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空調設備の運転制御方法および装置
説明

空調設備の運転制御方法および装置

【課題】複数部屋のある施設内の各室の状況に応じて、デマンド制御できる空調設備の運転制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】空調手段が設けられた複数の室に設けられて各室内に存在する人の顔面における最高温度を検出する最高皮膚温度検出手段と、該最高皮膚温度検出手段の検出値に基づいて室内に存在する人および/または存在した人の平均最高皮膚温度を演算する平均最高皮膚温度演算手段と、各室の標準室温状態における皮膚温度を記憶する記憶手段と、前記平均最高皮膚温度演算手段の演算値と前記記憶手段に記憶された標準室温状態における皮膚温度に基づいて偏差を求める偏差演算手段と、該偏差演算手段によって求められた各室の偏差温度を比較して制御対象となる空調手段を決定する空調制御対象決定手段と、最大需要電力の予想を行う電力負荷予測計と、該電力負荷予測計からの信号に基づいて前記空調制御対象決定手段によって決定された空調手段の制御を行う空調制御手段と、を備えた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、文化施設である博物館、美術館、また商業施設である百貨店、スーパーなど来場者の多い建物(以下、単に「施設」という)の空調設備に好適な空調設備の運転制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電力需要家が電力供給を受ける際には、電力会社と需要家との間で電気供給約款に基づいて契約が行われ需要電力(デマンド)が決定される。需要電力とは、電気供給約款によって定められた30分間の平均電力をいい、一ヶ月の最大値を最大需要電力(最大デマンド)という。
最大需要電力は電力負荷予測計で監視されており、ある月の契約電力は、電力負荷予測計により測定したその月を含む過去1年間の最大需要電力(最大デマンド)として自動的に決定される。
【0003】
施設における空調負荷の割合は、施設の規模で多少は異なるが、約40〜50%とかなり高い比率を占めていることから空調負荷について節電を行うことが重要である。また、最大需要電力の発生時期は、一般的には冷房負荷が増加する夏季である。もっとも、電気暖房を行っている施設では、暖房負荷の高くなる冬季に最大需要電力を発生する場合もある。
いずれにしても、最大需要電力の発生が、年間365日、8760時間の内のわずか30〜60分間に一回でもあった場合、その値が電力契約上の最大需要電力となり基本料金の決定根拠となる。
したがって、最大需要電力を抑制することは、年間を通しての基本料金を抑える事になり、その効果が高い。
【0004】
以上のような事情から、電力需要家はデマンドが契約電力を超えないようにする必要があり、電気料金の低減のために種々のデマンド制御装置または方法が提案されている。
このようなデマンド制御装置として、大型店舗等における営業に支障がない状態で、空調設備の制御、冷凍設備の制御、原動機設備の制御及び照明設備の制御を順位づけてスケジュール制御とピークカット制御することにより、消費電力を低減すると共に契約電力を低減し得る自動システム制御を可能とした節電制御装置及び省エネルギーシステムがある(特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2001-197661号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のように、従来のデマンド制御装置においては、空調設備の制御、冷凍設備の制御、原動機設備の制御及び照明設備の制御を順位づけてスケジュール制御とピークカット制御するというものである。
このような制御においては、施設内の各部屋の状況、例えば来館者が多くいるため温度上昇傾向にある部屋である等が考慮されることなく、施設内に展示・保存されている品などに対する空調環境確保のみを考慮して、機器の容量順などで停止順位を決めるというものである。
そのため、例えば美術館などにおいて従来の方式によって夏季に空調停止された場合、部屋の温度が上昇傾向にある場合、停止後にその部屋の居住環境が悪化し、来館者に不快感を与えるという問題がある。
【0006】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、複数部屋のある施設内の各部屋の状況に応じて、デマンド制御できる空調設備の運転制御方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
発明者は室内にいる人の感じ方を考慮して空調制御するにはいかにすべきかを鋭意検討し、人の皮膚温度は室温とその人の固有の体感とが複合した温度として現れることから、施設内の各部屋の状況を把握するにあたり、室内にいる人の感じ方を考慮するには室温度ではなく皮膚温度を基準とすることが重要であるとの知見を得た。
本発明はかかる知見を前提としてなされたものであり、具体的には以下の構成を有するものである。
【0008】
(1)本発明に係る空調制御方法は、空調手段が設けられた複数の室に存在する人の皮膚温度を検出し、需要電力が契約した最大需要電力を超えそうになったとき、前記検出された各室に存在する人の皮膚温度に基づいて停止する空調手段を決定するようにしたことを特徴とするものである。
【0009】
(2)本発明に係る空調制御装置は、空調手段が設けられた複数の室に設けられて各室内に存在する人の顔面における最高温度を検出する最高皮膚温度検出手段と、該最高皮膚温度検出手段の検出値に基づいて室内に存在する人および/または存在した人の平均最高皮膚温度を演算する平均最高皮膚温度演算手段と、各室の標準室温状態における皮膚温度を記憶する記憶手段と、前記平均最高皮膚温度演算手段の演算値と前記記憶手段に記憶された標準室温状態における皮膚温度に基づいて偏差を求める偏差演算手段と、該偏差演算手段によって求められた各室の偏差温度を比較して制御対象となる空調手段を決定する空調制御対象決定手段と、最大需要電力の予想を行う電力負荷予測計と、該電力負荷予測計からの信号に基づいて前記空調制御対象決定手段によって決定された空調手段の制御を行う空調制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【0010】
(3)また、空調手段が設けられた複数の室に設けられて各室内に存在する人の顔面における最高温度を検出する最高皮膚温度検出手段と、該最高皮膚温度検出手段の検出値に基づいて室内に存在する人および/または存在した人の最高皮膚温度の分布を演算する最高皮膚温度分布演算手段と、各室の標準室温状態における最高皮膚温度分布を記憶する記憶手段と、前記最高皮膚温度分布演算手段の演算値と前記記憶手段に記憶された標準室温状態における最高皮膚温度分布に基づいて分布偏差を求める分布偏差演算手段と、該分布偏差演算手段によって求められた各室の分布偏差を比較して制御対象となる空調手段を決定する空調制御対象決定手段と、最大需要電力の予想を行う電力負荷予測計と、該電力負荷予測計からの信号に基づいて前記空調制御対象決定手段によって決定された空調手段の制御を行う空調制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【0011】
(4)また、上記(2)または(3)に記載のものにおいて、最高皮膚温度検出手段は赤外カメラと、該赤外カメラの赤外画像に基づいて最高皮膚温度を検出する手段を備えてなり、赤外カメラを室の出口に向かう人の正面を撮像可能に設置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0012】
本発明においては、空調手段が設けられた複数の室に存在する人の皮膚温度を検出し、需要電力が契約した最大需要電力を超えそうになったとき、前記検出された各室に存在する人の皮膚温度に基づいて停止する空調手段を決定するようにしたので、室にいる人に居住環境の悪化を感じさせることを最小限にしてデマンド制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
[実施の形態1]
図1は本実施の形態に係る空調制御装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の空調制御装置は、図1に示すように、空調手段1が設けられた複数の室3に設けられて各室内に存在する人の顔面を撮像する赤外カメラ5と、赤外カメラ5の赤外画像に基づいて最高皮膚温度を検出する最高皮膚温度検出手段7と、最高皮膚温度検出手段7の検出値に基づいて室内に存在する人および/または存在した人の平均最高皮膚温度を演算する平均最高皮膚温度演算手段9と、各室3の標準室温状態における皮膚温度を記憶する記憶手段11と、前記平均最高皮膚温度演算手段9の演算値と前記記憶手段11に記憶された標準室温状態における皮膚温度に基づいて偏差を求める偏差演算手段13と、偏差演算手段13によって求められた各室3の偏差温度を比較して制御対象となる空調手段1を決定する空調制御対象決定手段15と、最大需要電力の予想を行う電力負荷予測計17と、該電力負荷予測計17からの信号に基づいて前記空調制御対象決定手段15によって決定された空調手段1の制御を行う空調制御手段と、を備えたものである。
以下、各構成を詳細に説明する。
【0014】
<空調手段>
空調手段1は、例えば冷凍機を備え、冷媒との熱交換によって空調を行う空調器であり、冷暖房の両方を含む。
<室>
室3とは施設において一定の区画されたエリアをいう。独立した部屋を構成していなくても、最大需要電力抑制時に制御対象となる空調手段1が設置されている一定の区画であれば、それを室3とする。
【0015】
<赤外カメラ>
赤外カメラ5は室内にいる人間の顔面から放射される赤外線を検出し、赤外画像データを出力する。赤外カメラ5は各室3において出口に向かう人の顔面を撮像できるような位置に設置するのが好ましい。その理由は、人間の皮膚温度は室内に長くいて室温に馴染んだ状態で検出するのが望ましく、室内にいる特定の人に着目すると、その人が室3から出る状態で皮膚温度を検出するのが、その人にとっての最も室温に馴染んだ状態となるからである。
【0016】
<最高皮膚温度検出手段>
最高皮膚温度検出手段7は、赤外カメラ5の赤外画像データを入力して、該赤外画像データに基づいて最高皮膚温度を検出する。
なお、複数の人が同一画面に撮影されている場合、個人別の肌部の認識方法は、撮影画像の画面内で、温度30℃以上で一定面積の領域を示す範囲内を一人の顔面肌と判断することとした。
【0017】
また、一人の顔面肌と認識された範囲内での最高温度をピックアップしそれを代表皮膚温度として用いた。検出する皮膚温度は、体温に近いものが最も好ましいとの考えから、最高温度が体温に最も近いと考えたからである。
そして、最高皮膚温度と室温とは相関関係にあることは実験により実証されている。図2はこの実験の結果を示すグラフであり、縦軸が室温(℃)を示し、横軸が顔面最高皮膚温度(℃)を示している。図2に示すように、最高皮膚温度が高くなれば室温が高くなることが分かる。
なお、赤外カメラ5は連続撮影しているが、最高皮膚温度検出手段7による検出の間隔は、人が通過する時間を見込んで数十秒とした。また、この実施形態で用いた装置では0.1℃の間隔で最高皮膚温度を検出できる。
【0018】
<平均最高皮膚温度演算手段>
平均最高皮膚温度演算手段9は、最高皮膚温度検出手段7の検出値に基づいて室内に存在する人および/または存在した人の平均最高皮膚温度を演算する。すなわち、最高皮膚温度検出手段7の検出値を順次積算して対象となった人数で除算して平均値を算出する。
【0019】
<記憶手段>
記憶手段11は、各室3の標準室温状態における皮膚温度を記憶している。標準室温状態とは、室内にいる人がちょうど良いと感じる状態をいう。これは、予め赤外カメラ5によって顔面を撮像して求めた最高皮膚温度と、その人に対してどのように感じているかのアンケートを実施して最高皮膚温度と実際にどのように感じているかの関係を求め、これによって標準室温状態の最高皮膚温度を求めたものである。
図3は、最高皮膚温度と感じ方との関係を示すグラフであり、縦軸が感じ方を示し、横軸が最高皮膚温度(℃)を示している。このグラフから分かるように、最高皮膚温度が35℃の時にちょうど良いと感じていることがわかる。したがって、このデータを基にした場合には、標準室温状態とは、最高皮膚温度が35℃の状態をいうことになる。
【0020】
<偏差演算手段>
偏差演算手段13は、平均最高皮膚温度演算手段9の演算値と記憶手段11に記憶された標準室温状態における皮膚温度に基づいて偏差を求める。例えば、演算値が36℃であった場合には、偏差は36℃−35℃=1℃となる。
【0021】
<空調制御対象決定手段>
空調制御対象決定手段15は、偏差演算手段13によって求められた各室3の偏差温度を比較して空調停止対象を決定する。例えば、冷房の場合において、No.1〜No.10の10室の偏差が、No.1〜No.3が0.5℃、No.4〜No.6が−1℃、No.7、No.8が0℃、No.9、No.10が−0.5℃であった場合には、空調制御対象をNo.4〜No.6、No.9、No.10、No.7、No.8、No.1〜No.3の順に決定する。すなわち、偏差が−方向に大きい順に制御対象とするのである。
【0022】
<電力負荷予測計>
電力負荷予測計17は、予め設定された最大需要電力を超える可能性が発生したときにどの程度電力がオーバーするか予想を行う。
<空調制御手段>
空調制御手段は、電力負荷予測計17からの信号に基づいて空調制御対象決定手段15によって決定された空調手段の制御を行う。すなわち、電力負荷予測計17から最大需要電力をオーバーする電力についての情報と、空調制御対象決定手段15によって決定された制御順にしたがってどの室3の空調手段1を制御するかを決定し、空調制御盤21に対して制御信号を出力する。制御信号とは、空調を停止する停止信号の他、空調を停止しないまでも停止に近い運転状態にすることも含む。
【0023】
なお、上記の最高皮膚温度検出手段7、平均最高皮膚温度演算手段9、偏差演算手段13、空調制御対象決定手段15、空調制御手段19は、コンピュータに搭載されたCPUによってプログラムが実行されることによって実現される。
【0024】
以上のように構成された空調制御装置の動作を説明する。
例えば美術館などの各室3に設置された赤外カメラ5を稼動して各室3を出て行く人の顔面を撮像する。各室3で撮像された赤外画像データに基づいて最高皮膚温度検出手段7によって最高皮膚温度を検出する。そして、平均最高皮膚温度演算手段9は、検出された最高皮膚温度を積算して、人数で除算することで平均最高皮膚温度を算出する。このようにして、各室3の平均最高皮膚温度を順次演算して更新しておく。
【0025】
上記の状態で、例えば夏場の昼過ぎのように冷房負荷が最大になるような時期に、予め設定された最大需要電力を超える可能性が発生したときに電力負荷予測計17からどの程度電力がオーバーするかの情報が入力されると、現状態における制御対象となる空調手段1を決定する。すなわち、偏差演算手段13が平均最高皮膚温度演算手段9の演算値と記憶手段11に記憶された標準室温状態における皮膚温度に基づいて偏差を求め、空調制御対象決定手段15が求められた各室3の偏差温度を比較して制御対象となる空調手段1の順位を決定し、オーバーする電力と制御対象順位を考慮した空調手段1の出力とから停止対象となる空調手段1を決定する。すなわち、オーバーする電力が200kWの場合において、制御対象順位が高順位のものから順に出力が100kW、120kW、100kW・・・であったとすれば、100kW、120kWの2台を停止する。
停止する空調手段1が決定されると、その信号を空調制御盤21に出力して対象となった空調を停止する。
【0026】
以上のように、本実施の形態によれば、施設の最大需要電力が契約電力に逼迫する様な事態が発生すると予測された事態になったとき、来場者の感じている状態を考慮して停止する空調手段1の選択が可能になったので、空調の余裕がある室、すなわち人が少し寒い、寒いと感じている室3の空調手段1から順次停止することができ、来場者に居住環境の悪化を感じさせることなくデマンド制御することができる。
少し寒いエリアの空調設備である冷凍機を20分間、順次停止した結果、来場者に空調環境で不快感を与えることなく、最大需要電力の抑制が約150kW(理論値180kW)達成されたという結果を得ている。
【0027】
[実施の形態2]
図4は本実施の形態に係る空調制御装置の構成を示すブロック図であり、実施の形態1と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態の空調制御装置は、実施の形態1における平均最高皮膚温度演算手段9に代えて最高皮膚温度分布演算手段25を設け、偏差演算手段13に代えて分布偏差演算手段27を設けたものである。また、記憶手段11には各室3の標準室温状態における最高皮膚温度分布が記憶されている。また、分布偏差演算手段27を設けたことにより、空調制御対象決定手段15は分布偏差演算手段27の演算値に基づいて制御対象の空調手段1を決定するようにしている。
以下、本実施の形態の特徴点を説明する。
【0028】
<最高皮膚温度分布演算手段>
最高皮膚温度分布演算手段25は、最高皮膚温度検出手段7の検出値に基づいて室内に存在する人および/または存在した人の最高皮膚温度の分布を演算する。最高皮膚温度の分布とは、検出された最高皮膚温度の人数割合をいう。例えば、冷房空調の場合において、最高皮膚温度が35℃人が全体の65%、35.5℃の人が18%、34.5℃の人が5%、34℃の人が3%、36℃の人が9%のように人数割合で示すものである。
【0029】
図5は冷房空調の場合における異なる2室における最高皮膚温度の分布をグラフ表示したものであり、縦軸が人数割合を示し、横軸が感じ方を示している。感じ方は、図3に示したグラフに基づいて、最高皮膚温度から換算した。図5に示すように、一つの室ではちょうど良いと感じる人(最高皮膚温度35℃の人)の割合が70%であるのに対して、他の室では約45%である。一方、ちょうど良いと感じる人の割合が70%である室では少し暑かったと感じる人(最高皮膚温度35.5℃の人)の割合が約15%であるのに対してちょうど良いと感じる人の割合が約45%の室では少し暑かったと感じる人の割合が約33%である。このグラフから一つの室は標準状態にあり、他の室は少し暑めであることが分かる。
記憶手段11に記憶されている標準状態における最高皮膚温度分布は、例えば図5の一つの室の場合である。
【0030】
<分布偏差演算手段>
分布偏差演算手段27とは、最高皮膚温度分布演算手段25の演算値と記憶手段11に記憶された標準室温状態における最高皮膚温度分布に基づいて分布偏差を求める。分布偏差とは標準室温状態における最高皮膚温度分布と最高皮膚温度分布演算手段25の演算値との差を評価する評価基準であり、例えば、図5のグラフに示す標準室温状態における最高皮膚温度分布のグラフからはみ出た部分の面積で評価する。もっとも、面積以外を基準にして評価をしてもよい。
【0031】
<空調制御対象決定手段>
空調制御対象決定手段15は分布偏差演算手段27の演算値に基づいて制御対象の空調手段1を決定する。例えば、冷房空調の場合には、標準室温状態における最高皮膚温度分布のグラフから最高皮膚温度の低い方にはみ出した面積の大きいものから順に制御対象に決定する。
【0032】
以上のように構成された本実施の形態の動作は基本的には実施の形態1と同様である。もっとも、本実施の形態のように、最高皮膚温度の分布によって制御対象の空調手段1を決定することで、より室3にいる人の体感に近い考慮した制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の一実施の形態に係る空調制御装置の説明図である。
【図2】最高皮膚温度と室内温度の関係を示すグラフである。
【図3】最高皮膚温度と感じ方との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の実施の形態2に係る空調制御装置の説明図である。
【図5】冷房空調の場合における異なる2室における最高皮膚温度の分布を表したグラフである。
【符号の説明】
【0034】
1 空調手段、3 室、5 赤外カメラ、7 最高皮膚温度検出手段、9 平均最高皮膚温度演算手段、11 記憶手段、13 偏差演算手段、15 空調制御対象決定手段、17 電力負荷予測計、19 空調制御手段、21 空調制御盤、25 最高皮膚温度分布演算手段、27 分布偏差演算手段。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
空調手段が設けられた複数の室に存在する人の皮膚温度を検出し、需要電力が契約した最大需要電力を超えそうになったとき、前記検出された各室に存在する人の皮膚温度に基づいて停止する空調手段を決定するようにしたことを特徴とする空調制御方法。
【請求項2】
空調手段が設けられた複数の室に設けられて各室内に存在する人の顔面における最高温度を検出する最高皮膚温度検出手段と、該最高皮膚温度検出手段の検出値に基づいて室内に存在する人および/または存在した人の平均最高皮膚温度を演算する平均最高皮膚温度演算手段と、各室の標準室温状態における皮膚温度を記憶する記憶手段と、前記平均最高皮膚温度演算手段の演算値と前記記憶手段に記憶された標準室温状態における皮膚温度に基づいて偏差を求める偏差演算手段と、該偏差演算手段によって求められた各室の偏差温度を比較して制御対象となる空調手段を決定する空調制御対象決定手段と、最大需要電力の予想を行う電力負荷予測計と、該電力負荷予測計からの信号に基づいて前記空調制御対象決定手段によって決定された空調手段の制御を行う空調制御手段と、を備えたことを特徴とする空調制御装置。
【請求項3】
空調手段が設けられた複数の室に設けられて各室内に存在する人の顔面における最高温度を検出する最高皮膚温度検出手段と、該最高皮膚温度検出手段の検出値に基づいて室内に存在する人および/または存在した人の最高皮膚温度の分布を演算する最高皮膚温度分布演算手段と、各室の標準室温状態における最高皮膚温度分布を記憶する記憶手段と、前記最高皮膚温度分布演算手段の演算値と前記記憶手段に記憶された標準室温状態における最高皮膚温度分布に基づいて分布偏差を求める分布偏差演算手段と、該分布偏差演算手段によって求められた各室の分布偏差を比較して制御対象となる空調手段を決定する空調制御対象決定手段と、最大需要電力の予想を行う電力負荷予測計と、該電力負荷予測計からの信号に基づいて前記空調制御対象決定手段によって決定された空調手段の制御を行う空調制御手段と、を備えたことを特徴とする空調制御装置。
【請求項4】
最高皮膚温度検出手段は赤外カメラと、該赤外カメラの赤外画像に基づいて最高皮膚温度を検出する手段を備えてなり、赤外カメラを室の出口に向かう人の正面を撮像可能に設置したことを特徴とする請求項2または3に記載の空調制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2008−25951(P2008−25951A)
【公開日】平成20年2月7日(2008.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−201429(P2006−201429)
【出願日】平成18年7月25日(2006.7.25)
【出願人】(591006298)JFEテクノリサーチ株式会社 (52)
【Fターム(参考)】