(57)【要約】【課題】ペリメータゾーンの快適性を保ちつつ、インテリアゾーンとペリメータゾーンとの間における空調の混合ロスを低減する空調の制御システムを提供することを課題とする。【解決手段】建物１０の空調を制御する制御システム１であって、計測された外気温および日射量に基づいて建物１０のペリメータゾーンの空調を制御する制御手段Ｃ１と、建物１０のインテリアゾーンの設定室温に応じて、制御手段が制御するペリメータゾーンの空調の制御量を補正する補正手段Ｃ２と、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の空調を制御する制御システムであって、
計測された外気温および日射量に基づいて前記建物のペリメータゾーンの空調を制御する制御手段と、
前記建物のインテリアゾーンの設定室温に応じて、前記制御手段が制御する前記ペリメータゾーンの空調の制御量を補正する補正手段と、を備える、
空調の制御システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ペリメータゾーンへ供給される空気の温度が、該ペリメータゾーンが所定温度に維持されるように該ペリメータゾーンへの給気の温度と外気温との相関関係を日射量に応じて定めた既定のマップと、外気温および日射量の実測値とに基づいて定まる温度となるように、該ペリメータゾーンの空調を制御し、
前記補正手段は、前記ペリメータゾーンが前記設定室温になるように、前記制御手段が制御する該ペリメータゾーンの空調の制御量を前記所定温度と該設定室温との差に応じて補正する、
請求項１に記載の空調の制御システム。
【請求項３】
前記補正手段は、一つの制御量に基づいて空調の制御が行われるペリメータゾーンに隣接するインテリアゾーンが、該インテリアゾーン内で領域毎に個別に室温設定が可能な場合は、平均の設定室温、最大の設定室温、最小の設定室温、各設定室温のうち人が居る領域の設定室温の何れかの設定室温に応じて、前記制御手段が制御する前記ペリメータゾーンの空調の制御量を補正する、
請求項１または２に記載の空調の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビルなどの空調システムでは、日射等の影響を受けるペリメータゾーンの快適性を保つため、インテリアゾーンとは異なった空調制御が採られる。例えば、特許文献１には、日射量に応じて給気温度を決定する空調システムが開示されている。また、特許文献２には、室内温度と設定温度との偏差が所定値を超えたら、スキンロード運転中だったペリメータ用空調機の制御モードを切り替え、ペリメータ用空調機がインテリア用空調機と協働で室内温度を設定温度にする空調システムが開示されている。また、特許文献３には、ペリメータゾーンの温度設定をインテリアゾーンの温度設定よりも一段減ずる空調システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２５２８８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４７８１号公報
【特許文献３】特開平１０−２８８３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ペリメータゾーンの熱量は、陽が射す角度や光量に応じて変化しやすい。そこで、ペリメータゾーンの快適性を保つには、日射に応じた空調制御を行うことが望ましい。しかし、インテリアゾーンに給気される空気とペリメータゾーンに給気される空気との間にある温度差が大きいと空調の混合ロスが大きい。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ペリメータゾーンの快適性を保ちつつ、インテリアゾーンとペリメータゾーンとの間における空調の混合ロスを低減する空調の制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明では、インテリアゾーンの設定室温に応じて、外気温および日射量に基づいて制御されるペリメータゾーンの空調の制御量を補正する。
【０００７】
詳細には、建物の空調を制御する制御システムであって、計測された外気温および日射量に基づいて前記建物のペリメータゾーンの空調を制御する制御手段と、前記建物のインテリアゾーンの設定室温に応じて、前記制御手段が制御する前記ペリメータゾーンの空調の制御量を補正する補正手段と、を備える。
【０００８】
上記制御システムにおいては、ペリメータゾーンの空調を、当該ペリメータゾーンの環境に与える影響が大きい外気温および日射量で制御する。外気温および日射量は、当該ペリメータゾーンの環境そのものを捉えるパラメータでは無いものの、当該ペリメータゾーンの環境に変化を与えるパラメータである。そこで、上記制御システムにおいては、ペリメータゾーンの空調を、外気温および日射量を使ってフィードフォワード制御することにより、ペリメータゾーンの快適性を保っている。
【０００９】
ここで、ペリメータゾーンの空調を外気温および日射量で制御する場合、ペリメータゾ
ーンの室温が一定になるように制御する場合に比べて、外気温や日射量といった外乱による影響を受けにくい反面、インテリアゾーンとペリメータゾーンとの間に温度差が生じ得る。そこで、上記制御システムにおいては、ペリメータゾーンの空調制御について、外気温および日射量を主の制御パラメータとしつつ、外気温および日射量に基づいて決定される空調の制御量をインテリアゾーンの設定室温に応じて補正する。これにより、外気温および日射量に基づいたフィードフォワード制御によってもたらされるペリメータゾーンの快適性を享受しつつ、ペリメータゾーンとインテリアゾーンとの間の温度差に起因する空調の混合ロスを低減することができる。
【００１０】
なお、前記制御手段は、前記ペリメータゾーンへ供給される空気の温度が、該ペリメータゾーンが所定温度に維持されるように該ペリメータゾーンへの給気の温度と外気温との相関関係を日射量に応じて定めた既定のマップと、外気温および日射量の実測値とに基づいて定まる温度となるように、該ペリメータゾーンの空調を制御し、前記補正手段は、前記ペリメータゾーンが前記設定室温になるように、前記制御手段が制御する該ペリメータゾーンの空調の制御量を前記所定温度と該設定室温との差に応じて補正するものであってもよい。
【００１１】
ペリメータゾーンが上記既定のマップに基づいて制御されることにより、ペリメータゾーンの環境を変化させる大きな要因である日射量や外気温による影響が排除される。そして、このような既定のマップによって決定されるペリメータゾーンの空調の制御量をインテリアゾーンの設定温度に応じて補正することにより、ペリメータゾーンとインテリアゾーンとの間の温度差に起因する空調の混合ロスを低減することができる。
【００１２】
また、前記補正手段は、一つの制御量に基づいて空調の制御が行われるペリメータゾーンに隣接するインテリアゾーンが、該インテリアゾーン内で領域毎に個別に室温設定が可能な場合は、平均の設定室温、最大の設定室温、最小の設定室温、各設定室温のうち人が居る領域の設定室温の何れかの設定室温に応じて、前記制御手段が制御する前記ペリメータゾーンの空調の制御量を補正するものであってもよい。
【００１３】
インテリアゾーン内で領域毎に個別に室温設定が可能な場合は、上記何れかの設定室温に応じてペリメータゾーンの空調の制御量が補正されることにより、ペリメータゾーンとインテリアゾーンとの間の温度差に起因する空調の混合ロスを低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
ペリメータゾーンの快適性を保ちつつ、インテリアゾーンとペリメータゾーンとの間における空調の混合ロスが低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】空調の制御システムの構成図である。
【図２】日射センサの位置を示した図である。
【図３】ビルディング内の特定のフロアを示した図である。
【図４】空調システムの概要図である。
【図５】給気温度と外気温度との関係を日射の有無毎に定義したマップである。
【図６】給気温度と外気温度との関係を日射量毎に定義したマップである。
【図７】給気温度を決定する際の処理のブロック図である。
【図８】インテリアゾーン内における室温設定を互いに独立して変更可能な領域を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係る空調の制御システムの構成を図１に示す。制御システム１は、
図１に示すように、制御ユニット２や外気温センサ３、日射センサ群４を備える。
【００１７】
制御ユニット２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５、ハードディスクやメモリ
等を有する記憶装置６、キーボードやマウス等が接続されユーザ操作を受け付ける入力装置７、液晶ディスプレイ等の表示装置８、及びセンサ類や空調機器が繋がる入出力インターフェース９を備える。
【００１８】
制御システム１を適用するビルディングを図２に示す。制御システム１が適用されるビルディング１０は、図２に示すように、日射センサ群４が屋上に設置されている。日射センサ群４は、図２に示すように、太陽の方角や気象条件に応じて日射量が変化し得る外壁面の頂部に設置されており、本実施形態では、北側、東側、南側、西側の外壁面の頂部に日射センサ４Ｎ、日射センサ４Ｅ、日射センサ４Ｓ、日射センサ４Ｗが設置されている。なお、日射センサ群４は、外壁面の日射量を計測し得る箇所であれば何れの箇所に設置されていてもよく、ビルディング１０の屋上に設置する態様に限定されるものではない。図２から明らかなように、ビルディング１０の外壁面には、太陽の方角や気象条件に応じて陽が当たる部分や当たらない部分が生じる。
【００１９】
図３は、ビルディング１０内の特定のフロアを示した図である。ビルディング１０内の各フロアは、例えば、図３に示すように、居室が４つのブロック（ブロック１〜４）に区画されている。ビルディング１０の空調システムは、各ブロックのインテリアゾーンの空気を調整するインテリア空調機と、各ブロックの窓側に設定されるペリメータゾーンの空気を調整するペリメータ空調機とを備えている。インテリア空調機およびペリメータ空調機は、機械室内等に設置されるエアハンドリングユニットであり、給気温度を冷温水の通水量と空調ファンの回転数、還気路、外気取入路に取り付けたダンパの開度の少なくも何れかで制御する。
【００２０】
図４は、ビルディング１０の空調システムの概略図である。図４に示すように、各フロアのインテリアゾーンには、インテリア空調機１１から送られる空気が供給される。また、各フロアのペリメータゾーンには、ペリメータ空調機１２から送られる空気が供給される。インテリア空調機１１およびペリメータ空調機１２の電動ファン１３，１４は、Ｖ／Ｆ制御のインバータによって供給電圧および周波数が調整されることにより、広範な可変速運転を行なう。
【００２１】
インテリア空調機１１からインテリアゾーンへ送られる空気が流れる空気ダクトの途中には、インテリアゾーンの温度をＶＡＶ（Variable Air Volume）方式で制御するための
風量調整用のダンパ１５が設けられている。各ダンパ１５は、インテリアゾーンの実温度が任意に設定されたインテリアゾーンの目標温度（以下、インテリア設定温度という）に一致するようにフィードバック制御される。すなわち、各ダンパ１５は、インテリアゾーンの実温度とインテリア設定温度との温度差が大きい場合には風量が多くなるように開度を増し、温度差が小さい場合には風量が少なくなるように開度を減ずる。インテリア設定温度は、居室に居る者が任意に設定した値であり、居室に設けられた図示しないコントローラにより設定変更可能である。インテリア空調機１１から送られてインテリアゾーンに吹き出る空気は、天井に設けた複数の吹き出し口から吹き出る。なお、インテリアゾーンには、設定温度を個別に設定可能なＶＡＶゾーンを複数箇所設定しておき、各吹き出し口の風量をＶＡＶゾーン毎に調整可能なようにしてもよい。
【００２２】
一方、ペリメータ空調機１２からペリメータゾーンへ送られる空気が流れる空気ダクトの途中には、ＶＡＶ方式で制御するための風量調整ダンパが設けられていない。ペリメータゾーンへの給気の温度は、ペリメータ空調機の冷温水の通水量を変えて制御する。ペリメータゾーンは、ビルの外の影響を受けないインテリアゾーンと異なり、ビルの外壁に近
い壁際部である。ペリメータゾーンは、このように外気や日射の影響を受けやすいため、インテリアゾーンとは異なった空調制御を行う。
【００２３】
なお、ペリメータゾーンへ送られる空気の風量は、次のようにして決定する。まず、想定される平均的なインテリアゾーンの設定温度に対するピーク負荷時の給還気温度差を設定する。そして、ピーク時の熱負荷を設定した給還気温度差で処理できる風量を選定する。選定した風量を、ペリメータ空調機１２からペリメータゾーンへ送る風量とする。例えば、想定される平均的なインテリアゾーンの設定温度が２５℃であり、給還気温度差を例えば１０℃に設定したとする。この場合の空気の風量は、ピーク時の熱負荷を１０℃差の給気で処理できる風量とする。例えば、夏季ピーク時であれば、インテリアゾーンの設定室温２５℃に対して１０℃差である給気温度１５℃の空気で熱負荷を処理できる風量を選定する。なお、選定する風量や設定する給還気温度差、想定室温は、ビルディング１０Ａの断熱性能や想定される日射量、空調機の性能等に応じて変える。
【００２４】
ペリメータゾーンの空調制御は、以下のようにして行う。ペリメータゾーンの熱負荷は、主に以下の４つの要素の合計からなる。
１：日射量および外気温度による窓部日射負荷
２：外壁部貫流負荷（熱伝達率は、例えば設計値を使用）
３：内部発熱（コンセント、照明負荷、例えば単位面積あたりの設計値を使用）
４：人体負荷、外気負荷（本実施形態では０とする。設計負荷に算入する場合には顕熱負荷分を算定）
【００２５】
ペリメータゾーンの熱負荷は、窓からの日射負荷や外壁の貫流負荷による影響が大きい。よって、ペリメータゾーンの空調制御は、外気温度や日射量の変化に対して感度良く、そして素早い制御を実現することが、ペリメータゾーンの温熱環境の向上につながる。そこで、制御システム１は、外気温度や日射量の変化といった外的要因を外気温センサ３や日射センサ群４で捉えてフィードフォワード制御を行うことにより、これらの外的要因がペリメータゾーンの温度に影響を与えないように空調システムを制御する。
【００２６】
制御システム１は、空調制御を実行するコンピュータプログラムが実行されると、各ペリメータゾーンへ送る空気の給気温度を、図５に示すマップに基づいてそれぞれ決定する。図５に示すマップは、予め作成されて記憶装置６に格納されたものである。本実施形態では、図５のマップに示すように、外気温度と給気温度との関係を線形な関数で定義しており、横軸をｘ、縦軸をｙとすると、日射が無い場合はｙ＝−０．２９４２ｘ＋３２．３５６、日射がある場合はｙ＝−０．２９４２ｘ＋２７．４８２としている。なお、外気温度と給気温度との関係を定義するこれらの関数の各係数は、ビルディング１０の断熱性能や空調システムの性能、想定される気象条件等に応じて異なる。各係数は以下の式に基づいて決定される。
（給気温度）＝（仮定した室温）−（温度差）
（温度差）＝（日射量と外気温度による負荷）÷（選定した風量）
【００２７】
ここで、制御システム１は、全てのフロアに設定されている各ペリメータゾーンへ送る空気の温度（給気温度）と外気温度との関係を定義するにあたり、上記式が示すように、給気温度の決定に際して日射量を用いている。図５に示すマップでは、給気温度と外気温度との関係を定義するにあたり、日射がある場合と日射が無い場合の２つに分けている。なお、給気温度と外気温度との相関関係は、図６に示すように、日射量ごとに細かく定義してもよい。図６に示すマップでは、給気温度と外気温度との相関関係を以下の式に基づいて定義している。各係数は上記の式に基づいて決定される。
日射量    ０（Ｗ／ｍ2）：ｙ＝−０．２９４２ｘ＋３２．３５６
日射量  ５０（Ｗ／ｍ2）：ｙ＝−０．２９４２ｘ＋３１．８２６
日射量１００（Ｗ／ｍ2）：ｙ＝−０．２９４２ｘ＋３０．６５８
日射量２００（Ｗ／ｍ2）：ｙ＝−０．２９４２ｘ＋２９．５９９
日射量３００（Ｗ／ｍ2）：ｙ＝−０．２９４２ｘ＋２８．５４０
日射量４００（Ｗ／ｍ2）：ｙ＝−０．２９４２ｘ＋２７．４８２
【００２８】
ところで、既述したように、ビルディング１０の外壁面に当たる日射は、太陽の方角や気象条件に応じて異なる。そこで、制御システム１は、給気温度の決定に際し、日射センサ群４によって特定される各ペリメータゾーンの日射の有無に基づき、マップ上で参照すべき関数を決定する。すなわち、制御システム１は、特定のペリメータゾーンの給気温度を決定するにあたり、日射センサ群４によって当該ペリメータゾーンに日射があることを検知していれば、日射がある場合の外気温度と給気温度との相関関係を定義するマップと実外気温度とに基づいて決定した値を、当該ペリメータゾーンへの給気温度として決定する。また、制御システム１は、当該ペリメータゾーンに日射が無いことを検知していれば、日射が無い場合の外気温度と給気温度との相関関係を定義するマップと実外気温度とに基づいて決定した値を、当該ペリメータゾーンへの給気温度として決定する。
【００２９】
例えば、図２に示すように、ビルディング１０の外壁面のうち南側と西側の外壁面に日射が当たっており、北側と東側の外壁面には当たっていないものとする。この場合、制御システム１は、ビルディング１０の各フロアのペリメータゾーン１−２，３−２，３−１，４−１の給気温度について、日射があるとした場合に実外気温度と上記マップから特定される値を給気温度として決定する。一方、制御システム１は、ビルディング１０の各フロアのペリメータゾーン１−１，２−１，２−２，４−２の給気温度について、日射量が無いとした場合に実外気温度と上記マップから特定される値を給気温度の設定値として決定する。
【００３０】
ここで、制御システム１は、決定した給気温度の設定値に以下のような処理を加える。制御システム１がここで行なう処理のブロック図を図７に示す。制御システム１は、給気温度の設定値を決定したら、図７に示すように、決定した設定値を減算器Ｃ１に入力する。減算器Ｃ１には、ペリメータ空調機１２からペリメータゾーンへ送られる空気の温度（実給気温度）が減算値として入力されている。このため、減算器Ｃ１からは、制御システム１が決定した給気温度の設定値に対する実給気温度の差分が出力される。そして、制御システム１は、演算器Ｃ２で操作量Ｃ４を減算器Ｃ１の出力と室内設定値Ｃ３とに基づいて算出する。ここで、演算器Ｃ２に入力される室内設定値Ｃ３とは、制御システム１が想定しているペリメータゾーンの温度目標値である２５℃に対するインテリアゾーンの室温の設定値の差分であり、例えば、インテリアゾーンの室温が２３℃に設定されていれば、演算器Ｃ２には室温設定値Ｃ３として−２℃という値が入力される。この結果、制御システム１が決定した操作量Ｃ４に従ってペリメータ空調機１２の冷温水の流量調整弁の開度が調整され、ペリメータゾーンへの給気温度が変更される。
【００３１】
図５あるいは図６に示したマップは、既述したように、ペリメータゾーンの温度目標値を２５℃とした場合における日射量と給気温度との関係を定義したものである。よって、図７に示したフィードバックループにおいて室内設定値Ｃ３を加味しない場合、ペリメータゾーンの温度はインテリアゾーンの室温の設定値に関わらず常に一定（２５℃）になるように制御される。この結果、ペリメータゾーンの快適性は日射量の変化によらず常に一定に保たれるものの、インテリアゾーンの室温設定がペリメータゾーンの温度とかけ離れたような場合、インテリアゾーンとペリメータゾーンとの間における空調の混合ロスが大きい。しかし、本制御システム１によれば、日射量とマップとに基づいて決定した給気温度の設定値から操作量Ｃ４を決定するフィードバックループにおいて、インテリアゾーンの室温設定とペリメータゾーンの温度との偏差に応じた補正処理が行われるため、インテリアゾーンとペリメータゾーンとの間の温度差による空調の混合ロスが無くなる。また、
ペリメータゾーンに居る人が感じる、インテリアゾーンとペリメータゾーンとの温度差による違和感も無くすことができる。
【００３２】
ところで、インテリアゾーン内で領域毎に個別に室温設定が可能な場合、ペリメータゾーンの空調の制御量は以下のように補正する。例えば、インテリアゾーン内における室温設定が、図８に示すような領域毎に設定可能であったとする。図８は、ブロック４を例に、インテリアゾーン内における室温設定を互いに独立して変更可能な領域を示したものである。例えば、インテリアゾーンの温度設定用のコントローラが６つあり、領域１〜６について個別に室温設定可能であったとする。この場合、演算器Ｃ２に入力される室内設定値Ｃ３は次のように決定する。
【００３３】
例えば、ペリメータ４−１の場合、隣接するインテリアゾーンのうち領域５と領域６がペリメータ４−１に接しており、その他の領域（領域１〜４）は接していない。特に、領域５については領域６よりもペリメータ４−１に接している部分が大きい。そこで、制御対象のペリメータに影響を与える度合いに応じて、演算器Ｃ２に入力する各領域の室内設定値Ｃ３の重みを決定する。すなわち、図８に示す例であれば、ペリメータ４−１に関し、領域１〜４については影響がほとんど無いものとみなして、重み付け係数を極小にする。また、領域５については重み付け係数を大きくし、領域６については領域５よりも小さくする。
【００３４】
例えば、各領域の温度設定がペリメータ４−１に与える影響度合い（重み）を以下のように既定したものとする。各領域の重みの合計値は、例えば１になるようにする。
（領域１〜４）＝（０．０５）；（領域５）＝（０．６）；（領域６）＝（０．２）
また、各領域の温度設定が、フロアの居者によって下記のように設定されていたものとする。
（領域１）＝（２３．０℃）：（領域２）＝（２４．０℃）：（領域３）＝（２４．５℃）：（領域４）＝（２５．０℃）：（領域５）＝（２５．０℃）：（領域６）＝（２３．０℃）
【００３５】
この場合、制御システム１は、演算器Ｃ２に入力する室内設定値Ｃ３を、各領域について重みを乗算した値の合計値とする。すなわち、上記の例であれば、室温設定値Ｃ３は以下のように算出される。
（室温設定値Ｃ３）
＝（領域１の重み）×（領域１の設定室温）＋（領域２の重み）×（領域２の設定室温）＋（領域３の重み）×（領域３の設定室温）＋（領域４の重み）×（領域４の設定室温）＋（領域５の重み）×（領域５の設定室温）＋（領域６の重み）×（領域６の設定室温）＝（０．０５）×（２３．０）＋（０．０５）×（２４．０）＋（０．０５）×（２４．５）＋（０．０５）×（２５．０）＋（０．６）×（２５．０）＋（０．２）×（２３．０）
＝（２４．４２５）
【００３６】
このように、インテリアゾーン内で領域毎に個別に室温設定が可能な場合、ペリメータゾーンの空調に影響を与える影響度合いに応じて、ペリメータゾーンの空調の制御量の補正に用いる各領域の室温設定の重みを決めておく。演算器Ｃ２に入力する室内設定値Ｃ３をこのように決定すれば、ペリメータゾーンとインテリアゾーンとの境界における空調ロスや居者が感じる違和感を低減できる。
【００３７】
なお、インテリアゾーン内で領域毎に個別に室温設定が可能な場合の、演算器Ｃ２に入力する室内設定値Ｃ３の決定方法としては、このような重み付けによるもののみならず、例えば、各領域の設定室温の平均値や最大値、最小値を用いたり、或いは人感センサを併
用して人が居る領域の設定室温を用いたりしてもよい。
【００３８】
また、制御システム１は、図７に示したように、インテリアゾーンの温度設定とペリメータゾーンの温度との偏差に基づいて操作量Ｃ４を補正する代わりに、図５や図６に示したマップを温度毎に多数用意しておき、目標とするペリメータゾーンの温度に応じて参照するマップを切り替えるようにしてもよい。また、制御システム１は、日射に応じた制御の処理について、例えば、日射が存在し得る日中の時間帯にのみ実行するようにしてもよい。日射を計測する際の計測周期は、日射の変化の速度やフィードフォワード制御が空調制御に与える影響の乗数に応じて適宜決定する。また、上記実施形態や変形例では、各フロアを４つのブロックに分けられているが、３以下のブロックあるいは５以上のブロックに分けられていてもよい。また、これらの区分けが各フロアで互いに異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１・・制御システム
２・・制御ユニット
４・・日射センサ群
１０・・ビルディング
１１・・インテリア空調機
１２・・ペリメータ空調機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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