JP5449020B2 - 空調機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調機を制御する空調機制御装置に関し、特に空調機のエネルギ使用量を削減する省エネ制御の改良に関する。

近年、地球温暖化により地球環境の悪化が心配されている。地球温暖化を抑制し地球環境を保全するためには、世界的な規模で二酸化炭素の排出量を削減する行動が重要であると認識されている。

このような状況の中、二酸化炭素の排出量を削減するために、オフィスビルなどの建物においては、建物に設けられる空調機のエネルギ使用量を削減する省エネルギ（以下、単に「省エネ」と記す）制御への取り組みが期待される。

下記特許文献１には、空調機の省エネ性を分析する装置が記載されている。この装置は、空調機ごとの電力消費量をそれぞれ検出し、それらの平均値である基準電力消費量のピーク値と、対象となる空調機の電力消費量のピーク値との差分に基づいてその空調機の省エネ性を分析している。

特開２００９−２０８２４号公報

しかしながら、空調機の省エネ制御は、室内を利用する利用者の快適性を損なう可能性がある。例えば、夏場において、空調機の設定温度を上げて空調機のエネルギ使用量を削減する省エネ制御は、利用者の多くが暑さによる不快を感じる可能性がある。

上記特許文献１のように、室内環境に配慮しつつ各空調機に対して省エネ制御が可能であるか否かを分析し、その分析結果に基づいて空調機の運転環境を改善し、結果として省エネを実現する方法が考えられる。しかしながら、上記特許文献１の装置においては、空調機ごとのエネルギ使用量をそれぞれ検出するために、各空調機に対して計測器をそれぞれ取り付けなければならず、導入コストが増大してしまうという問題がある。

また、上記特許文献１には、各空調機に対して計測器をそれぞれ取り付けずに、例えば建物のフロア全体のエネルギ使用量を按分することで空調機ごとのエネルギ使用量を算出することが記載されている。しかしながら、このような按分で算出されるエネルギ使用量には当然ながら誤差が含まれてしまうので、そのエネルギ使用量を用いた分析結果に基づいて空調機の運転環境を改善しようとしても、この改善が省エネにどの程度影響するのか事前に正確に把握することが困難である。

本発明の目的は、低コストで、省エネと快適性の影響度を正確に把握し、快適性を損なうことなく省エネが実現されるように空調機を制御することができる空調制御装置を提供することにある。

本発明の空調制御装置は、室内に設置され、複数の空調機を含む設備機器のエネルギ使用量を検出するエネルギ使用量検出部と、室内温度を検出する室内温度検出部と、エネルギ使用量検出部により検出されるエネルギ使用量と、室内温度検出部により検出される室内温度とに基づいて、前記複数の空調機を、各空調機の運転状態と停止状態とを組み合わせた複数の運転パターンで動作させた状態における省エネと快適性の影響度を算出する影響度算出部と、影響度算出部により算出された影響度と、利用者が許容可能な許容室内温度とに基づいて前記複数の運転パターンから最適な運転パターンを選定する最適運転パターン選定部と、最適運転パターン選定部により選定された運転パターンに基づいて空調機を制御する制御部と、を有し、影響度算出部は、設備機器を定格運転で動作させた状態でエネルギ使用量検出部により検出される定格エネルギ使用量と、その状態で室内温度検出部により検出される定格室内温度と、前記複数の空調機を前記複数の運転パターンで動作させた状態でエネルギ使用量検出部によりそれぞれ検出される運転エネルギ使用量と、その状態で室内温度検出部によりそれぞれ検出される運転室内温度とに基づいて影響度を算出することを特徴とする。

また、影響度算出部は、定格エネルギ使用量と所定の運転エネルギ使用量に基づいて、そのときの運転パターンにおける省エネの影響度を算出し、定格室内温度と所定の運転室内温度とに基づいて、そのときの運転パターンにおける快適性の影響度を算出することができる。

また、室内温度検出部は、複数の領域の室内温度をそれぞれ検出し、室内影響度算出部は、それらの室内温度の平均値、または最大および最小値を用いて影響度を算出することができる。

また、最適運転パターン選定部は、快適性の影響度が許容室内温度を満たし、かつそのときの省エネの影響度がより高い運転パターンを選定することができる。

さらに、影響度算出部は、制御部により制御される空調機の運転パターンでの運転エネルギ使用量と運転室内温度に基づいて影響度を算出してそれを更新することができる。

本発明の空調機制御装置によれば、低コストで、省エネと快適性の影響度を正確に把握し、快適性を損なうことなく省エネが実現されるように空調機を制御することができる。

本実施形態に係る空調制御装置の構成を示す図である。 空調機の運転パターンの一例を示す表である。 省エネと快適性の影響度の算出方法の一例を示す表である。 空調制御装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る空調制御装置の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る空調機制御装置の構成を示す図である。

空調機制御装置１０は、建物の室内１２に設置された空調機１４を制御する装置である。室内１２は、利用者１６が利用する部屋であり、例えばオフィスビルの１つのフロアまたは区画である。なお、室内１２は、一つに限らず複数の部屋とすることができる。

室内１２には、設備機器が設置される。設備機器は、上述した空調機１４と、室内１２の照度を確保する照明１８と、利用者１６が使用するパソコン２０とを含む。これらの設備機器には、運転により消費される電力量を計測する電力計２２が接続される。電力計２２は、例えば室内１２系統の電力盤に配置される。本実施形態では、設備機器が空調機１４と照明１８とパソコン２０とを含む場合について説明したが、この構成に限定されず、室内１２において使用される機器、または室内１２に設置されるコンセントを介して使用される機器、例えばコピー機を含むこともできる。

空調機１４は、室内１２の天井に複数台設置される。空調機１４は、ファン及びコイル（図示せず）を内蔵している。コイルで冷却または加熱された空気をファンが室内１２に送り出すことにより、空調機１４は室内１２の冷房または暖房を行う。なお、本実施形態においては、空調機１４が室内１２の天井に設けられる場合について説明したが、この構成に限定されず、空調機１４が室内１２の天井裏または機械室などに設けられてもよい。この場合、空調機１４と室内１２とを風道（ダクト）で接続し、風道を介して空調機１４から室内１２に空気を送り出すことにより、室内１２の冷房または暖房を行うことができる。

空調機１４には、利用者１６が操作して空調機１４を制御するリモコン（図示せず）が接続されている。リモコンは、例えば室内１２の壁面に設置される。リモコンは、空調機１４の運転及び停止、冷暖房及び送風などの運転モードの切り替え、室内１２の設定温度の調整、風向き及び風量の調整などを行うことができる。

空調機制御装置１０は、例えば建物を管理する管理室に配置される。空調機制御装置１０は、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現される。具体的には、空調機制御装置１０の機能は、記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ（Central Processing Unit）により実行されることで実現される。

空調機制御装置１０は、室内１２に設置される設備機器のエネルギ使用量を検出するエネルギ使用量検出部２４と、室内温度を検出する室内温度検出部２６とを有する。

エネルギ使用量検出部２４は、電力計２２に接続され、電力計２２で計測された電力量を設備機器のエネルギ使用量として検出する。なお、本発明はこの構成に限定されず、エネルギ使用量検出部２４が、電力量のほかにガスの使用量をエネルギ使用量として検出することができる。例えば、空調機１４のエネルギ源がガスである場合、空調機１４で使用されるガスの使用量を計測し、このガスの使用量と、上記の電力量と合算してエネルギ使用量を検出することができる。

室内温度検出部２６は、室内１２に設けられる温度センサ２８に接続され、この温度センサ２８から出力される計測信号から室内温度を検出する。温度センサ２８が室内１２に複数設置される場合、室内温度検出部２６は、室内１２の複数の領域の室内温度をそれぞれ検出することができる。また、この場合、室内温度検出部２６は、複数の温度センサ２８から出力される計測信号に基づいて室内温度の最大および最小値、または平均値を算出することができる。なお、本実施形態においては、室内温度検出部２６が、温度センサ２８の信号から室内温度を検出する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、空調機１４本体またはリモコンに組み込まれる温度センサから室内温度を検出することもできる。

また、本実施形態の空調機制御装置１０は、エネルギ使用量と室内温度に基づいて省エネと快適性の影響度を算出する影響度算出部３０と、この影響度から空調機１４の最適な運転パターンを選定する最適運転パターン選定部３２と、選定された運転パターンに基づいて空調機１４を制御する制御部３４とを有する。

省エネの影響度は、空調機１４の所定の運転パターンが省エネに影響する度合いである。一方、快適性の影響度は、その運転パターンが利用者１６の快適性に影響する度合いである。

空調機１４の運転パターンは、各空調機１４の動作、すなわち運転状態と停止状態とを組み合わせたパターンであり、空調機１４がＮ台である場合、最大で（Ｎ）^２通りのパターンを含む。ここで、運転状態は、空調負荷を処理する冷房運転と暖房運転を含み、停止状態は、単なる停止と、空調負荷を処理しない送風運転とを含む。

本実施形態における空調機１４の運転パターンについて図２を用いて説明する。図２は、空調機１４の運転パターンの一例を示す表であり、この表では、空調機１４が例えば３台である。この表には、３台の空調機１４の動作の全ての組み合わせが示されている。すなわち、パターン１では、３台の全ての空調機１４が運転状態であり、パターン２から４では、空調機１４のいずれか１台が停止状態であり、パターン５から７では、空調機１４のいずれか１台が運転状態であり、パターン８では、３台の全ての空調機１４が停止状態である。このように、空調機１４が３台である場合、運転パターンは８通り存在する。

影響度算出部３０は、エネルギ使用量検出部２４により検出されるエネルギ使用量と、室内温度検出部２６により検出される室内温度とに基づいて、空調機１４を複数の運転パターンで動作させた状態における省エネと快適性の影響度を算出する。このように、本実施形態の影響度算出部３０によれば、各空調機１４に対して計測器をそれぞれ取り付けることなく、従来から用いられる少ない計測器だけで、省エネと快適性の影響度を把握することができる。

以下、省エネと快適性の影響度の算出方法について、図３を用いて説明する。図３には、省エネと快適性の影響度が、図２で説明した運転パターンごとに分けて示されている。

まず、省エネの影響度の算出方法について説明する。省エネの影響度は、室内１２の設備機器を定格運転で動作させた状態でエネルギ使用量検出部２４により検出される定格エネルギ使用量と、空調機１４を複数の運転パターンで動作させた状態でエネルギ使用量検出部２４によりそれぞれ検出される運転エネルギ使用量とに基づいて算出される。

定格エネルギ使用量は、最大（ピーク）空調負荷時におけるエネルギ使用量である。最大空調負荷時には、空調負荷の一部になる熱を発生させる設備機器が全て動作している。このとき、全空調機１４は、最大能力である定格能力で運転している。よって、図３に示されるパターン１のときに検出されるエネルギ使用量Ｗ１を定格エネルギ使用量と定めることができる。ここで、実際に処理すべき最大空調負荷がなくても、空調機１４の運転を定格運転モードに切り替えることにより、空調機１４を定格能力で運転させることができる。

運転エネルギ使用量は、各運転パターン時におけるエネルギ使用量である。図３においては、パターン２から８のときにそれぞれ検出されるエネルギ使用量Ｗ２からＷ８を運転エネルギ使用量と定めることができる。なお、定格エネルギ使用量との対比を容易にするため、初期の運転エネルギ使用量は、定格エネルギ使用量と同様、最大空調負荷時におけるエネルギ使用量であることが好ましい。

パターン２から８においては少なくとも１台の空調機１４が停止状態にあるので、運転エネルギ使用量は定格エネルギ使用量より小さくなる。そこで、各運転エネルギ使用量と定格エネルギ使用量をそれぞれ対比、例えば変化分を算出することで、各運転パターンが省エネに影響する度合い、すなわち省エネの影響度を算出することができる。

本実施形態では、図３に示されるように、定格エネルギ使用量と運転エネルギ使用量の変化分と、定格エネルギ使用量との割合を省エネの影響度としている。この算出方法では、影響度の値が大きい運転パターンほど省エネへの貢献が大きくなるように算出される。しかし、本発明はこの算出方法に限定されず、運転パターンごとのエネルギ使用量に基づいて省エネに影響する度合いを数値化することができるのであれば、他の算出方法であってもよい。

次に、快適性の影響度の算出方法について説明する。快適性の影響度は、室内１２の設備機器を定格運転で動作させた状態で室内温度検出部２６により検出される定格室内温度と、空調機１４を複数の運転パターンで動作させた状態で室内温度検出部２６によりそれぞれ検出される運転室内温度とに基づいて算出される。

定格室内温度は、最大空調負荷時における室内温度である。よって、図３に示されるパターン１のときに検出される室内温度Ｔ１を定格室内温度と定めることができる。

運転室内温度は、各運転パターン時における室内温度である。図３においては、パターン２から８のときにそれぞれ検出される室内温度Ｔ２からＴ８を運転室内温度と定めることができる。なお、定格室内温度との対比を容易にするため、初期の運転室内温度は、定格室内温度と同様、最大空調負荷時における室内温度であることが好ましい。

パターン２から８においては少なくとも１台の空調機１４が停止状態にあるので、運転室内温度は、冷房運転の場合、定格室内温度より大きくなり、暖房運転の場合、定格室内温度より小さくなる傾向にある。そこで、各運転室内温度と定格室内温度をそれぞれ対比、例えば変化分を算出することで、各運転パターンが快適性に影響する度合い、すなわち快適性の影響度を算出することができる。

本実施形態では、図３に示されるように、定格室内温度と運転室内温度の変化分と、定格室内温度との割合を快適性の影響度としている。この算出方法では、影響度の値が小さい運転パターンほど快適性への貢献が大きくなるように算出される。影響度の値がより小さいということは、室内温度が、利用者１６が快適な状態だと感じる室内１２の設定温度により近いことを意味し、そのときの運転パターンが快適性のより高い、すなわち快適性の貢献がより大きい運転パターンであることを意味する。しかし、本発明はこの算出方法に限定されず、運転パターンごとの室内温度に基づいて快適性に影響する度合いを数値化することができるのであれば、他の算出方法であってもよい。

なお、上述したように、室内温度検出部２６が、室内１２の複数の領域の室内温度を検出し、この検出結果から室内温度の最大および最小値、または平均値を算出した場合、影響度算出部３０は、室内温度の最大および最小値、または平均値にそれぞれ対応する快適性の影響度を算出することができる。

最適運転パターン選定部３２は、上述のように算出された省エネと快適性の影響度と、許容室内温度とに基づいて最適な運転パターンを選定する。許容室内温度は、利用者１６が許容可能な室内温度であり、設定温度を範囲に含む上限値と下限値を有する。

最適運転パターン選定部３２は、快適性の影響度が許容室内温度を満たす運転パターンを選定し、その中から省エネの影響度がより高い運転パターンを選定する。快適性の影響度が許容室内温度を満たすとは、その影響度の根拠となる運転室内温度が、許容室内温度の上限値と下限値の間の範囲内に含まれることを意味し、この条件を満たす運転パターンにおいては利用者１６の快適性が損なわれない。

なお、影響度算出部３０が、室内温度の最大および最小値、または平均値にそれぞれ対応する快適性の影響度を算出した場合、最適運転パターン選定部３２は、平均値に基づく快適性の影響度のみならず、これら全ての快適性の影響度が、許容室内温度を満たす運転パターンを選定することが好適である。室内１２のある領域の室内温度が最大値であり、その領域が許容室内温度を満たさない場合、その領域で執務する利用者１６の快適性が損なわれてしまうからである。

このように、最適運転パターン選定部３２が、快適性の影響度が許容室内温度を満たす運転パターンの中から、省エネの影響度がより高い運転パターンを選定することで、快適性を損なうことなく省エネが実現されるように空調機を制御することができる。

そして、制御部３４によって、選定された運転パターンに基づいて空調機１４が制御されている状態のとき、影響度算出部３０はその運転パターンに対応する運転エネルギ使用量及び運転室内温度に基づいて省エネと快適性の影響度をそれぞれ算出し、それらを更新することができる。この動作により、室内１２の最新の使用態様と空調負荷に基づく省エネと快適性の影響度を把握、言い換えればより正確な影響度を把握することができる。その結果、快適性と省エネを両立させた空調機１４の省エネ制御をより正確に行なうことができる。

次に、本実施形態の空調機制御装置１０の制御動作について、図４を用いて説明する。図４は、空調機制御装置１０の制御動作の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、エネルギ使用量検出部２４によってエネルギ使用量が検出される。このエネルギ使用量には、定格及び運転エネルギ使用量が含まれる。そして、ステップＳ１０２において、室内温度検出部２６によって室内温度が検出される。この室内温度には、定格及び運転室内温度が含まれる。なお、これらのステップの順番は、逆であってもよい。

そして、ステップＳ１０３において、影響度算出部３０により省エネと快適性の影響度が算出され、ステップＳ１０４において、最適運転パターン選定部３２により最適な運転パターンが選定される。そして、ステップＳ１０５において、制御部３４によって、ステップＳ１０４で選定された運転パターンで空調機１４が制御され、この制御動作が終了する。

本実施形態によれば、各運転パターン時のエネルギ使用量と室内温度を全て検出することで、各運転パターンにおける省エネと快適性の影響度を数値化して正確に把握することができる。そして、それらの影響度に基づいて最適な運転パターンを選定することで、快適性を損なうことなく省エネ制御を実現することができる。

また、本実施形態によれば、利用者１６の快適性に配慮した空調機１４の省エネ制御を判断するために必要なデータを、従来から使用される少ない計測器により検出することができるので、この省エネ制御の実施するための導入コストを抑制することができる。

１０ 空調機制御装置、１２ 室内、１４ 空調機、１６ 利用者、１８ 照明、２０ パソコン、２２ 電力計、２４ エネルギ使用量検出部、２６ 室内温度検出部、２８ 温度センサ、３０ 影響度算出部、３２ 最適運転パターン選定部、３４ 制御部。

Claims (5)

1. 室内に設置され、複数の空調機を含む設備機器のエネルギ使用量を検出するエネルギ使用量検出部と、
   室内温度を検出する室内温度検出部と、
   エネルギ使用量検出部により検出されるエネルギ使用量と、室内温度検出部により検出される室内温度とに基づいて、前記複数の空調機を、各空調機の運転状態と停止状態とを組み合わせた複数の運転パターンで動作させた状態における省エネと快適性の影響度を算出する影響度算出部と、
   影響度算出部により算出された影響度と、利用者が許容可能な許容室内温度とに基づいて前記複数の運転パターンから最適な運転パターンを選定する最適運転パターン選定部と、
   最適運転パターン選定部により選定された運転パターンに基づいて空調機を制御する制御部と、
   を有し、
   影響度算出部は、設備機器を定格運転で動作させた状態でエネルギ使用量検出部により検出される定格エネルギ使用量と、その状態で室内温度検出部により検出される定格室内温度と、前記複数の空調機を前記複数の運転パターンで動作させた状態でエネルギ使用量検出部によりそれぞれ検出される運転エネルギ使用量と、その状態で室内温度検出部によりそれぞれ検出される運転室内温度とに基づいて影響度を算出する、
   ことを特徴とする空調機制御装置。
2. 請求項１に記載の空調機制御装置において、
   影響度算出部は、定格エネルギ使用量と所定の運転エネルギ使用量に基づいて、そのときの運転パターンにおける省エネの影響度を算出し、定格室内温度と所定の運転室内温度とに基づいて、そのときの運転パターンにおける快適性の影響度を算出する、
   ことを特徴とする空調機制御装置。
3. 請求項１または２に記載の空調機制御装置において、
   室内温度検出部は、複数の領域の室内温度をそれぞれ検出し、
   室内影響度算出部は、それらの室内温度の平均値、または最大および最小値を用いて影響度を算出する、
   ことを特徴とする空調機制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の空調機制御装置において、
   最適運転パターン選定部は、快適性の影響度が許容室内温度を満たし、かつそのときの省エネの影響度がより高い運転パターンを選定する、
   ことを特徴とする空調機制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の空調機制御装置において、
   影響度算出部は、制御部により制御される空調機の運転パターンでの運転エネルギ使用量と運転室内温度に基づいて影響度を算出してそれを更新する、
   ことを特徴とする空調機制御装置。

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