JP5123997B2 - 空調制御システム及びそのプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転を制御するための空調制御システム及びそのプログラムに関する。
従来、事務所ビルなどの居住空間を快適な空調環境に保持したり、居住空間を空調する際に消費されるエネルギーを削減したりすることを目的として、各種空調制御システムが提案されている。
この種の従来の空調制御システムとしては、例えば、空調機器を事前に設定したスケジュールに従って運転させる技術（例えば、特許文献１参照）や、人感センサーによって居住空間内に人が存在するかどうかを検知して空調機器の運転を切り換える技術（例えば、特許文献２参照）や、居住空間の温度が予め設定された温度になるように空調機器をフィードバック制御する技術（例えば、特許文献３参照）や、リモコンを操作して空調機器の設定温度や風量などを変更させる技術（例えば、特許文献４参照）や、空調機器が一定の周期で運転と停止を繰り返すようにパッシブ・リズミング制御する技術（例えば、特許文献５参照）などが知られている。
特開２００７−７１４０５号公報 特開平１１−６６４４号公報 特開平６−１３７６４５号公報 特開２００５−１６９１５号公報 特開２００２−３４９９２９号公報
しかしながら、上記した従来の空調制御システムのうち、特許文献１や特許文献３に開示された技術では、居住者の行動パターンが反映されることなく空調機器の運転が行われるため、居住空間に余分な熱量が供給され、無駄な空調エネルギーが消費されるおそれがあり、省エネルギー化を図ることが難しいといった問題があった。
また、上記した特許文献２に開示された技術では、人感センサーが居住空間内に人の存在を検知すると熱量を増加させるように空調機器の運転を切り替えるため、空調機器にギリギリの運転を行わせることができず、省エネルギー化を図ることが難しいといった問題があった。
さらに、上記した特許文献４に開示された技術では、特定のリモコン操作者の好みに従って空調機器が運転されるため、リモコン操作者以外の寒暑感を反映させた空調制御を行うことができないと共に、無駄な空調エネルギーが消費されるおそれがあり、省エネルギー化を図ることが難しいといった問題があった。
さらにまた、上記した特許文献５に開示された技術では、居住者の寒暑感を反映させた空調制御を行うことができないといった問題があった。
本発明は上記した課題を解決すべくなされるものであり、省エネルギー化と居住空間の快適性の向上との両立を図ることのできる空調制御システム及びそのプログラムを提供することを目的とするものである。
上記した目的を達成するため、本発明は、空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転を制御するための空調制御システムであって、前記空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを一定時間単位で作成する履歴データ作成手段と、該履歴データ作成手段が作成した負荷率の履歴データから一定割合分の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位で作成するエコスケジュール作成手段と、該エコスケジュール作成手段が作成したエコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量が、対応する空調ゾーンに供給されるように前記空調システムをスケジュール追従制御するエコ空調用熱量制御手段と、前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの申告により、前記エコ空調用熱量制御手段に対して前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量の増減を指示するパルス空調用熱量制御手段と、を備えていることを特徴とする。
また、本発明は、空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転を制御するための空調制御システムであって、前記空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを一定時間単位で作成する履歴データ作成手段と、該履歴データ作成手段が作成した負荷率の履歴データから一定割合分の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位で作成するエコスケジュール作成手段と、対応する空調ゾーン内の温度が予め設定された温度になるように前記空調システムをフィードバック制御して前記対応する空調ゾーンに所要の空調用熱量を供給しつつ、一定周期毎又は前記エコスケジュールの負荷率が変動する一定時間毎のいずれかのタイミングで、前記空調システムが前記対応する空調ゾーンに供給する空調用熱量を前記エコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量にリセットするエコ空調用熱量制御手段と、前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの申告により、前記エコ空調用熱量制御手段に対して前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量の増減を指示するパルス空調用熱量制御手段と、を備えていることを特徴とする。
そして、本発明に係る空調制御システムにおいて、前記履歴データ作成手段は、直近の数週間分の同じ曜日の負荷率のデータを平均することにより前記履歴データを作成するのが好ましい。
また、本発明に係る空調制御システムは、前記空調ゾーン毎に設置された人感センサーが人の不在を検知した場合、前記エコ空調用熱量制御手段に対して前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量を減少又はゼロにするよう指示する空調用熱量減少手段を備えていてもよい。
さらに、本発明に係る空調制御システムは、前記パルス空調用熱量制御手段からの前記エコ空調用熱量の増加指示回数が所定回数に達した場合、前記エコスケジュールの作成時に前記履歴データから減じる負荷率の割合を減少させるエコスケジュール修正手段を備えていてもよい。
さらにまた、前記パルス空調用熱量制御手段は、前記エコ空調用熱量の増加指示回数が上限に達した後、前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの前記エコ空調用熱量の増加申告を無視してもよい。
さらに、本発明は、空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転の制御をコンピュータに実行させるための空調制御プログラムであって、前記空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを一定時間単位で作成する履歴データ作成ステップと、該履歴データ作成ステップで作成した負荷率の履歴データから一定割合分の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位で作成するエコスケジュール作成ステップと、該エコスケジュール作成ステップで作成したエコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量が、対応する空調ゾーンに供給されるように前記空調システムをスケジュール追従制御するエコ空調用熱量制御ステップと、前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの申告により、前記エコ空調用熱量制御ステップにおいて前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量の増減を指示するパルス空調用熱量制御ステップと、を備えていることを特徴とする。
さらにまた、本発明は、空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転の制御をコンピュータに実行させるための空調制御プログラムであって、前記空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを一定時間単位で作成する履歴データ作成ステップと、該履歴データ作成ステップで作成した負荷率の履歴データから一定割合分の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位で作成するエコスケジュール作成ステップと、対応する空調ゾーン内の温度が予め設定された温度になるように前記空調システムをフィードバック制御して前記対応する空調ゾーンに所要の空調用熱量を供給しつつ、一定周期毎又は前記エコスケジュールの負荷率が変動する一定時間毎のいずれかのタイミングで、前記空調システムが前記対応する空調ゾーンに供給する空調用熱量を前記エコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量にリセットするエコ空調用熱量制御ステップと、前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの申告により、前記エコ空調用熱量制御ステップにおいて前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量の増減を指示するパルス空調用熱量制御ステップと、を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、省エネルギー化と居住空間の快適性の向上との両立を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る空調制御システムを示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る空調制御システムを示す構成ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る空調制御システムが第１の制御方法で一日運転されている時の負荷率の変化を示す図である。 本発明の実施の形態に係る空調制御システムが第２の制御方法で一日運転されている時の負荷率の変化を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る空調制御システムを示す概念図、図２は本発明の実施の形態に係る空調制御システムを示す構成ブロック図である。
本発明の実施の形態に係る空調制御システムは、空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転を制御するためのものであり、この空調システムとしては、例えば、図１に示すように、ＯＡフロア１と床スラブ２との間の空間３を給気ダクトとして利用し、床吹出し口４から空調エアを吹き出して居住空間である事務室内を空調する床吹出し方式の空調システムとすることができる。
この空調システムでは、機械室内に、コイル５やファン６を備える床置型の空調機７と、外気導入ダクト８に取り付けられるＶＡＶ（Variable Air Volume）９と、空調システムの運転を制御するコントローラ１０とが設けられている。また、事務室内の一空調ゾーンには、在席者毎に設置される複数のパソコン１１と、天井面に設置される照明１２と、照度センサー１３や人感センサー１４が設けられ、床吹出し口４は各在席者に対応してＯＡフロア１に設置されている。さらに、事務室と機械室との間にはモータダンパー１５により開閉制御可能な還気口１６が設けられている。
コントローラ１０は、中央監視室に設置される中央監視制御装置（図示省略）と共に本発明の実施の形態に係る空調制御システムを主として構成するものであり、この空調制御システムは、図２に示すように、演算部１７と、制御部１８と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などから成る記憶部１９と、事務室側に設置される各パソコン１１や照度センサー１３及び人感センサー１４などとの接続を中継する事務室側Ｉ／Ｆ２０と、空調機７やＶＡＶ９などとの接続を中継する空調機器側Ｉ／Ｆ２１とから主に構成されている。そして、制御部１８は、記憶部１９のＲＯＭに格納されている空調制御プログラムに従って、後述するエコ空調用熱量制御ステップやパルス空調用熱量制御ステップなどの動作を実行すると共に、演算部１７に対して、履歴データ作成ステップやエコスケジュール作成ステップなどの動作を実行するよう命令を送出する。
次に、本発明の実施の形態に係る空調制御システムにおいてベース運転スケジュールとなるエコスケジュールを作成する方法について説明する。
先ず、演算部１７は、毎日、前日に、翌日の曜日と同じ曜日の直近の数週間分（例えば、３〜５週間分）の過去の負荷率（ピーク負荷に対する負荷の割合）を一定時間単位（例えば、１時間単位）で平均し、空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを作成し（履歴データ作成ステップ）、この履歴データを記憶部１８に格納する。なお、前記負荷率の履歴データの作成時には、上記した翌日の曜日と同じ曜日の過去の負荷率の他に、翌日が祝日明けのデータや連休明けのデータなどの過去の負荷率も使用し、前記負荷率の履歴データに反映させるのが好ましい。
前記過去の負荷率のデータは、過去の内部発熱負荷率と過去の日射負荷率とを加えたものであり、具体的には、内部発熱負荷と日射負荷の全負荷に対する各割合をそれぞれ内部発熱負荷率と日射負荷率に乗じたものを加算することにより算出される。そして、前記内部発熱負荷率のうち、照明発熱負荷率は照度センサー１３が検知した照度に基づき演算部１７が算出し、人体発熱負荷率は人感センサー１４が検知した在席者の人数に基づき演算部１７が算出し、パソコン１１からの発熱負荷率は人感センサー１４が検知した在席者の人数に対応させて演算部１７が算出する。
なお、これらの内部発熱負荷率の算出方法は、単なる例示に過ぎず、たとえば、照明発熱負荷率は、照明１２が調光制御される場合にはその照度指令値に基づき算出したり、或いは、照明が人感センサー１４によりＯＮ／ＯＦＦ制御される場合にはその人感センサー１４が検知した在席者の有無の情報に基づき算出したりしてもよい。また、人体発熱負荷率は、人感センサー１４が在席者の人数を検知する機能を有していない場合にはその人感センサー１４が検知した在席者の有無の情報に基づき算出したりしてもよく、さらに、パソコン１１からの発熱負荷率は、ネットワークを介してパソコン１１のＯＮ／ＯＦＦ状態を監視できる場合にはその情報に基づき算出したりしてもよい。
また、前記過去の日射負荷率は、前記空調システムの運転時期と同時期の太陽高度と天気予報に基づき演算部１７が算出する。
このように負荷率の履歴データが作成されると、演算部１７は、この負荷率の履歴データから一定割合分（例えば、５〜１０％）の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位（例えば、１時間単位）で作成し（エコスケジュール作成ステップ）、そのエコスケジュールを記憶部１９に格納する。
次に、本発明の実施の形態に係る空調制御システムが前記空調システムの運転を制御する方法について説明する。なお、以下の説明では、前記空調システムの運転の第１の制御方法と第２の制御方法の２種類の制御方法について例示して説明する。
先ず、前記空調システムの運転の第１の制御方法では、図３において太い実線で示すように、演算部１７が作成した前記エコスケジュールの負荷率に追従するように、制御部１８は空調機７のコイル５の流量バルブの開度や送風機６のインバータの周波数などをスケジュール追従制御する。これにより、前記エコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量を有する空調空気が空調機７から対応する空調ゾーンに送出される（エコ空調用熱量制御ステップ）。
一方、このように前記空調システムが前記エコスケジュールの負荷率に追従して運転されている間、前記対応する空調ゾーン内の一在席者のパソコン１１からの申告操作により、前記エコ空調用熱量の増加（或いは削減）を要求する指令が送信されると、この指令は事務室側Ｉ／Ｆ２０を介して前記空調制御システムに受信され、制御部１８は前記空調システムに対して前記エコ空調用熱量を規定量分（例えば、１０〜２０％）、増加（或いは削減）するように指示する。これにより、図３において一点鎖線で示すように、一時的に（例えば、１０〜３０分）、空調機７は、前記エコ空調用熱量を規定量分増加（又は削減）させた空調空気を前記対応する空調ゾーンに送出する（パルス空調用熱量制御ステップ）。
このように上記した第１の制御方法によれば、熱負荷の変動に拘らず前記エコスケジュールに追従した運転を空調システムに行わせることができるため、居住者の行動パターンに従ったギリギリの空調を行うことができ、無駄な空調エネルギーを削減することができる。一方、当日の在席者からの申告により、対応する空調ゾーンに供給される空調用熱量を柔軟に変更可能とし、在席者の寒暑感を直接反映させることにより、快適性を高めることができる。したがって、省エネルギー化と個別空調の快適性の両立を図ることができる。
次に、前記空調システムの運転の第２の制御方法を説明すると、図４において細い実線で示すように、対応する空調ゾーン内の温度が予め設定された温度になるように、制御部１８は空調機７のコイル５の流量バルブの開度や送風機６のインバータの周波数などをフィードバック制御する。これにより、所要の空調用熱量を有する空調空気が空調機７から対応する空調ゾーンに送出される。また、制御部１８は、一定周期毎又は前記エコスケジュールの負荷率が変動する一定時間毎（図示では前記エコスケジュールの負荷率が変動する１時間毎）のいずれかのタイミングで、前記対応する空調ゾーンに供給する空調用熱量を前記エコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量にリセットする（エコ空調用熱量制御ステップ）。
一方、この間、前記対応する空調ゾーン内の一在席者のパソコン１１からの申告操作により、前記エコ空調用熱量の増加（或いは削減）を要求する指令が送信されると、この指令は事務室側Ｉ／Ｆ２０を介して前記空調制御システムに受信され、制御部１８は、上記した第１の制御方法の場合と同様に、前記空調システムに対して前記エコ空調用熱量を規定量分（例えば、１０〜２０％）、増加（或いは削減）するように指示する。これにより、図４において一点鎖線で示すように、一時的に（例えば、１０〜３０分）、空調機７は、前記エコ空調用熱量を規定量分増加（又は削減）させた空調空気を前記対応する空調ゾーンに送出する（パルス空調用熱量制御ステップ）。
このように上記した第２の制御方法によれば、従来のフィードバック制御による快適性を維持しつつ、空調用熱量を前記エコスケジュールに一時的にリセットすることで、無駄な空調エネルギーの削減を図ることができる。一方、当日の在席者からの申告により、対応する空調ゾーンに供給される空調用熱量を柔軟に変更可能とし、在席者の寒暑感を直接反映させることにより、快適性を高めることができる。したがって、省エネルギー化と個別空調の快適性の両立を図ることができる。
なお、前記エコ空調用熱量の増加を要求する指令回数の上限（例えば、１日で５〜２０回）を設定し、この上限回数に達した後、制御部１８は、前記エコ空調用熱量の増加を要求する指令を無視し、空調の消費エネルギーが増大するのを防止してもよく、これにより、より一層省エネルギー化を図ることができる。
また、前記エコ空調用熱量の増加を要求する指示回数が所定回数に達した場合、制御部１８は、翌週の同じ曜日の前記エコスケジュールを作成する時に前記履歴データから減じる負荷率の割合を減少させ、前記エコスケジュールの負荷率を増加させる方向に修正してもよく、これにより、実際の環境に沿った運転を効率よく空調システムに行わせることができる。
さらに、前記対応する空調ゾーンに設置された人感センサー１４が在席者の不在を検知した場合、制御部１８は、前記エコ空調用熱量を減少又はゼロにするよう指示してもよい。これにより、前記エコスケジュールに拘らず、無駄なエネルギーの消費を防止することができるため、より一層省エネルギー化を図ることができる。
なお、上記した本発明の実施の形態は、本発明の空調制御システムにおける好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、他の構成要素などとの置き換えが可能であり、かつ、他の構成要素との組合せを含む様々な変形が可能である。すなわち、本発明は、天井吹出し方式の空調システムに適用するなど、空調システムの種類などを含め、上記した実施の形態の記載をもって特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
１７ 演算部（履歴データ作成手段、エコスケジュール作成手段）
１８ 制御部（エコ空調用熱量制御手段、パルス空調用熱量制御手段、空調
用熱量減少手段、エコスケジュール修正手段）

Claims (8)

  1. 空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転を制御するための空調制御システムであって、
    前記空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを一定時間単位で作成する履歴データ作成手段と、
    該履歴データ作成手段が作成した負荷率の履歴データから一定割合分の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位で作成するエコスケジュール作成手段と、
    該エコスケジュール作成手段が作成したエコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量が、対応する空調ゾーンに供給されるように前記空調システムをスケジュール追従制御するエコ空調用熱量制御手段と、
    前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの申告により、前記エコ空調用熱量制御手段に対して前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量の一時的な増減を指示するパルス空調用熱量制御手段と、
    を備えていることを特徴とする空調制御システム。
  2. 空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転を制御するための空調制御システムであって、
    前記空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを一定時間単位で作成する履歴データ作成手段と、
    該履歴データ作成手段が作成した負荷率の履歴データから一定割合分の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位で作成するエコスケジュール作成手段と、
    対応する空調ゾーン内の温度が予め設定された温度になるように前記空調システムをフィードバック制御して前記対応する空調ゾーンに所要の空調用熱量を供給しつつ、一定周期毎又は前記エコスケジュールの負荷率が変動する一定時間毎のいずれかのタイミングで、前記空調システムが前記対応する空調ゾーンに供給する空調用熱量を前記エコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量にリセットするエコ空調用熱量制御手段と、
    前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの申告により、前記エコ空調用熱量制御手段に対して前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量の一時的な増減を指示するパルス空調用熱量制御手段と、
    を備えていることを特徴とする空調制御システム。
  3. 前記履歴データ作成手段は、直近の数週間分の同じ曜日の負荷率のデータを平均することにより前記履歴データを作成する請求項１又は２に記載の空調制御システム。
  4. 前記空調ゾーン毎に設置された人感センサーが人の不在を検知した場合、前記エコ空調用熱量制御手段に対して前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量を減少又はゼロにするよう指示する空調用熱量減少手段を備えている請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の空調制御システム。
  5. 前記パルス空調用熱量制御手段からの前記エコ空調用熱量の増加指示回数が所定回数に達した場合、前記エコスケジュールの作成時に前記履歴データから減じる負荷率の割合を減少させるエコスケジュール修正手段を備えている請求項１〜４のいずれか１の請求項に記載の空調制御システム。
  6. 前記パルス空調用熱量制御手段は、前記エコ空調用熱量の増加指示回数が上限に達した後、前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの前記エコ空調用熱量の増加申告を無視する請求項１〜５のいずれか１の請求項に記載の空調制御システム。
  7. 空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転の制御をコンピュータに実行させるための空調制御プログラムであって、
    前記空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを一定時間単位で作成する履歴データ作成ステップと、
    該履歴データ作成ステップで作成した負荷率の履歴データから一定割合分の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位で作成するエコスケジュール作成ステップと、
    該エコスケジュール作成ステップで作成したエコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量が、対応する空調ゾーンに供給されるように前記空調システムをスケジュール追従制御するエコ空調用熱量制御ステップと、
    前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの申告により、前記エコ空調用熱量制御ステップにおいて前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量の一時的な増減を指示するパルス空調用熱量制御ステップと、
    を備えていることを特徴とする空調制御プログラム。
  8. 空調ゾーン毎に空調可能な空調システムの運転の制御をコンピュータに実行させるための空調制御プログラムであって、
    前記空調ゾーン毎に負荷率の履歴データを一定時間単位で作成する履歴データ作成ステップと、
    該履歴データ作成ステップで作成した負荷率の履歴データから一定割合分の負荷率を減じて負荷率のエコスケジュールを一定時間単位で作成するエコスケジュール作成ステップと、
    対応する空調ゾーン内の温度が予め設定された温度になるように前記空調システムをフィードバック制御して前記対応する空調ゾーンに所要の空調用熱量を供給しつつ、一定周期毎又は前記エコスケジュールの負荷率が変動する一定時間毎のいずれかのタイミングで、前記空調システムが前記対応する空調ゾーンに供給する空調用熱量を前記エコスケジュールの負荷率に追従するエコ空調用熱量にリセットするエコ空調用熱量制御ステップと、
    前記対応する空調ゾーン内の一在席者からの申告により、前記エコ空調用熱量制御ステップにおいて前記空調システムが供給する前記エコ空調用熱量の一時的な増減を指示するパルス空調用熱量制御ステップと、
    を備えていることを特徴とする空調制御プログラム。
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