JP4446244B2

JP4446244B2 - マルチエアコンの省エネ制御システム

Info

Publication number: JP4446244B2
Application number: JP2004218279A
Authority: JP
Inventors: 昌裕川井
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: JP2006038334A

Description

本発明は、マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統により空調負荷に応じた省エネ分散制御を行うマルチエアコンの省エネ制御システムに関する。

図７は或る建物における各年、月別のデマンド電力量の例を示す図である。電力料金は、基本料金と従量料金からなっている。基本料金は、最大使用電力量（デマンド電力量）といった電力の使われ方によって決定される。このデマンド電力量は、図７に示すように季節により大きく変化し、業務用電力の場合、１年間の期間中に最も消費電力量が多かった３０分間の実績で決定される。したがって、３６５日×２４時間×２＝１７，５２０回のうち最も大きい消費電力量が年間の電気料金のうちの基本料金を決定することになる。このため、できるだけ平準的な電力消費を実現することが電力料金の低減につながる。

一般の事務所ビルにおいては、電力使用量の約４０％が空調設備で消費されている。空調設備における消費電力量は、外部気象条件（外部気温、日射等）、建物の蓄熱状況（夜間、休日等）によって大きく変動し、特に夏季・冬季のピーク負荷時や休日開けの空調運転時に空調負荷が増大するので、これに伴い消費電力量も増大する。

従来の空調制御システムにおいて、最大負荷時のデマンド値を低減させるものとして、空調設備を通常の運転時間より早めに運転する予冷・予熱制御、さらに冷房または暖房の停止中に冷水または温水を冷温水循環用配管と空調機の熱交換器に循環させ、冷房または暖房の開始直前の冷温水循環用配管内の冷水または温水の温度と空調機の熱交換器の温度とを冷房中の冷水温度または暖房中の温水温度に近い温度に保持する運転方法などが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１０８６５８号公報

しかし、上記従来の予冷・予熱制御では、室内環境を営業開始時間に適正値収束させることに主眼がおかれ、外気条件、室内温度、空調機能力など多くのパラメータを計算して運転時間を計算し、また、冷房または暖房の停止中に冷水または温水を循環させる方法では、空調機への熱媒体の出側または入側に設置された二方弁とその前後に連通するバイパス管に設置された開閉弁のいずれか一方または双方を冷房または暖房の停止中に開いて循環ポンプの運転を続けてなければならない。近年の空調機器は、軽負荷時にインバータ制御を行う機能を有するものがあるが、軽負荷時の成績効率が上がらないという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するものであって、執務環境を確保しつつ簡単な制御により空調設備の系統別運転制御を行って特に軽負荷時の成績効率を向上させ消費電力量を低減できるようにするものである。

そのために本発明は、マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統により空調負荷に応じた省エネ分散制御を行うマルチエアコンの省エネ制御システムであって、
空調負荷を演算するための少なくとも日射量、外気温度、室内温度を含む情報を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された計測情報に基づき予め設定された時刻での空調負荷レベルの判定を行う判定手段と、所定の時間を複数のタイムスロットに分割し空調
負荷レベルが軽負荷になるほど前記複数の系統のそれぞれをサーモオフにするタイムスロットの数が多くなるサーモオフ制御時間のタイムテーブルを記憶した記憶手段と、前記判定手段により判定された空調負荷レベルに対応して前記記憶手段に記憶されたタイムテーブルのサーモオフ制御時間により前記複数の系統に対して所定の時間毎に所定の優先順に従ってサーモオフ制御を行う運転制御手段とを備え、前記記憶手段は、サーモオフにするタイムスロットの連続により１回のサーモオフ制御時間を長くした省エネ優先のタイムテーブルとサーモオフにするタイムスロットの分散によりサーモオフ制御時間を分割した環境優先のタイムテーブルとを有することを特徴とする。

本発明によれば、予め設定された時刻での負荷レベルの判定を行い、軽負荷レベルでのサーモオフ制御時間を長くして、マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統に対して所定の優先順に従ってサーモオフ制御を行うので、サーモオフの回数を少なくすることができ、執務環境を確保（系統別の均質化）しつつ特に軽負荷時の空調設備の成績係数を高めることができ、消費電力量を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るマルチエアコンの省エネ制御システムの実施の形態を説明する図である。図中、１はセンサ、２は負荷レベル判定部、３はサーモオフ制御タイムテーブル、４は運転制御部を示す。

図１において、センサ１は、建物の空調負荷に相関する情報、例えば空調負荷を演算するための情報として、日射量、外気温度、室内温度などを計測するセンサである。負荷レベル判定部２は、センサ１により計測された空調負荷に相関する情報に基づいて、例えば定時毎に空調負荷を演算して厳負荷、重負荷、中間負荷、軽負荷、負荷レベル１、２、……等の負荷レベルを判定するものである。サーモオフ制御タイムテーブル３は、マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統ａ、ｂ、……に対し、それぞれの負荷レベルに応じて所定の時間を単位としてサーモオフ制御するためのタイムテーブルを登録したものである。運転制御部９は、複数の系統ａ、ｂ、……からなるマルチエアコンに対して負荷レベル判定部２により判定された負荷レベルに従ってサーモオフ制御タイムテーブル３を参照して所定の優先順に従ってサーモオフ制御を行うものである。

図２はサーモオフ制御タイムテーブルの例を示す図、図３はオン／オフ制御とインバータ制御のエアコンを組み合わせ運転したときのＣＯＰ（成績係数）の変化の例を示す図、図４はサーモオフ回数に対応する平均ＣＯＰ（成績係数）の傾向を説明する図である。

サーモオフ制御タイムテーブルでは、例えば厳負荷レベルに対し図２（Ａ）に示すタイムテーブル、重負荷レベルに対し図２（Ｂ）に示すタイムテーブル、中間負荷レベルに対し図２（Ｃ）に示すタイムテーブル、軽負荷レベルに対し図２（Ｄ）に示すタイムテーブルをそれぞれの負荷レベルに対応して有する。図２に示すタイムテーブルは、所定の時間単位をｔ０〜ｔ９からなる１０のタイムスロットルに分割し、各系統ａ、ｂ、ｃの各タイムスロットル毎にオン（○）、オフ（×…サーモオフ制御）を設定している。なお、この場合のタイムスロットは、例えば空調機器の特性によって決定される最小間欠遮断時間Ｔ₀とし、通常は３分間とされる。勿論、最小間欠遮断時間Ｔ₀以上であれば長さを変え、タイムスロットの時間Ｔ_Sを可変にしてもよい。

本実施形態によれば、負荷レベルが重負荷の場合、系統ａはタイムスロットｔ８〜ｔ９で、系統ｂはタイムスロットｔ４〜ｔ５で、系統ｃはタイムスロットｔ１〜ｔ２でそれぞれサーモオフ制御され、中間負荷になると、系統ａはタイムスロットｔ６〜ｔ８で、系統ｂはタイムスロットｔ３〜ｔ５で、系統ｃはタイムスロットｔ１〜ｔ３でそれぞれサーモオフ制御される、というようにタイムスロットの数が増える。つまり、サーモオフ時間は、タイムスロットの数に従って長くなるが、制御サイクルの単位とする所定の時間内では１回のサーモオフ制御となり、サーモオフ制御の回数は増えない。

空調機器の組み合わせ制御において、図３に示すようにインバータ制御（ロ）のエアコンでは、オン／オフ制御（イ）のエアコンを組み合わせ軽負荷運転にしている（Ｌ）の領域の方が、オン／オフ制御（イ）のエアコンを停止させた（Ｒ）の領域の方よりＣＯＰ（成績係数）は悪くなる。また、オン／オフ制御（イ）のエアコンでは、図４に示すように単位時間当たりでサーモオフ回数が増えるのに伴いＣＯＰ（成績係数）は悪くなる。これらのことから明らかなようにエアコンをサーモオフにする回数を減らすと、全体としてＣＯＰ（成績係数）を良くすることができ、したがって、サーモオフの時間を長くすることによりエアコンのＣＯＰ（成績係数）を良くすることができる。

また、例えば図２（Ｃ）に示す中間負荷のタイムテーブルにおいて、系統ａは、タイムスロットｔ６〜ｔ８でサーモオフ制御する設定になっているが、サーモオフ制御するタイムスロットをｔ２、ｔ５、ｔ８とし、同様に、図２（Ｄ）に示す軽負荷のタイムテーブルにおいて、系統ａは、タイムスロットｔ６〜ｔ９でサーモオフ制御する設定になっているが、サーモオフ制御するタイムスロットをｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７と連続ではなく、サーモオフ制御を小刻みにすると、環境としては図２（Ｃ）、（Ｄ）に示す場合より良くなるが、省エネの点では悪くなる。このような小刻みにサーモオフ制御する設定は、環境優先の制御となり、図２（Ｄ）に示すようにサーモオフ制御する回数を最低限の１回にする設定は、省エネ優先の制御となる。

図５は本発明に係るマルチエアコンの省エネ制御システムの制御の流れを説明する図である。サーモオフ制御タイムテーブルとして、図２に示す省エネ優先のテーブルと、サーモオフ制御を分散させるように設定した環境優先テーブルを有する場合、本発明に係るマルチエアコンの省エネ制御システムでは、図５に示すように例えば３０分毎、毎時、２時間おき、朝・昼・夕などの予め設定された負荷判定時刻毎に空調負荷を演算するための情報としてセンサからの計測データを取得する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。次に取得した計測データに基づき空調負荷を演算し（ステップＳ１３）、厳負荷、重負荷、中間負荷、軽負荷或いはレベル１、２、３、……などにより負荷レベルを判定する（ステップＳ１４）。

運転モードが省エネ優先が選択されているか否かを判定し（ステップＳ１５）、省エネ優先が選択されているの場合（ＹＥＳの場合）には、省エネ優先のタイムテーブルを参照して各系統ａ、ｂ、ｃ、……のサーモオフ制御のデータを取得し（ステップＳ１６）、省エネ優先が選択されていない場合（ＮＯの場合）には、環境優先として環境優先のタイムテーブルを参照して各系統ａ、ｂ、ｃ、……のサーモオフ制御のデータを取得する（ステップＳ１７）。そして、取得した制御データに基づき各系統ａ、ｂ、ｃ、……のサーモオフ制御を行う（ステップＳ１８）。以上の制御を制御オフとされなければ負荷判定時刻毎に繰り返し実行する（ステップＳ１９）。

上記実施形態のように所定の時間をタイムスロットで分割し、タイムスロット単位で負荷レベルに応じたサーモオフ制御の時間長を設定するのに対し、空調負荷と基準負荷値に基づきサーモオフ制御の時間長を演算してもよい。例えば基準負荷値Ｐ_Sとして空調負荷Ｐ_Lのときの差ΔＰ（＝Ｐ_L−Ｐ_S）を求め、この差の電力量ΔＰに基づき、次の演算によりサーモオフ時間Ｔ_Aを求める。

ここで、最小間欠遮断時間Ｔ₀は、空調機器の特性によって決定される（通常３分程度）。

このようにして求められたサーモオフ時間Ｔ_Aにより、予め設定される優先度に基づく優先順に従って系統ａをサーモオフ制御し、次に系統ｂに切り換え、さらにその後系統ｃに切り換えてサーモオフ制御する。つまり、本実施形態のマルチエアコンの省エネ制御では、Ｎ個のグループ設定を行い、これら各グループのうち順次優先度の高いグループから切り換えてサーモオフ制御を行う。優先度は、期間設定機能により季節別、つまり、季節（冷房モード、暖房モード）によって上下階により変更される。

図６は本発明に係るマルチエアコンの省エネ制御システムの他の実施の形態を示す図である。図６に示す本発明に係るマルチエアコンの省エネ制御システムでは、電力制御装置１１でトランスジューサ１２の受電電力量パルスを常時計測し、センサ１３、１４から日射量や外気温度などの空調負荷に関する情報を取得し、また、これらの受電電力量や、空調負荷に関する情報、系統の運転制御情報を外部通信部よりインターネットを通してホストコンピュータ１５と通信するように構成されている。そして、先の実施形態のシステムと同様、電力制御装置１１が各系統のサーモオフ制御を行うと共に、ホストコンピュータ１５では、実績日射量や実績外気温度を取得すると共に、建物の建築仕様から熱負荷を計算して空調負荷を予測し、電力制御装置１１に運転指示を送る。このことにより、電力制御装置１１はホストコンピュータ１５からの運転指示に基づく運転制御を行う。これらの制御を実現することにより、特に軽負荷時の成績効率の高め消費電力量を低減できる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定するものではなく、種々の変形が可能である。例えばマルチエアコンの各系統をどのようなグループに設定するかは、当該建物の各グループ（複数系統）の重要度（室内環境）、消費電力量および目標とする契約電力量により任意に設定可能とされることはいうまでもない。また、本発明に係る省エネ制御に空調運転開始時の順次起動制御、ピーク電力消費時のデマンド電力量を間欠・ローテーション運転により低減する制御と組み合わせ適用してもよいし、春や秋の中間期、夏や冬のピーク時に応じて制御適応期間を設けて省エネ運転モードと間欠・ローテーション運転を行うようにしてもよい。さらに、サーモオフ制御時の成績係数を判定し、空調負荷レベルに対応するサーモオフ制御時間を成績係数が上がる範囲で長くするように、例えば図２に示すタイムスロットの時間幅や数１の定数Ｋ₄を更新するなどの学習を行う構成を採用してもよい。

本発明に係るマルチエアコンの省エネ制御システムの実施の形態を説明する図である。サーモオフ制御タイムテーブルの例を示す図である。オン／オフ制御とインバータ制御のエアコンを組み合わせ運転したときのＣＯＰ（成績係数）の変化の例を示す図である。サーモオフ回数に対応する平均ＣＯＰ（成績係数）の傾向を説明する図である。本発明に係るマルチエアコンの省エネ制御システムの制御の流れを説明する図である。本発明に係るマルチエアコンの省エネ制御システムの他の実施の形態を示す図である。或る建物における各年、月別のデマンド電力量の例を示す図である。

符号の説明

１…センサ、２…負荷レベル判定部、３…サーモオフ制御タイムテーブル、４…運転制御部

Claims

マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統により空調負荷に応じた省エネ分散制御を行うマルチエアコンの省エネ制御システムであって、
空調負荷を演算するための少なくとも日射量、外気温度、室内温度を含む情報を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された計測情報に基づき予め設定された時刻での空調負荷レベルの判定を行う判定手段と、
所定の時間を複数のタイムスロットに分割し空調負荷レベルが軽負荷になるほど前記複数の系統のそれぞれをサーモオフにするタイムスロットの数が多くなるサーモオフ制御時間のタイムテーブルを記憶した記憶手段と、
前記判定手段により判定された空調負荷レベルに対応して前記記憶手段に記憶されたタイムテーブルのサーモオフ制御時間により前記複数の系統に対して所定の時間毎に所定の優先順に従ってサーモオフ制御を行う運転制御手段と
を備え、前記記憶手段は、サーモオフにするタイムスロットの連続により１回のサーモオフ制御時間を長くした省エネ優先のタイムテーブルとサーモオフにするタイムスロットの分散によりサーモオフ制御時間を分割した環境優先のタイムテーブルとを有することを特徴とするマルチエアコンの省エネ制御システム。