JP7756293B2 - 換気制御システム - Google Patents

Description

本開示は、換気制御技術に関し、特に施設の換気を制御する換気制御システムに関する。

複数個の居室を備えた高断熱・高気密家屋における空調システムでは、独立して設けられた少なくとも１つの空調室内の空調が制御され、空調された空気が空調室から各居室に搬送される（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第１９／１０７１６３号

感染症の防止対策が急務である。感染症の防止対策として、１時間当たり換気回数２回との指針が出されている。ここで、換気回数とは、領域（部屋）の空気がすべて外気と入れ替わる回数である。換気扇だけで換気回数２回を実現する場合、風量が過大となり、空調負荷が増大するので、実現が困難になる。

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、効率的に換気回数を確保する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様の換気制御システムは、対象となる領域の内外の空気を入れかえる換気装置と、集塵フィルタを有する空気調和装置と、換気装置と空気調和装置に対して運転を指示する制御装置とを備える。空気調和装置は、領域内の空気を吸い込んで集塵フィルタによって浄化した後、領域内に吹き出して循環させる循環風路を有する。制御装置は、換気装置により導入される単位時間当たりの外気風量と、空気調和装置により循環風路に循環される単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、換気装置と空気調和装置に対して運転を指示する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示によれば、効率的に換気回数を確保できる。

実施例１に係る住宅の構成を示す図である。 図１の制御部の構成を示す図である。 図３（ａ）－（ｂ）は、図１の記憶部に記憶されるテーブルのデータ構造を示す図である。 図１の制御装置による風量の決定手順を示すフローチャートである。 実施例２に係る住宅の構成を示す図である。 図５の記憶部に記憶されるテーブルのデータ構造を示す図である。

（実施例１）
本開示の実施例を具体的に説明する前に、実施例の概要を説明する。本実施例は、住宅等の施設に設けられ、施設に対する全館空調を実行する空調システムに関する。前述のごとく、感染症の防止対策として、施設内の空気を外気と入れかえる換気回数が、１時間当たり２回とされている。換気装置だけで、換気回数２回を実現する場合、風量が過大となり、空調負荷が増大するので、実現が困難になる。本実施例に係る空調システムは、ＨＥＰＡフィルタにより浄化させた空気を施設内で循環させており、換気すべき空気の風量の一部を、循環させる空気の風量に置き換える。つまり、循環させる空気の風量と、換気させる空気の風量との合計値が、１時間当たり２回の換気回数以上となるように換気がなされる。以下の説明において、風量とは、単位時間、例えば１時間あたりの風量を示す。

以下に説明する実施例は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示す。よって、以下の実施例で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。したがって、以下の実施例における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

図１は、住宅１００の構成を示す。住宅１００には、換気装置２０、空気調和装置３０、制御装置４０を含む空調システムが配置される。空調システムは換気制御システム、換気システム、全館空調システムとも呼ばれる。住宅１００は、領域１０と総称される第１領域１０ａ、第２領域１０ｂを含む。領域１０は、例えば、部屋、リビングルーム、ダイニングルーム、キッチンである。住宅１００に含まれる領域１０の数は「２」に限定されず、住宅１００は非住宅を含む施設であってもよい。

住宅１００の外壁には外気導入口（図示せず）が設置される。外気導入口から住宅１００の内部に向かって外気風路５０が延びる。外気風路５０は外気導入ダクトとも呼ばれる。外気風路５０は、換気装置２０に接続される。換気装置２０には、外気導入ファン（図示せず）が設置され、外気導入ファンの回転により、外気導入口から外気６０が取り込まれ、外気６０が外気風路５０を通って換気装置２０に流入される。外気風路５０は、換気装置２０からさらに延びて、第１循環風路５４ａに接続され、換気装置２０からの外気６０を第１循環風路５４ａに流入させる。

換気装置２０には、排気風路５２も接続される。排気風路５２は排気ダクトとも呼ばれる。排気風路５２は、各領域１０から換気装置２０を経由して住宅１００の外壁に向かって延びる。住宅１００の外壁には排気口（図示せず）が設置され、排気口には排気風路５２が接続される。換気装置２０は、排気ファン（図示せず）の回転により、排気風路５２を通って排気口から排気６２を排出する。このように排気風路５２は、第１領域１０ａと第２領域１０ｂからの排気６２を集合させ、１つの排気口から屋外へ排気６２を排出する。その結果、換気装置２０により、互いに異なった第１領域１０ａと第２領域１０ｂに対する換気がなされ、領域１０の内外の空気が入れかえられる。換気装置２０において熱交換がなされてもよい。

住宅１００の内部には、各領域１０から空気調和装置３０に延びる第１循環風路５４ａと、空気調和装置３０から各領域１０に延びる第２循環風路５４ｂとが設置される。第１循環風路５４ａは還気ダクトとも呼ばれ、第２循環風路５４ｂは給気ダクトとも呼ばれる。第１循環風路５４ａと第２循環風路５４ｂとを接続した風路は環状に構成される。第１
循環風路５４ａ、第２循環風路５４ｂは循環風路５４と総称される。第１循環風路５４ａには、各領域１０からの還気６４が流入される。前述のごとく、第１循環風路５４ａは外気風路５０に接続されるので、還気６４には外気６０が混合される。

空気調和装置３０には、還気６４と外気６０の混合空気が第１循環風路５４ａから流入される。空気調和装置３０のエアコンディショナ３２は、還気６４と外気６０の混合空気に対して、空調を制御する。エアコンディショナ３２は、空気の温度が設定された目標温度となるように、還気６４と外気６０の混合空気を冷却または加熱する。目標温度は、制御装置４０により設定される。エアコンディショナ３２は、加湿および除湿機能を有してもよい。

エアコンディショナ３２からの空気はＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ）３４に流入される。ＨＥＰＡフィルタ３４は、エアフィルタであり、エアコンディショナ３２において空調がなされた空気中からゴミ、塵埃などを取り除き、清浄された空気を出力する。ＨＥＰＡフィルタ３４を通過した空気は、空気調和装置３０からの空気として、空気調和装置３０に含まれる送風機（図示せず）により出力される。送風機の風量は後述の制御装置４０により制御可能である。

空気調和装置３０が第１領域１０ａと第２領域１０ｂにおける温度を制御するために、空気調和装置３０には、第２循環風路５４ｂが接続される。第２循環風路５４ｂは第１領域１０ａと第２領域１０ｂまで延びる。第１領域１０ａと第２領域１０ｂのそれぞれには吹出口（図示せず）が設けられ、各吹出口は第２循環風路５４ｂに接続される。空気調和装置３０から出力される給気６６は、第２循環風路５４ｂを通って、吹出口から領域１０に吹き出す。第１領域１０ａの吹出口には第１ダンパ１２ａが設置され、第２領域１０ｂの吹出口には第２ダンパ１２ｂが設置される。第１ダンパ１２ａ、第２ダンパ１２ｂはダンパ１２と総称され、ダンパ１２は開度を調節することによって、吹出口から領域１０に吹き出される給気６６の風量を調節する。第１ダンパ１２ａと第２ダンパ１２ｂの開度の調節は制御装置４０により制御される。

第１領域１０ａと第２領域１０ｂのそれぞれには吸込口（図示せず）が設けられ、各吸込口は第１循環風路５４ａに接続される。空気調和装置３０の動作により、各領域１０からの還気６４は、吸込口から第１循環風路５４ａに流入する。これに続いて、還気６４は、前述のごとく、第１循環風路５４ａを通って空気調和装置３０に吸い込まれる。つまり、循環風路５４は、空気調和装置３０が領域１０内の空気を吸い込んでＨＥＰＡフィルタ３４によって浄化した後、領域１０内に吹き出して循環させる。

第１領域１０ａには汚れセンサ７０が設置される。汚れセンサ７０は、第１領域１０ａ内の空気の汚れを検出するためのセンサであり、例えば、粉塵センサ、ガスセンサである。汚れセンサ７０には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。また、汚れセンサ７０は第２領域１０ｂに設置されてもよいし、第１領域１０ａと第２領域１０ｂのそれぞれに設置されてもよい。汚れセンサ７０は、無線通信等の通信機能を有し、検出した空気の汚れ値を制御装置４０に送信する。

制御装置４０は、空調システム全体を制御するシステムコントローラである。制御装置４０は、ＩＦ部４２、制御部４４、記憶部４６を含む。ＩＦ部４２は、ダンパ１２、換気装置２０、空気調和装置３０、汚れセンサ７０と、無線通信により通信可能に接続される。無線通信で接続されることにより、複雑な配線工事が不要になる。しかしながら、これらのうちの少なくとも一部が有線通信により通信可能に接続されてもよい。ＩＦ部４２は、汚れセンサ７０から空気の汚れ値を受信する。

制御部４４は、受信した空気の汚れ値をもとに換気装置２０、空気調和装置３０、ダンパ１２に対する制御の内容を決定する。ＩＦ部４２は、決定した制御の内容が含まれた制御信号を換気装置２０、空気調和装置３０、ダンパ１２に送信する。これは、換気装置２０、空気調和装置３０に対して運転を指示するとともに、ダンパ１２の開度を指示することに相当する。記憶部４６には所定の情報が記憶される。

制御装置４０の詳細を説明するために、ここでは図２も使用する。図２は、制御部４４の構成を示す。制御部４４は、換気制御部２００、空調機制御部２０２を含む。換気制御部２００は、換気装置２０の制御内容を決定し、空調機制御部２０２は、空気調和装置３０、ダンパ１２の制御内容を決定する。

空調機制御部２０２は、汚れセンサ７０において検出された空気の汚れ値をＩＦ部４２から受けつける。空調機制御部２０２は、記憶部４６に記憶したテーブルを参照することによって、空気の汚れ値をもとに還気風量を決定する。図３（ａ）－（ｂ）は、記憶部４６に記憶されるテーブルのデータ構造を示す。図３（ａ）に示されるように汚れ値と還気風量とが対応づけられる。ここでは、汚れ値が大きくなるほど、還気風量も大きくされる。図３（ｂ）は後述し、図２に戻る。還気風量とは、還気６４の風量であり、空気調和装置３０の風量の調節、ダンパ１２の開度の調節、それらの組合せの調節により、調節される。例えば、ダンパ１２の開度が固定値であり、決定された還気風量に応じて空気調和装置３０の風量が決定されてもよい。また、空気調和装置３０の風量が固定値であり、決定された還気風量に応じてダンパ１２の開度が決定されてもよい。

記憶部４６は、規定値、例えば１時間当たり２回の換気回数を満たすための合計風量設定値を記憶する。換気制御部２００は、記憶部４６に記憶した合計風量設定値から、空調機制御部２０２において決定された還気風量を減算することによって外気風量を決定する。外気風量は、合計風量設定値から還気風量を減算した値より大きくてもよい。外気風量とは、外気６０の風量であり、これは、排気６２の風量である排気風量と同等である。外気風量あるいは排気風量は、換気装置２０の風量の調節により調節される。

制御部４４は、空調機制御部２０２において決定した空気調和装置３０の風量、ダンパ１２の開度を指示するための制御信号（以下、「第１制御信号」という）をＩＦ部４２に出力する。制御部４４は、換気制御部２００において決定した換気装置２０の風量を指示するための制御信号（以下、「第２制御信号」という）をＩＦ部４２に出力する。ＩＦ部４２は、第１制御信号を空気調和装置３０、ダンパ１２に送信し、第２制御信号を換気装置２０に送信する。これは、換気装置２０により導入される単位時間当たりの外気風量と、空気調和装置３０により循環風路５４に循環される単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、ダンパ１２と換気装置２０と空気調和装置３０に対して運転を指示することに相当する。

本開示における装置、システム、または方法の主体は、コンピュータを備えている。このコンピュータがプログラムを実行することによって、本開示における装置、システム、または方法の主体の機能が実現される。コンピュータは、プログラムにしたがって動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つまたは複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネッ
ト等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。

以上の構成による空調システムの動作を説明する。図４は、制御装置４０による風量の決定手順を示すフローチャートである。空調機制御部２０２は汚れ値を取得し（Ｓ１０）、汚れ値をもとに還気風量を決定する（Ｓ１２）。換気制御部２００は、合計風量設定値から還気風量を減算することによって外気風量を決定する（Ｓ１４）。

本実施例によれば、単位時間当たりの外気風量と、単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、換気装置２０と空気調和装置３０に対して運転を指示するので、規定の換気回数を換気装置２０と空気調和装置３０とに分担させることができる。また、規定の換気回数を換気装置２０と空気調和装置３０とに分担させるので、換気装置２０に対する負荷を軽減できる。また、換気装置２０に対する負荷が軽減されるので、効率的に換気回数を確保できる。また、空気の汚れ値に応じて還気風量を決定するので、空気の汚れ値を低減させるための還気風量を確保できる。また、還気風量をもとに外気風量を決定するので、空気の汚れ値を低減させながら、効率的に換気回数を確保できる。

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の換気制御システムは、対象となる領域の内外の空気を入れかえる換気装置（２０）と、集塵フィルタ（３４）を有する空気調和装置（３０）と、換気装置（２０）と空気調和装置（３０）に対して運転を指示する制御装置（４０）とを備える。空気調和装置（３０）は、領域内の空気を吸い込んで集塵フィルタ（３４）によって浄化した後、領域内に吹き出して循環させる循環風路（５４）を有する。制御装置（４０）は、換気装置（２０）により導入される単位時間当たりの外気風量と、空気調和装置（３０）により循環風路（５４）に循環される単位時間当たりの還気風量との合計がしきい値以上となるように、換気装置（２０）と空気調和装置（３０）に対して運転を指示する。

集塵フィルタ（３４）は、ＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ）（３４）であってもよい。

制御装置（４０）は、換気装置（２０）を制御する換気制御部（２００）と、空気調和装置（３０）を制御する空調機制御部（２０２）とを備えてもよい。空調機制御部（２０２）は、汚れセンサ（７０）において検出された空気の汚れ値を受けつけ、空気の汚れ値に応じて還気風量を決定し、換気制御部（２００）は、空調機制御部（２０２）において決定された還気風量をもとに、外気風量を決定してもよい。

（実施例２）
次に実施例２を説明する。実施例２は、実施例１と同様に、施設に対する全館空調を実行する空調システムに関する。実施例１では、空気の汚れ値をもとに還気風量を決定してから、還気風量をもとに外気風量を決定する。実施例２では、ＣＯ２濃度をもとに外気風量を決定してから、外気風量をもとに還気風量を決定する。以下では、実施例１との差異を中心に説明する。

図５は、住宅１００の構成を示す図である。図５は、図１と同様に示される。第１領域１０ａには第１ＣＯ２センサ７２ａが配置され、第２領域１０ｂには第２ＣＯ２センサ７２ｂが配置される。第１ＣＯ２センサ７２ａと第２ＣＯ２センサ７２ｂはＣＯ２センサ７２と総称される。各ＣＯ２センサ７２は、領域１０内のＣＯ２濃度を検出するためのセンサであり、ＣＯ２センサ７２には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。各ＣＯ２センサ７２は、無線通信等の通信機能を有し、検出したＣＯ２濃度を制御装置４０に送信する。

図２に示される制御装置４０の換気制御部２００は、複数のＣＯ２センサ７２のそれぞれにおいて検出されたＣＯ２濃度をＩＦ部４２から受けつける。換気制御部２００は、複数のＣＯ２濃度のうち、最大のＣＯ２濃度を選択する。換気制御部２００は、記憶部４６に記憶したテーブルを参照することによって、最大のＣＯ２濃度をもとに外気風量を決定する。図３（ｂ）に示されるようにＣＯ２濃度と外気風量とが対応づけられる。ここでは、ＣＯ２濃度が大きくなるほど、外気風量も大きくされる。図２に戻る。

記憶部４６は、規定値、例えば１時間当たり２回の換気回数を満たすための合計風量設定値を記憶する。空調機制御部２０２は、記憶部４６に記憶した合計風量設定値から、換気制御部２００において決定された外気風量を減算することによって還気風量を決定する。還気風量は、合計風量設定値から外気風量を減算した値より大きくてもよい。

図５において、各ＣＯ２センサ７２は領域１０に設置される。しかしながら、１つのＣＯ２センサ７２が排気風路５２の排気口近傍に設置されてもよい。その際、ＣＯ２センサ７２は、排気口近傍のＣＯ２濃度を検出する。換気制御部２００は、ＣＯ２センサ７２からのＣＯ２濃度をもとに外気風量を決定する。この場合、領域１０間においてＣＯ２濃度に違いがあっても、空気調和装置３０により平準化がなされる。

また、図５における制御装置４０の制御部４４は、記憶部４６に記憶したテーブルを参照することによって、受けつけたＣＯ２濃度をもとに領域１０内の在室人数を推定してもよい。図６は、記憶部４６に記憶されるテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、ＣＯ２濃度と在室人数が対応づけられる。ここでは、ＣＯ２濃度が大きくなるほど、在室人数が多くされる。図２の換気制御部２００は、推定された在室人数を制御部４４から受けつける。換気制御部２００は、在室人数が多くなるほど外気風量が大きくなるように、在室人数に応じて外気風量を決定する。還気風量の決定も同様である。

本実施例によれば、ＣＯ２濃度に応じて外気風量を決定するので、ＣＯ２濃度を低減させるための外気風量を確保できる。また、外気風量をもとに還気風量を決定するので、ＣＯ２濃度を低減させながら、効率的に換気回数を確保できる。また、複数のＣＯ２センサ７２のそれぞれにおいて検出されたＣＯ２濃度のうち、最大のＣＯ２濃度に応じて外気風量を決定するので、各領域１０のＣＯ２濃度を低減できる。また、在室人数に応じて外気風量を決定するので、ＣＯ２濃度を低減させるための外気風量を確保できる。

本開示の一態様の概要は、次の通りである。制御装置（４０）は、換気装置（２０）を制御する換気制御部（２００）と、空気調和装置（３０）を制御する空調機制御部（２０２）とを備えてもよい。換気制御部（２００）は、ＣＯ２センサ（７２）において検出された室内のＣＯ２濃度を受けつけ、ＣＯ２濃度に応じて外気風量を決定し、空調機制御部（２０２）は、換気制御部（２００）において決定された外気風量をもとに、還気風量を決定してもよい。

領域は、複数の部屋を含んでもよい。ＣＯ２センサ（７２）は各部屋に設置され、換気制御部（２００）は、複数のＣＯ２センサ（７２）のそれぞれにおいて検出されたＣＯ２濃度のうち、最大のＣＯ２濃度に応じて外気風量を決定してもよい。

制御装置（４０）は、換気装置（２０）を制御する換気制御部（２００）と、空気調和装置（３０）を制御する空調機制御部（２０２）とを備えてもよい。換気制御部（２００）は、推定された領域内の在室人数を受けつけ、領域内の在室人数に応じて外気風量を決定し、空調機制御部（２０２）は、換気制御部（２００）において決定された外気風量をもとに、還気風量を決定してもよい。

以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施例１、２における記憶部４６は制御装置４０に含まれる。しかしながらこれに限らず例えば、記憶部４６は記憶装置として制御装置４０に接続されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

１０ 領域、 １２ ダンパ、 ２０ 換気装置、 ３０ 空気調和装置、 ３２ エアコンディショナ、 ３４ ＨＥＰＡフィルタ（集塵フィルタ）、 ４０ 制御装置、 ４２ ＩＦ部、 ４４ 制御部、 ４６ 記憶部、 ５０ 外気風路、 ５２ 排気風路、 ５４ 循環風路、 ６０ 外気、 ６２ 排気、 ６４ 還気、 ６６ 給気、 ７０ 汚れセンサ、 ７２ ＣＯ２センサ、 １００ 住宅、 ２００ 換気制御部、 ２０２ 空調機制御部。

Claims (3)

1. 対象となる領域の内外の空気を入れかえる換気装置と、
   集塵フィルタを有する空気調和装置と、
   前記換気装置と前記空気調和装置に対して運転を指示する制御装置とを備え、
   前記空気調和装置は、前記領域内の空気を吸い込んで前記集塵フィルタによって浄化した後、前記領域内に吹き出して循環させる循環風路を有し、
   前記制御装置は、前記換気装置により導入される単位時間当たりの外気風量と、前記空気調和装置にて集塵フィルタを通過して前記循環風路に循環される単位時間当たりの還気風量とを制御し、
   所定の換気回数のために対象となる領域にて外気と入れ替えるべき空気の量である換気風量の一部を前記還気風量に置き換え、前記換気風量の残りが前記外気風量となるように、前記換気装置と前記空気調和装置に対して運転を指示する換気制御システム。
2. 対象となる領域の内外の空気を入れかえる換気装置と、
   集塵フィルタを有する空気調和装置と、
   前記換気装置と前記空気調和装置に対して運転を指示する制御装置とを備え、
   前記空気調和装置は、前記領域内の空気を吸い込んで前記集塵フィルタによって浄化した後、前記領域内に吹き出して循環させる循環風路を有し、
   前記制御装置は、前記換気装置により導入される単位時間当たりの外気風量と、前記空気調和装置にて集塵フィルタを通過して前記循環風路に循環される単位時間当たりの還気風量とを制御し、
   所定の換気回数のために対象となる領域にて外気と入れ替えるべき空気の量である換気風量の一部を前記外気風量に置き換え、前記換気風量の残りが前記還気風量となるように、前記換気装置と前記空気調和装置に対して運転を指示する換気制御システム。
3. 前記集塵フィルタは、ＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ）である請求項１または２に記載の換気制御システム。