JP4962475B2 - 空調機制御装置 - Google Patents

Description

この発明は，ビルや建物の室内に設置される空調機の制御装置に関するものであり，とくに空調機の空調動作の起動時刻を決定する制御装置に関するものである。

ビルや建物内部の室内に居住する人の快適性を考えると、室内の温度は使用開始時点で快適な状態にしておくことが望ましい。その方法として、タイマーを利用して使用開始時刻から所定時間前に空調機を起動する方法がある。これは空調機を起動した後の室内温度と室内目標温度に達するまでの時間とを監視し、起動時刻を決定するものである。起動時刻決定の際には前日が平日なのか休日なのかで起動時刻の計算方法を変更している（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−２６０５３７号公報（２−３頁、第３図）

しかしながら、従来のような起動時刻の決定方法では、１つの空間を共有する室内に複数の空調機が設置されている場合においては、個々の空調機が独立して制御されるために、近接する空調機の動作によっては、空調運転時間が必要以上に長すぎることがあり不要な電力を消費する問題がある。逆に空調運転時間が短すぎて、使用開始時点の室内温度が快適な温度からずれるという問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の空調機が設置された室内において、快適な温度を超えて室温が下がりすぎたり、上がりすぎたりして不要な電力を消費することなく、使用開始時点で室内を快適な状態にしておくことができるものである。

この発明に係る空調機制御装置においては、空調機の過去の起動後の前記空調機周辺の室内温度履歴を保持する運転データ保持部と、この運転データ保持部に保持された前記室内温度履歴、前記空調機周辺の室内温度、前記空調機に近接する他の空調機の動作状態および前記他の空調機周辺の室内温度に基づいて前記空調機周辺の室内温度の時間変化率を予測する室内温度予測部と、この室内温度予測部において予測された前記室内温度の時間変化率に基づいて前記空調機の動作開始時刻を決定する起動時刻決定部とを備え、近接する他の空調機が停止状態で、かつ空調機周辺の室内温度と前記近接する他の空調機周辺の室内温度との差がないときの前記空調機周辺の室内温度の時間変化率を基本時間変化率として記憶し、室内温度予測部において計算された前記空調機周辺の室内温度の時間変化率が前記基本変化率より冷房時は小さい場合、暖房時は大きい場合は、前記基本時間変化率に基づいて前記空調機の動作開始時刻を決定する。

この発明は、空調機周辺の室内温度履歴、前記空調機周辺の室内温度、前記空調機に近接する他の空調機の動作状態および前記他の空調機周辺の室内温度に基づいて前記空調機周辺の室内温度の時間変化を予測することにより、複数の空調機が設置された室内において、必要な空調運転時間を超えて運転することにより不要な電力を消費することなく、使用開始時点で室内を快適な状態にしておくことができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における空調機制御装置の配置図である。空調機制御装置１は、複数の空調機２とデータを授受できるように接続されている。

図２は、本実施の形態における空調機制御装置の構成を示した模式図である。図２において、空調機制御装置１は、運転データ保持部３と室内温度予測部４と室内温度変化率計と起動時刻決定部５とで構成されている。室内温度予測部４は室内温度変化率計算部６と室内温度変化率補正部７で構成されている。運転データ保持部３は、複数の空調機２から各空調機の動作状態と各空調機周辺の室内温度とを取得して保持する機能を備えている。空調機の動作状態とは、その空調機の設定温度、動作開始時刻、動作開始から設定温度に到達するまでの時間などである。また、各空調機周辺の室内温度は室内温度履歴として運転データ保持部３に保持される。これらの運転データは、空調機が動作開始されるたびに更新される。室内温度変化率計算部６では、運転データ保持部３から送られてくるあるひとつの空調機周辺の室内温度履歴と現在の室内温度とを用いてひとつの空調機が単独で空調動作を開始したときの室温変化率が計算される。室内温度変化率補正部７では、運転データ保持部３から送られてくる近接する空調機の動作状態および近接する空調機周辺の室内温度を用いて、室内温度変化率計算部６で算出されたひとつの空調機が単独で空調動作を開始したときの室温変化率が補正されて、ひとつの空調機の動作を決定するための室温変化率が再計算される。起動時刻決定部５では、再計算された室温温度変化率に基づいて、ひとつの空調機の動作開始時刻が決定される。

これら一連の計算を行なう運転データ保持部３、室内温度予測部４を構成する室内温度変化率計算部６と室内温度変化率補正部７、および起動時刻決定部５は、例えばマイクロコンピュータやＲＡＭなどの記憶装置で構成されている。また、空調機周辺の室内温度は、空調機の近くに温度センサーを設置してその温度センサーで測定してもよいし、空調機の吸込み空気の温度を空調機に取付けられた温度センサーで測定してもよい。

次に、これら一連の計算について、さらに詳細に説明する。

室内温度変化率ａは、空調動作開始後の単位時間あたりの室内温度変化を表し、単位は例えば℃／分である。ここでは下記の式で定義する。

ここで、ΔＴは当該空調機周辺の室内温度と近接する空調機周辺の室内温度との温度差である。ａ_ｂａｓｅは近接する空調機の動作停止の状態で当該空調機のみが動作している場合の当該空調機の室内温度変化率である。ｆ（ΔＴ）は、上述の温度差の関数である。

近接する空調機が動作停止している場合、当該空調機が動作開始する直前はすべての空調機は動作停止状態であるため、ΔＴ＝０となる。つまり、ｆ（ΔＴ）は原点を通る関数となる。また、冷房時は近接する空調機が事前に動作開始された場合は当該空調機周辺の室内温度が下がりやすくなるため、ｆ（ΔＴ）は右上がりの関数となる。逆に暖房時は右下がりの関数となる。

室内温度変化率計算部４ではａ_ｂａｓｅが計算され、室内温度変化率補正部５ではｆ（ΔＴ）が計算される。以下、その方法について説明する。

まず室内温度変化率計算部４の動作を説明する。運転データ保持部３に保持されている過去データより、近接する空調機が停止している日を抜き出す。抜き出した日の空調機の動作が開始したときの室内温度をＴ_０、このときの設定温度をＴ_ｓｅｔ、空調機の動作開始後に設定温度に到達するまでの時間をｔとする。この場合の室内温度変化率は、(Ｔ_０−Ｔ_ｓｅｔ）/ｔで計算される。近接する空調機が停止しているすべての日に対してこの計算が行なわれ、近接する空調機が停止しているすべての日の計算値を平均してａ_ｂａｓｅが計算される。

次に室内温度変化率補正部５の動作を説明する。ここではｆ（ΔＴ）が２次式である場合、つまり、ｆ（ΔＴ）＝α×ΔＴ^２となる場合を考える。ここで、αは定数である。一般に、熱の移動速度が温度差に比例する（フーリエの法則）ことから、熱の移動量は温度差の２乗に比例すると考えられる。この場合、

なる関数形となる。ここで、βは定数である。運転データ保持部３に保存されているデータよりΔＴとａとが計算され、計算で得られた値を回帰分析して（２）式を用いて定数αとβとが計算される。計算で得られたαおよびβと当日のΔＴとを用いて、当日の室内温度変化率ａが計算される。なお、場合によっては計算で得られたａがａ_ｂａｓｅよりも小さくなることがある。ところが、冷房時は室内温度の変化が最も小さいのは近接する空調機が停止状態でΔT＝０の場合である。つまり、室内温度変化率ａがａ_ｂａｓｅよりも小さくなることはほとんどない。したがって、計算から得られた室内温度変化率ａがａ_ｂａｓｅより小さくなった場合、室内温度変化率補正部５では不正データが混入していると判断され、室内温度変化率ａには計算から得られた値は用いられずに、運転データ保持部３に保持された前日の室内温度変化率が用いられる。なお、この場合、前日の室内温度変化率の代わりに前週同曜日の室内温度変化率が用いられてもよいし、過去の所定の期間における室内温度変化率の平均値が用いられてもよい。

最後に、起動時刻決定部６での動作を説明する。空調機の動作開始時刻からある所定時刻前の室内温度をＴ_１、設定温度をＴ_ｓｅｔとする。空調起動時刻は、室内温度変化率補正部５で計算された室内温度変化率ａ、Ｔ_１およびＴ_ｓｅｔを用いて、（Ｔ_１−Ｔ_ｓｅｔ）／ａから計算される。

本実施の形態における、空調機制御装置の動作例を説明する。表１は、本実施の形態における、ある年の７月５日から７月９日の期間に得られた室内温度履歴などの運転データである。このような運転履歴のもとで、７月１０日の空調機の起動時刻決定方法について説明する。７月１０日において、使用開始時刻を８時３０分、設定温度を２７℃とし、使用開始時刻より１時間前において、制御する空調機周辺の室内温度は２９．４℃であり、制御する空調機周辺の室内温度と近接する空調機周辺の室内温度との温度差は４．９℃であり、近接する空調機は動作状態とする。

ΔＴ^２は、制御する空調機の吸込み空気の温度と近接する空調機の吸込み空気の温度との温度差である。室内温度変化率補正部５において、７月１０日の室内温度変化率を得るために、室内温度変化率補正部５において、（２）式の比例係数αとβとが回帰分析により計算される。

一般に、ｎ個のデータ（ｘ_１、ｙ_１）、（ｘ_２、ｙ_２）、・・・・（ｘ_ｎ、ｙ_ｎ）に最もフィットする直線を、ｙ＝αｘ＋βとすると、α,βは下式で計算される。

したがって、表１に示す条件のもとで、α,βは下式で計算される。

この結果、７月１０日の室内温度変化率ａは、ａ＝０．００１２×ΔＴ^２＋０．３１８となるので、この式にΔＴ＝４．９（℃）を代入すると、ａ＝０．６１（℃／分）となる。

つぎに、起動時刻決定部６において、空調機の動作開始時刻が次のように決定される。空調機の動作開始前の室内温度が２９．４℃で設定温度が２７℃であるので、空調機は、室内温度を２．４℃（＝２９．４−２７）下げるように制御される。このとき、室内温度変化率補正部５において計算された室内温度変化率ａから、室内温度を２．４℃下げるために必要な空調機の動作時間は、３．９分（＝２．４／０．６１）となる。実際の動作時間は計算値を切上げた値として、室内温度を２．４℃下げるために必要な空調機の動作時間は４分と決定される。この結果、使用開始時刻８時３０分に対して、その４分前、８時２６分が空調機の動作開始時刻として決定される。

図３および図４は、本実施の形態における、空調機の動作時間の特性図である。図３および図４において、横軸は計算から得られた室内温度変化率ａから想定される室内温度が設定温度に到達するまでの動作時間、縦軸は実際に室内温度が設定温度に到達するまでの動作時間であり、各点は３０日間の各測定日の特性である。図３は、本実施の形態の空調機制御装置で制御された場合、つまり近接する空調機の動作状態や近接する空調機周辺の室内温度を考慮して得られた室内温度変化率を用いて制御された場合の特性図である。図４は、近接する空調機の動作状態や近接する空調機周辺の室内温度を考慮せず過去５日間の室内温度変化率の平均値を当日の室内温度変化率として制御された場合（従来技術に相当）の特性図である。

図３および図４において、実際の動作時間と計算から得られた動作時間との時間差を全ての測定点の総和として計算した。その結果、従来例に相当する図４では、時間差の総和は１２２分であったが、本実施の形態の図３では、時間差の総和は９５分であり、約２０％の改善効果が得られた。

本実施の形態における空調機制御装置を用いることにより、複数の空調機が設置された室内において、必要な空調運転時間を超えて運転することにより不要な電力を消費することなく、使用開始時点で室内を快適な状態にしておくことができる。また、近接する空調機の動作状態や近接する空調機周辺の室内温度を考慮して当日の室内温度変化率を計算しているので、急激な日射や自動起動のＯＡ機器などにより、当該日の室内発熱状態が過去履歴と異なる場合でも的確な動作開始時刻を決定することができる。

の発明の実施の形態１における空調機制御装置の配置図である。 の発明の実施の形態１における空調機制御装置の模式図である。 の発明の実施の形態１における空調機の動作時間の特性図である。 の発明の実施の形態１における空調機の動作時間の特性図である。

符号の説明

１ 空調機制御装置
２ 空調機
３ 運転データ保持部
４ 室内温度予測部
５ 起動時刻決定部
６ 室内温度変化率計算部
７ 室内温度変化率補正部

Claims (4)

1. 空調機の過去の起動後の前記空調機周辺の室内温度履歴を保持する運転データ保持部と、
   この運転データ保持部に保持された前記室内温度履歴、前記空調機周辺の室内温度、前記空調機に近接する他の空調機の動作状態および前記他の空調機周辺の室内温度に基づいて前記空調機周辺の室内温度の時間変化率を予測する室内温度予測部と、
   この室内温度予測部において予測された前記室内温度の時間変化率に基づいて前記空調機の動作開始時刻を決定する起動時刻決定部とを備え、
   近接する他の空調機が停止状態で、かつ空調機周辺の室内温度と前記近接する他の空調機周辺の室内温度との差がないときの前記空調機周辺の室内温度の時間変化率を基本時間変化率として記憶し、室内温度予測部において計算された前記空調機周辺の室内温度の時間変化率が前記基本変化率より冷房時に小さい場合、前記基本時間変化率に基づいて前記空調機の動作開始時刻を決定することを特徴とする空調機制御装置。
2. 空調機の過去の起動後の前記空調機周辺の室内温度履歴を保持する運転データ保持部と、
   この運転データ保持部に保持された前記室内温度履歴、前記空調機周辺の室内温度、前記空調機に近接する他の空調機の動作状態および前記他の空調機周辺の室内温度に基づいて前記空調機周辺の室内温度の時間変化率を予測する室内温度予測部と、
   この室内温度予測部において予測された前記室内温度の時間変化率に基づいて前記空調機の動作開始時刻を決定する起動時刻決定部とを備え、
   近接する他の空調機が停止状態で、かつ空調機周辺の室内温度と前記近接する他の空調機周辺の室内温度との差がないときの前記空調機周辺の室内温度の時間変化率を基本時間変化率として記憶し、室内温度予測部において計算された前記空調機周辺の室内温度の時間変化率が前記基本変化率より暖房時に大きい場合、前記基本時間変化率に基づいて前記空調機の動作開始時刻を決定することを特徴とする空調機制御装置。
3. 空調機の過去の起動後の前記空調機周辺の室内温度履歴を保持する運転データ保持部と、
   この運転データ保持部に保持された前記室内温度履歴、前記空調機周辺の室内温度、前記空調機に近接する他の空調機の動作状態および前記他の空調機周辺の室内温度に基づいて前記空調機周辺の室内温度の時間変化率を予測する室内温度予測部と、
   この室内温度予測部において予測された前記室内温度の時間変化率に基づいて前記空調機の動作開始時刻を決定する起動時刻決定部とを備え、
   近接する他の空調機が停止状態で、かつ空調機周辺の室内温度と前記近接する他の空調機周辺の室内温度との差がないときの前記空調機周辺の室内温度の時間変化率を基本時間変化率として記憶し、室内温度予測部において計算された前記空調機周辺の室内温度の時間変化率が前記基本変化率より冷房時は小さい場合、暖房時は大きい場合は、前記基本時間変化率に基づいて前記空調機の動作開始時刻を決定することを特徴とする空調機制御装置。
4. 室内温度予測部において、室内温度の時間変化率が、空調機周辺の室内温度と前記近接する他の空調機周辺の室内温度との差の二次関数の回帰分析を用いて計算されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の空調機制御装置。

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