JP5856520B2

JP5856520B2 - 空調制御システムおよび空調制御方法

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Publication number: JP5856520B2
Application number: JP2012073066A
Authority: JP
Inventors: 智司桂川
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013204889A

Description

本発明は、空調機の熱交換器への熱媒の供給通路に設けられたバルブの開度を制御する空調制御システムおよび空調制御方法に係り、特に冷水コイルと冷温水コイルの２つを備えたダブルコイルタイプの空調機を用いる空調制御システムにおいて冷水コイルへの冷水の供給通路に設けられた冷水バルブの開度および冷温水コイルへの冷温水の供給通路に設けられた冷温水バルブの開度を制御する技術に関するものである。

従来より、空調制御システムでは、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）を設け、このＦＣＵの熱交換器であるコイルに冷温水を供給するようにしている。また、コイルへの冷温水の供給通路にはバルブが設けられており、このバルブの開度を制御する装置として空調制御装置が設けられている。

空調制御装置は、空調機から調和空気の供給を受ける空調エリアの室内温度の計測値とこの室内温度に対して設定される室内温度の設定値との偏差を零とするように、バルブの開度を制御する。これにより、空調機のコイルへの冷温水の供給量が制御され、空調機から空調エリアへの調和空気の温度が調節される（例えば、特許文献１参照）。

熱交換器としては、シングルコイルタイプとダブルコイルタイプとがある。シングルコイルタイプは、１つの冷温水コイルを備え、冷房時は冷水を熱媒として冷水と空気との熱交換を行い、暖房時は温水を熱媒として温水と空気との熱交換を行うものである。ダブルコイルタイプは、冷水コイルと温水コイルの２つを備え、冷房時は冷水を熱媒として冷水コイルで冷水と空気との熱交換を行い、暖房時は温水を熱媒として温水コイルで温水と空気との熱交換を行うものである。また、ダブルコイルタイプの別の例として、冷水コイルと冷温水コイルの２つを備え、暖房時はシングルコイルタイプと同様に冷温水コイルで温水と空気との熱交換を行い、冷房時はまず冷水コイルで冷水と空気との熱交換を行い、冷水コイルの能力が足りなくなった場合のみ、冷水コイルと冷温水コイルの両方で冷水と空気との熱交換を行うものがある。

冷水コイルと冷温水コイルの２つを備えたダブルコイルタイプの場合、冷房能力を上げるときには、まず冷水バルブを開いて冷水コイルへの冷水の流量を増やし、この冷水バルブの開度が１００％（全開）になった後に、冷温水バルブを開いて冷温水コイルへの冷水の流量を増やすという順番で動作する。また、冷房能力を下げるときには、冷温水バルブを閉じる方向に動作させて冷温水コイルへの冷水の流量を減らし、この冷温水バルブの開度が０％（全閉）になった後に、冷水バルブを閉じる方向に動作させて冷水コイルへの冷水の流量を減らすという順番で動作する。

特開２００８−４５８５５号公報

図１は本発明の実施の形態に係る空調制御システムの構成を示すブロック図であるが、空調制御システムの全体構成は従来も同様であるので、図１を用いて従来の問題点を説明する。空調制御システムは、制御対象空間２の室内温度を制御する空調機（ＦＣＵ）１と、空調機１の冷水コイルに供給される冷水の流量を制御する冷水バルブ３と、空調機１の冷温水コイルに供給される冷温水の流量を制御する冷温水バルブ４と、空調機１の冷水コイルに冷水を供給する往水配管５と、空調機１の冷水コイルから戻される還水が流れる還水配管６と、空調機１の冷温水コイルに冷温水を供給する往水配管７と、空調機１の冷温水コイルから戻される還水が流れる還水配管８と、空調機１の冷水コイルから戻される還水の温度を計測する還水温度センサ９と、空調機１の冷温水コイルから戻される還水の温度を計測する還水温度センサ１０と、制御対象空間２に設けられた室内温度センサ１１と、制御対象空間２に設けられたリモコン端末１２とを備えている。
空調機１は、熱交換器である冷水コイル１３と、同じく熱交換器である冷温水コイル１４と、ファン１５と、空調制御装置１６とを備えている。

以上のような空調制御システムにおいて、制御対象空間２の室内温度の設定は、リモコン端末１２を操作する居住者、もしくは図示しない中央管理センタにいるビル管理担当者に委ねられている。このため、運用上の誤り（運用フォルト）として、設計条件を逸脱する過剰な室内温度の設定変更が行われてしまう恐れがある。例えば、冷房であれば、室内温度の設定値が設計条件を逸脱して過剰に下げられてしまうことがある。この場合、設計最大流量以上の流量（過流量）の冷水が空調機１のコイルを通過するため、空調機１から熱源機に戻される還水の温度が設計どおり維持できず、熱源機から供給される往水と還水との温度差が縮小する。この結果、熱源機のＣＯＰ（成績係数：熱媒を生成するための消費電力と生成した熱量との比）が低下し、エネルギーの消費量が増加してしまうという問題点があった。

図８は冷房動作時の冷水流量と還水温度と空調機の処理顕熱量との関係を示す図である。図８における８０は還水温度を示し、８１は空調機の処理顕熱量を示している。図８によると、熱交換器を通過する冷水流量が増えると、還水温度が下がり、往水温度に近づくことが分かる。また、冷水流量が定格流量以上では、空調機の処理顕熱量がほぼ横ばいとなり、冷水流量を増やしても処理顕熱量は殆ど変わらないことが分かる。

また、運用フォルトとして、室内温度センサ１１の設置位置が適切でなく、制御対象空間２の負荷状態を正しく反映した室内温度の計測値が得られない状態が生じている場合がある。このような場合にも、空調負荷以上の流量（過流量）の冷水が空調機１のコイルを流れることがあり、往水と還水との温度差が縮小し、エネルギーの消費量が増加するという問題が生じる。

さらに、図１に示すように、空調機１の熱交換器として冷水コイル１３と冷温水コイル１４の２つを備えるダブルコイルタイプのシステムでは、冷水コイル１３と冷温水コイル１４とが別の配管系統であるために、それぞれのコイル１３，１４におけるバルブ３，４の入口圧力に差異が生じることがあるため、冷水コイル１３と冷温水コイル１４とでバルブ前後差圧のかかり方が異なる場合がある。

冷水バルブ３の入口圧力と冷温水バルブ４の入口圧力に差異が生じる理由は、冷水コイル１３への冷水の供給元であるポンプと冷温水コイル１４への冷水の供給元であるポンプとが異なることと、冷水コイル１３に冷水を供給する往水配管５および還水配管６の圧力損失と冷温水コイル１４に冷水を供給する往水配管７および還水配管８の圧力損失とに差異が生じるためと、冷水バルブ３と同じ配管系統内の他のバルブの開閉による過渡的な圧力変動および冷温水バルブ４と同じ配管系統内の他のバルブの開閉による過渡的な圧力変動が生じるためである。

このように、冷水コイル１３と冷温水コイル１４とでバルブ前後差圧のかかり方が異なると、一方のコイルでは往水と還水との温度差を設計どおり維持できているにも拘わらず、他方のコイルでは往水と還水との温度差が縮小する場合があり、このような場合にエネルギーの消費量が増加してしまうという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、冷水コイルと冷温水コイルの２つを備えたダブルコイルタイプの空調機を用いる空調制御システムにおいて、冷温水コイルおよび冷水コイルへの冷水の過流量を抑制することが可能な空調制御システムおよび空調制御方法を提供することを目的とする。

本発明の空調制御システムは、熱交換器として冷水コイルと冷温水コイルの２つを備え、制御対象空間へ調和された空気を供給する空調機と、前記制御対象空間の室内温度を計測する室内温度センサと、前記冷水コイルへの冷水の供給通路に設けられた冷水バルブと、前記冷温水コイルへの冷温水の供給通路に設けられた冷温水バルブと、前記冷水コイルから戻される還水の温度を計測する第１の還水温度センサと、前記冷温水コイルから戻される還水の温度を計測する第２の還水温度センサと、前記冷水バルブおよび冷温水バルブの開度を制御する空調制御装置とを備え、前記空調制御装置は、前記室内温度センサによって計測された室内温度計測値と室内温度設定値との偏差を零とする室内温度制御出力値を演算する室内温度制御出力値演算手段と、前記室内温度制御出力値に基づいて前記冷水バルブの開度指令値を決定する第１のバルブ開度指令値決定手段と、前記室内温度制御出力値に基づいて前記冷温水バルブの開度指令値を決定する第２のバルブ開度指令値決定手段と、前記第１の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と予め設定された還水温度設定値との偏差を零とする前記冷水バルブの開度指令値を演算する第３のバルブ開度指令値決定手段と、前記第２の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と予め設定された還水温度設定値との偏差を零とする前記冷温水バルブの開度指令値を演算する第４のバルブ開度指令値決定手段と、前記第１のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第３のバルブ開度指令値決定手段によって演算された開度指令値とを比較し、この２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷水バルブに出力する第１の選択手段と、前記第２のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第４のバルブ開度指令値決定手段によって演算された開度指令値とを比較し、この２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷温水バルブに出力する第２の選択手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の空調制御システムの１構成例において、前記空調制御装置は、さらに、前記第３のバルブ開度指令値決定手段によって演算された前記冷水バルブの開度指令値の下限値を規制する第１の下限値規制手段と、前記第４のバルブ開度指令値決定手段によって演算された前記冷温水バルブの開度指令値の下限値を規制する第２の下限値規制手段とを備え、前記第１の選択手段は、前記第１のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第３のバルブ開度指令値決定手段によって演算された開度指令値とを比較する代わりに、前記第１のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第１の下限値規制手段による規制後の開度指令値とを比較し、比較した２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷水バルブに出力し、前記第２の選択手段は、前記第２のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第４のバルブ開度指令値決定手段によって演算された開度指令値とを比較する代わりに、前記第２のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第２の下限値規制手段による規制後の開度指令値とを比較し、比較した２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷温水バルブに出力することを特徴とするものである。

また、本発明は、制御対象空間へ調和された空気を供給する空調機の冷水コイルへの冷水の供給通路に設けられた冷水バルブの開度および前記空調機の冷温水コイルへの冷温水の供給通路に設けられた冷温水バルブの開度を制御する空調制御方法において、前記制御対象空間の室内温度を室内温度センサで計測する室内温度計測ステップと、前記冷水コイルから戻される還水の温度を第１の還水温度センサで計測する第１の還水温度計測ステップと、前記冷温水コイルから戻される還水の温度を第２の還水温度センサで計測する第２の還水温度計測ステップと、前記室内温度センサによって計測された室内温度計測値と室内温度設定値との偏差を零とする室内温度制御出力値を演算する室内温度制御出力値演算ステップと、前記室内温度制御出力値に基づいて前記冷水バルブの開度指令値を決定する第１のバルブ開度指令値決定ステップと、前記室内温度制御出力値に基づいて前記冷温水バルブの開度指令値を決定する第２のバルブ開度指令値決定ステップと、前記第１の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と予め設定された還水温度設定値との偏差を零とする前記冷水バルブの開度指令値を演算する第３のバルブ開度指令値決定ステップと、前記第２の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と予め設定された還水温度設定値との偏差を零とする前記冷温水バルブの開度指令値を演算する第４のバルブ開度指令値決定ステップと、前記第１のバルブ開度指令値決定ステップで決定した開度指令値と前記第３のバルブ開度指令値決定ステップで演算した開度指令値とを比較し、この２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷水バルブに出力する第１の選択ステップと、前記第２のバルブ開度指令値決定ステップで決定した開度指令値と前記第４のバルブ開度指令値決定ステップで演算した開度指令値とを比較し、この２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷温水バルブに出力する第２の選択ステップ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、室内温度センサによって計測された室内温度計測値と室内温度設定値との偏差を零とする室内温度制御出力値を演算し、室内温度制御出力値に基づいて冷水バルブの開度指令値および冷温水バルブの開度指令値を決定し、第１の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と還水温度設定値との偏差を零とする冷水バルブの開度指令値および第２の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と還水温度設定値との偏差を零とする冷温水バルブの開度指令値を演算し、冷水バルブと冷温水バルブの各々について、室内温度計測値に基づく開度指令値と還水温度計測値に基づく開度指令値とを比較して、２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択するようにしたので、冷水コイルと冷温水コイルとでバルブ前後差圧のかかり方が異なる場合でも、冷水コイルおよび冷温水コイルへの冷水の過流量を抑制することができる。また、本発明では、運用フォルトによる冷水コイルおよび冷温水コイルへの冷水の過流量を抑制することが可能となる。その結果、本発明では、往水と還水との温度差が縮小することによるエネルギー消費量の増加を回避することができる。

本発明の実施の形態に係る空調制御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制御システムの空調制御装置の構成を示すブロック図である。冷房動作時の室内温度制御出力値と室内温度計測値と室内温度設定値との関係を示す図である。室内温度制御出力値とバルブの開度指令値との関係を示す図である。冷房動作時のバルブの開度指令値と還水温度計測値と還水温度設定値との関係を示す図である。第１、第２の下限値規制部によって下限値が規制されたバルブの開度指令値を示す図である。ファン出力値と室内温度制御出力値との関係を示す図である。冷房動作時の冷水流量と還水温度と空調機の処理顕熱量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る空調制御システムの構成を示すブロック図である。空調制御システムは、空調機（ＦＣＵ）１と、冷水バルブ３と、冷温水バルブ４と、往水配管５と、還水配管６と、往水配管７と、還水配管８と、還水温度センサ９，１０と、室内温度センサ１１と、リモコン端末１２とを備えている。

空調機１は、熱交換である冷水コイル１３と、同じく熱交換器である冷温水コイル１４と、ファン１５と、空調制御装置１６とを備えている。本実施の形態は、空調機１の熱交換器として冷水コイル１３と冷温水コイル１４の２つを備えるダブルコイルタイプを適用対象とし、また冷房動作、すなわち冷水コイル１３と冷温水コイル１４に冷水が流れる場合を適用対象としている。

冷水バルブ３は、冷水コイル１３への冷水の供給通路に設けられ、冷温水バルブ４は、冷温水コイル１４への冷温水の供給通路に設けられている。本実施の形態では、バルブ３，４は、コイル１３，１４から熱源機へ戻される還水が流れる還水配管６，８に設けられている。

図示しない熱源機により熱量が付加された冷水（往水）は、図示しないポンプにより圧送され、往水配管５を経て空調機１に送られ、冷水コイル１３および冷水バルブ３を通過して還水配管６により熱源機に戻される。また、冷水は、別のポンプにより圧送され、往水配管７を経て空調機１に送られ、冷温水コイル１４および冷温水バルブ４を通過して還水配管８により熱源機に戻される。このようにして、熱媒である冷水は以上の経路を循環する。

空調機１は、制御対象空間２から空調機１に戻る空気（還気）と外気との混合気を、冷水コイル１３および冷温水コイル１４によって冷却し、冷却した給気をファン１５によって制御対象空間２に送り込む。

制御対象空間２には、この制御対象空間２の室内温度を計測する室内温度センサ１１と、制御対象空間２の居住者が操作するリモコン端末１２とが設けられている。還水配管６，８には、それぞれ還水配管６，８を流れる還水の温度を計測する還水温度センサ９，１０がコイル１３，１４の出口付近に設けられている。

室内温度センサ１１によって計測された室内温度計測値ｔｐｖは、空調制御装置１６へ送られる。また、リモコン端末１２からは、空調のオン／オフを指示する発停情報と、居住者が設定した室内温度設定値ｔｓｐと、居住者が設定した風量の情報とが、空調制御装置１６へ送られる。なお、リモコン端末１２の代わりに、中央管理センタ（不図示）から発停情報と室内温度設定値ｔｓｐと風量の情報とを与えるようにしてもよい。また、還水温度センサ９，１０によって計測された還水温度計測値ｔｒｐｖ１，ｔｒｐｖ２が空調制御装置１６へ送られる。

図２に空調制御装置１６の構成を示す。空調制御装置１６は、室内温度制御出力値演算部１６０と、第１のバルブ開度指令値決定部１６１と、第２のバルブ開度指令値決定部１６２と、第３のバルブ開度指令値決定部１６３と、第４のバルブ開度指令値決定部１６４と、第１の下限値規制部１６５と、第２の下限値規制部１６６と、第１の選択部１６７と、第２の選択部１６８と、ファン出力値決定部１６９とを備えている。

空調制御装置１６の室内温度制御出力値演算部１６０は、室内温度センサ１１によって計測された室内温度計測値ｔｐｖとリモコン端末１２または中央管理センタによって設定された室内温度設定値ｔｓｐとを入力とし、この室内温度計測値ｔｐｖと室内温度設定値ｔｓｐとの偏差を零とする室内温度制御出力値ＭＶをＰＩＤ演算により算出する。

図３に冷房動作時の室内温度制御出力値（ＰＩＤ出力）ＭＶと室内温度計測値ｔｐｖと室内温度設定値ｔｓｐとの関係を示す。図３において、縦軸は室内温度制御出力値ＭＶを示し、横軸は室内温度計測値ｔｐｖを示す。横軸において黒三角で示したポイントは、室内温度設定値ｔｓｐの設定点を示す。

第１のバルブ開度指令値決定部１６１は、室内温度制御出力値ＭＶと冷水バルブ３の開度指令値との所定の関係を用いて、室内温度制御出力値演算部１６０が算出した室内温度制御出力値ＭＶを冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１−１に変換する。同様に、第２のバルブ開度指令値決定部１６２は、室内温度制御出力値ＭＶと冷温水バルブ４の開度指令値との所定の関係を用いて、室内温度制御出力値演算部１６０が算出した室内温度制御出力値ＭＶを冷温水バルブ４の開度指令値Ｓ２−１に変換する。

図４（Ａ）は室内温度制御出力値ＭＶと冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１−１との関係を示す図、図４（Ｂ）は室内温度制御出力値ＭＶと冷温水バルブ４の開度指令値Ｓ２−１との関係を示す図である。このような関係に基づいて、第１、第２のバルブ開度指令値決定部１６１，１６２は、バルブ３，４の開度指令値Ｓ１−１，Ｓ２−１を決定することができる。

第３のバルブ開度指令値決定部１６３は、還水温度センサ９によって計測された還水温度計測値ｔｒｐｖ１と予め設定された還水温度設定値ｔｒｓｐ１とを入力とし、この還水温度計測値ｔｒｐｖ１と還水温度設定値ｔｒｓｐ１との偏差を零とする還水温度制御出力値をＰＩＤ演算により算出し、この還水温度制御出力値を冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１−２として出力する。

同様に、第４のバルブ開度指令値決定部１６４は、還水温度センサ１０によって計測された還水温度計測値ｔｒｐｖ２と予め設定された還水温度設定値ｔｒｓｐ２との偏差を零とする還水温度制御出力値をＰＩＤ演算により算出し、この還水温度制御出力値を冷温水バルブ４の開度指令値Ｓ２−２として出力する。なお、還水温度設定値ｔｒｓｐ２は、ｔｒｓｐ１と同じ値でもよいし異なる値でもよい。

図５（Ａ）に冷房動作時の冷水バルブ３の開度指令値（ＰＩＤ出力）Ｓ１−２と還水温度計測値ｔｒｐｖ１と還水温度設定値ｔｒｓｐ１との関係を示し、図５（Ｂ）に冷房動作時の冷温水バルブ４の開度指令値（ＰＩＤ出力）Ｓ２−２と還水温度計測値ｔｒｐｖ２と還水温度設定値ｔｒｓｐ２との関係を示す。図５（Ａ）において、縦軸は冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１−２を示し、横軸は還水温度計測値ｔｒｐｖ１を示す。図５（Ａ）の横軸において黒三角で示したポイントは、還水温度設定値ｔｒｓｐ１の設定点を示す。また、図５（Ｂ）において、縦軸は冷温水バルブ４の開度指令値Ｓ２−２を示し、横軸は還水温度計測値ｔｒｐｖ２を示す。図５（Ｂ）の横軸において黒三角で示したポイントは、還水温度設定値ｔｒｓｐ２の設定点を示す。

第１の下限値規制部１６５は、第３のバルブ開度指令値決定部１６３によって算出された冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１−２を入力とし、この冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１−２の下限値を予め定められている最低値Ｌ_MINで規制する。すなわち、図６（Ａ）に示すように、第１の下限値規制部１６５は、第３のバルブ開度指令値決定部１６３から送られてくる開度指令値Ｓ１−２の下限値を最低値Ｌ_MINで規制し、規制後の開度指令値Ｓ１’−２が最低値Ｌ_MINを下回らないようにする。

同様に、第２の下限値規制部１６６は、第４のバルブ開度指令値決定部１６４によって算出された冷温水バルブ４の開度指令値Ｓ２−２の下限値を最低値Ｌ_MINで規制し、規制後の開度指令値Ｓ２’−２が最低値Ｌ_MINを下回らないようにする（図６（Ｂ））。

なお、第１、第２の下限値規制部１６５，１６６は本発明の必須の構成要素ではなく、バルブ３，４の開度指令値Ｓ１−２，Ｓ２−２の下限値を規制せずに第１、第２の選択部１６７，１６８へ送るようにしてもよい。

第１の選択部１６７は、第１のバルブ開度指令値決定部１６１から出力された冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１−１と第１の下限値規制部１６５から出力された冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１’−２とを入力とし、この２つの開度指令値Ｓ１−１，Ｓ１’−２のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値Ｓ１として選択し、この開度指令値Ｓ１を冷水バルブ３に出力する。開度指令値Ｓ１−１と開度指令値Ｓ１’−２とが一致する場合は、開度指令値Ｓ１−１を選択すればよい。こうして、冷水バルブ３は、開度指令値Ｓ１に応じた開度となるように制御される。

同様に、第２の選択部１６８は、第２のバルブ開度指令値決定部１６２から出力された冷温水バルブ４の開度指令値Ｓ２−１と第２の下限値規制部１６６から出力された冷温水バルブ４の開度指令値Ｓ２’−２とを入力とし、この２つの開度指令値Ｓ２−１，Ｓ２’−２のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値Ｓ２として選択し、この開度指令値Ｓ２を冷温水バルブ４に出力する。開度指令値Ｓ２−１と開度指令値Ｓ２’−２とが一致する場合は、開度指令値Ｓ２−１を選択すればよい。こうして、冷温水バルブ４は、開度指令値Ｓ２に応じた開度となるように制御される。

ファン出力値決定部１６９は、室内温度制御出力値演算部１６０から出力された室内温度制御出力値ＭＶに基づいてファン出力値Ｆを決定し、このファン出力値Ｆをファン１５に出力する。こうして、ファン１５の風量は、ファン出力値Ｆに対応する値に設定される。

図７にファン出力値Ｆと室内温度制御出力値ＭＶとの関係を示す。図７において、縦軸はファン出力値Ｆを示し、横軸は室内温度制御出力値ＭＶを示す。室内温度制御出力値ＭＶがＦＬＰ以上となった場合、ファン出力値ＦはＯＦＦ（風量０）からＬ（風量小）に遷移し、室内温度制御出力値ＭＶがＦＭＰ以上となった場合、ファン出力値ＦはＬからＭ（風量中）に遷移し、室内温度制御出力値ＭＶがＦＨＰ以上となった場合、ファン出力値ＦはＭからＨ（風量大）に遷移する。また、室内温度制御出力値ＭＶがＦＨＹ以下（ＦＨＹ＜ＦＨＰ）となった場合、ファン出力値ＦはＨからＭに遷移し、室内温度制御出力値ＭＶがＦＭＹ以下（ＦＭＹ＜ＦＭＰ）となった場合、ファン出力値ＦはＭからＬに遷移し、室内温度制御出力値ＭＶがＦＬＹ以下（ＦＬＹ＜ＦＬＰ）となった場合、ファン出力値ＦはＬからＯＦＦに遷移する。

なお、以上のファン出力値決定部１６９の動作は風量を自動的に制御する場合であるが、風量手動制御時には、ファン出力値決定部１６９は、図７で説明したような決定処理を実行せずに、リモコン端末１２または中央管理センタから設定された風量設定値ｆｓｐに応じてファン出力値Ｆを決定する。風量設定値ｆｓｐは、ＯＦＦ，Ｌ，Ｍ，Ｈのいずれかの値を示している。

［還水温度計測値と還水温度設定値との偏差が小さい場合］
次に、本実施の形態の空調制御システムの動作の具体例について説明する。今、冷房動作中であり、現在の制御状態として、還水温度計測値ｔｒｐｖ１と還水温度設定値ｔｒｓｐ１との偏差および還水温度計測値ｔｒｐｖ２と還水温度設定値ｔｒｓｐ２との偏差が小さいものとする。この場合、空調制御装置１６の第３のバルブ開度指令値決定部１６３は、１００％値に近い開度指令値Ｓ１−２を出力し、第４のバルブ開度指令値決定部１６４は、１００％値に近い開度指令値Ｓ２−２を出力する（図５（Ａ）、図５（Ｂ）参照）。この開度指令値Ｓ１−２，Ｓ２−２は、それぞれ第１、第２の下限値規制部１６５，１６６を介して開度指令値Ｓ１’−２，Ｓ２’−２として第１、第２の選択部１６７，１６８へ与えられる。

第１の選択部１６７は、第１のバルブ開度指令値決定部１６１から出力された開度指令値Ｓ１−１と第１の下限値規制部１６５から出力された開度指令値Ｓ１’−２とを比較し、開度指令値Ｓ１−１を実際の開度指令値Ｓ１として選択する。これにより、実際の開度指令値Ｓ１として開度指令値Ｓ１−１が冷水バルブ３へ送られ、室内温度計測値ｔｐｖと室内温度設定値ｔｓｐとの偏差を零とする冷水バルブ３の開度制御（室内温度による開度制御）が行われる。

同様に、第２の選択部１６８は、第２のバルブ開度指令値決定部１６２から出力された開度指令値Ｓ２−１と第２の下限値規制部１６６から出力された開度指令値Ｓ２’−２とを比較し、開度指令値Ｓ２−１を実際の開度指令値Ｓ２として選択する。これにより、実際の開度指令値Ｓ２として開度指令値Ｓ２−１が冷温水バルブ４へ送られ、室内温度計測値ｔｐｖと室内温度設定値ｔｓｐとの偏差を零とする冷温水バルブ４の開度制御が行われる。

［設計条件を逸脱する過剰な室内温度の設定変更が行われた場合］
次に、運用フォルトとして、設計条件を逸脱する過剰な室内温度の設定変更が行われた場合の動作を説明する。すなわち、冷房動作中に居住者やビル管理担当者によって、室内温度設定値ｔｓｐが設計条件を逸脱して過剰に下げられてしまったとする。

この場合、室内温度計測値ｔｐｖと室内温度設定値ｔｓｐとの偏差が大きくなることから、空調制御装置１６の室内温度制御出力値演算部１６０で演算される室内温度制御出力値ＭＶが大きくなる（図３参照）。このため、バルブ３，４の開度が大きく広げられ、空調機１の冷水コイル１３および冷温水コイル１４を通過する冷水が過流量となることがある。冷水コイル１３を通過する冷水が過流量となると、還水温度計測値ｔｒｐｖ１が下がり、還水温度計測値ｔｒｐｖ１と還水温度設定値ｔｒｓｐ１との偏差が大きくなり、空調制御装置１６の第３のバルブ開度指令値決定部１６３で演算される冷水バルブ３の開度指令値Ｓ１−２が小さくなる（図５（Ａ）参照）。

すると、空調制御装置１６の第１の選択部１６７では、第１のバルブ開度指令値決定部１６１から出力された開度指令値Ｓ１−１と第１の下限値規制部１６５から出力された開度指令値Ｓ１’−２との比較によって、開度指令値Ｓ１’−２が実際の開度指令値Ｓ１として選択されるようになる。これにより、実際の開度指令値Ｓ１として開度指令値Ｓ１’−２が冷水バルブ３へ送られるようになり、還水温度計測値ｔｒｐｖ１と還水温度設定値ｔｒｓｐ１との偏差を零とする冷水バルブ３の開度制御（還水温度による開度制御（還温度補償制御））が開始される。すなわち、室内温度による開度制御が中断され、還水温度による開度制御に切り替わる。

冷温水コイル１４においても通過する冷水が過流量となると、還水温度計測値ｔｒｐｖ２が下がり、還水温度計測値ｔｒｐｖ２と還水温度設定値ｔｒｓｐ２との偏差が大きくなり、空調制御装置１６の第４のバルブ開度指令値決定部１６４で演算される冷温水バルブ４の開度指令値Ｓ２−２が小さくなる（図５（Ｂ）参照）。したがって、空調制御装置１６の第２の選択部１６８は、第２のバルブ開度指令値決定部１６２から出力された開度指令値Ｓ２−１と第２の下限値規制部１６６から出力された開度指令値Ｓ２’−２との比較によって、開度指令値Ｓ２’−２を実際の開度指令値Ｓ２として選択する。これにより、還水温度計測値ｔｒｐｖ２と還水温度設定値ｔｒｓｐ２との偏差を零とする冷温水バルブ４の開度制御が開始される。

還水温度による開度制御では、バルブ３，４の開度が絞られるので、空調機１の冷水コイル１３および冷温水コイル１４を通過する冷水の流量が減少する。このようにして、本実施の形態では、運用フォルトとして、設計条件を逸脱する過剰な室内温度の設定変更が行われた場合、空調機１の冷水コイル１３および冷温水コイル１４への冷水の過流量が抑制されるようになる。

［室内温度を検出する温度センサの検出位置が適切でない場合］
次に、運用フォルトとして、室内温度センサ１１の検出位置が適切でなく、室内の負荷状態を正しく反映した室内温度計測値ｔｐｖが得られない状態が生じているものとする。例えば、室内温度センサ１１の検出位置が悪く、室内温度計測値ｔｐｖが実際の値よりも高い値として得られるものとする。この場合、空調制御装置１６の室内温度制御出力値演算部１６０で決定される室内温度制御出力値ＭＶが大きくなり、バルブ３，４の開度が大きく広げられ、空調機１の冷水コイル１３および冷温水コイル１４を通過する冷水が過流量となることがある。

冷水コイル１３および冷温水コイル１４を通過する冷水が過流量となった場合の動作は上記のとおりである。このようにして、本実施の形態では、運用フォルトとして、室内温度センサ１１の検出位置が適切でなく、室内の負荷状態を正しく反映した室内温度計測値ｔｐｖが得られない状態が生じているような場合でも、空調機１の冷水コイル１３および冷温水コイル１４への冷水の過流量が抑制されるようになる。

［バルブ前後差圧のかかり方が異なる場合］
次に、冷水コイル１３と冷温水コイル１４とでバルブ前後差圧のかかり方が異なる場合の動作を説明する。例えば冷温水コイル１４では、定格流量の冷水が流れており、往水と還水との温度差を設計どおり維持できているが、冷水コイル１３では、定格流量を超える冷水が流れており、往水と還水との温度差を維持できていないものとする。

冷水コイル１３を通過する冷水が過流量となると、上記のとおり還水温度計測値ｔｒｐｖ１と還水温度設定値ｔｒｓｐ１との偏差を零とする冷水バルブ３の開度制御が開始され、冷水バルブ３の開度が絞られ、冷水コイル１３を通過する冷水の流量が減少する。このようにして、本実施の形態では、冷水コイル１３と冷温水コイル１４とでバルブ前後差圧のかかり方が異なる場合でも、空調機１の冷水コイル１３および冷温水コイル１４への冷水の過流量を抑制することができる。

［還水温度制御出力値の下限値の規制］
なお、還水温度による開度制御中、空調制御装置１６の第１、第２の下限値規制部１６５，１６６は、第３、第４のバルブ開度指令値決定部１６３，１６４からの開度指令値Ｓ１−２，Ｓ２−２の下限値を予め定められている最低値Ｌ_MINで規制する。すなわち、第３、第４のバルブ開度指令値決定部１６３，１６４で演算される開度指令値Ｓ１−２，Ｓ２−２が最低値Ｌ_MINを下回ったとしても、第１、第２の下限値規制部１６５，１６６から出力される開度指令値Ｓ１’−２，Ｓ２’−２は最低値Ｌ_MINを下回ることがない。

このため、還水温度による開度制御中、空調制御装置１６の第１、第２の選択部１６７，１６８に入力される開度指令値Ｓ１’−２，Ｓ２’−２は最低値Ｌ_MINを下回ることがなく、バルブ３，４の最低開度が確保される。これにより、還水温度による開度制御が下限値で規制されている間も、制御対象空間２への空調機１からの調和空気の供給が続けられ、室内環境の極端な悪化が防がれるものとなる。

なお、本実施の形態では、第１、第２の下限値規制部１６５，１６６において第３、第４のバルブ開度指令値決定部１６３，１６４からの開度指令値Ｓ１−２，Ｓ２−２の下限値を規制するようにしたが、これに限るものではなく、第３、第４のバルブ開度指令値決定部１６３，１６４に自身が出力する開度指令値Ｓ１−２，Ｓ２−２の下限値を規制する機能を付加してもよい。

また、本実施の形態では、制御対象空間２内に室内温度センサ１１を設けて制御対象空間２の室内温度を計測するようにしたが、制御対象空間２から空調機１に戻される還気の温度を室内温度として計測するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、バルブ３，４と還水温度センサ９，１０とを別々に設けたが、バルブ３，４に還水温度センサ９，１０を一体的に設けてもよい。また、還水配管６，８ではなく、コイル１３，１４の入口付近の往水配管５、７にバルブ３，４を設けるようにしてもよい。

本実施の形態では、冷房動作についてのみ説明したが、上記のとおり暖房動作時には、冷水コイル１３に水は流れず、熱源機により熱量が付加された温水が、図示しないポンプにより圧送され、往水配管７を経て空調機１に送られ、冷温水コイル１４および冷温水バルブ４を通過して還水配管８により熱源機に戻される。この暖房動作時には、空調制御装置１６の室内温度制御出力値演算部１６０と第２のバルブ開度指令値決定部１６２と第４のバルブ開度指令値決定部１６４と第２の下限値規制部１６６と第２の選択部１６８とファン出力値決定部１６９とが動作すればよく、冷房動作時と同様に冷温水バルブ４の開度を制御すればよい。

本実施の形態で説明した空調制御装置１６は、ＣＰＵ、記憶装置及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。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、冷水コイルと冷温水コイルの２つを備えたダブルコイルタイプの空調機を用いる空調制御システムにおいて、冷水コイルへの冷水の供給通路に設けられた冷水バルブの開度および冷温水コイルへの冷温水の供給通路に設けられた冷温水バルブの開度を制御する技術に適用することができる。

１…空調機、２…制御対象空間、３，４…バルブ、５，７…往水配管、６，８…還水配管、９，１０…還水温度センサ、１１…室内温度センサ、１２…リモコン端末、１３…冷水コイル、１４…冷温水コイル、１５…ファン、１６…空調制御装置、１６０…室内温度制御出力値演算部、１６１…第１のバルブ開度指令値決定部、１６２…第２のバルブ開度指令値決定部、１６３…第３のバルブ開度指令値決定部、１６４…第４のバルブ開度指令値決定部、１６５…第１の下限値規制部、１６６…第２の下限値規制部、１６７…第１の選択部、１６８…第２の選択部、１６９…ファン出力値決定部。

Claims

熱交換器として冷水コイルと冷温水コイルの２つを備え、制御対象空間へ調和された空気を供給する空調機と、
前記制御対象空間の室内温度を計測する室内温度センサと、
前記冷水コイルへの冷水の供給通路に設けられた冷水バルブと、
前記冷温水コイルへの冷温水の供給通路に設けられた冷温水バルブと、
前記冷水コイルから戻される還水の温度を計測する第１の還水温度センサと、
前記冷温水コイルから戻される還水の温度を計測する第２の還水温度センサと、
前記冷水バルブおよび冷温水バルブの開度を制御する空調制御装置とを備え、
前記空調制御装置は、
前記室内温度センサによって計測された室内温度計測値と室内温度設定値との偏差を零とする室内温度制御出力値を演算する室内温度制御出力値演算手段と、
前記室内温度制御出力値に基づいて前記冷水バルブの開度指令値を決定する第１のバルブ開度指令値決定手段と、
前記室内温度制御出力値に基づいて前記冷温水バルブの開度指令値を決定する第２のバルブ開度指令値決定手段と、
前記第１の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と予め設定された還水温度設定値との偏差を零とする前記冷水バルブの開度指令値を演算する第３のバルブ開度指令値決定手段と、
前記第２の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と予め設定された還水温度設定値との偏差を零とする前記冷温水バルブの開度指令値を演算する第４のバルブ開度指令値決定手段と、
前記第１のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第３のバルブ開度指令値決定手段によって演算された開度指令値とを比較し、この２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷水バルブに出力する第１の選択手段と、
前記第２のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第４のバルブ開度指令値決定手段によって演算された開度指令値とを比較し、この２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷温水バルブに出力する第２の選択手段とを備えることを特徴とする空調制御システム。
請求項１記載の空調制御システムにおいて、
前記空調制御装置は、
さらに、前記第３のバルブ開度指令値決定手段によって演算された前記冷水バルブの開度指令値の下限値を規制する第１の下限値規制手段と、
前記第４のバルブ開度指令値決定手段によって演算された前記冷温水バルブの開度指令値の下限値を規制する第２の下限値規制手段とを備え、
前記第１の選択手段は、前記第１のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第３のバルブ開度指令値決定手段によって演算された開度指令値とを比較する代わりに、前記第１のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第１の下限値規制手段による規制後の開度指令値とを比較し、比較した２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷水バルブに出力し、
前記第２の選択手段は、前記第２のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第４のバルブ開度指令値決定手段によって演算された開度指令値とを比較する代わりに、前記第２のバルブ開度指令値決定手段によって決定された開度指令値と前記第２の下限値規制手段による規制後の開度指令値とを比較し、比較した２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷温水バルブに出力することを特徴とする空調制御システム。
制御対象空間へ調和された空気を供給する空調機の冷水コイルへの冷水の供給通路に設けられた冷水バルブの開度および前記空調機の冷温水コイルへの冷温水の供給通路に設けられた冷温水バルブの開度を制御する空調制御方法において、
前記制御対象空間の室内温度を室内温度センサで計測する室内温度計測ステップと、
前記冷水コイルから戻される還水の温度を第１の還水温度センサで計測する第１の還水温度計測ステップと、
前記冷温水コイルから戻される還水の温度を第２の還水温度センサで計測する第２の還水温度計測ステップと、
前記室内温度センサによって計測された室内温度計測値と室内温度設定値との偏差を零とする室内温度制御出力値を演算する室内温度制御出力値演算ステップと、
前記室内温度制御出力値に基づいて前記冷水バルブの開度指令値を決定する第１のバルブ開度指令値決定ステップと、
前記室内温度制御出力値に基づいて前記冷温水バルブの開度指令値を決定する第２のバルブ開度指令値決定ステップと、
前記第１の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と予め設定された還水温度設定値との偏差を零とする前記冷水バルブの開度指令値を演算する第３のバルブ開度指令値決定ステップと、
前記第２の還水温度センサによって計測された還水温度計測値と予め設定された還水温度設定値との偏差を零とする前記冷温水バルブの開度指令値を演算する第４のバルブ開度指令値決定ステップと、
前記第１のバルブ開度指令値決定ステップで決定した開度指令値と前記第３のバルブ開度指令値決定ステップで演算した開度指令値とを比較し、この２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷水バルブに出力する第１の選択ステップと、
前記第２のバルブ開度指令値決定ステップで決定した開度指令値と前記第４のバルブ開度指令値決定ステップで演算した開度指令値とを比較し、この２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷温水バルブに出力する第２の選択ステップとを備えることを特徴とする空調制御方法。
請求項３記載の空調制御方法において、
さらに、前記第１の選択ステップの前に、前記第３のバルブ開度指令値決定ステップで演算した前記冷水バルブの開度指令値の下限値を規制する第１の下限値規制ステップと、
前記第２の選択ステップの前に、前記第４のバルブ開度指令値決定ステップで演算した前記冷温水バルブの開度指令値の下限値を規制する第２の下限値規制ステップとを備え、
前記第１の選択ステップは、前記第１のバルブ開度指令値決定ステップで決定した開度指令値と前記第３のバルブ開度指令値決定ステップで演算した開度指令値とを比較する代わりに、前記第１のバルブ開度指令値決定ステップで決定した開度指令値と前記第１の下限値規制ステップによる規制後の開度指令値とを比較し、比較した２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷水バルブに出力するステップを含み、
前記第２の選択ステップは、前記第２のバルブ開度指令値決定ステップで決定した開度指令値と前記第４のバルブ開度指令値決定ステップで演算した開度指令値とを比較する代わりに、前記第２のバルブ開度指令値決定ステップで決定した開度指令値と前記第２の下限値規制ステップによる規制後の開度指令値とを比較し、比較した２つの開度指令値のうちバルブ開度が小さな値を示す方を実際の開度指令値として選択し、この選択した開度指令値を前記冷温水バルブに出力するステップを含むことを特徴とする空調制御方法。