JPH0794906B2 - デマンド制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被空調空間をインテリアとペリメータの２つ
の空調ゾーンに分けそれぞれを空調する空調設備におい
て、使用総電力量、使用総熱量が契約最大量を超過する
ことを抑制するとともに、空調環境を良好に保つデマン
ド制御装置に関するものである。

従来の技術 近年、建築された多くのビルは、室内環境が向上しつつ
あるが、それに伴ないエネルギの消費増大により、管理
経費も増加し、その抑制に関心が高まりつつあった。

従来の空調設備について、以下その構成を図にもとづい
て説明する。

第５図において、建築物内の複数の室内における一つの
被空調空間41は、インテリアゾーン42とペリメータゾー
ン43に範囲を分けて空調を行ない、複数の機器の分担
を、インテリアゾーン42を水熱交換式空調機すなわち大
型のものについては、エアハンドリングユニット（以下
AHUと称す）12と称する空気調和機により主として空調
し、ペリメータゾーン43を主に複数の冷凍サイクル式空
調機（以下、エアコンと称す）13が分担して空調してい
る。

インテリアゾーン42を空調するAHU12は還気と外気の混
合した空気の塵埃を除去するフイルタ121、冷・温水と
空気と熱交換する熱交換コイル122、熱交換コイル122に
流す冷・温水量を調節するバルブ124、バルブ124の開度
調節をおこなうため駆動するモータ123、フイルタ121と
熱交換コイル122を通じて空気を吸込み、ダクト31およ
び吹出口30を介して被空調空間41のインテリアゾーン42
に給気するファン125、ファン125の回転数を制御し風量
調節をおこなう可変電圧可変周波数装置（以下VVVFと称
す）126及び、マイクロコンピュータ、ROM,RAM等から成
り、冷・温水量の調節用バルブ124を駆動するモータ123
と、ファン125の回転数を制御するVVVF126に制御信号を
送る制御器1200から構成されており、制御器1200は、イ
ンテリアゾーン42の室内温度を検知する温度センサ127
から発する信号を入力し室内温度を計測する室内温度計
測手段1204と目標値の室内温度を設定する室内温度設定
手段1203と、前記室内温度計側手段1204で計測した室内
温度および室内温度設定手段1203で設定した設定室内温
度の２信号を入力して比較計算する論理判定部1205と、
論理判断部1205で比較計算した結果を入力し、バルブ開
度信号をモータ123に出力するバルブ開度制御手段1201
およびファン125の回転数制御信号をVVVF126に出力する
ファン回転数制御手段1202を有して構成されている。

ペリメータゾーン43を空調するエアコン13は、一般にヒ
ートポンプ冷凍サイクルを形成しコンプレッサ135、四
方弁134、室内側熱交換コイル133、膨張弁（図示せ
ず）、室外側熱交換コイル139を有している。そのほか
室内側熱交換コイル133を介して室内に冷風または温風
を給気送風するファン132とそのファン132を駆動するモ
ータ131およびそのモータ131の回転速度を調節するVVVF
130を有する。また室内空気を吸入し、室外熱交換コイ
ル139を通じて熱交換し室外に排気するファン138とその
ファン138を駆動するモータ137を設けている。その他コ
ンプレッサ135の回転数を変化して冷暖房能力を調節す
るVVVF140をも設けて構成している。このエアコン13の
室内温度制御は制御器1300によっておこなわれる。この
制御器1300内には、エアコン13内に吸込んだ室内空気の
温度を検知する温度センサ136より発した信号を受け室
内温度を計測し、測定室内温度を出力する室内温度計測
手段1303と、目標値の室内温度を設定し、設定室内温度
を出力する室内温度設定手段1301と、前記出力した測定
室内温度と設定室内温度との２信号を入力し比較計算す
る論理判断部1304と、論理判断部1304の計算結果を入力
し、モータ131およびコンプレッサ135の回転数を制御し
て冷暖房能力を調節するためVVVF130,140に制御信号を
出力するモータ制御手段1302を有している。

以上のように構成されたAHU12とエアコン13の動作につ
いて説明する。

インテリアゾーン42を空調するAHU12は建物外部の熱源
設備から供給される冷温水の有する熱量を、熱交換コイ
ル122によりフイルタ121を通して送られてきた外気と還
気の混合された空気に熱を移し、ファン（Ｆ）125によ
りダクト31を通じて吹出口30からインテリアゾーン42に
その空気を供給する。

そしてインテリアゾーン42に設置された室内温度を検知
する温度センサ127の出力を受けて室内温度計測手段120
4がインテリアゾーン42の温度を計測し、室内温度設定
手段1203により設定され出力した、室内温度の目標値で
ある温度設定値と室内温度計測手段1204が計測して出力
した温度計測値を論理判断部1205に入力し、両者に比較
し計算する。

例えば冷房モードの場合に温度計測値が温度設定値より
大きい場合はAHU12の能力を増す必要があるのでファン
回転数制御信号を発するファン回転数制御手段1202及び
バルブ開度の制御信号を発するバルブ開度制御手段1201
の両方に能力増指令を論理判断部1205は出力する。能力
増の指令を受けたファン回転数制御手段1202は、可変電
圧可変周波数装置（VVVF）126に対して電圧および周波
数を増すよう指令信号を出力して、ファン（Ｆ）125の
回転数を増し、インテリアゾーン42に給気する風量を増
加することで能力を増す（能力減の指令の場合は逆の動
作を行なう。）。

また、バルブ開度制御手段1201は、能力増の指令を受け
ると、バルブ124の開度調節を行なうモータ123に対して
開指令を出力する。これによりモータ123はバルブ124の
開度を増し、熱交換コイル122を流れる冷水の量を増加
するので、熱交換コイル122で単位時間あたりの空気に
熱交換される熱量が増加することになり、能力が増す
（能力減の指令の場合は逆の動作を行なう。）。

以上のようにAHU12はインテリアゾーン42の空調制御を
おこなう。

次にエアコン13は冷凍サイクル装置を組込んだ空調機で
コンプレッサ135で冷媒を圧縮し冷媒回路を循環する。
冷房の場合は熱交換コイル139にて冷媒が吸収した熱を
熱交換コイル139で放熱する。暖房の場合はその逆であ
る。ファン138はモータ137にて駆動され熱交換コイル13
9へ放熱／吸熱のための空気を室外から吸込んで送風す
る。またファン132はモータ131により駆動され、コイル
133の放熱／吸熱を行なうために送風して、ペリメータ
ゾーン43の空調を行なう。冷房及び暖房の切替は、四方
弁134によって行なわれる。エアコン13の制御器1300は
室内空気の還気口に取付けられ室温を検知する温度セン
サ136の出力を受けて室内温度計測手段1303が還気の温
度すなわちペリメータゾーン43の温度を計測し、室内温
度設定手段1301により設定され出力した、室内温度の目
標値である温度設定値と室内温度計測手段1301より出力
した温度計測値とのそれぞれを論理判断部1304が受け、
両者を比較計算する。

例えば冷房モードの場合に温度設定値が温度計測値より
高いときは、能力を減らす必要があるのでモータ制御手
段1302に対して能力減指令を、論理判断部1304が出力す
る。能力減指令を受けたモータ制御手段130はVVVF130,1
40に周波数減の指令を与えて、コンプレッサ135,モータ
131の回転数を落として能力を減少する。温度設定値が
温度計測値より低いときは、能力を増やす必要があるの
で、モータ制御手段1302に対して能力増指令を論理判断
部1304が出力する。能力増指令を受けてモータ制御手段
1302はVVVF130,140に周波数増の指令を出力してモータ1
31、コンプレッサ135の回転数を増加し、能力を増や
す。

以上の動作で、エアコン13はペリメータゾーン43の空調
を行なう。

ただしインテリアゾーン42はAHU12により空調し、ペリ
メータゾーン43はエアコン13により空調するが、これは
あくまで大まかな分担であり、当然AHU12はペリメータ
ゾーン43にまで影響を及ぼし、エアコン13はインテリア
ゾーン42にまで影響を与える。

また、AHU12は主にその能力を冷温水の熱量から得、そ
の空気の搬送のために電力を使用している。エアコン13
はその能力を全て電力から得ている。ここで、建物全体
の使用電力量は、電力会社などとの契約により決定した
単位時間当りの最大電力量（ピークロード）より超過す
るのを防ぐ必要がある。この契約最大電力量を使用電力
量が越えると通常の電力使用量に対する料金の他に料金
を払う必要が生じる。また、冷温水を建物の外部の熱源
設備から供給されているような場合（地域熱源）も電力
と同様のことがいえる。

したがって、使用電力量及び使用熱量が、契約最大電力
量及び契約最大熱量を越えないように建物全体の使用電
力量と使用熱量を制御する必要がある。また、建物全体
の使用電力量と使用熱量の大きな割合を占めているのが
空調であり、使用電力量，使用熱量が多くなってくる
と、主に空調系に対して、部分的に空調機を停止すると
いう制御が行なわれていた。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では、空調機を停止す
るために、被空調空間の環境が悪化してしまうという課
題がある。

この課題に対して、本発明は、使用電力量もしくは使用
熱量が増加して、契約最大電力量、契約最大熱量を越え
そうになっても、例えば使用電力量が越えそうなときに
は空調機に対して電力を減らして熱量を増加する指令を
与えて空調の負荷を電力から熱量に分担させることによ
り、使用電力量は減らすが空調機は停止することなく空
調をおこなう。このように、被空調空間の環境の悪化な
しに建物全体の使用電力量，使用熱量の制御を行なうこ
とを目的とする。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために、本発明のデマンド制御装置
は、建築物内の複数の室内において、その被空調空間の
インテリアゾーンとペリメータゾーンのそれぞれを空調
する少なくとも１台の水熱交換式空調機および複数の冷
凍サイクル式空調機と、前記複数の空調機内部にそれぞ
れ設けた制御器と、建築物内の使用総電力量（使用電力
量）を検出する使用電力検出手段と、建物全体で単位時
間あたりに使用できる電力量を決めた契約最大電力量
（最大電力量）を設定する最大電力設定手段と、前記使
用電力検出手段が検出した使用電力量と前記最大電力設
定手段により設定された最大電力量を比較する電力比較
手段と、現在建物全体で単位時間あたり使用されている
熱量（使用熱量）を検出する使用熱量検出手段と、建物
全体で単位時間あたりに使用することが許容される最大
の熱量（最大熱量）を設定する最大熱量設定手段と、前
記使用熱量検出手段が検出した使用熱量と前記最大熱量
設定手段により設定された最大熱量とを比較する熱量比
較手段と、前記電力比較手段の判断結果と前記熱量比較
手段の判断結果により、前記水熱交換式空調機，前記冷
凍サイクル式空調機の制御器に、熱量消費量制御，電力
消費量制御をそれぞれ行なうように指令信号を発する制
御部から構成したものである。

作用 この構成によって、建物内の総使用電力量を使用電力検
出手段で検出し、契約最大電力量を最大電力設定手段で
設定してそれぞれの値の出力を電力比較手段で常に比較
計算する。

また、空気と水熱交換に使用する冷・温水の総使用熱量
は、使用熱量検出手段で検出し、契約最大熱量は最大熱
量設定手段で設定して、それぞれの値の出力を熱量比較
手段で常に比較計算する。前記の比較した値が例えば契
約最大電力量を使用電力量が越え、契約最大熱量より使
用熱量が下まわる場合は、電力比較手段から出力する信
号により制御部は、能力を電力に依存している冷凍サイ
クル式空調機に対して、能力減指令を出力し、能力を熱
量に多く依存している水熱交換式空調機に対して能力増
加指令を出力する。

使用電力量が少なく、使用熱量が多い場合は、制御部よ
り発する指令は前記と逆となる。

このようにそれぞれの契約量を超過することなく能力減
と能力増とバランスをとり被空調空間に対するトータル
の空調能力を一定として空調環境の悪化を防止しつつ空
調することとなる。

実 施 例 第１図は、本発明におけるデマンド制御装置の一実施例
を示す概略構成図で以下その構成について説明する。

なお従来例で説明した構成と同一部分については、同一
符号を付し説明を省略する。

第１図において、契約最大電力量および、他の施設（地
域熱源設備）より導入し、使用料金を支払う空調用空気
との熱交換に用いられる冷・温水使用の契約最大熱量と
を、使用総電力量および使用総熱量が超過しないよう制
御するマイクロコンピュータ,ROM,RAM等の電子部品およ
び測定部を組合して作られたデマンド制御装置11の内部
の機能構成部分は、建築物内の使用総電力量（使用電力
量）を検出してその信号を出力する使用電力検出手段11
1と、建物全体で単位時間あたりに使用できる電力量を
決めた契約最大電力量（最大電力量）を設定してその信
号を出力する最大電力設定手段112と、前記使用電力量
と前記契約最大電力量の２信号を入力して比較計算しそ
の比較結果の信号を出力する電力比較手段113と、建物
全体の単位時間あたりの使用総熱量（使用熱量）を検出
してその信号を出力する使用熱量検出手段114と、建物
全体で単位時間あたり使用できる熱量を決めた契約最大
熱量（最大熱量）を設定してその信号を出力する最大熱
量設定手段115と、設定した契約最大熱量と使用熱量の
２信号を入力して比較計算し、その比較結果の信号を出
力する熱量比較手段116と電力比較手段113と熱量比較手
段116の比較結果の信号を入力し、その比較結果によ
り、建物内の複数の室内を空調しているそれぞれ複数の
AHU12およびエアコン13に能力を増加あるいは減少する
ようAHU制御器1200,エアコン制御器1300に出力する制御
部117から構成されている。次に、その動作について第
２図〜第４図のフローチャートを用いて説明する。

まず、第１図における電力比較手段113は、第２図に示
した現在の建物全体の総使用電力量を使用電力検出手段
111から読込む（ステップ602）。次に契約した最大使用
限度である契約最大電力量を最大電力設定手段112で設
定してから読込む（ステップ603）。そして、契約最大
電力量に対して使用電力量が何％になっているかの電力
負荷率の計算を行ない（ステップ604）、その数値（電
力負荷率）を出力する（ステップ605）。その後この動
作を一定間隔で繰返す。

同様の動作を第５図に示すように熱量比較手段116は、
現在の建物全体の総使用熱量（外部から導入した冷水ま
たは温水の使用熱量）を使用熱量検出手段114から読込
む（ステップ612）。

次に契約した最大使用限度である契約最大熱量を最大熱
量設定手段115で設定してから読込む（ステップ613）。

そして契約最大熱量に対して総使用熱量が何％になって
いるかの熱量負荷率の計算を行ない（ステップ614）そ
の数値（熱量負荷率）を出力する（ステップ615）。

次に制御部117は、第４図に示すとおり電力負荷率を電
力比較手段113からステップ502で読込み、熱量負荷率を
熱量比較手段116からステップ503で読込む。次に電力負
荷率が80％を越えているか、熱量負荷率が80％を越えて
いるかを調べ（ステップ504）、どちらも越えていなけ
れば通常運転指令をAHU制御器1200,エアコン制御器1300
に出力する（ステップ511）一定時間後にステップ502に
戻る。なお、80％という数値はその設備により適切な値
に変更可能である。どちらか一方あるいば両方越えてい
ればステップ505で （１） 熱量負荷率が越えている。

（２） 電力負荷率が越えている。

（３） 両方とも越えている。

の判断を行なう。

（１）のときはAHU12のAHU制御器1200内の論理判断部12
05に対して熱量減少指令を出力し（ステップ507）、エ
アコン13のエアコン制御器1300の論理判断部1304に対し
て能力増加指令を出力する（ステップ509）。論理判断
部1205はこれを受け、ファン回転数制御手段1202とバル
ブ開度制御手段1201に対して能力減の指令を与えるの
で、使用熱量は減少する。そしてAHU12の能力が減少し
た分を補うために論理判断部1304は能力増加指令を受け
てモータ制御手段1302に対して能力増指令を出力する。
これによりエアコン13の能力が増し、AHU12の能力減少
分を補なうので、被空調空間41に対する空調能力は一定
としながらも使用熱量を減少させることができる。その
後ステップ502に戻る。

（２）の場合はAHU12のAHU制御器1200の論理判断部1205
に対して熱量増指令を出力し（ステップ508）、エアコ
ン13のエアコン制御器1304の論理判断部1304に対して能
力減少指令を出力する（ステップ510）。

論理判断部1205はこれを受け、AHU12全体の空調能力と
しては増加するようにファン回転数制御手段1202にはや
ゝ能力減指令を出力して電力を減少し、バルブ開度制御
手段1201に対しては能力増指令を出力する。論理判断部
1304はこの前記能力減少指令を受けて、モータ制御手段
1302に対して能力減指令を出力するのでエアコン13は能
力を減少し、使用電力が減少する。ただしAHU12が能力
を増やしているので被空調空間41に対する空調能力は一
定である。その後、ステップ502に戻る。

（３）のときは、ステップ506で熱量負荷率が100％以上
かどうかを判断し、100％に達していなければ、まだ熱
量に余裕があるのでステップ508に進み、使用熱量を増
加させて使用電力を減少させる。熱量負荷率が100％以
上であれば、ステップ513で電力負荷率が100％以上かを
判断して、電力負荷率が100％に達していなければ電力
を増加させて熱量を減少させるためにステップ507に進
む。なお電力負荷率が100％を越えているときは、全体
としての空調能力を減少せざるを得ないので、ステップ
514,515で、AHU12およびエアコン13に、設定温度の変更
を行なう指令を出力する。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、使用電力検出手段と最
大電力設定手段により使用電力量と契約最大電力量を、
使用熱量検出手段と最大熱量設定手段により使用熱量と
最大熱量をそれぞれ電力比較手段および熱量比較手段で
常に比較し、例えば使用電力量が契約最大電力量を越え
たときに使用熱量が契約最大熱量を越えていなければ、
能力を冷・温水の熱量に頼っている空調機に対しては能
力を増加し、能力を電力に頼っている空調機に対しては
能力を減少する指令を制御部から出力することで、使用
電力量を減らしつつその能力減少分を熱量でカバーす
る。従って、被空調空間に対するトータルの空調能力は
変えずに（環境は悪化せずに）デマンド制御を行なうこ
とが可能であり、その実用的効果には大なるものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるデマンド制御装置と
その関係構成を示すブロック図、第２図は電力比較手段
111の動作フローチャート、第３図は同熱量比較手段117
の動作フローチャート、第４図は同制御部117の動作を
示すフローチャート、第５図は従来例の制御器とその関
係構成を示すブロック図である。 11……デマンド制御装置、12……エアハンドリングユニ
ット（AHU）、13……冷凍サイクル式空調機（エアコ
ン）、43……被空調空間、42……インテリアゾーン、43
……ペリメータゾーン、111……使用電力検出手段、112
……最大電力設定手段、113……電力比較手段、114……
使用熱量検出手段、115……最大熱量設定手段、116……
熱量比較手段、117……制御部、1200……AHU制御器、13
00……エアコン制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建築物内の複数の室内において、その被空
   調空間のインテリアゾーンとペリメータゾーンのそれぞ
   れを空調する少なくとも１台の水熱変換式空調機および
   複数の冷凍サイクル式空調機と、前記複数の空調機内部
   にそれぞれ設けた制御器と、建築物内の使用総電力量
   （使用電力量）を検出する使用電力検出手段と、建物全
   体で単位時間あたりに使用できる電力量を決めた契約量
   大電力量（最大電力量）を設定する最大電力設定手段
   と、前記使用電力検出手段が検出した使用電力量と前記
   最大電力設定手段により設定された最大電力量を比較す
   る電力比較手段と、現在建物全体で単位時間あたり使用
   されている熱量（使用熱量）を検出する使用熱量検出手
   段と、建物全体で単位時間あたりに使用することが許容
   される最大の熱量（最大熱量）を設定する最大熱量設定
   手段と、前記使用熱量検出手段が検出した使用熱量と前
   記最大熱量設定手段により設定された最大熱量とを比較
   する熱量比較手段と、前記電力比較手段の判断結果と前
   記熱量比較手段と判断結果により、前記水熱交換式空調
   機，前記冷凍サイクル式空調機の制御器に、熱量消費量
   制御，電力消費量制御をそれぞれ行なうように指令信号
   を発する制御部からなるデマンド制御装置。