JP5016343B2

JP5016343B2 - 空調制御システム

Info

Publication number: JP5016343B2
Application number: JP2007082980A
Authority: JP
Inventors: 昌史村上; 真明寺野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008241150A

Description

本発明はマルチ形の空調システムに対応した空調制御システムに関するものである。

近年、温暖化による省エネルギーの社会的要求が高まっている。現在の省エネルギー法は、民生部門に対して、機器単体の省エネルギー性能の向上だけでなく、ＢＥＭＳ（Building and Energy Management System）などを利用した管理面での省エネルギーも義務付けている。

しかし、ビル管理の実態として、ビル管理者は必ずしも快適性および省エネルギーの観点から冷房、暖房等の空調装置を適切に運用しているわけではない。特に、省エネルギーと快適性とが複雑に関係する居住空間の温熱環境管理（例えば、温度管理）に関しては、管理の容易さから慣習的な目標温度を設定し、温熱環境を享受する利用者からのクレームによって設定値を変更する場合が一般的である。

つまり、建物や居住者の特性を十分に考慮しないで温度管理を行うため、居住空間は必ずしも利用者の快適な状態に保たれず、さらには空調装置で消費されるエネルギーの無駄が発生する場合がある。また、利用者はビル管理者の管理する温熱環境下におり、自己の温熱環境をコントロールできないことに対して不満がある利用者もいる。

このような空調制御の温度管理がもたらす問題に対して、利用者の温熱環境に対する要望を各個人が操作するパーソナルコンピュータ端末（以下、パソコンと称す）からリアルタイムで収集し、収集された各要望に基づいて目標温度を設定する方法があり、利用者が要望する温熱環境と目標温度とをリアルタイムに関連付け、時々刻々と変化する利用者特性や、居住空間の実際の温度と検出温度との差などの各建物の特性に応じて温熱環境を変化させることを可能にしている。（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示されている方法では、利用者が要望する温熱環境と設定温度をリアルタイムで関連付け、時々刻々と変化する利用者特性及び、温度センサの計測値と利用域の温度格差などの建物特性に応じて環境を変化させることが可能になっている。

ところで、オフィスでは個々に温度設定ができる複数の室内機を一つのフロアに設置、個々の室内機により局部的に冷やしたり、暖かくしたりすることができる。

しかしながら夫々の室内機は共通する熱媒体（変風量方式の場合は空気、パッケージ方式の場合は冷媒）との熱交換から空気温度を制御するため、熱媒体を通じて物理的な制約を受けている。つまり夫々の空調機は、上述の物理的な制約条件の範囲内で個別に稼動しているに過ぎない。例えば、上述の物理的な制約を受けた室内機において、ある一つが冷房運転を、別の一つが暖房運転を要求したとしても、冷房か暖房かのどちらかで運転しなければならない。また複数の室内機に接続された室外機（熱交換器若しくは熱源機器からなる熱供給器）は、室内環境を優先するため、複数の室内機の内、設定に対する追従性の悪い室内機に合わせて運転しているのが一般的である。
特開２００４−２０５２０２号公報

上述のように個々の室内機において利用者が自由に温度設定を行うことができる空調制御システムでは、各室内機間での設定温度のばらつきが大きい場合、最もエネルギを消費する設定条件の室内機に合わせて運転されるため、その他の室内機も影響を受けて必要以上に空気を暖めたり、冷やしたりする。その結果、その他の室内機は過剰に過剰に空調エネルギを消費し、更に空調対象空間の環境も悪化する恐れがあり、システム全体としてエネルギ効率が低下してしまうという課題があった。

また、冷暖同時要求があった場合の対策として、暖房の抑制は風邪をひく等健康上の問題があるため、暖房を優先する方法が採用されているのが一般的である。このような場合、たとえ一人の利用者が、ある室内機に対して空調管理者側に暖房運転を要求しただけで、共通の室外機に接続されている室内機も暖房運転を行うことになる。

しかしながら、この場合には、暖房運転を必要としない室内機も暖房運転を行い続け、その結果、無駄な空調エネルギの消費量が増加し、更にその他の利用者に悪影響を及ぼすという恐れがある。

この原因は、空調制御システムや空調管理者側からすれば利用者全体の要望を把握できないため、ある一人の利用者からの要望があった場合、その要望に合わせて運転する必要があるとして運転制御するためである。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、不要な空調エネルギを浪費せずに利用者全体の満足感を向上させることができる空調制御システムを提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、個々に動作内容設定値を保持し、空調対象空間の温度及び風量を制御する室内側機器と、複数の前記室内側機器と接続され、熱媒体を通じて熱を供給する空調機と、空調対象空間に存在する利用者からの空調に対する要望を入力する要望入力装置と、要望入力装置から利用者の要望を取得する要望情報取得部と、前記要望情報取得部が取得する要望情報に基づいて空調制御方針を決定する制御計画決定部と、決定された空調制御方針に基づいた動作内容設定値に基づいて各室内側機器を制御する空調制御装置とを備え、前記制御計画決定部は、前記室内側機器全体に対する利用者の要望情報に基づいて前記空調機の動作内容を決定する空調制御システムにおいて、前記制御計画決定部は、前記空調機から供給される熱媒体の温度については利用者全体の要望情報に基づいて決定し、複数の前記室内側機器における風量については、個々の室内側機器毎に当該室内側機器により制御される空調エリアの利用者の要望情報によって決定することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、複数の室内側機器が接続される熱供給器の動作内容を、全室内側機器に対する利用者の要望情報で決定することで、不要な空調エネルギを浪費せずに利用者全体の満足感を向上させることができる空調制御システムを実現できる。

本発明は、複数の室内側機器が接続される熱供給器の動作内容を、全室内側機器に対する利用者の要望情報で決定することで、不要な空調エネルギを浪費せずに利用者全体の満足感を向上させることができる空調制御システムを実現できるという効果がある。

本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
図１は本実施形態のシステムを示しており、本実施形態のシステムは空調システム（Ｉ）と、制御システム（II）とを備えて構成される。

空調システム（Ｉ）は、空調対象空間に設置される複数の室内側機器としての室内機１と、熱交換器や熱源機器のように熱媒体を各室内機１に供給する熱供給器たる室外機２とからなるマルチ型の空調機と、空調機の運転モードの設定、各室内機１の温度設定や、各室内機１の運転停止や送風運転の制御を行う空調制御装置３とを備えて構成される。

制御システム（II）は、利用者が使用するＰＣ端末からなる要望入力装置４と、ＬＡＮ等のネットワーク６を介してこれら要望入力装置４との間に接続され、また制御用の信号線(或いはネットワーク６）等によって空調システム（Ｉ）の空調制御装置３や各室内機１と接続されたサーバ５とで構成される。

図２は本実施形態の設置例を示しており、図示するようにビルの各フロアＦ１〜Ｆ４の部屋空間を空調対象空間とし、夫々の空間の天井には複数の室内機１を設置し、同じフロアの室内機１はフロア毎に設けられた室外機２に接続され熱媒体が供給されるようになっている。そして、各室内機１は吸い込み口に設けた温度センサ(図示せず）の温度、つまり空調対象空間の温度が設定温度となるように熱媒体から得る空調エネルギを制御するようになっている。

これらの室内機１，室外機２は各フロア毎に設けられた空調制御装置３により動作が制御されるようになっている。この動作内容については各フロアＦ１〜Ｆ４の利用者毎に設けられる要望入力装置４からの利用者の要望情報や各室内機１の要望運転モードに基づいて後述するようにサーバ５で決定される空調制御方針に基づいて設定される。

さて、要望入力装置４は、個々の利用者が使用するパーソナルコンピュータに要望入力用のアプリケーションソフトを搭載し、このアプリケーションソフトの実行で実現されるものであり、アプリケーションソフトが実行されると図３に示すようにモニタには「温度を上げてほしい」、「温度を下げてほしい」、「このままで良い」というように空調温度に対する要望と、利用者個人を特定するユニークな情報(氏名、メールアドレス等）と、要望対象となる室内機１の番号（空調番号）をサーバ５にアップロードするための申告用画面が表示され、キーボード操作やマウスのようなポインティングデバイスを操作することで利用者はこれらの情報をサーバ５へ送ることができるようなっている。尚機器番号及びユニークな情報は要望入力装置４毎にキャッシュされており、申告画面を表示すれば自動的に入力される。尚サーバ５側にＷｅｂサーバを搭載し、このＷｅｂサーバ上にある要望情報入力のＷｅｂページにＰＣ端末に搭載しているＷｅｂブラウザでアクセスして表示させるようにしても良い。

サーバ５は、上述のように要望入力装置４で入力される利用者の要望情報を、要望入力装置４からのアクセスによって取得する通信機能を備えた要望情報取得部５０と、この要望情報取得部５０で取得する要望情報を記憶する要望情報記憶部５１と、空調システム（Ｉ）の各室内機１において利用者が要望設定している冷房・暖房の運転モードを取得する要望運転モード取得部５２と、要望運転モード取得部５２が取得した要望内容と要望情報取得部５０で取得し要望情報記憶部５１で記憶している空調温度に対する利用者の要望情報から空調システム（Ｉ）の空調制御方針を決定し、その決定内容に基づいて設定温度、冷房／暖房の運転モード、更に運転停止や送風停止等の動作内容を、空調制御装置３を通じて各別に室内機１に設定させるデータを生成する制御計画決定部５３とで構成される。

要望運転モード取得部５２は、室外機２に接続されて熱媒体の供給を受ける各室内機１の負荷状況や設定温度の関係から要望されている運転モード（暖房か冷房か）の情報を取得し、制御計画決定部５３に渡すようになっている。

制御計画決定部５３は、要望情報記憶部３１で保持された要望情報に基づいて室内機１の現在の設定温度を要望方向に変更させる設定温度を導出する合意形成処理機能を基本機能として有する。

つまり、制御計画決定部５３は、要望情報記憶部３１から所定時間間隔で要望情報を取り込み、後述する制御有効データとして加工した上で合意形成を行うようになっている。

要望情報記憶部３１には図４（ａ）に示すように任意の時刻に各要望入力装置４（図ではＡ〜Ｄとして区別）から入力された要望（図では”１”が「温度を上げたい」、”−１”が「温度を下げたい」、”０”が「このままで良い」の要望を示す）を記憶しており、この記憶されている要望情報を制御計画決定部５３で同図（ｂ）に示すように制御有効データとして加工するのである。

この場合、要望情報は入力されるたびに、新しい要望情報に更新されるが、最後に入力されてから一定時間（例えば１時間）経過するまでに新たな要望情報がなければ、一定時間経過時に制御計画決定部５３の制御の下でリセットされる。後述の合意形成で採用された場合にもリセットされる。また合意形成によって設定温度が変更され、この変更された温度に室内機１の吸い込み口の温度が達するまで若しくは変更から一定時間経過するまで新しい合意形成による設定温度の変更による制御を行わないようになっている。

さて、制御計画決定部５３の合意形成処理は所定時間間隔で行われるもので、上述のように入力された要望情報を入力時点から更新或いはリセットされるまで、例えば図４（ｂ）に示すように１分間隔で制御有効データとして加工し、合成形成処理の時点での各要望入力装置４の要望情報に対応した制御有効データ中、「温度を上げたい」要望数Ｕと、「温度を下げたい」要望数Ｄの比率及びその数に基づいて設定温度Ｔに所定変化量ΔＴを加えるか、引くかを判断し、現在の設定温度Ｔに所定変化量ΔＴを加えた若しくは差し引いた温度を新たな設定温度とし、この設定温度データを空調制御装置３に送るのである。空調制御装置３はこの設定温度に基づいて各室内機１の現在の設定温度を変更させるのである。

図５はこの合意形成処理における設定温度の決定するロジックの一例を示しており、この例ではＵ／Ｄの傾きが７／１３以下の場合には温度を下げる方向（▼）、Ｕ／Ｄの傾きが１３／７以上の場合には温度を上げる方向（▲）、１３／７〜７／１３の間は現在の温度を維持すると決定する。但し両方向の要望数が２以下の場合には、現在の温度を維持すると決定する。尚このロジックは一例であって、傾きの取り方は空調の目的に応じて設定できるものである。

そして、制御計画決定部５３は、図６に示すように一つのフロアＦに設置される各室内機１の空調エリアａ…に対応して、夫々の空調エリアａに対応した室内機１に対応する空調番号を指定した利用者Ｍの要望情報に基づく合意形成処理を行い、夫々空調エリアａに対応した室内機１毎の設定温度を変更するのである。

また制御計画決定部５３は、他の機能として、各室内機１において設定されている運転モードが暖房か冷房かの情報を、要望運転モード取得部５２を通じて取得し、この取得した結果から後述するように空調機としての運転モードを決定する機能を備えている。

次に室内機１の要望運転モードに対する制御計画決定部５３の処理動作を図７のフローチャートに基づいて説明する。

まずシステムが稼動すると、サーバ５の制御計画決定部５３は、要望運転モード取得部５２を通じて各室内機１の要望運転モードを取得する（Ｓ１）。

この取得した要望運転モードに冷房の運転モードと、暖房の運転モードとが混在しているか否かをチェックし（Ｓ２）、混在している場合には両運転モードの総和を算出し（Ｓ３）、この算出結果から冷房・暖房の判定を行う（Ｓ４）。

尚この場合過半数を超える運転モードを判定するようになっているが、仮に同数の場合には室内機１の吸い込み口の温度、室温の情報を、要望運転モード取得部５２を通じて取得してそのときの室温から判断するようにする。

尚、寒い環境では風邪を引いたり、生産性の低下などが起きるので、暖房側の運転モードに重み付けを付け、また夫々の室外機１が制御する空調環境内の人の数などにより重み付けを行ってもよい。また更に、外気温を計測する温度センサを設け、この温度センサが計測する温度が風邪の引きやすい冬季や春先とその他の時季とで重み付けを変えるようにしても良い。図８はこの外気温度に関連付ける暖房側の重み係数の一例を示す。尚外気温と重み付け係数については設置地域などによって適宜変更する。

さて、制御計画決定部５３は、Ｓ３での判定に基づく運転モード或いは、Ｓ２で冷房と暖房の要望が混在していない場合にはその運転モードに基づいて全体における空調制御方針を決定する。そして制御計画決定部５３は、Ｓ５〜Ｓ７のループによって各室内機１の要望情報を順次収集し、決定した空調制御方針と異なる要望の室内機１をピックアップし、これらの室内機１に対して運転停止若しくは送風運転の動作内容を決定し、残りの室内機１に対しては要望情報に対応した設定温度を設定する制御計画を決定する（Ｓ６）。そして全ての室内機１に対する制御計画決定が終了する(Ｓ７）と、決定内容に基づいて空調制御装置３に室外機２の運転モードの設定と夫々の室内機１の動作内容や設定温度の設定を指示する。以後上述の処理を所定周期で繰り返すのである。

そして制御計画決定部５３は、各室内機１の空調エリアに対応している要望入力装置４からの要望情報に基づいて上述の合意形成処理によって、室内機１の設定温度の変更処理を行うのである。

以上のように本実施形態では、一つの室外機２に接続されている室外機全体からみて要望されている運転モードとは異なる室内機１について、運転を停止若しくは送風とすることで、不要な空調エネルギを浪費することなく、利用者全体の満足感を向上させることができる。
（実施形態２）
上述の実施形態１は、中央熱源より配送された冷温水から熱処理を行う空調機に自動開閉器の噴き出し口が複数台接続されたセントラル形の空調機の場合に適用したものであるが、本実施形態は、図９に示すように一つの空調機２０から一意に決められた空気(熱媒体）を空調対象空間に設置した室内側機器である複数のＶＡＶ（Variable Air Volume)１０に供給し、各ＶＡＶ１０で制御された風量の温風又は冷風を空調対象空間側に吹き出し、夫々のＶＡＶ１０により制御される空調エリアａが作り出される空調システム（Ｉ）に対応するものである。

この空調システム（１）では一意的に風温が決められるため、ある空調エリアａの利用者Ｍの要望で設定温度を下げるように要求があると、この要求によって空調機２０からの風温が下げられ、その結果要望を出さなかった空調エリアａのＶＡＶ１０からの吹き出される空気の温度も下げられ、当該空調エリアａの利用者Ｍから寒いという苦情が発生する課題がある。

そこで、図１０に示す本実施形態のサーバ５の制御計画決定部５３では、全体の利用者Ｍの要望に基づいて空調機２０から供給される空気の温度(風温）を決定し、風量に関しては各ＶＡＶ１０に対応する空調エリアａの利用者Ｍからの要望によって決定するようになっている。

ここで図１０に示す本実施形態のシステムは実施形態１の室内機１の代わりに要望運転モード取得部５２に各ＶＡＶ１０での要望運転モードを取得して制御決定計画部５３に送るようになっている点と、制御計画決定部５３において運転モードと、利用者の要望情報に基づいて空調機２０から供給される空気の温度(給気温度＝風温)及び各ＶＡＶ１０の風量の決定を行い、この決定内容に基づいて空調制御装置３に各ＶＡＶ１０の吹き出し口の開度及び空調機２０の給気温度の設定を指示する点で実施形態１と相違する。

尚システム構成で実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付して説明は省略する。

次に本実施形態の動作を図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。

まずシステムが稼動すると、サーバ５の制御計画決定部５３は、要望運転モード取得部５２を通じて各ＶＡＶ１０の要望運転モードを取得する（Ｓ１１）。

この取得した要望運転モードでは冷房の運転モードと、暖房の運転モードとの総和を算出し、その総和から冷房か暖房かの運転モードを決定するとともに、それに応じて空調機２０の給気温度を決定する(Ｓ１２）。そして決定した運転モードと異なる要望運転モードのＶＡＶ１０の開度を最小と決定する(Ｓ１３）。

さて、制御計画決定部５３は、次にＳ１４〜Ｓ１６のループによって各室内機１の要望情報を順次収集し、決定した空調制御方針と異なる要望のＶＡＶ１０をピックアップし、これらのＶＡＶ１０に対しては上述した最小開度を設定するように動作内容を決定し、残りのＶＡＶ１０に対しては要望情報に基づいた風量に対応する開度を設定するように動作内容を決定する。そして全てのＶＡＶ１０に対する合意形成処理が終了すると、決定内容に基づいて空調制御装置３に対して空調機２０の給気温度の設定と、各ＶＡＶ１０の開度の設定を行うように指示する。この指示後上述の処理を所定周期で繰り返すのである。

実施形態１のシステム構成図である。実施形態１のシステムの設置例図である。実施形態１の要望入力装置の入力画面例図である。実施形態１の合意形成処理における要望情報の説明図である。実施形態１の合意形成処理のロジック説明図である。実施形態１の各室内機と空調エリアの説明図である。実施形態１の室内機の要望運転モードに対する処理動作説明用フローチャートである。実施形態１に用いる重み付け係数と外気温との関係説明図である。の実施形態２に用いる空調システムの説明図である。実施形態２のシステム構成図である。実施形態２の動作説明用フローチャートである、

符号の説明

（Ｉ）空調システム
１室内機
２室外機
３空調制御装置
(II) 制御システム
４要望入力装置
５サーバ
５０要望情報取得部
５１要望情報記憶部
５２要望運転モード取得部
５３制御計画決定部
６ネットワーク

Claims

個々に動作内容設定値を保持し、空調対象空間の温度及び風量を制御する室内側機器と、複数の前記室内側機器と接続され、熱媒体を通じて熱を供給する空調機と、空調対象空間に存在する利用者からの空調に対する要望を入力する要望入力装置と、要望入力装置から利用者の要望を取得する要望情報取得部と、前記要望情報取得部が取得する要望情報に基づいて空調制御方針を決定する制御計画決定部と、決定された空調制御方針に基づいた動作内容設定値に基づいて各室内側機器を制御する空調制御装置とを備え、前記制御計画決定部は、前記室内側機器全体に対する利用者の要望情報に基づいて前記空調機の動作内容を決定する空調制御システムにおいて、
前記制御計画決定部は、前記空調機から供給される熱媒体の温度については利用者全体の要望情報に基づいて決定し、複数の前記室内側機器における風量については、個々の室内側機器毎に当該室内側機器により制御される空調エリアの利用者の要望情報によって決定することを特徴とする空調制御システム。