JP5963959B2 - 空調システム制御装置及び空調システム制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、空調システム制御装置及び空調システム制御方法に関する。

一般に、中規模以上の建築物では、セントラル方式の空調システムが採用されている。セントラル方式の空調システムは、冷水又は温水を一箇所で準備し、準備した冷水又は温水を建築物に設けられた各室に循環させる。

しかし、近年、安価で施工性がよく、居住者の使い勝手がよいという観点に鑑み、個別分散型のパッケージ空調、つまり、ビル用マルチエアコン方式の空調システムの採用が増えている。ビル用マルチエアコン方式の空調システムは、空調対象空間として割り当てられた空調ゾーン毎に室内機が設けられ、その複数の室内機を１台の室外機に接続させることで、個別分散型のパッケージ空調を提供する。例えば、ビル用マルチエアコン方式の空調システムとして、特許文献１には、算出した熱負荷に応じて、必要な能力を過不足なく供給する技術が開示されている。

一般に、空調システムを制御する空調システム制御装置には、省エネ運転を行うという観点に鑑み、空調機の運転効率を高めることが求められている。例えば、空調機の運転効率を高めるセントラル方式の空調システムとして、特許文献２には、複数の熱源機が存在することを前提として、各熱源機の性能特性を用意し、熱負荷に応じて、複数の熱源機の最適な運転パターンを作成する技術が開示されている。また、例えば、空調機の運転効率を高める空調システムとして、特許文献３には、空調機の運転効率が低くなる熱負荷が存在する場合、空調機を停止する技術が開示されている。

特開平０３−２１７７４６号公報（請求項１） 特開２０１２−１５４５６３号公報（請求項１） 特許第５０２９９１３号公報（請求項１）

特許文献１に開示されているような従来の空調システム制御装置は、熱負荷に応じて、過不足なく必要な能力を空調対象空間に供給するため、室内温度は一定に保たれる。しかし、空調機の運転効率は考慮されていない。したがって、特許文献１に開示されているような従来の空調システム制御装置は、空調機の運転効率を高めることができなかった。

一方、特許文献２に開示されているような従来の空調システム制御装置は、空調機の運転効率が考慮された運転パターンを作成できる。しかし、熱負荷は与えられるものであるため、特許文献２に開示されているような従来の空調システム制御装置は、熱負荷を調整することができない。よって、特許文献２に開示されているような従来の空調システム制御装置は、空調機を稼働させている間、熱負荷によっては、空調機の運転効率を高めることができなかった。

また、特許文献３に開示されているような従来の空調システム制御装置は、空調機の運転効率を考慮して各種機器を制御しているため、予め定めた条件に応じて空調機を停止する。よって、特許文献３に開示されているような従来の空調システム制御装置は、室内温度が頻繁に変化するため、室内温度の変動を予め定めた範囲に抑制することができなかった。

上記の説明から、特許文献１〜３に開示されているような従来の空調システム制御装置は、空調機を稼働中させている間、室内温度の変動を予め定めた範囲に抑制させつつ、空調機の運転効率を高めることができないという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、空調機を稼働させている間、室内温度の変動を予め定めた範囲に抑制させつつ、空調機の運転効率を高めることができる空調システム制御装置及び空調システム制御方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る空調システム制御装置は、建物内に設置された１つ又は複数の空調機を制御する空調システム制御装置であって、前記１つ又は複数の空調機の運転データを取得する空調機データ取得部と、前記建物内の予測熱負荷を取得する予測熱負荷取得部と、予め設定された制約条件において、予め設定された制御対象期間で、予め設定された評価指標が予め設定された条件を満たすように、空調機制御指令を決定する空調機制御指令決定部と、を備え、前記空調機制御指令決定部には、前記制御対象期間を１つ又は複数の予め設定された分割幅で複数の時間に分割する時間断面が設定され、前記空調機制御指令決定部は、前記運転データに含まれる室内温度が前記制約条件を満たす室内温度変更許容範囲を求め、前記運転データに含まれる室内温度と、前記室内温度変更許容範囲における室内温度上限設定値及び室内温度下限設定値と、前記建物の断熱性及び前記建物の蓄熱性を表す建物構成部材物性値と、前記予測熱負荷と、前記１つの空調機が処理すべき熱負荷又は前記複数の空調機のそれぞれが処理すべき熱負荷と、に基づいて、熱負荷変更許容範囲を求め、前記空調機制御指令として、前記時間断面ごとに、前記熱負荷変更許容範囲と、前記１つの空調機の運転効率又は前記複数の空調機のそれぞれの運転効率と、に基づいて、前記１つ又は複数の空調機の運転周波数及び起動停止を決定するものである。

本発明は、時間断面ごとに、室内温度変更許容範囲に基づいて求めた熱負荷変更許容範囲と、空調機の運転効率と、で求めた最適な制御指令で、空調機を制御する。よって、本発明は、空調機を稼働させている間、室内温度の変動を予め定めた範囲に抑制させつつ、空調機の運転効率を高めることができる。したがって、本発明は、空調対象空間を快適な状態に保ちつつ、省エネ運転を確実に行うことができるという効果を有する。

本発明の実施の形態１における空調システム１の概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１における空調システム１の概略構成の別の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の機能構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１における室内温度の変更許容範囲の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１における熱負荷の変更許容範囲の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１における空調機２１の性能特性の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１における空調機効率が高い熱負荷を算定するアルゴリズムを直感的に説明する図である。 本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の制御例を直感的に説明する図である。 本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の制御例のうち、空調機制御指令決定処理の一例を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の制御例のうち、空調機２１の制御を実行する一連の動作例を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態２における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成のうち、評価指標の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成のうち、制約条件追加データ群１０１が制約条件に追加される一例を示す図である。 本発明の実施の形態３における空調システム制御装置４１の機能構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成のうち、評価指標の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成のうち、制約条件追加データ群１０１が制約条件に追加される一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明の実施の形態の動作を行うプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列に行われる処理であるが、必ずしも時系列に処理されなくても、並列的又は個別に実行される処理をも含んでもよい。

また、本実施の形態で説明される各機能をハードウェアで実現するか、ソフトウェアで実現するかは問わない。つまり、本実施の形態で説明される各ブロック図は、ハードウェアのブロック図と考えても、ソフトウェアの機能ブロック図と考えてもよい。例えば、各ブロック図は、回路デバイス等のハードウェアで実現されてもよく、図示しないプロセッサ等の演算装置上で実行されるソフトウェアで実現されてもよい。

また、本実施の形態で説明されるブロック図の各ブロックは、その機能が実施されればよく、それらの各ブロックで構成が分離されなくてもよい。なお、本実施の形態１〜２のそれぞれにおいて、特に記述しない項目については実施の形態１〜２と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。また、本実施の形態１〜２のそれぞれは、単独で実施されてもよく、組み合わされて実施されてもよい。いずれの場合においても、下記で説明する有利な効果を奏することとなる。また、本実施の形態で説明する各種具体的な設定例は一例を示すだけであり、特にこれらに限定しない。

実施の形態１．
（空調システム１の第１構成例）
図１は、本発明の実施の形態１における空調システム１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、空調システム１は、空調コントローラ１１と、空調設備１２とを備える。空調コントローラ１１と、空調設備１２とは、空調ネットワーク１３を介して接続されている。

空調コントローラ１１は、空調設備１２と各種通信を行うことで、空調設備１２を制御したり、空調設備１２を監視したりする。なお、図１においては、空調コントローラ１１は、１台のみが設けられている一例について説明しているが、空調コントローラ１１の設置台数は特にこれに限定されない。例えば、複数台の空調コントローラ１１が設置されてもよい。また、複数台の空調コントローラ１１が互いに離れた箇所にそれぞれ設けられてもよい。なお、空調コントローラ１１は、例えば、一般的に建物の内部の管理室等に設置されるが、空調コントローラ１１の設置場所は特にこれに限定されない。

空調設備１２は、図１に示すように、室外機２１ａ、室内機２１ｂ、換気設備２２、全熱交換器２３、加湿器２４、除湿器２５、ヒータ２６、及び外調機２７等を構成要素として備える。このような構成要素は、一般的には、それぞれ複数台が設置される。なお、上記で説明した空調設備１２の構成要素は、一例を示すだけであって、特にこれらに限定されず、これら全てが構成要素である必要はない。また、上記で説明した空調設備１２の構成要素以外であっても、室内の空気状態を制御するその他の種類の機器が構成要素であってもよい。すなわち、空調設備１２とは、上記で説明した空調設備１２の構成要素の何れか１台、又は、複数台を想定する。また、複数台の構成要素を備える空調設備１２が複数台設けられてもよい。

なお、室外機２１ａと、室内機２１ｂとを総称して空調機２１と称する。空調機２１は、図１の例では、１台であるが、空調機２１の台数はこれに限定されない。例えば、２台以上の複数台の空調機２１が設けられてもよい。また、室外機２１ａの台数及び室内機２１ｂの台数についても特に限定されない。

空調ネットワーク１３は、例えば、外部に非公開の通信プロトコルに準拠した通信が行われる通信媒体として形成されてもよく、外部に公開されている通信プロトコルに準拠した通信が行われる通信媒体として形成されてもよい。空調ネットワーク１３は、例えば、ケーブルの種類又は通信プロトコルに応じて、複数の異なる種類のネットワークが混在する構成であってもよい。複数の異なる種類のネットワークとしては、例えば、空調設備１２を計測制御する専用ネットワーク、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、及び空調設備１２の構成要素毎に異なる個別専用線等が一例として想定される。

なお、空調コントローラ１１と、空調設備１２とは、機器接続用コントローラ１４を介して接続された構成であってもよい。機器接続用コントローラ１４は、空調コントローラ１１と、空調設備１２との間のデータ通信を中継する機能が実装されている。例えば、空調設備１２の構成要素のうち、一部の空調設備１２の構成要素が空調ネットワーク１３に直接接続し、他の一部の空調設備１２の構成要素が機器接続用コントローラ１４に接続する構成であってもよい。機器接続用コントローラ１４に、空調設備１２と、空調コントローラ１１との通信プロトコルの違いを隠蔽させたり、空調設備１２と、空調コントローラ１１との通信内容を監視させたりしてもよい。

空調システム１は、センサ１９を備えてもよい。センサ１９は、例えば、温度センサ、湿度センサ、及びＣＯ_２濃度センサ等のセンシングを行う機器である。なお、図１においては、センサ１９が１台だけ設置されている一例を示すが、センサ１９の設置台数は特にこれに限定されない。センサ１９は、複数台設置されてもよい。センサ１９は、異なる種類のセンシングを行う機器が複数台設置されたものでもよい。センサ１９は、１台で異なる種類のセンシングを行う機器が設置されたものでもよい。センサ１９の設置場所は、例えば、空調設備１２の空調対象空間である室内等である。外気温及び日射量等をセンシングさせるような場合には、センサ１９は屋外に設置されればよい。

図１に示すように、空調システム１に空調コントローラ１１が設けられている場合、図３及び図４で後述する各種機能が空調コントローラ１１上で実行される。なお、空調システム１の構成の一例について説明したが、空調システム１の構成は特にこれに限定されない。他の空調システム１の構成の一例として図２を用いて説明する。

（空調システム１の第２構成例）
図２は、本発明の実施の形態１における空調システム１の概略構成の別の一例を示す図である。図２に示すように、空調システム１には、空調制御用計算機１５が設けられている。空調制御用計算機１５は、汎用ネットワーク１６を介して、空調コントローラ１１と接続されている。空調制御用計算機１５は、汎用ネットワーク１６を介して、空調コントローラ１１と各種通信が行われる。

汎用ネットワーク１６は、例えば、ＬＡＮ又は電話回線等の通信プロトコルに準拠した通信媒体である。よって、空調制御用計算機１５と、空調コントローラ１１とで各種通信が行われる場合、ＩＰアドレス等に基づいて各種通信が行われてもよい。また、空調制御用計算機１５は、空調コントローラ１１又は機器接続用コントローラ１４を介して、センサ１９又は空調設備１２と各種通信が行われてもよい。

空調制御用計算機１５は、汎用ネットワーク１６を介して、空調設備１２と各種通信を行うことで、各種演算を実行する。空調制御用計算機１５は、汎用ネットワーク１６、空調コントローラ１１、及び空調ネットワーク１３等を介して、機器接続用コントローラ１４又はセンサ１９と各種通信を行い、各種データを取得してもよい。

図２に示すように、空調システム１に空調コントローラ１１及び空調制御用計算機１５が設けられている場合、図３で後述する各種機能が、空調コントローラ１１と、空調制御用計算機１５とに分担されてもよい。空調制御用計算機１５は、空調コントローラ１１と同様に、空調設備１２の空調対象空間である室内等に設けられてもよく、敷地内又は遠隔地から複数の建物を管理する集中管理センター等に設置されてもよい。

なお、上記の説明では、空調コントローラ１１に各機能が実装される一例と、空調コントローラ１１及び空調制御用計算機１５で各機能が分担される一例と、をそれぞれ説明したが、各機能の実装形態は特にこれらに限定されない。例えば、図示しない複数のサーバー装置に、空調コントローラ１１の機能が分散して実装されてもよい。また、例えば、図示しない一つのサーバー装置に、空調コントローラ１１の機能と、空調制御用計算機１５の機能と、がそれぞれ論理的に異なる形態で実装されてもよい。つまり、上記で説明した各機能がそれぞれ実行されればよいため、その物理的な格納場所又はその物理的な実行場所は特に限定されない。

例えば、それぞれ遠隔地に設けられた複数のサーバー装置等に、上記で説明した各機能を分散処理させ、互いに演算結果の同期を取りながら一連の処理が実行されてもよい。また、上記で説明したように、空調コントローラ１１の機能と、空調制御用計算機１５の機能とが論理的に異なる形態で仮想化された装置として機能させることで、一つのサーバー装置に二つの機能が実装されてもよい。

（機能ブロック図：概要）
次に、上記で説明した空調システム１に実装される機能について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の機能構成の一例を示す図である。図３に示すように、空調システム制御装置４１は、空調機２１と各種データ等を送受信する。例えば、空調システム制御装置４１は、空調機２１の入力情報を空調機２１から受信する。また、例えば、空調システム制御装置４１は、空調機２１に制御指令を送信する。図３に示すように、ここでは、空調機２１が複数設けられている構成を想定している。よって、空調システム制御装置４１は、複数の空調機２１と各種データ等を送受信する。なお、空調機２１が１台設けられている構成を想定すると、空調システム制御装置４１は、１台の空調機２１と各種データ等を送受信する。要するに、空調機２１の台数は特に限定されない。

なお、空調システム制御装置４１の制御対象である空調機２１は、例えば、図１及び図２で説明したように、室外機２１ａ及び室内機２１ｂから構成されるビル用マルチエアコンであるが、特にこれに限定されない。例えば、空調システム制御装置４１の制御対象である空調機２１は、パッケージエアコン、ルームエアコン、及び吸収冷凍機等の大型熱源機であってもよい。

空調システム制御装置４１は、空調機性能特性５１、建物構成部材物性値５２、及び予測熱負荷５３を取得する。空調機性能特性５１は、空調システム制御装置４１の制御対象である空調機２１の性能特性に関するデータである。建物構成部材物性値５２は、空調機２１が設置される対象建物に関する各種物性値である。予測熱負荷５３は、空調機２１が設置される対象建物で予測される熱負荷である。

つまり、空調システム制御装置４１は、空調機２１からの入力情報と、空調機性能特性５１と、建物構成部材物性値５２と、予測熱負荷５３と、に基づいて、対象建物に設置された空調機２１を制御する。図３に示すように、空調システム制御装置４１は、機能構成として、データ記憶部６１、予測熱負荷取得部６２、空調機制御指令決定部６３、空調機データ取得部６４、及び制御指令部６５等を備えている。空調機制御指令決定部６３は、熱負荷変更許容範囲予測手段７１、最適熱負荷算定手段７２、及び最適制御指令算定手段７３等を備えている。

（機能ブロック図：詳細）
次に、空調システム制御装置４１の各種機能の詳細について図４〜図９を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成の一例を示す図である。図４は、空調システム制御装置４１の各種機能の入出力データの詳細例を示している。図４は、熱負荷変更許容範囲予測手段７１の詳細例も示している。図５は、本発明の実施の形態１における室内温度の変更許容範囲の一例を示す図である。図６は、本発明の実施の形態１における熱負荷の変更許容範囲の一例を示す図である。図７は、本発明の実施の形態１における空調機２１の性能特性の一例を示す図である。図８は、本発明の実施の形態１における空調機効率が高い熱負荷を算定するアルゴリズムを直感的に説明する図である。図９は、本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の制御例を直感的に説明する図である。

（データ記憶部６１）
データ記憶部６１は、空調機データ取得部６４を介して取得した各種データ等を保存する。データ記憶部６１は、予測熱負荷取得部６２を介して取得した各種データ等を保存する。データ記憶部６１は、空調機性能特性５１及び建物構成部材物性値５２等を保存する。データ記憶部６１は、保存している各種データを構成要素とする制御指令決定用入力データを空調機制御指令決定部６３に供給する。データ記憶部６１は、空調機制御指令決定部６３の各種演算結果、例えば、空調機２１の最適制御指令を保存する。データ記憶部６１は、保存した最適制御指令を制御指令部６５に供給する。

（空調機性能特性５１）
データ記憶部６１に保存される空調機性能特性５１の詳細について説明する。空調機性能特性５１は、少なくとも、複数の空調機２１のそれぞれの消費電力と供給（除去）熱量との相関関係を含む。空調機性能特性５１は、ユーザ操作でデータ記憶部６１に予め登録してもよい。また、空調機性能特性５１は、複数の空調機２１のそれぞれの運転データから推定することで求めてもよい。ここでいう運転データは、例えば、室内温度及び設定温度等の時系列値である。なお、図４においては、消費電力と、供給（除去）熱量との間で相関関係があり、消費電力に応じた供給（除去）熱量が対応付けられている意味を示すために、消費電力から供給（除去）熱量への矢印を付記したが、特にこれに限定されない。要するに、データ構成上、消費電力と、供給（除去）熱量との間に写像関係が形成されていればよい。

空調機性能特性５１が推定で求められる場合、対象となる空調機２１に関する供給（除去）熱量と消費電力との相関関係が取得される必要がある。対象となる空調機２１に関する供給（除去）熱量と消費電力との相関関係が空調機データ取得部６４からデータ記憶部６１へ保存されない場合、別のデータが利用されてもよい。例えば、供給（除去）熱量については、空調機データ取得部６４は、空調機２１の圧縮機の運転周波数、空調機２１の圧縮機の入口側の冷媒圧力、空調機２１の圧縮機の出口側の冷媒圧力、及び配管温度から求めた冷媒温度を計測し、これらの計測結果を用いて、対象となる空調機２１に関する供給（除去）熱量と消費電力との相関関係を求めてもよい。

また、別の方法として、例えば、供給（除去）熱量については、空調機データ取得部６４は、空調機２１の圧縮機の運転周波数、空調機２１の圧縮機を構成要素とする冷媒回路における凝縮温度、及び空調機２１の圧縮機を構成要素とする冷媒回路における蒸発温度を計測し、これらの計測結果を用いて、対象となる空調機２１に関する供給（除去）熱量と消費電力との相関関係を求めてもよい。また、例えば、消費電力については、空調機データ取得部６４は、図示しない電力計の計測結果から対応する消費電力を求めてもよい。なお、空調機性能特性５１が推定で求められる場合、空調機２１が稼働する前に、試験が行われることで、空調機性能特性５１が求められてもよく、空調機２１が稼働中に、空調機性能特性５１に関する各種データが蓄積されてもよい。

（建物構成部材物性値５２）
データ記憶部６１に保存される建物構成部材物性値５２の詳細について説明する。建物構成部材物性値５２は、建物の断熱性及び建物の蓄熱性を表す値であって、例えば、以下で説明する式（１）〜（３）で表される熱伝導方程式に含まれているパラメータのうち、熱抵抗と、熱容量と、補正係数とが該当する。式（１）〜（３）で表される熱伝導方程式は、建物の熱の出入りを表したものであって、空調機２１が供給（除去）した熱量データと、外気温と日射量との少なくとも一方を含む気象データと、建物内部で発生する内部発熱データと、を入力データとして、室内温度の時間変化を求めるものである。つまり、式（１）〜（３）で表される熱伝導方程式は、数式モデルであって、室内温度を予測する室内温度予測モデルである。

式（１）〜（３）において、Ｑ_Ｓは、日射量［ｋＷ］、Ｑ_ＯＣＣは、人体発熱量［ｋＷ］、Ｑ_ＥＱＰは、機器発熱量［ｋＷ］、Ｑ_ＨＶＡＣは、空調機供給熱量［ｋＷ］である。また、Ｔ_Ｏは外気温［Ｋ］、Ｔ_１は外壁室外側表面温度［Ｋ］、Ｔ_２は外壁室内側表面温度［Ｋ］、Ｔ_Ｚは室内温度［Ｋ］、Ｔ_ＯＺは、隣接ゾーンの温度［Ｋ］である。Ｒ_１は外壁室外側表面熱抵抗［Ｋ／ｋＷ］、Ｒ_２は外壁熱抵抗［Ｋ／ｋＷ］、Ｒ_Ｚは外壁室内側表面抵抗［Ｋ／ｋＷ］、Ｒ_ＯＺは隣接ゾーンとの間の熱抵抗［Ｋ／ｋＷ］、Ｒ_３は外壁以外の熱抵抗［Ｋ／ｋＷ］である。Ｃ_１は外壁室外側熱容量［ｋＪ／Ｋ］、Ｃ_２は外壁室内側熱容量［ｋＪ／Ｋ］、Ｃ_Ｚは室内熱容量［ｋＪ／Ｋ］である。

αは室内へ透過する日射量の補正係数［−］、βは外壁へ照射する日射量の補正係数［−］、γは室内温度に影響を与える機器発熱量の補正係数［−］、δは空調機供給熱量の補正係数［−］、ρは室内温度に影響を与える人体発熱量の補正係数［−］、μは外壁室内側表面温度に影響を与える人体発熱量の補正係数［−］、λは外壁室内側表面温度に影響を与える機器発熱量の補正係数［−］である。

式（１）〜（３）では、隣接ゾーンが１ゾーンのみである場合を想定した式であるが、複数のゾーンと接している場合には、Ｔ_ＯＺとＲ_ＯＺとを対応するゾーン毎に与えるように式を変更すればよい。なお、式（１）〜（３）では、１ゾーンに対応した式であるが、各ゾーンで個別の数式モデルを利用してもよい。また、全ゾーンに対応する式を導出し、導出した式を組み合わせることで、空調制御対象エリア全体の数式モデルを導出してもよい。なお、建物構成部材物性値５２は、例えば、建物の構造データ、すなわち、壁の材料、壁の厚さ、壁の面積、及び部屋の広さ等の建物データから計算された値であってもよい。また、上記で説明した式（１）〜（３）で表される熱伝導方程式を変換したものに各種計測データを適用することで、建物構成部材物性値５２が求められてもよい。

具体的には、式（１）〜（３）で表される熱伝導方程式を制御理論及びシステム同定で用いられる状態空間モデルなどの標準形に変換する。変換した標準形と、各種計測データとに基づいたグレーボックスモデルを利用することで、熱抵抗、熱容量、及び補正係数等を求める。求めた熱抵抗データ群、熱容量データ群、及び補正係数データ群を建物構成部材物性値５２と定義する。なお、建物構成部材物性値５２は、ユーザ操作でデータ記憶部６１に予め登録してもよい。また、建物構成部材物性値５２は、空調システム制御装置４１の外部から随時更新されてもよい。

（予測熱負荷取得部６２）
予測熱負荷取得部６２は、空調機２１が設置される対象建物で予測される熱負荷である予測熱負荷５３を、空調システム制御装置４１の外部から取得し、取得した予測熱負荷５３をデータ記憶部６１に供給する。予測熱負荷取得部６２は、予測熱負荷５３を通信媒体を介して取得するが、通信媒体は特に限定されない。通信媒体は、例えば、有線であってもよく、また、無線であってもよい。予測熱負荷取得部６２には、予測熱負荷５３を定期的に取得するタイミングである予測熱負荷取得周期が供給される。よって、予測熱負荷取得部６２は、予測熱負荷取得周期ごとに、予測熱負荷５３を外部から取得する。

（予測熱負荷５３）
予測熱負荷取得部６２が取得する予測熱負荷５３は、空調対象空間の室内温度が設定温度となるように、空調機２１が供給（除去）すべき熱量の時系列値である。供給すべき熱量とは、例えば、暖房時の熱量である。除去すべき熱量とは、例えば、冷房時の熱量である。供給すべき熱量をプラスの熱量として統一した表現形式であれば、除去すべき熱量はマイナスの熱量として表現される。一方、除去すべき熱量をプラスの熱量として統一した表現形式であれば、供給すべき熱量はマイナスの熱量として表現される。

予測熱負荷５３は、空調機２１が供給（除去）すべき熱量の時系列値であるため、熱量の時間変化が予測されたものとして表現される。予測熱負荷５３は、例えば、上記で説明した式（１）〜（３）で表されるように、建物の熱特性をモデル化した熱負荷予測モデルで求められる。熱負荷予測モデルは、上記で説明した熱伝導方程式で定義される室内温度予測モデルから導出できる。なお、熱負荷予測モデルは、熱伝導方程式に基づいて定義される必要はない。例えば、熱負荷予測モデルは、入手できる入力データから熱負荷が予測されるモデルであれば、特に限定されない。

（空調機制御指令決定部６３）
空調機制御指令決定部６３は、空調機２１の制御指令を決定する。空調機制御指令決定部６３は、具体的には、予め設定された制約条件において、予め設定された制御対象期間で、予め設定された評価指標が最大化又は最小化されるように、つまり、予め設定された評価指標が予め設定された条件を満たすように、空調機２１の制御指令を決定する。そこで、空調機制御指令決定部６３は、上記で説明した機能を実行させるために、熱負荷変更許容範囲予測手段７１、最適熱負荷算定手段７２、及び最適制御指令算定手段７３を有している。

空調機制御指令決定部６３は、処理すべき熱負荷を前後の時間でずらして処理するように、空調機２１の運転周波数及び空調機２１の起動停止を決定する。具体的には、空調機制御指令決定部６３には、制御対象期間を複数の時間に分割する分割幅の単位である時間断面が設定される。空調機制御指令決定部６３は、処理すべき熱負荷を、制御対象期間にわたって、時間断面ごとに処理する。空調機制御指令決定部６３は、制約条件に基づいて、室内温度変更許容範囲を求める。空調機制御指令決定部６３は、室内温度変更許容範囲に基づいて、熱負荷変更許容範囲を求める。空調機制御指令決定部６３は、空調機性能特性５１から空調機運転効率を求める。空調機制御指令決定部６３は、熱負荷変更許容範囲と、空調機運転効率と、に基づいて求めた空調機２１に関する特性関係を評価指標で評価し、評価指標が予め設定された条件を満たすものから、空調機２１の運転周波数及び空調機２１の起動停止を決定する。

制御対象期間について具体的に説明する。制御対象期間は、任意の期間のうち、空調機２１を制御する期間を定めたものである。例えば、制御対象期間は、８：００〜２２：００のように、一連の期間であってもよい。また、例えば、制御対象期間は、８：００〜１２：００と、１３：００〜２２：００とのように、複数の期間であってもよい。上記で説明したように、制御対象期間には、時間断面が設定されている。例えば、時間断面を５分刻みの分割幅と設定すると、８：３０〜９：００の間には、６個の時間断面が存在することになる。なお、ここでは、時間断面の一例として、５分の場合について説明したが、特にこれに限定されない。時間断面は、３分であってもよく、７．５分であってもよい。また、ある時間までは時間断面が５分ずつであって、ある時間以降は時間断面が３分ずつというように、時間断面が固定間隔である必要はない。いずれにしろ、空調機制御指令決定部６３は、時間断面ごとに、最適制御指令を決定する。つまり、空調機制御指令決定部６３は、時間断面ごとに最適制御指令を決定する処理を繰り返す。

制約条件について具体的に説明する。制約条件は、例えば、室内温度を予め設定された上下限設定範囲に維持することである。予め設定された上下限設定範囲は、予め設定された室内温度上限設定値と、予め設定された室内温度下限設定値と、の間で定義される室内温度の許容変動幅である。予め設定された室内温度上限設定値と、予め設定された室内温度下限設定値とは、ユーザで設定することができる。よって、ユーザは、予め設定された室内温度上限設定値と、予め設定された室内温度下限設定値とを、それぞれ個別に設定することができる。

予め設定された室内温度上限設定値及び予め設定された室内温度下限設定値は、室内温度と、設定温度との差分値の上限値が設定されることで求められてもよい。例えば、差分値の上限値の絶対値を１℃と設定し、設定温度が２７℃であると想定する。このような想定では、設定温度±１℃が、予め設定された室内温度上限設定値及び予め設定された室内温度下限設定値となるため、予め設定された室内温度上限設定値は２８℃に設定され、予め設定された室内温度下限設定値は２６℃に設定される。詳細については後述するが、熱負荷変更許容範囲予測手段７１は、このような制約条件を満たすように、熱負荷変更許容範囲を求める。

評価指標について具体的に説明する。評価指標は、例えば、空調機性能特性５１から求められる。空調機性能特性５１には、複数の空調機２１のそれぞれに対応した消費電力量と、供給（除去）熱量とが紐付けされている。そこで、空調機２１を省エネ制御する場合、空調機２１の消費電力量を最小化するように、空調機２１は制御される。よって、空調機２１の省エネ制御が目的であれば、評価指標は、消費電力量が採用される。なお、ここでは、評価指標の一例として、消費電力量が採用される場合について説明したが、特にこれに限定されない。

次に、上記で示した熱負荷変更許容範囲予測手段７１、最適熱負荷算定手段７２、及び最適制御指令算定手段７３の詳細について順に説明する。

（熱負荷変更許容範囲予測手段７１）
熱負荷変更許容範囲予測手段７１は、空調機データ取得部６４を介して取得した空調機２１の空調対象空間の室内温度と、制約条件である室内温度上限設定値及び室内温度下限設定値と、予測熱負荷取得部６２を介して取得した予測熱負荷５３と、建物構成部材物性値５２とに基づいて、処理する熱負荷の変更許容範囲である熱負荷変更許容範囲を求める。具体的には、熱負荷変更許容範囲予測手段７１は、室内温度変更許容範囲算出部８１と、熱負荷算出部８２と、熱負荷変更許容範囲算出部８３とを備える。

（室内温度変更許容範囲算出部８１）
上記で説明したように、室内温度変更許容範囲算出部８１は、室内温度の許容変動幅から室内温度変更許容範囲を求める。つまり、室内温度変更許容範囲は、制約条件の部分集合である。例えば、室内温度変更許容範囲算出部８１は、室内温度上限設定値と室内温度下限設定値とが、空調機２１の設定温度と室内温度との差分値に基づいて設定されている場合、設定温度と、差分値とに基づいて、室内温度上限設定値と室内温度下限設定値とを求める。

例えば、上記で説明したように、設定温度が２７℃であって、差分値が１℃であれば、設定温度±１℃が、室内温度上限設定値及び室内温度下限設定値として設定されるため、室内温度変更許容範囲は、２６℃〜２８℃に設定される。例えば、図５に示されるΔｔ_１は＋１℃であり、図５に示されるΔｔ_２は−１℃であると想定すると、室内温度上限設定値は、設定温度＋１℃に設定され、室内温度下限設定値は、設定温度−１℃に設定される。また、例えば、室内温度上限設定値及び室内温度下限設定値のそれぞれが個別に設定されている場合、個別に設定された室内温度上限設定値及び室内温度下限設定値が室内温度変更許容範囲として設定されればよい。

（熱負荷算出部８２）
熱負荷算出部８２は、建物構成部材物性値５２の熱抵抗データ群に含まれる熱抵抗データと、建物構成部材物性値５２の補正係数データ群に含まれる補正係数データとを、式（４）で表される数式に適用することで、単位温度当たりの熱負荷を求める。

式（４）は、空調機２１が設置されている部屋の室内温度を、１Ｋ変化させるために必要な空調機２１の供給（除去）熱量を意味する。よって、部屋が複数存在する場合、熱負荷算出部８２は、各部屋について、式（４）を用いて単位温度当たりの熱負荷を求める。ここで、ΔＱは単位温度当たりの熱負荷［ｋＷ］、Ｒ_Ｚは外壁の室内側熱抵抗［Ｋ／ｋＷ］、Ｒ_３は外壁以外の熱抵抗［Ｋ／ｋＷ］、δは空調機２１の供給（除去）熱量の補正係数［−］である。なお、式（４）におけるΔＱは、Δｔを単位温度［Ｋ］と仮定すると、正確には、ΔＱ／Δｔであるが、便宜上、ΔＱが、ΔＱ／Δｔを意味するものとして以降の説明を行う。なお、建物構成部材物性値５２を使用している式であれば、式（４）以外の式であってもよい。

（熱負荷変更許容範囲算出部８３）
熱負荷変更許容範囲算出部８３は、室内温度変更許容範囲算出部８１が求めた室内温度変更許容範囲と、熱負荷算出部８２が求めた単位温度当たりの熱負荷と、空調機データ取得部６４を用いて計測した室内温度と、予測熱負荷取得部６２を介して取得した予測熱負荷５３と、に基づいて、熱負荷変更許容範囲を求める。熱負荷変更許容範囲は、具体的には、次式に表される式（５）で求められる。

ここで、Ｑは熱負荷［ｋＷ］、Ｑ_ＨＶＡＣは取得した予測熱負荷［ｋＷ］、ΔＱは単位温度当たりの熱負荷［ｋＷ／Ｋ］、ｔ_{ｍｅａｓｕｒｅ}は計測した室内温度［Ｋ］、ｔ_ｍａｘは室内温度上限値［Ｋ］、ｔ_ｍｉｎは室内温度下限値［Ｋ］である。なお、式（５）は、ｔ_ｍｉｎの方が熱負荷が大きく、冷房時の範囲を表しているため、暖房時にはｔ_ｍａｘとｔ_ｍｉｎとが入れ替わることで、ｔ_ｍａｘの方が熱負荷が大きい場合を表すことになる。

式（５）は、パラメータとして、室内温度変更許容範囲、すなわち、室内温度上限値及び室内温度下限値が含まれている。室内温度上限値は、室内温度上限値設定値の部分集合である。室内温度下限値は、室内温度下限設定値の部分集合である。つまり、室内温度上限値及び室内温度下限値は、制約条件の部分集合である。よって、式（５）を用いて求められた熱負荷変更許容範囲で最適熱負荷が決定されれば、室内温度は、室内温度変更許容範囲、上記の例では、２６℃〜２８℃に収まる。したがって、式（５）を用いて求められた熱負荷変更許容範囲で最適熱負荷が決定されれば、決定された最適熱負荷は制約条件を満たす。つまり、図６に示されるΔＱ_１は、Ｑ_ＨＶＡＣ＋ΔＱ×（ｔ_ｍｉｎ−ｔ_{ｍｅａｓｕｒｅ}）であり、図６に示されるΔＱ_２は、Ｑ_ＨＶＡＣ＋ΔＱ×（ｔ_ｍａｘ−ｔ_{ｍｅａｓｕｒｅ}）であって、ΔＱ１とΔＱ２との間で最適熱負荷が決定されればよい。

（最適熱負荷算定手段７２）
最適熱負荷算定手段７２は、熱負荷変更許容範囲予測手段７１で求めた熱負荷変更許容範囲と、空調機性能特性５１と、に基づいて、制約条件下で、制御対象期間における評価指標を最大化又は最小化する熱負荷を求める。具体的には、最適熱負荷算定手段７２は、熱負荷変更許容範囲算出部８３で求めた熱負荷変更許容範囲と、空調機性能特性５１と、に基づいて、最適熱負荷を求める。ここで、熱負荷変更許容範囲算出部８３で求められた熱負荷変更許容範囲は、上記で説明したように、制約条件を満たしているため、評価指標である空調機効率が最高となる熱負荷を最適熱負荷とすればよい。

まず、空調機効率と、熱負荷との相関関係について説明する。空調機効率と、熱負荷との相関関係は、図７に示されている。図７に示されている空調機２１の性能特性は、空調機性能特性５１から求まる。空調機性能特性５１では、消費電力量と、供給（除去）熱量とが紐付けされている。

次に、図７に示されている空調機２１の性能特性に、熱負荷変更許容範囲を適用する。その結果は、図８に示されている。つまり、ΔＱ_１及びΔＱ_２に対応する空調機性能特性５１のうち、最大の空調機性能特性５１に対応する熱負荷が、制約条件を満たすと共に、評価指標が予め設定された条件を満たす最適熱負荷である。

なお、空調機２１を停止することも可能である場合が存在する。例えば、予め設定された空調機効率以上となる空調機効率に対応する熱負荷が設定されていると想定する。具体的には、熱負荷変更許容範囲に関係なく、空調機効率が最高となる熱負荷から−１０％した下限値の熱負荷が設定されていると想定する。この場合、下限値の熱負荷と比べて、熱負荷変更許容範囲が低い場合、空調システム制御装置４１は、空調機２１を停止する制御指令を空調機２１に供給すればよい。

（最適制御指令算定手段７３）
最適制御指令算定手段７３は、最適熱負荷算定手段７２で求めた最適熱負荷と、空調機性能特性５１とから、最適熱負荷を処理するために必要な空調機２１の最適制御指令を求める。具体的には、最適制御指令算定手段７３は、次式で表される式（６）に、最適熱負荷と、空調機性能特性５１から算出された係数と、を適用することで、空調機２１の運転周波数と、空調機２１の起動停止と、を求める。

Ｑは求められた最適熱負荷［ｋＷ］、ｆは空調機２１の運転周波数［Ｈｚ］、ａ、ｂ、及びｃは空調機性能特性５１から算出された係数である。例えば、最適熱負荷が０であれば、空調機２１を停止する制御指令が最適制御指令である。また、最適制御指令算定手段７３は、最適熱負荷の符号に基づいて、空調機２１の運転モードを空調機２１への制御指令として求めてもよい。

例えば、最適熱負荷が、供給すべき熱量に基づいて演算されたものと想定する。この場合、最適熱負荷の符号が、プラスであれば、運転モードを暖房モードに設定し、マイナスであれば、運転モードを冷房モードに設定し、ゼロであれば、運転モードを送風モードに設定するように、空調機２１への制御指令を求めてもよい。なお、最適熱負荷が、除去すべき熱量に基づいて演算されたものと想定した場合には、暖房モードの判定と、冷房モードの判定とは、上記の説明と比べて逆になる。

（空調機データ取得部６４）
空調機データ取得部６４は、空調機２１の各種データを通信媒体を介して取得するが、通信媒体は特に限定されない。通信媒体は、例えば、有線であってもよく、また、無線であってもよい。空調機データ取得部６４は、具体的には、空調機制御指令決定部６３で必要となる空調機２１の運転データを計測する。空調機２１の運転データは、空調機２１から供給される入力情報であって、少なくとも、空調機２１が設置された部屋の室内温度を含んでいる。なお、空調機２１の運転データは、空調機２１が設置された部屋の設定温度を含んでもよい。

なお、空調機データ取得部６４は、空調機制御指令決定部６３以外で使用されるデータ、例えば、空調機性能特性５１を独自に算定する場合に必要なデータを計測してもよい。空調機性能特性５１を独自に算定可能なデータは、例えば、空調機２１に設置された圧縮機の運転周波数、空調機２１に設置された圧縮機の入口の冷媒圧力、空調機２１に設置された圧縮機の出口の冷媒圧力、及び配管温度から求められる冷媒の温度等であればよい。また、例えば、空調機性能特性５１を独自に算定可能なデータは、空調機２１に設置された圧縮機の運転周波数、空調機２１に設置された圧縮機が備えられている冷媒回路における凝縮温度、及び空調機２１に設置された圧縮機が備えられている冷媒回路における蒸発温度等であればよい。また、空調機データ取得部６４は、必要であれば、室内温度を計測する温度センサ等のように、空調機２１とは独立して設置された各種センサからデータを計測してもよい。

（制御指令部６５）
制御指令部６５は、空調機２１の制御指令を空調機２１に伝達する。制御指令部６５には、制御指令を定期的に伝達するタイミングである制御指令送信周期が供給される。よって、制御指令部６５は、制御指令送信周期ごとに、制御指令を空調機２１に供給する。具体的には、制御指令部６５は、データ記憶部６１に保存されている最適制御指令を取得し、最適制御指令を複数の空調機２１のそれぞれに適した形式に変換後、制御指令送信周期で、制御指令として複数の空調機２１のそれぞれに供給する。そして、時間断面ごとに、上記で説明した処理が繰り返される結果、図９に示すように、室内温度が制御される。

なお、上記で説明した空調システム制御装置４１の各種演算は、上記で示した式（１）〜（６）に各種パラメータを適用することで実行されてもよい。また、各種パラメータと、各種パラメータを式（１）〜（６）に適用した結果と、を紐付けしたテーブルが予め作成されていれば、上記で説明した空調システム制御装置４１の各種演算は、そのテーブルが参照されることで実行される。そのようなテーブルが用いられる場合には、存在しない各種データ等については、補間処理が実行されることで演算が実行されればよい。いずれにしても、上記で説明したアルゴリズムに基づいた各種演算が実行されればよいため、その実装形態については特に限定されない。

次に、上記で説明した機能構成を前提として、空調システム制御装置４１の動作例について説明する。図１０は、本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の制御例のうち、空調機制御指令決定処理の一例を説明するフローチャートである。図１０に示すように、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理は、熱負荷変更許容範囲予測処理に対応する。ステップＳ１４の処理は、最適熱負荷演算処理に対応する。ステップＳ１５は、最適制御指令演算処理に対応する。ステップＳ１６の処理は、時間断面幅判定処理に対応する。

空調システム制御装置４１は、熱負荷変更許容範囲予測処理、最適熱負荷演算処理、及び最適制御指令演算処理の一連の処理で、予め設定された制約条件において、予め設定された制御対象期間で、予め設定された評価指標が予め設定された条件を満たすように、例えば、予め設定された評価指標を最大化又は最小化させるように、空調機２１の制御指令を決定する。なお、上記の説明では、評価指標が最大化又は最小化される一例について説明しているが、特にこれに限定されない。例えば、評価指標の−１０％となるように、空調機２１の制御指令が決定されてもよい。

（空調機制御指令決定処理）
（熱負荷変更許容範囲予測処理）
（ステップＳ１１）
空調システム制御装置４１は、計測した室内温度と、室内温度上限設定値と、室内温度下限設定値と、に基づいて、室内温度変更許容範囲を求める。

（ステップＳ１２）
空調システム制御装置４１は、建物構成部材物性値５２に基づいて、単位温度当たりの熱負荷を求める。

（ステップＳ１３）
空調システム制御装置４１は、室内温度変更許容範囲と、単位温度当たりの熱負荷と、予測した予測熱負荷５３と、計測した室内温度と、に基づいて、熱負荷変更許容範囲を求める。

（最適熱負荷演算処理）
（ステップＳ１４）
空調システム制御装置４１は、熱負荷変更許容範囲と、空調機性能特性５１と、に基づいて、空調効率が最高となる最適熱負荷を求める。

（最適制御指令演算処理）
（ステップＳ１５）
空調システム制御装置４１は、求めた熱負荷に基づいて、空調機２１の最適制御指令を求める。

（最終時間断面幅判定処理）
（ステップＳ１６）
空調システム制御装置４１は、最終の時間断面幅に達したか否かを判定する。空調システム制御装置４１は、最終の時間断面幅に達した場合、空調機制御指令決定処理を終了する。一方、空調システム制御装置４１は、最終の時間断面幅に達しない場合、ステップＳ１１に戻る。

次に、上記で説明した空調機制御指令決定処理の動作例を前提として、空調システム制御装置４１が空調機２１を制御する動作について説明する。図１１は、本発明の実施の形態１における空調システム制御装置４１の制御例のうち、空調機２１の制御を実行する一連の動作例を説明するフローチャートである。図１１に示すように、ステップＳ３１〜ステップＳ３４の処理は、制御指令決定用入力データ準備処理に対応する。ステップＳ３５〜ステップＳ３６は、最適制御指令作成処理に対応する。ステップＳ３７〜ステップＳ３８の処理は、制御指令処理に対応する。

なお、ステップＳ３５の処理は、図１０を用いて説明した空調機制御指令決定処理に動作を行わせる処理である。よって、図１１のステップＳ２１の処理に対応する熱負荷変更許容範囲予測処理は、図１０のステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理に対応する。図１１のステップＳ２２の処理に対応する最適熱負荷演算処理は、図１０のステップＳ１４に対応する。図１１のステップＳ２３の処理に対応する最適制御指令演算処理は、図１０のステップＳ１５に対応する。図１１のステップＳ２４の処理に対応する時間断面幅判定処理は、図１０のステップＳ１６に対応する。

（空調機制御指令決定処理）
（ステップＳ２１）
空調システム制御装置４１は、熱負荷変更許容範囲予測処理を実行する。

（ステップＳ２２）
空調システム制御装置４１は、最適熱負荷演算処理を実行する。

（ステップＳ２３）
空調システム制御装置４１は、最適制御指令演算処理を実行する。なお、最適制御指令演算処理の実行結果は、後述するステップＳ３６の処理が実行される前に求まると想定する。また、最適制御指令演算処理の実行結果が求まっていない場合には、後述するステップＳ３６の処理の実行が待機モードに移行し、最適制御指令演算処理の実行結果が求まったときに後述するステップＳ３６の処理が実行されればよい。

（ステップＳ２４）
空調システム制御装置４１は、最終の時間断面幅に達したか否かを判定する。空調システム制御装置４１は、最終の時間断面幅に達した場合、空調機制御指令決定処理を終了し、ステップＳ３６に進む。一方、空調システム制御装置４１は、最終の時間断面幅に達しない場合、ステップＳ２１に戻る。

（空調システム制御処理）
（制御指令決定用入力データ準備処理）
（ステップＳ３１）
空調システム制御装置４１は、予測熱負荷取得周期が到来したか否かを判定する。空調システム制御装置４１は、予測熱負荷取得周期が到来した場合、ステップＳ３２に進む。一方、空調システム制御装置４１は、予測熱負荷取得周期が到来しない場合、ステップＳ３１に戻る。

（ステップＳ３２）
空調システム制御装置４１は、予測熱負荷５３を取得する。

（ステップＳ３３）
空調システム制御装置４１は、空調機データを取得する。

（ステップＳ３４）
空調システム制御装置４１は、予測熱負荷５３、空調機データ、空調機性能特性５１、及び建物構成部材物性値５２を記憶する。

（最適制御指令作成処理）
（ステップＳ３５）
空調システム制御装置４１は、空調機２１の制御指令を決定する。具体的には、空調システム制御装置４１は、上記で説明したステップＳ２１〜ステップＳ２３の処理を実行することで、空調機２１の制御指令を決定する。

（ステップＳ３６）
空調システム制御装置４１は、空調機２１の制御指令を記憶する。

（制御指令処理）
（ステップＳ３７）
空調システム制御装置４１は、制御指令送信周期が到来したか否かを判定する。空調システム制御装置４１は、制御指令送信周期が到来した場合、ステップＳ３８に進む。一方、空調システム制御装置４１は、制御指令送信周期が到来しない場合、ステップＳ３７に戻る。

（ステップＳ３８）
空調システム制御装置４１は、空調機２１に制御指令を送信し、処理を終了する。

（効果）
上記の構成で、空調システム制御装置４１は、空調機２１の制御指令を決定することで、制約条件を守りつつ、評価指標を最大化又は最小化、つまり、予め設定された条件を満たすように、空調機２１の制御を実行することができる。よって、空調システム制御装置４１は、室内温度の変動を予め定めた範囲に抑制しつつ、省エネを実現することができる。

以上、本実施の形態１において、建物内に設置された１つ又は複数の空調機２１を制御する空調システム制御装置４１であって、１つ又は複数の空調機２１の運転データを取得する空調機データ取得部６４と、建物内の予測熱負荷５３を取得する予測熱負荷取得部６２と、予め設定された制約条件において、予め設定された制御対象期間で、予め設定された評価指標が予め設定された条件を満たすように、空調機制御指令を決定する空調機制御指令決定部６３と、を備え、空調機制御指令決定部６３は、制御対象期間を１つ又は複数の予め設定された分割幅で複数の時間に分割された時間断面が設定され、運転データに含まれる室内温度が制約条件を満たす室内温度変更許容範囲を求め、運転データに含まれる室内温度と、室内温度変更許容範囲と、予測熱負荷５３と、１つの空調機２１が処理すべき熱負荷又は複数の空調機２１のそれぞれが処理すべき熱負荷と、に基づいて、熱負荷変更許容範囲を求め、空調機制御指令として、時間断面ごとに、熱負荷変更許容範囲と、１つの空調機２１の運転効率又は複数の空調機２１のそれぞれの運転効率と、に基づいて、１つ又は複数の空調機２１の運転周波数及び起動停止を決定する空調システム制御装置４１が構成される。

上記構成で、空調システム制御装置４１は、空調機２１を稼働させている間、室内温度の変動を予め定めた範囲に抑制させつつ、空調機２１の運転効率を高めることができる。したがって、空調システム制御装置４１は、空調対象空間を快適な状態に保ちつつ、省エネ運転を確実に行うことができる。

また、上記構成で、制約条件下において、評価指標が予め設定された条件を満たすように、空調機２１の運転を実施するので、省エネを図ることができる。

また、本実施の形態１において、空調機制御指令決定部６３は、計測した室内温度と、制約条件としての予め設定された室内温度上限設定値と、制約条件としての予め設定された室内温度下限設定値と、建物の断熱性及び建物の蓄熱性を表す建物構成部材物性値５２と、予測熱負荷５３と、に基づいて、熱負荷変更許容範囲を求める熱負荷変更許容範囲予測手段７１を有する。

上記構成で、室内温度の変動を室内温度許容範囲に収めつつ、空調機制御指令を決定することができる。

また、本実施の形態１において、空調機制御指令決定部６３は、熱負荷変更許容範囲と、１つの空調機２１の運転効率又は複数の空調機２１の運転効率に関連する空調機性能特性５１と、に基づいて、制約条件において、制御対象期間で、評価指標が予め設定された条件を満たすように、１つの空調機２１の最適熱負荷又は複数の空調機２１のそれぞれの最適熱負荷を求める最適熱負荷算定手段７２を有する。

上記構成で、室内温度の頻繁な変動を抑えつつ、空調機２１の運転効率を高めることができる。

また、本実施の形態１において、空調機制御指令決定部６３は、最適熱負荷と、空調機性能特性５１と、に基づいて、最適熱負荷を処理するために必要な１つ又は複数の空調機２１の運転周波数及び起動停止を求める。

上記構成で、最適熱負荷を処理する空調機２１の制御指令を決定することができる。

また、本実施の形態１において、空調機制御指令決定部６３は、最適熱負荷に基づいて、１つの空調機２１の運転モード又は複数の空調機２１のそれぞれの運転モードを決定する。

上記構成で、ユーザーが運転モードを変更することなく、自動的に熱負荷に合わせて運転モードを変更することができる。

以上の説明から、空調システム制御装置４１は、特に顕著に、空調対象空間を快適な状態に保ちつつ、省エネ運転を確実に行うことができる。

実施の形態２．
（評価指標及び制約条件のバリエーション）
実施の形態１との相違点は、評価指標及び制約条件である。以下、最初に、評価指標について説明し、次に、制約条件について説明する。

（評価指標のバリエーション）
（追加された評価指標に関する機能構成）
実施の形態１においては、評価指標として、消費電力量が採用された。しかし、評価指標として、ランニングコストが採用されてもよい。図１２は、本発明の実施の形態２における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成のうち、評価指標の一例を示す図である。図１２に示すように、最適熱負荷を求める際に、評価指標として、ランニングコストが考慮されている。このときには、必要に応じて、時間帯別の電力量料金等が設定されてもよい。

さらに、快適性も考慮した評価指標とするため、消費電力及びランニングコストに、設定温度からの室内温度のずれ度合いと、室内温度の時間変化率とを組み合わせた式（７）に示す評価指標Ｇが設定されてもよい。

ここで、Ｇ_１は空調機２１の計画対象期間全体にわたる消費電力量、Ｇ_２は空調機２１の計画対象期間全体にわたるランニングコスト、Ｇ_３は設定温度からの室内温度のずれ度合いの２乗平均値、Ｇ_４は室内温度の時間変化率の２乗平均値、α_１〜α_４はそれぞれ重み係数である。ただし、Ｇ_３と、Ｇ_４とについては、２乗平均値を評価指標に組み込む必要はない。例えば、Ｇ_３では、ずれ度合いの絶対値の最大値も考慮した評価指標であればよい。また、Ｇ_４では、時間変化率の絶対値の最大値も考慮した評価指標であればよい。

（追加された評価指標に関する効果）
上記で説明した構成で、単に、消費電力量及びランニングコストを最小化するための評価指標ではなく、快適性も含めた評価指標となり、省エネ性と快適性とのバランスを考慮した空調機２１の最適制御指令を決定することができる。

（制約条件のバリエーション）
（室内温度の時間変化率に制約条件が追加される場合）
（室内温度の時間変化率の制約に関する機能構成）
また、実施の形態１では、室内温度を、予め設定された室内温度上限設定値と、予め設定された室内温度下限設定値と、の間に維持することを室内温度に関する制約条件としたが、これに加え、室内温度の時間変化率を予め設定された温度変化率内に維持することが制約条件に加えられてもよい。つまり、室内温度の時間変化率が、室内温度の時間変化率上限値を超えないことが制約条件となってもよい。

図１３は、本発明の実施の形態２における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成のうち、制約条件追加データ群１０１が制約条件に追加される一例を示す図である。図１３に示すように、制約条件に制約条件追加データ群１０１が追加されている。制約条件追加データ群１０１は、例えば、室内温度の時間変化率を、室内温度の時間変化率上限値を超えないという条件である。例えば、室内温度の時間変化率に０．２［℃／５分以下］等の制約を設ける。

（室内温度の時間変化率の制約に関する効果）
この結果、空調システム制御装置４１は、急激な温度変化を伴う空調機２１の制御を回避することができ、快適性がさらに向上する。

（空調機２１の消費電力量に制約条件が追加される場合）
（消費電力量の制約に関する機能構成）
また、空調機２１の消費電力量を予め設定された消費電力量上限値以下に維持するという条件が制約条件追加データ群１０１に追加されることで、制約上限に、消費電力量上限値が追加されてもよい。例えば、空調システム制御装置４１は、消費電力量に１０［ｋＷ］以下等の制約を設けてもよい。つまり、消費電力量に、１０［ｋＷ］以下の制約が設けられてもよい。

（消費電力量の制約に関する効果）
この結果、空調システム制御装置４１は、ピーク電力及び契約電力を抑制することができるため、ユーザの空調費を削減することができる。

（空調機２１の起動停止回数に制約条件が追加される場合）
（起動停止回数の制約に関する機能構成）
また、空調機２１の起動停止回数を予め設定された起動停止回数上限値以下に維持するという条件が制約条件追加データ群１０１に追加されることで、制約上限に、起動停止回数上限値が追加されてもよい。例えば、空調システム制御装置４１は、起動停止回数上限値に、１回／１時間以下という条件を制約条件追加データ群１０１に追加することで、起動停止回数に制限が加えられる。

（起動停止回数の制約に関する効果）
この結果、空調システム制御装置４１は、空調機２１に設けられている圧縮機等の機器寿命を損なわないように、省エネ運転を実現することができる。

（評価指標と制約条件とに関する効果）
上記の説明から、空調システム制御装置４１は、さまざまな観点に基づいた快適性、ピーク電力の抑制、及び空調機２１の機器寿命等を考慮した最適制御指令を決定することができる。

以上、本実施の形態２において、制約条件は、室内温度を室内温度上限設定値と室内温度下限設定値との間に維持させる第１条件、室内温度の時間変化率を予め設定された室内温度の時間変化率に維持させる第２条件、空調機２１の消費電力量を予め設定された消費電力量範囲に維持させる第３条件、及び、空調機２１の起動停止の回数を予め定めた回数以内に維持させる第４条件の何れか１つ、又は、２つ以上の組み合わせで構成される。

上記構成で、室内温度の変動を室内温度変更許容範囲に収めるだけでなく、室内温度の頻繁な変化、ピーク電力、及び、空調機２１の起動停止回数を許容範囲に収めつつ、省エネを図ることができる。

また、本実施の形態２において、評価指標は、制御対象期間における、１つの空調機２１の消費電力量又は複数の空調機２１のそれぞれの消費電力量、１つの空調機２１のランニングコスト又は複数の空調機２１のそれぞれのランニングコスト、空調機性能特性５１から求めた空調機効率、設定温度からの室内温度のずれ度合い、及び、室内温度の時間変化率の何れか１つ、又は、２つ以上の組み合わせで構成される。

上記構成で、単に、消費電力量又はランニングコストを最小化するのではなく、快適性も含めた評価指標を用いることとなり、省エネ性と快適性とのバランスを考慮した空調機２１の運転を実施することができる。

実施の形態３．
（空調システム制御装置４１の機能構成のバリエーション）
実施の形態１及び実施の形態２との相違点は、制御指令部６５が設けられていない点である。図１４は、本発明の実施の形態３における空調システム制御装置４１の機能構成の一例を示す図である。図１５は、本発明の実施の形態３における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成の一例を示す図である。

図１４及び図１５に示すように、実施の形態３における空調システム制御装置４１には、制御指令部６５が設けられていない。ここで、データ記憶部６１から空調機２１に制御指令が伝達される場合には、例えば、図示しないプロセッサ又は図示しない空調システム制御装置４１を統括制御する統括制御部が、データ記憶部６１から空調機２１に制御指令を伝達させてもよい。また、データ記憶部６１に図示しないデータ制御部が構成されていれば、図示しないデータ制御部がデータ記憶部６１から空調機２１に制御指令を伝達してもよい。

また、空調機制御指令決定部６３から空調機２１に制御指令が伝達される場合には、空調機制御指令決定部６３は、制御指令を求めた後、求めた制御指令を空調機２１に伝達してもよい。

いずれの場合においても、空調機２１を指定する識別子、例えば、空調機２１のアドレスがデータ記憶部６１又は空調機制御指令決定部６３に事前に設定されていると想定する。なお、事前に空調機２１のアドレスがデータ記憶部６１又は空調機制御指令決定部６３に設定されていない場合には、制御指令を伝達前に、データ記憶部６１又は空調機制御指令決定部６３に設定されればよい。

上記の説明から、空調システム制御装置４１は、制御指令部６５が設けられていなくても、制御指令を空調機２１に伝達することができる。

実施の形態４．
（空調システム制御装置４１の機能構成のバリエーション）
実施の形態１及び実施の形態２との相違点は、制御指令部６５が設けられていない点である。実施の形態３との相違点は、評価指標及び制約条件であるが、これについては、実施の形態２と同様である。

図１６は、本発明の実施の形態４における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成のうち、評価指標の一例を示す図である。図１７は、本発明の実施の形態４における空調システム制御装置４１の詳細な機能構成のうち、制約条件追加データ群１０１が制約条件に追加される一例を示す図である。

図１６及び図１７に示すように、実施の形態４における空調システム制御装置４１には、制御指令部６５が設けられていない。ここで、データ記憶部６１から空調機２１に制御指令が伝達される場合には、例えば、図示しないプロセッサ又は図示しない空調システム制御装置４１を統括制御する統括制御部が、データ記憶部６１から空調機２１に制御指令を伝達させてもよい。また、データ記憶部６１に図示しないデータ制御部が構成されていれば、図示しないデータ制御部がデータ記憶部６１から空調機２１に制御指令を伝達してもよい。

また、空調機制御指令決定部６３から空調機２１に制御指令が伝達される場合には、空調機制御指令決定部６３は、制御指令を求めた後、求めた制御指令を空調機２１に伝達してもよい。

いずれの場合においても、空調機２１を指定する識別子、例えば、空調機２１のアドレスがデータ記憶部６１又は空調機制御指令決定部６３に事前に設定されていると想定する。なお、事前に空調機２１のアドレスがデータ記憶部６１又は空調機制御指令決定部６３に設定されていない場合には、制御指令を伝達前に、データ記憶部６１又は空調機制御指令決定部６３に設定されればよい。

上記の説明から、空調システム制御装置４１は、制御指令部６５が設けられていなくても、制御指令を空調機２１に伝達することができる。

１ 空調システム、１１ 空調コントローラ、１２ 空調設備、１３ 空調ネットワーク、１４ 機器接続用コントローラ、１５ 空調制御用計算機、１６ 汎用ネットワーク、１９ センサ、２１ 空調機、２１ａ 室外機、２１ｂ 室内機、２２ 換気設備、２３ 全熱交換器、２４ 加湿器、２５ 除湿器、２６ ヒータ、２７ 外調機、４１ 空調システム制御装置、５１ 空調機性能特性、５２ 建物構成部材物性値、５３ 予測熱負荷、６１ データ記憶部、６２ 予測熱負荷取得部、６３ 空調機制御指令決定部、６４ 空調機データ取得部、６５ 制御指令部、７１ 熱負荷変更許容範囲予測手段、７２ 最適熱負荷算定手段、７３ 最適制御指令算定手段、８１ 室内温度変更許容範囲算出部、８２ 熱負荷算出部、８３ 熱負荷変更許容範囲算出部、１０１ 制約条件追加データ群。

Claims (9)

1. 建物内に設置された１つ又は複数の空調機を制御する空調システム制御装置であって、
   前記１つ又は複数の空調機の運転データを取得する空調機データ取得部と、
   前記建物内の予測熱負荷を取得する予測熱負荷取得部と、
   予め設定された制約条件において、予め設定された制御対象期間で、予め設定された評価指標が予め設定された条件を満たすように、空調機制御指令を決定する空調機制御指令決定部と、
   を備え、
   前記空調機制御指令決定部には、前記制御対象期間を１つ又は複数の予め設定された分割幅で複数の時間に分割する時間断面が設定され、
   前記空調機制御指令決定部は、
   前記運転データに含まれる室内温度が前記制約条件を満たす室内温度変更許容範囲を求め、
   前記運転データに含まれる室内温度と、前記室内温度変更許容範囲における室内温度上限設定値及び室内温度下限設定値と、前記建物の断熱性及び前記建物の蓄熱性を表す建物構成部材物性値と、前記予測熱負荷と、前記１つの空調機が処理すべき熱負荷又は前記複数の空調機のそれぞれが処理すべき熱負荷と、に基づいて、熱負荷変更許容範囲を求め、
   前記空調機制御指令として、前記時間断面ごとに、前記熱負荷変更許容範囲と、前記１つの空調機の運転効率又は前記複数の空調機のそれぞれの運転効率と、に基づいて、前記１つ又は複数の空調機の運転周波数及び起動停止を決定する
   ことを特徴とする空調システム制御装置。
2. 前記空調機制御指令決定部は、
   前記熱負荷変更許容範囲と、前記１つの空調機の運転効率又は前記複数の空調機の運転効率に関連する空調機性能特性と、に基づいて、前記制約条件において、前記制御対象期間で、前記評価指標が前記予め設定された条件を満たすように、前記１つの空調機の最適熱負荷又は前記複数の空調機のそれぞれの最適熱負荷を求める最適熱負荷算定手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空調システム制御装置。
3. 前記空調機制御指令決定部は、
   前記最適熱負荷と、前記空調機性能特性と、に基づいて、前記最適熱負荷を処理するために必要な前記１つ又は複数の空調機の運転周波数及び起動停止を求める
   ことを特徴とする請求項２に記載の空調システム制御装置。
4. 前記制約条件は、
   室内温度を前記室内温度上限設定値と前記室内温度下限設定値との間に維持させる第１条件、室内温度の時間変化率を予め設定された室内温度の時間変化率に維持させる第２条件、前記空調機の消費電力量を予め設定された消費電力量範囲に維持させる第３条件、及び、前記空調機の起動停止の回数を予め定めた回数以内に維持させる第４条件の何れか１つ、又は、２つ以上の組み合わせで構成される
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空調システム制御装置。
5. 前記評価指標は、
   前記制御対象期間における、前記１つの空調機の消費電力量又は前記複数の空調機のそれぞれの消費電力量、前記１つの空調機のランニングコスト又は前記複数の空調機のそれぞれのランニングコスト、前記空調機性能特性から求めた空調機効率、設定温度からの室内温度のずれ度合い、及び、室内温度の時間変化率の何れか１つ、又は、２つ以上の組み合わせで構成される
   ことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の空調システム制御装置。
6. 前記空調機制御指令決定部は、
   前記最適熱負荷に基づいて、前記１つの空調機の運転モード又は前記複数の空調機のそれぞれの運転モードを決定する
   ことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の空調システム制御装置。
7. 建物内に設置された１つ又は複数の空調機を制御する空調システム制御方法であって、
   前記１つ又は複数の空調機の運転データを取得するステップと、
   前記建物内の予測熱負荷を取得するステップと、
   予め設定された制約条件において、予め設定された制御対象期間で、予め設定された評価指標が予め設定された条件を満たすように、空調機制御指令を決定するステップと、を含み、
   前記空調機制御指令を決定するステップにおいて、
   前記制御対象期間を１つ又は複数の予め設定された分割幅で複数の時間に分割する時間断面が設定され、
   前記運転データに含まれる室内温度が前記制約条件を満たす室内温度変更許容範囲が求められ、
   前記運転データに含まれる室内温度と、前記室内温度変更許容範囲における室内温度上限設定値及び室内温度下限設定値と、前記建物の断熱性及び前記建物の蓄熱性を表す建物構成部材物性値と、前記予測熱負荷と、前記１つの空調機が処理すべき熱負荷又は前記複数の空調機のそれぞれが処理すべき熱負荷と、に基づいて、熱負荷変更許容範囲が求められ、
   前記空調機制御指令として、前記時間断面ごとに、前記熱負荷変更許容範囲と、前記１つの空調機の運転効率又は前記複数の空調機の運転効率と、に基づいて、前記１つ又は複数の空調機の運転周波数及び起動停止が決定される、
   空調システム制御方法。
8. 前記空調機制御指令を決定するステップにおいて、
   前記熱負荷変更許容範囲と、前記１つの空調機の運転効率又は前記複数の空調機の運転効率に関連する空調機性能特性と、に基づいて、前記制約条件において、前記制御対象期間で、前記評価指標が前記予め設定された条件を満たすように、前記１つの空調機の最適熱負荷又は前記複数の空調機の最適熱負荷が求められる
   ことを特徴とする請求項７に記載の空調システム制御方法。
9. 前記空調機制御指令を決定するステップにおいて、
   前記最適熱負荷と、前記空調機性能特性と、に基づいて、前記最適熱負荷を処理するために必要な前記１つ又は複数の空調機の運転周波数及び起動停止が求められる
   ことを特徴とする請求項８に記載の空調システム制御方法。

Images