JP4465303B2 - 空気調和機用群制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、大きな空間を冷房するために設置されている複数の空気調和機を群制御する空気調和機用群制御装置に関する。

ビルの一続きのフロアや工場など大きな容積の空間を冷房するために、複数の空気調和機が設置されているとき、各空気調和機を独立して冷房運転とエネルギーの消費を少なくするための省エネ運転とを繰り返すと、空間内の空気調和機が同時に一方の運転モードに揃ってしまい、空間内の温度変動が大きくなり、快適性を損なうことが起こる。
そこで、複数の空気調和機を２段階のレベルのグループに区別して、各グループの省エネ運転を時間的にずらすことにより、快適性の向上を図っている（特許文献１参照）。

特開２００１−４１５２８号公報

しかし、室内の熱負荷が平均よりかなり大きくなったときに、あるグループが省エネ運転に切り換えられると、室温が大きく上昇するという問題がある。
また、熱負荷が大きくなった場所に寄与するグループの空気調和機での省エネ運転の時間を短くすることは可能であるが、熱負荷の変化には、人の出入りの頻度、外気温度などが複雑に係わるので、調整が複雑で面倒になるという問題がある。

この発明の目的は、大きな容積の空間を対象にする複数の空気調和機を、熱負荷が大きく変動したときも、省エネを維持しながら快適性を損なわずに制御する空気調和機用群制御装置を提供する。

この発明に係わる空気調和機用群制御装置は、冷房対象の空間に配置される複数の空気調和機を複数のグループに分けて上記グループ毎に制御し、上記複数のグループの省エネ運転のスケジュールがそれぞれ時間的にずれている空気調和機用群制御装置において、上記グループ毎に予め定められる冷房運転および省エネ運転のスケジュールが記憶される記憶部と、上記各グループに属する上記空気調和機が設置された近辺の室内温度を計測する室内温度計と、上記グループが省エネ運転のスケジュールに該当するとき、上記室内温度が予め定められる快適上限温度を超えているか否かを判断し、超えているとき冷房運転、以下のとき省エネ運転を上記グループに属する空気調和機に指令する制御部と、省エネ運転が開始されてから上記室内温度が上記快適上限温度に達するまでの到達時間を計時する計時部と、上記各グループの上記到達時間の所定の間の平均値を長短に基づいて複数に分類し、上記分類に基づいて平均値が短い分類ほど省エネ運転の頻度を少なくする制御重付部と、を備える。

この発明に係わる空気調和機用群制御装置の効果は、省エネ運転がスケジューリングされているときのグループでも、室内温度が快適上限温度を超えたときに、省エネ運転が解除されて冷房運転に移行するので、他のグループの空気調和機が過負荷に陥ることを防げる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる空気調和機用群制御装置が適用される一群の空気調和機の構成図である。図２は、一群の空気調和機の運転スケジュールが表された時刻表である。図３は、実施の形態１に係わる空気調和機用群制御装置による空気調和機の制御の手順を示すフローチャートである。図４は、室内温度の変化の様子を示す図である。

この発明の実施の形態１に係わる空気調和機用群制御装置１は、例えばビルの１つの階床が吹き抜けたフロアのような大きな容積の空間を冷房するための複数の空気調和機２を群として制御する。そして、冷房対象の空間には、群制御装置１の制御対象としての１群の空気調和機（１２台の室内機３とそれぞれに対応する室外機４）２が設置されている。
各空気調和機２は、図示しない圧縮機により圧縮された冷媒を室内機３内の図示しない蒸発器で蒸発して空間から熱を吸収し、室外器４内の図示しない凝縮器で冷媒の蒸気を外気で冷却して凝縮液化し、圧縮機に戻す図示しない熱機関、室内温度を目標温度に合わすように熱機関を制御する図示しない熱機関制御部、室内機３の空気の吸込口５付近の温度を計測する室内温度計６を備えている。
そして、空気調和機用群制御装置１からの冷房運転指令を受けたときには、空気調和機２は、快適温度を目標温度として冷房運転を行う。また、空気調和機用群制御装置１からの省エネ運転指令を受けたときには、空気調和機２は、快適温度よりかなり高い省エネ温度に基づいて省エネ運転されるので、送風だけの運転になる。

群制御装置１の制御対象の複数の空気調和機２は、図１に示すように、グループ化の第１段階として５つのグループ（Ｇ１〜Ｇ５）にグループ化される。そして、グループ化の第２段階として５つのグループが２つのブロック（Ｂ１、Ｂ２）にグループ化される。
実施の形態１に係わる空気調和機用群制御装置１は、このようにグループ化されたグループ（Ｇ１〜Ｇ５）を単位として制御を行う。

実施の形態１に係わる空気調和機用群制御装置１は、グループ毎の運転のスケジュールが予め定められて記憶されている記憶部１１、各グループを運転のスケジュールに基づいて制御する制御部１２、制御に用いる時刻を刻んでいる内部時計１３を有している。
また、制御部１２には、各グループに属する空気調和機２の室内温度計６から各グループを代表する室内温度が入力される。
運転スケジュールでは、図２に示すように、グループ毎に、省エネ運転に係わる省エネ運転開始時刻および省エネ運転終了時刻、冷房運転に係わる冷房運転開始時刻および冷房運転終了時刻が定められている。図２では、省エネ運転のスケジュールの部分を塗りつぶしてある。

次に、制御部１２の制御手順について図３を参照し、グループＧ１、グループＧ２を例に挙げて説明する。
グループＧ１に関して、図４（ａ）に示すように、スケジュールが省エネ運転に該当したとき、室内温度が快適上限温度を超えない例として説明する。また、グループＧ２に関して、図４（ｂ）に示すように、スケジュールが省エネ運転に該当したとき、室内温度が快適上限温度を超える例として説明する。ここで快適上限温度とは、冷房運転における快適温度より快適性は劣るが、居住者が許容できる温度である。室内の快適性を表す指標として温度、湿度、放射温度、着衣量、活動量などから計算されるＰＭＶ指標がある。ＰＭＶが、−０．５〜０．５の範囲にあると、居住者の９０％が該空間を快適と感じるといわれている。室温が１．５℃変化すると、ＰＭＶは０．５程度変化するので、例えば、快適温度に対して１．５℃加算した温度を快適上限温度とするとよい。
Ｓ１０１で、記憶部１１から読み出されたグループＧ１、Ｇ２のスケジュールに基づいて、冷房運転開始時刻の到来を待って、冷房運転開始時刻になったら、Ｓ１０２に進む。
Ｓ１０２で、空気調和機に冷房運転指令を行う。
冷房運転指令を受けた空気調和機２の熱機関制御部は、快適温度、例えば２５℃を目標温度として熱機関を制御して冷房運転を行う。室内温度は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように低下して目標温度に達する。
Ｓ１０３で、スケジュールの冷房運転終了時刻になったか否かを判断し、冷房運転終了時刻になったならば制御を終了し、冷房運転終了時刻前ならばＳ１０４に進む。

Ｓ１０４で、省エネ運転開始時刻か否かを判断し、省エネ運転開始時刻であればＳ１０５へ進み、省エネ運転開始時刻前であればＳ１０３へ戻る。
Ｓ１０５で、グループＧ１またはグループＧ２近辺の室内温度を取り込み、室内温度が予め定められる快適上限温度、例えば２６．５℃を超えているか否かを判断し、室内温度が快適上限温度を超えているとき、Ｓ１０９へ進み、室内温度が快適上限温度以下のとき、Ｓ１０６へ進む。
Ｓ１０６で、そのまま省エネ運転に移行しても９０％位の人が快適と感じているので、空気調和機２に省エネ運転指令を行う。
省エネ運転指令を受けた空気調和機２の熱機関制御部は、省エネ温度、例えば２７℃を目標温度として熱機関を制御して省エネ運転を行うが、主に送風だけの運転になる。そうすると、室内温度は、図４（ａ）、（ｂ）に示しように、上昇していく。

Ｓ１０７で、グループＧ１、Ｇ２の室内温度が快適上限温度を超えたか否かを判断する。図４（ａ）に示すように、室内温度が快適上限温度以下のとき、そのまま省エネ運転を継続して、Ｓ１０８へ進む。また、図４（ｂ）に示しように、室内温度が快適上限温度を超えたとき、Ｓ１１０へ進む。
Ｓ１０８で、省エネ運転終了時刻になったか否かを判断し、省エネ運転終了時刻になったならばＳ１１０に進み、冷房運転終了時刻以前ならばＳ１０７へ戻る。
Ｓ１０９で、この時点、すなわち室内温度が快適上限温度を超過している状態で省エネ運転を継続すると、さらに快適性が悪化する可能性があるだけでなく、他のグループが過負荷になる可能性があるため、冷房運転指令を継続してＳ１０３へ戻る。
Ｓ１１０で、冷房運転をグループＧ２の空気調和機２に指令し、Ｓ１０３へ戻る。

このような空気調和機用群制御装置１は、省エネ運転としてスケジューリングされているときのグループでも、室内温度が快適上限温度を超えたときに、省エネ運転が解除されて居住者の快適性の悪化を最小限に抑えることができるとともに、他のグループの空気調和機２が過負荷に陥ることを防げる。

なお、実施の形態１において省エネ運転の終了の条件は、快適上限温度を超過したときとしているが、省エネ性を考慮し、省エネ運転開始から一定時間以内では快適上限温度を超過していても省エネ運転を継続するようにしてもよい。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係わる空気調和機用群制御装置の機能ブロック図である。
実施の形態２に係わる群制御装置１Ｂは、実施の形態１に係わる群制御装置１に省エネ運転を指令してから快適上限温度に達するまでの到達時間を算出する計時部１５と到達時間に基づいて省エネ運転の条件を見直す制御重付部１６が追加されたことが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態２に係わる計時部１５は、制御部１２が各グループに省エネ運転指令を送信したときの時刻を初期時刻として計時し、次に、室内温度が快適上限温度に達した時刻を終期時刻として計時し、終期時刻と初期時刻から熱負荷の大きさに係わる到達時間を求める。なお、熱負荷が小さいときには、室内温度が快適上限温度に到達せずに省エネ運転が終了になるので、そのときは到達時間を省エネ運転時間以上とする。
また、実施の形態２に係わる制御重付部１６は、計時部１５で求められた各グループの到達時間の所定の間、例えば、１時間の平均値を３つに分類する。例えば、図２に示すようなスケジュールのとき、省エネ運転時間が３分であり、到達時間の平均値が１．５分未満のときレベルＡ、１．５分以上、３分未満のときレベルＢ、３分以上のときレベルＣに分類する。このように分類されたグループに対して省エネ運転の頻度を１：２：３となるように、スケジュールを見直す。

このような空気調和機用群制御装置１Ｂは、省エネ運転の際に室内温度の上昇する速さに基づいて省エネ運転の条件を見直すことにより空気調和機２に加わる熱負荷を平準化するので、特定の空気調和機２に過負荷が加わることが防げるとともに全体の快適性も維持できる。
また、実施の形態２において所定の間の到達時間の平均値に基づいて省エネ運転の条件を見直しているが、前日の平均値に基づいて翌日の省エネ運転の条件を見直してもよい。また、日射量などの外気の影響を加味して時間帯毎に見直してもよい。

この発明の実施の形態１に係わる空気調和機用群制御装置が適用される一群の空気調和機の構成図である。 一群の空気調和機の運転スケジュールが表された時刻表である。 実施の形態１に係わる空気調和機用群制御装置による空気調和機の制御の手順を示すフローチャートである。 室内温度の変化の様子を示す図である。 この発明の実施の形態２に係わる空気調和機用群制御装置の機能ブロック図である。

符号の説明

１、１Ｂ 空気調和機用群制御装置、２ 空気調和機、３ 室内機、４ 室外機、５ 吸込口、６ 室内温度計、１１ 記憶部、１２ 制御部、１３ 内部時計、１５ 計時部、１６ 制御重付部。

Claims (1)

1. 冷房対象の空間に配置される複数の空気調和機を複数のグループに分けて上記グループ毎に制御し、上記複数のグループの省エネ運転のスケジュールがそれぞれ時間的にずれている空気調和機用群制御装置において、
   上記グループ毎に予め定められる冷房運転および省エネ運転のスケジュールが記憶される記憶部と、
   上記各グループに属する上記空気調和機が設置された近辺の室内温度を計測する室内温度計と、
   上記グループが省エネ運転のスケジュールに該当するとき、上記室内温度が予め定められる快適上限温度を超えているか否かを判断し、超えているとき冷房運転、以下のとき省エネ運転を上記グループに属する空気調和機に指令する制御部と、
   省エネ運転が開始されてから上記室内温度が上記快適上限温度に達するまでの到達時間を計時する計時部と、
   上記各グループの上記到達時間の所定の間の平均値を長短に基づいて複数に分類し、上記分類に基づいて平均値が短い分類ほど省エネ運転の頻度を少なくする制御重付部と、
   を備えることを特徴とする空気調和機用群制御装置。

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