JP2007218499A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】合理的に各空気調和機の消費電力を節電制御する空気調和装置を実現する。
【解決手段】空気調和装置１を、複数の室外機４と、各室外機４に冷媒循環配管５を介して接続された複数の室内機７と、室外機４及び室内機７の消費電力を制御する節電制御手段１０とで構成し、節電制御手段１０を、目標消費電力を設定する入力部２３と、各室外機４の各圧縮機１２の消費電力の検出値を取り込んで合計消費電力を算出し、合計消費電力と目標消費電力とを比較して必要な電力削減量を求め、電力削減量を各圧縮機の消費電力の比率に合わせて按分して各圧縮機の節電量を求め、節電量に従って室外機に消費電力の削減指令を出力する演算制御部２２で構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に、省エネルギー制御又はデマンド制御に基づいて消費電力を制御する空気調和装置に関する。

近年、電力エネルギー節約の必要性から、例えば企業の自社ビルなどに設けられている複数の空気調和機を一括管理して、消費電力を節電制御する需要がある。この場合、一般に、省エネ制御又はデマンド制御の指令に基づいて各空気調和機の消費電力を節電する。その具体的な節電方法として、例えば、基準となる消費電力をあらかじめ設定しておき、建物全体の現在の消費電力が基準消費電力を超えたら、超過した電力を削減することが知られている。

上記のような節電方法によって節電を実行する場合の具体的な制御手順は、まず、建物全体で削減すべき電力量を認識し、各空気調和機に対して「現在よりも、○○％又は○○ｋＷｈ電力を削減せよ」という制御指令を送信する。各空気調和機は、その制御指令に基づいて電力を削減する。

しかしながら、建物全体で削減すべき電力量を、どのように空気調和機ごとに按分するかが問題となる。例えば、削減すべき電力量を空気調和機の数で割って、全ての空気調和機で一律に同じ電力量を削減するのは、必ずしも合理的でない。特に、室内機が設けられているそれぞれの部屋の室内状況（例えば、人の数や直射日光の当たり方など）などが異なるにもかかわらず、一律に同じ電力量を削減すると、削減後の部屋ごとの室内環境の差が拡大するおそれがある。

本発明は、合理的に各空気調和機の消費電力を節電制御する空気調和装置を実現することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の空気調和装置は、複数の室外機と、各室外機に冷媒循環配管を介して接続された複数の室内機と、室外機及び室内機の消費電力を制御する節電制御手段とを備えてなり、節電制御手段は、目標消費電力を設定する入力部と、各室外機の各圧縮機の消費電力の検出値を取り込んで合計消費電力を算出し、合計消費電力と目標消費電力とを比較して必要な電力削減量を求め、電力削減量を各圧縮機の消費電力の比率に合わせて按分して各圧縮機の節電量を求め、節電量に従って室外機に消費電力の削減指令を出力する演算制御部とを備えてなることを特徴とする。

すなわち、各圧縮機の消費電力は、各部屋の空調環境を反映していることから、各圧縮機の消費電力の検出値の比率に合わせて電力削減量を按分すれば各部屋の室内状況を考慮して電力削減量の按分をすることができる。したがって、合理的に各空気調和機の消費電力を節電制御することができる。

この場合において、演算制御部は、複数の室内機がそれぞれ備えられている各部屋の温度センサで検出された室内温度と室内温度の平均値との差に基づいて、各圧縮機の節電量を補正することが望ましい。

これによれば、各部屋の室内温度を考慮して、上記の方法で算出した各圧縮機の節電量を補正することができるので、さらにきめ細かく室内状況を各圧縮機の節電量に反映することができる。

さらに、演算制御部は、各部屋の赤外線センサで検出された人の数、各部屋の湿度センサで検出された室内湿度、各部屋の壁温度センサで検出された室内壁温度のうちの少なくとも１つに基づいて、補正された各圧縮機の節電量をさらに補正することが望ましい。

これによれば、上記で説明した各部屋の温度による補正に加えて、各部屋の中にいる人の数や、各部屋の湿度、各部屋の壁に設けられた壁温度による直射日光の当たり方を考慮して各圧縮機の節電量を補正することができるので、さらに合理的に各空気調和機の消費電力を節電制御することができる。

本発明によれば、合理的に各空気調和機の消費電力を節電制御する空気調和装置を実現することができる。

以下、本発明を適用してなる空気調和装置の実施形態を、図１、図２を用いて説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図１は、本実施形態の空気調和装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の空気調和装置１は、電源２に動力線３を介して接続されている室外機４−１〜４―ｎ（ｎ：２以上の自然数）と、室外機４−１〜４―ｎにそれぞれ冷媒を循環する配管５を介して接続され、部屋６−１〜６−ｍ（ｍ：２以上の自然数）に備えられている室内機７−１〜７―ｍと、各室外機４の電流を計測する電流計８と、制御手段１０などで構成されている。なお、本実施形態は、各室外機４にそれぞれｐ台（ｐ：２以上の自然数）の室内機７が接続されている場合を例に説明する。

各室外機４には、それぞれ圧縮機１２−１〜１２−ｎと、室外熱交換器１３−１〜１３−ｎが備えられており、各室内機７には、それぞれ膨張弁１４−１〜１４−ｍと、室内熱交換器１５−１〜１５−ｍが備えられている。また、各部屋６には、室内温度センサ１６と、室内壁温度センサ１７と、湿度センサ１８と、赤外線センサ１９が備えられている。

制御手段１０は、主に本発明の節電制御を行う演算制御部２２と、目標消費電力を設定するための目標消費電力入力部２３と、使用電力量及び使用電力料金などを保存する管理情報データベース２４と、管理情報データベース２４に保存された情報を出力する管理情報出力部２５などで構成されている。また、演算制御部２２は、制御線２６を介して各電流計８、各圧縮機１２、室内温度センサ１６、室内壁温度センサ１７、湿度センサ１８及び赤外線センサ１９と接続されている。

次に、本実施形態の空気調和装置１の動作を説明する。ここでは、夏季に冷房運転を行っている状態で節電制御を実行した場合を例に説明する。図２は、主に演算制御部２２によって実行される節電制御のフローチャートである。まず、節電制御を実行するにあたってあらかじめ目標消費電力Ｇが設定されているか否かを判別する（Ｓ０）。目標消費電力が設定されていれば、各圧縮機１２の電流Ａｉ（ｉ：１〜ｎ）をそれぞれ電流計８で検出する（Ｓ１）。そして、検出した各圧縮機１２の電流に基づき各圧縮機１２の消費電力Ｐｉを算出する（Ｓ２）。その後、各圧縮機１２の消費電力に基づき各圧縮機１２の総消費電力ＴＰを数１式により算出する（Ｓ３）。

（数１式）
ＴＰ＝ΣＰｉ （ただし、ｉ：１〜ｎ）

そして、あらかじめ設定されている目標消費電力ＧとＳ３で算出した各圧縮機１２の総消費電力ＴＰの大小比較をする（Ｓ４）。Ｇ≧ＴＰの場合はＳ１の処理に戻り、Ｇ＜ＴＰの場合はＳ５の処理に進む。つまり、目標消費電力に対して各圧縮機１２の総消費電力が超過するまで、Ｓ１〜Ｓ４の処理を繰り返すこととなる。

各圧縮機１２の総消費電力が目標消費電力を超過したら、目標消費電力に基づく電力削減指令値αを数２式により算出する（Ｓ５）。

（数２式）
α＝１−Ｇ／ＴＰ

つまり、αは、建物全体の消費電力に対して削減しなければならない電力の割合を示すものである。αが算出されたら、各圧縮機１２の節電量ＰＲｉを数３式により算出する（Ｓ６）。

（数３式）
ＰＲｉ＝Ｐｉ×α （ただし、ｉ：１〜ｎ）

つまり、各圧縮機１２の節電量は、各部屋６の空調環境を反映している各圧縮機１２の消費電力の検出値の比率に基づいて算出される。これにより、各圧縮機１２の節電量ＰＲｉは、各部屋６の室内状況を考慮した合理的な節電量となる。しかし、さらにきめ細かく室内状況を各圧縮機１２の節電量に反映するために、以下の処理を行う。

各部屋６にそれぞれ備えられている室内温度センサ１６によって各部屋６の室内温度Ｔｊ（ｊ：１〜ｍ）を検出する（Ｓ７）。各部屋６の室内温度に基づき基準温度（全ての部屋の平均温度）ＳＴを数４式により算出する（Ｓ８）。

（数４式）
ＳＴ＝ΣＴｊ／ｍ （ただし、ｊ：１〜ｍ）

続いて、各室外機４に接続されている部屋ごとの基準温度ＳＴｉ（ｉ：１〜ｎ）を数５式により算出する（Ｓ９）。

（数５式）
ＳＴｉ＝ΣＴｊ／ｐ（ただし、ｉ＝１のとき、ｊ：１〜ｐ
ｉ＝２のとき、ｊ：ｐ＋１〜２ｐ・・・
ｉ＝ｎのとき、ｊ：ｎｐ−ｐ＋１〜ｎｐ）

そして、全ての部屋６の基準温度ＳＴと、各室外機４に接続されている部屋ごとの基準温度ＳＴｉとの差ＴＤｉを数６式により算出する（Ｓ１０）。

（数６式）
ＴＤｉ＝ＳＴｉ−ＳＴ （ただし、ｉ：１〜ｎ）

そして、各部屋６の室内温度を考慮した各圧縮機１２の節電量ＦＰＲｉを数７式により算出する（Ｓ１１）。

（数７式）
ＦＰＲｉ＝ＰＲｉ−ｈ×ＴＤｉ （ただし、ｉ：１〜ｎ）

すなわち、Ｓ６の処理で算出した各圧縮機１２の節電量ＰＲｉに、ｈ×ＴＤｉだけ補正が加わることとなる。例えばＴＤｉが正となる場合、つまり全ての部屋の平均温度よりも室外機４−ｉに接続されている各部屋６の平均温度のほうが高い場合は、他の部屋に比べて空調負荷が重いとみなして、節電量を減少させる。逆にＴＤｉが負となる場合は、節電量は増加する。

ここで、ｈは、各部屋６の室内温度による節電量の補正の重み付けを調整するための係数であり、室内温度を節電量にどの程度反映させるかによって適宜選択することが可能である。このようにして、各部屋６の室内温度を考慮した各圧縮機１２の節電量ＦＰＲｉが算出されたら、それを各圧縮機１２に指令する（Ｓ１２）。Ｓ１２の処理を終えたら、再びＳ０の処理に戻る。

次に、各圧縮機１２に節電量ＦＰＲｉが指令されると、各圧縮機１２は、その値にしたがって、例えば圧縮回転数を抑制して各圧縮機１２の消費電力を節電する。そして、各室外機４にそれぞれ接続されたｐ台の室内機７間の室内状況の相違は、各室内機７にそれぞれ設けられている膨張弁１４の弁開度を適宜制御することで調整される。

本実施形態の節電制御によれば、まず、建物全体で削減しなければならない電力量を、各部屋６の空調環境を反映した各圧縮機１２の消費電力の比率に応じて按分するので、合理的に各圧縮機１２の節電量を算出できる。さらに、算出された節電量に各部屋６の室内温度を考慮して補正をするので、さらに合理的な節電量を算出することができる。

また、算出された各圧縮機１２の節電量や、各室外機４の消費電力、各室外機４の電力料金などは、管理情報データベース２４に保存され、随時管理情報出力部２５に出力することができる。

ここで、本実施形態では、各圧縮機１２の消費電力の比率に応じて算出された節電量を、各部屋６の室内温度を考慮して補正する場合を例に説明したが、これだけに限らず、室内壁温度センサ１７で検出される室内壁温度や、湿度センサ１８で検出される室内湿度、赤外線センサ１９で検出される室内にいる人の数によっても補正することができる。

つまり、室内壁温度センサ１７は、室内温度センサ１６では検出することのできない室内の壁の温度を検出しており、この室内壁温度は、直射日光の当たり方の相違によって異なるので、各部屋６の空調環境を反映した物理量となる。例えば、他の部屋より室内壁温度が高ければそれだけ直射日光が当たっているということなので、その部屋の空調負荷は重いとみなすことができる。したがって、室内壁温度によって各圧縮機１２の節電量を補正することで、各部屋６の室内状況を考慮した節電量を算出することができる。具体的には、上記で説明したＳ７〜Ｓ１１の処理において室内温度を室内壁温度に置き換えて処理をすればよい。この時、Ｓ１１の処理における補正の重み付けを調整するための係数ｈを適宜選択することで、各圧縮機１２の節電量に室内壁温度をどの程度反映させるかを調整することができる。

また、湿度センサ１８で検出される室内湿度も同様に、室内温度では検出することのできない各部屋６の空調環境を反映した物理量であり、例えば他の部屋より湿度が高ければそれだけ空調負荷が重いとみなすことができる。したがって、同様にＳ１１の処理において室内温度を室内湿度に置き換えて処理をすればよい。

また、赤外線センサ１９で検出される人の数の場合も同様である。例えば、他の部屋より人の数が多ければ多いほど節電後の温度の上昇は顕著であるので、空調負荷が重いとみなすことができる。したがって、同様にＳ１１の処理において室内温度を人の数に置き換えて処理をすればよい。

さらに、室内温度、室内壁温度、室内湿度、室内の人の数のいずれかひとつに限って各圧縮機１２の節電量の補正をおこなうのではなく、これらを適宜組み合わせて補正をすることも可能である。

以上、本実施例は、夏季に冷房運転を行っている状態で節電制御を実行した場合を例に説明してきたが、本発明の適用は夏季の冷房運転時だけに限定されるものではない。すなわち、上記で説明した各部屋６の空調環境を反映した物理量は、夏季と冬季では、空調負荷に与える影響が反対となる。したがって、冬季に暖房運転を行っている場合には、暖房運転を検出して、上記で説明したＳ１１の処理の（数７式）ＦＰＲｉ＝ＰＲｉ−ｈ×ＴＤｉを、ＦＰＲｉ＝ＰＲｉ＋ｈ×ＴＤｉに置き換えることで、各部屋６の室内状況を考慮して各圧縮機１２の節電量を補正することができる。

本実施形態の空気調和装置の構成を示す図である。 本実施形態の空気調和装置の節電制御のフローチャートである。

符号の説明

１ 空気調和装置
４ 室外機
５ 冷媒循環配管
６ 部屋
７ 室内機
８ 電流計
１０ 制御手段
１２ 圧縮機
１６ 室内温度センサ
１７ 室内壁温度センサ
１８ 湿度センサ
１９ 赤外線センサ
２２ 演算制御部
２３ 目標消費電力入力部

Claims (3)

1. 複数の室外機と、該各室外機に冷媒循環配管を介して接続された複数の室内機と、前記室外機及び前記室内機の消費電力を制御する節電制御手段とを備えてなる空気調和装置において、
   前記節電制御手段は、目標消費電力を設定する入力部と、前記各室外機の各圧縮機の消費電力の検出値を取り込んで合計消費電力を算出し、該合計消費電力と前記目標消費電力とを比較して必要な電力削減量を求め、該電力削減量を前記各圧縮機の消費電力の比率に合わせて按分して前記各圧縮機の節電量を求め、該節電量に従って前記室外機に消費電力の削減指令を出力する演算制御部とを備えてなることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記演算制御部は、前記複数の室内機がそれぞれ備えられている各部屋の温度センサで検出された室内温度と該室内温度の平均値との差に基づいて、前記各圧縮機の節電量を補正することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記演算制御部は、前記各部屋の赤外線センサで検出された人の数、前記各部屋の湿度センサで検出された室内湿度、前記各部屋の壁温度センサで検出された室内壁温度のうちの少なくとも１つに基づいて、補正された前記各圧縮機の節電量をさらに補正することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
   

Images