JP2016195555A - 温度管理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】温度調節手段を備えた温度管理システムにおいて、ハウス外の外気温が所定の基準温度以下に低下しても、ハウス内温度を適切に保つ。【解決手段】温度管理システム10は、ヒートポンプ式の空調機22と加温器28と、室内温度検出部32と、外気温度検出部34と、前記ハウス内の設定温度を含む各種条件を設定する操作パネル60と、制御部52を備えている。そして、前記制御部52は、前記外気温度検出部34により検出されたハウス12外の外気温が、所定の外気基準値を下回ったときに、前記操作パネル60で設定された設定温度に、前記外気温に応じた加算値を加えて前記設定温度を補正する。そして、当該補正後の設定温度に基づいて、前記空調機22や加温器28の運転を制御して、外気温の低下に応じてハウス12内温度を適切に上げる。前記空調機22を最大限稼働させることで、コストを削減する。【選択図】図1

Description

本発明は、植物栽培等に用いられる施設用の温度管理システムに関し、更に具体的には、ヒートポンプと、重油暖房機等の加温器とを併用するシステムの温度制御に関するものである。
重油価格が高騰し、秋から春にかけての暖房の経費が上昇して生産者が困っているため、国などから電気を利用したエアコン(ヒートポンプ)に補助金がでるようになっている。しかしながら、エアコンを重油暖房に相当する台数を入れるためには、初期費用と毎月の基本料金があがってしまう。そこで、厳寒期以外はヒートポンプで、厳寒期の夜などはヒートポンプに加えて重油暖房を同時起動させてまかなっている。
現在、世の中に普及しているエアコンの大部分は、ほとんど例外なくインバータで制御されている。そして、インバータ制御のエアコンは設定温度と実温のギャップが大きくなるほど出力を高め、そのギャップがおよそ10℃以上になると全力で運転するようになっている。つまり、ハウス(施設)内の温度を20℃に保ちたいときにエアコンの設定温度を20℃にしてしまうと、ハウス内の温度が10℃まで下がらなければ、エアコンは全力で運転しないということになる。
もちろん、ハウスの大きさに対してエアコンの暖房能力が十分あれば必ずしも全力で運転する必要はないが、エアコンだけでハウス内温度を設定通りに維持するには、かなりの初期投資が必要となる。そのため、一般的には、上述したように重油暖房機等の加温器と組み合わせて、エアコンの能力が不足するときだけ重油暖房機を用いるハイブリット暖房方式をとっている。ところが、インバータの働きによって以下の問題が発生し、エアコンを導入しても思い通りに重油が削減できていないケースが多数報告されている。
また、ヒートポンプ(エアコン)と重油暖房機を併用し、効率良く燃料費を削減するための技術として、例えば、下記特許文献1に記載の屋内温度制御システムがある。当該技術によれば、第1温度センサを有するエアーコンディショナと第2温度センサと冷却装置を有する温度制御装置と第3温度センサを有する重油焚暖房機からなる屋内温度制御システムにおいて、前記温度制御装置に予め設定した所望の第2設定温度に前記第2温度センサが感知する第2感知温度が満たない場合は、前記冷却装置を稼働させて前記第1温度センサを冷却し、前記エアーコンディショナを全力運転させることが開示されている。
特開2014−60950号公報
しかしながら、上述したエアコンと重油暖房機を併用する背景技術には、次のような問題がある。
(a)ハウス内の温度が少し下がった程度ではエアコンが全力で運転しないため、ハウス内の温度低下に歯止めがかからず、すぐに重油暖房機が稼働してしまう。
(b)重油暖房機は、微妙な温度コントロールがしづらい設備であるため、ひとたび重油暖房機が稼働するとハウス内の温度が上昇に転じ、エアコンの設定温度とハウス内温度の差が小さくなることでエアコンは出力を下げるため、重油暖房機の稼働時間が必要以上に長くなってしまう。場合によっては、エアコンが頻繁に止まってしまう。
(c)エアコンが霜取りに入ると重油暖房機が稼働し、霜取りが終わった時点で、設定温度とハウス内温度の差が小さくなることでエアコンは出力を下げるため、両方が運転した状態となる。これを解決するために、エアコンの独立数を増やし、霜取りが重ならないようにするとなると、設備投資や基本料金が高くなってしまう。
上記(a)〜(c)について、(1)エアコンの設定温度を上げて解決を図ろうとした場合を考えてみる。例えば、ハウス内を20℃に保ちたい場合には、エアコンの設定温度を30℃に設定するということになる。この場合、ハウス内の温度が30℃より下がると、全力ではなくてもエアコンが稼働し始めるため、必要以上にハウスを暖めてしまい、電気代も無駄にかかってしまう。特に、外気が暖かい日は、ハウス内が設定通り30℃近くになってしまう可能性もあり、得策とはいえない。では、エアコンを20℃程度に設定すればよいかというと、今度は逆に寒い時に能力が足らず、重油が頻繁に燃えてしまうことになる。つまり、外気の寒暖に応じてエアコンの設定温度を適切に調整する必要があるが、これをハウスに設置した全てのエアコンに対して日々手動で行うことは至難の業である。
次に、(2)エアコンの設置台数を増やして解決を図る場合を考えてみる。すると、本願出願時点における試算によると、ハウス内温度を保つために必要な総熱量を「電気:重油=8:2」の割合で分担するのが最も経済的である。その割合を超えてエアコンの台数を増やしてしまうと、台数に比例して、初期投資と日々の電気代(基本料金)が増えるため逆に不経済となってしまう。更に、上述した特許文献1に記載の技術では、エアコンと重油暖房機のほかに、前記温度制御部に冷却装置を別途もうけなければならず、エアコンの台数が増えるほど、システム全体が大掛かりとなってしまう。
本発明は、以上のような点に着目したもので、植物栽培等に用いられる施設において、ハウス外の外気温が低下しても、ハウス内温度を適切に保つことができる温度管理システムを提供する。他の目的は、ヒートポンプと加温器を併用した前記温度管理システムにおいて、前記ヒートポンプの稼働率を高めることである。なお、ここでいう加温器とは、上述した重油暖房機のみならず、灯油やLPGなどの化石燃料や、バイオマス燃料などの公知の燃料を用いるもの全般を意味するものとする。
本発明は、植物が生育されるハウス内の温度管理を行う温度管理システムであって、暖房,冷房のいずれか又は両方によって、前記ハウス内の温度調節を行う温度調節手段と、前記ハウス内の温度を検出する室内温度検出手段と、前記ハウス外の温度を検出する室外温度検出手段と、前記ハウス内の設定温度を含む前記温度調節手段の運転制御機能に関する条件を設定する設定手段と、前記室外温度検出手段により検出されたハウス外の外気温が、所定の外気基準値を下回ったときに、前記設定手段により設定された設定温度に、前記外気温の低下に応じた加算値を加えて前記設定温度を補正し、該補正後の設定温度に基づいて、前記温度調節手段の運転を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
主要な形態の一つは、前記制御手段は、前記室外温度検出手段により検出された外気温が、前記外気基準値を下回ったときは、前記外気基準値と検出された外気温の差に、所定の係数を乗じて加算値を算出し、該算出された加算値を、前記設定温度に加えて、前記補正後の設定温度とすることを特徴とする。
他の形態は、前記温度調節手段が、燃料の燃焼により加温する加温器と、ヒートポンプ式の空調機と、を含んでおり、前記制御手段は、前記補正後の設定温度が得られたときは、該補正後の設定温度に基づいて、前記空調機の運転を制御することを特徴とする。更に他の形態は、前記制御手段は、前記加温器の運転のON・OFFを監視し、前記加温器の運転がOFFになった時点から、前記ハウス内の温度変化を監視し、前記室内温度が、前記空調機の運転を停止する温度として設定されている空調機OFF点を超えた時点から一定時間は前記空調機の運転を継続し、前記一定時間経過時に、前記室内温度が前記空調機OFF点を下回っていれば前記空調機の運転を継続し、前記室内温度が前記空調機OFF点を下回っていなければ前記空調機の運転を停止することを特徴とする。あるいは、前記制御手段は、前記室外温度検出手段により検出されたハウス外の外気温が、前記外気基準値を下回るときは、前記加温器の運転がOFFになった時点から、前記ハウス内の温度変化を監視し、前記一定時間経過時を判断の基準とする運転制御に替えて、前記室内温度が、前記空調機OFF点を2回目に超えたときに、前記空調機の運転を停止することを特徴とする。
更に他の形態は、前記空調機が複数台あるときに、前記制御手段は、前記複数台の空調機の運転を監視し、いずれかの空調機が除霜に入ったことを検知したら、除霜中と、除霜終了後の一定時間の間は、前記設定温度に所定の除霜時加算値を加え、該除霜時加算値を加えた後の設定温度に応じて、除霜中以外の空調機の運転を制御することを特徴とする。更に他の形態は、前記空調機が、電気式のヒートポンプであり、前記制御手段に、デマンドメータからの信号入力が可能であって、前記制御手段は、入力された信号を監視し、電力の使用量の上限を超える前に、前記空調機の運転を停止し、デマンド値が回復するまでは、前記加温器のみを運転することを特徴とする。
更に他の形態は、前記空調機が、電気式のヒートポンプであり、前記制御手段からの送信信号を、前記ヒートポンプが受信可能なときは、前記制御手段は、前記ヒートポンプ自身が有する停止温度の設定値そのものを調節することを特徴とする。更に他の形態は、前記空調機が、電気式のヒートポンプであるときに、前記制御手段は、電気の深夜料金と昼間料金、および前記加温器の燃料費から、前記空調機と加温器の運転費用を時間帯ごとに算出し、いずれか安く運転できる方を運転し、他方の運転を停止する切替機能を有することを特徴とする。更に他の形態は、前記空調機が、ガス式のヒートポンプであるときに、前記制御手段は、ガスの料金と、前記加温器の燃料費から、前記空調機と加温器の運転費用を算出し、いずれか安く運転できる方を運転し、他方の運転を停止する切替機能を有することを特徴とする。
更に他の形態は、前記ハウスが換気手段を有しており、前記制御手段は、前記換気手段の動作を監視し、該換気手段の運転中と、運転停止後の一定時間は、前記温度調節手段による加温を行わないことを特徴とする。更に他の形態は、前記設定手段は、一日を経時的に任意の複数のステップに区切り、各ステップの開始時刻と、各ステップにおけるハウス内の温度を設定可能であることを特徴とする。更に他の形態は、前記制御手段は、前記設定手段による勾配昇温の指定があったときには、設定温度の低いステップから、設定温度の高いステップに移行する際に、徐々に温度が上がるように前記設定温度を修正し、該修正後の設定温度に基づいて、前記温度調節手段の運転を制御することを特徴とする。更に他の形態は、前記運転制御機能が、前記温度調節手段の入点,外気基準,シフト温度,シフト運転時間,換気遅延,温度調節手段の感度,勾配昇温,オーバーシュート時間,除霜時能力落ち込みの設定、を含むことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
本発明によれば、植物が生育されるハウス内の温度管理を行うシステムが、暖房,冷房のいずれか又は両方によって、前記ハウス内の温度調節を行う温度調節手段と、前記ハウス内の温度を検出する室内温度検出手段と、前記ハウス外の温度を検出する室外温度検出手段と、前記ハウス内の設定温度を含む前記温度調節手段の運転制御機能に関する条件を設定する設定手段と、前記室外温度検出手段により検出されたハウス外の外気温が、所定の外気基準値を下回ったときに、前記設定手段により設定された設定温度に、前記外気温の低下に応じた加算値を加えて前記設定温度を補正し、該補正後の設定温度に基づいて、前記温度調節手段の運転を制御する制御手段と、を備えたこととした。このため、外気温の低下に応じて室内温度を適切に上げることができる。
また、温度調節手段として、燃料の燃焼により加温する加温器と、ヒートポンプ式の空調機を併用し、前記補正後の設定温度に基づいて前記空調機の運転を制御することとしたので、空調機の稼働率を高め、不足分のみ加温器も運転することとしたので、省エネに効果がある。更に、電気料金及び燃料価格の変動に応じて、前記空調及び前記加温器の稼働状態を切り替え可能としたので、コスト低減が可能である。
本発明の実施例1の温度管理システムの全体構成を示すブロック図である。 前記温度管理システムの操作パネルの一例を示す図である。 前記実施例1における各ステップの開始時刻と室内設定温度の設定例を示す図である。 前記実施例1における温度の2位置制御の一例を示す図であり、(A)は暖房時の加温器の制御例を示す図,(B)は冷房時のヒートポンプの制御例を示す図である。 前記実施例1における外気シフト補正の外気温度と加算値の関係を示すグラフである。 前記実施例1におけるヒートポンプのオーバーシュート対応機能の一例を示す図である。 前記実施例1におけるヒートポンプのオーバーシュート対応機能の他の一例を示す図である。 前記実施例1の温度管理の全体処理の一例を示すフローチャートである。 前記実施例1の換気装置作動監視処理の一例を示すフローチャートである。 前記実施例1の外気基準補正後設定計算の一例を示すフローチャートである。 前記実施例1の除霜による能力落ち込み補正処理の一例を示すフローチャートである。 前記実施例1の加温器制御の一例を示すフローチャートである。 前記実施例1のヒートポンプ制御の一例を示すフローチャートである。 前記実施例1のヒートポンプが信号付きの場合の暖房時の制御の一例を示すフローチャートである。 前記実施例1のヒートポンプが信号付きの場合の冷房時の制御の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
最初に、図1〜図15を参照しながら本発明の実施例1を説明する。
<本実施例のシステム構成>・・・最初に、図1を参照して、本実施例の植物栽培用等のハウス内の温度管理システム(以下「温度管理システム」とする)の構成について説明する。図1は、本実施例のシステム構成を示す図である。本実施例の温度管理システム10は、植物が生育されるハウス内の温度管理を行うものであって、図1に示すように、ハウス12の内外に設けられる各種装置と、該各種装置の運転を制御する制御部52を備えた制御装置50により構成されている。
図1に示すように、植物が栽培されるハウス12内には、ヒートポンプ式の空調機22の室内機24と、燃料の燃焼によりハウス12内を加熱する加温器28と、換気扇などの換気装置30と、ハウス12の室内温度を検出する室内温度検出部32が設けられている。警報機36については後述する。また、前記ハウス12外には、前記空調機22の室外機26と、ハウス12の外気温を検出する外気温度検出部34が設けられている。前記空調機22は、冷房及び暖房の双方が可能であり、前記加温器28は暖房機能のみを有している。このほか、前記ハウス12の外部には、前記空調機22が電気式ヒートポンプであるときに、そのデマンド値等を計測するデマンドメータ42を備えた外部監視器40が必要に応じて設けられる。前記空調機22,加温器28,換気装置30,室内温度検出部32,外気温度検出部34,警報機36,外部監視器40は、後述する制御装置50の制御部52に接続されている。なお、前記加温器28は、化石燃料(重油、灯油、LPGなど)やバイオマス燃料など、燃料の燃焼により加温できるものであれば、どのようなものであってもよい。
前記制御装置50は、本実施例では、前記ハウス12の外部に設けられており、各種演算処理や信号の入出力を行うための制御部52を中心に構成されている。また、前記制御部52は、前記制御装置50内に設けられた操作パネル60,メモリ70,時計80,タイマ82に接続されている。前記操作パネル60は、入力部62と表示部64を備えており、前記ハウス12内の設定温度などの各種条件を設定するものである。前記メモリ70には、前記操作パネル60によって入力された設定情報を記憶した設定情報部72と、前記室内温度検出部32や外気温度検出部34で検出した測定情報などを記憶した測定情報部74が含まれる。
<操作パネルの構成>・・・図2には、前記操作パネル60の一例が示されている。同図に示す各種入力部・表示部について説明すると以下の通りである。温度表示器100は、通常は、前記室内温度検出部32による測定温度を表示する。また、最下位桁のドットポイントは、前記加温器28をONにしたときの温度上昇中に点灯し、温度降下の判断により消灯し、各種条件の設定中はパラメータの値を表示する。出力モニターランプ102は、空調機22が冷房として機能しているときに点灯する冷房ランプ102aと、前記空調機22が暖房として機能しているときに点灯するHPランプ102bと、前記加温器28が運転しているときに点灯する加温ランプ102cと、前記警報機36への出力がONになっているときに点灯する警報ランプ102dを含んでいる。また、図示の例では、前記出力モニターランプ102の下には、前記外部監視器40からの入力がONになったときに点灯する外部入力ランプ104が設けられている。
前記温度表示器100の下方には、タイマ表示部106が設けられている。該タイマ表示部106には、円形であって、30分刻みの位置にランプを有する円形48点時刻表示ランプ108が設けられている。通常は、現在時刻に相当するランプが点滅表示し、一日を複数のステップ(図示の例では4ステップ)に区切ったときの各ステップ開始時刻(4点)を点灯表示する。なお、現在時刻とステップ開始時刻が重なる場合は、現在時刻を表示(点滅)する。
前記円形48点時刻表示ランプ108の中央部には、実行中のステップ番号を示す4つの現在ステップ表示ランプ110a〜110dが設けられている。更に、前記円形48点時刻表示ランプ108の右下には、開始時刻変更右回りキー112と、開始時刻変更左回りキー114が設けられている。これらのキー112,114は、ステップの開始時刻を設定する時に使用するもので、右回りキー112は時刻を進め(時計回り)、左回りキー114は時刻を戻す(反時計回り)。
次に、前記出力モニターランプ102及びタイマ表示部108の右側には、4つのステップ表示部120,130,140,150が設けられており、それぞれ、「ステップ1」〜「ステップ4」を示す。これらのステップ表示部120,130,140,150は、各ステップにおける温度設定に用いる温度設定ツマミ122,132,142,152と、ステップ表示キー124,134,144,154を備えている。前記ステップ表示キー124,134,144,154を押すと、ステップ表示ランプ126,136,146,156が点灯して、各ステップの温度/開始時刻を設定できる。また、前記ステップ表示部150の下方には、運転キー160aと運転ランプ160bが設けられている。前記運転キー160aを押すと、「運転」と「停止」を切り替えることができ、運転ランプ160bが点灯している時は運転状態を示す。停止中は、前記温度表示器100に、「StP」と測定温度を交互に表示する。また、ヒートポンプ出力(空調機出力)の加温制御と冷却制御を切り替える時にも使用する。
以上のような各種表示部・入力部の下方には、図示しない操作カバーが設けられており、その内側にはカバー内パネル170が設けられている。図示の例では、14種の選択キー/ランプが設けられている。例えば、外気温度表示キー/ランプ172,補正後設定表示キー/ランプ174,入点表示キー/ランプ176,外気基準表示キー/ランプ178,シフト℃/℃表示キー/ランプ180,換気遅延表示キー/ランプ182,シフト開始表示キー/ランプ184,加温感度表示キー/ランプ186,HP感度表示キー/ランプ188,下限警報表示キー/ランプ190,上限警報表示キー/ランプ192,時計の分表示キー/ランプ194,時計の時表示キー/ランプ196,シフト終了表示キー/ランプ198が設けられている。前記カバー内パネル170の右側には、ロックキー162aとロックランプ162bが設けられている。前記ロックキー162aは誤操作を防止するためのキーであって、ロック中は前記ロックランプ162bが点灯する。また、表示切替キー164が設けられており、操作カバーパネル170内での操作で項目を切り替える時に使用する。該表示切替キー164を押す度に上記14種の選択ランプが順次点灯する。更に、前記表示切替キー164の右側には、設定変更アップキー166と設定変更ダウンキー168が設けられており、設定値を増加・減少させる時に使用する。
<ステップの設定>・・・次に、前記操作パネル60を用いて、一日を所定数(本実施例では4つ)のステップに区切り、各ステップ毎にハウス12内の室内温度を設定する手順について説明する。まず、前記ロックランプ162bが点灯している場合は、ロックキー162aを押してロックランプ162bを消灯させる。そして、設定を行うステップのステップ表示キー124,134,144,154を押すと、該当するステップ表示ランプ126,136,146,156が点灯し、温度表示器100にそのステップの設定温度を表示する。また、円形48点時刻表示ランプ106の現在時刻表示が消灯し、そのステップ開始時刻を早点滅表示する(その他のステップの開始時刻は点灯表示のまま)。
そして、温度設定ツマミ122,132,142,152を回して温度を設定する。ツマミに連動して、温度表示器100の設定値表示も変化する。次に、開始時刻変更右回りキー112又は開始時刻変更左回りキー114を押して、開始時刻を設定する。開始時刻は00時00分から23時30分(30分刻み)の範囲で設定できる。開始時刻を変更中に他のステップと重なる、または飛び越すことはできず、自動的に他のステップの開始時刻を調整する。例えば
(例1)ステップ2開始時刻を設定中に、ステップ1開始時刻と重なった場合
ステップ2 20:30→30分減→20:00
ステップ1 20:00→19:30(自動で30分ずれる)
(例2)ステップ1開始時刻を設定中にステップ2開始時刻と重なった場合
ステップ1 20:30→30分増→21:00
ステップ2 21:00→21:30(自動で30分ずれる)
という具合である。設定を終了するときは、変更中のステップ表示キーを押す、またはその他のステップ表示キーを押す、または30秒以上操作をしないことにより、ステップ表示ランプが消灯して、設定を記憶する。ロックが必要であれば、前記ロックキー162aを押してロックランプ162bを点灯させる。
以上のようにして設定した各ステップの温度設定の一例が図3(A)に示されている。図示の例では、
ステップ1は、8:00〜12:00までで設定温度は16℃、
ステップ2は、12:00〜16:00までで設定温度は20℃、
ステップ3は、16:00〜20:00までで設定温度は16℃、
ステップ4は、20:00〜8:00までで設定温度は12℃、
という具合である。そして、以降、このステップを繰り返す。
<操作カバー内パネルでの設定>・・・前記表示切替キー164を押す度に、上述した14種の選択ランプ172〜198が順次点灯し、前記温度表示器100に点灯している項目(ランプ)の設定値等を表示する。設定変更アップキー166又は設定変更ダウンキー168を押して、設定値を変更する。30秒以上操作がないと設定値を記憶して通常の運転状態に戻る。各項目の設定範囲の一例を示すと、以下の表1の通りである。
Figure 2016195555
<保守モードでの設定値>・・・後述する各種制御に関する設定値を設定するために、本実施例では、前記操作パネル60の保守モードを利用する。前記開始時刻変更右回りキー112及び開始時刻変更左回りキー114を5秒間長押しすると、保守モードに切り替わる。保守モードに切り替わると、前記円形48点時刻表示ランプ106で現在設定中のパラメータ番号を、温度表示器100で現在設定中の設定値を表示する。そして、設定変更アップキー166又は設定変更ダウンキー168を押して、設定値を変更する。表示変更キー164を押すと、設定値を記憶して次のパラメータに移る。ロックキー162aを押すか、または30秒以上操作しないと、設定値を記憶した後に、本器にリセットが掛かって再起動する。なお、保守モードに切り替わると、全ての出力がOFFとなる。当該保守モードにおける表示項目と設定範囲の一例が、以下の表2に示されている。例えば、後述する「除霜後温度加算時間」については、前記円形48点時刻表示ランプ108の13時の位置のランプが点灯し、0分〜99分までの間で、1分単位で設定することができる。
Figure 2016195555
<暖房/冷房の切り替え>・・・本実施例の温度管理システム10は、暖房、冷房のいずれとしても利用できるものであり、運転を切り替えて使用することができる。この場合、前記操作パネル60の運転キー160aを5秒間長押しすることで、まず、現在の制御方式が前記出力モニターランプ102に表示される。例えば、冷房中であれば、冷房ランプ102aが点滅し、暖房中であれば、加温ランプ102cが点滅するという具合である。前記運転キー160aを更に5秒間長押しすると、制御方法が切り替わり、切り替わった制御方式を表示する。その後、2秒間経過すると、本器に自動的にリセットが掛かって再起動する。なお、この操作を行うと、運転/停止の状態も切り替わるため、制御方式を切り替え後に所望の運転状態にする。
(a)加温器の2位置制御・・・本実施例では、後述する通り、前記ハウス12内を設定温度に保つために、前記空調機22の暖房機能を最大限利用し、前記加温器28は補助的に用いる。前記空調機22を効率よく稼働させるため、室内設定温度に様々な補正をかける。その一方、前記加温器28においても、温度の2位置制御を行っている。図4(A)には、加温器28の出力のON・OFFと、前記室内温度検出部32により検出された室内測定温度の変化が、経時的に示されている。前記空調機22を加温に用いる場合、そのバックアップとして加温器28を用いるが、前記室内測定温度が設定温度(前記ツマミ122,132,142,152で設定した温度)以下になると、加温器28の出力がONとなる。また、「ツマミ設定温度+加温感度」以上になると、加温器28の出力はOFFとなる。すなわち、加温器28の出力ON点と、OFF点が異なる温度となっている。なお、前記「加温感度」は、上述した操作パネル60によって、例えば、0.2℃〜5.0℃の範囲内で、0.1℃ごとに任意に設定が可能となっている(前記表1参照)。そして、加温出力がOFFになった時点を基準として、後述する空調機22のオーバーシュート対応処理が行われる。なお、以下の説明において「ツマミ設定」とある場合は、前記温度設定ツマミ122,132,142,152によって設定された初期の室内設定温度を意味する。また、図面中における「HP」は、ヒートポンプ式の空調機22のことをさしているものとする。
(b)空調機の冷房使用時の2位置制御・・・前記暖房/冷房の切り替えにより冷却処理を行う場合、前記空調機22において、冷却の2位置制御が行われる。図4(B)には、空調機22の出力のON・OFFと、前記室内温度検出部32により検出された室内測定温度の変化が、経時的に示されている。前記室内測定温度が、設定温度(前記ツマミ122,132,142,152で設定した温度)以上になると、空調機22の出力がONし、「ツマミ設定−HP感度」より低くなるとOFFする。すなわち、冷房運転時の空調機22の出力ON点と、OFF点が異なる温度となっている。なお、前記「HP感度」は、上述した操作パネル60によって、例えば、0.2℃〜5.0℃の間で、0.1℃ごとに任意に設定が可能となっている(前記表1参照)。
<温度管理全体>・・・次に、図8を参照しながら、本実施例の温度管理システム10による温度管理処理全体の流れを説明する。なお、全体処理中に行われる各種制御等については、後述することとする。図8は、本実施例の温度管理の全体の処理の一例を示すフローチャートである。なお、図8の温度管理処理を開始するにあたっては、事前に、前記操作パネル60によって、一日をステップ1〜ステップ4の4つのステップに所定の時刻で区切り、各ステップ毎に上述した手順で所望の室内設定温度を設定しておくものとする。また、前記操作パネル60により、前記表1に示した「入点」,「外気基準」,「シフト℃/℃」,「換気遅延」,「シフト開始(時刻)」,「現在時刻(時)」,「現在時刻(分)」,「上限警報温度」,「下限警報温度」,「HP感度」,「加温感度」を設定しておくものとする。更に、前記操作パネル60を上述した保守モードにして、「除霜後温度加算時間」,「除霜中加算値」,「最大加算幅」,「加温OFF後オーバーシュート許容時間」,「ステップ1昇温選択」,「ステップ1昇温率」,「換気扇/除霜中 切替」,「微調整温度」,「デジタルフィルタ時定数」,「パネル設定方法」,「昼のHP制御」を設定しておく。なお、前記「デジタルフィルタ時定数」は通常は変更せずに使用する。前記設定項目の詳細については後述する。
まず、制御装置50の電源をONにすると(ステップS10)、前記制御部52は、時計80と設定情報部72を参照し、現在時刻と各ステップの開始時刻設定から、現在時刻に対応するステップ番号を求める(ステップS12)。そして、現在ステップ番号が1〜3のとき(ステップS14でYes)、すなわち、本実施例の場合は、8:00〜20:00の間であれば、前記操作パネル60で設定された温度(ツマミ設定)を室内設定温度とし、本器(制御装置50)が運転中か否か判断する(ステップS24)。また、前記ステップS14において、現在ステップが「ステップ4」と判断された場合(ステップS14でNo)には、ステップ1の昇温機能が選択されているか確認する(ステップS16)。そして、昇温機能が選択されている場合には(ステップS16でYes)には、昇温率で逆算して昇温期間中か判断し(ステップS18)、昇温期間中であれば(ステップS18でYes)、ステップ4の設定温度がステップ1の設定温度以上か否かを判断し(ステップS20)、ステップ4の設定温度がステップ1の設定温度よりも低い場合には(ステップS20でNo)、ステップ1の設定温度を目標とし、到達時間をステップ1の開始時刻として、決められた昇温率で逆算し、現在時刻に対応した設定温度を、勾配昇温補正後の室内設定温度とする(ステップS26)。
(勾配昇温)・・・図3(B)には、昇温機能を選択した場合の、室内設定温度の経時的な変化が示されている。同図(B)に示す例では、12℃に設定されているステップ4の4:00頃から、ステップ1の開始時刻である8:00に向けて16℃になるように、室内設定温度が一定の昇温率で上がるように設定されている。この昇温設定を行うか否かの設定は、前記保守モードで行い、同じく保守モードにおいて、ステップ1へ向けてどのくらいの時間をかけて昇温するか(昇温率)を、0.5℃/時間〜4.0℃/時間の範囲内において設定する。このように、ゆっくり暖めるように、早朝より温度を上昇させる機能を備える(勾配昇温をする)ことにより、明け方にハウス12内が急に温度上昇して、空気中の水分が冷たい果実等の部分に結露して付着し、病気や裂果など発生することを防止することができる。
以上のように、勾配昇温をするように室内温度を設定したら(ステップS26)、次のステップS24に進む。また、前記ステップS16においてステップ1の昇温機能が選択されておらず(ステップS16でNo)、昇温期間中でなく(ステップS18でNo)、ステップ4の設定温度がステップ1の設定温度以上のとき(ステップS20でYes)であれば、勾配昇温はせずに、前記操作パネル60で設定されたツマミ設定をそのまま室内設定温度として(ステップS22)、次のステップS24へ進む。前記ステップS24において、本器(制御装置50)が運転中でなければ(ステップS24でNo)、空調機22(HP)の運転をOFFし(ステップS27)、加温器28の運転もOFFする(ステップS28)。その後、電源をOFFするときは(ステップS244でYes)、温度管理を終了し(ステップS246)、電源をOFFしないときは(ステップS244でNo)、上述したステップS12に戻る。
一方、前記ステップS24において、本器が運転中であれば(ステップS24でYes)、換気装置作動監視(ステップS30)、外気基準補正後設定計算(ステップS40)、除霜による能力落ち込み補正(ステップS60)、加温器制御(ステップS80)、HP(空調機)制御(ステップS120)を行う。これらの各制御については、後述する。そして、時計80が1秒計時したら(ステップS230でYes)、オーバーシュート中タイマがアップしたか判断し(ステップS232)、アップしたとき(ステップS232でYes)、あるいは、タイマがアップしていないが(ステップS232でNo)、その後、タイマの計時が完了したら(ステップS234)、換気による禁止タイマがアップしたか否か(ステップS236)に進む。
そして、換気による禁止タイマがアップしたら(ステップS236でYes)、あるいは、換気による禁止タイマはアップしていないが(ステップS236でNo)、その後、換気による禁止タイマの計時が完了したら(ステップS238)、除霜中タイマがアップしたか否か(ステップS240)へ進む。そして、換気による禁止タイマがアップしたら(ステップS244)、あるいは、除霜中タイマはアップしていないが(ステップS240でNo)、その後、除霜中タイマの計時が完了したら(ステップS242)、ステップS244に進む。そして、電源をOFFにするときは(ステップS244でYes)、温度管理を終了し(ステップS246)、電源をOFFにしないときは(ステップS244でNo)、前記ステップS12へ戻る。
(換気装置作動監視)・・・次に、前記「換気装置作動監視」(ステップS30)について、図9も参照しながら説明する。従来、春が近くなるにつれ晴天日は、ハウス12内の温度が日射により上昇し、換気装置30が、ハウス内温度を下げる目的で、自動的に稼働する。しかし、外気温度はまだ低いため、ハウス内温度が下がり換気装置30が停止しても、空調機22や加温器28が稼働し、ハウス内12の温度を上昇させ、また日射により上昇するということを繰り返し、経費がかかってしまう。そこで、本実施例では、暖房時における換気装置30の運転中と、停止後のある一定時間は、ハウス12内の温度が一時的に低下しても空調機22や加温器28を起動させないように、換気装置作動監視機能を、前記制御装置50に持たせている。
換気装置作動監視(ステップS30)では、まず、空調機(HP)22を暖房で使用しているか否かを判断し(ステップS32)、暖房で使用している場合(ステップS32でYes)であって、換気入力がONになった場合(ステップS34でYes)には、換気による禁止タイマをセットし(ステップS36)、次の「外気基準補正後設定計算」(ステップS40)へ進む。また、空調機(HP)22を暖房で使用していない場合(ステップS32でNo)や、暖房で使用しているが換気入力がONになっていない場合(ステップS34でNo)には、換気による禁止タイマセットをせずに、次の「外気基準補正後設定計算」(ステップS40)へ進む。ステップS36を経由しない場合(ステップS34でNo)であっても、設定した時間は後述するステップS236のNoへ進む。タイマセット中は、後述するステップS238で減算されるが、セットされ続けるため減らず、タイマセットをスキップすると前記ステップS238で徐々にダウンカウントされ、ステップS236のYesと合流する。なお、前記換気装置30の起動/停止の温度設定を、前記操作パネル60で行えるようにしてもよいし、または、外部で制御された結果のON・OFF状態を判定する機能を、制御部52が有するようにしてもよい。また、前記換気装置30には、いわゆる換気扇のほか、天窓、側窓、谷換気開閉装置など、公知の換気可能な手段が適用可能である。
(外気基準補正後設定計算)・・・次に、図5及び図10も参照しながら、「外気基準補正後設定計算」(ステップS40)について説明する。図5は、本実施例による外気シフト補正の外気温度と加算値の関係を示すグラフであり、図10は、本実施例による外気基準補正後設定計算処理の一例を示すフローチャートである。従来、ハウス12内の暖房は、一般的には、重油暖房機と組み合わせてエアコンの能力が足りないときだけ重油暖房機で補うハイブリッド暖房方式をとっており、ランニングコストの安い空調機の能力を上げて可能な限り連続で運転させることが要求される。外気温度が低下すると、低下前の室内設定温度で空調機22を運転しても、空調機22の能力を十分に発揮できず、ハウス12内の温度を所望の設定温度に保つことができない。インバータ制御の空調機22は、設定温度と実温とのギャップが約10℃以上になると最大出力運転をする。
そこで、本発明では、設定温度の補正加算を
(a)外気温度が予め指定した基準の温度(以下「外気基準」又は「外気基準値」という)を下回ると、前記操作パネル60で設定した室内設定温度に対して、外気温度の下がり方に応じて、所定の条件のもとで、前記室内設定温度に補正値(加算値)を加え、空調機22の停止点(空調機OFF点)を上げて運転出力を大きくする、
(b)上記加算は、シフト開始時刻からシフト終了時刻の間で、指定した時間帯のみ行う、
(c)送信信号(電気、通信信号)の接続が可能な空調機22であれば、空調機22自身の有する停止温度の設定値そのものを上げる、
こととしている。
前記(a)の「外気基準」は、例えば、前記操作パネル60によって設定される。例えば、前記表1に示す例では、外気基準は0.0℃〜50.0℃の間で、0.1℃きざみで設定が可能となっている。また、前記(b)のシフト開始時刻及びシフト終了時刻も、前記操作パネル60によって設定される。例えば、前記表1に示す例では、シフト開始時刻は12時〜23時までの間で、1時間単位で設定可能であり、シフト終了時刻は0時〜12時までの間で、1時間単位で設定可能となっている。このように、シフト補正を行う時間帯を定めるのは、日中は、外気温が低くても、日射でハウス12内の温度が上がるためである。なお、前記(c)については、後述する「HP制御(ステップS120)」において説明する。
ここで、後述する「加温器制御」(ステップS80)、「HP制御」(ステップS120)も含めて、運転制御の具体例を示す。
<運転制御の具体例1>
前記加温器28については、前記室内温度検出部32で検出した室内温度が、
(i)前記操作パネル60で設定した室内設定温度以下でONとし、
(ii)「前記室内設定温度+加温器感度幅」以上でOFF、
とする。なお、前記(i)及び(ii)において、上述したように、ステップ1で勾配昇温をする場合には、前記「室内設定温度」は、勾配計算後の値に読み替えるものする。
前記空調機22については、以下の通りである。
(1)外気温度が、外気基準値以上の場合は、前記室内温度が、
「前記室内設定温度+入点」以下でON、
「前記室内設定温度+入点+HP感度幅」以上でOFF、
とする。ここでいう「入点」とは、空調機22がONするまでの幅(偏差値)、いわゆる「HP入点」であり、前記操作パネル60によって、前記表1に示すように、0.0℃〜5.0℃の間で、0.1℃刻みで設定可能となっている。また、前記「HP感度幅」についても、前記操作パネル60によって、前記表1に示すように、0.2℃〜5.0℃の間で、0.1℃刻みで設定可能となっている。本実施例では、前記入点は、HP入点と後述する加温器入点で共通に設定される。
(2)外気温度が、外気基準値未満の時は、前記室内温度が、
「前記室内設定温度+加算値+入点」以下でON、
「前記室内設定温度+加算値+入点+HP感度幅」以上でOFF、
とする。ここで、前記「加算値」は、次の通り計算される。
加算値=「シフト℃/℃」×(外気基準値−外気温度)
前記「シフト℃/℃」とは、外気温1℃に対する上げ幅であり、前記操作パネル60によって、0.0℃〜5.0℃の間で0.1℃刻みで設定可能である。また、前記加算値の上限は、「最大加算幅」で制限される。該「最大加算幅」は、上述した保守モードにおいて、操作パネル60で設定可能となっており、前記表2に示す例では、0.0℃〜9.9℃の間で0.1℃刻みで設定可能となっている。また、初期値は5.0℃に設定されている。
ここで、外気温度が、外気基準値未満の時の加算値による補正例を、以下の条件を用いて示す。
外気基準値:10℃
外気温度:7℃
最大加算幅:5℃
シフト℃/℃:1.5℃
現在ステップの室内設定温度(ツマミ設定):15℃
の場合、
加算値=1.5×(10−7)=4.5(℃)
であるため、補正後設定温度は、15℃(現在の設定温度(ツマミ設定温度))+4.5℃(加算値)=19.5℃となる。
そして、この補正後の設定温度が、前記操作パネル60の温度表示器100に表示される。図5には、外気温度と加算値の関係がグラフで示されている。
(3)空調機22の設定変更(HP制御)例を示すと次の通りである。なお、ここで「HP用設定」とは、「室内設定温度(ツマミ設定)+加算値」を示す。
(a)前記室内温度が「HP用設定+入点」以下の時は、30℃に設定する。
(b)前記室内温度が「HP用設定+入点+HP感度幅」以上の時は、OFFにする。
(c)前記(a)及び(b)以外の場合は、
設定温度={14℃×(HP用設定+入点+HP感度幅−現在室内温度)/HP感度幅}+16℃、に設定する。これをまとめると、以下の表3の通りである。
Figure 2016195555
<運転制御の具体例2>・・・前記具体例1と切り替えて、以下のように運転制御をしてもよい。
前記加温器28については、前記室内温度検出部32で検出した室内温度が、
(i)「前記室内設定温度−入点」以下でONとし、
(ii)「前記室内設定温度−入点+加温器感度幅」以上でOFFとする。
具体例1と同様に、前記(i)及び(ii)において、ステップ1で勾配昇温をする場合には、前記「室内設定温度」は、勾配計算後の値に読み替えるものする。また、前記「入点」とは、ここでは、前記加温器28がONするまでの幅(偏差)であって、本実施例では、前記空調機入点(HP入点)と共通であり、前記操作パネル60によって設定される)。
次に、前記空調機22については、以下の通りである。
(1)外気温度が、外気基準値以上の場合は、前記室内温度が、
「前記室内設定温度」以下でON、
「前記室内設定温度+HP感度幅」以上でOFFとする。
(2)外気温度が、外気基準値未満の時は、前記室内温度が、
「前記室内設定温度+加算値」以下でON、
「前記室内設定温度+加算値+HP感度幅」以上でOFFとする。
前記「加算値」の計算方法は、前記具体例1と同様である。
(3)空調機22の設定変更(HP制御)例を示すと次の通りである。なお、ここで「HP用設定」とは、前記具体例1と同様に「室内設定温度(ツマミ設定)+加算値」を示す。
(a)前記室内温度が「HP用設定」以下の時は、30℃に設定する。
(b)前記室内温度が「HP用設定+HP感度幅」以上の時は、OFFにする。
(c)前記(a)及び(b)以外の場合は、
設定温度={14℃×(HP用設定+HP感度幅−現在室内温度)/HP感度幅}+16℃、に設定する。
以上のような具体例1と具体例2は、使いやすさに応じて使い分け可能にしてもよい。図10には、前記具体例1及び2の(2)の加算値を算出して室内設定温度を補正する処理がフローチャートで示されている。上述した換気装置作動監視(ステップS30)の後、外気基準補正後設定計算(ステップS40)に入ると、まず、空調機22を暖房で使用しているか否かを判断し(ステップS42)、暖房で使用している場合(ステップS24でYes)には、制御部52は、時計80と設定情報部72を参照し、現在時刻がシフト開始時刻からシフト終了時刻の間にあるか判断する(ステップS44)。そして、所定のシフト開始時刻からシフト終了時刻の間であれば(ステップS44でYes)、外気温度検出部34により検出された外気温度と、前記操作パネル60で設定された外気基準値を比較し(ステップS46)、外気温度が外気基準値よりも低ければ(ステップS46でYes)、その差Δt=外気基準値−外気温度、を算出する(ステップS48)。
そして、前記Δt(外気基準値−外気温度)に所定のシフト比率(シフト℃/℃)を乗じて加算値aを算出し(ステップS50)、算出された加算値aと前記最大加算幅(表2参照)を比較する(ステップS52)。そして、算出された加算値aが前記最大加算幅より大きければ(ステップS52でYes)、加算値aの上限は前記最大加算幅であるから、a=最大加算幅として(ステップS56)、室内設定温度(ツマミ設定)に加算値aを加えて、補正後設定値とする(ステップS56)。また、前記ステップS52において、加算値aが最大加算幅以下であれば(ステップS52でNo)、算出された加算値aをそのまま用いて、室内設定温度(ツマミ設定)に加算値aを加えて、補正後設定値とする(ステップS56)。その後は、後述する「除霜による能力落ち込み補正(ステップS60)」へ進む。
一方、前記空調機22を暖房で使用していないとき(ステップS42でNo)、暖房で使用しているが、現在時刻が所定のシフト開始時刻から終了時刻の間にないとき(ステップS44でNo)は、シフト補正を行わず,すなわち、補正後設定値=室内設定温度(ツマミ設定)として(ステップS58)、後述する「除霜による能力落ち込み補正(ステップS60)」に進む。また、現在時刻が所定のシフト開始時刻から終了時刻の間にあっても、外気温度が外気基準値以上(ステップS46のNo)のときも、シフト補正はせず(ステップS58)、後述するステップS60へ進む。
(除霜による能力落ち込み補正)・・・次に、図11も参照しながら、「除霜による能力落ち込み補正後設定計算」(ステップS60)について説明する。従来、複数台の空調機22のうちのいずれかの空調機22が除霜に入ると、全体の暖房能力が落ち、加温器28がONして経費が増してしまう。そこで、本実施例では、
(1)複数台あるうちのいずれかの空調機22が除霜に入ったことを検知したら、
(2)除霜に入っている期間と、除霜が終了してからの一定時間(除霜後温度加算時間)の間、
(3)所定の「除霜中加算値」を室内設定温度にたして、空調機22の停止点(空調機OFF点)を上げて運転出力を大きくする、
ことにより、除霜以外で運転中の空調機22の能力を上げることとした。なお、前記除霜時加算値の加算は、シフト開始時刻からシフト終了時刻の間のみ行う。本実施例では、この除霜時加算を行う時間は、前記外気シフト補正のシフト開始時刻・終了時刻と共通である。また、前記「除霜後温度加算時間」は、前記操作パネル60を保守モードにすることで、0〜99分の間で1分刻みで設定可能である(前記表2参照)。また、前記「除霜時加算値」も、前記操作パネル60を保守モードにすることで、「除霜中加算値」を、0〜99分の間で1分刻みで設定可能である(前記表2参照)。
以上の処理を、図11を参照して説明する。除霜による能力落ち込み補正(ステップS60)では、前記制御部52が、複数台ある空調機22のいずれかが除霜に入ったと判断したら(ステップS62でYes)、除霜中タイマをセットし(ステップS64)、空調機を暖房で使用しているか否かを判断する(ステップS66)。空調機22を暖房で使用しており(ステップS66のYes)、現在時刻がシフト開始時刻からシフト終了時刻の間にあって(ステップS68のYes)、所定の除霜後温度加算時間が経過していない,すなわち、除霜中タイマがアップしていない(ステップS70でNo)場合には、「b=除霜時温度加算値」を算出し(ステップS72)、その値bが最大加算幅より大きければ(ステップS74のYes)、b=最大加算幅として(ステップS76)、室内設定温度に前記bを加算して補正後設定値を求める(ステップS78)。その後、後述する加温器制御(ステップS80)へ進む。前記除霜時温度加算値bは、上述した表2に示された設定値である。なお、前記ステップS70の「除霜中タイマアップ」は、図8のステップS240と、同じタイマの減算中を判断しており共通である。
一方、前記制御部52が、除霜入力を検知しない場合(ステップS62でNo)、除霜入力があっても空調機22を暖房で使用していない場合(ステップS66でNo)、更に、現在時刻がシフト開始時時刻〜シフト終了時刻の間にない場合(ステップS68でNo)、除霜中タイマがアップしている場合(ステップS70でYes)には、除霜時温度加算値による補正(ステップS74〜ステップS78)は行わず、後述する加温器制御(ステップS80)へ進む。
(加温器制御)・・・次に、図12も参照しながら、加温器制御(ステップS80)について説明する。まず、制御部52は、空調機(HP)22を暖房で使用しているか否かを判断し(ステップS82)、暖房で使用している場合には(ステップS82でYes)、換気による禁止タイマがアップしているか確認する(ステップS86)。そして、室内温度が、「ツマミ設定+加温器感度」以上であれば、加温器28をONし(ステップS86でYes、ステップS90でYes)、オーバーシュート対応を開始するとともに(ステップS90)、加温器28の運転をOFFにする(ステップS92)。なお、ここでいうオーバーシュートとは、後述する空調機制御で説明するように、「空調機が稼働中に加温器がONした場合、室内温度が一時的に上昇する」ことを意味している。
加温器28をOFFにしたら(ステップS92)、室内温度と「補正後設定+入点+HP感度」の比較を行う(ステップS100)。また、空調機22を暖房で使用していないとき(前記ステップS82でNo)場合は、加温器28をOFFにして(ステップS94)、上述したステップ100へ進む。さらに、室内温度が、「ツマミ設定+加温器感度」未満のとき(ステップS86でNo)であって、室内温度がツマミ設定以下のとき(ステップS96でYes)は、加温器28をONにし、次のステップS100へ進む。また、室内温度がツマミ設定よりも大きいとき(ステップS96でNo)は、加温器28のONOFFはせずに、次のステップS100へ進む。
ステップS100では、室内温度と「補正後設定+入点+HP感度」を比較し(ステップS100)、室内温度が「補正後設定+入点+HP感度」を超えていれば(ステップS100でYes)、OFF側到達=ONと設定した上で(ステップS102)、オーバーシュートが開始しているか判断する(ステップS104)。また、前記室内温度が「補正後設定+入点+HP感度」以下の場合(ステップS100でNo)は、そのまま前記ステップS104へ進む。そして、オーバーシュートが開始されており(ステップS104でYes)、OFF側到達=ON、かつ、室内温度が「補正後設定+入点」以下になったら(ステップS106のYes)、オーバーシュート開始をOFFにし(ステップS108)、OFF側到達=OFFにして(ステップS110)、後述するHP制御(ステップS120)へ進む。また、前記オーバーシュートが開始されていない場合(ステップS104でNo)は、直接、後述するHP制御(ステップS120)へ進む。
(HP制御)・・・次に、図6,図7,図13〜図15を参照して、空調機の制御(HP制御)(ステップS120)について説明する。従来、空調機(HP)が稼働中に加温器28がONした場合(重油暖房機などは微妙な温度コントロールがしづらい設備であるため、ひとたび加温器28が稼働するとハウス12内の温度が急激に高まり、エアコンが頻繁に停止するおそれがある。)、室内温度が一時的に上昇する(「オーバーシュート」現象)。これにより空調機22のOFF点を超え、空調機22は停止する。温度が下がると、空調機22は再起動するが、すぐに温度が上がらないため、また加温器28がONしてしまいこれを繰り返すことで、経費が増えてしまう。そこで、本実施例では、前記制御装置50にオーバーシュート対応機能を設けて、上述した2位置制御を補正している。具体的な手法としては、例えば、下記の3パターンが挙げられる。
<オーバーシュート対応制御例1>・・・図6を参照して具体的な制御例1を説明する。
(1)まず、加温器28がONからOFFになった時点から温度の変化を監視し、
(2)空調機22のOFFを超えた時点から、一定の時間は空調機22をOFFしないようにする。
これにより、空調機22をなるべく停止しないようにして、空調機22の稼働率を上げ、逆に加温器28の稼働率を下げることで経費を低減できる(加温器28の2位置制御については、前記図4(A)、加温器28の制御フローについては前記図12を参照)。
図6には、制御例1における、加温出力のONOFF、HP出力のONOFF、ハウス12内の測定温度の経時変化が示されている。同図に示すように、加温器28がONからOFFになった時点(t1)から温度の変化を監視し、空調機(HP)22のOFF点を超えた時点(t2)から一定の時間(オーバーシュート許容時間)が経過(t3)する以前に、測定温度が「補正後温度+HP感度」を下回っているため、空調機22の出力はOFFしないで運転を継続する。その後、前記測定温度がツマミ設定温度を下回った時点(t4)で加温器28の出力をONにし、測定温度が「ツマミ設定+加温感度」を超えたら(t5)、再び加温器28の出力をOFFにし、その時点からハウス12内の温度変化を監視する。そして、空調機(HP)22のOFF点を超えた時点(t6)から、一定の時間(オーバーシュート許容時間)が経過するまでに、測定温度が「補正後温度+HP感度」を下回らなかったため、前記一定の時間が経過した時点(t7)で、空調機(HP)22の出力をOFFとする。その後、測定温度が「補正後温度+HP感度」に達したら(t8)、再び空調機22の出力をONにするという具合である。
<オーバーシュート対応制御例2>・・・次に、図7を参照して制御例2を説明する。
(1)まず、加温器28がONからOFFになった時点から温度の変化を監視し、
(2)外気温度が、前記外気基準値未満の時、空調機(HP)22のOFF点を超えた場合、入点(言い換えれば、2回目のOFF点)までは、空調機22をOFFしないようにする。
これにより、空調機22をなるべく停止しないようにすることで稼働率を上げ、逆に加温器28の稼働率を下げることで経費を低減できる。
図7には、制御例2における、加温出力のONOFF、HP出力のONOFF、ハウス12内の測定温度の経時変化が示されている。同図に示すように、加温器28がONからOFFになった時点(t1)から温度の変化を監視し、空調機22のOFFを超えた場合(t2)、1回目のオーバーシュート(t2〜t3)では空調機22を停止させず、2回目に空調機のOFF点を超えたら(t4)、空調機22を停止するという具合である。
<オーバーシュート対応制御例3>・・・次に、具体的な制御例3を説明する。
(1)まず、加温器28がONからOFFになった時点から温度の変化を監視し、
(2)空調機22のOFFを超えた時点から、計算で得た時間は、空調機をOFFしないようにする。
これにより、空調機22をなるべく停止しないようにして、空調機22の稼働率を上げ、逆に加温器28の稼働率を下げることで経費を低減できる。空調器22をOFFにしない時間の計算は、例えば、
・外気温度が外気基準値以上の場合は「0」とし、
・外気温度が外気基準値未満の場合は、「設定した時間×(外気基準値−外気温度)」により求める。
制御例3の加温出力のONOFF、HP出力のONOFF、ハウス12内の測定温度の経時変化のグラフは、前記制御例1のグラフ(図6)と同様であり、図6では、t2→t3までの時間と、t6→t7までの時間が一定であるが、制御例3では計算で求められる。
以上のような制御例1〜制御例3は、必要に応じて切り替えて使用される。例えば、
11月のように比較的外が暖かいときは、制御例1で、
12月や3月のように比較的外が寒いときは、制御例3で、
1月や2月のような厳寒期は、制御例2で、
制御するという具合である。
図13は、このような空調機(HP)制御(ステップS120)のフローチャートであって、前記制御例1に対応する。上述した加温器制御(ステップS80)の後、HP制御(ステップ120)に入ったら、制御部52は、デマンド信号がONか否か判断し(ステップS122)、デマンド信号がONであれば(ステップS122でYes)、HP出力をOFFにし(ステップS130)、前記図8のステップS230へ進む。一方、デマンド信号がOFFであれば(ステップS122でNo)、空調機(HP)22を暖房で使用しているか否かを判断する(ステップS124)。そして、暖房で使用しており(ステップS124でYes)、換気による禁止タイマがアップしていなければ(ステップS126でNo)、前記ステップS130へ進む。
<暖房使用時>・・・ヒートポンプを暖房で使用し(ステップS124でYes)、換気による禁止タイマがアップしており(ステップS126でYes)、空調機22が信号付きHPでなければ(ステップS128でNo)、室内温度が、補正後設定+入点+HP感度以上か否か判断する(ステップS150)。そして、室内温度が、補正後設定+入点+HP感度未満であり(ステップS150でNo)、更に、室内温度が、補正後設定+入点以下であれば(ステップS160でYes)、HP出力をONにし(ステップS162)、オーバーシュートタイマをセットして(ステップS164)、前記図8のステップS230へ進む。また、前記室内温度が、補正後設定+入点を超える場合には(ステップS160でNo)、HP出力をONにせずに、オーバーシュートタイマセット(ステップS164)へ進む。
一方、前記ステップS150において、室内温度が、補正後設定+入点+HP感度以上であり(ステップS150でYes)、オーバーシュート開始がONのときは(ステップS152でYes)、オーバーシュートタイマがアップしているか否か判断し(ステップS154)、タイマがアップしていれば(ステップS154でYes)、オーバーシュート開始をOFFにし(ステップS156)、HP出力をOFFにして(ステップS158)、前記図8のステップS230へ進む。また、前記ステップS152において、オーバーシュート開始をONにしないときは(ステップS152でNo)、前記ステップS158へ進む。更に、前記ステップS154において、タイマがアップしていなければ(ステップS154でNo)、前記図8のステップS230へ進む。
ところで、空調機22を暖房で使用している場合であって(ステップS124でYes)、換気による禁止タイマがアップしており(ステップS126でYes)、信号付HPのときは(ステップS128のYes)、図14に示すステップS170へ進み、室内温度が、補正後設定+入点+HP感度以上か判断する。室内温度が、補正後設定+入点+HP感度未満であれば(ステップS170でNo)、HP出力をOFFにする(ステップS172)。その後、室内温度が、補正後設定+入点を超えれば(ステップS174でNo)、HP信号={14℃×(補正後設定+入点+HP感度幅−室内温度)/HP感度幅}+16℃、と算出し(ステップS176)、オーバーシュートタイマをセットして(ステップS178)、前記図8のステップ230へ進む。一方、前記室内温度が、補正後設定+入点以下であれば(ステップS174でYes)、HP信号=30℃(リモコン最大)とし(ステップS200)、オーバーシュートタイマをセットして(ステップS178)、前記図8のステップS230へ進む。
また、室内温度が、補正後設定+入点+HP感度以上であり(ステップS170でYes)、オーバーシュート開始をONにする場合は(ステップS180でYes)、オーバーシュート中タイマがアップしているか否か判断し(ステップS182)、タイマがアップしていれば(ステップS182でYes)、オーバーシュート開始をOFFにし(ステップS184)、HP出力をOFFにし(ステップS186)、HP信号を16℃に設定して(ステップS188)、図8の前記ステップS230へ進む。また、前記ステップS180において、オーバーシュート開始がONでない場合(ステップS180のNo)は、前記ステップS186へ進む。また、前記ステップS182において、オーバーシュート中タイマがアップしていない場合には(ステップS182でNo)、前記ステップS188へ進む。
<冷房運転時>・・・一方、ヒートポンプを冷房に使用する場合(図13のステップS124でNo)であって、信号付きHPでない場合(ステップS132のNo)は、室内温度がツマミ設定以下であれば(ステップS134でYes)、HP出力をOFFにし(ステップS136)、前記図8のステップS230へ進む。また、室内温度がツマミ設定を超えており(ステップS134でNo)、さらに、室内温度がツマミ設定+HP感度以上のときは(ステップS138でYes)、HP出力をONにし(ステップS140)、前記図8のステップS230へ進む。また、前記室内温度が、ツマミ設定+HP感度未満のときは、HP出力はONにせず、前記ステップS230へ進む。
ところで、空調機22を冷房として使用している場合であって(ステップS124でNo)、信号付きHPの場合(ステップS132)は、図15に示すステップS210へ進み、室内温度が、ツマミ設定+加温器用感度以上が否か判断する。そして、室内温度が、ツマミ設定+加温器用感度未満のときは(ステップS210でNo)、HP出力をONにし(ステップS212)し、更に、室内温度がツマミ設定未満であれば(ステップS214でNo)、前記図8のステップS230へ進む。また、室内温度がツマミ設定以上であれば(ステップS214でYes)、HP信号を30℃に設定し(ステップS220)、HP出力をOFFして(ステップS222)、前記図8のステップS230へ進む。一方、室内温度が、ツマミ設定+加温器用感度以上(ステップS210でYes)のときは、HP信号を16℃(リモコン最大値)に設定し(ステップS216)、HP出力をONにし(ステップS218)、前記図8のステップS230へ進む。
このように、実施例1によれば、次のような効果がある。
(1)温度管理システム10が、ハウス12内の温度調節を行う温度調節手段(空調機22及び加温器28)と、前記ハウス12内の温度を検出する室内温度検出部32と、前記ハウス12外の温度を検出する外気温度検出部34と、前記ハウス内の設定温度を含む前記温度調節手段の運転制御機能に関する条件を設定する操作パネル60と、制御部52を備えている。そして、前記制御部52は、前記外気温度検出部34により検出されたハウス12外の外気温が、所定の外気基準値を下回ったときに、前記操作パネル60で設定された設定温度に、前記外気温の低下に応じた加算値を加えて前記設定温度を補正し、該補正後の設定温度に基づいて、前記温度調節手段の運転を制御することとしたので、外気温の低下に応じて室内温度を適切に上げることができる。
(2)前記温度調節手段として、燃料の燃焼により加温する加温器28と、ヒートポンプ式の空調機22を併用し、前記補正後の設定温度に基づいて前記空調機22の運転を制御することとしたので、空調機22の稼働率を高め、不足分のみ加温器28も運転することとしたので、省エネに効果がある。
(3)オーバーシュート対応機能を設けたので、空調機22をなるべく停止しないようにして稼働率を上げ、逆に加温器28の稼働率を下げることで経費を低減できる。
(4)換気装置30の作動時における加温制御遅延を行うこととしたので、換気によりハウス12内の温度が一時的に低下しても、一定時間は加温器28や空調機22を起動させないことで、無駄に空調機22や加温器28が起動して経費がかかることを防止できる。
(5)除霜による能力落ち込み補正機能を設けたので、複数台あるうちのいずれかの空調機22が除霜に入っても、その他の空調機22の稼働率をアップさせることで全体の暖房能力を維持し、加温器28がONして経費が増すのを防止することができる。
(6)ステップ4からステップ1へ移るときに、徐々に設定温度を上げるように勾配昇温を行うことで、ハウス12内が急に温度上昇して空気中の水分が、果実の部分などに結露して付着し、病気や裂果などが発生することを防止できる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した温度管理システム10の全体構成は一例であり、同様の効果を奏するように適宜設計変更可能である。例えば、前記メモリ70に記憶する情報も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(2)前記実施例で示したフローチャートも一例であり、同様の効果を奏する範囲内で、必要に応じて適宜処理手順を変更してよい。
(3)前記実施例では、外気温に基づく設定温度の補正に加え、各種の制御処理を行うこととしたが、これも一例であり、これらの処理は必要に応じて適宜行えばよい。また、必ずしも図8に示す順番に行う必要はなく、実際には、いくつかの制御処理と、前記外気温に基づく設定温度の補正は平行して実行されていてもよい。
(4)前記実施例では、24時間を単位として、前記実施例における各ステップ毎の室内設定温度を手動で設定することとしたが、これも一例であり、これらの設定値情報を記憶して集積することで、植物の定植から収穫終了に至る一連の生育における各ステージの室内設定温度を、例えば、前記メモリ70にパターン情報として複数登録しておき、必要に応じて植物の生長や品種で読み出して利用することで、品種や作物の違いに応じて、オリジナルな生育パターンを生かした植物栽培が可能となる。また、前記図3に示したステップの区切り方も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(5)前記実施例で示した操作パネル60の構成も一例であり、同様の効果を奏する範囲内で、入力部、表示部の構成は適宜変更可能である。また、前記操作パネルにおける各種情報の表示態様も一例であり、例えば、ランプの点灯を点滅にしたり、色を変えたりしてもよい。
(6)電気式ヒートポンプ(EHP)を採用している場合、外部監視器40のデマンドメータ42などから信号を受け、契約電力の上限の使用料の場合、HPの運転を停止して、回復するまでは加温器28のみの運転としてもよい。契約電力には上限があり、これを超えると契約以上の金額を払わなくてはならず、1回でも大きなデマンド値がでると1年間はそのデマンド値が適用された料金となるのを防止することができる。
(7)前記実施例1で示した空調機OFF点や、空調機入点等の決め方も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。また、前記実施例では、空調機入点(HP入点)と加温器入点を共通の設定としたが、これも一例であり、個別に設定することを妨げるものではない。
(8)前記ハウス12内に警報機36を設け、警報出力、異常出力を行うようにしてもよい。例えば、測定室内温度が上限警報温度を上回ったとき、測定室内温度が下限警報温度を下回ったときに、制御部52が警報出力をONにする。また、上限/下限警報温度の他に、温度センサ異常などの異常が発生すると警報出力をONにしてもよい。
(9)前記実施例では、空調機22を最大限稼働させ、加温器28を補助的に用いることとしたが、これも一例であり、燃料価格や電気料金の変動により、空調機22よりも加温器28を運転するほうが安い場合には、加温器28のみを用いるようにしてもよい。例えば、夜間は深夜電力で電気代を下げているが、契約時間外の昼間、化石燃料単価の方が安くなった場合は、設定の切替により昼間の空調機22の運転を中止する,更に化石燃料が安くなり、深夜契約電力を下回る場合は、設定の切替により昼夜ともに空調機22を使用せずに運転を行うようにしてもよい。
(10)前記実施例では、空調機22として、電気式ヒートポンプを用いる場合を例に挙げて説明したが、ガスヒートポンプ(GHP)を採用するようにしてもよい。その場合、ガス料金と、加温器28の燃料価格の変動に応じて、いずれを運転するか切替るようにしてもよい。また、電気式ヒートポンプと、ガス式ヒートポンプを併用し、これらの電気料金やガス料金と、加温器28の燃料価格の変動に応じて最も適切な手段を運転させるようにしてもよい。
本発明によれば、暖房,冷房のいずれか又は両方によって、前記ハウス内の温度調節を行う温度調節手段と、前記ハウス内の温度を検出する室内温度検出手段と、前記ハウス外の温度を検出する室外温度検出手段と、前記ハウス内の設定温度を含む前記温度調節手段の運転制御機能に関する条件を設定する設定手段と、前記室外温度検出手段により検出されたハウス外の外気温が、所定の外気基準値を下回ったときに、前記設定手段により設定された設定温度に、前記外気温の低下に応じた加算値を加えて前記設定温度を補正し、該補正後の設定温度に基づいて、前記温度調節手段の運転を制御する制御手段と、を備えることとした。このため、外気温の低下に応じて室内温度を適切に上げることができるため、植物が生育されるハウスの温度管理システムの用途に適用できる。特に、温調手段として、空調機と加温器を併用するシステムに適用することで、空調機の稼働率を高め、補助的に加温器を使用できるため、省エネに効果がある。
10:温度管理システム
12:ハウス
22:空調機(HP)
24:室内機
26:室外機
28:加温器
30:換気装置
32:室内温度検出部
34:外気温度検出部
36:警報機
40:外部監視器
42:デマンドメータ
50:制御装置
52:制御部
60:操作パネル
62:入力部
64:表示部
70:メモリ
72:設定情報部
74:測定情報部
80:時計
82:タイマ
100:温度表示器
102:出力モニターランプ
102a:冷房ランプ
102b:HPランプ
102c:加温ランプ
102d:警報ランプ
104:外部入力ランプ
106:タイマ表示部
108:円形48点時刻表示ランプ
110a〜110d:現在ステップ表示ランプ
112:開始時刻変更右回りキー
114:開始時刻変更左回りキー
120,130,140,150:ステップ表示部
122,132,142,152:温度設定ツマミ
124,134,144,154:ステップ表示キー
126,136,146,156:ステップ表示ランプ
160a:運転キー
160b:運転ランプ
162a:ロックキー
162b:ロックランプ
164:表示切替キー
166:設定変更アップキー
168:設定変更ダウンキー
170:カバー内パネル
172:外気温度キー/ランプ
174:補正後設定キー/ランプ
176:入点キー/ランプ
178:外気基準キー/ランプ
180:シフト℃/℃キー/ランプ
182:換気遅延キー/ランプ
184:シフト開始キー/ランプ
186:加温感度キー/ランプ
188:HP感度キー/ランプ
190:下限警報キー/ランプ
192:上限警報キー/ランプ
194:時計の分表示キー/ランプ
196:時計の時表示キー/ランプ
198:シフト終了キー/ランプ

Claims (14)

  1. 植物が生育されるハウス内の温度管理を行う温度管理システムであって、
    暖房,冷房のいずれか又は両方によって、前記ハウス内の温度調節を行う温度調節手段と、
    前記ハウス内の温度を検出する室内温度検出手段と、
    前記ハウス外の温度を検出する室外温度検出手段と、
    前記ハウス内の設定温度を含む前記温度調節手段の運転制御機能に関する条件を設定する設定手段と、
    前記室外温度検出手段により検出されたハウス外の外気温が、所定の外気基準値を下回ったときに、前記設定手段により設定された設定温度に、前記外気温の低下に応じた加算値を加えて前記設定温度を補正し、該補正後の設定温度に基づいて、前記温度調節手段の運転を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする温度管理システム。
  2. 前記制御手段は、
    前記室外温度検出手段により検出された外気温が、前記外気基準値を下回ったときは、
    前記外気基準値と検出された外気温の差に、所定の係数を乗じて加算値を算出し、
    該算出された加算値を、前記設定温度に加えて、前記補正後の設定温度とすることを特徴とする請求項1記載の温度管理システム。
  3. 前記温度調節手段が、
    燃料の燃焼により加温する加温器と、
    ヒートポンプ式の空調機と、
    を含んでおり、
    前記制御手段は、
    前記補正後の設定温度が得られたときは、該補正後の設定温度に基づいて、前記空調機の運転を制御することを特徴とする請求項1又は2記載の温度管理システム。
  4. 前記制御手段は、
    前記加温器の運転のON・OFFを監視し、
    前記加温器の運転がOFFになった時点から、前記ハウス内の温度変化を監視し、
    前記室内温度が、前記空調機の運転を停止する温度として設定されている空調機OFF点を超えた時点から一定時間は前記空調機の運転を継続し、
    前記一定時間経過時に、前記室内温度が前記空調機OFF点を下回っていれば前記空調機の運転を継続し、前記室内温度が前記空調機OFF点を下回っていなければ前記空調機の運転を停止することを特徴とする請求項3記載の温度管理システム。
  5. 前記制御手段は、
    前記室外温度検出手段により検出されたハウス外の外気温が、前記外気基準値を下回るときは、
    前記加温器の運転がOFFになった時点から、前記ハウス内の温度変化を監視し、
    前記一定時間経過時を判断の基準とする運転制御に替えて、
    前記室内温度が、前記空調機OFF点を2回目に超えたときに、前記空調機の運転を停止することを特徴とする請求項4記載の温度管理システム。
  6. 前記空調機が複数台あるときに、
    前記制御手段は、
    前記複数台の空調機の運転を監視し、いずれかの空調機が除霜に入ったことを検知したら、
    除霜中と、除霜終了後の一定時間の間は、
    前記設定温度に所定の除霜時加算値を加え、該除霜時加算値を加えた後の設定温度に応じて、除霜中以外の空調機の運転を制御することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の温度管理システム。
  7. 前記空調機が、電気式のヒートポンプであり、
    前記制御手段に、デマンドメータからの信号入力が可能であって、
    前記制御手段は、入力された信号を監視し、
    電力の使用量の上限を超える前に、前記空調機の運転を停止し、デマンド値が回復するまでは、前記加温器のみを運転することを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の温度管理システム。
  8. 前記空調機が、電気式のヒートポンプであり、
    前記制御手段からの送信信号を、前記ヒートポンプが受信可能なときは、
    前記制御手段は、
    前記ヒートポンプ自身が有する停止温度の設定値そのものを調節することを特徴とする請求項3〜7のいずれか一項に記載の温度管理システム。
  9. 前記空調機が、電気式のヒートポンプであるときに、
    前記制御手段は、
    電気の深夜料金と昼間料金、および前記加温器の燃料費から、前記空調機と加温器の運転費用を時間帯ごとに算出し、いずれか安く運転できる方を運転し、他方の運転を停止する切替機能を有することを特徴とする請求項7又は8記載の温度管理システム。
  10. 前記空調機が、ガス式のヒートポンプであるときに、
    前記制御手段は、
    ガスの料金と、前記加温器の燃料費から、前記空調機と加温器の運転費用を算出し、いずれか安く運転できる方を運転し、他方の運転を停止する切替機能を有することを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の温度管理システム。
  11. 前記ハウスが換気手段を有しており、
    前記制御手段は、
    前記換気手段の動作を監視し、
    該換気手段の運転中と、運転停止後の一定時間は、前記温度調節手段による加温を行わないことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の温度管理システム。
  12. 前記設定手段は、
    一日を経時的に任意の複数のステップに区切り、各ステップの開始時刻と、各ステップにおけるハウス内の温度を設定可能であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の温度管理システム。
  13. 前記制御手段は、
    前記設定手段による勾配昇温の指定があったときには、
    設定温度の低いステップから、設定温度の高いステップに移行する際に、徐々に温度が上がるように前記設定温度を修正し、該修正後の設定温度に基づいて、前記温度調節手段の運転を制御することを特徴とする請求項12記載の温度管理システム。
  14. 前記運転制御機能が、
    前記温度調節手段の入点,外気基準,シフト温度,シフト運転時間,換気遅延,温度調節手段の感度,勾配昇温、オーバーシュート時間、除霜時能力落ち込みの設定、
    を含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の温度管理システム。
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