WO2013145810A1

WO2013145810A1 - 空気調和機制御装置及び空気調和機制御プログラム

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Publication number: WO2013145810A1
Application number: PCT/JP2013/050541
Authority: WO
Inventors: 森　一之; 聖一北村; 橋本　博幸; 洋平上野
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-10-03
Also published as: EP2835594B1; CN104246384B; US9752791B2; JP5897111B2; JPWO2013145810A1; EP2835594A1; CN104246384A; US20150045967A1; EP2835594A4

Abstract

　１又は複数の室外機１１０と複数の室内機１２０とを有する空気調和機システムの制御を行う空気調和機制御装置であって、各室内機１２０が空気調和により達成しようとする環境の環境目標値を設定する環境目標値設定部１７０と、複数の室内機１２０を１又は複数のグループにし、各グループに対応してゾーンを設定するゾーン設定部１９０と、設定したゾーンにおける熱負荷を演算するゾーン負荷演算部２００と、室内機１２０及び室外機１１０における消費電力量に基づいて、室内機１２０と室外機１１０の運転能力の配分を決定する空調能力配分演算部２１０と、各運転能力に基づく制御信号を送信する制御指令部２４０とを備えるものである。

Description

空気調和機制御装置及び空気調和機制御プログラム

　この発明は、例えば複数の室内機を有する空気調和機システムを制御する空気調和機制御装置等に関するものである。

　例えば、空気調和機システムでは、空間を物理的に仕切り、仕切った空間毎に１又は複数の室内機を設置し、各空間の環境が任意の設定目標に一致するように室内機と室外機とを制御している（以下、室内機、室外機を「空調機」ともいう）。例えば、空間に対して１台の室内機と室外機とでは、空気調和を行う能力が不足している場合には、室内機、室外機をさらに設置することにより対応している。

　ここで複数の空調機から構成されるシステムの場合、システム全体の消費電力量を低減するために、経験則、各種計画手法（数理計画手法、メタヒューリスティック手法など）等により、空調機負荷予測を行って制御しているものがある。このとき、例えば空調機負荷予測に基づいて複数の空調機の運転点を計画し、各空調機を制御している（例えば、特許文献１参照）。

　また、空気調和を必要とする対象の位置を特定して、その対象に影響を及ぼす１つ以上の空調機を制御対象グループとして特定することにより、複数の空調機を効率よく制御して省エネルギーをはかる方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１－８９６７９号公報（４頁４０～５頁２４行、図１）特開２００９－１７４７３４号公報（９頁６～８行、１０頁３６～４０行、図９）

　このような空気調和機システムにあっては、室内機が複数存在する場合、各室内機は予め決められた空間の環境を制御するように配置されている。このため、空気調和機システムを制御しようとする場合、実際の負荷と室内機、室外機の能力が合致していないと、当該空間を目標の環境にすることができないという問題点があった。

　また、例えばオフィスビルのように空間内に多くの人が存在する場合、各人が所望する環境が異なることがあるため、空間毎に設定された目標と一致したとしても、各人が常に快適とは限らない。さらに、快適性だけを追求するとエネルギー消費量（電力消費量）が増大するという問題があった。

　この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、空間内の環境目標と省エネルギー運転とのバランスをはかる運転が可能な空調機制御装置等を得ることを目的としている。

　この発明に係る空気調和機制御装置は、１又は複数の室外機と、室外機と配管接続して空間内の空気調和を行う複数の室内機とを有する空気調和機システムの制御を行う空気調和機制御装置であって、各室内機が空気調和により達成しようとする環境の環境目標値を設定する環境目標値設定部と、複数の室内機を１又は複数のグループにグルーピング（グループ化）し、各グループに対応して部分空間となるゾーンを設定又はゾーンを変更するゾーン設定部と、環境目標値と、各室内機に対応して設置位置において室内環境状態検出手段が検出した環境状態に係る値との差に基づいて、ゾーン設定部が設定又は変更したゾーンにおける熱負荷を演算するゾーン負荷演算部と、室内機及び室外機における消費電力量に基づいて、消費電力量を最小にするための演算を行って、各室内機と各室外機の運転能力の配分を決定する空調能力配分演算部と、空調能力配分演算部が演算した室内機及び室外機の各運転能力に基づく制御信号を、各室内機及び各室外機に送信する制御指令部とを備えるものである。

　この発明によれば、ゾーン設定部を備えたことにより、空間を分割したゾーン毎に環境目標を一致させる制御を行うことができるので、例えば空間を物理的に区切らなくても、空間内の各位置を、それぞれの位置に設定された環境に制御することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係わる空気調和制御装置と空気調和機システムの構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係わる室外機、室内機、室内環境センサー及び室外環境センサーの空間内外における配置関係等を示す図である。本発明の実施の形態１に係わる室内機１２０、室外機１１０とゾーンの関係を示す図である。本発明の実施の形態１に係わる空気調和制御装置の制御に関する処理の流れを示す図である。本発明の実施の形態２に係わるゾーンの設定、変更に関する処理を示す図である。本発明の実施の形態２に係わるゾーン設定部１９０が行うゾーンの設定処理を説明するための図である。本発明の実施の形態３に係わる環境目標値設定部１７０の処理を示す図（その１）である。本発明の実施の形態３に係わる環境目標値設定部１７０の処理を示す図（その２）である。本発明の実施の形態４に係るゾーン設定部１９０と空調能力配分演算部２１０の処理を説明するための図（その１）である。本発明の実施の形態４に係るゾーン設定部１９０と空調能力配分演算部２１０の処理を説明するため図（その２）である。本発明の実施の形態４に係るゾーン設定部１９０と空調能力配分演算部２１０の処理の流れを示す図である。

実施の形態１．
　図１乃至図４は本発明の実施の形態１に係わる空気調和制御装置の概要を説明するための図である。図１は本発明の実施の形態１に係わる空気調和制御装置と空気調和機システムの構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態１に係わる室外機、室内機、室内環境センサー及び室外環境センサーの空間内外における配置関係等を示す図である。図３は本発明の実施の形態１に係わる室内機とゾーンとの関係を示す図である。そして、図４は本発明の実施の形態１に係わる空気調和制御装置の制御に関する処理の流れを示す図である。これらの図に基づいて、本実施の形態における空気調和制御装置について説明する。

　図１は本発明の実施の形態１に係わる空気調和制御装置と空気調和機システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の空気調和制御装置における制御対象となる空気調和機システムは、複数の室外機１１０と複数の室内機１２０とを有している。そして、１台の室外機１１０と１又は複数の室内機１２０とを配管接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する。本実施の形態では、例えば室外機１１０の数と同じ冷媒回路を構成している。室外機１１０は、例えば圧縮機、室外熱交換器（図示せず）を有し、室内機１２０において空気調和を行うための熱量供給を行う。また、室内機１２０は、室内熱交換器、膨張弁等の絞り装置（図示せず）を有し、冷媒との熱交換により、空間の空気に対して空気調和を行う。

　室外環境状態検出手段となる室外環境センサー１３１は、各室外機１１０、その近傍等に設置され、室外機１１０近辺の物理量を環境状態として検出する。また、室内環境状態検出手段となる室内環境センサー１３２は、空気調和の空調となる空間（以下、空間という）に設置され、設置位置における物理量を環境状態として検出する。本実施の形態では、少なくとも各室内機１２０、その近傍等に設置されて環境状態を検出する。そして、環境状況入力部１３３は、例えば室内環境センサー１３２の検出に係る物理量以外の環境状況がデータとして入力される。ここで、環境状況の例としては、例えば温度、湿度、二酸化炭素濃度、気流等がある。室外機１１０、室内機１２０、室外環境センサー１３１、室内環境センサー１３２及び環境状況入力部１３３の関係については後述する。

　電力量計測部１４０は、各室外機１１０と各室内機１２０が消費する電力量を計測する。

　空気調和制御装置において、系統モデルデータベース（Ｄ／Ｂ）１５０は、空気調和機制御システムの処理に必要なデータを記憶し、蓄積する。系統モデルデータベース１５０が記憶するデータは、例えば室外機１１０と室内機１２０との接続関係、室外機１１０と室外環境センサー１３１との対応関係、室内機１２０と室内環境センサー１３２との対応関係、室内機１２０間の隣接関係、室内環境センサー１３２間の隣接関係、後述するゾーンと室内機１２０の対応関係、ゾーン間の隣接関係、ゾーンと室内環境センサー１３２の対応関係、ゾーンと環境状況入力部１３３との対応関係、室外機１１０の入出力特性モデルデータ、室内機１２０の入出力特性モデルデータ、各機器の入出力関係、配管のモデルデータ、外部環境のモデルデータ、環境状況モデルデータ、室内空間のモデルデータとなる。

　環境情報収集部１６０は、室外環境センサー１３１、室内環境センサー１３２の検出に係る環境状態に関するデータ、環境状況入力部１３３からの環境状況に関するデータを環境情報として収集する。また、環境目標値設定部１７０は、各室内環境センサー１３２の検出に係る環境状態と比較する各目標値、快適性度合い、電力消費量等の環境に関する目標値を設定又は設定変更する。計測データベース（Ｄ／Ｂ）１８０は、電力量計測部１４０が計測したデータ及び環境情報収集部１６０が収集したデータを記憶する。

　ゾーン設定部１９０は、設定した基準、演算等に基づいて、空間内の室内機１２０を隣接する室内機１２０間で構成する１又は複数のグループに分け、各グループの室内機１２０の位置に対応して、空間を１又は複数のゾーン（部分空間）に分けて、ゾーンと室内機１２０との対応（包含）関係を設定、設定変更等する。また、ゾーン負荷演算部２００は、環境目標値設定部１７０において設定した環境目標値と環境情報収集部１６０が収集した環境情報とに基づいて、各ゾーンにおける負荷（熱負荷）を演算する。空調能力配分演算部２１０は、各ゾーンにおける負荷と系統モデルＤ／Ｂ１５０が記憶するデータに基づいて、室内機１２０と室外機１１０における能力配分を演算する。環境状態予測部２２０は、空調負荷と空調能力配分演算部２１０の演算による運転能力配分に基づいて、将来の環境状態を予測処理する。評価部２３０は、環境状態予測部２２０が予測した将来の環境状態を評価処理する。制御指令部２４０は、空調能力配分演算部２１０が演算した値に基づいて室内機１２０、室外機１１０へ制御指令に係る信号を送信する。

　入力部２５０は、例えばシステム利用者等が環境目標値の設定を行うためのデータ入力手段となる。また、出力部２６０は、環境状態予測部２２０が予測した値、環境情報、電力消費量、評価値等のデータを出力するデータ出力手段となる。

　ここで、空気調和制御装置に関し、これを専用機器（ハードウェア）だけで構成することもできるが、一般的には、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を中心とする演算制御手段（コンピュータ、コントローラー）でハードウェアを構成している。そして、空気調和制御装置の各手段が行う処理手順をあらかじめプログラム化してソフトウェア、ファームウェア等として、例えば記憶装置等に記憶しておき、演算制御手段がプログラムを実行することにより、各部の処理を行うようにする。

　図２は本発明の実施の形態１に係わる室外機、室内機、室内環境センサー及び室外環境センサーの空間内外における配置関係等を示す図である。ここでは室外環境センサー１３１と室外機１１０との対応関係及び室内環境センサー１３２、環境状況入力部１３３と室内機１２０との対応関係並びに隣接関係の一例を示している。前述したように、本実施の形態の室外環境センサー１３１は各室外機１１０に対応して設置される。本実施の形態の室外環境センサー１３１は、少なくとも温度（外気温度）を環境状況として検出することができる。また、室内環境センサー１３２は各室内機１２０に対応して設置される。本実施の形態の室内環境センサー１３２は、例えば、室内機１２０に吸い込む空気（吸込空気）の温度及び湿度、室内機１２０から吹き出す空気（吹出空気）の温度及び湿度並びに吹出空気の流速を検出することができる。ここで、図２（ａ）のように、各室内機１２０に対応した設置だけでなく、例えば図２（ｂ）に示すように、空間内の他の場所にも室内機とは別に設置するようにしてもよい。例えば、図２（ｂ）のように、室内環境センサー１３２の数が室内機１２０の数より多い場合、基本的には、室内機１２０との距離が最も近い室内環境センサー１３２の検出に係る環境状態が、その室内機１２０における環境状態に対応しているとする。ただし、遮蔽物等の影響を受けることがあるため、対応関係は任意に設定可能とする。ここで、各環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとする。κは、例えば室外環境センサー１３１、室内環境センサー１３２の検出に係る物理量の属性（温度、湿度、気流）を示している。そして、環境目標値設定部１７０はそれぞれの属性に対応する環境目標値ｏ^κ _ｍを設定する。実施の形態１及び実施の形態２においては温度の属性を例に説明する。環境状況入力部１３３は、室内環境センサー１３２を補間するものである。例えば、室内環境センサー１３２の検出に係る環境状態（物理量）以外の環境状況、例えば、入力に基づいて、暑い、少し暑い、ちょうど良い、少し寒い、寒い等、その空間における定性的な情報のデータを含む信号を送る。また、空間のエリア位置情報、監視カメラでの位置情報、ＲＦＩＤでの位置情報、無線や有線ネットワーク接続機器から得られる位置情報等、環境状況の位置情報が得られるものである。

　図３は本発明の実施の形態１に係わる室内機１２０、室外機１１０とゾーンの関係を示す図である。図３（ａ）は室外機１１０と並列に配管接続している室内機１２０毎に一つのゾーンが設定されている構成を示している。このようなゾーンを構成して空気調和を行う場合には、室外機１１０における負荷を最適にすることができる。また、図３（ｂ）は空間内の全ての室内機１２０を含む一つのゾーンが設定されている構成を示している。このとき、空間とゾーンとが同じであり、空間内を同じ環境目標にするための空気調和を行うことになる。このようなゾーンを構成して空気調和を行う場合には、電力消費量を最小にすることができる。そして、図３（ｃ）は室内機１２０毎に各ゾーンが設定されている構成を示している。このようなゾーンを構成して空気調和を行う場合には、室内機１２０毎にゾーンの負荷を最適にすることができる。

　図４は本発明の実施の形態１に係わる空気調和制御装置の制御に係る処理の流れを示す図である。図４に基づいて、実施の形態１に係る空気調和制御装置が行う処理について説明する。

　空気調和機システムを起動するステップＳ１１０を実行した後、初期データを読み込むステップＳ１２０を実行する。ステップＳ１２０は、系統モデルＤ／Ｂ１５０から系統構成データを読み込むステップＳ１２１、室内機１２０、室外機１１０、配管のモデルデータを読み込むステップＳ１２２、環境情報収集部１６０を介して室外環境センサー１３１と室内環境センサー１３２による環境状態に関するデータ及び電力量計測部１４０の計測データを読み込むステップＳ１２３及び外部環境から任意の時間帯の消費電力量の制約に係るデータを読み込むステップＳ１２４を実行する。

　次に環境目標値設定部１７０は、環境目標値を設定しているか否かを判断するステップＳ１３０を実行する。環境目標値を設定していると判断すると、ステップＳ１５０を実行する。一方、環境目標値を設定していないと判断すると、環境目標値設定部１７０が環境目標値を設定するステップＳ１４０を実行する。また、環境情報収集部１６０の収集処理による環境情報と電力量計測部１４０の電力計測処理による電力のデータを計測Ｄ／Ｂ１８０に記憶するステップＳ１５０を実行する。

　そして、次式（１）に示すように、環境目標値ｏ^κ _ｍと対応する環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍを算出するステップＳ１６０を実行する。

［数１］
　ｅ^κ _ｍ＝ｏ^κ _ｍ－ｓ^κ _ｍ　　　　　　　　　　　　　　…（１）

　そして、ゾーン設定部１９０が、ゾーンＺを設定する処理を行うステップＳ１７０を実行する。ここで、最初の段階では、例えば図３（ｃ）に示すように、空間内の室内機１２０毎にそれぞれゾーンを設定しておき、併合等を行ってゾーンを変更等していくようにしてもよい。次に、ゾーン負荷演算部２００によって環境目標値と環境センサーの計測値との差と現状の負荷とから各ゾーンの負荷を推定するステップＳ１８０を実行する。また、空調能力配分演算部２１０によって室内機１２０と室外機１１０との運転能力配分を計算するステップＳ１９０を実行する。さらに、環境状態予測部２２０と評価部２３０によって各ゾーンの環境を予測・評価するステップＳ２００が実行される。ステップＳ２００では、前述したように、環境状態予測部２２０が目標とする環境に至るまでの時間及びエネルギー消費量を予測する。そして、出力部２６０に予測結果を出力（例えば表示等）する。そして、ステップＳ１９０において空調能力配分演算部２１０が計算した運転能力配分に基づいて、制御指令部２４０が各室外機１１０、各室内機１２０に制御目標値のデータを含む信号を送信するステップＳ２１０を実行する。

　次に、環境目標値設定部１７０は、環境目標を維持するか否かを判断するステップＳ２２０を実行する。環境目標を維持しないものと判断すると、環境目標値を変更するステップＳ２３０を実行する。環境目標値を変更すると、ステップＳ１５０へ戻って引き続き各処理を実行する。

　環境目標を維持するものと判断すると、入力部２５０に空気調和機システムの動作を終了する終了指令が入力されたか否かを判断するステップＳ２４０を実行する。終了指令が入力されていないものと判断すると、制御間隔τだけ待機するステップＳ２５０を実行した後、ステップＳ１５０へ戻って引き続き各処理を実行する。一方、終了指令が入力されたものと判断すると、処理を終了するステップＳ２６０を実行する。

　ここで、ゾーンの設定について前述した図３に基づいて説明する。図３（ａ）は室外機１１０に配管接続している室内機１２０を一つのゾーンに属している場合を示している。このとき、例えば、室内機１２０－１～１２０－４がゾーンＺ_１に属していることを、式（２）で表すことができる。ここで、ＡＣＩは室内機１２０を表す。

［数２］
　｛ＡＣＩ_１，ＡＣＩ_２，ＡＣＩ_３，ＡＣＩ_４｝∈Ｚ_１　　　　　　　　…（２）

　図３（ｂ）では全ての室内機１２０－１～１２０－１６が一つのゾーンＺ_１に属しており、これを式（３）で表すことができる。

［数３］
　｛ＡＣＩ_１，ＡＣＩ_２，…，ＡＣＩ_１６｝∈Ｚ_１　　　　　　　　　　　…（３）

　図３（ｃ）はゾーンと室内機１２０が１対１で対応している場合である。このとき、室内機１２０－ｊ（ｊ＝１，２，３，４，…，１６）に対し、それぞれゾーンｉ（ｉ＝１，２，３，４，…，１６）を対応させると、室内機１２０－ｊとゾーンＺ_ｉとの関係は式（４）で表される。

［数４］
　｛ＡＣＩ_１｝∈Ｚ_１　　　　　　　　　　　…（４）

　また、図３で表されている室内機１２０と室外機１１０の関係は室内機１２０－ｊ（ｉ＝１，２，３，４，…，１６）と室外機１１０－ｋ（ｋ＝１，２，３，４）を用いて次式（５）乃至（８）で表される。

［数５］
　｛ＡＣＩ_１，ＡＣＩ_２，ＡＣＩ_３，ＡＣＩ_４｝∈ＡＣＯ_１　　　　　　　　…（５）

［数６］
　｛ＡＣＩ_５，ＡＣＩ_６，ＡＣＩ_７，ＡＣＩ_８｝∈ＡＣＯ_２　　　　　　　　…（６）

［数７］
　｛ＡＣＩ_９，ＡＣＩ_１０，ＡＣＩ_１１，ＡＣＩ_１２｝∈ＡＣＯ_３　　　　　　　　…（７）

［数８］
　｛ＡＣＩ_１３，ＡＣＩ_１４，ＡＣＩ_１５，ＡＣＩ_１６｝∈ＡＣＯ_４　　　　　　　　…（８）

　次にステップＳ１８０においてゾーン負荷演算部２００が行う負荷演算処理について説明する。各ゾーンの負荷は、次式（９）のように、各ゾーンに属する室内機１２０の熱出力の総計により求める。ここで、ｉはゾーン番号、Ｌ_ｉはゾーン番号ｉにおける負荷、Ｈ^ＡＣＩ _ｊは、次式（１０）により表される室内機１２０－ｊの熱出力関数に基づいて表すことができる熱出力である。ここでＴＩ_ｊは吹出空気の温度、ＴＯ_ｊは吸込空気の温度、ＨＯ_ｊは吸込空気の湿度、吹出風量ＷＦ_ｊである。

　次にステップＳ１９０で空調能力配分演算部２１０が演算する各室外機１１０と各室内機１２０との運転能力配分方法について説明する。各室外機１１０、各室内機１２０に対して行う能力配分は、次式（１１）乃至（１６）のように定式化される最適化問題の解として得ることができる。空気調和機システム全体としての消費電力量Ｅは式（１１）で表すことができる。そして、制約条件式（１２）乃至（１６）を満たしつつ、式（１１）の消費電力量Ｅを最小にする室外機１１０、室内機１２０の各消費電力量を算出し、消費電力量に基づく能力配分を行う。ここで、Ｅ^ＡＣＯ _ｋは室外機１１０－ｋの消費電力量、Ｅ^ＡＣＩ _ｊは室内機１２０－ｊの消費電力量である。ここで、ｉはゾーン番号、Ｌ_ｉはゾーン番号ｉにおける負荷、Ｈ^ＡＣＩ _ｊは室外機１１０－ｋの熱出力である。また、Ｅ^ＡＣＯ _ｋ（Ｈ^ＡＣＯ _ｋ，Ｔ^Ｏ）は、室外機ｋの熱出力Ｈ^ＡＣＯ _ｋ、外気温度Ｔ^Ｏのときの室外機１１０－ｋの消費電力量、Ｅ^ＡＣＩ _ｊ（ＷＦ_ｊ）は室内機１２０－ｊの吹出風量がＷＦ_ｊのときの室内機１２０－ｊにおける消費電力量である。

　この最適化問題の解法としては、式（１１）の目的関数と式（１２）乃至（１６）の制約条件に応じた解法を適用することが望ましい。例えば、目的関数と制約条件とが１次関数である場合は単体法、内点法等を適用することができる。また、２次関数である場合は内点法、ラグランジュの未定乗数法等を適用することができる。そして、３次関数以上の場合は逐次二次計画法、ＰＳＯ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｓｗａｒｍ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）、ＤＥ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、実数値ＧＡ（Ｒｅａｌ－ｃｏｄｅｄ　Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）等のメタヒューリスティクスに基づく解法を適用することができる。

　以上のように、実施の形態１の空気調和機制御装置によれば、ゾーン設定部１９０を備え、空間を分割したゾーン毎に環境目標を一致させる制御を行うことができるようにしたので、例えば空間を物理的に区切らなくても、空間内の各位置を、それぞれの位置に設定された環境に制御することができる。このとき、空調能力配分演算部２１０が環境目標値と環境状態の値との差に基づいて決定した運転能力配分により室内機１２０と室外機１１０とを動作させることで、環境目標を達成しつつ、エネルギー消費量を削減でき、省エネルギーをはかることができる。また、空間を物理的に区切っていないため、空間内の室内機１２０を協調して運転を行うことで運転の効率をよくし、空気調和機システムの省エネルギー化、節電等をはかることができる。そして、例えば環境目標値設定部１７０により、複数の環境目標を同時にあるいは時間帯に応じて一部の環境目標値を変更させて、省エネルギー、節電等の他の環境の目標を達成させることができる。

実施の形態２．
　図５は本発明の実施の形態２に係るゾーンの設定、変更に係る処理を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１において、ゾーン設定部１９０が行うゾーンの設定、変更に係る処理について説明する。ここで、本実施の形態における空気調和機システム、空気調和機制御装置の構成等については実施の形態１と同様である。

　まず、式（１）と同様に、環境目標値ｏ^κ _ｍと環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍが全てのゾーンＺで差ｅ^κ _ｍ＝０であるか否かを判断するステップＳ３６０を実行する。ここで、ゾーンＺにおいて環境センサー計測値ｓ^κ _ｍが複数ある場合には、中央値、平均値等を用いて演算を行う。全てのゾーンＺでｅ^κ _ｍ＝０であると判断すると、処理を終了するステップＳ４８０を実行する。一方、ｅ^κ _ｍ＝０でないゾーンＺがあると判断すると、ｍを１に初期化するステップＳ３７０を実行する。そして、ｍがゾーンＺの総数に等しくなるまで、次に示すステップＳ３８０乃至ステップＳ４６０の実行を繰り返す。なお、ｅ^κ _ｍ＝０とは、｜ｅ^κ _ｍ｜が０に近い値εであることと同意である（｜ｅ^κ _ｍ＜ε｜、εは任意に設定）。

　ゾーンＺ_ｍにおける環境目標値ｏ^κ _ｍと環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍが０以上か否かを判断するステップＳ３８０を実行する。そして、差ｅ^κ _ｍが０以上でない（０未満である）と判断すると、ｍがゾーンＺの総数に等しいかどうか（すべてのゾーンＺに対して処理を行ったか）を判断するステップＳ４６０を実行する。そして、ｍがゾーンＺの総数ではないと判断すると、ｍを１増やすステップＳ４７０を実行し、次のゾーンＺに対してステップＳ３８０を実行する。一方、差ｅ^κ _ｍが０以上であると判断すると、ｅ^κ _ｍをｑ^κ _ｍへ代入するステップＳ３９０を実行する。

　次にゾーンＺ_ｍに対して、隣接するゾーンＺ_ｎがあるかどうかを判断するステップＳ４００を実行する。隣接するゾーンＺ_ｎがあると判断すると、ゾーンＺ_ｎにおける環境目標値ｏ^κ _ｎと環境センサー計測値ｓ^κ _ｎとの差ｅ^κ _ｎが０より小さいかどうかを判断するステップＳ４１０を実行する。ここで、環境センサー計測値ｓ^κ _ｎが複数ある場合には、中央値、平均値等を用いて演算を行う。一方、隣接するゾーンＺ_ｎがあると判断すると、ステップＳ４６０を実行する。

　ステップＳ４１０において、差ｅ^κ _ｎが０以上であると判断すると、ｎを一つ増加させるステップＳ４２０を実行し、ステップＳ４００へ戻る。一方、ｓ^κ _ｍがｓ^κ _ｎより小さく、かつ差ｅ^κ _ｎが０より小さいと判断すると、ゾーンＺ_ｍの範囲を隣接するゾーンＺ_ｎに広げるステップＳ４３０を実行する。そして、ｑ^κ _ｍとｅ^κ _ｎとの和ｐ^κ _ｎが０以下であるかどうかを判断するステップＳ４４０を実行する。和ｐ^κ _ｎが０以下でない（０より大きい）と判断すると、和ｐ^κ _ｎを新たなｑ^κ _ｍとし、ステップＳ４２０へ戻る。一方、和ｐ^κ _ｎが０以下であると判断すると、前述したステップＳ４６０を実行する。すべてのゾーンＺに対して処理を行ったと判断すると処理を終了するステップＳ４８０を実行し、行っていないと判断すると、次のゾーンＺに対してステップＳ３８０を実行する。

　図６は本発明の実施の形態２に係るゾーン設定部１９０が行うゾーンの設定処理を説明するための図である。ここでは、環境目標値ｏ^κ _ｍと環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍを閾値に基づいて空間内の室内機１２０を分類する。そして、同じ分類に属する隣接する室内機１２０が同じゾーンに属するようにゾーンの設定を行うようにする。環境目標値ｏ^κ _ｍと環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍが同程度の室内機１２０のグループによりゾーンを設定することで、隣接する室内機１２０に同じ負荷をかける（能力）ようにすることができる。

　以上のように、実施の形態２の空気調和機制御装置によれば、環境が環境目標値にならない等、能力に余裕のない室内機１２０が含まれるゾーンに対して、能力に余裕のある室内機１２０が含まれるゾーンと協調するように、ゾーンの設定を変更するようにしたので、余裕のある室内機１２０から能力を融通することにより、システム全体として消費電力量を抑えつつ、能力に余裕のない室内機１２０が含まれるゾーンに対しても環境目標に近づけることができる。

実施の形態３．
　図７及び図８は本発明の実施の形態３に係る環境目標値設定部１７０の処理を示す図である。上述した実施の形態１及び実施の形態２においては、環境状況、環境目標値が温度の１種類であるものとして説明した。しかしながら、環境目標は１種類とは限らない。例えば、消費電力量の目標値が設定されていた場合、消費電力量の目標値が小さいと、対象となる空間（ゾーン）の温度の値を環境目標値に物理的に一致させられない場合もある。このような場合、他のどの環境目標を達成するかが問題となる。そこで、実施の形態３では環境目標値設定部１７０における環境目標の変更処理について説明する。

　本処理は、例えば、実施の形態１において説明した図４のステップＳ２３０において行う処理である。ステップＳ２２０において、例えば設定した環境目標の一部が継続して環境目標を達成できない場合、消費電力量の目標値を達成できない場合、環境状況入力部１３３に新たな入力があった場合に、目標値を維持しないと判断すると、ステップＳ２３０を実行する。

　まず、消費電力量の環境目標を達成できているかどうかを判断するステップＳ５００を実行する。達成できていると判断すると、環境状況入力部１３３に入力があったかどうかを判断するステップＳ５１０を実行する。入力があったものと判断すると、環境状況入力部１３３の位置を特定し、関連する環境目標を探索するステップＳ５２０を実行する。

　さらに、環境状況入力値、環境目標値、環境センサー測定値から新しい環境目標値を算出するステップＳ５３０を実行する。例えば、環境状況入力部１３３による入力が「少し暑い（－０．５℃）」を示すものであるものとする。そして、環境目標値が２９℃、環境センサー計測値が３０℃である場合、２８．５℃（＝２９－０．５）を新しい環境目標値として設定する。通常、環境目標については、冷房の場合は２５?２９℃が設定され、暖房の場合は１８?２２℃が設定されると仮定する。ここで、初期値として暑い（－１℃）、少し暑い（－０．５℃）、ちょうど良い（０℃）、少し寒い（＋０．５℃）、寒い（＋１℃）として設定しているが、温度の大小関係は維持するが温度の値はこれに限らない。

　次に室内環境センサー１３２に対応した環境目標値の各値に設定された季節別の更新頻度を算出するステップＳ５４０を実行する。例えば、ある室内環境センサー１３２－ｊに対応した環境目標値が２７℃のときは５回更新、２８℃のときは１０回更新、２９℃のときは２０回更新などである。この季節別の更新頻度は、例えば季節の始めに各環境目標値を設定する場合等の参考データとなる。また、更新した環境目標値ｏ^κ _ｍと環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍを計算するステップＳ５５０を実行する。そして、最も大きい差ｅ^κ _ｍに対応する環境目標値ｏ^κ _ｍを更新するステップＳ５６０を実行し、環境目標値の変更処理を終了する。

　一方、ステップＳ５１０において環境状況入力部１３３に入力がなかったものと判断すると、空調機システムが冷房モードで運転しているか否かを判断するステップＳ５７０を実行する。冷房モードで運転していると判断すると、最も小さい値の環境目標値を特定し、その環境目標値を１段階大きくするステップＳ５８０を実行し、環境目標値の変更処理を終了する。ここで、このとき変更した環境目標値は、Ｎ時間（任意に設定した時間）後に元の値に戻す。また、冷房モードで運転していないと判断すると、最も大きい値の環境目標値を特定し、その環境目標値を１段階小さくするステップＳ５９０を実行し、環境目標値の変更処理を終了する。ここでも変更した環境目標値は、Ｎ時間（任意に設定した時間）後に元の値に戻す。

　また、ステップＳ５００において、消費電力量の環境目標を達成できていないと判断すると、空調機システムが冷房モードで運転しているか否かを判断するステップＳ６００を実行する。冷房モードで運転していると判断すると、環境状況入力部１３３に入力があったかどうかを判断するステップＳ６１０を実行する。入力があったものと判断すると、環境状況入力部１３３の位置を特定し、関連する環境目標を探索するステップＳ６２０を実行する。さらに、環境状況入力値、環境目標値、環境センサー測定値から新しい環境目標値を算出するステップＳ６３０を実行する。算出の方法は前述したステップＳ５３０と同じである。

　次に、算出した環境目標値ｏ^κ _ｍと環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍを計算するステップＳ６４０を実行する。そして、最も小さな環境目標値から順番に、消費電力量の目標値を達成するまで、又はすべての環境目標値を更新するまで、環境目標値ｏ^κ _ｍを更新するステップＳ６５０を実行する。さらに、消費電力量の目標値を達成するまで、又はすべての環境目標値を更新するまで、最も小さな環境目標値から順番に、その環境目標値を１段階大きくするステップＳ６６０を実行し、環境目標値の変更処理を終了する。ここで、このとき変更した環境目標値は、Ｍ時間（任意に設定した時間）後に元の値に戻す。

　また、ステップＳ６１０において環境状況入力部１３３に入力がなかったものと判断すると、ステップＳ６６０を実行し、環境目標値の変更処理を終了する。

　一方、ステップＳ６００において、冷房モードで運転していないと判断すると、環境状況入力部１３３に入力があったかどうかを判断するステップＳ６７０を実行する。入力があったものと判断すると、環境状況入力部１３３の位置を特定し、関連する環境目標を探索するステップＳ６８０を実行する。さらに、環境状況入力値、環境目標値、環境センサー測定値から新しい環境目標値を算出するステップＳ６９０を実行する。例えば、環境状況入力部１３３による入力が「少し暑い（－０．５℃）」を示すものであるものとする。そして、環境目標値が２１℃、環境センサー計測値が２１℃である場合、２０．５℃（＝２１－０．５）を新しい環境目標値として設定する。

　次に、算出した環境目標値ｏ^κ _ｍと環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍを計算するステップＳ７００を実行する。そして、最も大きな環境目標値から順番に、消費電力量の目標値を達成するまで、又はすべての環境目標値を更新するまで、環境目標値ｏ^κ _ｍを更新するステップＳ７１０を実行する。さらに、消費電力量の目標値を達成するまで、又はすべての環境目標値を更新するまで、最も大きな環境目標値から順番に、その環境目標値を１段階小さくするステップＳ７２０を実行し、環境目標値の変更処理を終了する。ここで、このとき変更した環境目標値は、Ｍ時間（任意に設定した時間）後に元の値に戻す。

　また、消費電力量の環境目標を必ず達成させる場合は、式（１１）乃至（１６）を式（１７）乃至（２４）として各室外機１１０、各室内機１２０の運転能力を決定する。ここで、ｅｓ^κ _ｍは環境センサーｍの環境センサー計測値の予測値である。また、ＥＳ^κ _ｍ（Ｈ^ＡＣＩ _ｍ，ｓ^κ _ｍ）は室内機１２０の出力熱量がＨ^ＡＣＩ _ｍ、環境センサー計測値がｓ^κ _ｍのときの次回計測時における環境センサー計測値の予測関数を表す。そして、ｗ_ｍは、各環境目標ｍにつけられた重みである。例えば、冷房の場合、環境目標値ｏ^κ _ｍが大きいほどｗ_ｍの値を大きく設定するなど、全体の環境目標を考慮して設定する。

　以上のように、実施の形態３の空気調和機制御装置によれば、消費電力量の環境目標が達成できない場合、空間内にいる人の要望を反映させたい場合等に、環境目標の達成度合いと環境状況入力部１３３を介して入力される環境目標の設定状況に応じて動的に環境目標値を変更するようにしたので、環境目標値を適切に修正し、消費電力量の環境目標を達成できる効果がある。例えば何らかの原因により冷え過ぎ等になった場合でも、解消させるようにすることができる。

実施の形態４．
　上述した実施の形態２では、ゾーンを隣接するゾーンに拡大することによりゾーンの設定を変更し、余裕のある室内機１２０から能力を融通し、システム全体として消費電力量を抑えつつ、能力に余裕のない室内機１２０が含まれるゾーンに対しても環境目標に近づける方法について説明した。

　実施の形態４では、能力に余裕のない、隣接する１又は複数の室内機１２０同士をグループとし、新たなゾーンを追加して設定する。新たなゾーンは既存のゾーンに重複して設定される。そして、能力に余裕のある室内機１２０の能力を、設定した新たなゾーンの室内機１２０に融通することで、システム全体として消費電力量を抑えつつ、能力に余裕のない室内機１２０が含まれるゾーンに対しても環境目標に近づけるようにする。本実施の形態は、図９、図１０、図１１を用いて説明する。

　図９及び図１０は本発明の実施の形態４に係るゾーン設定部１９０と空調能力配分演算部２１０の処理を説明するための図である。図９は複数の室内機１２０のグループを、Ｚ１７ａ、Ｚ１７ｂ及びＺ１７ｃのゾーンとして設定した例である。

　図１１は、本発明の実施の形態４に係るゾーン設定部１９０と空調能力配分演算部２１０の処理の流れを示す図である。まず、ゾーン設定部１９０は、環境目標値ｏ^κ _ｍと環境センサー計測値ｓ^κ _ｍとの差ｅ^κ _ｍを計算するステップＳ８００を実行する。次に、ｅ^κ _ｍの値が０未満のものがあるかを判断するステップＳ８１０を実行する。Ｓ８１０においてｅ^κ _ｍの値が０未満のものがあれば、ｅ^κ _ｍの値が同じ（ｅ^κ _ｍの値の差がε以下、εは任意に設定）かつ隣接している室内機１２０のグループをゾーンとして新たに設定するステップＳ８２０を実行する。Ｓ８１０において０未満のｅ^κ _ｍがない場合はステップＳ８００へ戻る。例えば、図１０において、ｅ^κ _ｍの値が－２のグループをゾーンＺ１７ｄとして新たに設定している。また、ｅ^κ _ｍの値が－３のグループをゾーンＺ１７ｅとして新たに設定している。

　ここで、図１０における空調能力補足機器２７０は、例えば室内機１２０に付属するファン、風向調整機、別途設置された風量・風向調整機能をもつ設備等の機器である。空調能力配分演算部２１０は、ゾーンの重なりを判断する。そして、空調能力補足機器２７０が、重なりがないゾーン（例えばＺ１７ａ）の最寄りの室内機１２０から重なりがあるゾーン（例えばＺ１７ｄ、Ｚ１７ｅ）の最寄りの室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２の存在する場所）へ風向を調整するステップＳ８３０を実行する。ここで、重なりがないゾーンの室内機１２０に隣接する重なりがあるゾーンが複数ある場合は、当該室内機１２０に隣接する重なりがある各ゾーン内の最寄りの室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２の存在する場所）へ風向を調整する。

　次に、空調能力配分演算部２１０は、例えば環境目標値、環境状態に係る値、当該環境の熱伝導率、空調能力補足機器２７０の風向、環境目標値に至るまでの要求時間に基づいて、室外機１１０、室内機１２０、空調能力補足機器２７０における各能力を演算する処理Ｓ８４０を実行する。例えば空調能力補足機器２７０の能力の一例としては、各ゾーン周辺の環境と、重なりがあるゾーンにおける環境目標値ｏ^κ _ｍと環境状態に係る値（環境センサー計測値ｓ^κ _ｍ）の差ｅ^κ _ｍと、重なりがないゾーンの環境目標値ｏ^κ _ｍと環境状態に係る値の差ｅ^κ _ｍとの差と、当該環境の熱伝達率と、室外機１１０及び、室内機１２０の能力と、空調能力補足機器２７０の風向と、環境目標に至るまでの要求時間に基づいて算出される空調能力補足機器２７０の風量がある。ここで、要求時間は時間の経過とともに減少する。

　次に、制御指令部２４０が各室外機１１０、各室内機１２０、各空調能力補足機器２７０に制御目標値のデータを含む信号を送信するステップＳ８５０を実行する。

　さらに、他のゾーンと重複する、新たに設定したゾーンにおいてｅ^κ _ｍの値が０以上の室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２）があるかどうかを判断するステップＳ８６０を実行する。ｅ^κ _ｍが０以上の室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２）があると判断すると、その室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２）の存在する領域を、新たに設定したゾーンから除去するステップＳ８７０を実行する。一方、ステップＳ８６０でｅ^κ _ｍが０以上の室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２）がないと判断するとステップＳ８００へ戻る。

　次に、新たに設定したゾーンでｅ^κ _ｍが０未満の室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２）が属さないゾーンが存在するかどうかを判断するステップＳ８８０を実行する。室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２）が属さないゾーンが存在すると判断すると、そのゾーンを除去するステップＳ８９０を実行する。一方、ステップＳ８８０で室内機１２０（あるいは室内環境センサー１３２）が属さないゾーンがないと判断すると、ステップＳ８００へ戻る。

　次に、一連の処理を終了するかどうかを判断するステップＳ９００を実行する。終了するものと判断すると一連の処理を終了する。ステップＳ９００で終了しないと判断するとステップＳ８００へ戻り、上述した一連の処理をさらに実行する。

　以上のように、実施の形態４の空気調和制御装置によれば、能力に余裕のない室内機１２０同士をグループとして、既存のゾーンに対して重複する新たなゾーンを設定し、能力を融通することができる室内機１２０、空調能力補足機器２７０を用いて風量・風向を制御することにより、新たなゾーンに含まれる、隣接する領域に対して既存のゾーン内の室内機１２０から能力を融通することにより、システム全体として消費電力量を抑えつつ、新たなゾーンに対しても環境目標に近づけることができる。

　１１０　室外機、１２０　室内機　１３１　室外環境センサー、１３２　室内環境センサー、１３３　環境状況入力部、１４０　電力量計測部、１５０　系統モデルＤ／Ｂ、１６０　環境情報収集部、１７０　環境目標値設定部、１８０　計測Ｄ／Ｂ、１９０　ゾーン設定部、２００　ゾーン負荷演算部、２１０　空調能力配分演算部、２２０　環境状態予測部、２３０　評価部、２４０　制御指令部、２５０　入力部、２６０　出力部、２７０　空調能力補足機器。

Claims

　１又は複数の室外機と、該室外機と配管接続して空間内の空気調和を行う複数の室内機とを有する空気調和機システムの制御を行う空気調和機制御装置であって、
　各室内機が空気調和により達成しようとする環境の環境目標値を設定する環境目標値設定部と、
　前記複数の室内機を１又は複数のグループにし、各グループに対応して部分空間となるゾーンを設定又は前記ゾーンを変更するゾーン設定部と、
　前記環境目標値と、各室内機に対応して設置位置において室内環境状態検出手段が検出した環境状態に係る値との差に基づいて、前記ゾーン設定部が設定又は変更した前記ゾーンにおける熱負荷を演算するゾーン負荷演算部と、
　前記室内機及び前記室外機における消費電力量に基づいて、前記消費電力量を最小にするための演算を行って、各室内機と各室外機の運転能力の配分を決定する空調能力配分演算部と、
　前記空調能力配分演算部が演算した前記室内機及び前記室外機の各運転能力に基づく制御信号を、各室内機及び各室外機に送信する制御指令部と
を備えることを特徴とする空気調和機制御装置。
　環境状況に係る値を入力するための環境状況入力部をさらに備え、
　前記環境目標値設定部は、前記環境目標値、前記環境状態に係る値及び前記環境目標値と前記環境状態に係る値、並びに前記環境状況に係る値に基づいて、前記環境目標値を変更することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機制御装置。
　前記ゾーン設定部は、前記環境目標値と前記環境状態に係る値との差に基づいて、前記ゾーンの設定を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機制御装置。
　前記ゾーン設定部は、前記空気調和機システムが冷房運転をしているときに、前記環境目標値と前記環境状態に係る値との差が０以上となる第１のゾーンに対し、隣接する第２のゾーンにおける前記環境目標値と前記環境状態に係る値との差が０より小さいと判断すると、前記第２のゾーンを前記第１のゾーンに含めることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
　前記ゾーン設定部は、全室内機をグループとしてゾーンを設定することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
　前記ゾーン設定部は、各室内機をグループとして前記ゾーンを設定することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
　前記ゾーン設定部は、配管接続した室外機が同じ室内機をグループとして前記ゾーンを設定することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
　前記ゾーン設定部は、前記環境目標値と前記環境状態に係る値との差に基づいて、前記複数の室内機を１又は複数のグループにし、前記ゾーンを設定することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
　前記空調能力配分演算部が決定した配分に基づく前記ゾーンの環境状態を予測する環境状態予測部をさらに備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
[規則91に基づく訂正 15.01.2013]　
　前記ゾーン設定部は、前記環境目標値と前記環境状態に係る値との差に基づいて、前記１又は複数の室内機を複数のグループにし、グループ内の１又は複数の室内機を他のグループと共有するゾーンを追加、変更又は除去することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
[規則91に基づく訂正 15.01.2013]　
　前記ゾーン設定部は、ゾーン毎かつ時間帯毎に設定された前記環境目標値と、前記環境状態に係る値又は環境状況との差に基づいて、前記ゾーンを変更することを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
[規則91に基づく訂正 15.01.2013]　
　前記空調能力配分演算部は、前記環境目標値、前記環境状態に係る値及び環境目標値に至るまでの要求時間に基づいて、前記室外機及び前記室内機又は空調能力補足機器の各運転能力を演算することを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
[規則91に基づく訂正 15.01.2013]　
　前記ゾーン設定部は、前記室内機及び前記室外機並びに他の電力消費機器の任意期間における消費電力量の目標値と、前記環境目標値と前記環境状態に係る値との差に基づいて、前記１又は複数の室内機を複数のグループにし、グループ内の１又は複数の室内機を他のグループと共有するゾーンに設定又は変更することを特徴とする請求項１～１２のいずれか一項に記載の空気調和機制御装置。
　１又は複数の室外機と、該室外機と配管接続して空間内の空気調和を行う複数の室内機とを有する空気調和機システムの制御を行うための空気調和機制御プログラムであって、
　各室内機が空気調和により達成しようとする環境の環境目標値を設定する環境目標値設定処理と、
　前記複数の室内機を１又は複数のグループにし、各グループに対応して部分空間となるゾーンを設定又は前記ゾーンを変更するゾーン設定処理と、
　設定又は変更したゾーンにおける熱負荷を演算するゾーン負荷演算処理と、
　前記室内機及び前記室外機における消費電力量に基づいて、前記消費電力量を最小にするための演算を行って、前記室内機と前記室外機の運転能力の配分を決定する空調能力配分演算処理と、
　前記空調能力配分演算処理において演算した前記室内機及び前記室外機の各運転能力に基づく制御信号を、各室内機及び各室外機に送信する制御指令処理と
をコンピュータに実行させることを特徴とする空気調和機制御プログラム。
　該空調能力配分演算部処理において決定した配分に基づく前記空間の環境状態を予測する環境状態予測処理をさらにコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１４に記載の空気調和機制御プログラム。