CN102466303B - 控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制装置以及控制方法，其针对希望改善环境的用户的需求，实现具有速效性的处理。在以控制阀的开度对向空调机供给的传热介质的量进行控制的空调控制装置(12)中，具有：室内温度设定值取得部(121)，其取得被控制区域的室内温度设定值；供气温度计测值取得部(122)，其取得从空调机供给至被控制区域的供气的温度计测值；供气温度变更部(124)，其根据室内温度设定值的变更来对供气温度设定值进行变更；操作量运算部(123)，其基于供气温度计测值和供气温度设定值的偏差来计算操作量；以及操作量输出部(125)，其将操作量输出至控制阀从而对控制阀的开度进行控制。

Description

控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及VAV控制系统等中的控制装置以及控制方法。
背景技术
以往，在空调装置中，根据与现在温度的偏差通过PID运算输出操作量(例如，阀门开度、VAV阻尼器开度等)以使被控制区域的室内温度成为设定温度。在该情况下，在使向室内供气的风量为可变的VAV(变风量)控制中，即便变更室内温度设定值，在反应到空调机的供气温度前也要花费时间。因此，提出了具有负载复位控制功能的VAV控制系统，该负载复位控制基于由各被控制区域的各VAV控制单元发送来的需求状态来判断是否对供气温度进行变更(参照专利文献1、专利文献2)。
专利文献1：日本特开平8-28940号公报
专利文献2：日本特开平8-42902号公报
但是，即便在专利文献1、专利文献2所公开的技术中，用户在变更室内温度设定值之后到反映到空调机的供气温度前也要花费时间，存在不能进行具有速效性处理的可能性。下面，对该问题进行更加详细地说明。
在VAV控制系统中，通过空调控制装置控制供给至空调机的传热介质(冷水或温水)的量。在空调机中，由其风扇吹出的供气经由供气通道被供给至各被控制区域的VAV单元，通过VAV单元向被控制区域供给。并且，按照每个被控制区域设置VAV控制单元。
VAV控制单元基于被控制区域的室内温度计测值PV和室内温度设定值SP的偏差运算被控制区域的需求风量，并对VAV单元的阻尼器的开度进行控制。空调控制装置根据从VAV控制单元送来的需求风量对系统整体的总需求风量进行运算，根据该总需求风量求出风扇转速，并对空调机进行控制以成为该求得的风扇转速。
另外，VAV控制单元在制冷时，在室内温度计测值PV怎么也不下降而未成为室内温度设定值SP的情况下，发送出增强制冷能力需求状态，在制热时，在室内温度计测值PV怎么也不上升而未成为室内温度设定值SP的情况下，发送出增加制热能力需求状态。空调控制装置根据从VAV控制单元发送来的增强制冷能力需求状态或增加制热能力需求状态，对空调机的供气温度进行变更。这样，将提高供气温度的能力称作负载复位控制。
此处，在用户变更室内温度设定值SP的情况下，例如，在制冷时，在降低室内温度设定值SP的情况下，在室内温度设定值SP和室内温度计测值PV之间产生差，因此，VAV控制单元变更需求风量，并控制VAV单元的阻尼器的开度，以使得室内温度计测值PV接近室内温度设定值SP。但是，在已成为最大风量的情况下，不能够以风量的变更降低室内温度。VAV控制单元在制冷时，在室内温度计测值PV怎么也不下降而未成为室内温度设定值SP的情况下，发送出增强制冷能力需求状态，但在增强制冷能力需求状态发送出之前要花费时间，因此，按照用户的需求降低室内温度前要花费时间。这样，在负载复位控制中，针对希望温热环境改善的用户的需求，存在不能够进行具有速效性的处理的可能性。若要实现具有速效性的处理，则需要关闭负载复位控制，手动降低供气温度。
另外，至今为止的空调控制，实施了追随设定值这样的PID控制。但是，例如，在室内温度设定值由26℃变更到25℃的情况下，作为居住者的需求，并不是“想将室内温度变为25℃”这样的需求，而是“希望从稍热变为凉快”这样的意图比较多。以往的空调控制为了使其为25℃，以尽量不发生过冲等的方式重视控制稳定性而决定空调设备的控制输出，但例如，其控制输出运算结果在缓慢变化状况下，设定变更的居住者就不能够觉察到其变化，会投诉。
发明内容
本发明正是为了解决上述课题而完成的，目的在于提供一种能够针对希望环境改善的用户的需求实现具有速效性的处理的控制装置以及方法。
本发明的控制装置具有：设定值取得机构，其取得控制的设定值；变更机构，其根据上述设定值的变更，通过前馈控制而在促进追随设定值的方向上对控制的输出量进行临时变更。
另外，在本发明的控制装置1的结构例中，其中，上述设定值取得机构取得被控制区域的室内温度设定值，上述变更机构将控制被控制区域的温热环境的设备作为对象，根据上述室内温度设定值的变更，对控制的输出量进行临时变更。
另外，在本发明的控制装置1的结构例中，其中，控制上述被控制区域的温热环境的设备是空调机以及加热器中的至少一个，上述控制的输出量是上述空调机中的供气温度设定值、向被控制区域吹入的风量、对向上述空调机供给的传热介质的量进行控制的控制阀的开度以及上述加热器的操作量中的至少一个。
另外，在本发明的控制装置1的结构中，其中，上述变更机构只在被控制区域的室内居住者变更了上述室内温度设定值的情况下变更上述控制的输出量。
另外，本发明的控制方法具有：设定值取得步骤，其取得控制的设定值；变更步骤，其根据上述设定值的变更，通过前馈控制而在促进向设定值追随的方向上对控制的输出量进行临时变更。
根据本发明，检测设定值的变更这样的动作，对此，通过在促进追随设定值的方向上进行使控制的输出量增减的控制(前馈控制)，使捕捉用户需求的具有速效性的控制成为可能，能够提高对用户而言的舒适性。其结果，在本发明中，能够极力减少例如热或冷这种来自用户的抱怨。另外，在本发明中，若适用于VAV控制系统，则能够提高空调控制的个别分散性、操作性以及舒适性。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式涉及的VAV控制系统的结构的框图。
图2是表示本发明的第1实施方式涉及的VAV控制系统的空调控制装置的结构的框图。
图3是表示本发明的第1实施方式涉及的VAV控制系统的空调控制装置的动作的流程图。
图4是表示室内温度设定值的变更幅度和供气温度设定值的变更幅度的关系的1个例子的图。
图5是表示本发明的第2实施方式涉及的VAV控制系统的VAV控制单元的结构的框图。
图6是表示本发明的第2实施方式涉及的VAV控制系统的VAV控制单元的动作的流程图。
附图符号说明
1…空调机；2…冷水阀；3…温水阀；4…冷却盘管；5…加热盘管；6…风扇；7…供气通道；8…VAV单元；9…被控制区域；10…吹出口；11…VAV控制单元；12…空调控制装置；13、18、19…温度传感器；14…回气通道；15…排气调整用阻尼器；16…回气调整用阻尼器；17…外气调整用阻尼器；20…取入口；110、120…室内温度计测值取得部；111、121…室内温度设定值取得部；112风量运算部；113…风量变更部；114…需求风量值通知部；115…控制部；122…供气温度计测值取得部；123…操作量运算部；124…供气温度变更部；125…操作量输出部。
具体实施方式
第1实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的第1实施方式涉及的VAV控制系统的结构的框图。
本实施方式的VAV控制系统具备：空调机1；对向空调机1供给的冷水的量进行控制的冷水阀2；对向空调机1供给的温水的量进行控制的温水阀3；将来自空调机1的供气向被控制区域9供给的供气通道7；按照每个被控制区域对向被控制区域9供给的供气的量进行控制的VAV单元8；作为对VAV单元8进行控制的控制装置的VAV控制单元11；对冷水阀2以及温水阀3进行控制的空调控制装置12；对被控制区域9的室内温度进行计测的温度传感器13；回气通道14；对向外部排出的空气的量进行调整的排气调整用阻尼器15；对返回至空调机1的回气的量进行调整的回气调整用阻尼器16；对取入到空调机1的外气的量进行调整的外气调整用阻尼器17；对供气的温度进行计测的温度传感器18；对回气的温度进行计测的温度传感器19。
空调机1由冷却盘管4、加热盘管5和风扇6构成。VAV单元8和VAV控制单元11按照每个被控制区域设置。VAV单元8内设置有未图示的阻尼器，对通过VAV单元8的供气的量进行调整。在图1中，10是供气的吹出口，20是外气的取入口。
空调机1中的风扇6的转速、冷水阀2以及温水阀3的开度由空调控制装置12控制。在制冷运行的情况下，由冷水阀2控制被供给至空调机1的冷却盘管4的冷水的量。另一方面，在制热运行的情况下，由温水阀3控制被供给至空调机1的加热盘管5的温水的量。被冷却盘管4冷却的空气或被加热盘管5加热的空气由风扇6送出。由风扇6送出的空气(供气)经由供气通道7向各被控制区域9的VAV单元8供给，并通过VAV单元8向各被控制区域9供给。
VAV控制单元11基于由被控制区域9的温度传感器13计测的室内温度计测值PV和室内温度设定值SP的偏差，对被控制区域9的需求风量进行运算，并将需求风量值发送至空调控制装置12，并且对VAV单元8内的阻尼器(未图示)的开度进行控制，以确保该需求风量。
空调控制装置12根据从各VAV控制单元11发送来的需求风量值对系统整体的总需求风量值进行运算，求出与该总需求风量值对应的风扇转速，并对空调机1进行控制以成为该求得的风扇转速。
另外，VAV控制单元11在制冷运行时，在室内温度计测值PV怎么也不下降而未成为室内温度设定值SP的情况下，发送出增强制冷能力需求状态，在制热运行时，在室内温度计测值PV怎么也不上升而未成为室内温度设定值SP的情况下，发送出增加制热能力需求状态。空调控制装置根据由VAV控制单元发送出的增强制冷能力需求状态和增加制热能力需求状态，对供气温度进行变更。
通过VAV单元8，经由吹出口10被吹出至被控制区域9的供气在贡献给被控制区域9中的空调控制后，经过回气通道14经由排气调整用阻尼器15排出，但其一部分经由回气调整用阻尼器16作为回气返回至空调机1。并且，相对于返回到该空调机1的回气，外气经由外气调整用阻尼器17以规定的比例取入。排气调整用阻尼器15、回气调整用阻尼器16以及外气调整用阻尼器17的各自的开度由来自空调控制装置12的指令调整。
空调控制装置12在空调机1进行冷却动作时，将温水阀3的开度设为0％，对冷水阀2的开度进行控制以使得由温度传感器18计测的供气温度计测值与供气温度设定值一致。另外，空调控制装置12在空调机1进行加热动作时，将冷水阀2的开度设为0％，对温水阀3的开度进行控制以使得由温度传感器18计测的供气温度计测值与供气温度设定值一致。
以上的动作与专利文献1、专利文献2中所公开的以往的VAV控制系统相同。
下面，对本实施方式的特点进行说明。图2是表示本实施方式的空调控制装置12的结构的框图，图3是表示本实施方式的空调控制装置12的动作的流程图。
空调控制装置12具有：室内温度计测值取得部120，其经由各VAV控制单元11取得各被控制区域9的室内温度计测值PV；室内温度设定值取得部121，其经由各VAV控制单元11取得各被控制区域9的室内温度设定值SP；供气温度计测值取得部122，其取得由温度传感器18计测的供气温度计测值；操作量运算部123，其对表示冷水阀2以及温水阀3的开度的操作量进行计算；供气温度变更部124，其根据室内温度设定值SP的变更，对供气温度设定值进行临时变更以及操作量输出部125，其将操作量输出至冷水阀2以及温水阀3。
室内温度计测值取得部120经由各VAV控制单元11取得各被控制区域9的室内温度计测值PV(图3步骤S1)。
室内温度设定值取得部121经由各VAV控制单元11取得各被控制区域9的室内温度设定值SP(图3步骤S2)。
供气温度计测值取得部122取得由温度传感器18计测的供气温度计测值(图3步骤S3)。
供气温度变更部124在对由步骤S2取得的室内温度设定值SP和该室内温度设定值SP的上次值进行比较而存在差异的情况下，判断为室内温度设定值SP被变更(图3步骤S4中为是)。供气温度变更部124按照各被控制区域9的室内温度设定值SP进行该步骤S4的判断。
并且，供气温度变更部124在至少1个室内温度设定值SP被变更的情况下，对供气温度设定值在与室内温度设定值SP的变更对应的增减方向上进行临时变更(图3步骤S5)。在室内温度设定值SP上升的情况下，使供气温度设定值上升，在室内温度设定值SP下降的情况下，使供气温度设定值下降。
此时，供气温度变更部124按照预先设定的关系，根据室内温度设定值SP的变更幅度决定供气温度设定值的变更幅度。图4示出室内温度设定值SP的变更幅度与供气温度设定值的变更幅度的关系的1个例子。假设室内温度设定值SP的变更相对上次值例如上升+2℃，则供气温度变更部124将相对于供气温度设定值SP的现在值的变更幅度设为+2℃。另外，若室内温度设定值SP的变更相对上次值例如下降-2℃，则供气温度变更部124将相对于供气温度设定值SP的现在值的变更幅度设为-2℃。这样，供气温度变更部124对供气温度设定值进行临时变更。在多个被控制区域9的室内温度设定值SP几乎被同时变更的情况下，根据多个室内温度设定值SP的变更幅度中最大的变更幅度决定供气温度设定值的变更幅度即可。另外，供气温度变更部124可以在从供气温度设定值的变更经过规定时间时，将供气温度设定值返回至变更前的值。
接下来，操作量运算部123按照规定的控制运算算法，对操作量进行计算以使在步骤S3中取得的供气温度计测值与供气温度设定值一致(图3步骤S6)。作为控制运算算法，例如有PID。
并且，操作量输出部125将操作量运算部123计算出的操作量输出至冷水阀2以及温水阀3(图3步骤S7)。这样，冷水阀2以及温水阀3的开度被控制，供给至空调机1的传热介质(温水或冷水)的量被控制。另外，如上述，在空调机1进行冷却动作时，将温水阀3的开度固定为0％，在空调机1进行加热动作时，将冷水阀2的开度固定为0％。
空调控制装置12按照一定时间进行上述的步骤S1～S7的处理直至空调控制停止(图3步骤S8中为是)。室内温度设定值SP在未被变更的情况下，进行通常的负载复位控制。
室内温度设定值SP的操作是用户对温热环境的明确的意思表示，与仅增减室内负荷而使室内温度设定值SP和室内温度计测值PV的偏差加大的情况不同，应立即应对。
在本实施方式中，对室内温度设定值SP的变更动作进行检测，对此，通过进行使空调机1的供气温度设定值增减的控制(前馈控制)，能够成为获得了用户需求的具有速效性的空调控制，能够提高对于用户而言的舒适性。
另外，在本实施方式中，在室内温度设定值SP被变更的情况下，无条件变更供气温度设定值，但也可只在向该室内温度设定值SP被变更了的被控制区域9供给的供气风量为最大风量的情况下变更供气温度设定值。即，供气风量不是最大风量，在有余量的情况下，用负载复位控制来应对。
另外，在本实施方式中，对于变更了室内温度设定值SP的用户而言未进行区别。作为能够变更室内温度设定值SP的用户，有被控制区域9的室内居住者和建筑管理者。因此，也可在设置在被控制区域9的操作装置(未图示)被操作而使室内温度设定值SP变更的情况下，即在只考虑了室内居住者变更了室内温度设定值SP的情况下，变更供气温度设定值。即，将来自室内居住者的需求作为具有速效性的处理所需的需求，并立即进行应对。
第2实施方式
下面，对本发明的第2实施方式进行说明。在第1实施方式中，对控制供气温度和风量的方式的VAV控制系统的情况进行了说明，但在VAV控制系统中，有将供气温度设为固定而对风量进行控制的方式的系统。本实施方式对将本发明适用于该系统的情况进行说明。即便在本实施方式中，VAV控制系统的结构与第1实施方式相同，因此使用图1的符号进行说明。但是，在本实施方式中，如上述供气温度设定值为固定。
图5是表示本实施方式的VAV控制单元11的结构的框图，图6是表示本实施方式的VAV控制单元11的动作的流程图。
VAV控制单元11具有：室内温度计测值取得部110，其取得由对应的被控制区域9的温度传感器13计测出的室内温度计测值PV；室内温度设定值取得部111，其取得对应的被控制区域9的室内温度设定值SP；风量运算部112，其基于室内温度计测值PV和室内温度设定值SP的偏差对被控制区域9的需求风量进行运算；风量变更部113，其根据室内温度设定值SP的变更，对需求风量进行临时变更；需求风量值通知部114，其将被控制区域9的需求风量值通知给空调控制装置12；以及控制部115，其对VAV单元8内的阻尼器的开度进行控制以确保需求风量。
室内温度计测值取得部110取得对应的被控制区域9的室内温度计测值PV(图6步骤S10)。
室内温度设定值取得部111取得对应的被控制区域9的室内温度设定值SP(图6步骤S11)。
风量运算部112基于室内温度计测值取得部110取得的室内温度计测值PV和室内温度设定值取得部111取得的室内温度设定值SP的偏差，计算出对应的被控制单元9的需求风量(图6步骤S12)。
风量变更部113在对由步骤S11取得的室内温度设定值SP和该室内温度设定值SP的上次值进行比较而存在差异的情况下，判定为室内温度设定值SP被变更(图6步骤S13中为是)。
并且，风量变更部113在室内温度设定值SP被变更的情况下，在与室内温度设定值SP的变更对应的增减方向上对风量运算部112计算出的需求风量进行临时变更(图6步骤S14)。在制冷运行时，在室内温度设定值SP上升的情况下，使需求风量减少，在室内温度设定值SP下降的情况下，使需求风量增加。另外，在制热运行时，在室内温度设定值SP上升的情况下，增加需求风量，在室内温度设定值SP下降的情况下，减小需求风量。
例如，在以风量50％进行的制冷运行中，由被控制区域9的室内居住者将室内温度设定值SP由25℃变更到26℃时，风量运算部112计算出与该变更对应的需求风量为30％。若是以往的VAV控制系统，则对VAV单元8内的阻尼器的开度进行控制以确保需求风量30％，但本实施方式中，风量变更部113进一步将需求风量例如临时变更为0％。风量变更部113按照预先设定的关系，根据室内温度设定值SP的变更幅度决定需求风量的变更幅度。这样，风量变更部113临时变更需求风量。另外，风量变更部113在从需求风量的变更经过规定时间时，使需求风量返回到风量运算部112计算出的最新值。
需求风量值通知部114将需求风量通知给空调控制装置12(图6步骤S15)。如第1实施方式所说明的那样，空调控制装置12根据从各VAV控制单元11发送来的需求风量值对系统整体的总需求风量值进行运算，求出与该总需求风量值对应的风扇转速，并对空调机1进行控制以使成为该求得的风扇转速。
控制部115对VAV单元8内的阻尼器(未图示)的开度进行控制，以确保需求风量(图6步骤S16)。
VAV控制单元11按照规定时间进行上述的步骤S10～S16的处理直至空调控制停止(在图6步骤S17中为是)。VAV控制单元11按照每个被控制区域9设置，因此，在各VAV控制单元11中执行图6所示的处理。
在本实施方式中，除了风量运算部112算得的与以往相同的VAV风量的变更之外，通过进行与室内温度设定值SP的变更对应的风量变更部113所进行的VAV风量的变更，能够成为捕捉了用户的需求的具有速效性的空调控制，能够提高对用户而言的舒适性。
另外，与第1实施方式相同，也可在设置在被控制区域9的操作装置(未图示)被操作从而室内温度设定值SP被变更的情况下，即在只考虑室内居住者变更了室内温度设定值SP的情况下，变更需求风量。
另外，第1、第2实施方式的VAV控制单元11和空调控制装置12各自能够通过具有CPU、存储装置以及与外部的接口的计算机，和对该硬件资源进行控制的程序来实现。各装置的CPU按照存储装置所存储的程序执行在第1、第2实施方式中说明的处理。
另外，在第1、第2实施方式中，将VAV控制系统作为对象进行了说明，但本发明不限于VAV，可适用于对被控制区域的温热环境进行控制的各种设备。作为这些设备，有空调机、FCU(Fan Coil Unit)、封装空调机以及加热器等。另外，在第1、第2实施方式中，根据室内温度设定值SP的变更，对供气温度设定值、风量进行变更，但本发明不限于此，也可根据室内温度设定值SP的变更，对控制阀(冷水阀、温水阀)的开度、加热器的操作量进行变更。另外，能够同时变更供气温度设定值、风量、控制阀的开度等。
产业上的可利用性
本发明例如能够适用于VAV控制系统等。

Claims (6)

1.一种控制装置，其特征在于，具有：
设定值取得机构，其取得控制的设定值；
变更机构，其根据上述设定值的变更，通过前馈控制而在促进追随设定值的方向上对控制的输出量进行临时变更，
按照预先确定的关系，根据上述设定值的变更幅度决定上述控制的输出量的变更幅度，
上述设定值取得机构取得被控制区域的室内温度设定值，
上述变更机构只在被控制区域的室内居住者变更了上述室内温度设定值的情况下变更上述控制的输出量。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
上述变更机构将控制被控制区域的温热环境的设备作为对象，根据上述室内温度设定值的变更，对控制的输出量进行临时变更。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
控制上述被控制区域的温热环境的设备是空调机以及加热器中的至少一个，
上述控制的输出量是上述空调机中的供气温度设定值、向被控制区域吹入的风量、对向上述空调机供给的传热介质的量进行控制的控制阀的开度、以及上述加热器的操作量中的至少一个。
4.一种控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
设定值取得步骤，其取得控制的设定值；
变更步骤，其根据上述设定值的变更，通过前馈控制而在促进追随设定值的方向上对控制的输出量进行临时变更，
按照预先确定的关系，根据上述设定值的变更幅度决定上述控制的输出量的变更幅度，
在上述设定值取得步骤中取得被控制区域的室内温度设定值，
在上述变更步骤中只在被控制区域的室内居住者变更了上述室内温度设定值的情况下变更上述控制的输出量。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，
在上述变更步骤中将控制被控制区域的温热环境的设备作为对象，根据上述室内温度设定值的变更，对控制的输出量进行临时变更。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，
控制上述被控制区域的温热环境的设备是空调机以及加热器中的至少一个，
上述控制的输出量是上述空调机中的供气温度设定值、向被控制区域吹入的风量、对向上述空调机供给的传热介质的量进行控制的控制阀的开度以及上述加热器的操作量中的至少一个。
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