JP2019143850A - 空調制御装置、空調制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】空調制御に影響を与える外的要因の発生前に空調制御の目標値を得ることができる空調制御装置、空調制御方法及びプログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の空調制御装置は、情報取得部と、運転計画作成部とを持つ。情報取得部は、空調機の運転計画作成対象期間における機器の稼働計画の情報と、前記運転計画作成対象期間における予測の外気状況を示す外気予測情報とを取得する。運転計画作成部は、前記稼働計画に従って前記機器を稼働させたときに発生する熱量と前記機器が設置されたエリアに前記外気予測情報から得られる日射量により発生する熱量との合計熱量を求め、前記エリアに発生する熱量と前記エリアを設定温度にするための空調の強さである空調強度との関係に基づいて前記合計熱量に対応した空調強度を決定し、前記運転計画作成対象期間における前記空調機の運転計画とする。【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、空調制御装置、空調制御方法及びプログラムに関する。
従来の空調制御では、目標値と測定値を比較し、測定値が目標値に近づくよう制御するフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、与えた操作量により空調機を運転させた結果を得てから再び操作量を修正する。そのため、制御を乱す外的要因が発生しても、その影響が現れてからでなければ修正を行えないことがあった。このため、外的要因により、空調機の制御精度の低下や、操作量の修正に伴う空調機の消費電力の増加が生じることがあった。
本発明が解決しようとする課題は、空調制御に影響を与える外的要因の発生前に空調制御の目標値を得ることができる空調制御装置、空調制御方法及びプログラムを提供することである。
実施形態の空調制御装置は、情報取得部と、運転計画作成部とを持つ。情報取得部は、空調機の運転計画作成対象期間における機器の稼働計画の情報と、前記運転計画作成対象期間における予測の外気状況を示す外気予測情報とを取得する。運転計画作成部は、前記稼働計画に従って前記機器を稼働させたときに発生する熱量と前記機器が設置されたエリアに前記外気予測情報から得られる日射量により発生する熱量との合計熱量を求め、前記エリアに発生する熱量と前記エリアを設定温度にするための空調の強さである空調強度との関係に基づいて前記合計熱量に対応した空調強度を決定し、前記運転計画作成対象期間における前記空調機の運転計画とする。
以下、実施形態の空調制御装置、空調制御方法及びプログラムを、図面を参照して説明する。
図1は、実施形態の空調システム1の構成図である。空調システム1は、空調制御装置2と、空調運転装置3と、空調機5とを備える。空調制御装置2及び空調運転装置3は、ネットワーク9に接続されている。ネットワーク9には、情報提供装置81、及び、管理者の管理者端末82がさらに接続される。
空調制御装置2は、空調機運転計画を作成する。空調機運転計画は、時系列の空調強度の計画を示す。空調強度は、空調エリア7を設定温度にするための空調の強さである。空調運転装置3は、空調制御装置2が生成した空調機運転計画に従って、空調機5を制御する。空調機5は、空調エリア7の空調を行う。空調エリア7は、例えば、サーバコンピュータなどの機器71が設置されたモジュール型(コンテナ型)データセンターであるが、これに限定されない。空調エリア7は、産業用設備等の機器71が設置された工場や建物内の部屋などであってもよい。同図においては、空調運転装置3、空調機5、情報提供装置81及び管理者端末82をそれぞれ1台ずつ示しているが、これらの台数は任意とすることができる。
空調機5は、室外機50と、室内ユニット51とを備える。室外機50は、所定温度の冷水を生成し、室内ユニット51に送る。室内ユニット51は、外気導入ダンパ52と、熱交換器53と、送風機54と、給気ダクト55と、還気ダクト56と、還気導入ダンパ57と、排気ダンパ58とを備える。
外気導入ダンパ52は、室内ユニット51内に導入する外気量を調整する。熱交換器53は、外気導入ダンパ52から導入した外気、及び、還気導入ダンパ57から導入した還気を、室外機50から供給される冷水との熱交換により冷却する。送風機54は、熱交換器53が冷却した熱交換後の空気を給気ダクト55から空調エリア7に給気する。還気ダクト56は、空調エリア7からの還気を室内ユニット51に送る。還気導入ダンパ57は、空調エリア7内に再び給気する還気量を調整する。排気ダンパ58は、還気を外部に排出する排出量を調整する。
給気温度計61は、空調エリア7への給気温度を計測し、計測結果を示す給気温度情報を空調運転装置3へ通知する。室温計62は、空調エリア7の室温を計測し、計測結果を示す室温情報を空調制御装置2へ通知する。電力計63は、空調エリア7に設置されている機器71の消費電力を計測し、計測結果を示す消費電力情報を空調制御装置2へ通知する。
図2は、空調制御装置2の構成例を示す機能ブロック図である。空調制御装置2は、通信部21、入力部22と、記憶部23と、情報取得部24と、運転計画作成部25と、補正部26とを備える。
通信部21は、ネットワーク9を介したデータの送受信を行う。入力部22は、ユーザによるデータの入力を受ける。入力部22は、キーボード、ポインティングデバイス(マウス、タブレット等)、ボタン、タッチパネル等の既存の入力装置を用いて構成される。
記憶部23は、各種データを記憶する。記憶部23は、機器71の過去の稼働情報を記憶する。稼働情報は、電力計63から受信した時系列の消費電力情報である。なお、稼働情報は、機器71が処理した時系列のジョブやデータの量でもよく、機器71の時系列の処理負荷でもよい。
情報取得部24は、稼働情報取得部241と、外気情報取得部242と、計測結果取得部243とを備える。稼働情報取得部241は、機器71の稼働計画情報を取得する。稼働計画情報は、機器71の計画されている又は予測される時系列の稼働状態を示す。稼働状態は、例えば、消費電力量、ジョブの量、データ量等により表される。ユーザが入力部22により稼働計画情報を入力してもよい。あるいは、稼働情報取得部241は、記憶部23に記憶される過去の稼働情報に基づいて稼働計画情報を生成してもよい。
外気情報取得部242は、情報提供装置81から外気予測情報及び現況外気情報を受信する。外気予測情報は、時系列の予測される外気状況を示す。外気予測情報は、例えば、時系列の予測の日射量を示す。外気予測情報は、時系列の天気、気温の予測を示す情報であってもよい。また、ユーザが入力部22により外気予測情報を入力してもよく、管理者端末82から外気予測情報を送信してもよい。現況外気情報は、現在の日射量、天気又は気温のうち一以上を示す。
計測結果取得部243は、室温計62から室温情報を受信する。さらに計測結果取得部243は、機器71の現在の稼働状態を表す稼働情報として、電力計63から消費電力情報を受信するか、機器71から処理しているジョブの量又はデータ量を受信する。稼働情報取得部241は、受信した稼働情報を記憶部23に書き込む。
運転計画作成部25は、空調機5の運転計画作成対象期間における稼働計画情報及び外気予測情報に基づいて、空調機5の空調機運転計画を作成する。まず、運転計画作成部25は、稼働計画情報に従って機器71が稼働したときに発生する熱量と、外気予測情報から得られる予測の日射量により空調エリア7に発生する熱量との時系列の合計熱量を求める。運転計画作成部25は、空調エリア7に発生する熱量と空調エリア7を設定温度にするための空調強度との関係に基づいて、求めた時系列の合計熱量に対応した時系列の空調強度を決定し、運転計画作成対象期間における空調機運転計画とする。
空調強度には、空調エリア7への給気温度の設定値又は送風機54の風量の設定値の一方又は両方を用いることができる。空調強度を上げる場合は、給気温度を下げる、又は、風量を上げる。空調強度を下げる場合は、給気温度を上げる、又は、風量を下げる。空調運転装置3は、室外機50や熱交換器53が備える圧縮機を制御して、給気温度計61から受信した給気温度情報が、空調機運転計画で示される給気温度となるように制御する。さらに、空調運転装置3は、空調機運転計画で示される風量となるように、送風機54が備えるモーターの回転数を制御する。
補正部26は、空調機運転計画に基づいて空調運転装置3が空調を行っているときの室温情報、稼働情報又は現況外気情報に基づいて、空調機運転計画を補正する。具体的には、補正部26は、室温情報と給気温度情報との乖離を算出する。あるいは、補正部26は、空調運転装置3が空調機運転計画に従って空調機5を運転しているときの機器71の稼働情報又は現況外気情報と、その空調機運転計画を作成したときに用いた稼働計画情報又は外気予測情報との乖離を算出する。補正部26は、算出した乖離が閾値以上であるときには、空調機運転計画が示す空調強度の補正を空調運転装置3に指示する。空調運転装置3は、補正後の空調機運転計画に基づいて、空調機5を制御する。
空調制御装置2は、例えば、1台以上のコンピュータ装置により実現できる。空調制御装置2が複数台のコンピュータ装置により実現される場合、いずれのコンピュータ装置にいずれの機能部を備えるかは任意とすることができる。また、空調制御装置2と空調運転装置3とが一体の装置であってもよく、空調制御装置2の一部の機能部を空調運転装置3が備えてもよい。
図3は、空調制御装置2の運転計画作成処理を示すフロー図である。
空調制御装置2の運転計画作成部25は、機器71の予測の消費電力量を取得する(ステップS110)。ステップS110の処理を、図4を用いて説明する。
空調制御装置2の運転計画作成部25は、機器71の予測の消費電力量を取得する(ステップS110)。ステップS110の処理を、図4を用いて説明する。
図4は、機器71の予測消費電力量を示す図である。稼働情報取得部241は、運転計画作成部25が運転計画を作成する対象期間の稼働計画情報を取得する。同図では、対象期間をある日の0時から24時とし、予測の時間幅を1時間としている。なお、対象期間の長さ、予測の時間幅は、任意とすることができる。稼働情報取得部241は、入力部22により入力された稼働計画情報を取得してもよく、管理者端末82から稼働計画情報を取得してもよい。
稼働計画情報が機器71の消費電力量以外の情報で表される場合、運転計画作成部25は、対象期間における稼働計画情報を、記憶部23に記憶される電力量換算情報に基づいて消費電力量に変換する。例えば、電力量換算情報は、ジョブの量又はデータ量と、そのジョブの量又はデータ量を機器71が処理するときの消費電力量との関係を表す。運転計画作成部25は、この電力量換算情報を用いて、稼働計画情報が示す時系列のジョブの量又はデータ量を消費電力量に変換する。運転計画作成部25は、過去に機器71が処理したジョブの量又はデータ量と、処理を行ったときの消費電力量との関係に基づいて電力量換算情報を学習してもよい。
また、記憶部23は過去の稼働情報を記憶しておき、稼働情報取得部241は、記憶部23に記憶される稼働情報を用いて、対象期間の消費電力量を予測してもよい。例えば、運転計画作成部25は、稼働情報が示す過去の所定期間における消費電力量の平均を対象期間の消費電力としてもよく、過去の所定期間における対象期間と同じ曜日の消費電力量の平均を対象期間の消費電力としてもよい。また、稼働情報取得部241は、記憶部23に記憶される稼働情報が示す過去のジョブの量又はデータ量を用いて、対象期間におけるジョブの量又はデータ量を予測し、消費電力量に変換してもよい。
図3において、外気情報取得部242は、対象期間における時系列の日射量の予測を示す外気予測情報を取得する(ステップS120)。運転計画作成部25は、外気予測情報が示す日射量を電力量に換算し、図4に示す機器71の予測電力量に加算する(ステップS130)。ステップS120〜ステップS130の処理を、図4及び図5を用いて説明する。
図5は、予測の日射量を示す図である。外気情報取得部242は、対象期間における時系列の日射量の予測を示す外気予測情報を情報提供装置81から取得してもよく、入力部22により入力された外気予測情報を取得してもよい。外気予測情報が晴れ、曇り、雨などの天気の情報を示す場合、外気情報取得部242は、予め保持している季節ごとの天気と日射量との関係に基づいて、外気予測情報が示す時系列の天気の情報と、対象期間の季節とから、予測される時系列の日射量を算出してもよい。
運転計画作成部25は、外気予測情報が示す日射量を電力量に換算し、図4に示す機器71の予測電力量に加算する。例えば、日射量と、空調エリア7における室温の上昇幅(発熱量)との関係、及び、機器71の消費電力量と空調エリア7における室温の上昇幅(発熱量)との関係とを学習しておき、これらに基づいて日射量と、機器71の消費電力量との関係を求めておく。運転計画作成部25は、この日射量と消費電力量との関係に基づいて、外気予測情報が示す日射量を、機器71の消費電力量に換算したときの電力量を求める。運転計画作成部25は、求めた電力量を、図4に示す機器71の予測の消費電力量に加算して、時系列の合計電力量を算出する(ステップS140)。なお、日射量に代えて、外気の気温を用いることもできる。
図3において、運転計画作成部25は、時系列の合計電力量に基づいて、空調エリア7を目標の室温にするための空調強度を算出する(ステップS150)。具体的な処理を説明する。記憶部23には、機器71の消費電力量と、空調エリア7を目標の室温にするための空調強度との関係を示す空調強度設定情報が予め記憶されている。機器71が電力を消費して稼働した場合、機器71からは熱が発生する。機器71の発熱量は、消費電力量に依存する。空調強度設定情報は、消費電力量で示される電力量を消費した機器71から発生する熱によって空調エリア7の室温が上昇したときに、空調エリア7を目標の室温とするための空調強度を示す。空調強度設定情報は、消費電力量をパラメータ値に用いて、目標の室温にするための空調強度を算出する数式でもよく、目標の室温毎の消費電力量と空調強度との対応を示す表でもよい。運転計画作成部25は、空調強度設定情報に基づいて、時系列の合計電力量から、目標の室温にするための時系列の空調強度を算出する。運転計画作成部25は、対象期間における時系列の空調強度を設定した空調機運転計画を空調運転装置3に出力する(ステップS160)。
なお、空調強度設定情報は、空調エリア7における発熱量と、空調エリア7を目標の室温にするための空調強度との関係を示してもよい。この場合、運転計画作成部25は、機器71の予測の消費電力量を機器71の発熱量に変換し、予測の日射量を空調エリア7内における発熱量に変換し、これらの発熱量を合計する。運転計画作成部25は、空調強度設定情報に基づいて、合計の発熱量に対応した空調強度に変換する。
図6は、空調制御装置2の運転計画補正処理を示すフロー図である。空調制御装置2は、空調運転装置3が空調機運転計画に従って空調機5を制御している際に、所定の時間ごとに同図に示す運転計画補正処理を行う。
空調制御装置2の稼働情報取得部241は、現在の稼働情報を取得し、外気情報取得部242は、現在の外気情報を取得し、計測結果取得部243は、現在の室温情報を取得する(ステップS210)。
補正部26は、稼働情報から現在の消費電力量を取得する。稼働情報がジョブの量、データ量を示す場合、補正部26は、電力量換算情報を用いて消費電力に変換する。補正部26は、現在の消費電力量から、運転計画作成時にステップS110において取得した予測の消費電力量を減算して差分を求める。補正部26は、この差分の絶対値が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS220)。補正部26は、差分の絶対値が閾値未満であると判定した場合(ステップS220:NO)、ステップS240の処理を行う。
補正部26は、差分の絶対値が閾値以上であると判定した場合(ステップS220:YES)、現在の時刻から所定時間が経過するまでの期間について、ステップS140において算出した合計電力量と、差分とを加算する。補正部26は、差分を加算した合計電力量に基づいて、目標の室温にするための空調強度を算出し、空調運転装置3に出力する(ステップS230)。空調運転装置3は、受信した空調強度により空調機運転計画を更新する。
空調制御装置2の補正部26は、ステップS220でNOと判定した場合、又は、ステップS230の処理の後、外気情報から現在の日射量を取得する。外気予測情報が天気の情報を示す場合、補正部26は、季節ごとの天気と日射量との関係に基づいて日射量に変換する。補正部26は、現在の日射量から、ステップS120において取得した予測の日射量を減算して差分を求める。補正部26は、この差分の絶対値が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS240)。補正部26は、差分の絶対値が閾値未満であると判定した場合(ステップS240:NO)、ステップS260の処理を行う。
補正部26は、差分の絶対値が閾値以上であると判定した場合(ステップS240:YES)、現在の日射量から予測の日射量を減算して得た差分をステップS130と同様に電力量に換算する。補正部26は、現在の時刻から所定時間が経過するまでの期間について、ステップS140において算出した合計電力量又はステップS230で合計電力量に、換算した電力量を加算する。補正部26は、差分を加算した合計電力量に基づいて、目標の室温にするための空調強度を算出し、空調運転装置3に出力する(ステップS250)。空調運転装置3は、受信した空調強度により空調機運転計画を更新する。
空調制御装置2の補正部26は、ステップS240でNOと判定した場合、又は、ステップS250の処理の後、室温情報が示す現在の室温情報と、目標の室温との差分が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS260)。補正部26は、差分が閾値未満であると判定した場合(ステップS260:NO)、処理を終了する。補正部26は、差分が閾値以上であると判定した場合(ステップS260:YES)、空調強度の変更を空調運転装置3に指示した後、処理を終了する(ステップS270)。例えば、補正部26は、現在の室温が目標の室温よりも閾値以上高い場合、現在から所定時間が経過するまでの期間について、空調機運転計画が示す給気温度を1度又は0.5度など所定だけ低くするよう指示するか、空調機運転計画が示す風量を所定だけ多くするよう指示する。また、補正部26は、現在の室温が目標の室温よりも閾値以上低い場合、現在から所定時間が経過するまでの期間について、空調機運転計画が示す所定だけ高くするよう指示するか、空調機運転計画が示す風量を所定だけ少なくするよう指示する。補正部26は、差分に応じて空調強度の補正量を決めてもよい。
なお、空調制御装置2は、ステップS230、ステップS250、又は、ステップS270のいずれかの処理を行った後に図6の処理を終了してもよい。また、ステップS220〜S230の処理と、ステップS240〜S250の処理と、ステップS260〜S270の処理との順序を任意に入れ替えてもよい。
上述した空調制御装置2、空調運転装置3、情報提供装置81及び管理者端末82の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、空調制御装置2は、運転計画作成部25を設けることにより、機器71の稼働計画に加えて、予想される外的要因である外気の影響を勘案して空調エリア7に発生する熱量を予測し、予測した熱量によって上昇する室温を冷却するような空調機5の運転計画を作成することができる。したがって、外的要因が発生してから空調の制御を修正するように運転していた従来の空調制御と比較して、空調制御のための消費電力を低減することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…空調システム、2…空調制御装置、3…空調運転装置、5…空調機、7…空調エリア、9…ネットワーク、21…通信部、22…入力部、23…記憶部、24…情報取得部、25…運転計画作成部、26…補正部、50…室外機、51…室内ユニット、53…熱交換器、54…送風機、61…給気温度計、62…室温計、63…電力計、81…情報提供装置、82…管理者端末、241…稼働情報取得部、242…外気情報取得部、243…計測結果取得部
Claims (7)
- 空調機の運転計画作成対象期間における機器の稼働計画の情報と、前記運転計画作成対象期間における予測の外気状況を示す外気予測情報とを取得する情報取得部と、
前記稼働計画に従って前記機器を稼働させたときに発生する熱量と前記機器が設置されたエリアに前記外気予測情報から得られる日射量により発生する熱量との合計熱量を求め、前記エリアに発生する熱量と前記エリアを設定温度にするための空調の強さである空調強度との関係に基づいて前記合計熱量に対応した空調強度を決定し、前記運転計画作成対象期間における前記空調機の運転計画とする運転計画作成部と、
を備える空調制御装置。 - 前記空調強度は、前記空調機が前記エリアに供給する熱交換後の空気の温度である給気温度又は前記空調機が前記エリアに熱交換後の空気を送る送風機の風量である、
請求項1に記載の空調制御装置。 - 空調運転装置が前記運転計画作成部により決定された前記空調強度により前記空調機を運転しているときの前記エリアの室温と前記設定温度との乖離を算出し、算出した乖離が閾値以上であるときには前記空調運転装置に対して前記空調強度の変更を指示する補正部をさらに備える、
請求項1又は請求項2に記載の空調制御装置。 - 空調運転装置が前記運転計画作成部により決定された前記空調強度により前記空調機を運転しているときの日射量と、前記空調強度の決定に用いた予測の前記日射量との乖離を算出し、算出した乖離が閾値以上であるときには前記空調運転装置に対して前記空調強度の変更を指示する補正部をさらに備える、
請求項1又は請求項2に記載の空調制御装置。 - 空調運転装置が前記運転計画作成部により決定された前記空調強度により前記空調機を運転しているときの前記機器の稼働状態と、前記空調強度の決定に用いた前記稼働計画が示す稼働状態との乖離を算出し、算出した乖離が閾値以上であるときには前記空調運転装置に対して前記空調強度の変更を指示する補正部をさらに備える、
請求項1又は請求項2に記載の空調制御装置。 - 空調機の運転計画作成対象期間における機器の稼働計画の情報と、前記運転計画作成対象期間における予測の外気状況を示す外気予測情報とを取得する情報取得ステップと、
前記稼働計画に従って前記機器を稼働させたときに発生する熱量と前記機器が設置されたエリアに前記外気予測情報から得られる日射量により発生する熱量との合計熱量を求め、前記エリアに発生する熱量と前記エリアを設定温度にするための空調の強さである空調強度との関係に基づいて前記合計熱量に対応した空調強度を決定し、前記運転計画作成対象期間における前記空調機の運転計画とする運転計画作成ステップと、
を有する空調制御方法。 - コンピュータに、
空調機の運転計画作成対象期間における機器の稼働計画の情報と、前記運転計画作成対象期間における予測の外気状況を示す外気予測情報とを取得する情報取得ステップと、
前記稼働計画に従って前記機器を稼働させたときに発生する熱量と前記機器が設置されたエリアに前記外気予測情報から得られる日射量により発生する熱量との合計熱量を求め、前記エリアに発生する熱量と前記エリアを設定温度にするための空調の強さである空調強度との関係に基づいて前記合計熱量に対応した空調強度を決定し、前記運転計画作成対象期間における前記空調機の運転計画とする運転計画作成ステップと、
を実行させるプログラム。
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