JP6479205B2 - 空気調和システム - Google Patents

Description

本発明は、空気調和システムに関するものである。特にエアハンドリングユニットを備え、また、複数の室外機をヒートポンプ装置を熱源として有し、エアハンドリングユニットが建物内に給気する空気の空気調和を行うものである。

一般的に、エアハンドリングユニット（以下、ＡＨＵという）は、たとえば、１台または複数台の熱交換コイルを、本体ケーシング内に一体に組み込んで構成される換気装置、または換気および空気調和を行う装置である。ＡＨＵは、たとえば、ヒートリカバリーと呼ばれる装置を内蔵する場合もある。ヒートリカバリーは、建物内から建物外に排気される空気の熱を再利用し、外気となる建物外から流入した空気を調和する。ここで、たとえば、ＡＨＵが単なる換気装置の場合であっても、外気をそのまま建物内に給気すると不快感を与える可能性があるため、ヒートリカバリー、熱交換コイルなどを備える場合が一般的である。

この種のＡＨＵでは、熱交換コイルにおいて空気と熱交換する熱源として、ボイラで暖められた温水、チラーで冷やされた冷水、またはヒートポンプ装置において循環する高温若しくは低温冷媒を用いる。そして、温水若しくは冷水または高温若しくは低温冷媒を熱交換コイルに流して空気を暖めるまたは冷やす。たとえば、建物内を暖房するときには、熱交換コイルが有する配管に温水、凝縮冷媒などを通過させるとともに、熱交換コイルに外気またはヒートリカバリー通過後の外気を通過させて暖めて給気を行う。給気に係る空気は、送風機によってダクトから建物内の各部屋に送り出される。

ここで、圧縮機を備えたヒートポンプ装置を熱源として使用するＡＨＵの場合、一般に次のような課題がある。たとえば、ＡＨＵが熱源負荷に対応するためにヒートポンプ装置に要求される能力（以下、要求能力という）が、ヒートポンプサイクル装置において圧縮機の運転周波数が最小のときに得られる能力（以下、最小能力という）を下回ることがある。ヒートポンプ装置が最小能力を下回る要求能力に対応するためには、圧縮機の駆動開始または停止を繰り返すＯＮ−ＯＦＦサイクル運転が不可避となる。

このようなＯＮ−ＯＦＦサイクル運転が多くなると、圧縮機が頻繁に駆動開始または停止を繰り返すため、ヒートポンプ装置の寿命が縮まることになる。したがって、信頼性の低下、吹出し温度変動などによって不快感を与える可能性があることが懸念される。

特にＡＨＵを有する空気調和システムの場合、春期、秋期などの中間期において換気などを行うときの熱源負荷は、一般的な空気調和と比較して低負荷となる。このため、ヒートポンプ装置は、ＯＮ−ＯＦＦサイクル運転が多くなり、上記の課題がより顕著になる。

ここで、複数のヒートポンプユニットから構成し、要求能力が小さい場合から大きい場合までをカバーする熱源システムがある（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。

たとえば、特許文献１では、複数台のヒートポンプ装置を備える給湯システムにおいて、各ヒートポンプ装置が備える圧縮機の発停回数、運転時間など、熱源負荷を平均化するようにヒートポンプ装置の運転台数を変更することが記載されている。また、特許文献２では、複数台のヒートポンプ装置を備える給水加温システムにおいて、温水の使用負荷に応じて順次ヒートポンプ装置を立ち上げることが記載されている。

特開２００５−１３４０６２号公報 特開２０１４−１９４３１５号公報

しかしながら、これらの文献に記載の技術は、給湯システムに対するものであり、ＡＨＵを備える空気調和システムに対するものではない。また、運転可能な能力が異なる室外機を接続し、各室外機の能力に基づいて台数を決定するものではない。このため、たとえば、要求能力が変化したときなどに圧縮機のＯＮ−ＯＦＦ回数を低減し、信頼性の向上をはかるという要望に対応できるものではなかった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたもので、複数のヒートポンプ装置が熱源として用いられるＡＨＵを備え、信頼性の高い空気調和システムを提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和システムは、建物内側から建物外側に向かう空気の流れを形成する排気ファン、建物外側から建物内側に向かう空気の流れを形成する給気ファン、および、建物外側から建物内側に流れる空気を冷媒と熱交換する１または複数の熱交換コイルとを有するエアハンドリングユニットと、圧縮機、減圧装置および室外熱交換器をそれぞれ有し、熱交換コイルとそれぞれ冷媒配管で接続されて、それぞれ独立したヒートポンプ装置を構成する複数の室外機と、熱源負荷に応じてエアハンドリングユニットに要求される能力を満たすように、運転を行う室外機を選択し、運転を行う室外機が有する圧縮機の運転周波数を決定する台数制御を行う台数制御部とを備え、複数の室外機は、基本能力が異なる室外機が混在し、台数制御部は、基本能力が小さい室外機から優先して特定し、特定した室外機から室外機を選択するものである。

本発明によれば、熱交換コイルを有するエアハンドリングユニットと、熱交換コイルと冷媒配管で接続してそれぞれ独立したヒートポンプ装置を構成する、異なる基本能力が混在する複数の室外機とを備える空気調和システムにおいて、台数制御部が、基本能力が小さい室外機から優先して、室外機の特定および選択を行うようにしたので、室外機の変化が小さくなり、結果として、室外機が有する圧縮機のＯＮ−ＯＦＦ回数を減らし、圧縮機および室外機の寿命が延びることで、信頼性の高い空気調和システムを得ることができる。

本発明の実施の形態１における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるＡＨＵ２の機器構成を中心とした空気調和システムのイメージを示す図である。 本発明の実施の形態１における室外機４の機器構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における空気調和システムにおける台数制御に関する処理の流れを表すフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態２における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態３における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態４における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態５における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものである。これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。本実施の形態の空気調和システムは、ビルマネジメントシステム（以下、ＢＭＳという）１、ＡＨＵ２、ＡＨＵコントローラ３、複数台の室外機４および複数台のインターフェイス装置５を備えている。ＢＭＳ１は、たとえばビル設備などの換気、空気調和などを管理統括する。本実施の形態では、ＢＭＳ１を備えたシステム構成であるが、ＢＭＳ１を備えないシステム構成であってもよい。

ここで、図１に示す空気調和システムは、少なくともＡＨＵコントローラ３と室外機４とが、異なるメーカーの製品である場合などを想定している。異なるメーカーの製品の場合には、たとえば、ＡＨＵコントローラ３と室外機４との間で、直接的な信号のやりとりを行うことができないことが多い。そこで、本実施の形態の空気調和システムは、ＡＨＵコントローラ３と各室外機４との間に、室外機４と同数のインターフェイス装置５を設置し、インターフェイス装置５を介在させて信号の中継し、通信を行う構成としている。

図１に示す空気調和システムでは、室外機４およびインターフェイス装置５をそれぞれ３台ずつ有する構成である。各室外機４を室外機４Ａ〜４Ｃとする。また、インターフェイス装置５をインターフェイス装置５Ａ〜５Ｃとする。特に区別する必要がない場合は、室外機４またはインターフェイス装置５と総称して説明する。ここでは、室外機４およびインターフェイス装置５をそれぞれ３台ずつ有しているが、構成に係る台数は任意である。たとえば、３台より少ない台数で構成してもよいし、また、４台以上の台数で構成してもよい。また、本実施の形態の空気調和システムにおいては、複数の室外機４について、室外機４の基本能力が異なる室外機４が含まれた構成であるものとする。ここで、基本能力とは、室外機４が有する圧縮機４１が最大の運転周波数で駆動したときの能力であり、室外機４における最大の能力とする。本実施の形態では、たとえば、基本能力が５ｋＷの室外機４が２台と１０ｋＷの室外機４が１台とを有する構成であるものとする。

ＡＨＵコントローラ３は、ＡＨＵ２を制御する装置である。図１に示すように、本実施の形態のＡＨＵコントローラ３は、制御系の構成として、ＡＨＵコントローラアクチュエータ制御部３ａ、能力演算部３ｂおよびＡＨＵコントローラ通信部３ｃを有している。ＡＨＵコントローラアクチュエータ制御部３ａは、ＡＨＵ２が有する給気ファン２６、排気ファン３０、ルーバー２３、ルーバー２８などのアクチュエータとなる駆動機器の駆動動作を制御する。

能力演算部３ｂは、負荷に応じたＡＨＵ２に対する必要能力を演算する。ＡＨＵ２に対する必要能力は、全室外機４に対する要求能力の総計となる総要求能力に相当する。能力演算部３ｂは、各室外機４に対する必要能力の演算ではなく、全室外機４に対する総要求能力を演算する。具体的には、能力演算部３ｂは、吹出し空気温度センサー１１で検出された吹出し空気温度とあらかじめ設定された設定温度との温度差ΔＴに基づいて、吹出し温度を設定温度にするために必要な総要求能力［ｋＷ］を演算する。能力演算部３ｂは、全室外機４の基本能力の合計となる総合計能力［ｋＷ］に対する総要求能力の割合（０〜１００％）を演算する。ここでは、算出した割合の値を総要求能力とする。ここで、温度差ΔＴは、建物内からの還気の温度となる建物内温度センサー１３の検出した温度と、設定温度との温度差であってもよい。

ＡＨＵコントローラ通信部３ｃは、インターフェイス装置５およびＢＭＳ１とＡＨＵコントローラ３との間における通信に係る処理を行う。たとえば、ＢＭＳ１から換気量、設定温度のデータを含む信号を受信する。本実施の形態では、能力演算部３ｂが演算した総要求能力を含む信号をインターフェイス装置５に送る。

室外機４は、制御系の構成として、室外機アクチュエータ制御部４ａおよび室外機通信部４ｂを有する。室外機アクチュエータ制御部４ａは、後述するように、室外機４が有する圧縮機４１、四方弁４２、膨張弁４４などのアクチュエータの駆動動作を制御する。室外機通信部４ｂは、たとえば、インターフェイス装置５を介して、ＡＨＵコントローラ３と通信する処理を送る。また、本実施の形態では、室外機４の能力に関するデータを含む信号をインターフェイス装置５に送る。

また、本実施の形態のインターフェイス装置５は、制御系の構成として、室外機制御部５ａ、インターフェイス通信部５ｂおよび台数制御部５ｃを有している。室外機制御部５ａは、室外機４の運転、停止、異常対応などの処理を行う。インターフェイス通信部５ｂは、たとえば異なるメーカー間の製品における通信を可能とするため、信号の変換などを行う。

ここで、本発明は低負荷時の圧縮機４１をＯＮ−ＯＦＦを繰り返す運転であるＯＮ−ＯＦＦサイクル運転を低減することを課題の一つとしている。この課題を解決するにあたり、本実施の形態では、台数制御部５ｃが、ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力に応じて、運転を行う室外機４の選択および選択した室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数を制御する台数制御を行う。

本実施の形態では、インターフェイス装置５が台数制御部５ｃを有し、台数制御を行うものとする。図１に示すように、本実施の形態の空気調和システムでは、室外機４毎に対応するインターフェイス装置５が接続された構成である。したがって、本実施の形態の空気調和システムは、複数のインターフェイス装置５を有している。そこで、１台のインターフェイス装置５を親機とする。そして、親機となるインターフェイス装置５が有する台数制御部５ｃが、台数制御に係る演算などの処理を行う。たとえば、各インターフェイス装置５は、接続された室外機４から送られた基本能力などの機種に関するデータを取得する。取得したデータは、親機となるインターフェイス装置５に集約される。したがって、親機となるインターフェイス装置５の台数制御部５ｃは、空気調和システムにおける室外機４の接続台数および総基本能力をデータとして得ることができる。親機となるインターフェイス装置５の台数制御部５ｃは、得られたデータに基づいて、各室外機４の運転または停止、運転を行う室外機４における圧縮機４１の運転周波数などを決定する台数制御の処理を行う。

そして、子機となるインターフェイス装置５の台数制御部５ｃは、親機となるインターフェイス装置５から送られる台数制御指令の信号を受けて、自己に接続された室外機４に対し、運転を行うために必要なタイミングになると、運転開始および後述する圧縮機４１の運転周波数を含む運転指令の信号を送る。ここで、親機となるインターフェイス装置５とそれ以外の子機となるインターフェイス装置５との区別は、インターフェイス装置５そのものを別のもので構成してもよいし、スイッチなどで区別してもよい。

本実施の形態におけるＡＨＵコントローラ３、室外機４またはインターフェイス装置５における制御系を構成する各部については、回路デバイスなどのハードウェアで構成することもできる。また、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のような演算制御装置（コンピュータ）で構成する一方、その処理手順をあらかじめプログラム化し、ソフトウェア、ファームウェアなどで構成することもできる。演算制御手段がそのプログラムを実行し、そのプログラムに基づく処理を行い、各部が行う処理を実現する。これらのプログラムのデータは、たとえば記憶装置（図示せず）に記憶するようにしてもよい。

図２は、本発明の実施の形態１におけるＡＨＵ２の機器構成を中心とした空気調和システムのイメージを示す図である。ＡＨＵ２は、建物外の空気を入れ換える換気装置または、換気をしつつ建物内の暖房および冷房を兼ねる空気調和装置である。ここでは、空気調和装置として機能するものとして説明する。ＡＨＵ２は、たとえば、オフィス、ビル、商業施設、工場などの建物内に設置される。ＡＨＵ２は、建物外から流入した外気を建物内に給気する流路となる第１流路２１と、建物内から流入した還気を建物外に排気する流路となる第２流路２２とを、本体ケーシング２Ａ内に有している。第１流路２１および第２流路２２は、流路となる壁などを有している。

第１流路２１を流れる空気は、ルーバー２３、フィルター２４、ヒートリカバリー２５、給気ファン２６および熱交換コイル２７を通過する。また、第２流路２２を流れる空気は、ルーバー２８、フィルター２９、ヒートリカバリー２５および排気ファン３０を通過する。ルーバー２３は、外気の流入口に配置され、建物外から流入する空気量などを制御する。フィルター２４は、建物外から流入した外気に含まれる塵芥などを除去する。また、ルーバー２８は、還気の流入口に配置され、建物内から流入する空気量などを制御する。フィルター２９は、建物内から流入した還気に含まれる塵芥などを除去する。ヒートリカバリー２５は、第１流路２１を流れる空気と第２流路２２を流れる空気とが両方通過する。そして、ヒートリカバリー２５は、第１流路２１を通過する空気と第２流路２２を通過する空気とを熱交換させる。ここで、第１流路２１を通過する空気と第２流路２２を通過する空気とは混合しない。給気ファン２６は、建物外から建物内に流れる第１流路２１における空気の流れを形成する。また、排気ファン３０は、建物内から建物外に流れる第２流路２２における空気の流れを形成する。

熱交換コイル２７は、ヒートリカバリー２５を通過した第１流路２１を通過する空気と冷媒との熱交換を行う。本実施の形態の熱交換コイル２７は、たとえば、独立した複数の冷媒流路（図示せず）を有している。そして、各冷媒流路（図示せず）と各室外機４とをそれぞれ冷媒配管６で接続することで冷媒回路を構成した複数のヒートポンプ装置１００となる。本実施の形態では、３台の室外機４Ａ〜４Ｃと熱交換コイル２７とを配管接続するため、３つの独立したヒートポンプ装置１００Ａ〜１００Ｃ（以下、総称するときにはヒートポンプ装置１００という）を有する。ここで、熱交換コイル２７は上記の構成に限るものではなく、たとえば室外機４と同数の熱交換コイル２７を有する構成とし、各熱交換コイル２７が独立して各室外機４と接続して冷媒回路を構成するようにしてもよい。

ＡＨＵ２は、さらに、吹出し空気温度センサー１１、熱交入口温度センサー１２、建物内温度センサー１３および外気温度センサー１４を有している。吹出し空気温度センサー１１は、第１流路２１から建物内に供給する給気の吹出し温度を検出する。また、熱交入口温度センサー１２は、熱交換コイル２７に流入する空気の温度を検出する。建物内温度センサー１３は、建物内における空気の温度を検出する。外気温度センサー１４は、建物外における空気の温度を検出する。吹出し空気温度センサー１１、熱交入口温度センサー１２、建物内温度センサー１３および外気温度センサー１４は、それぞれ検出した温度をデータとして含む信号をＡＨＵコントローラ３に送る。ここで、建物内温度センサー１３は、建物内の温度を検出できればよい。たとえば、ＡＨＵ２から給気の建物内にる空気の吹出し空気温度、建物内の空間からＡＨＵ２へ戻る空気の戻り空気温度などを検出する。また、各温度センサーは、設計によっては、ＡＨＵ２に設置されていない場合がある。

ここで、ＡＨＵ２は、図２に示す構成に限定されるものではない。建物内外の空気を入れ換えて換気を行うことができる流路と、冷媒と空気とを熱交換する熱交換コイルとを少なくとも備える構成であればよい。

次に、ＡＨＵ２の空気調和などに係る動作について説明する。給気ファン２６が駆動すると、外気が第１流路２１に流入し、ルーバー２３およびフィルター２４を通過する。さらに、ヒートリカバリー２５を通過し、第２流路２２を通過する空気と熱交換した後、熱交換コイル２７に流入する。熱交換コイル２７に流入した空気は、冷媒と熱交換した後、給気として、たとえばダクト（図示せず）を介して建物内に供給される。

一方、排気ファン３０が駆動すると、還気が第２流路２２に流入し、ルーバー２８およびフィルター２９を通過する。さらに、ヒートリカバリー２５を通過し、第１流路２１を通過する空気と熱交換した後、建物外に排気される。

ここで、熱交換コイル２７を通過する冷媒の流量は、後述するように、室外機４が有する圧縮機４１と膨張弁４４とによって制御される。そして、たとえば、温度、能力などに対するＡＨＵコントローラ３からの要求を満足するように調整されている。

図３は、本発明の実施の形態１における室外機４の機器構成を示す図である。図３に示すように、室外機４は、圧縮機４１、四方弁４２、室外熱交換器４３および膨張弁４４を有している。圧縮機４１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機４１はたとえばインバータ回路などにより、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機４１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができる。四方弁４２は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。本実施の形態における室外熱交換器４３は、冷媒と、たとえば建物外の空気との熱交換を行う。たとえば、建物内を暖房する暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、建物内を冷房する冷房運転時においては凝縮器または放熱器として機能し、冷媒に放熱させる。そして、減圧装置となる膨張弁４４は、冷媒を減圧して膨張させる。ここで、室外機４の構成は、図３に示す構成に限定するものではない。たとえば、冷房または暖房の一方だけを行う場合には、四方弁４２を設置しなくともよい。

次に、圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦ回数を低減し、空気調和システムの信頼性を向上させるために台数制御部５ｃが行う台数制御について説明する。基本的な台数制御の考え方は、次の３点にある。（１）室外機４のうち、基本能力が小さいものから運転させる。（２）各圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦ回数を監視し、ＯＮ−ＯＦＦ回数が均一となるように室外機４を選択する。（３）圧縮機４１が最大運転周波数で駆動することをできる限り避ける。

（１）については、基本能力が小さい室外機４から順次運転させることによって、要求能力の変化に対して、選択される室外機４の変化が小さくなる。このため、結果として、室外機４の圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦ回数を減らし、圧縮機４１の寿命を延ばすことになる。また、（２）については、特定の圧縮機４１が運転を続けることを避け、システム全体として圧縮機４１の寿命を延ばすことができる。そして、（３）については、最大運転周波数で圧縮機４１を駆動しても高い性能が得られないことが一般的に知られている。そこで、可能な限り圧縮機４１の運転周波数を抑え、圧縮機４１の負荷の最大限に上がった状態を避けることができる。以上の考えに基づいて台数制御を行うことによって、本実施の形態では、空気調和システムにおける信頼性を向上する。

図４は、本発明の実施の形態１における空気調和システムにおける台数制御に関する処理の流れを表すフローチャートを示す図である。以下、図４に示すフローチャートに沿って各室外機４の運転または停止、運転する室外機４における圧縮機４１の運転周波数などを決定する台数制御の処理を詳細に説明する。本実施の形態では、親機となるインターフェイス装置５が有する台数制御部５ｃが台数制御の処理を行う。親機となるインターフェイス装置５は、ＡＨＵコントローラ３から総要求能力が送られると、台数制御を行う。そして、台数制御部５ｃは、選択可能な室外機４を、あらかじめ選択肢として有しているものとする。

ステップＳ１では、台数制御部５ｃはＡＨＵコントローラ３から送られた信号に含まれる総要求能力が０％であるかどうかを判定する。総要求能力が０％であると判定すると、ステップＳ２に進み、空気調和システムが有するすべての室外機４を停止させる。要求能力が０％でないと判定すると、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、台数制御部５ｃは、ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、前回台数制御を行ったときの総要求能力から変化したものであるかどうかを判定する。総要求能力に変化がないと判定すると、処理を終了する。総要求能力に変化があると判定すると、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、台数制御部５ｃは、選択肢の中にあって、選択可能な室外機４の中から、基本能力が最小である室外機４を特定する。ここで、選択肢中に、基本能力が最小である室外機４が複数あれば、複数の室外機４を特定する。上記（１）の目的に基づいて、能力が小さい室外機４から運転させるためである。

ステップＳ５では、台数制御部５ｃは、ステップＳ４において特定した室外機４の中から、室外機４が有する圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦ回数が最も少ない室外機４を、運転させる室外機４として最終的に選択する。上記（２）の目的に基づいて、圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦ回数が均一となるようにするためである。ここで、圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦ回数を比較する際、一桁のオーダーで回数を均一にする必要はなく、たとえば、１０回単位、１００回単位など、一定の単位での比較を行って、回数の均一をはかるようにしてもよい。その後、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、台数制御部５ｃは、ステップＳ５において選択した室外機４の基本能力とＡＨＵコントローラ３からの総要求能力とを比較する。室外機４の基本能力と総要求能力とを比較した結果、室外機４の１台分の基本能力の方が総要求能力以上であると判定すると、ステップＳ７に進む。一方、選択した室外機４の基本能力が総要求能力に満たない場合には、ステップＳ８に進む。ここで、ステップＳ７に進むことは、決定した１台の室外機４だけで総要求能力を満足できることを意味する。一方、ステップＳ８に進むことは、１台の室外機４だけでは総要求能力を満足することができず、２台以上の室外機４を運転させる必要があることを意味する。

ステップＳ７では、台数制御部５ｃは、ステップＳ５で選択した室外機４について、運転周波数を決定する。具体的には、選択した室外機４に必要とされる必要能力を満たすことができるように、その室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数を決定する。

ステップＳ８では、台数制御部５ｃは、ステップＳ５で設定した室外機４について、運転周波数を決定する。具体的には、まず、熱源負荷が高いかどうかを判定する。ここで、総要求能力が閾値Ａ％より大きいかどうかによって判定する。総要求能力が閾値Ａ％より大きいと判定すると、室外機４が基本能力を発揮するように、圧縮機４１を最大周波数で駆動するものと決定する。一方、総要求能力が閾値Ａ％より小さいと判定すると、室外機４の基本能力のＡ％の能力を必要能力として、その室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数を決定する。閾値Ａ％の定め方については、たとえば、室外機４の性能が落ち始める総要求能力により定めればよい。また、閾値は、選択した室外機４の特性毎に変えてもよい。このように、運転周波数を決定することで、上記（３）の目的に基づいて、最大運転周波数での圧縮機４１の駆動をできる限り避けることができる。

ステップＳ９では、台数制御部５ｃは、ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力から、ステップＳ５において選択した室外機４の必要能力を差し引いた値を新しい総要求能力とする。そして、ステップＳ１０に進む。ここで、閾値Ａ％については特に変更しない。

ステップＳ１０では、台数制御部５ｃは、ステップＳ５にて選択した室外機４を、２台以上の室外機４を選択する際の選択肢から外す。そして、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、台数制御部５ｃは、選択肢に残りの室外機４があるかどうかを判定する。残りの室外機４があると判定すると、ステップＳ４に戻り、新たな室外機４の選択およびその室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数の決定を行う。一方、選択肢に残りがない場合には台数制御を終了する。そして、ステップＳ５において選択した室外機４を、ステップＳ８にて決定した運転周波数で圧縮機４１を駆動させて運転させる決定を行う。

ステップＳ１１でステップＳ４に戻った場合、１台目の最初に室外機４を選択したときと同様に、必要な台数の室外機４を選択し、室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数を決定する。

図４のフローチャートでは、含めなかったが、たとえば、ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が１００％であるかどうかを判定するステップを、ステップＳ３より前のステップで処理するようにしてもよい。そして、総要求能力が１００％であると判定すると、すべての室外機４を基本能力で運転させるようなステップを有するようにしてもよい。

表１は本発明の実施の形態１に係る台数制御部５ｃが行う台数制御における計算の具体例を示した表である。表１は、３台の室外機４Ａ、室外機４Ｂおよび室外機４Ｃを有する空気調和システムにおける例である。各室外機４の基本能力は、それぞれ室外機４Ａが５ｋＷ、室外機４Ｂが５ｋＷ、室外機４Ｃが１０ｋＷである。このため、空気調和システムとしての総合計能力は２０ｋＷとなる。表１は、総合計能力の１０％毎に総要求能力を増やした場合の計算結果を示している。また、熱源負荷の高低を判定するための閾値Ａ％を、総要求能力の８０％としている。そして、圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦ回数については、室外機４Ａが有する圧縮機４１の方が室外機４Ｂが有する圧縮機４１よりも少ないとする。

たとえば、ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、０％の場合、図４のフローチャートに示す台数制御において、台数制御部５ｃは、ステップＳ１からステップＳ２に進んで処理を行い、すべての室外機４を停止とする。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、１０％（２ｋＷ）である場合、ステップＳ４へと進むことになる。台数制御部５ｃは、ステップＳ４において、基本能力が最小となる室外機４として、５ｋＷの基本能力である室外機４Ａおよび室外機４Ｂを特定する。そして、ステップＳ５において、室外機４Ａおよび室外機４Ｂのうち、ＯＮ−ＯＦＦ回数の少ない圧縮機４１を有する室外機４Ａを選択する。

そして、ステップＳ６において、選択された室外機４Ａの基本能力（５ｋＷ）と総要求能力１０％（２ｋＷ）とを比較する。室外機４Ａの能力の方が総要求能力よりも大きいと判定し、ステップＳ７に進む。ステップＳ７において、室外機４Ａが必要能力（２ｋＷ）を満たす運転を行うような圧縮機４１の運転周波数を決定する。室外機４Ａが１台だけで総要求能力を賄うことができるので、室外機４Ａのみが、決定した運転周波数で圧縮機４１を駆動して、必要能力２ｋＷの能力を満たすように運転する。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、２０％（４ｋＷ）である場合も、室外機４Ａが１台だけで総要求能力を賄うことができる。したがって、総要求能力が１０％の場合と同様に、室外機４Ａのみが、決定した運転周波数で圧縮機４１を駆動して、必要能力４ｋＷを満たすように運転する。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、３０％（６ｋＷ）の場合、台数制御部５ｃは、総要求能力が１０％である場合と同様に、図４のステップＳ５まで進み、室外機４Ａを選択する。そして、ステップＳ６にて室外機４Ａの基本能力（５ｋＷ）と総要求能力（６ｋＷ）とを比較する。その結果、室外機４Ａの基本能力の方が総要求能力よりも小さいため、ステップＳ８に進む。そして、室外機４Ａの必要能力と必要能力に基づく運転周波数とを決定する。ここで、閾値Ａ％＝８０％なので、総要求能力が３０％の場合、室外機４Ａの必要能力は基本能力の８０％である４ｋＷとなる。また、室外機４Ａが必要能力（４ｋＷ）を満たす運転を行うような圧縮機４１の運転周波数を決定する。その後、ステップＳ９において、要求能力（６ｋＷ）−選定した室外機４Ａの運転能力（４ｋＷ）＝２ｋＷを新たな要求能力として算出する。そして、ステップＳ１０において室外機４Ａは選択肢から除外する。その後、ステップＳ１１からステップＳ４に戻って２台目の室外機４を選択する処理を行う。

選択肢中の室外機４においては、室外機４Ｂが最小の基本能力であるため、ステップＳ５において、２台目の室外機４として室外機４Ｂを選択する。また、ステップＳ６において、室外機４Ｂの基本能力（５ｋＷ）と新しい総要求能力（２ｋＷ）とを比較する。室外機４Ｂの基本能力の方が大きいため、ステップＳ７へ進む。その結果、室外機４Ｂの必要能力が総要求能力（２ｋＷ）となり、それを満足するよう圧縮機４１の運転周波数が決定される。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、４０％（８ｋＷ）である場合、総要求能力が３０％の場合と同様に、１台目は室外機４Ａを選定することになる。そして、室外機４Ａの必要能力は４ｋＷとなる。したがって、ステップＳ９において、算出される新しい総要求能力は、８ｋＷ−４ｋＷ＝４ｋＷとなる。その後、総要求能力が３０％である場合と同様に、ステップＳ４に戻って処理を続ける。その結果、ステップＳ５において室外機４Ｂを選択する。その後、ステップＳ７に進み、室外機４Ｂの必要能力が総要求能力（４ｋＷ）となり、それを満足するよう圧縮機４１の運転周波数が決定される。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、５０％（１０ｋＷ）である場合、台数制御部５ｃは、総要求能力が３０％の場合と同様に、ステップＳ５において室外機４Ａを選択する。また、ステップＳ８において室外機４Ａの必要能力が４ｋＷと決定し、圧縮機４１の運転周波数を決定する。そして、ステップＳ９において、新しい総要求能力＝１０ｋＷ−４ｋＷ＝６ｋＷとする。その後、ステップＳ１０およびステップＳ１１を処理し、ステップＳ４に戻る。

選択肢中の室外機４においては、室外機４Ｂが最小の基本能力であるため、ステップＳ５において、２台目の室外機４として室外機４Ｂを選択する。また、ステップＳ６において、室外機４Ｂの基本能力（５ｋＷ）と新しい総要求能力（６ｋＷ）とを比較する。室外機４Ｂの基本能力の方が小さいため、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において室外機４Ｂの必要能力が４ｋＷと決定し、圧縮機４１の運転周波数を決定する。そして、ステップＳ９において、新しい総要求能力＝６ｋＷ−４ｋＷ＝２ｋＷとする。その後、ステップＳ１０およびステップＳ１１を処理し、ステップＳ４に戻る。

選択肢中の室外機４においては、室外機４Ｃが最小の基本能力であるため、ステップＳ５において、３台目の室外機４として室外機４Ｃを選択する。また、ステップＳ６において、室外機４Ｃの基本能力（１０ｋＷ）と新しい総要求能力（２ｋＷ）とを比較する。室外機４Ｃの基本能力の方が大きいため、ステップＳ７へ進む。その結果、室外機４Ｃの必要能力が総要求能力（２ｋＷ）となり、それを満足するよう圧縮機４１の運転周波数が決定される。

ここで、たとえば、１台の室外機４が、圧縮機４１がＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦサイクル運転することなく、連続運転を行って対応できる最小の能力は、一般的に基本能力の４０％程度である。したがって、表１に示すように、室外機４Ｃの必要能力は基本能力の４０％（４ｋＷ）とする。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、６０％（１２ｋＷ）である場合、総要求能力が５０％である場合と同様に、台数制御部５ｃは、１台目は室外機４Ａを選択する。そして室外機４Ａに必要とされる必要能力は８０％（４ｋＷ）とする。また、２台目は室外機４Ｂを選択する。室外機４Ｂに必要とされる必要能力は８０％（４ｋＷ）とする。最後に、３台目は室外機４Ｃを選択するそして、室外機４Ｃに必要とされる必要能力は４０％（４ｋＷ）となる。台数制御部５ｃは、各室外機４に必要とされる必要能力を満たすように、各室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数を決定する。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、７０％（１４ｋＷ）である場合、台数制御部５ｃは、総要求能力が５０％の場合と同様に処理を行う。その結果、室外機４Ａにおける必要能力が４ｋＷ、室外機４Ｂにおける必要能力が４ｋＷ、室外機４Ｃにおける必要能力が６ｋＷとなる。台数制御部５ｃは、各室外機４に必要とされる必要能力を満たすように、各室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数を決定する。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、８０％（１６ｋＷ）である場合、台数制御部５ｃは、総要求能力が５０％の場合と同様に処理を行う。その結果、室外機４Ａにおける必要能力が４ｋＷ、室外機４Ｂにおける必要能力が４ｋＷ、室外機４Ｃにおける必要能力が８ｋＷとなる。台数制御部５ｃは、各室外機４に必要とされる必要能力を満たすように、各室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数を決定する。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、９０％（１８ｋＷ）である場合、台数制御部５ｃは、総要求能力が８０％の場合と同様に処理を行う。ここで、総要求能力が９０％の場合、閾値である８０％を超えている。このため、ステップＳ８において、最初に選択される室外機４Ａおよび２台目に選択される室外機４Ｂの必要能力は５ｋＷ（１００％）となる。したがって、室外機４Ａおよび室外機４Ｂは、圧縮機４１を最大運転周波数で駆動する運転を行う。また、室外機４Ｃにおける必要能力は８ｋＷとなる。

ＡＨＵコントローラ３からの総要求能力が、１００％（２０ｋＷ）である場合、台数制御部５ｃは、総要求能力が９０％である場合と同様の演算などの処理を行う。その結果、全室外機４が、圧縮機４１が最大運転周波数で駆動する運転を行う。

上述したように、たとえば、１台の室外機４が、連続運転を行って対応できる最小の能力は、一般的に基本能力の４０％程度である。たとえば、従来の構成のように、空気調和システムが、基本能力が大きい１台の室外機で２０ｋＷの要求能力を賄うシステムである場合、連続運転を行って対応できる最小の能力は８ｋＷ程度となる。したがって、必要能力が室外機の最小の能力よりも低い８ｋＷ未満の場合、室外機４を連続運転すると能力過多となることから、室外機４はＯＮ−ＯＦＦサイクル運転を行わざるを得なかった。

本実施の形態では、ＯＮ−ＯＦＦサイクル運転を低減するにあたり、大きい基本能力の室外機を１台用いてヒートポンプ装置１００を構成するのではなく、室外機４を複数台を有し、複数のヒートポンプ装置１００を構成して、熱源負荷に応じたＡＨＵ２に対する必要能力を満たすようにする。そして、上述のように、ＡＨＵ２に対する必要能力となる総要求能力が低ければ、たとえば１台の室外機４を駆動し、要求能力が高くなると室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数を上昇させるようにするまたは室外機４の運転台数を増やすようにする。

その結果、本実施の形態の空気調和システムの構成において、室外機は、圧縮機４１がＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦサイクル運転を行わなくてよい。そして、連続運転で対応できる最小の総要求能力は、接続される室外機４の中で基本能力が最小の室外機４である。表１の例では室外機４Ａ（５ｋＷ）の最小能力である２ｋＷ（５ｋＷの４０％）となる。たとえば、空気調和システム全体としてみると、室外機１台で総要求能力を賄う構成では、要求能力が４０％（表１の例では８ｋＷ）を境に圧縮機４１がＯＮ−ＯＦＦサイクル運転となってしまう。

一方、本実施の形態の空気調和システムでは、総要求能力の１０％（＝（２ｋＷ／２０ｋＷ）×１００）まで、圧縮機４１がＯＮ−ＯＦＦサイクル運転することなく、連続運転（安定運転）が可能となる。その結果、中間期（春期および秋期）に換気などをする際、低負荷時にＡＨＵ２より要求されるおいても、圧縮機がＯＮ−ＯＦＦサイクル運転をすることなく、連続運転で対応できるようになる。

また、本実施の形態の空気調和システムの構成では、要求能力が上るにつれ、基本能力が小さい室外機４を優先して運転させる台数制御を行っている。このため、要求能力の上下による選択室外機の変化が少なく、その分、要求能力の変化に伴うＯＮ−ＯＦＦ回数も低減できるようになる。

以上のように、実施の形態１の空気調和システムは、圧縮機４１を有する複数の室外機４を備え、台数制御部５ｃが、総要求能力に応じて、運転する室外機４を選択および選択された室外機４における圧縮機４１の運転周波数を決定する台数制御を行うようにした。これにより、低負荷時の圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦサイクル運転の低減、圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦ回数の低減に伴う高寿命化が可能であるとともに、圧縮機４１のＯＮ−ＯＦＦサイクル運転により生じるＡＨＵの吹出し温度の変動に伴う不快感のリスクを低減させることが可能である。

そして、各ヒートポンプ装置１００は、それぞれ、１台の圧縮機４１を備えた構成のものである。よって、圧縮機４１、膨張弁４４および室外熱交換器４３を備えた室外機４に、通常のエアコンと同仕様のもの（圧縮機を１台搭載した室外機）を流用し、これらを複数台接続した構成とすることで、空気調和システムを構成できる。このため、室外機を新しく開発する必要がなく、低コストで空気調和システムを構成できる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。図５において、図１などと同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１で説明したことと同様の動作などを行う。本実施の形態の空気調和システムは、リモートコントローラ４０（以下、リモコン４０という）を有する構成である。リモコン４０は、具体的には、たとえば空気調和システムの設置業者、設備管理者などが初期設定の際に用いるリモコンなどである。リモコン４０は、各インターフェイス装置５と接続されている。そして、リモコン４０が、台数制御部５ｃを有する。したがって、実施の形態１において、親となるインターフェイス装置５が行っていた、運転する室外機４の選択および選択した室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数の決定を行う台数制御を、リモコン４０が行うものである。台数制御の基本的な考え方は実施の形態１で説明したことと同様である。ここで、実施の形態１の構成において適用された変形例については、本実施の形態における同様の構成部分でも同様に適用することができる。この点は、後述の実施の形態においても同様である。

以上より、実施の形態２のような構成の空気調和システムにおいても実施の形態１の空気調和システムと同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。図６において、図１などと同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１で説明したことと同様の動作などを行う。

実施の形態１の空気調和システムでは、ＡＨＵコントローラ３と各室外機４との間に、それぞれインターフェイス装置５を接続していた。したがって、室外機４と同数のインターフェイス装置５を有していた。本実施の形態の空気調和システムは、インターフェイス装置５を１台としたものである。インターフェイス装置５は、台数制御部５ｃを有し、台数制御を行う。台数制御の基本的な考え方は実施の形態１で説明したことと同様である。

以上より、実施の形態３のような構成の空気調和システムにおいても実施の形態１の空気調和システムと同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。図７において、図１などと同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１で説明したことと同様の動作などを行う。本実施の形態の空気調和システムは、ＡＨＵコントローラ３が台数制御部５ｃを有する構成としたものである。したがって、実施の形態１において、親となるインターフェイス装置５が行っていた、運転する室外機４の選択および選択した室外機４が有する圧縮機４１の運転周波数の決定を行う台数制御を、ＡＨＵコントローラ３が行う。

たとえば、ＡＨＵコントローラ３と室外機４とが、同じメーカーの製品であって、直接信号のやりとりを行うことができる場合、インターフェイス装置５を設置する必要がない。ＡＨＵコントローラ３が台数制御を行うことで、空気調和システムがインターフェイス装置５を有していなくても、台数制御を行うことができる。台数制御の基本的な考え方は実施の形態１で説明したことと同様である。

以上より、実施の形態４のような構成の空気調和システムにおいても実施の形態１の空気調和システムと同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５における空気調和システムの制御系に係るシステム構成を示す図である。図８において、図１などと同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１で説明したことと同様の動作などを行う。本実施の形態の空気調和システムは、室外機４が台数制御部５ｃを有する構成としたものである。

たとえば、複数の室外機４のうち、１台を親の室外機４とし、親の室外機４が台数制御を行うことで、空気調和システムがインターフェイス装置５を有していなくても、台数制御を行うことができる。台数制御の基本的な考え方は実施の形態１で説明したことと同様である。

以上より、実施の形態５のような構成の空気調和システムにおいても実施の形態１の空気調和システムと同様の効果を得ることができる。

１ ビルマネジメントシステム、２ エアハンドリングユニット、２Ａ 本体ケーシング、３ ＡＨＵコントローラ、３ａ ＡＨＵコントローラアクチュエータ制御部、３ｂ 能力演算部、３ｃ ＡＨＵコントローラ通信部、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 室外機、４ａ 室外機アクチュエータ制御部、４ｂ 室外機通信部、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ インターフェイス装置、５ａ 室外機制御部、５ｂ インターフェイス通信部、５ｃ 台数制御部、６ 冷媒配管、１１ 吹出し空気温度センサー、１２ 熱交入口温度センサー、１３ 建物内温度センサー、１４ 外気温度センサー、２１ 第１流路、２２ 第２流路、２３，２８ ルーバー、２４，２９ フィルター、２５ ヒートリカバリー、２６ 給気ファン、２７ 熱交換コイル、３０ 排気ファン、４０ リモートコントローラ、４１ 圧縮機、４２ 四方弁、４３ 室外熱交換器、４４ 膨張弁、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ ヒートポンプ装置。

Claims (7)

1. 建物内側から建物外側に向かう空気の流れを形成する排気ファン、前記建物外側から前記建物内側に向かう空気の流れを形成する給気ファン、および、前記建物外側から前記建物内側に流れる空気を冷媒と熱交換する１または複数の熱交換コイルとを有するエアハンドリングユニットと、
   圧縮機、減圧装置および室外熱交換器をそれぞれ有し、前記熱交換コイルとそれぞれ冷媒配管で接続されて、それぞれ独立したヒートポンプ装置を構成する複数の室外機と、
   熱源負荷に応じて前記エアハンドリングユニットに要求される総要求能力を満たすように、運転を行う前記室外機を１台または複数台選択し、運転を行う前記室外機が有する前記圧縮機の運転周波数を決定する台数制御を行う台数制御部とを備え、
   複数の前記室外機は、基本能力が異なる前記室外機が混在し、
   前記台数制御部は、前記基本能力が小さい前記室外機から優先して特定し、特定した前記室外機から前記室外機を選択する空気調和システム。
2. 前記台数制御部は、特定した前記室外機のうち、ＯＮ−ＯＦＦ回数が少ない前記圧縮機を有する前記室外機を優先して、前記運転を行う前記室外機に選択する請求項１に記載の空気調和システム。
3. 前記台数制御部は、総要求能力があらかじめ定めた能力以上であると判定すると、選択した前記室外機が有する前記圧縮機の運転周波数を最大運転周波数に決定する請求項１または２に記載の空気調和システム。
4. 前記エアハンドリングユニットが有する駆動機器を制御するアクチュエータ制御部、前記熱源負荷に応じて前記エアハンドリングユニットに要求される要求能力を演算する能力演算部、および、前記要求能力をデータとして含む信号を前記台数制御部に送るアクチュエータ通信部を有するエアハンドリングユニットコントローラと、
   前記エアハンドリングユニットコントローラと複数の前記室外機との間の通信を中継する１または複数のインターフェイス装置とを備え、
   前記台数制御部は、前記インターフェイス装置が有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和システム。
5. 前記エアハンドリングユニットが有する駆動機器を制御するアクチュエータ制御部、前記熱源負荷に応じて前記エアハンドリングユニットに要求される要求能力を演算する能力演算部、および、前記要求能力をデータとして含む信号を前記台数制御部に送るアクチュエータ通信部を有するエアハンドリングユニットコントローラと、
   前記エアハンドリングユニットコントローラと複数の前記室外機との間の通信を中継する１または複数のインターフェイス装置と、
   前記インターフェイスと接続し、入力された指示を前記エアハンドリングユニットに送るリモートコントローラとを備え、
   前記台数制御部は、前記リモートコントローラが有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和システム。
6. 前記エアハンドリングユニットが有する駆動機器を制御するアクチュエータ制御部、前記熱源負荷に応じて前記エアハンドリングユニットに要求される要求能力を演算する能力演算部、および、前記要求能力をデータとして含む信号を前記台数制御部に送るアクチュエータ通信部を有するエアハンドリングユニットコントローラと、
   前記台数制御部は、前記エアハンドリングユニットコントローラが有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和システム。
7. 前記台数制御部は、前記室外機が有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和システム。

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