JP6250076B2 - 空調制御装置、空調制御システム、空調制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、空調制御装置、空調制御システム、空調制御方法及びプログラムに関する。

従来の空調制御は、ユーザによって設定された室内目標温度に基づいて空気調和機を制御するものであった。しかし、近年では、室内目標温度を設定変更するユーザ操作の手間を省いて自動運転を行う空調制御が提案されている。このような空調制御では、ユーザの快適性を損なうことなく省エネを実現することが課題となっている。このような課題の解決を目的として様々な空調制御技術が提案されている。

例えば、特許文献１は、冷房運転時に外気温度が予め設定されている閾値を超えた場合、室内目標温度を上げると共に風向及び風量を制御して在室者にあたる風量を増加させる空気調和機を開示している。

特許文献２は、外気温度に基づいて室内が快適となる室内設定温度域を算出し、室内輻射温度が室内設定温度域に入るように運転モードを設定すると共に冷凍サイクルの能力を制御する空気調和装置を開示している。この空気調和装置は、冷房運転時において、外気温度と室内設定温度域の最高温度との温度差が予め定められた温度差以上となるように外気温度が上昇すると、室内設定温度域を高くするように補正する。また、この空気調和装置は、光センサや人検知センサによって室内の消灯や人の在室状況を検出し、人の就寝中や外出中において冷暖房を行わないように制御する。

特開平６−１８０７２号公報 特開２０００−２５７９３９号公報

特許文献１の空気調和機によれば、冷房運転時に外気温度が上昇すると室内目標温度を上げるため、その分、温度制御に伴う消費電力は減少する。一方、ユーザの快適性を損なわないように風量を増加させるためにファン等の消費電力は増加する。そのため、省エネを十分に実現できているとは言えない。

また、特許文献１の空気調和機では、在室者にあたる風量を増加させることによって室内目標温度を上げることに伴うユーザの快適性の悪化の抑制を図っている。しかし、このような気流による快適性の確保には限界があり、例えば気流が届かない場所にユーザが移動した場合、ユーザの快適性は確実に悪化する。

特許文献２の空気調和装置によれば、冷房運転時に外気温度が高くなった場合、あるいは人が外出している場合（在室していない場合）において室内設定温度域を高く補正するため、その分、温度制御に伴う消費電力は減少する。一方、室内の温度は上昇してしまうため、在室しているユーザ又は外出先から戻ってきたユーザの快適性が悪化する。このように、特許文献１及び２が開示する空調制御方法では、省エネとユーザの快適性確保とを両立できているとは言えない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、省エネを図りつつ、ユーザにとって快適な空調を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空調制御装置は、
外気の温度の計測値を取得する外気温度取得部と、
室内の温度の計測値を取得する室内温度取得部と、
ユーザから室内目標設定温度の入力を受け付ける入力受付部と、
制御目標温度と前記室内温度取得部によって取得された室内の温度の計測値との差分に基づいて空気調和機の制御を行う制御実行部と、
を備え、
前記制御実行部は、暖房運転時に前記外気温度取得部によって取得された外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値より高い場合、前記制御目標温度を前記室内目標設定温度より高い温度に決定する。

本発明によれば、空調負荷の少ない時間帯に積極的に空調を行う。このような積極的な空調がされると、室内の温度は、その後も建物の断熱効果及び室内の蓄熱効果によってある程度維持される。かかる負荷平準化によって、空調負荷の大きい時間帯の空調負荷を軽減することが可能となり、一日を通じて空調の運転効率が向上するため、省エネを図ることができる。また、空調負荷の大きい時間帯であっても外気と室内の温度差を大きくすることができるため、一日を通じてユーザにとって快適な空調を提供することができる。

本発明の実施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。 空調制御システムの機器配置の一例を示す図である。 空調制御装置の構成を示すブロック図である。 空調室内機及び空調室外機の冷媒回路及びセンサ配置の一例を示す図である。 冬の一日の日射量変化と外気の温度変化と暖房運転時の制御目標温度変化との関係の一例を示す図であり、（Ａ）は日射量変化を示し、（Ｂ）は外気の温度変化を示し、（Ｃ）は制御目標温度変化を示している。 夏の一日の日射量変化と外気の温度変化と冷房運転時の制御目標温度変化との関係の一例を示す図であり、（Ａ）は日射量変化を示し、（Ｂ）は外気の温度変化を示し、（Ｃ）は制御目標温度変化を示している。 冬の太陽光発電設備の発電電力変化と暖房運転時の制御目標温度変化の関係の一例を示す図であり、（Ａ）は太陽光発電設備の発電電力変化を示し、（Ｂ）は制御目標温度変化を示している。 夏の太陽光発電設備の発電電力変化と冷房運転時の制御目標温度変化の関係の一例を示す図であり、（Ａ）は太陽光発電設備の発電電力変化を示し、（Ｂ）は制御目標温度変化を示している。 暖房運転時に空調制御装置が実行する空調制御処理を示すフローチャートである。 冷房運転時に空調制御装置が実行する空調制御処理を示すフローチャートである。 冬の外気の温度に対する成績係数ＣＯＰの変化の一例を示す図である。 夏の外気の温度に対する成績係数ＣＯＰの変化の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る空調制御システムについて図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、「空気調和機」とは、空調室内機、空調室外機等の空気の調和を図るための装置を総称する用語として使用する。

（実施形態）
図１に示すように、本発明の実施形態に係る空調制御システム１は、空気調和機の運転状態の制御を行う空調制御装置１０と、空調空気を吹き出す空調室内機２０と、外気と熱交換を行う空調室外機３０と、外気の温度を計測する外気温度計測装置４０と、室内の温度を計測する室内温度計測装置５０と、人の在室状況を検出する在室検出装置６０と、発電設備の発電電力を計測する発電電力計測装置７０と、を備える。

空調制御システム１において、空調制御装置１０と、空調室内機２０と、空調室外機３０と、外気温度計測装置４０と、室内温度計測装置５０と、在室検出装置６０と、発電電力計測装置７０と、は有線又は無線の空調通信ネットワーク（バスライン８０）で接続される。

以下、図１及び図２を参照しながら、各装置の機能及び配置の一例について説明する。

空調制御装置１０は、空調通信ネットワークを介した通信によって、室内温度計測装置５０、在室検出装置６０、発電電力計測装置７０及び空気調和機（空調室内機２０、空調室外機３０）から運転状態や計測データ等を取得する。空調制御装置１０は、取得したデータに基づいて、空気調和機である空調室内機２０及び空調室外機３０の運転制御を行う。空調制御装置１０は、空調室内機２０の下方の壁面付近に設置される。

空調室内機２０と空調室外機３０は、協働して建物１００の室内空間Ａを空調対象とする蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する。空調室内機２０及び空調室外機３０は、配管Ｌで接続され、配管Ｌ内で循環させる冷媒を介して外気と室内空間Ａの空気との熱交換を行う。

空調室内機２０は、暖房運転・冷房運転・除湿運転の３つの切り替え可能な運転機能を有し、空調制御装置１０からの指示に従って室内空間Ａの空気と熱交換を行い、温度や湿度が調整された空調空気を室内空間Ａへ送風する。空調室内機２０は、建物１００の壁面又は天井に設置される。

空調室外機３０は、空調制御装置１０からの指示に従って外気と熱交換を行う。空調室外機３０は、建物１００のベランダ又は屋外等に配置される。

空調室内機２０と空調室外機３０は、それぞれ図２において矢印で示す方向に送風する。ただし、空調室内機２０の送風方向は、空調制御装置１０からの指示に従って吹き出し口に設けられたフラップ等により風向制御される。

外気温度計測装置４０は、サーミスタや白金測温抵抗体等から構成される温度センサを備え、外気の温度を計測する。外気温度計測装置４０は、屋外に配置され、例えば空調室外機３０の送風の影響を受けないように、空調室外機３０の側面に設置される。

室内温度計測装置５０は、サーミスタや白金測温抵抗体等から構成される温度センサを備え、室内の温度を計測する。室内温度計測装置５０は、室内空間Ａにおいて空調室内機２０の送風の影響を受けにくい位置に配置される。

在室検出装置６０は、赤外線による人感センサ、室内ドアの開閉状態を検出するセンサ等を備え、人の在室状況を検出する。在室検出装置６０は、室内の出入口付近又は建物１００の玄関口付近に設置される。

発電電力計測装置７０は、電力用のマルチメータ又はトランスデューサを備え、太陽光発電設備９０の発電電力を計測する。発電電力計測装置７０は、太陽光発電設備９０と接続されるパワーコンディショナ又は分電盤等に設置される。なお、太陽光発電設備９０は、建物１００の屋根又は屋上等に設置され、太陽光の照射によって発電する。

ここで、以上説明した空調制御システム１の空調制御の理解のために、空調制御装置１０の詳細な構成について説明する。図３に示すように、空調制御装置１０は、装置全体の制御を行う制御部１１と、他の装置と通信を行う通信部１２と、各種データを記憶する記憶部１３と、ユーザの操作やデータ入力を受け付ける入力受付部１４と、操作画面等を表示する表示部１５と、を備える。

制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成される。制御部１１は、バス１６によって通信部１２、記憶部１３、入力受付部１４、表示部１５と接続される。制御部１１は、記憶部１３に記憶されるプログラムに従って、各種処理（後述の空調制御処理を含む）を実行する。

通信部１２は、空調通信ネットワークに接続され、空調制御装置１０と、空調室内機２０、空調室外機３０、外気温度計測装置４０、室内温度計測装置５０、在室検出装置６０又は発電電力計測装置７０との間の通信を中継する。通信部１２は、ケーブルを介して有線通信可能に構成されてもよいし、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の規格に従って無線通信可能に構成されてもよい。

記憶部１３は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）から構成される。記憶部１３は、空調制御等に用いられる各種プログラム、送受信データ、入力データ等の各種データを記憶する。

入力受付部１４は、タッチパネルや操作ボタン等から構成される。入力受付部１４は、ユーザの操作やデータ入力（例えば空調室内機２０の運転機能の切替操作や室内目標設定温度の入力）を受け付ける。

表示部１５は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ等から構成される。表示部１５は、入力データ、ユーザ操作等に応じて操作画面、運転状態等を表示する。

次に、制御部１１の機能的構成について説明する。制御部１１は、外気の温度の計測値を取得する外気温度取得部１１１、室内の温度の計測値を取得する室内温度取得部１１２、発電電力の計測値を取得する発電電力取得部１１３、在室状況を示す在室情報を取得する在室情報取得部１１４、空気調和機の制御を実行する制御実行部１１５として機能する。

外気温度取得部１１１は、定期的に外気温度計測装置４０から外気の温度の計測データを取得する。室内温度取得部１１２は、定期的に室内温度計測装置５０から室内の温度の計測データを取得する。発電電力取得部１１３は、定期的に発電電力計測装置７０から発電電力の計測データを取得する。在室情報取得部１１４は、在室検出装置６０から定期的に又はイベント発生時に送信される在室情報を取得する。なお、取得した計測データ及び在室情報は、それぞれ識別子によって識別され、記憶部１３に記憶される。

制御実行部１１５は、制御目標温度Ｔｃと室内温度計測装置５０によって取得された室内の温度の計測値との差分に基づいて空気調和機の制御を行う。なお、制御目標温度Ｔｃとユーザによって入力される室内目標設定温度との違いについては後述する。

以上、空調制御装置１０の構成について説明した。次に、空調制御システム１の空調方式の理解のために、空調室内機２０及び空調室外機３０が構成する蒸気圧縮冷凍サイクル２００について説明する。

図４に示すように、空調室内機２０は、冷媒を凝縮させる凝縮器又は冷媒を蒸発させる蒸発器となる熱交換器２１と、熱交換器２１に向けて送風する送風機２２と、送風機２２の動作を制御する制御基板２３と、を備える。空調室外機３０は、冷媒を圧縮する圧縮機３１と、冷媒を凝縮させる凝縮器又は冷媒を蒸発させる蒸発器となる熱交換器３３と、凝縮された冷媒を減圧する絞り装置３４と、冷媒の流れを反転させる四方弁３２と、熱交換器３３に向けて送風する送風機３５と、圧縮機３１、絞り装置３４、四方弁３２及び送風機３５の動作を制御する制御基板３６と、を備える。なお、空調制御装置１０は、空調室内機２０の制御基板２３及び空調室外機３０の制御基板３６に制御情報を送信して、空調室内機２０及び空調室外機３０の運転制御を行う。

熱交換器２１、３３は、伝熱管やフィン等から構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。送風機２２、３５は、風量が可変なファンであり、直流ファンモータ等のモータによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

圧縮機３１は、運転容量が可変な圧縮機であり、インバータ制御モータによって駆動される容積式圧縮機である。圧縮機３１は、室内の温度と制御目標温度Ｔｃとの温度差が大きい場合には高速回転で運転するように制御され、温度差が小さい場合には低速回転で運転するように制御される。

絞り装置３４は、ステッピングモータによって絞りの開度を調整することが可能な電子膨張弁又は受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁若しくはキャピラリチューブである。絞り装置３４は、絞りの開度を調整することによって冷媒回路１２０内の冷媒の流量を調整する。

四方弁３２は、電磁弁であり、暖房運転時と冷房運転時とで冷媒が流れる方向を反転させる。冷媒には、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ，Ｒ４０４Ａ等のＨＦＣ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ等のＨＣＦＣ冷媒、若しくは炭化水素、ヘリウム等の自然冷媒が使用される。

蒸気圧縮冷凍サイクル２００は、冷房運転時には圧縮機３１、四方弁３２、熱交換器３３、絞り装置３４、熱交換器２１の順に冷媒が流れる冷媒回路１２０によって構成され、暖房運転時には圧縮機３１、四方弁３２、熱交換器２１、絞り装置３４、熱交換器３３の順に冷媒が流れる冷媒回路１２０によって構成される。なお、冷房運転時には、熱交換器３３が凝縮器として機能し、熱交換器２１が蒸発器として機能する。暖房運転時には、熱交換器３３が蒸発器として機能し、熱交換器２１が凝縮器として機能する。

冷媒回路１２０には、各位置において冷媒の温度を計測するための複数の温度センサが配置される。具体的に説明すると、圧縮機３１の吐出側及び吸入側には温度センサ３１ａ、３１ｂが配置される。熱交換器２１の流入側及び流出側には温度センサ２１ａ、２１ｂが配置される。熱交換器３３の流入側及び流出側には温度センサ３３ａ、３３ｂが配置される。

また、空調室内機２０の熱交換器２１の空気吸込み側には、吸込み空気の温度及び湿度を計測するための温度センサ２１ｃ及び湿度センサ２１ｄが配置される。空調室外機３０の熱交換器３３の空気吸込み側には、吸込み空気の温度を計測するための温度センサ３３ｃが配置される。

温度センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、サーミスタ、白金測温抵抗体等から構成される。湿度センサ２１ｄは高分子容量式湿度検出素子、高分子抵抗式湿度検出素子等から構成される。

空調室内機２０及び空調室外機３０の制御基板２３、３６は、温度センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ及び湿度センサ２１ｄから冷媒温度、吸込み空気の温度及び湿度の計測値を取得し、空調制御装置１０からの制御情報に基づいてそれぞれ空調室内機２０及び空調室外機３０の上述した各構成要素の動作を制御する。

以上、蒸気圧縮冷凍サイクル２００について説明した。以下、空調制御装置１０が実行する空調制御処理について説明する。

ここで、空調制御処理の具体的な流れを説明する前に、図５〜図８を参照しながら空調制御処理において使用される制御目標温度Ｔｃの決定方法について説明する。

まず、暖房運転時の制御目標温度Ｔｃの決定方法について説明する。図５（Ａ）に示す冬の日射量の一例では、日射量は、６時から増加し、１０〜１３時にピークとなり、１７時にはゼロとなっている。図５（Ｂ）に示す冬の外気の温度の一例では、外気の温度は、７時から上昇し、１１時でピークとなり、２０時には７時と同等の温度となっている。このように、外気の温度の変化は、日射量の変化に対して１時間程度のずれはあるが、相関関係にある。

ここで、本願で使用する各用語の定義について説明する。まず、制御目標温度Ｔｃとは、空調制御装置１０が実際に空気調和機を制御する際の目標とする室内の温度である。これに対し、室内目標設定温度Ｔｓｅｔとは、ユーザが空調制御装置１０の入力受付部１４に入力した温度である。すなわち、制御目標温度Ｔｃと室内目標設定温度Ｔｓｅｔとは異なる。そのため、空調制御装置１０は、必ずしもユーザが設定した室内目標設定温度Ｔｓｅｔを、目標とする室内の温度とするように空気調和機を制御するわけではない。暖房用の温度閾値Ｔ１とは、制御目標温度Ｔｃを目標設定温度Ｔｓｅｔにするか目標設定温度Ｔｓｅｔより高い温度にするかの境界となる外気の温度であり、ユーザ又は製造業者等によって設定される値である。

図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように、空調制御処理における制御目標温度Ｔｃは、空調制御装置１０の外気温度取得部１１１によって取得された外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値Ｔ１より高い場合、室内目標設定温度Ｔｓｅｔより差分α１だけ高い温度Ｔｓｅｔ＋α１に決定される。一方、制御目標温度Ｔｃは、空調制御装置１０の外気温度取得部１１１によって取得された外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値Ｔ１より低い場合、室内目標設定温度Ｔｓｅｔに決定される。なお、ここでは、暖房用の温度閾値Ｔ１は７℃に設定されている。

ここで、本実施形態において制御目標温度Ｔｃは、外気の温度と、太陽光発電設備９０の発電電力と、空調対象である室内に人が存在しているかどうかによって変化する。また、暖房運転の開始直後において制御目標温度Ｔｃは室内目標設定温度Ｔｓｅｔに決定される。

高くされた制御目標温度Ｔｃ＝Ｔｓｅｔ＋α１と室内目標設定温度Ｔｓｅｔとの差分α１は、建物１００の断熱性、省エネ目標、ユーザの快適性等を考慮してユーザ又は製造業者等によって設定される値である。

次に冷房運転時の制御目標温度Ｔｃの決定方法について説明する。図６（Ａ）に示す夏の日射量の一例では、日射量は、５時から増加し、１０〜１３時にピークとなり、１８時にはゼロとなっている。図６（Ｂ）に示す夏の外気の温度の一例では、外気の温度は、６時から上昇し、１１時でピークとなり、２２時には６時と同等の温度となっている。このように、外気の温度の変化は、日射量の変化に対して若干のずれはあるが、相関関係にある。

図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、空調制御処理における制御目標温度Ｔｃは、空調制御装置１０の外気温度取得部１１１によって取得された外気の温度の計測値が冷房用の温度閾値Ｔ２より低い場合、室内目標設定温度Ｔｓｅｔより差分α２だけ低い温度Ｔｓｅｔ−α２に決定される。一方、制御目標温度Ｔｃは、空調制御装置１０の外気温度取得部１１１によって取得された外気の温度の計測値が冷房用の温度閾値Ｔ２より高い場合、室内目標設定温度Ｔｓｅｔに決定される。なお、冷房運転の開始直後において制御目標温度Ｔｃは室内目標設定温度Ｔｓｅｔに決定される。

ここで、冷房用の温度閾値Ｔ２とは、制御目標温度Ｔｃを目標設定温度Ｔｓｅｔにするか目標設定温度Ｔｓｅｔより低い温度にするかの境界となる外気の温度である。冷房用の温度閾値Ｔ２は、ユーザ又は製造業者等によって設定される値であり、図６（Ｂ）に示す一例では３０℃に設定されている。

低くされた制御目標温度Ｔｃ＝Ｔｓｅｔ−α２と室内目標設定温度Ｔｓｅｔとの差分α２は、建物１００の断熱性、省エネ目標、ユーザの快適性等を考慮してユーザ又は製造業者等によって設定される値である。

以上が外気の温度に基づく制御目標温度Ｔｃの決定方法であるが、上述したように、制御目標温度Ｔｃは、外気の温度だけでなく、太陽光発電設備９０の発電電力によっても異なる。そこで、太陽光発電設備９０の発電電力に基づく制御目標温度Ｔｃの決定方法について説明する。なお、実際の制御目標温度Ｔｃの決定方法は、外気の温度と発電電力と人の在室状況のいずれによっても変化するため、これらの決定要素の重ね合わせになる。しかし、以下の説明では、理解の容易のために、発電電力のみの影響だけ取り出して説明する。

まず、暖房運転時の制御目標温度Ｔｃの決定方法について説明する。図７（Ａ）に示す冬の発電電力の一例では、発電電力は、６時から上昇し、１０〜１３時でピークとなり、１７時にはゼロとなっている。図７（Ａ）と図５（Ａ）を比較すると、冬の発電電力と日射量は相関関係にあることがわかる。

ここで、図７（Ｂ）に示すように、空調制御処理における制御目標温度Ｔｃは、暖房運転時に空調制御装置１０の発電電力取得部１１３によって取得された発電電力の計測値が暖房用の電力閾値Ｐ１より高い場合、室内目標設定温度Ｔｓｅｔより差分β１だけ高い温度Ｔｓｅｔ＋β１に決定される。一方、制御目標温度Ｔｃは、空調制御装置１０の発電電力取得部１１３によって取得された発電電力の計測値が暖房用の電力閾値Ｐ１より低い場合、室内目標設定温度Ｔｓｅｔに決定される。

ここで、暖房用の電力閾値Ｐ１とは、制御目標温度Ｔｃを目標設定温度Ｔｓｅｔにするか目標設定温度Ｔｓｅｔより高い温度にするかの境界となる発電電力の値である。暖房用の電力閾値Ｐ１は、ユーザ又は製造業者等によって設定される値であり、図７（Ａ）に示す一例では０．４ｋＷに設定されている。

高くされた制御目標温度Ｔｃ＝Ｔｓｅｔ＋β１と室内目標設定温度Ｔｓｅｔとの差分β１は、建物１００の断熱性、省エネ目標、ユーザの快適性等を考慮してユーザ又は製造業者等によって設定される値である。

次に、冷房運転時の制御目標温度Ｔｃの決定方法について説明する。図８（Ａ）に示す夏の発電電力の一例では、発電電力は、５時から上昇し、１１〜１２時でピークとなり、１８時にはゼロとなっている。図８（Ａ）と図６（Ａ）を比較すると、夏の発電電力と日射量は相関関係にあることがわかる。

ここで、図８（Ｂ）に示すように、空調制御処理における制御目標温度Ｔｃは、空調制御装置１０の発電電力取得部１１３によって取得された発電電力の計測値が上限電力閾値Ｐ２より高い場合、室内目標設定温度Ｔｓｅｔより差分β２だけ低い温度Ｔｓｅｔ−β２に決定される。一方、制御目標温度Ｔｃは、空調制御装置１０の発電電力取得部１１３によって取得された発電電力の計測値が上限電力閾値Ｐ２より低い場合、室内目標設定温度Ｔｓｅｔに決定される。

ここで、上限電力閾値Ｐ２とは、制御目標温度Ｔｃをさらに低い温度にするかどうかの境界となる発電電力の値である。上限電力閾値Ｐ２は、ユーザ又は製造業者等によって設定される値であり、図８（Ａ）に示す一例では０．５ｋＷに設定されている。

低くされた制御目標温度Ｔｃ＝Ｔｓｅｔ−β２と室内目標設定温度Ｔｓｅｔとの差分β２は、建物１００の断熱性、省エネ目標、ユーザの快適性等を考慮してユーザ又は製造業者等によって設定される値である。

以上が発電電力に基づく制御目標温度Ｔｃの決定方法であるが、上述したように制御目標温度Ｔｃの決定方法は、人の在室状況によっても変化する。まず、暖房運転時に室内に人が不在である場合には、制御目標温度Ｔｃをさらにγ１だけ高くする。冷房運転時に室内に人が不在である場合には、制御目標温度Ｔｃをさらにγ２だけ低くする。

このように、空調制御装置１０は、室内に人が存在しない場合には、人が存在する場合よりも積極的に空調を行うように空気調和機を制御する。なお、差分γ１、γ２は、建物１００の断熱性、省エネ目標、ユーザの快適性等を考慮してユーザ又は製造業者等によって設定される値である。

以上、空調制御処理において使用される制御目標温度Ｔｃの決定方法について説明した。そこで、以下、空調制御処理の具体的な流れを説明する。

まず、図１及び図３のブロック図と図９のフローチャートとを参照しながら、空調制御装置１０が暖房運転時に実行する空調制御処理について説明する。暖房運転時の空調制御処理は、ユーザが空調制御装置１０の入力受付部１４において起動操作及び暖房運転モードの選択操作を行った場合に開始し、定期的に繰り返される。

なお、ユーザは任意のタイミングで室内目標設定温度Ｔｓｅｔ、暖房用の温度閾値Ｔ１、暖房用の電力閾値Ｐ１、差分α１、β１、γ１等の設定又は変更が可能である。しかし、理解の容易のために、これらの設定作業は、起動操作の際にまとめて行われ、その後の変更はないものとする。

空調制御処理が開始すると、まず、空調制御装置１０の外気温度取得部１１１は、バスライン８０及び通信部１２を介して外気温度計測装置４０から外気の温度の計測値を取得する。また、空調制御装置１０の室内温度取得部１１２は、バスライン８０及び通信部１２を介して室内温度計測装置５０から室内の温度の計測値を取得する（ステップＳ１００）。

ここで、空調制御装置１０の制御部１１は、取得した外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値Ｔ１より大きいかどうかについて判定する（ステップＳ１０１）。

外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値Ｔ１以下である場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、以降のステップＳ１０２〜Ｓ１０８をスキップして、制御実行部１１５は、制御目標温度Ｔｃを室内目標設定温度Ｔｓｅｔにしたまま制御目標温度Ｔｃと室内の温度との差分に基づいて空気調和機の制御を実行する（ステップＳ１０９）。一方、外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値Ｔ１より大きい場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、空調制御装置１０は、制御目標温度Ｔｃを室内目標設定温度Ｔｓｅｔよりも高い温度Ｔｓｅｔ＋α１に決定する（ステップＳ１０２）。

次に空調制御装置１０の発電電力取得部１１３は、バスライン８０及び通信部１２を介して発電電力計測装置７０から太陽光発電設備９０の発電電力の計測値を取得する（ステップＳ１０３）。

ここで、空調制御装置１０の制御部１１は、取得した発電電力の計測値が暖房用の電力閾値Ｐ１より大きいかどうかについて判定する（ステップＳ１０４）。

発電電力の計測値が暖房用の電力閾値Ｐ１以下である場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、空調制御装置１０は、次のステップＳ１０５をスキップして後述のステップＳ１０６に進む。一方、発電電力の計測値が暖房用の電力閾値Ｐ１より大きい場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、空調制御装置１０は、制御目標温度Ｔｃをさらに高い温度Ｔｓｅｔ＋α１＋β１に決定する（ステップＳ１０５）。

次に空調制御装置１０の在室情報取得部１１４は、バスライン８０及び通信部１２を介して在室検出装置６０から在室情報を取得する（ステップＳ１０６）。

ここで、空調制御装置１０の制御部１１は、取得した在室情報が、人が不在であることを示すものかどうか判定する（ステップＳ１０７）。

在室情報が、人が在室していることを示すものである場合（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、次のステップＳ１０８をスキップして後述のステップＳ１０９に進む。一方、在室情報が、人が不在であることを示すものである場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、空調制御装置１０は、制御目標温度Ｔｃをさらに高い温度であるＴｓｅｔ＋α１＋γ１又はＴｓｅｔ＋α１＋β１＋γ１に決定する（ステップＳ１０８）。

空調制御装置１０の制御実行部１１５は、以上のステップで決定された制御目標温度Ｔｃと室内の温度との差分に基づいて空気調和機の制御を実行する（ステップＳ１０９）。

以上、空調制御装置１０が暖房運転時に実行する空調制御処理について説明した。次に図１及び図３のブロック図と図１０のフローチャートとを参照しながら、空調制御装置１０が冷房運転時に実行する空調制御処理について説明する。冷房運転時の空調制御処理は、ユーザが空調制御装置１０の入力受付部１４において起動操作及び冷房運転モードの選択操作を行った場合に開始し、定期的に繰り返される。

なお、ユーザは任意のタイミングで室内目標設定温度Ｔｓｅｔ、冷房用の温度閾値Ｔ２、冷房用の電力閾値Ｐ２、差分α２、β２、γ２等の設定又は変更が可能である。しかし、理解の容易のために、これらの設定作業は、起動操作の際にまとめて行われ、その後の変更はないものとする。

空調制御処理が開始すると、まず、空調制御装置１０の外気温度取得部１１１は、バスライン８０及び通信部１２を介して外気温度計測装置４０から外気の温度の計測値を取得する。また、空調制御装置１０の室内温度取得部１１２は、バスライン８０及び通信部１２を介して室内温度計測装置５０から室内の温度の計測値を取得する（ステップＳ２００）。

ここで、空調制御装置１０の制御部１１は、取得した外気の温度の計測値が冷房用の温度閾値Ｔ２より小さいかどうかについて判定する（ステップＳ２０１）。

外気の温度の計測値が冷房用の温度閾値Ｔ２以上である場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、以降のステップＳ２０２〜Ｓ２０８をスキップして、制御実行部１１５は、制御目標温度Ｔｃを室内目標設定温度Ｔｓｅｔにしたまま制御目標温度Ｔｃと室内の温度との差分に基づいて空気調和機の制御を実行する（ステップＳ２０９）。一方、外気の温度の計測値が冷房用の温度閾値Ｔ２より小さい場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、空調制御装置１０は、制御目標温度Ｔｃを室内目標設定温度Ｔｓｅｔよりも低い温度Ｔｓｅｔ−α２に決定する（ステップＳ２０２）。

次に空調制御装置１０の発電電力取得部１１３は、バスライン８０及び通信部１２を介して発電電力計測装置７０から太陽光発電設備９０の発電電力の計測値を取得する（ステップＳ２０３）。

ここで、空調制御装置１０の制御部１１は、取得した発電電力の計測値が上限電力閾値Ｐ２より大きいかどうかについて判定する（ステップＳ２０４）。

発電電力の計測値が上限電力閾値Ｐ２以下である場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、空調制御装置１０は、次のステップＳ２０５をスキップして後述のステップＳ２０６に進む。一方、発電電力の計測値が上限電力閾値Ｐ２より大きい場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、空調制御装置１０は、制御目標温度Ｔｃをさらに低い温度Ｔｓｅｔ−α２−β２に決定する（ステップＳ２０５）。

次に空調制御装置１０の在室情報取得部１１４は、バスライン８０及び通信部１２を介して在室検出装置６０から在室情報を取得する（ステップＳ２０６）。

ここで、空調制御装置１０の制御部１１は、取得した在室情報が、人が不在であることを示すものかどうか判定する（ステップＳ２０７）。

在室情報が、人が在室していることを示すものである場合（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、次のステップＳ２０８をスキップして後述のステップＳ２０９に進む。一方、在室情報が、人が不在であることを示すものである場合（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）、空調制御装置１０は、制御目標温度Ｔｃをさらに低い温度であるＴｓｅｔ−α２−γ２又はＴｓｅｔ−α２−β２−γ２に決定する（ステップＳ２０８）。

空調制御装置１０の制御実行部１１５は、以上のステップで決定された制御目標温度Ｔｃと室内の温度との差分に基づいて空気調和機の制御を実行する（ステップＳ２０９）。

以上説明したように、本実施形態に係る空調制御システム１において、制御目標温度Ｔｃは、暖房運転時において外気の温度が高い場合に高い温度に決定され、冷房運転時において外気の温度が低い場合に低い温度に決定される。このような制御目標温度に基づいて空気調和機の制御を行うことは、空調負荷の少ない時間帯に積極的に空調を行うことを意味する。

ここで、このような積極的な空調による省エネ効果について説明する。図１１は、冬の外気の温度に対する空気調和機の成績係数ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）の変化の一例を示している。暖房運転時において、制御目標温度Ｔｃが２０℃に決定された場合の成績係数ＣＯＰの変化が点線Ｌ１であり、制御目標温度Ｔｃが２２℃に決定された場合の成績係数ＣＯＰの変化が実線Ｌ２である。

点線Ｌ１と実線Ｌ２を参照すると、空気調和機の成績係数ＣＯＰは、外気の温度が高くなるほど高くなることがわかる。また、制御目標温度Ｔｃが低い点線Ｌ１は制御目標温度Ｔｃが高い実線Ｌ２よりも、成績係数ＣＯＰが高いことがわかる。

ここで、例えば、外気の温度が１０℃で制御目標温度Ｔｃ２２℃の場合、空気調和機の成績係数ＣＯＰは３．０である。一方、外気の温度５℃で制御目標温度Ｔｃ２０℃の場合、空気調和機の成績係数ＣＯＰは２．８である。すなわち、暖房運転時には、外気の温度が高くて制御目標温度Ｔｃが高い前者の方が、外気の温度が低くて制御目標温度Ｔｃが低い後者よりも空気調和機の成績係数ＣＯＰが高くなる。

図１２は、夏の外気の温度に対する空気調和機の成績係数ＣＯＰの変化の一例を示している。冷房運転時において、制御目標温度Ｔｃが２６℃に決定された場合の成績係数ＣＯＰの変化が点線Ｌ３であり、制御目標温度Ｔｃが２４℃に決定された場合の成績係数ＣＯＰの変化が実線Ｌ４である。

点線Ｌ３と実線Ｌ４を参照すると、空気調和機の成績係数ＣＯＰは、外気の温度が低くなるほど高くなることがわかる。また、制御目標温度Ｔｃが高い点線Ｌ３は制御目標温度Ｔｃが低い実線Ｌ４よりも、成績係数ＣＯＰが高いことがわかる。

ここで、例えば、外気の温度３５℃で制御目標温度Ｔｃ２６℃の場合、空気調和機の成績係数ＣＯＰは２．７である。一方、外気の温度２５℃で制御目標温度Ｔｃ２４℃の場合、空気調和機の成績係数ＣＯＰは３．７である。すなわち、冷房運転時には、外気の温度が低くて制御目標温度Ｔｃが低い後者の方が、外気の温度が高くて制御目標温度Ｔｃが高い前者よりも空気調和機の成績係数ＣＯＰが高くなる。

以上説明した成績係数ＣＯＰと外気の温度と制御目標温度Ｔｃとの関係から、空気調和機の負荷が小さい時間帯に積極空調を行えば、一日を通じて成績係数ＣＯＰが高い状態で運転することになる。また、積極的な空調がされた後、室内の温度は、その後も建物１００の断熱効果及び室内の蓄熱効果によってある程度維持され、その後の空調負荷の大きい時間帯であっても外気と室内の温度差を大きくすることができる。

したがって、このような負荷平準化によって、空調負荷の大きい時間帯の空調負荷を軽減することが可能となり、一日を通じて空調の運転効率が向上するため、省エネを図ることができる。また、一日を通じてユーザにとって快適な空調を提供することができる。

例えば、実証ハウスをベースとして積極的な空調後の蓄熱利用に伴う省エネ効果を算出したところ、建物又は室内空気の熱容量等に比例して高くなり、一日を通じて８％程度の省エネになることがわかった。実証ハウスのような高断熱性、高気密性の建物は近年増加しているため、上述の省エネ効果を発揮しやすい環境が増えている。

また、本実施形態に係る空調制御システム１によれば、太陽光発電設備９０の発電電力の計測値が暖房用の電力閾値Ｐ１又はＰ２を超える場合、制御目標温度Ｔｃは、冷房運転時にはさらに低い温度に決定され、暖房運転時にはさらに高い温度に決定される。これにより、太陽光発電設備９０の発電電力が多い時間帯に積極的な空調を行い、太陽光発電電力を有効利用するとともに、空気調和機の負荷平準化、建物１００の断熱効果及び室内の蓄熱効果によって省エネを図ることができる。

また、本実施形態に係る空調制御システム１は、人が在室していないことを検出すると、制御目標温度Ｔｃは、冷房運転時にはさらに低い温度に決定され、暖房運転時にはさらに高い温度に決定される。

これは、人が在室していない時間帯には、過剰に冷暖房されたとしても人の快適性に影響を与えることはないことを考慮したものである。そればかりかむしろ、そのような時間帯に特に積極的に空調を行うことによって、建物１００の断熱効果及び室内の蓄熱効果によってある程度維持されている室内の温度が、室内に戻って来た人に対して快適性を確保することにつながる。また、さらに負荷平準化になるため、空調の運転効率が向上し、省エネを図ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変形及び応用が可能である。

例えば、上記空調制御処理は、常時実行するものとしてもよい。また、空調制御装置１０の制御を、通常運転モードと省エネ運転モードの２つの切り替え可能な運転モードに分け、通常運転モードでは室内目標設定温度に基づいて運転し、省エネ運転モードでは上記空調制御処理を実行して制御目標温度Ｔｃに基づいて運転するようにしてもよい。

上記実施形態において、一つの室内空間Ａだけを示して空調制御処理を説明した。しかし、複数の部屋がある場合、全館空調ではなく個別空調として、各部屋について人の存在の有無を検出して人が存在する部屋と存在しない部屋とで制御目標温度Ｔｃに差をつけてもよい。また、空調制御システム１は、複数の空調室内機２０又は空調室外機３０を備え、それらを並列運転するものであってもよい。また、個別空調の場合、空調室内機２０の空調空気をダクトによって複数の部屋に分けて供給させ、各部屋の在室状況に応じて制御するようにさせてもよい。

上記実施形態において、空調制御システム１は、太陽光発電設備９０の発電電力に基づいて制御目標温度Ｔｃを決定している。しかし、太陽光発電以外の発電設備の発電電力又は蓄電設備の蓄電量等に基づくように制御目標温度Ｔｃを決定してもよい。なお、太陽光発電の場合、上述したように、発電電力は日射量と相関関係がある。外気の温度も日射量と相関関係がある。太陽光発電の発電電力は、日射量と外気の温度と同様に昼間にピークとなりやすく、人が就寝中でない空気調和機の稼働時間帯に発電電力が多くなりやすい。そのため、太陽光発電設備９０と空調制御システム１とを組み合わせることに特に利点がある。

上記実施形態において、空調制御システム１は、外気の温度と、在室情報と、発電電力との３つに基づいて制御目標温度Ｔｃを決定している。しかし、これら３つの要素を組み合わせずにいずれか１つ以上に基づいて制御目標温度Ｔｃを決定してもよい。

また、上記実施形態では、差分α１、α２、β１、β２、γ１、γ２は、ユーザ又は製造業者が設定するようにしている。しかし、より省エネ性と快適性のバランスを良くするために、制御部１１が建物１００の断熱性や室内空気の蓄熱性に基づいて上記差分を決定するようにしてもよい。

上記実施形態では、暖房用の温度閾値Ｔ１、冷房用の温度閾値Ｔ２、暖房用の電力閾値Ｐ１、冷房用の電力閾値Ｐ２は、それぞれ１つだけになっているため、それぞれに対応する差分α１、α２、β１、β２、γ１、γ２も１つだけである。しかし、これらの閾値をそれぞれ２つ以上にして、差分もそれぞれ２つ以上にして多段階に制御目標温度が変更されるようにしてもよい。また、上記実施形態において、上記閾値及び差分は、定数としているが、他の要件で変動する関数にしてもよい。例えば、ユーザが在室していない時間が長い場合には、γ１及びγ２を大きくするようにしてもよい。

このような機能は、例えば、制御部１１に以下に述べる熱負荷取得部、躯体性能取得部又は容量情報取得部を追加して、取得された熱負荷、躯体性能又は容量情報に基づいて上記差分を決定することによって実現可能である。

熱負荷取得部は、空気調和機の制御目標温度Ｔｃに対する熱負荷を取得するものである。ここで言う熱負荷とは、貫流負荷、換気負荷、日射負荷、躯体蓄熱負荷、人体発熱、室内の熱源等による負荷の総和である。熱負荷は、例えば、空調制御装置１０が、室内と外気の温度差、日射量、躯体温度、換気量、在室人数、室内熱源機器の稼働状況を他の装置から取得したり、ユーザ又は設置業者から設定入力されたりすることによって算出させることができる。なお、熱負荷は、総量がわかればよいので、空調制御装置１０の記憶部１３に過去の運転履歴や取得データを記録させ、それらの関係から経験的に推定させてもよい。

躯体性能取得部は、躯体の断熱性能・日射遮蔽性能等を取得して室外又は屋外等の外部からの熱負荷を算出するものである。例えば、躯体の断熱性能・日射遮蔽性能は、室内壁面と室外壁面の温度差履歴や室内の温度、外気の温度、日射量から算出することができる。なお、室内の温度が壁面温度変動に対して遅れて変動する場合には、躯体の断熱性能が高いと判断させることができる。また、ユーザ又は設置業者等が建物の壁や床などの厚さや部材の情報を空調制御装置１０の入力受付部１４から入力して、その入力データに基づいて外部からの熱負荷を算出してもよい。

容量情報取得部は、空調室外機３０の圧縮機３１の容量情報を取得する。容量情報とは、圧縮機３１の定格容量に対する使用容量の比率（利用率）である。容量情報は、圧縮機３１の運転周波数、消費電力等から算出することも可能であるし、空調制御装置１０の記憶部１３に過去の運転履歴（特に制御目標温度Ｔｃ）や取得データ（特に室内の温度）を記録させ、それらの関係から経験的に算出することも可能である。

上記実施形態では、空調制御装置１０の在室情報取得部１１４は、在室検出装置６０から人の出入り等のイベント発生に応じて在室情報を取得している。しかし、これに限らず、空調制御装置１０の在室情報取得部１１４は、建物１００全体の機器状態を監視するＨＥＭＳ（Home Energy Management System）から在室情報を取得してもよいし、入力受付部１４によってユーザからスケジュールデータの設定入力を受け付けることによって取得してもよい。

上記実施形態において、外気温度計測装置４０と室内温度計測装置５０は、空調室内機２０及び空調室外機３０とは別個の機器としている。しかし、図４に示すように、空調室内機２０及び空調室外機３０には、その内部において、温度センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃが配置されている。そのため、これらの温度センサのいずれかを外気温度計測装置４０又は室内温度計測装置５０の代わりとして代用してもよい。

１ 空調制御システム、１０ 空調制御装置、１１ 制御部、１２ 通信部、１３ 記憶部、１４ 入力受付部、１５ 表示部、２０ 空調室内機、２１、３３ 熱交換器、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 温度センサ、２１ｄ 湿度センサ、２２、３５ 送風機、２３、３６ 制御基板、３０ 空調室外機、３１ 圧縮機、３２ 四方弁、３４ 絞り装置、４０ 外気温度計測装置、５０ 室内温度計測装置、６０ 在室検出装置、７０ 発電電力計測装置、８０ バスライン、９０ 太陽光発電設備、１００ 建物、１１１ 外気温度取得部、１１２ 室内温度取得部、１１３ 発電電力取得部、１１４ 在室情報取得部、１１５ 制御実行部、１２０ 冷媒回路、２００ 蒸気圧縮冷凍サイクル

Claims (9)

1. 外気の温度の計測値を取得する外気温度取得部と、
   室内の温度の計測値を取得する室内温度取得部と、
   ユーザから室内目標設定温度の入力を受け付ける入力受付部と、
   制御目標温度と前記室内温度取得部によって取得された室内の温度の計測値との差分に基づいて空気調和機の制御を行う制御実行部と、
   を備え、
   前記制御実行部は、暖房運転時に前記外気温度取得部によって取得された外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値より高い場合、前記制御目標温度を前記室内目標設定温度より高い温度に決定する、空調制御装置。
2. さらに、発電設備の発電電力の計測値を取得する発電電力取得部を備え、
   前記制御実行部は、
   暖房運転時に前記発電電力取得部によって取得された発電電力の計測値が暖房用の電力閾値より大きい場合、前記制御目標温度を上げる、
   請求項１に記載の空調制御装置。
3. さらに、人の在室状況を示す在室情報を取得する在室情報取得部を備え、
   前記制御実行部は、
   前記在室情報取得部によって取得された在室情報に基づいて、暖房運転時に人が不在である場合、前記制御目標温度を上げる、
   請求項１又は２に記載の空調制御装置。
4. 外気の温度の計測値を取得する外気温度取得部と、
   室内の温度の計測値を取得する室内温度取得部と、
   ユーザから室内目標設定温度の入力を受け付ける入力受付部と、
   制御目標温度と前記室内温度取得部によって取得された室内の温度の計測値との差分に基づいて空気調和機の制御を行う制御実行部と、
   を備え、
   前記制御実行部は、冷房運転時に前記外気温度取得部によって取得された外気の温度の計測値が冷房用の温度閾値より低い場合、前記制御目標温度を前記室内目標設定温度より低い温度に決定する、空調制御装置。
5. さらに、発電設備の発電電力の計測値を取得する発電電力取得部を備え、
   前記制御実行部は、
   冷房運転時に前記発電電力取得部によって取得された発電電力の計測値が冷房用の電力閾値より大きい場合、前記制御目標温度を下げる、
   請求項４に記載の空調制御装置。
6. さらに、人の在室状況を示す在室情報を取得する在室情報取得部を備え、
   前記制御実行部は、
   前記在室情報取得部によって取得された在室情報に基づいて、冷房運転時に人が不在である場合、前記制御目標温度を下げる、
   請求項４又は５に記載の空調制御装置。
7. 外気の温度を計測する外気温度計測装置と、
   室内の温度を計測する室内温度計測装置と、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の空調制御装置と、
   を備える、空調制御システム。
8. 外気の温度の計測値を取得する外気温度取得ステップと、
   室内の温度の計測値を取得する室内温度取得ステップと、
   ユーザから室内目標設定温度の入力を受け付ける入力受付ステップと、
   暖房運転時に前記外気温度取得ステップで取得した外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値より高い場合、前記室内目標設定温度より高い制御目標温度と前記室内温度取得ステップで取得した室内の温度の計測値との差分に基づいて空気調和機の制御を行う制御実行ステップと、
   を備える空調制御方法。
9. コンピュータを、
   外気の温度の計測値を受信する外気温度受信手段、
   室内の温度の計測値を受信する室内温度受信手段、
   ユーザから室内目標設定温度の入力を受け付ける入力受付手段、
   暖房運転時に前記外気温度受信手段で取得した外気の温度の計測値が暖房用の温度閾値より高い場合、前記室内目標設定温度より高い制御目標温度と前記室内温度受信手段で取得した室内の温度の計測値との差分に基づいて空気調和機の制御を行う制御実行手段、
   として機能させるためのプログラム。

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