JP2015132388A - 空調制御方法および空調制御システム - Google Patents

空調制御方法および空調制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】ICT機器内の温度を安全に保ち、空調機の消費電力を抑えつつ、空調機の圧縮機の故障率を減少させる。【解決手段】室内機の第1の吹出し温度を、第2の吹出し温度に変更する空調制御方法であって、前記第1の吹出し温度に基づいて前記ICT機器の吸込み温度を推定する第1の計算式の定数を算出する第1のステップと、前記第1の吹出し温度および前記室内機の第1の吸込み温度に基づいて前記圧縮機の運転周波数を推定する第2の計算式の定数を算出する第2のステップと、前記第2の吹出し温度の合計値が最大とする第1の条件式と、前記第1の計算式に前記第2の吹出し温度を代入した値が第1の閾値以下とする第2の条件式と、前記第2の計算式に前記第2の吹出し温度および前記室内機の第2の吸込み温度を代入した値が第2の閾値以下とする第3の条件式とを満足するように、前記第2の吹出し温度を計算する第3のステップとを備える。【選択図】図2

Description

本発明は、空調制御方法および空調制御システムに関し、より詳細には、サーバ室、通信機械室やデータセンタなど複数のICT機器が設置された室内の空調を制御する空調制御方法および空調制御システムに関する。
従来から、複数のICT(Information and Communication Technology:情報通信技術)機器が設置されたフロアではICT機器を冷却するための冷房の空調機を制御する空調制御システムが存在する。本明細書では、ICT機器は、サーバ等のIT機器やルータ等の通信機器をいい、ラックに格納され得る。また、フロアとは、例えば、複数のICT機器と、複数のICT機器が収納されるラックとが設置されたサーバ室、および通信機械室をいう。
データセンタや通信機械室における空調方式として、あらかじめ運用者によって設定された室内機の吸込み温度もしくは室内機の吹出し温度に基づいて各空調機の出力を制御し、ICT機器を冷却するシステムが多く用いられている。例えば、室内機の設定温度を変更する際にICT機器の冷え過ぎまたは温まり過ぎを防ぐ空調機が特許文献1に開示されている。
しかし、特許文献1に開示された従来の空調制御システムは、空調の消費電力の制御まで考慮されていなかった。近年、空調の省エネルギー性の向上のため、消費電力削減を目的とした空調制御においてさまざまな検討が行われている。
特開平05−26500号公報
冷房運転する空調機は、室外機と室内機とからなる。室外機は、例えば、室内機から吹出す冷気を生成するために用いられる冷媒を高温高圧で圧縮する圧縮機と、高温高圧の冷媒を放熱させる第1の熱交換器と、冷媒を液化するための凝縮器とを備える。室内機は、液化した冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張させて低温低圧となった冷媒に吸熱させる第2の熱交換器と、冷媒を気化するための蒸発器とを備える。一般的に空調機の冷房運転の場合は、空調機の設定温度を上げると空調機の消費電力を下げることができる。何故なら、空調機の設定温度を現在のフロア内の温度近くまで上げると、冷房運転によって室内温度が目標となる設定温度に早く到達することができ、電力を消費する室外機の圧縮機が早く停止するためである。
空調機の室内機の吹出し温度は、設定することが可能であり、室内機の吹出し温度の設定可能な範囲は、空調機の型式ごとに定められている。室内機の吹出し温度とは、室内機の冷気の吹き出し口付近の温度である。しかし、室内機の吹出し温度を設定可能な範囲内に設定したとしても、空調機の室外機付近の外気温が高い等の理由により、実際には、設定通りの室内機の吹出し温度とならない場合がある。
例えば、フロア外に設置された室外機付近の外気温が高温となる場合、室外機での熱交換がうまく行われないため、室内機の室内機の吹出し温度の実測値が設定通りの室内機の吹出し温度とならない場合がある。室内機の吹出し温度の実測値は、室内機の吹出し口付近に設置された温度センサ部で計測された温度である。
圧縮機で圧縮され高温高圧となった冷媒は、室外機に設置された第1の熱交換器に送られ、ファンで吸込まれた外気によって第1の熱交換器内の冷媒を放熱させる。外気温が高い場合、熱交換器内の冷媒をうまく放熱させることができない。次に、冷媒は、凝縮器において液化され、膨張弁で膨張され、第2の熱交換器に送られる。第2の熱交換器において充分に温度が低下していない状態の冷媒に、室内機で吸込まれた空気を当てても、うまく吸熱させることができない。したがって、空調機の室内機の吹き出し温度を所望の温度(例えば、16℃)に設定したにもかかわらず、空調機の室内機の吹出し温度の実測値が所望の温度に下がるまで相当時間を要する場合がある。
一方、フロアに設置された室内機から吹出される冷気は、フロア内のラックに格納されたICT機器まで到達する。到達した冷気は、ICT機器に内蔵されたファンによって吸込まれる。ICT機器の内部は、ICT機器で処理される負荷に応じて発熱し、吸込まれた冷気は、発熱した電子基板等から熱を奪う。熱を奪った空気は、ICT機器の排気口から排出され、排出された熱によってフロア内の温度が上昇する。
空調機の室内機の吹出し温度の実測値が所望の温度に下がらず、フロア内の温度の上昇を抑えることができない場合、フロア内の温度が上昇し続ける事になる。フロア内の温度が上昇し続けた場合、ICT機器内の温度も上昇し、ICT機器内の上限温度を超える結果、ICT機器を安定して動作させることができない可能性があるという問題があった。
また、室内機の吹出し温度の実測値が所望の温度に達するように、室外機の圧縮機を運転させようとすると、圧縮機の運転周波数が定格周波数を超えてしまい、室外機の圧縮機が故障する可能性が高くなるという問題があった。圧縮機の運転周波数とは、圧縮機のモータを駆動させる電力の周波数をいう。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ICT機器内の温度を安全な温度に保ち、空調機の消費電力を抑えつつ、空調機の圧縮機の故障率を減少させるための空調制御方法および空調制御システムを提供することにある。
上記課題を解決するための手段として、本発明は、具体的には一台以上のICT機器とICT機器を冷却する一台以上の空調機が備え付けられた空間における空調制御システムにおいて、空調機の室内機の吹出し温度を取得する手段と、空調機の各圧縮機の運転周波数を取得する手段と、空調機の室内機の吹出し温度からICT機器の吸込み温度を推定する手段を有し、ICT機器の吸込み温度の推定値がICT機器の上限温度以下で且つ空調機の圧縮機の運転周波数が定格周波数を超えない範囲において各空調機の室内機の吹出し温度を決定する手段を有することを特徴とする空調制御方法および空調制御システムを提供する。
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ICT機器の吸込み温度が一定の温度を超えた場合に、前記ICT機器を冷却する冷気を生成するための冷媒を圧縮する圧縮機の運転により、空調機の室内機の予め設定された第1の吹出し温度を、第2の吹出し温度に変更するシステムによる空調制御方法であって、前記第1の吹出し温度に基づいて前記ICT機器の吸込み温度を推定する第1の計算式の定数を算出する第1のステップと、前記第1の吹出し温度および前記室内機の第1の吸込み温度に基づいて前記圧縮機の運転周波数を推定する第2の計算式の定数を算出する第2のステップと、前記第2の吹出し温度の合計値が最大とする第1の条件式と、前記第1の計算式に前記第2の吹出し温度を代入した値が第1の閾値以下とする第2の条件式と、前記第2の計算式に前記第2の吹出し温度および前記室内機の第2の吸込み温度を代入した値が第2の閾値以下とする第3の条件式とを満足するように、前記第2の吹出し温度を計算する第3のステップとを備えることを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、ICT機器内の温度を安全な温度に保ちつつ、室外機の圧縮機の運転周波数が閾値を超えないようにすることにより、ICT機器の故障や空調機の圧縮機の故障のリスクを緩和することが可能となる。また、本発明によれば、空調機の消費電力を抑えることが可能となる。
本発明の一実施形態にかかる、空調制御システムを示す構成図である。 本発明の一実施形態にかかる、空調制御装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる、空調制御方法を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
(空調制御システムの構成)
図1に本発明の一実施形態にかかる、空調制御システムの構成を示す。フロア100は、ICT機器200I(j=1〜m,mは正の整数)と、ICT機器200Iを冷却するための冷気を吹出す室内機310A(i=1〜n,nは正の整数)と、ICT機器200Iおよび空調機300Aからの情報の受信や室内機310Aの吹出し温度の制御を行う空調制御装置400とを備える。空調制御装置400と、ICT機器200Iと、空調機300Aとは、LAN(Local Area Network)などのネットワーク500で接続されている。図1では、フロア100内に空調制御装置400が設置されているが、フロア100外に設置されてもよい。
空調機300Aは、室内機310Aと、室外機320Aとを備える。室外機320Aは、冷媒を高温高圧で圧縮する圧縮機321Pを備える。圧縮機321Pは、空調制御装置400によってインバータ制御される。例えば、空調制御装置400によって、室内機310Aの吸込み口付近に設置された温度センサ部で計測された温度に基づいて、フロア100の室内温度が一定の温度を維持するように、圧縮機321Pの運転周波数が制御される。
空調機300Aにおいて、室内機310Aと、室外機320Aと、圧縮機321Pとは、通信線でそれぞれ接続される。空調制御装置400は、圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報を、圧縮機321Pから室外機320Aおよび室内機310Aを介して取得する。空調制御装置400は、圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報を、圧縮機321Pから直接取得してもよい。
ICT機器200Iは、ICT機器200I,…ICT機器200Iを含む。ICT機器200Iは、ICT機器200Iの吸込み温度を計測する温度センサ部を備える。ICT機器200Iの吸込み温度とは、ICT機器200I内に吸気される開口部付近の温度である。ICT機器200Iの吸込み温度の実測値は、ICT機器200I内に吸気される開口部付近に設置された温度センサ部によって測定される。
空調機300Aは、空調機300A,…空調機300A(i=1〜n,nは正の整数)を備え、各空調機300Aは、室内機310A、室外機320A、圧縮機321Pを備える。また室内機310Aは、室内機310A,…室内機310Aを備え、室外機320Aは、室外機320A,…室外機320Aを備える。さらに圧縮機321Pは、圧縮機321P,…圧縮機321Pを備える。
図1では、空調機300Aがフロア100に含まれているが、空調機がフロアとは別の部屋に設けられ、ダクトを通じてICT機器に冷気を供給する態様でもよい。空調機300Aは、吹出し温度を制御するための温度設定が可能であり、室内機310Aの吹出し温度、圧縮機321Pの運転周波数、および室内機310Aの吸込み温度を計測している。室内機310Aの吸込み温度とは、室内機310Aの内部に取り込まれる空気の温度であって、室内機310Aの開口部付近の温度である。室内機310Aの吸込み温度は、室内機310Aの開口部付近に設置された温度センサ部によって測定される。
空調制御装置400は、SNMP(Simple Network Management Protocol)などを用いて室内機310Aの吹出し温度の実測値の情報、圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報、および室内機310Aの吸込み温度の実測値の情報を収集したり、室内機310Aの吹出し温度を設定したりすることができる。
本明細書では、圧縮機321Pが室外機320Aに配置される場合について説明したが、圧縮機321Pが室内機310Aに配置され、室外機320Aは、熱交換器の機能のみを有するようにしてもよい。圧縮機321Pが室内機310Aに配置される場合、空調制御装置400は、室外機320Aのパラメータを使用せずに、室内機310Aに設置された圧縮機321Pから運転周波数の実測値の情報、圧縮機321PのID、及び圧縮機321Pの定格周波数を、ネットワーク500を介して取得する。これにより、圧縮機321Pが室内機310Aに配置される場合についても、圧縮機321Pが室外機320Aに配置される場合と同様の効果が得られる。
(空調制御装置の各機能)
図2に本発明の一実施形態にかかる、空調制御装置400のブロック図を示す。本発明の一実施形態にかかる空調制御装置400は、LAN経由で空調機300Aから室内機310Aの吹出し温度の設定値の情報、室内機310Aの吹出し温度の実測値の情報、室内機310Aの吸込み温度の実測値の情報、および室外機320Aと室内機310Aを介して圧縮機321Pから圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報を収集する空調機情報取得部410を備える。空調機情報取得部410は、圧縮機321Pから、圧縮機321PのIDとともに定格周波数の情報を受信しても良い。また、空調機情報取得部410は、圧縮機321PのIDとともに定格周波数の情報を、外部から取り込んでも良い。
室内機310Aの吹出し温度の設定値は、室内機310Aの吹出し温度の実測値とは異なり、室内機310Aの吹出し温度の目標値である。実際に空調機300Aで設定できるのは室内機310Aの吹出し温度の目標値である吹出し温度の設定値であり、室内機310Aの吹出し温度の実測値が室内機310Aの吹出し温度の設定値と等しくなるにはある程度の時間を要する。
本発明の一実施形態にかかる空調制御装置400は、ICT機器200Iの温度センサ部からICT機器200Iの吸込み温度の実測値の情報を受信するICT機器情報取得部420を備える。ICT機器情報取得部420は、ICT機器200Iから、ICT機器200IのIDとともに上限温度の情報を受信しても良い。また、ICT機器情報取得部420は、ICT機器200IのIDとともに上限温度の情報を、外部から取り込んでも良い。
また本発明の一実施形態にかかる空調制御装置400は、室内機310Aの吹出し温度の実測値の情報、圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報、ICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値の情報などを格納する記憶部430を備える。さらに本発明の一実施形態にかかる空調制御装置400は、ICT機器200Iの吸込み温度の推定値を算出するための計算式を決定するICT機器吸込み温度推定部440(第1の算出部)と、各圧縮機321Pの運転周波数の推定値を算出するための計算式を決定する圧縮機運転周波数推定部450(第2の算出部)とを備える。
そして本発明の一実施形態にかかる空調制御装置400は、ICT機器吸込み温度推定部440で決定された式および圧縮機運転周波数推定部450で決定された式を用いて、一定の温度条件および一定の運転周波数条件を満足し、かつ室内機310Aの吹出し温度の和が最大となる室内機310Aの吹出し温度の推定値を算出する室内機吹出し温度算出部(第3の算出部)460を備える。また、本発明の一実施形態にかかる空調制御装置400は、算出された室内機310Aの吹出し温度の推定値で、室内機310Aの吹出し温度を設定する室内機吹出し温度設定部470を備える。
さらに、本発明の一実施形態にかかる空調制御装置400は、室内機310Aの吹出し温度の実測値が、室内機310Aの吹出し温度の設定値に到達したかどうかを判定する室内機吹出し温度判定部(第1の判定部)480を備える。また、本発明の一実施形態にかかる空調制御装置400は、ICT機器200Iの吸込み温度の第2の実測値が上限温度を超えているかどうかを判定するICT機器吸込み温度判定部(第2の判定部)490を備える。
(計算式の決定)
空調機情報取得部410は、LAN経由で空調機300Aから室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値の情報、圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報、および室内機310Aの吸込み温度の実測値の情報を収集する。本実施形態では、室内機310Aにおいて予め設定された室内機310Aの吹出し温度の第1の設定値(第1の吹出し温度)と、室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値とは、等しいと仮定する。また、ICT機器情報取得部420は、LAN経由でICT機器200IからICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値の情報を収集する。各室内機310Aの吹出し温度を変化させた時、各ICT機器200Iの吸込み温度の推定値がどのようになるかを表わした関係式を次の(式1)(第1の計算式)に示す。
T=f(S1,S2,…Sn) j=1〜m (式1)
nは空調機300Aの台数、mはICT機器200Iの台数、TはICT機器200Iの吸込み温度の実測値、S1,S2,…Snは室内機310Aの吹出し温度、fは室内機310Aの吹出し温度を変数とするICT機器200Iの吸込み温度の推定値を表す関数である。ICT機器吸込み温度推定部440は、各ICT機器200Iの吸込み温度の推定値Tを(式1)から計算する。ICT機器200Iの吸込み温度の推定値を表す関数fの各パラメータは、センサで計測して得られた情報を用いて回帰分析や機械学習により予め決定され、学習データとして記憶部430にそれぞれ格納される。関数fは、簡単な関数では、室内機310Aの吹出し温度Siの一次式で与えることができる。
関数fの具体例として一番簡単な形は、次の一次式(式2)で示される。
T=a1j・S1+a2j・S2+…+anj・Sn (式2)
aij(i=1〜n,j=1〜m, nおよびmは正の整数)は正の定数である。ICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値T’および室内機310Aの吹出し温度の実測値S’から(式2)の決定を試みる。求める対象のICT機器200Iの吸込み温度の推定値Tと、ICT機器200Iの吸込み温度の実測値T’との差が最小となれば理想的な(式2)が求まる。そこで求める対象のICT機器200Iの吸込み温度の推定値Tと、ICT機器200Iの吸込み温度の実測値T’との差の自乗和が最小となる定数aijを求めるために最小自乗法を用いる。
各室内機310Aの吹出し温度を変化させると、ICT機器200Iの吸込み温度も時間の経過とともに変化する。よって、ある時刻に実測された各室内機310Aの吹出し温度と、同じ時刻に実測されたICT機器200Iの吸込み温度との組を、異なる時刻ごとに複数組用意する。時刻の異なるデータの複数の組は、学習データとして記憶部430にそれぞれ格納される。
ICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値T’のデータからなるベクトルT’を次の(式3)に示す。
T’=(T’(1), T’(2), …, T’(q))t k=1〜q (式3)
T’(1), T’(2), …, T’(q)は同じICT機器200Iの異なる時刻における吸込み温度の実測値を表し、T’の括弧の中の数字はそれぞれ時刻(例えば、単位時間を10分ごととすると、1は10分、2は20分)を表し、tは転置を表す。
さらに、各室内機310Aの吹出し温度の実測値S’iのデータからなる行列S’を次の(式4)に示す。
Figure 2015132388
S’i(1), S’i(2), …, S’i(q) (i=1〜n)は同じ室内機310Aの異なる時刻における吹出し温度の実測値を表し、S’1(k), S’2(k), …, S’n(k) (k=1〜q)は異なる室内機310Aの同じ時刻における吹出し温度の実測値を表す。S’1,S’2,…S’nの括弧の中の数字はそれぞれT’の時刻と同じ時刻を表す。
aijのベクトルAを、
A=(a1j, a2j, …, anj)t (式5)
とすると、
A=(S’t・S’)-1 S’t・T’ (式6)
となる。ここで−1は逆行列を表す。
よってベクトルT’を示す(式3)、行列S’を示す(式4)、およびベクトルT’と行列S’とベクトルAの関係を示す(式6)によりベクトルAを示す(式5)が決定され、ベクトルAが求まる。求まったベクトルAにより(式2)が決定する。
空調機情報取得部410で取得した室内機310Aの吹出し温度の実測値および室内機310Aの吸込み温度の実測値を用いて、室内機310Aの吹出し温度および室内機310Aの吸込み温度を変化させた時の、圧縮機321Pの運転周波数と室内機310Aの吹出し温度と室内機310Aの吸込み温度との関係式を次の(式7)(第2の計算式)に示す。
Ci=gi(Si,ti) i=1〜n (式7)
Ciは圧縮機321Pの運転周波数、tiは室内機310Aの吸込み温度、gは室内機310Aの吹出し温度および室内機310Aの吸込み温度を変数とする圧縮機321Pの運転周波数の推定値を表す関数である。
圧縮機運転周波数推定部450は、各空調機300Aの圧縮機321Pの運転周波数の推定値Ciを(式7)から計算する。圧縮機321Pの運転周波数を表す関数gの各パラメータは、センサで計測して得られた情報を用いて回帰分析や機械学習により予め決定され、学習データとして記憶部430にそれぞれ格納される。関数gは、簡単な関数では、室内機310Aの吹出し温度Siの1次式および室内機310Aの吸込み温度tiの1次式で与えることができる。
(式7)は、第1の変数Hiと第2の変数Liを用いて、次の(式8)から(式10)のように表すことができる。
Ci=gi(Si,ti)=Hi・Li (式8)
Hi=hi(Si) (式9)
Li=li(ti) (式10)
第1の変数Hiは、室内機310Aの吹出し温度Siを関数hiに代入して得た値である。また、第2の変数Liは、室内機310Aの吸込み温度tiを関数liに代入して得た値である。
また、圧縮機321Pの運転周波数の実測値C’iは、第3の変数H’i、第4の変数L’i、および(式8)から(式10)を用いて、次の(式11)から(式13)のように表すことができる。
C’i=gi(S’i,t’i)=H’i・L’i (式11)
H’i=hi(S’i) (式12)
L’i=li(t’i) (式13)
t’iは、室内機310Aの第1の吸込み温度の実測値を表す。第3の変数H’iは、室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値S’iを関数hiに代入して得た値である。また、第4の変数L’iは、室内機310Aの第1の吸込み温度の実測値t’iを関数liに代入して得た値である。
関数hiの具体例として一番簡単な形は、次の一次式(式14)で示される。
Hi=b1i・Si+b2i (式14)
b1iは負の定数、b2iは正の定数である。
また、関数liの具体例として一番簡単な形は、次の一次式(式15)で示される。
Li=d1i・ti+d2i (式15)
d1iおよびd2iは、正の定数である。
圧縮機321Pの運転周波数の実測値C’、室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値S’、および室内機310Aの第1の吸込み温度の実測値ti’から(式8)の決定を試みる。求める対象の圧縮機321Pの運転周波数の推定値Cと、圧縮機321Pの運転周波数の実測値C’との差が最小となれば理想的な(式8)が求まる。
即ち、第1の変数Hiと第2の変数Liとを乗算して得た値と、第3の変数H’iと第4の変数L’iとを乗算して得た値との差が最小となれば良い。例えば、第1の変数Hiと第3の変数H’iとの差が最小となり、且つ第2の変数Liと第4の変数L’iとの差が最小となれば、第1の変数Hiと第2の変数Liとを乗算して得た値と、第3の変数H’と第4の変数L’とを乗算して得た値との差が最小となりうる。
そこで求める対象の圧縮機321Pの運転周波数の推定値Cと、圧縮機321Pの運転周波数の実測値C’との差の自乗和が最小となりうる定数b1i,定数b2i,定数d1i,および定数d2iを求めるために最小自乗法を用いる。
室内機310Aの吹出し温度および室内機310Aの吸込み温度が変化すると、圧縮機321Pの運転周波数も時間の経過ともに変化する。よって、ある時刻に実測された室内機310Aの吹出し温度および室内機310Aの吸込み温度と、同じ時刻に実測された圧縮機321Pの運転周波数との組を、異なる時刻ごとに複数組用意する。時刻の異なるデータの複数の組は、学習データとして記憶部430にそれぞれ格納される。
第3の変数H’iからなるベクトルH’を次の(式16)に示す。
H’=(H’i(1), H’i(2), …, H’i(q))t k=1〜q (式16)
また、第4の変数L’iからなるベクトルH’を次の(式17)に示す。
L’=(L’i(1), L’i(2), …, L’i(q))t k=1〜q (式17)
第3の変数H’iおよび第4の変数L’iの括弧の中の数字はそれぞれ時刻(例えば、単位時間を10分ごととすると、1は10分、2は20分)を表し、tは転置を表す。第3の変数H’iの時刻は、室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値S’iを実測した時刻と同じである。また、第4の変数L’iの時刻は、室内機310Aの第1の吸込み温度の実測値t’iを実測した時刻と同じである。
さらに、室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値のデータからなる行列Rを次の(式18)に示す。
Figure 2015132388
S’i(1), S’i(2), …, S’i(q) (i=1〜n)は同じ室内機310Aの異なる時刻における吹出し温度の実測値を表す。S’iの括弧の中の数字はそれぞれ第3の変数H’iの時刻と同じ時刻を表す。
定数b1i、定数b2iのベクトルBを、
B=(b1i,b2i)t (式19)
とすると、
B=(Rt・R)-1 Rt・H’ (式20)
となる。ここで−1は逆行列を表す。
よってベクトルH’を示す(式16)、行列Rを示す(式18)、およびベクトルH’と行列RとベクトルBの関係を示す(式20)によりベクトルBを示す(式19)が決定され、ベクトルBが求まる。求まったベクトルBにより(式14)が決定する。
また、室内機310Aの第1の吸込み温度の実測値のデータからなる行列Uを次の(式21)に示す。
Figure 2015132388
t’i(1), t’i(2), …, t’i(q) (i=1〜n)は同じ室内機310Aの異なる時刻における吸込み温度の実測値を表す。t’iの括弧の中の数字はそれぞれ第4の変数L’iの時刻と同じ時刻を表す。
定数d1i、定数d2iのベクトルDを、
D=(d1i,d2i)t (式22)
とすると、
D=(Ut・U)-1 Ut・L’ (式23)
となる。ここで−1は逆行列を表す。
よってベクトルL’を示す(式17)、行列Uを示す(式21)、およびベクトルL’と行列UとベクトルDの関係を示す(式23)によりベクトルDを示す(式22)が決定され、ベクトルDが求まる。求まったベクトルDにより(式15)が決定する。
したがって、決定された(式14)および(式15)により(式8)が決定し、(式7)が決定する。
(室内機の吹出し温度の決定)
ICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値が一定の温度に達したとき、室内機吹出し温度算出部460は、(式1)により得られるICT機器200Iの吸込み温度の推定値と、ICT機器200Iの上限温度である閾値(第1の閾値)を比較し、ICT機器200Iの吸込み温度の推定値が、上限温度である閾値以下であるか否かを判定する。また室内機吹出し温度算出部460は、(式7)により得られる圧縮機321Pの運転周波数の推定値と、圧縮機321Pの定格周波数(第2の閾値)を比較し、圧縮機321Pの運転周波数の推定値が、圧縮機321Pの定格周波数以下であるか否かを判定する。判定結果に基づいて、室内機310Aの吹出し温度を求める。
室内機310Aの吹出し温度を求める方法として数理計画法を用いる。数理計画法は、任意の等式もしくは不等式で表される制約条件下で、任意の目的関数を最小化あるいは最大化する変数の組を求める手法である。室内機310Aの吹出し温度を求める方法として数理計画法を用いる場合、求める変数の組は各室内機310Aの吹出し温度であり、最大化する目的関数は室内機310Aの吹出し温度の和である。冷房運転における室内機310Aの吹出し温度の設定値が上昇すると、空調機300Aの消費電力が減少するため、室内機310Aの吹出し温度の設定値の合計が最大であれば、空調機300Aの消費電力の最小化に繋がる。
室内機310Aの吹出し温度を求める方法として数理計画法を用いる場合、
(1)室内機310Aの吹出し温度の合計値が最大となり、
(2)全てのICT機器200Iの吸込み温度の推定値が上限値以下とし、
(3)全ての圧縮機321Pの運転周波数が定格周波数以下となる、
という3つの条件を満たす室内機310Aの吹出し温度を求める。
条件(1)において、室内機310Aの吹出し温度の合計値が最大となる室内機310Aの吹出し温度を、目的関数として次の(式24)(第1の条件式)に示す。
Figure 2015132388
S’’iは、求める室内機310Aの吹出し温度(第2の吹出し温度)であり、S’’sumは、S’’iの合計値である。室内機吹出し温度算出部460は、S’’sumの値が最大となるよう、S’’iの値を算出する。
条件(2)において、全てのICT機器200Iの吸込み温度の推定値が上限値以下となる不等式制約条件を(式1)を用いて次の(式25)(第2の条件式)に示す。
fj (S’’1,S’’2,…S’’n)≦Tj_limit (式25)
S’’1,S’’2,…S’’nは、求める室内機310Aの吹出し温度の組み合わせである。Tj_limitはICT機器200Iの上限温度で、例えば27℃である。
条件(3)において、全ての圧縮機321Pの運転周波数が定格周波数以下となるように、圧縮機321Pの運転周波数の推定値が圧縮機321Pの定格周波数以下となるための不等式制約条件を(式7)を用いて次の(式26)(第3の条件式)に示す。
gi(S’’i,ti’’)≦C’’i (式26)
C ''iは圧縮機321Pの定格周波数であり、ti’’は室内機310Aの第2の吸込み温度である。
室内機吹出し温度算出部460は、(式24)、(式25)、および(式26)を満たすような室内機310Aの吹出し温度の組み合わせS’’1,S’’2,…S’’nを数理計画法により求める。
目的関数や制約条件式が全て線形式であれば線形計画法を利用し、目的関数や制約条件式が線形式でなければ非線形計画法を利用する。室内機吹出し温度設定部470は、数理計画法により求めた室内機310Aの吹出し温度を各空調機300Aへそれぞれ送信し設定する。
なお、室内機310Aの第2の吸込み温度が一定の温度を超えないようにすることを、条件(4)として規定しても良い。
また、室内機310Aの吹出し温度を計算する際、条件(1)、条件(2)、および条件(3)のうち条件(2)を最優先させるという優先順位付けを行っても良い。
(空調制御方法のフローチャート)
図3に本発明の一実施形態にかかる、空調制御方法のフローチャートを示す。空調機情報取得部410は、室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値の情報、圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報、および室内機310Aの第1の吸込み温度の実測値の情報を収集し(S101)、記憶部430に記録する。
ICT機器情報取得部420は、ICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値の情報を収集し(S102)、記憶部430に記録する。
ICT機器吸込み温度推定部440は、収集された室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値の情報およびICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値の情報に基づいて(式1)の定数を算出して、(式1)を決定し(S103)、決定された(式1)は、記憶部430に記録される。
圧縮機運転周波数推定部450は、収集された室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値の情報、圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報、および室内機310Aの第1の吸込み温度の実測値の情報に基づいて(式7)の定数を算出して、(式7)を決定し(S104)、決定された(式7)は、記憶部430に記録される。
室内機吹出し温度算出部460は、ICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値が一定の温度を超えた場合、ICT機器200Iの吸込み温度の推定値と、圧縮機321Pの運転周波数の推定値と、記憶部430から読みだした、ICT機器200Iの吸込み温度を推定する計算式(式1)と、圧縮機321Pの運転周波数を推定する計算式(式7)とを用いて各室内機310Aの吹出し温度Siを数理計画法にて算出する。室内機吹出し温度算出部460は、ICT機器200Iの吸込み温度の推定値が、ICT機器200Iの上限温度以下であり、かつ圧縮機321Pの運転周波数の推定値が、圧縮機321Pの定格周波数以下となるように各室内機310Aの吹出し温度Siを算出する(S105)。室内機吹出し温度算出部460は、室内機310Aの第2の吸込み温度が一定の温度を超えないように、各室内機310Aの吹出し温度Siを算出しても良い。
室内機吹出し温度設定部470は、室内機吹出し温度算出部460によって計算された吹出し温度の推定値を各空調機300Aに送信し、各室内機310Aの吹出し温度の推定値を各室内機310Aの吹出し温度の第2の設定値(第2の吹出し温度)として設定する(S106)。各室内機310Aは設定された吹出し温度に基づいて、冷気を吹出す。
空調機情報取得部410は、室内機310Aの吹出し温度の第2の実測値の情報を収集し(S107)、記憶部430に記録する。
室内機吹出し温度判定部480は、各室内機310Aの吹出し温度の第2の実測値が、各室内機310Aの吹出し温度の第2の設定値にそれぞれ到達したかを判定する(S108)。各室内機310Aの吹出し温度の第2の実測値が、各室内機310Aの吹出し温度の第2の設定値にそれぞれ到達しなかった場合、到達するまで、一定間隔でステップ107およびステップ108の処理を繰り返す。各室内機310Aの吹出し温度の第2の実測値が、各室内機310Aの吹出し温度の第2の設定値にそれぞれ到達した場合、ステップ109の処理に進む。
ICT機器情報取得部420は、ICT機器200Iの吸込み温度の第2の実測値の情報を収集し(S109)、記憶部430に記録する。
ICT機器吸込み温度判定部490は、各ICT機器200Iの吸込み温度の第2の実測値が、それぞれ上限温度以下になったかを判定する(S110)。各ICT機器200Iの吸込み温度の第2の実測値が、それぞれ上限温度以下にならなかった場合、ステップ101の処理に戻る。各ICT機器200Iの吸込み温度の第2の実測値が、それぞれ上限温度以下となった場合、処理を終える。本実施形態における一連の処理(S101からS110を参照)は、一定時間ごと、例えば30分ごとに行う。
なお、記憶部430は、ROM(Read Only Memory)とRAM(Random Access Memory)とを含んで構成される。ROMには、空調機制御装置400全体の動作制御に必要なプログラムや各種のデータ(例えば、ICT機器200Iの吸込み温度を推定するための計算式、および、圧縮機321Pの運転周波数を推定するための計算式など)が記録される。RAMには、データやプログラムを一時的に記憶するための記録領域が設けられ、プログラムやデータが保持される。
また、関数fと関数Ciの決定は、本発明の空調制御システムに必要な計測機能と学習機能とを組み込んだ上で、最初に関数決定のための学習を行なうことにより決定してもいいし、別のシステムを用いて決定した関数を本発明の空調制御システムに格納してもよい。
本発明の別の実施形態では、パラメータとして室内機310Aの吹出し温度の第1の実測値の情報を使用する代わりに、室内機310Aの吸込み温度の第1の実測値の情報を使用する。本発明の別の実施形態では、ICT機器吸込み温度推定部440は、収集された室内機310Aの吸込み温度の第1の実測値の情報およびICT機器200Iの吸込み温度の第1の実測値の情報に基づいて(式1)の定数を算出して、(式1)を決定し、決定された(式1)は、記憶部430に記録される。また、本発明の別の実施形態では、圧縮機運転周波数推定部450は、収集された室内機310Aの吸込み温度の第1の実測値の情報、および圧縮機321Pの運転周波数の実測値の情報に基づいて(式7)の定数を算出して、(式7)を決定し、決定された(式7)は、記憶部430に記録される。
また、本発明の別の実施形態では、図3に示すステップ108において、所定の時間までに任意の室内機310Aの吹出し温度の第2の実測値が室内機310Aの吹出し温度の第2の設定値に到達しない場合は、自動的にステップ109に進むようにして良い。これにより、室内機310Aの吹出し温度の第2の設定値に到達しない任意の室内機310Aの出力を、他の室内機310Aの出力で適宜補うことが可能となる。
本実施形態によれば、ICT機器内の温度を安全な温度に保ちつつ、室外機の圧縮機の運転周波数が閾値を超えないようにすることにより、ICT機器の温度逸脱による故障や空調機の圧縮機の故障のリスクを緩和することが可能となる。また、本実施形態によれば、空調機の消費電力を抑えることが可能となる。
100 フロア
200I、200I、200I、200I ICT機器
300A、300A、300A、300A 空調機
310A、310A、310A、310A 室内機
320A、320A、320A、320A 室外機
321P、321P、321P、321P 圧縮機
400 空調制御装置
410 空調機情報取得部
420 ICT機器情報取得部
430 記憶部
440 ICT機器吸込み温度推定部
450 圧縮機運転周波数推定部
460 室内機吹出し温度算出部
470 室内機吹出し温度設定部
480 室内機吹出し温度判定部
490 ICT機器吸込み温度判定部
500 ネットワーク

Claims (8)

  1. ICT機器の吸込み温度が一定の温度を超えた場合に、前記ICT機器を冷却する冷気を生成するための冷媒を圧縮する圧縮機の運転により、空調機の室内機の予め設定された第1の吹出し温度を、第2の吹出し温度に変更するシステムによる空調制御方法であって、
    前記第1の吹出し温度に基づいて前記ICT機器の吸込み温度を推定する第1の計算式の定数を算出する第1のステップと、
    前記第1の吹出し温度および前記室内機の第1の吸込み温度に基づいて前記圧縮機の運転周波数を推定する第2の計算式の定数を算出する第2のステップと、
    前記第2の吹出し温度の合計値が最大とする第1の条件式と、前記第1の計算式に前記第2の吹出し温度を代入した値が第1の閾値以下とする第2の条件式と、前記第2の計算式に前記第2の吹出し温度および前記室内機の第2の吸込み温度を代入した値が第2の閾値以下とする第3の条件式とを満足するように、前記第2の吹出し温度を計算する第3のステップと
    を備えることを特徴とする空調制御方法。
  2. 前記算出する第1のステップは、前記第1の吸込み温度の代わりに前記室内機の吸込み温度に基づいて、前記ICT機器の吸込み温度を推定する第1の計算式を算出することを特徴とする請求項1に記載の空調制御方法。
  3. 前記室内機の吹出し口付近に設置されたセンサで計測された前記室内機の吹出し温度の実測値が、前記第2の吹出し温度に到達するかを判定する第4のステップと、
    前記室内機の吹出し温度の前記実測値が、前記第2の吹出し温度に到達した場合、前記ICT機器の吸込み口付近に設置されたセンサで計測された前記ICT機器の吸込み温度の実測値が前記第1の閾値以下となるかを判定する第5のステップと
    をさらに備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空調制御方法。
  4. 前記計算する第3のステップは、数理計画法を含み、
    前記第1の条件式は、前記数理計画法の目的関数であり、
    前記第2の条件式は、前記数理計画法の第1の不等式制約条件であり、
    前記第3の条件式は、前記数理計画法の第2の不等式制約条件であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の空調制御方法。
  5. ICT機器の吸込み温度が一定の温度を超えた場合に、前記ICT機器を冷却する冷気を生成するための冷媒を圧縮する圧縮機の運転により、空調機の室内機の予め設定された第1の吹出し温度を、第2の吹出し温度に変更する空調制御システムであって、
    前記第1の吹出し温度に基づいて前記ICT機器の吸込み温度を推定する第1の計算式の定数を算出する第1の算出部と、
    前記第1の吹出し温度および前記室内機の第1の吸込み温度に基づいて前記圧縮機の運転周波数を推定する第2の計算式の定数を算出する第2の算出部と、
    前記第2の吹出し温度の合計値が最大とする第1の条件式と、前記第1の計算式に前記第2の吹出し温度を代入した値が第1の閾値以下とする第2の条件式と、前記第2の計算式に前記第2の吹出し温度および前記室内機の第2の吸込み温度を代入した値が第2の閾値以下とする第3の条件式とを満足するように、前記第2の吹出し温度を計算する第3の算出部と
    を備えたことを特徴とする空調制御システム。
  6. 前記第1の算出部は、前記第1の吸込み温度の代わりに前記室内機の吸込み温度に基づいて、前記ICT機器の吸込み温度を推定する第1の計算式を算出することを特徴とする請求項5に記載の空調制御システム。
  7. 前記室内機の吹出し口付近に設置されたセンサで計測された前記室内機の吹出し温度の実測値が、前記第2の吹出し温度に到達するかを判定する第1の判定部と、
    前記室内機の吹出し温度の前記実測値が、前記第2の吹出し温度に到達した場合、前記ICT機器の吸込み口付近に設置されたセンサで計測された前記ICT機器の吸込み温度の実測値が前記第1の閾値以下となるかを判定する第2の判定部と
    をさらに備えたことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の空調制御システム。
  8. 前記第3の算出部は、数理計画法を用いて前記第2の吹出し温度を計算し、
    前記第1の条件式は、前記数理計画法の目的関数であり、
    前記第2の条件式は、前記数理計画法の第1の不等式制約条件であり、
    前記第3の条件式は、前記数理計画法の第2の不等式制約条件であることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の空調制御システム。
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