JP4267553B2 - 空調機制御システム及び空調機制御方法 - Google Patents
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Description
複数の温度センサにより、1台の空調機又は複数の空調機を制御するものとして、例えば、特許文献1に記載されている技術が知られている。
また、情報通信装置などを冷却する空調機は、その空調機の吸い込み空気温度や1ヶ所の代表室温により制御されることが通常であったため、局部的な高温が生じ、それを回避するために空調機の設定温度を過度に低く設定しなければならないといった問題があった。
このため、居住者の温冷感に基づいた温度制御を行うことが可能となり、最適な空調機の温度制御を実現することができる。また、複数箇所に設置された温度センサの測定値に基づいて、適正な温度分布となるように空調機を制御することによって、局部的な高温が生じることがなくなり、又は、冷え過ぎや暖め過ぎを抑制し省エネルギーを実現することができる。
図1は、本発明の第1及び第2の実施形態による空調機制御システム100の構成を示すブロック図である。空調機制御システム100は、1台の空調機10と、n台(nは1以上の整数)の温度測定機20(20a〜20d)を有する。
空調機10は、圧縮機11、送風機12、コントロールユニット13を有する。
圧縮機11は、冷却用の液冷媒への圧力を高圧又は低圧に変える装置である。また、送風機12は、空調機10の室外機(図示省略)内部の空気を外部に送風する装置である。
コントロールユニット13は、制御手段14、目標温度取得手段15、温度測定値取得手段16、温度演算手段17、制御温度センサ選定手段18、圧縮機・送風機制御手段19を有する。
制御手段14は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)により構成されるマイクロコンピュータ等からなる。CPUはROMに記録されているプログラムを読み出して実行することにより、各種判断や演算等の処理を行う。ROMにはOS(Operating System)等のプログラムが記録される。また、RAMには一時的にデータが記録されるとともに、そのデータが読み出される。なお、ここでは、制御手段6と記憶手段9を別々に説明しているが、コントローラ13として1チップマイクロコンピュータを用いれば、上記OSやプログラムを実行するとともにデータを記憶することもできる。制御手段14は空調機10に内蔵されるため、PC(Personal Computer)よりもマイクロコンピュータのような小型の装置を使用することが好ましい。
温度測定機20(20a〜20n)は、それぞれ温度センサ21(21a〜21n)と目標温度設定手段22(22a〜22n)を有する。
目標温度設定手段22aは、温度測定機20aが設置される地点の目標温度を取得する。目標温度設定手段22aに入力された目標温度は、空調機10の目標温度取得手段15に出力される。
温度センサ21aは、温度測定機20aが設置されている地点の温度を測定する。温度センサ21aが測定した温度は、空調機10の温度測定値取得手段16に出力される。
なお、ここでは、温度測定機20aの場合についてのみ説明したが、温度測定機20b〜20nの構成は、温度測定機20aと同じであるため同一の符号を付してその説明を省略する。
温度測定値取得手段16は、温度センサ21a〜21nにより測定される温度を取得する。
コントロールユニット13は、例えば、フラッシュメモリなどのRAMにより構成される記憶手段(図示省略)を有している。記憶手段には、制御手段14によって実行されるプログラム等が記憶されるとともに、目標温度取得手段15が取得する目標温度や、温度測定値取得手段16が取得する温度のデータが記憶される。
温度演算手段17は、目標温度取得手段15が目標温度設定手段22a〜22nから取得する目標温度と、温度測定値取得手段16が温度センサ21a〜21nから取得する測定温度に基づいて演算を行う。具体的に、温度演算手段17がどのような演算を行うかについては、後述する本発明の第1及び第2の実施形態で説明する。
圧縮機・送風機制御手段19は、温度演算手段17の演算結果と、制御温度センサ選定手段18の選定結果とに基づいて、圧縮機11や送風機12の制御を行う。
すなわち、圧縮機・送風機制御手段19の制御により、圧縮機11は液冷媒を蒸発させたガスを圧縮し、冷凍サイクルの一部を構成する。また、送風機12は空調機10の外部に目標温度を達成するための温度の風を送り出す。
なお、上述した目標温度取得手段15、温度測定値取得手段16、温度演算手段17、制御温度センサ選定手段18、圧縮機・送風機制御手段19の制御は、制御手段14から出力される制御命令に基づいて行われる。
なお、以下に述べる第1〜第4の実施形態では、温度測定機20が、温度測定機20a、20b、20c、20dの合計4台設置される場合について説明する。
図2は、本実施形態における空調機10のコントロールユニット13の制御方法を示すフローチャートである。
始めに、目標温度設定手段22a〜22dにより、温度測定機20a〜20dが設置されている地点の制御目標とする温度である目標温度を設定する(ステップS11)。
次に、温度測定値取得手段16により、温度センサ21a〜21dが測定した温度の測定値を取得する(ステップS12)。
次に、温度演算手段17により、温度測定機20a〜20dのそれぞれについて、温度測定値取得手段16が取得した測定温度から、目標温度取得手段15が取得した目標温度を引いた差を算出する(ステップS13)。
ステップS18に進んだ場合には、温度センサ21aの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21aの測定温度から目標温度を引いた差が最大でない場合にはステップS14で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21aを除外する。そして、次のステップS15へ進む。
ステップS18に進んだ場合には、温度センサ21bの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21bの測定温度から目標温度を引いた差が最大でない場合にはステップS15で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21bを除外する。そして、次のステップS16へ進む。
ステップS18に進んだ場合には、温度センサ21cの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21cの測定温度から目標温度を引いた差が最大でない場合にはステップS16で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21cを除外する。そして、次のステップS17へ進む。
ステップS18に進んだ場合には、温度センサ21dの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21dの測定温度から目標温度を引いた差が最大でない場合にはステップS17で「NO」と判断し、圧縮機11と送風機12の出力を現状の状態で維持する。
図3は、本実施形態における空調機10のコントロールユニット13の制御方法を示すフローチャートである。
始めに、目標温度設定手段22a〜22dにより、温度測定機20a〜20dが設置されている地点の制御目標とする温度である目標温度を設定する(ステップS21)。
次に、温度測定値取得手段16により、温度センサ21a〜21dが測定した温度の測定値を取得する(ステップS22)。
次に、温度演算手段17により、ステップS23で算出した温度測定値取得手段16が取得した温度から、目標温度取得手段15が取得した目標温度を引いた差についての絶対値を算出する(ステップS24)。
ステップS29に進んだ場合には、温度センサ21aの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21aの測定温度から目標温度を引いた差の絶対値が最大でない場合にはステップS25で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21aを除外する。そして、次のステップS26へ進む。
ステップS29に進んだ場合には、温度センサ21bの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21bの測定温度から目標温度を引いた差の絶対値が最大でない場合にはステップS26で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21bを除外する。そして、次のステップS27へ進む。
ステップS29に進んだ場合には、温度センサ20cの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21cの測定温度から目標温度を引いた差の絶対値が最大でない場合にはステップS27で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21cを除外する。そして、次のステップS28へ進む。
図4は、本実施形態による空調制御システム100の構成を示すブロック図である。本実施形態による空調制御システム100の構成が、第1及び第2の実施形態による空調機制御システム100(図2参照)と同じ構成をとる部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態による空調制御システム100は、制御温度センサ選定手段18が設けられていない点において、第1及び第2の実施形態による空調機制御システム100(図2参照)と相違する。
図5は、本実施形態における空調機10のコントロールユニット13の制御方法を示すフローチャートである。
始めに、目標温度設定手段22a〜22dにより、温度測定機20a〜20dが設置されている地点の制御目標とする温度である目標温度を設定する(ステップS31)。
次に、温度測定値取得手段16により、温度センサ21a〜21dが測定した温度の測定値を取得する(ステップS32)。
次に、温度演算手段17により、温度測定機20a〜20dのそれぞれについて、温度測定値取得手段16が取得した測定温度から、目標温度取得手段15が取得した目標温度を引いた差を算出した後、それらの値を合計する演算を行う(ステップS33)。
なお、温度センサ21と目標温度設定手段22を、1対1に対応させて設ける必要はなく、温度センサ21をn(nは1以上の整数)台、目標温度設定手段22をm(mは1以上の整数)台設けることにより空調機制御システム100を構成することもできる。
図6は、本実施形態による空調制御システム100の構成を示すブロック図である。本実施形態による空調制御システム100の構成が、第1及び第2の実施形態による空調機制御システム100(図2参照)と同じ構成をとる部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態による空調制御システム100は、目標温度取得手段15、温度演算手段17、目標温度設定手段20a〜20nが設けられていない点において、第1及び第2の実施形態による空調機制御システム100(図2参照)と相違する。
図7は、本実施形態における空調機10のコントロールユニット13の制御方法を示すフローチャートである。
始めに、温度測定値取得手段16により、温度センサ21a〜21dが測定した温度の測定値を取得する(ステップS41)。
次に、制御温度センサ選定手段18は、温度センサ21aの測定値が、温度センサ21a〜21dの測定値の中で最大であるか否かを判断する(ステップS42)。温度センサ21aの測定値が最大である場合にはステップS42で「YES」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21aを選定する。そして、次のステップS46へ進む。
ステップS46に進んだ場合には、温度センサ21aの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21aの測定値が最大でない場合にはステップS25で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21aを除外する。そして、次のステップS43へ進む。
ステップS46に進んだ場合には、温度センサ21bの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21bの測定値が最大でない場合には、ステップS43で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21bを除外する。そして、次のステップS44へ進む。
ステップS46に進んだ場合には、温度センサ20cの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21cの測定値が最大でない場合にはステップS44で「NO」と判断し、空調機10を制御対象とする温度センサとして温度センサ21cを除外する。そして、次のステップS45へ進む。
ステップS46に進んだ場合には、温度センサ21dの測定値が目標温度となるように圧縮機11や送風機12を制御する。一方、温度センサ21dの測定値が最大でない場合にはステップS28で「NO」と判断し、圧縮機11と送風機12の出力を現状の状態で維持する。
また、上述した第1〜第4の実施形態による空調機制御システム100では、測定温度や目標温度に基づいて空調機10の出力を制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、室内の温度が所定の温度範囲にある場合には、空調機10の出力を現状維持とする不感帯の温度範囲を設定するように制御しても構わない。あるいは、所定の下限温度を設定し、温度センサ21から取得する測定温度がその下限温度を下回らないように空調機10を制御するようにしても構わない。
また、図1、図3、図5、図7のフローチャートでは、処理を1回だけ行う場合について説明したが、このような処理に限定さるものではなく、所定の時間間隔ごとに「Start」から「End」までの処理を繰り返すようにしても良い。
図8は、空調機制御システム100を、情報通信機械室に適用した状態を示す図である。
情報通信装置を収容する機械室では高発熱な装置が増えるに従い、機械室の室内での温度の不均一率が大きくなるという問題がある。例えば、効率的な空調を行うため情報通信装置の吸気面と排気面を向かい合わせになるように配列することがあるが、この場合、部屋の水平方向に吸気側低温部(コールドアイル)や排気側高温部(ホットアイル)といった温度分布が形成されるという問題がある。
また、部屋の垂直方向においても、情報通信装置又は装置搭載用ラックに設置される排気ファンの位置や空気の対流により温度分布が生じてしまう。従って、情報通信装置を冷却する空調機は、適正な温度分布の状態に制御されることが望ましい。一方、情報通信装置を冷却する空調機はその吸い込み空気温度又は1ヶ所の代表温度により制御されるのが通常であるが、局部的な高温が生じたりそれを回避するために空調機の設定温度を過度に低くする必要があるので、エネルギー効率が低くなるという問題がある。
床35bの上には、装置搭載用ラック30(30a〜30g)が設置されている。装置搭載用ラック30(30a〜30g)には、ルータやサーバ等の情報通信装置31(31a〜31g)が設置される。
装置搭載用ラック30a、30b、30c、30f、30gは、空調機10から給気される冷気が二重床35a及び35bから一旦室内に出た後、装置搭載用ラック30a、30b、30f、30gの前面上部、及び、装置搭載用ラック30cの前面下部から取り込まれることにより情報通信装置31a、31b、31c、31f、31gを冷却する。
装置搭載用ラック30d、30eは、空調機10から給気される冷気が二重床35a及び35bから、直接装置搭載用ラック30d、30eの下面から取り込まれることにより情報通信装置31d、31eを冷却する。情報通信装置31eの下面には、温度測定機20cが取り付けられており、ファンに吸気される空気の温度を測定できるようになっている。
上述した温度測定機20a〜20dは、空調機10のコントロールユニット13に接続されており、測定温度が温度測定値取得手段16に出力される。
温度測定機20a〜20dでは、目標温度設定手段22a〜22dにより「目標温度」が設定される。また、温度センサ21a〜21dにより「測定温度」が測定される。
温度演算手段17では、「測定温度−目標温度」と、その絶対値である「|測定温度−目標温度|」の演算が行われる。また、温度測定機20a〜20dにおける「測定温度−目標温度」の「合計」が演算される。
また、第2の実施形態による空調機制御方法(図3参照)では、制御温度センサ選定手段18により「|測定温度−目標温度|」が「3℃」で最大となっている温度測定機20dを、空調機10を制御対象とする温度センサとして選定して制御を行う。
また、第3の実施形態による空調機制御方法(図5参照)では「合計値」が「+4℃」とプラスになることに基づいて空調機10の出力を低下させる。
また、第4の実施形態による空調機制御方法(図7参照)では、制御温度センサ選定手段18により「測定温度」が「+30℃」で最大となっている温度測定機20dを、空調機10を制御対象とする温度センサとして選定して制御を行う。
事務室には、ペリメータゾーンにテーブル33aが、インテリアゾーンにテーブル33b、33c、33dがそれぞれ設置されている。
テーブル33aは間仕切り壁34a、34bにより空気の流れが遮蔽される。また、テーブル33b、33cはそれぞれ間仕切り壁34c、34dにより空気の流れが遮蔽される。更に、日射の影響や人員の配置、OA機器の設置状況等により事務室内で温度分布が生じ、全ての居住者にとって快適とならず、エネルギー効率が低くなるという問題がある。
温度測定機20a〜20dでは、目標温度設定手段22a〜22dにより「目標温度」が設定される。また、温度センサ21a〜21dにより「測定温度」が測定される。
温度演算手段17では、「測定温度−目標温度」及び「|測定温度−目標温度|」の演算が行われる。また、温度測定機20a〜20dにおける「測定温度−目標温度」の「合計」が演算される。
また、第2の実施形態による空調機制御方法(図3参照)では、制御温度センサ選定手段18により「|測定温度−目標温度|」が「3℃」で最大となっている温度測定機20dを、空調機10を制御対象とする温度センサとして選定して制御を行う。
また、第3の実施形態による空調機制御方法(図5参照)では「合計値」が「+4℃」とプラスになることに基づいて空調機10の出力を低下させる。
また、第4の実施形態による空調機制御方法(図7参照)では、制御温度センサ選定手段18により「測定温度」が「+29℃」で最大となっている温度測定機20dを、空調機10を制御対象とする温度センサとして選定して制御を行う。
11・・・圧縮機
12・・・送風機
13・・・コントロールユニット
14・・・制御手段
15・・・目標温度取得手段
16・・・温度測定値取得手段
17・・・温度演算手段
18・・・制御温度センサ選定手段
19・・・圧縮機・送風機制御手段
20(20a〜20n)・・・温度測定機
21(21a〜21n)・・・温度センサ
22(22a〜22n)・・・目標温度設定手段
30(30a〜30g)・・・装置搭載用ラック
31(31a〜31g)・・・情報通信装置
33(33a〜33d)・・・テーブル
34(34a〜34d)・・・間仕切り壁
35a、35b・・・床
100・・・空調機制御システム
Claims (4)
- 測定した温度によって空調機の制御を行う空調機制御システムであって、
測定対象の地点の温度を測定するn(nは2以上の整数)台の温度センサと、
前記n台の温度センサのそれぞれに対して設けられる目標温度設定手段であって、異なる目標温度が設定されるm(mは2以上の整数)台の目標温度設定手段と、
前記目標温度設定手段のそれぞれにより設定した目標温度と、前記目標温度設定手段に対応する前記温度センサにより測定した測定温度との差の絶対値を算出する温度演算手段と、
前記空調機を制御対象とする温度センサを、前記温度演算手段が演算した結果に基づいて、前記n台の温度センサのうち、前記温度演算手段が演算した前記絶対値が最大となる温度センサを前記空調機を制御対象とする温度センサとして選定する制御温度センサ選定手段と、
前記n第の温度センサのうち、前記制御温度センサ選定手段により選定された温度センサによって前記測定対象の地点が測定された測定温度が、当該選定された温度センサに対応する目標温度設定手段により設定した目標温度になるように、圧縮機と送風機のいずれか一方あるいは両方を制御する圧縮機・送風機制御手段と、
を有することを特徴とする空調機制御システム。 - 前記温度演算手段において前記温度センサにより測定した測定温度から前記目標温度設定手段により設定した目標温度を引いた差を演算する際に、前記温度センサに応じた重み係数を乗じる重み係数乗算手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載の空調機制御システム。
- 測定した温度によって空調機の制御を行う空調機制御方法であって、
測定対象の地点の温度を測定するn(nは2以上の整数)台の温度センサにより、測定温度を測定する第1のステップと、
前記n台の温度センサのそれぞれに対して設けられるm(mは2以上の整数)台の目標温度設定手段により、異なる目標温度が設定される第2のステップと、
温度演算手段により、前記目標温度設定手段のそれぞれにより設定した目標温度と前記目標温度設定手段に対応する前記温度センサにより測定した測定温度との差の絶対値を算出する第3のステップと、
制御温度センサ選定手段により、前記空調機を制御対象とする温度センサを、前記温度演算手段が演算した結果に基づいて、前記n台の温度センサのうち、前記温度演算手段が演算した前記絶対値が最大となる温度センサを前記空調機を制御対象とする温度センサとして選定する第4のステップと、
圧縮機・送風機制御手段により、前記n第の温度センサのうち、前記制御温度センサ選定手段により選定された温度センサによって前記測定対象の地点が測定された測定温度が、当該選定された温度センサに対応する目標温度設定手段により設定した目標温度になるように、圧縮機と送風機のいずれか一方あるいは両方を制御する第5のステップと
を有することを特徴とする空調機制御方法。 - 前記第3のステップで、前記温度演算手段において前記温度センサにより測定した測定温度から前記目標温度設定手段により設定した目標温度を引いた差を演算する際に、重み係数乗算手段により前記温度センサに応じた重み係数を乗じることを特徴とする請求項3記載の空調機制御方法。
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