JP5038759B2 - 空調制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、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 ManagementSystem)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)。
特開2004−205202号公報
上記特許文献1のように、利用者の要望に基づいて目標温度を設定するシステムでは、消費エネルギーを増加させる要望情報の率(冷房時には「温度を下げてほしい」という要望、暖房時には「温度を上げてほしい」という要望)が第1の基準値以上であれば消費エネルギーを増加させる方向へ目標温度を変化させ、消費エネルギーを低減させる要望情報の率(冷房時には「温度を上げてほしい」という要望、暖房時には「温度を下げてほしい」という要望)が第2の基準値以上であれば消費エネルギーを低減させる方向へ目標温度を変化させる制御が行われており、この第1,第2の基準値は一定値に固定されており、変動させることができなかった。
しかし、全利用者のうち、一方の要望を申告する人数が多く、他方の要望を申告する人数が少ない場合、遠慮等の事情によって、少数派の利用者は自分の要望を申告し難くなるという状況がある。例えば、一般に男性と女性とでは温度に対する感じ方が異なり、一般に男性のほうが暑がりであり、女性のほうが寒がりであるといえ、冷房時に女性は冷え過ぎる傾向にあり、女性が温度を上げたいと思っても、男性が多く女性が少ないオフィスの場合、多数派の男性に遠慮して、「温度を上げてほしい」という要望をなかなか申告できない。
また、多数派の利用者が12人、少数派の利用者が4人、要望を採用するか否かを判定する基準値が要望率20%[(12+4)×0.2=3.2≒4人]の場合、多数派の利用者は、12人中4人の要望があれば採用され、少数派の利用者は、4人全員の要望がなければ採用されない。
このような場合、少数派の利用者は、例え自分が要望を申告したとしても採用されることはなく、多数派の利用者の要望が採用されてしまうと考えて申告をしない状況が生じ、少数派の要望がますます実現されにくくなり、一方、多数派の利用者の要望がますます実現されやすくなる。
したがって、多数派の利用者と少数派の利用者の各要望が、同じように実現可能な空調制御システムが求められていた。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、少数派の利用者の要望も多数派の利用者の要望と同様に実現可能な空調制御システムを提供することにある。
請求項1の発明は、空調対象の空間の温度を変動させる空調設備装置と、目標温度に基づいて空調設備装置の動作を制御する空調制御装置と、空調制御装置に目標温度を設定する中央制御装置と、前記空間に存在する利用者から空間の温度に対する相反する二つの要望を入力する入力装置と、全利用者の個人属性情報を格納した個人属性記憶手段とを備え、中央制御装置は、入力装置から利用者の相反する二つの要望を取得する要望情報取得手段と、一方の要望情報の率と第1の基準値とを比較することで一方の方向へ目標温度を変化させ、他方の要望情報の率と第2の基準値とを比較することで他方の方向へ目標温度を変化させる制御計画立案手段と、全利用者の個人属性情報における同一属性の割合に応じて、第1,第2の基準値を変動可能に各々設定する基準値設定手段とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、利用者の要望に基づく目標温度を設定して快適性を維持しながら、第1,第2の基準値を変動可能に各々設定することで、少数派の利用者の要望も多数派の利用者の要望と同様に実現可能となる。また、利用者の要望に基づく目標温度を設定して快適性を維持しながら、第1,第2の基準値を利用者の属性の割合に応じて変動可能に各々設定することで、属性によって温度に対する感じ方が異なる場合でも、多数派の利用者と少数派の利用者の各要望が同じように実現可能となる。
請求項2の発明は、請求項1において、前記個人属性情報は性別であり、前記基準値設定手段は、全利用者の男性と女性の割合に応じて、第1,第2の基準値を変動可能に各々設定することを特徴とする。
この発明によれば、利用者の要望に基づく目標温度を設定して快適性を維持しながら、第1,第2の基準値の比を利用者の男性と女性の割合に応じて変動可能に各々設定することで、性別によって温度に対する感じ方が異なる場合でも、多数派の性別を有する利用者と少数派の性別を有する利用者の各要望が同じように実現可能となる。
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記制御計画立案手段は、消費エネルギーを増加させる要望情報の率と第1の基準値とを比較することで消費エネルギーを増加させる方向へ目標温度を変化させ、消費エネルギーを低減させる要望情報の率と第2の基準値とを比較することで消費エネルギーを低減させる方向へ目標温度を変化させることを特徴とする。
この発明によれば、省エネルギー化を考慮することができる。
請求項4の発明は、請求項1乃至3いずれかにおいて、第1,第2の基準値は互いに異なる値であることを特徴とする。
この発明によれば、第1,第2の基準値に互いに異なる重み付けをすることで、少数派の利用者および多数派の利用者の各要望の実現率を同レベルに設定することができる。
以上説明したように、本発明では、多数派の利用者と少数派の利用者の各要望が、同じように実現可能になるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態1)
図1は、本実施形態の空調制御システムの構成を示しており、1乃至複数の利用者が存在し、本システムによって温熱環境を構築する空間(例えば建物内のフロア、各部屋、或いは広域な公共エリア)Aに設置される空調設備装置1及び空調制御装置2と、空間A内の各利用者が空間Aの温度に対する要望情報Infを入力する通信ネットワークNT(イーサネット(登録商標)等)上の個人用パソコン端末からなる複数の入力装置3と、各入力装置3に通信ネットワークNTを介して接続し、各利用者が入力した要望情報Infに基づいて空間Aの目標温度Toを設定する中央制御装置(以降、サーバ装置と称す)4とで構成される。
サーバ装置4は、入力装置3から通信ネットワークNTを介して要望情報Infを取得する要望情報取得手段41と、要望情報Infを集計して、該集計内容と判断基準のデータベース42に登録してある判断基準とに基づき、空間Aの目標温度Toを導出し、空調制御装置2へ通信ネットワークNTを介して渡す制御計画立案手段43と、要望情報Inf、目標温度To等の履歴を格納する履歴記憶手段44と、各利用者の個人属性情報のデータベース45と、個人属性データベース45から抽出された現在の全利用者の個人属性情報を格納する個人属性記憶手段46と、個人属性記憶手段46内の全利用者の個人属性情報に基づいて判断基準データベース42に登録してある判断基準の設定を行う基準値設定手段47とで構成される。
本実施形態のシステムに用いる空調設備装置1は、図2(a)に示すように冷凍機(冷却塔)或いはボイラからなる熱源(図示せず)から冷温水の形態で空調機器室100内に設置した空調機101と、空間A内に配設したダクト102と、吹出口104とからなる空調設備で構成され、空調機101内で空気の加熱、冷却(空気との熱交換)を行い、この熱交換された空気を、ダクト102を通じて環境制御対象のフロアたる空間Aに設けられた十数カ所の吹出口104から空間A内に給気するようになっている。還気については空間Aの中央通路より空調機器室100に向け破線で示す還気経路105を確保し、同時に外気を混合し、空気調和を実施する空調設備を用いている。この空調設備では、空調機101が給気温度を変更し、室内温度を制御するようになっている。
ここで本実施形態の温熱環境制御対象の空間Aは、例えばオフィスのフロアであり、この空間Aには図2(b)に示すように机106が多数配置され、これら各机が個人個人により使用されるようなっている。このような空間Aにおいて、温熱環境を享受する利用者使用の机上のパーソナルコンピュータたる入力装置3は、サーバ装置4内の図示しないWEBサーバにアクセスし、環境情報を入力するためのコンテンツを当該WEBサーバから取得することで、要望情報入力手段31を実現している。図示例では全ての入力装置3は通信ネットワークNTを介して、サーバ装置4との交信可能なシステムが構築されているものとし、サーバ装置4と入力装置3との間で、要望情報入力手段31を実現する一般的なブラウザソフトが稼動する。各入力装置3は、環境情報を入力する際に、対象となる空調設備装置1の空調番号(当該空調設備装置1の空調エリアを特定する番号)、およびユニークな識別情報(例えば、個人名もしくはメールアドレス等)が入力され、環境情報Infは、該ユニークな識別情報および空調番号とともにサーバ装置4に引き渡される。
サーバ装置4は本実施形態のシステムの中枢を構成するものであり、データ取得のタイミング等を有し、各入力装置3が起動して環境情報を入力するためのコンテンツが自動的に立ち上がると、この立ち上がりに対応して当該入力装置3に対して、必要なデータを提供する機能を備えている。
つまり環境情報を入力するためのコンテンツは入力装置3が起動すると自動的に立ち上がる設定となっており、立ち上がりと同時にサーバ装置4に対して入力装置3はアクセスを行い、自身の起動を示す信号(識別情報)を送るとともに、質問形式のフォーマットなど必要な情報をサーバ装置4側から取得する。なお、入力装置3が自身の起動を示す信号をサーバ装置4へ送信する構成は、上記構成に限定されるものではない。
そして、サーバ装置4の個人属性データベース45には、利用者の氏名、性別、年齢等によって構成される個人属性情報が各識別情報に対応して予め登録されており(すなわち、各入力装置3を利用する特定の利用者の個人属性情報が予め登録されている)、サーバ装置4は、入力装置3の起動を示す識別情報を受け取ると、個人属性データベース45からこの識別情報に対応する個人属性情報を抽出して個人属性記憶手段46に格納する。すなわち、個人属性記憶手段46には、現在起動している入力装置3の全利用者の個人属性情報が格納される。
図3は入力装置3の起動後のモニタ画面を示しており、当該入力装置3の利用者が現在の空間Aの温度に対する要望を示す要望情報Infを入力する画面であって、「温度を上げてほしい」、「温度を下げてほしい」という温度への相反する二つの要望を各々選択して入力する画面であって、該当する要望に対応するチェック欄C1,C2をマウス等のポインティングデバイスを用いてチェックし、送信釦B1をクリック操作することにより、その時点での特定の利用者の要望情報Infが自己の識別情報、空調番号とともにサーバ装置4へアップロードされる。また、この要望情報Infを入力する画面は、入力装置3の起動時だけでなく、利用者の操作またはサーバ装置4からの指示によって、任意のタイミングで入力装置3に当該画面を表示させることができる。
要望情報取得手段41は、利用者が使用する各自の入力装置3にインストールされたブラウザソフトを利用して、当該サーバ装置4側へ送信された要望情報Infを収集して、要望情報Infを履歴記憶手段44に書き込む処理を行う。利用者の入力装置3から通信ネットワークNTを通じて送信される要望情報Infについては、発信された入力装置3の識別情報から、どの利用者が、何時、空間Aのどの位置において発信したものかを、識別情報に対応付けて個人属性データベース45に格納している個人属性情報や、外部記憶装置に格納している入力装置3の配置情報に基づいて特定するようになっており、上述の要望情報Infと識別情報および空調情報とを対応付けて履歴記憶手段44に格納される。
このようにして入力装置3から収集された要望情報Infに対して、サーバ装置4の制御計画立案手段43は、履歴記憶手段44内に格納されている要望情報Infと、データベース42内に格納されている判断基準ルールとを読み出し、「温度を上げてほしい」、「温度を下げてほしい」という相反する二つの要望情報数の利用者総数に対する割合(要望率)を算出し、この要望率の割合を判断基準ルールに照らし合わせる合意形成ロジックによって目標温度Toを決定する。ここで、空調設備装置1は空間Aを冷房しており、「温度を上げてほしい」という要望は消費エネルギーを低減させる要望情報であり、「温度を下げてほしい」という要望は消費エネルギーを増加させる要望情報である。なお、利用者総数は、個人属性記憶手段46に格納されている個人属性情報の数によって求められる。
データベース42内に格納されている判断基準ルールは、図4に示すように、縦軸に「温度を上げてほしい」とする要望率を、横軸に「温度を下げてほしい」とする要望率をとり、両方の要望率100%の点を結ぶ線と、「温度を上げてほしい」が65%、「温度を下げてほしい」が35%の点から0点を結ぶ線と「温度を下げたい」が0%の縦軸とで囲まれた領域を目標温度上昇領域「▲」とし、両方の要望率100%の点を結ぶ線と、「温度を上げてほしい」が35%、「温度を下げてほしい」が65%の点から0点を結ぶ線と、「温度を上げてほしい」が0%の横軸とで囲まれた領域を目標温度下降領域「▼」とし、これら目標温度上昇領域「▲」と目標温度下降領域「▼」とで挟まる領域を目標温度維持領域「■」と設定している。但し申告が少ない場合にはその環境に対して利用者が不満を持っていないものとして利用者総数に対して「温度を下げてほしい」要望率が第1の基準値K1以下、「温度を上げてほしい」要望率が第2の基準値K2以下の領域も目標温度維持領域「■」と設定している。この判断基準ルールにおいて、第1の基準値K1、第2の基準値K2は、基準値設定手段47によって各々変動可能に設定される。
制御計画立案手段43は、上記判断基準ルールによる合意形成処理を行っており、具体的には図5のフローチャートに沿って処理を行う。まず、要望情報取得手段41は、各入力装置3からの要望情報Infを履歴記憶手段44に順次格納する(ステップS1)。
次に、基準値設定手段47は、個人属性記憶手段46に格納されている全利用者の個人属性情報の性別の属性に着目して、全利用者の男性と女性の各割合を算出し(ステップS2)、図4の判断基準ルールの第1の基準値K1、第2の基準値K2を、男性と女性の各割合に比例して設定する(ステップS3)。具体的には、男性の利用者が12人、女性の利用者が4人の場合、K1:K2は12:4となり、例えば第1の基準値K1=37%(利用者総数16人中、6人からの要望に相当)、第2の基準値K2=12%(利用者総数16人中、2人からの要望に相当)とする。このように、第1の基準値K1、第2の基準値K2の比を、男性と女性の各割合に比例して設定することで、一般に暑がりの傾向がある多数派の男性は、男性12人中の6人からの「温度を下げてほしい」要望によって目標温度Toを下げることができ、一般に寒がりの傾向がある少数派の女性は、女性4人中の2人からの「温度を下げてほしい」要望によって目標温度Toを下げることができ、少数派の女性の要望も、多数派の男性の要望と同様の採用率となる。したがって、少数派の女性は、自分が要望を申告すれば採用されるかもしれないと考えて、要望を申告することで、多数派の利用者と少数派の利用者の各要望が同じように実現可能となる。
なお、基準値設定手段47が第1の基準値K1、第2の基準値K2を設定する場合、第1の基準値K1および第2の基準値K2の両方を変動させる構成、または第2の基準値K2は変動させず、第1の基準値K1のみを変動させる構成、または第1の基準値K1は変動させず、第2の基準値K2のみを変動させる構成のいずれでもよい。
そして、制御計画立案手段43は、利用者毎に最新の要望情報Infを履歴記憶手段44から抽出して有効データとし(ステップS4)、これらの要望情報Infの有効データから要望率を算出して、上記図4の判断基準ルールの領域と要望率とに基づいた合意形成ロジックにより目標温度Toを決定する(ステップS5)。つまり、図4の判断基準ルールに上述の算出した要望率をプロットし、そのプロットする位置が■の範囲の場合には現在の目標温度Toを維持し、▼の場合には、現在の目標温度Toから所定値(例えばΔt=0.5℃)下げた温度を新たな目標温度Toとし、▲の範囲内にあれば、現在の目標温度Toから所定値(例えばΔt=0.5℃)上げた温度を新たな目標温度Toとする(ステップS6)。
次に、この目標温度Toが制御範囲の下限値と上限値の間にあるか否かをチェックし(ステップS7)、このチェックで範囲内であれば、当該目標温度Toを新しい目標温度Toとして決定する。一方、上限値を越えるか或いは下限値を下回る場合には、上限値或いは下限値を目標温度Toとして決定する(ステップS8)。
この目標温度Toの決定後(ステップS9)、制御計画立案手段43は、空調の制御内容を入力装置3で表示するためのフィードバック情報を更新し(ステップS10)、この後、決定した目標温度Toの情報を、履歴記憶手段44に格納するとともに空調制御装置2へ送信して、空調制御装置2に新しい目標温度Toを設定する処理を行い(ステップS11)、この処理後ステップS1に戻って以後システムの運転が停止されるまで、上述の動作を繰り返す。
空調制御装置2は、空間A内の温度を測定する室温センサ2aを備えており、室温センサ2aが計測した温度計測データが、上記決定された目標温度Toに一致するように空調設備装置1を制御する。なお、上記ステップS10で生成したフィードバック情報は、入力装置3からの要求によって入力装置3へ引き渡され、利用者は、入力装置3に表示された空調の制御内容を確認することができる。
このように、合意形成ロジックによって利用者の要望に基づく目標温度Toを設定して快適性を維持しながら、合意形成ロジックに用いる第1,第2の基準値K1,K2を利用者の属性の割合に応じて変動可能に各々設定することで、属性によって温度に対する感じ方が異なる場合でも、少数派の属性を有する利用者の要望が採用され難くなるということがなく、多数派の利用者と少数派の利用者の各要望が同じように実現可能となる。そして、全利用者の男性と女性の比率が変動した場合には、上記第1,第2の基準値K1,K2も変動して、常に適切に設定される。
(実施形態2)
図6は、実施形態1と同様に空間Aに設置される空調設備装置1及び空調制御装置2と、複数の入力装置3と、サーバ装置4とで構成され、サーバ装置4は、要望情報取得手段41と、判断基準のデータベース42と、制御計画立案手段43と、履歴記憶手段44と、目標温度Toに基づいて判断基準データベース42に登録してある判断基準の設定を行う基準値設定手段48とを備える。なお、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
本実施形態の基準値設定手段48は、制御計画立案手段43が決定した目標温度Toに基づいて、図4の判断基準ルールの第1,第2の基準値K1,K2の比を変動可能に設定する。具体的には、冷房時に、冷え過ぎからの女性保護、省エネルギー化を考慮すると、第1の基準値K1は、図7(a)に示すように、現在の目標温度Toが27℃以下であれば上限値であり、設定温度Toが27℃以上であれば上限値から減少する直線または曲線上の値となる。したがって、目標温度Toが27℃以下のときは、「温度を下げてほしい」という要望が採用され難くなり、冷え過ぎからの女性保護、省エネルギー化が可能になる。
また、冷房時に、冷え過ぎからの女性保護のみを考慮すると、図7(b)に示すように、第1の基準値K1は、現在の目標温度Toが24℃以下であれば上限値であり、設定温度Toが24℃以上であれば上限値から減少する直線または曲線上の値となる。したがって、目標温度Toが24℃以下のときは、「温度を下げてほしい」という要望が採用され難くなり、冷え過ぎからの女性保護が可能になる。
なお、図7中の上限値(1%〜100%)、上限値から減少を開始する目標温度Toは、システムの特性に合わせて任意に設定できる。
このように、合意形成ロジックによって利用者の要望に基づく目標温度Toを設定して快適性を維持しながら、合意形成ロジックに用いる第1,第2の基準値K1,K2を目標温度Toに応じて変動可能に各々設定することで、目標温度Toが一定温度以下の場合は、多数派の男性の「温度を下げてほしい」という要望が採用され難くなり、利用者の性別によって温度に対する感じ方が異なる場合でも、少数派の属性を有する女性の「温度を上げてほしい」という要望が採用され難くなるということがなく、多数派の利用者と少数派の利用者の各要望が同じように実現可能となる。
また、暖房時に省エネルギーを考慮すると、第2の基準値K2は、図7(c)に示すように、現在の目標温度Toが20℃以上であれば上限値であり、設定温度Toが20℃以下であれば上限値から減少する直線または曲線上の値となる。したがって、目標温度Toが20℃以上のときは、「温度を上げてほしい」という要望が採用され難くなり、省エネルギーが可能になる。
なお、上記実施形態では、空調設備装置1が空間Aを冷房している場合について主に例示しているが、空調設備装置1が空間Aを暖房する場合は、「温度を上げてほしい」という要望が消費エネルギーを増加させる要望情報となり、「温度を下げてほしい」という要望が消費エネルギーを低減させる要望情報となり、冷房時と同様に処理できる。
実施形態1の空調制御システムの構成を示す図である。 同上の空調制御対象の空間を示す図であって、(a)は空間における空調設備の配置例図、(b)は空間における入力装置及びサーバ装置の配置例図である。 同上の入力装置のモニタ画面を示す図である。 同上の判断基準ルールを示す図である。 同上の空調制御処理のフローチャートを示す図である。 実施形態2の空調制御システムの構成を示す図である。 (a)〜(c)同上の基準値の設定処理を示す図である。
符号の説明
1 空調設備装置
2 空調制御装置
3 入力装置
4 サーバ装置
41 要望情報取得手段
43 制御計画立案手段
46 個人属性記憶手段
47 基準値設定手段
A 空間
NT 通信ネットワーク

Claims (4)

  1. 空調対象の空間の温度を変動させる空調設備装置と、目標温度に基づいて空調設備装置の動作を制御する空調制御装置と、空調制御装置に目標温度を設定する中央制御装置と、前記空間に存在する利用者から空間の温度に対する相反する二つの要望を入力する入力装置と、全利用者の個人属性情報を格納した個人属性記憶手段とを備え、
    中央制御装置は、入力装置から利用者の相反する二つの要望を取得する要望情報取得手段と、一方の要望情報の率と第1の基準値とを比較することで一方の方向へ目標温度を変化させ、他方の要望情報の率と第2の基準値とを比較することで他方の方向へ目標温度を変化させる制御計画立案手段と、全利用者の個人属性情報における同一属性の割合に応じて、第1,第2の基準値を変動可能に各々設定する基準値設定手段とを備える
    ことを特徴とする空調制御システム。
  2. 前記個人属性情報は性別であり、前記基準値設定手段は、全利用者の男性と女性の割合に応じて、第1,第2の基準値を変動可能に各々設定することを特徴とする請求項1記載の空調制御システム。
  3. 前記制御計画立案手段は、消費エネルギーを増加させる要望情報の率と第1の基準値とを比較することで消費エネルギーを増加させる方向へ目標温度を変化させ、消費エネルギーを低減させる要望情報の率と第2の基準値とを比較することで消費エネルギーを低減させる方向へ目標温度を変化させることを特徴とする請求項1または2記載の空調制御システム。
  4. 第1,第2の基準値は互いに異なる値であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の空調制御システム。
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