JP2020153659A - 空調機の予冷運転又は予暖運転の運転条件決定システム - Google Patents

Abstract

【課題】空調機の予冷運転又は予暖運転を効率的に行う。【解決手段】予冷運転又は予暖運転制御装置１００は、空調機１０と、換気装置２０と、第１制御部と、第２制御部と、運転内容決定部と、を備える。空調機１０は、予冷又は予暖の対象空間Ｒの空気と熱媒体との間で熱交換を行う。換気装置２０は、対象空間Ｒの空気の一部と建物外の外気を入れ替えさせる。運転内容決定部は、指定時刻における対象空間Ｒの設定温度と、外気温に関連する量と、に基づいて、予冷運転又は予暖運転における空調機１０の運転内容と換気装置２０の運転内容とを決定する。【選択図】図１

Description

空調機、及び換気装置の少なくとも一方を空調機と併用して実行する予冷運転又は予暖運転の運転条件を決定するシステム。

特許文献１（特許６２７０９９６号公報）には、空気調和対象の空間にユーザがいない時間に空調機を制御する不在制御が開示されている。この不在制御は、空気調和対象の空間にユーザが帰ってきた時に快適性を向上させる目的で行われる。不在制御においては、空調機を動作させる時間の長さ、及び、空調機の負荷処理量を決定するために、不在時間の長さ、空気調和対象の空間を持つ建物の躯体性能、及び在室開始時の空調負荷が参照される。

上述の特許文献においては、換気量を制御に用いる旨の記載がある。しかし、不在制御において積極的に換気装置を制御している旨の記載はない。

第１観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、空調機と、換気装置と、第１制御部と、第２制御部と、運転内容決定部と、を備える。空調機は、予冷又は予暖の対象空間の空気と熱媒体との間で熱交換を行う。換気装置は、対象空間の空気の一部と建物外の外気を入れ替えさせる。第１制御部は、空調機を制御する。第２制御部は、換気装置を制御する。運転内容決定部は、指定時刻における対象空間の設定温度と、外気温に関連する量と、に基づいて、予冷運転又は予暖運転における空調機の運転内容と換気装置の運転内容とを決定する。

この構成によれば、予冷運転又は予暖運転において、換気装置が制御される。したがって、予冷運転又は予暖運転がより効率的に行われる。

第２観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第１観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、運転内容決定部が、指定時刻における対象空間の室温にもさらに基づいて、予冷運転又は予暖運転における空調機の運転内容と換気装置の運転内容とを決定する。

第３観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第１観点又は第２観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、運転内容決定部は、指定時刻における対象空間のＣＯ２濃度にもさらに基づいて、予冷運転又は予暖運転における空調機の運転内容と換気装置の運転内容とを決定する。

第４観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、空調機の運転内容が、空調機の運転開始時刻を含む。換気装置の運転内容は、換気装置の運転開始時刻を含む。

第５観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第４観点係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、運転内容決定部が、空調機の運転開始時刻と、換気装置の運転開始時刻とを独立に決定する。

第６観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、空調機と、遮光装置と、第１制御部と、第２制御部と、運転内容決定部と、を備える。空調機は、予冷又は予暖の対象空間の空気と熱媒体との間で熱交換を行う。遮光装置は、対象空間への建物外からの光の入射を遮る。第１制御部は、空調機を制御する。第２制御部は、遮光装置を制御する。運転内容決定部は、指定時刻における対象空間の設定温度、および外気温に関連する量、に基づいて、予冷運転又は予暖運転における空調機の運転内容と遮光装置の運転内容とを決定する。

この構成によれば、予冷運転又は予暖運転において、遮光装置が制御される。したがって、予冷運転又は予暖運転がより効率的に行われる。

第７観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第６観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、運転内容決定部は、指定時刻における対象空間の室温にもさらに基づいて、予冷運転又は予暖運転における空調機の運転内容と遮光装置の運転内容とを決定する。

第８観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第６観点又は第７観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、運転内容決定部は、指定時刻における日射量の関連する量にもさらに基づいて、予冷運転又は予暖運転における空調機の運転内容と遮光装置の運転内容とを決定する。

第９観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第６観点から第８観点のいずれか１つに係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、空調機の運転内容が、空調機の運転開始時刻を含む。遮光装置の運転内容は、遮光装置の運転開始時刻を含む。

第１０観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第９観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、運転内容決定部は、空調機の運転開始時刻と、遮光装置の運転開始時刻とを独立に決定する。

第１１観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第６観点から第１０観点のいずれか１つに係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、遮光装置が、電動で開閉するカーテン又はブラインドである。

第１２観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第６観点から第１１観点のいずれか１つに係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、遮光装置の状態を確認する光センサ、をさらに備える。運転内容決定部は、光センサの出力に基づいて、予冷運転又は予暖運転における空調機の運転内容と遮光装置の運転内容とを決定する。

第１３観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第１観点から第５観点のいずれか１つに係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、運転内容決定部が、予冷運転又は予暖運転における空調機の運転内容と換気装置の運転内容とを、機械学習によって決定する。

第１４観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第１３観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、機械学習が強化学習である。運転内容決定部は、強化学習において、状態変数及び報酬に基づいて価値関数によって空調機の運転内容と換気装置の運転内容と、を決定する。状態変数は、外気温、を含む。報酬は、室温と設定温度の誤差と、予冷運転又は予暖運転に要した電力量と、に基づいて決定される。

第１５観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第６観点から第１２観点のいずれか１つに係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、運転内容決定部は、予冷運転又は前記予暖運転における空調機の運転内容と遮光装置の運転内容とを、機械学習によって決定する。

第１６観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置は、第１５観点に係る予冷運転又は予暖運転制御装置において、機械学習が強化学習である。運転内容決定部は、強化学習において、状態変数及び報酬に基づいて価値関数によって空調機の運転内容と遮光装置の運転内容とを決定する。状態変数は、外気温、を含む。報酬は、室温と設定温度の誤差と、予冷運転又は前記予暖運転に要した電力量と、に基づいて決定される。

予冷運転又は予暖運転制御装置１００を示す模式図である。 空調機１０示す模式図である。 制御部４０を示すブロック図である。 予冷運転又は予暖運転制御装置１００を示すブロック図である。 予冷運転又は予暖運転制御装置１００の処理を示すフローチャートである。

（１）全体構成
図１は、予冷運転又は予暖運転制御装置１００を示す。予冷運転又は予暖運転制御装置１００は、空調機１０、換気装置２０、遮光装置３０、制御部４０を有する。空調機１０、換気装置２０、遮光装置３０は、空気調和対象の部屋Ｒに設置される。

予冷運転又は予暖運転制御装置１００は、不在制御を行うことができる。不在制御とは、空気調和対象の空間にユーザがいない時間に行う空調機１０、換気装置２０、遮光装置３０の制御である。不在制御において行う冷房運転を予冷運転という。不在制御において行う暖房運転を予暖運転という。

（２）詳細構成
（２−１）空調機１０
空調機１０は、部屋Ｒの空気を調和する。図２は空調機１０の構成を示す。空調機１０は、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、室外ファン１４、膨張弁１５、室内熱交換器１６、室内ファン１７を有する。空調機１０は、さらに図示しない温度センサ、圧力センサなどを有する。冷房運転の場合には、冷媒は実線の矢印の方向に循環する。暖房運転の場合には、冷媒は破線の矢印の方向に循環する。

図２の構成では、１台の室外熱交換器１３と１台の室内熱交換器１６が接続されている。これに代えて、１台の室外熱交換器１３（室外機）に複数の室内熱交換器１６（室内機）が接続される構成を採用してもよい。

（２−２）換気装置２０
図１に示す換気装置２０は、部屋Ｒの換気を行う。換気装置２０は、例えば電動換気扇である。さらに、換気装置２０には、部屋ＲのＣＯ２濃度を測定するＣＯ２センサ２１が付随していてもよい。

（２−３）遮光装置３０
遮光装置３０は、部屋Ｒの窓Ｗに設置され、部屋Ｒの外から部屋Ｒの中へ入射する日射の入射の度合いを調節する。遮光装置３０は、例えば電動カーテン又は電動ブラインドである。さらに、遮光装置３０には、日射量を感知する日射センサ３１、及び遮光装置の状態を確認するための光センサ３２の少なくとも一方が付随してもよい。

（２−４）制御部４０
制御部４０は、空調機１０、換気装置２０、遮光装置３０を制御する。制御部４０は、例えばマイクロコンピュータである。図３は制御部４０のブロック図である。制御部４０は、専用のプログラムを実行することにより、空調機制御部４１、換気装置制御部４２、遮光装置制御部４３、在室情報取得部４４、運転内容決定部４５として機能する。

空調機制御部４１は、空調機１０を制御する。具体的には、図２に示すように、空調機制御部４１は、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外ファン１４、膨張弁１５、室内ファン１７を制御する。さらに、空調機制御部４１は、空調機１０が有する図示しない各種温度センサ（室温センサ、外気温センサ、圧縮機１１の吐出側温度センサ、圧縮機１１の吸入側温度センサ、室外熱交換器温度センサ、室内熱交換器温度センサ、など）から温度情報を取得する。さらに、空調機制御部４１は、ユーザにより入力された設定温度を保持する。さらに、空調機制御部４１は、空調機１０の消費電力を把握する。

図３に示す換気装置制御部４２は、換気装置２０を制御する。さらに、換気装置制御部４２は、ＣＯ２センサ２１からＣＯ２濃度の情報を取得する。さらに、換気装置制御部４２は、換気装置２０の消費電力を把握する。

遮光装置制御部４３は、遮光装置３０を制御する。さらに、遮光装置制御部４３は、日射センサ３１から日射量の情報を取得し、光センサ３２から遮光状態に関する情報を取得する。さらに、遮光装置制御部４３は、遮光装置３０の消費電力を把握する。

在室情報取得部４４は、部屋Ｒからユーザが出て行く時刻、及び部屋Ｒにユーザが戻ってくる時刻についての情報を、例えば人感センサ出力の統計結果に基づいて取得する。代替的に、在室情報取得部４４は、部屋Ｒからユーザが出て行く時刻、及び部屋Ｒにユーザが戻ってくる時刻についての情報を、マニュアル入力により受け取ってもよい。

運転内容決定部４５は、実行すべき予冷運転又は予暖運転において、空調機１０、換気装置２０、遮光装置３０をそれぞれどのように運転させるかを総合的に決定する。

（３）運転内容決定部４５の詳細
（３−１）構成
図４は、予冷運転又は予暖運転制御装置１００のブロック図である。運転内容決定部４５は、状態観測部４５１、学習部４５２を有する。

状態観測部４５１は、空調機１０の各種温度センサの出力、日射センサ３１及び光センサ３２の出力、在室情報取得部４４の出力、その他の信号を状態変数として取得する。

学習部４５２は、状態変数によって構成される訓練データセットに従って、予冷運転又は予暖運転の制御の仕方を学習する。学習部４５２は、報酬計算部４５３、関数更新部４５４を有する。

報酬計算部４５３は、予冷運転又は予暖運転を行ったときに次の値に基づいて報酬を計算する。
−（Ａ）部屋Ｒにユーザが戻ってくる時刻における室温と設定温度の誤差。
−（Ｂ）予冷運転又は予暖運転に要した電力量。

具体的には、報酬計算部４５３は、「（Ａ）誤差」が小さいときは大きな報酬を与え、「（Ａ）誤差」が大きいときは小さな報酬を与える。加えて、報酬計算部４５３は、「（Ｂ）電力量」が小さいときは大きな報酬を与え、「（Ｂ）電力量」が大きいときは小さな報酬を与える。

関数更新部４５４は、状態観測部４５１によって取得された状態変数、及び報酬計算部４５３によって計算された報酬に基づいて、予冷運転又は予暖運転の制御の仕方を計算するための関数（行動価値関数）を更新する。ここで言う関数には、テーブルの形で表現された数値（行動価値テーブル）も含まれる。

学習部４５２は、関数をリアルタイムで更新してもよい。さらに、そのために、学習部４５２は、状態観測部４５１から取得される状態変数を多層ニューラルネットワークによって演算してもよい。この時、好ましくは、学習部４５２は強化学習を行う。

（３−２）運転内容
運転内容決定部４５は、空調機１０の運転内容を決定する。さらに、運転内容決定部４５は、換気装置２０の運転内容、及び遮光装置３０の運転内容の少なくとも一方を決定する。

ここで、空調機１０の運転内容は、空調機１０の運転開始時刻を含んでもよい。換気装置２０の運転内容は、換気装置２０の運転開始時刻を含んでもよい。遮光装置３０の運転内容は、遮光装置３０の運転開始時刻を含んでもよい。空調機１０、換気装置２０、遮光装置３０の運転開始時刻は、それぞれ独立に決定されてもよい。

（４）処理
図５は、予冷運転又は予暖運転制御装置１００の処理を示すフローチャートである。強化学習の「行動」の初期値はランダムに選択されることがある。ステップＳ１において、空調機１０、換気装置２０、遮光装置３０の制御パラメータがランダムに選択される。

ステップＳ２において、状態観測部４５１が状態変数を取得する。ここで、状態変数は、空調機１０の各種温度センサの出力、ＣＯ２センサ２１の出力、日射センサ３１及び光センサ３２の出力、在室情報取得部４４の出力、その他の信号を含む。具体的には、状態変数は、ステップＳ２の時点の室温、外気温度、日射の強さ、空調機１０、換気装置２０、遮光装置３０の消費電力、ユーザが部屋Ｒに帰ってくるまでの時間、などを含む。

ステップＳ３において、報酬計算部４５３は、ある予冷運転又は予暖運転を行ったときに、部屋Ｒにユーザが戻ってくる時刻における室温と設定温度の誤差の大きさが規定値未満であるか否かを判別する。誤差の大きさが規定値未満であると判定された場合は、ステップＳ４において、報酬計算部４５３は報酬を増やす。一方、誤差の大きさが規定値以上であると判定された場合は、ステップＳ５において、報酬計算部４５３は報酬を減らす。

ステップＳ６において、報酬計算部４５３は、ある予冷運転又は予暖運転を行ったときに、予冷運転又は予暖運転に要した電力量の大きさが規定値未満であると判定された場合は、ステップＳ７において、報酬計算部４５３は報酬を増やす。一方、電力量の大きさが規定値以上であると判定された場合は、ステップＳ８において、報酬計算部４５３は報酬を減らす。

ステップＳ９において、関数更新部４５４は、状態変数及び報酬に基づいて、制御パラメータを計算するための関数を更新する。

ステップＳ１０において、決定条件が満足されるか否かを判別する。決定条件は、ユーザによるコマンドの入力であってもよい。代替的に、決定条件は、所定の関係式が満足されるという事象であってもよい。決定条件が満足される場合、処理はステップＳ１１に進む。決定条件が満足されない場合は、処理はステップＳ２に戻る。

ステップＳ１１において、関数更新部４５４は、関数に基づき、報酬が最も多く得られることになる予冷運転又は予暖運転の制御パラメータを決定する。

（５）特徴
予冷運転又は予暖運転において、換気装置２０又は遮光装置３０が制御される。したがって、予冷運転又は予暖運転がより効率的に行われる。

（６）むすび
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１０ ：空調機
２０ ：換気装置
２１ ：ＣＯ２センサ
３０ ：遮光装置
３１ ：日射センサ
３２ ：光センサ
４０ ：制御部
４１ ：空調機制御部（第１制御部）
４２ ：換気装置制御部（第２制御部）
４３ ：遮光装置制御部（第２制御部）
４４ ：在室情報取得部
４５ ：運転内容決定部
１００ ：予暖運転制御装置
４５１ ：状態観測部
４５２ ：学習部
４５３ ：報酬計算部
４５４ ：関数更新部
Ｒ ：部屋（対象空間）

特許６２７０９９６号公報

Claims (16)

1. 予冷又は予暖の対象空間（Ｒ）の空気と熱媒体との間で熱交換を行う空調機（１０）と、
   前記対象空間の空気の一部と建物外の外気を入れ替えさせる換気装置（２０）と、
   前記空調機を制御する第１制御部（４１）と、
   前記換気装置を制御する第２制御部（４２）と、
   指定時刻における前記対象空間の設定温度と、外気温に関連する量と、に基づいて、予冷運転又は予暖運転における前記空調機の運転内容と前記換気装置の運転内容とを決定する運転内容決定部（４５）と、
   を備える、
   予冷運転又は予暖運転制御装置。
2. 前記運転内容決定部は、前記指定時刻における前記対象空間の室温にもさらに基づいて、前記予冷運転又は前記予暖運転における前記空調機の前記運転内容と前記換気装置の前記運転内容とを決定する、
   請求項１の予冷運転又は予暖運転制御装置。
3. 前記運転内容決定部は、前記指定時刻における前記対象空間のＣＯ２濃度にもさらに基づいて、前記予冷運転又は前記予暖運転における前記空調機の前記運転内容と前記換気装置の前記運転内容とを決定する、
   請求項１又は請求項２の予冷運転又は予暖運転制御装置。
4. 前記空調機の前記運転内容は、前記空調機の運転開始時刻を含み、
   前記換気装置の前記運転内容は、前記換気装置の運転開始時刻を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
5. 前記運転内容決定部は、前記空調機の前記運転開始時刻と、前記換気装置の前記運転開始時刻とを独立に決定する、
   請求項４に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
6. 予冷又は予暖の対象空間（Ｒ）の空気と熱媒体との間で熱交換を行う空調機（１０）と、
   前記対象空間への建物外からの光の入射を遮る遮光装置（３０）と、
   前記空調機を制御する第１制御部（４１）と、
   前記遮光装置を制御する第２制御部（４２）と、
   指定時刻における前記対象空間の設定温度、および外気温に関連する量、に基づいて、予冷運転又は予暖運転における前記空調機の運転内容と前記遮光装置の運転内容とを決定する運転内容決定部（４５）と、
   を備える、
   予冷運転又は予暖運転制御装置。
7. 前記運転内容決定部は、前記指定時刻における前記対象空間の室温にもさらに基づいて、前記予冷運転又は前記予暖運転における前記空調機の前記運転内容と前記遮光装置の前記運転内容とを決定する、
   請求項６の予冷運転又は予暖運転制御装置。
8. 前記運転内容決定部は、前記指定時刻における日射量の関連する量にもさらに基づいて、前記予冷運転又は前記予暖運転における前記空調機の前記運転内容と前記遮光装置の前記運転内容とを決定する、
   請求項６又は請求項７の予冷運転又は予暖運転制御装置。
9. 前記空調機の前記運転内容は、前記空調機の運転開始時刻を含み、
   前記遮光装置の前記運転内容は、前記遮光装置の運転開始時刻を含む、
   請求項６から８のいずれか１項に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
10. 前記運転内容決定部は、前記空調機の前記運転開始時刻と、前記遮光装置の前記運転開始時刻とを独立に決定する、
    請求項９に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
11. 前記遮光装置は、電動で開閉するカーテン又はブラインドである、
    請求項６から１０のいずれか１項に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
12. 前記遮光装置の状態を確認する光センサ（３２）、
    をさらに備え、
    前記運転内容決定部は、前記光センサの出力にもさらに基づいて、前記予冷運転又は前記予暖運転における前記空調機の前記運転内容と前記遮光装置の前記運転内容とを決定する、
    請求項６から１１のいずれか１項に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
13. 前記運転内容決定部は、前記予冷運転又は前記予暖運転における前記空調機の前記運転内容と前記換気装置の前記運転内容とを、機械学習によって決定する、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
14. 前記機械学習は強化学習であり、
    前記運転内容決定部は、前記強化学習において、状態変数及び報酬に基づいて価値関数によって前記空調機の前記運転内容と前記換気装置の前記運転内容と、を決定し、
    前記状態変数は、外気温、を含み、
    前記報酬は、
    前記室温と設定温度の誤差と、
    前記予冷運転又は前記予暖運転に要した電力量と、
    に基づいて決定される、
    請求項１３に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
15. 前記運転内容決定部は、前記予冷運転又は前記予暖運転における前記空調機の前記運転内容と前記遮光装置の前記運転内容とを、機械学習によって決定する、
    請求項６から１２のいずれか１項に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。
16. 前記機械学習は強化学習であり、
    前記運転内容決定部は、前記強化学習において、状態変数及び報酬に基づいて価値関数によって前記空調機の前記運転内容と前記遮光装置の前記運転内容とを決定し、
    前記状態変数は、外気温、を含み、
    前記報酬は、
    前記室温と設定温度の誤差と、
    前記予冷運転又は前記予暖運転に要した電力量と、
    に基づいて決定される、
    請求項１５に記載の予冷運転又は予暖運転制御装置。

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