(57)【要約】【課題】熱源システムと空調システムから構成される中央式空気調和システムにおいて、熱源システムのさらなる省エネルギー化を図る。【解決手段】本発明にかかる中央式空気調和システムの代表的な構成は、冷温水を生成する熱源システム１１０と、冷温水と熱交換した空気を室内に送風する空調システム１２０と、室温を測る温度センサ１１８と、室温に基づいて熱源システム１１０の送水温度を決定する制御部とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2018004232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷温水を生成する熱源システムと、
冷温水と熱交換した空気を室内に送風する空調システムと、
室温を測る温度センサと、
室温に基づいて熱源システムの送水温度を決定する制御部とを備えたことを特徴とする中央式空気調和システム。
【請求項２】
前記制御部は、送水温度が消費電力が少ない方向の下限値である場合において、前記熱源システムを停止させることを特徴とする請求項１に記載の中央式空気調和システム。
【請求項３】
さらに在室者から体感温度の申告を取得する通信ネットワークとを備え、
前記制御部は、体感温度の申告に基づいて前記熱源システムの送水温度を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の中央式空気調和システム。
【請求項４】
前記制御部は、在室者の体感温度の申告がないかまたは所定数未満である場合には、冷温水の送水温度を該熱源システムの消費電力が少なくなる方向に徐々に変更することを特徴とする請求項３に記載の中央式空気調和システム。
【請求項５】
さらに、少なくとも体感温度の申告、室温、外気温、熱源システムのエネルギー消費量を保存するデータベースを備え、
前記制御部は、前記データベースから過去のデータを参照し、現在の室温および外気温に対し、申告が少なく、かつ熱源システムのエネルギー消費量が少ない送水温度を設定することを特徴とする請求項３または４に記載の中央式空気調和システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源システムと空調システムから構成される中央式空気調和システムにおいて、熱源システムのさらなる省エネルギー化を図った中央式空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
中央式空気調和システムは熱源システムと空調システムから構成されていて、熱源システムによって集中的に冷温水を生成し、空調システムによって各フロアや各部屋に所望の温度の風を送るシステムである。
【０００３】
従来は、熱源システムと空調システムはそれぞれ独立した制御により運用されていた。
熱源システムはヒートポンプやターボ冷凍機などが用いられて、決まった温度の冷温水を生成する。すなわち熱源システムは、熱媒体である冷温水の温度を一定に保つ制御である。空調システムはその冷温水と空気との熱交換量（すなわち風量）を調整することにより、設定温度の空気を生成する制御である。
【０００４】
これに対し、近年、熱源システムの送水温度の設定値変更制御が実施されている。特許文献１には、空調システムの制御状態に基づいて、送水温度を省エネ方向へ緩和する送水温度制御装置が記載されている。例えば冷房時、空調システムの負荷が低負荷となれば、送水温度を上げるようにする。これにより冷凍機のＣＯＰが向上し、省エネルギー化が図られると説明されている。
【０００５】
さらに特許文献２には、熱源システムに低ＣＯＰ機と高ＣＯＰ機がある場合に、設定送水温度が緩和されると、高ＣＯＰ機よりも先に低ＣＯＰ機の冷水の出口温度の設定値を緩和する送水温度制御装置が記載されている。特許文献２によれば、合計のエネルギーコストが低減され、さらなる省エネが図られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−６３６３１号公報
【特許文献２】特許５４９２７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１または２の構成にあっては、機器容量の余裕に基づいて熱源システムの設定温度を緩和する。しかしながら、熱源システムの設定温度を緩和すると、これに伴って空調システムの余裕がなくなることになる。すると熱源システムの設定温度の緩和がそれ以上進まなくなるため、結果的に熱源システムの設定温度はさほど緩和できず、熱源システムの省エネルギー化が促進されないという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、熱源システムと空調システムから構成される中央式空気調和システムにおいて、熱源システムのさらなる省エネルギー化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる中央式空気調和システムの代表的な構成は、冷温水を生成する熱源システムと、冷温水と熱交換した空気を室内に送風する空調システムと、室温を測る温度センサと、室温に基づいて熱源システムが冷温水の送水温度を決定する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、熱源システムの送水温度の調整において、空調システムの制御状態を参照しない。すなわち熱源システム主導での温度制御となり、熱源システムの送水温度を充分に緩和することができるため、従来よりもさらなる省エネルギー化を図ることができる。
【００１１】
さらに制御部は、送水温度が消費電力が少ない方向の下限値である場合において、熱源システムを停止させてもよい。これにより、さらに熱源システムの省エネルギー化を図ることができる。
【００１２】
さらに在室者から体感温度の申告を取得する通信ネットワークとを備え、制御部は、体感温度の申告に基づいて熱源システムの送水温度を変更することが好ましい。熱源システムの制御に在室者の申告データを使用することで、在室者が不快にならない必要最小限の空調を実現できるため、熱源システムのさらなる省エネルギー化を図ることができる。
【００１３】
制御部は、在室者の体感温度の申告がないかまたは所定数未満である場合には、冷温水の送水温度を熱源システムの消費電力が少なくなる方向に徐々に変更してもよい。これにより、在室者が不快を感じる限界まで、さらに省エネルギー化を図ることができる。
【００１４】
さらに、少なくとも体感温度の申告、室温、外気温、熱源システムのエネルギー消費量を保存するデータベースを備え、制御部は、データベースから過去のデータを参照し、現在の室温および外気温に対し、申告が少なく、かつ熱源システムのエネルギー消費量が少ない送水温度を設定してもよい。このようにして環境（状況）に応じた送水温度の最適値を学習することにより、在室者の快適性を向上させつつ、かつ省エネルギー化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱源システム主導での温度制御となり、熱源システムの送水温度を充分に緩和することができるため、熱源システムのさらなる省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態にかかる中央式空気調和システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】第１実施形態にかかる冷房の場合の熱源システムの制御を説明するフローチャートである。
【図３】第２実施形態にかかる中央式空気調和システムの構成を説明するブロック図である。
【図４】第２実施形態にかかる冷房の場合の熱源システムの制御を説明するフローチャートである。
【図５】第３実施形態にかかる中央式空気調和システムの構成を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態にかかる中央式空気調和システム１００の構成を説明するブロック図である。中央式空気調和システム１００は、冷温水を生成する熱源システム１１０と、冷温水と熱交換した空気を室内に送風する空調システム１２０とから構成される。
【００１９】
熱源システム１１０は、熱源機１１２と熱源コントローラ１１３とを含む。熱源機１１２は建物の機械室などに集中的に設置されていて、例えばヒートポンプやターボ冷凍機、チラーなどから構成される。熱源機１１２は単発の場合もあるが、複数台を設置して出力制御または台数制御を行う場合もある。
【００２０】
熱源コントローラ１１３は、熱源機１１２の動作を制御する。熱源コントローラ１１３の動作については後に詳述する。
【００２１】
空調システム１２０は、居室１４０ごとに（または各フロアごとに）設置された空調機１２２と、空調コントローラ１３０とを含む。建物内に居室１４０は複数あるが、図１では１つのみを示し、その他を省略する。空調機１２２はダクト１２４および熱交換器１２６を備え、ファン１２８によって居室１４０内の空気を循環させる。熱交換器１２６において熱源機１１２から供給された冷温水によって室内の空気を加熱または冷却し、ダクト１２４を通じてふたたび室内に戻す。ファン１２８の風量を調節することにより熱交換量を調節することができる。
【００２２】
ダクト１２４の吹出口近傍には温度センサ１３２が配置されていて、空調コントローラ１３０では吹出口の空気の温度を管理している。空調コントローラ１３０は管理人室などに設置されていて、各居室１４０（または各フロア）の温度を集中的に設定する。
【００２３】
熱源システム１１０が温度を管理するために、熱源機１１２の出口に送水温度を測る温度センサ１１７が設置されている。熱源コントローラ１１３は温度センサ１１７から得た送水温度が所定の設定温度になるように熱源機１１２の出力を制御する。
【００２４】
また、本発明の特徴として、居室１４０には室温を測る温度センサ１１８が設置されていて、室温の情報が制御部１１４の制御値決定ロジック１１５へと伝達される。制御値決定ロジック１１５は、温度センサ１１８から得た室温と、熱源コントローラ１１３から得た送水温度に基づいて冷温水の送水温度を決定する。そして制御値決定ロジック１１５は、決定した送水温度を熱源コントローラ１１３に送信する。
【００２５】
なお、制御部１１４は例えばコンピュータやマイコンで実現することができ、制御値決定ロジック１１５はコンピュータ上で動作するソフトウェアで実現することができる。なお制御部１１４は、現場に設置されたコンピュータ等で実現する以外にも、データをネットワーク上のサーバに送信して処理（いわゆるクラウドコンピューティングで処理）することにより実現することもできる。
【００２６】
まず制御値決定ロジック１１５は、熱源システム１１０が動作する上で、室温の上限および下限と、冷温水の温度の上限及び下限とを設定している。例えば冷房の場合であれば、室温の上限を２８℃、室温の下限を１９℃、送水温度の上限を１０℃、送水温度の下限を５℃とする。送水温度が高いほど消費電力は小さく、送水温度が低いほど消費電力は大きい。
【００２７】
図２は第１実施形態にかかる冷房の場合の熱源システム１１０の制御を説明するフローチャートである。制御値決定ロジック１１５は送水温度を、まず送水温度の上限値に設定する（ステップＳ１００）。冷房の場合はこの送水温度がもっとも消費電力が少ない温度である。
【００２８】
このとき空調システム１２０の空調コントローラ１３０は、温度センサ１３２による送風温度を参照し、設定温度にするためにファン１２８の動作を制御する。しかし送水温度が高めであることから、吹き出し空気の温度を設定温度まで下げられない場合がある。すると室温が上限まで下がらないことになる。
【００２９】
そこで制御値決定ロジック１１５は温度センサ１１８によって室温を監視し、室温の上限以下になっているかどうかを判断する（ステップＳ１０２）。室温が上限以下になっていない場合は、送水温度を徐々に下げる（例えば１℃ずつ）（ステップＳ１０４）。これを繰り返して、室温が上限以下になるように制御する。すなわちステップＳ１０２、Ｓ１０４により、室温と送水温度の両方の上限を満たせるような送水温度を設定する。
【００３０】
上記の制御において、制御値決定ロジック１１５は、送水温度の調整に際して空調システム１２０の制御状態を参照しない。すなわち熱源システム主導での温度制御となり、熱源システム１１０の送水温度を充分に緩和することができる。熱源機１１２の動力はダクト１２４のファン１２８の動力よりも大きいため、熱源機１１２の消費電力を削減することにより、従来よりもさらなる省エネルギー化を図ることができる。
【００３１】
さらに制御値決定ロジック１１５は、冷温水の送水温度が上限値（すなわち、消費電力が少ない方向の下限値）であるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。そして制御部１１４は、冷温水の送水温度が所定時間以上上限値であった場合には、熱源システム１１０を停止させる（ステップＳ１０８）。
【００３２】
これは例えば、春秋などの中間期において、送水温度が上限値（消費電力が最も少ない温度）であるにもかかわらず、室温が上限以下になっている場合である。この場合は、空調は不要だと判断することができる。これにより、さらに熱源システム１１０の省エネルギー化を図ることができる。
【００３３】
［第２実施形態］
本発明にかかる中央式空気調和システムの第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態にかかる中央式空気調和システム１００の構成を説明するブロック図であって、第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
本実施形態において建物内には通信ネットワークが構築されていて、図３に示す居室１４０には無線ネットワークのアクセスポイント１４２が設置されている。在室者１５０はそれぞれスマートフォンなどの情報端末１４４を携帯している。情報端末１４４はアクセスポイント１４２を介して制御部１１４の合意形成ロジック１１６と通信可能になっている。
【００３５】
合意形成ロジック１１６とは、複数の在室者１５０の利害関係を考慮して、できるだけ多くの在室者１５０（可能なら全員）の合意が得られる設定温度を見つけるための処理を行うロジック（プログラム）である。合意形成ロジック１１６は、制御値決定ロジック１１５と同様に、コンピュータやネットワーク上のサーバで動作するソフトウェアによって実現することができる。
【００３６】
そして在室者１５０は、情報端末１４４を用いて、熱源コントローラ１１３に対し、体感温度の申告を行うことができるようになっている。具体的には情報端末１４４にインストールされたアプリケーションを用いてもよいし、合意形成ロジック１１６に情報を送るサーバーアプリケーション（ウェブページ）を用いてもよい。体感温度の申告とは、具体的な選択肢（コマンド）としては、「暑い」「寒い」「○℃上げる」「○℃下げる」などである。
【００３７】
図４は第２実施形態にかかる冷房の場合の熱源システム１１０の制御を説明するフローチャートである。まず制御値決定ロジック１１５は、ステップＳ１０２、Ｓ１０４により、室温と送水温度の両方の上限を満たせるような送水温度を設定する。
【００３８】
そして合意形成ロジック１１６は、在室者１５０による情報端末１４４からの体感温度の申告があるか否かの判断をする（ステップＳ１２０）。この判断には、申告の数が所定数以上であることを条件としてもよい。また在室者１５０の総数が分かる場合には、申告の数が在室者１５０の総数に対して一定以上の割合となることを条件としてもよい。
【００３９】
合意形成ロジック１１６が体感温度の申告があると判断した場合には、制御値決定ロジック１１５は送水温度を徐々に変更する（例えば１℃ずつ）（ステップＳ１２２）。温度は下げる場合も上げる場合も両方想定される。
【００４０】
このように、熱源システム１１０の制御に在室者１５０の申告データを使用することで、在室者１５０が不快にならない必要最小限の空調を実現できる。このため、熱源システム１１０のさらなる省エネルギー化を図ることができる。
【００４１】
さらに制御値決定ロジック１１５は、在室者１５０の体感温度の申告がないかまたは所定数未満である場合には、冷温水の送水温度を熱源システム１１０の消費電力が少なくなる方向に徐々に変更してもよい。送水温度の変更は、室温および送水温度の上限下限の範囲内での変更とする。
【００４２】
具体例として、図４の例（冷房）において、ステップＳ１２０において「暑い」と申告され、ステップＳ１２２において送水温度を下げる変更を繰り返したとする。すると居室１４０の室温は、室温の上限よりも低くなる。やがて在室者１５０は不快を感じなくなるため、情報端末１４４からの申告の数が減少する。
【００４３】
そこでステップＳ１２０において、体感温度の申告がないかまたは所定数未満であると判断した場合には、制御値決定ロジック１１５は送水温度を徐々に上げる（例えば１℃ずつ）（ステップＳ１２４）。この判断には、在室者の総数が分かる場合には、申告の数が在室者の総数に対して一定未満の割合となることを条件としてもよい。送水温度の変更は、室温および送水温度の上限下限の範囲内での変更とする。これにより、在室者が不快を感じる限界まで、さらに省エネルギー化を図ることができる。
【００４４】
［第３実施形態］
図５は第３実施形態にかかる中央式空気調和システムの構成を説明するブロック図である。第２実施形態においては、制御値決定ロジック１１５は送水温度を、まず送水温度の上限値に設定するところから開始すると説明した（図２、図４のステップＳ１００）。また、在室者からの体感温度の申告を待ってから制御を行うように説明した。これに対し第３実施形態においては、制御値決定ロジック１１５に学習機能を持たせていて、ある程度は在室者からの不快の申告を待つことなく制御を行う。
【００４５】
図５に示すように、制御部１１４にはデータベース１１５ａ（図５では「ＤＢ」と表記）が備えられていて、制御値決定ロジック１１５から読み書きをすることができる。制御値決定ロジック１１５は、データベース１１５ａに少なくとも体感温度の申告、温度センサ１１８が測定した室温、外気温、熱源システム１１０のエネルギー消費量を保存する。そして制御値決定ロジック１１５は、送水温度を設定する際にデータベース１１５ａから過去のデータを参照して、現在の室温および外気温に対し、申告が少なく、かつ熱源システム１１０のエネルギー消費量が少ない送水温度を設定する。
【００４６】
例えば、過去のある時点の冷房において、ある外気温および室温であった場合に、申告が多くて送水温度を初期値から下げたというデータがあったとする。すると、同様の外気温のときには、前回の初期値よりも送水温度をあらかじめ少し下げて設定する。すると前回よりも体感温度の申告が少し減ると予想される。これを繰り返すことにより、体感温度の申告をあらかじめ低減し、快適性を向上させる送水温度を求めることができる。
【００４７】
ここで、在室者１５０の快適性と、熱源システム１１０の省エネルギー化は、基本的にはトレードオフである。そのため、申告の数がゼロになることを目指すのではなく、体感温度の申告が少なく、かつ熱源システム１１０のエネルギー消費量も低い送水温度に調節する。
【００４８】
さらにデータベース１１５ａには、時刻はもちろん、曜日や、出勤日と休日のようなカレンダー情報も保存しておくことが好ましい。例えば、盛夏期の休日明けの早朝は特に暑くて不快だが、出社時のみ不満のでない送水温度にしておけば、後は送水温度がゆるくても一日を通して不満が出にくい傾向がある。逆に、一度不満が発生すると、最低温度まで下げないと申告が減少しないという傾向もある。すなわち、冷房時において要所で送水温度を下げておけば、他の時間は送水温度を上げることが可能になり、１日全体を通してみれば省エネルギー化を図れる可能性がある。
【００４９】
上述したように、本発明においては、送水温度を低下させることで室内温度を低下させた（快適性を向上させてエネルギー消費量を増やした）場合であっても、徐々に送水温度を上げることで室内温度を上昇させる（エネルギー消費量を減らす）制御を行っている（図４のステップＳ１２４）。したがって、データベース１１５ａを参照して申告が減るように送水温度を下げたとしても、徐々に送水温度を上げることになる。送水温度を上げて在室者１５０から不満が出るのであれば、次回に同様の環境にあるときは送水温度を上げないことになる。これを繰り返すことにより、送水温度を下げるべきときと、送水温度を上昇させられるときを学習することができる。このようにして環境（状況）に応じた送水温度の最適値を学習し、在室者の快適性を向上させつつ、かつ省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、熱源システムと空調システムから構成される中央式空気調和システムにおいて、熱源システムのさらなる省エネルギー化を図った中央式空気調和システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１００…中央式空気調和システム、１１０…熱源システム、１１２…熱源機、１１３…熱源コントローラ、１１４…制御部、１１５…制御値決定ロジック、１１５ａ…データベース、１１６…合意形成ロジック、１１７…温度センサ、１１８…温度センサ、１２０…空調システム、１２２…空調機、１２４…ダクト、１２６…熱交換器、１２８…ファン、１３０…空調コントローラ、１３２…温度センサ、１４０…居室、１４２…アクセスポイント、１４４…情報端末、１５０…在室者
【図１】
2018004232.tif 000003
【図２】
2018004232.tif 000004
【図３】
2018004232.tif 000005
【図４】
2018004232.tif 000006
【図５】
2018004232.tif 000007