JP6685418B2 - 空調システム、空調制御装置、空調方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、建物内の空調を行う技術に関する。

熱源機で温度調整した冷温水と室内の空気との熱交換により空調を行う水方式の空調システムは広く知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１の空調システムは、冷温水を生産する熱源機の動力、空調コイルで熱交換された空気を送出するファンの動力、熱源機からの冷温水を送出するポンプの動力を含む空調所要動力が最少となるように、空調コイルのコイル温度目標値と熱源機の冷温水温度目標値を求める。そして、コイル温度及び冷温水温度が、求めたコイル温度目標値及び冷温水温度目標値になるように、ファン及びポンプを制御する。

特開２００４−６９１３４号公報

しかしながら、水方式の空調システムにおいて、空調対象エリアにおける顕熱負荷と潜熱負荷を考慮し、適切な顕熱能力と潜熱能力で空調を行う技術について、未だ有用な提案がなされていないのが実情である。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、顕熱負荷と潜熱負荷に応じた適切な顕熱能力と潜熱能力で空調を行うことが可能な空調システム等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空調システムは、
温調した水を供給する熱源機と、前記熱源機から供給された水と室内から取り込んだ空気の熱交換を行う空調機と、前記熱源機と前記空調機との間で水を循環させる水循環手段とを備える空調システムであって、
前記室内の湿度の上昇に応じて前記空調機の潜熱能力を高くする必要がある場合のみ、供給する水の温度が低くなるように前記熱源機を制御し、前記室内の温度の上昇に応じて前記空調機の顕熱能力を高くする必要がある場合のみ、前記空調機から前記熱源機へ戻る水の温度が低くなるように前記水循環手段の吐出量を制御する水温度調整手段を備える。

本発明によれば、室内の湿度の上昇に応じて、空調機へ流入する水の温度が低くなるようにし、室内の温度の上昇に応じて、空調機から熱源機へ戻る水の温度が低くなるようにする。このため、顕熱負荷と潜熱負荷に応じた適切な顕熱能力と潜熱能力で空調を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る空調システムの全体構成を示す図 熱源機の構成を示すブロック図 実施の形態１に係る空調機の構成を示すブロック図 空調制御装置のハードウェア構成を示すブロック図 実施の形態１に係る空調制御装置の機能構成を示す図 空調機の顕熱能力と熱源機の入口温度との関係を示す図 空調機の潜熱能力と熱源機の出口温度との関係を示す図 熱源機の入口温度の目標値と室内温度との相関関係を示す図 熱源機の出口温度の目標値と室内湿度との相関関係を示す図 空調制御処理の手順を示すフローチャート 熱源機のＣＯＰと冷温水の温度との関係を示す図 実施の形態２に係る空調制御装置の機能構成を示す図 実施の形態２に係る空調機の構成を示すブロック図 熱源機の入口温度の目標値と顕熱負荷との相関関係を示す図 熱源機の出口温度の目標値と潜熱負荷との相関関係を示す図 顕熱負荷と室内温度との相関関係を示す図 潜熱負荷と室内絶対湿度との相関関係を示す図 実施の形態２の変形例に係る空調システムの全体構成を示す図 顕熱能力と冷温水の流量との相関関係を示す図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの全体構成を示す図である。この空調システムは、オフィスビル等の建物の空調を冷水又は温水（以下、冷温水という。）によって行うシステムであり、熱源機１と、空調機２と、水循環装置３と、空調制御装置４とから構成される。

熱源機１は、配管５（水配管）を介して空調機２と接続し、温調した冷温水を空調機２に供給する。図２に示すように、熱源機１は、圧縮機１０と、四方弁１１と、第１熱交換器１２と、膨張弁１３と、第２熱交換器１４と、ファン１５と、温度センサ１６ａ，１６ｂと、制御基板１７とを備える。圧縮機１０、四方弁１１、第１熱交換器１２、膨張弁１３及び第２熱交換器１４は、環状に接続され、これにより、ＣＯ₂やＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等の冷媒を循環させるための冷媒回路（冷凍サイクル回路ともいう。）が形成されている。

圧縮機１０は、冷媒を圧縮して温度及び圧力を上昇させる。圧縮機１０は、駆動周波数に応じて容量（単位当たりの送り出し量）を変化させることができるインバータ回路を備える。圧縮機１０は、制御基板１７からの指令に従って駆動周波数を変更する。

四方弁１１は、冷媒の循環方向を切り替えるための弁である。四方弁１１は、冷房運転の際には、図２の実線で示すように切り替えられる。これにより、冷房運転では、実線矢印で示す方向、即ち、圧縮機１０、四方弁１１、第１熱交換器１２、膨張弁１３及び第２熱交換器１４の順序で冷媒が循環する。一方、暖房運転の際には、四方弁１１は、破線で示すように切り替えられる。これにより、暖房運転では、破線矢印で示す方向、即ち、圧縮機１０、四方弁１１、第２熱交換器１４、膨張弁１３及び第１熱交換器１２の順序で冷媒が循環する。

第１熱交換器１２は、外気と冷媒との間の熱交換を行う、例えば、伝熱管と多数のフィンとにより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。

ファン１５は、例えば、ＤＣファンモータ等によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等であり、外気を第１熱交換器１２に供給する。ファン１５の回転数、即ち、第１熱交換器１２に供給する外気の流量は、制御基板１７からの指令に従って変更される。

膨張弁１３は、冷媒の流量を調整するための流量調整弁であり、例えば、ステッピングモータ（図示せず）によって絞りの開度を調整可能な電子膨張弁である。この他にも、膨張弁１３として、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁やキャピラリチューブ等を採用してもよい。膨張弁１３の開度は、制御基板１７からの指令に従って変更される。

第２熱交換器１４は、プレート式あるいは二重管式などの熱交換器であり、冷媒と冷温水との間の熱交換を行う。

温度センサ１６ａは、熱源機１から流出する冷温水、換言すると空調機２へ流入する冷温水の温度を計測する。以降、この温度を熱源機１の出口温度ともいう。温度センサ１６ｂは、熱源機１へ流入する冷温水、換言すると空調機２から熱源機１へ戻る冷温水の温度を計測する。以降、この温度を熱源機１の入口温度ともいう。温度センサ１６ａ，１６ｂは、各々計測した温度を示すデータを予め定めたタイミング（例えば、一定時間間隔）で制御基板１７に送信する。

制御基板１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信インタフェース、読み書き可能な不揮発性の半導体メモリなど（何れも図示せず）を含んで構成される。制御基板１７は、圧縮機１０、四方弁１１、膨張弁１３、ファン１５、温度センサ１６ａ，１６ｂのそれぞれと図示しない通信線を介して通信可能に接続する。また、制御基板１７は、空調制御装置４と有線又は無線にて通信可能に接続する。制御基板１７は、詳細は後述するが、空調制御装置４からの指令に従って、上記の各構成部の制御を行う。

図１に戻り、空調機２は、いわゆるファンコイルユニットと呼ばれる空調機であり、熱源機１からの冷温水と室内の空気の熱交換を行うことで、室内の空気状態（温度や湿度）の調整を行う。図３に示すように、空調機２は、熱交換器２０と、ファン２１と、温度センサ２２と、湿度センサ２３と、制御基板２４とを備える。

熱交換器２０は、熱源機１から流入した冷温水と室内の空気との間の熱交換を行う。ファン２１は、室内の空気を取り込む（吸い込む）と共に、熱交換後の空気を室内へ送出する。

温度センサ２２は、吸い込まれた空気の温度（吸込温度）を計測する。湿度センサ２３は、吸い込まれた空気の湿度（吸込湿度）を計測する。温度センサ２２及び湿度センサ２３は、それぞれ計測した吸込温度及び吸込湿度を示すデータを予め定めたタイミング（例えば、一定時間間隔）で制御基板２４に送信する。

制御基板２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インタフェース、読み書き可能な不揮発性の半導体メモリなど（何れも図示せず）を含んで構成される。制御基板２４は、空調制御装置４と有線又は無線により通信可能に接続し、空調制御装置４からの指令に従い、ファン２１の駆動を開始し、又は、停止する。また、制御基板２４は、空調制御装置４からの要求に応答して、温度センサ２２により計測された吸込温度と、湿度センサ２３により計測された吸込湿度とを格納したデータ（室内状態データ）を空調制御装置４に送信する。なお、制御基板２４は、自発的に一定時間間隔で室内状態データを空調制御装置４に送信してもよい。

図１に戻り、水循環装置３（水循環手段）は、配管５を介して熱源機１と空調機２との間で冷温水を循環させるためのポンプである。水循環装置３は、空調制御装置４と有線又は無線にて通信可能に接続する。水循環装置３は、インバータ回路を備え、空調制御装置４からの指令に従って駆動回転数が変更される。これにより、吐出量、即ち、熱源機１と空調機２との間を循環する冷温水の流量を変化させることができる。

空調制御装置４（水温度調整手段）は、空調対象となる室内の出入口付近に設置される、いわゆる空調リモコンであり、図４に示すように、ＣＰＵ４０と、ＲＯＭ４１と、ＲＡＭ４２と、入力装置４３と、ディスプレイ４４と、通信インタフェース４５と、二次記憶装置４６とを備える。これらの構成部は、バス４７を介して相互に接続される。ＣＰＵ４０は、空調制御装置４を統括的に制御する。ＣＰＵ４０によって実現される機能の詳細については後述する。

ＲＯＭ４１は、複数のファームウェアやこれらのファームウェアの実行時に使用されるデータ等を記憶する。ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４０の作業領域として使用される。入力装置４３は、押しボタン，タッチパネル，タッチパッド等を備え、ユーザによる操作を受け付け、受け付けた操作に係る信号をＣＰＵ４０に送出する。

ディスプレイ４４は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスであり、ＣＰＵ４０の制御の下、室内の空調に関する操作画面や、室内の空気状態等の情報を表示する。通信インタフェース４５は、熱源機１の制御基板１７及び空調機２の制御基板２４と無線通信又は有線通信するためのＮＩＣ（Network Interface Card controller）を備える。

二次記憶装置４６は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ等の読み書き可能な不揮発性の半導体メモリ等から構成される。二次記憶装置４６は、空調制御に関する１又は複数のプログラムやこれらのプログラムの実行時に使用されるデータ等を記憶する。

続いて、空調制御装置４の機能について説明する。空調制御装置４は、機能的には、図５に示すように、ユーザインタフェース処理部４００と、室内状態取得部４０１と、目標値決定部４０２と、コマンド送信部４０３とを備える。これらの機能部は、ＣＰＵ４０によって、二次記憶装置４６に記憶される空調制御に関するプログラムが実行されることで実現される。

ユーザインタフェース処理部４００は、入力装置４３及びディスプレイ４４を介したユーザインタフェース処理を行う。即ち、ユーザインタフェース処理部４００は、ユーザからの操作を入力装置４３を介して受け付ける。また、ユーザインタフェース処理部４００は、ユーザに提示するための情報をディスプレイ４４に出力する。

室内状態取得部４０１は、運転（冷房運転、暖房運転）が開始されると、一定時間間隔で室内の空気状態、即ち、室内温度及び室内湿度を取得する。より詳細には、室内状態取得部４０１は、運転の開始時と、運転の開始後、一定時間間隔（例えば、１分間隔）で、空調機２に対して室内状態を要求する。室内状態取得部４０１は、かかる要求に応答して空調機２から送られてきた前述の室内状態データを受信し、受信した室内状態データに含まれる吸込温度及び吸込湿度を抽出することで、室内温度及び室内湿度を取得する。なお、空調機２から自発的に一定時間間隔で室内状態データが送られてくる仕様では、室内状態取得部４０１は、上記の要求を行う必要はない。

目標値決定部４０２は、取得した室内温度に基づいて、熱源機１へ戻る冷温水の温度（熱源機１の入口温度）の目標値を決定する。また、目標値決定部４０２は、取得した室内湿度に基づいて、熱源機１から流出し、空調機２へ流入する冷温水の温度（熱源機１の出口温度）の目標値を決定する。

一般に、熱源機１の出口温度を固定、即ち、変化がないようにした場合、冷房運転時において、空調機２の顕熱能力と熱源機１の入口温度との関係は、図６に示すようになる。図６の関係は、熱源機１の入口温度が高くなるほど顕熱能力は低くなることを示している。このような関係から、熱源機１の入口温度を変化させることで、空調機２の顕熱能力を調整することが可能であるといえる。

また、ΔＴ（＝熱源機１の入口温度−熱源機１の出口温度）が一定、即ち、ΔＴに変化がないとした場合、冷房運転時において、一般に、空調機２の潜熱能力（即ち、除湿能力）と熱源機１の出口温度との関係は、図７に示すようになる。図７の関係は、熱源機１の出口温度が高くなるほど潜熱能力は低くなることを示している。このような関係から、熱源機１の出口温度を変化させることで、空調機２の潜熱能力を調整することが可能であるといえる。

本実施の形態では、室内温度を顕熱負荷とみなし、室内湿度を潜熱負荷とみなすことで、目標値決定部４０２は、熱源機１の入口温度の目標値と、熱源機１の出口温度の目標値を決定する。その際、目標値決定部４０２は、図８及び図９に示すような、予め定めた、入口温度の目標値と室内温度との相関関係及び出口温度の目標値と室内湿度との相関関係を使用する。

図８では、室内温度が高くなるほど熱源機１の入口温度の目標値が低くなることが示され、図９では、室内湿度が高くなるほど熱源機１の出口温度の目標値が低くなることが示されている。なお、図８、図９では、何れも直線的な変化、即ち、線形関係を示しているが、これに限定されることはなく、例えば、曲線的あるいは断続的に変化するようにしてもよい。要は、室内温度が高くなるほど入口温度の目標値が低くなる相関関係と、室内湿度が高くなるほど出口温度の目標値が低くなる相関関係があればよい。

より詳細には、目標値決定部４０２は、図８の相関関係を示す、予め定めた関係式あるいはルックアップテーブル（以降、関係式等という。）を使用して、室内温度から熱源機１の入口温度の目標値を決定する。同様に、目標値決定部４０２は、図９の相関関係を示す、予め定めた関係式等を使用して、室内湿度から熱源機１の出口温度の目標値を決定する。

ここで、室内温度と熱源機１の入口温度の目標値との相関関係（以降、第１相関関係ともいう。）を示す関係式等は、運転条件に応じて複数用意されているものとする。即ち、第１相関関係を示す関係式等は、運転モードの種別（冷房運転、暖房運転）毎に設定温度（目標室温）に対応して用意されている。室内湿度と熱源機１の出口温度の目標値との相関関係（以降、第２相関関係ともいう。）を示す関係式等についても同様である。

例えば、現在の運転モードが冷房運転で設定温度が２５℃の場合、目標値決定部４０２は、冷房運転用で且つ設定温度が２５℃に対応する、第１相関関係を示す関係式等を選択して使用することで、熱源機１の入口温度の目標値を決定する。また、目標値決定部４０２は、冷房運転用で且つ設定温度が２５℃に対応する、第２相関関係を示す関係式等を選択して使用することで、熱源機１の出口温度の目標値を決定する。

図５に戻り、コマンド送信部４０３は、熱源機１、空調機２及び水循環装置３を制御するためのコマンドを生成し、各々に送信する。

例えば、熱源機１に対して、状況に応じて、コマンド送信部４０３は、運転開始コマンド、運転停止コマンド、目標値変更コマンドの何れかを送信する。運転開始コマンドは、ユーザにより運転開始の操作が行われた際に送信される。運転開始コマンドには、運転開始の指示を示す識別子と、運転モードの種別（冷房運転、暖房運転）と、目標値決定部４０２により決定された熱源機１の出口温度の目標値が含まれる。

上記の運転開始コマンドを受信した熱源機１の制御基板１７は、かかる運転開始コマンドで指定される内容に従った運転を行う。即ち、制御基板１７は、指定の運転モードの種別に応じて四方弁１１を切り替え、空調機２に送出する冷温水の温度が指定の目標値となるように各構成部（圧縮機１０、膨張弁１３、ファン１５など）を制御する。

運転停止コマンドは、ユーザにより運転停止の操作が行われた際に送信される。運転停止コマンドには、運転停止の指示を示す識別子が含まれる。かかる運転停止コマンドを受信すると、制御基板１７は、熱源機１の運転を停止する。

目標値変更コマンドは、運転開始後、一定時間間隔（例えば、１分間隔）で送信される。運転開始コマンドには、目標値の変更指示を示す識別子と、目標値決定部４０２により決定された熱源機１の出口温度の目標値が含まれる。なお、コマンド送信部４０３は、目標値変更コマンドを、一定時間間隔ではなく、今回決定された目標値が前回決定された目標値と異なる場合に熱源機１に送信するようにしてもよい。

目標値変更コマンドを受信した熱源機１の制御基板１７は、空調機２に送出する冷温水の温度が指定の目標値となるように各構成部（圧縮機１０、膨張弁１３、ファン１５など）を制御する。

また、コマンド送信部４０３は、空調機２に対して、状況に応じて、送風開始コマンド、送風停止コマンドの何れかを送信する。送風開始コマンドは、ユーザにより運転開始の操作が行われた際に送信される。送風開始コマンドには、送風開始の指示を示す識別子が含まれる。かかる送風開始コマンドを受信すると、空調機２の制御基板２４は、ファン２１を予め定めた回転数で回転させる。

送風停止コマンドは、ユーザにより運転停止の操作が行われた際に送信される。送風停止コマンドには、送風停止の指示を示す識別子が含まれる。かかる送風停止コマンドを受信すると、制御基板２４は、ファン２１の回転を停止する。

また、コマンド送信部４０３は、水循環装置３に対して、駆動開始コマンド、駆動停止コマンド、駆動変更コマンドの何れかを送信する。駆動開始コマンドは、ユーザにより運転開始の操作が行われた際に送信される。駆動開始コマンドには、駆動開始の指示を示す識別子と、駆動回転数が含まれる。コマンド送信部４０３は、目標値決定部４０２により決定された熱源機１の入口温度の目標値に基づいて駆動回転数を決定する。

かかる駆動開始コマンドを受信すると、水循環装置３は、指定された駆動回転数で駆動を開始し、これにより、冷温水の搬送が開始され、熱源機１と空調機２との間で冷温水が循環する。循環する冷温水の流量は、駆動回転数が変更されると変化する。即ち、駆動回転数を上げると冷温水の流量は増え、一方、駆動回転数を下げると冷温水の流量は減る。また、冷房運転では、冷温水の流量が増えると、熱源機１の入口温度が下がり、暖房運転では、冷温水の流量が増えると、熱源機１の入口温度が上がる。

駆動停止コマンドは、ユーザにより運転停止の操作が行われた際に送信される。駆動停止コマンドには、駆動停止の指示を示す識別子が含まれる。かかる駆動停止コマンドを受信すると、水循環装置３は、冷温水の搬送を停止する。

駆動変更コマンドは、運転開始後、一定時間間隔（例えば、１分間隔）で送信される。駆動変更コマンドには、駆動回転数の変更を示す識別子と、新たな駆動回転数が含まれる。なお、コマンド送信部４０３は、駆動変更コマンドを、一定時間間隔ではなく、今回決定された駆動回転数が前回決定された駆動回転数と異なる場合に熱源機１に送信するようにしてもよい。

かかる駆動変更コマンドを受信すると、水循環装置３は、指定された駆動回転数で駆動し、冷温水の搬送を行う。

図１０は、空調制御装置４によって実行される空調制御処理の手順を示すフローチャートである。この空調制御処理は、ユーザにより冷房運転又は暖房運転の開始操作が行われることで開始される。

室内状態取得部４０１は、空調機２に対して室内状態を要求する（ステップＳ１０１）。この要求に応答して空調機２から送信された室内状態データが、室内状態取得部４０１によって受信され、室内状態（室内温度、室内湿度）が取得されると（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、目標値決定部４０２は、室内温度に基づいて熱源機１の入口温度の目標値を決定する（ステップＳ１０３）。また、目標値決定部４０２は、室内湿度に基づいて熱源機１の出口温度の目標値を決定する（ステップＳ１０４）。

コマンド送信部４０３は、空調機２に送風開始コマンドを送信する（ステップＳ１０５）。また、コマンド送信部４０３は、決定された熱源機１の出口温度の目標値が含まれる運転開始コマンドを熱源機１に送信する（ステップＳ１０６）。さらに、コマンド送信部４０３は、決定された熱源機１の入口温度の目標値に基づいて水循環装置３の駆動回転数を決定し、決定した駆動回転数が含まれる駆動開始コマンドを水循環装置３に送信する（ステップＳ１０７）。

一定時間（例えば、１分）が経過すると（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）、コマンド送信部４０３は、空調機２に室内状態を要求する（ステップＳ１０９）。

この要求に応答して空調機２から送信された室内状態データが、室内状態取得部４０１によって受信され、室内状態（室内温度、室内湿度）が取得されると（ステップＳ１１０；ＹＥＳ）、目標値決定部４０２は、室内温度に基づいて熱源機１の入口温度の目標値を決定する（ステップＳ１１１）。また、目標値決定部４０２は、室内湿度に基づいて熱源機１の出口温度の目標値を決定する（ステップＳ１１２）。

そして、コマンド送信部４０３は、決定された熱源機１の出口温度の目標値が含まれる目標値変更コマンドを熱源機１に送信する（ステップＳ１１３）。また、コマンド送信部４０３は、決定された熱源機１の入口温度の目標値に基づいて水循環装置３の駆動回転数を決定し、決定した駆動回転数が含まれる駆動変更コマンドを水循環装置３に送信する（ステップＳ１１４）。以降、ユーザによる運転停止の操作が行われるまで、空調制御装置４は、上述したステップＳ１０８〜Ｓ１１４の処理を繰り返し実行する。

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る空調システムでは、室内温度を顕熱負荷とみなし、室内湿度を潜熱負荷とみなすことで、熱源機１の入口温度の目標値と、熱源機１の出口温度の目標値を決定する。そして決定された、入口温度の目標値と出口温度の目標値に従って、熱源機１と水循環装置３が制御される。

このため、顕熱負荷に応じた適切な顕熱能力で空調を行うことができ、潜熱負荷に応じた適切な潜熱能力で空調を行うことができる。例えば、冷房運転の開始時において、顕熱負荷が高い場合、熱源機１の入口温度を低くすることで、当該顕熱負荷に応じた適切な顕熱能力で直ちに空調を行うことができる。同様に、冷房運転の開始時において、潜熱負荷が高い場合、熱源機１の出口温度を低くすることで、当該潜熱負荷に応じた適切な潜熱能力で直ちに空調を行うことができる。

一方、冷房運転の開始後、時間の経過に連れて顕熱負荷が低下すると、熱源機１の入口温度を上昇させて、顕熱能力を低下させる。また、潜熱負荷が低下すると、これに合わせて熱源機１の出口温度を上昇させて、潜熱能力を低下させる。図１１に示すように、冷房運転時において、熱源機１の出口温度（熱源機１から流出する冷温水の温度）を上げていくと、熱源機１のＣＯＰ（Coefficient Of Performance）が上昇する。また、ΔＴが大きいほどＣＯＰは大きくなる傾向にある。つまり、熱源機１の消費電力の低減化が図れる。

また、熱源機１の入口温度を上昇させるということは、循環する冷温水の水量を減らすことになるため、水循環装置３の消費電力の低減化も図れる。

実施の形態２．
続いて、本発明の実施の形態２について説明する。なお、以下の説明において、実施の形態１と共通する構成要素等については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１２は、本実施の形態に係る空調制御装置４の機能構成を示す図である。図１２に示すように、空調制御装置４は、ユーザインタフェース処理部４００と、室内状態取得部４０１Ａと、目標値決定部４０２Ａと、コマンド送信部４０３と、顕熱負荷検出部４０４と、潜熱負荷検出部４０５と、学習部４０６とを備える。これらの機能部は、空調制御装置４のＣＰＵ４０によって、二次記憶装置４６に記憶される空調制御に関するプログラムが実行されることで実現される。

室内状態取得部４０１Ａは、運転（冷房運転、暖房運転）の開始時と、運転の開始後、一定時間間隔（例えば、１分間隔）で、空調機２に室内状態を要求することで、室内の空気状態（吸込温度、吸込湿度、吹出温度、吹出湿度、風量）を取得する。

本実施の形態では、空調機２は、空気状態を計測するセンサとして、図１３に示すように、吸込温度を計測する温度センサ２２の他に、湿度センサ２３Ａと、温度センサ２５と、湿度センサ２６と、風量センサ２７とを備える。

湿度センサ２３Ａは、吸い込んだ空気の絶対湿度（吸込湿度）を計測する。温度センサ２５は、室内に吹き出される空気の温度（吹出温度）を計測する。湿度センサ２６は、室内に吹き出される空気の絶対湿度（吹出湿度）を計測する。風量センサ２７は、室内に吹き出される空気の風量を計測する。各センサは、それぞれ計測した結果を予め定めたタイミング（例えば、一定時間間隔）で制御基板２４に送信する。

空調機２の制御基板２４は、空調制御装置４からの要求に応答して、吸込温度と、吸込湿度と、吹出温度と、吹出湿度と、風量とを格納したデータ（室内状態データ）を空調制御装置４に送信する。なお、制御基板２４は、自発的に一定時間間隔で室内状態データを空調制御装置４に送信してもよい。

図１２に戻り、目標値決定部４０２Ａは、後述する顕熱負荷検出部４０４により検出された顕熱負荷に基づいて、熱源機１の入口温度の目標値を決定する。また、目標値決定部４０２Ａは、後述する潜熱負荷検出部４０５により検出された潜熱負荷に基づいて、熱源機１の出口温度の目標値を決定する。

目標値決定部４０２Ａは、図１４及び図１５に示すような、予め定めた、入口温度の目標値と顕熱負荷との相関関係及び出口温度の目標値と潜熱負荷との相関関係を使用する。

図１４では、顕熱負荷が高くなるほど熱源機１の入口温度の目標値が低くなることが示され、図１５では、潜熱負荷が高くなるほど熱源機１の出口温度の目標値が低くなることが示されている。なお、図１４、図１５では、何れも直線的な変化、即ち、線形関係を示しているが、これに限定されることはなく、例えば、曲線的あるいは断続的に変化するようにしてもよい。要は、顕熱負荷が高くなるほど入口温度の目標値が低くなる相関関係と、潜熱負荷が高くなるほど出口温度の目標値が低くなる相関関係があればよい。

より詳細には、目標値決定部４０２Ａは、図１４の相関関係を示す、予め定めた関係式あるいはルックアップテーブル（以降、関係式等という。）を使用して、顕熱負荷から熱源機１の入口温度の目標値を決定する。同様に、目標値決定部４０２Ａは、図１５の相関関係を示す、予め定めた関係式等を使用して、潜熱負荷から熱源機１の出口温度の目標値を決定する。

ここで、顕熱負荷と熱源機１の入口温度の目標値との相関関係（以降、第３相関関係ともいう。）を示す関係式等は、運転条件に応じて複数用意されているものとする。即ち、第３相関関係を示す関係式等は、運転モードの種別（冷房運転、暖房運転）毎に設定温度（目標室温）に対応して用意されている。潜熱負荷と熱源機１の出口温度の目標値との相関関係（以降、第４相関関係ともいう。）を示す関係式等についても同様である。

例えば、現在の運転モードが冷房運転で設定温度が２５℃の場合、目標値決定部４０２Ａは、冷房運転用で且つ設定温度が２５℃に対応する、第３相関関係を示す関係式等を選択して使用することで、熱源機１の入口温度の目標値を決定する。また、目標値決定部４０２Ａは、冷房運転用で且つ設定温度が２５℃に対応する、第４相関関係を示す関係式等を選択して使用することで、熱源機１の出口温度の目標値を決定する。

図１２に戻り、顕熱負荷検出部４０４は、運転モードの種別と、設定温度と、空調機２から取得した吸込温度（即ち、室内温度）と、後述する学習部４０６により構築された、顕熱負荷と室内温度との相関関係（以降、第５相関関係ともいう。）を示す関係式等とに基づいて、現在の顕熱負荷を検出する。

潜熱負荷検出部４０５は、運転モードの種別と、設定温度と、空調機２から取得した吸込湿度（即ち、室内絶対湿度）と、後述する学習部４０６により構築された、潜熱負荷と室内絶対温度との相関関係（以降、第６相関関係ともいう。）を示す関係式等とに基づいて、現在の顕熱負荷を検出する。

ここで、第５相関関係を示す関係式等は、学習部４０６により、運転条件に応じて複数構築されているものとする。即ち、第５相関関係を示す関係式等は、運転モードの種別（冷房運転、暖房運転）毎に設定温度（目標室温）に対応して構築されている。第６相関関係を示す関係式等についても同様である。

学習部４０６は、室内状態取得部４０１Ａにより取得された、吸込温度と、吹出温度と、風量とに基づいて、周知の算定方法により空調機２の現在の顕熱能力を算出する。また、学習部４０６は、同様に室内状態取得部４０１Ａにより取得された、吸込湿度と、吹出湿度と、風量とに基づいて、周知の算定方法により空調機２の現在の潜熱能力を算出する。

学習部４０６は、算出した現在の顕熱能力と、吸込温度（室内温度）と、運転モードの種別と、設定温度（目標室温）とを関連付けたデータを生成する。そして、このようなデータの生成を繰り返し行うことで、学習部４０６は、図１６に示すような第５相関関係を示す関係式等を学習して構築する。

また、学習部４０６は、算出した現在の潜熱能力と、吸込湿度（室内絶対湿度）と、運転モードの種別と、設定温度（目標室温）とを関連付けたデータを生成する。そして、このようなデータの生成を繰り返し行うことで、学習部４０６は、図１７に示すような第６相関関係を示す関係式等を学習して構築する。

以上説明したように、本発明の実施の形態２に係る空調システムでは、空調制御装置４は、学習により構築した、顕熱負荷と室内温度との相関関係を示す関係式等を用いて現在の顕熱負荷を精度よく検出する。同様に、空調制御装置４は、学習により構築した、潜熱負荷と室内絶対湿度との相関関係を示す関係式等を用いて現在の潜熱負荷を精度よく検出する。

そして、空調制御装置４は、検出した顕熱負荷に応じて熱源機１の入口温度の目標値を決定し、検出した潜熱負荷に応じて熱源機１の出口温度の目標値を決定する。このため、空調精度を高めることができ、結果として快適性及び省エネ性が向上する。

なお、顕熱負荷及び潜熱負荷は、上記のように学習により構築された相関関係を示す関係式等を用いない手法で検出することも可能である。以下、他の検出手法について説明する。

図１８は、実施の形態２の変形例に係る空調システムの全体構成を示す図である。この空調システムは、在室人数を計測する人数センサ６と、室内の消費電力を計測する電力計測センサ７と、室外の空気状態（室外温度、室外絶対湿度）を計測する室外状態センサ８と、換気風量を計測する換気風量センサ９をさらに備える。

人数センサ６、電力計測センサ７、室外状態センサ８及び換気風量センサ９と、空調制御装置４とは有線又は無線により通信可能に接続される。空調制御装置４は、運転の開始時と、運転の開始後、一定時間間隔（例えば、１分間隔）で、これらのセンサによる計測結果を取得する。

この場合、顕熱負荷検出部４０４は、在室人数×一人当たりの顕熱負荷（ｋＷ）と、室内の消費電力（ｋＷ）と、換気顕熱負荷（ｋＷ）と、壁からの侵入熱（ｋＷ）とを合計することで、現在の顕熱負荷を検出してもよい。換気顕熱負荷（ｋＷ）は、室外温度と、室内温度と、換気風量とに基づいて算出され、壁からの侵入熱（ｋＷ）は、壁面積と、壁熱通過率と、室外温度と、室内温度とに基づいて算出される。

また、潜熱負荷検出部４０５は、在室人数×一人当たりの潜熱負荷（ｋＷ）と、換気潜熱負荷（ｋＷ）とを合計することで、現在の潜熱負荷を検出してもよい。換気潜熱負荷（ｋＷ）は、室外絶対湿度と、室内絶対湿度と、換気風量とに基づいて算出される。

なお、本発明は、上記の各実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、空調制御装置４は、水循環装置３に、駆動回転数でなく、目標値決定部４０２又は４０２Ａにより決定された熱源機１の入口温度の目標値を指定したコマンドを送信してもよい。この場合、水循環装置３が、指定された目標値に基づいて駆動回転数を決定する。

また、空調制御装置４の少なくとも一部の機能が、熱源機１の制御基板１７や空調機２の制御基板２４で実現されるようにしてもよい。

また、循環する冷温水の流量を計測する流量センサ（図示せず）をさらに備える構成にして、空調制御装置４は、熱源機１へ戻る冷温水の温度（熱源機１の入口温度）ではなく、冷温水の流量の目標値により水循環装置３を制御してもよい。顕熱能力と冷温水の流量との関係は、図１９に示すようになるため、空調制御装置４は、顕熱負荷が低い場合は、冷温水の流量を減らし、顕熱負荷が大きい場合は、流量を増やすように水循環装置３を制御する。

上記の実施の形態では、空調制御装置４のＣＰＵ４０によって空調制御に関するプログラムが実行されることで、空調制御装置４の各機能部（図５，１２参照）が実現された。しかし、空調制御装置４の機能部の全部又は一部が、専用のハードウェアで実現されるようにしてもよい。専用のハードウェアとは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又は、これらの組み合わせ等である。

また、上記の実施の形態において、空調制御装置４によって実行されるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto-Optical Disk）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、メモリカード、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布することも可能である。そして、かかるプログラムを特定の又は汎用のコンピュータにインストールすることによって、当該コンピュータを上記各実施の形態における空調制御装置４として機能させることも可能である。

また、上記のプログラムをインターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するようにしてもよい。

なお、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）とアプリケーションプログラムが分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合には、ＯＳ以外の部分のみを上記の記録媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロード等してもよい。

本発明は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能である。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、水方式で建物内の空調を行う空調システムに好適に採用され得る。

１ 熱源機、２ 空調機、３ 水循環装置、４ 空調制御装置、５ 配管、６ 人数センサ、７ 電力計測センサ、８ 室外状態センサ、９ 換気風量センサ、１０ 圧縮機、１１ 四方弁、１２ 第１熱交換器、１３ 膨張弁、１４ 第２熱交換器、１５，２１ ファン、１６ａ，１６ｂ，２２，２５ 温度センサ、１７，２４ 制御基板、２０ 熱交換器、２３，２３Ａ，２６ 湿度センサ、２７ 風量センサ、４０ ＣＰＵ、４１ ＲＯＭ、４２ ＲＡＭ、４３ 入力装置、４４ ディスプレイ、４５ 通信インタフェース、４６ 二次記憶装置、４７ バス、４００ ユーザインタフェース処理部、４０１，４０１Ａ 室内状態取得部、４０２，４０２Ａ 目標値決定部、４０３ コマンド送信部、４０４ 顕熱負荷検出部、４０５ 僭熱負荷検出部、４０６ 学習部

Claims (8)

1. 温調した水を供給する熱源機と、前記熱源機から供給された水と室内から取り込んだ空気の熱交換を行う空調機と、前記熱源機と前記空調機との間で水を循環させる水循環手段とを備える空調システムであって、
   前記室内の湿度の上昇に応じて前記空調機の潜熱能力を高くする必要がある場合のみ、供給する水の温度が低くなるように前記熱源機を制御し、前記室内の温度の上昇に応じて前記空調機の顕熱能力を高くする必要がある場合のみ、前記空調機から前記熱源機へ戻る水の温度が低くなるように前記水循環手段の吐出量を制御する水温度調整手段を備える、空調システム。
2. 温調した水を供給する熱源機と、前記熱源機から供給された水と室内から取り込んだ空気の熱交換を行う空調機と、前記熱源機と前記空調機との間で水を循環させる水循環手段とを備える空調システムであって、
   前記室内の潜熱負荷の上昇に応じて前記空調機の潜熱能力を高くする必要がある場合のみ、供給する水の温度が低くなるように前記熱源機を制御し、前記室内の顕熱負荷の上昇に応じて前記空調機の顕熱能力を高くする必要がある場合のみ、前記空調機から前記熱源機へ戻る水の温度が低くなるように前記水循環手段の吐出量を制御する水温度調整手段を備える、空調システム。
3. 温調した水を供給する熱源機と、前記熱源機から供給された水と室内から取り込んだ空気の熱交換を行う空調機と、前記熱源機と前記空調機との間で水を循環させる水循環手段とを備える空調システムであって、
   前記室内の潜熱負荷の上昇に応じて、供給する水の温度が低くなるように前記熱源機を制御し、前記室内の顕熱負荷の上昇に応じて、前記空調機から前記熱源機へ戻る水の温度が低くなるように前記水循環手段の吐出量を制御する水温度調整手段を備え、
   前記水温度調整手段は、一定時間毎に、前記空調機の潜熱能力を算出し、算出した潜熱能力と前記室内の湿度とを関連付けたデータを生成する処理を繰り返し行うことで、前記室内の潜熱負荷と前記室内の湿度との相関関係を学習し、一定時間毎に、前記空調機の顕熱能力を算出し、算出した顕熱能力と前記室内の温度とを関連付けたデータを生成する処理を繰り返し行うことで、前記室内の顕熱負荷と前記室内の温度との相関関係を学習する学習手段を備える、空調システム。
4. 前記学習手段は、前記空調機によって取り込まれた空気の湿度と、前記空調機から吹き出される空気の湿度と、前記空調機から吹き出される空気の風量とに基づいて前記空調機の潜熱能力を算出し、前記空調機によって取り込まれた空気の温度と、前記空調機から吹き出される空気の温度と、前記空調機から吹き出される空気の風量とに基づいて前記空調機の顕熱能力を算出する、請求項３に記載の空調システム。
5. 温調した水を供給する熱源機と、前記熱源機から供給された水と室内から取り込んだ空気の熱交換を行う空調機と、前記熱源機と前記空調機との間で水を循環させる水循環手段とを備える空調システムであって、
   前記室内の潜熱負荷の上昇に応じて、供給する水の温度が低くなるように前記熱源機を制御し、前記室内の顕熱負荷の上昇に応じて、前記空調機から前記熱源機へ戻る水の温度が低くなるように前記水循環手段の吐出量を制御する水温度調整手段を備え、
   前記水温度調整手段は、
   在室人数と、前記室内及び室外の湿度と、前記室内の換気風量とに基づいて、前記室内の潜熱負荷を検出する潜熱負荷検出手段と、
   前記在室人数と、前記室内で消費される電力と、前記室内及び室外の温度と、前記換気風量とに基づいて、前記室内の顕熱負荷を検出する顕熱負荷検出手段と、を備える、空調システム。
6. 温調した水を供給する熱源機と、前記熱源機と空調機との間で水を循環させる水循環手段とを制御する空調制御装置であって、
   室内の湿度の上昇に応じて前記空調機の潜熱能力を高くする必要がある場合のみ、供給する水の温度が低くなるように前記熱源機を制御し、前記室内の温度の上昇に応じて前記空調機の顕熱能力を高くする必要がある場合のみ、前記空調機から前記熱源機へ戻る水の温度が低くなるように前記水循環手段の吐出量を制御する、空調制御装置。
7. 温調した水を供給する熱源機と、前記熱源機から供給された水と室内から取り込んだ空気の熱交換を行う空調機と、前記熱源機と前記空調機との間で水を循環させる水循環手段とを備える空調システムによって実行される空調方法であって、
   前記室内の湿度の上昇に応じて前記空調機の潜熱能力を高くする必要がある場合のみ、供給する水の温度が低くなるように前記熱源機を制御し、前記室内の温度の上昇に応じて前記空調機の顕熱能力を高くする必要がある場合のみ、前記空調機から前記熱源機へ戻る水の温度が低くなるように前記水循環手段の吐出量を制御する、空調方法。
8. 温調した水を供給する熱源機と、前記熱源機と空調機との間で水を循環させる水循環手段とを制御するコンピュータに、
   室内の湿度の上昇に応じて前記空調機の潜熱能力を高くする必要がある場合のみ、供給する水の温度が低くなるように前記熱源機を制御し、前記室内の温度の上昇に応じて前記空調機の顕熱能力を高くする必要がある場合のみ、前記空調機から前記熱源機へ戻る水の温度が低くなるように前記水循環手段を制御する処理を実行させる、プログラム。

Images