(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通空間を調整するように構成される少なくとも第１の空調システム及び第２の空調システムを制御するコントローラであって、前記第１の空調システムの冷媒回路は前記第２の空調システムの冷媒回路とは別であり、前記コントローラは、
１つ以上の設定点信号及び前記共通空間からの１つ以上の測定値信号を受信し、第１の冷媒回路及び第２の冷媒回路の第１の構成要素の動作を制御する制御信号を決定し、前記設定点信号と前記測定値信号との間の少なくとも１つの環境誤差を共同で、かつ同時に低減する多変数レギュレータと、
前記第１の空調システムの第２の構成要素の動作の第１の設定点信号及び測定値信号を受信し、前記第１の空調システムの前記第２の構成要素の第１の運用誤差を低減する、前記第１の空調システムの前記第２の構成要素の動作を制御する制御信号を決定する第１の一変数レギュレータと、
前記第２の空調システムの第２の構成要素の動作の第２の設定点信号及び測定値信号を受信し、前記第２の空調システムの前記第２の構成要素の第２の運用誤差を低減する、前記第２の空調システムの前記第２の構成要素の動作を制御する制御信号を決定する第２の一変数レギュレータと、
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第１の構成要素の動作を制御する前記制御信号の関数として、前記第１の空調システムの第３の構成要素及び前記第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号をマッピングするルックアップ構造を記憶するメモリと、
前記多変数レギュレータによって決定された前記制御信号に従って前記ルックアップ構造から前記制御信号を選択することによって、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第３の構成要素の動作を制御する前記制御信号を決定するプロセッサと、
前記決定された前記制御信号に従って、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムを制御する電気回路と、
を備える、コントローラ。
【請求項２】
前記第１の構成要素は前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの圧縮器を含み、前記多変数レギュレータは前記圧縮器の速度を出力し、それにより、前記出力された速度で動作している前記圧縮器によって運用される前記第１の冷媒回路及び前記第２の冷媒回路が、前記環境誤差を共同で低減する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記共通空間内の環境の値は、前記共通空間内の温度及び湿度の値のうちの１つ又は組み合わせを含み、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記圧縮器の前記速度は、前記共通空間内の温度及び湿度の設定点値と前記共通空間内の温度及び湿度の測定値との間の誤差を含む前記環境誤差を低減するように共同で決定される、請求項２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記第１の冷媒回路及び前記第２の冷媒回路の前記第２の構成要素は弁であり、
前記第１の一変数レギュレータは、前記第１の空調システムの目標吸引過熱と、前記第１の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、前記第１の空調システムの弁の開放を決定し、
前記第２の一変数レギュレータは、前記第２の空調システムの目標吸引過熱と、前記第２の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、前記第２の空調システムの弁の開放を決定する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記共通空間内の環境の測定値、並びに前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの動作の測定値を示す信号のうちの１つ又は組み合わせを特定する一組のセンサと、
前記信号を、前記環境の対応する目標値、並びに前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの動作の対応する目標値と合成し、前記環境誤差並びに前記第１の運用誤差及び前記第２の運用誤差を生成する一組の結合器と、
を更に備える、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記ルックアップ構造は、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムのモデルに基づいて決定される、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記モデルを用いて、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第１の構成要素の前記動作のために前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第３の構成要素の動作を最適化する、請求項６に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記第３の構成要素のための前記制御信号は、前記多変数レギュレータによって決定される前記制御信号で制御される前記第１の構成要素を有する前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの全エネルギー効率を最適化するようにあらかじめ決定される、請求項７に記載のコントローラ。
【請求項９】
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第１の構成要素は、前記第１の空調システムの圧縮器と前記第２の空調システムの圧縮器とを含み、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第３の構成要素は、前記第１の空調システム内のファン及び前記第２の空調システム内のファンを含み、前記プロセッサは、前記メモリから、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記圧縮器の速度の値に従って動作している前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの全エネルギー効率を最適化する前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記ファンの前記速度の値を選択する、請求項７に記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記第１の冷媒回路及び前記第２の冷媒回路の前記第２の構成要素は弁であり、
前記第１の一変数レギュレータは、前記第１の空調システムの目標吸引過熱と前記第１の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、前記第１の空調システムの弁の開放を決定し、
前記第２の一変数レギュレータは、前記第２の空調システムの目標吸引過熱と、前記第２の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、前記第２の空調システムの弁の開放を決定し、
前記プロセッサは、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記圧縮器の前記速度の値に基づいて、前記メモリから、前記第１の空調システムの前記目標吸引過熱の値と、前記第２の空調システムの前記目標吸引過熱の値とを選択する、請求項９に記載のコントローラ。
【請求項１１】
前記第１の空調システムは専用外気システム（ＤＯＡＳ）であり、前記第２の空調システムは可変冷媒流（ＶＲＦ）システムである、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１２】
前記多変数レギュレータは、前記設定点信号と前記測定値信号との間の前記環境誤差を示す信号を受信する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１３】
共通空間を調整するように構成される第１の空調システム及び第２の空調システムを含む少なくとも２つの空調システムを制御するコントローラであって、前記第１の空調システムの冷媒回路は前記第２の空調システムの冷媒回路とは別であり、前記コントローラは、
前記共通空間内の温度及び湿度の設定点値と前記共通空間内の温度及び湿度の測定値との間の誤差を共同で低減する、前記第１の空調システムの第１の圧縮器の第１の速度及び前記第２の空調システムの第２の圧縮器の第２の速度を同時に決定する多変数レギュレータと、
前記第１の空調システムの目標吸引過熱と前記第１の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、前記第１の空調システムの第１の弁の第１の開放を決定する第１の一変数レギュレータと、
前記第２の空調システムの目標吸引過熱と前記第２の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、前記第２の空調システムの第２の弁の第２の開放を決定する第２の一変数レギュレータであって、前記第１の弁の前記第１の開放は前記第２の弁の前記第２の開放から独立して決定される、第２の一変数レギュレータと、
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記圧縮器の前記速度の値を、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記圧縮器の前記速度の対応する値に従って動作する前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの全エネルギー効率を最適化する、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内のファンの速度の値にマッピングするルックアップ構造を記憶するメモリと、
前記第１の圧縮器及び前記第２の圧縮器の前記第１の速度及び前記第２の速度を用いて、前記ルックアップ構造から、前記第１の空調システムの第１のファンの第１のファン速度と、前記第２の空調システムの第２のファンの第２のファン速度とを選択するプロセッサと、
前記第１の圧縮器を前記第１の速度を有するように制御し、前記第２の圧縮器を前記第２の速度を有するように制御し、前記第１の弁を前記第１の開放を有するように制御し、前記第２の弁を前記第２の開放を有するように制御し、前記第１のファンを前記第１のファン速度を有するように制御し、前記第２のファンを前記第２のファン速度を有するように制御する電気回路と、
を備える、コントローラ。
【請求項１４】
前記第１の圧縮器及び前記第２の圧縮器の前記第１の速度及び前記第２の速度の関数に基づいて、前記第１の弁の前記第１の開放及び前記第２の弁の前記第２の開放を決定するプロセッサを更に備える、請求項１３に記載のコントローラ。
【請求項１５】
前記第１の圧縮器及び前記第２の圧縮器の前記第１の速度及び前記第２の速度の関数に基づいて、前記第１の空調システムの前記目標吸引過熱及び前記第２の空調システムの前記目標吸引過熱を決定するプロセッサを更に備える、請求項１３に記載のコントローラ。
【請求項１６】
前記多変数レギュレータは、線形二次レギュレータ法として、又はＨ∞合成法を介して計算されるコントローラのうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項１３に記載のコントローラ。
【請求項１７】
共通空間を調整するように構成される第１の空調システム及び第２の空調システムを含む少なくとも２つの空調システムを制御する方法であって、前記第１の空調システムの冷媒回路は前記第２の空調システムの冷媒回路とは別であり、前記方法は、
多変数レギュレータを用いて、前記第１の冷媒回路及び前記第２の冷媒回路の第１の構成要素の動作を制御し、設定点と共通空間からの測定値との間の環境誤差を共同で、かつ同時に低減する制御信号を決定することと、
第１の一変数レギュレータを用いて、前記第２の空調システムの第２の構成要素の動作の第１の設定点と測定値との間の第１の運用誤差を低減する、前記第１の冷媒回路の前記第２の構成要素の前記動作を制御する制御信号を決定することと、
第２の一変数レギュレータを用いて、前記第２の空調システムの第２の構成要素の動作の第２の設定点と測定値との間の第２の運用誤差を低減する、前記第２の冷媒回路の前記第２の構成要素の前記動作を制御する制御信号を決定することと、
前記第１の空調システムの第３の構成要素及び前記第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号を、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第１の構成要素の動作を制御する前記制御信号の関数としてマッピングするルックアップ構造を記憶するメモリに動作可能に接続されるプロセッサを用いて、前記多変数レギュレータによって決定される前記制御信号に従って前記ルックアップ構造から前記制御信号を選択することによって、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第３の構成要素の動作を制御する制御信号を決定することと、
電気回路を用いて、前記決定された制御信号に従って、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムを制御することと、
を含む、方法。
【請求項１８】
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第１の構成要素は前記第１の空調システムの圧縮器及び前記第２の空調システムの圧縮器を含み、前記第１の冷媒回路及び前記第２の冷媒回路の前記第２の構成要素は、前記第１の空調システムの弁及び前記第２の空調システムの弁を含み、前記方法は、
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記圧縮器の速度の値を決定することであって、前記圧縮器の前記決定された速度による前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの共同、かつ同時の動作が前記環境誤差を低減する、決定することと、
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記圧縮器の前記速度の前記値に基づいて、前記第１の空調システムの目標吸引過熱の値及び前記第２の空調システムの前記目標吸引過熱の値を決定することと、
前記第１の空調システムの前記目標吸引過熱と前記第１の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、前記第１の空調システムの弁の開放を決定することと、
前記第２の空調システムの前記目標吸引過熱と前記第２の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、前記第２の空調システムの弁の開放を決定することと、
を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第１の構成要素は前記第１の空調システムの圧縮器及び前記第２の空調システムの圧縮器を含み、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの前記第３の構成要素は、前記第１の空調システム内のファン及び前記第２の空調システム内のファンを含み、前記方法は、
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記圧縮器の速度の値を決定することであって、前記圧縮器の前記決定された速度による前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの共同、かつ同時の動作が前記環境誤差を低減する、決定することと、
前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記圧縮器の前記速度の前記値に従って動作する前記第１の空調システム及び前記第２の空調システムの全エネルギー効率を最適化する、前記第１の空調システム及び前記第２の空調システム内の前記ファンの前記速度の値を決定することと、
を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、空調システムに関し、より詳細には、複数の空調システムの動作の同時制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の建物内の居住者の快適性、健康及び安全性は、空間温度、空間湿度及び外気通気度の適切な管理、並びに二酸化炭素（ＣＯ２）、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の汚染物質の関連する蓄積等の多種多様の要因によって決まる。この範囲の要件を満たすために、現代の建物では、数多くの異なる組み合わせの空調システムが設置される。残念なことに、同じ空間を調整するために異なる組み合わせの暖房システム、冷房システム及び換気システムが使用されるとき、多くの場合に、いくつかの難題が生じる。
【０００３】
複数の空間調整システムのそのような組み合わせの一例が、外気からの循環空気（fresh ventilation air）によって課せられる潜熱負荷を満たすために使用される専用外気システム（ＤＯＡＳ：dedicated outdoor air system）と、室内空気の顕熱負荷を満たすために使用される可変冷媒流（ＶＲＦ：variable refrigerant flow）システム等の並列冷却システム（parallel cooling system）との組み合わせである。これらのシステムは通常、全暖房／冷房負荷を管理し、必要とされる循環空気を居住空間に供給するために同時に動作する。これらのシステムはそれぞれ、多くの場合に独立して設計及び制御され、他のシステムの動作を外乱として取り扱う。そのような制御方式は、信頼性及びエネルギー効率を高めるように機器を動作させるのを難しくする。
【０００４】
例えば、特許文献１は、冷媒含有要素を含まない、蒸気圧縮サイクル及び換気システムの両方を含む異なる空調システムを協調的に動作させるためのスケジュールを作成する複数空調機中央制御システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，６６９，４３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、その複合システムの通信及び動作は、複数のシステムに関する何らかの所望の性能を達成するように、それらのシステムの組み合わせを動作させる方法を教示しない。例えば、ＤＯＡＳは、給気温度を所与の設定点に制御する場合があり、一方、ＶＲＦシステムは、空間の温度を異なる指定設定点に調節するように設計される場合がある。この場合、ＤＯＡＳシステムの性能を考慮に入れて動作しないＶＲＦシステムが、動的なシステム循環損失（cycling loss）、温度変動及びそれに応じて低下するシステムレベルエネルギー効率を引き起こす場合がある。この従来技術は、換気システム内に冷媒含有構成要素を含まないが、換気システムへの第２の蒸気圧縮サイクルの追加が、統合システムの中に数多くの付加的な自由度を導入する。これは、結果として形成されるシステム全体の潜在的な性能を高めるが、システムの組み合わせの効率的な動作を達成するのをより難しくする可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
いくつかの実施形態の目的は、個別の冷媒回路を有し、共通空間を調整するように構成される異なる空間調整システムを共同で制御するシステム及び方法を提供することである。いくつかの実施形態の別の目的は、それらの空間調整システムの複合動作の全エネルギー消費量を削減することである。一実施形態の別の目的は、専用外気システム（ＤＯＡＳ）及び可変冷媒流（ＶＲＦ）システムの組み合わせを共同で制御し、複合システムのエネルギー消費量を削減することである。
【０００８】
いくつかの実施形態は、或る共通空間において役割を果たしている複数の空調システムのいくつかの挙動が、その空間を通して強く連係することにあり、一方、これらのシステムの他の挙動は居住空間を通して相互作用せず、独立しているか、又は切り離されるものとして近似できるという認識に基づく。結果として、個々のシステムのいくつかの構成要素が、共通空間において役割を果たしている他のシステムの挙動と連係し、他のシステムの挙動に依存する一方で、個々のシステムの他の構成要素は、共通空間において役割を果たしている他のシステムの挙動から概ね独立している。連係する構成要素の例は空調システムの圧縮器を含み、その理由は、各圧縮器の速度が居住空間内に位置する熱交換器の温度を変更し、それゆえ、その空間内を循環している空気の温度を変更するためである。一方、独立している構成要素の例は空調システムの膨張弁を含み、その理由は、弁の動作が冷媒の流量及び対応する蒸発器出口における過熱に影響を及ぼすが、空間内の空気の温度に及ぼす動的な影響はわずかなためである。
【０００９】
そのために、いくつかの実施形態は、被調整空間に影響を及ぼすシステムの依存し合う構成要素の動作はシステム全体にわたって共同で決定されるべきであり、一方、独立している構成要素の動作は、個々のサブシステムごとに別々に決定されるべきであるという理解に基づく。例えば、或る共通空間において役割を果たしている複数の空調システムの圧縮器の動作は、その空間内の所望の設定点温度及び相対湿度を達成するように協調すべきであり、一方、１つのシステムのための膨張弁の位置が変化しても他のシステムの挙動に強く影響を及ぼさないので、膨張弁の動作は独立して決定することができる。
【００１０】
さらに、いくつかの実施形態は、連係するシステムの協調的な制御及び動作の結果として、複合システムに関するエネルギー効率を改善することができ、その改善は、各システムを独立して制御することによって達成することができたエネルギー効率より大きいという理解に基づく。例えば、他の連係する圧縮器周波数を考慮に入れて空調サブシステムごとの圧縮器周波数を選択する結果として、サブシステムの集合体にわたるエネルギー消費量を、それらのサブシステムが独立して動作する場合に生じていたエネルギー消費量未満に削減しながら、同時に室温及び相対湿度設定点を満たす等の、連係制御の目的を果たすことができる。
【００１１】
サブシステム間のこれらの動的な相互作用を踏まえて、いくつかの実施形態は、共通空間内の環境の設定点値と測定値との間の誤差を共同で、かつ同時に低減するために、多変数レギュレータが、システム間の連係を考慮に入れて異なる空調システムの一群の「依存し合う」構成要素の動作を制御する制御信号を決定するための設定点を特定する。これらの設定点は、サブシステムごとに独立してではなく、システムの集合体の動作を考慮することによって特定される。逆に、いくつかの実施形態は、一変数レギュレータを用いて、異なる空調システムの異なる「独立した」構成要素を調節し、それらの空調システムの動作に影響を及ぼす、切り離された誤差を低減する。結果として、「依存し合う」又は「連係する」構成要素を支配する制御システムのいくつかの要素は複数のサブシステムに及ぶことになり、一方、「独立した」構成要素を支配する制御システムの他の要素は特定のサブシステムにのみ影響を及ぼすことになる。
【００１２】
そのようにして、独立していると仮定してシステムを設計及び制御し、他のシステムの動作を外乱として取り扱う代わりに、いくつかの実施形態は、間接的な連係の動態を考慮する集中制御設計を開発する。この手法は、これらの統合システムに関する従来にない制御構造を暗示するので、直観に反した結果をもたらすことができる。例えば、いくつかの実施形態において、ＤＯＡＳサブシステム及びＶＲＦサブシステムを含む統合システムのための多変数レギュレータが、システム内の圧縮器を用いて、室内空気温度を制御し、被調整空間の相対湿度も制御する。ＤＯＡＳ及びＶＲＦ両方のシステムの圧縮器が室内空気温度及び相対湿度に影響を及ぼすので、この多変数レギュレータは、両方の変数を同時に制御し、ＤＯＡＳ及びＶＲＦ両方のシステムの動作を協調させて、被調整空間内の顕熱負荷及び潜熱負荷を相殺する。それと比べて、蒸発器過熱と弁開放との間には強い相関があるので、そして、１つのサブシステム内の膨張弁の動作と他のサブシステムの挙動との間の相関は弱いので、サブシステムごとの個々の膨張弁が個々の蒸気圧縮システム内の蒸発器の過熱を制御する。
【００１３】
いくつかの実施形態は、空調システムの少なくともいくつかの構成要素が共同で制御されるとき、空調システムの異なる構成要素の動作のパラメータをその共同制御のために最適化できるという別の理解に基づく。多くの場合に、性能変数を制御するために使用されない付加的なシステム入力が存在するので、モデルベース手法を用いて、予想される動作条件の範囲にわたって全電力消費量を最小化する付加的な入力値を特定することができる。例えば、ＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムは一般に、温度設定点又は湿度設定点を達成するために作動しない付加的なファンを有する。システムの独立した動作のために一般に選択されるこれらのファン速度のための値を使用する代わりに、いくつかの実施形態は、間接的に連係する空調システムの共同動作のためのそれらの値を最適化する。例えば、一実施形態は、システム全体の全電力消費量を削減するために、ＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムの異なるファンの速度を共同で最適化する。
【００１４】
したがって、一実施形態は、共通空間を調整するように構成される少なくとも第１の空調システム及び第２の空調システムを制御するコントローラであって、第１の空調システムの冷媒回路は第２の空調システムの冷媒回路とは別である、コントローラを開示する。本コントローラは、１つ以上の設定点信号及び共通空間からの１つ以上の測定値信号を受信し、第１の冷媒回路及び第２の冷媒回路の第１の構成要素の動作を制御する制御信号を決定し、設定点信号と測定値信号との間の少なくとも１つの環境誤差を共同で、かつ同時に低減する多変数レギュレータと、第１の空調システムの第２の構成要素の動作の第１の設定点信号及び測定値信号を受信し、第１の空調システムの第２の構成要素の第１の運用誤差を低減する、第１の空調システムの第２の構成要素の動作を制御する制御信号を決定する第１の一変数レギュレータと、第２の空調システムの第２の構成要素の動作の第２の設定点信号及び測定値信号を受信し、第２の空調システムの第２の構成要素の第２の運用誤差を低減する、第２の空調システムの第２の構成要素の動作を制御する制御信号を決定する第２の一変数レギュレータと、第１の空調システム及び第２の空調システムの第１の構成要素の動作を制御する制御信号の関数として、第１の空調システムの第３の構成要素及び第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号をマッピングするルックアップ構造を記憶するメモリと、多変数レギュレータによって決定された制御信号に従ってルックアップ構造から制御信号を選択することによって、第１の空調システム及び第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号を決定するプロセッサと、決定された制御信号に従って、第１の空調システム及び第２の空調システムを制御する電気回路とを備える。
【００１５】
別の実施形態は、共通空間を調整するように構成される第１の空調システム及び第２の空調システムを含む少なくとも２つの空調システムを制御するコントローラであって、第１の空調システムの冷媒回路は第２の空調システムの冷媒回路とは別である、コントローラを開示する。本コントローラは、共通空間内の温度及び湿度の設定点値と共通空間内の温度及び湿度の測定値との間の誤差を共同で低減する、第１の空調システムの第１の圧縮器の第１の速度及び第２の空調システムの第２の圧縮器の第２の速度を同時に決定する多変数レギュレータと、第１の空調システムの目標吸引過熱と第１の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、第１の空調システムの第１の弁の第１の開放を決定する第１の一変数レギュレータと、第２の空調システムの目標吸引過熱と第２の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、第２の空調システムの第２の弁の第２の開放を決定する第２の一変数レギュレータであって、第１の弁の第１の開放は第２の弁の第２の開放から独立して決定される、第２の一変数レギュレータと、第１の空調システム及び第２の空調システム内の圧縮器の速度の値を、第１の空調システム及び第２の空調システム内の圧縮器の速度の対応する値に従って動作する第１の空調システム及び第２の空調システムの全エネルギー効率を最適化する、第１の空調システム及び第２の空調システム内のファンの速度の値にマッピングするルックアップ構造を記憶するメモリと、第１の圧縮器及び第２の圧縮器の第１の速度及び第２の速度を用いて、ルックアップ構造から、第１の空調システムの第１のファンの第１のファン速度と、第２の空調システムの第２のファンの第２のファン速度とを選択するプロセッサと、第１の圧縮器を第１の速度を有するように制御し、第２の圧縮器を第２の速度を有するように制御し、第１の弁を第１の開放を有するように制御し、第２の弁を第２の開放を有するように制御し、第１のファンを第１のファン速度を有するように制御し、第２のファンを第２のファン速度を有するように制御する電気回路とを備える。
【００１６】
更に別の実施形態は、共通空間を調整するように構成される第１の空調システム及び第２の空調システムを含む少なくとも２つの空調システムを制御する方法であって、第１の空調システムの冷媒回路は第２の空調システムの冷媒回路とは別である、方法を開示する。本方法は、多変数レギュレータを用いて、第１の冷媒回路及び第２の冷媒回路の第１の構成要素の動作を制御し、設定点と共通空間からの測定値との間の環境誤差を共同で、かつ同時に低減する制御信号を決定することと、第１の一変数レギュレータを用いて、第２の空調システムの第２の構成要素の動作の第１の設定点と測定値との間の第１の運用誤差を低減する、第１の冷媒回路の第２の構成要素の動作を制御する制御信号を決定することと、第２の一変数レギュレータを用いて、第２の空調システムの第２の構成要素の動作の第２の設定点と測定値との間の第２の運用誤差を低減する、第２の冷媒回路の第２の構成要素の動作を制御する制御信号を決定することと、第１の空調システムの第３の構成要素及び第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号を、第１の空調システム及び第２の空調システムの第１の構成要素の動作を制御する制御信号の関数としてマッピングするルックアップ構造を記憶するメモリに動作可能に接続されるプロセッサを用いて、多変数レギュレータによって決定される制御信号に従ってルックアップ構造から制御信号を選択することによって、第１の空調システム及び第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号を決定することと、電気回路を用いて、決定された制御信号に従って、第１の空調システム及び第２の空調システムを制御することとを含む。
【００１７】
定義
本発明の実施形態を説明する際に、全体を通じて（上記を含む）以下の定義が適用可能である。
【００１８】
「蒸気圧縮システム」は、熱力学、流体力学及び／又は熱伝達の原理に基づいて、蒸気圧縮サイクルを用いて、システムの構成要素を通して冷媒を流動させるシステムを指している。蒸気圧縮システムは、限定はしないが、ヒートポンプ、冷凍、空調機システムとすることができる。蒸気圧縮システムは、住宅及び商業空間の調整に留まらない適用例において使用される。例えば、蒸気圧縮サイクルを用いて、高性能コンピューティングの適用例においてコンピュータチップを冷却することができる。
【００１９】
「ＨＶＡＣ」システムは、蒸気圧縮サイクルを実施する任意の加熱、換気及び空調（ＨＶＡＣ：heating, ventilating, and air-conditioning）システムを指している。ＨＶＡＣシステムは、建物の居住者に外気のみを供給するシステムから、建物の温度を制御するだけのシステム、温度及び湿度を制御するシステムまでの非常に広範な１組のシステムに及ぶ。
【００２０】
「専用外気システム」（ＤＯＡＳ）は、換気のために建物内に持ち込まれ、各居住空間に送達される全ての外気を、直接、又はそれらの同じ空間において役割を果たしている局所空間若しくは中央（ゾーン）ＨＶＡＣユニットとともに調整するために、別の機器を使用するシステムを指している。局所又は中央ＨＶＡＣユニットは、空間温度設定点要件を維持するために使用される。
【００２１】
「可変冷媒流（ＶＲＦ）システム」は、単一又は複数の凝縮ユニットに接続される複数の室内ユニットを含む個別分散システム（multi-split system）を指している。ＶＲＦシステムは、ダクトレス個別分散システムを大容量化し、複雑にしたバージョンであり、ダクト型ファンコイルユニットを接続する付加容量を有する。それらのシステムは換気を与えないので、別の換気システムが必要とされる。
【００２２】
「蒸気圧縮システムの構成要素」は、制御システムによって制御可能な動作を有する蒸気圧縮システムの任意の構成要素を指している。それらの構成要素は、限定はしないが、冷媒を圧縮し、システムの中に送り込むための可変速度を有する圧縮器と、システムの高圧部分と低圧部分との間で調整可能な圧力降下を与えるための膨張弁と、それぞれ熱交換器を通る空気流量を調整するための可変速ファンを組み込む、蒸発熱交換器及び凝縮熱交換器とを含む。
【００２３】
「蒸発器」は、熱交換器を通り抜ける冷媒が熱交換器の長さにわたって蒸発し、その結果、熱交換器の出口における冷媒の比エンタルピーが熱交換器の入口における冷媒の比エンタルピーより高くなり、冷媒が全体として液体から気体に変化する、蒸気圧縮システム内の熱交換器を指している。蒸気圧縮システム内に１つ以上の蒸発器が存在する場合がある。
【００２４】
「凝縮器」は、熱交換器を通り抜ける冷媒が熱交換器の長さにわたって凝縮し、その結果、熱交換器の出口における冷媒の比エンタルピーが熱交換器の入口における冷媒の比エンタルピーより低くなり、冷媒が全体として気体から液体に変化する、蒸気圧縮システム内の熱交換器を指している。蒸気圧縮システム内に１つ以上の凝縮器が存在する場合がある。
【００２５】
「冷媒回路」は、冷媒管及び構成要素を閉路構成になるように相互接続したものを指しており、それにより、冷媒が一連の構成要素間にわたって閉路内を流れる。冷媒回路を用いて、１つの場所から別の場所に熱エネルギーを効率的に伝達する閉じた熱力学サイクルを構成することができる。例えば、蒸気圧縮システムのための冷媒回路は、各構成要素から次の構成要素に冷媒を搬送するために使用される管だけでなく、圧縮器、凝縮型熱交換器、膨張弁、及び蒸発型熱交換器も含む。
【００２６】
「電気回路」は、プロセッサ、メモリ又はアクチュエーター等の構成要素間で電気信号を伝送する電線の相互接続を指している。
【００２７】
「一組の制御信号」は、蒸気圧縮システムの構成要素の動作を制御するための特定の入力値を指している。一組の制御信号は、限定はしないが、圧縮器の速度値、膨張弁の位置、蒸発器内のファンの速度、及び凝縮器内のファンの速度を含む。
【００２８】
「設定点」は、蒸気圧縮システムのようなシステムが動作の結果として到達し、保持することを目標とする目標値を指している。設定点は、特定の一組の制御信号、並びに熱力学パラメータ及び環境パラメータの任意の特定の値に適用される。
【００２９】
「コンピュータ」は、構造化された入力を受け入れ、その構造化された入力を所定の規則に従って処理し、処理結果を出力として生成することが可能な任意の装置を指している。コンピュータの例には、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、メインフレーム、スーパーミニコンピュータ、ミニコンピュータ、ワークステーション、マイクロコンピュータ、サーバー、双方向テレビ、コンピュータと双方向テレビとのハイブリッドな組み合わせ、及びコンピュータ及び／又はソフトウェアをエミュレートする特定用途向けハードウェアが含まれる。コンピュータは単一のプロセッサ、又は並列に動作し及び／又は並列に動作しないことができる複数のプロセッサを有することができる。コンピュータは、コンピュータ間で情報を送信又は受信するネットワークを介して共に接続された２つ以上のコンピュータも指す。そのようなコンピュータの例には、ネットワークによってリンクされたコンピュータを介して情報を処理する分散コンピュータシステムが含まれる。
【００３０】
「中央処理ユニット（ＣＰＵ）」又は「プロセッサ」は、ソフトウェア命令を読み出して実行するコンピュータ又はコンピュータの構成要素を指している。
【００３１】
「メモリ」又は「コンピュータ可読媒体」は、コンピュータによってアクセス可能なデータを格納するための任意のストレージを指している。例には、磁気ハードディスク、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤのような光ディスク、磁気テープ、メモリチップ、並びに電子メールを送受信する際に、又はネットワーク及びコンピュータメモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）にアクセスする際に用いられる搬送波等の、コンピュータ可読電子データを搬送するのに用いられる搬送波が含まれる。
【００３２】
「ソフトウェア」は、コンピュータを動作させるための所定の規則を指している。ソフトウェアの例には、ソフトウェア、コードセグメント、命令、コンピュータプログラム、及びプログラムロジックが含まれる。インテリジェントシステムのソフトウェアは自己学習が可能とすることができる。
【００３３】
「モジュール」又は「ユニット」は、タスク又はタスクの一部を実行するコンピュータにおける基本構成要素を指している。「モジュール」又は「ユニット」は、ソフトウェアによってもハードウェアによっても実施することができる。
【００３４】
「コントローラ」、「制御システム」及び／又は「レギュレータ」は、他のデバイス又はシステムの挙動を管理するか、命令するか、指示するか、又は調節するデバイス又は一組のデバイスを指している。コントローラは、ハードウェアによって、ソフトウェアによって構成される動作を伴うプロセッサによって、及びその組み合わせによって実現することができる。コントローラは内蔵システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】いくつかの実施形態による、共通空間への暖房、冷房及び／又は換気を与える統合空調システムの概略図である。
【図２Ａ】いくつかの実施形態による、少なくとも第１の空調システム及び第２の空調システムを制御するコントローラのブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ａのコントローラの制御アーキテクチャの例示的な概略図である。
【図２Ｃ】一実施形態による、空調システムの異なる構成要素を制御する例示的な電気回路を含むコントローラのブロック図である。
【図３】いくつかの実施形態によって使用される蒸気圧縮システムの１つ又はいくつかのアクチュエーターを制御する制御信号間の定常状態マッピングにおける凸関係のグラフである。
【図４Ａ】いくつかの実施形態による、空調システムのエネルギー消費量を削減するシステムの概略図である。
【図４Ｂ】いくつかの実施形態による、全電力消費量が最小化されるように、サブシステムのファン速度を調節する統合システムの制御アーキテクチャを示す図である。
【図５Ａ】いくつかの実施形態による、制御入力の組を記憶するためのルックアップテーブルの一例を示す図である。
【図５Ｂ】いくつかの実施形態による、制御入力の組を記憶するためのルックアップテーブルの一例を示す図である。
【図６】間接的に連係する空調システムを制御するコントローラの異なる実施形態を示す図である。
【図７】間接的に連係する空調システムを制御するコントローラの異なる実施形態を示す図である。
【図８】間接的に連係する空調システムを制御するコントローラの異なる実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、共通空間１３０に暖房、冷房及び／又は換気を与える統合空調システム１００の概略図を示す。統合システムは、共通空間１３０を調整するように構成される少なくとも第１の空調システム１１０及び第２の空調システム１２０を含む。システム１１０及び１２０は別々のシステムであり、すなわち、第１の空調システムの第１の冷媒回路は、第２の空調システムの第２の冷媒回路とは別である。例えば、第１のシステム１１０は専用外気システム（ＤＯＡＳ）を含むことができ、第２の空調システム１２０は可変冷媒流（ＶＲＦ）を含むことができる。
【００３７】
例えば、ＤＯＡＳは、寄生潜熱負荷と、顕熱負荷の一部とを処理する。具体的には、ＤＯＡＳは、空間に関する潜熱冷却及び換気の両方の要件を満たすために外気を除湿し、加減する。ＶＲＦシステムは、ゾーンレベル暖房及び冷房機器としての役割を果たし、空間内の残りの顕熱負荷及び潜熱負荷を一致させるために容量を調節することによって、居住者に空気循環及び熱的快適性を提供する。
【００３８】
いずれのシステムも、冷媒サイクルを実行する多種多様の構成要素、例えば、可変設定アクチュエーター（variable setting actuators）を含む。例えば、ＤＯＡＳは、可変速度圧縮デバイス１１１と、室外熱交換器１１２と、可変速度室外ユニットファン１１３と、一般に再熱コイル１１４と呼ばれる付加的な熱交換器と、膨張デバイス１１５と、蒸発型熱交換器又は冷却コイル１１６とを含むことができる。それらの構成要素は全て、閉ループ直列冷媒流構成において接続される。調整された外気は、冷却コイル及び再熱コイルの中を連続して流れた後に、給気ファン１１７によって居住空間に直接送達されるのに対して、淀んだ空気は、居住空間を十分に換気しておくために、排気ファン１１８によって消散する。
【００３９】
ＶＲＦシステムは、可変速度圧縮デバイス１２１と、室外熱交換器１２２と、膨張デバイス１２３と、室内熱交換器１２４と、可変速度室外ユニットファン１２５と、空気循環送風器１２６とを含む冷媒蒸気圧縮システムとして実現することができる。
【００４０】
調整された外気（ＯＡ）が送達される方法に応じて、ＤＯＡＳと、局所暖房／冷房機器、例えば、ＶＲＦシステムとを統合するための種々の構成がある。第１の構成では、調整された外気は、被調整空間１３０に直接送達される。この構成は通常、何らかの付加的な配管と、外気用の個別の拡散とを要求する。第２の構成では、調整されたＯＡは、局所ユニットの供給側にダクトで送られ、ゾーン／空間に送達される前に、局所ユニットの給気と混合される。局所ユニットは、再循環空気のみを調整する。
【００４１】
別の構成では、ＤＯＡＳは、調整されたＯＡを局所空調機器の吸気口に送達し、調整されたＯＡは被調整空間内を循環する空気と混合し、この混合物が単一のダクトシステム及び拡散器を通して送達される。更に別の構成は、調整されたＯＡを、各局所ユニットの吸気口付近にある開口した天井プレナム（open ceiling plenum）に送達する。ＯＡは、局所ユニットの吸気口に吸い込まれる前に、プレナム内で再循環空気と混合する。
【００４２】
図２Ａは、いくつかの実施形態による、空間１３０等の共通空間を調整するように構成される、少なくとも第１の空調システム、例えば、システム１１０と、第２の空調システム、例えば、システム１２０を制御するコントローラのブロック図を示す。それらのシステムは共通空間を調整するので、第１のシステム及び第２のシステムは間接的に連係する。しかしながら、それらのシステムは独立しており、すなわち、第１の空調システムの第１の冷媒回路は第２の空調システムの第２の冷媒回路とは別である。
【００４３】
コントローラは、多変数レギュレータ２３０と、少なくとも２つの一変数レギュレータ２４０及び２５０とを含む。多変数レギュレータ２３０は、第１の空調システム１１０及び第２の空調システム１２０のいくつかの構成要素の共同制御を実行し、一方、少なくとも２つの一変数レギュレータ２４０及び２５０は、システム１１０及び１２０のいくつかの他の構成要素の独立制御を実行する。
【００４４】
例えば、コントローラの動作中に、多変数レギュレータ２３０は、共通空間内の設定点値及び測定値を含む信号２３５を受信し、設定点値と測定値との間の誤差２３５を共同で、かつ同時に低減するために、第１の冷媒回路及び第２の冷媒回路の動作を制御する制御信号２３７及び２３９を決定する。一実施形態において、第１の構成要素は第１の空調システムの圧縮器及び第２の空調システムの圧縮器を含み、多変数レギュレータは、出力された速度で動作している圧縮器によって運用される第１の冷媒回路及び第２の冷媒回路が共同で誤差２３５を低減するように圧縮器の速度を出力する。
【００４５】
この多変数レギュレータは、一組の結合線形又は非線形方程式として実現することができ、レギュレータは一組の連立方程式の解に基づいて、制御入力値を決定する。いくつかの実施形態において、多変数レギュレータは、ｐ×ｍコントローラ行列として表すことができ、誤差はｍ次元誤差ベクトルとして表すことができる。その際、制御値のｐ次元ベクトルはコントローラ行列を誤差ベクトルと乗算することによって求められる。
この実施形態において、制御行列の要素を適切に決定することによって、第１の空調システムと第２の空調システムとの間の連係が考慮に入れられる。制御行列の要素は、線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）法及びＨ∞合成法等の当前記分野において既知である標準的な多変数コントローラ設計技法を用いて求めることができる。
【００４６】
例えば、共通空間内の環境の値は、共通空間内の温度及び湿度の値のうちの一方又は組み合わせを含むことができ、共通空間内の温度及び湿度の設定点値と、共通空間内の温度及び湿度の測定値との間の誤差を含む環境誤差を低減するように、第１の空調システムの圧縮器及び第２の空調システムの圧縮器の速度が共同で決定される。
【００４７】
例えば、コントローラの動作中に、第１の一変数レギュレータ２４０が第１の冷媒回路の第２の構成要素の動作の設定点値及び測定値を含む一組の第１の運用信号２４５を受信し、第１の運用誤差を低減する、第１の冷媒回路の第２の構成要素の動作を制御する制御信号２４７を決定する。例えば、第１の空調システムの第２の構成要素は弁とすることができ、第１の一変数レギュレータは、第１の空調システムの目標吸引過熱と、第１の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、第１の空調システムの弁の開放を決定する。
【００４８】
例えば、コントローラの動作中に、第２の一変数レギュレータ２４０が第２の冷媒回路の第２の構成要素の動作の設定点値と測定値との間の第２の運用誤差２５５を受信し、第２の運用誤差２５５を低減する、第２の冷媒回路の第２の構成要素の動作を制御する制御信号２５７を決定する。例えば、第２の空調システムの第２の構成要素は弁とすることができ、第２の一変数レギュレータは、第２の空調システムの目標吸引過熱と、第２の空調システムの現在の吸引過熱との間の誤差を低減する、第２の空調システムの弁の開放を決定する。
【００４９】
また、コントローラは、決定された制御信号２３７、２３９、２４７及び２５７に従って、第１の空調システム及び第２の空調システムを制御する電気回路２６０を含むこともできる。
【００５０】
図２Ｂは、図２Ａのコントローラの制御アーキテクチャ２００の例示的な概略図を示す。この制御アーキテクチャは、間接的に連係するＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムを制御することに適している。その制御アーキテクチャは、共通の被調整空間を通して別々のサブシステムが連係することを利用するだけでなく、個々のサブシステム内の動作特性ももともと考慮に入れる。
【００５１】
サブシステム間の連係は、被調整空間の温度及び相対湿度（ＲＨ）が任意のサブシステムによって影響を及ぼされる可能性があるということにある。ＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステム両方の圧縮器速度は、室内空気温度及びＲＨに影響を及ぼし、いずれかの圧縮器速度の変化によっても、室内空気温度及びＲＨが変化することになる。それと比べて、ＤＯＡＳ又はＶＲＦのための膨張弁位置は、その個々のシステムの蒸発器過熱温度又は圧縮器吐出温度にのみ著しい影響を及ぼし、他のシステムの動作に及ぼす影響は最小である。この事実を考慮して、その制御アーキテクチャにおいて、多変数コントローラ及び非集中／単入力単出力コントローラが使用される。
【００５２】
制御アーキテクチャ２００は、多変数フィードバックレギュレータ２０１と、２つの単入力単出力（ＳＩＳＯ）フィードバックレギュレータ２０２及び２０３とを含む。フィードバックレギュレータ２０１は、室温及びＲＨのための所望の設定点２０４と、対応する信号の測定値２０７との間の差を表す誤差信号２０５を受信する。フィードバックレギュレータは、誤差信号を０に近づけていくようなアクチュエーターコマンドを選択するように設計される。フィードバックレギュレータ２０１から出力されるアクチュエーターコマンドは、両方のサブシステムの圧縮器周波数コマンド２０６である。このようにして、両方のサブシステムの圧縮器速度が、室温測定値及びＲＨ測定値がそれらの設定点を満たすように制御される。
【００５３】
切り離されたＳＩＳＯフィードバックコントローラ２０２及び２０３（それぞれＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムの吸引過熱を制御するために使用される）は、サブシステムの吸引過熱温度のための所望の設定点２０８と、対応する信号の測定値２１１との間の差を表す誤差信号２０９を受信する。フィードバックレギュレータ２０２及び２０３から出力されるアクチュエーターコマンドはそれぞれ、ＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムの膨張弁位置２１０である。このようにして、膨張弁位置は、圧縮器過熱温度がその設定点を満たすように、切り離された制御ループを通して調節される。
【００５４】
図２Ｃは、一実施形態による、システム１１０及び１２０のうちの１つ又は組み合わせの異なる構成要素を制御する例示的な電気回路２６０を含むコントローラのブロック図を示す。それらの構成要素は、蒸発器ファン２１４、凝縮器ファン２１３、膨張弁２１５及び圧縮器２１２のうちの１つ又は組み合わせを含む。電気回路２６０は、圧縮器制御デバイス２２２と、膨張弁制御デバイス２２１と、蒸発器ファン制御デバイス２２４と、凝縮器ファン制御デバイス２２３とを含む。
【００５５】
コントローラは、レギュレータ２３０、２４０及び２５０を含むフィードバックレギュレータ２２０を用いて電気回路２６０の要素への制御信号を決定する。設定点２１６と、センサ２２５の測定値とを受信する責任を負うレギュレータ２２０は、空調システムの動作２７０のパラメータを示し、空調システムの構成要素の動作に関する一組の制御信号を出力する。
【００５６】
例えば、コントローラは、空調システムの動作中に、共通空間内の環境の測定値を示す信号、並びに第１の空調システム及び第２の空調システムの動作の測定値を示す信号のうちの１つ又は組み合わせを決定する一組のセンサを含むことができる。また、コントローラは、それらの信号を環境並びに第１の空調システム及び第２の空調システムの動作と対応する目標値と合成し、環境誤差並びに第１の運用誤差及び第２の運用誤差を生成するための一組の結合器を含むこともできる。
【００５７】
いくつかの実施形態は、空調システムの少なくともいくつかの構成要素が共同で制御されるとき、空調システムの異なる構成要素の動作のパラメータをその共同制御のために最適化できるという別の理解に基づく。例えば、多くの場合に、性能変数を制御するために使用されない付加的なシステム入力が存在するので、モデルベース手法を用いて、予想される動作条件の範囲にわたって全電力消費量を最小化する付加的な入力値を特定することができる。
【００５８】
例えば、ＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムは一般に、温度設定点又は湿度設定点を達成するために作動しない付加的なファンを有する。通常、これらのファンへの制御入力は、単一の設計点においてエネルギー消費量を最小化するように選択される。しかしながら、システムのエネルギー消費量は、入力値のこれらの選択を伴う設計外の条件において、準最適である。
【００５９】
そのために、いくつかの実施形態は、システムの独立した動作のために選択されるこれらのファン速度のための値を使用する代わりに、間接的に連係する空調システムの共同動作のためのそれらの値を最適化する。例えば、一実施形態は、複合システム全体の全電力消費量を削減するために、ＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムの異なるファンの速度を共同で最適化する。
【００６０】
図３は、室外ユニットファン速度３０１及び性能指標３０２等の、蒸気圧縮システムの１つ又はいくつかのアクチュエーターを制御する制御信号間の定常状態マッピングにおける凸関係３０３のグラフを示す。例えば、性能指標が蒸気圧縮システムのエネルギー消費量である場合には、関係３０３は、一定の温度及び熱負荷の場合に、エネルギー消費量を最小化する（３０４）一組のアクチュエーターコマンドが存在することを示す。それゆえ、エネルギー消費量を最小化し、システムの効率を最大化する入力の組み合わせを用いて、蒸気圧縮システムを動作させることが望ましい。そのために、一実施形態は、システムの定常状態物理モデルを開発して広範囲の動作条件にわたって最適な入力値を求めることによって、モデル化及び最適化技術の向上を利用する。
【００６１】
図４Ａは、いくつかの実施形態による、空調システム１１０及び１２０のエネルギー消費量を削減するためのシステムの概略図を示す。これらの実施形態において、コントローラは、第１の冷媒回路及び第２の冷媒回路の第１の構成要素の動作を制御する制御信号２３７及び２３９の関数として、第１の空調システム及び第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号４２７／４２９を決定するプロセッサ４２０を含む。
【００６２】
例えば、一実施形態において、プロセッサは、第１の空調システム及び第２の空調システムのモデルを用いて、第１の空調システム及び第２の空調システムの第１の構成要素の動作のために、第１の空調システム及び第２の空調システムの第３の構成要素の動作を最適化する。それらのモデルは、プロセッサ４２０に動作可能に接続されるメモリ４３０に記憶することができる。この実施形態において、プロセッサは、空調システムの動作中に最適化を実行する。
【００６３】
代替の実施形態において、最適化は制御信号２３７及び２３９の値の異なる組み合わせに関してオフラインで実行され、それにより、プロセッサは、メモリから、制御信号２３７／２３９の現在の値に対してあらかじめ決定された制御信号４２７／４２９の値を選択できるようになる。例えば、メモリ４３０は、第１の空調システム及び第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号４２７／４２９を、第１の空調システム及び第２の冷媒回路の第１の構成要素の動作を制御する制御信号２３７／２３９の関数にマッピングするルックアップ構造を記憶することができる。例えば、第３の構成要素のための制御信号は、多変数レギュレータによって決定される制御信号で制御される第１の構成要素を有する第１の空調システム及び第２の空調システムの全エネルギー効率を最適化するために、空調システムのモデルを用いてあらかじめ決定される。プロセッサは、メモリ４３０内のルックアップ構造から、第１の空調システム及び第２の空調システムの第３の構成要素の動作を制御する制御信号４２７／４２９を選択又は計算する（４３５）。
【００６４】
図４Ｂは、いくつかの実施形態による、全電力消費量が最小化されるように、サブシステムのファン速度を調節する統合システム１００の制御アーキテクチャ４００を示す。これらの実施形態において、第１の空調システム及び第２の空調システムの第１の構成要素は第１の空調システムの圧縮器及び第２の空調システムの圧縮器を含み、第１の空調システム及び第２の空調システムの第３の構成要素は、第１の空調システム内のファン及び第２の空調システム内のファンを含む。プロセッサは、第１の空調システム及び第２の空調システムの圧縮器の速度の値に従って動作する第１の空調システム及び第２の空調システムの全エネルギー効率を最適化するために、メモリ値から第１の空調システム及び第２の空調システム内のファンの速度を選択する。
【００６５】
制御アーキテクチャ４００は、多変数フィードバックレギュレータ４０１と、最適なファン速度コマンド４１１及び最適な吸引過熱設定点４０９を与えるルックアップテーブル又は関数４０２と、２つの単入力単出力（ＳＩＳＯ）フィードバックレギュレータ４０３及び４０４とを含む。フィードバックレギュレータ４０１は、室温及びＲＨのための所望の設定点４０５と、対応する信号の測定値４１３との間の差を表す誤差信号４０６を受信する。フィードバックレギュレータ４０１から出力されるアクチュエーターコマンドは、サブシステムの圧縮器周波数コマンド４０６である。
【００６６】
圧縮器周波数コマンド４０７は、その後、ルックアップテーブル４０２に送り込まれ、ルックアップテーブルは、吸引過熱設定点４０９、サブシステムの室外ユニットファン速度、所与の周囲条件における給気ファン速度及び排気ファン速度、並びにＶＲＦシステム４０８の室内ユニットファン速度の最適な組み合わせを出力する。
【００６７】
切り離されたＳＩＳＯフィードバックコントローラ４０３及び４０４（それぞれＤＯＡＳ及びＶＲＦシステムの吸引過熱を制御するために使用される）は、最適な吸引過熱設定点４０９と、対応する信号の測定値４１２との間の差を表す誤差信号４１０を受信する。フィードバックレギュレータ４０３及び４０４から出力されるアクチュエーターコマンドはそれぞれ、ＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムの膨張弁位置４１４である。このようにして、膨張弁位置は、圧縮器過熱温度がその設定点を満たすように、切り離された制御ループを通して調節される。
【００６８】
図５Ａ及び図５Ｂは、いくつかの実施形態による、５０７の組等の制御入力の組を記憶するためのルックアップテーブル４０２の例を示す。ルックアップテーブル内に記憶される各組は、統合ＨＶＡＣシステムの性能指標、例えば、エネルギー消費量に従って最適であると判断される。制御入力の組の各要素は、統合システムの少なくとも１つの構成要素の動作の責任を負う。例えば、要素５０１及び５０２はそれぞれ、ＤＯＡＳシステム及びＶＲＦシステムのための室外ユニットファンの速度に関する動作の責任を負い、それらの要素の値はファンの毎分回転数（ＲＰＭ）の値である。同様に、要素５０３及び５０４はそれぞれ、給気ファン及び排気ファンの速度に関する動作の責任を負う。また、要素５０５及び５０６は、サブシステムの吸引過熱の最適な設定点の責任を負い、それらは膨張弁の動作のために使用され、それらの要素の値は温度の単位（例えば、ケルビン）である。
【００６９】
制御入力の組は鍵５０８、すなわち、圧縮器速度と、温度及びＲＨを含む周囲条件とによって特定され、鍵はその組の外部にある。ユーザーが通常、自らの要求及び好みに基づいて、並列冷房／暖房システム、例えば、ＶＲＦシステムの室内ユニットファンの速度を変更する権限を有するので、この速度を鍵ベクトルに組み込むのが合理的である。鍵であることの要件のうちの１つが測定可能なことである。最適な制御入力は、被調整空間内の熱負荷に大きく依存する。しかしながら、熱負荷は動作中に未知であり、測定できない。それゆえ、熱負荷は鍵に適していない。熱負荷とサブシステムの圧縮器速度との間に強い関係があるという事実を考えて、熱負荷の代わりに、フィードバックコントローラからの代用鍵として圧縮器速度が選択される。一方、温度及びＲＨを含む周囲条件は、熱負荷に著しい影響を及ぼす。それゆえ、周囲条件は、鍵の一部になるように選択される。
【００７０】
制御入力の組は、指標に従って蒸気圧縮システムの動作を最適化するために、鍵の関数として決定される。鍵の関数は、例えば、ルックアップテーブル内に記憶されるデータを平滑化又は補間することができるか、又は制御入力を変更しないでおくことができる。
【００７１】
いくつかの実施形態において、最適な制御入力のためのルックアップテーブルの構成は、システムの定常状態物理モデルを開発して広範囲の動作条件にわたって最適な入力値を求めることによって、モデル化及び最適化技術の向上を利用する。最初に、広範囲の動作条件にわたって統合システムの性能を予測することができる一組のコンピュータベース定常状態モデルが開発される。それらのモデルは、蒸気圧縮システムにおいて生じる流体力学及び熱伝達プロセスに関して確立された物理学に基づく記述を用いて、冷媒の熱力学を記述する。その後、これらのモデルは、予測精度を確保するために、実験データに対して検証される。検証されたモデルに基づいて、複数のシステム入力、すなわち、周囲条件、圧縮器速度、ファン速度及び吸引過熱の最適な組み合わせを追求することによって、統合システムの全電力消費量を最小化する目的で一連の最適化が行われる。最後に、入力の最適値が上記のようにして表にされる。通常、このルックアップテーブル内に記憶される情報は、システムの動作中ではなく、例えば、システムが製造されるときに、事前に生成される。いくつかの実施形態は、複数のルックアップテーブルを使用する。それらの実施形態では、各ルックアップテーブルは、特定の環境パラメータに関連付けられる。それらのパラメータに基づいて、制御モジュールは、パラメータの値に対応する特定のルックアップテーブルを使用する。
【００７２】
図６は、間接的に連係する空調システムを制御するコントローラ６００の代替の実施形態を示す。この実施形態において、プロセッサは、第１の空調システム及び第２の空調システム内の圧縮器の速度の値に基づいて、メモリから、第１の空調システムの目標吸引過熱の値と、第２の空調システムの目標吸引過熱の値とを選択する。そのために、両方のサブシステムの圧縮器速度が、室温及び湿度測定値が設定点を満たすように同じように制御されるが、切り離された制御ループを用いて、圧縮器吐出温度６０１がルックアップテーブル６０２によって決定される設定点６０３を満たすように膨張弁位置を調節する。
【００７３】
図７は、間接的に連係する空調システムを制御するコントローラ７００の別の実施形態を示す。この実施形態では、統合システムの全電力消費量を最小化するようにファン速度７０２が制御される。この実施形態において、吸引過熱設定点はシステム又はユーザーによって決定されるが、ルックアップテーブル７０１のサイズを小さくするために最適化されない。
【００７４】
図８は、間接的に連係する空調システムを制御するコントローラ８００の別の実施形態を示す。この実施形態では、切り離された制御ループを用いて、圧縮器吐出温度８０１が設定点８０２を満たすように膨張弁位置を調節する。このコントローラキテクチャは図７において提案されたアーキテクチャに類似であるが、膨張弁を用いて、蒸発器過熱値ではなく、圧縮器吐出温度値を制御する。
【００７５】
本発明の上記の実施形態は数多くの方法のいずれかにおいて実現することができる。例えば、それらの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせを用いて実現することができる。ソフトウェアにおいて実現されるとき、そのソフトウェアコードは、単一のコンピュータ内に設けられるにしても、複数のコンピュータ間に分散されるにしても、任意の適切なプロセッサ、又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは集積電気回路として実現することができ、集積回路構成要素内に１つ以上のプロセッサが含まれる。しかしながら、プロセッサは、任意の適切な構成の電気回路を用いて実現することができる。
【００７６】
また、本明細書において概説される種々の方法又はプロセスは、種々のオペレーティングシステム又はプラットフォームのいずれか１つを利用する１つ以上のプロセッサ上で実行可能であるソフトウェアとしてコード化することができる。さらに、そのようなソフトウェアは、幾つかの適切なプログラミング言語及び／又はプログラミングツール若しくはスクリプト記述ツールのいずれかを用いて書くことができ、フレームワーク又は仮想機械上で実行される実行可能機械語コード又は中間コードとしてコンパイルすることもできる。通常、プログラムモジュールの機能は、種々の実施形態において望ましいように、組み合わせることもできるし、分散させることもできる。
【００７７】
また、本発明の実施形態は方法として具現することができ、その一例が提供されてきた。その方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法において順序化することができる。したがって、例示的な実施形態において順次の動作として示される場合であっても、例示されるのとは異なる順序において動作が実行される実施形態を構成することもでき、異なる順序は、幾つかの動作を同時に実行することを含むことができる。
【００７８】
請求項要素を変更するために特許請求の範囲において「第１の」、「第２の」のような序数の用語を使用することは、それだけで、或る請求項要素が別の請求項要素よりも優先度が高いこと、優位であること、若しくは上位にあることを、又は方法の動作が実行される時間的な順序を暗示するのではなく、請求項要素を区別するために、或る特定の名称を有する１つの請求項要素を（序数用語を使用しなければ）同じ名称を有する別の要素から区別するラベルとして単に使用される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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