JP2009030845A

JP2009030845A - 空調制御システム

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Publication number: JP2009030845A
Application number: JP2007193677A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Sogo; 知也十河
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: JP4872842B2

Abstract

【課題】天井の高い建物でも温度制御が容易で、且つ、システム全体のエネルギー消費を低減できる空調制御システムを提供する。
【解決手段】本システムは、温度センサ４による上方領域の測定温度に基づいて上方領域の温度を所定の上方目標温度に調節する空調装置１と、所定空間内に上下方向の空気の流れを生成する天井扇６と、所定空間内で上方領域よりも下側の領域であって人が活動する居住領域における温度を測定する温度センサ９と、温度センサ４、９の測定温度に基づいて空調装置１と天井扇６の動作を制御する連系制御部１１とを備える。連系制御部１１は、温度センサ９の測定温度と居住領域の目標温度との偏差の絶対値が所定の閾値温度以上であれば、空調装置１を停止させて天井扇６を作動させるとともに、所定時間経過後の温度センサ９の測定温度と居住領域の目標温度との偏差の絶対値が閾値温度以上であれば、空調装置１を作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調制御システムに関するものである。

従来、店舗などの高い天井を有する建物に用いられる空調制御システムとして、室内の天井に設置された空調装置や天井扇を用いて室内の温度を制御するシステムが提供されていた（例えば特許文献１参照）。

天井の高い建物に設置される空調制御システムの場合、暖かい空気は上昇し、又、冷たい空気は下降するために、室内の上方領域と下方の居住領域とでは温度が異なる傾向があり、特に暖房運転時には居住領域の温度を快適な温度に保つのが難しかった。そこで、上記特許文献に記載された空調制御システムでは、空調制御装置が、店内温度の検出値と目標温度との偏差に基づいて空調装置の出力を制御するとともに、上方領域と下方領域（居住領域）との温度差が一定温度以上になると、天井扇により上下方向の空気の流れを生成しており、上方領域の空気と下方領域の空気とを循環させることで、上方領域と下方領域の温度の差を少なくするように動作していた。
特開２００１−２１８３６７号公報

上述の空調制御システムでは、例えば暖房時に空調装置により暖められた空気が上方領域に滞留して居住領域の温度が上がらず、居住領域の温度が目標温度よりも低くなると、上方領域の空気は充分暖められているにも関わらず、空調制御装置が、店内温度の検出温度をもとに空調装置の出力を上げるため、空調装置を必要以上に作動させて、エネルギーを無駄に消費してしまうという問題があった。また、居住領域の温度と上方領域の温度との偏差が一定温度以上になると、天井扇の制御装置が天井扇の動作を開始させて、上方領域の空気を下方に送るのであるが、上述のように空調制御装置が空調装置の出力を必要以上に高くしているために、居住領域の温度が上がりすぎてしまう可能性もあった。すなわち、空調制御装置および天井扇の制御装置がそれぞれ空調装置および天井扇の動作を別個に制御していたため、室内の温度制御が難しいという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、天井の高い建物でも温度制御が容易で、且つ、システム全体のエネルギー消費を低減できる空調制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、所定空間内の上方領域における温度を測定する第１の温度センサと、第１の温度センサの測定温度に基づいて上方領域の温度を所定の上方目標温度に調節する空調装置と、所定空間内に上下方向の空気の流れを生成する送風装置と、所定空間内で上方領域よりも下側の領域であって人が活動する居住領域における温度を測定する第２の温度センサと、第１の温度センサと第２の温度センサとによりそれぞれ測定された測定温度に基づいて空調装置と送風装置の動作を制御する連系制御部とを備え、連系制御部は、第２の温度センサの測定温度と居住領域の目標温度との偏差の絶対値が所定の閾値温度以上であれば、空調装置を停止させて送風装置を作動させるとともに、送風装置を作動させてから所定時間が経過した時点で第２の温度センサの測定温度と居住領域の目標温度との偏差の絶対値が閾値温度以上であれば、空調装置を作動させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、連系制御部は、居住領域の目標温度と上方目標温度とを同じ温度に設定したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、第２の温度センサにより測定された居住領域の測定温度と居住領域の目標温度との偏差の絶対値が所定の閾値温度以上である場合、連系制御部は、先ず、空調装置を停止させるとともに、送風装置を作動させて上下方向の空気の流れを生成しているので、例えば暖房運転時には上方領域に滞留している暖かい空気を送風装置により居住領域に送ることによって、エネルギー消費の大きい空調装置を作動させることなく、居住領域の温度を上げることができる。そして、送風装置を作動させてから所定時間が経過した時点でも、第１の温度センサの測定温度と居住領域の目標温度との偏差の絶対値が閾値温度以上ある場合には、連系制御部が空調装置を作動させているので、空調装置から送られた空気を送風装置により下側の居住領域へ送ることで、居住領域における温度を所定の目標温度に制御することができる。このように、本発明の空調制御システムでは、居住領域の測定温度と目標温度との偏差の絶対値が閾値温度以上ある場合、先ず、エネルギー消費の少ない送風装置を作動させ、その後所定時間が経過した時点でも上記偏差の絶対値が閾値温度以上であれば、空調装置を作動させているので、空調装置と送風装置とを連系して動作させることによって、天井の高い建物でも温度制御が容易で、システム全体のエネルギー消費を低減したシステムを実現できるという効果がある。

請求項２の発明によれば、連系制御部が、空調装置の制御に用いる上方目標温度を居住領域の目標温度と同じ温度に設定することで、空調装置と送風装置とを同じ温度で作動させることができ、空調装置が必要以上に動作して、エネルギーを無駄に消費するのを防止できるという効果がある。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態の空調制御システムは、例えば店舗などの天井が高い建物に用いられるものであり、図１に本システムの概略構成図を示す。本システムは、上方領域の温度を所定の上方目標温度に調節する空調装置１と、部屋２１の天井２２に設置されて上下方向の空気の流れを生成する送風装置としての天井扇６とを備える。

空調装置１は、建物２０内の部屋２１の天井２２に設置された室内機２と、建物２０の外側に設置された室外機３と、室内機２が備える吸い込み口付近の温度Ｔｂ（℃）を測定する温度センサ４（第１の温度センサ）と、温度センサ４により測定される吸い込み口の測定温度Ｔｂに基づいて空調装置１の出力を制御する空調制御部５とを備える。

また部屋２１内の壁には、天井扇６の目標温度や動作条件（例えば暖房時は目標温度未満で動作し、目標温度以上で停止する）の設定などを行うための設定部８、および、部屋２１（所定空間）内で人が主に活動する下側領域（以下、この領域を居住領域と言う）の温度Ｔａ（℃）を測定する温度センサ９（第２の温度センサ）を備えた設定操作器７が設置されており、設定操作器７の設定内容や測定温度Ｔａに基づいて天井扇制御部１０が天井扇６のオン／オフを制御するとともに、連系制御部１１が、空調制御部５および天井扇制御部１０を用いて空調装置１と天井扇６とを連系して動作させる。

空調制御部５は、温度センサ４により測定された上方領域の測定温度Ｔｂと、所定の目標温度（上方目標温度）Ｔｙ（℃）との偏差に応じて空調装置１の出力を制御するとともに、温度センサ４の測定温度Ｔｂを連系制御部１１に送信し、且つ、連系制御部１１から制御命令を受信すると、この制御命令を優先して空調装置１の動作を制御する。

天井扇制御部１０では、設定操作器７に設けた温度センサ９から居住領域の測定温度Ｔａを取り込むとともに、設定部８により設定された各種の設定情報（例えば居住領域の目標温度Ｔｘ（℃）や動作条件など）を取り込み、これらの測定温度Ｔａや設定情報を連系制御部１１に送信する。また天井扇制御部１０は、居住領域の目標温度Ｔｘと測定温度Ｔａとの偏差に基づいて天井扇６のオン／オフを制御するとともに、連系制御部１１から制御命令が入力された場合は、この制御命令を優先して天井扇６のオン／オフを制御する。

図２は連系制御部１１の概略的なブロック図であり、ＣＰＵ１２と、空調制御部５および天井扇制御部１０との間でそれぞれ信号を授受する通信部１３，１４と、通信部１３を介して温度センサ４により測定された上方領域の測定温度Ｔｂを取得する上方領域温度取得部１５と、通信部１４を介して温度センサ９により測定された居住域の測定温度Ｔａを取得する居住域温度取得部１６と、通信部１４を介して設定部８により設定された設定内容を取得する設定情報取得部１７と、タイマ１８とを主要な構成として備えている。

連系制御部１１のＣＰＵ１２では、設定情報取得部１７から取得した目標温度Ｔｘと、上方領域温度取得部１５が取得した上方領域の測定温度Ｔｂおよび居住域温度取得部１６が取得した居住領域の測定温度Ｔａとに基づいて、空調装置１および天井扇６の動作を連系制御する。以下に暖房時を例にしてＣＰＵ１２による連系制御動作を説明する。

本システムでは、空調制御部５と天井扇制御部１０とがそれぞれ別個の温度センサ４、９の測定温度に基づいて空調装置１および天井扇６の動作を制御するのであるが、ＣＰＵ１２では、先ず、設定情報取得部１７から天井扇制御部１０の目標温度Ｔｘや動作条件を取得すると、これらの目標温度Ｔｘや動作条件を通信部１３から空調制御部５に送信させ、空調制御部５のメモリ（図示せず）に目標温度Ｔｙとして記憶させる。一般に、空調装置１に設定される目標温度Ｔｙは、天井扇制御部１０に設定される目標温度Ｔｘよりも高い温度に設定されるので、天井扇制御部１０に設定された目標温度Ｔｘおよび動作条件を空調制御部５に設定することによって、空調装置１の出力が抑制されて、エネルギー消費の低減を図ることができる。

ＣＰＵ１０では、一定の時間間隔で居住域温度取得部１６を用いて居住域の測定温度Ｔａを取り込んでおり、居住域の測定温度Ｔａと目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が所定の閾値温度Ｔth未満の場合は（｜Ｔａ−Ｔｘ｜＜Ｔth）、空調制御部５および天井扇制御部１０に対して制御命令を出力せず、空調制御部５および天井扇制御部１０はそれぞれ温度センサ４，９の検出結果に基づいて空調装置１および天井扇６の動作を個別に制御する。すなわち空調制御部５では、温度センサ４により測定された上方領域の測定温度Ｔｂと目標温度Ｔｙとの偏差に応じて空調装置１の出力を制御する。また天井扇制御部１０は、温度センサ９により測定された居住領域の温度Ｔａと目標温度Ｔｘとに基づいて天井扇６のオン／オフを制御し、温度Ｔａが目標温度Ｔｘ以上であれば天井扇６を停止させる。

而して、居住域の測定温度Ｔａと目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が閾値温度Ｔth未満の場合、空調装置１および天井扇６が別個に動作し、暖房時においては室内機２の吹き出し口から温風が吐出されるとともに、天井扇６が上下方向の空気の流れを生成することで、上方領域の暖かい空気が居住領域に送られ、居住領域の温度を上昇させることができる。また冷房時には、室内機２の吹き出し口から冷風が吐出されるとともに、天井扇６が上下方向の空気の流れを生成することで、居住領域の温度を短時間で下げることができる。

このように空調装置１および天井扇６の動作がそれぞれ別個に制御されている状態で、例えば空調装置１から送出された空気が上方領域に滞留するなどして、居住領域の温度と目標温度との間の偏差が大きくなる場合があり、一定間隔で居住域温度取得部１６により取り込まれた居住域の測定温度Ｔａと目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が閾値温度Ｔth以上になると、ＣＰＵ１２は、通信部１３から空調制御部５に対して空調装置１を停止させる制御命令を送信し、空調制御部５により空調装置１を停止させるとともに、通信部１４から天井扇制御部１０に対して天井扇６をオンさせる制御命令を送信して、天井扇制御部１０により天井扇６をオンさせ、さらにタイマ１８により所定時間の限時動作を開始させる。この時、天井扇６により上下方向の空気の流れが生成され、例えば暖房時において空調装置１の吹き出し口から吐出された暖かい空気が上方領域に留まっている場合は、暖かい空気を下側の居住領域に送ることで、居住領域の温度を上げることができる。

その後、タイマ１８による所定時間の限時動作が終了した時点で、ＣＰＵ１２は、居住域温度取得部１６を用いて居住領域の測定温度Ｔａを取り込み、この測定温度Ｔａと目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値（｜Ｔａ−Ｔｘ｜）を求める。この時、測定温度Ｔａと目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が上記閾値温度Ｔth未満になっていれば（｜Ｔａ−Ｔｘ｜＜Ｔth）、ＣＰＵ１２は、上方領域の暖かい空気が下方の居住領域に送られて、居住領域の温度が上がったと判断し、空調制御部５および天井扇制御部１０に対して連系動作終了を示す制御命令を送信し、空調制御部５および天井扇制御部１０によりそれぞれ空調装置１および天井扇６を別個に制御させる。

一方、タイマ１８の限時動作が終了した時点で、測定温度Ｔａと目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が上記閾値温度Ｔth以上であれば（｜Ｔａ−Ｔｘ｜≧Ｔth）、ＣＰＵ１２は、天井扇６により上方領域の空気を下側の居住領域に送っても居住領域の温度が上がらなかったと判断し、通信部１３から空調制御部５へ空調装置１の動作を開始させる制御命令を送信し、空調制御部５により空調装置１の動作を開始させる。このとき、空調制御部５では、温度センサ４により測定された上方領域の測定温度と目標温度Ｔｙ（＝Ｔｘ）との偏差に基づいて、空調装置１の出力を制御しており、暖房時には空調装置１の吹き出し口から送出された暖かい空気が天井扇６により下側の居住領域へ送られることによって、居住領域の温度が上がり、居住領域の温度を目標温度に近付けることができる。また冷房時には、室内機２の吹き出し口から冷風が吐出されるとともに、天井扇６が上下方向の空気の流れを生成することで、居住領域の温度を短時間で下げることができる。

その後もＣＰＵ１２は一定の時間間隔で居住域温度取得部１６を用いて居住域の測定温度Ｔａを取り込んでおり、居住域の測定温度Ｔａと目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が所定の閾値温度Ｔth未満になると（｜Ｔａ−Ｔｘ｜＜Ｔth）、空調制御部５および天井扇制御部１０に対して連系制御終了を示す制御命令を送信し、上述と同様に、空調制御部５および天井扇制御部１０によりそれぞれ空調装置１および天井扇６を別個に制御させる。

なお本実施形態では、タイマ１８の限時動作が終了した時点で温度の偏差が閾値温度以上であれば、ＣＰＵ１２が空調装置１の動作を開始させているが、この時の空調装置１の出力は空調制御部５において測定温度Ｔｂと目標温度Ｔｙとの偏差に基づいて決定しても良いし、ＣＰＵ１２が、空調制御部５に対して、空調装置１の出力を徐々に上昇させるような制御信号を出力しても良く、運転開始時からの時間経過に応じて空調装置１の出力を徐々に増加させることで、居住領域の温度を短時間で上昇させることができる。なお空調装置１の出力を増加させる方法としては、運転開始時からの経過時間に比例して出力が増加するような比例制御により出力を増加させても良いし、運転開始時からの経過時間の積分に比例して出力が増加するような積分制御により出力を増加させても良い。

以上説明したように本システムによれば、温度センサ４により測定された居住領域の測定温度Ｔａと居住領域の目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が所定の閾値温度Ｔth以上である場合、連系制御部１１は、先ず、空調装置１を停止させるとともに、天井扇６を作動させて上下方向の空気の流れを生成しているので、例えば暖房運転時には上方領域に滞留している暖かい空気を天井扇６により居住領域に送ることによって、エネルギー消費の大きい空調装置１を作動させることなく、居住領域の温度を上げることができる。そして、送風装置６を作動させてから所定時間が経過した時点でも、温度センサ４の測定温度Ｔａと居住領域の目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が閾値温度Ｔth以上ある場合には、連系制御部１１が空調装置１を作動させているので、空調装置１から送られた空気を天井扇６により下側の居住領域へ送ることで、居住領域における温度を所定の目標温度Ｔｘに制御することができる。このように本システムでは、居住領域の測定温度Ｔａと目標温度Ｔｘとの偏差の絶対値が閾値温度Ｔth以上ある場合、先ず、エネルギー消費の少ない送風装置（天井扇６）を作動させ、その後所定時間が経過した時点でも上記偏差の絶対値が閾値温度Ｔth以上であれば、空調装置１を作動させているので、空調装置１と送風装置（天井扇６）とを連系して動作させることによって、天井の高い建物でも温度制御が容易で、システム全体のエネルギー消費を低減可能なシステムを実現することができる。また連系制御部１１が、空調装置１の制御に用いる上方目標温度Ｔｙを居住領域の目標温度Ｔｘと同じ温度に設定しているので、空調装置１と天井扇６とを同じ温度で作動させることができ、空調装置１が必要以上に動作して、エネルギーを無駄に消費するのを防止することができる。

なお上述の実施形態では、空調制御部５に対して上方領域の目標温度が所定温度に固定的に設定されている場合について説明したが、空調制御部５に赤外線のような光信号よりなるワイヤレス信号を受信する信号受信部（図示せず）を設けるとともに、目標温度を設定するための操作ボタン１９ａを有し操作ボタン１９ａの操作に応じた設定信号をワイヤレス信号により送信するワイヤレス送信器１９を設け、ユーザの操作によって空調装置１の目標温度Ｔｙを変更できるようにしても良い。

この場合、天井扇６が動作を開始する目標温度Ｔｘと、空調装置１の目標温度Ｔｙとが異なるため、目標温度の設定（例えば暖房時の目標温度Ｔｘ＞Ｔｙ）によっては天井扇６が動作するよりも前に空調装置１が動作を開始する場合もあり、空調装置１が過暖房となって、システム全体でエネルギー消費を低減する効果が充分得られない場合がある。

そこで、本実施形態において、連系制御部１１に、空調制御部５による温度制御を抑制する出力抑制機能を付加することも好ましく、連系制御部１１のＣＰＵ１２が、居住域の温度センサ９の測定温度Ｔａと、天井扇制御部１０に設定された設定温度Ｔｘとの偏差に基づいて、空調装置１の出力を制限するレベル（以下、出力抑制レベルと言う。）を空調制御部５に設定することで、過暖房或いは過冷房を抑制することができる。室外機３には、空調制御部５からの制御信号に応じて熱交換を行う熱交換部（図示せず）が設けられており、空調制御部５からの出力抑制命令に応じて、出力レベルを最小レベルＭｉｎから最大レベルＭａｘの間で調整できるようになっている。図３は温度センサ４の測定温度Ｔｂと目標温度Ｔｙとの偏差Δｔと、出力レベルとの関係を示しており、出力抑制レベルが最小に設定された場合、偏差Δｔがｔ１未満の範囲では出力レベルを最小に制限する。尚、偏差Δｔがｔ１以上の範囲では出力制限は行わない。

例えば暖房時において測定温度Ｔａが設定温度Ｔｘを上回っている場合は（Ｔｘ−Ｔａ＜０）、天井扇６の暖房条件も空調装置１の暖房条件も両方共に満足しているため、連系制御部１１のＣＰＵ１２は、天井扇６をオフさせる制御命令を天井扇制御部１０に出力するとともに、出力抑制レベルを最小に設定する出力抑制命令を空調制御部５に出力しており、空調装置１の出力を最小に設定する。一方、暖房時において測定温度Ｔａが設定温度Ｔｘを下回っている場合は（Ｔｘ−Ｔａ＞０）、天井扇６の暖房条件も空調装置１の暖房条件も両方共に満足していないため、連系制御部１１のＣＰＵ１２は、天井扇６をオンさせる制御命令を天井扇制御部１０に出力するとともに、出力抑制レベルを図３に示す特性カーブＣ１〜Ｃ３にしたがって演算により求め、演算結果にしたがって出力抑制レベルを設定する制御命令を空調制御部５に出力しており、空調制御部５により空調装置１の出力を抑制することができる。

尚、図３の特性カーブＣ１は、偏差Δｔが０からｔ１までの範囲で、出力レベルがＭｉｎからＭａｘまで線形に増加するような特性カーブであり、偏差Δｔの大きさに出力を正比例させることができる。また特性カーブＣ２は、偏差Δｔが小さい範囲では出力レベルを抑制し、偏差Δｔが大きくなると出力レベルを急激に増加させるような特性カーブであり、偏差Δｔがある程度大きくなるまで出力レベルを低いレベルに抑制することで、省エネを図ることができる。また特性カーブＣ３は、出力レベルの立ち上がりを早くした特性カーブであり、偏差Δｔが小さくても出力レベルを大きくとることで、エネルギー消費は多少増加するものの、目標温度に達するまでの時間を短縮できるような特性カーブである。ここで、連系制御部１１のＣＰＵ１２により空調制御部５の出力抑制レベルを０〜１００％の範囲の任意の値に設定しているが、出力抑制レベルを偏差Δｔの大きさに応じて複数のレベル（例えば０、５０、７０、１００（％）の４段階）に段階的に切り替え設定するようにしても良く、出力抑制レベルの演算を簡単にできる。

本実施形態の空調制御システムの概略構成図である。同上に用いる連系制御部の概略ブロック図である。同上の出力抑制レベルを説明する説明図である。

符号の説明

１空調装置
４温度センサ（第１の温度センサ）
６天井扇（送風装置）
９温度センサ（第２の温度センサ）
１１連系制御部

Claims

所定空間内の上方領域における温度を測定する第１の温度センサと、
第１の温度センサの測定温度に基づいて前記上方領域の温度を所定の上方目標温度に調節する空調装置と、
前記所定空間内に上下方向の空気の流れを生成する送風装置と、
前記所定空間内で前記上方領域よりも下側の領域であって人が活動する居住領域における温度を測定する第２の温度センサと、
前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとによりそれぞれ測定された測定温度に基づいて前記空調装置と前記送風装置の動作を制御する連系制御部とを備え、
前記連系制御部は、第２の温度センサの測定温度と居住領域の目標温度との偏差の絶対値が所定の閾値温度以上であれば、前記空調装置を停止させて前記送風装置を作動させるとともに、送風装置を作動させてから所定時間が経過した時点で第２の温度センサの測定温度と居住領域の目標温度との偏差の絶対値が前記閾値温度以上であれば、前記空調装置を作動させることを特徴とする空調制御システム。
前記連系制御部は、前記居住領域の目標温度と前記上方目標温度とを同じ温度に設定したことを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。