(57)【要約】【課題】加湿器稼働率の極端な上昇を回避し、室内湿度の急激な上昇による室内環境の悪化を防止する。【解決手段】演算ブロックＢＬ１において、数理計画型モデル予測制御方法に従って、必要とされる冷水弁開度θＣ，温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍを求める。初期値ＴＳＣｓｔにΔＴＳＣ＝α１×ΔθＣを加算してヒートポンプ型熱源空調機９に指令する冷却送風温度ＴＳＣを求める。初期値ＴＳＨｓｔにΔＴＳＨ＝α２×ΔθＨ＋α３×ΔＭを加算してヒートポンプ型熱源空調機９に指令する加熱送風温度ＴＳＨを求める。加湿器５は加熱型とする。この場合、加湿器稼働率Ｍが加熱送風温度ＴＳＨの生成に関与しており、演算ブロックＢＬ１において求められる温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍは、上限制約を必ず守る値となるので、加湿器稼働率Ｍが極端に大きな値となることはない。【選択図】　　　　図１
2004020028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却および加熱を同時に行い所定の温度に調整された空気を送風することが可能なヒートポンプ型熱源空調機と、蒸気を生成する加湿器とを備え、前記ヒートポンプ型熱源空調機の冷却送風温度および加熱送風温度、ならびに前記加湿器の稼働率を調節することによって、前記ヒートポンプ型熱源空調機からの温調空気および前記加湿器からの蒸気の供給を受ける空調制御対象室内の温湿度を制御する温湿度制御システムにおいて、
前記空調制御対象室内の温度を検出する温度検出手段と、
前記空調制御対象室内の湿度を検出する湿度検出手段と、
前記温度検出手段からの検出温度および前記湿度検出手段からの検出湿度、ならびに室内温度の設定値および室内湿度の設定値から、冷水コイルおよび温水コイルならびに前記加湿器を用いた温湿度制御システムを想定して予め定められた予測モデルに従って、前記冷水コイルに流れる冷水流量を規定する冷水弁開度および前記温水コイルに流れる温水流量を規定する温水弁開度ならびに前記加湿器の加湿器稼働率を求める演算手段と、
この演算手段によって求められた冷水弁開度を前記ヒートポンプ型熱源空調機に指令する冷却送風温度に変換する第１の変換手段と、
前記演算手段によって求められた温水弁開度と前記演算手段によって求められた加湿器稼働率とを関与させて前記ヒートポンプ型熱源空調機に指令する加熱送風温度に変換する第２の変換手段と
を備えたことを特徴とする温湿度制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載された温湿度制御システムにおいて、
前記加湿器は加熱型の加湿器であり、
前記第２の変換手段によって変換される加熱送風温度があらかじめ定められた上限値を上回らないように、前記演算手段において求められる温水弁開度および加湿器稼働率に制約を掛ける手段を備えたことを特徴とする温湿度制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載された温湿度制御システムにおいて、
前記加湿器は吸熱型の加湿器であり、
前記第２の変換手段によって変換される加熱送風温度が前記第１の変換手段によって変換される冷却送風温度を下回らないように、前記演算手段において求められる冷水弁開度、温水弁開度および加湿器稼働率に制約を掛ける手段を備えたことを特徴とする温湿度制御システム。
【請求項４】
冷却および加熱を同時に行い所定の温度に調整された空気を送風することが可能なヒートポンプ型熱源空調機と、蒸気を生成する加湿器とを備えたシステムに適用され、前記ヒートポンプ型熱源空調機の冷却送風温度および加熱送風温度、ならびに前記加湿器の稼働率を調節することによって、前記ヒートポンプ型熱源空調機からの温調空気および前記加湿器からの蒸気の供給を受ける空調制御対象室内の温湿度を制御する温湿度制御方法において、
前記空調制御対象室内の温度を検出する第１のステップと、
前記空調制御対象室内の湿度を検出する第２のステップと、
前記第１のステップで検出された温度および前記第２のステップで検出された湿度および室内温度の設定値および室内湿度の設定値から、冷水コイルおよび温水コイルならびに前記加湿器を用いた温湿度制御システムを想定して予め定められた予測モデルに従って、前記冷水コイルに流れる冷水流量を規定する冷水弁開度および前記温水コイルに流れる温水流量を規定する温水弁開度ならびに前記加湿器の加湿器稼働率を求める第３のステップと、
この第３のステップで求めた冷水弁開度を前記ヒートポンプ型熱源空調機の冷却送風温度に変換する第４のステップと、
前記第３のステップで求めた温水弁開度と前記第３のステップで求めた加湿器稼働率とを関与させて前記ヒートポンプ型熱源空調機の加熱送風温度に変換する第５のステップと
を備えたことを特徴とする温湿度制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載された温湿度制御方法において、
前記加湿器は加熱型の加湿器であり、
前記第５のステップによって変換される加熱送風温度があらかじめ定められた上限値を上回らないように、前記第３のステップにおいて求められる温水弁開度および加湿器稼働率に制約を掛けるステップを前記第３のステップに備えたことを特徴とする温湿度制御方法。
【請求項６】
請求項４に記載された温湿度制御方法において、
前記加湿器は吸熱型の加湿器であり、
前記第５のステップによって変換される加熱送風温度が前記第４のステップで変換される冷却送風温度を下回らないように、前記第３のステップにおいて求められる冷水弁開度および温水弁開度ならびに加湿器稼働率に制約を掛けるステップを前記第３のステップに備えたことを特徴とする温湿度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調制御対象室内の温湿度を制御する温湿度制御システムおよび温湿度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷却、加熱および加湿機能を備える空調装置を用いて空調制御対象室内の温湿度制御を行う場合、冷却，加熱，加湿機能の作用は温度と湿度（相対湿度）に関して図３に示した矢印の方向性を夫々に有し、冷却，加熱，加湿機能の能力を適宜に調節して温湿度を制御する。図３において、横軸は温度（℃）、縦軸は相対湿度（％ＲＨ）を示し、原点は仮に空調を行なって来なかったとした場合に自然条件に依存して変化して来たはずの温度湿度のその時刻での組み合わせに相当する。
【０００３】
すなわち、冷却機能は、温度を下げるとともに、温度を下げることで空気中の水蒸気を凝縮させ除去して湿度を下げる。加熱機能は、温度を上げるとともに、温度を上げることで空気中の飽和蒸気量を増大させて湿度を下げる。加湿機能は、空気中に蒸気を供給して湿度を上げるとともに、加熱型の加湿器であれば若干ではあるが温度を上げるし、吸熱型の加湿器であれば若干ではあるが温度を下げる。加熱型の加湿器としては電極式，電熱式などがある。吸熱型の加湿器としては水噴霧式，気化式などがある。
【０００４】
そして、例えば加湿器が加熱型であるとして、図３で原点から、空調実施によってＡ点の温湿度に変化させる場合に、Ａ点を挟む加熱機能と加湿機能（加熱型）を使ってＡ点に到達したとすれば、用いたエネルギーは明らかに必要最小限である。また、同様に原点からＢ点に変化させる場合に、Ｂ点を挟む冷却機能と加熱機能を使ってＢ点に到達したとすれば、やはり用いたエネルギーは必要最小限である。更に、原点からＣ点に変化させる場合に、Ｃ点は加熱機能の矢印上に存在するので、加熱機能のみを使ってＣ点に到達したとすれば、やはり用いたエネルギーは必要最小限である。
【０００５】
ところが、従来の温湿度制御方法では、用いるエネルギーを上述したように必要最小限とすることは容易でなく、多くの場合には冷却機能、加熱機能、加湿機能の全てが同時に使われる結果となり、よって、これら三つの機能が夫々の効果を互いに打ち消し合うことによってエネルギーが無駄に使われ、省エネルギーとは程遠い状況であることが多かった。一方、後に言及する数理計画型モデル予測制御方法には、原点と到達すべき点の位置関係がどうなっていたとしても、先に述べたように最小限必要な二つの機能、あるいは、一つの機能のみを適切に選択してそれらだけを使うようにする自動メカニズムが備わっており、その作用が要因して数理計画型モデル予測制御方法は省エネルギー性に優れている。
【０００６】
〔冷水コイルおよび温水コイルならびに加湿器を用いた温湿度制御システム〕
図４に従来の冷水コイルおよび温水コイルならびに加湿器を用いた温湿度制御システムの要部を示す。同図において、１は空調機、２は空調機１からの給気の供給を受ける空調制御対象室、３は空調制御対象室２内に配置された室内温度センサ、４は空調制御対象室２内に配置された室内湿度センサ、５は空調制御対象室２内に蒸気を供給する加湿器、６は制御装置である。
【０００７】
空調機１は冷水コイル１−１，温水コイル１−２およびファン１−３を備えている。また、空調機１には、冷水コイル１−１への冷水ＣＷの供給通路に冷水弁７が、温水コイル１−２への温水ＨＷの供給通路に温水弁８が設けられている。
【０００８】
制御装置６は、室内温度センサ３からの室内温度ｔｐｖおよび室内湿度センサ４からの室内湿度ＲＨｐｖと、図示されていない温度設定器からの室内温度の設定値ｔｓｐおよび湿度設定器からの室内湿度の設定値ＲＨｓｐとを用いて、温度と湿度を同時に制御する省エネルギー性に優れた数理計画型モデル予測制御方法に従って、必要とされる冷水弁開度θＣ（％）および温水弁開度θＨ（％）ならびに加湿器稼働率Ｍ（％）を求めて、冷水弁７，温水弁８および加湿器５に指令する。これにより、空調制御対象室２内への空調機１からの給気温度および加湿器５からの蒸気の供給量が調節され、空調制御対象室２内の温湿度が設定された値に制御される。
【０００９】
なお、数理計画型モデル予測制御方法については、「空気調和・衛生工学会学術講習会講演論文集（２００１．９．２６．〜２８（京都）、Ｅ−８　省エネルギー型温湿度制御方法の新旧比較）」などに開示されているので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００１０】
〔ヒートポンプ型熱源空調機と加湿器を用いた温湿度制御システム〕
図５に従来のヒートポンプ型熱源空調機と加湿器を用いた温湿度制御システムの要部を示す。このシステムでは、図４に示したシステムの空調機１の代わりに、ヒートポンプ型熱源空調機９を使用している。ヒートポンプ型熱源空調機９は温湿度制御を行うため、１台のコンプレッサを用いて冷却コイル９−１および加熱コイル９−２が夫々に調節され、冷却コイル９−１により一旦所定の温度（冷却送風温度）まで冷却すると同時に除湿し、加熱コイル９−２で所定の温度（加熱送風温度）まで加熱した空気、すなわち所定の温度に調整された空気（温調空気）をファン９−３により送風することが可能な空調用装置であり、操作量指令として冷却送風温度と加熱送風温度を受け付ける。
【００１１】
また、このシステムでは、図４に示したシステムの制御装置６の代わりに、制御装置１０を使用している。制御装置１０は、室内温度センサ３からの室内温度ｔｐｖおよび室内湿度センサ４からの室内湿度ＲＨｐｖと、図示されていない温度設定器からの室内温度の設定値ｔｓｐおよび湿度設定器からの室内湿度の設定値ＲＨｓｐを用いて、所定の演算を行って、冷却送風温度ＴＳＣ（℃）および加熱送風温度ＴＳＨ（℃）ならびに加湿器稼働率Ｍ（％）を求め、ヒートポンプ型熱源空調機９に冷却送風温度ＴＳＣ（℃），加熱送風温度ＴＳＨ（℃）を、加湿器５に加湿器稼働率Ｍ（％）を指令する。これにより、空調制御対象室２内へのヒートポンプ型熱源空調機９からの温調空気および加湿器５からの蒸気の供給量が調節され、空調制御対象室２内の温湿度が設定された値に制御される。
【００１２】
また、冷却コイル９−１と加熱コイル９−２の熱バランスを調節するため、調整用熱交換器９−５とファン９−４を設け、冷房時は外気に放熱し、暖房時は外気より吸熱することにより熱バランスが調整される。なお、各コイルと調整用熱交換器とコンプレッサ間の冷媒配管は省略されているが、このようなヒートポンプ型熱源空調機と加湿器とを一体に組み合わせたものとしては、例えば特開２０００−１８７６６号公報に記載されている。
【００１３】
ヒートポンプ型熱源空調機は、１台のコンプレッサのみで冷却と加熱を行えるので、この点だけでも省エネルギー性に優れている。このヒートポンプ型熱源空調機を用いた温湿度制御システム（図５の温湿度制御システム）に、冷水コイルおよび温水コイルならびに加湿器を用いた温湿度制御システム（図４の温湿度制御システム）に採用されている省エネルギー性に優れた温湿度制御方法（数理計画型モデル予測制御方法）を適用すれば、更なる省エネルギーの実現が期待できる。
また、ヒートポンプ型熱源空調機は、冷却コイル９−１および加熱コイル９−２に、それぞれ専用のコンプレッサを用いたものであってもよい。
【００１４】
〔ヒートポンプ型熱源空調機と加湿器を用いた新しい温湿度制御システム〕
そこで、本出願人は、ヒートポンプ型熱源空調機および加湿器を用いた温湿度制御システムを基本システムとし、この基本システムに冷水コイルおよび温水コイルならびに加湿器を想定した温湿度制御システムを組み合わせることを考えた。このシステムは今までにない新しい温湿度制御システムである。図６に本出願人が考えているヒートポンプ型熱源空調機と加湿器を用いた新しい温湿度制御システムの要部を示す。このシステムでは、図５に示した制御装置１０の代わりに、制御装置１１を使用している。
【００１５】
制御装置１１は、その演算ブロックＢＬ１において、室内温度センサ３からの室内温度ｔｐｖおよび室内湿度センサ４からの室内湿度ＲＨｐｖと、図示されていない温度設定器からの室内温度の設定値ｔｓｐおよび湿度設定器からの室内湿度の設定値ＲＨｓｐを用いて、必要とされる冷水弁開度θＣ（％）および温水弁開度θＨ（％）ならびに加湿器稼働率Ｍ（％）を数理計画型モデル予測制御方法に従って求める。なお、このシステムには冷水弁や温水弁は実在しないので、冷水弁や温水弁が存在していると想定して冷水弁開度θＣおよび温水弁開度θＨを求める。
【００１６】
演算ブロックＢＬ１は、求められた冷水弁開度θＣおよび温水弁開度θＨを演算ブロックＢＬ２に引き渡す。
演算ブロックＢＬ２は、冷水弁開度θＣと冷水弁開度の初期値θＣｓｔとの差ΔθＣ（ΔθＣ＝θＣ−θＣｓｔ）、および温水弁開度θＨと温水弁開度の初期値θＨｓｔとの差ΔθＨ（ΔθＨ＝θＨ−θＨｓｔ）を求める。
なお、このシステムには冷水弁や温水弁は実在しないので、冷水弁開度の初期値θＣｓｔと温水弁開度の初期値θＨｓｔは適宜に定める。
【００１７】
演算ブロックＢＬ３は、演算ブロックＢＬ２からのΔθＣに所定の変換係数α１を乗じて冷却送風温度の変化分ΔＴＳＣ（ΔＴＳＣ＝α１×ΔθＣ）を求める。また、演算ブロックＢＬ５は、演算ブロックＢＬ２からのΔθＨに所定の変換係数α２を乗じて加熱送風温度の変化分ΔＴＳＨ（ΔＴＳＨ＝α２×ΔθＨ）を求める。
【００１８】
演算ブロックＢＬ４は、冷却送風温度の初期値ＴＳＣｓｔに演算ブロックＢＬ３からの冷却送風温度の変化分ΔＴＳＣを加算して冷却送風温度ＴＳＣを求める（ＴＳＣ＝ＴＳＣｓｔ＋ΔＴＳＣ）。演算ブロックＢＬ６は、加熱送風温度の初期値ＴＳＨｓｔに演算ブロックＢＬ５からの加熱送風温度の変化分ΔＴＳＨを加算して加熱送風温度ＴＳＨを求める（ＴＳＨ＝ＴＳＨｓｔ＋ΔＴＳＨ）。
【００１９】
このとき、演算ブロックＢＬ１で冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％）および加湿器稼働率Ｍ（％）を求める際には、冷水弁開度θＣの関数であり演算ブロックＢＬ４で求める冷却送風温度ＴＳＣがその下限値ＴＬを下回ってはならない、および、温水弁開度θＨの関数であり演算ブロックＢＬ６で求める加熱送風温度ＴＳＨがその上限値ＴＨを上回ってはならない、および、冷却送風温度ＴＳＣが加熱送風温度ＴＳＨを上回ってはならないという下記の（１）式で示される不等式制約条件が設定されている。
【００２０】
〔不等式制約条件〕
送風温度下限ＴＬ（例えば、ＴＬ＝７℃）≦ＴＳＣ≦ＴＳＨ≦送風温度上限Ｔ
Ｈ（例えば、ＴＨ＝４５℃）　・・・・（１）
【００２１】
そして、冷水弁開度θＣ（％）および温水弁開度θＨ（％）ならびに加湿器稼働率Ｍ（％）の決定に用いる数理計画型モデル予測制御方法は、これらの制約条件を必ず守る演算機能を有しているので、冷却送風温度ＴＳＣおよび加熱送風温度ＴＳＨに課された制約条件をはみ出ないように、冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％）が求まり、加湿器稼働率Ｍ（％）は、それに課された制約条件、例えば０％≦Ｍ≦１００％をはみ出さないように求まる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示した温湿度制御システムでは、ヒートポンプ型熱源空調機９の応答性が遅く、その冷却送風温度あるいは加熱送風温度がそれらの指令値ＴＳＣおよびＴＳＨとなるまでにかなりの時間を要し、その結果として室内温度ｔｐｖがその設定温度ｔｓｐとなるまでにかなりの時間を要し、加湿器５を加熱型とした場合や吸熱型とした場合、次のような問題が生じることがあった。
【００２３】
〔加湿器５を加熱型とした場合の問題〕
例えば、ヒートポンプ型熱源空調機９に指令した加熱送風温度ＴＳＨが送風温度上限ＴＨまで高められているのに、加熱送風温度の実績値がなかなか上昇せず、指令されたＴＳＨとの間に大きな開きが生じて、結果として室内温度ｔｐｖがその設定温度ｔｓｐに達することができなくなっている場合がある。
【００２４】
このような場合にも、加熱送風温度ＴＳＨにはその上限ＴＨよりも高くなれないという制約が掛けられているので、当然ながらこの制約条件を守るように数理計画型モデル予測制御方法によって冷水弁開度θＣ（％）および温水弁開度θＨ（％）ならびに加湿器稼働率Ｍ（％）を求め、次いで冷却送風温度ＴＳＣ、加熱送風温度ＴＳＨを変換手段によって求める。
【００２５】
このとき、加湿器５が加熱型であって、しかも加湿器稼働率Ｍを加熱送風温度ＴＳＨが生成される変換手段に関与させていないので、若干の昇温機能を持っている加熱型の加湿器５の稼働率Ｍを、加熱送風温度上限ＴＨに制約されずに引き上げることで室内温度ｔｐｖの上昇が図られてしまう。その結果、加湿器５の稼働率Ｍが極端に大きくなり、室内湿度ＲＨｐｖがその設定湿度ＲＨｓｐを遙かにオーバし、室内環境が悪化してしまう。
【００２６】
〔加湿器５を吸熱型とした場合の問題〕
例えば、ヒートポンプ型熱源空調機に指令した加熱送風温度ＴＳＨが冷却送風温度ＴＳＣまで低められているのに、加熱送風温度の実績値がなかなか下降せず、指令されたＴＳＨとの間に大きな開きが生じて、結果として室内温度ｔｐｖがその設定温度ｔｓｐに達することができなくなっている場合がある。
【００２７】
このような場合でも、加熱送風温度ＴＳＨには冷却送風温度ＴＳＣよりも低くなれないという制約が掛けられているので、当然ながらこの制約条件を守るように数理計画型モデル予測制御方法によって冷水弁開度θＣ（％）および温水弁開度θＨ（％）ならびに加湿器稼働率Ｍ（％）を求め、次いで冷却送風温度ＴＳＣ、加熱送風温度ＴＳＨを変換手段によって求める。
【００２８】
このとき、加湿器５が吸熱型であって、しかも加湿器稼働率Ｍを加熱送風温度ＴＳＨが生成される変換手段に関与させていないので、若干の降温機能を持っている吸熱型の加湿器５の稼働率Ｍを、加熱送風温度下限である冷却送風温度ＴＳＣに制約されずに引き上げることで室内温度ｔｐｖの降下が図られてしまう。その結果、加湿器５の稼働率が極端に大きくなり、室内湿度ＲＨｐｖがその設定湿度ＲＨｓｐを遙かにオーバし、室内環境が悪化してしまう。
【００２９】
本発明は、冷水コイル、温水コイルと加湿器とを組み合わせたシステムの温湿度制御に用いている数理計画型モデル予測制御方法をヒートポンプ型熱源空調機と加湿器とを組み合わせたシステムに用いた場合のこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、加湿器稼働率の極端な上昇を回避し、室内湿度の急激な上昇による室内環境の悪化を防止することの可能な温湿度制御システムおよび温湿度制御方法を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、冷却および加熱を同時に行い所定の温度に調整された空気を送風することが可能なヒートポンプ型熱源空調機と、蒸気を生成する加湿器とを備え、ヒートポンプ型熱源空調機の冷却送風温度および加熱送風温度ならびに加湿器の稼働率を調節することによって、ヒートポンプ型熱源空調機からの温調空気と加湿器からの蒸気の供給を受ける空調制御対象室内の温湿度を制御する温湿度制御システムにおいて、空調制御対象室内の温度を検出する温度検出手段と、空調制御対象室内の湿度を検出する湿度検出手段と、これら温度検出手段からの検出温度、ならびに湿度検出手段からの検出湿度および室内温度の設定値および室内湿度の設定値から、冷水コイルおよび温水コイルならびに加湿器を用いた温湿度制御システムを想定して予め定められた予測モデルに従って、冷水コイルに流れる冷水流量を規定する冷水弁開度および温水コイルに流れる温水流量を規定する温水弁開度ならびに加湿器の加湿器稼働率を求める演算手段と、この演算手段によって求められた冷水弁開度をヒートポンプ型熱源空調機に指令する冷却送風温度に変換する第１の変換手段と、演算手段によって求められた温水弁開度と演算手段によって求められた加湿器稼働率とを関与させてヒートポンプ型熱源空調機に指令する加熱送風温度に変換する第２の変換手段とを設けたものである。
【００３１】
この発明によれば、温水弁開度が加熱送風温度に変換される際、加湿器稼働率が関与する。これにより、例えば加湿器を加熱型の加湿器とし、第２の変換手段によって変換される加熱送風温度があらかじめ定められた上限値を上回らないように、演算手段において求められる温水弁開度および加湿器稼働率に制約を掛ける手段を設けるようにすれば、加熱送風温度が上限値を越えることがないように制約が掛かり、演算手段において求められる温水弁開度および加湿器稼働率も、この加熱送風温度の上限値制約を守れる範囲の値に留まり、加湿器稼働率が極端に上昇することがなくなる。すなわち、加熱型加湿器の稼働率の極端な上昇が回避されるので、室内湿度が急激に上昇して室内環境が悪化する事態を防止できる。
【００３２】
また、例えば加湿器を吸熱型の加湿器とし、第２の変換手段によって変換される加熱送風温度が第１の変換手段によって変換される冷却送風温度を下回らないように、演算手段において求められる冷水弁開度、温水弁開度および加湿器稼働率に制約を掛ける手段を設けるようにすれば、加熱送風温度が冷却送風温度を下回ることがないように制約が掛かり、演算手段において求められる温水弁開度および加湿器稼働率も、この加熱送風温度が冷却送風温度を下回らないという制約を守れる範囲の値に留まり、加湿器稼働率が極端に上昇することがなくなる。すなわち、吸熱型加湿器の稼働率の極端な上昇が回避されるので、室内湿度が急激に上昇して室内環境が悪化する事態を防止できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１：加熱型の加湿器を使用したシステム〕
図１はこの発明に係るヒートポンプ型熱源空調機と加湿器を用いた温湿度制御システムの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示すブロック図である。このシステムでは、図６に示した制御装置１１の代わりに、制御装置１２を使用している。また、加湿器５として、加熱型の加湿器を使用している。
【００３４】
制御装置１２は、制御プログラムがインストールされたコンピュータにより実現することができ、その機能は、図１に示すように、複数の演算ブロックにより表すことができる。
【００３５】
制御装置１２において、その演算ブロックＢＬ１は、室内温度センサ３からの室内温度ｔｐｖおよび室内湿度センサ４からの室内湿度ＲＨｐｖと、図示されていない温度設定器からの室内温度の設定値ｔｓｐおよび湿度設定器からの室内湿度の設定値ＲＨｓｐを用いて、必要とされる冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％）および加湿器稼働率Ｍ（％）を数理計画型モデル予測制御方法に従って求める。
【００３６】
また、演算ブロックＢＬ１は、冷水弁開度θＣ，温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍを演算ブロックＢＬ２に引き渡す。なお、演算ブロックＢＬ１は、数理計画型モデル予測制御方法に従って冷水弁開度θＣおよび温水弁開度θＨならびに加湿器稼働率Ｍを求める際、下記（２）式で示される目的関数を使用し、冷却送風温度および加熱送風温度に関して定められた制約条件を必ず守るように制御計算を行なって、冷水弁開度θＣ，温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍを決定する。
【００３７】
すなわち、演算ブロックＢＬ１は、所定の制約条件の下で、この目的関数を最小化する冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％）および加湿器稼働率Ｍ（％）を求める。
目的関数＝Ｑ１・（ｔ−ｔｓｐ）２　＋Ｑ２・（ＲＨ−ＲＨｓｐ）２　＋Ｗ１・θＣ２　
＋Ｗ２・θＨ２　＋Ｗ３・Ｍ２　　・・・・（２）
なお、この（２）式において、Ｑ１，Ｑ２，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は重みを示す係数である。
【００３８】
演算ブロックＢＬ２は、演算ブロックＢＬ１からの冷水弁開度θＣと冷水弁開度の初期値θＣｓｔとの差ΔθＣ（ΔθＣ＝θＣ−θＣｓｔ）、演算ブロックＢＬ１からの温水弁開度θＨと温水弁開度の初期値θＨｓｔとの差ΔθＨ（ΔθＨ＝θＨ−θＨｓｔ）、および演算ブロックＢＬ１からの加湿器稼働率Ｍと加湿器稼働率の初期値Ｍｓｔとの差ΔＭ（ΔＭ＝Ｍ−Ｍｓｔ）を求める。
【００３９】
演算ブロックＢＬ３は、演算ブロックＢＬ２からのΔθＣに所定の変換係数α１を乗じて冷却送風温度の変化分ΔＴＳＣ（ΔＴＳＣ＝α１×ΔθＣ）を求める。演算ブロックＢＬ５は、演算ブロックＢＬ２からのΔθＨに所定の変換係数α２を乗じ、演算ブロックＢＬ２からのΔＭに所定の変換係数α３を乗じ、これらを加算して加熱送風温度の変化分ΔＴＳＨ（ΔＴＳＨ＝α２×ΔθＨ＋α３×ΔＭ）を求める。これにより、加熱型の加湿器５の稼動が温度上昇機能を持つことを考慮して、加湿器稼働率が加熱送風温度の決定に関与することとした加熱送風温度の変化分ΔＴＳＨが得られる。
【００４０】
演算ブロックＢＬ４は、冷却送風温度の初期値ＴＳＣｓｔに演算ブロックＢＬ３からの冷却送風温度の変化分ΔＴＳＣを加算して冷却送風温度ＴＳＣ（ＴＳＣ＝ＴＳＣｓｔ＋ΔＴＳＣ）を求める。これによって、演算ブロックＢＬ１からの冷水弁開度θＣはヒートポンプ型熱源空調機９に指令する冷却送風温度ＴＳＣに変換される。
【００４１】
演算ブロックＢＬ６は、加熱送風温度の初期値ＴＳＨｓｔに演算ブロックＢＬ５からの加熱送風温度の変化分ΔＴＳＨを加算して加熱送風温度ＴＳＨ（ＴＳＨ＝ＴＳＨｓｔ＋ΔＴＳＨ）を求める。これによって、演算ブロックＢＬ１からの温水弁開度θＨと加湿器稼働率Ｍはヒートポンプ型熱源空調機９に指令する加熱送風温度ＴＳＨに変換される。
【００４２】
このとき、演算ブロックＢＬ１で冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％）および加湿器稼働率Ｍ（％）を求める際には、冷水弁開度θＣの関数であり演算ブロックＢＬ４で求める冷却送風温度ＴＳＣがその下限値ＴＬを下回ってはならない、および、温水弁開度θＨと加湿器稼働率Ｍの関数であり演算ブロックＢＬ６で求める加熱送風温度ＴＳＨがその上限値ＴＨを上回ってはならない、および、冷却送風温度ＴＳＣが加熱送風温度ＴＳＨを上回ってはならないという（１）式で示される不等式制約条件が設定されている。
【００４３】
そして、冷水弁開度θＣ（％）および温水弁開度θＨ（％）ならびに加湿器稼働率Ｍ（％）の決定に用いる数理計画型モデル予測制御方法は、これらの制約条件を必ず守る演算機能を有しているので、冷却送風温度ＴＳＣおよび加熱送風温度ＴＳＨに課された制約条件をはみ出ないように、冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％），加湿器稼働率Ｍ（％）が求まる。
【００４４】
例えば、この温湿度制御システムでは、ヒートポンプ型熱源空調機９の応答性が遅く、その冷却送風温度あるいは加熱送風温度が実際にそれらの指令値ＴＳＣおよびＴＳＨに達するまでにかなりの時間を要し、加熱送風温度ＴＳＨが加熱温度上限ＴＨまで高められているのに、室内温度ｔｐｖがなかなか上昇せず、設定温度ｔｓｐとの間に大きな開きが生じている場合がある。
【００４５】
このような場合にも、加熱送風温度ＴＳＨをそれ以上高くしないように制約が掛けられており、加湿器５は加熱型であって予測モデルでは加湿器５が昇温機能を持つと表現されているが、加湿器稼働率Ｍが加熱送風温度ＴＳＨの生成に関与していることから、演算ブロックＢＬ１において求められる温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍは、この上限制約を必ず守る値となるので、加湿器稼働率Ｍが極端に大きな値となることはない。したがって、加熱型加湿器５の稼働率の極端な上昇が回避され、室内湿度の急激な上昇による室内環境の悪化が防止される。
【００４６】
〔実施の形態２：吸熱型の加湿器を使用したシステム〕
図２はこの発明に係るヒートポンプ型熱源空調機と加湿器を用いた温湿度制御システムの他の実施形態（実施の形態２）の要部を示すブロック図である。このシステムでは、図６に示した制御装置１１の代わりに、制御装置１３を使用している。また、加湿器５として、吸熱型の加湿器を使用している。
【００４７】
制御装置１３において、その演算ブロックＢＬ１は、室内温度センサ３からの室内温度ｔｐｖおよび室内湿度センサ４からの室内湿度ＲＨｐｖと、図示されていない温度設定器からの室内温度の設定値ｔｓｐおよび湿度設定器からの室内湿度の設定値ＲＨｓｐを用いて、必要とされる冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％）および加湿器稼働率Ｍ（％）を数理計画型モデル予測制御方法に従って求める。
【００４８】
また、演算ブロックＢＬ１は、冷水弁開度θＣ，温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍを演算ブロックＢＬ２に引き渡す。なお、演算ブロックＢＬ１は、数理計画型モデル予測制御方法に従って冷水弁開度θＣ，温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍを求める際、（２）式で示される目的関数を使用し、冷却送風温度および加熱送風温度に関して定められ制約条件を必ず守るように制御計算を行なって、冷水弁開度θＣ，温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍを決定する。
【００４９】
演算ブロックＢＬ２は、演算ブロックＢＬ１からの冷水弁開度θＣと冷水弁開度の初期値θＣｓｔとの差ΔθＣ（ΔθＣ＝θＣ−θＣｓｔ）、演算ブロックＢＬ１からの温水弁開度θＨと温水弁開度の初期値θＨｓｔとの差ΔθＨ（ΔθＨ＝θＨ−θＨｓｔ）、および演算ブロックＢＬ１からの加湿器稼働率Ｍと加湿器稼働率の初期値Ｍｓｔとの差ΔＭ（ΔＭ＝Ｍ−Ｍｓｔ）を求める。
【００５０】
演算ブロックＢＬ３は、演算ブロックＢＬ２からのΔθＣに所定の変換係数α１を乗じて冷却送風温度の変化分ΔＴＳＣ（ΔＴＳＣ＝α１×ΔθＣ）を求める。演算ブロックＢＬ５は、演算ブロックＢＬ２からのΔθＨに所定の変換係数α２を乗じ、演算ブロックＢＬ２からのΔＭに所定の変換係数α３を乗じ、これらを減算して加熱送風温度の変化分ΔＴＳＨ（ΔＴＳＨ＝α２×ΔθＨ−α３×ΔＭ）を求める。これにより、吸熱型の加湿器５の稼働が温度下降機能を持つことを考慮して、加湿器稼働率が加熱送風温度の決定に関与することとした加熱送風温度の変化分ΔＴＳＨが得られる。
【００５１】
演算ブロックＢＬ４は、冷却送風温度の初期値ＴＳＣｓｔに演算ブロックＢＬ３からの冷却送風温度の変化分ΔＴＳＣを加算して冷却送風温度ＴＳＣ（ＴＳＣ＝ＴＳＣｓｔ＋ΔＴＳＣ）を求める。これによって、演算ブロックＢＬ１からの冷水弁開度θＣはヒートポンプ型熱源空調機９に指令する冷却送風温度ＴＳＣに変換される。
【００５２】
演算ブロックＢＬ６は、加熱送風温度の初期値ＴＳＨｓｔに演算ブロックＢＬ５からの加熱送風温度の変化分ΔＴＳＨを加算して加熱送風温度ＴＳＨ（ＴＳＨ＝ＴＳＨｓｔ＋ΔＴＳＨ）を求める。これによって、演算ブロックＢＬ１からの温水弁開度θＨと加湿器稼働率Ｍはヒートポンプ型熱源空調機９に指令する加熱送風温度ＴＳＨに変換される。
【００５３】
このとき、演算ブロックＢＬ１で冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％）および加湿器稼働率Ｍ（％）を求める際には、冷水弁開度θＣの関数であり演算ブロックＢＬ４で求める冷却送風温度ＴＳＣがその下限値ＴＬを下回ってはならない、および、温水弁開度θＨと加湿器稼働率Ｍの関数であり演算ブロックＢＬ６で求める加熱送風温度ＴＳＨがその上限値ＴＨを上回ってはならない、および、冷却送風温度ＴＳＣが加熱送風温度ＴＳＨを上回ってはならないという（１）式で示される不等式制約条件が設定されている。
【００５４】
そして、冷水弁開度θＣ（％）および温水弁開度θＨ（％）ならびに加湿器稼働率Ｍ（％）の決定に用いる数理計画型モデル予測制御方法は、これらの制約条件を必ず守る演算機能を有しているので、冷却送風温度ＴＳＣおよび加熱送風温度ＴＳＨに課された制約条件をはみ出ないように、冷水弁開度θＣ（％），温水弁開度θＨ（％），加湿器稼働率Ｍ（％）が求まる。
【００５５】
例えば、この温湿度制御システムでは、ヒートポンプ型熱源空調機９の応答性が遅く、その冷却送風温度あるいは加熱送風温度が実際にそれらの指令値ＴＳＣおよびＴＳＨに達するまでにかなりの時間を要し、加熱送風温度ＴＳＨが冷却送風温度ＴＳＣまで低められているのに、室内温度ｔｐｖがなかなか下降せず、設定温度ｔｓｐとの間に大きな開きが生じている場合がある。
【００５６】
このような場合でも、加熱送風温度ＴＳＨは冷却温度ＴＳＣより低くしないように制約が掛けられており、加湿器５は吸熱型であって予測モデルでは加湿器５が降温機能を持つと表現されているが、加湿器稼働率Ｍが加熱送風温度ＴＳＨの生成に関与していることから、演算ブロックＢＬ１において求められる冷水弁開度θＣ，温水弁開度θＨおよび加湿器稼働率Ｍは、加熱送風温度ＴＳＨが冷却送風温度ＴＳＣを下回らないという制約を必ず守る値となるので、加湿器稼働率Ｍが極端に大きな値となることはない。したがって、吸熱型の加湿器５の稼働率の極端な上昇が回避され、室内湿度の急激な上昇による室内環境の悪化が防止される。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、温水弁開度を加熱送風温度に変換する際に加湿器稼働率を関与させるようにしたので、ヒートポンプ型熱源空調機と加熱型の加湿器を用いたシステムとした場合、第２の変換手段によって変換される加熱送風温度があらかじめ定められた上限値を上回らないように、演算手段において求められる温水弁開度および加湿器稼働率に制約を掛ける手段を設けるようにすれば、加熱送風温度が上限値を越えないように、演算手段において求められる加湿器稼働率に制約が掛かり、加熱型加湿器の稼働率の極端な上昇が回避され、室内湿度の急激な上昇による室内環境の悪化を防止することが可能となる。
【００５８】
また、ヒートポンプ型熱源空調機と吸熱型の加湿器を用いたシステムとした場合、第２の変換手段によって変換される加熱送風温度が第１の変換手段によって変換される冷却送風温度を下回らないように、演算手段において求められる冷水弁開度、温水弁開度および加湿器稼働率に制約を掛ける手段を設けるようにすれば、加熱送風温度が冷却送風温度を下回らないように、演算手段において求められる加湿器稼働率に制約が掛かり、吸熱型加湿器の稼働率の極端な上昇が回避され、室内湿度の急激な上昇による室内環境の悪化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒートポンプ型熱源空調機と加熱型の加湿器を用いた温湿度制御システムの一実施形態（実施の形態１）の要部を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るヒートポンプ型熱源空調機と吸熱型の加湿器を用いた温湿度制御システムの他の実施形態（実施の形態２）の要部を示すブロック図である。
【図３】温度と湿度（相対湿度）に関する冷却，加熱，加湿機能の作用を説明する図である。
【図４】従来の冷温水コイルと加湿器を用いた温湿度制御システムの要部を示すブロック図である。
【図５】従来のヒートポンプ型熱源空調機と加湿器を用いた温湿度制御システムの要部を示すブロック図である。
【図６】本出願人が考えているヒートポンプ型熱源空調機と加湿器を用いた新しい温湿度制御システムの要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
２…空調制御対象室、３…室内温度センサ、４…室内湿度センサ、５…加湿器、９…ヒートポンプ型熱源空調機、１２，１３…制御装置、ＢＬ１〜ＢＬ６…演算ブロック。
【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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