JP2010175130A - 空気調和システム及び空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一空調空間を複数の室内機で空調する空気調和システムにおいて、同一空調空間の温度環境を安定に保ちつつ、空調機器全体としての省エネルギーを図ることのできる空気調和システム及びその空気調和システムで使用される空調制御装置を提供する。
【解決手段】温度検知器６０で検知される空調空間の室温が、空調空間の目標温度に応じて決められる目標温度範囲となるように各グループ４１〜４３を制御する制御部５４とを備え、制御部５４は、目標温度範囲内の複数の温度のそれぞれを、各グループ４１〜４３毎の個別の運転停止温度として割り当てる割り当て決定手段５４ａと、温度検知器６０で検知された室温が、各運転停止温度に達する毎に、その運転停止温度に対応するグループ４１〜４３の運転を停止させる制御情報を伝送部５３を介して該当グループに送信し、該当グループの運転を停止させる運転制御手段５４ｂとを備えたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の空気調和機を備えた空気調和システム及びこの空気調和システムで使用する空調制御装置に関するものである。

オフィスビル等の建物内の空調空間の温度を調整する空気調和システムは、基本的には温度制御機能を備えており、その作動時には上記空調空間の温度を所定の温度範囲に保つように制御される。しかしながら、実情では空気調和機（空調機）を作動させなくても空調空間の温度が所定の温度範囲に保たれることが多々ある。従来一般的には、空調空間にいる管理者等が、その体感温度に応じて空調機の作動をオン・オフし、空調機の無駄な運転を止めている。

手動によるオン・オフ制御の煩雑さを解決する技術として以下のような技術がある。空調空間の温度を調整する複数の空調機を有するシステムにおいて、目標温度から所定の温度幅を持たせた目標温度範囲を設定し、その目標温度範囲を外れた場合、全ての空調機を同時に又はタイミングを異ならせて停止させるようにしている。これにより、空調機の余分な作動時間を削減し、省エネを図るようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３０７３３１号公報（第２頁）

上記特許文献１の技術では、目標温度範囲を外れた場合、全ての空調機を同時又はタイミングを異ならせて停止させるようにしている。言い換えれば、目標温度範囲を外れる直前の状態、すなわち、目標温度範囲内に保たれている状態において全ての空調機を運転させ続けている。空調空間内の温度を目標温度範囲内に維持するに際し、必ずしも全ての空調機を運転させておく必要は無く、エネルギーを無駄に消費していた。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、同一空調空間を複数の室内機で空調する空気調和システムにおいて、同一空調空間の温度環境を安定に保ちつつ、空調機器全体としての省エネルギーを図ることのできる空気調和システム及びその空気調和システムで使用される空調制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和システムは、少なくとも１台の室内機と室内機との間で冷媒回路を構成する室外機とを有し、同一空調空間の空調を行う複数のグループと、各グループの運転を制御する空調制御装置と、空調空間の室温を検知する温度検知器とを備え、空調制御装置は、各グループと情報の送受信を行う伝送部と、温度検知器で検知される室温が、空調空間の目標温度に応じて決められる目標温度範囲となるように各グループを制御する制御部とを備え、制御部は、目標温度範囲内の複数の温度のそれぞれを、各グループ毎の個別の運転停止温度として割り当てる割り当て決定手段と、温度検知器で検知された室温が、各運転停止温度に達する毎に、その運転停止温度に対応するグループの運転を停止させる制御情報を伝送部を介して該当グループに送信し、該当グループの運転を停止させる運転制御手段とを備えたものである。

本発明によれば、目標温度に応じて決められる目標温度範囲内で、各グループ毎にそれぞれ個別に運転停止温度を設定し、空調空間の温度が目標温度範囲にあるとき、各グループをそれぞれ個別に運転停止するようにしたので、空調空間の温度が目標温度範囲にあるときに全てのグループを運転させる場合に比べて省エネ効果を有する。

本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの概略構成を示す図である。 空気調和システムの制御構成を示すブロック図である。 サーモディファレンシャルの説明図である。 圧縮機動作の具体例を示す図である。 本発明の実施の形態１の空気調和システムにおけるリモコンの制御フローチャートを示す図である。 従来の制御と本発明の制御とを暖房運転の例で比較した比較図である。 本発明の実施の形態２の空気調和システムにおけるリモコンの制御フローチャートを示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの概略構成を示す図である。
図１に示す空気調和システムは、複数の室外機３１〜３３を備え、各室外機３１〜３３毎に１又は複数の室内機２１〜２６が接続され、複数のグループ４１〜４３が構成されている。すなわち、グループ４１は室外機３１と室内機２１、２２とを有し、グループ４２は室外機３２と室内機２３〜２５とを有し、グループ４３は室外機３３と室内機２６とを有している。これらのグループ４１〜４３は同一の空調空間の空調制御を行うものである。各グループ４１〜４３は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び凝縮器（何れも図示せず）を順次連結して冷媒を循環させる冷凍サイクルをそれぞれ独立して備えており、暖房運転及び冷房運転が可能なものである。

また、本発明の空調制御装置としてのリモートコントローラー（以下、リモコンと略す）は、運転条件（暖房運転又は冷房運転、目標温度）の設定及び運転状況の表示などを行うものである。リモコン１１は、各グループ４１〜４３に伝送手段を介して接続され、このリモコン１１から全てのグループ４１〜４３の運転を制御可能となっている。また、各室外機３１〜３３及び各室内機２１〜２６にはそれぞれ固有のアドレスが付与されており、個別に制御可能となっている。なお、図１において室内機２１の（００）−１は、「００」が冷媒アドレス、「１」が室内ユニット番号を示している。他の室内機２２〜２６の各数字についても同様である。また、室外機３１も同様に括弧内の数字「００」は冷媒アドレスを示している。

図２は、空気調和システムの制御構成を示すブロック図である。図２においてグループ４１〜４３側については圧縮機７０のみを示している。
リモコン１１は、運転条件等を設定入力するための操作部５０と、記憶部５１と、空調空間の室温を検知する温度検知器６０からの入力を受け付ける入力Ｉ／Ｆ５２と、各グループ４１〜４３と情報の送受信を行う伝送部５３と、制御部５４とを備えている。制御部５４はマイクロコンピューターで構成され、ＣＰＵと、各種データを記憶するＲＡＭと、後述の運転制御を行うための制御プログラムや、目標温度に対して所定幅を与える管理温度範囲等を記憶するＲＯＭ（何れも図示せず）とを備えている。制御部５４は、ＲＯＭ内のプログラムに従って空気調和システム全体の運転制御を行う。具体的には、制御部５４は、温度検知器６０で検知される空調空間の室温が、空調空間の目標温度に応じて決められる後述の目標温度範囲となるように各グループ４１〜４３を制御する。制御部５４内のＣＰＵと制御プログラムにより本発明の割り当て決定手段５４ａと、運転制御手段５４ｂとが構成されている。

温度検知器６０は、サーミスタやそれに類似するものから構成されている。温度検知器６０で検知された空調空間の室温は、入力Ｉ／Ｆ５２を介して制御部５４に入力される。制御部５４は、温度検知器６０からの室温及び現在の運転モード等に応じて各グループ４１〜４３それぞれの運転・停止、具体的には各圧縮機７０の運転・停止を決定する。そして、制御部５４は、決定した運転・停止の情報（以下、制御情報という）を伝送部５３を介して該当のグループ４１〜４３に通知する。リモコン１１からの制御情報を受け取ったグループ４１〜４３は、制御情報に従って自己の圧縮機７０の運転・停止を行う。

このように、リモコン１１は、各グループ４１〜４３のそれぞれの圧縮機７０のＯＮ・ＯＦＦを制御することにより、空調空間の室温を目標温度に対して上下に所定の温度範囲を設定した目標温度範囲内を保つように制御する。なお、目標温度範囲は、例えばシステム設置者等により運転開始と運転停止との温度差（以下、管理温度範囲という）が設定され、この管理温度範囲と、使用者により適宜設定される目標温度とに基づいて設定される。すなわち、管理温度範囲が２℃として設定され、目標温度が２５℃の場合、目標温度範囲は目標温度を中心とした温度範囲となるように２４℃〜２５℃となる。なお、空調システム設置者等により設定された管理温度範囲はリモコン１１内のメモリーに設定される。

このように、目標温度範囲を持たせる理由は、目標温度の近辺で室温が推移した場合、圧縮機７０が頻繁にオン・オフを繰り返すのを防ぐためである。すなわち、室温が目標温度に到達した場合、直ちに圧縮機７０の運転を停止するのではなく、圧縮機７０をＯＮ・ＯＦＦする温度差に幅を持たせるものである。このようにＯＮ・ＯＦＦする温度差に幅を持たせるための温度設定をサーモディファレンシャルという。

図３は、サーモディファレンシャルの説明図で、室温変化と圧縮機の動作とを示している。なお、図３において（ａ）は暖房運転時、（ｂ）は冷房運転時を示している。
（ａ）に示す暖房運転時では、圧縮機７０の停止により室温が次第に低下し、目標温度範囲の下限温度に到達すると、圧縮機７０の運転を開始する。そして、圧縮機７０の運転継続により更に室温が上昇して目標温度範囲の上限温度に到達すると圧縮機７０を停止させる。

（ｂ）に示す冷房運転時では、圧縮機７０の停止により室温が次第に上昇し、目標温度範囲の上限温度に到達すると、圧縮機７０の運転を開始する。そして、圧縮機７０の運転継続により更に室温が下降して下限温度に到達すると圧縮機７０を停止する。

ここで、本発明は、従来全ての圧縮機を目標温度範囲の下限温度で運転開始し（暖房運転の場合）、目標温度範囲の上限温度で運転停止していた制御に代えて、以下の制御としたことを特徴とする。すなわち、目標温度範囲内で、各グループ４１〜４３毎にそれぞれ個別に運転停止温度としての圧縮機停止温度（サーモディファレンシャルの設定温度）を割り当てる。そして、空調空間の室温が目標温度範囲にあるとき、各グループ４１〜４３を、それぞれ対応の圧縮機停止温度に従って個別に運転停止させる制御を行う。以下、本発明の特徴部分について具体例で説明する。

図４は、本例の圧縮機動作の具体例を示す図で、暖房時と冷房時とをそれぞれ示している。なお、この例では、管理温度範囲を２℃、目標温度を２５℃とした場合を示しており、目標温度範囲は２４℃〜２５℃である。各グループ４１〜４３のそれぞれに割り当てる圧縮機停止温度は目標温度範囲２４℃〜２５℃内で異なった複数の温度として決定される。ここでは、目標温度範囲において圧縮機７０の運転を開始する温度から近い順にＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３とする。圧縮機運転開始温度をＴＳ０とする。

暖房運転時では、この例ではＴＳ１が２５℃、ＴＳ２が２５．５℃、ＴＳ３が２６℃としている。なお、圧縮機運転開始温度ＴＳ０は、目標温度範囲の下限温度である２４℃としている。ここでは、圧縮機停止温度ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３を順にグループ４１、４２、４３に割り当てるものとし、全グループ４１〜４３は２４℃で運転開始し、グループ４１では２５℃、グループ４２では２５．５℃、グループ４３では２６℃で運転停止する。

冷房運転では、この例ではＴＳ１が２５℃、ＴＳ２が２４．５℃、ＴＳ３が２４℃としている。暖房時と同様に圧縮機停止温度ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３を順にグループ４１、４２、４３に割り当てた場合、全グループは圧縮機運転開始温度ＴＳ０である２６℃で運転開始し、グループ４１では２５℃、グループ４２では２４．５℃、グループ４３では２４℃で運転停止する。なお、各圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３を、この例では目標温度を含めて０．５℃刻みの温度としているが、これに限られたものではなく任意であり、目標温度範囲２４℃〜２５℃内で異なった温度とすればよい。なお、管理温度範囲は設置者が設定するとしたが、必要に応じて使用者が操作部５０の操作により設定変更可能としても良い。

図５は、実施の形態１の空気調和システムにおけるリモコンの制御フローチャートを示す図で、特に運転停止動作に関わる制御フローチャートを示している。図５を参照して実施の形態１の空気調和システムにおける運転停止動作について説明する。運転開始のタイミングは上述したように全てのグループで同じとしているため、ここでは運転停止のタイミングについて説明する。また、図４に示した温度設定に従って動作するものとして以下の説明を行う。また、以下では、全グループ４１〜４３の電源が投入されて暖房運転が指示され、空調空間の室温が目標温度に到達するように全グループ４１〜４３の圧縮機７０が動作開始したものとして説明を行う。

リモコン１１の制御部５４は、メモリに記憶された管理温度範囲を読み出し、使用者により設定された目標温度に基づいて目標温度範囲を決定すると共に、制御部５４の割り当て決定手段５４ａは、各グループ４１〜４３それぞれに割り当てる圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３を決定する（Ｓ１）。制御部５４は、温度検知器６０から室温を取得し（Ｓ２）、室温と各グループ４１〜４３それぞれの各圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３との比較を行っている。そして、室温が何れかのグループ４１〜４３の圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３に達すると（Ｓ３）、制御部５４の運転制御手段５４ｂは、過剰な暖房を防ぐため該当のグループの圧縮機７０を停止させる（Ｓ４）。すなわち、運転制御手段５４ｂは、該当のグループの圧縮機７０を停止させるための制御情報を伝送部５３を介して該当グループの室内機に送信して該当の圧縮機７０を停止させる。この例ではまず、室温が２５℃（目標温度）に到達するとグループ４１が運転停止し、残りのグループ４２、４３で運転を継続する。そして、室温が２５．５℃に到達するとグループ４２が運転停止し、室温が２６℃に到達するとグループ４３が運転停止することになる。

図６は、室温の変化を示すグラフと、圧縮機の動作とを示した図で、従来の制御と本発明の制御とを暖房運転の例で比較した比較図である。従来も本例と同様に３つのグループを有する例で比較する。
従来は、室温が目標温度に達した後も、全ての圧縮機を運転しており、目標温度範囲の上限温度になったときに全ての圧縮機を停止するようにしている。これに対し、本発明の場合、室温が上限温度よりも低い圧縮機停止温度ＴＳ１に達した時点でグループ４１の圧縮機７０を停止し、続いて室温が圧縮機停止温度ＴＳ２に達した時点でグループ４２の圧縮機７０を停止する。続いて室温が上限温度と同じ圧縮機停止温度ＴＳ３に達した時点でグループ４３の圧縮機７０を停止する。従って、従来のように室温が上限温度になるまで全ての圧縮機を運転させておく場合に比べて省エネが可能となる。ここでは暖房運転の場合を説明したが、冷房運転の場合も同様の制御となる。

このように、本実施の形態１によれば、目標温度に応じて決められる目標温度範囲内で、各グループ４１〜４３毎にそれぞれ個別に圧縮機停止温度を設定し、空調空間の温度が目標温度範囲にあるとき、各グループ４１〜４３をそれぞれ個別に運転停止するようにしたので、空調空間の温度が目標温度範囲にあるときに全てのグループ４１〜４３を運転させる場合に比べて省エネの効果を有する。

実施の形態２．
実施の形態２は、各グループ４１〜４３のそれぞれに割り当てた各圧縮機停止温度を所定のアルゴリズムに従ってローテーションさせ、圧縮機７０の運転時間の平準化を図るようにしたものである。空気調和システムの構成は図１及び図２に示した実施の形態１と同様である。

ここで、圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３をローテーションさせる所定のアルゴリズムとは、例えば次の（１）及び（２）とすることができる。
（１）前回の運転時に早く運転停止した順に、運転時間が長くなるように圧縮機停止温度を設定する。例えば、前回、グループ４１、４２、４３の順に停止した場合、今回はこの順に圧縮機停止温度をＴＳ３、ＴＳ２、ＴＳ１と割り当てる。これにより、今回の運転時には、グループ４１、４２、４３の順に運転時間を長くすることができる。
（２）各グループの冷媒回路の運転時間を積算し、前回までの積算時間が短い順に、運転時間が長くなるように圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３を設定する。この場合も上記（１）と同様に、前回までの積算時間が短い順に、圧縮機停止温度をＴＳ３、ＴＳ２、ＴＳ１と割り当てる。

図７は、実施の形態２の空気調和システムにおけるリモコンの制御フローチャートを示す図で、特に運転停止動作に関わる制御フローチャートを示している。図７を参照して実施の形態２の空気調和システムにおける運転停止動作について説明する。なお、ここでは、前回運転時の圧縮機停止温度がグループ４１ではＴＳ１、グループ４２ではＴＳ２、グループ４３ではＴＳ３に設定され、目標温度が２５℃に設定されているものとする。また、以下では、全グループ４１〜４３の電源が投入されて暖房運転が指示され、空調空間の室温が目標温度に到達するように全グループ４１〜４３の圧縮機７０が動作開始したものとして以下の説明を行う。

リモコン１１の制御部５４は、各グループ４１〜４３それぞれの冷媒回路の運転情報（圧縮機７０のＯＮ・ＯＦＦのタイミングや運転時間）を管理している。制御部５４は、前回までの運転情報に基づいて各グループ４１〜４３の運転時間を平準化するように圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３の割り当てを決定する（Ｓ１１）。このように、前回までの運転情報に基づいて各圧縮機停止温度の割り当てを決定し直すことにより、空気調和システムの運転が開始される毎に、毎回各グループ４１〜４３それぞれに割り当てられる圧縮機停止温度がローテーションして切り替わることになる。

割り当ての決定方法は、上述した（１）又は（２）の方法に従う。ここでは（１）の方法を用いる場合について説明する。制御部５４は、前回の運転時に早く運転停止した順を把握しており、ここではグループ４１、４２、４３の順に停止している。従って、制御部５４は、グループ４１、４２、４３の順に圧縮機停止温度をＴＳ３、ＴＳ２、ＴＳ１に設定する。これ以降の動作は実施の形態１と同様であり、制御部５４は、温度検知器６０から室温を取得し（Ｓ２）、室温と各グループ４１〜４３それぞれの各圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３との比較を行っている。そして、室温が何れかのグループ４１〜４３の圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３に達すると（Ｓ３）、制御部５４の運転制御手段５４ｂは、過剰な暖房を防ぐため該当のグループの圧縮機７０を停止させる（Ｓ４）。

このように、実施の形態２では、実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、圧縮機停止温度ＴＳ１〜ＴＳ３を所定のアルゴリズムに従ってローテーションさせて圧縮機７０の運転時間の平準化を図るようにした。このため、各圧縮機７０の寿命の均一化を図ることが可能となり、システム全体としての寿命を延ばすことが可能となる。

なお、圧縮機停止温度をローテーションさせるアルゴリズムは、上記（１）又は（２）に限られたものではなく、各グループ４１〜４３の運転時間の平準化を図ることが可能なアルゴリズムであればよい。

１１ リモコン、２１〜２６ 室内機、３１〜３３ 室外機、４１〜４３ グループ、５０ 操作部、５１ 記憶部、５２ 入力Ｉ／Ｆ、５３ 伝送部、５４ 制御部、５４ａ 割り当て決定手段、５４ｂ 運転制御手段、６０ 温度検知器、７０ 圧縮機。

Claims (8)

1. 少なくとも１台の室内機と該室内機との間で冷媒回路を構成する室外機とを有し、同一空調空間の空調を行う複数のグループと、
   各グループの運転を制御する空調制御装置と、
   前記空調空間の室温を検知する温度検知器とを備え、
   前記空調制御装置は、
   前記各グループと情報の送受信を行う伝送部と、
   前記温度検知器で検知される室温が、前記空調空間の目標温度に応じて決められる目標温度範囲となるように前記各グループを制御する制御部とを備え、
   該制御部は、前記目標温度範囲内の複数の温度のそれぞれを、前記各グループ毎の個別の運転停止温度として割り当てる割り当て決定手段と、
   前記温度検知器で検知された室温が、前記各運転停止温度に達する毎に、その運転停止温度に対応するグループの運転を停止させる制御情報を前記伝送部を介して該当グループに送信し、該当グループの運転を停止させる運転制御手段と
   を備えたことを特徴とする空気調和システム。
2. 前記割り当て決定手段は、前記各グループ毎に割り当てた各運転停止温度を、前記各グループの運転時間を平準化するようにローテーションによって切り替えることを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
3. 前記割り当て決定手段は、前回の運転時に早く運転停止した順に、運転時間が長くなるように前記各グループそれぞれに前記各運転停止温度を割り当てることを特徴とする請求項２記載の空気調和システム。
4. 前記割り当て決定手段は、前記各グループの冷媒回路の運転時間を積算し、前回までの積算時間が短い順に運転時間が長くなるように、前記各グループそれぞれに前記各運転停止温度を割り当てることを特徴とする請求項２記載の空気調和システム。
5. 少なくとも１台の室内機と該室内機との間で冷媒回路を構成する室外機とを有し、同一空調空間の空調を行う複数のグループと情報の送受信を行う伝送部と、
   前記空調空間の室温を検知する温度検知器から前記空調空間の室温を取得し、該室温が、前記空調空間の目標温度に応じて決められる目標温度範囲となるように前記各グループを制御する制御部とを備え、
   該制御部は、前記目標温度範囲内の複数の温度のそれぞれを、前記各グループ毎の個別の運転停止温度として割り当てる割り当て決定手段と、
   前記温度検知器で検知された室温が、前記各運転停止温度に達する毎に、その運転停止温度に対応するグループの運転を停止させる制御情報を前記伝送部を介して該当グループに送信し、該当グループの運転を停止させる運転制御手段とを備えたことを特徴とする空調制御装置。
6. 前記割り当て決定手段は、前記各グループ毎に割り当てた各運転停止温度を、前記各グループの運転時間を平準化するようにローテーションによって切り替えることを特徴とする請求項５記載の空調制御装置。
7. 前記割り当て決定手段は、前回の運転時に早く運転停止した順に、運転時間が長くなるように前記各グループそれぞれに前記各運転停止温度を割り当てることを特徴とする請求項６記載の空調制御装置。
8. 前記割り当て決定手段は、前記各グループの冷媒回路の運転時間を積算し、前回までの積算時間が短い順に運転時間が長くなるように、前記各グループそれぞれに前記各運転停止温度を割り当てることを特徴とする請求項６記載の空調制御装置。

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