JP5371575B2 - 空調操作装置および空調操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換式空調機と外気冷房機とが併用される空調システムにおいて、熱交換式空調機と外気冷房機の共通化された操作部として使用される空調操作装置に関するものである。

空調制御では、例えば図６に示すように、部屋毎に個別の空調機（例えばビル用マルチ空調機など）を設置し、居住者がリモコンなどの操作手段を用いて、居住者の判断で個別空調機を操作する空調システムが実用化されている（例えば特許文献１参照）。図６の例では、部屋１００−１，１００−２の各々に熱交換式の個別空調機１０１−１，１０１−２が設けられている。図６において、１０２−１，１０２−２は部屋１００−１，１００−２から個別空調機１０１−１，１０１−２に空気（還気）を戻す配管、１０３−１，１０３−２は個別空調機１０１−１，１０１−２によって冷却または加熱された空気（給気）を部屋１００−１，１００−２へ供給する配管、１０４−１，１０４−２は給気の吹出口である。このような空調システムでは、居住者が個別空調機を操作することになるので、操作手段や操作のための表示方法には、特許文献１に開示されているように、多くの改良や機能追加が行なわれてきている。

個別空調機用のＨＭＩ（Human-Machine Interface）は進化しており、セントラル空調用の空調インターフェースを利用して、個別空調を実現しようというものも提案されている（特許文献２参照）。

特開２００３−１４８７９０号公報 特開２００８−１０１８９７号公報

セントラル空調システムでは、外気温度が低い冬期においては、外気を利用した冷房（外気冷房）が行なえるように構成されている。
オフィスビルなどでは、居住者やコンピュータ類が実質的に室内の発熱物となるので、冬期でも昼間は冷房を行なう必要がある。冷たい外気を取入れて冷房を行なう外気冷房により、空調機などによって空気を冷却するためのエネルギーを節約できるので、外気冷房を利用することは省エネルギーという観点では極めて有効である。

そこで、図７に示すように個別空調機と外気冷房機とを併用して、それぞれの良さを活用しようという構成が考えられる。図７において、１０５は外気を室内に導入する外気冷房機、１０６は外気の取り入れ口、１０７−１，１０７−２は外気冷房機１０５から送り出される外気を部屋１００−１，１００−２へ供給する配管、１０８−１，１０８−２は外気の供給量を調節する外気ダンパ、１０９−１，１０９−２は外気の吹出口、１１０−１，１１０−２は部屋１００−１，１００−２の室内温度を計測する室内温度センサ、１１１は外気温度を計測する外気温度センサである。

ただし、個別空調機用のＨＭＩは、外気冷房機と併用するためのＨＭＩにはなっていない。したがって、個別空調機と外気冷房機の操作部が別々に必要になる。実際は、操作部は共通化されるべきであり、実質的に操作部のみが共通化される。ゆえに、操作部のみの共通化によって発生する問題を低減する必要がある。例えば、個別空調機主体の冷房モードであるのか、外気冷房機のみによる冷房モードであるのかによって、居住者が温度設定変更したときの室内温度変化の現れ方に差異が生じ得る。しかしながら、居住者はどちらの制御モードで室温制御が行われているか知り得ないので、想定通りの室内温度変化の効果が得られない理由は何か、あるいは何時になったら想定通りの室内温度変化の効果が得られるのか、といった不快感を感じる可能性がある。

同様のことは、セントラル空調システムにおいてＡＨＵ（Air Handling Unit）と外気冷房機を併用する場合においても言える。ＡＨＵや個別空調機は、空気に対する熱交換作用を伴う空調機なので、以下ではこれらを外気冷房機と区別して総称するために、熱交換式空調機と記述する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、熱交換式空調機と外気冷房機とが併用される空調システムにおいて、操作部の共通化によって発生する問題を低減することができる空調操作装置および空調操作方法を提供することを目的とする。

本発明は、熱交換式空調機と外気冷房機とが併用される空調システムにおける空調操作装置であって、主として熱交換式空調機の効果を増減させることにより室温制御を実行する熱交換式空調機主体の冷房モードと、熱交換式空調機を停止させて外気冷房機の効果のみを増減させることにより室温制御を実行する完全外気冷房モードのどちらの制御モードで室温制御が実行されているかを示す情報を取得する制御モード情報取得手段と、実行中の制御モードを居住者が認識できるように提示する制御モード提示手段と、居住者が制御モードを選択的に指定可能な制御モード指示入力手段と、居住者が室内温度設定値を変更可能な温度設定値変更入力手段と、前記室内温度設定値が変更されたときの制御モードの選択操作に基づいて、一時的な制御モードの移行か否かを判断する一時移行判断手段と、この一時移行判断手段によって一時的な制御モードの移行と判断された場合に、室内温度が前記室内温度設定値に到達した時点で、一時的な移行前の制御モードに戻す復帰操作手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の空調操作装置の１構成例は、さらに、外気温度計測値を取得する外気温度情報取得手段と、室内温度計測値を取得する室内温度情報取得手段と、外気冷房機の状態情報を取得する空調機状態情報取得手段と、前記外気温度計測値と室内温度計測値と外気冷房機の状態情報と室内温度設定値とから、居住者が前記室内温度設定値を変更したときに外気冷房機のみによる完全外気冷房モードで室内温度が変更後の室内温度設定値に達するまでの時間である室内温度変化時間の推定値を算出する外気冷房時変化時間推定値算出手段と、前記室内温度変化時間推定値を居住者が認識できるように提示する外気冷房時変化時間推定値提示手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の空調操作装置の１構成例において、前記外気冷房時変化時間推定値算出手段は、完全外気冷房モードにおける室内温度の推定値を、最大外気ダンパ開度で外気が取入れられる場合を想定して算出し、この室内温度の推定値に基づいて前記室内温度変化時間推定値を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の空調操作装置の１構成例において、前記外気冷房時変化時間推定値算出手段は、単位時間あたりの室内温度変化を逐次算出する数式に基づき、シミュレーションにより前記室内温度変化時間推定値を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の空調操作装置の１構成例において、前記外気冷房時変化時間推定値算出手段は、完全外気冷房モードにおける室内温度変化の時定数と室内の収束温度とを、最大外気ダンパ開度で外気が取入れられる場合を想定して算出し、この時定数と収束温度に基づき、変更後の室内温度設定値に対する前記室内温度変化時間推定値を算出することを特徴とするものである。

また、本発明の空調操作方法は、熱交換式空調機と外気冷房機とが併用される空調システムの空調操作装置が、主として熱交換式空調機の効果を増減させることにより室温制御を実行する熱交換式空調機主体の冷房モードと、熱交換式空調機を停止させて外気冷房機の効果のみを増減させることにより室温制御を実行する完全外気冷房モードのどちらの制御モードで室温制御が実行されているかを示す情報を取得する制御モード情報取得手順と、実行中の制御モードを居住者が認識できるように提示する制御モード提示手順と、居住者によって変更された室内温度設定値を取得する室内温度設定値取得手順と、前記室内温度設定値が変更されたときの居住者による制御モードの選択操作に基づいて、一時的な制御モードの移行か否かを判断する一時移行判断手順と、一時的な制御モードの移行と判断した場合に、室内温度が前記室内温度設定値に到達した時点で、一時的な移行前の制御モードに戻す復帰操作手順とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の空調操作方法の１構成例は、さらに、熱交換式空調機と外気冷房機とが併用される空調システムの空調操作装置が、外気温度計測値を取得する外気温度情報取得手順と、室内温度計測値を取得する室内温度情報取得手順と、外気冷房機の状態情報を取得する空調機状態情報取得手順と、前記外気温度計測値と室内温度計測値と外気冷房機の状態情報と室内温度設定値とから、居住者が前記室内温度設定値を変更したときに外気冷房機のみによる完全外気冷房モードで室内温度が変更後の室内温度設定値に達するまでの時間である室内温度変化時間の推定値を算出する外気冷房時変化時間推定値算出手順と、前記室内温度変化時間推定値を居住者が認識できるように提示する外気冷房時変化時間推定値提示手順とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、熱交換式空調機主体の冷房モードと完全外気冷房モードのどちらの制御モードで室温制御が実行されているかを示す情報を取得し、実行中の制御モードを居住者が認識できるように提示することにより、居住者が温度設定変更時の室内温度変化の現れ方を認識しやすくなるので、居住者の不快感を緩和することができる。

また、本発明では、外気温度計測値と室内温度計測値と外気冷房機の状態情報と室内温度設定値とから、居住者が室内温度設定値を変更したときに外気冷房機のみによる完全外気冷房モードで室内温度が変更後の室内温度設定値に達するまでの時間である室内温度変化時間の推定値を算出し、室内温度変化時間推定値を居住者が認識できるように提示することにより、居住者が温度設定変更時の室内温度変化の現れ方を認識しやすくなるので、居住者の不快感を緩和することができる。

また、本発明では、室内温度設定値が変更されたときの制御モードの選択操作に基づいて、一時的な制御モードの移行か否かを判断し、一時的な制御モードの移行と判断した場合に、室内温度が室内温度設定値に到達した時点で、一時的な移行前の制御モードに戻すことにより、自動的に完全外気冷房に戻すことが可能となり、省エネルギー重視の制御モードへの戻し忘れをなくすことができる。

本発明の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る空調操作装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の室内温度変化時間推定値算出方法に基づく室内温度変化のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態の室内温度変化時間推定値算出方法に基づく室内温度変化のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る空調操作装置の表示・操作パネルの１例を示す図である。 熱交換式空調機のみによる従来の空調システムの構成を示す図である。 熱交換式空調機と外気冷房機を併用する空調システムの構成を示す図である。

［発明の原理１］
熱交換式空調機と外気冷房機を併用する場合であっても、熱交換式空調機の利用方法に特有の「居住者による個別の温度設定操作」は行なわれることになる。しかし、熱交換式空調機と外気冷房機のどちらが主体になるべきかを居住者が決定できるわけではないので、どちらが主体になるかについては外気温度や室内温度の状況に応じて、コンピュータ等の処理装置が自動的に決定することになる。この場合、冷房が行なわれている状態において、熱交換式空調機と外気冷房機のどちらが制御の主体になっているのか（どちらの制御モードか）を、居住者が把握する必要は本来ない。

しかし、熱交換式空調機主体の冷房モードであるのか、外気冷房機のみによる完全外気冷房モードであるのかによって、居住者が温度設定変更したときの室内温度変化の現れ方に差異が生じ得る。発明者は、温度設定変更したときの効果の現れ方の差異が顕著になると、居住者にとっては想定通りの室内温度変化の効果が得られない感じになるため、居住者の不快感になり得ることに着眼した。そして、熱交換式空調機主体の冷房モードと完全外気冷房モードのどちらの制御モードであるかを居住者が認識できるように表示することで、居住者が温度設定変更の効果の現れ方を認識しやすくなり、居住者の不快感を緩和できることに想到した。

［発明の原理２］
省エネルギー重視の完全外気冷房では、外気温度によって冷房能力が変化するので、単に完全外気冷房モードであることを居住者に知らせるだけでは、居住者にとって不十分になることもある。したがって、居住者が温度設定変更したときに完全外気冷房モードで室内温度が変更後の室内温度設定値に達するまでの時間である室内温度変化時間の推定値を、居住者が認識できるように表示することが好ましい。これにより、熱交換式空調機と外気冷房機を併用する際に、居住者にとって冷房性能が不自然に変化するような感覚を緩和することができる。なお、その用途を考えれば、高精度な変化時間推定値である必要がないことは言うまでもない。

［発明の原理３］
居住者が完全外気冷房では温度設定変更時の室内温度変化の現れ方が遅いと判断する場合に、熱交換式空調機を積極的に利用して温度変更を行なえる操作部を設け、室内温度が室内温度設定値に到達したら完全外気冷房に戻すようにすることで、個別空調の居住者の満足を維持することができる。その場合、自動的に完全外気冷房に戻すようにすることで、省エネルギー重視の冷房状態への戻し忘れがなくなる。そして、この場合においても、熱交換式空調機主体の冷房モードと完全外気冷房モードのどちらの制御モードが実行されているかを居住者が認識できるように表示することで、居住者にとって確認が容易になる。

［実施の形態］
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。空調システムの各構成の配置は図７に示したとおりであるので、図７の符号を用いて本実施の形態の空調システムについて説明する。
空調操作装置１−１，１−２は、それぞれ図７に示した部屋１００−１，１００−２の内部に設置され、居住者による操作あるいは自動的な処理により制御装置２に指示を与えたり、制御装置２から情報を取得したりする。

制御装置２は、例えば熱交換式空調機１０１−１の熱交換器に供給される冷水の量、外気冷房機１０５の起動／停止、および外気ダンパ１０８−１の開度などを制御することにより、部屋１００−１の室内温度が空調操作装置１−１によって設定された室内温度設定値になるように制御する。同様に、制御装置２は、熱交換式空調機１０１−２の熱交換器に供給される冷水の量、外気冷房機１０５の起動／停止、および外気ダンパ１０８−２の開度などを制御することにより、部屋１００−２の室内温度が空調操作装置１−２によって設定された室内温度設定値になるように制御する。

空調システムの冷房モードには、主として熱交換式空調機の効果を増減させることにより室温制御を実行する熱交換式空調機主体の冷房モードと、外気冷房機の効果のみを増減させることにより室温制御を実行する完全外気冷房モードの２つが部屋毎に存在する。熱交換式空調機主体の冷房モードでは、外気冷房機も動作しているが、完全外気冷房モードでは、外気冷房機のみ動作し、熱交換式空調機は停止している。

制御装置２は、空調操作装置１−１，１−２によって設定された室内温度設定値、外気温度、部屋１００−１，１００−２の室内温度、消費エネルギー等を考慮して、熱交換式空調機主体の冷房モードあるいは完全外気冷房モードのどちらかの制御モードを部屋毎に選択して、部屋毎の個別空調を行う。なお、制御装置２がどちらの制御モードを選択するかは、発明の本質には関係なく、また適宜実現可能であるので、制御モードの選択に関する詳細な説明は省略する。

図２は空調操作装置１−１，１−２の構成を示すブロック図である。空調操作装置１−１，１−２の各々は、それぞれ制御モード情報取得部１０と、制御モード提示部１１と、外気温度情報取得部１２と、室内温度情報取得部１３と、空調機状態情報取得部１４と、外気冷房時変化時間推定値算出部１５と、外気冷房時変化時間推定値提示部１６と、制御モード指示入力部１７と、温度設定値変更入力部１８と、一時移行判断部１９と、復帰操作部２０とを備える。

以下、本実施の形態の空調操作装置１−１，１−２の動作について説明する。ここでは、空調操作装置１−１の動作について説明するが、空調操作装置１−２の動作も対象となる部屋が変わる点を除けば同じである。
空調操作装置１−１の制御モード情報取得部１０は、自装置が設置されている部屋１００−１の室温制御が、熱交換式空調機主体の冷房モードと完全外気冷房モードのどちらのモードで実行されているかを示す情報を制御装置２から常時取得する。そして、空調操作装置１−１の制御モード提示部１１は、実行中の制御モードを部屋１００−１の居住者が認識できるように提示する。

こうして、本実施の形態では、実行中の冷房モードを居住者が認識できるように常時提示することにより、居住者が温度設定変更時の室内温度変化の現れ方を認識しやすくなるので、居住者の不快感を緩和することができる。例えば、居住者は、熱交換式空調機主体の冷房モードであれば温度設定変更時の室内温度変化の現れ方が早いと予想できるし、完全外気冷房モードであれば室内温度変化の現れ方が遅いと予想できる。

次に、居住者が温度設定変更したときの完全外気冷房による室内温度変化時間の推定値を居住者に提示する動作について説明する。室内温度変化時間推定値の算出方法は、前述したように高精度な推定値の算出方法である必要はないので、色々な算出方法やレベルが考えられる。例えば、熱収支の物理モデル数式に基づく方法でもよいし、特開平６−３３２５０６号公報に開示されたように、制御対象についての入出力関係を示すデータをファジィ数量化II類の手法で分析し、結果として得られる特性分布を近似するモデル関数を算出することによって導出した数式を用いる方法でもよい。

以下で述べる算出方法は、あくまでも一事例に過ぎない。本発明の本質は、居住者にどちらの冷房モードであるかを認識させることと、完全外気冷房モードであるときに例え概算値であっても室内温度変化時間推定値を提示することにある。
完全外気冷房モードを実行中の状態において、温度設定変更後の室内温度の変化時間を推定する方法は、対象とする部屋や空調設備の条件などにより異なるので、理解を容易にするために比較的単純な例（最大外気ダンパ開度による温度下降の変化時間推定）を示す。

ここでは、現時点の外気温度計測値をＡ［℃］、現時点の外気ダンパ開度をθ、外気冷房時の最大外気ダンパ開度をθｐ、現時点の外気冷房機のファンによる空気搬送量をＳ（θ）［ｍ³／ｍｉｎ．］、外気冷房機のファンによる最大空気搬送量をＳ（θｐ）［ｍ³／ｍｉｎ．］、温度設定変更後の室内温度設定値をＣ［℃］、現時点の室内温度計測値をＤ［℃］、室内の発熱エネルギー量推定値をＥ［℃ｍ³／ｍｉｎ．］、室内温度推定値をＦ［℃］、室内温度変化時間推定値をτ［ｍｉｎ］、室内容積をＲ［ｍ³］とする。

外気温度計測値Ａは、外気温度センサ１１１によって計測される。空調操作装置１−１の外気温度情報取得部１２は、制御装置２から外気温度計測値Ａを取得する。
部屋１００−１の室内温度計測値Ｄは、室内温度センサ１１０−１によって計測される。空調操作装置１−１の室内温度情報取得部１３は、制御装置２から部屋１００−１の室内温度計測値Ｄを取得する。

空調操作装置１−１の空調機状態情報取得部１４は、制御装置２から部屋１００−１用の外気ダンパ１０８−１の現時点の開度θと、部屋１００−１の既知の室内容積Ｒの情報を取得する。また、空調機状態情報取得部１４には、外気ダンパ開度と外気冷房機１０５のファンによる空気搬送量との関係が予め登録されている。この関係に基づいて、空調機状態情報取得部１４は、現時点の外気ダンパ開度θから現時点の外気冷房機１０５のファンによる空気搬送量Ｓ（θ）を求めることができる。なお、外気ダンパ開度が最大値θｐのとき空気搬送量が最大値Ｓ（θｐ）をとることは言うまでもない。
また、部屋１００−１の居住者が入力した温度設定変更後の室内温度設定値Ｃは、温度設定値変更入力部１８から外気冷房時変化時間推定値算出部１５に入力される。

現時点（温度設定変更前）で熱平衡状態にあると仮定すると、以下の関係が想定できる。
Ｅ＝（Ｄ−Ａ）Ｓ（θ） ・・・（１）

また、外気冷房による室内温度変化について、空気混合効率を熱伝導と同様に温度差に比例するものとして数式表現すれば、以下の関係になる。なお、ΔＦ／Δｔは単位時間あたりの室内温度変化量を意味するものである。
ＲΔＦ／Δｔ＝−（Ｆ−Ａ）Ｓ（θｐ）＋Ｅ ・・・（２）
Ｒ（Ｆ’−Ｆ）／Δｔ＝−（Ｆ−Ａ）Ｓ（θｐ）＋Ｅ ・・・（３）
Ｆ’＝Ｆ＋｛−（Ｆ−Ａ）Ｓ（θｐ）＋Ｅ｝Δｔ／Ｒ ・・・（４）
Ｆ’＝Ｆ＋｛−（Ｆ−Ａ）Ｓ（θｐ）＋（Ｄ−Ａ）Ｓ（θ）｝Δｔ／Ｒ ・・（５）

式（２）〜式（５）による逐次計算において、Ｆの初期温度をＤとすれば、簡易シミュレーションにより室内温度変化時間推定値τを算出することが可能になる。すなわち、Ｆ’＝Ｃとなるまでの所要時間を求めればよい。式（２）〜式（５）によれば、外気温度などの条件変化予測も盛り込むことができる。

実際には、以下のように数式変換できるので、完全外気冷房による室内温度変化の時定数Ｔと室内の収束温度Ｇが推定できる。
Ｆ’＝Ｆ＋｛−（Ｆ−Ａ）Ｓ（θｐ）＋Ｅ｝Δｔ／Ｒ ・・・（６）
Ｆ’＝Ｆ｛１−Ｓ（θｐ）Δｔ／Ｒ｝
＋｛Ａ＋Ｅ／Ｓ（θｐ）｝｛Ｓ（θｐ）Δｔ／Ｒ｝ ・・・（７）
Ｆ’＝Ｆ｛１−Δｔ／Ｔ｝＋ＧΔｔ／Ｔ ・・・（８）
Ｔ＝Ｒ／Ｓ（θｐ） ・・・（９）
Ｇ＝Ａ＋Ｅ／Ｓ（θｐ）＝Ａ＋（Ｄ−Ａ）Ｓ（θ）／Ｓ（θｐ） ・・・（１０）

したがって、時定数Ｔと収束温度Ｇを用いて次式により任意の時間ｔにおける室内温度推定値Ｆ’（ｔ）を得ることができる。
Ｆ’（ｔ）＝Ｄ＋（Ｇ−Ｄ）｛１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）｝ ・・・（１１）

そして、Ｆ’（ｔ）＝Ｃとして時間ｔを逆算する数式を得ることができるので、これにより任意の室内温度設定値Ｃに対して、室内温度変化時間推定値τを算出することが可能になる。
τ＝−Ｔｌｎ｛１−（Ｃ−Ｄ）／（Ｇ−Ｄ）｝ ・・・（１２）
式（１２）の場合、外気温度などの条件変化予測を盛り込むことはできないが、演算量を低減できる。

空調操作装置１−１の外気冷房時変化時間推定値算出部１５は、室内温度情報取得部１３が取得した室内温度計測値Ｄと、外気温度情報取得部１２が取得した外気温度計測値Ａと、空調機状態情報取得部１４が算出した空気搬送量Ｓ（θ）とから、現時点（温度設定変更前）の部屋１００−１内の発熱エネルギー量推定値Ｅ［℃ｍ³／ｍｉｎ．］を式（１）により算出する。続いて、外気冷房時変化時間推定値算出部１５は、空調機状態情報取得部１４が取得した部屋１００−１の室内容積Ｒと、既知の最大空気搬送量Ｓ（θｐ）とから、時定数Ｔを式（９）により算出し、室内温度計測値Ｄと、外気温度計測値Ａと、空気搬送量Ｓ（θ）と、既知の最大空気搬送量Ｓ（θｐ）とから、収束温度Ｇを式（１０）により算出する。

最後に、外気冷房時変化時間推定値算出部１５は、温度設定値変更入力部１８から入力された室内温度設定値Ｃと、室内温度計測値Ｄと、時定数Ｔと、収束温度Ｇとから、室内温度変化時間推定値τを式（１２）により算出する。
空調操作装置１−１の外気冷房時変化時間推定値提示部１６は、算出された室内温度変化時間推定値τを部屋１００−１の居住者が認識できるように提示する。

なお、温度設定変更により室内温度を上昇させる場合には、ゼロでない最小外気ダンパ開度θｒを仮定し、この最小外気ダンパ開度θｒに対応する既知の最小空気搬送量Ｓ（θｒ）［ｍ³／ｍｉｎ．］を最大空気搬送量Ｓ（θｐ）［ｍ³／ｍｉｎ．］の代わりに用いれば、上記と同じ数式により室内温度変化時間推定値τを算出することが可能になる。
また、実用上は、時定数Ｔなどの値を、算出するのではなく、実際の変化に合うように予め固定値として調整しておくようにしてもよい。

次に、具体的な数値によるシミュレーション例を以下に示す。式（１）〜式（１２）の推定式を検証するために、全く室内に発熱物がなく、熱交換式空調機による冷房も外気の取入れも行なわれてない状態から、最大外気ダンパ開度で外気を取入れ始める場合を確認する。この場合をシミュレーション１とする。

シミュレーション１では、現時点の外気温度計測値をＡ［℃］＝１８．０［℃］、現時点の外気ダンパ開度をθ＝０．０、外気冷房時の最大外気ダンパ開度をθｐ＝１．０、外気冷房機のファンによる空気搬送量をＳ（θ）［ｍ³／ｍｉｎ．］＝０．０［ｍ³／ｍｉｎ．］、外気冷房時の最大空気搬送量をＳ（θｐ）［ｍ³／ｍｉｎ．］＝１．０［ｍ³／ｍｉｎ．］、現時点の室内温度計測値（＝現時点の室内温度設定値）をＤ［℃］＝２５．０［℃］、室内容積をＲ［ｍ³］＝１００．０［ｍ³］（５．０ｍ×８．０ｍ×高さ２．５ｍ）、単位時間をΔｔ＝１．０［ｍｉｎ．］とする。

式（１）、式（９）、式（１０）、式（１２）により、発熱エネルギー量推定値Ｅ、時定数Ｔ、収束温度Ｇ、室内温度変化時間推定値τを算出すると以下のようになる。
Ｅ＝（Ｄ−Ａ）Ｓ（θ）＝０．０［℃ｍ³／ｍｉｎ．］ ・・・（１３）
Ｔ＝Ｒ／Ｓ（θｐ）＝１００．０［ｍｉｎ．］ ・・・（１４）
Ｇ＝Ａ＋Ｅ／Ｓ（θｐ）＝１８．０［℃］ ・・・（１５）
τ＝−Ｔｌｎ｛１−（Ｃ−Ｄ）／（Ｇ−Ｄ）｝
＝−１００．０ｌｎ｛１−（Ｃ−２５．０）／（−７．０）｝ ・・・（１６）

これにより、シミュレーション１の条件では、完全外気冷房の場合、約１５分後に室内温度が２４．０℃に下降し、約３４分後に２３．０℃に下降し、約５６分後に２２．０℃に下降することが推定できる。さらに約６時間後には、室内温度が外気温度とほぼ同じ約１８．２℃まで下降する。シミュレーション１の条件で時間τから室内温度（室内温度設定値Ｃ）を逆算したシミュレーション結果を図３、図４に示す。図４は図３の０〜２００［ｍｉｎ．］までの範囲を拡大した図である。図３、図４において、３１はシミュレーション１の結果に基づく室内温度変化、３２は後述するシミュレーション２の結果に基づく室内温度変化である。

次に、式（１）〜式（１２）の推定式を検証するために、室内に若干の発熱物がある状態で、外気冷房のみによって２５．０℃に空調制御されている状態から、最大外気ダンパ開度で温度下降させる場合を確認する。この場合をシミュレーション２とする。

シミュレーション２では、現時点の外気温度計測値をＡ［℃］＝１８．０［℃］、現時点の外気ダンパ開度をθ＝０．５、外気冷房時の最大外気ダンパ開度をθｐ＝１．０、外気冷房機のファンによる空気搬送量をＳ（θ）［ｍ³／ｍｉｎ．］＝０．５［ｍ³／ｍｉｎ．］、外気冷房時の最大空気搬送量をＳ（θｐ）［ｍ³／ｍｉｎ．］＝１．０［ｍ³／ｍｉｎ．］、現時点の室内温度計測値（＝現時点の室内温度設定値）をＤ［℃］＝２５．０［℃］、室内容積をＲ［ｍ³］＝１００．０［ｍ³］（５．０ｍ×８．０ｍ×高さ２．５ｍ）、単位時間をΔｔ＝１．０［ｍｉｎ．］とする。

式（１）、式（９）、式（１０）、式（１２）により、発熱エネルギー量推定値Ｅ、時定数Ｔ、収束温度Ｇ、室内温度変化時間推定値τを算出すると以下のようになる。
Ｅ＝（Ｄ−Ａ）Ｓ（θ）＝３．５［℃ｍ³／ｍｉｎ．］ ・・・（１７）
Ｔ＝Ｒ／Ｓ（θｐ）＝１００．０［ｍｉｎ．］ ・・・（１８）
Ｇ＝Ａ＋Ｅ／Ｓ（θｐ）＝２１．５［℃］ ・・・（１９）
τ＝−Ｔｌｎ｛１−（Ｃ−Ｄ）／（Ｇ−Ｄ）｝
＝−１００．０ｌｎ｛１−（Ｃ−２５．０）／（−３．５）｝ ・・・（２０）

これにより、シミュレーション２の条件では、完全外気冷房の場合、約３４分後に室内温度が２４．０℃に下降し、約８５分後に２３．０℃に下降し、約１９５分後に２２．０℃に下降することが推定できる。シミュレーション２の条件で時間τから室内温度（室内温度設定値Ｃ）を逆算したシミュレーション結果を図３、図４の３２で示す。この結果から明らかなように、外気冷房のみによって室内温度を２［℃］下降させる温度設定変更を行なおうとすると、室内温度が２［℃］下がるまでに１時間半ほど待たなければならないわけであり、居住者がどのくらい待つのか分かっていないと不快感を感じる可能性がある。

以上のような方法により、居住者が温度設定変更したときの完全外気冷房による室内温度変化時間の推定値を算出することが可能であり、算出した室内温度変化時間推定値を居住者に提示することにより、居住者が温度設定変更時の室内温度変化の現れ方を認識しやすくなるので、居住者の不快感を緩和することができる。
なお、室内温度変化時間推定値を常時算出し常時提示するようにしてもよいし、居住者の要求に応じて算出して提示するようにしてもよい。

本実施の形態の空調操作装置の表示・操作パネルの１例を図５に示す。図５において、５０は室内温度設定値の表示領域、５１は空調ＯＮ／ＯＦＦスイッチおよびＯＮ／ＯＦＦ表示領域、５２は室内温度設定値の変更スイッチ、５３は制御モード表示領域、５４は制御モード指示スイッチ、５５は室内温度変化時間推定値の表示領域である。

次に、表示された室内温度変化時間推定値を見て居住者が完全外気冷房では温度設定変更時の室内温度変化の現れ方が遅いと判断し、完全外気冷房モードから熱交換式空調機主体の冷房モードに切り換える場合の動作について説明する。
例えば上記シミュレーション２の数値例において、外気冷房のみによって室内温度を２［℃］下降させる温度設定変更を行なおうとすると、１時間半ほど待たなければならない。このような場合、居住者は、完全外気冷房では室内温度変化の現れ方が遅いと判断するものと思われる。

このような場合には、居住者は、図５に示した制御モード指示スイッチ５４を操作して、室温制御の制御モードを熱交換式空調機主体の冷房モードに切り換えることができる。実際の操作手順としては、居住者が室内温度設定値の変更スイッチ５２を操作して室内温度設定値を変更した直後（例えば３０秒以内）に、さらに制御モード指示スイッチ５４を操作して熱交換式空調機主体の冷房モードを選択する。居住者が変更した室内温度設定値は温度設定値変更入力部１８が取得し、居住者が選択した制御モードの情報は制御モード指示入力部１７が取得する。居住者が変更した室内温度設定値と居住者が選択した制御モードとは、空調操作装置１−１から制御装置２に通知され、これらの変更に応じた部屋１００−１の室温制御が制御装置２によって実行されることは言うまでもない。

空調操作装置１−１の一時移行判断部１９は、温度設定値変更入力部１８から変更後の室内温度設定値が入力され、この室内温度設定値変更から所定時間以内（例えば３０秒以内）に熱交換式空調機主体の冷房モードが選択されると、一時的な制御モードの移行であると判断する。
なお、熱交換式空調機主体の冷房モードが選択されると、制御モード情報取得部１０と制御モード提示部１１の動作により、熱交換式空調機主体の冷房モードであることを示す情報が制御モード表示領域５３に表示される。

空調操作装置１−１の復帰操作部２０は、一時移行判断部１９によって一時的な制御モードの移行と判断された場合、室内温度が室内温度設定値に到達した時点で、制御モードを完全外気冷房モードに戻す。復帰操作部２０が変更した制御モードは制御装置２に通知され、完全外気冷房による部屋１００−１の室温制御が制御装置２によって実行されることは言うまでもない。
こうして、本実施の形態では、自動的に完全外気冷房に戻すようにすることで、省エネルギー重視の制御モードへの戻し忘れをなくすことができる。

完全外気冷房モードに変更されると、制御モード情報取得部１０と制御モード提示部１１の動作により、完全外気冷房モードであることを示す情報が制御モード表示領域５３に表示される。

なお、本実施の形態の空調操作装置１−１，１−２と制御装置２の各々は、それぞれＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。各々の装置のＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、熱交換式空調機と外気冷房機とが併用される空調システムに適用することができる。

１−１，１−２…空調操作装置、２…制御装置、１０…制御モード情報取得部、１１…制御モード提示部、１２…外気温度情報取得部、１３…室内温度情報取得部、１４…空調機状態情報取得部、１５…外気冷房時変化時間推定値算出部、１６…外気冷房時変化時間推定値提示部、１７…制御モード指示入力部、１８…温度設定値変更入力部、１９…一時移行判断部、２０…復帰操作部、１００−１，１００−２…部屋、１０１−１，１０１−２…熱交換式空調機、１０５…外気冷房機、１０８−１，１０８−２…外気ダンパ、１１０−１，１１０−２…室内温度センサ、１１１…外気温度センサ。

Claims (7)

1. 熱交換式空調機と外気冷房機とが併用される空調システムにおける空調操作装置であって、
   主として熱交換式空調機の効果を増減させることにより室温制御を実行する熱交換式空調機主体の冷房モードと、熱交換式空調機を停止させて外気冷房機の効果のみを増減させることにより室温制御を実行する完全外気冷房モードのどちらの制御モードで室温制御が実行されているかを示す情報を取得する制御モード情報取得手段と、
   実行中の制御モードを居住者が認識できるように提示する制御モード提示手段と、
   居住者が制御モードを選択的に指定可能な制御モード指示入力手段と、
   居住者が室内温度設定値を変更可能な温度設定値変更入力手段と、
   前記室内温度設定値が変更されたときの制御モードの選択操作に基づいて、一時的な制御モードの移行か否かを判断する一時移行判断手段と、
   この一時移行判断手段によって一時的な制御モードの移行と判断された場合に、室内温度が前記室内温度設定値に到達した時点で、一時的な移行前の制御モードに戻す復帰操作手段とを備えることを特徴とする空調操作装置。
2. 請求項１記載の空調操作装置において、
   さらに、外気温度計測値を取得する外気温度情報取得手段と、
   室内温度計測値を取得する室内温度情報取得手段と、
   外気冷房機の状態情報を取得する空調機状態情報取得手段と、
   前記外気温度計測値と室内温度計測値と外気冷房機の状態情報と室内温度設定値とから、居住者が前記室内温度設定値を変更したときに外気冷房機のみによる完全外気冷房モードで室内温度が変更後の室内温度設定値に達するまでの時間である室内温度変化時間の推定値を算出する外気冷房時変化時間推定値算出手段と、
   前記室内温度変化時間推定値を居住者が認識できるように提示する外気冷房時変化時間推定値提示手段とを備えることを特徴とする空調操作装置。
3. 請求項２記載の空調操作装置において、
   前記外気冷房時変化時間推定値算出手段は、完全外気冷房モードにおける室内温度の推定値を、最大外気ダンパ開度で外気が取入れられる場合を想定して算出し、この室内温度の推定値に基づいて前記室内温度変化時間推定値を算出することを特徴とする空調操作装置。
4. 請求項２記載の空調操作装置において、
   前記外気冷房時変化時間推定値算出手段は、単位時間あたりの室内温度変化を逐次算出する数式に基づき、シミュレーションにより前記室内温度変化時間推定値を算出することを特徴とする空調操作装置。
5. 請求項２記載の空調操作装置において、
   前記外気冷房時変化時間推定値算出手段は、完全外気冷房モードにおける室内温度変化の時定数と室内の収束温度とを、最大外気ダンパ開度で外気が取入れられる場合を想定して算出し、この時定数と収束温度に基づき、変更後の室内温度設定値に対する前記室内温度変化時間推定値を算出することを特徴とする空調操作装置。
6. 熱交換式空調機と外気冷房機とが併用される空調システムの空調操作装置が、
   主として熱交換式空調機の効果を増減させることにより室温制御を実行する熱交換式空調機主体の冷房モードと、熱交換式空調機を停止させて外気冷房機の効果のみを増減させることにより室温制御を実行する完全外気冷房モードのどちらの制御モードで室温制御が実行されているかを示す情報を取得する制御モード情報取得手順と、
   実行中の制御モードを居住者が認識できるように提示する制御モード提示手順と、
   居住者によって変更された室内温度設定値を取得する室内温度設定値取得手順と、
   前記室内温度設定値が変更されたときの居住者による制御モードの選択操作に基づいて、一時的な制御モードの移行か否かを判断する一時移行判断手順と、
   一時的な制御モードの移行と判断した場合に、室内温度が前記室内温度設定値に到達した時点で、一時的な移行前の制御モードに戻す復帰操作手順とを備えることを特徴とする空調操作方法。
7. 請求項６記載の空調操作方法において、
   さらに、外気温度計測値を取得する外気温度情報取得手順と、
   室内温度計測値を取得する室内温度情報取得手順と、
   外気冷房機の状態情報を取得する空調機状態情報取得手順と、
   前記外気温度計測値と室内温度計測値と外気冷房機の状態情報と室内温度設定値とから、居住者が前記室内温度設定値を変更したときに外気冷房機のみによる完全外気冷房モードで室内温度が変更後の室内温度設定値に達するまでの時間である室内温度変化時間の推定値を算出する外気冷房時変化時間推定値算出手順と、
   前記室内温度変化時間推定値を居住者が認識できるように提示する外気冷房時変化時間推定値提示手順とを備えることを特徴とする空調操作方法。

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