JP5567351B2 - 空調制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、空調制御技術に関し、特に空調システムの運転状況を監視する運転状況監視技術に関する。

空調システムの一方式としてセントラル空調方式がある。セントラル空調方式とは、熱源装置で一元的に生成した冷温水を各系統の空調機へ分配供給し、それぞれの空調機で生成した調和空気を各部屋へ供給する方式である。
従来、このようなセントラル空調方式において、システム内で発生した異常を監視する技術として、熱源装置から各空調機へ供給される冷温水の流量をバルブ開度で捉え、バルブ開度が通常の制御範囲を超えた期間の長さに基づき、空調システム内で発生した異常を監視する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。

特開２００８−１９６７４０号公報

しかしながら、このような従来技術では、熱源装置から各空調機へ供給される冷温水の流量に基づき、空調システムの運転状況を監視しているため、個々の空調機に関する異常を的確に監視することができないという問題点があった。
セントラル空調方式の空調システムにおいて、熱源装置から各空調機へ供給される冷温水の流量は、熱源装置に異常があった場合に大きく変化する。しかし、任意の空調機自体に異常があったり、当該空調機から調和空気を供給している任意の部屋の設定温度に設定ミスがあった場合、冷温水の流量が必ず大きく変化するとは限らないため、冷温水の流量に基づき個々の空調機に関連する異常を的確に監視することができない。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、セントラル空調方式の空調システムにおいて空調機に関連する異常を的確に監視できる運転状況監視技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる空調制御装置は、制御対象となる空間に対して空調機で生成した調和空気をインバータファンで吐出することにより、空間の空気調和を行う空調システムで用いられ、インバータファンにおける調和空気の吐出能力を制御するための操作量を、空間に対する空調制御状態を示す計測値と予め設定されている設定値とに基づき算出して出力する空調制御装置であって、インバータファンで発揮した吐出能力の推移を記憶部へ記録する記録部と、記憶部に記録した吐出能力を参照して、インバータファンの最大吐出能力より小さい範囲に予め設定されている設計能力範囲を越えた特異吐出能力が、インバータファンで発揮されたか否かを監視し、当該特異吐出能力が発揮された特異期間の長さを算出する監視処理部と、任意の監視期間におけるインバータファンの吐出能力を予め設定された能力範囲ごとに集計し、それぞれの能力範囲ごとに運転のべ時間をプロットし、特異期間における運転のべ時間の長さを表示する表示部とを備えている。

この際、監視処理部で、特異期間の長さと予め設定されている異常判定しきい値とを比較し、この比較結果に基づいて空間に対する空調制御の異常有無を判定し、表示部で、判定結果に基づいて空間に対する空調制御の異常ありを表示するようにしてもよい。

また、本発明にかかる空調制御方法は、制御対象となる空間に対して空調機で生成した調和空気をインバータファンで吐出することにより、空間の空気調和を行う空調システムで用いられ、インバータファンにおける調和空気の吐出能力を制御するための操作量を、空間に対する空調制御状態を示す計測値と予め設定されている設定値とに基づき算出して出力する空調制御装置における空調制御方法であって、インバータファンで発揮した吐出能力の推移を記憶部へ記録する記録ステップと、記憶部に記録した吐出能力を参照して、インバータファンの最大吐出能力より小さい範囲に予め設定されている設計能力範囲を越えた特異吐出能力が、インバータファンで発揮されたか否かを監視し、当該特異吐出能力が発揮された特異期間の長さを算出する監視処理ステップと、任意の監視期間におけるインバータファンの吐出能力を予め設定された能力範囲ごとに集計し、それぞれの能力範囲ごとに運転のべ時間をプロットし、特異期間における運転のべ時間の長さを表示する表示ステップとを備えている。

この際、監視処理ステップで、特異期間の長さと予め設定されている異常判定しきい値とを比較し、この比較結果に基づいて空間に対する空調制御の異常有無を判定し、表示ステップで、判定結果に基づいて空間に対する空調制御の異常ありを表示するようにしてもよい。

本発明によれば、セントラル空調方式の空調システムに設けられている系統ごとに、インバータファンで長期にわたり特異吐出能力が発揮されたことを、オペレータが容易に目視確認することができる。したがって、セントラル空調方式の空調システムにおいて、各系統の空調機に関連する異常を的確に監視することが可能となる。

空調制御装置の構成を示すブロック図である。 空調機の空調能力とインバータの吐出能力との関係を示す説明図である。 空調制御装置における空調制御処理を示すフローチャートである。 監視期間におけるインバータファン吐出能力の推移を示すグラフである。 監視期間と特異期間との対応関係を示すグラフである。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［空調制御装置］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる空調制御装置について説明する。図１は、空調制御装置の構成を示すブロック図である。

この空調システム１は、熱源装置（図示せず）で一元的に生成した冷温水を、各系統２０の空調機２２へ分配供給するセントラル空調方式の空調システムである。各系統２０では、空調機２２で生成した調和空気が、対象となる空間２１に対して、インバータファン２３から吐出されて、空間２１の空気調和が行われる。

空調制御装置１０は、全体としてプロセス制御用のコントローラやパーソナルコンピュータなどの情報処理端末からなり、空調システム１に設けられた各系統２０について、それぞれの系統２０から取得した計測値に基づいて、当該系統２０のインバータファン２３における調和空気の吐出能力を制御するための操作量を算出して出力することにより、それぞれの空間２１の空気調和を行う機能を有している。

空調システム１の各系統２０には、主な機能部として、空間２１、空調機２２、インバータファン２３、インバータ制御装置２４、給気温度計２５、および室内温度計２６が設けられている。
空調機２２は、外気ＯＸと排気ＥＸの一部からなる還気ＲＡとを取り込んで、温水コイルや冷水コイル、さらには加湿器などで調和空気を生成して、空間２１へ供給する機能を有している。

インバータファン２３は、無段階で回転数を制御可能な電気モータで駆動される送風機からなり、空調機２２で生成した調和空気を、任意の吐出量で空間２１へ供給する機能を有している。
インバータ制御装置２４は、プロセス制御用のコントローラなどの情報処理端末からなり、空調制御装置１０からの操作量に応じてインバータファン２３の電気モータを制御することにより、インバータファン２３の回転数を制御する機能と、インバータファン２３の回転数など、インバータファン２３の動作状況を示す動作状況データをインバータファン２３から取得して空調制御装置１０へ通知する機能とを有している。

給気温度計２５は、気体温度を計測する温度センサからなり、空調機２２から空間２１へ供給される調和空気の給気温度を計測して、空調制御装置１０へ通知する機能を有している。
室内温度計２６は、気体温度を計測する温度センサからなり、空間２１内の室内気温を計測して、空調制御装置１０へ通知する機能を有している。

空調システム１には、各系統２０に共通する主な機能部として、排気ファン３１と排気温度計３２が設けられている。
排気ファン３１は、電気モータで駆動される送風機からなり、各系統２０の空間２１から集気した排気ＥＸを外部へ排気する供給する機能を有している。
排気温度計３２は、排気ファン３１から外部へ吐出される排気ＥＸの排気温度計測して、空調制御装置１０へ通知する機能を有している。

［発明原理］
次に、図２を参照して、本発明の原理について説明する。図２は、空調機の空調能力とインバータの吐出能力との関係を示す説明図である。

一般に、セントラル空調方式の空調システムにおいて、空調制御装置１０における空間２１の温度や湿度などの調整方法は、空調機２２から吐出する調和空気の吐出量を変化させることが、主な調整方法となっている。具体的には、空調制御装置１０において、予め設定されている設定温度と空間２１で計測した室内温度との温度偏差をＰＩＤ演算処理し、得られた操作量に基づいてインバータファン２３の吐出能力すなわち回転数を調整するフィードバック制御を実行している。

一方、図２に示すように、インバータファン２３の吐出能力は、空調機２２の空調能力に対してある程度の余裕を持たせて設計されている。図２の例では、空調機２２の空調能力が１００％すなわち最大空調能力の場合でも、インバータファン２３の吐出能力が１００％未満の基準吐出能力、例えば８０％となるように設定されている。本発明では、空調機２２の最大空調能力に対して割り当てられたインバータファンの基準吐出能力までの範囲を設計能力範囲と呼び、この設計能力範囲を超えた基準吐出能力から最大吐出能力までの範囲を特異範囲と呼ぶ。
したがって、正常な空調制御では、インバータファン２３の吐出能力として、基準吐出能力を超える吐出能力が長期間にわたって発揮されることはなく、ほぼ設計能力範囲内に収まることになる。

しかしながら、空調機２２自体、あるいは空調機２２から調和空気を供給している空間２１の設定温度に設定ミスなど、各系統の空調機に関連した異常があって、空間２１の室内温度と設定温度との偏差が大きくなった場合、この偏差を早期に小さくするために、インバータファン２３での吐出量の増大を指示する操作量が、空調制御装置１０からインバータ制御装置２４を介してインバータファン２３へ出力される。
このため、インバータファン２３において、設計能力範囲を超えた特異吐出能力が発揮されることになるが、実際には空間２１の環境変化ではなく、当該系統２０の空調機２２に関連した異常であることから、空間２１の室内温度と設定温度との偏差は低減せず、結果として長期間にわたり特異吐出能力が発揮されることになる。

本発明は、このような、系統２０の空調機２２に関連する異常が発生した場合、インバータファン２３において、長期間にわたって特異吐出能力が発揮されることに着目し、インバータファン２３における、長期間にわたる特異吐出能力の発揮を監視するようにしたものである。

本実施の形態は、空調制御装置１０において、当該インバータファンで発揮した能力の推移を記録し、記録した吐出能力を参照して、予めインバータファンの最大能力より小さい範囲に設定されている設計能力範囲を越えた特異吐出能力が、インバータファンで発揮されたか否かを監視し、当該特異吐出能力が発揮された特異期間の長さを算出し、任意の期間における特異期間の割合を表示するようにしたものである。

次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる空調制御装置１０の構成について詳細に説明する。
空調制御装置１０には、主な機能部として、通信インターフェース部（以下、通信Ｉ／Ｆ部という）１１、計測処理部１２、空調制御部１３、記録部１４、記憶部１５、監視処理部１６、および表示部１７が設けられている。

通信Ｉ／Ｆ部１１は、専用のデータ通信回路からなり、空調システム１内のフィールド機器や端末とデータ通信を行う機能を有している。
計測処理部１２は、通信Ｉ／Ｆ部１１を介して空調システム１内のフィールド機器や端末とデータ通信を行うことにより、空調制御に必要な給気温度、室内温度、排気温度などの計測値を収集して記憶部１５へ保存する機能を有している。

空調制御部１３は、計測処理部１２で収集した計測値と記憶部１５に予め設定されている設定値とに基づいて、各系統２０のインバータファン２３に対する新たな操作量を算出する機能と、その操作量を通信Ｉ／Ｆ部１１から対応するインバータ制御端末２４へ出力する機能とを有している。
具体的な空調制御部１３における空間２１に対する温度制御では、予め設定されている設定温度と空間２１の室内温度との温度偏差のＰＩＤ演算処理により算出した操作量に基づき、インバータファン２３の回転数を調整するフィードバック制御を実行している。

記録部１４は、インバータファン２３で発揮した吐出能力の推移を記憶部１５へ記録する機能を有している。この際、インバータファン２３の吐出能力については、記録部１４が通信Ｉ／Ｆ部１１を介してインバータ制御端末２４から吐出能力を含む動作状況データを取得してもよく、空調制御部１３で算出した操作量をインバータファン２３の吐出能力として用いてもよい。
記憶部１５は、半導体メモリやハードディスクなどの記憶装置からなり、インバータファン２３の吐出能力など、空調制御装置１０の各機能部で用いる処理情報や、空調制御装置１０で実行するプログラムを記憶する機能を有している。

監視処理部１６は、記憶部１５に記録した吐出能力を参照して、予めインバータファン２３の最大能力より小さい範囲に設定されている設計能力範囲を越えた特異吐出能力が、インバータファン２３で発揮されたか否かを監視する機能と、当該特異吐出能力が発揮された特異期間の長さを算出する機能と、任意の期間における特異期間の割合と予め設定されている異常判定しきい値とを比較し、この比較結果に基づいて当該系統の空調機２２に関連した異常有無を判定する機能とを有している。
表示部１７は、監視処理部１６で算出した任意の監視期間における特異期間の長さを表示する機能と、監視処理部１６での判定結果に基づいて異常ありを表示する機能とを有している。

［本実施の形態の動作］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる空調制御装置１０の動作について説明する。図３は、空調制御装置における空調制御処理を示すフローチャートである。
空調制御装置１０は、制御タイミングの到来に応じて、系統２０ごとに、図３の空調制御処理を実行する。ここでは、インバータファン２３の新たな操作量を算出する際に、特異吐出能力を監視する場合を例として説明する。

まず、空調制御装置１０は、計測処理部１２により、制御対象となる系統２０で計測された計測値を取得して記憶部１５へ保存し（ステップ１００）、空調制御部１３により、記憶部１５に保存された計測値と、予め記憶部１５に設定されている設定値とから、当該系統２０のインバータファン２３に対する操作量を算出し（ステップ１０１）、通信Ｉ／Ｆ部１１からインバータ制御端末２４へ出力する（ステップ１０２）。これにより、インバータ制御端末２４によりインバータファン２３の吐出能力すなわち回転数が制御されて、空調機２２から空間２１へ吐出される調和空気の吐出量が調節され、空間２１の室内温度が設定値へ制御される。

この後、空調制御装置１０は、記録部１４により、通信Ｉ／Ｆ部１１を介してインバータ制御端末２４からインバータファン２３の吐出能力を含む動作状況データを取得し、計測日時あるいは取得日時を示す日時情報とともに記憶部１５へ記録する（ステップ１０３）。
続いて、空調制御装置１０は、監視処理部１６により、記憶部１５に記録した任意の監視期間における吐出能力を参照して（ステップ１０４）、予めインバータファン２３の最大吐出能力より小さい範囲に設定されている設計能力範囲を越えた特異吐出能力が、インバータファン２３で発揮されたか否かを監視し、監視期間内で特異吐出能力が発揮された特異期間の長さを算出する（ステップ１０５）。

次に、空調制御装置１０は、監視処理部１６により、監視期間と特異期間との対応関係を示すグラフを生成し、表示部１７で画面表示する（ステップ１０６）。
また、空調制御装置１０は、監視処理部１６により、監視期間における特異期間と予め設定されている異常判定しきい値とを比較し（ステップ１０７）、監視期間における特異期間が異常判定しきい値に達した場合にのみ（ステップ１０７：ＹＥＳ）、空間２１に対する空調制御の異常ありを示すメッセージを、表示部１７でポップアップ画面などにより画面表示する（ステップ１０８）。
これにより、一連の空調制御処理が終了する。

図４は、監視期間におけるインバータファン吐出能力の推移を示すグラフである。図５は、監視期間と特異期間との対応関係を示すグラフである。
図４では、監視期間として１日２４時間分が設定されており、各時刻においてインバータファン２３で発揮された吐出能力の推移が示されている。ここで、グラフ５１は、正常な空調制御が行われた場合の吐出能力を示しており、いずれの時刻においてもインバータファン２３の吐出能力Ｐは、設計能力範囲内に収まっている。

一方、グラフ５２は、空調機２２に関連した異常が発生している場合の吐出能力を示しており、ほぼ１０時から２０時までの期間において、インバータファン２３の吐出能力Ｐが、設計能力範囲を超えて特異範囲にまで及んでいる。したがって、この例では、監視期間内で特異吐出能力が発揮された特異期間の長さとして、１０時間が算出される。

図５には、監視期間におけるインバータファン２３の吐出能力を、能力範囲ごとに集計し、それぞれの能力範囲ごとに運転延べ時間Ｔがグラフ表示されている。ここでは、能力範囲として、０％−２０％、２０％−４０％、４０％−６０％、６０％−８０％の各設計能力範囲と、８０％−１００％の特異範囲とが設定されており、図４のグラフ５２に基づいて、それぞれの能力範囲における運転延べ時間がプロットされている。
また、図５には、特異範囲に対して、異常判定しきい値Ｔｔｈが比較表示されている。この例では、特異範囲における運転延べ時間「１０時間」が異常判定しきい値Ｔｔｈ「８時間」を上回っており、空調機２２に関連した異常が発生していることが容易に確認できる。

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、記録部１４により、インバータファン２３で発揮した吐出能力の推移を記憶部１５へ記録し、監視処理部１６により、記憶部１５に記録した吐出能力を参照して、インバータファン２３の最大吐出能力より小さい範囲に予め設定されている設計能力範囲を越えた特異吐出能力が、インバータファン２３で発揮されたか否かを監視し、当該特異吐出能力が発揮された特異期間の長さを算出し、表示部１７により、任意の監視期間における特異期間の割合を表示している。

これにより、系統２０ごとに、インバータファン２３で長期にわたり特異吐出能力が発揮されたことを、オペレータが容易に目視確認することができる。したがって、セントラル空調方式の空調システムにおいて、各系統の空調機に関連する異常を的確に監視することが可能となる。

また、本実施の形態では、監視処理部１６により、監視期間における特異期間の割合と予め設定されている異常判定しきい値とを比較し、この比較結果に基づいて空間２１に対する空調制御の異常有無を判定し、表示部１７で、判定結果に基づいて空間２１に対する空調制御の異常ありを表示するようにしたので、オペレータは、各系統の空調機に関連する異常ありを極めて容易に確認することが可能となる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１…空調システム、１０…空調制御装置、１１…通信Ｉ／Ｆ部、１２…計測処理部、１３…空調制御部、１４…記録部、１５…記憶部、１６…監視処理部、１７…表示部、２０…系統、２１…空間、２２…空調機、２３…インバータファン、２４…インバータ制御装置、２５…給気温度計、２６…室内温度計、３１…排気ファン、３２…排気温度計。

Claims (4)

1. 制御対象となる空間に対して空調機で生成した調和空気をインバータファンで吐出することにより、前記空間の空気調和を行う空調システムで用いられ、前記インバータファンにおける前記調和空気の吐出能力を制御するための操作量を、前記空間に対する空調制御状態を示す計測値と予め設定されている設定値とに基づき算出して出力する空調制御装置であって、
   前記インバータファンで発揮した吐出能力の推移を記憶部へ記録する記録部と、
   前記記憶部に記録した吐出能力を参照して、前記インバータファンの最大吐出能力より小さい範囲に予め設定されている設計能力範囲を越えた特異吐出能力が、前記インバータファンで発揮されたか否かを監視し、当該特異吐出能力が発揮された特異期間の長さを算出する監視処理部と、
   任意の監視期間におけるインバータファンの吐出能力を予め設定された能力範囲ごとに集計し、それぞれの能力範囲ごとに運転のべ時間をプロットし、前記特異期間における運転のべ時間の長さを表示する表示部と
   を備えることを特徴とする空調制御装置。
2. 請求項１に記載の空調制御装置において、
   前記監視処理部は、前記特異期間の長さと予め設定されている異常判定しきい値とを比較し、この比較結果に基づいて前記空間に対する空調制御の異常有無を判定し、
   前記表示部は、前記判定結果に基づいて前記空間に対する空調制御の異常ありを表示する
   ことを特徴とする空調制御装置。
3. 制御対象となる空間に対して空調機で生成した調和空気をインバータファンで吐出することにより、前記空間の空気調和を行う空調システムで用いられ、前記インバータファンにおける前記調和空気の吐出能力を制御するための操作量を、前記空間に対する空調制御状態を示す計測値と予め設定されている設定値とに基づき算出して出力する空調制御装置における空調制御方法であって、
   前記インバータファンで発揮した吐出能力の推移を記憶部へ記録する記録ステップと、
   前記記憶部に記録した吐出能力を参照して、前記インバータファンの最大吐出能力より小さい範囲に予め設定されている設計能力範囲を越えた特異吐出能力が、前記インバータファンで発揮されたか否かを監視し、当該特異吐出能力が発揮された特異期間の長さを算出する監視処理ステップと、
   任意の監視期間におけるインバータファンの吐出能力を予め設定された能力範囲ごとに集計し、それぞれの能力範囲ごとに運転のべ時間をプロットし、前記特異期間における運転のべ時間の長さを表示する表示ステップと
   を備えることを特徴とする空調制御方法。
4. 請求項３に記載の空調制御方法において、
   前記監視処理ステップは、前記特異期間の長さと予め設定されている異常判定しきい値とを比較し、この比較結果に基づいて前記空間に対する空調制御の異常有無を判定し、
   前記表示ステップは、前記判定結果に基づいて前記空間に対する空調制御の異常ありを表示する
   ことを特徴とする空調制御方法。

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