| 【発明の名称】 |
自動換気システム |
| 【発明者】 |
【氏名】渡辺 広
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| 【要約】 |
【課題】空調機と換気装置を操作する手間を減らす。
【解決手段】室内の二酸化炭素を検出し、二酸化炭素濃度がしきい濃度未満であれば、温熱処理を優先する温熱処理モードを設定し、換気装置３を止めて空調機１を運転する。二酸化炭素濃度がしきい濃度以上であれば、換気処理を優先する換気処理モードを設定し、空調機１を止めて換気装置３を運転する。また、二酸化炭素の上昇速度が大きいときには、強制換気モードを設定し、早期より換気装置３を運転させる。ユーザーが頻繁な操作を行わなくとも、空調機１および換気装置３の自動制御により快適な室内空間を作れる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素センサと、検出された二酸化炭素濃度に応じて、空調機による温熱処理を優先する温熱処理モードおよび換気装置による換気処理を優先する換気処理モードを設定するモード設定手段と、設定されたモードに応じた運転制御指令を空調機および換気装置に出力する制御指令出力手段と、を含むことを特徴とする自動換気システム。
【請求項２】 請求項１に記載の自動換気システムにおいて、前記温熱処理モードでは、空調機を運転するとともに換気装置を停止させることを特徴とする自動換気システム。
【請求項３】 請求項１または２に記載の自動換気システムにおいて、温度を検出する温度センサを含み、温熱処理モードでは、検出温度と空調機の設定温度を比較して、比較結果に基づいて温熱処理モードの設定を続行するか否かを決定することを特徴とする自動換気システム。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の自動換気システムにおいて、モード設定手段では、二酸化炭素濃度を所定のしきい濃度とを比較することによりモード設定が行われ、前記しきい濃度は設定変更可能であることを特徴とする自動換気システム。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の自動換気システムにおいて、前記モード設定手段は、二酸化炭素濃度の上昇速度が所定のしきい速さより大きいときには強制換気処理モードを設定し、強制換気処理モードが設定されると、換気装置が強制的に運転されることを特徴とする自動換気システム。
【請求項６】 二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素センサを有し、検出された二酸化炭素濃度の上昇速度が所定のしきい速さより大きいときに、換気装置を運転させることを特徴とする自動換気システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動換気システムに関し、特に、空調機と換気装置を制御して室内の換気状態を適切にするものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、オフィス等の室内空間の環境を快適にするために、天井などの適当な場所に空調機及び換気装置が設置される。図６を参照すると、空調機１８は、冷房・暖房等の温熱処理によって室内の温度を調整する装置である。一方、換気装置１９は、外気を室内２２に取り入れる換気処理を行う。両装置を用いることで、快適な環境、すなわち、空気がきれいで温度も適当な環境が得られる。空調機１８は、空調機操作部２０に対するユーザーの操作に従って運転され、換気装置１９は、換気装置操作部２１に対するユーザーの操作に従って運転される。通常、空調機１８と換気装置１９は図示のように別個に設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、室内の環境によって、空調機と換気装置の好適な使い分け方は異なる。例えば、会議室等の比較的タバコの煙が充満しやすい環境では、空調機を使った温熱処理よりも換気装置を使った換気処理を優先させることが望ましい。また、逆に一般執務室では、換気処理よりも温熱処理を優先させることが望ましい。
【０００４】しかしながら、このような使い方を実践して快適な環境を作る為には、ユーザーが、空調機及び換気装置のそれぞれに取り付けられた運転操作部を自分で頻繁に操作する必要があり、さらに、頻繁な操作を行わないと、省エネルギー面での効果的な無駄のない運転が困難であり、そのような操作は非常に煩わしいものである。
【０００５】参考技術として、空調機の運転に連動して換気装置を運転する制御方法が知られている。しかし、温熱処理を優先すべき状況でも、空調機と換気装置が両方とも作動するので、換気装置により室内空気が室外に排出されてしまい、熱損出が発生する。エネルギー効率の面からは、そのような熱損出をできるだけ低減することが望まれる。
【０００６】本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用者の操作に頼ることなく、自動的に適当な室内環境を作り出せる自動換気システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の自動換気システムは、二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素センサと、検出された二酸化炭素濃度に応じて、空調機による温熱処理を優先する温熱処理モード、および、換気装置による換気処理を優先する換気処理モードを設定するモード設定手段と、設定されたモードに応じた運転制御指令を空調機および換気装置に出力する制御指令出力手段と、を含む。
【０００８】本発明によれば、二酸化炭素濃度が低い時には温熱処理モードが設定され、空調機による温熱処理が優先して行われる。一方、二酸化炭素濃度が高い時には換気処理モードが設定され、換気装置による換気処理が優先して行われる。従って、人間が空調機及び換気装置を操作しないでも、適当な室内環境が得られるように空調機及び換気装置を自動的に制御することができる。
【０００９】また、温熱処理モードでは換気装置を停止して空調機を運転することにより、室内空気の排出が抑制され、熱損出を抑えることができる。さらに、換気処理モードでも、空調機を停止して換気装置を運転することが好適である。両装置の重複運転による無駄を避けることで、エネルギー効率の向上が図れる。
【００１０】好ましくは、温度を検出する温度センサを含み、温熱処理モードでは、検出温度と空調機の設定温度を比較して、比較結果に基づいて温熱処理モードの設定を続行するか否かを決定する。
【００１１】また好ましくは、モード設定手段では、二酸化炭素濃度を所定のしきい濃度とを比較することによりモード設定が行われ、前記しきい濃度は設定変更可能である。本発明によれば、温熱処理モードと換気処理モードを切り換えるときの室内環境状態を変えることで、室内空間の快適さのさらなる向上を図ることができる。しきい濃度は、例えばユーザーの指示に従って変更される。
【００１２】また好ましくは、前記モード設定手段は、二酸化炭素濃度の上昇速度が所定のしきい速さより大きいときには強制換気処理モードを設定し、強制換気処理モードが設定されると、換気装置が強制的に運転される。
【００１３】ここで、単に一定レベルの二酸化炭素濃度が検出されてから換気装置を運転したとしても、二酸化炭素濃度がゆっくりと上昇しているのであれば短時間で十分な換気効果が得られる。しかし、二酸化炭素濃度が急激に上昇した場合には、同様の制御を行ったのでは換気装置の運転開始が遅れ、適当な換気状態が得られるまでに時間がかかってしまう可能性がある。これに対し、本発明によれば、二酸化炭素濃度の上昇速度が大きいときには換気装置が強制的に運転される。従って、二酸化炭素濃度が急激に上昇する場合には換気装置を早期より運転させて、換気装置の効率的な運転制御によって適切な換気状態を得ることができる。
【００１４】本発明の一態様の自動換気制御方法は、二酸化炭素濃度の検出値に基づいて、二酸化炭素濃度が所定しきい濃度より小さい場合には温熱処理を優先し、二酸化炭素濃度が所定しきい濃度より大きい場合には換気処理を優先するように空調機および換気装置を制御することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。図１は、本実施の形態の自動換気システムの構成を示す機能ブロック図である。空調機１には空調機運転操作部２が接続され、換気装置３には換気装置運転操作部４が接続されている。各操作部は、ユーザーにより操作されるＯＮ／ＯＦＦスイッチおよび必要に応じて他の操作、調整スイッチ等を有する。両操作部２、４が一体化されてもよい。また、各操作部は無線式であってもよい。これらの構成要素１〜４には、従来周知のものが適用できる。
【００１６】空調機１及び換気装置３は、コンピューター装置からなる自動換気制御装置５により制御される。温度センサ６は室内の温度を検出し、ＣＯ2センサ７は室内のＣＯ2濃度を検出する。両センサは室内の適当な場所、例えば壁面に設置され、両センサの検出信号は自動換気制御装置５に取り込まれる。なお、温度センサ６は、空調機１用の温度センサと兼用されてもよい。
【００１７】温度センサ検出部８及びＣＯ2センサ検出部９は、それぞれ、温度センサ６及びＣＯ2センサ７の検出信号を取り込み、演算部１０へ送る。演算部１０は動作ロジック１１を実行することにより、空調機１及び換気装置３を制御するための演算処理を行う。本発明に特徴的な制御モードの設定処理も演算部１０により行われる。動作ロジック１１については、該ロジックを実現する処理を演算部１０に行わせる制御プログラムが図示しないプログラムメモリに記憶されている。
【００１８】演算部１０は、動作ロジック１１の実行により、空調機運転制御指令及び換気装置運転制御指令を生成する。運転制御指令は、空調機１及び換気装置３に要求する運転状態（運転、停止等）を示すものであり、運転制御指令には運転指令および停止指令が含まれる。運転制御指令は、空調機運転停止出力部１２及び換気装置運転停止出力部１３を経て空調機１及び換気装置３に送られ、空調機１及び換気装置３は入力された運転制御指令に従って動作する。両出力部１２、１３は、本発明の制御指令出力手段の一態様として機能する。
【００１９】また、空調機１及び換気装置３の運転状態は自動換気制御装置５へ送られる。空調機運転状態検出部１４は、空調機１の運転状態を検出し、演算部１０へ送る。同様に、換気装置運転状態検出部１５は、換気装置３の運転状態を検出し、演算部１０へ送る。
【００２０】さらに、自動換気制御装置５には、動作ロジック１１で判断基準として使用するＣＯ2しきい濃度（後述）を変更するための動作ロジック設定部１６が設けられている。動作ロジック設定部１６は、図示しない操作手段に対するユーザー操作に従ってＣＯ2しきい濃度を変更する。この操作手段は空調機運転操作部２又は換気装置運転操作部４に一体化されてもよい。さらに、自動換気制御装置５には、動作ロジック１１の実行で使用するタイマー１７が設けられている。
【００２１】次に本実施の形態の自動換気システムの動作を説明する。
【００２２】図２は、自動換気制御装置５の演算部１０が実行する動作ロジック１１を示すフローチャートである。空調機運転状態検出部１４、換気装置運転状態検出部１５により検出された空調機１、換気装置３の運転状態を基に、室内が使用されているか否かが判断される（Ｓ１０）。空調機１および換気装置３が共に使用されていなければ、室内は使用されていないと考えられる。Ｓ１０の判断がＮｏであれば、自動換気制御装置５の動作を停止して待機状態とし（Ｓ１２）、Ｓ３２へ進んで運転積算タイマーをスタートする。タイマー１７により時間が計られ、所定時間（本実施の形態では３分）が経過すると演算部１０の処理はＳ１０に戻る。
【００２３】Ｓ１０がＹｅｓの場合、室内が使用されていると判断される（Ｓ１４）。演算部１０は、別途演算したＣＯ2濃度上昇値を所定のしきい上昇値と比較する（Ｓ１６）。ＣＯ2濃度上昇値は、一分当たりの濃度上昇値、すなわち濃度上昇速度である。算出された上昇値が所定のしきい上昇値（しきい速さ、本実施の形態では１００ｐｐｍ／分）以上であればＳ１８に進んで強制換気処理モードが設定され、しきい上昇値未満であればＳ２０へ進む。上記のＳ１６及びＳ１８の処理については後述にて詳細に説明する。
【００２４】Ｓ２０では、ＣＯ2濃度の検出値が所定のしきい濃度と比較される。本実施の形態ではしきい濃度が１０００ｐｐｍに設定されている。ＣＯ2濃度が高くなるのは、例えば、会議室等のタバコの煙が充満した状態であり、このような状態では温熱処理よりも換気処理を優先させることが望ましく、その方が空気がきれいになって快適な環境が得られる。そこで、ＣＯ2濃度が１０００ｐｐｍ以上であれば、演算部１０は換気処理モードを設定する（Ｓ２２）。一方、一般執務室等の比較的ＣＯ2濃度が低い状態では、換気処理よりも温熱処理を優先させることが望ましく、適切な温度の快適な環境が得られる。そこで、ＣＯ2濃度が１０００ｐｐｍ未満であれば、演算部１０は温熱処理モードを設定する（Ｓ２４）。
【００２５】「換気処理モード」Ｓ２２で換気処理モードが設定されると、換気装置３による換気処理が優先して行われる。本実施の形態では、空調機１が止められ、換気装置３が運転される。換気装置運転停止出力部１３が換気装置３に運転指令を出力し、換気装置３は運転指令に従って運転を開始する。一方、空調機運転停止出力部１２は空調機１に停止指令を出力し、空調機１は停止指令に従って停止する。ただし、換気装置運転状態検出部１５で換気装置３が運転していると検出されている場合は、換気装置運転停止出力部１３は換気装置３に対して運転指令の出力を行わない。同様に、空調機運転状態検出部１４で空調機１が停止していると検出されている場合は、空調機運転停止出力部１２は空調機１に対して停止指令の出力を行わない。
【００２６】このように、換気処理モードでは、換気装置運転操作部４の操作状態に拘わらず換気装置３が運転され、空調機運転操作部２の操作状態に拘わらず空調機１が停止される。
【００２７】なお、換気処理モードでは、空調機運転停止出力部１２が空調機１に対して停止指令を出力しないでもよい。この場合は、空調機１は現状の運転状態（停止を含む）を継続する。
【００２８】「温熱処理モード」一方、Ｓ２４で温熱処理モードが設定されると、空調機１による温熱処理が優先して行われる。本実施の形態では、換気装置３が止められ、空調機１が運転される。空調機運転停止出力部１２が空調機１へ運転指令を出力し、これにより空調機１が運転を開始する。また、換気装置運転停止出力部１３が停止指令を換気装置３に出力し、換気装置３が停止する。これにより、換気処理で室内から室外に排出される熱損出を基本的に０にすることができる。ただし、空調機運転状態検出部１４で空調機１が運転中であると検出されている場合は、空調機運転停止出力部１２は運転指令の出力を行わない。また、換気装置運転状態検出部１５で換気装置３が停止していると検出されている場合は、換気装置運転停止出力部１３は停止指令の出力を行わない。
【００２９】このように、温熱処理モードでは、空調機運転操作部２の操作状態に拘わらず空調機１が運転され、換気装置運転操作部４の操作状態に拘わらず換気装置３が停止される。
【００３０】ただし、演算部１０は、実際に上記の温熱処理モードの運転制御指令の出力を行う前に、下記のＳ２６〜Ｓ２８の処理を行う。Ｓ２６では、温度センサ６の検出した温度が空調機設定温度と比較される。空調機設定温度は、ユーザーにより空調機運転操作部２を使ってセットされた温度である。室内温度が設定温度の許容範囲内でなければ、温熱処理モードが続行され、上記の運転制御指令が出力される（Ｓ２８）。一方、Ｓ２６で室内温度が許容範囲内であれば、空調機１を停止させる（Ｓ３０）。Ｓ３０では、空調機運転停止出力部１２が停止指令を空調機１に出力する。このとき、換気装置３へは運転制御指令が出力されず、換気装置３は換気装置運転操作部４の操作状態に従って動作する。Ｓ３０では、実質的には空調機１および換気装置３がそれぞれの操作部の状態に従って動作しており、本実施の形態ではＳ３０の運転状態を「通常モード」という。
【００３１】演算部１０は、Ｓ１８、Ｓ２２、Ｓ２８又はＳ３０の処理を行った後、Ｓ３２へ進む。従って、上記のいずれの処理を行った場合でも、タイマー１７により時間が計られ、所定時間（３分）が経過すると演算部１０の処理はＳ１０に戻る。
【００３２】「ＣＯ2しきい濃度の可変設定」ここで、前述したように、自動換気制御装置５には動作ロジック設定部１６が設けられており、ユーザーは、図２のＳ２０の判断基準であるＣＯ2しきい濃度の設定を変更することができる。実際には、予め決められたランク（例えばＡ，Ｂ，Ｃ）から適当なものがユーザーにより選択される。室温は多少は犠牲になってもいいから空気をきれいに保ちたいというユーザーは、ＣＯ2しきい濃度を低く設定する。これにより、ＣＯ2濃度が低めのときから早期に換気を開始できる。逆に、室温を重要と考えるユーザーはＣＯ2しきい濃度を高く設定する。このような可変設定により、ユーザーの希望に添った環境を作り出すことができ、快適さのさらなる向上を図ることができる。
【００３３】なお、動作ロジック設定部１６は、自動的にＣＯ2しきい濃度の設定を変更してもよい。例えば、室内温度条件に応じてしきい濃度を可変設定する。具体例としては、室温が所定の適温範囲内のときにはしきい濃度を低く設定し、室温が適温範囲を上側または下側にはずれるとしきい濃度を高く設定する。しきい濃度は複数段階に調整されたり、無段階に調整されてもよい。このような処理により、室温と換気状態のバランスがとれ、快適さの向上を図ることができる。
【００３４】「強制換気処理モード」次に、本実施の形態の強制換気処理モードについて説明する。上述のように、本実施形態の制御ロジックは３分に一回実行される。この３分が経過する間に自動換気制御装置５の演算部１０は図３に示すＣＯ2上昇値を演算する。１分経過後から２分経過後までのＣＯ2上昇値△ＣＯ2が求められ、また、２分経過後から３分経過後までのＣＯ2上昇値△ＣＯ2が求められる。各上昇値△ＣＯ2が対応期間（１分）で割られ、さらに、両者の平均が求められる。
【００３５】図４は、ＣＯ2濃度昇値を求める為の処理を示すフローチャートである。前回の制御ロジックの終了（図２のＳ３２のタイマー計測の開始）から１分が経過したか否かが判定され（Ｓ４０）、１分が経過するとＣＯ2センサ７を利用したＣＯ2検出が行われ（Ｓ４２）、検出されたＣＯ2濃度が記憶される（Ｓ４４）。次に、記憶したＣＯ2値が３データ以上であるか否かが判定される（Ｓ４６）。１分経過後及び２分経過後はＳ４６の判断がＮｏであり、Ｓ４０へ戻る。３つのデータが集まると、Ｓ４６の判断がＹｅｓとなり、ＣＯ2上昇値の演算を開始する（Ｓ４８）。３つのＣＯ2検出値が読み込まれ、図３を用いて説明したＣＯ2上昇値が求められる（Ｓ５０）。
【００３６】図３から明らかなように、このようにして求められたＣＯ2上昇値は、１分あたりのＣＯ2変化量の平均、すなわちＣＯ2濃度の上昇速度である。このＣＯ2濃度上昇速度は、図２のＳ１６で演算部１０により参照される。ＣＯ2上昇値がしきい値（すなわちしきい速さ、１００ｐｐｍ／分）未満であれば、Ｓ２０に進んで前述の処理が行われる。一方、ＣＯ2上昇値がしきい値以上の場合、急激なＣＯ2濃度の上昇が発生しているので、Ｓ１８で強制換気処理モードが設定される。
【００３７】強制換気処理モードでは、換気装置３が強制的に運転される。本実施の形態では、換気装置運転停止出力部１３が運転指令を換気装置３に出力する。これにより、換気装置３は強制的に運転させられる。ただし、換気装置運転状態検出部１５で換気装置３が運転していると検出されている場合は、換気装置運転停止出力部１３は運転出力を行わない。
【００３８】一方、空調機運転停止出力部１２は、空調機１に停止指令を出力し、空調機１は停止指令に従って停止する。ただし、空調機運転状態検出部１４で空調機１が停止していると検出されている場合は、空調機運転停止出力部１２は空調機１に対して停止指令の出力を行わない。
【００３９】なお、空調機運転停止出力部１２が空調機１に対して停止指令を出力しないでもよい。この場合は、空調機１は現状の運転状態（停止を含む）を継続する。
【００４０】図５を参照し、本実施の形態の強制換気処理モードを設けたことによる効果を説明する。図５は、時間の経過と共にＣＯ2濃度が変化する様子を示している。図５の上段に示すように、ＣＯ2濃度が緩やかに上昇した場合には、ＣＯ2濃度がしきい濃度（１０００ｐｐｍ）に到達してから換気を開始しても、十分な換気効果が得られる。従って、本実施の形態では、ＣＯ2濃度上昇速度が低いときには、強制換気モードは設定されず、ＣＯ2濃度が大きくなってから換気処理モードが設定される。
【００４１】一方、図５の下段に示すように、ＣＯ2濃度が急激に上昇した場合には、ＣＯ2濃度がしきい濃度に到達した時点（ｔ２）で換気を開始したのでは、換気開始が遅れ、ＣＯ2濃度は点線で示すように変化する。これでは、適当な換気状態が得られるまでに時間がかかってしまう。
【００４２】そこで、本実施の形態では、大きなＣＯ2濃度上昇速度が検出された時点（ｔ１）で、強制換気処理モードが設定され、換気が開始する。ＣＯ2濃度上昇予測演算に基づいた処理を行うことにより、換気を早期に開始することができる。これにより、換気装置３の効率的な運転制御が行われて適切な換気状態が得られ、ＣＯ2濃度を適当な値に維持することができる。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、室内使用者の頻繁な操作調整が行われなくとも、自動的に温熱処理を優先するべきか換気処理を優先するべきかを適切に選択し、空調機及び換気装置を制御して快適な室内空間を作ることができる。
【００４４】また、空調機と換気処理を同時に運転しないことで、無駄な運転をなくし、熱損出を低減してエネルギー効率を向上することができる。また、本発明によれば、室内の使用の有無が自動的に判断されるので、この点でも使用者の操作が少なくなり、有利である。
【００４５】また、本発明によれば、温熱処理モードと換気処理モードを切り替える二酸化炭素しきい濃度を可変設定とすることで、室内空間の快適さのさらなる向上を図ることができる。
【００４６】さらに、本発明によれば、二酸化炭素濃度の上昇速度が大きいときには強制換気を行うことにより、快適な室内環境の維持を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３６０５６
【氏名又は名称】三菱電機ビルテクノサービス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年９月１０日（１９９８．９．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−８８３２０（Ｐ２０００−８８３２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年３月３１日（２０００．３．３１） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２５６７４５ |
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