JP2008151438A

JP2008151438A - 空調設備運転制御装置および方法

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Publication number: JP2008151438A
Application number: JP2006341070A
Authority: JP
Inventors: Kimihiko Yoshida; 公彦吉田; Takashi Koyanagi; 隆小柳; Shigemi Seki; 成美關
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-19
Also published as: JP4955378B2

Abstract

【課題】複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性を判断して空調設備へのエネルギー供給量の抑制制御を確実に行う。
【解決手段】中央監視装置１５は、熱供給設備から空調設備へのエネルギー供給量を計測し、エネルギー供給量が目標容量を超えないようにエネルギー供給量に応じた抑制率を演算する。中央監視装置１５は、空調設備の熱負荷を抑制する複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性をそれぞれ予め設定された判断基準に基づいて判断し、有効と判断した抑制手段を選択して、選択した抑制手段に抑制率に応じた熱負荷抑制を実行させる。また、中央監視装置１５は、予め設定された複数の抑制手段の選択の優先順位に従って、優先順位が高い順に抑制手段の熱負荷抑制の有効性を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱供給設備から熱供給を受けて稼働する空調設備へのエネルギー供給量が目標容量を超えないように空調設備を制御する空調設備運転制御装置および方法に関するものである。

従来、地域冷暖房（District Heating and Cooling、以下ＤＨＣとする）システムから冷水、蒸気、温水などの熱媒によってエネルギー供給を受けている建物においては、エネルギーの供給量が目標容量を超えないように熱デマンド制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された制御システムでは、需要側空調設備の総負荷変動を予測し、この予測値が増段設定値を超える場合に、需要側空調設備の空調目標設定値を快適域内で熱負荷低減方向へ自動的に更新することで、熱負荷の増大を規制し、空調設備の熱効率の向上と省エネルギー化を図るようにしていた。
また、空調設備の熱負荷を抑制する手段として、例えば特許文献２には、設定値を緩和する手段（冷房の場合は空調設備の冷房設定温度を上げ、暖房の場合は暖房設定温度を下げる）、バルブ開度を抑制する手段、外気取り入れ量を抑制する手段などが記載されている。

特開２００３−１３９３７２号公報特開平９−２４３１４０号公報

特許文献２に記載された技術のように、複数の抑制手段の中から熱負荷抑制を実行すべき抑制手段を空調設備の負荷熱量のレベルに応じて選択する手法では、例えば負荷熱量のレベルに応じて、温度設定値の緩和、外気取り入れ量の抑制、受入制御バルブの開度の抑制を順番に実施することとなっている場合、空調制御の対象となる居室の温度と温度設定値との偏差が非常に大きいときは、温度設定値を緩和しても、バルブ開度が既に上限に到達していて、省エネルギー効果が得られないという問題点があった。すなわち、温度設定値の緩和が熱負荷抑制に対して常に有効な手段であるとは限らないと言える。温度設定値の緩和が熱負荷抑制に対して有効な手段でない場合、無効なパラメータ操作が継続してしまうことになり、最悪の場合、負荷熱量が目標容量を超えてしまうことも考えられる。このように、従来の技術では、負荷熱量のレベルに応じて固定された抑制手段を実行しているため、無効な抑制操作を行ってしまう可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性を判断して空調設備へのエネルギー供給量の抑制制御を確実に行うことができる空調設備運転制御装置および方法を提供することを目的とする。

本発明は、熱供給設備から熱供給を受けて稼働する空調設備へのエネルギー供給量が、供給し得る最大のエネルギー供給量を示す目標容量を超えないように前記空調設備を制御する空調設備運転制御装置であって、前記熱供給設備から前記空調設備へのエネルギー供給量を計測する計測手段と、前記計測されたエネルギー供給量が前記目標容量を超えないように、前記エネルギー供給量に応じた抑制率を演算する抑制率演算手段と、前記抑制率に応じて前記空調設備の熱負荷を抑制する複数の抑制手段と、この複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性をそれぞれ予め設定された判断基準に基づいて判断する有効性判断手段と、前記複数の抑制手段の中から前記有効性判断手段が有効と判断した抑制手段を選択して、この選択した抑制手段に前記抑制率に応じた熱負荷抑制を実行させる抑制率出力手段とを備えるものである。
また、本発明の空調設備運転制御装置の１構成例において、前記有効性判断手段は、予め設定された前記複数の抑制手段の選択の優先順位に従って、優先順位が高い順に前記抑制手段の熱負荷抑制の有効性を判断するものである。
また、前記エネルギー供給量は、前記空調設備の負荷熱量あるいは前記熱供給設備から前記空調設備へ供給される熱媒の流量である。

また、本発明の空調設備運転制御方法は、前記熱供給設備から前記空調設備へのエネルギー供給量を計測する計測手順と、前記計測されたエネルギー供給量が前記目標容量を超えないように、前記エネルギー供給量に応じた抑制率を演算する抑制率演算手順と、前記空調設備の熱負荷を抑制する複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性をそれぞれ予め設定された判断基準に基づいて判断する有効性判断手順と、前記複数の抑制手段の中から前記有効性判断手順で有効と判断された抑制手段を選択して、この選択した抑制手段に前記抑制率に応じた熱負荷抑制を実行させる抑制率出力手順とを、繰り返し実行するようにしたものである。

本発明によれば、複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性をそれぞれ予め設定された判断基準に基づいて判断する有効性判断手段と、複数の抑制手段の中から有効性判断手段が有効と判断した抑制手段を選択して、選択した抑制手段に抑制率に応じた熱負荷抑制を実行させる抑制率出力手段とを設けることにより、熱負荷抑制に対して有効な手段を選択することができ、無効な抑制手段の選択によって無駄な抑制操作が継続してしまうことを無くすことができるので、エネルギー供給量が目標容量を超えないようにすることができ、契約容量を遵守して、省エネルギーに貢献することができる。

また、本発明では、予め設定された複数の抑制手段の選択の優先順位に従って、優先順位が高い順に抑制手段の熱負荷抑制の有効性を判断することにより、例えば空調環境への影響を考慮した抑制手段の選択を行うことが可能になる。

空調設備の熱負荷を抑制するために、温度設定値を緩和することは、最終的な温度の指示値を管理することになるので、環境への影響を見通せるが、居室の温度を温度設定値に追従させるための制御ロジックにおいて、温度設定値は空調設備へのエネルギー供給量を直接的に取り扱うパラメータではない。すなわち、温度設定値は環境に対する指示値であって、エネルギーに対する指示値ではない。これが、エネルギー供給量が目標容量を超えてしまうという問題点の原因である。

そこで、空調の快適性よりも熱負荷の抑制を優先する場合、エネルギー供給量を直接的に操作できるパラメータを変更するか、あるいは別の抑制手段を選択すべきである。制御ロジックの構造を考慮すれば、受入制御バルブや空調機制御バルブの開度がエネルギーをより直接的に指示するパラメータであるので、熱負荷抑制に対して温度設定値の緩和が有効でないと判断したときにバルブの開度を抑制することが有効であり、別の抑制手段が選択可能であればその抑制手段の有効性を判断して実施することに、本発明の特徴がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る空調設備の構成を示すブロック図である。
図１において、１は図示しないＤＨＣシステム（熱供給設備）から冷水、蒸気、温水などの熱媒を受ける熱交換器、２は熱媒の受入量を制御する受入制御バルブ、３は熱交換器１の２次側の冷水又は温水の温度（あるいは流量）を計測するセンサ、４は受入制御バルブ２を制御するコントローラ、５は空調機、６は外気ＯＡの導入量を制御する外気ダンパ、７は還気ＲＡの導入量を制御する還気ダンパ、８は熱交換器１から送られる冷水又は温水により空気を冷却又は加熱するコイル、９はコイル８で冷却又は加熱された空気を送るファン、１０は熱交換器１から送られる冷水又は温水の流量を制御する空調機制御バルブ、１１は空調の対象となる居室、１２は居室１１の温度を計測する温度センサ、１３は居室１１のＣＯ₂濃度を計測するＣＯ₂濃度センサ、１４はダンパ６，７及び空調機制御バルブ１０を制御するコントローラ、１５は空調設備全体を監視する中央監視装置、１６はＤＨＣシステムから供給される熱媒の温度を計測する温度センサ、１７は熱媒の流量を計測する流量センサ、１８はＤＨＣシステムに戻る熱媒の温度を計測する温度センサ、１９は排気ＥＡの量を制御する排気ダンパ、２０は加湿器、２１は加湿器２０へ送られる冷水又は温水の流量を制御する加湿バルブ、２２は居室１１の湿度を計測する湿度センサである。コントローラ４，１４と中央監視装置１５とは、空調設備を制御する空調設備運転制御装置を構成している。

次に、図１の空調設備の動作を説明する。まず、図示しないＤＨＣシステムからは冷水、蒸気、温水などの熱媒が熱交換器１の１次側に供給される。熱交換器１は、この熱媒により２次側の水を冷却又は加熱する。ここで、センサ３は、熱交換器１から送り出される２次側の冷水又は温水の温度（あるいは流量）を計測する。そして、コントローラ４は、冷水又は温水の温度（あるいは流量）が所定の冷温水温度設定値（あるいは冷温水流量設定値）になるように受入制御バルブ２の開度をフィードバック制御する。

熱交換器１から送り出された冷水又は温水は、空調機制御バルブ１０を通って空調機５のコイル８に供給される。コイル８は、この冷水又は温水により外気ＯＡ及び還気ＲＡを冷却又は加熱する。コイル８で使用された冷水又は温水は、熱交換器１に戻される。また、熱交換器１から送り出された冷水又は温水は、加湿バルブ２１を通って加湿器２０に供給される。加湿器２０は、水噴霧状態を作り出すことにより、コイル８で冷却又は加熱された給気ＳＡの湿度を制御する。コイル８で冷却又は加熱され加湿器２０で加湿された給気ＳＡは、ファン９によって居室１１に送り出される。居室１１の空気の一部は、還気ＲＡとして空調機５に戻される。

温度センサ１２は、居室１１の温度を測定し、ＣＯ₂濃度センサ１３は、居室１１のＣＯ₂濃度を計測し、湿度センサ２２は、居室１１の湿度を計測する。そして、コントローラ１４は、居室１１の温度とＣＯ₂濃度がそれぞれ所定の設定値になるように、空調機制御バルブ１０の開度及び外気ダンパ６の開度をフィードバック制御する。また、コントローラ１４は、居室１１の湿度が所定の湿度設定値になるように加湿バルブ２１の開度をフィードバック制御する。

次に、図１の空調設備に適用する本実施の形態の熱デマンド制御について説明する。図２は本実施の形態の熱デマンド制御の処理の流れを示すフローチャート、図３は中央監視装置１５の構成例を示すブロック図である。
中央監視装置１５は、負荷熱量計測手段１５０と、平滑処理手段１５１と、抑制率演算手段１５２と、有効性判断手段１５３と、抑制率出力手段１５４とを備えている。

中央監視装置１５は、一定の操作間隔毎に図２の処理を行う。まず、中央監視装置１５の負荷熱量計測手段１５０は、図１の空調設備の負荷熱量の瞬時値を計測する（図２ステップＳ１）。ＤＨＣシステムから供給される熱媒の温度Ｔｒは温度センサ１６によって計測され、熱媒の流量Ｆは流量センサ１７によって計測される。また、ＤＨＣシステムに戻る熱媒の温度Ｔｓは温度センサ１８によって計測される。これらの計測データは、コントローラ４を通じて中央監視装置１５に送られる。負荷熱量計測手段１５０は、熱媒の温度データと流量データとから負荷熱量の瞬時値Ｑを次式のように算出する。
Ｑ＝Ｆ×（Ｔｒ−Ｔｓ）×λ ・・・（１）
式（１）において、λは比熱である。

続いて、平滑処理手段１５１は、負荷熱量計測手段１５０が計測した負荷熱量の瞬時値Ｑを平滑処理する（ステップＳ２）。負荷熱量の瞬時値Ｑは変動が激しいため、後段の処理の前に、瞬時値を平滑処理する。平滑処理としては、１次遅れフィルタによる演算処理や、移動平均演算処理がある。１次遅れフィルタによる演算処理では、負荷熱量の前回の値と今回の値、及び予め設定された平滑係数によって負荷熱量の平滑値を演算する。また、移動平均演算処理では、負荷熱量の過去ｎ分間（例えばｎ＝１〜１０）の移動平均値を平滑値として演算する。

次に、抑制率演算手段１５２は、平滑処理された負荷熱量が、空調設備で使用し得る最大の負荷熱量を示す目標容量（契約容量）以下かどうかを判定する（ステップＳ３）。なお、以下の処理では、全て平滑処理された負荷熱量を用いるため、平滑処理された負荷熱量を単に負荷熱量と略して記載する。抑制率演算手段１５２は、負荷熱量が目標容量以下である場合（ステップＳ３において判定ＹＥＳ）、負荷熱量が予め設定された抑制開始容量（抑制開始熱量）以上かどうかを判定する（ステップＳ４）。抑制開始容量は、目標容量よりも低い値に設定されており、例えば目標容量の８０％〜９０％程度を目安に設定される。

抑制率演算手段１５２は、負荷熱量が抑制開始容量よりも低い場合（ステップＳ４において判定ＮＯ）、負荷熱量が抑制開始容量から所定のディファレンシャルを引いた値よりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ５）。ディファレンシャルは、フローティング制御での不感帯の幅を決めるための設定値であり、例えば抑制開始容量の５％〜１０％程度を目安に設定される。抑制率演算手段１５２は、負荷熱量が抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値以下である場合（ステップＳ５において判定ＮＯ）、前回出力した抑制率が０％かどうかを判定する（ステップＳ６）。ここでは、抑制率が０％のままなので、ステップＳ６において判定ＹＥＳとなって、ステップＳ１４の有効性判断処理に進む。この有効性判断処理については後述する。

次に、抑制率演算手段１５２は、ステップＳ４において負荷熱量が抑制開始容量以上となった場合、操作間隔カウントを１カウントアップする（ステップＳ７）。操作間隔カウントの初期値は０である。操作間隔カウントのカウントアップ後、抑制率演算手段１５２は、操作間隔カウント値が一定値に達したかどうかを判定する（ステップＳ８）。操作間隔カウント値が一定値に達していない場合は（ステップＳ８において判定ＮＯ）、前回出力した抑制率を継続して出力し、ステップＳ１４の有効性判断処理に進む。ただし、前回の抑制率が０％である場合は、操作間隔カウント値に関係なく、ステップＳ８において判定ＹＥＳとし、ステップＳ９に進む。

負荷熱量が抑制開始容量以上の状態が継続すると、図２の処理の繰り返しにより、操作間隔カウント値が次々とカウントアップされ、やがて一定値に達する。抑制率演算手段１５２は、操作間隔カウント値が一定値に達した場合あるいは前回の抑制率が０％の場合（ステップＳ８において判定ＹＥＳ）、操作間隔カウント値を０にリセットし（ステップＳ９）、負荷熱量に応じた抑制率を演算して出力し（ステップＳ１０）、ステップＳ１４の有効性判断処理に進む。

ここで、抑制率の演算方法について説明する。抑制率演算手段１５２は、抑制率を出力する際のステップ幅（１度に出力する値の上限値）を、予め設定された最大抑制率とセットバック回数によって次式のように演算する。
ステップ幅＝最大抑制率／セットバック回数・・・（２）
式（２）のセットバック回数は、抑制率を何回に分けて出力するかを決定する回数である。例えば、温度設定値を最大で２℃緩和するとして、その２℃を何回に分けて緩和するかという設定がセットバック回数になる。セットバック回数を２回とした場合、１℃ずつ２回に分けて２℃緩和することになる。

そして、抑制率演算手段１５２は、抑制率の現在の出力回数に応じて、ステップ幅の整数倍の値を抑制率とする。例えば最大抑制率が１００％でセットバック回数が４回の場合、すなわちステップ幅が２５％の場合、１回目の抑制率出力タイミング（操作間隔カウント値が一定値になったタイミング）における抑制率は、ステップ幅２５％×１回＝２５％となり、２回目の抑制率出力タイミングにおける抑制率は、ステップ幅２５％×２回＝５０％となり、３回目の抑制率出力タイミングにおける抑制率は、ステップ幅２５％×３回＝７５％となり、４回目の抑制率出力タイミングにおける抑制率は、ステップ幅２５％×４回＝１００％となる。こうして、操作間隔カウント値が一定値になる度に、ステップ幅に合わせた抑制率を段階的に出力する。

ただし、抑制率の演算にあたっては、現在出力中の抑制率を参照して、今回の抑制率を決定する必要がある。例えば現在の抑制率が０％である場合は、前述のとおり操作間隔カウント値に関係なく、１回目の抑制率を直ちに出力する。また、現在の抑制率が０％でない場合は、ステップ幅の整数倍の値が現在の抑制率を上回るようにする。例えば、現在の抑制率が４３％の場合に、負荷熱量が抑制開始容量以上となって、抑制率出力タイミングになったときには、今回の抑制率を５０％とする。この場合、３回目の抑制率を出力したことになるので、次の抑制率出力タイミングでは４回目の抑制率７５％を出力することになる。

負荷熱量が抑制開始容量以上の場合、操作間隔カウント値が一定値になる度に抑制率が出力される。また、負荷熱量が増大していく場合は、これに応じて抑制率も増大する。したがって、抑制率は、負荷熱量の増大に応じて段階的に増大していくことになる。抑制率を段階的に出力する理由は、過剰な負荷抑制を防止するためである。
また、操作間隔カウント値が一定値に達するまで、抑制率の演算を待つ理由は、直前に出力した抑制率による熱負荷抑制の効果が出るまで待つためである。操作間隔の整数倍の時間である効果待ち時間を設けることにより、安定した熱負荷抑制制御を実現することができる。

一方、抑制率演算手段１５２は、負荷熱量が目標容量を超える場合（ステップＳ３において判定ＮＯ）、操作間隔カウント値に関係なく、所定の最大抑制率を出力し（ステップＳ１１）、ステップＳ１４の有効性判断処理に進む。最大抑制率に応じて、実行し得る最大の熱負荷抑制を一挙に行うことで、熱負荷を急激に抑えて、目標容量以下に下げることができる。

ステップＳ１０又はＳ１１の抑制率の出力により、後述する負荷抑制制御が行われると、負荷熱量は低下し、抑制開始容量よりも低くなる。抑制率演算手段１５２は、負荷熱量が抑制開始容量よりも低く、かつ抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値よりも大きい場合には（ステップＳ５において判定ＹＥＳ）、直前に出力した抑制率を継続して出力し（ステップＳ１２）、ステップＳ１４の有効性判断処理に進む。

次に、負荷熱量の更なる低下により、負荷熱量が抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値以下となった場合（ステップＳ５において判定ＮＯ）、抑制率演算手段１５２は、前回出力した抑制率が０％かどうかを判定する（ステップＳ６）。ここでは、抑制率を出力している最中なので、ステップＳ６において判定ＮＯとなり、ステップＳ１３に進む。

抑制率演算手段１５２は、負荷熱量が抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値以下で、かつ前回出力した抑制率が０％でない場合、前回出力された抑制率から所定の変化率を引いた値を今回の抑制率として演算し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４の有効性判断処理に進む。したがって、負荷熱量が抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値以下の状態が継続すると、ステップＳ１３の繰り返しにより、抑制率が所定の変化率で０％に徐々に近づいていくことになる。

次に、有効性判断手段１５３と抑制率出力手段１５４によるステップＳ１４の有効性判断処理について説明する。図４は有効性判断処理を説明するフローチャートである。
本実施の形態では、空調設備の熱負荷を抑制する抑制手段として、外気ダンパ６とその制御機構であるコントローラ１４によって外気取り入れ量を抑制する手段、居室１１の温度設定値の管理機構であるコントローラ１４によって温度設定値を緩和する手段、受入制御バルブ２とその制御機構であるコントローラ４によって受入制御バルブ２の開度を抑制する手段、空調機制御バルブ１０とその制御機構であるコントローラ１４によって空調機制御バルブ１０の開度を抑制する手段を想定している。

有効性判断手段１５３には、これらの抑制手段毎に熱負荷抑制の有効性の判断基準が予め設定されており、また抑制手段の選択の優先順位が予め設定されている。本実施の形態では、外気取り入れ量の抑制、温度設定値の緩和、受入制御バルブ２の開度の抑制、空調機制御バルブ１０の開度の抑制の順に優先順位が高いものとする。ここでは、空調環境への影響を考慮して、空調環境への影響が見通し易い外気取り入れ量抑制と温度設定値緩和の優先順位を高くして、空調設備へのエネルギー供給量をより直接的に操作するバルブ２，１０の開度抑制の優先順位を低くしている。なお、各抑制手段の優先順位は、本実施の形態と異なっていてもよい。同じ抑制手段の組み合わせであっても、建物の状況に応じて抑制手段の優先順位は異なる。

有効性判断手段１５３は、優先順位が高い順に抑制手段による熱負荷抑制の有効性を判断し、有効と判断した場合には、熱負荷抑制を実行すべき抑制手段として選択し、無効と判断した場合には、次に優先順位が高い抑制手段の熱負荷抑制の有効性を判断する。

すなわち、有効性判断手段１５３は、抑制率演算手段１５２から抑制率が出力されたときに、この抑制率を受け取り、最初に外気取り入れ量を抑制する手段による熱負荷抑制の有効性を判断する（図４ステップＳ１５）。外気取り入れ量を抑制する手段の有効性の判断基準としては、外気ダンパ６の開度のしきい値（例えば１００％）が設定されている。有効性判断手段１５３は、外気ダンパ６の現在の開度が１００％であれば、外気取り入れ量を抑制する手段を、熱負荷抑制を実行すべき手段として有効であると判断する。

抑制率出力手段１５４は、有効性判断手段１５３によって外気取り入れ量の抑制が有効と判断された場合（ステップＳ１５において判定ＹＥＳ）、コントローラ１４に外気取り入れ量を抑制するように指示すると共に、抑制率演算手段１５２から受け取った抑制率を出力する（ステップＳ１６）。
コントローラ１４は、抑制率出力手段１５４から出力された抑制率に応じて外気ダンパ６の開度を抑制する。すなわち、抑制率に応じた抑制開度設定テーブルにより算出された抑制開度とフィードバック制御によって算出された開度のうち小さい方の開度を今回の開度とする。

また、有効性判断手段１５３は、外気ダンパ６の現在の開度が１００％でない場合、外気取り入れ量の抑制を無効と判断し（ステップＳ１５において判定ＮＯ）、温度設定値を緩和する手段による熱負荷抑制の有効性を判断する（ステップＳ１７）。温度設定値を緩和する手段の有効性の判断基準としては、温度設定値と空調制御の対象となる居室１１の温度との許容偏差が設定されている。

有効性判断手段１５３は、冷房時は式（３）によって温度設定値を緩和する手段の有効性を判断する。
ＰＶ≦ＳＰ＋ΔＴ・・・（３）
また、有効性判断手段１５３は、暖房時は式（４）によって温度設定値を緩和する手段の有効性を判断する。
ＰＶ≧ＳＰ−ΔＴ・・・（４）

式（３）、式（４）において、ＳＰは温度設定値、ＰＶは居室１１の温度、ΔＴは許容偏差である。有効性判断手段１５３は、冷房時は温度ＰＶが温度設定値ＳＰと許容偏差ΔＴとの和以下である場合、温度設定値を緩和する手段を、熱負荷抑制を実行すべき手段として有効であると判断し、暖房時は温度ＰＶが温度設定値ＳＰから許容偏差ΔＴを引いた差以上である場合、温度設定値を緩和する手段を、熱負荷抑制を実行すべき手段として有効であると判断する。

抑制率出力手段１５４は、有効性判断手段１５３によって温度設定値の緩和が有効と判断された場合（ステップＳ１７において判定ＹＥＳ）、コントローラ１４に温度設定値を緩和するように指示すると共に、抑制率演算手段１５２から受け取った抑制率を出力する（ステップＳ１８）。
コントローラ１４は、抑制率出力手段１５４から出力された抑制率に応じて居室１１の温度設定値を緩和する。すなわち、冷房の場合には設定した最大設定値緩和幅の抑制率の分だけ温度設定値を上げ、暖房の場合には最大設定値緩和幅の抑制率の分だけ温度設定値を下げることになる、

また、有効性判断手段１５３は、温度設定値ＳＰと居室１１の温度ＰＶとの偏差の絶対値がしきい値ＴＨを超える場合、温度設定値の緩和を無効と判断し（ステップＳ１７において判定ＮＯ）、受入制御バルブ２の開度を抑制する手段による熱負荷抑制の有効性を判断する（ステップＳ１９）。受入制御バルブ２の開度を抑制する手段の有効性の判断基準としては、受入制御バルブ２の開度のしきい値（例えば１００％）が設定されている。有効性判断手段１５３は、受入制御バルブ２の現在の開度が１００％であれば、受入制御バルブ２の開度を抑制する手段を、熱負荷抑制を実行すべき手段として有効であると判断する。

抑制率出力手段１５４は、有効性判断手段１５３によって受入制御バルブ２の開度の抑制が有効と判断された場合（ステップＳ１９において判定ＹＥＳ）、コントローラ４に受入制御バルブ２の開度を抑制するように指示すると共に、抑制率を出力する（ステップＳ２０）。
コントローラ４は、抑制率出力手段１５４から出力された抑制率に応じて受入制御バルブ２の開度を抑制する。

また、有効性判断手段１５３は、受入制御バルブ２の現在の開度が１００％でない場合、受入制御バルブ２の開度の抑制を無効と判断する（ステップＳ１９において判定ＮＯ）。抑制率出力手段１５４は、有効性判断手段１５３によって受入制御バルブ２の開度の抑制が無効と判断された場合、コントローラ１４に空調機制御バルブ１０の開度を抑制するように指示すると共に、抑制率を出力する（ステップＳ２１）。
コントローラ１４は、抑制率出力手段１５４から出力された抑制率に応じて空調機制御バルブ１０の開度を抑制する。

こうして、熱負荷の抑制が行われる。図５は本実施の形態の熱デマンド制御の動作例を示す波形図であり、負荷熱量と抑制率の変化の１例を示している。図５における５０は抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値である。
負荷熱量が増加し、図５の時刻ｔ１において負荷熱量が抑制開始容量以上になると、ステップＳ７〜Ｓ１０の処理により抑制率が一定時間毎に段階的に増大していく。この抑制率の出力により負荷熱量が低下し、時刻ｔ２からｔ３の間では、負荷熱量が抑制開始容量よりも小さく、かつ抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値よりも大きくなるので、ステップＳ１２の処理により抑制率の値が保持される。

次に、時刻ｔ３において負荷熱量が抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値以下になると、ステップＳ１３の処理により抑制率が所定の変化率で減少する。この抑制率の減少により負荷熱量が一時的に上昇する熱量リバウンドが発生するので、時刻ｔ４からｔ５の間では、負荷熱量が抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値よりも大きくなるので、ステップＳ１２の処理により抑制率の値が保持される。

時刻ｔ５において負荷熱量が抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値以下になると、再びステップＳ１３の処理により抑制率が減少する。時刻ｔ６，ｔ７の動作は、それぞれ時刻ｔ４，ｔ５の場合と同じである。こうして、時刻ｔ７において負荷熱量は抑制開始容量からディファレンシャルを引いた値以下となり、時刻ｔ７で引き下げられた抑制率は０％に戻る。図５の例によると、抑制率を引き下げたときの熱量リバウンドが小さく、負荷熱量の戻りが抑えられていることが分かる。図５の例では、抑制率の出力のみについて説明しているが、抑制率演算手段１５２から抑制率が出力されたときの有効性判断処理は、図４で説明したとおりである。

以上説明したように、本実施の形態では、負荷熱量が抑制開始容量に達した段階で、空調設備の熱負荷を抑制するようにしたので、負荷熱量が目標容量を超えないようにすることができる。また、抑制率を段階的に出力することにより、過剰な負荷抑制を防止して快適な空調を保つことができ、さらに一定の待ち時間を設けることにより、安定した熱負荷抑制制御を実現することができる。

そして、本実施の形態では、複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性をそれぞれ予め設定された判断基準に基づいて判断し、有効と判断した抑制手段を選択して、選択した抑制手段に抑制率に応じた熱負荷抑制を実行させるようにしたことにより、従来のように空調設備の負荷熱量のレベルだけで抑制手段を選択するのではなく、熱負荷抑制に対して有効な手段を選択するようにしたので、無効な抑制手段の選択によって無駄な抑制操作が継続してしまうことを無くすことができる。その結果、本実施の形態では、負荷熱量が目標容量を超えないようにすることができ、契約容量を遵守して、省エネルギーに貢献することができる。

また、本実施の形態では、予め設定された優先順位に従って、優先順位が高い順に抑制手段の熱負荷抑制の有効性を判断することにより、例えば空調環境への影響を考慮した抑制手段の選択を行うことが可能になる。例えば温度設定値を緩和する手段の優先順位をバルブ２，１０の開度を抑制する手段よりも高くしておき、温度設定値の緩和による熱負荷抑制が有効な状況では、環境に対する指示値である温度設定値を緩和することによって、環境への影響を見通しやすい状態を維持し、温度設定値の緩和が有効でないと判断したときのみ、より直接的にエネルギー供給量を操作可能なバルブ２，１０の開度を抑制することにより、負荷熱量が目標容量を超えることを確実に防ぐことができる。

なお、本実施の形態では、外気取り入れ量の抑制、温度設定値の緩和、受入制御バルブ２の開度の抑制、空調機制御バルブ１０の開度の抑制の４つの抑制手段を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、コントローラ１４によって居室１１のＣＯ₂濃度設定値を緩和する手段、コントローラ１４によって居室１１の湿度設定値を緩和する手段、加湿バルブ２１とコントローラ１４によって加湿を禁止する手段、コントローラ４によって冷温水温度設定値を緩和する手段等の他の抑制手段に本発明を適用することも可能である。

また、本実施の形態では、１台の空調機について説明しているが、空調機が複数台の場合も同様に本発明を適用できることは言うまでもない。また、本実施の形態では、ＤＨＣシステムから熱供給を受けるＤＨＣ需要家を対象にした熱量デマンド抑制を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、建物内に熱供給設備を有する自己熱源の建物に本発明を適用してもよい。
また、計測するエネルギー供給量として負荷熱量Ｑの代わりに、熱媒の流量Ｆを用いてもよい。この場合、目標容量は目標流量となり、抑制開始容量は抑制開始流量となる。

また、本実施の形態の中央監視装置１５及びコントローラ４，１４は、それぞれＣＰＵ、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータにおいて、本発明の熱デマンド制御を実現させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、記録媒体から読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、プログラムに従って前述の処理を実行する。

本発明は、空調設備を制御する技術に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る空調設備の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態の熱デマンド制御の処理の流れを示すフローチャートである。図１の空調設備における中央監視装置の構成例を示すブロック図である。図１の中央監視装置の有効性判断手段と抑制率出力手段による有効性判断処理を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態の熱デマンド制御の動作例を示す波形図である。

符号の説明

１…熱交換器、２…受入制御バルブ、３…センサ、４…コントローラ、５…空調機、６…外気ダンパ、７…還気ダンパ、８…コイル、９…ファン、１０…空調機制御バルブ、１１…居室、１２…温度センサ、１３…ＣＯ₂濃度センサ、１４…コントローラ、１５…中央監視装置、１６，１８…温度センサ、１７…流量センサ、１９…排気ダンパ、２０…加湿器、２１…加湿バルブ、２２…湿度センサ、１５０…負荷熱量計測手段、１５１…平滑処理手段、１５２…抑制率演算手段、１５３…有効性判断手段、１５４…抑制率出力手段。

Claims

熱供給設備から熱供給を受けて稼働する空調設備へのエネルギー供給量が、供給し得る最大のエネルギー供給量を示す目標容量を超えないように前記空調設備を制御する空調設備運転制御装置であって、
前記熱供給設備から前記空調設備へのエネルギー供給量を計測する計測手段と、
前記計測されたエネルギー供給量が前記目標容量を超えないように、前記エネルギー供給量に応じた抑制率を演算する抑制率演算手段と、
前記抑制率に応じて前記空調設備の熱負荷を抑制する複数の抑制手段と、
この複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性をそれぞれ予め設定された判断基準に基づいて判断する有効性判断手段と、
前記複数の抑制手段の中から前記有効性判断手段が有効と判断した抑制手段を選択して、この選択した抑制手段に前記抑制率に応じた熱負荷抑制を実行させる抑制率出力手段とを備えることを特徴とする空調設備運転制御装置。
請求項１記載の空調設備運転制御装置において、
前記有効性判断手段は、予め設定された前記複数の抑制手段の選択の優先順位に従って、優先順位が高い順に前記抑制手段の熱負荷抑制の有効性を判断することを特徴とする空調設備運転制御装置。
請求項１又は２記載の空調設備運転制御装置において、
前記エネルギー供給量は、前記空調設備の負荷熱量あるいは前記熱供給設備から前記空調設備へ供給される熱媒の流量であることを特徴とする空調設備運転制御装置。
熱供給設備から熱供給を受けて稼働する空調設備へのエネルギー供給量が、供給し得る最大のエネルギー供給量を示す目標容量を超えないように前記空調設備を制御する空調設備運転制御方法であって、
前記熱供給設備から前記空調設備へのエネルギー供給量を計測する計測手順と、
前記計測されたエネルギー供給量が前記目標容量を超えないように、前記エネルギー供給量に応じた抑制率を演算する抑制率演算手順と、
前記空調設備の熱負荷を抑制する複数の抑制手段の各々による熱負荷抑制の有効性をそれぞれ予め設定された判断基準に基づいて判断する有効性判断手順と、
前記複数の抑制手段の中から前記有効性判断手順で有効と判断された抑制手段を選択して、この選択した抑制手段に前記抑制率に応じた熱負荷抑制を実行させる抑制率出力手順とを、繰り返し実行することを特徴とする空調設備運転制御方法。