特許 7542774 空調システムおよび空調システムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】空調システムおよび空調システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/64 20180101AFI20240823BHJP

【ＦＩ】

F24F11/64

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024504316

(86)(22)【出願日】2022-03-04

(86)【国際出願番号】 JP2022009476

(87)【国際公開番号】W WO2023166722

(87)【国際公開日】2023-09-07

【審査請求日】2024-06-21

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000236056

【氏名又は名称】三菱電機ビルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋山 孝太

(72)【発明者】

【氏名】根本 英次

【審査官】佐藤 正浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１２２５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４７４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０７７７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ １１／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱媒として、冷水、温水、または冷温水を利用するコイルと、
前記コイルと接続され、冷水、温水、または冷温水が流れる往管および還管と、
前記還管に取り付けられた二方弁と、
室内温度を検出する室内温度センサと、
室内湿度を検出する室内湿度センサと、
給気温度を検出する給気温度センサと、
室内温度設定値、室内湿度基準値、給気温度設定値、および室内に存在する１以上の人の全体の着衣量のレベルの入力を受け付ける入力部と、
前記二方弁を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記室内温度設定値と前記着衣量のレベルの温度換算値とを加算することによって、室内温度修正設定値を求め、
前記コントローラは、前記室内温度修正設定値から前記室内温度センサによって検出された前記室内温度を減算することによって得られた偏差に基づいて、室内温度リセット値を求め、
前記コントローラは、前記室内湿度基準値から前記室内湿度センサによって検出された前記室内湿度を減算することによって得られた偏差に基づいて、室内湿度リセット値を求め、
前記コントローラは、前記給気温度設定値と、前記室内温度リセット値と、前記室内湿度リセット値とを加算することによって、給気温度修正設定値を求め、
前記コントローラは、前記給気温度センサによって検出された給気温度が前記給気温度修正設定値となるように、前記二方弁を比例制御、比例積分制御、または比例積分微分制御する、空調システム。

【請求項2】

前記着衣量のレベルの数は、奇数であり、
前記着衣量のレベルが中央値のときに、前記着衣量のレベルの温度換算値は０であり、
前記着衣量のレベルが中央値よりも小さいときに前記着衣量のレベルの温度換算値は正であり、かつ前記着衣量のレベルが中央値よりも大きいときに前記着衣量のレベルの温度換算値は負である、請求項１に記載の空調システム。

【請求項3】

前記着衣量のレベルは、第１～第５レベルであり、
前記着衣量のレベルが第１レベルのときに、前記着衣量のレベルの温度換算値はα２、前記着衣量のレベルが第２レベルのときに、前記着衣量のレベルの温度換算値はα１、前記着衣量のレベルが第３レベルのときに、前記着衣量のレベルの温度換算値は０、前記着衣量のレベルが第４レベルのときに、前記着衣量のレベルの温度換算値は－α１、前記着衣量のレベルが第５レベルのときに、前記着衣量のレベルの温度換算値は－α２である、ただし、α１およびα２は正の値であり、α２＞α１である、請求項１または２に記載の空調システム。

【請求項4】

冷温水コイルと、
前記冷温水コイルと接続される冷温水往管および冷温水還管と、
前記冷温水還管に取り付けられた二方弁と、
室内温度を検出する室内温度センサと、
室内湿度を検出する室内湿度センサと、
給気温度を検出する給気温度センサと、
入力部と、
コントローラと、を備えた空調システムの制御方法であって、
前記入力部が、室内温度設定値、室内湿度基準値、給気温度設定値、および着衣量のレベルの入力を受け付けるステップと、
前記コントローラが、前記室内温度設定値と前記着衣量のレベルの温度換算値とを加算することによって、室内温度修正設定値を求めるステップと、
前記コントローラが、前記室内温度修正設定値から前記室内温度センサによって検出された前記室内温度を減算することによって得られた偏差に基づいて、室内温度リセット値を求めるステップと、
前記コントローラが、前記室内湿度基準値から前記室内湿度センサによって検出された前記室内湿度を減算することによって得られた偏差に基づいて、室内湿度リセット値を求めるステップと、
前記コントローラが、前記給気温度設定値と、前記室内温度リセット値と、前記室内湿度リセット値とを加算することによって、給気温度修正設定値を求めるステップと、
前記コントローラが、前記給気温度センサによって検出された給気温度が前記給気温度修正設定値となるように、前記二方弁を比例制御、比例積分制御、または比例積分微分制御するステップと、を備える空調システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空調システムおよび空調システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、人の着衣量に基づいて空調機を制御する技術が知られている。たとえば、特許文献１に記載の空調制御システムは、雲パラメータ生成部、画像撮影部、日射量算出部、輻射温度算出部、ＰＭＶ算出部、温度湿度測定部、入力部、空調制御パラメータ算出部を備える。入力部は、キーボードやテンキーから着衣量、および活動量を入力することができ、これらの情報をＰＭＶ算出部へ送出する。

【0003】

ＰＭＶ算出部は、輻射温度算出部で得られた輻射温度、得られた室内外温度および室内外湿度、入力部から入力された着衣量、活動量等を取り込み、あらかじめ設定されている算出式を用いて快適性指標値ＰＭＶを算出し、空調制御パラメータ算出部へ送出する。空調制御パラメータ算出部は、ＰＭＶ算出部で得られた快適性指標値ＰＭＶを取り込み、あらかじめ設定されている算出式を用いて、設定温度を算出するとともに、この設定温度に応じて空調装置を制御し、室内温度を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１３７６１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の空調制御システムでは、ユーザによって設定可能な可変の着衣量に基づいて、設定温度を算出することが記載されている。

【0006】

しかしながら、特許文献１には、簡易な手段によって、ユーザによって設定可能な可変の着衣量に応じて、快適な空調を実現する構成は開示されていない。

【0007】

それゆえに、本開示は、簡易な手段によって、ユーザによって設定可能な可変の着衣量に応じて、快適な空調を実現することができる空調システムおよび空調システムの制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の空調システムは、熱媒として、冷水、温水、または冷温水を利用するコイルと、コイルと接続され、冷水、温水、または冷温水が流れる往管および還管と、還管に取り付けられた二方弁と、給気温度設定値の入力、および室内に存在する１以上の人の全体の着衣量のレベルの入力を受け付ける入力部と、着衣量のレベルの温度換算値に基づいて、給気温度設定値を修正することによって給気温度修正設定値を求め、給気温度修正設定値に基づいて、二方弁を制御するコントローラとを備える。

【0009】

本開示は、冷温水コイルと、冷温水コイルと接続される冷温水往管および冷温水還管と、冷温水還管に取り付けられた二方弁と、室内温度を検出する室内温度センサと、室内湿度を検出する室内湿度センサと、給気温度を検出する給気温度センサと、入力部と、コントローラとを備えた空調システムの制御方法である。この空調システムの制御方法は、入力部が、室内温度設定値、室内湿度基準値、給気温度設定値、および着衣量のレベルの入力を受け付けるステップと、コントローラが、室内温度設定値と着衣量のレベルの温度換算値とを加算することによって、室内温度修正設定値を求めるステップと、コントローラが、室内温度修正設定値から記室内温度センサによって検出された室内温度を減算することによって得られた偏差に基づいて、室内温度リセット値を求めるステップと、コントローラが、室内湿度基準値から室内湿度センサによって検出された室内湿度を減算することによって得られた偏差に基づいて、室内湿度リセット値を求めるステップと、コントローラが、給気温度設定値と、室内温度リセット値と、室内湿度リセット値とを加算することによって、給気温度修正設定値を求めるステップと、コントローラが、給気温度センサによって検出された給気温度が給気温度修正設定値となるように、二方弁を比例制御、比例積分制御、または比例積分微分制御するステップとを備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示によって、簡易な手段によって、ユーザによって設定可能な可変の着衣量に応じて、快適な空調を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態１の空調システムの構成を表わす図である。

【図2】着衣量のレベルＣａ１と、その温度換算値Ｃａ２とを表わす図である。

【図3】実施の形態１における空調システムの制御手順を表わすフローチャートである。

【図4】偏差Ｅ２（ｎ）と第１の操作量の変化量ΔＡＰ２（ｎ）との関係の一例を表わす図である。

【図5】ＡＰ２（ｎ）に対応する室内温度リセット値ＲＴ１（ｎ）との関係を表わす図である。

【図6】偏差Ｅ３（ｎ）と第２の操作量の変化量ΔＡＰ３（ｎ）との関係の一例を表わす図である。

【図7】ＡＰ３（ｎ）に対応する室内湿度リセット値ＲＨ（ｎ）との関係を表わす図である。

【図8】コントローラ２に含まれる給気温度に基づく制御器２０１の構成を表わす図である。

【図9】コントローラ２をソフトウェアを用いて実現する場合の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の空調システムの構成を表わす図である。

【0013】

空調システムは、ファンコイルユニット１と、冷温水往管３と、冷温水還管４と、冷温水二方弁５と、コントローラ２と、室内温度センサ１１と、室内湿度センサ１２と、給気温度センサ１３と、リモコン６と、を備える。

【0014】

ファンコイルユニット１は、天井内に埋め込まれる。
ファンコイルユニット１には、冷温水コイル８および送風ファン７が内蔵される。

【0015】

冷温水コイル８は、図示しない水方式セントラル冷暖房システムまたは蓄熱システムと接続する冷温水往管３および冷温水還管４と接続されている。冷温水往管３および冷温水還管４には、冷温水が流れる。冷温水コイル８は、熱媒として、冷温水を利用する。

【0016】

送風ファン７は室内側から吸い込んだ排気流ＲＡを冷温水コイル８に通過させることで熱交換させ、冷温風となった給気流ＳＡを再び室内へ吹き出す。送風ファン７の送風量は可変としてもよい。

【0017】

冷温水還管４には、冷温水二方弁５が取り付けられている。
冷温水二方弁５の開度を増加することによって、冷温水還管４を流れる冷温水の量が増加し、冷温水コイル８に滞留する冷温水が減少する。冷温水二方弁５の開度を減少することによって、冷温水還管４を流れる冷温水の量が減少し、冷温水コイル８に滞留する冷温水が増加する。よって、冷温水二方弁５の開度を制御することによって、冷温水コイル８の熱交換効率を制御することができる。これによって、空調システムの空調能力を制御することができる。

【0018】

室内温度センサ１１は、室内温度Ｔ１ｄを検出する。
室内湿度センサ１２は、室内湿度Ｈｄを検出する。

【0019】

給気温度センサ１３は、給気流ＳＡの温度である給気温度Ｔ２ｄを検出する。
リモコン６は、入力部を構成する。リモコン６は、ユーザからの室内温度設定値Ｔ１ｓ（０）、室内湿度基準値Ｈｓ、給気温度設定値Ｔ２ｓ（０）、および室内に存在する１以上の人の全体の着衣量のレベルＣａ１の入力を受け付ける。

【0020】

図２は、着衣量のレベルＣａ１と、その温度換算値Ｃａ２とを表わす図である。
図２に示すように、暖房時には、着衣量のレベルＣａ１は、第５レベル「厚着」、第４レベル「やや厚着」、第３レベル「普通」、第２レベル「やや薄着」、第１レベル「薄着」の５レベルである。温度換算値Ｃａ２は、それぞれ、「－α２℃」、「－α１℃」、「０℃」、「＋α１℃」、「＋α２℃」である。

【0021】

図２において、α１およびα２は、正の値であり、α２＞α１である。たとえば、α１＝１、α２＝２としてもよい。

【0022】

図３は、実施の形態１における空調システムの制御手順を表わすフローチャートである。

【0023】

ステップＳ１０１において、コントローラ２は、リモコン６を通じて、ユーザからの室内温度設定値Ｔ１ｓ（０）、室内湿度基準値Ｈｓ、給気温度設定値Ｔ２ｓ（０）、および室内に存在する１以上の人の全体の着衣量のレベルＣａ１の入力を受け付ける。コントローラ２は、時刻ｎを１に設定し、実際の開度の初期値ＡＰ（０）、第１の操作量ＡＰ２（０）、および第２の操作量ＡＰ３（０）を５０％に設定する。

【0024】

ステップＳ１０２において、コントローラ２は、室内温度設定値Ｔ１ｓ（０）と着衣量のレベルＣａ１の温度換算値Ｃａ２とを加算することによって、室内温度修正設定値Ｔ１ｓを求める。

【0025】

ステップＳ１０３において、コントローラ２は、室内温度センサ１１によって検出された室内温度Ｔ１ｄ（ｎ）を取得する。

【0026】

ステップＳ１０４において、コントローラ２は、室内温度修正設定値Ｔ１ｓから室内温度Ｔ１ｄ（ｎ）を減算した偏差Ｅ２（ｎ）を求める。

【0027】

図４は、偏差Ｅ２（ｎ）と第１の操作量の変化量ΔＡＰ２（ｎ）との関係の一例を表わす図である。コントローラ２は、図４に示す関係に従って、偏差Ｅ２（ｎ）に対応する第１の操作量の変化量ΔＡＰ２（ｎ）を求める。

【0028】

コントローラ２は、１時刻前の第１の操作量ＡＰ２（ｎ－１）にΔＡＰ２（ｎ）を加算することによって、時刻ｎの第１の操作量ＡＰ２（ｎ）を求める。

【0029】

図５は、ＡＰ２（ｎ）に対応する室内温度リセット値ＲＴ１（ｎ）との関係を表わす図である。コントローラ２は、図５に示す関係に従って、ＡＰ２（ｎ）に対応する室内温度リセット値ＲＴ１（ｎ）を求める。図５の関係によれば、偏差Ｅ２（ｎ）に対応した比例積分制御量として室内温度リセット値ＲＴ１（ｎ）が求まるが、コントローラ２は、偏差Ｅ２（ｎ）に対応した比例制御量、または比例積分微分制御量として室内温度リセット値ＲＴ１（ｎ）を求めてもよい。

【0030】

なお、第１の操作量ＡＰ２（ｎ）は、室内温度リセット値ＲＴ１（ｎ）を求めるためのものであって、コントローラ２は、第１の操作量ＡＰ２（ｎ）に基づいて冷温水２方弁５を制御しない。

【0031】

ステップＳ１０５において、コントローラ２は、室内湿度センサ１２によって検出された室内湿度Ｈｄ（ｎ）を取得する。

【0032】

ステップＳ１０６において、コントローラ２は、室内湿度基準値Ｈｓから室内湿度Ｈｄ（ｎ）を減算した偏差Ｅ３（ｎ）を求める。

【0033】

図６は、偏差Ｅ３（ｎ）と第２の操作量の変化量ΔＡＰ３（ｎ）との関係の一例を表わす図である。コントローラ２は、図６に示す関係に従って、偏差Ｅ３（ｎ）に対応する第２の操作量の変化量ΔＡＰ３（ｎ）を求める。

【0034】

コントローラ２は、１時刻前の第２の操作量ＡＰ３（ｎ－１）にΔＡＰ３（ｎ）を加算することによって、時刻ｎの第２の操作量ＡＰ３（ｎ）を求める。

【0035】

図７は、ＡＰ３（ｎ）に対応する室内湿度リセット値ＲＨ（ｎ）との関係を表わす図である。コントローラ２は、図７に示す関係に従って、ＡＰ３（ｎ）に対応する室内湿度リセット値ＲＨ（ｎ）を求める。図７の関係によれば、偏差Ｅ３（ｎ）に対応した比例積分制御量として室内湿度リセット値ＲＨ（ｎ）が求まるが、コントローラ２は、偏差Ｅ３（ｎ）に対応した比例制御量、または比例積分微分制御量として室内湿度リセット値ＲＨ（ｎ）を求めてもよい。

【0036】

なお、第２の操作量ＡＰ３（ｎ）は、室内湿度リセット値ＲＨ（ｎ）を求めるためのものであって、コントローラ２は、第２の操作量ＡＰ３（ｎ）に基づいて冷温水２方弁５を制御しない。

【0037】

ステップＳ１０７において、コントローラ２は、給気温度設定値Ｔ２ｓ（０）と、室内温度リセット値ＲＴ１（ｎ）と、室内湿度リセット値ＲＨ（ｎ）とを加算することによって、給気温度修正設定値Ｔ２ｓ（ｎ）を求める。

【0038】

ステップＳ１０８において、コントローラ２は、給気温度センサ１３によって検出された給気温度Ｔ２ｄ（ｎ）を取得する。

【0039】

ステップＳ１０９において、コントローラ２は、給気温度Ｔ２ｄ（ｎ）が給気温度修正設定値Ｔ２ｓ（ｎ）となるように、冷温水二方弁５を比例制御、比例積分制御、または比例積分微分制御する。

【0040】

図８は、コントローラ２に含まれる給気温度に基づく制御器２０１の構成を表わす図である。

【0041】

制御器２０１は、減算器２２と、調整器２１とを備える。減算器２２は、給気温度修正設定値Ｔ２ｓ（ｎ）から給気温度Ｔ２ｄ（ｎ）を減算した偏差Ｅ１（ｎ）を求める。調整器２１は、偏差Ｅ１（ｎ）に比例した操作量を冷温水二方弁５に出力することによって、冷温水二方弁５を比例制御する。これによって、冷温水二方弁５の実際の開度ＡＰ（ｎ）が定まる。

【0042】

なお、制御器２０１は、給気温度Ｔ２ｄに基づいて冷温水二方弁５を比例積分制御、または比例積分微分制御してもよい。

【0043】

ステップＳ１１０において、終了指示が入力された場合に、処理が終了し、終了指示が入力されない場合に、処理がステップＳ１１１に進む。

【0044】

ステップＳ１１１において、コントローラ２は、時刻ｎをインクリメントする。その後、処理がステップＳ１０３に戻る。

【0045】

以上のように、本実施の形態によれば、たとえば、大学の講義室などにおいて、毎回決まった場所に同じ人が座らず、かつ毎回服装も変化する場合でも、リモコンによって着衣量のレベルを変更することができる。これによって、簡易な手段で快適な空調が実現することができる。

【0046】

変形例．
（１）冷水コイルおよび温水コイル
上記の実施形態において、空調システムは、冷温水を熱媒として利用する冷温水コイルを備えるものとしたが、冷房時に冷水を熱媒として利用する冷水コイルと、暖房時に温水を熱媒として利用する温水コイルとを備えるものとしてもよい。この場合に、冷水コイルには冷水往管および冷水還管が接続され、冷水還管には、冷水二方弁が取り付けられる。温水コイルには温水往管および温水還管が接続され、温水還管には、温水二方弁が取り付けられる。コントローラは、冷房時には、上記の実施形態で説明したのと同様にして、冷水二方弁を制御し、暖房時には、上記の実施形態で説明したのと同様にして、温水二方弁を制御する。

【0047】

（２）着衣量のレベル
上記の実施形態では、着衣量のレベルは５レベルとしたが、これに限定するものではなく、複数レベルであればよい。または着衣量のレベルの数を奇数とし、中央のレベルの温度換算値は、上記の実施形態と同様に、「０℃」としてもよい。

【0048】

（３）コントローラ
図９は、コントローラ２をソフトウェアを用いて実現する場合の構成を示す図である。コントローラ２は、バス１００３に接続されたプロセッサ１００１およびメモリ１００２を備える。メモリ１００２に記憶されたプログラムをプロセッサ１００１が実行する。

【0049】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0050】

１ ファンコイルユニット、２ コントローラ、３ 冷温水往管、４ 冷温水還管、５ 冷温水二方弁、６ リモコン、７ 送風ファン、８ 冷温水コイル、１１ 室内温度センサ、１２ 室内湿度センサ、１３ 給気温度センサ、２１ 調整器、２２ 減算器、２０１ 制御器、１００１ プロセッサ、１００２ メモリ、１００３ バス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】