２６（排気手段）を設けている。排気ファン２６は、室内機器の稼働状態の切替などにより外気ＯＡを、空調対象空間６を細分したエリア毎に多量／少量に逐一流動的に取り入れることによって、空調対象空間６のうちのエリア毎に圧力差が生じることを防止するためのものであり、上記排気ファン２６は空調対象空間６に接続しても或いは環気系５に接続するようにしてもよい。
【００３１】
排気ファン２６は排出する排気ＥＡの流量がファンモータのインバータ制御器２７によって制御されており、又、外気ファン２４は吸引する外気ＯＡの流量がファンモータのインバータ制御器２８によって制御されており、外気ファン２４による外気ＯＡの単位時間当たりの吸引量に連動して、排気ファン２６による排気ＥＡの単位時間当たりの排出量が同等になるように、外気ファン２４及び排気ファン２６の回転数が制御されており、又、給気ファン２１は常に一定の給気ＳＡを前記空調対象空間６に給気するようになっている。
【００３２】
図１の外気利用空調システム１には、図２に示す制御装置が備えられている。図１、２中、Ｃ１は外気利用システムコントローラであり、この外気利用システムコントローラＣ１には、外気の温湿度が日射や風の影響を受けずに計測できるよう設けた図１には図示しない検出器２９からの、外気状態点（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）の測定値が入力されていると共に、還気通路７の入口に設けた検出器３０からの還気状態点（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）の測定値が入力されており、これらの外気状態点や還気状態点の測定値から絶対湿度、エンタルピを算出して制御に利用するようにしている。ちなみに本明細書中では、空気の状態点を表現する各数値の記号は、乾球温度をＴ、相対湿度をＸ、絶対湿度をＸａ，エンタルピをＨで表す。尚、上記検出及び算出には種々の方法が考えられ、検出器で検出した測定値を変換器に与え、変換器で得た必要な測定演算値（絶対湿度Ｘａ、エンタルピＨ等）を外気利用システムコントローラＣ１に与える方法、及び、外気利用システムコントローラＣ１に測定演算値（絶対湿度、エンタルピ等）の算出部を備えて算出する方法、更には、直接的に必要な測定値（絶対湿度、エンタルピ等）を専用の測定器で測定するようにした方法等が考えられる。
【００３３】
更に、運転モードマップ設定用ＰＣ３１によって以下の計算を行い、その現場固有の運転モードマップを外気利用システムコントローラＣ１に与えるようにする。その運転モードマップは、与えられる空調対象空間の室内設定条件である還気条件ＲＡ（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）、空調設備の能力や望まない除湿を考慮した給気条件（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）、還気条件から演算されて得られるＲＡエンタルピ、給気条件から演算されて得られるＳＡエンタルピ、１段目加湿器１２の性能である加湿飽和効率、２段目加湿器１４の性能である加湿飽和効率、還気条件である設定絶対湿度Ｘａ、還気を１段目加湿器１２で加湿した１段目加湿後条件（同位置の計測値でもある）（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）＝ＲＡ'、混合気エンタルピＭ'、１段目加湿器１２の加湿飽和効率、２段目加湿器１４の加湿飽和効率、等飽和効率線係数等の設定値のパラメータが入力されており、図３に示す乾球温度と絶対湿度と等エンタルピと飽和曲線との関係を示すＴ−Ｘａ空気線図による運転モードマップを作成する。具体的には、空調対象空間へ給気風路内を送給されるＳＡエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点Ｍとして設定し、還気設定温湿度点と前記境界点Ｍとを結んで境界点側に延長した直線（境界線）により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点Ｍを頂点に持つ４つの領域に分け、還気条件ＲＡの絶対湿度Ｘａよりも大きく且つ１段目加湿後条件ＲＡ'と還気条件ＲＡとを結ぶ線よりも大きい領域を、５個目の領域としている。
【００３４】
更に、外気利用システムコントローラＣ１は、検出器２９で計測した外気状態点に基づいて、どの運転モードによって運転するかの演算を行うようになっており、また、検出器２９で計測した外気状態点を運転モードマップを形成するＴ−Ｘａ空気線図を表現する数式に代入して、混合気ＭＡの制御設定値をエンタルピＨ、還気を１段目加湿器１２で加湿した１段目加湿後絶対湿度ＲＡ'、混合気ＭＡを２段目加湿器１４で加湿する２段目加湿後絶対湿度設定値、をそれぞれ演算するようになっている。
【００３５】
Ｃ２は運転パラメータコントローラであり、上位の外気利用システムコントローラＣ１から該当する運転モードを受け取り、更に外気利用システムコントローラＣ１により演算された混合気ＭＡの制御設定値エンタルピＨ、還気を１段目加湿器で加湿した１段目加湿後絶対湿度ＲＡ'、混合気ＭＡを２段目加湿器で加湿する２段目加湿後絶対湿度設定値を受取り、運転モードに該当する調節バルブ及びファンの調節を行う下位のコントローラＣ３，Ｃ４、Ｃ５に設定値を与えるようになっている。なお、１段目加湿器や２段目加湿器の加湿運転のＯＦＦは、各調節バルブが閉になるように、１段目加湿後絶対湿度ＲＡ'、２段目加湿後絶対湿度設定値に偏差を与えることとして行うのが実施例だが、別な信号として与えてもよい。
【００３６】
Ｃ３は１段目加湿器用バルブコントローラであり、上位の運転パラメータコントローラＣ２から加湿後の還気ＲＡ'の絶対湿度Ｘａの設定値を受け取り、検出器３２からの還気ＲＡ'の乾球温度や相対湿度の測定値から演算した絶対湿度との偏差を比較して１段目調節バルブ１３に開度指令を与える。
【００３７】
Ｃ４は外気ファン用コントローラであり、上位の運転パラメータコントローラＣ２から混合気ＭＡの制御設定値エンタルピＨを受け取り、検出器３３からの温湿度測定値を演算した混合気エンタルピＭ'測定値との偏差を比較して外気ファン２４のファンモータのインバータ制御器２８に回転数指令を与える。
【００３８】
このとき、排気ファン２６は基本的に、空調対象空間の加圧分を除いて外気ファン２４と同回転数（同風量）でよいため、専用の調節器は不要としている。ただし、種々の条件により排気ファン２６の回転数が外気ファン２４と同回転数でも、排気量と外気量が同風量にならない場合には、空調対象空間６の内外の差圧による風量制御などを個別に行うようにしてもよい。
【００３９】
Ｃ５は２段目加湿器用バルブコントローラであり、上位の運転パラメータコントローラＣ２から混合気ＭＡを２段目加湿器１４で加湿する２段目加湿後絶対湿度設定値、つまり給気ＳＡの絶対湿度Ｘａの設定値を受け取り、検出器３４からの給気ＳＡの温湿度測定値を演算した混合気エンタルピＭ'測定値との偏差を比較して２段目調節バルブ１５に開度指令を与える。
【００４０】
給気通路１１に備えられる冷熱熱交換器１６の冷却用バルブ１９，２０の制御については図示しないが、給気ＳＡの温度の設定値と測定値から偏差を算出し、その偏差による冷却用バルブの開度との関係から個別に開度を調節することができる。このとき、冷熱熱交換器１６を作動させる場合には、冷却塔によるフリークーリングで冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイル１７の冷却用バルブ１９を開ける操作が優先して行われ、該フリークーリングによる冷却水コイル１７によっても給気ＳＡが目標温度に達しない場合に、更に冷却を行うための冷凍機で冷却される冷水と熱交換する冷水コイル１８の冷却用バルブ２０が開けられる操作が行われるようにする。このとき、フリークーリングによる冷却を冷凍機による冷却に対して優先して行うのは、冷凍機に比してフリークーリングの方が運転動力（エネルギ）を低減できるためである。
【００４１】
次に、図３に示す空気線図の各点の意味について説明する。
【００４２】
点ＲＡは還り空気条件（あるいは室内空気条件）である。ここで考慮している空調対象は電算室・サーバー室等であるため、室内での潜熱負荷は存在しないものと考えると、点ＳＡは点ＲＡから顕熱比＝１．０の線と平行（水平）な線上つまり等絶対湿度線上となる。そして、外気利用空調では加湿・冷却のプロセス、すなわち空気線図上の各点から等エンタルピ線に沿って左上に空気の状態が変わる水断熱加湿と、還気ＲＡと外気ＯＡとの混合を利用した空気状態点変化を利用し、４つの異なる経路によって点ＲＡの状態から点ＳＡの状態へとなるように運転を行う。この点ＳＡの状態がまた室内の顕熱負荷により点ＲＡの状態まで移動する。
【００４３】
点ＲＡ'は１段目加湿器１２による水噴霧加湿によりＲＡを加湿したあとの状態点であり、本システムの１段目加湿器１２は水を噴霧する手法のため、空気線図において等エンタルピ線上を左上（加湿＋冷却）に動く。この点ＲＡ'の状態点は１段目加湿器の加湿飽和効率から設定することができる。加湿飽和効率は加湿器の性能であるので通常、既知のものであるし、また還気通路７の入口条件（ここで言う還気ＲＡの状態）に対して事前に確認することができる。加湿飽和効率とは、ある点から等エンタルピ線が飽和曲線と交わる点までの距離によって、加湿により到達した等エンタルピ線上の距離を除した値である。
【００４４】
点Ｍは逆に、到達点をＳＡとした場合、２段目加湿器１４により点ＳＡに到達できる最遠の点であり、２段目加湿器１４の加湿飽和効率から定められる点である。つまり、空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点である。ここで、点Ｍは、後述する運転モード１，２，３，４の境界点となっている。
【００４５】
曲線Ｍ−Ｎは、点ＳＡに対する点Ｍのように、点ＳＡから点ＲＡまでの各点を到達点とした場合、２段目加湿器１４により（等エンタルピ変化で）その各点に到達できる最遠の点の集合であり、２段目加湿器１４の飽和効率から逆算することで各点が求められ、それらの点を近似式に当てはめることで得られる。ここで近似する関数の形態は任意であり、当てはまりのよい式を選べばよい。点ＲＡを到達点とした場合、２段目加湿器１４により点ＲＡまで到達できる最遠の点はＮである。つまり曲線Ｍ−Ｎは、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線となる。
【００４６】
次に、運転モードマップのパラメータに基づいて、図３に示す運転モード１〜５の領域に分割する意味合いについて、以下に説明する。
【００４７】
外気ＯＡの状態点が運転モード１の領域にある場合には、還気ＲＡと外気ＯＡの混合を外気量ひいては排気を減じた還気量を各々調整することにより線分Ｍ−ＳＡ上に混合点を移動させることができる。点Ｍは２段目加湿器１４の加湿冷却によって点ＳＡに到達できる最遠の点なので、還気ＲＡと外気ＯＡの混合点を線分Ｍ−ＳＡ上とすることができれば、２段目加湿器１４の加湿冷却によって混合点から点ＳＡの状態とすることができる。即ち、外気ＯＡの状態点と点ＲＡとを結んだ直線が線分Ｍ−ＳＡと交わる点に混合点が存在するような外気ＯＡ量の状態では、２段目加湿器１４によって点ＳＡの状態とすることができる。これを「混合２段目加湿単独運転」とする。
【００４８】
このとき、外気ＯＡの状態が運転モード１の領域から更に低湿度あるいは高温度となり、直線ＲＡ−Ｍより水平に対する傾きが大きくなった場合、即ち外気ＯＡの状態点が直線ＲＡ−Ｍよりも下側に来た場合には、点ＲＡと外気ＯＡの状態点とを結んだ直線は線分Ｍ−ＳＡと交わらない。つまり、還気ＲＡと外気ＯＡを点ＳＡと等エンタルピになるように混合しても、その線上で点Ｍよりも右下の状態となるため、２段目加湿器１４の能力では点ＳＡまで到達しない。これは、点Ｍが２段目加湿器１４により点ＳＡに到達できる飽和曲線から最遠の点であるからである。よって、外気ＯＡの状態点が直線ＲＡ−Ｍよりも下側に来た場合には、上記「混合２段目加湿単独運転」では点ＲＡから点ＳＡの空気の状態を作ることはできない。
【００４９】
上記直線ＲＡ−Ｍは横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において１次の関数（Ｘａ＝ａ１×Ｔ＋ｂ１）で表すことができるため、この関数を使い、外気ＯＡの状態を判断することができる。具体的には、外気ＯＡが設定絶対湿度（直線ＳＡ−ＲＡ）より小さく、また設定ＳＡのエンタルピより小さく、且つ外気乾球温度Ｔ、外気絶対湿度ＡＨとしたとき、ＡＨ＞＝ａ１×Ｔ＋ｂ１であれば、外気ＯＡの状態点が運転モード１の領域にあると判断して、前記「混合２段目加湿単独運転」を行う。
【００５０】
又、外気の状態が運転モード２の領域にある場合には、まず点ＲＡを１段目加湿器１２によって加湿し、点ＲＡ'とする。そして点ＲＡ'と運転モード２の領域にある外気ＯＡの状態点を結んだ直線は線分Ｍ−ＳＡと交わることができるので、線分Ｍ−ＳＡ上となるように１段目加湿器１２で加湿後の還気ＲＡ'と外気ＯＡを混合すれば、あとは２段目加湿器１４による加湿によって点ＳＡに到達させることができる。これを「混合２段階加湿運転」とする。
【００５１】
この直線ＲＡ'−Ｍも横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において、１次の関数（Ｘａ＝ａ２×Ｔ＋ｂ２）で表すことができる。ここで、直線ＲＡ'−Ｍは、運転モード１，２と運転モード３，４とを分かつ境界線である。即ち、外気ＯＡの状態がＲＡ'−Ｍの右側の領域は、外気ＯＡと還気ＲＡの混合と加湿だけでは点ＳＡには到達することができない領域であり、従ってこの領域では冷熱熱交換器１６による冷却が必要になる。ただし、加湿器の飽和効率、その他の条件（給気ＳＡ、還気ＲＡ）によって傾きａ２は正負のいずれかとなる。よって、「混合２段階加湿運転」を実施する条件は、外気ＯＡが設定ＳＡのエンタルピより小さく、さらに外気乾球温度Ｔ、外気絶対湿度ＡＨとしたとき、ＡＨ＜ａ１×Ｔ＋ｂ１であり、且つａ２＞０の場合にＡＨ≧ａ２×Ｔ+ｂ２またはａ２＜０の場合にＡＨ≦ａ２×Ｔ＋ｂ２となる場合である。
【００５２】
一方、外気ＯＡの状態点と還気ＲＡとの直線でも、外気ＯＡの状態点とＲＡ'との直線でも線分Ｍ−ＳＡと交わらない場合には、加湿及び外気ＯＡの混合のみでは点ＲＡから点ＳＡまで到達することができない。この場合が運転モード３の領域、運転モード４の領域（白抜き）となり、これらの場合には最終的に冷熱熱交換器１６のフリークーリングの冷却水コイル１７による冷却、更に必要な場合には、冷凍機から冷水が送給される冷水コイル１８による冷却を行うようにする。この場合でも、フリークーリングのみを運転させ、更にフリークーリングを運転する場合にもできるだけ運転を低減することにより、冷熱熱交換器16がかかわる冷熱媒の搬送動力や冷凍サイクルの圧縮動力などの運転動力（エネルギ）を低減することができる。
【００５３】
まず、外気ＯＡの状態が運転モード４の領域にある場合、すなわち曲線Ｍ−Ｎの線上またはＴ−Ｘａ平面上で上部に外気ＯＡの状態がある場合には、曲線Ｍ−Ｎは、点ＳＡに対する点Ｍのように、点ＳＡから点ＲＡまでの各点を到達点とした場合、その各点に到達できる飽和曲線から最遠の点の集合であるので、取り入れた外気ＯＡをそのまま２段目加湿器１４で（等エンタルピ変化で）加湿することで、直線ＳＡ−ＲＡ上に到達させることができる。その到達した点から点ＳＡまでがフリークーリングの冷却水コイル１７での冷却、及び必要な場合の冷凍機の冷水コイル１８での冷却による冷熱処理量となり、点ＲＡから点ＳＡへの冷却に比べて冷熱処理量を低減することができる。これを「全外気２段目加湿単独運転」とする。
【００５４】
このときの運転条件は、外気ＯＡのエンタルピがＳＡエンタルピより大きく、ＲＡエンタルピより小さくて、また設定絶対湿度より湿度が小さく、かつ横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において曲線Ｍ−Ｎを任意の関数Ｘａ＝ｆ３(Ｔ)で表したとき、外気乾球温度Ｔ、外気絶対湿度ＡＨで、ＡＨ＞ｆ３（Ｔ）となる場合である。
【００５５】
外気ＯＡが設定絶対湿度より小さくＲＡエンタルピより小さい場合には、上記の運転モード１、２及び４に当てはまらず、この場合が運転モード３の領域となる。この場合には、まず還気ＲＡを１段目加湿器１２により還気ＲＡ'とする。次に、曲線Ｍ−Ｎが交わる点になるように加湿後の還気ＲＡ'と外気ＯＡを混合する。このとき、横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において、還気ＲＡ'と外気ＯＡの状態点を結んだ直線と曲線Ｍ−Ｎの交点を求め、その交点の乾球温度および絶対湿度となるように混合制御を行う。そして混合気ＭＡを２段目加湿器１４により直線ＳＡ−ＲＡ上の点まで到達させ、最後に冷熱熱交換器１６のフリークーリングの冷却水コイル１７による冷却、更に必要な場合に冷凍機の冷水コイル１８による冷却を行う。これを「混合２段階加湿＋冷却器併用運転」とする。横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において曲線Ｍ−Ｎを任意の関数Ｘａ＝ｆ３(Ｔ)で表すことができるので、還気ＲＡ'と外気ＯＡの状態点を結んだ直線を１次の関数あるいは曲線で表したとき、その交点を算出することで混合後の乾球温度と絶対湿度を求めることができる。
【００５６】
上記した運転モード１〜４の領域に当てはまらない場合が運転モード５の領域に相当し、この領域では、フリークーリングによる冷却水コイル１７により最大限の冷却を行い、その冷却では不足の場合にその不足分を冷凍機の冷水コイル１８で冷却することで給気ＳＡを要求される給気温度に維持することができる。
【００５７】
次に、運転モードマップのパラメータに基づいて、運転モードマップを形成するＴ−Ｘａ空気線図上で分割された運転モード１〜５の領域に対し、検出器２９で計測した外気状態点を代入して運転モードを求める方法について、図４ａ、図４ｂのフローチャートを参照して説明する。
【００５８】
尚、図４ａ、図４ｂのフローチャートでは、各パラメータのｉ−１番目の各データとｉ番目の各データとを比較演算するようにしており、「次の順番（ｉ＋１）」で示されるフローの行く先は、図示いていないが、「データ：Ｄｉ」の後流に、「データＤ（ｉ＋１）」にするステップが存在し、そのステップである。
【００５９】
図４ａのフローチャートで示す通り、ｉ番目のデータ計測時を示す各数値は、ＲＡｉは還気ＲＡの温湿度の空気状態点、ＯＡｉは外気ＯＡの温湿度の空気状態点、ＳＡｉは給気風路の給気ＳＡの温湿度の空気状態点を示している。
【００６０】
外気ＯＡｉ計測値の絶対湿度Ｘａと給気設定値の絶対湿度Ｘａとを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｘａ）がＳＡ（Ｘａ）よりも小さいことで、外気冷房が行える条件の一つが満たされる。ここでＮＯならば、外気の冷熱がないので運転モード５に相当し、冷熱源を全て冷凍機などの熱源に頼る。ＹＥＳならば、次の外気ＯＡｉ計測値のエンタルピＯＡｉ（Ｈ）と還気設定値ＲＡのエンタルピＲＡ（Ｈ）とを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｈ）がＲＡ（Ｈ）よりも小さいことで、前ステップと併せて初めて外気冷房が行える条件が整う。ここでＮＯならば、外気の冷熱がないので運転モード５に相当し、冷熱源を全て冷凍機などの熱源に頼る。ＹＥＳならば、次の外気ＯＡｉ計測値のエンタルピＯＡｉ（Ｈ）と給気設定値ＳＡのエンタルピＳＡ（Ｈ）とを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｈ）がＳＡ（Ｈ）よりも小さいことで、外気ＯＡｉを還気ＲＡに混合することで混合気を外気利用して直接冷却し、且つ水加湿を利用することで所定の給気設定値ＳＡまで持っていく条件が整う。ここでＮＯならば、外気の冷熱が直接利用には少ないので運転モード３又は運転モード４に相当し、優先的に冷却塔フリークーリング冷熱を用いて最後の冷却を行うが、冷熱源の一部を冷凍機などの熱源に頼る場合もある。ＹＥＳならば、運転モード１又は運転モード２に相当し、冷熱源に冷凍機を利用しなくてよい。そして、ＹＥＳのフローを進めると、次の外気ＯＡｉ計測値の絶対湿度ＯＡｉ（Ｘａ）と境界線である還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の絶対湿度値（Ｘａ）＝ａ１＊ＯＡ（Ｔ）＋ｂ１とを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｘａ）が（Ｘａ）=ａ１*ＯＡ（Ｔ）+ｂ１よりも大きいことで、ＯＡｉを還気ＲＡに混合することで混合気を外気利用して直接冷却し、且つ２段目加湿器を利用することで所定の給気設定値ＳＡまで持っていく条件が整う。ＹＥＳならば運転モード１に相当する。ここでＮＯならば、次のステップで外気ＯＡｉ（Ｈ）が設定給気ＳＡ（Ｈ）のエンタルピより小さく、さらに外気ＯＡｉの乾球温度Ｔ、絶対湿度ＡＨとしたとき、ＡＨ＜ａ１×Ｔ＋ｂ１であり、且つａ２＞０の場合にＡＨ≧ａ２×Ｔ+ｂ２またはａ２＜０の場合にＡＨ≦ａ２×Ｔ＋ｂ２となる場合には(ＹＥＳ)、運転モード２に相当し、ＮＯの場合は運転モード３に相当する。外気ＯＡｉ計測値のエンタルピＯＡｉ（Ｈ）と給気設定値ＳＡのエンタルピＳＡ（Ｈ）とを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｈ）がＳＡ（Ｈ）よりも大きい場合、外気ＯＡｉを還気ＲＡに混合しても混合気を外気利用して直接冷却するには足りず、優先的に冷却塔フリークーリング冷熱を用いて最後の冷却を行うが、冷凍機などの冷熱も追加する場合がある運転モード３に相当する。
【００６１】
以下に、各運転モードの運転概要を説明する。
【００６２】
Ｉ）混合２段目加湿単独運転（運転モード１の領域での運転）
この場合は、１段目加湿器用バルブコントローラＣ３は運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１３を閉止する方向に偏差を有する絶対湿度の設定値を受け取り、１段目調節バルブ１３を閉とする。外気ファン用コントローラＣ４は、運転パラメータコントローラＣ２から、混合気エンタルピＭ'の設定値、つまりＭ−ＳＡ線上にあるエンタルピ設定値を受け取り、検出器３３による実際の温湿度から演算される混合気エンタルピＭ'計測値との偏差に基づき外気ファン２４の回転数を制御する。
【００６３】
２段目加湿器用バルブコントローラＣ５は、運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１５を開放し開度調整するような偏差を有する絶対湿度の設定値信号を受け取り、検出器３４によるＳＡの絶対湿度の計測値との偏差に基づき、それが設定絶対湿度になるように２段目調節バルブ１５の開度の制御を行う。２段目加湿器１４が稼動する場合は、そのどのモードでの稼動においても設定値が設定絶対湿度となるので、運転パラメータコントローラＣ２からの信号は、初期調整時における設定値の入力のみでよい。
【００６４】
上記の状態においては冷熱熱交換器１６の冷却用バルブ１９，２０は、冷熱熱交換器１６を通過する空気の温湿度が設定給気条件を満たしているので、基本的に閉を保持しているが、給気ＳＡの計測値が設定温度に達していない場合、設定値に達するように冷却用バルブ１９，２０の開度調整が行われるが、これは外気利用空調システム１の制御ルーチンとは独立した動きでよい。
【００６５】
排気ファン２６は、加圧空気量を別とすれば取り入れた外気量と同量を排気すればよいので、例えば外気ファン２４と排気ファン２６が同容量であれば、外気ファン２４の回転数と同じに制御すればよく、あるいは室内外の差圧を計測し、その差圧を無くすように回転数を制御してもよい。
【００６６】
ＩＩ）混合２段階加湿運転（運転モード２の領域での運転）
この場合、１段目加湿器用バルブコントローラＣ３は運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１３を開放する方向、且つ流量調整可能に偏差を有する絶対湿度の設定値を受け取り、１段目調節バルブ１３を開とする。１段目加湿を運転する場合、運転パラメータからＲＡ'の絶対湿度を設定絶対湿度とし、ＲＡ'の絶対湿度の計測値から１段目調節バルブ１３の開度制御を行うが、１段目加湿器１２の入口条件は一定（ＲＡ）であり、ＲＡ'は１段目加湿器１２の能力（飽和効率）から設定されているため、基本的には１段目調節バルブ１３の開度は制御される必要は無く、運転パラメータコントローラＣ２から１段目加湿器用バルブコントローラＣ３への信号は運転か停止かの信号のみにするほうが簡易的な場合もある。
【００６７】
外気ファン用コントローラＣ４は、運転パラメータコントローラＣ２から、混合気エンタルピＭ'の設定値、つまりＭ−ＳＡ線上にあるエンタルピ設定値を受け取り、検出器３３による実際の温湿度から演算される混合気エンタルピＭ'計測値との偏差に基づき外気ファン２４の回転数を制御する。
【００６８】
２段目加湿器用バルブコントローラＣ５は、運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１５を開放し開度調整するような偏差を有する絶対湿度の設定値信号を受け取り、検出器３４によるＳＡの絶対湿度の計測値との偏差に基づき、それが設定絶対湿度になるように２段目調節バルブ１５の開度制御を行う。
【００６９】
ＩＩＩ）混合２段階加湿＋冷熱熱交換器併用運転（運転モード３の領域での運転）
この場合、１段目加湿器用バルブコントローラＣ３は運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１３を開放する方向、且つ流量調整可能に偏差を有する絶対湿度の設定値を受け取り、１段目調節バルブ１３を開とする。
【００７０】
外気ファン用コントローラＣ４は、運転パラメータコントローラＣ２から、混合気エンタルピＭ'の設置値（ＲＡ'と外気状態点を結んだ直線と曲線Ｍ−Ｍ'との交点の乾球温度および絶対湿度におけるエンタルピ）を受け取り、検出器３３からの実際の温湿度から演算される混合気エンタルピＭ'計測値との偏差に基づき外気ファン２４の回転数を制御する。
【００７１】
２段目加湿器用バルブコントローラＣ５は、運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１５を開放し開度調整するような偏差を有する絶対湿度の設定値信号を受け取り、検出器３４によるＳＡの絶対湿度の計測値との偏差に基づき、それが設定絶対湿度になるように２段目調節バルブ１５の開度制御を行う。この後、検出器３４からの計測値から、給気ＳＡの温度が設定値に達するように冷熱熱交換器１６の冷却用バルブ１９，２０の開度が制御される。
【００７２】
ＩＶ）全外気２段目加湿単独運転（運転モード４の領域での運転）
この場合、１段目加湿器用バルブコントローラＣ３は運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１３を閉止する方向に偏差を有する絶対湿度の設定値を受け取り、１段目調節バルブ１３を閉とする。
【００７３】
外気ファン用コントローラＣ４は、運転パラメータコントローラＣ２から、混合気エンタルピＭ'の設置値、ここでは全外気とするので設定エンタルピ＝外気エンタルピ、を受け取り、検出器３３による実際の温湿度から演算される混合気エンタルピＭ'計測値との偏差に基づき外気ファン２４の回転数を制御する。
【００７４】
２段目加湿器用バルブコントローラＣ５は、運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１５を開放し開度調整するような偏差を有する絶対湿度の設定値信号を受け取り、検出器３４によるＳＡの絶対湿度の計測値との偏差に基づき、それが設定絶対湿度になるように２段目調節バルブ１５の開度制御を行う。この後、この後、検出器３４からの計測値から、給気ＳＡの温度が設定値に達するように冷熱熱交換器１６の冷却用バルブ１９，２０の開度が制御される。
【００７５】
更に、上記運転モード１〜４のいずれにも当てはまらない運転モード５の場合には、外気利用空調システム１の制御ルーチンから独立して駆動される冷熱熱交換器１６を構成する冷却塔のフリークーリングの冷却水コイル１７及び冷凍機の冷水コイル１８によって、給気ＳＡの計測温度が設定温度になるように制御される。このとき、フリークーリングによる冷却を優先させることで、運転動力（エネルギ）が大きい冷凍機による冷却を最少にすることにより、外気利用空調システム１全体の運転動力（エネルギ）を小さく抑えることができる。また、各運転モードに共通している点は、最後に、冷熱熱交換器１６を構成するフリークーリングの冷水コイル１７及び冷凍機の冷却コイル１８の冷却用バルブ１９，２０の開閉及び開度調整を行う制御は、外気利用空調システム１の制御ルーチンから独立しており、あくまで給気ＳＡの計測温度が設定温度より高い場合に冷却用バルブ１９，２０の開操作が行われることである。
【００７６】
上記したように、本発明の外気利用空調システム及び外気冷房運転方法によれば、中間期や冬期において外気を利用した外気冷房を行う際に、還気ＲＡを加湿する１段目加湿器１２と混合気ＭＡを加湿する２段目加湿器１４の少なくとも一方を作動することにより、給気ＳＡの加湿不足を防止すると共に、加湿による冷却効果を最大限に利用して給気の目的の温度と湿度を達成することができる。
【００７７】
又、このように外気利用による冷却効果を最大限に高めたことにより、中間期や冬期に、冷房負荷が大きくて外気冷却だけでは冷房能力が不足する際にも冷熱熱交換器１６の使用を最少限にして冷熱熱交換器１６のエネルギを大幅に低減することができる。
【００７８】
尚、本発明の外気利用空調システム及び外気冷房運転方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 外気利用空調システム
３ 外気導入口
４ 外気通路
５ 還気取入口
６ 空調対象空間
７ 還気通路
９ 混合部
１０ 給気風路
１１ 給気通路
１２ １段目加湿器（１段目加湿手段）
１４ ２段目加湿器（２段目加湿手段）
１６ 冷熱熱交換器（冷却手段）
１７ フリークーリングの冷却水コイル
１８ 冷凍機の冷水コイル
２１ 給気ファン（給気手段）
２４ 外気ファン（外気送給手段）
２６ 排気ファン（排気手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は外気利用空調システム及び外気冷房運転方法に関するものである。特に空調対象空間の熱負荷が１年中多く発生し、人などの潜熱負荷が殆どなく、室内湿度許容範囲が厳しい場合に適用できる外気利用空調システム及び外気冷房運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットデータセンターや電算機室等においては、機器からの発熱を除去し且つ所定の湿度を保持するようにして機器が正常に動作する環境の提供を図るために、空調機（冷房機）を通年で稼働して冷房及び湿度調整を行うようにしているが、インターネットデータセンターや電算機室等の機器は大量の熱を発するために、冷房機への還り空気温度は高く、そのため、還気を設定温度まで冷却して給気するのに年間を通して多大のエネルギ（電力）を消費している。
【０００３】
空調対象室内に大量の熱を発する電算機やサーバラックなどが存在しない、一般事務所ビルにおいては、外気を利用して還気の温度を低下し、冷却コイルでの冷凍機消費エネルギを低減するようにした外気利用空調システムがあり、例えば本特許出願人による特許文献１がある。特許文献１の外気利用空調システムは、空気調和機の内部に外気系に連通して外気ＯＡを取り入れる第一の流通路と、還気系を介し空調対象空間に連通して取入れた還気ＲＡを加湿器により加湿する第二の流通路と、第一の流通路及び第二の流通路に連通すると共に給気系を介し前記空調対象空間に連通する第三の流通路を備え、冷凍機に接続された冷却手段を前記第一の流通路と第二の流通路とに備えた構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０６４５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１によれば、中間期（春季や秋季）及び冬期において、室温よりも低温である外気ＯＡを利用することによって省エネルギを図ることができる。しかし、還気ＲＡのみを加湿する方式であるため、加湿による冷却効果を最大限に利用することができないという問題がある共に、空調対象室内に大量の熱を発する電算機やサーバラックなどがあって大風量の外気による冷却が必要なところへ適用する場合、外気ＯＡを取入れる割合を所定以上に増加した場合には給気ＳＡの湿度が低下し、そのために外気ＯＡの取入れが制限される問題があり、せっかくの外気冷熱が最大限利用できず、又、更なる給気ＳＡの冷却が必要な場合には還気ＲＡ及び外気ＯＡを冷凍機に接続した冷却手段で冷却することにより所要の給気温度を維持しているが、冷凍機の運転エネルギ（電力）が増大する場合が生じていた。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑み、中間期や冬期において、室内に大量の熱を発生する機器があり室内温湿度許容範囲が狭く管理が厳しい（例えば電算機室の場合、室内湿度の許容範囲を相対湿度±１０％で管理する場合もある。）空調対象室内に外気を利用した外気冷房を行う場合に、大量の外気を混合することによる給気に対する加湿不足を防止することができると共に、加湿による冷却効果を最大限に利用できるようにし、又、中間期や冬期に、冷房負荷が大きくて直接給気に混合する外気冷却だけでは冷房能力が不足する際にも、間接的な外気冷熱の更なる利用により冷熱供給装置の使用を最少限にして運転エネルギの低減を図れるようにした、外気利用空調システム及び外気冷房運転方法を提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１の外気利用空調システムは、外気導入口に連通する第一の流通路である外気通路と、還気取入口を介し空調対象空間に連通する第二の流通路である還気通路と、外気通路及び還気通路に外気通路及び還気通路とは区画された混合部を介して連通すると共に、混合部と区画され且つ給気風路を介し空調対象空間に連通する第三の流通路である給気通路とを備え、還気通路には還気取入口からの還気を水により断熱加湿する１段目加湿手段を設置し、給気通路には、冷却手段と、外気導入口からの外気と還気取入口からの還気が混合した混合気を水により断熱加湿する２段目加湿手段と、給気通路内の混合気を空調対象空間に送給する給気手段とを設置し、外気通路には、混合気の温湿度状態を調整するため風量調整が可能である外気を搬送するための外気送給手段を設置し、空調対象室内には、室内空気の一部を排気するための排気手段を設置したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２の外気利用空調システムにおいては、１段目加湿手段の加湿量を還気取入口にて計測し演算された絶対湿度に応じて、外気送給手段の風量を混合部にて計測し演算されたエンタルピに応じて、２段目加湿手段の加湿量を給気風路にて計測し演算された絶対湿度に応じて、それぞれ制御する制御装置を有している。
【０００９】
本発明の請求項３の外気利用空調システムにおいては、冷却手段は、冷却塔を利用したフリークーリングにより冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイルを有している。
【００１０】
本発明の請求項４の外気利用空調システムにおいては、冷却手段は、冷却塔を利用したフリークーリングにより冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイルと、冷凍機により冷却される冷水と熱交換する冷水コイルとを有している。
【００１１】
本発明の請求項５の外気利用空調システムにおいては、空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点として設定し、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点を頂点に持つ４つの領域に分けて、温湿度を測定し求めた外気の状態点が４つの領域の何れに含まれるかで運転モードを切り替える制御装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６の外気利用空調システムにおいては、請求項５の外気利用空調システムにおいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、１段目加湿手段はＯＦＦとし、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づき外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき２段目加湿手段の加湿量を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７の外気利用空調システムにおいては、請求項５の外気利用空調システムにおいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づき外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき２段目加湿手段の加湿量を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８の外気利用空調システムにおいては、請求項５の外気利用空調システムにおいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき１段目加湿手段の加湿量を制御し、２段目加湿手段はＯＦＦとし、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項９の外気利用空調システムにおいては、請求項５の外気利用空調システムにおいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御し、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１０の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点として設定し、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点を頂点に持つ４つの領域に分けて、温湿度を測定し求めた外気の状態点が４つの領域の何れに含まれるかで運転モードを切り替えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１１の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、１段目加湿手段はＯＦＦとし、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１２の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１３の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、２段目加湿手段はＯＦＦとし、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１４の外気冷房運転方法は、請求項５の外気利用空調システムをもちいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御し、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の外気利用空調システム及び外気冷房運転方法によれば、中間期や冬期において外気を利用した外気冷房を行う際に、還気ＲＡを加湿する１段目加湿器と、混合気ＭＡを加湿する２段目加湿器を備えたことにより、給気ＳＡの加湿不足を防止することができると共に、加湿による冷却効果を最大限に利用して給気の目的の温度と湿度を達成することができる。又、このように外気利用による冷却効果を最大限に高めたことにより、中間期や冬期に、冷房負荷が大きくて外気冷却だけでは冷房能力が不足する際にも冷熱供給装置の使用を最少限にして冷熱供給装置のエネルギを大幅に低減できるという優れた効果を奏し得る。また、１段目加湿手段の加湿量を還気取入口にて計測し演算された絶対湿度に応じて、外気送給手段の風量を混合部にて計測し演算されたエンタルピに応じて、２段目加湿手段の加湿量を給気風路にて計測し演算された絶対湿度に応じて、それぞれ制御することで、各々の空気調和手段によりＴ−Ｘａ空気線図上を動作させた結果、次の空気調和手段の演算にもその計測し演算された値が利用できて正確に動作させることができるし、各々の空気調和手段の制御比例帯を広くとれるので誤差も少なくなると言う優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態における外気利用空調システムの概略構成を示す側面図である。
【図２】図１の外気利用空調システムに備える制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図１の外気利用空調システムにおける乾球温度と絶対湿度と等エンタルピと飽和曲線との関係を示す空気線図である。
【図４ａ】図１の外気利用空調システムにおける運転モードの算出方法を示すフローチャートである。
【図４ｂ】図４ａに書き切れない運転モードの判断部分を取出して示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２４】
図１は外気利用空調システムの空気系を示しており、外気利用空調システム１は、一面が外壁である機械室２の内部に、外気ガラリ等である外気導入口３に連通する第一の流通路である外気通路４と、還気取入口５を介し空調対象空間６に連通する第二の流通路である還気通路７と、外気通路４及び還気通路７に連通し外気ＯＡと還気ＲＡを混合して混合気ＭＡとするための、外気側及び空調対象空間とを仕切壁８で区画された混合部９と、混合部９内の混合気ＭＡを導入して給気風路１０を介し前記空調対象空間６に給気ＳＡを供給するケーシングで混合部９と区画された第三の流通路である給気通路１１とを有している。
【００２５】
前記還気通路７には還気取入口５からの還気ＲＡを加湿して還気ＲＡ'とするための１段目加湿器１２（１段目加湿手段）を設けている。例えば、機械室２の一部を断熱パネル４０などで区画し、還気取入口５を一端部に、他端部には還気フィルタ４１を設けて還気通路７とし、還気取入口５とフィルタ４１との中間に１段目加湿器１２を下部にドレンパンを付属させて設ける。この１段目加湿器１２は水加湿器であり、加湿前後の還気は断熱変化する。１３は１段目加湿器１２のスプレー量を調節するための１段目調節バルブである。尚、前記還気フィルタは備えなくてもよい。
【００２６】
又、前記給気通路１１はケーシングを有する空調機であり、前記給気通路１１には、前記外気導入口３からの外気ＯＡと還気取入口５から導入され１段目加湿器１２で加湿された還気ＲＡ'が混合した混合気ＭＡを加湿するための２段目加湿器１４（２段目加湿手段）を下部にドレンパンを付属させて設ける。この２段目加湿器１４は水加湿器であり、加湿前後の還気は断熱変化する。１５は２段目加湿器１４のスプレー量を調節するための２段目調節バルブである。上記１段目及び２段目加湿器１２，１４には、水スプレー、気化式加湿器、超音波加湿器、など加湿水を加熱しないで処理空気加湿前後で断熱変化になる、いわゆる水加湿を用いることができる。
【００２７】
前記給気通路１１における２段目加湿器１４の下流には、冷熱熱交換器１６（冷却手段）が設けられている。図１に示す冷熱熱交換器１６は、外気取入・水噴霧加湿では給気ＳＡが目標温度に達しない場合に冷却を行う冷却塔によるフリークーリングで冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイル１７と、該フリークーリングによる冷却水コイル１７によっても給気ＳＡが目標温度に達しない場合に更に冷却を行うための冷凍機で冷却される冷水と熱交換する冷水コイル１８とを備えた場合を示している。図中１９，２０は冷却水コイル１７及び冷水コイル１８に供給管を介して連通する冷却用バルブである。なお、冷水や冷却水の還り側配管は図では省略している。又、図示していないが、冷却水の配管系には、冷却水還り管、冷却塔、搬送用の冷却水ポンプ、冷却水往き管が備わり、図示の冷却水コイルの冷却用バルブ１９から冷却水コイル１７を出て、冷却水還り管へ繋がる、一連の冷却水循環系が存在し、冷水の配管系には、冷水還り管、搬送用の冷水ポンプ、冷凍機、冷水往き管が備わり、図示の冷水コイルの冷却用バルブ２０から冷水コイル１８を出て、冷水還り管へ繋がる、一連の冷水循環系が存在している。
【００２８】
前記給気通路１１の冷熱熱交換器１６の下流には、給気通路１１の給気ＳＡを給気風路１０へ送給するための給気ファン２１（給気手段）が設けられている。図１の給気風路１０は、前記給気通路１１からの給気ＳＡを床下部の空間２２を介して前記空調対象空間６に供給する場合を示している。これは、電算室やデータセンター等で多く見られ、電算機等の機器が発生する大量の熱で暖められ上昇する空気の流れを利用して、空調対象空間の熱くなった還気をいち早く還気取入口５及び排気手段へ導くことで、室内に空気が澱むことなく、有効な冷房を行う目的で、冷たい空気を床から吹き出し、天井側で還気を取るのである。
【００２９】
前記外気通路４の上流側で外気導入口３の下流側には、外気フィルタ２３が設けられると共に、外気フィルタ２３の下流側には、外気系３からの新鮮な外気ＯＡを取り入れて前記還気ＲＡ'と共に混合部９へ送給するようにした外気ファン２４（外気送給手段）を設けている。
【００３０】
また、空調対象空間６の所要位置には、空調対象空間６の室内空気の一部を排気ＥＡとして外部へ排出するようにした排気口を有する排気風路２５が接続されており、該排気風路２５には排気ファン２６（排気手段）を設けている。排気ファン２６は、室内機器の稼働状態の切替などにより外気ＯＡを、空調対象空間６を細分したエリア毎に多量／少量に逐一流動的に取り入れることによって、空調対象空間６のうちのエリア毎に圧力差が生じることを防止するためのものであり、上記排気ファン２６は空調対象空間６に接続しても或いは環気系５に接続するようにしてもよい。
【００３１】
排気ファン２６は排出する排気ＥＡの流量がファンモータのインバータ制御器２７によって制御されており、又、外気ファン２４は吸引する外気ＯＡの流量がファンモータのインバータ制御器２８によって制御されており、外気ファン２４による外気ＯＡの単位時間当たりの吸引量に連動して、排気ファン２６による排気ＥＡの単位時間当たりの排出量が同等になるように、外気ファン２４及び排気ファン２６の回転数が制御されており、又、給気ファン２１は常に一定の給気ＳＡを前記空調対象空間６に給気するようになっている。
【００３２】
図１の外気利用空調システム１には、図２に示す制御装置が備えられている。図１、２中、Ｃ１は外気利用システムコントローラであり、この外気利用システムコントローラＣ１には、外気の温湿度が日射や風の影響を受けずに計測できるよう設けた図１には図示しない検出器２９からの、外気状態点（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）の測定値が入力されていると共に、還気通路７の入口に設けた検出器３０からの還気状態点（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）の測定値が入力されており、これらの外気状態点や還気状態点の測定値から絶対湿度、エンタルピを算出して制御に利用するようにしている。ちなみに本明細書中では、空気の状態点を表現する各数値の記号は、乾球温度をＴ、相対湿度をＸ、絶対湿度をＸａ，エンタルピをＨで表す。尚、上記検出及び算出には種々の方法が考えられ、検出器で検出した測定値を変換器に与え、変換器で得た必要な測定演算値（絶対湿度Ｘａ、エンタルピＨ等）を外気利用システムコントローラＣ１に与える方法、及び、外気利用システムコントローラＣ１に測定演算値（絶対湿度、エンタルピ等）の算出部を備えて算出する方法、更には、直接的に必要な測定値（絶対湿度、エンタルピ等）を専用の測定器で測定するようにした方法等が考えられる。
【００３３】
更に、運転モードマップ設定用ＰＣ３１によって以下の計算を行い、その現場固有の運転モードマップを外気利用システムコントローラＣ１に与えるようにする。その運転モードマップは、与えられる空調対象空間の室内設定条件である還気条件ＲＡ（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）、空調設備の能力や望まない除湿を考慮した給気条件（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）、還気条件から演算されて得られるＲＡエンタルピ、給気条件から演算されて得られるＳＡエンタルピ、１段目加湿器１２の性能である加湿飽和効率、２段目加湿器１４の性能である加湿飽和効率、還気条件である設定絶対湿度Ｘａ、還気を１段目加湿器１２で加湿した１段目加湿後条件（同位置の計測値でもある）（乾球温度Ｔ、相対湿度Ｘ）＝ＲＡ'、混合気エンタルピＭ'、１段目加湿器１２の加湿飽和効率、２段目加湿器１４の加湿飽和効率、等飽和効率線係数等の設定値のパラメータが入力されており、図３に示す乾球温度と絶対湿度と等エンタルピと飽和曲線との関係を示すＴ−Ｘａ空気線図による運転モードマップを作成する。具体的には、空調対象空間へ給気風路内を送給されるＳＡエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点Ｍとして設定し、還気設定温湿度点と前記境界点Ｍとを結んで境界点側に延長した直線（境界線）により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点Ｍを頂点に持つ４つの領域に分け、還気条件ＲＡの絶対湿度Ｘａよりも大きく且つ１段目加湿後条件ＲＡ'と還気条件ＲＡとを結ぶ線よりも大きい領域を、５個目の領域としている。
【００３４】
更に、外気利用システムコントローラＣ１は、検出器２９で計測した外気状態点に基づいて、どの運転モードによって運転するかの演算を行うようになっており、また、検出器２９で計測した外気状態点を運転モードマップを形成するＴ−Ｘａ空気線図を表現する数式に代入して、混合気ＭＡの制御設定値をエンタルピＨ、還気を１段目加湿器１２で加湿した１段目加湿後絶対湿度ＲＡ'、混合気ＭＡを２段目加湿器１４で加湿する２段目加湿後絶対湿度設定値、をそれぞれ演算するようになっている。
【００３５】
Ｃ２は運転パラメータコントローラであり、上位の外気利用システムコントローラＣ１から該当する運転モードを受け取り、更に外気利用システムコントローラＣ１により演算された混合気ＭＡの制御設定値エンタルピＨ、還気を１段目加湿器で加湿した１段目加湿後絶対湿度ＲＡ'、混合気ＭＡを２段目加湿器で加湿する２段目加湿後絶対湿度設定値を受取り、運転モードに該当する調節バルブ及びファンの調節を行う下位のコントローラＣ３，Ｃ４、Ｃ５に設定値を与えるようになっている。なお、１段目加湿器や２段目加湿器の加湿運転のＯＦＦは、各調節バルブが閉になるように、１段目加湿後絶対湿度ＲＡ'、２段目加湿後絶対湿度設定値に偏差を与えることとして行うのが実施例だが、別な信号として与えてもよい。
【００３６】
Ｃ３は１段目加湿器用バルブコントローラであり、上位の運転パラメータコントローラＣ２から加湿後の還気ＲＡ'の絶対湿度Ｘａの設定値を受け取り、検出器３２からの還気ＲＡ'の乾球温度や相対湿度の測定値から演算した絶対湿度との偏差を比較して１段目調節バルブ１３に開度指令を与える。
【００３７】
Ｃ４は外気ファン用コントローラであり、上位の運転パラメータコントローラＣ２から混合気ＭＡの制御設定値エンタルピＨを受け取り、検出器３３からの温湿度測定値を演算した混合気エンタルピＭ'測定値との偏差を比較して外気ファン２４のファンモータのインバータ制御器２８に回転数指令を与える。
【００３８】
このとき、排気ファン２６は基本的に、空調対象空間の加圧分を除いて外気ファン２４と同回転数（同風量）でよいため、専用の調節器は不要としている。ただし、種々の条件により排気ファン２６の回転数が外気ファン２４と同回転数でも、排気量と外気量が同風量にならない場合には、空調対象空間６の内外の差圧による風量制御などを個別に行うようにしてもよい。
【００３９】
Ｃ５は２段目加湿器用バルブコントローラであり、上位の運転パラメータコントローラＣ２から混合気ＭＡを２段目加湿器１４で加湿する２段目加湿後絶対湿度設定値、つまり給気ＳＡの絶対湿度Ｘａの設定値を受け取り、検出器３４からの給気ＳＡの温湿度測定値を演算した混合気エンタルピＭ'測定値との偏差を比較して２段目調節バルブ１５に開度指令を与える。
【００４０】
給気通路１１に備えられる冷熱熱交換器１６の冷却用バルブ１９，２０の制御については図示しないが、給気ＳＡの温度の設定値と測定値から偏差を算出し、その偏差による冷却用バルブの開度との関係から個別に開度を調節することができる。このとき、冷熱熱交換器１６を作動させる場合には、冷却塔によるフリークーリングで冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイル１７の冷却用バルブ１９を開ける操作が優先して行われ、該フリークーリングによる冷却水コイル１７によっても給気ＳＡが目標温度に達しない場合に、更に冷却を行うための冷凍機で冷却される冷水と熱交換する冷水コイル１８の冷却用バルブ２０が開けられる操作が行われるようにする。このとき、フリークーリングによる冷却を冷凍機による冷却に対して優先して行うのは、冷凍機に比してフリークーリングの方が運転動力（エネルギ）を低減できるためである。
【００４１】
次に、図３に示す空気線図の各点の意味について説明する。
【００４２】
点ＲＡは還り空気条件（あるいは室内空気条件）である。ここで考慮している空調対象は電算室・サーバー室等であるため、室内での潜熱負荷は存在しないものと考えると、点ＳＡは点ＲＡから顕熱比＝１．０の線と平行（水平）な線上つまり等絶対湿度線上となる。そして、外気利用空調では加湿・冷却のプロセス、すなわち空気線図上の各点から等エンタルピ線に沿って左上に空気の状態が変わる水断熱加湿と、還気ＲＡと外気ＯＡとの混合を利用した空気状態点変化を利用し、４つの異なる経路によって点ＲＡの状態から点ＳＡの状態へとなるように運転を行う。この点ＳＡの状態がまた室内の顕熱負荷により点ＲＡの状態まで移動する。
【００４３】
点ＲＡ'は１段目加湿器１２による水噴霧加湿によりＲＡを加湿したあとの状態点であり、本システムの１段目加湿器１２は水を噴霧する手法のため、空気線図において等エンタルピ線上を左上（加湿＋冷却）に動く。この点ＲＡ'の状態点は１段目加湿器の加湿飽和効率から設定することができる。加湿飽和効率は加湿器の性能であるので通常、既知のものであるし、また還気通路７の入口条件（ここで言う還気ＲＡの状態）に対して事前に確認することができる。加湿飽和効率とは、ある点から等エンタルピ線が飽和曲線と交わる点までの距離によって、加湿により到達した等エンタルピ線上の距離を除した値である。
【００４４】
点Ｍは逆に、到達点をＳＡとした場合、２段目加湿器１４により点ＳＡに到達できる最遠の点であり、２段目加湿器１４の加湿飽和効率から定められる点である。つまり、空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点である。ここで、点Ｍは、後述する運転モード１，２，３，４の境界点となっている。
【００４５】
曲線Ｍ−Ｎは、点ＳＡに対する点Ｍのように、点ＳＡから点ＲＡまでの各点を到達点とした場合、２段目加湿器１４により（等エンタルピ変化で）その各点に到達できる最遠の点の集合であり、２段目加湿器１４の飽和効率から逆算することで各点が求められ、それらの点を近似式に当てはめることで得られる。ここで近似する関数の形態は任意であり、当てはまりのよい式を選べばよい。点ＲＡを到達点とした場合、２段目加湿器１４により点ＲＡまで到達できる最遠の点はＮである。つまり曲線Ｍ−Ｎは、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線となる。
【００４６】
次に、運転モードマップのパラメータに基づいて、図３に示す運転モード１〜５の領域に分割する意味合いについて、以下に説明する。
【００４７】
外気ＯＡの状態点が運転モード１の領域にある場合には、還気ＲＡと外気ＯＡの混合を外気量ひいては排気を減じた還気量を各々調整することにより線分Ｍ−ＳＡ上に混合点を移動させることができる。点Ｍは２段目加湿器１４の加湿冷却によって点ＳＡに到達できる最遠の点なので、還気ＲＡと外気ＯＡの混合点を線分Ｍ−ＳＡ上とすることができれば、２段目加湿器１４の加湿冷却によって混合点から点ＳＡの状態とすることができる。即ち、外気ＯＡの状態点と点ＲＡとを結んだ直線が線分Ｍ−ＳＡと交わる点に混合点が存在するような外気ＯＡ量の状態では、２段目加湿器１４によって点ＳＡの状態とすることができる。これを「混合２段目加湿単独運転」とする。
【００４８】
このとき、外気ＯＡの状態が運転モード１の領域から更に低湿度あるいは高温度となり、直線ＲＡ−Ｍより水平に対する傾きが大きくなった場合、即ち外気ＯＡの状態点が直線ＲＡ−Ｍよりも下側に来た場合には、点ＲＡと外気ＯＡの状態点とを結んだ直線は線分Ｍ−ＳＡと交わらない。つまり、還気ＲＡと外気ＯＡを点ＳＡと等エンタルピになるように混合しても、その線上で点Ｍよりも右下の状態となるため、２段目加湿器１４の能力では点ＳＡまで到達しない。これは、点Ｍが２段目加湿器１４により点ＳＡに到達できる飽和曲線から最遠の点であるからである。よって、外気ＯＡの状態点が直線ＲＡ−Ｍよりも下側に来た場合には、上記「混合２段目加湿単独運転」では点ＲＡから点ＳＡの空気の状態を作ることはできない。
【００４９】
上記直線ＲＡ−Ｍは横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において１次の関数（Ｘａ＝ａ１×Ｔ＋ｂ１）で表すことができるため、この関数を使い、外気ＯＡの状態を判断することができる。具体的には、外気ＯＡが設定絶対湿度（直線ＳＡ−ＲＡ）より小さく、また設定ＳＡのエンタルピより小さく、且つ外気乾球温度Ｔ、外気絶対湿度ＡＨとしたとき、ＡＨ＞＝ａ１×Ｔ＋ｂ１であれば、外気ＯＡの状態点が運転モード１の領域にあると判断して、前記「混合２段目加湿単独運転」を行う。
【００５０】
又、外気の状態が運転モード２の領域にある場合には、まず点ＲＡを１段目加湿器１２によって加湿し、点ＲＡ'とする。そして点ＲＡ'と運転モード２の領域にある外気ＯＡの状態点を結んだ直線は線分Ｍ−ＳＡと交わることができるので、線分Ｍ−ＳＡ上となるように１段目加湿器１２で加湿後の還気ＲＡ'と外気ＯＡを混合すれば、あとは２段目加湿器１４による加湿によって点ＳＡに到達させることができる。これを「混合２段階加湿運転」とする。
【００５１】
この直線ＲＡ'−Ｍも横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において、１次の関数（Ｘａ＝ａ２×Ｔ＋ｂ２）で表すことができる。ここで、直線ＲＡ'−Ｍは、運転モード１，２と運転モード３，４とを分かつ境界線である。即ち、外気ＯＡの状態がＲＡ'−Ｍの右側の領域は、外気ＯＡと還気ＲＡの混合と加湿だけでは点ＳＡには到達することができない領域であり、従ってこの領域では冷熱熱交換器１６による冷却が必要になる。ただし、加湿器の飽和効率、その他の条件（給気ＳＡ、還気ＲＡ）によって傾きａ２は正負のいずれかとなる。よって、「混合２段階加湿運転」を実施する条件は、外気ＯＡが設定ＳＡのエンタルピより小さく、さらに外気乾球温度Ｔ、外気絶対湿度ＡＨとしたとき、ＡＨ＜ａ１×Ｔ＋ｂ１であり、且つａ２＞０の場合にＡＨ≧ａ２×Ｔ+ｂ２またはａ２＜０の場合にＡＨ≦ａ２×Ｔ＋ｂ２となる場合である。
【００５２】
一方、外気ＯＡの状態点と還気ＲＡとの直線でも、外気ＯＡの状態点とＲＡ'との直線でも線分Ｍ−ＳＡと交わらない場合には、加湿及び外気ＯＡの混合のみでは点ＲＡから点ＳＡまで到達することができない。この場合が運転モード３の領域、運転モード４の領域（白抜き）となり、これらの場合には最終的に冷熱熱交換器１６のフリークーリングの冷却水コイル１７による冷却、更に必要な場合には、冷凍機から冷水が送給される冷水コイル１８による冷却を行うようにする。この場合でも、フリークーリングのみを運転させ、更にフリークーリングを運転する場合にもできるだけ運転を低減することにより、冷熱熱交換器16がかかわる冷熱媒の搬送動力や冷凍サイクルの圧縮動力などの運転動力（エネルギ）を低減することができる。
【００５３】
まず、外気ＯＡの状態が運転モード４の領域にある場合、すなわち曲線Ｍ−Ｎの線上またはＴ−Ｘａ平面上で上部に外気ＯＡの状態がある場合には、曲線Ｍ−Ｎは、点ＳＡに対する点Ｍのように、点ＳＡから点ＲＡまでの各点を到達点とした場合、その各点に到達できる飽和曲線から最遠の点の集合であるので、取り入れた外気ＯＡをそのまま２段目加湿器１４で（等エンタルピ変化で）加湿することで、直線ＳＡ−ＲＡ上に到達させることができる。その到達した点から点ＳＡまでがフリークーリングの冷却水コイル１７での冷却、及び必要な場合の冷凍機の冷水コイル１８での冷却による冷熱処理量となり、点ＲＡから点ＳＡへの冷却に比べて冷熱処理量を低減することができる。これを「全外気２段目加湿単独運転」とする。
【００５４】
このときの運転条件は、外気ＯＡのエンタルピがＳＡエンタルピより大きく、ＲＡエンタルピより小さくて、また設定絶対湿度より湿度が小さく、かつ横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において曲線Ｍ−Ｎを任意の関数Ｘａ＝ｆ３(Ｔ)で表したとき、外気乾球温度Ｔ、外気絶対湿度ＡＨで、ＡＨ＞ｆ３（Ｔ）となる場合である。
【００５５】
外気ＯＡが設定絶対湿度より小さくＲＡエンタルピより小さい場合には、上記の運転モード１、２及び４に当てはまらず、この場合が運転モード３の領域となる。この場合には、まず還気ＲＡを１段目加湿器１２により還気ＲＡ'とする。次に、曲線Ｍ−Ｎが交わる点になるように加湿後の還気ＲＡ'と外気ＯＡを混合する。このとき、横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において、還気ＲＡ'と外気ＯＡの状態点を結んだ直線と曲線Ｍ−Ｎの交点を求め、その交点の乾球温度および絶対湿度となるように混合制御を行う。そして混合気ＭＡを２段目加湿器１４により直線ＳＡ−ＲＡ上の点まで到達させ、最後に冷熱熱交換器１６のフリークーリングの冷却水コイル１７による冷却、更に必要な場合に冷凍機の冷水コイル１８による冷却を行う。これを「混合２段階加湿＋冷却器併用運転」とする。横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとったＴ−Ｘａ平面（空気線図上）において曲線Ｍ−Ｎを任意の関数Ｘａ＝ｆ３(Ｔ)で表すことができるので、還気ＲＡ'と外気ＯＡの状態点を結んだ直線を１次の関数あるいは曲線で表したとき、その交点を算出することで混合後の乾球温度と絶対湿度を求めることができる。
【００５６】
上記した運転モード１〜４の領域に当てはまらない場合が運転モード５の領域に相当し、この領域では、フリークーリングによる冷却水コイル１７により最大限の冷却を行い、その冷却では不足の場合にその不足分を冷凍機の冷水コイル１８で冷却することで給気ＳＡを要求される給気温度に維持することができる。
【００５７】
次に、運転モードマップのパラメータに基づいて、運転モードマップを形成するＴ−Ｘａ空気線図上で分割された運転モード１〜５の領域に対し、検出器２９で計測した外気状態点を代入して運転モードを求める方法について、図４ａ、図４ｂのフローチャートを参照して説明する。
【００５８】
尚、図４ａ、図４ｂのフローチャートでは、各パラメータのｉ−１番目の各データとｉ番目の各データとを比較演算するようにしており、「次の順番（ｉ＋１）」で示されるフローの行く先は、図示いていないが、「データ：Ｄｉ」の後流に、「データＤ（ｉ＋１）」にするステップが存在し、そのステップである。
【００５９】
図４ａのフローチャートで示す通り、ｉ番目のデータ計測時を示す各数値は、ＲＡｉは還気ＲＡの温湿度の空気状態点、ＯＡｉは外気ＯＡの温湿度の空気状態点、ＳＡｉは給気風路の給気ＳＡの温湿度の空気状態点を示している。
【００６０】
外気ＯＡｉ計測値の絶対湿度Ｘａと給気設定値の絶対湿度Ｘａとを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｘａ）がＳＡ（Ｘａ）よりも小さいことで、外気冷房が行える条件の一つが満たされる。ここでＮＯならば、外気の冷熱がないので運転モード５に相当し、冷熱源を全て冷凍機などの熱源に頼る。ＹＥＳならば、次の外気ＯＡｉ計測値のエンタルピＯＡｉ（Ｈ）と還気設定値ＲＡのエンタルピＲＡ（Ｈ）とを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｈ）がＲＡ（Ｈ）よりも小さいことで、前ステップと併せて初めて外気冷房が行える条件が整う。ここでＮＯならば、外気の冷熱がないので運転モード５に相当し、冷熱源を全て冷凍機などの熱源に頼る。ＹＥＳならば、次の外気ＯＡｉ計測値のエンタルピＯＡｉ（Ｈ）と給気設定値ＳＡのエンタルピＳＡ（Ｈ）とを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｈ）がＳＡ（Ｈ）よりも小さいことで、外気ＯＡｉを還気ＲＡに混合することで混合気を外気利用して直接冷却し、且つ水加湿を利用することで所定の給気設定値ＳＡまで持っていく条件が整う。ここでＮＯならば、外気の冷熱が直接利用には少ないので運転モード３又は運転モード４に相当し、優先的に冷却塔フリークーリング冷熱を用いて最後の冷却を行うが、冷熱源の一部を冷凍機などの熱源に頼る場合もある。ＹＥＳならば、運転モード１又は運転モード２に相当し、冷熱源に冷凍機を利用しなくてよい。そして、ＹＥＳのフローを進めると、次の外気ＯＡｉ計測値の絶対湿度ＯＡｉ（Ｘａ）と境界線である還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の絶対湿度値（Ｘａ）＝ａ１＊ＯＡ（Ｔ）＋ｂ１とを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｘａ）が（Ｘａ）=ａ１*ＯＡ（Ｔ）+ｂ１よりも大きいことで、ＯＡｉを還気ＲＡに混合することで混合気を外気利用して直接冷却し、且つ２段目加湿器を利用することで所定の給気設定値ＳＡまで持っていく条件が整う。ＹＥＳならば運転モード１に相当する。ここでＮＯならば、次のステップで外気ＯＡｉ（Ｈ）が設定給気ＳＡ（Ｈ）のエンタルピより小さく、さらに外気ＯＡｉの乾球温度Ｔ、絶対湿度ＡＨとしたとき、ＡＨ＜ａ１×Ｔ＋ｂ１であり、且つａ２＞０の場合にＡＨ≧ａ２×Ｔ+ｂ２またはａ２＜０の場合にＡＨ≦ａ２×Ｔ＋ｂ２となる場合には(ＹＥＳ)、運転モード２に相当し、ＮＯの場合は運転モード３に相当する。外気ＯＡｉ計測値のエンタルピＯＡｉ（Ｈ）と給気設定値ＳＡのエンタルピＳＡ（Ｈ）とを比較するステップにおいて、ＯＡｉ（Ｈ）がＳＡ（Ｈ）よりも大きい場合、外気ＯＡｉを還気ＲＡに混合しても混合気を外気利用して直接冷却するには足りず、優先的に冷却塔フリークーリング冷熱を用いて最後の冷却を行うが、冷凍機などの冷熱も追加する場合がある運転モード３に相当する。
【００６１】
以下に、各運転モードの運転概要を説明する。
【００６２】
Ｉ）混合２段目加湿単独運転（運転モード１の領域での運転）
この場合は、１段目加湿器用バルブコントローラＣ３は運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１３を閉止する方向に偏差を有する絶対湿度の設定値を受け取り、１段目調節バルブ１３を閉とする。外気ファン用コントローラＣ４は、運転パラメータコントローラＣ２から、混合気エンタルピＭ'の設定値、つまりＭ−ＳＡ線上にあるエンタルピ設定値を受け取り、検出器３３による実際の温湿度から演算される混合気エンタルピＭ'計測値との偏差に基づき外気ファン２４の回転数を制御する。
【００６３】
２段目加湿器用バルブコントローラＣ５は、運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１５を開放し開度調整するような偏差を有する絶対湿度の設定値信号を受け取り、検出器３４によるＳＡの絶対湿度の計測値との偏差に基づき、それが設定絶対湿度になるように２段目調節バルブ１５の開度の制御を行う。２段目加湿器１４が稼動する場合は、そのどのモードでの稼動においても設定値が設定絶対湿度となるので、運転パラメータコントローラＣ２からの信号は、初期調整時における設定値の入力のみでよい。
【００６４】
上記の状態においては冷熱熱交換器１６の冷却用バルブ１９，２０は、冷熱熱交換器１６を通過する空気の温湿度が設定給気条件を満たしているので、基本的に閉を保持しているが、給気ＳＡの計測値が設定温度に達していない場合、設定値に達するように冷却用バルブ１９，２０の開度調整が行われるが、これは外気利用空調システム１の制御ルーチンとは独立した動きでよい。
【００６５】
排気ファン２６は、加圧空気量を別とすれば取り入れた外気量と同量を排気すればよいので、例えば外気ファン２４と排気ファン２６が同容量であれば、外気ファン２４の回転数と同じに制御すればよく、あるいは室内外の差圧を計測し、その差圧を無くすように回転数を制御してもよい。
【００６６】
ＩＩ）混合２段階加湿運転（運転モード２の領域での運転）
この場合、１段目加湿器用バルブコントローラＣ３は運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１３を開放する方向、且つ流量調整可能に偏差を有する絶対湿度の設定値を受け取り、１段目調節バルブ１３を開とする。１段目加湿を運転する場合、運転パラメータからＲＡ'の絶対湿度を設定絶対湿度とし、ＲＡ'の絶対湿度の計測値から１段目調節バルブ１３の開度制御を行うが、１段目加湿器１２の入口条件は一定（ＲＡ）であり、ＲＡ'は１段目加湿器１２の能力（飽和効率）から設定されているため、基本的には１段目調節バルブ１３の開度は制御される必要は無く、運転パラメータコントローラＣ２から１段目加湿器用バルブコントローラＣ３への信号は運転か停止かの信号のみにするほうが簡易的な場合もある。
【００６７】
外気ファン用コントローラＣ４は、運転パラメータコントローラＣ２から、混合気エンタルピＭ'の設定値、つまりＭ−ＳＡ線上にあるエンタルピ設定値を受け取り、検出器３３による実際の温湿度から演算される混合気エンタルピＭ'計測値との偏差に基づき外気ファン２４の回転数を制御する。
【００６８】
２段目加湿器用バルブコントローラＣ５は、運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１５を開放し開度調整するような偏差を有する絶対湿度の設定値信号を受け取り、検出器３４によるＳＡの絶対湿度の計測値との偏差に基づき、それが設定絶対湿度になるように２段目調節バルブ１５の開度制御を行う。
【００６９】
ＩＩＩ）混合２段階加湿＋冷熱熱交換器併用運転（運転モード３の領域での運転）
この場合、１段目加湿器用バルブコントローラＣ３は運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１３を開放する方向、且つ流量調整可能に偏差を有する絶対湿度の設定値を受け取り、１段目調節バルブ１３を開とする。
【００７０】
外気ファン用コントローラＣ４は、運転パラメータコントローラＣ２から、混合気エンタルピＭ'の設置値（ＲＡ'と外気状態点を結んだ直線と曲線Ｍ−Ｍ'との交点の乾球温度および絶対湿度におけるエンタルピ）を受け取り、検出器３３からの実際の温湿度から演算される混合気エンタルピＭ'計測値との偏差に基づき外気ファン２４の回転数を制御する。
【００７１】
２段目加湿器用バルブコントローラＣ５は、運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１５を開放し開度調整するような偏差を有する絶対湿度の設定値信号を受け取り、検出器３４によるＳＡの絶対湿度の計測値との偏差に基づき、それが設定絶対湿度になるように２段目調節バルブ１５の開度制御を行う。この後、検出器３４からの計測値から、給気ＳＡの温度が設定値に達するように冷熱熱交換器１６の冷却用バルブ１９，２０の開度が制御される。
【００７２】
ＩＶ）全外気２段目加湿単独運転（運転モード４の領域での運転）
この場合、１段目加湿器用バルブコントローラＣ３は運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１３を閉止する方向に偏差を有する絶対湿度の設定値を受け取り、１段目調節バルブ１３を閉とする。
【００７３】
外気ファン用コントローラＣ４は、運転パラメータコントローラＣ２から、混合気エンタルピＭ'の設置値、ここでは全外気とするので設定エンタルピ＝外気エンタルピ、を受け取り、検出器３３による実際の温湿度から演算される混合気エンタルピＭ'計測値との偏差に基づき外気ファン２４の回転数を制御する。
【００７４】
２段目加湿器用バルブコントローラＣ５は、運転パラメータコントローラＣ２から調節バルブ１５を開放し開度調整するような偏差を有する絶対湿度の設定値信号を受け取り、検出器３４によるＳＡの絶対湿度の計測値との偏差に基づき、それが設定絶対湿度になるように２段目調節バルブ１５の開度制御を行う。この後、この後、検出器３４からの計測値から、給気ＳＡの温度が設定値に達するように冷熱熱交換器１６の冷却用バルブ１９，２０の開度が制御される。
【００７５】
更に、上記運転モード１〜４のいずれにも当てはまらない運転モード５の場合には、外気利用空調システム１の制御ルーチンから独立して駆動される冷熱熱交換器１６を構成する冷却塔のフリークーリングの冷却水コイル１７及び冷凍機の冷水コイル１８によって、給気ＳＡの計測温度が設定温度になるように制御される。このとき、フリークーリングによる冷却を優先させることで、運転動力（エネルギ）が大きい冷凍機による冷却を最少にすることにより、外気利用空調システム１全体の運転動力（エネルギ）を小さく抑えることができる。また、各運転モードに共通している点は、最後に、冷熱熱交換器１６を構成するフリークーリングの冷水コイル１７及び冷凍機の冷却コイル１８の冷却用バルブ１９，２０の開閉及び開度調整を行う制御は、外気利用空調システム１の制御ルーチンから独立しており、あくまで給気ＳＡの計測温度が設定温度より高い場合に冷却用バルブ１９，２０の開操作が行われることである。
【００７６】
上記したように、本発明の外気利用空調システム及び外気冷房運転方法によれば、中間期や冬期において外気を利用した外気冷房を行う際に、還気ＲＡを加湿する１段目加湿器１２と混合気ＭＡを加湿する２段目加湿器１４の少なくとも一方を作動することにより、給気ＳＡの加湿不足を防止すると共に、加湿による冷却効果を最大限に利用して給気の目的の温度と湿度を達成することができる。
【００７７】
又、このように外気利用による冷却効果を最大限に高めたことにより、中間期や冬期に、冷房負荷が大きくて外気冷却だけでは冷房能力が不足する際にも冷熱熱交換器１６の使用を最少限にして冷熱熱交換器１６のエネルギを大幅に低減することができる。
【００７８】
尚、本発明の外気利用空調システム及び外気冷房運転方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 外気利用空調システム
３ 外気導入口
４ 外気通路
５ 還気取入口
６ 空調対象空間
７ 還気通路
９ 混合部
１０ 給気風路
１１ 給気通路
１２ １段目加湿器（１段目加湿手段）
１４ ２段目加湿器（２段目加湿手段）
１６ 冷熱熱交換器（冷却手段）
１７ フリークーリングの冷却水コイル
１８ 冷凍機の冷水コイル
２１ 給気ファン（給気手段）
２４ 外気ファン（外気送給手段）
２６ 排気ファン（排気手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気導入口に連通する第一の流通路である外気通路と、還気取入口を介し空調対象空間に連通する第二の流通路である還気通路と、前記外気通路及び前記還気通路に外気通路及び還気通路とは区画された混合部を介して連通すると共に、前記混合部と区画され且つ給気風路を介し空調対象空間に連通する第三の流通路である給気通路とを備え、前記還気通路には前記還気取入口からの還気を水により断熱加湿する１段目加湿手段を設置し、前記給気通路には、冷却手段と、外気導入口からの外気と還気取入口からの還気が混合した混合気を水により断熱加湿する２段目加湿手段と、給気通路内の混合気を空調対象空間に送給する給気手段とを設置し、前記外気通路には、混合気の温湿度状態を調整するため風量調整が可能である外気を搬送するための外気送給手段を設置し、前記空調対象室内には、室内空気の一部を排気するための排気手段を設置したことを特徴とする外気利用空調システム。
【請求項２】
１段目加湿手段の加湿量を還気取入口にて計測し演算された絶対湿度に応じて、外気送給手段の風量を混合部にて計測し演算されたエンタルピに応じて、２段目加湿手段の加湿量を給気風路にて計測し演算された絶対湿度に応じて、それぞれ制御する制御装置を有している請求項１に記載の外気利用空調システム。
【請求項３】
冷却手段は、冷却塔を利用したフリークーリングにより冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイルを有する請求項１又は２に記載の外気利用空調システム。
【請求項４】
冷却手段は、冷却塔を利用したフリークーリングにより冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイルと、冷凍機により冷却される冷水と熱交換する冷水コイルとを有する請求項１又は２に記載の外気利用空調システム。
【請求項５】
空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点として設定し、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点を頂点に持つ４つの領域に分けて、温湿度を測定し求めた外気の状態点が４つの領域の何れに含まれるかで運転モードを切り替える制御装置を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の外気利用空調システム。
【請求項６】
還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、１段目加湿手段はＯＦＦとし、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づき外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき２段目加湿手段の加湿量を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の外気利用空調システム。
【請求項７】
還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づき外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき２段目加湿手段の加湿量を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の外気利用空調システム。
【請求項８】
給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき１段目加湿手段の加湿量を制御し、２段目加湿手段はＯＦＦとし、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の外気利用空調システム。
【請求項９】
給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御し、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御する制御装置を備えることを特徴とする外請求項５に記載の外気利用空調システム。
【請求項１０】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点として設定し、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点を頂点に持つ４つの領域に分けて、温湿度を測定し求めた外気の状態点が４つの領域の何れに含まれるかで運転モードを切り替えることを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１１】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、１段目加湿手段はＯＦＦとし、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御することを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１２】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御することを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１３】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、２段目加湿手段はＯＦＦとし、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御することを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１４】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御し、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御することを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１】
外気導入口に連通する第一の流通路である外気通路と、還気取入口を介し空調対象空間に連通する第二の流通路である還気通路と、前記外気通路及び前記還気通路に外気通路及び還気通路とは区画された混合部を介して連通すると共に、前記混合部と区画され且つ給気風路を介し空調対象空間に連通する第三の流通路である給気通路とを備え、前記還気通路には前記還気取入口からの還気を水により断熱加湿する１段目加湿手段を設置し、前記給気通路には、冷却手段と、外気導入口からの外気と還気取入口からの還気が混合した混合気を水により断熱加湿する２段目加湿手段と、給気通路内の混合気を空調対象空間に送給する給気手段とを設置し、前記外気通路には、混合気の温湿度状態を調整するため風量調整が可能である外気を搬送するための外気送給手段を設置し、前記空調対象室内には、室内空気の一部を排気するための排気手段を設置したことを特徴とする外気利用空調システム。
【請求項２】
１段目加湿手段の加湿量を還気取入口にて計測し演算された絶対湿度に応じて、外気送給手段の風量を混合部にて計測し演算されたエンタルピに応じて、２段目加湿手段の加湿量を給気風路にて計測し演算された絶対湿度に応じて、それぞれ制御する制御装置を有している請求項１に記載の外気利用空調システム。
【請求項３】
冷却手段は、冷却塔を利用したフリークーリングにより冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイルを有する請求項１又は２に記載の外気利用空調システム。
【請求項４】
冷却手段は、冷却塔を利用したフリークーリングにより冷却される冷却水と熱交換する冷却水コイルと、冷凍機により冷却される冷水と熱交換する冷水コイルとを有する請求項１又は２に記載の外気利用空調システム。
【請求項５】
空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点として設定し、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点を頂点に持つ４つの領域に分けて、温湿度を測定し求めた外気の状態点が４つの領域の何れに含まれるかで運転モードを切り替える制御装置を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の外気利用空調システム。
【請求項６】
還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、１段目加湿手段はＯＦＦとし、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づき外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき２段目加湿手段の加湿量を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の外気利用空調システム。
【請求項７】
還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づき外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき２段目加湿手段の加湿量を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の外気利用空調システム。
【請求項８】
給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づき１段目加湿手段の加湿量を制御し、２段目加湿手段はＯＦＦとし、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の外気利用空調システム。
【請求項９】
給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御し、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御する制御装置を備えることを特徴とする外請求項５に記載の外気利用空調システム。
【請求項１０】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、空調対象空間へ給気風路内を送給される給気設定温湿度点のエンタルピと同エンタルピ線上にあり、且つ、給気風路内を送給される給気の設定絶対湿度まで加湿可能な２段目加湿手段入口最小絶対湿度点を境界点として設定し、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点左側領域を２分し、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線により、Ｔ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域を２分することで、少なくともＴ−Ｘａ空気線図上を前記境界点を頂点に持つ４つの領域に分けて、温湿度を測定し求めた外気の状態点が４つの領域の何れに含まれるかで運転モードを切り替えることを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１１】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、１段目加湿手段はＯＦＦとし、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御することを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１２】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、還気設定温湿度点と前記境界点とを結んで境界点側に延長した直線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御することを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１３】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の上部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、２段目加湿手段はＯＦＦとし、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御することを特徴とする外気冷房空調方法。
【請求項１４】
請求項５の外気利用空調システムをもちいて、給気及び還気の設定絶対湿度まで加湿可能な１段目加湿手段入口最小絶対湿度点を各乾球温度毎にＴ−Ｘａ空気線図上の境界点右側領域で結んだ曲線の下部領域に外気の状態点が含まれる場合には、還気取入口の還気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて１段目加湿手段の加湿量を制御し、混合部の空気温度測定値により求められたエンタルピに基づいて外気送給手段の風量を制御し、給気風路内の給気温湿度測定値により求められた絶対湿度に基づいて２段目加湿手段の加湿量を制御し、冷却手段を給気風路内の給気温湿度測定値により制御することを特徴とする外気冷房空調方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【公開番号】特開２０１１−４７５８１（Ｐ２０１１−４７５８１Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９６７５３（Ｐ２００９−１９６７５３）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
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