JP5896852B2 - 空調システムの最適起動停止制御装置および最適起動停止制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、予め設定されたスケジュール起動時刻に室温が目標温度に到達するように空調機を前倒し運転する空調システムの最適起動停止制御装置および最適起動停止制御方法に関するものである。

従来から空調システムでは、最適起動停止制御（ＯＳＳ制御）が行われている（例えば特許文献１参照）。このＯＳＳ制御では、居住者の快適性の確保を目的とし、スケジュール起動時刻に室温が目標温度に到達するように空調機を前倒し運転する制御を行っている。この前倒し運転では、前日までの室温に基づいてゲインを算出することで、最適起動時刻を制御する。

具体的には、特許文献１に開示されたＯＳＳ制御では、予め定められた時刻に室温が目標温度となるように、空調機および熱源機の運転を上記時刻より前に開始するようにしている（前倒し運転）。この前倒し運転では、まず、制御対象となる室温と目標温度との差に基づいて必要な空調機運転時間を求め、この空調機運転時間を空調機のスケジュール起動時刻から差し引いて空調機最適起動時刻を求める。また、空調機への熱源水の配管内保有水温度と目標熱源水温度との差に基づいて必要な熱源機運転時間を求め、この熱源機運転時間を空調機最適起動時刻から差し引いて熱源機最適起動時刻を求める。そして、現在時刻が熱源機最適起動時刻に達した際に、熱源機が起動されるとともに空調機バルブが開く。そして、熱源機最適起動時間が経過し、現在時刻が空調機最適起動時刻に達した際に、空調機の運転を開始するようにしていた。

特開２００４−８５１４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような従来のＯＳＳ制御では、前倒し運転を行っても、実際には室温、外気温、熱負荷や在室者数等の影響により増エネとなってしまうケースがあるという課題がある。

まず、１つ目のケースは、図４に示すように、空調機の能力が足りず、スケジュール起動時刻に室温が目標温度に到達しない場合である。この場合、室温が目標温度に到達しないにも関わらず、目標温度との誤差をなくそうと空調機を最大負荷で運転させるため、多くのエネルギーが無駄になってしまうという課題がある。すなわち、最大負荷で空調機を運転させても室温が変化しない時刻（飽和状態となった時刻）からスケジュール起動時刻までの間に消費するエネルギーが無駄となってしまう。

次に、２つ目のケースは、図５に示すように、スケジュール起動時刻よりも前に室温が目標温度に到達する場合である。この場合、空調機の起動時刻が早いため、目標温度に到達してからスケジュール起動時刻までの間に消費したエネルギーが無駄になってしまうという課題がある。

なお、２つ目のケースについては、ゲインを調整することで翌日の消費エネルギーについては抑えることができる。しかしながら、両ケースについて、当日の消費エネルギーについては抑えることができない。また、１つ目のケースの場合には、空調機の能力が足りないため、ゲイン調整だけでは根本的な解決にはならない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、省エネや節電と快適性とを両立することが可能な空調システムの最適起動停止制御装置および最適起動停止制御方法を提供することを目的としている。

この発明に係る空調システムの最適起動停止制御装置は、所定周期で室温を計測する室温計測手段と、目標温度および過去の室温に基づいて空調機の前倒し運転時間を算出し、スケジュール起動時刻から差し引くことで、空調機の最適起動時刻を算出する最適起動時刻算出手段と、最適起動時刻算出手段により算出された最適起動時刻の経過後、目標温度および室温計測手段により計測された室温に基づいて空調機の運転制御を行う運転制御手段と、室温の変化に関するパラメータを取得する室温パラメータ取得手段と、室温パラメータ取得手段により取得されたパラメータおよびスケジュール起動時刻までの残り時間に基づいて、目標温度を変更する目標温度変更手段とを備えたものである。

また、この発明に係る空調システムの最適起動停止制御方法は、所定周期で室温を計測する室温計測ステップと、目標温度および過去の室温に基づいて空調機の前倒し運転時間を算出し、スケジュール起動時刻から差し引くことで、空調機の最適起動時刻を算出する最適起動時刻算出ステップと、最適起動時刻算出ステップにおいて算出した最適起動時刻の経過後、目標温度および室温計測ステップにおいて計測した室温に基づいて空調機の運転制御を行う運転制御ステップと、室温の変化に関するパラメータを取得する室温パラメータ取得ステップと、室温パラメータ取得ステップにおいて取得したパラメータおよびスケジュール起動時刻までの残り時間に基づいて、目標温度を変更する目標温度変更ステップとを有するものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、省エネや節電と快適性とを両立することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る空調システムの最適起動停止制御装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る空調システムの最適起動停止制御装置による動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る空調システムの最適起動停止制御装置による効果を示す図である。 従来のＯＳＳ制御による問題（ケース１）を説明する図である。 従来のＯＳＳ制御による問題（ケース２）を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る空調システムの最適起動停止制御装置の構成を示す図である。
空調システムの最適起動停止制御装置は、予め設定されたスケジュール起動時刻に制御対象である室温が目標温度に到達するように空調機を前倒し運転するものである。この最適起動停止制御装置は、図１に示すように、目標温度設定手段１、最適起動時刻算出手段２、室温計測手段３、室温記録手段４、運転制御手段５、室温変化率推定手段（室温パラメータ取得手段）６および目標温度変更手段７から構成されている。

目標温度設定手段１は、制御対象である室内における目標温度を設定するものである。
最適起動時刻算出手段２は、目標温度設定手段１により設定された目標温度と室温記録手段４に記録された過去の室温との差に基づいて、室温を目標温度に到達させるために必要な空調機の運転時間（前倒し運転時間）を算出し、当該前倒し運転時間をスケジュール起動時刻から差し引くことで、空調機の最適起動時刻を算出するものである。なお以下では、過去の室温として、最適起動時刻演算開始時刻（図３参照）から所定周期で計測された室温を用いる場合について示すが、これに限るものではなく、例えば前日までの室温を用いるようにしてもよい。ここで、最適起動時刻演算開始時刻とは、スケジュール起動時刻から、最適起動停止制御（ＯＳＳ制御）において設定された最大前倒し時間を差し引いた時刻である。

室温計測手段３は、起動制御時間帯（図３の最適起動時刻演算開始時刻からスケジュール起動時刻までの時間帯）において、所定周期で室温を計測するものである。
室温記録手段４は、室温計測手段３により計測された室温を記録するものである。

運転制御手段５は、最適起動時刻算出手段２により算出された最適起動時刻の経過後、目標温度設定手段１または目標温度変更手段７により設定された最新の目標温度、および室温計測手段３により計測された室温に基づいて空調機の運転制御を行うものである。

室温変化率推定手段６は、室温計測手段３により計測された室温に基づいて、その単位時間あたりの変化率を推定するものである。
目標温度変更手段７は、室温変化率推定手段６により推定された室温の変化率およびスケジュール起動時刻までの残り時間に基づいて、目標温度設定手段１により設定された目標温度を所定幅変更するものである。

次に、上記のように構成された空調システムの最適起動停止制御装置による動作について、図２を参照しながら説明する。なお以下では、目標温度設定手段１により、予め、制御対象である室内における目標温度（基準の目標温度）が設定されているものとする。

空調システムの最適起動停止制御装置による動作では、図２に示すように、まず、現在時刻が起動制御時間帯（最適起動時刻演算開始時刻からスケジュール起動時刻までの時間帯）であるかを判断する（ステップＳＴ１）。
このステップＳＴ１において、現在時刻が起動制御時間帯ではないと判断した場合には、シーケンスは終了する。

一方、このステップＳＴ１において、現在時刻が起動制御時間帯であると判断した場合には、室温計測手段３は、所定周期での室温の計測を開始する（ステップＳＴ２、室温計測ステップ）。この室温計測手段３により計測された室温は室温記録手段４に記録される。

次いで、最適起動時刻算出手段２は、目標温度設定手段１により設定された目標温度と室温計測手段３により計測された室温との差に基づいて、空調機の運転時間（前倒し運転時間）を算出し、当該前倒し運転時間をスケジュール起動時刻から差し引くことで、空調機の最適起動時刻が算出する（ステップＳＴ３、最適起動時刻算出ステップ）。

また、室温変化率推定手段６は、室温計測手段３により計測された室温に基づいて、その単位時間あたりの変化率を推定する（ステップＳＴ４、室温パラメータ取得ステップ）。これにより、図３の下段に示すような室温の変化率（温度変化率）を得ることができる。

次いで、目標温度変更手段７は、室温変化率推定手段６により推定された室温の変化率に変化がないか（変化率が所定時間内、所定閾値内であるか）を判断する（ステップＳＴ５）。
このステップＳＴ５において、目標温度変更手段７は、室温の変化率に変化がないと判断した場合には、スケジュール起動時刻までの残り時間は十分であるか（所定時間以上あるか）を判断する（ステップＳＴ６）。

このステップＳＴ６において、目標温度変更手段７は、スケジュール起動時刻までの残り時間が十分であると判断した場合には、目標温度の再設定を行う（ステップＳＴ７）。この際、空調機の消費エネルギーを抑制するよう目標温度を所定幅変更する（図３の例では、符号Ａに示すように、目標温度を所定幅減少させている）。その後、シーケンスはステップＳＴ１１に進む。

一方、ステップＳＴ６において、目標温度変更手段７は、スケジュール起動時刻までの残り時間が十分ではないと判断した場合には、目標温度の再設定は行わず、シーケンスはステップＳＴ１１に進む。

一方、ステップＳＴ５において、目標温度変更手段７は、室温の変化率に変化があると判断した場合、目標温度の再設定を行っているかを判断する（ステップＳＴ８）。
このステップＳＴ８において、目標温度変更手段７は、目標温度の再設定を行っていると判断した場合には、スケジュール起動時刻までの残り時間は十分であるかを判断する（ステップＳＴ９）。

このステップＳＴ９において、目標温度変更手段７は、残り時間が十分ではないと判断した場合には、目標温度を基準の目標温度に戻す（ステップＳＴ１０）。その後、シーケンスはステップＳＴ１１に進む。

一方、ステップＳＴ８において目標温度の再設定は行っていないと判断した場合、また、ステップＳＴ９において残り時間が十分であると判断した場合には、ステップＳＴ１０における処理は行わず、シーケンスはステップＳＴ１１に進む。
なお、上記ステップＳＴ５〜１０は、本発明の目標温度変更ステップに相当する。

そして、ステップＳＴ１１において、運転制御手段５は、最適起動時刻算出手段２により算出された空調機の最適起動時刻の経過後、目標温度設定手段１または目標温度変更手段７により設定された最新の目標温度、および室温計測手段３により計測された室温に基づいて空調機の運転制御を行う。その後、シーケンスはステップＳＴ１に戻る。

図３に示す例の場合、室温の変化率が一定時間変化しなくなった時点で目標温度を変えることで、最大負荷で空調機を運転させないようにする。その後、スケジュール起動時刻の所定時間前に元の目標温度に戻すことで、スケジュール起動時刻の時点ではある程度の室温を保つことができる。これにより、ある程度の快適性を保ちながら消費エネルギーを抑えることができる。
なお、図示はしていないが、スケジュール起動時刻よりも前に室温が目標温度に到達する場合についても同様に適用可能であり、一時的に目標温度を変えることで、空調機の負荷を抑えることができる。
よって、本手法を用いることで、増エネとなるＯＳＳ制御に対して省エネを図ることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、室温から単位時間あたりの室温の変化率を推定し、室温の変化率が一定時間変化せず、かつ、スケジュール起動時刻までの残り時間が十分ある場合に、消費エネルギーを抑制するように目標温度を変更し、残り時間が少なくなった場合に元の目標温度に戻すように構成したので、省エネや節電と快適性を両立することが可能となる。

なお、実施の形態１では、室温の変化に関するパラメータとして室温の変化率を用い、これに基づいて目標温度の変更有無を判断する場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、室温の変化に関するパラメータとして、例えば、快適性や熱負荷、在室者数などを用いるようにしてもよい。

また、室内状況により、ある範囲内で目標温度の最適化を図ることができる。そのため、空調機の出力制限をする場合や空調機の高効率運転をする場合において、誤った目標温度を設定した場合などに修正することができ、省エネを図ることができる。

また、実施の形態１では過去の室温から最適起動時刻を算出する場合について示したが、これに限るものではなく、例えば１時間あたりの室温変化率から最適起動時刻を算出するようにしてもよい。また、この際、空調機が起動した直後の温度変化率と目標温度に近づいたときの温度変化率を考慮するようにしてもよい。すなわち、季節ごとの温度の変化パターンと実データより、現在の室温とスケジュール起動時刻までの温度の上がり方を予測することで適切な起動時刻を得ることができると考えられる。これにより、空調機起動時のピークカットやＯＳＳ制御の省エネ運転が可能である。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 目標温度設定手段
２ 最適起動時刻算出手段
３ 室温計測手段
４ 室温記録手段
５ 運転制御手段
６ 室温変化率推定手段（室温パラメータ取得手段）
７ 目標温度変更手段

Claims (4)

1. 予め設定されたスケジュール起動時刻に室温が目標温度に到達するように空調機を前倒し運転する空調システムの最適起動停止制御装置において、
   所定周期で前記室温を計測する室温計測手段と、
   前記目標温度および過去の前記室温に基づいて前記空調機の前倒し運転時間を算出し、前記スケジュール起動時刻から差し引くことで、前記空調機の最適起動時刻を算出する最適起動時刻算出手段と、
   前記最適起動時刻算出手段により算出された最適起動時刻の経過後、前記目標温度および前記室温計測手段により計測された室温に基づいて前記空調機の運転制御を行う運転制御手段と、
   前記室温の変化に関するパラメータを取得する室温パラメータ取得手段と、
   前記室温パラメータ取得手段により取得されたパラメータおよび前記スケジュール起動時刻までの残り時間に基づいて、前記目標温度を変更する目標温度変更手段と
   を備えたことを特徴とする空調システムの最適起動停止制御装置。
2. 前記室温パラメータ取得手段は、前記室温計測手段により所定周期で計測された室温に基づいて、当該室温の変化率を推定する室温変化率推定手段である
   ことを特徴とする請求項１記載の空調システムの最適起動停止制御装置。
3. 前記目標温度変更手段は、前記室温の変化率が所定時間、所定閾値内であり、かつ、前記残り時間が所定時間以上ある場合には、前記空調機の消費エネルギーを抑制するよう目標温度の変更を行い、前記残り時間が前記所定時間より少なくなった際に元の目標温度に戻す
   ことを特徴とする請求項２記載の空調システムの最適起動停止制御装置。
4. 予め設定されたスケジュール起動時刻に室温が目標温度に到達するように空調機を前倒し運転する空調システムの最適起動停止制御方法において、
   所定周期で前記室温を計測する室温計測ステップと、
   前記目標温度および過去の前記室温に基づいて前記空調機の前倒し運転時間を算出し、前記スケジュール起動時刻から差し引くことで、前記空調機の最適起動時刻を算出する最適起動時刻算出ステップと、
   前記最適起動時刻算出ステップにおいて算出した最適起動時刻の経過後、前記目標温度および前記室温計測ステップにおいて計測した室温に基づいて前記空調機の運転制御を行う運転制御ステップと、
   前記室温の変化に関するパラメータを取得する室温パラメータ取得ステップと、
   前記室温パラメータ取得ステップにおいて取得したパラメータおよび前記スケジュール起動時刻までの残り時間に基づいて、前記目標温度を変更する目標温度変更ステップと
   を有することを特徴とする空調システムの最適起動停止制御方法。

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