JP2011237101A

JP2011237101A - 空調システム

Info

Publication number: JP2011237101A
Application number: JP2010108434A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kitamura; 浩北村; Yuji Kukue; 裕二久々江
Original assignee: Mitsui Knowledge Industry Co Ltd
Current assignee: Mitsui Knowledge Industry Co Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】建物の各空間内の快適性を維持しながら消費電力を抑制する。
【解決手段】空気調節の対象となる空間を複数の領域に分割した分割領域ごとの室温をそれぞれ計測する温度センサ２２と、温度センサ２２により計測された室温の変動状態を示す変動グラフをそれぞれ生成し、特異な変動状態を有する変動グラフである特異変動グラフが存在するか否かを判定する特異変動判定部１２と、特異変動判定部１２により特異変動グラフが存在すると判定された場合に、特異変動グラフに対応する分割領域に設置されている空調機２１の出力を増大させ、特異変動グラフ以外の変動グラフに対応する分割領域に設置されている空調機２１の出力を減少させる出力変更部１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調システムに関する。

下記特許文献１には、建物内に設置された複数のエアコンを複数のグループに分割し、グループ単位にエアコンの運転を制御する空調システムが開示されている。この空調システムでは、予測電力量が設定電力量を超えると予想される場合に、エアコンを所定時間オフにする間欠運転をグループ単位に順次行う間欠・ローテーション運転を実行している。この間欠・ローテーション運転を実行することによって建物全体のピーク消費電力量を抑制している。

特開２００６−２９６９４号公報

上述した従来の空調システムでは、建物内の全エアコンの電力量に基づいて全エアコンの消費電力量を抑制しているが、建物内の空気調節（以下、「空調」という。）を、特定の空間ごとに個別に制御することについてまでは考慮されていない。例えば、家電量販店やホームセンターでは、各エアコンの設定温度を同一温度に設定した場合であっても、フロア内にある各売場の場所や用途によって売場ごとの室温や快適性に差が生じてしまう。従来は、この差を埋めるために、各売場の状況を勘案し、各エアコンの設定温度を管理担当者が個別に調整していた。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、建物の各空間内の快適性を維持しながら消費電力を抑制することができる空調システムを提供することを目的とする。

本発明に係る空調システムは、空気調節の対象となる空間を複数の領域に分割した分割領域ごとの室温をそれぞれ計測する室温計測部と、前記室温計測部により計測された前記室温の変動状態を示すグラフをそれぞれ生成し、特異な前記変動状態を有する前記グラフである特異変動グラフが存在するか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記特異変動グラフが存在すると判定された場合に、前記特異変動グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の出力を増大させ、前記特異変動グラフ以外の前記グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の出力を減少させる出力変更部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、分割領域ごとの室温の変動状態を示すグラフが特異な変動状態を有する特異変動グラフであるか否かを判定することができ、特異変動グラフが存在する場合には、この特異変動グラフに対応する分割領域に設置されている空調機の出力を増大させることができる。これにより、特異変動グラフに対応する分割領域の室温を安定させることができるため、空間内の快適性を向上させることが可能となる。また、特異変動グラフが存在する場合には、この特異変動グラフ以外のグラフに対応する分割領域に設置されている空調機の出力を減少させることができるため、空間内の快適性を維持したまま、消費電力を抑制することが可能となる。

上記空調システムにおいて、上記出力変更部は、前記特異変動グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の設定温度を、前記空調機の出力が増大する方向に変更することで、前記空調機の出力を増大させることとしてもよい。

上記空調システムにおいて、上記出力変更部は、前記特異変動グラフ以外の前記グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の設定温度を、前記空調機の出力が減少する方向に変更することで、前記空調機の出力を減少させることとしてもよいし、前記特異変動グラフ以外の前記グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の運転モードを、所定時間、送風運転モードに切り替えることで、前記空調機の出力を減少させることとしてもよい。

上記空調システムにおいて、上記判定部は、予めメモリに記憶された標準変動パターンと前記グラフとをそれぞれ比較し、前記標準変動パターンに属さない前記グラフが存在する場合に、特異変動グラフが存在すると判定することとしてもよい。具体的には、前記標準変動パターンと前記グラフとの間の類似度を算出し、所定の下限値よりも低い類似度が存在する場合に、前記標準変動パターンに属さない前記グラフが存在すると判定することができる。

上記空調システムにおいて、上記判定部は、前記グラフの偏差をそれぞれ算出し、所定の上限値よりも大きな前記偏差が存在する場合に、前記特異変動グラフが存在すると判定することとしてもよい。

本発明によれば、建物の各空間内の快適性を維持しながら消費電力を抑制することができる。

実施形態における空調システムの構成を例示するブロック図である。設定データＤＢに格納される分割領域データのデータ構成を例示する図である。変動グラフを例示する図である。空調機の出力を制御する際の処理手順を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る空調システムの好適な実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態における空調システムの構成について説明する。

図１に示すように、空調システム１は、制御装置１０と、複数の空調機２１と、複数の温度センサ２２と、を有する。この空調システム１は、空調の対象となる空間を複数の領域に分割し、この分割した分割領域ごとの温度変動に基づいて空調機を制御するものである。本実施形態では、説明の便宜のために、一つの分割領域に対して一台の空調機２１および一個の温度センサ２２を割り当てた場合について説明する。

制御装置１０は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力インターフェースとを含んで構成される。メモリには、例えば、ＣＰＵで処理されるプログラムやデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）や、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）が含まれる。ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行し、入出力インターフェースを介して受信されるメッセージや、ＲＡＭに展開されるデータを処理することで、後述する制御装置１０における各部の機能を実現することができる。

図１に示すように、制御装置１０は、機能的には、例えば、データ記憶部１１と、特異変動判定部１２と、出力変更部１３と、を有する。

データ記憶部１１は、各種データベースにデータを記憶させる。各種データベースとして、例えば、設定データＤＢ１６、時系列データＤＢ１７および変動パターンＤＢ１８が挙げられる。

設定データＤＢ１６は、空調システム１での各種制御に用いる設定データを記憶するデータベースである。設定データとしては、例えば、分割領域データが該当する。この分割領域データは、分割領域を管理するためのデータである。図２を参照して、分割領域データのデータ構成について説明する。分割領域データは、データ項目として、例えば、分割領域ＩＤ項目、空調機ＩＤ項目、温度センサＩＤ項目およびパターンＩＤ項目を有する。分割領域ＩＤ項目は、分割領域を一意に特定する識別情報を格納する。空調機ＩＤ項目は、空調機２１を一意に特定する識別情報を格納する。温度センサＩＤ項目は、温度センサ２２を一意に特定する識別情報を格納する。パターンＩＤ項目は、後述する標準変動パターンを一意に特定する識別情報を格納する。

時系列データＤＢ１７は、空調システム１で定期的にサンプリングされるデータを記憶するデータベースである。時系列データとしては、例えば、室温データや設定温度データが該当する。室温データは、各温度センサ２２が計測した室温を、温度センサ２２ごとに時系列に蓄積するデータである。室温データは、データ項目として、例えば、温度センサＩＤ項目、計測時刻項目および室温項目を有する。温度センサＩＤ項目は、温度センサ２２を一意に特定する識別情報を格納する。計測時刻項目は、温度センサ２２が室温を計測した時刻を格納する。室温項目は、温度センサ２２が計測した室温を格納する。

設定温度データは、空調機２１に設定されている設定温度を、空調機２１ごとに時系列に蓄積するデータである。設定温度データは、データ項目として、例えば、空調機ＩＤ項目、取得時刻項目および設定温度項目を有する。空調機ＩＤ項目は、空調機２１を一意に特定する識別情報を格納する。取得時刻項目は、設定温度を空調機２１から取得した時刻を格納する。設定温度項目は、空調機２１に設定されている設定温度を格納する。

変動パターンＤＢ１８は、室温の変動状態の正否を判定する際に用いる標準変動パターンを記憶するデータベースである。標準変動パターンは、適正空調時における室温の標準的な変動状態を示すパターンである。ここで、室温の変動状態は、例えば、季節、天候、外気温、設定温度、空間の存在場所等の諸条件によって異なる。したがって、標準変動パターンは、例えば上記諸条件下で実験を行い、諸条件ごとに生成することができる。生成した標準変動パターンは、標準変動パターンを一意に特定するパターンＩＤに対応付けて変動パターンＤＢ１８に登録する。

特異変動判定部１２は、時系列データＤＢ１７に格納された室温の時系列データに基づいて、室温の変動状態を示すグラフ（以下、「変動グラフ」という。）を、温度センサ２２ごとに生成する。図３に、変動グラフＧ１、Ｇ２、Ｇ３を例示する。図３に示す変動グラフＧ１は、他の変動グラフＧ２、Ｇ３に比べて、室温が大きく変動している。このように室温が大きく変動すると、最適な温度からかけ離れる状態が生ずるため、快適性が低下してしまう。室温が大きく変動する要因としては、ドアや窓等を開けることで外気が取り込まれること等が考えられる。したがって、例えば、出入口や換気口、窓付近等は、変動グラフＧ１のように室温が大きく変動し易く、快適性が損なわれ易いという特徴がある。一方、ドアや窓等から離れた空間の内部付近は、外気の取り込みによる影響が少なく、隣接空間の室温も安定しているため、変動グラフＧ２、Ｇ３のように室温の変動が小さく、快適性を維持し易いという特徴がある。

特異変動判定部１２は、生成した変動グラフの中に、特異な変動状態を有する変動グラフ（以下、「特異変動グラフ」という。）が存在するか否かを判定する。特異変動グラフが存在するか否かは、例えば、公知のパターンマッチング手法を用いて判定することができる。

具体的に、特異変動判定部１２は、変動パターンＤＢ１８に格納された標準変動パターンと変動グラフとを比較し、変動グラフが標準変動パターンに属するか否かを判定する。特異変動判定部１２は、標準変動パターンと変動グラフとのマッチングを全ての変動グラフについて行う。特異変動判定部１２は、標準変動パターンに属さない変動グラフが存在する場合に、特異変動グラフが存在すると判定する。

変動グラフが標準変動パターンに属するか否かは、例えば、標準変動パターンと変動グラフとの間の類似度を用いて判定することができる。具体的に、特異変動判定部１２は、標準変動パターンと変動グラフとの間の類似度を、変動グラフごとに算出する。特異変動判定部１２は、所定の下限値よりも低い類似度が存在する場合に、変動グラフが標準変動パターンに属さないと判定する。つまり、所定の下限値よりも低い類似度に対応する変動グラフが、特異変動グラフとなる。

変動グラフと比較する標準変動パターンは、例えば、以下のようにして決定する。最初に、変動グラフに対応する温度センサが属する分割領域に設定されているパターンＩＤを、図２に示す設定データＤＢ１６の分割領域データを参照して特定する。続いて、特定したパターンＩＤに対応する標準変動パターンを、変動パターンＤＢ１８を参照して決定する。これにより、変動グラフと比較する標準変動パターンを決定することができる。

出力変更部１３は、特異変動判定部１２により特異変動グラフが存在すると判定された場合に、特異変動グラフに対応する分割領域に設置されている空調機２１の出力を増大させるとともに、特異変動グラフ以外の変動グラフに対応する分割領域に設置されている空調機２１の出力を減少させる。

空調機２１の出力を増大させる場合、出力変更部１３は、空調機２１の設定温度を空調機２１の出力が増大する方向に変更する。一方、空調機２１の出力を減少させる場合に、出力変更部１３は、空調機２１の設定温度を空調機２１の出力が減少する方向に変更する。

ここで、空調機２１の出力を増大する方向に変更する際の温度幅は、空調機２１の出力を減少する方向に変更する際の温度幅よりも大きくする。変更する際の温度幅は、固定値であってもよいし、外気温と室温との差や外気温に応じて変わる変動値であってもよい。具体的に説明すると、固定値を採用する場合には、例えば、出力を増大させるときに設定温度を４℃低下または上昇させ、出力を減少させるときに設定温度を１℃低下または上昇させる。また、外気温に応じて変わる変動値を採用する場合には、例えば、外気温が３０℃以上あるときに設定温度を５℃低下させ、外気温が２５℃以上３０℃未満であるときに設定温度を４℃低下させることとすればよい。

なお、空調機２１の出力を減少させる場合に、出力変更部１３は、運転モードを、所定時間、送風運転モードに切り替えることとしてもよい。運転モードとしては、例えば、送風運転モード、暖房運転モード、冷房運転モード等が挙げられる。上記所定時間は、例えば、設定温度と室温との差等に応じて適宜設定することができる。

次に、図４を参照して、本実施形態における空調システム１の動作について説明する。図４は、空調機２１の出力を制御する際の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、この処理手順を開始する前に、空調の対象となる空間の分割領域データが予め設定データＤＢ１６に登録されており、各分割領域に属する温度センサ２２による室温データが予め時系列データＤＢ１７に蓄積されていることとする。また、この処理手順は、空調システム１が稼働している間、所定間隔ごとに繰り返し実行される。

最初に、特異変動判定部１２は、時系列データＤＢ１７に蓄積された室温データに基づいて変動グラフを生成し、生成した変動グラフを、変動パターンＤＢ１８に登録されている標準変動パターンとパターンマッチングする（ステップＳ１０１）。

特異変動判定部１２は、上記ステップＳ１０１で行ったパターンマッチングの結果に応じて変動グラフに特異変動グラフが存在するか否かを判定する（ステップＳ１０２）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）には本処理手順を終了する。

一方、上記ステップＳ１０２の判定で変動グラフに特異変動グラフが存在すると判定された場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）に、出力変更部１３は、特異変動グラフに対応する分割領域に設置されている空調機２１の設定温度を、空調機２１の出力が増大する方向に変更する（ステップＳ１０３）。

続いて、出力変更部１３は、特異変動グラフ以外に対応する分割領域に設置されている空調機２１の設定温度を、空調機２１の出力が減少する方向に変更する（ステップＳ１０４）。

上述したように、実施形態における空調システム１によれば、分割領域ごとの室温の変動状態を示す変動グラフが特異変動グラフであるか否かを判定することができ、特異変動グラフが存在する場合には、この特異変動グラフに対応する分割領域に設置されている空調機２１の出力を増大させることができる。これにより、特異変動グラフに対応する分割領域の室温を安定させることができるため、空間内の快適性を向上させることが可能となる。また、特異変動グラフが存在する場合には、この特異変動グラフ以外の変動グラフに対応する分割領域に設置されている空調機２１の出力を減少させることができる。これにより、空間内の快適性を維持したまま、消費電力を抑制することが可能となる。

具体的には、例えば、ドアの開閉が頻繁に行われ、出入口付近の温度変動が大きくなった場合には、出入口付近を含む分割領域の変動グラフが特異変動グラフに該当することとなり、出入り口付近を含む分割領域に設置された空調機２１の出力を増大させることができる。これにより、出入口付近の温度を安定させ、空間内を快適な状態に維持させることが可能となる。入口付近の室温と外気温との差は、建物に入ってきた人間の快適性に大きな影響を与えるため、顧客を建物内に呼び込むことで売り上げ増を図る店舗等にとっては、入口付近の室温を快適な温度に維持することは重要な要素となる。

一方、出入口付近を含む分割領域の変動グラフが特異変動グラフに該当し、出入り口付近を含む分割領域に設置された空調機２１の出力を増大させた場合であっても、出入口付近を含まない分割領域の変動グラフは特異変動グラフに該当するほど変動しないため、出入口付近を含まない分割領域に設置された空調機２１の出力は減少させることができる。これにより、建物内の温度を快適な状態に維持させたまま、消費電力を抑制させることが可能となる。

[変形例]
なお、上述した実施形態は、単なる例示に過ぎず、各実施形態に明示していない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形態に変形して実施することができる。

例えば、上述した実施形態では、一つの分割領域に対して一台の空調機２１および一個の温度センサ２２を割り当てているが、これに限定されない。一つの分割領域に対して複数の空調機２１および複数の温度センサ２２を割り当てることとしてもよい。この場合に、例えば、特異変動判定部１２は、温度センサ２２ごとに変動グラフを生成した後に、分割領域ごとに変動グラフの平均となる平均変動グラフを求め、この平均変動グラフを用いて、上述した実施形態と同様に分割領域に属する空調機の出力を制御すればよい。

また、上述した実施形態では、変動パターンＤＢ１８に標準変動パターンを登録しているが、これに限定されない。例えば、変動パターンＤＢ１８に特異変動パターンを登録してもよい。この場合に、特異変動判定部１２は、変動パターンＤＢ１８に格納された特異変動パターンと変動グラフとを比較し、変動グラフが特異変動パターンに属するか否かを判定する。特異変動判定部１２は、特異変動パターンに属する変動グラフが存在する場合に、特異変動グラフが存在すると判定する。

また、上述した実施形態では、特異変動グラフが存在するか否かを判定する際に、パターンマッチング手法を用いているが、これに限定されない。例えば、各変動グラフの偏差を用いて、特異変動グラフが存在するか否かを判定してもよい。この場合に、特異変動判定部１２は、変動グラフの平均を算出し、各変動グラフの偏差をそれぞれ算出する。特異変動判定部１２は、所定の上限値よりも大きな偏差が存在する場合に、特異変動グラフが存在すると判定する。

１…空調システム
１０…制御装置
１１…データ記憶部
１２…特異変動判定部
１３…出力変更部
１６…設定データＤＢ
１７…時系列データＤＢ
１８…変動パターンＤＢ
２１…空調機
２２…温度センサ。

Claims

空気調節の対象となる空間を複数の領域に分割した分割領域ごとの室温をそれぞれ計測する室温計測部と、
前記室温計測部により計測された前記室温の変動状態を示すグラフをそれぞれ生成し、特異な前記変動状態を有する前記グラフである特異変動グラフが存在するか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記特異変動グラフが存在すると判定された場合に、前記特異変動グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の出力を増大させ、前記特異変動グラフ以外の前記グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の出力を減少させる出力変更部と、
を備えることを特徴とする空調システム。
前記出力変更部は、前記特異変動グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の設定温度を、前記空調機の出力が増大する方向に変更することで、前記空調機の出力を増大させることを特徴とする請求項１記載の空調システム。
前記出力変更部は、前記特異変動グラフ以外の前記グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の設定温度を、前記空調機の出力が減少する方向に変更することで、前記空調機の出力を減少させることを特徴とする請求項１または２記載の空調システム。
前記出力変更部は、前記特異変動グラフ以外の前記グラフに対応する前記分割領域に設置されている空調機の運転モードを、所定時間、送風運転モードに切り替えることで、前記空調機の出力を減少させることを特徴とする請求項１または２記載の空調システム。
前記判定部は、予めメモリに記憶された標準変動パターンと前記グラフとをそれぞれ比較し、前記標準変動パターンに属さない前記グラフが存在する場合に、特異変動グラフが存在すると判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調システム。
前記判定部は、前記標準変動パターンと前記グラフとの間の類似度を算出し、所定の下限値よりも低い類似度が存在する場合に、前記標準変動パターンに属さない前記グラフが存在すると判定することを特徴とする請求項５記載の空調システム。
前記判定部は、前記グラフの偏差をそれぞれ算出し、所定の上限値よりも大きな前記偏差が存在する場合に、前記特異変動グラフが存在すると判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調システム。