JPS59116820A - 最適起動／停止制御装置および起動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、最小のエネルギー消費で、建物またはビルデ
ィングを非使用時間の間あるレベルに制御できる建物ま
たはビルディング内空調の最適起動／停止装置および方
法に関し、特に前の起動／停止時間の精度に基づいて、
その最適停止および／また起動時間が調整されるように
なっている最適起動／停止制御装置および起動制御方法
に関する。

非常に大きな建物またはビルディングであろうと、きわ
めて小さな建物またはビルディングであろうと、本発明
の建物の制御装置は、主に省エネ＝４− ルギーを行なうものである。本発明の主な目的とすると
ころは、可能な限）最も低いレベルに建物のエネルギー
消費を減らすことにある。今日、最も重要な省エネルギ
ーの手段の１つに、室の非使用時間帯の間、建物の室内
温度のセットノ々ツクを行なうことがある。冬の間、こ
のセットノ々ツクの手段は室内のセットポイントを下げ
るように働き、非使用の時間帯の間も暖房装置が同じよ
うに働きつづけ々いようにして、省エネルギーを図るも
のである。夏の間は、セットノ々ツク手段は室内のセッ
トポイントを上げるように働き、非使用の時間帯の間も
、空調システムが同じように働きつづけないようにして
、室の使用時間帯に必要なエネルギー消費量よシも少な
くするようにする。

建物を使用時間帯のはじめまでに快適温度にするために
、従来装置では、それが空気加熱炉であろうと空調冷凍
機であろうと室内温度を所望の設定温度にもっていくた
めに空調装置が使用時間帯のはじまる前、いつ起動され
々ければならないかを決定していた。通常、空調装置が
使用時間帯の５　　　　　　　　　　　９ はじまる前に先だって起動される時間は、外気温度によ
って決められていた。たとえば冬の間、外気温度が冷た
ければ、室内温度を所望のセットポイン）Ｋもっていく
のに必要なその時間は長くなシ、（←ももし、外気温度
が高ければ、その時間は短くなるであろう。

反対に、非使用時間帯のはじ壕るときに、最小の設定さ
れた快適レベルまで室内温度が移動するように、空調装
置を非使用時間帯に先だっである時間停止することＫよ
ってエネルギーが節減できる。その後はナイトセットバ
ックの温度に空調装置を制御する。この動作は、最適停
止と呼ばれる。

非使用時間帯に先だって空調装置が止められるこレベル
に維持されるように、使用時間前の起動時間および非使
用時間前の停止時間と非使用時間中のセットノ々ツクレ
ベルは、外気温度によって決められていたが、これらの
起動および停止時間を決めるために空間の温度を用いる
ように試みがなされてきた。このような装置では、使用
および非使用時間帯の間の温度の変化量が、最適起動お
よび停止時間を決定するために用いられてきた。しかし
このような装置では順応することができない。

最適起動および停止時間に影響するこれら外気温度およ
び／また建物内の温度変化量以外に多くの要因があるか
らである。

したがって、最適起動／停止装置が起動および停止時間
を正確に予測するためには、装置は順応できる、すなわ
ち、起動および停止時間は過去のヒストリーおよび実際
の経験に基づいて調整されるべきである。よって、本発
明の目的とするところは、建物の非使用時間帯の間は、
ある低いエネルギー消費レベルに空調装置を制御でき、
使用時間までに建物を快適温度にするように使用時間前
に空調装置を起動するための順応した最適起動／停止制
御装置および起動制御方法を提供することである。本発
明によれば、その制御装置は、建物内の空間温度を検出
する温度検出器を有し、最適起動／停止時間を決定する
ために温度検出器お上び実時間（ｔｅａｌ　ｔｉｍｅ）
に応答して、非使用時間の間はエネルギー節減レベルに
、使用時間の間は快適レベルに建物を制御する。そして
その制御装置は、起動／停止時間の正確さに基づいて最
適起動／停止時間を調節し、空調装置に接続するための
接続手段を有している。

以下、本発明を図面を用いて一実施例によυ説明する。

本発明によれば、最適起動／停止時間を制御するための
第１のステップは、非使用時間および／または使用時間
の間の建物内の温度の変化量を測定することを含むもの
である。第１図において、その制御装置は、空調ユニッ
トすなわち空調装置のオンおよびオフのステータスを検
知し、何らかの時間の間中調装置がどのくらいの間オン
またはオフであるかを決定し、空調装置を制御している
特定のサーモスタットに含まれるヒステリシスをメモリ
に保持する。空調装置が付勢および消勢される温度差で
ある温度ヒステリシスを知ることにより、それを空調装
置がそのヒステリシスでサー７− モスタットを駆動するために必要な時間で割れば、建物
内の温度変化率または量を得ることができる。

このようにして、第１図において、ディ・サーモスタッ
ト（ｄａｙ　ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔ）１１は、使用時間
帯の間、空調装置１２を制御するもので、ナイト・サー
モスタット（ｎｉｇｈｔ　ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔ）１３
は、非使用時間帯の間、空調装置１２を制御するもので
ある。これらのサーモスタット１１またはサーモスタツ
）１３のどちらかが、制御装置１５の制御の下でディ／
ナイト選択装置１４によって、空調装置１２に接続され
る。制御装置１５は、ライン１６を介して空調装置１２
がオンまたはオフであることを検出できる。空調装Ｌｌ
ｊ１２がオンおよび／またはオフである時間の測定は実
時間に基づいているので、制御装Ｒ１５はリアル−タイ
ム・クロック１７に接続されている。

制御装置１５はサーモスタツ）１１および１３のヒステ
リシスを、そのメモリ内にストアしている。制御装Ｒ１
５がサーモスタット１３のヒステリシスを知っていれば
、空調装置１２が夜の間そ−９−。

８− のヒステリシスによりサーモスタットを駆動するのに必
要に時間を検出する力らば、制御装置１５は非使用時間
の間の温度の変化率を決定することができる。このよう
にして、制御装置１５は温度検出器１１および１３に応
答する。非使用時間の間の温度変化率を用いて、夜間の
セットノ々ツク温度を日中の温度にもっていくために使
用時間帯のはじまりに先だって、どのくらいの時間が必
要であるかを制御装置１５は予測することができる。

制御装置１５は、ディ／ナイト選択装置１４により、サ
ーモスタット１１を使用時間帯のはじまシの前の時間を
決定する空調装置１２に接続し、空調装置１２は使用時
間帯のはじめにちょうど、建物内の人々が快適に感じる
日中の温度に建物内の空間温度をもっていく。同様に、
最適停止時間は、使用時間帯の間の温度の変化量を検出
することによって決定することができる。

第２図は、同様か結果を得るための他の実施例である。

第２図に示す装置は、ハネウェル・インコーポレーテッ
Ｐによって製造されているデルタ）７−１０− ・システム（Ｄｅｌｔａ　ｓｙｓｔｅｍｓ）のうちの１
つのデルタ・システムの例である。このようなシステム
すなわち装置は、リアル・タイム・クロック２２および
さまざまなデータ収集装置に接続されたプロセッサ２１
を有している。第２図には、データ収集装置のうちの１
つの装置２３のみ示しである。

データ収集装置２３の出力として空調装置２５が、入力
としてサーモスタット２６が接続されている。

ディジタル通信技術を用いることにより、プロセッサ２
１は、オンおよびオフのステータスまたはサーモスタッ
ト２６のアナログ値を読むことができ、温度差およびリ
アル・タイム嗜クロック２２を用いて温度の増加まれは
減少率を決定することができる。

サーモスタットのヒステリシスを用いる代わシに、温度
の変化量の計算をするために、プロセッサ２１は空調装
置２５を予め決められた時間オンにして温度変化を測定
する。このようにして、温度の変化率を決定するために
種々の時間内での一定の温度変化をみる代わシに、一定
の時間内における種々の温度変化を用いて、建物内の温
度変化量を決定することができる。

第１図およびｍ２図に示す装置の他の実施例として、本
発明には、リアル・タイム会クロック、プロセッサおよ
びデータ収集機能を構成要素とするスタンドアローンの
サーモスタットを用いてもよい。このようなサーモスタ
ットでは、温度測定装置と制御出力部が、これらの他の
エレメントと共に構成要素であったりまたはなかったり
するであろう。

温度変化率を決定するために用いられる特定の装置は、
非使用時間および／または使用時間帯における建物内の
温度変化量を決定しなければ々らないという事実はど重
要ではない。どの装置を用いても、第３図のフローチャ
ートは空調装置またはユニットの最適起動時間を制御す
るために、装置が種々のパラメータをいかに用いるかを
示すものである。その手順は、ユーザーによシ選択され
る時間と共に周期的にエンターされている。

第１の動作は、温度の変化率を決定するために、上述し
たように時間および温度差ΔＴを測定することである。

上述のように、この動作には、ヒステリシス、すなわち
サーモスタットのオフとオンの温度を有してサーモスタ
ットを駆動するのに必要な時間の差の測定をすること、
または、予め決められた時間空調装置をオンしてそのと
きの温度差を測定すること、または、これらのいずれか
の組合せの動作、または、何らかの同様な動作を含むも
のである。温度変化を時間変化で割ったものは、建物の
温度変化量または率となるであろう。

次の動作は、調整時間を決定することである。

この調整時間は、最適起動の場合では使用時間に先だつ
時間として定義され、最適停止の場合では非使用時間に
先だつ時間として定義される。その時間の間、最適起動
のために使用時間に快適レベルに温度をもっていくよう
に空調装置は付勢されなければならず、また、最適停止
のためには、空調装置を消勢して、空間の温度をナイト
・セットパックの温度に移動することになる。

冬の間、この調整時間人Ｔは次式より与えられ−１３−
。

る。

ここでＴＯＭＩＮは最低快適温度、すなわち、快適範囲
の低い方の温度であり％　Ｔ８ＢＴＢＡＯＫはセットノ
々ツクまたは夜間の温度設定値であシ、上昇率は、上述
したように非使用時間の間に計算された温度上昇率また
は量である。Ｔ　　が選ばれたのは、ＭＩＮ 建物内の空間温度が快適範囲として定義した最低と最高
の快適温度のレベルの間のどこかにある限り空調装置は
付勢されないからである。たとえば、冬の間、この範囲
は華氏６５度から７５度の範囲であろう。一方、もし、
快適範囲を用いないならば、Ｔ　　は日中のセットポイ
ントの温度になるＭＩＮ であろう。いずれにしても、調整時間ＡＴは、式（１）
よシ決定することができる。

最適停止の場合、非使用時間のはじめに先だって空調装
置をオフにするための調整時間は、式（１）に似た式よ
シ決定することができる。しかしながら、この場合、使
用時間帯の最後において許容さ１＾　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　−Ｉ！−れる最
低の快適温度が式（１）のセットパック温度の代わシに
用いられ、実際の温度が、Ｔ　　に代わＭＩＮ って用いられる。そして、空調装置が消勢しているとき
の時間における建物内の温度の低下を測定することによ
って上昇率の代わりに下降率または下降量が用いられる
。

夏の間では、調整時間を決定するために次式が用いられ
る。

ことでＸ　ＴＳＥＴＢＡＣＫは、非使用時間帯における
高い温度である夜間のセットパック温度であり、ＴｃＭ
ＡＸは、快適範囲の最高温度であり、下降率は非使用時
間の間に決定された温度の下降率または量である。この
式（２）は、空調装置が建物を冷房している夏の間の最
適起動を決定するために用いられる。最適停止を決定す
るためには式に同じような調整をしなければならない。

そして、この調整時間は、最適起動動作中に室の使用が
開始される時刻、または、最適停止動作中にその室の使
用が終わる時刻から単に引かれる。

しかし、この装置は、調整時間に影響を与えるであろう
制御装置や建物の種類や特徴を考慮にいれておらず、最
適起１＃／停止時間の計算に誤差を生じている。いいか
えれば、この装置では順応できないのである。よって、
冬の間の最適起動に対して、式（１）は最適起動時刻を
決定するために次式のようにかくことができる。

始動時刻＝使用時刻−Ｍ＠ＡＴ　　　・・・・・・（３
）ここで、始動時刻は、使用時刻のはじめに快適な暖か
さにガるように建物の加熱を始める最適起動時刻であり
、使用時刻（Ｏｃｃｕｐａｎｃｙ）は、建物の使用がは
じまる時刻であシ、Ｍけ、前の起動／停止時間の正確さ
に基づく調整因子であシ、ＡＴは調整時間である。最適
停止時刻は次式よシ計算される。

停止時刻＝非使用時刻−Ｍ−ＡＴ　　　・・・・・・（
４）ここで、制御装置ｉｔたけプロセッサは、中に、あ
る連続した時間幅（ａ　ｗｉｎｄｏｗ　ｏｆ　５ｕｃｃ
ｅｓｓ）がプログラムされていて、それは、建物の温度
が、（ａ）最適起動の場合は使用時間帯のはじめ、そし
て（ｂ）最適停止の場合は非使用時間帯のはじめのある
予め決められた時間内に、正しいレベルにあるかぎりＭ
の因子が調整されないようなものである。たとえば、も
し、最適起動のとき室の使用開始が午前８時とすると、
その午前８時の前後１０分間である時間幅が確立される
。午前８時に所望の日中の温度に室温をもっていくため
に空調装置が午前８時前にある時間付勢されて、もし、
実際に温度がその午前８時前後の２０分の時間幅内でそ
の所望の日中の温度まで達したとすると、Ｍの因子は調
整され寿いであろう。もちろん、との時間Ｉｔはどんな
長さでもよく、何らかの所望の方法で使用時間帯のはじ
めに位置されることができる。

第３図で示すように、調整時刻が決定されたあと、制御
装置は、その最後の起動／停止時間で温度が所望の温度
に達したのが、上述の例でいえばその時間幅を超えたた
とえば午前８時２０分等の時刻であったかどうかを決定
する。もし、そうであるガらば、最適起動の場合に空調
装置が使用時間の充分前に早く付勢されなかったので、
温度を時間幅内の時刻に所望の温度レベルまでもってい
けなかったことになる。よって、Ｍの因子は空調装ｆｔ
が温度を所望の温度までもっていくのに十分な時間を与
えるために％調整時間を大きくするよ′うに増加、すガ
わち大きくされなければならない。

しかし、もしも最後の起動／停止時間で室温が所望の温
度に達したのがその時間幅を超えていないとすると、つ
ぎに、その最後の起動／停止時間で室温が所望の温度に
達したのがその時間幅に達しない時刻であったかどうか
を決定しなければならない、たとえば、その時間幅内で
なく、午前７時４０分であったとすれば、最適起動の場
合、空調装置があまりにも早く付勢されて使用時間の充
分前に室温が所望の温度に達してしまったことになる。

この場合、Ｍの因子は、したがって調整時間を減少させ
るように減少、すなわち小さくされなければならない。

しかし、もし、最後の起動／停止時間で、室温が所望の
温度に達したのがその時間幅内であれば、その最後のＭ
の因子が用いられる。

たとえば、装置が動作をはじめるときは、そのＭの因子
はｌにセットされるであろう。もし、次の日に空調装置
が働いて、室温が所望の温度に達したのが、使用時間帯
のはじまりの前後に決められた時間幅の前の時刻であっ
たならば、たとえば、Ｍの因子は、０．１だけ引かれて
０．９になるであろう。その次の日には、３つの場合が
考えられる。

もし、次の朝、空調装置が働いて、室温が所望の温度に
達したのが、再び時間幅の前の時刻であれば、Ｍの因子
は、また０、１引かれて０．８になるであろう。またも
し、空調装置が働いて、室温が所望の温度に達したのが
その時間幅内の時刻であれば、Ｍの因子は調整されない
で最後の０．９のＭの因子を用いることができる。さら
に、もし、空調装置が働いて室温が所望の温度に達した
のが時間幅を超えた時刻であれば、Ｍの因子は、０．１
だけ増加されて１に々るであろう。このＭの因子を調整
するために、ノぞ−セント変更、計算の正確さに基づい
ての重みづけの変更およびその他いろいろな他の調整方
法を用いてもよいことは明らかであろう。

再び、第３図において、Ｍの因子が決められると、式（
３）および式（４）に示したように調整時間にそれが適
用されて、最適起動／停止時刻を計算するために用いら
れる。つぎに、制御装置は、実際の時刻と計算された最
適起動／停止時刻とが一致するかどうかを判断する。も
し一致したならば、適切々制御動作に入シ、第３図に示
すような手順に再び入る前の予め決められた時間待つよ
うになる。もし制御する時間でガいと、装置はただ、再
び入るまで待つことになる。

上述したようにＭの因子を調整する代わシに、最適起動
動作においてはスケジュールされた使用時間帯と実際の
始動時刻との差、および最適停止動作においてはスケジ
ュールされた使用時間帯と実際の停止時刻との差に比例
してＭの因子を調整することもできる。

このように、Ｍの因子の計算は、加熱／冷却サイクルに
おける非直線性または、なんらかの測定１９− の不正確さを差し引くように働くであろう。この装置は
時定数を調整するためのオペレータの介入が不用である
。この装置は建物を１学習″して、順応できるものとな
る。

Ｍの因子は過去の経験に基づいて調整されているが、プ
ロセッサが適切な修正動作を決定するとすぐにＭの因子
を調整することができる。たとえば、温度が所望のし４
ルに達したのが時間幅のあとであれば、プロセッサは次
のときまで待たすＫＭの因子をただちに調整してもよい
。よって、本発明の目的からすれば、”前の最適起動／
停止時間″の意味するところは、その時間が、最新の起
動／停止時間が知れた直後か、次の起動／停止時間に入
る直前か、また、そのような時かにかかわらず、次の起
動または停止時間に入る前のある時点に、Ｍの因子が調
整されるということである。

以上のように、本発明によれば、建物内の空間温度を検
出する温度検出器を有し、最適起動／停止時間を決定す
るために温度検出器および実時間に応答して、使用時間
の間は快適レベルに建物を２０− 制御し、そして、前の起動／停止時間の正確さに基づい
て最適起動／停止時間を調節することができる。

以上の説明し１好ましい実施例で説明されたが、当業者
であれば、この発明の範囲内で種々の変更が可能である
ととは明らかであろう。従って、この発明は、特許請求
の範囲の記載のみによって限定されることを承知された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる装置の一実施例を示す構成図
である。 第２図は、本発明Ｋかかる装置の他の実施例を示す構成
図である。 第３図は、第１図および第２図に示す装置の動作を示す
フローチャートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）建物内の温度を検出する温度検出手段と、使用時
   間帯の間は快適レベルに制御し、前の起動および／また
   は停止時間の正確さに基づいて最適起動および／または
   停止時間を調整するように最適起動および／または停止
   時間を決定するために上記温度検出手段およびリアル・
   タイム手段に応答する制御手段と、空調装置に上記制御
   手段を接続するラインとを有して、使用時間までに建物
   を快適にするように使用時間前に王制空調装置を付勢す
   ることを特徴とする最適起動／停止制御装置。 （２、特許請求の範囲第（１）項において、上記制御手
   段は、前の使用時間または非使用時間のはじめと、上記
   温度が所望のレベルに達したときの芙際の対応する時刻
   との差に依る因子に＝１−　　　　　　　　　　　＾ｒ よって、」二記最適起動または停止時間を調整する手段
   を有したことを特徴とする最適起動／停止制御装置。 （３）　　特許請求の範囲第（２）項において、上記制
   御手段は１．ト記使用時間または非使用時間のはじめ付
   近に時間幅を設ける手段を有したことを特徴とする最適
   起動／停止制御装置。 （４）建物内の温度を検出する温度検出手段と、非使用
   時間帯の間は省エネルギーレベルに制御し、使用時間帯
   の間は快適レベルに制御し、前の起動および／または停
   止時間の正確さに基づいて最適起動および／または停止
   時間を調整するように最適起動および／または停止時間
   を決定するために上記温度検出手段およびリアル・タイ
   ム手段に応答する制御手段と、 空調装置１ｌｌｉ’に上記制御手段を接続するラインと
   を有して、建物の非使用時間の間は減少されたエネルギ
   ー消費レベルに上記空調装置を制御し、使用時間までに
   建物を快適にするよ２− うに使用時間の前に主調空調装置を付勢することを特徴
   とする最適起動／停止制御装置。 （５）％許請求の範囲第（４）項において、上記制御手
   段は、前の使用時間または非使用時間のはじめと、上記
   温度が所望のレベルに達したときの実際の対応する時刻
   との差に依る因子によって、上記最適起動または停止時
   間を調整する手段を有したことを特徴とする最適起動／
   停止制御装置。 （６）特許請求の範囲第（５）項において、上記制御手
   段は、上記使用時間または非使用時間のはじめ付近に時
   間幅を設ける手段を有したことを特徴とする最適起動／
   停止制御装置。 （７）使用時間までに建物を快適にするように使用時間
   前に空調装置を付勢する方法において、上記建物内の室
   温を検出し、 その検出された温度および上記空調装置によって建物を
   ある温度変化させるのに必要な時間に基づいて温度変化
   率を決定し、 上記温度変化率と、非使用時間の実際の温３一 度と使用時間のはじめにおける所望の温度との差に基づ
   いて調整時間を決定し、 前の調整時間の正確さに基づいて上記調整時間を調整し
   、 使用時間のはじめよシ上記調整された調整時間を減じた
   時刻に上記空調装置を始動するようにしたことを特徴と
   する最適起動制御方法。