(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の室温情報を検出する室温センサと、
温水を生成する熱源機と、
前記熱源機によって生成される温水の熱を放出して前記建物を暖房する室内機と、
前記熱源機を制御する制御装置と、
を備え、
前記熱源機は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒と水との熱交換を行う冷媒−水熱交換器と、
前記温水を前記冷媒−水熱交換器と前記室内機の間で循環させる循環ポンプとを有し、
前記制御装置は、
前記建物の熱特性に基づいて第１ゲインおよび第２ゲインを算出する制御ゲイン決定部と、
前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを用いて、前記冷媒−水熱交換器の水の出口温度の目標値である出湯温度指令を更新する暖房制御部と、
前記室内機が前記建物へ熱を供給する空調ＯＮの場合に、前記暖房制御部で更新される前記出湯温度指令に基づいて前記熱源機への熱供給指令を行う出湯温度制御部と、
を有し、
前記第１ゲインは、前記空調ＯＮの場合に所望の室温応答となるような前記出湯温度指令を得るように設計されるものであり、
前記第２ゲインは、前記室内機が前記建物へ熱を供給しない空調ＯＦＦの場合の室温変化を反映した前記出湯温度指令を得るように設計されるものであり、
前記暖房制御部は、前記空調ＯＮの場合は、室温の設定温度と前記室温情報と前記第１ゲインとを用いて前記出湯温度指令を更新し、前記空調ＯＦＦの場合は、前記設定温度と前記室温情報と前記第２ゲインとを用いて前記出湯温度指令を更新する温水暖房システム。
【請求項２】
前記制御装置は、さらに前記建物の熱特性を算出するシステム同定部を備え、
前記システム同定部は、前記建物の熱特性の比例係数および時定数を算出するものであり、
前記制御ゲイン決定部は、前記建物の熱特性の時定数を、前記暖房制御部における設計時定数として、前記第２ゲインを算出することを特徴とする請求項１に記載の温水暖房システム。
【請求項３】
前記制御ゲイン決定部は、前記熱源機によって生成される温水の総量と流量に応じたむだ時間から、前記暖房制御部における設計時定数を求め、前記第１ゲインを算出する請求項２に記載の温水暖房システム。
【請求項４】
外気温度を検出する外気温度センサをさらに備え、
前記システム同定部は、前記空調ＯＮの場合と前記空調ＯＦＦの場合に分けてシステム同定を行い、前記空調ＯＮの場合のシステム同定には、前記室温情報を少なくとも用いて前記建物の熱特性を算出し、前記空調ＯＦＦの場合のシステム同定には、前記外気温度センサによって検出される外気温度を用いて、前記建物の熱特性を算出する請求項２または３に記載の温水暖房システム。
【請求項５】
前記システム同定部は、前記暖房制御部が、前記室温の設定温度と、前記室温情報と、予め設定された初期制御ゲインとを用いて生成した出湯温度指令を入力変数とし、前記室温情報を出力変数として、前記建物の熱特性を算出する請求項２〜４の何れか一項に記載の温水暖房システム。
【請求項６】
前記熱源機は、前記室内機を通過し、前記冷媒−水熱交換器へ戻る水の戻り温度を検知する戻り温度センサをさらに備え、
前記システム同定部は、前記暖房制御部が、前記室温の設定温度と、前記室温情報と、予め設定された初期制御ゲインとを用いて生成した出湯温度指令および前記戻り温度を入力変数とし、前記室温情報を出力変数として、前記建物の熱特性を算出する請求項２〜４の何れか一項に記載の温水暖房システム。
【請求項７】
前記システム同定部は、サンプリング周期が異なる複数の時系列データに基づいて、前記建物の熱特性を算出する請求項２〜６の何れか一項に記載の温水暖房システム。
【請求項８】
前記室温情報は、室温と、経過時間とを含む請求項１〜７の何れか一項に記載の温水暖房システム。
【請求項９】
前記暖房制御部は、前記出湯温度指令に上下限値を設け、アンチリセットワインドアップ処理機能を備える請求項１〜８の何れか一項に記載の温水暖房システム。
【請求項１０】
温水を生成する熱源機と、前記熱源機によって生成される温水の熱を放出して建物を暖房する室内機とを備える温水暖房システムの制御装置であって、
暖房対象である前記建物の熱特性に基づいて、第１ゲインおよび第２ゲインを算出する制御ゲイン決定部と、
前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを用いて、前記熱源機が備える冷媒−水熱交換器の水の出口温度の目標値である出湯温度指令を更新する暖房制御部と、
前記室内機が前記建物へ熱を供給する空調ＯＮの場合に、前記暖房制御部で更新される前記出湯温度指令に基づいて前記熱源機への熱供給指令を行う出湯温度制御部と、
を有し、
前記第１ゲインは、前記空調ＯＮの場合に所望の室温応答となるような前記出湯温度指令を得るように設計されるものであり、
前記第２ゲインは、前記室内機が前記建物へ熱を供給しない空調ＯＦＦの場合の室温変化を反映した前記出湯温度指令を得るように設計されるものであり、
前記暖房制御部は、前記空調ＯＮの場合は、室温の設定温度と前記建物の室温情報と前記第１ゲインとを用いて前記出湯温度指令を更新し、前記空調ＯＦＦの場合は、前記設定温度と前記室温情報と前記第２ゲインとを用いて前記出湯温度指令を更新する制御装置。
【請求項１１】
温水を生成する熱源機と、前記熱源機によって生成される温水の熱を放出して建物を暖房する室内機とを備える温水暖房システムの制御方法であって、
暖房対象である前記建物の熱特性に基づいて、第１ゲインおよび第２ゲインを算出する工程と、
前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを用いて、前記熱源機が備える冷媒−水熱交換器の水の出口温度の目標値である出湯温度指令を更新する工程と、
前記室内機が前記建物へ熱を供給する空調ＯＮの場合に、前記更新される前記出湯温度指令に基づいて前記熱源機への熱供給指令を行う工程と、
を含み、
前記第１ゲインは、前記空調ＯＮの場合に所望の室温応答となるような前記出湯温度指令を得るように設計されるものであり、
前記第２ゲインは、前記室内機が前記建物へ熱を供給しない空調ＯＦＦの場合の室温変化を反映した前記出湯温度指令を得るように設計されるものであり、
前記出湯温度指令を更新する工程は、前記空調ＯＮの場合は、室温の設定温度と前記建物の室温情報と前記第１ゲインとを用いて前記出湯温度指令を更新し、前記空調ＯＦＦの場合は、前記設定温度と前記室温情報と前記第２ゲインとを用いて前記出湯温度指令を更新することを含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物内の暖房を行う温水暖房システム、該温水暖房システムの制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプを用いた熱源機で生じた熱により加熱した温水を循環して暖房を行う温水暖房システムが知られている。また、温水暖房システムの制御において、省エネなどの理由から、室温などに応じて熱源機の停止および駆動を繰り返すことが知られている。具体的には、設定温度が室温より低い場合、または必要な熱量が熱源機を運転した際の最低値を下回るような空調負荷が低い場合には、熱源機を停止する。そして、熱源機の停止後、時間の経過とともに外気の影響などで室温が下がり、室温が設定温度よりも低くなった場合などには、熱源機の運転を再開する。例えば、特許文献１には、往路側の温水温度を検出し、事前に設定された目標温度に応じてフィードバック制御を行う温水暖房装置が記載されている。特許文献１の温水暖房装置では、往路側の温水温度が所定の消火温度まで上昇した場合は、熱源機の運転が停止され、往路側の温水温度が目標温度よりも低い所定の再点火温度まで低下した場合は、熱源機の運転が再開される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１７６０４号公報（請求項１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ラジエータまたは床暖房などの温水暖房装置における出湯温度を設定温度と一致するように制御する際、必要熱量が熱源機の最低発熱量以下となった場合には熱源機の運転を停止する必要があり、出湯温度が設定温度を下回った場合には、熱源機の運転を再開する必要がある。ここで、従来の温水暖房装置では、熱源機の運転を再開する際には、実際の建物の熱特性が考慮されていない予め設定された熱供給指令によって、熱源機が制御される。この場合、予め設定された熱供給指令が、建物に本来必要な熱量よりも過大であると、出湯温度が上限値を超えて再度停止することがあり、短時間で運転と停止が繰り返されることがある。その結果、アクチュエータの耐久性の低下と省エネ性が損なわれる可能性がある。また、予め設定された熱供給指令が、本来必要な熱量よりも少ない場合には、出湯温度が十分に上昇しないため、室温が上昇しにくくなり、快適性が損なわれてしまう。【０００５】
また、省エネのために不在時または夜間に暖房の設定温度を下げ、熱源機による熱供給を停止させることがあるが、室温が設定温度より下がった場合、帰宅時または朝方に暖房の設定温度を上げる等して、熱源機が熱供給を再開する。このとき、予め設定された所定の温度の出湯温度指令にて熱供給が再開されると、熱供給の停止直前までに暖房制御によって調整されてきた出湯温度指令情報が生かせず、一からフィードバック制御を仕切り直すことになる。その結果、暖房制御が不連続となり、室温を安定させるために要する時間が長くなってしまう。特に高気密／高断熱の家において、室温が設定温度に下がりきる前に設定温度が上昇した場合には、暖房制御の不連続性により、室温が設定温度に達するまでに時間がかかり、快適性が損なわれてしまう。【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、快適性を損なうことなく省エネを実現する温水暖房システム、制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る温水暖房システムは、建物の室温情報を検出する室温センサと、温水を生成する熱源機と、熱源機によって生成される温水の熱を放出して建物を暖房する室内機と、熱源機を制御する制御装置と、を備え、熱源機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水との熱交換を行う冷媒−水熱交換器と、温水を冷媒−水熱交換器と室内機の間で循環させる循環ポンプとを有し、制御装置は、建物の熱特性に基づいて第１ゲインおよび第２ゲインを算出する制御ゲイン決定部と、第１ゲインおよび第２ゲインを用いて、冷媒−水熱交換器の水の出口温度の目標値である出湯温度指令を更新する暖房制御部と、室内機が建物へ熱を供給する空調ＯＮの場合に、暖房制御部で更新される出湯温度指令に基づいて熱源機への熱供給指令を行う出湯温度制御部と、を有し、第１ゲインは、空調ＯＮの場合に所望の室温応答となるような出湯温度指令を得るように設計されるものであり、第２ゲインは、室内機が建物へ熱を供給しない空調ＯＦＦの場合の室温変化を反映した出湯温度指令を得るように設計されるものであり、暖房制御部は、空調ＯＮの場合は、室温の設定温度と室温情報と第１ゲインとを用いて出湯温度指令を更新し、空調ＯＦＦの場合は、設定温度と室温情報と第２ゲインとを用いて出湯温度指令を更新する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の温水暖房システムによれば、空調ＯＦＦの場合も、設定温度と室温情報と第２ゲインとを用いて出湯温度指令が更新される。これにより、更新された出湯温度指令に基づいて運転が再開され、空調ＯＦＦから空調ＯＮまでの出湯温度を連続的とすることができる。そのため、空調ＯＦＦ前の状態を引き継ぐことができ、室温快適性を損なわずに省エネ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における温水暖房システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における温水循環回路の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における制御装置の機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１における暖房制御部、出湯温度制御部、システム同定部および制御ゲイン決定部による暖房制御の流れを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるシステム同定処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１のシステム同定部におけるサンプリングの例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における暖房制御部のブロック線図である。
【図８】本発明の実施の形態１における暖房制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１における温水暖房システムのシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における暖房制御部、出湯温度制御部、システム同定部および制御ゲイン決定部による暖房制御の流れを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における暖房制御部のブロック線図である。
【図１２】（ａ）は制御対象となる熱回路網モデルであり、（ｂ）は室内機からの供給熱量がある場合の熱回路網モデルであり、（ｃ）は室内機からの供給熱量がない場合の熱回路網モデルである。
【図１３】本発明の実施の形態３における温水循環回路の概略構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における制御装置の機能ブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態３における暖房制御部、出湯温度制御部、システム同定部および制御ゲイン決定部による暖房制御の流れを示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３におけるゲイン選択信号の決定例である。
【図１７】本発明の実施の形態３におけるシステム同定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態３における暖房制御処理（空調ＯＦＦ時）の流れを示すフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態３における戻り温度情報を用いた暖房制御部、出湯温度制御部、システム同定部および制御ゲイン決定部による暖房制御の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明における温水暖房システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における温水暖房システム１００の概略構成図である。温水暖房システム１００は暖房対象の建物である家１の室温を測定する室温センサ２と、暖房に使用される温水を生成する熱源機３と、室温センサ２により検知された室温が設定温度と一致するように熱源機３に熱供給指令を与える制御装置４と、熱源機３から供給される温水の熱を室内に放出して暖房する室内機５とから構成される。
【００１１】
図２は、本実施の形態における温水循環回路の概略構成図である。温水循環回路は、ヒートポンプサイクルを有する熱源機３と、室内機５に設けられる室内熱交換器５１とが接続されて構成される。図２に示すように、熱源機３は、圧縮機３１と、室外熱交換器３２と、ファン３３と、冷媒流量調整装置３４と、冷媒−水熱交換器３５と、循環ポンプ３６とを備える。さらに、熱源機３は、熱源機３の各部を制御する熱源機制御部３７を備える。
【００１２】
図２に示すように、圧縮機３１と、室外熱交換器３２と、冷媒流量調整装置３４と、冷媒−水熱交換器３５とは、熱源側流路３０によって直列に接続される。熱源側流路３０内には、熱を搬送するための冷媒が循環される。また、冷媒−水熱交換器３５と、室内熱交換器５１と、循環ポンプ３６とは、利用側流路５０によって直列に接続される。利用側流路５０内には、熱を搬送するための熱媒体として、水が循環される。圧縮機３１は、吸入側から吸入された冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出側から吐出する。室外熱交換器３２は、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能し、室外空気と冷媒との熱交換を行い、室外空気から熱を吸熱する。ファン３３は、室外熱交換器３２に送風し、室外熱交換器３２における吸熱を調整する。冷媒流量調整装置３４は、例えば電子膨張弁であり、冷媒−水熱交換器３５を流れる冷媒の流量を調整する。
【００１３】
冷媒−水熱交換器３５は、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、熱源側流路３０を循環する冷媒と、利用側流路５０を循環する水との熱交換を行う。これにより、互いに独立する熱源側流路３０と利用側流路５０の流路が熱的に接続される。なお、利用側流路５０内を循環させる熱媒体として、水の替りに不凍液または水と不凍液の混合液等を用いてもよい。循環ポンプ３６は、冷媒−水熱交換器３５を介して温められた温水の流量を調整する。利用側流路５０を循環する温水は、室内熱交換器５１によって熱を放出し再び冷媒−水熱交換器３５を介して温められる。
【００１４】
また、熱源機３は、利用側流路５０において、冷媒−水熱交換器３５の出口側に設けられ、出湯温度を検知する出湯温度センサ２１と、冷媒−水熱交換器３５の入口側に設けられ、室内熱交換器５１を通過して循環してきた水の戻り温度を検知する戻り温度センサ２２と、利用側流路５０を循環する水の流量を検知する流量センサ２３とを備える。これらのセンサによって検知された情報は、熱源機制御部３７にアナログ通信またはディジタル通信により送信される。熱源機制御部３７は、制御装置４からの熱供給指令および各センサからの情報に基づいて、圧縮機３１の運転容量、ファン３３の風量、冷媒流量調整装置３４の開度、循環ポンプ３６の流量などを制御する。
【００１５】
図３は、本実施の形態における制御装置４の機能ブロック図である。図３に示すように、制御装置４は、室温センサ２、熱源機３および室内機５と情報をやり取りする入出力部４１と、各種情報およびプログラムを記憶する記憶部４２と、各部の制御を行う制御部４３とを備える。
【００１６】
入出力部４１は、ディジタル入力部４１１と、ＡＤ変換部４１２と、シリアル通信部４１３と、表示部４１４と、を有する。ディジタル入力部４１１は、室内機５または熱源機３の運転情報、制御装置４のスイッチ情報、または図示しないフロースイッチなどをディジタル信号で受信する。ＡＤ変換部４１２は、室温センサ２、出湯温度センサ２１、戻り温度センサ２２からのアナログ情報をディジタル情報に変換する。シリアル通信部４１３は、室内機５または熱源機３と、シリアル通信で各種設定情報または各センサ情報をやり取りするためのインターフェースである。また、シリアル通信部４１３は、室内機５のリモコン（図示しない）などから無線通信で室温情報を受信してもよい。表示部４１４は、設定温度、現在の室温、または出湯温度などの情報を液晶画面に表示する。
【００１７】
記憶部４２は、不揮発性メモリなどで構成される。記憶部４２には、システム同定完了前の初期制御ゲインなどの初期設定値、入出力部４１からの各種センサ情報、システム同定部４３３で算出された家１の熱特性、制御ゲイン決定部４３４で設計された制御ゲイン、熱源機３への熱供給指令データ、および入出力部４１を介して入力される入力データなどが記憶される。
【００１８】
制御部４３は、マイクロコンピュータまたはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などで構成される。制御部４３は、暖房制御部４３１と、出湯温度制御部４３２と、システム同定部４３３と、制御ゲイン決定部４３４と、モード判定部４３５と、出力データ処理部４３６と、を有する。上記各部は、ソフトウェアで実現される機能部として制御部４３が備えるＣＰＵ（図示せず）によって、記憶部４２などの記録媒体に記憶されるプログラムを実行することで実現される。または、上記各部は、ＡＳＩＣ（Application Specific IC）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路で実現されてもよい。
【００１９】
図４は、本実施の形態における暖房制御部４３１、出湯温度制御部４３２、システム同定部４３３、および制御ゲイン決定部４３４による暖房制御の流れを示す図である。図４に示すように、システム同定部４３３は、家１の室温センサ２から取得した室温情報と暖房制御部４３１からの出湯温度指令から、家１の熱特性を算出し、制御ゲイン決定部４３４に出力する。制御ゲイン決定部４３４は、システム同定部４３３によって算出された家１の熱特性に基づいて、暖房制御部４３１における複数の制御ゲインを算出する。暖房制御部４３１は、室温情報などに基づいてゲイン選択信号を生成し、制御ゲイン決定部４３４に出力する。制御ゲイン決定部４３４は、ゲイン選択信号に応じて制御ゲインを決定し、暖房制御部４３１に出力する。
【００２０】
暖房制御部４３１は、制御ゲイン決定部４３４で算出された制御ゲインと、設定温度と、室温センサ２から取得した室温情報とから出湯温度指令を生成し、出湯温度制御部４３２に出力する。出湯温度指令は、冷媒−水熱交換器３５の出口側における利用側流路５０を流れる水の温度（出湯温度）の目標値である。出湯温度制御部４３２は、暖房制御部４３１から取得した出湯温度指令と熱源機３の出湯温度センサ２１で取得した出湯温度情報とから熱源機３への熱供給指令を生成する。熱供給指令は、熱源機３における制御目標値である。熱源機３の熱源機制御部３７は、出湯温度制御部４３２からの熱供給指令に応じて、圧縮機３１の運転容量などを制御し、家１への熱供給を実施する。
【００２１】
図３に戻って、モード判定部４３５は、入出力部４１からの入力データに従い、暖房または給湯などのモードの判定を行う。また、出力データ処理部４３６は、入出力部４１用の出力データを処理する。
【００２２】
次に、システム同定部４３３による家１の熱特性の算出について説明する。家１の熱特性を一次遅れ系の伝達関数と仮定すると、熱量から室温までの伝達関数は下記の式（１）で表される。
【数１】
0006516838.tif 000002
【００２３】
ここで、ｓはラプラス演算子、ｙは出力、ｘは状態変数、Ｋｒは家１の熱特性の比例係数、τｒは家１の熱特性の時定数、ｕは操作量である。式（１）を下記の式（２）の後退差分で離散化すると下記の式（３）が得られる。
【００２４】
【数２】
0006516838.tif 000003
【００２５】
【数３】
0006516838.tif 000004
【００２６】
ここで、Ｔｓはサンプリング周期、ｚは進み要素、ｘ［ｋ］は離散化された状態変数、ｘ［ｋ−１］は１サンプル前の離散化された状態変数、ｕ［ｋ−１］は１サンプル前の操作量である。式（３）を変形すると下記の式（４）となる。
【００２７】
【数４】
0006516838.tif 000005
【００２８】
式（４）は、ある一点のデータであり、システム同定部４３３は、複数点の状態変数ｘおよび操作量ｕを取得し、家１の熱特性の比例係数Ｋｒ、および家１の熱特性の時定数τｒを算出する。例えば、状態変数ｘおよび操作量ｕを４点とった場合は、下記の式（５）のようになり、時系列データで左辺ベクトルをα、右辺行列をβ、右辺ベクトルをγとすると、式（６）から疑似逆行列を用いた最小二乗法により、家１の熱特性の比例係数Ｋｒと家１の熱特性の時定数τｒが求まる。
【００２９】
【数５】
0006516838.tif 000006
【００３０】
【数６】
0006516838.tif 000007
【００３１】
ここで式（５）の離散化された状態変数ｘ［ｋ］、１サンプル前の離散化された状態変数ｘ［ｋ−１］、および操作量ｕ［ｋ−１］の添え字は、データナンバーである。状態変数ｘまたは操作量ｕの分解能が高い場合には、データ点数が多い程、システム同定の精度は向上する。しかしながら、制御装置４に用いられるマイコンまたは、マイコンを搭載した制御基板に搭載されたＡＤ変換器の精度または分解能が低い場合、例えば状態変数ｘに相当する室温の検出分解能が０．１℃程度の場合、独立した式（４）のデータ群が得られないことがある。この場合は、式（５）で固定としていたサンプリング周期Ｔｓを、状態変数が変化するまでの時間である変化サンプリング周期Ｔｓｎ（ｎはデータナンバー）に置き換えるとともに、操作量ｕを積算値ｕｎ＿ｓｕｍ（ｎはデータナンバー）に置き換え、変化判定用のサンプリング周期Ｔｓを１０秒程度以下とする。これにより、検出分解能の粗さを補うことができる。また、ｘｎ［ｋ］−ｘｎ［ｋ−１］の値も予め設定しておくことで、制御装置４に安価なマイコンを搭載した場合でも、暖房制御しながら家１の熱特性を計算することができる。この場合、式（５）は式（７）となる。
【００３２】
【数７】
0006516838.tif 000008
【００３３】
また、室温センサ２からの室温情報を有線でなく、リモコンなどの無線機器から無線通信で受信する場合には、電池寿命の問題から無線通信の周期が長くなる。この場合は、室温情報とともに、経過時間に関する情報を受信することで、無線通信の周期が１０秒以上であったとしても、制御装置４にて室温の変化を判定することができ、システム同定の精度を向上させることができる。
【００３４】
図５は、本実施の形態のシステム同定処理の流れを示すフローチャートである。図５は、ｘｎ［ｋ］−ｘｎ［ｋ−１］の値を０．５とし、４点の時系列データに基づいて家１の熱特性を算出する場合の例である。なお、ｘｎ［ｋ］−ｘｎ［ｋ−１］の値、および時系列データの数については、これに限定されるものではない。図５に示すように、本処理では、まず、システム同定開始時の状態変数ｘ、操作量ｕが初回データとして取得され、記憶部４２に保存される（Ｓ１）。そして、記憶部４２に記憶される初期制御ゲインを用いて暖房制御部４３１による暖房制御が行われる（Ｓ２）。この初期制御ゲインは試験設備のデータを基に予め設定してもよいし、個々の家１の断熱性または熱容量などの建築データが得られる場合には、その値を参考に予め設定してもよい。本実施の形態では初期制御ゲインでの暖房制御を行いながらシステム同定部４３３によるシステム同定が行われる。
【００３５】
次に、４点のデータが取得されたか否かが判断される（Ｓ３）。ここでいうデータは、家１の熱特性を算出するために用いられる状態変数ｘｎ、操作量ｕの積算値ｕｎ＿ｓｕｍ、および変化サンプリング周期Ｔｓｎである。そして、４点のデータが取得されていない場合（Ｓ３：ＮＯ）、前回保存した室温から室温が０．５℃以上上昇しているか否かが判断される（Ｓ４）。そして、前回保存した室温から室温が０．５℃以上上昇していない場合（Ｓ４：ＮＯ）、サンプルカウントｃｎｔに１が加算され（Ｓ５）、操作量ｕの積算が行われる（Ｓ６）。そして、ステップＳ２に戻り、以降の処理が繰り返される。
【００３６】
一方、前回保存した室温から室温が０．５℃以上上昇している場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、状態変数ｘｎと、操作量ｕの積算値ｕｎ＿ｓｕｍと、変化サンプリング周期Ｔｓｎとが保存される（Ｓ７）。状態変数ｘｎは、室温センサ２によって検知される室温であり、操作量ｕの積算値ｕｎ＿ｓｕｍは、暖房制御部４３１によって生成される出湯温度指令の積算値である。ここでは、暖房制御部４３１は、設定温度と、室温と、初期制御ゲインとを用いて出湯温度指令を生成する。また、変化サンプリング周期Ｔｓｎは、サンプルカウントｃｎｔとサンプリング周期Ｔｓを用いて、下記の式（８）から求められる。
【００３７】
【数８】
0006516838.tif 000009
【００３８】
その後、サンプルカウントｃｎｔがリセットされ（Ｓ８）、ステップＳ２に戻って以降の処理が繰り返される。そして、システム同定開始時の初回データとは異なる４点のデータが取得された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、取得されたデータに基づいて、家１の熱特性の時定数τｒと比例係数Ｋｒが算出される（Ｓ９）。
【００３９】
図６は、本実施の形態のシステム同定部４３３におけるサンプリングの例を示す図である。図６は、状態変数ｘを室温、操作量ｕを出湯温度指令とした場合のサンプリング例を示す。Ｐ０は、システム同定開始時の室温であり、この室温を基準に室温が０．５℃上昇した室温をＰ１とする。この場合の変化サンプリング時間Ｔｓ１、出湯温度指令の積算値ｕ１＿ｓｕｍは、図６のように表される。また、Ｐ１は、ｘ２［ｋ−１］、ｘ１［ｋ］の室温に相当する。室温Ｐ１からさらに０．５℃上昇した室温をＰ２とすると、Ｐ１からＰ２に変化するまでの変化サンプリング時間Ｔｓ２と出湯温度指令の積算値ｕ２＿ｓｕｍは、図６のように表される。Ｐ３およびＰ４においても同様である。なお、本実施の形態では操作量ｕを暖房制御部４３１における出湯温度指令としたが、出湯温度センサ２１で検知される出湯温度としてもよい。ただし、出湯温度を用いる場合には、出湯温度情報のノイズ対策が必要である。また、出湯温度を用いる場合には、出湯温度制御部４３２の制御系の応答が考慮されなくなるため、出湯温度指令を操作量ｕとして用いることが望ましい。
【００４０】
次に、制御ゲイン決定部４３４における制御ゲインの決定について説明する。以下では、暖房制御部４３１が、ＰＩ制御器（図示せず）を有し、室温と設定温度とに基づいてＰＩ制御を行うこととし、その設計を極零相殺とした場合について説明する。制御ゲイン決定部４３４は、システム同定部４３３によって算出された家１の熱特性の比例係数Ｋｒおよび家１の熱特性の時定数τｒに基づいて、暖房制御部４３１のＰＩ制御における制御ゲインを算出する。また、制御ゲイン決定部４３４は、熱源機３の圧縮機３１が動作している場合における圧縮機ＯＮ用ゲインと、圧縮機３１が停止している場合における圧縮機ＯＦＦ用ゲインと、をそれぞれ算出する。なお、圧縮機ＯＮ用ゲインが本発明の「第１ゲイン」に相当し、圧縮機ＯＦＦ用ゲインが本発明の「第２ゲイン」に相当する。
【００４１】
具体的には、連続系で設計された暖房制御部４３１のＰＩ制御器は下記の式（９）で表される。ここで、τｃはＰＩ制御器の設計時定数であり、ｓはラプラス演算子である。
【００４２】
【数９】
0006516838.tif 000010
【００４３】
また、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、ラプラス演算子ｓを用いると、ＰＩ制御器は下記の式（１０）で表される。
【００４４】
【数１０】
0006516838.tif 000011
【００４５】
また、圧縮機３１が動作している場合のＰＩ制御器ゲインの設計時定数をτｃ＿ＯＮとすると、圧縮機ＯＮ用ゲインである比例ゲインＫｐ＿ＯＮおよび積分ゲインＫｉ＿ＯＮは、下記の式（１１）および式（１２）で求められる。
【００４６】
【数１１】
0006516838.tif 000012
【００４７】
【数１２】
0006516838.tif 000013
【００４８】
また、圧縮機３１が停止している場合のＰＩ制御器ゲインの設計時定数をτｃ＿ＯＦＦとすると、圧縮機ＯＦＦ用ゲインである比例ゲインＫＰ＿ＯＦＦおよび積分ゲインＫｉ＿ＯＦＦは、それぞれ下記の式（１３）および式（１４）で求められる。
【００４９】
【数１３】
0006516838.tif 000014
【００５０】
【数１４】
0006516838.tif 000015
【００５１】
ここで、圧縮機３１が動作している場合のＰＩ制御器ゲインの設計時定数τｃ＿ＯＮは、利用側流路５０を流れる温水の総量と流量で決まるむだ時間によるが、むだ時間は長くても１０分程度である。そのため、室温がオーバーシュートしないように設計時定数τｃ＿ＯＮを設定する場合には、τｃ＿ＯＮをむだ時間の２．６倍以上とすればよい。例えば、むだ時間を１０分とすると、τｃ＿ＯＮは、約１６００秒となる。また、むだ時間は、図６の場合には出湯温度指令が上昇した時間から室温が上昇し始める時間を計ることで求まる。また、圧縮機３１が停止している場合のＰＩ制御器ゲインの設計時定数τｃ＿ＯＦＦは、家１の熱特性の時定数τｒとする。なお、家１の設計時の断熱性および室内機５のカタログデータから、家の熱特性の時定数τｒと比例係数Ｋｒが予想できる場合は、予想した値を用いて制御ゲインを設計してもよい。制御ゲイン決定部４３４は、以上のように算出した圧縮機ＯＮ用ゲインと圧縮機ＯＦＦ用ゲインのどちらかを、暖房制御部４３１のゲイン選択信号に基づいて決定し、暖房制御部４３１へ出力する。
【００５２】
次に、暖房制御部４３１の暖房制御について説明する。暖房制御部４３１は、室温センサ２からの室温情報などから、圧縮機ＯＮ用ゲインと圧縮機ＯＦＦ用ゲインの何れを使用するかを決定する。例えば、設定温度と室温との偏差が０以上、出湯温度指令が下限値より大きい、熱量相当値が熱源機３の最低発熱量より大きい、の何れかまたは複数が成立した場合、圧縮機ＯＮ用ゲインを選択する。一方、設定温度と室温の偏差が０より小さい、出湯温度指令が下限値となった場合、熱量相当値が０より小さい、の何れかまたは複数が成立した場合に、圧縮機ＯＦＦ用ゲインを選択する。そして、この結果をゲイン選択信号として生成し、制御ゲイン決定部４３４に出力する。
【００５３】
また、暖房制御部４３１は、制御ゲイン決定部４３４にて決定された圧縮機ＯＮ用ゲインまたは圧縮機ＯＦＦ用ゲインに基づいて、出湯温度指令を更新する。図７は本実施の形態における暖房制御部４３１のブロック線図である。暖房制御部４３１は、設定温度から室温センサ２で検知される室温情報を差し引いた室温偏差に基づいて、制御周期Ｔｃ毎に制御演算を行い、出湯温度指令を更新する。制御周期Ｔｃはサンプリング周期Ｔｓと同値であるか、サンプリング周期Ｔｓの整数倍である。
【００５４】
比例ゲインＫｐには制御ゲイン決定部４３４で算出された比例ゲインＫｐ＿ＯＮまたはＫｐ＿ＯＦＦが入力され、積分ゲインＫｉには積分ゲインＫｉ＿ＯＮまたはＫｉ＿ＯＦＦが入力される。また、暖房制御部４３１は、演算結果の出湯温度指令が上下限リミッタ内に入っているかを判定し、リミッタ処理前の出湯温度指令とリミッタ処理後の出湯温度指令の差と比例ゲインＫｐの逆数を用いたアンチリセットワインドアップ処理を行う。この処理により、出湯温度指令が上下限値に達した場合でも出湯温度指令が上下限値に張り付かず、速やかに変化し、室温のオーバーシュートを抑制することで省エネ効果が得られる。
【００５５】
図８は、本実施の形態における暖房制御処理の流れを示すフローチャートである。本処理では、まず、制御ゲイン決定部４３４にて、システム同定部４３３で得られた家１の熱特性の時定数τｒと、家１の熱特性の比例係数Ｋｒを用いて、圧縮機ＯＮ用ゲインと、圧縮機ＯＦＦ用ゲインとが算出される（Ｓ２１）。そして、暖房制御部４３１からゲイン選択信号が取得され（Ｓ２２）、取得したゲイン選択信号に基づいて、圧縮機ＯＮ用ゲインを選択するか否かが判断される（Ｓ２３）。
【００５６】
ここで、圧縮機ＯＮ用ゲインを選択する場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、圧縮機ＯＮ用ゲインが暖房制御部４３１に出力される。そして、暖房制御部４３１によって、圧縮機ＯＮ用ゲインを用いて暖房制御演算が行われ、出湯温度指令が更新される（Ｓ２４）。その後、更新された出湯温度指令が出湯温度制御部４３２へ出力される（Ｓ２５）。また、圧縮機ＯＮ用ゲインを選択しない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、すなわち圧縮機ＯＦＦ用ゲインを選択する場合、圧縮機ＯＦＦ用ゲインが暖房制御部４３１に出力される。そして、暖房制御部４３１によって、圧縮機ＯＦＦ用ゲインを用いた暖房制御演算が行われ、出湯温度指令が更新される（Ｓ２６）。この場合は、圧縮機３１が停止しているため、出湯温度制御部４３２への出湯温度指令の出力は行われず、暖房制御部４３１内の出湯温度指令のみが更新される。そして、室温情報などに応じて暖房制御部４３１から制御ゲイン決定部４３４にゲイン選択信号が出力され、ステップＳ２２からステップＳ２６までの処理が繰り返される。
【００５７】
次に、出湯温度制御部４３２の熱供給指令の生成について説明する。出湯温度制御部４３２は、暖房制御部４３１からの出湯温度指令と出湯温度センサ２１からの出湯温度情報を一致させるためのＰＩ制御を行って、熱源機３への熱供給指令を生成する。ＰＩ制御の式は式（１０）と同様である。出湯温度制御部４３２の制御ゲインは、式（５）の状態変数ｘを出湯温度情報、操作量ｕを熱供給指令としてシステム同定を行って算出される。
【００５８】
図９は、本実施の形態の温水暖房システム１００におけるシミュレーション結果の一例を示す図である。図９（ａ）は出湯温度指令の推移を示し、図９（ｂ）はゲイン選択信号を示し、図９（ｃ）は室温の推移を示す。シミュレーション条件として、在宅時（１６時間）の設定温度を２２℃、不在時（８時間）の設定温度を２０℃とする。また、家１の熱特性の時定数τｒは２００００秒(約５．６時間)、家１の熱特性の比例係数Ｋｒは０．６、圧縮機ＯＮ時の時定数τｃ＿ＯＮは３６００秒とする。図９（ａ）において、実線は本実施の形態の温水暖房システム１００における出湯温度指令を示し、破線は従来技術における出湯温度指令を示す。また、図９（ｃ）において、実線は本実施の形態の温水暖房システム１００を用いた場合の室温を示し、破線は従来技術の温水暖房システムを用いた場合における室温を示し、一点鎖線は温水暖房システムにおける設定温度を示す。
【００５９】
図９（ａ）に示すように、本実施の形態では、不在時に設定温度が２０℃に変更された場合、ゲイン選択信号がＯＦＦ（圧縮機ＯＦＦ）となり、暖房制御部４３１における制御ゲインが圧縮機ＯＦＦ用ゲインに変更される。これにより、暖房制御部４３１における時定数が家１の熱特性の時定数τｒとなり、設定温度を２０℃から２２℃に上げた時の出湯温度指令の値が設定温度２０℃の室温応答を反映した値（約３３℃）となる。その結果、設定温度２２℃への室温応答が設計応答通りとなる。これに対し、従来技術では、圧縮機３１が停止した場合の出湯制御指令値として、予め設定された所定温度（２５℃）が用いられるため、室温応答が設計よりも遅くなってしまう。このように、本実施の形態では、設定温度の下げ指令から上げ指令の設定時間に対して、家１の熱特性の時定数が長い、いわゆる高断熱／高気密性の住宅において、特に設定温度追従性の改善効果が得られる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態によれば、圧縮機３１の停止時にも、圧縮機ＯＦＦ用ゲインを用いて出湯温度指令を更新することで、圧縮機３１の動作を再開する際に、適切な出湯温度指令で制御を開始することができる。また、圧縮機３１の動作再開時の出湯温度が停止前の出湯温度から連続的なものになり、圧縮機３１の停止前の状態を引き継ぐことが可能となるため、室温快適性を損なわずに省エネ効果を得ることができる。また、システム同定部４３３にて、実際の家１の熱特性を算出することにより、使用する温水温度帯が異なる床暖房、ラジエータ、ファンコイルユニット等の室内機５と、家１の熱特性が異なる木造、コンクリート造、レンガ造等の家１が組み合わされた場合でも室温を快適に制御することができる。
【００６１】
また、システム同定部４３３において、家１の熱特性の比例係数Ｋｒおよび時定数τｒを算出し、制御ゲイン決定部４３４は、家１の熱特性の時定数τｒを暖房制御部４３１における設計時定数として、圧縮機ＯＦＦ用ゲインを算出することで、出湯温度指令が家１の自然放熱特性に合わせて低下していくことになる。これにより、圧縮機３１の動作再開時の出湯温度が室温変化状況を反映したものとなり、室温制御特性を改善することができる。
【００６２】
また、システム同定部４３３において、暖房制御部４３１が、設定温度と、室温情報と、初期制御ゲインとを用いて生成した出湯温度指令を入力変数とし、家１の室温情報を出力変数として、家１の熱特性を算出することで、出湯温度制御系の遅れを含めた家１の熱特性を算出することができ、システム同定の精度が向上する。その結果、暖房制御の快適性が向上し、室温のオーバーシュートが生じにくくなるため、省エネ性の改善を図ることができる。
【００６３】
また、システム同定部４３３において、サンプリング周期が異なる複数の時系列データに基づいて、家１の熱特性を算出することで、変化するまでの時間を時系列データに含めることができ、室温の測定分解能が粗い場合でも時間データによりその粗さを補うことができる。その結果、システム同定の精度を向上させることができる。
【００６４】
さらに、出湯温度制御部４３２を備えることにより、熱源機３からの熱供給変動を出湯温度制御系で抑制し、上位の暖房制御系への影響を小さくすることができる。
【００６５】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。上記実施の形態１では、暖房制御部４３１からの出湯温度指令を入力変数とし、室温センサ２からの室温情報を出力変数としてシステム同定を行うのに対し、実施の形態２では、暖房制御部４３１からの出湯温度指令および戻り温度センサ２２からの戻り温度情報を入力変数とする点において、実施の形態１と相違する。温水暖房システム１００および各装置のその他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一の符号を付する。
【００６６】
図１０は、本実施の形態における暖房制御部４３１、出湯温度制御部４３２、システム同定部４３３、および制御ゲイン決定部４３４による暖房制御の流れを示す図である。図１０に示すように、システム同定部４３３は、家１の室温センサ２から取得した室温情報と、暖房制御部４３１からの出湯温度指令と、戻り温度センサ２２からの戻り温度情報とから、家１の熱特性を算出し、制御ゲイン決定部４３４に出力する。具体的には、システム同定部４３３は、出湯温度指令と戻り温度の差を操作量ｕとして、家１の熱特性の時定数τｒと比例係数Ｋｒとを算出する。
【００６７】
制御ゲイン決定部４３４は、システム同定部４３３によって算出された家１の熱特性の時定数τｒと比例係数Ｋｒとに基づいて、暖房制御部４３１における圧縮機ＯＮ用ゲインと圧縮機ＯＦＦ用ゲインを算出し、ゲイン選択信号に応じて暖房制御部４３１に出力する。暖房制御部４３１は、制御ゲイン決定部４３４で算出された制御ゲインと、設定温度と、室温センサ２から取得した室温情報とから出湯温度指令を生成し、出湯温度制御部４３２に出力する。
【００６８】
図１１は本実施の形態における暖房制御部４３１のブロック線図である。本実施の形態では、式（１０）のＰＩ制御演算の出力は、出湯温度指令と戻り温度指令の差となっている。これを出湯温度指令に変換するため、図１１に示すように、ＰＩ制御器の出力に戻り温度センサ２２からの戻り温度情報を加算した値をリミッタ前の出湯温度指令とする。
【００６９】
以上のように、本実施の形態によれば、システム同定部４３３において、暖房制御部４３１が、設定温度と、室温情報と、初期制御ゲインとを用いて生成した出湯温度指令および戻り温度を入力変数とし、家１の室温情報を出力変数とすることで、出湯温度制御系の遅れと室内熱交換器５１の放熱状況を含めた家１の熱特性を算出することができ、システム同定の精度が向上し、暖房制御の室温追従性が改善される。これにより、快適性が向上するとともに、室温追従性の改善により室温のオーバーシュートが生じにくくなるため、省エネ性の改善も実現することができる。
【００７０】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。上記実施の形態１および２では、家１の熱特性を式（１）のように単入力単出力系のモデルとするのに対し、本実施の形態では、家１の熱特性を多入力単出力系のモデルとする点において、実施の形態１および２と相違する。また、実施の形態１および２では、圧縮機３１のＯＮ／ＯＦＦに応じて暖房制御部４３１のＰＩ制御器における制御ゲインの選択を行っていたが、本実施の形態では、圧縮機３１のＯＮ／ＯＦＦに加え、室内機５に温水を循環させる循環ポンプ３６のＯＮ／ＯＦＦも考慮する点において相違する。なお、実施の形態１と同様の構成については、実施の形態１と同一の符号を付す。
【００７１】
図１２は、本実施の形態における熱回路網モデルである。図１２（ａ）は、本実施の形態の制御対象となる熱回路網モデルであり、図１２（ｂ）は室内機５からの供給熱量がある場合の熱回路網モデルであり、図１２（ｃ）は室内機５からの供給熱量がない場合の熱回路網モデルである。上記の実施の形態１および２では、家１の熱特性を式（１）の単入力単出力系モデルとし、室内機５が熱供給している間にシステム同定を行っている。そして、システム同定で得られた結果を用いて、暖房制御部４３１のＰＩ制御における制御ゲインを式（１１）〜式（１４）で算出している。これに対し本実施の形態では、図１２（ａ）の熱回路網モデルを制御対象としてＰＩ制御における制御ゲイン（空調ＯＮ用ゲインおよび空調ＯＦＦ用ゲイン）を設計する。
【００７２】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）において、Ｔｏは外気温、Ｔｚは室温、Ｑｉｄｕは室内機５の供給熱量、Ｒａｌｌは家１の熱抵抗［Ｋ／ｋＷ］、Ｃａｌｌは家１の熱容量［ｋJ／Ｋ］をそれぞれ示す。重ね合わせの理を適用し、図１２（ｂ）に示す室内機５からの供給熱量がある場合の熱回路網モデルと、図１２（ｃ）に示す供給熱量がない場合の熱回路網モデルとを用い、室内機供給熱から室温、外気温から室温までのそれぞれの伝達関数を足し合わせると、図１２（ａ）の熱回路網モデルは下記の式（１５）で表される。
【００７３】
【数１５】
0006516838.tif 000016
【００７４】
図１３は本実施の形態における温水循環回路の概略構成図である。本実施の形態の温水循環回路は、外気温度センサ５００を備える点において図２に示す実施の形態１の温水循環回路と相違する。温水循環回路のその他の構成は、実施の形態１と同様である。なお、図１３では、熱源機３に外気温度センサ５００が設けられているが、これに限定されるものではなく、制御装置４に外気温度情報を与える構成であればよい。例えば、室温センサ２のように外気温度センサ５００を別体で設け、制御装置４の入出力部４１に接続してもよい。
【００７５】
図１４は本実施の形態における制御装置４の機能ブロック図である。本実施の形態では、記憶部４２に外気温度情報が記憶される点において、図３に示す実施の形態１の制御装置４と相違する。制御装置４のその他の構成は実施の形態１と同様である。外気温度情報は、熱源機３から制御装置４の入出力部４１を介し記憶部４２に保存され、制御部４３の処理に使用される。なお、外気温情報は、外気温度センサ５００から取得するだけでなく、天気予報のデータを制御装置４に取り込める形で変換して得るようにしてもよい。
【００７６】
図１５は本実施の形態における暖房制御部４３１、出湯温度制御部４３２、システム同定部４３３および制御ゲイン決定部４３４による暖房制御の流れを示す図である。本実施の形態では、熱源機３からシステム同定部４３３に外気温度情報が供給される点において、図４に示す実施の形態１の暖房制御の流れと相違する。暖房制御の流れにおけるその他の構成は、実施の形態１と同様である。外気温度情報は、システム同定部４３３においてシステム同定に用いられる。
【００７７】
図１６は、本実施の形態におけるゲイン選択信号の決定例である。実施の形態１および２では、暖房制御部４３１は、圧縮機３１のＯＮ／ＯＦＦに基づいてゲイン選択信号を生成していたが、本実施の形態では室内機５に温水を循環させる循環ポンプ３６のＯＮ／ＯＦＦも加えて考慮する。具体的には図１６のように循環ポンプ３６のＯＮ／ＯＦＦ、すなわち室内機５による熱供給の有無で、空調ＯＮ用ゲインまたは空調ＯＦＦ用ゲインの何れかを選択する。図１６の例では、圧縮機３１がＯＮでも循環ポンプ３６がＯＦＦの場合は、空調ＯＦＦ用ゲインを選択する。また、圧縮機３１がＯＦＦでも循環ポンプ３６がＯＮの場合は、空調ＯＮ用ゲインを選択する。なお、ゲイン選択信号の決定は、図１６の例に限定されるものではなく、例えば、圧縮機３１がＯＮで、循環ポンプ３６がＯＦＦの場合は、通常は短時間しか起こり得ない状態であるので、空調ＯＮ用ゲインを選択してもよい。以降の説明において、室内機５の循環ポンプ３６がＯＮの状態で熱供給している場合を「空調ＯＮ」、循環ポンプ３６がＯＦＦの状態で室内機５が熱供給していない場合（自然放熱のみの状態）を「空調ＯＦＦ」と称する。また、空調ＯＮ用ゲインが本発明の「第１ゲイン」に相当し、空調ＯＦＦ用ゲインが本発明の「第２ゲイン」に相当する。
【００７８】
次に、本実施の形態のシステム同定部４３３による家１の熱特性の算出について説明する。本実施の形態では、システム同定の対象を式（１５）のモデルとし、空調ＯＮ時と空調ＯＦＦ時に分けて、システム同定を行う。式（１５）を、式（１）の家１の熱特性の比例係数Ｋｒと、家１の熱特性の時定数τｒを用いて表現すると下記の式（１６）となる。
【００７９】
【数１６】
0006516838.tif 000017
【００８０】
空調ＯＮ時には、日中の場合は曇りの日、または夜間にシステム同定を行うことによって外気温度変化による影響を抑えてシステム同定を行うことができる。空調ＯＮ時のシステム同定処理は、実施の形態１に記載の内容と同様である。
【００８１】
空調ＯＦＦ時には、式（１６）の右辺第１項のＱｉｄｕが０となるため、外気温度から室温までの伝達関数（右辺第２項）を求めることができる。このとき、右辺第２項の伝達関数の状態変数の初期値を、空調ＯＦＦ直前の室温とする。この初期値は、離散化方式によって異なるが、室温に比例する値である。
【００８２】
図１７は本実施の形態におけるシステム同定処理（空調ＯＦＦ時）の流れを示すフローチャートである。本処理では、まず、システム同定開始時の状態変数ｘ、操作量ｕが初回データとして取得され、記憶部４２に保存される（Ｓ３１）。そして、記憶部４２に記憶される初期制御ゲインを用いて暖房制御部４３１による暖房制御が行われる（Ｓ３２）。ここで、空調ＯＦＦの場合、暖房制御において、暖房制御部４３１内部での出湯温度指令が更新され、出湯温度制御部４３２への出湯温度指令の更新は行わない。
【００８３】
次に、４点のデータが取得されたか否かが判断される（Ｓ３３）。ここでいうデータは、家１の熱特性を算出するために用いられる状態変数ｘｎ、操作量ｕの積算値ｕｎ＿ｓｕｍ、および変化サンプリング周期Ｔｓｎである。そして、４点のデータが取得されていない場合（Ｓ３３：ＮＯ）、前回保存した室温から室温が０．５℃以上低下しているか否かが判断される（Ｓ３４）。空調ＯＦＦ時には室温が低下するためである。そして、前回保存した室温から室温が０．５℃以上低下していない場合（Ｓ３４：ＮＯ）、サンプルカウントｃｎｔに１が加算され（Ｓ３５）、操作量ｕの積算が行われる（Ｓ３６）。そして、ステップＳ３２に戻り、以降の処理が繰り返される。
【００８４】
一方、前回保存した室温から室温が０．５℃以上低下している場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、状態変数ｘｎと、操作量ｕの積算値ｕｎ＿ｓｕｍと、変化サンプリング周期Ｔｓｎとが保存される（Ｓ３７）。状態変数ｘｎは、室温センサ２によって検知される室温であり、操作量ｕの積算値ｕｎ＿ｓｕｍは、外気温度センサ５００によって検知される外気温度である。変化サンプリング周期Ｔｓｎは、上記の式（８）で求められる値である。その後、サンプルカウントｃｎｔがリセットされ（Ｓ３８）、ステップＳ３２に戻って以降の処理が繰り返される。そして、システム同定開始時の初回データとは異なる４点のデータが取得された場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、取得されたデータに基づいて、家１の熱特性の時定数τｒと比例係数Ｋｒが算出される（Ｓ３９）。
【００８５】
そして、空調ＯＦＦ時のＰＩ制御器の制御ゲインである空調ＯＦＦ用ゲインが式（１７）および式（１８）で求められる。設計時定数τｃは実施の形態１および２と同様に家１の熱特性の時定数τｒとする。
【００８６】
【数１７】
0006516838.tif 000018
【００８７】
【数１８】
0006516838.tif 000019
【００８８】
図１８は本実施の形態における暖房制御処理の流れを示すフローチャートである。本処理では、まず、制御ゲイン決定部４３４にて、システム同定部４３３で得られた家１の熱特性の時定数τｒと、家１の熱特性の比例係数Ｋｒを用いて、空調ＯＮ用ゲインおよび空調ＯＦＦ用ゲインが空調ＯＮ時と空調ＯＦＦ時に分けて算出される（Ｓ４１）。そして、暖房制御部４３１からゲイン選択信号が取得され（Ｓ４２）、取得したゲイン選択信号に基づいて、空調ＯＮ用ゲインを選択するか否かが判断される（Ｓ４３）。なお、暖房制御部４３１は、圧縮機３１のＯＮ／ＯＦＦだけでなく、循環ポンプ３６のＯＮ／ＯＦＦを考慮して、ゲイン選択信号を生成する。
【００８９】
ここで、空調ＯＮ用ゲインを選択する場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、空調ＯＮ用ゲインが暖房制御部４３１に出力される。そして、暖房制御部４３１によって、空調ＯＮ用ゲインを用いて暖房制御演算が行われ、出湯温度指令が更新される（Ｓ４４）。その後、更新された出湯温度指令が出湯温度制御部４３２へ出力される（Ｓ４５）。また、空調ＯＮ用ゲインを選択しない場合（Ｓ４３：ＮＯ）、すなわち空調ＯＦＦ用ゲインを選択する場合、空調ＯＦＦ用ゲインが暖房制御部４３１に出力される。そして、暖房制御部４３１によって、空調ＯＦＦ用ゲインを用いた暖房制御演算が行われ、出湯温度指令が更新される（Ｓ４６）。この場合は、空調ＯＦＦとなっているため、出湯温度制御部４３２への出湯温度指令の出力は行われず、暖房制御部４３１内の出湯温度指令のみが更新される。そして、室温情報などに応じて暖房制御部４３１から制御ゲイン決定部４３４にゲイン選択信号が出力され、ステップＳ４２からステップＳ４６までの処理が繰り返される。
【００９０】
以上のように本実施の形態によれば、熱源機３の熱源側流路３０側の運転状況に加え、利用側流路５０側の運転状況も反映されるため、より正確にゲイン選択を実施できることができる。また、式（１６）で表される外気温度の影響を考慮したモデルを用い、空調ＯＮ時と空調ＯＦＦ時にそれぞれシステム同定を行うことで、ＰＩ制御器の制御ゲイン設計がより実使用環境に近い状態で算出される。これにより、空調ＯＮ再開時の出湯温度指令が適切に設定され、室温制御性が改善されて快適となる。
【００９１】
また、図１９は本実施の形態において、実施の形態２のように戻り温度情報を用いた場合の暖房制御部４３１、出湯温度制御部４３２、システム同定部４３３および制御ゲイン決定部４３４による暖房制御の流れを示す図である。本実施の形態では、実施の形態２に対して外気温度情報が追加されており、外気温度情報は、図１５のようにシステム同定部４３３で用いられる。
【００９２】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態では、家１の熱特性を、空調ＯＮ時と空調ＯＦＦ時とで異なるモデルとする点において、実施の形態３と相違する。温水暖房システム１００および各装置のその他の構成については実施の形態３と同様であり、同一の符号を付する。
【００９３】
本実施の形態のシステム同定部４３３による家１の熱特性の算出について説明する。システム同定の対象を式（１９）とし、本実施の形態でも実施の形態３と同様、空調ＯＮ時とＯＦＦ時に分けてシステム同定を行う。本実施の形態では、空調ＯＮ時と空調ＯＦＦ時で系の時定数が異なることを想定し、空調ＯＦＦ時に室温が外気温度に収束しない場合を想定したモデルが用いられる。空調ＯＦＦ時に室温が外気温度に収束しない原因は、家１の中にある家電製品や証明等の熱があること、および日射の影響がある。また、空調や日射等によって家具、壁、床、天井などが蓄熱し、空調ＯＦＦ後に室温が下がり始めると室内の空気と熱交換することがある。本実施の形態では、安価なマイコンでこれらを考慮するために、式（１９）において、空調による熱供給以外を外気温度に比例するものとし、ＰＩ制御器の空調ＯＦＦ用ゲインおよび空調ＯＮ用ゲインの設計用のモデルとしている。
【００９４】
【数１９】
0006516838.tif 000020
【００９５】
ここでＫｒ＿ＯＦＦは空調ＯＦＦ時の家１の熱特性の比例係数であり、τｒ＿ＯＦＦは空調ＯＦＦ時の家１の熱特性の時定数である。式（１９）のモデルを用いてシステム同定した場合の、空調ＯＮ時のＰＩ制御ゲインは実施の形態１の式（１１）および式（１２）を用いて求められる。また、空調ＯＦＦ時のＰＩ制御ゲインは、空調ＯＦＦ時の家１の熱特性の比例係数Ｋｒ＿ＯＦＦと、時定数τｒ＿ＯＦＦと、空調ＯＦＦ時の制御設計時定数τｃ＿ＯＦＦとを用いて下記の式（２０）および式（２１）で求められる。
【００９６】
【数２０】
0006516838.tif 000021
【００９７】
【数２１】
0006516838.tif 000022
【００９８】
以上のように本実施の形態によれば、空調ＯＦＦ時に室温が外気温度に収束しない場合であっても、実環境に合わせた制御ゲインを設定することが可能となり、空調ＯＮ再開時の出湯温度指令を適切に設定し、室温制御性が改善され快適となる。
【００９９】
以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記の実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形または組み合わせが可能である。例えば、温水暖房システム１００は、暖房機能だけでなく、冷房機能などのその他の機能を備えるものであってもよい。また、本発明の温水暖房システム１００は、家１だけでなく、ビルなどの様々な建物にも適用することができる。また、室温の測定点は１箇所に限定されるものではなく、複数の測定点の平均値または最低値を測定点として建物全体を制御してもよい。
【０１００】
さらに、システム同定部４３３は、家１の室温センサ２から取得した室温情報と、暖房制御部４３１からの出湯温度指令と、戻り温度センサ２２からの戻り温度情報と、流量センサ２３で検知した流量とから、家１の熱特性を算出してもよい。具体的には、出湯温度情報から戻り温度情報を引き算した戻り温度差に流量を掛け算した熱供給相当値を式（５）または式（５）の操作量ｕとして、家１の熱特性の時定数τｒと比例係数Ｋｒとを算出する。この場合も、システム同定の精度が向上し、暖房制御の室温追従性が改善される。
【符号の説明】
【０１０１】
１  家、２  室温センサ、３  熱源機、４  制御装置、５  室内機、２１  出湯温度センサ、２２  戻り温度センサ、２３  流量センサ、３０  熱源側流路、３１  圧縮機、３２  室外熱交換器、３３  ファン、３４  冷媒流量調整装置、３５  水熱交換器、３６  循環ポンプ、３７  熱源機制御部、４１  入出力部、４２  記憶部、４３  制御部、５０  利用側流路、５１  室内熱交換器、１００  温水暖房システム、４１１  ディジタル入力部、４１２  ＡＤ変換部、４１３  シリアル通信部、４１４  表示部、４３１  暖房制御部、４３２  出湯温度制御部、４３３  システム同定部、４３４  制御ゲイン決定部、４３５  モード判定部、４３６  出力データ処理部、５００  外気温度センサ。
【図１】
0006516838.tif 000023
【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】
0006516838.tif 000029
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0006516838.tif 000037
【図１６】
0006516838.tif 000038
【図１７】
0006516838.tif 000039
【図１８】
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【図１９】
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