JP2010019440A - 空調制御システムおよび空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】在室者への快適性が考慮された風を利用して、所要動力の省エネルギー化を図った空調制御を効率的に行う空調制御システムおよび空調制御装置を提供する。
【解決手段】目標の快適指数値において当該空調制御システム内の消費エネルギー値が最小となる室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値を選択する目標値選択部３０２と、空調制御対象の室内の温度が室内温度目標値となるように、還気用コイルに冷水を供給する第１バルブの開度を制御するとともに、室内の湿度が室内湿度目標値となるように、外気用コイルに冷水を供給する第２バルブの開度を制御し、室内の風速が室内風速目標値となるように、室内に送風するファンの回転数を制御し、室内温度値と室内送風温度値との偏差が所定値以内になるように、室内送風温度値を制御する制御値算出部３０３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オフィスや住居等の空調を制御する空調制御システムおよび空調制御装置に関する。

オフィスや住居などの建築施設全体で消費されるエネルギーは、空調関連のエネルギーが約半分を占めている。そのため、空調制御に関する省エネルギーの推進が、建築施設全体の省エネルギー化に大きく貢献する。

一方で、空調制御の対象となる室内では在室者の温熱感覚を満足させるため、いわゆる快適性を確保することが要求されている。

この「省エネルギーの推進」と「在室者の快適性の確保」とはトレードオフの関係にあり、省エネルギーを推進すると在室者の快適性が低下する場合が多いが、この快適性の範囲を超えた過剰なエネルギー消費を抑えることにより、在室者の快適性を確保しつつ無駄なエネルギー消費を抑えることは可能である。

空調制御には、在室者が感じる快適性の指標としてＰＭＶ（Predicted Mean Vote;予測平均回答）と呼ばれる快適性指数が広く採用されている。

この快適性指標ＰＭＶについて説明する。人間の快適性を考えて、適正な室内温熱環境を確保するにあたっては、暑さ、寒さに対する人間の温熱感覚を考慮することが重要である。これに影響を与える変数として次のものがある。

(1)空気温度 (2)相対湿度 (3)平均輻射温度 (4)気流速度 (5)活動量(人体の内部発熱量) (6)着衣量
人の発熱量は対流による放射量、輻射による放熱量、人からの蒸発熱量、呼吸による放熱量および蓄熱量の合計で、これらの熱平衡式が成立している場合は、人体が熱的に中立であり、暑くも寒くもない快適状態である。逆に熱平衡式がくずれた場合に人体は暑さ寒さを感じる。デンマーク工科大学のFanger教授は1967年に快適方程式の導出を発表し、これを出発点として人体の熱負荷と人間の温冷感を、欧米人の多数の被験者のアンケートから統計分析して結び付け、ＰＭＶを提案した。これは近年ＩＳＯ規格にも取り上げられ最近よく用いられるようになった。温冷感の指標となるＰＭＶは、次の７段階評価尺度による数値として表す。

＋３:暑い ＋２:暖かい
＋１:やや暖かい
０:どちらでもない、快適
−１:やや涼しい
−２:涼しい −３:寒い
人間の快適な範囲は−０．５〜＋０．５である。

上記、６つの変数のうち作業強度を表す活動量は通常、代謝量はmetで、着衣量はcloの単位を用いる。

Met（メット）は代謝量を表す単位で、熱的に快適な状態における安静時代謝を基準とする。１metは下記式（１）で表される。

〔数１〕
1met ＝ 58.2 W/m^２ ＝ 50 kcal/m^２・h （１）
ｃｌｏ（クロ）は衣服の熱絶縁性を表す単位で、１clo とは気温 21℃，相対湿度 50％，気流 5cm/s以下の室内で，体表面からの放熱量が1metの代謝と平衡するような着衣状態での値で、通常の熱抵抗値に換算すると下記式（２）となる。

〔数２〕
1clo ＝ 0.155 m^２・℃/W ＝ 0.18 m^２・h・℃/kcal （２）
また、ＰＭＶは下記式（３）で計算されることが知られている。

〔数３〕
ここで、Ｍ：活動量［ｋｃａｌ／ｈ］
Ａ：人体表面積［ｍ^２］
Ｌ：人体熱負荷［ｋｃａｌ／ｍ^２ｈ］（Fangerの快適方程式より算定）
である。

このＰＭＶを考慮するとともに空調機器の動力を低減化して省エネ化を図る空調システムが数多く提案されている。

例えば特許文献１には、ヒートポンプ型の空調機と吸湿剤を用いた除湿機能を備えたデシカント空調機とを併用し、現在のＰＭＶ値におけるエネルギー消費量予測曲線上の予測値を参照することによりエネルギーの消費量が最小となる現時点における運転比率を知ることができ、これに基づいて空調制御を行うことにより快適性と省エネルギー化との両立を図る空調制御装置が記載されている。

また特許文献２には、快適とされるＰＭＶ値における温度と湿度との関係を示すＰＭＶ曲線と、空調制御対象の室内の温度および湿度の現在値とを取得し、このＰＭＶ曲線上にあり且つ取得した現在値に近接している位置の温度および湿度の値を目標値として求め、この目標値に基づいて空調制御を行うことにより快適性と省エネルギー化との両立を図る空調制御装置が記載されている。
特開２００４−６０９７８ 特開２００２−２８６２７４

ところで、上述したように人間の温熱感覚に影響を与える因子には(1)空気温度、(2)相対湿度、(3)平均輻射温度、(4)気流速度、(5)活動量(人体の内部発熱量)、(6)着衣量があるが、このうち特許文献１ではデシカント空調機を用いて湿度を制御している。しかし、デシカント空調機は湿度制御性能には優れているものの高価であり、また、空調機が大きくなることから一般の空調システムには適さないという問題があった。

また、特許文献２では、温度、湿度、に加えて風量の変化も考慮して空調制御を行う場合について記載されているが、快適性と省エネルギー化とを両立させるためのこれらの最適な設定値をどのように導き出すかが大きな問題であるが、この点について触れられていなかった。

また、室内に送る風は、部屋温度に対して大幅に低い温度であると在室者にとって不快となるが、特許文献２においてはこの送り出す風の温度については何ら考慮されていなかった。

そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、在室者への快適性が考慮された風を利用して、所要動力の省エネルギー化を図った空調制御を効率的に行う空調制御システムおよび空調制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の空調制御システムは、空調制御対象の室内の還気を取り込んで温度を調整する還気温度調整手段と、室外の外気を取り込んで湿度を調整する外気湿度調整手段と、前記還気温度調整手段で調整された空気と、前記外気湿度調整手段で調整された空気とを混合して取り込み、前記空調制御対象の室内に直接送風する空気と風速を調整する空気とに分流するダンパーと、前記空調制御対象の室内の天井近くの還気を取り込み、前記ダンパーで分流された風速を調整する空気と混合し、回転数により風速を調整して前記空調制御対象の室内に送風するファンと、前記ファンにより送風された空気の温度を計測する室内送風温度センサと、前記空調制御対象の室内の温度を計測する室内温度センサと、制御目標とする快適指数値における温度値と、湿度値と、風速値との関係を示す環境データを記憶する環境データ記憶手段と、前記環境データ記憶手段に記憶されている環境データの中から、当該空調制御システム内の消費エネルギー値が最小となる温度値と湿度値と風速値との組み合わせを、前記空調制御対象の室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値として選択する目標値選択手段と、前記空調制御対象の室内の温度が前記室内温度目標値となるように、前記還気温度調整手段の処理を制御するとともに、前記空調制御対象の室内の湿度が前記室内湿度目標値となるように、前記外気湿度調整手段の処理を制御する温湿度調整処理制御手段と、前記空調制御対象の室内の風速が前記室内風速目標値となるように、前記ファンの回転数を制御するファン制御手段と、前記室内温度センサの計測値と前記室内送風温度センサの計測値との偏差が所定値以内になるように、前記ダンパーにおける前記空調制御対象の室内に送風する空気と前記ファンに導く空気との分流比率を制御するダンパー制御手段とを有することを特徴とする。

また、本発明の空調制御装置は、空調制御対象の室内の還気を取り込んで温度を調整する還気温度調整手段と、室外の外気を取り込んで湿度を調整する外気湿度調整手段と、前記還気温度調整手段で調整された空気と、前記外気湿度調整手段で調整された空気とを混合して取り込み、前記空調制御対象の室内に直接送風する空気と風速を調整する空気とに分流するダンパーと、前記空調制御対象の室内の天井近くの還気を取り込み、前記ダンパーで分流された風速を調整する空気と混合し、回転数により風速を調整して前記空調制御対象の室内に送風するファンと、前記ファンにより送風された空気の温度を計測する室内送風温度センサと、前記空調制御対象の室内の温度を計測する室内温度センサとを備えた空調機に接続された空調制御装置において、制御目標とする快適指数値における温度値と、湿度値と、風速値との関係を示す環境データを記憶する環境データ記憶手段と、前記環境データ記憶手段に記憶されている環境データの中から、当該空調制御システム内の消費エネルギー値が最小となる温度値と湿度値と風速値との組み合わせを、前記空調制御対象の室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値として選択する目標値選択手段と、前記空調制御対象の室内の温度が前記室内温度目標値となるように、前記還気温度調整手段の処理を制御するとともに、前記空調制御対象の室内の湿度が前記室内湿度目標値となるように、前記外気湿度調整手段の処理を制御する温湿度調整処理制御手段と、記空調制御対象の室内の風速が前記室内風速目標値となるように、前記ファンの回転数を制御するファン制御手段と、前記室内温度センサの計測値と前記室内送風温度センサの計測値との偏差が所定値以内になるように、前記ダンパーにおける前記空調制御対象の室内に送風する空気と前記ファンに導く空気との分流比率を制御するダンパー制御手段とを有することを特徴とする。

本発明の空調制御システムおよび空調制御装置によれば、在室者への快適性が考慮された風を利用して、所要動力の省エネルギー化を図った空調制御を効率的に行うことができる。

本発明の空調制御システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、最近の多くのオフィスビル等は断熱性が良くＰＣやＯＡ機器が多いため、年間を通して冷房モードであるので、以下の各実施形態においては冷房モードで空調制御を行う場合について説明する。

〈一実施形態による空調制御システムの構成〉
本発明の本実施形態による空調制御システム１の構成を、図１に示す。

本実施形態による空調制御システム１は空調制御対象の室内Ａの空調を制御するものであり、空調機１０と、天井送風機２０と、空調制御装置３０とを有する。本実施形態において空調機１０および天井送風機２０は、空調制御対象のビルの室内ごと、または室内が分割された複数のゾーンごとに設置されているものとする。

空調機１０は、室内温度センサ１０１と、室内湿度センサ１０２と、還気用コイル１０３と、第１バルブ１０４と、第１ファン１０５と、コイル出口温度センサ１０６と、外気用コイル１０７と、第２バルブ１０８と、第２ファン１０９と、コイル出口湿度センサ１１０とを有する。

室内温度センサ１０１は、空調制御対象の室内Ａの温度を計測し、この計測値を室内温度計測値として空調制御装置３０に送信する。室内湿度センサ１０２は、空調制御対象の室内Ａの湿度を計測し、この計測値を室内湿度計測値として空調制御装置３０に送信する。

還気用コイル１０３は、空調制御対処の室内Ａからの還気を取り込んで、この取り込んだ還気の温度を、外部の熱源装置等から供給される冷水の流量に基づいた制御量で冷却する。第1バルブ１０４は、還気用コイル１０３に取り込む冷水の流量を調整する。第１ファン１０５は、還気用コイル１０３で冷却された空気を、所定の風量で天井送風機２０に送風する。コイル出口温度センサ１０６は、第１ファン１０５により送風された空気の温度を計測して還気用コイル出口温度計測値として空調制御装置３０に送信する。

外気用コイル１０７は、室外の外気を取り込んで、この取り込んだ外気の湿度を、外部の熱源装置等から供給される冷水の流量に基づいた制御量で除湿する。第２バルブ１０８は、この外気用コイル１０７に取り込む冷水の流量を調整する。第２ファン１０９は、外気用コイル１０７で除湿された空気を、所定の風量で天井送風機２０に送風する。コイル出口湿度センサ１１０は、第２ファン１０９により送風された空気の湿度を計測して外気用コイル出口温度計測値として空調制御装置３０に送信する。

天井送風機２０は、ダンパー２０１と、第３ファン２０２と、室内送風温度センサ２０３と、ルーバー２０４とを有する。

ダンパー２０１は、空調機１０の第１ファン１０５から送風された空気と第２ファン１０９から送風された空気とが混合された空気を取り込み、空調制御対象の室内Ａに直接送風する空気と、風速を調整するために第３ファン２０２に導く空気とに分流する。

第３ファン２０２は、空調制御対象の室内Ａの還気を取り込み、ダンパー２０１で分流された風速を調整する空気と混合し、回転数により風速を調整して室内Ａに送風する。

室内送風温度センサ２０３は、第３ファン２０２により送風された空気の温度を計測して室内送風温度計測値として空調制御装置３０に送信する。

ルーバー２０４は、第３ファン２０２により空調制御対象の室内Ａに送風する空気の送風方向を調整する。

空調制御装置３０は、環境データ記憶部３０１と、目標値選択部３０２と、制御部としての制御値算出部３０３とを有する。

環境データ記憶部３０１は、制御目標とするＰＭＶ値における温度値と、湿度値と、風速値との関係を示す環境データを記憶する。

目標値選択部３０２は、環境データ記憶部３０１に記憶されている環境データの中から、空調制御システム１内の電力消費エネルギー値が最小となる温度値と湿度値と風速値との組み合わせを、室内Ａの環境の目標値である室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値として選択する。

制御値算出部３０３は、目標値選択部３０２で選択された室内温度目標値と、室内温度センサ１０１で計測された室内温度計測値および空調機１０のコイル出口温度センサ１０６で計測された還気用コイル出口温度計測値とから、空調機１０の還気用コイル１０３に供給する冷水の流量を算出し、この流量に基づいて第１バルブ１０４の開度を算出して第１バルブ１０４に送信する。また制御値算出部３０３は、目標値選択部３０２で選択された室内湿度目標値と、室内湿度センサ１０２で計測された室内湿度計測値およびコイル出口湿度センサ１１０で計測された外気用コイル出口湿度計測値とから、空調機１０の外気用コイル１０７に供給する冷水の流量を算出し、この流量に基づいて第２バルブ１０８の開度を算出して第２バルブ１０８に送信する。

また制御値算出部３０３は、目標値選択部３０２で選択された室内風速目標値に基づいて、天井送風機２０の第３ファン２０２の回転数を算出して第３ファン２０２に送信する。

さらに制御値算出部３０３は、目標値選択部３０２で選択された室内温度目標値および天井送風機２０の室内送風温度センサ２０３で計測された室内送風温度計測値から、天井送風機２０のダンパー２０１における空調制御対象の室内Ａに送風する空気と第３ファン２０２に導く空気との分流比率を算出し、ダンパー２０１に送信する。

〈一実施形態による空調制御システムの動作〉
次に、本実施形態の空調制御システム１における動作について、図２のシーケンス図を参照して説明する。

本実施形態において空調制御システム１により空調制御が行われる際には、予め空調制御装置３０の環境データ記憶部３０１に、制御目標とするＰＭＶ値における温度値と、湿度値と、風速値との関係を示す環境データが記憶されている（Ｓ１）。

環境データ記憶部３０１に記憶されている環境データを三次元グラフで表示させた一例を、図３に示す。

先に説明したＰＭＶ値は０程度が望ましいとされているが、一般的に±０．５の範囲内が快適であるための条件とされている。そこで、図３の三次元グラフには、ＰＭＶ値が０．４を実現する環境ついて予めプロットしたデータを用いた。この図３の三次元グラフに用いた環境データは、着衣量０．５clo（夏季の半袖の場合）、活動量１．２met（事務所内の場合）の場合におけるものである。

この環境データの要素の１つである風速は快適性（ＰＭＶ値）に重要な影響を与えるものであり、適切な風速を確保することができれば、部屋の温度が少々高くても快適な環境を実現することができる。

例えば、室温が２８℃であると通常のビル空調のように風速値が０m/secである快適な条件を満足させるのは容易ではないが、風速値０．５m/sec程度の心地よい風があれば、２８℃でも十分快適な環境にすることができる。

図３に示すような環境データが環境データ記憶部３０１に記憶されている状態で空調制御動作が開始されると、空調機１０の室内温度センサ１０１により空調制御対象の室内Ａの温度が計測されて室内温度計測値として空調制御装置３０に送信され、室内湿度センサ１０２により空調制御対象の室内Ａの湿度が計測されて室内湿度計測値として空調制御装置３０に送信される（Ｓ２）。

また、空調制御装置３０の目標値選択部３０２において、環境データ記憶部３０１に記憶されている環境データの中から、取得した室内温度計測値に基づいて、空調制御システム１内の電力消費エネルギー値が最小となる温度値と湿度値と風速値との組み合わせが室内Ａの環境の目標値である室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値として選択され、制御値算出部３０３に送出される（Ｓ３）。

このとき、風速値は０．３m/sec以下では在室者はほとんど風を感じることができず、１m/secを超えると風が強すぎて快適な環境とならない。そのため本実施形態において室内風速目標値は、０．４〜１．０の範囲から選択されるようにする。

一方、空調機１０の還気用コイル１０３においては空調制御対象の室内Ａからの還気が取り込まれ、この取り込まれた還気の温度が、外部の熱源装置等から供給される冷水の流量（初期値）に基づいた制御量で冷却される。

還気用コイル１０３で冷却された空気は、第１ファン１０５により天井送風機２０に送風される（Ｓ４）。

還気用コイル１０３で冷却された空気が第１ファン１０５から送風されると、コイル出口温度センサ１０６においてこの送風された空気の温度が計測され、この計測値が還気用コイル出口温度計測値として空調制御装置３０の制御値算出部３０３に送信される（Ｓ５）。

還気用コイル出口温度計測値が空調制御装置３０の制御値算出部３０３に送信されると、制御値算出部３０３において、この還気用コイル出口温度計測値と、目標値選択部３０２で選択された室内温度目標値と、室内温度センサ１０１で計測された室内温度計測値とから第１バルブ１０４の開度目標値が算出され、この開度目標値が第１バルブ１０４に送信されることにより還気用コイル１０３に供給される冷水の流量が制御される（Ｓ６）。

空調制御装置３０の制御値算出部３０３で算出される、第１バルブ１０４の開度について説明する。

この第１バルブ１０４の開度が算出されるにあたり、まず、取得された室内温度目標値と室内温度計測値とから、還気用コイル出口温度の目標値である還気用コイル出口温度目標値が算出される。

具体的には、室内温度目標値と室内温度計測値との偏差(ΔT)に対して、部屋に応じて予め適切に調整された定数(k)と、予め設定された還気用コイル出口温度の初期値である還気用コイル出口温度標準値(Tr_sa0)を用いて、下記式（４）により還気用コイル出口温度目標値(Tr_sa)が算出される。

〔数４〕
Tr_sa = Tr_sa0− k × ΔT （４）
このようにして還気用コイル出口温度目標値(Tr_sa)が算出されると、この還気用コイル出口温度目標値(Tr_sa)に基づいて冷水流量が制御される。

冷水流量を制御するアルゴリズムには多種類あるが、多く使われているのはＰＩＤ制御と呼ばれる制御である。

本実施形態においてはこのＰＩＤ制御により、下記式（５）に示すように、（ａ）還気用コイル出口温度目標値(Tr_sa)と還気用コイル出口温度計測値(Tr_sa計測値)との偏差を入力してそれに定数(kp)倍した値（比例動作）と、（ｂ）この偏差を積分して係数(ki)倍した値（積分動作）と、（ｃ）必要に応じてこの偏差を微分して係数(kd)倍した値（微分動作）と、を加えて操作指示値として第１バルブ１０４の目標開度値(MV)が算出される。

〔数５〕
MV = kp×(Tr_sa−Tr_sa計測値) + ki×∫(Tr_sa−Tr_sa計測値)dt
+ kd×d(tr_sa−Tr_sa計測値)/dt （５）
本実施形態においては、上記式（５）のki並びにkdは0とする。これにより、他の操作量との干渉によるハンチング動作が防止される。

また、空調機１０の外気用コイル１０７においては室外の外気が取り込まれ、この取り込まれた外気の湿度が、外部の熱源装置等から供給される冷水の流量（初期値）に基づいた制御量で除湿される。

外気用コイル１０７で除湿された空気は、第２ファン１０９により天井送風機２０に送風される（Ｓ７）。

外気用コイル１０７で除湿された空気が第２ファン１０９から送風されると、コイル出口湿度センサ１１０においてこの送風された空気の湿度が計測され、この計測値が外気用コイル出口湿度計測値として空調制御装置３０の制御値算出部３０３に送信される（Ｓ８）。

外気用コイル出口湿度計測値が空調制御装置３０の制御値算出部３０３に送信されると、制御値算出部３０３において、この外気用コイル出口湿度計測値と、目標値選択部３０２で選択された室内湿度目標値と、室内湿度センサ１０２で計測された室内湿度計測値とから第２バルブ１０８の開度目標値が算出され、この開度目標値が第２バルブ１０８に送信されることにより外気用コイル１０７に供給される冷水の流量が制御される（Ｓ９）。

空調制御装置３０の制御値算出部３０３で算出される、第２バルブ１０８の開度について説明する。

この第２バルブ１０８の開度が算出されるにあたり、まず、取得された室内湿度目標値と室内湿度計測値とから、外気用コイル出口湿度の目標値である外気用コイル出口湿度目標値が算出される。

具体的には、室内湿度目標値と室内湿度計測値との偏差(ΔH)に対して、部屋に応じて予め適切に調整された定数(k)と、予め設定された外気用コイル出口湿度の初期値である外気用コイル出口湿度標準値(Hoa0)を用いて、下記式（４）により外気用コイル出口湿度目標値(Hoa)が算出される。

〔数６〕
Hoa= Hoa0−k × ΔH （４）
このようにして外気用コイル出口湿度目標値(Hoa)が算出されると、この外気用コイル出口湿度目標値(Hoa)に基づいて冷水流量が制御される。

冷水流量を制御するアルゴリズムには多種類あるが、多く使われているのはＰＩＤ制御と呼ばれる制御である。

本実施形態においてはこのＰＩＤ制御により、下記式（６）に示すように、（ａ）外気用コイル出口湿度目標値(Hoa)と外気用コイル出口湿度計測値(Hoa計測値)との偏差を入力してそれに定数(kp)倍した値（比例動作）と、（ｂ）この偏差を積分して係数(ki)倍した値（積分動作）と、（ｃ）必要に応じてこの偏差を微分して係数(kd)倍した値（微分動作）と、を加えて操作指示値として第２バルブ１０８の目標開度値(MV)が算出される。

〔数７〕
MV = kp×(Hoa−Hoa計測値) + ki×∫(Hoa−Hoa計測値)dt
+ kd×d(Hoa−Hoa計測値)/dt （６）
本実施形態においては、上記式（６）のki並びにkdは0とする。これにより、他の操作量との干渉によるハンチング動作が防止される。

以上のように、第１バルブ１０４および第２バルブ１０８の開度が制御され、還気用コイル１０３および外気用コイル１０７に供給される冷水の流量が制御される。

次に、天井送風機２０において、空調機１０の第１ファン１０５から送風された空気と第２ファン１０９から送風された空気とが混合された空気が取り込まれ、ダンパー２０１により、予め設定された分流比率（初期値）で空調制御対象の室内Ａに直接送風する空気と、風速を調整するために第３ファン２０２に導く空気とに分流される。

分流された、空調制御対象の室内Ａに直接送風する空気は、天井送風機２０に設けられた吹き出し口（図示せず）から直接室内Ａに送風される（Ｓ１０）。

また、分流された、第３ファン２０２に導かれた空気は、第３ファン２０２において空調制御対象の室内Ａの天井近くの還気と混合され、空調制御装置３０の第３ファン２０２の回転数により風速が調整されて室内Ａの下方に送風される。この第３ファン２０２の回転数は、第３ファン２０２の回転数とその回転数により得られる風速との関係を示す機器特性と室内風速目標値（例えば０．５m/sec）とに基づいて、空調制御装置３０の制御値算出部３０３において連立方程式で算出され、第３ファン２０２で取得される（Ｓ１１）。

第３ファン２０２により室内Ａに所定風速で空気が送風されると（Ｓ１２）、室内送風温度センサ２０３においてこの送風された空気の温度が計測され、この計測値が室内送風温度計測値として空調制御装置３０の制御値算出部３０３に送信される（Ｓ１３）。

この天井送風機２０を横から見た模式図を、図４に示す。図４に示すように、第３ファン２０２は天井内部に格納され、第３ファン２０２の周りの流路から室内Ａの還気が吸い込まれると同時にダンパー２０１から分流され導かれた冷風がスリット２０５から取り込まれ、これらが混合されて第３ファン２０２の回転によりルーバー２０４から室内Ａに送風される。この際、在室者の位置などに応じて、ルーバー２０４の角度が制御され送風方向が調整されるようにしてもよい。

ところで前述したように、風速は快適性に重要な影響を与える要素であり、風速を利用することにより省エネルギー化を図った空調制御を行うことができるが、一方で、部屋の温度よりも大幅に低い温度、例えば部屋温度２５℃に対して１８℃の冷風を人に継続的に当てた場合には、過剰な冷房による不快な環境となり、多くの場合苦情の原因となる。このような現象をダウンドラフトと呼び、空調制御では避けなければならない事象とされている。

そこで本実施形態では、空調制御装置３０の制御値算出部３０３において、室内送風温度計測値と室内温度計測値との偏差が１℃〜３℃、望ましくは２℃程度となるように、ダンパー２０１の分流比率が算出され、この算出された分流比率でダンパー２０１が制御される（Ｓ１４）。このダンパー２０１の分流比率も、前述のＰＩＤ制御のアルゴリズムにより容易に実現することができる。

またここで、室内送風温度計測値と室内温度計測値との偏差が１℃となるようにすると、１m/secの風速でも快適な環境となる。

このようにダンパー２０１における分流比率が制御されることにより、室内の温度のみでなく、室内に供給される風の温度も制御することができる。

以上の本実施形態によれば、在室者への快適性が考慮された風速および温度を有する風を利用して、所要動力の省エネルギー化を図った空調制御を効率的に行うことができる。

なお、本実施形態において目標値選択部３０２で室内の環境の目標値が選択される際は、空調制御対象の設備環境や季節などに応じて選択する値を変更するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、人間の温熱感覚の快適性指標としてＰＭＶを用いたが、これには限定されず、標準有効温度や新有効温度を用いて空調制御を行うようにしてもよい。

本発明の一実施形態による空調制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による空調制御システムの動作を示すシーケンス図である。 本発明の一実施形態による空調制御システムの環境データ記憶部に記憶された環境データの一例をグラフ化した図である。 本発明の一実施形態による空調制御システムの天井送風機を横から見た模式図である。

符号の説明

１…空調制御システム
１０…空調機
２０…天井送風機
３０…空調制御装置
１０１…室内温度センサ
１０２…室内湿度センサ
１０３…還気用コイル
１０４…第１バルブ
１０５…第１ファン
１０６…コイル出口温度センサ
１０７…外気用コイル
１０８…第２バルブ
１０９…第２ファン
１１０…コイル出口湿度センサ
２０１…ダンパー
２０２…第３ファン
２０３…室内送風温度センサ
２０４…ルーバー
２０５…スリット
３０１…環境データ記憶部
３０２…目標値選択部
３０３…制御値算出部

Claims (11)

1. 空調制御対象の室内の還気を取り込んで温度を調整する還気温度調整手段と、
   室外の外気を取り込んで湿度を調整する外気湿度調整手段と、
   前記還気温度調整手段で調整された空気と、前記外気湿度調整手段で調整された空気とを混合して取り込み、前記空調制御対象の室内に直接送風する空気と風速を調整する空気とに分流するダンパーと、
   前記空調制御対象の室内の天井近くの還気を取り込み、前記ダンパーで分流された風速を調整する空気と混合し、回転数により風速を調整して前記空調制御対象の室内に送風するファンと、
   前記ファンにより送風された空気の温度を計測する室内送風温度センサと、
   前記空調制御対象の室内の温度を計測する室内温度センサと、
   制御目標とする快適指数値における温度値と、湿度値と、風速値との関係を示す環境データを記憶する環境データ記憶手段と、
   前記環境データ記憶手段に記憶されている環境データの中から、当該空調制御システム内の消費エネルギー値が最小となる温度値と湿度値と風速値との組み合わせを、前記空調制御対象の室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値として選択する目標値選択手段と、
   前記空調制御対象の室内の温度が前記室内温度目標値となるように、前記還気温度調整手段の処理を制御するとともに、前記空調制御対象の室内の湿度が前記室内湿度目標値となるように、前記外気湿度調整手段の処理を制御する温湿度調整処理制御手段と、
   前記空調制御対象の室内の風速が前記室内風速目標値となるように、前記ファンの回転数を制御するファン制御手段と、
   前記室内温度センサの計測値と前記室内送風温度センサの計測値との偏差が所定値以内になるように、前記ダンパーにおける前記空調制御対象の室内に送風する空気と前記ファンに導く空気との分流比率を制御するダンパー制御手段と
   を有する
   ことを特徴とする空調制御システム。
2. 前記還気温度調整手段は、
   前記空調制御対象の室内からの還気を取り込み、この取り込んだ還気の温度を、供給される冷温水の流量に基づいた制御量で調整する還気用コイルと、
   前記還気用コイルに取り込む冷温水の流量を調整する第１バルブと、
   を有し、
   前記外気湿度調整手段は、
   室外の外気を取り込み、この取り込んだ外気の湿度を、供給される冷温水の流量に基づいた制御量で調整する外気用コイルと、
   前記外気用コイルに取り込む冷温水の流量を調整する第２バルブ、
   を有し、
   前記温湿度調整処理制御手段は、
   前記空調制御対象の室内の温度が前記室内温度目標値となるように、前記還気用コイルに供給する冷温水の流量を算出してこの流量に基づいて前記第１バルブの開度を制御するとともに、前記空調制御対象の室内の湿度が前記室内湿度目標値となるように、前記外気用コイルに供給する冷温水の流量を算出してこの流量に基づいて前記第２バルブの開度を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
3. 前記還気用コイルで温度が調整された空気の温度を計測するコイル出口温度センサと、
   前記外気用コイルで湿度が調整された空気の湿度を計測するコイル出口湿度センサと、
   前記空調制御対象の室内の湿度を計測する室内湿度センサと、
   をさらに有し、
   前記温湿度調整処理制御手段は、
   前記室内温度センサの計測値と前記コイル出口温度センサの計測値とから前記還気用コイルに供給する冷温水の流量を算出するとともに、前記室内湿度センサの計測値と前記コイル出口湿度センサの計測値とから前記外気用コイルに供給する冷温水の流量を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の空調制御システム。
4. 前記ダンパー制御手段において前記ダンパーにおける前記空調制御対象の室内に送風する空気と前記ファンに導く空気との分流比率を制御する際は、前記室内温度センサの計測値と前記室内送風温度センサの計測値との偏差が１℃〜３℃となるようにする
   ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の空調制御システム。
5. ルーバーがさらに設けられ、
   前記ファンにより送風される空気は、前記ルーバーにより送風方向が変更可能である
   ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の空調制御システム。
6. 前記目標値選択手段は、前記室内温度センサの計測値に基づいて、室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値を選択する
   ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の空調制御システム。
7. 空調制御対象の室内の還気を取り込んで温度を調整する還気温度調整手段と、
   室外の外気を取り込んで湿度を調整する外気湿度調整手段と、
   前記還気温度調整手段で調整された空気と、前記外気湿度調整手段で調整された空気とを混合して取り込み、前記空調制御対象の室内に直接送風する空気と風速を調整する空気とに分流するダンパーと、
   前記空調制御対象の室内の天井近くの還気を取り込み、前記ダンパーで分流された風速を調整する空気と混合し、回転数により風速を調整して前記空調制御対象の室内に送風するファンと、
   前記ファンにより送風された空気の温度を計測する室内送風温度センサと、
   前記空調制御対象の室内の温度を計測する室内温度センサと
   を備えた空調機に接続された空調制御装置において、
   制御目標とする快適指数値における温度値と、湿度値と、風速値との関係を示す環境データを記憶する環境データ記憶手段と、
   前記環境データ記憶手段に記憶されている環境データの中から、当該空調制御システム内の消費エネルギー値が最小となる温度値と湿度値と風速値との組み合わせを、前記空調制御対象の室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値として選択する目標値選択手段と、
   前記空調制御対象の室内の温度が前記室内温度目標値となるように、前記還気温度調整手段の処理を制御するとともに、前記空調制御対象の室内の湿度が前記室内湿度目標値となるように、前記外気湿度調整手段の処理を制御する温湿度調整処理制御手段と、
   記空調制御対象の室内の風速が前記室内風速目標値となるように、前記ファンの回転数を制御するファン制御手段と、
   前記室内温度センサの計測値と前記室内送風温度センサの計測値との偏差が所定値以内になるように、前記ダンパーにおける前記空調制御対象の室内に送風する空気と前記ファンに導く空気との分流比率を制御するダンパー制御手段と
   を有する
   ことを特徴とする空調制御装置。
8. 前記空調機の還気温度調整手段は、
   前記空調制御対象の室内からの還気を取り込み、この取り込んだ還気の温度を、供給される冷温水の流量に基づいた制御量で調整する還気用コイルと、
   前記還気用コイルに取り込む冷温水の流量を調整する第１バルブと、
   を有し、
   前記空調機の外気湿度調整手段は、
   室外の外気を取り込み、この取り込んだ外気の湿度を、供給される冷温水の流量に基づいた制御量で調整する外気用コイルと、
   前記外気用コイルに取り込む冷温水の流量を調整する第２バルブ、
   を有し、
   前記温湿度調整処理制御手段は、
   前記空調制御対象の室内の温度が前記室内温度目標値となるように、前記還気用コイルに供給する冷温水の流量を算出してこの流量に基づいて前記第１バルブの開度を制御するとともに、前記空調制御対象の室内の湿度が前記室内湿度目標値となるように、前記外気用コイルに供給する冷温水の流量を算出してこの流量に基づいて前記第２バルブの開度を制御する
   ことを特徴とする請求項７に記載の空調制御装置。
9. 前記空調機は、
   前記還気用コイルで温度が調整された空気の温度を計測するコイル出口温度センサと、
   前記外気用コイルで湿度が調整された空気の湿度を計測するコイル出口湿度センサと、
   前記空調制御対象の室内の湿度を計測する室内湿度センサと、
   をさらに有し、
   前記温湿度調整処理制御手段は、
   前記室内温度センサの計測値と前記コイル出口温度センサの計測値とから前記還気用コイルに供給する冷温水の流量を算出するとともに、前記室内湿度センサの計測値と前記コイル出口湿度センサの計測値とから前記外気用コイルに供給する冷温水の流量を算出する
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の空調制御装置。
10. 前記ダンパー制御手段において前記ダンパーにおける前記空調制御対象の室内に送風する空気と前記ファンに導く空気との分流比率を制御する際は、前記室内温度センサの計測値と前記室内送風温度センサの計測値との偏差が１℃〜３℃となるようにする
    ことを特徴とする請求項７〜９いずれか１項に記載の空調制御装置。
11. 前記目標値選択手段は、前記室内温度センサの計測値に基づいて、室内温度目標値、室内湿度目標値、室内風速目標値を選択する
    ことを特徴とする請求項７〜１０いずれか１項に記載の空調制御装置。