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技術 雪氷利用空調システム

出願人 富士電機株式会社
発明者 大越日出男川島將史大賀俊輔
出願日 2014年12月4日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2014-245840
公開日 2016年6月20日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2016-109340
状態 特許登録済
技術分野 中央式空気調和 空調制御装置
主要キーワード 通流抵抗 外気温度計 雪解け水 単独運転モード 降雪地域 外気ユニット 冷熱エネルギー 外気通路
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

間接外気冷房機雪氷冷水冷房機とにより構成される、省エネ効果が高い空調システムを提供する

解決手段

間接外気冷房機に係わる構成は、顕熱交換器11、顕熱交換器21、ポンプ22、ファン23、配管14である。また、雪氷冷水冷房機に係わる構成は、熱交換器12、冷水ポンプ31、冷水三方弁32、冷水管33と、雪山などである。制御装置40は、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機を併用運転するモードと、何れか一方を単独運転するモードとを、状況に応じて使い分ける。

概要

背景

近年、降雪地域等において冬季における降雪から雪山を作成しておき、冬季以外にこの雪山の冷熱を利用する空調システムが、考えられている。
例えば、特許文献1に記載の従来技術は、室外に、堆積した雪貯蔵部を備えている。そして、外気通路外気OA雪冷外気SOAと切り換えて導き、冷却コイル雪冷水の冷熱を導くようにしている。

概要

間接外気冷房機雪氷冷水冷房機とにより構成される、省エネ効果が高い空調システムを提供する間接外気冷房機に係わる構成は、顕熱交換器11、顕熱交換器21、ポンプ22、ファン23、配管14である。また、雪氷冷水冷房機に係わる構成は、熱交換器12、冷水ポンプ31、冷水三方弁32、冷水管33と、雪山などである。制御装置40は、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機を併用運転するモードと、何れか一方を単独運転するモードとを、状況に応じて使い分ける。

目的

本発明の課題は、雪氷を利用する空調システムであって、冷凍機を使用せず、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とにより構成される、省エネ効果が高い空調システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
1件

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請求項1

空調対象空間からのリターン空気である還気を、外気を利用して冷却するための間接外気冷房機と、雪山によって生成される冷水を第1熱交換器に供給する為の冷水管及び第1ポンプと、該冷水が供給されているときには前記間接外気冷房機を通過後の前記還気と前記冷水とを熱交換させる前記第1熱交換器を有する雪氷冷水冷房機と、制御装置とを有し、該制御装置は、前記間接外気冷房機が単独で運転する第1モード、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を併用運転する第2モードと、前記雪氷冷水冷房機単独で運転する第3モードの各モードを用いて、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を制御することを特徴とする雪氷利用空調システム

請求項2

前記第1熱交換器を通過後の空気が給気として前記空調対象空間へ供給され、該給気の温度を計測する給気温度計測手段を更に有し、前記制御装置は、前記第1モードで運転中に前記間接外気冷房機の最大冷房能力で運転しても前記給気温度を設定値に維持できない場合には、前記第2モードに切り換える制御を行うことを特徴とする請求項1記載の雪氷利用空調システム。

請求項3

前記外気の温度を計測する外気温度計測手段と、前記還気の温度を計測する還気温度計測手段とを更に有し、前記制御装置は、前記第2モードで運転中に前記外気温度が前記還気温度を越えた場合には、前記間接外気冷房機を運転停止して前記第3モードへ移行する制御を行うことを特徴とする請求項2記載の雪氷利用空調システム。

請求項4

前記制御装置は、前記第3モードで運転中に前記外気温度が前記還気温度を下回った場合には、前記間接外気冷房機を運転再開して前記第2モードへ移行する制御を行うことを特徴とする請求項3記載の雪氷利用空調システム。

請求項5

前記制御装置は、前記第1モードで運転中は、前記第1熱交換器への冷水供給を停止することを特徴とする請求項1記載の雪氷利用空調システム。

請求項6

前記第1熱交換器を通過後の空気が給気として前記空調対象空間へ供給され、該給気の温度を計測する給気温度計測手段を更に有し、前記雪氷冷水冷房機は、更に、前記第1熱交換器への冷水供給量を調整する為の三方弁を備え、前記制御装置は、前記第2モードまたは前記第3モードで運転中は、該三方弁を制御して、前記給気温度が設定温度となるように前記第1熱交換器への冷水供給量を調整することを特徴とする請求項1記載の雪氷利用空調システム。

請求項7

前記間接外気冷房機は、外気と冷媒とを熱交換させる第2熱交換器と、空調対象空間からのリターン空気である還気と前記冷媒とを熱交換させる第3熱交換器と、前記第2熱交換器と第3熱交換器とに前記冷媒を循環させる為の配管及び第2ポンプを有する間接外気冷房機であり、前記第1熱交換器を通過後の空気が給気として前記空調対象空間へ供給され、該給気の温度を計測する給気温度計測手段と、前記外気を前記第2熱交換器に供給する為のファンを有し、前記制御装置は、前記第1モードで運転中は、前記給気温度が設定温度となるように前記第2ポンプの回転数または前記ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項1記載の雪氷利用空調システム。

請求項8

前記第1モードは、前記ファンを最低回転数一定とし且つ前記第2ポンプの回転数を制御するモードであるA1モードと、前記第2ポンプを最大回転数一定とし且つ前記ファンの回転数を制御するA2モードを有し、前記制御装置が、該A1モードとA2モードの何れか一方のモードで運転制御する場合があることを特徴とする請求項7記載の雪氷利用空調システム。

請求項9

前記制御装置は、前記A1モードで運転中、前記第2ポンプの回転数を最大にしても前記給気温度が設定温度を超える場合には、前記A2モードに移行する制御を行うことを特徴とする請求項8記載の雪氷利用空調システム。

請求項10

前記制御装置は、前記A2モードで運転中、前記ファンの回転数を最大にしても前記給気温度が設定温度を超える場合には、前記第2モードに移行する制御を行うことを特徴とする請求項8記載の雪氷利用空調システム。

請求項11

前記制御装置は、前記第2モードで運転中、前記第1熱交換器への冷水供給量をゼロにしても前記給気温度が設定温度を下回る場合には、前記A2モードに移行する制御を行うことを特徴とする請求項8記載の雪氷利用空調システム。

技術分野

0001

本発明は、雪氷を利用する空調システムに関する。

背景技術

0002

近年、降雪地域等において冬季における降雪から雪山を作成しておき、冬季以外にこの雪山の冷熱を利用する空調システムが、考えられている。
例えば、特許文献1に記載の従来技術は、室外に、堆積した雪貯蔵部を備えている。そして、外気通路外気OA雪冷外気SOAと切り換えて導き、冷却コイル雪冷水の冷熱を導くようにしている。

先行技術

0003

特開2012−145289号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1によれば、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空調対象室内に外気を直接利用した直接外気冷房を行っており、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ため、加湿手段を設けて加湿する必要がある。

0005

本発明の課題は、雪氷を利用する空調システムであって、冷凍機を使用せず、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とにより構成される、省エネ効果が高い空調システムを提供するものであって、特に間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とを効率的に運用することで、より高い省エネ効果が得られる雪氷利用空調システム等を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本例の雪氷利用空調システムは、空調対象空間からのリターン空気である還気を、外気を利用して冷却する間接外気冷房機と、雪氷冷水冷房機と、制御装置とを有する。
雪氷冷水冷房機は、雪山によって生成される冷水を第1熱交換器に供給する為の冷水管及び第1ポンプと、該冷水が供給されているときには前記間接外気冷房機を通過後の前記還気と前記冷水とを熱交換させる前記第1熱交換器を有する雪氷冷水冷房機とを有する。

0007

該制御装置は、前記間接外気冷房機が単独で運転する第1モード、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を併用運転する第2モードと、前記雪氷冷水冷房機単独で運転する第3モードの各モードを用いて、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を制御する。

発明の効果

0008

本発明の雪氷利用空調システム等によれば、雪氷を利用する空調システムであって、冷凍機を使用せず、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とにより構成される、省エネ効果が高い空調システムを提供する。更に、特に間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とを効率的に運用することで、より高い省エネ効果が得られるようにできる。

図面の簡単な説明

0009

本例の雪氷利用空調システムの構成図である。
本例の空調システムの運用方法を、概略的に示す図である。
本例の空調システムの制御処理例を示す図である。
モード遷移表である。

実施例

0010

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本例の雪氷利用空調システムの構成図である。
本例の雪氷利用空調システム(以下、単に空調システムと記す場合もあるものとする)は、間接外気冷房機(以下、単に外気冷房機と記す場合もあるものとする)と雪氷冷水冷房機を併用する空調機である。本例の雪氷利用空調システムは、蒸気圧縮冷凍サイクルによる冷房機(圧縮機、蒸発器等より構成される冷房機;一般冷凍機と記すものとする)は、備えていない。この様に、冷凍機(一般冷房機)を使用せず、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とにより構成され、間接外気冷房機で能力が足りるうちは雪氷冷水冷房機を運転せず、間接外気冷房機では能力が足りなくなったら、足りなくなった分だけ雪氷冷水冷房機を運転するように制御すれば、雪氷の持つ冷熱エネルギーを温存することのできる、省エネ効果が高い空調システムを提供することができる。

0011

図1において、間接外気冷房機に係わる構成は、顕熱交換器11、顕熱交換器21、ポンプ22、ファン23、配管14である。また、雪氷冷水冷房機に係わる構成は、熱交換器12、冷水ポンプ31、冷水三方弁32、冷水管33と、雪山などである。また、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とに共通の構成として、ファン13が設けられている。更に、図示の空調システム全体を制御する制御装置40が、設けられている。

0012

制御装置40は、図示の外気温度センサ24、還気温度センサ16、給気温度センサ15等と、不図示の通信線を介して接続している。そして、制御装置40は、これら各種センサから通信線を介して、外気温度センサ24による外気OAの温度計測値、還気温度センサ16による還気RAの温度計測値、給気温度センサ15による給気SAの温度計測値を、随時入力している。

0013

また、制御装置40は、不図示の通信線を介して、ファン23、ファン13、ポンプ22、冷水ポンプ31、冷水三方弁32等と接続している。そして、この通信線を介して、これら各構成を制御している。つまり、制御装置40は、例えば、ファン23、ファン13の起動/停止や、ファン回転数の制御を、不図示の通信線を介して実行する。あるいは、制御装置40は、例えば、ポンプ22、冷水ポンプ31の起動/停止や、ポンプ回転数の制御を、不図示の通信線を介して実行する。あるいは、制御装置40は、例えば、冷水三方弁32の弁開度の制御を、不図示の通信線を介して実行する。

0014

上記のように、制御装置40は、本例の雪氷利用空調システムを制御する制御装置である。制御装置40による具体的な処理例については、後に図2図3図4等を用いて説明する。

0015

間接外気冷房機に関しては、配管14内には冷媒が流れ、ポンプ22によって配管14を介して顕熱交換器11と顕熱交換器21とに冷媒が循環する構成となっている。なお、冷媒はプロピレングリコール水溶液等の不凍液である。

0016

雪氷冷水冷房機に関しては、冷水ポンプ31の圧送によって冷水管33内を冷水が循環しており、冷水が熱交換器12に供給される場合もある。冷水が熱交換器12に供給されている間は、還気RAは熱交換器12によって冷却されることになる。

0017

熱交換器12への冷水の供給量は、冷水三方弁32によって調整される。すなわち、冷水三方弁32は、冷水ポンプ31から圧送されて流入する冷水を、任意の割合(0:10から10:0)で、熱交換器12に供給する方向と、熱交換器12をバイパスする方向とに流出させる。つまり、熱交換器12への冷水の供給量を、流入量の0%〜100%の間の任意の割合に調整することができる。

0018

上記冷水は、例えば雪山の雪解け水を、冷水管33内に流入させたものである。但し、この例に限らない。配管内に水を循環させて、この水を雪山の冷熱で冷却することで、冷水とする構成であってもよい。

0019

また、上記構成の多くは、2つの筐体の何れか一方の内部に設けられるようにしてもよい。2つの筐体とは、図示の内気ユニット10と外気ユニット20である。内気ユニット10は、空調対象空間(サーバルーム等)がある任意の建物内に設けられ、この建物の外に外気ユニット20が設けられる。内気ユニット10内には、内気(建物内の空気;特に還気RA)が通過し、外気ユニット20内には外気が通過する。

0020

図示の例の場合、内気ユニット10内には、上記顕熱交換器11、熱交換器12、ファン13が設けられている。また、顕熱交換器11に冷媒を供給する為の配管14の一部や、熱交換器12に冷水を供給する為の冷水管33の一部が、内気ユニット10内に設けられることになる。

0021

ファン13は、内気ユニット10内に還気RAを取り込んで、これを顕熱交換器11→熱交換器12の順に通過させた後、給気SAとして送出するという空気の流れを形成する。還気RAは、不図示の空調対象空間からのリターン空気である。還気RAは、顕熱交換器11、熱交換器12を通過することで基本的には冷却されて冷気となって、この冷気が上記給気SAとして上記空調対象空間に供給される。

0022

上記空調対象空間は、例えば一例としは、サーバルーム、データセンタなどであり、稼動中は発熱体となるコンピュータ装置等の電子機器が、多数設置されている空間である。この空調対象空間に供給された上記冷気(給気SA)は、コンピュータ装置等を冷却し、それによって温度上昇して暖気となる。この暖気が上記還気RAとして内気ユニット10内に吸い込まれることになる。

0023

また、図示の例では、外気ユニット20内に、上記顕熱交換器21、ポンプ22、ファン23、冷水三方弁32等が設けられており、上記配管14、冷水管33の一部も設けられている。冷水管33の他の一部は、外気ユニットの外にも設けられており、雪山を通過する。

0024

尚、ファン23は、稼動時には、外気OAを外気ユニット20内に取り込んで、顕熱交換器21を通過させてから、図示の排気EAとして外気ユニット20外へ排出するという、空気の流れを形成するファンである。

0025

上記構成の本例の空調システムの運用方法(制御装置40による制御処理)について、以下に説明する。
ここで、図2は、図1の空調システムの運用方法を、概略的に示す図である。尚、詳細な制御方法の一例は、図3図4を用いて後に説明するものとする。ここでは、まず、図2を用いて、概略的に説明するものとする。

0026

ここで、まず、図2に示すグラフは、横軸が“外気温度−還気温度”である。この外気温度は、図1に示す外気温度センサ24で測定される、外気OAの温度である。また、還気温度は、図1に示す還気温度センサ16で測定される、還気RAの温度である。尚、還気温度が一定であるとした場合には、上記“外気温度−還気温度”の変化は実質的に“外気温度”の変化と見做してもよいと考えられる。これより、以下の説明では、横軸は“外気温度”であるものとして説明する。

0027

また、図2に示すグラフの縦軸は、冷房能力である。そして、図上点線で示すものは、横軸(外気温度)に応じた上記間接外気冷房機の冷房能力である。この点線で示すように、外気温度が低いほど、間接外気冷房機の冷房能力は高くなる。ここで、上記給気SAの温度を設定温度とする為に必要となる冷房能力が、図示の必要冷房能力である。

0028

そして、図2に点線で示す通り、外気温度がある程度低い状況では、間接外気冷房機の冷房能力は、必要冷房能力より大きい。よって、この状況では、間接外気冷房機単独で運転するモード(図示の(1)外気冷房単独運転)とする。このモード(1)では、雪氷冷水冷房機は運転停止することになる。具体的な制御例は、図3図4を用いて後に説明するものとする。

0029

また、外気温度がある程度高くなると、図2に点線で示すように、間接外気冷房機の冷房能力が、必要冷房能力より小さくなる。この状況では、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とを併用運転するモード(図示の“(2)外気冷房+冷水冷房(併用運転)”)とすることで、冷房能力の不足分を補うようにする。このモード(2)では、雪氷冷水冷房機の冷房能力が、図示の必要冷房能力とそのときの外気温度に応じた外気冷房の冷房能力との差分となるように、調整制御する。この冷房能力の調整は、冷水三方弁32の弁開度を制御して、熱交換器12への冷水の供給量を調整することで、実現する。

0030

例えばモード(1)で運転している状態において、間接外気冷房機だけでは給気SAの温度を設定温度に維持することが出来なくなった場合には(給気温度>設定温度の場合)、上記モード(2)へとモード変更する。そして、上記のように、冷水三方弁32の弁開度を制御して熱交換器12への冷水の供給量を調整することで、給気SAの温度(給気温度)を設定温度に維持する。

0031

そして、外気温度が更に高くなり、間接外気冷房機の冷房能力が‘0’以下になる状況では、間接外気冷房機を運転する意味が無くなるので、間接外気冷房機を運転停止する。つまり、雪氷冷水冷房機を単独運転するモードとする(図示の(3)冷水冷房単独運転)。このモード(3)では、間接外気冷房機を運転停止する為に、例えば、ポンプ22とファン23を停止する。なお、ファン13は雪氷冷水冷房機と共有する構成であるので、停止しない。

0032

上記本例の空調システムの制御方法について、図3図4に示す具体例を用いて、以下、更に詳細に説明する。
この例では、まず、上記モード(1)、モード(2)、モード(3)の3つのモードのうち、モード(1)を更に細かく分類するものとする。つまり、図3に示すように、モード(1)は、モード“A0-2”、モード“A0-1”、モードA1、モードA2の4つのモードに分割する。

0033

上記モード(1)に係わる4つのモードと、モード(2)とモード(3)の各モードにおける各構成の運転内容を、図3に示す。また、これら6つのモードのモード遷移の為の判定条件を、図4に示す。換言すれば、図3は、本例の空調システムの制御処理例を示す図であり、図4は、モード遷移表である。

0034

尚、図4に示すように、モード遷移における遷移先は、現在のモードに隣接するモードに限られる。隣接するモードとは、図3に下側に示すように、例えばモードA1に隣接するモードは、モード“A0-2”とモードA2である。

0035

また、図3に示すように、ここでは上記モード(2)はモードCと記し、モード(3)はモードDと記すものとする。
まず、図3を参照して、上記各モードにおける運転方法について説明する。

0036

尚、図3には、給気温度や還気温度の具体例や、外気OAの温度の具体例も図示しているが、これらについては特に説明しない。
まず、図3には、同図における上段外気ファンの運転、中段にポンプの運転、下段に冷水三方弁の運転を示すが、外気ファンは図1のファン23であり、ポンプは図1のポンプ22である。

0037

そして、図3に示すように、上記モード“A0-1”では、外気ファン(ファン23)は停止状態であり、ポンプ22を間欠運転している。つまり、ON/OFFを繰り返して運転している。尚、この間欠運転における運転時には、ポンプ22の回転数最低にしている。また、逐一述べないが、モード“A0-1”に限らずモード(1)に係わる全モードにおいて、冷水三方弁32は、熱交換器12側の弁開度を0%としている。つまり、熱交換器12側の弁は完全に閉じており、したがって熱交換器12には冷水は一切供給されていない状態となっている。あるいは、冷水ポンプ31を停止している。

0038

また、図3に示すように、上記モード“A0-2”では、ポンプ22は上記最低回転数一定の状態であり、外気ファンは間欠運転している。尚、この間欠運転における運転時には、外気ファンの回転数は最低にしている。

0039

尚、モード“A0-2”とモード“A0-1”とを比較した場合、モード“A0-2”の方が、消費電力が大きく、且つ、冷房能力が高い。
また、図3に示すように、モードA1では、外気ファンを最低回転数一定で運転すると共に、ポンプ22をPID制御する。このPID制御は、一般的な制御であり、給気SAの温度(給気温度)が、設定温度となるように制御する。例えば、「給気温度>設定温度」であればポンプ22の回転数を上げるが、ポンプ22の回転数を最大にしても「給気温度≦設定温度」とならない場合には、モードA2へと遷移することになる。

0040

尚、上記給気温度は、図1に示す給気温度センサ15の計測値を、随時、取得するものである。
また、図3に示すように、モードA2では、ポンプ22を最大回転数一定で運転すると共に、外気ファンをPID制御する。勿論、この場合も、給気温度が設定温度となるようにPID制御する。例えば、「給気温度>設定温度」であればファン23の回転数を上げるが、ファン23の回転数を最大にしても「給気温度≦設定温度」とならない場合には、モードCへと遷移することになる。

0041

また、図3に示すように、モードCでは、外気ファンとポンプ22の両方を最大回転数一定で運転すると共に、雪氷冷水冷房機を運転状態にする。つまり、冷水ポンプ31が運転状態で、冷水三方弁32の弁開度に係わるPID制御を行う。勿論、この場合も、給気温度が設定温度となるようにPID制御する。

0042

尚、モードA2からモードCに遷移したときには冷水ポンプ31を起動し、その逆にモードCからモードA2に遷移したときには冷水ポンプ31を停止するようにしてもよい。
ここで、外気温度(OA温度)が、還気温度(RA温度)より高くなった場合には、間接外気冷房機を運転する意味がなくなる。よって、この様な場合には、モードDにする。

0043

これより、モードDは、図3に示すように、外気ファン及びポンプ22を停止状態として、雪氷冷水冷房機の単独運転とする。雪氷冷水冷房機の運転制御は、モードCのときと同様、冷水三方弁32の弁開度に係わるPID制御を行う。勿論、この場合も、給気温度が設定温度となるようにPID制御する。

0044

以下、図4のモード遷移表を参照して、上記モード遷移の判定処理について説明する。
尚、制御装置40には、予め、例えば図4のモード遷移表に準じたモード遷移判定処理が、組み込まれている。

0045

図4のモード遷移表は、上から順に、外気温度が低い状態から外気温度が上昇していき最終的にモードDとなるまでの各モード遷移を示し、更に、モードDから外気温度が下降しておき最終的にモード“A0-1”となるまでの各モード遷移を示す。以下、上から順に説明していく。

0046

まず、図4のモード遷移表の最も上には、モード“A0-1”からモード“A0-2”への遷移の為の判定条件を示す。ここで、判定条件は、「温度」と「機器」の2種類の判定条件から成り、両方の判定条件が成立しないと、モード遷移は実行されない。但し、モード“A0-1”からモード“A0-2”への遷移に関する「機器」の判定条件は、現在のモードがモード“A0-1”であることを確認する意味に過ぎず、従って無くてもよい。これは、モード“A0-2”からモードA1への遷移に関しても同様である。

0047

上記モード“A0-1”からモード“A0-2”への遷移の為の判定条件における「温度」条件は、図示のように、「SA温度>SA設定値+α」である。尚、これは、基本的には、「SA温度>SA設定値」であり、+αは必須ではない。但し、+αは、後述する「SA温度>SA設定値−β」と共に、主にハンチング防止の為に用いられる。この場合のハンチングとは、「“A0-1”から“A0-2”への遷移」と「“A0-2”から“A0-1”への遷移」とが、短時間のうちに何度も繰り返される現象が、生じることである。

0048

尚、上記のことから、以下の説明では、上記α、βを考慮せずに、基本的な判定条件としての「SA温度>SA設定値」や「SA温度<SA設定値」を用いて説明する場合があるものとする。また、尚、SA温度は、上記図1の給気温度センサ15によって計測される給気温度である。SA設定値は、このSA温度に関してユーザ等が任意に設定した設定温度である。SA設定値は、任意のメモリ領域に記憶される。また、ユーザが、SA設定値を変更することも起こり得る。

0049

上記のことから、ここでは、モード“A0-1”からモード“A0-2”への遷移の為の「温度」判定条件は、「SA温度>SA設定値」であるものとする。また、この遷移の為の「機器」の判定条件は、図示の通りであるが、上記の通り、これは確認的な意味であり、現在のモードがモード“A0-1”であればこの条件は満たすはずである。尚、当然、制御装置40は、現在のモードは認識できるものである。

0050

上記のことから、現在のモードがモード“A0-1”である場合において「SA温度>SA設定値」となった場合、すなわち給気SAの温度が、設定温度より高くなった場合には、モード“A0-1”からモード“A0-2”へと遷移する。つまり、上記のように、ポンプ22は間欠運転から最低回転数一定とし、ファン23は停止状態から間欠運転状態にする。

0051

上記と同様にして、モード“A0-2”からモードA1への遷移に関しても、現在のモードがモード“A0-2”である場合において「SA温度>SA設定値」となった場合、すなわち給気SAの温度が、設定温度より高くなった場合には、モード“A0-2”からモードA1へと遷移する。

0052

続いて、モードA1からモードA2への遷移に関しては、図4に示すように、「温度」判定条件は上記と同じ「SA温度>SA設定値」である。また、「機器」判定条件は、「外気ファン回転数下限」且つ「ポンプ回転数上限」である。但し、モードA1は外気ファンを最低回転数一定で運転するモードであるので、「外気ファン回転数下限」はモードA1であることの確認的な意味であり、必須ではない。一方、「ポンプ回転数上限」の条件は必須である。これより、モードA1からモードA2への遷移条件は、「SA温度>SA設定値」且つ「ポンプ回転数上限」であると見做しても構わない。

0053

上記の通り、モードA1ではポンプ22のPID制御を行う。これより、例えば「SA温度>SA設定値」の状態となったら、ポンプ22の回転数を上げることで、SA温度がA設定値を維持するように制御している。しかし、ポンプ22を最大回転数で運転している状態で「SA温度>SA設定値」となったら、モードA1では対応できないことになる。これより、ポンプ22が最大回転数の状態で「SA温度>SA設定値」となったら、モードA1からモードA2へと遷移する。

0054

モードA2からモードCへの遷移に関しては、図4に示すように、「温度」判定条件は上記と同じ「SA温度>SA設定値」である。また、「機器」判定条件は、「外気ファン回転数上限」である。

0055

上記の通り、モードA2では、ポンプ22を最大回転数一定で運転すると共に、ファン23をPID制御している。例えば「SA温度>SA設定値」の状態となったら、ファン23の回転数を上げることで、SA温度がSA設定値を維持するように制御している。しかし、ファン23を最大回転数で運転している状態で「SA温度>SA設定値」となったら、モードA2では対応できないことになる。これは、間接外気冷房機の単独運転では対応できない状況になったことを意味している。

0056

これより、ファン23が最大回転数の状態で「SA温度>SA設定値」となったら、モードA2からモードCへと遷移する。つまり、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機との併用運転を開始する。その為に、例えば、冷水ポンプ31を起動すると共に、冷水三方弁32の弁開度に係わるPID制御を行う。つまり、例えば、「SA温度>SA設定値」となったら、弁開度を増加することでSA温度がSA設定値を維持するように制御している。尚、間接外気冷房機に関しては引き続き最大能力で運転させる。尚、逐一述べないが、弁開度は、基本的に、熱交換器12側の弁の開度を意味する。よって、弁開度を大きくすれば、熱交換器12への冷水供給量が増加することになる。

0057

また、図4に示すように、モードCで運用中に「RA温度<OA温度」となったら、モードDへと遷移する。モードDで運用中に「RA温度>OA温度」となったら、モードCへと遷移する。尚、RA温度は還気RAの温度の計測値であり、上記図1の還気温度センサ16によって随時計測する。OA温度は、外気OAの温度の計測値であり、例えば図1に示す外気温度センサ24による計測値である。

0058

また、モードCからモードA2への遷移条件は、「SA温度<SA設定値」且つ「冷水三方弁閉」(弁開度0%)である。つまり、モードCで運用中に、冷水三方弁32の弁開度を0%(最低)にした状態にしても「SA温度<SA設定値」となったら、モードCからモードA2に遷移する。尚、上記のことから、弁開度0%のときには、熱交換器12への冷水供給量がゼロとなる。

0059

冷水三方弁32の弁開度が0%の状態では、実施的に雪氷冷水冷房機は機能していない状態であるので、この状態で給気SAの温度が設定値未満となる場合、間接外気冷房機の単独運転で対応可能な状況になったと見做せる。これより、モードCからモードA2に遷移する。

0060

尚、図示の具体例では、「温度」判定条件は「SA温度<SA設定値−β」となっている。これによって、上記「SA温度>SA設定値+α」と共に、ハンチング防止するものである。すなわち、仮に、モードA2において「SA温度>SA設定値+α」になったことからモードCに遷移したが、直後にSA温度が多少低下して「SA温度<SA設定値+α」となったとしても、「SA温度<SA設定値−β」となる可能性は低いので、モードA2に戻らないで済むことになる。

0061

また、モードA2からモードA1への遷移条件は、実質的に、「SA温度<SA設定値」且つ「外気ファン回転数下限」である。つまり、モードA2では上記のようにファン23の回転数可変制御を行っており、「SA温度<SA設定値」となったらファン23の回転数を下げることで対応している。しかしながら、ファン23の回転数を最低まで下げた状態で「SA温度<SA設定値」となったら、モードA2からモードA1に遷移する。尚、遷移条件には更に図示の「ポンプ回転数上限」もあるが、上記の通りモードA2ではポンプ22を最大回転数一定で運転しているので、この条件は確認的な意味となり、必須ではない。

0062

また、モードA1からモード“A0-2”への遷移条件は、実質的に、「SA温度<SA設定値」且つ「ポンプ回転数下限」である。つまり、モードA1では上記のようにポンプ22の回転数可変制御を行っており、「SA温度<SA設定値」となったらポンプ22の回転数を下げることで対応している。しかしながら、ポンプ22の回転数を最低まで下げた状態で「SA温度<SA設定値」となったら、モードA1からモード“A0-2”に遷移する。尚、遷移条件には更に図示の「外気ファン回転数下限」もあるが、上記の通りモードA1ではファン23を最低回転数一定で運転しているので、この条件は確認的な意味となり、必須ではない。

0063

また、モード“A0-2”からモード“A0-1”への遷移条件は、実質的に、「SA温度<SA設定値」である。尚、図示の「機器」判定条件は、上記モード“A0-1”からモード“A0-2”への遷移条件の場合と同様、確認的な意味に過ぎず、必須ではない。

0064

上述した各モードの運転内容とモード遷移について、以下、まとめて簡単に説明する。尚、以下の説明では、外気温が低く、それ故に間接外気冷房機の単独運転モードとなっている状態から、外気温が上昇していき、併用運転となり、更にその後に雪氷冷水冷房機の単独運転となり、その後、外気温が低下していく場合を想定している。

0065

外気温が低く、間接外気冷房機だけで給気SAの温度を設定温度に維持することができる間は、間接外気冷房機の単独運転モードとし、外気ユニット20のポンプ22やファン23の回転数を制御することで給気SAの温度を設定値付近に維持させるようにする。

0066

外気温が高くなり、外気ユニット20のポンプ22とファン23の両方の回転数を最大にしても、すなわち間接外気冷房機を最大能力で運転しても、SA温度を設定温度に維持できない場合は(SA温度>SA設定値)、雪氷冷水冷房機を起動して、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機の併用運転モードへと移行する。この併用運転モード中は、例えば、間接外気冷房機は常に最大能力で運転し、雪氷冷水冷房機に関しては冷水三方弁32の弁開度を制御することで、SA温度を設定値付近に維持させる。

0067

更に外気温が高くなり、外気温が還気温度を超えるようなったら、外気冷房は逆効果となるので、間接外気冷房機を運転停止する。これは、例えば、ポンプ22とファン23を停止する。これによって、雪氷冷水冷房機の単独運転モードへと移行する。雪氷冷水冷房機は、上記併用運転モードと同様、引き続き冷水三方弁32の弁開度を制御することで、SA温度を設定値付近に維持させる。

0068

雪氷冷水冷房機の単独運転モード中に、外気温が低くなって、外気温が還気温度を下回るようなったら、再び間接外気冷房機を運転させる。これは、例えば、ポンプ22とファン23を起動する。これによって、再び上記併用運転モードに移行する。

0069

更に外気温が低くなり、冷水コイル(熱交換器12)に冷水を流すと給気温度(SA温度)が下がり過ぎるようになったら、雪氷冷水冷房機の運転を停止する。これは、例えば、冷水ポンプ31を停止する。あるいは、冷水三方弁32における冷水コイル側の弁開度を全閉(弁開度=0%)とすることで、冷水コイルに冷水が流れないようにする。

0070

これによって、再び、間接外気冷房機の単独運転モードとし、例えば最初は上記モードA2にして、外気ユニット20のファン23の回転数を制御することで、給気温度を設定温度付近に維持する。

0071

そして、更に外気温度が下がって、外気ユニット20のファン23の回転数を最低にしても給気温度が下がり過ぎるようになったら、次は外気ユニット20のポンプ22の回転数を制御することで給気温度を設定温度付近に維持する(モードA1)。

0072

更に外気温度が下がって、外気ユニット20のポンプ22の回転数を最低にしても給気温度が下がり過ぎるようになったら、ポンプ22の回転数はそのまま最低のままにして、ファン23をON/OFF(間欠運転)しながら給気温度を設定温度に維持する(モード“A0-2”)。

0073

更に外気温度が下がって、ファン23のON/OFFでも給気温度が下がり過ぎるようになったら、ファン23は停止させ、ポンプ22のON/OFFで給気温度を設定温度に維持する(モード“A0-1”)。

0074

尚、上記「外気温が還気温度を超える」や「外気温が還気温度を下回る」には、多少のマージンが含まれる場合もあってよい。すなわち、「外気温が還気温度を超える」とは、「外気温>還気温度」に限らず、例えば「外気温>還気温度−γ」等であっても構わない。「外気温>還気温度−γ」とする場合には、未だ外気温が還気温度に達していない段階で、γ℃の分だけ余裕を見て早めに間接外気冷房機を停止することができる。尚、γ℃は、例えば一例としては2℃程度であるが、この例に限らない。

0075

同様に、「外気温が還気温度を下回る」とは、「外気温<還気温度」に限らず、例えば「外気温<還気温度+ε」等であっても構わない。「外気温<還気温度+ε」とする場合には、外気温が高い状態から低下していく状況を想定した場合、未だ外気温が還気温度を下回っていない段階で、ε℃の分だけ余裕を見て早めに間接外気冷房機を再起動することができる。尚、ε℃は、例えば一例としては2℃程度であるが、この例に限らない。

0076

上記のように2℃程度の余裕を見て早めに停止、再開を行うほうが、間接外気冷房機のポンプ動力を考慮すれば合理的であると考えられる。尚、実際の運用の際には、例えば「外気温>還気温度−γ」を間接外気冷房機の停止判定に用いる場合には、間接外気冷房機の再開の判定には例えば「外気温<還気温度−γ」等とすることで、制御に矛盾が生じないように調整する必要があるが、これは設計的事項であり、ここでは特に説明しない。

0077

また、例えば、上記冷水三方弁32の代わりに二方弁を用いて、冷水コイルへの冷水流量を制御する構成であっても構わない。尚、この場合、二方弁の開度によって冷水の通流抵抗が変化するため、複数台の空調機へ1台の冷水ポンプで冷水を供給する場合に、ある空調機での二方弁の開度が変わることで、別の空調機への冷水供給量が変化しやすいという問題が生じる可能性はある。

0078

尚、制御装置40は、例えば、CPU/MPU等の演算プロセッサ、メモリ等の記憶部、入出力インタフェース等を有している。記憶部には予め所定のアプリケーションプログラムが記憶されている。上記演算プロセッサが、このアプリケーションプログラムを実行することにより、例えば図2図3図4等で説明した処理が実現される。

0079

上記本例の雪氷利用空調システムは、例えば下記のように説明することもできる。
本例の雪氷利用空調システムは、まず、空調対象空間(サーバルーム、データセンタ等)からのリターン空気である還気RAを、外気を利用して冷却する外気冷房機を有する。この外気冷房機は、上述した一例では間接外気冷房機であるが、この例に限らず、直接外気冷房機であってもよい。間接外気冷房機は、図1で説明したように、冷媒を介して間接的に、外気OAと還気RAとの熱交換を行う冷房機である。これに対して、直接外気冷房機は、特に構成等は図示しないが、外気OAを例えば空調対象空間に供給する等するものである。間接外気冷房機も直接外気冷房機も、既存の構成であるので、これ以上詳細には説明しない。

0080

本例の雪氷利用空調システムは、更に、雪氷冷水冷房機も有する。
雪氷冷水冷房機は、例えば、雪山によって生成される冷水を第1熱交換器に供給する為の冷水管及び第1ポンプと、該冷水が供給されているときには前記還気と前記冷水とを熱交換させる前記第1熱交換器を有する。

0081

この冷水管の一例が図1の冷水管33であり、この第1ポンプの一例が図1の冷水ポンプ31である。また、この第1熱交換器の一例が図1の熱交換器12である。
本例の雪氷利用空調システムは、更に、制御装置を有する。

0082

この制御装置は、例えば、上記外気冷房機単独で運転する第1モード、上記外気冷房機と上記雪氷冷水冷房機を併用運転する第2モードと、上記雪氷冷水冷房機単独で運転する第3モードの各モードを用いて、上記外気冷房機と上記雪氷冷水冷房機を制御する。この制御装置の一例が上記制御装置40である。

0083

また、上記第1モードの一例が上記図2等で説明したモード(1)(外気冷房単独運転)であり、上記第2モードの一例が上記モード(2)(“外気冷房+冷水冷房(併用運転)”であり、上記第3モードの一例が上記モード(3)(冷水冷房単独運転)である。

0084

上記外気冷房機は、上記のように一例が間接外気冷房機である。
間接外気冷房機は、例えば、外気OAと冷媒とを熱交換させる第2熱交換器と、空調対象空間からのリターン空気である還気RAと上記冷媒とを熱交換させる第3熱交換器と、上記第2熱交換器と第3熱交換器とに上記冷媒を循環させる為の配管及び第2ポンプを有する。

0085

上記第1熱交換器の一例が上記図1の顕熱交換器21であり、上記第3熱交換器の一例が図1の顕熱交換器11である。また、上記配管及び第2ポンプの一例が、上記図1の配管14及びポンプ22である。

0086

上記還気RAは、まず、第3熱交換器を通過し、その後、第1熱交換器を通過する構成となっている。そして、第1熱交換器を通過後の空気が上記給気SAとして上記空調対象空間へ供給されることになる。

0087

間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機の両方が、運転状態である場合には(機能している場合には)、還気RAは、まず、第3熱交換器によって冷却されて、その後、第1熱交換器によって更に冷却されて上記給気SAとなることになる。つまり、第1熱交換器は、第3熱交換器に対して、空気(還気)の流れの下流側に設けられている。

0088

間接外気冷房機の単独運転状態である場合には、実質的に、還気RAが第3熱交換器によって冷却されたものが、上記給気SAとなることになる。雪氷冷水冷房機の単独運転状態である場合には、実質的に、還気RAは、第3熱交換器によって冷却されることなく、第1熱交換器によって冷却されて上記給気SAとなることになる。

0089

制御装置40は、例えば、上記第1モードで運転中に上記間接外気冷房機の最大冷房能力で運転しても給気SAの温度(給気温度)を設定値に維持できない場合には、上記第2モードに切り換える制御を行う。尚、図1の例では、給気温度は上記給気温度センサ15によって計測される。

0090

制御装置40は、例えば、上記第2モードで運転中に外気温度が還気温度を越えた場合には、間接外気冷房機を運転停止して上記第3モードへ移行する制御を行う。尚、図1の例では、外気温度は外気温度センサ24によって計測され、還気温度は還気温度センサ16によって計測される。

0091

制御装置40は、例えば、上記第3モードで運転中に上記外気温度が上記還気温度を下回った場合には、上記間接外気冷房機を運転再開して上記第2モードへ移行する制御を行う。

0092

制御装置40は、例えば、上記第1モードで運転中は、上記第1熱交換器への冷水供給を停止する。これは、一例としては、上記冷水三方弁32の第1熱交換器側への弁の弁開度を0%(弁を完全に閉じる)ことで実現するが、この例に限らず、冷水ポンプ31を停止するようにしてもよい。尚、冷水三方弁32は、第1熱交換器への冷水供給量を調整する為の三方弁の一例である。但し、上記の通り、三方弁に限らず、二方弁等であっても構わない。

0093

制御装置40は、例えば、第2モードまたは第3モードで運転中は、該三方弁を制御して、給気温度が設定温度となるように第1熱交換器への冷水供給量を調整する。
制御装置40は、例えば、第1モードで運転中は、給気温度が設定温度となるように第2ポンプの回転数またはファン23の回転数を制御する。尚、ファン23は、外気OAを第1熱交換器に供給する為のファンである。

0094

また、第1モードは、例えば、ファン23を最低回転数一定とし且つ第2ポンプの回転数を制御するモードであるA1モードと、第2ポンプを最大回転数一定とし且つファンの回転数を制御するA2モードを有するものであってもよい。そして、制御装置40が、該A1モードとA2モードの何れか一方のモードで運転制御する場合があるように構成してもよい。尚、上記A1モードの一例が上記モードA1であり、上記A2モードの一例が上記モードA2である。

0095

そして、制御装置40は、例えば、A1モードで運転中、第2ポンプの回転数を最大にしても給気温度が設定温度を超える場合には、A2モードに移行する制御を行う。
また、制御装置40は、例えば、A2モードで運転中、ファン23の回転数を最大にしても給気温度が設定温度を超える場合には、第2モードに移行する制御を行う。

0096

また、制御装置40は、例えば、第2モードで運転中、第1熱交換器への冷水供給量をゼロにしても給気温度が設定温度を下回る場合には、A2モードに移行する制御を行う。
以上説明したように、本例の雪氷利用空調システム等によれば、雪氷を利用する空調システムであって、冷凍機を使用せず、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とにより構成されることで省エネ効果が高い空調システムを提供する。更に、特に間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とを効率的に運用することで、より高い省エネ効果が得られるようにできる。環境の変化に応じて、例えば外気温等に応じて、間接外気冷房機を単独運転する場合と、雪氷冷水冷房機を単独運転する場合と、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とを併用運転する場合とを、適切に使い分けることで、高い省エネ効果が得られる。

0097

あるいは、更に、例えば上記A1モード、A2モード等のように、更に詳細なモードを設けて、詳細モードに応じたモード遷移制御等を行うことで、給気温度を設定値に維持しつつより高い省エネ効果を得られるような、適切な運転を行うことが可能となる。

0098

10内気ユニット
11顕熱交換器
12熱交換器
13ファン
14配管
15給気温度センサ
16還気温度センサ
20外気ユニット
21 顕熱交換器
22ポンプ
23 ファン
24外気温度センサ
31冷水ポンプ
32冷水三方弁
33冷水管
40 制御装置

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