JP5730689B2

JP5730689B2 - 空調運転制御システム

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Publication number: JP5730689B2
Application number: JP2011147221A
Authority: JP
Inventors: 完二田代
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: JP2013015242A

Description

本発明は、空調運転制御システムに関するものである。

従来の空調運転制御システムとして、例えば特許文献１に記載のものがある。

特許文献１では、空気調和装置と、外気と室内空気との換気を行う換気装置とを備え、室温が設定温度及び外気温より高く、かつ室温と設定温度の差が所定値以下のときに、空気調和装置の冷房運転を停止して換気装置のみを稼働させる空調運転制御システムが提案されている。

つまり、特許文献１の空調運転制御システムでは、外気の温度が設定温度より低いときに、空気調和装置を動作させず、室内から排出する空気との熱交換をしないで外気を直接取入れて、「外気導入換気」により冷房を行うようにしており、これにより省エネルギー性の向上を図っている。

特開２０１０−１１７０８４号公報

しかしながら、特許文献１の空調運転制御システムでは、外気の温度が設定温度より高いときには、空気調和装置を動作させるしかなく、省エネルギー性の観点から改善の余地があった。

近年の研究では、環境を暑いと感じる際の人の感覚に影響する要因（パラメータ）として、温度、湿度、風速、輻射熱、着衣量、および運動量の影響がとりわけ大きいことが知られている。

しかし、一般には空気調和装置の運転制御（冷房運転のＯＮ／ＯＦＦ）は、殆どの場合、温度のパラメータのみを考慮し、他のパラメータを考慮せずに行われている。そのために、冷房のしすぎ、あるいは冷房の不足が起きているが、概ね冷房のしすぎとなり、省エネルギー性を損ねる場合が多い。

本発明は、上記事情に鑑み為されたものであり、上述のパラメータのうち「風速」に注目し、「風速」により暑いという体感を抑制できること、すなわち、人体に当たる風量が多いほど涼しく感じられる効果を利用し、冷房用冷熱の製造に要する電力・ガス等、一次エネルギーの消費を抑えて省エネルギー化を図り、かつ、既存の設備機器類（ハードウェア部分）を利用しつつ、少ない設備投資（改修工事）で実現可能な空調運転制御システムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、少なくとも、室内に外気を取込んで前記室内を換気する外気取込み手段と、前記室内の空気を循環させ前記室内で人体に当たる風量を増加させる循環送風手段と、前記室内の空気を吸入し冷却して再び前記室内に排出する冷房手段と、前記室内の温度を検出する温度検出手段と、前記外気の温度を検出する外気温度検出手段と、前記温度検出手段で検出した前記室内の温度に基づき、前記外気取込み手段と前記循環送風手段と前記冷房手段とを制御する空調制御処理部を有する制御装置と、を備え、前記空調制御処理部は、前記室内の温度が、所定期間継続して、予め設定した第１設定温度よりも低い温度範囲にあるときは、前記外気取込み手段と前記循環送風手段と前記冷房手段とを停止する第１ステップに切り替え、前記室内の温度が、所定期間継続して、前記第１設定温度以上で、かつ、前記第１設定温度より高く設定された第２設定温度よりも低い温度範囲にあるとき、および、前記外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上でないときは、前記外気取込み手段を動作させ、前記循環送風手段と前記冷房手段とを停止する第２ステップに切り替え、前記室内の温度が、所定期間継続して、前記第２設定温度以上で、かつ、前記第２設定温度より高く設定された第３設定温度よりも低い温度範囲にあるとき、および、前記外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上でないときは、前記外気取込み手段と前記循環送風手段とを動作させ、前記冷房手段を停止する第３ステップに切り替え、前記室内の温度が、所定期間継続して、前記第３設定温度以上の温度範囲にあるとき、および、前記外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上でないときは、前記外気取込み手段と前記循環送風手段と前記冷房手段とを動作させる第４ステップに切り替える空調運転制御システムである。

前記空調制御処理部は、前記第４ステップに切り替えたとき、前記冷房手段の送風空気温度を最も高い温度に設定し、その後、前記室内の温度が、前記第３設定温度より高く設定された第４設定温度以上となったとき、および、前記外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上でないときは、前記冷房手段の送風空気温度を、時間をおきつつ段階的に、または所定の時間をかけつつ連続的に下げる制御を行うとよい。また、これを空調機用に送る冷水の温度を下げていくことで行っても良い。

前記各設定温度は、低いステップから高いステップに切り替える増段を行う際と、高いステップから低いステップに切り替える減段を行う際とで異なる値に設定され、前記減段を行う際の前記各設定温度は、前記増段を行う際の前記各設定温度よりも低い値に設定されてもよい。

前記空調制御処理部は、ステップを切り替えた後、当該切り替えによる効果を反映させるための時間である効果待ち時間を経るまでは、次のステップの切り替えを実行しないとよい。

前記冷房手段は、前記室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う冷却コイルと、前記室内の空気を吸入すると共に前記冷却コイルで冷却された空気を前記室内に排出するファンと、を有する空気調和機からなり、前記循環送風手段として、前記空気調和機の前記ファンを用いるようにしてもよい。

前記空調制御処理部は、前記外気温度検出手段で検出した外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上となったとき、外気取込み停止条件を満たしたとして、前記外気取込み手段を強制的に停止するとよい。

外気の露点温度を検出する外気露点温度検出手段をさらに備え、前記空調制御処理部は、前記外気露点温度検出手段で検出した外気の露点温度が、所定期間継続して設定露点温度以上となったとき、外気取込み停止条件を満たしたとして、前記外気取込み手段を強制的に停止するとよい。

室内の空気を室外に排出する排気手段をさらに備え、前記空調制御処理部は、前記排気手段を常時、または間歇運転動作させるとよい。

本発明によれば、冷房用冷熱の製造に要する電力・ガス等、一次エネルギーの消費を抑えて省エネルギー化を図り、かつ、既存の設備機器類（ハードウェア部分）を利用しつつ、少ない設備投資（改修工事）で実現可能な空調運転制御システムを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る空調運転制御システムの概略構成図である。図１の空調運転制御システムにおける制御装置の入出力構成を示すブロック図である。図１の空調運転制御システムにおいて設定したステップを説明する図である。図１の空調運転制御システムにおける空気調和機の運転モードを説明する図である。図１の空調運転制御システムにおいて、ステップの切り替えを具体的に説明する図である。図１の空調運転制御システムの制御フローを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る空調運転制御システムの概略構成図である。

図１に示すように、空調運転制御システム１は、室内の空気を室外に排出する排気手段２と、室内に外気を取込んで室内を換気する外気取込み手段３と、室内の空気を循環させ室内で人体に当たる風量を増加させる循環送風手段４と、室内の空気を吸入し冷却して再び室内に排出する冷房手段５と、を備えている。

排気手段２は、室内空気排出型の換気手段であり、室内の空気を室外に排出する排気ファン２ａを有している。

外気取込み手段３は、外気取込み型の換気手段であり、室内に外気を取込む外気取込みファン３ａを有している。本実施の形態では、外気取込みファン３ａとして、既設の外調機（外気処理空気調和機）９のファンを用いた。つまり、本実施の形態では、外気取込み手段３を動作させる際には、外調機９を送風モード（非熱交換モード）で動作させるようにした。ただし、これに限らず、外気取込み手段３としては、室内に外気を取込むことができるものであればどのようなものを用いてもよい。

冷房手段５としては、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う冷却コイル５ａと、室内の空気を吸入すると共に冷却コイル５ａで冷却された空気を室内に排出するファン５ｂと、を有する空気調和機（室内の発熱処理用空気調和機）１０を用いる。

循環送風手段４は、室内の空気を強制的に循環させ、室内で人体に当たる風量を増加させることで、「人体に当たる風量が多いほど涼しく感じられる効果」（所謂扇風機効果）を得るものである。本実施の形態では、循環送風手段４として、空気調和機１０のファン５ｂを用いるようにした。ただし、これに限らず、天井に設けられたシーリングファンなどを循環送風手段４として用いる（あるいは併用する）ようにしてもよい。

また、空調運転制御システム１では、室内には、室内の温度Ｔを検出する温度検出手段６が備えられる。また、室外には、外気の温度Ｔ_outを検出する外気温度検出手段７と、外気の露点温度Ｔ_dpを検出する外気露点温度検出手段８と、が備えられる。外気温度検出手段７と外気露点温度検出手段８とは、外気取込み手段３の外気取込み口の近傍、または外気の温度や露点温度を正しく示しうる場所などに設けられる。

本実施の形態では、温度検出手段６として、空気調和機１０に付属した温度センサ１１とは別の温度センサを用いるようにしたが、空気調和機１０に付属した温度センサ１１を温度検出手段６として用いることも勿論可能である。ただし、図１のように、空気調和機１０に付属した温度センサ１１がダクト内に設けられているような場合には、温度検出手段６として、空気調和機１０に付属した温度センサ１１とは別の温度センサを用いることが望ましい。これは、ファン５ｂが動作していないとき（後述する第１ステップや第２ステップのとき）には、温度センサ１１では室内の温度を正確に測定できないおそれがあるためである。

空調運転制御システム１は、温度検出手段６で検出した室内の温度Ｔに基づき、外気取込み手段３と循環送風手段４と冷房手段５とを制御する空調制御処理部１３を有する制御装置１２をさらに備えている。制御装置１２は、制御ライン１４を介して、排気手段２、外気取込み手段３（外調機９）、循環送風手段４と冷房手段５（空気調和機１０）、温度検出手段６、外気温度検出手段７、および外気露点温度検出手段８にそれぞれ接続されている。

図２に示すように、制御装置１２には、温度検出手段６で検出した室内の温度Ｔ、外気温度検出手段７で検出した外気の温度Ｔ_out、および外気露点温度検出手段８で検出した外気の露点温度Ｔ_dpが入力される。また、制御装置１２は、排気手段２と外気取込み手段３に対して、運転状態（動作または停止）を切り替える信号を出力する。さらに、制御装置１２は、循環送風手段４と冷房手段５を兼ねる空気調和機１０に対して、運転状態（動作または停止）を切り替える信号、後述する運転モードを切り替える信号、および後述する送風空気温度を制御する信号を出力する。

本実施の形態では、図３に示す第１〜第４ステップの４つのステップを設定しており、制御装置１２の空調制御処理部１３は、温度検出手段６で検出した室内の温度Ｔに基づき、ステップを切り替える制御を行うようになっている。

まず、各ステップの設定内容について説明する。

図３に示すように、第１ステップでは、排気手段２を動作させ、外気取込み手段３と循環送風手段４と冷房手段５とを停止する。第２ステップでは、排気手段２と外気取込み手段３とを動作させ、循環送風手段４と冷房手段５とを停止する。第３ステップでは、排気手段２と外気取込み手段３と循環送風手段４とを動作させ、冷房手段５を停止する。第４ステップでは、排気手段２と外気取込み手段３と循環送風手段４と冷房手段５の全てを動作させる。

このように、本実施の形態では、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップ、第４ステップの順に、冷却効果（人体により涼しく感じさせる効果）が順次高くなるよう設定されている。以下、冷却効果が高くなる方向にステップを切り替えること、すなわち低いステップから高いステップに切り替えることを増段、冷却効果が低くなる方向にステップを切り替えること、すなわち高いステップから低いステップに切り替えることを減段、という。

なお、本実施の形態では、第２〜第４ステップであっても、外気取込み停止条件を満たすときには、外気取込み手段３を停止するようになっている。外気取込み停止条件については後述する。

ここで、各ステップにおける空気調和機１０の運転モードについて説明しておく。

図４に示すように、第１ステップおよび第２ステップでは、循環送風手段４と冷房手段５の両者を停止するので、空気調和機１０を停止する。第３ステップでは、循環送風手段４を動作させ冷房手段５を停止するので、空気調和機１０を送風モードで動作させることになる。なお、送風モードでは、ファン５ｂのみを動作させるようにし、冷房用冷熱の製造は行わないようにする（つまり、冷却コイル５ａに付属する冷媒循環ポンプ等は動作させないようにする）。さらに、第４ステップでは、循環送風手段４と冷房手段５の両者を動作させるので、空気調和機１０を冷房モードで動作させることになる。

次に、空調制御処理部１３について詳述する。

本実施の形態に係る空調運転制御システム１では、空調制御処理部１３は、室内の温度Ｔが、所定期間継続して、予め設定した第１設定温度Ｌ１よりも低い温度範囲にあるときは、第１ステップに切り替え、室内の温度Ｔが、所定期間継続して、第１設定温度Ｌ１以上で第２設定温度Ｌ２よりも低い温度範囲にあるときは、第２ステップに切り替え、室内の温度Ｔが、所定期間継続して、第２設定温度Ｌ２以上で第３設定温度Ｌ３よりも低い温度範囲にあるときは、第３ステップに切り替え、室内の温度Ｔが、所定期間継続して、第３設定温度Ｌ３以上の温度範囲にあるときは、第４ステップに切り替えるようになっている。ただし、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３である。

換言すれば、空調制御処理部１３は、Ｔ＜Ｌ１の状態が所定期間継続すれば第１ステップ、Ｌ１≦Ｔ＜Ｌ２の状態が所定期間継続すれば第２ステップ、Ｌ２≦Ｔ＜Ｌ３の状態が所定期間継続すれば第３ステップ、Ｔ≧Ｌ３の状態が所定期間継続すれば第４ステップに切り替えるようになっている。第１設定温度Ｌ１は例えば２３〜２５℃、第２設定温度は例えば２４〜２６℃、第３設定温度Ｌ３は例えば２５〜２７℃である。また、ステップの切り替えを判断する時間（上述の所定期間）は、例えば５分である。

また、空調制御処理部１３は、第４ステップに切り替えたとき、冷房手段５の送風空気温度（送風温度）を最も高い温度（例えば１３℃）に設定し、その後、室内の温度Ｔが、第３設定温度Ｌ３より高く設定された第４設定温度Ｌ４以上となったとき、冷房手段５の送風空気温度を、時間をおきつつ段階的に、または所定の時間をかけつつ連続的に下げる制御（冷却能力後追い増加制御という）を行うようになっている。第４設定温度Ｌ４は例えば２６〜２８℃である。冷却能力後追い増加制御では、例えば、１０〜３０分おきに０．５〜１℃ずつ送風空気温度を下げる制御を行う。送風空気温度の下限値は、冷却コイル５ａの能力にもよるが、例えば９〜１０℃程度である。送風空気温度は、例えば、空気調和機１０（冷却コイル５ａ）に送る冷水（冷却媒体）の温度により調整することができる。この場合、冷却能力後追い増加制御では、空気調和機１０（冷却コイル５ａ）に送る冷水の温度を下げていくことで、送風空気温度を下げる制御を行うことになる。

本実施の形態では、各設定温度Ｌ１〜Ｌ４は、増段を行う際と減段を行う際とで異なる値に設定され、減段を行う際の各設定温度Ｌ１ｂ〜Ｌ４ｂは、増段を行う際の各設定温度Ｌ１ａ〜Ｌ４ａよりも低い値に設定される。増段を行う際の各設定温度Ｌ１ａ〜Ｌ４ａと減段を行う際の各設定温度Ｌ１ｂ〜Ｌ４ｂとの差は、例えば０．５〜１℃程度とすればよい。

また、空調制御処理部１３は、以下の２つの外気取込み停止条件のいずれか１つでも成立したとき、外気取込み手段３を強制的に停止するようになっている。
（１）外気温度検出手段７で検出した外気の温度Ｔ_outが、所定期間継続して第２設定温度Ｌ２以上となったとき。
（２）外気露点温度検出手段８で検出した外気の露点温度Ｔ_dpが、所定期間継続して設定露点温度以上となったとき。

外気の温度Ｔ_outが第２設定温度Ｌ２以上であると、室内の温度Ｔに対して外気の温度Ｔ_outが十分に低くないので十分な冷却効果が得られず、外気取込みファン３ａ（外調機９）を動作させる電力が無駄になる。また、外気の露点温度Ｔ_dpが高いと、湿った外気を取り込むこととなり、上述の「環境を暑いと感じる際の人の感覚に影響する要因」のうち「湿度」が室内で上昇するので、室内にいる人が暑いと感じるようになってしまう。また、湿った外気を取込むと、室内の電気機器等に悪影響を及ぼすおそれもある。よって、本実施の形態では、上記（１），（２）のいずれか１つでも成立したときには、外気取込み手段３を強制的に停止する。

本実施の形態では、外気の温度Ｔ_outと露点温度Ｔ_dpを常時測定して、外気取込み停止条件を判断する期間（上述の所定期間）分のデータを制御装置１２に記憶し、その記憶したデータを基に、外気取込み停止条件を満たすか否かを判断するようにした。外気取込み停止条件を判断する期間は、例えば５分である。

さらに、空調制御処理部１３は、ステップを切り替えた後、当該切り替えによる効果を反映させるための時間である効果待ち時間を経るまでは、次のステップの切り替えを実行しないようになっている。効果待ち時間は、室内の広さ等を考慮して適宜設定すればよく、例えば２０分である。

さらにまた、図３の各ステップの設定内容を参照すればわかるように、空調制御処理部１３は、排気手段２を常時動作させるようになっている。排気手段２を常時、あるいは室内の二酸化炭素濃度センサなどに基づき最少換気量を維持する間歇運転動作させることで、最低限の換気量を維持し、室内の酸素量を確保することができる。

ここで、空調制御処理部１３によるステップの切り替え動作を図５を用いて具体的に説明する。

まず、図５に実線矢印で示すように、室内の温度Ｔが第１設定温度Ｌ１（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ）よりも低い温度であり、第１ステップが設定されている状態から、室内の温度が徐々に上昇した場合について説明する。なお、外気取込み停止条件は満たしていないものとする。

室内の温度Ｔが上昇して増段時の第１設定温度Ｌ１ａ以上となり、その状態が所定期間継続すると、空調制御処理部１３は、外気取込み手段３を動作させ、第１ステップから第２ステップに切り替える。その後、効果待ち時間が経過するまで待つ。

効果待ち時間が経過した後、室内の温度Ｔがさらに上昇して増段時の第２設定温度Ｌ２ａ以上となり、その状態が所定期間継続すると、空調制御処理部１３は、循環送風手段４を動作させ（空気調和機１０を送風モードで動作させ）、第２ステップから第３ステップに切り替える。その後、効果待ち時間が経過するまで待つ。

効果待ち時間が経過した後、室内の温度Ｔがさらに上昇して増段時の第３設定温度Ｌ３ａ以上となり、その状態が所定期間継続すると、空調制御処理部１３は、冷房手段５を動作させ（空気調和機１０を冷房モードに切り替え）、第３ステップから第４ステップに切り替える。このとき、空調制御処理部１３は、冷房手段５（空気調和機１０）の送風空気温度をあらかじめ定めておいた最も高い温度（最も高い冷水（冷却媒体）の温度の場合を含む）に設定する。その後、効果待ち時間が経過するまで待つ。

効果待ち時間が経過した後、室内の温度Ｔがさらに上昇して増段時の第４設定温度Ｌ４ａ以上となると、空調制御処理部１３は、冷却能力後追い増加制御を開始し、冷房手段５の送風空気温度を、時間をおきつつ段階的に、または所定の時間をかけつつ連続的に下げる制御を行う。

次に、図５に破線矢印で示すように、室内の温度Ｔが第４設定温度Ｌ４（Ｌ４ａ，Ｌ４ｂ）よりも高い温度であり、第４ステップが設定され冷却能力後追い増加制御を行っている状態から、室内の温度Ｔが徐々に低下した場合について説明する。

室内の温度Ｔが低下して減段時の第４設定温度Ｌ４ｂよりも低くなり、その状態が所定期間継続すると、空調制御処理部１３は、冷却能力後追い増加制御を終了し、冷房手段５の送風空気温度を、時間をおきつつ段階的に、または所定の時間をかけつつ連続的に上げる制御を行う。この制御は、冷房手段５の送風空気温度があらかじめ定めておいた最も高い温度となるまで行われる。

その後、室内の温度Ｔがさらに低下して減段時の第３設定温度Ｌ３ｂよりも低くなり、その状態が所定期間継続すると、空調制御処理部１３は、冷房手段５を停止させ（空気調和機１０を送風モードに切り替え）、第４ステップから第３ステップに切り替える。その後、効果待ち時間が経過するまで待つ。

効果待ち時間が経過した後、室内の温度Ｔがさらに低下して減段時の第２設定温度Ｌ２ｂよりも低くなり、その状態が所定期間継続すると、空調制御処理部１３は、循環送風手段４を停止させ（空気調和機１０を停止させ）、第３ステップから第２ステップに切り替える。その後、効果待ち時間が経過するまで待つ。

効果待ち時間が経過した後、室内の温度Ｔがさらに低下して減段時の第１設定温度Ｌ１ｂよりも低くなり、その状態が所定期間継続すると、空調制御処理部１３は、外気取込み手段９を停止させ、第２ステップから第１ステップに切り替える。

なお、ここでは室内の温度Ｔが徐々に上昇あるいは低下する場合を説明したが、例えば、第１ステップに設定されているときに室内の温度Ｔが急激に上昇し、Ｌ２≦Ｔ＜Ｌ３の状態が所定時間継続したような場合には、第２ステップを飛ばして第１ステップから第３ステップに切り替えることになる。

次に、空調運転制御システム１の制御フローを図６を用いて説明する。

図６に示すように、まず、空調制御処理部１３は、電源投入時であるかを判断する（Ｓ１）。このとき、空調制御処理部１３は、所定時間電源が投入されていないかどうかを判断することで、電源投入時であるかを判断する。つまり、瞬間停電後の復電時は電源投入時に含まれない。Ｓ１でＮＯと判断された場合、Ｓ３に進む。Ｓ１でＹＥＳと判断された場合、空調制御処理部１３は、Ｓ２にて第１ステップを設定して、Ｓ３に進む。Ｓ３では、タイマ１をリセットし、スタートしてＳ４に進む。

Ｓ４では、空調制御処理部１３が、室内の温度Ｔが第３設定温度Ｌ３以上であるかを判断する。このとき、現在のステップが第１〜第３ステップである場合には、第３設定温度Ｌ３として図５における増段時の第３設定温度Ｌ３ａを用い、現在のステップが第４ステップである場合には、第３設定温度Ｌ３として減段時の第３設定温度Ｌ３ｂを用いることになる（一般化すると、現在のステップが第ｎステップだとすると、第ｉ設定温度（ｉ≧ｎ）については増段時、第ｊ設定温度（ｊ＜ｎ）については減段時の設定温度を用いることになる）。Ｓ４でＹＥＳと判断された場合にはＳ５に進み、ＮＯと判断された場合にはＳ９に進む。

Ｓ５では、空調制御処理部１３が、タイマ１が５分以上であるか判断する。Ｓ５でＮＯと判断された場合にはＳ４に戻る。Ｓ５でＹＥＳと判断された場合、すなわち、Ｔ≧Ｌ３の状態が５分間継続した場合には、Ｓ６に進む。

Ｓ６では、空調制御処理部１３が、外気取込み停止条件を満たすか判断する。Ｓ６でＮＯと判断された場合、Ｓ７に進み、第４ステップを設定し外気取込み手段３も動作させる。Ｓ６でＹＥＳと判断された場合、Ｓ８に進み、第４ステップを設定するが、外気取込み停止条件を満たすため、外気取込み手段３は停止させる。Ｓ７，Ｓ８にて第４ステップを設定した後、Ｓ２２に進む。

なお、第４ステップでは、Ｔ≧Ｌ４であるときに冷却能力後追い増加制御を行うが、図６の制御フローでは省略している。

Ｓ９では、空調制御処理部１３が、室内の温度Ｔが第２設定温度Ｌ２以上第３設定温度Ｌ３未満であるかを判断する。Ｓ９でＹＥＳと判断された場合にはＳ１０に進み、ＮＯと判断された場合にはＳ１４に進む。

Ｓ１０では、空調制御処理部１３が、タイマ１が５分以上であるか判断する。Ｓ１０でＮＯと判断された場合にはＳ９に戻る。Ｓ１０でＹＥＳと判断された場合、すなわち、Ｌ２≦Ｔ＜Ｌ３の状態が５分間継続した場合には、Ｓ１１に進み、外気取込み停止条件を満たすか判断する。Ｓ１１でＮＯと判断された場合、Ｓ１２に進み、第３ステップを設定し外気取込み手段３も動作させる。Ｓ１１でＹＥＳと判断された場合、Ｓ１３に進み、第３ステップを設定するが、外気取込み手段３は停止させる。Ｓ１２，Ｓ１３にて第３ステップを設定した後、Ｓ２２に進む。

Ｓ１４では、空調制御処理部１３が、室内の温度Ｔが第１設定温度Ｌ１以上第２設定温度Ｌ２未満であるかを判断する。Ｓ１４でＹＥＳと判断された場合にはＳ１５に進み、ＮＯと判断された場合にはＳ１９に進む。

Ｓ１５では、空調制御処理部１３が、タイマ１が５分以上であるか判断する。Ｓ１５でＮＯと判断された場合にはＳ１４に戻る。Ｓ１５でＹＥＳと判断された場合、すなわち、Ｌ１≦Ｔ＜Ｌ２の状態が５分間継続した場合には、Ｓ１６に進み、外気取込み停止条件を満たすか判断する。Ｓ１６でＮＯと判断された場合、Ｓ１７に進み、第２ステップを設定し外気取込み手段３も動作させる。Ｓ１６でＹＥＳと判断された場合、Ｓ１８に進み、第１ステップを設定する（第２ステップで外気取込み手段３を停止すると、第１ステップと同じになる）。Ｓ１７，Ｓ１８にて第２ステップあるいは第１ステップを設定した後、Ｓ２２に進む。

Ｓ１９では、空調制御処理部１３が、室内の温度Ｔが第１設定温度Ｌ１未満であるかを判断する。Ｓ１９でＹＥＳと判断された場合にはＳ２０に進み、ＮＯと判断された場合にはリターンする（Ｓ１に戻る）。

Ｓ２０では、空調制御処理部１３が、タイマ１が５分以上であるか判断する。Ｓ２０でＮＯと判断された場合にはＳ１９に戻る。Ｓ２０でＹＥＳと判断された場合、すなわち、Ｔ＜Ｌ１の状態が５分間継続した場合には、Ｓ２１に進み、第１ステップを設定した後、Ｓ２２に進む。

Ｓ２２では、ステップを切り替えたかを判断し、ＹＥＳと判断された場合、Ｓ２３にてタイマ２をリセットし、スタートさせて、Ｓ２４にてタイマ２が２０分となるまで待つことで、効果待ち時間が経過するのを待ち、効果待ち時間が経過した後、リターンする。Ｓ２２でＮＯと判断されれば、ステップを切り替えていないので、効果待ち時間が経過するのを待つ必要はなく、そのままリターンする。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る空調運転制御システム１では、Ｔ＜Ｌ１の状態が所定期間継続したときに、外気取込み手段３と循環送風手段４と冷房手段５とを停止する第１ステップに切り替え、Ｌ１≦Ｔ＜Ｌ２の状態が所定期間継続したときに、外気取込み手段３を動作させ、循環送風手段４と冷房手段５とを停止する第２ステップに切り替え、Ｌ２≦Ｔ＜Ｌ３の状態が所定期間継続したときに、外気取込み手段３と循環送風手段４とを動作させ、冷房手段５を停止する第３ステップに切り替え、Ｔ≧Ｌ３の状態が所定期間継続したときに、外気取込み手段３と循環送風手段４と冷房手段５とを動作させる第４ステップに切り替えるようにしている。

たとえば大空間の事務所や商業施設などでは、室内の温度を昇温させる主な要因が在室者や、パソコンなどの電子機器、照明などの発熱（少量発熱分散設備と呼称する）であり、これら少量発熱分散設備が使用されない夜間に冷却されて早朝に室内の温度が最も低くなり、施設の当日稼働開始後、徐々に室内が昇温され室内の温度が午後から夜にかけて最も高くなるという傾向がある（昼間昇温型施設と呼称する）。また近年では、同等の施設においては、冬季であっても暖房を行わず、少量発熱分散設備で室内の温度が高くなりすぎないように冷房のみを行うようになってきている。

このような昼間昇温型施設においては、多くの場合、温度・湿度の管理は主に在室者の体感が悪くないように行われ、多少の温度・湿度の変動には不都合がない場合が殆どである。このような場合に省エネルギー性をより高めるには、電力の消費が大きい冷房手段５の運転が開始される時間をなるべく遅くし、冷房手段５をなるべく長時間動作させないように制御を行うことが重要になってくる。

本発明の空調運転制御システム１では、室内の温度Ｔが高くなるほど高いステップに切り替えを行うため、上述のような昼間昇温型施設に適用した場合には、始業時から終業時にかけて、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップ、第４ステップの順に切り替えが行われることになる。よって、各設定温度Ｌ１〜Ｌ３を適宜設定することで、冷房手段５の運転が開始される時間を遅くし、冷房手段５が運転される時間を短くすることができる。その結果、冷房用冷熱の製造に要する電力等、一次エネルギーの消費を抑えて省エネルギー性を向上させることが可能になる。

また、空調運転制御システム１では、冷房手段５を動作させる第４ステップの前に、循環送風手段４を動作させる第３ステップを挿入している。これにより、冷房手段５を動作させる前に、循環送風手段４による「人体に当たる風量が多いほど涼しく感じられる効果」（扇風機効果）を利用して、冷房手段５の運転が開始される時間をより遅くすることができる。その結果、冷房手段５が運転される時間をより短くして冷房用冷熱製造に要する電力・ガス等一次エネルギーの消費を抑え、総合的に省エネルギー化を図ることが可能になる。

先述の特許文献１では、外気の温度Ｔ_outが高い場合には空気調和機を動作させるしかなかったが、本発明によれば、外気の温度Ｔ_outが高い場合など、外気取込み停止条件が満たされて外気取込み手段３の動作を行わない場合であっても、循環送風手段４による扇風機効果を利用して在室者の体感温度を下げることにより、冷房手段５を動作させる時刻（在室者の要求で冷房手段５を運転せざるを得なくなる時刻）を遅らせることができ、省エネルギー性をより向上できる。

さらに、空調運転制御システム１は、外調機９、空気調和機１０が既設であれば、従来から空調の制御に用いている制御装置１２に空調制御処理部１３を追加で搭載するだけで実現が可能であり、既存の設備機器類（ハードウェア部分）を利用しつつ、少ない設備投資（改修工事）で実現可能である。また、外調機９については、そのファンのみを外気取込みファン３ａとして用いることになるので、既設の外調機９で冷媒を循環させるための部材（ポンプや電磁バルブなど）が故障して通常の冷却ができない場合であっても、そのまま利用することが可能である。

また、空調運転制御システム１では、第４ステップに切り替えたときに冷房手段５の送風空気温度をあらかじめ定めておく最も高い温度に設定し、その後、室内の温度Ｔが、第４設定温度Ｌ４以上となったときに、冷房手段５の送風空気温度を、時間をおきつつ段階的に、または所定の時間をかけつつ連続的に下げる制御を行うようになっている。これにより、第４ステップに切り替えて冷房手段５を動作させた後にも、冷房用冷熱の製造に要する電力をできるだけ少なくし、省エネルギー性をさらに向上させることが可能である。

さらに、空調運転制御システム１では、各設定温度Ｌ１〜Ｌ４は、増段を行う際と減段を行う際とで異なる値に設定され、減段を行う際の各設定温度Ｌ１ｂ〜Ｌ４ｂは、増段を行う際の各設定温度Ｌ１ａ〜Ｌ４ａよりも低い値に設定されている。これにより、ステップの切り替えが繰返し行われる所謂ハンチングを防止することが可能となる。

また、空調運転制御システム１では、ステップを切り替えた後、当該切り替えによる効果を反映させるための時間である効果待ち時間を経るまでは、次のステップの切り替えを実行しないようにしているため、増段あるいは減段の効果が反映される前に次の増段や減段がなされてしまうことを防止できる。

さらに、空調運転制御システム１では、循環送風手段４として、空気調和機１０のファン５ｂを用いているため、循環送風手段４を別途設ける必要がなく、設備投資を少なくできる。

また、空調運転制御システム１では、外気の温度Ｔ_outが所定期間継続して第２設定温度Ｌ２以上となったとき、あるいは、外気の露点温度Ｔ_dpが所定期間継続して設定露点温度以上となったときに、外気取込み停止条件を満たしたとして、外気取込み手段３を強制的に停止するようにしている。これにより、外気の取込みによる冷却効果が得られないときには外気を取り込まないようにし、外気取込み手段３（外気取込みファン３ａ）での電力消費を抑制することが可能になる。

さらに、空調運転制御システム１では、室内の空気を室外に排出する排気手段２をさらに備え、排気手段２を常時動作させるようにしているため、換気量を維持し、室内の酸素量を確保することが可能になる。また、室内の二酸化炭素濃度を計測監視し最低限必要な新鮮空気量のみを取り込むように、排気手段２を間歇運転動作させ、更に排気手段２の運転時間を短縮しても良い。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、一例として、本発明の空調運転制御システム１を昼間昇温型施設に適用する場合を説明したが、本発明は昼間昇温型施設以外のあらゆる施設に適用が可能である。

１空調運転制御システム
２排気手段
３外気取込み手段
４循環送風手段
５冷房手段
６温度検出手段
７外気温度検出手段
８外気露点温度検出手段
１２制御装置
１３空調制御処理部

Claims

少なくとも、
室内に外気を取込んで前記室内を換気する外気取込み手段と、
前記室内の空気を循環させ前記室内で人体に当たる風量を増加させる循環送風手段と、
前記室内の空気を吸入し冷却して再び前記室内に排出する冷房手段と、
前記室内の温度を検出する温度検出手段と、
前記外気の温度を検出する外気温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出した前記室内の温度に基づき、前記外気取込み手段と前記循環送風手段と前記冷房手段とを制御する空調制御処理部を有する制御装置と、
を備え、
前記空調制御処理部は、
前記室内の温度が、所定期間継続して、予め設定した第１設定温度よりも低い温度範囲にあるときは、前記外気取込み手段と前記循環送風手段と前記冷房手段とを停止する第１ステップに切り替え、
前記室内の温度が、所定期間継続して、前記第１設定温度以上で、かつ、前記第１設定温度より高く設定された第２設定温度よりも低い温度範囲にあるとき、および、前記外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上でないときは、前記外気取込み手段を動作させ、前記循環送風手段と前記冷房手段とを停止する第２ステップに切り替え、
前記室内の温度が、所定期間継続して、前記第２設定温度以上で、かつ、前記第２設定温度より高く設定された第３設定温度よりも低い温度範囲にあるとき、および、前記外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上でないときは、前記外気取込み手段と前記循環送風手段とを動作させ、前記冷房手段を停止する第３ステップに切り替え、
前記室内の温度が、所定期間継続して、前記第３設定温度以上の温度範囲にあるとき、および、前記外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上でないときは、前記外気取込み手段と前記循環送風手段と前記冷房手段とを動作させる第４ステップに切り替える
ことを特徴とする空調運転制御システム。
前記空調制御処理部は、
前記第４ステップに切り替えたとき、前記冷房手段の送風空気温度を最も高い温度に設定し、
その後、前記室内の温度が、前記第３設定温度より高く設定された第４設定温度以上となったとき、および、前記外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上でないときは、前記冷房手段の送風空気温度を、時間をおきつつ段階的に、または所定の時間をかけつつ連続的に下げる制御を行う
請求項１記載の空調運転制御システム。
前記各設定温度は、低いステップから高いステップに切り替える増段を行う際と、高いステップから低いステップに切り替える減段を行う際とで異なる値に設定され、
前記減段を行う際の前記各設定温度は、前記増段を行う際の前記各設定温度よりも低い値に設定される
請求項１または２記載の空調運転制御システム。
前記空調制御処理部は、ステップを切り替えた後、当該切り替えによる効果を反映させるための時間である効果待ち時間を経るまでは、次のステップの切り替えを実行しない
請求項１〜３いずれかに記載の空調運転制御システム。
前記冷房手段は、前記室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う冷却コイルと、前記室内の空気を吸入すると共に前記冷却コイルで冷却された空気を前記室内に排出するファンと、を有する空気調和機からなり、
前記循環送風手段として、前記空気調和機の前記ファンを用いるようにした
請求項１〜４いずれかに記載の空調運転制御システム。
前記空調制御処理部は、前記外気温度検出手段で検出した外気の温度が、所定期間継続して前記第２設定温度以上となったとき、外気取込み停止条件を満たしたとして、前記外気取込み手段を強制的に停止する
請求項１〜５いずれかに記載の空調運転制御システム。
外気の露点温度を検出する外気露点温度検出手段をさらに備え、
前記空調制御処理部は、前記外気露点温度検出手段で検出した外気の露点温度が、所定期間継続して設定露点温度以上となったとき、外気取込み停止条件を満たしたとして、前記外気取込み手段を強制的に停止する
請求項１〜６いずれかに記載の空調運転制御システム。
室内の空気を室外に排出する排気手段をさらに備え、
前記空調制御処理部は、前記排気手段を常時、または間歇運転動作させる
請求項１〜７いずれかに記載の空調運転制御システム。