(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められたスケジュール時刻に室内温度が目標室内温度となるように空調機およびこの空調機への熱源水を供給する熱源機を前倒し運転する空調システムの最適起動制御装置において、
第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の空調機と、
１つ以上の熱源機と、
前記第１〜第Ｎの空調機からの給気がそれぞれ供給される第１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度とこの第１〜第Ｎの空調制御対象室に対して設定される第１〜第Ｎの目標室内温度との差に基づいて、この１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度を前記第１〜第Ｎの目標室内温度にするために必要な前記第１〜第Ｎの空調機の運転時間を空調機最適起動時間として求め、この第１〜第Ｎの空調機の空調機最適起動時間をぞれぞれ前記第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻から差し引いて前記第１〜第Ｎの空調機の空調機最適起動時刻を求める空調機最適起動時刻演算手段と、
この空調機最適起動時刻演算手段により求められた前記第１〜第Ｎの空調機の空調機最適起動時刻のうち最早の空調機最適起動時刻を選択する空調機最適起動時刻選択手段と、
前記熱源機のうち予め定められた熱源機を前倒運転熱源機とし、前記第１〜第Ｎの空調機への熱源水の配管内保有水温度と目標熱源水温度との差に基づいてこの熱源水の配管内保有水温度を目標熱源水温度とするために必要な前記前倒運転熱源機の運転時間を熱源機最適起動時間として求め、この熱源機最適起動時間を前記空調機最適起動時刻選択手段によって選択された前記最早の空調機最適起動時刻から差し引いて熱源機最適起動時刻を求める熱源機最適起動時刻演算手段と、
現時刻が前記熱源機最適起動時刻に達した場合、前記前倒運転熱源機を起動するとともに前記第１〜第Ｎの空調機のうち配管路の末端の空調機への熱源水の供給通路に設けられている空調機バルブだけを開き、現時刻が前記第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻のうち少なくとも最早のスケジュール時刻に達するまで前記熱源機最適起動時刻に起動された前記前倒運転熱源機のみを運転する熱供給制御手段と、
現時刻がその空調機最適起動時刻に達する毎に前記第１〜第Ｎの空調機の運転を開始する空調機制御手段と
を備えたことを特徴とする空調システムの最適起動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された空調システムの最適起動制御装置において、
前記熱供給制御手段は、現時刻が前記熱源機最適起動時刻に達した場合、前記前倒運転熱源機を起動するとともに前記第１〜第Ｎの空調機のうち配管路の末端の空調機への熱源水の供給通路に設けられている空調機バルブだけを一定開度開き、その状態を少なくとも前記最早の空調機最適起動時刻まで保持する
ことを特徴とする空調システムの最適起動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多目的インテリジェントビル、オフィスビル、住居ビルなどの各種ビルに用いて好適な空調システムの最適起動制御装置に関し、予め定められたスケジュール時刻に室内温度が目標室内温度となるように空調機およびこの空調機への熱源水を供給する熱源機を前倒し運転する空調システムの最適起動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来の空調システムの最適起動制御装置を使用した空調システムの計装図を示す。同図において、１は熱源機、２は熱源機側の管路（熱源機側管路）、３はサプライヘッダ、４はレターンヘッダ、５は空調機、６は空調機５への熱源水の供給通路に設けられた空調機バルブ、７は往水管路、８は還水管路、９は空調機５へのサプライヘッダ３からの往水の温度ＴＳを検出する温度計、１０は空調機５からのレターンヘッダ４への還水の温度ＴＲを検出する温度計、１１は空調機コントローラ、１２は熱源コントローラ、１３はサプライヘッダ３とレターンヘッダ４との間に設けられたバイパス管路、１４は空調機最適起動時刻演算装置である。空調機５は冷温水用のコイル（空調機コイル）５Ａとファン５Ｂとを備えている。
【０００３】
〔通常の空調制御〕
この空調システムにおいて、熱源機１からの送水は、熱源機側管路２からサプライヘッダ３を経て往水管路７により往水として空調機５のコイル５Ａへ供給され、空調機バルブ６を通り、還水管路８により還水としてレターンヘッダ４へ至り、再び熱源機１より圧送され、以上の経路を循環する。なお、熱源機１は、ポンプを含んでいるものとする。
【０００４】
この際、熱源機１の運転が熱源コントローラ１２によって制御され、空調機バルブ６の開度や空調機５の運転（ファン５Ｂの起動や停止）が空調機コントローラ１１によって制御される。空調機コントローラ１１は、空調機５からの給気が供給される空調制御対象室（図示せず）の室内温度（計測値）ｔｐｖと目標室内温度ｔｓｐとが一致するように空調機バルブ６の開度および空調機５の運転を制御する。
【０００５】
この空調システムでは、上述した通常の空調制御に入る前に、予め定められた時刻に室内温度ｔｐｖが目標室内温度ｔｓｐとなるように空調機５および熱源機１の運転を予め定められた時刻より前に開始する。このように予め定められた時刻より前の運転を「前倒し運転」という。前倒し運転では、次のようにして空調機５および熱源機１の起動時刻を決定してそれぞれを起動する最適起動制御が行われる。
【０００６】
空調機コントローラ１１には予め空調機スケジュール時刻ＴSSH が設定されている。空調機コントローラ１１は、この空調機スケジュール時刻ＴSSHを空調機最適起動時刻演算装置１４へ送り、予め定められた空調機スケジュール時刻ＴSSH に室内温度ｔｐｖが目標室内温度ｔｓｐとなるように、空調機５およびこの空調機５への熱源水を供給する熱源機１を前倒し運転する。
【０００７】
〔最適起動制御▲１▼〕
最適起動制御の一例を図８に示すタイムチャートを用いて説明する。なお、このタイムチャートは、冷房を行う際のタイムチャートである。
【０００８】
空調機最適起動時刻演算装置１４は、空調機スケジュール時刻ＴSSH に達する以前の所定時刻から定期的に、室内温度ｔｐｖと目標室内温度ｔｓｐと還水温度（熱源水の配管内保有水温度）ＴＲｐｖ（計測値）とに基づき、現在の室内温度ｔｐｖを目標室内温度ｔｓｐとするために必要な空調機５の運転時間を空調機最適起動時間ｔoss として求める。そして、この求めた空調機最適起動時間ｔoss を空調機スケジュール時刻ＴSSH から差し引いて空調機最適起動時刻ＴＡoss を求める。
【０００９】
空調機コントローラ１１は、現時刻が空調機最適起動時刻ＴＡoss に達すると、空調機バルブ６を開くとともに（図８（ｄ）に示すｔ１点）、熱源機（冷凍機）１を起動し（図８（ｅ）に示すｔ１点）、空調機５の運転を開始する（図８（ａ）に示すｔ１点）。これにより、熱源機１により冷却された熱源水が空調機５のコイル（冷水コイル）５Ａに供給され、熱源水と空気との熱交換によって得られた空調機５からの冷気によって空調制御対象室内の予冷が開始される。そして、現時刻が空調機スケジュール時刻ＴSSH に達した時点より（図８に示すｔ２点）、通常の空調制御に入る。
【００１０】
〔最適起動制御▲２▼〕
最適起動制御の他の例を図９に示すタイムチャートを用いて説明する。なお、このタイムチャートも、上述した最適起動制御▲１▼と同様、冷房を行う際のタイムチャートである。
【００１１】
空調機最適起動時刻演算装置１４は、室内温度ｔｐｖと目標室内温度ｔｓｐと熱源水の配管内保有水温度ＴＲｐｖとに基づき、現在の室内温度ｔｐｖを目標室内温度ｔｓｐとするために必要な空調機最適起動時間ｔoss を求める。そして、この求めた空調機最適起動時間ｔoss を空調機スケジュール時刻ＴSSH から差し引いて空調機最適起動時刻ＴＡoss を求める。また、空調機最適起動時刻ＴＡoss から予め固定時間として定められた熱源機前倒運転時間ｔＧを差し引いて熱源機前倒起動時刻ＴＧを求める。
【００１２】
熱源コントローラ１２は、現時刻が熱源機前倒起動時刻ＴＧに達すると、熱源機（冷凍機）１を起動する（図９（ｅ）に示すｔ０点）。これにより、熱源機側管路２およびバイパス管路１３を通してサプライヘッダ３とレターンヘッダ４との間を熱源水が循環し、熱源機側の管路内保有水の予冷が行われる。
【００１３】
そして、空調機コントローラ１１は、現時刻が空調機最適起動時刻ＴＡoss に達すると、空調機バルブ６を開くとともに（図９（ｄ）に示すｔ１点）、空調機５の運転を開始する（図９（ａ）に示すｔ１点）。これにより、熱源機１により冷却された熱源水が空調機５のコイル（冷水コイル）５Ａに供給され、熱源水と空気との熱交換によって得られた空調機５からの冷気によって空調制御対象室内の予冷が開始される。そして、現時刻が空調機スケジュール時刻ＴSSH に達した時点より（図９に示すｔ２点）、通常の空調制御に入る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
〔最適起動制御▲１▼の課題〕
上述した最適起動制御▲１▼では、空調機最適起動時刻ＴＡoss に達した時点で空調機バルブ６を開くと同時に熱源機１および空調機５の運転を開始するようにしているため、空調機５への熱源水が充分冷えるまでの間、空調機５は空気を循環するだけの運転となってしまい、ファン５Ｂの搬送動力が無駄となる。
【００１５】
図８（ｆ）はサプライヘッダ３内の水温（往ヘッダ温度）、図８（ｇ）は空調機５のコイル５Ａに入る直前の往水管路７内の水温（空調機コイル温度）の変化を示している。空調機最適起動時刻ＴＡoss に達するまでは空調機バルブ６が閉じており、往水管路７および還水管路８内には水が溜まっている。この配管内保有水は、夏場であれば夜間に暖められ、温度が上昇している。この配管内保有水温度をまず目標熱源水温度まで下げる必要がある。
【００１６】
すなわち、空調機最適起動時刻ＴＡoss に達した時点で空調機バルブ６を開くと同時に熱源機１および空調機５の運転を開始した場合、配管内保有水温度ＴＲｐｖを目標熱源水温度ＴＲｓｐまで下げる予冷時間（熱源水の予冷時間）が必要であり、これに室内温度ｔｐｖを目標室内温度ｔｓｐに下げる予冷時間（室内の予冷時間）が加わることになる。このため、空調機最適起動時間ｔoss が結果的に長くなって、熱源水の予冷が完了するまでの間、ファン５Ｂの搬送動力が無駄となる。
【００１７】
図７では、熱源機を１台とした例で説明したが、熱源機を複数台とし、この複数台の熱源機を台数制御するような方式とした場合、熱源機の制御が安定しないという問題が生じる。すなわち、熱源には、空調機最適起動時刻ＴＡoss に達した時点において、室内予冷負荷と配管内保有水予冷負荷がかかり、この負荷を元に熱源機の運転台数が制御されることになる。この場合、空調機最適起動時刻ＴＡoss に達した時点では過大な負荷がかっていると判断され、熱源機が増段して用いられることがある。配管内保有水予冷負荷が少なくなってくると、熱源機は減段されることになり、負荷の変動によって熱源機が増段と減段とが繰り返され、熱源機の制御が安定しないという事態が生じる。
【００１８】
なお、一度停止した熱源機を一定時間再起動できないようにすることによって熱源機の増段と減段との繰り返し（ハンチング）を防ぐことが可能ではあるが、室内の予冷が終了したときに、すなわち空調機スケジュール時刻ＴSSH に達し通常の制御時間帯に移行したときに、本来起動すべき熱源機を起動することができないということが起こり得る。
【００１９】
〔最適起動制御▲２▼の課題〕
最適起動制御▲２▼では、空調機５よりも熱源機１をさらに前倒して運転することにより熱源機側の配管内保有水の予冷を行っているが、この予冷ではバイパス管路１３を通して熱源水が循環するので、往ヘッダ温度が下がって行くのみで（図９（ｆ）に示すｔ０〜ｔ１点）、空調機コイル温度は下がらず（図９（ｇ）に示すｔ０〜ｔ１点）、空調機側の配管内保有水負荷は依然として残る。このため、最適起動制御▲１▼の場合と同様に、空調機最適起動時間ｔoss が結果的に長くなって、熱源水の予冷が完了するまでの間、すなわち配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐまで下がるまでの間、ファン５Ｂの搬送動力が無駄となる。
【００２０】
また、最適起動制御▲２▼では、熱源機前倒運転時間ｔＧが固定時間であるので、予冷開始時の往ヘッダ温度に対して熱源機前倒運転時間ｔＧが長かったり、短かったりすると、往ヘッダ温度が低くなり過ぎたり、高すぎたりする。往ヘッダ温度が低くなり過ぎると、エネルギーが無駄に費やされる。また、熱源機１が異常停止することもある。往ヘッダ温度が高すぎた場合、熱源機側の配管内保有水の予冷が不十分となり、その分前倒し運転時（空調制御対象室内の予冷時）における冷房負荷が増え、空調機スケジュール時刻ＴSSH での室内温度ｔｐｖと目標室内温度ｔｓｐとのずれが大きくなり、居住者の快適性が損なわれる。
【００２１】
なお、上述においては、冷房を行う場合を例にとって説明したが、暖房を行う場合、すなわち予熱を行う場合にも、同様の問題が生じる。
【００２２】
本発明は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、予冷・予熱を行う際の省エネルギーを促進するととも、空調機スケジュール時刻での居住者の快適性を確実に確保することのできる空調システムの最適起動制御装置を提供することにある。
また、省エネルギーを促進するとともに、空調機スケジュール時刻での居住者の快適性を確実に確保することができ、かつ、予冷・予熱中の熱源機の台数制御の安定化を図ることができ、通常の制御時間帯に移行したときにすぐに熱源機の台数制御が可能となる空調システムの最適起動制御装置を提供することにある。
【００２６】
【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、第１発明（請求項１に係る発明）は、予め定められたスケジュール時刻に室内温度が目標室内温度となるように空調機およびこの空調機への熱源水を供給する熱源機を前倒し運転する空調システムの最適起動制御装置において、第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の空調機と、１つ以上の熱源機と、第１〜第Ｎの空調機からの給気がそれぞれ供給される第１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度とこの第１〜第Ｎの空調制御対象室に対して設定される第１〜第Ｎの目標室内温度との差に基づいて、この１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度を第１〜第Ｎの目標室内温度にするために必要な第１〜第Ｎの空調機の運転時間を空調機最適起動時間として求め、この第１〜第Ｎの空調機の空調機最適起動時間をぞれぞれ第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻から差し引いて第１〜第Ｎの空調機の空調機最適起動時刻を求める空調機最適起動時刻演算手段と、この空調機最適起動時刻演算手段により求められた第１〜第Ｎの空調機の空調機最適起動時刻のうち最早の空調機最適起動時刻を選択する空調機最適起動時刻選択手段と、前記熱源機のうち予め定められた熱源機を前倒運転熱源機とし、第１〜第Ｎの空調機への熱源水の配管内保有水温度と目標熱源水温度との差に基づいてこの熱源水の配管内保有水温度を目標熱源水温度とするために必要な前倒運転熱源機の運転時間を熱源機最適起動時間として求め、この熱源機最適起動時間を空調機最適起動時刻選択手段によって選択された最早の空調機最適起動時刻から差し引いて熱源機最適起動時刻を求める熱源機最適起動時刻演算手段と、現時刻が熱源機最適起動時刻に達した場合、前倒運転熱源機を起動するとともに第１〜第Ｎの空調機のうち配管路の末端の空調機への熱源水の供給通路に設けられている空調機バルブだけを開き、現時刻が第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻のうち少なくとも最早のスケジュール時刻に達するまで熱源機最適起動時刻に起動された前倒運転熱源機のみを運転する熱供給制御手段と、現時刻がその空調機最適起動時刻に達する毎に第１〜第Ｎの空調機の運転を開始する空調機制御手段とを設けたものである。
【００２７】
この発明によれば、第１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度と第１〜第Ｎの目標室内温度との差に基づいて第１〜第Ｎの空調機の空調機最適起動時間ｔoss１ 〜ｔossＮ が求められ、この空調機最適起動時間ｔoss１ 〜ｔossＮ を第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻ＴSSH１ 〜ＴSSHＮ から差し引いて第１〜第Ｎの空調機の空調機最適起動時刻ＴＡoss１ 〜ＴＡossＮ が求められ、この空調機最適起動時刻ＴＡoss１ 〜ＴＡossＮ の中から最早の空調機最適起動時刻ＴＡossＳ が選択される。
【００２８】
そして、予め定められた熱源機（複数台でも１台でもよい）が前倒運転熱源機とされ、第１〜第Ｎの空調機への熱源水の配管内保有水温度と目標熱源水温度との差に基づいて前倒運転熱源機の熱源機最適起動時間ｔＧoss が求められ、この熱源機最適起動時間ｔＧoss を最早の空調機最適起動時刻ＴＡossＳ から差し引いて熱源機最適起動時刻ＴＧoss が求められる。そして、現時刻が熱源機最適起動時刻ＴＧoss に達すると、前倒運転熱源機が起動されるとともに第１〜第Ｎの空調機のうち配管路の末端の空調機に付設されている空調機バルブだけが開かれる。これにより、配管路（熱源機側配管路と空調機側配管路とを合わせた管路）内を熱源水が循環し、熱源機側，空調機側ともにその配管内保有水の予冷・予熱が行われる。
【００２９】
そして、熱源機最適起動時間ｔＧoss が経過し、現時刻が空調機最適起動時刻ｔＡoss１ 〜ｔＡossＮ に達する毎に、第１〜第Ｎの空調機の運転が開始される。すなわち、熱源機による予冷・予熱によって配管内保有水温度（空調機コイル温度）が目標熱源水温度に達するであろうと予測される時刻から早い順に第１〜第Ｎの空調機の運転が次々に開始され、従来の最適空調機制御▲１▼や▲２▼で必要としていた配管内保有水温度を目標熱源水温度にするために必要な時間が第１〜第Ｎの空調機最適起動時間ｔoss１ 〜ｔossＮ から除去される。また、配管内保有水温度を目標熱源水温度とする熱源機最適起動時間ｔＧoss を求めることにより、空調機の運転よりも前倒して起動する前倒運転熱源機の運転時間が適切に定められ、第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻ＴSSH１ 〜ＴSSHＮ において、第１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度を目標室内温度に正確に一致させることが可能となる。
【００３０】
この第１発明において、前倒運転熱源機の運転台数は、第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻ＴSSH１ 〜ＴSSHＮ のうち少なくとも最早のスケジュール時刻ＴSSHＳ に達するまでは変更されることがなく、この間の負荷変動によって熱源機が増段されたり、減段されたりすることがない。また、少なくとも最早のスケジュール時刻ＴSSHＳ が経過し、通常の制御時間帯に移行した場合には、すぐに熱源機の台数制御が可能となる。
【００３１】
なお、第２発明（請求項２に係る発明）では、第１発明において、現時刻が熱源機最適起動時刻に達した場合、前倒運転熱源機を起動するとともに第１〜第Ｎの空調機のうち配管路の末端の空調機への熱源水の供給通路に設けられている空調機バルブだけを一定開度開き、その状態を少なくとも最早の空調機最適起動時刻まで保持する。このように、空調機バルブを一定開度開くことにより、制御が簡単となるとともに、熱源機最適起動時間も求め易くなる。
【００３２】
【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。
〔参考例〕
図１は本発明に係る最適起動制御装置の実施の形態の説明に入る前の参考例を示す空調システムの計装図である。同図において、図７と同一符号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。なお、この例では、説明を簡単とするために、熱源機１台、空調機１台としている。
【００３３】
この空調システムでは、空調機最適起動時刻演算装置１４と熱源コントローラ１２との間に熱源最適起動時刻演算装置１５を設けている。空調機コントローラ１１や熱源コントローラ１２，空調機最適起動時刻演算装置１４，熱源最適起動時刻演算装置１５は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種の機能を実現させるプログラムとによって実現される。
【００３４】
〔最適起動制御〕
図２に冷房を行う際の最適起動制御時のタイムチャートを示す。空調機最適起動時刻演算装置１４は、空調機スケジュール時刻ＴSSH に達する以前の所定時刻から定期的に、室内温度ｔｐｖと目標室内温度ｔｓｐとの差に基づき、室内温度ｔｐｖを目標室内温度ｔｓｐとするために必要な空調機５の空調機最適起動時間ｔoss を求める。
【００３５】
例えば、空調機最適起動時刻演算装置１４は、毎日の実績を元に、室内温度ｔｐｖが目標室内温度ｔｓｐに達するまでの時間や温度差から指数平滑によりゲインβ（℃／Ｈ）を学習し、この学習したゲインβで現在の室内温度ｔｐｖと目標室内温度ｔｓｐとの差を除して空調機最適起動時間ｔoss を求める。
【００３６】
この際、空調機最適起動時刻演算装置１４は、すでに配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐまで達しているものとして、空調機最適起動時間ｔoss を求める。この空調機最適起動時間ｔoss には配管内保有水温度ＴＲｐｖを目標熱源水温度ＴＲｓｐまで下げる熱源水の予冷時間は含まれない。
【００３７】
そして、空調機最適起動時刻演算装置１４は、この求めた空調機最適起動時間ｔoss を空調機スケジュール時刻ＴSSH から差し引いて空調機最適起動時刻ＴＡoss を求め、熱源最適起動時刻演算装置１５へ送る。
【００３８】
熱源最適起動時刻演算装置１５は、毎日の実績を元に、配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐに達するまでの時間や温度差から指数平滑によりゲインα（℃／Ｈ）を学習し、この学習したゲインαで現在の配管内保有水温度ＴＲｐｖと予め設定されている目標熱源水温度ＴＲｓｐとの差を除して熱源機最適起動時間ｔＧoss を求める。そして、この熱源機最適起動時間ｔＧoss を空調機最適起動時刻演算装置１４から供与される空調機最適起動時刻ＴＡoss から差し引いて熱源機最適起動時刻ＴＧoss を求める。
【００３９】
なお、目標熱源水温度ＴＲｓｐは、一定であるとは限らず、季節や負荷状況に応じて変化する。すなわち、冷房と暖房、すなわち季節によって目標熱源水温度ＴＲｓｐは変更される。また、負荷の少ない時期に、目標熱源水温度ＴＲｓｐを省エネ方向へ変えることもある。すなわち、基本的には熱源水の温度は一定であるが、負荷の少ない時期に負荷のピークの時期と同じ送水温度を保つのはもったいない。このため、負荷の少ない時期には、省エネ方向へ目標熱源水温度ＴＲｓｐを変えるような制御が行われることがある。具体的には、空調機のバルブ状態（全開に近いのか、閉方向なのか）により熱源に余裕があると判断される場合、目標熱源水温度ＴＲｓｐを省エネ側に変化させる。この目標熱源水温度ＴＲｓｐの変更は、日中の空調負荷がある時間帯に行われるが、翌日にその温度を引き続き使うようにする。
【００４０】
熱源最適起動時刻演算装置１５は、現時刻が熱源機最適起動時刻ＴＧoss に達すると、熱源コントローラ１２を介して熱源機（冷凍機）１を起動する（図２（ｅ）に示すｔ０点）。また、これと同時に、空調機コントローラ１１へ熱源機１を最適起動していることを示す熱源最適起動中信号を送る。これにより、空調機コントローラ１１から空調機バルブ６へバルブ開度を一定とする開度指令が送られ、空調機バルブ６が一定開度θＣ（例えば、θＣ＝３０％開度）で開く（図２（ｄ）に示すｔ０点）。
【００４１】
これにより、熱源機側管路２，往水管路７，空調機コイル５Ａ，空調機バルブ６，還水管路８の経路でサプライヘッダ３とレターンヘッダ４との間を熱源水が循環し、熱源機側，空調機側ともにその配管内保有水の予冷が行われる。この予冷によって、往ヘッダ温度と空調機コイル温度が同時に低下して行く（図２（ｆ），（ｇ）参照）
【００４２】
熱源機最適起動時間ｔＧoss が経過し、現時刻が空調機最適起動時刻ＴＡoss に達すると、熱源最適起動時刻演算装置１５は空調機コントローラ１１への熱源最適起動中信号を解除する。これにより、空調機バルブ６の開度保持動作が終了する。なお、熱源最適起動中信号は、この信号が空調機コントローラ１１へ送られている間は、配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐに向けて変化していることを意味する。
【００４３】
熱源機最適起動時間ｔＧoss の間の空調機バルブ６を開いての熱源機１の起動により、現時刻が空調機最適起動時刻ＴＡoss に達した時点では、配管内保有水温度ＴＲｐｖは目標熱源水温度ＴＲｓｐに達している（図２（ｇ）に示すｔ１点）。また、空調機コントローラ１１は、現時刻が空調機最適起動時刻ＴＡoss に達すると、空調機５の運転を開始する（図２（ａ）に示すｔ１点）。この空調機コントローラ１１の機能が本発明の空調機制御手段に相当する。これにより、熱源機最適起動時間ｔＧoss が経過し空調機最適起動時刻ＴＡoss に達し、配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐに一致した時点から、空調機５の運転が開始される。
【００４４】
したがって、従来の最適空調機制御▲１▼や▲２▼で必要としていた配管内保有水温度ＴＲｐｖを目標熱源水温度ＴＲｓｐにするまでに必要な時間が空調機最適起動時間ｔoss から除去されるものとなり、空調機最適起動時間ｔoss の短縮化が図られ、空調機ファンの搬送動力の無駄が生じなくなる。また、配管内保有水温度ＴＲｐｖを目標熱源水温度ＴＲｓｐとするために必要な熱源機最適起動時間ｔＧoss を求めることにより、空調機５の運転よりも前倒して起動する熱源機１の運転時間が適切に定められ、空調機５のスケジュール時刻ＴSSH において、空調制御対象室の室内温度ｔｐｖを目標室内温度ｔｓｐに正確に一致させることが可能となり、居住者の快適性を確実に確保することができる。
【００４５】
なお、この参考例では、熱源機最適起動時刻ＴＧoss に達した時点で空調機バルブ６を開き、そのバルブ開度を一定としたが、必ずしも一定としなくてもよく、変化させるようにしてもよい。空調機バルブ６のバルブ開度を一定とすることにより、制御が簡単となり、最適熱源機起動時間ＴＧoss も求め易くなる。また、空調機最適起動時刻ＴＡoss に達した時点で空調機バルブ６の開度保持動作を終了するようにしたが、例えば空調機５のスケジュール時刻ＴSSH に達するまでに空調機バルブ６の開度保持動作を継続するようにしてもよい。
【００４６】
〔実施の形態：第１発明、第２発明〕
図３は本発明に係る空調システムの最適起動制御装置の実施の形態を使用した空調システムの計装図である。同図において、図１と同一符号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００４７】
この実施の形態では、空調機５として複数（Ｎ個）の空調機５−１〜５−Ｎを、熱源機１として複数（Ｍ個）の熱源機１−１〜１−Ｍを設けている。また、空調機５−１〜５−Ｎへの熱源水の供給通路に空調機バルブ６−１〜６−Ｎを設けている。なお、この実施の形態において、空調機５−１〜５−Ｎからの給気は、図示されていない第１〜第Ｎの空調制御対象室に各個に供給されるものとする。また、通常の空調制御において、空調機コントローラ１１は、第１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度ｔｐｖ１〜ｔｐｖＮと目標室内温度ｔｓｐ１〜ｔｓｐＮとがそれぞれ一致するように、空調機バルブ６−１〜６−Ｎの開度および空調機５−１〜５−Ｎの運転を制御する。熱源コントローラ１２は熱源機１−１〜１−Ｍの運転を制御する。
【００４８】
〔最適起動制御〕
図４に冷房を行う際の最適起動制御時のタイムチャートを示す。空調機最適起動時刻演算装置１４は、室内温度ｔｐｖ１と目標室内温度ｔｓｐ１との差に基づき、室内温度ｔｐｖ１を目標室内温度ｔｓｐ１とするために必要な空調機５−１の空調機最適起動時間ｔoss１ を求める。同様にして、空調機最適起動時刻演算装置１４は、空調機５−２〜５−Ｎの空調機最適起動時間ｔoss ２〜ｔossＮ を求める。この空調機最適起動時刻演算装置１４の機能が本発明の空調機最適起動時刻演算手段に相当する。
【００４９】
この際、空調機最適起動時刻演算装置１４は、すでに配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐまで達しているものとして、空調機最適起動時間ｔoss１ 〜ｔossＮ を求める。この空調機最適起動時間ｔoss１ 〜ｔossＮ には配管内保有水温度ＴＲｐｖを目標熱源水温度ＴＲｓｐまで下げる熱源水の予冷時間は含まれない。
【００５０】
そして、空調機最適起動時刻演算装置１４は、この求めた空調機最適起動時間ｔoss１ 〜ｔossＮ を空調機スケジュール時刻ＴSSH１ 〜ＴSSHＮ から差し引いて空調機最適起動時刻ＴＡoss１ 〜ＴＡossＮ を求め、この求めた空調機最適起動時刻ＴＡoss１ 〜ＴＡossＮ のうち最早の空調機最適起動時刻ＴＡossＳ を選択し、この選択した最早の空調機最適起動時刻ＴＡossＳ を熱源最適起動時刻演算装置１５へ送る。図４の例では、空調機最適起動時刻ＴＡoss１ が最早の空調機最適起動時刻ＴＡossＳ として熱源最適起動時刻演算装置１５へ送られる。この空調機最適起動時刻演算装置１４の機能が本発明の空調機最適起動時刻選択手段に相当する。
【００５１】
熱源最適起動時刻演算装置１５は、毎日の実績を元に、配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐに達するまでに必要な時間や温度差から指数平滑によりゲインα（℃／Ｈ）を学習し、この学習したゲインαで現在の配管内保有水温度ＴＲｐｖと目標熱源水温度ＴＲｓｐとの差を除して熱源機最適起動時間ｔＧoss を求める。そして、この熱源機最適起動時間ｔＧoss を空調機最適起動時刻演算装置１４から供与される最早の空調機最適起動時刻ＴＡossＳ から差し引いて熱源機最適起動時刻ＴＧoss を求める。この熱源最適起動時刻演算装置１５の機能が本発明の熱源機最適起動時刻演算手段に相当する。
【００５２】
熱源最適起動時刻演算装置１５は、現時刻が熱源機最適起動時刻ＴＧoss に達すると、熱源コントローラ１２を介して熱源機１−１〜１−Ｍのうち前倒運転熱源機として予め定められた熱源機（冷凍機）を起動する（図４（ｈ）に示すｔ０点）。この前倒熱源機の運転台数は最早の空調機スケジュール時刻ＴSSHＳ （図４の例では、ＴSSH１ ）に達するまで変更しない。この実施の形態では、前倒運転熱源機として、熱源機１−１〜１−Ｍのうち熱源機１−１と１−２が定められているものとする。また、これと同時に、熱源最適起動時刻演算装置１５は、空調機最適起動時刻演算装置１４を介して空調機コントローラ１１へ熱源最適起動中信号を送る。これにより、空調機コントローラ１１から空調機バルブ６−１〜６−Ｎへバルブ開度を一定とする開度指令が送られ、空調機バルブ６−１〜６−Ｎが一定開度θＣ（例えば、θＣ＝３０％開度）で開く（図４（ｇ）に示すｔ０点）。この熱源最適起動時刻演算手段１４の機能が本発明の熱源供給制御手段に相当する。
【００５３】
これにより、熱源機側管路２，往水管路７，空調機５−１〜５−Ｎの空調機コイル５Ａ，空調機バルブ６−１〜６−Ｎ，還水管路８の経路でサプライヘッダ３とレターンヘッダ４との間を熱源水が循環し、熱源機側，空調機側ともにその配管内保有水の予冷が行われる。これにより、往ヘッダ温度と空調機コイル温度が同時に低下して行く（図４（ｉ），（ｊ）参照）
【００５４】
熱源機最適起動時間ｔＧoss が経過し、現時刻が最早の空調機最適起動時刻ＴＡossＳ すなわちＴＡoss１ に達すると、熱源最適起動時刻演算装置１５は空調機コントローラ１１への熱源最適起動中信号を解除する。これにより、空調機バルブ６−１〜６−Ｎの開度保持動作が終了する。
【００５５】
熱源機最適起動時間ｔＧoss の間の空調機バルブ６−１〜６−Ｎを開いての前倒運転熱源機１−１，１−２の起動により、現時刻が空調機最適起動時刻ＴＡoss に達した時点では、配管内保有水温度ＴＲｐｖは目標熱源水温度ＴＲｓｐに達している（図４（ｊ）に示すｔ１点）。また、空調機コントローラ１１は、現時刻が最早の空調機最適起動時刻ＴＡoss１ に達すると、空調機５−１の運転を開始する（図４（ａ）に示すｔ１点）。この空調機コントローラ１１の機能が本発明の空調機制御手段に相当する。これにより、熱源機最適起動時間ｔＧoss が経過し最早の空調機最適起動時刻ＴＡoss１ に達し、配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐに一致した時点から、空調機５の運転が開始される。
【００５６】
以下、同様にして、現時刻が空調機最適起動時刻ｔＡoss ２〜ｔＡossＮ に達する毎に、空調機５−２〜５−Ｎの運転が開始される。すなわち、前倒運転熱源機１−１，１−２による予冷によって配管内保有水温度ＴＲｐｖが目標熱源水温度ＴＲｓｐに一致した時刻から早いもの順に空調機５−１〜５−Ｎの運転が次々に開始される。
【００５７】
したがって、従来の最適空調機制御▲１▼や▲２▼で必要としていた配管内保有水温度を目標熱源水温度にするために必要な時間が空調機５−１〜５−１の空調機最適起動時間ｔoss１ 〜ｔossＮ から除去されるものとなり、空調機最適起動時間ｔoss１ 〜ｔossＮ の短縮化が図られ、空調機ファンの搬送動力の無駄が生じなくなる。また、配管内保有水温度ＴＲｐｖを目標熱源水温度ＴＲｓｐとするために必要な熱源機最適起動時間ｔＧoss を求めることにより、空調機５−１〜５−Ｎの運転よりも前倒して起動する熱源機１−１，１−２の運転時間が適切に定められ、空調機５−１〜５−Ｎのスケジュール時刻ＴSSH１ 〜ＴSSHＮ において、第１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度ｔｐｖ１〜ｔｐｖＮを目標室内温度ｔｓｐ１〜ｔｓｐＮに正確に一致させることが可能となり、居住者の快適性を確実に確保することができる。
【００５８】
この実施の形態では、熱源機１−１，１−２を前倒運転熱源機として熱源機最適起動時刻ＴＧoss から運転する。この場合、前倒熱源機の運転台数は空調機５−１〜５−Ｎのスケジュール時刻ＴSSH１ 〜ＴSSHＮ のうち少なくとも最早のスケジュール時刻ＴSSHＳ 、図４の例では空調機５−１のスケジュール時刻ＴSSH １ に達するまでは変更しない。したがって、この間の負荷変動によって熱源機が増段されたり、減段されたりすることがなく、熱源機の制御の安定化が図られる。また、最早のスケジュール時刻ＴSSH１ が経過し、通常の制御時間帯に移行した場合には、すぐに熱源機の台数制御が可能となる。
【００５９】
なお、この実施の形態では、熱源機最適起動時刻ＴＧoss に達した時点で空調機バルブ６−１〜６−Ｎを開き、そのバルブ開度を一定としたが、必ずしも一定としなくてもよく、変化させるようにしてもよい。空調機バルブ６−１〜６−Ｎのバルブ開度を一定とすることにより、制御が簡単となり、最適熱源機起動時間ＴＧoss も求め易くなる。
【００６０】
また、この実施の形態では、熱源機最適起動時刻ＴＧoss に達した時点で開かれる空調機バルブ６−１〜６−Ｎのバルブ開度θＣを３０％開度としたが、必ずしも３０％開度としてなくてもよい。θＣは全開の方が前倒し時間は短くなる。しかし、熱源機を全台運転することになり、その後通常の台数制御に移った時に熱源機が減段することが予想される。それでは安定した熱源制御とは言えない。配管内の負荷はある程度予想がつくため、この実施の形態では、その負荷を処理する時間が３０分から６０分で通常制御に移った時に減段しない台数を求め、そのために必要な開度を逆算して求めている。
【００６１】
また、必ずしも全ての空調機バルブ６−１〜６−Ｎを開かなくてもよく、配管路の末端の空調機５−１に付設されている空調機バルブ６−１を開くだけでもよい。空調機バルブ６−１を開くだけでも、全ての空調機のバルブ６−１〜６−Ｎを開く場合と同様、配管内保有水を予冷するという目的は達せられる。上述した説明では、空調機バルブ６−１〜６−Ｎを開くようにしたが、これはあくまでも参考例として示したものであって、本実施の形態では、配管路の末端の空調機５−１に付設されている空調機バルブ６−１を開くだけとする。この場合、配管内保有水温度ＴＲｐｖの計測点は、必ずしも温度計１０が計測するレターンヘッダ４の手前温度としなくてもよく、空調機バルブ６−１の出口温度としてもよい。
【００６２】
また、この実施の形態では、最早の空調機最適起動時刻ＴＡoss１ に達した時点で空調機バルブ６−１〜６−Ｎの開度保持動作を終了するようにしたが、例えば空調機５−１〜５−Ｎのスケジュール時刻ＴSSH１ 〜ＴSSHＮ に達するまで空調機バルブ６−１〜６−Ｎの開度保持動作を継続するようにしてもよい。また、その後、さらに一定時間経過するまで、空調機バルブ６の開度保持動作を継続するようにしてもよい。このようにすると、空調機バルブ６−１〜６−Ｎが順次閉じられて行き、一度に全てが閉じられるということがなくなり、システム全体の制御への影響が小さくなる。
【００６３】
また、この実施の形態では、熱源機を複数としたが、熱源機は１台であってもよい。
また、この実施の形態では、前倒運転熱源機を２台としたが、２台に限られるものではなく、空調システムの規模に応じて熱源機１−１〜１−Ｍまでの任意の熱源機を選ぶことができる。
【００６４】
また、この実施の形態では、冷房を行う場合を例にとって説明したが、暖房を行う場合、すなわち予熱を行う場合にも、同様の最適起動制御が行われる。
参考として、図５に図２に対応する暖房を行う際の最適起動制御時のタイムチャートを、図６に図３に対応する暖房を行う際の最適起動制御時のタイムチャートを示す。
【００６６】
【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、予め定められた熱源機を前倒運転熱源機とし、配管内保有水温度と目標熱源水温度との差に基づいて前倒運転熱源機の熱源機最適起動時間を求め、この熱源機最適起動時間を最早の空調機最適起動時刻から差し引いて熱源機最適起動時刻を求め、現時刻が熱源機最適起動時刻に達した場合に前倒運転熱源機を起動するとともに第１〜第Ｎの空調機のうち配管路の末端の空調機に付設されている空調機バルブだけを開くようにしたことにより、第１〜第Ｎの空調機への配管路（熱源機側配管路と空調機側配管路とを合わせた管路）内を熱源水が循環し、熱源機側，空調機側ともにその配管内保有水の予冷・予熱が行われ、配管内保有水温度を目標熱源水温度にするために必要な時間が第１〜第Ｎの空調機最適起動時間から除去されるものとなり、第１〜第Ｎの空調機最適起動時間の短縮化が図られ、空調機ファンの搬送動力の無駄が生じず、省エネルギーを促進することができる。
また、配管内保有水温度を目標熱源水温度とする熱源機最適起動時間を求めることにより、空調機の運転よりも前倒して起動する前倒運転熱源機の運転時間が適切に定められ、第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻において、第１〜第Ｎの空調制御対象室の室内温度を目標室内温度に正確に一致させることが可能となり、居住者の快適性を確実に確保することができるようになる。
また、前倒運転熱源機の運転台数は、第１〜第Ｎの空調機のスケジュール時刻のうち少なくとも最早のスケジュール時刻に達するまでは変更されることがないので、この間の負荷変動によって熱源機が増段されたり、減段されたりすることがなく、熱源機の制御の安定化を図ることができる。また、少なくとも最早のスケジュール時刻が経過し、通常の制御時間帯に移行した場合には、すぐに熱源機の台数制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る空調システムの最適起動制御装置の実施の形態の説明に入る前の参考例を示す空調システムの計装図である。
【図２】  この空調システムにおいて冷房を行う際の最適起動制御時のタイムチャートである。
【図３】  本発明に係る空調システムの最適起動制御装置の実施の形態を使用した空調システムの計装図である。
【図４】  この空調システムにおいて冷房を行う際の最適起動制御時のタイムチャートである。
【図５】  図２に対応する暖房を行う際の最適起動制御時のタイムチャートである。
【図６】  図６に対応する暖房を行う際の最適起動制御時のタイムチャートである。
【図７】  従来の空調システムの最適起動制御装置を使用した空調システムの計装図である。
【図８】  この空調システムにおいて冷房を行う際の最適起動制御の一例を説明するタイムチャートである。
【図９】  この空調システムにおいて冷房を行う際の最適起動制御の他の例を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１、１−１〜１−Ｍ…熱源機、２…熱源機側管路、３…サプライヘッダ、４…レターンヘッダ、５、５−１〜５−Ｎ…空調機、５Ａ…コイル（空調機コイル）、５Ｂ…ファン、６、６−１〜６−Ｎ…空調機バルブ、７…往水管路、８…還水管路、９，１０…温度計、１１…空調機コントローラ、１２…熱源コントローラ、１３…バイパス管路、１４…空調機最適起動時刻演算装置、１５…熱源最適起動時刻演算装置。
【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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【図９】
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