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図面 (7)

課題

コストをかけることなく、安定した応答性がよい制御を行うことが可能な放射空調システムを提供する。

解決手段

空調対象空間に設置した放射パネル冷温水流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、放射パネルに流通させる冷温水の入口側温度センサーと、出口側温度センサーと、冷温水の流量を計測する流量センサーと、空調対象空間の温度と冷温水の入口側温度と出口側温度と冷温水の流量と空調対象空間における熱収支モデルとから負荷予測する負荷予測手段(ステップS102)と、目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、予測された負荷と目標居室空気温度と冷温水の入口側温度とから流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラー(ステップS105)と、を有する。

概要

背景

建物内部の冷房暖房は、冷却、加熱された空気を送風する方式以外に、内部を通過する熱媒体冷温水)によりパネル表面の温度を制御し、放射熱により居室内温度調整を行う方式が知られている。このような放射熱を使用した冷房、暖房は、温度調整された送風が直接身体にあたらないため、居室内の作業者の体に対する負荷も少ない利点を有している。特許文献1、特許文献2には、このような放射熱を利用した冷房もしくは暖房用放射パネルが開示されている。
特開平8−86475号公報
特開平9−152146号公報

概要

コストをかけることなく、安定した応答性がよい制御を行うことが可能な放射空調システムを提供する。空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、放射パネルに流通させる冷温水の入口側温度センサーと、出口側温度センサーと、冷温水の流量を計測する流量センサーと、空調対象空間の温度と冷温水の入口側温度と出口側温度と冷温水の流量と空調対象空間における熱収支モデルとから負荷を予測する負荷予測手段(ステップS102)と、目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、予測された負荷と目標居室空気温度と冷温水の入口側温度とから流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラー(ステップS105)と、を有する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

空調対象空間に設置した放射パネル冷温水流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標温度設定手段で設定された目標居室空気温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、から前記流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする放射空調システム。

請求項2

空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の温度を制御する温度コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標温度設定手段で設定された目標居室空気温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、から前記温度コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする放射空調システム。

請求項3

空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室作用温度を設定する目標作用温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標作用温度設定手段で設定された目標居室作用温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、から前記流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする放射空調システム。

請求項4

空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室作用温度を設定する目標作用温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の温度を制御する温度コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標作用温度設定手段で設定された目標居室作用温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、から前記温度コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする放射空調システム。

請求項5

前記放射パネルが前記空調対象空間の天井に設置されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の放射空調システム。

技術分野

0001

本発明は、天井に設置された放射パネル空調対象空間における温度調整のために用いる放射空調システムに関する。

背景技術

0002

建物内部の冷房暖房は、冷却、加熱された空気を送風する方式以外に、内部を通過する熱媒体冷温水)によりパネル表面の温度を制御し、放射熱により居室内の温度調整を行う方式が知られている。このような放射熱を使用した冷房、暖房は、温度調整された送風が直接身体にあたらないため、居室内の作業者の体に対する負荷も少ない利点を有している。特許文献1、特許文献2には、このような放射熱を利用した冷房もしくは暖房用の放射パネルが開示されている。
特開平8−86475号公報
特開平9−152146号公報

発明が解決しようとする課題

0003

上記のように、放射空調は放射パネルや躯体を直接冷温水により冷却・加熱する空調方式であり、快適性に優れ、身体に負担の少ない空調方式であるが、制御において下記の問題点がある。

0004

従来の放射空調システムにおいては、居室内の壁面は、放射パネルからの放射熱伝達により、直接冷却・加熱される一方で、居室内の空気は、放射パネル及び壁面からの対流熱伝達によって、冷却・加熱されため、熱的な遅れが生じる。したがって、空気を制御対象とする場合、応答性が悪く、制御が安定しない、といった制御応答性の問題があった。例えば、負荷が小さい時は、放射パネル内を流通させる冷温水はON-OFF運転のような流量の動きとなってしまう。

0005

そこで、上記のような制御応答性の課題を克服するために、放射パネルの表面温度を検出し、これに基づいて制御を行う方式も考えられる。しかしながら、放射パネルの表面温度に分布が生じるため、測定点を1つとしてしまうと適切な制御を行うことができない、という問題がある。そこで、放射パネルの表面温度分布を考慮して、放射パネルにおける複数点で温度を検出するためにセンサーを増やすことも考えられるが、これによればコストが上昇する、という新たな問題が発生する。

課題を解決するための手段

0006

この発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る放射空調システムは、空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標温度設定手段で設定された目標居室空気温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、から前記流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする。

0007

また、本発明に係る放射空調システムは、空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室空気温度を設定する目標温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の温度を制御する温度コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標温度設定手段で設定された目標居室空気温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、から前記温度コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする。

0008

また、本発明に係る放射空調システムは、空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室作用温度を設定する目標作用温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を制御する流量コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標作用温度設定手段で設定された目標居室作用温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、から前記流量コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする。

0009

また、本発明に係る放射空調システムは、空調対象空間に設置した放射パネルに冷温水を流通させることで、前記空調対象空間の温度を調整する放射空調システムにおいて、前記空調対象空間の温度を計測する室温センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の入口側における温度を計測する入口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の出口側における温度を計測する出口側温度センサーと、前記放射パネルに流通させる冷温水の流量を計測する流量センサーと、前記室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、前記入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、前記放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測する負荷予測手段と、前記空調対象空間の目標居室作用温度を設定する目標作用温度設定手段と、前記放射パネルに流通させる冷温水の温度を制御する温度コントローラーと、前記負荷予測手段で予測された負荷と、前記目標作用温度設定手段で設定された目標居室作用温度と、前記流量センサーで計測される冷温水の流量と、から前記温度コントローラーに対する指令値を決定するメインコントローラーと、を有することを特徴とする。

0010

また、本発明に係る放射空調システムは、前記放射パネルが前記空調対象空間の天井に設置されることを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明に係る放射空調システムは、室温センサーで計測される前記空調対象空間の温度と、入口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、出口側温度センサーで計測される冷温水の温度と、流量センサーで計測される冷温水の流量と、放射パネルが設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測し、これに基づいて、放射パネルで流通させる冷温水の流量や温度を決定するので、このような本発明に係る放射空調システムによれば、コストをかけることなく、安定した応答性がよい空調システムの制御を行うことが可能となる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施形態に係る放射空調システム1の概要を説明する図である。
系統分の放射パネル10の構成の概要を模式的に示す図である。
空調対象空間3内における熱収支モデルを示す図である。
単位放射パネル11近傍における熱収支モデルを示す図である。
本発明の実施形態に係る放射空調システム1による制御のフローチャートを示す図である。
本発明の他の実施形態に係る放射空調システム1による制御のフローチャートを示す図である。

実施例

0013

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係る放射空調システム1の概要を説明する図である。

0014

本発明に係る放射空調システム1は、空調対象空間3における温度を放射空調により調整する目的で設けられるものである。空調対象空間3においては、放射パネル10が居室(Room)5と、天井裏(Plenum)7とを隔離するように設けられている。

0015

放射パネル10は、居室空間などの天井部に配設される温度調整設備であり、それが放射する熱により、居室空間が適温となるように温度調整を行う。

0016

本実施形態の放射パネル10は、内部に配管12が設けられ、この配管12に冷水を流通させることで、居室5に対する冷房設備として機能する。配管12には、冷水に代えて温水を流通させることで暖房設備として機能させることも可能である。以下、本実施形態では、配管12に冷水を流通させる場合を例にとり説明する。

0017

図1において、配管12は※印で連結されており、冷水は循環するようになっている。配管12内で循環され、放射パネル10に流通させる冷水の流量は冷温水流量コントローラー110によって制御される。冷温水流量コントローラー110は、最適流量送水温度出機であるメインコントローラー100かららの指令値(Qw,calc)に基づいて、バルブ113の開度を制御したり、或いは、ポンプ114の回転数インバーター115で制御したりすることで、冷水の流量は制御する。

0018

一方、放射パネル10に流通させる冷水の温度は冷温水温度コントローラー150によって制御される。冷温水流量コントローラー110は、最適流量送水温度算出機であるメインコントローラー100かららの指令値(θw,0,calc)に基づいて、配管12を2次側とする熱交換器157の1次側配管151中の冷媒の流量を、バルブ153の開度により制御したり、或いは、ポンプ154の回転数をインバーター155で制御したりすることで、配管12で熱交換させる熱量を制御し、結果として、放射パネル10に流通させる冷水の温度を制御する。152は、1次側配管151中に設けられる熱源である。

0019

本発明に係る放射空調システム1には、室温センサー50、入口側温度センサー60、出口側温度センサー70、及び流量センサー80が設けられている。

0020

室温センサー50は、空調対象空間3における居室5の温度(θra)を計測するセンサーである。室温センサー50で計測された温度データはメインコントローラー100に送信され、メインコントローラー100で各指令値の決定に供される。

0021

入口側温度センサー60は放射パネル10に流入する冷水の温度(θw,0)を計測するセンサーである。入口側温度センサー60で計測された温度データはメインコントローラー100に送信され、メインコントローラー100で各指令値の決定に供される。

0022

出口側温度センサー70は放射パネル10から流出する冷水の温度(θw,n)を計測するセンサーである。出口側温度センサー70で計測された温度データはメインコントローラー100に送信され、メインコントローラー100で各指令値の決定に供される。

0023

流量センサー80は配管12で循環する(すなわち、放射パネル10内を流通する)冷水の流量(Qw)を計測するセンサーである。流量センサー80で計測された流量データはメインコントローラー100に送信され、メインコントローラー100で各指令値の決定に供される。

0024

次に、本発明に係る放射空調システム1で用いられる放射パネル10のより詳細な構成について説明する。1系統分の放射パネル10は、複数枚の単位放射パネル11から構成されている。以下、本実施形態では、簡単のため空調対象空間3に1系統分の放射パネル10が設けられる例を説明するが、放射空調システム1が複数系統の放射パネル10を有していても構わない。

0025

図2は1系統分の放射パネル10の構成の概要を模式的に示す図である。本実施形態においては、1系統分の放射パネル10は、n枚の単位放射パネル11から構成されている。配管12は、これらn枚の単位放射パネル11の全てを挿通している。図2には示さないが、それぞれの単位放射パネル11はアルミパンチングパネル14を有しており、配管12からヒートシンク13を介して、アルミパンチングパネル14を冷却するようになっている。なお、本実施形態では、配管12からヒートシンク13を介して、アルミパンチングパネル14を冷却する形態の単位放射パネル11に基づいて説明を行うが、本発明に係る放射空調システム1に採用し得る放射パネル10を構成する単位放射パネル11の形態はこれに限定されるものではない。

0026

図2において、θw,kは、k枚目の単位放射パネル11の出口温度として定義される。すなわち、θw,0は放射パネル10への冷水の往温度であり、入口側温度センサー60で計測される温度であり、θw,nは放射パネル10から流出する冷水の温度であり、出口側温度センサー70で計測される温度である。

0027

また、図2において、θrs,kはk枚目の単位放射パネル11の居室(Room)側表面温度として、また、θps,kはk枚目の単位放射パネル11の天井裏(Plenum)側表面温度として定義される。

0028

次に、以上のように構成される本発明に係る放射空調システム1における熱収支モデルについて説明する。図3は空調対象空間3内における熱収支モデルを示す図であり、図3(a)にはモデル自体が、また図3(b)には図中の変数の定義の説明が示されている。

0029

また、図4は単位放射パネル11近傍における熱収支モデルを示す図である。図4(a)にはモデル自体が、また図4(b)には図中の変数の定義の説明が示されている。

0030

本発明に係る放射空調システム1における熱収支モデルの構築にあたっては、図3及び図4における(A)乃至(E)における熱収支に着目することで、これを行っている。より具体的には、 (A)は居室5内の熱収支に基づくものであり、(B)は天井裏7内における熱収支に基づくものであり、(C)は放射パネル10の居室側表面での熱収支に基づくものであり、(D)は放射パネル10の天井裏側表面での熱収支に基づくものであり、(E)は放射パネル10の居室側と天井裏側の表面と配管12内の冷水との熱収支に基づくものである。

0031

これらの熱収支に基づく定式化を[数1]に記載する。[数1]において、(A)の熱収支に基づいて式(A)が定式化され、(B)の熱収支に基づいて式(B)が定式化され、(C)の熱収支に基づいて式(C−1)乃至(C−n)が定式化され、(D)の熱収支に基づいて式(D−1)乃至(D−n)が定式化され、(E)の熱収支に基づいて式(E−1)乃至(E−n)が定式化される。

0032

なお、本明細書には『公益社団法人空気調和衛生工学大会学術講演論文集第3巻p.313−p.316(DVD−ROM J-29)「天井放射空調モデル化に関する研究(第2 報)天井放射パネル空調性能簡易予測手法の構築」伊清、赤司 泰義、三浦靖弘、川聡宏、2016年8月31日』記載の内容、及びこれに関連した大会発表内容を参照することで、援用するものとする。

0033

0034

ここで、[数1]の式中の各変数は以下の通りである。
θra;居室空気温度[℃]
θpa;天井裏空気温度[℃]
αad;天井裏から居室への移流による熱伝達率[W/K]
θrs,k;k枚目のパネル居室側表面温度[℃]
θps,k;k枚目のパネル天井裏側表面温度[℃]
θw,k;k枚目のパネルの出口温度[℃]
θw,0;冷水往温度[℃]
Qw;冷水流量[l/min]
qbr;居室側負荷[W]
qbp;天井裏側負荷[W]
Sp;パネル1枚当たりの有効部面積[m2]
Sc;パネル以外の天井面積[m2]
Lp;パネル1枚当たりの配管長さ[m]
ρw;水の比重[kg/m3]
cw;水の比熱[J/kg・K]
αr;居室側パネル総合熱伝達率[W/m2・K]
αp;天井裏側パネル総合熱伝達率[W/m2・K]
Kc;パネル以外の天井の熱貫流率[W/m2・K]
Krps;天井裏側−居室側表面間熱貫流率[W/m2・K]
κ;冷水−パネル表面間熱貫流率1
γ;冷水−パネル表面間熱貫流率2
β;Kr+Kpに対するKrの比
Kr;冷水−居室側パネル表面熱貫流率[W/m・K]
Kp;冷水−天井裏側パネル表面熱貫流率[W/m・K]
さて、[数1]全体を参照すると、矩形の枠で囲まれたものが変数であるが、これらは(3n+6)個ある。一方、方程式の数は、[数1]全体で(3n+2)本存在する。このことから、(3n+6)個の変数のうち、4つの変数が既知のものとして与えられると、全ての変数が与えられることがわかる。

0035

本発明に係る放射空調システム1においては、4つの既知変数として、室温センサー50で計測される温度(θra)、入口側温度センサー60で計測される温度(θw,0)、出口側温度センサー70で計測される温度(θw,n)、流量センサー80で計測される流量(Qw)が用いられる。

0036

以上のような考え方に基づく本発明に係る放射空調システム1の制御例について説明する。図5は本発明の実施形態に係る放射空調システム1による制御のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、メインコントローラー100によって実行される。また、このようなフローチャートは、一定時間経過毎に実行されることが好ましい。

0037

ここで、本発明に係る放射空調システム1においては、居室5における室温θraの目標値であるθra,set(「目標居室空気温度」とも言う。)は、メインコントローラー100に設定されるものとする。これを目標値設定手段と称する。

0038

図5において、ステップS100で制御が開始されると、続いて、ステップS101に進み、室温センサー50で計測される温度(θra)と、設定された目標値(θra,set)とから、|θra−θra,set|≧Δが成立するか否かが判定される。ここで、Δは既定の所定量であり、許容し得る目標値θra,setからのずれ量の閾値である。

0039

ステップS101における判定結果がNOであるときには、温度θraのずれが設定された目標値からの許容範囲内であるので、ステップS108に進み、特に能動的な制御を行うことなく、処理を終了する。一方、ステップS101における判定結果がYESであるときには、温度θraのずれが設定された目標値からの許容範囲外となるので、ステップS102に進み、温度θraが目標値となるよう制御を行う処理を進める。

0040

ステップS102では、[数1]に示した熱収支モデルを用いることで、負荷の現在値の予測を行う。より具体的には、4つの既知数として温度θw,0、温度θra、温度θw,n、流量Qwが前記熱収支モデルに入力されることで、居室側負荷qbr及び天井裏側負荷qbpの出力を得る。

0041

続いて、ステップS103では、流量センサー80で計測される流量(Qw)が、Qw,max>Qw>Qw,minを満たすか否かが判定される。ここで、Qw,maxは配管12内の冷水の流量として、システムが許容する最大の流量であり、Qw,minは配管12内の冷水の流量として、システムが許容する最小の流量である。

0042

ステップS103における判定の結果がYESであるときには、放射パネル10に流通させる冷水の流量のコントロールに基づいて、居室5における室温が目標値となるように制御を行うようにする。このときはステップS104に進み、熱収支モデルを用いた設定条件となるための流量の算出を行う。具体的には、ステップS102で既知となった居室側負荷qbr、天井裏側負荷qbp、及び、目標値温度θra,set、計測温度θw,0が前記熱収支モデルに入力されることで、指令流量Qw,calcを算出する。

0043

続くステップS105では、算出されたQw,calcを冷温水流量コントローラー110に指令することで、冷温水流量コントローラー110が冷水の流量QwがQw,calcとなるように制御する。

0044

一方、ステップS103における判定の結果がNOであるときには、放射パネル10に流通させる冷水の温度のコントロールに基づいて、居室5における室温が目標値となるように制御を行うようにする。このときはステップS106に進み、熱収支モデルを用いた設定条件となるための流量の算出を行う。具体的には、ステップS102で既知となった居室側負荷qbr、天井裏側負荷qbp、及び、目標値温度θra,set、計測流量Qwが前記熱収支モデルに入力されることで、指令温度θw,0,calcを算出する。

0045

続くステップS105では、算出されたθw,0,calcを冷温水温度コントローラー150に指令することで、冷温水温度コントローラー150が冷水の温度θw,0がθw,0,calcとなるように制御する。

0046

ステップS108で処理を終了する。

0047

以上のように、本発明に係る放射空調システム1は、室温センサー50で計測される前記空調対象空間の温度と、入口側温度センサー60で計測される冷温水の温度と、出口側温度センサー70で計測される冷温水の温度と、流量センサー80で計測される冷温水の流量と、放射パネル10が設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測し、これに基づいて、放射パネル10で流通させる冷温水の流量Qwや温度θw,0を決定するので、このような本発明に係る放射空調システム1によれば、コストをかけることなく、安定した応答性がよい空調システムの制御を行うことが可能となる。

0048

次に、本発明の他の実施形態について説明する。先の実施形態では、制御対象が居室5の室温θraであるのに対して、本実施形態では制御対象が作用温度OTである点で相違しており、その他の点は同様の構成を有している。

0049

ここで、作用温度OTは例えば下式(2)によって求めたものを用いることができる。このような作用温度OTの演算には、例えば、メインコントローラー100の演算機能などを用いることができる。

0050

なお、本発明に係る放射空調システム1で扱い得る作用温度がこれに限定されるものではない。

0051

0052

ただし、
αc;対流熱伝達率[W/m2・K]
αrr;放射熱伝達率[W/m2・K]
Ψk;放射パネルkの形態係数
Ψrw;壁面・床面・天井面(放射パネル以外の面)の形態係数
と定義されるものである。

0053

図6は本発明の他の実施形態に係る放射空調システム1による制御のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、メインコントローラー100によって実行される。また、このようなフローチャートは、一定時間経過毎に実行されることが好ましい。

0054

ここで、本発明に係る放射空調システム1においては、居室5における作用温度OTの目標値であるOTset(「目標居室作用温度」とも言う。)は、メインコントローラー100に設定されるものとする。これを目標値設定手段と称する。

0055

図6において、ステップS200で制御が開始されると、続いて、ステップS201に進み、演算された現在の作用温度(OT)と、設定された作用温度の目標値(OTset)とから、|OT−OTset|≧Δが成立するか否かが判定される。ここで、Δは既定の所定量であり、許容し得る目標値OTsetからのずれ量の閾値である。

0056

ステップS201における判定結果がNOであるときには、作用温度OTのずれが設定された目標値からの許容範囲内であるので、ステップS208に進み、特に能動的な制御を行うことなく、処理を終了する。一方、ステップS201における判定結果がYESであるときには、作用温度OTのずれが設定された目標値からの許容範囲外となるので、ステップS202に進み、作用温度OTが目標値となるよう制御を行う処理を進める。

0057

ステップS202では、[数1]に示した熱収支モデルを用いることで、負荷の現在値の予測を行う。より具体的には、4つの既知数として温度θw,0、温度θra、温度θw,n、流量Qwが前記熱収支モデルに入力されることで、居室側負荷qbr及び天井裏側負荷qbpの出力を得る。

0058

続いて、ステップS203では、流量センサー80で計測される流量(Qw)が、Qw,max>Qw>Qw,minを満たすか否かが判定される。ここで、Qw,maxは配管12内の冷水の流量として、システムが許容する最大の流量であり、Qw,minは配管12内の冷水の流量として、システムが許容する最小の流量である。

0059

ステップS203における判定の結果がYESであるときには、放射パネル10に流通させる冷水の流量のコントロールに基づいて、居室5における作用温度OTが目標値となるように制御を行うようにする。このときはステップS204に進み、熱収支モデルを用いた設定条件となるための流量の算出を行う。具体的には、ステップS202で既知となった居室側負荷qbr、天井裏側負荷qbp、及び、作用温度の目標値OTset、計測温度θw,0が前記熱収支モデルに入力されることで、指令流量Qw,calcを算出する。

0060

続くステップS205では、算出されたQw,calcを冷温水流量コントローラー110に指令することで、冷温水流量コントローラー110が冷水の流量QwがQw,calcとなるように制御する。

0061

一方、ステップS203における判定の結果がNOであるときには、放射パネル10に流通させる冷水の温度のコントロールに基づいて、居室5における作用温度OTが目標値となるように制御を行うようにする。このときはステップS206に進み、熱収支モデルを用いた設定条件となるための流量の算出を行う。具体的には、ステップS202で既知となった居室側負荷qbr、天井裏側負荷qbp、及び、作用温度の目標値OTset、計測流量Qwが前記熱収支モデルに入力されることで、指令温度θw,0,calcを算出する。

0062

続くステップS205では、算出されたθw,0,calcを冷温水温度コントローラー150に指令することで、冷温水温度コントローラー150が冷水の温度θw,0がθw,0,calcとなるように制御する。

0063

ステップS208で処理を終了する。

0064

以上のような実施形態に係る放射空調システム1は、室温センサー50で計測される前記空調対象空間の温度と、入口側温度センサー60で計測される冷温水の温度と、出口側温度センサー70で計測される冷温水の温度と、流量センサー80で計測される冷温水の流量と、放射パネル10が設置される空調対象空間における熱収支モデルと、から負荷を予測し、これに基づいて、放射パネル10で流通させる冷温水の流量Qwや温度θw,0を決定し、適切な作用温度を維持できるので、このような本発明に係る放射空調システム1によれば、コストをかけることなく、安定した応答性がよい空調システムの制御を行うことが可能となる。

0065

なお、本実施形態においては、作用温度が設定された目標値となるような制御を行ったが、本発明に係る放射空調システム1は、例えば、PMV(Predicted Mean Vote)などの他の指標が設定された目標値となるような制御にも利用することができる。

0066

以下、[数1]の導出について記載しておく。
1.熱収支モデルについて
(1)居室内の熱収支式
a)居室空気

0067

0068

上式は居室空気に関する熱収支式である。定常時は左辺の時間微分項が0となることを利用し、更に右辺の各項を各部分の温度で表すと(4)式が導かれる。

0069

0070

b)居室壁面

0071

0072

上式は居室の壁面に関する熱収支式である。「(1) a) 居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。

0073

0074

ここでθrw≒MRTrwとすれば、(7)式が導かれる。

0075

0076

c)居室発熱体(負荷)

0077

0078

上式は発熱体に関する熱収支式である。「(1) a)居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。

0079

0080

(2)天井内の熱収支式
a)天井裏空気

0081

0082

上式は天井裏の空気に関する熱収支式である。「(1) a)居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。

0083

0084

b)天井裏壁面

0085

0086

上式は天井裏の壁面に関する熱収支式である。「(1) a)居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。

0087

0088

ここでθpw=MRTpwとすると

0089

0090

c)天井裏発熱体(負荷)

0091

0092

上式は天井裏の発熱体に関する熱収支式である。「(1) a)居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。

0093

0094

(3)パネルの居室側表面での熱収支

0095

0096

上式はパネルの居室側表面での熱収支式である。「(1) a)居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。

0097

0098

(4)パネルの天井裏側表面での熱収支

0099

0100

上式はパネルの天井裏側表面での熱収支式である。「(1) a)居室空気」と同様の仮定をすると下式が導かれる。

0101

0102

(5)パネル表面とパネル配管内の冷水との熱収支式

0103

0104

上式はパネルの配管内冷水に関する熱収支式である。定常時を仮定し、右辺第2項の積分関数は一定となることから、下式が導かれる。

0105

0106

定常時に入力条件をパネルへの冷水温度θw,0と冷水流量Qw、発熱量qbr、qbpとしたときに、知りたい変数(居室温度等)がθra、θrs、θrw、θpa、θps、θpw、θw,n、θbr、θbpの9個に対して、方程式が(4)、(7)、(9)、(11)、(14)、(16)、(18)、(20)、(22)式の9式あるので、各変数をニュートン-ラプソン法等で導出することが可能となる。

0107

但し、放射天井パネルの敷設率等を決定する際に必要な情報である負荷処理能力を把握する際には、空気温度やパネルの表面温度のみで良く、居室の壁面温度や発熱体の表面温度(θrw、θpw、θbr、、θbp)
は必要とされる場合は少ないと考えられる。そこで、下記にθra、θrs、θpa、θps、θw,nのみを得るための簡略化モデルを導出する。

居室に関する各部の熱収支式である(4)、(9)、(11)式を連立させると下式を得る。

0108

0109

(23)式の右辺第2項から第4項はパネルの居室側表面に関わる熱流であり、下式のように表すことができる。

0110

0111

θre:居室側パネル環境温度
αr=αr,c+αr、r:居室側総合熱伝達率
これを用い、θre=θraを仮定すると

0112

0113

また、パネルの居室側表面に関する熱収支式である(18)式に関してもこの仮定を適用すると、

0114

0115

天井裏に関する各部の熱収支式である(11)、(14)、(16)式を連立させると下式を得る。

0116

0117

(27)式の右辺第2項から第4項はパネルの居室側表面に関わる熱流であり、下式のように表すことができる。

0118

0119

θpe:天井裏側パネル環境温度
αp=αp,c+αp,r:天井裏側総合熱伝達率
これを用い、θpe=θpaを仮定すると

0120

0121

また、パネルの天井裏側表面に関する熱収支式である(18)式に関してもこの仮定を適用すると、

0122

0123

(22)式の右辺第1項、(26)式の右辺第3項、(30)式の右辺第3項の積分関数であるパネル配管内冷水とパネル表面間の温度差はパネル入口からの配管長さに依存する関数となると考えられる。パネル1枚におけるパネル配管内冷水とパネル表面間の温度差は一定と仮定しても差し支えないことが実験により明らかになっている。このことから、各項の積分関数をパネル1枚ごとに積分すると下記のように表すことができる。

0124

0125

0126

0127

ここで、

0128

0129

0130

0131

0132

とする。
また、Kは配管内の冷水流量Qwに依存すると考えられるため、流量に関する指数関数として仮定する。

0133

0134

以上の仮定より、(22)式、(26)式、(30)式はパネル1枚ごとの熱収支式に書き換えが可能となり、下式となる。

0135

0136

0137

0138

(39)、(40)、(41)式はパネル1枚ごとに立式されるため、1系統内にn枚接続される場合は各n個ずつ式が用意されることになる。

改めて熱収支式を示すと
(1)居室空気に関する熱収支式:

0139

0140

ここで

0141

0142

とする。
(2)天井裏空気に関する熱収支式:

0143

0144

ここで

0145

0146

とする。
(3)パネルの居室側表面に関する熱収支式:

0147

0148

(4)パネルの天井裏側表面に関する熱収支式:

0149

0150

(5)パネル表面とパネル配管内の冷水との熱収支式

0151

0152

となる。
なお、各変数の網羅的な説明表を以下に添付しておく。

0153

0154

1・・・放射空調システム
3・・・空調対象空間
5・・・居室(Room)
7・・・天井裏(Plenum)
10・・・放射パネル(1系統分)
11・・・単位放射パネル
12・・・配管
13・・・ヒートシンク
14・・・アルミパンチングパネル
21・・・居室側表面
22・・・天井裏側表面
50・・・室温センサー
60・・・入口側温度センサー
70・・・出口側温度センサー
80・・・流量センサー
100・・・メインコントローラー(最適流量送水温度算出機)
110・・・冷温水流量コントローラー
113・・・バルブ
114・・・ポンプ
115・・・インバーター
150・・・冷温水温度コントローラー
151・・・1次側配管
152・・・熱源
153・・・バルブ
154・・・ポンプ
155・・・インバーター
157・・・熱交換器

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