JP2017187213A - 空調制御装置、及びそれを備えた空調制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】同じエリア内に設けられた複数の空調装置の全体の消費電力を低減しつつ、エリア内が快適な温度となるように各空調装置の運転を制御する空調制御装置、及びそれを備えた空調制御システムを提供する。
【解決手段】空調制御装置１４は、同一エリアに設けられ、温度センサをそれぞれ有する複数の空調装置１３Ａ、１３Ｂと接続されている。空調制御装置１４は、空調効率情報に基づいて、各空調装置の温度センサで測定される温度が各空調装置の設定温度となるように各空調装置を運転させるための電力量を、空調装置１３Ａ、１３Ｂの全体の電力量が最小となるように決定する。空調効率情報は、空調装置１３Ａ、１３Ｂのそれぞれについて当該空調装置を一定条件下で運転させた場合の、各空調装置における各温度センサで測定される温度変化を示す。空調制御装置１４は、決定された各空調装置１３Ａ、１３Ｂの電力量を当該空調装置に指示する。
【選択図】図４

Description

本発明は、空調制御装置、及びそれを備えた空調制御システムに関する。

従来より、同一空間に設けられた複数の空調装置によって空間内の温度を制御する技術が提案されている。下記特許文献１には、同一室内空間に設置された複数の空気調和機が互いに、人を検知した情報や運転情報を共有し、空間全体の省電力化を図るように複数の空調装置を制御する技術が開示されている。また、下記特許文献２には、互いに能力が異なる複数の圧縮機を有する熱源ユニットと、熱源ユニットに冷媒配管を介して接続された利用側ユニットとを備える空気調和装置において、利用側ユニットの空調負荷に応じて、能力の小さい圧縮機から順に起動させる技術が開示されている。また、下記特許文献３には、サーバールーム内の必要空調量の変化に応じて、空調機の運転台数を増減させる技術が開示されている。

特開２０１３−１３７１８９号公報 特開２０１１−２０２８９１号公報 特開２０１０−２３０２１０号公報

同じエリアに複数の空調装置が設けられる場合、各空調装置が設けられる位置における温度は、その空調装置の運転による影響だけでなく、他の空調装置の運転による影響を受ける。各空調装置の運転がエリア内の各空調装置が設けられる位置の温度に及ぼす影響は、各空調装置の運転能力や空調装置の位置関係によって異なる。そのため、全体の消費電力を低減しつつ、快適な温度となるように、複数の空調装置の運転を最適化することが望ましい。

本発明は、同じエリア内に設けられた複数の空調装置の全体の消費電力を低減しつつ、エリア内が快適な温度となるように各空調装置の運転を制御する空調制御装置、及びそれを備えた空調制御システムを提供することを目的とする。

本発明に係る空調制御装置は、同一エリア内に設けられ、温度センサをそれぞれ有する複数の空調装置と接続された空調制御装置であって、前記複数の空調装置のそれぞれについて当該空調装置を一定条件下で運転させた場合の、前記複数の空調装置における各温度センサによる温度変化を示す空調効率情報に基づいて、各空調装置における前記温度センサによる温度が当該空調装置の設定温度となるように各空調装置を運転させるための電力量を、前記複数の空調装置の全体の電力量が最小となるように決定する決定手段と、決定された各空調装置の電力量を当該空調装置に指示する指示手段と、を備える。

この構成によれば、同一エリアに設けられた複数の空調装置の運転による各空調装置の位置に及ぼされる温度変化を考慮し、空調装置全体の総電力量が最小となるように、各空調装置を当該空調装置の設定温度となるように運転させるための電力量が決定される。その結果、各空調装置の運転が最適化され、より少ない電力量でエリア内の各空調装置における温度を快適な温度に保つことができる。

また、上記空調制御装置において、所定期間ごとに、前記複数の空調装置に対して前記一定条件下での運転を行わせ、前記空調効率情報を更新する更新手段をさらに備えることとしてもよい。

この構成によれば、空調効率情報が所定期間ごとに更新されるため、各空調装置の運転能力に応じた電力量を決定することができる。そのため、空調効率情報を更新しない場合と比べ、各空調装置の運転をより最適化することができる。

本発明に係る空調制御システムは、上記空調制御装置と、前記複数の空調装置と、を備える。

この構成によれば、同一エリアに設けられた複数の空調装置の運転による各空調装置の位置に及ぼされる温度変化を考慮し、空調装置全体の総電力量が最小となるように、各空調装置を当該空調装置の設定温度となるように運転させるための電力量が決定される。その結果、各空調装置の運転が最適化され、より少ない電力量でエリア内の各空調装置における温度を快適な温度に保つことができる。

本発明の構成によれば、同じエリア内に設けられた複数の空調装置の全体の消費電力を低減しつつ、エリア内が快適な温度となるように各空調装置の運転を制御することができる。

図１は、実施形態に係る空調制御システムが設けられたエネルギー管理システムの構成例を示す模式図である。 図２は、図１に示す空調装置の配置を示す模式図である。 図３は、図１に示す空調装置の機能ブロック図である。 図４は、図１に示すエネルギー管理装置の機能ブロック図である。 図５（ａ）（ｂ）は、図１に示す各空調装置の電力量と、各空調装置で測定される室温の変化とを表す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

本発明に係る空調制御システムは、ＨＥＭＳ等のエネルギー管理システムにおいて利用される。図１は、本実施形態に係る空調制御システムが設けられたエネルギー管理システムの構成例を示す模式図である。

図１に示すように、エネルギー管理システム１は、系統１１と接続された分電盤１２に、２台の空調装置１３（１３Ａ、１３Ｂ）とエネルギー管理装置１４とが接続されて構成されている。本実施形態において、エネルギー管理装置１４は、２台の空調装置１３の運転を制御する空調制御装置として機能し、空調装置１３とエネルギー管理装置１４とによって空調制御システムが構成される。なお、この例では、空調装置が２台の例を説明するが、空調装置の台数はこれに限定されず、３台以上であってもよい。

この例において、空調装置１３Ａ、１３Ｂは、図２に示すように、同じエリア内において対角線上に設けられ、エリア内の温度は、空調装置１３Ａ、１３Ｂの運転によって制御される。空調装置１３Ａ、１３Ｂはそれぞれ予め目標温度が設定されている。各空調装置は、温度センサが設けられ、その温度センサで測定される温度が目標温度となるように運転を行う。各空調装置で測定される温度は、当該空調装置の運転による影響だけでなく、他方の空調装置の運転による影響も受ける。そのため、本実施形態では、エネルギー管理装置１４により、空調装置１３Ａ、１３Ｂの運転が互いに及ぼす影響を考慮し、空調装置１３Ａ、１３Ｂの全体の消費電力が最小となるように空調装置１３Ａ、１３Ｂの運転を制御する。以下、空調装置１３とエネルギー管理装置１４の具体的な構成について説明する。

図３は、空調装置１３Ａの構成例を示すブロック図である。なお、空調装置１３Ｂの構成も空調装置１３Ａと同様であるため、ここでは空調装置１３Ａについて説明する。

図３に示すように、空調装置１３Ａは、制御部１３１、外気温センサ１３２、室温センサ１３３、コンプレッサー１３４、及びファン１３５を有する。空調装置１３Ａは、室内機と室外機とが配管及び配線で接続されて構成されている（いずれも図示略）。

外気温センサ１３２は、室外機に設けられ、外気温を検出する。室温センサ１３３は、室内機に設けられ、室温を検出する。コンプレッサー１３４は、室外機に設けられ、制御部１３１の制御の下、冷媒を圧縮して冷媒の温度を調整する。ファン１３５は、室内機用ファンと室外機用ファンとを含む。ファン１３５は、制御部１３１の制御の下、所定の回転数で回転する。

制御部１３１は、例えばマイコンで構成される。空調装置１３Ａは、ＥＣＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ等の通信プロトコルに対応し、制御部１３１は、エネルギー管理装置１４との間で空調装置１３Ａの運転に関する情報をやり取りする。制御部１３１は、エネルギー管理装置１４からの指示に応じて、予め設定された目標温度と室温及び外気温とに基づいてコンプレッサー１３４及びファン１３５を駆動する。

図１に戻り、説明を続ける。エネルギー管理装置１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ（ＲＯＭ(Read Only Memory)及びＲＡＭ(Random Access Memory)）と、ディスプレイとを備える（いずれも図示略）。エネルギー管理装置１４は、ＥＣＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ等の通信プロトコルを用い、空調装置１３との間でこれらの運転に関する情報のやり取りを行い、使用電力量等の動作状況をディスプレイに表示する。また、エネルギー管理装置１４は、空調装置１３Ａ、１３Ｂの目標温度と室温とに基づき、空調装置１３Ａ、１３Ｂの全体の消費電力が最小となるように各空調装置の運転を制御する処理（以下、運転制御処理）を行う。

図４は、エネルギー管理装置１４が運転制御処理を実現するための機能ブロック図である。図４に示すように、エネルギー管理装置１４は、空調効率情報更新部１４１、運転電力決定部１４２、及び指示部１４３を有する。エネルギー管理装置１４は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、図４に示す各部の機能を実現する。以下、各部の処理について具体的に説明する。

空調効率情報更新部１４１は、所定期間ごとに、一定条件下で空調装置１３Ａ、１３Ｂを運転させたときの空調装置１３Ａ、１３Ｂにおける室温センサ１３３で測定される室温の変化量を算出する。本実施形態では、空調装置１３Ａ、１３Ｂを１台ずつ一定の電力量（例えば１ｋＷ）で一定時間（例えば１時間）運転させたときの空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される室温の変化量を空調効率情報とする。ここで、図５を用いて空調効率情報の算出方法について具体的に説明する。

図５の（ａ）（ｂ）は、空調装置１３Ａ、１３Ｂの各運転時における電力量と、空調装置１３Ａ、１３Ｂにおいて測定される室温の変化とを表すグラフである。

空調効率情報更新部１４１は、一定時間ごとに、空調装置１３Ａ、１３Ｂに対し、現在の室温の情報を要求し、空調装置１３Ａ、１３Ｂのそれぞれから、空調装置１３Ａ、１３Ｂの各室温センサ１３３で測定される室温の情報を取得する。

空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される各室温が目標温度（例えば２４℃）に到達後、空調効率情報を算出するための運転を空調装置１３Ａ、１３Ｂに行わせる。具体的には、空調効率情報更新部１４１は、図５（ａ）に示すように、空調装置１３Ａで測定された室温が２４℃になると、空調装置１３Ａに対しては、目標温度到達時の電力（以下、定常時電力）に１ｋＷをさらに加えた電力で運転（以下、調査用運転）するよう指示し、空調装置１３Ｂに対しては定常時電力で運転（以下、定常運転）するよう指示する。

その後、空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ａで測定される室温が所定時間（例えば１０分）以内に許容温度（例えば、目標温度±１．０℃）に到達した場合、許容温度に到達するまでの所要時間とそのときの室温とを記憶する。また、空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ａで測定される室温が所定時間以内に許容温度に到達しない場合、所定時間（例えば１０分）を所要時間として、そのときの室温とともに記憶する。

図５（ａ）の例では、空調装置１３Ａで測定された室温が２４℃となる時刻ｔ１１から、空調装置１３Ａは、定常時電力＋１ｋＷの電力で駆動する。これにより、時刻ｔ１１から１０分後の時刻ｔ１２において、空調装置１３Ａで測定される室温は２３．２℃となる。空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ａについて、室温２３．２℃と所定時間（１０分）とを記憶する。

また、空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ａによる調査用運転が空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される室温に及ぼす影響、つまり、空調装置１３Ａが調査用運転を行っている間の空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される室温の変化を測定する。図５（ｂ）の例において、室温が２４℃である時刻ｔ１１から１０分経過後の時刻ｔ１２において空調装置１３Ｂで測定された室温は２３．６℃である。つまり、空調装置１３Ｂで測定される室温は、空調装置１３Ａの運転の影響によって、２４℃から０．４℃下がった２３．６℃になっている。この場合、空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ｂについて、室温２３．６℃と、所定時間（１０分）とを記憶する。

次に、空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ａに対する調査用運転の指示と空調装置１３Ｂに対する定常運転の指示を解除し、空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される室温が目標温度２４℃となるまで空調装置１３Ａ、１３Ｂを駆動させる。

空調効率情報更新部１４１は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される室温が目標温度２４℃となる時刻ｔ２１において、空調装置１３Ｂに対して調査用運転を指示し、空調装置１３Ａに対して定常運転するよう指示する。

図５（ｂ）の例では、時刻ｔ２１から、空調装置１３Ｂは、定常時電力＋１ｋＷの電力で駆動する。これにより、時刻ｔ２１から９分後の時刻ｔ２２において、空調装置１３Ｂで測定される室温は２３．０℃となる。つまり、時刻ｔ２２において空調装置１３Ｂで測定される室温は許容温度（目標温度±１．０℃）となっている。そのため、空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ｂについて、室温２３．０℃と、所要時間（９分）とを記憶し、調査用運転の指示を解除する。

一方、空調装置１３Ａで測定される室温は、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ２１から９分経過後の時刻ｔ２２において２３．７℃である。つまり、空調装置１３Ａで測定される室温は、空調装置１３Ｂの運転の影響によって、２４℃から０．３℃下がった２３．７℃なっている。この場合、空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ａについて、室温２３．７℃と所要時間（９分）とを記憶し、定常運転の指示を解除する。

空調効率情報更新部１４１は、空調装置１３Ａ、１３Ｂのそれぞれの調査用運転における空調装置１３Ａ、１３Ｂの室温の変化量と、その所要時間とに基づいて、空調装置１３Ａ、１３Ｂの空調効率情報を求める。上述したように、空調効率情報は、一の空調装置を一定の電力量（１ｋＷ）で一定時間（１時間）運転させたときの各空調装置で測定される室温の変化量である。つまり、空調効率情報ηは、以下の式（１）で定義される。

η＝（Ｔ１−Ｔ２）×Δｔ／１ｋＷ ・・・（１）
Ｔ１：調査用運転開始時の室温（℃）
Ｔ２：調査用運転終了時の室温（℃）
Δｔ：１時間（＝６０分／所要時間（分））

従って、上記の例の場合、空調装置１３Ａの調査用運転における空調装置１３Ａ、１３Ｂの各空調効率情報をηａａ、ηａｂとした場合、空調効率情報ηａａ、ηａｂはそれぞれ以下の式（２）（３）で表される。
ηａａ＝（（２４．０℃−２３．２℃）×６０／１０）／１ｋＷ
＝４．８℃／１ｋＷｈ ・・・（２）
ηａｂ＝（（２４．０℃−２３．６℃）×６０／１０）／１ｋＷ
＝２．４℃／１ｋＷｈ ・・・（３）

また、空調装置１３Ｂの調査用運転における空調装置１３Ａ、１３Ｂの空調効率情報をηｂａ、ηｂｂとした場合、空調効率情報ηｂａ、ηｂｂは以下の式（４）（５）で表される。
ηｂａ＝（（２４．０℃−２３．７℃）×６０／９）／１ｋＷ
＝２．０℃／１ｋＷｈ ・・・（４）
ηｂｂ＝（（２４．０℃−２３．０℃）×６０／９）／１ｋＷ
＝６．７℃／１ｋＷｈ ・・・（５）

空調効率情報更新部１４１は、例えば、季節ごと（３ヶ月ごと）等、一定期間ごとに、空調装置１３Ａ、１３Ｂについて調査用運転を行い、それぞれの空調効率情報ηを算出し、空調効率情報ηを更新するようにする。

図４に戻り、運転電力決定部１４２は、空調効率情報更新部１４１で算出された空調効率情報ηａａ、ηａｂ、ηｂａ、ηｂｂを用い、空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される室温が目標温度となるように運転するための空調装置１３Ａ、１３Ｂの電力値を、電力値の合計が最小となるように決定する。

空調効率情報と、空調装置１３Ａ、１３Ｂにそれぞれ加える電力と、空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される各室温と許容温度との差との関係は以下の式（６）（７）で表すことができる。

Ｐａ：空調装置１３Ａに加える電力（ｋＷ）
Ｐｂ：空調装置１３Ｂに加える電力（ｋＷ）
ΔＴａ：空調装置１３Ａの許容温度と空調装置Ａで測定される室温との差分（℃）
ΔＴｂ：空調装置１３Ｂの許容温度と空調装置Ｂで測定される室温との差分（℃）
但し、δＴａ−βｍ≦ΔＴａ≦δＴａ＋αｎ
δＴｂ−βｍ≦ΔＴｂ≦δＴｂ＋αｎ
δＴａ：目標温度と、空調装置１３Ａで一定時間ごとに測定される室温との差分
δＴｂ：目標温度と、空調装置１３Ｂで一定時間ごとに測定される室温との差分
０≦αｎ≦α α：目標温度と上限の許容温度との差の最大値
０≦βｍ≦β β：目標温度と下限の許容温度との差の最小値

この例では、空調装置１３Ａ、１３Ｂともに、目標温度２４℃に対し、許容温度は２４℃±１．０℃であるため、α＝β＝１．０である。この場合、αｎとβｍは、０以上、１．０以下の値をとるが、この例では、例えば、αｎ＝βｍ＝１．０とする。従って、ΔＴａとΔＴｂは、δＴａ−１≦ΔＴａ≦δＴａ＋１、δＴｂ−１≦ΔＴｂ≦δＴｂ＋１の範囲の値をとる。この場合、（ΔＴａ，ΔＴｂ）は、（δＴａ，δＴｂ）、（δＴａ＋１，δＴｂ）、（δＴａ，δＴｂ＋１）、（δＴａ−１，δＴｂ）、（δＴａ，δＴｂ−１）、（δＴａ＋１，δＴｂ−１）、（δＴａ−１，δＴｂ＋１）、（δＴａ＋１，δＴｂ＋１）、（δＴａ−１，δＴｂ−１）の９通りの組み合わせが存在する。なお、この９通りの組み合わせのうち、（δＴａ＋１，δＴｂ＋１）と（δＴａ−１，δＴｂ−１）は、いずれも許容温度の上限値又は下限値となるように空調装置１３Ａ、１３Ｂを運転することになり、空調装置１３Ａ、１３Ｂで測定される室温が目標温度に到達できないため除外される。

従って、例えば、δＴａ＝１．０℃、δＴｂ＝１．７℃である場合には、以下の式（８）〜（１４）によって空調装置１３Ａ、１３Ｂに加える電力Ｐａ、Ｐｂの組み合わせが求められる。

上記式（８）〜（１４）で示される電力（Ｐａ１，Ｐｂ１）〜（Ｐａ７，Ｐｂ７）の組み合わせのうち、電力の合計値が最小となる組み合わせは（Ｐａ５，Ｐｂ５）＝（０．１８，０．０５）である。そのため、運転電力決定部１４２は、空調装置１３Ａに対する電力値として１８０Ｗ、空調装置１３Ｂに対する電力値として５０Ｗを決定する。

指示部１４３は、運転電力決定部１４２で決定された空調装置１３Ａ、１３Ｂの各電力値に基づき、空調装置１３Ａ、１３Ｂにおける運転時の電力を指示する。つまり、上記の例では、空調装置１３Ａに対しては、電力値１８０Ｗで運転するように指示し、空調装置１３Ｂに対しては、電力値５０Ｗで運転するように指示する。これにより、空調装置１３Ａ、１３Ｂは、指示部１４３によって指示された電力値に基づいて運転を行う。

このように、上述した実施形態では、各空調装置を一定条件下で運転させたときの各空調装置で測定される温度変化を空調効率情報として算出し、空調効率情報に基づいて、各空調装置が目標温度となるように運転するための電力値を、電力値の合計が最小となるように決定する。つまり、空調装置ごとに、各空調装置の運転が互いに及ぼす影響が考慮され、空調装置全体の電力量が最小となる電力値で運転させることができる。その結果、各空調装置の運転が最適化され、より少ない消費電力量で、エリア内の温度を快適な温度に保つことができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。以下、本発明の変形例について説明する。

（１）上述した実施形態では、エネルギー管理装置１４の制御の下、空調装置１３Ａ、１３Ｂの運転を行いながら空調効率情報ηを求める例を説明したが、ある時点における空調効率情報ηがエネルギー管理装置１４に記憶されていれば、その空調効率情報ηを用いてもよい。

（２）上述した実施形態では、空調装置１３Ａ、１３Ｂにおける目標温度と許容温度範囲とが共通している例であったが、空調装置ごとに目標温度と許容温度範囲の両方が異なっていてもよいし、一方が異なっていてもよい。

１・・・エネルギー管理システム、１１・・・系統、１２・・・分電盤、１３，１３Ａ，１３Ｂ・・・空調装置、１４・・・エネルギー管理装置、１３１・・・制御部、１３２・・・外気温センサ、１３３・・・室温センサ、１３４・・・コンプレッサー、１３５・・・ファン、１４１・・・空調効率情報更新部、１４２・・・運転電力決定部、１４３・・・指示部

Claims (3)

1. 同一エリア内に設けられ、温度センサをそれぞれ有する複数の空調装置と接続された空調制御装置であって、
   前記複数の空調装置のそれぞれについて当該空調装置を一定条件下で運転させた場合の、前記複数の空調装置における各温度センサによる温度変化を示す空調効率情報に基づいて、各空調装置における前記温度センサによる温度が当該空調装置の設定温度となるように各空調装置を運転させるための電力量を、前記複数の空調装置の全体の電力量が最小となるように決定する決定手段と、
   決定された各空調装置の電力量を当該空調装置に指示する指示手段と、
   を備える空調制御装置。
2. 所定期間ごとに、前記複数の空調装置に対して前記一定条件下で運転を行わせ、前記空調効率情報を更新する更新手段をさらに備える、請求項１に記載のエネルギー管理装置。
3. 請求項１又は２に記載の空調制御装置と、
   前記複数の空調装置と、
   を備える空調制御システム。

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