JP6038542B2 - 空調機制御システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、空調機制御システム及び方法に係り、特に、フロアの温度や湿度、フロアに存在する人の数によって空調機の消費電力量から空調機をデマンド制御するシステム及びその方法に関する。
空調機の消費電力量を制限して空調機をデマンド制御するシステムについては、種々提案されている。例えば、特許文献1には、同一の建物内に設置された複数台の空調機の総使用電力が予め設定された基準値を超えた場合に使用電力を制限する空調機のデマンド制御装置において、複数台の空調機の総使用電力量を検出する電力計と、太陽の位置を検出する太陽位置検出手段と、電力計により検出した総使用電力が予め設定された基準値を超えた場合に、太陽位置検出手段により検出された情報に基づいてデマンド制御対象となる空調機の優先順位を決定する優先順位決定手段と、優先順位決定手段からの優先順位情報に従い空調機の停止制御または能力の低下制御を行う空調機制御手段を備えた空調機のデマンド制御装置が開示されている。
また、特許文献2には、デマンド監視装置により複数の空調機を制御することにより最大需要電力が契約電力を超過することを防止するデマンド制御において、空調機周辺における偏差計算可能な環境データを測定する環境データ測定部と、環境データ測定部が測定した環境データを収集する環境データ収集部と、各空調機に設定された基準値と環境データ収集部に収集された環境データとの偏差を算出し、これに基づいて空調機の序列データを作成する序列データ作成部と、デマンド監視装置からの遮断信号に応答して、遮断が必要な電気容量分の空調機を序列データに基づいて選択し、停止指示を行う停止指示部と、停止指示により空調機を停止させる制御部を備えたデマンド制御における空調機制御装置が開示されている。
また、特許文献3には、居室空間を利用する複数の利用者がそれぞれ携帯する携帯端末の位置情報と、その携帯端末を所持する利用者の居室空間の環境に対する快適度に関する快適度情報とを含む端末情報を収集する端末情報収集部と、収集された端末情報に基づいて、快適度の低い利用者の快適度が高くなるように、かつ快適度の高い利用者の快適度が維持されるように、制御条件を調整する調整部とを備える環境制御システムが開示されている。
また、特許文献に4は、利用者の入退場を示す情報が利用者IDに対応付けて登録された入退場情報テーブル、利用者の部署が利用者IDに対応付けて登録された個人情報テーブル、及び利用者の部署が専有する施設内の領域が、領域IDに対応付けて登録された領域情報テーブルを有し、入退場情報テーブルから施設へ入場又は退場した利用者の利用者IDを特定し、利用者IDに基づいて個人情報テーブルから利用者の部署を特定し、利用者の部署に基づいて、領域情報テーブルから利用者の部署が専有する領域の領域IDを特定して領域IDで特定される領域の在場人数を、施設に対する利用者の入退場に応じて推定する施設管理システムが開示されている。
特開2004−293892号公報 特開2000−333368号公報 特開2011−075138号公報 特開2011−180974号公報
上記先行技術に関して、特許文献1には、空調機の停止忘れや、部屋に人がいなくなった場合、空き部屋になったことを以て空調機を停止や待機状態にする制御機能については記載されておらいない。そのため空調機が稼動し続ける可能性があり、不要な電力消費をすると言う問題がある。
また、特許文献2に記載の空調機制御装置は、最大需要電力を以て空調機を制御するため、フロアに存在する人数によっては、無駄に消費電力を使う可能性があると言う問題がある。
また、特許文献3に記載の環境制御システムは、携帯端末の位置情報に基づいた人の動作情報の算出に際して、複数の利用者の優先度を決める必要があるが、不特定多数が出入りする場合(例えば公共施設など)における実施について考慮されておらず、不特定多数の利用者に応じた制御には適さないと言う問題がある。
特許文献4に記載の施設管理システムは、入場情報に基づいた人数推定に際して、予め登録されたIDを以て管理する必要があるが、不特定多数が出入りする場合(例えば公共施設など)については考慮されておらず、IDを用いなければ利用者数を把握することができないと言う問題がある。
本発明の目的は、上記課題に鑑み、環境センサから得られる環境データ、及びフロア内に居る人の数に基づいて空調機のデマンド制御を行い、空調機の消費電力によるコストを低減することが可能な空調機制御システム及び方法を提供することにある。
本発明による空調機制御システムは、好ましくは、人が出入りするフロアの温度調整をする空調機と、該空調機を制御するフロアコントローラを有する空調機制御システムであって、
該フロアに設置され、少なくとも該フロアの温度を含む環境情報を検知する環境センサと、
該空調機の消費電力を計測する電力メータを有し、
該フロアコントローラを制御するためのデータ処理を行うサーバであって、該サーバは
該フロアに出入りする人を検知する人検知手段からの情報に基づいて、該フロアに現在居る人の数を計算する人数計算手段と、該計算手段によって計算された現在の人数を記憶して管理する人数管理記憶手段と、
該電力メータから取得される消費電力が予め定めた目標値以上かを判定する第1の判定手段と、
該第1の判定手段による判定の結果、消費電力が該目標値以上の場合、該環境センサから取得される該フロアの温度が予め定めた範囲内かを判定する第2の判定手段と、
該第2の判定手段による判定の結果、該フロアの温度が一定の範囲内にある場合、該フロアの予め定めた最大人数に対する、該人数管理記憶手段に記憶された該フロアに居る現在の人数の比(人数比)が所定の範囲かを判定する第3の判定手段を有し、
該第3の判定手段による判定の結果、人数比が所定の範囲外と判定された場合、該サーバからの指令により、該フロアコントローラは、該空調機の設定温度を当初設定された温度よりも、消費電力がより少なくなるような温度に設定変更すること、を特徴とする空調機制御システムとして構成される。
また、本発明による空調機制御方法は、好ましくは、人が出入りするフロアの温度調整をする空調機と、該空調機を制御するフロアコントローラを有する空調機制御システムにおける空調機制御方法であって、
該フロアコントローラを制御するためのデータ処理を行うサーバは、
該フロアに出入りする人を検知する人検知手段からの情報に基づいて、該フロアに現在居る人の数を計算する人数計算ステップと、
該人数計算手段によって計算された現在の人数を記憶して管理する人数管理記憶ステップと、
該空調機の消費電力を計測する電力メータから取得される消費電力が予め定めた目標値以上かを判定する第1の判定ステップと、
該第1の判定ステップによる判定の結果、消費電力が該目標値以上の場合、該フロアの温度を含む環境情報を検知する環境センサから取得される該フロアの温度が予め定めた範囲内かを判定する第2の判定ステップと、
該第2の判定ステップによる判定の結果、該フロアの温度が一定の範囲内にある場合、該フロアの予め定めた最大人数に対する、該人数管理記憶ステップに記憶された該フロアに居る現在の人数の比(人数比)が所定の範囲かを判定する第3の判定ステップを有し、
該第3の判定ステップによる判定の結果、人数比が所定の範囲外と判定された場合、該サーバからの指令により、該フロアコントローラは、該空調機の設定温度を当初設定された温度よりも、消費電力がより少なくなるような温度に設定変更するステップを有すること、を特徴とする空調機制御方法として構成される。
本発明によれば、環境センサから得られる環境データ、及びフロア内に居る人の数に基づいて空調機のデマンド制御を行い、空調機の消費電力に係るコストを低減することが可能となる。
一実施例による空調機のデマンド制御システムの構成を示す図。 一実施例における認証所在DBの構成例を示す図。 一実施例における人数管理DBの構成例を示す図。 一実施例における認証所在DBの入退情報を用いて人数管理DBのデータを作成する処理動作を示すフローチャート。 一実施例におけるEMSサーバによる空調制御の処理動作を示すフローチャート。 一実施例におけるEMSサーバによる空調制御の処理動作を示すフローチャート。 電力メータから経時的に取得される空調機の消費電力(計測値)を示す図。 経時的な空調機の消費電力から算出した時間毎の電力消費量を示す図。
以下、図面を参照して、本発明の一実施例について説明する。
図1は、空調機のデマンド制御システムの構成を示す。
本実施例における空調機のデマンド制御システムは、オフィスビル等の複数のフロアの空調機制御に適用した例について述べるものである。複数の各フロアには、空調機16と、温度センサや湿度センサ等の複数の環境センサ11と、空調機16の消費電力を測定する電力メータ12と、環境センサ11及び電力メータ12からの測定データに基づいて空調機16を制御するフロアコントローラ10が設置されている。
空調機のデマンド制御システムは、複数の環境センサ11と、電力メータ12と、空調機の制御やスケジュール管理する機能を有するフロアコントローラ10と、フロアコントローラ10に接続されて各部の制御を行うEMS(Energy Management System)サーバ13と、EMSサーバ13(以下単にサーバ13という)に接続される入退管理システム14を有して構成される。なお、環境センサ11は第1の監視手段を構成する。
サーバ13は、種々のプログラムを実行してデータ処理を行う処理部131と、データを格納するデータベース(DB)132、入出力器(図示せず)を有して構成される。処理部131による空調機の制御フローについては、図5A〜図5Bを参照して後述する。また、DB132に形成されるDB或いはテーブルとしては、入退室管理システム14によって取得される人の認証IDを管理する認証所在DB(図2参照)と、フロアごとの人の在室人数を管理する人数管理DB(図3参照)を有する。
サーバ13は、入退管理システム14と連携し、各フロアの入退或いは室内空間に存在する人数のカウントや管理をする。各フロアの環境センサ11から得られる温度等の環境データ及び電力センサ12から得られる消費電力と、入退管理システム14から得られる人数情報に基づいて、各フロアに設置したフロアコントローラ10を介して、空調機16を制御する。
空調機16は汎用の空調機や専用空調機を適用することが可能である。図示の例では、空調機16は、フロアごとに、複数の室内機とそれらを接続する接続装置から構成される室内機制御システム161と、複数の空調室外機とそれらを接続する接続装置から構成される室外機制御システム162と、熱交換器とそれを接続する接続装置から構成される熱交換機インバータ制御システム163を有して構成される。しかし、空調機16はこれらの制御システム161〜163を全て備えている必要は無く、少なくとも1種類の空調制御システムがあればよい。また、電力メータ12で消費電力量の監視をして空調機のデマンド制御をするため、必ずしも空調機本体の各センサに出力制御を伴う必要はない。
入退管理システム14は、プログラムを実行してデータ処理を行う処理部141と、フロアに出入りする従業員等が所持する従業員固有のIDカードの識別情報(ID)を読取るカードリーダ142を有して構成される。処理部141は、カードリーダ142により読取られた識別情報を用いて本人の認識を行うと共に、本人の認識結果のデータをサーバ13へ転送する。入退管理システム14は、従業員がオフィス(制限されたフロア)に入退室する時に、カードリーダ142によって従業員のIDを取得することにより、フロアに在室している人数(人の所在情報)を把握することができる。入退室管理システム14によって取得される人の在室情報は、サーバ13で処理され、フロアコントローラ10の制御による空調機16のデマンド制御に用いられる。入退管理システム14による人の在室情報の取得は、第2の監視手段による人数情報の監視という。
次に、図2〜図3を参照して、各DBの構成例について説明する。
図2に示す、認証所在DB1321は、入退管理システム14で認証された人(即ちフロアへの入出許可となった人)の、認証ID、フロア番号、部屋番号、入室か退室かの区別、及びアクセス履歴(即ち認証IDの検知した履歴)の各データを格納する。
図3に示す、人数管理DB1322はフロアごとの在室人数と、当該フロアの設定上限人数を管理する。フロアごとの在室人数は、処理部131が、認証所在DBに格納されたフロアごとの在室人数を加算することで算出される。
本実施例において空調機のデマンド制御システムは、電気料金の低減においてピーク電力を抑制する負荷平準化対策で契約(年間最大デマンド)電力を効果的に下げることを実現するため、ピーク電力の抑制を自動で行う処理(即ちデマンド制御)を行う。利用者が意識的に空調を停止させるなど、手間を掛けることや快適性を犠牲にして電気料金を抑えるという考え方ではなく、空調制御によりデマンド電力を予測計算して監視し、空調設備の運転にて過負荷状態とないように稼働タイミングを調整するものである。
次に、デマンド監視とデマンド電力について説明する。
デマンド監視では、電力使用量からデマンド電力を予測する。予測方法は、例えば、直近のデマンド電力の数値(点群)から算出される傾きを以て行い、この傾きに基づき直近の電力値の点を通過する予測線をグラフ上に引くものである。警報検出は、30分単位の時限毎に行い、予め設定される警報閾値と、先に求めた予測線が示す予測値を比較して、警報閾値を超える場合には警報を発報するものである。
デマンド電力では、電力会社との契約電力を1,000kWhとした場合、デマンド監視における30分間の使用電力量から(2倍の)時間毎の消費電力(kWh)として算出する。例えば、30分間の消費電力が600kWhの場合は、時間毎の予測される消費電力は1,200kWhとなることを意味し、30分毎に消費電力量を計測して、計測時におけるピーク電力(最大値)が記憶するように運用し、ピーク電力を参照して契約電力以内での空調制御を実施する。詳しくは、電力メータ12から経時的に取得する空調機の消費電力の計測値(図6)が取得され、消費電力から算出した時間毎の電力消費量(図7)が求められる。消費電力の監視状態として警報の検出結果、デマンド電力の現在値、予測値などを任意出力することで、これらの値をトリガとした拡張処理との連携も可能となる。
[算出例]
デマンド制御による月毎の総消費電力における電力料金への具体例として、例えば事業所Aの総電力消費量は、4〜5月は空調機の稼動が少なく総消費電力量(kW)は、約1600kWとなっているとする。
以下、月額の電力基本料金を1600円/kWとし、月額の削減電力量、削減電力料金を求める式は、電力料金(円)=電力基本料金(円/kW)×総消費電力量(kW)となり、そこから電力料金(円)を求めると、電力料金=1600×1600=256000円となる。
例えば、スケジュールにより空調停止を設定し、電力消費を削減率で−20%した場合は、削減電力(kW)=総消費電力量(kW)×削減率(%)・・(式1)
となり、(式1)から、削減電力量=1600×(20/100)=320kWとなる。
次ぎに、削減分の電力料金(円)について算出をすると、
削減分の電力料金(円)=電力基本料金(円/kW)×削減電力量(kW)・・(式2)
となり、(式2)から、削減電力料金=1600×320=512000円となる。
これにより月額の削減電力量:320kW、同削減電力料金:512000円が算出される。
さらに、デマンド制御によるリアルタイムな空調制御により、上記に加え消費電力量10%(総消費電力量30%)削減を実現した場合、削減電力量は(式1)から、
削減電力量=1600×(30/100)=480kWとなる。
次ぎに、(式2)から削減電力料金=1600×480=768000円となる。
これにより月額の削減電力量:480kW、同削減電力料金:768000円が算出される。
次に、図4を参照して、サーバ13における認証所在DB1321の入退情報から人数管理DB1322のデータを作成する処理動作について説明する。
まず、入退管理システム14からリアルタイムに入退情報をサーバ13へ送信すると、サーバ13はフロアコントローラ10へリアルタイム処理が発生したことを通知する(S41)。入退管理システム14では、カードリーダ142を用いた人認証が実施され、本人が認証される毎にこの処理(S41)が実施される。
処理S41を実行する毎に、取得した入退情報(認証ID/フロアNo/部屋No/経過処理/アクセス履歴)を認証所在DB1321に記憶する(S42)。
その後、認証所在DB1321から入退情報を読み出して、当該フロアNoの対象部屋No、及び経過処理(入退室の何れかが発生したかを示すステータス情報)から人の入室又は退室を判定する(S43)。
処理S43の判定の結果、当該フロアNo、対象部屋Noへ入室と判定した場合は、人数管理DB1322の当該フロアNo、対象部屋Noの在室人数に対象の人数を加算し、その加算した人数を人数管理DBに記憶する(S44)。また、上記判定の結果、経過処理から当該フロアNoの対象部屋Noからの退室と判定した場合は、当該フロアNo、対象部屋Noの在室人数から対象の人数を減算して、更新後の人数を人数管理DBに記憶する(S45)。
次に、図5Aを参照して、サーバ13による空調制御の処理動作について説明する。
まず、電力メータ12からフロアAの消費電力量を取得し、その消費電力量が、予め設定された目標値に対して、例えば80%以上かどうか判定する(S61)。
この判定S61の結果、フロアAの消費電力量が目標値に対して80%以上の場合、環境センサ11からフロアAの温度を取得して、当該室温が予め設定された温度(快適温度)に対して±2℃以内かどうか判定する(S62)。
判定S62の結果、フロアAの温度と快温の差が±2℃より大きい場合、人数管理DB1322からフロアAの在室人数を取得し、フロアAの人数比(=現人数/最大人数)が0〜30%、または30〜100%かを判定する(S63)。
判定S63の結果、フロアAの人数比が30〜100%の場合、フロアコントローラ10に対して処理Xを実行させる(S64)。処理Xについては、図5Bを参照して後述する。
上記判定S62の結果、フロアAの温度と快温の差が±2℃以内の場合、人数管理DB1322からフロアAの在室人数を取得して、フロアAの人数比(=現人数/最大人数)が0〜30%か、または30〜70%か、または70〜100%かを判定する(S65)。
この判定S65の結果に応じて、人数比が0〜30%の場合は、フロアコントローラ10に対して処理Yを実行させる(S66)。また人数比が30〜70%の場合は、フロアコントローラ10に対して処理Zを実行させる(S67)。ここで、処理S66及び処理S67を実行する理由は、フロアAの温度が快適な温度範囲にある場合でも、人数比が小さければ、そこの環境を多少悪化させても影響が少ないので、これらの処理を実行する。なお、処理Y,Zについては、図5Bを参照して後述する。
ここで、図5Bを参照する。
処理X(S64)について、まず、フロアコントローラ10から空調機16に対して空調機の設定状態を取得する命令を送信する(S613)。すると、空調機16はその設定状態(例えば設定温度)をフロアコントローラ10へ返す(S614)。例えば、設定温度27℃を返送する。
フロアコントローラ10では、空調機から取得した設定状態(設定温度)が24〜29℃の範囲内かを判定する(S615)。ここで、温度範囲24〜29℃は快適範囲として予め設定されている。
上記判定の結果、この温度範囲外ならば何もしないで処理を終了する。一方、この温度範囲内ならば、設定温度の変更処理S616に移る。設定温度の変更処理S616では、フロアコントローラ10から空調機に対して、夏であれば−1℃、冬であれば+1℃した設定温度を変更する命令を送信する(S616)。空調機16は、フロアコントローラ10から指示された設定温度に設定変更する(S617)。例えば、空調機16の当初の設定温度が27℃の場合、夏であれば26℃に設定変更され、冬であれば28℃に設定変更される。
ここで、処理Y(S66)及び処理Z(S67)は、処理X(S64)と比べて、設定変更する温度が異なるだけなので、重複の説明を省略する。
なお、処理S618では、フロアコントローラから空調機に対して、夏であれば+2℃、冬であれば−2℃した設定温度を設定する命令を送信する。
また、処理S619では、フロアコントローラから空調機に対して、夏であれば+1℃、冬であれば−1℃した設定温度を設定する命令を送信する。
図5Aの説明に戻る。
処理S64、S65、S67の後、現在時刻が09:00〜17:00の範囲内かどうか判定する(S68)。これは、フロアAにあるオフィスの就業時間内かを判断するものである。この判定S68の結果、現在時刻が09:00〜17:00の範囲内の場合、10分待機する(S69)。一方、現在時刻が09:00〜17:00の範囲外の場合、60分待機する(S610)。その後、処理の先頭S61に戻る(S611)。
また、上記処理S61の判定の結果、フロアAの消費電力量が目標値に対して80%より少ない場合、手動運転とする。これは、目標値を超えない限り、空調機の制御を利用者に委ねてよいことを意図している。
以上の説明の通り、処理S61にて、目標値の80%を超えた場合、処理S62で快適温度範囲内と判定された部屋に対して、空調機の設定変更により消費電力の削減を実施する。具体的には、処理S65にて人数比が7割以下であった場合は、設定温度を、処理66,67により、消費電力が一層少ない温度に設定変更する。これにより、各フロア内に存在する人の数に基づいて空調機のデマンド制御を行い、空調機の消費電力に係るコストを低減することが可能な空調機デマンド制御システム及び方法を実現することができる。
10:フロアコントローラ 11:環境センサ 12:電力メータ
13:EMSサーバ 14:入退管理システム
16:空調機、

Claims (2)

  1. 人が出入りするフロアの温度調整をする空調機と、該空調機を制御するフロアコントローラを有する空調機制御システムであって、
    該フロアに設置され、少なくとも該フロアの温度を含む環境情報を検知する環境センサと、
    該空調機の消費電力を計測する電力メータを有し、
    該フロアコントローラを制御するためのデータ処理を行うサーバであって、該サーバは該フロアに出入りする人を検知する人検知手段からの情報に基づいて、該フロアに現在居る人の数を計算する人数計算手段と、
    人数計算手段によって計算された現在の人数を記憶して管理する人数管理記憶手段と、
    該電力メータから取得される消費電力が予め定めた目標値以上かを判定する第1の判定手段と、
    該第1の判定手段による判定の結果、消費電力が該目標値以上の場合、該環境センサから取得される該フロアの温度が予め定めた範囲内かを判定する第2の判定手段と、
    該第2の判定手段による判定の結果、該フロアの温度が一定の範囲内にある場合、該フロアの予め定めた最大人数に対する、該人数管理記憶手段に記憶された該フロアに居る現在
    の人数の比(人数比)が所定の範囲かを判定する第3の判定手段を有し、
    該第3の判定手段による判定の結果、人数比が所定の範囲外と判定された場合、該サーバからの指令により、該フロアコントローラは、該空調機の設定温度を当初設定された温度
    よりも、消費電力がより少なくなるような温度に設定変更すること、
    を特徴とする空調機制御システム。
  2. 人が出入りするフロアの温度調整をする空調機と、該空調機を制御するフロアコントローラを有する空調機制御システムにおける空調機制御方法であって、
    該フロアコントローラを制御するためのデータ処理を行うサーバは、
    該フロアに出入りする人を検知する人検知手段からの情報に基づいて、該フロアに現在居る人の数を計算する人数計算ステップと、
    該人数計算ステップによって計算された現在の人数を記憶して管理する人数管理記憶ステップと、
    該空調機の消費電力を計測する電力メータから取得される消費電力が予め定めた目標値以上かを判定する第1の判定ステップと、
    該第1の判定ステップによる判定の結果、消費電力が該目標値以上の場合、該フロアの温度を含む環境情報を検知する環境センサから取得される該フロアの温度が予め定めた範囲
    内かを判定する第2の判定ステップと、
    該第2の判定ステップによる判定の結果、該フロアの温度が一定の範囲内にある場合、該フロアの予め定めた最大人数に対する、該人数管理記憶ステップに記憶された該フロアに
    居る現在の人数の比(人数比)が所定の範囲かを判定する第3の判定ステップを有し、
    該第3の判定ステップによる判定の結果、人数比が所定の範囲外と判定された場合、該サーバからの指令により、該フロアコントローラは、該空調機の設定温度を当初設定された
    温度よりも、消費電力がより少なくなるような温度に設定変更するステップを有すること、
    を特徴とする空調機制御方法。
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