JPH0979650A

JPH0979650A - 多室空気調和機

Info

Publication number: JPH0979650A
Application number: JP7239391A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Yoshida; 康孝吉田; Yozo Hibino; 陽三日比野; Hiroshi Yasuda; 弘安田; Susumu Nakayama; 進中山; Kensaku Kokuni; 研作小国
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-03-28
Anticipated expiration: 2015-09-19
Also published as: JP3278712B2

Abstract

(57)【要約】【目的】年間エネルギ消費効率を向上でき、快適で省
電力である空気調和を行なう多室空気調和機を提供す
る。【構成】本多室空気調和機は、利用家屋の実際の空調
負荷を算定するオンラインシステム同定器５１と、空調
負荷の要因となる室外空気温度の確率分布を考慮に入れ
て年間エネルギ消費効率を最大とするフィードバック実
効年間消費エネルギ効率最大化操作量演算器４７とを有
する制御演算装置３２を有している。【効果】年間を通じてトータルな効率が最高であり、
省電力である空気調和ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一台の室外機と一台ま
たは複数台の室内機によって、利用部の空気の過熱や冷
却を行う多室空気調和機に関し、特に、利用部の空気温
度等を低消費電力で制御する多室空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような従来の多室空気調和機として
は、省エネルギ制御をするもの、すなわち低消費電力化
を図ったものとして特開昭６３−２５４４６号公報等に
記載されているものがある。

【０００３】また、システム同定を用いた制御技術を有
する多室空気調和機としては、特開昭６２−１２８８１
６号公報、特開昭６３−２８２４４１号公報、特開平３
−１３７５４号公報等に記載されている技術がある。

【０００４】そして、従来の多室空気調和機における運
転制御技術では、その制御量や外乱等の状態量を確定的
な変数として考慮していた。例えば、ある室外空気温度
が、空調負荷として印加した場合に、その特定の室外空
気温度条件のもとで希望の室温等の状態に制御できるよ
う様々な考慮がなされていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来の多室空気調和機では、その室外空気温度が確率的に
出現し、どのような頻度で出現するか、また、その確率
分布が分かった場合に、如何にすれば希望の状態が統計
的に好都合に維持できるか等の考慮はなされていなかっ
た。

【０００６】また、システム同定に関する従来の制御技
術では、制御定数を設計段階で決めるので、予め多室空
気調和機の特性を調べておく制御方式であるオフライン
システム同定が用いられている。これにより、従来の多
室空気調和機では、空気調和の対象となる利用家屋の空
調負荷等のような、多室空気調和機が設置されるまで未
知なパラメータについてまで対応した運転制御をするこ
とができなかった。

【０００７】一方、上述したように、実際の現象は、何
らかの不確定要素を含む確率事象である。ここで、確率
事象とは、例えば、図５に示すような、ある冷房期間中
における冷房を必要とする各温度（室外空気温度）の発
生頻度をあげることができる。従って、その不確定要素
を認識して設計を行なわなければ、統計的に良好な制御
が行えない。

【０００８】ところが多室空気調和機についての全ての
状態量に関する確率分布を入手することは不可能であ
り、また、可能だとしても、全ての確率現象を取り扱う
と非常に煩雑になり、それが最適であるとは限らない。

【０００９】ただ、図５に示す室外空気温度のように、
出現頻度分布という過去のデータが豊富で、しかも重要
な事象に関しては、予めその事象自体の不確定性や、統
計的性格を考慮にいれた制御手法が有効である。

【００１０】例えば、多室空気調和機の効率に関して、
多室空気調和機のエネルギ消費効率ＣＯＰは、下記数式
１として定義される。

【００１１】

【数１】

【００１２】ここで、Φは多室空気調和機能力、Ｐは多
室空気調和機の消費電力である。ところが、このＣＯＰ
は、標準空気温度条件と呼ばれるある特定の室外空気温
度（空調負荷）条件における値であって、必ずしも多室
空気調和機の性能を表したものとはいえない。

【００１３】近年、その欠点を補うために、年間エネル
ギ消費効率（ＡＰＦ）と呼ばれる、｛（冷房・暖房各期
間の空調負荷×頻度）の合計｝／｛（冷房・暖房の各期
間の消費電力×頻度）の合計｝が多室空気調和機の性能
を表す成績係数として使用されるようになった。このＡ
ＰＦは、各期間の空調負荷及び消費電力に統計的な考え
方を考慮にいれたもので、実際に近いより実用的な効率
を表している。

【００１４】しかし、従来の多室空気調和機における様
々な制御法は、室内空気温度、室外空気温度等の状態
量、及びその制御法のための評価関数に対しても確定的
な取り扱いをする制御法であり、このＡＰＦに代表され
るような統計評価関数に対しては、考慮していなかっ
た。

【００１５】そこで、本発明は、状態量及び評価関数を
統計的なものとして捉え、統計概念を導入することによ
って、より精密で、高効率な制御を行ない、ＡＰＦ等の
統計評価関数に対しても成績を向上させることができる
多室空気調和機を提供することを目的とする。

【００１６】また、本発明は、下記数式３に表されるよ
うな、実際に多室空気調和機が設置された後でないと予
測不可能な実効年間エネルギ消費効率σを、オンライン
システム同定器を用いて、高効率化する多室空気調和機
を提供することを目的とする

【００１７】。

【課題を解決するための手段】本発明の多室空気調和機
は、室外機と、室内機を一台または複数台設け、前記室
外機と前記室内機とを配管接続して閉回路となし、前記
閉回路の中に冷媒を封入し、前記室外機においては、周
波数可変の圧縮機と室外熱交換器及び室外電子膨張弁を
配管接続するとともに、前記室外熱交換器に送風する室
外ファンを備え、前記室内機においては、室内空気と熱
交換を行う室内熱交換器と前記室内熱交換器の冷媒の流
量を調節する室内電子膨張弁を順次配管接続するととも
に、前記室内熱交換器に送風する室内ファンを備えて形
成する多室空気調和機において、室内空気温度と室外空
気温度とのうちの少なくとも一方を含む制御量や外乱を
少なくとも含む各状態量を、ある確率分布に従った不確
定な挙動をする確率変数とみなし、エネルギ効率を少な
くとも含む評価関数を、確率事象を確定値に処理する統
計評価関数とし、この統計評価関数を最適化する制御装
置を有することを特徴とする。

【００１８】また、本発明の多室空気調和機において、
制御装置は、室外空気温度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧
縮機冷媒吸入圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電
力、室内空気温度及び室内吹き出し空気温度を少なくと
も含む各状態量を検知する検知手段と、圧縮機駆動周波
数、室外ファン回転数、室外電子膨張弁開度、室内ファ
ン回転数及び室内電子膨張弁開度を少なくとも含む各操
作量を操作する操作手段と、設定室内空気温度を少なく
とも含む設定値を設定する設定手段と、多室空気調和機
についての年間を通じたエネルギ消費効率の値である年
間エネルギ消費効率（ＡＰＦ）を統計評価関数として最
大化するＡＰＦ最大化操作量演算器とを有することが好
ましい。

【００１９】また、本発明の多室空気調和機において、
制御装置は、室外空気温度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧
縮機冷媒吸入圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電
力、室内空気温度及び室内吹き出し空気温度を少なくと
も含む各状態量を検知する検知手段と、圧縮機駆動周波
数、室外ファン回転数、室外電子膨張弁開度、室内ファ
ン回転数及び室内電子膨張弁開度を少なくとも含む各操
作量を操作する操作手段と、設定室内空気温度を少なく
とも含む設定値を設定する設定手段と、前記各操作量に
ついての信号を要素とする操作量信号ベクトルと前記検
知手段が検知した各信号を要素とする検知信号ベクトル
とを入力して、多室空気調和機を少なくとも含む各制御
対象の特性を表すパラメータ推定値信号ベクトルを同定
出力するオンラインシステム同定器と、前記検知信号ベ
クトルと前記パラメータ推定信号ベクトルと前記設定手
段が設定した設定値を要素とする設定値信号ベクトルと
を入力し、年間エネルギ消費効率（ＡＰＦ）を統計評価
関数として最大化するＡＰＦ最大化操作量信号ベクトル
を出力するフィードバック演算器とを有することが好ま
しい。

【００２０】また、本発明の多室空気調和機において、
制御装置は、室外空気温度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧
縮機冷媒吸入圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電
力、室内空気温度及び室内吹き出し空気温度を少なくと
も含む各状態量を検知する検知手段と、圧縮機駆動周波
数、室外ファン回転数、室外電子膨張弁開度、室内ファ
ン回転数及び室内電子膨張弁開度を少なくとも含む各操
作量を操作する操作手段と、設定室内空気温度を少なく
とも含む設定値を設定する設定手段と、前記各操作量に
ついての信号を要素とする操作量信号ベクトルと前記検
知手段が検知した各信号を要素とする検知信号ベクトル
とを入力して、多室空気調和機を少なくとも含む各制御
対象の特性を表すパラメータ推定値信号ベクトルを同定
出力するオンラインシステム同定器と、前記検知信号ベ
クトルと前記パラメータ推定信号ベクトルと前記設定手
段が設定した設定値を要素とする設定値信号ベクトルと
を入力し、実際の多室空気調和機設置利用家屋において
の年間エネルギ消費効率を統計評価関数として最大化す
る、実効年間エネルギ消費効率最大化操作量信号ベクト
ルを出力するフィードバック実効年間エネルギ消費効率
最大化操作量演算器とを有することが好ましい。

【００２１】

【作用】本多室空気調和機における制御装置は、設定熱
環境空間を得るための方策として、複数の利用部室内空
気温度、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機冷媒吸入圧力、圧
縮機冷媒吐出過熱度、多室空気調和機能力等の制御量
が、それぞれ決められた設定値に一致するように、圧縮
機の周波数や室外電子膨張弁開度、室内電子膨張弁開度
や室外及び室内ファンといった操作量を制御するもので
ある。

【００２２】すなわち、本多室空気調和機における制御
装置は、多室空気調和機全体が常に適正な運転状態とな
ることを制御目的とし、安定かつ安全な運転を保持する
とともに、空調負荷の増減に応じた暖房あるいは冷房能
力を発揮させ、使用者に好ましい熱環境空間を得ること
を制御目的としている。

【００２３】ここで、本発明の多室空気調和機の制御装
置では、年間エネルギ消費効率（ＡＰＦ）等のような確
率事象に対しては、統計的概念を導入し、統計的評価関
数を良好化する制御を行なう。

【００２４】加えてオンラインシステム同定法によって
多室空気調和機と利用家屋の特性を明らかにし、結果を
利用することで、より精密、高効率に制御を行なうこと
ができ、省電力化に大いに貢献することができる。

【００２５】すなわち、本多室空気調和機の制御装置に
おける確率事象に対応する手法は、確率事象を確定的な
ものに変換する演算方法である。例えば、ＡＰＦは、元
々確率事象である多室空気調和機エネルギ消費効率を、
室外空気温度の確率分布を用いて確定量に変換したもの
である。このような変換演算値としては、期待値、相
関、分散等があり、これらは確率事象の統計的性格を表
すものである。それらの確率事象の演算方法を導入する
ことによって、ＡＰＦ等統計的評価関数の良好化を行な
う。

【００２６】多室空気調和機の年間エネルギ消費効率
（ＡＰＦ）は、下記数式２として定義される。

【００２７】

【数２】

【００２８】ここで、ＢＬ_hは空調負荷、Ｐは多室空気
調和機消費電力、Ｔ₀は室外空気温度、Ｘは運転率、Ｐ
ＬＦは部分負荷係数、ｃ_Dは成績劣化係数、Ｐ_RHは空調
負荷に対して多室空気調和機の暖房能力の不足を補うた
めの電熱装置の消費電力、ｎはある室外空気温度につい
ての出現時間、ｊは室外空気温度分布を離散分布で段階
的に与えたとき、その刻みの番号を表すパラメータであ
る。また、添字ｃは冷房期間について、添字ｈは暖房期
間について表している。

【００２９】このＡＰＦは、多室空気調和機の能力をも
とに定められた空調負荷と、多室空気調和機の消費電力
で計算されるが、この多室空気調和機の能力と消費電力
は、当然、室外、室内電子膨張弁開度、室外、室内ファ
ン回転数、圧縮機駆動周波数等の操作量に依存する。し
たがって、ＡＰＦは操作量に関しての関数である。

【００３０】また、室外空気温度の分布が予め既知であ
るので、期待値を最大化する演算方法を用いて、ＡＰＦ
最大化操作量を計算することができる。このような操作
量を常に出力する制御装置を備えた本発明の多室空気調
和機は、省電力化に大いに貢献することができる。

【００３１】さらに年間エネルギ消費効率向上の補助手
法としては、実際に多室空気調和機を運転する際にシス
テム同定を行う、オンラインシステム同定法を用いるこ
とが好ましい。これにより、上記の考え方をさらに一歩
進めることができ、より一層の省電力化を達成すること
ができる。

【００３２】このオンラインシステム同定法は、多室空
気調和機が設置されてから後では測定が困難な多室空気
調和機の設置後の特性や、空調負荷を表す利用家屋の熱
通過係数等も同定するものである。

【００３３】これらにより、本多室空気調和機は、様々
な条件を持った個々の設置場所において、年間エネルギ
消費効率を統計評価関数として最大化すなわち良好化す
ることができる。

【００３４】上述のＡＰＦを算出する場合において、空
調負荷ＢＬ（Ｔ₀）は、多室空気調和機単体の能力と予
め定められた中立温度から算定するものであって、多室
空気調和機の設置される利用家屋の実際の空調負荷を表
しているものではない。多室空気調和機の能力や消費電
力も、実験場所で測定したある特定の値にすぎない。

【００３５】よって、ＡＰＦを最大化する意味は、多室
空気調和機単独の性能を最大化することで、必ずしも実
際の使用状況にける年間消費エネルギ消費電力を最大化
することではない。しかし、オンラインシステム同定
は、利用家屋の空調負荷、多室空気調和機の能力、消費
電力を検出し、下記数式３に表すような実効年間消費エ
ネルギ消費効率σを最大化することができる。

【００３６】

【数３】

【００３７】ここで、分子のＬ（Ｔ₀）は、利用家屋の
実際の空調負荷である。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００３９】図１は、本発明の実施例に係る多室空気調
和機の主要部を示すブロック線図である。また、図３
は、本発明の実施例に係る多室空気調和機の全体構成と
その利用家屋についての配置を示す説明図である。

【００４０】本多室空気調和機は、室外機１と、室内機
９１，９２を有し、室外機１と室内機９１，９２とを配
管接続して閉回路となし、この閉回路の中に冷媒を封入
している。

【００４１】そして、室外機１は、少なくとも一台の周
波数可変の圧縮機２と室外熱交換器３及び室外電子膨張
弁８を配管接続するとともに、室外熱交換器３に送風す
る室外ファン４を備えているとともに、アキュムレータ
５、四方弁６及びレシーバ７をも備えている。

【００４２】室内機９１，９２は、室内空気と熱交換を
行う室内熱交換器１０１，１０２と室内熱交換器１０
１，１０２の冷媒の循環量を調節する室内電子膨張弁１
２１、１２２を順次配管接続するとともに、室内熱交換
器１０１，１０２に送風する室内ファン１１１、１１２
を備えている。

【００４３】ここで、室外機１及び複数の室内機９１，
９２の各ガス側及び液側を、各々ガス側管路１３及び液
側管路１４と分岐管１５１，１５２で接続して閉回路と
なし、その閉回路の内部に冷媒を封入している。

【００４４】さらに、本多室空気調和機は、室内空気温
度と室外空気温度とのうちの少なくとも一方を含む制御
量や外乱を少なくとも含む各状態量を、ある確率分布に
従った不確定な挙動をする確率変数とみなし、エネルギ
効率を少なくとも含む評価関数を、確率事象を確定値に
処理する統計評価関数とし、この統計評価関数を最適化
する制御装置として制御演算装置３２を有する。

【００４５】さらにまた、本多室空気調和機は、制御装
置における検知手段として、室外空気温度を検知する室
外空気温度検知器１７、圧縮機冷媒吐出温度検知器及び
冷媒過熱度演算器からなる圧縮機冷媒吐出過熱度検知器
１８、圧縮機冷媒吸入圧力を検知する圧縮機冷媒吸入圧
力検知器１９、圧縮機冷媒吐出圧力を検知する圧縮機冷
媒吐出圧力検知器２０、圧縮機２の電力を検知する圧縮
機電力検知器２１、室外ファン４の電力を検知する室外
ファン電力検知器２４、利用部１６１，１６２の利用部
室内空気温度を検知する利用部室内空気温度検知器２６
１，２６２、利用部への吹き出し空気温度を検知する利
用部吹き出し空気温度検知器２７１，２７２、室内ファ
ン１１１，１１２の電力を検知する室内ファン電力検知
器２９１，２９２を備えている。

【００４６】さらにまた、本多室空気調和機は、制御装
置における操作手段として、圧縮機２の周波数を操作す
るインバータ圧縮機操作器２２、室外ファン４の送風能
力を操作する室外側送風能力操作器２３、室外電子膨張
弁８の開度を操作する室外電子膨張弁開度操作器２５、
室内ファン１１１，１１２の送風能力を操作する室内側
送風能力操作器２８１，２８２、室内電子膨張弁１２
１，１２２の冷媒循環量を操作する室内電子膨張弁開度
操作器３０１，３０２を備えている。

【００４７】さらにまた、本多室空気調和機は、制御装
置における設定手段として、予め与えられた設定値を記
憶、あるいは使用者が好みの熱環境を設定するための設
定器３１１，３１２を備えている。

【００４８】これらにより、本多室空気調和機は、利用
部１６１，１６２の空調環境を調整する。

【００４９】次に、本多室空気調和機の動作について説
明する。先ず、多室空気調和機の年間エネルギ消費効率
（ＡＰＦ）を最大化するための制御動作について、暖房
運転を例にして説明する。

【００５０】暖房運転において、空調負荷と多室空気調
和機の消費電力との関係は、図４に示すようになる。い
ま、多室空気調和機は、回転数制御型とする。簡潔に説
明すると、多室空気調和機の最小能力釣り合い温度Ｔ_0b
以上では空調負荷は小さく、多室空気調和機は断続運転
を繰り返す。

【００５１】したがって、その最小能力釣り合い温度Ｔ
_0b以上の領域では、多室空気調和機の効率は、断続運転
時の特性を表す運転率、成績劣化係数、暖房負荷係数、
部分負荷係数等の値を用いて算出する。

【００５２】最小能力釣り合い温度Ｔ_0b以下で、かつ最
大能力釣り合い温度Ｔ_0a以上の領域においては、多室空
気調和機能力と空調負荷が釣り合いの関係にあり、効率
は、（空調負荷）／（多室空気調和機消費電力）＝（そ
の空調負荷に見合った多室空気調和機能力）／（多室空
気調和機消費電力）で計算される。

【００５３】最大能力釣り合い温度Ｔ_0a以下の領域にお
いては、室内空気温度が設定室内空気温度以下となって
釣り合う。効率は、（多室空気調和機能力Φ）／（多室
空気調和機消費電力Ｐ）で計算される。最終的に暖房期
間エネルギ消費効率ＨＳＰＦは、これらの効率に、室外
空気温度の出現頻度を掛け、期待値として算出される。

【００５４】ここで、多室空気調和機能力Φ、多室空気
調和機消費電力Ｐは、例えば熱交換器特性、配管長さ等
の多室空気調和機のハード特性、及び利用家屋の熱容量
や熱通過係数等の環境特性を表すパラメータの集合Ｓ
と、室内、室外膨張弁開度、室内、室外ファン回転数、
圧縮機駆動周波数等の多室空気調和機の操作量の値を表
す集合Ｕ、また室外空気温度Ｔ₀等に依存するので、こ
れらは下記数式４及び数式５で表すことができる。

【００５５】

【数４】

【００５６】

【数５】

【００５７】簡単のために、図４における領域４のみに
おける部分的な暖房期間エネルギ消費効率の高効率化を
考える。空調負荷ＢＬ（Ｔ₀）は、日本工業規格によ
り、空気調和機の個体の特性として、除霜時の能力等一
部を除いて制御方法に依存しない値として定義されてい
る。つまり、これは空気調和機単体の特性として決まる
値であり、制御設計者が決める値ではないので、拘束条
件とみなしてよい。いま、離散関数ｎ（Ｔ₀）を、Ｔ₀に
関する連続関数ｎ’（Ｔ₀）で近似し、下記数式６で表
すものとする。

【００５８】

【数６】

【００５９】そして領域４における連続関数で近似した
部分的暖房期間エネルギ消費効率Ｈ’は、下記数式７で
表されるものとする。

【００６０】

【数７】

【００６１】ここでは、ある室外空気温度、ある特定の
多室空気調和機、空調環境を考えているので、Ｔ₀、Ｓ
は固定して考える。このように、暖房期間エネルギ消費
効率は、多室空気調和機の操作量Ｕの関数になる。した
がって、この部分的暖房期間エネルギ消費効率Ｈ’を最
大化する操作量Ｕを見い出す方法を考える。但し、この
まま考慮するより、Ｈ’の逆数ｘを下記数式８で新たに
定義し、最小化するほうが容易である。

【００６２】

【数８】

【００６３】また、多室空気調和機の能力Φ（Ｕ；
Ｔ₀，Ｓ）が、空調負荷ＢＬ（Ｔ₀）と同等の値だけ出力
しなければならない条件を考慮して、下記数式９で表わ
す制約条件を付け加える。

【００６４】

【数９】

【００６５】すると、上記数式９の条件のもとで、上記
数式８を、Ｕについて最小化する問題となる。しかし、
ｘ（Ｕ；Ｓ）を最小化することは、すなわち、Ｐ（Ｕ；
Ｔ₀，Ｓ）ｎ’（Ｔ₀）を最小化することと同等であるの
で、結局、上記数式９の条件のもとで、Ｐ（Ｕ；Ｔ₀，
Ｓ）ｎ’（Ｔ₀）を、Ｕについて最小化する問題に帰着
する。

【００６６】等式拘束条件での関数の極値を求める手法
は、Ｌａｇｒａｎｇｅの未定乗数法として有名である。
これは、条件付き極値の問題を、助変数を用いて条件無
し極値の問題に転化する方法で、以下の言葉で表現され
る。

【００６７】Ｐ（Ｕ；Ｔ₀，Ｓ）ｎ’（Ｔ₀）とφ（Ｕ；
Ｔ₀，Ｓ）が一回微分可能であるとき、上記数式９の条
件のもとで、Ｐ（Ｕ；Ｔ₀，Ｓ）ｎ’（Ｔ₀）が極値をと
る点では、λを助変数として、下記数式１０で表される
目的関数Ｆ（Ｕ，λ；Ｔ₀，Ｓ）について、下記数式１
１で表される条件、あるいは下記数式１２で表される条
件を満たす。

【００６８】

【数１０】

【００６９】

【数１１】

【００７０】

【数１２】

【００７１】ここで、Ｕ_i∈Ｕであり、Ｎは操作量の数
がいくつあるかを示す。このように、条件である数式１
１か、あるいは数式１２を満たす操作量を見つけ、その
うちＰ（Ｕ；Ｔ₀，Ｓ）ｎ’（Ｔ₀）を最大化する操作量
を除くと、それはＰ（Ｕ；Ｔ₀，Ｓ）ｎ’（Ｔ₀）を最小
化する操作量Ｕであり、同時に、部分暖房期間エネルギ
消費効率を最大化する。この方法で求められた操作量
は、室外空気温度Ｔ₀の関数となる。

【００７２】この作業を、図４における領域４のみでな
く、図４に示す領域すべてに適用すると、暖房期間エネ
ルギ消費効率を最大化する操作量が求められる。さらに
は、冷房期間エネルギ消費効率に対しても同様の作業を
行なうと、年間エネルギ消費効率（ＡＰＦ）を最大化す
る操作量を求めることができる。

【００７３】ここで、この暖房期間エネルギ消費効率最
大化操作量を求める際についていえることは、上記数式
１１，１２を満たすような解を、解析解として得る必要
はないのである。数値的に解を求めることは、コンピュ
ータの手助けが不可欠であるが、解析解を求めるのが困
難な場合でも、確実に解が得られる。

【００７４】以上のべたＡＰＦ最大化法は、オフライン
計算である。つまり、求める操作量を具体的に計算する
際には、上記数式で表された様々な条件の、具体的な数
値を必要とする。

【００７５】ところが、上記数式を満たす操作量は、パ
ラメータの集合Ｓを未知パラメータとして含んでいる。
集合Ｓは、配管長さや封入冷媒量等の多室空気調和機を
設置するときに決定する要素を表すものであって、これ
は、事前に決定することができないことを意味してい
る。

【００７６】具体的には、上記数式４，５等で表される
多室空気調和機の特性の、遅れ時間やむだ時間、係数パ
ラメータである。それらが未知である限り、上記数式
４，５の形が決まらず、上記数式８の最小化も不可能で
ある。

【００７７】さらに、日本工業規格のＡＰＦにおいては
空調負荷が、空気調和機個体の持つ決まった値として扱
ったが、実際使用する際の実効年間エネルギ消費効率
は、利用家屋の空調負荷が既知でなければ算出できな
い。

【００７８】そこで、その未知パラメータや未知空調負
荷を、多室空気調和機を実際に運転するときに検知し、
上記数式３で表される実効年間エネルギ消費効率σを最
大化する手法について前述と同じく、暖房運転に関して
以下に説明する。

【００７９】多室空気調和機は、例えば操作量である圧
縮機駆動周波数をシステムへの入力、多室空気調和機の
消費電力がシステムの出力と見なすと、圧縮機駆動周波
数によって多室空気調和機消費電力が変化するシステム
と考えることができる。

【００８０】また、操作量である室内電子膨張弁開度を
システムへの入力、状態量である多室空気調和機能力を
システムの出力と見なすと、室内電子膨張弁開度によっ
て多室空気調和機能力が変化するシステムと考えること
ができる。

【００８１】さらには、利用家屋を含めて考慮した場合
においては、多室空気調和機の能力をシステムへの入
力、利用家屋室内空気温度をシステムからの出力とみな
すと、多室空気調和機能力によって、室内空気温度が変
化するシステムと考えることができる。

【００８２】これらの入力と出力の因果関係を時系列あ
るいは微分方程式で表したとき、その次数や係数の値及
びむだ時間がシステムの性格を表わす指標となる。した
がって、これらのパラメータを推定できれば、そのシス
テムの性格をかなり明らかに把握したということができ
る。

【００８３】そこで、まずモデリングを行う。上述の例
と同じく、３つのシステムを考える。システム１とシス
テム２への入力として、圧縮機駆動周波数と電子膨張弁
開度、室外空気温度とし、システム３への入力として多
室空気調和機能力とする。システム１とシステム２の出
力としては多室空気調和機消費電力、多室空気調和機暖
房能力とし、システム３の出力は室内空気温度とする。
これらが離散時間表現で下記数式１３，１４，１５のよ
うに表せるとする。

【００８４】

【数１３】

【００８５】

【数１４】

【００８６】

【数１５】

【００８７】ここで、Ｐは圧縮機消費電力、Ｔ₀は室外
空気温度、εは電子膨張弁開度、ｒは圧縮機駆動周波
数、Φは多室空気調和機能力、Ｔ_iINは室内空気温度、
Ａ，Ｂ_i _j，Ｃ，Ｄ_ij，Ｅ，Ｆはそれぞれ係数パラメー
タ、ｋはカウンタとする。

【００８８】それぞれの状態量Ｐ，Φ，Ｔ_iINの検知方
法としては、どのような計測器を多室空気調和機に搭載
しているかによって異なるが、図３に示す多室空気調和
機の構成とその利用家屋についての配置の一例を考え、
多室空気調和機能力Φに関しては下記数式１６の関係を
用いて算出できるとする。

【００８９】

【数１６】

【００９０】ここで、ρは空気密度、Ｇは室内機ファン
風量、ｃ_pは空気定圧比熱、Ｔ_iEXは室内吹出空気温度を
表す。以上の関係の中でＡ，Ｂ_ij，Ｃ，Ｄ_ij，Ｅ，Ｆの
各パラメータをオンラインシステム同定によって推定す
る。オンラインシステム同定とは、運転及び観測と同時
に行うシステム同定である。

【００９１】ここで、パラメータのｋ回目の推定値を
Ａ”（ｋ），Ｂ”_ij（ｋ），Ｃ”（ｋ），Ｄ”
_ij（ｋ），Ｅ”（ｋ），Ｆ”（ｋ）とし、推定ベクトル
θ”（ｋ）を下記数式１７，１８，１９、観測ベクトル
を下記数式２０，２１，２２のごとく定義する。

【００９２】

【数１７】

【００９３】

【数１８】

【００９４】

【数１９】

【００９５】

【数２０】

【００９６】

【数２１】

【００９７】

【数２２】

【００９８】ここで、ｙ₁は多室空気調和機消費電力の
検知信号、ｙ_Tは室外空気温度の検知信号、ｙ₂は多室空
気調和機能力の検知信号、ｙ₃は利用家屋室内空気温度
の検知信号、また（・）’は転置を表す。この推定ベク
トルは、最小二乗の意味で、下記数式２３によって逐次
求められる。

【００９９】

【数２３】

【０１００】次に、利用家屋の実際の暖房空調負荷の推
定値は、上記係数パラメータを用いて、室外空気温度の
関数として下記数式２４のように表せる。

【０１０１】

【数２４】

【０１０２】ここで、Ｔ_SETは設定室内空気温度を表
し、暖房運転では２０℃、冷房運転では２７℃の定数と
する。未知パラメータと未知空調負荷を以上のアルゴリ
ズムで求め、後は前述のＡＰＦ最大化法と同じ手法で操
作量を求めれば、それは、実効年間エネルギ消費効率σ
を最大化する操作量である。

【０１０３】次に、さらに具体的に本実施例に係る多室
空気調和機について説明する。図１は、図３に示す多室
空気調和機に適用した、二操作系の多室空気調和機の実
効年間消費エネルギ消費効率σを最大化する最大化制御
装置である制御演算装置３２での信号処理の一例を示す
ブロック線図である。

【０１０４】本多室空気調和機においては、システム１
への入力として圧縮機駆動周波数、電子膨張弁開度、室
外空気温度があるものとし、システム１の出力として多
室空気調和機消費電力があるとする。

【０１０５】また、システム２の入力として圧縮機駆動
周波数、電子膨張弁開度及び室外空気温度があり、シス
テム２の出力として多室空気調和機能力があるとする。

【０１０６】さらに、システム３の入力として多室空気
調和機能力、室外空気温度があり、システム３の出力と
して室内空気温度があるとする。

【０１０７】そして、図１において、３３は利用家屋設
定室内空気温度信号Ｔ_SET（ｋ）、３４は多室空気調和
機が出力する多室空気調和機消費電力Ｐ（ｋ）、３５は
多室空気調和機能力Φ（ｋ）、３６は多室空気調和機室
内吹出空気温度、３７は能力を受けて変化する利用家屋
室内空気温度Ｔ_iIN（ｋ）、３８は多室空気調和機消費
電力検知信号ｙ₁（ｋ）、３９は多室空気調和機能力検
知信号ｙ₂（ｋ）、４０は利用家屋室内空気温度検知信
号ｙ₃（ｋ）、４１は操作信号である圧縮機駆動周波数
信号ｒ（ｋ）、４２は操作信号の電子膨張弁開度信号ε
（ｋ）、４３は多室空気調和機消費電力の特性を表すパ
ラメータの推定値を要素とする推定値信号ベクトル
θ₁”（ｋ）、４４は多室空気調和機能力の特性を表す
パラメータの推定値を要素とする推定値信号ベクトルθ
₂”（ｋ）、４５は利用家屋の熱通過係数等の特性を表
すパラメータの推定値を要素とする推定値信号ベクトル
θ₃”（ｋ）、４６は上記数式１６等で表せる多室空気
調和機能力を算出する多室空気調和機能力演算器、４７
はフィードバック実効年間エネルギ消費効率最大化演算
器、４８はオンライン多室空気調和機消費電力システム
同定器、４９はオンライン多室空気調和機能力システム
同定器、５０はオンライン利用家屋特性システム同定
器、５１はオンラインシステム同定器である。

【０１０８】次に、本実施例の多室空気調和の詳細な動
作について、図２などを参照して説明する。図２は、図
１に示す本多室空気調和機の動作を示すフローチャート
である。

【０１０９】利用部としては、図３における利用部１６
１の一つだけに注目する。先ずはじめに、多室空気調和
機を起動する（Ｓ１）。その後、操作量である圧縮機駆
動周波数、電子膨張弁開度の値が、予め設定された初期
値（ｒ（０）、ε（０））で設定される（Ｓ２）。

【０１１０】その後、室内吸込空気温度及び室内吹出空
気温度が、例えば、暖房運転時においてはどちらも上昇
するので、それらを図３における検知器２６１、２７１
により計測、検知する。同時に多室空気調和機消費電力
も検知器２１により計測する（Ｓ３）。

【０１１１】その後、多室空気調和機能力を多室空気調
和機能力演算器４６が演算し、図１における検知信号３
９として、また多室空気調和機消費電力が検知信号３８
として、利用家屋室内空気温度が検知信号４０として出
力される（Ｓ４）。

【０１１２】これらの検知信号に対し、操作量に対する
多室空気調和機の反応である多室空気調和機消費電力の
特性と多室空気調和機能力の特性、それに利用家屋の特
性を表すパラメータを演算すなわち同定する（Ｓ５、Ｓ
６、Ｓ７）。

【０１１３】そして、これらのパラメータの値をもと
に、実際の空調負荷を演算する（Ｓ８）。またフィード
バックゲインを新たに演算し、、圧縮機駆動周波数と電
子膨張弁開度の２つの操作量についての次のステップの
値（ｒ（１）、ε（１））が同時に求まる（Ｓ９、Ｓ１
０）。

【０１１４】さらに、運転を続ける場合は、ステップ３
に戻る（Ｓ１１）。そして、新しい圧縮機駆動周波数、
電子膨張弁開度が与えられ、検知部５４は前ステップと
同様に、室内吸込空気温度、室内吹出空気温度及び多室
空気調和機消費電力を検知し（Ｓ３）、多室空気調和機
能力演算部５５で多室空気調和機能力を演算する（Ｓ
４）。以下、前のステップで行われた演算を繰り返す。

【０１１５】これらにより、本多室空気調和機は、多室
空気調和機と利用家屋の特性をオンラインで同定、更新
することにより、その設置状態において、実効年間エネ
ルギ消費効率を最大にする操作量を算出するので、年間
を通じて、快適生を損ねることなく省電力化を実現する
ことができる。

【０１１６】以上の例では、操作量として圧縮機駆動周
波数、電子膨張弁開度を扱ったが、その他にも、操作量
として室外及び室内ファンの回転数等をも加えて、制御
系を構築することができる。また利用部として空気調和
だけでなく、冷凍、水温管理等、様々な熱機械でも使用
できる。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
室空気調和機の運転環境に関する不確定に変動する確率
状態量に対して、統計的概念とその演算方法を導入した
運転制御をすること、すなわち、確率事象を確定値に処
理する統計評価関数について最適化する運転制御をする
ので、年間を通じたエネルギ消費効率を良好化できる多
室空気調和機を提供することができる。

【０１１８】さらに、本発明によれば、多室空気調和機
とその多室空気調和機が設置される周囲の利用家屋の特
性における、多室空気調和機器が設置されるまで未知な
構造部分もオンラインシステム同定によって明らかにす
ることができるので、常に安定で快適、しかも省電力化
を達成した運転を保証することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る多室空気調和機の主要部
を示すブロック線図である。

【図２】図１に示す多室空気調和機の動作を示すフロー
チャートである。

【図３】本発明の実施例に係る多室空気調和機の構成と
その利用家屋についての配置を示す説明図である。

【図４】空気調和機の消費電力及び空調負荷と室外空気
温度との関係を示すグラフである。

【図５】ある冷房期間における冷房を必要とする各室外
空気温度の発生頻度を示すグラフである。

【符号の説明】

１室外機２圧縮機３室外熱交換器４室外ファン５アキュムレータ６四方弁７レシーバ８室外電子膨張弁９１室内機９２室内機１０１室内熱交換器１０２室内熱交換器１１１室内ファン１１２室内ファン１２１室内電子膨張弁１２２室内電子膨張弁１３ガス管１４液管１５分岐管１６１利用部１６２利用部１７室外空気温度検知器１８圧縮機冷媒吐出温度検知器１９圧縮機冷媒吸入圧力検知器２０圧縮機冷媒吐出圧力検知器２１圧縮機電力検知器２２インバータ圧縮機操作器２３室外側送風能力操作器２４室外ファン電力検知器２５室外電子膨張弁開度操作器２６１室内空気温度検知器２６２室内空気温度検知器２７１室内吹出空気温度検知器２７２室内吹出空気温度検知器２８１室内側送風能力操作器２８２室内側送風能力操作器２９１室内ファン電力検知器２９２室内ファン電力検知器３０１室内電子膨張弁３０２室内電子膨張弁３１１設定器３１２設定器３２制御演算装置３３設定室内空気温度信号３４多室空気調和機消費電力３５多室空気調和機能力３６室内吹出空気温度３７室内空気温度３８多室空気調和機消費電力検知信号３９多室空気調和機能力検知信号４０利用家屋室内空気温度検知信号４１圧縮機駆動周波数信号４２電子膨張弁開度信号４３多室空気調和機消費電力特性推定値信号ベクトル４４多室空気調和機能力特性推定値信号ベクトル４５利用家屋特性推定値信号ベクトル４６多室空気調和機能力演算器４７フィードバック実効年間エネルギ効率最大化操作
量演算器４８オンライン多室空気調和機消費電力特性システム
同定器４９オンライン多室空気調和機能力特性システム同定
器５０オンライン利用家屋特性システム同定器５１オンラインシステム同定器５２多室空気調和機起動部５３操作器規定初期値設定部５４室内空気温度、室内吹出空気温度、多室空気調和
機消費電力検知部５５多室空気調和機能力演算部５６多室空気調和機消費電力特性演算部５７多室空気調和機能力特性演算部５８利用家屋特性演算部５９実効空調負荷演算部６０実効年間エネルギ効率最大化圧縮機駆動周波数操
作量演算部６１実効年間エネルギ効率最大化電子膨張弁開度操作
量演算部６２停止、継続運転判定部６３停止実行部６４空気調和機消費電力６５空調負荷６６領域１６７領域２６８領域３６９領域４７０領域５

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中山進静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内 (72)発明者小国研作静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室外機と、室内機を一台または複数台設
け、前記室外機と前記室内機とを配管接続して閉回路と
なし、前記閉回路の中に冷媒を封入し、前記室外機にお
いては、周波数可変の圧縮機と室外熱交換器及び室外電
子膨張弁を配管接続するとともに、前記室外熱交換器に
送風する室外ファンを備え、前記室内機においては、室
内空気と熱交換を行う室内熱交換器と前記室内熱交換器
の冷媒の流量を調節する室内電子膨張弁を順次配管接続
するとともに、前記室内熱交換器に送風する室内ファン
を備えて形成する多室空気調和機において、室内空気温
度と室外空気温度とのうちの少なくとも一方を含む制御
量や外乱を少なくとも含む各状態量を、ある確率分布に
従った不確定な挙動をする確率変数とみなし、エネルギ
効率を少なくとも含む評価関数を、確率事象を確定値に
処理する統計評価関数とし、この統計評価関数を最適化
する制御装置を有することを特徴とする多室空気調和
機。
【請求項２】請求項１記載の多室空気調和機におい
て、制御装置は、室外空気温度、圧縮機冷媒吐出過熱
度、圧縮機冷媒吸入圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機
消費電力、室内空気温度及び室内吹き出し空気温度を少
なくとも含む各状態量を検知する検知手段と、圧縮機駆
動周波数、室外ファン回転数、室外電子膨張弁開度、室
内ファン回転数及び室内電子膨張弁開度を少なくとも含
む各操作量を操作する操作手段と、設定室内空気温度を
少なくとも含む設定値を設定する設定手段と、多室空気
調和機についての年間を通じたエネルギ消費効率の値で
ある年間エネルギ消費効率（ＡＰＦ）を統計評価関数と
して最大化するＡＰＦ最大化操作量演算器とを有するこ
とを特徴とする多室空気調和機。
【請求項３】請求項１記載の多室空気調和機におい
て、制御装置は、室外空気温度、圧縮機冷媒吐出過熱
度、圧縮機冷媒吸入圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機
消費電力、室内空気温度及び室内吹き出し空気温度を少
なくとも含む各状態量を検知する検知手段と、圧縮機駆
動周波数、室外ファン回転数、室外電子膨張弁開度、室
内ファン回転数及び室内電子膨張弁開度を少なくとも含
む各操作量を操作する操作手段と、設定室内空気温度を
少なくとも含む設定値を設定する設定手段と、前記各操
作量についての信号を要素とする操作量信号ベクトルと
前記検知手段が検知した各信号を要素とする検知信号ベ
クトルとを入力して、多室空気調和機を少なくとも含む
各制御対象の特性を表すパラメータ推定値信号ベクトル
を同定出力するオンラインシステム同定器と、前記検知
信号ベクトルと前記パラメータ推定信号ベクトルと前記
設定手段が設定した設定値を要素とする設定値信号ベク
トルとを入力し、年間エネルギ消費効率（ＡＰＦ）を統
計評価関数として最大化するＡＰＦ最大化操作量信号ベ
クトルを出力するフィードバック演算器とを有すること
を特徴とする多室空気調和機。
【請求項４】請求項１記載の多室空気調和機におい
て、制御装置は、室外空気温度、圧縮機冷媒吐出過熱
度、圧縮機冷媒吸入圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機
消費電力、室内空気温度及び室内吹き出し空気温度を少
なくとも含む各状態量を検知する検知手段と、圧縮機駆
動周波数、室外ファン回転数、室外電子膨張弁開度、室
内ファン回転数及び室内電子膨張弁開度を少なくとも含
む各操作量を操作する操作手段と、設定室内空気温度を
少なくとも含む設定値を設定する設定手段と、前記各操
作量についての信号を要素とする操作量信号ベクトルと
前記検知手段が検知した各信号を要素とする検知信号ベ
クトルとを入力して、多室空気調和機を少なくとも含む
各制御対象の特性を表すパラメータ推定値信号ベクトル
を同定出力するオンラインシステム同定器と、前記検知
信号ベクトルと前記パラメータ推定信号ベクトルと前記
設定手段が設定した設定値を要素とする設定値信号ベク
トルとを入力し、実際の多室空気調和機設置利用家屋に
おいての年間エネルギ消費効率を統計評価関数として最
大化する、実効年間エネルギ消費効率最大化操作量信号
ベクトルを出力するフィードバック実効年間エネルギ消
費効率最大化操作量演算器とを有することを特徴とする
多室空気調和機。