JP4155930B2 - 空調制御装置および空調機器の運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、店舗などの空間における省エネルギ技術に関し、特に冷設機器や空調機器などが混在した空間における省エネルギ技術に関する。

空調機器の省エネルギ（以下、「省エネ」と呼ぶ）化を行うためには、設定温度を調整するか、または運転時間を短縮することが必要である。エネルギ資源の効率的な利用を図るべく、従来より省エネ化を目的とした技術が提案されている。そのような技術の一つとして、インテリジェントビルやオフィスビルなどの各種ビルにおいて、空調機器を間欠運転することで、室温を適正に保ちつつ、省エネ化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−２１７９５３号公報

食品を販売するコンビニエンスストアなどの店舗においては、エアコンなどの空調機器と、冷凍・冷蔵ショーケースのような冷設機器が混在している。店舗における省エネ技術の開発に関するニーズは高いが、実際には店員が手動で空調機器の電源をオンオフして、省エネに努めている現状がある。

空調機器と冷設機器は、一方の動作状態が他方の動作状態に影響を与える関係にある。食品の品質保全の観点から、冷設機器の運転を停止することは好ましくないため、省エネ化を図るためには空調機器の運転を停止することになる。このとき、一般には、空調機器を全く運転しなければ冷設機器にかかる負荷熱量が増大し、また空調による温度制御がなされないため、店舗内の快適性が損なわれる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、空調機器や、冷設機器などの電気機器が混在する空間において、空調機器を適切に間欠運転することで、省エネ化を実現する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、空調機器と、熱量の吸収または放出を行う電気機器が存在する空間において空調機器の運転を制御する空調制御装置を提供する。この空調制御装置は、電気機器にかかる負荷熱量を計算する第１熱量計算部と、空調機器にかかる負荷熱量を計算する第２熱量計算部と、第１熱量計算部および第２熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器を間欠運転した場合の空調機器および電気機器の消費電力量を計算する第１電力量計算部と、第１熱量計算部および第２熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器の運転を停止しない場合の空調機器および電気機器の消費電力量を計算する第２電力量計算部と、第１電力量計算部および第２電力量計算部による計算結果をもとに、空調機器および電気機器の全体の消費電力量を、運転停止しない場合の全体の消費電力量よりも小さくするように、空調機器の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行う運転制御部とを備える。空調機器と電気機器は、一方の動作状態が他方の動作状態に影響を与える関係にあるが、この空調制御装置によると、この関係を加味して、空調機器を適切に間欠運転させることが可能となる。

空間は、例えば店舗や室内に形成される略密閉空間である。略密閉空間は、通常状態において外部に開放されていない実質的に閉じた空間を意味し、店舗以外にも、デパートの食品売場が設けられたフロアなどを含む。なお、略密閉空間は、全体として実質的に閉じた空間であればよく、一部において外部との連絡口があるような空間も含む概念である。

電気機器は、空調機器が存在する空間内で空調機器とは別に熱量の吸収または放出を行う機器であって、食品店舗におけるショーケースなどの冷設機器が例としてあげられる。なお電気機器は、空間内で熱量を吸収または放出することを目的として設置されるものではなく、運転の結果として熱量を吸収または放出するものであってもよい。電気機器は、熱量を吸収する冷設機器だけでなく、コンビニエンスストアなどでドリンク缶などを温めるための機器など、空間内に熱量を放出する機器も該当する。

本発明の別の態様は、空調機器と、熱量の吸収または放出を行う電気機器が存在する空間において空調機器の運転を制御する空調制御装置を提供する。この空調制御装置は、電気機器にかかる負荷熱量を計算する第１熱量計算部と、空調機器にかかる負荷熱量を計算する第２熱量計算部と、第１熱量計算部および第２熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器を間欠運転した場合の空調機器および電気機器の消費電力量を計算する第１電力量計算部と、第１電力量計算部による計算結果をもとに、空調機器および電気機器の全体の消費電力量を最小とするように、空調機器の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行う運転制御部とを備える。空調機器と電気機器は、一方の動作状態が他方の動作状態に影響を与える関係にあるが、この空調制御装置によると、この関係を加味して、空調機器を適切に間欠運転させることが可能となる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、空調機器と、熱量の吸収または放出を行う電気機器が存在する略密閉空間において、空調機器の運転を適切に制御することで、空間全体の省エネ化を実現することができる。

本発明の実施例における空調制御装置は、空調機器や、冷設機器などの電気機器が混在する店舗などの略密閉空間において、空調機器の電源のオンオフを適切に制御することで、省エネ化を実現する。以下に示す実施例では、空調機器と冷却用ショーケースとが混在する食品店舗の環境における省エネ化実現技術を示す。

図１は、店舗システム１の構成を示す。店舗システム１は、空調制御装置１０、空調機器１２、冷設機器１４および店舗外温湿度センサ１６を備える。本実施例における空調制御装置１０は、空調機器１２および冷設機器１４の全体の消費電力が小さくなるように、空調機器１２の運転を制御する。空調機器１２および冷設機器１４はそれぞれ１つずつ示されているが、複数存在してもよく、その場合、空調制御装置１０は、複数の空調機器１２の運転を制御する。

空調制御装置１０は、通信部１８、負荷熱量管理部２０、電力量管理部４０および運転制御部５０を備える。負荷熱量管理部２０は、熱量演算部２２、データ処理部２４および変化量計算部２６を有し、熱量演算部２２は、店舗負荷熱量計算部３０、冷設機器負荷熱量計算部３２および空調機器負荷熱量計算部３４を有する。電力量管理部４０は、冷設機器消費電力量計算部４２および空調機器消費電力量計算部４４を有する。運転制御部５０は、停止時間算出部５２および制御信号送信指示部５４を有する。

本実施例の店舗システム１における空調機器１２の運転制御機能は、空調制御装置１０において、ＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラムなどによって実現され、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。プログラムは、空調制御装置１０に内蔵されていてもよく、また記録媒体に格納された形態で外部から供給されるものであってもよい。空調制御装置１０は、店舗システム１において空調機器１２および冷設機器１４などの機器を統括的に制御する専用の制御機として存在してもよく、また所期のプログラムをダウンロードすることで機能するパーソナルコンピュータなどの汎用機として存在してもよい。したがってこれらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者に理解されるところである。

空調機器１２は店舗内温湿度センサを備え、店舗内の温度および湿度を計測する。冷設機器１４は庫内温湿度センサを備え、ショーケース内の温度および湿度を計測する。店舗外温湿度センサ１６は、店舗外の温度および湿度を計測する。それぞれの計測データは、通信部１８に伝達され、通信部１８は、それぞれの計測データをデータ処理部２４に送る。通信部１８と、空調機器１２などの間のデータ通信は、ケーブルを介した有線通信であっても、無線通信であってもよい。

データ処理部２４は、各センサからの計測データを、熱量演算部２２にて演算するための形式に変換し、熱量演算部２２に提供する。熱量演算部２２においては、まず店舗負荷熱量計算部３０が、店舗内および店舗外の温湿度データと、日照量などのデータをもとに、店舗にかかる負荷熱量Ｑ_allを計算する。温湿度データは、各センサにおいて計測された実測値を用いる。日照量は、例えば天候や季節などを条件として過去の統計データを分類したデータベースから検索して抽出する。店舗にかかる負荷熱量Ｑ_all[kJ]は、以下の要素を用いて、既知の算出式により求めることができる。本実施例では、１時間を単位として計算することとし、空調機器１２により、所望の設定温度に維持されるという前提の下で、現在から１時間分の負荷熱量Ｑ_allを算出する。
（１）温度差による伝導熱：店舗外、店舗内の温度差、および壁、ガラス等の熱通過率等から算出
（２）太陽輻射熱：日照量、およびガラス窓の熱通過率等から算出
（３）外気負荷：温湿度から導出される店舗外、店舗内それぞれのエンタルピの差から導出
（４）内部発生熱：人体、機器からの発生熱
Ｑ_allは（１）〜（４）で導出する要素の総和として求められる。

冷設機器負荷熱量計算部３２は、冷設機器１４の庫内温湿度データと、店舗内温湿度データをもとに、１時間にわたり冷設機器１４にかかる負荷熱量Ｑ_SC[kJ]を計算する。負荷熱量Ｑ_SCは、庫内温湿度データおよび店舗内温湿度データのそれぞれのエンタルピの差から算出される。冷設機器１４にかかる負荷熱量Ｑ_SC、すなわち冷設機器１４が処理する負荷熱量Ｑ_SCは、ショーケース内の温湿度を所望の値すなわち設定温湿度に維持するのに必要なエネルギに相当する。空調機器負荷熱量計算部３４は、１時間にわたり空調機器１２が設定温湿度を維持するのにかかる負荷熱量Ｑ_AC[kJ]を計算する。空調機器１２にかかる負荷熱量Ｑ_AC、すなわち空調機器１２が処理する負荷熱量Ｑ_ACは、店舗内の温湿度を所望の値すなわち設定温湿度に維持するのに必要なエネルギに相当する。本実施例のモデルにおいて、空調機器１２を停止しない場合には、店舗にかかる負荷熱量Ｑ_allを、設定温湿度を維持するように運転される空調機器１２と冷設機器１４とで処理するものとし、したがって、
Ｑ_all＝Ｑ_SC＋Ｑ_AC
が成立する。これにより、空調機器１２を運転し続けた場合の負荷熱量Ｑ_ACは、（Ｑ_all−Ｑ_SC）で表わすことができる。以上により、１時間の間に、空調機器１２を停止させない場合の空調機器１２の負荷熱量Ｑ_ACおよび冷設機器１４の負荷熱量Ｑ_SCを求めることができる。

電力量管理部４０において、冷設機器消費電力量計算部４２は、負荷熱量Ｑ_SCから冷設機器１４の消費電力量Ｗ_SCを求める。同様に、空調機器消費電力量計算部４４は、負荷熱量Ｑ_ACから空調機器１２の消費電力量Ｗ_ACを求める。

停止時間算出部５２は、空調機器１２を停止しないときの消費電力量Ｗ_allを（消費電力量Ｗ_SC＋消費電力量Ｗ_AC）の計算式により求めて、記憶する。空調機器１２を停止しないときの消費電力量Ｗ_allは、空調機器１２の間欠運転時における消費電力量の推定結果と比較するための基準となる。

次に、空調機器１２を１時間の間にＴ分間停止させるように、間欠運転させた場合の消費電力量Ｗ_allを計算する。ここで、間欠運転とは、１時間の中で空調機器１２の電源を少なくとも１回オフする運転を意味し、１時間の中で、空調機器１２を停止する期間が１度であるか、また複数回であるかは問わない。空調制御装置１０が、空調機器１２を何分間停止させた場合に全体の消費電力量Ｗ_allが最小となるかを検出する。運転停止時間をΔＴ分ずつ増やしながらＷ_allの演算を行って、最適な停止時間Ｔを求めていくこととする。この例ではΔＴを１分と設定し、すなわち１時間のうち１分停止した場合、２分停止した場合、と１分刻みでＷ_allの演算を行い、６０分停止する場合まで演算を続ける。当然のことながら、６０分停止する場合をスタートとして、１分停止する場合まで、１分刻みでＷ_allの演算を行ってもよい。時間Ｔだけ停止したときの消費電力量Ｗ_allを、Ｗ_all（Ｔ）と表現する。なお、非停止時、すなわちＴ＝０のときのＷ_allはＷ_all（０）と表現する。

１時間の間に空調機器１２をＴ分停止した場合、変化量計算部２６は、空調機器１２の停止により変化する温度および湿度を計算により算出する。まず、変化量計算部２６は、空調機器１２で処理されない負荷熱量Ｑ_rem[kJ]を計算する。Ｑ_remは、
Ｑ_rem＝（Ｑ_all−Ｑ_SC）×（Ｔ／６０）
と表わされる。空調機器１２を停止することで、店舗内温湿度は設定温湿度から変化することとなり、この負荷熱量Ｑ_remは、変化後の店舗内温湿度を推定して求めるために用いられる。なお、Ｑ_allおよびＱ_SCも、店舗内温湿度の関数であるため、この時点ではＱ_remは求まらない。なお、説明を簡単にするため、以下では、Ｑ_remによる湿度の変化は考慮せず、Ｑ_remにより温度のみが変化させられるものとする。Ｑ_remにより変化した後の店舗内空気の温度をｔ_in2[℃]とすると、
Ｑ_rem＝ｍ×Ｃ_p×（ｔ_in2−ｔ_in1）
となる。Ｑ_remについての２つの数式から、温度ｔ_in2が算出される。
ｍ：店舗内空気質量
Ｃ_p：定圧比熱
ｔ_in1：設定温度
である。

なお、Ｑ_remにより変化する店舗内空気の湿度φ_in2[％]は、飽和水蒸気圧および絶対湿度から算出することが可能である。

店舗負荷熱量計算部３０は、推定される店舗内温度ｔ_in2および店舗内湿度φ_in2を用いて、店舗にかかる負荷熱量Ｑ_all（Ｔ）を計算する。なお既述のごとく、本実施例では、湿度φ_in2の変化分は考慮していない。Ｔ＝０の場合は、店舗内の温湿度データとして空調機器１２より提供された実際の温湿度データを利用していたが、Ｔが０でない場合は、推定される店舗内の温湿度データｔ_in2およびφ_in2を利用する。同様に、冷設機器負荷熱量計算部３２は、店舗内の温湿度データｔ_in2およびφ_in2を用いて、負荷熱量Ｑ_SC（Ｔ）を計算する。

続いて、空調機器１２にかかる負荷熱量は、推定される温湿度を設定温湿度まで復帰させるエネルギと、その後、その設定温湿度を維持するエネルギとに分けて算出する。すなわち、空調機器負荷熱量計算部３４は、空調機器１２にかかる負荷熱量を、店舗内空気の温湿度を設定されている温湿度まで復帰させるのに必要な熱量Ｑ_ret（Ｔ）[kJ]と、運転再開後（６０−Ｔ）分の間に、設定温湿度を維持するのに必要な負荷熱量Ｑ_ACとに分けて計算する。
Ｑ_ret（Ｔ）＝ｍ×Ｃ_p×（ｔ_in2−ｔ_in1）
Ｑ_AC（Ｔ）＝（Ｑ_all（Ｔ）−Ｑ_SC（Ｔ））×（（６０−Ｔ）／６０）

以上により、１時間のうちＴ分運転停止したときの空調機器１２にかかる負荷熱量（Ｑ_ret（Ｔ）＋Ｑ_AC（Ｔ））を求めることができる。電力量管理部４０における冷設機器消費電力量計算部４２は、冷設機器負荷熱量計算部３２において計算されたＱ_SC（Ｔ）をもとに、冷設機器１４の消費電力量Ｗ_SC（Ｔ）を計算する。また、空調機器消費電力量計算部４４は、空調機器負荷熱量計算部３４において計算された（Ｑ_ret（Ｔ）＋Ｑ_AC（Ｔ））をもとに、空調機器１２の消費電力量Ｗ_AC（Ｔ）を計算する。なお、冷設機器消費電力量計算部４２および空調機器消費電力量計算部４４は、空調機器１２および冷設機器１４におけるそれぞれの負荷−消費電力の特性曲線を用いて計算を行う。計算したＷ_SC（Ｔ）およびＷ_AC（Ｔ）は、運転制御部５０の停止時間算出部５２に送られ、停止時間算出部５２は、Ｗ_SC（Ｔ）とＷ_AC（Ｔ）を加えた消費電力量Ｗ_all（Ｔ）を算出する。

空調制御装置１０において、変化量計算部２６は、停止時間Ｔを１分から６０分まで１分刻みに設定したそれぞれの停止時間における変化量を計算し、停止時間算出部５２は、それぞれの消費電力量Ｗ_all（Ｔ）を算出し、基準となる消費電力量Ｗ_all（０）と比較する。Ｗ_all（Ｔ）＜Ｗ_all（０）が成立する場合、１時間のうちＴ分だけ空調機器１２の運転を停止すれば、全体の消費電力量が、空調機器１２を停止しない場合と比べて小さくなることが分かる。したがって、停止時間算出部５２は、Ｗ_all（Ｔ）＜Ｗ_all（０）を成立させる時間Ｔを、運転停止時間として求めてもよい。なお、好ましくは、Ｗ_all（Ｔ）＜Ｗ_all（０）を成立させ、且つＷ_all（Ｔ）を最も小さくするＴを選択することで、エネルギ的に効率のよい間欠運転を実行することが可能となる。制御信号送信指示部５４は、通信部１８を介して、Ｔ分間の運転停止信号を空調機器１２に送信する。空調機器１２は、この運転停止信号を受けて、Ｔ分間、運転を停止させる。Ｔ分間の停止後、空調機器１２は、設定温湿度に追従するように運転される。

図２は、実施例にかかる空調機器制御フローを示す。まず、空調機器１２の運転停止時間Ｔを決定し（Ｓ１０）、空調機器１２の運転を停止する（Ｓ１２）。運転停止中、現在の実際の室温ｔ_{in2_now}と、計算で予め算出している１分おきのｔ_{in2_cal}の差分を算出して、その差分が閾値α以下であるか否かを判定する（Ｓ１４）。これは夏場で空調機器１２を冷房機器として使用する場合に該当するステップであり、冬場であれば、ｔ_{in2_now}とｔ_{in2_cal}の差分が閾値β以上であるか否かを判定する。なお、夏場であるか冬場であるかは、空調機器１２に設定されているモードが「冷房」であるか「暖房」であるかによって判断される。Ｓ１４の判定は、停止期間中、常に行われる。あるタイミングにおいて、差分が所定の範囲外になると（Ｓ１４のＮ）、再度運転停止時間Ｔを決定しにいく。この場合、温湿度が設定値に戻るまで待ってもよいが、設定値からずれた状態から時間Ｔを決定してもよい。夏場において例えばα＝０と設定した場合、現在の室温ｔ_{in2_now}が推定室温ｔ_{in2_cal}と等しいことが好ましいが、例えば現在の室温ｔ_{in2_now}が推定室温ｔ_{in2_cal}以下であっても、予測よりも室温が下がっている状態であるため、夏場においては問題ない。一方、現在の室温ｔ_{in2_now}が推定室温ｔ_{in2_cal}以上であれば、現在の室温が予測よりも高い状態にあることになる。僅かに高い場合は問題ないが、ｔ_{in2_now}がｔ_{in2_cal}よりも非常に大きい場合には、空調機器１２の運転停止を解除して、再運転する必要がある。このように、計算値とのずれを許容可能な範囲という意味で、閾値αが設定される。冬場の場合の閾値βも同様である。

運転停止中、差分の所定の条件が常に満たされていれば（Ｓ１４のＹ）、時間Ｔの経過後、空調機器１２の運転停止を終了して（Ｓ１６）、運転を再開する。なお、この例では、１時間のうち、最初のＴ分間の運転を停止して、残りの（６０−Ｔ）分間に再運転するという間欠運転を行っているが、別の例では、１時間の中でＴ分間を複数に分割して、オンオフの切替を多くし、運転停止期間が全体でＴ分となるように間欠運転を行ってもよい。オンとオフの切替を１回とする場合、オフ期間が長くなり、Ｔ分後の温湿度の変化量が大きくなる場合があるが、オンオフの切替を複数回に分割して行う場合には、オフ期間おける温湿度の変化量を小さくできるため、快適性を損なう可能性を低減することができる。

図３は、図２に示す運転停止時間Ｔを決定するＳ１０の詳細なフローを示す。まず、空調機器１２の運転停止時間Ｔの初期値を０にセットする（Ｓ２０）。また、空調機器１２の運転を停止してからＴ分後に推定される店舗内の温度ｔ_in2（Ｔ）および湿度φ_in2（Ｔ）の初期値を、それぞれ空調機器１２の設定温度ｔ_{in2_set}および設定湿度φ_{in2_set}にセットする。なお、ここでは湿度も調整することのできる空調機器１２を想定しているが、温度のみを調整することのできる空調機器１２であってもよい。

まずＴ＝０において、１時間あたりに店舗にかかる負荷熱量Ｑ_all（Ｔ）を算出し（Ｓ２２）、冷設機器１４にかかる負荷熱量Ｑ_SC（Ｔ）を算出する（Ｓ２４）。次に、温度変化に寄与する負荷熱量Ｑ_rem（Ｔ）を算出する（Ｓ２８）。Ｔ＝０のとき、空調機器１２の運転は停止しないため、運転停止にともなう温度変化は発生せず、Ｑ_rem（Ｔ）は０となる。続いて、Ｑ_rem（Ｔ）をもとに、停止Ｔ分後に推定される店舗内温度ｔ_in2（Ｔ）および店舗内湿度φ_in2（Ｔ）を算出する（Ｓ３０）。Ｔ＝０のとき、店舗内温度ｔ_in2（Ｔ）および店舗内湿度φ_in2（Ｔ）は設定温度ｔ_{in2_set}および設定湿度φ_{in2_set}に等しい。続いて、負荷熱量Ｑ_SC（Ｔ）をもとに冷設機器１４のＷ_SC（Ｔ）を算出する（Ｓ２６）。

次に、店舗内温度ｔ_in2（Ｔ）をもとに、室温復帰に必要な負荷熱量Ｑ_ret（Ｔ）を算出する（Ｓ３２）。なお、ここでは温度のみを考慮しているが、湿度も復帰させる場合には、湿度の復帰エネルギも加味してＱ_ret（Ｔ）を算出する。Ｑ_ret（Ｔ）により、室温が設定温度ｔ_{in2_set}に復帰し、残りの（６０−Ｔ）分について、室温の維持に必要な負荷熱量Ｑ_AC（Ｔ）を算出する（Ｓ３４）。なおＴ＝０のとき、Ｑ_ret（Ｔ）は０である。Ｑ_ret（Ｔ）およびＱ_AC（Ｔ）をもとに、空調機器１２の消費電力量Ｗ_AC（Ｔ）を算出する（Ｓ３６）。Ｗ_SC（Ｔ）およびＷ_AC（Ｔ）は加算され、空調機器１２と冷設機器１４の全体の消費電力量Ｗ_all（Ｔ）が求められる（Ｓ４４）。

Ｔが６０より小さい場合（Ｓ３８のＹ）、すなわち停止時間Ｔが１時間（６０分）を超えない範囲で、推定される店舗内温度ｔ_in2（Ｔ）が閾値ａ以下であるか否かを判定する（Ｓ４０）。これは夏場の場合であって、閾値ａは、夏場における快適性を損なわない値に設定される。なお、冬場の場合には、Ｓ４０では、温度ｔ_in2（Ｔ）が閾値ｂ以上であるか否かを判定することになる。これにより、空調機器１２の本来の機能を損なうことなく、効率的に省エネ化を実現できることになる。この条件を満足する場合（Ｓ４０のＹ）、ＴをΔＴ（例えば、１分）だけインクリメントして、再度Ｓ２２からＳ４０までのステップを繰り返す。

Ｔが０でない場合、すなわち空調機器１２の間欠運転をシミュレーションする場合、温湿度の変化量を推定することで、各負荷熱量を推定することが可能となる。空調機器１２を停止すると、夏場においては室温が上昇し、また冬場においては室温が下降することになるが、変化量計算部２６がこの温湿度の変化分を計算し、温湿度の変化に応じて店舗にかかるＱ_all（Ｔ）、冷設機器１４にかかるＱ_SC（Ｔ）を求めることで、それぞれの停止時間Ｔにおける消費電力量Ｗ_all（Ｔ）を求めることが可能となる。

Ｓ４２においてＴをΔＴずつインクリメントしていき、Ｓ３８において、Ｔが６０を超えた場合には（Ｓ３８のＮ）、Ｔ＝０から６０までの間の中からＷ_all（Ｔ）の最小値を検索する（Ｓ４６）。なお、Ｓ４０において、温度条件が満たされなかった場合にも（Ｓ４０のＮ）、Ｓ４６のステップが実行される。これにより、最適な停止時間Ｔを決定して（Ｓ４８）、空調機器１２の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行う。Ｓ４８において、Ｔ＝０が最適な停止時間と決定された場合、空調機器１２を常に運転させておくことで最も小さい消費電力量を実現できることが示され、またＴ＝６０が最適な停止時間と決定された場合、空調機器１２を１時間の間、運転させないことで最も小さい消費電力量を実現できることが示される。また、０＜Ｔ＜６０の範囲で最適なＴが導出される場合には、そのＴを停止時間とする間欠運転をすることで、最も小さい消費電力量を実現できる。

以上、実施例をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施例に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。

例えば、実施例では、１時間における最適な運転停止時間Ｔを導出しているが、例えば３０分、２時間などの１時間以外の所定時間における時間Ｔを導出してもよい。また、所定時間における時間Ｔを算出するだけでなく、運転停止時間Ｔを例えば５分と設定した場合の最適な運転時間を求めてもよい。いずれにしても、運転時間と運転停止時間の最適なスケジューリングを行えればよく、その手法の一例として運転時間と運転停止時間Ｔの割合を定めてもよい。スケジューリングの結果として、所定の運転時間に対する運転停止時間Ｔを求めるのか、または所定の運転停止時間Ｔに対する運転時間を求めるのか、さらには所定時間における運転停止時間Ｔを求めるのかは、いずれであってもよい。

また上述の実施例では、運転停止時間Ｔを算出するための時間を固定（１時間）とした場合について説明したが、変形例として、時間Ｔを算出するための時間を可変としてもよい。この変形例では、時間Ｔを算出するための時間を「サイクル時間」と呼ぶ。例えば、店舗内外の温度差をキーとして、サイクル時間を決定して、そのサイクル時間における運転時間および運転停止時間Ｔを求め、続いて、店舗内外の温度差をもとに次のサイクル時間を決定して、そのサイクル時間における運転時間および運転停止時間Ｔを求めるということを次々と行ってもよい。このように変形例では、室内外の温度差に基づいてサイクル時間を設定する。具体的に温度差が大きい場合にはサイクル時間を短くし、また温度差が小さい場合にはサイクル時間を長くする。サイクル時間を短くすることにより、運転停止中の温度変化量を大きくしないように省エネ制御を行うことが可能となり、またサイクル時間を長くすることにより、運転のオンオフ回数を少なくして、制御を単純化することが可能となる。

図４は、サイクル時間を決定する制御フローを示す。まず室外気温ｔ_outと室内気温ｔ_{in2_now}から、室内外気温の温度差ｔ_difを求める（Ｓ６０）。この温度差ｔ_difを閾値ｃ１と比較する（Ｓ６２）。閾値ｃ１よりも小さければ（Ｓ６２のＹ）、サイクル時間をｔ_c1に決定する（Ｓ６４）。閾値ｃ１以上であれば（Ｓ６２のＮ）、温度差ｔ_difが閾値ｃ１以上であり且つ閾値ｃ２よりも小さいかを判定する（Ｓ６６）。閾値ｃ１以上であり、閾値ｃ２よりも小さければ（Ｓ６６のＹ）、サイクル時間をｔ_c2に決定する（Ｓ６８）。閾値ｃ２以上であれば（Ｓ６６のＮ）、温度差ｔ_difが閾値ｃ２以上であり且つ閾値ｃ３よりも小さいかを判定する（Ｓ７０）。閾値ｃ２以上であり、閾値ｃ３よりも小さければ（Ｓ７０のＹ）、サイクル時間をｔ_c3に決定する（Ｓ７２）。閾値ｃ３以上であれば（Ｓ７０のＮ）、温度差ｔ_difを他の閾値と比較して、サイクル時間を求めていく。なお、ｔ_c3＜ｔ_c2＜ｔ_c1である。このように、温度差ｔ_difが大きいほどサイクル時間を短くとることで、運転停止に伴う時間あたりの温度変化量を小さくでき、快適性を損なう可能性を低減することができる。

また、実施例に関して説明したように、算出した時間Ｔを複数に分割して、サイクル時間中におけるオンオフの切替を複数回行ってもよい。この場合、温度差ｔ_difに基づいて分割方法を定めてもよい。時間Ｔを均等に分割して１時間の間に均等な時間間隔で振り分けた場合、停止時間幅が大きいと室温変化量が大きくなる場合がある。温度差ｔ_difが大きい場合、前回のサイクル時間における間欠運転の空調機器１２の停止直後付近の停止時間幅を狭くし、徐々に分割幅を広げるように夫々の停止時間幅を設定することにより、時間あたりの温度変化の度合いを小さくすることができる。また、温度差ｔ_difが大きい場合は、小さい場合と比較して分割数を多くしてもよい。これによっても、時間あたりの温度変化の度合いを小さくすることが可能となる。

また、空調機器１２が複数存在する場合、空調制御装置１０は、複数の空調機器１２の運転を一斉に制御してもよいが、例えば、複数の空調機器１２の停止を同時に行った後、室内負荷と各空調機器１２の処理能力の関係から、空調機器１２が最も効率よく運転されるように複数の空調機器１２の運転を個別に制御してもよい。空調機器１２の能力として、例えば２７℃６０％の室内負荷条件時の定格出力やＣＯＰ（Coefficient of Performance）値などで表されているが、この室内負荷条件から外れた状態での運転では、ＣＯＰ値が悪くなる、すなわち消費電力が余計にかかる場合がある。なお、ＣＯＰは、エネルギ消費効率を意味し、その値が高いほどエネルギ効率がよく、同じ負荷熱量を処理するのに必要な電力が少なくてすむ。

ＣＯＰ値の異なる複数の空調機器１２が存在する場合、運転停止状態から、全ての空調機器１２を一斉に運転開始させるよりも、１つずつ空調機器１２を運転再開させる方が全体のエネルギ効率が上がる場合がある。空調制御装置１０は、全ての空調機器１２を一斉に運転再開させた場合と、例えば最もＣＯＰ値の高い空調機器１２から運転再開させ、ある程度室内負荷が減って他の空調機器１２でも良好なエネルギ効率が得られるようになってから他の空調機器を運転再開させた場合とを比較し、消費電力が少なくなる方を選択することも可能である。これは、空調機器負荷熱量計算部３４および空調機器消費電力量計算部４４において計算された値に基づいて、運転制御部５０が、全体の消費電力が下がるように各空調機器１２の運転をスケジューリングすることで実現される。一例としては、ＣＯＰの高い順に空調機器１２を運転開始させるようにしてもよい。このように、運転制御部５０は、各空調機器１２のＣＯＰなどをもとに運転のスケジューリングを行うことで、さらに効率よく空間全体の省エネ化を実現することができる。

店舗システムの構成図である。 空調機器の制御フローである。 運転停止時間を決定するフローである。 サイクル時間を決定する制御フローである。

符号の説明

１・・・店舗システム、１０・・・空調制御装置、１２・・・空調機器、１４・・・冷設機器、１６・・・店舗外温湿度センサ、１８・・・通信部、２０・・・負荷熱量管理部、２２・・・熱量演算部、２４・・・データ処理部、２６・・・変化量計算部、３０・・・店舗負荷熱量計算部、３２・・・冷設機器負荷熱量計算部、３４・・・空調機器負荷熱量計算部、４０・・・電力量管理部、４２・・・冷設機器消費電力量計算部、４４・・・空調機器消費電力量計算部、５０・・・運転制御部、５２・・・停止時間算出部、５４・・・制御信号送信指示部。

Claims (15)

1. 空調機器と、熱量の吸収を行う冷設機器が存在する空間において空調機器の運転を制御する空調制御装置であって、
   冷設機器にかかる負荷熱量を計算する第１熱量計算部と、
   空調機器にかかる負荷熱量を計算する第２熱量計算部と、
   空調機器を停止した場合の空間温度の変化量を計算する変化量計算部と、
   第１熱量計算部および第２熱量計算部が、前記変化量計算部により計算された温度変化量を用いてそれぞれ負荷熱量を計算した計算結果をもとに、空調機器を間欠運転した場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算する第１電力量計算部と、
   第１熱量計算部および第２熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器の運転を停止しない場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算する第２電力量計算部と、
   第１電力量計算部および第２電力量計算部による計算結果をもとに、空調機器および冷設機器の全体の消費電力量を、運転停止しない場合の全体の消費電力量よりも小さくするように、空調機器の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行う運転制御部と、
   を備えることを特徴とする空調制御装置。
2. 空調機器と、熱量の吸収を行う冷設機器が存在する空間において空調機器の運転を制御する空調制御装置であって、
   冷設機器にかかる負荷熱量を計算する第１熱量計算部と、
   空調機器にかかる負荷熱量を計算する第２熱量計算部と、
   空調機器を停止した場合の空間温度の変化量を計算する変化量計算部と、
   第１熱量計算部および第２熱量計算部が、前記変化量計算部により計算された温度変化量を用いてそれぞれ負荷熱量を計算した計算結果をもとに、空調機器を間欠運転した場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算する第１電力量計算部と、
   第１電力量計算部による計算結果をもとに、空調機器および冷設機器の全体の消費電力量を最小とするように、空調機器の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行う運転制御部と、
   を備えることを特徴とする空調制御装置。
3. 前記変化量計算部は、空調機器の停止により空調機器で処理されなくなる負荷熱量を計算し、その計算結果をもとに空間温度の変化量を計算し、
   前記第１熱量計算部は、空調機器の運転停止時に冷設機器にかかる負荷熱量を計算し、
   前記第２熱量計算部は、空調機器の運転再開後に設定されている温度まで復帰させるのに必要な負荷熱量を計算して、空調機器にかかる負荷熱量を計算することを特徴とする請求項１または２に記載の空調制御装置。
4. 運転制御部は、所定時間における運転停止時間を導出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の空調制御装置。
5. 運転制御部は、運転時間と運転停止時間の割合を定めることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の空調制御装置。
6. 冷設機器にかかる負荷熱量を計算する第１計算ステップと、
   空調機器にかかる負荷熱量を計算する第２計算ステップと、
   空調機器を停止した場合の空間温度の変化量を計算する第３計算ステップと、
   前記第３計算ステップにおいて計算された温度変化量を用いて前記第１計算ステップおよび前記第２計算ステップのそれぞれで計算した負荷熱量をもとに、空調機器の運転を間欠運転した場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算するステップと、
   前記第１計算ステップおよび前記第２計算ステップのそれぞれで計算した負荷熱量をもとに、空調機器の運転を停止しない場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算するステップと、
   空調機器および冷設機器の全体の消費電力量を、運転停止しない場合の全体の消費電力量よりも小さくするように、空調機器の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行うステップと、
   を備えたことを特徴とする空調機器の運転制御方法。
7. 冷設機器にかかる負荷熱量を計算する第１計算ステップと、
   空調機器にかかる負荷熱量を計算する第２計算ステップと、
   空調機器を停止した場合の空間温度の変化量を計算する第３計算ステップと、
   前記第３計算ステップにおいて計算された温度変化量を用いて前記第１計算ステップおよび前記第２計算ステップのそれぞれで計算した負荷熱量をもとに、空調機器の運転を間欠運転した場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算するステップと、
   計算した消費電力量をもとに、空調機器および冷設機器の全体の消費電力量を最小とするように、空調機器の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行うステップと、
   を備えたことを特徴とする空調機器の運転制御方法。
8. 前記第３計算ステップは、空調機器の停止により空調機器で処理されなくなる負荷熱量を計算して、その計算結果をもとに空間温度の変化量を計算するステップを含み、
   前記第１計算ステップは、空調機器の運転停止時に冷設機器にかかる負荷熱量を計算するステップを含み、
   前記第２計算ステップは、空調機器の運転再開後に設定されている温度まで復帰させるのに必要な負荷熱量を計算して、空調機器にかかる負荷熱量を計算するステップを含む、ことを特徴とする請求項６または７に記載の空調機器の運転制御方法。
9. スケジューリングを行うステップは、所定時間における運転停止時間を導出するステップを含むことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の空調機器の運転制御方法。
10. スケジューリングを行うステップは、運転時間と運転停止時間の割合を定めるステップを含むことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の空調機器の運転制御方法。
11. コンピュータに、
    冷設機器にかかる負荷熱量を計算する機能と、
    空調機器にかかる負荷熱量を計算する機能と、
    空調機器を停止した場合の空間温度の変化量を計算する機能と、
    計算した温度変化量を用いて計算した冷設機器にかかる負荷熱量および空調機器にかかる負荷熱量をもとに、空調機器の運転を間欠運転した場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算する機能と、
    計算した冷設機器にかかる負荷熱量および空調機器にかかる負荷熱量をもとに、空調機器の運転を停止しない場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算する機能と、
    空調機器および冷設機器の全体の消費電力量を、運転停止しない場合の全体の消費電力量よりも小さくするように、空調機器の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行う機能と、
    を実行させるためのプログラム。
12. コンピュータに、
    冷設機器にかかる負荷熱量を計算する機能と、
    空調機器にかかる負荷熱量を計算する機能と、
    空調機器を停止した場合の空間温度の変化量を計算する機能と、
    計算した温度変化量を用いて計算される冷設機器にかかる負荷熱量および空調機器にかかる負荷熱量をもとに、空調機器の運転を間欠運転した場合の空調機器および冷設機器の消費電力量を計算する機能と、
    計算した消費電力量をもとに、空調機器および冷設機器の全体の消費電力量を最小とするように、空調機器の運転時間と運転停止時間のスケジューリングを行う機能と、
    を実行させるためのプログラム。
13. 前記空間温度の変化量を計算する機能は、空調機器の停止により空調機器で処理されなくなる負荷熱量を計算して、その計算結果をもとに空間温度の変化量を計算する機能を含み、
    前記冷設機器にかかる負荷熱量を計算する機能は、空調機器の運転停止時に冷設機器にかかる負荷熱量を計算する機能を含み、
    前記空調機器にかかる負荷熱量を計算する機能は、空調機器の運転再開後に設定されている温度まで復帰させるのに必要な負荷熱量を計算して、空調機器にかかる負荷熱量を計算する機能を含む、ことを特徴とする請求項１１または１２に記載のプログラム。
14. 所定時間における運転停止時間を導出する機能をさらにコンピュータに実行させるための請求項１１から１３のいずれかに記載のプログラム。
15. 運転時間と運転停止時間の割合を定める機能をさらにコンピュータに実行させるための請求項１１から１３のいずれかに記載のプログラム。

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