JP5029913B2 - 空調システム及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は空調システム及びその制御方法に係り、特に、ビル空調に採用される個別分散方式の空調システム及びその制御方法に関する。
中規模以上の建築物では一般に、一カ所で冷水や温水を作り、各室に循環するセントラル方式の空調システムが採用されている。しかし、近年では、安価で施行性が良く、居住者の使い勝手が良いという観点から、空調ゾーン毎に室内機を設置し、その複数の室内機を一台の室外機に接続する個別分散型のパッケージ空調(ビル用マルチエアコン方式)が増えている。また、省エネの観点から、空調システムの運転状態の監視を行いたいというニーズが高まっている。
このような背景から、パッケージ空調(以下PACともいう)の運転状態を把握することが重要な課題になっている。たとえば特許文献1には、遠隔監視システムによって設備機器の異常を管理することが記載されている。この特許文献1によれば、設備機器管理システム、管理装置、設備機器管理方法、設備機器管理プログラムを用いて設備機器管理を行っており、運転異常があった際には、遠隔監視システムに異常データを送信するようになっている。
特開2006−101493号公報
しかしながら、特許文献1は、建物管理者及び遠隔監視管理者が、現状のPAC運転状態及び運転性能がどのように変化しているか、もしくはどのような運転状態なのかを把握することができないので、空調システムの省エネ化を図ることができない。
特に、個別分散の空調システムでは、フロアによって機器の容量、吹き出し口、室内機の配置が異なり、各PACの運転性能が様々な要因で変化するため、全てのフロアで運転効率を向上させることが難しい。
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、運転状態を把握することによって運転効率を向上させ、省エネを図ることのできる個別分散型の空調システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は前記目的を達成するために、室内に空調エアを吹き出す複数の室内機と、該複数の室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機とを備えた空調システムの制御方法において、前記複数の室内機のそれぞれの処理負荷を算出し、該処理負荷算出値を、前記室内機ごとの処理負荷と運転効率との関係に基づいて所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷下限設定値と比較し、前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、対応する前記室内機を停止することを特徴とする空調システムの制御方法を提供する。
本発明によれば、室内機ごとに処理負荷を算出し、その算出値を室内機ごとの処理負荷下限設定値(または範囲)と比較し、算出値が設定値よりも小さい場合にその室内機を停止する。したがって、運転効率が低い室内機を停止するので、空調システム全体の運転効率を向上させることができ、省エネを図ることができる。
なお、各室内機での処理負荷と運転効率との関係は、予め試験などによって求めておいてもよいし、運転しながら処理負荷と運転効率のデータを蓄積して関係を求めてもよい。
請求項2に記載の発明は請求項1の発明において、隣接するエリアに前記空調エアを吹き出す複数の室内機で同時に、前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、前記複数の室内機の少なくとも一つを稼働させたまま残りの前記室内機を停止することを特徴とする。
本発明によれば、隣接する複数の室内機で同時に、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値よりも小さくなった場合に、その対象となる全ての室内機を停止するのではなく、少なくとも一つを稼働させたまま残りの室内機を停止させる。これにより、停止させた室内機の分だけ省エネを図ることができる一方で、稼働させたままの室内機では処理負荷が増加して運転効率が向上し、高運転効率の範囲で稼働することになる。したがって、システム全体での運転効率を向上させて省エネ化を図ることができる。また、対象となる全ての室内機を停止させた場合のように急激な温度変化が発生することを防止でき、安定した温度制御を行うことができる。
なお、対象となる複数の室内機は、処理負荷算出値と処理負荷下限設定値との差が最も大きい室内機を停止することが好ましい。
請求項3に記載の発明は請求項1または2の発明において、前記室外機には前記冷媒の圧縮機が設けられ、前記処理負荷は、前記圧縮機の出入り口での冷媒圧力及び冷媒温度と、前記圧縮機における周波数、回転数、冷媒質量流量のいずれかとによって求めることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は請求項1〜3のいずれか1の発明において、前記室内機の前記空調エアの吹き出し方向には該室内機ごとに温度センサが設けられ、該温度センサの測定値に基づいて前記停止した室内機を稼働させることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は請求項1〜4のいずれか1の発明において、前記室内機が吸い込むエアの温度を測定し、該測定した温度から処理負荷を推定し、該処理負荷推定値によって前記室内機の運転モードを切り替えることを特徴とする。
本発明によれば、処理負荷推定値を用いて室内機を制御することによって、より効率のよい運転を行うことができる。なお、運転モードは、室内機における設定温度と設定風量との組み合わせを予め入力しておくとともに、運転モードごとに吸込温度と処理負荷との関係を求めておくとよい。
請求項6に記載の発明は請求項1〜5のいずれか1の発明において、前記室外機には前記冷媒の圧縮機が設けられ、前記所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷上限設定値よりも前記処理負荷算出値が大きい場合に、対応する室外機の前記圧縮機の回転数を固定することを特徴とする。
本発明によれば、高効率運転範囲に収まるように制御することができ、システム全体の運転効率を向上させることができる。
請求項7に記載の発明は前記目的を達成するために、室内に空調エアを吹き出す室内機と、該室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機とを含む空調ユニットを複数備えた空調システムの制御方法において、前記複数の空調ユニットのそれぞれの処理負荷を算出し、該処理負荷算出値を、前記空調ユニットごとの処理負荷と運転効率との関係に基づいて所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷下限設定値と比較し、前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、対応する前記空調ユニットを停止することを特徴とする空調システムの制御方法を提供する。
本発明によれば、空調ユニットごとに処理負荷を算出し、その算出値を空調ユニットごとの処理負荷下限設定値(または範囲)と比較し、算出値が設定値よりも小さい場合にその空調ユニットを停止する。したがって、運転効率が低い空調ユニットを停止するので、空調システム全体の運転効率を向上させることができ、省エネを図ることができる。
請求項8に記載の発明は前記目的を達成するために、室内に空調エアを吹き出す室内機と、該室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機とを含む空調ユニットを複数備えた空調システムの制御方法において、前記複数の空調ユニットのそれぞれの処理負荷を算出し、該それぞれの処理負荷算出を加算することによって総処理負荷を算出し、該算出した総処理負荷と、前記空調ユニットごとの処理負荷と消費電力との関係とから、前記空調ユニットの運転台数ごとの総消費電力を求め、求めた空調ユニットの運転台数と総消費電力との関係に基づいて、空調ユニットの運転台数を決定して制御することを特徴とする空調システムの制御方法を提供する。
本発明によれば、前記空調ユニットの運転台数と総消費電力との関係に基づいて空調ユニットの運転台数を制御するので、空調システム全体の運転効率を向上させることができる。
請求項9に記載の発明は前記目的を達成するために、室内に空調エアを吹き出す複数の室内機と、該複数の室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機と、前記複数の室内機のそれぞれの処理負荷を算出し、算出した処理負荷算出値を、前記室内機ごとの処理負荷と運転効率との関係に基づいて所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷下限設定値と比較し、前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、対応する前記室内機を停止する制御手段と、を備えたことを特徴とする空調システムを提供する。
本発明によれば、室内機ごとに処理負荷を算出し、その算出値を室内機ごとの処理負荷下限設定値(または範囲)と比較し、算出値が設定値よりも小さい場合にその室内機を停止する。したがって、運転効率が低い室内機を停止するので、空調システム全体の運転効率を向上させることができ、省エネを図ることができる。
請求項10に記載の発明は前記目的を達成するために、室内に空調エアを吹き出す室内機と、該室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機と、を有する複数の空調ユニットと、前記複数の空調ユニットのそれぞれの処理負荷を算出し、算出した処理負荷算出値を、前記空調ユニットごとの処理負荷と運転効率との関係に基づいて所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷下限設定値と比較し、前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、対応する前記空調ユニットを停止する制御手段と、を備えたことを特徴とする空調システムを提供する。
本発明によれば、空調ユニットごとに処理負荷を算出し、その算出値を空調ユニットごとの処理負荷下限設定値(または範囲)と比較し、算出値が設定値よりも小さい場合にその空調ユニットを停止する。したがって、運転効率が低い空調ユニットを停止するので、空調システム全体の運転効率を向上させることができ、省エネを図ることができる。
請求項11に記載の発明は前記目的を達成するために、室内に空調エアを吹き出す室内機と、該室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機と、を有する複数の空調ユニットと、前記複数の空調ユニットのそれぞれの処理負荷を算出し、該それぞれの処理負荷算出値を加算することによって総処理負荷を算出し、該算出した総処理負荷と、前記空調ユニットごとの処理負荷と消費電力との関係とから、前記空調ユニットの運転台数ごとの総消費電力を求め、求めた空調ユニットの運転台数と総消費電力との関係に基づいて前記空調ユニットの運転台数を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする空調システムを提供する。
本発明によれば、前記空調ユニットの運転台数と総消費電力との関係に基づいて空調ユニットの運転台数を制御するので、空調システム全体の運転効率を向上させることができる。
以上説明したように本発明によれば、室内機または空調ユニットごとに処理負荷算出値と処理負荷下限設定値(または範囲)と比較し、それぞれの室内機または空調ユニットにおいて稼働と停止とを制御するので、空調システム全体の運転効率を向上させることができ、省エネを図ることができる。
以下、添付図面に従って本発明に係る空調システム及びその制御方法の実施の形態について詳説する。
(第1の実施形態)
図1に第1の実施形態の空調システムの構成を模式的に示すシステム図である。同図に示す空調システム10は、室12内の温湿度を調節するシステムであり、室12の天井面に所定の間隔で配設された複数の室内機14と、室外に設置された室外機16とを備える。なお、図1には、室内機14を二台のみ示したが、三台以上の室内機14を設けて一台の室外機16に接続してもよい。また、室外機16を複数設け、各室外機16に複数の室内機14を接続してもよい。
室内機14と室外機16は、冷媒の循環ライン18を介して接続されている。循環ライン18は、室外機16から複数の室内機14に向けて分岐して接続されており、分岐された部分には冷媒の流量を制御する流量調整弁20が設けられている。流量調整弁20は、後述のデータ取得装置22を介して制御装置24に接続されており、その開度(流量)等のデータが制御装置24に出力される。
各室内機14の内部には、不図示の膨張弁と蒸発器(コイル)が設けられており、冷媒の循環ライン18を介して供給された冷媒の液体は、膨張弁を通って膨張した後、蒸発器の内部で蒸発される。また、各室内機14には不図示のファンが設けられており、このファンを駆動することによって、蒸発器の周囲で冷却された空調エアが室内に吹き出される。
室外機16の内部には、不図示の凝縮器と圧縮機が設けられており、冷媒の循環ライン18を介して供給された冷媒の気体は、圧縮機によって圧縮された後、凝縮器で凝縮される。また、室外機16の内部には不図示のファンが設けられており、このファンを駆動することによって凝縮器から放熱された熱が取り除かれる。圧縮機は、データ取得装置22を介して制御装置24に接続されており、圧縮機の回転数や、圧縮機の出入り口での冷媒の温度と圧力などのデータが制御装置24に出力される。なお、室内機14と室外機16の構成は上記に限定されるものではなく、たとえば圧縮機とファンを兼用したり、圧縮機と凝縮機を兼用したりしてもよい。また、本実施の形態は空冷式の凝縮器の例で説明したが、水冷式の凝縮器であってもよい。
室12の内部には、室内機14の下方に(すなわち室内機14から吹き出される空調エアの吹き出し方向に)温度センサ26が設けられている。温度センサ26はデータ取得装置22を介して制御装置24に接続されており、温度センサ26のデータが制御装置24に出力される。
また、各室内機14及び室外機16には不図示の電力計が取り付けられている。電力計はデータ取得装置22を介して制御装置24に接続され、消費電力のデータが制御装置24に出力される。
制御装置24は、分析機能を備えた装置(PC等)であり、前述した流量調節弁、圧縮機、温度センサ26からのデータによって各室内機14の処理負荷を計算する。以下に処理負荷の求め方の一例を示す。
処理負荷を求める方法として、冷媒エンタルピー法と室内乾球温度法を用いる。冷媒エンタルピー法は室外機16の圧縮機のインバータ周波数、圧縮機での入口出口の冷媒圧力、冷媒の温度(配管温度)を用いる。冷媒エンタルピー法の処理負荷の計算方法は、
q(kW)=G(kg/s)×(h2(kJ/kg)−h1(kJ/kg))
で求められる。ここで、q:処理負荷、G:冷媒質量流量、h1:室内機14の冷却コイルの入口エンタルピー、h2:室内機14の冷却コイルの出口エンタルピーとする。
また、制御装置24は、電力計から消費電力データを取得し、上述した処理負荷を消費電力で除算することによって運転効率(すなわちCOP=処理負荷/電力)を求める。
このようにして求められた運転効率と処理負荷との関係を各室内機14ごとに求めておく。運転効率と処理負荷との関係は、たとえば図4に示すようなグラフで求められる。そして、制御装置24は、所定以上の運転効率となる処理負荷の設定範囲(たとえば運転効率が最高となる処理負荷率の±10%の範囲)を定める。ここで、処理負荷の設定範囲の下限値を処理負荷下限設定値とする。なお、運転効率と処理負荷との関係は、空調システム10を稼働させる前に試験を行って求めてもよいし、空調システム10を稼働させながらデータを蓄積して求めてもよい。空調システム10を稼働させながらデータを蓄積する場合は、たとえば1シーズン(冷房なら6月〜10月)の各室内機14の運転データを蓄積して運転特性を求める。なお、処理負荷の求め方は、上記の方法に限定されるものではなく、室内機14や室外機16における空気エンタルピー法を用いても良い。
制御装置24は、空調システムの稼働中、各室内機14の処理負荷を演算し、この値(以下、処理負荷算出値または処理負荷演算値という)を処理負荷下限設定値と比較する。そして、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値を下回ったら、対応する室内機14を停止するように制御する。なお、本実施の形態では、室内機14を停止する例で説明するが、室内機14を送風のみの運転に切り替えてもよい。
また、制御装置24は、各温度センサ26の測定値(以下、温度測定値という)に基づいて室内機14をオンオフ制御するようになっている。すなわち、制御装置24には、温度設定範囲として下限(オン設定値)と上限(オフ設定値)が予め入力されており、温度測定値がオフ設定値を上回ったら対象の室内機14を停止し、温度測定値がオン設定値を下回ったら対象の室内機14を駆動する。なお、本実施形態では、オン設定値とオフ設定値を設定したが、温度測定値の加速度に基づいて制御してもよい。
上述したデータ取得装置22及び制御装置24は、通信回線28を介して、遠隔監視室30に接続されている。遠隔監視室30では、データ取得装置22に所得されたデータをモニタリングすることができるとともに、各種の操作をできるようになっている。なお、複数の建物を一つの遠隔監視室30で操作できるように構成することが好ましい。
次に上記の如く構成された空調システム10の制御方法について説明する。図2は冷房時の制御を示すフローチャートである。
同図に示すように、まず、運転データを取得する(ステップS1)。運転データの取得は、施行後の空調システム10において予備試験を行うか、または、通常の空調運転中にデータを蓄積する。
次いで、得られたデータから各室内機14の処理負荷を求める(ステップS2)。そして、求めた処理負荷と消費電力から運転効率を求め、処理負荷との関係を求める(ステップS3)。次いで、高効率となる運転範囲(すなわち、処理負荷下限設定値)を決定する(ステップS4)。
以上が制御の準備動作であり、その後に空調の通常運転を行う。通常運転時には、運転負荷を計測するとともに、温度センサ26によって室内温度を測定する(ステップS5、S6)。
そして、処理負荷算出値と処理負荷下限設定値とを比較し(ステップS7)、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値よりも低い場合には、対応する室内機14の運転を停止する(ステップS10)。一方、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値よりも高い場合には、温度測定値とオフ設定値とを比較し(ステップS8)、温度測定値がオフ設定値よりも低い場合に、対応する室内機の運転を停止する(ステップS10)。
なお、温度測定値がオフ設定値よりも高い場合には、室内機14の運転を継続する(ステップS9)。
室内機14の運転を停止した場合には(ステップS10)、温度センサ26から温度測定値のデータを取得する(ステップS11)。そして、温度測定値とオン設定値とを比較し(ステップS12)、温度測定値がオン設定値よりも低い場合には室内機14を停止したままにし(ステップS10)、高い場合には対応の室内機14を稼働させる(ステップS13)。
図3は暖房時の制御を示すフローチャートである。同図に示すように、まず、運転データを取得する(ステップS21)。運転データの取得は、施行後の空調システム10において予備試験を行うか、または、通常の空調運転中にデータを蓄積する。
次いで、得られたデータから各室内機14の処理負荷を求める(ステップS22)。そして、求めた処理負荷と消費電力から運転効率を求め、処理負荷との関係を求める(ステップS23)。次いで、高効率となる運転範囲(すなわち、処理負荷下限設定値)を決定する(ステップS24)。
以上が制御の準備動作であり、その後に空調の通常運転を行う。通常運転時には、運転負荷を計測するとともに、温度センサ26によって室内温度を測定する(ステップS25、S26)。
そして、処理負荷算出値と処理負荷下限設定値とを比較し(ステップS27)、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値よりも低い場合には、対応する室内機14の運転を停止する(ステップS30)。一方、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値よりも高い場合には、温度測定値とオフ設定値とを比較し(ステップS28)、温度測定値がオフ設定値よりも高い場合に、対応する室内機の運転を停止する(ステップS30)。
なお、温度測定値がオフ設定値よりも低い場合には、室内機14の運転を継続する(ステップS29)。
室内機14の運転を停止した場合には(ステップS30)、温度センサ26から温度測定値のデータを取得する(ステップS31)。そして、温度測定値とオン設定値とを比較し(ステップS32)、温度測定値がオン設定値よりも高い場合には室内機14を停止したままにし(ステップS30)、低い場合には対応の室内機14を稼働させる(ステップS33)。
次に上記の如く構成された空調システム10の作用について図4(A)、図4(B)、図5に基づいて説明する。
図4(A)、図4(B)は、処理負荷と運転効率との関係の一例を示している。ここで、図4(A)は図1の左側の室内機14における処理負荷と運転効率を示し、図4(B)は図1の右側の室内機14における処理負荷と運転効率を示しているとする。なお、本実施の形態では、図4(A)と図4(B)とで略同じ特性を示しているが、異なる場合もある。また、特性は空調システム10ごとに異なり、施行後にデータをとることによって得られる。一方、図5は、温度センサ26の測定値の経時変化を示している。図5において、Aセンサは図1の左側の温度センサ26の測定値を示し、Bセンサは図1の右側の温度センサ26の測定値を示している。
図4(A)、図4(B)では、処理負荷率が略50%のときに最も高い運転効率になっている。そこで、高い運転効率を得られる処理負荷率の範囲として、40%〜60%を設定する。すなわち、処理負荷下限設定値を40%とする。なお、本実施の形態では、最高運転効率の処理負荷率に対して±10%を範囲として設定したが、これに限定するものではない。ただし、範囲を狭くするほど、空調システム10の運転効率を向上させることができる反面、切替が多くなり、制御が不安定になりやすくなる。
ここで、冷房時に処理負荷率が40%を下回ったとき(すなわち、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値を下回ったとき)を考える。処理負荷率が40%を下回ると、冷房しすぎの状態になり、運転効率が低下する。
そこで、本実施の形態では、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値を下回ったときに、対応する室内機14を停止する。たとえば、図1の左側の室内機14において処理負荷算出値が処理負荷下限設定値を下回った場合には、左側の室内機14を停止する。これにより、この室内機14の運転エネルギーを削減することができる。
室内機14を停止することによって、停止した室内機14の下方では温度が上昇し、温度センサ26の測定値が上昇する。そして、温度センサ26の測定値がオン設定値を超えた際に、停止中の室内機14を稼働させる。これにより、室内機14の下方に再び空調エアが給気されるので、冷房負荷に対応することができる。
このように本実施の形態によれば、室内機14ごとに運転と停止を制御するようにしたので、空調システム10全体の運転効率を向上させることができ、省エネを図ることができる。
上述した実施形態において、隣接する複数の室内機14が同時に、処理負荷算出値<処理負荷下限設定値となった場合には、その対象となる全ての室内機14を停止してもよいが、少なくとも一つの室内機14を稼働させたまま、残りを停止させるとよい。たとえば、図1の二つの室内機14が同時に、処理負荷算出値<処理負荷下限設定値となった場合には、一方の室内機14を稼働させたまま、もう一方の室内機14を停止させる。これにより、停止させた室内機14の分だけ省エネを図ることができるとともに、もう一方の室内機14では、処理負荷が増加し、運転効率の良い範囲での運転となる。したがって、もう一方の室内機14においても運転効率を向上させることができ、省エネを図ることができる。また、両方の室内機14を同時に停止する場合に比べて温度変動を抑えることができ、安定した温度制御を行うことができる。
なお、上記の場合、運転を停止する室内機14の選び方は特に限定するものではないが、処理負荷が、高い運転効率となる処理負荷の設定範囲から最も離れたものを停止するとよい。たとえば、対象となる室内機14が三台の場合であり、且つ、三台とも処理負荷下限設定値が40%で、さらに一台目が処理負荷率30%、二台目が処理負荷率33%、三台目が処理負荷率20%の場合には、三台目の室内機14を停止する。なお、三台とも処理負荷下限設定値から同様の割合で離れている場合には、室12内の温度を比較し、オフ設定値に近い方から室内機14を停止し、室内温度がオフ設定値よりも高い場合には,そのまま運転を行う。
また、室内温度も全て同じ場合には、室内機14の配置された方角によって決定する。たとえば午前では西側から運転を止め、午後には東側から止める。これは、日射の影響が少ない側から止める一方で、高負荷運転に必要と思われる室内機14を稼働させておくためである。また、南北に並んでいる場合には,基本的には北側から止める。なお、北側のみに窓がある室の場合には、日射の影響が少ない南側から停止する。このようにオフ設定は、方角情報を与えることにより、負荷率、室内温度が同じ場合に方角で順番を決定するとよい。
(第2の実施形態)
図6は第2の実施形態の空調システムの構成を模式的に示すシステム図である。なお、図1に示した第1の実施形態の空調システム10と同様の構成・作用を有する部材は同じ符号を付して、その説明を省略する。
図6に示す第2の実施形態の空調システム40は、図1に示した第1の実施形態の空調システム10と比較して、室内機14と室外機16とから成る空調ユニットを複数備えている点で異なっている。ここで、図6の左側の空調ユニットを42A、右側の空調ユニットを42Bとする。なお、本実施の形態は、二系統の空調ユニット42A、42Bの例で説明するが、三系統以上であってもよい。また、各空調ユニット42A、42Bとして、一台の室外機16と二台の室内機14の例で説明するが、各空調ユニット42A、42Bの構成はこれに限定されるものではなく、室内機14ごとに室外機16を設けたシングルタイプを用いてもよい。
空調ユニット42A、42Bはそれぞれ、一台の室外機16と二台の室内機14とで構成され、その室外機16と室内機14とが冷媒の循環ライン18で接続されるとともに、循環ライン18に流量調節弁20が設けられている。また、各室内機14の下方には温度センサ26が設けられている。さらに、空調ユニット42A、42Bは、データ取得装置22を介して制御装置24に接続されており、各種データ(たとえば、各流量調整弁20の開度等のデータ、各室外機16の圧縮機の回転数のデータ、各室外機16の圧縮機の出入り口での冷媒の温度と圧力のデータ)がデータ取得装置22に出力されて蓄積される。制御装置24は、前述した流量調節弁、圧縮機、温度センサ26からのデータによって各空調ユニット42A、42Bの処理負荷(すなわち、各室外機16の処理負荷)を計算する。この処理負荷の計算方法は、第1の実施形態における室内機14の処理負荷の計算式
q(kW)=G(kg/s)×(h2(kJ/kg)−h1(kJ/kg))
において、冷房時(h1:室外機16の凝縮器出口のエンタルピー、h2:室外機16の圧縮機入口のエンタルピー)、暖房時(h1:室外機16の凝縮器出口のエンタルピー、h2:室外機16の圧縮機出口のエンタルピー)とすることによって算出することができる。また、室内機14の処理負荷の合計を求めることによっても算出することができる。
また、制御装置24は、室外機16に取り付けた電力計から消費電力データを取得し、上述した処理負荷を消費電力で除算することによって各空調ユニット42A、42Bにおける運転効率(すなわちCOP=処理負荷/電力)を求める。
このようにして求められた運転効率と処理負荷との関係を各空調ユニット42A、42Bごとに作成しておく。そして、制御装置24は、所定以上の運転効率となる処理負荷の設定範囲(たとえば運転効率が最高となる処理負荷率の±10%の範囲)を定める。ここで、処理負荷の設定範囲の下限値を処理負荷下限設定値とする。なお、運転効率と処理負荷との関係は、空調システム40を稼働させる前に試験を行って求めてもよいし、空調システム40を稼働させながらデータを蓄積して求めてもよい。空調システム40を稼働させながらデータを蓄積する場合は、たとえば1シーズン(冷房なら6月〜10月)の各室内機14の運転データを蓄積して運転特性を求める。
制御装置24は、空調システムの稼働中、各空調ユニット42A、42Bの処理負荷を演算し、この値(以下、処理負荷算出値という)を処理負荷下限設定値と比較する。そして、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値を下回ったら、対応する空調ユニット42A、42Bを停止するように制御する。
また、制御装置24は、空調ユニット42A、42Bごとに、温度センサ26の測定値の平均値(以下、温度測定値という)を求め、その温度測定値に基づいて空調ユニット42A、42Bをオンオフ制御するようになっている。すなわち、制御装置24には、温度設定範囲として下限(オン設定値)と上限(オフ設定値)が予め入力されており、温度測定値がオフ設定値を上回ったら対象の空調ユニット42A、42Bを停止し、温度測定値がオン設定値を下回ったら対象の空調ユニット42A、42Bを駆動する。なお、本実施形態では、オン設定値とオフ設定値を設定したが、温度測定値の加速度に基づいて制御してもよい。
上記の如く構成された空調システム40では、図2や図3に示したフローにおける各室内機14の処理負荷の代わりに、各空調ユニット42A、42Bの処理負荷を用いて制御を行う。たとえば冷房時には、各空調ユニット42A、42Bの処理負荷を求める。そして、求めた処理負荷と消費電力から運転効率を求め、処理負荷との関係を求めた後、高効率となる運転範囲(すなわち、処理負荷下限設定値)を決定する。次いで、処理負荷算出値と処理負荷下限設定値とを比較し、処理負荷算出値が処理負荷下限設定値よりも低い場合には、対応する空調ユニット42A、42Bの運転を停止する。逆に処理負荷算出値が処理負荷下限設定値よりも高い場合には、温度測定値とオフ設定値とを比較し、温度測定値がオフ設定値よりも低い場合(暖房時には高い場合)に、対応する空調ユニット42A、42Bの運転を停止する。また、温度測定値がオフ設定値よりも高い場合(暖房時には低い場合)には、空調ユニット42A、42Bの運転を継続する。
空調ユニット42A、42Bの運転を停止した場合には、温度センサ26から温度測定値のデータを取得し、温度測定値とオン設定値とを比較し、温度測定値がオン設定値よりも低い場合には空調ユニット42A、42Bを停止したままにし、高い場合には対応の空調ユニット42A、42Bを稼働させる。
上記の如く制御することによって、各空調ユニット42A、42Bが個別に制御され、運転効率の小さい空調ユニット42A、42Bが停止される。これにより、空調システム10全体の運転効率を向上させることができ、省エネを図ることができる。
なお、第2の実施形態において、各空調ユニット42A、42Bの配置は、建物の同じ部屋や同じ階に限定されるものではなく、異なる部屋や階に分けて設置してもよい。
また、上述した第2の実施形態において、隣接する複数の空調ユニット42A、42Bが同時に、処理負荷算出値<処理負荷下限設定値となった場合には、その対象となる全ての空調ユニット42A、42Bを停止してもよいが、少なくとも一つの空調ユニット42A、42Bを稼働させたまま、残りを停止させるとよい。その際、運転を停止する空調ユニット42A、42Bの選び方は特に限定するものではないが、処理負荷が高効率範囲の処理負荷から最も離れたものを停止するとよい。また、空調ユニット42A、42Bの配置された方角によって決定してもよい。
なお、上述した第1、第2の実施形態では、室内機14、室外機16、温度センサ26等からの取得データによって処理負荷を算出し、この処理負荷算出値に基づいて制御を行ったが、処理負荷の推定値を用いて制御を行ってもよい。たとえば、室内機14での吸込エアの温度(以下、吸込温度)を測定し、この吸込温度から処理負荷を推定して処理負荷推定値を求め、この処理負荷推定値を前述の処理負荷算出値の代わりに用いてもよい。室内機14からの空調エアの吹き出し設定温度と設定風量を固定した場合には、吸込温度と処理負荷とは比例関係になるので、処理負荷を正確に推定することができ、精度の良い空調制御を行うことができる。なお、設定温度と設定風量は、複数の組み合わせを運転モードとして予め入力しておくとともに、運転モードごとに吸込温度と処理負荷との関係を求めておくとよい。これにより、運転モードを選択するだけで、処理負荷を正確に推定することができる。
また、上述した第1、第2の実施形態は、処理負荷が小さい場合に対応の室内機14や空調ユニット42A、42Bを停止するように制御したが、処理負荷が、高効率運転範囲となる処理負荷範囲の上限値(すなわち処理負荷上限設定値)よりも大きい場合には、対応する室外機16の圧縮機の回転数を固定する制御を行うとよい。すなわち、圧縮機16にインバータ機能を設けるとともに、処理負荷算出値(または処理負荷推定値)が、高効率運転範囲となる処理負荷範囲の上限値を超えた場合に、その上限値での回転数で固定するように圧縮機を制御する。これにより、高効率運転範囲に収まるように制御することができ、システム全体の運転効率を向上させることができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態の空調システムは、空調ユニットの運転台数と、空調システム全体の総消費電力との関係を求め、運転させる空調ユニットの数を制御する。すなわち、上述した第1、第2の実施形態は、室内機14一台ごとに、または空調ユニット42A、42B一系統ごとに、高効率運転となるように制御を行ったが、第3の実施形態では、空調システム全体で高効率運転となるように制御している。なお、空調システムの構成は、第2の実施形態と同様であり、その説明を省略する。
図7は第3の実施形態の制御フローを示している。同図に示すように、第3の実施形態では、まず、空調ユニットごとに処理負荷を演算する(ステップS41)。次に求めた各処理負荷を加算することによって総処理負荷を算出する(ステップS42)。
次に運転台数を仮定することによって、運転台数ごとに空調システム全体の総消費電力を求める。具体的には、総処理負荷を各運転台数で割り、一台あたりの処理負荷を演算する(ステップS43〜S46)。
そして、予め求めておいた各空調ユニットにおける処理負荷と運転効率との関係(図4参照)と、一台あたりの処理負荷とから、一台あたりの運転効率を求める(ステップS47)。そして、一台あたりの処理負荷処理負荷を一台あたりの消費電力で割ることによって、運転台数ごとの総消費電力を求める(ステップS48〜S51)。これにより図8に示すような運転台数と総消費電力の関係が求まる。
運転台数と総消費電力の関係は一般に、運転台数を増やしたり、運転台数を減らしたりすると、総消費電力が増加する。したがって、システム全体の消費電力が最も低くなるような運転台数の範囲が存在する。すなわち、システム全体の運転効率が高くなるような運転台数の範囲が存在する。そこで運転台数による総消費電力を比較することによって(ステップS52)、システム全体の運転効率が高くなるような運転台数を決定し(ステップS53)、その運転台数になるように空調ユニット42A、42Bの運転、停止を制御する(ステップS54)。これにより、システム全体の運転効率を高めることができる。
なお、上述した第3の実施形態では、空調ユニット42A、42Bの運転台数を制御したが、室内機14の台数を制御してもよい。また、上述した第3の実施形態に加えて、第1の実施形態や第2の実施形態の制御を行うようにしてもよい。すなわち、室内機14や空調ユニット42A、42Bの運転台数を決定した後、停止する室内機14や空調ユニット42A、42Bを各処理負荷算出値によって決定してもよい。
第1の実施形態の空調システムの構成を模式的に示すシステム図 冷房時の制御のフローチャートを示す図 暖房時の制御のフローチャートを示す図 本実施形態の空調システムの作用を説明する説明図 本実施形態の空調システムの作用を説明する説明図 第2の実施形態の空調システムの作用を説明する説明図 第3の実施形態の制御フローを示す図 運転台数と総消費電力との関係の一例を示す図
符号の説明
10…空調システム、12…室、14…室内機、16…室外機、18…循環ライン、20…流量調整弁、22…データ取得装置、24…制御装置、26…温度センサ、28…通信回路、30…遠隔監視室

Claims (11)

  1. 室内に空調エアを吹き出す複数の室内機と、該複数の室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機とを備えた空調システムの制御方法において、
    前記複数の室内機のそれぞれの処理負荷を算出し、
    該処理負荷算出値を、前記室内機ごとの処理負荷と運転効率との関係に基づいて所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷下限設定値と比較し、
    前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、対応する前記室内機を停止することを特徴とする空調システムの制御方法。
  2. 隣接するエリアに前記空調エアを吹き出す複数の室内機で同時に、前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、前記複数の室内機の少なくとも一つを稼働させたまま残りの前記室内機を停止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制御方法。
  3. 前記室外機には前記冷媒の圧縮機が設けられ、前記処理負荷は、前記圧縮機の出入り口での冷媒圧力及び冷媒温度と、前記圧縮機における周波数、回転数、冷媒質量流量のいずれかとによって求めることを特徴とする請求項1または2に記載の空調システムの制御方法。
  4. 前記室内機の前記空調エアの吹き出し方向には該室内機ごとに温度センサが設けられ、該温度センサの測定値に基づいて前記停止した室内機を稼働させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載の空調システムの制御方法。
  5. 前記室内機が吸い込むエアの温度を測定し、該測定した温度から処理負荷を推定し、該処理負荷推定値によって前記室内機の運転モードを切り替えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載の空調システムの制御方法。
  6. 前記室外機には前記冷媒の圧縮機が設けられ、
    前記所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷上限設定値よりも前記処理負荷算出値が大きい場合に、対応する室外機の前記圧縮機の回転数を固定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載の空調システムの制御方法。
  7. 室内に空調エアを吹き出す室内機と、該室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機とを含む空調ユニットを複数備えた空調システムの制御方法において、
    前記複数の空調ユニットのそれぞれの処理負荷を算出し、
    該処理負荷算出値を、前記空調ユニットごとの処理負荷と運転効率との関係に基づいて所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷下限設定値と比較し、
    前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、対応する前記空調ユニットを停止することを特徴とする空調システムの制御方法。
  8. 室内に空調エアを吹き出す室内機と、該室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機とを含む空調ユニットを複数備えた空調システムの制御方法において、
    前記複数の空調ユニットのそれぞれの処理負荷を算出し、
    該それぞれの処理負荷算出を加算することによって総処理負荷を算出し、
    該算出した総処理負荷と、前記空調ユニットごとの処理負荷と消費電力との関係とから、前記空調ユニットの運転台数ごとの総消費電力を求め、求めた空調ユニットの運転台数と総消費電力との関係に基づいて、空調ユニットの運転台数を決定して制御することを特徴とする空調システムの制御方法。
  9. 室内に空調エアを吹き出す複数の室内機と、
    該複数の室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機と、
    前記複数の室内機のそれぞれの処理負荷を算出し、算出した処理負荷算出値を、前記室内機ごとの処理負荷と運転効率との関係に基づいて所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷下限設定値と比較し、前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、対応する前記室内機を停止する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする空調システム。
  10. 室内に空調エアを吹き出す室内機と、該室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機と、を有する複数の空調ユニットと、
    前記複数の空調ユニットのそれぞれの処理負荷を算出し、算出した処理負荷算出値を、前記空調ユニットごとの処理負荷と運転効率との関係に基づいて所定の高効率運転範囲になるように設定された処理負荷下限設定値と比較し、前記処理負荷算出値が前記処理負荷下限設定値よりも小さい場合に、対応する前記空調ユニットを停止する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする空調システム。
  11. 室内に空調エアを吹き出す室内機と、該室内機に冷媒の循環路を介して接続された室外機と、を有する複数の空調ユニットと、
    前記複数の空調ユニットのそれぞれの処理負荷を算出し、該それぞれの処理負荷算出値を加算することによって総処理負荷を算出し、該算出した総処理負荷と、前記空調ユニットごとの処理負荷と消費電力との関係とから、前記空調ユニットの運転台数ごとの総消費電力を求め、求めた空調ユニットの運転台数と総消費電力との関係に基づいて前記空調ユニットの運転台数を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする空調システム。
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