JP4177547B2 - 環境制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数に間仕切りされた建物内の空間の環境条件を快適に制御する環境制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビル内の空間を複数部分に区分して、それぞれに空調機器、照明機器を配置した制御系をモジュール化したものは、システム天井などとして公知であり、このようなモジュール化された制御系を情報ネットワークに連携して、統合的な制御をなす試みもなされている。
しかしながら、このようなシステムでは、それぞれのモジュールは、ワンポイント的に制御されており、近隣のモジュールの動作状況が何ら反映されていない。
【０００３】
ところが、実際の建物を考慮すると、間仕切りされていても、密閉度が低い場合には、隣接する空間の影響は無視できない。したがって、温度や光を一定に設定していても、隣接する間仕切り空間が使用されている場合には、空調が効きすぎたり、照明が明るすぎたりする場合があり、これに対する調整は殆どの場合には無視されており、周囲の空間の環境条件も配慮した快適空間が得られていないのが実情である。
【０００４】
図５は設備系ネットワークで構成された従来の環境制御システム構成を示す図である。
設備系ネットワークは、照明系、制御系、防災系に区分され、ローカル制御盤１００から各系に応じた信号線が導出されており、それぞれにはアドレスを割り当てた各端末器を介して照明器具、空調機器、防災センサを設けている。これらの各端末器はローカル制御盤１００の「Ｉ／Ｏ連動テーブル」などの管理テーブルに登録され、この管理テーブルによって、各端末器は操作盤などのスイッチと連動して制御されるようにしている。
【０００５】
図６は、このような環境制御システムのシステムを設計変更する場合のシステム設定手順を示している。
建物の間仕切り変更などがあると、ローカル制御盤１００に使用する機器のＩ／Ｏリストを変更して、機器相互の連動テーブルを書き換え、監視画面を変更した後、最後に制御プログラムを変更する必要があり、更新されたシステムは必要に応じて動作確認がなされる。しかしながら、これらは、現場での作業も一部必要とするなどかなり面倒な作業になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、建物空間内で間仕切りされた各セルの居住空間を、隣接するセルの動作状況を考慮して、最適な環境条件に簡易な作業手順でダイナミックに制御することである。
【０００７】
特に、複数のセルをまとめて、快適環境ユニットとして構成し、これを制御単位にして統合的な制御を行うことによって、建物の間仕切り変更に対してもダイナミックに対応するものである。
【０００８】
また、制御システムの特定グループ、あるいは全体に対して、特定のポリシー制御を加味して行うシステムも同時に提供することを目的としている。このような本発明は、環境条件を制御するあらゆる設備機器に対して適用可能であるが、近隣セルの影響を受けやすい熱源や光源の制御に対して特に有効である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の環境制御システムは、建物内の空間を建物の間仕切りに応じて複数の快適環境セルに分割し、各セル毎に快適環境ゲートウェイを介して空調、照明などの設備系機器を配置して、共通の快適環境サーバに接続して構成された環境制御システムである。
【００１０】
この快適環境サーバは、複数のセルをまとめて構成した快適環境ユニットを制御対象として特定できるものであり、
記各セルは、環境センサと設備機器とを含む環境セル制御部を備え、環境セル制御部が、セル内で設定された制御目標を充たすように自律的なフィードバック制御動作を行う１次的な制御ループを実行する構成となっており、快適環境サーバが、特定された快適環境ユニットのセル内及びそのユニットに隣接するセル内における快適環境ゲートウェイを介して送出されて来る各セルの環境センサからの検知信号に応じて、予め設定されたルールに従った制御補正信号を、快適環境ユニットを構成するセルに、それぞれの快適環境ゲートウェイを介して送出して制御目標を補正する一方、快適環境セルでは、環境セル制御部が補正された制御目標にもとづいて１次的な制御ループの制御動作を行うことで２次的な制御ループを構成し、この２次的な制御ループによって階層的な制御を実行する。
【００１１】
請求項２では、請求項１において、快適環境サーバは、少なくとも快適環境ユニット単位毎に、予め設定されたルールに基づいて、ファジィ制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項３では、請求項１、２のいずれかにおいて、快適環境サーバは、少なくとも快適環境ユニットに対して、予め統合的に設定された制御ポリシーを実行させる制御動作を強制的に行わせる機能を備えている。
【００１３】
請求項４では、請求項１〜３のいずれかにおいて、設備系機器には、火災センサなどの防災センサが含まれており、快適環境サーバが防災センサからの警報信号を受信した際には、外部の防災受信機に移報する構成にしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面とともに説明する。図１は、環境制御システムの構成の一例を示した図である。このシステムでは、建物内の空間を複数の快適環境セル１・・・に分割し、各セル１・・・毎に快適環境ゲートウェイ１０を介して空調、照明などの設備系機器を配置し、通信線Ｌを通じて共通の快適環境サーバ３に接続して構成される。
各快適環境セル１は、図では信号線Ｌを介して快適環境サーバ３に接続されているが、電波、赤外線などの送受信器を設けて無線接続されてもよい。
【００１５】
各快適環境セル１は、環境センサ４と設備機器５とを含む環境セル制御部１１を設けており、セル１内で設定された制御目標を充たすように自律的なフィードバック制御動作を実行する。
【００１６】
一方、快適環境サーバ３は、設定画面（不図示）を呼び出せば、複数のセル１をまとめて快適環境ユニット２として特定して制御対象を特定でき、このような快適環境ユニット２が特定されると、特定された快適環境ユニット２のセル１内及びそのユニット２に隣接するセル１内における快適環境ゲートウェイ１０を介して送出されて来る各セル１の環境センサ４からの検知信号に応じて、予め設定されたルールに従った制御補正信号を、快適環境ユニットを構成するセル１に、それぞれの快適環境ゲートウェイ１０を介して送出して、後述するような統合的な制御が可能となる。
【００１７】
すなわち、快適環境ユニット２内のセル１は、快適環境ユニット２の内外で、それに隣接したセル１の動作状況を加味した制御がなされ、快適環境ユニット２を単位とした後述するような、ファジィ制御やポリシー制御がなされる。
【００１８】
各快適環境セル１は、快適環境ゲートウェイ１０と環境セル制御部１１とを個別に備えた自律型のフィードバック制御系を構成しており、制御目標値は、ローカル設定操作器によって、ユーザが設定する。
【００１９】
設備系機器５には、空調機器、照明器具などの機器があり、環境センサ４としては、照度センサ、温度センサ、湿度センサ、風量センサなどが設備機器５に応じて設けられる他、防災制御も可能にするため防災センサなども設けている。
【００２０】
このような快適環境サーバ３では、複数の快適環境セル１を、建物の使用状態（間仕切り）に応じて、まとめて快適環境ユニット２を構成できる。
快適環境サーバ３は、このために、快適環境データベース３０を備えており、表示部に設定画面を呼び出し、複数のセル１をまとめて快適環境ユニット２として書き換え可能に特定でき、このような設定情報を、快適環境データベース３０に保存しておけば、ファジィ制御の実行時に快適環境ユニット２毎に制御補正信号を送出して、特定した快適環境ユニット単位で系統的な制御を行う。
【００２１】
図２は、建物の間仕切り変更に伴って快適環境ユニットを増減変更した場合の例を示している。
図では、快適環境ユニット１、２の構成を、快適環境ユニット１では、２つの快適環境セル１、２から３つの快適環境セル１〜３に増加させ、快適環境ユニット２では、３つの快適環境セル３〜５を、２つの快適環境セル４，５に減少させる例を示しているが、本発明システムでは、図に示すように、それぞれの快適環境ユニットに対する快適環境ゲートウェイの対応を変更させる構成にしている。
【００２２】
また、図３は、快適環境ユニットを変更する場合に、快適環境サーバ３の設定画面においてなされるシステム更新手順を示したものである。ユニットの設定画面での変更操作では、快適環境サーバ３の設定画面を呼び出して、任意の数の快適環境セルをまとめて快適環境ユニットを特定すれば、快適環境データベース３０には、変更された設定情報が上書き保存され、更新されたシステムは、変更後の状態で動作確認される。したがって、図６に示した従来システムに比べて作業が大幅に少なくなる。
【００２３】
快適環境サーバ３と各セル１とは快適環境ゲートウェイ１０を介して、所定のプロトコルで情報通信がなされている。各セル１から快適環境サーバ３に送られる通信情報には、快適環境ゲートウェイ１０を特定するアドレス、その快適環境ゲートウェイ１０に属する各設備機器５の動作情報と、それらの制御目標値、環境センサ４の検知信号が含まれ、快適環境サーバ３から各快適環境ゲートウェイ１０に送られる通信情報には、快適環境ゲートウェイ１０を特定するアドレス、その快適環境ゲートウェイ１０に属する各設備機器５に対する制御目標の修正値（制御補正値）が含まれる。
【００２４】
基本動作を説明すると、今、特定のセル１（制御対象セル）において、ユーザがローカル設定器（壁設置のリモコンコントローラなど）によって制御目標値を設定すれば、そのセル１の環境セル制御部１１は、駆動指令を受けた空調機器や照明器具を駆動して、フィードバック制御を開始すると同時に、快適環境サーバ３に対して、設定されている制御目標値、設備機器５の動作情報、環境センサ４の測定値をセル１のアドレスとともに送出する。
【００２５】
これによって、快適環境サーバ３は、制御対象セル１と、ユーザの希望する制御目標値、環境センサ４の測定値を把握することができるので、その制御対象セル１に隣接しているセル１の制御動作状況を、それぞれの環境センサ４の検知信号から把握し、その状態を加味して、予め準備された検知制御関数テーブル、メンバーシップ関数に基づいた制御補正値を制御対象セル１に対して返信する。
【００２６】
制御対象セル１が、この制御補正値を受けると、ユーザが設定した制御目標値は、快適環境サーバ３に予め準備されているファジィ制御のプログラムを実行させて修正を受け、制御部１１は修正された制御目標値を実行するように稼動される。
【００２７】
快適環境サーバ３は、ユーザが設定する制御対象セル１の制御目標値や、制御対象セル１の近隣のセル１の稼動状態が変化する毎に、制御対象セル１にファジィ制御のための制御補正信号を送って、その制御目標値を修正するので、制御対象セル１は、常時、近隣のセル１の影響を加味した最適な環境に保持される。
【００２８】
快適環境サーバ３は、このようなファジィ制御を、複数のセル１をまとめることによって予め特定された快適環境ユニット２に属するすべてのセル１を考慮して行うが、この快適環境ユニット２は１つのセルで構成されてもよい。
【００２９】
図４は、本発明システムにおいて採用されている制御原理を説明する図である。本発明システムでは、環境制御ユニット２と呼ぶ制御対象の空間を、環境制御セル１と呼ぶ複数のセルで構成して、セル１内での制御目標に向けて制御を行う１次的な制御ループを構成しており、相互に影響をあたえる複数のセル１のまとまりを快適環境ユニットとして構成して、統一した制御目標に向けて、各セルの制御を行う２次的な制御ループを構成して、セル１内外の変化に応じて最適環境を維持している。
【００３０】
このような、システムでは、例えば、１次的な制御ループを構成する監視制御は、環境制御セル１が自律的に各センサ情報の数値データをニューラルネットワークなどによる多元的入力によるフィードバック制御で行われ、環境制御セル１間の２次的な制御ループは、ファジィ制御などのルールセットで制御する階層的なニューラルファジィ制御を実行して快適環境ユニットを統合的に制御することが出来るが、システムの全セル１に対して一括設定も可能である。
【００３１】
また、ユニット２単位の最適化は、ユニット２単位に目標を設定し、セル１ごとの環境の差を補正して行うので、セル１を、システム天井、システムフロアなどで構成したような場合でも、センサ近傍の情報を加味して、机の周辺の人の活動する環境を最適に制御することが出来る。
【００３２】
このような本発明システムでは、窓際、壁際の照度差、反射の影響などの各種の分散する光源、分散する熱源などがあっても、セル１ごとのフィードバックとともに、セル１間の影響も含めた時定数の大きなユニット２単位の２次の制御ループが、省エネ効果を生み、セル１の間引き運転などで、間引かれたセル１の代替え、保証を効果的に最善な状態に維持できる。
【００３３】
セル１単位の最適化は、セル１が個人のワークスペースに対応する場合など、個人単位の異なった設定が可能になるので、例えば温度制御の場合、セル１ごとの冷房と暖房の異なった方向のパワーの消費を防ぎ、風量、風向も加味して、設定温度差の大きなセル１の境界の気流の壁を作ったり、温度の高い領域の熱の流れを互いに補うように制御することがファジィなルールセットなどでできる。
【００３４】
セル１はそれぞれフィードバックループで制御するが、２次のルールセットは現場環境のメンバーシップ関数を学習することによって、現場に合わせたルールセットを提供できる。同様にして、２次のループが存在する場合の学習の重み係数、感度、上限、下限などのパラメータ設定値なども現場に合わせて調整できる。
【００３５】
更に、快適環境サーバ３では、予めポリシー制御の条件設定しておけば、ポリシー制御も可能である。
すなわち、快適環境サーバ３は、少なくとも快適環境ユニット２に対して、予め統合的に設定された制御ポリシーを実行させる制御動作を強制的に行わせる機能を備えているので、これによって、各セル１に人体検知センサを設けて、その信号に応じて、ポリシー制御を行うようにすれば、更にきめの細かい統合的制御が可能となる。なお、ポリシー制御は、システムの全セル１、快適環境ユニット２を構成するセル１毎に行ってもよい。
【００３６】
例えば、省エネルギを目的とし、特定時刻帯になれば、空調機器や照明器具を強制的にオフするスケジュール制御や、人体検知センサなどと協働して、人の存、否を検知し、人のいないセル１や、所定時間以上人のいないセル１の一部の空調機器や照明器具を強制的にオフするなどの制御が一定のポリシー（政策、方針）に基づいて実行される。
【００３７】
また、設備系機器には、火災センサなどの防災センサが含まれているので、快適環境サーバ３が防災センサからの警報信号を受信した際には、外部の防災受信機に移報する構成にもできる。
【００３８】
この場合、各セル１には、防災センサを含んでいるので、この防災センサからの検知信号も、快適環境ゲートウェイ１０を介して快適環境サーバ３に送られ、快適環境サーバ３が検知信号を受けると、火災受信機などの防災受信機にこの検知信号が送られ、必要な処理がなされる。
【００３９】
防災センサの検知信号は、アナログ型感知器の場合は、測定データが送られて火災受信機で火災の判断がなされ、オン、オフ型の場合には、火災検知信号が送られ、火災受信機では蓄積動作を行い、警報を出力する。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明からも理解できるように、本発明の請求項１〜請求項４の各々に記載の環境制御システムによれば、システム内のセルを複数まとめて快適環境ユニットとして構成でき、そのような設定を行うことで、システム内の各セルは、環境セル制御部によって自律制御の可能な独自のフィードバック制御が実行され、特定された快適環境ユニットは、快適環境サーバから制御対象となるセルに対して、予め設定された制御ルールに基づいて、修正された制御目標値が送出されるので、各セルは独立した自律制御を行いながら、特定された快適環境ユニット毎に隣接したセルの環境条件を考慮した制御がなされる結果、制御対象となる各セルには、周囲のセルの環境条件が考慮され、快適な環境制御が実現できる。
【００４１】
また、建物内の間仕切りが変更された場合にも、複数のセルをまとめて構成した快適環境ユニットは、快適環境サーバで設定画面を呼び出して、各快適環境セルのゲートウェイをグループ区分する割り付け操作を行うだけで変更設定が可能なので、ダイナミックに対応することが出来る。
【００４２】
また、請求項２では、少なくとも特定した快適環境ユニット単位でファジィ制御がなされ、快適環境ユニットに含まれる快適環境セルを統合して制御できる。
【００４３】
また、請求項３によれば、快適環境サーバで、ポリシー制御の条件設定を行っておけば、その制御は、制御対象となるすべてのセルに対して適用され、少なくとも快適環境ユニット毎、あるいはシステム全体に対して統合的にポリシー制御が実行される。
【００４４】
更に、請求項４によれば、防災センサが異常を検知した場合に、外部の防災受信機に移報できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の環境制御システムの構成の一例を示す図である。
【図２】快適環境ユニットの構成を変更設定する際の原理説明図である。
【図３】快適環境ユニットの構成を変更設定する際の手順を説明する図である。
【図４】本発明の環境制御システムにおける制御原理を模式的に示す図である。
【図５】従来の環境制御システムの構成を示す図である。
【図６】従来の環境制御システムにおいて、システム変更する際の手順を説明する図である。
【符号の説明】
１ 快適環境セル
１０ 快適環境ゲートウェイ
１１ 環境セル制御部
２ 快適環境ユニット
３ 快適環境サーバ

Claims (4)

1. 建物内の空間を建物の間仕切りに応じて複数の快適環境セルに分割し、各セル毎に快適環境ゲートウェイを介して空調、照明などの設備系機器を配置して、共通の快適環境サーバに接続して構成された環境制御システムであって、
   上記快適環境サーバは、複数のセルをまとめて構成した快適環境ユニットを制御対象として特定できるものであり、
   記各セルは、環境センサと設備機器とを含む環境セル制御部を備え、該環境セル制御部が、セル内で設定された制御目標を充たすように自律的なフィードバック制御動作を行うようにして１次的な制御ループを実行する構成となっており、
   上記快適環境サーバが、特定された快適環境ユニットのセル内及びそのユニットに隣接するセル内における快適環境ゲートウェイを介して送出されて来る各セルの環境センサからの検知信号に応じて、予め設定されたルールに従った制御補正信号を、上記快適環境ユニットを構成するセルに、それぞれの快適環境ゲートウェイを介して送出して上記制御目標を補正する一方、上記快適環境セルでは、上記環境セル制御部が上記補正された制御目標にもとづいて上記１次的な制御ループの制御動作を行うことで２次的な制御ループを構成し、この２次的な制御ループによって階層的な制御を実行することを特徴とする環境制御システム。
2. 請求項１において、
   上記快適環境サーバは、少なくとも特定された上記快適環境ユニット単位毎に、予め設定されたルールに基づいて、ファジィ制御する機能を備えている環境制御システム。
3. 請求項１、２のいずれかにおいて、
   上記快適環境サーバは、少なくとも特定された快適環境ユニットに対して、予め統合的に設定された制御ポリシーを実行させる制御動作を強制的に行わせる機能を備えている環境制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   上記設備系機器には、火災センサなどの防災センサが含まれており、上記快適環境サーバが防災センサからの警報信号を受信した際には、外部の防災受信機に移報する構成にしている環境制御システム。

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