JP2001263757A

JP2001263757A - 空気調和装置、及び、空気調和方法

Info

Publication number: JP2001263757A
Application number: JP2000074055A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ito; 武司伊藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】センサー数を最小化して制御を簡素化し、室内
の温度と湿度の調和を適正にする。【解決手段】室内側温度Ｔ_ｉを測定する室内温度センサ
ー５と、室外側温度Ｔ_ｏを測定する室外温度センサー７
と、室内側湿度Ｔ_ｓを測定する湿度センサー６とだけ
で、室内側温度Ｔ_ｉと室外側温度Ｔ_ｏとから室内壁面温
度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}を演算し、室内側温度Ｔ_ｉと室内側湿度
Ｔ_ｓとから求めた露点温度と室内壁面温度Ｔ _{ｉｗａｌｌ}
との大小関係を比較して、除湿運転と冷房運転と換気運
転を切り換えて、露点温度基準により適正に、温度と湿
度の調和を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置、及
び、空気調和方法に関し、特に、測定される温度と湿度
とから室内の温度と湿度とが調和される空気調和装置、
及び、空気調和方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】室には、適正に湿度と温度が相関的に調
整された快適さが求められる。更には、床、壁に結露が
生じず、カビ、ダニの発生が防止されることが求められ
る。空気調和のために、暖冷房、除湿が行われる。暖冷
房機、除湿機の運転のための電力消費を節減するために
は、外気が有効利用され換気装置も併用されて、空気調
和装置が構成されている。そのような空気調和装置が、
特開昭６２−１６９９５３号で知られている。

【０００３】この公知技術に示されるように従来の空気
調和技術は、図５に示されるように、地下室空間１０１
を形成する地下室壁１０２に設置されている。空気調和
装置は、除湿機能を有する空調機１０３と、温度センサ
ー１０６と、湿度センサー１０７とから構成されてい
る。温度センサー１０６は、室内温度センサー１０６−
１と、室内側壁面温度センサー１０６−２と、室内側床
面温度センサー１０６−３と室外温度センサー１０６−
４とから形成されている。湿度センサー１０７は、室内
の相対湿度を測定する室内湿度センサー１０７−１と、
外気の相対湿度を測定する室外湿度センサー１０７−２
とから形成されている。更に、吸気機１０４と排気機１
０５とから形成される換気装置とが設けられている。

【０００４】地下室は、通常、外気に比べて相対湿度が
高く、地下室が居住用であれば、新鮮な外気が導入され
なければならず、地下室内の床や壁に結露が生じやす
い。公知技術では、室内温度センサー１０６−１と室内
湿度センサー１０７−１のそれぞれの測定値に基づい
て、地下室内の絶対湿度とその絶対湿度に対応する露点
温度とを演算し、室内側床面温度センサー１０６−３又
は室内側壁面温度センサー１０６−２により測定される
両温度の一方がその露点温度以下であれば、空調機１０
３を一定時間除湿運転して地下室空間１０１の絶対湿度
を低下させ、床面と壁面の温度がその露点温度よりも高
い場合には、室内相対湿度が所定値より高く、且つ、外
気の絶対湿度が室内の絶対湿度よりも低い場合には、換
気装置１０４，１０５を運転して、低湿度の外気を地下
室空間１０１に導入すると同時に、高湿度の室内空気を
外部へ排出し、外気の絶対湿度が室内絶対湿度よりも高
い場合には、空調機１０３を除湿運転する。このよう
に、極力に外気を有効利用して、地下室空間１０１の湿
度制御が行われている。湿度条件が充足された後に、温
度制御が行われている。

【０００５】このように、地上の建物に比べて湿度環境
が厳しい地下室で、床面や壁面の結露を防止して居住環
境を快適に確実に保つ湿度・温度制御のためには、室内
外の多数の温度・湿度センサーを配置する必要がある。
床面、壁面、天井面の温度分布が大きい場合には、公知
技術では、更に多くのセンサーが必要になって制御が更
に複雑になる。地上では、地下室ほどには厳密な湿度制
御は必要ではない。極力に少ない数のセンサーにより地
上でも地下でも温度・湿度制御がより適正に行われるこ
とが望まれる。特に、センサー数を最小化して制御を簡
素化することが望まれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、セン
サー数を最小化して制御を簡素化することができる空気
調和装置、及び、空気調和方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、より少ない数のセンサーにより室
内の温度と湿度との調和を十分に適正化することができ
る空気調和装置、及び、空気調和方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。

【０００８】本発明による空気調和装置は、室内側温度
Ｔ_ｉを測定する室内温度センサー（５）と、室外側温度
Ｔ_ｏを測定する室外温度センサー（７）と、室内側湿度
Ｔ_ｓを測定する湿度センサー（６）と、室内側温度Ｔ_ｉ
と室外側温度Ｔ_ｏとから室内壁面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}を演
算する演算装置（図示されず）と、室内側温度Ｔ_ｉと室
内側湿度Ｔ_ｓとから求めた露点温度と室内壁面温度Ｔ
_{ｉｗａｌｌ}との大小関係を比較する比較器（図示され
ず）と、空調装置（図示されず）と、制御装置（８）
と、室内外の空気を入れ換える換気装置（９）とを含
み、制御装置（８）は、既述の大小関係に基づいて、空
調装置の除湿運転と空調装置の冷房運転と換気装置
（９）の換気運転とを切り換える。

【０００９】室内側温度Ｔ_ｉと室内側湿度Ｔ_ｓとから露
点温度が求められ、室内側温度Ｔ_ｉと室外側温度Ｔ_ｏと
から室内壁面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}が求められる。室内壁面
温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}が分かれば、室内壁面上の結露の発生
が確実に予測され、結露が生じないように、除湿と換気
が実行される。これにより、室外側湿度と室内壁面温度
を測定する必要性がない。但し、参照用に室外側湿度と
室内壁面温度を測定することは必ずしも否定されない。
結露点が基準になる制御によって、室内の湿度と温度の
調和が確実に図られ得る。このような制御は、室温の肯
定によらずに実行され得る。室温の制御は、調和制御と
は独立に実行され得る。更に室内側温度と設定温度の大
小関係に基づいて、空調装置の除湿運転と空調装置の冷
房運転と換気装置の換気運転とが切り換えられることは
より好ましい。

【００１０】本発明による空気調和方法は、室内側温度
Ｔ_ｉを測定すること、室外側温度Ｔ _ｏを測定すること、
室内側湿度Ｔ_ｉを測定すること、室内側温度Ｔ_ｉと室外
側温度Ｔ_ｏとから室内壁面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}を後述され
る式（１）と式（４）とにより演算すること、室内側温
度Ｔ_ｉと室内湿度Ｔ_ｓとから求めた露点温度と前記室内
壁面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}との大小関係を比較すること、そ
の大小関係に基づいて、除湿運転と冷房運転と換気運転
とを切り換えることを含む。

【００１１】より詳細には、Ｔ_{ｉｗａｌｌ}＞露点温度で
あり、且つ、Ｔ_ｉ＞設定値であれば、冷房運転が実行さ
れ、Ｔ_{ｉｗａｌｌ}＞前記露点温度でなく、且つ、Ｔ_ｉ＞
その設定値であれば、除湿運転が実行され、Ｔ
_{ｉｗａｌｌ}＞露点温度でなく、且つ、Ｔ_ｉ＞その設定値
でなければ、換気運転が実行される。Ｔ_{ｉｗａｌｌ}＞露
点温度であり、且つ、Ｔ_ｉ＞設定値でなければ、除湿運
転と換気運転は停止されることになる。換気運転が実行
されて所定時間が経過すれば除湿運転が実行されること
が好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図に一致対応して、本発明による
空気調和装置の実施の形態は、室内空間を形成する壁の
内外に室外機が室内機とともに設けられている。その室
内機１は、壁２の内側で壁２に固定されて据え付けられ
ている。その室外機３は、壁２の外側で壁２に固定され
て据え付けられている。室内機１と室外機３の間は、壁
２を貫通する配管４で接続されている。

【００１３】室内機１の筐体の内側には、室内側温度セ
ンサー５と室内側湿度センサー６とが配置されている。
室外機３の筐体の内側には、室外側温度センサー７が配
置されている。室内機１には、制御装置８が設けられて
いる。換気装置９は、室内機１にユニット化されて設け
られ、吸気と排気の両機能を有している。室内側温度セ
ンサー５と室内側湿度センサー６と室外側温度センサー
７とは、それぞれに制御装置８に接続している。

【００１４】室内側温度センサー５が出力する室内側温
度信号と室内側湿度センサー６が出力する室内側湿度信
号と室外側温度センサー７が出力する室外側温度信号
は、制御装置８に入力される。制御装置８は、室内側温
度信号と室内側湿度信号と室外側温度信号とに基づいて
後述される演算を実行する演算回路（図示されず）と、
後述される動作フローに示される制御プロセスを実行す
る実行回路（図示されず）を備えている。

【００１５】室内側温度センサー５が測定する室内側温
度はＴ_ｉで表され、室内側湿度センサー６が測定する室
内側湿度はＴ_ｓで表され、室外側温度センサー７が測定
する室外側温度はＴ_ｏで示される。室内側温度Ｔ_ｉと室
内側湿度Ｔ_ｓから露点温度が公知の式から算出される。
そのための算出式は、制御装置８の演算回路に入力され
ている。

【００１６】室内側温度Ｔ_ｉと室内側湿度Ｔ_ｓとから壁
２の温度が算出され得る。図２に示されるように、室内
側温度Ｔ_ｉが室外側温度Ｔ_ｏより低い場合、室外側温度
Ｔ_ｏは壁２の内面に近いところで温度低下し壁外面上で
壁外面温度Ｔ_{ｏｗａｌｌ}であり、室内側温度Ｔ_ｉは壁２
の外面に近いところで温度上昇し壁内面上で壁内面温度
Ｔ_{ｉｗａｌｌ}である。

【００１７】熱流速ｑ（Ｊ／ｍ^２）は、室内側温度Ｔ_ｉ
と室外側温度Ｔ_ｏにより次式で求められる。

【数２】

【数３】Ｑ：熱通過量（Ｊ／ｍ^２）Ｓ：壁面積（ｍ^２）Ｋ：熱通過率（Ｊ／ｍ^２℃） α_ｏ：室外側空気と壁面との間の熱伝導率（Ｊ／ｍ
^２℃） α_ｉ：室内側空気と壁面との間の熱伝導率（Ｊ／ｍ
^２℃）ｄ：壁の厚さ（ｍ） λ：壁の熱伝導率（Ｊ／ｍ℃）

【００１８】制御装置８の演算回路に付随するメモリに
入力されている。室外側熱伝達率α _ｏ、室内側熱伝達率
α_ｉ、壁の厚さｄ、壁の熱伝導率λは、部位仕様に基づ
いて材料ごとに測定されていて既知であり、これらの既
知量は制御装置８の演算回路に付随するメモリに入力さ
れている。熱通過率Ｋは、その既知量に基づいて式
（２）から算出され図３の表１の右欄に示されるように
求められていて、その算出量は制御装置８の演算回路に
付随するメモリに入力されている。

【００１９】このように既知になっている熱通過率Ｋが
用いられ、測定値Ｔ_ｏとＴ_ｉに基づいて式（１）により
熱流速ｑが計算によりリアルタイムに算出される。この
熱流速ｑは、壁内面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}と室内側温度Ｔ_ｉ
とから次式により表される。

【数４】式（３）は、次式に変形される。

【数５】既述の通り、熱流速ｑと室内側熱伝達率α_ｉとは既知で
あり、室内側温度Ｔ_ｉは室内側温度センサー５により測
定されている測定値であるから、壁内面温度Ｔ
_{ｉｗａｌｌ}は式（４）により算出され得る。このように
算出された壁内面温度Ｔ _{ｉｗａｌｌ}と既述の通り算出さ
れた露点温度とを比較することにより、図４に示される
動作フローによる空気調和制御が実行され得る。

【００２０】ステップＳ１で、測定値である室内側温度
Ｔ_ｉと室外側温度Ｔ_ｏと室内側湿度Ｔ_ｓとが、制御装置
８に入力される。既述の通り、ステップＳ２で、室内側
温度Ｔ_ｉと室内側湿度Ｔ_ｓとから露点温度が算出され、
室内側温度Ｔ_ｉと室外側温度Ｔ_ｏとから壁内面温度Ｔ
_{ｉｗａｌｌ}が算出される。

【００２１】壁内面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}が露点温度よりも
高い場合（ステップＳ３）、室内側温度Ｔ_ｉが設定温度
より高い場合（ステップＳ４）、結露の恐れがないの
で、空調装置は冷房運転を行い（ステップＳ５）、室内
側温度Ｔ_ｉが設定温度より高くない場合、空調装置と排
気装置が停止し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻
る。ステップＳ４で、室内側温度Ｔ_ｉが設定温度より高
くない状態が続けば、ステップＳ３でやがて壁内面温度
Ｔ_{ｉｗａｌｌ}は露点温度よりも低くなって、ステップＳ
７に移行する。

【００２２】結露発生状態であるステップＳ７では、壁
内面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}が設定値よりも高い場合、まず空
調装置はとりあえず除湿運転を行う。この除湿運転によ
り除湿が十分になれば、ステップＳ３からステップＳ４
又はステップＳ６に移行し、室内温度が高い場合には冷
房運転に入ってやがて室内温度が低下し、室内温度の低
下により結露状態になって、且つ、室内温度が設定値よ
り低い場合に（ステップＳ７）、ステップＳ９で換気装
置９が動作を開始する。換気装置９の動作継続時間が所
定時間を経過しない間は、ステップＳ７とステップＳ９
との動作が継続する。その所定時間が経過すれば、ステ
ップＳ８で除湿運転が開始される。

【００２３】結露が生じる内壁面の温度と露点温度の間
の大小関係と、室温と設定値との間の大小関係とに基づ
いて、空調・換気装置の停止、冷房運転、除湿運転、換
気装置の運転の４パターンの運転状態が切り換えられ、
結露の発生を抑えるように室温と湿度との適正な関係が
保持される。このような制御によれば、換気装置の運転
が効果的に取り入れられ、空調装置の除湿運転が減少
し、その減少分が省エネルギー分になって、室内の結
露、カビ・ダニの発生を防ぐことができる。更に、壁内
面温度の測定と室外側湿度の測定とのためのセンサーが
不要になって、制御系の信頼性が向上する。

【００２４】

【発明の効果】本発明による空気調和装置、及び、空気
調和方法は、計算により得られる露点温度と壁内面温度
の大小関係により、結露が生じないように温度と湿度を
換気と冷房により調和させるので、簡素な制御で確実に
結露の発生を防止することができる。付加的には、セン
サー数を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による空気調和装置の実施の形
態を示す断面図である。

【図２】図２は、温度勾配を示す断面図である。

【図３】図３は、熱通過率と壁仕様、材料との関係を示
す表である。

【図４】図４は、本発明による空気調和方法の動作フロ
ーを示すフロー図である。

【図５】図５は、公知装置を示す断面図である。

【符号の説明】

５…室内温度センサー６…湿度センサー７…室外温度センサー８…制御装置９…換気装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内側温度Ｔ_ｉを測定する室内温度センサ
ーと、室外側温度Ｔ_ｏを測定する室外温度センサーと、室内側湿度Ｔ_ｓを測定する湿度センサーと、前記室内側温度Ｔ_ｉと前記室外側温度Ｔ_ｏとから室内壁
面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}を演算する演算装置と、前記室内側温度Ｔ_ｉと前記室内湿度Ｔ_ｓとから求めた露
点温度と前記室内壁面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}との大小関係を
比較する比較器と、空調装置と、制御装置と、室内外の空気を入れ換える換気装置とを含み、前記制御装置は、前記大小関係に基づいて、前記空調装
置の除湿運転と前記空調装置の冷房運転と前記換気装置
の換気運転とを切り換える空気調和装置。
【請求項２】請求項１において、前記制御装置は、更に前記室内側温度Ｔ_ｉと設定温度の
大小関係に基づいて、前記除湿運転と前記冷房運転と前
記換気運転とを切り換える空気調和装置。
【請求項３】室内側温度Ｔ_ｉを測定すること、室外側温度Ｔｏを測定すること、室内側湿度Ｔ_ｉを測定すること、前記室内側温度Ｔ_ｉと前記室外側温度Ｔ_ｏとから室内壁
面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}を下記連立式：【数１】により演算すること、前記室内側温度Ｔ_ｉと前記室内湿度Ｔ_ｓとから求めた露
点温度と前記室内壁面温度Ｔ_{ｉｗａｌｌ}との大小関係を
比較すること、前記大小関係に基づいて、除湿運転と冷房運転と換気運
転とを切り換えることとを含む空気調和方法。
【請求項４】請求項３において、Ｔ_{ｉｗａｌｌ}＞前記露点温度であり、且つ、Ｔ_ｉ＞設定
値であれば、前記冷房運転が実行され、Ｔ_{ｉｗａｌｌ}＞前記露点温度でなく、且つ、Ｔ_ｉ＞前記
設定値であれば、前記除湿運転が実行され、Ｔ_{ｉｗａｌｌ}＞前記露点温度でなく、且つ、Ｔ_ｉ＞設定
値でなければ、前記換気運転が実行される空気調和方
法。
【請求項５】請求項４において、Ｔ_{ｉｗａｌｌ}＞前記露点温度であり、且つ、Ｔ_ｉ＞設定
値でなければ、前記除湿運転と前記換気運転は停止され
る空気調和方法。
【請求項６】請求項５において、前記換気運転が実行されて所定時間が経過すれば、前記
除湿運転が実行される空気調和方法。