JP5969909B2

JP5969909B2 - Ｃｏ２センサの自動調整装置および方法

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Publication number: JP5969909B2
Application number: JP2012269028A
Authority: JP
Inventors: 淳水高; 慶大佐藤
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: KR101566592B1; CN103868197B; KR20140075599A; CN103868197A; JP2014115175A

Description

本発明は、ＣＯ₂センサのドリフトを補正する自動調整装置および方法に関するものである。

人が日常生活を送る際、ＣＯ₂は昼夜問わず発生している。たとえば、呼吸によっても発生する。このため、建物内にＣＯ₂の発生源である人がいない状態においては、外気による換気により大気濃度である４００ｐｐｍを最小値として設定している。ＣＯ₂の濃度を測定する固体電解型などのＣＯ₂センサは、検出エレメントの光学的要因により最大１５０ｐｐｍ／年のドリフト（経時変化）によるずれが生じる。従来は、１年毎にＣＯ₂ゼロｐｐｍガスによる校正を手動で行い、ＣＯ₂センサのドリフト量のリセットを実施していた。

ＣＯ₂ゼロｐｐｍガスによる校正は、確実な校正・調整ができるという利点があるが、煩雑でコストがかかるという問題がある。そこで、ＣＯ₂センサによってサンプリングされた一定時間（期間）内におけるＣＯ₂濃度の最小値を、大気濃度（４００ｐｐｍ）に修正する自動調整機能（Automatic Baseline Correction）が普及している（特許文献１、非特許文献１、非特許文献２参照）。

特開平１１−１４５８３号公報

"ダクト挿入形ＣＯ2センサＣＤＥ"，［online］，スリーケー株式会社，［２０１２年１２月４日検索］，インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｈｒｅｅ−ｋ．ｂｉｚ／ｐｄｆ／ＣＤＥ−Ｊ．ｐｄｆ＃ｓｅａｒｃｈ＞ "大形ＣＯ2表示器ＭＯＤＥＬ４０１８"，［online］，鶴賀電機株式会社，［２０１２年１２月４日検索］，インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｓｕｒｕｇａ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／４０１８／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞

従来の方法によると、建物の気密性が高かったり２４時間人が常駐したりしている環境下では、常にＣＯ₂が発生し続けている状況となり、建物内のＣＯ₂濃度が大気濃度付近まで低下しない場合がある。このような環境下で自動調整機能によりＣＯ₂濃度の最小値を修正すると、ＣＯ₂濃度の測定値に誤差を重畳してしまう可能性があった。例えば、最低濃度が６００ｐｐｍまでしか低下しない環境下だと、自動調整機能によって６００ｐｐｍが４００ｐｐｍとされるので、調整後のＣＯ₂濃度の測定値に−２００ｐｐｍの誤差が生じてしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、補正後のＣＯ₂濃度測定値に誤差が重畳してしまうことを防ぐことが可能なＣＯ₂センサの自動調整装置および方法を提供することを目的とする。

本発明のＣＯ₂センサの自動調整装置は、制御対象空間のＣＯ₂濃度を測定するＣＯ₂センサからＣＯ₂濃度測定値を取得するＣＯ₂濃度測定値取得手段と、前記ＣＯ₂センサの自動調整時における外気ダンパの開閉指示パラメータを予め記憶するパラメータ記憶手段と、予め定められた調整スケジュールに従って前記自動調整を実行すべきときに、前記開閉指示パラメータで規定された条件に従って前記外気ダンパの開度を制御して、前記制御対象空間に外気を導入し、前記ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±α（αは所定値）の範囲内になったときに、前記外気ダンパを閉めるダンパ制御手段と、前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をベースラインとし、このベースラインを前記基準値に置き換えるドリフト補正を行うＣＯ₂センサドリフト補正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ＣＯ₂センサの自動調整装置の１構成例は、さらに、前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの前記外気ダンパの開時間と、前記自動調整が始まる直前のＣＯ₂濃度測定値と、前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値とに基づいて、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±αの範囲内になるまで低下するという条件を満たすように、前記開閉指示パラメータを更新するパラメータ設定手段を備えることを特徴とするものである。

また、本発明のＣＯ₂センサの自動調整方法は、制御対象空間のＣＯ₂濃度を測定するＣＯ₂センサからＣＯ₂濃度測定値を取得するＣＯ₂濃度測定値取得ステップと、予め定められた調整スケジュールに従って前記自動調整を実行すべきときに、パラメータ記憶手段に予め記憶された開閉指示パラメータで規定された条件に従って外気ダンパの開度を制御して、前記制御対象空間に外気を導入し、前記ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±α（αは所定値）の範囲内になったときに、前記外気ダンパを閉めるダンパ制御ステップと、前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をベースラインとし、このベースラインを前記基準値に置き換えるドリフト補正を行うＣＯ₂センサドリフト補正ステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、ＣＯ₂センサの自動調整を実行すべきときに開閉指示パラメータで規定された条件に従って外気ダンパの開度を制御して、制御対象空間に外気を積極導入し、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±αの範囲内になるようにしたので、補正後のＣＯ₂濃度測定値に誤差が重畳してしまうことを防ぐことができ、自動調整の確実性を高めることができる。

また、本発明では、自動調整の開始時から外気ダンパが閉まるまでの外気ダンパの開時間と、自動調整が始まる直前のＣＯ₂濃度測定値と、自動調整の開始時から外気ダンパが閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値とに基づいて、開閉指示パラメータを更新することにより、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±αの範囲内になるまで低下するように開閉指示パラメータの学習を行うことができる。

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コントローラの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態においてＣＯ₂センサのドリフトを補正する自動調整時における自動調整装置の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態においてパラメータ設定部に記録されるデータの記録例を示す図である。

［発明の原理］
本発明では、外気ダンパをあらかじめ決められた周期で一定時間全開にすることにより、外気を一定時間取り込むようにした上で、ＣＯ₂センサによって測定されたＣＯ₂濃度の最小値を大気濃度（４００ｐｐｍ）に修正するようにした。また、本発明では、外気ダンパの開時間を学習し、ＣＯ₂濃度測定値が大気濃度まで低下するようにした。

［実施の形態］
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１と、外気ＯＡの空調機１への導入量を制御する外気ダンパ２と、制御対象空間１１から戻る還気ＲＡの空調機１への導入量を制御する還気ダンパ３と、空調機１の冷水コイルに送る冷水の量を制御する冷水バルブ４と、空調機１の温水コイルに送る温水の量を制御する温水バルブ５と、空調機１の加湿器に送る冷水又は温水の量を制御する加湿バルブ６と、空調機１から送り出される空気（給気ＳＡ）の温度を計測する給気温度センサ７と、制御対象空間１１の温度を計測する室内温度センサ８と、制御対象空間１１のＣＯ₂濃度を計測するＣＯ₂センサ９と、制御対象空間１１の湿度を計測する湿度センサ１０と、ダンパ２，３とバルブ３，４，５とを制御するコントローラ１２と、ＶＡＶ（Variable Air Volume ）ユニット１３とから構成される。空調機１は、フィルター１４と、空気を冷却する冷水コイル１５と、空気を加熱する温水コイル１６と、加湿器１７と、冷却又は加熱された空気を送るファン１８とを備えている。

次に、図１の空調制御システムの動作を簡単に説明する。空調機１の冷水コイル１５は、図示しない熱交換器から冷水バルブ４を介して供給される冷水により外気ＯＡおよび還気ＲＡを冷却する。空調機１の温水コイル１６は、熱交換器から温水バルブ５を介して供給される温水により外気ＯＡおよび還気ＲＡを加熱する。また、熱交換器から送り出された冷水又は温水は、加湿バルブ６を通って加湿器１７に供給される。加湿器１７は、水噴霧状態を作り出すことにより、コイル１５，１６で冷却又は加熱された給気ＳＡの湿度を制御する。コイル１５，１６で冷却又は加熱され加湿器１７で加湿された給気ＳＡは、ファン１８によって制御対象空間１１に送り出される。制御対象空間１１の空気の一部は、還気ＲＡとして空調機１に戻される。

給気温度センサ７は、空調機１から送り出される給気ＳＡの温度を測定する。室内温度センサ８は、制御対象空間１１の温度を測定し、ＣＯ₂センサ９は、制御対象空間１１のＣＯ₂濃度を計測し、湿度センサ１０は、制御対象空間１１の湿度を計測する。コントローラ１２は、給気ＳＡの温度が所定の給気温度設定値と一致するようにバルブ４，５の開度を制御する。また、コントローラ１２は、制御対象空間１１のＣＯ₂濃度が所定のＣＯ₂濃度設定値と一致するように外気ダンパ２の開度を制御する。さらに、コントローラ１２は、制御対象空間１１の湿度が所定の湿度設定値と一致するように加湿バルブ６の開度を制御する。

ＶＡＶユニット１３は、制御対象空間１１の温度が所定の室内温度設定値と一致するように制御対象空間１１の要求風量を演算して、その要求風量を確保するようにＶＡＶユニット１３内のダンパ（不図示）の開度を制御する。コントローラ１２は、複数のＶＡＶユニット１３から送られてくる要求風量値からシステム全体の総要求風量値を演算し、この総要求風量値に応じたファン回転数を求め、この求めたファン回転数となるように空調機１を制御する。

以上のような空調制御システムに係わるビル管理法では、ＣＯ₂濃度は、年６回測定して、１０００ｐｐｍ以下とすることと規定されている。以下、ＣＯ₂センサ９のドリフトを補正する自動調整装置について説明する。
図２はコントローラ１２の構成を示すブロック図である。コントローラ１２は、ＣＯ₂センサ９からＣＯ₂濃度測定値を取得するＣＯ₂濃度測定値取得部１２０と、ダンパ２，３を制御するダンパ制御部１２１と、ＣＯ₂センサ９の自動調整時における外気ダンパ２の開閉指示パラメータを予め記憶するパラメータ記憶部１２２と、開閉指示パラメータを更新するパラメータ設定部１２３と、ＣＯ₂センサ９のドリフト補正を行うＣＯ₂センサドリフト補正部１２４と、給気温度センサ７と湿度センサ１０から測定値を取得する測定値取得部１２５と、バルブ４，５，６を制御するバルブ制御部１２６とを備えている。ＣＯ₂濃度測定値取得部１２０とダンパ制御部１２１とパラメータ記憶部１２２とパラメータ設定部１２３とＣＯ₂センサドリフト補正部１２４とは、自動調整装置を構成している。

ダンパ制御部１２１による通常時の外気ダンパ２の制御、およびバルブ制御部１２６による通常時のバルブ４，５，６の制御については上記のとおりであるので、詳細な説明は省略する。

図３はＣＯ₂センサ９のドリフトを補正する自動調整時における自動調整装置の動作を示すフローチャートである。
ダンパ制御部１２１は、あらかじめ決められた調整スケジュール（例えば１年に１回、１月１日に実行するといったスケジュール）に従って自動調整を実行すべきときになると（図３ステップＳ１においてＹＥＳ）、パラメータ記憶部１２２に記憶された外気ダンパ２の開閉指示パラメータ（外気ダンパ２の開時間、開度など）に従って外気ダンパ２の開度を制御して、自動調整を開始する（図３ステップＳ２）。自動調整時においては、外気ダンパ２の開度は、通常１００％（全開）に設定される。こうして、外気ダンパ２から空調機１を介して制御対象空間１１に外気が導入され、制御対象空間１１のＣＯ₂濃度が低下する。

パラメータ設定部１２３は、自動調整が開始されると、外気ダンパ２が開いている開時間と、ＣＯ₂濃度測定値取得部１２０が取得するＣＯ₂濃度測定値とを記録する（図３ステップＳ３）。
ダンパ制御部１２１は、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して大気濃度（４００ｐｐｍ）±α（αは所定の許容値）の範囲内になると（図３ステップＳ４においてＹＥＳ）、外気ダンパ２を閉じる（図３ステップＳ５）。なお、開閉指示パラメータで規定された外気ダンパ２の開時間が経過したにも拘わらず、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して大気濃度（４００ｐｐｍ）±αの範囲内にならない場合には、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して大気濃度（４００ｐｐｍ）±αの範囲内になるまで外気ダンパ２の開時間が延長される。

ＣＯ₂センサドリフト補正部１２４は、外気ダンパ２が閉まると、自動調整の開始時から外気ダンパ２が閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をベースラインとし、このベースラインを基準値である大気濃度値（４００ｐｐｍ）に置き換えるドリフト補正を行う（図３ステップＳ６）。以後、ＣＯ₂センサ９によってサンプリングされるＣＯ₂濃度測定値は、このドリフト補正時に定められたベースラインが４００ｐｐｍであることを前提として扱われる。

最後に、パラメータ設定部１２３は、自動調整の開始時から外気ダンパ２が閉まるまでの外気ダンパ２の開時間と、自動調整が始まる直前のＣＯ₂濃度測定値と、自動調整の開始時から外気ダンパ２が閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値とに基づいて、必要に応じてパラメータ記憶部１２２の開閉指示パラメータを更新する（図３ステップＳ７）。

図４はパラメータ設定部１２３に記録されるデータの記録例を示す図である。図４の例では、自動調整の開始時から外気ダンパ２が閉まるまでの外気ダンパ２の開時間と、自動調整が始まる直前のＣＯ₂濃度測定値と、自動調整の開始時から外気ダンパ２が閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値と、直前のＣＯ₂濃度測定値とＣＯ₂濃度測定値の最小値との差分が記録されている。

例えば２０１１年１０月２５日や２０１２年１０月７日の例では、外気ダンパ２を２時間開くと、ＣＯ₂濃度測定値が４００ｐｐｍ±α（例えば１０ｐｐｍ）の範囲まで低下する。したがって、開閉指示パラメータで規定された外気ダンパ２の開時間が２時間であれば、開閉指示パラメータを更新する必要はない。一方、２０１２年４月２０日の例では、ＣＯ₂濃度測定値が４００ｐｐｍ±αの範囲まで低下するのに２時間２０分かかっていることが分かる。したがって、開閉指示パラメータで規定された外気ダンパ２の開時間が２時間の場合、この開時間では足らないことが分かる。そこで、パラメータ設定部１２３は、開閉指示パラメータで規定された外気ダンパ２の開時間や開度を更新する。この例では、開時間を２時間２０分にすればよい。

こうして、パラメータ設定部１２３は、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して大気濃度（４００ｐｐｍ）±αの範囲内になるまで低下するという条件を満たすように、パラメータ記憶部１２２の開閉指示パラメータを更新する。次回の自動調整では、この更新された開閉指示パラメータが使用されることになる。なお、図４の記録例は一例であり、在室人数の平均値などを記録するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態では、ＣＯ₂センサ９の自動調整を実行すべきときに開閉指示パラメータで規定された条件に従って外気ダンパ２の開度を制御して、制御対象空間１１に外気を積極導入し、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して大気濃度±αの範囲内になるようにしたので、補正後のＣＯ₂濃度測定値に誤差が重畳してしまうことを防ぐことができ、自動調整の確実性を高めることができる。また、本実施の形態では、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して大気濃度±αの範囲内になるまで低下するように開閉指示パラメータの学習を行うことができる。

本実施の形態のコントローラ１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および外部との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。このようなコンピュータにおいて、本発明の自動調整方法を実現させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、記録媒体から読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、この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の処理を実行する。

本発明は、ＣＯ₂センサのドリフトを補正する技術に適用することができる。

１…空調機、２…外気ダンパ、３…還気ダンパ、４…冷水バルブ、５…温水バルブ、６…加湿バルブ、７…給気温度センサ、８…室内温度センサ、９…ＣＯ₂センサ、１０…湿度センサ、１１…制御対象空間、１２…コントローラ、１３…ＶＡＶユニット、１４…フィルター、１５…冷水コイル、１６…温水コイル、１７…加湿器、１８…ファン、１２０…ＣＯ₂濃度測定値取得部、１２１…ダンパ制御部、１２２…パラメータ記憶部、１２３…パラメータ設定部、１２４…ＣＯ₂センサドリフト補正部、１２５…測定値取得部、１２６…バルブ制御部。

Claims

制御対象空間のＣＯ₂濃度を測定するＣＯ₂センサからＣＯ₂濃度測定値を取得するＣＯ₂濃度測定値取得手段と、
前記ＣＯ₂センサの自動調整時における外気ダンパの開閉指示パラメータを予め記憶するパラメータ記憶手段と、
予め定められた調整スケジュールに従って前記自動調整を実行すべきときに、前記開閉指示パラメータで規定された条件に従って前記外気ダンパの開度を制御して、前記制御対象空間に外気を導入し、前記ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±α（αは所定値）の範囲内になったときに、前記外気ダンパを閉めるダンパ制御手段と、
前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をベースラインとし、このベースラインを前記基準値に置き換えるドリフト補正を行うＣＯ₂センサドリフト補正手段とを備えることを特徴とするＣＯ₂センサの自動調整装置。
請求項１記載のＣＯ₂センサの自動調整装置において、
さらに、前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの前記外気ダンパの開時間と、前記自動調整が始まる直前のＣＯ₂濃度測定値と、前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値とに基づいて、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±αの範囲内になるまで低下するという条件を満たすように、前記開閉指示パラメータを更新するパラメータ設定手段を備えることを特徴とするＣＯ₂センサの自動調整装置。
制御対象空間のＣＯ₂濃度を測定するＣＯ₂センサからＣＯ₂濃度測定値を取得するＣＯ₂濃度測定値取得ステップと、
予め定められた調整スケジュールに従って前記自動調整を実行すべきときに、パラメータ記憶手段に予め記憶された開閉指示パラメータで規定された条件に従って外気ダンパの開度を制御して、前記制御対象空間に外気を導入し、前記ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±α（αは所定値）の範囲内になったときに、前記外気ダンパを閉めるダンパ制御ステップと、
前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をベースラインとし、このベースラインを前記基準値に置き換えるドリフト補正を行うＣＯ₂センサドリフト補正ステップとを含むことを特徴とするＣＯ₂センサの自動調整方法。
請求項３記載のＣＯ₂センサの自動調整方法において、
さらに、前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの前記外気ダンパの開時間と、前記自動調整が始まる直前のＣＯ₂濃度測定値と、前記自動調整の開始時から前記外気ダンパが閉まるまでの期間におけるＣＯ₂濃度測定値とに基づいて、ＣＯ₂濃度測定値が一定時間連続して基準値±αの範囲内になるまで低下するという条件を満たすように、前記開閉指示パラメータを更新するパラメータ設定ステップを含むことを特徴とするＣＯ₂センサの自動調整方法。