JP2016061487A

JP2016061487A - 空調システムの最適起動制御装置および空調システムの最適起動制御方法

Info

Publication number: JP2016061487A
Application number: JP2014189710A
Authority: JP
Inventors: 雅之米田; Masayuki Yoneda
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】予冷／予熱運転を高効率化し、省エネルギー運転を実現する。
【解決手段】室内機と室外機で構成されたビル用パッケージエアコンとして機能する空調システムの起動時において、始業時刻における室内温度が、あらかじめ設定された目標温度となるように、始業時刻より前の予冷／予熱運転開始時刻から予冷制御あるいは予熱制御を行う制御部（１０）を備え、制御部は、予冷制御あるいは予熱制御を行うに当たって、室外機のエネルギー消費効率が最高となるように、室外機の冷房能力あるいは暖房能力を制限して運転を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、ビル用パッケージエアコンとして機能する空調システムにおいて、予冷／予熱運転で使用する電力を最小化するための最適起動制御装置および最適起動制御方法に関する。

パッケージエアコンは、室外機と室内機で構成されており、１台の室外機に対して、複数台の室内機がつながる系統となる。このような系統では、ほとんどの電力が室外機で使用されている。このため、室外機の電力使用量を低減することが、パッケージエアコンの系統全体の省エネを図ることになる。また、省エネを図るためには、予冷／予熱運転を行うための起動時刻を最適化することも重要であり、いくつかの従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。

近年のパッケージエアコンでは、室外機部分にヒートポンプを利用して、冷房暖房機能を実現している。ここで、ヒートポンプは、圧縮機、膨張弁、熱交換器から構成される。ヒートポンプ機能は、圧縮機を使って冷媒（エアコンガス）に高圧をかけて圧縮することにより高温を発し、液体に変化させ、この液化した気体を常圧で気体に戻すことで、周りから熱を奪うものである。このような流れを切り替えることで、冷暖房機能を実現している。

室外機部分の圧縮機は、インバータを利用して、冷房能力および暖房能力を、５０〜１００％の範囲で制御している。消費電力とヒートポンプ能力から算出されるエネルギー消費効率は、室外機のインバータのエネルギー効率が５０〜６０％のエリアで最大となる。

特開２０１０−１４５０７０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
ビル用パッケージエアコンは、標準機能として、起動時の予冷機能および予熱機能を搭載している。そして、自動運転では、朝の運転開始時に予冷／予熱運転を行い、指定時刻までに、設定温度に達するように、エアコンを運転している。

ここで、予冷／予熱運転を開始する時刻に相当する運転開始時刻の設定値は、入力後は固定であり、外気温度による変動は、考慮されていない。また、室内温度は、室外の気温により変動するため、目標温度への到達時間が変化する。しかしながら、目標温度への到達時間は、指定時刻である始業時刻を超えることはできないため、余裕を持った運転開始時刻を設定する必要がある。このため、設定温度に到達した時刻から始業時刻までの間は、無人室内で運転する過剰電力が発生してしまうこととなる。

ビル用パッケージエアコンの運転時の最高効率範囲は、上述したように、インバータ能力の５０〜６０％前後である。すなわち、メーカー標準機能である１００％運転では、過剰な使用電力が発生してしまう。しかしながら、従来は、インバータ能力の最大値で、予冷／予熱運転を行っており、予冷／予熱運転を高効率化し、省エネルギー運転を実現することが望まれていた。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、予冷／予熱運転を高効率化し、省エネルギー運転を実現することのできる空調システムの最適起動制御装置および空調システムの最適起動制御方法を得ることを目的とする。

本発明に係る空調システムの最適起動制御装置は、室内機と室外機で構成されたビル用パッケージエアコンとして機能する空調システムの起動時において、始業時刻における室内温度が、あらかじめ設定された目標温度となるように、始業時刻より前の予冷／予熱運転開始時刻から予冷制御あるいは予熱制御を行う制御部を備えた空調システムの最適起動制御装置であって、制御部は、予冷制御あるいは予熱制御を行うに当たって、室外機のエネルギー消費効率が最高となるように、室外機の冷房能力あるいは暖房能力を制限して運転を行うものである。

また、本発明に係る空調システムの最適起動制御方法は、室内機と室外機で構成されたビル用パッケージエアコンとして機能する空調システムの起動時において、始業時刻における室内温度が、あらかじめ設定された目標温度となるように、始業時刻より前の予冷／予熱運転開始時刻から予冷制御あるいは予熱制御を行う制御部を備えた空調システムで実行される、空調システムの最適起動制御方法であって、制御部において、予冷制御あるいは予熱制御を行うに当たって、室外機のエネルギー消費効率が最高となるように、室外機の冷房能力あるいは暖房能力を制限して運転を行う能力上限セーブステップを有するものである。

本発明によれば、室外機のエネルギー効率が最大となる状態に近づくように、室外機の冷房／暖房能力の上限を制限して予冷／予熱運転を実行することで、始業前の予冷／予熱電力を低く抑えることにより、予冷／予熱運転を高効率化し、省エネルギー運転を実現することのできる空調システムの最適起動制御装置および最適起動制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるビル用パッケージエアコンの予冷／予熱制御の一連動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１におけるビル用パッケージエアコンの予冷／予熱制御による省エネ効果を説明するための図である。

以下、本発明の空調システムの最適起動制御装置および空調システムの最適起動制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態では、空調システムとして、ビル用パッケージエアコンを一例として、始業時刻までに、あらかじめ設定された室内温度となるように、予冷／予熱制御を高効率で実現する方法について、具体的に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるビル用パッケージエアコンの予冷／予熱制御の一連動作を示すフローチャートである。なお、この図１のフローチャートによる一連の制御は、図示していないが、ビル用パッケージエアコン向け制御部１０で実行されるものとして、以下に説明する。

ステップＳ１０１において、制御部１０は、現在時刻が、予冷機能あるいは予熱機能の制御処理をスタートさせるためにあらかじめ設定された処理開始時刻に到達したかどうかを判断する。制御部１０は、この判断を、例えば、１分ごとに実行することができる。そして、制御部１０は、現在時刻が処理開始時刻と等しくなったと判断すると、ステップＳ１０２の処理に進む。

次に、ステップＳ１０２において、制御部１０は、あらかじめ備えているカレンダー機能を利用して、今日が平日か休日かを判断する。そして、休日の場合には、制御部１０は、予冷／予熱運転を実行することなく、後述するステップＳ１０８の処理に進む。一方、平日の場合には、制御部１０は、予冷／予熱運転を実行するために、ステップＳ１０３の処理に進み、室外機の配下にある複数の室内機に対して、予冷／予熱運転の準備を行うこととなる。

次に、ステップＳ１０３において、制御部１０は、今日の日付に対応して、最適運転設定テーブルとしてあらかじめ設定されている夏季／冬季における予冷／予熱運転開始時刻ｔ０、および始業時刻ｔｓにおける設定温度ＴＥＭＰ１に関するデータを取得する。

そして、今日の日付に対応して、予冷運転開始時刻ｔ０が設定されている場合には、制御部１０は、ステップＳ１０４の処理に進み、予冷最適モード制御による冷房運転を実行する。より具体的には、ステップＳ１０４において、制御部１０は、現在時刻が予冷運転開始時刻ｔ０になったことで、始業時刻ｔｓにおける設定温度ＴＥＭＰ１を目標温度として、予冷最適モード制御による冷房運転を開始するとともに、予冷運転開始時刻ｔ０と、その時刻ｔ０における吸込温度ＴＥＭＰ０を関連づけて、記憶部に記憶しておく。そして、制御部１０は、ステップＳ１０６の処理に進む。

一方、今日の日付に対応して、予熱運転開始時刻ｔ０が設定されている場合には、制御部１０は、ステップＳ１０５の処理に進み、予熱最適モード制御による暖房運転を実行する。より具体的には、ステップＳ１０５において、制御部１０は、現在時刻が予熱運転開始時刻ｔ０になったことで、始業時刻ｔｓにおける設定温度ＴＥＭＰ１を目標温度として、予熱最適モード制御による暖房運転を開始するとともに、予熱運転開始時刻ｔ０と、その時刻ｔ０における吸込温度ＴＥＭＰ０を関連づけて、記憶部に記憶しておく。そして、制御部１０は、ステップＳ１０６の処理に進む。

次に、ステップＳ１０６において、制御部１０は、予冷最適モード制御による冷房運転、あるいは予熱最適モード制御による暖房運転を継続するとともに、最適モード制御を行うことで設定温度ＴＥＭＰ１に到達した時刻ｔ１を、記憶部に記憶しておく。

ここで、本発明において、制御部１０は、予冷最適モード制御による冷房運転、あるいは予熱最適モード制御による暖房運転を実行するに当たって、室外機のＩＮＶ周波数を６０％として（すなわち、室外機のエネルギー効率に相当する冷房能力／暖房能力を６０％として）、運転制御を実行することで、予冷／予熱運転を高効率化し、省エネルギー運転を実現している。

そして、ステップＳ１０７において、制御部１０は、現在時刻が始業時刻に到達したか否かを判断し、到達した場合には、ステップＳ１０９の処理に進む。また、制御部１０は、先のステップＳ１０２において、今日が休日であると判断してステップＳ１０８の処理に進んだ場合にも、現在時刻が始業時刻に到達したか否かを判断し、到達した場合には、ステップＳ１０９の処理に進む。

次に、ステップＳ１０９において、制御部１０は、始業時刻以降の運転モードを、室外機のエネルギー効率を制限する最適制御モードから、制限を外した通常モード制御に移行させ、空調制御を行うこととなる。また、このステップＳ１０９において、制御部１０は、今回の予冷／予熱運転により得た実績データに基づいて、翌日以降に行う予冷／予熱運転の開始時刻を修正する最適開始時刻演算処理を実行することができ、その詳細を次に説明する。

先の図１に示した一連処理により予冷／予熱運転を行うことで、制御部１０は、以下のような実績データを取得でき、その実績データが記憶部に記憶されている。
ｔ０：予冷／予熱運転開始時刻
ｔ１：予冷／予熱運転を行うことで、室内温度が、始業時刻における設定温度（目標温度）に到達した時刻
ｔｓ：始業時刻（通常モードの運転を開始する時刻）
ＴＥＭＰ０：予冷／予熱運転開始時刻ｔ０における吸込温度
ＴＥＭＰ１：始業時刻ｔｓにおける設定温度

そこで、制御部１０は、これらの実績データに基づいて、下式（１）により、温度変化に要した時間係数を算出する。
時間係数ｋ＝所要時間Δｔ／温度変化量ΔＴＥＭＰ（１）
ここで、所要時間Δｔ、温度変化量ΔＴＥＭＰは、それぞれ、下式（２）、（３）で求まる値である。
所要時間Δｔ＝設定温度に到達した時刻ｔ１−予冷／予熱運転開始時刻ｔ０（２）
温度変化量ΔＴＥＭＰ＝設定温度ＴＥＭＰ１−予冷／予熱運転開始時刻ｔ０における吸込温度ＴＥＭＰ１（３）

そして、制御部１０は、算出した時間係数ｋを用いて、今後、予冷／予熱運転を行う際に必要となる時間ＴＯＮを、下式（４）により推定することができる。
必要時間ＴＯＮ＝（始業時刻における設定温度−予冷／予熱運転開始時の現在温度）
×時間係数（４）

従って、翌日以降に予冷／予熱運転を行う際には、制御部１０は、実績データに基づく時間係数ｋを用いて、室外機のエネルギー効率を制限する最適制御モードにより、現在温度から設定温度にするために必要な時間ＴＯＮを算出できる。そして、制御部１０は、始業時刻ｔｓから必要な時間ＴＯＮを遡った時刻を、実績データに基づく予冷／予熱運転開始時刻として推定することができる。

なお、始業時刻において、確実に設定温度となるように予冷／予熱運転を行うために、制御部１０は、余裕時間を加味して予冷／予熱運転開始時刻を設定することもできる。また、時間係数ｋは、１日分の実績データに基づくばかりでなく、複数日の実績データを元にそれぞれ算出した時間係数ｋの平均値を算出するなど、複数のデータによる統計処理に基づいて算出することも可能である。

図２は、本発明の実施の形態１におけるビル用パッケージエアコンの予冷／予熱制御による省エネ効果を説明するための図である。従来は、予冷／予熱運転を行う際に、通常モード運転を行い、室外機のエネルギー効率を１００％としていた。これに対して、本実施の形態１では、予冷／予熱運転を行う際に、最適モード運転を行い、室外機のエネルギー効率を、一例として６０％に制限している。この結果、予冷／予熱運転を、従来よりも高効率で実行することが可能となる。

なお、上述した実施の形態では、予冷／予熱運転を行う際に、室外機のエネルギー効率を６０％に制限する場合について説明したが、これはあくまでも一例に過ぎず、室外機のエネルギー効率が最大により近づくような状態で、冷暖房能力の上限をセーブして予冷／予熱運転を制御することが主題である。

また、実績データに基づいて時間係数ｋを算出し、翌日以降の予冷／予熱運転開始時刻を適正化していくことで、設定温度に到達した時刻から始業時刻までの時間差を短くすることができ、無人室内で運転する過剰電力の発生を抑制することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、室外機のエネルギー効率が最大となる状態に、室外機の冷房能力／暖房能力を制限して予冷／予熱運転を実行することで、始業前の予冷／予熱電力を低く抑えることができる。さらに、実績データに基づいて、翌日以降の予冷／予熱運転開始時刻を修正できる機能を有している。この結果、予冷／予熱運転を高効率化し、省エネルギー運転を実現することのできる空調システムの最適起動制御装置および空調システムの最適起動制御方法を得ることができる。

１０制御部

Claims

室内機と室外機で構成されたビル用パッケージエアコンとして機能する空調システムの起動時において、始業時刻における室内温度が、あらかじめ設定された目標温度となるように、前記始業時刻より前の予冷／予熱運転開始時刻から予冷制御あるいは予熱制御を行う制御部を備えた空調システムの最適起動制御装置であって、
前記制御部は、前記予冷制御あるいは前記予熱制御を行うに当たって、前記室外機のエネルギー消費効率が最高となるように、前記室外機の冷房能力あるいは暖房能力を制限して運転を行う
空調システムの最適起動制御装置。
前記制御部は、前記予冷制御あるいは前記予熱制御を実行した際の実績データとして、
前記予冷／予熱運転開始時刻ｔ０と、
前記予冷／予熱運転開始時刻における室内温度ＴＥＭＰ０と、
前記目標温度ＴＥＭＰ１と、
室内温度が前記目標温度に到達した時刻ｔ１と
を記憶しておき、時間係数ｋを、
ｋ＝（ｔ１−ｔ０）／（ＴＥＭＰ１−ＴＥＭＰ０）
として算出し、前記予冷制御あるいは前記予熱制御を次回実行する際に、実行開始時における現在温度と目標温度、および算出した前記時間係数ｋを用いて予冷／予熱運転開始時刻を推定する機能を有し、推定した前記予冷／予熱運転開始時刻から前記予冷制御あるいは前記予熱制御の実行を開始する
請求項１に記載の空調システムの最適起動制御装置。
前記制御部は、冬季、夏季の２シーズンに対応して、それぞれの日ごとに予冷運転開始時刻あるいは予熱運転開始時刻のいずれか一方が設定されているカレンダーデータに基づいて、前記予冷運転開始時刻が設定されている日は、前記室外機の前記冷房能力を制限して前記予冷制御を行い、前記予熱運転開始時刻が設定されている日は、前記室外機の前記暖房能力を制限して前記予熱制御を行う
請求項１または２に記載の空調システムの最適起動制御装置。
前記制御部は、カレンダーデータに基づいて休日と判断した日は、前記予冷制御あるいは前記予熱制御を行わず、現在時刻が前記始業時刻に到達した時点から、前記室外機の前記冷房能力あるいは前記暖房能力を制限せずに通常モードで運転を行う
請求項３に記載の空調システムの最適起動制御装置。
室内機と室外機で構成されたビル用パッケージエアコンとして機能する空調システムの起動時において、始業時刻における室内温度が、あらかじめ設定された目標温度となるように、前記始業時刻より前の予冷／予熱運転開始時刻から予冷制御あるいは予熱制御を行う制御部を備えた空調システムで実行される、空調システムの最適起動制御方法であって、
前記制御部において、前記予冷制御あるいは前記予熱制御を行うに当たって、前記室外機のエネルギー消費効率が最高となるように、前記室外機の冷房能力あるいは暖房能力を制限して運転を行う能力上限セーブステップ
を有する空調システムの最適起動制御方法。