WO2009096350A1

WO2009096350A1 - 空調制御システム

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Publication number: WO2009096350A1
Application number: PCT/JP2009/051164
Authority: WO
Inventors: Kenzo Yonezawa; Yasuo Takagi; Nobutaka Nishimura; Yuuichi Hanada; Naoki Makino; Hiroshi Morimoto
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2009-08-06
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Abstract

　空調制御システム（１）は、外気を冷却する外気冷却用コイル（１１）と室内の還気を冷却する還気冷却用コイル（１２）とを有する空調機（１０）と、空調機（１０）のそれぞれのコイル（１１、１２）に冷水を供給する中央熱源装置（４０）と、予め設定された快適性指標の範囲で空調制御システム（１）内の全所要消費エネルギーが最小になるように空調機（１０）の設定値を算出する空調連携制御装置（５０）と、を備える。

Description

空調制御システム

　本発明は、オフィスや住居等の空調を制御する空調制御システムに関する。

　オフィスや住居などの建築設備全体で消費されるエネルギーは、空調関連のエネルギーが約半分を占めている。そのため、空調制御に関する省エネルギーの推進が、建築設備全体の省エネルギー化に大きく貢献する。

　これに鑑み、建築設備において最適な省エネルギー化を図った空調運転をする空調システムを利用した技術が特許文献１に記載されている。

　この特許文献１の技術は、冷温水を生産する熱源機の消費エネルギー、空調コイルで熱交換された空気を送出するファンの消費エネルギー、熱源機からの冷温水を送出するポンプの消費エネルギーを含む空調所要消費エネルギーがそれぞれ最小になるように、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ことにより、効率よく省エネルギー化された空調運転を行うことができる。
特開２００４－６９１３４

　このように省エネルギーが推進される一方で、空調制御の対象となる室内では在室者の温熱感覚を満足させるため、いわゆる快適性を確保することが要求されている。しかし、この「省エネルギーの推進」と「在室者の快適性の確保」とはトレードオフの関係にある。つまり、省エネルギーを推進すると、在室者の快適性が低下する場合が多い。

　しかし、在室者の快適性の範囲を超えた過剰なエネルギー消費を抑えることにより、無駄なエネルギー消費を抑えることは可能である。

　そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、在室者の快適性を考慮しつつ、効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図ることができる空調制御システムを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴の空調制御システムは、空調機と、中央熱源装置と、前記空調機と前記中央熱源装置の動作を制御する空調制御装置と、空調制御対象である室内あるいは室内の制御ゾーン毎に対応して設置されその空調制御対象の温度と湿度を計測する計測装置と、が接続される。前記計測装置は、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンで計測された温度計測値と湿度計測値を取得して、前記空調制御装置に送信する計測値送信部を備える。前記空調機は、所定量の外気を取り込むと共に前記空調制御装置から取得した温度設定値と湿度設定値に基づいて取り込んだ外気の温度と湿度を調整する外気用コイルと、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンから所定量の還気を取り込むと共に前記空調制御装置から取得した温度設定値に基づいて取り込んだ還気の温度を調整する還気用コイルと、前記外気冷却用コイルで温度と湿度を調整された外気と前記還気冷却用コイルで温度を調整された還気とが混合された空気を生成し前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンに混合された空気を送風する送風ファンと、を備える。前記中央熱源装置は、冷凍機と冷却塔を備え前記空調制御装置から取得した水温設定値に基づき水温を調整し前記空調機に供給する冷水又は温水を生成する冷温水調整部と、前記空調制御装置から取得した流量値に基づいて前記冷温水調整部で生成された冷水または温水を前記空調機の前記外気用コイルと前記還気用コイルの少なくともいずれか一方に送水する送水ポンプと、を備える。前記空調制御装置は、前記計測装置の計測値送信部から送信された前記温度計測値と前記湿度計測値を取得する計測値取得部と、予め設定された快適性指標の目標設定範囲を記憶する快適性指標範囲記憶部と、前記計測値取得部で取得した温度計測値と湿度計測値に基づいて前記快適性指標範囲記憶部に記憶された快適性指標の目標設定範囲の中で、前記冷凍機、前記冷却塔、前記外気用コイル、前記還気用コイル、前記送水ポンプ、および前記送風ファンの消費エネルギーの合計値が最小になるように前記空調機から送風される空気の温度設定値と湿度設定値を算出する空調機設定値算出部と、前記空調機設定値算出部で算出された温度設定値と湿度設定値を前記空調機に送信する設定値送信部と、前記空調機設定値算出部で算出された温度設定値と湿度設定値から前記冷水または温水の水温設定値および流量値を算出して、前記中央熱源装置に送信する制御値送信部と、を備える。

　また、本発明の第２の特徴の空調制御システムは、空調機と、送水ポンプと、こ前記空調機と前記送水ポンプの動作を制御する空調制御装置と、空調制御対象である室内あるいは室内の制御ゾーン毎に対応して設置されその空調制御対象の温度と湿度を計測する計測装置と、が接続される。前記計測装置は、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンで計測された温度計測値と湿度計測値を取得して前記空調制御装置に送信する計測値送信部を備える。前記空調機は、所定量の外気を取り込み前記空調制御装置から取得した温度設定値と湿度設定値に基づいて取り込んだ外気の温度と湿度を調整する外気用コイルと、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンから所定量の還気を取り込み前記空調制御装置から取得した温度設定値に基づいて取り込んだ還気の温度を調整する還気用コイルと、前記外気冷却用コイルで温度と湿度を調整された外気と前記還気冷却用コイルで温度を調整された還気とが混合された空気を生成し前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンに混合された空気を送風する送風ファンと、を備える。前記送水ポンプは、前記空調制御装置から取得した流量値に基づいて、外部から供給された冷水または温水を、前記空調機の前記外気用コイルと前記還気用コイルの少なくともいずれか一方に送水する送水部を備える。前記空調制御装置は、前記計測装置の計測値送信部から送信された前記温度計測値および前記湿度計測値を取得する計測値取得部と、予め設定された快適性指標の目標設定範囲を記憶する快適性指標範囲記憶部と、前記計測値取得部で取得した温度計測値と湿度計測値に基づいて前記快適性指標範囲記憶部に記憶された快適性指標の目標設定範囲の中で、前記外気用コイル、前記還気用コイル、前記送水ポンプ、および前記送風ファンのそれぞれの消費エネルギーの合計値が最小になるように前記空調機から供給される送風の温度設定値と湿度設定値を算出する空調機設定値算出部と、前記空調機設定値算出部で算出された温度設定値と湿度設定値を前記空調機に送信する設定値送信部と、前記空調機設定値算出部で算出された温度設定値と湿度設定値から前記冷水または温水の流量値を算出して、前記送水ポンプに送信する制御値送信部と、を備える。

　本発明の特徴の空調制御システムによれば、在室者の快適性を考慮しつつ、効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図ることができる。

本発明の第１実施形態～第５実施形態による空調制御システムの構成を示す全体図である。本発明の第１実施形態～第３実施形態による空調制御システムの詳細な構成を示す構成図である。本発明の第１実施形態～第５実施形態による空調制御システムの動作を示すシーケンス図である。本発明の第１実施形態～第５実施形態による空調制御システムにおいて利用されるＰＭＶ値が快適と判断されるときの室温と室内の湿度との関係を示すグラフである。本発明の第３実施形態による空調制御システムにおいて、外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３に空気を供給するためのダンパー開度の外気取り込み量による変化を示すグラフである。本発明の第４実施形態による空調制御システムの詳細な構成を示す構成図である。本発明の第５実施形態による空調制御システムの空調機の詳細な構成を示す構成図である。本発明の第５実施形態による空調機の外気冷却用コイルおよび還気冷却用コイルを流れる冷水の流路を示す概念図である。

　本発明の空調制御システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、最近の多くのオフィスビル等は断熱性が良く、ＰＣやＯＡ機器が多いため、年間を通して冷房モードである場合が多い。そのため、以下の各実施形態においては、主に冷房モードで空調制御を行う場合について説明する。

《第１実施形態》
　〈第１実施形態による空調制御システムの構成〉
　本発明の第１実施形態による空調制御システム１の全体図を、図１に示す。

　なお、大型ビルの場合、室内が大きいので、室内を複数の制御ゾーンに分けて、それぞれの制御ゾーン毎に対応して、複数の空調機を室内の近傍の機械室に設置する。このような場合でも、以下では簡略のため各制御ゾーンも室内と呼ぶことにする。

　空調制御システム１は空調対象のビルＡ内の空調を制御するためのものである。この空調制御システム１は、ビルＡ内の各室内に設置された空調機１０と、室温を計測して各空調機１０に計測値を送信するために各室内に設置された温度センサ２０と、室内の湿度を計測して各空調機に計測値を送信するために各室内に設置された湿度センサ３０と、各空調機１０へ供給する冷水を管理する中央熱源装置４０と、各空調機１０で受信された室温計測値および室内の湿度の計測値を受信して中央熱源装置４０及び各空調機１０の動作を制御する空調制御装置としての空調連携制御装置５０と、を備える。

　各空調機１０は、温度センサ２０および湿度センサ３０からの計測値を取得し、その計測値を空調連携制御装置５０へ送信する。また、各空調機１０は、図２に示すように、中央熱源装置４０から供給された冷水を利用して外気を除湿および冷却する外気冷却用コイル１１と、中央熱源装置４０から供給された冷水を利用して室内の還気の照明、ＯＡ機器、人体等から発せられた顕熱を冷却する還気冷却用コイル１２と、外気冷却用コイル１１で冷却された外気と還気冷却用コイル１２で冷却された還気とを混合した空気を各室内に送風する送風ファン１３と、を備える。

　中央熱源装置４０は、冷水を生成する冷凍機４１と、冷凍機４１を冷却して温度が上昇した水を再利用するために空気で冷却する冷却塔４２と、冷凍機４１と各空調機１０または冷却塔４２との間で冷水を搬送する送水ポンプ４３と、を備える。

　空調連携制御装置５０は、各空調機１０から送信された温度センサ２０と湿度センサ３０の計測値を取得する。そして、空調連携制御装置５０は、予め設定された快適性指標の範囲内で、中央熱源装置４０の冷却塔４２、冷凍機４１、送水ポンプ４３、および空調機１０の外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３の消費エネルギーの合計値が最小となるように、各室内の最適な室温設定値と湿度設定値とを算出する。更に、空調連携制御装置５０は、その算出結果を各空調機１０および中央熱源装置４０に送信する。

　〈第１実施形態による空調制御システムの動作〉
　第１実施形態における空調制御システム１の動作について、図３のシーケンス図を参照して説明する。

　まず、ビルＡ内の空調制御が開始される。すると、各温度センサ２０が各室内の温度を計測し、各湿度センサ３０が各室内の湿度を計測する。そして、これら各室の温度と湿度の計測値が、各室内に備えられた空調機１０に送信される（Ｓ１）。

　これらの計測値は各空調機１０で受信された後に、さらに空調機１０から空調連携制御装置５０に送信される（Ｓ２）。

　空調連携制御装置５０は、受信したこれら計測値から、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote:予測平均回答）が快適な範囲内で、且つ、全所要消費エネルギーである中央熱源装置４０の冷却塔４２、冷凍機４１、送水ポンプ４３、および空調機１０の外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３での消費エネルギーの合計値が最小となるように、各室内の最適な室温設定値および湿度設定値を算出する（Ｓ３）。

　ここで各値の算出に利用されるＰＭＶについて説明する。

　ＰＭＶとは、暑さ、寒さに対する人間の温熱感覚に影響を与える変数として、（ａ）空気温度、（ｂ）相対湿度、（ｃ）平均輻射温度、（ｄ）気流速度、（ｅ）活動量（人体の内部発熱量）、（ｆ）着衣量、の６つの変数から求められる快適性指標である。

　人の発熱量は、対流による放射量、輻射による放熱量、人からの蒸発熱量、呼吸による放熱量および蓄熱量、の合計で表される。そして、発熱量が熱平衡状態にある場合は、人体は熱的に中立となる。そのため、室内は人体にとって暑くも寒くもない快適状態となる。逆に、発熱量が熱平衡からくずれている場合には、人体は暑さや寒さを感じる。

　デンマーク工科大学のFanger教授は1967年に快適方程式の導出を発表した。そして、これを出発点として、多数の被験者のアンケートから統計分析して、人体の熱負荷と人間の温冷感とを結び付け、ＰＭＶを提案した。このＰＭＶは、１９９４年にＩＳＯ規格にも取り上げられ、最近よく用いられるようになった。

　温冷感の指標となるＰＭＶは、７段階評価尺度による数値として次の、
　＋３:暑い、
　＋２:暖かい、
　＋１:やや暖かい、
　　０:どちらでもない、快適、
　－１:やや涼しい、
　－２:涼しい、
　－３:寒い、
のように表される。なお、人間の快適なＰＭＶ値の範囲は－０．５～＋０．５である。

　上記の６つの変数のうち、作業強度を表す活動量にはmet（メット）の単位が用いられ、着衣量にはclo（クロ）の単位が用いられる。

　単位metは、代謝量を表し、熱的に快適な状態における安静時代謝を基準とした値である。ここで、1metは下記式（１）で表される。

　　〔数１〕
　　　1 met ＝ 58.2 W/m² ＝ 50 kcal/m²・h　　　　　　　　…（１）
　また、単位cloは、衣服の熱絶縁性を表し、1 clo とは気温 21℃，相対湿度 50％，気流5 cm/s以下の室内で、体表面からの放熱量が1 metの代謝と平衡するような着衣状態での値である。これを、通常の熱抵抗値に換算すると下記式（２）で表される。

　　〔数２〕
　　　1 clo ＝ 0.155 m²・℃/W ＝ 0.180 m²・h・℃/kcal　　…（２）
　次に、下記式（３）にＰＭＶ値の算出式を示す。

ここで、Ｍ：活動量［kcal/h］、Ａ：人体表面積［m²］、Ｌ：人体熱負荷［kcal／ｍ²h］（Fangerの快適方程式より算定）である。この式（３）を用いて、快適な範囲内（－０．５＜ＰＭＶ＜＋０．５）で冷房時はより暑い方向の側のＰＭＶ値に、暖房時はより寒い方向の側のＰＭＶ値に、それぞれＰＭＶ目標値を設定する。このことで、空調負荷の軽減が図られ、省エネルギーが達成される。

　次に、空調機１０の最適な設定値の算出について説明する。

　空調制御システム１内で消費される全消費エネルギーは、上述したように、中央熱源装置４０の冷却塔４２、冷凍機４１、送水ポンプ４３、および空調機１０の外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３のそれぞれの消費エネルギーの合計値である。

　そして、空調制御システム１内で消費される全消費エネルギーが最小となるように、空調機１０の設定値を算出するアルゴリズムとして、特開２００８―２３２５０７明細書に記載されたような手法がある。この手法は、空調制御に用いる各種センサの測定値から空調最適化に必要な状態量、例えば、部屋内発生熱量、部屋内発生水蒸気量、熱交換器の総括伝熱係数と伝熱面積との積等の物理量を推定する。このことで、空調システム全体を見通した最適な制御を可能にする。また、他のアルゴリズムとして、特開２００８―２５６２５８明細書等に記載されたような手法がある。この手法は、初期段階において、現状の熱源機と冷水コイルとの間の熱交換量から暫定的な総空調負荷を算出する。そして、この総空調負荷を変数として、空調システムの最適運転状態量に基づいて、空調システムの空調機器が制御される。そして、空調制御対象空間の空気状態が設定された空調条件にほぼ一致したとき、真の総空調負荷が算出され、最適運転状態量が決定される。この結果、空調が効率的に運転され、空調のシステムの省エネ化が実現される。

　第１実施形態においては、上述したように、ＰＭＶ値が快適な範囲である－０．５～＋０．５内で、空調制御システム１内の全消費エネルギーが最小となるように、空調機１０の最適な設定値が算出されて、その設定値が空調機１０および中央熱源装置４０に送信される（Ｓ３）。

　そして、空調機１０の最適な設定値が中央熱源装置４０で取得されると、この設定値に基づいて空調機１０に必要な冷水が供給される（Ｓ４）。この結果、在室者の快適性が考慮されて調整された空気が、空調制御対象の室内に供給される（Ｓ５）。

　ここで、空調制御対象の室内に調整された空気が供給されるときの、空調機１０の動作について説明する。

　空調制御システムにより冷房処理が行われるときは、居住者のために建物に取り入れる新鮮外気を除湿および冷却する機能（潜熱冷房負荷）と、建物内部の照明、ＯＡ機器、人体等の顕熱発熱を冷却する機能（顕熱冷房負荷）との２つが空調機において実行される。

　従来の空調機により冷房を行うときには、外気と還気を混合することにより上記の２つの機能が同時に行われていた。しかし、この場合、除湿が必要なのは主に外気のみである。このため、必要な冷水の温度と流量はそれぞれの機能で異なる。従って、上記の２つの機能は別個に実行されるほうが効率的である。

　そこで、図２に示すように、第１実施形態においては、外気を除湿、冷却する外気冷却用コイル１１と、還気を冷却する還気冷却用コイル１２とが別に設けられる。そして、それぞれの制御に適した温度と流量の冷水が供給される。

　以上の第１実施形態によれば、在室者の快適性が考慮されるとともに、外気と室内の還気とが別に調整され、且つシステム内の全所要消費エネルギーが最小となるように制御される。従って、効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図った空調制御を行うことが可能になる。

《第２実施形態》
　〈第２実施形態による空調制御システムの構成〉
　本発明の第２実施形態による空調制御システム２の構成は、図１および図２に示す第１実施形態の構成と同様である。従って、第２実施形態の構成の詳細な説明は省略する。

　〈第２実施形態による空調制御システムの動作〉
　第２実施形態における空調制御システム２の動作は、図３のステップＳ３における各空調機１０の設定値の算出を除いては第１実施形態と同様である。従って、第１の実施形態と同一部分の詳細な説明は省略する。

　第２実施形態において、図３のステップＳ３で、ＰＭＶが快適な範囲内で所要消費エネルギーが最小となるように、空調連携制御装置５０が各空調機１０の設定値を算出する際の処理について説明する。

　図４に、事務所ビルを想定し、室内の風速が０．１ｍ／ｓのときに、ＰＭＶ値が冷房時に省エネルギーで快適な０．３～０．５となる室温と室内の湿度との関係を示す。図４において、太線で囲まれた範囲Ａの室温および室内の湿度の状態のときに、ＰＭＶ値０．３～０．５になることを示している（湿度は２０％～８０％に限定した）。

　一方、温室効果ガス削減のために、夏のエアコンの温度設定を２８℃にすることが日本では政府により推奨されている。

　しかしこの場合、図４からわかるように、室温が２８℃の場合、いくら湿度を低くしても、ＰＭＶ値は人間にとって快適な範囲の上限である＋０．５よりも大きくなってしまう。

　しかし、室内の風速が０．５ｍ／ｓであるなら、室温が２８℃でも湿度が４０％でＰＭＶが＋０．５以下（約０．４３）となる。

　そこで、第２実施形態においては、人間の居る高さの中心位置である床から１ｍ付近で、最高風速が０．５ｍ／ｓとなるように、揺らぎのある風が空調機１０の送風部分から空調制御対象の室内に供給されるように設定する。

　この供給される風は揺らぎのある風であるので、平均風速は０．５ｍ／ｓよりも小さくなるように設定できる。このため、室温設定が２８℃の状態でも、送風ファン１３の消費エネルギーを大幅に増やすことなく、在室者に快適な空調制御を提供することができる。

　以上の第２実施形態によれば、空調機１０の最適な設定値が、空調機１０から送風される風速も考慮して算出される。このため、さらに効率よく消費エネルギーの省エネルギー化と快適性維持とを図った空調制御を行うことが可能になる。

《第３実施形態》
　〈第３実施形態による空調制御システムの構成〉
　本発明の第３実施形態による空調制御システム３の構成は、空調制御対象の室内に、二酸化炭素センサ（図示なし）または人感センサ（図示なし）の少なくともどちらか一方を設ける。その他の構成は、図１および図２に示す第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同一部分の詳細な説明は省略する。

　二酸化炭素センサは、在室者から排出された室内の二酸化炭素濃度を測定し、空調機１０に送信する。また人感センサは、空調制御対象の室内の在室者の数を検知し、空調機１０に送信する。

　〈第３実施形態による空調制御システムの動作〉
　第３実施形態における空調制御システム３の動作について、図３を参照して説明する。

　まず、ビルＡ内の空調制御が開始される。すると、各温度センサ２０が室内の温度を計測し、各湿度センサ３０が室内の湿度を計測する。これとともに、二酸化炭素センサが室内の二酸化炭素濃度を測定する、もしくは、人感センサが在室者の数を検知する。各センサで計測された計測値は、それぞれの室内の空調機１０に送信される（Ｓ１）。

　各空調機１０は各センサから送信された計測値を受信し、さらに空調連携制御装置５０へと送信する（Ｓ２）。

　第３実施形態において、ＰＭＶが快適な範囲内で所要消費エネルギーが最小となるよう、空調連携制御装置５０が各空調機１０の最適な設定値を算出する際の処理について説明する。

　第３実施形態の空調連携制御装置５０では、図５に示すグラフに従って、外気冷却用コイル１１、還気冷却用コイル１２、送風ファン１３に空気を供給するためのダンパー開度が制御される。

　図５に示すように、空調立上時（ａ）では、還気冷却用コイル１２へのタンパーが全開であるとともに、外気冷却用コイル１１へのダンパーが全閉である。従って、室内空気の外気への排気は行われていない状態である。そして、一定時間後、室内への排気が開始される。すると、外気の温度、湿度、および還気の温度、湿度により、各機器の全消費エネルギーが最小となるように、最小外気時（ｂ）～中間外気時（ｃ）～最大外気時（ｄ）内のいずれかの時点が選択され、各タンパー開度が制御される。

　この最小外気時（ｂ）～中間外気時（ｃ）～最大外気時（ｄ）内のいずれかの時点が選択される際、室内が冷房要求時で、外気のエンタルピーが室内のエンタルピーより低く、エネルギー的に外気を取り入れたほうが有効な場合には、積極的に外気が導入されるようにダンパー開度が制御される。このため、還気冷却用コイル１２に供給される冷水使用量が軽減される。

　また、ここで、外気冷却用コイル１１の負荷が一定値よりも大きい場合、図５に従って、各ダンパー開度が制御される。この際、二酸化炭素センサまたは人感センサから取得された計測値も考慮して、各機器の設定値が算出される。

　具体的には、二酸化炭素濃度が一定濃度よりも高くなったとき、または在室者が一定以上の人数になった場合に、二酸化炭素濃度を一定濃度よりも下げるため、最小限の外気を取り入れるようにダンパー開度が制御され、二酸化炭素濃度が換気により下げられる。こうして、外気冷却用コイル１１の負荷が過剰になることなく、換気が行われる。

　このように、各機器の所要消費エネルギーが最小となるように各空調機１０の設定値を定める際に、外気冷房の利用、および、室内の二酸化炭素濃度または在室者の人数に基づいた最小の外気取り入れにより制御される（Ｓ３）。そして、この設定値に基づいて、中央熱源装置４０が必要な冷水を空調機１０に供給する（Ｓ４）。この結果、在室者の快適性が考慮されて調整された空気が、空調制御対象の室内に供給される（Ｓ５）。

　以上の第３実施形態によれば、空調機の最適な設定値が、外気冷房の利用と室内の二酸化炭素濃度または在室者の人数に基づいた外気の取り入れとを考慮して算出する。従って、さらに効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図った空調制御を行うことが可能になる。

《第４実施形態》
　〈第４実施形態による空調制御システムの構成〉
　本発明の第４実施形態による空調制御システム４の構成では、図６に示すように、中央熱源装置４０と第２の中央熱源装置４０’との２系統の熱源装置が設置される。その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同一部分の詳細な説明は省略する。

　第４実施形態において、中央熱源装置４０は外気冷却用コイル１１へ冷水を供給し、第２の中央熱源装置４０’は還気冷却用コイル１２へ冷水を供給する。

　〈第４実施形態による空調制御システムの動作〉
　第４実施形態における空調制御システム４の動作は、図３のステップＳ５において、冷水を供給するときの処理を除いては第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同一部分の詳細な説明は省略する。

　第４実施形態では、ステップＳ６において、各空調機１０に冷水を供給する際に、中央熱源装置４０が外気冷却用コイル１１に冷水を供給し、中央熱源装置４０とは別系統である第２の中央熱源装置４０’が還気冷却用コイル１２に冷水を供給する。

　従来の空調制御システムでは、中央熱源装置が冷却用コイルに供給する冷水は約７℃である。しかし、この７℃の冷水を必要とするのは外気を除湿、冷却するときのみである。これに対し、空調制御対象の室内の還気を冷却する際には、冷水の温度は１３℃程度で十分である。この外気を除湿、冷却する際に必要となるエネルギー量（潜熱冷房負荷）は、冷房の空調制御を行う際に必要とするエネルギー総量の約３０～２０％である。したがって、エネルギー総量の７０～８０％にあたる還気を冷却する際に必要となるエネルギー量（顕熱冷房負荷）は冷水を過剰に冷却するために利用されている。従って、消費エネルギーに無駄が生じていることになる。

　そこで、第４実施形態においては、外気冷却用コイル１１に冷水を供給する中央熱源装置４０と還気冷却用コイル１２に冷水を供給する第２の中央熱源装置４０’との２系統の冷水供給源が設けられる。そして、中央熱源装置４０が外気冷却用コイル１１に供給する冷水は７℃前後に調整される。これに対し、第２の中央熱源装置４０’が還気冷却用コイル１２に供給する冷水は１３℃前後に調整されるように設定する。

　以上の第４実施形態によれば、２系統の中央熱源装置４０と４０’を設ける。その結果、冷水が過剰に低温に調整されることによるエネルギーの無駄を省くことができる。従って、さらに効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図った空調制御を行うことが可能になる。

《第５実施形態》
　〈第５実施形態による空調制御システムの構成〉
　本発明の第５実施形態による空調制御システム５の構成は、図１に示す第１実施形態による空調制御システム１の構成と同様である。しかし、外気冷却用コイル１１が還気冷却用コイル１２と各空調機１０内で直列状態に接続される。

　各空調機１０は、図７に示すように、複数の弁を備える。第１の弁１４は、中央熱源装置４０から外気冷却用コイル１１に取り込まれる冷水の量を、開度により調整する。第２の弁１５は、外気冷却用コイル１１で利用された後に還気冷却用コイル１２に取り込まれる冷水の量を調整する。第３の弁１６は、還気冷却用コイル１２と並列状態で接続され、外気冷却用コイル１１で利用された後に、直接排水される冷水の量を調整する。第４の弁１７は、外気冷却用コイル１１とは並列状態で、且つ弁１５と弁１６とは直列状態でこれらより上流側になるよう接続され、中央熱源装置４０から還気冷却用コイル１２に直接取り込まれる冷水の量を調整する。

　〈第５実施形態による空調制御システムの動作〉
　第５実施形態における空調制御システム５の動作は、図３のステップＳ５において、冷水が供給されるときの処理を除いては第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同一部分の詳細な説明は省略する。

　第５実施形態では、ステップＳ５において、各空調機１０に冷水を供給する際に、まず、７℃の冷水が中央熱源装置４０から外気冷却用コイル１１に供給される。そして、外気冷却用コイル１１で利用された後の冷水が、還気冷却用コイル１２で再利用される。第４実施形態において説明したように、還気冷却用コイル１２で利用される冷水は、外気冷却用コイル１１で利用される冷水ほど低い温度である必要はない。従って、還気冷却用コイル１２で利用される冷水は、外気冷却用コイル１１で利用された後の冷水の再利用で対応可能である。

　このとき、中央熱源装置４０から外気冷却用コイル１１に供給される冷水の量は、弁１４の開度により調整される。また、外気冷却用コイル１１で利用された後に還気冷却用コイル１２に供給される冷水の量は、弁１５および弁１６の開度により調整される。更に、還気冷却用コイル１２で利用する冷水の量が外気冷却用コイル１１で利用した後の冷水のみでは足りない場合には、弁１７を開くことにより、中央熱源装置４０から冷水が還気冷却用コイル１２に直接供給される。

　図８（ａ）は、弁１４および弁１５が同程度に開かれることにより、外気冷却用コイル１１で利用された冷水が全て還気冷却用コイル１２に供給される場合の冷水の流れを太線で示す。図８（ｂ）は、弁１４、弁１５、および弁１６が開かれることにより、外気冷却用コイル１１で利用された冷水の一部が還気冷却用コイル１２に供給されるとともに、不要な冷水が還気冷却用コイル１２を経ずに排水される場合の冷水の流れを太線で示す。図８（ｃ）は弁１４、弁１５、および弁１７が開かれることにより、外気冷却用コイル１１で利用された冷水と中央熱源装置４０からの冷水とが還気冷却用コイル１２に供給される場合の冷水の流れを太線で示す。

　以上の第５実施形態によれば、外気冷却用コイル１１が還気冷却用コイル１２と直列状態に接続される。このような構成により、外気冷却用コイル１１で利用した冷水を還気冷却用コイル１２で再利用することができる。従って、さらに効率よく消費エネルギーの省エネルギー化を図った空調制御を行うことが可能になる。

　なお、上記の第１実施形態～第５実施形態においては、空調制御対象のビルＡ内に中央熱源装置４０を有する場合について説明した。しかし、中央熱源装置４０の冷凍機４１と冷却塔４２が各ビルになく、ＤＨＣ（District Heating and Cooling：地域冷暖房）により空調制御を行う際には、冷・温水は外部から供給されればよい（ただし各空調機に冷温水を送る送水ポンプ４３は建物内にある）。このような場合、空調制御システム内の全消費エネルギーは、送水ポンプ、外気冷却用コイル、還気冷却用コイル、および送風ファンの消費エネルギーの合計値となる。

　また、上記の第１実施形態～第５実施形態においては、各センサで計測された各計測値は、各センサから空調機３０を介して空調連携制御装置５０に送信される場合について説明した。しかし、これには限定されず、各計測値が各センサから直接空調連携制御装置５０に送信されるようにしてもよい。

　また、上記の第１実施形態～第５実施形態においては、人間の温熱感覚の快適性指標としてＰＭＶ値を用いた。しかし、これには限定されず、標準有効温度や新有効温度などを用いて空調制御を行うようにしてもよい。

　また、各実施形態は可能な限り組み合わせて実施してもよい。各実施状態を組み合わせることにより、さらに高い効果を得ることができる。

　本発明の空調制御システムにより、大型ビルなどにおいて、在室者の快適性を考慮しつつ、在室者の快適性の範囲を超えた過剰なエネルギー消費を抑え、消費エネルギーの省エネルギー化を効率よく図ることができる。

Claims

　空調機と、中央熱源装置と、前記空調機と前記中央熱源装置の動作を制御する空調制御装置と、空調制御対象である室内あるいは室内の制御ゾーン毎に対応して設置されその空調制御対象の温度と湿度を計測する計測装置と、が接続された空調制御システムにおいて、
　前記計測装置は、
　　前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンで計測された温度計測値と湿度計測値を取得して、前記空調制御装置に送信する計測値送信部を備え、
　前記空調機は、
　　所定量の外気を取り込むと共に、前記空調制御装置から取得した温度設定値と湿度設定値に基づいて、取り込んだ外気の温度と湿度を調整する外気用コイルと、
　　前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンから所定量の還気を取り込むと共に、前記空調制御装置から取得した温度設定値に基づいて、取り込んだ還気の温度を調整する還気用コイルと、
　　前記外気冷却用コイルで温度と湿度を調整された外気と前記還気冷却用コイルで温度を調整された還気とが混合された空気を生成し、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンに混合された空気を送風する送風ファンと、
を備え、
　前記中央熱源装置は、
　　冷凍機と冷却塔を備え、前記空調制御装置から取得した水温設定値に基づき水温を調整し、前記空調機に供給する冷水又は温水を生成する冷温水調整部と、
　　前記空調制御装置から取得した流量値に基づいて、前記冷温水調整部で生成された冷水または温水を、前記空調機の前記外気用コイルと前記還気用コイルの少なくともいずれか一方に送水する送水ポンプと、
を備え、
　前記空調制御装置は、
　　前記計測装置の計測値送信部から送信された前記温度計測値と前記湿度計測値を取得する計測値取得部と、
　　予め設定された快適性指標の目標設定範囲を記憶する快適性指標範囲記憶部と、
　　前記計測値取得部で取得した温度計測値と湿度計測値に基づいて、前記快適性指標範囲記憶部に記憶された快適性指標の目標設定範囲の中で、前記冷凍機、前記冷却塔、前記外気用コイル、前記還気用コイル、前記送水ポンプ、および前記送風ファンの消費エネルギーの合計値が最小になるように、前記空調機から送風される空気の温度設定値と湿度設定値を算出する空調機設定値算出部と、
　　前記空調機設定値算出部で算出された温度設定値と湿度設定値を前記空調機に送信する設定値送信部と、
　　前記空調機設定値算出部で算出された温度設定値と湿度設定値から、前記冷水または温水の水温設定値および流量値を算出して、前記中央熱源装置に送信する制御値送信部と、
を備えたもの。
　請求項１に記載の空調制御システムにおいて、
　前記中央熱源装置は、２系統設けられ、
　　第１の中央熱源装置は、前記外気用コイルに冷水または温水を供給し、
　　第２の中央熱源装置は、前記還気用コイルに冷水または温水を供給するもの。
　空調機と、送水ポンプと、こ前記空調機と前記送水ポンプの動作を制御する空調制御装置と、空調制御対象である室内あるいは室内の制御ゾーン毎に対応して設置されその空調制御対象の温度と湿度を計測する計測装置と、が接続された空調制御システムにおいて、
　前記計測装置は、
　　前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンで計測された温度計測値と湿度計測値を取得して、前記空調制御装置に送信する計測値送信部を備え、
　前記空調機は、
　　所定量の外気を取り込み、前記空調制御装置から取得した温度設定値と湿度設定値に基づいて、取り込んだ外気の温度と湿度を調整する外気用コイルと、
　　前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンから所定量の還気を取り込み、前記空調制御装置から取得した温度設定値に基づいて、取り込んだ還気の温度を調整する還気用コイルと、
　　前記外気冷却用コイルで温度と湿度を調整された外気と前記還気冷却用コイルで温度を調整された還気とが混合された空気を生成し、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンに混合された空気を送風する送風ファンと、
を備え、
　前記送水ポンプは、
　　前記空調制御装置から取得した流量値に基づいて、外部から供給された冷水または温水を、前記空調機の前記外気用コイルと前記還気用コイルの少なくともいずれか一方に送水する送水部を備え、
　前記空調制御装置は、
　　前記計測装置の計測値送信部から送信された前記温度計測値および前記湿度計測値を取得する計測値取得部と、
　　予め設定された快適性指標の目標設定範囲を記憶する快適性指標範囲記憶部と、
　　前記計測値取得部で取得した温度計測値と湿度計測値に基づいて、前記快適性指標範囲記憶部に記憶された快適性指標の目標設定範囲の中で、前記外気用コイル、前記還気用コイル、前記送水ポンプ、および前記送風ファンのそれぞれの消費エネルギーの合計値が最小になるように、前記空調機から供給される送風の温度設定値と湿度設定値を算出する空調機設定値算出部と、
　　前記空調機設定値算出部で算出された温度設定値と湿度設定値を前記空調機に送信する設定値送信部と、
　　前記空調機設定値算出部で算出された温度設定値と湿度設定値から、前記冷水または温水の流量値を算出して、前記送水ポンプに送信する制御値送信部と、
を備えたもの。
　請求項１又は３に記載の空調制御システムにおいて、
　前記空調制御装置の空調機設定値算出部は、前記温度設定値および前記湿度設定値に加え、風速設定値を算出し、
　前記空調制御装置の設定値送信部は、前記温度設定値および前記湿度設定値に加え、風速設定値を前記空調機に送信し、
　前記空調機の送風ファンは、前記空調制御装置から取得した風速設定値に基づき、混合した空気を前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンに送風するもの。
　請求項１又は３に記載の空調制御システムにおいて、
　前記計測装置は、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンの二酸化炭素濃度を更に計測し、
　前記計測装置の計測値送信部は、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンで計測された二酸化炭素濃度の計測値を更に取得して、前記空調制御装置に送信し、
　前記空調制御装置の前記計測値取得部は、前記計測装置の計測値送信部から、前記二酸化炭素濃度の計測値を更に取得し、
　前記空調制御装置の前記空調機設定値算出部は、前記快適性指標範囲記憶部に記憶された快適性指標の範囲の中で、前記空調機により冷房が要求され外気のエンタルピーが室内のエンタルピーよりも低いときには外気の取り込み量を増やし、また、前記外気冷却用コイルの負荷が所定値よりも高く、且つ前記計測値取得部で取得した二酸化炭素濃度の計測値が予め設定された二酸化炭素濃度限界値よりも高いときは、前記室内の二酸化炭素濃度を前記二酸化炭素濃度限界値よりも低くするための最小限の量の外気を取り込むように前記外気用コイルで取り込む外気量設定値を更に算出し、
　前記空調制御装置の前記設定値送信部は、前記空調機設定値算出部で算出された前記外気用コイルで取り込む外気量設定値を前記空調機に送信し、
　前記空調機の前記外気用コイルは、前記空調制御装置の前記設定値送信部から送信された外気量設定値に基づいて外気を取り込むもの。
　請求項１又は３に記載の空調制御システムにおいて、
　前記計測装置は、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンの在室者の人数を更に計測し、
　前記計測装置の計測値送信部は、前記空調制御対象の室内あるいは室内の制御ゾーンで計測された在室者の人数の計測値を更に取得して、前記空調制御装置に送信し、
　前記空調制御装置の前記計測値取得部は、前記計測装置の計測値送信部から、前記在室者の人数の計測値を更に取得し、
　前記空調制御装置の前記空調機設定値算出部は、前記快適性指標範囲記憶部に記憶された快適性指標の範囲の中で、前記空調機により冷房が要求され外気のエンタルピーが室内のエンタルピーよりも低いときには外気の取り込み量を増やし、また、前記外気冷却用コイルの負荷が所定値よりも高く、且つ在室者の人数計測値が所定値よりも高いときは、室内の二酸化炭素濃度を予め設定された二酸化炭素濃度限界値よりも低くするための最小限の量の外気を取り込むように前記外気用コイルで取り込む外気量設定値を更に算出し、
　前記空調制御装置の前記設定値送信部は、前記空調機設定値算出部で算出された前記外気用コイルで取り込む外気量設定値を前記空調機に送信し、
　前記空調機の前記外気用コイルは、前記空調制御装置の前記設定値送信部から送信された外気量設定値に基づいて外気を取り込むもの。
　請求項１又は３に記載の空調制御システムにおいて、
　前記外気用コイルと前記還気用コイルとが直列状態に接続され、
　前記外気用コイルで利用された冷水または温水が前記還気用コイルで再利用されるもの。