JP2012237484A - 空調制御装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正規操作量算出部15Bで、空調空間50内の空調環境を分布系流動解析することにより、空調空間50を目的空調環境へ制御するための正規操作量を空調機器ごとに算出し、仮操作量算出部15Cで、空調空間50を目的空調環境へ近づけるための仮操作量を、正規操作量の算出処理と並行して、正規操作量の算出所要時間より短い処理時間で空調機器ごとに算出し、空調指示部15Dで、仮操作量を用いた仮空調制御を開始し、この後に正規操作量が算出された時点で、正規操作量を用いた正規空調制御を開始する。
【選択図】 図1
Description
また、オフィスなどの大空間の場合、例えば大空間を区分して設けた空調エリアごとに、シングルループのフィードバック制御系を複数構成する形態が考えられる。
このため、空調制御開始から空調空間が目的空調環境となるまでの全体の到達時間を短縮することができる。したがって、空調空間を目的の空調環境へ制御するための操作量を分布系流動解析手法で算出する場合でも、良好な応答性を得ることが可能となる。
[第1の実施の形態]
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる空調制御装置について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる空調制御装置の構成を示すブロック図である。図2は、第1の実施の形態にかかる空調空間の構成例を示す説明図である。
空調処理装置21は、全体として、パーソナルコンピュータやサーバ装置などの情報処理装置からなり、通信回線Lを介して空調制御装置10から指示された操作量に基づいて、空調機器22により各吹出口から空調空間50へ吹き出す調和空気を制御することにより、空調空間50全体の空調環境を制御する機能と、温度センサ23により空調空間50内の温度を計測し、通信回線Lを介して空調制御装置10へ通知する機能とを有している。
TH1〜TH4は、それぞれに対応するゾーンZ1〜Z4内の室温Tp1〜Tp4を計測し、空調処理装置21へ通知する機能を有している。
温度分布と空調空間50内の目的場所における目標温度とから新たに生成した設定温度分布をCFD逆解析すれば、空調機器22ごとに、空調空間50を目的の空調環境とするための操作量をそれぞれ推定できる。
ここで、空調空間50内の各ポイントにおいて、目的空調環境下における当該ポイントに関する設定値と、解析処理途中で得られた当該ポイントに関する算出設定値との偏差が最も小さくなるよう、操作量の選択および修正を繰り返し実行する。このため、空調空間50を目的空調環境へ導くための真の操作量との誤差が小さくて高い精度の操作量を算出するには、膨大な演算処理が必要となる。
また、空調空間50を設定温度分布へ導くための真の操作量に対して、ある程度の誤差が許容される場合には、CFD逆解析による正規操作量の算出所要時間より短い時間で、空調空間50を設定温度分布へ近づけるための仮操作量を算出することも可能である。
次に、図1および図3を参照して、本実施の形態にかかる空調制御装置10の構成について詳細に説明する。図3は、空調制御装置での空調制御動作を示すフロー図である。
この空調制御装置10には、主な機能部として、通信インターフェース部(以下、通信I/F部という)11、操作入力部12、画面表示部13、記憶部14、および演算処理部15が設けられている。
操作入力部12は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理部15へ出力する機能を有している。
画面表示部13は、LCDやPDPなどの画面表示装置からなり、演算処理部15からの指示に応じて、操作メニューや入出力データなどの各種情報を画面表示する機能を有している。
プログラム14Pは、演算処理部15に読み出されて実行されるプログラムであり、予め外部装置や記録媒体から通信I/F部11を介して記憶部14へ格納される。
演算処理部15で実現される主な処理部として、データ入力部15A、正規操作量算出部15B、仮操作量算出部15C、および空調指示部15Dがある。
一方、正規操作量算出部15BにおけるCFD逆解析は、CFD順解析を行うことにより、所望の空調環境を実現したい場所に対する設備の感度(または寄与)を求め、この感度の大きさによって操作量を調整することにより、目的の空調環境を実現するための最終的な操作量を算出する技術であり、具体的には非特許文献2や非特許文献3などの公知技術を用いればよい。
正規操作量データ14Dは、空調空間50を目的空調環境へ制御するための、空調機器ごとの正規操作量を示すデータである。
計測温度データ14Fは、空調空間50内の各温度計で計測した室温を示すデータである。
仮操作量データ14Gは、空調空間50を目的空調環境へ制御するための、空調機器ごとの仮操作量を示すデータである。
次に、図4を参照して、本実施の形態にかかる空調制御装置10の動作について説明する。図4は、第1の実施の形態にかかる空調制御処理を示すフローチャートである。
空調制御装置10の演算処理部15は、起動時あるいはオペレータ操作に応じて、図4の空調制御処理を開始する。なお、空調制御処理の実行開始に先立って、境界条件データ14Aや設定条件データ14Bが予め記憶部14に格納されているものとする。
操作量差分=Kp×偏差+Ki×偏差の累積値+Kd×前回偏差との差 …(1)
この後、空調指示部15Dは、仮操作量算出部15Cで正規操作量が算出されるまで仮空調制御を継続する(ステップ104:NO)。
時刻T0において、空調空間50を目的空調環境とするための空調制御が開始され、まもなく仮操作量が算出されて仮空調制御が開始される。この後、時刻T1に、正規操作量が算出されて正規空調制御が開始される。
このため、仮空調制御を行ったほうが、空調制御を開始した時刻T1から設定温度へ到達するまでの到達時間が短縮されており、空調制御において良好な応答性が得られることが分かる。
このように、本実施の形態は、正規操作量算出部15Bで、空調空間50の空調環境をCFD逆解析することにより、空調空間50を目的空調環境へ制御するための正規操作量を空調機器ごとに算出し、仮操作量算出部15Cで、空調空間50を目的空調環境へ近づけるための仮操作量を、正規操作量の算出処理と並行して、正規操作量の算出所要時間より短い処理時間で空調機器ごとに算出し、空調指示部15Dで、仮操作量を空調システム20へ指示することにより空調空間50に対する仮空調制御を開始し、この後に正規操作量が算出された時点で、正規操作量を空調システム20へ指示することにより空調空間50に対する正規空調制御を開始するようにしたものである。
このため、空調制御開始から空調空間50が目的空調環境となるまでの全体の到達時間を短縮することができる。したがって、空調空間50を目的の空調環境へ制御するための操作量を分布系流動解析手法で算出する場合でも、良好な応答性を得ることが可能となる。
次に、図6〜図8を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる空調制御装置について説明する。図6は、第2の実施の形態にかかる空調制御装置の構成を示すブロック図である。図7は、第2の実施の形態にかかる空調空間の構成例を示す説明図である。図8は、第2の実施の形態にかかる空調制御装置での空調制御動作を示すフロー図である。
本実施の形態にかかる仮操作量算出部15Cは、任意のゾーンに人が存在しないことが確認された場合、当該ゾーンに関する仮操作量として、最低風量を示す操作量、すなわち最低操作量を選択する機能を有している。
したがって、人が存在しないゾーンにおける最低風量は常にゼロではなく、例えば、空調機の風量条件分の風量から人が存在する各ゾーンの合計風量を減算した残り風量を、人が存在しないゾーンで按分するなど、他のゾーンでの風量との兼ね合いで決定される。この例では、残り風量がゼロの場合、人が存在しないゾーンの風量もゼロとなる。
なお、本実施の形態にかかるこのほかの構成については、前述した図1と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
次に、前述した図4を参照して、本実施の形態にかかる空調制御装置10の動作について説明する。
本実施の形態にかかる空調制御装置10は、図4のステップ102において、仮操作量算出部15Cにより、正規操作量算出部15Bでの正規操作量Vssの算出処理と並行して、正規操作量の精度より低い精度で、空調空間50を目的空調環境とするための仮操作量Vstを、空調機器22ごとに算出する。
ここで、人が存在するゾーンが確認された場合、仮操作量算出部15Cは、第1の実施の形態と同様にして、空調システム20から取得した計測温度データ14Fと設定温度データ14Eとの偏差に応じた操作量を、前述した式(1)などからなる制御特性に基づいて算出し、当該ゾーンに対応する空調機器22の仮操作量とする。
なお、図4におけるこの他のステップについては、第1の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
このように、本実施の形態では、仮操作量算出部15Cにより、空調空間50に対して設置されている存在確認システム30から取得した確認結果データ14Hに基づいて、空調空間50に設けたゾーンZ1〜Z4ごとに人の存在有無を確認し、吹出口F1〜F4のうち人が存在しないゾーンと対応する空調機器22の仮操作量として、風量ゼロを示す操作量を選択するようにしたものである。
これにより、極めて簡素な構成で、正規操作量の算出所要時間より短い処理時間で、空調機器22ごとに、省エネルギーを考慮した仮操作量を算出することができる。
次に、図9および図10を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかる空調制御装置について説明する。図9は、第3の実施の形態にかかる空調制御装置の構成を示すブロック図である。図10は、第3の実施の形態にかかる空調制御装置での空調制御動作を示すフロー図である。
図14は、操作量データベースを構成する操作量データの構成例である。ここでは、仮操作量を識別するためのIDごとに、各VAV1〜VAV4へ供給する調和空気の給気温度と各VAV1〜VAV4から調和空気を送風する際の風量とが組として登録されている。
なお、後述するような類似検索では、複数の小ゾーンからなる類似検索ゾーンを新たに定義するため、この類似検索ゾーンごとに人の位置を検知できればよい。したがって、RFIDなど用いた一般的な位置検知システムのほか、既存の入退室管理システムなど、類似検索ゾーンに存在している人数を管理する機能を持つ他のシステムを存在確認システム30として用いてもよい。
本実施の形態にかかる類似検索では、空調制御単位であるゾーンZ1〜Z4、あるいはゾーンZ1〜Z4よりも小さく複数の小ゾーンからなる中ゾーンを、類似検索ゾーンと定義し、これら類似検索ゾーンを単位とした環境条件データおよび検索キーに基づいて検索を行う。
また、本実施の形態にかかるこのほかの構成については、前述した図1と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
次に、前述した図4を参照して、本実施の形態にかかる空調制御装置10の動作について説明する。
本実施の形態にかかる空調制御装置10は、図4のステップ102において、仮操作量算出部15Cにより、正規操作量算出部15Bでの正規操作量Vssの算出処理と並行して、正規操作量の精度より低い精度で、空調空間50を目的空調環境とするための仮操作量Vstを、空調機器22ごとに算出する。
また、仮操作量算出部15Cは、データ入力部15Aにより空調システム20から外気温を取得して検索キーに含めるとともに、データ入力部15Aにより取得した設定条件データ14Bから空調空間50に配置された電気機器などの各発熱体に関する発熱体データを検索キーに含める。
なお、図4におけるこの他のステップについては、第1の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
このように、本実施の形態は、空調空間50における任意の空調環境を示す各種環境条件データからなる環境条件データと、当該空調環境において空調空間50を目的空調環境へ導くための操作量データとが組として登録されている操作量DB14Iを設け、仮操作量算出部15Cで、仮操作量の算出時における空調空間50の空調環境を示す環境条件データを含む検索キーに基づき、操作量DB14Iを類似検索することにより仮操作量を選択するようにしたものである。
これにより、極めて簡素な構成で、正規操作量の算出所要時間より短い処理時間で、空調機器22ごとに、空調空間50を目的空調環境へ導くために最適な仮操作量を特定することができる。
なお、本実施の形態にかかる類似検索は、前述した類似検索方法に限定されるものではなく、他の方法を用いてもよい。
次に、本発明の第4の実施の形態にかかる空調制御装置10について説明する。
第1および第3の実施の形態では、CFD逆解析以外の処理方法で仮操作量を算出する場合を例として説明した。本実施の形態では、CFD逆解析を用いて仮操作量を算出する場合について説明する。なお、本実施の形態にかかる空調制御装置10の構成は、前述した図1と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
このように、本実施の形態は、仮操作量算出部15Cにおいて、正規操作量算出部15Bにおける正規操作量の算出処理より低い算出精度でCFD逆解析することにより、仮操作量を算出するようにしたので、正規操作量より短い時間で仮操作量を算出することができる。また、このことにより、空調システム20からの計測温度データ14Fや、人の存在を確認する存在確認システム30からの確認結果データ14Hを必要とすることなく、仮操作量を算出することができる。
次に、本発明の第5の実施の形態にかかる空調制御装置10について説明する。
第4の実施の形態では、正規操作量算出部15Bにおける正規操作量の算出処理より低い算出精度でCFD逆解析することにより、仮操作量を算出する場合を例として説明した。本実施の形態では、正規操作量算出部15Bにおける正規操作量の算出処理の途中で得られる操作量を、仮操作量として算出する場合について説明する。なお、本実施の形態にかかる空調制御装置10の構成は、前述した図1と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
このように、本実施の形態は、仮操作量算出部15Cにおいて、正規操作量算出部15Bにおける正規操作量の算出処理の途中で得られる操作量を仮操作量として算出するようにしたので、正規操作量より短い時間で仮操作量を算出することができる。また、このことにより、空調システム20からの計測温度データ14Fや、人の存在を確認する存在確認システム30からの確認結果データ14Hを必要とすることなく、仮操作量を算出することができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
Claims (12)
- 空調空間に設けられた空調機器を制御する空調システムに対して、前記空調機器での操作量を指示することにより、前記空調空間を任意の目的空調環境へ制御する空調制御装置であって、
前記空調空間の構成および前記空調空間内の空調環境への影響を示す条件データと、前記目的空調環境下における前記空調空間内の目的場所での目標値を示す目的データとに基づいて、前記空調空間内の空調環境を分布系流動解析することにより、前記空調空間を前記目的空調環境へ制御するための正規操作量を、前記空調機器ごとに算出する正規操作量算出部と、
前記空調空間を前記目的空調環境へ近づけるための仮操作量を、前記正規操作量の算出処理と並行して、前記正規操作量算出部での前記正規操作量の算出所要時間より短い処理時間で、前記空調機器ごとに算出する仮操作量算出部と、
前記仮操作量算出部で算出した前記仮操作量を前記空調システムへ指示することにより前記空調空間に対する仮空調制御を開始し、この後に前記正規操作量算出部で前記正規操作量が算出された時点で、前記正規操作量を前記空調システムへ指示することにより前記空調空間に対する正規空調制御を開始する空調指示部と
を備えることを特徴とする空調制御装置。 - 請求項1に記載の空調制御装置において、
前記仮操作量算出部は、予め設定された制御特性に基づいて、前記目的空調環境に応じて予め設定された設定値と前記空調空間で計測した計測値との偏差に応じた操作量を前記仮操作量として算出することを特徴とする空調制御装置。 - 請求項1に記載の空調制御装置において、
前記仮操作量算出部は、前記空調空間における人の存在を確認する存在確認システムから取得した確認結果に基づいて、前記空調空間に設けたゾーンごとに人の存在有無を確認し、前記空調機器のうち人が存在しないゾーンと対応する前記空調機器の仮操作量として、予め設定した最低操作量を選択することを特徴とする空調制御装置。 - 請求項1に記載の空調制御装置において、
前記空調空間における任意の空調環境を示す環境条件データと、分布系流動解析で予め算出した、前記空調空間を当該空調環境から前記目的空調環境へ導くための操作量とが組として複数登録されている操作量データベースをさらに備え、
前記仮操作量算出部は、前記仮操作量の算出時における前記空調空間の空調環境を示す環境条件データに基づいて前記操作量データベースを類似検索し、得られた前記操作量を前記仮操作量として選択する
ことを特徴とする空調制御装置。 - 請求項1に記載の空調制御装置において、
前記仮操作量算出部は、前記正規操作量算出部における前記正規操作量の算出処理より低い算出精度で、前記条件データと前記目的データとに基づく前記分布系流動解析を行うことにより、前記仮操作量を算出することを特徴とする空調制御装置。 - 請求項1に記載の空調制御装置において、
前記仮操作量算出部は、前記正規操作量算出部における前記正規操作量の算出処理の途中で得られる操作量を、前記仮操作量として算出することを特徴とする空調制御装置。 - 空調空間に設けられた空調機器を制御する空調システムに対して、前記空調機器での操作量を指示することにより、前記空調空間を任意の目的空調環境へ制御する空調制御装置で用いる空調制御方法であって、
正規操作量算出部が、前記空調空間の構成および前記空調空間内の空調環境への影響を示す条件データと、前記目的空調環境下における前記空調空間内の目的場所での目標値を示す目的データとに基づいて、前記空調空間内の空調環境を分布系流動解析することにより、前記空調空間を前記目的空調環境へ制御するための正規操作量を、前記空調機器ごとに算出する正規操作量算出ステップと、
仮操作量算出部が、前記空調空間を前記目的空調環境へ近づけるための仮操作量を、前記正規操作量の算出処理と並行して、前記正規操作量算出部での前記正規操作量の算出所要時間より短い処理時間で、前記空調機器ごとに算出する仮操作量算出ステップと、
空調指示部が、前記仮操作量算出ステップで算出した前記仮操作量を前記空調システムへ指示することにより前記空調空間に対する仮空調制御を開始し、この後に前記正規操作量算出ステップで前記正規操作量が算出された時点で、前記正規操作量を前記空調システムへ指示することにより前記空調空間に対する正規空調制御を開始する空調指示ステップと
を備えることを特徴とする空調制御方法。 - 請求項7に記載の空調制御方法において、
前記仮操作量算出ステップは、予め設定された制御特性に基づいて、前記目的空調環境に応じて予め設定された設定値と前記空調空間で計測した計測値との偏差に応じた操作量を前記仮操作量として算出することを特徴とする空調制御方法。 - 請求項7に記載の空調制御方法において、
前記仮操作量算出ステップは、前記空調空間における人の存在を確認する存在確認システムから取得した確認結果に基づいて、前記空調空間に設けたゾーンごとに人の存在有無を確認し、前記空調機器のうち人が存在しないゾーンと対応する前記空調機器の仮操作量として、予め設定した最低操作量を選択することを特徴とする空調制御方法。 - 請求項7に記載の空調制御方法において、
前記空調空間における任意の空調環境を示す環境条件データと、分布系流動解析で予め算出した、当該空調環境から前記空調空間を前記目的空調環境へ導くための操作量とが組として複数登録されている操作量データベースをさらに備え、
前記仮操作量算出ステップは、前記仮操作量の算出時における前記空調空間の空調環境を示す環境条件データに基づいて、前記操作量データベースを類似検索し、得られた前記操作量を前記仮操作量として選択する
ことを特徴とする空調制御方法。 - 請求項7に記載の空調制御方法において、
前記仮操作量算出ステップは、前記正規操作量算出ステップにおける前記正規操作量の算出処理より低い算出精度で、前記条件データと前記目的データとに基づく前記分布系流動解析を行うことにより、前記仮操作量を算出することを特徴とする空調制御方法。 - 請求項7に記載の空調制御方法において、
前記仮操作量算出ステップは、前記正規操作量算出ステップにおける前記正規操作量の算出処理の途中で得られる操作量を、前記仮操作量として算出することを特徴とする空調制御方法。
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