JP2000018687A - 空調機の集中管理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数台の空調機の運転の最適化を図り、快適
性をほとんど損なうことなく、全体としてバランスのと
れた有効なピークカット及び省エネ運転を実現すること
ができる空調機の集中管理システムを提供する。 【解決手段】 複数台設けられた各空調機１１毎に設け
た空調機コントローラ１２を中央の管理装置１６とネッ
トワーク１５で結合し、該ネットワーク経由で各空調機
１１の本体又は周辺の時々刻々の温度信号を中央の管理
装置１６に送出し、中央の管理装置１６は、これらのデ
ータに基づいて得た各種の操作信号を、前記ネットワー
ク１５経由で各空調機コントローラ１２に送出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調機の集中管理
システムに関し、詳しくは、複数台の空調機の運転の最
適化を図り、各部屋の快適性を損なうことなく、全体と
してバランスのとれた、しかも、効果的な電力のピーク
カット及び省エネ運転を実現することができる空調機の
集中管理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の空調の普及により、生活環境は、
極めて快適になったが、電力供給の立場からは、夏季に
おいて著しい電力のピーク負荷が発生している。電力会
社も、このピーク対策として各種の対策を講じている
が、もはや限界状態となり、深刻な事態になっている。
一方、ユーザーサイドとしても、デマンド契約が広く適
用されるようになり、この夏季の僅かな時間帯のピーク
負荷のために、年間を通して高額な電力基本料金を支払
わねばならないことになり、ピークカット対策は、ユー
ザーにとっても重要な課題である。

【０００３】このような背景から、ピークカット対策と
して、使用電力の値がある値を超えることが予測される
と、重要性の低い負荷から順次遮断する、いわゆるデマ
ンドコントロール管理が多用されている。

【０００４】しかし、通常のデマンドコントロールによ
るピークカットの方法は、最も使用したい時間帯に空調
機が使用できないため、ピークカットの目的は達成でき
ても、空調機使用者の不満が多く、本質的解決にはなら
ない状況である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、空調機の運転・
停止や温度設定は、各部屋毎に操作が行われるのが普通
であり、温度の設定値等は、各部屋の裁量に任されてい
ることが多かった。すなわち、通常の空調機は、スタン
ドアローンの方式で製作されており、特に、既設設備に
おいては、空調機製造メーカーに依存しないで、各部の
空調状態を中央で一括管理する一括管理システムを導入
することは困難であった。

【０００６】また、それぞれの空調負荷は時々刻々に変
わるが、この状態は複雑な要素が関連しているため、正
確な検知や入力が困難であり、各部屋の快適性を失わず
に、効果的なピークカットを実現する必要がある。した
がって、中央の管理システムでは、各部屋の温度信号を
総合的に分析し、各空調機に最適な運転停止信号と温度
設定変更信号とを与える必要があるとともに、デマンド
値と快適度とのバランスをとる必要がある。さらに、空
調機は、外気の状態と関係なく温度設定されているが、
人間の快適性は、必ずしも年間一定の温度・湿度の部屋
で得られるわけではなく、季節，気候等と密接な関連が
あるとされている。

【０００７】そこで本発明は、快適性をほとんど損なう
ことなく、有効なピークカットを実現することができる
空調機の集中管理システムを提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の空調機の集中管理システムは、複数台設け
られた各空調機毎に、無線方式，ＬＡＮ方式，シリアル
伝送方式等のネットワークに接続可能な空調機コントロ
ーラを設け、各空調機コントローラを中央の管理装置と
ネットワークで結合し、該ネットワーク経由で各空調機
の本体又は周辺の時々刻々の温度信号を中央の管理装置
に送出し、中央の管理装置は、これらのデータに基づい
て得た各種の操作信号を、前記ネットワーク経由で各空
調機コントローラに送出するように形成したことを特徴
としている。

【０００９】また、本発明の空調機の集中管理システム
は、前記管理装置の操作信号が、前記複数台の空調機を
複数のグループに分け、１つ以上のグループの空調機に
対して同時運転を禁止し、運転を禁止するグループを順
次切替える運転指令を含んでいること、さらに、それぞ
れの空調機の本体又は周辺の温度とその変化率とから、
ファジー推論により時々刻々の空調負荷の状態を検知
し、該検知結果に基づいて各空調機の運転停止指令又は
温度設定変更指令を含んでいることを特徴としている。

【００１０】さらに、前記管理装置が、前記複数台の空
調機を複数のグループに分け、１つ以上のグループの空
調機に対して同時運転を禁止し、運転を禁止するグルー
プを順次切替える指令を与えるとともに、空調機停止時
における各空調機の本体又は周辺の温度とその変化率と
から、ファジー推論により時々刻々の空調負荷の状態を
検知し、該検知結果に基づいて各空調機の最適な停止時
間の指令を与える機能、また、それぞれの空調機の本体
又は周辺の温度と最適停止時間条件とから、ファジー推
論により最適なデマンド指令を与える機能、さらに、グ
ループ内の各空調機の最適停止時間が略均一になるよう
に、各空調機に運転停止指令又は温度設定変更指令を与
える機能を含んでいることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の空調機の集中管理
システムの一形態例を示すブロック図である。この空調
機の集中管理システムにおいて、複数台設置された空調
装置１０，１０は、空調機１１と、該空調機１１をコン
トロールする空調機コントローラ１２と、空調機の本体
又は周辺の温度を測定する温度センサ１３と、ネットワ
ークとの接続部（信号送受信部）１４とをそれぞれ有し
ている。各空調装置１０は、ネットワーク１５を介して
前記接続部１４と中央の管理装置１６とが接続されてお
り、管理装置１６には、各空調装置１０からの温度信号
の入力の他、電力の使用状況を知るための電力信号１７
の入力、各種設定を行うための入力手段、運転状況を示
すための表示手段等が設けられている。

【００１２】前記空調機コントローラ１２は、一般的な
赤外線タイプのリモコンやケーブルタイプのリモコンで
あってもよく、空調機１１に組み込まれたタイプであっ
てもよい。この空調機コントローラ１２は、空調機１１
の運転・停止、温度設定等の通常の空調機コントロール
機能を備えるとともに、ネットワーク１５に接続するた
めの接続部１４を一体又は別体に備えたものである。

【００１３】空調装置１０と管理装置１６とのネットワ
ーク接続は、一般的な無線方式，ＬＡＮ方式，シリアル
伝送方式等、任意の方式で行うことができ、電話回線や
ＰＨＳ回線等も利用することが可能であり、必要に応じ
てこれらを組み合わせることもできる。

【００１４】温度センサ１３からの温度信号１８は、空
調機コントローラ１２を経由して温度信号１９として接
続部１４に送られ、さらに、接続部１４からネットワー
ク１５を介して管理装置１６に送られる。この温度信号
の接続部１４から管理装置１６への送信は、適当な時間
間隔、例えば１分間隔毎に行われる。また、管理装置１
６からの各種の操作信号は、ネットワーク１５を介して
接続部１４に送出され、接続部１４から操作指令２０と
して空調機コントローラ１２に送られ、該空調機コント
ローラ１２からのコントロール信号２１により空調機１
１の運転・停止や温度設定変更等が行われる。

【００１５】また、前記複数台の空調装置１０は、ピー
クカットを効果的に行うため、複数台を、いくつかのグ
ループに分割している。このグループ分けは、各グルー
プの容量が略均等になるように行われるとともに、近傍
の空調装置１０は、異なるグループに分けるようにす
る。このようにグループ分けした空調装置１０における
運転は、グループ毎に適当な間隔で交互に運転を行い、
グループ間で同時に運転を行わないようにする。各グル
ープ毎の運転の切り替えのタイミングは、停止している
空調機の周辺の温度条件が、運転を必要とする条件にな
ったときに切り替え指令が出される。

【００１６】このように運転を行うことにより、例え
ば、２グループに分ければ、空調負荷のピークを、略半
分に減少させることができる。この交互運転の切替え時
間は数分程度とし、頻繁に運転グループを切り替えるよ
うにすることが好ましい。すなわち、空調負荷は時定数
が大きいため、空調装置１０に若干の停止期間を設けて
も、快適性に影響を与えることはほとんどない。また、
この停止期間は、空調機１１の運転を完全に停止させて
もよいが、送風機の使用動力は僅かなものであるから、
冷房運転時には、送風運転のみを継続するようにしても
よい。

【００１７】前記温度センサ１３は、空調機１１の吸入
温度やその近傍の温度を測定するものが空調機１１に組
み込まれているが、既設の様々なタイプの空調設備に対
しても簡単に適用できるるように、新たに適当な位置に
温度センサ１３を設置することが好ましい。この温度セ
ンサ１３は、各空調機１１に対して最低１個設置すれば
よいが、大きい部屋の場合は２〜３個の温度センサを設
置し、各温度センサの平均をとったり、場所により温度
変化の状態が変わる場所については、条件の厳しい方の
データを採用したりすることができる。さらに、温度だ
けでなく湿度をデータとして加えてもよく、外気の温度
や湿度、日照等のデータを必要に応じて組み合わせるこ
とができる。

【００１８】本形態例における空調機１１の集中制御
は、次のようにして行われる。通常のデマンドコントロ
ールは、運転・停止指令のみであるが、空調機１１は、
温度の設定変更により負荷も連続的に変わるので、各空
調装置１０から中央の管理装置１６に各部屋の時々刻々
の温度信号を送り、デマンド信号に対応して温度の設定
変更指令も出している。管理装置１６に各部屋の温度が
送られているので、デマンド指令に対応して、各空調機
１１に対する運転・停止指令、温度設定変更指令が概略
決まるが、空調負荷は、部屋の大きさ，構造（断熱
性），日照との関係，人数，人の出入の頻度等の条件に
より時々刻々変わる。すなわち、空調機停止時の影響も
考慮に入れ、きめ細かい制御を行うには、これらの条件
を加味して空調機１１に対する指令を決めるべきである
が、これらの条件を正確に入力することは事実上不可能
に近い。

【００１９】したがって、管理装置１６では、これらの
条件を一括して、温度の測定値と空調機停止時の温度変
化率とのデータから、ファジー推論より、各空調機１１
に対する運転・停止指令，温度設定変更指令，停止サイ
クル時間の最適値を演算し、送出するようにしている。

【００２０】以下、上記ファジー推論による空調機の温
度設定、運転停止指令の手順について、冷房運転を例に
して詳述する。

【００２１】まず、各空調機１１には、中央の管理装置
１６から標準的な温度設定信号を与える。制御をスター
トさせると、各部の温度データが管理装置１６に送られ
る。各空調機１１は、グループ毎の交互運転が行われる
ため、停止サイクルにおいて室温は少しずつ上昇する。
各部の温度データは、一定の時間間隔毎に管理装置１６
に送られるため、これらのデータから温度変化率を求
め、グループ内の全ての室温の変化率の平均をとる。

【００２２】グループが停止サイクルに入ると、すぐに
各部屋の温度と温度変化率とを求める。制御目標に対す
る許容値については、各部屋毎に若干状況が異なるが、
温度、温度変化率それぞれ、標準値（標準設定温度Ｔ
０，標準温度変化率Ｓ０）に対して、ＮＬ（非常に低
い）、ＮＳ（やや低い）、ＺＲ（丁度よい）、ＰＳ（や
や高い）、ＰＬ（非常に高い）のランク付けを行い、そ
れぞれの入力に対し、図２，図３に示すような温度信号
及び温度変化信号のメンバーシップ関数を設定する。

【００２３】温度の状態信号及び温度変化の状態信号の
組み合わせによる空調機の操作信号については、人間の
感覚を基に、ＩＦ〜ＴＨＥＮ形式のプロダクションルー
ルを作って演算を行い、ＮＬ（大きく下げる）、ＮＳ
（少し下げる）、ＺＲ（そのまま）、ＰＳ（少し上げ
る）、ＰＬ（大きく上げる）の形で補正操作信号を演算
出力している。

【００２４】図４は本形態例による演算出力（操作信
号）メンバーシップ関数、図５は温度と温度変化率との
プロダクションルールであって、このプロダクションル
ールは、ＩＦ［室温条件］ＡＮＤ［温度変化率条件］Ｔ
ＨＥＮ［設定変更指令］の形で、５×５＝２５個のルー
ルを設定したものである。

【００２５】例えば、図５において２列目５行目の編み
掛け部分におけるルールは、「ＩＦ温度＝ＰＬ ＡＮＤ
変化率＝ＮＳ ＴＨＥＮ 設定＝ＮＳ」であり、室温
は非常に高い（ＰＬ）が、温度の変化率がやや低い（Ｎ
Ｓ）ので、温度設定は少しだけ下げれば（ＮＳ）よい状
態であるということを示している。このようにして、各
状態について２５個のルールをそれぞれ決ておく。

【００２６】図６において、温度がＴ１であったと仮定
する。図６のＴ１は標準設定温度Ｔ０より高いことは確
かだが、やや高い（ＰＳ）と判断するか、ほぼ標準的
（ＺＲ）と判断するかは、判断に苦しむ。ファジー推論
では、図６に示すように、メンバーシップ関数に実入力
の線を引き、ＺＲのメンバーシップ関数との交点の高さ
がＺＲの確からしさ、ＰＳのメンバーシップ関数との交
点の高さがＰＳの確からしさを表す。すなわちち、温度
Ｔ１の入力は、ＰＳの確からしさが８０％程度だが、Ｚ
Ｒの確からしさも２０％程度あるという状態を表し、Ｔ
１の入力に対してＺＲ、ＰＳは、図７のような出力が送
出される（ＮＬ，ＮＳ，ＰＬはゼロ出力）。

【００２７】同様にして、温度変化率についても、入力
信号から各メンバーシップ関数の出力を求める。図８に
示すように、温度変化率の入力値をＳ１とすると、温度
変化率は、ＮＬとＮＳとの両方の成分を含んでおり、各
メンバーシップ関数の出力は、図９に示すようになる。

【００２８】上述の状態では、図１０のプロダクション
ルールにおける編み掛け部分の出力が関与し、次の４つ
のプロダクションルールが関与することが分かる。 ＩＦ 温度＝ＺＲ ＡＮＤ 変化率＝ＮＬ ＴＨＥＮ
操作出力＝ＰＳ ＩＦ 温度＝ＰＳ ＡＮＤ 変化率＝ＮＬ ＴＨＥＮ
操作出力＝ＰＳ ＩＦ 温度＝ＺＲ ＡＮＤ 変化率＝ＮＳ ＴＨＥＮ
操作出力＝ＺＲ ＩＦ 温度＝ＰＳ ＡＮＤ 変化率＝ＮＳ ＴＨＥＮ
操作出力＝ＺＲ それぞれの演算結果については、入力の確かさが等しく
ないので、それぞれの入力のメンバーシップ関数の確か
らしさに応じて、結果の確かさを決める。

【００２９】同じ演算結果が複数個出た場合は、これら
の内、最も確からしさの大きい値を採用する。この例の
場合、それぞれの演算結果の確からしさは、図１１〜図
１４に示す通りとなる。

【００３０】この例では、ＰＳ，ＺＲ共に２つの出力が
得られるが、それぞれの条件の大きい方を操作信号とし
て使用する。すなわち、図１５に示すように、この出力
はＺＲとＰＳの両方の成分を含み、それぞれの大きさが
異なるので、得られた演算結果を、操作信号メンバーシ
ップ関数におけるＰＳ，ＺＲにそれぞれ当てはめ、これ
らの面積からその重心位置Ｇを求め、この値を合成出力
ｄＴＴとする。これにより、略正しい出力が得られるの
で、図１６に示すように、この合成出力をファジー推論
により得た補正信号ｄＴＴとして出力し、温度設定信号
ｄＴを補正した後に出力する。

【００３１】停止時間についても，図１７に示すように
して同様の補正を行うことができる。停止時間の場合
は、停止しているグループ内の各温度Ｔと各温度変化率
Ｓとを用いて上記同様のファジー演算行う。このときの
停止サイクル時間指令プロダクションルールは、図１８
に示すように、温度及び温度変化率からＮＬ（非常に低
い又は小さい）、ＮＳ（やや低い又は小さい）、ＺＲ
（丁度よい）、ＰＳ（やや高い又は大きい）、ＰＬ（非
常に高い又は大きい）を組み合わせ、前記同様のＮＬ〜
ＰＬからなる２５個のルールを設定する。また、操作信
号出力となる停止時間補正信号のメンバーシップ関数
は、図１９に示すように、ＮＬ（非常に短くする）、Ｎ
Ｓ（少し短くする）、ＺＲ（そのまま）、ＰＳ（少し長
くする）、ＰＬ（非常に長くする）という形で補正信号
ｄＴＴを出力する。このようにして得た補正信号（−２
ｄＴＴ〜＋２ｄＴＴ）により停止サイクル時間Ｔｔを補
正して出力する。

【００３２】このようにすると、グループ内の各空調機
毎に最適停止時間にばらつきがでるので、各空調機の最
適停止時間が同じグループ内で均一になるように、グル
ープ内の各空調機毎に温度設定の補正を行う。すなわ
ち、停止時間が長くとれるものは、十分に冷えているも
のと判断して若干温度設定を上げ、逆に停止時間が長く
とれないものについては、若干温度設定を下げるように
する。このように、各グループ毎に同じような補正を加
えると、各グループ内の空調機は、略均一の時間で再起
動すればよいことになる。

【００３３】さらに、最適停止時間は、快適性を確保し
ながら、どの位長く空調機を停止状態にできるかを示す
ものであるから、デマンドの値があまり低い値に設定さ
れていると、小さくなり続けることになる。したがっ
て、最適停止時間の制御範囲は、ある幅をもたせること
が好ましい。

【００３４】最適停止時間が最小の限度になったとき、
デマンド条件が絶対条件の場合は、最小時間での切り替
えを行うことになるが、デマンド条件が絶対条件ではな
い場合は、温度と時間補正値とに基づいて、図２０に示
すように、温度と許容停止時間との関係から、ＮＬ（非
常に小さくする）、ＮＳ（少し小さくする）、ＺＲ（そ
のまま）、ＰＳ（少し大きくする）、ＰＬ（非常に大き
くする）というデマンド値変更プロダクションルールを
作成するとともに、ここから得られたルールに基づくデ
マンド値補正信号メンバーシップ関数を図２１に示すよ
うに作成しておく。そして、停止時間補正が処理の範囲
を超えたときには、これらを用いてデマンド補正出力を
出力信号とするファジー演算を行い、デマンド補正値
（−２ｄＥ〜＋２ｄＥ）を決め、デマンドの目標値を変
更する。

【００３５】本形態例に示す構成において、外気温３１
度の状態で冷房温度を１６度に設定し、２グループで約
５分間隔で交互運転を行ったが、停止期間中の温度上昇
幅は２度程度で、ほとんどど空調機を停止したことが気
にならない程度であった。なお、停止期間中も送風機の
みは使用動力が僅かであるから運転を継続した。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空調機の
集中管理システムによれば、効果的なピークカットが行
えるので、企業単位として電力基本料金が安くなり、グ
ローバルにみて電力の平準化が実現できるだけでなく、
二酸化炭素の削減にもつながる。

【００３７】また、空調機全体で管理できるので、空調
システム全体を最適化でき、無理のない形でデマンドコ
ントロールができるとともに、デマンド値を自動的に調
整できるので、常に最適状態が確保でき、過冷却等の無
駄な使い方が防げる。

【００３８】さらに、温度と温度変化とにより負荷の状
況を把握しているので、煩雑な入力をする必要がなく、
導入し易いという利点があり、ホームオートメーション
や集中管理システムにも容易に連動させることができ
る。

【００３９】しかも、空調機のコントロール部（リモコ
ン部）をネットワーク対応に取替えるだけで既設の空調
機にも容易に適用が可能であり、空調機増設に対する対
応が簡単で、かつ、設備コストも安価であるなどの効果
があり、産業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の空調機の集中管理システムの一形態
例を示すブロック図である。

【図２】 温度信号メンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図３】 温度変化信号メンバーシップ関数を示す図で
ある。

【図４】 操作信号メンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図５】 温度と温度変化率とのプロダクションルール
を示す図である。

【図６】 温度Ｔ１に対する各状態の確からしさを示す
図である。

【図７】 温度Ｔ１に対する各メンバーシップ関数出力
を示す図である。

【図８】 温度変化率Ｓ１に対する各状態の確からしさ
を示す図である。

【図９】 温度変化率Ｓ１に対する各メンバーシップ関
数出力を示す図である。

【図１０】 温度Ｔ１及び温度変化率Ｓ１に対する各メ
ンバーシップ関数出力に関与するプロダクションルール
を示す図である。

【図１１】 各メンバーシップ関数出力が、温度＝Ｚ
Ｒ，変化率＝ＮＬのときの操作出力を示す図である。

【図１２】 各メンバーシップ関数出力が、温度＝Ｐ
Ｓ，変化率＝ＮＬのときの操作出力を示す図である。

【図１３】 各メンバーシップ関数出力が、温度＝Ｚ
Ｒ，変化率＝ＮＳのときの操作出力を示す図である。

【図１４】 各メンバーシップ関数出力が、温度＝Ｐ
Ｓ，変化率＝ＮＳのときの操作出力を示す図である。

【図１５】 各操作出力から合成出力を得るための操作
を説明する図である。

【図１６】 温度設定信号の流れを示す説明図である。

【図１７】 停止サイクル時間信号の流れを示す説明図
である。

【図１８】 温度平均値と温度変化率平均値とによる停
止サイクル時間指令プロダクションルールを示す図であ
る。

【図１９】 停止時間補正信号メンバーシップ関数の出
力を示す図である。

【図２０】 温度と許容停止時間とによるデマンド値変
更プロダクションルールを示す図である。

【図２１】 デマンド値補正信号メンバーシップ関数の
出力を示す図である。

【符号の説明】

１０…空調装置、１１…空調機、１２…空調機コントロ
ーラ、１３…温度センサ、１４…ネットワークとの接続
部、１５…ネットワーク、１６…管理装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数台設けられた各空調機毎に、ネット
   ワークに接続可能な空調機コントローラを設け、各空調
   機コントローラを中央の管理装置とネットワークで結合
   し、該ネットワーク経由で各空調機の本体又は周辺の時
   々刻々の温度信号を中央の管理装置に送出し、中央の管
   理装置は、これらのデータに基づいて得た各種の操作信
   号を、前記ネットワーク経由で各空調機コントローラに
   送出するように形成したことを特徴とする空調機の集中
   管理システム。
2. 【請求項２】 前記管理装置の操作信号は、前記複数台
   の空調機を複数のグループに分け、１つ以上のグループ
   の空調機に対して同時運転を禁止し、運転を禁止するグ
   ループを順次切替える運転指令を含んでいることを特徴
   とする請求項１記載の空調機の集中管理システム。
3. 【請求項３】 前記管理装置の操作信号は、それぞれの
   空調機の本体又は周辺の温度とその変化率とから、ファ
   ジー推論により時々刻々の空調負荷の状態を検知し、該
   検知結果に基づいて得た各空調機の運転停止指令又は温
   度設定変更指令を含んでいることを特徴とする請求項１
   記載の空調機の集中管理システム。
4. 【請求項４】 前記管理装置は、前記複数台の空調機を
   複数のグループに分け、１つ以上のグループの空調機に
   対して同時運転を禁止し、運転を禁止するグループを順
   次切替える指令を与えるとともに、空調機停止時におけ
   る各空調機の本体又は周辺の温度とその変化率とから、
   ファジー推論により時々刻々の空調負荷の状態を検知
   し、該検知結果に基づいて各空調機の最適な停止時間の
   指令を与える機能を含んでいることを特徴とする請求項
   １記載の空調機の集中管理システム。
5. 【請求項５】 前記管理装置は、各空調機の本体又は周
   辺の温度と最適停止時間条件とから、ファジー推論によ
   り最適なデマンド指令を与える機能を含んでいることを
   特徴とする請求項１記載の空調機の集中管理システム。
6. 【請求項６】 前記管理装置は、グループ内の各空調機
   の最適停止時間が略均一になるように、各空調機に運転
   停止指令又は温度設定変更指令を与える機能を含んでい
   ることを特徴とする請求項１記載の空調機の集中管理シ
   ステム。