JP2014231951A - 空調機制御装置、空調機制御システム、空調機制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】快適性に大幅な差異を与えることなく、計画に沿った空調機の運用が可能な空調機制御装置等を提供する。
【解決手段】記憶部１２に空調機の運転スケジュールを消費電力の大きさによって順位付けした運転スケジュールリストを予め記憶する。熱負荷推定部１１３は、レベル０の運転スケジュールで運転したときの熱負荷の推定値を算出し、目標値設定部１１１は、熱負荷の推定値の大きさに応じた空調機の電気料金の日目標値を決定する。レベル０から下位に向かって順に選択した運転スケジュールに基づいて、熱負荷推定部１１３が熱負荷の推定値を算出する。運転スケジュール選択部１１２は推定した熱負荷を除去するように空調機を運転した時の電気料金が初めて日目標値以下となる時の運転スケジュールを選択する。制御信号生成部１１４は、選択した運転スケジュールに基づく制御信号を生成し、空調機２０に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調機の運転を制御する空調機制御装置、空調機制御システム、空調機制御方法及びプログラムに関する。

ビルの運用管理において、設備を計画範囲（目標金額範囲）で運用することは、管理面から非常に重要である。空調設備の運用については、エネルギー削減目標や予算を設定し、消費電力量もしくは金額換算値がその範囲内となるよう空調設備の制御を行うことが一般的に行われている。

例えば、基準年からの目標削減率を1ヶ月単位で決定し、月の目標消費電力量（金額）を当該月の日数で除した値に１日の目標消費電力量（金額）を設定する。そして、１日の目標消費電力量（金額）を超えないように空調機の運転を制御する。

ここで、室内の快適性を損なうことなく、消費電力量が制限値を超えないように空調機の運転を制御するシステムが提案されている（例えば特許文献１）。

特許文献１の空気調和設備の遠隔管理システムにおいて管理装置は、空調機の運転状況を示すデータを取得し、使用電力量が目標値を超過してしまっている場合、快適性が満足されているか否かを診断し、快適性を満足しているのであれば使用電力量を抑制させる制御情報を空調機に送信する。一方、快適性を満足していないときには、使用電力量の超過分をその時点以降の消費電力量の目標値に転嫁して、目標値を低減させる。

特開２０１０−２０３６２８号公報

特許文献１の空気調和設備の遠隔管理システムにおいては、実績値が目標値を超過した場合のみ使用電力量を抑制可能か否かの判定を行うため、実績値が目標値を下回っている間は消費電力量の削減は行われず、効率的なエネルギー削減が行われないという問題があった。また、１ヶ月単位での目標値を用いる場合、例えば、当該月の前半に熱負荷が小さい日が集中し、後半に負荷が大きな日が集中した際、後半は目標達成のために、快適性が悪化した状態が継続してしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、快適性に大幅な差異を与えることなく、計画に沿った空調機の運用が可能な空調機制御装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の空調機制御装置は、空調機に係る複数の運転スケジュールを、消費電力が大きい方を上位として順位付けした運転スケジュールリストを記憶した記憶部と、空調機の消費電力に係る所定期間の期間目標値を設定する期間目標値設定部と、運転スケジュールリストから選択した運転スケジュールで空調機を運転させた場合の所定期間の熱負荷の推定値を算出する熱負荷推定部と、熱負荷の推定値に基づいて空調機を制御させるための運転スケジュールを選択する運転スケジュール選択部と、運転スケジュールに沿った制御信号を生成して空調機に出力する制御信号生成部と、を備える。運転スケジュール選択部は、熱負荷の推定値に基づいて予測した所定期間の消費電力に係る期間予測値が期間目標値を下回る運転スケジュールの中で上位の運転スケジュールを選択する。

本発明によれば、快適性に大幅な差異を与えることなく、計画に沿った空調機の運用が可能となる。

実施の形態１に係る空調機制御システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る運転スケジュールリストの内容を示す図である。 実施の形態１に係る空調機制御処理を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る運転スケジュールリストの内容を示す図である。 実施の形態２に係る空調機制御処理を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る空調機制御システムの構成を示すブロック図である。 空調機の熱負荷と消費電力の関係を示した図である。 熱負荷のレベルの判定方法を説明するための図である。 熱負荷のレベルの判定方法を説明するための図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る空調機制御システム１は、図１に示すように、制御装置１０と、制御装置１０が制御する空調機２０と、から構成される。ここで、図１は空調機２０が１つのみの構成を示しているが、任意の数の空調機２０を備えており、制御装置１０がそれぞれの空調機２０の制御を行っている。空調機は冷房機能又は暖房機能を有する空気調整機である。本実施の形態においては、夏期に冷房運転する場合について説明する。

制御装置１０は、演算処理部１１と記憶部１２を備える。制御装置１０は、操作者がデータ入力するための操作部、データを出力表示する表示部、データの送受信を行う通信部等を更に備えてもよい。

記憶部１２は、例えば、フラッシュメモリ等の読み書き可能な不揮発性半導体メモリやハードディスクドライブ等の磁気記憶装置から構成される。記憶部１２は月目標値リスト１２１、環境情報１２２、運転スケジュールリスト１２３、機器特性データ１２４、電気料金テーブル１２５を記憶する。また、記憶部１２は、演算処理部１１が実行するプログラム等も記憶する。

月目標値リスト１２１は、月ごとの消費電力に係る目標値が記憶されている。本実施の形態では、この目標値は月ごとの電気料金の目標金額である。月目標値リスト１２１は、例えば、予め管理者によって制御装置１０の操作部から入力された値、又は、前年度の実績に対して一定の率を乗じた値等である。

環境情報１２２は、空調機２０が稼働する空間の環境を示す情報であり、例えば、予め管理者によって制御装置１０の操作部から入力された、人や照明やＯＡ機器等の熱源に係るデータ、ビルの断熱特性、窓位置、窓の開口面積等を含む。また、制御装置１０の通信部を用いて定期的に取得する気象予測データや過去の気象データ等の情報を含んでもよい。

運転スケジュールリスト１２３は、月毎に設定されたリストであり、空調機２０の複数の運転スケジュールを消費電力の大きさによって順位付けしてリスト化したものである。運転スケジュールリスト１２３は、予め管理者によって制御装置１０の操作部から入力されて記憶されたものである。図２の例は、夏期の特定の月の運転スケジュールリスト１２３を示しており、消費電力の大きい順に配列した最上位のレベル０から最下位のレベル１０までの運転スケジュールからなる。

各運転スケジュールは、冷暖房等の運転種別、運転開始時刻、運転終了時刻、基準温度の情報を含む。図２は、それらの情報の一部を示している。各運転スケジュールは、さらに省エネルギーを実現する詳細な設定情報を含んでもよく、例えば、夏期の冷房運転時において、昼休みや、熱負荷の小さい時間帯は、目標温度を通常より高くする設定等が含まれる。

最上位のレベル０の運転スケジュールが基本運転スケジュールであり、レベル１〜１０の順で少しずつ消費電力が小さくなるように設定されている。例えば、レベル０の基本運転スケジュールは基準温度２６℃を目標室温とする冷房運転である。レベル１は３０分のうち３分間のみ基本運転スケジュールの基準温度に対して１℃上げた運転である。レベル２は３０分のうち６分間のみ１℃上げた運転である。レベル３は３０分のうち３分間運転停止し、レベル４は３０分のうち６分間運転停止する運転である。レベル５は基本運転スケジュールの基準温度を１℃上げた２７℃を目標室温とする冷房運転である。レベル６は基準温度２７℃に対し、３０分のうち３分間のみ１℃上げた運転である。

なお、最も消費電力が小さくなる最下位のレベルの運転スケジュールで運転しても一定以上の快適性が確保できるように、運転スケジュールリスト１２３が構成されていることが望ましい。図２の例であれば、レベル１０の運転スケジュールの基準温度が冷房時で２８℃になるように設定する。

機器特性データ１２４は、空調機の出力能力毎に必要な入力電力を示したデータであり、例えば空調機のカタログ値が含まれる。電気料金テーブル１２５は、電力会社との契約に基づくものであり、時間帯毎の消費電力に対する電気料金を示したデータである。

演算処理部１１はＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）等から構成され、記憶部１２に記憶されている各種プログラムを実行することにより、空調機制御機能等を実現する。演算処理部１１は、空調機制御機能を実現するために、目標値設定部１１１、運転スケジュール選択部１１２、熱負荷推定部１１３、制御信号生成部１１４の各機能部から構成される。

目標値設定部１１１は、１月の電気料金の目標金額である月目標値リスト１２１の月目標値を当月の日数で除算して、１日の電気料金の目標金額を算出する。そして、算出した目標金額に対して、熱負荷推定部１１３が推定した熱負荷の大きさに応じた係数を乗算して得られた値を日目標値として決定し、運転スケジュール選択部１１２に出力する。

運転スケジュール選択部１１２は、レベル０の基本運転スケジュールから下位に向かって順に運転スケジュールを仮選択し、仮選択した運転スケジュールの内容を読込み熱負荷推定部１１３に出力する。また、運転スケジュール選択部１１２は、熱負荷推定部１１３から入力される熱負荷の推定値に基づいて空調機の消費電力を算出し、それに基づいて１日の電気料金を予測する。電気料金の予測は、記憶部に記憶されている機器特性データ１２４や電気料金テーブル１２５等のデータを参照して行う。この予測した電気料金と目標値設定部１１１から入力された日目標値とを比較した結果に基づいて、運転スケジュールリスト１２３から１つの運転スケジュールを最終選択し、制御信号生成部１１４に出力する。

熱負荷推定部１１３は、運転スケジュール選択部１１２から入力される運転スケジュールの目標室温にするための熱負荷を、所定時間毎に記憶部１２に記憶されている環境情報１２２から算出する。熱負荷を算出する期間は、５分、１０分、３０分、１時間などが好適である。

熱負荷の算出は任意の既知の方法で行う。既存の熱負荷計算プログラムを利用しても良い。例えば、環境情報１２２に含まれる人や照明やＯＡ機器等の熱源に係るデータや、ビルの断熱特性、窓位置、窓の開口面積、外気温の予測データ等から、人等の熱源からの発熱、建物外壁からの熱移動、窓からの日射、取り入れ外気による顕熱負荷を求める。また、人体や取り入れ外気等による水蒸気の出入りに起因する潜熱負荷を求める。そして、顕熱負荷と潜熱負荷の合計を熱負荷として算出する。

制御信号生成部１１４は、運転スケジュール選択部１１２が選択した運転スケジュールに基づいて、空調機２０に対する制御信号を生成し、空調機２０に出力する。例えば、制御信号生成部１１４は、選択された運転スケジュールに則ったタイミングで、目標室温の変更や運転又は停止を指示する信号を含む制御信号を生成し、出力する。

以上のように構成された空調機制御システム１の動作について説明する。

制御装置１０の演算処理部１１が、記憶部１２に記憶されている空調機制御処理のプログラムを実行することにより、月目標値リスト１２１、環境情報１２２、運転スケジュールリスト１２３、機器特性データ１２４、電気料金テーブル１２５に基づいて、日目標値の決定、熱負荷の推定、運転スケジュールの選択、制御信号の生成を行い、空調機２０に対して制御信号を出力する。空調機２０は、制御装置１０から入力された制御信号に基づいて、空調運転を行う。

演算処理部１１が実行する空調機制御処理について、図３に示すフローチャートに沿って詳細に説明する。

まず、目標値設定部１１１が、記憶部１２の月目標値リスト１２１から当月の月目標値を取得する（ステップＳ１０１）。取得した月目標値を当月の日数で除算し、日の目標値を決定する（ステップＳ１０２）。

次に、運転スケジュール選択部１１２は、運転スケジュールのレベルｘを０としてから（ステップＳ１０３）、レベルｘ（ｘ＝０）の運転スケジュールを記憶部１２から取得する（ステップＳ１０４）。そして、取得した運転スケジュールを熱負荷推定部１１３に出力する。

熱負荷推定部１１３は、運転スケジュール選択部１１２から入力された運転スケジュールの目標室温にするための熱負荷の推定値を、所定時間毎に、記憶部１２から読み込む環境情報１２２に基づいて算出する（ステップＳ１０５）。熱負荷を算出する期間は、例えば、５分、１０分、３０分、１時間である。熱負荷推定部１１３は、算出した熱負荷を目標値設定部１１１と運転スケジュール選択部１１２に出力する。

目標値設定部１１１は、熱負荷推定部１１３から入力された熱負荷のデータから当日の熱負荷の大小を示す熱負荷レベルを判定する（ステップＳ１０６）。ここでは、熱負荷の大きさに応じて大、中、小の３段階の判定レベルに分ける。熱負荷レベルの分類方法は任意の方法でよい。例えば、予め閾値を設定しておき、その閾値を境に熱負荷レベルを分けるようにしてもよい。

その後、目標値設定部１１１は、判定した当日の熱負荷レベルに応じてステップＳ１０２で決定した日目標値Ｔｄに所定の率βを乗じる（ステップＳ１０７）。例えば、ステップＳ１０６で熱負荷レベル大と判定した場合のβは１．１、熱負荷レベル中と判定した場合のβは１、熱負荷レベル小と判定した場合のβは０．９とする。このようにして再決定した日目標値Ｔｄを運転スケジュール選択部１１２に出力する。

運転スケジュール選択部１１２は、熱負荷推定部１１３から入力された熱負荷のデータに基づいて、その熱負荷を除去するために必要な空調機２０の運転電力（消費電力）を記憶部１２に記憶されている機器特性データ１２４を参照して求める。そして、記憶部１２に記憶されている電気料金テーブル１２５を参照して、時間帯毎の運転電力から時間帯毎の電気料金を算出し、１日の合計金額を導出する（ステップＳ１０８）。そして、１日の電気料金の合計額がステップＳ１０７で決定した目標値Ｔｄ以下であるか判定する（ステップＳ１０９）。

１日の電気料金が目標値Ｔｄ以下であった場合には（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、運転スケジュール選択部１１２は、レベルｘ（ｘ＝０）の運転スケジュールを選択し制御信号生成部１１４に出力する（ステップＳ１１０）。

１日の電気料金が目標値Ｔｄを超えている場合には（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、最初はｘ＝０でありｘ＝１０でないため（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、ｘを１増やし（ステップＳ１１２）、運転スケジュール選択部１１２はレベルｘの運転プログラムを記憶部１２より取得して熱負荷推定部１１３に出力する（ステップＳ１１３）。

熱負荷推定部１１３は、運転スケジュール選択部１１２から入力された運転スケジュールの目標室温にするための熱負荷を、所定時間毎に、記憶部１２から読み込む環境情報１２２に基づいて再度算出する（ステップＳ１１４）。熱負荷推定部１１３は、再算出した熱負荷を運転スケジュール選択部１１２に出力する。

その後、ステップＳ１０８に戻り、運転スケジュール選択部１１２は、熱負荷推定部１１３から入力された熱負荷のデータに基づいて、時間帯毎の電気料金を算出し、１日の電気料金を求める（ステップＳ１０８）。

ここで、ステップＳ１１４で熱負荷を再算出しているが、再算出した熱負荷を元にステップＳ１０７のような目標値Ｔｄの変更は行わない。レベルを変えた運転スケジュールを選択した場合にも熱負荷レベルに応じて係数βを乗じると、さらに目標金額が少なく設定される可能性があり、必要以上に熱負荷を下げる運転スケジュールを選択することとなる。よって、本実施の形態では、目標値Ｔｄは、基準となる運転を行った場合、例えばレベル０の運転スケジュールにて運転を行った場合の負荷を基に設定する。

ステップＳ１０８で再算出した１日の電気料金が目標値Ｔｄ以下であるか判定し、電気料金が目標値Ｔｄ以下であった場合には（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、運転スケジュール選択部１１２は、レベルｘの運転スケジュールを選択し制御信号生成部１１４に出力する（ステップＳ１１０）。

１日の電気料金が目標値Ｔｄを超えている場合には（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、ｘ＝１０でないことを確認した上で（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、ｘを１増やし（ステップＳ１１２）、運転スケジュール選択部１１２はレベルｘの運転スケジュールを記憶部１２より取得して熱負荷推定部１１３に出力する（ステップＳ１１３）。そして、熱負荷推定部１１３が熱負荷を再算出する（ステップＳ１１４）。

このようにして、ｘ＝１０とならない限り、ステップＳ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１１〜Ｓ１１４を１日の電気料金が目標値Ｔｄ以下となるまで繰り返す。下位のレベルの運転スケジュールを選択した方が熱負荷は小さくなっているため、電気料金も低くなる。上記ステップにより運転スケジュール選択部１１２は１日の電気料金が目標値Ｔｄ以下となったレベルの運転スケジュールを選択し制御信号生成部１１４に出力する。

一方、１日の電気料金が目標値Ｔｄ以下となることなくステップＳ１１０でｘ＝１０となった場合は（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、レベル１０の運転スケジュールを選択し（ステップＳ１１５）、制御信号生成部１１４に出力する。

制御信号生成部１１４は、ステップＳ１１０又はＳ１１５で運転スケジュール選択部１１２から入力された運転スケジュールに基づいて、空調機２０に対する制御信号を生成し、空調機２０に出力する（ステップＳ１１６）。例えば、制御信号生成部１１４は、選択された運転スケジュールに則ったタイミングで、目標室温の変更や運転又は停止を指示する信号を含む信号を生成し、出力する。その後、処理を終了する。

上記の空調機制御処理を実行することにより、制御装置１０は、推定される熱負荷によって差を持たせた日目標値を設定する。そして、予測される電気料金が日目標値を初めて下回る運転スケジュール、つまり、予測される電気料金が日目標値を下回る運転スケジュールの中で最上位のレベルの運転スケジュールを選択する。いずれのレベルの運転スケジュールでも予測される電気料金が日目標値を下回らない場合は、最下位のレベル１０の運転スケジュールを選択する。

仮に、熱負荷によらず日目標値を一定とする制御を行った場合には、熱負荷レベルが小の場合には、レベル０のプログラムで運転するが、熱負荷レベルが大のときには、レベル６以上の運転になることもあり、快適性に大きな差が発生する。これに対し、本実施の形態のように熱負荷に応じて日目標値に差を持たせた場合には、熱負荷レベルが大の場合であっても、例えば、レベル２〜４の範囲での運転が可能になり、快適性の差を小さくすることが可能になる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、記憶部１２に予め記憶しておいた運転スケジュールリスト１２３のうち、レベル０の運転スケジュールで運転したときの熱負荷を推定し、推定した熱負荷の大きさによって日目標値を決定し、レベルを０から順に下位に向かって仮選択した運転スケジュールに基づいて熱負荷を推定し、推定した熱負荷を除去するように空調機を運転した時の電気料金が初めて日目標値以下となる時の運転スケジュールを選択し、選択した運転スケジュールで運転するような制御信号を生成し、空調機２０に出力することとした。これにより、電気料金が日目標値以下となる範囲内で最も高い快適性を保つことのできる空調運転が可能となる。

また、予想される熱負荷の大小により、日目標値に差を持たせて、日目標値に合致した運転スケジュールを選択するため、日によって熱負荷の大小があっても、快適性を一定以上に保つことができる。例えば、夏期に、涼しい日（熱負荷が小さい日）は、快適性を損なわない範囲で電気料金を削減でき、暑い日（熱負荷が大きい日）には、緩和された目標値で運転するため、必要以上に快適性を悪化することがなく、室内にいる人に我慢を強いるといったことがなくなる。

さらに、熱負荷の推定に用いる環境情報１２２には、気象予報の情報等も含むため、気象予報なども加味した熱負荷を推定し、その熱負荷に基づいて日目標値をより適切に設定することができ、より快適な空調運転が可能になる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２における空調機制御システム１の全体構成は、実施の形態１の構成と同じである。記憶部１２に記憶する運転スケジュールリスト２２３の内容と演算処理部１１が実行する空調機制御処理の内容が、実施の形態１と異なるため、これらについて図４、５を用いて詳細に説明する。

本実施の形態に係る運転スケジュールリスト２２３も実施の形態１の運転スケジュールリスト１２３と同様に、月毎に設定されたリストであり、空調機２０の複数の運転スケジュールを消費電力の大きさによって順位付けしてリスト化したものである。図４の例は、夏期の特定の月の運転スケジュールリスト２２３を示しており、消費電力の大きい順に配列した最上位のレベル０から最下位の１０までの運転スケジュールからなる。

運転スケジュールリスト２２３の各運転スケジュールは、実施の形態１の運転スケジュールリスト１２３と同様に冷暖房等の運転種別、運転開始時刻、終了時刻、基準温度等の情報を含む。運転スケジュールリスト２２３は、これに加えて、運転スケジュール選択部１１２が選択を開始する選択開始熱負荷のレベルの情報を含む。

制御装置１０の演算処理部１１が、記憶部１２に記憶されている空調機制御処理のプログラムを実行することにより、月目標値リスト１２１、環境情報１２２、運転スケジュールリスト２２３、機器特性データ１２４、電気料金テーブル１２５に基づいて、日目標値の決定、熱負荷の推定、運転スケジュールの選択、制御信号の生成を行い、空調機２０に対して制御信号を出力する。空調機２０は、制御装置１０から入力された制御信号に基づいて、空調運転を行う。

演算処理部１１が実行する空調機制御処理について、図５に示すフローチャートに沿って詳細に説明する。

まず、目標値設定部１１１が、記憶部１２の月目標値リスト１２１から当月の月目標値を取得する（ステップＳ２０１）。取得した月目標値を当月の日数で除算し、日の目標値を決定する（ステップＳ２０２）。

次に、運転スケジュール選択部１１２は、運転スケジュールのレベルｘを０としてから（ステップＳ２０３）、レベルｘ（ｘ＝０）の運転スケジュールを記憶部１２から取得する（ステップＳ２０４）。そして、取得した運転スケジュールを熱負荷推定部１１３に出力する。

熱負荷推定部１１３は、運転スケジュール選択部１１２から入力された運転スケジュールの目標室温にするための熱負荷の推定値を、所定時間毎に、記憶部１２から読み込む環境情報１２２に基づいて算出する（ステップＳ２０５）。熱負荷を算出する期間は、例えば、５分、１０分、３０分、１時間である。熱負荷推定部１１３は、算出した熱負荷を運転スケジュール選択部１１２に出力する。

運転スケジュール選択部１１２は、熱負荷推定部１１３から入力された熱負荷のデータから当日の熱負荷の大小を示す熱負荷レベルを判定する（ステップＳ２０６）。ここでは、熱負荷の大きさに応じて大、中、小の３段階の判定レベルにわける。

その後、運転スケジュール選択部１１２は、運転スケジュールリスト２２３の選択開始熱負荷レベルを参照し、ステップＳ２０６で判定した熱負荷レベルに対応する運転スケジュールのレベルｘを選択する（ステップＳ２０７）。図４の例の場合、ステップＳ２０６で熱負荷レベル大と判定した場合はレベル０を選択し、熱負荷レベル中と判定した場合はレベル２を選択し、熱負荷レベル小と判定した場合はレベル４を選択する。

運転スケジュール選択部１１２はステップＳ２０７で選択したレベルｘの運転プログラムを記憶部１２より取得して熱負荷推定部１１３に出力する（ステップＳ２０８）。

熱負荷推定部１１３は、運転スケジュール選択部１１２から入力された運転スケジュールの目標室温にするための熱負荷を、所定時間毎に、記憶部１２から読み込む環境情報１２２に基づいて再度算出する（ステップＳ２０９）。熱負荷推定部１１３は、再算出した熱負荷を運転スケジュール選択部１１２に出力する。

運転スケジュール選択部１１２は、熱負荷推定部１１３から入力された熱負荷のデータに基づいて、その熱負荷を除去するために必要な空調機２０の運転電力（消費電力）を記憶部１２に記憶されている機器特性データ１２４を参照して求める。そして、記憶部１２に記憶されている電気料金テーブル１２５を参照して、時間帯毎の運転電力から時間帯毎の電気料金を算出し、１日の合計金額を導出する（ステップＳ２１０）。そして、１日の電気料金の合計額が目標値Ｔｄ以下であるか判定する（ステップＳ２１１）。

１日の電気料金が目標値Ｔｄ以下であった場合には（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、運転スケジュール選択部１１２は、レベルｘの運転スケジュールを選択し制御信号生成部１１４に出力する（ステップＳ２１２）。

１日の電気料金が目標値Ｔｄを超えている場合には（ステップＳ２１１：Ｎｏ）、最初はｘ＝０、２、４でありｘ＝１０でないため（ステップＳ２１３：Ｎｏ）、ｘを１増やし（ステップＳ２１４）、運転スケジュール選択部１１２はレベルｘの運転プログラムを記憶部１２より取得して熱負荷推定部１１３に出力する（ステップＳ２１５）。

熱負荷推定部１１３は、運転スケジュール選択部１１２から入力された運転スケジュールの目標室温にするための熱負荷の推定値を、所定時間毎に、記憶部１２から読み込む環境情報１２２に基づいて再度算出する（ステップＳ２１６）。熱負荷推定部１１３は、再算出した熱負荷を運転スケジュール選択部１１２に出力する。

その後、ステップＳ２１０に戻り、運転スケジュール選択部１１２は、熱負荷推定部１１３から入力された熱負荷のデータに基づいて、時間帯毎の電気料金を算出する（ステップＳ２１０）。算出した電気料金の１日の合計額が目標値Ｔｄ以下であるか判定し、電気料金が目標値Ｔｄ以下であった場合には（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、運転スケジュール選択部１１２は、レベルｘの運転スケジュールを選択し制御信号生成部１１４に出力する（ステップＳ２１２）。

１日の電気料金が目標値Ｔｄを超えている場合には（ステップＳ２１１：Ｎｏ）、ｘ＝１０でないことを確認した上で（ステップＳ２１３：Ｎｏ）、ｘを１増やし（ステップＳ２１４）、運転スケジュール選択部１１２はレベルｘの運転スケジュールを記憶部１２より取得して熱負荷推定部１１３に出力する（ステップＳ２１５）。

このようにして、ｘ＝１０とならない限り、ステップＳ２１０、Ｓ１１１、Ｓ２１３〜Ｓ２１６を１日の電気料金が目標値Ｔｄ以下となるまで繰り返す。レベルが下位の運転スケジュールを選択した方が熱負荷は小さくなっているため、電気料金も低くなる。上記ステップにより運転スケジュール選択部１１２は１日の電気料金が初めて目標値Ｔｄ以下となったレベルの運転スケジュールを選択し制御信号生成部１１４に出力する。

一方、電気料金が目標値Ｔｄ以下となることなくステップＳ２１３でｘ＝１０となった場合は（ステップＳ２１３：Ｙｅｓ）、レベル１０の運転スケジュールを選択し（ステップＳ２１７）、制御信号生成部１１４に出力する。

制御信号生成部１１４は、ステップＳ２１２又はステップＳ２１７で運転スケジュール選択部１１２から入力された運転スケジュールに基づいて、空調機２０に対する制御信号を生成し、空調機２０に出力する（ステップＳ２１８）。例えば、制御信号生成部１１４は、選択された運転スケジュールに則ったタイミングで、目標温度の変更や運転又は停止を示す信号を含む信号を生成し、出力する。

上記の空調機制御処理を実行することにより、推定される熱負荷の判定レベルによって、選択開始する運転スケジュールを設定し、予測される電気料金が日目標値を初めて下回る運転スケジュールを選択する。換言すると、推定される熱負荷の判定レベルによって、選択可能な運転スケジュールの上限の順位を設定し、予測される電気料金が日目標値を下回る運転スケジュールの中で、上限の順位以下で最上位のレベルの運転スケジュールを選択する。いずれのレベルの運転スケジュールでも予測される電気料金が日目標値を下回らない場合は、最下位のレベル１０の運転スケジュールを選択する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、記憶部１２に予め記憶しておいた運転スケジュールリスト２２３のうち、レベル０の運転スケジュールで運転したときの熱負荷を推定し、推定した熱負荷の大きさによって選択開始する運転スケジュールを決定し、その選択開始レベルから順にレベルを下位に向かって選択した運転スケジュールに基づいて熱負荷を推定し、推定した熱負荷を除去するように空調機を運転した時の電気料金が初めて日目標値以下となる時の運転スケジュールを選択し、選択した運転スケジュールで運転するような制御信号を生成し、空調機２０に出力することとした。これにより、予想される熱負荷の大小により、選択可能な上限の順位の運転スケジュールを変えるため、快適性の変動が少なく消費電力量を抑制する空調機の運用が可能となる。つまり、熱負荷の小さい日はより消費電力が小さくなる運転スケジュールを選択し、熱負荷が大きい日は消費電力を大きくして快適性を保つ運転スケジュールを選択することとなる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る空調機制御システム３は、図６に示すように、制御装置３０と、制御装置３０が制御する空調機２３と、から構成される。ここで、図６は空調機２３が１つのみの構成を示しているが、任意の数の空調機２３を備えており、制御装置３０がそれぞれの空調機２３の制御を行っている。空調機は冷房機能又は暖房機能を有する空気調整機である。本実施の形態においては、夏期などに冷房運転する場合について説明する。

制御装置３０は、演算処理部３１と記憶部１２を備える。記憶部１２は、実施の形態１と同様に、月目標値リスト１２１、環境情報１２２、運転スケジュールリスト１２３、機器特性データ１２４、電気料金テーブル１２５と、演算処理部３１が実行するプログラム等を記憶している。

この中で機器特性データ１２４は、実施の形態１と同様の、空調機の出力能力毎に必要な入力電力等を示したカタログ値に加え、演算処理部３１が空調機２３から取得した実績データを含んでいる。

演算処理部３１は、実施の形態１と同様の、目標値設定部１１１、運転スケジュール選択部１１２、熱負荷推定部１１３、制御信号生成部１１４に加えて、運転実績取得部３１５を備えている。

演算処理部３１は、実施の形態１、２と同様の空調機制御処理を実行する。この空調機制御処理と並行して、演算処理部３１の運転実績取得部３１５は、空調機制御処理により制御信号生成部１１４が生成した制御信号に基づいて空調機２３を運転させたときの消費電力を取得する。その制御信号を生成する基礎となった運転スケジュールに基づいて算出した熱負荷の推定値と関連付けて、取得した消費電力を記憶部１２に記憶する。

例えば、運転実績取得部３１５が取得した消費電力の実績値と熱負荷の推定値との関係と、出力能力と消費電力のカタログ値の関係と、を比較する。ここで、空調機の出力能力は、空調機が目標温度で運転するときの熱負荷に相当する。図７に示すように、実績値とカタログ値のずれが所定値以上であった場合には、実績値に対して最小二乗法等で求めた関係式を記憶部１２に機器特性データ１２４の実績データとして記憶する。この実績データは外気温や空調負荷の大きさに応じて区分した範囲毎に求めてもよい。

運転スケジュール選択部１１２が図３のステップＳ１０８や図５のステップＳ２１０で電気料金を算出する際は、機器特性データ１２４として、最新の実績データを用いる。

また、運転実績取得部３１５は、空調機から取得した消費電力から１日の消費電力量の累計値Ｃｄを求める。目標値設定部１１１は、図３のステップＳ１０２や図５のステップＳ２０２において、前日の日目標値Ｔｄと累計値Ｃｄとの差を求め、Ｔｄ＜Ｃｄの場合は、（Ｃｄ−Ｔｄ）を残りの日数で除算した値を、当該日の日目標値から差し引いた値を新たな日目標値Ｔｄとして設定する。一方、Ｔｄ＞Ｃｄの場合は、余剰分（Ｔｄ−Ｃｄ）を月の残りの日数で除算した値を、当該日の日目標値に加算した値を新たな日目標値Ｔｄとして設定する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、運転実績取得部３１５が空調機２３より取得した消費電力の実績値に基づいて、消費電力と熱負荷の推定値との関係を求め、その結果を用いて運転スケジュール選択部１１２が電気料金を算出することとした。また、前日の消費電力の累計値と日目標値の差分を月の残りの日数で除算した値を当該日の日目標値に加算又は減算することとした。これにより、予想される電気料金の算出をより正確にできると共に、快適性及び省エネルギー性を考慮した適切な目標設定が可能となる。

このように本発明は、空調機に係る複数の運転スケジュールを、消費電力が大きい方を上位として順位付けした運転スケジュールリストを記憶部に記憶しておき、運転スケジュールリストから選択した運転スケジュールで空調機を運転させた場合の所定期間の熱負荷の推定値を算出し、熱負荷の推定値に基づいて予測した所定期間の消費電力に係る期間予測値が期間目標値を下回る運転スケジュールの中で上位の運転スケジュールを選択し、選択した運転スケジュールに沿った制御信号を生成して空調機に出力することとした。これにより、快適性に大幅な差異を与えることなく、計画に沿った空調機の運用が可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、上記実施の形態においては、目標値設定部１１１が、レベル０の運転スケジュールに基づいて熱負荷推定部１１３が算出した熱負荷の推定値に基づいて、熱負荷の大きさに応じて大、中、小の３段階の判定レベルに分けたが、判定レベルは任意数の段階に分けてもよい。

また、熱負荷の大きさに応じた判定レベルの分類方法は、予め閾値を設定しておき、その閾値を境に判定レベルを分ける例を挙げたが、その他にも次のような方法であってもよい。

第１の方法として、当月の１ヶ月の気象予報データを含む環境情報１２２に基づいて、当月の平均熱負荷Ｑｍを算出し、当日の熱負荷とＱｍとの比率に応じて分類してもよい。例えば、図８に示すように、当日の（Ｑｍ×９０％）未満の場合は熱負荷レベルが小であると判定し、（Ｑｍ×９０％）以上（Ｑｍ×１１０％）未満の場合は熱負荷レベルが中であると判定し、（Ｑｍ×１１０％）以上の場合は熱負荷レベルが大であると判定する。これにより、気象予報データ等に基づいた適切な熱負荷レベルの判定が可能となり、より快適な空調運転が可能になる。

第２の方法として、１ヶ月の中でも気温差（熱負荷の差）が大きな３月、９月などは、上旬、中旬、下旬などの期間で負荷判定を行う。図９は、９月の例である。９月上旬は熱負荷レベルが大、中旬は熱負荷レベルが中、下旬は熱負荷レベルが小と判定する。この場合には、負荷判断基準は日付となる。熱負荷レベルを切り替える日付は、図９に示すように、過去数年間の気象実績から決定することが好ましい。これにより、日付のみで熱負荷レベルの判定が可能となり、熱負荷算出の処理を省略することができる。

また、上記実施の形態１において、目標値の設定は、熱負荷の推定値の大、中、小の判定レベルに対応して目標値に予め定めた係数を乗算したが、熱負荷の推定値に比例する係数を乗算するようにしてもよい。

また、上記実施の形態において、熱負荷の推定値から電気料金を予測し、初めて目標値を下回る運転スケジュールを選択するようにした。これは、予測される電気料金が目標値を下回る運転スケジュールの中で最上位の運転スケジュールを選択したこととなる。しかし、必ずしも最上位である必要はない。より高いエネルギー削減量を実現するために、最上位から予め定めたレベル数だけ下位の運転スケジュールを選択するようにしてもよい。

また、熱負荷レベルを判定する元となる運転スケジュールを最上位のレベル０の運転スケジュールを基本運転スケジュールとして用いたが、熱負荷レベルを適切に分類できれば、基本運転スケジュールは他のレベルの運転スケジュールでもよい。例えば、最下位の運転スケジュールを基本運転スケジュールとしてもよい。

また、上記実施の形態において、下記の冷房運転の例について説明したが、運転スケジュールリスト１２３、２２３を適切に設定し、熱負荷推定部１１３が暖房用の熱負荷の推定値の算出をすることで、暖房運転も同様に制御できる。

また、目標値設定部が設定する目標値が１日の電気料金の場合について説明したが、他の期間の電気料金でもよいし、消費電力に係る他の値でもよい。例えば、半日、１日、１週間等の所定期間の消費電力量であってもよい。この場合、運転スケジュール選択部１１２が算出する電気料金に代えて、所定期間の消費電力量を算出し、目標値と比較することとなる。

また、上記実施の形態の演算処理部１１、３１が実行した空調機制御処理のプログラムを、既存のサーバ等の情報端末に適用することで、当該情報端末を本発明に係る制御装置１０、３０として機能させることも可能である。

このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、携帯電話網やインターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。

１，３ 空調機制御システム、１０，３０ 制御装置、２０，２３ 空調機、１１，３１ 演算処理部、１１１ 目標値設定部、１１２ 運転スケジュール選択部、１１３ 熱負荷推定部、１１４ 制御信号生成部、１２ 記憶部、１２１ 月目標値リスト、１２２ 環境情報、１２３，２２３ 運転スケジュールリスト、１２４ 機器特性データ、１２５ 電気料金テーブル、３１５ 運転実績取得部

上記目的を達成するため、本発明の空調機制御装置は、空調機の目標温度の情報を含む複数の運転スケジュールを、消費電力が大きい方を上位として順位付けした運転スケジュールリストを記憶した記憶部と、空調機の消費電力に係る一定期間の期間目標値を設定する期間目標値設定部と、運転スケジュールリストから選択した運転スケジュールで空調機を運転させて前記目標温度にするための一定期間の熱負荷の推定値を算出する熱負荷推定部と、熱負荷の推定値に基づいて空調機を制御させるための運転スケジュールを選択する運転スケジュール選択部と、運転スケジュールに沿った制御信号を生成して空調機に出力する制御信号生成部と、を備える。運転スケジュール選択部は、熱負荷の推定値に基づいて予測した一定期間の消費電力に係る期間予測値が期間目標値を下回る運転スケジュールの中で上位の運転スケジュールを選択する。

Claims (12)

1. 空調機に係る複数の運転スケジュールを、消費電力が大きい方を上位として順位付けした運転スケジュールリストを記憶した記憶部と、
   前記空調機の消費電力に係る所定期間の期間目標値を設定する期間目標値設定部と、
   前記運転スケジュールリストから選択した運転スケジュールで前記空調機を運転させた場合の前記所定期間の熱負荷の推定値を算出する熱負荷推定部と、
   前記熱負荷の推定値に基づいて予測した前記所定期間の消費電力に係る期間予測値が前記期間目標値を下回る運転スケジュールの中で上位の運転スケジュールを選択する運転スケジュール選択部と、
   前記運転スケジュール選択部が選択した運転スケジュールに沿った制御信号を生成して前記空調機に出力する制御信号生成部と、を備える、
   空調機制御装置。
2. 前記期間目標値設定部は、前記運転スケジュールリストの中の予め定めた基本運転スケジュールに基づいて前記熱負荷推定部が算出した前記熱負荷の推定値の範囲に対応した前記期間目標値を設定し、
   前記熱負荷の推定値が大きい範囲に対応する前記期間目標値の方が、小さい範囲に対応する前記期間目標値よりも高くなるように設定する、
   請求項１に記載の空調機制御装置。
3. 前記運転スケジュール選択部は、最上位の運転スケジュールから順に下位に向かって運転スケジュールを仮選択し、
   前記熱負荷推定部は、前記運転スケジュールリストが仮選択した運転スケジュールで前記空調機を運転させた場合の前記所定期間の熱負荷の推定値を算出し、
   前記熱負荷の推定値に基づく前記期間予測値が前記期間目標値を下回るまで、前記運転スケジュールの仮選択と前記熱負荷の推定値の算出を繰り返し、
   前記運転スケジュール選択部は、前記期間予測値が初めて前記期間目標値を下回った時の運転スケジュールを最終的に選択し、
   制御信号生成部は、前記運転スケジュール選択部が最終的に選択した運転スケジュールに沿った制御信号を生成して前記空調機に出力する、
   請求項１又は２に記載の空調機制御装置。
4. 前記運転スケジュール選択部は、前記運転スケジュールリストの中の予め定めた基本運転スケジュールに基づいて前記熱負荷推定部が算出した前記熱負荷の推定値の範囲に対応して運転スケジュールの上限の順位を設定し、前記期間予測値が前記期間目標値を下回る運転スケジュールの中で、前記上限の順位以下で最上位の運転スケジュールを選択し、
   前記熱負荷の推定値が大きい範囲に対応する前記上限の順位の方が、小さい範囲に対応する前記上限の順位よりも上位である、
   請求項１に記載の空調機制御装置。
5. 前記運転スケジュール選択部は、前記上限の順位の運転スケジュールから順に下位に向かって運転スケジュールを仮選択し、
   前記熱負荷推定部は、前記運転スケジュールリストが仮選択した運転スケジュールで前記空調機を運転させた場合の前記所定期間の熱負荷の推定値を算出し、
   前記熱負荷の推定値に基づく前記期間予測値が前記期間目標値を下回るまで、前記運転スケジュールの仮選択と前記熱負荷の推定値の算出を繰り返し、
   前記運転スケジュール選択部は、前記期間予測値が初めて前記期間目標値を下回った時の運転スケジュールを最終的に選択し、
   制御信号生成部は、前記運転スケジュール選択部が最終的に選択した運転スケジュールに沿った制御信号を生成して前記空調機に出力する、
   請求項４に記載の空調機制御装置。
6. 前記記憶部は、気象予測データ、過去の気象実績データ、前記空調機が稼働する空間の熱源に係るデータ、ビルの断熱データ、窓位置、窓開口面積の少なくともいずれか１つを含む環境情報を記憶し、
   前記熱負荷推定部は、前記運転スケジュール選択部が選択した運転スケジュールと、前記環境情報に基づいて、前記所定期間の熱負荷の推定値を算出する、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空調機制御装置。
7. 前記空調機の消費電力の実績データを取得し、前記記憶部に記憶する実績データ取得部を更に備え、
   前記運転スケジュール選択部は、前記実績データを取得したときの前記空調機の運転に係る前記運転スケジュールに基づいて算出した前記熱負荷の推定値と、前記記憶部に記憶されている前記実績データの消費電力の値との関係を示す情報に基づいて、前記所定期間の消費電力に係る前記期間予測値を算出する、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空調機制御装置。
8. 前記期間目標値及び前記期間予測値は１日の消費電力量に係る値である、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の空調機制御装置。
9. 前記期間目標値及び前記期間予測値は１日の電気料金に係る値である、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の空調機制御装置。
10. 空調機と、前記空調機を制御する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の空調機制御装置を備えた、
    空調機制御システム。
11. 空調機を制御する制御装置が行う空調機制御方法であって、
    前記空調機に係る複数の運転スケジュールを、消費電力が大きい方を上位として順位付けした運転スケジュールリストを記憶する記憶ステップと、
    前記空調機の消費電力に係る所定期間の期間目標値を設定する期間目標値設定ステップと、
    前記運転スケジュールリストから選択した運転スケジュールで前記空調機を運転させた場合の前記所定期間の熱負荷の推定値を算出する熱負荷推定ステップと、
    前記熱負荷の推定値に基づいて予測した前記所定期間の消費電力に係る期間予測値が前記期間目標値を下回る運転スケジュールの中で上位の運転スケジュールを選択する運転スケジュール選択ステップと、
    前記運転スケジュール選択ステップで選択した運転スケジュールに沿った制御信号を生成して前記空調機に出力する制御信号生成ステップと、を有する、
    空調機制御方法。
12. コンピュータを、
    空調機に係る複数の運転スケジュールを、消費電力が大きい方を上位として順位付けした運転スケジュールリストを記憶する記憶部、
    前記空調機の消費電力に係る所定期間の期間目標値を設定する期間目標値設定部、
    前記運転スケジュールリストから選択した運転スケジュールで前記空調機を運転させた場合の前記所定期間の熱負荷の推定値を算出する熱負荷推定部、
    前記熱負荷の推定値に基づいて予測した前記所定期間の消費電力に係る期間予測値が前記期間目標値を下回る運転スケジュールの中で上位の運転スケジュールを選択する運転スケジュール選択部、
    前記運転スケジュール選択部が選択した運転スケジュールに沿った制御信号を生成して前記空調機に出力する制御信号生成部、
    として機能させるプログラム。

Images