JP4498196B2 - 空調システムの表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、空調システムに関する評価データの表示装置の技術分野に属する。更に具体的には、空調システムにおける運転状況と省エネルギ効果の関係を容易に把握できるようにして、調節作業を補助するＢＥＭＳ（ビルエネルギーマネージメントシステム）の技術分野に属する。

従来から、空調システムや他の分野においても省エネルギが叫ばれ、省エネルギを実現するシステムの構築が行われてきた。しかし、システムの利用者が表示装置の表示内容から省エネルギを図る運転方法（又は操作方法）の理解が困難であったり、或いは、表示装置に省エネルギを図る運転方法が表示されていないという不都合があった。このため、省エネルギを実際に図っている空調システムでも、設計どおりの省エネが実現されないで運転されるという問題があった。この問題を解決するためにＢＥＭＳを活用して性能検証（コミッショニング）を行う手法についての提案が近年行われている。

例えば、特許文献１（以下、従来装置１という）には、電力、蒸気、空気等の種々のエネルギの消費状況、エネルギ消費量の目標値をアイコン、グラフ又は表などを用いて表示し、省エネルギの達成状況、機器の動作状況を一目で把握できるようにしたエネルギ監視システムが開示されている。従来装置１は、エネルギ消費量とエネルギ使用量の目標値の比較、達成度について所定の表示項目を定義し，エネルギ使用量のグラフと機器の動作状況を同一画面で表示するようにしたものである。従来装置１は一般的なエネルギシステムを対象としており、空調システムについては具体的内容の記載がなく、空調システムの省エネルギについて特に役立つ公知技術であるとはいえない。
公開特許公報、特開２００２−１７５１７２（エネルギ監視システム）

また、特許文献２（以下、従来装置２という）には、空調等の設備を備えた複数の建物のエネルギ量を集中的に管理し、解析する評価監視装置が開示されている。従来装置２は基準となるエネルギ消費量のモデルとエネルギ消費量の実測値を比較して、省エネルギ率を算出し、評価すると共に制御状態の不良と原因を追求可能にする建物省エネルギ評価監視装置に関するものである。従って，従来装置２では主たる表示画面は、各建物について、モデルと計測値の相関や、省エネルギの評価結果の表示画面例が開示されているだけであり，空調設備の運転状況と省エネルギとの関係は開示されていない。また、表示方法に分かり易くするための特別の考慮が払われていない。
公開特許公報、特開２００３−２１６７１５（建物省エネルギ評価監視装置）

また、この他にもエネルギ評価方法や表示装置について開示している文献も存在するが、何れも空調システムにおける運転状況と省エネルギ効果の関係を一目で把握できるように表示したものではない。なお、本出願人は本願発明と関連する発明を出願中である。

以上に説明したように、本願発明は空調システムにおける運転状況と省エネルギ効果の関係を一目で把握できるように表示して、空調設備の省エネルギを図る運転方法（調節方法）のガイドを利用者に提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用している。即ち、
請求項１に記載の発明は、外気ファンを備え空調対象空間から循環される還気に外気を混合する、前記空調対象空間へ冷風もしくは温風を循環系統のファンで供給する空調システムの表示装置において、
前記空調システムの運転状況と外気導入制御による省エネルギ効果との関係を表示し、利用者に省エネルギを図る調整方法のガイドを提供する調節補助手段として、
外気温度、外気湿度、給気温度、給気湿度、還気温度、還気湿度から演算される外気状態、給気状態、還気状態の各現在値を、外気冷房が有効になる外気状態範囲が示された空気線図上にプロット表示して空調システムの運転状況とし、
外気冷房による冷却熱量を全冷房負荷で除した外気冷房による省エネ効果の割合を円グラフや棒グラフ等の図形グラフで表示して外気導入制御による省エネルギ効果とし、
空調システムの運転状況と外気導入制御による省エネルギ効果とを同一画面に表示したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、対象空調空間の最小外気導入量と前記空調対象空間の二酸化炭素ガス濃度との関係をガイド領域として示すＸＹ座標の図形グラフ上に、
空調対象空間の二酸化炭素ガス濃度現在値と外気導入量現在値とを点としてプロットし、前記同一画面上に表示することで、
前記空調対象空間の二酸化炭素ガス濃度現在値が前記ガイド領域の二酸化炭素ガス濃度設定値以下になると導入外気量を絞って良い事をガイドすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、暑い外気を冷やすためにエネルギが必要な時期に、前記最小外気導入量に導入外気量を抑制制御した場合の外気温調負荷熱量を、設計最大居住人員換気量である最大外気導入量の外気温調負荷熱量で除した二酸化炭素濃度制御による省エネ効果の割合を円グラフや棒グラフ等の図形グラフで前記同一画面上に表示することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、前記外気導入制御による省エネルギ効果として、外気温度のトレンドを連続する曲線として、冷却コイルによる処理熱量及び外気冷房による処理熱量のトレンドを重なった棒グラフとして、それぞれ示す図形グラフを、前記同一画面に同時に表示したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４に記載の発明において、外気ファン及び循環系統ファンの給気量と消費電力の関係を示す図形グラフを画面に表示したことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５に記載の発明において、前記省エネルギ効果の表示は現在の状況表示、過去の時間ごとのトレンド表示、過去の週ごとのトレンド表示、又は、過去の月ごとのトレンド表示を含むことを特徴とする。

本願発明は、空調設備の調節手段による制御状況と該調節手段の調節によって得られる省エネルギ効果との関連を円グラフや棒グラフ等の図形グラフで構成し、同一画面に表示したので、表示装置の画面を参考にして調節作業をすることにより大きな省エネルギ効果の得られる調節が容易に実現できるという効果が得られる。

図１は本願発明を実施した実施形態の装置の全体構成図を示す。図２は本装置におけるコンピュータの機能的ブロック図を示す。図３は対象とする空調設備のシステム構成例を示した図である。図４は前記システムの計測器、制御装置の全体構成例を示した図である。図５〜図７は、空調設備の調節手段による制御状況とその調節手段の調節によって得られる省エネルギ効果との関連を円グラフや棒グラフ等の図形グラフで分かり易く構成した例を示す。図８、図９は本実施形態における画面表示例を示した図である。

図１において、種々の処理を実行するコンピュータ１０の出力側には表示装置（モニタ）１１、プリンタ１２が接続されている。また、コンピュータ１０の入力側にはキーボード１３、マウス１４等の入力手段が接続されている。又、コンピュータ１０のバスラインにはデータベース（メモリ）９が接続されている。更に、空調システム１６（１）、・・・１６（Ｎ）のコントローラ１７（１）、コントローラ１７（Ｎ）はゲートウェイ１５を介してコンピュータ１０に接続されている。空調システム１６として、例えば図３に示すように、空調対象がインテリアゾーン１８とペリメータゾーン１９とに分けて制御している空調設備について以下に説明する。

図３において、インテリアゾーン１８は人が存在するとして設計された領域であり、ペリメータゾーン１９は人が存在しないとして設計された領域（例えば、窓に近接した領域）である。インテリアゾーン１８は外気を取入れて新鮮な空気を供給するために外気ファン２１、外気用可変風量制御器（以下，外気ＶＡＶと記す）２２が（往）風路２０に設けられており、ペリメータゾーン１９は空気を循環させるのみで外気は導入しない。外気ＶＡＶ２２を通過した空気はダンパ３０を通過した還気と混合され、冷水コイル２３、加熱コイル２４、加湿器２５で空調された後に給気ファン２６で送風され，分岐した風路を通る風量がインテリアＶＡＶ２７によって制御され、吹出し口１８ａ、１８ｂ、・・からインテリアゾーン１８内部に空調した空気が吹出される。また、インテリアゾーン１８内部の空気は還気ファン２８、ダンパ３０によって一部が還気され、一部はダンパ２９から大気に排出される。

ペリメータゾーン１９内部の空気はペリメータファン３１によって還気され，還気の一部は冷水コイル３２で冷却され，一部は加熱コイル３３で加熱された後に、吹出口１９ａ、１９ｂ、・・からペリメータＶＡＶ３４によってペリメータゾーン１９に給気される。即ち、冷風が必要なゾーンには冷風が供給され、温風が必要なゾーンには温風が供給される。なお、温風と冷風は混合させない。

図４はインテリアゾーン１８のコントローラ１７（１）とペリメータゾーン１９のコントローラ１７（２）と制御器、計測センサ等の接続を示した図である。なお図４中、３６ａ、３６ｂ、３６ｃは冷水バルブ、加熱バルブ、加湿バルブで、３７ａ、３７ｂ、３７ｃは給気温湿度センサ、還気温湿度センサ、ＣＯ2 濃度センサである。３８は冷水熱量計である。また、３９ａ、３９ｂは冷水バルブ、加熱バルブで、４０ａ、４０ｂは冷風ダクトの給気温度センサ、温風ダクトの温度センサである。ここで、コントローラ、センサから発せられるデジタル信号はイベントドリブン（例えば、摂氏０．１度以上の変化があったとき）、又は、最低送信時間（例えば、１分程度）により接続されたゲートウェイ１５へ送信される。ゲートウェイ１５は最新データを保持する。また、コンピュータ１０は所定のサンプリング周期（例えば、１０分程度）ごとにゲートウェイ１５に発信要求を行い、最新データを送信させる。

なお、送信データとしては、運転状況（又は制御状況）を示すに必要なデータ及び省エネ効果を算出するために必要なデータが含まれる。本実施形態ではこれらのデータを搬送動力低減効果に関するデータと外気導入制御効果に関するデータがコンピュータ１０に送信され、データベース９に記録される。ここで、搬送動力とは、送風ファンやポンプのように、空気、水等を搬送するための動力をいう。搬送動力低減効果に関するデータとしては、例えば、インテリア給気ファン２６の給気風量（ｍ3／ｈ）、インバータ出力(Ｈｚ)、インバータ消費電力量（ｋＷｈ）、運転時間（ｈ）；インテリア還気ファン２８のインバータ出力、消費電力量、運転時間；ペリメータ給気ファン３１の給気風量、インバータ出力、消費電力量、運転時間；インテリア外気ファン２１の運転時間等がある。

また、外気導入制御効果に関するデータとしては、外気風量（ｍ3／ｈ）、外気温度（摂氏）、外気湿度（％）；給気温度、給気湿度；還気温度、還気湿度；混気温度、混気湿度；冷水熱量；ＣＯ2 濃度（ＰＰＭ）、ＣＯ2
濃度設定値；給気ファン運転時間、冷房時における外気ファン運転時間、冷房運転時間、外気冷房運転時間、ＣＯ2 制御による運転時間、外気導入比率のデータ等がある。上記中、２回目以降に現れた変数については単位の表示は省略してある。

図２はコンピュータ１０の実行する処理例を示した図である。図２において、受信した１０分周期のデータを、１０分締めデータとしてデータベースＳ１に記録する。次に、毎正時（即ち、Ｎ時００分）毎に、時締め処理（温度データなど平均値、電力データは合計値）を行い、時締めデータとしてデータベースＳ２に記録する。

解析を行う際には、解析画面の選択と設定Ｓ３を行う。解析画面の選択メニューＳ３−１と、設定メニューＳ３−２は、操作性を考慮し、モニタ１１上に同時に表示する。解析画面の選択メニューＳ３−１は、左側部（画面構成によっては、上側、右側、下側でも構わない）にランチャートメニューとして表示する。マウス１４で、解析画面のボタンをクリックすることで切り替えることができる。設定メニューＳ３−２は、上側部（画面構成によっては、左側、右側、下側でも構わない）に表示する。表示期間の種類として、「日」「週」「月」があり、さらに具体的な期間をマウス１４の操作で決定する。その他に、グラフ表示方法の切換え（例えば、百分率表示／絶対値表示）や、表示するデータの種類の切換え（例えば、インテリア給気ファン／インテリア還気ファン／ペリメータ給気ファン、外気／還気／混気／給気）などの解析に必要な設定を行う。

解析結果表示Ｓ４は、Ｓ３−２で設定した期間の設定に基づいて、時締めデータベースＳ２にアクセスし、必要なデータを収集する。期間の種類が「日」であれば、該当日データを収集する。期間が「週」であれば、該当する一週間のデータを収集する。期間が、「月」であれば、該当する一ヶ月間のデータを収集する。次に、収集したデータは、Ｓ３−１で指定した画面に、Ｓ３−２で設定したグラフ書式などに基づいて解析を行い、その結果を表示する。

解析結果の表示Ｓ４は更新を行う。更新のタイミングは、画面メニューＳ３−１や設定メニューＳ３−２のどれか一つでも変更されるたびに更新を行う。或いは更新ボタン（例えば「画面更新ボタン」）を用意し、このボタンがマウス１４でクリックされてときに更新を行うようにしてもよい。

図５〜図７は空調設備の調節手段による制御状況と該調節手段の調節によって得られる省エネルギ効果との関連を円グラフや棒グラフ等の図形グラフで分かり易く構成した例を示す。以下、これについて説明する。

図５において、図（Ａ）は給気風量（ｍ3／ｈ）とインバータ周波数（Ｈｚ）の関係を（例えば、時間単位で）プロットしたグラフを示す。このグラフからインバータ周波数と給気風量は略比例しており、正しく動作している（理論どおり）ことが理解できる。また、図（Ｂ）は給気風量（ｍ3／ｈ）と消費電力（ｋＷｈ）の関係をプロットしたグラフを示す。なお、消費電力は理論的には回転数（又は給気風量）の３乗に比例している。図（Ｃ）は、定格最大風量にした場合と変風量にした場合（ファンを可変風量とした場合）の時間当りの使用電力の比較を示す。図（Ｃ）で上側の白い棒グラフは定格最大風量の場合の消費電力を示し，下側の棒グラフの白い部分は各ファンの実際の消費電力を表し，斜線部分は省エネルギの電力を表す。

従って、図（Ａ）、（Ｂ）では所定時刻（例えば、現在に最も近い時間）の時間単位データを特別に大きな記号（４角、丸、３角）表示し、同じ時間の消費電力を図（Ｃ）に表示すれば、その時間の運転状況（給気風量、インバータ周波数）が容易に読み取れると共にそのときの１時間当りの省エネルギ効果も容易に理解できる。同時にコントローラ１７によるインバータ周波数の設定が正しく設定されているか否かも判断できる。

図６において、図（Ａ）は設定した期間の外気冷房による省エネ効果を示した円グラフである。図（Ａ）の斜線部分が冷却熱量を所定の演算式で求め、求めた冷却熱量を全冷房負荷で除した割合（即ち、外気冷房による省エネ効果の割合）を示し，白い部分が冷水コイル（冷凍機）による冷却熱量の割合を示す。なお、冷房運転時には、外気のエンタルピーが還気のエンタルピーよりも小さい場合は外気導入が利得となり，還気のエンタルピーが大きい場合は負荷となる。従って，外気冷房による省エネルギ効果は外気温湿度条件と室内条件との関係によって変化する。これらの条件を示したのが図（Ｂ）であり、図（Ｂ）の斜線部は外気冷房が有効となる範囲の目安を示している。例えば，図（Ｂ）には各測定点における温湿度の最新のデータと設定した期間の各時刻のデータを項目ごとにプロットする。これにより、実際の外気条件と外気冷房有効範囲の重複部分から省エネルギ効果の見当がつく。なお、プロットするデータの種類（内容，測定した時期等）は適宜変更してもよい。図（Ｃ）は過去の１日（例えば、昨日、或いは、月表示のときは各時刻平均値）の冷却処理熱量の経過を示したグラフである。図（Ｃ）で曲線Ａは外気温度を示し，棒グラフの白い部分は冷水による冷房熱量を示し、黒色部分が外気による冷房熱量、即ち省エネルギ部分を示す。

人の居住するエリアの空調は空気清浄度や保険衛生を保つためにＣＯ2 濃度が規制されており，ＣＯ2
濃度があまり大きくならないようにＡＨＵコントローラ１７（１）で外気導入量が制御されている。従って，外気冷房が負荷となる場合（暑い外気を冷やすためにエネルギが必要となる場合）であっても外気導入を一定量導入する必要がある場合が生じる。図７（Ａ）は一定量（例えば，設計最大居住人員換気量の外気）を導入した場合を１００％として仮想エネルギを計算し、ＣＯ2
濃度を計測して外気導入量を抑制制御した場合をそれぞれ外気温調負荷熱量の割合として省エネルギ効果を示した図である。図７（Ｂ）はＣＯ2 濃度と外気導入量（風量比率）との関係を示し、斜線部は最小外気導入量（ＶＡＶの計測下限）とＣＯ2
濃度設定値（８００ＰＰＭ）の領域を示した図である。ＣＯ２濃度が設定値以下になるとＶＡＶ２２の導入外気量を絞って外気風量を減らす。

図８、図９は本実施形態による表示画面の例を示す。図８は搬送動力低減効果を確認するための画面表示例であり，図９は外気導入量制御効果を確認するための画面表示例である。以上に述べた様に、本実施形態では、（１）給気量とインバータ周波数の関係を示す図形グラフ、給気量と消費電力の関係を示す図形グラフと省エネルギ量を示す図形グラフを同一画面に表示可能としたので搬送動力を低減させる手段が容易に理解できるという効果、及び（２）外気冷房省エネルギ効果を示す図形グラフ、データの空気線図上の表示（図６（Ｂ）と同様の表示）と冷却処理熱量の時間変化の図形グラフを同一画面に表示可能としたので外気導入時の消費エネルギを低減させる手段が容易に理解できるという効果が得られる。

以上、この発明の実施形態、実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

本発明を実施した実施形態１の装置構成を示す。 実施形態１のコンピュータの処理例を示す。 本実施形態の空調システムを示す。 本実施形態の制御装置と計測装置の関係を示す。 インバータ周波数、消費電力、省エネルギ効果を示す。 空気線図、処理熱量、省エネルギ効果を示す。 ＣＯ２濃度と省エネルギ効果の関係を示す。 本実施形態の画面表示例（搬送動力関係）を示す。 本実施形態の画面表示例（外気導入量制御関係）を示す。

符号の説明

９ 外部記憶装置
１０ コンピュータ
１１ 表示装置
１５ ゲートウェイ
１６ 空調システム
１７ コントローラ
１８ インテリアゾーン
１９ ペリメータゾーン

Claims (6)

1. 外気ファンを備え空調対象空間から循環される還気に外気を混合する、前記空調対象空間へ冷風もしくは温風を循環系統のファンで供給する空調システムの表示装置において、
   前記空調システムの運転状況と外気導入制御による省エネルギ効果との関係を表示し、利用者に省エネルギを図る調整方法のガイドを提供する調節補助手段として、
   外気温度、外気湿度、給気温度、給気湿度、還気温度、還気湿度から演算される外気状態、給気状態、還気状態の各現在値を、外気冷房が有効になる外気状態範囲が示された空気線図上にプロット表示して空調システムの運転状況とし、
   外気冷房による冷却熱量を全冷房負荷で除した外気冷房による省エネ効果の割合を円グラフや棒グラフ等の図形グラフで表示して外気導入制御による省エネルギ効果とし、
   空調システムの運転状況と外気導入制御による省エネルギ効果とを同一画面に表示したことを特徴とする空調システムの表示装置。
2. 対象空調空間の最小外気導入量と前記空調対象空間の二酸化炭素ガス濃度との関係をガイド領域として示すＸＹ座標の図形グラフ上に、
   空調対象空間の二酸化炭素ガス濃度現在値と外気導入量現在値とを点としてプロットし、前記同一画面上に表示することで、
   前記空調対象空間の二酸化炭素ガス濃度現在値が前記ガイド領域の二酸化炭素ガス濃度設定値以下になると導入外気量を絞って良い事をガイドすることを特徴とする請求項１に記載の空調システムの表示装置。
3. 暑い外気を冷やすためにエネルギが必要な時期に、前記最小外気導入量に導入外気量を抑制制御した場合の外気温調負荷熱量を、設計最大居住人員換気量である最大外気導入量の外気温調負荷熱量で除した二酸化炭素濃度制御による省エネ効果の割合を円グラフや棒グラフ等の図形グラフで前記同一画面上に表示することを特徴とする請求項２に記載の空調システムの表示装置。
4. 前記外気導入制御による省エネルギ効果として、外気温度のトレンドを連続する曲線として、冷却コイルによる処理熱量及び外気冷房による処理熱量のトレンドを重なった棒グラフとして、それぞれ示す図形グラフを、前記同一画面に同時に表示したことを特徴とする請求項1から請求項３のいずれかに記載の空調システムの表示装置。
5. 外気ファン及び循環系統ファンの給気量と消費電力の関係を示す図形グラフを画面に表示したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の空調システムの表示装置。
6. 前記省エネルギ効果の表示は現在の状況表示、過去の時間ごとのトレンド表示、過去の週ごとのトレンド表示、又は、過去の月ごとのトレンド表示を含むことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１に記載の空調システムの表示装置。
   

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