JP2012132599A - 空調システムおよび空調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】室内温度と目標温度との差が大きいときに起動させても、高効率な冷暖房運転を行うことができる空調システムおよび空調方法を提供すること。
【解決手段】省エネ監理サーバー２は、空調機１の性能に基づいて、室内温度を目標温度まで変化させるのに必要な時間を決定し、所定時刻の上記決定された時間前になると、空調機１を運転させる。ここで、上記所定時刻は出退勤システム３に設定された予定出勤時刻である。また、省エネ監理サーバー２は出退勤システム３に設定されたエリアに対して空調を行う。更に、省エネ監理サーバー２はインターネット上のウェブサイト４から読み出した気象情報を考慮して空調機１の始動条件を最適化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内温度が高い／低い場合でも、緩やかで高効率な冷暖房が可能なサイクル制御を行う空調システムおよび空調方法に関する。
また、本発明は、出退勤システムと空調機とを連動させ、上記空調機で出勤前に空調を開始し、高効率運転を行う事で省エネを実現する空調システムおよび空調方法に関する。

近年、空調機の高効率化、省エネ化が注目され、高ＣＯＰから、高ＡＰＦへ、さらに実消費電力低減へと、目指すべき方向が変わってきている。これは、単なるスペック、カタログ値ではなく、実際の低消費電力化を目指し始めていることを示している。

そのため、これまでは、冷媒回路やモーターの高効率化が取り組まれてきたが、それだけでは不十分と考えられるようになってきている。その結果、例えば、快適性を落とさず、天候や気候も考慮して、冷えすぎや暖めすぎを抑えつつ、如何に空調を最適化するか？と言った取り組みが進んでいる（非特許文献１参照）。これは、同じ温度でも、室外の天候により室内の人間が感じる体感温度が変化するので、それを補正することによって、より快適で、かつ、より省エネルギーを実現するものである。

２００６年１１月６日付 ＣＯＲＰＯＲＡＴＥ ＮＥＷＳ 「２００６年度 ダイキン ソリューションサービスシステム 業界初の実用化 年間電気代を最大約４４％削減 ビル空調向け『遠隔省エネチューニングサービス（商品名：省エネ当番）』を開始」

しかし、従来の一般的な空調機では、起動時の運転効率が低い、という課題があった。
例えば、夏であれば、室内温度が上昇しており（例えば３３℃）、それを快適な温度（例えば２７℃）に急激に冷やすことが要求される。一方、冬であれば、室内温度が低下しており（例えば５℃）、それを快適な温度（例えば２２℃）に急激に暖めることが要求される。このような場合、従来の空調機では、起動時に、高い冷暖房能力で、しかも急激で低効率な冷暖房運転を行っていた。
その理由は、従来の空調機が、設定温度に出来るだけ早く到達する、という観点で制御されているため、そこに効率というパラメータは考慮されておらず、故に、効率が空調機の運転能力に応じて考慮されることもなかったことによる。そのため、従来の空調機は、起動時に、急激で低効率な冷暖房運転を行っていた。

以上の結果、従来の空調機には、起動時に冷暖房効率が低い、という課題があった。
本発明は、室内温度と目標温度との差が大きいときに起動させても、高効率な冷暖房運転を行うことができる空調システムおよび空調方法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、本発明は、空調機の性能に基づいて、室内温度を目標温度まで変化させるのに必要な時間を決定し、所定時刻の上記決定された時間前になると、空調機を運転させることを特徴とする。具体的には、上記所定時刻は出退勤システムに設定された予定出勤時刻であってもよい。また、省エネ監理サーバーが出退勤システムに設定されたエリアに対して空調を行うようにしてもよい。更に、省エネ監理サーバーがインターネット上のウェブサイトから読み出した気象情報を考慮して空調機の始動条件を最適化するようにしてもよい。

本発明によれば、起動時に、低効率、低ＣＯＰの急速な冷暖房の必要が無くなり、省エネ制御の空調を行う事が可能となる。これによって、
(1) 空調機の省エネ性能をさらに向上することができる。
(2) 出退勤システムに設定されたエリア（例えば、出勤者の座席周辺など）のみを空調することによって、省エネ性能を更に向上できる。
(3) 出退勤システムの予定出勤時刻と、空調機の性能および気象情報を考慮して、総合的に最高効率で空調できる時刻に前もって空調機の電源を自動投入する事が可能となり、更なる省エネ性能の向上が期待できる。

本発明の第１実施形態による空調システムの構成の一例を示すブロック図である。 冷房時における空調機１の各ブロック間の接続の一例を示すブロック図である。 暖房時における空調機１の各ブロック間の接続の一例を示すブロック図である。 従来技術（低効率運転）と本発明（高効率運転）との気温変化を示す説明図である。 本発明による空調システムの第２の構成の一例を示すブロック図である。 本発明による空調システムの第３の構成の一例を示すブロック図である。 本発明による空調システムの第４の構成の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
１．第１実施形態
(1) 発明の構成
本発明の第１実施形態の構成について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による空調システムの構成の一例を示すブロック図である。本実施形態では、オフィスビル等で使用されるビル用マルチ・エアコンを例として挙げて説明する。

空調機１は、室内機と室外機とから構成され、空調（冷暖房）を行う。その際、省エネ監理サーバー２からの指示によって、緩速冷暖房運転を行う。
室内機および室内機は、温度センサおよび湿度センサを有する。
室内機の温度センサは室内温度を検出し、室内機の湿度センサは室内湿度を検出する。
室外機の温度センサは室外温度を検出し、室外機の湿度センサは室外湿度を検出する。

図２は、冷房時における空調機１の各ブロック間の接続の一例を示すブロック図である。また、図３は、暖房時における空調機１の各ブロック間の接続の一例を示すブロック図である。
なお、本発明の空調機１の構成は、これらの図に限定されるわけではなく、本発明は、他の構成の空調機にも適用可能である。

図１に戻って、省エネ監理サーバー２は、空調機１の省エネ運転を監理するコンピュータシステムである。
省エネ監理サーバー２は、現在の時刻を示す内蔵時計を具備する。
また、省エネ監理サーバー２は、メモリを具備する。
メモリには、設定情報と、電力情報と、必要時間情報と、変換効率情報と、運転出力情報とが記憶されている。

設定情報は、空調機１の目標温度を示し、ユーザによって設定される。
電力情報は、空調機１の最高能力運転時の電力および最高効率運転時の電力を示し、空調機１の仕様によって決定される。

必要時間情報は、空調機１が最高能力運転時に室内温度を目標温度まで変化させるために必要な時間（以下、「最高能力運転時必要時間」と称する）を示し、空調機１の仕様によって決定される。
最高能力運転時必要時間は、室内空間の広さおよび形状や室内機の設置位置の他に、室内温度および目標温度によっても変化する。
そこで、省エネ監理サーバー２は、室内温度Ｔｉｎと目標温度Ｔｔｇとの各組み合わせに対応して、室内空間の広さおよび形状や室内機の設置位置を考慮した最高能力運転時必要時間を記憶した２次元テーブルＷ〔Ｔｉｎ〕〔Ｔｔｇ〕を、メモリ内に具備する。

変換効率情報は、空調機１の最高能力運転時のＣＯＰおよび最高効率運転時のＣＯＰを示し、空調機１の仕様によって決定される。
運転出力情報は、各運転時間に対して、その運転時間による冷暖房空間の放熱を考慮した最適な運転出力を示す。

出退勤システム３は、出退勤時刻および出退勤エリアを監理するコンピュータシステムである。
出退勤システム３には、翌日以降の予定出勤時刻が設定されている。
また、出退勤システム３には、空調すべきエリアの情報（以下、「エリア情報」と称する）が設定されている。
ここで、空調すべきエリアの一例としては、予定出勤者の座席位置、作業位置、移動時に利用する廊下やトイレ等が挙げられる。
なお、日毎に予定出勤者が異なる場合には、それに応じて、日毎に異なるエリア情報を設定してもよい。
また、エリア毎に予定出勤時刻を設定してもよい。その場合、エリア毎に空調開始時刻を異ならせることも可能である。

ウェブサイト４は、インターネット上の特定のアドレスのサイトである。
ウェブサイト４は、気象関連のサイトであり、気象情報（天候、気候、気温予測、湿度予測、その他の気象データ等）を提供する。

(2) 発明の動作
次に、本発明の動作について説明する。
本発明では、省エネ監理サーバー２内の内蔵時計の時刻が出勤前の所定時刻になると、省エネ監理サーバー２が、以下の制御動作を開始する。

省エネ監理サーバー２は、上記温度センサから、室内温度と室外温度とを読み出し、上記湿度センサから、室内湿度と室外湿度とを読み出す。
また、省エネ監理サーバー２は、メモリから、以下の情報を読み出す。
・設定情報（目標温度）
・空調機１の電力情報（最高能力運転時の電力、最高効率運転時の電力）
・空調機１の最高能力運転時必要時間
・空調機１の変換効率情報（最高能力運転時のＣＯＰ、最高効率運転時のＣＯＰ）
最後に、省エネ監理サーバー２は、ウェブサイト４から、気象情報を読み出す。
なお、これらの情報を読み出す順番は、上記の順番には限定されない。

必要な情報の読み出しが完了すると、省エネ監理サーバー２は、これらの情報の全てまたは一部に基づいて、最高効率運転時に室内温度を目標温度まで変化させるために必要な時間（以下、「最高効率運転時必要時間」と称する）を決定する。
一例として、省エネ監理サーバー２は、以下の式によって、最高効率運転時必要時間Ｔを決定する。
Ｔ＝（（Ａ×Ｃ１）／（Ｂ×Ｃ２））×Ｗ／Ｘ×（Ｚ−Ｙ）
この式において、各パラメータの意味は以下の通りである。
Ａ……最高能力運転時の電力（Ｗ）
Ｂ……最高効率運転時の電力（Ｗ）
Ｃ１……最高能力運転時のＣＯＰ
Ｃ２……最高効率運転時のＣＯＰ
Ｙ……現在の室内温度（℃）
Ｚ……目標温度（℃）
Ｘ……現在の室内温度Ｙと目標温度Ｚとの差（℃）
Ｗ……室内空間の広さおよび形状や室内機の設置位置を考慮して、最高能力運転時に温度をＸ℃変化させるために必要な時間（分）

最高効率運転時必要時間が決定されると、省エネ監理サーバー２は、メモリから、最高効率運転時必要時間に対応する運転出力情報を読み出す。
次に、省エネ監理サーバー２は、出退勤システム３から、予定出勤時刻を読み出す。
そして、省エネ監理サーバー２は、予定出勤時刻から必要時間を減算することによって、運転開始時刻を算出する。

その後、省エネ監理サーバー２は、内蔵時計の時刻が運転開始時刻になったか否かを判断する。
内蔵時計の時刻が運転開始時刻になると、省エネ監理サーバー２は、空調機１の電源をＯＮにする。

空調を開始する前に、省エネ監理サーバー２は、出退勤システム３から、エリア情報を読み出す。
省エネ監理サーバー２は、上記運転出力情報が示す運転出力で、上記エリア情報が示すエリアに対して、空調を開始する。
その後、省エネ監理サーバー２は、運転時間や空調機１の能力を変化させ、より消費電力効率のよい運転を学習していく。

２．第２実施形態
(1) 発明の構成
第２実施形態の構成は、メモリにおける変換効率情報の記憶形式が、第１実施形態と異なる。
一般的に、ＣＯＰは、室内温度および室外温度によって変化する。
そこで、第２実施形態の省エネ監理サーバー２は、以下の２つの２次元テーブルを、メモリ内に具備する。
・室内温度と室外温度との各組み合わせに対応して、最高能力運転時のＣＯＰを記憶した２次元テーブルＥ〔Ｔｏｕｔ〕〔Ｔｉｎ〕
・室内温度と室外温度との各組み合わせに対応して、最高効率運転時のＣＯＰを記憶した２次元テーブルＤ〔Ｔｏｕｔ〕〔Ｔｉｎ〕
上記以外の構成は、第１実施形態と同様である。

(2) 発明の動作
第２実施形態の動作は、最高効率運転時必要時間の決定方法が、第１実施形態と異なる。
第２実施形態の省エネ監理サーバー２は、変換効率情報を読み出す際に、２次元テーブルＥ〔Ｔｏｕｔ〕〔Ｔｉｎ〕から、室内温度Ｔｉｎと室外温度Ｔｏｕｔとの組み合わせに対応する変換効率情報（最高能力運転時のＣＯＰ）を読み出し、２次元テーブルＤ〔Ｔｏｕｔ〕〔Ｔｉｎ〕から、室内温度Ｔｉｎと室外温度Ｔｏｕｔとの組み合わせに対応する変換効率情報（最高効率運転時のＣＯＰ）を読み出す。

その後、第２実施形態の省エネ監理サーバー２は、以下の式によって、最高効率運転時必要時間Ｔを決定する。
Ｔ＝（（Ａ×Ｅ〔Ｔｏｕｔ〕〔Ｔｉｎ〕）／（Ｂ×Ｄ〔Ｔｏｕｔ〕〔Ｔｉｎ〕））×Ｗ／Ｘ×（Ｚ−Ｙ）
この式において、各パラメータの意味は、第１実施形態と同様である。
上記以外の動作は、第１実施形態と同様である。

３．総電力量の比較
従来技術と本発明とを、電力量の観点から以下に比較する。
図４は、従来技術（低効率運転）と本発明（高効率運転）との気温変化を示す説明図である。この図において、（ａ）が従来技術であり、（ｂ）が本発明である。
従来技術（低効率運転）の場合、電力が１６０ＫＷ、急速始動時ＣＯＰが４．０、空調時間が１５分とする。
一方、本発明（高効率運転）の場合、電力が３０ＫＷ、中低出力時ＣＯＰが６．０、空調時間が６０分とする。
このように、本発明の場合、電力は従来技術より少なく、ＣＯＰも従来技術より高いが、その分、空調時間は、図４に示されるように、従来技術の空調時間の４倍必要であるとする。

以上の条件において、本発明の送電力量と従来技術の総電力量とを比較すると以下の通りである。
（ａ）従来技術（低効率運転）の熱量と電力量
冷暖房能力……１６０ＫＷ×（１５／６０）×４．０＝１６０ＫＷ
電力量…………１６０ＫＷ×（１５／６０）＝４０ＫＷｈ
（ｂ）本発明（高効率運転）の熱量と電力量
冷暖房能力……３０ＫＷ×（６０／６０）×６．０＝１８０ＫＷ （このうち２０ＫＷは、外からの加熱ロス分）
電力量…………３０ＫＷ×（６０／６０）＝３０ＫＷｈ

このように、同様の冷暖房能力を発揮するのに必要な総電力量は、従来技術では４０ＫＷｈであるのに対して、本発明では３０ＫＷｈである。
このことから、本発明が従来技術より高効率であることが理解される。

４．本発明の構成の変形例
図１では、省エネ監理サーバー２が直接にウェブサイト４から気象情報を読み出す構成（以下、「第１の構成」と称する）が示されている。
しかしながら、本発明の構成は、この図には限定されない。
そこで、本発明の他の構成について、以下に説明する。

(1) 第２の構成
図５は、本発明による空調システムの第２の構成の一例を示すブロック図である。
図５では、省エネ監理サーバー２が、出退勤システム３を経由して、ウェブサイト４から、気象情報を読み出す。
それ以外の構成および動作は、第１の構成と同様である。

(2) 第３の構成
図６は、本発明による空調システムの第３の構成の一例を示すブロック図である。
この図６では、図１（第１の構成）において、省エネ監理サーバー２が省略され、その機能が、空調機１に内蔵された制御部（マイコン等）によって実行される。
従って、図６では、空調機１が、直接に、ウェブサイト４から、気象情報を読み出す。
それ以外の構成および動作は、第１の構成と同様である。

(3) 第４の構成
図７は、本発明による空調システムの第４の構成の一例を示すブロック図である。
この図７では、図５（第２の構成）において、省エネ監理サーバー２が省略され、その機能が、空調機１に内蔵された制御部（マイコン等）によって実行される。
従って、図７では、空調機１が、出退勤システム３を経由して、ウェブサイト４から、気象情報を読み出す。
それ以外の構成および動作は、第２の構成と同様である。

５．その他の実施形態
上記実施形態では、最高効率運転時必要時間が決定されると、省エネ監理サーバー２は、該必要時間に対応する運転出力情報（即ち、運転時間による放熱を考慮した最適な運転出力を示す情報）をメモリから読み出し、該情報が示す出力で空調機１を運転させるが、その他にも、本発明では、室内外の気温や湿度、更には、ウェブサイト４から読み出した気象情報（天候、気候、気温予測、湿度予測、その他の気象データ等）を考慮して、空調機１の始動条件を最適化してもよい。

また、上記実施形態では、目標温度として、省エネ監理サーバーのメモリに記憶された設定情報を使用したが、その他にも、本発明では、現在の室内温度に対して常に所定温度（一例として０．５℃）上（暖房の場合）または所定温度（一例として０．５℃）下（冷房の場合）の温度を目標温度として使用し、緩速運転を実現してもよい。

また、上記実施形態では、空調機１の一例として、会社等の出退勤システム３に関連したビル用マルチ・エアコンを挙げたが、もっと小規模な家庭用エアコン等でもタイマー設定で電源ＯＮする空調機であれば同等の効果を得ることが可能である。

また、上記実施形態では、現在の室内温度と目標温度とに基づく緩速運転の実現方法について示したが、本発明では、サイクル制御による緩速運転の実現（加熱度や過冷却度を制御することによって緩速運転を実現すること等）も可能である。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

１・・・空調機
２・・・省エネ監理サーバー
３・・・出退勤システム
４・・・ウェブサイト

Claims (8)

1. 空調機の性能に基づいて、室内温度を目標温度まで変化させるのに必要な時間を決定し、所定時刻の前記決定された時間前になると、空調機を運転させる省エネ監理サーバー
   を具備することを特徴とする空調システム。
2. 前記所定時刻は出退勤システムに設定された予定出勤時刻である
   ことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記省エネ監理サーバーは前記出退勤システムに設定されたエリアに対して空調を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
4. 前記省エネ監理サーバーはインターネット上のウェブサイトから読み出した気象情報を考慮して空調機の始動条件を最適化する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の空調システム。
5. 省エネ監理サーバーが、空調機の性能に基づいて、室内温度を目標温度まで変化させるのに必要な時間を決定し、所定時刻の前記決定された時間前になると、空調機を運転させる
   ことを特徴とする空調方法。
6. 前記所定時刻は出退勤システムに設定された予定出勤時刻である
   ことを特徴とする請求項５に記載の空調方法。
7. 前記省エネ監理サーバーは前記出退勤システムに設定されたエリアに対して空調を行う
   ことを特徴とする請求項６に記載の空調方法。
8. 前記省エネ監理サーバーはインターネット上のウェブサイトから読み出した気象情報を考慮して空調機の始動条件を最適化する
   ことを特徴とする請求項５から請求項７の何れか一項に記載の空調方法。

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