JP4905950B2 - 空調システムの診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、空調システムの健全度を診断する方法に関し、特に、機械室空調等、年間空調負荷がほぼ一定、かつ、１つの室（空調ゾーン）内に複数の空調機が設置される空調システムを遠隔で診断するのに適した空調システムの診断方法に関する。

従来、情報通信機器等を格納する機械室等においては、空調機の信頼性を考慮した冗長設計を目的として、１つの室（空調ゾーン）内に複数の空調機を設置するケースがある。この場合、室の熱負荷を均等に分担することが望ましく、一部の空調機に負荷が集中することは、負荷量と空調機能力とが不整合となり、室温分布の不均一を招くおそれが高い。また、高負荷空調機の摩耗劣化の促進、低稼働率の空調機の存在による経営資源の未活用等の種々の問題がある。このような負荷分担の不適正を顧客が判定することは困難であり、継続的に負荷分担状況を自動で、遠隔から定期的に把握して、負荷分担の変化の兆候、異常と判断される連続高負荷等をいち早く検出することが望まれている。

この点に関して複数の空調機の運転状態を、通信ネットワークを介して遠隔で集中診断するシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら当該技術は、故障診断情報と修理情報とを関連付けて情報提供するものであり、その主目的は顧客サービスの向上、通信コストの低減にあり、本発明が目的とする１つの室（空調ゾーン）内に複数の空調機が設置される空調システムについての診断技術に関しては開示がない。
特開２００４−８６６７５号公報

本発明はこのような問題を解決するためのものであって、１の空調ゾーンに複数の空調機が設置される空調システムについて、遠隔から管理、診断可能な技術を提供するものである。

本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、
第一の発明は、管理サーバと、空調負荷がほぼ一定と見做すことができ、かつ、一の空調ゾーンに複数の空調機が設置されている複数の空調ゾーンと、通信ネットワークを介して各空調機の運転データを随時、管理サーバに送信する手段と、を備えた空調システムにおいて、管理サーバは、所定の時間集積した運転データに基づいて、各空調機の平均負荷係数を求めるステップと、複数の空調機の平均負荷係数を母数とする母集団分布に関する所定の信頼区間を求めるステップと、各空調機の平均負荷係数が、所定の信頼区間内にあるか否かを判定するステップと、所定の信頼区間から外れる空調機を有する空調ゾーンについて、空調負荷分担を異常と判定するステップと、を含む操作を行うことを特徴とする空調システムの診断方法を提供する。

本発明は、電算機、情報通信機器等が搭載される機械室空調等、空調負荷が年間を通じてほぼ一定と見做すことができ、かつ、一の空調ゾーンに複数の空調機が設置される空調システムに適用される。

本発明において「負荷係数」として、定格出力と計測時出力の比（負荷率）、負荷率分散値、高負荷率の所定時間を超える連続を用いることができる（第二の発明）。
ここに、「計測時出力」としては、瞬時値を用いることができ、また一定時間の平均値を用いることもできる。
「空調ゾーン」とは、同一条件で空調制御を行うエリアをいい、同一室内に限らず、同一フロア、同一フロアセクション等を含む。
図６は負荷係数として「負荷率」を例にとり、本発明の原理を示す図である。同図において、２つの曲線Ａ、Ｂは一の空調ゾーンに設置されている２台の空調機Ａ，Ｂの負荷率データの度数分布を概念的に示したものである。また、ｍ１、ｍ２はそれぞれの平均負荷率を示している。２台の空調機の度数分布位置が接近するほど負荷分担が均等であることを示し、同図（ａ）はこのような例である。これに対して、同図（ｂ）では２台の空調機の分布位置が離れており、特に空調機Ｂが著しく高い負荷率側に偏っている。このことは空調機Ｂに負荷が集中していることを表しており、負荷量と空調機能力のバランスに不整合があることが想定される。

本発明においては、遠隔から複数の空調ゾーンについて平均負荷率を集積して、これを統計処理することにより、空調機の負荷分担の異常を検出するものである。例えば、所定時間における各空調機の平均負荷率を母集団とするデータ群が、母平均μ、母標準偏差σの正規分布に従うと見做す。これに基づき各空調機について、その平均負荷率が所定の信頼区間（μ±σ／√ｎ）内にあるかを演算して、当該空調機の負荷分担が妥当か否かを判定することができる。

本発明において、空調ゾーンの健全性判定基準として、上記負荷率以外にも「負荷率分散値」、「高負荷率の連続」を用いることができる。
一般に、母分散に関する検定や推定にはχ^２分布が利用される。本発明においても、各空調機の負荷率分散値データを母数として、χ^２分布を用いて負荷分担の適正を判定することが可能である。

「高負荷状態の連続」の判定基準として、「（ａ）「高負荷状態」、かつ、（ｂ）「設定温度条件からの逸脱」の、（ｃ）「所定時間以上の連続」を用いることができる。
ここに、（ａ）「高負荷状態」の判定基準については、設計余裕度に基づいて決定することができる。余裕度の高い設計をするときは、例えば負荷率９０％となった時点でこれを“異常状態”とすることができる。他方、負荷率１００％であっても過渡的であれば許容判定することもできる。
また、（ｂ）「設定温度条件」の判定基準としては、例えば、設計温度からの逸脱、室温の継続的上昇（例えば１℃/h）等を用いることができる。
さらに、（ｃ）「所定時間以上の連続」の判定基準としては、例えば２４時間を用いることができる。高負荷の要因としては、「一時的な気象条件による過負荷」あるいは、「対象ゾーンのメンテナンス（装置の増設、入れ替え工事、空調機のメンテナンス等々）」が想定されるが、一般的にはこのような状態が２４時間以上継続することはないといえるからである。

第三の発明は、管理サーバと、一の空調ゾーンに複数の空調機が設置されている複数の空調ゾーンと、通信ネットワークを介して各空調機の運転データを随時、管理サーバに送信する手段と、を備えた空調システムにおいて、管理サーバは、予め、各空調機の運転条件管理値を取得するステップと、各空調機の運転中における運転条件設定値を取得するステップと、送信された運転条件設定値が管理値を外れたときは、運転条件設定異常と判定するステップと、を含む操作を行うことを特徴とする空調システムの診断方法を提供する。

同一空調ゾーンに設置してある複数の空調機について、設計者又は運用管理者の意図する各種設定値（吹き出し温度設定、風量設定等）が、ローカル側で変更されてしまう場合がある。通常、各空調機は同一設定で運転されることが望ましく、設定変更する場合には、目的とする制御内容を設計者共々協議することが必要となる。本発明によれば、設定値変化を、自動で、遠隔から、随時監視し、いち早く検出したうえで設計者あるいは運用管理者がこれを把握することが可能となる。
本発明において「設定値」として、各空調機の運転／停止の状態、空調ゾーンの運転時間帯、管理温度、管理湿度のいずれか一以上に関する設定値を用いることができる（第四の発明）。

管理温度、管理湿度、空調機の運転/停止は、通常、設計者あるいは運用管理者の意図する状態から変更すべきではない。そこで、この３要素について、設計者、運用管理者各々の設定値（設計値）および現在設定値の３つを比較し、一つでも相違がある場合には、警告を発する。警告の送信先は任意であり、例えば管理者又は設計者のコンピュータとすることもできる。

第五の発明は、上記において、さらに、空調負荷分担又は運転条件設定異常と判定したときは警告を発することを特徴とする。
第六の発明は、上記において、さらに、空調負荷分担又は運転条件設定異常と判定した内容を、運用管理者用コンピュータ、又は設計担当者用コンピュータに送信することを特徴とする。

上記各発明によれば、継続的に負荷分担状況を、自動で、遠隔から、定期的に把握し、統計処理することにより、負荷分担の変化の兆候および異常と判断される負荷分担の偏り、連続高負荷等を迅速に検出することが可能となる。また、検出した結果に対する対策を迅速に実施することを促すことが可能となる。

以下、本発明に係る空調システムの遠隔診断方法の各実施形態について、図１乃至３を参照してさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（第一の実施形態）
本実施形態は、空調ゾーンの負荷分担の適正診断に関するものであり、特に請求項１，２に対応する。図１は、本発明の一実施形態に係る空調システム１を示す図である。図２は、空調システム１における負荷分担診断フローを示す図である。

図１を参照して、空調診断システム１は、複数の顧客３−１〜３−ｎに設置された各空調機、及びこれらを集中管理する管理センター２、管理センター２と各顧客間を結ぶ通信ネットワーク７を主要構成として備えている。管理センター２は、送受信部４ａ、データ制御部４ｂ、判定部４ｃ、データベース４ｄ等を有するサーバ４を備えている。データベース４ｄには、不図示の顧客データテーブル、空調機データテーブル、運転データテーブル、負荷分担判定テーブル等が格納されている。空調機データテーブルには、各空調機の定格出力を含むデータが格納されている。運転データテーブルには、各空調機から送信される運転データが順次、格納される。負荷分担判定テーブルには、後述する正規分布確率表を含む統計データが格納されている。通信ネットワーク７としては、例えばインターネット回線、公衆電話網、ＩＳＤＮ、専用線、パケット交換網等を用いることができる。サーバ４と送受信制御装置５間のデータ通信は、ＸＭＬ形式で行われる。

次に、顧客３−ｉを例にして、顧客内部の構成について説明する。顧客３−ｉの空調ゾーン９には、２台の空調機１０ａ及び１０ｂが設置されている。各空調機の運転データは、送受信制御装置５及びネットワーク７を介して管理センター２に送信される。顧客３−ｉにはパソコン（ＰＣ）６が設置されており、管理センター２から配信される警告メールを受信可能に構成されている。なお、同図では１台のＰＣ６を示しているが、後述する空調負荷分担、運転条件設定等異常の際に、運用管理者用ＰＣや設計担当者用ＰＣ等にその内容を情報伝達するため、複数のＰＣを用いることとしてもよい。
さらに図示を省略するが、他の顧客についても顧客３−ｉと同様の構成を備えている。

空調診断システム１は以上のように構成されており、次に図２をも参照して管理サーバ４において行われる、顧客３−１〜３−ｎに設置されている各空調機についての負荷分担診断フローについて説明する。診断ステップ開始に伴い、所定の時間間隔（例えば１０分毎）で所定時間（例えば１０００時間）、各空調ゾーンに設置されている全ての空調機について運転データ収集が行われる（ステップＳ１０１）。運転データには、計測時における空調出力（例えば圧縮機周波数）が含まれる。取り込まれたデータは、管理センター２のＤＢ４ｄの所定の記憶領域に格納される。

所定時間のデータ集積後、その間における各空調機の平均負荷率の演算が行われる（ステップＳ１０５）。ここでは、平均負荷率として一定時間における定格出力と計測時出力の比（負荷率）の平均値を用いるものとする。次いで、各空調機の平均負荷率を母集団とするデータ群が正規分布に従うと見做して、母平均μ、母標準偏差σが演算される（ステップＳ１０５）。さらに、それぞれの空調機について平均負荷率が所定の信頼区間（μ±σ／√ｎ）に入っているか否かの判定が行われる（ステップＳ１０５）。図３は、９５％信頼区間を用いて負荷分担の適正判定基準を行うことを示す図である。同図（ａ）では、空調機１０ａ、１０ｂともに信頼区間内に収まっており、この場合には負荷分担正常と判定される（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。これに対して、同図（ｂ）では空調機１０ｂは信頼区間内に収まっているものの、空調機１０ａは信頼区間から外れている。この場合には空調ゾーン９の負荷分担が空調機１０ａ側に偏り過ぎていると判定される（ステップＳ１０５においてＮＯ）。（ｂ）のように異常判定したときは、ＰＣ６に対して警告が送信される（ステップＳ１０６）。以上の判定が全ての空調機について行われる（Ｓ１０７においてＮＯ）。判定完了したときは、引き続き次の計測期間についてデータ集積のフローが繰り返される（ステップＳ１０７においてＹＥＳ）。

なお、本実施形態では空調ゾーン９に設置される空調機を２台としたが、３台以上であっても同様である。
また、本実施形態では一定時間ごとにデータの更新を行う形態としたが、更新せずに累積データを用いる形態としてもよい。
また、本実施形態では母集団が正規分布に従うとしたが、データの性質に基づいて他の統計分布を用いて処理することも可能である。
（第二の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、特に請求項３，４に対応する。図４は、本発明の第二の実施形態に係る空調管理システム２０を示す図である。また、図５は、本実施形態における診断フローを示す図である。

図４を参照して、空調診断システム２０の構成は上述の空調診断システム１とほぼ同一である。相違点としては、空調診断システム２０では、顧客３−ｉの空調ゾーン９では２台の空調機１０ａ、１０ｂに加え、それぞれの空調機が制御盤２１ａ、２１ｂを備えていることである。制御盤２１ａ、２１ｂには、それぞれ温度設定コントローラ２２ａ、２２ｂ、湿度設定コントローラ２２ａ、２２ｂ、運転／停止タイマー２３ａ、２３ｂが設けられており、空調ゾーン９の温度、湿度、運転／停止を管理できるように構成されている。その他の構成は、空調診断システム１と同様であるので、説明を省略する。

空調診断システム２０は以上のように構成されており、次に図５をも参照して、管理サーバ４において行われる顧客３−ｉの空調ゾーン９に関する設定値管理フローについて説明する。管理ステップの開始に先立って、ＰＣ６を介して管理温度、湿度、運転時間帯の設定初期値が管理サーバ４に送信される（ステップＳ２０１）。このステップは通常、空調機設置時や設定変更時に行われる。送られた設定値データは、データ制御部４ｂによりＤＢ４ｄの所定の記憶領域に格納される（ステップＳ２０２）。

空調機運転中は、常時運転データ信号が送信される（ステップＳ２０３）。運転データ中には１０ａ、１０ｂの温度、湿度、運転／停止設定値データが含まれる。判定部４ｃにおいて、初期値と設定値データを照合することにより、空調機設定値が変更されたか否かの判定が定期的に行われる（ステップＳ２０４）。いずれかのコントローラ側で設定値の変更が行われ、管理センター２側がこれを検出したときは（ステップＳ２０５、Ｓ２０６）、ＰＣ６に対して警告が送信される（ステップＳ２０７）。顧客管理者は、ＰＣ６上で設定値が変更されたことを確認し（ステップＳ２０８）、該当空調機について設定値の復旧が行われる（ステップＳ２０９）。これに伴って、コントローラからは正常運転データ信号が送信されることになり（ステップＳ２１０）、判定部４ｃがこれを確認することにより（ステップＳ２１１）、本フローが終了する。

本発明は、熱源種類、空調方式等を問わず、一の空調ゾーンに複数の空調機が設置されている空調システムに広く適用可能である。

第一の実施形態に係る空調診断システム１の全体構成を示す図である。 空調システム１における負荷分担診断フローを示す図である。 信頼区間により負荷分担の適正判定を行うことを示す図である。 第二の実施形態に係る空調診断システム２０の全体構成を示す図である。 空調システム２０における診断フローを示す図である。 負荷係数として「負荷率」を例にとり、本発明の原理を示す図である。

符号の説明

１・・・・空調診断システム
２・・・・管理センター
３−１〜３−ｎ・・・・顧客
４・・・・管理サーバ
７・・・・通信ネットワーク
９・・・・空調ゾーン
１０ａ、１０ｂ・・・・空調機
２１ａ、２１ｂ・・・・制御盤

Claims (4)

1. 管理サーバと、空調負荷がほぼ一定と見做すことができ、かつ、一の空調ゾーンに複数の空調機が設置されている複数の空調ゾーンと、通信ネットワークを介して各空調機の運転データを随時、管理サーバに送信する手段と、を備えた空調システムにおいて、管理サーバは、
   所定の時間集積した運転データに基づいて、各空調機の平均負荷係数を求めるステップと、
   複数の空調機の平均負荷係数を母数とする母集団分布に関する所定の信頼区間を求めるステップと、
   各空調機の平均負荷係数が、所定の信頼区間内にあるか否かを判定するステップと、
   所定の信頼区間から外れる空調機を有する空調ゾーンについて、空調負荷分担を異常と判定するステップと、
   を含む操作を行うことを特徴とする空調システムの診断方法。
2. 前記負荷係数が、定格出力に対する運転出力の比（負荷率）、負荷率分散値、又は、所定の高負荷率連続のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の空調システムの診断方法。
3. 空調負荷分担又は運転条件設定異常と判定したときは警告を発するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調システムの診断方法。
4. 空調負荷分担又は運転条件設定異常と判定したときは、判定した内容を前記空調ゾーンの運用管理者用コンピュータ又は前記空調ゾーンの設計担当者用コンピュータに送信するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調システムの診断方法。

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