JP5951526B2 - 空調制御装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、空調制御装置及び制御プログラムに関する。

オフィスや住居等の建築設備全体で消費されるエネルギーのうち、空調関連の消費エネルギーが約半分を占めている。そのため、空調関連の省エネルギー化の推進が建築設備の省エネルギーに大きく貢献する。これまで、空調の省エネルギーの観点から、数多くの空調制御装置が提案されている。

例えば、特許文献１記載の技術は、在室者の快適性を考慮しつつ、効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図る技術について提案している。
この特許文献１記載の技術は、予め設定された快適性指標の目標設定範囲の中で、冷凍機、冷却塔、外気用コイル、還気用コイル、送水ポンプ、送風ファンの消費エネルギーの合計値が最小になるように、空調機から空調制御対象へ供給される送風の温度設定値及び湿度設定値を算出し、空調及び熱源装置に設定値を送信する構成を採っている。

また、特許文献２記載の技術は、業務用空調制御システムに関するものであり、時々刻々変化するシステム各所の状態を取り込み、システム全体が最も省エネ化可能な目標指示値を取得し、業務用空調システムを制御する技術を提案している。

この特許文献２の技術は、冷却水の運用に関する目標指示値、冷水の運用に関する目標指示値及び冷風の運用に関する業務用空調機の目標指示値のうち、最適連携省エネ制御装置で得られた少なくとも２つ以上の運用に関する目標指示値をシステム構成機器の制御装置に送信する構成を採っている。

特開２００９−１７４８２５号公報 特開２００８−７５９７７号公報 特開２００７−２８５５７９号公報

しかし、特許文献１、２記載の技術は、外気用コイルにより温湿度が調整された外気と、還気用コイルにより温湿度が調整された還気を混合し、空調制御対象に給気するものであった。
また、特許文献３記載の技術は、空調制御対象からの還気の一部がダンパを介して外気と混合し、直膨コイルにより冷却され、さらに、この冷却された空気と還気が混合し、冷温水コイルにより温湿度が調整された空気を空調制御対象に給気するものである。
これらの技術は、空調制御対象の空調方式が、外気導入空調機と還気導入空調機（例えば外調機とビル用マルチエアコン）を組み合わせた構成とされた場合には、各空調機の導入する空気が異なっており、同一の空調制御対象に複数の給気があるため、空調関連の設定値を決定することができなかった。
また、上述した技術は、空調制御対象の空調方式が、外気導入空調機と還気導入空調機を組み合わせた構成の場合、省エネを図るためには、各空調機の効率と負荷配分を考慮する必要があった。

実施形態の空調制御装置は、給気系が異なる複数種類の空調機により空調ゾーンの空調制御を行う空調制御装置である。
最適負荷配分関数作成手段は、複数種類の空調機のそれぞれのモデルに基づいて、異なる快適性指標の範囲に対応づけた複数の最適負荷配分関数を生成する。
負荷配分設定手段は、ユーザにより設定された前記空調ゾーンの快適性指標の範囲に対応させていずれかの最適負荷配分関数を選択し、当該選択した最適負荷配分関数に基づいて複数種類の空調機全体の消費エネルギーがより低減されるように、複数種類の空調機に空調負荷配分を設定する。
制御値出力手段は、負荷配分設定手段により設定された空調負荷配分に基づいて、複数種類の空調機を制御する制御値を複数種類の空調機の制御装置にそれぞれ出力する。

図１は、第１実施形態の空調システムの概要構成図である。 図２は、空調制御装置の概要構成ブロック図である。 図３は、最適負荷配分設定値算出部の動作説明図である。 図４は、最適負荷配分関数のＰＭＶ範囲がユーザの設定したＰＭＶ範囲と異なる場合の最適負荷配分設定値算出部の動作説明図である。 図５は、第１実施形態の空調制御装置の処理フローチャートである。 図６は、第２実施形態の空調システムの概要構成ブロック図である。 図７は、第２実施形態の変形例の説明図である。 図８は、第３実施形態の空調システムの概要構成ブロック図である。 図９は、第４実施形態の空調システムの概要構成ブロック図である。

次に実施形態について図面を参照して説明する。
以下の説明においては、空調関連の設定値を算出する際に、快適性指標を利用するものとする。
快適性指標として、ＰＭＶ、有効温度、この有効温度を修正した修正有効温度などが挙げられるが、以下においては、ＰＭＶを用いた場合を例として説明する。
また、最近のオフィスビル等は断熱性が良くパソコンやＯＡ機器が多いため、年間を通じて空調が冷房モードであることが多いので、以下の各実施形態の説明においては冷房モードで空調制御を行う場合を例として説明する。

［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の空調システムの概要構成図である。
第１実施形態の空調システム１は、図１に示すように、空調システム１全体を制御する空調制御装置１０と、空調対象としての空調ゾーン（被空調エリア）１１と、熱源（本実施形態では、冷却用熱源）を供給する熱源装置１２と、外気を導入して空調を行う空調機である外気導入空調機１３と、空調ゾーン１１内の空気を導入して空調を行う還気導入空調機１４と、を備えている。

上記構成において、空調ゾーン１１とは、各空調機の制御ゾーンである被空調室内のことである。
この場合において、例えば、大型ビルの場合、室内全体を一括して制御するには、大きすぎるため、室内を複数の制御ゾーンを分けて、それぞれの制御ゾーンに対して複数の空調機を制御するようにしているが、このような場合でも簡略化のため各制御ゾーンを空調ゾーンと呼ぶものとする。

次に第１実施形態の動作を説明する。
空調ゾーン１１は、導入する空気が異なる複数の空調機による給気と、空調ゾーン１１の室内温度を計測する室内温度計５４と、室内湿度を計測する室内湿度計５５を有する。空調ゾーン１１では、外気導入空調機１３と還気導入空調機１４による給気で、在室者の快適性を維持する。

熱源装置１２は、冷媒３１と、冷水バルブ６２と、を備えている。
ここで、冷媒３１は、外気２１と熱交換を行うことにより、温度が低下される。
さらに熱源装置１２は、冷媒３１との熱交換により冷水３２を生成し、生成した冷水３２を外気導入空調機１３に供給する。

熱源装置用制御装置４２は、空調制御装置１０から受信した外気導入空調機１３の給気温度設定値と、給気温度計５３が計測した外気導入空調機１３の空調ゾーン１１へ供給する給気の温度の現在値（給気温度現在値）と、に基づいて、開度制御信号を生成し、冷水バルブ６２に出力する。

開度制御信号が入力されると、冷水バルブ６２は、開度制御信号に対応する開度となり、外気導入空調機１３の給気温度を制御する。ここでは、冷媒３１と区別するため、熱源装置１２が冷水３２を生成するとしたが、温水等の冷媒でもよい。
外気導入空調機１３は、外気用冷却コイル１５と、給気ファン６４と、排気ファン６５と、を備えている。

外気導入空調機１３の外気用冷却コイル１５は、熱源装置１２で生成された冷水３２との熱交換により導入した外気２１を設定された温度とする。
給気ファン６４は、外気用冷却コイル１５によって冷却された外気２１を、空調ゾーン１１に給気する。したがって、空調ゾーン１１内への給気量は、給気ファン６４により制御されることとなる。
排気ファン６５は、空調ゾーン１１の空気を建物外に排気２３として排出する。

ここで、外気導入空調機１３が空調ゾーン１１から排出する排気２３の流量は、空調制御装置１０から受信した給気流量の設定値により決定される。
すなわち、給気ファン６４による給気量と、排気ファン６５による排気量と、の関係は、圧力差を生じないように１対１とする。なお、外気導入空調機１３の空調ゾーン１１への給気量は、空調ゾーン１１内のＣＯ_２濃度が一定となるように給気ファン６４によって制御されてもよい。

還気導入空調機１４は、還気用冷却コイル１６と、冷媒３３と、冷媒バルブ６３と、給気ファン６６と、を備えている。
還気導入空調機１４の還気用冷却コイル１６は、外気２１と熱交換により冷却した（温度を下げた）冷媒３３と、給気ファン６６を駆動することにより空調ゾーン１１から導入された還気２２と、の熱交換により、還気２２の温度を設定された温度とする。

これと並行して、還気導入空調機用制御装置４１は、空調制御装置１０から受信した室内温度設定値及び室内湿度設定値と、空調ゾーン１１の室内温湿度を計測する室内温度計５４及び室内湿度計５５の現在値とを取得し、冷媒バルブ６３に開度制御信号を出力する。還気導入空調機用制御装置４１から開度制御信号が入力された冷媒バルブ６３は、入力された開度制御信号に対応する開度となり、還気２２の温度及び湿度、すなわち、空調ゾーン１１への給気の温度及び湿度を調整する。
これにより、給気ファン６６は、還気用冷却コイル１６によって冷却された還気２２を空調ゾーン１１に給気する。

図２は、空調制御装置の概要構成ブロック図である。
空調制御装置１０は、図２に示すように、現在値取得部１１１と、快適性範囲設定部１１２と、最適負荷配分設定値算出部１１３と、最適負荷配分設定値送信部１１４と、を備えている。

現在値取得部１１１は、外気温度計５１、外気湿度計５２、給気温度計５３、室内温度計５４、室内湿度計５５及び風量計５６が接続されており、外気温度、外気湿度、給気温度、空調ゾーン１１の温度（室内温度）、空調ゾーン１１の湿度及び外気導入空調機１３が空調ゾーン１１に給気する際の風量のそれぞれの現在値を取得する。

快適性範囲設定部１１２は、空調ゾーン１１の快適性範囲をユーザが設定するものである。本第１実施形態においては、ＰＭＶの範囲をユーザが設定することとなる。

最適負荷配分設定値算出部１１３は、現在値取得部１１１が取得した外気温度、外気湿度、給気温度、空調ゾーン１１の温度（室内温度）、空調ゾーン１１の湿度及び外気導入空調機１３が空調ゾーン１１に給気する際の風量の現在値と、快適性範囲設定部１１２から取得したＰＭＶ範囲を用いて、外気導入空調機１３と還気導入空調機１４の負荷配分を最適化する運用に関する設定値を算出する。

より具体的には、空調ゾーン１１内のＣＯ_２濃度を所定範囲に維持した状態で、外気導入をして空調ゾーン１１に導入する外気２１を空調ゾーン１１における所望温度及び所望湿度にするために必要とされるエネルギーと、空調ゾーン１１から取り込んだ還気２２を空調ゾーン１１に再び戻す際に、空調ゾーン１１における所望温度及び所望湿度にするために必要とされるエネルギーと、の総和が最小となるように運用に関する設定値を算出し、外気導入空調機１３と還気導入空調機１４の負荷配分を最適化することとなる。

そして、最適負荷配分設定値送信部１１４は、最適負荷配分設定値算出部１１３より取得した負荷配分を最適化する運用に関する空調関連の設定値を、熱源装置用制御装置４２と、還気導入空調機用制御装置４１に送信する。本実施形態においては、空調関連の運用に関する設定値として、還気導入空調機用制御装置４１に対し室内温度設定値と室内湿度設定値を送信し、熱源装置用制御装置４２に対し給気温度設定値を送信している。

本実施形態においては、上述したように、空調関連の運用に関する設定値として、還気導入空調機用制御装置４１に対して室内温度設定値と室内湿度設定値を送信し、熱源装置用制御装置４２に対して給気温度設定値を送信しているが、これに限られるものではなく、負荷配分を最適化することができるのであれば、いかなる設定値でも適用可能である。

最適負荷配分設定値算出部１１３における空調関連の設定値算出方法は、例えば、特開２０１１−２７３０１号公報に開示されている技術を適用することが可能である。具体的には、複数の外気条件と、複数の空調ゾーンの環境条件との組み合わせごとにそれぞれ、設定されたＰＭＶの範囲内で空調制御の所要動力に関する値が最小となるような空調制御のための設定値を最適化演算で予め算出し、全ての条件における設定値を通る最適運用関数を作成する。そして、予め作成した最適運用関数と、現在の環境条件により空調関連の設定値を特定し、空調機に送信する。
この手法（技術）によれば、在室者が快適と感じる（快適性）範囲で消費エネルギーが最小となる空調関連の設定値を算出できる。

次に本実施形態における最適負荷配分設定値算出部１１３の動作を説明する。
図３は、最適負荷配分設定値算出部の動作説明図である。
最適負荷配分設定値算出部１１３は、オフライン処理部１３１で作成した最適負荷配分関数を取得し、最適負荷配分設定値を算出する。

ここで、オフライン処理部１３１について説明する。
オフライン処理部１３１は、通常は、最適負荷配分設定値算出部１１３と切り離されたオフライン状態で最適負荷配分関数を生成する。
これは、最適負荷配分関数の作成は演算負荷が高く、リアルタイムで演算が行えないからである。

オフライン処理部１３１は、最適負荷配分演算部１３２と、最適負荷配分関数作成部１３３と、空調モデル記憶部１３４と、を備えている。
空調モデル記憶部１３４は、本実施形態の場合、空調関連装置である熱源装置１２、外気導入空調機１３及び還気導入空調機１４の構成に関する情報が記憶されている。
したがって、本実施形態の空調モデル記憶部１３４においては、熱源装置１２の構成に対応する熱源装置モデル１３５と、外気導入空調機１３の構成に対応する外気導入空調機モデル１３６と、還気導入空調機１４の構成に対応する還気導入空調機モデル１３７と、が記憶されている。

最適負荷配分演算部１３２は、複数の条件の外気温度と、外気湿度と、給気温度と、室内温度と、室内湿度と、外気導入空調機１３の風量の組み合わせごとにそれぞれ、ユーザにより設定されたＰＭＶの範囲内で空調関連の消費エネルギーが最小となる、各空調機の負荷配分を最適化する室内温度設定値、室内湿度設定値及び、給気温度設定値を算出する。

本第１実施形態では、空調関連の消費エネルギー値は、下記式（１）で表せられる。ここでは、外気導入空調機１３は給気ファンを一つだけ有しているとし、還気導入空調機１４はビルマルチ空調装置を対象とし、空調関連の消費エネルギーを式（１）に示す。

全消費エネルギー値（Ｅ）＝熱源装置１２の消費エネルギー（Ｅ_ｈｅａｔ）
＋外気導入空調機１３の消費エネルギー（Ｅ_ｏｕｔ）
＋還気導入空調機１４の消費エネルギー（Ｅ_ｒａ） ……（１）
熱源装置消費エネルギー（Ｅ_ｈｅａｔ）＝Ｑ_ｈｅａｔ／ＣＯＰ
外気導入空調機消費エネルギー（Ｅ_ｏｕｔ）
＝（Ｆ_ｏｕｔ×Ｈ）／（η×６１２０×９．８１）
還気導入空調機消費エネルギー（Ｅ_ｒａ）
＝Ｅ_{ｂｍｏｕｔｒａｔ}×ｆ_１（Ｑ_ｂｍ）×ｆ_２（Ｔ_ａｍｂ，Ｔ_ｒ＿ｗｂ）
＋Ｅ_ｂｍｉｎ

ここで、Ｑ_ｈｅａｔは熱源負荷、ＣＯＰは熱源成績係数、Ｆ_ｏｕｔは外気導入量、Ｈは圧力、ηは効率、Ｅ_{ｂｍｏｕｔｒａｔ}は室外機定格消費電力、ｆ_１は第１の関数、ｆ_２は第２の関数、Ｑ_ｂｍはビルマルチシステムの負荷率、Ｔ_ａｍｂは外気温度、Ｔ_ｒ＿ｗｂは空調ゾーン湿球温度、Ｅ_ｂｍｉｎは室内機消費電力である。

この場合において、式（１）の全消費エネルギーを最小化する作動流体の力学的な平衡状態の探索については、例えば、特開２００８−２５６２５８号公報に記載のアルゴリズム（消費エネルギー最小化アルゴリズム）を用いることができる。

最適負荷配分関数作成部１３３は、ユーザが設定可能な室内温度設定値、室内湿度設定値及び給気温度設定値毎に、最適負荷配分演算部１３２で算出された全ての設定値を包含する関数を最適負荷配分関数として生成する。なお、ユーザが設定可能な設定値の組み合わせについては、生成後の最適負荷配分関数において実用上問題なく適用が可能であれば、サンプリングした一部の設定値の組み合わせを用いるようにすることも可能である。

さらに、最適負荷配分関数作成部１３３においては、ＰＭＶ範囲を変更させた最適負荷配分関数を複数生成するようにしている。これにより、ユーザが自由にＰＭＶ範囲を変更でき、所定範囲内のＰＭＶで空調関連の消費エネルギーがより少なくなる、外気導入空調機１３及び還気導入空調機１４の負荷配分を最適化する室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値を算出できるようにするためである。

最適負荷配分関数作成部１３３において、生成されたＰＭＶ範囲を変更させた複数の最適負荷配分関数を受け取ると、最適負荷配分設定値算出部１１３は、現在値取得部１１１から取得した外気温度、外気湿度、給気温度、室内温度、室内湿度、風量と、快適性範囲設定部１１２から取得したＰＭＶ範囲に基づいて、最適負荷配分関数作成部１３３から取得した最適負荷配分関数を適宜選択し、選択した最適負荷配分関数を用いて室内温度設定値、室内湿度設定値及び給気温度設定値を算出する。なお、複数の最適負荷配分関数を記憶する容量が不足するような場合には、その都度、最適負荷配分関数作成部１３３から最適負荷配分関数を取得するように構成することも可能である。

次にユーザがＰＭＶ範囲を変更した場合の最適負荷配分設定値算出部１１３の動作をより具体的に説明する。
以下の説明においては、最適負荷配分関数作成部１３３が、ＰＭＶの範囲を−０．５≦ＰＭＶ≦０．５とした最適負荷配分関数Ｆ１と、ＰＭＶの範囲を−０．９≦ＰＭＶ≦０．９とした最適負荷配分関数Ｆ２を生成している場合について説明する。

これにより、最適負荷配分設定値算出部１１３は、最適負荷配分関数作成部１３３で作成された最適負荷配分関数Ｆ１と最適負荷配分関数Ｆ２を受け取る。

図４は、最適負荷配分関数のＰＭＶ範囲がユーザの設定したＰＭＶ範囲と異なる場合の最適負荷配分設定値算出部の動作説明図である。

ここで、快適性範囲設定部１１２を介してユーザにより、ＰＭＶの範囲が−０．７≦ＰＭＶ≦０．７と設定されると、最適負荷配分設定値算出部１１３は、図４に示すように、最適負荷配分関数Ｆ１における室内温度設定値（図４の例の場合、２６℃）と、最適負荷配分関数Ｆ２における室内温度設定値（図４の例の場合、２８℃）を用いて、図４の例の場合には、内挿法により、ＰＭＶの範囲が−０．７≦ＰＭＶ≦０．７と設定したときの室内温度設定値（図４の例の場合、２７℃）を算出する。

以上の説明は、室内温度設定値を例としたものであるが、室内湿度設定値と給気温度設定値またはその他空調関連の設定値も同様に算出する。

この結果、最適負荷配分設定値送信部１１４は、最適負荷配分設定値算出部１１３により算出した室内温度設定値、室内湿度設定種、給気温度設定値等の制御に必要な全ての空調関連の設定値を最適負荷配分設定値算出部１１３から取得して、熱源装置用制御装置４２及び還気導入空調機用制御装置４１へ送信する。

次に本第１実施形態の空調制御装置の動作を説明する。
図５は、第１実施形態の空調制御装置の処理フローチャートである。
まず、空調制御装置１０は、各センサから取得した現在値を取得する（ステップＳ１１）。

次に空調制御装置１０は、ユーザが空調ゾーンの快適性範囲（本実施形態では、ＰＭＶ範囲）を設定することにより（ステップＳ１２）、演算に必要な最適負荷配分関数を取得する（ステップＳ１３）。

続いて空調制御装置１０は、取得した最適負荷配分関数に基づいて最適負荷配分設定値を算出し、取得する（ステップＳ１４）。
これらの結果、空調制御装置１０は、取得した最適負荷配分設定値を、還気導入空調機用制御装置４１と、熱源装置用制御装置４２に送信して、処理を終了する（ステップＳ１５）。

この結果、還気導入空調機用制御装置４１及び熱源装置用制御装置４２は、受信した最適負荷配分に対応する設定値に基づいてそれぞれ空調制御を行うこととなる。

以上の説明のように、本第１実施形態によれば、予め熱源装置モデルと、外気導入空調機モデルと、還気導入空調機モデルを用いて、複数の外気温度と、外気湿度と、給気温度と、室内温度と、室内湿度と、風量の組み合わせごとにそれぞれ、所定範囲内の快適性指標値で空調関連の最適負荷配分関数を作成しておくので、同一の空調ゾーンにおいて、外気を導入する空調機（外気導入空調機）と、空調ゾーンからの還気を導入する空調機（還気導入空調機）と、の組み合わせのように、複数の給気系統がある場合であっても、各空調機の運用に関する設定値をそれぞれ設定することができ、各空調機の負荷配分を最適化することができる。

また、快適性指標値の範囲内で空調を運用できるので、在室者の快適性の範囲内で最大限、消費エネルギーを削減することができる。

［１．１］第１実施形態の変形例
上記第１実施形態の説明においては、図１に示す空調ゾーン１１は、外気導入空調機１３からの給気と、還気導入空調機１４からの給気のように、２つの給気を有しているが、例えば、同一の空調ゾーン１１に外気導入空調機１３及び還気導入空調機１４がそれぞれ複数あってもよい。外気導入空調機１３及び還気導入空調機１４が複数ある場合は、同一の空調ゾーンであれば、外気導入空調機には同一の給気温度設定値を、還気導入空調機には同一の室内温度設定値及び室内湿度設定値を出力する。また、本実施形態では、図１に示すように熱源装置１２は、冷却塔を有さない熱源装置、例えば空冷ヒートポンプチラー等を空調制御装置１０の制御対象としている。

また、上記第１実施形態の説明においては、快適性指標をＰＭＶとしたが、有効温度、作用温度、修正有効温度等でもよい。何れの指標であっても、同一の空調ゾーンに、導入する空気が異なる複数の空調機による給気がある場合において、快適性指標を利用して快適性の範囲で消費エネルギーを低減（より好ましくは最小化）することが可能となるように、各空調機の負荷配分を最適化するための各種空調関連の設定値を決定することができる。

［２］第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態の空調システムの概要構成ブロック図である。
図６において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
第２実施形態の空調システム１Ａは、空調制御装置１０と、空調ゾーン１１と、熱源装置１２と、外気導入空調機１３に代わる空調機２０１と、還気導入空調機１４と、を備えている。

上記構成において、空調機２０１は、ダンパ２０２と、冷却コイル２０３と、給気ファン６４と、排気ファン６５と、を備えている。

ダンパ２０２は、空調機２０１が建物外から取り入れた外気２１と、排気ファン６５によって空調ゾーン１１から取り出した空気とを混合させる割合を制御するものである。つまり、空調機２０１が給気する空気の外気比率を決定する。空調機２０１が空調ゾーン１１に給気する風量は、給気ファン６４によって制御される。

冷却コイル２０３は、熱源装置１２で生成された冷水３２との熱交換により、ダンパ２０２により混合された空気を設定された温度に制御する。なお、空調機２０１が空調ゾーン１１に給気する風量は、空調ゾーン１１内のＣＯ_２濃度が一定となるように外気２１をダンパ２０２により取り込み、給気ダクトの圧力が一定となるように給気ファン６４によって制御されてもよい。

本第２実施形態の空調制御装置１０においては、オフライン処理部１３１で最適負荷配分関数を生成するに際して、空調モデル記憶部１３４に記憶するモデルを、第１実施形態の外気導入空調機モデル１３６に代えて、外気と還気を混合させる空調機モデルを記憶させる。

これにより、最適負荷配分演算部１３２は、記憶した外気と還気を混合させる空調機モデルに対して、複数の条件の外気温度と、外気湿度と、給気温度と、室内温度と、室内湿度と、風量の組み合わせごとにそれぞれ、ユーザにより設定されたＰＭＶの範囲内で空調関連の消費エネルギーがより少なくなり、より好ましくは、最小となるような各空調機の負荷配分を最適化する室内温度設定値、室内湿度設定値及び給気温度設定値を算出する。

本第２実施形態の動作については、図５に示した第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明を援用する。

本第２実施形態によれば、外気２１と、空調ゾーン１１から取り出された空気を混合させることにより、外気と比べて、冷却する空気の温度及び湿度は、空調ゾーン１１の温度及び湿度に近いため、冷却コイル２０３における冷却熱量を減少させることができる。これにより、第１実施形態と比較して、より一層、消費エネルギーを削減することができる。また、空調制御装置１０の動作は、第１実施形態と同様であり、各空調機の負荷配分を最適化する運用に関する空調関連の設定値を決定することができる。さらに、快適性指標値の範囲内で空調を運用することから、在室者の快適性の範囲内で消費エネルギーを削減することができる。

［２．１］第２実施形態の変形例
図７は、第２実施形態の変形例の説明図である。
上記第２実施形態の説明においては、外気２１と、空調ゾーン１１から取り出した空気を混合し、この空気を冷却コイル２０３によって設定された温湿度に制御しているが第２実施形態の変形例の空調システム１Ｂにおいては、、図７に示すように、空調機２０１に代えて用いる空調機２０１Ａを、外気用冷却コイル１５によって冷却された外気２１と、空調ゾーン１１から取り出した空気を混合し、空調ゾーン１１に給気する構成を採るようにしてもよい。

本第２実施形態の変形例によっても、同一の空調ゾーンに、導入する空気系統が異なる複数の空調機による給気がある場合においても、ユーザにより設定された快適性指標値（たとえば、ＰＭＶ）の範囲内で消費エネルギーを低減でき、好ましくは、最小とすることができる。また、各空調機の負荷配分を最適化する運用に関する空調関連の設定値を確実に決定することができる。

［３］第３実施形態
次に第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態の空調システムの概要構成ブロック図である。
図８において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
第３実施形態の空調システム１Ｃは、空調制御装置１０と、空調ゾーン１１と、熱源装置１２に代わる熱源装置２２１と、外気導入空調機１３と、還気導入空調機１４と、を備えている。

上記構成において、熱源装置２２１は、冷媒３１と、冷水バルブ６２と、冷媒バルブ２２２と、を備えている。
熱源装置用制御装置４２は、空調制御装置１０から送信された冷水３２の温度設定値と、冷媒３１の温度を計測する冷水温度計２２３により送信された冷水温度の現在値と、を取得し、冷媒バルブ２２２の開度を制御する開度制御信号を冷媒バルブ２２２に出力する。
冷媒バルブ２２２は、熱源装置用制御装置４２から入力された開度制御信号に基づいてバルブ開度を変更し、冷媒３１の温度を制御する。

次に本第３実施形態における最適負荷配分設定値算出部１１３の動作を説明する。
本第３実施形態の空調制御装置１０においては、オフライン処理部１３１で最適負荷配分関数を生成するに際して、空調モデル記憶部１３４に記憶するモデルを、第１実施形態の外気導入空調機モデル１３６に代えて、冷媒バルブ２２２を有する外気導入空調機モデルを記憶させる。

これにより、最適負荷配分演算部１３２は、複数の条件の外気温度と、外気湿度と、給気温度と、室内温度と、室内湿度と、風量と、の組み合わせごとにそれぞれ、ユーザにより設定されたＰＭＶの範囲内で空調関連の消費エネルギーがより低減される、より好ましくは最小となる、各空調機の負荷配分を最適化する室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値及び、冷水温度設定値を算出する。

一方、最適負荷配分関数作成部１３３は、室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値及び、冷水温度設定値ごとに、最適負荷配分演算部１３２で算出された全ての設定値を通る関数を最適負荷配分関数として生成する。この場合においても、第１実施形態と同様に、ＰＭＶ範囲を変更させた複数の最適負荷配分関数を生成しておく。

この結果、最適負荷配分設定値算出部１１３は、現在値取得部１１１から取得した外気温度、外気湿度、給気温度、室内温度、室内湿度及び快適性範囲設定部１１２から取得したＰＭＶ範囲に基づいて、最適負荷配分関数作成部１３３から最適負荷配分関数を取得し、第１実施形態と同様に、室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値及び冷水温度設定値を算出する。

そして、最適負荷配分設定値送信部１１４は、最適負荷配分設定値算出部１１３により算出した設定値を取得して熱源装置用制御装置４２及び還気導入空調機用制御装置４１へ送信する。
本第３実施形態によれば、熱源装置２２１の冷媒バルブ２２２を利用することにより、冷水３２の温度を制御可能となる。このため、熱源装置２２１が冷水を生成する消費エネルギーも考慮したうえで、空調関連の設定値を決定することができる。また、第１実施形態と比較してより消費エネルギーを削減することができる。

［４］第４実施形態
次に第４実施形態について説明する。
図９は、第４実施形態の空調システムの概要構成ブロック図である。
図９において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
第４実施形態の空調システム１Ｄは、空調制御装置１０と、空調ゾーン１１と、熱源装置１２と、外気導入空調機１３と、還気導入空調機１４と、冷却塔２６１と、を備えている。

上記構成において、冷却塔２６１は、ファン２６２と、ポンプ２６３を有しており、外気２１と熱交換により冷却された冷却水２６４を、ポンプ２６３によって一定量の冷却水２６４を熱源装置１２に送水している。
熱源装置１２の冷媒３１は、冷却塔２６１から送水された冷却水２６４との熱交換により温度を下げられる。

冷却塔用制御装置２６６は、空調制御装置１０から送信された冷却水２６４の温度設定値と、熱源装置１２に送水する冷却水２６４の温度を計測する冷却水温度計２６５の現在値と、を取得し、冷却水２６４の温度を制御するためのファン制御信号をファン２６２に出力する。
これにより、ファン２６２は、入力されたファン制御信号に基づいて、冷却水２６４の温度を制御する。

次に本第４実施形態における最適負荷配分設定値算出部１１３の動作を説明する。
本第４実施形態の空調制御装置１０においては、オフライン処理部１３１で最適負荷配分関数を生成するに際して、空調モデル記憶部１３４に記憶するモデルを、熱源装置モデル１３５、外気導入空調機モデル１３６、還気導入空調機モデル１３７に加えて、冷却塔モデルを記憶させる。

これにより、最適負荷配分演算部１３２は、記憶した空調モデルに対して、複数の条件の外気温度と、外気湿度と、給気温度と、室内温度と、室内湿度と、風量の組み合わせごとにそれぞれ、ユーザにより設定されたＰＭＶの範囲内で空調関連の消費エネルギーがより低減される、より好ましくは、最小となる、各空調機の負荷配分を最適化する室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値及び、冷却水温度設定値を算出する。

本実施形態においては、空調関連の消費エネルギー値は、下記式（２）で表せられる。
全消費エネルギー値（Ｅ）＝熱源装置消費エネルギー（Ｅ_ｈｅａｔ）
＋外気導入空調機消費エネルギー（Ｅ_ｏｕｔ）
＋還気導入空調機消費エネルギー（Ｅ_ｒａ）
＋冷却塔消費エネルギー（Ｅ_ｃ）・・・・・・（２）
冷却塔消費エネルギー（Ｅ_ｃ）＝Ｅ_ｆａｎ ＋ Ｅ_ｐｕｍｐ
ここで、Ｅ_ｆａｎは、冷却塔ファン消費エネルギーであり、Ｅ_ｐｕｍｐは、冷却水ポンプ消費エネルギーである。

また、本第４実施形態の空調制御装置１０は、各センサから取得した現在値と、ユーザが設定した空調ゾーンの快適性範囲により、予め作成した最適負荷配分関数から最適負荷配分設定値を取得する。そして空調制御装置１０は、取得した最適負荷配分設定値を、還気導入空調機用制御装置４１、熱源装置用制御装置４２及び冷却塔用制御装置２６６に送信する。

上記構成を採ることにより、本第４実施形態によれば、熱源装置１１、外気導入空調機１３、還気導入空調機１４に加え、冷却塔２６１を備えた空調関連の設備について、各空調機の負荷配分を最適化する運用に関する空調関連の設定値を決定することができる。さらに、快適性指標値の範囲内で空調を運用することから、在室者の快適性の範囲内で消費エネルギーを削減することができる。

［５］実施形態の効果
以上の説明のように、各実施形態によれば、ユーザが望む（設定した）快適性指標の範囲内で、空調装置における消費エネルギーを低減することが可能となる。

［６］実施形態の変形例
本実施形態の空調制御装置で実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態の空調制御装置で実行される制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の空調制御装置で実行される制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

また、本実施形態の空調制御装置の制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１Ａ〜１Ｄ 空調システム
１０ 空調制御装置
１１ 空調ゾーン
１２ 熱源装置
１３ 外気導入空調機
１４ 還気導入空調機
１５ 外気用冷却コイル
１６ 還気用冷却コイル
４１ 還気導入空調機用制御装置
４２ 熱源装置用制御装置
１１１ 現在値取得部
１１２ 快適性範囲設定部
１１３ 最適負荷配分設定値算出部
１１４ 最適負荷配分設定値送信部
１３１ オフライン処理部
１３２ 最適負荷配分演算部
１３３ 最適負荷配分関数作成部
１３４ 空調モデル記憶部
１３５ 熱源装置モデル
１３６ 外気導入空調機モデル
１３７ 還気導入空調機モデル
２０１ 空調機
２０１Ａ 空調機
２０２ ダンパ
２２１ 熱源装置
２２２ 冷媒バルブ
２２３ 冷水温度計
２６１ 冷却塔
２６２ ファン
２６３ ポンプ
２６４ 冷却水
２６５ 冷却水温度計
２６６ 冷却塔用制御装置

Claims (11)

1. 給気系が異なる複数種類の空調機により空調ゾーンの空調制御を行う空調制御装置において、
   前記複数種類の空調機のそれぞれのモデルに基づいて、異なる快適性指標の範囲に対応づけた複数の最適負荷配分関数を生成する最適負荷配分関数作成手段と、
   ユーザにより設定された前記空調ゾーンの快適性指標の範囲に対応させていずれかの最適負荷配分関数を選択し、当該選択した最適負荷配分関数に基づいて前記複数種類の空調機全体の消費エネルギーがより低減されるように、前記複数種類の空調機に空調負荷配分を設定する負荷配分設定手段と、
   前記負荷配分設定手段により設定された空調負荷配分に基づいて、前記複数種類の空調機を制御する制御値を前記複数種類の空調機の制御装置にそれぞれ出力する制御値出力手段と、
   を備えた空調制御装置。
2. 前記複数種類の空調機は、還気導入空調機を含む、
   請求項１記載の空調制御装置。
3. 前記複数種類の空調機は、外気導入空調機を含む、
   請求項１または請求項２記載の空調制御装置。
4. 前記複数種類の空調機は、還気導入空調機及び外気導入空調機を含み、
   前記制御値は、前記外気導入空調機の給気温度設定値と、前記還気導入空調機の室内温度設定値及び室内湿度設定値と、
   を含む、
   請求項１記載の空調制御装置。
5. 前記外気導入空調機は、外気と前記空調ゾーン内の空気と、を混合するダンパを有する空調機である、
   請求項３又は請求項４記載の空調制御装置。
6. 前記負荷配分設定手段は、外気温度、外気湿度、前記外気導入空調機の給気温度、前記空調ゾーン内の温度、前記空調ゾーン内の湿度、外気導入空調機の給気風量及び前記複数種類の空調機のそれぞれのモデルに基づいて生成された最適負荷配分関数を生成する関数生成手段が接続されて前記最適負荷配分関数を取得する取得手段を備えた、
   請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の空調制御装置。
7. 前記負荷配分設定手段は、前記複数種類の空調機のそれぞれのモデルに加えて、前記外気導入空調機に供給する冷水の温度を制御するための熱源装置のモデルに基づいて生成された最適負荷配分関数に基づいて空調負荷配分を設定する、
   請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の空調制御装置。
8. 前記負荷配分設定手段は、前記複数種類の空調機のそれぞれのモデル及び前記熱源装置のモデルに加えて、前記熱源装置の冷却を行う冷却塔のモデルに基づいて生成された最適負荷配分関数に基づいて空調負荷配分を設定する、
   請求項７記載の空調制御装置。
9. 前記快適性指標として、ＰＭＶ、有効温度あるいは修正有効温度のいずれか一つを用いる、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の空調制御装置。
10. 前記負荷配分設定手段は、前記空調ゾーンの快適性範囲内で前記複数種類の空調機全体の消費エネルギーが最低となるように前記複数種類の空調機に空調負荷配分を設定する、
    請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の空調制御装置。
11. 給気系が異なる複数種類の空調機により空調ゾーンの空調制御を行う空調制御装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記複数種類の空調機のそれぞれのモデルに基づいて、異なる快適性指標の範囲に対応づけた複数の最適負荷配分関数を生成する最適負荷配分関数作成手段と、
    ユーザにより設定された前記空調ゾーンの快適性指標の範囲に対応させていずれかの最適負荷配分関数を選択し、当該選択した最適負荷配分関数に基づいて前記複数種類の空調機全体の消費エネルギーがより低減されるように、前記複数種類の空調機に空調負荷配分を設定する負荷配分設定手段と、
    前記負荷配分設定手段により設定された空調負荷配分に基づいて、前記複数種類の空調機を制御する制御値を前記複数種類の空調機の制御装置にそれぞれ出力する制御値出力手段と、
    して機能させる制御プログラム。

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