空调系统和对空调系统的电力量进行控制的方法与流程

1.本发明涉及空调系统和对空调系统的电力量进行控制的方法。


背景技术：

2.以往，公知有对多个室内机分别设定与空调的必要性对应的优先级的空调系统。例如，在国际公开第2013/061399号(专利文献1)中公开有具有多个室内单元的热泵系统。在该热泵系统中，用户根据使用频度或重要度对工作空间设定优先级，由此，即使在室内单元的最大冷却容量的合计超过室外单元的最大冷却容量的情况下，也能够使空调负荷大的工作空间的室内单元以额定容量进行运转。此外，能够使空调的必要性高的工作空间的室内单元以额定容量进行运转。其结果是，能够确保该工作空间的舒适性。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2013/061399号


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.在专利文献1公开的热泵系统中，对1个压缩机设置多个室内机。但是，作为空调系统的结构，还假设对多个压缩机设置多个室内机的结构。在根据需求请求(电力量限制请求)进行的需求控制中，如何根据与分别利用多个室内机相伴的成本将有限的电力量公平地分配给至少1个压缩机成为问题。但是，在专利文献1公开的热泵系统中，没有考虑与分别利用多个室内机相伴的成本的公平分配。
8.本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，在具有至少1个空调机的空调系统中，在实现电力量限制的同时，提高与利用空调相伴的成本分配的公平性。
9.用于解决课题的手段
10.本发明的一个方面的空调系统具有供制冷剂进行循环的至少1个空调机和第1控制器。在电力量限制条件成立的情况下，第1控制器限制至少1个空调机每单位时间消耗的电力量。至少1个空调机分别包含压缩机和至少1个室内机。分别针对至少1个室内机预先设定了与利用该室内机的成本对应的得分。第1控制器分别针对至少1个空调机计算该空调机中包含的至少1个室内机各自的得分的第1合计值。第1控制器计算至少1个空调机各自的第1合计值的第2合计值。在电力量限制条件成立的情况下，第1控制器分别针对至少1个空调机，根据该空调机的第1合计值相对于第2合计值的比例来设定该空调机中包含的压缩机的驱动频率。
11.本发明的另一个方面的对空调系统的电力量进行控制的方法在电力量限制条件成立的情况下，限制供制冷剂进行循环的至少1个空调机每单位时间消耗的电力量。至少1个空调机分别包含压缩机和至少1个室内机。分别针对至少1个室内机预先设定与利用该室内机的成本对应的得分。对空调系统的电力量进行控制的方法包含以下步骤：分别针对至
少1个空调机计算该空调机中包含的至少1个室内机各自的得分的第1合计值；计算至少1个空调机各自的第1合计值的第2合计值；以及在电力量限制条件成立的情况下，分别针对至少1个空调机，根据该空调机的第1合计值相对于第2合计值的比例来设定该空调机中包含的压缩机的驱动频率。
12.发明效果
13.根据本发明的空调系统和对空调系统的电力量进行控制的方法，在电力量限制条件成立的情况下，针对至少1个空调机，分别根据该空调机的第1合计值相对于第2合计值的比例来设定该空调机中包含的压缩机的驱动频率，由此，能够在实现电力量限制的同时，提高与利用空调相伴的成本分配的公平性。
附图说明
14.图1是示出实施方式1的空调系统的结构的功能框图。
15.图2是示出图1的需求控制器的结构的功能框图。
16.图3是示出图1的空调机的结构的功能框图。
17.图4是示出由图1的需求控制器进行的电力量监视处理流程的流程图。
18.图5是示出图4的需求控制的具体处理流程的流程图。
19.图6是一并示出图3的膨胀阀的流路阻力与膨胀阀的开度(cv值)之间的关系、以及膨胀阀的流路阻力与热交换器的热交换量之间的关系的图。
20.图7是示出根据需求控制指令而由图3的控制器进行的处理流程的流程图。
21.图8是示出图7的膨胀阀的开度的设定处理的具体处理流程的流程图。
22.图9是示出实施方式1的变形例的空调系统的结构的功能框图。
23.图10是示出由图9的需求控制器进行的电力量监视处理流程的流程图。
24.图11是示出图10的电力量调节控制的具体处理流程的流程图。
25.图12是示出由实施方式2的空调系统的需求控制器进行的需求控制处理流程的流程图。
26.图13是示出图12的压缩机的驱动频率的上限值的设定处理的具体处理流程的流程图。
具体实施方式
27.下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在图中对相同或相当部分标注相同标号，原则上省略其说明。
28.实施方式1
29.图1是示出实施方式1的空调系统1000的结构的功能框图。如图1所示，空调系统1000具有需求控制器1(第1控制器)和多个空调机100。多个空调机100分别包含热源机10和至少1个室内机20。在多个空调机100的各个空调机100中，制冷剂进行循环。针对至少1个室内机20分别预先设定与利用室内机20的成本(利用成本)对应的优先级得分。利用成本例如包含设置有室内机20的空间的租金和由合同规定的电费。另外，空调系统1000中包含的空调机100的数量也可以是1个。
30.需求控制器1按照每个采样时间进行多个空调机100的电力量监视处理。具体而
言，在电力量监视处理中接受了需求请求dr(电力量限制请求)的情况下，需求控制器1进行使多个空调机100每单位时间消耗的电力量(消耗电力量)降低的需求控制。例如，在电力量紧张而使电力量不可预测的可能性高时，从统合地进行包含空调系统1000在内的多个系统的电力量管理的电力量管理系统发出需求请求dr。
31.图2是示出图1的需求控制器1的结构的功能框图。如图2所示，需求控制器1包含处理电路91、存储器92、通信部93和输入输出部94。处理电路91、存储器92、通信部93和输入输出部94经由总线95相互连接。
32.处理电路91可以是专用的硬件，也可以是执行存储器92中存储的程序的cpu(central processing unit：中央处理单元)。在处理电路91是专用的硬件的情况下，处理电路91例如是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、asic(application specific integrated circuit：专用集成电路)、fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)或对它们进行组合而得到的部件。在处理电路91是cpu的情况下，需求控制器1的功能通过软件、固件或软件和固件的组合来实现。软件或固件被描述为程序，存储于存储器92。处理电路91读出并执行存储器92中存储的程序。另外，cpu也被称作中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微计算机、处理器或dsp(digital signal processor：数字信号处理器)。存储器92包含非易失性或易失性半导体存储器(例如ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、闪存、eprom(erasable programmable read only memory：可擦除可编程只读存储器)或eeprom(electrically erasable programmable read only memory：电可擦除可编程只读存储器))和磁盘、软盘、光盘、高密度盘、迷你盘或dvd(digital versatile disc：数字多功能盘)。
33.通信部93经由网络nw与多个空调机100分别进行通信。网络nw例如包含lan(local area network：局域网)、wan(wide area network：广域网)或互联网。
34.输入输出部94接受来自用户的操作，并且向用户输出处理结果。输入输出部94例如包含鼠标、键盘、触摸面板、显示器和扬声器。
35.图3是示出图1的空调机100的结构的功能框图。如图3所示，热源机10包含压缩机11、热交换器12、四通阀13和控制器14(第2控制器)。至少1个室内机20分别包含膨胀阀21、热交换器22和控制器24(第2控制器)。空调机100选择性地进行制冷运转和制热运转，并且，接受来自需求控制器1的需求控制指令而进行需求运转。
36.控制器14对压缩机11的驱动频率进行控制，对压缩机11每单位时间排出的制冷剂量进行控制。控制器14经由控制器24对膨胀阀21的开度进行控制。控制器14对四通阀13进行控制，在制冷运转和制热运转中切换制冷剂的循环方向。控制器14、24分别能够具有与图2所示的需求控制器1相同的结构。另外，控制器14、24也可以一体地形成。
37.在制冷运转中，制冷剂按照压缩机11、四通阀13、热交换器12、膨胀阀21、热交换器22和四通阀13的顺序进行循环。在制冷运转中，控制器14对膨胀阀21的开度进行控制，使得在热交换器22与压缩机11之间流动的制冷剂的过热度接近目标过热度。在制热运转中，制冷剂按照压缩机11、四通阀13、热交换器22、膨胀阀21和热交换器12的顺序进行循环。在制热运转中，控制器14对膨胀阀21的开度进行控制，使得在热交换器22与膨胀阀21之间流动的制冷剂的过冷却度接近目标过冷却度。
38.图4是示出由图1的需求控制器1进行的电力量监视处理流程的流程图。通过统合地控制需求控制器1的未图示的主程序调出该电力量监视处理。下面，将步骤简记作s。此外，将第i个空调机100的第j个室内机20的优先级得分表示为p i，j
。索引i、j均为自然数。
39.如图4所示，在s110中，需求控制器1针对多个空调机100，分别如以下的式(1)计算该空调机100中包含的至少1个室内机20各自的优先级得分的合计值q i
(第1合计值)，使处理进入s120。在式(1)中，自然数m i
是第i个空调机100中包含的至少1个室内机20的数量。
[0040][0041]
在s120中，需求控制器1如以下的式(2)计算多个空调机100各自的合计值qi的合计值r(第2合计值)，使处理进入s130。在式(2)中，自然数n是多个空调机100的数量。
[0042][0043]
在s130中，需求控制器1判定接收到需求请求dr这样的条件(电力量限制条件)是否成立。在未接收到需求请求dr的情况下(s130：否)，需求控制器1使处理返回主程序。在接收到需求请求dr的情况下(s130：是)，在s140中，需求控制器1进行需求控制。另外，电力量限制条件不限于接收到需求请求dr这样的条件。需求控制器1也可以直接测定多个空调机100的每单位时间的电力量，将该电力量超过基准电力量这样的条件包含在电力量限制条件中。
[0044]
图5是示出图4的需求控制(s140)的具体处理流程的流程图。如图5所示，在s141中，需求控制器1针对多个空调机100，如以下的式(3)将基准频率wi(指标值)，计算为第i个空调机的压缩机的驱动频率hi、该压缩机的行程容积(吸入体积)vi和基准行程容积vr的倒数的积(第1积)，使处理进入s142。驱动频率hi是需求控制器1接收到需求请求dr时的驱动频率。基准频率wi是在驱动频率hi的基础上还反映了行程容积vi的、由该空调机每单位时间消耗的电力量的指标值。另外，基准行程容积vr是用于对行程容积vi进行归一化的基准值，例如可以是1cc。
[0045][0046]
在s142中，需求控制器1如以下的式(4)计算基准频率wi的合计基准频率g(合计指标值)，使处理进入s143。
[0047][0048]
在s143中，需求控制器1如以下的式(5)将上限合计基准频率u计算为电力量限制率d和合计基准频率g的积，使处理进入s144。
[0049]
u＝d
×gꢀꢀꢀ
(5)
[0050]
在s144中，需求控制器1如以下的式(6)将上限基准频率ei，计算为上限合计基准频率u和合计值qi相对于合计值r的比例的积，使处理进入s145。
[0051]
[0052]
在s145中，需求控制器1如以下的式(7)将上限驱动频率zi，计算为上限基准频率ei、基准行程容积vr和行程容积vi的倒数的积(第2积)，使处理返回主程序。第i个空调机将上限驱动频率zi作为该空调机中包含的压缩机的驱动频率的上限值，继续进行空调运转。
[0053][0054]
如式(6)所示，需求控制器1根据合计值qi相对于合计值r的比例来设定压缩机11的驱动频率。根据需求控制器1，在需求控制中，抑制多个空调机100中优先级得分相对较高的空调机100中包含的压缩机11的驱动频率的降低。压缩机11的驱动频率与压缩机11每单位时间消耗的电力量具有相关关系。此外，压缩机11的电力量在空调机100每单位时间消耗的电力量中占据较大比例。因此，根据空调机100的合计值qi相对于合计值r的比例来设定压缩机11的驱动频率，由此，优先地对利用成本相对较高的空调机100分配电力量。根据空调系统1000，能够在实现电力量限制的同时，提高与利用空调相伴的成本分配的公平性。
[0055]
此外，即使驱动频率相同，压缩机的电力量也可能根据该压缩机的尺寸而不同。根据空调系统1000，在需求控制中的电力量分配中，在压缩机的驱动频率的基础上还考虑与压缩机的尺寸具有相关关系的行程容积，因此，能够进一步提高与利用空调相伴的成本分配的公平性。
[0056]
以上说明了基于多个空调机100之间的利用成本的电力量的公平分配。下面，使用图6、图7、图8对基于空调机100中的至少1个室内机20之间的利用成本的制冷剂量的公平分配进行说明。
[0057]
图6是一并示出图3的膨胀阀21的流路阻力与膨胀阀21的开度(cv值)之间的关系、以及膨胀阀21的流路阻力与热交换器22的热交换量之间的关系的图。如图6所示，膨胀阀21的开度越大，则膨胀阀21的流路阻力越小。此外，膨胀阀21的流路阻力越小，则热交换器22的热交换量越大。热交换器22的热交换量越大，则由室内机20实现的空调效果越大。即，膨胀阀21的开度越大，则由室内机20实现的空调效果越大。
[0058]
因此，在空调机100中，针对至少1个室内机20，分别根据室内机20的优先级得分p
i，j
相对于空调机100的合计值qi的比例来设定室内机20中包含的膨胀阀21的开度。
[0059]
图7是示出根据需求控制指令而由图3的控制器14进行的处理流程的流程图。通过统合地控制空调机100的未图示的主程序调出图7所示的处理。
[0060]
如图7所示，在s161中，控制器14如以下的式(8)，根据空调机100的合计值qi和至少1个室内机20的数量mi计算至少1个室内机20各自的优先级得分p
i，j
的平均值p
ave
，使处理进入s162。
[0061][0062]
在s162中，控制器14针对至少1个室内机20，分别根据室内机20的优先级得分p
i，j
相对于合计值qi的比例来设定室内机20中包含的膨胀阀21的开度，使处理返回主程序。
[0063]
图8是示出图7的膨胀阀21的开度的设定处理s162的具体处理流程的流程图。如图8所示，在s1621中，控制器14判定室内机20的优先级得分p
i，j
小于平均值p
ave
这样的条件是否成立。在优先级得分p
i，j
小于平均值p
ave
的情况下(s1621：是)，在s1622中，控制器14使室
内机20中包含的膨胀阀21的开度比s1621的条件的成立判定时减小，使处理返回主程序。在优先级得分p
i，j
为平均值p
ave
以上的情况下(s1621：否)，在s1623中，控制器14使室内机20中包含的膨胀阀21的开度比s1621的条件的成立判定时增大，使处理返回主程序。
[0064]
在制冷运转中，也可以在s1622中增大目标过热度，由此实现膨胀阀21的开度的减小，在s1623中减小目标过热度，由此实现膨胀阀21的开度的增大。在制热运转中，也可以在s1622中增大目标过冷却度，由此实现膨胀阀21的开度的减小，在s1623中减小目标过冷却度，由此实现膨胀阀21的开度的增大。
[0065]
根据式(8)，s1621的优先级得分p
i，j
小于平均值p
ave
这样的条件与以下的式(9)成立这样的条件相同。式(9)成立这样的条件是优先级得分p
i，j
相对于合计值qi的比例小于至少1个室内机20的数量mi的倒数这样的条件。
[0066][0067]
控制器14使用式(9)成立这样的条件成立与否来设定膨胀阀21的开度，因此，根据室内机20的优先级得分p
i，j
相对于合计值qi的比例来设定室内机20中包含的膨胀阀21的开度。根据控制器14，在需求控制中，至少1个室内机20中利用成本相对较高的室内机20中包含的膨胀阀的开度增大。膨胀阀21具有对在室内机20中流动的制冷剂进行调节的流量调节阀的作用，因此，膨胀阀21的开度越大，则在室内机20中流动的制冷剂量越大。根据空调系统1000，优先地对利用成本相对较高的室内机20分配制冷剂量，因此，在至少1个室内机20之间也能够提高与空调系统1000利用空调相伴的成本分配的公平性。
[0068]
实施方式1的变形例
[0069]
在实施方式1的变形例中说明如下结构：在需求控制之后进行电力调节控制，抑制相对于目标电力量的过度乖离。
[0070]
图9是示出实施方式1的变形例的空调系统1100的结构的功能框图。空调系统1100的结构是如下结构：将图1的需求控制器1置换成1a，并且对多个空调机100分别追加测定空调机100消耗的电力量的电力量传感器ps。除此以外相同，因此省略说明。
[0071]
图10是示出由图9的需求控制器1a进行的电力量监视处理流程的流程图。通过统合地控制需求控制器1a的未图示的主程序调出该电力量监视处理。图9所示的流程图是在图4的需求控制s140之后追加电力量调节控制s200而成的流程图。除此以外相同，因此省略说明。
[0072]
如图10所示，需求控制器1a与实施方式1同样地执行s110、s120、s130、s140后，在s200中进行电力量调节控制后，使处理返回主程序。
[0073]
图11是示出图10的电力量调节控制s200的具体处理流程的流程图。如图11所示，在s201中，需求控制器1a判定从消耗电力量减去目标电力量而得到的值的绝对值是否大于基准值δ(第2基准值)。在该绝对值为基准值δ以下的情况下(s201：否)，需求控制器1a使处理返回主程序。在该绝对值大于基准值δ的情况下(s201：是)，需求控制器1a使处理进入s202。基准值δ能够通过实机实验或模拟而适当地决定。
[0074]
在s202中，需求控制器1a判定消耗电力量是否大于目标电力量。在消耗电力量大于目标电力量的情况下(s202：是)，在s203中，需求控制器1a使多个空调机100各自包含的
压缩机11的驱动频率比s202的条件的成立判定时降低，使处理进入s205。在消耗电力量为目标电力量以下的情况下(s202：否)，在s204中，需求控制器1a使多个空调机100各自包含的压缩机11的驱动频率比s202的条件的成立判定时上升，使处理进入s205。在s205中，需求控制器1a待机一定时间后，使处理返回s201。
[0075]
根据空调系统1100，能够在需求控制后将消耗电力量与目标电力量之间的乖离抑制到基准值δ以下，因此，在电力量限制下也能够充分活用被容许的电力量。
[0076]
如上所述，根据实施方式1和变形例的空调系统和对空调系统的电力量进行控制的方法，能够在实现电力量限制的同时，提高与利用空调相伴的成本分配的公平性。
[0077]
实施方式2
[0078]
在实施方式1中，说明了优先地对优先级得分相对较高的空调机分配电力量的结构。根据实施方式1，在电力限制下，某个室内机的利用成本不是根据该室内机的优先级得分本身而变动，而是能够根据该优先级得分的相对大小关系而变动。在实施方式2中说明如下结构：以使利用成本对应于优先级得分的方式，根据优先级得分本身限制要分配的电力量。
[0079]
图12是示出由实施方式2的空调系统的需求控制器进行的需求控制处理流程的流程图。图12所示的处理是将图5的s145置换成s245而成的处理。除此以外相同，因此省略说明。
[0080]
如图12所示，需求控制器与实施方式1同样地执行s141～s144后，在s245中，设定至少1个空调机各自包含的压缩机的驱动频率的上限值，使处理返回主程序。
[0081]
图13是示出图12的压缩机的驱动频率的上限值的设定处理(s245)的具体处理流程的流程图。需求控制器对至少1个空调机分别进行图13所示的处理。在图13中示出针对第i个空调机的处理。
[0082]
如图13所示，在s2451中，需求控制器判定合计值qi是否小于基准值σ(第1基准值)。在合计值qi为基准值σ(第1基准值)以上的情况下(s2451：否)，在s2452中，需求控制器将由式(7)计算出的积zi设定为第i个空调机中包含的压缩机的驱动频率的上限值，使处理返回主程序。在合计值qi小于基准值σ(第1基准值)的情况下(s2451：是)，在s2453中，需求控制器将比积zi小的值fi设定为第i个空调机中包含的压缩机的驱动频率的上限值，使处理返回主程序。例如将预定的比1小的系数或与合计值qi对应的系数与积zi相乘，由此计算值fi。基准值σ能够通过实机实验或模拟而适当地决定。
[0083]
如上所述，根据实施方式2的空调系统和对空调系统的电力量进行控制的方法，能够在实现电力量限制的同时，与实施方式1相比进一步提高与利用空调相伴的成本分配的公平性。
[0084]
本次公开的各实施方式还预定在不矛盾的范围内适当地组合实施。应该理解到，本次公开的实施方式在全部方面只是例示而不是限制性的。本发明的范围不由上述的说明示出而由权利要求书示出，意图包含与权利要求书等同的意思和范围内的全部变更。
[0085]
标号说明
[0086]
1、1a：需求控制器；10：热源机；11：压缩机；12、22：热交换器；13：四通阀；14、24：控制器；20：室内机；21：膨胀阀；91：处理电路；92：存储器；93：通信部；94：输入输出部；95：总线；100：空调机；1000、1100：空调系统；nw：网络；ps：电力量传感器。