JP7126307B2 - 空調制御システム - Google Patents

Description

この発明は、居室に対する冷暖房を行う空調制御システムに関する。

従来の空調制御システムでは、居室の温度を検出して冷暖房負荷を予測し、建物の躯体に対する蓄熱を行っている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１－２２０６０８号公報

一方、居室の温度のみから予測した冷暖房負荷に基づいて居室に対する冷暖房を制御する場合には、最適な制御を実現できない。すなわち、居室は断熱材で覆われているため、躯体の温度又は居室の周囲に存在する空間（天井裏又は床下）の雰囲気温度の影響を直に受けるものではないが、その影響は無視できるものではなく、冷暖房負荷にも影響を与える。そのため、居室の温度のみから予測した冷暖房負荷では、実際の冷暖房負荷との間で誤差が生じる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測でき、最適な冷暖房制御を実現可能な空調制御システムを提供することを目的としている。

この発明に係る空調制御システムは、居室の天井裏に設置され、当該居室に対する冷暖房を行う室内機と、居室の周囲に存在する空間に設けられ、温度を検出する１つ以上の温度センサと、温度センサにより検出された温度に基づいて、居室に対する冷暖房負荷を予測する予測部と、予測部により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機に対する冷暖房制御を行う運転部と、居室に対する冷暖房負荷を計測する計測部とを備え、予測部は、温度センサにより得られた温度と基準温度との差に基づいて設定テーブルから負荷補正量を抽出し、居室に対する基準となる冷暖房負荷に対して当該負荷補正量を付加することで、当該居室に対する冷暖房負荷を予測し、予測部は、計測部による計測結果に基づいて、設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正することを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測でき、最適な冷暖房制御が実現可能となる。

この発明の実施の形態１に係る空調制御システムの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における通信インタフェースの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における運転部が保持する設定テーブルの一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る空調制御システムの動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における運転部によるスケジュール運転の開始時刻の設定例を示す図である。 この発明の実施の形態１における運転部によるスケジュール運転の停止時刻の設定例を示す図である。 図７Ａ、図７Ｂは、この発明の実施の形態１における通信インタフェースのハードウェア構成例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る空調制御システムの構成例を示す図である。
空調制御システムは、ビル等の建物５に設けられ、当該建物５が有する居室５１に対して冷暖房を行う。この空調制御システムは、図１に示すように、１つ以上の空調ユニット１及び上位コントローラ２を備えている。図１の例では、１つの居室５１に対して冷暖房を行う１つの空調ユニット１を示している。この空調ユニット１は、室外機１１、１台以上の室内機１２及び１台以上の通信インタフェース１３を備えている。図１の例では、室内機１２及び通信インタフェース１３が２台ずつ設けられた場合を示している。

室外機１１は、建物５の屋外に設置され、空調運転（冷媒による冷熱又は温熱の供給）を行う。
室内機１２は、居室５１の天井裏５２に設置され、冷媒配管で接続された室外機１１による空調運転により当該居室５１に対する冷暖房を行う。

通信インタフェース１３は、図２に示すように、温度センサ１３１、予測部１３２、運転部１３３、通信制御部１３４、計測部１３５、通信回路１３６及び通信回路１３７を有している。なお図１の例では、通信インタフェース１３が室内機１２と同一の空間に設置された場合を示したが、これに限らず、通信インタフェース１３は室内機１２とは異なる空間に設置されてもよい。

温度センサ１３１は、居室５１の周囲に存在する空間（天井裏５２又は床下５３）に設けられ、温度を検出する。この温度センサ１３１は、センサヘッド１３１１が鉄骨又はスラブ等の躯体５４に接することで、当該センサヘッド１３１１と接続された温度検出部１３１２が、上記温度として当該躯体５４の温度を検出する。又は、温度センサ１３１は、センサヘッド１３１１が上記空間中に配置されることで、当該センサヘッド１３１１と接続された温度検出部１３１２が、上記温度として上記空間の雰囲気温度を検出する。図１に示す温度センサ１３１は、センサヘッド１３１１が天井裏５２の空間中に配置され、温度検出部１３１２が天井裏５２の雰囲気温度を検出する場合を示している。この温度センサ１３１により検出された温度を示す情報は予測部１３２に出力される。また、通信インタフェース１３に上位コントローラ２が接続されている場合には、温度センサ１３１により検出された温度を示す情報は、通信回路１３７を介して上位コントローラ２にも出力される。

なお、一般的に、躯体５４の温度の方が、居室５１の周囲に存在する空間の雰囲気温度よりも、居室５１に対する冷暖房負荷に与える影響は大きいと考えられる。よって、躯体５４の温度を検出する温度センサ１３１を用いた方が、予測部１３２による冷暖房負荷の予測精度が向上するものと考えられる。
一方、躯体５４の温度を検出する温度センサ１３１では、センサヘッド１３１１を躯体５４の位置までリード線等を用いて延長する必要がある。よって、上記空間の雰囲気温度を検出する温度センサ１３１の方が導入し易いものと考えられる。

予測部１３２は、温度センサ１３１により検出された温度に基づいて、居室５１に対する冷暖房負荷を予測する。この際、予測部１３２は、まず、温度センサ１３１により得られた温度と基準温度との差を算出し、設定テーブルから当該差に対応する負荷補正量を抽出する。温度センサ１３１が複数設けられている場合には、予測部１３２は、例えば、各温度センサ１３１により検出された温度の平均値を基準温度と比較する。そして、予測部１３２は、基準負荷に対して上記負荷補正量を付加することで、当該居室５１に対する冷暖房負荷を予測する。この予測部１３２により予測された冷暖房負荷を示す情報は、運転部１３３に出力される。

なお、基準温度は、温度センサ１３１により得られた温度が高いのか低いのかを判断するための指標となる温度である。
予測部１３２は、基準温度として、例えば、温度センサ１３１により規定時間毎（例えば１時間毎）に検出された温度のうちの、直近の規定日数分（例えば過去１００日分）の温度の平均値を用いることができる。また、環境の変化又は居室５１内での熱源の増減等の変化に対応可能とするため、予測部１３２は、基準温度の算出に用いる温度をリセットする機能を有していてもよい。
また、予測部１３２は、基準温度として、例えば、居室５１に対する設定温度（目標温度）を用いることができる。

また、基準負荷は、居室５１に対する基準となる冷暖房負荷であり、予め設定されている。例えば、予測部１３２は、計測部１３５により事前に計測された室内機１２の運転開始時（サーモオン時）における冷暖房負荷を、運転開始時における基準負荷として記録する。また、予測部１３２は、計測部１３５により事前に計測された室内機１２の運転停止時（サーモオフ時）における冷暖房負荷を、運転停止時における基準負荷として記録する。なお、予測部１３２は、これらの基準負荷を冷房時と暖房時とでそれぞれ記録する。

また、設定テーブルは、例えば図３に示すように、温度センサ１３１により得られた温度（検出温度）と基準温度との差［ｄｅｇ］と、負荷補正量［ｄｅｇ／ｍｉｎ］との関係を示すテーブルである。負荷補正量は、基準負荷を補正するための補正量である。この設定テーブルに含まれる負荷補正量の初期値は、予め設定されている。

また、予測部１３２は、計測部１３５による計測結果に基づいて、設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する。例えば、予測部１３２は、定期的（例えば１週間毎）に、予測した冷暖房負荷と実際に計測部１３５により計測された冷暖房負荷とを比較し、その誤差を補正するように、設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する。

運転部１３３は、予測部１３２により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機１２に対する冷暖房制御を行う。冷暖房制御の内容としては、例えば、スケジュール運転の設定又は設定温度の設定が挙げられる。この際、運転部１３３は、予測部１３２により予測された冷暖房負荷に基づいて、冷暖房制御の内容を示す冷暖房制御情報を生成する。この運転部１３３により生成された冷暖房制御情報は、通信制御部１３４に出力される。

通信制御部１３４は、運転部１３３から冷暖房制御情報が入力された場合、当該冷暖房制御情報を通信回路１３６を介して室内機１２に通知する。また、通信制御部１３４は、通信回路１３７を介して上位コントローラ２から冷暖房制御情報が入力された場合、当該冷暖房制御情報を通信回路１３６を介して室内機１２に通知する。

計測部１３５は、定期的（例えば毎日）に、居室５１に対する冷暖房負荷を計測する。例えば、計測部１３５は、室内機１２が運転開始した後、居室５１の温度が設定温度に到達するまでの時間を測定し、その温度の変化率から運転開始時における冷暖房負荷を取得する。また、計測部１３５は、室内機１２が運転停止した後、居室５１の温度が許容温度に到達するまでの時間を測定し、その温度の変化率から運転停止時における冷暖房負荷を取得する。この計測部１３５により計測された冷暖房負荷を示す情報は、予測部１３２に出力される。

通信回路１３６は、自機（通信インタフェース１３）と室内機１２との間で通信を行う。
通信回路１３７は、自機（通信インタフェース１３）と上位コントローラ２との間で通信を行う。

上位コントローラ２は、複数の通信インタフェース１３との間で通信を行う。この上位コントローラ２は、予測部１３２及び運転部１３３と同様の機能を有する。また、上位コントローラ２が有する運転部は、上位コントローラ２が有する予測部により予測された冷暖房負荷に基づいて、冷暖房制御情報を生成することで、各室内機１２に対する冷暖房制御を統括して行う。この上位コントローラ２が有する運転部により生成された冷暖房制御情報は、該当する通信インタフェース１３の通信回路１３７に出力される。

なお、上位コントローラ２は必須の構成ではなく、空調制御システムから取除いてもよい。また、上位コントローラ２が設けられる場合には、通信インタフェース１３から予測部１３２及び運転部１３３を取除いてもよい。

また図１では、室内機１２と通信インタフェース１３とを別体とした場合を示した。しかしながら、これに限らず、室内機１２と通信インタフェース１３とを一体としてもよい。

次に、実施の形態１に係る空調制御システムの動作例について説明する。以下では、図１に示す空調制御システムが暖房を行う場合を想定し、また、通信インタフェース１３が有する運転部１３３がスケジュール運転を設定する場合を示す。
空調制御システムの動作例では、図４に示すように、まず、温度センサ１３１は、天井裏５２の雰囲気温度を検出する（ステップＳＴ１）。

次いで、予測部１３２は、温度センサ１３１により検出された温度に基づいて、居室５１に対する冷暖房負荷を予測する（ステップＳＴ２）。この際、予測部１３２は、まず、温度センサ１３１により得られた温度と基準温度との差を算出し、設定テーブルから当該差に対応する負荷補正量を抽出する。そして、予測部１３２は、基準負荷に対して上記負荷補正量を付加することで、上記居室５１に対する冷暖房負荷を予測する。

ここで、運転部１３３がスケジュール運転の開始時刻を設定する場合には、予測部１３２は、運転開始時における基準負荷に対して上記負荷補正量を付加することで、上記居室５１に対する冷暖房負荷を予測する。
また、運転部１３３がスケジュール運転の停止時刻を設定する場合には、予測部１３２は、運転停止時における基準負荷に対して上記負荷補正量を付加することで、上記居室５１に対する冷暖房負荷を予測する。

次いで、運転部１３３は、予測部１３２により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機１２に対する冷暖房制御情報を生成する（ステップＳＴ３）。以下、運転部１３３によるスケジュール運転の設定について説明する。

まず、運転部１３３によるスケジュール運転の開始時刻の設定について、図５を参照しながら説明する。図５において、横軸は時間［ｍｉｎ］を表し、縦軸は居室５１の温度［ｄｅｇ］を表している。なお、運転部１３３による開始時刻の設定は、基準となる開始時刻よりも前に実施される。
スケジュール運転では、初期状態では、開始時刻として、冷暖房負荷が基準負荷（傾き５０１）である場合に、設定時刻ｔ１までに居室５１の温度を設定温度ｄ１とするための時刻（基準となる開始時刻）ｔ０が設定されている。これに対し、運転部１３３は、予測部１３２により予測された冷暖房負荷の大小に応じて、開始時刻をずらす補正を行う。例えば、予測部１３２により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも大きい場合（傾き５０２の場合）、居室５１の温度を設定温度とするために要する時間は通常よりも長くなる（ｔ１’）。よって、この場合には、運転部１３３は開始時刻をｔ０よりも（ｔ１’－ｔ１）だけ早くする。これにより、快適性を保持できる。一方、予測部１３２により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも小さい場合（傾き５０３の場合）、居室５１の温度を設定温度とするために要する時間は通常よりも短くなる（ｔ１’’）。よって、この場合には、運転部１３３は開始時刻をｔ０よりも（ｔ１－ｔ１’’）だけ遅くする。これにより、快適性を保持しつつ、消費電力を削減できる。このようにして、運転部１３３は、冷暖房負荷に応じて、スケジュール運転の開始時刻を最適な時刻に設定可能となる。

次に、運転部１３３によるスケジュール運転の停止時刻の設定について、図６を参照しながら説明する。図６において、横軸は時間［ｍｉｎ］を表し、縦軸は居室５１の温度［ｄｅｇ］を表している。なお、運転部１３３による停止時刻の設定は、基準となる停止時刻よりも前に実施される。
スケジュール運転では、初期状態では、停止時刻として、冷暖房負荷が基準負荷（傾き６０１）である場合に、設定時刻ｔ３まで居室５１の温度を許容温度ｄ２に保つための時刻（基準となる停止時刻）ｔ２が設定されている。これに対し、運転部１３３は、予測部１３２により予測された冷暖房負荷の大小に応じて、停止時刻をずらす補正を行う。例えば、予測部１３２により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも大きい場合（傾き６０２の場合）、居室５１の温度が許容温度となるのに要する時間は通常よりも長くなる（ｔ３’－ｔ２）。よって、この場合には、運転部１３３は停止時刻をｔ２よりも（ｔ３’―ｔ３）だけ早くする。これにより、快適性を保持しつつ、消費電力を削減できる。一方、予測部１３２により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも小さい場合（傾き６０３の場合）、居室５１の温度が許容温度となるのに要する時間は通常よりも短くなる（ｔ３’’－ｔ２）。よって、この場合には、運転部１３３は停止時刻をｔ２よりも（ｔ３－ｔ３’’）だけ遅くする。これにより、快適性を保持できる。このようにして、運転部１３３は、冷暖房負荷に応じて、スケジュール運転の停止時刻を最適な時刻に設定可能となる。

なお上記では、運転部１３３がスケジュール運転の設定を行う場合について示した。一方、運転部１３３が居室５１に対する設定温度の設定を行う場合についても上記と同様である。すなわち、運転部１３３は、予測部１３２により予測された冷暖房負荷が基準負荷よりも大きい場合には設定温度を高くし、冷暖房負荷が基準負荷よりも小さい場合には設定温度を低くする。

次いで、通信制御部１３４は、運転部１３３により生成された冷暖房制御情報を、通信回路１３６を介して室内機１２に通知する（ステップＳＴ４）。その後、室内機１２は、この冷暖房制御情報に従って居室５１に対する冷暖房を行う。

このように、実施の形態１に係る空調制御システムでは、１つ以上の温度センサ１３１が、躯体５４の温度又は居室５１の周囲に存在する空間（天井裏５２又は床下５３）の雰囲気温度のうちの少なくとも一方を検出し、予測部１３２が、この温度に基づいて居室５１に対する冷暖房負荷を予測している。これにより、従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測でき、より適切な冷暖房制御が実施可能となる。

また、負荷補正量は、建物５及び環境等の条件により最適な値が異なり、定量的に設定できない。そこで、計測部１３５は定期的（例えば毎日）に冷暖房負荷を計測し、予測部１３２はその計測結果に基づいて設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する。例えば、予測部１３２は、定期的（例えば１週間毎）に、予測した冷暖房負荷と実際に計測部１３５により計測された冷暖房負荷とを比較し、その誤差を補正するように、設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する。このように、予測した冷暖房負荷と実際の冷暖房負荷との差を学習することで、建物５及び環境等の条件にあった最適な負荷補正量を得ることができ、予測精度が向上する。

また、室内機１２とは別体の通信インタフェース１３を用いることで、既設された室内機１２に対しても通信インタフェース１３を適用可能となり、より安価に空調制御システムを導入及び改善できる。

また上記では、通信インタフェース１３が、冷暖房負荷の予測を行って冷暖房制御を実施する場合を示した。一方、上位コントローラ２が、冷暖房負荷の予測を行って冷暖房制御を実施する場合についても同様であり、その説明を省略する。
また、上位コントローラ２では、居室５１単位での冷暖房制御だけではなく、建物５単位での冷暖房制御も実施可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、空調制御システムは、居室５１の天井裏５２に設置され、当該居室５１に対する冷暖房を行う室内機１２と、居室５１の周囲に存在する空間に設けられ、温度を検出する１つ以上の温度センサ１３１と、温度センサ１３１により検出された温度に基づいて、居室５１に対する冷暖房負荷を予測する予測部１３２と、予測部１３２により予測された冷暖房負荷に基づいて、室内機１２に対する冷暖房制御を行う運転部１３３とを備えた。これにより、実施の形態１に係る空調制御システムは、従来構成に対してより正確に冷暖房負荷を予測でき、最適な冷暖房制御が実現可能となる。

最後に、図７を参照して、実施の形態１における通信インタフェース１３のハードウェア構成例を説明する。なお以下では、通信インタフェース１３のハードウェア構成例について説明するが、上位コントローラ２のハードウェア構成例についても同様である。
通信インタフェース１３における予測部１３２、運転部１３３、通信制御部１３４及び計測部１３５の各機能は、処理回路１０１により実現される。処理回路１０１は、図７Ａに示すように、専用のハードウェアであってもよいし、図７Ｂに示すように、メモリ１０３に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）１０２であってもよい。

処理回路１０１が専用のハードウェアである場合、処理回路１０１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。予測部１３２、運転部１３３、通信制御部１３４及び計測部１３５の各部の機能それぞれを処理回路１０１で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路１０１で実現してもよい。

処理回路１０１がＣＰＵ１０２の場合、予測部１３２、運転部１３３、通信制御部１３４及び計測部１３５の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１０３に格納される。処理回路１０１は、メモリ１０３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、通信インタフェース１３は、処理回路１０１により実行されるときに、例えば図４に示した各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１０３を備える。また、これらのプログラムは、予測部１３２、運転部１３３、通信制御部１３４及び計測部１３５の手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ１０３としては、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等が該当する。

なお、予測部１３２、運転部１３３、通信制御部１３４及び計測部１３５の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、予測部１３２については専用のハードウェアとしての処理回路１０１でその機能を実現し、運転部１３３、通信制御部１３４及び計測部１３５については処理回路１０１がメモリ１０３に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。

このように、処理回路１０１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 空調ユニット、２ 上位コントローラ、５ 建物、１１ 室外機、１２ 室内機、１３ 通信インタフェース、５１ 居室、５２ 天井裏、５３ 床下、５４ 躯体、１０１ 処理回路、１０２ ＣＰＵ、１０３ メモリ、１３１ 温度センサ、１３２ 予測部、１３３ 運転部、１３４ 通信制御部、１３５ 計測部、１３６ 通信回路、１３７ 通信回路、１３１１ センサヘッド、１３１２ 温度検出部。

Claims (6)

1. 居室の天井裏に設置され、当該居室に対する冷暖房を行う室内機と、
   前記居室の周囲に存在する空間に設けられ、温度を検出する１つ以上の温度センサと、
   前記温度センサにより検出された温度に基づいて、前記居室に対する冷暖房負荷を予測する予測部と、
   前記予測部により予測された冷暖房負荷に基づいて、前記室内機に対する冷暖房制御を行う運転部と、
   前記居室に対する冷暖房負荷を計測する計測部とを備え、
   前記予測部は、前記温度センサにより得られた温度と基準温度との差に基づいて設定テーブルから負荷補正量を抽出し、前記居室に対する基準となる冷暖房負荷に対して当該負荷補正量を付加することで、当該居室に対する冷暖房負荷を予測し、
   前記予測部は、前記計測部による計測結果に基づいて、前記設定テーブルに含まれる負荷補正量を補正する
   ことを特徴とする空調制御システム。
2. 前記室内機は複数設けられ、
   前記運転部は、前記予測部により予測された冷暖房負荷に基づいて、前記室内機に対する冷暖房制御を統括して行う
   ことを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。
3. 前記温度センサは、前記温度として躯体の温度を検出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空調制御システム。
4. 前記温度センサは、前記温度として天井裏又は床下の雰囲気温度を検出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空調制御システム。
5. 前記基準温度は、前記温度センサにより規定時間毎に検出された温度のうちの、直近の規定日数分の温度の平均値である
   ことを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。
6. 前記基準温度は、前記居室に対する設定温度である
   ことを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。

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