JP5058245B2 - 空気調和システム - Google Patents

Description

本発明は、オフィスビル、ホテル、病院、住居などの各種建物の換気量を在室人数に応じて制御する空気調和システムに関するものである。

ビル等における換気は、外気を室内に給気し、室内空気を外へ排気することで空気の清浄、廃熱、酸素の供給を目的としている。住宅等の居室では、１時間当たり０．５回以上の換気量（換気回数ｎｋ＝０．５回／ｈ）が義務付けられている。一方、オフィスビルなど非居住建物の室内では、１人当たりの換気量２０ｍ³ ／ｈと換気回数ｎｋ＝０．３〜０．７回／ｈを確保する換気設備の設置が義務付けられている。また、室内のＣＯ₂ 濃度が１０００ｐｐｍ以下という数値が空気質の指標になっている。従来、オフィスビルなどの換気量は最大収容人員で決定しているが、実際の在室人数は最大収容人員より少ない場合が多く、過剰換気によって熱負荷が増加し冷暖房機の消費電力量を増加させていた。冷房では室内の空気エンタルピよりも外気エンタルピが高い場合に冷房負荷の増大が生じ、暖房では室温より外気温が低い場合に暖房負荷の増大が生じる。

過剰な換気を抑制する対策として、ＣＯ₂ センサーを建物内に設置してＣＯ₂ 濃度が規定以下になるよう換気量を制御する方法と、在室人数を検知して換気量を制御する方法がある。在室人数の検知による換気法としては、ＩＤカードにて在室人数を把握するもの（例えば、特許文献１参照）、居室の出入口に赤外線の投光器と受光器を設置して通過人数をカウントするもの（例えば、特許文献２参照）、エレベータの昇降人数から在室人数を演算するもの（例えば、特許文献３参照）、焦電型赤外線センサーの積算パルス数で店舗内の人数を演算するもの（例えば、特許文献４参照）、赤外線センサーの誘起電圧から人数を検知する換気装置（例えば、特許文献５，６参照）がある。

特開昭６２−３３２４４号公報（第３，４頁、第４図） 特開昭６３−２４２２９号公報（特許請求の範囲、第１図） 特開平９−２６９２６２号公報（第４，５頁、図１） 特開２００１−１４１２８１号公報（第６頁、図１） 特開２００７−１２７３３８号公報（第８頁、図１） 特開２００７−２０５６２５号公報（第１１，１２頁、図１）

しかし、前述した従来の空気調和システムの場合、ＣＯ₂ センサーは高価なため室内ごとに多数設置できないという課題があり、ＩＤカードによる管理は複数の扉に設備を整えるには費用がかかる上に、不特定多数の人々が使う建物には不向きという課題がある。また、赤外線センサーによる人検知は誤検知しやすいという課題があった。これらのような換気制御を導入した際に省エネ効果が明確でないという課題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、過剰な換気を抑制して換気装置および冷暖房装置の消費電力量を削減する空気調和システムを提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和システムは、建物の空調エリア内を換気する換気装置と、空調エリア内の温度調節をする冷暖房機と、換気装置および冷暖房機を除く空調エリア内で使用される電気機器の総消費電力を測定する電力計と、電力計により測定された空調エリア内の総消費電力と過去数日間の最大消費電力との比率を算出し、かつその比率と換気装置の最大風量とに応じて空調エリア内の必要換気量を演算し、その必要換気量に基づいて換気装置の風量を設定する制御手段と、制御手段により設定された風量が得られるように換気装置を制御する換気制御手段とを備えたものである。

本発明においては、電力計により測定された空調エリア内の総消費電力と過去数日間の最大消費電力との比率を算出し、かつその比率と換気装置の最大風量とに応じて空調エリア内の必要換気量を演算し、その必要換気量に基づいて換気装置の風量を設定するようにしている。このように、電力使用比率に応じて必要換気量を求めることで、例えばパソコンが数多く並ぶようなオフィス以外でも様々な室内環境に対応でき、省エネと快適性を向上できる。１個の電力計で複数の居室や様々な機器の電力を測定できるため設置が容易でコストを抑えられる。従来の制御と本実施の形態での制御の電力測定値を比較することで省エネの効果の検証も可能になる。また、電力計はテナント毎の課金にも利用でき設備費用を抑えることができる。

実施の形態１に係る空気調和システムの概略構成を示す模式図である。 実施の形態１に係る空気調和システムの電源配線図である。 実施の形態１の空気調和システムにおける演算装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２の空気調和システムにおける演算装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る空気調和システムの概略構成を示す平面図である。 実施の形態３の空気調和システムにおける演算装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態５に係る空気調和システムの概略構成を示す模式図である。 実施の形態６に係る空気調和システムの概略構成を示す模式図である。 実施の形態７に係る空気調和システムの概略構成を示す模式図である。 実施の形態８の空気調和システムにおける演算装置の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る空気調和システムの概略構成を示す模式図である。
図１において、オフィスビルなど建物内の空調エリア１０１には、天井に照明器具１０が配置され、床上に並べられた机７の上のパソコン１２に向かって在室者８が作業を行っている。天井裏１０２には換気装置１と冷暖房用の室内機２が配置され、建物の屋上１０４には冷暖房用の室外機３が設置されて空調エリア１０１内の温度調節や換気が行われている。室内機２と室外機３は冷媒配管５０を介して接続され、換気装置１、室内機２および室外機３は、空調システム伝送線５１を介して空調コントローラー４と接続されている。換気装置１は、空調コントローラー４からの運転指令信号が入力されたときに、予め設定された機種情報を空調コントローラー４を介して演算装置９に出力するように構成されている。

空調コントローラー４は、室内の壁や柱に取り付けられ、ＬＡＮケーブルなどの通信線５２を介してパソコン１２やハブ（ルーター）５と接続されている。空調コントローラー４には、換気装置１と室内機２の運転／停止や風量調節などを操作する操作ボタンが設けられ、後述する制御手段により設定された風量が得られるように換気装置１を制御する換気制御手段が備えられている。ハブ（ルーター）５、ハブ５に接続された電力計６および演算装置９は、建物の電気設備を収納するＥＰＳ（ELECTRIC PIPE SHAFT ）１０３に設置されている。そのＥＰＳ１０３には、後述する分電盤１３も設置されている。なお、電力計６を分電盤１３に収納してもよい。演算装置９には、予め換気装置１の機種情報に対応して風量強のＱHIGH（ｍ³ ／ｈ）、風量弱のＱLOW（ｍ³ ／ｈ） が設定されている。なお、換気装置１は換気ダクト１１（給気ダクトや排気ダクト）の設計によって機外静圧が異なり風量も変わるため、予め演算装置９に設計時の風量情報を入力してもよい。その場合、換気装置１は、運転を開始した際にその機種情報と風量情報あるいは機外静圧を演算装置９に出力する。演算装置９はパソコン１２を使ってもよく、その場合はパソコン１２とハブ５を通信線５２で接続して使用する。

図２は実施の形態１に係る空気調和システムの電源配線図である。
前述した分電盤１３は、ＥＰＳ１０３内に引き込まれた電源幹線５３と接続された主ブレーカーおよび主ブレーカーから分岐された複数の分岐用ブレーカーを備えている。換気装置１、室内機２、空調コントローラー４、照明器具１０、コンセント１４の各電気機器は、それぞれ電源線５４を介して分電盤１３の分岐用ブレーカーと接続されている。電力計６は、電源幹線５３および各負荷の電源線５４と接続され、電源幹線５３を介して電気機器の合計の消費電力を計測し、電源線５４を介して各回路の電気機器の消費電力を計測する。

次に、制御手段を備えた演算装置における室内の在室人数の算出および人数から必要換気量の算出について説明する。
換気装置１、室内機２、空調コントローラー４、照明器具１０、コンセント１４は、分電盤１３から給電され、ＯＡ機器のパソコン１２はコンセント１４を介して給電される。電力計６は、各負荷の瞬時電力や積算の消費電力を測定する。オフィスビルのように多数の在室者８がパソコン１２を使用する環境では、コンセント１４の電力Ｐｏがパソコン１２の使用台数に比例する。電源の入っているパソコン１２の台数と在室者８の人数は同程度と考えられるため、コンセント１４の消費電力Ｐｏをパソコン１２の１台当たりの消費電力Ｐｐ（ディスプレイ含む）で除算して在室人数Ｎを算出する（式１）。なお、パソコン１２がデスクトップ型の場合は本体が約７０Ｗでディスプレイが約３０Ｗと見積もり、１台当たりの消費電力Ｐｐを１００Ｗとする。
Ｎ＝Ｐｏ／Ｐｐ …（式１）
Ｎ：在室人数
Ｐｏ：コンセント１４の消費電力
Ｐｐ：パソコン１２の１台当たりの平均的な消費電力

必要換気量Ｑは、下記の式２に示すように、在室人数Ｎと１人当たりの必要換気量Ｑ１（通常２０ｍ³ ／ｈ）の乗算で求める。
Ｑ＝Ｎ×Ｑ１ …（式２）
Ｑ：必要換気量
Ｎ：在室人数
Ｑ１：１人当たりの必要換気量

演算装置９は、必要換気量Ｑを算出した際、予め換気装置１の機種情報に対応して設定された風量弱のＱLOW と比較し、その結果に基づいて風量弱のＱLOW あるいは風量強のＱHIGH（ｍ³ ／ｈ）を空調コントローラー４に設定する。空調コントローラー４は、設定された風量が得られるように換気装置１を制御する。

次に、演算装置による換気装置の風量制御について図３のフローチャートを用いて説明する。
図３は実施の形態１の空気調和システムにおける演算装置の動作を示すフローチャートである。
空調コントローラー４は、運転のボタン操作を検知すると換気装置１に運転指令信号を出力し、換気装置１は、運転指令信号の入力を検知したときに運転を開始し、予め設定された自己の機種情報を空調コントローラー４を介して演算装置９に出力する。演算装置９は、機種情報の入力を検知すると、換気装置１が運転を開始したと判定して、その機種情報に対応して設定された風量強のＱHIGH、風力弱のＱLOW をそれぞれ取得し（ステップ１）、次いで、コンセント１４の消費電力Ｐｏを電力計６から取得する（ステップ２）。その後、演算装置９は、コンセント１４の消費電力Ｐｏをパソコン１２の１台当たりの消費電力Ｐｐで除算して在室人数Ｎを算出し（ステップ３）、次いで、その在室人数Ｎに１人当たりの必要換気量Ｑ１を乗算して空調エリア１０１の必要換気量Ｑを算出する（ステップ４）。

そして、演算装置９は、必要換気量Ｑと先に取得した風量弱のＱLOW とを比較する（ステップ５）。演算装置９は、必要換気量ＱがＱLOW より少ないと判定したときには、風量弱のＱLOW を空調コントローラー４に設定する（ステップ６）。また、演算装置９は、必要換気量ＱがＱLOW より多いと判定したときには、先に取得した風量強のＱHIGHを空調コントローラー４に設定する（ステップ７）。一方、空調コントローラー４は、演算装置９によって設定されたＱLOW あるいはＱHIGHの風量となるように換気装置１の運転を制御する。その後、演算装置９は、中断指示があったかどうか、即ち換気装置１の停止指令信号が空調コントローラー４から出されたかどうかを判定し（ステップ８）、その指示がないときには前述した動作を繰り返し（ステップ２〜８）、中断指示（停止指令信号）を検知したときには一連の動作を終了する。

以上のように実施の形態１においては、コンセント１４の消費電力Ｐｏをパソコン１２の１台当たりの消費電力Ｐｐで除算して在室人数Ｎを算出し、その在室人数Ｎに１人当たりの必要換気量Ｑ１を乗算して必要換気量Ｑを算出する。そして、その必要換気量ＱがＱLOW より少ないと判定したときには、その風量弱のＱLOW が得られるように換気装置１を制御し、また、必要換気量ＱがＱLOW より多いと判定したときには先に取得した風力強のＱHIGHが得られるように換気装置１を制御する。これにより、過剰な換気を抑制して空調機器の消費電力量を削減できる。１個の電力計９で複数の機器の電力を測定できるため、電力計９の設置が容易でコストを抑えられる。また、電力計９をテナント毎の課金にも利用できるため、設備費用を抑えることができる。

さらに、従来制御の場合と在室人数Ｎから換気量を制御した場合において、空調エリア１０１に設置された各電気機器の消費電力を電力計６で測定し、測定データを演算装置９かパソコン１２に保存して双方の電力を比較することで、制御変更による省エネの効果を表示させることも可能である。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１の空気調和システムにおいて、空調エリア１０１の容積Ｖに応じて定められる下限の必要換気量を換気装置１の制御に取り入れたものである。オフィスビルの室内では、在室者１人あたりの換気量２０ｍ³ ／ｈの他に換気回数ｎｋ（０．３回／ｈ）を確保することが義務付けられているため、空調エリア１０１の容積Ｖに応じて下限の必要換気量を算出し、在室人数から得られる必要換気量と比較するようにしている。その演算と比較は演算装置９によって行われる。演算装置９には、予め換気回数ｎｋと空調エリア１０１の容積Ｖとがデータとして設定されている。

次に、演算装置による換気装置の風量制御について図４のフローチャートを用いて説明する。
図４は実施の形態２の空気調和システムにおける演算装置の動作を示すフローチャートである。なお、空気調和システムの構成は、実施の形態１と同様である。
空調コントローラー４は、運転のボタン操作を検知すると換気装置１に運転指令信号を出力し、換気装置１は、運転指令信号の入力を検知したときに運転を開始し、予め設定された自己の機種情報を空調コントローラー４を介して演算装置９に出力する。演算装置９は、機種情報の入力を検知すると、その機種情報に対応して設定された風量強のＱHIGH、風力弱のＱLOW をそれぞれ取得すると共に、予め設定された空調エリア１０１の容積Ｖを取得する（ステップ２１，２２）。

その後、演算装置９は、コンセント１４の消費電力Ｐｏを電力計６から取得し（ステップ２３）、次いで、コンセント１４の消費電力Ｐｏをパソコン１２の１台当たりの消費電力Ｐｐで除算して在室人数Ｎを算出する（ステップ２４）。そして、演算装置９は、その在室人数Ｎに１人当たりの必要換気量Ｑ１を乗算して空調エリア１０１の必要換気量Ｑ_i を算出し（ステップ２５）、さらに、先に取得した容積Ｖに予め設定された換気回数ｎｋを乗算して空調エリア１０１における下限の必要換気量Ｑ_iiを算出する（ステップ２６）。

演算装置９は、必要換気量Ｑ_i 、Ｑ_iiの算出が終了すると、在室人数Ｎから得た必要換気量Ｑ_i ＝Ｎ・Ｑ１と容積Ｖから得た必要換気量Ｑ_ii＝ｎｋ・Ｖとを比較する（ステップ２７）。演算装置９は、Ｎ・Ｑ１の方が多いと判定したときには、Ｑ_i をＱとしてその必要換気量Ｑ（Ｎ・Ｑ１）と先に取得した風量弱のＱLOW とを比較する（ステップ２８，３０）。演算装置９は、必要換気量Ｑ＝Ｎ・Ｑ１がＱLOW より少ないと判定したときには、風量弱のＱLOW を空調コントローラー４に設定して換気装置１を制御させる（ステップ３１）。また、演算装置９は、必要換気量Ｑ＝Ｎ・Ｑ１がＱLOW より多いと判定したときには、先に取得した風量強のＱHIGHを空調コントローラー４に設定して換気装置１を制御させる（ステップ３２）。

また、演算装置９は、ステップ２７において、容積Ｖから得た必要換気量Ｑ_ii＝ｎｋ・Ｖの方が多いと判定したときには、Ｑ_iiをＱとしてその必要換気量Ｑ（ｎｋ・Ｖ）と先に取得した風量弱のＱLOW とを比較する（ステップ２９，３０）。演算装置９は、必要換気量Ｑ＝ｎｋ・ＶがＱLOW より少ないと判定したときには、風量弱のＱLOW を空調コントローラー４に設定する（ステップ３１）。また、演算装置９は、必要換気量Ｑ＝ｎｋ・ＶがＱLOW より多いと判定したときには、先に取得した風量強のＱHIGHを空調コントローラー４に設定する（ステップ３２）。一方、空調コントローラー４は、演算装置９によって設定された風量弱のＱLOW あるいは風量強のＱHIGHとなるように換気装置１を制御する。その後、演算装置９は、空調コントローラー４から中断指示（停止指令信号）が出されたかどうかを判定し（ステップ３３）、その指示がないときには前述した動作を繰り返し（ステップ２３〜３３）、中断指示を検知したときには一連の動作を終了する。

以上のように実施の形態２においては、在室人数Ｎから得た必要換気量Ｎ・Ｑ１より容積Ｖから得た必要換気量ｎｋ・Ｖの方が多い場合、その必要換気量ｎｋ・Ｖと風量弱のＱLOW とを比較し、その結果に基づいて換気装置１を制御するようにしている。これにより、在室人数Ｎが少ない室内においても適切な風量で換気装置１を制御し快適性と省エネが両立できる。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、１台の換気装置１で空調エリア１０１の換気を行う例を示したが、実施の形態３は、複数台の換気装置で空調エリアの換気を行うようにしたものである。
図５は実施の形態３に係る空気調和システムの概略構成を示す平面図である。なお、実施の形態１，２と同様な部分には同じ符号を付している。
図５において、空調エリア１０１の天井裏１０２には換気装置１と冷暖房用の室内機２が設置され、空調エリア１０１ａの天井裏には、例えば２台の換気装置１ａ、１ｂと６台の冷暖房用の室内機２ａ〜２ｆが配置されている。室内機２ａ〜２ｆの室外機は屋上に設置されている（図示せず）。

換気装置１，１ａ、１ｂ、冷暖房用の室内機２と室外機、冷暖房用の室内機２ａ〜２ｆと室外機は、それぞれ空調システム伝送線５１を介して空調コントローラー４と接続されている。空調コントローラー４は、前述した各電気機器の運転／停止や風量調節などを操作する操作ボタンが設けられている。空調エリア１０１ａには、空調エリア１０１と同様にコンセント１４、照明器具１０、机７、パソコン１２などが備えられている（図示せず）。空調エリア１０１ａに設けられた換気装置１ａ、１ｂ、冷暖房用の室内機２ａ〜２ｆ、コンセント１４、照明器具１２およびパソコン１２は、それぞれ電源線５４を介してＥＰＳ１０３内の分電盤１３と接続されている。

次に、演算装置による換気装置の風量制御について図６のフローチャートを用いて説明する。なお、空調コントローラー４にて換気装置１をグループＡ、換気装置１ａ、１ｂをグループＢと設定する。換気装置が１台であるグループＡに関しては実施の形態１，２と同様なので、換気装置が２台であるグループＢについて説明する。
図６は実施の形態３の空気調和システムにおける演算装置の動作を示すフローチャートである。

空調コントローラー４は、運転のボタン操作を検知するとそのボタン操作からグループを判別する。この場合、グループＢであるため、空調コントローラー４は、判別したグループＢである旨の情報を演算装置９に出力すると共に、グループＢの換気装置１ａ、１ｂに運転指令信号を出力する。換気装置１ａ、１ｂは、運転指令信号の入力を検知したときに運転を開始し、予め設定された自己の機種情報を空調コントローラー４を介して演算装置９に出力する。一方、演算装置９は、空調コントローラー４により判別されたグループＢを取得し、グループＢの換気装置１ａ、１ｂを認識する（ステップ４１）。

演算装置９は、認識した換気装置１ａ、１ｂからの機種情報の入力を検知すると、それぞれの機種情報に対応して設定された風量強のＱHIGH_1a、ＱHIGH_1bおよび風力弱のＱLOW_1a 、ＱLOW_1b をそれぞれ取得する（ステップ４２）。そして、演算装置９は、予め設定された空調エリア１０１ａの容積Ｖ_B を取得し（ステップ４３）、パソコン１２が接続されたコンセント１４の消費電力Ｐｏ_B を電力計６から取得する（ステップ４４）。次に、演算装置９は、コンセント１４の消費電力Ｐｏ_B をパソコン１２の１台当たりの消費電力Ｐｐで除算して在室人数Ｎ_B を算出する（ステップ４５）。そして、演算装置９は、その在室人数Ｎ_B に１人当たりの必要換気量Ｑ１を乗算して空調エリア１０１ａの必要換気量Ｑ_Biを算出し（ステップ４６）、さらに、先に取得した容積Ｖ_B に予め設定された換気回数ｎｋを乗算して空調エリア１０１ａにおける下限の必要換気量Ｑ_Bii を算出する（ステップ４７）。

演算装置９は、必要換気量Ｑ_Bi、Ｑ_Bii の算出が終了すると、在室人数Ｎ_B から得た必要換気量Ｑ_Bi＝Ｎ_B ・Ｑ１と容積Ｖ_B から得た必要換気量Ｑ_Bii ＝ｎｋ・Ｖ_B とを比較する（ステップ４８）。演算装置９は、Ｎ_B ・Ｑ１の方が多いと判定したときには、Ｑ_BiをＱ_B としてその必要換気量Ｑ_B （Ｎ_B ・Ｑ１）と先に取得した換気装置１ａ、１ｂの風量弱の合計（ＱLOW_1a ＋ＱLOW_1b ）とを比較する（ステップ４９，５１）。演算装置９は、必要換気量Ｑ_B ＝Ｎ_B ・Ｑ１が風量弱の合計（ＱLOW_1a ＋ＱLOW_1b ）より少ないと判定したときには、換気装置１ａに対する風量弱のＱLOW_1a および換気装置１ｂに対する風量弱のＱLOW_1b を空調コントローラー４に設定する（ステップ５３，５４）。一方、空調コントローラー４は、換気装置１ａの風量がＱLOW_1a となるように、また、換気装置１ｂの風量がＱLOW_1b となるように各換気装置１ａ、１ｂを制御する。

また、演算装置９は、ステップ５１において在室人数Ｎ_B から得た必要換気量Ｑ_B＝Ｎ_B ・Ｑ１が風量弱の合計（ＱLOW_1a ＋ＱLOW_1b）より多いと判定したときには、その必要換気量Ｑ_B ＝Ｎ_B ・Ｑ１と先に取得した風量強および風量弱の合計（ＱHIGH_1a＋ＱLOW_1b ）とを比較する（ステップ５２）。演算装置９は、必要換気量Ｑ_B ＝Ｎ_B・Ｑ１ が前述の合計風量（ＱHIGH_1a ＋ＱLOW_1b）より少ないと判定したときには、換気装置１ａに対する風量強のＱHIGH_1aおよび換気装置１ｂに対する風量弱のＱLOW_1b を空調コントローラー４に設定する（ステップ５５，５６）。この時、空調コントローラー４は、換気装置１ａの風量がＱHIGH_1aとなるように、また、換気装置１ｂの風量がＱLOW_1b となるように各換気装置１ａ、１ｂを制御する。演算装置９は、必要換気量Ｑ_B ＝Ｎ_B ・Ｑ１が前述の合計風量（ＱHIGH_1a＋ＱLOW_1b ）より多いと判定したときには、換気装置１ａに対する風量強のＱHIGH_1aおよび換気装置１ｂに対する風量強のＱHIGH_1bを空調コントローラー４に設定する（ステップ５７，５８）。この時、空調コントローラー４は、換気装置１ａの風量がＱHIGH_1aとなるように、また、換気装置１ｂの風量がＱHIGH_1bとなるように各換気装置１ａ、１ｂを制御する。

演算装置９は、ステップ４８において容積Ｖ_B から得た必要換気量Ｑ_Bii ＝ｎｋ・Ｖ_B の方が多いと判定したときには、Ｑ_Bii をＱ_B としてその必要換気量Ｑ_B （ｎｋ・Ｖ_B ）と先に取得した換気装置１ａ、１ｂの風量弱の合計風量（ＱLOW_1a ＋ＱLOW_1b ）とを比較する（ステップ５０，５１）。演算装置９は、必要換気量Ｑ_B ＝ｎｋ・Ｖ_B が風量弱の合計風量（ＱLOW_1a ＋ＱLOW_1b ）より少ないと判定したときには、前記と同様に換気装置１ａ、１ｂの風量がＱLOW_1a 、ＱLOW_1b となるように空調コントローラー４に設定する（ステップ５３，５４）。

また、演算装置９は、ステップ５１において容積Ｖ_B から得た必要換気量Ｑ_B ＝ｎｋ・Ｖ_B が風量弱の合計風量（ＱLOW_1a ＋ＱLOW_1b ）より多いと判定したときには、その必要換気量Ｑ_B ＝ｎｋ・Ｖ_B と先に取得した風量強および風量弱の合計風量（ＱHIGH_1a＋ＱLOW_1b ）とを比較する（ステップ５２）。演算装置９は、必要換気量Ｑ_B ＝ｎｋ・Ｖ_B が前述の合計風量（ＱHIGH_1a＋ＱLOW_1b ）より少ないと判定したときには、換気装置１ａの風量がＱHIGH_1aとなるように、また、換気装置１ｂの風量がＱLOW_1b となるように空調コントローラー４に設定する（ステップ５５，５６）。

また、演算装置９は、必要換気量Ｑ_B ＝ｎｋ・Ｖ_B が前述の換気量の合計（ＱHIGH_1a＋ＱLOW_1b ）より多いと判定したときには、換気装置１ａ、１ｂの風量が換気量ＱHIGH_1a 、ＱHIGH_1bとなるように空調コントローラー４に設定する（ステップ５７，５８）。その後、演算装置９は、空調コントローラー４から中断指示（停止指令信号）が出されたかどうかを判定し（ステップ５９）、その指示がないときには前述した動作を繰り返し（ステップ４４〜５９）、中断指示を検知したときには一連の動作を終了する。
なお、風量設定の組み合わせは、前述した組み合わせに限らず、必要換気量Ｑ_B より多い風量で出来るだけ必要換気量Ｑ_B に近い風量設定を選択すればよい。

以上のように実施の形態３においては、複数の空調エリア１０１，１０１ａでも電力計６から各エリアの電力（パソコン１２の消費電力）を測定することでエリア別に換気の個別自動制御ができ快適性と省エネが両立できる。また、１つの空調エリア１０１ａ内に換気装置１ａ、１ｂが複数設置されていても合計換気量が必要量を満たすように適正な制御ができるため省エネになる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３では式１、式２から必要換気量を算出するようにしたが、実施の形態４は、電力の使用比率によって必要換気量を算出するようにしたものである。なお、実施の形態４における空気調和システムの構成は、図１、図２で説明した実施の形態１と同様である。
コンセント１４の消費電力Ｐｏを過去数日間の最大電力Ｐｏ_max と比較し、消費電力Ｐｏが最大電力Ｐｏ_max より大きい場合は、消費電力Ｐｏを最大電力Ｐｏ_max と設定する。最大電力Ｐｏ_max を１００（％）として現在の電力使用比率（％）が在室人数の割合と同等と考え、必要換気量Ｑを式３のように表す。
Ｑ＝（Ｐｏ／Ｐｏ_max ）×ＱHIGH …（式３）
Ｐｏ：コンセント１４の消費電力
Ｐｏ_max ：過去数日間のコンセント１４の最大消費電力
ＱHIGH：換気装置の合計最大換気量

また、電力はコンセント１４の消費電力Ｐｏに限らず、照明器具１０の消費電力Ｐｌや、空調エリア１０１の全消費電力Ｐを用いてもよい（式４、式５）。
Ｑ＝（Ｐｌ／Ｐｌ_max ）×ＱHIGH …（式４）
Ｐｌ：照明器具１０の消費電力
Ｐｌ_max ：過去数日間の最大照明電力
ＱHIGH：換気装置の合計最大換気量
Ｑ＝（Ｐ／Ｐ_max ）×ＱHIGH …（式５）
Ｐ：エリア１０１の全消費電力
Ｐ_max ：過去数日間の最大電力
ＱHIGH：換気装置の合計最大換気量

従来制御の場合と電力使用比率に応じて換気量制御した場合において、空調エリア１０１に設置された各機器の消費電力を電力計６で測定し、そのデータを演算装置９かパソコン１２に保存して双方の電力を比較することで、制御変更による省エネの効果を表示させることも可能である。

以上のように実施の形態４においては、電力使用比率に応じて必要換気量Ｑを求めることで、パソコンが数多く並ぶようなオフィス以外でも様々な室内環境に対応でき、省エネと快適性を向上できる。１個の電力計６で複数の居室や様々な機器の電力を測定できるため設置が容易でコストを抑えられる。従来の制御と本実施の形態での制御の電力測定値を比較することで省エネの効果の検証も可能になる。また、電力計６はテナント毎の課金にも利用でき設備費用を抑えることができる。

実施の形態５．
実施の形態１〜４では、電力計６により測定された電気機器の消費電力から必要換気量を算出するようにしたが、実施の形態５は、パソコン１２の稼働状況をネットワーク越しに監視するようにしたものである。
図７は実施の形態５に係る空気調和システムの概略構成を示す模式図である。なお、図１、図２および図５で説明した実施の形態１，２と同様の部分には同じ符号を付している。
図７において、パソコン１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、全てＬＡＮケーブルなどの通信線５２を介してハブ（ルーター）５と接続されている。パソコン１２ａは、換気装置１の運転／停止や風量調節などの設定を空調コントローラー４に指令を出し、実施の形態１，３での演算装置９の機能を有している。パソコン１２ａは、ＬＡＮ内のパソコン１２ｂ、１２ｃの状態を監視し、電源が入っているパソコンの台数Ｎｐをカウントする。電源の入っているパソコンの台数Ｎｐと在室人数Ｎが同等と仮定して必要換気量Ｑを下記に示す式６を用いて算出する。パソコン１２ｂ、１２ｃは、例えば電源が入ったときその旨の情報をパソコン１２ａに送信するようになっている。
Ｑ＝Ｎｐ×Ｑ１ …（式６）
Ｑ：必要換気量
Ｎｐ：電源ＯＮのパソコン台数
Ｑ１：１人当たりの必要換気量（約２０ｍ³ ／ｈ）

パソコン１２ａによる換気装置１の換気量設定（風量強・弱など）は、実施の形態１〜３と同様で、必要換気量Ｑを満たすように風量設定を決定して空調コントローラー４へ風量設定の指令を送信する。空調コントローラー４は、その指令を受信したときに指令に基づく風量が得られるように換気装置１を制御する。また、図５のように空調エリアが複数存在する場合は、電源の入っているパソコンの位置に応じてエリア別の個別換気制御も実現可能となる。その場合はパソコン１２ａ、１２ｂ、１２ｃと換気装置１を同一グループとして、パソコン１２ａ（あるいは演算装置９）に予め登録しておく。

以上のように実施の形態５においては、複数のパソコンを直接監視することで人数検知の精度が向上すると共に、パソコンと換気装置のグループ登録によってエリア別の換気制御を行うことも可能となり、空調機器の省エネ性と快適性が向上する。

実施の形態６．
実施の形態６は、空調エリア１０１内の騒音から人数を検知するようにしたものである。
図８は実施の形態６に係る空気調和システムの概略構成を示す模式図である。なお、図１、図２で説明した実施の形態１と同様の部分には同じ符号を付している。
図８において、騒音計１５は、空調エリア１０１内の壁などに設置され、通信線５２を介して演算装置９と接続されている。演算装置９は、騒音計１５の測定値が予め設定された閾値以上のときに換気装置１の風量を強に設定し、測定値が閾値未満になったら風量を弱に設定し、その設定情報を空調コントローラー４に出力して換気装置１を制御させる。

以上のように実施の形態６においては、空調エリア１０１内の騒音に応じて必要換気量Ｑを求めるようにしているので、様々な室内環境に対して空調機器の省エネと快適性が向上する。

実施の形態７．
実施の形態７は、パソコン１２のディスプレイから発せられる赤外線から人数を検知するようにしたものである。
図９は実施の形態７に係る空気調和システムの概略構成を示す模式図である。なお、図１、図２で説明した実施の形態１と同様の部分には同じ符号を付している。
図９において、赤外線センサー１６ａは、空調エリア１０１内の天井に設置され、通信線５２を介して演算装置９と接続されている。なお、赤外線センサー１６ａをハブ（ルーター）５を介して演算装置９と接続されるようにしてもよい。赤外線センサー１６ａは、複数のパソコン１２のディスプレイから発せられる赤外線を測定し、その情報を演算装置９に送信する。演算装置９は、赤外線センサー１６ａにより測定された赤外線量からディスプレイのオン／オフを判定し、ディスプレイの点いている台数Ｎｄから在室人数Ｎを算出し、下記に示す式７を用いて必要換気量Ｑを算出する。そして、演算装置９は、算出した必要換気量Ｑに基づいて風量を設定し、空調コントローラー４に出力して換気装置１を制御させる。
Ｑ＝Ｎｄ×Ｑ１ …（式７）
Ｑ：必要換気量
Ｎｄ：電源ＯＮのディスプレイ台数
Ｑ１：１人当たりの必要換気量（約２０ｍ³ ／ｈ）

なお、赤外線センサー１６ａを天井に設置したことを述べたが、図中に示すように赤外線センサー１６ｂを換気装置１や冷暖房用の室内機２に組み込んでもよい。その場合、換気装置１内の演算部が、赤外線センサー１６ｂにより測定された赤外線量からパソコン１２のディスプレイのオン／オフを判定するようにし、そして、ディスプレイの点いている台数Ｎｄから在室人数Ｎを推定し、前述した式７で必要換気量Ｑを算出する。

以上のように実施の形態７においては、パソコンのディスプレイの稼働台数に応じて必要換気量Ｑを求めるようにしたので、人数検知の精度が向上し空調機器の省エネと快適性が向上する。

実施の形態８．
実施の形態１〜７では過剰な換気量を抑制して省エネを実施するようにしたが、冷房の場合、室温よりも外気温が低いときには換気量を増加させたほうが省エネになる場合がある。最近のオフィスビル内の環境は、パソコンやサーバーなどのＯＡ機器が増加して空調エリア内の発熱が多く室温が上昇しやすいため、外気温が低くても冷房運転をしていることが多く、空調の消費電力量を増加させている。

そこで、実施の形態８においては、換気装置と冷暖房用の室内機の連動制御が可能で、空調エリア内が冷房のときに、換気量を増加させるようにしたものである。なお、機器構成は、図１、図２と同様のため、実施の形態１と同様な部分には同じ符号を付している。 換気装置１の内部には外気温センサー１７ａと室温センサー１８ａが設置され、室内機２の内部には室温センサー１８ｂが設置され、室外機３の内部には外気温センサー１７ｂが設置されている（図示せず）。以降、外気温センサー１７ａの値Ｔ_OAと室温センサー１８ａの値Ｔ_RAを用いて記述するが、外気温センサー１７ｂと室温センサー１８ｂを使用してもよい。実施の形態８における空調コントローラー４は、例えば連動運転のボタン操作を検知すると、換気装置１と室内機２に運転指令信号を出力して運転を開始させると共に、演算装置９に連動運転を開始した旨の連動設定情報を出力する。

次に、演算装置による換気装置の風量制御について図１０のフローチャートを用いて説明する。
図１０は実施の形態８の空気調和システムにおける演算装置の動作を示すフローチャートである。
空調コントローラー４は、連動運転のボタン操作を検知すると、換気装置１と室内機２に運転指令信号を出力して運転を開始させると共に、演算装置９に連動設定情報を出力する。一方、演算装置９は、連動設定情報の入力を検知すると、その連動設定情報から換気装置１と室内機２の連動運転と判定する（ステップ６１）。次いで、演算装置９は、換気装置１からの機種情報が入力されたときに、その機種情報に対応して設定された風量強のＱHIGH、風力弱のＱLOW をそれぞれ取得する（ステップ６２）。その後、演算装置９は、コンセント１４の消費電力Ｐｏと照明器具１０の消費電力Ｐｌを電力計６から取得し（ステップ６３）、コンセント１４の消費電力Ｐｏをパソコン１２の１台当たりの消費電力Ｐｐで除算して在室人数Ｎを算出する（ステップ６４）。

その後、演算装置９は、外気温センサー１７ａを介して外気温Ｔ_OAを取得すると共に、室温センサー１８ａを介して室温Ｔ_RAを取得し、次いで、室内機２の設定温度Ｔｍを空調コントローラー４から取得する（ステップ６５）。そして、演算装置９は、室内機２の運転が冷房かどうかを空調コントローラー４を介して判定する（ステップ６６）。演算装置９は、冷房運転でないと判定したときには、実施の形態１と同様に、在室人数Ｎに１人当たりの必要換気量Ｑ１を乗算して空調エリア１０１の必要換気量Ｑを算出する（ステップ７０）。

そして、演算装置９は、必要換気量Ｑと先に取得した風量弱のＱLOW とを比較する（ステップ７１）。演算装置９は、必要換気量ＱがＱLOW より少ないと判定したときには、風量弱のＱLOW を空調コントローラー４に設定する（ステップ７２）。また、演算装置９は、必要換気量ＱがＱLOW より多いと判定したときには、先に取得した風量強のＱHIGHを空調コントローラー４に設定する（ステップ７３）。一方、空調コントローラー４は、空調エリア内の換気量が演算装置９によって設定されたＱLOW あるいはＱHIGHとなるように換気装置１を制御する。その後、演算装置９は、中断指示があったかどうか、即ち換気装置１の停止指令信号が空調コントローラー４から出されたかどうかを判定し（ステップ７４）、その指示がないときには、ステップ６３に戻って前述した動作を繰り返し、中断指示（停止指令信号）を検知したときには一連の動作を終了する。

また、演算装置９は、ステップ６６において冷房運転と判定したときには、室温Ｔ_RAが設定温度Ｔｍ以上かどうかを判定し（ステップ６７）、室温Ｔ_RAの方が低いと判定したときには前述したように在室人数Ｎに基づく必要換気量Ｑの算出に入る（ステップ６７）。演算装置９は、室温Ｔ_RAの方が高いと判定したときには室温Ｔ_RAが外気温Ｔ_OA以上かどうかを判定し（ステップ６８）、室温Ｔ_RAの方が低いと判定したときには前述したようにステップ６７に進むが、室温Ｔ_RAの方が外気温Ｔ_OAより高いと判定したときには下記の式８に基づいて必要換気量Ｑを算出する（ステップ６９）。
Ｑ＝（Ｐｏ＋Ｐｌ＋Ｎ・ＳＨ）／｛Ｃｐａ・ρａ（Ｔ_RA−Ｔ_OA）｝ …（式８）
Ｐｏ：コンセントの消費電力
Ｐｌ：照明器具の消費電力
Ｎ：在室人数
ＳＨ：１人あたりの顕熱負荷（約７０Ｗ）
Ｃｐａ：空気比熱
ρａ：空気密度

演算装置９は、式８に基づいて必要換気量Ｑを算出すると、その必要換気量Ｑと先に取得した風量弱のＱLOW とを比較する（ステップ７１）。演算装置９は、必要換気量ＱがＱLOW より少ないと判定したときには、風量弱のＱLOW を空調コントローラー４に設定する（ステップ７２）。また、演算装置９は、必要換気量ＱがＱLOW より多いと判定したときには、先に取得した風量強のＱHIGHを空調コントローラー４に設定する（ステップ７３）。一方、空調コントローラー４は、空調エリア内の換気量が演算装置９によって設定されたＱLOW あるいはＱHIGHとなるように換気装置１を制御する。その後、演算装置９は、中断指示があったかどうか、即ち換気装置１の停止指令信号が空調コントローラー４から出されたかどうかを判定し（ステップ７４）、その指示がないときには、ステップ６３に戻って前述した動作を繰り返し、中断指示（停止指令信号）を検知したときには一連の動作を終了する。

以上のように実施の形態８においては、冷暖房用の室内機２の運転状況や室温Ｔ_RAと外気温Ｔ_OAの状況に応じて換気量を制御するようにしたので、空調機器の省エネを向上させることができる。

なお、室内機２が冷房運転で室温Ｔ_RA が設定温度Ｔｍと外気温Ｔ_OA 以上に高温な条件で、本実施の形態８のように顕熱負荷ＳＨに応じて換気量を制御した場合と実施の形態１〜７のように在室人数Ｎに応じて換気量を制御した場合のそれぞれについて、空調エリア１０１に設置された各機器の消費電力を電力計６で測定し、そのデータを演算装置９かパソコン１２に保存して双方の電力を比較することで、制御変更による省エネの効果を表示させることも可能である。

１ 換気装置、２ 室内機、３ 室外機、４ 空調コントローラー、５ ハブ（ルーター）、６ 電力計、７ 机、８ 在室者、９ 演算装置、１０ 照明器具、１１ 換気ダクト、１２ パソコン、１３ 分電盤、１４ コンセント、１５ 騒音計、１６ 赤外線センサー、５０ 冷媒配管、５１ 空調システム伝送線、５２ 通信線（ＬＡＮケーブル）、５３ 電源幹線、５４ 電源線、１００ 外気、１０１，１０１ａ 空調エリア、
１０２ 天井裏、１０３ ＥＰＳ、１０４ 屋上。

Claims (6)

1. 建物の空調エリア内を換気する換気装置と、
   前記空調エリア内の温度調節をする冷暖房機と、
   前記換気装置および前記冷暖房機を除く前記空調エリア内で使用される電気機器の総消費電力を測定する電力計と、
   前記電力計により測定された前記空調エリア内の総消費電力と過去数日間の最大消費電力との比率を算出し、かつその比率と前記換気装置の最大風量とに応じて前記空調エリア内の必要換気量を演算し、その必要換気量に基づいて前記換気装置の風量を設定する制御手段と、
   前記制御手段により設定された風量が得られるように前記換気装置を制御する換気制御手段と
   を備えたことを特徴とする空気調和システム。
2. 前記電気機器である複数のコンセントと各コンセントにそれぞれ接続された複数のパソコンとを備え、
   前記制御手段は、前記電力計により測定された前記コンセントの消費電力と過去数日間のコンセントの最大消費電力との比率を算出し、かつその比率と前記換気装置の最大風量とに応じて前記空調エリア内の必要換気量を演算し、その必要換気量に基づいて前記換気装置の風量を設定することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
3. 前記電気機器である照明器具を備え、
   前記制御手段は、前記電力計により測定された前記照明器具の消費電力と過去数日間の照明器具の最大消費電力との比率を算出し、かつその比率と前記換気装置の最大風量とに応じて前記空調エリア内の必要換気量を演算し、その必要換気量に基づいて前記換気装置の風量を設定することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
4. 前記制御手段は、前記換気装置の風量を設定した場合と設定しない場合のそれぞれにおいて、前記空調エリア内に設置された各電気機器の消費電力を前記電力計から測定し、風量を設定したときの省エネの効果を演算して出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の空気調和システム。
5. 前記制御手段は、演算した前記必要換気量と、前記空調エリアの容積と予め定められた換気回数から演算した必要換気量とを比較し、多い方の換気量を満たすように前記換気装置の風量を設定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気調和システム。
6. １つの空調エリア内に複数の換気装置を備え、
   前記制御手段は、複数の換気装置の合計風量が前記空調エリア内の必要換気量以上となるように風量を設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の空気調和システム。

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