JP2008090828A - モデル化装置、シミュレータ装置、モデル化プログラム、シミュレーションプログラム、熱収支モデル利用方法及び熱収支モデル利用システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 室外機11、室内機12、室外機21、室内機22、冷凍機31及び冷凍機41などを収容する施設10の熱収支モデルの構築に必要なパラメータを同定するために計測された計測データを、パラメータに影響を与える条件である分類条件毎に分類する分類部120と、分類条件毎に分類された計測データに基づいて、パラメータを分類条件毎に同定する同定部130とをモデル化装置が備える。
【選択図】 図2
Description
(熱収支モデルの概要)
以下において、本発明の第1実施形態に係る熱収支モデルの概要について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る熱収支モデルの概要を示す図である。
施設10の換気熱負荷(Hx[kJ/s])は、以下の(式2)によって求められる。
なお、H(T,H)は、温度T及び湿度Hの空気のエンタルピー([kJ/kg])である。
ショーケース33への熱負荷は、以下の(式4)によって求められる。
ショーケース34への熱負荷は、以下の(式5)によって求められる。
ショーケース42への熱負荷は、以下の(式6)によって求められる。
ショーケース43への熱負荷は、以下の(式7)によって求められる。
ここで、H(Tt,Ht)は、各ショーケースが吐出する冷却空気のエンタルピーであり、例えば、ショーケースが冷蔵ショーケースである場合にはH(0℃,100%)であり、ショーケースが冷凍ショーケースである場合にはH(−20℃,100%)である。また、Vr1〜Vr5は、各ショーケースの置換空気量[kg/s]であり、既知の値である。
冷凍機41の消費電力[kW]は、以下の(式9)によって求められる。
上述した(式8)及び(式9)に示したように、各冷凍機の成績係数は、各冷凍機の消費電力を計測すれば計算することが可能である。すなわち、各冷凍機の成績係数は、施設内温度(Ti)、施設内湿度(Hi)及び各冷凍機の消費電力を計測すれば計算することが可能である。
室外機11の消費電力[kW]は、以下の(式11)によって求められる。
室外機21の消費電力[kW]は、以下の(式12)によって求められる。
ここで、熱負荷(Ha1、Ha2)を用いない式となるように(式10)〜(式12)をまとめると、以下の(式13)が得られる。
ここで、(式13)に含まれるパラメータは、COPa1、COPa2、KA及びVxの4つであるため、計測データを少なくとも4セット準備すれば、各パラメータを同定することができる。
以下において、本発明の第1実施形態に係るモデル化装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係るモデル化装置100の構成を示すブロック図である。
以下において、本発明の第1実施形態に係るシミュレータ装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係るシミュレータ装置200の構成を示すブロック図である。
以下において、本発明の第1実施形態に係る分類条件の一例について、図面を参照しながら説明する。図4は、本発明の第1実施形態に係る分類条件の一例を示す図である。
施設10への伝導熱負荷は、上述した(式1)に示したように、施設外気温及び施設内気温に左右されるため、施設的要因のうち、施設外気温及び施設内気温は、熱伝達係数(KA)に影響を与える分類条件となる。
施設10の換気熱負荷は、上述した(式2)に示したように、施設外空気のエンタルピー及び施設内空気のエンタルピーに左右されるため、施設的要因のうち、施設外温度、施設外湿度、施設内温度及び施設内湿度は、換気係数の(Vx)に影響を与える分類条件となる。また、施設10の換気熱負荷は、施設10への人の出入りが頻繁であるか否かに左右されるため、施設的要因のうち、施設入口ドアの開閉を示すセンサ情報は、換気係数の(Vx)に影響を与える分類条件となる。
空調機への熱負荷は、上述した(式10)に示したように、施設10への伝導熱負荷及び施設10の換気熱負荷に左右されるため、熱伝達係数(KA)及び換気係数(Vx)に影響を与える要因は、COP(空調機)に影響を与える分類条件となる。同様に、空調機への熱負荷は、他の機器(例えば、ショーケース)への熱負荷に左右されるため、他の機器(例えば、ショーケース)に影響を与える要因は、COP(空調機)に影響を与える分類条件となる。なお、他の機器(例えば、ショーケース)への熱負荷に影響を与える要因については後述する(COP(冷凍機)を参照)。
ショーケースへの熱負荷は、上述した(式3)〜(式7)に示したように、施設内空気のエンタルピーに左右されるため、施設的要因のうち、施設内温度及び施設内湿度は、COP(冷凍機)に影響を与える分類条件となる。また、ショーケースへの熱負荷は、施設10への人の出入りが頻繁であるか否かに左右されるため、施設的要因のうち、施設入口ドアの開閉を示すセンサ情報は、COP(冷凍機)に影響を与える分類条件となる。さらに、COP(冷凍機)は、冷凍機動作時の施設外温湿度に左右されるため、施設的要因のうち、施設外温湿度は、COP(冷凍機)に影響を与える分類条件となる。
以下において、本発明の第1実施形態に係るモデル化装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図5は、本発明の第1実施形態に係るモデル化装置100の動作を示すフロー図である。
以下において、本発明の第1実施形態に係るシミュレータ装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図7は、本発明の第1実施形態に係るシミュレータ装置200の動作を示すブロック図である。
以下において、モデル化装置100の記憶部140に記憶されたテーブルの一例について、図面を参照しながら説明する。図8は、本発明の第1実施形態に係る記憶部140に記憶されたテーブルの一例を示す図である。
本発明の第1実施形態に係るモデル化装置100によれば、同定部130が、熱収支モデルの構築に必要なパラメータを、該パラメータに影響を与える条件である分類条件(すなわち、パラメータがばらつく要因)毎に分類された計測データに基づいて同定することによって、パラメータのばらつきを抑制しながら、従来よりも少ない計測データでパラメータを同定することができる。また、消費電力量の予測を高精度に行う熱収支モデルの構築に必要なパラメータを従来よりも少なくできる。
以下において、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。具体的には、モデル化装置100が記憶する各種テーブルの一例に係る説明、パラメータの同定の一例に係る説明、及び、施設10の種類に応じて分類条件を選択する方法の考え方の一例に係る説明について順に行う。なお、以下に示す実施例は一例であって、これに限定されないことに留意すべきである。
図9は、実施例に係るテーブルの一例を示す図である。図9に示すように、モデル化装置100は、計測データテーブル、曜日/季節テーブル、天候テーブル、気象情報テーブル、機器動作モードテーブルなどを記憶する。
図11は、実施例に係るパラメータの同定方法について説明するための図である。図11に示すように、モデル化装置100は、計測データを測定した条件と計測データとを対応付けるテーブル(計測データテーブル(分類前))を記憶する。なお、図11では、計測データを測定した条件として、日付、時間、曜日及び季節を例示しているが、これに限定されるものではない。すなわち、計測データテーブル(分類前)は、施設10に設けられた各機器の動作状態や気象情報などと計測データとを対応付けていてもよいことは勿論である。
以下において、分類条件の選択方法の考え方について、施設10がコンビニエンスストアである場合と、施設10がスーパーマーケットである場合とを例に挙げて説明する。
以下において、図12に示す特徴を有するコンビニエンスストアを例に挙げて説明する。図12は、実施例に係るコンビニエンスストアの特徴を説明するための図である。具体的には、このコンビニエンスストアは、図12に示すように、人の出入りが比較的少ない、商品の搬入量が少ない、ショーケースの霜取り運転がある、24時間営業であるといった特徴を有する。また、図12では、コンビニエンスストアに設けられた機器の動作状態や気象情報を取得できない場合を例に挙げる。
以下において、図14に示す特徴を有するスーパーマーケットを例に挙げて説明する。図14は、実施例に係るスーパーマーケットの特徴を説明するための図である。具体的には、このスーパーマーケットは、図14に示すように、コンビニエンスストアと比べて、特定の時間帯/曜日に人の出入りが多い、商品の搬入量が多い、空調機の動作状態に変更がある、施設内に設けられた機器が多いといった特徴を有する。また、図14では、スーパーマーケットに設けられた機器の動作状態については取得できるが、気象情報については取得できない場合を例に挙げる。
以下において、本発明の第2実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第1実施形態と第2実施形態との相違点について主として説明する。
以下において、本発明の第2実施形態に係る熱収支モデルの概要について、図面を参照しながら説明する。図16は、本発明の第2実施形態に係る熱収支モデルの概要を示す図である。
施設10の換気熱負荷(Hx[kJ/s])は、第1実施形態と同様に、以下の(式2)によって求められる。
空調機(室内機12、室内機22)への熱負荷は、以下の(式10a)によって求められる。
室外機11の消費電力[kW]は、第1実施形態と同様に、以下の(式11)によって求められる。
室外機21の消費電力[kW]は、第1実施形態と同様に、以下の(式12)によって求められる。
ここで、熱負荷(Ha1、Ha2)を用いない式となるように(式10a)〜(式12)をまとめると、以下の(式13a)が得られる。
ここで、(式13a)に含まれるパラメータは、COPa1、COPa2、KA及びVxの4つであるため、計測データを少なくとも4セット準備すれば、各パラメータを同定することができる。
以下において、本発明の第3実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第1実施形態と第3実施形態との相違点について主として説明する。
以下において、本発明の第3実施形態に係る熱収支モデルの概要について、図面を参照しながら説明する。図17は、本発明の第3実施形態に係る熱収支モデルの概要を示す図である。
施設10の換気熱負荷(Hx[kJ/s])は、第1実施形態と同様に、以下の(式2)によって求められる。
次に、伝導熱負荷(Hd[kJ/s])及び換気熱負荷(Hx[kJ/s])を考慮したショーケース32〜ショーケース34及びショーケース42〜ショーケース43への熱負荷の合計は、以下の(式14)によって求められる。
ここで、Hr1〜Hr5は、伝導熱負荷(Hd[kJ/s])及び換気熱負荷(Hx[kJ/s])を考慮したショーケース32〜ショーケース34及びショーケース42〜ショーケース43への熱負荷であることに留意すべきである。
冷凍機41の消費電力[kW]は、以下の(式9b)によって求められる。
ここで、熱負荷(Hr1〜Hr5)を用いない式となるように(式3b)〜(式9b)及び(式14)をまとめると、以下の(式15)が得られる。
ここで、(式15)に含まれるパラメータは、COPr1、COPr2、KA及びVxの4つであるため、計測データを少なくとも4セット準備すれば、各パラメータを同定することができる。
以下において、本発明の第4実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第1実施形態と第4実施形態との相違点について主として説明する。
以下において、本発明の第4実施形態に係る熱収支モデルの概要について、図面を参照しながら説明する。図18は、本発明の第4実施形態に係る熱収支モデルの概要を示す図である。図18に示すように、施設10は、上述した図1と同様の構成を有している。なお、図1との相違点は、上述したように、施設10の換気熱負荷(Hx[kJ/s])が考慮されない点である。
各ショーケースへの熱負荷(Hr[kJ/s])は、第1実施形態と同様に、以下の(式3)〜(式7)によって求められる。
Hr2=Vr2{H(Ti,Hi)−H(Tt,Ht)}・・・(式4)
Hr3=Vr3{H(Ti,Hi)−H(Tt,Ht)}・・・(式5)
Hr4=Vr4{H(Ti,Hi)−H(Tt,Ht)}・・・(式6)
Hr5=Vr5{H(Ti,Hi)−H(Tt,Ht)}・・・(式7)
冷凍機31の消費電力[kW]は、第1実施形態と同様に、以下の(式8)によって求められる。
冷凍機41の消費電力[kW]は、第1実施形態と同様に、以下の(式9)によって求められる。
空調機(室内機12、室内機22)への熱負荷は、以下の(式10c)によって求められる。
室外機11の消費電力[kW]は、第1実施形態と同様に、以下の(式11)によって求められる。
室外機21の消費電力[kW]は、第1実施形態と同様に、以下の(式12)によって求められる。
ここで、熱負荷(Ha1、Ha2)を用いない式となるように(式10c)〜(式12)をまとめると、以下の(式13c)が得られる。
ここで、(式13c)に含まれるパラメータは、COPa1、COPa2及びKAの3つであるため、計測データを少なくとも3セット準備すれば、各パラメータを同定することができる。
以下において、本発明の第5実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第2実施形態と第5実施形態との相違点について主として説明する。
以下において、本発明の第5実施形態に係る熱収支モデルの概要について、図面を参照しながら説明する。図19は、本発明の第5実施形態に係る熱収支モデルの概要を示す図である。図19に示すように、施設10は、上述した図16と同様の構成を有している。なお、図16との相違点は、上述したように、施設10の換気熱負荷(Hx[kJ/s])が考慮されない点である。
空調機(室内機12、室内機22)への熱負荷は、以下の(式10d)によって求められる。
室外機11の消費電力[kW]は、第2実施形態と同様に、以下の(式11)によって求められる。
室外機21の消費電力[kW]は、第2実施形態と同様に、以下の(式12)によって求められる。
ここで、熱負荷(Ha1、Ha2)を用いない式となるように(式10d)〜(式12)をまとめると、以下の(式13d)が得られる。
ここで、(式13d)に含まれるパラメータは、COPa1、COPa2及びKAの3つであるため、計測データを少なくとも3セット準備すれば、各パラメータを同定することができる。
以下において、本発明の第6実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第3実施形態と第6実施形態との相違点について主として説明する。
以下において、本発明の第6実施形態に係る熱収支モデルの概要について、図面を参照しながら説明する。図20は、本発明の第6実施形態に係る熱収支モデルの概要を示す図である。図20に示すように、施設10は、上述した図17と同様の構成を有している。なお、図17との相違点は、上述したように、施設10の換気熱負荷(Hx[kJ/s])が考慮されない点である。
伝導熱負荷(Hd[kJ/s])を考慮したショーケース32〜ショーケース34及びショーケース42〜ショーケース43への熱負荷の合計は、以下の(式14e)によって求められる。
ここで、Hr1〜Hr5は、伝導熱負荷(Hd[kJ/s])を考慮したショーケース32〜ショーケース34及びショーケース42〜ショーケース43への熱負荷であることに留意すべきである。
冷凍機41の消費電力[kW]は、以下の(式9b)によって求められる。
ここで、熱負荷(Hr1〜Hr5)を用いない式となるように(式3b)〜(式9b)及び(式14e)をまとめると、以下の(式15e)が得られる。
ここで、(式15e)に含まれるパラメータは、COPr1、COPr2及びKAの3つであるため、計測データを少なくとも3セット準備すれば、各パラメータを同定することができる。
以下において、本発明の第7実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第2実施形態と第7実施形態との相違点について主として説明する。
以下において、本発明の第7実施形態に係る熱収支モデルの概要について、図面を参照しながら説明する。図21は、本発明の第7実施形態に係る熱収支モデルの概要を示す図である。
以下において、本発明の第8実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第1実施形態と第8実施形態との相違点について主として説明する。
以下において、本発明の第8実施形態に係る熱収支モデルの概要について、図面を参照しながら説明する。図22は、本発明の第8実施形態に係る熱収支モデルの概要を示す図である。
施設10の換気熱負荷(Hx[kJ/s])は、第1実施形態と同様に、以下の(式2)によって求められる。
ショーケース32〜ショーケース34への熱負荷(Hr[kJ/s])は、第1実施形態と同様に、以下の(式3)〜(式5)によって求められる。
Hr2=Vr2{H(Ti,Hi)−H(Tt,Ht)}・・・(式4)
Hr3=Vr3{H(Ti,Hi)−H(Tt,Ht)}・・・(式5)
プレハブ庫52への熱負荷(Hr[kJ/s])は、以下の(式6h)〜(式7h)によって求められる。
プレハブ庫53への熱負荷は、以下の(式7)によって求められる。
ここで、H(Tt,Ht)は、各プレハブ冷蔵庫が吐出する冷却空気のエンタルピーであり、例えば、プレハブ庫がプレハブ冷蔵庫である場合にはH(0℃,100%)であり、プレハブ庫がプレハブ冷凍庫である場合にはH(−20℃,100%)である。また、Vrp1〜Vrp2は、各プレハブ庫の置換空気量[kg/s]であり、既知の値である。
冷凍機41の消費電力[kW]は、以下の(式9h)によって求められる。
空調機(室内機12、室内機22)への熱負荷は、以下の(式10h)によって求められる。
室外機11の消費電力[kW]は、第1実施形態と同様に、以下の(式11)によって求められる。
室外機21の消費電力[kW]は、第1実施形態と同様に、以下の(式12)によって求められる。
ここで、熱負荷(Ha1、Ha2)を用いない式となるように(式10h)〜(式12)をまとめると、以下の(式13h)が得られる。
ここで、(式13h)に含まれるパラメータは、COPa1、COPa2、KA及びVxの4つであるため、計測データを少なくとも4セット準備すれば、各パラメータを同定することができる。
以下において、分類条件の選択方法の考え方について、施設10がオフィスである場合と、施設10が冷蔵倉庫である場合とを例に挙げて説明する。
以下において、図23に示す特徴を有するオフィスを例に挙げて説明する。オフィスは、空調機のみが設けられており、冷凍機が設けられていない施設10の一例である。図23は、実施例に係るオフィスの特徴を説明するための図である。
以下において、図25に示す特徴を有する冷蔵倉庫を例に挙げて説明する。なお、冷蔵倉庫は、プレハブ冷蔵庫と、プレハブ冷蔵庫に接続された冷蔵用冷凍機と、プレハブ冷凍庫と、プレハブ冷凍庫に接続された冷凍用冷凍機とを有する。冷蔵倉庫は、冷凍機のみが設けられており、空調機が設けられていない施設10の一例である。図25は、実施例に係る冷蔵倉庫の特徴を説明するための図である。
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
具体的には、施設10への伝導熱負荷(Hd[kJ/s])は、以下の(式1a)によって求められてもよい。
ここで、kは、熱通過率又は熱貫流率[kJ/m2/℃/s]であり、Sは、施設10の壁、屋根、ガラスなどの総面積である。
具体的には、施設10の換気熱負荷(Hx[kJ/s])は、換気係数(Vx[kg/s])に代えて、施設10への空気流量(Vx[kg/s])であってもよい。
Claims (11)
- 複数の機器を収容する施設の熱収支モデルの構築に必要なパラメータを同定するために計測された計測データを、前記パラメータに影響を与える条件である分類条件毎に分類する分類部と、
前記分類条件毎に分類された前記計測データに基づいて、前記パラメータを前記分類条件毎に同定する同定部とを備えることを特徴とするモデル化装置。 - 前記分類条件は、前記施設内の温度、前記施設内の湿度、前記施設外の温度及び前記施設外の湿度、施設入口ドアの開閉を示すセンサ情報のいずれかを少なくとも含む施設的要因に応じて設定された条件であることを特徴とする請求項1に記載のモデル化装置。
- 前記分類条件は、時間、曜日、月及び季節のいずれかを少なくとも含む時間的要因に応じて設定された条件であることを特徴とする請求項1に記載のモデル化装置。
- 前記分類条件は、天気、降水量及び平均気温のいずれかを少なくとも含む気象的要因に応じて設定された条件であることを特徴とする請求項1に記載のモデル化装置。
- 前記分類条件は、前記機器が運転状態であるか否か、前記機器の運転モード、前記機器に設定された温度、前記機器に設定された風量、前記機器の温度制御におけるサーモ状態がオンかオフか、前記機器に関して取得されるセンサ情報のいずれかを少なくとも含む機器的要因に応じて設定された条件であることを特徴とする請求項1に記載のモデル化装置。
- 前記パラメータは、前記施設に流入出する伝導熱量若しくは前記施設に流入する輻射熱量の算出に用いる比例係数、前記施設に流入出する換気熱量の算出に用いる係数、又は、前記機器の能力と前記機器の消費エネルギーとの関係を示す係数であることを特徴とする請求項1に記載のモデル化装置。
- 複数の機器を収容する施設の熱収支モデルの構築に必要なパラメータに影響を与える条件である分類条件毎に、前記パラメータを取得する取得部と、
シミュレーション条件を受け付けるとともに、前記取得部によって前記分類条件毎に取得された前記パラメータの中から、前記シミュレーション条件に合致する前記パラメータを抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記パラメータを用いて、前記機器の消費エネルギー量を予測する予測部とを備え、
前記パラメータは、前記分類条件毎に分類された計測データに基づいて同定されていることを特徴とするシミュレータ装置。 - 複数の機器を収容する施設の熱収支モデルの構築に必要なパラメータを同定するために計測された計測データを、前記パラメータに影響を与える条件である分類条件毎に分類するステップAと、
前記分類条件毎に分類された前記計測データに基づいて、前記パラメータを前記分類条件毎に同定するステップBとをコンピュータに実行させることを特徴とするモデル化プログラム。 - 複数の機器を収容する施設の熱収支モデルの構築に必要なパラメータに影響を与える条件である分類条件毎に、前記パラメータを取得するステップCと、
シミュレーション条件を受け付けるとともに、前記ステップCで前記分類条件毎に取得された前記パラメータの中から、前記シミュレーション条件に合致する前記パラメータを抽出するステップDと、
前記ステップDで抽出された前記パラメータを用いて、前記機器の消費エネルギー量を予測するステップEとをコンピュータに実行させ、
前記パラメータは、前記分類条件毎に分類された計測データに基づいて同定されていることを特徴とするシミュレーションプログラム。 - 複数の機器を収容する施設の熱収支モデルの構築に必要なパラメータを同定するために計測された計測データを、前記パラメータに影響を与える条件である分類条件毎に分類するステップAと、
前記分類条件毎に分類された前記計測データに基づいて、前記パラメータを前記分類条件毎に同定するステップBと、
前記ステップBで同定された前記パラメータを前記分類条件毎に取得するステップCと、
シミュレーション条件を受け付けるとともに、前記ステップCで前記分類条件毎に取得された前記パラメータの中から、前記シミュレーション条件に合致する前記パラメータを抽出するステップDと、
前記ステップDで抽出された前記パラメータを用いて、前記機器の消費エネルギー量を予測するステップEとを含むことを特徴とする熱収支モデル利用方法。 - 複数の機器を収容する施設の熱収支モデルの構築に必要なパラメータを同定するために計測された計測データを、前記パラメータに影響を与える条件である分類条件毎に分類する分類部と、
前記分類条件毎に分類された前記計測データに基づいて、前記パラメータを前記分類条件毎に同定する同定部と、
前記同定部によって同定された前記パラメータを前記分類条件毎に取得する取得部と、
シミュレーション条件を受け付けるとともに、前記取得部によって前記分類条件毎に取得された前記パラメータの中から、前記シミュレーション条件に合致する前記パラメータを抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記パラメータを用いて、前記機器の消費エネルギー量を予測する予測部とを備えることを特徴とする熱収支モデル利用システム。
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