JP6484095B2 - Ｃｏ２センサ診断装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＯ₂センサの状態を診断する技術に係り、特にＣＯ₂センサの出力のドリフト発生の程度を診断することが可能なＣＯ₂センサ診断装置および方法に関するものである。

ＣＯ₂センサは、経時変化によって出力がドリフトする傾向にある。そのため、ＣＯ₂の発生源がないときのＣＯ₂濃度（およそ４００ｐｐｍ）をベースラインとして、ＣＯ₂センサのドリフトを補正する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１１５１７５号公報

特許文献１に開示された技術では、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て、ＣＯ₂センサの出力のドリフトを補正している。

しかし、特許文献１に開示された技術では、建物内に複数のＣＯ₂センサが設置されている状況で、上記のようにドリフトの補正を行ったとしても、どのＣＯ₂センサの出力が、どの程度ドリフトしているのか、といったことを判断することはできないという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＣＯ₂センサの出力のドリフト発生の程度を診断することが可能なＣＯ₂センサ診断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センサ診断装置は、施設に設けられた複数のＣＯ₂センサからＣＯ₂濃度測定値を取得して、所定期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をセンサ毎に求めるＣＯ₂濃度測定値取得手段と、このＣＯ₂濃度測定値取得手段が求めた各ＣＯ₂センサのＣＯ₂濃度測定値の最小値を、予め定められたＣＯ₂濃度値を基準にした複数のＣＯ₂濃度範囲に分類するＣＯ₂濃度分類手段と、このＣＯ₂濃度分類手段による分類結果から各ＣＯ₂センサの出力のドリフト発生の程度を診断するセンサ診断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センサ診断装置の１構成例において、前記予め定められたＣＯ₂濃度値は、外気のＣＯ₂濃度値である。

また、本発明のＣＯ₂センサ診断方法は、施設に設けられた複数のＣＯ₂センサからＣＯ₂濃度測定値を取得して、所定期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をセンサ毎に求めるＣＯ₂濃度測定値取得ステップと、このＣＯ₂濃度測定値取得ステップで求めた各ＣＯ₂センサのＣＯ₂濃度測定値の最小値を、予め定められたＣＯ₂濃度値を基準にした複数のＣＯ₂濃度範囲に分類するＣＯ₂濃度分類ステップと、このＣＯ₂濃度分類ステップによる分類結果から各ＣＯ₂センサの出力のドリフト発生の程度を診断するセンサ診断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、それぞれのＣＯ₂センサの所定期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値に基づいて、どのＣＯ₂センサにどの程度の量のドリフトが発生している可能性があるかを把握することが可能となる。また、施設の管理者にとっては、ＣＯ₂センサの診断結果から、ＣＯ₂センサの点検あるいは交換が必要であることを認識することが可能となるので、ＣＯ₂センサの動作不良による省エネルギー効果の損失や、室内環境の悪化に対して早急に対応することができる。

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ＣＯ₂センサ診断装置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ＣＯ₂センサ診断装置の動作を説明するフローチャートである。 ＣＯ₂濃度範囲とＣＯ₂センサの分類結果の１例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるセンサ診断部による診断結果と環境評価部による診断結果の１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。本実施の形態では、１つの施設内に空調設備１００が例えば階毎に設けられ、各階に制御対象空間がｎ個（ｎは２以上の整数）ある例について説明するが、本発明はこのような例に限るものではなく、ＣＯ₂センサが複数個設けられている空調制御システムであれば、様々な構成の空調制御システムに本発明を適用することができる。以下の説明では、１つの空調設備１００について空調動作を説明する。

空調設備１００内には、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１１−１〜１１−ｎ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）の温度を測定する給気温度センサ７と、制御対象空間１１−１〜１１−ｎの温度を測定する室内温度センサ８−１〜８−ｎと、制御対象空間１１−１〜１１−ｎから戻る還気ＲＡのＣＯ₂濃度を測定するＣＯ₂センサ９と、制御対象空間１１−１〜１１−ｎの湿度を測定する湿度センサ１０−１〜１０−ｎ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１３−１〜１３−ｎとが設けられている。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。

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１１−１〜１１−ｎに送り出される。制御対象空間１１−１〜１１−ｎ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８−１〜８−ｎは、制御対象空間１１−１〜１１−ｎの温度を測定する。ＣＯ₂センサ９は、制御対象空間１１−１〜１１−ｎから戻る還気ＲＡのＣＯ₂濃度を測定する。湿度センサ１０−１〜１０−ｎは、制御対象空間１１−１〜１１−ｎの湿度を測定する。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、ＣＯ₂センサ９で測定されたＣＯ₂濃度測定値が所定の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、複数の湿度センサ１０−１〜１０−ｎで測定された湿度測定値が所定の設定範囲内になるように加湿バルブ６の開度を制御する。

ＶＡＶユニット１３−１〜１３−ｎは、制御対象空間１１−１〜１１−ｎ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１１−１〜１１−ｎ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１３−１〜１３−ｎ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１３−１〜１３−ｎ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。

次に、本実施の形態のＣＯ₂センサ診断装置２０について説明する。図２はＣＯ₂センサ診断装置２０の構成を示すブロック図、図３はＣＯ₂センサ診断装置２０の動作を説明するフローチャートである。ＣＯ₂センサ診断装置２０は、空調機１毎に設けられた各ＣＯ₂センサ９から各空調機１のコントローラ１２を介してＣＯ₂濃度測定値を取得して、所定期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をセンサ毎に求めるＣＯ₂濃度測定値取得部２１と、各ＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値を、予め定められたＣＯ₂濃度値を基準にした複数のＣＯ₂濃度範囲に分類するＣＯ₂濃度分類部２２と、ＣＯ₂濃度分類部２２による分類結果から各ＣＯ₂センサ９の出力のドリフト発生の程度を診断するセンサ診断部２３と、ＣＯ₂濃度分類部２２による分類結果から各ＣＯ₂センサ９が設置されている制御対象空間の室内環境の良好度および空調のエネルギー消費の良好度を診断する環境評価部２４と、センサ診断部２３による診断結果と環境評価部２４による診断結果とを出力する出力部２５とから構成される。

ＣＯ₂濃度測定値取得部２１は、空調機１毎に設けられた各ＣＯ₂センサ９から各空調機１のコントローラ１２を介してＣＯ₂濃度測定値を取得して記憶する（図３ステップＳ１）。なお、ＣＯ₂濃度測定値取得部２１は、施設内に設けられた全てのＣＯ₂センサ９からＣＯ₂濃度測定値を取得するので、施設内に複数の空調機１が設けられている場合には、各空調機１のＣＯ₂センサ９からＣＯ₂濃度測定値を取得することになる。そして、ＣＯ₂濃度測定値取得部２１は、所定期間（例えば、１か月間）におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をＣＯ₂センサ毎に求める（図３ステップＳ２）。

上述のとおり、ＣＯ₂の発生源がないときのＣＯ₂濃度は、外気とほぼ同じ４００［ｐｐｍ］近辺になるため、このときのＣＯ₂センサ９の濃度測定値もおよそ４００［ｐｐｍ］となるはずである。そこで、本実施の形態では、所定期間におけるＣＯ₂センサ９の出力の最小値が、４００［ｐｐｍ］からどの程度乖離しているかを評価指標として、ＣＯ₂センサ９の診断を行う。

ＣＯ₂濃度分類部２２は、ＣＯ₂濃度測定値取得部２１が求めた各ＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値を、予め定められた複数のＣＯ₂濃度範囲に分類する（図３ステップＳ３）。図４はＣＯ₂濃度範囲とＣＯ₂センサ９の分類結果の１例を示す図である。ここでは、予め定められたＣＯ₂濃度範囲が４つあり、施設内にＣＯ₂センサ９が合計で１４個ある場合について示している。

次に、センサ診断部２３は、ＣＯ₂濃度分類部２２による分類結果から各ＣＯ₂センサ９の出力のドリフト発生の程度を診断する（図３ステップＳ４）。
例えば、センサ診断部２３は、１か月間におけるＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が、３５０〜４５０［ｐｐｍ］の間にある場合、このＣＯ₂センサ９の状態は良好であると判断する。

また、センサ診断部２３は、１か月間におけるＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が、０〜３５０［ｐｐｍ］の間にある場合、このＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値が低めにずれている可能性があると判断する。
また、センサ診断部２３は、１か月間におけるＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が、４５０〜６５０［ｐｐｍ］の間にある場合、このＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値がやや高めにずれている可能性があると判断する。

さらに、センサ診断部２３は、１か月間におけるＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が、６５０［ｐｐｍ］以上の場合、このＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値が高めにずれている可能性があると判断する。
こうして、各ＣＯ₂センサ９の出力のドリフト発生の程度を診断することができる。

次に、環境評価部２４は、ＣＯ₂濃度分類部２２による分類結果から各ＣＯ₂センサ９がＣＯ₂濃度を測定している制御対象空間１１の室内環境の良好度および空調のエネルギー消費の良好度を診断する（図３ステップＳ５）。
例えば、環境評価部２４は、１か月間におけるＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が、３５０〜４５０［ｐｐｍ］の間にある場合、このＣＯ₂センサ９が設置されている空調機１の対象となる制御対象空間１１の室内環境および空調のエネルギー消費の状態は良好であると判断する。

また、環境評価部２４は、１か月間におけるＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が、０〜３５０［ｐｐｍ］の間にある場合、このＣＯ₂センサ９が設置されている空調機１の対象となる制御対象空間１１の空調のエネルギー消費は問題ない可能性が高いが、室内環境が悪化している可能性があると判断する。

すなわち、ＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が０〜３５０［ｐｐｍ］を示しているということは、制御対象空間１１に人がいないときのＣＯ₂濃度である４００［ｐｐｍ］近辺の値よりも低い値を示していることになり、必要な外気量を制御対象空間１１に取り込んでいない可能性があるため、制御対象空間１１の室内環境が悪化している恐れがある、ということになる。

また、環境評価部２４は、１か月間におけるＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が、４５０〜６５０［ｐｐｍ］の間にある場合、このＣＯ₂センサ９が設置されている空調機１の対象となる制御対象空間１１の室内環境は問題ない可能性が高いが、空調のエネルギー消費が増加している可能性があると判断する。

室内環境において望ましいＣＯ₂濃度は例えば６００〜８００［ｐｐｍ］で、許容できるＣＯ₂濃度は例えば１０００［ｐｐｍ］である。ＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が４５０〜６５０［ｐｐｍ］を示しているということは、室内環境は問題ない可能性が高いが、制御対象空間１１に人がいないときのＣＯ₂濃度である４００［ｐｐｍ］近辺の値よりも高い値を示していることになるので、ＣＯ₂濃度を下げるために制御対象空間１１に外気をより多く取り入れている可能性がある。したがって、外気取り込みを抑制する省エネルギー制御が機能していない、ということになり、増エネルギー動作を行っている可能性がある。

また、環境評価部２４は、１か月間におけるＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が、６５０［ｐｐｍ］以上の場合、このＣＯ₂センサ９が設置されている空調機１の対象となる制御対象空間１１の室内環境が悪化している可能性があり、また空調のエネルギー消費が大きく増加している可能性があると判断する。ＣＯ₂センサ９のＣＯ₂濃度測定値の最小値が６５０［ｐｐｍ］以上を示しているということは、ＣＯ₂濃度を下げるために制御対象空間１１に制限なく必要以上の外気を取り入れている可能性があり、空調のエネルギー消費がかなり大きくなっている可能性がある。

出力部２５は、センサ診断部２３による診断結果と環境評価部２４による診断結果とを出力する（図３ステップＳ６）。出力の方法としては、画面表示などの方法がある。
図５はセンサ診断部２３による診断結果と環境評価部２４による診断結果の１例を示す図である。図５は、施設内の空調機１４台の還気ダクトに設置された１４個のＣＯ₂センサ９の出力の最小値から、それぞれのＣＯ₂センサ９のドリフト発生の程度と、室内環境の良好度および空調のエネルギー消費の良好度を診断した結果を示している。ここでは、空調機１毎に設けられた１４個のＣＯ₂センサ９を、９−１〜９−１４としている。

ＣＯ₂センサ９−２のＣＯ₂濃度測定値の最小値は４０２［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−６のＣＯ₂濃度測定値の最小値は４０７［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−７のＣＯ₂濃度測定値の最小値は３５７［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−８のＣＯ₂濃度測定値の最小値は３８７［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−９のＣＯ₂濃度測定値の最小値は４２４［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−１１のＣＯ₂濃度測定値の最小値は４０６［ｐｐｍ］である。これらの値は３５０〜４５０［ｐｐｍ］の範囲に含まれるので、ＣＯ₂センサ９−２，９−６，９−７，９−８，９−９，９−１１の状態は良好であり、ＣＯ₂センサ９−２，９−６，９−７，９−８，９−９，９−１１が設置されている各空調機１の対象となる制御対象空間の室内環境および空調のエネルギー消費の状態は良好であると判断される。

また、ＣＯ₂センサ９−３のＣＯ₂濃度測定値の最小値は５０［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−５のＣＯ₂濃度測定値の最小値は３１８［ｐｐｍ］である。これらの値は０〜３５０［ｐｐｍ］の範囲に含まれるので、ＣＯ₂センサ９−３，９−５のＣＯ₂濃度測定値が低めにずれている可能性があり、ＣＯ₂センサ９−３，９−５が設置されている各空調機１の対象となる制御対象空間の空調のエネルギー消費は問題ないが、室内環境が悪化している可能性があると判断される。

また、ＣＯ₂センサ９−４のＣＯ₂濃度測定値の最小値は５２５［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−１２のＣＯ₂濃度測定値の最小値は５０１［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−１３のＣＯ₂濃度測定値の最小値は５８６［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−１４のＣＯ₂濃度測定値の最小値は５５１［ｐｐｍ］である。これらの値は４５０〜６５０［ｐｐｍ］の範囲に含まれるので、ＣＯ₂センサ９−４，９−１２，９−１３，９−１４のＣＯ₂濃度測定値がやや高めにずれている可能性があり、ＣＯ₂センサ９−４，９−１２，９−１３，９−１４が設置されている各空調機１の対象となる制御対象空間の室内環境は問題ないが、空調のエネルギー消費が増加している可能性があると判断され、「増エネルギー注意」に分類される。

また、ＣＯ₂センサ９−１のＣＯ₂濃度測定値の最小値は７２６［ｐｐｍ］、ＣＯ₂センサ９−１０のＣＯ₂濃度測定値の最小値は６７１［ｐｐｍ］である。これらの値は６５０［ｐｐｍ］以上となるので、ＣＯ₂センサ９−１，９−１０のＣＯ₂濃度測定値が高めにずれている可能性があり、ＣＯ₂センサ９−１，９−１０が設置されている各空調機１の対象となる制御対象空間の室内環境が悪化している可能性があり、また空調のエネルギー消費が大きく増加している可能性があると判断され、「増エネルギー確実」に分類される。

以上のように、本実施の形態では、それぞれのＣＯ₂センサの所定期間における出力の最小値に基づいて、どのＣＯ₂センサにどの程度の量のドリフトが発生している可能性があるかを把握することが可能となる。
また、施設の管理者は、このような診断結果から、ＣＯ₂センサの点検あるいは交換が必要であることを認識することが可能となるので、ＣＯ₂センサの動作不良による省エネルギー効果の損失や、室内環境の悪化に対して早急に対応することが可能である。

本実施の形態のＣＯ₂センサ診断装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及び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。ＣＰＵは、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で説明した処理を実行する。

本発明は、ＣＯ₂センサの状態を診断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、８−１〜８−ｎ…室内温度センサ、９…ＣＯ₂センサ、１０−１〜１０−ｎ…湿度センサ、１１−１〜１１−ｎ…制御対象空間、１２…コントローラ、１３−１〜１３−ｎ…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、２０…ＣＯ₂センサ診断装置、２１…ＣＯ₂濃度測定値取得部、２２…ＣＯ₂濃度分類部、２３…センサ診断部、２４…環境評価部、２５…出力部。

Claims (4)

1. 施設に設けられた複数のＣＯ₂センサからＣＯ₂濃度測定値を取得して、所定期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をセンサ毎に求めるＣＯ₂濃度測定値取得手段と、
   このＣＯ₂濃度測定値取得手段が求めた各ＣＯ₂センサのＣＯ₂濃度測定値の最小値を、予め定められたＣＯ₂濃度値を基準にした複数のＣＯ₂濃度範囲に分類するＣＯ₂濃度分類手段と、
   このＣＯ₂濃度分類手段による分類結果から各ＣＯ₂センサの出力のドリフト発生の程度を診断するセンサ診断手段とを備えることを特徴とするＣＯ₂センサ診断装置。
2. 請求項１記載のＣＯ₂センサ診断装置において、
   前記予め定められたＣＯ₂濃度値は、外気のＣＯ₂濃度値であることを特徴とするＣＯ₂センサ診断装置。
3. 施設に設けられた複数のＣＯ₂センサからＣＯ₂濃度測定値を取得して、所定期間におけるＣＯ₂濃度測定値の最小値をセンサ毎に求めるＣＯ₂濃度測定値取得ステップと、
   このＣＯ₂濃度測定値取得ステップで求めた各ＣＯ₂センサのＣＯ₂濃度測定値の最小値を、予め定められたＣＯ₂濃度値を基準にした複数のＣＯ₂濃度範囲に分類するＣＯ₂濃度分類ステップと、
   このＣＯ₂濃度分類ステップによる分類結果から各ＣＯ₂センサの出力のドリフト発生の程度を診断するセンサ診断ステップとを含むことを特徴とするＣＯ₂センサ診断方法。
4. 請求項３記載のＣＯ₂センサ診断方法において、
   前記予め定められたＣＯ₂濃度値は、外気のＣＯ₂濃度値であることを特徴とするＣＯ₂センサ診断方法。

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