建物の空調方法
【課題】既設の空調機器を利用して、縦空間と室内との差圧あるいは空気の移動量が０になるように修正動作を行うことで、建物内の縦空間と室内とのエアバランスの崩れを修正し、隙間風等による空調エネルギーの損失と室内環境の悪化を抑制する。
【解決手段】ビルＢ内部を縦に貫く縦空間１と、室Ｒ１とは、隙間等によって通じている。空調機１１の還気ファン１２によって室Ｒ１の還気の一部を、外気導入口５ｂから導入した外気と混合し、加熱コイル１１ｂ、冷却コイル１１ｃによって温度調整した後に、空調空気として室Ｒ１に供給され、還気の残りの一部は排気口５ｂから排気される。室Ｒ１と縦空間１内との差圧は、第１の計測装置３１によって計測され、この差圧が０となるように、還気ファン１２の回転数または排気ダンパ１３の開度が、制御装置Ｃによって制御される。
【解決手段】ビルＢ内部を縦に貫く縦空間１と、室Ｒ１とは、隙間等によって通じている。空調機１１の還気ファン１２によって室Ｒ１の還気の一部を、外気導入口５ｂから導入した外気と混合し、加熱コイル１１ｂ、冷却コイル１１ｃによって温度調整した後に、空調空気として室Ｒ１に供給され、還気の残りの一部は排気口５ｂから排気される。室Ｒ１と縦空間１内との差圧は、第１の計測装置３１によって計測され、この差圧が０となるように、還気ファン１２の回転数または排気ダンパ１３の開度が、制御装置Ｃによって制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の空調方法にかかり、特にビル等の建築物に適した空調に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、ビルの空調は各階の外気導入量（ＯＡ）の総和と、排気量（ＥＡ）の総和との収支が０になるようにエアバランスをとって設計、調整を行っている。しかしながら、当該エアバランスが崩れると、ＥＡ−ＯＡ（ＥＡとＯＡの差分）に相当する隙間風が、階段室、エレベーターシャフト、パイプシャフトなど、建物を縦に貫く空間（以下、「縦空間」という）と部屋との仕切壁の隙間を通って室内に流入したり、室内から流出する。このため、たとえばＯＡが過剰の階から縦空間を介してＥＡが過剰の階に空気が流れ、建物全体として、調温、調湿され空調空気を無駄に多く排気したり、過剰な外気導入を行うことになり、空調用エネルギーを無駄に消費することになる。このようなエアバランスの崩れを生じる原因には、以下のものがある。
【０００３】
［煙突効果］
高層ビルでは、空調温度と外気との温度差が広がると、室内と屋外の圧力差が高さ方向に変化する現象（煙突効果）が発生する。この煙突効果が起こると、「室内圧＜屋外気圧」となる階（例えば冬場の地下階など）では、ＯＡの総和と外部への開口部（地下道への連絡路など）から流入する外気ＯＡ´の和が、ＥＡの総和よりも多くなり、余剰の空気が縦空間の壁の隙間を通して室内から縦空間に流出する。逆に「室内圧＞屋外気圧」となる階（例えば冬場の高層階など）では、ＥＡの総和と、外部に通ずる開口部から屋外へ流出する室内空気ＥＡ´の和がＯＡの総和よりも多くなり、不足分が縦空間の壁の隙間を通して縦空間から室内に流入する。
【０００４】
［可変風量空調機のエアバランス不良］
室内温度制御やＣＯ２濃度制御など、制御対象が室圧ではない制御によって給排気ファンの回転数やダンパの開度が変化すると、制御の結果、室圧が変化するため、縦空間と室内との隙間風量が変化して、ＯＡとＥＡの収支に影響を及ぼす。
【０００５】
［フロア内空調機の総合エアバランス不良］
フロア内に複数の空調機による給気と定風量（ＣＡＶ）の排気がある場合、空調機全台運転時にエアバランスを調整すると、空調機の一部を停止した際にＯＡの総和が減少するため、不足を補うように縦空間から室内に隙間風が流入する。
【０００６】
そのような建物の内外の空気の流通を抑えるものとして、例えば以下のものがある。まず、いわゆる二重扉方式における、風除室を構成し、屋内から当該風除室内に入り込んだ空気を屋内へ戻し、屋外から風除室内に入り込んだ空気を屋外へ戻すことで、建物内外の空気の流通を防止して空調エネルギーのロスを低減するものがある（特許文献１）。その他、外気圧が大きい時に、屋外に通ずるダンパを閉じて、外気を室内に流入させないようにすることで、平常時よりも外気流入量を増大させて、空調エネルギーがロスすることを防止するものがある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４５１５１７３号公報
【特許文献２】特公平７−１０７４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記した特許文献１に記載の技術は、別途風除ブースを設け、この風除室に設けた排気ファンの制御によって、内外の空気の流通を抑制しているため、一般の室に対して適用する場合、そのような風除ブースを各室に設ける必要がある。また特許文献２に記載の技術は、専用のエアーダクトとダンパを設置する必要がある。したがって、これら従来技術は、いずれも既設の空調機器をそのまま利用して、前記したようなエアバランスの崩れを防止することはできない。
【０００９】
前記したように、エアバランスの崩れは縦空間を介した空気の移動が原因である。本発明は既設の空調機器を利用して、縦空間と室内との差圧あるいは空気の移動量が０になるように修正動作を行うことで、前記エアバランスの崩れを修正し、隙間風等による空調エネルギーの損失と室内環境の悪化を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明は、建物内部を縦に貫く縦空間と、隙間、開口、またはダクトによって通じている室の空調を行なう方法であって、還気ファンによって室の還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合し、熱交換器によって熱交換して温度調整した後に、空調空気として前記室に供給し、還気の残りの一部は排気口から排気する空調方法において、前記室へは、室内の圧力とは無関係の変風量方式によって、温度調整した後の空調空気が供給されており、前記室と前記縦空間内の差圧を計測し、当該差圧が０になるように、前記還気ファンの回転数を制御することを特徴としている。
【００１１】
たとえば室圧が縦空間の気圧よりも高い場合、その差圧（室圧―縦空間圧）は正の値となる。このとき還気ファン回転数を上げれば、室内から流れる還気風量が増大するが、コイル等の熱交換器を介して温湿度調整された後に、室内に戻されるため、当該熱交換器による空気抵抗に起因して、室内に戻される風量は低減する。すなわち、還気風量よりも室内に戻す風量が少なくなる。また還気ファンの回転数を上げると、室内から流出する空気の量と排気口のダンパなどを介して熱交換器に流入する空気量が増大する。この時、熱交換器を通過する空気は全て変風量方式で室内に供給されるが、変風量方式では室内の温度などに応じて、室圧制御とは無関係に風量を決定し、たとえば給気ファンの回転数を決めているので、還気ファンの回転数を増大させることにより、変風量方式の要求風量を上回る空気が変風量ユニットに流れることになる。そうすると、変風量ユニットはたとえば室内に給気する給気ファンの回転数を下げる制御を行うことになる。したがって還気ファンの回転数を上げると給気ファンの回転数が下がり、室圧が低下する（このとき変風量方式のユニットと熱交換器を通過する空気量は変わらない）。その結果、室圧は低下するので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。
逆に、室圧が縦空間内の気圧よりも低い場合、その差圧（室圧―縦空間圧）は負の値となる。この場合には、還気ファンの回転数を下げることにより、室圧は上昇するので、その差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。
【００１２】
前記還気ファンの回転数を制御した際、還気ファンの回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過した後に、前記排気口のダンパを一定量閉じるか、または一定量開く動作を行い、その後に前記差圧が０になるように、前記還気ファンの回転数を制御するようにしてもよい。
【００１３】
前記還気ファンの回転数を制御した際、還気ファンの回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合には、さらに前記排気口のダンパの開度を調整して、前記差圧が０になるように制御するようにしてもよい。
【００１４】
前記排気口のダンパの開度をさらに制御した際、前記排気口のダンパが全開または全閉に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合、還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合するにあたって、還気と外気との混合流路に設けた還気ダンパの開度によって、混合する還気風量が調整可能な際には、当該還気ダンパの開度を制御して、前記差圧が０になるように制御するようにしてもよい。
【００１５】
屋外と前記室内との差圧に基づいて、前記還気ファンの回転数を調節する制御の応答性を決定するパラメータを変化させるようにしてもよい。
【００１６】
前記室内の温度と、外気の温度との温度差及び前記室の高さに基づいて、前記還気ファンの回転数を調節する制御の応答性を決定するパラメータを変化させるようにしてもよい。
【００１７】
前記差圧に替えて、差圧に比例した物理量（例えば電圧や電流）を出力する装置の出力値を用いるようにしてもよい。
【００１８】
また前記差圧に替えて、前記室と縦空間とを隔てる壁体に形成された開口に設けられて当該開口を通過する風量、風速若しくは風量に比例した物理量（例えば電圧や電流）を出力する装置の出力値を用いるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、既設の空調機器を制御して、縦空間と室内との差圧あるいは空気の移動量が０になるように還気ファンを調節することで、建物内のエアバランスの崩れを修正し、隙間風等による空調エネルギーの損失と室内環境の悪化を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態にかかる空調方法を実施するための空調システムの構成の概略を模式的に示した説明図である。
【図２】還気ファンと排気ダンパの操作による制御の応答性を変化させるための様子を示した説明図である。
【図３】ビルにおける煙突効果の強弱と縦空間の圧力との関係を示す説明図である。
【図４】還気ダンパの操作による制御の応答性を変化させるための様子を示した説明図である。
【図５】風量に比例した物理量を出力する装置の構成の概略を模式的に示した説明図である。
【図６】風量に比例した物理量を出力する他の装置の構成の概略を模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施の形態について説明すると、図１は実施の形態にかかる空調方法を実施するための空調システムの概略的構成を模式的に示した図であり、この例では、複数階床を有するビルＢに適用した例を示している。このビルＢの各階の室Ｒ１、Ｒ２は、すべて同一構成であり、各々同一の空調システムが採用されているので、以下、室Ｒ１を例にとって説明する。
【００２２】
室Ｒ１は、たとえばエレベーターシャフトなどの縦空間１と壁２を介して位置している排気のある室ＲＥ（例えばトイレや湯沸室など）と隣接している。また室Ｒ１には、壁３を介して機械室４が隣接している。この機械室４に、室Ｒ１の空調を実施する空調機１１が設けられている。
【００２３】
この空調機１１は、チャンバ１１ａ内に、還気ファン１２と給気ファン１６を有している。還気ファン１２は、壁３に設けられた還気口３ａから取り込んだ室内の雰囲気（還気）を、チャンバ１１ａ内に導入する。チャンバ１１ａ内に導入された還気は、一部は排気として、排気ダンパ１３を介して、ビルＢの外壁５に設けられた排気口５ａから排気される。
【００２４】
チャンバ１１ａに取り込まれた還気の残りの一部は還気ダンパ１４を経由して外気と混合される。すなわち、ビルの外壁５に設けられた外気導入口５ｂから外気ダンパ１５を介してチャンバ１１ａ内に導入された外気と、還気の一部が混合された後、加熱コイル１１ｂ、冷却コイル１１ｃ、加湿器１１ｄによって温湿度調整される。そして温湿度調整された後、給気ファン１６によって、室Ｒ１の天井部空間に複数設置されている各ＶＡＶユニット２１に供給され、天井２２に設けた給気口２２ａから室Ｒ１内に供給される。
【００２５】
室Ｒ１と縦空間１との間に位置している前出排気のある室ＲＥからの排気は、天井２２に設けられた排気口２２ｂから、ＣＡＶユニット２３を介して、排気ダクト２４等により、外壁５に設けられた排気口５ｃから排気される。
【００２６】
室Ｒ１と排気のある室ＲＥ、排気のある室ＲＥと縦空間１、室Ｒ１と機械室４とは、壁等で隔てられているものの、それぞれ気密に閉鎖されているわけではなく、各々隙間や大小の開口（図示せず）等によって連通している。したがって、排気のある室ＲＥ、室Ｒ１、縦空間１、機械室４も連通している。
【００２７】
そして空調機１１の還気ファン１２は、排気のある室ＲＥと縦空間１とを隔てている壁２に設けられた第１の計測装置３１の計測結果、並びに外壁５に設けられた第２の計測装置３２の各計測結果に基づき、制御装置Ｃによってインバータ制御される。また排気ダンパ１３の開度も、同様に第１の計測装置３１の計測結果、第２の計測装置３２の各計測結果に基づき、制御装置Ｃによって制御することが可能である。この例では、第１の計測装置３１は、排気のある室ＲＥと縦空間１との間の差圧を計測する差圧計であり、また第２の計測装置３２は、機械室４と屋外との間の差圧を計測する差圧計である。
【００２８】
実施の形態にかかる空調システムは、以上の構成を有しており、次にその運転例について説明する。まず通常時は、排気ダンパ１３及び還気ダンパ１４の制御は、外気導入口５ｂからの、外気ダンパ１５の制御による外気取入れ量に対して、排気量と外気取入れ量が等しくなるように制御される。また、給気ファン１６の回転数は室内空調のための制御（たとえば、室Ｒ１の室温に応じて回転数を制御して給気風量を調整する）が行われ、還気ファン１２の回転数は、給気ファン１６の回転数に合わせて制御され、室内における給排気の量を一致させている（通常時の制御）。
【００２９】
そしてまず室Ｒ１の室圧が、縦空間１内の圧力よりも高い場合、第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）は正の値となる。このとき還気ファン１２の回転数の制御出力は正（回転数を上げる方向）に制御される。還気ファン１２の回転数が増大すると、室圧は低下するので、第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。逆に、室圧が縦空間圧よりも低い場合、第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）は負の値となる。このとき還気ファン１２の回転数の制御出力は負（回転数を下げる方向）に制御される。還気ファン１２の回転数が減少すると、室圧は上昇するので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。
【００３０】
ここで還気ファン１２の回転数が予め設定された上限値または下限値に達し、一定時間（チャタリングを考慮して、たとえば１０秒程度）経過しても、未だ差圧が０にならない場合には、排気ダンパ１３を他の制御、すなわち、既述した通常時の制御から切り離して、第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）に基づいて開度制御を行う。すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の値の場合には排気ダンパ１３を開ける方向に制御する。排気ダンパ１３が開くと、チャンバ１１ａに導入された還気のうち、排気として屋外に放出される分が多くなるので、室圧は下がり、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。
【００３１】
逆に第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）が負の値の場合には排気ダンパ１３を閉める方向（開度を小さくする方向）に制御する。排気ダンパ１３の開度が小さくなると、還気として室Ｒ１に戻される換気量が増加して室圧は上がるので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。このとき還気ダンパ１４はそれまでの開度を維持している。なお、差圧が０になった時点で、排気ダンパ１３の制御を通常時の制御に戻し、差圧に基づく制御は、還気ファン１２の回転数制御のみとする。
【００３２】
またさらに、還気ファン１２の回転数が、予め設定された上限値または下限値に達し、なおかつ排気ダンパ１３の開度が予め設定された最大開度あるいは最小開度に達しても、差圧（室圧―縦空間圧）が０にならない場合には、還気ダンパ１４を、通常時の制御から切り離して制御を行う。すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の値の場合には還気ダンパ１４を閉める方向に制御する。還気ダンパ１４の開度が小さくなると、室Ｒ１に戻す還気量が低減し、室圧は下がるので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。逆に差圧（室圧―縦空間圧）が負の値の場合には、還気ダンパ１４の開度を大きくする方向に制御する。
【００３３】
なお、そのように還気ダンパ１４による制御を付加して、差圧が０になった時点で、排気ダンパ１３と還気ダンパ１４の制御を通常時の制御に戻し、制御装置Ｃによる差圧を０にする制御は、還気ファン１２の回転数制御のみに戻す。
【００３４】
以上の例によれば、既設の空調機１１をそのまま利用して、還気ファン１２、排気ダンパ１３、さらには還気ダンパ１４を制御することで、室Ｒ１と縦空間１との差圧を０に近づけることができ、それによって、ビルＢにおける室Ｒ１と縦空間１とのエアバランスの崩れを修正し、隙間風等による空調エネルギーの損失と室内環境の悪化を抑制することが可能である。
【００３５】
ところで、室内−屋外間の差圧が大きい場合と小さい場合（すなわち差圧０を基準とした差圧の絶対値が大小の場合）とでは、還気ファン１２の回転数や排気ダンパ１３の開度が同じでも、空気移動量が変わってしまう。すなわち、煙突効果により室内屋外の差圧が大きくなる（高層階などで室内圧が大きくなる）と、排気の移動量（ＣＡＶユニット２３からの排気や、排気口５ａ（１台とは限らない）空調機からの排気などのすべてを合計した量）が所望の量よりも多くなってしまう。したがって、室内−屋外間の差圧が大きくなれば、還気ファン１２の回転数や排気ダンパ１３開度の変化量を小さくして、所望の排気量となるようにすることが好ましい。
【００３６】
すなわち、室内圧−屋外圧の圧力差が大きい場合には、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧に応じた還気ファン１２の回転数や排気ダンパ１３の開度の変化の度合いを小さくして、応答性を小さくする。逆に室内圧−屋外圧の値が小さい場合には、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧に応じた還気ファン１２の回転数や排気ダンパ１３の開度の変化の度合いを大きくして、応答性を高めることが好ましい。
【００３７】
図２は、そのことを説明するものであり、図中、「操作量」とは、還気ファン１２、及び排気ダンパ１３に対する操作量のことであり、図中、Ｋ点は、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧が０のときの、還気ファン１２、及び排気ダンパ１３の通常時の操作量を示している。そして差圧が正の場合には、還気ファン１２の回転数は高くする制御、排気ダンパ１３の開度を大きくする制御が行なわれ、Ｋ点から図中の上側に操作量を増大する制御が行なわれる。差圧が負の場合には、還気ファン１２の回転数は低くする制御、排気ダンパ１３の開度を小さくする制御が行なわれ、Ｋ点から図中の下側に操作量を減少する制御が行なわれる。
【００３８】
そして図２中、実線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差を考慮せず、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧に基づいた場合を示しており、一点鎖線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差が小さい場合の、応答性を高めるための操作量の変化を示しており、破線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差が大きい場合の、応答性を弱めるための操作量の変化を示している。なお図２は、比例制御を例にして、応答性の変化を示したものであるが、比例制御だけではオフセット（残留偏差）が現れることもあるため、必要に応じて積分制御を用いてもよい。
【００３９】
このように、室内圧−屋外圧の圧力差の大小によって、操作量の変化の度合いを変化させて、制御の応答性を定めるパラメータを変更することで、室内外の差圧の大小に応じた適切な応答速度で制御を行なうことが可能である。図１に示した空調システムでは、第２の計測装置３２を設置しているので、室内圧−屋外圧の圧力差を検出して、前記した制御の応答性を定めるパラメータを変更することが可能である。
【００４０】
また、ある建物において室内−屋外温度差が同じであれば、同じような圧力分布が得られる。したがって室内−屋外温度差がわかれば、当該建物における室の高さ（階数）に対する、室内−屋外差圧の大きさを求めることができる。
【００４１】
すなわち、発明者らの知見によれば、図３示したように、室内−屋外温度差が大きい場合には、煙突効果が大きくなり、その結果、室高さに対する室内圧の上昇度合いが大きくなる（図３中の実線）。逆に、室内−屋外温度差が小さい場合には、煙突効果が小さくなり、その結果、室高さに対する室内圧の上昇度合いが小さくなる（図３中の破線）。
【００４２】
このことを利用して、室Ｒ１の高さにおける、室内圧−屋外圧の予測値を算定することによって、前記した図２に示したような、制御の応答性を定めるパラメータを変更し、その結果、室内外の差圧の大小に応じた適切な応答速度で制御を行なうことが可能である。室内圧−屋外圧の予測値の算定にあたっては、たとえば、次のようにして行なうことができる。すなわち、空気の密度ρは、温度（℃ｃ）をｔとすると、次式で表せる。
ρ＝１．２９３／（１＋０．００３６７×ｔ）［ｋｇ／ｍ３］
ここで、対象となる建物のＢ１Ｆと１Ｆに、縦空間と外気が常時つながった通路等があるとすると、上層階の煙突効果は１Ｆが基準（ΔＰ＝０）となり、１Ｆからの高低差ｈに比例して、差圧ΔＰ（室内圧−屋外圧）が増大する。したがって、室内の密度をρ１、室外の密度をρ２とすると、差圧ΔＰは、
ΔＰ＝（ρ２−ρ１）×ｇ×ｈと算定できる。（ｇは重力加速度）
そしてそのようにして室内圧−屋外圧を予測することで、高価な差圧計を用いることなく、温度計による室内−屋外温度差によって、かかるパラメータの変更を行なうことができる。
【００４３】
また、外気温度は時期（たとえば季節、時間帯など）により大きく変わるが、室内温度は空調装置により制御されており、外気温度と比較して時期による変化は小さいので、外気温度さえ計測すれば、室高さに対する室内−屋外差圧の大まかな大きさを求めることができる。したがって、上記の「温度差が大きい場合」、「温度差が小さい場合」を、それぞれ「外気温が低い場合」、「外気温が高い場合」とみなして、制御するようにしてもよい。
【００４４】
さらにまた前記した還気ダンパ１４の制御についても、前記した図２に即して説明したように、室内圧−屋外圧の圧力差の大小によって、操作量の変化の度合いを変化させて、制御の応答性を定めるパラメータを変更することで、室内外の差圧の大小に応じた適切な応答速度で制御を行なうことが可能である。
【００４５】
すなわち、図４において、「操作量」とは、還気ダンパ１４に対する操作量のことであり、図中、Ｌ点は、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧が０のときの、還気ダンパ１４の通常時の操作量を示している。そして差圧が正の場合には、還気ダンパ１４の開度を小さくし、差圧が負の場合には、還気ダンパ１４の開度を大きくする制御が行なわれる。そして図４において、実線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差を考慮せず、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧に基づいた場合を示しており、一点鎖線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差が小さい場合の、応答性を高めるための還気ダンパ１４の操作量の変化を示しており、破線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差が大きい場合の、応答性を弱めるための還気ダンパ１４の操作量の変化を示している。
【００４６】
このような室内圧−屋外圧の圧力差の大小も勘案して、還気ダンパ１４の操作量の変化の度合いを変化させて、制御の応答性を定めるパラメータを変更することで、室内外の差圧の大小に応じた適切な応答速度で制御を行なうことが可能である。もちろん、かかる場合も、前記した図３に即して説明したように、室内圧−屋外圧の圧力差に代えて、室内−屋外温度差に基づいて、パラメータを変更するようにしてもよい。
【００４７】
また前記実施の形態では、まず還気ファン１２の回転数制御を優先して、差圧が０となるようにしていたが、排気ダンパ１３の開度制御を優先的に制御するようにしてもよい。そしてかかる場合、排気ダンパ１３の開度を制御した際に、全開または全閉に達した後一定時間経過しても、差圧が０にならない場合には、さらに還気ファン１２の回転数を制御して差圧が０になるように制御するようにしてもよい。そしてそのように還気ファン１２の回転数をさらに制御した際、還気ファン１２の回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合、還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合するにあたって、還気ダンパ１４の開度を制御して、前記差圧が０になるように制御するようにしてもよい。
【００４８】
還気ファン１２の回転数が予め設定された上限値または下限値に達し、一定時間（チャタリングを考慮して、たとえば１０秒程度）経過しても、未だ差圧（室圧―縦空間圧）が０にならない場合に、排気ダンパ１３の開度をそれまでの開度からさらに予め定めた所定量大きくするかまたは予め定めた所定量小さくするようにしてもよい。
【００４９】
すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の状態で還気ファン１２の回転数が上限値に達した場合には、排気ダンパ１３の開度をそれまでの開度からさらに予め定めた所定量（例えば全開を１００、全閉を０とすると５程度）だけ大きくしてその開度を維持する。排気ダンパ１３の開度が大きくなると、チャンバ１１ａに導入された還気のうち、排気として屋外に放出される分が多くなるので、室圧は下がる。そして、差圧（室圧―縦空間圧）が負圧の所定値になったところで、還気ファン１２の回転数を上限値の状態から下げて、差圧（室圧―縦空間圧）が０となるように制御に戻る。このとき排気ダンパ１３はそのままの開度を維持している。
【００５０】
逆に差圧（室圧―縦空間圧）が負の状態で還気ファン１２の回転数が下限値に達した場合には、排気ダンパ１３の開度をそれまでの開度から予め定めた所定量小さくする。排気ダンパ１３の開度が小さくなると、還気として室Ｒ１に戻される換気量が増加して室圧は上がる。そして、差圧（室圧―縦空間圧）が正圧の所定値になったところで、還気ファン１２の回転数を下限値の状態から上げて、差圧（室圧―縦空間圧）を０にする制御に戻る。
【００５１】
またさらに、排気ダンパ１３の開度を所定量大きくするかまたは小さくしてから予め設定した所定時間経過しても差圧（室圧―縦空間圧）が負圧または正圧の所定値にならない場合には、排気ダンパ１３の開度をさらに所定量大きくするかまたは小さくする。すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の値から還気ファン１２回転数が上限値に達し排気ダンパ１３開度を所定量大きくしても負圧の所定値にならない場合には、排気ダンパ１３をさらに所定量大きくする。逆に差圧（室圧―縦空間圧）が負の値から還気ファン１２回転数が下限値に達し、排気ダンパ１３の開度を所定量小さくしても正圧の所定値にならない場合には、排気ダンパ１３の開度をさらに所定量小さくする。
【００５２】
また、還気ファン１２の回転数が、予め設定された上限値または下限値に達し、なおかつ排気ダンパ１３の開度が予め設定された最大開度あるいは最小開度に達しても、差圧（室圧―縦空間圧）が負圧または正圧の所定値にならない場合には、還気ダンパ１４を、通常時の制御から切り離して制御を行うようにしてもよい。
【００５３】
すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の値から、還気ファン１２回転数が上限値に達し排気ダンパ１３の開度が最大開度に達しても負圧の所定値にならない場合には、還気ダンパ１４を閉める方向に制御する。還気ダンパ１４の開度が小さくなると、室Ｒ１に戻す還気量が低減し、その結果室圧は下がるので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。逆に差圧（室圧―縦空間圧）が負の値から還気ファン１２回転数が下限値に達し排気ダンパ１３の開度が最小開度に達しても正圧の所定値にならない場合には、還気ダンパ１４の開度を大きくする方向に制御する。
【００５４】
空気の移動量の調整は、排気ダンパ１３の開度制御によって行うよりも、還気ファン１２の回転数制御によって行う方が、より細かい調整が可能であるので、上記のように排気ダンパ１３の開度は段階的に所定量ずつ大きくするかまたは小さくするようにして、還気ファン１２の回転数を連続的に制御することにより空気の移動量を調整するようにすれば、室圧を細かく調整することが可能となる。
【００５５】
図１に示した空調システムでは、第１の計測装置３１、第２の計測装置３２は、いずれも差圧計を用いていたが、これに限らず、差圧に比例した物理量（たとたえば電圧や電流）を出力する装置の出力値を用いたり、前記室Ｒ１と縦空間１とを隔てる壁２に形成された開口（図示せず）に、当該開口を通過する風量、風速若しくは風量に比例した物理量（たとたえば電圧や電流）を出力する装置の出力値を用いるようにしてもよい。
【００５６】
図５は、風量に比例した物量を出力する計測装置５１の例を示しており、この計測装置５１は、チャンバ５２の内部が２つの流路５２ａ、５２bに仕切られており、流路５２ａには、熱線風速計５３が設けられ、他の流路５２ｂには、２本の電極５４、５５が設けられている。電極５４は剛性が高く、電極５５は、風を受けて柔軟に変形する構造を有している。これら２本の電極５４、５５は、風の流路に沿って並んで設置されており、流路に風が流れていないときは、両者は接触している。
【００５７】
そして、風が開口部５６から開口部５７に向かって流れるとすると、電極５５は、開口部５７に向かって変形するため、２本の電極の接触状態が解かれて、接点が開く（接点が切れる）。逆に開口部５７から開口部５６に向かって風が流れると、電極５５は電極５４に向かって変形しようとするため、接点は閉じたまま（接点がつながったまま）になる。このように、電極５４と電極５５との開閉状態で風の流れる方向を検出し、熱線風速計５３で風の強さを計測することができる。なお熱線風速計５３からの出力は、変換器５８によって変換されて、出力線５９から、たとえば制御装置Ｃへと出力される。
【００５８】
図６は、風量に比例した物量を出力する他の計測装置６１の例を示しており、計測装置６１の本体６２の内部には液体が充填され、この液体中に振り子６３が浸漬されている。この振り子６３は、液体中に設けられた支点６４に中央部６３ａが支持され、両端部には、重錘を兼ねた水中抵抗体６３ｂ、６３ｃが設けられている。
【００５９】
振り子６３の中央部６３ａの上側には、受風体６３ｄが設けられて水面から突出している。そして本体６２の上部に対向して設けられた風の流路６５、６６を流れる風を受けることができる。受風体６３ｄの位置は、レーザ距離計６７で計測するようになっており、無風時の距離と、計測した距離の差から風向と風速を計測することが可能である。なお、振り子６３は液中に浸漬されているので液体の粘性によって、受風体６３ｄの自励振動や、突発的な風による急激な動きを防止することができるようになっている。
【００６０】
なお、以上は室内の温度に応じて室内へ空調空気の給気風量を制御するシステムにおいて本発明を適用した例を示したものであるが、例えば室内のＣＯ２の濃度により室内への給気風量を制御するシステムにおいても本発明は適用できる。すなわち、たとえば室内にＣＯ２濃度センサを設置し、当該ＣＯ２濃度センサが示す数値に基づいて排気ダンパ１３や還気ダンパ１４の開度を調整して、室内への外気取入れ量を制御するシステムにおいて、上述した方法と同様に排気ダンパ１３や還気ダンパ１４の開度を、「室圧―縦空間圧」が０になる方向に制御すればよい。
【００６１】
なお、例えば還気ダンパ１４が全閉の場合、還気ファン１２によって室Ｒ１、Ｒ２から還気口３ａを通じて排出される空気は、すべて屋外へ排気されることになるが、この場合であっても、当該排出される空気は、本発明における還気である。もちろん還気ダンパ１４が全閉の場合には、還気ファン１２は、実質的には排気ファンとして機能しているが、依然として本発明でいうところの還気ファンである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ビル等の比較的高層の建物の空調に有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 縦空間
２、３ 壁
３ａ 還気口
４ 機械室
５ 外壁
５ａ、５ｃ 排気口
５ｂ 外気導入口
１１ 空調機
１１ａ チャンバ
１１ｂ 加熱コイル
１１ｃ 冷却コイル
１１ｄ 加湿器
１２ 還気ファン
１３ 排気ダンパ
１４ 還気ダンパ
１５ 外気ダンパ
１６ 給気ファン
２１ ＶＡＶユニット
２２ 天井
２２ａ 給気口
２２ｂ 排気口
２３ ＣＡＶユニット
２４ 排気ダクト
３１ 第１の計測装置
３２ 第２の計測装置
Ｂ ビル
Ｃ 制御装置
Ｒ１、Ｒ２ 室
ＲＥ 排気のある室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の空調方法にかかり、特にビル等の建築物に適した空調に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、ビルの空調は各階の外気導入量（ＯＡ）の総和と、排気量（ＥＡ）の総和との収支が０になるようにエアバランスをとって設計、調整を行っている。しかしながら、当該エアバランスが崩れると、ＥＡ−ＯＡ（ＥＡとＯＡの差分）に相当する隙間風が、階段室、エレベーターシャフト、パイプシャフトなど、建物を縦に貫く空間（以下、「縦空間」という）と部屋との仕切壁の隙間を通って室内に流入したり、室内から流出する。このため、たとえばＯＡが過剰の階から縦空間を介してＥＡが過剰の階に空気が流れ、建物全体として、調温、調湿され空調空気を無駄に多く排気したり、過剰な外気導入を行うことになり、空調用エネルギーを無駄に消費することになる。このようなエアバランスの崩れを生じる原因には、以下のものがある。
【０００３】
［煙突効果］
高層ビルでは、空調温度と外気との温度差が広がると、室内と屋外の圧力差が高さ方向に変化する現象（煙突効果）が発生する。この煙突効果が起こると、「室内圧＜屋外気圧」となる階（例えば冬場の地下階など）では、ＯＡの総和と外部への開口部（地下道への連絡路など）から流入する外気ＯＡ´の和が、ＥＡの総和よりも多くなり、余剰の空気が縦空間の壁の隙間を通して室内から縦空間に流出する。逆に「室内圧＞屋外気圧」となる階（例えば冬場の高層階など）では、ＥＡの総和と、外部に通ずる開口部から屋外へ流出する室内空気ＥＡ´の和がＯＡの総和よりも多くなり、不足分が縦空間の壁の隙間を通して縦空間から室内に流入する。
【０００４】
［可変風量空調機のエアバランス不良］
室内温度制御やＣＯ２濃度制御など、制御対象が室圧ではない制御によって給排気ファンの回転数やダンパの開度が変化すると、制御の結果、室圧が変化するため、縦空間と室内との隙間風量が変化して、ＯＡとＥＡの収支に影響を及ぼす。
【０００５】
［フロア内空調機の総合エアバランス不良］
フロア内に複数の空調機による給気と定風量（ＣＡＶ）の排気がある場合、空調機全台運転時にエアバランスを調整すると、空調機の一部を停止した際にＯＡの総和が減少するため、不足を補うように縦空間から室内に隙間風が流入する。
【０００６】
そのような建物の内外の空気の流通を抑えるものとして、例えば以下のものがある。まず、いわゆる二重扉方式における、風除室を構成し、屋内から当該風除室内に入り込んだ空気を屋内へ戻し、屋外から風除室内に入り込んだ空気を屋外へ戻すことで、建物内外の空気の流通を防止して空調エネルギーのロスを低減するものがある（特許文献１）。その他、外気圧が大きい時に、屋外に通ずるダンパを閉じて、外気を室内に流入させないようにすることで、平常時よりも外気流入量を増大させて、空調エネルギーがロスすることを防止するものがある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４５１５１７３号公報
【特許文献２】特公平７−１０７４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記した特許文献１に記載の技術は、別途風除ブースを設け、この風除室に設けた排気ファンの制御によって、内外の空気の流通を抑制しているため、一般の室に対して適用する場合、そのような風除ブースを各室に設ける必要がある。また特許文献２に記載の技術は、専用のエアーダクトとダンパを設置する必要がある。したがって、これら従来技術は、いずれも既設の空調機器をそのまま利用して、前記したようなエアバランスの崩れを防止することはできない。
【０００９】
前記したように、エアバランスの崩れは縦空間を介した空気の移動が原因である。本発明は既設の空調機器を利用して、縦空間と室内との差圧あるいは空気の移動量が０になるように修正動作を行うことで、前記エアバランスの崩れを修正し、隙間風等による空調エネルギーの損失と室内環境の悪化を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明は、建物内部を縦に貫く縦空間と、隙間、開口、またはダクトによって通じている室の空調を行なう方法であって、還気ファンによって室の還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合し、熱交換器によって熱交換して温度調整した後に、空調空気として前記室に供給し、還気の残りの一部は排気口から排気する空調方法において、前記室へは、室内の圧力とは無関係の変風量方式によって、温度調整した後の空調空気が供給されており、前記室と前記縦空間内の差圧を計測し、当該差圧が０になるように、前記還気ファンの回転数を制御することを特徴としている。
【００１１】
たとえば室圧が縦空間の気圧よりも高い場合、その差圧（室圧―縦空間圧）は正の値となる。このとき還気ファン回転数を上げれば、室内から流れる還気風量が増大するが、コイル等の熱交換器を介して温湿度調整された後に、室内に戻されるため、当該熱交換器による空気抵抗に起因して、室内に戻される風量は低減する。すなわち、還気風量よりも室内に戻す風量が少なくなる。また還気ファンの回転数を上げると、室内から流出する空気の量と排気口のダンパなどを介して熱交換器に流入する空気量が増大する。この時、熱交換器を通過する空気は全て変風量方式で室内に供給されるが、変風量方式では室内の温度などに応じて、室圧制御とは無関係に風量を決定し、たとえば給気ファンの回転数を決めているので、還気ファンの回転数を増大させることにより、変風量方式の要求風量を上回る空気が変風量ユニットに流れることになる。そうすると、変風量ユニットはたとえば室内に給気する給気ファンの回転数を下げる制御を行うことになる。したがって還気ファンの回転数を上げると給気ファンの回転数が下がり、室圧が低下する（このとき変風量方式のユニットと熱交換器を通過する空気量は変わらない）。その結果、室圧は低下するので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。
逆に、室圧が縦空間内の気圧よりも低い場合、その差圧（室圧―縦空間圧）は負の値となる。この場合には、還気ファンの回転数を下げることにより、室圧は上昇するので、その差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。
【００１２】
前記還気ファンの回転数を制御した際、還気ファンの回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過した後に、前記排気口のダンパを一定量閉じるか、または一定量開く動作を行い、その後に前記差圧が０になるように、前記還気ファンの回転数を制御するようにしてもよい。
【００１３】
前記還気ファンの回転数を制御した際、還気ファンの回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合には、さらに前記排気口のダンパの開度を調整して、前記差圧が０になるように制御するようにしてもよい。
【００１４】
前記排気口のダンパの開度をさらに制御した際、前記排気口のダンパが全開または全閉に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合、還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合するにあたって、還気と外気との混合流路に設けた還気ダンパの開度によって、混合する還気風量が調整可能な際には、当該還気ダンパの開度を制御して、前記差圧が０になるように制御するようにしてもよい。
【００１５】
屋外と前記室内との差圧に基づいて、前記還気ファンの回転数を調節する制御の応答性を決定するパラメータを変化させるようにしてもよい。
【００１６】
前記室内の温度と、外気の温度との温度差及び前記室の高さに基づいて、前記還気ファンの回転数を調節する制御の応答性を決定するパラメータを変化させるようにしてもよい。
【００１７】
前記差圧に替えて、差圧に比例した物理量（例えば電圧や電流）を出力する装置の出力値を用いるようにしてもよい。
【００１８】
また前記差圧に替えて、前記室と縦空間とを隔てる壁体に形成された開口に設けられて当該開口を通過する風量、風速若しくは風量に比例した物理量（例えば電圧や電流）を出力する装置の出力値を用いるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、既設の空調機器を制御して、縦空間と室内との差圧あるいは空気の移動量が０になるように還気ファンを調節することで、建物内のエアバランスの崩れを修正し、隙間風等による空調エネルギーの損失と室内環境の悪化を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態にかかる空調方法を実施するための空調システムの構成の概略を模式的に示した説明図である。
【図２】還気ファンと排気ダンパの操作による制御の応答性を変化させるための様子を示した説明図である。
【図３】ビルにおける煙突効果の強弱と縦空間の圧力との関係を示す説明図である。
【図４】還気ダンパの操作による制御の応答性を変化させるための様子を示した説明図である。
【図５】風量に比例した物理量を出力する装置の構成の概略を模式的に示した説明図である。
【図６】風量に比例した物理量を出力する他の装置の構成の概略を模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施の形態について説明すると、図１は実施の形態にかかる空調方法を実施するための空調システムの概略的構成を模式的に示した図であり、この例では、複数階床を有するビルＢに適用した例を示している。このビルＢの各階の室Ｒ１、Ｒ２は、すべて同一構成であり、各々同一の空調システムが採用されているので、以下、室Ｒ１を例にとって説明する。
【００２２】
室Ｒ１は、たとえばエレベーターシャフトなどの縦空間１と壁２を介して位置している排気のある室ＲＥ（例えばトイレや湯沸室など）と隣接している。また室Ｒ１には、壁３を介して機械室４が隣接している。この機械室４に、室Ｒ１の空調を実施する空調機１１が設けられている。
【００２３】
この空調機１１は、チャンバ１１ａ内に、還気ファン１２と給気ファン１６を有している。還気ファン１２は、壁３に設けられた還気口３ａから取り込んだ室内の雰囲気（還気）を、チャンバ１１ａ内に導入する。チャンバ１１ａ内に導入された還気は、一部は排気として、排気ダンパ１３を介して、ビルＢの外壁５に設けられた排気口５ａから排気される。
【００２４】
チャンバ１１ａに取り込まれた還気の残りの一部は還気ダンパ１４を経由して外気と混合される。すなわち、ビルの外壁５に設けられた外気導入口５ｂから外気ダンパ１５を介してチャンバ１１ａ内に導入された外気と、還気の一部が混合された後、加熱コイル１１ｂ、冷却コイル１１ｃ、加湿器１１ｄによって温湿度調整される。そして温湿度調整された後、給気ファン１６によって、室Ｒ１の天井部空間に複数設置されている各ＶＡＶユニット２１に供給され、天井２２に設けた給気口２２ａから室Ｒ１内に供給される。
【００２５】
室Ｒ１と縦空間１との間に位置している前出排気のある室ＲＥからの排気は、天井２２に設けられた排気口２２ｂから、ＣＡＶユニット２３を介して、排気ダクト２４等により、外壁５に設けられた排気口５ｃから排気される。
【００２６】
室Ｒ１と排気のある室ＲＥ、排気のある室ＲＥと縦空間１、室Ｒ１と機械室４とは、壁等で隔てられているものの、それぞれ気密に閉鎖されているわけではなく、各々隙間や大小の開口（図示せず）等によって連通している。したがって、排気のある室ＲＥ、室Ｒ１、縦空間１、機械室４も連通している。
【００２７】
そして空調機１１の還気ファン１２は、排気のある室ＲＥと縦空間１とを隔てている壁２に設けられた第１の計測装置３１の計測結果、並びに外壁５に設けられた第２の計測装置３２の各計測結果に基づき、制御装置Ｃによってインバータ制御される。また排気ダンパ１３の開度も、同様に第１の計測装置３１の計測結果、第２の計測装置３２の各計測結果に基づき、制御装置Ｃによって制御することが可能である。この例では、第１の計測装置３１は、排気のある室ＲＥと縦空間１との間の差圧を計測する差圧計であり、また第２の計測装置３２は、機械室４と屋外との間の差圧を計測する差圧計である。
【００２８】
実施の形態にかかる空調システムは、以上の構成を有しており、次にその運転例について説明する。まず通常時は、排気ダンパ１３及び還気ダンパ１４の制御は、外気導入口５ｂからの、外気ダンパ１５の制御による外気取入れ量に対して、排気量と外気取入れ量が等しくなるように制御される。また、給気ファン１６の回転数は室内空調のための制御（たとえば、室Ｒ１の室温に応じて回転数を制御して給気風量を調整する）が行われ、還気ファン１２の回転数は、給気ファン１６の回転数に合わせて制御され、室内における給排気の量を一致させている（通常時の制御）。
【００２９】
そしてまず室Ｒ１の室圧が、縦空間１内の圧力よりも高い場合、第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）は正の値となる。このとき還気ファン１２の回転数の制御出力は正（回転数を上げる方向）に制御される。還気ファン１２の回転数が増大すると、室圧は低下するので、第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。逆に、室圧が縦空間圧よりも低い場合、第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）は負の値となる。このとき還気ファン１２の回転数の制御出力は負（回転数を下げる方向）に制御される。還気ファン１２の回転数が減少すると、室圧は上昇するので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。
【００３０】
ここで還気ファン１２の回転数が予め設定された上限値または下限値に達し、一定時間（チャタリングを考慮して、たとえば１０秒程度）経過しても、未だ差圧が０にならない場合には、排気ダンパ１３を他の制御、すなわち、既述した通常時の制御から切り離して、第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）に基づいて開度制御を行う。すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の値の場合には排気ダンパ１３を開ける方向に制御する。排気ダンパ１３が開くと、チャンバ１１ａに導入された還気のうち、排気として屋外に放出される分が多くなるので、室圧は下がり、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。
【００３１】
逆に第１の計測装置３１によって計測される差圧（室圧―縦空間圧）が負の値の場合には排気ダンパ１３を閉める方向（開度を小さくする方向）に制御する。排気ダンパ１３の開度が小さくなると、還気として室Ｒ１に戻される換気量が増加して室圧は上がるので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。このとき還気ダンパ１４はそれまでの開度を維持している。なお、差圧が０になった時点で、排気ダンパ１３の制御を通常時の制御に戻し、差圧に基づく制御は、還気ファン１２の回転数制御のみとする。
【００３２】
またさらに、還気ファン１２の回転数が、予め設定された上限値または下限値に達し、なおかつ排気ダンパ１３の開度が予め設定された最大開度あるいは最小開度に達しても、差圧（室圧―縦空間圧）が０にならない場合には、還気ダンパ１４を、通常時の制御から切り離して制御を行う。すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の値の場合には還気ダンパ１４を閉める方向に制御する。還気ダンパ１４の開度が小さくなると、室Ｒ１に戻す還気量が低減し、室圧は下がるので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。逆に差圧（室圧―縦空間圧）が負の値の場合には、還気ダンパ１４の開度を大きくする方向に制御する。
【００３３】
なお、そのように還気ダンパ１４による制御を付加して、差圧が０になった時点で、排気ダンパ１３と還気ダンパ１４の制御を通常時の制御に戻し、制御装置Ｃによる差圧を０にする制御は、還気ファン１２の回転数制御のみに戻す。
【００３４】
以上の例によれば、既設の空調機１１をそのまま利用して、還気ファン１２、排気ダンパ１３、さらには還気ダンパ１４を制御することで、室Ｒ１と縦空間１との差圧を０に近づけることができ、それによって、ビルＢにおける室Ｒ１と縦空間１とのエアバランスの崩れを修正し、隙間風等による空調エネルギーの損失と室内環境の悪化を抑制することが可能である。
【００３５】
ところで、室内−屋外間の差圧が大きい場合と小さい場合（すなわち差圧０を基準とした差圧の絶対値が大小の場合）とでは、還気ファン１２の回転数や排気ダンパ１３の開度が同じでも、空気移動量が変わってしまう。すなわち、煙突効果により室内屋外の差圧が大きくなる（高層階などで室内圧が大きくなる）と、排気の移動量（ＣＡＶユニット２３からの排気や、排気口５ａ（１台とは限らない）空調機からの排気などのすべてを合計した量）が所望の量よりも多くなってしまう。したがって、室内−屋外間の差圧が大きくなれば、還気ファン１２の回転数や排気ダンパ１３開度の変化量を小さくして、所望の排気量となるようにすることが好ましい。
【００３６】
すなわち、室内圧−屋外圧の圧力差が大きい場合には、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧に応じた還気ファン１２の回転数や排気ダンパ１３の開度の変化の度合いを小さくして、応答性を小さくする。逆に室内圧−屋外圧の値が小さい場合には、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧に応じた還気ファン１２の回転数や排気ダンパ１３の開度の変化の度合いを大きくして、応答性を高めることが好ましい。
【００３７】
図２は、そのことを説明するものであり、図中、「操作量」とは、還気ファン１２、及び排気ダンパ１３に対する操作量のことであり、図中、Ｋ点は、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧が０のときの、還気ファン１２、及び排気ダンパ１３の通常時の操作量を示している。そして差圧が正の場合には、還気ファン１２の回転数は高くする制御、排気ダンパ１３の開度を大きくする制御が行なわれ、Ｋ点から図中の上側に操作量を増大する制御が行なわれる。差圧が負の場合には、還気ファン１２の回転数は低くする制御、排気ダンパ１３の開度を小さくする制御が行なわれ、Ｋ点から図中の下側に操作量を減少する制御が行なわれる。
【００３８】
そして図２中、実線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差を考慮せず、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧に基づいた場合を示しており、一点鎖線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差が小さい場合の、応答性を高めるための操作量の変化を示しており、破線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差が大きい場合の、応答性を弱めるための操作量の変化を示している。なお図２は、比例制御を例にして、応答性の変化を示したものであるが、比例制御だけではオフセット（残留偏差）が現れることもあるため、必要に応じて積分制御を用いてもよい。
【００３９】
このように、室内圧−屋外圧の圧力差の大小によって、操作量の変化の度合いを変化させて、制御の応答性を定めるパラメータを変更することで、室内外の差圧の大小に応じた適切な応答速度で制御を行なうことが可能である。図１に示した空調システムでは、第２の計測装置３２を設置しているので、室内圧−屋外圧の圧力差を検出して、前記した制御の応答性を定めるパラメータを変更することが可能である。
【００４０】
また、ある建物において室内−屋外温度差が同じであれば、同じような圧力分布が得られる。したがって室内−屋外温度差がわかれば、当該建物における室の高さ（階数）に対する、室内−屋外差圧の大きさを求めることができる。
【００４１】
すなわち、発明者らの知見によれば、図３示したように、室内−屋外温度差が大きい場合には、煙突効果が大きくなり、その結果、室高さに対する室内圧の上昇度合いが大きくなる（図３中の実線）。逆に、室内−屋外温度差が小さい場合には、煙突効果が小さくなり、その結果、室高さに対する室内圧の上昇度合いが小さくなる（図３中の破線）。
【００４２】
このことを利用して、室Ｒ１の高さにおける、室内圧−屋外圧の予測値を算定することによって、前記した図２に示したような、制御の応答性を定めるパラメータを変更し、その結果、室内外の差圧の大小に応じた適切な応答速度で制御を行なうことが可能である。室内圧−屋外圧の予測値の算定にあたっては、たとえば、次のようにして行なうことができる。すなわち、空気の密度ρは、温度（℃ｃ）をｔとすると、次式で表せる。
ρ＝１．２９３／（１＋０．００３６７×ｔ）［ｋｇ／ｍ３］
ここで、対象となる建物のＢ１Ｆと１Ｆに、縦空間と外気が常時つながった通路等があるとすると、上層階の煙突効果は１Ｆが基準（ΔＰ＝０）となり、１Ｆからの高低差ｈに比例して、差圧ΔＰ（室内圧−屋外圧）が増大する。したがって、室内の密度をρ１、室外の密度をρ２とすると、差圧ΔＰは、
ΔＰ＝（ρ２−ρ１）×ｇ×ｈと算定できる。（ｇは重力加速度）
そしてそのようにして室内圧−屋外圧を予測することで、高価な差圧計を用いることなく、温度計による室内−屋外温度差によって、かかるパラメータの変更を行なうことができる。
【００４３】
また、外気温度は時期（たとえば季節、時間帯など）により大きく変わるが、室内温度は空調装置により制御されており、外気温度と比較して時期による変化は小さいので、外気温度さえ計測すれば、室高さに対する室内−屋外差圧の大まかな大きさを求めることができる。したがって、上記の「温度差が大きい場合」、「温度差が小さい場合」を、それぞれ「外気温が低い場合」、「外気温が高い場合」とみなして、制御するようにしてもよい。
【００４４】
さらにまた前記した還気ダンパ１４の制御についても、前記した図２に即して説明したように、室内圧−屋外圧の圧力差の大小によって、操作量の変化の度合いを変化させて、制御の応答性を定めるパラメータを変更することで、室内外の差圧の大小に応じた適切な応答速度で制御を行なうことが可能である。
【００４５】
すなわち、図４において、「操作量」とは、還気ダンパ１４に対する操作量のことであり、図中、Ｌ点は、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧が０のときの、還気ダンパ１４の通常時の操作量を示している。そして差圧が正の場合には、還気ダンパ１４の開度を小さくし、差圧が負の場合には、還気ダンパ１４の開度を大きくする制御が行なわれる。そして図４において、実線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差を考慮せず、室Ｒ１内圧力−縦空間１内圧力の差圧に基づいた場合を示しており、一点鎖線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差が小さい場合の、応答性を高めるための還気ダンパ１４の操作量の変化を示しており、破線で示した操作量の変化は、室内圧−屋外圧の圧力差が大きい場合の、応答性を弱めるための還気ダンパ１４の操作量の変化を示している。
【００４６】
このような室内圧−屋外圧の圧力差の大小も勘案して、還気ダンパ１４の操作量の変化の度合いを変化させて、制御の応答性を定めるパラメータを変更することで、室内外の差圧の大小に応じた適切な応答速度で制御を行なうことが可能である。もちろん、かかる場合も、前記した図３に即して説明したように、室内圧−屋外圧の圧力差に代えて、室内−屋外温度差に基づいて、パラメータを変更するようにしてもよい。
【００４７】
また前記実施の形態では、まず還気ファン１２の回転数制御を優先して、差圧が０となるようにしていたが、排気ダンパ１３の開度制御を優先的に制御するようにしてもよい。そしてかかる場合、排気ダンパ１３の開度を制御した際に、全開または全閉に達した後一定時間経過しても、差圧が０にならない場合には、さらに還気ファン１２の回転数を制御して差圧が０になるように制御するようにしてもよい。そしてそのように還気ファン１２の回転数をさらに制御した際、還気ファン１２の回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合、還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合するにあたって、還気ダンパ１４の開度を制御して、前記差圧が０になるように制御するようにしてもよい。
【００４８】
還気ファン１２の回転数が予め設定された上限値または下限値に達し、一定時間（チャタリングを考慮して、たとえば１０秒程度）経過しても、未だ差圧（室圧―縦空間圧）が０にならない場合に、排気ダンパ１３の開度をそれまでの開度からさらに予め定めた所定量大きくするかまたは予め定めた所定量小さくするようにしてもよい。
【００４９】
すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の状態で還気ファン１２の回転数が上限値に達した場合には、排気ダンパ１３の開度をそれまでの開度からさらに予め定めた所定量（例えば全開を１００、全閉を０とすると５程度）だけ大きくしてその開度を維持する。排気ダンパ１３の開度が大きくなると、チャンバ１１ａに導入された還気のうち、排気として屋外に放出される分が多くなるので、室圧は下がる。そして、差圧（室圧―縦空間圧）が負圧の所定値になったところで、還気ファン１２の回転数を上限値の状態から下げて、差圧（室圧―縦空間圧）が０となるように制御に戻る。このとき排気ダンパ１３はそのままの開度を維持している。
【００５０】
逆に差圧（室圧―縦空間圧）が負の状態で還気ファン１２の回転数が下限値に達した場合には、排気ダンパ１３の開度をそれまでの開度から予め定めた所定量小さくする。排気ダンパ１３の開度が小さくなると、還気として室Ｒ１に戻される換気量が増加して室圧は上がる。そして、差圧（室圧―縦空間圧）が正圧の所定値になったところで、還気ファン１２の回転数を下限値の状態から上げて、差圧（室圧―縦空間圧）を０にする制御に戻る。
【００５１】
またさらに、排気ダンパ１３の開度を所定量大きくするかまたは小さくしてから予め設定した所定時間経過しても差圧（室圧―縦空間圧）が負圧または正圧の所定値にならない場合には、排気ダンパ１３の開度をさらに所定量大きくするかまたは小さくする。すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の値から還気ファン１２回転数が上限値に達し排気ダンパ１３開度を所定量大きくしても負圧の所定値にならない場合には、排気ダンパ１３をさらに所定量大きくする。逆に差圧（室圧―縦空間圧）が負の値から還気ファン１２回転数が下限値に達し、排気ダンパ１３の開度を所定量小さくしても正圧の所定値にならない場合には、排気ダンパ１３の開度をさらに所定量小さくする。
【００５２】
また、還気ファン１２の回転数が、予め設定された上限値または下限値に達し、なおかつ排気ダンパ１３の開度が予め設定された最大開度あるいは最小開度に達しても、差圧（室圧―縦空間圧）が負圧または正圧の所定値にならない場合には、還気ダンパ１４を、通常時の制御から切り離して制御を行うようにしてもよい。
【００５３】
すなわち、差圧（室圧―縦空間圧）が正の値から、還気ファン１２回転数が上限値に達し排気ダンパ１３の開度が最大開度に達しても負圧の所定値にならない場合には、還気ダンパ１４を閉める方向に制御する。還気ダンパ１４の開度が小さくなると、室Ｒ１に戻す還気量が低減し、その結果室圧は下がるので、差圧（室圧―縦空間圧）が０になる方向に変化する。逆に差圧（室圧―縦空間圧）が負の値から還気ファン１２回転数が下限値に達し排気ダンパ１３の開度が最小開度に達しても正圧の所定値にならない場合には、還気ダンパ１４の開度を大きくする方向に制御する。
【００５４】
空気の移動量の調整は、排気ダンパ１３の開度制御によって行うよりも、還気ファン１２の回転数制御によって行う方が、より細かい調整が可能であるので、上記のように排気ダンパ１３の開度は段階的に所定量ずつ大きくするかまたは小さくするようにして、還気ファン１２の回転数を連続的に制御することにより空気の移動量を調整するようにすれば、室圧を細かく調整することが可能となる。
【００５５】
図１に示した空調システムでは、第１の計測装置３１、第２の計測装置３２は、いずれも差圧計を用いていたが、これに限らず、差圧に比例した物理量（たとたえば電圧や電流）を出力する装置の出力値を用いたり、前記室Ｒ１と縦空間１とを隔てる壁２に形成された開口（図示せず）に、当該開口を通過する風量、風速若しくは風量に比例した物理量（たとたえば電圧や電流）を出力する装置の出力値を用いるようにしてもよい。
【００５６】
図５は、風量に比例した物量を出力する計測装置５１の例を示しており、この計測装置５１は、チャンバ５２の内部が２つの流路５２ａ、５２bに仕切られており、流路５２ａには、熱線風速計５３が設けられ、他の流路５２ｂには、２本の電極５４、５５が設けられている。電極５４は剛性が高く、電極５５は、風を受けて柔軟に変形する構造を有している。これら２本の電極５４、５５は、風の流路に沿って並んで設置されており、流路に風が流れていないときは、両者は接触している。
【００５７】
そして、風が開口部５６から開口部５７に向かって流れるとすると、電極５５は、開口部５７に向かって変形するため、２本の電極の接触状態が解かれて、接点が開く（接点が切れる）。逆に開口部５７から開口部５６に向かって風が流れると、電極５５は電極５４に向かって変形しようとするため、接点は閉じたまま（接点がつながったまま）になる。このように、電極５４と電極５５との開閉状態で風の流れる方向を検出し、熱線風速計５３で風の強さを計測することができる。なお熱線風速計５３からの出力は、変換器５８によって変換されて、出力線５９から、たとえば制御装置Ｃへと出力される。
【００５８】
図６は、風量に比例した物量を出力する他の計測装置６１の例を示しており、計測装置６１の本体６２の内部には液体が充填され、この液体中に振り子６３が浸漬されている。この振り子６３は、液体中に設けられた支点６４に中央部６３ａが支持され、両端部には、重錘を兼ねた水中抵抗体６３ｂ、６３ｃが設けられている。
【００５９】
振り子６３の中央部６３ａの上側には、受風体６３ｄが設けられて水面から突出している。そして本体６２の上部に対向して設けられた風の流路６５、６６を流れる風を受けることができる。受風体６３ｄの位置は、レーザ距離計６７で計測するようになっており、無風時の距離と、計測した距離の差から風向と風速を計測することが可能である。なお、振り子６３は液中に浸漬されているので液体の粘性によって、受風体６３ｄの自励振動や、突発的な風による急激な動きを防止することができるようになっている。
【００６０】
なお、以上は室内の温度に応じて室内へ空調空気の給気風量を制御するシステムにおいて本発明を適用した例を示したものであるが、例えば室内のＣＯ２の濃度により室内への給気風量を制御するシステムにおいても本発明は適用できる。すなわち、たとえば室内にＣＯ２濃度センサを設置し、当該ＣＯ２濃度センサが示す数値に基づいて排気ダンパ１３や還気ダンパ１４の開度を調整して、室内への外気取入れ量を制御するシステムにおいて、上述した方法と同様に排気ダンパ１３や還気ダンパ１４の開度を、「室圧―縦空間圧」が０になる方向に制御すればよい。
【００６１】
なお、例えば還気ダンパ１４が全閉の場合、還気ファン１２によって室Ｒ１、Ｒ２から還気口３ａを通じて排出される空気は、すべて屋外へ排気されることになるが、この場合であっても、当該排出される空気は、本発明における還気である。もちろん還気ダンパ１４が全閉の場合には、還気ファン１２は、実質的には排気ファンとして機能しているが、依然として本発明でいうところの還気ファンである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ビル等の比較的高層の建物の空調に有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 縦空間
２、３ 壁
３ａ 還気口
４ 機械室
５ 外壁
５ａ、５ｃ 排気口
５ｂ 外気導入口
１１ 空調機
１１ａ チャンバ
１１ｂ 加熱コイル
１１ｃ 冷却コイル
１１ｄ 加湿器
１２ 還気ファン
１３ 排気ダンパ
１４ 還気ダンパ
１５ 外気ダンパ
１６ 給気ファン
２１ ＶＡＶユニット
２２ 天井
２２ａ 給気口
２２ｂ 排気口
２３ ＣＡＶユニット
２４ 排気ダクト
３１ 第１の計測装置
３２ 第２の計測装置
Ｂ ビル
Ｃ 制御装置
Ｒ１、Ｒ２ 室
ＲＥ 排気のある室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内部を縦に貫く縦空間と、隙間、開口、またはダクトによって通じている室の空調を行なう方法であって、
還気ファンによって室の還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合し、熱交換器によって熱交換して温度調整した後に、空調空気として前記室に供給し、還気の残りの一部は排気口から排気する空調方法において、
前記室へは、室内の圧力とは無関係の変風量方式によって、温度調整した後の空調空気が供給されており、
前記室と前記縦空間内の差圧を計測し、当該差圧が０になるように、前記還気ファンの回転数を制御することを特徴とする、建物の空調方法。
【請求項２】
前記還気ファンの回転数を制御した際、還気ファンの回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過した後に、前記排気口のダンパを一定量閉じるか、または一定量開く動作を行い、その後に前記差圧が０になるように、前記還気ファンの回転数を制御することを特徴とする、請求項1記載の建物の空調方法。
【請求項３】
前記還気ファンの回転数を制御した際、還気ファンの回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合には、さらに前記排気口のダンパの開度を調整して、前記差圧が０になるように制御することを特徴とする、請求項１に記載の建物の空調方法。
【請求項４】
前記排気口のダンパの開度を制御した際、前記排気口のダンパが全開または全閉に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合、
還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合するにあたって、還気と外気との混合流路に設けた還気ダンパの開度によって、混合する還気風量が調整可能な際には、当該還気ダンパの開度を制御して、前記差圧が０になるように制御することを特徴とする、請求項２または３に記載の建物の空調方法。
【請求項５】
屋外と前記室内との差圧に基づいて、前記還気ファンの回転数を調節する制御の応答性を決定するパラメータを変化させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の建物の空調方法。
【請求項６】
前記室内の温度と、外気の温度との温度差及び前記室の高さに基づいて、前記還気ファンの回転数を調節する制御の応答性を決定するパラメータを変化させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の建物の空調方法。
【請求項７】
前記差圧に替えて、差圧に比例した物理量を出力する装置の出力値を用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の建物の空調方法。
【請求項８】
前記差圧に替えて、前記室と縦空間とを隔てる壁体に形成された開口に設けられて当該開口を通過する風量、風速若しくは風量に比例した物理量を出力する装置の出力値を用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の建物の空調方法。
【請求項１】
建物内部を縦に貫く縦空間と、隙間、開口、またはダクトによって通じている室の空調を行なう方法であって、
還気ファンによって室の還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合し、熱交換器によって熱交換して温度調整した後に、空調空気として前記室に供給し、還気の残りの一部は排気口から排気する空調方法において、
前記室へは、室内の圧力とは無関係の変風量方式によって、温度調整した後の空調空気が供給されており、
前記室と前記縦空間内の差圧を計測し、当該差圧が０になるように、前記還気ファンの回転数を制御することを特徴とする、建物の空調方法。
【請求項２】
前記還気ファンの回転数を制御した際、還気ファンの回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過した後に、前記排気口のダンパを一定量閉じるか、または一定量開く動作を行い、その後に前記差圧が０になるように、前記還気ファンの回転数を制御することを特徴とする、請求項1記載の建物の空調方法。
【請求項３】
前記還気ファンの回転数を制御した際、還気ファンの回転数が予め定めた最小値または最大値に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合には、さらに前記排気口のダンパの開度を調整して、前記差圧が０になるように制御することを特徴とする、請求項１に記載の建物の空調方法。
【請求項４】
前記排気口のダンパの開度を制御した際、前記排気口のダンパが全開または全閉に達した後一定時間経過しても、前記差圧が０にならない場合、
還気の一部を、外気導入口から導入した外気と混合するにあたって、還気と外気との混合流路に設けた還気ダンパの開度によって、混合する還気風量が調整可能な際には、当該還気ダンパの開度を制御して、前記差圧が０になるように制御することを特徴とする、請求項２または３に記載の建物の空調方法。
【請求項５】
屋外と前記室内との差圧に基づいて、前記還気ファンの回転数を調節する制御の応答性を決定するパラメータを変化させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の建物の空調方法。
【請求項６】
前記室内の温度と、外気の温度との温度差及び前記室の高さに基づいて、前記還気ファンの回転数を調節する制御の応答性を決定するパラメータを変化させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の建物の空調方法。
【請求項７】
前記差圧に替えて、差圧に比例した物理量を出力する装置の出力値を用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の建物の空調方法。
【請求項８】
前記差圧に替えて、前記室と縦空間とを隔てる壁体に形成された開口に設けられて当該開口を通過する風量、風速若しくは風量に比例した物理量を出力する装置の出力値を用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の建物の空調方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１３４５２（Ｐ２０１３−１１３４５２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７５３６（Ｐ２０１１−２５７５３６）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００１６９４９９）高砂熱学工業株式会社 (287)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００１６９４９９）高砂熱学工業株式会社 (287)
【Ｆターム（参考）】
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