HOME > 关于阿自倍尔 > 研究开发 > azbil techne - 研究开发的实例 > 让气流(风量/风向)创造出更舒适空间的基于全新概念的自动空调控制系统

让气流(风量/风向)创造出更舒适空间的基于全新概念的自动空调控制系统

单元型空调系统

阿自倍尔一直致力于“以人为中心的自动化”,为实现舒适的办公空间,开发出了单元型空调系统,将办公空间分为一个个小单元(约25m²),对风量及风向进行控制。通过风量和风向对人的“冷热感”起作用的同时,通过让使用者能够进行“凉爽”或“温暖”这些设定来满足人们想要自行调节的愿望,从而提高对空调的满意度。

背景/需求

空调控制的改善对于提升办公室的舒适性和工作效率不可或缺

在温度、湿度、亮度、噪音等影响办公室舒适性的环境因素中,比较容易被投诉的是空调温度。温度的感受因人而异,因此即使设定为大多数人感觉较为舒适的温度,也总会有人感觉热或冷,总务部门和楼宇管理公司经常会接到此类投诉和不满。

实际上,根据欧洲的业界团体REHVA(Federation of European Heating, Ventilation and Air Conditioning Associations,欧洲暖通空调协会)发布的研究结果表明,不舒适的办公空间温度会导致办公效率降低[*1]。但是,办公室空调一般以楼层或区域为单位设定温度,因此很难根据个人的体感提供舒适的温度。

为了解决这样的课题,阿自倍尔株式会社凭借在楼宇能源管理上的丰富业绩,开发了兼顾办公空间舒适性的提高和节能性的单元型空调系统。

[*1] REHVA Guidebook No.6 "Indoor Climate and Productivity in Offices-How to integrate productivity in life cycle cost analysis of building services",(标题“办公室的室内气候与知识生产性 ─包含知识生产性评估的生命周期成本分析―”2008年,日本空调卫生工学会编译)

开发的要点

将办公空间分割为约25m²,以合适的冷热度提高满意度

单元型空调系统是以80m²~100m²为一个单位,以可能引进楼宇用多功能空调的中小规模办公楼或出租楼为对象的空调系统。由吊顶隐藏型楼宇用多功能空调、单元风量分配单元、带体感气流切换功能的出风口、控制器及设定器构成。特点有以下三点。

  1. 单元单位空调的引进

    将办公空间分割为约25m²的单元,相当于4-6人的工作空间,同时引进冷热感的概念。全新开发的单元型空调能控制每个单元的风量和风向,使该区域内的人得到最佳的冷热感(图1、图2)。因此,通过以很小的空间为单位进行控制,例如只对受阳光照射容易偏热的窗边提供冷气等,同时实现舒适性的提高和节能。

    具体包括在楼宇用多功能空调上安装以单元为单位调节风量的独立单元风量分配单元(调节风门)和带体感气流切换功能的出风口,以单元为单位进行控制。出风口可在沿着吊顶扩散的“扩散气流”和向斜下方扩散的“斜向气流”之间切换。独立开发的“斜向气流”让空调实现舒适的气流感受。

    图1. 单元型空调系统整体图

    图1. 单元型空调系统整体图

    图2. 独立开发的单元风量分配单元和带体感气流切换功能的出风口

    图2. 独立开发的单元风量分配单元和带体感气流切换功能的出风口


  2. 操作的开放和满意度的提升
    图3. 开放设定操作,赋予用户环境选择权,提高空调满意度

    图3. 开放设定操作,赋予用户环境选择权,提高空调满意度

    向用户开放各单元的设定操作,赋予“环境选择权”[*2]和“自我效能感”[*3],无需更改设定温度,只通过风量或风向的变化,让人在心理上产生舒适的冷热感。这样的设计能在保持节能的同时,提高空调的满意度。

    一般情况下,空调的操作面板只有管理员有权操作。如果设定不合适,在办公室工作的人难免需要被迫忍受别人设定的环境。

    而单元型空调系统让所有人都能操作以单元为单位的空调设定。因此,在以自我意志设定环境的环境选择权作用下,能够提高自我效能感,大大减少对空调的抱怨(图3)。

    此外,我们还摒弃了传统的数字温度设定,而是采用与现状相比“想要更凉爽”或“想要更温暖”的相对感觉设定。同时,根据上述设定来调节风量和风向(水平或斜向),无需改变温度设定,即可让人感觉到冷热变化。因此,不仅能提高舒适性,还同时实现了节能。此外,如果只调整风量或风向无法满足需求时,作为第二阶段,可更改实际的温度设定来应对(图4)。

    图4. 原则上只通过风量或风向的调节来实现舒适的冷热感,必要时更改温度设定

    图4. 原则上只通过风量或风向的调节来实现舒适的冷热感,必要时更改温度设定

  3. 利用环保模式,进一步推进节能

    开发了结合节能运行智慧的“环保模式”(图5)。在室外气温较高的夏季,可在26°C到28°C的范围内周期性更改运行温度,在不影响冷热感的同时来缓和室温,利用这种“波动控制”实现节能。而在室外气温较低的春季和秋季,则增加只用外部冷气冷却的“换气运行”时间,达到节能的目的。

    图5. 配备环保模式,通过温度波动变化使室温缓和,实现节能运用

    图5. 配备环保模式,通过温度波动变化使室温缓和,实现节能运用

    综上所述,利用(1)通过以单元为单位的精细控制,减少过冷区域;(2)不更改空调机的设定温度,只调节风量和风向,实现冷热感的变化;(3)利用波动控制实现节能运行、配备利用换气运行的环保模式这三点,按照本公司的估算,如果办公室面积为5,000m²,预计每年可节约电费90万日元。

    [*2] 环境选择权:拥有以自我意志选择温度等环境条件的权利,与别人设定环境条件相比,可提高满意度。这是由日本工学院大学建筑学专业的野部达夫教授倡导的理念。

    [*3] 自我效能感:心理学术语,表示自己行动并完成而得到的经验(完成经验)等。

成果和今后的展望

利用以人为中心的空调,实现舒适的环境和楼宇价值的提高

阿自倍尔在东京都大田区西蒲田开设了可体验单元型空调系统效果的展示厅。此外,该展示厅的办公区域也引进了单元型空调系统,并以员工为对象开展验证评估。根据目前得到的评估结果显示,空调满意度较高,尚未发生温度设定相关的投诉。单元型空调系统发布于2015年8月,首先我们关注的是如何向采用楼宇用多功能空调的新建中小规模楼宇引进。今后,我们还计划开发可安装到现有管道的、带风量调节功能的出风口,以及应用到大型楼宇的中央空调,开发可用智能手机实现设定操作的应用程序等,不断扩大应用范围、提高操作性。

如上所述,阿自倍尔的单元型空调系统可通过单元或冷热感等理念,为员工提供最佳的环境,并提高楼宇价值,是一款全新的空调系统。阿自倍尔一直致力于“以人为中心的自动化”,今后将继续以人为中心,钻研空调系统的开发。

在展示厅可看到吊顶内的管道(右);利用烟雾发生器,“扩散气流”和“斜向气流”的空气流动一目了然(左)


模拟整个空调系统。实现行业领先的联合环境

阿自倍尔致力于研究开发单元型空调系统等新一代空调系统,作为其中的一环,我们正在开发能在计算机上再现整个空调系统的模拟器。

如今,我们正在与早稻田大学基干理工学部的齐藤洁研究室开展共同研究。楼宇用多功能空调采用通用能源系统分析模拟器“Energy flow+M”(早稻田大学)、室内气流和温度分布采用市售的热流体分析工具“FlowDesigner”(高级知识研究所)、整体控制模型采用市售的模型化工具“MATLAB/Simulink”(The MathWorks公司),它们联合[*4]起来,构筑成一个模拟环境。这种联合环境的组装在空调行业是非常先进的举措。

利用这样的模拟环境,将单元型空调模型化,再执行模拟。我们将日光直射状态下窗边37℃、角落33℃的室内环境视为初始状态(图6(a)),模拟结果显示,以16℃的冷气冷却180分钟后,与恒定风量的传统空调(图6(b))相比,采用单元型空调(图6(c))增加窗边的风量,能够更有效地使室内温度更加均匀。由此我们可以确定,以单元为单位进行精细控制是可以实现的。

本模拟环境在单元型空调系统的开发中也发挥了很大的作用,我们通过模拟来研究作为系统基准的控制参数(PID参数),并反映到实际的控制逻辑中。

(a)初始状态

(a)初始状态

(b)传统型空调

(b)传统型空调

(c)单元型空调

(c)单元型空调

图6.模拟呈现的单元型空调的效果

[*4] 联合:一种分析方法,以高精度掌握两个以上的物理现象为目的,将一个模拟器的输出作为另一个模拟器的输入。




※ azbil techne 中的产品与服务因国家或地域而异。