JP2005249277A - 空調制御システムおよび空調制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最適なタイミングでメンテナンスを行えるようにする。
【解決手段】制御装置２にファン回転数決定部２−１、散布図作成部２−２、近似曲線算出部２−３、特性修正・更新部２−４、初期特性記憶部２−５、メンテナンス時期判定部２−６を設ける。散布図作成部２−３において、合計実風量ＶＴｐｖおよび実回転数Ｎｐｖを収集蓄積し、散布図を作成する。近似曲線算出部２−４において、例えば１日に１回、散布図から近似曲線を算出し、特性修正・更新部２−５へ送る。特性修正・更新部２−５は、近似曲線によって示されるファン回転数Ｎと合計要求風量ＶＴｓｐとの関係を合計要求風量−ファン回転数の実特性とし、メンテナンス時期判定部２−６へ送る。メンテナンス時期判定部２−６は、初期特性記憶部２−５に記憶されている合計要求風量−ファン回転数の初期特性と特性修正・更新部２−５からの実特性との差が所定範囲を超えた場合に、メンテナンス時期であると判定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、空調制御システムおよび空調制御方法に関し、より詳しくは空調機のファンからの給気を分岐し、ダンパを介して被制御エリアに供給する空調制御システムおよび空調制御方法に関するものである。

従来より、大規模な構築物において、空調機より給気ダクトを介して各部へ給気を行う場合、各空調対象部位（被制御エリア）の給気吹出口毎にＶＡＶダンパ（可変給気量調節ダンパ）を設け、このＶＡＶダンパの開度（ダンパ開度）をＶＡＶ制御装置により被制御エリアの負荷状況に応じて制御するようにしている。

この空調制御システムでは、ＶＡＶダンパへ適切な量の給気を行うために、被制御エリア毎に設けられたＶＡＶ制御装置からの要求風量に応じて空調機のファンの回転数を制御するようにしている。例えば、第１〜第Ｎ（≧２）のＶＡＶ制御装置から送られてくる第１〜第Ｎの被制御エリアへの要求風量を合計し、この要求風量の合計値から予め定められている合計要求風量とファン回転数との関係を示す特性（合計要求風量−ファン回転数特性）に従って空調機のファンの回転数を決定するようにしている。

一般に、合計要求風量−ファン回転数特性は、試運転時の短期間のデータに基づいて決定され、この決定された合計要求風量−ファン回転数特性がそのまま長く使用される。しかし、長期間の使用によるフィルタの目詰まりやダクトの汚れなどによる経年変化など（外気温湿度の変化や季節の変化なども含む）により、実際の合計要求風量−ファン回転数特性が当初ものから変化すると、最適なファン回転数制御が行えなくなる。すなわち、実際の合計要求風量−ファン回転数特性が劣化し、決定された回転数でファンを回転してもＶＡＶダンパ側では所望の合計要求風量を得ることができなくなる

そこで、特許文献１に開示されたファン回転数制御では、ファンの回転数を実測するファン回転数検出器を設け、第１〜第Ｎの被制御エリアへの実風量を所定周期で合計し、この第１〜第Ｎの被制御エリアへの実風量の合計値とその時のファン回転数の実測値とを蓄積し、この第１〜第Ｎの被制御エリアへの実風量の合計値とその時のファン回転数の実測値との相関を所定のサンプリング間隔でプロットした散布図を作成し、この散布図から合計要求風量−ファン回転数の実特性を作成し、この実特性をそれまで使用していた合計要求風量−ファン回転数特性と入れ替えるようにしている。すなわち、ファン回転数の実測値をフィードバックし、定期的に合計要求風量−ファン回転数特性を修正するようにしている。

特開２００２−１２２３４６号公報

上述した特許文献１の技術は、フィルタの目詰まりやダクトの汚れなどによる経年変化などに拘わらず、最適なファン回転数制御を行うことができるという点で優れている。ところが、経年変化したフィルタやダクトなどをそのまま使い続けるとエネルギーのロスとなるので、これらを適当な時期にメンテナンスすることが望ましい。
従来は、フィルタやダクトなどのメンテナンス（部品交換や清掃）を定期的に行っている。しかしながら、この場合、メンテナンスの時期が早すぎたり、遅すぎたりすることがあり、最適なメンテナンス時期を知ることができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、最適なタイミングでメンテナンスを行うことができる空調制御システムおよび空調制御方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、空調機のファンからの給気の供給通路に設けられたダンパと、このダンパを介して給気の供給を受ける被制御エリアの負荷状況に応じて被制御エリアへの要求風量を算出しダンパの開度を制御するダンパ制御手段と、ダンパ制御手段から送られてくる被制御エリアへの要求風量から予め定められている要求風量−ファン回転数特性に従って空調機のファンの回転数を決定するファン回転数決定手段とを備えた空調制御システムにおいて、要求風量−ファン回転数の初期特性を記憶する初期特性記憶手段と、ファンの回転数を実測するファン回転数実測手段と、被制御エリアへの給気の風量を実測する風量実測手段と、ファン回転数実測手段によって実測されたファン回転数の実測値と風量実測手段により実測された被制御エリアへの給気の風量の実測値とに基づいて要求風量−ファン回転数の実特性を作成する実特性作成手段と、要求風量−ファン回転数の初期特性と要求風量−ファン回転数の実特性との差に基づいてメンテナンス時期であるか否かを判定するメンテナンス時期判定手段とを設けたものである。

この発明によれば、合計要求風量−ファン回転数の初期特性と実特性との差に基づいて、メンテナンス時期であるか否かが判定される。例えば、初期特性と実特性との差が所定範囲を超えた場合に、すなわち実特性が劣化し限界を超えた場合に、メンテナンス時期であると判定する。また、初期特性と実特性との差が所定範囲内にある場合でも、被制御エリアの快適性を保つことができないような場合には、メンテナンス時期であると判定する。なお、本発明は、空調制御システムにおける空調制御方法としても実現することができる。

本発明によれば、合計要求風量−ファン回転数の初期特性と実特性との差に基づいてメンテナンス時期であるか否かが判定され、この判定結果をユーザに知らせることにより、最適なタイミングでメンテナンスを行うことができるようなる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る空調制御システムの一実施の形態を示す図である。
同図において、１は空調機であり、冷水ＣＷが供給される冷却コイル１Ａ，温水ＨＷが供給される加熱コイル１Ｂ，スチームを発生する加湿器１Ｃおよび送風機１Ｄにより構成されている。なお、送風機１Ｄにおいて、Ｆはファン、ＩＮＶはインバータである。また、送風機１Ｄに対しては、ファンＦの回転数を実測するファン回転数検出器１０が設けられている。

空調機１における冷却コイル１Ａへの冷水ＣＷ、加熱コイル１Ｂへの温水ＨＷ、加湿器１Ｃのスチーム発生量およびファンＦの回転数は制御装置２により制御されるものとなっており、空調機１においてそのファンＦより吹き出される給気がＶＡＶダンパ３−１〜３−ｎを介し被制御エリア４−１〜４−ｎへ供給されるようになっている。

被制御エリア４−１〜４−ｎには、各エリア毎にＶＡＶダンパ３−１〜３−ｎからの給気の吹出量（実風量）を検出する風量検出器５−１〜５−ｎと、室温を検出する温度検出器６−１〜６−ｎと、室温を設定する温度設定器７−１〜７−ｎと、ＶＡＶダンパ３−１〜３−ｎのダンパ開度を検出するダンパ開度検出器８−１〜８−ｎと、ＶＡＶ制御装置９−１〜９−ｎとが設けられている。

ＶＡＶ制御装置９−１は、温度検出器６−１からの検出室温ｔｐｖ１と温度設定器７−１からの設定室温ｔｓｐ１とに基づき、ｔｐｖ１＝ｔｓｐ１となるような被制御エリア４−１への要求風量Ｖｓｐ１を演算し、この要求風量Ｖｓｐ１と風量検出器５−１からの実風量Ｖｐｖ１との差からダンパ開度の設定値θｓｐ１を求め、この設定値θｓｐ１とダンパ開度検出器８−１からのダンパ開度の実測値θｐｖ１とが一致するように、ＶＡＶダンパ３−１のダンパ開度を制御する。また、風量検出器５−１からの実風量Ｖｐｖ１と演算した要求風量Ｖｓｐ１、検出室温ｔｐｖ１と設定室温ｔｓｐ１との差Δｔ１を制御装置２へ送る。ＶＡＶ制御装置９−ｎも、ＶＡＶ制御装置９−１と同様にＶＡＶダンパ３−ｎののダンパ開度を制御し、実風量Ｖｐｖｎ，要求風量Ｖｓｐｎ，検出室温ｔｐｖｎと設定室温ｔｓｐｎとの差Δｔｎを制御装置２へ送る。

制御装置２は、ファン回転数決定部２−１と、散布図作成部２−３と、近似曲線算出部２−３と、特性修正・更新部２−４と、初期特性記憶部２−５と、メンテナンス時期判定部２−６とを備えている。ファン回転数決定部２−１には合計要求風量−ファン回転数特性ＴＡが設定されている。図２に合計要求風量−ファン回転数の初期特性ＴＡｓの一例を示す。この初期特性ＴＡｓは初期特性記憶部２−５に記憶されている。ファン回転数決定部２−１には、この初期特性ＴＡｓが運用開始時の最初の合計要求風量−ファン回転数特性ＴＡとして設定されている。

また、ファン回転数決定部２−１には、ＶＡＶ制御装置９−１〜９−ｎからの要求風量Ｖｓｐ１〜Ｖｓｐｎが与えられ、散布図作成部２−２には、ＶＡＶ制御装置９−１〜９−ｎからの実風量Ｖｐｖ１〜Ｖｐｖｎとファン回転数検出器１０からのファンＦの実回転数（実測値）Ｎｐｖが与えられる。メンテナンス時期判定部２−６には、ＶＡＶ制御装置９−１〜９−ｎからの検出室温と設定室温の差Δｔ１〜Δｔｎと、初期特性記憶部２−５に記憶されている合計要求風量−ファン回転数の初期特性ＴＡｓと、後述する特性修正・更新部２−４で作成される実特性ＴＡｒが与えられる。

なお、本実施の形態において、制御装置２におけるファン回転数決定部２−１，散布図作成部２−２，近似曲線算出部２−３，特性修正・更新部２−４およびメンテナンス時期判定部２−６の機能は、ＣＰＵの処理動作として実現される。

散布図作成部２−２は、ＶＡＶ制御装置９−１〜９−ｎからの実風量Ｖｐｖ１〜Ｖｐｖｎを所定周期で合計し、その合計実風量ＶＴｐｖを次々に記憶して行く。また、この合計実風量ＶＴｐｖのサンプリングと同期して、ファンＦの実回転数Ｎｐｖも次々に記憶して行く。この合計実風量ＶＴｐｖおよび実回転数Ｎｐｖのサンプリングを一定期間Ｔ（例えば、１ヶ月、６ヶ月、１年、３年など）続ける。一定期間Ｔ経過後は古いものから順にサイクリックに上書きして行く。

また、散布図作成部２−２は、記憶した合計実風量ＶＴｐｖおよび実回転数Ｎｐｖに基づき、合計実風量ＶＴｐｖとこの合計実風量ＶＴｐｖが得られた時の実回転数Ｎｐｖとの相関をプロットした散布図を作成する。図４（ａ）に運用開始から一定期間Ｔ経過後の散布図を示す。この散布図では、合計実風量ＶＴｐｖを横軸、実回転数Ｎｐｖを縦軸としている。

近似曲線算出部２−３は、運用開始から一定期間Ｔ経過後、例えば１日に１回、散布図作成部２−２が作成する散布図から近似曲線（散布図中にプロットされた点の平均値を結んだ曲線）を算出し、この近似曲線を座標軸とともに特性修正・更新部２−４へ送る。図４（ｂ）に実線で示した線Ｌｒがこのときの近似曲線である。

特性修正・更新部２−４は、近似曲線算出部２−３から送られてくる近似曲線Ｌｒの縦軸をファン回転数Ｎとし、横軸を合計要求風量ＶＴｓｐとし（図４（ｃ）参照）、合計要求風量−ファン回転数の実特性ＴＡｒを作成する。そして、この作成した合計要求風量−ファン回転数の実特性ＴＡｒをファン回転数決定部２−１における合計要求風量−ファン回転数特性ＴＡと入れ替える。

この場合、ファン回転数決定部２−１には図２に示した試運転時の短期間のデータに基づいて決定された合計要求風量−ファン回転数の初期特性ＴＡｓがＴＡとして設定されており、この合計要求風量−ファン回転数の初期特性ＴＡｓが実特性ＴＡｒに置き換えられる。合計要求風量−ファン回転数の実特性ＴＡｒは、フィルタの目詰まりやダクトの汚れなどによる経年変化などによって変化した合計実風量ＶＴｐｖと実回転数Ｎｐｖとの相関から得られたものであり、現在の合計要求風量とファン回転数との関係をより的確に表している。

ファン回転数決定部２−１は、ＶＡＶ制御装置９−１〜９−ｎからの要求風量Ｖｓｐ１〜Ｖｓｐｎを合計し、この合計要求風量から置き換えられた合計要求風量−ファン回転数の実特性ＴＡｒ（新たな合計要求風量−ファン回転数特性ＴＡ）に従ってファン回転数Ｎを決定し、このファン回転数Ｎに応じた０〜１００％の指示値をインバータＩＮＶへ与える。これにより、空調機１のファンＦがファン回転数決定部２−１で決定された回転数Ｎで回転し、ＶＡＶダンパ３−１〜３−ｎへの風量が要求された合計風量とされる。

このようなファン回転数制御中、特性修正・更新部２−４で作成された合計要求風量−ファン回転数の実特性ＴＡｒは、メンテナンス時期判定部２−６へ与えられる。メンテナンス時期判定部２−６は、特性修正・更新部２−４からの合計要求風量−ファン回転数の実特性ＴＡｒと初期特性記憶部２−５に記憶されている合計要求風量−ファン回転数の初期特性ＴＡｓとの差に基づいて、現時点がメンテナンス時期であるか否かの判定を行う。

図３（ａ）はメンテナンス時期判定部２−６においてメンテナンス時期であると判定される場合の初期特性ＴＡｓと実特性ＴＡｒとの関係を示す図である。この例では、メンテナンス時期判定部２−６に、合計要求風量−ファン回転数特性の限界ラインＬｍが定められている。この限界ラインＬｍは、システムの規模などによって異なり、実験結果や経験に基づいて定められる。

メンテナンス時期判定部２−６は、図３（ａ）に示すように、実特性ＴＡｒが限界ラインＬｍを上回り、初期特性ＴＡｓと実特性ＴＡｒとの差が図の斜線で示される範囲を超えた場合に、メンテナンス時期であると判定する。なお、図３（ａ）には、実特性ＴＡｒの全てが限界ラインＬｍを上回った例を示しているが、１箇所でも限界ラインＬｍを上回っていればメンテナンス時期であると判定する。

なお、図３（ｂ）に示すように、初期特性ＴＡｓと限界ラインＬｍとの間に実特性ＴＡｒがある場合には、すなわち初期特性ＴＡｓと実特性ＴＡｒとの差が図の斜線で示される範囲にある場合には、メンテナンス時期ではないと判定する。

また、メンテナンス時期判定部２−６は、初期特性ＴＡｓと限界ラインＬｍとの間に実特性ＴＡｒとの間に実特性ＴＡｒがある場合、ＶＡＶ制御装置９−１〜９−ｎからの検出室温と設定室温の差Δｔ１〜Δｔｎをチェックし、１つでも所定値を上回るものがあった場合には、すなわち被制御エリア４−１〜４−ｎのうち１つでも快適性を保つことができないエリアがあった場合には、メンテナンス時期であると判定する。これにより、簡易的な故障診断まで行うことが可能となる。

なお、被制御エリア４−１〜４−ｎの負荷状況の判断は、必ずしも検出室温と設定室温の差Δｔ１〜Δｔｎによらなくてもよい。すなわち、被制御エリア４−１〜４−ｎの温度制御が適切に行われておらず、快適性を保つことができない状況が分かればよく、要求風量Ｖｓｐ１〜Ｖｓｐｎに基づいて被制御エリア４−１〜４−ｎの負荷状況を判断するようにしてもよい。

このようにして、本実施の形態では、ファン回転数制御中、メンテナンス時期判定部２−６において、合計要求風量−ファン回転数の初期特性と実特性との差に基づいてメンテナンス時期の判定が行われるものとなり、この判定結果をユーザに知らせることより、最適なタイミングでメンテナンスを行うことができるようになる。

なお、上述した実施の形態では、ファン回転数決定部２−１における合計要求風量−ファン回転数テーブルＴＡの修正・更新やメンテナンス時期判定部２−６におけるメンテナンス時期の判定を１日に１回としたが、２日に１回、１週間に１回とするなど、その修正・更新およびメンテナンス判定間隔は自由である。外気温度湿度の変化、フィルタの目詰まりによる差圧（ファン吸い込み抵抗の変化）などはある日突発的に変化するものではなく、徐々に変化するため、合計要求風量−ファン回転数テーブルＴＡの修正・更新およびメンテナンスの判定は、それほど頻繁に行わなくてもよい。

また、上述した実施の形態では、合計実風量ＶＴｐｖとこの合計実風量ＶＴｐｖが得られた時の実回転数Ｎｐｖとの相関をプロットした散布図を作成し、この散布図から算出した近似曲線Ｌｒによって示されるファン回転数Ｎと合計要求風量ＶＴｓｐとの関係を合計要求風量−ファン回転数の実特性ＴＡｒとしたが、他の方法で合計要求風量−ファン回転数の実特性ＴＡｒを求めるようにしてもよい。例えば、散布図を作成せずに、収集した蓄積データから計算によって求めるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、限界ラインＬｍを用いてメンテナンス時期を判定するようにしたが、例えば、合計実風量ＶＴｐｖを算出する毎に、その時の実回転数Ｎｐｖと初期特性ＴＡｓから求められる初期の回転数Ｎとの差を求め、初期の回転数Ｎに対するその差の割合をしきい値と比較してメンテナンス時期を判定するなどとしてもよい。

また、上述した実施の形態では、ＶＡＶダンパ３が設けられた被制御エリア４を複数有するシステムを例にとって説明したが、ＶＡＶダンパ３が設けられた被制御エリア４が１つであるシステムについても同様にして適用することができる。

本発明に係る空調制御システムの一実施の形態を示す図である。 運用開始時にファン回転数決定部に設定される合計要求風量−ファン回転数の初期特性の一例を示す図である。 合計要求風量−ファン回転数の初期特性と実特性と限界ラインとの関係を例示する図である。 運用開始から一定期間Ｔ経過後の散布図、この散布図から算出される近似曲線およびこの近似曲線によって示される合計要求風量−ファン回転数の実特性を示す図である。

符号の説明

１…空調機、１Ａ…冷却コイル、１Ｂ…加熱コイル、１Ｃ…加湿器、１Ｄ…送風機、ＩＮＶ…インバータ、Ｆ…ファン、２…制御装置、２−１…ファン回転数決定部、２−２…散布図作成部、２−３…近似曲線算出部、２−４…特性修正・更新部、２−５…初期特性記憶部、２−６…メンテナンス時期判定部、３−１〜３−ｎ…ＶＡＶダンパ、４−１〜４−ｎ…被制御エリア、５−１〜５−ｎ…風量検出器、６−１〜６−ｎ…温度検出器、７−１〜７−ｎ…温度設定器、９−１〜９−ｎ…ＶＡＶ制御装置、１０…ファン回転数検出器、ＴＡ…合計要求風量−ファン回転数特性、ＴＡｓ…合計要求風量−ファン回転数の初期特性、ＴＡｒ…合計要求風量−ファン回転数の実特性、Ｌｒ…近似曲線、Ｌｍ…限界ライン。

Claims (6)

1. 空調機のファンからの給気の供給通路に設けられたダンパと、このダンパを介して給気の供給を受ける被制御エリアの負荷状況に応じて前記被制御エリアへの要求風量を算出し前記ダンパの開度を制御するダンパ制御手段と、前記ダンパ制御手段から送られてくる前記被制御エリアへの要求風量から予め定められている要求風量−ファン回転数特性に従って前記空調機のファンの回転数を決定するファン回転数決定手段とを備えた空調制御システムにおいて、
   前記要求風量−ファン回転数の初期特性を記憶する初期特性記憶手段と、
   前記ファンの回転数を実測するファン回転数実測手段と、
   前記被制御エリアへの給気の風量を実測する風量実測手段と、
   前記ファン回転数実測手段によって実測された前記ファン回転数の実測値と前記風量実測手段により実測された前記被制御エリアへの給気の風量の実測値とに基づいて前記要求風量−ファン回転数の実特性を作成する実特性作成手段と、
   前記要求風量−ファン回転数の初期特性と前記要求風量−ファン回転数の実特性との差に基づいてメンテナンス時期であるか否かを判定するメンテナンス時期判定手段と
   を備えたことを特徴とする空調制御システム。
2. 請求項１に記載された空調制御システムにおいて、
   前記メンテナンス時期判定手段は、前記初期特性と前記実特性との差が所定範囲を超えた場合にメンテナンス時期であると判定することを特徴とする空調制御システム。
3. 請求項２に記載された空調制御システムにおいて、
   前記メンテナンス時期判定手段は、前記初期特性と前記実特性との差が所定範囲内にある場合、前記第１〜第Ｎの被制御エリアの負荷状況に基づいてメンテナンス時期であるか否かの判定を行うことを特徴とする空調制御システム。
4. 空調機のファンからの給気の供給通路に設けられたダンパと、このダンパを介して給気の供給を受ける被制御エリアの負荷状況に応じて前記被制御エリアへの要求風量を算出し前記ダンパの開度を制御するダンパ制御手段と、前記ダンパ制御手段から送られてくる前記被制御エリアへの要求風量から予め定められている要求風量−ファン回転数特性に従って前記空調機のファンの回転数を決定するファン回転数決定手段とを備えた空調制御システムにおいて、
   前記要求風量−ファン回転数の初期特性を記憶する初期特性記憶工程と、
   前記ファンの回転数を実測するファン回転数実測工程と、
   前記被制御エリアへの給気の風量を実測する風量実測工程と、
   前記ファン回転数実測工程によって実測された前記ファン回転数の実測値と前記風量実測工程により実測された前記被制御エリアへの給気の風量の実測値とに基づいて前記要求風量−ファン回転数の実特性を作成する実特性作成工程と、
   前記要求風量−ファン回転数の初期特性と前記要求風量−ファン回転数の実特性との差に基づいてメンテナンス時期であるか否かを判定するメンテナンス時期判定工程と
   を備えたことを特徴とする空調制御方法。
5. 請求項４に記載された空調制御方法において、
   前記初期特性と前記実特性との差が所定範囲を超えた場合にメンテナンス時期であると判定するようにした
   ことを特徴とする空調制御方法。
6. 請求項５に記載された空調制御方法において、
   前記初期特性と前記実特性との差が所定範囲内にある場合、前記第１〜第Ｎの被制御エリアの負荷状況に基づいてメンテナンス時期であるか否かの判定を行うようにした
   ことを特徴とする空調制御方法。
   

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