JP4109078B2 - 空調制御装置および空調装置の運転制御方法 - Google Patents
空調制御装置および空調装置の運転制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内を快適な状態に維持する空気調和の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、室内の快適性を維持するため、設定された温度（設定温度）に基づき冷房運転または暖房運転を行い、空調制御を行っていた。この場合には室温のみに基づいて制御が行われるため、例えば室内の温度が適温であっても、湿度が高い場合には、人に不快感を与えるという問題があった。
そこで、室内の温度および湿度から、その環境の快適性を示す指数、例えば不快指数を算出して、算出された不快指数に基づいて運転制御を行う空調制御装置が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００３】
さらに、不快度合に基づいて快適となる温度および湿度の範囲（以下、快適範囲という）を予め決めておき、この快適範囲になるように、温度および湿度を設定する空調システムが開発されている。この空調システムでは、温度、および湿度を決定する際に、空調装置における加湿運転、加熱運転、除湿運転および冷却運転の４つの運転形態のそれぞれのエネルギー効率を考え、空調装置の運転負荷が最も少なくなるように決定する（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１８０１３７
【特許文献２】
特開平６−１４７５８５
【特許文献３】
特開平１１−１０８４１８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術には以下のような問題があった。
上述の不快指数の変動に基づいて運転制御を行う空調制御装置では、設定温度を一定とし、不快指数に基づいて、空調制御を行った場合には、図８に示すように、室内温度（還気温度）の上昇、下降に追随して、室内温度を設定温度に近づけるように制御が行われるため、室内温度の下降、上昇が繰り返され、室内温度の変動幅が広くなる。このため、体感温度変化も大きくなり、快適な状態を維持できない。
さらに、室内温度の上昇、下降に対して、還気温度を設定温度に近づけるように、冷温水弁開度も頻繁に変更されるため、空調装置の運転負荷が大きくなり、省エネルギー（省エネ）を実現することができない。
【０００６】
また、空調装置の運転負荷が最も少なくなるように設定温度および設定湿度を決定する空調システムでは、空調装置における加湿運転、加熱運転、除湿運転および冷却運転の４つの運転形態のそれぞれのエネルギー効率から、空調装置の運転負荷が最も少なくなるように決定するための演算が複雑となるという問題がある。
そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点や課題を解決するためになされたものであり、その目的は、室内の快適性を確保し、省エネルギー（省エネ）を実現することができる空調制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる空調制御装置は、空調制御対象環境の温度および湿度を検出する温度湿度検出手段と、この温度湿度検出手段により検出された温度および湿度から求められる環境の快適性を示す指数が予め用意された複数の指数範囲から選択された所定の範囲となるように、温度湿度検出手段により検出された温度または湿度の一方を一定にした場合に、温度または湿度の他方を決定する運転設定手段と、運転設定手段により決定された温度または湿度に基づき、空調装置の運転制御を行う制御手段と備えるようにしたものである。
このようにすることにより、環境の快適性を示す指数が所定の範囲（予め用意された複数の指数範囲から選択された所定の範囲）となるように、例えば、温度湿度検出手段により検出された湿度を一定にした場合、他方の温度が決定され、この決定された温度に基づいて空調装置の運転制御が行われる。
【０００８】
本発明において、指数範囲は、省エネと快適性のバランスに応じて運転制御を行う場合の指数範囲を選択するとよい。例えば、本発明では、通常モード、省エネモード、快適モードを設け、通常モードは普通の快適性となる指数範囲、省エネモードは快適性は低いが省エネを実現できる指数範囲、快適モードは快適性が高くなる指数範囲とする。また、指数は、不快指数とする。また、本発明は、空調制御装置の運転制御方法としても実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態を示す空調システムの構成図である。この空調制御システムは、図示しない熱源で作成された熱を、制御対象に移し、冷／暖房を行う空調装置１と、空調装置１を制御する空調制御装置２とから構成されている。
まず、空調装置１について説明する。
空調装置１は、室内５と給気（Ｓ．Ａ）ダクト１３および還気（Ｒ．Ａ）ダクト１４により接続されており、エアフィルタ１−１、冷水コイル１−２、温水コイル１−３、加湿器１−４、ＦＡＮ（送風機）１−５を備え、外気Ｏ．Ａ１１と室内５からの還気Ｒ．Ａとの混合空気を取り込み空気として、この取り込み空気の温湿度を調節し、給気Ｓ．Ａとして、室内５へ供給する。ここで、還気Ｒ．Ａはダンパ８−１により、外気Ｏ．Ａ１１はダンパ８−２、８−３、８−４、およびＦＡＮ１０−１により、取り込み量の調節を行う。
【００１３】
また、冷水コイル１−２への冷水の供給経路に冷水弁６−１が設けられ、また、温水コイル１−３への温水の供給経路に温水弁６−２が設けられ、加湿器１−４への蒸気の供給経路に加湿器制御弁７が設けられている。これらの弁の開度を制御することにより、給気Ｓ．Ａの温湿度の制御を行う。
また、還気ダクト１４内には、温度センサ３および湿度センサ４が設けられ、還気ダクト１４内の温度および湿度が測定される。測定された温度および湿度は、空調制御装置２に入力される。
【００１４】
また、室内５には、排気ダクト１５が接続されており、ダンパ８−５、８−６、８−７、８−８、およびＦＡＮ１０−２、１０−３により、排気することができる。
例えば、外気冷房制御を行う場合、すなわち外気Ｏ．Ａ１１を取り入れて冷房を行う場合、排気ＥＸ．Ａ１２との熱交換を行う必要がないので全熱交換器（ＨＥＸ）９をオフとし、ダンパ８−４，８−５を全閉として、ダンパ８−３，８−６，８−８の開度制御により空調制御を行う。
外気冷房制御を行わない場合には、ダンパ８−４，８−５を全開、ダンパ８−３，８−６を全閉とし、ＦＡＮ１０−１、１０−２、１０−３を動作させ、全熱交換器９に外気Ｏ．Ａ１１を通して排気ＥＸ．Ａ１２との熱交換を行う。このようにすることで省エネを図る。
【００１５】
次に、空調制御装置２について、図２を参照して説明する。図２は、温度センサ３および湿度センサ４により検出された還気ダクト１４の温度情報および湿度情報を入力として、設定温度を決定し、決定された設定温度に基づいて冷水弁６−１または温水弁６−２の開度制御を行う空調制御装置２の機能を説明するための機能ブロック図である。
空調制御装置２は、温度入力部２−１と、湿度入力部２−２と、指数演算部２−３と、設定温度決定部２−４、選択設定部２−５と、制御部２−６と、表示部２−７とにより構成される。
【００１６】
ここで、温度入力部２−１は、温度センサ３からの還気ダクト１４の温度情報を入力とし、入力された還気ダクト１４の温度情報を後述する指数演算部２−３および後述する制御部２−６に入力する。
湿度入力部２−２は、湿度センサ４からの還気ダクト１４の湿度情報を入力とし、入力された還気ダクト１４の湿度情報を後述する指数演算部２−３および後述する設定温度決定部２−４に入力する。
【００１７】
指数演算部２−３は、入力された還気ダクト１４の温度情報および湿度情報から環境の快適性を示す指数（以下、指数という）を計算する。指数として、例えば不快指数を用いる。以下、この不快指数を快適性を示す指数として用いた場合を例に説明する。
不快指数は、温度と湿度とから式（１）により求められる。
指数＝０．８１Ｔ＋０．０１Ｈ（０．９９Ｔ−１４．３）＋４６．３（１）
ここで、Ｔは還気温度（還気ダクト１４の温度情報）、Ｈは還気湿度（還気ダクト１４の湿度情報）である。
【００１８】
図３に、式（１）に基づく演算を実行する処理フローを示す。図３において、ＰＴ２は温度入力部２−１から入力された還気ダクト１４の温度情報、ＰＴ４は湿度入力部２−２から入力された還気ダクト１４の湿度情報である。ここで、ＭＵＬは入力された数値の乗算を行うことを、ＳＵＢは入力された数値の減算を行うことを、ＡＤＤは入力された数値の加算行うことを意味する。
指数演算部２−３では、この処理フローによって不快指数を算出する。
なお、還気ダクト１４の温度情報および還気ダクト１４の湿度情報から指数を求めるために、図４に示すような指数換算表を備え、この指数換算表を用いて、指数を求めるようにしてもよい。
ここでは、還気ダクト１４の温度および湿度から指数を求めているが、室内温度および湿度から求めるようにしてもよい。
【００１９】
設定温度決定部２−４は、入力された還気ダクト１４の湿度情報に基づいて、指数が所定の範囲となるために要求される還気ダクト１４の温度（以下、要求温度という）を決定する。
設定温度決定部２−４は、省エネと快適性とのバランスに応じて運転制御を行うように、省エネモード設定温度決定部２−４１、通常モード設定温度決定部２−４２、および快適モード設定温度決定部２−４３を備える。これらについて説明するために、まず省エネモード、通常モード、快適モードについて、図５、図６を参照して、説明する。
【００２０】
図５は、還気温度および還気湿度と、不快指数との関係を示す図である。
Ｘ軸は還気温度、Ｙ軸は還気湿度である。図５によれば、不快指数が７０以下では全員が快適であるが、不快指数が７０から７５となると不快と感じる人が出始め、不快指数が７５から８０となると半数以上が不快と感じ、不快指数が８０から８６となると全員が不快と感じ、不快指数が８６以上となると我慢できなくなる。
【００２１】
本実施の形態においては、図５の不快指数を示す曲線に合わせて、還気ダクト１４の温度の制御を行う。ここで、不快と感じる人が出始める不快指数に注目し、半数以上の人が不快と感じる不快指数７５を境界として、不快指数が７２から７５の範囲となるように空調装置１を制御することにより、還気ダクト１４の温度の制御を行う。
本実施の形態においては、省エネモード、通常モード、快適モードの３パターンの運転モードを設けることにより、不快指数を７２から７５の範囲となるように制御を行った。
【００２２】
省エネモードでは、不快指数が７４から７５となるように要求温度が決定される。
また、通常モードでは、不快指数が７３から７４となるように要求温度が決定される。言い換えれば、図４の太線で囲まれた領域内に入るように要求温度が決定される。
また、快適モードでは、不快指数が７２から７３となるように要求温度が決定される。
【００２３】
図６は、上述した運転モードの境界を、還気ダクト１４における湿度情報をＸ軸、温度情報をＹ軸としてプロットした図である。図６によれば、例えば、省エネモードで、湿度６０％の場合には要求温度が２６．０℃であるが、湿度が５％下がれば２６．５℃に要求温度を上げることができる。
【００２４】
省エネモード設定温度決定部２−４１は、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、図４に示すような指数換算表を参照して、不快指数を７４から７５に維持するための要求温度を求め、この要求温度を省エネ要求温度として選択設定部２−５に入力する。
通常モード設定温度決定部２−４２は、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、図４に示すような指数換算表を参照して、不快指数を７４から７５に維持するための要求温度を求め、この要求温度を通常要求温度として選択設定部２−５に入力する。
快適モード設定温度決定部２−４３は、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、図４に示すような指数換算表を参照して、不快指数を７４から７５に維持するための要求温度を求め、この要求温度を快適要求温度として選択設定部２−５に入力する。
【００２５】
選択設定部２−５は、設定されている運転モードに基づいて、省エネ要求温度、通常要求温度、および快適要求温度のなかから１つを選択し、設定温度として、制御部２−６に入力する。
ここで、運転モードは、例えば、ＢＡＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）により予め設定するようにしてもよい。
また、手動／自動切替部（図示なし）を設け、さらに手動に切替が行われた場合に運転モードの選択を行う運転モード選択部（図示なし）を設けることにより、手動により運転モードの選択を行うようにしてもよい。
【００２６】
制御部２−６は、温度入力部２−１により入力された還気ダクト１４の温度情報および選択設定部２−５により入力された設定温度に基づいて、空調装置１の運転制御を行うことにより、還気ダクト１４内の温度が設定温度となるように制御することにより、室内５が快適となるように制御する。
例えば、還気ダクト１４の温度情報と、冷水弁６−１および温水弁６−２の開度との関係のテーブルを予め備え、このテーブルを参照することにより、現在の還気ダクト１４の温度情報における開度と設定温度における開度とを求め、開度の差に応じた量だけ、冷水弁６−１または温水弁６−２を開閉する。このようにすることにより、冷水コイル１−２に冷水が、または温水コイル１−３に温水が供給され、混合空気が冷却または熱せられる。
【００２７】
表示部２−７は、例えばＢＡＳの画面により現在の指数などを表示する。
また、例えば、図示しない通信ＩＦ（インターフェース）（図示なし）を備え、ＢＡＳ専用の端末装置、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）と通信できるようにすることにより、指数をビルの環境状況と共に表示するようにしてもよい。
【００２８】
また、上述した空調制御装置２は、メモリ装置と、中央演算処理装置と、ＩＦ装置とにより構成され、さらにキーボード、プリンターなどの入出力装置と、ディスプレイなどの表示装置と、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどのドライブ装置と、補助記憶装置を備えていてもよい。
中央演算処理装置は、メモリ装置に記憶された空調制御プログラムにより、空調制御装置２の各装置を統括して制御することにより、上述した各部の機能を実現する。インターフェース（ＩＦ）装置は、ネットワークを介して、端末装置等に接続される。
【００２９】
空調制御プログラムは、ソフトウエアパッケージ、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フレキシブルディスク、メモリカードなどの情報記憶媒体によって提供される。空調制御プログラムを記憶した記憶媒体は、ドライブ装置にセットされ、プログラムが記憶媒体からドライブ装置を介して補助記憶装置にインストールされる。
補助記憶装置は、インストールされた空調制御プログラムを格納するとともに、必要なファイル、データ等を格納する。
メモリ装置は、空調制御装置２の起動時に補助記憶装置から空調制御プログラムを読み出し、格納する。
また、空調制御プログラムは、電気通信によって、例えばサーバによって、提供されるものであってもよい。
【００３０】
次に、空調制御装置２の動作について説明する。
まず、例えば、ＢＡＳにより運転モードが省エネモード／通常モード／快適モードのいずれかに設定される。
次に、温度入力部２−１および湿度入力部２−２は、所定の周期、例えば３０分周期で、温度センサ３および湿度センサ４を参照し、還気ダクト１４の温度情報および湿度情報を収集する。
温度入力部２−１によって収集された還気ダクト１４の温度情報は指数演算部２−３および制御部２−６に入力され、また湿度入力部２−２によって収集された還気ダクト１４の湿度情報は、指数演算部２−３、設定温度決定部２−４に入力される。
【００３１】
指数演算部２−３では、指数換算表を参照し、入力された還気ダクト１４の温度情報および湿度情報から指数が求められる。
また、設定温度決定部２−４に入力された還気ダクト１４の湿度情報は、この設定温度決定部２−４の省エネモード設定温度決定部２−４１、通常モード設定温度決定部２−４２、および快適モード設定温度決定部２−４３に入力される。
【００３２】
省エネモード設定温度決定部２−４１では、図４に示すような指数換算表を参照して、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、省エネ要求温度が求められる。この求められた省エネ要求温度は選択設定部２−５に入力される。
通常モード設定温度決定部２−４２では、図４に示すような指数換算表を参照して、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、通常要求温度が求められ、この求められた通常要求温度は選択設定部２−５に入力される。
快適モード設定温度決定部２−４３では、図４に示すような指数換算表を参照して、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、快適要求温度が求められ、この求められた快適要求温度は選択設定部２−５に入力される。
【００３３】
選択設定部２−５では、ＢＡＳにより設定されている運転モードに基づいて、省エネ要求温度、通常要求温度、および快適要求温度のなかから１つが選択される。選択された要求温度は、設定温度として、制御部２−６に入力される。
制御部２−６では、温度入力部２−１により入力された還気ダクト１４の温度情報および選択設定部２−５により入力された設定温度に基づいて、冷却弁６−１または温水弁６−２の開度が計算される。計算された開度は、空調装置１に対して、運転制御命令として出される。
空調装置１では、制御部２−６からの運転制御命令により、冷却弁６−１または温水弁６−２の開度の制御が行われ、還気ダクト１４内の温度が設定温度となるように制御が行われる。この制御により室内５が快適となるように制御される。
【００３４】
上述した空調制御装置２の動作では、指数換算表により、還気ダクト１４の温度情報および湿度情報から指数が求められる場合について説明したが、図３に示した処理フローにより求められるようにしてもよい。
また、上述した空調制御装置２の動作では、ＢＡＳにより運転モードが設定される場合について説明したが、手動／自動切替部（図示なし）により手動に設定され、さらに設定値選択部（図示なし）により運転モードの選択が行われるようにしてもよい。
【００３５】
本実施の形態において説明した空調制御装置２を用いて、空調制御を行った結果を図７に示す。図７では、省エネモードにより空調装置１の制御を行ったため、指数が７４から７５となるように制御される。
図７によれば、指数に基づいて、設定温度（自動温度設定値）が一定周期で変更されるのが分かる。このため、従来のように、設定温度となるように還気温度を制御する場合と比較して、還気温度の変化が小さくなるため、体感温度変化を小さくでき、より快適な環境を実現でき、さらに省エネを実現できる。
また、図７と図８とを比較すると、還気温度（還気ダクト１４の温度情報）は２６．６７℃と、従来の２６．１℃に比較して、０．５℃程度高くなるが、冷温水弁開度は１５．２１％と、従来の４９．１％の３分の１程度となる。このため、冷水および温水の量の削減ができ、省エネを実現できる。
【００３６】
本実施の形態においては、温度センサ３および湿度センサ４を還気ダクト１４内に設置した場合について説明したが、例えば室内５等、快適な環境を実現したい場所に設けるようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、設定温度のみを変更することにより、指数を所定の範囲となるように制御する場合について説明したが、必要に応じて、湿度を変更することにより指数を所定の範囲となるように制御するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、省エネモード、通常モード、および快適モードのなかから１つを選択して、指数を所定の範囲となるように制御する場合について説明したが、１つの運転モードのみを設け、制御を行うようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、環境の快適性を示す指数が所定の範囲（予め用意された複数の指数範囲から選択された所定の範囲）となるように、例えば、温度湿度検出手段により検出された湿度を一定にした場合、他方の温度が決定され、この決定された温度に基づいて空調装置の運転制御が行われ、還気温度の変化を小さくできるため、体感温度の変化を小さくでき、より快適な環境を実現でき、さらに省エネを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態にかかる空調システムの概略を説明するための構成図である。
【図２】 本実施の形態にかかる空調制御装置の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図３】 指数の計算を説明するためのフロー図である。
【図４】 温度および湿度から指数を求めるための指数換算表である。
【図５】 不快指数を説明するための図である。
【図６】 各運転モードで設定される指数範囲における温度および湿度を説明するための図である。
【図７】 本実施の形態にかかる空調システムを用いた空調制御の効果を説明するための図である。
【図８】 従来の空調システムを用いた空調制御を説明するための図である。
【符号の説明】
１…空調装置、１−１…エアフィルタ、１−２…冷水コイル、１−３…温水コイル、１−４…加湿器、１−５…ＦＡＮ（送風機）、２…空調制御装置、２−４…設定温度決定部、３…温度センサ、４…湿度センサ、５…室内、６−１…冷水弁、６−２…温水弁、７…加湿器制御弁、８−１、８−２、８−３、８−４、８−５、８−６、８−７、８−８…ダンパ、９…全熱交換機、１０−１、１０−２、１０−３…ＦＡＮ（送風機）、１１…外気Ｏ．Ａ、１２…排気ＥＸ．Ａ、１３…給気（Ｓ．Ａ）ダクト、１４…還気（Ｒ．Ａ）ダクト、１５…排気（ＥＸ．Ａ）ダクト。
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内を快適な状態に維持する空気調和の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、室内の快適性を維持するため、設定された温度（設定温度）に基づき冷房運転または暖房運転を行い、空調制御を行っていた。この場合には室温のみに基づいて制御が行われるため、例えば室内の温度が適温であっても、湿度が高い場合には、人に不快感を与えるという問題があった。
そこで、室内の温度および湿度から、その環境の快適性を示す指数、例えば不快指数を算出して、算出された不快指数に基づいて運転制御を行う空調制御装置が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００３】
さらに、不快度合に基づいて快適となる温度および湿度の範囲（以下、快適範囲という）を予め決めておき、この快適範囲になるように、温度および湿度を設定する空調システムが開発されている。この空調システムでは、温度、および湿度を決定する際に、空調装置における加湿運転、加熱運転、除湿運転および冷却運転の４つの運転形態のそれぞれのエネルギー効率を考え、空調装置の運転負荷が最も少なくなるように決定する（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１８０１３７
【特許文献２】
特開平６−１４７５８５
【特許文献３】
特開平１１−１０８４１８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術には以下のような問題があった。
上述の不快指数の変動に基づいて運転制御を行う空調制御装置では、設定温度を一定とし、不快指数に基づいて、空調制御を行った場合には、図８に示すように、室内温度（還気温度）の上昇、下降に追随して、室内温度を設定温度に近づけるように制御が行われるため、室内温度の下降、上昇が繰り返され、室内温度の変動幅が広くなる。このため、体感温度変化も大きくなり、快適な状態を維持できない。
さらに、室内温度の上昇、下降に対して、還気温度を設定温度に近づけるように、冷温水弁開度も頻繁に変更されるため、空調装置の運転負荷が大きくなり、省エネルギー（省エネ）を実現することができない。
【０００６】
また、空調装置の運転負荷が最も少なくなるように設定温度および設定湿度を決定する空調システムでは、空調装置における加湿運転、加熱運転、除湿運転および冷却運転の４つの運転形態のそれぞれのエネルギー効率から、空調装置の運転負荷が最も少なくなるように決定するための演算が複雑となるという問題がある。
そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点や課題を解決するためになされたものであり、その目的は、室内の快適性を確保し、省エネルギー（省エネ）を実現することができる空調制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる空調制御装置は、空調制御対象環境の温度および湿度を検出する温度湿度検出手段と、この温度湿度検出手段により検出された温度および湿度から求められる環境の快適性を示す指数が予め用意された複数の指数範囲から選択された所定の範囲となるように、温度湿度検出手段により検出された温度または湿度の一方を一定にした場合に、温度または湿度の他方を決定する運転設定手段と、運転設定手段により決定された温度または湿度に基づき、空調装置の運転制御を行う制御手段と備えるようにしたものである。
このようにすることにより、環境の快適性を示す指数が所定の範囲（予め用意された複数の指数範囲から選択された所定の範囲）となるように、例えば、温度湿度検出手段により検出された湿度を一定にした場合、他方の温度が決定され、この決定された温度に基づいて空調装置の運転制御が行われる。
【０００８】
本発明において、指数範囲は、省エネと快適性のバランスに応じて運転制御を行う場合の指数範囲を選択するとよい。例えば、本発明では、通常モード、省エネモード、快適モードを設け、通常モードは普通の快適性となる指数範囲、省エネモードは快適性は低いが省エネを実現できる指数範囲、快適モードは快適性が高くなる指数範囲とする。また、指数は、不快指数とする。また、本発明は、空調制御装置の運転制御方法としても実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態を示す空調システムの構成図である。この空調制御システムは、図示しない熱源で作成された熱を、制御対象に移し、冷／暖房を行う空調装置１と、空調装置１を制御する空調制御装置２とから構成されている。
まず、空調装置１について説明する。
空調装置１は、室内５と給気（Ｓ．Ａ）ダクト１３および還気（Ｒ．Ａ）ダクト１４により接続されており、エアフィルタ１−１、冷水コイル１−２、温水コイル１−３、加湿器１−４、ＦＡＮ（送風機）１−５を備え、外気Ｏ．Ａ１１と室内５からの還気Ｒ．Ａとの混合空気を取り込み空気として、この取り込み空気の温湿度を調節し、給気Ｓ．Ａとして、室内５へ供給する。ここで、還気Ｒ．Ａはダンパ８−１により、外気Ｏ．Ａ１１はダンパ８−２、８−３、８−４、およびＦＡＮ１０−１により、取り込み量の調節を行う。
【００１３】
また、冷水コイル１−２への冷水の供給経路に冷水弁６−１が設けられ、また、温水コイル１−３への温水の供給経路に温水弁６−２が設けられ、加湿器１−４への蒸気の供給経路に加湿器制御弁７が設けられている。これらの弁の開度を制御することにより、給気Ｓ．Ａの温湿度の制御を行う。
また、還気ダクト１４内には、温度センサ３および湿度センサ４が設けられ、還気ダクト１４内の温度および湿度が測定される。測定された温度および湿度は、空調制御装置２に入力される。
【００１４】
また、室内５には、排気ダクト１５が接続されており、ダンパ８−５、８−６、８−７、８−８、およびＦＡＮ１０−２、１０−３により、排気することができる。
例えば、外気冷房制御を行う場合、すなわち外気Ｏ．Ａ１１を取り入れて冷房を行う場合、排気ＥＸ．Ａ１２との熱交換を行う必要がないので全熱交換器（ＨＥＸ）９をオフとし、ダンパ８−４，８−５を全閉として、ダンパ８−３，８−６，８−８の開度制御により空調制御を行う。
外気冷房制御を行わない場合には、ダンパ８−４，８−５を全開、ダンパ８−３，８−６を全閉とし、ＦＡＮ１０−１、１０−２、１０−３を動作させ、全熱交換器９に外気Ｏ．Ａ１１を通して排気ＥＸ．Ａ１２との熱交換を行う。このようにすることで省エネを図る。
【００１５】
次に、空調制御装置２について、図２を参照して説明する。図２は、温度センサ３および湿度センサ４により検出された還気ダクト１４の温度情報および湿度情報を入力として、設定温度を決定し、決定された設定温度に基づいて冷水弁６−１または温水弁６−２の開度制御を行う空調制御装置２の機能を説明するための機能ブロック図である。
空調制御装置２は、温度入力部２−１と、湿度入力部２−２と、指数演算部２−３と、設定温度決定部２−４、選択設定部２−５と、制御部２−６と、表示部２−７とにより構成される。
【００１６】
ここで、温度入力部２−１は、温度センサ３からの還気ダクト１４の温度情報を入力とし、入力された還気ダクト１４の温度情報を後述する指数演算部２−３および後述する制御部２−６に入力する。
湿度入力部２−２は、湿度センサ４からの還気ダクト１４の湿度情報を入力とし、入力された還気ダクト１４の湿度情報を後述する指数演算部２−３および後述する設定温度決定部２−４に入力する。
【００１７】
指数演算部２−３は、入力された還気ダクト１４の温度情報および湿度情報から環境の快適性を示す指数（以下、指数という）を計算する。指数として、例えば不快指数を用いる。以下、この不快指数を快適性を示す指数として用いた場合を例に説明する。
不快指数は、温度と湿度とから式（１）により求められる。
指数＝０．８１Ｔ＋０．０１Ｈ（０．９９Ｔ−１４．３）＋４６．３（１）
ここで、Ｔは還気温度（還気ダクト１４の温度情報）、Ｈは還気湿度（還気ダクト１４の湿度情報）である。
【００１８】
図３に、式（１）に基づく演算を実行する処理フローを示す。図３において、ＰＴ２は温度入力部２−１から入力された還気ダクト１４の温度情報、ＰＴ４は湿度入力部２−２から入力された還気ダクト１４の湿度情報である。ここで、ＭＵＬは入力された数値の乗算を行うことを、ＳＵＢは入力された数値の減算を行うことを、ＡＤＤは入力された数値の加算行うことを意味する。
指数演算部２−３では、この処理フローによって不快指数を算出する。
なお、還気ダクト１４の温度情報および還気ダクト１４の湿度情報から指数を求めるために、図４に示すような指数換算表を備え、この指数換算表を用いて、指数を求めるようにしてもよい。
ここでは、還気ダクト１４の温度および湿度から指数を求めているが、室内温度および湿度から求めるようにしてもよい。
【００１９】
設定温度決定部２−４は、入力された還気ダクト１４の湿度情報に基づいて、指数が所定の範囲となるために要求される還気ダクト１４の温度（以下、要求温度という）を決定する。
設定温度決定部２−４は、省エネと快適性とのバランスに応じて運転制御を行うように、省エネモード設定温度決定部２−４１、通常モード設定温度決定部２−４２、および快適モード設定温度決定部２−４３を備える。これらについて説明するために、まず省エネモード、通常モード、快適モードについて、図５、図６を参照して、説明する。
【００２０】
図５は、還気温度および還気湿度と、不快指数との関係を示す図である。
Ｘ軸は還気温度、Ｙ軸は還気湿度である。図５によれば、不快指数が７０以下では全員が快適であるが、不快指数が７０から７５となると不快と感じる人が出始め、不快指数が７５から８０となると半数以上が不快と感じ、不快指数が８０から８６となると全員が不快と感じ、不快指数が８６以上となると我慢できなくなる。
【００２１】
本実施の形態においては、図５の不快指数を示す曲線に合わせて、還気ダクト１４の温度の制御を行う。ここで、不快と感じる人が出始める不快指数に注目し、半数以上の人が不快と感じる不快指数７５を境界として、不快指数が７２から７５の範囲となるように空調装置１を制御することにより、還気ダクト１４の温度の制御を行う。
本実施の形態においては、省エネモード、通常モード、快適モードの３パターンの運転モードを設けることにより、不快指数を７２から７５の範囲となるように制御を行った。
【００２２】
省エネモードでは、不快指数が７４から７５となるように要求温度が決定される。
また、通常モードでは、不快指数が７３から７４となるように要求温度が決定される。言い換えれば、図４の太線で囲まれた領域内に入るように要求温度が決定される。
また、快適モードでは、不快指数が７２から７３となるように要求温度が決定される。
【００２３】
図６は、上述した運転モードの境界を、還気ダクト１４における湿度情報をＸ軸、温度情報をＹ軸としてプロットした図である。図６によれば、例えば、省エネモードで、湿度６０％の場合には要求温度が２６．０℃であるが、湿度が５％下がれば２６．５℃に要求温度を上げることができる。
【００２４】
省エネモード設定温度決定部２−４１は、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、図４に示すような指数換算表を参照して、不快指数を７４から７５に維持するための要求温度を求め、この要求温度を省エネ要求温度として選択設定部２−５に入力する。
通常モード設定温度決定部２−４２は、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、図４に示すような指数換算表を参照して、不快指数を７４から７５に維持するための要求温度を求め、この要求温度を通常要求温度として選択設定部２−５に入力する。
快適モード設定温度決定部２−４３は、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、図４に示すような指数換算表を参照して、不快指数を７４から７５に維持するための要求温度を求め、この要求温度を快適要求温度として選択設定部２−５に入力する。
【００２５】
選択設定部２−５は、設定されている運転モードに基づいて、省エネ要求温度、通常要求温度、および快適要求温度のなかから１つを選択し、設定温度として、制御部２−６に入力する。
ここで、運転モードは、例えば、ＢＡＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）により予め設定するようにしてもよい。
また、手動／自動切替部（図示なし）を設け、さらに手動に切替が行われた場合に運転モードの選択を行う運転モード選択部（図示なし）を設けることにより、手動により運転モードの選択を行うようにしてもよい。
【００２６】
制御部２−６は、温度入力部２−１により入力された還気ダクト１４の温度情報および選択設定部２−５により入力された設定温度に基づいて、空調装置１の運転制御を行うことにより、還気ダクト１４内の温度が設定温度となるように制御することにより、室内５が快適となるように制御する。
例えば、還気ダクト１４の温度情報と、冷水弁６−１および温水弁６−２の開度との関係のテーブルを予め備え、このテーブルを参照することにより、現在の還気ダクト１４の温度情報における開度と設定温度における開度とを求め、開度の差に応じた量だけ、冷水弁６−１または温水弁６−２を開閉する。このようにすることにより、冷水コイル１−２に冷水が、または温水コイル１−３に温水が供給され、混合空気が冷却または熱せられる。
【００２７】
表示部２−７は、例えばＢＡＳの画面により現在の指数などを表示する。
また、例えば、図示しない通信ＩＦ（インターフェース）（図示なし）を備え、ＢＡＳ専用の端末装置、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）と通信できるようにすることにより、指数をビルの環境状況と共に表示するようにしてもよい。
【００２８】
また、上述した空調制御装置２は、メモリ装置と、中央演算処理装置と、ＩＦ装置とにより構成され、さらにキーボード、プリンターなどの入出力装置と、ディスプレイなどの表示装置と、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどのドライブ装置と、補助記憶装置を備えていてもよい。
中央演算処理装置は、メモリ装置に記憶された空調制御プログラムにより、空調制御装置２の各装置を統括して制御することにより、上述した各部の機能を実現する。インターフェース（ＩＦ）装置は、ネットワークを介して、端末装置等に接続される。
【００２９】
空調制御プログラムは、ソフトウエアパッケージ、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フレキシブルディスク、メモリカードなどの情報記憶媒体によって提供される。空調制御プログラムを記憶した記憶媒体は、ドライブ装置にセットされ、プログラムが記憶媒体からドライブ装置を介して補助記憶装置にインストールされる。
補助記憶装置は、インストールされた空調制御プログラムを格納するとともに、必要なファイル、データ等を格納する。
メモリ装置は、空調制御装置２の起動時に補助記憶装置から空調制御プログラムを読み出し、格納する。
また、空調制御プログラムは、電気通信によって、例えばサーバによって、提供されるものであってもよい。
【００３０】
次に、空調制御装置２の動作について説明する。
まず、例えば、ＢＡＳにより運転モードが省エネモード／通常モード／快適モードのいずれかに設定される。
次に、温度入力部２−１および湿度入力部２−２は、所定の周期、例えば３０分周期で、温度センサ３および湿度センサ４を参照し、還気ダクト１４の温度情報および湿度情報を収集する。
温度入力部２−１によって収集された還気ダクト１４の温度情報は指数演算部２−３および制御部２−６に入力され、また湿度入力部２−２によって収集された還気ダクト１４の湿度情報は、指数演算部２−３、設定温度決定部２−４に入力される。
【００３１】
指数演算部２−３では、指数換算表を参照し、入力された還気ダクト１４の温度情報および湿度情報から指数が求められる。
また、設定温度決定部２−４に入力された還気ダクト１４の湿度情報は、この設定温度決定部２−４の省エネモード設定温度決定部２−４１、通常モード設定温度決定部２−４２、および快適モード設定温度決定部２−４３に入力される。
【００３２】
省エネモード設定温度決定部２−４１では、図４に示すような指数換算表を参照して、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、省エネ要求温度が求められる。この求められた省エネ要求温度は選択設定部２−５に入力される。
通常モード設定温度決定部２−４２では、図４に示すような指数換算表を参照して、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、通常要求温度が求められ、この求められた通常要求温度は選択設定部２−５に入力される。
快適モード設定温度決定部２−４３では、図４に示すような指数換算表を参照して、入力された還気ダクト１４の湿度情報から、快適要求温度が求められ、この求められた快適要求温度は選択設定部２−５に入力される。
【００３３】
選択設定部２−５では、ＢＡＳにより設定されている運転モードに基づいて、省エネ要求温度、通常要求温度、および快適要求温度のなかから１つが選択される。選択された要求温度は、設定温度として、制御部２−６に入力される。
制御部２−６では、温度入力部２−１により入力された還気ダクト１４の温度情報および選択設定部２−５により入力された設定温度に基づいて、冷却弁６−１または温水弁６−２の開度が計算される。計算された開度は、空調装置１に対して、運転制御命令として出される。
空調装置１では、制御部２−６からの運転制御命令により、冷却弁６−１または温水弁６−２の開度の制御が行われ、還気ダクト１４内の温度が設定温度となるように制御が行われる。この制御により室内５が快適となるように制御される。
【００３４】
上述した空調制御装置２の動作では、指数換算表により、還気ダクト１４の温度情報および湿度情報から指数が求められる場合について説明したが、図３に示した処理フローにより求められるようにしてもよい。
また、上述した空調制御装置２の動作では、ＢＡＳにより運転モードが設定される場合について説明したが、手動／自動切替部（図示なし）により手動に設定され、さらに設定値選択部（図示なし）により運転モードの選択が行われるようにしてもよい。
【００３５】
本実施の形態において説明した空調制御装置２を用いて、空調制御を行った結果を図７に示す。図７では、省エネモードにより空調装置１の制御を行ったため、指数が７４から７５となるように制御される。
図７によれば、指数に基づいて、設定温度（自動温度設定値）が一定周期で変更されるのが分かる。このため、従来のように、設定温度となるように還気温度を制御する場合と比較して、還気温度の変化が小さくなるため、体感温度変化を小さくでき、より快適な環境を実現でき、さらに省エネを実現できる。
また、図７と図８とを比較すると、還気温度（還気ダクト１４の温度情報）は２６．６７℃と、従来の２６．１℃に比較して、０．５℃程度高くなるが、冷温水弁開度は１５．２１％と、従来の４９．１％の３分の１程度となる。このため、冷水および温水の量の削減ができ、省エネを実現できる。
【００３６】
本実施の形態においては、温度センサ３および湿度センサ４を還気ダクト１４内に設置した場合について説明したが、例えば室内５等、快適な環境を実現したい場所に設けるようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、設定温度のみを変更することにより、指数を所定の範囲となるように制御する場合について説明したが、必要に応じて、湿度を変更することにより指数を所定の範囲となるように制御するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、省エネモード、通常モード、および快適モードのなかから１つを選択して、指数を所定の範囲となるように制御する場合について説明したが、１つの運転モードのみを設け、制御を行うようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、環境の快適性を示す指数が所定の範囲（予め用意された複数の指数範囲から選択された所定の範囲）となるように、例えば、温度湿度検出手段により検出された湿度を一定にした場合、他方の温度が決定され、この決定された温度に基づいて空調装置の運転制御が行われ、還気温度の変化を小さくできるため、体感温度の変化を小さくでき、より快適な環境を実現でき、さらに省エネを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態にかかる空調システムの概略を説明するための構成図である。
【図２】 本実施の形態にかかる空調制御装置の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図３】 指数の計算を説明するためのフロー図である。
【図４】 温度および湿度から指数を求めるための指数換算表である。
【図５】 不快指数を説明するための図である。
【図６】 各運転モードで設定される指数範囲における温度および湿度を説明するための図である。
【図７】 本実施の形態にかかる空調システムを用いた空調制御の効果を説明するための図である。
【図８】 従来の空調システムを用いた空調制御を説明するための図である。
【符号の説明】
１…空調装置、１−１…エアフィルタ、１−２…冷水コイル、１−３…温水コイル、１−４…加湿器、１−５…ＦＡＮ（送風機）、２…空調制御装置、２−４…設定温度決定部、３…温度センサ、４…湿度センサ、５…室内、６−１…冷水弁、６−２…温水弁、７…加湿器制御弁、８−１、８−２、８−３、８−４、８−５、８−６、８−７、８−８…ダンパ、９…全熱交換機、１０−１、１０−２、１０−３…ＦＡＮ（送風機）、１１…外気Ｏ．Ａ、１２…排気ＥＸ．Ａ、１３…給気（Ｓ．Ａ）ダクト、１４…還気（Ｒ．Ａ）ダクト、１５…排気（ＥＸ．Ａ）ダクト。
Claims (4)
- 空調制御対象環境の温度および湿度を検出する温度湿度検出手段と、
前記温度湿度検出手段により検出された前記温度および前記湿度から求められる環境の快適性を示す指数が予め用意された複数の指数範囲から選択された所定の範囲となるように、前記温度湿度検出手段により検出された前記温度または前記湿度の一方を一定にした場合に、前記温度または前記湿度の他方を決定する運転設定手段と、
前記運転設定手段により決定された前記温度または前記湿度に基づき、空調装置の運転制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする空調制御装置。 - 請求項１に記載の空調制御装置において、
前記指数は不快指数であることを特徴とする空調制御装置。 - 空調制御対象環境の温度および湿度を検出する温度湿度検出ステップと、
前記温度湿度検出ステップにより検出された前記温度および前記湿度から求められる環境の快適性を示す指数が予め用意された複数の指数範囲から選択された所定の範囲となるように、前記温度湿度検出ステップにより検出された前記温度または前記湿度の一方を一定にした場合に、前記温度または前記湿度の他方を決定する温度湿度決定ステップと、
前記温度湿度決定ステップにより決定された前記温度または前記湿度に基づいて、空調装置の運転制御を行う運転制御ステップと
を有することを特徴とする空調装置の運転制御方法。 - 請求項３に記載の空調装置の運転制御方法において、
前記指数は不快指数であることを特徴とする空調装置の運転制御方法。
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