JP7034764B2

JP7034764B2 - 空調制御システム及び空調制御方法

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Publication number: JP7034764B2
Application number: JP2018031866A
Authority: JP
Inventors: 将也岩下; 正史茂木; 康一稲留
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2022-03-14
Anticipated expiration: 2038-02-26
Also published as: JP2019148350A

Description

特許法第３０条第２項適用奥村組技術研究年報、Ｎｏ．４３、第１２頁，第２０頁及び第１０１頁～第１０５頁、株式会社奥村組技術研究所

本発明は、快適性を損なうことなく、空調エネルギの削減効果を改善することが可能な空調制御システム及び空調制御方法に関する。

近年、産業構造の変化に伴って建物の消費エネルギの割合が増加しており、これらを削減させるため、国による継続的な施策の取り組みが進められている。２００９年度、経済産業省より２０２０年までに新築公共建物をネット・ゼロ・エネルギ・ビル（以下、ＺＥＢ）化するビジョンが掲げられ、それ以降、ＺＥＢの定義の決定、助成制度も進められている。ＺＥＢにおいては、建物全体のエネルギ消費量に対し、空調エネルギの比率が大きくなると考えられ、ＺＥＢの建物規模を拡大していくには空調エネルギの削減が重要な課題となる。

空調の稼働と停止を、時間間隔を空けて行うことで、温度変化に律動を与え、快適性を損なわずに空調エネルギの削減に関する技術として、特許文献１～３が知られている。特許文献１の「空気調和機の制御方法」は、熱源装置と、送風ファンを有し、かつ、上記熱源装置からの熱媒が供給されると共に所定の室に設置されたファンコイルユニットと、送風ファンを有し、かつ、上記熱源装置からの熱媒が供給されると共に屋外からの外気を上記所定の室に導入するエアハンドリングユニットと、上記熱源装置と、上記ファンコイルユニットおよびエアハンドリングユニットとに接続された熱媒配管と、該熱媒配管の途中に設けられて上記熱源装置からの熱媒を上記熱媒配管を介して上記ファンコイルユニットおよびエアハンドリングユニットに供給して上記熱源装置に戻すポンプとを備える冷暖房用空気調和機の制御方法において、上記所定の室の温度が設定温度になるように上記空気調和機の空気調和動作を連続的に行っている連続運転状態での上記所定の室に居る特定の複数の被験者が申告した段階的表示の温冷感レベルの平均値を求め、上記空気調和機の送風ファンの動作を所定時間だけ強制的に停止させている停止時間と上記連続運転状態と同じ設定温度で連続運転を行っている稼働時間とを繰り返す間欠動作を、上記停止時間と稼働時間を変えて複数回行い、上記複数の間欠動作の各々での上記所定の室に居る上記特定の複数の被験者が申告した段階的表示の温冷感レベルの平均値を求め、上記複数の間欠動作での上記温冷感レベルの平均値のうちで上記連続運転時の温冷感レベルの平均値と同程度の温冷感レベルの平均値を有する停止時間と稼働時間との組み合わせからなる間欠運転で、上記送風ファンを運転するようにしている。

特許文献２の「空調制御装置」は、快適性を満足し、省エネ化を図ることができるようにすることを課題とし、ＰＭＶ演算部からのＰＭＶに基いて、室温設定値演算部は室温設定値を演算し、これをＤＤＣに出力する。ＤＤＣは、この室温設定値に基いて、蒸気バルブ、温水バルブ、冷水バルブ等の制御を行なう。一方、ＰＭＶ間欠運転制御部も上記ＰＭＶを入力しており、このＰＭＶが所定の上下限値間の範囲内に入るように、空調機オン・オフ指令を空調機及びＤＤＣに出力するようにしている。ＰＭＶとは、予想平均申告(Predicted Mean Vote) であって、ＩＳＯ７７３０（１９９４）に採用されている代表的な温熱環境評価指数の一つである。

特許文献３の「変動パターンに基づく空調制御装置および方法」は、被空調者の快適感を損なうことなく、消費エネルギーの低減する空調制御をすることを課題とし、変動パターンに基づいて変動する目標ＰＭＶ値と室内ＰＭＶ値とに基づいて空調を制御する。変動パターンは、被空調者にとって快適な快適ＰＭＶ値とこの値より室外ＰＭＶ値に近い省エネＰＭＶ値との間を変動する変動パターンであって、快適ＰＭＶ値から省エネＰＭＶ値へ徐々に変動する第１変動と省エネＰＭＶ値から快適ＰＭＶ値へ急激に変動する第２変動とを繰り返すようにしている。

特許第３９９１０６８号公報特開平９－２１７９５３号公報特開２００４－３５３９７３号公報

特許文献１が開示している従来の空調制御では、例えば単一の壁掛け温度計を用いて室内温度を取得し、これを基に室内機を発停させていたが、制御対象室が大きい場合に、温度計に近い場所と遠い場所とで、温度の不均一性が顕著になるなどの弊害が現れた。また、人の温熱快適性は温度だけでなく湿度にも影響される。しかしながら、特許文献１では、湿度は一定としており、湿度変化に対応した制御機能を備えていなかった。このため、快適性を損なうことなく省エネルギを確保することが可能な空調制御を、十分に確立し得てはいなかった。

ＰＭＶは、温度と同時に湿度を加味した空調制御用の指標であり、特許文献２及び３で採用されている。しかしながら、空調制御へのＰＭＶの利用に関し、制御対象空調空間における時々刻々変化するリアルタイムのＰＭＶ変化までは考慮していないため、快適性及び省エネ性の確保において、改良の余地のある技術であった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、快適性を損なうことなく、空調エネルギの削減効果を改善することが可能な空調制御システム及び空調制御方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる空調制御システムは、空調制御対象空間の空調制御を行うための空調機と、空調制御対象空間内の多点に設けられ、時々刻々温度及び湿度を計測して発信する複数のセンサと、上記各センサから入力される温度計測値及び湿度計測値を用いて、上記空調機の稼働と停止を制御する制御機とを備え、
該制御機は、
上記空調機による空調の停止開始時を基点として「第１の時間」までの間で、
（１）複数の上記センサそれぞれについて、該各センサから入力される上記温度計測値及び上記湿度計測値の所定時間における平均値を個々に求め、該各センサそれぞれについて個別に得た該各平均値の総和を該センサの個数で割って、空調制御対象空間の該基点からの空間平均温度及び空間平均湿度を時々刻々算出し、
（２）時々刻々得られる該空間平均温度及び該空間平均湿度から、該基点からの空調制御対象空間の快適性を示す空間平均ＰＭＶを時々刻々推定し、
（３）さらに、時々刻々得られる該空間平均ＰＭＶの積算値を、積算回数で割って、該基点からの該空間平均ＰＭＶの時間平均値である時間平均ＰＭＶを時々刻々算出する、これら（１）～（３）の手順を行い、
該「第１の時間」の間で、算出された該空間平均温度及び該空間平均ＰＭＶが共に許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、該「第１の時間」が経過するまで該空調機による空調を停止する第１の制御と、
上記「第１の時間」の経過後、上記基点からの上記（１）～（３）の手順を継続して行いつつ、上記空調機による空調の稼働を「第２の時間」が経過するまで継続し、該「第２の時間」経過後から「第３の時間」までの間で、
（４）該基点からの該（１）の手順を継続して行って、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における上記空間平均温度及び上記空間平均湿度を時々刻々算出し、
（５）該基点からの該（２）の手順を継続して行って、時々刻々得られる該空間平均温度及び該空間平均湿度から、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における快適性を示す上記空間平均ＰＭＶを時々刻々推定し、
（６）さらに、時々刻々得られる該空間平均ＰＭＶに対し、該基点からの該（３）の手順を継続して行って、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における上記時間平均ＰＭＶを時々刻々算出する、これら（４）～（６）の手順を行い、
算出された該時間平均ＰＭＶが許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、省エネルギ確保のために直ちに該空調機による空調を停止し、かつ該時間平均ＰＭＶを更新するために上記第１の制御に移行する第２の制御と、
該第２の制御で時々刻々得られる上記時間平均ＰＭＶが許容条件を充足するまで最大上記「第３の時間」まで判定を継続しつつ快適性を確保するために上記空調機による空調の稼働を継続し、その後、該空調機による空調を停止し、かつ該時間平均ＰＭＶを更新するために上記第１の制御に移行する第３の制御と、
上記第１の制御で時々刻々得られる上記空間平均温度及び上記空間平均ＰＭＶのいずれかが許容条件を充足していないときは、上記空調機による空調の稼働を行って快適性を確保するフェイルセーフのために、上記「第１の時間」の経過を問わず直ちに上記第２の制御に移行する第４の制御とを行う機能を有することを特徴とする。

前記センサは、電源装置として光発電パネルを備え、前記温度計測値及び前記湿度計測値を無線で前記制御機へ送信することを特徴とする。

本発明にかかる空調制御方法は、
空調機による空調の停止開始時を基点として「第１の時間」までの間で、
（１）複数のセンサそれぞれについて、該各センサから入力される温度計測値及び湿度計測値の所定時間における平均値を個々に求め、該各センサそれぞれについて個別に得た該各平均値の総和を該センサの個数で割って、空調制御対象空間の該基点からの空間平均温度及び空間平均湿度を時々刻々算出し、
（２）時々刻々得られる該空間平均温度及び該空間平均湿度から、該基点からの空調制御対象空間の快適性を示す空間平均ＰＭＶを時々刻々推定し、
（３）さらに、時々刻々得られる該空間平均ＰＭＶの積算値を、積算回数で割って、該基点からの該空間平均ＰＭＶの時間平均値である時間平均ＰＭＶを時々刻々算出する、これら（１）～（３）の手順を行い、
該「第１の時間」の間で、算出された該空間平均温度及び該空間平均ＰＭＶが共に許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、該「第１の時間」が経過するまで該空調機による空調を停止する第１の制御ステップと、
上記「第１の時間」の経過後、上記基点からの上記（１）～（３）の手順を継続して行いつつ、上記空調機による空調の稼働を「第２の時間」が経過するまで継続し、該「第２の時間」経過後から「第３の時間」までの間で、
（４）該基点からの該（１）の手順を継続して行って、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における上記空間平均温度及び上記空間平均湿度を時々刻々算出し、
（５）該基点からの該（２）の手順を継続して行って、時々刻々得られる該空間平均温度及び該空間平均湿度から、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における快適性を示す上記空間平均ＰＭＶを時々刻々推定し、
（６）さらに、時々刻々得られる該空間平均ＰＭＶに対し、該基点からの該（３）の手順を継続して行って、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における上記時間平均ＰＭＶを時々刻々算出する、これら（４）～（６）の手順を行い、
算出された該時間平均ＰＭＶが許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、省エネルギ確保のために直ちに該空調機による空調を停止し、かつ該時間平均ＰＭＶを更新するために上記第１の制御ステップに移行する第２の制御ステップと、
該第２の制御ステップで時々刻々得られる上記時間平均ＰＭＶが許容条件を充足するまで最大上記「第３の時間」まで判定を継続しつつ快適性を確保するために上記空調機による空調の稼働を継続し、その後、該空調機による空調を停止し、かつ該時間平均ＰＭＶを更新するために上記第１の制御ステップに移行する第３の制御ステップと、
上記第１の制御ステップで時々刻々得られる上記空間平均温度及び上記空間平均ＰＭＶのいずれかが許容条件を充足していないときは、上記空調機による空調の稼働を行って快適性を確保するフェイルセーフのために、上記「第１の時間」の経過を問わず直ちに上記第２の制御ステップに移行する第４の制御ステップとを備えることを特徴とする。

本発明にかかる空調制御システム及び空調制御方法にあっては、快適性を損なうことなく、空調エネルギの削減効果を改善することができる。

本発明に係る空調制御システムのシステム構成の好適な一実施形態を示す構成図である。図１に示した空調制御システムに用いられる無線温湿度センサの斜視図である。図１に示した空調制御システムにおける、無線温湿度センサによる計測から、制御機で実行される受信及び受信後の平均値変換までの処理フローを説明する説明図である。従来周知のＰＭＶとそれに対応するＰＰＤの関係を示す説明図である。本発明に係る空調制御方法の好適な一実施形態を説明する制御機による空調室内機の空調運転状態の制御フローを説明する説明図である。図５に示した制御フローに従った室内空調機の冷房時の制御状態を示すグラフ図である。図５に示した制御フローに従った室内空調機の暖房時の制御状態を示すグラフ図である。実証実験を行った実験室内における無線温湿度センサ及び空調室内機の配置図である。実証実験を行った拡張制御及び従来制御それぞれにおける１サイクルを基準としたサイクル平均温度とサイクル平均ＰＭＶの推移の実験結果を示すグラフ図である。本実施形態に係る空調制御システム及び空調制御方法による拡張制御と、一般空調と、従来制御の３パターンの室外機の電力消費を説明するためのグラフ図である。本実施形態に係る空調制御システムの構成例を説明する図であって、（Ａ）は単一モジュールタイプ、（Ｂ）は複数モジュールタイプを示す図である。

以下に、本発明にかかる空調制御システム及び空調制御方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明者等は、（１）空調制御対象空間内の温度の偏りの影響を最小限にすることと、（２）ＰＭＶの時間平均値に着目し、このＰＭＶの時間平均値に基づいて、空調機の発停（稼働開始と稼働停止）制御を行うようにすることで、湿度が快適性を上昇させる条件下で、空調の稼働時間をこれまでよりも短縮することが可能であることを見出して、空調エネルギの削減効果を改善できる本発明を完成するに至ったものである。

図１には、本実施形態に係る空調制御システムのシステム構成が示されていて、天井１や床２、壁３などで区画形成された部屋などの空調制御対象空間Ｓに設けられ、当該空調制御対象空間Ｓ内の空調制御を行うための空調機としての空調室内機４と、空調制御対象空間Ｓ内の多点に設けられ、時々刻々温度及び湿度を計測して発信する複数の無線温湿度センサ１７（柱面ａや机上面ｂに設置）と、これら複数の無線温湿度センサ１７から入力される温度計測値及び湿度計測値を用いて、空調室内機４の稼働と停止を制御する、無線受信機能を備えた制御機２０とから構成される。

図示では、壁掛温度計７も示されていて、この温度計７からは有線で制御機２０に計測値が入力される。空調制御対象空間Ｓの部屋には、照明スイッチの他、空調室内機４や制御機２０を入り切りするスイッチ８及び制御ランプが設けられる。

図２は、無線温湿度センサの斜視図である。この無線温湿度センサ１７は、厚さの薄い直方体状のハウジング１８の前端側及び後端側に、断熱材１４ａを介して、黒球温度計（輻射熱計測用）１４が一対設けられると共に、一側面に、空気温度計２１及び湿度計２３が設けられる。さらに、ハウジング１８の天面には、光発電パネル２２及び照度センサ２４が設けられる。

この無線温湿度センサ１７は、照明を利用する光発電パネル２２を電源装置とした環境発電方式であり、電源交換の必要がなく、温度・湿度・照度を計測し、これら計測値を制御機２０に向けて無線送信する。本実施形態では、空気温度計２１の計測値が温度計測値として用いられる。無線温湿度センサ１７は、照度２００lux で３０秒ごとのデータ送信が可能であり、照度が高くなるほど、送信間隔は短くなる。

この無線温湿度センサ１７が、空調制御対象空間Ｓ内に偏りなく複数設置される。無線温湿度センサ１７は、光発電パネル２２で自ら給電を行うと共に、計測値を無線送信するので、電源線や信号線の配設が不要であり、複数箇所に設置する場合にその設置施工性に優れる。

このように複数の無線温湿度センサ１７を空調制御対象空間Ｓ内の多点に設置するようにしたので、空調制御対象空間Ｓ内の標準的な（平均的な）温度を捉えることが可能で、温度及び湿度の偏りの影響を最小限に抑えて適切に計測値を取得することができる。

無線温湿度センサ１７で計測された温度計測値及び湿度計測値は、受信機能を有する制御機２０へ送られる。図３には、無線温湿度センサ１７による計測から、制御機２０における受信及び受信後の平均値変換までの処理フローが示されている。

無線温湿度センサ１７による温度計測値等の送信間隔（送信頻度）は、環境照度（空調制御対象空間Ｓ内の照度）に応じて大小変化する。一定時間内で制御機２０が受信した温度計測値等の全平均を求めると、高照度環境に配置された無線温湿度センサ１７からの温度計測値等が多く含まれることとなり、厳密な平均値とならない。

そのため、制御機２０は、各無線温湿度センサ１７ごとに、それらから時々刻々入力される複数の発信温度計測値及び発信湿度計測値の一定時間における平均値を、温度計測値及び湿度計測値とするようになっている。

すなわち、制御機２０側で、各無線温湿度センサ１７からの温度計測値等の所定時間（例えば１分間）における平均値を個々に求め、各無線温湿度センサ１７それぞれについて個別に得た各平均値から、これら平均値の総和を無線温湿度センサ１７の個数で割って、空間平均温度と空間平均湿度を算出する。これにより、送信間隔が異なることによる温度計測値等の偏りを防止することができる。無線温湿度センサ１７が黒球温度計１４の計測値（輻射温度を求める際の基礎データとして利用）や照度も計測する場合、これらの計測値についても同様に平均化する処理をすることで、偏りを防止することができる。

この際、空調制御対象空間Ｓ内で、温度や湿度が異なると考えられる複数箇所に無線温湿度センサ１７を配置し、これより温湿度等の空間平均値を算出するようにすれば、より標準的な温湿度等による制御が可能となる。

図３に示すように、制御機２０は、算出した空間平均温度及び空間平均湿度より、時々刻々変化する空間平均ＰＭＶを推定する。そして後述するように、この空間平均ＰＭＶの時間平均値（以下、時間平均ＰＭＶという）を元にして、空調室内機４の発停の制御を判断する。

時間平均ＰＭＶとは、空調室内機４の稼働停止、稼働開始、再度の稼働停止までの１サイクルにおいて、時々刻々得られる空間平均ＰＭＶを積算し、積算した回数で割って得られる平均値をいう。空調制御対象空間Ｓに外部から入ったばかりの人と、そこに長時間居た人とでは、快適となる条件が異なる。各瞬間の空間平均ＰＭＶに対し、時間平均ＰＭＶであれば、空調制御対象空間Ｓに長時間居ることによる感覚的な慣れを考慮した制御を行うことができる。従って、空調制御対象空間Ｓを長時間利用する場合に用いることが好ましい。

図３中のサイクル平均ＰＭＶは、空調室内機４の稼働停止、稼働開始、再度の稼働停止に亘る１サイクル中における時間平均ＰＭＶの平均値であって、制御目標となる許容条件となる（図６及び図７中、許容値ＰＭＶに相当）。時間平均ＰＭＶ、空間平均ＰＭＶ及び空間平均温度が、制御機２０による空調室内機４の制御値とされる。

空間平均ＰＭＶは一般周知であって、略述すると、対象とする空調空間の温熱環境を形成する６要素（温度、湿度、気流、輻射温度、代謝量、着衣量）を基に、公知の快適方程式（例えば、「空気調和・衛生工学便覧１基礎編」（社）空気調和・衛生工学会発行を参照）から数値化された、当該空調空間の温冷感（図４参照）を算出したもので、不快者数の割合の期待値（予測不快者率；ＰＰＤ）と対応しているものである。

図５には、空調室内機４の空調運転状態を制御する制御機２０による制御フローが示されている。また、下記表１には、本実施形態における制御値であるサイクル平均ＰＭＶ（時間平均ＰＭＶ）、空間平均ＰＭＶ、並びに空間平均温度の許容条件が示されている。

なお、代謝量、着衣量は、表１のように一定値であっても、あるいは時期や季節毎に値を設定するようにしても良い。気流や輻射温度については、計測して空間平均を求めるようにしても、あるいは定数としても良く、さらに、時期や時刻、季節毎に値を設定するようにしても良い。

制御機２０による空調室内機４の制御方法は基本的に、以下の第１～第４の制御ステップを備える。空調室内機４は、上記スイッチ８を入れるとその稼働が開始され、その後、下記制御に移行する。

第１の制御ステップ（Ｚ１）は、空調室内機４による空調の停止開始時を基点として「第１の時間（図中、１０分間）」までの間で、複数の無線温湿度センサ１７それぞれから入力される温度計測値及び湿度計測値から、空調制御対象空間Ｓの「第１の時間」における空間平均温度及び空間平均湿度を算出し、これら空間平均温度及び空間平均湿度から、空調制御対象空間Ｓの「第１の時間」における快適性を示す空間平均ＰＭＶを推定し、さらに、空間平均ＰＭＶの時間平均値である時間平均ＰＭＶを算出する手順を時々刻々行い、「第１の時間」の間で、算出された空間平均温度及び該空間平均ＰＭＶが共に表１の許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、「第１の時間」が経過するまで空調室内機４による空調を停止する。

第２の制御ステップ（Ｚ２）は、「第１の時間（図中、１０分間））」の経過後、空調室内機４による空調の稼働を「第２の時間（図中、１５分間）」が経過するまで継続し、「第２の時間」経過後から「第３の時間（図中、５分間（空調室内機４の稼働開始から通算して２０分間））」までの間で、複数の無線温湿度センサ１７それぞれから入力される温度計測値及び湿度計測値から、空調制御対象空間Ｓの「第２の時間」経過後から「第３の時間」における空間平均温度及び空間平均湿度を算出し、これら空間平均温度及び空間平均湿度から、空調制御対象空間Ｓの「第２の時間」経過後から「第３の時間」における快適性を示す空間平均ＰＭＶを推定し、さらに、空間平均ＰＭＶの時間平均値である時間平均ＰＭＶを算出する手順を時々刻々行い、算出された時間平均ＰＭＶが表１の許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、省エネルギ確保のために直ちに空調室内機４による空調を停止し、かつ「第１の時間」における時間平均ＰＭＶを更新するために第１の制御ステップに移行する。

なお、新たな空調の停止開始時における最初の時間平均ＰＭＶは、当該停止開始時における空間平均ＰＭＶとする。

第３の制御ステップ（Ｚ３）は、第２の制御ステップで時々刻々得られる時間平均ＰＭＶが表１の許容条件を充足するまで最大「第３の時間（図中、５分間（空調室内機４の稼働開始から通算して２０分間）」まで判定を継続しつつ快適性を確保するために空調室内機４による空調の稼働を継続し、その後、空調室内機４による空調を停止し、かつ「第１の時間」における時間平均ＰＭＶを更新するために第１の制御ステップに移行する。

第４の制御ステップ（Ｚ４）は、第１の制御ステップで時々刻々得られる空間平均温度及び空間平均ＰＭＶのいずれかが表１の許容条件を充足していないときは、空調室内機４による空調の稼働を行って快適性を確保するフェイルセーフのために、「第１の時間」の経過を問わず直ちに第２の制御ステップに移行する。

そして、制御機２０は、上記第１～第４の制御ステップ（Ｚ１）～（Ｚ４）を実行する第１～第４の制御機能を備える。

制御フローにおける流れの一例としては、空調の停止開始時を起点とし、計測ごとに起点からその時刻までの空間平均ＰＭＶの時間平均値（時間平均ＰＭＶ）を求め、１０分後（第１の制御ステップ（Ｚ１））に空調を１５分から２０分稼働する。

１５分から２０分の間で、時間平均ＰＭＶが許容値に収まる場合、その段階で空調を停止させ、新たな停止－稼働サイクルに移る（第２の制御ステップ（Ｚ２））。つまり、湿度条件が有利な場合は、時間平均ＰＭＶを保ちながら、稼働時間を最大で１５分まで縮小させる。

停止時間率（停止－稼働サイクル１サイクルあたりの停止時間の割合）は、３３～４０％となり、最大で７％停止時間率が増大する。時間平均ＰＭＶが許容値に収まらない場合は、２０分稼働後に、空調を停止する（第３の制御ステップ（Ｚ３））。

また、フェイルセーフとして、空調の停止中に空間平均ＰＭＶ、空間平均温度が瞬時でも許容条件を外れた場合は、即座に空調を稼働する（第４の制御ステップ（Ｚ４））。

図６及び図７それぞれには、制御フローに従った冷房時及び暖房時の制御状態が示されている。空調室内機４の稼働停止（時間平均ＰＭＶ計算起点；「第１の時間」の起点）、稼働開始、再度の稼働停止に亘る１サイクルにおいて、許容値ＰＭＶ（サイクル平均ＰＭＶ）を制御目標として、「第１の時間（１０ｍｉｎ）」の経過時に空調室内機４の稼働が開始（空間平均ＰＭＶが許容値ＰＭＶ（許容条件）を逸脱している）され、その後の「第２の時間（１５ｍｉｎ）」の経過後、「第３の時間（～５ｍｉｎ）」までの間で、それまで時々刻々計測されている空間平均温度及び空間平均湿度から推定される空間平均ＰＭＶより算出される時間平均ＰＭＶが許容値ＰＭＶ（許容条件）を満たすことになる。

すなわち、空間平均ＰＭＶが許容条件を満たして空調室内機４が停止されるようになっていて、これにより、早期停止可能域が得られて、空調エネルギの削減を達成することができる。

《実証実験》
（１）実験概要
本実施形態に係る空調制御システム及び空調制御方法に従った冬期暖房時の運転実験及び省エネルギ効果の確認実験を行った。従来制御は、特許文献１の開示方式に沿ったものである。

図８には、実験室（幅4,500×奥行き7,000×高さ2,500mm ）Ｓｘ内における無線温湿度センサ１７（温湿度測定点の位置：高さ800mm ）及び空調室内機４の配置が示されている。暖房能力４．０ｋＷの空調室内機４を実験室Ｓｘの東西に２台配置し、これらを同時に制御した。空調室外機の定格出力は２．５ｋＷである。無線温湿度センサ１７は、空調室内機４の風が当たらない机上に配置した。

実験では、従来制御と、本実施形態に係る空調制御方法による制御（以下、「拡張制御」という）で、空調制御を行い、それぞれの動作状況、空調室外機のエネルギ消費量を比較した。日中の負荷変動の影響を除外するため、日没以降１８：３０～２０：００の時間帯に２サイクルの実験を実施した。

時刻変化に伴う温度のばらつきに配慮し、日を変えて３回実験をし、その日別平均の計測値を比較した。エネルギ消費量の比較は、一般空調（設定温度に達した後に空調を停止する）の稼働実験も加え、上記３回の実験のうち外気温が近しい日で比較した。

ＰＭＶは、湿度が高いほど、大きくなる。従来制御では、暖房時は相対湿度４０％を仮定していたため、本実験では、４０％より高湿度となる場合に、ＰＭＶの時間平均値制御によって、空調稼働時間が短縮される動作確認をした。湿度は、加湿器で調整し、従来制御の場合は、過去の被験者実験と同様、相対湿度４０％、拡張制御では、よりＰＭＶが有利な条件として相対湿度５０％を与えた。空調設定温度は、２２℃とした。

（２）制御の確認
図９には、実験結果として、拡張制御（改良制御）及び従来制御それぞれにおける１サイクルを基準としたサイクル平均温度とサイクル平均ＰＭＶの推移が示されている。サイクル平均温度は、従来制御で２２．１℃、拡張制御で２１．８℃と差があるが、サイクル平均ＰＭＶは、湿度差が加味され、従来制御と拡張制御で共に－０．３となっている。

また、拡張制御においては、空調室外機の稼働時間が１５分となっており、サイクル平均ＰＭＶに基づいた稼働時間を短縮する制御が確認された。

（３）省エネルギ効果
図１０には、一般空調と、従来制御、拡張制御（改良した制御）３パターンの室外機の電力（電力量の運転時間平均）が示されている。一般空調に対し、稼働時間の短縮によって、従来制御は３６％(=(728-467)/728)であるのに対し、拡張制御では、４３％(=(728-415)/728)の削減効果を得ることができた。空調停止率（稼働時間の短縮による削減効果の差分）が７％増加したことで、優れた省エネルギ性能を確保できることが確認された。

本実施形態に係る空調制御システム及び空調制御方法では、温度と湿度を加味したＰＭＶの時間平均値を用いて制御することに着目し、常時計測した温度・湿度からＰＭＶを推定し、ＰＭＶの時間平均値に基づいて、空調室内機４の停止・稼働を制御することで、湿度が快適性を上昇させる条件下で、空調の稼働時間を、より短縮できて、快適性を損なうことなく、空調エネルギの削減効果を改善することができる。

制御機２０は、各無線温湿度センサ１７ごとに、それらから時々刻々入力される複数の発信温度計測値及び発信湿度計測値の一定時間における平均値を、温度計測値及び湿度計測値とするので、多点に設置した無線温湿度センサ１７それぞれから取得される計測値を等しく取り扱って、各無線温湿度センサ１７の設置場所に依存することのない偏りのない空調制御を行うことができる。

無線温湿度センサ１７は、電源装置として光発電パネル２２を備え、温度計測値及び湿度計測値を無線で制御機２０へ送信するので、電源線や通信線の配線に手間取るなど施工性を損なうことなく、空調制御対象空間Ｓの多点で適切に温度・湿度を計測することができ、温度等の偏りなく、空調制御対象空間Ｓの標準的な温度・湿度に基づいて、空調制御を行うことができる。

図１１は、本実施形態に係る空調制御システムの構成例を説明する図であって、（Ａ）に示すように、一つの空調制御対象空間Ｓに対し、空調室内機４と複数の無線温湿度センサ１７と制御機２０からなる単一のモジュールを設備しても、あるいは、（Ｂ）に示すように、空調制御対象空間Ｓが広大な場合には、この一つの空調制御対象空間ＳをゾーンＲにわけ、ゾーン制御方式で、複数のモジュールを設備するようにしても良い。

後者の場合、図示するように、複数のゾーンＲを単一の制御機２０で制御しても、あるいは、各ゾーンＲを個々に専用の制御機２０で制御するようにしても、いずれであっても良い。

図３の説明では、温度、湿度の１分平均を制御機２０内で算定するようにしているが、算定を各無線温湿度センサ１７で行わせるようにし、各無線温湿度センサ１７で算定した１分平均の温度等を制御機２０へ送信させるようにしても良い。図１に示した壁掛温度計７は、用いなくても良い。図２で説明した無線温湿度センサ１７は、温度と湿度を計測できれば良く、照度センサ２４や黒球温度計１４を備えていなくてもよい。その場合、温度と湿度以外のＰＭＶを算定するために必要なデータは、予め用意された値を用いるようにすればよい。

４空調室内機
１７無線温湿度センサ
２０制御機
Ｓ空調制御対象空間
Ｚ１第１の制御ステップ
Ｚ２第２の制御ステップ
Ｚ３第３の制御ステップ
Ｚ４第４の制御ステップ

Claims

空調制御対象空間の空調制御を行うための空調機と、
空調制御対象空間内の多点に設けられ、時々刻々温度及び湿度を計測して発信する複数のセンサと、
上記各センサから入力される温度計測値及び湿度計測値を用いて、上記空調機の稼働と停止を制御する制御機とを備え、
該制御機は、
上記空調機による空調の停止開始時を基点として「第１の時間」までの間で、
（１）複数の上記センサそれぞれについて、該各センサから入力される上記温度計測値及び上記湿度計測値の所定時間における平均値を個々に求め、該各センサそれぞれについて個別に得た該各平均値の総和を該センサの個数で割って、空調制御対象空間の該基点からの空間平均温度及び空間平均湿度を時々刻々算出し、
（２）時々刻々得られる該空間平均温度及び該空間平均湿度から、該基点からの空調制御対象空間の快適性を示す空間平均ＰＭＶを時々刻々推定し、
（３）さらに、時々刻々得られる該空間平均ＰＭＶの積算値を、積算回数で割って、該基点からの該空間平均ＰＭＶの時間平均値である時間平均ＰＭＶを時々刻々算出する、これら（１）～（３）の手順を行い、
該「第１の時間」の間で、算出された該空間平均温度及び該空間平均ＰＭＶが共に許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、該「第１の時間」が経過するまで該空調機による空調を停止する第１の制御と、
上記「第１の時間」の経過後、上記基点からの上記（１）～（３）の手順を継続して行いつつ、上記空調機による空調の稼働を「第２の時間」が経過するまで継続し、該「第２の時間」経過後から「第３の時間」までの間で、
（４）該基点からの該（１）の手順を継続して行って、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における上記空間平均温度及び上記空間平均湿度を時々刻々算出し、
（５）該基点からの該（２）の手順を継続して行って、時々刻々得られる該空間平均温度及び該空間平均湿度から、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における快適性を示す上記空間平均ＰＭＶを時々刻々推定し、
（６）さらに、時々刻々得られる該空間平均ＰＭＶに対し、該基点からの該（３）の手順を継続して行って、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における上記時間平均ＰＭＶを時々刻々算出する、これら（４）～（６）の手順を行い、
算出された該時間平均ＰＭＶが許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、省エネルギ確保のために直ちに該空調機による空調を停止し、かつ該時間平均ＰＭＶを更新するために上記第１の制御に移行する第２の制御と、
該第２の制御で時々刻々得られる上記時間平均ＰＭＶが許容条件を充足するまで最大上記「第３の時間」まで判定を継続しつつ快適性を確保するために上記空調機による空調の稼働を継続し、その後、該空調機による空調を停止し、かつ該時間平均ＰＭＶを更新するために上記第１の制御に移行する第３の制御と、
上記第１の制御で時々刻々得られる上記空間平均温度及び上記空間平均ＰＭＶのいずれかが許容条件を充足していないときは、上記空調機による空調の稼働を行って快適性を確保するフェイルセーフのために、上記「第１の時間」の経過を問わず直ちに上記第２の制御に移行する第４の制御とを行う機能を有することを特徴とする空調制御システム。
前記センサは、電源装置として光発電パネルを備え、前記温度計測値及び前記湿度計測値を無線で前記制御機へ送信することを特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
空調機による空調の停止開始時を基点として「第１の時間」までの間で、
（１）複数のセンサそれぞれについて、該各センサから入力される温度計測値及び湿度計測値の所定時間における平均値を個々に求め、該各センサそれぞれについて個別に得た該各平均値の総和を該センサの個数で割って、空調制御対象空間の該基点からの空間平均温度及び空間平均湿度を時々刻々算出し、
（２）時々刻々得られる該空間平均温度及び該空間平均湿度から、該基点からの空調制御対象空間の快適性を示す空間平均ＰＭＶを時々刻々推定し、
（３）さらに、時々刻々得られる該空間平均ＰＭＶの積算値を、積算回数で割って、該基点からの該空間平均ＰＭＶの時間平均値である時間平均ＰＭＶを時々刻々算出する、これら（１）～（３）の手順を行い、
該「第１の時間」の間で、算出された該空間平均温度及び該空間平均ＰＭＶが共に許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、該「第１の時間」が経過するまで該空調機による空調を停止する第１の制御ステップと、
上記「第１の時間」の経過後、上記基点からの上記（１）～（３）の手順を継続して行いつつ、上記空調機による空調の稼働を「第２の時間」が経過するまで継続し、該「第２の時間」経過後から「第３の時間」までの間で、
（４）該基点からの該（１）の手順を継続して行って、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における上記空間平均温度及び上記空間平均湿度を時々刻々算出し、
（５）該基点からの該（２）の手順を継続して行って、時々刻々得られる該空間平均温度及び該空間平均湿度から、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における快適性を示す上記空間平均ＰＭＶを時々刻々推定し、
（６）さらに、時々刻々得られる該空間平均ＰＭＶに対し、該基点からの該（３）の手順を継続して行って、空調制御対象空間の該基点から該「第３の時間」における上記時間平均ＰＭＶを時々刻々算出する、これら（４）～（６）の手順を行い、
算出された該時間平均ＰＭＶが許容条件を充足しているか否かを判定し、充足しているときには、省エネルギ確保のために直ちに該空調機による空調を停止し、かつ該時間平均ＰＭＶを更新するために上記第１の制御ステップに移行する第２の制御ステップと、
該第２の制御ステップで時々刻々得られる上記時間平均ＰＭＶが許容条件を充足するまで最大上記「第３の時間」まで判定を継続しつつ快適性を確保するために上記空調機による空調の稼働を継続し、その後、該空調機による空調を停止し、かつ該時間平均ＰＭＶを更新するために上記第１の制御ステップに移行する第３の制御ステップと、
上記第１の制御ステップで時々刻々得られる上記空間平均温度及び上記空間平均ＰＭＶのいずれかが許容条件を充足していないときは、上記空調機による空調の稼働を行って快適性を確保するフェイルセーフのために、上記「第１の時間」の経過を問わず直ちに上記第２の制御ステップに移行する第４の制御ステップとを備えることを特徴とする空調制御方法。