電気主任としての冷房設備知識と対応能力


4月の時期は空調機の運転モードを暖房から冷房に切換える冷房切換作業
を行うビルが多いと思います。(中間期は外気冷房のみで運転)
私が勤務してるビルはPAC方式(A)とセントラル方式(B)を併用していますが
(B)空調設備は冷温水発生機で冬は温水を夏は冷水を作りそれを空調機(AHU)
やファンコイル(FCU)に入れて冷暖房をするのです。
今の現場の機械は冷房能力500USRT、暖房能力1265000Kcal/hで3台です。
尚病院やホテルに勤務しないとボイラーやターボ冷凍機はもう見れないでしょう。

冷房だと空調機の冷水入温度は8~12℃、冷水出温度は熱交換するから上昇。
ただ4月の上旬から私が勤務してるビルでは冷房運転をしています。
特に飲食関係は23~24℃に部屋温度をしなくてはいけない、自社ビルと異なり
テナントビルはテナント、利用客が求める温度が最適温度なのです。
(そうでないとテナントから家賃を下げろとかオーナーに苦情が行きます)

空調機の空気吹出温度(SA)は事務所なら20℃、売り場、飲食なら18~15℃
程度でないと冷房は難しいです。
冷房開始時は部屋が28℃で設定23℃なら冷温水バルブは全開となりSAは
15℃程度まで低下しますがその差が少なくなるとバルブ開度は減り最終的
にSAは各空調機の用途事に上で言う温度程度となります。(TICの仕事)
部屋での発生熱量に対して希望温度になった時のバランス点でのバルブ
開度になる
という意味です。
だから同じ部屋設定温度でも場所により空調機SA温度は微妙に異なるのです。

上の冷水入温度は冷温水バルブ全開時は10℃未満となり出温度は熱交換
するので15℃程度となるでしょう。
もし入温度が15℃しかないと熱源(冷温水発生機)に異常の可能性があり!
冷温水発生機の出口温度が下がらないからで自動抽気装置の真空度や
冷却水ポンプ状態、運転台数は適正か至急確認しないといけません。
自動台数制御がない現場では運転担当が朝起動させて中央監視運転画面
を見てなくてそうなったならこれは完全なる人為的ミスです。
テナントからクレームが出てしまうと相応な処罰を会社から受けます。

私は自分が運転担当日はすべての冷温水発生機の出口温度、冷却水温度
などに警報設定を入力して管理する様にしています。
冷却塔はMAXで入37℃、出32℃を超えてはいけないのはターボ冷凍機
と冷温水発生機も同じです。冷却塔の温度差は5℃差が理想です。
冷えなくなる兆候の始まりは必ずこれらにアンバランスが発生します。
(設定したままだと停止中に出てしまうのであくまで運転する時だけ)
下はNO3冷温水発生機の出口温度が15℃になったら警報を出す設定!

ビル空調運転は毎日交代で誰かが担当しますがその日は誰も運転方法
には口を出しませんがいいかげんな事はできません。
中央監視PCは状態監視とスケジュール運転だけの装置ではなくいろんな
機能があるのでそれらを利用するのが上手なオペレーターです。


すべての台数の冷温水発生機を最初から運転すればいいのでは?
そんな運転をしたらガス料金が高くなりオーナーから怒られます。
又冷やす能力A、冷やしたい熱量BとするとA>Bだと機械がON/OFF運転を
して停止した時に水温度が上昇、ここで暑いとクレームが出る場合がある。
理想的なのはA=Bとして適当な負荷で連続運転させ機械を止めないのが
快適冷房の近道です。

★7℃~12℃で水が上下するより9℃固定連続の方がよく冷えるのです★
真夏以外では3台運転より2台運転の方がよく冷える?これはある程度奥の
深い理解が必要かもしれません。私の職場の人もたぶん理解されてないです。

冷凍機の負荷状態が中央監視PC画面ではわからない?
その状態を的確に示すのは冷却塔の冷却水温度です。
前述した様に入が37℃、出が32℃ですとほぼ100%状態でそのまま放置する
と逆に能力は落ちるしターボ冷凍機では高圧カットで異常停止となりそうです。
だからそうなる手前で追加機器の運転をしないとなりません!
自動台数制御は条件を見たし動作、ハンチングを防ぐため動作の遊びがある
ので私は手動で速やかに追加運転をします。

空調機の冷水温度の話に戻りますが入温度が10℃なのに出温度が11℃
極端に言えば10℃では空調機内部でほとんど熱交換されてないという事です。
熱交換コイルの汚れが原因で薬品洗浄が至急必要となります。
部屋の温度が設定に近くなるとある程度この温度差は確かに小さくなります
が各空調機事の正常時の冷水温度差は巡回しながら目で覚えてきましょう。
冷水の入と出の温度差と部屋の設定温度と現在温度差は比例関係にあると
理解されてください。(本で読んだ知識だけでは気がつかないでしょう)
★そういう事が正常であって下の様な温度にSAはなるのです★

部屋設定温度が23℃だから23℃の空気が出てるわけではありません。
たとえばこの場合は17.5℃の冷風が空調機より出ています。
AEXは全熱交換機でRAの一部をEAとして捨てる前にそれでOAを少し冷やす
省エネ装置、ただEAがOAより冷たくないと冷房では意味がありません。
特に3月中盤~3月末で冷温水発生機チューブ清掃、冷却塔清掃などで
それがまだ使えない時(中間期)に部屋温度が上がるのは困ります。

その場合全熱交換機の排熱回収用ローターだけ停止させます。
完全にこれを停止させると外気取入ファンまで停止してしまうからです。
外気を入れないとビル管法でいうCO2濃度基準1000ppmを越すのでヤバイ
ビルで電気主任着任予定の方はAHUのこの基本仕様は暗記されておいてね。
又私がここで使う空調用語程度は最低限最初から知っておく事!

逆に吹出温度SAを制御するならばSA温度を検出してTIC(温度制御)で運転
するしかないけどこれが他と違うのは全量OAだけで冷暖房をする方式となって
います。
つまりRAをまったく戻さない方式で私の経験上、飲食店で多い空調方式です。
全熱交換機、外気遮断不可能、換気回収も0なのでもっとも冷暖房費がかかり
まずが常に十分な新鮮空気の取込ができるのだけが利点ですね。
ただ換気を利用しない分すべて外気の空気量で冷暖房が必要なのでファンを
運転するモーターも倍近くの容量KWとなり電源容量も大きくなります。

モーターは15年まず壊れないでしょうがファンはVベルト交換やグリースアップ
などを私達設備員が定期的に行わないといけません。
Vベルト交換はBタイプ4本がけ程度までなら私も一人でできる様に練習しました。
電気主任であっても空調機を扱う以上はVベルト、圧力計類取替、グリース
アップは一人でもできる様になってください。
(電気主任の前に設備員として)
★電気主任技術者だからと電気しかわからないではビルや工場で設備員として
働く事はできません★

部屋温度が設定に近くなると最後は各部屋天井にある可変ダンパー(VAV)
が絞る事で吹出量を制御します。
(このVAV方式は空気圧力が変動するので空調機換気ダンパー開度を
微調整するスクロールダンパー方式になっています)
私が勤務するビルでは真夏は500冷凍トンの冷温水発生器を3台FULL
(+補助250冷凍トン)運転しないと間に合いません!

電気主任はテナントビルでは空調設備の自動制御、シーケンスは誰より
よく勉強して故障が発生した場合にある程度の応急対応ができる様に策
を考えておかないといけません。
業者に連絡するにしても彼らが来るまでの数時間どう対応するのか?
いきなり電話しても他現場のトラブル対応をした後になるのは仕方ないです。
職場にも相応の対応策は昔からあるでしょうがやはりシステムを理解する
電気担当でないともっとも効果的な方法は見えないと思います。
何かあれば業者に連絡すればで後は管理責任はないと考える人は正社員
やリーダーにはさせてもらえません。
そういう人が対応がわからない職場の仲間を指揮して中心となって管理して
いる設備現場こそできる職場と言えると思います。

冷房と暖房、何が違うかと言えば、冬は設定より温度が低下するとバルブ
が開放して夏は逆に設定より温度が上昇するとバルブが開放する
、つまり
温度に対しバルブ特性を逆にさせないといけません。
この操作は空調機側でもできますが通常は中央監視PCで遠隔操作で行います。

各空調機を暖房から冷房に変更しましたがAHU-1の空調機だけが冷房に
変更とならず
、中央監視画面で見る限り暖房のままで変わりません。
このままでは冷房運転ができないので私に設定変更できないとありました。
何でもそうだけど私はこのビルの電気屋さんなのですから簡単な事で業者
に連絡していては笑われます。もしするにしても状況を把握してからです。
それが選任の電気主任技術者という立場の人が取るべき姿勢なのです。

ここからが現地での調査となりますが単純に現場でモードを中央位置に
していないという単純なミス、でもそこは触らないルールにしてたはずです。
そうなると回路点検の可能性もあるのでこの機械の回路図を1枚コピー
とりあえずテスターとドライバーを持って現場にて点検を行いました。

最初に空調機自動制御盤にあるモード切換SWを確認しました。
今回は残念ながら誰かがこのセレクターSWを無断で触り、暖房にしたまま
中央に戻していないというガチ初歩的なミスでした。
(私的にはパズルの謎解きをするつもりが先に誰かに解かれていた気分)
こういう場合では8割はこの部分の操作ミスですが故障という理由で冷房
切換ができないケースはこれも人の作り物ですからありえます。

図面の中で冷暖切換回路部分に注目すると冷房位置にすると電圧は直に
かかりSWX1リレーがONとなり冷房となる、暖房にして電圧をかけてない時
は暖房となる、つまりこの回路はSWX1のリレーのON/OFFで冷暖の切換を
してるのがわかります。
ですが通常は中央からの遠隔制御なので赤線の回路で運用しています。
冷房モードならTX1のb接点⇒CX1のa接点⇒SWX1に通電で冷房モード!
ここで自己保持接点というのを覚えておいてください。

以上を実際の盤内のリレーの状態で確認をします。
TX1、CX1、SWX1のリレーは3個共に動作していない、TX1はb接点
なので冷房では動作してなくて正常です。
CX1がONでSWX1が動作しないならばSWX1リレー不良と考えられます
がこんな場合はCX1リレー故障の可能性が一番高いと考えます。
後はリレーに接続される配線の緩み点検、断線はまずあり得ない!
リレーは在庫で持ってるからこの程度の対応は私でもできます。
これはメンテ契約してる業者作業だけど連絡しても業者が来れるのは
今日の今では2時間は最低でもかかるでしょう?
真夏の暑い時期ですとそういう暢気な対応ではテナント、オーナー
から怒られてしまいます。(夏の暑過ぎるのだけは誰も我慢できない)

正常に遠方回路で冷房モードになるとこういう状態です。
あれCX1がOFFではないか?CX1がONになるのは中央監視から切換
信号が来てる間のみでいったんSWX1はONになると自身の接点で自己
保持します。だからCX1は切れてもSWX1リレーは切れません!
(例:押しボタンONの回路でONボタンから手を離しても回路が保持する)

制御用リレーの構造は単純です。ソケットから取り外してみました。
リレーの端子構造はこうで縦端子に電圧がかかった時にこのリレーは
ON状態となります。

電圧がかかるとコイルの吸引力で可動接点が下方向に引っ張られて
赤矢印間が導通状態となりa接点動作が実現されます。
b接点動作をさせるらば真ん中と上の端子となるのはわかると思います。
LEDは電源の端子間にパラ接続されてるのでリレーがONとなればLED
が点灯するのでこのリレーの状態が目視でわかるタイプで便利です。

高価なパーツは分解するわけにいきませんがリレー程度ならば自分が
納得いくまで開いて見てみましょう!本で読んだだけでは何事もわかって
はいません。五感で覚えた事は忘れない、文字だけの知識は最後忘れる。

中央監視からの切換信号が来てるか点検するならばLEDがついてない
ケースの場合はこのリレーのソケット端子にテスターを当てて電圧がかか
るのか点検します。
携帯で連絡を取りながら中央監視で冷房モードをクリックしてもらいます。
CX1リレーにある線番16と17が接続される端子間にDC24Vがあるか?
ここに電圧がないと遠隔ユニットの故障となるので業者に依頼する事と
なりますが通常はこのリレーの故障がほとんどですね。
AC24Vのリレーもありますが交流であっても変圧器二次側となり非接地
状態ですからそういう部分では検電器は反応しません。
回路点検では検電器は状態を見誤るので使うべきではありません。
同じ外観でDCとACリレーがありますがたとえばACリレーに同じ24V表示
だからとDCリレーを代用で取付したら振動して最後は焼損します。
制御回路に使うリレーは交流用と直流用は各代用できないのです。

自動制御の要であるTIC(温度指示調節器)の回路図を見てみましょう。
TIC本体の故障時は取替しかないです。(業者も修理はしません)
冷暖房切換のSWX1接点を確認できますがそれが閉じないと冷房モードに
ならないのが確認できます。
裏技でもしリレーがないならこの部分を短絡させれば冷房モードにできます。
又バルブが開かない又は閉じないなど動作に係わる接点としてFX1があり
ますが急にそういう事態が発生したらこのFX1リレーを取替してみます。
(TICとバルブ本体故障以外ならこれで復旧できると思います)
尚、上側のFX1接点は空調機運転信号と連動してTIC本体を起動させる
ためのa接点です。
バルブは電動弁で電磁弁ではないので自由な開度を持てますが空調機
停止時にはバルブを全閉するためのb接点が下のFX1接点です。

R24とS24の電圧がなければ当然TICは動作しませんがそうなると下の
図面のAC24Vが消えているのです。
サーキットプロテクターとは簡単に言えばブレーカーみたいな物で大きな
電流が流れたのでトリップして切れてる可能性が高いです。
サーキットプロテクターが動作してないならば200⇒24V変圧器故障かと
言えますが変圧器が焼損するのはここは固定負荷ですから稀でしょうね。
とにかくこの部分でそうなるとダンパー類が開放しないので空調機の
モーター電流値も上昇せず回転音も正常運転状態とは少し違うので何
かおかしいというのが空調機運転音で電気担当でなくてもわかります。
そう自動制御が停止してモーターだけ回転してる状態です。

こういうサーキットプロテクターが切れる故障は10年に1回もない故障
ですがけしてとりあえず入れてみるなんてしてはいけません。
電気の使い過ぎでブレーカーを入れる行為でもお仕事では必ず100V
メガで異常がないか確認して再投入を行いますがこういう重要回路では
原因がわからないままの電源再投入はヤバいです。
まず私ならば冷房のバルブにはこういう時のために手動バイパス弁が
あるので自動制御できませんが多少冷えすぎでも手動で開放します。
後ダンパーが開かないと風が出ませんがダンパー関係は盤側から電圧
をかけたら強制開放させる事ができます。
こういう自動制御ダンパーは天井の高い位置にあり、慣れた者でないと
簡単に手動開放させられる構造になってはいません。
そういう場所に脚立などで登り焦り作業をして落下でもしたら大ケガです。

通常FX2リレーがONとなり31と32番の配線に電圧がかかりダンパーは
開放しています、このFX2リレーも短絡原因の回路の一部なので抜いて
切り離しをします。
この31と32にジャンバー配線でAC200Vをかけたら開放できるのでこの
状態で業者を呼べばそれまでの応急対応となりますね。

上は冷暖房とダンパー制御に係わる話で肝心なモーターが回らないとい
うのも電気主任技術者は研究しておかないといけません。

自動制御はどこの現場でも業者とメンテ契約をしてるはずですが動力盤
まで定期的に業者点検してる現場はほとんどないと思います。

内線規定では3.7KWを超えると始動装置が必要とありますが私の勤務
ビルでは7.5KW以上のモーターからスターデルタ回路で運転されています。
配線と開閉器に余裕があれば起動時にトリップする事はありません。
スターとメインマグネットが最初に投入されて起動後10秒程度したらスター
が切れてデルタのマグネットが投入されて起動動作は完了です。
スターデルタ回路で起動トラブルが発生したらまずは切換用タイマー取替を
されてみてください。かなりの確率で復旧できる可能性が高いです。
切換用タイマーは1個は在庫で準備しておきましょう。
この程度の対応は電気主任技術者がいるならできないといけません。

今は教科書にある様なスターデルタ回路ではなくて上の様に電子制御で等価
な動作をさせている俗に言うBLACKBOXと言われる方式も多いと思います。
(過負荷トリップは基盤で行うのでTHRはこういう組合せではありません)
私が管理する現場ではこの部品も準備してるので壊れたら即取替をします。
基盤制御は一体式で少しでも動作がおかしければ取替なのでそれ自体は
簡単ですが設定入力が面倒な点を考えたら私的には億劫になる方式です。
もしもその基盤がない場合、BLACKBOXから各マグネットに接続されてる
配線図面あればなんとかモーターを起動できなくはないです。

各配線から3個のSWにこう接続を行います。(ここではMCBで仮に代用)
MCBにおいて①を投入、②を投入でモーターがスター起動を開始したら
既存回路の時間に合わせてそのままで運転させて、仮にそれが15秒
ならば15秒経過したら②を切り1秒後に③を投入すればデルタ運転と
なり起動を完了できます。
つまり回路が自動でしていた事を手動で行うという事です。
通常のスターデルタ回路でも制御回路リレーが今ない場合にマグネット
を強制起動させる最後の方法とも言えます。
こうしておいてこのBLACKBOXの部品をメーカーから手配するかメンテ
契約してないと高額にはなるけど業者に連絡すればいいと思います。

業者、メーカーの修理というのは今ある物を同じ様にするだけでそこにない
応急的な処置は基本してくれません。(後で責任問題になるから)
エレベーターの階数表示のミニランプが切れてわざわざ電話して取替して
もらってますが、”LEDランプに改造してください"とお願いしたところたかが
それだけでも大手は本社設計部の許可が必要で全国にある同じ型式の
エレベーターもすべて同じ改造をしなくてはいけないと返答をされました。
エレベーターを扱う様な大手メーカーとはそういう考え方なのです。

それは空調メーカーでも同じで外気をタイマー制御で猛暑時期に止める
改造をお願いしたら断られたのも同じ理由でした。
その導入された空調機の仕様を変更する事になるというのが理由です。
これは私のBLOGを前から読んでる方はご存知ですが技術部長と相談して
許可をもらって外気を猛暑月の昼から30分おきに全閉させるタイマーを
私の責任で取付したのです。(部屋のCO2が1000ppmより上がらない程度
で実測しながらこの時間を決めました)
削減された熱量計算は話が長くなるので省略しますがOAが全閉となると
モーター運転電流が低下してるのは熱い外気が遮断されてる証拠です。
これは社内の改善提案で優秀賞を頂きました。
私が行う分にはタイマー代金だけですしこれは相当省エネ効果があります。
私と同じ立場で電気主任の方は可能なら挑戦されてはいかがでしょうか?

空気比熱0.24(Kcal/Kg℃)、密度1.25(Kg/㎥)、ダクト通過空気量
は空調機の仕様書より15000(㎥/h)として説明します。
正確に測定するなら空調ダクトには風速(m/s)を測定する穴があるので
そこで測定してダクト断面積(㎡)を掛けたら通過空気量は求められます。
1時間当たりの空気の質量は15000(㎥/h)×1.25(Kg/㎥)ですから
18750Kgの暑い空気を1時間当たりで削減できる事がわかります。
昼12時~16時まで30分おきに上の制御をするならトータルで2時間の
外気をSTOPだから37500Kgもの暑い外気を減らせるわけです。
猛暑時期の屋上での外気取込は40℃近いのでそれだけの空気を余分
に冷やさなくていいのだから当然冷房機械の負担を大きく減らせます。
ましてすべての空調機でこの対策をすれば暑い時期に冷えが悪い状況
の改善と省エネに大きく寄与する
のは容易に想像できると思います。

★総合的に判断して可能であるか行うメリットがあるかの検証★
貴方の現場でされる場合はまずどれだけの暑い外気を減らせるのか計算
して概算でどの程度省エネ効果があるか上司やオーナーに説明が最初の
お仕事です。(イニシャルコストという費用が発生する事なので)
ただ2ヶ月に1回の空気環境測定でCO2が1000ppmを超えてるフロアー
の空調機にはこの方法はできません。
ターボ冷凍機なら電気料金、冷温水発生器ならガス料金の節減が主。

尚、メリット試算で1KWH=860Kcalを適用する場合、ターボ冷凍機の場合
COP(成績係数)には注意されてください。

時々飲食店などでは修理とかしたら帰りに食事をごちそうしてくれる店主の方もいます。
あるテナントさんから頂いた物だけど物よりこういう心使いが私にとっては嬉しいです。
これを書いてくださったのは50才くらいの私よりうんと年上の方ですが"ございました"
と"電気主任技術者"という言葉を年下の私なんかに追加してくれてるのは私個人より
私の技術に敬意をしてくれたという事なのです。
こうやって一人づつ自分を認めてくださる人を増やしていく地道な作業がその現場での
自分の価値を広め働きがいが生まれるのです。

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