JP2011169588A - 空調最適制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ビルに設置される空調システムに対して、最適な省エネ制御を実現する。
【解決手段】 空調システム１と空調最適制御装置２からなり、空調システム１は、作動流体の温度，流量等を計測する各種センサ１７と、作動流体の物理量を制御する制御機構１９とを設け、空調最適制御装置２は、空調機器である熱交換器で熱交換する２つの作動流体の入力流路及び出力流路に各種センサの一部である温度センサ及び流量計を設置し、計測される温度及び流量から熱交換器の総括伝熱係数と伝熱面積との積を推定する状態量推定用演算部２２と、計測される温度及び流量の物理量と状態量推定用演算手段で推定された状態推定量に基づき、各空調機器の動力を最小とする空調システムの最適化演算より、計測される作動流体の最適物理量を決定する空調最適化演算部２３と、作動流体の物理量が最適物理量となる空調制御目標値を決定する手段２４とを備えた空調最適制御システムである。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば業務用空調システムに対し、最適な省エネ制御を実行する空調最適制御システムに関する。

従来の業務用空調システムの空調制御には、省エネルギーの観点から、数多くの技術が提案されている。

従来の典型的な空調システムの構成は、ビルの地下階などに大型のチラーや吸収式冷凍機などの中央熱源を設置し、冷房用の冷水や暖房用の温水を製造し、ポンプを介して各階の空調機に送給する。

また、同時に中央熱源で発生された排熱は、冷却水として外部に排出したり、或いは冷却塔から供給された中央熱源で排熱となった冷却水は再び冷却塔に還し、ここで冷却水を冷やして再度中央熱源に供給し、冷房用の冷水を再製造することが行われている。

これに対して、空調機による交換熱量は、冷水流量と温度差とに比例することに着目し、中央熱源からの送り冷水の温度と空調機から循環されてくる還り冷水との温度差を、通常の５℃〜７℃まで大きくすることにより、当該交換熱量が同じ熱量としたとき、冷水流量を５／７まで下げることが可能となり、空調用冷水のポンプ動力を大きく削減する大温度差空調技術が提案されている。これにより、流量が速度に比例することから、流量の削減化によってポンプ動力による流速を削減でき、その流量比の３乗の省エネ化を達成することができる（非特許文献１）。

また、上記非特許文献１の技術に加えて、中央熱源の排熱である冷却水の流量を必要最小限とすることにより、冷却水ポンプの動力を削減する技術が提案されている。また、空調機から室内へ送り込む空気の温度と室内から取り込む還り空気の温度との温度差を大きくし、空気流量を下げることにより、送風ポンプの動力を削減する工夫もなされている（非特許文献２）。

さらに、従来の空調制御システムには、排熱の有効利用、冷水ポンプや送風ポンプの動力の削減等，個別の省エネ化を実現したものが提案されているが、例えば冷却水の温度差を如何なる値にしたとき、最も省エネルギーになるかについて何ら評価しておらず、最適な運用制御がなされていない（非特許文献３）。

事務所建物における省エネルギー改修の実践と実体調査（その１）、 甘利（東京ガス）、野原（日建設計）等、空気調和衛生工学会学術講演論 文集、２００１年９月、ｐｐ．１０２１−１０２４。 排熱投入型吸収冷温水機への冷却水変流量制御の適用とその効果、 川崎（東京ガス）、榎本（三洋電機）等、空気調和衛生工学会学術講演論 文集、２００１年９月、ｐｐ．１１０５−１１０８。 最適温度差空調システムに関する研究、藤井（三菱地所設計）等、 藤井（三菱地所設計）など、空気調和衛生工学会学術講演論文集、 ２００４年９月、ｐｐ．４９７〜５００。

しかし、以上のような従来の空調制御システムは、前述したようにそれぞれ個別的な省エネ化を実現したものであって、例えば冷却水の温度差が何度になったとき、システム全体として最も省エネルギーになるか等について評価されておらず、最適な運用制御がなされていない。すなわち、冷凍機の特性や冷却塔の特性を無視し、単にポンプ動力だけを考慮し、冷却水温度差、冷風温度差、冷水温度差を決定すると、システム全体から見たときに十分な省エネルギーとはならない。その理由は、例えば冷風用ファンの動力を削減するために、単純に冷風温度差を大きくすれば、冷水の供給温度を下げる必要がある。しかし、当該冷水の供給温度を下げると、中央熱源の効率はその下げた温度に比例して低下する。

少なくとも省エネルギーを達成するためには、その時々の負荷状態を考慮しつつ、システム全体から最も省エネとなる運用温度を決めていく必要があるが、その為には次の２つの点を考慮すべきである。

その１つは、空調システム内を流れる全ての熱媒体（空気、水、冷媒など）の状態を把握し、各熱媒体の熱・物質移動の平衡状態を求めることにより、所望の室内温熱環境（空調を必要とする部屋の温度、湿度など）を保持し、同時に空調システムの動力が最小となる最適な状態を求めることである。

他の１つは、空調制御システムとしては、与えられた幾つかの制御メカニズムのもとに、空調システム全体が最適な状態を維持できるように制御することである。

そこで、以上のような２つの機能を実現するための空調制御システムを考えると、さらに次のような問題が発生する。

空調制御システムとしては、空調システム内の全ての熱・物質移動の平衡状態を推定する必要があるが、その為には各設備機器の熱的特性を把握しなければならない。例えば冷水コイルや冷凍機の直膨コイル／凝縮器について考えると、これら設備機器の熱伝達特性は前述した熱・物質移動の平衡状態を推定する上で重要であるが、これら設備機器に関する設計データや実測データを入手できるとは限らない。

また、空調制御システムとしては、その時々の負荷状態に合わせて最適制御を実施する必要があるが、最適計算に際し、各負荷、例えば部屋の単位時間当りの熱や水蒸気の発生量やそれら発生熱量の大きさ等が推定できていることが前提となる一方、これら発生量や熱量を直接計測できない問題がある。

さらに、空調システムの動力を最小化するためには、空調システム各所の制御対象（例えば流量）などの運転条件と、空気、水等の熱媒体を送給したり、循環させるためのファンやポンプ等で必要とする動力との関係を把握しなければならない問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ビルなどに設置される空調システムに対して、最適な省エネ制御を実現する空調最適制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る空調最適制御システムは、複数の空調機器で構成される空調システムと当該空調システムの最適化制御を行う空調最適制御装置とを有し、
前記空調システムは、当該空調システムを構成する所定の空調機器に対応付けて設けられ、当該空調システムを動作させるために必要な水，空気，冷媒などの作動流体の温度，湿度，流量その他の物理量を計測し出力する各種センサと、前記空調最適制御装置によって得られる空調制御目標値に基づいて前記作動流体の物理量を制御する制御機構とを備え、
前記空調最適制御装置は、前記空調システムを構成する前記空調機器である少なくとも１台の熱交換器で熱交換する２つの作動流体の入力流路及び出力流路に前記各種センサの一部である温度センサ及び流量計を設置し、これら温度センサ及び流量計で計測される温度及び流量を用いて、前記熱交換器の総括伝熱係数と伝熱面積との積または等価な物理量を推定する状態量推定用演算手段と、前記温度センサ及び流量計で計測される温度及び流量の物理量と前記状態量推定用演算手段で推定された前記熱交換器の総括伝熱係数と伝熱面積との積または等価な物理量とに基づき、各空調機器の動力を最小とする前記空調システムの最適化演算より、前記温度センサ及び流量計で計測される作動流体の最適物理量を決定する空調最適化演算手段と、前記温度センサ及び流量計で計測される作動流体の物理量が前記最適物理量となるための空調制御目標値を決定し、前記空調システムの制御機構に送出する手段とを備えた構成である。

また、本発明に係る空調最適制御システムは、複数の空調機器で構成される空調システムと当該空調システムの最適化制御を行う空調最適制御装置とを有し、
前記空調システムは、当該空調システムを構成する所定の空調機器に対応付けて設けられ、当該空調システムを動作させるために必要な水，空気，冷媒などの作動流体の温度，湿度，流量その他の物理量を計測し出力する各種センサと、前記空調最適制御装置によって得られる空調制御目標値に基づいて前記作動流体の物理量を制御する制御機構とを備え、
前記空調最適制御装置は、前記作動流体を搬送する前記空調機器であるファン、ポンプ、コンプレッサに対して、これら各空調機器の動力によって消費される電力量を計測する前記各種センサの一部である電力量計を設置し、これら電力量計で計測される電力量と他の各種センサの出力値との関係を定める電力推定モデルパラメータを推定する状態量推定用演算手段と、前記電力計で計測される電力量の物理量と前記状態量推定用演算手段で推定された電力推定モデルパラメータとに基づき、各空調機器の動力を最小とする前記空調システムの最適化演算より、前記電力計で計測される作動流体の最適物理量を決定する空調最適化演算手段と、前記電力計で計測される作動流体の物理量が前記最適物理量となるための空調制御目標値を決定し、前記空調システムの制御機構に送出する手段とを備えた構成である。

本発明によれば、前記各種センサのうち、所要とするセンサで計測される作動流体の物理量から最適化するために必要な空調システムの状態量を推定し、これら作動流体の物理量及び空調システムの状態量を用いて、最適化演算により最適物理量を決定し、空調制御目標値を取得するので、最適な省エネ制御を実現できる空調最適制御システムを提供できる。

本発明に係る空調最適制御システムを適用する一般的な空調システムの構成図。 本発明に係る空調最適制御システムの一実施の形態を示す全体構成図。 空調機器である熱交換器の伝達係数を推定するために、当該熱交換器の入出力する２つの作動流体の流路に設置される温度センサ及び流量計の設置例を示す図。

以下、本発明に係る空調最適制御システムの一実施の形態例について、図１及び図２を参照して説明する。

空調最適制御システムは、典型的な構成を示す制御対象である空調システム１（図１参照）と当該空調システム１を制御する空調最適制御装置２（図２参照）とによって構成される。

空調システム１は、図１に示すように、冷却塔１０から供給される送り冷却水を取り込んで循環させつつ冷房用冷水または暖房用温水を製造する中央熱源（冷凍機）１１と、冷水コイル１２と、冷凍機１３とから成る。

冷却塔１０は、冷房負荷熱である空気と水との熱交換により冷却水を得た後、中央熱源１１に供給する。中央熱源１１は、冷却塔１１から供給される冷却水との熱交換を行うことにより、所定温度の冷房用冷水または暖房用温水を製造する水冷却装置としての機能を有し、凝縮器１１ａと直膨コイル（蒸発器に相当する）１１ｂとからなる。中央熱源１１で製造された例えば冷水は、冷水用ポンプ及び冷水バルブ（図示せず）を介して冷水コイル１２内を循環させた後、冷凍機１３を介して中央熱源１１に戻される。

冷水コイル１２は、冷却器に相当するものであって、中央熱源１１から供給される冷水と空調ゾーンとなる部屋１４などから戻ってくる冷房負荷熱である空気との熱交換により、冷風を製造して部屋１４に戻すことにより、部屋１４内を冷房する。また、冷水コイル１２は、暖房のとき、中央熱源１１から供給される温水と空調ゾーンとなる部屋１４などから戻ってくる暖房負荷熱である空気との熱交換により、温風を製造して部屋１４に戻すことにより、当該部屋１４内を暖房する。なお、ここでは、１つの部屋１４の空調ゾーンのみを図示しているが、これは図を簡略化するためであり、実際は多数の空調ゾーンが存在する。

冷凍機１３は、外気を取り込んで冷風を製造するものであって、凝縮器１３ａと直膨コイル１３ｂとからなる。凝縮器１３ａは、前述した冷水コイル１２内を循環してくる例えば冷水で冷やされた後、中央熱源１１に戻す。直膨コイル１３ｂは、部屋１４の負荷に見合う冷房容量又は暖房容量のコンプレッサに相当し、外気を取り込んだ後、凝縮器１３ａを通る冷水と熱交換することにより、外気を冷やして部屋１４に供給する。

また、空調システム１の各個所には所要のプロセス量を計測する多数のセンサが設置されるが、少なくとも部屋１４への空気入口側には入口空気の温度及び湿度を検出する部屋入口温度／湿度センサ１５ａが設けられ、また、部屋１４内には部屋内空気の温度及び湿度を検出する部屋内温度／湿度センサ１５ｂが設けられている。さらに、部屋１４の空気出口側には部屋出側の空気の温度及び湿度を検出する部屋出口温度／湿度センサ１５ｃ及び流量計１６が設けられている。

なお、温度／湿度センサ１５ａ〜１５ｃは、温度センサと湿度センサとを一体的にまとめた計測器としたが、温度と湿度とを別々に計測する対をなすセンサであっても良い。また、図１では、部屋１４内に１個の固体としての温度／湿度センサ１５ｂを設置したが、例えば複数個の温度／湿度センサ１５ｂ，…を設置し、これら温度／湿度センサ１５ｂ，…で検出されたデータの平均値を部屋１４内の代表温度及び代表湿度としても良い。

図２は空調最適制御システムの全体構成を示す図であって、空調システム１と空調最適制御装置２とで構成される。

空調システム１は、各種センサ１７と、空調機器１８と、制御機構１９とが設けられる。各種センサ１７としては、最適制御を実行する上で必要とする図１に示すセンサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６の他、空調システム１を構成する各空調機器１８の適宜な個所に取り付けられる消費電力量を計測する電力量計（図示せず）などを含む。

各種センサ１７は、空調機器１８の各個所の状態、例えば空調用作動流体の温度，流量，湿度等の物理量、空調機器１８である例えばポンプ，ファンなどの動力に伴う消費電力量を計測し、各種センサ１７の出力データとして空調最適制御装置２に送信する機能を有する。

空調機器１８は、図１に示す各種機器１１〜１４の他、建物の空調上必要な各種の付属設備，例えばポンプ，ファンその他多くの機器（図示せず）で構成される。

制御機構１９は、センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６を含む各種センサ１７から受け取る物理量をもとに、空調最適制御装置２が定めた各種の制御目標値を受信し、当該制御目標値に向けて各個所の状態である物理量を制御する。ここで、制御機構１９としては、一例として例えばバルブ開閉装置、ファン回転数制御装置等が挙げられる。

空調最適制御装置２は、各センサ１７から空調システム１の各個所の物理量を受け取りつつ、多数の部屋１４，…を含んだ全体のバランスを取りながら、必要な空調機器１８を制御するための制御機構１９に制御目標値を出力し、最適制御を実行する。

空調最適制御装置２は、具体的には、各種センサ１７の出力データを受信するセンサデータ受信部２１と、このデータ受信部２１で受信された各種センサ１７の出力データから空調システム１の状態量を推定する状態量推定用演算部２２と、各種センサ１７の出力データである物理量や状態量推定用演算部２２で得られた状態量とを用いて、各種センサ１７で得る物理量が所定の値となるような最適な物理量を推定する空調最適化演算部２３とが設けられている。

空調最適化演算部２３は、部屋の設定温度／湿度、外気の温度／湿度、空調負荷、など空調条件や熱交換器の伝熱特性および、ファン、ポンプ、圧縮機の電力の消費特性を表すモデル式のパラメータを入力することによって、最適化演算を実行し、例えば各空調機器１８の動力を最小とする空調システムの熱力学的な諸量（作動流体の温度や流量）の最適平衡解を求めることによって、最適な空調システムの状態を与える物理量（例えば冷水や冷却水の流量やそれらの温度）を推定する。

また、空調最適制御装置２は、各種センサ１７の物理量と状態量推定用演算部２２で得られた状態量と前記空調最適化演算部２３で得られる空調システム１の最適な物理量とに基づいて、空調システム１の各種空調制御目標値を決定する空調制御目標値演算部２４と、この演算部２４で決定された各種の空調制御目標値を空調システム１の制御機構２０に向けて送出する目標値出力部２５とが設けられている。

次に、以上のように構成された空調最適制御システムの動作について説明する。

（１） 状態量推定例１について。

先ず、空調システム１においては、部屋１４内の温熱環境を快適に維持するために出入力空気の温度及び湿度を検出する部屋入口温度／湿度センサ１５ａ及び部屋出口温度／湿度センサ１５ｃにて、空気の部屋入口温度Ｔ１及び部屋入口湿度φ１、部屋１４から出る空気の部屋出口温度Ｔ２及び部屋出口湿度φ２の他、流量計１６にて空気の質量流量Ｍａを検出する。

また、部屋１４内には部屋内温度／湿度センサ１５ｂが設置され、当該部屋内温度／湿度センサ１５ｂにより部屋内代表温Ｔｍ及び部屋内代表湿度φｍを計測する。

そして、空調システム１は、各種センサ１７で検出された各種データを所定の周期ごとに空調最適制御装置２に送信する。このとき、所要とする空調機器１８に設置される電力量計から消費電力Ｗｉ（ｉ＝１，２，…）も送信される。

空調最適制御装置２のセンサデータ受信部２１は、空調システム１から送信されてくる各種センサ１７の出力データを受信し、適宜な記憶手段に格納した後、状態量推定用演算部２２に渡す。

ここで、状態量推定用演算部２２は、各種センサ１７の出力データを受け取り、部屋入側空気の入口温度Ｔ１と部屋入口湿度φ１とから部屋入口空気のエンタルピｈ１及び絶対湿度ｘ１を求め、また、部屋出側空気の出口温度Ｔ２と出口湿度φ２とから部屋出口空気のエンタルピｈ２及び絶対湿度ｘ２を求める。

また、状態量推定用演算部２２は、部屋１４内の代表温度Ｔｍと代表湿度φｍとから部屋１４内の代表エンタルピｈｍ及び代表絶対湿度ｘｍを求めた後、これら代表エンタルピｈｍ及び代表絶対湿度ｘｍにおける単位時間当たりの変分Δｈｍ／Δｔ及びΔｘｍ／Δｔを求める。ここで、Δｔは空調システム１の各個所の温度や湿度を測定する時間間隔（周期）、ΔｈｍやΔｘｍはその所定時間内のエンタルピｈｍ及び代表絶対湿度ｘｍの変分である。

状態量推定用演算部２２は、以上のようにして各箇所のエンタルピ，絶対湿度及び所定時間内のエンタルピｈｍ及び代表絶対湿度ｘｍの変分Δｈｍ／Δｔ、Δｘｍ／Δｔを用い、例えば以下のような演算式に従って部屋１４内の単位時間当たりの発生熱量Ｓｈ、発生水蒸気量ｘｈを推定する。

ところで、部屋１４の体積をＶｍ、空気の密度をρａとすれば、部屋１４内エンタルピのバランス式は次の関係式で表すことができる。
（ρａＶｍΔｈｍ／Δｔ）＝Ｍａ（ｈ１−ｈ２）＋Ｓｈ …（１）
また、部屋１４内絶対湿度のバランス式は次の関係式で表すことができる。
（ρａＶｍΔｘｍ／Δｔ）＝Ｍａ（ｘ１−ｘ２）＋ｘｈ …（２）
よって、単位時間当りの発生熱量Ｓｈは、前記（１）式を変形することにより、
Ｓｈ＝（ρａＶｍΔｈｍ／Δｔ）＋Ｍａ（ｈ２−ｈ１） …（３）
と推定できる。また単位時間当たりの発生水蒸気ｘｈは、前記（２）式を変形することにより、
ｘｈ＝（ρａＶｍΔｘｍ／Δｔ）＋Ｍａ（ｘ２−ｘ１） …（４）
と推定できる。

また、部屋１４内の空気と部屋出口側の空気は熱的に等しいと考えれば、近似的にｈｍ＝ｈ２，ｘｍ＝ｘ２で表すことができ、これにより部屋出口温度／湿度センサ１５ｃを省略することが可能となる。

従って、以上のような状態量推定用演算部２２によれば、部屋１４内から流出する空気の質量流量（＝部屋１４内に流入する空気の質量流）、部屋１４内に流入するエンタルピｈ１と絶対湿度ｘ１、部屋１４から流出する空気のエンタルピｈ２と絶対温度ｘ２、部屋１４内のエンタルピｈｍと絶対温度ｘｍを推定することにより、部屋１４で発生する単位時間当たりの発生熱量Ｓｈや発生水蒸気量ｘｈを推定することができる。

従って、空調最適化演算部２３は、以上のように推定された単位時間当たりの状態量である発生熱量Ｓｈや発生水蒸気量ｘｈの推定値と、各種センサ１７のうち、温度／湿度センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び流量計１６で計測される物理量とを用い、空調システム１全体の温度，湿度バランスを推定し、空調システム１の各空調機器１８の各個所の物理量の一部または全部の最適値を推定し、空調制御目標値演算部２４に送出し、空調制御目標値を得るものである。

（２） 状態量推定例２について。

次に、空調最適化演算部２３が最適化制御を実現するために必要とする、状態量推定用演算部２２における他の状態量の推定する例について説明する。

図１に示す冷却塔１０、中央熱源１１及び冷凍機１３に付随する凝縮器１１ａ，１３ａ及び直膨コイル１１ｂ，１３ｂ、冷水コイル１２は、基本的には、全て図３に示す熱交換器に相当する構成となっている。

例えば冷水コイル１２を例に挙げて説明すると、当該冷水コイル１２である図３に示す熱交換器３０において、作動流体３１は部屋１４を空気であり、作動流体３２は中央熱源１１を出た冷水または温水である。このような熱交換器３０の性能／特性としては、次式で定義される伝達係数αで表すことができる。ここで、伝達係数とは、単位時間当たりに熱交換器３０の伝達面を通過する熱量を、前記熱交換器３０に流入し互いに熱交換する２つの作動流体３１，３２の平均温度差で除して得られる値である。

αΔＴ＝Ｑ …（５）
上式において、ΔＴは図３に示す作動流体３１と作動流体３２との平均温度差を表すものであって、算術平均温度差と対数平均温度差とを推定する方法がある。何れの推定方法でも、熱交換器３０に入出力する２つの作動流体３１，３２の出入口温度を計測することにより、容易に推定できる。

また、上式において、Ｑは熱交換器３０内で作動流体３１から作動流体３２に移動する熱量であって、作動流体３１，３２の出入口エンタルピの差と質量流量の積で求めることができる。

従って、作動流体３１と作動流体３２との平均温度差を推定するためには、熱交換器３０に入出力する２つの作動流体３１及び作動流体３２のそれぞれの出入口流路に温度を検出する温度センサ３３ｉ，３３ｏ、３４ｉ，３４ｏを設ける必要がある。

また、作動流体３１，３２の出入口エンタルピの差と質量流量の積で求めるためには、前記センサ３３ｉ，３３ｏ、３４ｉ，３４ｏの他に、作動流体３１及び作動流体３２の入り側流路にそれぞれ流量計３５，３６を設ける必要がある。

そこで、空調機器である冷却塔１０、中央熱源１１及び冷凍機１３に付随する凝縮器１１ａ，１３ａ及び直膨コイル１１ｂ，１３ｂ、冷水コイル１２をそれぞれ熱交換器３０と考え、図３に示すように温度センサ３３ｉ，３３ｏ、３４ｉ，３４ｏ及び流量計３５，３６を設置し、前述した空調システム１の各種センサ１７の出力データとして送信し、空調最適制御装置２のセンサデータ受信部２１を介して状態量推定用演算部２２に渡す。

ここで、状態量推定用演算部２２は、温度センサ３３ｉ，３３ｏ、３４ｉ，３４ｏ及び流量計３５，３６から得られた出力データを用いて、ΔＴ及びＱを求めることにより、前記（５）式に基づいて各熱交換器３０，…の伝達係数αを推定することができる。

よって、空調最適化演算部２３は、以上のように推定された各熱交換器３０，…の伝達係数αの推定値に基づき、空調システム１全体の温度，湿度バランスを推定し、空調システム１の各空調機器１８の物理量の一部または全部の最適値の推定を行うことができる。なお、図示されていないが作動流体が空気の場合には、熱量Ｑを求めるために、各熱交換器３０，…の出入口温度だけでなく、出入口湿度を測定するセンサを設けてもよい。

（３） 状態量推定例３について。

さらに、空調最適化演算部２３が最適化制御を実現するために必要とする、状態量推定用演算部２２における、さらに他の状態量の推定する例について説明する。

空調システム１においては、空気を搬送するファン、水を送流するポンプ、中央熱源１１である冷凍機や冷凍機１３に付属するコンプレッサなどの空調機器１８が設置されている。このため、前述した各種センサ１７の中には、各空調機器１８であるファン、ポンプ、コンプレッサなどの電力値を計測する電力量計が設置され、図２に示すように各電力量計で計測されたファン電力値、ポンプ電力値、コンプレッサ電力値が所定の周期ごとに空調最適制御装置２に送信される。

空調最適制御装置２のデータ受信部２１は、空調システム１から送信されてくるファン電力値、ポンプ電力値、コンプレッサ電力値を受信し、状態量推定用演算部２２に送出する。

状態量推定用演算部２２は、各電力量計の電力値に対し、他のセンサ（例えば流量計など）の出力データとの関係式で定める係数に基づき、所要電力推定モデルのパラメータを推定する。因みに、ファンやポンプの動作に必要な電力は、これらファンやポンプが搬送する作動流体の流量の３乗に比例すると仮定し、その比例係数をモデルパラメータとして推定する。

また、状態量推定用演算部２２は、予め複数の各種センサ１７の出力値と前述した各電力量計の電力値との関係を関数として定めておけば、回帰分析等によって自動的にモデルパラメータを求めることが可能である。

従って、空調最適化演算部２３は、各種センサ１７の出力値と各設備機器１８の電力値との関係が分れば、空調システム全体の温度、湿度バランスを維持するための所要動力を計算することができ、その所要動力を最小にするように空調システム１の状態量の一部または全部の最適値を推定することができる。

従って、以上のような実施の形態によれば、従来は空調制御装置が各種センサの出力値のみを用いて、空調システム１の各個所の状態量を制御することから、最適な制御を実現できなかったが、本発明システムでは、空調最適制御装置２に状態量推定用演算部２２を設け、ここで各種センサ１７の出力値から空調最適化に必要な状態量，例えば部屋内発生熱量、部屋内発生水蒸気量等，より高度な状態量や物理量を推定し、空調最適化演算部２３に提供することにより、空調システム１全体を見通した最適な制御が可能となり、空調システム１の大幅な省エネを実現することができる。

（その他の実施の形態）
図１に示す部屋入口温度／湿度センサ１５ａ及び部屋出口温度／湿度センサ１５ｃとしては、空調システム１の部屋入口及び部屋出口の温度／湿度を計測し、空調最適制御装置２に送信する構成としたが、例えば各温度／湿度センサ１５ａ，１５ｃの内部に、計測した温度及び湿度からエンタルピと絶対湿度を演算する機能を備えた構成であってもよい。

また、部屋内温度／湿度センサ１５ｂとしては、部屋内のエンタルピや絶対湿度の時間微分を求める機能を持たせ、所定時間ごとに温度、湿度を計測し、この計測した温度及び湿度からエンタルピ及び絶対湿度を求めた後、それらエンタルピ及び絶対湿度の時間微分値を計算し、出力する構成であってもよい。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

１…空調システム、２…空調最適制御装置、１０…冷却塔、１１…中央熱源、１１ａ…凝縮器、１１ｂ…直膨コイル、１２…冷水コイル、１３…冷凍機、１３ａ…凝縮器、１３ｂ…直膨コイル、１４…部屋（空調ゾーン）、１５ａ…部屋入口温度・湿度センサ、１５ｂ…部屋内温度／湿度センサ、１５ｃ…部屋出口温度／湿度センサ、１６…流量計、１７…各種センサ、１８…空調機器、１９…制御機構、２１…センサデータ受信部、２２…状態量推定用演算部、２３…空調最適化演算部、２４…空調制御目標値演算部、２５…目標値出力部、３０…熱交換器、３１，３２…作動流体、３３ｉ，３３ｏ…温度センサ、３４ｉ，３４ｏ…温度センサ、３５，３６…流量計。

Claims (3)

1. 複数の空調機器で構成される空調システムと当該空調システムの最適化制御を行う空調最適制御装置とを有する空調最適制御システムにおいて、
   前記空調システムは、当該空調システムを構成する所定の空調機器に対応付けて設けられ、当該空調システムを動作させるために必要な水，空気，冷媒などの作動流体の温度，湿度，流量その他の物理量を計測し出力する各種センサと、前記空調最適制御装置によって得られる空調制御目標値に基づいて前記作動流体の物理量を制御する制御機構とを備え、
   前記空調最適制御装置は、前記空調システムを構成する前記空調機器である少なくとも１台の熱交換器で熱交換する２つの作動流体の入力流路及び出力流路に前記各種センサの一部である温度センサ及び流量計を設置し、これら温度センサ及び流量計で計測される温度及び流量を用いて、前記熱交換器の総括伝熱係数と伝熱面積との積または等価な物理量を推定する状態量推定用演算手段と、
   前記温度センサ及び流量計で計測される温度及び流量の物理量と前記状態量推定用演算手段で推定された前記熱交換器の総括伝熱係数と伝熱面積との積または等価な物理量とに基づき、各空調機器の動力を最小とする前記空調システムの最適化演算より、前記温度センサ及び流量計で計測される作動流体の最適物理量を決定する空調最適化演算手段と、
   前記温度センサ及び流量計で計測される作動流体の物理量が前記最適物理量となるための空調制御目標値を決定し、前記空調システムの制御機構に送出する手段とを備えたことを特徴とする空調最適制御システム。
2. 請求項１に記載の空調最適制御システムにおいて、
   前記熱交換器は、前記空調システムを構成する前記空調機器である冷却塔、熱源機または冷凍機の凝縮器と直膨コイル、冷水コイルであることを特徴とする空調最適制御システム。
3. 複数の空調機器で構成される空調システムと当該空調システムの最適化制御を行う空調最適制御装置とを有する空調最適制御システムにおいて、
   前記空調システムは、当該空調システムを構成する所定の空調機器に対応付けて設けられ、当該空調システムを動作させるために必要な水，空気，冷媒などの作動流体の温度，湿度，流量その他の物理量を計測し出力する各種センサと、前記空調最適制御装置によって得られる空調制御目標値に基づいて前記作動流体の物理量を制御する制御機構とを備え、
   前記空調最適制御装置は、前記作動流体を搬送する前記空調機器であるファン、ポンプ、コンプレッサに対して、これら各空調機器の動力によって消費される電力量を計測する前記各種センサの一部である電力量計を設置し、これら電力量計で計測される電力量と他の各種センサの出力値との関係を定める電力推定モデルパラメータを推定する状態量推定用演算手段と、
   前記電力計で計測される電力量の物理量と前記状態量推定用演算手段で推定された電力推定モデルパラメータとに基づき、各空調機器の動力を最小とする前記空調システムの最適化演算より、前記電力計で計測される作動流体の最適物理量を決定する空調最適化演算手段と、
   前記電力計で計測される作動流体の物理量が前記最適物理量となるための空調制御目標値を決定し、前記空調システムの制御機構に送出する手段とを備えたことを特徴とする空調最適制御システム。

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