JP5103778B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空調システム、特に、住宅等の各部屋を冷暖房する空調システムに関する。

最近の住宅等の空調システムにおいては、燃料の燃焼エネルギーを利用する暖房装置などに付加されたり、暖房装置などに置き換わる形で、ヒートポンプが採用されることが多くなっている。ヒートポンプは、冷媒を利用して、住宅の外の空気（大気）の熱エネルギーを汲み上げ、住宅の中を冷やしたり暖めたりする装置であり、大気の熱エネルギーを利用するため消費エネルギーを低減することができるというメリットを有する。ヒートポンプでは、加熱または冷却の能力Ｑを、その能力Ｑを得るための消費エネルギーＬで割った値であるＣＯＰ（Coefficient of Performance；成績係数やエネルギー消費効率と呼ばれる指標）が１．０を大きく上回ることが多い。

一方、米国においては、平屋や２階建ての住宅が多く、ヒートポンプを設置する場合、１台、多くても２台のヒートポンプも室内コイル（熱交換器）が地下室や天井裏に設置され、そこから各部屋にダクトを介して空調空気を送る空調システムを採用することが多い。例えば、特許文献１に開示されているような、ヒートポンプの室内コイルやブロワモータアッセンブリを備えたユニットが住宅の中に設置され、室外コイルなどにより住宅の外の空気から汲み上げた大気の熱エネルギーを各部屋への供給空気に放出して住宅の空調を行う。
特開平１１−３１６０３９号公報

しかし、米国における従来の住宅の空調システムにおいては、きめ細かい空調制御を行うことが難しいシステム構成となっている。

また、ヒートポンプと、それ以外の加熱装置とが混在する空調システムにおいて、省エネルギー等に配慮した最適な空調制御の実施が困難である。

本発明は、上記の各課題を解消あるいは低減することにある。

第１発明に係る空調システムは、第１熱交換装置と、圧縮機と、第２熱交換装置と、ヒートポンプ制御部と、コントロール・インターフェースと、システム制御部とを備えている。第１熱交換装置は、周囲の空気と、内部を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。圧縮機は、第１熱交換装置とともにヒートポンプを形成する。圧縮機は、能力制御が可能な機械であり、住宅の外に設置される。第２熱交換装置は、第１熱交換装置および圧縮機とともにヒートポンプを形成する。第２熱交換装置は、住宅の外に設置されており、住宅の外の空気と冷媒との間で熱交換を行わせる。ヒートポンプ制御部は、圧縮機の能力を制御する。コントロール・インターフェースは、住宅の中の設定温度の入力を行う。システム制御部は、ヒートポンプ制御部およびコントロール・インターフェースと直接的にあるいは間接的に電気的に接続されている。システム制御部は、ヒートポンプ制御部と双方向通信が可能であり、少なくともヒートポンプ以外の加熱装置に指令を出す。

ここでは、空調システム全体のコントロール機能をコントロール・インターフェースに持たせていた従来の空調システムとは違い、コントロール・インターフェースとは別のシステム制御部を配備して、そのシステム制御部とヒートポンプ制御部との間で双方向通信を行わせる構成を採っている。このため、ヒートポンプの運転状態などのデータを入手して、システム制御部において、空調システムのヒートポンプ以外の加熱装置などに対して、種々のきめ細かい制御を行うことが可能になる。

また、第１発明に係る空調システムでは、外気温が下がったときに定期的に除湿するため、効率的に除湿ができるようになる。なお、この定期除湿制御は、特に、高温多湿地域において有用である。

第４発明に係る空調システムでは、従来のように外気温度などに基づいて単純にヒートポンプを作動させるか加熱装置を作動させるかを決めるのではなく、ヒートポンプの運転状態に応じて調節するように構成しているため、トータルの効率が高くなるように調節することができる。また、ヒートポンプが消費するエネルギーの単価と加熱装置が消費するエネルギーの単価とをデータとして考慮に入れ、トータルのエネルギー消費のコストを低減させることも可能となる。

第７発明に係る空調システムでは、所定の時間帯および／または曜日のときに所謂デマンド制御を行い、それ以外のときにデマンド制御を行わないという選択ができるようになる。デマンド制御とは、リアルタイムで空調システムが消費しているエネルギー量を監視して、所定の単位時間当たりの消費エネルギー量が上限値を超えないように、空調部の空調の程度を抑制する制御である。

第８発明に係る空調システムでは、デマンド制御が実施されてもあまり不快感が大きくならないときにデマンド制御を行うため、省エネルギーや空調システムの消費エネルギーコストの低減を図りつつ、住宅の中をユーザにとって快適な空間に保持することができる。

第９発明に係る空調システムでは、除湿運転時において、ファンの送風量が低下するとともに圧縮機の能力が上がるため、不意に温度が下がって住宅にいるユーザが不快に感じることを抑えつつ、除湿量を確保することができる。

第１１発明に係る空調システムでは、過去の予備制御の状態に応じて、所定時刻に先駆けて目標空調温度を前倒しで設定温度にする開始時刻を決めるため、従来のように現在温度と所定時刻の設定温度との差だけに応じて一律に開始時刻を決定する空調システムに較べて、定めた所定時刻に遅れることなく設定温度に住宅の温度が推移することが期待できる。

本発明に係る空調システムでは、コントロール・インターフェースとは別のシステム制御部を配備し、そのシステム制御部とヒートポンプ制御部との間で双方向通信を行わせる構成を採っているため、ヒートポンプの運転状態などのデータを入手して、システム制御部において、空調システムのヒートポンプ以外の機器などに対し、種々のきめ細かい制御を行うことが可能になる。また、外気温が下がったときに定期的に除湿するため、効率的に除湿ができるようになる。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る空調システムを、図１、図２および図４に示す。この空調システムは、住宅等の平屋または低層の建物１に適用可能な空調システムであって、主として、室外ヒートポンプユニット２０および室内ヒートポンプユニット３１，４１から成るヒートポンプと、ガスファーネスユニット３５，４５と、ファンユニット３７，４７とから構成されている。室内ヒートポンプユニット３１、ガスファーネスユニット３５およびファンユニット３７は、後述するように、建物１の地下室２ｅにおいて一体化されて室内ユニット３０となっている。同様に、室内ヒートポンプユニット４１、ガスファーネスユニット４５およびファンユニット４７は、建物１の天井裏２ｆにおいて一体化されて室内ユニット４０となっている。これらの一体化については、後に詳述する。

地下室２ｅに設置される室内ユニット３０から１階の部屋２ａ，２ｂまでは、供給ダクト５１により空調空気が運ばれる。一方、部屋２ａ，２ｂからの還気は、部屋２ａと室内ユニット３０とを結ぶ還気ダクト５８を通って、室内ユニット３０に戻される。また、天井裏２ｆに設置される室内ユニット４０から２階の部屋２ｃ，２ｄまでは、供給ダクト５２により空調空気が運ばれる。部屋２ｃ，２ｄからの還気は、部屋２ｃと室内ユニット４０とを結ぶ還気ダクト５９を通って、室内ユニット４０に戻される。

＜ヒートポンプの構成＞
ヒートポンプは、１つの室外ヒートポンプユニット２０に対して２つの室内ヒートポンプユニット３１，４１が設けられている機械である。ヒートポンプでは、室外ヒートポンプユニット２０の圧縮機２２をインバータ制御して能力を調整し、室内ヒートポンプユニット３１，４１の室内電動膨張弁３３，４３の開度を調整することで、各室内ヒートポンプユニット３１，４１における冷房や暖房の能力を変動させる。ヒートポンプでは、１つの室外ヒートポンプユニット２０から延びる液冷媒用およびガス冷媒用の２本の冷媒連絡配管が、途中で分岐して、それぞれ冷媒連絡配管３９，５９となって各室内ヒートポンプユニット３１，４１に接続される。

ヒートポンプは、電気エネルギーを使って圧縮機２２を駆動し、冷媒回路内において冷媒を循環させ、建物１の外の空気から熱を奪って建物１の中へ熱を供給したり、建物１の中の空気から熱を奪って建物１の外へ熱を放出したりする。これにより、ヒートポンプは、後述するファン３８，４８により供給ダクト５１，５２に送り出される空気を冷却したり加熱したりする。

ヒートポンプの冷媒回路は、圧縮機２２、四路切換弁２３、室外熱交換器２１、室外電動膨張弁２４、室内熱交換器３２，４２および室内電動膨張弁３３，４３から構成されている。また、ヒートポンプは、冷媒回路を構成する機器の他に、室外ファン２５、室外ユニットコントローラ１３、室内ヒートポンプユニットコントローラ１４などを備えている。

圧縮機２２、四路切換弁２３、室外熱交換器２１、室外電動膨張弁２４、室外ファン２５および室外ユニットコントローラ１３は、室外ヒートポンプユニット２０に収容されている。室内熱交換器３２，４２、室内電動膨張弁３３，３４および室内ヒートポンプユニットコントローラ１４は、室内ヒートポンプユニット３１，４１に収容されている。

室外熱交換器２１は、室外ファン２５により吹き付けられる外気と、内部を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。圧縮機２２は、インバータ制御部１３ａによる駆動モータのインバータ制御によって能力調整が可能な機械であり、低圧のガス冷媒を吸い込み、それを圧縮して高圧のガス冷媒にして吐出する。

また、室外ユニットコントローラ１１３には、外気温センサを含む多数の温度センサや圧力センサが接続されており、ヒートポンプの各部の状態値が室外ユニットコントローラ１３に集まる。

室内ヒートポンプユニット３１，４１は、設置場所および設置の向きに違いはあるが、構成は同じであるため、ここでは室内ヒートポンプユニット３１を例にとって説明を行う。

室内ヒートポンプユニット３１は、室外ヒートポンプユニット２０から送られてくる冷媒を室内電動膨張弁３３で流量調整しながら室内熱交換器３２に流し、後述するファン３８により送られてくる空気と室内熱交換器３２を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。例えば、１階の部屋２ａ，２ｂだけの冷房が必要であり、２階の部屋２ｃ，２ｄの空調を行わなくてもよい時間帯においては、室外ユニットコントローラ１３は、室内ヒートポンプユニットコントローラ１４に指令を送り、室内ヒートポンプユニット３１の室内電動膨張弁３３を大きく開き、室内ヒートポンプユニット４１の室内電動膨張弁４３を閉めて、部屋２ａ，２ｂの空調負荷に見合うように室外ヒートポンプユニット２０の圧縮機２２をインバータ制御することになる。

＜ガスファーネスユニットの構成＞
ガスファーネスユニット３５，４５は、ガス燃料を燃焼させて、後述するファン３８，４８により供給ダクト５１，５２に送り出される空気を加熱する。ガスファーネスユニット３５，４５は、主として、ガスの燃焼を行うガスファーネス３６，４６と、その燃焼量を制御するガスファーネスコントローラ１５，１５とから構成されている。

＜ファンユニットの構成＞
ファンユニット３７，４７は、シロッコファン等のファン３８，４８によって、還気ダクト５８，５９から室内空気を吸引し、供給ダクト５１，５２へと空気を送り出す役割を果たす。ここでは、ファン３８，４８が、後述するメインコントローラ１２の指令に基づいて送風量を調整することができる。

＜空調システムの制御装置の構成＞
空調システムの制御装置１０は、ユーザに設定温度などを入力させるとともに必要な情報をユーザに提供するコントロール・インターフェース１１と、空調システム全体の調整や制御を行うメインコントローラ１２とを核としている。メインコントローラ１２には、ヒートポンプの室外ユニットコントローラ１３、ガスファーネスユニット３５のガスファーネスコントローラ１５およびファンユニット３７のファン３８などが通信可能に電気的に接続されている。ヒートポンプの室内ヒートポンプユニットコントローラ１４は、室外ユニットコントローラ１３を介してメインコントローラ１２と接続される。

メインコントローラ１２は、室外ユニットコントローラ１３と双方向通信ができるように接続されている。そして、メインコントローラ１２は、ヒートポンプの運転状態に応じて、ヒートポンプの各室内ヒートポンプユニット３１，４１による冷却や加熱の程度と、ガスファーネスユニット３５，４５による加熱の程度とを調節する。

コントロール・インターフェース１１は、種々の情報を表示させるためのディスプレイと、建物１における空調設定温度の入力をユーザに行わせるための入力キーとを備えている。

＜室内ヒートポンプユニットとガスファーネスユニットとファンユニットの一体化＞
図３（ａ）に、室内ヒートポンプユニット３１、ガスファーネスユニット３５およびファンユニット３７から成る室内ユニット３０を、図３（ｂ）に、室内ヒートポンプユニット４１、ガスファーネスユニット４５およびファンユニット４７から成る室内ユニット４０を示す。

まず、室内ユニット３０であるが、地下室２ｅにおいて室内ヒートポンプユニット３１、ガスファーネスユニット３５およびファンユニット３７が一体化されることにより出現する。各ユニット３１，３５，３７は、上から見たときの形が同じ四角形状であり、縦に積み重ねられる。そして、４つのステー（図では２本のみを表示）９１を４つの角部に当て、ネジなどによって各ユニット３１，３５，３７に固定する。これにより、３つのユニット３１，３５，３７は、一体化される。

次に、室内ユニット４０であるが、天井裏２ｆにおいて室内ヒートポンプユニット４１、ガスファーネスユニット４５およびファンユニット４７が一体化されることにより出現する。各ユニット４１，４５，４７は、横から見たときの形が同じ四角形状であり、水平方向に並べられる。そして、４つのステー（図では２本のみを表示）９２を４つの角部に当て、ネジなどによって各ユニット４１，４５，４７に固定する。これにより、３つのユニット４１，４５，４７は、一体化される。

なお、地下室２ｅに設置する室内ユニット３０は床面に置かれることが多いが、天井裏２ｆに設置する室内ユニット４０については、ステー９２を屋根の梁から吊り下げることもある。また、室内ユニット４０を天井裏２ｆの屋根の梁から吊り下げる場合には、室内ユニット４０の下方に設置するドレンパンをステー９２から吊り下げることが可能である。

＜第１実施形態に係る空調システムの特徴＞
（１）
第１実施形態に係る空調システムでは、空調システム全体のコントロール機能をコントロール・インターフェースに持たせていた従来の空調システムとは違い、コントロール・インターフェース１１とは別のメインコントローラ１２を配備して、そのメインコントローラ１２とヒートポンプの室外ユニットコントローラ１３との間で双方向通信を行わせる構成を採っている。このため、ヒートポンプの運転状態などのデータを入手して、メインコントローラ１２において、ヒートポンプおよびガスファーネス３６に対して、種々のきめ細かい制御を行うことができる。

特に、能力制御が可能な圧縮機２２を有し、インバータ制御部１３ａによって圧縮機２２の容量制御を行って、各室内電動膨張弁３３，４３を制御して室内ヒートポンプユニット３１，４１毎に冷房や暖房の程度を調整できるヒートポンプを備えているため、この空調システムでは、コントロール・インターフェース１１とは別のメインコントローラ１２を配備したことが非常に有利に働く。

（２）
第１実施形態に係る空調システムでは、室内ヒートポンプユニット３１の室内熱交換器３２に流れる冷媒の量と室内ヒートポンプユニット４１の室内熱交換器４２に流れる冷媒の量とを、室内電動膨張弁３３，４３の開度調整により、それぞれ調整することができるため、１階の部屋２ａ，２ｂと２階の部屋２ｃ，２ｄとに対して異なる空調度合いの空気を送ることができる。

（３）
第１実施形態に係る空調システムでは、ステー９１を用いて３つのユニット３１，３５，３７を一体化させ、また、ステー９２を用いて３つのユニット４１，４５，４７を一体化させているため、従来のようにパテ埋めやテーピングにより一体化させるものに較べて、施工ミスが生じる確率が小さくなり、供給ダクト５１，５２や還気ダクト５８，５９が振動するような不具合も抑制される。

＜第１実施形態の変形例＞
上記第１実施形態に係る空調システムでは、室内ヒートポンプユニット３１を地下室２ｅに配備し、室内ヒートポンプユニット４１を天井裏２ｆに配備しているが、図５に示すように両方のユニット３１，４１を１つにまとめることも可能である。そして、両ユニット３１，４１が１つのファンユニット３７ａを共用する構成として、そのファンユニット３７ａのファン３８ａから送出される空気を、ダンパーユニット９４のダンパー９５によって両ユニット３１，４１に振り分けるようにしてもよい。この場合には、メインコントローラ１２が、両ユニット３１，４１の室内電動膨張弁３３，４３に加え、ダンパー９５の制御も行い、各部屋２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに供給される空調空気の量や温度を調整することになる。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る空調システムを、図６〜図８に示す。この空調システムは、建物等の平屋または低層の建物１０１に適用可能な空調システムであって、主として、室外ヒートポンプユニット１２０および室内ヒートポンプユニット１３１から成るヒートポンプと、ガスファーネスユニット１３５と、ファンユニット１３７とから構成されている。室内ヒートポンプユニット１３１、ガスファーネスユニット１３５およびファンユニット１３７は、建物１０１の地下室１０２ｅにおいて一体化されて、室内ユニット１３０となる。この一体化については、上記第１実施形態における室内ヒートポンプユニット３１、ガスファーネスユニット３５およびファンユニット３７の一体化と同様であるため、ここでは説明を省略する。

室内ユニット１３０から各部屋１０２ａ〜１０２ｄまでは、供給ダクト１５１により空調空気が運ばれる。一方、各部屋１０２ａ〜１０２ｄからの還気は、部屋１０２ａと室内ユニット１３０とを結ぶ還気ダクト１５８を通って、室内ユニット１３０に戻される。

なお、ここでは、室内ユニット１３０を地下室１０２ｅに設置しているが、天井裏１０２ｆに室内ユニットを設置することも可能である。

＜ヒートポンプの構成＞
ヒートポンプは、電気エネルギーを使って圧縮機１２２を駆動し、冷媒回路内において冷媒を循環させ、建物１０１の外の空気から熱を奪って建物１０１の中へ熱を供給したり、建物１０１の中の空気から熱を奪って建物１０１の外へ熱を放出したりする。これにより、ヒートポンプは、後述するファン１３８により供給ダクト１５１に送り出される空気を冷却したり加熱したりする。ヒートポンプは、冷媒回路を構成する圧縮機１２２、四路切換弁１２３、室外熱交換器１２１、室外電動膨張弁１２４および室内熱交換器１３２を備えている。また、ヒートポンプは、冷媒回路を構成する機器の他に、室外ファン１２５や室外ユニットコントローラ１１３を備えている。室外ユニットコントローラ１１３は、圧縮機１２２、室外ファン１２５および室外電動膨張弁１２４を制御する。

圧縮機１２２、四路切換弁１２３、室外熱交換器１２１、室外電動膨張弁１２４、室外ファン１２５および室外ユニットコントローラ１１３は、室外ヒートポンプユニット１２０に収容されている。室内熱交換器１３２は、室内ヒートポンプユニット１３１のケーシングの中に収容されている。四路切換弁１２３と室内熱交換器１３２との間および室外電動膨張弁１２４と室内熱交換器１３２との間は、冷媒連絡配管１３９により接続される。また、ヒートポンプには、アキュムレータやその他の付属機器も設けられているが、ここでは図示および説明を省略する。

室内熱交換器１３２は、後述するファン１２８によって送られてくる空気と、内部を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。室外熱交換器１２１は、室外ファン１２５により吹き付けられる外気と、内部を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。圧縮機１２２は、インバータ制御部１１３ａによる駆動モータのインバータ制御によって能力調整が可能な機械であり、低圧のガス冷媒を吸い込み、それを圧縮して高圧のガス冷媒にして吐出する。

室外ユニットコントローラ１１３には、外気温センサ１２７を含む多数の温度センサや圧力センサが接続されており、ヒートポンプの各部の状態値が室外ユニットコントローラ１１３に集まる。外気温センサ１２７は、建物１０１の外の空気（外気）の外気温度を測定する。

＜ガスファーネスユニットの構成＞
ガスファーネスユニット１３５は、ガス燃料を燃焼させて、後述するファン１３８により供給ダクト１５１に送り出される空気を加熱する。ガスファーネスユニット１３５は、主として、ガスの燃焼を行うガスファーネス１３６と、その燃焼量を制御するガスファーネスコントローラ１１５とから構成されている。

＜ファンユニットの構成＞
ファンユニット１３７は、シロッコファン等のファン１３８によって、還気ダクト１５８から室内空気を吸引し、供給ダクト１５１へと空気を送り出す役割を果たす。ここでは、ファン１３８が、後述するメインコントローラ１１２の指令に基づいて送風量を調整することができる。

＜空調システムの制御装置の構成＞
空調システムの制御装置１１０は、ユーザに設定温度などを入力させるとともに必要な情報をユーザに提供するコントロール・インターフェース１１１と、空調システム全体の調整や制御を行うメインコントローラ１１２とを核としている。メインコントローラ１１２には、ヒートポンプの室外ユニットコントローラ１１３、ガスファーネスユニット１３５のガスファーネスコントローラ１１５およびファンユニット１３７のファン１３８などが通信可能に電気的に接続されている。

メインコントローラ１１２は、室外ユニットコントローラ１１３と双方向通信ができるように接続されている。そして、メインコントローラ１１２は、ヒートポンプの運転状態に応じて、ヒートポンプによる冷却や加熱の程度と、ガスファーネスユニット１３５による加熱の程度とを調節する。具体的には、メインコントローラ１１２は、効率優先制御を実施している。この効率優先制御では、ヒートポンプの運転状態に応じて、ヒートポンプの電気エネルギーのエネルギー消費効率と、ガスファーネス１３６のガスエネルギーのエネルギー消費効率とを比較して、トータルのエネルギー消費効率が小さくなるように、ヒートポンプの圧縮機１２２の能力調整やガスファーネス１３６の燃焼度合いの調節を行い、室外ユニットコントローラ１１３とガスファーネスコントローラ１１５とに指令を出す。

コントロール・インターフェース１１１は、種々の情報を表示させるためのディスプレイ８１と、建物１０１における空調設定温度の入力をユーザに行わせるための入力キー８２〜８５とを備えている。図１４に示すように、普通の運転中において、ディスプレイ８１には、現在の空調設定温度（ここでは、７２Ｆ）の表示８１ａ、現在の実際の建物１０１内の温度（ここでは、７２Ｆ）の表示８１ｂ、現在の外気温度（ここでは、８６Ｆ）の表示８１ｃ、現在のファン１３８の風量設定（ここでは、自動）の表示８１ｄ、現在の空調システムのモード（ここでは、冷房）の表示８１ｅ、現在の時刻（ここでは、午後６時）の表示８１ｆ、本日の曜日（ここでは、金曜日）の表示８１ｇなどが存在する。例えば、現在の外気温度の表示８１ｃは、室外ユニットコントローラ１１３から外気温度の情報を常に受信しているメインコントローラ１１２によって行われる。

＜空調設定温度のスケジュールセット＞
図９および図１０を参照して、空調設定温度のスケジュールセットについて説明する。

メインコントローラ１１２は、スケジュール部（スケジュールプログラム）１１２ｂを備えており、メモリ１１２ａに記憶されているスケジュール情報に従って、ヒートポンプ、ガスファーネス１３６およびファン１３８を作動させる機能を有している。

まず、スケジュール情報のセットについて説明する。

コントロール・インターフェース１１１は、建物１０１の空調の冷房および暖房の設定温度やファンユニット１３７の送風量を、曜日および時間帯の区分毎に入力させる機能を有している。このコントロール・インターフェース１１１において入力された情報（スケジュール情報）は、メインコントローラ１１２のスケジュール部１１２ｂに送られ、メモリ１１２ａに記憶される。図１４に示す、コントロール・インターフェース１１１の入力キー８２〜８５のうち、メニューという入力キー８３を押して操作のための入力キー８５によりスケジュールセットという項目を選択すると、図１０に示すようなスケジュールセット画面がディスプレイ８１に現れる。ここでは、月曜〜日曜の各曜日について、それぞれ起床時間帯、日中時間帯、イブニング時間帯および就寝時間帯におけるユーザ所望のデータを入力することができる。具体的には、各時間帯の境界時刻、各時間帯における冷房設定温度および暖房設定温度および各時間帯におけるファン１３８による送風量を、各曜日について入力することができる。この入力は、入力キー８２〜８５により行うことができるが、図１８に示すようにコントロール・インターフェース１１１にパーソナルコンピュータ等の外部機器１１９を接続した場合には、その外部機器１１９の入力機能を利用して行うことも可能となっている。すなわち、コントロール・インターフェース１１１は、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１９を接続するポートを有している。

次に、スケジュール情報に基づく、各機器の制御について説明する。

メインコントローラ１１２のスケジュール部１１２ｂは、メモリ１１２ａに記憶された冷房および暖房の設定温度やファン１３８の送風量の情報に基づき、ヒートポンプの室外ユニットコントローラ１１３、ガスファーネスコントローラ１１５およびファン１３８に指令を送り、ヒートポンプ、ガスファーネス１３６およびファン１３８を作動させる。これにより、例えば、ある日において、図９に示すようなスケジュールで空調制御が行われる。ここでは、就寝時間帯には冷房設定温度８２Ｆ，暖房設定温度６１Ｆ、起床時間帯には冷房設定温度７７Ｆ，暖房設定温度７０Ｆ、日中時間帯には冷房設定温度８６Ｆ，暖房設定温度６１Ｆ、イブニング時間帯には冷房設定温度７７Ｆ，暖房設定温度７０Ｆで空調システムが制御される。

なお、スケジュール情報に基づき、所定時刻になると、目標空調温度が、その時刻の空調設定温度に変更されるだけではなく、ここでは、所定時刻になったときに実際の建物１０１内の温度がその時刻の空調設定温度に変わっているように、予備制御が行われる。この予備制御については、後述する。

＜デマンド制御＞
また、メインコントローラ１１２は、そのメモリ１１２ａに、図１１に示すようなデマンド制御の可否に関するマップを有している。ここでは、コントロール・インターフェース１１１において図１１に示すデマンド制御可否セット画面によりユーザ入力を可能とし、ユーザが自由にデマンド制御の各時間帯での可否を決めることができるようにしているが、デフォルトでデマンド制御の可否に関するマップを持たせて、ユーザによる変更を禁止したり、ユーザによる変更に制限を設けたりしてもよい。デフォルトの設定では、平日（月曜日〜金曜日）の人が不在である日中時間帯および人が通常就寝している就寝時間帯でデマンド制御を可とし、それ以外の時間帯および週末（土曜日、日曜日）はデマンド制御を否としている。

なお、デマンド制御は、リアルタイムでヒートポンプが消費している電気エネルギー量を監視して、所定の単位時間当たりの消費エネルギー量が上限値を超えないように、圧縮機１２２の能力に制限をかけたり目標空調温度を一時的に設定温度から外したりする制御である。冷房時にデマンド制御がかかると、建物１０１内のユーザは一時的に不快になる可能性があるが、人が不在であることが多い日中時間帯や就寝時間帯であれば問題とならないことが多い。また、暖房時にデマンド制御がかかると、ヒートポンプによる暖房能力が一時的に低下するが、ガスファーネス１３６にその分の仕事をさせるような指令をメインコントローラ１１２がガスファーネスコントローラ１１５に送るため、特に問題となることはない。

このようなデマンド制御を行うことにより、省エネルギーや省コストが図られる。

＜スケジュールに基づく予備制御＞
上述のように、メインコントローラ１１２のスケジュール部１１２ｂは、メモリ１１２ａに記憶された冷房および暖房の設定温度やファン１３８の送風量の情報に基づき、時間帯によって目標空調温度を変える。さらに、スケジュール部１１２ｂは、現在の時間帯と次の時間帯との境界時刻において、建物１０１内の温度が次の時間帯の設定温度になるように、その境界時刻よりも前に目標空調温度を次の時間帯の設定温度に変える予備制御を行う。また、メインコントローラ１１２は、学習機能を有しており、過去の予備制御の状態に応じて、予備制御において目標空調温度を変える開始時刻を調整する。

この予備制御を、図１２に示す制御フローを参照して説明する。

ステップＳ１１では、設定温度が変わる境界時刻（設定温度が異なる次の時間帯が始まる時刻）ｔ１を確認し、現在の設定温度と境界時刻ｔ１以降の設定温度との温度差ΔＴを求める。

次に、ステップＳ１２では、現在の設定温度と境界時刻ｔ１以降の設定温度との温度差ΔＴから、第１マップ（図示せず）に基づいて、第１仮開始時刻を算出する。第１マップでは、冷房、暖房それぞれについて、温度差ΔＴと前倒し時間との相関関係が決められており、例えば冷房で温度差が５Ｆのときには４０分という前倒し時間が決められている。この前倒し時間だけ境界時刻ｔ１よりも早い時刻が、第１仮開始時刻となる。

次に、ステップＳ１３では、時間Δｔから、第２マップ（図示せず）に基づいて、第２仮開始時刻を算出する。第２マップについては後述する。

次に、ステップＳ１４では、外気温から、第３マップ（図示せず）に基づいて、予備制御の開始時刻を算出する。第３マップでは、冷房、暖房それぞれについて、設定温度と外気温との組に対して、第１マップで求まる前倒し時間に加算する修正時間が決められている。例えば、設定温度に較べて外気温が大幅に高いような場合には、そうでない場合に較べて、第３マップの修正時間が長いものとなっている。

次に、ステップＳ１５では、現在の時刻がステップＳ１４で算出した開始時刻を超えたか否かを判断する。開始時刻を超えていない場合には、ステップＳ１１に戻り、開始時刻を決めるためのステップＳ１１〜ステップＳ１４を再度行う。開始時刻を超えている場合には、ステップＳ１６に移行し、予備制御を始める。

ステップＳ１６の予備制御では、境界時刻ｔ１よりも前であるが、目標空調温度を境界時刻ｔ１以降の設定温度に変更し、住宅等の建物１０１内の温度を予め境界時刻ｔ１以降の設定温度に近づけていかせる。

ステップＳ１６は、住宅等の建物１０１内の温度が、新しく目標空調温度とした境界時刻ｔ１以降の設定温度になったときに、終了する。そして、ステップＳ１７では、ステップＳ１６の予備制御を始めてから予備制御が終了するまでに要した時間Δｔを、第２マップに書き込む。第２マップは、第１マップに対応する構成となっており、第１マップで求まる前倒し時間に加算する修正時間を決めるマップである。具体的には、第２マップは、冷房、暖房それぞれについて、温度差ΔＴごとに修正時間がセットされるものであり、修正時間のデフォルト値は０となっている。したがって、第２マップは、次々と更新されており、以前の値は新しく書き込まれた値により消えることになる。

なお、言うまでもないが、予備制御において目標空調温度を変わると、メインコントローラ１１２は、ヒートポンプの室外ユニットコントローラ１１３、ガスファーネスコントローラ１１５およびファン１３８に必要な指令を送ることになる。

＜除湿運転＞
この空調システムでは、図１３に示す制御フローに示すように、ヒートポンプによる除湿運転が行われる。以下、図１３を参照して、除湿運転について説明する。

ステップＳ３１では、ユーザにより除湿運転の指示が入力されたか否かを判断する。コントロール・インターフェース１１１では、ユーザが、除湿運転の指示を入力できる。具体的には、図１４に示す入力キー８３を押してメニューを開くと、除湿運転の開始を選択することができる。ステップＳ３１において除湿運転の指示が入力されたと判断されると、ステップＳ３４に移行する。

ステップＳ３２では、高温多湿地域の設定が為されているか否かを判断する。例えば、米国のフロリダ州のように、高温多湿地域の場合には、コントロール・インターフェース１１１のメニューの中にある初期設定において、高温多湿地域であるという選択が行われる。ステップＳ３２で高温多湿地域の設定が為されている場合には、次に、ステップＳ３３において、外気温が所定値以下で且つ前回の除湿運転から所定時間が経過しているか否か判断される。ステップＳ３２およびステップＳ３３の両方の条件を満たす場合には、ステップＳ３４に移行する。

ステップＳ３４では、除湿運転が開始される。具体的には、メインコントローラ１１２が、ヒートポンプの室外ユニットコントローラ１１３およびファン１３８に指令を送り、ファン１３８の送風量を低下させるとともに圧縮機１２２の能力を上げさせることで、建物１０１内の空気の水分を室内熱交換器１３２で結露させて奪い、除湿を行う。

この除湿運転は、所定時間が経過するまで続けられる。ステップＳ３５において、所定時間が経過したと判断されると、ステップＳ３６に移行し、ファン１３８の送風量および圧縮機１２２の能力を元に戻し、通常の空調運転に復帰する。

＜ヒートポンプ等の故障時の表示＞
ヒートポンプの室外ユニットコントローラ１１３は、故障検知機能を備えており、故障検知部（故障検知プログラム）１１３ｂによってヒートポンプの故障を検知する。具体的には、各種センサの値を常時監視して、運転中のセンサ値やセンサ値から演算される数値が所定範囲を逸脱したときに、故障箇所や故障状態を特定し、エラーコードなどの情報を室外ユニットコントローラ１１３からメインコントローラ１１２へ発信する。例えば、圧縮機１２２の回転数を上げているのに吐出冷媒圧力が変わらない状態が続くような場合、圧縮機１２２の故障であると判断する。

また、ガスファーネスコントローラ１１５も、同様の故障機能を備えており、ガスファーネス１３６の故障時には、その旨をメインコントローラに発信する。

メインコントローラ１１２は、ヒートポンプ等が故障した際の連絡先（電話番号やメールアドレスなど）を記憶するメモリ１１２ａを備えており、故障の信号を受信したときに、コントロール・インターフェース１１１のディスプレイ８１に故障を示す表示を行わせる。この表示の一例を、図１５に示す。図１５では、ディスプレイ８１に、エラーコード（ここでは、コードＬ９）の表示８１ｈや故障原因（ここでは、インバータの瞬時過電流）の表示が行われている。

この図１５に示す画面において、入力キー８５によってディスプレイ８１上の「モデル」という表示８１ｉを選ぶと、図１６に示す画面が現れ、ヒートポンプやガスファーネス１３６のモデル名や製造番号などが表示される。

また、図１５に示す画面において、入力キー８５によってディスプレイ８１上の「コンタクト」という表示８１ｊを選ぶと、図１７に示す画面が現れ、故障した機器の保守会社の電話番号、メールアドレス、ウェブサイト名などが表示される。この情報は、メインコントローラ１１２のメモリ１１２ａに記憶されている情報である。

なお、メインコントローラ１１２のメモリ１１２ａの連絡先の情報は、空調システムの初期設定時に、据付業者などの手により、コントロール・インターフェース１１１の入力キー８５あるいはコントロール・インターフェース１１１に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部機器１１９から入力される。入力キー８５により入力を行う場合、図１８に示す画面でカーソルを入力項目に移動させて選択すると、図１９や図２０に示すように、キーボードの表示８１ｋやテンキーの表示８１ｍがディスプレイ８１上に立ち上がり、文字や数字の入力ができるようになる。

＜第２実施形態に係る空調システムの特徴＞
（１）
第２実施形態に係る空調システムでは、空調システム全体のコントロール機能をコントロール・インターフェースに持たせていた従来の空調システムとは違い、コントロール・インターフェース１１１とは別のメインコントローラ１１２を配備して、そのメインコントローラ１１２とヒートポンプの室外ユニットコントローラ１１３との間で双方向通信を行わせる構成を採っている。このため、ヒートポンプの運転状態などのデータを入手して、メインコントローラ１１２において、ヒートポンプおよびガスファーネス１３６に対して、種々のきめ細かい制御を行うことができている。

（２）
第２実施形態に係る空調システムでは、従来のように外気温度などに基づいて単純にヒートポンプを作動させるかガスファーネス１３６を作動させるかを決めるのではなく、ヒートポンプの運転状態に応じて、効率が高くなるほうを優先的に作動させる効率優先制御をメインコントローラ１１２で行っている。このため、従来に較べ、トータルのエネルギー消費量を抑制することができている。

（３）
第２実施形態に係る空調システムでは、所定の曜日や時間帯のときにデマンド制御を行い、それ以外のときにデマンド制御を行わないという選択が出来るようになっている（図１１参照）。これにより、デマンド制御が実施されてもあまり不快感が大きくならないときにデマンド制御を行わせて、省エネルギーや空調システムの消費エネルギーコストの低減を図りつつ、建物１０１の中をユーザにとって快適な空間に保持することができるようになっている。

（４）
従来の空調システムにおいては、湿度センサなどの検出結果から高湿度であるときに自動的に除湿運転が行われてしまうが、第２実施形態に係る空調システムでは、コントロール・インターフェース１１１で除湿運転の指示が入力されたときに除湿制御を実施する（図１３参照）ため、建物１０１にいるユーザの快適度を不用意に損なうことが防止される。

（５）
また、図１３の制御フローに示すように、メインコントローラ１１２が、高温多湿地域の設定が為されている場合に、外気温が下がると定期的に除湿運転を行うため、効率的な除湿が為されるようになる。

（６）
第２実施形態に係る空調システムでは、除湿運転時において、ファン１３８の送風量を低下させるとともに圧縮機１２２の能力を上げるため、不意に温度が下がって建物１０１に居るユーザが不快に感じることが低減される一方、除湿量を確保することができている。

（７）
第２実施形態に係る空調システムでは、過去の予備制御の状態を反映した第２マップによって、スケジュールに基づく予備制御の開始時刻を修正している。したがって、従来のように、スケジュールの次の時間帯の初期時刻において、建物１０１内の温度が設定温度に概ね達している確率が高くなる。

（８）
第２実施形態に係る空調システムでは、通常運転時において、コントロール・インターフェース１１１のディスプレイ８１に、ヒートポンプの外気温センサ１２７により測定された外気温度が表示される（図１４参照）ため、現在温度と設定温度とが少し乖離しているような場合に、外気温度の影響があるか否かといった判断をユーザが行えるようになる。

（９）
第２実施形態に係る空調システムでは、ヒートポンプ等が故障したときに、コントロール・インターフェース１１１のディスプレイ８１に連絡先を容易に表示させることができる（図１５および図１７参照）ため、ユーザが連絡先を調べる手間が省け、また確実に正しい連絡先に連絡を取ることができるようになる。

＜第２実施形態の変形例＞
（Ａ）
上記第２実施形態の空調システムでは、ヒートポンプ以外の加熱装置としてガスファーネス１３６を有するガスファーネスユニット１３５を採用しているが、これに代えて電気エネルギーによる発熱する電熱ヒータを採用することもできる。

（Ｂ）
上記第２実施形態では、ヒートポンプ、ガスファーネスユニット１３５およびファンユニット１３７から空調システムを構成しているが、その他に、加湿ユニット、熱交換機能付きの換気ユニット（ベンチレーター）、フィルター等を有する集塵ユニット、ダクト１５１に組み込むゾーンダンパーなどを加えることも可能である。

（Ｃ）
上記第２実施形態の空調システムでは、メインコントローラ１１２が効率優先制御を行っているが、効率優先制御に代えて費用優先制御を行わせることも可能である。

費用優先制御では、ヒートポンプの運転状態に応じて、同じ暖房能力を出すために、ヒートポンプが単位時間当たりに消費する電気エネルギーの費用と、ガスファーネス１３６が単位時間当たりに消費するガスエネルギーの費用とを比較して、トータルの費用が安くなるようにヒートポンプの圧縮機１２２の能力調整やガスファーネス１３６の燃焼度合いの調節を行い、室外ユニットコントローラ１１３とガスファーネスコントローラ１１５とに指令を出す。

（Ｄ）
上記第２実施形態の空調システムでは、コントロール・インターフェース１１１を使ってユーザが入力を行う手段として、コントロール・インターフェース１１１の入力キー８２〜８５およびコントロール・インターフェース１１１に接続する外部機器１１９（図１８参照）を挙げていますが、これ以外に入力手段を用意することも可能である。例えば、コントロール・インターフェース１１１にメモリカードなどの記録媒体の読み取り装置を内蔵させ、メモリカード等を入力手段として使うこともできる。

（Ｅ）
上記第２実施形態の空調システムでは、メインコントローラ１１２がガスファーネスユニット１３５の内部に収容されているが、メインコントローラ１１２の配置は、室内ヒートポンプユニット１３１の中であっても、ファンユニット１３７の中であっても、室内ユニット１３０の外に出ていてもかまわない。

第１実施形態に係る空調システムの配置図。 第１実施形態に係る空調システムの概略構成図。 第１実施形態に係る空調システムの各室内ユニットの組み立てを示す図。 第１実施形態に係る空調システムの制御ブロック図。 第１実施形態に係る空調システムの変形例を示す図。 第２実施形態に係る空調システムの配置図。 第２実施形態に係る空調システムの概略構成図。 第２実施形態に係る空調システムの制御ブロック図。 第２実施形態に係る空調システムの１日のスケジュールの一例を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのスケジュールセット画面を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのデマンド制御可否セット画面を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのスケジュールに基づく予備制御フロー。 第２実施形態に係る空調システムの除湿運転フロー。 第２実施形態に係る空調システムのコントロール・インターフェースの一画面を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのコントロール・インターフェースの一画面を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのコントロール・インターフェースの一画面を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのコントロール・インターフェースの一画面を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのコントロール・インターフェースの一画面を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのコントロール・インターフェースの一画面を示す図。 第２実施形態に係る空調システムのコントロール・インターフェースの一画面を示す図。

１０ 制御装置
１１ コントロール・インターフェース
１２ メインコントローラ
１３ 室外ユニットコントローラ
２１ 室外熱交換器
２２ 圧縮機
３２ 室内熱交換器
３８ ファン
４２ 室内熱交換器
４８ ファン
８１ ディスプレイ
８２〜８５ 入力キー
９５ ダンパー
１１０ 制御装置
１１１ コントロール・インターフェース
１１２ メインコントローラ
１１２ａ メモリ
１１２ｂ スケジュール部
１１３ 室外ユニットコントローラ
１１３ｂ 故障検知部
１２１ 室外熱交換器
１２２ 圧縮機
１２７ 外気温センサ
１３２ 室内熱交換器
１３６ ガスファーネス
１３８ ファン
１５１ 供給ダクト

Claims (13)

1. 周囲の空気と、内部を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第１熱交換装置（１３２）と、
   前記第１熱交換装置とともにヒートポンプを形成し、住宅の外に設置される、能力制御が可能な圧縮機（１２２）と、
   前記第１熱交換装置および前記圧縮機とともに前記ヒートポンプを形成し、前記住宅の外に設置され、前記住宅の外の空気と前記冷媒との間で熱交換を行わせる第２熱交換装置（１２１）と、
   前記圧縮機の能力を制御するヒートポンプ制御部（１１３）と、
   前記住宅の中の設定温度の入力を行うコントロール・インターフェース（１１１）と、
   前記ヒートポンプ制御部および前記コントロール・インターフェースと直接的にあるいは間接的に電気的に接続され、前記ヒートポンプ制御部と双方向通信が可能であり、少なくとも前記ヒートポンプ以外の加熱装置に指令を出すシステム制御部（１１２）と、
   住宅の部屋に空調空気を供給するダクト（１５１）と、
   前記ヒートポンプにより冷却または加熱された前記空調空気を前記ダクトを介して住宅の部屋に送るファン（１３８）と、
   前記住宅の外の空気の外気温度を測定する外気温センサ（１２７）と、
   を備え、
   前記システム制御部は、前記外気温センサが測定した前記外気温度が所定値を下回ったときに、定期的に、前記ヒートポンプおよび／またはファンを制御して前記空調空気を除湿させる定期除湿制御を、高温多湿地域の設定が為されている場合に実施する、
   空調システム。
2. 前記加熱装置は、燃焼により加熱を行う加熱装置、又は、電熱ヒータ、である、
   請求項１に記載の空調システム。
3. 前記システム制御部は、前記加熱装置および前記ヒートポンプに対して指令を出す、
   請求項２に記載の空調システム。
4. 前記システム制御部は、前記ヒートポンプの運転状態に応じて、前記ヒートポンプによる空気の冷却および／または加熱の程度と、前記加熱装置による空気の加熱の程度との両方を調節する、
   請求項３に記載の空調システム。
5. 前記システム制御部は、前記ヒートポンプの運転状態に応じて前記ヒートポンプのエネルギー消費効率と前記加熱装置のエネルギー消費効率とを比較して前記調節を行う効率優先制御を実施する、
   請求項４に記載の空調システム。
6. 前記システム制御部は、前記ヒートポンプの運転状態に応じて前記ヒートポンプが単位時間当たりに消費するエネルギー費用と前記加熱装置が単位時間当たりに消費するエネルギー費用とを比較して前記調節を行う費用優先制御を実施する、
   請求項４に記載の空調システム。
7. 住宅の空調の設定温度を、時間帯および／または曜日により変えることができる、設定温度スケジュール部（１１２ｂ）、
   をさらに備え、
   前記システム制御部は、前記設定温度スケジュール部において区分されている時間帯および／または曜日のうち、所定の時間帯および／または曜日のときには、前記設定温度を優先して前記ヒートポンプを制御し、所定の時間帯および／または曜日のとき以外のときには、前記設定温度よりも前記エネルギーの単位時間当たりの消費量が所定上限値を超えないようにすることを優先して前記ヒートポンプを制御する、
   請求項４から６のいずれかに記載の空調システム。
8. 前記所定の時間帯および／または曜日は、平日の人が通常不在である時間帯およびまたは人が通常就寝している時間帯である、
   請求項７に記載の空調システム。
9. 前記システム制御部は、除湿運転時において、前記ファンの送風量を低下させるとともに前記圧縮機の能力を上げる、
   請求項１に記載の空調システム。
10. 前記システム制御部は、前記コントロール・インターフェースに除湿運転の指示が入力されたときに、前記ヒートポンプおよび／またはファンを制御して前記空調空気を除湿させる除湿制御を実施する、
    請求項１又は９に記載の空調システム。
11. 前記コントロール・インターフェースでは、前記住宅の部屋の所定時刻における設定温度の入力を受け付け、
    前記システム制御部は、前記所定時刻に前記住宅の部屋が前記設定温度になるように、前記所定時刻よりも前に目標空調温度を前記設定温度に変える予備制御を行い、
    過去の前記予備制御の状態に応じて、次の前記予備制御において前記目標空調温度を前記設定温度に変える開始時刻を調整する学習改良部（１１２）、
    をさらに備えた、請求項１から１０のいずれかに記載の空調システム。
12. 前記システム制御部は、前記予備制御において、前記ヒートポンプに加えて前記加熱装置にも指令を送る、
    請求項１１に記載の空調システム。
13. 前記学習改良部は、さらに外気温度に基づいて前記開始時刻を調整する、
    請求項１１又は１２に記載の空調システム。

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