JP2011064416A - 空調制御システム及び空調制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】快適な空間環境を維持しつつ、省エネも図ることのできる空調制御システムを提供する。
【解決手段】温度計測装置３０は、空調機２０の空調対象エリア（エリアＡ）内の空気温度を計測し、計測した空気温度を空調制御装置１０に送信する。ＣＯ２濃度計測装置４０は、エリアＡ内における空気中のＣＯ２濃度を計測し、計測したＣＯ２濃度を空調制御装置１０に送信する。電力計測装置５０は、エリアＡ内で消費される電力量を計測し、計測した電力量を消費電力量として空調制御装置１０に送信する。空調制御装置１０は、各計測装置から送られてくる各データ（空気温度、ＣＯ２濃度、消費電力量）の増減を監視し、その監視結果に基づいて、空調機２０に対する制御内容を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調対象エリアにおける環境データが示す値の増減に応じて空調制御を行う空調制御システム及び空調制御方法に関する。

例えば、一般家庭用の空調機のみならず、オフィスビル等に設置される空調機についても、社員等の空間（エリア）の利用者（ユーザ）は、所定の場所に設置されたリモートコントローラ等を介して、空調機の設定温度を適宜変更できる場合が多い。このような場合では、ユーザは、当該空間（エリア）環境を不快（例えば、暑い、寒い等）に感じると、かかる状況を直ちに改善しようとして、必要以上に空調機の設定温度を下げ、あるいは、上げてしまいがちになり、また、快適な空間環境になっても、設定温度を元に戻すことを忘れてしまうことが多々ある。

そうすると、冷やし過ぎや暖め過ぎといった結果を招き、快適な空間環境を維持することが困難となり、また、無駄に電力を消費してしまうことにもなる。

このような問題は、オフィスビル等に設置される全ての空調機が集中管理され、各空調機の設定温度を社員等が自由に変更できず、そのオフィスビル等の空調管理者のみが変更できる場合においても同様に発生し得る。

これに対し、空調対象エリアの温度を正確に計測し、その計測結果に基づいて設定温度を調整して空調を実行する技術も知られている（例えば、特許文献１等）。

特開２００８−２３２５４０号公報

しかしながら、測定したエリアの温度のみに基づく制御では、どうしても、後追いの制御になってしまい、冷やし過ぎや暖め過ぎといった空調のオーバーシュートを抑えることは困難である。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであり、快適な空間環境を維持しつつ、省エネも図ることのできる空調制御システム及び空調制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空調制御システムは、
空調制御装置と、空調機と、環境データ計測装置と、から構成され、
該環境データ計測装置は、
前記空調機の空調対象エリアにおける環境データを計測する計測手段と、
計測した前記環境データを前記空調制御装置に送信する通信手段と、を備え、
前記空調制御装置は、
前記環境データ計測装置からの前記環境データを受信する第１の通信手段と、
受信した前記環境データが示す値の時系列上の増減を監視する増減監視手段と、
該増減監視手段の監視結果に基づいて、前記空調機に対する制御内容を決定する制御内容決定手段と、
決定した制御内容を格納した空調制御データを前記空調機に送信する第２の通信手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、エリア内の空気温度を適温に維持でき、且つ、省エネも図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る空調制御システムの全体構成を示す図である。 空調制御処理の手順を示すフローチャートである。 環境データが示す値の増減と変更する設定温度との関係を示す表である。 本発明による空調制御の効果を説明するためのグラフであり、（ａ）は、エリア内の空気温度の時間的推移を示すグラフであり、（ｂ）は、空調機の設定温度の時間的推移を示すグラフである。 本発明の空調制御システムを組み込んだ電力計測システムの全体構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の本実施形態に係る空調制御システム１の全体構成を示す図である。空調制御システム１は、オフィスビル等に導入され、例えば、間仕切等された所定のエリア毎に、そのエリアの状況に応じた空調を行うためのシステムである。なお、以下の説明では、理解を容易にするため、特定のエリア（エリアＡ）を空調するために設置した空調機２０を制御する例について説明する。

図１に示すように、空調制御システム１は、空調制御装置１０と、空調機２０と、温度計測装置３０と、ＣＯ２濃度計測装置４０と、電力計測装置５０と、から構成される。

空調制御装置１０、温度計測装置３０、ＣＯ２濃度計測装置４０及び電力計測装置５０は、ＬＡＮケーブルＣ１に接続し、また、空調制御装置１０及び空調機２０は、ＬＡＮケーブルＣ２に接続する。ＬＡＮケーブルＣ１及びＣ２は、例えば、イーサネット（登録商標）ケーブルである。

空調機２０は、図示しない空調処理ユニットと、この空調処理ユニットを制御するための制御部２０１と、通信部２０２と、を備える。通信部２０２は、ＬＡＮケーブルＣ２を介して、空調制御装置１０と所定の通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）を使用したデータ通信を行う。

制御部２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等（何れも図示せず）から構成され、通信部２０２及び空調処理ユニットを制御する。例えば、制御部２０１は、通信部２０２が受信した空調制御装置１０からの空調制御データが示す内容に従って、空調の設定温度を変更し、あるいは、送風量を変更する。

温度計測装置３０（環境データ計測装置）は、空調機２０の空調対象エリア（エリアＡ）内における所定の場所に設置される。温度計測装置３０は、計測部３０１と通信部３０２を備える。計測部３０１は、温度センサ、赤外線センサ、サーモパイル、サーミスタ、熱電対等から構成され、エリアＡ内の空気温度を計測する。通信部３０２は、ＬＡＮケーブルＣ１を介して、空調制御装置１０と所定の通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）を使用したデータ通信を行う。

通信部３０２は、空調制御装置１０からのデータ送信要求メッセージを受信すると、これに応答して、計測部３０１が計測した空気温度を格納した通信データを作成し、空調制御装置１０に送信する。

なお、温度計測装置３０は、エリアＡ内に複数設置されるようにしてもよい。この場合、例えば、空調制御装置１０は、各温度計測装置３０が計測した空気温度の平均値をエリアＡ内の空気温度として使用する。

ＣＯ２濃度計測装置４０（環境データ計測装置）は、上記温度計測装置３０と同様、空調機２０の空調対象エリア（エリアＡ）内における所定の場所に設置される。ＣＯ２濃度計測装置４０は、計測部４０１と、通信部４０２を備える。計測部４０１は、例えば、ＣＯ２センサから構成され、エリアＡ内における空気中のＣＯ２濃度を計測する。通信部４０２は、ＬＡＮケーブルＣ１を介して、空調制御装置１０と所定の通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）を使用したデータ通信を行う。

通信部４０２は、空調制御装置１０からのデータ送信要求メッセージを受信すると、これに応答して、計測部４０１が計測したＣＯ２濃度を格納した通信データを作成し、空調制御装置１０に送信する。

なお、ＣＯ２濃度計測装置４０は、エリアＡ内に複数設置されるようにしてもよい。この場合、例えば、空調制御装置１０は、各ＣＯ２濃度計測装置４０が計測したＣＯ２濃度の平均値をエリアＡ内における空気中のＣＯ２濃度として使用する。

電力計測装置５０（環境データ計測装置）は、空調機２０の空調対象エリア（エリアＡ）内で消費される電力量、換言すると、エリアＡに対応する部署（ここでは、部署Ａとする。）で消費される電力量を計測する。電力計測装置５０は、例えば、図示しない分電盤に設けられた部署Ａに対応する図示しないブレーカの近傍に設置される。

電力計測装置５０は、計測部５０１と、通信部５０２を備える。計測部５０１は、当該ブレーカの配線（配線系統）の電力量を計測する。通信部５０２は、ＬＡＮケーブルＣ１を介して、空調制御装置１０と所定の通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）を使用したデータ通信を行う。

通信部５０２は、空調制御装置１０からのデータ送信要求メッセージを受信すると、これに応答して、計測部５０１が計測した電力量を消費電力量として格納した通信データを作成し、空調制御装置１０に送信する。

なお、部署Ａに対応するブレーカが複数ある場合は、電力計測装置５０も、各ブレーカに対応できるように複数設置される。この場合、空調制御装置１０は、各電力計測装置５０が計測した電力量を合計し、その合計値を部署Ａの消費電力量として使用する。

空調制御装置１０は、第１通信部１０１と、第２通信部１０２と、記憶装置１０３と、制御部１０４と、を備える。第１通信部１０１は、ＬＡＮケーブルＣ１を介して、温度計測装置３０、ＣＯ２濃度計測装置４０及び電力計測装置５０と所定の通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）を使用したデータ通信を行う。第２通信部１０２は、ＬＡＮケーブルＣ２を介して、空調機２０と所定の通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）を使用したデータ通信を行う。

記憶装置１０３は、読み書き可能な不揮発性の半導体メモリやハードディスク等から構成され、温度計測装置３０が計測した空気温度、ＣＯ２濃度計測装置４０が計測したＣＯ２濃度、電力計測装置５０が計測した消費電力量を時系列的に蓄積して記憶する。また、記憶装置１０３は、空調機２０を制御するための各種のプログラムや様々なデータを記憶する。

制御部１０４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等（何れも図示せず）から構成され、ＲＯＭあるいは記憶装置１０３に記憶されているプログラムに従って、第１通信部１０１、第２通信部１０２及び記憶装置１０３を制御し、それに付随して、これらとの間でデータの授受を行う。

制御部１０４は、所定の時間間隔で、環境データを要求するためのメッセージ（データ送信要求メッセージ）を第１通信部１０１を介して、温度計測装置３０、ＣＯ２濃度計測装置４０及び電力計測装置５０に対して送信する。そして、このデータ送信要求メッセージに応答して送られてきた各計測装置からの通信データを第１通信部１０１を介して受信すると、制御部１０４は、各通信データから環境データ（空気温度、ＣＯ２濃度、消費電力量）を抽出し、抽出した各環境データを記憶装置１０３に時系列的に蓄積して保存する。

また、制御部１０４は、空調機２０に対する制御内容を変更する必要が生じた場合、変更した制御内容を格納した空調制御データを生成し、第２通信部１０２を介して空調機２０に送信する。

なお、本発明の増減監視手段及び制御内容決定手段の各機能は、制御部１０４によって実現される。

図２は、以上のように構成された空調制御装置１０が実行する空調制御処理の手順を示すフローチャートである。空調制御装置１０は、電源がＯＮされている間、以下の空調制御処理を繰り返し実行する。

先ず、空調制御装置１０の制御部１０４は、温度計測装置３０、ＣＯ２濃度計測装置４０及び電力計測装置５０に対して、上述したデータ送信要求メッセージを送信し、これに応答して各計測装置から送られてきた通信データを受信することで、各環境データ（空気温度、ＣＯ２濃度、消費電力量）を取得する（ステップＳ１０１）。制御部１０４は、取得したこれらの環境データを記憶装置１０３に時系列的に蓄積して保存する。

次に、制御部１０４は、現在の制御状態が「通常制御状態」であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。本実施形態の空調制御装置１０は、制御状態として、「通常制御状態」と、「一時調整状態」の２つの制御状態を備える。「通常制御状態」では、空調制御装置１０は、エリアＡの空気温度が所定の設定温度になるように空調機２０を制御する。この場合の設定温度は、例えば、季節や時間帯等で予め決められた、適温とされる温度であり、通常の場合、人に不快感を与えることのない温度である。

一方、「一時調整状態」では、詳細は後述するが、空調制御装置１０は、上記の設定温度を一時的に変更する。

制御状態が「通常制御状態」の場合（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、制御部１０４は、取得した環境データの内、その示す値に増減が発生したものがあるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。何れの環境データについても、その示す値に増減が生じていない場合は（ステップＳ１０３でＮＯ）、ステップＳ１０７に移行する。

一方、何れかの環境データで、その示す値に増減が生じた場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、制御部１０４は、一時的に変更する設定温度の値を決定する（ステップＳ１０４）。この際、何れか１つの環境データの示す値のみに増減が生じたときには、制御部１０４は、図３の表に示す通りに設定温度を変更する。具体的には、空気温度の値が増加、即ち、空気温度が上昇傾向にある場合には、設定温度を下げ、空気温度の値が減少、即ち、空気温度が下降傾向にある場合には、設定温度を上げる。

また、ＣＯ２濃度の値が増加した場合は、エリアＡ内に居る人の数が増加傾向にあり、ひいては、空気温度の上昇を招くことが予測されるので、設定温度を下げる。一方、ＣＯ２濃度の値が減少した場合は、上記とは逆の結果、即ち、空気温度の下降を招くことが予測されるので、設定温度を上げる。

また、消費電力量の値が増加した場合は、エリアＡ内に設置されているパーソナルコンピュータや照明器等の負荷機器の稼働率が上がったことを意味するため、エリアＡ内に居る人の数が増加傾向にあることや、当該負荷機器から発生する熱によって、空気温度の上昇が予測されるので、設定温度を下げる。一方、消費電力量の値が減少した場合は、上記とは逆の結果、即ち、空気温度の下降が予測されるので、設定温度を上げる。

このように、何れか１つの環境データの示す値のみに増減が生じたときには、制御部１０４は、その環境データの示す値の増減方向に従って、設定温度を変更する。これに対し、２つ以上の環境データの示す値に増減が生じたときには、予め各環境データに付与した優先順位により、設定温度の変更方向（即ち、上昇又は下降）を決定する。本実施形態では、環境データの優先順位は、空気温度＞ＣＯ２濃度＞消費電力量となるように付与されている。

この優先順位により、例えば、空気温度の値が増減した場合には、制御部１０４は、他の環境データが示す値の増減にかかわらず、設定温度の変更方向を空気温度の値の増減方向に一致させる。

また、例えば、空気温度の値に増減がなく、ＣＯ２濃度の値が増減した場合には、制御部１０４は、消費電力量の値の増減にかかわらず、設定温度の変更方向をＣＯ２濃度の値の増減方向に一致させる。

消費電力量については、その優先順位が最も低いため、制御部１０４は、空気温度の値及びＣＯ２濃度の値に増減がない場合のみ、設定温度の変更方向を消費電力量の値の増減方向に一致させる。

このようにして、制御部１０４は、一時的に変更する設定温度の値を決定する。なお、変更の幅は、固定（例えば、１℃等）でもよいが、各環境データが示す値の増減の程度等により、可変にしてもよい。

制御部１０４は、変更した設定温度を格納した空調制御データを作成し、第２通信部１０２を介して、空調機２０に送信する（ステップＳ１０５）。空調機２０は、空調制御装置１０からの空調制御データを受信すると、当該空調制御データに格納されている設定温度に従った空調を行う。

制御部１０４は、制御状態を「通常制御状態」から「一時調整状態」に切り替える（ステップＳ１０６）。そして、制御部１０４は、所定時間が経過すると（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０１からの処理を再度開始する。

上記のステップ１０２でＮＯの場合（現在の制御状態が「一時調整状態」の場合）、制御部１０４は、「一時調整状態」の終了条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０８）。本実施形態では、以下の３つの条件の内、何れか１つの条件が成立していれば、「一時調整状態」の終了条件が成立しているものとする。

（１）空気温度が、「元の設定温度」±「予め設定した閾値」の範囲に収まっている。
（２）「一時調整状態」が所定時間以上継続している。
（３）ユーザにより、「一時調整状態」を強制終了させるための所定操作が行われた。

上記（１）〜（３）の何れの条件も成立しておらず、「一時調整状態」の終了条件が成立していない場合（ステップＳ１０８でＮＯ）、ステップＳ１０７に移行する。

一方、上記（１）〜（３）の内の何れかの条件が成立しており、「一時調整状態」の終了条件が成立している場合（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、制御部１０４は、元の設定温度を格納した空調制御データを作成し、第２通信部１０２を介して、空調機２０に送信する（ステップＳ１０９）。これにより、空調機２０は、元の設定温度に従った空調を行う。

制御部１０４は、制御状態を「一時調整状態」から「通常制御状態」に切り替え（ステップＳ１１０）、そして、所定時間が経過すると（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０１からの処理を再度開始する。

以上のように、本発明の本実施形態に係る空調制御システム１は、空調対象エリアの環境データ（空気温度、ＣＯ２濃度、消費電力量）を計測し、その値の増減を検出することで、当該エリア内における空気温度の上昇又は下降の傾向を予測し、その予測結果に基づいて、空調機２０の設定温度を一時的に変化させる。

つまり、エリア内の空気温度が上昇又は下降して、適温（即ち、設定温度）から大きく逸脱する前に、空気温度を適温に維持するための制御を開始する。このため、エリア内の空気温度を快適な温度に維持することができる。そうすると、ユーザ等は、手動で設定温度を変更する必要がなくなる。その結果、設定温度が必要以上に下げられたり、上げられたりすることや、変更した設定温度を元に戻し忘れてしまうこと等に起因する冷やし過ぎ、暖め過ぎ等の無駄な空調を防止でき、省エネの向上が図れる。

図４（ａ）、（ｂ）は、空調制御システム１による空調制御の効果の一例を示すグラフである。

この例から判るように、従来では、空気温度が大きく上昇した時点で、エリア内に居るユーザ（例えば、社員等）は、暑いと感じ、リモートコントローラ等を介して、設定温度を下げるが、本発明による空調制御では、空気温度が大きく上昇する前（即ち、ユーザが不快に感じる前）に設定温度を下げることができる。

また、従来では、変更した設定温度を元に戻し忘れることで、今度は冷やし過ぎてしまうことも多々発生するが、本発明による空調制御では、空気温度が、適温（元の設定温度）に近づくと、直ちに設定温度を元に戻すため、冷やし過ぎることがない。

以上のように本発明によれば、冷やし過ぎや暖め過ぎを確実に防止できるので、快適な空間環境をユーザに提供しつつ、省エネの実現が可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、上記実施形態では、空調制御装置１０は、「一時調整状態」において、空調機２０の設定温度を変更することで、エリア内の空気温度を適温に維持するための空調制御を行っていたが、空調機２０の送風量を変更することによる空調制御を行ってもよい。

また、上記実施形態では、空調制御装置１０と各計測装置（温度計測装置３０、ＣＯ２濃度計測装置４０、電力計測装置５０）とが、ＬＡＮケーブルＣ１を介してデータ通信を行うように構成されていたが、周知の無線方式によるデータ通信を行うように構成されていても勿論構わない。同様に、空調制御装置１０と空調機２０とが、周知の無線方式によるデータ通信を行うように構成されていてもよい。また、有線、無線にかかわらず、空調制御装置１０と各計測装置間、並びに、空調制御装置１０と空調機２０間のそれぞれのデータ通信は、ＬＡＮ間通信に限定されることはなく、例えば、独自の通信プロトコル等を用いて行われるようにしてもよい。

また、空調制御装置１０と各計測装置及び空調機２０との通信系統（ネットワーク）を共通にしてもよい。

また、本発明の空調制御システムを、電力の消費状況等を監視する電力計測システムに組み込むことも可能である。

図５は、本発明の空調制御システムを組み込んだ電力計測システムの全体構成を示す図である。システムコントローラ６０は、分岐ブレーカ（例えば、数十〜数百個）毎に設置した電力計測装置５０についての情報と、各電力計測装置５０に対応するコンセント等の配線端末についての情報と、各電力計測装置５０に対応する（即ち、電力量の計測対象となる）部署等（ここでは、部署Ａ、Ｂ）についての情報とを関連付けて記憶し、各部署等における電力の消費状況等を監視する。また、システムコントローラ６０は、上記実施形態１の空調制御装置１０に相当する機能も備えている。

即ち、エリアＡ、Ｂの環境データ（空気温度、ＣＯ２濃度、消費電力量）を計測し、その値の増減を検出することで、当該エリア内における空気温度の上昇又は下降の傾向を予測し、その予測結果に基づいて、空調機２０Ａ、２０Ｂの設定温度を一時的に変化させることで、エリアＡ、Ｂ内の空気温度を快適な温度に維持することができる。

本発明は、オフィスビルのみならず、様々な場所の空調制御に適用することが可能である。

１ 空調制御システム
１０ 空調制御装置
２０ 空調機
３０ 温度計測装置
４０ ＣＯ２濃度計測装置
５０ 電力計測装置
６０ システムコントローラ
１０１ 第１通信部
１０２ 第２通信部
１０３ 記憶装置
１０４、２０１ 制御部
２０２、３０２、４０２、５０２ 通信部
３０１、４０１、５０１ 計測部

Claims (6)

1. 空調制御装置と、空調機と、環境データ計測装置と、から構成され、
   該環境データ計測装置は、
   前記空調機の空調対象エリアにおける環境データを計測する計測手段と、
   計測した前記環境データを前記空調制御装置に送信する通信手段と、を備え、
   前記空調制御装置は、
   前記環境データ計測装置からの前記環境データを受信する第１の通信手段と、
   受信した前記環境データが示す値の時系列上の増減を監視する増減監視手段と、
   該増減監視手段の監視結果に基づいて、前記空調機に対する制御内容を決定する制御内容決定手段と、
   決定した制御内容を格納した空調制御データを前記空調機に送信する第２の通信手段と、を備える、
   ことを特徴とする空調制御システム。
2. 前記制御内容決定手段は、前記増減監視手段により、前記環境データが示す値の時系列上の増減が検出された場合、その増減方向に従って前記空調機の設定温度を変更する、
   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. 前記環境データ計測装置には、前記空調機の空調対象エリア内における空気温度を計測し、計測した前記空気温度を前記空調制御装置に送信する温度計測装置が含まれる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調制御システム。
4. 前記環境データ計測装置には、前記空調機の空調対象エリア内における空気中のＣＯ２濃度を計測し、計測した前記ＣＯ２濃度を前記空調制御装置に送信するＣＯ２濃度計測装置が含まれる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の空調制御システム。
5. 前記環境データ計測装置には、前記空調機の空調対象エリア内における消費電力量を計測し、計測した前記消費電力量を前記空調制御装置に送信する電力計測装置が含まれる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の空調制御システム。
6. 空調機の空調対象エリアにおける環境データを計測する計測ステップと、
   計測した前記環境データが示す値の時系列上の増減を監視する増減監視ステップと、
   該増減監視ステップでの監視結果に基づいて、前記空調機に対する制御内容を決定する制御内容決定ステップと、
   決定した制御内容を格納した空調制御データを前記空調機に送信する送信ステップと、を有する、
   ことを特徴とする空調制御方法。

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