JP2013050302A - 空調制御装置、空調システム、空調制御方法、空調制御用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 在室者の快適性を考慮しつつ、効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図ることができる空調制御システムを提供する。
【解決手段】 実施形態によれば空調制御装置は、計測値取得手段と快適性指標値範囲記憶手段と風速値変更手段と送風ファン制御手段と消費エネルギー制御手段とを有する。計測値取得手段は空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する。快適性指標値範囲記憶手段は快適性指標値の目標値範囲を記憶する。風速値変更手段は快適性指標値が目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する。送風ファン制御手段は変更後の風速値になるよう送風ファンを制御する。消費エネルギー制御手段は快適性指数値が目標設定範囲にない場合、風速値の変更後、快適性指数値の目標範囲内で空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう空調システムを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、空調制御装置および空調システムに関する。

オフィスや住居などの建築設備全体で消費されるエネルギーは、空調関連のエネルギーが約半分を占めている。そのため、空調制御に関する省エネルギーの推進が、建築設備全体の省エネルギー化に大きく貢献する。

これに鑑み、建築設備において最適な省エネルギー化を図った空調運転をする空調システムを利用した技術が特許文献１に記載されている。

この特許文献１の技術は、冷温水を生産する熱源機の消費エネルギー、空調コイルで熱交換された空気を送出するファンの消費エネルギー、熱源機からの冷温水を送出するポンプの消費エネルギーを含む空調所要消費エネルギーが最小になるように、空調コイルのコイル温度目標値と熱源機の冷温水温度目標値を求めることにより、効率よく省エネルギー化された空調運転を行うことができる。

特開２００４−６９１３４号公報

このように省エネルギーが推進される一方で、空調制御の対象となる室内では在室者の温熱感覚を満足させるため、いわゆる快適性を確保することが要求されているが、この「省エネルギーの推進」と「在室者の快適性の確保」とはトレードオフの関係にあり、省エネルギーを推進すると在室者の快適性が低下する場合が多い。

しかし、在室者の快適性の範囲を超えた過剰なエネルギー消費を抑えることにより、無駄なエネルギー消費を抑えることは可能である。

そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、在室者の快適性を考慮しつつ、効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図ることができる空調制御装置および空調システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための実施形態によれば本発明の空調制御装置は、計測値取得手段と快適性指標値範囲記憶手段と風速値変更手段と送風ファン制御手段と消費エネルギー制御手段とを有する。計測値取得手段は空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する。快適性指標値範囲記憶手段は快適性指標値の目標値範囲を記憶する。風速値変更手段は快適性指標値が目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する。送風ファン制御手段は変更後の風速値になるよう送風ファンを制御する。消費エネルギー制御手段は快適性指数値が目標設定範囲にない場合、風速値の変更後、快適性指数値の目標範囲内で空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう空調システムを制御する。

本発明の第１実施形態〜第５実施形態による空調制御システムの構成を示す全体図である。 本発明の第１実施形態〜第３実施形態による空調制御システムの詳細な構成を示す構成図である。 本発明の第１実施形態〜第５実施形態による空調制御システムの動作を示すシーケンス図である。 本発明の第１実施形態〜第５実施形態による空調制御システムにおいて利用されるＰＭＶ値が快適と判断されるときの室温と室内の湿度との関係を示すグラフある。 本発明の第３実施形態による空調制御システムにおいて、外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３に空気を供給するためのダンパー開度の外気取り込み量による変化を示すグラフである。 本発明の第４実施形態による空調制御システムの詳細な構成を示す構成図である。 本発明の第５実施形態による空調制御システムの空調機の詳細な構成を示す構成図である。 本発明の第５実施形態による空調機の外気冷却用コイルおよび還気冷却用コイルを流れる冷水の流路を示す概念図である。

本発明の空調制御システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、最近の多くのオフィスビル等は断熱性が良くＰＣやＯＡ機器が多いため、年間を通して冷房モードであるので、以下の各実施形態においては冷房モードで空調制御を行う場合について説明する。

《第１実施形態》
〈第１実施形態による空調制御システムの構成〉
本発明の第１実施形態による空調制御システム１の全体図を、図１に示す。

なお、大型ビルの場合、室内が大きいので室内を複数の制御ゾーンに分けて、それぞれの制御ゾーン毎に対応して、複数の空調機を室内の近傍の機械室に設置する。このような場合でも以下では簡略のため各制御ゾーンも室内と呼ぶことにする。

空調制御システム１は空調対象のビルＡ内の空調を制御するものであり、ビルＡ内の各室内に設置された空調機１０と、各室内に設置され室温を計測して各空調機１０に計測値を送信する温度センサ２０と、各室内に設置され室内の湿度を計測して各空調機に計測値を送信する湿度センサ３０と、各空調機１０へ供給する冷水を管理する中央熱源装置４０と、各空調機１０で受信された室温計測値および室内の湿度の計測値を受信して中央熱源装置４０及び各空調機１０の動作を制御する空調制御装置としての空調連携制御装置５０とを有する。

各空調機１０は、温度センサ２０および湿度センサ３０から取得した計測値を空調連携制御装置５０へ送信する。また各空調機１０は、図２に示すように、中央熱源装置４０から供給された冷水を利用して外気を除湿および冷却する外気冷却用コイル１１と、中央熱源装置４０から供給された冷水を利用して室内の還気の照明、ＯＡ機器、人体等から発せられた顕熱を冷却する還気冷却用コイル１２と、外気冷却用コイル１１で冷却された外気および還気冷却用コイル１２で冷却された空気を混合した空気を各室内に送風する送風ファン１３とを有する。

中央熱源装置４０は、冷水を生成する冷凍機４１と、冷凍機４１を冷却して温度が上昇した水を、再利用するため空気で冷却する冷却塔４２と、冷凍機４１と各空調機１０または冷却塔４２との間で冷水を搬送する送水ポンプ４３とを有する。

空調連携制御装置５０は、各空調機１０から送信された温度センサ２０および湿度センサ３０の計測値を取得して、予め設定された快適性指標の範囲内で、中央熱源装置４０の冷却塔４２、冷凍機４１、送水ポンプ４３、および空調機１０の外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３の消費エネルギーの合計値が最小となるように各室内の最適な室温設定値および湿度設定値を算出し、各空調機１０および中央熱源装置４０に送信する。

〈第１実施形態による空調制御システムの動作〉
本実施形態における空調制御システム１の動作について、図３のシーケンス図を参照して説明する。

まず、ビルＡ内の空調制御が開始されると、各温度センサ２０で室温の計測値が計測されるとともに、各湿度センサ３０で室内の湿度の計測値が計測される。各温度センサ２０で計測された計測値および各湿度センサ３０で計測された計測値は、それぞれの室内の空調機１０に送信される（Ｓ１）。

各温度センサ２０および各湿度センサ３０から送信された計測値は各空調機１０で受信され、さらに空調連携制御装置５０に送信される（Ｓ２）。

空調連携制御装置５０では、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote:予測平均回答）が快適な範囲内で、且つ、全所要消費エネルギーである中央熱源装置４０の冷却塔４２、冷凍機４１、送水ポンプ４３、および空調機１０の外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３の消費エネルギーの合計値が最小となるように各室内の最適な室温設定値および湿度設定値が算出される（Ｓ３）。

ここで各値の算出に利用されるＰＭＶについて説明する。

ＰＭＶとは、暑さ、寒さに対する人間の温熱感覚に影響を与える変数として（ａ）空気温度、（ｂ）相対湿度、（ｃ）平均輻射温度、（ｄ）気流速度、（ｅ）活動量（人体の内部発熱量）、（ｆ）着衣量の６つを用いて求められる快適性指標である。

人の発熱量は対流による放射量、輻射による放熱量、人からの蒸発熱量、呼吸による放熱量および蓄熱量の合計で、これらの熱平衡式が成立している場合は、人体が熱的に中立であり、暑くも寒くもない快適状態である。逆に熱平衡式がくずれた場合に人体は暑さ寒さを感じる。

デンマーク工科大学のFanger教授は1967年に快適方程式の導出を発表し、これを出発点として人体の熱負荷と人間の温冷感を、欧米人の多数の被験者のアンケートから統計分析して結び付け、ＰＭＶを提案した。これは近年ＩＳＯ規格にも取り上げられ最近よく用いられるようになった。

温冷感の指標となるＰＭＶは、次の７段階評価尺度による数値として表す。

＋３:暑い
＋２:暖かい
＋１:やや暖かい
０:どちらでもない、快適
−１:やや涼しい
−２:涼しい
−３:寒い
なお、人間の快適なＰＭＶ値の範囲は−０．５〜＋０．５である。

上記の６つの変数のうち、作業強度を表す活動量は通常、代謝量metの単位を用い、着衣量はcloの単位を用いる。

単位ｍｅｔ（メット）は、代謝量を表し、熱的に快適な状態における安静時代謝を基準とし、１ｍｅｔは下記式（１）で表される。

〔数１〕
1met ＝ 58.2 W/m^２ ＝ 50 kcal/m^２・h
また、単位ｃｌｏ（クロ）は、衣服の熱絶縁性を表し、１clo とは気温 21℃，相対湿度 50％，気流 5cm/s以下の室内で、体表面からの放熱量が1metの代謝と平衡するような着衣状態での値であり、通常の熱抵抗値に換算すると下記式（２）で表される。

〔数２〕
1clo ＝ 0.155 m^２・℃/W ＝ 0.18 m^２・h・℃/kcal
下記式（３）を用いて快適な範囲内（−０．５＜ＰＭＶ＜＋０．５）で冷房時はより暑い方向の側に、暖房時はより寒い方向の側にＰＭＶ目標値を設定することで空調負荷の軽減を図ることができ、省エネルギーを達成できる。

〔数３〕
ここで、Ｍ：活動量［ｋｃａｌ／ｈ］
Ａ：人体表面積［ｍ^２］
Ｌ：人体熱負荷［ｋｃａｌ／ｍ^２ｈ］（Fangerの快適方程式より算定）
次に、空調機１０の最適な設定値の算出について説明する。

空調制御システム１内で消費される全消費エネルギーは、上述した中央熱源装置４０の冷却塔４２、冷凍機４１、送水ポンプ４３、および空調機１０の外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３の消費エネルギーの合計値である。

この空調機１０の設定値を、空調制御システム１内で消費される全消費エネルギーが最小となるように算出するアルゴリズムとして、特願２００７−０７０９２３号明細書に記載されたように、空調制御に用いる各種センサ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、熱交換器の総括伝熱係数と伝熱面積との積等の物理量を推定することで、空調システム全体を見通した最適な制御を可能にする手法がある。また、特願２００７−０９８５５１号明細書等に記載されたように、初期段階において現状の熱源機と冷水コイルとの間の熱交換量から暫定的な総空調負荷を算出し、この総空調負荷を変数として空調システムの最適運転状態量に基づいて空調システムの空調機器を制御し、空調制御対象空間の空気状態が設定された空調条件にほぼ一致したとき、真の総空調負荷を算出し最適運転状態量を決定することにより空調を効率的に運転でき、空調のシステムの省エネ化を実現する手法がある。

本実施形態においては、上述したようにＰＭＶ値が快適な範囲である−０．５〜＋０．５内で、空調制御システム１内の全消費エネルギーが最小となるように空調機１０の最適な設定値が算出されて空調機１０および中央熱源装置４０に送信される（Ｓ３）。

中央熱源装置４０で空調機１０の最適な設定値が取得されると、この設定値に基づいて空調機１０に必要な冷水が供給される（Ｓ４）ことにより、在室者の快適性が考慮されて調整された空気が空調制御対象の室内に供給される（Ｓ５）。

ここで、空調制御対象の室内に調整された空気が供給されるときの空調機１０の動作について説明する。

空調制御システムにより冷房処理が行われるときは、居住者のために建物に取り入れる新鮮外気の除湿および冷却する機能（潜熱冷房負荷）と、建物内部の照明、ＯＡ機器、人体等の顕熱発熱を冷却する機能（顕熱冷房負荷）との２つが空調機において実行される。

従来の空調機により冷房を行うときには、外気と還気を混合することにより上記の２つの機能が同時に行われていたが、除湿が必要になるのは主に外気のみであるためそれぞれの機能に必要な冷水の温度、流量が異なり、上記の２つの機能は別個に実行されるほうが効率的である。

そこで、本実施形態においては、図２に示すように外気を除湿、冷却する外気冷却用コイル１１と、還気を冷却する還気冷却用コイル１２とが別に設けられ、それぞれの制御に適した温度、流量の冷水が供給されるようにする。

以上の第１実施形態によれば、在室者の快適性が考慮されるとともに、外気と室内の還気とが別に調整され、且つシステム内の全所要消費エネルギーが最小となるように制御されることにより効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図った空調制御を行うことが可能になる。

《第２実施形態》
〈第２実施形態による空調制御システムの構成〉
本発明の第２実施形態による空調制御システム２の構成は、図１および図２に示す第１実施形態の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

〈第２実施形態による空調制御システムの動作〉
本実施形態における空調制御システム２の動作は、図３のステップＳ３における各空調機１０の設定値の算出を除いては第１実施形態と同様であるため、同一部分の詳細な説明については省略する。

本実施形態において、図３のステップＳ３において、空調連携制御装置５０で、ＰＭＶが快適な範囲内で所要消費エネルギーが最小となるよう各空調機１０の設定値が算出される際の処理について説明する。

図４に、事務所ビルを想定し、風速は０．１ｍ／Ｓのときに、ＰＭＶ値が冷房時に省エネで快適な０．３〜０．５となるときの室温と室内の湿度との関係を示す。図４において、太線で囲まれた範囲Ａの室温および室内の湿度の状態のときに、ＰＭＶ値０．３〜０．５になることを示している（湿度は２０％〜８０％に限定した）。

一方、温室効果ガス削減のために、夏のエアコンの温度設定を２８℃にすることが政府により推奨されている（平成１７年夏にスタートした「COOL BIZ（クールビズ）」）。

しかし、図４からわかるように、室温が２８℃の場合いくら湿度を低くしても、人間にとって快適な範囲の上限のＰＭＶ値である＋０．５より越えてしまうことがわかる。

ここで、風速を０．５ｍ／Ｓとすれば、室温が２８℃でも湿度が４０％でＰＭＶが＋０．５以下（約０．４３）となる。

そこで、本実施形態においては、人間の居る高さの中心位置である床から１ｍ付近で風速が最高０．５ｍ／ｓとなるように、揺らぎのある風を空調機１０の送風部分から空調制御対象の室内に供給するように設定する。

この供給される風は揺らぎのある風なので、平均風速は０．５ｍ／ｓよりも小さくなるように設定でき、送風ファン１３の消費エネルギーを大幅に増やすことなく、室温設定が２８℃の状態でも、在室者に快適な空調制御を提供することができる。

以上の第２実施形態によれば、空調機１０の最適な設定値を、空調機１０から送風される風速についても考慮して算出するため、さらに効率よく消費エネルギーの省エネルギー化と快適性維持とを図った空調制御を行うことが可能になる。

《第３実施形態》
〈第３実施形態による空調制御システムの構成〉
本発明の第３実施形態による空調制御システム３の構成は、空調制御対象の室内にＣＯ₂センサ（図示なし）または人感センサ（図示なし）を設けることの他は図１および図２に示す第１実施形態の構成と同様であるため、同一部分の詳細な説明は省略する。

ＣＯ₂センサは、在室者により排出される室内のＣＯ₂濃度を測定し、空調機１０に送信する。また人感センサは、空調制御対象の室内の在室者の数を検知し、空調機１０に送信する。

〈第３実施形態による空調制御システムの動作〉
本実施形態における空調制御システム３の動作について、図３を参照して説明する。

まず、ビルＡ内の空調制御が開始されると、各温度センサ２０で室温の計測値が計測され、各湿度センサ３０で室内の湿度の計測値が計測されるとともに、ＣＯ₂センサで室内のＣＯ₂濃度が測定されるかまたは人感センサで在室者の数が検知される。各センサで計測された計測値は、それぞれの室内の空調機１０に送信される（Ｓ１）。

各温度センサ２０および各湿度センサ３０から送信された計測値は各空調機１０で受信され、さらに空調連携制御装置５０に送信される（Ｓ２）。

本実施形態において、空調連携制御装置５０で、ＰＭＶが快適な範囲内で所要消費エネルギーが最小となるよう各空調機１０の最適な設定値が算出される際の処理について説明する。

本実施形態の空調連携制御装置５０では、図５に示すグラフに従って、外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３に空気を供給するためのダンパー開度が制御される。

図５に示すように、空調立上時（ａ）は還気冷却用コイル１２へのタンパーが全開であるとともに外気冷却用コイル１１へのダンパーが全閉であり、室内空気の外気への排気は行われていない状態である。一定時間後室内への排気が開始されると、外気の温度、湿度、および還気の温度、湿度により、各機器の全消費エネルギーが最小となるように最小外気時（ｂ）〜中間外気時（ｃ）〜最大外気時（ｄ）内のいずれかの時点が選択され各タンパー開度が制御される。

この最小外気時（ｂ）〜中間外気時（ｃ）〜最大外気時（ｄ）内のいずれかの時点が選択される際は、室内が冷房要求時で外気のエンタルピーが室内のエンタルピーより低くエネルギー的に外気を取り入れたほうが有効な場合には積極的に外気が導入されるようにダンパー開度が制御され、還気冷却用コイル１２に供給される冷水使用量が軽減される。

またここで、外気冷却用コイル１１の負荷が一定値よりも大きい場合、図５に従って各ダンパー開度が制御される際に、ＣＯ₂センサまたは人感センサから取得される計測値も考慮して各機器の設定値が算出される。

具体的には、ＣＯ₂濃度が一定濃度よりも高くなったときまたは在室者が一定以上の人数になった場合には、ＣＯ₂濃度を一定濃度よりも下げるための最小限の外気を取り入れるようにダンパー開度が制御されて換気によりＣＯ₂濃度が下げられることで、外気冷却用コイル１１の負荷が過剰になることなく換気が行われる。

このように、各機器の所要消費エネルギーが最小となるように各空調機１０の設定値を定める際に、外気冷房の利用、および、室内のＣＯ₂濃度または在室者の人数に基づいた最小の外気取り入れにより制御され（Ｓ３）、この設定値に基づいて中央熱源装置４０から空調機１０に必要な冷水が供給される（Ｓ４）ことにより、在室者の快適性が考慮されて調整された空気が空調制御対象の室内に供給される（Ｓ５）。

以上の第３実施形態によれば、空調機の最適な設定値を、外気冷房の利用と、室内のＣＯ₂濃度または在室者の人数に基づいた外気の取り入れを考慮して算出するため、さらに効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図った空調制御を行うことが可能になる。

《第４実施形態》
〈第４実施形態による空調制御システムの構成〉
本発明の第４実施形態による空調制御システム４の構成は、図６に示すように熱源装置が中央熱源装置４０、４０’の２系統設置されている他は第１実施形態と同様であるため、同一部分の詳細な説明は省略する。

本実施形態において、中央熱源装置４０は外気冷却用コイル１１へ冷水を供給し、中央熱源装置４０’は還気冷却用コイル１２へ冷水を供給する。

〈第４実施形態による空調制御システムの動作〉
本実施形態における空調制御システム４の動作は、図３のステップＳ５において冷水が供給されるときの処理を除いては第１実施形態と同様であるため、同一部分の詳細な説明については省略する。

本実施形態では、ステップＳ６において各空調機１０に冷水が供給される際に、外気冷却用コイル１１へは中央熱源装置４０から冷水が供給され、還気冷却用コイル１２へは中央熱源装置４０とは別系統の中央熱源装置４０’から冷水が供給される。

従来の空調制御システムで中央熱源装置から冷却用コイルに供給される冷水は約７℃であるが、この７℃の冷水を必要とするのは外気を除湿、冷却するときのみであり、空調制御対象の室内の還気を冷却する際には冷水の温度は１３℃程度で十分である。この外気を除湿、冷却する際に必要となるエネルギー量（潜熱冷房負荷）は、冷房の空調制御を行う際に必要とするエネルギー総量の約３０〜２０％である。したがって、エネルギー総量の７０〜８０％にあたる還気を冷却する際に必要となるエネルギー量（顕熱冷房負荷）は、過剰に冷却された冷水が利用され無駄が生じていることになる。

そこで、本実施形態においては、外気冷却用コイル１１に冷水を供給する中央熱源装置４０と還気冷却用コイル１２に冷水を供給する中央熱源装置４０’との２系統の冷水供給源が設けられ、中央熱源装置４０から外気冷却用コイル１１へ供給される冷水は７℃前後に調整され、中央熱源装置４０’から還気冷却用コイル１２へ供給される冷水は１３℃前後に調整されるように設定される。

以上の第４実施形態によれば、２系統の中央熱源装置４０、４０’を設けることにより、過剰に低温の冷水を調整することによるエネルギーの無駄を省くことができ、さらに効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図った空調制御を行うことが可能になる。

《第５実施形態》
〈第５実施形態による空調制御システムの構成〉
本発明の第５実施形態による空調制御システム５の構成は、図１に示す第１実施形態による空調制御システム１の構成と同様であるが、各空調機１０内では、外気冷却用コイル１１と還気冷却用コイル１２とを直列状態で接続されている。

各空調機１０は、図７に示すように、中央熱源装置４０から外気冷却用コイル１１に取り込む冷水の量を開度により調整する第１の弁である弁１４と、外気冷却用コイル１１で利用された後の冷水を還気冷却用コイル１２に取り込む量を調整するための第２の弁である弁１５と、外気冷却用コイル１１で利用された後の冷水を排水する量を調整するため還気冷却用コイル１２に並列状態で接続された第３の弁である弁１６と、中央熱源装置４０から還気冷却用コイル１２に直接取り込む冷水の量を調整するため、外気冷却用コイル１１、弁１５、および弁１６の上流にこれらに直列状態で接続された第４の弁である弁１７とを有する。

〈第５実施形態による空調制御システムの動作〉
本実施形態における空調制御システム５の動作は、図３のステップＳ５において冷水が供給されるときの処理を除いては第１実施形態と同様であるため、同一部分の詳細な説明については省略する。

本実施形態では、ステップＳ５において各空調機１０に冷水が供給される際に、中央熱源装置４０からは外気冷却用コイル１１に７℃の冷水が供給され、この外気冷却用コイル１１で利用された後の冷水が還気冷却用コイル１２で再利用される。第４実施形態において説明したように、還気冷却用コイル１２で利用される冷水は外気冷却用コイル１１で利用される冷水ほど低い温度である必要はないため、外気冷却用コイル１１で利用された後の冷水を再利用することで対応可能である。

このとき、中央熱源装置４０から外気冷却用コイル１１に供給される冷水の量は弁１４の開度により調整され、外気冷却用コイル１１で利用された後に還気冷却用コイル１２に供給される冷水の量は弁１５および弁１６の開度により調整される。また、還気冷却用コイル１２で利用する冷水の量が外気冷却用コイル１１で利用した後の冷水のみでは足りない場合は、弁１７を開くことにより中央熱源装置４０から直接冷水が供給される。

図８の（ａ）は弁１４および弁１５が同程度に開かれることにより、外気冷却用コイル１１で利用された冷水が全て還気冷却用コイル１２に供給される場合の冷水の流れを太線で示し、（ｂ）は弁１４、弁１５、および弁１６が開かれることにより、外気冷却用コイル１１で利用された冷水の一部が還気冷却用コイル１２に供給されるとともに不要な冷水が排水される場合の冷水の流れを太線で示し、（ｃ）は弁１４、弁１５、および弁１７が開かれることにより、外気冷却用コイル１１で利用された冷水および中央熱源装置４０からの冷水が還気冷却用コイル１２に供給される場合の冷水の流れを太線で示した概念図である。

以上の第５実施形態によれば、外気冷却用コイル１１と還気冷却用コイル１２とを直列状態に接続することにより、外気冷却用コイル１１で利用した冷水を還気冷却用コイル１２で再利用することができ、さらに効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図った空調制御を行うことが可能になる。

なお、上記の第１実施形態〜第５実施形態においては、空調制御対象のビルＡ内に中央熱源装置４０を有する場合について説明したが、各ビルに中央熱源装置４０の冷凍機４１と冷却塔４２がなく、ＤＨＣ（District Heating and Cooling：地域冷暖房）により空調制御を行う際は冷・温水は外部から供給される（ただし各空調機に冷温水を送る送水ポンプ４３は建物内にある）。このような場合、空調制御システム内の全消費エネルギーは、送水ポンプ、外気冷却用コイル、還気冷却用コイル、および送風ファンの消費エネルギーの合計値となる。

また、上記の第１実施形態〜第５実施形態においては、各温度センサ２０および各湿度センサ３０で計測された計測値は空調機３０を介して空調連携制御装置５０に送信される場合について説明したが、これには限定されず、各センサから直接空調連携制御装置５０に送信されるようにしてもよい。

また、上記の第１実施形態〜第５実施形態においては、人間の温熱感覚の快適性指標としてＰＭＶを用いたが、これには限定されず、標準有効温度や新有効温度を用いて空調制御を行うようにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１〜５…空調制御システム
１０…空調機
１１…外気冷却用コイル
１２…還気冷却用コイル
１３…送風ファン
１４〜１７…弁
２０…温度センサ
３０…湿度センサ
４０…中央熱源装置
４１…冷凍機
４２…冷却塔
４３…送水ポンプ
５０…空調連携制御装置

本発明の実施形態は、空調制御装置、空調システム、空調制御方法、空調制御用プログラムに関する。

そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、在室者の快適性を考慮しつつ、効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図ることができる空調制御装置、空調システム、空調制御方法、空調制御用プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための実施形態によれば本発明の空調制御装置は、計測値取得手段と指標値範囲記憶手段と風速値変更手段と送風ファン制御手段と消費エネルギー制御手段とを有する。計測値取得手段は空調対象に係る温度計測値又は湿度計測値を取得する。指標値範囲記憶手段は人間の温熱感覚に係る指標値の目標範囲を記憶する。風速値変更手段は指標値が目標範囲内にない場合、風速値を上げるように変更する。送風ファン制御手段は変更後の風速値になるよう送風ファンを制御する。消費エネルギー制御手段は指数値が目標範囲にない場合、風速値の変更後の空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう空調システムを制御する。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、最近の多くのオフィスビル等は断熱性が良くＰＣやＯＡ機器が多いため、年間を通して冷房モードであるので、以下の各実施形態においては冷房モードで空調制御を行う場合について説明する。

Claims (12)

1. 空調対象のゾーンに対し送風する送風ファン、および空調コイルを有する空調機と、前記空調機に対し冷媒を供給する熱源手段とを少なくとも有する空調システムで利用される空調制御装置において、
   前記空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
   前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指数値が前記目標範囲内である場合、前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記空調システムを制御し、
   前記算出される快適性指数値が前記目標設定範囲にない場合、前記風速値の変更後、前記快適性指数値の目標範囲内で、前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記空調システムを制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調制御装置。
2. 空調対象のゾーンに対し送風する送風ファンと、空調コイルとを少なくとも有する空調システムで利用される空調制御装置において、
   前記空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
   前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
   前記風速値の変更後、前記快適性指標値の目標範囲内で、前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記空調システムを制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調制御装置。
3. 空調対象のゾーンに対し送風する送風ファン、および空調コイルを有する空調機と、前記空調機に対し冷媒を供給する熱源手段とを少なくとも有する空調システムで利用される空調制御装置において、
   前記空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
   前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
   前記風速値の変更後、前記快適性指標値の目標範囲内で、前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記空調システムを制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調制御装置。
4. 空調対象のビルの室内又は当該室内の制御ゾーンに対し送風する送風ファンを有する空調機と、前記空調機に対し冷媒を供給する熱源手段とを少なくとも有する空調システムで利用される空調制御装置において、
   前記空調対象のビルの室内又は当該室内の制御ゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象のビルの室内又は当該室内の制御ゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
   前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
   前記風速値の変更後、前記快適性指標値の目標範囲内で前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記空調システムを制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調制御装置。
5. 空調対象のゾーンに対し送風する送風ファンを有する空調機と、前記空調機に対し冷媒を供給する熱源手段とを少なくとも有する空調システムで利用される空調制御装置において、
   前記空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
   前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
   前記風速値の変更後、前記快適性指標値の目標範囲内で前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記空調システムを制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調制御装置。
6. 空調対象に送風する送風ファンを有する空調機と当該空調機に対し冷媒を供給する熱源手段とを少なくとも有する空調システムで利用される空調制御装置において、
   前記空調対象の温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象の前記温度計測値又は前記湿度計測値と、前記空調対象における風速の値とにより快適性指標値を算出する快適性指標値算出手段と、
   前記快適性指標値算出手段にて算出された快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記送風ファンからの送風の風速を変更制御する送風ファン制御手段と、
   前記快適性指標値の目標範囲内で前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記空調システムを制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調制御装置。
7. 空調対象のゾーンに対し送風する送風ファン、および空調コイルを有する空調機と、前記空調機に対し冷媒を供給する熱源手段と、これらの空調機および熱源手段の動作を制御する空調制御装置とを少なくとも有する空調システムにおいて、
   前記空調制御装置は、
   前記空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
   前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と所定の風速値とにより算出される快適性指数値が前記目標範囲内である場合、前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記空調機又は前記熱源手段の少なくともいずれか一を制御し、
   前記算出される快適性指数値が前記目標設定範囲にない場合、前記風速値の変更後、前記快適性指数値の目標範囲内で、前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記送風ファン、空調コイル、又は前記熱源手段の少なくともいずれか一を制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調システム。
8. 空調対象のゾーンに対し送風する送風ファン、および空調コイルからなる空調機と、この空調機の動作を制御する空調制御装置とを少なくとも有する空調システムにおいて、
   前記空調制御装置は、
   前記空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
   前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
   前記風速値の変更後、前記快適性指標値の目標範囲内で消費エネルギーが小さくなるよう、前記送風ファン又は前記空調コイルの少なくともいずれか一を制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調システム。
9. 空調対象のゾーンに対し送風する送風ファン、および空調コイルを有する空調機と、前記空調機に対し冷媒を供給する熱源手段と、これらの空調機および熱源手段の動作を制御する空調制御装置とを少なくとも有する空調システムにおいて、
   前記空調制御装置は、
   前記空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
   快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
   前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
   前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
   前記風速値の変更後、前記快適性指標値の目標範囲内で、前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記送風ファン、前記空調コイル、又は前記熱源手段の少なくともいずれか一を制御する消費エネルギー制御手段と
   を有することを特徴とする空調システム。
10. 空調対象のビルの室内又は当該室内の制御ゾーンに対し送風する送風ファンを有する空調機と、前記空調機に対し冷媒を供給する熱源手段と、これらの空調機および熱源手段の動作を制御する空調制御装置とを少なくとも有する空調システムにおいて、
    前記空調制御装置は、
    前記空調対象のビルの室内又は当該室内の制御ゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
    快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
    前記空調対象のビルの室内又は当該室内の制御ゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
    前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
    前記風速値の変更後、前記快適性指標値の目標範囲内で前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記送風ファン、又は前記熱源手段の少なくともいずれか一を制御する消費エネルギー制御手段と
    を有することを特徴とする空調システム。
11. 空調対象のゾーンに対し送風する送風ファンを有する空調機と、前記空調機に対し冷媒を供給する熱源手段と、これらの空調機および熱源手段の動作を制御する空調制御装置とを少なくとも有する空調システムにおいて、
    前記空調制御装置は、
    前記空調対象のゾーンの温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
    快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
    前記空調対象のゾーンの前記温度計測値又は前記湿度計測値と、所定の風速値とにより算出される快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記風速値を変更する風速値変更手段と、
    前記変更後の風速値になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
    前記風速値の変更後、前記快適性指標値の目標範囲内で前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記送風ファン又は前記熱源手段の少なくともいずれか一を制御する消費エネルギー制御手段と
    を有することを特徴とする空調システム。
12. 空調対象に送風する送風ファンを有する空調機と、当該空調機に対し冷媒を供給する熱源手段と、これらの空調機および熱源手段の動作を制御する空調制御装置とを少なくとも有する空調システムにおいて、
    前記空調制御装置は、
    前記空調対象の温度計測値又は湿度計測値を取得する計測値取得手段と、
    快適性指標値の目標範囲を記憶する快適性指標値範囲記憶手段と、
    前記空調対象の前記温度計測値又は前記湿度計測値と、前記空調対象における風速の値とにより快適性指標値を算出する快適性指標値算出手段と、
    前記快適性指標値算出手段にて算出された快適性指標値が前記目標範囲内にない場合、前記送風ファンからの送風の風速を変更制御する風速値変更手段と、
    前記変更に係る風速になるよう前記送風ファンを制御する送風ファン制御手段と、
    前記快適性指標値の目標範囲内で前記空調システムの消費エネルギーが小さくなるよう前記送風ファン又は前記熱源手段の少なくともいずれか一を制御する消費エネルギー制御手段と
    を有することを特徴とする空調システム。