JP2007093152A - 空調機システム - Google Patents

Abstract

【課題】
空調機システムにおいて、効率の高い運転領域で運転することで、省エネを実現する。
【解決手段】
空調機システムは、（１）部分負荷特性動的同定機能８２で、測定項目から、室外機と室内機それぞれの出力と効率との関係を同定し、（２）各室外機部分負荷特性データ８３，各室内機部分負荷特性データ８４として管理し、（３）室外機室内機台数決定機能８５で、室外機と室内機それぞれの部分負荷特性を考慮して室外機と室内機の運転台数を決定し、制御指令値を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調機システム及び方法に関する。

コスト削減，環境問題へ対応するため、省エネの要求が拡大している。中小ビルに設置されているパッケージエアコンについて、システム的空調省エネ技術が必要とされている。従来の空調機システムの例として、低負荷時に運転される系統数を減らして系統あたりの空調負荷を高めるように制御することで、空気調和装置の効率を向上する方法がある。（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−６５５８８号公報（段落００２０〜００２８、図４）

しかしながら、従来の空気調和装置の効率を向上する方法には、次のような課題がある。すなわち、空調負荷が高いと空調機効率が低い運転領域も存在する点について、十分考慮されていなかった。解決しようとする課題点は、系統あたりの空調負荷を高める運転が必ずしも空調機効率の高い領域での運転を実現しない点である。

前記課題を解決するために、仕様データもしくは事前計測データに基づいて、空調機特性データを予め格納しておき、空調機効率の高い領域での運転を実現することが考えられる。しかし、効率の高い運転領域での運転を十分実現できるとはいえない。この場合、固定の部分負荷特性データ上での高効率領域運転が、実際に効率が高い領域の運転になるとは限らない、という課題がある。カタログ値などで既知の部分負荷特性データは、空調の条件によって変化するからである。

本発明は、前記課題に鑑み、空調機システムにおいて、予め固定された効率の高いとされる運転領域で運転するだけではなく、空調条件の変化に対応した、効率の高い運転領域で運転することで、省エネを実現することを、主な目的とする。

本発明の一つの特徴は、空調機システムにおいて、空調装置から検出したデータに基づいて、空調機の特性を求める部分負荷特性動的同定部と、前記空調機の特性を保存する部分負荷特性記憶部とを有することである。

なお、本発明のその他の特徴は本願特許請求の範囲に記載のとおりである。

本発明は、高効率で空調機を運転でき、省エネを実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１のシステム構成部分を参照して、本発明の実施の形態に係る空調機システムの全体構成について説明する。空調機システムは、室外機１と室内機２からなる空調装置３，空調装置３を制御する空調コンピュータ６，空調装置３と空調コンピュータ６を接続する通信網４，空調装置３と通信網４と空調コンピュータ６からなる空調システム９，部分負荷特性の計算や台数決定の計算などを行う空調省エネコンピュータ８，空調省エネコンピュータ８と空調システム９の接続をする通信網７から構成される。

次に、図１のブロック構成部分を参照して、室外機１と室内機２の構成について説明する。室外機１は、Ａ，Ｂ，Ｃの室外機３台から構成される。室内機２は、Ａ１，Ａ２，
Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のそれぞれ室内機３台ずつから構成される。各室内機の頭文字は、どの室外機に接続されている室内機であるかを示す。室内機は、空調領域において、空調の偏りを防止するために互い違いにレイアウトされる。

続いて、図１のブロック構成部分を参照して、空調コンピュータ６の構成について説明する。

空調コンピュータ６は、空調省エネコンピュータ８から指令値を受信する指令値受信部６１，指令値受信部６１が受信した指令値に基づいて空調装置３を運転停止指令，運転モード指令，風量指令などで制御し、空調省エネコンピュータ８へ計測値を送信する監視制御部６２，空調装置３取得の計測値を空調省エネコンピュータ８に送信する計測値送信部６３から構成される。

空調コンピュータ６は、空調装置３と通信網４を介して接続でき、空調省エネコンピュータ８と通信網７を介して接続できる、専用コンピュータなどによって実現される。

続いて、図１のブロック構成部分を参照して、空調省エネコンピュータ８の構成について説明する。

空調省エネコンピュータ８は、空調システム９から通信網７経由で計測値を受信する計測値受信部８１，計測値受信部８１が受信した計測値に基づいて所定の計算方法により部分負荷特性を計算する部分負荷特性動的同定部８２，部分負荷特性動的同定部８２が計算した部分負荷特性を記憶する各室外機部分負荷特性８３と各室内機部分負荷特性８４，室外機と室内機の台数、詳しくは運転負荷を決定する室外機室内機台数決定部８５，室外機室内機台数決定部８５の計算結果得られる指令値を通信網７経由で空調システム９に送信する指令値送信部８６，室外機室内機台数決定部８５が台数、詳しくは運転負荷を決定する場合に追加規則を与える台数決定オプション部８７，部分負荷特性動的同定部８２が計算した部分負荷特性を比較表示する部分負荷特性比較表示部８８から構成される。

部分負荷特性動的同定部８２，室外機室内機台数決定部８５，台数決定オプション部
８７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が所定のプログラムを実行することによって実現される。計測値受信部８１，指令値送信部８６は、ネットワーク接続機器（例えば、ＬＡＮボード）などによるデータ送受信動作によって実現される。各室外機部分負荷特性８３，各室内機部分負荷特性８４は、空調省エネコンピュータ８に内蔵又は外部接続されるハードディスク装置などに相当し、部分負荷特性比較表示部８８は、ディスプレイ画面に相当する。

≪システムの動作≫
図４のフローチャートを参照しながら、本発明の実施の形態に係る空調機システムの動作について詳細に説明する（適宜、図１参照）。

図４のフローチャートは、１分間に行われる、本発明の実施の形態に係る部分負荷特性動的同定部８２の動作を示している。初めに、１分ごとの総電力使用量Ｄ，出力Ｘほかを初期化する（ステップＳ２０１）。カウントｉを１に初期化する（ステップＳ２０２）。計測値送信部６３から単位時間５秒あたりの計測値、電力使用量ΔＤを計測値受信部８１へ転送する(ステップＳ２０４)。計測値群に基づき、ΔＸを計算する(ステップＳ２０５)。ΔＸの計算については、例を次の段落に示す。ＸにΔＸを加算して記憶する（ステップＳ２０６）。計測値群に基づき、ΔＤを計算する（ステップＳ２０７）。ＤにΔＤを加算して記憶する（ステップＳ２０８）。カウントｉを更新する（ステップＳ２０９）。１分経過していなければ（ステップＳ２１０のＮｏ）、計測から記憶を繰り返し、１分経過したら（ステップＳ２１０のＹｅｓ）１分間ごとに行われる処理へすすむ。出力Ｘ，電力使用量Ｄに基づき、効率Ｙを計算する。効率Ｙ＝Ｘ÷Ｄである。（ステップＳ２１１）。計測値群と、出力Ｘ，電力使用量Ｄ，効率Ｙを記憶する（ステップＳ２１２）。

ΔＸの計算の例を次に示す。ΔＸは、吸込口の空気がもつ熱量と、吹出口の空気がもつ熱量との、差である。

ΔＸ＝（吸込温度−吹出温度）×比熱×風量＋（((吸込温度での単位飽和水蒸気量
×吸込温度での相対湿度×風量）−（吹出温度での単位飽和水蒸気量×吸込温 度での相対湿度×風量))×水蒸気が液化するのに必要な単位熱量）

図２に、本発明の実施の形態に係る空調省エネコンピュータが扱う室外機，室内機のデータの例を示す。図２は、図４に示す計測，記憶の動作の結果得られる。室外機Ａ，室外機Ｂ，室外機Ｃ，室内機Ａ１から室内機Ｃ３の部分負荷特性の元データとなる。日時，外気温度は、計測値群の例で、効率Ｙ，出力Ｘ，電力使用量Ｄは計算した値の例である。

図５のフローチャートは、１日に行われる、本発明の実施の形態に係る各室外機部分負荷特性８３，各室内機部分負荷特性８４に記憶するための動作を示している。図４に示す計測，記憶の動作の結果得られた、部分負荷特性の元データを分析し、運転条件の同じデータがあれば（ステップＳ３０１のＹｅｓ）、同じ運転条件のデータとして追加登録する（ステップＳ３０２）。運転条件の同じデータとは、図２の例では、外気温度が同じ、という意味である。運転条件は、その他の実施の形態で後述するように、湿度など、他の運転状態の値を使ってもよい。運転条件の同じデータがなければ(ステップＳ３０１のＮｏ)、新しい運転条件のデータとして新規登録する（ステップＳ３０３）。図５の結果として、図２は、外気温度３０℃という運転条件で登録した、部分負荷特性のデータの例をも示している。

システム運用開始の時には、実績データがないので、予め仕様データもしくは事前計測データに基づいて得られた部分負荷特性のデータのみを格納しておく。運用開始後、実績データが前述のように追加格納されていく。

これにより、システムを納めた空調対象に特有の空調条件に対応した、あるいは、空調条件の経年変化に対応した、効率が高い領域の運転を実現できる。

図６のフローチャートは、効率の高い運転領域への運転が行われる、本発明の実施の形態に係る室外機室内機台数決定部８５の動作を示している。図４の動作でえられる、直前の効率ＹＹ、運転条件を取得する（ステップＳ４０１）。同じ運転条件の部分負荷特性データを総当りで調べＹＹ＜Ｙとなる運転条件があれば(ステップＳ４０２のＹｅｓ)、指令値送信部８６から指令値受信部６１へ制御指令群を作成し、転送する(ステップＳ４０３)。指令値受信部６１は、監視制御部６２へ指令値を送り、監視制御部６２が、空調装置３を制御する(ステップＳ４０４)。たとえば、図２の第２行のデータと同じ出力Ｘと電力使用量Ｄであるとき、運転条件として外気温度を採用するなら、ＹＹ＜Ｙとなる運転条件については、例を次の段落に示す。ＹＹ＜Ｙとなる運転条件がなければ（ステップＳ４０２のＮｏ）、制御指令群の作成，転送を行わない。

ここで、図２を参照して、ＹＹ＜Ｙとなる運転条件の例を示す。室外機２台室内機２台ずつ４台運転が、室外機１台室内機３台運転より効率の高い例である。
第２行の出力，電力使用量、効率をＸ２，Ｄ２，Ｙ２とする。
第３行の出力，電力使用量、効率をＸ３，Ｄ３，Ｙ３とする。
Ｘ２＝室外機のＸ２＝室内機のＸ２
Ｘ３＝室外機のＸ３＝室内機のＸ３
Ｘ２＝（９６＋０＋０）＝（３２＋３２＋３２）＝９６
Ｘ３＝（４８＋４８＋０）＝（２４＋２４＋０＋２４＋２４＋０）＝９６
Ｄ２＝室外機のＤ２＋室内機のＤ２
Ｄ３＝室外機のＤ３＋室内機のＤ３
Ｄ２＝（９５＋０＋０）＋（３＋３＋３）＝１０４
Ｄ３＝（４５＋４５＋０）＋（２＋２＋０＋２＋２＋０）＝９８
Ｙ２＝Ｘ２÷Ｄ２
Ｙ３＝Ｘ３÷Ｄ３
Ｙ２＝９６÷１０４
Ｙ３＝９６÷９８
Ｙ３＞Ｙ２なので、
第３行のデータの効率は、第２行のデータの効率より高い。

図６ではＹＹ＜Ｙとなる運転条件があればそのまま採用したが、台数決定オプション部８７を用いて、例えば次のような追加規則を与えることができる。
（１）室内機の吸込口温度と設定温度の偏差が大きい室内機を優先的に運転する。ＹＹ＜Ｙである運転条件で、室外機に接続されたどの室内機を運転するかのみが異なり、効率Ｙは同じであるような、複数の運転条件が存在する場合、本追加規則を用いて、運転条件を選択する。これにより、効率が高い運転に加えて、全体を設定温度に近づけることができる。
（２）運転台数を減らすときと増やすときとで出力のしきい値を変える。たとえば、出力が、Ｘａ＜Ｘｂ＜Ｘｃのとき、現在空調対象に必要な出力がＸｂだからといってすぐに運転台数を増減せず、必要な出力がＸａまでさがってから運転台数を減らし、必要な出力がＸｃまであがってから運転台数を増やす。これにより、室外機と室内機が運転停止を短時間で繰り返す現象を防ぐことができる。
（３）数分先の予測をして将来と現在の状態を考慮して運転台数、詳しくは運転負荷を決める。たとえば、出力が、Ｘｆ＜Ｘｇのとき、現在空調対象に必要な出力がＸｇで運転台数を増やす条件を満たすとき、数分先の需要予測結果、将来の空調対象に必要な出力が
Ｘｆである場合は、運転台数を増やすことを保留する。これにより、室外機と室内機が運転停止を短時間で繰り返す現象を防ぐことができる。数分先の需要予測の方法は、たとえば、現在の条件に合うような過去の部分負荷特性データを、時系列で数分先までまとめて取り出して調べればよい。

図３に、本発明の実施の形態に係る空調機システムの画面例を示す。実線の丸は、現在の運転点を示す。点線の丸は、過去の運転点を示す。制御状況画面では、運転状態の変わる様子を示し、どの程度の効率の運転状態であるかが分かる。

制御状況画面だけでなく、以下のような実施の形態が考えられる。
（１）省エネ検証画面では、カタログ曲線で運転点が最高ではない点が実際曲線では最高の点であることを表示するなどで、この制御による省エネ効果を検証できる。
（２）保守時期判断画面では、運転条件を年の異なる同じ月として、部分負荷特性を登録してあり、過去曲線上の過去の運転点と現在曲線上の現在の運転点とを比較して現在の運転点の効率値が下がっていれば、保守時期到来の恐れを警告する画面を表示するなどで、メンテナンスの時期を知ることができる。

≪その他の実施の形態≫
以上本発明について好適な実施の形態について一例を示したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、以下のような実施の形態が考えられる。
（１）図１では、室外機１を３台、室内機２をそれぞれ３台ずつとして示しているが、３台以外であってもよい。
（２）図２では、冷房で説明したが、暖房でも同様に実現できる。
（３）図２，図４では、電力使用量を元にしたが、電力以外のエネルギーを使う空調機でも同様に電力以外のエネルギーを元に同様に実現できる。
（４）図２，図４では、計測，記憶の動作を５秒，１分として説明したが、実施する対象に合わせて変更しても同様に実現できる。ステップＳ２０４，ステップＳ２１０での時間の数値を適切に変更すればよい。
（５）図５では、部分負荷特性の記憶は１日単位でなくても、実施する対象に合わせて変更しても同様に実現できる。
（６）運転条件は時期や、外気温度だけではない。他の運転状態の値を使って部分負荷特性を作成してもよい。
（７）空調装置３から全ての項目が得られるとして説明したが、得られない項目、あるいは、詳細な値が得られない項目、がある場合、別に計測装置を取り付けても同様に実現できる。空調省エネコンピュータ８に通信網７経由で計測装置を接続して、部分負荷特性動的同定部８２の動作に、計測装置からの計測，転送のステップを追加すればよい。

本実施例の空調コンピュータ６や空調省エネコンピュータ８といった空調機の制御は、専用の制御装置として構成することも可能であるが、キーボード，処理プログラムを入力する入力手段，入力されたデータやプログラムを蓄積する記憶部，演算部などを備えたコンピュータ本体と、ディスプレイで構成される汎用のコンピュータシステムとその上で稼働する処理プログラムによって実現することが可能である。

このような汎用のコンピユータシステムに処理プログラムを付加して実現するときには、処理プログラムは磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭなどのメディアに記録して配送，保管，実装され、コンピュータ本体に設けた磁気ディスク読み取り装置やＣＤ−ＲＯＭ読み取り装置によって読み取って該コンピュータ本体内に取り込まれる。通信ネットワークを通じて配送される処理プログラムを入力手段によって取り込んで実現する場合には、取り込んだ処理プログラムを磁気ディスク等のメディアに記憶させて保存することにより、繰り返し使用できるようにすることもできる。

本発明の実施の形態に係る空調機システムのシステム構成とブロック構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る空調省エネコンピュータが扱う室外機，室内機のデータの例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る空調機システムの画面例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る空調機システムの部分負荷特性動的同定部８２の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る空調省エネコンピュータの各室外機部分負荷特性８３、各室内機部分負荷特性８４に記憶するための動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る空調機システムの室外機室内機台数決定部８５の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…室外機、２…室内機、３…空調装置、４，７…通信網、６…空調コンピュータ、８…空調省エネコンピュータ、９…空調システム、６１…指令値受信部、６２…監視制御部、６３…計測値送信部、８１…計測値受信部、８２…部分負荷特性動的同定部、８３…各室外機部分負荷特性、８４…各室内機部分負荷特性、８５…室外機室内機台数決定部、
８６…指令値送信部、８７…台数決定オプション部、８８…部分負荷特性比較表示部。

Claims (14)

1. 空調装置から検出したデータに基づいて、空調機の特性を求める部分負荷特性動的同定部と、
   前記空調機の特性を保存する部分負荷特性記憶部とを有することを特徴とする空調機システム。
2. 請求項１において、
   前記部分負荷特性動的同定部で求められた前記空調機の特性が、前記部分負荷特性記憶部に同じ前記空調機の特性が保存されていない場合に、前記部分負荷特性記憶部に保存することを特徴とする空調機システム。
3. 請求項１において、
   前記部分負荷特性記憶部に記憶された前記空調機の特性を表示する部分負荷特性比較表示部を有することを特徴とする空調機システム。
4. 請求項３において、
   前記部分負荷特性記憶部に記憶された前記空調機の特性とは、部分負荷特性動的同定部で求められた現在又は過去の前記空調機の特性であることを特徴とする空調機システム。
5. 請求項１において、
   前記空調装置は、複数の室内機と室外機を有し、
   一つの室外機は、複数の室内機と接続されている場合において、
   前記複数の室内機を前記複数の室内機に対応して互い違いに配置することを特徴とする空調機システム。
6. 請求項１において、
   前記部分負荷特性記憶部に記憶された現在又は過去の空調機の特性から、最適な空調機の特性を選択する室外機室内機台数決定部と有することを特徴とする空調機システム。
7. 請求項６において、
   前記部分負荷特性記憶部に記憶された前記空調機の特性を表示する部分負荷特性比較表示部を有することを特徴とする空調機システム。
8. 請求項７において、
   前記部分負荷特性比較表示部に表示する前記空調機の特性とは、前記部分負荷特性記憶部に記憶された現在又は過去の前記空調機の特性であることを特徴とする空調機システム。
9. 請求項６において、
   前記空調装置は、複数の室内機と室外機を有し、
   一つの室外機は、複数の室内機と接続されている場合において、
   前記複数の室内機を前記複数の室内機に対応して互い違いに配置することを特徴とする空調機システム。
10. 請求項６において、
    前記室外機室内機台数決定部で最適な空調機の特性を選択する際に、室内機の吸込口温度と設定温度の偏差が大きい室内機を優先的に運転する、負荷決定オプション機能を有することを特徴とする空調機システム。
11. 請求項６において、
    前記室外機室内機台数決定部で最適な空調機の特性を選択する際に、台数を減らすときと増やすときとでしきい値を変える、負荷決定オプション機能を有することを特徴とする空調機システム。
12. 請求項６において、
    前記室外機室内機台数決定部で最適な空調機の特性を選択する際に、数分先の予測をして将来と現在の状態を考慮して運転する、負荷決定オプション機能を有することを特徴とする空調機システム。
13. コンピュータに、空調装置から検出したデータに基づいて、空調機の特性を求めるステップと、
    前記空調機の特性を保存するステップとを実行させるためのプログラム。
14. 空調装置から検出したデータに基づいて、空調機の特性を求める部分負荷特性動的同定部と、
    前記空調機の特性を保存する部分負荷特性記憶部とを有することを特徴とする空調機制御装置。
    

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