JPWO2018189790A1

JPWO2018189790A1 - 空調換気装置、空気調和システム、および、制御方法

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Publication number: JPWO2018189790A1
Application number: JP2019512067A
Authority: JP
Inventors: 守濱田; 勇人堀江; 真海安田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2037-04-10
Also published as: EP3611438B1; CN110462295A; EP3611438A1; EP3611438A4; CN110462295B; JP6790243B2; US11181285B2; WO2018189790A1; US20200326086A1

Abstract

制御部（40）は、センサ（48a,48b）が検出した温湿度に基づいて、室外の空気を室内に取り入れる外気冷房が有効であるか否かを判別する。制御部（40）は、外気冷房が有効であると判別すると、ダンパ（47）を開放すると共に、給気風路４１に配置された給気ファン４２を停止させる。これにより、排気風路（43）を通過する室内空気（RA）は、バイパス風路（46）を通ることで、全熱交換器（45）を迂回し、排出空気（EA）として室外に排出される。一方、給気ファン（42）を停止しているため、給気風路（41）には、室外空気（OA）が流れないものの、建物の開口部から室外空気（OA）が流れ込む。

Description

本発明は、外気冷房時における省エネルギー性を適切に向上させることのできる空調換気装置、空気調和システム、および、制御方法に関する。

従来より、ビルに代表される建物内には、空気調和システムが導入されている。この空気調和システムには、一例として、熱交換器（全熱交換器、または、顕熱交換器）を備えた換気装置が含まれており、室内空気を室外空気（新鮮空気）と入れ替える際に生じる空調負荷を低減することができる。例えば、夏期であれば、高温の室外空気をそのまま取り入れると、室内温度が大きく上昇してしまうが、換気装置の熱交換器により室内空気と熱交換することで、冷却された室外空気が室内に供給される。このため、室内温度の上昇が抑制され、空調負荷が低減される。

このような換気装置を備えた空調システムの発明が、例えば、特許文献１に開示されている。この発明では、中間期（春、秋）のように、室外温度が室内温度よりも低い場合に、熱交換器をバイパスさせて、低温の室外空気を室内にそのまま取り入れることで、外気冷房効果が得られる。これにより、空調システムの空調負荷を減らして、省エネルギー性を向上させようというものである。

特開平１１−２３０６００号公報

しかしながら、上述した特許文献１の発明において、外気冷房効果を高めるためには、換気風量をある程度まで増大させる必要がある。つまり、実際の外気冷房時には、換気装置において、ファンの送風量を増大させることで、その分の消費電力量が増大してしまう。このため、空調負荷を減らした分を考慮しても、省エネルギー性の向上にあまり有効ではなかった。

そこで、外気冷房時において、省エネルギー性を適切に向上させることのできる技術が求められていた。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、外気冷房時における省エネルギー性を適切に向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空調換気装置は、
第１の送風手段が配置され、室外の空気を室内に供給するための第１の風路と、
第２の送風手段が配置され、室内の空気を室外に排出するための第２の風路と、
前記第１の風路を通過する空気と前記第２の風路を通過する空気との間で熱交換を行う熱交換手段と、
前記第１及び第２の風路の何れか一方と接合して形成され、前記熱交換手段を迂回するためのバイパス風路と、
前記バイパス風路を開閉して、通過する空気の風路を切り替える風路切替手段と、
前記第１及び第２の送風手段、並びに、前記風路切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、室外の空気を室内に取り入れる外気冷房時において、前記風路切替手段を制御して前記バイパス風路を開放すると共に、前記バイパス風路が形成されていない方の風路に配置された前記送風手段を停止させる。

本発明によれば、外気冷房時において、制御手段が風路切替手段を制御してバイパス風路を開放すると共に、バイパス風路が形成されていない方の風路に配置された送風手段を停止させる。この結果、外気冷房時における省エネルギー性を適切に向上させることができる。

本発明の実施形態１に係る空気調和システムの全体構成の一例を示す模式図空調換気装置の外観構成を説明するための模式図空調換気装置の接続構成を説明するための模式図外気冷房時における室内空気の流れを説明するための模式図外気冷房時における室外空気の流れを説明するための模式図外気冷房制御処理の一例を示すフローチャート本発明の実施形態２に係る空気調和システムの全体構成の一例を示す模式図空調換気装置の接続構成を説明するための模式図外気冷房制御処理の一例を示すフローチャート本発明の実施形態３に係る空気調和システムの全体構成の一例を示す模式図管理装置の構成を説明するための模式図換気送付機動力と換気風量との関係を示すグラフ外気冷房能力と換気風量との関係を示すグラフ外気冷房効率と換気風量との関係を示すグラフ電力，能力と換気風量との関係を説明するためのグラフ外気冷房制御処理の一例を示すフローチャート

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付す。以下では、具体例として、本発明が換気を主機能とした空調換気装置（空気調和システム）に適用される場合について説明するが、空気調和を主機能とした空気調和装置においても同様に本発明を適用することができる。すなわち、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素又は全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る空気調和システム１の全体構成の一例を示す模式図である。この空気調和システム１は、例えば、ビルに代表される建物に設置されており、図示するように、空調換気装置４と、室外機５と、複数の室内機６とを含んで構成される。室外機５と複数の室内機６とは、配管Ｐを通じて接続されている。なお、室外機５及び室内機６の数は一例であり、例えば、建物（フロア）の床面積に応じて、適宜変更可能である。

空調換気装置４は、例えば、建物の天井裏に設置されており、室内の空気と室外の空気とを入れ換える。つまり、空調換気装置４は、室外空気ＯＡを供給空気ＳＡとして室内に供給すると共に、室内空気ＲＡを排出空気ＥＡとして室外に排出する。以下、図２を参照して、空調換気装置４の外観構成を説明する。

図２は、空調換気装置４の外観構成を説明するための模式図である。図示するように、空調換気装置４は、制御手段としての制御部４０と、第１の風路としての給気風路４１と、第１の送風手段としての給気ファン４２と、第２の風路としての排気風路４３と、第２の送風手段としての排気ファン４４と、熱交換手段としての全熱交換器４５と、バイパス風路４６と、風路切替手段としてのダンパ４７と、センサ４８（４８ａ，４８ｂ）と、を含んで構成される。

制御部４０は、空調換気装置４全体を制御する。なお、制御部４０の詳細については、後述する図３と共に説明する。

給気風路４１は、室外空気ＯＡを供給空気ＳＡとして室内に供給するための風路であり、給気ファン４２が配置されている。この給気ファン４２は、制御部４０に制御されて駆動（回転）し、室外空気ＯＡを給気風路４１内に取り込む。

排気風路４３は、室内空気ＲＡを排出空気ＥＡとして室外に排出するための風路であり、排気ファン４４が配置されている。この排気ファン４４は、制御部４０に制御されて駆動し、室内空気ＲＡを排気風路４３内に取り込む。

全熱交換器４５は、給気風路４１を通過する室外空気ＯＡと、排気風路４３を通過する室内空気ＲＡとの間で全熱交換を行う。全熱交換後の室外空気ＯＡは、供給空気ＳＡとして室内に供給され、一方、全熱交換後の室内空気ＲＡは、排出空気ＥＡとして室外に排出される。なお、全熱交換器４５の代わりに、顕熱交換器を用いてもよい。

バイパス風路４６は、排気風路４３と接合して形成されており、排気風路４３を通過する室内空気ＲＡが、全熱交換器４５を通らずに迂回するための風路として用いることができる。なお、バイパス風路４６は、バイパス風路４６を通過する際の風路抵抗が、全熱交換器４５を通過する際の風路抵抗と比べて低くなる（一例として、１／２の抵抗）となるように形成されている。

このバイパス風路４６と排気風路４３との一方の接合部（一例として、室内側の接合部）には、ダンパ４７が配置されている。このダンパ４７は、制御部４０に制御されて開閉し、排気風路４３を通過する室内空気ＲＡの風路を切り替える。つまり、ダンパ４７を閉じると、室内空気ＲＡは全熱交換器４５通過する。一方、ダンパ４７を開くと、室内空気ＲＡはバイパス風路４６を通過する（つまり、全熱交換器４５を通らずに迂回する）。

なお、本発明の実施形態（実施形態１〜３）では、バイパス風路４６が、排気風路４３と接合して形成されている場合について説明するが、一例であり、これとは逆に、バイパス風路４６が、給気風路４１と接合して形成されていてもよい。その場合、バイパス風路４６は、給気風路４１を通過する室外空気ＯＡが、全熱交換器４５を通らずに迂回するための風路として用いられることとなる。

センサ４８（４８ａ，４８ｂ）は、例えば、温湿度センサであり、給気風路４１（一例として、室外側近傍）と、排気風路４３（一例として、室内側近傍）とに配置されている。センサ４８ａは、給気風路４１を通過する室外空気ＯＡの温湿度を検出し、そのデータ（検出結果）を制御部４０に供給する。一方、センサ４８ｂは、排気風路４３を通過する室内空気ＲＡの温湿度を検出し、そのデータを制御部４０に供給する。なお、センサ４８は、温度だけを検出する温度センサであってもよい。

次に、図３を参照して、主に空調換気装置４の制御部４０について説明する。図３は、空調換気装置４の接続構成を説明するためのブロック図である。図示するように、制御部４０は、判定手段としての判定部４０１と、指令部４０２と、記憶部４０３とを含んで構成される。なお、制御部４０は、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される。そして、判定部４０１及び指令部４０２は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭをワークメモリとして用い、ＲＯＭに記憶されている各種プログラムを適宜実行することにより実現される。

判定部４０１は、センサ４８による検出結果に基づいて、室外空気ＯＡを室内に取り入れる外気冷房の有効無効を判定する。例えば、判定部４０１は、センサ４８ａが検出した室外空気ＯＡの温湿度から求まる室外空気エンタルピと、センサ４８ｂが検出した室内空気ＲＡの温湿度から求まる室内空気エンタルピとを比較する。そして、室外空気エンタルピの方が室内空気エンタルピよりも低い場合に、判定部４０１は、外気冷房が有効と判定する。一方、その逆の場合に、判定部４０１は、外気冷房が無効と判定する。なお、空調換気装置４（制御部４０）が、室内機６の運転状況を得られる場合に、判定部４０１は、室内機６が冷房運転しているか（冷房負荷が発生しているか）どうかも含めて、外気冷房の有効無効を判定する。つまり、判定部４０１は、室外空気エンタルピの方が室内空気エンタルピよりも低く、かつ、冷房負荷が発生している場合に限り、外気冷房が有効と判定する。

指令部４０２は、例えば、ダンパ４７を駆動させるアクチュエータ、給気ファン４２を回転させるモータドライバ、及び、排気ファン４４を回転させるモータドライバに、必要な指令を送る。具体的には、判定部４０１によって外気冷房が有効と判定された場合に、指令部４０２は、外気冷房を行うための指令を送る。つまり、指令部４０２は、ダンパ４７のアクチュエータに開指令を送ってダンパ４７を開放すると共に、給気ファン４２のモータドライバに停止指令を送って給気ファン４２を停止させる。更に、指令部４０２は、排気ファン４４のモータドライバに強回転指令を送って排気ファン４４の風量を増大させてもよい。

このようにして、外気冷房が開始されると、空調換気装置４では、図４に示すように、ダンパ４７が開放され、排気風路４３を通過する室内空気ＲＡは、バイパス風路４６を通り（全熱交換器４５を迂回し）、排出空気ＥＡとして室外に排出される。一方、給気ファン４２を停止しているため、給気風路４１には、室外空気ＯＡが流れない。

室外空気ＯＡは、図５に示すように、窓や扉に代表される開口部ＯＰを通り、室内に流れ込む。つまり、空調換気装置４が室内空気ＲＡを排出空気ＥＡとして室外に排出することで、室外空気ＯＡが開口部ＯＰを通り、室内に流れ込むことになる。

図３に戻って、記憶部４０３は、空調換気装置４の制御に必要な種々の情報を記憶する。例えば、記憶部４０３は、後述する外気冷房制御処理を実行するためのプログラムを記憶する。

図１に戻って、室外機５は、例えば、圧縮機および熱源側熱交換器を有しており、配管Ｐによって室内機６と接続されている。そして、室外機５は、この配管Ｐを通じて室内機６との間で冷媒を循環させる。なお、室外機５は、室外（一例として、建物の屋上）に設置されている。

室内機６は、例えば、膨張弁および負荷側熱交換器を有しており、配管Ｐによって室外機５と接続されている。そして、室内機６は、この配管Ｐを通じて室外機５から送られた冷媒を、負荷側熱交換器において蒸発または凝縮させることにより、室内（対象空間）の空気調和を行う。この室内機６は、例えば、建物（フロア）の天井版に埋め込まれて設置されている。

以下、空気調和システム１における空調換気装置４の動作について、図６を参照して説明する。図６は、空調換気装置４（制御部４０）が実行する外気冷房制御処理の一例を示すフローチャートである。この外気冷房制御処理は、例えば、一定時間が経過する毎に、繰り返し実行される。

まず、制御部４０は、室外及び室内の温湿度を取得する（ステップＳ１０１）。すなわち、制御部４０は、センサ４８ａから室外空気ＯＡの温湿度を取得し、また、センサ４８ｂから室内空気ＲＡの温湿度を取得する。

制御部４０は、外気冷房が有効であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。すなわち、判定部４０１は、ステップＳ１０１にて取得した温湿度に基づいて、外気冷房の有効無効を判定する。例えば、判定部４０１は、室外空気ＯＡの温湿度から求まる室外空気エンタルピと、室内空気ＲＡの温湿度から求まる室内空気エンタルピとを比較する。そして、室外空気エンタルピの方が室内空気エンタルピよりも低い場合に、判定部４０１は、外気冷房が有効と判定する。一方、その逆の場合に、判定部４０１は、外気冷房が無効と判定する。なお、上述したように、室内機６の運転状況が得られる場合では、判定部４０１は、室内機６が冷房運転しているか（冷房負荷が発生しているか）どうかも含めて、外気冷房の有効無効を判定する。つまり、判定部４０１は、室外空気エンタルピの方が室内空気エンタルピよりも低く、かつ、冷房負荷が発生している場合に限り、外気冷房が有効と判定する。

制御部４０は、外気冷房が有効であると判別すると（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ダンパ４７を開放すると共に、給気ファン４２を停止させる（ステップＳ１０３）。すなわち、指令部４０２は、ダンパ４７を駆動させるアクチュエータに開指令を送ってダンパ４７を開放すると共に、給気ファン４２を回転させるモータドライバに停止指令を送って給気ファン４２を停止させる。更に、指令部４０２は、排気ファン４４を回転させるモータドライバに強回転指令を送って排気ファン４４の風量を増大させてもよい。

なお、既に外気冷房中であれば（ダンパ４７を開放済みであり、また、給気ファン４２を停止済みであれば）、制御部４０は、ステップＳ１０３の処理をスキップし、外気冷房制御処理を終える。

このようにして、外気冷房が開始されると、上述した図４のように、空調換気装置４では、ダンパ４７が開放され、排気風路４３を通過する室内空気ＲＡは、バイパス風路４６を通り（全熱交換器４５を迂回し）、排出空気ＥＡとして室外に排出される。一方、給気ファン４２を停止しているため、給気風路４１には、室外空気ＯＡが流れない。

室外空気ＯＡは、上述した図５のように、開口部ＯＰを通り、室内に流れ込む。つまり、空調換気装置４が室内空気ＲＡを排出空気ＥＡとして室外に排出することで、室外空気ＯＡが開口部ＯＰを通り、室内に流れ込むことになる。

一方、上述したステップＳ１０２にて、外気冷房が有効でない（無効である）と判別した場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）に、制御部４０は、ダンパ４７を閉鎖すると共に、給気ファン４２を駆動（回転）させる（ステップＳ１０４）。すなわち、指令部４０２は、ダンパ４７を駆動させるアクチュエータに閉指令を送ってダンパ４７を閉鎖すると共に、給気ファン４２を回転させるモータドライバに回転指令を送って、停止させていた給気ファン４２を駆動させる。更に、排気ファン４４の風量を増大させている場合には、指令部４０２は、排気ファン４４を回転させるモータドライバに回転復帰指令を送って排気ファン４４の風量を戻す。

なお、外気冷房中でなければ（ダンパ４７を閉鎖済みであり、また、給気ファン４２を駆動済みであれば）、制御部４０は、ステップＳ１０４の処理をスキップし、外気冷房制御処理を終える。

このように、外気冷房時において、給気ファン４２（つまり、バイパス風路４６が形成されていない方の風路に配置された送風手段）を停止させるため、送風機動力を低減することができる。また、外気冷房時において、外気冷房効果を高めるために、排気ファン４４（つまり、バイパス風路４６が形成されている方の風路に配置された送風手段）の換気風量を増加させたとしても、給気ファン４２を停止させているため、空調換気装置４全体の送風機動力は、外気冷房前に比べて増加しない。この結果、外気冷房時における省エネルギー性を適切に向上させることができる。

（実施形態２）
上記の実施形態１では、図５に示すような開口部ＯＰを利用できる場合について説明したが、窓、ドア等が全て閉じられている場合には、このような開口部ＯＰを利用できない。そのため、システム側で窓、ドア等の開閉制御が行えるようにしてもよい。以下、本発明の実施形態２について説明する。

図７は、本発明の実施形態２に係る空気調和システム２の全体構成の一例を示す模式図である。図示するように、この空気調和システム２は、空調換気装置７と、室外機５と、複数の室内機６と、複数の開閉機構８と、複数の開閉センサ９とを含んで構成される。なお、室外機５、及び、室内機６は、図１の空気調和システム１と同様である。また、空調換気装置７、開閉機構８、及び、開閉センサ９は、通信線Ｃを介して通信可能に接続されている。更に、開閉機構８及び開閉センサ９の数は一例であり、適宜変更可能である。

開閉手段としての開閉機構８は、通信線Ｃを通じて空調換気装置７に制御され、建物に設けられた扉部Ｗ（一例として、窓，ドア等）を開閉する。なお、開閉機構８は、ユーザによる手動操作に応じても、扉部Ｗを開閉可能となっている。

開閉センサ９は、扉部Ｗの開閉状態を検出し、通信線Ｃを介して空調換気装置７に通知する。

図８は、空調換気装置７の接続構成を説明するためのブロック図である。なお、空調換気装置７の外観構成は、上述した図３の空調換気装置４と同様である。図８に示すように、制御部７０は、判定部４０１と、指令部７０２と、記憶部４０３とを含んで構成される。なお、判定部４０１、及び、記憶部４０３は、図３の空調換気装置４と同様である。

また、空調換気装置７は、通信部７１を更に備えている。この通信部７１は、制御部７０に制御され、開閉機構８、及び、開閉センサ９と通信を行う。

指令部７０２は、給気ファン４２、排気ファン４４、及び、ダンパ４７に指令を送るだけでなく、通信部７１を通じて、開閉機構８に対しても指令を送る。例えば、判定部４０１によって外気冷房が有効と判定された場合に、指令部７０２は、通信部７１を通じて、開閉機構８に開指令を送って、扉部Ｗを開放させる。また、通信部７１が、開閉センサ９と通信して、扉部Ｗの開閉状態を取得するため、指令部７０２は、扉部Ｗの開閉状態も参照することができる。

以下、空気調和システム２における空調換気装置７の動作について、図９を参照して説明する。図９は、空調換気装置７（制御部７０）が実行する外気冷房制御処理の一例を示すフローチャートである。この外気冷房制御処理は、例えば、一定時間が経過する毎に、繰り返し実行される。

まず、制御部７０は、室外及び室内の温湿度を取得する（ステップＳ２０１）。すなわち、制御部７０は、センサ４８ａから室外空気ＯＡの温湿度を取得し、また、センサ４８ｂから室内空気ＲＡの温湿度を取得する。

制御部７０は、外気冷房が有効であるか否かを判別する（ステップＳ２０２）。例えば、判定部４０１は、室外空気ＯＡの温湿度から求まる室外空気エンタルピと、室内空気ＲＡの温湿度から求まる室内空気エンタルピとを比較し、室外空気エンタルピの方が室内空気エンタルピよりも低い場合に、判定部４０１は、外気冷房が有効と判定する。なお、上記と同様に室内機６の運転状況が得られる場合では、判定部４０１は、室外空気エンタルピの方が室内空気エンタルピよりも低く、かつ、冷房負荷が発生している場合に限り、外気冷房が有効と判定する。

制御部７０は、外気冷房が有効であると判別すると（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、扉部Ｗを開放する（ステップＳ２０３）。すなわち、指令部７０２は、通信部７１を通じて、開閉機構８に開指令を送って、扉部Ｗを開放させる。なお、開閉センサ９により既に扉部Ｗが開放済みであると検出されていれば、制御部７０は、ステップＳ２０３の処理をスキップする。

制御部７０は、ダンパ４７を開放すると共に、給気ファン４２を停止させる（ステップＳ２０４）。すなわち、指令部７０２は、ダンパ４７を駆動させるアクチュエータに開指令を送ってダンパ４７を開放すると共に、給気ファン４２を回転させるモータドライバに停止指令を送って給気ファン４２を停止させる。更に、指令部７０２は、排気ファン４４を回転させるモータドライバに強回転指令を送って排気ファン４４の風量を増大させてもよい。

なお、既に外気冷房中であれば（ダンパ４７を開放済みであり、また、給気ファン４２を停止済みであれば）、制御部７０は、ステップＳ２０４の処理をスキップし、外気冷房制御処理を終える。

一方、上述したステップＳ２０２にて、外気冷房が有効でない（無効である）と判別した場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）に、制御部７０は、扉部Ｗを閉鎖する（ステップＳ２０５）。すなわち、指令部７０２は、通信部７１を通じて、開閉機構８に閉指令を送って扉部Ｗを閉鎖する。なお、開閉センサ９により既に扉部Ｗが閉鎖済みであると検出されていれば、制御部７０は、ステップＳ２０５の処理をスキップする。

制御部７０は、ダンパ４７を閉鎖すると共に、給気ファン４２を駆動させる（ステップＳ２０６）。すなわち、指令部７０２は、ダンパ４７を駆動させるアクチュエータに閉指令を送ってダンパ４７を閉鎖すると共に、給気ファン４２を回転させるモータドライバに回転指令を送って給気ファン４２を駆動させる。更に、排気ファン４４の風量を増大させている場合には、指令部７０２は、排気ファン４４を回転させるモータドライバに回転復帰指令を送って排気ファン４４の風量を戻す。

なお、外気冷房中でなければ（ダンパ４７を閉鎖済みであり、また、給気ファン４２を駆動済みであれば）、制御部７０は、ステップＳ２０６の処理をスキップし、外気冷房制御処理を終える。

このように、外気冷房時において、給気ファン４２を停止させるため、送風機動力を低減することができる。また、外気冷房時において、外気冷房効果を高めるために、排気ファン４４の換気風量を増加させたとしても、給気ファン４２を停止させているため、空調換気装置７全体の送風機動力は、外気冷房前に比べて増加しない。この結果、外気冷房時における省エネルギー性を適切に向上させることができる。また、扉部Ｗが閉鎖されていても、外気冷房の開始と共に、扉部Ｗを確実に開放することができる。

（実施形態３）
上記の実施形態１，２では、空調換気装置４，７が外気冷房の制御を行う場合について説明したが、システム全体を管理する管理装置（コントローラ）が、外気冷房の制御を行うようにしてもよい。以下、本発明の実施形態３について説明する。

図１０は、本発明の実施形態３に係る空気調和システム３の全体構成の一例を示す模式図である。図示するように、この空気調和システム３は、空調換気装置７と、室外機５と、複数の室内機６と、複数の開閉機構８と、複数の開閉センサ９と、管理装置１０を含んで構成される。なお、空調換気装置７、室外機５、室内機６、開閉機構８、及び、開閉センサ９は、図７の空気調和システム２と同様である。それでも、空調換気装置７からは、上述した図８に示す判定部４０１が除かれているものとする。また、空調換気装置７、室内機６、開閉機構８、開閉センサ９、及び、管理装置１０は、通信線Ｃを介して通信可能に接続されている。

図１１は、管理装置１０の構成を説明するためのブロック図である。図示するように、管理装置１０は、通信部１１と、制御部１２とを含んで構成される。

通信部１１は、通信線Ｃを介して、空調換気装置７、室内機６、開閉機構８、及び、開閉センサ９と通信を行う。例えば、通信部１１は、空調換気装置７と通信して、センサ４８（センサ４８ａ，４８ｂ）が検出した温湿度を取得する。また、通信部１１は、室内機６と通信して、室内機６の運転状況（一例として、冷房負荷が発生しているか）を取得する。更に、通信部１１は、空調換気装置７、及び、開閉機構８に必要な指令を送信する。

制御部１２は、判定手段としての判定部１２１と、推定手段としての推定部１２２と、指令部１２３と、記憶部１２４とを含んで構成される。なお、制御部１２は、一例として、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等から構成される。そして、判定部１２１、推定部１２２、及び、指令部１２３は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭをワークメモリとして用い、ＲＯＭに記憶されている各種プログラムを適宜実行することにより実現される。

判定部１２１は、通信部１１が空調換気装置７から取得したセンサ４８による温湿度に基づいて、外気冷房の有効無効を判定する。例えば、判定部１２１は、センサ４８ａが検出した室外空気ＯＡの温湿度から求まる室外空気エンタルピと、センサ４８ｂが検出した室内空気ＲＡの温湿度から求まる室内空気エンタルピとを比較する。そして、室外空気エンタルピの方が室内空気エンタルピよりも低く、かつ、室内機６にて冷房負荷が発生している場合に限り、外気冷房が有効と判定する。

推定部１２２は、空調換気装置７の電力増加量（換気送風機動力増加量）ΔＷｆ、及び、室内機６及び室外機５の電力削減量（空調側電力削減量）ΔＷ_ｉを推定し、省エネルギー効果が最も高くなる換気風量Ｖａ１を決定する。以下、推定部１２２が、換気風量Ｖａ１を決定するまでの手順について、図１２〜図１５を参照して説明する。

外気冷房において、空調換気装置７の給気ファン４２を停止し、排気ファン４４だけを駆動させるが、この際、空調換気装置７に排気ファン４４の回転数（すなわち、換気風量Ｖａ）を任意に指示することが可能となっている。

この際、排気ファン４４の消費電力（すなわち換気送風機動力Ｗｆ）と、換気風量Ｖａとの関係は、図１２に示すように、非線形で下に凸の曲線となる。なお、図１２〜図１４において、Ｉｏ１［ｋＪ／ｋｇ］、Ｉｏ２［ｋＪ／ｋｇ］、Ｉｏ３［ｋＪ／ｋｇ］、Ｉｏ４［ｋＪ／ｋｇ］は、室外空気エンタルピを示しており、Ｉｏ１＞Ｉｏ２＞Ｉｏ３＞Ｉｏ４の関係となっている。それでも、図１２に示すように、換気送風機動力Ｗｆは、室外空気エンタルピの大小によっては、変化しない。

室内空気エンタルピをＩｉ［ｋＪ／ｋｇ］、室外空気エンタルピをＩｏ［ｋＪ／ｋｇ］、空気の密度をρａ［ｋｇ／ｍ³］とすると、外気冷房能力Ｑ_ｇ［ｋＷ］は、以下の数式（[数１]）により表される。

［数１］
Ｑ_ｇ＝Ｖａ／３６００×ρａ×（Ｉｉ−Ｉｏ）

そして、換気風量Ｖａと外気冷房能力Ｑｇとの関係は、図１３に示すように、比例関係となり、室外空気エンタルピが低いほど、傾きが大きくなる。図１３の例では、室外空気エンタルピが最も低いＩｏ４の傾きが一番大きくなる。

また、外気冷房効率ＣＯＰ_ｇは、以下の数式（[数２]）により表される。

［数２］
ＣＯＰ_ｇ＝Ｑ_ｇ／Ｗｆ

そして、換気風量Ｖａと外気冷房効率ＣＯＰ_ｇとの関係は、図１４に示すように、非線形で下に凸の曲線となる。つまり、換気風量Ｖａが低いほど外気冷房効率ＣＯＰ_ｇは高くなり、また、室外空気エンタルピが低いほど外気冷房効率ＣＯＰ_ｇは高くなる。

また、ＣＯ²濃度を維持する（一例として、１０００ｐｐｍ以下に維持する）ための換気風量Ｖａとして、風量Ｖａ０が定められている。そのため、換気風量Ｖａを、風量Ｖａ０に調整する必要がある。

外気冷房時の能力と消費電力は、図１５の左側に示す通りとなる。ここで、Ｑ_ｉ０は、換気風量Ｖａ０時の空調側能力である。また、Ｑ_ｇ０は、換気風量Ｖａ０時の外気冷房能力である。また、Ｑ_ｉ１は、換気風量Ｖａ０から増加させたときの空調側能力である。そして、Ｑ_ｇ１は、換気風量Ｖａ０から増加させたときの外気冷房能力である。

換気風量Ｖａを増加させたとき、図１３の特性からも分かる通り、外気冷房能力Ｑ_ｇは増加する。図１５の左側にて説明すると、外気冷房能力Ｑ_ｇは、（Ｑ_ｇ１−Ｑ_ｇ０）分だけ増加する。一方、空調側能力は、外気冷房能力Ｑ_ｇが増加した（Ｑ_ｇ１−Ｑ_ｇ０）分だけ減少する。

一方、図１５の右側に示すＷ_ｉ０は、換気風量Ｖａ０時の空調側消費電力である。また、Ｗｆ０は、換気風量Ｖａ０時の換気送風機動力である。また、Ｗ_ｉ１は、換気風量Ｖａ０から増加させたときの空調側消費電力である。そして、Ｗｆ１は、換気風量Ｖａ０から増加させたときの換気送風機動力である。

換気風量Ｖａを増加させたとき、図１２の特性からも分かる通り、換気送風機動力Ｗｆは増加する。図１５の右側にて説明すると、換気送風機動力Ｗｆは、（Ｗｆ１−Ｗｆ０）分だけ増加する。一方、空調側消費電力は、（Ｗ_ｉ０−Ｗ_ｉ１）分だけ減少する。なお、本願において、換気送風機動力増加量ΔＷｆ＝（Ｗｆ１−Ｗｆ０）と表し、また、空調側電力削減量ΔＷ_ｉ＝（Ｗ_ｉ０−Ｗ_ｉ１）と表すものとする。

ここで、（Ｗｆ１−Ｗｆ０）、つまり、換気送風機動力増加量ΔＷｆについては、図１２の特性を予め把握しておけば、予測可能である。一方、（Ｗ_ｉ０−Ｗ_ｉ１）、つまり、空調側電力削減量ΔＷ_ｉについては、能力Ｑ_ｉ０のときの効率ＣＯＰ_ｉ０と、能力Ｑ_ｉ１のときの効率ＣＯＰ_ｉ１を推定し、以下の数式（[数３]）により、Ｗ_ｉ０、Ｗ_ｉ１をそれぞれ算出することが可能である。

［数３］
Ｗ_ｉ０＝Ｑ_ｉ０／ＣＯＰ_ｉ０
Ｗ_ｉ１＝Ｑ_ｉ１／ＣＯＰ_ｉ１

なお、空調側効率は、予め決められた効率を用いても良いし、また、運転状態、室内外温度条件等から推定（推算）しても良い。

ここで、ΔＷ_ｉ−ΔＷｆが最大となる換気風量Ｖａ１は、最も外気冷房効果が高い（省エネルギー効果が高い）ポイントとなる。つまり、換気風量Ｖａ１まで増加させたときに、空調側電力削減量ΔＷ_ｉと換気送風機動力増加量ΔＷｆとの差が最大となる。そのため、推定部１２２は、ΔＷ_ｉ−ΔＷｆが最大となる換気風量Ｖａ１を決定する。このようにして決定された換気風量Ｖａ１は、以下に説明する指令部１２３によって、空調換気装置７が調整すべき排気ファン４４の送風量として指令される。

指令部１２３は、通信部１１を制御して、空調換気装置７、及び、開閉機構８に対して、必要な指令を送る。例えば、判定部１２１によって外気冷房が有効と判定された場合に、指令部１２３は、空調換気装置７に対して、外気冷房を開始させる指令を送ると共に、開閉機構８に開指令を送って、扉部Ｗを開放させる。更に、指令部１２３は、空調換気装置７に対して、推定部１２２が決定した換気風量Ｖａ１となるように、排気ファン４４の送風量を調整させる。

記憶部１２４は、システム全体の制御に必要な種々の情報を記憶する。例えば、記憶部１２４は、後述する外気冷房制御処理（図１６）を実行するためのプログラムを記憶する。

以下、空気調和システム３における管理装置１０の動作について、図１６を参照して説明する。図１６は、管理装置１０（制御部１２）が実行する外気冷房制御処理の一例を示すフローチャートである。この外気冷房制御処理は、例えば、一定時間が経過する毎に、繰り返し実行される。

まず、制御部１２は、室外及び室内の温湿度を取得する（ステップＳ３０１）。すなわち、制御部１２は、通信部１１を制御して、空調換気装置７から、センサ４８ａによる室外空気ＯＡの温湿度を取得し、また、センサ４８ｂによる室内空気ＲＡの温湿度を取得する。

制御部１２は、外気冷房が有効であるか否かを判別する（ステップＳ３０２）。例えば、判定部１２１は、室外空気ＯＡの温湿度から求まる室外空気エンタルピと、室内空気ＲＡの温湿度から求まる室内空気エンタルピとを比較し、室外空気エンタルピの方が室内空気エンタルピよりも低く、かつ、室内機６にて冷房負荷が発生している場合に限り、外気冷房が有効と判定する。

制御部１２は、外気冷房が有効であると判別すると（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、扉部Ｗを開放する（ステップＳ３０３）。すなわち、指令部１２３は、通信部１１を通じて、開閉機構８に開指令を送って扉部Ｗを開放する。なお、開閉センサ９により既に扉部Ｗが開放済みであると検出されていれば、制御部１２は、ステップＳ３０３の処理をスキップする。

制御部１２は、外気冷房の開始を指示する（ステップＳ３０４）。すなわち、指令部１２３は、通信部１１を通じて、空調換気装置７に外気冷房を開始させる指令を送る。この指令を受けて、空調換気装置７は、ダンパ４７を開放すると共に、給気ファン４２を停止させる。

なお、既に外気冷房の開始を指示済みであれば、制御部１２は、ステップＳ３０４の処理をスキップする。

制御部１２は、換気送風機動力増加量ΔＷｆ、及び、空調側電力削減量ΔＷ_ｉを推定し、省エネルギー効果が最も高くなる換気風量Ｖａ１を決定する（ステップＳ３０５）。すなわち、推定部１２２は、上述した数式（[数１]〜[数３]）を用いて、ΔＷｆ、及び、ΔＷ_ｉを推定し、ΔＷ_ｉ−ΔＷｆが最大となる換気風量Ｖａ１を決定する。

制御部１２は、換気風量Ｖａ１が換気風量Ｖａ０よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ３０６）。つまり、制御部１２は、ステップＳ３０５にて決定した換気風量Ｖａ１が、ＣＯ²濃度を維持するための換気風量Ｖａ０よりも大きいがどうかを判別する。制御部１２は、換気風量Ｖａ１が換気風量Ｖａ０よりも大きくない（以下である）と判別すると（ステップＳ３０６；Ｎｏ）、外気冷房制御処理を終える。

一方、換気風量Ｖａ１が換気風量Ｖａ０よりも大きいと判別した場合（ステップＳ３０６；Ｙｅｓ）に、制御部１２は、換気風量Ｖａ１への調整指令を空調換気装置７に送信する（ステップＳ３０７）。つまり、指令部１２３は、空調換気装置７に対して、換気風量Ｖａ１となるように、排気ファン４４の送風量を調整させる。

また、上述したステップＳ３０２にて、外気冷房が有効でない（無効である）と判別した場合（ステップＳ３０２；Ｎｏ）に、制御部１２は、扉部Ｗを閉鎖する（ステップＳ３０８）。すなわち、指令部１２３は、通信部１１を通じて、開閉機構８に閉指令を送って扉部Ｗを閉鎖する。なお、開閉センサ９により既に扉部Ｗが閉鎖済みであると検出されていれば、制御部１２は、ステップＳ３０８の処理をスキップする。

制御部１２は、外気冷房の終了を指示する（ステップＳ３０９）。すなわち、指令部１２３は、通信部１１を通じて、空調換気装置７に外気冷房を終了させる指令を送る。この指令を受けて、空調換気装置７は、ダンパ４７を閉鎖すると共に、給気ファン４２を駆動させる。更に、排気ファン４４の風量を変更（調整）している場合に、空調換気装置７は、排気ファン４４の風量を戻す。

なお、既に外気冷房の終了を指示済みであれば（若しくは、外気冷房の開始を指示していなければ）、制御部１２は、ステップＳ３０９の処理をスキップし、外気冷房制御処理を終える。

このように、外気冷房時において、給気ファン４２を停止させるため、送風機動力を低減することができる。また、外気冷房時において、省エネルギー効果が最も高くなる換気風量Ｖａ１を決定し、この換気風量Ｖａ１となるように、排気ファン４４の風量を調整させるため、外気冷房時における省エネルギー性を適切に向上させることができる。

（他の実施形態）
上記の実施形態１〜３では、外気冷房効果を高めるために、排気ファン４４の風量を増加させる場合について説明したが、他の手法で、換気風量を増加させてもよい。例えば、バイパス風路４６を拡大したり、排気ファン４４のファン径拡大を行うことで、換気風量を増加させてもよい。本願の場合、片側（実施形態１〜３では、排気風路４３側）だけ行えばよいため、空調換気装置４，７の筐体サイズの拡大を抑制することが可能となる。

また、上記の実施形態１，２では、専用の空調換気装置４，７を用い、上記の実施形態３では、専用の管理装置１０を用いる場合について説明したが、これら空調換気装置４，７及び管理装置１０の動作を規定する動作プログラムを既存のパーソナルコンピュータや情報端末機器等に適用することで、当該パーソナルコンピュータを空調換気装置４，７及び管理装置１０として機能させることも可能である。

また、このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネットといった通信ネットワークを介して配布してもよい。

本発明は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、外気冷房時における省エネルギー性を適切に向上させることのできる空調換気装置、空気調和システム、および、制御方法に採用され得る。

１，２，３空気調和システム、４，７空調換気装置、５室外機、６室内機、８開閉機構、９開閉センサ、１０管理装置、１１，７１通信部、１２，４０，７０制御部、４１給気風路、４２給気ファン、４３排気風路、４４排気ファン、４５全熱交換器、４６バイパス風路、４７ダンパ、４８ａ，４８ｂセンサ、１２１，４０１判定部、１２２推定部、１２３，４０２，７０２指令部、１２４，４０３記憶部

上記目的を達成するため、本発明に係る空調換気装置は、
第１の送風手段が配置され、室外の空気を室内に供給するための第１の風路と、
第２の送風手段が配置され、室内の空気を室外に排出するための第２の風路と、
前記第１の風路を通過する空気と前記第２の風路を通過する空気との間で熱交換を行う熱交換手段と、
前記第２の風路と接合して形成され、前記熱交換手段を迂回するためのバイパス風路と、
前記バイパス風路を開閉して、通過する空気の風路を切り替える風路切替手段と、
前記第１及び第２の送風手段、並びに、前記風路切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、室外の空気を室内に取り入れる外気冷房時において、前記風路切替手段を制御して前記バイパス風路を開放すると共に、前記第１の送風手段を停止させる。

Claims

第１の送風手段が配置され、室外の空気を室内に供給するための第１の風路と、
第２の送風手段が配置され、室内の空気を室外に排出するための第２の風路と、
前記第１の風路を通過する空気と前記第２の風路を通過する空気との間で熱交換を行う熱交換手段と、
前記第１及び第２の風路の何れか一方と接合して形成され、前記熱交換手段を迂回するためのバイパス風路と、
前記バイパス風路を開閉して、通過する空気の風路を切り替える風路切替手段と、
前記第１及び第２の送風手段、並びに、前記風路切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、室外の空気を室内に取り入れる外気冷房時において、前記風路切替手段を制御して前記バイパス風路を開放すると共に、前記バイパス風路が形成されていない方の風路に配置された前記送風手段を停止させる、
空調換気装置。
室内及び室外における温度又は温湿度を検出するセンサと、
前記センサによる検出結果に基づいて、前記外気冷房の有効無効を判定する判定手段とを更に備える、
請求項１に記載の空調換気装置。
前記制御手段は、前記外気冷房時において、更に、前記バイパス風路が形成されている方の風路に配置された前記送風手段の送風量を増加させる、
請求項１に記載の空調換気装置。
室内と室外とをつなぐ開口部に設けられた扉体を開閉させる開閉手段を更に備え、
前記制御手段は、前記外気冷房時において、更に、前記開閉手段を制御して前記扉体を開放させ、前記開口部から空気を通過させる、
請求項１に記載の空調換気装置。
空調換気装置と、室内の空気を調和する空調装置と、前記空調換気装置及び前記空調装置を管理する管理装置とが通信線を介して接続されて構成される空気調和システムであって、
前記空調換気装置は、
第１の送風手段が配置され、室外の空気を室内に供給するための第１の風路と、
第２の送風手段が配置され、室内の空気を室外に排出するための第２の風路と、
前記第１の風路を通過する空気と前記第２の風路を通過する空気との間で熱交換を行う熱交換手段と、
前記第１及び第２の風路の何れか一方と接合して形成され、前記熱交換手段を迂回するためのバイパス風路と、
前記バイパス風路を開閉して、通過する空気の風路を切り替える風路切替手段と、を備え、
前記管理装置は、
室外の空気を室内に取り入れる外気冷房時において、前記空調換気装置における前記風路切替手段を制御して前記バイパス風路を開放すると共に、前記バイパス風路が形成されていない方の風路に配置された前記送風手段を停止させる制御手段と、
前記空調換気装置及び前記空調装置の電力量を推定する推定手段とを備え、
前記推定手段は、前記空調換気装置において、前記バイパス風路が形成されている方の風路に配置された前記送風手段の送風量を増加させたときに増加する電力増加量と、前記空調装置において、前記外気冷房を行うことで削減される電力削減量と、を推定し、
前記制御手段は、前記バイパス風路が形成されている方の風路に配置された前記送風手段の送風量を、前記電力削減量から前記電力増加量を差し引いた値が最大の送風量となるように調整する、
空気調和システム。
給気ファンが配置され、室外の空気を室内に供給するための給気風路と、排気ファンが配置され、室内の空気を室外に排出するための排気風路と、前記給気風路を通過する空気と前記排気風路を通過する空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記給気風路及び前記排気風路の何れか一方と接合して形成され、前記熱交換器を迂回するためのバイパス風路と、前記バイパス風路を開閉して、通過する空気の風路を切り替えるダンパと、を備えた空調換気装置の制御方法であって、
室内及び室外における温度又は温湿度に基づいて、室外の空気を室内に取り入れる外気冷房の有効無効を判別する判別ステップと、
前記判定ステップにて外気冷房が有効と判別された場合に、前記ダンパを開放して、前記バイパス風路を通過する風路に切り替えると共に、前記バイパス風路が形成されていない方の風路に配置された前記給気ファン又は前記排気ファンを停止させる制御ステップと、
を備える制御方法。