JP5537456B2 - 空調制御システム、最適空調制御装置、および最適空調制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、空調制御システム、空調制御装置、および空調制御方法に関する。

従来、ビル内の環境の監視制御を行うビル監視制御装置では、在室者の呼気等により増加する室内のＣＯ₂（二酸化炭素）量を計測し、この室内のＣＯ₂量が所定値を超えないように外気を導入して換気を行うための制御を行っている。

一方、このビル監視制御装置とは別個に、ビル内を快適性の高い状態に保持するための制御を行う最適空調制御装置が導入されることがある。

この最適空調制御装置では、外気温度、外気湿度、室内顕熱負荷等を入力値とし、使用するエネルギー量を最小にしつつ、かつ在室者の快適性が保たれるように、室内温度設定値、室内湿度設定値、および空調機の給気温度設定値を算出する。またこのとき省エネ効果を向上させるため、必要に応じて外気を導入しながらビル内の空調を制御するように、外気導入量も算出する。

特開２０１０−７１４８９号公報

しかし、上述したようなビル監視制御装置が既に導入されているビルに、最適空調制御装置を新たに導入すると、それぞれの装置で独立して外気導入量が算出されることになり、これら双方の外気導入量にずれが生じることがある。

例えば最適空調制御装置では外気導入が必要ないと判断されていても、実際にはビル監視制御装置においてＣＯ₂量が高くなったことによりある程度の量の外気が必要と判断され外気が導入されていることがある。

この場合、最適空調制御装置では、ビル監視制御装置の制御で外気導入中であることが考慮されずに外気状態等に基づいて室内湿度設定値が算出され、本来は不要な加湿制御が行われてしまうことがあり、室内の快適性が損なわれるとともに無駄なエネルギーを消費することがあるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、室内のＣＯ₂量に基づいて外気導入量を制御するビル監視制御装置と、空調制御対象の建物の環境状態に基づいて室内の空調を制御する空調制御装置とを連携させて、快適性を保ちつつ、無駄なエネルギー消費を防ぐ空調制御を行うことが可能な空調制御システム、最適空調制御装置、および最適空調制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための実施形態によれば、最適空調制御装置は、計測値取得部と設定値算出部と信号出力部とを備える。計測値取得部は、制御対象の建物の外気温度計測値、外気湿度計測値、および空調機の給気温度計測値を取得する。設定値算出部は、空調機の室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値、および導入すべき外気量を算出し、算出した室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値を、空調機内のコイルおよび加湿器の動作の制御に利用させるためにビル監視制御装置に送信する。信号出力部は、設定値算出部で算出された導入すべき外気量が予め設定された閾値を超えていない場合には、設定値算出部で算出された外気量がビル監視制御装置で算出される外気量よりも少ないと予測し、ビル監視制御装置における、外気を空調機で導入させる制御を停止させる信号を出力する。

一実施形態による空調制御システムの構成を示すブロック図である。 一実施形態による空調制御システムの動作を示すシーケンス図である。

本発明の一実施形態による空調制御システムにおいては、既存のビル監視制御装置が設置されている空調制御対象のビル内に、新たに最適空調制御装置が追加して設置されたものとする。

〈一実施形態による空調制御システムの構成〉
本実施形態による空調制御システムの構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態による空調制御システム１はビル内の空調を制御するものであり、ビル監視制御装置１０と、このビル監視制御装置１０に接続された最適空調制御装置２０と、制御対象の室内に設置され、ビル監視制御装置１０により制御される空調機３０とを備える。図１においてはビル監視制御装置１０に１台の空調機３０が接続されている場合を示しているが、建物内のゾーンごとに設置された複数の空調機３０が接続されていてもよい。

ビル監視制御装置１０は、ＣＯ₂濃度値取得部１１と、外気導入量算出部１２と、機器制御部１３と、外気導入制御スイッチ１４とを有する。

ＣＯ₂濃度値取得部１１は、制御対象のビルの室内に設置されたＣＯ₂センサから、計測されたＣＯ₂濃度値を取得する。

外気導入量算出部１２は、ＣＯ₂濃度値取得部１１で取得されたＣＯ₂濃度値に基づいて、ＣＯ₂濃度値を所定値以下にするための制御対象の室内への外気導入量を算出する。

機器制御部１３は、外気導入量算出部１２で算出された外気導入量に基づいて、空調機３０による外気導入動作の制御を実行させるとともに、最適空調制御装置２０から送信された各種設定値に基づいて、空調機３０のコイルや加湿器（図示せず）等の動作を制御する。

外気導入制御スイッチ１４は、機器制御部１３による空調機３０の外気導入動作の制御を実行状態と停止状態とで切り替える。

最適空調制御装置２０は、計測値取得部２１と、設定値算出部２２と、ＯＮ／ＯＦＦ信号出力部２３とを備える。

計測値取得部２１は、制御対象のビルの環境に関する計測値として、外気温度を計測する外気温度センサ（図示せず）、外気湿度を計測する外気湿度センサ（図示せず）、および空調機３０の給気温度を計測する給気温度センサ（図示せず）で計測された計測値をそれぞれ取得する。

設定値算出部２２は、計測値取得部２１で取得された外気温度計測値、外気湿度計測値、および給気温度計測値から、空調機３０の動作設定値としての室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値、および導入すべき外気量を算出する。

ＯＮ／ＯＦＦ信号出力部２３は、設定値算出部２２で算出された導入すべき外気量が予め設定された閾値を超えているか否かを判断し、超えている場合には空調機３０の外気導入動作をＯＮ状態にする外気導入動作の制御ＯＮ信号をビル監視制御装置１０に出力し、超えていない場合には外気導入動作をＯＦＦ状態にする外気導入動作の制御ＯＦＦ信号をビル監視制御装置１０に出力する。

〈一実施形態による空調制御システムの動作〉
次に、本実施形態による空調制御システム１の動作について図２のシーケンス図を参照して説明する。

まずビル監視制御装置１０では、ＣＯ₂濃度値取得部１１において、制御対象のビルの室内に設置されたＣＯ₂センサ（図示せず）から、計測されたＣＯ₂濃度値が取得される（Ｓ１）。

そして外気導入量算出部１２において、ＣＯ₂濃度値取得部１１で取得されたＣＯ₂濃度値に基づいて、ＣＯ₂濃度値を所定値以下にするための制御対象の室内への外気導入量が算出される（Ｓ２）。

一方最適空調制御装置２０では、計測値取得部２１において、制御対象のビルの環境に関する計測値として、外気温度を計測する外気温度センサ（図示せず）、外気湿度を計測する外気湿度センサ（図示せず）、および空調機３０の給気温度を計測する給気温度センサ（図示せず）で計測された計測値がそれぞれ取得される（Ｓ３）。ここで計測値取得部２１において、取得される計測値に欠落がないかが確認され、欠落があれば処理が中止される。

計測値の欠落がないことが確認されると、設定値算出部２２において、計測値取得部２１で取得された外気温度計測値、外気湿度計測値、および給気温度計測値に基づいて冷房制御を行うか暖房制御を行うかが判断され、冷房制御を行うと判断された時には快適性を損なわずに省エネ効果を向上させる最適空調制御演算処理が開始される（Ｓ４）。

最適空調制御演算処理が開始すると、設定値算出部２２において、計測値取得部２１で取得された外気温度計測値、外気湿度計測値、および給気温度計測値から、空調機３０の動作設定値としての室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値、および導入すべき外気量が算出される（Ｓ５）。

設定値算出部２２ではさらに、算出された室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値、および導入すべき外気量が予め設定された正常な範囲内であるか否かが確認され、この範囲内であると判断されると、室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値がビル監視制御装置１０による空調機３０の制御に利用させるため、ビル監視制御装置１０に送信される（Ｓ６）。

ビル監視制御装置１０では、最適空調制御装置２０から送信された室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値が、機器制御部１３で受信される（Ｓ７）。

また、最適空調制御装置２０のＯＮ／ＯＦＦ信号出力部２３において、設定値算出部２２で算出された導入すべき外気量が予め設定された閾値を超えているか否かが判断され（Ｓ８）、超えている場合（Ｓ８の「YES」）には空調機３０の外気導入動作をＯＮ状態にする外気導入動作の制御ＯＮ信号が生成され（Ｓ９）、超えていない場合（Ｓ８の「NO」）には空調機３０の外気導入動作をＯＦＦ状態にする外気導入動作の制御ＯＦＦ信号が生成される（Ｓ１０）。

この閾値は、制御対象のビルの大きさや空調機の処理能力によって異なるが、過去の経験に基づいて予測される、ビル監視制御装置１０で算出される外気導入量に対応して設定される。つまり、最適空調制御装置２０の設定値算出部２２で算出される導入すべき外気量が、ビル監視制御装置１０の外気導入量算出部１２で算出される外気導入量より少なくなると予測されるときに、外気導入動作を停止させるために設定される値である。

生成された制御ＯＮ信号または制御ＯＦＦ信号は、ビル監視制御装置１０に出力される（Ｓ１１）。

そしてビル監視制御装置１０の機器制御部１３において、最適空調制御装置２０から送信された各種設定値に基づいて空調機３０のコイルや加湿器の動作が制御されるとともに、最適空調制御装置２０から外気導入動作の制御ＯＮ信号が取得されたときには外気導入量算出部１２で算出された外気導入量に基づいて空調機３０の外気導入動作の制御が実行され、外気導入動作の制御ＯＦＦ信号が取得されたときには空調機３０の外気導入動作の制御が停止状態にされる（Ｓ１２）。以上の処理は、空調制御単位であるゾーン毎に実行される。

以上の本実施形態の空調制御システム１によれば、既存のビル監視制御装置１０が設置されている空調制御対象のビル内に新たに最適空調制御装置２０が追加して設置された場合に、ビル監視制御装置１０において算出した量で外気を導入する際に、最適空調制御装置２０で算出された導入すべき外気量も考慮して制御が行われるため、不要な加湿制御が行われる等で室内環境の快適性が損なわれることを防止することができ、在室者の快適性を保ちつつ省エネ効果を向上させることができる。

上記実施形態においては冷房制御時に、最適空調制御装置内で外気導入量に基づいて外気導入動作の制御ＯＮ信号を出力するか制御ＯＦＦ信号を出力するかを判断する最適空調制御の機能について説明したが、この機能に加え、最適空調制御装置内にエンタルピ差ベースで外気導入動作の制御を行う機能も搭載しておき、監視員の操作により最適空調制御とエンタルピ差ベースによる制御とを切り替え可能としてもよい。エンタルピ差ベースで外気導入動作の制御を行う場合は、室内と室外とのエンタルピ差を演算し、室内エンタルピが室外エンタルピ以上のときに外気導入動作の制御ＯＮ信号を出力し、室内エンタルピが室外エンタルピよりも小さいときに外気導入動作の制御ＯＦＦ信号を出力する。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…空調制御システム
１０…ビル監視制御装置
１１…ＣＯ₂濃度値取得部
１２…外気導入量算出部
１３…機器制御部
１４…外気導入制御スイッチ
２０…最適空調制御装置
２１…計測値取得部
２２…設定値算出部
２３…ＯＮ／ＯＦＦ信号出力部
３０…空調機

Claims (3)

1. ビル監視制御装置と、最適空調制御装置とが接続された空調制御システムにおいて、
   前記ビル監視制御装置は、
   制御対象の建物内の二酸化炭素濃度に基づいて、前記建物に導入すべき外気量を算出する外気導入量算出部と、
   算出した量の外気を、前記建物内に設置された空調機で導入させるように制御するとともに、前記最適空調制御装置から受信する室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値に基づいて前記空調機内のコイルおよび加湿器の動作を制御する機器制御部と
   を有し、
   前記最適空調制御装置は、
   前記制御対象の建物の、外気温度計測値、外気湿度計測値、および前記空調機の給気温度計測値を取得する計測値取得部と、
   前記計測値取得部で取得された外気温度計測値、外気湿度計測値、および前記空調機の給気温度計測値に基づいて、前記空調機の室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値、および導入すべき外気量を算出し、算出した室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値を、前記空調機内のコイルおよび加湿器の動作の制御に利用させるために前記ビル監視制御装置に送信する設定値算出部と、
   前記設定値算出部で算出された導入すべき外気量が予め設定された閾値を超えていない場合には、前記設定値算出部で算出された外気量が前記ビル監視制御装置で算出される外気量よりも少ないと予測し、前記ビル監視制御装置における、外気を前記空調機で導入させる制御を停止させる信号を出力する信号出力部と
   を備えることを特徴とする空調制御システム。
2. 制御対象の建物内の二酸化炭素濃度に基づいて前記建物に導入すべき外気量を算出し、算出した量の外気を、前記建物内に設置された空調機で導入させるように制御するとともに、前記空調機内のコイルおよび加湿器の動作を制御するビル監視制御装置に接続された最適空調制御装置において、
   前記制御対象の建物の、外気温度計測値、外気湿度計測値、および前記空調機の給気温度計測値を取得する計測値取得部と、
   前記計測値取得部で取得された外気温度計測値、外気湿度計測値、および前記空調機の給気温度計測値に基づいて、前記空調機の室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値、および導入すべき外気量を算出し、算出した室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値を、前記空調機内のコイルおよび加湿器の動作の制御に利用させるために前記ビル監視制御装置に送信する設定値算出部と、
   前記設定値算出部で算出された導入すべき外気量が予め設定された閾値を超えていない場合には、前記設定値算出部で算出された外気量が前記ビル監視制御装置で算出される外気量よりも少ないと予測し、前記ビル監視制御装置における、外気を前記空調機で導入させる制御を停止させる信号を出力する信号出力部と
   を備えることを特徴とする最適空調制御装置。
3. 制御対象の建物内の二酸化炭素濃度に基づいて前記建物に導入すべき外気量を算出し、算出した量の外気を、前記建物内に設置された空調機で導入させるように制御するとともに、前記空調機内のコイルおよび加湿器の動作を制御するビル監視制御装置に接続された最適空調制御装置が、
   前記制御対象の建物の、外気温度計測値、外気湿度計測値、および前記空調機の給気温度計測値を取得する計測値取得ステップと、
   前記計測値取得ステップにより取得された外気温度計測値、外気湿度計測値、および前記空調機の給気温度計測値に基づいて、前記空調機の室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値、および導入すべき外気量を算出し、算出した室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値を、前記空調機内のコイルおよび加湿器の動作の制御に利用させるために前記ビル監視制御装置に送信する設定値算出ステップと、
   前記設定値算出ステップにより算出された導入すべき外気量が予め設定された閾値を超えていない場合には、前記設定値算出ステップにより算出された外気量が前記ビル監視制御装置で算出される外気量よりも少ないと予測し、前記ビル監視制御装置における、外気を前記空調機で導入させる制御を停止させる信号を出力する信号出力ステップと
   を有することを特徴とする最適空調制御方法。

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