JP5330940B2

JP5330940B2 - 空調制御システム

Info

Publication number: JP5330940B2
Application number: JP2009210851A
Authority: JP
Inventors: 農士三瀬; 勝橋本; 泉薄木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: SG179142A1; EP2476967A4; WO2011042777A1; EP2476967A1; CN102639942A; CN102639942B; US20120247748A1; JP2011058753A

Description

本発明は、空調制御システムに関するものである。

住宅において、人が不在の場合にエアコン等の空調機をオフして省エネルギー化を図ったり、帰宅直前に携帯電話からエアコンをオンして宅内を快適な空間に予め制御しておく空調制御システムがある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００８−１３８９０２号公報

しかしながら、従来の空調制御システムは、基本的に家電機器の制御であり、省エネルギー化を図りつつ、帰宅する家人に快適な室内空間を提供するために、外気等の自然エネルギーを有効利用するシステムはなかった。

また、宅内に人がいない不在状態も、例えば２，３時間程度の短期間の場合と、例えば２，３日程度の長期間の場合とがある。そして、省エネルギー化を図りつつ、帰宅する家人に快適な室内空間を提供するために自然エネルギーを用いる場合、不在状態の期間の長さによって、その空調制御方法は異なると考えられる。しかし、この点についても従来の空調制御システムでは言及されていない。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、自然エネルギーを用いて省エネルギー化を図りつつ、帰宅する家人に快適な室内空間を提供することができる空調制御システムを提供することにある。

請求項１の発明は、宅内を冷房または暖房する空調機と、空調機より消費電力が低く、自然エネルギーを用いて宅内の温熱環境を変化させる環境制御手段と、空調機および環境制御手段の各動作を制御する空調制御装置と、宅内における人の不在を検知する不在検知手段と、不在検知手段が宅内における人の不在を検知しているときに、当該不在期間が所定時間以上の長期間、所定時間未満の短期間のいずれであるかを判定する不在期間判定手段とを備え、不在検知手段が宅内における人の不在を検知した場合、空調制御装置は、不在期間の少なくとも一部で環境制御手段を動作させて、次回に空調機が動作を開始したときに空調機の消費電力が低減する方向に宅内の温熱環境を調整し、環境制御手段は、宅内と宅外との間で換気を行う換気ファンであって、不在期間に空調制御装置が行う換気ファンの制御パターンは、不在期間が長期間である場合と短期間である場合とでは互いに異なるパターンであり、不在期間判定手段は、不在期間の時間長さを閾値と比較することによって当該不在期間が長期間または短期間であることを判定し、前記閾値は、当該判定時の年、月、日、時刻の少なくとも１つに応じて変動することを特徴とする。

この発明によれば、自然エネルギーを用いて省エネルギー化を図りつつ、帰宅する家人に快適な室内空間を提供することができる。また、不在期間が長期間である場合と短期間である場合とで、各々の状況に適した不在期間中の空調制御を行うことができる。また、季節や時間帯等に依存する家人の生活パターンに適応した閾値を設定可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記不在期間判定手段は、不在期間の終了時刻を推定して、当該不在期間が所定時間以上の長期間、所定時間未満の短期間のいずれであるかを判定し、前記空調制御装置は、不在期間が短期間である場合、換気ファンの動作を不在期間内において継続し、不在期間が長期間である場合、不在期間の終了時刻より所定時間前に換気ファンの動作を開始することを特徴とする。

この発明によれば、不在期間が長期間の場合は、換気ファンを不在期間の全期間に亘って動作させるのではなく、家人が帰宅する直前の最小期間のみ動作させることによって、不在期間中における無駄な電力消費を防止し、さらには換気ファンによる宅内の温熱環境制御を効果的に行うことができる。

請求項３の発明は、請求項２において、太陽光によって発電して、前記空調機および換気ファンの動作電源となる太陽光発電手段を備え、前記空調制御装置は、不在期間が長期間である場合、太陽光発電手段の発電電力が所定電力以上であれば、不在期間内において空調機および換気ファンを動作させ、前記不在期間の終了時刻より所定時間前には、太陽光発電手段の発電電力の大小に関わらず換気ファンの動作を開始することを特徴とする。

この発明によれば、太陽光発電手段の発電電力に余剰電力がある場合には、余剰電力を有効に用いて空調機および換気ファンを動作させ、宅内の温熱環境を快適方向に予め調整しておく。さらに、不在期間中に余剰電力による空調機および換気ファンの動作があった場合には、家人の帰宅直前における換気ファンの動作がより効果的になる。

請求項４の発明は、請求項１において、太陽光によって発電して、前記空調機および換気ファンの動作電源となる太陽光発電手段と、太陽光発電手段の発電電力を蓄電して前記空調機および換気ファンに供給する蓄電池と、太陽光発電手段の発電電力を商用の電力系統に逆潮流させる逆潮流手段とを備え、前記空調制御装置は、不在期間が長期間である場合、太陽光発電手段の発電電力を蓄電池に供給せず、逆潮流手段によって逆潮流させることを特徴とする。

この発明によれば、不在期間中において太陽光発電手段が発電する直流電力によって蓄電池に充電したとしても、不在期間が長期間の場合、蓄電池の放電による電力ロスが大きくなるため、逆潮流させて売電し、長期間の不在における発電電力を有効に使用することができる。

請求項５の発明は、請求項４において、前記不在期間判定手段は、不在期間の終了時刻を推定して、当該不在期間が第１の所定時間未満の短期間、第１の所定時間以上且つ第２の所定時間未満の第１の長期間、第２の所定時間以上の第２の長期間のいずれであるかを判定し、前記空調制御装置は、不在期間が短期間である場合、換気ファンの動作を不在期間内において継続し、不在期間が第１、第２の長期間である場合、不在期間の終了時刻より所定時間前に換気ファンの動作を開始し、不在期間が第２の長期間である場合、太陽光発電手段の発電電力を蓄電池に供給せず、逆潮流手段によって逆潮流させることを特徴とする。

この発明によれば、不在時の逆潮流制御および換気ファンの制御を、より細やかに制御できる。

以上説明したように、本発明では、自然エネルギーを用いて省エネルギー化を図りつつ、帰宅する家人に快適な室内空間を提供することができるという効果がある。また、不在期間が長期間である場合と短期間である場合とで、各々の状況に適した不在期間中の空調制御を行うことができる。また、季節や時間帯等に依存する家人の生活パターンに適応した閾値を設定可能となる。

実施形態１、２の空調制御システムの構成を示す図である。実施形態３の空調制御装置の構成を示す図である。実施形態４の空調制御装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態における住宅の空調制御システムの構成を示し、宅内の空調制御を行う空調制御装置１と、宅内を冷暖房するエアコンで構成される空調機２と、宅内と宅外との間で換気を行う換気ファン３と、宅内の人を検知する人感センサ４と、家人が操作する設定部５と、宅内の温度を測定する温度センサ６と、太陽光で発電する太陽光発電装置７と、太陽光発電装置７の発電電力を蓄電して、空調機２および換気ファン３へ電源供給する蓄電池８と、太陽光発電装置７の発電電力によって蓄熱する蓄熱機器９とを備える。

空調制御機器１は、人感センサ４および設定部５が接続されて宅内における人の不在を検知する不在検知手段として機能する不在検知部１ａと、温度センサ６が接続されて空調機２および換気ファン３の各動作の制御パターンを決定する制御パターン決定部１ｂと、決定した制御パターンに基づいて、空調機２および換気ファン３へ制御信号を送信する制御信号送信部１ｃとで構成される。

以下、夏季の冷房時の動作を例にして説明する。

まず、宅内に人が存在する場合、人感センサ４が人検知信号を空調制御装置１へ送信する。人検知信号を受信した空調制御装置１の不在検知部１ａは、在宅状態であると判断し、制御パターン決定部１ｂへ在宅信号を出力する。在宅信号を受信した制御パターン決定部１ｂは、必要に応じて換気ファン３を併用しながら空調機２を用いて宅内を冷房する空調制御を行う。この空調制御は、温度センサ６の測定温度が、設定部５によって設定された目標温度（本実施形態では２６℃）に一致するようにフィードバック制御される。

次に、外出等によって宅内に人が存在しない場合、人感センサ４が出力する人検知信号がオフとなり、空調制御装置１の不在検知部１ａは、不在状態であると判断して、制御パターン決定部１ｂへ不在信号を出力する。不在信号を受信した制御パターン決定部１ｂは、不在期間の全期間に亘って、空調機２を停止し、さらに換気ファン３のみを用いて宅内を換気する空調制御を行う。この空調制御は、不在状態で密閉された宅内において温度が上昇した空気を、宅内に比べて温度の低い外気と交換する換気を換気ファン３により行うことで、宅内温度を下げる方向に温熱環境を制御している。さらに、換気ファン３の消費電力は、冷房を行う空調機２の消費電力に比べて低く、不在期間に空調機２を動作させる場合に比べて省エネルギーとなる。

次に、外出していた家人が帰宅したときには、人感センサ４が人検知信号を空調制御装置１へ送信し、人検知信号を受信した空調制御装置１は、再び必要に応じて換気ファン３を併用しながら空調機２を用いて宅内を冷房する空調制御を行う。しかし、不在期間に外気という自然エネルギーを用いて宅内の温熱環境を快適方向（夏季において宅内温度を下げる方向）に調整しており、帰宅した家人によって再び動作を開始した空調機２は、より少ない消費電力で、宅内温度を目標温度に一致させる冷房動作を行うことができる。

このように本実施形態では、外気という自然エネルギーを用いて省エネルギー化を図りつつ、帰宅する家人に快適な室内空間を提供できる。

また、不在検知部１ａが、上記のように人感センサ４の人検知信号に基づいて宅内における人の不在を検知する方法以外に、家人が設定部５を操作することによって在宅・不在のいずれかを設定し、不在検知部１ａが、設定部５の設定に基づいて宅内における人の不在を検知する方法でもよい。

（実施形態２）
本実施形態の空調制御システムは、実施形態１と同様に図１に示され、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

まず、本実施形態の空調制御装置１において、不在検知部１ａは、不在検知手段として機能するだけでなく、不在期間の終了時刻（帰宅時刻）を推定して、当該不在期間が所定時間以上の長期間、所定時間未満の短期間のいずれであるかを判定する不在期間判定手段としても機能する。

この帰宅時刻の推定処理、および不在期間の長期間、短期間の判定処理は、外出前の家人による設定部５の設定に基づいて行われ、例えば、設定部５に不在期間の時間長さ、または帰宅予定時刻を設定する手段を備えて、不在期間の時間長さまたは帰宅予定時刻から帰宅時刻を推定し、所定時間以上の不在期間は長期間、所定時間未満の不在期間は短期間と判定することで実現される。この不在期間の長期間、短期間を判定する閾値は、建物の空調的な特性、換気ファン３の能力等に依存するが、例えば２時間程度に設定される。

または、不在検知部１ａは、過去の不在期間の履歴を記憶しておき、不在期間の履歴から、不在状態の発生時刻、曜日に基づいて不在期間の時間長さを推定し、当該時間長さに基づいて帰宅時刻の推定処理、不在期間の長期間、短期間の判定処理を行ってもよい。

さらに、不在期間の長期間、短期間を判定するために不在期間の時間長さと比較する閾値は、判定時における季節や時間帯等のような年、月、日、時刻の少なくとも１つに応じて変動してもよく、季節や時間帯等に依存する家人の生活パターンに適応した閾値を設定可能となる。

そして、制御パターン決定部１ｂは、不在期間が短期間であるか、長期間であるかによって、不在期間における換気ファン３の制御パターンを変えている。すなわち、不在期間が長期間である場合と短期間である場合とで、各々の状況に適した不在期間中の空調制御を行うことができる。

不在期間が短期間の場合、制御パターン決定部１ｂは実施形態１と同様に、空調機２を停止し、さらに換気ファン３のみを用いて宅内を換気する空調制御を、不在期間の全期間に亘って行う。

不在期間が長期間の場合、制御パターン決定部１ｂは、不在状態の検知後に、空調機２および換気ファン３の両方の動作を停止させる。そして、空調機２は、不在期間の全期間に亘って停止させるが、換気ファン３は、家人の帰宅時刻より所定時間前（例えば２時間前）に動作を開始させる。すなわち、不在期間が長期間の場合は、換気ファン３を不在期間の全期間に亘って動作させるのではなく、家人が帰宅する直前の最小期間のみ動作させることによって、不在期間中における無駄な電力消費を防止し、さらには換気ファン３による宅内の温熱環境制御を効果的に行っている。

（実施形態３）
本実施形態の空調制御システムは、実施形態２の温熱環境制御に太陽光発電装置７の発電電力に基づく制御を付加したものであって、実施形態２と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

まず、本実施形態の空調制御装置１は、図２に示すように、太陽光発電装置７の発電電力を計測する発電電力計測部１ｄを備えており、発電電力計測部１ｄが計測した発電電力値は、制御パターン決定部１ｂへ出力される。そして、制御パターン決定部１ｂは、実施形態２と同様に、不在期間が短期間であるか、長期間であるかによって、不在期間における換気ファン３の制御パターンを変えている。

不在期間が短期間の場合、制御パターン決定部１ｂは、空調機２を停止し、さらに換気ファン３のみを用いて宅内を換気する空調制御を、不在期間の全期間に亘って行う。

不在期間が長期間の場合、制御パターン決定部１ｂは、発電電力計測部１ｄが計測した発電電力値に基づいて、空調機２および換気ファン３の各動作を制御する。具体的には、発電電力値が予め設定された所定値未満であれば、空調機２および換気ファン３を停止させ、発電電力値が予め設定された所定値以上になれば、空調機２および換気ファン３を動作させる。すなわち、太陽光発電装置７の発電電力に余剰電力がある場合には、余剰電力を有効に用いて空調機２および換気ファン３を動作させ、宅内の温熱環境を快適方向に予め調整しておく。ここで、太陽光発電装置７の余剰電力とは、太陽光発電装置７の発電電力から蓄電池８への充電電力、蓄熱機器９への供給電力、宅内の設備機器が動作するための電力等を除いた電力である。

さらに、家人の帰宅時刻より所定時間前（例えば２時間前）には、太陽光発電装置７の発電電力の大小に関わらず、換気ファン３の動作を開始して、余剰電力の有無に関わらず、家人の帰宅直前には換気ファン３を用いて宅内の温熱環境を快適方向に調整しておく。また、この家人の帰宅直前において、太陽光発電装置７の発電電力に余剰電力がある場合には、空調機２も併用する。

而して、不在期間中に余剰電力による空調機２および換気ファン３の動作があった場合には、家人の帰宅直前の上記換気ファン３の動作がより効果的になり、さらに家人の帰宅直前の余剰電力による上記空調機２の動作も、余剰電力を有効に用いながら温熱環境の改善に効果的である。

（実施形態４）
本実施形態の空調制御システムは、実施形態２の温熱環境制御に太陽光発電装置７の逆潮流制御を付加したものであって、実施形態２と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

まず図３に示すように、本実施形態では、太陽光発電装置７が発電する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ１０を具備して、発電電力を商用電源の系統側へ逆潮流させる機能を有しており（逆潮流手段）、さらに空調制御装置１は、パワーコンディショナ１０の逆潮流動作を制御する逆潮流制御部１ｅを備えている。

そして、不在検知部１ａは、家人の不在期間をその時間長さによって３パターンに分類し、例えば不在期間が１時間未満の短期間、不在期間が１時間以上２日未満の長期間１、不在期間が２日以上の長期間２に分類する。なお、この３つのパターンを分類するために不在期間の時間長さと比較する閾値（１時間、２日）は、判定時における季節や時間帯等のような年、月、日、時刻の少なくとも１つに応じて変動してもよい。そして、制御パターン決定部１ｂは、不在期間が短期間であるか、長期間１または長期間２であるかによって、不在期間における換気ファン３の制御パターンを変えている。

不在期間が長期間１または長期間２の場合、制御パターン決定部１ｂは、不在状態の検知後に、空調機２および換気ファン３の両方の動作を停止させる。そして、空調機２は、不在期間の全期間に亘って停止させるが、換気ファン３は、家人の帰宅時刻より所定時間前に動作を開始させる。

さらに、逆潮流制御部１ｅは、不在期間が最も長い長期間２の場合、太陽光発電装置７が発電する直流電力を蓄電池８、蓄熱機器９に供給することなく、パワーコンディショナ１０を動作させて商用電源の系統側へ逆潮流させる。すなわち、不在期間中において太陽光発電装置７が発電する直流電力によって蓄電池８に充電したり、蓄熱機器９に蓄熱したとしても、不在期間が最も長い長期間２の場合、蓄電池８の放電や蓄熱機器９の放熱による電力ロスが大きくなるため、逆潮流させて売電し、長期間の不在における発電電力を有効に使用している。

なお、上記実施形態１〜４では、外気という自然エネルギーを用いて省エネルギー化を図りつつ、帰宅する家人に快適な室内空間を提供する構成を、夏季の冷房動作を例として説明したが、冬季の暖房動作においても宅内より温度の高い外気を用いて同様の効果を得ることが可能となる。

１空調制御装置
１ａ不在検知部
１ｂ制御パターン決定部
１ｃ制御信号送信部
２空調機
３換気ファン
４人感センサ
５設定部
６温度センサ
７太陽光発電装置
８蓄電池
９蓄熱機器

Claims

宅内を冷房または暖房する空調機と、
空調機より消費電力が低く、自然エネルギーを用いて宅内の温熱環境を変化させる環境制御手段と、
空調機および環境制御手段の各動作を制御する空調制御装置と、
宅内における人の不在を検知する不在検知手段と、
不在検知手段が宅内における人の不在を検知しているときに、当該不在期間が所定時間以上の長期間、所定時間未満の短期間のいずれであるかを判定する不在期間判定手段とを備え、
不在検知手段が宅内における人の不在を検知した場合、空調制御装置は、不在期間の少なくとも一部で環境制御手段を動作させて、次回に空調機が動作を開始したときに空調機の消費電力が低減する方向に宅内の温熱環境を調整し、
環境制御手段は、宅内と宅外との間で換気を行う換気ファンであって、不在期間に空調制御装置が行う換気ファンの制御パターンは、不在期間が長期間である場合と短期間である場合とでは互いに異なるパターンであり、
不在期間判定手段は、不在期間の時間長さを閾値と比較することによって当該不在期間が長期間または短期間であることを判定し、前記閾値は、当該判定時の年、月、日、時刻の少なくとも１つに応じて変動する
ことを特徴とする空調制御システム。
前記不在期間判定手段は、不在期間の終了時刻を推定して、当該不在期間が所定時間以上の長期間、所定時間未満の短期間のいずれであるかを判定し、
前記空調制御装置は、不在期間が短期間である場合、換気ファンの動作を不在期間内において継続し、不在期間が長期間である場合、不在期間の終了時刻より所定時間前に換気ファンの動作を開始する
ことを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。
太陽光によって発電して、前記空調機および換気ファンの動作電源となる太陽光発電手段を備え、
前記空調制御装置は、不在期間が長期間である場合、太陽光発電手段の発電電力が所定電力以上であれば、不在期間内において空調機および換気ファンを動作させ、前記不在期間の終了時刻より所定時間前には、太陽光発電手段の発電電力の大小に関わらず換気ファンの動作を開始する
ことを特徴とする請求項２記載の空調制御システム。
太陽光によって発電して、前記空調機および換気ファンの動作電源となる太陽光発電手段と、太陽光発電手段の発電電力を蓄電して前記空調機および換気ファンに供給する蓄電池と、太陽光発電手段の発電電力を商用の電力系統に逆潮流させる逆潮流手段とを備え、
前記空調制御装置は、不在期間が長期間である場合、太陽光発電手段の発電電力を蓄電池に供給せず、逆潮流手段によって逆潮流させる
ことを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。
前記不在期間判定手段は、不在期間の終了時刻を推定して、当該不在期間が第１の所定時間未満の短期間、第１の所定時間以上且つ第２の所定時間未満の第１の長期間、第２の所定時間以上の第２の長期間のいずれであるかを判定し、
前記空調制御装置は、不在期間が短期間である場合、換気ファンの動作を不在期間内において継続し、不在期間が第１、第２の長期間である場合、不在期間の終了時刻より所定時間前に換気ファンの動作を開始し、不在期間が第２の長期間である場合、太陽光発電手段の発電電力を蓄電池に供給せず、逆潮流手段によって逆潮流させる
ことを特徴とする請求項４記載の空調制御システム。