JP5771781B2 - 空調制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、省エネルギー制御を行う空調制御システムに関するものである。
従来、集合住宅の各住戸、一戸建て住宅、オフィス、工場等の空間領域の目標温度を設定し、空間領域の温度が目標温度に一致するように空調機器を制御する空調制御システムがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−107073号公報
しかしながら、空調機器の暖房動作を制御する場合、目標温度を下げ過ぎるとユーザの快適性が損なわれ、目標温度を上げ過ぎると省エネ効果が小さくなる。また、空調機器の冷房動作を制御する場合、目標温度を上げ過ぎるとユーザの快適性が損なわれ、目標温度を下げ過ぎると省エネ効果が小さくなる。したがって、空調制御において、快適性と省エネ効果とを両立させることは容易ではなかった。
また、省エネ制御によって快適性が損なわれたユーザは、省エネ制御に対して不快感を抱くが、この不快感の程度はユーザによって異なるため、快適性と省エネ効果との両立がさらに困難になっていた。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、快適性と省エネ効果とを両立させることができる空調制御システムを提供することにある。
本発明の空調制御システムは、所定の空間領域の目標温度を設定し、前記空間領域の温度が前記目標温度に一致するように空調機器を制御する空調制御システムであって、前記空調機器の消費エネルギーが低減する方向に前記目標温度を変更する省エネルギー制御を所定の制御開始時刻において開始する制御部と、ユーザ操作によって前記目標温度を設定する手動操作部と、前記省エネルギー制御を開始した後における前記空調機器の消費エネルギーに基づいて、前記制御開始時刻を設定するタイミング決定部とを備えることを特徴とする。
この発明において、前記制御部が、所定期間内に設定された複数の制御開始時刻のそれぞれにおいて前記省エネルギー制御を開始した後、前記タイミング決定部は、前記制御開始時刻後における前記空調機器の消費エネルギーの低減量をそれぞれ算出し、以降、前記所定期間内で、この算出した前記消費エネルギーの低減量が他の少なくとも1つの前記制御開始時刻より大きい前記制御開始時刻のみにおいて、前記省エネルギー制御を開始することが好ましい。
この発明において、前記制御部が、所定期間内に設定された複数の制御開始時刻のそれぞれにおいて前記省エネルギー制御を開始した後、前記タイミング決定部は、前記制御開始時刻後における前記空調機器の消費エネルギーの低減量をそれぞれ積算し、前記所定期間内で、この積算した前記消費エネルギーの低減量が他の少なくとも1つの前記制御開始時刻より大きい前記制御開始時刻において、前記省エネルギー制御を開始することが好ましい。
この発明において、前記制御部が前記制御開始時刻において前記省エネルギー制御を開始した後、前記空調機器の消費エネルギーの低減量が閾値より小さい場合、前記制御部は、この制御開始時刻における前記省エネルギー制御の開始を禁止することが好ましい。
この発明において、前記制御部が前記制御開始時刻において前記省エネルギー制御を開始してから所定時間が経過するまでに、前記空調機器の消費エネルギーが前記制御開始時刻前より増大する方向に、前記手動操作部によって前記目標温度が変更された場合、前記制御部は、この制御開始時刻における前記省エネルギー制御の開始を禁止することが好ましい。
以上説明したように、快適性と省エネ効果とを両立させることができるという効果がある。
実施形態1の空調制御システムを示すブロック図である。 同上の省エネ制御を示す目標温度の遷移図である。 同上の空調制御を示すフローチャート図である。 同上の制御開始時刻の決定処理を示すフローチャート図である。 同上の拒絶制御開始時刻の設定処理を示す目標温度の遷移図である。 同上の制御開始時刻の変更処理を示すフローチャート図である。 同上の制御開始時刻の変更処理を示す目標温度の遷移図である。 実施形態2の制御開始時刻の変更処理を示すフローチャート図である。 同上の制御開始時刻の変更処理を示す目標温度の遷移図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態1)
図1は、本実施形態の空調制御システムの構成を示し、空調制御装置1と、空調機器2と、電力計測部3と、手動操作部4とを備えて、所定の空間領域の目標温度を設定し、この空間領域の温度が目標温度に一致するように空調機器2を制御する。なお、空調機器2によって空調環境が制御される空間領域としては、例えば、集合住宅の各住戸、一戸建て住宅、オフィス等の各部屋、工場等が挙げられるが、これらの空間領域の形態に限定されるものではない。
空調制御装置1は、空調機器2および電力計測部3との間で通信可能に構成され(有線通信、無線通信のいずれでもよい)、制御部11と、信号入力部12と、学習記憶部13と、タイミング決定部14とを備える。
制御部11は、目標温度データを含む温度制御信号を空調機器2へ送信する。空調機器2は、受信した温度制御信号に基づいて目標温度が設定され、空間領域内の温度が目標温度に一致するように、空調制御を行う。すなわち、制御部11が、空調機器2の目標温度を自動設定している。
通常、制御部11は、予め決められた空調制御パターンにしたがって、目標温度を設定する。例えば、冬季における空調機器2の暖房運転時、制御部11は、ユーザの快適性を確保するために、一般に省エネルギー温度(省エネ温度)と称される「20℃」より高い目標温度を設定する。また、夏季における空調機器2の冷房運転時、制御部11は、ユーザの快適性を確保するために、一般に省エネ温度と称される「28℃」より低い目標温度を設定する。
空調機器2は、上記のようにユーザの快適性を確保した目標温度が設定された場合、結果として、消費電力が大きくなる。以降、このユーザの快適性を確保した空調制御を通常制御と称す。
また、この目標温度設定は、制御部11による自動制御だけでなく、手動操作部4を用いたユーザによる手動設定も可能である。手動操作部4は、空調機器2との間で通信可能に構成されており、ユーザ操作による目標温度データを含む温度制御信号を空調機器2へ送信する。空調機器2は、受信した温度制御信号に基づいて目標温度が設定され、空間領域内の温度が目標温度に一致するように、空調制御を行う。すなわち、手動操作部4が、空調機器2の目標温度を手動設定している。
そして、制御部11は、決まった時刻(制御開始時刻)において、空調機器2の消費電力(消費エネルギー)が低減する方向に、空調機器2の目標温度を変更する。空調機器2の暖房運転時には、例えば、省エネ温度「20℃」より低い「18℃」の目標温度データを含む温度制御信号を送信する。空調機器2の冷房運転時には、例えば、省エネ温度「28℃」より高い「30℃」の目標温度データを含む温度制御信号を送信する。以降、この目標温度を強制的に省エネ方向に変更する空調制御を省エネルギー制御(省エネ制御)と称す。
このように、制御部11は、目標温度を強制的に省エネ方向に変更することによって、空調機器2の消費電力を低減させる省エネ制御を、予め決められた制御開始時刻に実行する。
図2は、空調機器2の暖房運転時における省エネ制御を示す。制御開始時刻t1以前、制御部11は、目標温度を省エネ温度「20℃」より高いTm1に設定して通常制御を行い、ユーザの快適性を確保している。そして、制御部11は、予め決められた制御開始時刻t1に、目標温度を省エネ温度「20℃」より低いTm2に変更して省エネ制御を行い、空調機器2の消費電力を低減させる。
そして、制御開始時刻t1以降、ユーザが省エネ制御に対して不快であると感じると、ユーザは、手動操作部4によって目標温度をTm2からTm3に引き上げる(ユーザ操作時刻t2)。以降、制御開始時刻t1からユーザ操作時刻t2までの期間を省エネ制御期間W1と称し、ユーザ操作時刻t2以降の期間をユーザ操作期間W2と称す。
ユーザの手動操作によって引き上げられた目標温度Tm3は、省エネ制御時の目標温度Tm2より高いが、一般に、制御部11による通常制御時の目標温度Tm1より低くなることが多い。なお、目標温度Tm3の引き上げ幅Taは、ユーザの空調環境に対する好みによって異なる。
このような空調制御を行うことによって、省エネ制御期間W1およびユーザ操作期間W2における目標温度Tm2,Tm3は、制御部11の通常制御時の目標温度Tm1より低くなる。したがって、制御開始時刻t1以降における空調機器2の消費電力は、通常制御を行う場合に比べて低減する。
しかしながら、目標温度を変更して省エネ制御を行ったとしても、この省エネ制御によって快適性が損なわれたユーザは、省エネ制御に対して不快感を抱く場合がある。一般に、この省エネ制御に対するユーザの不快感は、ユーザの空調環境に対する好み、季節、天候、気温、湿度、空間領域内の人数等によって変動する。
例えば、冬季の昼間は、夜間に比べて暖かく、空調機器2の省エネ制御に対する不快感が小さい。また、冬季において、部屋内の人数が多い時間帯も、空調機器2の省エネ制御に対する不快感が小さい。また、夏季の夜間は、昼間に比べて涼しく、空調機器2の省エネ制御に対する不快感が小さい。また、夏季において、部屋内の人数が少ない時間帯も、空調機器2の省エネ制御に対する不快感が小さい。また、この不快感の感じ方には、ユーザによって個人差がある。
このように、省エネ制御の制御開始時刻t1の時刻設定によって、省エネ制御に対してユーザが感じる不快感が変動する。そして、省エネ制御に対するユーザの不快感が大きいほど、ユーザ操作時刻t2が早くなるので、省エネ制御期間W1の時間長さが短くなり、さらには目標温度Tm3の引き上げ幅Taが大きくなる。つまり、ユーザの不快感が大きい場合、省エネ制御による消費電力の低減量が小さく、省エネ制御による省エネ効果は小さくなる。
そこで、空調制御装置1のタイミング決定部14は、図3のフローチャートに示すように、省エネ制御によるユーザの不快感が小さく、省エネ効果が大きい(消費電力の低減量が大きい)制御開始時刻t1を設定する(S1)。以降、制御部11は、タイミング決定部14によって設定された制御開始時刻t1に、目標温度をTm2に変更する省エネ制御を行う(S2)。そして、このタイミング決定部14による制御開始時刻t1の設定処理を定期的に実行することにより、季節、天候、気温、湿度、空間領域内の人数等に応じて、ユーザの不快感が小さく、省エネ効果が大きい制御開始時刻t1に随時更新することができる。
以下、ステップS1で実行される制御開始時刻t1の決定処理について、図4のフローチャートを用いて説明する。
まず、制御部11は、所定時刻において、目標温度を通常制御時のTm1に維持した状態からTm2に変更する省エネ制御の温度制御信号を送信する(S11)。以降、制御開始時刻t1の決定処理を行うために制御部11が送信する省エネ制御の温度制御信号を、第1の学習信号と称す。
そして、この第1の学習信号による制御開始時刻t1から省エネ制御が行われた後、ユーザが省エネ制御に対して不快であると感じると、ユーザは、手動操作部4によって目標温度をTm2からTm3に引き上げる(ユーザ操作時刻t2)。手動操作部4によって手動設定された目標温度Tm3のデータは、ユーザ操作時刻t2のデータとともに、空調機器2から空調制御装置1の信号入力部12へ送信される(S12)。学習記憶部13は、ユーザ操作時刻t2および目標温度Tm3の各データを、制御開始時刻t1のデータに対応付けて格納する(S13)。
そして、タイミング決定部14は、学習記憶部13に格納している各データ(制御開始時刻t1、ユーザ操作時刻t2、目標温度Tm2,Tm3)に基づいて、省エネ制御期間W1の時間長さ、目標温度Tm3の引き上げ幅Taを導出できる。したがって、タイミング決定部14は、第1の学習信号によって実行された省エネ制御による省エネ効果を、省エネ制御期間W1の時間長さ、目標温度Tm3の引き上げ幅Taに基づいて導出できる。この場合、省エネ制御期間W1の時間長さが長く、目標温度Tm3の引き上げ幅Taが小さいほど、省エネ効果が大きくなる。
例えば、省エネ制御期間W1での省エネ効果は、W1×(Tm1−Tm2)で求めることができる。ユーザ操作期間W2での省エネ効果は、{W2×(Tm1−Tm2)}−{W2×(Tm3−Tm2)}={W2×(Tm1−Tm2)}−{W2×Ta}で、求めることができる。したがって、第1の学習信号によって実行された省エネ制御による省エネ効果は、{(W1+W2)×(Tm1−Tm2)}−{W2×Ta}で求めることができる。なお、この第1の学習信号によって実行された省エネ制御による省エネ効果は、{W1×(Tm1−Tm2)}+{W2×(Tm1−Tm3)}と展開することもできる。
タイミング決定部14は、上記第1の学習信号による省エネ制御を異なる制御開始時刻t1で複数回行い、各時刻に実行した省エネ制御による省エネ効果を導出する。そして、タイミング決定部14は、省エネ効果が予め設定された閾値より小さい制御開始時刻t1を、拒絶制御開始時刻に設定する。さらに、タイミング決定部14は、図5に示すように、制御開始時刻t1から予め設定された判断期間W11が経過するまでに引き上げられた目標温度Tm3が、通常制御時の目標温度Tm1より高い場合、この制御開始時刻t1も拒絶制御開始時刻に設定する。そして、以降の省エネ制御では、拒絶制御開始時刻に設定された制御開始時刻t1を用いることを禁止した上で、省エネ効果が予め設定された閾値以上である制御開始時刻t1のみを、以降の制御開始時刻として用いる(S14)。すなわち、制御部11は、拒絶制御開始時刻では省エネ制御の開始を禁止され、省エネ効果が大きい制御開始時刻t1のみを省エネ制御に用いる。
このようにして決定された省エネ制御の制御開始時刻t1は、省エネ制御を開始した後における空調機器2の消費電力に基づいて決定されており、ユーザの不快感が小さく、省エネ効果が大きい時刻になる。したがって、本空調制御システムでは、快適性と省エネ効果とを両立させることができる。また、省エネ効果が小さい時刻は、拒絶制御開始時刻に設定し、制御開始時刻t1として用いないので、不要な省エネ制御を抑制でき、ユーザの不満を抑えることができる。
さらに、上記のように決定した制御開始時刻t1を、省エネ効果がより高い時刻に変更することができ、以下、制御開始時刻t1の変更処理について、図6、図7(a)〜(c)を用いて説明する。
まず、制御開始時刻t1に目標温度を変更して省エネ制御を行ったとしても、季節、天候、気温、湿度、空間領域内の人数等によっては、省エネ効果が相対的に小さい場合がある。例えば、昼間および夜間に同一の目標温度を設定したとしても、冬季の昼間は、夜間に比べて暖かく、空調機器2の暖房に要する消費電力も夜間に比べて少ない状況にあり、冬季の昼間に空調機器2の目標温度を下げたとしても、省エネ効果は小さい。また、冬季において、部屋内の人数が多い時間帯は、部屋内の人数が少ない時間帯に比べて、空調機器2の暖房に要する消費電力が少ない状況にあり、部屋内の人数が多い時間帯に空調機器2の目標温度を下げたとしても、省エネ効果は小さい。
そこで、タイミング決定部14は、上記のように第1の学習信号を用いて決定した制御開始時刻t1を含む所定期間Ws内に複数(図7(a)〜(c)では3つ)の制御開始時刻t11,t12,t13を設定する。制御部11は、制御開始時刻t11,t12,t13のそれぞれより以前に目標温度を通常制御時のTm1に維持しておく。そして、制御部11は、制御開始時刻t11,t12,t13のそれぞれで、目標温度Tm2のデータを含む省エネ制御の温度制御信号を送信する(S21)。以降、制御開始時刻t1の変更処理のために、所定期間Ws内で制御部11が送信する省エネ制御の温度制御信号を、第2の学習信号と称す。
本システムは、空調機器2の消費電力(消費エネルギー)を測定する電力計測部3を設けており、電力計測部3が測定した空調機器2の消費電力データは、空調制御装置1の信号入力部12へ送信され、学習記憶部13に格納される。タイミング決定部14は、学習記憶部13から、空調機器2の消費電力データを取得することができる。
そして、タイミング決定部14は、制御開始時刻t11,t12,t13より以前において、空調機器2の消費電力データを電力計測部3から取得している。さらに、タイミング決定部14は、制御開始時刻t11,t12,t13それぞれの直後においても、空調機器2の消費電力データを電力計測部3から取得する。そして、タイミング決定部14は、制御開始時刻t11,t12,t13のそれぞれにおいて、制御開始時刻後における消費電力の低減量を算出する(S22)。すなわち、目標温度がTm1からTm2に変更される直前(図7(a)〜(c)中のP1a,P2a,P3a時点)での消費電力と、目標温度がTm1からTm2に変更された直後(図7(a)〜(c)中のP1b,P2b,P3b時点)での消費電力との差を算出する。
次に、タイミング決定部14は、制御開始時刻t11,t12,t13のうち、その前後における消費電力の低減量が最も大きい制御開始時刻を、所定期間Ws内の新たな制御開始時刻t1に設定する(S23)。
このようにして変更された制御開始時刻t1は、省エネ制御による省エネ効果が所定期間Ws内で最も大きい時刻になる。また、制御開始時刻t11,t12,t13直後の消費電力データを用いるので、制御開始時刻t1の変更処理に要する時間が短くなる。
なお、空調機器2の冷房運転時における空調制御では、制御開始時刻t1に目標温度を上げて省エネ制御を行い、空調機器2の消費電力を低減させることによって、上記同様の効果を得ることができる。
(実施形態2)
本実施形態は、実施形態1における第2の学習信号を用いた制御開始時刻t1の変更処理の別形態であり、図8、図9(a)〜(c)を用いて説明する。
まず、タイミング決定部14は、第1の学習信号を用いて決定した制御開始時刻t1を含む所定期間Ws内に複数(図9(a)〜(c)では3つ)の制御開始時刻t21,t22,t23を設定する。制御部11は、制御開始時刻t21,t22,t23のそれぞれより以前に目標温度を通常制御時のTm1に維持しておく。そして、制御部11は、制御開始時刻t21,t22,t23のそれぞれで、目標温度Tm2のデータを含む省エネ制御の温度制御信号を送信する(S31)。以降、制御開始時刻t1の変更処理のために、所定期間Ws内で制御部11が送信する省エネ制御の温度制御信号を、第2の学習信号と称す。
本システムは、空調機器2の消費電力(消費エネルギー)を測定する電力計測部3を設けており、電力計測部3が測定した空調機器2の消費電力データは、空調制御装置1の信号入力部12へ送信され、学習記憶部13に格納される。タイミング決定部14は、学習記憶部13から、空調機器2の消費電力データを取得することができる。
そして、タイミング決定部14は、制御開始時刻t21,t22,t23より以前において、空調機器2の消費電力データを電力計測部3から取得している。さらに、タイミング決定部14は、制御開始時刻t21,t22,t23後の各積算期間W21,W22,W23においても、空調機器2の消費電力データを電力計測部3から取得する。そして、タイミング決定部14は、各積算期間W21,W22,W23において、制御開始時刻後における消費電力の低減量を積算する(S32)。すなわち、目標温度がTm1からTm2に変更される直前での消費電力と、目標温度がTm1からTm2に変更された後の各積算期間W21,W22,W23における消費電力との差を積算する(図9(a)〜(c)中のハッチング領域P21,P22,P23における消費電力)。なお、各積算期間W21,W22,W23は、互いに同じ時間長さに設定する。
次に、タイミング決定部14は、制御開始時刻t21,t22,t23のうち、各積算期間W21,W22,W23における消費電力の低減量の積算値が最も大きい制御開始時刻を、所定期間Ws内の新たな制御開始時刻t1に設定する(S33)。
このようにして変更された制御開始時刻t1は、省エネ制御による省エネ効果が所定期間Ws内で最も大きい時刻になる。また、制御開始時刻t21,t22,t23後の各積算期間W21,W22,W23における消費電力データを用いるので、制御開始時刻t21,t22,t23における省エネ効果の推定精度が向上し、より適切な制御開始時刻t1を設定することができる。
なお、他の構成は、実施形態1と同様であり、説明は省略する。
また、上述の各実施形態において、電力以外のガス、熱等を空調機器2の使用エネルギーとして用いてもよい。
1 空調制御装置
11 制御部
12 信号入力部
13 学習記憶部
14 タイミング決定部
2 空調機器
3 電力計測部
4 手動操作部

Claims (5)

  1. 所定の空間領域の目標温度を設定し、前記空間領域の温度が前記目標温度に一致するように空調機器を制御する空調制御システムであって、
    前記空調機器の消費エネルギーが低減する方向に前記目標温度を変更する省エネルギー制御を所定の制御開始時刻において開始する制御部と、
    ユーザ操作によって前記目標温度を設定する手動操作部と、
    前記省エネルギー制御を開始した後における前記空調機器の消費エネルギーに基づいて、前記制御開始時刻を設定するタイミング決定部と
    を備えることを特徴とする空調制御システム。
  2. 前記制御部が、所定期間内に設定された複数の制御開始時刻のそれぞれにおいて前記省エネルギー制御を開始した後、前記タイミング決定部は、前記制御開始時刻後における前記空調機器の消費エネルギーの低減量をそれぞれ算出し、以降、前記所定期間内で、この算出した前記消費エネルギーの低減量が他の少なくとも1つの前記制御開始時刻より大きい前記制御開始時刻のみにおいて、前記省エネルギー制御を開始することを特徴とする請求項1記載の空調制御システム。
  3. 前記制御部が、所定期間内に設定された複数の制御開始時刻のそれぞれにおいて前記省エネルギー制御を開始した後、前記タイミング決定部は、前記制御開始時刻後における前記空調機器の消費エネルギーの低減量をそれぞれ積算し、前記所定期間内で、この積算した前記消費エネルギーの低減量が他の少なくとも1つの前記制御開始時刻より大きい前記制御開始時刻において、前記省エネルギー制御を開始することを特徴とする請求項1または2記載の空調制御システム。
  4. 前記制御部が前記制御開始時刻において前記省エネルギー制御を開始した後、前記空調機器の消費エネルギーの低減量が閾値より小さい場合、前記制御部は、この制御開始時刻における前記省エネルギー制御の開始を禁止することを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の空調制御システム。
  5. 前記制御部が前記制御開始時刻において前記省エネルギー制御を開始してから所定時間が経過するまでに、前記空調機器の消費エネルギーが前記制御開始時刻前より増大する方向に、前記手動操作部によって前記目標温度が変更された場合、前記制御部は、この制御開始時刻における前記省エネルギー制御の開始を禁止することを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載の空調制御システム。
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