JP2019060506A

JP2019060506A - 空調制御システム

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Publication number: JP2019060506A
Application number: JP2017183175A
Authority: JP
Inventors: 直樹大串; Naoki Ogushi
Original assignee: Kyowa Exeo Corp
Current assignee: Kyowa Exeo Corp
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: JP6941522B2

Abstract

【課題】フィードバック制御機能を有していない一般的な空調機器についてもフィードバック制御することが可能な空調制御システムを提供する。【解決手段】室外機１３の状態を、電力使用量を制限しない第１の状態、電力使用量を所定割合に制限する第２の状態又は電力使用量をほぼゼロに制限する第３の状態に切り替えするためのデマンド制御手段２１と、少なくとも１つの室外機１３のデマンド制御手段２１を制御し、少なくとも１つの室外機１３の電力使用量を第１の状態、第２の状態又は第３の状態に切り替え制御するフィードバック制御手段とを備えている。このフィードバック制御手段は、少なくとも１つの電流センサ１６が検出した電流値から少なくとも１つの室外機１３の平均負荷率を算出し、算出した平均負荷率に応じて設定された制御内容でこの少なくとも１つの室外機１３のデマンド制御手段を制御するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、１つ又は複数設置されている空調機器をフィードバック制御する空調制御システムに関する。

フィードバック制御を行う空調制御技術として、特許文献１には、制御対象空間の室内温度を計測し、得られた計測温度を設定温度に一致させるよう空調機器を制御する空調制御システムが記載されている。

この空調制御システムでは、空調機器の起動時における電力消費の急増を抑制するために、空調機器の起動から所定の待ち時間にわたり、計測した制御対象空間の室内温度と設定温度とから演算処理して得られた制御出力値を、抑制した抑制制御出力値に基づいて空調機器をフィードバック制御している。

特開平２０１３−２３１５２３号公報

特許文献１に記載されている空調制御システムによれば、室温を設定温度にフィードバック制御して起動時における電力消費を抑制することが可能であるが、空調機器によって消費される総電力量を適切に削減することはできず、最適な省エネ効果を期待することができなかった。また、このような空調制御システムは、空調機器を製造する段階からフィードバック制御するように設計されているものであり、フィードバック制御機能を有していない既存の一般的な空調機器にこの技術を適用してフィードバック制御するように設定することはできなかった。

従って本発明の目的は、複数の空調機器を適切にフィードバック制御することにより、最適な省エネ効果を得ることができる空調制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、フィードバック制御機能を有していない一般的な空調機器についてもフィードバック制御することが可能な空調制御システムを提供することにある。

本発明によれば、空調制御システムは、少なくとも１つの室内機と、少なくとも１つの室内機に冷媒回路を介して接続されている少なくとも１つの室外機と、少なくとも１つの室外機の電力量を測定するために電流を検出する少なくとも１つの電流センサと、少なくとも１つの室外機の各々に設けられ、この室外機の状態を、電力使用量を制限しない第１の状態、電力使用量を所定割合に制限する第２の状態又は電力使用量をほぼゼロに制限する第３の状態に切り替えするためのデマンド制御手段と、少なくとも１つの室外機のデマンド制御手段を制御し、少なくとも１つの室外機の電力使用量を第１の状態、第２の状態又は第３の状態に切り替え制御するフィードバック制御手段とを備えている。このフィードバック制御手段は、少なくとも１つの電流センサが検出した電流値から少なくとも１つの室外機の平均負荷率を算出し、算出した平均負荷率に応じて設定された制御内容でこの少なくとも１つの室外機のデマンド制御手段を制御するように構成されている。

電流センサが検出した電流値から室外機の平均負荷率を算出し、その平均負荷率に応じて室外機をデマンド制御しているため、空調機器の負荷率を向上させることができ、室外機による成績係数ＣＯＰを改善することができ、最適な省エネ効果を得ることが可能となる。また、各室外機に設けられたデマンド制御手段をフィードバック制御してその電力使用量を第１の状態、第２の状態又は第３の状態に切り替え制御しているため、フィードバック制御機能を有していない一般的な空調機器についてもフィードバック制御することが可能である。

フィードバック制御手段は、少なくとも１つの電流センサが検出した電流値から負荷率計算時間内の少なくとも１つの室外機の電力使用量積算値を算出し、算出した電力使用量積算値と、少なくとも１つの室外機の定格消費電力と負荷率計算時間とから平均負荷率を、
平均負荷率＝（負荷率計算時間内の電力使用量積算値）／（定格消費電力×負荷率計算時間）から算出するように構成されていることが好ましい。

フィードバック制御手段は、算出した平均負荷率が低負荷率閾値より低い場合は、少なくとも１つの室外機の電力使用量を第３の状態に切り替え制御するように構成されていることも好ましい。

フィードバック制御手段は、算出した平均負荷率が高負荷率閾値を超える場合は、少なくとも１つの室外機の電力使用量を第１の状態に切り替え制御するように構成されていることも好ましい。

少なくとも１つの室内機が設置されている建家内の温度を検出する室内温度センサをさらに備えており、フィードバック制御手段は、室内温度センサが検出した室内温度に基づいて設定された制御内容でデマンド制御手段を制御するように構成されていることも好ましい。

この場合、フィードバック制御手段は、室内温度センサが検出した過去及び現在の室内温度から将来の室内温度を予測し、予測した室内温度があらかじめ定めた温度変動限界範囲内にあるか否かに応じてデマンド制御手段を制御するように構成されていることがより好ましい。

さらにこの場合、フィードバック制御手段は、予測した室内温度が温度変動限界範囲内にない場合は、少なくとも１つの室外機の電力使用量を第３の状態から第２の状態に又は第２の状態から第１の状態に切り替え制御するように構成されていることも好ましい。

フィードバック制御手段は、予測した室内温度が温度変動限界範囲内に有りかつ少なくとも１つの室外機の電力使用量が第３の状態にある場合は、少なくとも１つの室外機の電力使用量を第３の状態から第２の状態に切り替え制御するように構成されていることも好ましい。

本発明によれば、空調機器の負荷率を向上させることができ、室外機による成績係数ＣＯＰを改善することができ、最適な省エネ効果を得ることが可能となる。また、フィードバック制御機能を有していない一般的な空調機器についてもフィードバック制御することが可能である。

本発明の空調制御システムの一実施形態における全体のシステム構成を概略的に示すブロック図である。図１の空調制御システムにおける各要素間の信号の流れを示す図である。図１の空調制御システムによって制御される空調機器（エアコン）の負荷率とＣＯＰとの関係を表す図である。図１の空調制御システムにおける制御全体の処理フローを概略的に示すフローチャートである。図１の空調制御システムにおけるフィードバック制御の一部処理フローを概略的に示すフローチャートである。図１の空調制御システムにおけるフィードバック制御の一部処理フローを概略的に示すフローチャートである。図１の空調制御システムにおける将来室温の予測方法の一例を説明する図である。図１の空調制御システムにおける接点制御の一例を説明する図である。図１の空調制御システムにおける実際の負荷率の推移の一例を説明する図である。

図１は本発明の空調制御システムの一実施形態における全体のシステム構成を概略的に示しており、図２は本実施形態の空調制御システムにおける各要素間の信号の流れを示している。

図１に示すように、本実施形態における空調制御システムは、建家１０内に設けられた室内機１１と、屋外に設置されており、室内機１１に冷媒回路１２を介して接続されている室外機１３とを備えている。図示の例では、建家１０内に単一の室内機１１が設けられ、この室内機１１と単一の室外機１３とによって１つの空調機器が構成されているが、複数の室内機を単一の室外機に対応させても良い。なお、この建家１０内に複数の室内機を設けると共にこれに対応する複数の室外機を屋外に設け、それらをグループ分けして別個に制御できるように（グループ制御するように）構成しても良い。本実施形態においては、図示のように、室外機１３以外に複数の室外機が設けられており、各室外機は図示されていない建家に設けられた単一又は複数の室内機に冷媒回路を介して接続されている。

建家１０内には、その室内温度を検知するための室内温度センサ１４と、対応する室外機１３用の分電盤１５又はその入出力電線に取り付けられ、その室外機１３の電力量を測定するために電流を検出する電流センサ（ＣＴセンサ）１６と、これら室内温度センサ１４及びＣＴセンサ１６に接続されたゲートウェイデバイス（ＧＷデバイス）１７とが設けられている。本実施形態では、室内温度センサ１４の検出した室内温度情報は、無線でＧＷデバイス１７に送信されるように構成されており、ＣＴセンサ１６の検出した電流情報は、有線でＧＷデバイス１７に送信されるように構成されている。

建家１０の外部には、室外温度を検知するための室外温度センサ１８と、室外温度センサ１８に接続されたゲートウェイデバイス（ＧＷデバイス）１９とがさらに設けられている。本実施形態では、室外温度センサ１８の検出した室外温度情報は、無線でＧＷデバイス１９に送信されるように構成されている。ＧＷデバイス１７及び１９は、ＬＴＥ（次世代の高速携帯通信規格）等を採用した高速無線回線を介して、ＩＰＣ（プロセス間通信）チャネルを利用したクラウド上のサーバであるＩＰＣクラウドサーバ２０に接続されている。

また、室外機１３を含む複数の室外機の接点制御インタフェース（例えば、デマンドアダプタ）の制御端子には、デマンド制御用の接点信号を送るデマンド制御装置２１が有線で接続されている。このデマンド制御装置２１は、ＬＴＥ等を採用した高速無線回線を介してＩＰＣクラウドサーバ２０に接続されており、ＩＰＣクラウドサーバ２０から送られてくるスケジュール制御情報と時刻とに基づいて種々の接点信号を作成し出力するコンピュータ機能を有している。

本実施形態では、デマンド制御装置２１にＬＡＮによって接続されている他のデマンド制御装置が設けられており、各デマンド制御装置は、複数の（本実施形態では最大８つの）室外機のデマンド制御端子にそれぞれ有線で接続されている。もちろん、さらに他のデマンド制御装置が設けられていても良い。

図２に示すように、ＩＰＣクラウドサーバ２０には、本空調制御システムの制御情報（フィードバック制御情報及びスケジュール制御情報）があらかじめ登録されており、さらに、制御対象となる室外機を指定する対象室外機情報等の制御用初期設定情報並びに測定対象となる室内温度センサ、室外温度センサ及びＣＴセンサを指定する情報等の測定用初期設定情報を含む初期設定情報が登録されている。このＩＰＣクラウドサーバ２０からデマンド制御装置２１へは、初期設定時に対象室外機情報等の制御用初期設定情報が送付されると共に、その室外機のフィードバック制御情報及びスケジュール制御情報が送付されるように構成されている。逆に、デマンド制御装置２１からＩＰＣクラウドサーバ２０へは、制御対象空調機器の制御状態、即ち室外機１３の制御状態を表す制御状態情報が送付される。また、ＩＰＣクラウドサーバ２０からＧＷデバイス１７及び１９へは、初期設定時に室内温度センサ、室外温度センサ及びＣＴセンサ情報等の測定用初期設定情報が送付される。室内温度センサ１４は、初期設定された測定対象エリア、本実施形態では建家１０内（室内）の温度を測定し、その測定結果はＧＷデバイス１７からＩＰＣクラウドサーバ２０へ送付される。ＣＴセンサは、初期設定された測定対象空調機器、本実施形態では室外機１３の電流を測定し、その測定結果はＧＷデバイス１７からＩＰＣクラウドサーバ２０へ送付される。室外温度センサ１８は、室外の温度を測定し、その測定結果はＧＷデバイス１９からＩＰＣクラウドサーバ２０へ送付される。

ＩＰＣクラウドサーバ２０は、ＧＷデバイス１７及び１９を含む複数のＧＷデバイス及びデマンド制御装置２１を含む複数のデマンド制御装置と高速無線回線を介して情報及び指示の送受を行う無線通信装置と、サーバ本体と、サーバ本体の制御プログラム及び空調機器（室外機）毎の制御情報を格納しているデータベースとを備えており、室内温度センサ、室外温度センサ及びＣＴセンサからの検出信号並びにデータベース内に格納されている制御情報に基づいて接点信号を作成し、各室外機のデマンド制御を行う。このデマンド制御は、運転状態に応じたフィードバック制御を行うものであり、室外機の状態を、電力使用量を制限しない第１の状態（接点０制御、１００％制御、デマンド制御無し）、電力使用量を所定割合に制限する第２の状態（接点１制御、例えば４０％制御）、又は電力使用量をほぼゼロに制限する第３の状態（接点２制御、例えばサーモオフ）に切り替えし、各室外機による成績係数ＣＯＰを改善するように設定された制御内容でフィードバック制御する。なお、本実施形態では、室外機の状態を第１の状態、第２の状態及び第３の状態の３つの状態に制御しているが、制御する状態の数はこのように３つに限定されるものではなく、４つ以上であっても良い。また、第２の状態を４０％制御としているが、この割合は、０％を超えかつ１００％未満の他の値、たとえば７０％であっても良い。また、第３の状態をサーモオフではなく、４０％制御としても良い。さらに、第１の状態、第２の状態及び第３の状態の制御時間も後に述べる時間に限定されるものではない。

図３は本実施形態の空調制御システムによって制御される空調機器（室外機、エアコン）の負荷率と成績係数ＣＯＰとの関係を表している。上述のごとく運転状態に応じたフィードバック制御情報に基づいて室外機のデマンド制御を行うことにより、エアコンを、ＣＯＰ比が１．０以下となる効率の悪い負荷率のエリア３０で動作させるのではなく、ＣＯＰ比が１．０を超える高ＣＯＰエリア（効率の良い負荷率のエリア３１、負荷率が５０％近辺となるエリア）で動作させることができる。

なお、成績係数ＣＯＰ（ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＯｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）とは、エアコンの消費効率を示す指標であり、空気を一定温度とするのに使用した電力量を示す値であり、以下の式で求められる。
ＣＯＰ＝（定格冷房又は暖房能力（ｋＷ））／（定格消費電力（ｋＷ））
ＣＯＰの値が高ければ高いほど効率よく冷暖房が行われていることとなり、ＣＯＰの値が低ければ低いほど効率が悪いこととなる。従って、ＣＯＰを向上させるようにフィードバック制御すれば、空調使用電力量の削減が可能となる。即ち、ＣＯＰ比が１．０を超えるようにフィードバック制御すれば、室温をあらかじめ定めた設定温度に制御できると共に、総電力量を削減することができ、最適な省エネ効果を得ることが可能となる。

図４は本実施形態の空調制御システムにおける制御全体の処理フローを概略的に示している。ＩＰＣクラウドサーバ２０のサーバ本体は、インストールされた制御プログラムに従って同図に示すような制御処理を、所定の処理間隔、例えば１分間隔で実行する。

まず、システム全体において、本実施形態の空調制御を行う必要があるか否かを判別する（ステップＳ１）。全体の空調制御が不要の場合（ＮＯの場合）、この制御処理を終了する。全体の空調制御を要する場合（ＹＥＳの場合）、制御対象とする空調機器（室外機）を決定する（ステップＳ２）。次いで、データベースを参照し、この空調機器の制御対象エリアが制御を実施すべきエリアか否か、即ち、この空調機器の制御が必要か否か判別する（ステップＳ３）。制御を実施しないエリアの空調機器であると判別した場合（ＮＯの場合）、後述するステップＳ７へ進む。

ステップＳ３において、制御を実施すべきエリアの空調機器であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、その制御がフィードバック制御であるか否かを判別する（ステップＳ４）。フィードバック制御であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ５へ進み、後述する図５ａ及び図５ｂに示すフィードバック制御を実行する（ステップＳ５）。フィードバック制御ではないと判別した場合（ＮＯの場合）、ステップＳ６へ進み、スケジュール制御を実行する。

スケジュール制御は、その室外機による成績係数ＣＯＰ比が１．０を超えるように、季節及び時刻に応じてあらかじめ設定された制御内容で室外機を、電力使用量を制限しない第１の状態、電力使用量を所定割合に制限する第２の状態又は電力使用量をほぼゼロに制限する第３の状態に切り替えるデマンド制御を行うものである。例えば、冬の朝から午前の所定時までは、まず、第１の状態となり、その後、第２の状態となることを繰り返すようにデマンド制御したり、夏の昼から午後の所定時までは、まず、第１の状態となり、その後、第２の状態となることを繰り返すようにデマンド制御する。このスケジュール制御は、本発明のフィードバック制御が行えない場合、例えば、室外機の定格情報が不明であったり、室外機の電力量を測定できなかったり、室内温度を測定できないような場合に実施される。

ステップＳ５のフィードバック制御処理又はステップＳ６のスケジュール制御処理の後に、全ての空調機器についてこの制御を行ったか否かを判別し（ステップＳ７）、全ての空調機器について制御を行っていないと判別した場合（ＮＯの場合）、ステップＳ２へ戻り上述の処理を繰り返す。ステップＳ７において、全ての空調機器について制御を行ったと判別した場合（ＹＥＳの場合）、この制御処理を終了する。

次に、本実施形態におけるステップＳ５のフィードバック制御処理について、図５ａ及び図５ｂを用いて詳細に説明する。図５ａ及び図５ｂに示すプログラムは、図４の制御プログラムのステップＳ５で実行される制御プログラムである。

このフィードバック制御は、室外機の平均負荷率と、室温の傾向から予測した将来室温とからデマンド制御の内容をフィードバック制御するものである。表１は、本実施形態及びその変更態様における室外機の制御状態と接点と設定内容との関係を示している。

図５ａにおいて、まず、室外温度センサ１８からの室外温度情報を取得可能か否か判別する（ステップＳ５１）。室外温度情報を取得可能であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、室外温度情報を取得し、その室外温度情報があらかじめ定めた冷暖切替温度以下であるか否かを判別する（ステップＳ５２）。冷暖切替温度は、任意に設定可能であり、単なる一例であるが、例えば、１５℃が設定される。室外温度が冷暖切替温度以下であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、暖房の定格消費電力を用いて平均負荷率を算出する（ステップＳ５３）。ステップＳ５２において、室外温度が冷暖切替温度を超えると判別した場合（ＮＯの場合）、冷房の定格消費電力を用いて平均負荷率を算出する（ステップＳ５４）。

一方、ステップＳ５１において、例えば室外温度センサ１８が設置されてないか、又は室外温度センサ１８と通信できず室外温度情報を取得できないと判別した場合（ＮＯの場合）、当日がその地域毎に設定された暖房期間であるか否かを判別する（ステップＳ５５）。単なる一例であるが、東京においては、暖房期間が例えば１１月１日〜３月３１日、冷房期間が例えば４月１日〜１０月３１日に設定される。暖房期間であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、暖房の定格消費電力を用いて平均負荷率を算出する（ステップＳ５６）。ステップＳ５５において、冷房期間であると判別した場合（ＮＯの場合）、冷房の定格消費電力を用いて平均負荷率を算出する（ステップＳ５７）。

平均負荷率は、ＣＴセンサ１６の検出した電流値から電力使用量積算値を算出し、算出した電力使用量積算値を用いて、次式から算出される。
平均負荷率（％）＝｛負荷率計算時間（分）内の電力使用量積算値（ｋＷｈ）｝×１００／｛暖房又は冷房の定格消費電力（ｋＷ）×負荷率計算時間（分）／６０（分）｝

例えば、冷房時に、冷房の定格消費電力＝１０ｋＷ、負荷率計算時間＝３分、空調機器の負荷率計算時間内の電力使用量積算値＝０．２ｋＷｈの場合は、
平均負荷率＝０．２／（１０×３／６０）×１００
＝（０．２／０．５）×１００
＝４０（％）
となる。

ステップＳ５３、ステップＳ５４、ステップＳ５６又はステップＳ５７において、平均負荷率を算出した後、ステップＳ５８へ進む。このステップＳ５８では、その室外機の現在の制御状態が第３の状態、即ち接点２制御のサーモオフである際にそのサーモオフを継続する必要があるかどうかを判別する。具体的には、現在の制御状態がサーモオフでありかつそのサーモオフの継続時間があらかじめ定めたサーモオフ連続時間未満であるか否かを判別する。本実施形態では、単なる一例であるが、サーモオフ連続時間が例えば２０分に設定されている。この時間は、最大で６０分までの所定値に設定される。

ステップＳ５８において、現在の制御状態がサーモオフ（接点２制御）でありかつそのサーモオフの継続時間がサーモオフ連続時間未満であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。これにより、サーモオフ連続時間未満である際には、制御変更することなくサーモオフが維持される。

ステップＳ５８において、現在の制御状態がサーモオフではないと判別したか、又はサーモオフでありかつそのサーモオフの継続時間がサーモオフ連続時間以上であると判別した場合（ＮＯの場合）、次のステップＳ５９へ進む。サーモオフでは、室外機の圧縮機が停止状態となるので機器保護の観点から、また、平均負荷率がほぼ０％となるのでこの平均負荷率による空調使用の判断を正しく行うことができないため、サーモオフの継続時間が空調機器のメーカが推奨している時間（サーモオフ連続時間）を以上となった場合は、サーモオフを解除している。

ステップＳ５９では、現在の制御状態がサーモオフ以外、かつ、接点１制御又は接点２制御である際にその接点１制御又は接点２制御を継続する必要があるかどうかを判別する。具体的には、現在の制御状態が接点１制御又は接点２制御でありかつその現在の制御状態の継続時間があらかじめ定めた出力制御継続時間未満であるか否かを判別する。本実施形態では、単なる一例であるが、出力制御継続時間が例えば５分に設定されている。この時間は、最大で６０分までの所定値に設定される。

ステップＳ５９において、現在の制御状態が接点１制御又は接点２制御でありかつその現在の制御状態の継続時間があらかじめ定めた出力制御継続時間未満であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。これにより、接点１制御又は接点２制御が出力制御継続時間未満である際には、制御変更することなくその現在の制御状態が維持される。

ステップＳ５９において、現在の制御状態がサーモオフ以外、かつ、接点１制御又は接点２制御ではないと判別したか、又は接点１制御若しくは接点２制御でありかつその継続時間が出力制御継続時間以上であると判別した場合（ＮＯの場合）、次のステップＳ６０へ進む。接点変更を行いすぎると、空調機器の故障につながる可能性もあるため、接点１制御又は接点２制御の継続時間があらかじめ定めた出力制御継続時間以上となった場合は、接点１制御又は接点２制御を解除している。

ステップＳ６０では、現在の制御状態が強制デマンド制御である際にその強制デマンド制御を継続する必要があるかどうかを判別する。具体的には、現在の制御状態が強制デマンド制御でありかつその制御状態の継続時間があらかじめ定めた強制デマンド制御時間未満であるか否かを判別する。本実施形態では、単なる一例であるが、強制デマンド制御時間が例えば１０分に設定されている。この時間は、最大で６０分までの所定値に設定される。

なお、強制デマンド制御とは、電力会社のデマンド計により計測されている３０分間の平均電力値の最大値である最大デマンドを制御して契約電力が低減するように強制的にデマンド制御する公知技術である。例えば、真夏や真冬のピーク時には、空調機器は高負荷で動作することが多く最大デマンド電力の発生する可能性が高い。このため、接点０制御（１００％制御）が例えば２０分間連続運転された時に次の１０分間に強制デマンド制御してデマンドを自動抑制するようにしている。

ステップＳ６０において、現在の制御状態が強制デマンド制御でありかつその制御状態の継続時間があらかじめ定めた強制デマンド制御時間未満であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。これにより、強制デマンド制御が強制デマンド制御時間未満である際には、制御変更することなくその現在の制御状態が維持される。

ステップＳ６０において、現在の制御状態が強制デマンド制御ではないと判別したか、又は強制デマンド制御でありかつその継続時間が強制デマンド制御時間以上であると判別した場合（ＮＯの場合）、次のステップＳ６１へ進む。強制デマンド制御は短時間である方が望ましいため、強制デマンド制御の継続時間があらかじめ定めた強制デマンド制御時間以上となった場合は、強制デマンド制御を解除している。

ステップＳ６１では、室外機が停止しているどうかを判別する。具体的には、現在の制御状態が接点０制御若しくは接点１制御、又はサーモオフではない接点２制御（変更態様では４０％制御を接点２制御と設定している、本実施形態では接点２制御をサーモオフと設定している）でありかつ平均負荷率があらかじめ定めた停止負荷率未満であるか否かを判別する。本実施形態では、単なる一例であるが、停止負荷率が例えば３％に設定されている。

ステップＳ６１において、現在の制御状態が接点０制御若しくは接点１制御、又はサーモオフではない接点２制御でありかつ平均負荷率があらかじめ定めた停止負荷率未満であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、室外機が停止していると判断し、ステップＳ６２へ進んで接点０制御に変更する。その後、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。これにより、室外機が停止している際には、接点０制御（１００％制御）に変更される。即ち、夜間や休日などで空調機器が使用されていないと類推されるときは接点制御を解除（リセット）し、１００％制御とすることで、翌日等の空調使用開始時に空調の負荷率を判断できるようにしている。

ステップＳ６１において、現在の制御状態が、接点０制御又は接点１制御ではないと判別したか、サーモオフ以外の接点２制御ではないと判別したか、又は接点０制御若しくは接点１制御、又はサーモオフではない接点２制御でありかつ平均負荷率が停止負荷率以上であると判別した場合（ＮＯの場合）、空調機器が停止していないので、次のステップＳ６３へ進む。

ステップＳ６３では、この室外機について強制デマンド制御が必要かどうか判別する。具体的には、接点０制御が１時間のうちのあらかじめ定めたデマンド時限（０〜２０分、３０〜５０分）の間、連続的に継続したか否かを判別する。

ステップＳ６３において、強制デマンド制御が必要と判別した場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ６４へ進んで強制デマンド制御を行う。その後、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。ステップＳ６３において、強制デマンド制御が不要と判別した場合（ＮＯの場合）、図５ｂのステップＳ６５へ進む。

ステップＳ６５では、室内温度センサ１４からの温度情報を取得可能か否か判別する。室内温度情報を取得可能であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、取得した室内温度があらかじめ定めた上限値及び下限値で規定される温度範囲内であるか否かを判別する（ステップＳ６６）。この場合の上限値及び下限値は、本実施形態では、労働安全衛生法で規定される室温上限値、例えば２８℃、及び室温下限値、例えば１７℃に設定されている。室内温度があらかじめ定めた上限値及び下限値で規定される温度範囲内にあると判別した場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ６７へ進んで将来室温を予測する。

一方、ステップＳ６５において、例えば室内温度センサ１４が設置されてないか、又は室内温度センサ１４と通信できず室内温度情報を取得できないと判別した場合（ＮＯの場合）、ステップＳ７２へ進んで現在の制御状態が接点２制御であるか否かを判別する。

また、ステップＳ６６において、取得した室内温度があらかじめ定めた上限値及び下限値で規定される温度範囲内にないと判別した場合（ＮＯの場合）、ステップＳ６９へ進んで現在の制御状態が接点２制御であるか否かを判別する。

ステップＳ６７における将来室温の予測は、以下のようにして行われる。即ち、現時点から所定時間（温度変動計算間隔）前の基準時点に測定した室内温度Ｔ_０と、現時点で測定した室内温度Ｔ_１とから、将来時点（基準時点から温度変動予測時間後）の室内温度Ｔ_２を予測する。この予測は、下記の比例式で計算する。
Ｔ_２＝（Ｔ_１−Ｔ_０）×（温度変動予測時間／温度変動計算間隔）＋Ｔ_０
ここで、温度変動計算間隔の一例は例えば５分であり、温度変動予測時間の一例は例えば３０分である。

次のステップＳ６８では、予測した将来室温が現時点の室温から温度変動限界範囲内にあるか否かを判別する。この温度変動限界範囲は、例えば±２℃に設定されている。このステップＳ６８において、将来室温が現時点の室温から温度変動限界範囲内にないと判別した場合（ＮＯの場合）、ステップＳ６９へ進んで現在の制御状態が接点２制御であるか否かを判別する。

ステップＳ６９において、現在の制御状態が接点２制御であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ７０へ進み、制御状態を現在の接点２制御から接点１制御に変更し、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。このように、接点２制御（サーモオフ）という強い制御を行っている場合は接点１制御（４０％制御）とし、一旦制御を弱めて様子を見る。一方、現在の制御状態が接点２制御ではないと判別した場合（ＮＯの場合）、ステップＳ７１へ進み、制御状態を現在の接点１又は０制御から接点０制御に変更し、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。このように室内温度が労働安全衛生法の上限値及び下限値で規定される温度範囲内にない場合や、将来室温が現時点の室温から温度変動限界範囲内にない場合は、制御状態を接点０制御か接点１制御に弱めている。

一方、ステップＳ６８において、将来室温が現時点の室温から温度変動限界範囲内にあると判別した場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ７２へ進んで現在の制御状態が接点２制御であるか否かを判別する。このステップＳ７２において、現在の制御状態が接点２制御であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ７３へ進み、制御状態を現在の接点２制御から接点１制御に変更し、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。このように、将来室温が現時点の室温から温度変動限界範囲内にありかつ接点２制御（サーモオフ）という強い制御を行っている場合は接点１制御（４０％制御）とし、一旦制御を弱めて様子を見る。

ステップＳ７２において、現在の制御状態が接点２制御ではないと判別した場合（ＮＯの場合）、現在の制御状態は接点１又は０制御であるが、ステップＳ７４へ進み、計算した平均負荷率があらかじめ定めた低負荷率閾値未満であるか否かを判別する。低負荷率閾値は空調機器の低負荷運転を判断する閾値であり、単なる一例であるが例えば２５％に設定される。

ステップＳ７４において、平均負荷率＜低負荷率閾値であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、低負荷であるため、ステップＳ７５へ進んで現在の制御状態である接点１又は０制御を接点２制御に変更し、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。このように空調機器がかなりの低負荷運転されている場合は、制御を強めている。ステップＳ７４において、平均負荷率＜低負荷率閾値ではないと判別した場合（ＮＯの場合）、ステップＳ７６へ進んで現在の制御状態が接点０制御であるか否かを判別する。

ステップＳ７６において、現在の制御状態が接点０制御ではないと判別した場合（ＮＯの場合）、現在の制御状態は接点１制御であることとなるが、ステップＳ７７へ進んで現在の制御状態である接点１制御を接点０制御に変更し、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。

ステップＳ７６において、現在の制御状態が接点０制御であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、現在の制御状態は接点０制御であることとなるが、ステップＳ７８へ進み、計算した平均負荷率があらかじめ定めた高負荷率閾値未満であるか否かを判別する。高負荷率閾値は空調機器の高負荷運転を判断する閾値であり、単なる一例であるが例えば７５％に設定される。

ステップＳ７８において、平均負荷率＞高負荷率閾値であると判別した場合（ＹＥＳの場合）、高負荷であるため、ステップＳ７７へ進んで現在の制御状態を接点０制御に維持し、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。ステップＳ７８において、平均負荷率＞高負荷率閾値ではないと判別した場合（ＮＯの場合）、中負荷であるため、ステップＳ７９へ進んで現在の制御状態である接点０制御を接点１制御に変更し、図４のステップＳ５におけるフィードバック制御処理を終了する。

このように、ステップＳ７４〜Ｓ７９の処理によれば、将来室温が現時点の室温から温度変動限界範囲内ありかつ空調機器がかなりの低負荷運転の場合は接点２制御（サーモオフ）として強い制御を行い、将来室温が現時点の室温から温度変動限界範囲内ありかつ空調機器が低負荷運転でも高負荷運転でもない中負荷運転の場合は接点１制御（４０％制御）として多少弱めの制御を行い、将来室温が現時点の室温から温度変動限界範囲内ありかつ空調機器がかなりの高負荷運転である場合は制御状態を接点０制御（１００％制御）に弱めている。

図７は本実施形態の空調制御システムの動作例を示しており、以下、同図を用いて、この空調制御システムにおける実際の接点制御の一例を説明する。

夜間停止のため接点０制御（１００％制御）あった空調機器の電源がある時点でオンとなると、その時の室内温度がその上限値及び下限値で規定される温度範囲内にないと判別された場合、接点０制御（１００％制御）が継続される（図５ｂのステップＳ６６、Ｓ６９及びＳ７１参照）。なお、接点０制御（１００％制御）がデマンド時限（０〜２０分、３０〜５０分）の間、連続的に継続した場合、強制デマンド制御が行われる（図５ａのステップＳ６３及びＳ６４参照）。

その後、室内温度がその上限値及び下限値で規定される温度範囲内にあり、将来室温も温度変動限界範囲内にあるが平均負荷率が中負荷である場合、接点０制御（１００％制御）から接点１制御（４０％制御）に変更される（図５ｂのステップＳ６５、Ｓ６６、Ｓ６７、Ｓ６８、Ｓ７２、Ｓ７４、Ｓ７６、Ｓ７８及びＳ７９参照）。この接点１制御（４０％制御）の継続時間が出力制御継続時間未満であれば、その制御状態が維持される（図５ａのステップＳ５９参照）。

その後、室内温度がその上限値及び下限値で規定される温度範囲内にあり、将来室温も温度変動限界範囲内にあるが平均負荷率が低負荷である場合、接点１制御（４０％制御）から接点２制御（サーモオフ）に変更される（図５ｂのステップＳ６５、Ｓ６６、Ｓ６７、Ｓ６８、Ｓ７２、Ｓ７４及びＳ７５参照）。この接点２制御（サーモオフ）の継続時間がサーモオフ連続時間未満であれば、その制御状態が維持される（図５ａのステップＳ５８参照）。

その後、将来室温が温度変動限界範囲外となった場合、接点２制御（サーモオフ）を接点１制御（４０％制御）に変更する（図５ｂのステップＳ６８、Ｓ６９及びＳ７０参照）。この接点１制御（４０％制御）の継続時間が出力制御継続時間未満であれば、その制御状態が維持される（図５ａのステップＳ５９参照）。

図８は本実施形態の空調制御システムにおける実際の負荷率の推移の一例を説明している。

本実施形態のフィードバック制御がない場合、負荷率が２０〜３０％近傍の値をとるように制御される。これに対して、本実施形態のフィードバック制御を行った場合、負荷率が０〜５０％の値に制御された。例えば、負荷率が低い場合は、接点２制御（サーモオフ）となり、その継続時間がサーモオフ連続時間となると接点２制御（サーモオフ）が解除された。また、負荷率の継続時間が出力制御継続時間未満であれば、接点１制御（４０％制御）に変更された。その後、負荷率が低い場合は、接点２制御（サーモオフ）となった。このようなフィードバック制御を行うことにより、負荷率は約１７％改善された。

以上詳細に説明したように、本実施形態の空調制御システムによれば、ＩＰＣクラウドサーバ２０が、対象とする建屋１０について、ＣＴセンサ１６が検出した電流値から室外機１３の電力使用量積算値を計算し、さらに平均負荷率を計算し、その平均負荷率に応じて室外機１３をデマンド制御しているため、空調機器の負荷率を向上させることができ、この室外機１３による成績係数ＣＯＰが１．０を超えるように改善することができ、最適な省エネ効果を得ることが可能となる。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１０建家
１１室内機
１２冷媒回路
１３室外機
１４室内温度センサ
１５分電盤
１６ＣＴセンサ
１７、１９ＧＷデバイス
１８室外温度センサ
２０ＩＰＣクラウドサーバ
２１デマンド制御装置

Claims

少なくとも１つの室内機と、該少なくとも１つの室内機に冷媒回路を介して接続されている少なくとも１つの室外機と、前記少なくとも１つの室外機の電力量を測定するために電流を検出する少なくとも１つの電流センサと、該少なくとも１つの室外機の各々に設けられ、当該室外機の状態を、電力使用量を制限しない第１の状態、電力使用量を所定割合に制限する第２の状態又は電力使用量をほぼゼロに制限する第３の状態に切り替えするためのデマンド制御手段と、前記少なくとも１つの室外機の前記デマンド制御手段を制御し、前記少なくとも１つの室外機の電力使用量を前記第１の状態、前記第２の状態又は前記第３の状態に切り替え制御するフィードバック制御手段とを備えており、
前記フィードバック制御手段は、前記少なくとも１つの電流センサが検出した電流値から前記少なくとも１つの室外機の平均負荷率を算出し、算出した平均負荷率に応じて設定された制御内容で当該少なくとも１つの室外機の前記デマンド制御手段を制御するように構成されていることを特徴とする空調制御システム。
前記フィードバック制御手段は、前記少なくとも１つの電流センサが検出した電流値から負荷率計算時間内の前記少なくとも１つの室外機の電力使用量積算値を算出し、該算出した電力使用量積算値と、前記少なくとも１つの室外機の定格消費電力と前記負荷率計算時間とから前記平均負荷率を、
平均負荷率＝（負荷率計算時間内の電力使用量積算値）／（定格消費電力×負荷率計算時間）から算出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
前記フィードバック制御手段は、前記算出した平均負荷率が低負荷率閾値より低い場合は、前記少なくとも１つの室外機の電力使用量を前記第３の状態に切り替え制御するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調制御システム。
前記フィードバック制御手段は、前記算出した平均負荷率が高負荷率閾値を超える場合は、前記少なくとも１つの室外機の電力使用量を前記第１の状態に切り替え制御するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調制御システム。
前記少なくとも１つの室内機が設置されている建家内の温度を検出する室内温度センサをさらに備えており、前記フィードバック制御手段は、前記室内温度センサが検出した室内温度に基づいて設定された制御内容で前記デマンド制御手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空調制御システム。
前記フィードバック制御手段は、前記室内温度センサが検出した過去及び現在の室内温度から将来の室内温度を予測し、該予測した室内温度があらかじめ定めた温度変動限界範囲内にあるか否かに応じて前記デマンド制御手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の空調制御システム。
前記フィードバック制御手段は、前記予測した室内温度が温度変動限界範囲内にない場合は、前記少なくとも１つの室外機の電力使用量を前記第３の状態から前記第２の状態に又は前記第２の状態から前記第１の状態に切り替え制御するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の空調制御システム。
前記フィードバック制御手段は、前記予測した室内温度が温度変動限界範囲内に有りかつ前記少なくとも１つの室外機の電力使用量が前記第３の状態にある場合は、該少なくとも１つの室外機の電力使用量を前記第３の状態から前記第２の状態に切り替え制御するように構成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の空調制御システム。