WO2013145005A1

WO2013145005A1 - 空気調和システム

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Publication number: WO2013145005A1
Application number: PCT/JP2012/002172
Authority: WO
Inventors: 加藤　央平; 耕司松澤
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-03
Also published as: JP5905077B2; CN203203170U; EP2837898A1; JPWO2013145005A1; EP2837898B1; EP2837898A4

Abstract

　熱源装置の目標出口水温を決定するにあたり、代表の室内機を適切に選定し、その選定した代表の室内機における室内負荷に応じて熱源装置の目標出口水温を決定することで、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可能な空気調和システムを提供する。　複数の室内熱交換器３１のうち、室内熱交換器３１を通過する水の水流量が上限値に達している室内熱交換器３１があるか否かを判断し、ある場合においてその中の所定の一台を代表とし、その代表の室内機２の室内熱交換器３１が設置されている部屋の室内温度Ｔａｉと、代表の室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉと、代表の室内熱交換器３１の出口水温Ｔｗｏと、代表の室内熱交換器３１が設置された部屋の設定温度Ｔａｉｍと、外気温度Ｔａｏとに基づいて熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを決定し、熱源装置１の出口水温Ｔｗｓｏが、決定した目標出口水温Ｔｗｓｏｍとなるように熱源装置１の能力を制御する主制御装置１１を備える。

Description

空気調和システム

　本発明は、空気調和システムに関する。

　従来、ヒートポンプなどの熱源装置により冷温水を生成し、水ポンプで室内機へ搬送して室内の冷暖房を行う空気調和システムが一般的に知られている。この方式の空気調和システムは、例えば冷房時は１６℃の冷水を、暖房時は３５℃の温水を室内機へ供給するといったように、負荷によらず水温を一定にして送水する方式が一般的である。この方式の冷水と温水の温度は、必要とされる最大負荷を考慮して決定されているため、季節の中間期等、負荷が小さい場合、室温が設定値になると熱源機を停止するか、又は三方弁によって室内機への送水を停止するといったように、運転と停止を繰り返す断続的な運転となる。このため、快適性が損なわれ、運転効率の低下を招く。

　この問題を解決する手段として、特許文献１には、利用者が設定した設定温度（目標室内温度）と現在の室内温度との偏差に基づいて、熱源装置から各室内機へ供給する水の目標水温（熱源装置の目標出口水温）を再設定する制御方法が開示されている。

特開２００７－２１２０８５号公報（図３、図４）

　上記のような空気調和システムにおいて、快適性を保ちながら、効率の高い運転を実現するためには、設定温度と室内温度との偏差だけでなく、外気温度も考慮した目標水温の設定が必要である。すなわち、具体的に例えば、暖房運転を行う場合、外気温度が低く、設定温度と外気温度との差が大きい場合、設定温度を満足するための室内負荷は大きい。一方、外気温度が高い場合には、設定温度と外気温度の差が小さくなるため、室内負荷は小さい。よって、このように室内負荷が外気温度によって異なることを考慮して目標出口水温を設定しないと、能力の過不足が生じ、設定温度に対する室内温度のオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、快適性を損ない、運転効率の低下を招く。しかしながら、特許文献１では、外気温度について考慮されていないため、これらの問題を解決できなかった。

　また、室内機が複数台存在する場合、各室内機が設置されたそれぞれの部屋において供給すべき熱量は異なるため、代表の室内機を適切に設定しないと、ある部屋では熱量過多、別の部屋では熱量不足が発生し、やはり快適性を損なうという問題があった。

　また、各室内機の各室内熱交換器のそれぞれにおける熱交換量は、各室内熱交換器に流れる水流量によって制御することが可能である。しかし、水流量が上限値に達している室内機では、それ以上の水流量の増量を行えない。このため、水流量が上限値に達している室内機において室内温度を設定温度に一致させるには、熱源装置の出口水温を変更する必要があるが、特許文献１ではこの点について検討されていなかった。

　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱源装置の目標出口水温を決定するにあたり、代表の室内機を適切に選定し、その選定した代表の室内機における室内負荷に応じて熱源装置の目標出口水温を決定することで、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可能な空気調和システムを提供することを目的とする。

　本発明に係る空気調和システムは、能力が可変な熱源装置と、複数の室内熱交換器とを有し、熱源装置及び複数の室内熱交換器を熱媒体が循環して冷房及び暖房の少なくとも一方が可能な熱媒体回路と、熱媒体回路に熱媒体を搬送する熱媒体搬送装置と、熱源装置から流出する熱媒体の温度を検出する熱源装置出口温度検出器と、複数の室内熱交換器のそれぞれを通過する熱媒体の流量を調整する複数の流量調整装置と、複数の室内熱交換器のそれぞれに流入する熱媒体の温度を検出する複数の入口熱媒体温度検出器と、複数の室内熱交換器のそれぞれから流出する熱媒体の温度を検出する複数の出口熱媒体温度検出器と、複数の室内熱交換器のそれぞれが設置されている部屋の室内温度を検出する複数の室内温度検出器と、室外の温度を検出する外気温度検出器と、熱源装置の能力及び複数の流量調整装置のそれぞれを制御して、複数の室内熱交換器のそれぞれが設置された部屋の室内温度を、その部屋の設定温度にする制御装置とを備え、制御装置は、複数の室内熱交換器のうち、室内熱交換器を通過する熱媒体の流量が上限値に達している室内熱交換器があるか否かを判断し、ある場合においてその台数が１台であるとき、その室内熱交換器を代表とし、代表の室内熱交換器が設置されている部屋の室内温度を該当の室内温度検出器により検出し、その検出値と、代表の室内熱交換器の入口熱媒体温度と、代表の室内熱交換器の出口熱媒体温度と、代表の室内熱交換器が設置された部屋の設定温度と、外気温度検出器により検出された外気温度とに基づいて熱源装置の目標出口温度を決定し、熱源装置出口温度検出器により検出された温度が、決定した目標出口温度となるように熱源装置の能力を制御するものである。

　本発明によれば、システム全体の負荷に応じた目標出口水温の設定ができるため、各室内機の能力過不足を生じることなく、また、快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御が実現可能である。

本発明の実施の形態における空気調和システムの構成を示す図である。本発明の一実施の形態に係る空気調和システムにおける外気温度と熱源装置に必要な能力（ヒートポンプ能力）との関係を示す図である。図２に基づいて設定温度と外気温度との差と、その温度差のときに室内温度を設定温度にする際の、室内熱交換器の入口水温変化率（上昇率）との関係を示した図である。本発明の一実施の形態に係る空気調和システムの制御方法を示すフローチャートである。本発明の一実施の形態に係る空気調和システムの他の構成例を示す図である。室内熱交換器のＡＫ値と熱交換量の関係を示す図である。

＜空気調和システム構成概要＞
　図１は、本発明の実施の形態における空気調和システムの構成を示す図である。図１に示すように、空気調和システム１００は、熱源装置１と、熱源装置１に並列に接続された複数の室内機２（Ｎ）とを有している。（）内のＮは、各室内機２を区別するために付した番号であり、１～Ｎ（Ｎは接続台数）の番号となる。なお、以下では各室内機同士を区別する必要が無い場合は、単に室内機２と表記する。また、図１において各室内機２内に設置された後述の各機器や各検出器により検出された温度についても同様の表記とする。

　空気調和システム１００は、水ポンプ３と、熱源装置１と、水ポンプ４と、室内熱交換器３１とが順に接続され、熱媒体として例えば水が循環する熱媒体回路としての水回路５０を備えている。水ポンプ４及び室内熱交換器３１は室内機２に配置されており、室内機２内の水ポンプ４により、自室内機２内を通過する水量が制御されるようになっている。水回路５０全体を循環する水量は、水ポンプ３によって制御される。

　各室内機２は各部屋に設置されており、その設置された部屋の室内温度Ｔａｉを検出する室内温度検出器２２と、室内機２の入口水温Ｔｗｉを検出する入口水温検出器２３と、室内機２から流出する出口水温Ｔｗｏを検出する出口水温検出器２４とが各室内機２に備えられている。室内温度検出器２２、入口水温検出器２３及び出口水温検出器２４のそれぞれの検出値は、自検出器が備えられた室内機２内の室内制御装置１２に取り込まれる。

　空気調和システム１００は更に、外気温度Ｔａｏを検出する外気温度検出器２１と熱源装置１の出口水温Ｔｗｓｏを検出する熱源装置出口水温検出器２５と、熱源装置１の入口水温Ｔｗｓｉを検出する熱源装置入口水温検出器２６と、が備えられている。外気温度検出器２１、熱源装置出口水温検出器２５、熱源装置入口水温検出器２６のそれぞれの検出値は、主制御装置１１へ取り込まれる。

　各室内機２に設置された各室内制御装置１２と主制御装置１１とは各検出値を送受信可能となっており、互いに連携処理を行って空気調和システム１００全体を制御している。なお、連携処理を行う構成に限られず、各室内制御装置１２の全ての機能を主制御装置１１に持たせた構成としてもよい。

　主制御装置１１は、各室内機２が設置された各部屋の室内負荷を、室内機２の内外に設置された上記の各検出器により検出する。そして、主制御装置１１は、各部屋の室内負荷に応じて水ポンプ３及び水ポンプ４を制御したり、熱源装置１の能力を制御して出口水温Ｔｗｓｏを制御したりすることで、各部屋の室内温度Ｔａｉをそれぞれその部屋の設定温度Ｔａｉｍとなるようにしている。

　以下、空気調和システム１００を構成する各機器について順に説明する。

（熱源装置）
　熱源装置１は、暖房利用時は温水、冷房利用時は冷水を各室内機２へ供給する。熱源装置１は、冷温水供給の供給が可能なヒートポンプや、ガスやオイルボイラーのような温水のみ供給が可能な装置でも良い。

（室内熱交換器）
　室内熱交換器３１は、水回路５０を循環する水と室内空気との熱交換を行い、室内を加熱又は冷却する。室内熱交換器３１には、例えばラジエータが用いられ、ラジエータに流入する水温によって室内を加熱又は冷却できる。また、ラジエータに限らず、ファンコイルユニットや、床暖房パネルなどを用いても良い。

（水ポンプ：水流量調整装置）
　１次側の水搬送装置である水ポンプ３は水回路５０へ水を供給する。２次側の水搬送装置である水ポンプ４は水回路５０から各室内機２へ水を供給する。水ポンプ３及び水ポンプ４には、一定速のポンプや、インバータなどによって回転数が可変のポンプが用いられる。水ポンプ３及び水ポンプ４は、水回路５０を循環する流量を調整する水流量調整装置となるものである。水ポンプ３は、一定速のポンプと開度が可変な容量制御弁とを組み合わせ、容量制御弁の開度を調整することで流量を調整できる。また、水ポンプ３の揚程が十分大きい場合は、水ポンプ４の代わりに流量調整弁を用いて各室内機２を流通する水流量を調整することもある。

＜熱交換量を決めるパラメータ＞
　次に、この実施の形態の空気調和システム１００における熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍの決定方法について説明する。例として、暖房の場合について説明する。
　ある室内機２（Ｎ）の室内熱交換器３１（Ｎ）での熱交換量Ｑｗ（Ｎ）は、水流量Ｇｗ（Ｎ）、水の比熱Ｃｐｗ（Ｎ）、室内熱交換器３１（Ｎ）の入口水温Ｔｗｉ（Ｎ）、室内熱交換器３１（Ｎ）の出口水温Ｔｗｏ（Ｎ）から式（１）で表すことができる。

　つまり、室内熱交換器３１（Ｎ）の熱交換量Ｑｗ（Ｎ）は、水流量Ｇｗ（Ｎ）を増加させるか入口水温Ｔｗｉ（Ｎ）を高くすることで、大きくすることができる。

　一方で、熱源装置１にヒートポンプを用いる場合、一般的に熱源装置１の出口水温Ｔｗｓｏ（室内機２からみると入口水温Ｔｗｉ（Ｎ））を上昇させると運転効率が低下するため、能力増加のためにはできるだけ水流量を大きくするほうが良い。

　しかし、ある室内機２（Ｎ）を備える室内において、設定温度Ｔａｉｍ（Ｎ）に対して現在の室内温度Ｔａｉ（Ｎ）が低く、室内熱交換器３１（Ｎ）の熱交換量を大きくする必要がある場合に、既に室内機２（Ｎ）に備えられている水ポンプ４（Ｎ）の水流量が上限値となっていることがある。この場合には、室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉ（Ｎ）を上げることで室内熱交換器３１（Ｎ）の熱交換量Ｑｗ（Ｎ）を増加させ、室内負荷に対応する必要がある。

　このように、室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉを上げる必要がある場合に、本実施の形態では、その入口水温Ｔｗｉの目標値を外気温度Ｔａｏを考慮して決定する。これにより、各室内機２において能力の過不足が生じるのを防止でき、また、システム全体の負荷を考慮した適切な制御とでき、運転効率を高めることが可能となる。

　ここで、室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉ（Ｎ）を上げることは、すなわち熱源装置１の能力を上昇させることに相当する。よって、以下ではまず、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍとするために必要な熱源装置１の能力と外気温度Ｔａｏとの関係について説明し、続いて室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉの変化率（上昇率）と外気温度Ｔａｏとの関係について説明する。

　図２は、本発明の一実施の形態に係る空気調和システムにおける外気温度Ｔａｏと熱源装置１に必要な能力（ヒートポンプ能力）との関係を示す図である。図２は、暖房運転時に設定温度Ｔａｉｍを２０℃とした場合の例を示しており、（ａ）は、室内温度Ｔａｉが設定温度Ｔａｉｍと同じ２０℃の場合を示している。（ｂ）は、室内温度Ｔａｉが設定温度Ｔａｉｍよりも低い１８℃の場合を示している。なお、（ｂ）の場合では、水ポンプ４の水流量が上限値に達しているものとする。

　図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍにするために必要な熱源装置１の能力は、外気温度Ｔａｏが高くなるに連れ、小さくなる。また、図２（ｂ）に示すように、室内温度Ｔａｉが設定温度Ｔａｉｍよりも低い１８℃の場合は、図２の矢印で示す能力分が不足している。その不足量は、図２の矢印の長さから明かなように、外気温度Ｔａｏが高い場合（例えば１０℃）の方が低い場合（例えば０℃）よりも大きい。

　図２（ｂ）では、上述したように水ポンプ４の水流量が上限値に達しているため、室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉを上げることによって能力不足分を補うことになる。よって、室内温度Ｔａｉが１８℃の状態から２℃上げて設定温度Ｔａｉｍの２０℃にするに際し、そのときの外気温度Ｔａｏが高い場合（設定温度Ｔａｉｍと外気温度Ｔａｏとの差が小さい場合）と低い場合（設定温度Ｔａｉｍと外気温度Ｔａｏとの差が大きい場合）とでは、高い場合の方が、低い場合に比べて室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉの水温上げ幅を大きくする必要があることがわかる。

　よって、従来のように外気温度Ｔａｏを考慮せず、設定温度Ｔａｉｍと室内温度Ｔａｉとの差だけで室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉの水温上げ幅を決めた場合には、次のような問題が生じる。すなわち、上述したように外気温度Ｔａｏが高い場合（設定温度Ｔａｉｍと外気温度Ｔａｏとの差が小さい場合）に、入口水温Ｔｗｉの水温上げ幅を大きくする必要があるにも関わらず、必要な水温上げ幅よりも小さい水温上げ幅に決定されてしまうことがある。この場合、能力不足となり、アンダーシュートが発生してしまうことになる。逆に、必要な水温上げ幅よりも大きい水温上げ幅に決定されてしまうと、能力過多となり、オーバーシュートが発生してしまうことになる。

　次に、図２に示した関係を、別の指標に置き換えて図３に示す。
　図３は、図２に基づいて設定温度Ｔａｉｍと外気温度Ｔａｏとの差と、その温度差のときに室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍにする際の、室内熱交換器３１の入口水温変化率（上昇率）との関係を示した図である。なお、入口水温変化率＝室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉの水温上げ幅÷現在の入口水温Ｔｗｉ×１００である。

　図３より、設定温度Ｔａｉｍと外気温度Ｔａｏとの差が大きくなるに連れ、入口水温変化率が小さくなることがわかる。設定温度Ｔａｉｍと外気温度Ｔａｏとの差が大きい場合には、設定温度Ｔａｉｍを満足するための室内負荷が大きいと言える。このため、室内負荷が大きくなるに連れ、室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉの水温上げ幅を小さくすることで、オーバーシュートやアンダーシュートのない制御が可能となるとがわかる。以下、この点について、現在の室内温度Ｔａｉが１８℃、設定温度Ｔａｉｍが２０℃の例で具体的に説明する。

（室内負荷が大きい場合：低外気）
　外気温度Ｔａｏが０℃の場合において、室内温度Ｔａｉと設定温度Ｔａｉｍとが２０℃で一致するときの熱源装置１の能力Ａに対する、現在（室内温度Ｔａｉが１８℃）の熱源装置１の能力Ｂの能力比率Ｐは、以下のようにして算出できる。すなわち、能力Ａは、別の指標として、設定温度Ｔａｉｍと外気温度Ｔａｏとの差に置き換えられ、能力Ｂは、同様に室内温度Ｔａｉと外気温度Ｔａｏとの差に置き換えられる。よって、能力比率Ｐは、（１８℃―０℃）÷（２０℃―０℃）×１００＝９０％となる。従って、現在の熱源装置１の能力Ｂに対してあと１０％程度の能力増加に相当する入口水温Ｔｗｉの上昇で、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍと一致させることができる。

（室内負荷が小さい場合：高外気）
　外気温度Ｔａｏが１０℃の場合の現在の熱源装置１の能力比率Ｐは、上記と同様の計算となり、（１８℃―１０℃）÷（２０℃―１０℃）×１００＝８０％となる。よって、現在の熱源装置１の能力Ｂに対してあと２０％程度の能力増加に相当する入口水温Ｔｗｉの上昇で、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍと一致させることができる。なお、低外気での現在の熱源装置１の能力と高外気での現在の熱源装置１の能力とは、当然のことながら互いに異なっており、高外気での現在の熱源装置１の能力の方が小さい。よって、室内温度Ｔａｉを同じ２℃だけ上げるにしても、高外気の場合では低外気の場合に比べて多くの能力比率の増加が必要となる。また、室内温度Ｔａｉを２℃上げるために必要な室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉの上げ幅自体も、高外気の場合の方が低外気の場合に比べて大きくなるが、目標入口水温Ｔｗｉｍの絶対値的には、高外気の場合の方が低くなる。

　以上より、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍとするために必要とされる、室内機２の入口水温Ｔｗｉの入口水温変化率（上昇率）は、室内温度Ｔａｉと設定温度Ｔａｉｍとの差が同じであっても外気温度Ｔａｏに応じて異なることが明かとなった。言い換えれば、室内温度Ｔａｉと外気温度Ｔａｏとの温度差に応じて室内機２の入口水温Ｔｗｉの入口水温変化率（上昇率）が異なるということになる。具体的には、室内機２の入口水温Ｔｗｉの入口水温変化率（上昇率）は、室内温度Ｔａｉと外気温度Ｔａｏとの温度差と反比例の関係にある。この点については、後述の式（６）～（８）からも明かである。

　ところで、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍに一致させるために必要な室内熱交換器３１の入口の水温上げ幅は、室内熱交換器３１の現在の出入口水温差の影響も受ける。具体的には、出入口水温差が大きい場合の方が小さい場合に比べて、室内機２の入口水温Ｔｗｉの上げ幅を大きくする必要がある。この点については改めて説明することする。

　このように、室内温度Ｔａｉと外気温度Ｔａｏとの温度差や、室内熱交換器３１の出入口水温差が、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍに一致させるために必要な水温上げ幅に影響を与える。よって、この点を考慮した上で、水温上げ幅、引いては室内熱交換器３１の目標入口水温Ｔｗｉｍを決定することにより、単に室内温度Ｔａｉと設定温度Ｔａｉｍとの差だけで水温上げ幅を決める場合と比較して、上述したように設定温度Ｔａｉｍに対する室内温度Ｔａｉのオーバーシュートやアンダーシュートを防止し、快適性を維持して運転効率の高い制御が可能となる。

　次に、目標入口水温Ｔｗｉｍの具体的な決定方法について説明する。なお、室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉは、熱源装置１の出口水温と同じであるから、以下では熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍの決定方法について説明する。

＜出口水温決定方法＞
　ここで、室内と外気との熱交換量Ｑｉｏは、建物の熱交換性能ＡＫｉｏ（Ｎ）、室内温度Ｔａｉ（Ｎ）、外気温度Ｔａｏから、式（２）で表すことができる。

　室内熱交換器３１（Ｎ）の能力Ｑｗ（Ｎ）と室内と外気との熱交換量Ｑｉｏ（Ｎ）が釣り合っている場合、式（１）と式（２）から、室内熱交換器３１（Ｎ）の入口水温Ｔｗｉ（Ｎ）、室内熱交換器３１（Ｎ）の出口水温Ｔｗｏ（Ｎ）、室内温度Ｔａｉ（Ｎ）、外気温度Ｔａｏの関係を式（３）で表すことができる。

　なお、Ｃ１（Ｎ）は室内熱交換器３１（Ｎ）の水流量や設置されている建物の熱交換性能から決まる定数である。

　ここで、上記の式（３）の関係式を用いて、室内温度Ｔａｉ（Ｎ）が設定温度（目標室内温度）Ｔａｉｍ（Ｎ）と一致するときの、室内熱交換器３１（Ｎ）の入口水温（目標入口水温）Ｔｗｉｍ（Ｎ）と設定温度Ｔａｉｍ（Ｎ）との関係を表現すると、式（４）となる。

　そして、式（３）と式（４）から、現在の室内熱交換器３１（Ｎ）の出入口水温差（入口水温Ｔｗｉ（Ｎ）と出口水温Ｔｗｏ（Ｎ）との差）と、室内外温度差（室内温度Ｔａｉ（Ｎ）と外気温度Ｔａｏとの差）と、設定温度Ｔａｉｍ（Ｎ）と、設定温度Ｔａｉｍ（Ｎ）のときの室内熱交換器３１の入口水温（目標入口水温Ｔｗｉｍ（Ｎ））との関係は式（５）で表すことができる。

　式（５）を変形すると、式（６）となる。

　冷房の場合も同様に考えると、現在の室内熱交換器３１（Ｎ）の出入口水温差と、室内外温度差と、設定温度Ｔａｉｍ（Ｎ）と、設定温度Ｔａｉｍ（Ｎ）のときの室内熱交換器３１（Ｎ）の入口水温（目標入口水温Ｔｗｉｍ（Ｎ））の関係は式（７）によって、表すことができる。

　つまり、室内熱交換器３１の熱交換量Ｑｗと、室内と室外との熱交換量Ｑｉｏとの熱バランスの関係から、室内温度Ｔａｉ（Ｎ）を設定温度Ｔａｉｍ（Ｎ）にするための、目標入口水温Ｔｗｉｍ（Ｎ）と現在の入口水温Ｔｗｉ（Ｎ）との偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）（上述の水温上げ幅に相当）を決定することができる。

　式（６）と式（７）とをまとめてわかりやすく表現すると、式（８）のようになる。すなわち、偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）は、室内外温度差と、室内機２の出入口水温差ΔＴｗと、設定温度Ｔａｉｍと現在の室内温度Ｔａｉとの温度差とから求めることができる。なお、これらの各温度差は、空気調和システム１００に設置された各温度検出器による検出値を用いて求めることができる。

　そして、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍは、式（６）、（７）から求めた偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）と、熱源装置１の現在の出口水温Ｔｗｓｏとを用いて式（９）で決定することができる。

　実際の制御では、熱源装置１の出口水温Ｔｗｓｏを、目標出口水温Ｔｗｓｏｍまで徐々に変更する。すなわち、所定の制御間隔ｉ毎に、次のステップｉ＋１の目標出口水温Ｔｗｓｏ（ｉ＋１）を決定しており、目標出口水温Ｔｗｓｏ（ｉ＋１）は、次の式（１０）で決定できる。

　式（１０）に示すように、偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）に緩和係数αを乗じ、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏ（ｉ＋１）を制御間隔ｉ毎に徐々に変更することで、オーバーシュートやアンダーシュートを抑える。そして、最終的に室内温度Ｔａｉ（Ｎ）が設定温度Ｔａｉｍ（Ｎ）と一致するように、熱源装置１が制御される。

＜制御方法＞
　図４は、本発明の一実施の形態に係る空気調和システムの制御方法を示すフローチャートである。以下、空気調和システム１００の制御方法を図４を参照して説明する。
　熱源装置１が運転を開始し、水ポンプ３が駆動されると共に、主制御装置１１と各室内機２に備え付けられている室内制御装置１２とによって室温制御が行われる（ＳＴＥＰ１）。

　各水ポンプ４は、各室内制御装置１２からの回転数や電圧指令により制御されており、主制御装置１１は室内制御装置１２からの信号により各水ポンプ４の運転状態、すなわち各室内機２の水流量を把握する（ＳＴＥＰ２）。そして、主制御装置１１は、水流量が上限値となっている水ポンプ４が１台以上、存在しているかを判定する（ＳＴＥＰ３）。なお、上限値は主制御装置１１から各室内制御装置１２へ指令してもよいし、室内制御装置１２によって決められても良い。

　主制御装置１１は、水流量が上限値となっている水ポンプ４が１台も存在しないと判定した場合、そのままの制御を続けるように各室内制御装置１２を制御する。すなわち、各室内制御装置１２のそれぞれは、水ポンプ４により水流量を制御することで室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍにするための制御を継続する（ＳＴＥＰ４）。

　一方、水流量が上限値となっている水ポンプ４が１台以上存在し、且つその台数が１台の場合は（ＳＴＥＰ５でＮｏ）は、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを補正する（ＳＴＥＰ７）。すなわち、水流量が上限値となっている水ポンプ４が設置された室内機２（Ｎ）における偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）を上記の式（６）を用いて算出する。そして、算出した偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）と、現在の熱源装置１の出口水温Ｔｗｓｏとに基づいて上記（９）式から熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを求める。そして、主制御装置１１は、熱源装置出口水温検出器２５により検出される熱源装置１の出口水温Ｔｗｓｏが、補正後の目標出口水温Ｔｗｓｏｍとなるように熱源装置１の能力を制御する。

　また、２台以上の水ポンプ４で水流量が上限値となっている場合（ＳＴＥＰ５でＹｅｓ）は、その上限値となっている各室内機２のうち、偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）が最大となる室内機２（Ｎ）を代表として選定する（ＳＴＥＰ６）。

　ここで、偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）は、外気温度Ｔａｏによる室内負荷の影響も加味された値であり、複数の各室内機２のうち、偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）が大きい室内機２ほど、より多くの室内熱交換器３１の熱交換量を必要としていることになる。よって、ＳＴＥＰ６では、各室内機２の中で、最も多くの熱交換量を必要としている室内機２（Ｎ）を代表として選定する。そして、その選定された室内機２（Ｎ）における偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）に基づいて上述したように熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを補正する（ＳＴＥＰ７）。そして、主制御装置１１は、熱源装置出口水温検出器２５により検出される熱源装置１の出口水温Ｔｗｓｏが、補正後の目標出口水温Ｔｗｓｏｍとなるように熱源装置１の能力を制御する。

　ここで、具体的に例えば、室内機２（１）と室内機２（２）の２つで水流量が上限値となっている場合について考える。なお、ΔＴｗｉｍ（１）＝２．０℃、ΔＴｗｉｍ（２）＝１．０℃、α＝０．２、Ｔｗｓｏ（１）＝４５℃とする。この場合、偏差ΔＴｗｉｍ（Ｎ）が最大となる室内機２（Ｎ）は、室内機２（１）であり、偏差ΔＴｗｉｍ（１）に基づいて目標出口水温Ｔｗｓｏｍを補正する。すなわち、Ｔｗｓｏｍ＝４５℃＋２℃＝４７℃となる。なお、実際の制御では、上述したように、次のステップでの目標出口水温は、Ｔｗｓｏ（２）＝４５℃＋２．０℃×０．２＝４５．４℃となり、その次のステップでの目標出口水温は、Ｔｗｓｏ（３）＝４５．４℃＋２．０℃×０．２＝４５．８℃となる。

　なお、この場合、室内機２（２）にとっては目標出口水温Ｔｗｓｏｍが高すぎることになるため、室内機２（２）では、現在の室内温度Ｔａｉ（２）と設定温度Ｔａｉｍ（２）との偏差を見ながら、水ポンプ４が制御され、水流量の制御を行うことになる。

　ここで、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍに一致させるために必要な水温上げ幅が、室内熱交換器３１の出入口水温差ΔＴｗの影響を受ける点について具体例で説明する。
　ここではまず、室内機２毎に室内熱交換器３１の出入口水温差ΔＴｗに違いが生じる理由について説明する。説明を簡単にするため、ここでは、各室内機２それぞれの水流量、入口水温Ｔｗｉ、室内温度Ｔａｉが同じであるとする。

　このような場合において室内熱交換器３１の出入口水温差ΔＴｗが各室内機２で違いが生じる理由としては、上記式（１）より明かなように、各室内熱交換器３１における熱交換量の違いによる。そして、室内熱交換器３１の熱交換量は図６に示すように、熱交換器の性能を示す熱交換面積Ａと熱通過率Ｋの積であるＡＫ値に比例する。つまり、前述の条件のように入口水温や室内温度が同一の場合、伝熱面積や熱通過率が大きければ熱交換量も大きくなる。

　また、室内熱交換器３１の出入口水温差ΔＴｗが各室内機２で違いが生じる理由は、室内熱交換器３１の熱交換性能に限られず、式（１）に示すように室内熱交換器３１の熱交換量が同じであれば、各室内熱交換器３１の水流量の違いによることとなり、水流量が少なければ出入口水温差ΔＴｗは大きくなり、水流量が多ければ出入口温度差ΔＴｗは小さくなる。

　上述のように、室内機２毎に室内熱交換器３１の出入口水温差ΔＴｗに違いが生じる理由は様々であり、このような室内熱交換器３１の出入口水温差ΔＴｗの違いが、室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍに一致させるために必要な水温上げ幅に与える影響について、次に具体例で説明する。

　式（８）を用いて室内温度Ｔａｉを設定温度Ｔａｉｍに一致させるときの、入口水温Ｔｗｉ、出口水温Ｔｗｏ、目標入口水温Ｔｗｉｍの関係を式（１１）に示す。前述したように、室内温度Ｔａｉ、室外温度Ｔａｏ、設定温度Ｔａｉｍが同じ場合を想定しているため、設定温度Ｔａｉｍと室内温度Ｔａｉの差と、室内温度Ｔａｉと外気温度Ｔａｏの差の比は一定でありβとして表す。

　室内熱交換器３１の出入口水温差ΔＴｗが各室内機２で違いが生じる理由は、室内熱交換器３１の熱交換性能に限られず、他には例えば次のような理由がある。すなわち、室内熱交換器３１の熱交換性能、室内温度Ｔａｉ、入口水温Ｔｗｉ、設定温度Ｔａｉｍが同じであれば、つまり室内熱交換器３１の熱交換量が同じであれば、各室内熱交換器３１の水流量の違いによることとなり、水流量が少なければ出入口水温差ΔＴｗは大きくなり、水流量が多ければ出入口温度差ΔＴｗは小さくなる。

　ここでは、出入口水温差ΔＴｗが大きい室内熱交換器３１と小さい室内熱交換器３１との両方において入口水温Ｔｗｉが４０℃、出入口水温差ΔＴｗが大きい室内熱交換器３１における出口水温Ｔｗｏが３０℃、出入口水温度差が１０℃とする。また、出入口水温差ΔＴｗが小さい室内熱交換器３１における出口水温Ｔｗｏが３５℃、出入口水温度差が５℃とする。つまり、出入口水温度差ΔＴｗが１０℃の室内熱交換器３１と５℃の室内熱交換器３１とのそれぞれにおける、水温上げ幅について考える。

　出入口水温差ΔＴｗが大きい室内熱交換器３１側において、室内温度Ｔａｉが設定温度Ｔａｉｍと一致するときの入口水温（目標入口水温）をＴｗｉｍＨとすると、上記の式（１１）から、現在の室内熱交換器３１の出入口水温と目標入口水温ＴｗｉｍＨとの関係は、式（１３）となる。

　また、出入口水温差ΔＴｗが小さい室内熱交換器３１側において、室内温度Ｔａｉが設定温度Ｔａｉｍと一致するときの入口水温（目標入口水温）をＴｗｉｍＬとすると、同様に上記の式（１１）から、現在の室内熱交換器３１の出入口水温と目標入口水温ＴｗｉｍＬとの関係は、式（１４）となる。

　入口水温Ｔｗｉは同じであることから、目標入口水温は、ＴｗｉｍＬ＜ＴｗｉｍＨとなる。よって、出入口水温差ΔＴｗが大きい室内熱交換器３１は、出入口水温差ΔＴｗが小さい室内熱交換器３１に比べて熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを大きく補正する必要がある。

　このように、設定温度Ｔａｉｍと室内温度Ｔａｉとの差が同じであっても、出入口水温差ΔＴｗが大きい室内熱交換器３１では、同温度差ΔＴｗが小さい室内熱交換器３１に比べて目標出口水温Ｔｗｓｏｍが高くなる。よって、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを決定するにあたっては、各室内熱交換器３１のうち、出入口水温差ΔＴｗが大きい室内熱交換器３１の方に合わせるようにする。

　ここで、改めて式（８）を見てみると、目標出口水温Ｔｗｓｏｍと現在の入口水温Ｔｗｉとの偏差ΔＴｉｍ（つまり、水温上げ幅）は、室内熱交換器３１の出入口水温差ΔＴｗに比例している。上述したように、代表の室内機２を選定するにあたっては、偏差ΔＴｉｍが最大の室内機２を選定しているため、結局のところ、各室内熱交換器３１における出入口水温差ΔＴｗも考慮して目標出口水温Ｔｗｓｏｍを決定していることになる。

　以上のように、本実施の形態では、水流量が上限値に達している室内機２を、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを決定するための代表として選定し、その代表の室内機２における偏差ΔＴｗｉｍを用いて目標出口水温Ｔｗｓｏｍを決定するようにした。すなわち、水流量が上限値に達している室内機２の水温（Ｔｗｏ、Ｔｗｉ）や室内温度Ｔａｉを用いて目標出口水温Ｔｗｓｏｍを算出し、その目標出口水温Ｔｗｓｏｍをいわば優先的に用いることで、水流量が上限値に達している代表の室内熱交換器３１の能力調整ができるようになる。このため、その代表の室内熱交換器３１が設置された部屋の快適性が損われず、他の部屋についても、水流量を調整して室温調整を行えばよく、同様に快適性が損なわれることはない。

　つまり、空気調和システム１００全体の負荷を考慮した目標出口水温Ｔｗｓｏｍの設定ができるため、各室内機２で能力過不足が生じることを防止できる。よって、オーバーシュートやアンダーシュートが発生するのを防止でき、各部屋におい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実現できる。

　また、水流量が上限値に達している室内機２が複数ある場合には、その各室内機２のそれぞれについて偏差ΔＴｗｉｍを算出し、算出した各偏差ΔＴｗｉｍのうち、最大の偏差ΔＴｗｉｍとなる室内機２を、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを決定するための代表として選定するようにした。このため、上記と同様に、各室内機２のそれぞれにおける、室内と外気との熱交換量Ｑｉｏを考慮した、言い換えれば空気調和システム１００全体の負荷を考慮した目標出口水温Ｔｗｓｏｍの設定ができるため、各室内機２の能力過不足が生じることを防止できる。よって、オーバーシュートやアンダーシュートが発生するのを防止でき、各部屋におい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実現できる。

　また、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを、代表の室内機２の室内熱交換器３１が設置されている部屋の室内温度Ｔａｉと、代表の室内熱交換器３１の入口水温Ｔｗｉと、代表の室内熱交換器３１の出口水温Ｔｗｏと、代表の室内熱交換器３１が設置された部屋の設定温度Ｔａｉｍと、外気温度Ｔａｏとに基づいて決定するので、外気温度Ｔａｏの影響を加味した室内負荷に応じた目標出口水温Ｔｗｓｏｍの設定が可能である。よって、上記と同様の効果を得ることができる。

　なお、冷媒回路は図１の構成に限られず、図５に示すように、水回路５０において熱源装置１と室内機２の間にバイパス回路６０を設けてもよい。この場合、熱源装置出口水温検出器２５をバイパス回路６０の下流側に配置することで、上記と同様の効果を得ることができる。なお、図５において図１と同一部分には同一符号を付している。

　また、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍと現在の出口水温Ｔｗｓｏとの差が、代表の室内熱交換器３１が設置されている部屋の室内温度Ｔａｉと外気温度Ｔａｏとの差に反比例するようにして目標出口水温Ｔｗｓｏｍを決定するようにしたので、上記と同様の効果を得ることができる。

　また、熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍと現在の出口水温Ｔｗｓｏとの差が、代表の室内熱交換器３１の出入口水温度差に比例するように熱源装置１の目標出口水温Ｔｗｓｏｍを決定することにより、現在の熱源装置１の能力に応じた目標出口水温Ｔｗｓｏｍの設定ができるため、同様の効果が得られる。

　また、主制御装置１１は、室内熱交換器３１の出入口水温度差を室内外温度差で除した値に、設定温度Ｔａｉｍと室内温度Ｔａｉとの差を乗算することによって偏差ΔＴｗｉｍを求め、その偏差ΔＴｗｉｍに、現在の入口水温Ｔｗｉを加算した値を目標出口水温Ｔｗｓｏｍとした。このようにして算出することにより、現在の室内負荷と室内熱交換器３１の能力のそれぞれに応じた目標出口水温Ｔｗｓｏｍの設定ができるため、同様の効果が得られる。

　１　熱源装置、２　室内機、３　水ポンプ、４　水ポンプ、１１　主制御装置、１２　室内制御装置、２１　外気温度検出器、２２　室内温度検出器、２３　入口水温検出器、２４　出口水温検出器、２５　熱源装置出口水温検出器、２６　熱源装置入口水温検出器、３１　室内熱交換器、５０　水回路、６０　バイパス回路、１００　空気調和システム。

Claims

　能力が可変な熱源装置と、複数の室内熱交換器とを有し、前記熱源装置及び前記複数の室内熱交換器を熱媒体が循環して冷房及び暖房の少なくとも一方が可能な熱媒体回路と、
　前記熱媒体回路に前記熱媒体を搬送する熱媒体搬送装置と、
　前記熱源装置から流出する前記熱媒体の温度を検出する熱源装置出口温度検出器と、
　前記複数の室内熱交換器のそれぞれを通過する前記熱媒体の流量を調整する複数の流量調整装置と、
　前記複数の室内熱交換器のそれぞれに流入する前記熱媒体の温度を検出する複数の入口熱媒体温度検出器と、
　前記複数の室内熱交換器のそれぞれから流出する前記熱媒体の温度を検出する複数の出口熱媒体温度検出器と、
　前記複数の室内熱交換器のそれぞれが設置されている部屋の室内温度を検出する複数の室内温度検出器と、
　室外の温度を検出する外気温度検出器と、
　前記熱源装置の能力及び前記複数の流量調整装置のそれぞれを制御して、前記複数の室内熱交換器のそれぞれが設置された部屋の室内温度を、その部屋の設定温度にする制御装置とを備え、
　前記制御装置は、前記複数の室内熱交換器のうち、前記室内熱交換器を通過する熱媒体の流量が上限値に達している室内熱交換器があるか否かを判断し、ある場合においてその台数が１台であるとき、その室内熱交換器を代表とし、前記代表の室内熱交換器が設置されている部屋の室内温度を該当の前記室内温度検出器により検出し、その検出値と、前記代表の室内熱交換器の入口熱媒体温度と、前記代表の室内熱交換器の出口熱媒体温度と、前記代表の室内熱交換器が設置された部屋の設定温度と、前記外気温度検出器により検出された外気温度とに基づいて前記熱源装置の目標出口温度を決定し、前記熱源装置出口温度検出器により検出された温度が、前記決定した目標出口温度となるように前記熱源装置の能力を制御する
ことを特徴とする空気調和システム。
　前記熱源装置の目標出口温度と現在の前記熱源装置の出口温度との偏差が、前記代表の室内熱交換器が設置された部屋の設定温度と、前記外気温度検出器により検出された外気温度との差に反比例することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
　前記熱源装置の目標出口温度と現在の前記熱源装置の出口温度との偏差が、前記代表の室内熱交換器の入口熱媒体温度と前記代表の室内熱交換器の出口熱媒体温度との差に比例することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和システム。
　前記代表の室内熱交換器の出入口水温差を、前記代表の室内熱交換器が設置された部屋の室内温度と前記外気温度検出器により検出された外気温度との差で除した値に、前記代表の室内熱交換器が設置された部屋の設定温度と室内温度との差を乗算することによって、前記熱源装置の目標出口温度と現在の前記熱源装置の出口温度との偏差を求め、前記偏差に基づいて前記熱源装置の目標出口温度を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の空気調和システム。
　前記複数の室内熱交換器のうち、前記熱媒体の流量が上限値に達している室内熱交換器が複数台の場合、その複数台の室内熱交換器のそれぞれについて、自己の室内熱交換器の出入口水温差を、前記自己の室内熱交換器が設置された部屋の室内温度と前記外気温度検出器により検出された外気温度との差で除した値に、前記自己の室内熱交換器が設置された部屋の設定温度と室内温度との差を乗算することによって、前記熱源装置の目標出口温度と現在の前記熱源装置の出口温度との偏差を求め、各前記偏差のうち最大の偏差を有する室内熱交換器を、前記代表の室内熱交換器とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の空気調和システム。