JP2021152416A

JP2021152416A - 空調制御装置、空調制御方法、及び空調制御システム

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Publication number: JP2021152416A
Application number: JP2018108847A
Authority: JP
Inventors: 昌江澤田; Masae Sawada; 美緒元谷; Mio Mototani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2021-09-30
Also published as: WO2019235109A1

Abstract

【課題】建物に設置された空調機と送風機とを制御する空調制御装置において、目的の位置における快適性を保ちつつ、空調機と送風機との相互作用を考慮した合計の消費電力を削減するような空調機及び送風機の運転状態を適切に設定する空調制御装置を得る。【解決手段】空調機運転・計測データと送風機運転・計測データとセンサ計測データとから運転・計測データを受信する受信部と、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転・計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部と、分布状態から評価値を計算する評価値計算部と、運転・計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算部と、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御部と、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信部とを備えた空調制御装置である。【選択図】図３

Description

本発明は、空調機器（空気調和機器）の制御をおこなう空調制御装置（空気調和制御装置）に関するものである。

従来から、空気調和（以下「空調」という。）時に天井近傍に滞留する相対的に温度の高い空気、あるいは床近傍に滞留する相対的に温度の低い空気をサーキュレータ等の送風機により拡散させることで、室内の上下温度差を改善する送風機器及び送風機器の制御技術が提案されている。室内の上下温度差の改善により快適性が向上するとともに、空調機の設定温度を室温に近づけることができ、省エネルギー効果があることが知られている。特許文献１では、室内を複数のゾーンに区分けし、センサ検出値から推定された室内空間全体の温度分布に基づいて空調機とサーキュレータとをゾーニング制御する技術が開示されている。また、特許文献２では、消費エネルギーとユーザーが快適に感じる確率とが共に所定の条件の範囲となるように環境制御機器を制御する技術が開示されている。

特開２００９−２５７６１７ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／００７１２９

しかしながら、特許文献１に開示されている制御方法では風速は考慮されておらず、また、快適性も考慮されていない。このため、サーキュレータからの気流が在室者の位置まで到達する場合には、在室者が不快と感じることがあり問題がある。

また、特許文献２に開示されている空調環境管理システムでは、エアコンと送風機とを含んだ構成で快適性を考慮しつつ、全体のエネルギーが最小となる条件を満たす制御を行うことができる。しかしながら、室内における環境の分布を考慮することはできず、送風機によって上下温度差が改善することに起因し空調機にかかるエネルギーが削減されるといった、送風機と空調機との相互作用による省エネルギー効果を考慮した制御ができていない。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、在室者の快適性を満たしつつ、送風機と空調機との相互作用を考慮したシステム全体で省エネルギーとなる空調制御装置を得るものである。

本発明にかかる空調制御装置は、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データとから運転及び計測データを受信する受信部と、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部と、分布状態から評価値を計算する評価値計算部と、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算部と、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御部と、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信部とを備えた空調制御装置である。

本発明にかかる空調制御方法は、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データとから運転及び計測データを受信する受信ステップと、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算ステップと、分布状態から評価値を計算する評価値計算ステップと、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算ステップと、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御ステップと、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信ステップとを備えた空調制御方法である。

在室者の快適性を満たしつつ、送風機と空調機との相互作用を考慮したシステム全体で省エネルギーとなる空調制御装置、空調制御方法及び空調システムをえることができる。

本発明の実施の形態１に関わる空調制御装置を含む空調システムの構成図である。本発明の実施の形態１に係る上下温度分布改善効果を説明する模式図である。本発明の実施の形態１に係る空調制御装置の構成図の例である。本発明の実施の形態１に係る室内環境分布モデルを説明するための室の図である。本発明の実施の形態１に係る運転状態決定部の処理フローの図である。本発明の実施の形態１に係る各モデルの入出力の関係を示す概念図である。

実施の形態１．
（対象システムの構成）
図１は、本発明の実施の形態１に関わる空調制御装置を含む空調システムの構成図である。空調制御装置１は、制御ネットワーク５を介して、空調機２、送風機３及びセンサ４と接続している。また、空調制御装置１は、空調機２及び送風機３を制御する装置である。

空調機２は、室外機２１、室内機２２、リモコン２３を構成要素として持つ。室外機２１は、冷媒、水等の熱媒体を冷却又は加熱する。室内機２２は、熱媒体と室内外の空気との間で熱交換を行い、室内の温度を調整する。リモコン２３は、ユーザー（在室者）が室内機２１のＯＮ／ＯＦＦの切り換え、設定温度、風量、風向等を手動で設定変更するための装置である。

住宅向けの空調システムでは、１室に１台の室内機２２が設置されることが多い。例えば、ルームエアコンは、空調機２の代表例である。もっとも、空調機２は、室外機１台に対して室内機２２が複数台接続されるルームエアコンであってもよい。また、オフィスビル等で用いられるビル用マルチエアコンであってもよい。さらに、大規模ビルの全館空調に用いられるセントラル空調システムであってもよい。また、サーバー室、倉庫といった対物空調を行う空調システムであってもよい。これらは一例であって、空調機２の種類は、これらに限定されるものではない。また、空調対象空間もこれらに限定されるものではない。

送風機３は、ファン３１、リモコン３２を構成要素として持つ。ファン３１は風量及び風向を１段階または多段階に変更することが可能である。リモコン３２は、ユーザーがＯＮ／ＯＦＦ（オンとオフとの切換）、風量、風向等を手動で設定変更するための装置である。送風機３は、一般に室内空気を循環したり、室内に気流を発生させたりすることにより、冷涼感を得ることを目的にして設置される装置である。

送風機３は、住宅向けの機器としてはサーキュレータ及び扇風機が代表例であるが、ルームエアコン等の空調機器の送風機能であってもよい。すなわち、送風機３は、空調機２の送風機能でもよい。また、オフィスビル又は工場で用いられるエア搬送ファンを始め、風を送るものであれば形式はどのようなものであってもよい。さらに、送風機３として独立して設置される必要は無く、空調機２の内部に備えられた送風機３を対象としてもよい。

センサ４は、物理量を計測するセンサであり、１つ又は複数のセンサａ、センサｂなどから構成され、室内外の環境条件を取得する。例えば、温度、湿度、放射温度、熱画像、気流速度等を計測するセンサがこれにあたる。これらのセンサ４が空調機２に内蔵されている場合は空調機２内のセンサ４を用いてもよい。また、室外の温度は空調機２の室外機２１に内蔵されているセンサ４を用いてもよいし、インターネット経由で取得した天気予報等の情報を用いてもよい。さらに、センサ４には、室内の形状情報を取得するためのカメラ、在室者を検出するための人感センサを含んでもよい。

制御ネットワーク５は、空調制御装置１と空調機２と送風機３とセンサ４とを接続する通信用のネットワークである。制御ネットワーク５は、ケーブルの種類、通信プロトコル等は特に限定されない。例えば、制御ネットワーク５は、ＬＡＮ等の有線通信であっても、無線通信であってもよい。また、一般に公開されている汎用プロトコルであってもよい。さらに、空調機２又は送風機３の製造会社による専用線と専用プロトコル等であってもよい。

（想定する状況）
図２は実施の形態１に係る上下温度分布改善効果を説明する模式図であり、より具体的には暖房時の模式図である。本実施の形態が想定する状況を（ｂ）に図示して説明するとともに、空調機のみが設置される場合を合わせて（ａ）に図示し、上下温度差の改善によって空調エネルギーが削減される理由を説明する。図２に本実施の形態では説明を簡単にするため、空調制御装置１に空調機２が１台、送風機３が１台、センサ４が２台を接続されているものとしている。空調機２はルームエアコン、送風機３はサーキュレータ、センサ４は空調機２に内蔵されている空気温度センサ及び熱画像センサであるとし、空調機２は暖房運転をしているものと想定する。

図２（ａ）は、空調機２のみが設置されている場合であり、空調機２の暖房設定温度は２６℃である。図２（ａ）では、空調機２のある室内上部は２６℃、在室者が上半身の高さ（室内の高さ方向の中間部）における温度は２２℃、在室者の足元高さ（室内下部）における温度は１８℃になっている状態を示している。

一方、図２（ｂ）は、実施の形態１で想定する状況の場合であり、空調機２の暖房設定温度は２４℃である。図２（ａ）の空調機２の暖房設定温度２６℃より２度低くなっている。図２（ｂ）では、空調機２のある室内上部は２４℃、在室者が上半身の高さ（室内の高さ方向の中間部）における温度は２２℃、在室者の足元高さ（室内下部）における温度は２０℃になっている状態を示している。このため、在室者が上半身の高さ（室内の高さ方向の中間部）における温度は、図２の（ａ）と（ｂ）とで同等の温度であり、在室者の足元高さにおける温度は、図２の（ｂ）の方が（ａ）よりも２度高くなっている。

室内に空調機２のみが設置される場合には、暖房時には空調機２からの吹出し気流はその温度が室温よりも高いために浮力が働き、室内下部までは到達せずに、天井近傍に滞留して上下温度差を拡大させる傾向があることが知られている。この場合、在室者の存在する領域で快適な温度を得るためには、空調機２の設定温度を上げざるをえず、エネルギーの浪費となる場合がある。

さらに、空調機２の設定温度を上げても足元高さの温度は上昇せず、不快と感じる可能性がある。一方、送風機３による室内空気攪拌によって上下温度分布が改善されると、在室者の存在する領域を同等の温度とするために必要な空調機２の設定温度は下がることになり、結果として空調機２にかかるエネルギーは削減される。同時に足元高さの温度も上昇し、快適性も向上する。

（空調制御装置１の機能）
図３は、実施の形態にかかる空調制御装置１の構成図の例である。空調制御装置１は、メモリ等からなる記憶装置１１、プロセッサからなる演算装置１２、受信装置１３、送信装置１４を備える。また、対象とする空調システムは、空調制御装置１に加えて、送風機３、空調機２、センサ４を備える。以下、図３を用いて空調制御装置の詳細構成について説明する。

送風機３は、受信装置１３を介して記憶装置１１に送風機３の運転・計測データを送信する。また、空調機２は、受信装置１３を介して記憶装置１１に空調機２の運転・計測データを送信する。さらに、センサ４は、受信装置１３を介して記憶装置１１にセンサ計測データを送信する。また、送信装置１４は、記憶装置１１の制御指令を送風機３及び空調機２に送信する。

（記憶装置１１）
記憶装置１１は、運転条件、運転・計測データ、モデル、空調機運転状態、送風機風量、制御指令等を記憶する。

記憶装置１１に記憶される運転条件は、演算装置１２における各部の処理で必要となる各種条件である。例えば、空調機２の台数、送風機３の台数、接続関係等の空調システムの構成に関する情報、運転状態決定部１２ｅで空調機２及び送風機３の運転状態を決定する周期等である。さらに、制御目標値及び制御位置に関する情報も含み、室内の形状情報を含んでもよい。また、受信装置１３と送信装置１４とで送受信するデータの種類、周期等も含む。これらの情報には、空調機２と送風機３とが複数台設置される場合には、各担当エリアに基づくゾーン分割に関する情報も含む。

記憶装置１１に記憶される運転・計測データは、空調機２の運転・計測データ及び送風機３の運転・計測データと、センサ４によるセンサ計測データである。センサ４が空調機２に内包されている場合は、空調機２の運転・計測データの中にセンサ４によるセンサ計測データを包含してもよい。

空調機２の運転・計測データは、例えば、設定温度等の設定値、冷房・暖房・送風・除湿等の動作モード、室温、外気温、冷媒温度のような各部で計測している温度、流量、湿度、ＣＯ２濃度、電力等である。空調機２の運転データの中は、少なくとも空調機２の設定温度、風量及び風向のデータを含んでいる。

また、送風機３の運転・計測データは、例えば、強・弱・停止等の運転状態、風量、風向等の動作モード、各部で計測している回転数、電力等である。送風機３の運転データは、少なくとも送風機３の風量のデータを含んでいる。また、送風機３の運転データは、送風機３の風量のデータに加えて、風向のデータを含むこともある。ここまで説明した運転データ及び計測データは、あくまでも例であって、これらに限定されるものではなく、これら全てを含む必要もない。

記憶装置１１に記憶されるモデルは、室内環境分布モデル、評価値計算モデル、空調機モデル、送風機モデルである。室内環境分布モデルは、空調機２の運転状態、送風機３の風量、室内各点の温度、放射温度、相対湿度及び風速の室内環境の関係をモデル化したものである。また、評価値計算モデルは、温度、放射温度、相対湿度及び風速等の室内環境と評価値との関係をモデル化したものである。室内環境は、少なくとも温度、放射温度、相対湿度及び風速のいずれか一つであればよい。

さらに、空調機モデルは、空調機２の特性として、空調機運転状態と消費電力との関係をモデル化したものである。また、送風機モデルは、送風機３の特性として、風量と消費電力との関係をモデル化したものである。これらモデルの詳細については、運転状態決定部１２ｅにて包含される室内環境分布計算部１２ａ、評価値計算部１２ｂ、空調機消費電力計算部１２ｃ、送風機消費電力計算部１２ｄの説明で後述する。

記憶装置１１に記憶される空調機運転状態及び送風機風量並びに制御指令は、それぞれ運転状態決定部１２ｅで決定した空調機運転状態及び送風機３の風量と、制御指令変換部１２ｆで変換し決定した制御指令である。

（演算装置１２）
演算装置１２は、運転状態決定部１２ｅ、制御指令変換部１２ｆを備える。また、運転状態決定部１２ｅは、室内環境分布計算部１２ａ、評価値計算部１２ｂ、空調機消費電力計算部１２ｃ、送風機消費電力計算部１２ｄを備える。

（室内環境分布計算部１２ａ）
室内環境分布計算部１２ａは、記憶装置１１に記憶される室内環境分布モデルを用いて、空調機２の運転状態、送風機３の風量、センサ４の計測データ等の条件を入力として室内各点の環境（室内環境の分布状態）を出力する。室内環境分布モデルは、例えば、室内に複数センサ４を設置し、過去の空調機２及び送風機３の運転・計測データと、センサ計測データの関係を学習してもよい。また、室内環境分布モデルは、空調機２及び送風機３の運転・計測データと、センサ計測データとを入力値とし、物理モデルにより室内各点の環境（室内環境の分布状態）を計算するモデルとしてもよい。物理モデルは、空調機２及び送風機３の吹出し気流の到達距離、風速等の気流性状を計算する噴流の理論式に基づいてもよい。

例えば、室内環境分布モデルは、予め室の形状情報を入力して室内空間を複数の領域に分割し、各領域における温度や流速をＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ：数値流体力学）解析により求める。

図４は、室内環境分布モデルを説明するための室の図である。室の高さ方向をＸ軸、空調機２の幅方向をＹ軸、空調機２の奥行き方向であり、空調機２から観て部屋の奥行き方向をＺ軸としている。図４（ａ）は、部屋を高さ方向に３分割したモデルを示している。図４（ｂ）は、部屋を高さ補講に３分割した上に、更に奥行き方向に５分割したモデルを示している。図示していないが、例えば、図４（ａ）（ｂ）のモデルを更に幅方向に３分割してもよい。このように、室内環境分布モデルは、室内を高さ方向に３分割以上したものになっている。なお、分割は必ずしも等分割にする必要はない。

ＣＦＤ解析に用いる流体の支配方程式は、例えば、以下のようになる。

ここで、ｕは３次元の速度ベクトル、ｔは時間、ｐは圧力、ρは密度、μは粘性係数、ρ₀は基準密度、ｇは重力加速度、Ｃ_pは定圧比熱、Ｔは温度、ｋは熱伝導率、Ｑは内部発熱量である。

式１は、流体の質量保存を表す連続の式である。式２は、運動量保存を表す非圧縮性ナビエ・ストークス方程式である。式３は、エネルギー方程式である。これらを適当な初期値、境界条件の下で解くことにより分割した各領域の温度、風速等を算出する。この場合、空調機２及び送風機３の運転・計測データとセンサ４の計測データを、解析における初期値及び境界条件値として用いる。

室内環境分布モデルは、例えば、機種ごとに風量、風向、吹出し温度等を説明変数として、空調機２及び送風機３の吹出し気流の到達距離及び風速等の気流性状を予めモデル化しておいてもよい。また、室内環境分布モデルは、室内に複数センサ４を設置して過去の空調機２及び送風機３の運転・計測データと、センサ４の計測データの関係を学習してもよい。

（評価値計算部１２ｂ）
評価値計算部１２ｂは、記憶装置１１に記憶される評価値計算モデルを用いて、室内環境分布計算部１２ａが出力する制御位置における室内環境を入力として評価値を計算して出力する。人が存在する領域を空調する一般的な対人空調を行う場合においては、評価値は、例えば、快適度とすることができる。快適度の計算式には、例えば、ＰＭＶ（ＰｒｅｄｉｃｔｅｄＭｅａｎＶｏｔｅ）を用いる。ＰＭＶは，人体の熱的中立温度を予測する快適方程式に基づき，熱的中立に近い状態の人体の温冷感を予測する指標である。快適方程式は、快適時における平均皮膚温と皮膚からの蒸発熱損失量を維持しているものとして立てられており、平均皮膚温は式５が成り立ち、皮膚からの蒸発熱損失量は式６が成り立つものとしている。発汗、熱ストレスが著しくない場合には、熱平衡式（式４）中の各要素（項）は、式７から式１１で与えられる。

快適方程式においては、人体に対する対流熱伝達率は、式１２が使用され、着衣面積比は、式１３が使用される。これら一連の式は、熱的中立である場合に成り立つ。

ここで、Ｍは代謝量（Ｗ／ｍ²）、Ｗは機械的仕事量（Ｗ／ｍ²）Ｒは放射熱損失量（Ｗ／ｍ²）、Ｅ_sは発汗による蒸発熱損失量（Ｗ／ｍ²）、Ｅ_dは不感蒸せつ量（Ｗ／ｍ²）、Ｅ_reは呼吸による潜熱損失量（Ｗ／ｍ²）、Ｃ_reは呼吸による顕熱損失量（Ｗ／ｍ²）、Ｃは対流熱損失量（Ｗ／ｍ²）、ｔ_sは平均皮膚温（℃）、ｔ_aは空気温度（℃）、ｔ_clは着衣外表面温度（℃）、ｔ_rは平均放射温度（℃）、Ｉ_clは基礎着衣熱抵抗（ｃｌｏ）、ｆ_clは着衣面積比、ｈ_cは人体の対流熱伝達率（Ｗ／（ｍ²・℃））、Ｐ_aは水蒸気圧（ｋＰａ）、ｖは平均風速（ｍ／ｓ）である。

ＰＭＶは、熱的中立から外れた場合の温冷感を予測する方法であり、人体の熱負荷に基づき算出される。人体の熱負荷は、式４の左辺から右辺を引いた差として、式１４のように与えられる。式１０及び式１１中の着衣外表面温度ｔ_ciは、式１５で定義されるが、式中にｔ_sとＣとＲが含まれるため、式６、式１０、式１１及び式１５からなる方程式を解いて求める。

ここで、Ｌは人体の熱負荷（Ｗ／ｍ²）である。ＰＭＶは、式１６で定義される。

ＰＭＶと温冷感との関係は、「＋３：暑い（ｈｏｔ）、＋２：暖かい（ｗａｒｍ）、＋１：やや暖かい（ｓｌｉｇｈｔｌｙｗａｒｍ）、０：どちらでもない（ｎｅｕｔｒａｌ）、−１：やや涼しい（ｓｌｉｇｈｔｌｙｃｏｏｌ）、−２：涼しい（ｃｏｏｌ）、−３：寒い（ｃｏｌｄ）」になっている。

その他の評価値としては、ユーザーに温冷感を申告させ、申告時の室内環境との関係を学習してもよい。評価値計算モデルの入力項目が、室内環境分布モデルの出力項目では不足する場合には、予め定めた規定値を用いるようにしてもよい。また、制御位置をある程度の大きさを持った領域とし、領域内の環境の平均又は分散（ばらつき）を評価値としてもよい。さらに、データセンター、冷蔵倉庫、冷凍倉庫等といった対物空調を行う場合における評価値は、例えば、温度、湿度等の環境がどの程度、室内の物品にとって望ましい管理環境を実現しているかを評価する数値とすることができる。また、評価値は、予め設定した基準値を満たすか否かで評価してもよい。

（空調機消費電力計算部１２ｃ）
空調機消費電力計算部１２ｃは、記憶装置１１に記憶される空調機モデルを用い、空調機２の運転・計測データと、センサ４の計測データを入力として空調機消費電力を出力する。

（送風機消費電力計算部１２ｄ）
送風機消費電力計算部１２ｄは、記憶装置１１に記憶される送風機モデルを用い、送風機３の風量を入力として送風機消費電力を出力する。

（運転状態決定部１２ｅ）
運転状態決定部１２ｅは、室内環境分布を計算する室内環境分布計算部１２ａと、評価値を計算する評価値計算部１２ｂと、空調機消費電力を計算する空調機消費電力計算部１２ｃと、送風機消費電力を計算する送風機消費電力計算部１２ｄを含む。運転状態決定部１２ｅは、記憶装置１１に記憶される室内環境分布モデル、評価値計算モデル、空調機モデル、送風機モデルを用いて、空調機２の運転状態と送風機３の運転状態とを決定し、記憶装置１１に記憶する。

空調機運転状態及び送風機運転状態は、快適度が目標範囲を満たす中で、空調機２及び送風機３の消費電力の合計が、他の運転状態にした場合と比較して相対的に小さくなるように決定する。望ましくは、消費電力が最小となるように決定する。評価対象となる快適度は、例えば、居住者の位置を検出し、その位置において計算される室内環境に基づき計算する方法、予め居住者が存在しうる範囲を定め、その範囲において計算される室内環境に基づいて計算する方法等が考えられる。

図５は、実施の形態１に係る運転状態決定部１２ｅの処理フローの図である。また、図６は、実施の形態１に係る各モデルの入出力の関係を示す概念図である。

図６は、センサ計測データとして外気温Ｔ０、空調機運転状態として設定温度Ｔ_ac、室内環境として温度Ｔ及び風速Ｑ_fanの２項目のデータを用いる例である。これらのデータを用いて室内環境分布モデルは、制御位置温度Ｔ_iと制御位置風速Ｖ_iと算出し、さらに評価値計算モデルを用いて評価値を計算する。評価値は快適度とする場合の例である。快適度の目標範囲は、ここでは現状の快適度を下回らないとする方法について説明するが、予めユーザーに選択させるなどでき、方法は限定しない。一方、先のデータを用いて送風機モデルは、送風機電力Ｗ_fanを算出し、これらのデータを用いて空調機モデルは空調機電力Ｗ_acを算出する。送風機電力Ｗ_fanと空調機電力Ｗ_acとの合計電力が消費電力となる。

ステップＳＴ１で、空調機２及び送風機３の運転条件を記憶装置１１から読み込む。

ステップＳＴ２で、空調機２及び送風機３の直近の運転・計測データ並びにセンサ４の計測データを記憶装置１１から読み込む。

ステップＳＴ３で、ステップＳＴ１で取得した運転条件及びステップＳＴ２で取得した運転・計測データを基に、評価値計算モデルを用いて現在の快適度を計算する。

ステップＳＴ４で、ステップＳＴ１で取得した運転条件及びステップＳＴ２で取得した運転・計測データを基に、空調機モデル及び送風機モデルを用いて現在の空調機２及び送風機３の合計消費電力を計算する。

ステップＳＴ５で、次ステップ（予定される次の運転段階）の送風機運転状態、空調機運転状態を決定する。

ステップＳＴ６で、ステップＳＴ５で決定した送風機運転状態及び空調機運転状態を基に、次ステップの快適度を計算する。

ステップＳＴ７で、ステップＳＴ３で計算した現在の快適度と、ステップＳＴ６で計算した次ステップの快適度とを比較し、次ステップの快適度が現在の快適度を上回る場合には、ステップＳＴ８へ進む。一方、次ステップの快適度が現在の快適度を下回る場合には、ステップＳＴ１１へ進む。

ステップＳＴ８で、ステップＳＴ５で決定した送風機運転状態及び空調機運転状態を基に、空調機モデル及び送風機モデルを用いて、次ステップの空調機２及び送風機３の合計消費電力を計算する。

ステップＳＴ９で、ステップＳＴ４で計算した現在の合計消費電力と、ステップＳＴ８で計算した次ステップの合計消費電力とを比較し、次ステップの合計消費電力が現在の合計消費電力を下回る場合には、ステップＳＴ１０へ進む。一方、次ステップの合計消費電力が現在の合計消費電力を上回る場合には、ステップＳＴ１１へ進む。

ステップＳＴ１０で、現在の空調機運転状態及び現在の送風機運転状態を次ステップの空調機運転状態及び送風機運転状態に更新（変更）し、記憶装置１１に記憶する。

ステップＳＴ１１で、試行回数を１カウントアップし、予め定めた所定の試行回数に到達していない場合には、ステップＳＴ５へ戻り、試行回数に到達した場合は終了する。

ステップＳＴ５で次ステップの空調機運転状態及び送風機運転状態を決定する手法は、現在の設定に近い組み合わせから優先的に選択してもよいし、ランダムに組み合わせを選択してもよいし、過去のデータから変更後の効果が大きいものを記憶し優先順位を付けて選択してもよく、手法は限定されない。

また、評価値の目標範囲は、予め複数のパターンを優先順位とともに入力しておき、状況に応じて評価値の目標範囲を変更してもよい。例えば、評価値の目標範囲が相対的に狭いパターンＡと、相対的に広いパターンＢの２つを設定する。空調機２の起動直後等、現状の評価値と目標とする評価値との差異が大きい状況では、室内環境が迅速に適正値となるよう、パターンＡを使用する。次に、時間が経過し、室内環境が目標範囲内となり安定してきたと判断すると、省エネ性を優先して室内環境の目標範囲を広げるパターンＢを採用する。その他の方法として、ユーザーに予め室内環境と省エネ性の優先度を選択させてもよく、在室者の有無を検知して目標範囲を変更してもよい。また、評価値は予め設定した基準を満たすか否かでもよい。

（制御指令変換部１２ｆ）
制御指令変換部１２ｆは、運転状態決定部１２ｅで決定し記憶装置１１に記憶した空調機運転状態を空調機２に、送風機運転状態を送風機３に対して実際に指令を与える制御指令に変換する。

例えば、送風機３への制御指令の形式が、送風機３に対する風量であり、強・中・弱・停止である場合には、記憶した送風機３の運転状態を対応する指令である強・中・弱・停止のいずれかに変換し、制御指令として記憶装置１１に記憶する。なお、強・中・弱・停止は一例であって、制御指令の形式はこれに限定されない。送風機３が受け取れる制御指令は機種毎に異なるため、機種に応じて制御指令を生成する。このために必要な情報は、運転条件として記憶装置１１に記憶されている。また、運転状態決定部１２ｅで決定した運転状態をそのまま送風機３に指令できる場合には、変換する必要はなく、記憶装置１１に記憶されている運転状態と制御指令とは同一となる。空調機運転状態、送風機運転状態、制御指令変換部１２ｆ及び制御指令を包括して、空調機２及び送風機３の制御部となっている。

（受信装置１３と送信装置１４）
受信装置１３は、空調機２と送風機３との通信を行い、空調機２と送風機３とからデータを受信し、受信したデータを記憶装置１１に記憶する。送信装置１４は、空調機２と送風機３との通信を行い、記憶装置１１に記憶された制御指令を読み出し、空調機２及び送風機３に送信する。

受信装置１３及び送信装置１４が、空調機２及び送風機３と通信する手段は、例えば、対象とする空調システムの専用ネットワーク、ＬＡＮ等の汎用ネットワーク、空調設備（空調機２、送風機３）の各々で異なる個別専用線等であり、それぞれ異なる通信手段であってもよい。また、無線で通信してもよい。このように通信する手段は、ケーブルの種類、プロトコル等は特に限定せず、上記に列挙されていない通信手段を用いてもよい。また、受信装置１３で用いる通信手段と送信装置１４で用いる通信手段とは異なってもよい。すなわち、複数の種類の通信手段を組み合わせたものであってもよい。

このように、実施の形態１の空調制御装置では、室内環境分布モデル、評価値計算モデル、空調機モデル、送風機モデルを備えており、空調機２と送風機３との運転・計測データ及びセンサ計測データを用いて、快適度と空調機２及び送風機３の消費電力の合計を計算する。

評価値が予め設定した基準を満たす中で空調機２及び送風機３の消費電力の合計が最小となる条件で空調機２及び送風機３を運転する。これにより、実際の室内環境の分布を考慮し、所定の位置における環境条件を適正に保ちつつ、空調機２及び送風機３の消費電力の合計を削減するような空調機運転状態及び送風機運転状態を適切に決定することができ、省エネルギーを実現することができる。

以上のように、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データとから運転及び計測データを受信する受信部と、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部と、分布状態から評価値を計算する評価値計算部と、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算部と、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御部と、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信部とを備えた空調制御装置である。

また、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データとから運転及び計測データを受信する受信ステップと、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算ステップと、分布状態から評価値を計算する評価値計算ステップと、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算ステップと、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御ステップと、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信ステップとを備えた空調制御方法である。

１空調制御装置、２空調機２送風機、１１記憶装置、１２演算装置、１３受信装置、１４送信装置、１２ａ室内環境分布計算部、１２ｂ評価値計算部、１２ｃ空調機消費電力計算部、１２ｄ送風機消費電力計算部、１２ｅ運転状態決定部、１２ｆ制御指令変換部。

Claims

空調機の空調機運転データ及び前記空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び前記送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データとから運転及び計測データを受信する受信部と、
室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに前記運転及び前記計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部と、
前記分布状態から評価値を計算する評価値計算部と、
前記運転及び前記計測データから前記空調機及び前記送風機の消費電力を計算する消費電力計算部と、
前記評価値及び前記消費電力を用いて前記空調機及び前記送風機の運転状態を制御する制御部と、
制御部の指令を前記空調機及び前記送風機に送信する送信部と
を備えたことを特徴とする空調制御装置。
請求項１項に記載の空調制御装置であって、
前記空調機運転データは、前記空調機の設定温度、風量及び風向のデータを含み、
前記送風機運転データは、前記送風機の風量のデータを含むことを特徴とする空調制御装置。
請求項２項に記載の空調制御装置であって、
前記送風機運転データは、前記送風機の風向のデータを含むことを特徴とする空調制御装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の空調制御装置であって、
前記室内環境分布モデルは、前記室内を高さ方向に３分割以上したことを特徴とする空調制御装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空調制御装置であって、
前記室内環境は、少なくとも温度、放射温度、相対湿度及び風速のいずれか一つであることを特徴とする空調制御装置。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の空調制御装置であって、
前記制御部は、前記評価値が予め設定した基準を満たす中で前記消費電力が最小となるように制御することを特徴とする空調制御装置。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の空調制御装置と、
前記空調機と、
前記送風機と、
前記センサと
を備えたことを特徴とする空調制御システム。
空調機の空調機運転データ及び前記空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び前記送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データとから運転及び計測データを受信する受信ステップと、
室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに前記運転及び前記計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算ステップと、
前記分布状態から評価値を計算する評価値計算ステップと、
前記運転及び前記計測データから前記空調機及び前記送風機の消費電力を計算する消費電力計算ステップと、
前記評価値及び前記消費電力を用いて前記空調機及び前記送風機の運転状態を制御する制御ステップと、
制御部の指令を前記空調機及び前記送風機に送信する送信ステップと
を備えたことを特徴とする空調制御方法。