JP2019174055A - 空調制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測し、最適な冷暖房制御を実現可能とする。【解決手段】居室51の天井裏52に設置され、当該居室51に対する冷暖房を行う室内機12と、居室51の周囲に存在する空間に設けられ、温度を検出する1つ以上の温度センサ131と、温度センサ131により検出された温度に基づいて、居室51に対する冷暖房負荷を予測する予測部132と、予測部132により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機12に対する冷暖房制御を行う運転部133とを備えた。【選択図】図1

Description

この発明は、居室に対する冷暖房を行う空調制御システムに関する。
従来の空調制御システムでは、居室の温度を検出して冷暖房負荷を予測し、建物の躯体に対する蓄熱を行っている(例えば特許文献1参照)。
特開2011−220608号公報
一方、居室の温度のみから予測した冷暖房負荷に基づいて居室に対する冷暖房を制御する場合には、最適な制御を実現できない。すなわち、居室は断熱材で覆われているため、躯体の温度又は居室の周囲に存在する空間(天井裏又は床下)の雰囲気温度の影響を直に受けるものではないが、その影響は無視できるものではなく、冷暖房負荷にも影響を与える。そのため、居室の温度のみから予測した冷暖房負荷では、実際の冷暖房負荷との間で誤差が生じる。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測でき、最適な冷暖房制御を実現可能な空調制御システムを提供することを目的としている。
この発明に係る空調制御システムは、居室の天井裏に設置され、当該居室に対する冷暖房を行う室内機と、居室の周囲に存在する空間に設けられ、温度を検出する1つ以上の温度センサと、温度センサにより検出された温度に基づいて、居室に対する冷暖房負荷を予測する予測部と、予測部により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機に対する冷暖房制御を行う運転部とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、上記のように構成したので、従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測でき、最適な冷暖房制御が実現可能となる。
この発明の実施の形態1に係る空調制御システムの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態1における通信インタフェースの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態1における運転部が保持する設定テーブルの一例を示す図である。 この発明の実施の形態1に係る空調制御システムの動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1における運転部によるスケジュール運転の開始時刻の設定例を示す図である。 この発明の実施の形態1における運転部によるスケジュール運転の停止時刻の設定例を示す図である。 図7A、図7Bは、この発明の実施の形態1における通信インタフェースのハードウェア構成例を示す図である。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る空調制御システムの構成例を示す図である。
空調制御システムは、ビル等の建物5に設けられ、当該建物5が有する居室51に対して冷暖房を行う。この空調制御システムは、図1に示すように、1つ以上の空調ユニット1及び上位コントローラ2を備えている。図1の例では、1つの居室51に対して冷暖房を行う1つの空調ユニット1を示している。この空調ユニット1は、室外機11、1台以上の室内機12及び1台以上の通信インタフェース13を備えている。図1の例では、室内機12及び通信インタフェース13が2台ずつ設けられた場合を示している。
室外機11は、建物5の屋外に設置され、空調運転(冷媒による冷熱又は温熱の供給)を行う。
室内機12は、居室51の天井裏52に設置され、冷媒配管で接続された室外機11による空調運転により当該居室51に対する冷暖房を行う。
通信インタフェース13は、図2に示すように、温度センサ131、予測部132、運転部133、通信制御部134、計測部135、通信回路136及び通信回路137を有している。なお図1の例では、通信インタフェース13が室内機12と同一の空間に設置された場合を示したが、これに限らず、通信インタフェース13は室内機12とは異なる空間に設置されてもよい。
温度センサ131は、居室51の周囲に存在する空間(天井裏52又は床下53)に設けられ、温度を検出する。この温度センサ131は、センサヘッド1311が鉄骨又はスラブ等の躯体54に接することで、当該センサヘッド1311と接続された温度検出部1312が、上記温度として当該躯体54の温度を検出する。又は、温度センサ131は、センサヘッド1311が上記空間中に配置されることで、当該センサヘッド1311と接続された温度検出部1312が、上記温度として上記空間の雰囲気温度を検出する。図1に示す温度センサ131は、センサヘッド1311が天井裏52の空間中に配置され、温度検出部1312が天井裏52の雰囲気温度を検出する場合を示している。この温度センサ131により検出された温度を示す情報は予測部132に出力される。また、通信インタフェース13に上位コントローラ2が接続されている場合には、温度センサ131により検出された温度を示す情報は、通信回路137を介して上位コントローラ2にも出力される。
なお、一般的に、躯体54の温度の方が、居室51の周囲に存在する空間の雰囲気温度よりも、居室51に対する冷暖房負荷に与える影響は大きいと考えられる。よって、躯体54の温度を検出する温度センサ131を用いた方が、予測部132による冷暖房負荷の予測精度が向上するものと考えられる。
一方、躯体54の温度を検出する温度センサ131では、センサヘッド1311を躯体54の位置までリード線等を用いて延長する必要がある。よって、上記空間の雰囲気温度を検出する温度センサ131の方が導入し易いものと考えられる。
予測部132は、温度センサ131により検出された温度に基づいて、居室51に対する冷暖房負荷を予測する。この際、予測部132は、まず、温度センサ131により得られた温度と基準温度との差を算出し、設定テーブルから当該差に対応する負荷補正量を抽出する。温度センサ131が複数設けられている場合には、予測部132は、例えば、各温度センサ131により検出された温度の平均値を基準温度と比較する。そして、予測部132は、基準負荷に対して上記負荷補正量を付加することで、当該居室51に対する冷暖房負荷を予測する。この予測部132により予測された冷暖房負荷を示す情報は、運転部133に出力される。
なお、基準温度は、温度センサ131により得られた温度が高いのか低いのかを判断するための指標となる温度である。
予測部132は、基準温度として、例えば、温度センサ131により規定時間毎(例えば1時間毎)に検出された温度のうちの、直近の規定日数分(例えば過去100日分)の温度の平均値を用いることができる。また、環境の変化又は居室51内での熱源の増減等の変化に対応可能とするため、予測部132は、基準温度の算出に用いる温度をリセットする機能を有していてもよい。
また、予測部132は、基準温度として、例えば、居室51に対する設定温度(目標温度)を用いることができる。
また、基準負荷は、居室51に対する基準となる冷暖房負荷であり、予め設定されている。例えば、予測部132は、計測部135により事前に計測された室内機12の運転開始時(サーモオン時)における冷暖房負荷を、運転開始時における基準負荷として記録する。また、予測部132は、計測部135により事前に計測された室内機12の運転停止時(サーモオフ時)における冷暖房負荷を、運転停止時における基準負荷として記録する。なお、予測部132は、これらの基準負荷を冷房時と暖房時とでそれぞれ記録する。
また、設定テーブルは、例えば図3に示すように、温度センサ131により得られた温度(検出温度)と基準温度との差[deg]と、負荷補正量[deg/min]との関係を示すテーブルである。負荷補正量は、基準負荷を補正するための補正量である。この設定テーブルに含まれる負荷補正量の初期値は、予め設定されている。
また、予測部132は、計測部135による計測結果に基づいて、設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する。例えば、予測部132は、定期的(例えば1週間毎)に、予測した冷暖房負荷と実際に計測部135により計測された冷暖房負荷とを比較し、その誤差を補正するように、設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する。
運転部133は、予測部132により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機12に対する冷暖房制御を行う。冷暖房制御の内容としては、例えば、スケジュール運転の設定又は設定温度の設定が挙げられる。この際、運転部133は、予測部132により予測された冷暖房負荷に基づいて、冷暖房制御の内容を示す冷暖房制御情報を生成する。この運転部133により生成された冷暖房制御情報は、通信制御部134に出力される。
通信制御部134は、運転部133から冷暖房制御情報が入力された場合、当該冷暖房制御情報を通信回路136を介して室内機12に通知する。また、通信制御部134は、通信回路137を介して上位コントローラ2から冷暖房制御情報が入力された場合、当該冷暖房制御情報を通信回路136を介して室内機12に通知する。
計測部135は、定期的(例えば毎日)に、居室51に対する冷暖房負荷を計測する。例えば、計測部135は、室内機12が運転開始した後、居室51の温度が設定温度に到達するまでの時間を測定し、その温度の変化率から運転開始時における冷暖房負荷を取得する。また、計測部135は、室内機12が運転停止した後、居室51の温度が許容温度に到達するまでの時間を測定し、その温度の変化率から運転停止時における冷暖房負荷を取得する。この計測部135により計測された冷暖房負荷を示す情報は、予測部132に出力される。
通信回路136は、自機(通信インタフェース13)と室内機12との間で通信を行う。
通信回路137は、自機(通信インタフェース13)と上位コントローラ2との間で通信を行う。
上位コントローラ2は、複数の通信インタフェース13との間で通信を行う。この上位コントローラ2は、予測部132及び運転部133と同様の機能を有する。また、上位コントローラ2が有する運転部は、上位コントローラ2が有する予測部により予測された冷暖房負荷に基づいて、冷暖房制御情報を生成することで、各室内機12に対する冷暖房制御を統括して行う。この上位コントローラ2が有する運転部により生成された冷暖房制御情報は、該当する通信インタフェース13の通信回路137に出力される。
なお、上位コントローラ2は必須の構成ではなく、空調制御システムから取除いてもよい。また、上位コントローラ2が設けられる場合には、通信インタフェース13から予測部132及び運転部133を取除いてもよい。
また図1では、室内機12と通信インタフェース13とを別体とした場合を示した。しかしながら、これに限らず、室内機12と通信インタフェース13とを一体としてもよい。
次に、実施の形態1に係る空調制御システムの動作例について説明する。以下では、図1に示す空調制御システムが暖房を行う場合を想定し、また、通信インタフェース13が有する運転部133がスケジュール運転を設定する場合を示す。
空調制御システムの動作例では、図4に示すように、まず、温度センサ131は、天井裏52の雰囲気温度を検出する(ステップST1)。
次いで、予測部132は、温度センサ131により検出された温度に基づいて、居室51に対する冷暖房負荷を予測する(ステップST2)。この際、予測部132は、まず、温度センサ131により得られた温度と基準温度との差を算出し、設定テーブルから当該差に対応する負荷補正量を抽出する。そして、予測部132は、基準負荷に対して上記負荷補正量を付加することで、上記居室51に対する冷暖房負荷を予測する。
ここで、運転部133がスケジュール運転の開始時刻を設定する場合には、予測部132は、運転開始時における基準負荷に対して上記負荷補正量を付加することで、上記居室51に対する冷暖房負荷を予測する。
また、運転部133がスケジュール運転の停止時刻を設定する場合には、予測部132は、運転停止時における基準負荷に対して上記負荷補正量を付加することで、上記居室51に対する冷暖房負荷を予測する。
次いで、運転部133は、予測部132により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機12に対する冷暖房制御情報を生成する(ステップST3)。以下、運転部133によるスケジュール運転の設定について説明する。
まず、運転部133によるスケジュール運転の開始時刻の設定について、図5を参照しながら説明する。図5において、横軸は時間[min]を表し、縦軸は居室51の温度[deg]を表している。なお、運転部133による開始時刻の設定は、基準となる開始時刻よりも前に実施される。
スケジュール運転では、初期状態では、開始時刻として、冷暖房負荷が基準負荷(傾き501)である場合に、設定時刻t1までに居室51の温度を設定温度d1とするための時刻(基準となる開始時刻)t0が設定されている。これに対し、運転部133は、予測部132により予測された冷暖房負荷の大小に応じて、開始時刻をずらす補正を行う。例えば、予測部132により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも大きい場合(傾き502の場合)、居室51の温度を設定温度とするために要する時間は通常よりも長くなる(t1’)。よって、この場合には、運転部133は開始時刻をt0よりも(t1’−t1)だけ早くする。これにより、快適性を保持できる。一方、予測部132により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも小さい場合(傾き503の場合)、居室51の温度を設定温度とするために要する時間は通常よりも短くなる(t1’’)。よって、この場合には、運転部133は開始時刻をt0よりも(t1−t1’’)だけ遅くする。これにより、快適性を保持しつつ、消費電力を削減できる。このようにして、運転部133は、冷暖房負荷に応じて、スケジュール運転の開始時刻を最適な時刻に設定可能となる。
次に、運転部133によるスケジュール運転の停止時刻の設定について、図6を参照しながら説明する。図6において、横軸は時間[min]を表し、縦軸は居室51の温度[deg]を表している。なお、運転部133による停止時刻の設定は、基準となる停止時刻よりも前に実施される。
スケジュール運転では、初期状態では、停止時刻として、冷暖房負荷が基準負荷(傾き601)である場合に、設定時刻t3まで居室51の温度を許容温度d2に保つための時刻(基準となる停止時刻)t2が設定されている。これに対し、運転部133は、予測部132により予測された冷暖房負荷の大小に応じて、停止時刻をずらす補正を行う。例えば、予測部132により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも大きい場合(傾き602の場合)、居室51の温度が許容温度となるのに要する時間は通常よりも長くなる(t3’−t2)。よって、この場合には、運転部133は停止時刻をt2よりも(t3’―t3)だけ早くする。これにより、快適性を保持しつつ、消費電力を削減できる。一方、予測部132により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも小さい場合(傾き603の場合)、居室51の温度が許容温度となるのに要する時間は通常よりも短くなる(t3’’−t2)。よって、この場合には、運転部133は停止時刻をt2よりも(t3−t3’’)だけ遅くする。これにより、快適性を保持できる。このようにして、運転部133は、冷暖房負荷に応じて、スケジュール運転の停止時刻を最適な時刻に設定可能となる。
なお上記では、運転部133がスケジュール運転の設定を行う場合について示した。一方、運転部133が居室51に対する設定温度の設定を行う場合についても上記と同様である。すなわち、運転部133は、予測部132により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも大きい場合には設定温度を高くし、冷暖房負荷が基準負荷よりも小さい場合には設定温度を低くする。
次いで、通信制御部134は、運転部133により生成された冷暖房制御情報を、通信回路136を介して室内機12に通知する(ステップST4)。その後、室内機12は、この冷暖房制御情報に従って居室51に対する冷暖房を行う。
このように、実施の形態1に係る空調制御システムでは、1つ以上の温度センサ131が、躯体54の温度又は居室51の周囲に存在する空間(天井裏52又は床下53)の雰囲気温度のうちの少なくとも一方を検出し、予測部132が、この温度に基づいて居室51に対する冷暖房負荷を予測している。これにより、従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測でき、より適切な冷暖房制御が実施可能となる。
また、負荷補正量は、建物5及び環境等の条件により最適な値が異なり、定量的に設定できない。そこで、計測部135は定期的(例えば毎日)に冷暖房負荷を計測し、予測部132はその計測結果に基づいて設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する。例えば、予測部132は、定期的(例えば1週間毎)に、予測した冷暖房負荷と実際に計測部135により計測された冷暖房負荷とを比較し、その誤差を補正するように、設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する。このように、予測した冷暖房負荷と実際の冷暖房負荷との差を学習することで、建物5及び環境等の条件にあった最適な負荷補正量を得ることができ、予測精度が向上する。
また、室内機12とは別体の通信インタフェース13を用いることで、既設された室内機12に対しても通信インタフェース13を適用可能となり、より安価に空調制御システムを導入及び改善できる。
また上記では、通信インタフェース13が、冷暖房負荷の予測を行って冷暖房制御を実施する場合を示した。一方、上位コントローラ2が、冷暖房負荷の予測を行って冷暖房制御を実施する場合についても同様であり、その説明を省略する。
また、上位コントローラ2では、居室51単位での冷暖房制御だけではなく、建物5単位での冷暖房制御も実施可能である。
以上のように、この実施の形態1によれば、空調制御システムは、居室51の天井裏52に設置され、当該居室51に対する冷暖房を行う室内機12と、居室51の周囲に存在する空間に設けられ、温度を検出する1つ以上の温度センサ131と、温度センサ131により検出された温度に基づいて、居室51に対する冷暖房負荷を予測する予測部132と、予測部132により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機12に対する冷暖房制御を行う運転部133とを備えた。これにより、実施の形態1に係る空調制御システムは、従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測でき、最適な冷暖房制御が実現可能となる。
最後に、図7を参照して、実施の形態1における通信インタフェース13のハードウェア構成例を説明する。なお以下では、通信インタフェース13のハードウェア構成例について説明するが、上位コントローラ2のハードウェア構成例についても同様である。
通信インタフェース13における予測部132、運転部133、通信制御部134及び計測部135の各機能は、処理回路101により実現される。処理回路101は、図7Aに示すように、専用のハードウェアであってもよいし、図7Bに示すように、メモリ103に格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はDSP(Digital Signal Processor)ともいう)102であってもよい。
処理回路101が専用のハードウェアである場合、処理回路101は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、又はこれらを組み合わせたものが該当する。予測部132、運転部133、通信制御部134及び計測部135の各部の機能それぞれを処理回路101で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路101で実現してもよい。
処理回路101がCPU102の場合、予測部132、運転部133、通信制御部134及び計測部135の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ103に格納される。処理回路101は、メモリ103に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、通信インタフェース13は、処理回路101により実行されるときに、例えば図4に示した各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ103を備える。また、これらのプログラムは、予測部132、運転部133、通信制御部134及び計測部135の手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ103としては、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically EPROM)等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、又はDVD(Digital Versatile Disc)等が該当する。
なお、予測部132、運転部133、通信制御部134及び計測部135の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、予測部132については専用のハードウェアとしての処理回路101でその機能を実現し、運転部133、通信制御部134及び計測部135については処理回路101がメモリ103に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
このように、処理回路101は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
1 空調ユニット、2 上位コントローラ、5 建物、11 室外機、12 室内機、13 通信インタフェース、51 居室、52 天井裏、53 床下、54 躯体、101 処理回路、102 CPU、103 メモリ、131 温度センサ、132 予測部、133 運転部、134 通信制御部、135 計測部、136 通信回路、137 通信回路、1311 センサヘッド、1312 温度検出部。

Claims (8)

  1. 居室の天井裏に設置され、当該居室に対する冷暖房を行う室内機と、
    前記居室の周囲に存在する空間に設けられ、温度を検出する1つ以上の温度センサと、
    前記温度センサにより検出された温度に基づいて、前記居室に対する冷暖房負荷を予測する予測部と、
    前記予測部により予測された冷暖房負荷に基づいて、前記室内機に対する冷暖房制御を行う運転部と
    を備えた空調制御システム。
  2. 前記室内機は複数設けられ、
    前記運転部は、前記予測部により予測された冷暖房負荷に基づいて、前記室内機に対する冷暖房制御を統括して行う
    ことを特徴とする請求項1記載の空調制御システム。
  3. 前記温度センサは、前記温度として躯体の温度を検出する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の空調制御システム。
  4. 前記温度センサは、前記温度として天井裏又は床下の雰囲気温度を検出する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の空調制御システム。
  5. 前記予測部は、前記温度センサにより得られた温度と基準温度との差に基づいて設定テーブルから負荷補正量を抽出し、前記居室に対する基準となる冷暖房負荷に対して当該負荷補正量を付加することで、当該居室に対する冷暖房負荷を予測する
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちの何れか1項記載の空調制御システム。
  6. 前記基準温度は、前記温度センサにより規定時間毎に検出された温度のうちの、直近の規定日数分の温度の平均値である
    ことを特徴とする請求項5記載の空調制御システム。
  7. 前記基準温度は、前記居室に対する設定温度である
    ことを特徴とする請求項5記載の空調制御システム。
  8. 前記居室に対する冷暖房負荷を計測する計測部を備え、
    前記予測部は、前記計測部による計測結果に基づいて、前記設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する
    ことを特徴とする請求項5から請求項7のうちの何れか1項記載の空調制御システム。
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