WO2011104827A1 - 空気調和システム及び空気調和システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

　使用者の快適性を損なうことなく、高い運転効率の空気調和システムを実現することを目的とする。空気調和システム１において、設定温度決定装置３１は、目標流出温度＝現在の流出温度＋（（出入口温度差／室内外温度差）×設定温度差）に基づき、室内熱交換器１２へ供給する水の目標温度を決定する。ここで、室内外温度差とは室内温度と外気温との差であり、出入口温度差とは中間熱交換器９の入口側の水の温度と出口側の水の温度との差であり、設定温度差とは室内温度と設定温度との差である。制御装置３２は、設定温度決定装置３１が決定した目標温度に応じて室外機２を制御する。

Description

空気調和システム及び空気調和システムの制御方法

　この発明は、熱源装置と室内熱交換器とが水等の流体が流れる流体回路によって接続される空気調和システムに関する。特に、この発明は、前記空気調和システムにおいて、所定の指標に基づき流体の温度を制御する制御技術に関する。

　ヒートポンプ装置等の熱源装置により温水又は冷水を生成し、生成した温水又は冷水を室内熱交換器へ送って室内の暖房又は冷房を行う空気調和システムがある。
　一般的に、この空気調和システムは、例えば、暖房時は３５℃の温水が室内熱交換器へ供給され、冷房時は１６℃の冷水が室内熱交換器へ供給されるというように、空調負荷によらず水温を一定にする方式である。この方式では、季節の中間期等の空調負荷が小さい場合、室温が設定値になると熱源装置を停止するという制御、あるいは、三方弁等を制御することで室内熱交換器への送水を停止するという制御が行われる。そのため、暖房運転や冷房運転が断続的に行われることになり、使用者の快適性が損なわれるとともに、運転効率が低下する。

　また、設置業者が空気調和システムを設置する際に、予想される外気温度に応じて熱源装置が供給する水の目標温度を設定する機能を有する空気調和システムがある。この空気調和システムでは、設定された目標温度が空調負荷に適している場合には効果的である。しかし、季節の変化等により、空調負荷に対して目標温度が低い場合や、空調負荷に対して目標水温が高い場合が起こり得る。この場合、能力不足の運転や、能力過多の運転が行われることになり、使用者の快適性が損なわれるとともに、運転効率が低下する。

　また、特許文献１には、利用者が設定した目標室内温度と現在の室内温度との偏差に基づき、熱源装置が供給する水の目標温度を再設定する制御方法についての記載がある。特許文献１では、この制御方法により、快適性を損なうことなく、高い運転効率を実現することを図っている。

特開２００７－２１２０８５号公報

　しかし、特許文献１に記載された制御方法のように、設定温度と室内温度の差だけで水の目標温度を設定した場合、適切な目標温度に設定されない場合がある。つまり、適切な目標温度よりも、高い温度が目標温度に設定される場合や、低い温度が目標温度に設定される場合がある。そのため、設定温度に対して室内温度が高くなり過ぎることや、設定温度に対して室内温度が低くなり過ぎることが起こり、使用者の快適性が損なわれるとともに、運転効率が低下する。
　この発明は、使用者の快適性を損なうことなく、高い運転効率を実現することを目的とする。

　この発明に係る空気調和システムは、例えば、
　流体を加熱又は冷却する熱源装置と、前記熱源装置で加熱又は冷却された流体と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器とを備える空気調和システムであり、
　前記室内空気の温度である室内温度を計測する室内温度計測部と、
　外気温度を計測する外気温度計測部と、
　前記室内温度計測部が計測した室内温度と、前記外気温度計測部が計測した外気温度との差である室内外温度差が大きくなるほど、前記熱源装置から前記室内熱交換器へ供給する流体の目標温度の変化率が小さくなるように、前記目標温度を決定する目標温度決定部と、
　前記目標温度決定部が決定した目標温度に応じて、前記熱源装置を制御する制御部と
を備えることを特徴とする。

　この発明に係る空気調和システムは、室内外温度差が大きくなるほど流体の目標温度が低くなるように目標温度を決定する。これにより、目標水温が適切に設定され、快適性を損なうことなく、高い運転効率を実現することができる。

空気調和システム１の構成図。 暖房運転時における目標流出温度Ｔｗｏｍの式６への式変換の説明図。 冷房運転時における目標流出温度Ｔｗｏｍの式６’への式変換の説明図。 空気調和システム１の処理の流れを示すフローチャート。 目標流出温度の算出における室内外温度差の影響の説明図。 室内外温度差と目標流出温度との関係を示す図。 補正値１のみで目標流出温度を決定した場合と、補正値１と補正値２とを用いて目標流出温度を決定した場合の室内温度の変化の例を示す図。

　実施の形態１．
　図１は、空気調和システム１の構成図である。
　空気調和システム１は、冷媒回路４を備える熱源装置である室外機２と、室内熱交換器１２を備える室内機３とを備える。室外機２は室外に設置され、室内機３は室内に設置される。室外機２と室内機３とは、水回路１０により接続される。水回路１０は、水ポンプ１１により、水が循環する回路である。

　冷媒回路４は、圧縮機５と、四方弁６と、室外熱交換器７と、膨張機構８と、中間熱交換器９とが配管により順次接続されて環状に形成され、冷媒が循環する回路である。
　なお、水回路１０は、冷媒回路４に接続された中間熱交換器９に接続されている。そのため、冷媒回路４を循環する冷媒と、水回路１０を循環する水とは、中間熱交換器９で熱交換される。

　圧縮機５は、例えば、全密閉式圧縮機である。圧縮機５は、インバータで回転速度を変更可能である。回転速度を変更することにより、圧縮機５は冷媒回路４を循環する冷媒の流量を調整し、中間熱交換器９での熱交換量を変化させる。中間熱交換器９での熱交換量を変化させることで、室外機２から流出する水の温度が変化する。

　四方弁６は、冷媒回路４を循環する冷媒の流れる方向を切り替える切替装置である。空気調和システム１が冷媒の流れを切り替える必要が無い場合、例えば冷房専用の場合は、冷媒の流れる方向を切り替える必要がない。そのため、この場合、四方弁６は不要である。

　室外熱交換器７は、例えば、空気（外気）を熱源とするフィンアンドチューブ型の熱交換器である。冷媒回路４を循環する冷媒と外気とが室外熱交換器７で熱交換される。なお、室外熱交換器７がフィンアンドチューブ型の熱交換器の場合、室外機２に室外ファンを備えることで、室外熱交換器７における熱交換を促進させることができる。
　また、室外熱交換器７は、地中に埋められ、地熱を熱源として利用する熱交換器であってもよい。地熱は、年間を通じて安定した熱源となる。また、室外熱交換器７は、プレート熱交換器であってもよい。この場合、水や不凍液等が熱源として利用される。

　膨張機構８は、例えば、開度が可変な機構である。膨張機構８は、凝縮器出口における過冷却度、又は、蒸発器出口における過熱度ができるだけ小さくなるように開度調整され、室外熱交換器７や中間熱交換器９が有効に利用できるように冷媒の流量が調整される。
　また、膨張機構８は、キャピラリのような開度が固定の絞り装置を複数並列に並べて構成してもよい。

　中間熱交換器９は、例えば、プレート熱交換器である。上述したように、冷媒回路４を循環する冷媒と、水回路１０を循環する水とが、中間熱交換器９で熱交換される。これにより、中間熱交換器９は、水回路１０を循環する水を加熱して温水を生成する、又は、水回路１０を循環する水を冷却して冷水を生成する。そして、中間熱交換器９は、生成した温水又は冷水を水回路１０へ供給する。
　また、中間熱交換器９として、二重管式や満液式の熱交換器を用いてもよい。

　水ポンプ１１は、水を循環させることで、室外機２と室内機３とへ水を供給する。水ポンプ１１は、インバータなどによって回転速度が変更可能なポンプである。回転速度を変更することにより、水回路１０を循環する水の流量を変更することができる。
　また、水ポンプ１１は、回転速度が一定のポンプと、開度が変更可能な容量制御弁とを組合せて構成してもよい。この場合、容量制御弁の開度を調整することで水回路１０を循環する水の流量を変更することができる。
　水回路１０を循環する水の流量を変更しない場合には、水ポンプ１１は回転速度が一定のポンプであってもよい。

　室内熱交換器１２は、例えば、ラジエータである。室内熱交換器１２は、水回路１０を循環する水と、室内空気との熱交換を行い、室内空気を加熱又は冷却する。
　また、室内熱交換器１２は、ラジエータに限らず、ファンコイルユニットや、床暖房パネル等であってもよい。

　また、室外機２は、室外温度検出器２１（外気温度検出部）、入口水温検出器２２（前温度検出部）、出口水温検出器２３（後温度検出部）を備える。室外温度検出器２１は、室外温度である外気温を検出する。入口水温検出器２２は、水回路１０を流れる水であって、室外機２へ流入する水の温度を検出する。つまり、入口水温検出器２２は、中間熱交換器９へ流入する水の温度を検出する。出口水温検出器２３は、水回路１０を流れる水であって、室外機２から流出する水の温度を検出する。つまり、出口水温検出器２３は、中間熱交換器９から流出する水の温度を検出する。
　また、室内機３は、室内温度検出器２４（室内温度検出部）を備える。室内温度検出器２４は、室内温度を検出する。

　また、空気調和システム１は、設定温度決定装置３１（目標温度決定部）、制御装置３２（制御部）、を備える。
　設定温度決定装置３１は、室外温度検出器２１、入口水温検出器２２、出口水温検出器２３、室内温度検出器２４が検出した温度に基づき、室外機２から流出する水の目標温度を決定する。
　制御装置３２は、設定温度決定装置３１が決定した目標温度に応じて、圧縮機５へ指令を出し、圧縮機５の回転速度を制御して、室外機２から流出する水の温度が目標温度になるようにする。また、制御装置３２は、膨張機構８を制御して、冷媒回路４を循環する冷媒の流量を調整する。また、制御装置３２は、水ポンプ１１を制御して、水回路１０を循環する水の流量を調整する。
　なお、設定温度決定装置３１と制御装置３２とは、マイクロコンピュータ等のコンピュータである。図１では、設定温度決定装置３１と制御装置３２とを別のコンピュータとして示しているが、設定温度決定装置３１と制御装置３２とは１つのコンピュータにより実現されていてもよい。

　次に、設定温度決定装置３１が室外機２から流出する水の目標温度である目標流出温度を決定する方法について説明する。
　設定温度決定装置３１は、室外機２の能力である中間熱交換器９の熱交換量Ｑｗと、室内空気と外気との熱交換量Ｑｉｏで表される室内負荷との熱バランスの関係から、空気調和システム１の使用者により設定された設定温度に室内温度をするための目標流出温度を決定する。

　まず、暖房運転の場合について説明する。

　中間熱交換器９での熱交換量Ｑｗは、水の流量Ｇｗ、水の比熱Ｃｐｗ、中間熱交換器９へ流入する水の温度である流入温度Ｔｗｉ（前温度）、中間熱交換器９から流出する水の温度である流出温度Ｔｗｏ（後温度）から式１で表すことができる。
＜式１＞
Ｑｗ＝Ｇｗ×Ｃｐｗ×（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）

　一方、現在の室内負荷、つまり室内空気と外気との熱交換量Ｑｉｏは、建物の熱交換性能ＡＫｉｏ、室内空気の温度である室内温度Ｔａｉ、外気温である室外温度Ｔａｏから、式２で表すことができる。なお、建物の熱交換性能ＡＫｉｏとは、室内空気と外気との熱交換面積Ａと、室内空気と外気との伝熱性能を表す熱通過率Ｋｉｏとの積である。
＜式２＞
Ｑｉｏ＝ＡＫｉｏ×（Ｔａｉ－Ｔａｏ）

　中間熱交換器での熱交換量Ｑｗと、室内空気と外気との熱交換量Ｑｉｏとが釣り合っている場合（Ｑｗ＝Ｑｉｏである場合）、式１と式２とから次のような式が得られる。
Ｇｗ×Ｃｐｗ×（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）＝ＡＫｉｏ×（Ｔａｉ－Ｔａｏ）
　この式を変形すると、次のような式になる。
（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）＝（ＡＫｉｏ／（Ｇｗ×Ｃｐｗ））×（Ｔａｉ－Ｔａｏ）
　ここで、（ＡＫｉｏ／（Ｇｗ×Ｃｐｗ））をＣ１と置き換えれば、流入温度Ｔｗｉ、流出温度Ｔｗｏ、室内温度Ｔａｉ、室外温度Ｔａｏの関係を式３で表すことができる。なお、Ｃ１は、水の流量Ｇｗ、水の比熱Ｃｐｗ、建物の熱交換性能ＡＫｉｏで決定される定数である。
＜式３＞
（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）＝Ｃ１×（Ｔａｉ－Ｔａｏ）

　ここで、流出温度Ｔｗｏを流出温度Ｔｗｏｍに変更した場合に、室内温度Ｔａｉが目標室内温度Ｔａｉｍと一致するとき、目標室内温度Ｔａｉｍと流出温度Ｔｗｏｍとの関係は式４となる。
＜式４＞
（Ｔｗｏｍ－Ｔｗｉ）＝Ｃ１×（Ｔａｉｍ－Ｔａｏ）

　また、式３からＣ１を次のように表せる。
Ｃ１＝（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）／（Ｔａｉ－Ｔａｏ）
　同様に、式４からＣ１を次のように表せる。
Ｃ１＝（Ｔｗｏｍ－Ｔｗｉ）／（Ｔａｉｍ－Ｔａｏ）
　したがって、この２つの式から次の式が得られる。
（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）／（Ｔａｉ－Ｔａｏ）＝（Ｔｗｏｍ－Ｔｗｉ）／（Ｔａｉｍ－Ｔａｏ）
　この式を変形すると、流入温度Ｔｗｉ、流出温度Ｔｗｏ、室内温度Ｔａｉ、室外温度Ｔａｏ、目標室内温度Ｔａｉｍ、流出温度Ｔｗｏｍの関係は式５で表すことができる。
＜式５＞
（Ｔｗｏｍ－Ｔｗｉ）／（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）＝（Ｔａｉｍ－Ｔａｏ）／（Ｔａｉ－Ｔａｏ）

　式５を図２に示すように変形すると、式６を得ることができる。
＜式６＞
Ｔｗｏｍ＝Ｔｗｏ＋（（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）／（Ｔａｉ－Ｔａｏ））×（Ｔａｉｍ－Ｔａｉ）

　次に、冷房の場合について説明する。

　冷房の場合、Ｔｗｏ＜Ｔｗｉであり、Ｔａｉ＜Ｔａｏである。ここで、中間熱交換器９での熱交換量Ｑｗと、室内空気と外気との熱交換量Ｑｉｏとは正の値（０より大きい値）である。そのため、式１に対応する式１’と、式２に対応する式２’とは、次のようになる。
＜式１’＞
Ｑｗ＝Ｇｗ×Ｃｐｗ×（Ｔｗｉ－Ｔｗｏ）
＜式２’＞
Ｑｉｏ＝ＡＫｉｏ×（Ｔａｏ－Ｔａｉ）

　すると、式３に対応する式３’と、式４に対応する式４’とは、次のようになる。
＜式３’＞
（Ｔｗｉ－Ｔｗｏ）＝Ｃ１×（Ｔａｏ－Ｔａｉ）
＜式４’＞
（Ｔｗｉ－Ｔｗｏｍ）＝Ｃ１×（Ｔａｏ－Ｔａｉｍ）
　式３’と式４’とから、式５に対応する式５’は次のようになる。
＜式５’＞
（Ｔｗｉ－Ｔｗｏｍ）／（Ｔｗｉ－Ｔｗｏ）＝（Ｔａｏ－Ｔａｉｍ）／（Ｔａｏ－Ｔａｉ）

　式５’を図３に示すように変形すると、式６に対応する式６’を得ることができる。
＜式６’＞
Ｔｗｏｍ＝Ｔｗｏ＋（（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）／（Ｔａｏ－Ｔａｉ））×（Ｔａｉ－Ｔａｉｍ）

　ここで、暖房運転時の目標流出温度Ｔｗｏｍを表す式６におけるＴｗｏは、現在の流出温度である。式６における（Ｔａｉ－Ｔａｏ）は、室内温度Ｔａｉと室外温度Ｔａｏとの差である室内外温度差を表す。式６における（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）は、流出温度Ｔｗｏと流入温度Ｔｗｉとの差である出入口温度差（前後温度差）を表す。式６における（Ｔａｉｍ－Ｔａｉ）は、目標室内温度Ｔａｉｍ（設定温度）と室内温度Ｔａｉ（現在の室内温度）との差である設定温度差を表す。
　同様に、冷房運転時の目標流出温度Ｔｗｏｍを表す式６’におけるＴｗｏは、現在の流出温度である。式６における（Ｔａｏ－Ｔａｉ）は、室外温度Ｔａｏと室内温度Ｔａｉとの差である室内外温度差を表す。式６における（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）は、流出温度Ｔｗｏと流入温度Ｔｗｉとの差である出入口温度差（前後温度差）を表す。式６における（Ｔａｉ－Ｔａｉｍ）は、目標室内温度Ｔａｉｍ（設定温度）と室内温度Ｔａｉ（現在の室内温度）との差である設定温度差を表す。
　したがって、式６と式６’とはいずれも、式７のように表すことができる。
＜式７＞
目標流出温度＝現在の流出温度＋（（出入口温度差／室内外温度差）×設定温度差）

　設定温度決定装置３１は、式７に基づき、目標流出温度（目標温度）を計算する。
　式７から分かるように、設定温度決定装置３１は、室内外温度差に反比例させて目標流出温度を決定する。つまり、設定温度決定装置３１は、室内外温度差が大きくなるほど目標流出温度の変化率が小さくなるように、室内外温度差が小さくなるほど目標流出温度の変化率が大きくなるように、目標流出温度を決定する。
　また、式７から分かるように、設定温度決定装置３１は、出入口温度差に比例させて目標流出温度を決定する。つまり、設定温度決定装置３１は、出入口温度差が大きくなるほど目標流出温度の変化率が大きくなるように、出入口温度差が小さくなるほど目標流出温度の変化率が小さくなるように、目標流出温度を決定する。
　また、式７から分かるように、設定温度決定装置３１は、設定温度差に比例させて目標流出温度を決定する。つまり、設定温度決定装置３１は、設定温度差が大きくなるほど目標流出温度の変化率が大きくなるように、設定温度差が小さくなるほど目標流出温度の変化率が小さくなるように、目標流出温度を決定する。

　特に、設定温度決定装置３１は、「（出入口温度差／室内外温度差）×設定温度差」から計算される補正値１を、現在の流出温度に加算して、目標流出温度とする。

　なお、設定温度決定装置３１は、１よりも小さい値である緩和係数Ｋ１を用いて、「（（出入口温度差／室内外温度差）×設定温度差）×Ｋ１」から補正値１を計算してもよい。緩和係数Ｋ１を用いて補正値１を計算することにより、目標流出温度が大きく変更されなくなる。つまり、緩和係数Ｋ１を用いて補正値１を計算した場合には、徐々に目標流出温度が変更され、最終的に室内温度が設定温度と同じ温度になるように、室外機２が制御される。したがって、暖房運転の場合に設定温度に対して室内温度が高くなり過ぎることや、冷房運転の場合に設定温度に対して室内温度が低くなり過ぎることが起きづらくなる。

　図４は、空気調和システム１の処理の流れを示すフローチャートである。
　（Ｓ１）では、設定温度決定装置３１は、空気調和システム１は運転が開始されると、暖房運転であるか、冷房運転であるかを判定する。暖房運転であれば、予め記憶装置に記憶された式６を読み出す。一方、冷房運転であれば、予め記憶装置に記憶された式６’を読み出す。

　（Ｓ２）では、設定温度決定装置３１は、室内温度と設定温度とが等しいか否かを判定する。なお、室内温度と設定温度との差が所定の範囲内である場合には、設定温度決定装置３１は、室内温度と設定温度とが等しいと判定する。
　室内温度と設定温度とが等しい場合には、設定温度決定装置３１は目標流出温度の変更はせず、所定時間経過後に再び室内温度と設定温度とが等しいか否かを判定する。一方、室内温度と設定温度とが異なる場合、設定温度決定装置３１は（Ｓ３）へ処理を進める。

　（Ｓ３）では、設定温度決定装置３１は、（Ｓ１）で読み出した式に基づき、目標流出温度を計算する。

　（Ｓ４）では、制御装置３２は、（Ｓ３）で計算された目標流出温度に応じて、室外機２を制御する。例えば、制御装置３２は、目標流出温度に応じて圧縮機５の回転速度を変更して、中間熱交換器９での熱交換量Ｑｗを変更する。
　室内温度が設定温度よりも低い場合には、補正値１は通常正の値となる。その結果、目標流出温度は、現在の流出温度よりも高くなる。暖房運転の場合であれば、制御装置３２は、圧縮機５の回転速度を速くして、中間熱交換器９での熱交換量Ｑｗを多くする。これにより、中間熱交換器９における水への加熱が促進され、室外機２から流出する水の温度が高くなる。
　一方、室内温度が設定温度よりも高い場合には、補正値１は通常負の値となる。その結果、目標流出温度は、現在の流出温度よりも低くなる。暖房運転の場合であれば、制御装置３２は、圧縮機５の回転速度を遅くして、中間熱交換器９での熱交換量Ｑｗを少なくする。これにより、中間熱交換器９における水への加熱が抑えられ、室外機２から流出する水の温度が低くなる。

　目標流出温度の算出における室内外温度差の影響について、暖房運転の場合を例に説明する。
　図５は、目標流出温度の算出における室内外温度差の影響の説明図である。図５において、横軸は外気温を示し、縦軸は室外機２の能力を示す。
　ここでは、室内温度が１８℃、設定温度が２０℃であるとする。この場合に、外気温が０℃の場合と、１０℃の場合とで、目標流出温度の算出にどのような影響があるかを説明する。

　外気温が０℃の場合、外気温が１０℃の場合に比べ、室内温度を設定温度である２０℃にするには、室外機２は高い能力が必要となる。同様に、外気温が０℃の場合、外気温が１０℃の場合に比べ、室内温度を現在の室内温度である１８℃にするのに、室外機２は高い能力が必要であった。
　室内温度を設定温度である２０℃にするのに必要な室外機２の能力と、室内温度を現在の室内温度である１８℃にするのに必要な室外機２の能力との比について、外気温が０℃の場合と、外気温が１０℃の場合とで比較する。
　外気温が０℃の場合における室外機２の能力の比は、（１８℃―０℃）／（２０℃―０℃）×１００＝９０％である。つまり、外気温が０℃の場合、１０％程度の能力が不足していることになる。すなわち、外気温が０℃の場合、１０％程度の能力増加に相当する目標流出温度の上昇により、室内温度１８℃が設定温度２０℃になると言える。
　一方、外気温が１０℃の場合における室外機２の能力の比は、（１８℃―１０℃）／（２０℃―１０℃）×１００＝８０％である。つまり、外気温が１０℃の場合、２０％程度の能力が不足していることになる。すなわち、外気温が１０℃の場合、２０％程度の能力増加に相当する目標流出温度の上昇により、室内温度１８℃が設定温度２０℃になると言える。

　図６は、室内外温度差と目標流出温度の変化率との関係を示す図である。
　外気温が０℃の場合は、外気温が１０℃の場合に比べ、目標流出温度の変化率は小さい。つまり、設定温度と室内温度の差である設定温度差が同じであっても、室内外温度差が大きい場合、目標流出温度の変化率は小さく、室内外温度差が小さい場合、目標流出温度の変化率は大きい。

　目標流出温度の算出における出入口温度差の影響について、暖房運転の場合を例に説明する。
　ここでは、流入温度が３０℃である場合に、流出温度が４０℃の場合と、３５℃の場合とで、目標流出温度の算出にどのような影響があるかを説明する。

　ここで、式５を変形する次のようになる。
（Ｔｗｏｍ－Ｔｗｉ）＝（（Ｔａｉｍ－Ｔａｏ）／（Ｔａｉ－Ｔａｏ））×（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）
　（Ｔａｉｍ－Ｔａｏ）／（Ｔａｉ－Ｔａｏ）をαと置き換えれば、目標流出温度Ｔｗｏｍと流入温度Ｔｗｉとの差を式８のように表すことができる。
＜式８＞
（Ｔｗｏｍ－Ｔｗｉ）＝α×（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）

　式８から、出入口温度差が大きい流出温度が４０℃である場合、次のように表せる。
（Ｔｗｏｍ－Ｔｗｉ）＝α×（４０℃－３０℃）
したがって、この場合の目標流出温度Ｔｗｏｍは、式９のようになる。
＜式９＞
Ｔｗｏｍ＝α×１０℃＋３０℃

　同様に、式８から、出入口温度差が小さい流出温度が３５℃である場合、次のように表せる。
（Ｔｗｏｍ－Ｔｗｉ）＝α×（３５℃－３０℃）
したがって、この場合の目標流出温度Ｔｗｏｍは、式１０のようになる。
＜式１０＞
Ｔｗｏｍ＝α×５℃＋３０℃

　つまり、出入口温度差が大きい場合の方が、出入口温度差が小さい場合よりも、目標流出温度の変化率は大きい。
　すなわち、設定温度と室内温度の差である設定温度差が同じであっても、出入口温度差が大きい場合、目標流出温度の変化率は大きく、出入口温度差が小さい場合、目標流出温度の変化率は小さい。

　なお、水回路１０を循環する水の流量が一定の場合には、出入口温度差は室外機２の能力を示す。つまり、出入口温度差が大きいほど室外機２の能力が高く、出入口温度差が小さいほど室外機２の能力が低い。したがって、設定温度と室内温度の差である設定温度差が同じであっても、室外機２の能力が高い場合、目標流出温度の変化率は大きく、室外機２の能力が低い場合、目標流出温度の変化率は小さいということもできる。

　以上のように、この実施の形態に係る空気調和システム１は、設定温度差だけでなく、室内外温度差と、出入口温度差とに基づき、目標流出温度を決定した。そのため、適切な目標流出温度を設定することができ、使用者の快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御を行うことができる。

　なお、流出温度の変化に応じて室内温度も変化するが、流出温度の変化に対する室内温度の変化の応答性は、建物の熱容量に依存し、建物の熱容量が大きい建物ほど応答性は遅くなる。
　そこで、設定温度決定装置３１は、建物の熱容量に応じて、新たな目標流出温度を設定するまでの時間間隔を変更してもよい。例えば、設定温度決定装置３１は、建物の熱容量が大きく室内温度変化が遅い場合は、新たな目標流出温度を設定するまでの時間間隔を長くする。これにより、室内温度が変化している最中に目標流出温度を変更し、流出温度が必要以上に高く（あるいは低く）なることを防止できる。その結果、室内温度が設定温度以上に高く（あるいは低く）なることを防止できる。
　したがって、さらに、使用者の快適性が向上し、運転効率も向上する。
　なお、所定の間隔で室内温度検出器２４が検出した温度を記憶装置に記憶しておき、室内温度と現在の室内温度の温度変化幅から建物の熱容量を計測してもよい。

　また、室内負荷に関係なく水ポンプ１１の流量を一定にすると、室内負荷が小さい場合に無駄が生じる。
　そこで、制御装置３２は、室外機２で使用される電力に比例させて、水ポンプ１１の流量を変化させてもよい。つまり、空気調和システム１全体で使用される電力に対する水ポンプ１１で使用される電力が一定にしてもよい。これにより、運転効率が向上する。

　また、上記説明では、室内機３を１台だけ有する空気調和システム１を説明した。しかし、空気調和システム１が複数台の室内機３を備え、各室内機３が異なる部屋に設置されている場合も考えられる。この場合、設定温度決定装置３１は、代表の部屋の温度を室内温度として用いる。代表の部屋は、例えば設定温度と室内温度との差である設定温度差が最も大きい部屋であってもよいし、所定の室内機３を親機とし、その親機が設置された部屋であってもよい。

　実施の形態２．
　実施の形態２では、目標流出温度が必要以上に高く（あるいは低く）設定され、室内温度が設定温度以上に高く（あるいは低く）なることを防止する方法について説明する。
　なお、実施の形態２では、実施の形態１と異なる部分のみ説明する。

　実施の形態１では、設定温度決定装置３１は、現在の流出温度に補正値１を加算して、目標流出温度を計算した。
　実施の形態２では、新たに補正値２を定義する。そして、設定温度決定装置３１は、現在の流出温度に補正値１と補正値２とを加算して、目標流出温度を計算する。
　ここで、補正値２は、室内温度が設定温度以上に高く（あるいは低く）ならないように、目標流出温度が必要以上に高く（あるいは低く）設定されることを防止するように補正する値である。

　暖房運転の場合における補正値２は、所定の時間経過後に室内温度が到達すると予想される温度である到達予想温度Ｔａｉ（∞）を用いて、式１１のように表される。
＜式１１＞
補正値２＝（（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）／（Ｔａｉ（∞）－Ｔａｏ））×（Ｔａｉｍ－Ｔａｉ（∞））

　同様に、冷房運転の場合における補正値２は、Ｔａｉ（∞）を用いて、式１１’のように表される。
＜式１１’＞
補正値２＝（（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）／（Ｔａｏ－Ｔａｉ（∞）））×（Ｔａｉ（∞）－Ｔａｉｍ）

　補正値１と補正値２との差は、２点ある。１点目は、補正値１では現在の室内温度と、外気温との差である室内外温度差を用いていたのに対して、補正値２では所定の時間経過後の到達予想温度と、外気温との差である予想内外温度差を用いる点である。２点目は、補正値１では現在の室内温度と、設定温度との差である設定温度差を用いていたのに対して、補正値２では所定の時間経過後の到達予想温度と、設定温度との差である予想設定温度差を用いる点である。
　つまり、補正値１は「（出入口温度差／室内外温度差）×設定温度差」であるのに対して、補正値２は「（出入口温度差／予想内外温度差）×予想設定温度差」である。なお、補正値１は緩和係数Ｋ１を用いて、「（（出入口温度差／室内外温度差）×設定温度差）×Ｋ１」としてもよいと説明した。同様に、補正値２も緩和係数Ｋ２を用いて、「（（出入口温度差／予想内外温度差）×予想設定温度差）×Ｋ２」としてもよい。ここで、緩和係数Ｋ２は、緩和係数Ｋ１と同様に、１よりも小さい値である。

　したがって、補正値２は、予想内外温度差に反比例して決定される。つまり、補正値２は、予想内外温度差が大きくなるほど小さくなり、予想内外温度差が小さくなるほど大きくなる。
　また、補正値２は、予想設定温度差に比例して決定される。つまり、補正値２は、予想設定温度差が大きくなるほど大きくなり、予想設定温度差が小さくなるほど小さくなる。

　図７は、補正値１のみで目標流出温度を決定した場合と、補正値１と補正値２とを用いて目標流出温度を決定した場合の室内温度の変化の例を示す図である。
　現在の室温は設定温度よりも低いが、到達予想温度は設定温度よりも高いという場合が考えられる。この場合には、通常補正値１は正の値となり、通常補正値２は負の値となる。つまり、補正値１は、現在の室温が設定温度よりも低いため、目標流出温度を高くして、暖房能力を高くする方向に働く。一方、補正値２は、到達予想温度が設定温度よりも高いため、目標流出温度を低くして、暖房能力を低くする方向に働く。
　このように、補正値２を用いて目標流出温度を計算することにより、室内温度が設定温度以上に高く（あるいは低く）ならないように、目標流出温度が必要以上に高く（あるいは低く）設定されることが防止される。
　図７では、時刻ｔ１までは、補正値１のみで目標流出温度を決定した場合と、補正値１と補正値２とを用いて目標流出温度を決定した場合とで同一の目標流出温度が計算されていた。そのため、どちらの場合も同じ室内温度となった。しかし、時刻ｔ１以降は、現在の室温は設定温度よりも低いが、到達予想温度は設定温度よりも高い状態となった。そのため、補正値２が目標流出温度を低くして、暖房能力を低くする方向に働いた。その結果、補正値１のみで目標流出温度を決定した場合には、時刻ｔ２を過ぎると、室内温度が目標室内温度を若干超えてしまった。一方、補正値１と補正値２とを用いて目標流出温度を決定した場合には、室内温度が目標室内温度へ近づくまでに時間はかかるものの、室内温度が目標室内温度を超えることがなかった。

　なお、到達予想温度Ｔａｉ（∞）を計算する方法は、どのような方法であっても構わないが、例えば、複数の過去の時点において計測した室内温度と、その時の流出温度とから、所定の式を用いて計算することができる。なお、室内温度と、その時の流出温度と到達予想温度Ｔａｉ（∞）を計算するための式は、既に知られている式を用いればよい。

　以上のように、この実施の形態に係る空気調和システム１は、補正値１に加え、補正値２を用いて、目標流出温度を計算する。これにより、目標流出温度が必要以上に高く（あるいは低く）設定されることが防止され、室内温度が設定温度以上に高く（あるいは低く）なることが防止される。したがって、使用者の快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御を行うことができる。

　なお、上記説明では、中間熱交換器９と室内熱交換器１２とを接続する水回路１０は水が流れる回路であるとした。しかし、中間熱交換器９と室内熱交換器１２とを接続する回路は、水が流れる回路に限らず、他の流体が流れる回路であってもよい。つまり、中間熱交換器９で加熱又は冷却される流体は水以外の他の流体であってもよい。

　１　空気調和システム、２　室外機、３　室内機、４　冷媒回路、５　圧縮機、６　四方弁、７　室外熱交換器、８　膨張機構、９　中間熱交換器、１０　水回路、１１　水ポンプ、１２　室内熱交換器、２１　室外温度検出器、２２　入口水温検出器、２３　出口水温検出器、２４　室内温度検出器、３１　設定温度決定装置、３２　制御装置。

Claims (13)

1. 　流体を加熱又は冷却する熱源装置と、前記熱源装置で加熱又は冷却された流体と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器とを備える空気調和システムであり、
   　前記室内空気の温度である室内温度を検出する室内温度検出部と、
   　外気温度を検出する外気温度検出部と、
   　前記室内温度検出部が検出した室内温度と、前記外気温度検出部が検出した外気温度との差である室内外温度差が大きくなるほど、前記熱源装置から前記室内熱交換器へ供給する流体の目標温度の変化率が小さくなるように、前記目標温度を決定する目標温度決定部と、
   　前記目標温度決定部が決定した目標温度に応じて、前記熱源装置を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする空気調和システム。
2. 　前記空気調和システムは、さらに、
   　前記熱源装置で加熱又は冷却される前の流体の前温度を検出する前温度検出部と、
   　前記熱源装置で加熱又は冷却された後の流体の後温度を検出する後温度検出部と
   を備え、
   　前記目標温度決定部は、さらに、前記前温度検出部が検出した前温度と、前記後温度検出部が検出した後温度との差である前後温度差が大きくなるほど、前記目標温度の変化率が大きくなるように、前記目標温度を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
3. 　前記空気調和システムは、さらに、
   　予め設定された前記室内空気の到達目標温度である設定室温を取得する設定室温取得部
   を備え、
   　前記目標温度決定部は、さらに、前記室内温度検出部が検出した室内温度と、前記設定室温取得部が取得した設定室温との差である設定温度差が大きくなるほど、前記目標温度の変化率が大きくなるように、前記目標温度を決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和システム。
4. 　前記目標温度決定部は、「（前記前後温度差／前記室内外温度差）×前記設定温度差」に基づき補正値１を計算して、現在設定されている目標温度に前記補正値１を加算して、新たな目標温度とする
   ことを特徴とする請求項３に記載の空気調和システム。
5. 　前記空気調和システムは、さらに、
   　現在設定されている目標温度に基づき、前記制御部が前記熱源装置を制御した場合において、所定の時間経過後における前記室内空気の温度が到達する到達予想温度を計算する予想温度計算部
   を備え、
   　前記目標温度決定部は、前記予想温度計算部が計算した到達予想温度と、前記外気温度検出部が検出した外気温度との差である予想内外温度差と、前記到達予想温度と、前記設定室温取得部が取得した設定室温との差である予想設定温度差を用いて、「（前記前後温度差／前記予想内外温度差）×前記予想設定温度差」に基づき補正値２を計算して、設定されている目標温度に前記補正値１と前記補正値２とを加算して、新たな目標温度とする
   ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和システム。
6. 　前記目標温度決定部は、「（（前記前後温度差／前記室内外温度差）×前記設定温度差）×所定の緩和係数Ｋ１」により補正値１を計算し、「（（前記前後温度差／前記予想内外温度差）×前記予想設定温度差）×所定の緩和係数Ｋ２」により補正値２を計算する
   ことを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。
7. 　前記予想温度計算部は、複数の過去の時点における室内温度に基づき、前記到達予想温度を計算する
   ことを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。
8. 　前記熱源装置は、圧縮機と、第１熱交換器と、膨張機構と、第２熱交換器とが順次配管により接続され、冷媒が循環する冷媒回路を備えるヒートポンプ式の熱源装置であり、前記第１熱交換器で冷媒と流体とを熱交換させて流体を加熱又は冷却し、
   　前記制御部は、前記目標温度に応じて前記圧縮機を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
9. 　前記目標温度決定部は、室内の熱容量に応じて、目標温度を新たに決定するまでの間隔を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
10. 　前記空気調和システムは、さらに、
    　前記室内温度検出部が検出した室内温度を記憶装置に記憶する室内温度記憶部と、
    　前記室内温度記憶部が記憶した室内温度から室内温度の変化速度を計算する変化速度計算部と
    を備え、
    　前記目標温度決定部は、前記変化速度計算部が計算した変化速度に応じて、目標温度を新たに決定するまでの間隔を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
11. 　前記空気調和システムは、さらに、
    　前記熱源装置と前記室内熱交換器とを接続し、流体が循環する流体回路
    を備え、
    　前記制御部は、さらに、前記熱源装置の制御に応じて、前記流体回路を循環する流体の循環量を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
12. 　前記空気調和システムは、複数の部屋の各部屋に設置された複数の室内熱交換器を備え、
    　前記室内温度検出部は、前記複数の室内熱交換器のうちの所定の室内熱交換器が設置された部屋の室内空気の温度を前記室内温度として検出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
13. 　流体を加熱又は冷却する熱源装置と、前記熱源装置で加熱又は冷却された流体と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器とを備える空気調和システムの制御方法であり、
    　前記室内空気の温度である室内温度を検出する室内温度検出ステップと、
    　外気温度を検出する外気温度検出ステップと、
    　前記室内温度検出ステップで検出した室内温度と、前記外気温度検出ステップで検出した外気温度との差である室内外温度差が大きくなるほど、前記熱源装置から前記室内熱交換器へ供給する流体の目標温度の変化率が小さくなるように、前記目標温度を決定する目標温度決定ステップと、
    　前記目標温度決定ステップで決定した目標温度に応じて、前記熱源装置を制御する制御ステップと
    を備えることを特徴とする空気調和システムの制御方法。

Images