JP6271357B2 - 空調制御システムおよび方法 - Google Patents

Description

この発明は、内蔵された温度センサによって制御対象空間から戻される空気の温度を室内温度として検出し、この内蔵温度センサによって検出される室内温度を外部から与えられる設定温度に一致させるように、制御対象空間へ供給する空気の温度制御を行う空調機を備えた空調制御システムおよびこのシステムに適用される空調制御方法に関するものである。

近年、ビルマルチ空調機をはじめオフィスビル内の空調機として、室内機と室外機とから構成されるパッケージ空調機の採用が増加している。このパッケージ空調機では、室内機に温度センサを内蔵し、この内蔵された温度センサ（内蔵温度センサ）によって制御対象空間（居住空間）から戻される空気の温度を室内温度として検出し、この内蔵温度センサによって検出される室内温度を外部から与えられる設定温度に一致させるように、制御対象空間へ供給する空気の温度制御を行う。

一般的に、パッケージ空調機で使用される内蔵温度センサは、材質の問題や取り付け位置の関係で精度があまり良くなく、居住者が感じている空間の温度を正確に反映しているとは言い難い。このため、設定温度の精度（分解能）は１℃単位といったような大雑把である場合が多く、居住者は室温環境を満足させるために設定変更を頻繁に行う必要がある。

この問題を解決するために、例えば特許文献１に示された空調制御システムでは、制御対象空間に内蔵温度センサよりも高精度の室内温度センサを追加して設置することができるようにしている。パッケージ空調機は、制御対象空間に追加して配置された高精度の室内温度センサが接続された場合、この高精度の室内温度センサからの室温の検出値（例えば、０.５℃単位）を内蔵温度センサの検出値（例えば、１℃単位）に代えて取り込み、この取り込んだ高精度の室内温度センサからの室温の検出値をリモコンから送られてくる設定温度に一致させるように、制御対象空間へ供給する空気の温度制御を行う。リモコンは、高精度の室内温度センサに対応して室温の単位温度を設定する単位温度設定機能を有しており、操作者から入力された室内温度センサと同精度（例えば、０.５℃単位）の設定温度をパッケージ空調機へ送る。

特開２０１０−１７５１１５号公報

しかしながら、特許文献１に示された空調制御システムでは、高精度の室内温度センサからの室温の検出値を内蔵温度センサの検出値に代えて取り込む機能をパッケージ空調機に設けなければならない。すなわち、内蔵温度センサの検出値を用いて温度制御を行うパッケージ空調機を標準仕様の空調機とした場合、標準仕様ではなく、特別仕様の空調機を用いなければならない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、特別仕様の空調機ではなく、標準仕様の空調機を用いて、高精度の室内温度センサからの室温の検出値をもとに、細かい分解能での温度制御を行うことが可能な空調制御システムおよび方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、内蔵された温度センサによって制御対象空間から戻される空気の温度を室内温度として検出し、この内蔵温度センサによって検出される室内温度を外部から与えられる設定温度に一致させるように、制御対象空間へ供給する空気の温度制御を行う空調機を備えた空調制御システムにおいて、制御対象空間に設置された内蔵温度センサよりも高精度の室内温度センサと、制御対象空間の室内温度に対するユーザからの設定温度の入力を室内温度センサと同精度で可能とする設定端末と、室内温度センサによって検出される制御対象空間の室内温度を制御対象空間内室内計測温度として取得し、設定端末より入力されるユーザからの設定温度を制御対象空間内室内設定温度として取得し、内蔵温度センサによって検出される室内温度を空調機内室内計測温度として取得し、この取得した制御対象空間内室内計測温度、制御対象空間内室内設定温度および空調機内室内計測温度に基づいて、外部からの設定温度として空調機へ与える内蔵温度センサと同精度の空調機内室内設定温度を求める空調機内室内設定温度演算手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、室内温度センサによって検出される制御対象空間の室内温度が制御対象空間内室内計測温度Ｔ（例えば、０.１℃単位）として取得され、設定端末より入力されるユーザからの設定温度が制御対象空間内室内設定温度ＳＰ（例えば、０.１℃単位）として取得され、内蔵温度センサによって検出される室内温度が空調機内室内計測温度Ｔ_B（例えば、１℃単位）として取得され、この取得された制御対象空間内室内計測温度Ｔ、制御対象空間内室内設定温度ＳＰおよび空調機内室内計測温度Ｔ_Bに基づいて、外部からの設定温度として空調機へ与える内蔵温度センサと同精度の空調機内室内設定温度ＳＰ_BC（例えば、１℃単位）が求められる。

例えば、本発明では、取得した制御対象空間内室内計測温度Ｔ、制御対象空間内室内設定温度ＳＰおよび空調機内室内計測温度Ｔ_Bを所定の演算式に代入し、この演算式に代入して得られた値を内蔵温度センサの精度に合わせて丸め、この丸めた値を空調機内室内設定温度ＳＰ_BCとして求める。例えば、所定の演算式をＳＰ_B＝Ｋｐ×（ＳＰ−Ｔ）＋Ｔ_B＋Ｕとし（Ｋｐ：比例ゲイン、Ｕ：制御補正値）、この演算式に制御対象空間内室内計測温度Ｔ（０.１℃単位）、制御対象空間内室内設定温度ＳＰ（０.１℃単位）および空調機内室内計測温度Ｔ_B（１℃単位）を代入してＳＰ_Bを求め、この求めたＳＰ_Bを四捨五入して、空調機内室内設定温度ＳＰ_BC（１℃単位）とする。

これにより、空調機へ与える外部からの設定温度の精度を上げることなく、また内蔵された温度センサによる検出温度の精度を上げることなく、空調機へ与える外部からの設定温度をきめ細かく補正するようにして、高精度の室内温度センサからの室温の検出値をもとに、細かい分解能での温度制御を行うことが可能となる。

本発明によれば、制御対象空間に内蔵温度センサよりも高精度の室内温度センサを設置し、制御対象空間の室内温度に対するユーザからの設定温度の入力を室内温度センサと同精度で可能とする設定端末を設け、室内温度センサによって検出される制御対象空間の室内温度を制御対象空間内室内計測温度として取得し、設定端末より入力されるユーザからの設定温度を制御対象空間内室内設定温度として取得し、内蔵温度センサによって検出される室内温度を空調機内室内計測温度として取得し、この取得した制御対象空間内室内計測温度、制御対象空間内室内設定温度および空調機内室内計測温度に基づいて、外部からの設定温度として空調機へ与える内蔵温度センサと同精度の空調機内室内設定温度を求めるようにしたので、特別仕様の空調機ではなく、標準仕様の空調機を用いて、空調機へ与える外部からの設定温度をきめ細かく補正するようにして、高精度の室内温度センサからの室温の検出値をもとに、細かい分解能での温度制御を行うことが可能となる。

本発明に係る空調制御システムの一実施の形態の要部を示す図である。 この空調制御システムに用いるプログラマブルコントローラにおける各部の機能について説明するためのフローチャートである。 プログラマブルコントローラにおける空調機内室内設定温度演算部の演算ブロック図である。

まず、本発明の実施の形態の説明に入る前に、背景となる技術について説明する。パッケージ空調機メーカは中央監視の目的でビル中央管理装置メーカに、通信ゲートウェイを提供している。それに用いる通信プロトコルはパッケージ空調機メーカ間で標準化されているため、他社同士の製品でも同じ中央管理装置での管理が可能であり、それによりビル中央管理装置メーカは独自のアプリケーションを開発して、パッケージ空調機の制御を行うことが可能となっている。

パッケージ空調機は、集中熱源を根幹としたセントラル空調に比べて、設備がコンパクトの利点がある反面、精度的に劣るため、細かい分解能での温度制御ができないという問題がある。以下に説明する実施の形態は、上述したような背景を基に、このような問題を解消しようとするものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る空調制御システムの一実施の形態の要部を示す図である。

図１において、１は制御対象空間（居住空間）、２は制御対象空間１に対して設けられたパッケージ空調機、３は制御対象空間１に設置された高精度の室内温度センサ、４は制御対象空間１に対して設けられたユーザ設定端末、５はパッケージ空調機２に対して通信線を介して送受信可能に設けられたプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）である。

この空調制御システムにおいて、パッケージ空調機２は室内機２−１と室外機２−２とを備えており、室内機２−１には制御対象空間１から戻される空気の温度（吸込口の温度）を室内温度Ｔ_Bとして検出する内蔵温度センサ２−３が設けられている。本実施の形態において、内蔵温度センサ２−３は、室内温度Ｔ_Bを１℃単位で検出し、その検出した室内温度Ｔ_BをＰＬＣ５へ送る。

パッケージ空調機２は、内蔵温度センサ２−３によって検出される室内温度Ｔ_Bを外部から与えられる設定温度ＳＰ_BCに一致させるように、制御対象空間１へ供給する空気の温度制御を行う機能を備えている。なお、このパッケージ空調機２における空気の温度制御を行う機能ブロックについては、図示を省略している。また、外部から与えられる設定温度ＳＰ_BCについては後述する。

室内温度センサ３は、制御対象空間１内の温度を室内温度Ｔとして検出し、その検出した室内温度ＴをＰＬＣ５へ送る。本実施の形態において、室内温度センサ３は、室内温度Ｔを０.１℃単位で検出する。

ユーザ設定端末４は、制御対象空間１の室内温度に対するユーザからの設定温度の入力を室内温度センサ３と同精度（０.１℃単位）で可能とする端末であり、入力されたユーザからの設定温度を設定温度ＳＰとしてＰＬＣ５へ送る。

ＰＬＣ５は、室内温度センサ３からの制御対象空間１の室内温度Ｔ（０.１℃単位）を制御対象空間内室内計測温度Ｔとして取得する制御対象空間内室内計測温度取得部５−１と、ユーザ設定端末４からの設定温度ＳＰ（０.１℃単位）を制御対象空間内室内設定温度ＳＰとして取得する制御対象空間内室内設定温度取得部５−２と、内蔵温度センサ２−３からの室内温度Ｔ_B（１℃単位）を空調機内室内計測温度Ｔ_Bとして取得する空調機内室内計測温度取得部５−３と、制御対象空間内室内計測温度取得部５−１が取得した制御対象空間内室内計測温度Ｔ（０.１℃単位）、制御対象空間内室内設定温度取得部５−２が取得した制御対象空間内室内設定温度ＳＰ（０.１℃単位）および空調機内室内計測温度取得部５−３が取得した空調機内室内計測温度Ｔ_B（１℃単位）に基づいて、内蔵温度センサ２−３と同精度の空調機内室内設定温度ＳＰ_BC（１℃単位）を求める空調機内室内設定温度演算部５−４と、空調機内室内設定温度演算部５−４で求められた空調機内室内設定温度ＳＰ_BCを外部からの設定温度ＳＰ_BCとしてパッケージ空調機２へ送る空調機内室内設定温度出力部５−５とを備えている。

以下、図２に示すフローチャートに従って、ＰＬＣ５における各部の機能について説明する。なお、ＰＬＣ５は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。

ユーザ設定端末４において制御対象空間内室内温度ＳＰの変更操作があると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、制御対象空間内室内計測温度取得部５−１は室内温度センサ３からの制御対象空間１の室内温度Ｔ（０.１℃単位）を制御対象空間内室内計測温度Ｔとして取得し、制御対象空間内室内設定温度取得部５−２はユーザ設定端末４からの設定温度ＳＰ（０.１℃単位）を制御対象空間内室内設定温度ＳＰとして取得し、空調機内室内計測温度取得部５−３は内蔵温度センサ２−３からの室内温度Ｔ_B（１℃単位）を空調機内室内計測温度Ｔ_Bとして取得し、空調機内室内設定温度演算部５−４へ送る（ステップＳ１０２）。

空調機内室内設定温度演算部５−４は、制御対象空間内室内計測温度取得部５−１が取得した制御対象空間内室内計測温度Ｔ（０.１℃単位）、制御対象空間内室内設定温度取得部５−２が取得した制御対象空間内室内設定温度ＳＰ（０.１℃単位）および空調機内室内計測温度取得部５−３が取得した空調機内室内計測温度Ｔ_B（１℃単位）を下記に示す基本演算式（１）に代入してＳＰ_Bを求め、この求めたＳＰ_Bを内蔵温度センサ２−３の精度（１℃単位）に合わせて丸め、この丸めた値を空調機内室内設定温度ＳＰ_BC（１℃単位）とする（ステップＳ１０３）。

ＳＰ_B＝Ｋｐ×（ＳＰ−Ｔ）＋Ｔ_B＋Ｕ ・・・・（１）
但し、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｕ：制御補正値。Ｋｐ＝１００÷ＰＢ、ＰＢ：比例帯〔％〕（最大偏差レンジに対して比例制御させる偏差レンジの割合）。

〔基本演算式の導出〕
上記の基本演算式（１）は次のようにして導出されたものである。
内蔵温度センサ２−３と室内温度センサ３の計測精度が全く同じ場合は、以下の関係が成り立つ。
Ｔ−Ｔ_B＝ＳＰ−ＳＰ_B ・・・・（２）
実際に何も対策しない場合は、Ｔ≒Ｔ_Bであるから、その差分の補正値をＵとすると以下の関係となる。
Ｔ−Ｔ_B＝ＳＰ−ＳＰ_B＋Ｕ ・・・・(３)
式（３）を変形して、左辺を右辺に、右辺のＳＰ_Bを左辺に移項する。
ＳＰ_B＝ＳＰ−Ｔ＋Ｔ_B＋Ｕ ・・・・（４）
式（４）において、右辺のＳＰ−Ｔは偏差であるから、制御応答性を考慮して係数を乗算すると、上記の基本演算式（１）が導かれる。

上記の基本演算式（１）において、右辺の左項Ｋｐ×（ＳＰ−Ｔ）は比例項、Ｕは偏差（ＳＰ−Ｔ）の微小偏差を積算した積分項にあたる。積分項にあたる制御補正値Ｕについては以下に詳述する。

〔制御補正演算〕
Ｕ＝Ｕ０＋Ｉ ・・・・(５)
但し、次の条件で制御補正値Ｕを制限する。
−ＬＭＴ≦Ｕ≦ＬＭＴ
ＬＭＴ：リミット出力値〔℃〕

（５）式において、Ｉは積分部制御出力であり、Ｕ０は前回の制御補正値である。積分部制御出力は下記の（６）式で表される。
Ｉ＝Ｔｃ÷ＴＩ÷６０×（ＥＧ＋ＥＧ０）÷２ ・・・・(６)
ＴＩ：積分時間〔分〕（設定パラメータ）、Ｔｃ：制御周期〔秒〕＝６０（固定値）、ＥＧ：今回の偏差ギャップ値、ＥＧ０：前回の偏差ギャップ値。

偏差ギャップ閾値をＧＡＰ〔℃〕（設定パラメータ）、今回の偏差値をＥ１（Ｅ１＝ＳＰ−Ｔ）とした場合、今回の偏差ギャップ値ＥＧは、
ＧＡＰ＞Ｅ１＞０の時、ＥＧ＝０
ＧＡＰ＜Ｅ１の時、ＥＧ＝Ｅ１−ＧＡＰ
Ｅ１＜０の時、ＥＧ＝Ｅ１
となる。
但し、次の条件で偏差ギャップ値ＥＧを制限する。
−ＬＭＴ×０.５≦ＥＧ≦ＬＭＴ×０.５

なお、演算終了後、今回の偏差値Ｅ１を前回の偏差値Ｅ０１としてコピーする（Ｅ０１＝Ｅ１）。また、演算終了後、今回の偏差ギャップ値ＥＧを前回の偏差ギャップ値ＥＧ０としてコピーする（ＥＧ０＝ＥＧ）。また、演算終了後、今回の制御補正値Ｕを前回の制御補正値Ｕ０としてコピーする（Ｕ０＝Ｕ）。

図３に空調機内室内設定温度演算部５−４の演算ブロック図を示す。空調機内室内設定温度演算部５−４は、演算ブロックＢＬ１〜ＢＬ７を備えており、演算ブロックＢＬ１において「（ＳＰ−Ｔ）」の演算を行い、演算ブロックＢＬ２において「Ｋｐ×（ＳＰ−Ｔ）」の演算（比例演算）を行い、演算ブロックＢＬ３において「Ｋｐ×（ＳＰ−Ｔ）＋Ｔ_B」の演算を行い、演算ブロックＢＬ４およびＢＬ５で「Ｕ＝Ｕ０＋Ｉ」の演算（偏差リミットおよび積分演算）を行う。

そして、演算ブロックＢＬ３で得た「Ｋｐ×（ＳＰ−Ｔ）＋Ｔ_B」と演算ブロックＢＬ４およびＢＬ５で得た「Ｕ」を演算ブロックＢＬ６で加算して、「ＳＰ_B＝Ｋｐ×（ＳＰ−Ｔ）＋Ｔ_B＋Ｕ」を得る。そして、この演算ブロックＢＬ６で得られたＳＰ_Bを演算ブロックＢＬ７において四捨五入して、内蔵温度センサ２−３の精度（１℃単位）に応じた空調機内室内設定温度ＳＰ_BCとする。

空調機内室内設定温度演算部５−４は、このようにして求められた空調機内室内設定温度ＳＰ_BC（１℃単位）を空調機内室内設定温度出力部５−５を通して、外部からの設定温度ＳＰ_BCとしてパッケージ空調機２へ送る（ステップＳ１０４）。

パッケージ空調機２は、内蔵温度センサ２−３によって検出される室内温度（空調機内室内計測温度）Ｔ_B（１℃単位）をＰＬＣ５から送られてくる外部からの設定温度（空調機内室内設定温度）ＳＰ_BC（１℃単位）に一致させるように、制御対象空間１へ供給する空気の温度制御を行う。

このようにして、本実施の形態では、パッケージ空調機２へ与える外部からの設定温度の精度を上げることなく、また内蔵温度センサ２−２による検出温度の精度を上げることなく、すなわち標準仕様のパッケージ空調機２を用いて、パッケージ空調機２へ与える外部からの設定温度をきめ細かく補正するようにして、高精度の室内温度センサ３からの室温の検出値をもとに、細かい分解能での温度制御を行うことができるようになる。

なお、上述した実施の形態では、パッケージ空調機を例にとって説明したが、本発明でいう空調機はパッケージ空調機に限られるものではない。すなわち、内蔵温度センサによって検出される室内温度を設定温度に一致させるような機能を有する空調機であればよくパッケージ空調機に限られるものではない。また、上述した実施の形態では、基本演算式（１）より得られたＳＰ_Bを四捨五入して空調機内室内設定温度ＳＰ_BCを得るようにしたが、四捨五入に限られるものでもない。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…制御対象空間、２…パッケージ空調機、２−１…室内機、２−２…室外機、２−３…内蔵温度センサ、３…室内温度センサ、４…ユーザ設定端末、５…プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）、５−１…制御対象空間内室内計測温度取得部、５−２…制御対象空間内室内設定温度取得部、５−３…空調機内室内計測温度取得部、５−４…空調機内室内設定温度演算部、５−５…空調機内室内設定温度出力部。

Claims (4)

1. 内蔵された温度センサによって制御対象空間から戻される空気の温度を室内温度として検出し、この内蔵温度センサによって検出される室内温度を外部から与えられる設定温度に一致させるように、前記制御対象空間へ供給する空気の温度制御を行う空調機を備えた空調制御システムにおいて、
   前記制御対象空間に設置された前記内蔵温度センサよりも高精度の室内温度センサと、
   前記制御対象空間の室内温度に対するユーザからの設定温度の入力を前記室内温度センサと同精度で可能とする設定端末と、
   前記室内温度センサによって検出される前記制御対象空間の室内温度を制御対象空間内室内計測温度として取得し、前記設定端末より入力されるユーザからの設定温度を制御対象空間内室内設定温度として取得し、前記内蔵温度センサによって検出される室内温度を空調機内室内計測温度として取得し、この取得した制御対象空間内室内計測温度、制御対象空間内室内設定温度および空調機内室内計測温度に基づいて、前記外部からの設定温度として前記空調機へ与える前記内蔵温度センサと同精度の空調機内室内設定温度を求める空調機内室内設定温度演算手段と
   を備えることを特徴とする空調制御システム。
2. 請求項１に記載された空調制御システムにおいて、
   前記空調機内室内設定温度演算手段は、
   前記取得した制御対象空間内室内計測温度、制御対象空間内室内設定温度および空調機内室内計測温度を所定の演算式に代入し、この演算式に代入して得られた値を前記内蔵温度センサの精度に合わせて丸め、この丸めた値を前記空調機内室内設定温度として求める
   ことを特徴とする空調制御システム。
3. 内蔵された温度センサによって制御対象空間から戻される空気の温度を室内温度として検出し、この内蔵温度センサによって検出される室内温度を外部から与えられる設定温度に一致させるように前記制御対象空間へ供給する空気の温度制御を行う空調機を備えたシステムに適用される空調制御方法おいて、
   前記制御対象空間に前記内蔵温度センサよりも高精度の室内温度センサを設置し、
   前記制御対象空間の室内温度に対するユーザからの設定温度の入力を前記室内温度センサと同精度で可能とする設定端末を設け、
   前記室内温度センサによって検出される前記制御対象空間の室内温度を制御対象空間内室内計測温度として取得し、
   前記設定端末より入力されるユーザからの設定温度を制御対象空間内室内設定温度として取得し、
   前記内蔵温度センサによって検出される室内温度を空調機内室内計測温度として取得し、
   この取得した制御対象空間内室内計測温度、制御対象空間内室内設定温度および空調機内室内計測温度に基づいて、前記外部からの設定温度として前記空調機へ与える前記内蔵温度センサと同精度の空調機内室内設定温度を求める
   ようにしたことを特徴とする空調制御方法。
4. 請求項３に記載された空調制御方法において、
   前記取得した制御対象空間内室内計測温度、制御対象空間内室内設定温度および空調機内室内計測温度を所定の演算式に代入し、この演算式に代入して得られた値を前記内蔵温度センサの精度に合わせて丸め、この丸めた値を前記空調機内室内設定温度として求める
   ようにしたことを特徴とする空調制御方法。

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