JP7042628B2 - 空調システム、制御装置、空調制御方法及びプログラム - Google Patents

空調システム、制御装置、空調制御方法及びプログラム Download PDF

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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。
また、上記の空調システムにおいて、省エネルギー化の観点から、予め定めた空調を停止する時刻(以下、空調停止時刻という。)より前に、熱源機の運転を停止させ、その後から空調停止時刻までの時間(以下、予停止時間という。)は、それまでの蓄積熱により空調を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
特開昭58-33037号公報
しかし、蓄積熱だけでは、熱量が少ないため、予停止時間をできるだけ長く確保したい場合は、ユーザの快適性の低下が余儀なくされ、一方、予停止時間を短くすると、省エネルギーの効果が小さいという課題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、快適性を維持しつつ、省エネルギー性が高い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複数の熱源機と、前記熱源機から供給された水と空調エリアから取り込んだ空気の熱交換を行う空調機と、制御装置と、を備える空調システムであって、
前記制御装置は、
予め定めた空調停止時刻の前に、前記空調機が前記空調エリアに供給する空気の風量を低下させると共に、前記複数の熱源機の運転台数を減らした空調制御を行う停止前制御手段と、
前記空調エリアの空調負荷と前記空調制御の実行時に前記空調エリアの空気温度が予め定めた許容範囲で継続する継続時間との相関を示す相関データを記憶する記憶手段と、
前記空調停止時刻の予め定めた時間前に前記相関データと前記空調エリアの現在の空調負荷とに基づいて、前記空調制御の実行時間を見積もる時間見積手段と、を備え、
前記停止前制御手段は、現在時刻から前記空調停止時刻までの残り時間が、前記時間見積手段により見積もられた実行時間になると前記空調制御を開始し、
前記停止前制御手段は、前記空調制御の開始時又は前記開始時より予め定めた時間前に、前記空調エリアへ前記空調機が供給している空気の風量を示す第1風量と、前記空調機が供給している空気の温度を示す吹出温度と、前記複数の熱源機の全運転能力とを取得し、取得した前記第1風量、前記吹出温度及び前記全運転能力と、前記第1風量を予め定めた条件に従って低下させた第2風量とに基づいて、前記熱源機の必要運転台数を算出し、前記必要運転台数に基づいて、前記複数の熱源機の運転台数を減らす
本発明によれば、快適性を維持しつつ、省エネルギー性の高い空調を実現することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る空調システムの全体構成を示す図 本実施の形態の熱源機の構成を示すブロック図 本実施の形態の空調機の構成を示すブロック図 本実施の形態の制御装置の構成を示すブロック図 本実施の形態の制御装置が備える二次記憶装置について説明するための図 本実施の形態において、停止前制御の実行開始時の空調負荷と、その後に室温が予め定めた許容範囲で継続する継続時間との相関を示す図 本実施の形態の制御装置の機能構成を示す図 本実施の形態において、停止前制御が実行される実行開始時刻を決定する時刻と、決定された実行開始時刻と、空調停止時刻の関係を示す図 本実施の形態の停止前制御を簡単に示した図 本実施の形態の停止前制御を簡単に示した図 本実施の形態の相関データについて説明するための図 本実施の形態の空調制御処理の手順を示すフローチャート 本実施の形態の開始時刻決定処理の手順を示すフローチャート 本実施の形態の停止前制御処理の手順を示すフローチャート
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。
図1は、本発明の実施の形態に係る空調システム1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、複数の熱源機2(2a,2b)と、複数の空調機3(3a,3b)と、複数の一次ポンプ4(4a,4b)と、二次ポンプ5と、複数の流量調整弁6(6a,6b)と、複数の温度センサ7(7a,7b)と、制御装置8とを備える。
熱源機2a,2bは、何れも、水配管を介して空調機3a,3bと接続し、空調機3a,3bから戻ってきた冷温水を温調して空調機3a,3bに供給する、いわゆるチラーと呼ばれる装置である。以下、熱源機2a,2bにて共通する説明については、特に個々を指定せずに熱源機2と表記する。
本実施の形態の熱源機2は、夏期(即ち、冷房運転時)においては7℃程度に温度調整した冷水を空調機3に供給し、冬期(即ち、暖房運転時)においては45℃程度に温度調整した温水を空調機3に供給する。
詳細には、熱源機2は、図2示すように、圧縮機20と、四方弁21と、第1熱交換器22と、膨張弁23と、第2熱交換器24と、ファン25と、温度センサ26と、制御基板27とを備える。圧縮機20、四方弁21、第1熱交換器22、膨張弁23及び第2熱交換器24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20は、冷媒を圧縮して温度及び圧力を上昇させる。圧縮機20は、駆動周波数に応じて容量(即ち、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20は、制御基板27からの指令に従って駆動周波数を変更する。
四方弁21は、冷媒の循環方向を切り替えるための弁である。四方弁21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20、四方弁21、第1熱交換器22、膨張弁23及び第2熱交換器24の順序で冷媒が循環する。一方、暖房運転の際には、四方弁21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20、四方弁21、第2熱交換器24、膨張弁23及び第1熱交換器22の順序で冷媒が循環する。
第1熱交換器22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25は、例えば、DCファンモータによって駆動される遠心ファン又は多翼ファン(シロッコファンともいう。)であり、外気を吸い込んで第1熱交換器22に供給する。ファン25の回転数、即ち、第1熱交換器22に供給する外気の風量は、制御基板27からの指令に従って調整される。
膨張弁23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動弁である。この他にも、膨張弁23として、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁あるいはキャピラリチューブ等を採用してもよい。膨張弁23の絞りの開度は、制御基板27からの指令に従って変更される。
第2熱交換器24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26は、外気の温度を計測する。温度センサ26は、例えば、熱源機2の筐体の内側において、ファン25により吸い込まれた外気の温度を計測できるように、熱源機2に設けられた図示しない吸込口の近辺に設置される。あるいは、温度センサ26は、熱源機2の筐体の外側に設けられてもよい。温度センサ26は、計測した温度(以下、外気温という。)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27に送信する。
制御基板27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27は、圧縮機20、四方弁21、膨張弁23、ファン25及び温度センサ26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27は、制御装置8と有線又は無線にて通信可能に接続する。制御基板27は、制御装置8からの指令(制御データ)に従って、上記の各構成部の制御を行う。また、制御基板27は、制御装置8からの一定時間毎(例えば、1分毎)の要求に応答して、温度センサ26により計測された外気温を格納したデータ(以下、外気温データという。)を制御装置8に送信する。なお、制御装置8は、自発的に一定時間間隔(例えば、1分間隔)で外気温データを制御装置8に送信してもよい。
図1に戻り、空調機3a,3bは、いわゆるエアハンドリングユニットと呼ばれる空調機であり、何れも、熱源機2a,2bからの冷温水と各々の空調エリアの空気との熱交換を行うことで、各空調エリアの空気状態(即ち、温度、湿度)の調整を行う。以下、空調機3a,3bにて共通する説明については、特に個々を指定せずに空調機3と表記する。
図3に示すように、空調機3は、熱交換器30と、ファン31と、温度センサ32と、制御基板33とを備える。熱交換器30は、熱源機2から流入した冷温水と当該空調機3の空調エリアの空気との熱交換を行う。ファン31は、例えば、多翼ファン又はリミットロードファンであり、空調機3に設けられた図示しない吸込口から室内の空気を取り込む(即ち、吸い込む)と共に、熱交換後の空気を、空調機3に設けられた図示しない吹出口から当該空調機3の空調エリアに供給する。ファン31の回転数、即ち、ファン31が空調エリアに供給する空気の風量は、制御基板33からの指令に従って調整される。
温度センサ32は、ファン31により空調エリアに供給される、熱交換後、即ち、空調後の空気の温度(以下、吹出温度という。)を計測する。温度センサ32は、計測した吹出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33に送信する。
制御基板33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33は、ファン31、温度センサ32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33は、制御装置8と有線又は無線にて通信可能に接続する。制御基板33は、制御装置8からの指令(制御データ)に従って、ファン31の駆動を制御する。また、制御基板33は、制御装置8からの一定時間毎(例えば、1分毎)の要求に応答して、温度センサ32により計測された吹出温度を格納したデータ(以下、吹出温度データという。)を制御装置8に送信する。なお、制御基板33は、自発的に一定時間間隔(例えば、1分間隔)で吹出温度データを制御装置8に送信してもよい。
図1に戻り、一次ポンプ4a,4bと二次ポンプ5は、何れも、水配管を介して熱源機2a,2bと空調機3a,3bとの間で冷温水を循環させるためのポンプである。一次ポンプ4a,4bと二次ポンプ5の各々は、制御装置8と有線又は無線にて通信可能に接続する。一次ポンプ4a,4bと二次ポンプ5の各々は、インバータ回路を備え、制御装置8からの指令(制御データ)に従って駆動回転数が変更される。なお、二次ポンプ5の設置は、必須ではない。
流量調整弁6a,6bは、それぞれ、空調機3a,3bを循環する冷温水の流量を調整するための、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動弁である。流量調整弁6a,6bの各々は、制御装置8と有線又は無線にて通信可能に接続し、制御装置8からの指令(制御データ)に従って、絞りの開度を変更する。
温度センサ7aは、空調機3aが担う空調エリア(以下、空調エリアaという。)の空気の温度を計測する。温度センサ7bは、空調機3bが担う空調エリア(以下、空調エリアbという。)の空気の温度を計測する。温度センサ7a,7bの各々は、制御装置8と有線又は無線にて通信可能に接続し、制御装置8からの一定時間毎(例えば、1分毎)の要求に応答して、それぞれ計測した空気の温度(以下、室温という。)を格納したデータ(以下、室温データという。)を制御装置8に送信する。なお、温度センサ7a,7bの各々は、自発的に一定時間間隔(例えば、1分間隔)で室温データを制御装置8に送信してもよい。
制御装置8は、当該建物の各種設備を管理する部屋に設置され、空調システム1の運転を統括して制御する装置である。制御装置8は、図4に示すように、CPU80と、ROM81と、RAM82と、通信インタフェース83と、二次記憶装置84とを備える。これらの構成部は、バス85を介して相互に接続される。CPU80は、制御装置8を統括的に制御する。CPU80によって実現される機能の詳細については後述する。
ROM81は、複数のファームウェアとこれらのファームウェアの実行時に使用されるデータを記憶する。RAM82は、CPU80の作業領域として使用される。
通信インタフェース83は、熱源機2a,2bの制御基板27、空調機3a,3bの制御基板33、1次ポンプ4a,4b、二次ポンプ5、流量調整弁6a,6bの各々と無線通信又は有線通信するための1又は複数のNIC(Network Interface Card controller)を備える。
二次記憶装置84は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)若しくは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又はHDD(Hard Disk Drive)等を含んで構成される。二次記憶装置84は、図5に示すように、空調制御プログラム840と、運転状態データ841と、相関テーブル842を記憶する。なお、この他にも、二次記憶装置84には、様々なプログラムと、それらのプログラムの実行時に使用されるデータが記憶される。
空調制御プログラム840は、CPU80によって実行されるコンピュータプログラムである。空調制御プログラム840には、空調システム1による空調を制御するための処理が記述されている。
運転状態データ841は、空調システム1における現在の運転状態を示すデータである。詳細には、運転状態データ841には、冷房運転又は暖房運転を示す運転モードと、外気温と、空調機3a,3bに関するデータと、一次ポンプ4a,4bの駆動回転数と、二次ポンプ5の駆動回転数と、流量調整弁6a,6bの絞りの開度とが格納される。空調機3aに関するデータには、空調エリアaの室温と、風量と、吹出温度と、目標室温とが含まれる。同様に、空調機3bに関するデータには、空調エリアbの室温と、風量と、吹出温度と、目標室温とが含まれる。
上記において、空調エリアa,bの目標室温とは、空調エリアa,bに設置された図示しない空調リモコンを介してユーザにより設定された、当該ユーザが所望する室温である。各空調リモコンは、制御装置8と有線又は無線にて通信可能に接続する。各空調リモコンは、ユーザにより目標室温が設定されると、かかる目標室温を制御装置8に通知する。
相関テーブル842は、CPU80の学習により構築された相関データが、複数格納されたデータテーブルである。本実施の形態では、相関テーブル842には、各空調機3に対応した2つの相関データ(以下、相関データa,bという。)が格納される。相関データaは、後述する停止前制御の実行開始時の空調エリアaの空調負荷と、その後に空調エリアaの室温が予め定めた許容範囲で継続する継続時間との相関(図6参照)を示すデータである。本実施の形態において、1日の予め定めた時刻(以下、空調停止時刻という。)になると、空調システム1は空調を停止する。即ち、空調停止時刻になると、全ての熱源機2及び全ての空調機3の運転が停止される。停止前制御とは、空調停止時刻になる前に行う制御であり、省エネルギーを目的とする制御である。停止前制御の詳細については、後述する。
同様に、相関データbは、上記の停止前制御の実行開始時の空調エリアbの空調負荷と、その後に空調エリアbの室温が予め定めた許容範囲で継続する継続時間との相関(図6参照)を示すデータである。
本実施の形態において、空調負荷は、室内外の温度差(ΔT)とみなされる。ΔTは、以下のように算出される。
冷房運転時:ΔT=外気温-室温
暖房運転時:ΔT=室温-外気温
また、本実施の形態において、上記の許容範囲とは、冷房運転時においては、停止前制御の実行開始時の空調エリアa(又は空調エリアb)の室温+1K未満であること意味し、暖房運転時においては、停止前制御の実行開始時の空調エリアa(又は空調エリアb)の室温-1K未満であること意味する。つまり、相関テーブル842の相関データaにおいて、上記の継続時間とは、停止前制御の実行開始時の空調エリアaの室温が、1K以上変化するまでの時間ということになる。同様に、相関テーブルbにおいて、上記の継続時間とは、停止前制御の実行開始時の空調エリアbの室温が、1K以上変化するまでの時間ということになる。
続いて、制御装置8の機能について説明する。制御装置8は、機能的には、図7に示すように、通常空調制御部800と、開始時刻決定部801と、停止前制御部802と、学習部803とを備える。これらの機能部は、CPU80によって、二次記憶装置84に記憶される空調制御プログラム840が実行されることで実現される。
通常空調制御部800は、通常時における空調制御を行う。通常時とは、本実施形態では、当該建物を使用する企業の始業時刻から、後述する停止前制御部802による停止前制御の開始時刻までの間をいう。この通常時において、通常空調制御部800は、一般的な空調制御、即ち、空調エリアa,bの室温が、それぞれの目標室温となるような空調制御を行う。具体的には、通常空調制御部800は、空調機3a,3bの吹出温度が、空調エリアa,bの目標室温となるように、流量調整弁6a,6bの絞りの開度を調整し、また、空調エリアa,bの空調負荷(即ち、ΔT)の大きさに応じて、空調エリアa,bの風量、一次ポンプ4a,4b、二次ポンプ5の搬送量を調整する。そして、空調機3a,3bが、目標室温の空気を上記の調整された風量で供給できるように熱源機2a,2bを制御する。
なお、通常時における空調については、制御装置8は関与しなくてもよい。この場合、制御装置8を除く空調システム1によって空調が行われる。
開始時刻決定部801は、停止前制御部802による停止前制御の実行に先んじて、停止前制御の実行時間を見積もることにより、停止前制御の実行を開始すべき時刻(以下、実行開始時刻という。)を決定する。詳細には、開始時刻決定部801は、空調停止時刻(TIME_E)の予め定めた時間(time_p)前の時刻になると、空調エリアa及び空調エリアbの空調負荷(即ち、上記のΔT)を取得する。TIME_Eは、例えば、当該建物を使用する企業の終業時刻である。また、time_pは、例えば、30分である。
そして、開始時刻決定部801は、相関テーブル842の相関データaを参照して、取得した空調エリアaの空調負荷に対応する継続時間(以下、継続時間aという。)を取得する。また、開始時刻決定部801は、相関テーブル842の相関データbを参照して、取得した空調エリアbの空調負荷に対応する継続時間(以下、継続時間bという。)を取得する。
開始時刻決定部801は、最短の継続時間を停止前制御の実行見込時間(time_t)として選択する。即ち、開始時刻決定部801は、取得した継続時間a,bの内、短い方をtime_tとする。開始時刻決定部801は、TIME_Eとtime_tに基づき、実行開始時刻(TIME_ST)を決定する。つまり、TIME_Eのtime_t前の時刻をTIME_STに決定する。図8に、TIME_STを決定する時刻と、決定したTIME_STと、TIME_Eの関係を示す。
停止前制御部802は、開始時刻決定部801により決定されたTIME_STになると、熱源機2a,2bの運転台数を減らした空調制御、即ち、停止前制御を行う。以下、この停止前制御について詳細に説明する。なお、以下の説明では、熱源機2の台数は、2台に限定されず、3台以上の場合も含まれる。なお、空調機3についても、2台に限定されることはなく、3台以上の場合も含まれてもよいが、ここでは、説明を簡単にするため、空調機3a,3bの2台であるものとする。
停止前制御部802は、先ず、現在運転している各熱源機2の運転能力(空調能力ともいう。)を検出し、これらを合算した、現在の全運転能力(Qn)を算出する。各熱源機2の運転能力は、例えば、圧縮機20の駆動周波数、当該熱源機2を通過する冷温水の流量等によって算出してもよい。また、停止前制御部802は、空調機3a,3bの現在の風量を合算した、現在の全風量(Vn)を算出する。さらに、停止前制御部802は、空調機3a,3bの風量の下限値を合算した下限時の全風量(Vmin)を算出する。この下限値は、例えば、空調機3a,3bの最小風量である。
停止前制御部802は、空調機3の全風量が上記のVminの場合において、空調機3a,3bの吹出温度が各々の目標室温と同じ温度となるために必要な全運転能力(Q2)を算出する。Q2は、以下のように算出される。
Q2=Qn×Vmin/Vn (式1)
次に、停止前制御部802は、算出したQ2に対応する熱源機2の必要運転台数(n)を以下のように算出する。
n=Q2/Qrated (式2)
上記の式において、Qratedは、熱源機2の1台当たりの定格能力である。定格能力に関する情報は、工事担当者等により、予め、制御装置8に入力され、二次記憶装置84に保存されているものとする。
そして、停止前制御部802は、空調機3の全風量がVminとなるように、空調機3a,3bのファン31の風量を調整すると共に、熱源機2の運転台数をnに減らす。例えば、実行開始時刻以前の熱源機2の運転台数が3であり、n=2の場合、停止前制御部802は、熱源機2の運転台数を2に減らす。つまり、何れか1台の熱源機2の運転を停止させる。また、停止前制御部802は、熱源機2の運転台数の低減に応じて、一次ポンプ4の運転台数を減らしたり、又は、一次ポンプ4若しくは二次ポンプ5の搬送量を低下させる。
その後、TIME_E(空調停止時刻)になると、停止前制御部802は、残りの熱源機2の運転を停止させると共に、全ての空調機3と、一次ポンプ4a,4bと、二次ポンプ5の運転を停止させる。
上記の停止前制御部802による停止前制御を簡単な図で示すと、図9及び図10のようになる。つまり、全運転能力と全風量は、TIME_STの前後で図9に示すように変化する一方、空調機3の吹出温度は、図10に示すように、TIME_STより前の温度、即ち、目標室温と同じ温度のまま維持される。
図7に戻り、学習部803は、前述した相関データa及び相関データbを学習により構築する。詳細には、学習部803は、TIME_ST(実行開始時刻)になると、運転状態データ841を参照して、各空調エリア(空調エリアa,b)の空調負荷及び室温を取得する。前述したように、本実施の形態では、空調負荷は、室内外の温度差(ΔT)である。以下、空調エリアaの空調負荷及び室温を空調負荷a及び室温aといい、空調エリアbの空調負荷及び室温を空調負荷b及び室温bという。
以後、TIME_E(空調停止時刻)になるまで、学習部803は、室温a,bを監視し、1K以上変化するまでのそれぞれの時間(即ち、継続時間a,b)を計時して取得する。そして、学習部803は、取得した空調負荷aと継続時間aのセットを二次記憶装置84に保存すると共に、これまでに取得した複数の空調負荷aと継続時間aのセットに基づいて、周知の統計解析手法を用いて相関データaを構築する(図11参照)。同様に、学習部803は、取得した空調負荷bと継続時間bのセットを二次記憶装置84に保存すると共に、これまでに取得した複数の空調負荷bと継続時間bのセットに基づいて、周知の統計解析手法を用いて相関データbを構築する(図11参照)。
相関データa,bは、上記のようにして構築されるので、各々の精度は、停止前制御の実行回数が少ないと低く、実行回数が増加するにつれて高まるものである。このため、停止前制御の実行回数が予め定めた下限数に達していない場合、開始時刻決定部801は、二次記憶装置84に保存されているデフォルトの相関データa,bを使用して、実行開始時刻(TIME_ST)を決定する。これらのデフォルトの相関データa,bは、空調エリアa,bに関する様々な情報、例えば、広さ、日射の影響、用途、設置される機器の種類及び台数等をパラメータとして、予め定めたアルゴリズムにより作成されたものである。
図12は、制御装置8により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。制御装置8は、毎日の予め定めた時刻(本実施の形態では、始業時刻)になると、この空調制御処理を実行する。
CPU80は、現時刻がTIME_E(空調停止時刻)からtime_p(例えば、30分)前の時刻であるか否かを判定する(ステップS101)。ステップS101でYESの場合、開始時刻決定部801によって開始時刻決定処理が実行される(ステップS102)。一方、ステップS101でNOの場合、ステップS103に移行する。
図13は、開始時刻決定部801により実行される開始時刻決定処理の手順を示すフローチャートである。先ず、開始時刻決定部801は、空調エリアa,bの空調負荷として、各々の室内外の温度差(ΔT)を取得する(ステップS201)。そして、開始時刻決定部801は、相関テーブル842の相関データa,bを参照して、取得した空調エリアa,bの空調負荷に対応する継続時間a,bを取得する(ステップS202)。
次に、開始時刻決定部801は、最短の継続時間を停止前制御の実行見込時間(time_t)として選択する(ステップS203)。即ち、開始時刻決定部801は、取得した継続時間a,bの内、短い方をtime_tとする。そして、開始時刻決定部801は、TIME_Eのtime_t前の時刻をTIME_ST(実行開始時刻)に決定する(ステップS204)。これにより、開始時刻決定処理が終了し、図12のステップS101に戻る。
ステップS103では、CPU80は、現時刻がTIME_STであるか否かを判定する。ステップS103でYESの場合、停止前制御部802によって停止前制御処理が実行される(ステップS104)。一方、ステップS103でNOの場合、通常空調制御部800が、通常時における空調制御を行う(ステップS105)。ステップS105の後、ステップS101に戻る。
図14は、停止前制御部802により実行される停止前制御処理の手順を示すフローチャートである。停止前制御部802は、Qn(現在の全運転能力)と、Vn(現在の全風量)と、Vmin(下限時の全風量)を算出する(ステップS301)。
停止前制御部802は、算出したQn、Vn及びVminを用いてQ2を算出する(ステップS302)。前述したようにQ2は、空調機3の全風量がVminの場合において、空調機3a,3bの吹出温度が各々の目標室温となるのに必要な全運転能力であり、前述の式1により算出される。
停止前制御部802は、算出したQ2をQrated(熱源機2の1台当たりの定格能力)で除算することで熱源機2の必要運転台数(n)を算出する(ステップS303)。
次に、停止前制御部802は、空調機3の全風量がVminとなるように、空調機3a,3bの風量を低下させる(ステップS304)。詳細には、停止前制御部802は、空調機3a,3bの制御基板33に対して、風量を最小にすることを指令する制御データを送信する。かかる制御データを受信した各制御基板33は、ファン31の送風量が最小になるように、ファン31の回転数を調整する。これにより、空調機3a,3bのファン31の送風量は最小となり、その結果、全風量はVminとなる。
そして、停止前制御部802は、熱源機2の運転台数を算出したnに減らす(ステップS305)。例えば、実行開始時刻以前に熱源機2a,2bが運転していて、n=1の場合、停止前制御部802は、熱源機2a,2bの何れか1台の運転を停止させる。この場合、熱源機2a,2bの何れかの制御基板27に対して、運転の停止を指令する制御データを送信する。かかる制御データを受信した制御基板27は、圧縮機20とファン25の駆動を停止させる。これにより、当該熱源機2の運転が停止する。また、停止前制御部802は、熱源機2の運転台数の低減に応じて、一次ポンプ4の運転台数を減らしたり、又は、一次ポンプ4若しくは二次ポンプ5の搬送量を低下させる。
しかる後、現時刻がTIME_E(空調停止時刻)になると(ステップS306;YES)、停止前制御部802は、残りの熱源機2の運転を停止させる(ステップS307)。また、停止前制御部802は、一次ポンプ4a,4bと二次ポンプ5の運転を停止させる(ステップS308)。詳細には、制御装置8は、一次ポンプ4a,4bと二次ポンプ5に対して、運転の停止を指令する制御データを送信する。かかる制御データを受信した各ポンプは、運転を停止する。
そして、停止前制御部802は、全ての空調機3の運転を停止させる(ステップ309)。詳細には、制御装置8は、空調機3a,3bの制御基板33に対して、運転の停止を指令する制御データを送信する。かかる制御データを受信した各空調機3の制御基板33は、ファン31の駆動を停止させる。これにより、空調機3a,3bからの送風が停止する。以上の停止前制御処理が終了すると、図12に示す空調制御処理も終了する。
なお、上記の各フローチャートでは示さなかったが、前述したように、学習部803は、停止前制御部802による停止前制御処理が実行されている間、即ち、TIME_ST(実行開始時刻)からTIME_E(空調停止時刻)の間、相関データa及び相関データbを構築する処理を実行する。
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る空調システム1によれば、制御装置8は、空調停止時刻(TIME_E)の前に、熱源機2の運転台数を減らした空調制御(停止前制御)を行うものの、全ての熱源機2の運転を強制停止させるのではなく、目標室温に極力近い温度の空気が空調エリアに供給されるように空調システム1を制御する。このため、快適性を維持しつつ、省エネルギー効果の高い空調を実現できる。
また、停止前制御の実行開始時刻(TIME_ST)は、現在の空調負荷と、停止前制御時の学習により構築された相関データに基づいて決定される。この相関データは、停止前制御の実行開始時の空調エリアの空調負荷と、停止前制御の実行開始時の空調エリアの室温が許容範囲(変化が1K未満)で継続する継続時間との相関を示すデータである。このため、停止前制御の実行時間を、快適性及び省エネルギー性の観点から、より適切な時間に設定することができる。
なお、本発明は、上記の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、流量調整弁6a,6bは、それぞれ空調機3a,3bに内蔵される構成であってもよい。この場合、制御装置8は、空調機3a,3bの制御基板33を介して、流量調整弁6a,6bの絞り開度を調整する。
また、上記の実施の形態では、空調負荷を室内外の温度差(ΔT)とみなした。しかし例えば、空調システム1に、空調エリアの在室者の発熱量、空調エリアに設置されている機器の発熱量、外皮負荷、日射負荷、換気負荷の一部又は全部を検出するための1又は複数の検出装置を備えるようにして、制御装置8が、これらの検出装置の検出結果に基づいて、空調負荷を算出してもよい。上記において、外皮負荷とは、壁から空調エリアに侵入する熱量であり、換気負荷とは、換気によって空調エリアに侵入する熱量を意味する。
上記の実施の形態では、下限時の全風量(Vmin)は、各空調機3の最小風量を合算することで算出されたが、この方法に限定されることはない。例えば、各空調機3の現在の風量に予め定めた1より小さい係数を掛けた値の合算を下限時の全風量(Vmin)としてもよい。
また、上記の実施の形態では、停止前制御部802は、実行開始時刻(TIME_ST)になると、空調機3の全風量が上記のVminの場合の全運転能力(Q2)と、Q2に対応する熱源機2の必要運転台数(n)を算出した。しかし、停止前制御部802は、TIME_STより前(例えば、TIME_STを決定する時刻)にQ2及びnを算出し、その後、TIME_STになると、熱源機2の運転台数をnに減らすようにしてもよい。
また、制御装置8の少なくとも一部の機能が、熱源機2の制御基板27、空調機3の制御基板33又は前述した空調リモコンで実現されるようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、制御装置8のCPU80によって二次記憶装置84に記憶されている空調制御プログラム840が実行されることで、制御装置8の各機能部(図7参照)が実現された。
しかし、制御装置8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、上記の空調制御プログラム840は、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)、光磁気ディスク(Magneto-Optical Disc)、USB(Universal Serial Bus)メモリ、メモリカード、HDD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実施の形態における制御装置8として機能させることも可能である。
また、空調制御プログラム840をインターネット上の他のサーバが有するディスク装置等に格納しておき、当該サーバから制御装置8に空調制御プログラム840がダウンロードされるようにしてもよい。
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、特許請求の範囲によって示される。そして、特許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。
1 空調システム、2a,2b 熱源機、3a,3b 空調機、4a,4b 一次ポンプ、5 二次ポンプ、6a,6b 流量調整弁、7a,7b,26,32 温度センサ、8 制御装置、20 圧縮機、21 四方弁、22 第1熱交換器、23 膨張弁、24 第2熱交換器、25,31 ファン、27,33 制御基板、30 熱交換器、80 CPU、81 ROM、82 RAM、83 通信インタフェース、84 二次記憶装置、85 バス、800 通常空調制御部、801 開始時刻決定部、802 停止前制御部、803 学習部、840 空調制御プログラム、841 運転状態データ、842 相関テーブル

Claims (7)

  1. 温調した水を供給する複数の熱源機と、前記熱源機から供給された水と空調エリアから取り込んだ空気の熱交換を行う空調機と、制御装置と、を備える空調システムであって、
    前記制御装置は、
    予め定めた空調停止時刻の前に、前記空調機が前記空調エリアに供給する空気の風量を低下させると共に、前記複数の熱源機の運転台数を減らした空調制御を行う停止前制御手段と、
    前記空調エリアの空調負荷と前記空調制御の実行時に前記空調エリアの空気温度が予め定めた許容範囲で継続する継続時間との相関を示す相関データを記憶する記憶手段と、
    前記空調停止時刻の予め定めた時間前に前記相関データと前記空調エリアの現在の空調負荷とに基づいて、前記空調制御の実行時間を見積もる時間見積手段と、を備え、
    前記停止前制御手段は、現在時刻から前記空調停止時刻までの残り時間が、前記時間見積手段により見積もられた実行時間になると前記空調制御を開始し、
    前記停止前制御手段は、前記空調制御の開始時又は前記開始時より予め定めた時間前に、前記空調エリアへ前記空調機が供給している空気の風量を示す第1風量と、前記空調機が供給している空気の温度を示す吹出温度と、前記複数の熱源機の全運転能力とを取得し、取得した前記第1風量、前記吹出温度及び前記全運転能力と、前記第1風量を予め定めた条件に従って低下させた第2風量とに基づいて、前記熱源機の必要運転台数を算出し、前記必要運転台数に基づいて、前記複数の熱源機の運転台数を減らす、空調システム。
  2. 前記相関データを学習により構築する学習手段をさらに備える、請求項1に記載の空調システム。
  3. 前記空調エリアの空調負荷は、外気温度と前記空調エリアの空気温度により定まる、請求項1又は2に記載の空調システム。
  4. 前記空調エリアに居る人の発熱量と、前記空調エリアに設置された機器の発熱量と、外皮負荷と、日射負荷と、換気負荷の内の少なくとも1つに基づいて、前記空調エリアの空調負荷を取得する負荷取得手段をさらに備える、請求項1からの何れか1項に記載の空調システム。
  5. 温調した水を供給する複数の熱源機と、前記熱源機から供給された水と空調エリアから取り込んだ空気の熱交換を行う空調機を制御する制御装置であって、
    予め定めた空調停止時刻の前に、前記空調機が前記空調エリアに供給する空気の風量を低下させると共に、前記複数の熱源機の運転台数を減らした空調制御を行う停止前制御手段と、
    前記空調エリアの空調負荷と前記空調制御の実行時に前記空調エリアの空気温度が予め定めた許容範囲で継続する継続時間との相関を示す相関データを記憶する記憶手段と、
    前記空調停止時刻の予め定めた時間前に前記相関データと前記空調エリアの現在の空調負荷とに基づいて、前記空調制御の実行時間を見積もる時間見積手段と、を備え、
    前記停止前制御手段は、現在時刻から前記空調停止時刻までの残り時間が、前記時間見積手段により見積もられた実行時間になると前記空調制御を開始し、
    前記停止前制御手段は、前記空調制御の開始時又は前記開始時より予め定めた時間前に、前記空調エリアへ前記空調機が供給している空気の風量を示す第1風量と、前記空調機が供給している空気の温度を示す吹出温度と、前記複数の熱源機の全運転能力とを取得し、取得した前記第1風量、前記吹出温度及び前記全運転能力と、前記第1風量を予め定めた条件に従って低下させた第2風量とに基づいて、前記熱源機の必要運転台数を算出し、前記必要運転台数に基づいて、前記複数の熱源機の運転台数を減らす、制御装置。
  6. 温調した水を供給する複数の熱源機と、前記熱源機から供給された水と空調エリアから取り込んだ空気の熱交換を行う空調機を制御する制御装置によって実行される空調制御方法であって、
    停止前制御手段が、予め定めた空調停止時刻の前に、前記空調機が前記空調エリアに供給する空気の風量を低下させると共に、前記複数の熱源機の運転台数を減らした空調制御を行い、
    時間見積手段が、記憶装置に記憶される、前記空調エリアの空調負荷と前記空調制御の実行時に前記空調エリアの空気温度が予め定めた許容範囲で継続する継続時間との相関を示す相関データと、前記空調エリアの現在の空調負荷に基づいて、前記空調制御の実行時間を見積もり、
    前記停止前制御手段、現在時刻から前記空調停止時刻までの残り時間が、前記時間見積手段により見積もられた実行時間になると前記空調制御を開始し、
    前記停止前制御手段は、前記空調制御の開始時又は前記開始時より予め定めた時間前に、前記空調エリアへ前記空調機が供給している空気の風量を示す第1風量と、前記空調機が供給している空気の温度を示す吹出温度と、前記複数の熱源機の全運転能力とを取得し、取得した前記第1風量、前記吹出温度及び前記全運転能力と、前記第1風量を予め定めた条件に従って低下させた第2風量とに基づいて、前記熱源機の必要運転台数を算出し、前記必要運転台数に基づいて、前記複数の熱源機の運転台数を減らす、空調制御方法。
  7. 温調した水を供給する複数の熱源機と、前記熱源機から供給された水と空調エリアから取り込んだ空気の熱交換を行う空調機を制御するコンピュータを、
    予め定めた空調停止時刻の前に、前記空調機が前記空調エリアに供給する空気の風量を低下させると共に、前記複数の熱源機の運転台数を減らした空調制御を行う停止前制御手段、
    前記空調停止時刻の予め定めた時間前に、記憶装置に記憶される相関データと前記空調エリアの現在の空調負荷とに基づいて、前記空調制御の実行時間を見積もる時間見積手段、として機能させ、
    前記相関データは、前記空調エリアの空調負荷と前記空調制御の実行時に前記空調エリアの空気温度が予め定めた許容範囲で継続する継続時間との相関を示し、
    前記停止前制御手段は、現在時刻から前記空調停止時刻までの残り時間が、前記時間見積手段により見積もられた実行時間になると前記空調制御を開始し、
    前記停止前制御手段は、前記空調制御の開始時又は前記開始時より予め定めた時間前に、前記空調エリアへ前記空調機が供給している空気の風量を示す第1風量と、前記空調機が供給している空気の温度を示す吹出温度と、前記複数の熱源機の全運転能力とを取得し、取得した前記第1風量、前記吹出温度及び前記全運転能力と、前記第1風量を予め定めた条件に従って低下させた第2風量とに基づいて、前記熱源機の必要運転台数を算出し、前記必要運転台数に基づいて、前記複数の熱源機の運転台数を減らす、プログラム。
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