JP2013221676A - 制御装置、及び、この制御装置を備えた冷熱機器システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御装置10は、各冷熱機器ごとに、空調能力と消費電力との関係を表す第一の多項式の係数を少なくとも含む性能モデルデータが記憶される性能モデルデータ記憶手段と、全体冷熱負荷を求める全体冷熱負荷演算手段と、第一の多項式に基づき、運転台数切替の判定値となる切替負荷を求める切替負荷演算手段と、全体冷熱負荷と切替負荷との大小を比較することにより、運転させる冷熱機器の台数を決定する運転機決定手段と、運転、停止及び運転する際の空調能力に関する制御信号を、冷熱機器のそれぞれに送出する制御信号送出手段と、を備えた。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷熱機器システムの全体構成図である。
本実施の形態1に係る冷熱機器システム200は、同一空間である対象空間1を空調対象として設置された複数の冷熱機器を、制御装置10で制御するものである。
また、図1では例として、4台の冷熱機器からなる冷熱機器システムの全体構成を示しているが、一般的に、冷熱機器はN(≧2)台であればよい。
なお、制御装置10と各冷熱機器(室内機2及び熱源機3)との通信は無線通信であってもよい。
図2に示すように、制御装置10は、データ格納部101、性能モデルデータ記憶部102、データ設定部103、冷熱負荷演算部104、切替負荷演算部105、運転機決定部106、及び制御信号送出部107を備えている。
なお、「性能モデルデータ記憶部102」が、本発明における「性能モデルデータ記憶手段」に相当する。また、「冷熱負荷演算部104」が、本発明における「全体冷熱負荷演算手段」に相当する。また、「切替負荷演算部105」が、本発明における「切替負荷演算手段」に相当する。また、「運転機決定部106」が、本発明における「運転機決定手段」に相当する。また、「制御信号送出部107」が、本発明における「制御信号送出手段」に相当する。
図3に示すように、各冷熱機器は、室内機2と熱源機3とが液接続配管及びガス接続配管を介して接続されている。
なお、ここでは、1つの冷熱機器の室内機2及び熱源機3が1台である場合を説明するが、本発明はこれに限らず、室内機2及び熱源機3のうちの少なくとも一方を複数備える構成であってもよい。
なお、本実施の形態では、圧縮機31が1台のみの場合を説明するが、これに限定されず、室内機2の接続台数等に応じて、2台以上の圧縮機31が直列又は並列に接続されたものであってもよい。
図4は、冷熱機器の空調能力と消費電力との関係を表す代表的なグラフである。また、図5は、本発明の実施の形態1に係る性能モデルデータのデータ形式を示す図である。
冷熱機器の消費電力は、主に圧縮機消費電力、電子基盤入力電力、室内送風機入力電力及び室外送風機入力電力等からなる。冷熱機器における空調能力と消費電力の関係は図4に示すようになり、例えば次式(1)のような二次式で十分に近似できる。
この性能モデルデータは、それぞれの冷熱機器ごとに、例えば図5に示すデータ形式で性能モデルデータ記憶部102に記憶される。
図6は、本発明の実施の形態1に係る運転情報データのデータ形式を示す図である。
各冷熱機器に対する運転情報データは、現在の運転状態を表す。例えば、運転中の場合に「1」、停止中の場合に「0」と定義して、図6に示すデータ形式でデータ格納部101に格納する。
各冷熱機器に対する冷熱負荷データは、各冷熱機器に具備されているセンサによる計測情報に基づいて決定される、次の制御タイミングで出力すべき空調能力である。本実施の形態1では、当該空調能力を次の制御タイミングにおける各冷熱機器の冷熱負荷(kW)とする。例えば、冷熱機器の設定温度と室内温度との差(ΔT)に応じて圧縮機31の回転数(Hz)を決定し、この回転数に応じて空調能力(kW)を求め、これを当該冷熱機器の冷熱負荷(kW)とする。この冷熱負荷の演算は、各冷熱機器によって行われる。そして、冷熱負荷データは、通信線を通じて制御装置10に送信され、図7に示すデータ形式でデータ格納部101に格納される。なお、制御装置10が冷熱負荷の演算を行ってもよい。
図7は、例えば図6に示す運転情報データのもとで得られた冷熱負荷データであり、運転停止状態である冷熱機器No4以外の冷熱負荷Lk (≧0)を表す。例えば、ここでは運転停止状態である冷熱機器に対しては冷熱負荷を「−1」と表現する。
式(1)を用いて、1台運転(冷熱機器No1を運転)時の消費電力1Ptは次式(2)ように表わされる。
このため、1台運転の場合のCOPである1COPtは次式(12)のようになり、2台運転の場合のCOPである2COPtは次式(13)のようになる。
以下、図8に示すフローチャートに沿って、運転中の冷熱機器に対して台数切替を指令する制御装置10で実行される処理について説明する。制御装置10による制御は、ある時間間隔(例えば1分)をもった制御実施時刻を示すインデックスとして、制御タイミングt、t+1、t+2、…と表すものとする。
現在、制御タイミングtであったとする。冷熱負荷演算部104は、冷熱負荷データD102から次の制御タイミングt+1の全体冷熱負荷Lを求める。
具体的には次のように演算して求める。まず、運転情報データD103に基づいて運転中の冷熱機器を得る。そして、冷熱負荷データD102から、運転中の冷熱機器の冷熱負荷を得て、その合計値を全体冷熱負荷Lとしてメモリ上の変数に求める。得られた全体冷熱負荷Lをデータ格納部101の変数に書き込む。
現在の冷熱機器の運転台数から冷熱機器を1台増加させる場合の切替負荷Linc ’と切替後の運転機それぞれの空調能力Qk,inc を求める。ここで、Linc ’が、本発明における第一の切替負荷に相当する。
現在の冷熱機器の運転台数から冷熱機器を1台減少させる場合の切替負荷Ldec ’と切替後の運転機の空調能力Qk,dec を求める。(S102)と同様の手順で、式(17)と式(22)に基づいた演算により求める。ここで、Ldec ’が、本発明における第二の切替負荷に相当する。
運転機決定部106が、データ格納部101に格納されている全体冷熱負荷Lと運転台数1台増加時の切替負荷Linc ’を読み出してメモリ上の変数にセットし、次式(24)の評価を行う。式(24)が成立するときは(S105)へ遷移し、不成立のときは(S106)へ遷移する。
制御信号送出部107が、データ格納部101に格納されている運転台数1台増加時の各冷熱機器の空調能力Qk,inc (k=1、2、3、4)を読み出して、冷熱機器No1,2,3,4に対して運転指令(例えば1)及びQ1,inc ,Q2,inc ,Q3,inc ,Q4,inc を、次の制御タイミングt+1の制御信号として送出する。
運転機決定部106が、データ格納部101に格納されている全体冷熱負荷Lと運転台数1台減少時の切替負荷Ldec ’を読み出してメモリ上の変数にセットし、次式(25)の評価を行う。式(25)が成立するときは(S107)へ遷移し、不成立のときは(S108)へ遷移する。
制御信号送出部107が、データ格納部101に格納されている運転台数1台減少時の各冷熱機器の空調能力Qk,dec (k=1、2)を読み出して、冷熱機器No1,2に対しては運転指令(例えば1)及びQ1,dec ,Q2,dec を、制御タイミングtで運転していた冷熱機器No3に対しては停止指令(例えば0)を次の制御タイミングt+1の制御信号として送出する。
制御信号送出部107が、運転台数切替の必要性がないため、制御タイミングtの運転状態を継続するための制御信号(例えば−1)を次の制御タイミングt+1の制御信号として送出する。
制御タイミングtの一連の処理を終了して、次の制御タイミングt+1の処理に向けて(S101)に戻る。
実施の形態2に係る制御装置10は、実施の形態1よりもさらに精度良く運転台数を選択することによって一層の省エネルギー化を実現するため、室内機2及び熱源機3の設置環境の温度を反映した性能曲線を高精度に推定する機能を具備したことを特徴とする。
なお、本実施の形態2に係る制御装置10に必要な冷熱機器システム200の全体構成は図1に示す構成図と同じである。
図9に示すように、本実施の形態2における制御装置10は、上記実施の形態1の構成から性能モデルデータ記憶部102を環境変化演算多項式係数記憶部108に変更し、さらに性能モデル多項式係数演算部109を備えている。つまり、本実施の形態2に係る制御装置10は、実施の形態1に示した性能モデルデータ記憶部102として、環境変化演算多項式係数記憶部108及び性能モデル多項式係数演算部109を備えている。
以下、フローチャートにしたがって説明をする。
前記、実施の形態1で説明した内容と同じである。
まず、データ設定部103は、環境変化演算多項式係数記憶部108にあらかじめ記憶されている環境変化演算多項式係数データD104と温度データD105を参照する。そして、データ設定部103が、参照した環境変化演算多項式係数データD104と温度データD105を、初期データとして設定して演算の初期化を実行する。このとき、近似多項式に基づいた演算を実行するように用意された代入のためのETk 、CTk 、γk 、及び、結果として得られるak ,bk ,ck (k=1、2、3、4)に相当する変数も初期化を実行する。
Claims (4)
- 同一空間を空調対象空間として設置された複数の冷熱機器を制御する制御装置であって、
複数の前記冷熱機器ごとに、空調能力と消費電力との関係を表す第一の多項式の係数を少なくとも含む性能モデルデータが記憶される性能モデルデータ記憶手段と、
複数の前記冷熱機器の冷熱負荷の合計値である全体冷熱負荷を求める全体冷熱負荷演算手段と、
前記第一の多項式の係数により表現された数式に前記第一の多項式の係数を代入し、「現在運転中の前記冷熱機器全体の成績係数」と「現在運転中の前記冷熱機器に運転する前記冷熱機器を1台加えた場合の成績係数」とが等しくなる全体冷熱負荷である第一の切替負荷と、「現在運転中の前記冷熱機器全体の成績係数」と「現在運転中の前記冷熱機器から運転する前記冷熱機器を1台減少させた場合の成績係数」とが等しくなる全体冷熱負荷である第二の切替負荷と、を求める切替負荷演算手段と、
前記全体冷熱負荷と前記第一の切替負荷及び前記第二の切替負荷との大小を比較することにより、運転させる前記冷熱機器の台数を決定する運転機決定手段と、
運転、停止及び運転する際の空調能力に関する制御信号を、複数の前記冷熱機器のそれぞれに送出する制御信号送出手段と、
を備えたことを特徴とする制御装置。 - 前記冷熱機器のそれぞれは、前記空調対象空間に設置された室内機、及び、前記空調対象空間の外部に設置された熱源機を備えたものであり、
前記室内機の設置環境の温度を計測する第一の温度検出手段と、
前記熱源機の設置環境の温度を計測する第二の温度検出手段と、
を備え、
前記性能モデルデータ記憶手段は、
前記室内機の設置環境の温度及び前記熱源機の設置環境の温度を変数として前記第一の多項式の係数を演算する少なくとも二次以上の項を含む第二の多項式の係数を記憶する環境変化演算多項式係数記憶手段と、
前記第一の温度検出手段の計測値データ、前記第二の温度検出手段の計測値データ及び前記第二の多項式の係数を前記第二の多項式に代入することにより、前記第一の多項式の係数を演算する性能モデル多項式係数演算手段と、
を具備することを特徴とする請求項1記載の制御装置。 - 第二の多項式の係数は、
前記室内機の設置環境の温度及び前記熱源機の設置環境の温度に基づいて分割された複数の領域ごとに記憶されていることを特徴とする請求項2に記載の制御装置。 - 同一空間を空調対象空間として設置された複数の冷熱機器と、
複数の前記冷熱機器を制御する請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の制御装置と、
を備えたことを特徴とする冷熱機器システム。
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