JP5083301B2 - セントラル空調システム - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態によるセントラル空調システムの構成について説明する。セントラル空調システム10は、図1に示すように複数の部屋A、部屋B、部屋Cおよび部屋Dを有する家屋11に設けられている。ここでは、説明の簡単のために、四つの部屋A〜部屋Dを有する家屋11を例にして説明する。セントラル空調システム10は、図1および図2に示すように空調ユニット12と、空調ダクト21〜24と、開閉弁31〜34と、四つの部屋A〜部屋Dにそれぞれ設けられている温度センサ41〜44および人検出ユニット51〜54と、制御装置60とを備えている。
(監視領域)
部屋Aは、図4(A)に示すように複数の監視領域71〜79に分割されている。具体的には、部屋Aは、壁面に沿った七つの監視領域71〜77と、天井に設けられた監視領域78と、床に設けられた監視領域79とに分割されている。監視領域71および監視領域72には、窓81が含まれている。また、監視領域77には、部屋Aへの出入口82が含まれている。人検出ユニット51は、各監視領域71〜79ごとに赤外線センサであるサーモパイルセンサ91〜99を有している。サーモパイルセンサ91〜99は、各監視領域71〜79においてピーク温度を検出する。人検出ユニット51は、各部屋への人70の有無、および各部屋の人の出入りを確実に確認する必要がある。一方、人70の体型は、年齢や性別によって異なる。そのため、各部屋における人70の人数および出入りを確実に認識するためには、図5(A)に示すように二つの監視領域71と監視領域72とを隣接させたり、図5(B)に示すように二つの監視領域71と監視領域72とが重なり合うように設定する必要がある。なお、図5における監視領域71および監視領域72は例示であり、その他の監視領域の相互間においても隣接または重なり合うように設定する。
まず、部屋Aに人70が二人在室しているとき、そのうちの一人が退室する際の退室検出について図6および図7に基づいて説明する。例えば、部屋Aの監視領域73に二人の人70が在室し、そのうちの一方の人170が図6に示すように出入口82から退室するとする。この場合、二人の人70および人170が監視領域73に所在する初期状態のとき、図7(A)に示すように監視領域73のサーモパイルセンサ93は、他の監視領域のサーモパイルセンサに比較して高い温度を検出する。
次に、部屋Aに人70が在室しているとき、新たに人170が入室する際の入室検出について図8に基づいて説明する。例えば、図8(A)に示すように部屋Aの監視領域73に人70が在室し、出入口82から新たに人170が入室するとする。この場合、人70が監視領域73に所在する初期状態のとき、図8(B)に示すように監視領域73のサーモパイルセンサ93はピーク温度を検出する。
次に、部屋Aにおける複数人の所在の把握について図9に基づいて説明する。図9(A)に示すように、監視領域77のサーモパイルセンサ97でピーク温度が検出されると、制御装置60は部屋Aへの人70の入室があったと判断する。部屋Aへ入室した人70は、徐々に部屋Aの内部へ移動する。そのため、ピーク温度は、監視領域77のサーモパイルセンサ97で検出された後、図9(B)に示すように監視領域76のサーモパイルセンサ96で検出される。そして、図9(C)に示すように監視領域76でピーク温度が検出された状態で停止すると、制御装置60は部屋Aの監視領域76に入室した人70が所在していると判断する。
(空調モード)
制御装置60は、家屋11の部屋A〜Dにおける人70の有無に応じて、通常空調を実施する通常空調モード、省エネ空調を実施する省エネ空調モード、または急速空調を実施する急速空調モードのいずれかで運転する。通常空調モードのとき、図10(A)に示すように各部屋A〜Dは予め設定されている通常設定温度Tに制御される。省エネ空調モードのとき、各部屋A〜Dは、予め設定され通常空調よりも外気温に近い省エネ温度tに制御される。例えば冷房時において通常設定温度Tを25℃に設定しているとき、省エネ温度tはより負荷が小さく外気温に近い28℃などに設定される。一方、暖房時において通常設定温度Tを25℃に設定しているとき、省エネ温度tはより外気温に近い22℃などに設定される。
まず、図12に基づいてセントラル空調システム10の全体的な処理の流れについて説明する。
制御装置60は、セントラル空調システム10の電源がオンされると、空調ユニット12を起動する空調ユニット起動処理を実行する(S100)。制御装置60は、空調ユニット12が起動されると、各部屋A〜Dごとに人70の有無を検出する在室確認処理を実行する(S200)。在室確認処理では、各部屋A〜Dのいずれかに人70がいるか否かが検出される。制御装置60は、各部屋A〜Dごとに設けられている人検出ユニット51〜54から出力される電気信号に基づいて、各部屋A〜Dごとに人70の有無を検出する。
次に、図14に基づいて各部屋空調制御処理の流れについて説明する。
ここでは、図14に基づいてS603における部屋Aの空調制御処理の流れについて説明する。なお、S604における部屋Bの空調制御処理、S605における部屋Cの空調制御処理およびS606における部屋Dの空調制御処理は、いずれも部屋Aの空調制御処理と実質的に同一であるので、説明を省略する。
次に、S510における在室確認処理についてS600における人予測制御も含めて図15に基づいて詳細に説明する。
制御装置60は、S510における在室確認処理へ移行すると、制御対象部屋である部屋Aについて人70の有無、すなわち部屋Aの在室状況を確認する(S1511)。制御装置60は、S1511における確認の結果、部屋Aに人70が在室しているか否かを判断する(S1512)。制御装置60は、部屋Aにおける人70の在室の有無の判断の結果、部屋Aに人70が在室していると判断すると(S1512:Yes)、部屋Aから退室者があるか否かを判断する(S1513)。制御装置60は、上述の通り人検出ユニット51の監視領域71〜77におけるピーク温度から部屋Aの出入口82からの退室者があったか否かを判断する。
制御装置60は、S1512において部屋Aに人70が在室していないと判断すると(S1512:No)、部屋Aの急速空調フラグは「オン」であるか否かを判断する(S1520)。制御装置60は、S1520において部屋Aの急速空調フラグが「オン」であると判断すると(S1520:Yes)、この部屋A以外の部屋で急速空調フラグが「オン」となっている部屋があるか否かを判断する(S1521)。制御装置60は、S1521において部屋A以外に急速空調フラグが「オン」である部屋が無いと判断すると(S1521:No)、図13に示すS604へ移行し、部屋Bを制御対象部屋とした制御に移行する。一方、制御装置60は、S1521において部屋A以外に急速空調フラグが「オン」である部屋があると判断すると(S1521:Yes)、部屋Aについて急速空調フラグを「オフ」にする(S1522)。すなわち、制御装置60は、S1512において部屋Aに住人が不在であり、かつこの部屋Aについて急速空調フラグが「オン」であるにも関わらず、他の部屋で急速空調フラグが「オン」となっている場合、この他の部屋の急速空調を部屋Aよりも優先させるために、部屋Aについての急速空調フラグを「オフ」にする。制御装置60は、S1522で部屋Aについて急速空調フラグを「オフ」、またはS1520において部屋Aの急速空調フラグが「オフ」であると判断すると(S1520:No)、部屋Aに住人が不在であると判断し、後述する不在時処理へ移行する。
図16に基づいて、上述のS520における不在時処理の流れについて説明する。
制御装置60は、S510における在室確認処理において部屋Aに人が不在であると判断すると、部屋Aについて在室フラグが「オン」であるか否かを判断する在室フラグ確認処理を実行する(S521)。在室フラグは、部屋Aにおける人70の存在を示すものであり、部屋Aに人70の在室が確認されたときS601において「オン」される。ここで、不在時処理の場合、S510における在室確認処理において部屋Aに人70が不在であると判断されているため、制御装置60は在室フラグを「オフ」にする(S522)。すなわち、制御装置60は、先に部屋Aに人70の在室が確認されたものの、その後に人70が部屋Aから出た場合、S522において部屋Aについての在室フラグを「オフ」にする。
次に、図14のS530における空調モード確認処理の流れの詳細について図17に基づいて説明する。
制御装置60は、S510における在室確認処理において部屋Aに人70が在室であると判断すると、部屋Aの通常空調フラグが「オン」であるか否かを判断する(S531)。制御装置60は、部屋Aの通常空調フラグが「オン」であると判断したとき(S531:Yes)、部屋Aの通常空調を継続するために、S540へ移行して部屋Aを通常空調モードに維持する。一方、制御装置60は、S531において部屋Aの通常空調フラグが「オン」でないと判断したとき(S531:No)、部屋Aの温度が通常温度範囲ΔT内にあるか否かを判断する(S532)。制御装置60は、部屋Aの温度センサ41から部屋Aの温度を取得する。そして、制御装置60は、取得した温度が通常温度範囲ΔT内、すなわち通常外気温側限界温度Tc1と通常反外気温側限界温度Tc2との間にあるか否かを判断する。
図18に基づいて、急速空調モード移行処理の流れを説明する。
制御装置60は、図17に示すS535において部屋Aの急速空調フラグが「オン」でないとき、上述のように急速空調モード移行処理へ移行する。制御装置60は、S510において部屋Aへの人70の入室を確認すると、部屋Aについて在室フラグを「オン」にする(S591)。そして、制御装置60は、部屋Aについて急速空調モードへ移行させるために、部屋Aについて急速空調フラグを「オン」にする(S592)。さらに、制御装置60は、部屋Aについて急速空調を実施するために、部屋Aに接続する空調ダクト21の開閉弁31を全開にする(S593)。
図19に基づいて、通常空調モード処理について説明する。
制御装置60は、図17に示すS531で部屋Aの通常空調フラグが「オン」であると判断されたとき(S531:Yes)、およびS532で部屋Aの温度が通常温度範囲ΔT内であると判断されたとき(S532:Yes)、通常空調モード処理へ移行する。
制御装置60は、S551で取得した部屋Aの温度と、S557で設定した境界値Bf、またはS559もしくはS562で戻した通常反外気温側限界温度Tc2とを比較して、部屋Aの通常空調を実施する。
第2実施形態によるセントラル空調システムについて説明する。第2実施形態の場合、セントラル空調システムの構成は、第1実施形態と同一であるものの、第1実施形態と相違する処理を含んでいる。以下、相違点を中心に説明する。
第2実施形態の場合、通常空調モード処理が第1実施形態と異なる。
図21に基づいて、第2実施形態による通常空調モード処理について説明する。
制御装置60は、S530における空調モード確認処理において、S531で部屋Aの空調フラグが「オン」であると判断されたとき(S531:Yes)、およびS532で部屋Aの温度が通常温度範囲ΔTであると判断されたとき(S532:Yes)、通常空調モードへ移行する。
図23および図24は、上記の制御を説明するための部屋Aおよび部屋Dにおける温度変化の例である。このうち図23は部屋Dに人70が移動するために人70が部屋Aから退室した際に部屋Aの空調がオフになっていた場合の例であり、図24は部屋Dに人70が移動するために人70が部屋Aから退室した際に部屋Aの空調がオンになっていた場合の例である。図23および図24では、いずれも制御対象部屋を部屋Aとし、非制御対象部屋のうち急速空調が実施される部屋を部屋Dとし、部屋Aおよび部屋Dを冷房する例を示す。制御対象部屋である部屋Aは、人70が在室し、通常設定温度TA=20℃、通常外気温側限界温度Tc1A=21℃、通常反外気温側限界温度Tc2A=19℃に設定され、通常空調モード処理が実施されているとする。また、部屋Aの制限外気温側限界温度Td1Aは、通常外気温側限界温度Tc1Aより外気温に近い、すなわちTc1Aより高い22℃に設定されている。一方、非制御対象部屋である部屋Dは、省エネ温度tD=29℃である時間τ=0のとき、人70が部屋Aから退室したとし、省エネ空調モードから急速空調モードへ移行したとする。この部屋Dは、通常設定温度TD=20℃、通常外気温側限界温度Tc1D=21℃、通常反外気温側限界温度Tc2D=19℃に設定されている。
以上説明した第2実施形態は、次のように変更してもよい。
通常外気温側限界温度Tc1と制限外気温側限界温度Td1とが近似するとき、または通常反外気温側限界温度Tc2と制限反外気温側限界温度Td2とが近似するとき、外気温側と反外気温側の限界温度間の温度範囲は通常の温度範囲ΔTと同一に設定する。そして、制限反外気温側限界温度Td2は、通常設定温度Tと通常反外気温側限界温度Tc2との間に設定することができる。この場合、例えば部屋Dにおいて急速空調モードへ移行したとき、部屋Aは温度制御の第一回目(例えば、図24におけるτ=0からτ3まで)のみ、上記で設定された制限外気温側限界温度Td1と制限反外気温側限界温度Td2との間で温度の制御を実行する。したがって、通常外気温側限界温度Tc1と制限外気温側限界温度Td1、および通常反外気温側限界温度Tc2と制限反外気温側限界温度Td2とが近似する場合でも、制御対象部屋である部屋Aに不快感を招くことなく、急速空調が必要な非制御対象部屋である部屋Dを急速に空調することができる。
第3実施形態として、人検出ユニットの応用例を図25に基づいて説明する。
上述の制御装置60は、上述の実施形態で説明したように人検出ユニット51〜54を利用して、部屋A〜部屋Dへの人70の在室の有無、各部屋への人70の出入りを判断している。この人検出ユニット51〜54を利用することにより、不審者の侵入を検出することができる。具体的な例を以下に説明する。
図25(A)に示すように、人検出ユニット51〜54は、各部屋の壁に沿って七つの監視領域71〜77を有している。この監視領域71〜77のうち監視領域71および監視領域72は、窓81を含んでいる。例えば部屋Aに住人が不在であるとき、図25(B)に示すように七つの監視領域71〜77ではピーク温度が検出されない。これに対し、図25(A)に示すように、この窓81から不審者100が侵入すると、図25(C)に示すように七つの監視領域71〜77のうち窓81を含んでいる監視領域71または監視領域72において、サーモパイルセンサ91またはサーモパイルセンサ92で検出するピーク温度が上昇する。このように、制御装置60は、窓81を含んでいる監視領域71または監視領域72において、ピーク温度が検出されると、住人ではない不審者100が侵入したと判断する。制御装置60は、不審者100の侵入を検出すると、例えば図示しない通信回線を利用して警備会社などへ通報する。
以上のように、人検出ユニット51〜54を利用することにより、別途セキュリティ装置を設けることなく、各部屋への不審者100の侵入監視を実行することができる。
家屋11は、壁に窓81だけでなく、図26(A)に示すように庭などに面し人70が出入り可能な戸83を有している場合がある。戸83が設けられている部屋Aの場合、人70は戸83から出入りすることが考えられる。上述のように不審者100の侵入監視を実行しているとき戸83から人70が出入りすると、制御装置60は戸83から部屋Aへ侵入する人70を不審者と誤認識するおそれがある。そこで、制御装置60は、図26(B)に示すように部屋Aの監視領域71〜77において、戸83から遠い監視領域(例えば監視領域73〜77)から、図26(C)に示すように戸83を含む監視領域71および監視領域72へピーク温度が移動し、その後に図26(D)に示すようにピーク温度が消失すると、人70が戸83を経由して家屋11の戸外へ退出したと判断する。そして、制御装置60は、部屋Aからの人70の退出を例えば図示しない記憶装置に記憶する。その後、図26(E)に示すように戸83に対応する監視領域71でピーク温度が検出されると、制御装置60は人70が戸83を経由して部屋Aへ侵入したと判断する。このとき、制御装置60は、記憶装置に人70の退出が記憶されていれば、再び戸83から侵入する人70が住人であると判断する。これにより、住人と不審者との誤認識を防止することができる。
Claims (3)
- 熱交換した空気を供給する空調ユニットと、前記空調ユニットと家屋の複数の部屋とをそれぞれ接続し前記空調ユニットで熱交換した空気が流れる複数の空調ダクトと、前記空調ダクトにそれぞれ設けられ各前記空調ダクトを開閉する複数の開閉弁と、前記複数の部屋にそれぞれ設けられ各部屋の人の有無並びに各部屋への人の入室または各部屋からの人の退室を検出する人検出ユニットと、前記複数の部屋にそれぞれ設けられ各部屋の温度を検出する温度センサと、各部屋の温度を通常設定温度Tまたは前記通常設定温度よりも外気温に近い省エネ温度tのいずれにするか時間帯ごとに温度制御スケジュールとして設定するスケジューリング手段と、前記人検出ユニットで検出した各部屋の人の有無および前記温度センサで検出した各部屋の温度に基づいて前記複数の開閉弁を開閉して前記複数の部屋の温度を部屋ごとに制御する制御装置と、を備え、一つの前記空調ユニットで前記複数の部屋を空調するセントラル空調システムにおいて、
前記制御装置は、前記複数の部屋ごとに人の有無を検出する在室確認処理と、前記在室確認処理において人を検出した有人部屋では人の在室を示す在室フラグをオンにして前記有人部屋を前記通常設定温度Tを挟む通常温度範囲ΔTに制御する通常空調を実行する通常空調モード処理と、前記在室確認処理において人を検出しない無人部屋または前記省エネ温度tに設定されている前記有人部屋では前記省エネ温度tに制御する省エネ空調を実行する不在時処理と、前記省エネ温度tに制御されている部屋を前記通常設定温度Tへ急速空調する急速空調モード移行処理と、を含み、
前記制御装置は、前記複数の部屋を順に制御対象部屋として繰り返して制御するとともに、前記制御対象部屋における人の有無並びに前記制御対象部屋への入室または前記制御対象部屋からの人の退室を判断する監視判断処理を実行し、前記制御対象部屋が前記無人部屋であるとき前記不在時処理を実行し、
前記人検出ユニットは、前記制御対象部屋を複数の監視領域に分割し、分割された複数の前記監視領域のうち少なくとも一つの領域を前記制御対象部屋への出入口に対応する出入口領域に設定するとともに、分割された複数の前記監視領域のうち前記出入口領域に隣接する監視領域を隣接監視領域に設定し、分割された複数の前記監視領域ごとに人の有無を検出し、
前記監視判断処理は、複数の前記監視領域のうちいずれかの監視領域で人が検出されると前記制御対象部屋に人が在室であると判断し、複数の前記監視領域のうちいずれの監視領域でも人が検出されないとき前記制御対象部屋に人が不在であると判断し、複数の前記監視領域のうち前記隣接監視領域で人が検出されず前記出入口領域で人が検出されたとき前記制御対象部屋へ人が入室したと判断し、前記隣接監視領域で人が検出された後に前記出入口領域で人が検出されその後に前記出入口領域で人が検出されなくなると前記制御対象部屋から人が退室したと判断し、
前記制御装置は、
前記監視判断処理において、前記制御対象部屋に人が在室であると判断すると、前記制御対象部屋から人が退室するまで監視を継続するとともに、前記制御対象部屋を通常空調モード処理で制御し、
前記制御対象部屋からの人の退室が判断されると、前記制御対象部屋以外の非制御対象部屋について設定されている前記温度制御スケジュールを照会し前記非制御対象部屋のいずれかで前記温度制御スケジュールでは前記通常設定温度Tに制御すべきであるにも関わらず前記省エネ温度tに制御されている特定非制御対象部屋について急速空調モードの実行を示す急速空調フラグをオンにして前記特定非制御対象部屋について前記急速空調モード移行処理で制御するとともに、前記制御対象部屋および前記特定非制御対象部屋について前記人監視判断処理において人の入室を監視し、前記特定非制御対象部屋への人の入室が判断されると前記特定非制御対象部屋について急速空調を継続し、前記特定非制御対象部屋への人の入室が判断されないと前記制御対象部屋への人の入室があれば前記特定非制御対象部屋の前記急速空調フラグをオフにすることを特徴とするセントラル空調システム。 - 前記制御装置は、
前記監視判断処理において、前記制御対象部屋に人が在室していないと判断すると、前記制御対象部屋または前記制御対象部屋を除く対象外部屋のいずれかで前記急速空調フラグがオンであるか否かを判断し、前記制御対象部屋の前記急速空調フラグがオンでないとき前記制御対象部屋について不在時処理で制御するとともに、前記制御対象部屋の前記急速空調フラグがオンであってかつ前記対象外部屋のいずれかで前記急速空調フラグがオンであるとき前記制御対象部屋の前記急速空調フラグをオフにし、前記制御対象部屋について不在時処理で制御することを特徴とする請求項1記載のセントラル空調システム。 - 前記人検出ユニットは、前記制御対象部屋について設定された複数の前記監視領域ごとにピーク温度を検出する赤外線センサを有し、
前記制御装置は、前記赤外線センサで検出した前記監視領域ごとのピーク温度から人の有無、並びに前記制御対象部屋への入室または前記制御対象部屋からの人の退室を判断することを特徴とする請求項1または2記載のセントラル空調システム。
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