JP5642121B2

JP5642121B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP5642121B2
Application number: JP2012160602A
Authority: JP
Inventors: 畝崎　史武; 史武畝崎; 伊藤　慎一; 慎一伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: JP2014020687A

Description

本発明は、空調装置に関するものである。

従来、空調負荷が少ない場合の室温変動の抑制や消費電力低減のため、空調装置の運転能力を最小能力に固定し、室内温度と設定値との関係に応じて一定比率で発停運転を繰り返す運転を実施する空調装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−９３３２９号公報（第３頁、図３）

しかしながら、特許文献１に記載されているような空調装置では、以下のような課題があった。空調装置では一般に、運転起動時（圧縮機駆動時）は装置の状態が不安定であり、安定運転時に発揮できる性能よりも低下する。空調負荷が空調装置の使用上の最小能力以上の場合は、空調装置の空調能力を空調負荷と一致させるように運転することで、圧縮機を発停することなく連続して運転させる連続運転が実現される。しかし、空調負荷が最小能力を下回る場合、室内温度を使用者による設定値に維持するためには、発停運転（運転の開始、停止が繰り返される運転）が不可避となる。

空調負荷が最小能力を下回る場合に、特許文献１に記載の運転方法を実施すると、装置の発停運転が高頻度に繰り返され、時間平均で見た装置の運転効率が低下し、消費電力が増加するという課題があった。言い換えれば、特許文献１の空調装置は、空調負荷と空調装置の空調能力との関係を考慮していないため、省エネ性が低下することがあり、改善の余地があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、空調負荷と空調装置の空調能力との関係を考慮した運転を行うことで、省エネ性を向上することが可能な空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空調装置は、空調対象空間の空調を行う空調部と、空調対象空間の温度がサーモＯＮ温度となった場合に、空調部を運転し、空調対象空間の温度がサーモＯＦＦ温度となった場合に、空調部を停止する制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、サーモＯＮ温度とサーモＯＦＦ温度との温度差が異なる第１の運転モードと第２の運転モードとを有し、第２の運転モードは、第１の運転モードよりも温度差が大きく設定されており、空調対象空間の空調負荷を推定し、推定した空調負荷と空調部の所定の空調能力とを比較し、空調負荷が所定の空調能力以上の場合には第１の運転モードを実施し、空調負荷が所定の空調能力を下回る場合には第２の運転モードを実施するものであり、空調部の運転開始初期における、空調負荷と空調部の所定の空調能力との比較の際には、空調対象空間内に存在する発熱機器の運転情報、空調対象空間内の換気を行う換気装置の運転情報、空調対象空間内の在室人数の情報、外気温湿度や日射量の天候情報、の少なくとも一つの情報を用いて推定した空調負荷を用いるようにし、空調部の運転開始から一定時間経過後における、空調負荷と空調部の所定の空調能力との比較の際には、空調部の圧縮機の運転容量の時系列の変化を示す運転情報に基づいて推定した空調負荷を用いるものである。

本発明によれば、空調負荷と空調装置の空調能力との関係を考慮して、空調部のサーモＯＮ温度とサーモＯＦＦ温度との温度差が互いに異なる第１の運転モードと第２の運転モードとを選択的に実施するようにしたので、省エネ性を向上することが可能な空調装置を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る空調装置の構成を概略化して示す構成図である。図１の空調装置の冷房運転時の運転動作のフローを示した図である。第２の運転モードで運転している場合の空調装置の圧縮機運転容量の時間変化と、空調装置の運転による室内温度の時間変化とを示した図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る空調装置の構成を概略化して示す構成図である。図１に基づいて、空調装置Ａの構成及び制御動作について説明する。実施の形態１に係る図１では、空調装置Ａの構成と共に、空調装置Ａの設置例も図示している。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。更に、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

［空調装置Ａの構成］
図１に示すように、空調装置Ａは、空調対象空間である室内空間Ｂを空調対象としている。したがって、空調装置Ａを構成する室内機１が室内空間Ｂに空調空気を供給できるような場所（例えば、室内空間Ｂの天井裏や室内空間Ｂの壁面等）に設置されている。空調装置Ａは、室内機１と室外機２とを備えており、室内機１より吹き出される冷風、温風により室内空間Ｂの冷暖房を行い、空調するものである。また、空調装置Ａは、蒸気圧縮式冷凍サイクルを搭載しており、室内機１と室外機２とは、冷媒が流れる冷媒配管３、及び、通信を行う通信線４で接続されている。

室内機１には室内熱交換器５が搭載され、室外機２には圧縮機６、室外熱交換器７、膨張弁８、四方弁９が搭載され、これらの機器を環状に冷媒配管３で接続して冷凍サイクルが構成される。なお、室内機１には、室内空間Ｂの空気を吸い込んで、この空気を室内熱交換器５を経由させた後、室内空間Ｂに吹き出す室内送風機５ａが搭載されている（図１に示す破線矢印は室内送風機５ａによる空気の流れを示している）。また、室外機２には、室外空間の空気を吸い込んで、この空気を室外熱交換器７を経由させた後、室外空間に吹き出す室外送風機７ａが搭載されている。

室内熱交換器５では、冷凍サイクルを流れる冷媒より供給される冷温熱と室内空気との間で熱交換を行う。この室内熱交換器５で熱交換された室内空気が空調空気として室内空間Ｂに供給され、室内空間Ｂの冷暖房が行われる。上述したように、室内熱交換器５には、室内送風機５ａによって室内空気が供給されるようになっている。

圧縮機６は、冷媒を圧縮して高温・高圧の冷媒とするものであり、インバータで駆動され、空調状況に応じて運転容量が制御されるようになっている。室外熱交換器７は、冷凍サイクルを流れる冷媒より供給される冷温熱と室外空気との間で熱交換を行うものである。上述したように、室外熱交換器７には、室外送風機７ａによって室外空気が供給されるようになっている。膨張弁８は、室内熱交換器５と室外熱交換器７との間に接続され、冷媒を減圧して膨張させるものであり、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成されている。本発明の空調部は、圧縮機６、室外熱交換器７、膨張弁８及び室内熱交換器５を備えて構成され、空調空気を生成する。また、四方弁９は、圧縮機６の吐出側に接続され、空調装置Ａの運転（冷房運転、暖房運転）に応じて冷媒の流れを切り替えるものである。

また、室外機２には、空調装置Ａの制御を行う計測制御装置１０が搭載されている。室内機１には、室内空間Ｂの室内温度を計測する室内温度センサ１１が搭載されている。室内温度センサ１１での計測情報は、通信線４を介して計測制御装置１０に入力されるようになっている。なお、通信線４は、有線、無線の何れであってもよい。

計測制御装置１０は、室内温度センサ１１や空調装置Ａに搭載される他の各種センサ（図示省略）からの情報及び運転情報と、使用者による設定情報とに基づき、予め搭載されている制御プログラムに基づいて、空調装置Ａの運転を指令するものである。計測制御装置１０は、空調装置Ａの全体を統括制御できるようなマイクロコンピュータ等で構成される。計測制御装置１０は、四方弁９の切り替え制御、膨張弁８の開度制御の他、圧縮機６の駆動周波数制御や室内送風機５ａの回転数制御、室外送風機７ａの回転数制御等を制御することで、空調装置Ａの運転を指令するようになっている。

計測制御装置１０は更に、室内空間Ｂの空調負荷と空調装置（空調部）Ａの予め設定した所定の空調能力との関係に応じて後述の第１の運転モード又は第２の運転モードを決定し、決定した運転モードの運転を行う。

空調装置Ａに搭載される他の各種センサとしては、例えば圧縮機６から吐出された冷媒の圧力を計測する圧力センサや、圧縮機６に吸入される冷媒の圧力を計測する圧力センサ、圧縮機６から吐出された冷媒の温度を計測する温度センサ、圧縮機６に吸入される冷媒の温度を計測する温度センサ、室外空気の温度を計測する温度センサ等が考えられる。

［空調装置Ａの制御動作］
次に、空調装置Ａの制御動作を説明する。ここでは、空調装置Ａの通常運転について説明する。空調装置Ａは、空調装置Ａを使用する使用者の運転開始指令により運転を開始する。使用者は、例えばリモコン（図示省略）等を操作して空調装置Ａに運転開始指令を与える。運転開始指令には冷房運転、暖房運転等の運転モードも含まれており、空調装置Ａでは運転開始指令と同時に運転モードも設定される。

そして、空調装置Ａは、室内温度として室内空間Ｂの代表温度を検知する室内温度センサ１１の計測値が、使用者により設定された設定値となるように運転を実行する。その際、室内温度が設定値の近傍で安定するように運転が実行される。具体的には、空調装置Ａは、室内温度と設定値との温度偏差が大きい場合、圧縮機６の容量を大きくし、空調装置Ａの加熱能力又は冷却能力が大きくなるようにして、設定値への収束を早めるように運転する。また、空調装置Ａは、室内温度と設定値との温度偏差が小さい場合、圧縮機６の容量を小さくし、空調装置Ａの加熱能力又は冷却能力が小さくなるようにして、室内空間Ｂが過剰に加熱又は冷却されることを回避するように運転する。このようにして、空調装置Ａは、室内温度の安定を図るように運転する。

圧縮機６の運転容量は、例えば温度差に比例して増加するように設定するとよい。この場合、圧縮機６の最大容量を１００％とすると、温度差が０℃で運転容量１０％、温度差が１℃で運転容量４０％、温度差が２℃で運転容量７０％、温度差が３℃以上で運転容量１００％となるように圧縮機６が制御される。

また室内温度が空調負荷の変動等により設定値から大きく外れ、空調装置Ａの運転が過剰となる場合、空調装置Ａの圧縮機６の運転を停止させるようにしている。この動作を、サーモＯＦＦと呼んでおり、サーモＯＦＦの判断に用いる温度としてサーモＯＦＦ温度が設定される。サーモＯＦＦ温度は、冷房運転では設定値より所定値低い温度、暖房運転では設定値より所定値高い温度に設定される。例えば冷房運転での室内温度設定値が２７℃の場合は、サーモＯＦＦ温度が２６℃、暖房運転での室内温度設定値が２０℃の場合は、サーモＯＦＦ温度が２１℃に設定される。そして、冷房運転時に室内温度がサーモＯＦＦ温度より下回った場合、もしくは暖房運転時に室内温度がサーモＯＦＦ温度を上回った場合には、空調装置Ａの圧縮機６の運転を停止する。

サーモＯＦＦ温度での判定により空調装置Ａの圧縮機６が停止している間は、空調装置Ａの冷暖房能力が発揮されないので、空調負荷に応じて室内温度が変動する。一般的には冷房運転では、加熱負荷があるため室内温度が徐々に上昇し、暖房運転では、冷却負荷があるため室内温度が徐々に低下する。そこで、室内温度が変動し、空調装置Ａの運転が必要と判断された時点で圧縮機６の運転を再開する。この動作を、サーモＯＮと呼んでおり、サーモＯＮの判断に用いる温度としてサーモＯＮ温度が設定される。冷房運転では、室内温度がサーモＯＮ温度以上となった時点で圧縮機６の運転が再開され、暖房運転では、室内温度がサーモＯＮ温度を下回った時点で運転が再開される。

サーモＯＮ温度も室内温度設定値に応じて設定される。サーモＯＮ温度は冷房運転では設定値と同じ温度、もしくは設定値より所定値高い温度に設定され、例えば設定値が２７℃の場合は２８℃に設定される。暖房運転では設定値と同じ温度、もしくは設定値より所定値低い温度に設定され、例えば設定値が２０℃の場合は１９℃に設定される。

サーモＯＮ温度とサーモＯＦＦ温度とは、一般には互いに一定値以上の温度差を確保するように設定される。サーモＯＮ温度とサーモＯＦＦ温度とが近接していると、サーモＯＦＦ温度の判定により、圧縮機６の運転が停止され、その後室内温度の変動により直ちにサーモＯＮ温度の判定で圧縮機６の運転が再開され、圧縮機６の発停が頻繁になる。圧縮機６は起動時に機械的な負荷がかかるため、高頻度の発停を繰り返すと信頼性の面で問題が生じる恐れがある。そこで、圧縮機６の発停頻度を抑制するため、サーモＯＮ温度とサーモＯＦＦ温度とは、温度差を確保して設定する。

［空調装置Ａの空調負荷に応じた運転制御］
次に、空調装置Ａの空調負荷に応じた運転制御動作を説明する。ここでは冷房運転を例とした制御動作について図２に基づいて説明する。図２は、図１の空調装置の冷房運転時の運転動作のフローを示した図である。

まず、空調装置Ａの空調負荷に応じた運転制御動作が必要となる理由について説明する。圧縮機６の運転容量範囲には上下限があり、圧縮機６が下限容量で運転されるときに空調装置Ａで発揮される能力が空調装置Ａの使用上の最小能力となる。その最小能力より空調負荷が下回る場合、圧縮機６を下限容量で運転しても、能力の方が上回るため室内温度は徐々に低下し、サーモＯＦＦ温度を下回った時点で圧縮機６の運転が停止される。圧縮機６停止後、室内温度は徐々に上昇し、サーモＯＮ温度以上となった時点で圧縮機６の運転が再開される。このように、空調負荷が最小能力より下回る場合は、室内温度変動が不可避となるため、圧縮機６の発停が繰り返される運転が実施される。

圧縮機６は、冷凍サイクルの高低圧を生じさせる駆動源であるため、運転が停止された場合、駆動源が無くなることにより、冷凍サイクル各部が均圧された状態となる。圧縮機６の運転再開後は、冷房能力を発揮させるために再び冷凍サイクルの高低圧が生じる状態に遷移させる必要がある。この状態遷移のために、圧縮機６の運転開始時には通常運転時よりも、より多くの消費電力が必要となり、圧縮機６の運転開始時の空調装置Ａの運転効率は安定時より低下する運転となる。そのため、圧縮機６の発停が繰り返される運転では、圧縮機６が連続運転している場合に比べて、空調装置Ａの運転効率が平均的に低下し、消費電力が増加する運転となる。

空調負荷が空調装置Ａの最小能力以上となる場合には、圧縮機６の運転容量を適切に制御し、空調装置Ａの空調能力が空調負荷と一致させるように運転する。これにより、室内温度を設定値近傍に調整でき、サーモＯＦＦ温度、サーモＯＮ温度の判定による圧縮機６の発停を回避できる。しかし、空調負荷が空調装置Ａの最小能力を下回る場合には、前述したように圧縮機６の発停が繰り返され、空調装置Ａの運転効率が低下する運転となる。

なお、圧縮機６の発停の繰り返しが顕著となるのは、空調負荷が空調装置Ａの最小能力を下回る場合に限られず、空調負荷が空調装置Ａの最小能力に近い傾向があると、同様に圧縮機６の発停が顕著な傾向を示す。空調装置Ａでは、装置の運転開始後所定時間の運転において、冷媒配管３内等での冷凍機油の流動を促すため、空調負荷によらず定められたパターンで圧縮機６の容量制御が実施されることがある。このときの圧縮機６の運転容量は最小容量よりも高く、運転開始後、所定時間は空調装置Ａの最小能力よりも大きい空調能力が発揮される。そのため、空調負荷が空調装置Ａの最小能力よりも大きい場合であっても、圧縮機６の発停が頻発する。

そこで、本実施の形態では、空調負荷が空調装置Ａの予め設定した所定の空調能力を下回る場合に、圧縮機６の発停頻度を低減させてできるだけ圧縮機６の運転時間が長くなるようにする。これにより、空調負荷が空調装置Ａの所定の空調能力以上となる高負荷時に比べて低負荷時の空調装置Ａの平均的な運転効率の低下を抑制し、消費電力を低減する。なお、所定の空調能力をどの程度に設定するかは、空調装置Ａの運用形態に応じて適宜設定できる。例えば、空調装置Ａの最小能力としてもよいし、空調装置Ａの運転開始後の高能力運転の状況を考慮し、空調装置Ａの最小能力より所定値、例えば２０％程度大きい値に設定してもよい。

次に制御動作について順次説明する。まず、使用者が空調装置Ａの運転を指示すると共に、室内温度の設定値を定める（ステップＳ１）。

次に使用者の指示に基づき空調装置Ａが運転を始める（ステップＳ２）。

次に空調装置Ａの運転モードを決定すると共に、サーモＯＦＦ温度を決定する。サーモＯＦＦ温度は設定値と空調負荷とに基づいて決定され、まず空調負荷の推定を行う（ステップＳ３）。空調負荷の推定では、計測制御装置１０にて、負荷推定に必要な情報を収集する。ここで負荷推定に必要な情報とは、室内に存在して熱を生じる発熱機器（例えば照明や各種家電機器）の運転情報（運転／停止の情報、消費電力の情報）、室内の換気を行う換気装置の運転情報、赤外線センサ等により検知される室内の在室人数情報、天候情報（外気温湿度、日射量）等が該当する。

空調負荷はこれらの情報を基に推定され、室内の発熱機器による空調負荷は、運転している各発熱機器の消費電力を積算して求める。換気装置の運転による空調負荷は、予め設定された換気装置の換気量に、室内と室外との温度差を掛け合わせて求める。在室している人による空調負荷は、１名あたりの空調負荷を予め定めておき、これに人数を掛け合わせて求める。また外気の日射に伴う空調負荷は、日射量に対し予め定めた係数を掛けて求め、熱侵入に伴う空調負荷は、室内と室外との温度差に、熱侵入量を推定するために予め定めた係数を掛け合わせて求める。以上のように求めた空調負荷を加算して、室内の全空調負荷を求める。

次に、空調負荷と空調装置Ａの所定の空調能力とを比較し（ステップＳ４）、比較結果に基づいて空調装置Ａの運転モードを決定し、決定した運転モードで運転する（ステップＳ５〜ステップＳ６）。すなわち、空調負荷が所定の空調能力以上となる場合、空調装置Ａは第１の運転モードで運転する（ステップＳ５）。第１の運転モードとは、サーモＯＦＦ温度を、使用者により設定された設定値より例えば１℃低い温度として運転するモードである。また、第１の運転モードでは、圧縮機６の運転容量を、室内温度と設定値との偏差に応じて制御するものとし、室内温度が設定値よりも高い場合には圧縮機６の運転容量を増加し、室内温度が設定値よりも低い場合には圧縮機６の運転容量を減少する（ステップＳ７〜ステップＳ９）。

一方、ステップＳ４の判断で空調負荷が所定の空調能力を下回る場合は、空調装置Ａは第２の運転モードで運転する（ステップＳ６）。第２の運転モードとは、サーモＯＦＦ温度を第１の運転モードよりも更に低く設定し、設定値より例えば２℃低い温度とする。また、第２の運転モードでは、圧縮機６の運転容量を、最小容量に固定する。

次に、サーモＯＦＦ温度の判定を行う（ステップＳ１０）。室内温度がサーモＯＦＦ温度を下回った場合には、圧縮機６の運転を停止し（ステップＳ１１）、室内温度がサーモＯＦＦ温度以上である場合には、圧縮機６の運転を継続する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で圧縮機６の運転が継続される場合は、所定時間経過後、ステップＳ３に戻って制御動作を継続する。

ステップＳ１１で圧縮機６の運転が停止された場合は、所定時間間隔で室内温度とサーモＯＮ温度との比較を繰り返し、室内温度がサーモＯＮ温度を下回っている間は圧縮機６の停止を継続する（ステップＳ１３、ステップＳ１４）。一方、室内温度がサーモＯＮ温度以上となると、圧縮機６の運転を再開（ステップＳ１５）し、ステップＳ３に戻って制御動作を継続する。

図３は、第２の運転モードで運転している場合の空調装置の圧縮機運転容量の時間変化と、空調装置Ａの運転による室内温度の時間変化とを示した図である。図３の上段が空調装置Ａの圧縮機運転容量の変化を示しており、図３の下段が空調装置Ａの運転による室内温度変化を示している。なお、サーモＯＦＦ温度の違いによる運転動作の違いを示すため、図３には、比較例として、サーモＯＦＦ温度を第２の運転モードよりも高くした場合の空調装置Ａの圧縮機運転容量の時間変化と、空調装置Ａの運転による室内温度の時間変化も示している。図３において第２の運転モードでの状態変化を実線で示し、比較例での状態変化を点線で示している。なお、室内温度の設定値は２７℃、比較例でのサーモＯＦＦ温度が２６℃、第２の運転モードでのサーモＯＦＦ温度が２５℃である。また、サーモＯＮ温度は、どちらの運転モードでも設定値より１℃高い２８℃に設定されている。

以下、図３を参照して第２の運転モードで運転している場合の圧縮機６の運転容量の変化と、空調装置Ａの運転による室内温度変化とのそれぞれについて説明する。
まず、第２の運転モードにおいて、時刻ｔ１で、室内温度がサーモＯＦＦ温度より高く、圧縮機６が運転している場合には、圧縮機６の運転容量は最小容量（ここでは、最大容量に対して２０％の容量）に固定されている。そして、空調負荷は空調装置Ａの所定の空調能力よりも低いため室内温度は徐々に低下する。そして、時刻ｔ２で室内温度が第２の運転モードのサーモＯＦＦ温度２５℃を下回ると、圧縮機６の運転が停止される。圧縮機６の停止後は、室内温度が徐々に上昇し、時刻ｔ３で室内温度がサーモＯＮ温度である２８℃以上となると、圧縮機６の運転が再開される。このような状態変化を繰り返しながら空調装置Ａの運転が実施される。

一方、比較例では、第２の運転モードよりもサーモＯＦＦ温度が高いため、室内温度がサーモＯＦＦ温度からサーモＯＮ温度に変化する時間が短く、圧縮機６の発停間隔が短くなっている。つまり、比較例は、第２の運転モードよりも圧縮機６の発停回数が多くなっている。図３の例では、サーモＯＦＦ温度とサーモＯＮ温度との温度差が比較例での２℃から、第２の運転モードでは３℃に大きくなっており、温度差の増分である３／２倍だけ、発停間隔が長くなり、圧縮機６の発停頻度は温度差の増分の逆数である２／３に低減する。

［空調装置Ａの奏する効果］
以上のように、空調装置Ａでは、空調負荷と空調装置Ａの空調能力との関係に基づいて、サーモＯＮ温度とサーモＯＦＦ温度との温度差が異なる運転モードを選択的に実施するようにしたので、以下のような効果を得ることができる。まず、空調負荷が空調装置Ａの所定の空調能力を下回る低負荷時では第２の運転モードを選択し、サーモＯＦＦ温度を高負荷時の場合よりも低く設定することにより、圧縮機６の発停頻度を低減できる。よって、圧縮機６の発停に伴う空調装置Ａの運転効率の低下を抑制し、空調装置Ａの消費電力を低減し、より省エネの運転が実現される。

また、空調負荷が空調装置Ａの所定の空調能力以上の高負荷時では、低負荷時に比べてサーモＯＦＦ温度が高く設定されている。そして、高負荷時では、一時的に圧縮機６の運転容量が高く、空調装置Ａの空調能力が空調負荷より上回った場合には、圧縮機６が早く停止される。仮に低負荷時と同様にサーモＯＦＦ温度が低めに設定され、圧縮機６の運転が継続されるようにした場合、室内温度が設定値より低い状態で運転される時間が、サーモＯＦＦ温度を高めに設定した場合よりも長くなる。空調装置Ａが連続運転される場合は、サーモＯＦＦ温度を低くするほど、空調負荷が増加すると共に、運転効率が低下するため、空調装置Ａの消費電力が増加する運転となる。

高負荷時では、基本的に発停が頻繁に繰り返されることが無いため、圧縮機６の発停に伴う運転効率の低下よりも、室内温度が設定値よりも低い状態で運転を継続することによる効率低下の影響が大きくなる。よって、高負荷時で効率低下を回避するためには、室内温度が設定値より低い状態で長時間、運転継続することを回避することが必要となる。高負荷時に選択される第１の運転モードでは、サーモＯＦＦ温度が設定値に近い高めに設定（第２の運転モードに比べて高く設定）されているため、室内温度が設定値よりも低い状態で運転を長時間継続することが回避され、空調装置Ａの効率低下を抑制し、空調装置Ａの消費電力が低い省エネの運転が実現される。

なお、第２の運転モードで圧縮機６の発停頻度を低減するために、上記では、サーモＯＦＦ温度を第１の運転モードよりも下げるとしたが、これに限られない。要は、サーモＯＮ温度とサーモＯＦＦ温度との温度差が、第１の運転モードよりも大きくなるようにすればよい。よって、例えば、第１の運転モードと第２の運転モードとでサーモＯＦＦ温度を同じとし、サーモＯＮ温度側を変えてもよい。すなわち、冷房運転では第２の運転モードのサーモＯＮ温度を第１の運転モードよりも高く設定し、例えば設定値２７℃に対し２℃高い２９℃をサーモＯＮ温度と設定することもできる。但し、サーモＯＮ温度を高めると、設定値に対し室内温度が高くなりすぎる状態が生じ、使用者の快適性が低下する。よって、快適性を維持できるように、サーモＯＦＦ温度のみ変更し、サーモＯＮ温度については、第１の運転モードと同程度に設定しておくことが望ましい。

なお、空調装置Ａは、図２に示した処理において、以下のような変形を加えても良い。この場合も同様の作用効果を得ることができる。また、図２に示した処理において、以下の変形例を適宜組み合わせてもよい。

［空調負荷の推定方法の変形例１］
上記では、空調負荷の推定を、室内の発熱機器の運転情報、換気装置の運転情報、在室人数の情報、天候情報等を用いて行うとしたが、空調装置Ａの運転情報（圧縮機６の運転容量の時系列の変化を示す情報）を用いてもよい。例えば、ある一定期間の空調装置Ａの運転情報を抽出し、その時間の中での各時間の圧縮機６の運転容量より空調装置Ａの空調能力を推定し、その値の平均値を空調負荷とする。圧縮機６が停止している場合は、その時間の空調装置Ａの空調能力を０として推定する。空調装置Ａの運転情報を用いて空調負荷を推定する場合には、室内の発熱機器の情報等を収集する必要がなくなり、情報を収集するシステムを簡易な構成として、負荷推定を実現できる。また、空調負荷に対応した空調装置Ａの運転を一定時間、行った後に推定するので、より高精度に空調負荷を推定できるメリットがある。

［空調負荷の推定方法の変形例２］
上記では、空調負荷の推定を、室内の発熱機器の運転情報、換気装置の運転情報、在室人数情報、天候情報等を用いるとしたが、これらの情報を全て用いる必要はなく、負荷推定に最低限必要な情報（少なくとも一つの情報）を限定して収集し、その情報に基づいて空調負荷の推定を行ってもよい。

［空調負荷の推定方法の変形例３］
室内の発熱機器の運転情報等による空調負荷の推定結果があっているかを、その後の空調装置Ａの運転情報を基にチェックし、差異がある場合は差異を解消するような補正係数を設定し、その後の空調負荷推定を高精度に行えるようにしてもよい。

［運転モードの決定に関する変形例］
空調装置Ａの運転開始初期は、室内の発熱機器の情報等を用いて空調負荷の推定を実施し、その推定結果に基づいて運転モードを設定して空調装置Ａを運転させる。そして、一定時間経過後は、空調装置Ａの運転情報を用いて空調負荷を推定し、その推定結果に基づいて運転モードを決定してもよい。

空調装置Ａの運転情報を用いて空調負荷を推定する場合、高精度に空調負荷を推定できる一方、ある程度の期間運転させてからの推定となるため、その間に圧縮機６の発停が繰り返されてしまう場合は、空調装置Ａの運転効率が低下する可能性が生じる。よって、運転開始時には、室内の発熱機器の情報等を用いて実施した空調負荷の推定結果に基づいて運転モードを設定する。そして、一定時間後は、空調装置Ａの運転情報を用いて空調負荷を推定する。これにより、高精度に空調負荷を推定でき、より適切に運転モードの決定を行える。このように運転モードを適切に決定できることで、運転モードの決定が適切でないまま運転が行われる場合に比べて空調装置Ａの運転効率を高くでき、より省エネ性の高い運転を実現できる。

［第２の運転モードのサーモＯＦＦ温度に関する変形例］
空調負荷は、室内温度の設定値によらず常に一定量の負荷が生じる内部負荷と、室内外の温度差によって変動する外部負荷とに分類される。内部負荷は、室内の発熱機器の発熱量、在室している人の発熱量が該当し、外部負荷は、換気による負荷、日射や外気からの熱侵入が該当する。内部負荷が空調負荷の多くを占める場合、すなわち室外からの熱侵入により空調負荷が増大する傾向が低い場合、第２の運転モードにおいてサーモＯＦＦ温度を低く設定しても、その低く設定することによる空調負荷の増加幅は小さい。つまり、空調負荷の増加に伴う消費電力の増加は比較的少ない。

よって、内部負荷が空調負荷の多くを占める場合には、空調負荷の増加に伴う消費電力の増加よりも、発停頻度低減に伴う消費電力低減幅の方が大きくなる。したがって、発停頻度が低減されるように、サーモＯＦＦ温度を低めに設定してサーモＯＮ運転時間を長くすることで、省エネ効果を高めることができる。

一方、外部負荷が空調負荷の多くを占める場合、すなわち室外からの熱侵入により空調負荷が増大する傾向が高い場合、サーモＯＦＦ温度を低く設定すると、その低く設定することによる空調負荷の増加幅が大きい。つまり、発停頻度低減に伴う消費電力低減幅よりも、空調負荷の増加に伴う消費電力の増加が大きくなりやすい。したがって、サーモＯＦＦ温度を高めに設定してサーモＯＮ運転時間が長くなりすぎないようにすると、室内温度低下による空調装置Ａの消費電力の増加を抑えた状態で、圧縮機６の発停頻度を低減するように運転でき、空調装置Ａの消費電力を低減できる。

そこで、空調対象空間の全体の空調負荷に占める内部負荷と外部負荷との割合に応じて第２の運転モードにおけるサーモＯＦＦ温度を動的に変更するようにしてもよい。具体的には、空調対象空間の全体の空調負荷に占める内部負荷の割合が外部負荷の割合よりも高い場合、サーモＯＦＦ温度を、予め設定したサーモＯＦＦ温度よりも低い温度に変更（言い換えれば、サーモＯＮ温度とサーモＯＦＦ温度との温度差を大きくする方向に変更）する。

これにより、内部負荷の負荷割合の方が高い場合には、よりサーモＯＦＦ温度が低く設定されることで、圧縮機６の発停頻度がより低減される。このとき、室内温度低下による空調装置Ａの消費電力量増加よりも、発停頻度低減による消費電力量低減幅が大きくなり、より省エネ性を高めることができる。

一方、空調対象空間の全体の空調負荷に占める外部負荷の割合が、内部負荷の割合よりも高い場合、サーモＯＦＦ温度を、予め設定したサーモＯＦＦ温度よりも高い温度に変更する。これにより室内温度低下による空調装置Ａの消費電力の増加を抑えた状態で、圧縮機６の発停頻度を低減するように運転でき、空調装置Ａの消費電力を低減できる。

具体例で説明すると、予め設定したサーモＯＦＦ温度が２５℃であれば、空調対象空間の全体の空調負荷に占める内部負荷の割合が外部負荷よりも高い場合、サーモＯＦＦ温度を例えば２４℃とする。また、空調対象空間の全体の空調負荷に占める外部負荷の割合が内部負荷よりも高い場合、サーモＯＦＦ温度を例えば２５．５℃とする。

また、空調対象空間の全体の空調負荷に占める内部負荷の割合が外部負荷よりも高い場合で、且つその内部負荷の割合が高くなるほど、サーモＯＦＦ温度を低く設定してもよい。例えば、サーモＯＦＦ温度を上記の２４℃よりも更に下げて２３．５℃とする等である。なお、上記に挙げた温度の具体的数値は一例を示したに過ぎず、それらは実使用条件等に応じて適宜設定すれば良い。

［室内機の風量や風向に関する変形例］
第２の運転モードでは第１の運転モードに比べてサーモＯＦＦ温度を低く設定するため、使用者の設定値よりも低い室内温度で運転され、それによる快適性が悪化する可能性がある。そこで、第２の運転モードでは室内機１の風量や風速を変更して在室している人の快適性が悪化しないように運転してもよい。例えば、第２の運転モードでは、室内機１の送風量が第１の運転モードよりも少なくなるように運転する、あるいは赤外線センサ等により在室している人の位置情報を検知し、人がいない場所に風向を向ける等としてもよい。これにより、送風が人に当たることによる冷風感を抑制でき、低い温度で空調しても、快適性を維持した運転を実現できる。

以上の実施の形態では、冷房時の運転動作について説明したが、暖房運転時も同様に実施できる。暖房運転の場合は、第２の運転モードのサーモＯＦＦ温度を第１の運転モードよりも高く設定し、例えば、室内温度の設定値が２０℃である場合には、第１の運転モードのサーモＯＦＦ温度を２１℃、第２の運転モードのサーモＯＦＦ温度を２２℃と設定する。このように設定することで、低負荷時に運転される第２の運転モードでの圧縮機６の発停頻度を低減でき、冷房運転と同様に、空調装置Ａの運転効率を高めることができ、より省エネの運転を実現できる。また、以上の変形例についても、暖房運転時も同様に適用される。

また、空調装置Ａでは、室内空間Ｂの機器情報や在室情報の高精度な入手が重要となるため、対象とする室内空間Ｂに関する情報だけでなく、家庭全体の生活パターンから在室情報を設定してもよい。例えば、家全体の機器の状態を監視するＨＥＭＳ（ホームエネルギーマネージメントシステム）を別途導入し、システムにて空調負荷を推定するようにしてもよい。そして、その情報を空調装置Ａに伝送し、運転モードの判定を実施するようにしてもよい。また、ＨＥＭＳによって推定された空調負荷を上述の内部負荷と外部負荷とに分類し、上記の［第２の運転モードのサーモＯＦＦ温度に関する変形例］で説明した処理に用いるようにしてもよい。

１室内機、２室外機、３冷媒配管、４通信線、５室内熱交換器、５ａ室内送風機、６圧縮機、７室外熱交換器、７ａ室外送風機、８膨張弁、９四方弁、１０計測制御装置、１１室内温度センサ、Ａ空調装置、Ｂ室内空間。

Claims

空調対象空間の空調を行う空調部と、
前記空調対象空間の温度がサーモＯＮ温度となった場合に、前記空調部を運転し、前記空調対象空間の温度がサーモＯＦＦ温度となった場合に、前記空調部を停止する制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記サーモＯＮ温度と前記サーモＯＦＦ温度との温度差が異なる第１の運転モードと第２の運転モードとを有し、前記第２の運転モードは、前記第１の運転モードよりも前記温度差が大きく設定されており、
前記空調対象空間の空調負荷を推定し、推定した前記空調負荷と前記空調部の所定の空調能力とを比較し、
前記空調負荷が前記所定の空調能力以上の場合には前記第１の運転モードを実施し、
前記空調負荷が前記所定の空調能力を下回る場合には前記第２の運転モードを実施するものであり、
前記空調部の運転開始初期における、前記空調負荷と前記空調部の所定の空調能力との比較の際には、
前記空調対象空間内に存在する発熱機器の運転情報、
前記空調対象空間内の換気を行う換気装置の運転情報、
前記空調対象空間内の在室人数の情報、
外気温湿度や日射量の天候情報、
の少なくとも一つの情報を用いて推定した空調負荷を用いるようにし、
前記空調部の運転開始から一定時間経過後における、前記空調負荷と前記空調部の所定の空調能力との比較の際には、
前記空調部の圧縮機の運転容量の時系列の変化を示す運転情報に基づいて推定した空調負荷を用いる
ことを特徴とする空調装置。
空調対象空間の空調を行う空調部と、
前記空調対象空間の温度がサーモＯＮ温度となった場合に、前記空調部を運転し、前記空調対象空間の温度がサーモＯＦＦ温度となった場合に、前記空調部を停止する制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記サーモＯＮ温度と前記サーモＯＦＦ温度との温度差が異なる第１の運転モードと第２の運転モードとを有し、前記第２の運転モードは、前記第１の運転モードよりも前記温度差が大きく設定されており、
前記空調対象空間の空調負荷を推定し、推定した前記空調負荷と前記空調部の所定の空調能力とを比較し、
前記空調負荷が前記所定の空調能力以上の場合には前記第１の運転モードを実施し、
前記空調負荷が前記所定の空調能力を下回る場合には前記第２の運転モードを実施するものであり、
前記空調対象空間内部の機器や人の発熱により生じる内部負荷と前記空調対象空間外部からの熱侵入に伴う外部負荷とを加算した前記空調対象空間の全体の空調負荷、に占める前記内部負荷の割合が、前記外部負荷の割合よりも高い場合、前記第２の運転モードにおける前記サーモＯＮ温度と前記サーモＯＦＦ温度との前記温度差を、大きくする方向に変更する
ことを特徴とする空調装置。
前記空調対象空間の全体の空調負荷に占める前記内部負荷の割合が大きいほど、前記第２の運転モードにおける前記サーモＯＮ温度と前記サーモＯＦＦ温度との前記温度差を、大きくする方向に変更する
ことを特徴とする請求項２記載の空調装置。
前記制御装置は、
前記空調対象空間の空調負荷の推定を、
前記空調対象空間内に存在する発熱機器の運転情報、
前記空調対象空間内の換気を行う換気装置の運転情報、
前記空調対象空間内の在室人数の情報、
外気温湿度や日射量の天候情報、
の少なくとも一つの情報を用いて行う
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の空調装置。
前記制御装置は、
前記空調対象空間の空調負荷の推定を、
前記空調部の圧縮機の運転容量の時系列の変化を示す運転情報に基づいて行う
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の空調装置。
前記所定の空調能力は、前記空調部の使用上の最小能力である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の空調装置。
前記第２の運転モードでは、前記空調部の圧縮機の運転容量が使用上の最小容量で運転される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の空調装置。
前記第１の運転モードと前記第２の運転モードとでは、前記サーモＯＮ温度が同一であり、前記サーモＯＦＦ温度が異なる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の空調装置。
前記空調部は、前記空調対象空間に空調空気を送風して前記空調対象空間の空調を行っており、
前記空調空気の風量及び風向の少なくとも一方を、
前記第１の運転モードと前記２の運転モードとで変更する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の空調装置。
前記第２の運転モードでは、前記風量が前記第１の運転モードよりも少なくなるように運転するか、又は前記風向が人のいない場所に向くように運転する
ことを特徴とする請求項９記載の空調装置。