JP5112608B2 - エアコンの中央制御システム - Google Patents

Description

本発明は、マルチ型エアコンディショナ（以後単にエアコンと言う）とネットワークを介して連結されてエアコンを中央制御する中央制御器が備えられたエアコンの中央制御システムに関し、特に、中央制御器が感知した稼動中のエアコンの総電力使用量が、既に入力された管理用基準電力値を超える場合、選択されたエアコンだけについて運転状態を保持し、選択されなかったエアコンは送風モードに強制に切り換えることによって室内の冷/暖房効率を保持しつつ、安定的な電力管理を自動で行うエアコンの中央制御システムに関する。

近来、エアコンの使用は増加の一途をたどっており、家庭内の各部屋毎に、または建物内の各事務室毎にエアコンが据え付けられ、各エアコンが相互にネットワーキング（ネットワーク接続）される空気調和システムが構築されるに到った。

図１は、各層単位または各建物単位に少数の室外ユニットと該室外ユニットを共有する複数の室内ユニットとから構成されるマルチ型エアコンを示す図であり、かかるマルチ型エアコンによると資源の節減及び省エネルギーが図られる。

一般のエアコンでは、室外ユニット及び室内ユニットを循環する冷媒が圧縮、凝縮、膨脹、蒸発する熱サイクルを形成しながら冷房動作を行い、冷媒の循環方向を切り換えるヒートポンプ式エアコンでは冷房の他に暖房作動も兼ねて行う。

従来の空気調和システムでは、室内ユニットに取り付けられたボタンまたはリモコンにより電源オン/オフ、冷/暖房選択、送風、方向、強度などの使用者からの制御命令が入力され、入力された制御命令に応じて室内ユニットに組み込まれたマイコンは冷媒量及び冷媒流れを制御することによって室内の空気調和を行ってきた。

したがって、所定のエアコンの動作に誤動作がある場合、建物管理者は該当エアコンの室内ユニットまたは室外ユニットにそれぞれ接近して誤動作の状態を把握し、メンテナンスのための制御命令を入力しなければならなかった。

例えば、学校または大型建物のように複数のエアコンを特定管理人が総括管理する場合は、その管理人は各室を訪れて制御命令を入力し、手動でメンテナンス作業を行っていた。

もちろん、従来の空気調和システムにおいても、電力線などを使って各エアコンとネットワーキングにより連結された中央制御器を介して中央制御を行うこともあったが、既存の中央制御器には各エアコンの電源制御のための電源ボタン、及び電源状態を確認するための電源ランプしか備えられておらず、エアコンの細部動作制御のための制御命令入力は不可能であったため、エアコンに誤動作が生じた際、メンテナンスのために前述の中央制御器を利用できず、効率がよくなかった。

特に、エアコン１０は初期駆動のための消費電力が大きく、大型建物のように多数のエアコンが据え付けられた場合には、正常運転時にも合算された総ピーク電力値が相当大きくなり、建物内に据え付けられた電源遮断機(図示せず)の許容範囲を超える虞があった。

この場合、電源遮断機により建物内の全体電源が強制的に遮断され、稼動中のエアコンのほか、その他の電気機器に物理的衝撃が与えられると、製品の耐久性が劣化するのにつながる問題点があった。

また、電力供給業者はシーズン別/建物別/事業者別に異なる電力上限値を提供するが、その電力上限値を超えてしまうと累進的に電気料金が課されるため、電気代の負担が相当大きかった。

本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、建物内に据え付けられたマルチ型エアコンの消費電力に対する情報を格納するデータベースを備えた中央制御器が、前記データベースに格納された情報に基づいて現在稼動中のエアコンの総電力使用量を算出すると同時に、算出された総電力使用量を管理用基準電力値以内に抑えるピーク電力制御を行うことによって安定的な電力管理を可能にするエアコンの中央制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明に係るエアコンの中央制御システムは、空気調和のために建物内の各室毎に取り付けられる複数の室内ユニットと、該多数の室内ユニットに共有されて冷媒の循環を制御する室外ユニットとを含むマルチ型エアコンと、前記マルチ型エアコンとネットワークを介して連結されて前記マルチ型エアコンの動作の中央制御や状態モニタリングを行うと共に、一方では前記マルチ型エアコンの稼動状態に基づいて算出された現在の電力使用量が既に入力された管理用基準電力値を超える場合にピーク電力制御を行う中央制御器と、前記マルチ型エアコンと前記中央制御器との間に連結されて相互送受信される信号の通信規格変換を行う信号変換器と、を含んで構成されることを特徴とする。

本発明に係るエアコンの中央制御システムは、空気調和のために建物内の各室毎に取り付けられる複数の室内ユニットと、該複数の室内ユニットに共有されて冷媒の循環を制御する室外ユニットとを含むマルチ型エアコンと、前記マルチ型エアコンとネットワークを介して連結されて、前記マルチ型エアコンの動作の中央制御や状態モニタリングを行うとともに、一方では前記マルチ型エアコンの稼動状態に基づいて算出された現在の電力使用量が、既に入力された管理用基準電力値を超える場合にピーク電力制御を行う中央制御器と、前記マルチ型エアコンと前記中央制御器との間に連結されて相互送受信される信号の通信規格変換を行う信号変換器と、を含み、前記中央制御器は、ネットワークを通じた前記マルチ型エアコンとのデータ送受信を可能にするデータ送受信部と、前記マルチ型エアコンを構成する室外ユニット及び室内ユニットそれぞれの消費電力量、配管長さなどに関する機器情報が格納されたデータベースと、前記データベースに格納された各前記室内ユニット及び室外ユニットそれぞれの前記機器情報に基づいて、稼動中の室内ユニット及び室外ユニットの総電力使用量を算出するピーク電力処理部と、前記ピーク電力処理部で算出された総電力使用量が前記管理用基準電力値を超える場合、強制運転アルゴリズムによって各室内ユニット及び室外ユニットの運転モードを切り換えるピーク電力制御を行うエアコン制御部と、それぞれの室内ユニット及び室外ユニットに関する機器情報、制御命令、エアコンシステムの電力管理のための前記管理用基準電力値が入力されるデータ入力部と、リアルタイムにモニタリングされる前記マルチ型エアコンの現在の電力使用量及び運転率に関する状態情報が表示される表示部と、を含み、前記強制運転アルゴリズムは、稼働中のエアコンの総電力使用量が前記管理用基準電力値を超える場合は、選択されたエアコンの運転モードを冷房モードまたは暖房モードに保持し、それ以外の選択されなかったエアコンの運転モードを送風モードに強制的に切り換え、前記データ入力部は、前記選択されたエアコンを選択するために用いられる、任意に設定される前記マルチ型エアコンの運転率、前記室内ユニット及び室外ユニットの運転モードが切り換えられる運転周期を、前記エアコン制御部に伝達するように構成されることを特徴とする。

上記のように構成される本発明に係るエアコンの中央制御システムによれば、マルチ型エアコンシステムと連結されて各エアコンを中央制御できる中央制御器のデータベースに予め格納された室内ユニット及び室外ユニットに対する機器情報に基づいて一層正確な総電力使用量を算出でき、算出された総電力使用量が管理用基準電力値を超える場合に各エアコンの運転モードを自動で切り換えることによって電力管理を容易にでき、電力消費に伴うコストを節減できるため経済的であるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、図２は、本発明に係るエアコンの中央制御システムの構成を示す図である。図２に示すように、マルチ型エアコンは、１台の室外ユニット１２０に複数の室内ユニット１１０を連結して該当建物の冷暖房容量を充足させられる空調設備であって、各室に配設された室内ユニット１１０を利用して個別制御を行っても良く、建物内の管理室等のある場所に建物全体のマルチ型エアコンシステムを中央制御できる中央制御器２００を備えて中央制御しても良い。

かかるエアコンの中央制御システムは、別途の機械室を備えずに済むために初期投資コストが中央空調設備に比べて３０〜４０％以上も節減され、運転コストも４０〜５０％以上節減できるだけでなく、室外ユニット１２０の構成によって冷房のほか暖房も兼ねることができ、多様な空気調和機能を行うことができる。

図２に示すように、各室には室内ユニット１１０が取り付けられ、これら室内ユニット１１０としては天井型、壁掛け型、床置き型など様々なものを使用でき、その種類に特に限定はない。このとき取り付けられる室内ユニット１１０は、種類またはモデルによって異なる電力使用量を持ち、室外ユニット１２０は多数の室内ユニット１１０と連結されて制御命令に応じて冷媒の循環を制御することによって各室に対する空気調和を行う。

また、室外ユニット１２０は、図２に示すように、ネットワークを介して中央制御器２００と連結されるが、中央制御器２００は各エアコンの状態をモニタリングし、制御のための制御命令を転送することによって各エアコンの細部機能を中央制御する以外に、マルチ型エアコンの稼動による現在の使用電力量を算出し、それが管理用基準電力値を超えるとピーク電力制御を行う。

この時、マルチ型エアコン１００と中央制御器２００との間には円滑な信号送受信が可能となるように、通信規格を相互変換しながら信号を中継する信号変換器３００が連結される。

マルチ型エアコン１００は、それを構成する室内ユニット１１０及び室外ユニット１２０がＲＳ−４８５通信ラインを介して相互連結されて直列通信を行うので、信号変換器３００とはＲＳ−４８５通信ラインを介して連結される。また、中央制御器２００はイーサネット（登録商標）ラインを介してネットワーキングされるので、信号変換器３００はＲＳ−４８５通信規格の信号とイーサネット通信規格の信号とを中継する機能を果たす。

ＲＳ−４８５は、直列通信のインターフェース規格の一つであって、最大３２個のドライバとレシーバを接続でき、最大１２００ｍの転送距離を持つ。また、低いインピーダンス駆動機と受信機を使用するために、直列インターフェース規格の一つであるＲＳ−４２２に比べて回線当たり許容されるノード数が多く、効率が高い。

このＲＳ−４８５通信ラインを介してマルチ型エアコン１００と信号変換器３００とが連結され、このとき、一つの直列バスに複数のドライバ/レシーバを接続し、任意にデータを転送できるマルチドロップ方式を利用する。

また、イーサネットは、同軸ケーブルを採用して単一のケーブルに任意にターミナル機器を接続できるバス構造方式でネットワークを形成し、転送速度は１秒当たり１０Ｍｂｐｓである。また、イーサネットでは、データを転送したい機器が、現在通信網が使用中であるどうかを電気的信号で検査した後、使用中でない時にデータを転送することによって他の機器との転送衝突を防止するＣＳＭＡ/ＣＤ(carrier sense multiple access with
collision detection)方式を使用する。

このように、異なる通信規格を持つ信号を生成するマルチ型エアコン１００及び中央制御器２００は、信号変換器３００での通信規格の相互変換により円滑な通信を行う。

次に、図３を参照して本発明の中央制御器２００の構成を詳細に説明する。中央制御器２００は、基本的に、制御命令、ピーク電力制御のための機器情報及びマルチ型エアコンシステムの電力管理のための管理用基準電力値が入力されるデータ入力部２１０と、マルチ型エアコン１００のリアルタイムモニタリングによる現在の電力使用量及び強制運転アルゴリズムにより制御されるエアコンの現在の運転率を含むエアコン状態情報が表示される画面表示部２２０とを含んで構成される。ここで、データ入力部２１０及び画面表示部２２０は生産者によってタッチスクリーン方式の単一のモニタに統合されても良い。

ここで、管理用基準電力値とは、建物内のエアコン管理者が、電力供給業者からシーズン別/建物別/事業者別にそれぞれ割り当てられる電力上限値を考慮した上で入力する電力値であって、ピーク電力制御が始まる時点を判断するための基準値となるものである。

また、中央制御器２００はネットワークを介してマルチ型エアコン１００とデータを送受信するデータ送受信部２５０により制御命令を転送するとともに、一方では該当制御命令に応じて動作されたエアコンからの状態情報データを受信する。

そして、中央制御器２００は図２に示したマルチ型エアコン１００を構成する室外ユニット１２０及び室内ユニット１１０の、それぞれの消費電力量、配管長さなどに関する機器情報が予め格納されるデータベース部２４０を含んで構成される。

データベース部２４０に格納された機器情報に基づいてピーク電力処理部２３０は総電力使用量を算出し、エアコンの制御部２６０は算出された総電力使用量が管理者により入力された管理用基準電力値を超えないようにマルチ型エアコン１００の運転モードを切り換えるピーク電力制御を行う。

この時、マルチ型エアコン１００を構成する室内ユニット１１０は上述したようにその種類/モデルによって異なる電力使用量を持ち、マルチ型エアコン１００の特性から、多数の室内ユニット１１０のうち一つの室内ユニット１１０のみ稼動しても多数の室内ユニット１１０に共有される室外ユニット１２０はフル稼動時の電力使用量の約３０％程度を基本的に消費するので、稼動中のマルチ型エアコンシステムの総電力使用量は稼動中の室内ユニット１１０の台数に線形的に比例せず、多様な因子(factor)により算出されるべきである。

したがって、マルチ型エアコン１００と連結される本発明の中央制御器２００は、全体電力使用量の算出のためにデータベース部２４０に格納された各室の室内温度、運転モード、運転状態などの詳細データを参照する。

すなわち、各室内ユニット１１０の性能値は、室外温度に対する室内温度、そして室外ユニット１２０が処理する負荷補正値、室外ユニット１２０と連結される配管長さによる配管補正値などを考慮して計算され、このように計算された各室内ユニット１１０の性能値及び室外ユニット１２０の性能値に基づいてピーク電力処理部２３０は、現在稼動中のマルチ型エアコンシステムの総電力使用量を算定する。

このようにピーク電力処理部２３０は、リアルタイムに稼動中のエアコンが消費する総電力使用量を算定しても良く、データベース部２５０に各因子による総電力使用量を予め計算してデータテーブルとして格納した後、リアルタイムにこのテーブルを参照して総電力使用量を読み取ってもいい。

すなわち、エアコン制御部２６０は、ピーク電力処理部２３０で算出された現在の総電力使用量と、管理者により入力された管理用基準電力値とを比較し、その比較の結果、総電力使用量が管理用基準電力値を超える場合、ピーク電力制御のための強制運転アルゴリズムを行う。この強制運転アルゴリズムは、稼動中のエアコンの総電力使用量が管理用基準電力値を超える場合は、選択されたエアコンの運転モードを冷房モードまたは暖房モードに保持し、それ以外の選択されなかったエアコンの運転モードを送風モードに強制に切り換える。

すなわち、電力消費が少ない送風モードで運転されるエアコンは、少ない電力を消費しつつ室内の温度をある程度に保持させる機能にし、選択されたエアコンのみを冷房または暖房モードで運転させるようにしたことから、総電力使用量を管理用電力基準値以下に抑えることができる。

このように強制運転アルゴリズムが適用されるピーク電力制御時には、各室において室内ユニット１１０による個別操作が不可能となるように自動ロッキング(auto locking)させ、この後、総電力使用量が管理用電力基準値以下に低減してピーク電力制御が解除されると、室内ユニット１１０による個別操作を可能にさせる。

また、中央制御器２００は、インターネット網を通じた遠隔制御を可能にするために信号を送受信するインターネットモデム２７０を更に含み、したがって、遠隔制御者はインターネット網を介して中央制御器２００に接続し、マルチ型エアコン１００のピーク電力制御を行うことができる。

図４は、本発明の中央制御器２００で実行されるマルチ型エアコン１００を制御するためのプログラムの画面であり、これは、画面表示部２２０により外部出力される。図４の画面では現在ピーク電力制御モードが作動中である。

図４の画面では、管理者が入力した希望電力使用量、すなわち管理用基準電力値は２４,０００Ｗで、希望運転率は４０％と例示されている。ここで、運転率は、エアコン全体のうち稼働中のエアコン台数の比率を意味し、管理者がデータ入力部２１０を通じて設定した値である。

また、管理者は、エアコンの使用環境(部屋面積、室外温度、室内条件、快適感等)を考慮した上、前述の運転率によってエアコンの運転モードが切り換えられる運転周期をデータ入力部２１０を通じて入力するが、本実施例では１５分と設定した。すなわち、本実施例によるマルチ型エアコンシステムは、総電力使用量が２４,０００Ｗを超えたら中央制御器２００によりピーク電力制御を開始し、全体エアコンの４０％に該当するエアコンは冷房モードまたは暖房モードに保持し、それ以外の６０％のエアコンは送風モードに保持する。この時、運転周期(１５分)が経過すると各エアコンの運転モードは再設定される。

例えば、１０台の室内ユニットが連結されたマルチ型エアコンシステムなら、４台ずつ１５分ごとに交互に稼働され、図４のように現在稼動中のマルチ型エアコンシステムの電力使用量及び運転率が各々４６,０００Ｗ、８４％とモニタリングされる場合、エアコン制御部２６０は、ピーク電力制御を実行して現在稼動中のエアコンそれぞれの運転モードを強制に切り換えることによって希望電力量及び運転率の水準に復帰させる。

このような中央制御器２００で駆動される制御用プログラムでは、取り扱い性をより向上させるために、リアルタイムで変動する電力使用量及び運行率を右側の数値で表示させると同時に、左側の棒グラフでも表示させることが好ましい。

このように、管理者は左側グラフの棒(bar)を直接見ながら希望電力使用量を容易に入力できる。

次に、上記のように構成されるエアコンの中央制御システムの動作方法を図５に示す順序図を参照して説明する。

まず、全体マルチ型エアコンシステムのうち、現在稼動中のエアコンの動作状態をモニタリングする。(Ｓ１)
その後、データベースに格納された各エアコンに対する機器情報を読み取って(Ｓ２)、現在稼動中のエアコンの運転率を算出する(Ｓ３)。ここで機器情報は、各室内ユニットの基本電力使用量、室内温度、室外温度、現在運転モード、運転状態、室外ユニットによる負荷、配管情報などを含み、これらの因子を考慮して総電力使用量が算出される。(Ｓ４)
エアコン制御部はデータベースに既に設定された管理用基準電力値を読み取って、この管理用基準電力値と計算された総電力使用量とを比較する。(Ｓ５)
総電力使用量が管理用基準電力値を超える場合、稼働中のエアコンのうち選択されたエアコンは冷/暖房モードで運転されるようにし、それ以外のエアコンは送風モードで運転されるようにエアコンの運転モードを切り換えるピーク電力制御を実行する。(Ｓ６)
ピーク電力制御によってエアコンの運転モードが切り換えられ(Ｓ７)、これによりエアコンが消費する総電力使用量が管理用基準電力値以下に抑えられることができる。この後、ステップＳ１〜Ｓ７がくり返される。

この時、ピーク電力制御が行われている間はエアコンの個別操作が不可能となるように自動ロッキング(auto locking)され、電力が管理される。

以上、本発明に係るエアコンの中央制御システムを例示された図面を参照して説明してきたが、本明細書に開示された実施例と図面によって本発明は限定されるものではなく、本発明の技術思想が保護される範囲内で当業者によって様々な応用が可能である。

従来の発明に係るエアコンの制御システムの構成図である。 本発明のエアコンの中央制御システムの構成図である。 本発明の中央制御器の構成図である。 本発明の中央制御器の画面表示部に出力された制御用画面を示す図である。 本発明のエアコンの中央制御システムの動作方法を示す順序図である。

符号の説明

１００ マルチ型エアコン
１１０ 室内ユニット
１２０ 室外ユニット
２００ 中央制御器
２１０ データ入力部
２２０ 画面表示部
２３０ ピーク電力処理部
２４０ データベース部
２５０ データ送受信部
２６０ エアコン制御部

Claims (1)

1. 空気調和のために建物内の各室毎に取り付けられる複数の室内ユニットと、該複数の室内ユニットに共有されて冷媒の循環を制御する室外ユニットとを含むマルチ型エアコンと、
   前記マルチ型エアコンとネットワークを介して連結されて、前記マルチ型エアコンの動作の中央制御や状態モニタリングを行うとともに、一方では前記マルチ型エアコンの稼動状態に基づいて算出された現在の電力使用量が、既に入力された管理用基準電力値を超える場合にピーク電力制御を行う中央制御器と、
   前記マルチ型エアコンと前記中央制御器との間に連結されて相互送受信される信号の通信規格変換を行う信号変換器と、を含み、
   前記中央制御器は、
   ネットワークを通じた前記マルチ型エアコンとのデータ送受信を可能にするデータ送受信部と、
   前記マルチ型エアコンを構成する室外ユニット及び室内ユニットそれぞれの消費電力量、配管長さなどに関する機器情報が格納されたデータベースと、
   前記データベースに格納された各前記室内ユニット及び室外ユニットそれぞれの前記機器情報に基づいて、稼動中の室内ユニット及び室外ユニットの総電力使用量を算出するピーク電力処理部と、
   前記ピーク電力処理部で算出された総電力使用量が前記管理用基準電力値を超える場合、強制運転アルゴリズムによって各室内ユニット及び室外ユニットの運転モードを切り換えるピーク電力制御を行うエアコン制御部と、
   それぞれの室内ユニット及び室外ユニットに関する機器情報、制御命令、エアコンシステムの電力管理のための前記管理用基準電力値が入力されるデータ入力部と、
   リアルタイムにモニタリングされる前記マルチ型エアコンの現在の電力使用量及び運転率に関する状態情報が表示される表示部と、を含み、
   前記強制運転アルゴリズムは、稼働中のエアコンの総電力使用量が前記管理用基準電力値を超える場合は、選択されたエアコンの運転モードを冷房モードまたは暖房モードに保持し、それ以外の選択されなかったエアコンの運転モードを送風モードに強制的に切り換え、
   前記データ入力部は、前記選択されたエアコンを選択するために用いられる、任意に設定される前記マルチ型エアコンの運転率、前記室内ユニット及び室外ユニットの運転モードが切り換えられる運転周期を、前記エアコン制御部に伝達するように構成されることを特徴とするエアコンの中央制御システム。

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