JP5657110B2 - 温度調節システム及び空気調和システム - Google Patents

Description

この発明は、負荷装置と熱源装置とが水回路によって接続される空気調和システムにおいて、熱源装置が負荷に応じて水温を変化させることで、高い運転効率が実現される制御技術に関する。

従来、ヒートポンプなどの熱源機により冷温水を生成し、水ポンプで室内機へ搬送して室内の冷暖房を行う空気調和システムが一般的に知られている。この方式の空気調和システムは、例えば冷房時は１６℃の冷水が室内機へ供給され、暖房時は３５℃の温水が室内機へ供給されるといったように、負荷によらず水温を一定にして送水する方式が一般的である。この方式では、季節の中間期や負荷が小さい場合、室温が設定値になると熱源機が停止するか、あるいは三方弁によって室内機への送水が停止されるといったように断続的な運転となる。よって、快適性が損なわれ、運転効率が低下する。

また、ある空気調和システムでは、設置業者が外気温度に応じた目標水温を設定する機能が付いている。しかし、水温と負荷とが一致していれば問題ないが、条件によっては負荷に対して水温が低い能力不足の運転や、負荷に対して水温が高い能力過多の運転などが行われる。よって、やはり快適性と運転効率の低下を招く。

これらの課題を解決する手段として、特許文献１には、利用者が設定した目標室内温度と現在の室内温度との偏差に基づいて熱源機が供給する目標水温を再設定し、再設定した目標水温を現在の目標水温との偏差に基づいて目標水流量を再設定する制御方法が開示されている。具体的には、特許文献１の空気調和システムは、圧縮機、減圧装置及び熱交換器で構成される冷媒回路と、前記冷媒回路と熱交換可能な冷温水循環回路とを備える。冷温水循環回路は、室内機へ冷温水を供給する。この空気調和システムでは、現在の室内温度を目標とする室内温度との偏差から目標水温を新たに設定し、水温が目標値となるように熱源機の能力、つまり圧縮機周波数を変化させる。

特開２００７−２１２０８５号公報（図３、図４）

上記のような空気調和システムにおいて、快適性を保ちながら、効率の高い運転を実現するためには、負荷に応じて水温を変化させるだけでなく、負荷変化時にも、設定温度に対する室内温度のオーバーシュートやアンダーシュートを抑えた水温設定、つまり負荷に応じて水温変化幅を変える必要がある。例えば、「暖房運転」で設定温度を固定したときの低外気温と高外気温との水温変化幅について考える。低外気温では設定温度と外気温度との差は大きいので設定温度を満足するための室内負荷が大きいと言える。また、高外気温では設定温度と外気温度との差は小さいので室内負荷は小さいと言える。例えば、明け方から昼にかけて外気温度が低い状態から高い状態へ変化した場合、負荷は小さくなるので熱源機に必要な能力も小さくなる。逆に昼から明け方にかけて外気温度が高い状態から低い状態へ変化した場合、負荷は大きくなるので熱源機に必要な能力は大きくなる。つまり、外気温度変化によって熱源機が必要な能力は異なる。

また、室内温度は外気温度の変化の影響を受けるが、建物の熱容量の影響により、室内の温度変化は外気温度変化よりも遅れて現れる。このため、熱源機の能力は負荷の変化に遅れて変化する。

つまり、特許文献１に開示されているように、設定温度と室内温度との差だけで水温を変化させる場合、外気温度変化に伴う負荷の変化に対して熱源機の能力調整による水温変化が遅れる。よって、設定温度に対する室内温度のオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、やはり快適性を損ない、運転効率の低下も招く。

本発明は、外気温度変化に応じて熱源機の出口水温を変化させることで、快適性を損なうことなく、高い運転効率を実現することにある。

本発明に係る温度調節システムは、制御を受けることで流入する熱媒体の加熱と冷却とのいずれかを行い、熱媒体を流出する熱源装置と、熱媒体が通過することで温度調節の対象となる調節対象と熱交換し、前記調節対象の温度を目標温度に調節する熱交換装置と、熱媒体を搬送する搬送装置とが配管で接続され、前記搬送装置によって熱媒体が循環する熱媒体回路と、前記熱源装置の制御を介して、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する制御装置と、外気温度を検出する外気温度検出器と、を備え、前記制御装置は、前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差と、に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する第１制御を実施し、前記第１制御を実施することによって前記調節対象の温度を目標温度に調節するものであり、前記第１制御を実行する場合には、前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差とに加え、過去の時刻における、前記調節対象の温度と前記外気温度との温度差を用いると共に、さらに、過去の時刻における、前記熱源装置への熱媒体の流入温度と流出温度との温度差を用いることを特徴とする。

この発明は、外気温度変化に応じて熱源機の出口水温を変化させるので、快適性を損なうことなく、空気調和システムの高い運転効率を実現できる。

実施の形態１の空気調和システム１の構成図。 実施の形態１の制御装置３１による制御動作を示すフローチャート。 実施の形態１の室外温度と室内負荷との関係を表すグラフ。 実施の形態１の室内温度と外気温度との温度差と、出口水温の変化率との関係を表すグラフ。

実施の形態１．
＜空気調和システム構成概要＞
図１〜図４を参照して、実施の形態１の空気調和システム１（温度調節システム）を説明する。
図１は、空気調和システム１の構成図である。空気調和システム１は、水回路１０（熱媒体回路）と、制御装置３１とを備えている。水回路１０は、室外機２（熱源装置）と、室内機３（熱交換装置）と、水ポンプ１１（搬送装置）とが、環状に配管で接続されて、構成されている。
（１）室外機２は、冷媒回路４を備えた熱源装置である。室外機２は、制御装置３１の制御を受けることで、流入する水（熱媒体）の加熱と冷却とのいずれかを行い、水を流出する。室外機２は、制御装置３１の制御を受けることで、水（熱媒体）の加熱能力、冷却能力が調整可能である。
（２）室内機３は、室内熱交換器１２を備え、室内に設置される。室内熱交換器１２は、室外機２によって加熱または冷却された水が通過することで、室内（空調対象の空間）の
空気（調節対象）と熱交換し、室内温度を目標温度に調節する。
（３）水ポンプ１１は、例えば水のような熱媒体を搬送する。
（４）制御装置３１は、室外機２の制御を介して、室外機２から流出する水の温度を制御する。

また、空気調和システム１は、室外機２が配置された室外の温度（外気温度）を検出する室外温度検出器２１（外気温度検出器）、室内機３が配置された室内の温度（調節対象の温度）を検出する室内温度検出器２２（調節対象温度検出器）、室外機２（中間熱交換器９）へ流入する水の入口水温を検出する入口水温検出器２３、室外機２（中間熱交換器９）から流出する水の出口水温を検出する出口水温検出器２４を備える。室外温度検出器２１〜出口水温検出器２４の検出値は、制御装置３１へ取り込まれる。制御装置３１は図１に示すように記憶装置３３を備えている。室外温度検出器２１〜出口水温検出器２４の検出値は、記憶装置３３に記憶される。

（冷媒回路４）
冷媒回路４は、圧縮機５、冷媒流路を切り替える四方弁６、室外空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器７、減圧装置である膨張弁８、水と冷媒との熱交換を行う中間熱交換器９が、環状に接続されている。

（圧縮機５）
圧縮機５は、例えば全密閉式圧縮機である。圧縮機５は、制御装置３１からの指令によってインバータで回転数を変化させることで冷媒回路４を循環する冷媒流量を調整する。この調整によって中間熱交換器９での熱交換量が変化するので、室外機２の出口水温の制御が可能となる。

（四方弁６）
四方弁６は、冷媒回路４の流れを切り替えるために用いられる。冷媒の流れを切り替える必要が無い場合、例えば冷房専用もしくは暖房専用で空気調和システム１を用いる場合は、流路の切り替えが不要である。流路の切り替えが不要の場合は、四方弁６は、なくてもよい。

（室外熱交換器７）
室外熱交換器７は、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器を使用できる。このフィンアンドチューブ型熱交換器の場合は、室外熱交換器７は、室外ファン（図示しない）を備える。この場合、室外熱交換器７は、室外ファンから供給された外気と、冷媒との熱交換を促進させる。また、室外熱交換器７は、地中に埋めて地熱を利用することで、年間を通じて安定した温度の熱源を供給できるタイプでも良い。また室外熱交換器７は、プレート熱交換器を用いて、例えば水や不凍液などを熱源として利用できるようにしても良い。

（膨張弁８）
膨張弁８は、例えば開度が可変なものを用い、凝縮器出口過冷却度または蒸発器出口過熱度が、できるだけ小さくなるように開度調整する。この開度調整によって冷媒流量を調整できるので、熱交換器を有効に利用できる。また、キャピラリのような固定絞り装置を複数並列に並べた場合も、冷媒流量調整が可能である。

（中間熱交換器９）
中間熱交換器９は、例えばプレート熱交換器を用いる。中間熱交換器９は、冷媒と水との熱交換を行い、水回路１０へ冷温水を供給する。また、中間熱交換器９として、二重管式や満液式の熱交換器を用いても、プレート熱交換器と同様の効果が得られる。

（室内熱交換器１２）
室内機３は、室内熱交換器１２を備える。室内熱交換器１２は、水と室内空気との熱交換を行い、室内を加熱あるいは冷却する。室内熱交換器１２としては、例えばラジエータが使用される。ラジエータに流入する水温によって室内を加熱あるいは冷却できる。また、室内熱交換器１２はラジエータに限らず、ファンコイルユニットや、床暖房パネルなどを室内熱交換器１２として用いても良い。

（水ポンプ１１）
水ポンプ１１は、室外機２および室内機３へ熱媒体である水を供給する。水ポンプ１１は、一定速のものや、インバータなどによって回転数が可変のものがある。また、一定速の水ポンプ１１と開度が可変な容量制御弁とを組み合わせ、容量制御弁の開度を調整することで循環する水流量の調整ができる。

＜中間熱交換器９の出口水温の決定方法＞
次に、空気調和システム１において、制御装置３１が、外気温度変化から、中間熱交換器９の「目標の出口水温」を決定する方法について説明する。例として、暖房の場合（下記に示す式（６））について説明する。以下に説明する制御は、制御装置３１によって実行される。また、以下に説明する「目標の出口水温の決定方法」は、下記の第１制御に関する。すなわち、制御装置３１は、式（Ａ）に基づく制御により室内の温度を一定に保持する。
Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}＝Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}＋ΔＴ１＋ΔＴ２ （Ａ）
Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}：現在の出口水温、
Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}：所定期間前の出口水温、
ΔＴ１：第１制御によって算出される出口水温変化、
ΔＴ２：第２制御によって算出される出口水温変化、
より具体的には、制御装置３１は、時間的に前後する室内温度の温度差に基づいて室外機２（中間熱交換器９）から流出する出口水温（Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}）を制御することにより、室内を略一定温度に保持する第２制御（ΔＴ２の算出に基づく制御）と、外気温度と、時間的に前後する外気温度の温度差とに基づいて、室外機２から流出する出口水温（Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}）を制御することにより、室内を略一定温度に保持する第１制御（ΔＴ１の算出に基づく制御）との双方の制御によって、室内の温度を略一定温度に保持する。

以下に、外気温度の温度差に基づく、第１制御の内容を説明する。
なお、下記において（ｉ−１）は所定時間前を示し、（ｉ）は、所定時間経過後を示す。
また、下記において入口水温Ｔ_ｗｉ、出口水温Ｔ_ｗｏとは、室外機２（中間熱交換器９）の入口水温、出口水温である。
所定時間前の室内負荷、つまり室内と外気との熱交換量Ｑ_{ｉｏ（ｉ−１）}は、
所定時間前の建物の熱交換性能ＡＫ_{ｉｏ（ｉ−１）}、
室内温度Ｔ_{ａｉ（ｉ−１）}、
外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}から、
式（１）で表すことができる。

一方、中間熱交換器９での熱交換量Ｑ_{ｗ（ｉ−１）}は、
水流量Ｇ_{ｗ（ｉ−１）}、
水の比熱Ｃｐ_{ｗ（ｉ−１）}、
中間熱交換器９の入口水温Ｔ_{ｗｉ（ｉ−１）}、
中間熱交換器９の出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}から、
式（２）で表すことができる。

中間熱交換器９の能力Ｑ_{ｗ（ｉ−１）}と、室内と外気との熱交換量Ｑ_{ｉｏ（ｉ−１）}とが釣り合っている場合、式（１）と式（２）とから、
流入温度（入口水温Ｔ_{ｗｉ（ｉ−１）}）、
流出温度（出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}）、
室内温度Ｔ_{ａｉ（ｉ−１）}、
外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}
の関係を式（３）で表すことができる。

なお、式（３）のＣ１は、水流量や建物の熱交換性能から決まる定数である。
ここで、外気温度がＴ_{ａｏ（ｉ−１）}からＴ_{ａｏ（ｉ）}へ変化後、室内温度が変化前の室内温度と一致するときの出口水温をＴ_{ｗｏ（ｉ）}とすると、目標室内温度Ｔ_{ａｉ（ｉ）}と出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}との関係は式（４）となる。

そして、式（３）と式（４）とから、
外気温度変化前（ｉ−１）の出入口水温と、
変化前（ｉ−１）の室内外温度と、
変化後（ｉ）の室内外温度と、
変化後（ｉ）の出入口水温との関係は，式（５）で表すことができる。

ここで、室内温度は変化させない前提であるので、
Ｔ_{ａｉ（ｉ）}＝Ｔ_{ａｉ（ｉ−１）} （Ｂ）
となる。また、入口水温は変化しないと仮定する。
すなわち、
Ｔ_{ｗｉ（ｉ）}＝Ｔ_{ｗｉ（ｉ−１）}、 （Ｃ）
とする。
式（Ｂ）、（Ｃ）の条件の下で式（５）を変形すると、式（６）となる。制御装置３１は、例えば、式（６）に基づき、外気温度（（Ｔ_{ａｉ（ｉ−１）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）のＴ_{ａｏ（ｉ−１）}）と、時間的に前後する外気温度の温度差（（Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ）}））と、に基づいて、室外機２から流出する水の温度を制御する第１制御を実施し、第１制御を実施することによって調節対象の室内温度を目標温度に調節する。後述する冷房の式（７）についても同様である。 式（５）から式（６）への変形は、以下に示す通りである。
以下の式（ｉ）における枠で囲まれた部分は、式（５）に対して、式（Ｂ）、（Ｃ）を用いて置き換えた。

冷房の場合も式（６）の導出と同様に考えると、目標出口水温は式（７）によって、表すことができる。

つまり、外気温度変化前後で室内温度を変化させないための目標出口水温は、式（８）のように、外気温度の変化幅である（Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ）}）に比例するように決定することができる。

さらに、式（６）により、室外機２の能力である中間熱交換器９の熱交換量（Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}−Ｔ_{ｗｉ（ｉ−１）}）と、室内負荷（Ｔ_{ａｉ（ｉ−１）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）との熱バランスの関係から、外気温度変化前後（Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ）}）の室内温度を一致させるための目標出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}を決定することができる。式（７）についても同様である。具体的には、目標出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}は、式（６）、（７）により、
室内外の温度差に反比例するか、
出入口水温度の差に比例するか、
出入口水温度差と室内外温度差との比に比例する、
などのように、式（９）から決定することができる。

実際の制御では、式（６）もしくは式（７）の右辺第二項に緩和係数を乗じて目標出口水温を変更し、最終的に室内温度が目標室内温度と一致するように、制御装置３１が室外機２を制御する。

＜具体的な制御方法＞
（暖房運転時における目標出口水温の動作方向）
次に、上記の目標出口水温決定方法を制御装置３１が実行することによる、室外機２の制御方法について説明する。
図２は、室外機２の運転中における、目標出口水温Ｔ_ｗｏの変化の方向を示す。図２は制御装置３１が行う動作である。室外機２の運転が開始し（Ｓ０１）、暖房運転、もしくは冷房運転のどちらかの運転が選択される（Ｓ０２）。暖房運転中に、現在の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ）}と所定時間前の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}との差である外気温度差（Ｔ_{ａｏ（ｉ）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）を算出する。算出した外気温度差の比較を行い、外気温度差がゼロ、もしくは所定の範囲の場合（Ｓ０３）は、現在の出口水温で運転を継続する。外気温度差が０を下回る場合（Ｔ_{ａｏ（ｉ）}＜Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）、つまり現在の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ）}が所定時間前の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}よりも低い場合（Ｓ０４）は、外気温度差を用いて、制御装置３１は、前述した式（６）に従って目標出口水温を設定する（Ｓ０５）。このとき、外気温度差が０より小さいことから、室内負荷は大きくなるため、制御装置３１は、目標出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}を現在の出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}よりも上昇させる方向へ制御する（Ｓ０６）。一方、外気温度差が０よりも大きい場合（Ｔ_{ａｏ（ｉ）}＞Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）、つまり現在の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ）}が所定時間前の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}よりも高い場合は、同様に式（６）より目標出口水温を算出し（Ｓ０７）、制御装置３１は、目標出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}を現在の出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}よりも低下させる方向へ制御する（Ｓ０８）。

（冷房運転時における目標出口水温の動作方向）
次に、冷房運転の場合について説明する。冷房運転と判定すると（Ｓ０２）、制御装置３１は、暖房運転と同様に、算出した外気温度差（Ｔ_{ａｏ（ｉ）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）を基に判定を行う（Ｓ１０）。外気温度差がゼロ、もしくは所定の範囲の場合は、制御装置３１は、現在の目標出口水温で変更運転を継続する。外気温度差が０より小さい場合（Ｔ_{ａｏ（ｉ）}＜Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）、つまり現在の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ）}が所定時間前の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}よりも低い場合（Ｓ１１）、式（７）より目標出口水温を算出する（Ｓ１２）。このとき、外気温度差が０より小さいことから室内負荷は小さくなるため、制御装置３１は、目標出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}を現在の出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}よりも上昇させる方向へ制御する（Ｓ１３）。一方、外気温度差が０よりも大きい場合（Ｔ_{ａｏ（ｉ）}＞Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）、つまり現在の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ）}が所定時間前の外気温度Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}よりも高い場合は、同様に式（７）から目標出口水温を算出し（Ｓ１４）、制御装置３１は、室内負荷が高くなることから室内温度を下げる必要があるため、目標出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}を現在の出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}よりも低下させる方向へ制御する（Ｓ１５）。

次に、目標出口水温Ｔ_{ｗｏ（ｉ）}の算出である式（６）及び式（７）に記載された、「室内温度と外気温度との差」、及び「入口水温と出口水温との差」の影響について、暖房運転の場合を例に説明する。

（室内温度と外気温度との差；外気温度の影響）
暖房運転の場合の式（６）に関して、「室内温度と外気温度との差」（Ｔ_{ａｉ（ｉ−１）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}）について説明する。
図３は、室外温度（外気温度）と室内負荷との関係を表すグラフである。横軸は室外温度を示し、縦軸は室内負荷を示す。室内温度が一定である場合（例えば室内温度＝２０℃）、暖房運転時における室内負荷は、図３に示すように、外気温度が低い（例えば０℃）と大きく、外気温度が高い（例えば１０℃）と小さくなる。ここで、外気温度が変化した場合の、目標出口水温の変化幅について考える。まず、室内温度＝２０℃とし、外気温度が０℃から２℃に上昇したとする。式（１）に示すように、外気温度と室内温度との差は、室内負荷に比例する。このことから、外気温度が上昇しても室内温度を変化させないための室外機能力は、外気温度上昇前に対する室外機２の能力が、
（２０℃―２℃）÷（２０℃―０℃）×１００＝９０％
のとき安定する。つまり、現在の室外機２の能力の１０％に相当する目標出口水温の低下で、外気温度が上昇しても室内温度は変化させずに済む。
一方、外気温度が１０℃から１２℃へ上昇した場合は、
（２０℃―１２℃）÷（２０℃―１０℃）×１００＝８０％
となる。この場合、室外機２の能力２０％低下に相当する目標出口水温の低下で、室内温度が設定温度と一致すると言える。

図４は、室内温度と外気温度との差と、出口水温の変化率との関係を表すグラフである。つまり、図４に示すように、外気温度差が同じ（上記の例では差が２℃）であっても、外気温度が高い場合（室内設定温度と外気温度との差が小さい場合）は、目標出口水温の変化率は大きくなる。また、外気温度が低い場合（室内設定温度と外気温度との差が大きい場合）は、目標出口水温の変化率は小さくなる。新たに設定する目標出口水温は、室内温度と外気温度との差に反比例する。

（水温温度差の影響）
次に、「入口水温と出口水温との差」（Ｔ_{ｗｏ（ｉ−１）}−Ｔ_{ｗｉ（ｉ−１）}）の影響について説明する。水流量が一定の場合、「入口水温と出口水温との差」は室外機２の能力を示している。水流量が一定の場合は、「入口水温と出口水温との差」の増加に伴い、室外機２の能力は大きい、つまり室内負荷が大きい状態と言える。式（５）を変形すると、外気温度変化後の出口水温と入口水温との差は、式（１０）に示すように、１周期前の出口水温と入口水温との差に比例の関係となる。

ここで、室外機２の能力が大きい、つまり「入口水温と出口水温との差」が大きい場合（例えば、出口水温が４０℃であり、「入口水温と出口水温との差」＝１０℃）と、室外機２の能力が小さい、つまり「入口水温と出口水温との差」が小さい場合（例えば、出口水温度が３５℃であり、「入口水温と出口水温との差」＝５℃）について考える。
室外機２の能力が大きい場合の目標出口水温Ｔ_ｗｏｍＨ、
室外機２の能力が小さい場合の目標出口水温をＴ_ｗｏｍＬとすると、
式（９）から、現在の入口水温（３０℃）、出口水温（４０℃、３５℃）と、目標出口水温Ｔ_ｗｏの関係は、式（１１）、式（１２）となる。

入口水温は同じ（３０℃）であることから、目標出口水温はＴ_ｗｏｍＬ＜Ｔ_ｗｏｍＨとなり、室外機２の能力が大きい場合のほうが、現在の出口水温に対して目標出口水温を大きく動かす必要がある。

つまり、室内負荷、つまり室外機２の能力が大きい場合は、目標出口水温の変化幅は大きく、室外機能力が低い場合は目標出口水温の変化幅は小さくてよい。つまり、目標出口水温は出入口水温度差に比例する。

（実施の形態１の変形例１）
上記では、水流量が一定の場合について記述した。次に、制御装置３１の制御により水ポンプ１１のポンプ流量が可変である場合において、「入口水温と出口水温との差」が常に一定となるようにポンプ流量を制御できる場合について説明する。このように、「入口水温と出口水温との差」が常に一定となるようにポンプ流量を制御できる場合は、室外機２と室内熱交換器１２との間に流量計を取り付けて、制御装置３１は流量計によってポンプ流量を検出する。あるいは制御装置３１は、水ポンプ１１の回転数、流量調整弁開度など、流量を代表する値を検出する。制御装置３１は、「入口水温と出口水温との差」の替わりに、上記のポンプ流量、水ポンプ１１の回転数、流量調整弁開度などの、ポンプ流量を代表する値（流量指標値）を用いても良い。このように、制御装置３１は、水ポンプ１１によって搬送される水の流量を指標する流量指標値であって、時間的に前後する流量指標値の差を「入口水温と出口水温との差」の替わりに用いてもよい。

（実施の形態１の変形例２）
また、以上の説明では外気温度偏差（Ｔ_{ａｏ（ｉ−１）}−Ｔ_{ａｏ（ｉ）}）における、Ｔ_{ａｏ（ｉ）}とＴ_{ａｏ（ｉ−１）}とに、現在の外気温度と所定時間前の外気温度とを用いることを想定した。この場合、現在の外気温度、所定時間前の外気温度とは、例えば、ある期間ΔＴａの平均の外気温度をＴ_{ａｏ（ｉ−１）}として使用し、期間ΔＴａよりも後の期間である期間ΔＴｂの平均の外気温度をＴ_{ａｏ（ｉ）}として使用してもよい。また、例えば現在と過去の外気温度から所定時間後の外気温度を予測し、予測した外気温度と現在の外気温度との偏差を適用しても良い。

（外気温度差に基づく制御）
以上のように、本実施の形態１では、式（６）〜（９）等に示すように、制御装置３１は、室内温度を一定に保持するに際して、室外機２（熱源装置）から流出する流出熱媒体温度の目標値を決定する場合、室外温度検出器２１の検出値のうち、現在の検出値と所定時間前の検出値とを用いた温度差に比例して目標流出熱媒体温度を決定する。この決定方式により、空気調和システム１では、外気温度変化に伴う室内負荷変化に応じた目標流出熱媒体温度の設定ができるため、使用者の快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御が実現可能である。

（室内外温度差を加味した制御）
また、制御装置３１は、式（６）〜（９）等に示すように、室内温度を一定に保持するに際して、室外機２から流出する流出熱媒体温度の目標値を決定する場合、室外温度検出器２１の検出値のうち、現在の検出値と所定時間前の検出値とを用いた温度差に比例し、かつ室内温度検出器２２と室外温度検出器２１とのそれぞれの検出値の差に反比例するように目標流出熱媒体温度を決定する。この決定方式により、空気調和システム１では、室内負荷に応じた目標流出熱媒体温度を設定できるため、使用者の快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御が実現可能である。

（「入口水温と出口水温との差」を加味した制御）
また、制御装置３１は、式（６）〜（９）等に示すように、室内温度を一定に保持するに際して、室外機２から流出する流出熱媒体温度の目標値を決定する場合、室外温度検出器２１の検出値のうち、現在の検出値と所定時間前の検出値とを用いた温度差に比例し、かつ「入口水温と出口水温との差」（入口水温検出器２３、出口水温検出器２４により検出）に比例するように目標流出熱媒体温度を決定する。この決定方式により、空気調和システム１では、室内負荷に応じた目標流出熱媒体温度を設定できるため、使用者の快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御が実現可能である。

（「入口水温と出口水温との差」に代えてポンプ流量を加味した制御）
また、制御装置３１は、上記の「実施の形態１の変形例１」で述べたように、室外機２から流出する流出熱媒体温度の目標値を決定する場合、室外温度検出器２１の検出値のうち、現在の検出値と所定時間前の検出値とを用いた温度差に比例し、かつポンプ流量に比例するように目標流出熱媒体温度を決定する。この決定方式により、空気調和システム１では、室内負荷に応じた目標流出熱媒体温度を設定できるため、使用者の快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御が実現可能である。

（室内外温度差及び「入口水温と出口水温との差」を加味した制御、あるいは室内外温度差及びポンプ流量を加味した制御）
また、制御装置３１は、室外機２から流出する流出熱媒体温度の目標値を決定する場合、式（９）、上記の「実施の形態１の変形例１」等に示すように、室外温度検出器２１の検出値のうち、現在の検出値と所定時間前の検出値とを用いた温度差に比例し、「入口水温と出口水温との差」またはポンプ流量を室内外温度差で除した値に比例するように目標出口水温を決定する。この決定方式により、現在の室内負荷と室外機２の能力のそれぞれに応じた目標流出熱媒体温度の設定ができるため、使用者の快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御が実現可能である。

（第２制御によって、室内設定温度と室内検出温度とが一致の場合）
また、制御装置３１が現在の室内温度と室内設定温度との差によって目標出口水温を設定する制御（第２制御）を備える場合、外気温度変化により室内負荷が変化しても建物の熱容量により室内温度変化が小さく、室内温度検出器２２で検出できず、設定温度と室内温度とが一致していると判定される場合がある。このような場合、第２制御のみでは、室内負荷が変化しているにもかかわらず目標出口水温を変化させることが出来ない。しかし、空気調和システム１では、上記のように第１制御も用いるので外気温度変化によって目標出口水温の設定ができる。このため、使用者の快適性を損なうことなく、運転効率の高い制御が実現可能である。このように制御装置３１は、室内温度が、第２制御の実行により略一定温度に保持されていると判定した場合であっても、第１制御を実行する。

（第１制御と第２制御との演算周期）
また、室内温度と外気温度では応答周期が異なる。制御装置３１は、室内設定温度と室内温度（検出値）との差で目標出口水温を変化させる項（上記式（Ａ）のΔＴ２）と、外気温度の変化幅に応じて目標出口水温を変化させる項（上記式（Ａ）のΔＴ１）との演算インターバルが異なる。このように制御装置３１は、第１制御のための第１演算と、第２制御のための第２演算とを周期的に実行する。このとき、第１演算の周期と、第２演算の周期とは、異なる。これにより、制御装置３１は、利用する温度を的確に検出できるため、目標出口水温の設定を確実に行うことができる。

（ヒートポンプ装置の使用）
また、室外機２として、能力可変のヒートポンプ装置を用いてもよい。能力可変のヒートポンプ装置によって、運転効率が高く、目標出口水温を容易に変化させることができるため、消費電力量を抑制することができる。

（除霜運転と外気温度の検出値）
また、室外機２がヒートポンプ装置の場合、暖房運転により着霜が発生するため、除霜運転が必要となる。このとき、室外温度検出器２１は、除霜中の室外熱交換器７の温度の影響を受けるため、外気温度を正確に検出できない。そこで、制御装置３１は、除霜運転中と、除霜終了後の所定期間内（例えば３分以内）の外気温度を採用しないようにする。これにより、外気温度を正確に検出できる。

本実施の形態１によれば、負荷装置と熱源装置とが水回路によって接続される空気調和システム１において、熱源装置が室内負荷に応じて水温を変化させることで、快適性を損なうことなく、高い運転効率を実現できる。

以上の実施の形態１では、室内機３（熱交換装置）によって室内の空気を対象に温度調節を行う場合を説明したが、一例である。温度調節システムによる温度調節の対象は、空気に限らず、給湯に利用される水や、タンクに蓄えられる水でも構わない。この例では、水回路１０には熱媒体として水が循環する。水回路１０を循環する水によって、給湯に利用される水等が加熱されるので、熱交換装置は、水−水熱交換器が使用される。

以上の実施の形態１では空気調和システム１を説明したが、空気調和システム１における制御装置３１による制御を、空気調和システム１に対する制御方法として把握することも可能である。

１ 空気調和システム、２ 室外機、３ 室内機、４ 冷媒回路、５ 圧縮機、６ 四方弁、７ 室外熱交換器、８ 膨張弁、９ 中間熱交換器、１０ 水回路、１１ 水ポンプ、１２ 室内熱交換器、２１ 室外温度検出器、２２ 室内温度検出器、２３ 入口水温検出器、２４ 出口水温検出器、３１ 制御装置、３３ 記憶装置。

Claims (12)

1. 制御を受けることで流入する熱媒体の加熱と冷却とのいずれかを行い、熱媒体を流出する熱源装置と、熱媒体が通過することで温度調節の対象となる調節対象と熱交換し、前記調節対象の温度を目標温度に調節する熱交換装置と、熱媒体を搬送する搬送装置とが配管で接続され、前記搬送装置によって熱媒体が循環する熱媒体回路と、
   前記熱源装置の制御を介して、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する制御装置と、
   外気温度を検出する外気温度検出器と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差と、に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する第１制御を実施し、前記第１制御を実施することによって前記調節対象の温度を目標温度に調節するものであり、
   前記第１制御を実行する場合には、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差とに加え、
   過去の時刻における、前記調節対象の温度と前記外気温度との温度差を用いると共に、さらに、
   過去の時刻における、前記熱源装置への熱媒体の流入温度と流出温度との温度差を用いることを特徴とする温度調節システム。
2. 制御を受けることで流入する熱媒体の加熱と冷却とのいずれかを行い、熱媒体を流出する熱源装置と、熱媒体が通過することで温度調節の対象となる調節対象と熱交換し、前記調節対象の温度を目標温度に調節する熱交換装置と、熱媒体を搬送する搬送装置とが配管で接続され、前記搬送装置によって熱媒体が循環する熱媒体回路と、
   前記熱源装置の制御を介して、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する制御装置と、
   外気温度を検出する外気温度検出器と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差と、に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する第１制御を実施し、前記第１制御を実施することによって前記調節対象の温度を目標温度に調節するものであり、
   前記第１制御を実行する場合には、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差とに加え、
   過去の時刻における、前記調節対象の温度と前記外気温度との温度差を用いると共に、さらに、
   前記搬送装置によって搬送される熱媒体の流量を指標する流量指標値であって、時間的に前後する流量指標値の差を用いることを特徴とする温度調節システム。
3. 制御を受けることで流入する熱媒体の加熱と冷却とのいずれかを行い、熱媒体を流出する熱源装置と、熱媒体が通過することで温度調節の対象となる調節対象と熱交換し、前記調節対象の温度を目標温度に調節する熱交換装置と、熱媒体を搬送する搬送装置とが配管で接続され、前記搬送装置によって熱媒体が循環する熱媒体回路と、
   前記熱源装置の制御を介して、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する制御装置と、
   外気温度を検出する外気温度検出器と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差と、に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する第１制御を実施し、前記第１制御を実施することによって前記調節対象の温度を目標温度に調節するものであり、
   前記第１制御を実行する場合には、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差とに加え、
   過去の時刻における、前記調節対象の温度と前記外気温度との温度差を用いると共に、
   時間的に前後する前記外気温度の温度差と、過去の時刻における、前記調節対象の温度と前記外気温度との温度差との温度差どうしの比の値に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御することを特徴とする温度調節システム。
4. 制御を受けることで流入する熱媒体の加熱と冷却とのいずれかを行い、熱媒体を流出する熱源装置と、熱媒体が通過することで温度調節の対象となる調節対象と熱交換し、前記調節対象の温度を目標温度に調節する熱交換装置と、熱媒体を搬送する搬送装置とが配管で接続され、前記搬送装置によって熱媒体が循環する熱媒体回路と、
   前記熱源装置の制御を介して、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する制御装置と、
   外気温度を検出する外気温度検出器と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差と、に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する第１制御を実施し、前記第１制御を実施することによって前記調節対象の温度を目標温度に調節するものであり、
   前記第１制御を実行する場合には、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差とに加え、
   過去の時刻における、前記熱源装置への熱媒体の流入温度と流出温度との温度差を用いると共に、
   時間的に前後する前記外気温度の温度差と、過去の時刻における、前記熱源装置への熱媒体の流入温度と流出温度との温度差との温度差どうしの積の値に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御することを特徴とする温度調節システム。
5. 制御を受けることで流入する熱媒体の加熱と冷却とのいずれかを行い、熱媒体を流出する熱源装置と、熱媒体が通過することで温度調節の対象となる調節対象と熱交換し、前記調節対象の温度を目標温度に調節する熱交換装置と、熱媒体を搬送する搬送装置とが配管で接続され、前記搬送装置によって熱媒体が循環する熱媒体回路と、
   前記熱源装置の制御を介して、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する制御装置と、
   外気温度を検出する外気温度検出器と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差と、に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する第１制御を実施し、前記第１制御を実施することによって前記調節対象の温度を目標温度に調節するものであり、
   前記第１制御を実行する場合には、
   前記外気温度と、時間的に前後する前記外気温度の温度差とに加え、
   前記搬送装置によって搬送される熱媒体の流量を指標する流量指標値であって、時間的に前後する流量指標値の差を用いると共に、
   時間的に前後する前記外気温度の温度差と、前記搬送装置によって搬送される熱媒体の流量を指標する流量指標値であって、時間的に前後する流量指標値の差との積の値に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御することを特徴とする温度調節システム。
6. 前記制御装置は、
   前記第１制御を実行する場合には、
   時間的に前後する前記外気温度の温度差と、過去の時刻における、前記調節対象の温度と前記外気温度との温度差との温度差どうしの比の値を、過去の時刻における、前記熱源装置への熱媒体の流入温度と流出温度との温度差に乗じた積の値に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御することを特徴とする請求項１記載の温度調節システム。
7. 前記制御装置は、
   前記第１制御を実行する場合には、
   時間的に前後する前記外気温度の温度差と、過去の時刻における、前記調節対象の温度と前記外気温度との温度差との温度差どうしの比の値を、前記搬送装置によって搬送される熱媒体の流量を指標する流量指標値であって、時間的に前後する流量指標値の差に乗じた積の値に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御することを特徴とする請求項２記載の温度調節システム。
8. 前記調節対象の温度を検出する調節対象温度検出器をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記調節対象温度検出器によって検出された前記調節対象の温度に基づいて、前記熱源装置から流出する熱媒体の温度を制御する第２制御を実施し、前記第１制御と前記第２制御とを用いて前記調節対象の温度を目標温度に調節することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の温度調節システム。
9. 前記制御装置は、
   前記調節対象の温度が、前記第２制御の実行により略一定温度に保持されていると判定した場合であっても、前記第１制御を実行することを特徴とする請求項８記載の温度調節システム。
10. 前記制御装置は、
    前記第１制御のための第１演算と、前記第２制御のための第２演算とを周期的に実行し、
    前記第１演算の周期と、前記第２演算の周期とは、
    異なることを特徴とする請求項８記載の温度調節システム。
11. 前記熱源装置として、ヒートポンプ装置が使用されるものであり、
    前記ヒートポンプ装置は、
    除霜運転が可能であり、
    前記制御装置は、
    前記ヒートポンプ装置の除霜運転中の期間と、除霜運転から通常運転へ切り替わるまでの所定の期間とにおける外気温度を、前記第１制御のための外気温度から除外することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の温度調節システム。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の温度調節システムを用いることにより、室内の空気を前記調節対象として前記熱交換装置によって空調することを特徴とする空気調和システム。

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