JP2020167891A - Method and system for predicting air conditioning load and method and system for managing air conditioning system energy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空調負荷を予測する方法およびシステム、並びにこれを適用した空調システムのエネルギー管理方法およびシステムに関する。 The present invention relates to a method and system for predicting an air conditioning load, and an energy management method and system for an air conditioning system to which the method and system are applied.
空調を行うにあたっては、例えば空調対象である室内の温度を計測し、測定値に応じて各機器(例えば、熱源機)の運転状況を調整するといった方法が広く採用されている。ただし、このような方法では、室内における空調負荷の変動を事後的に把握し、それに基づいて運転状況をフィードバック的に調整することになるため、空調負荷の変動が発生してから、変動した空調負荷に正しく対応するまで、負荷状況と運転状況の間にずれが生じてしまう。こうした負荷状況に対する運転状況のずれは、室内の人等にとって快適でない空調状態をもたらす可能性があるほか、エネルギー消費の点でも効率的でないという問題があった。 In performing air conditioning, for example, a method of measuring the temperature of a room to be air-conditioned and adjusting the operating status of each device (for example, a heat source machine) according to the measured value is widely adopted. However, in such a method, the fluctuation of the air conditioning load in the room is grasped after the fact, and the operating condition is adjusted in a feedback manner based on the fluctuation. Therefore, the air conditioning fluctuates after the fluctuation of the air conditioning load occurs. There will be a gap between the load and operating conditions until the load is properly addressed. There is a problem that the deviation of the operating condition with respect to such a load condition may bring about an air-conditioned state that is not comfortable for people in the room and is not efficient in terms of energy consumption.
このような問題を解決するために、空調負荷あるいはその変動を予測する技術が種々提案されている。例えば、下記特許文献1には、天気予報データと電力負荷パターンデータと実測データを読み出し、ニューラルネットワークを利用した負荷予測プログラムにより、必要な熱量(空調熱負荷)の予測を行う技術が記載されている。 In order to solve such a problem, various techniques for predicting the air conditioning load or its fluctuation have been proposed. For example, Patent Document 1 below describes a technique of reading weather forecast data, power load pattern data, and actual measurement data, and predicting a required amount of heat (air conditioning heat load) by a load prediction program using a neural network. There is.
しかしながら、上記特許文献1に記載の如き技術では、ニューラルネットワークを作成するにあたり、層やニューロンの数、活性化関数の種類など、決定すべきパラメータが多く、適切な負荷予測プログラムの作成に手間や時間がかかるほか、実際に予測を行うにあたって計算負荷が膨大になってしまう。また、ニューラルネットワークモデルの訓練では過学習が起きやすく、現場ごとにデータサイエンティストが出向いてチューニングを行う必要があり、これにも手間と費用が発生する。加えて、天気予報APIを利用するためのランニングコストも別途生じるし、さらに、インターネットに接続できない環境ではシステムを納入できないという問題もあった。 However, in the technique described in Patent Document 1 above, when creating a neural network, there are many parameters to be determined such as the number of layers and neurons and the type of activation function, and it takes time and effort to create an appropriate load prediction program. In addition to taking time, the calculation load becomes enormous when actually making a prediction. In addition, overfitting is likely to occur in the training of neural network models, and it is necessary for data scientists to go to each site for tuning, which also requires labor and cost. In addition, there is a separate running cost for using the weather forecast API, and there is also the problem that the system cannot be delivered in an environment where the Internet cannot be connected.
本発明は、斯かる実情に鑑み、空調負荷を精度よく簡便に予測し得る空調負荷の予測方法およびシステム、並びに空調システムのエネルギー管理方法およびシステムを提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention intends to provide an air conditioning load prediction method and system capable of accurately and easily predicting an air conditioning load, and an energy management method and system for an air conditioning system.
本発明は、空調負荷に関連する複数のパラメータに基づき、重回帰分析を用いて空調負荷を予測することを特徴とする空調負荷の予測方法にかかるものである。 The present invention relates to a method for predicting an air conditioning load, which is characterized in that the air conditioning load is predicted by using multiple regression analysis based on a plurality of parameters related to the air conditioning load.
本発明の空調負荷の予測方法においては、以下のパラメータから選択される一部または全部のパラメータを説明変数として用いることができる。
・外気温度
・日付
・時刻
・曜日
In the method for predicting the air conditioning load of the present invention, some or all parameters selected from the following parameters can be used as explanatory variables.
・ Outside air temperature ・ Date ・ Time ・ Day of the week
本発明の空調負荷の予測方法においては、少なくとも3個の前記パラメータを説明変数として用い、且つ3次以上の交互作用項を回帰式に含むことができる。 In the method for predicting the air conditioning load of the present invention, at least three of the above parameters can be used as explanatory variables, and a third-order or higher interaction term can be included in the regression equation.
本発明の空調負荷の予測方法においては、変数増減法により、交互作用項の一部を削除することができる。 In the method for predicting the air conditioning load of the present invention, a part of the interaction term can be deleted by the variable increase / decrease method.
本発明の空調負荷の予測方法においては、曜日を説明変数として用いる場合に、休日か平日かの2通りのダミー変数を設定することができる。 In the method for predicting the air conditioning load of the present invention, when the day of the week is used as the explanatory variable, two dummy variables, holiday and weekday, can be set.
また、本発明は、上述の空調負荷の予測方法を実行可能に構成されていることを特徴とする空調負荷の予測システムにかかるものである。 Further, the present invention relates to an air conditioning load prediction system characterized in that the above-mentioned air conditioning load prediction method is feasibly configured.
また、本発明は、上述の空調負荷の予測方法による空調負荷の予測値に基づき、熱源機の運転スケジュールを決定することを特徴とする空調システムのエネルギー管理方法にかかるものである。 The present invention also relates to an energy management method for an air conditioning system, which comprises determining an operation schedule of a heat source machine based on a predicted value of the air conditioning load by the above-mentioned air conditioning load prediction method.
また、本発明は、熱源機と、上述の空調負荷の予測方法による空調負荷の予測値を表示する表示部とを備え、前記予測値に基づき、前記熱源機の運転スケジュールを決定可能に構成されていることを特徴とする空調システムのエネルギー管理システムにかかるものである。 Further, the present invention includes a heat source machine and a display unit for displaying the predicted value of the air conditioning load by the above-mentioned method for predicting the air conditioning load, and can determine the operation schedule of the heat source machine based on the predicted value. It is related to the energy management system of the air conditioning system, which is characterized by the fact that it is used.
本発明の空調負荷の予測方法およびシステム、並びに空調システムのエネルギー管理方法およびシステムによれば、空調負荷を精度よく簡便に予測し得るという優れた効果を奏し得る。 According to the method and system for predicting the air conditioning load of the present invention and the energy management method and system for the air conditioning system, it is possible to obtain an excellent effect that the air conditioning load can be predicted accurately and easily.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第一のネットワーク10は、空調システムを構成する機器類が情報的に接続されたローカルネットワークである。尚、ここでは機器類として熱源機1および温度センサ8を例示しているが、この他に各種の機器(例えば、室内に空調空気を供給する変風量ユニットや、各機器の稼働状況を監視する監視装置など)を接続してネットワークを構成しても良い。第二のネットワーク16は、例えばクラウド上に構築された仮想ネットワークであり、第一のネットワーク10はルータ14を介して第二のネットワーク16に接続されている。こうして、第一のネットワーク10に接続された機器類と、第二のネットワーク16との間で各種の情報をやりとりできるようになっている。
The
第二のネットワーク16内には、データ格納部17、モデル生成部18、負荷予測部19、入出力部21が仮想的に設置されている(尚、これらの各部のうち一部または全部を物理的なハードウェアとして設置することも勿論可能である)。
In the
データ格納部17は、エネルギー管理システムを構成するサーバとしての機能を備えており、第一のネットワーク10に接続された熱源機1や温度センサ8といった機器類から取得した情報や、その他の各種の情報をデータベースとして格納する。モデル生成部18は、データ格納部17に格納されたテストデータに基づき、ある時点(例えば、現在、あるいは、現在の直近の未来の時点)における室内の空調負荷を予測する負荷予測モデルMを生成する。負荷予測部19は、モデル生成部18により生成された負荷予測モデルMを格納し、後述するパラメータに基づき、ある時点における室内の空調負荷を予測する。入出力部21は、第一のネットワーク10に接続された各機器から取得した情報をデータ格納部17に書き込んだり、データ格納部17から必要なデータを取り出して負荷予測部19に入力するなど、各部同士の間で情報の入出力を行う。
The
モデル生成部18は、テストデータに基づき、重回帰分析により負荷予測モデルMを生成する機能を備えている。尚、負荷予測モデルMの生成は、例えば与えられたテストデータに基づいて自動で行ってもよいし、あるいは手動の操作入力により行ってもよい。
The
空調システムを構成する機器の運転状況や、データ格納部17に格納されたデータのログ、負荷予測部19に格納された負荷予測モデルMの仕様、負荷予測部19において予測された空調負荷の値、その他各種のデータについては、第一、第二のネットワーク10,16のいずれかに接続された表示部としての情報端末装置22に表示することができる(ここでは、第二のネットワーク16に情報端末装置22を接続する場合を例示している)。
The operating status of the equipment constituting the air conditioning system, the log of the data stored in the
このようなシステムにより空調負荷を予測する方法について、図2のフローチャートを参照しながら説明する。 A method of predicting the air conditioning load by such a system will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、負荷予測モデルMを生成するためのテストデータを作成し、データ格納部17に入力する(ステップS1)。テストデータは、空調システムを実際に運転した際の、様々な時点における空調負荷に関連する各種のパラメータと、その時の空調負荷の実績値とを記録したデータセットである。空調負荷の実績値は、「室内に供給される空調空気と、室内から回収される還気の温度差」と、「室内に供給される空調空気の供給量」とを乗じた積として算出できる。また、空調負荷に関連するパラメータの一部は、熱源機1や温度センサ8から取得することができる。
First, test data for generating the load prediction model M is created and input to the data storage unit 17 (step S1). The test data is a data set that records various parameters related to the air conditioning load at various time points when the air conditioning system is actually operated, and the actual value of the air conditioning load at that time. The actual value of the air conditioning load can be calculated as the product of "the temperature difference between the air conditioning air supplied indoors and the return air recovered from the room" and "the amount of air conditioning air supplied indoors". .. Further, some of the parameters related to the air conditioning load can be acquired from the heat source machine 1 and the
空調負荷の予測には、空調負荷に関連する各種パラメータを説明変数として用いることができるが、本実施例の場合、特に以下の4つのパラメータから選択される複数のパラメータを説明変数として用いるようにしている。
・外気温度
・時刻(時間または時分)
・日付(月日または月)
・曜日(日月火水木金土、または、休日か平日か)
Various parameters related to the air conditioning load can be used as explanatory variables for the prediction of the air conditioning load, but in the case of this embodiment, a plurality of parameters selected from the following four parameters are used as the explanatory variables. ing.
・ Outside air temperature / time (hour or hour / minute)
・ Date (month, day or month)
・ Sunday (Sunday, Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, or holiday or weekday)
外気温度は、室内への熱の出入りを左右し、空調負荷に影響する。日付や時刻は、時季または時間による外気温度の変動、あるいは室内に生じる熱量の変動(例えば、特定の時季あるいは時間にのみ稼働する機器が室内にある場合などが想定される)に対応する。曜日は、室内における人の活動や機器の稼働のスケジュールに対応する。例えば、オフィス等であれば休日は人が少なく、機器もあまり稼働しないため、休日にあたる曜日は空調負荷が小さくなることが想定される。 The outside air temperature affects the inflow and outflow of heat into the room and affects the air conditioning load. The date and time correspond to fluctuations in the outside air temperature depending on the season or time, or fluctuations in the amount of heat generated in the room (for example, it is assumed that there is equipment in the room that operates only in a specific season or time). The days of the week correspond to the schedule of human activities and equipment operation in the room. For example, in an office or the like, there are few people on holidays and the equipment does not operate much, so it is expected that the air conditioning load will be small on the days of the week that correspond to holidays.
見方を変えると、「時刻」は空調負荷の一日周期の変化を、「日付」は一年周期の変化を、「曜日」は一週間周期の変化を、それぞれ推定値に反映させるパラメータである。また、「外気温度」は空調負荷の一年および一日周期の変化を推定値に反映させるパラメータであると言える。尚、上記パラメータのうち、外気温度は質的変数として、日付、時刻、曜日はダミー変数として、それぞれ設定される。
尚、さらにオフィス等のスケジュールに細かく対応した予測を行いたい場合には、「空調開始曜日か否か」あるいは「空調開始時刻か否か」をダミー変数として追加してもよい。例えば、休日後の平日である月曜日には、躯体蓄熱の影響で空調開始時刻に特に負荷が大きくなる場合が想定できる。また、連続する平日の途中の日であっても、空調開始直後(例えば、始業時刻の前後)には空調負荷が大きくなることが考えられるからである。
From a different point of view, "time" is a parameter that reflects the change in the daily cycle of the air conditioning load, "date" is the parameter that reflects the change in the one-year cycle, and "day of the week" is the parameter that reflects the change in the weekly cycle. .. In addition, it can be said that the "outside air temperature" is a parameter that reflects changes in the annual and daily cycles of the air conditioning load in the estimated value. Of the above parameters, the outside air temperature is set as a qualitative variable, and the date, time, and day of the week are set as dummy variables.
If you want to make a forecast that corresponds to the schedule of the office or the like in more detail, you may add "whether or not it is the air conditioning start day" or "whether or not it is the air conditioning start time" as a dummy variable. For example, on Monday, which is a weekday after a holiday, it can be assumed that the load will be particularly large at the start time of air conditioning due to the influence of heat storage in the skeleton. Further, even on a day in the middle of consecutive weekdays, it is conceivable that the air conditioning load will increase immediately after the start of air conditioning (for example, before and after the start time).
また、上に挙げたパラメータに代えてあるいは加えて、例えば下記の如きパラメータ、あるいはその他、空調負荷に関連する各種のパラメータを用いることも可能である。
・室内温度の測定値
・室内温度の設定値
・室内外の温度差
・空調負荷の実績値
・熱源機1の稼働台数
・熱源機1の給気温度(空調空気の温度)
・天候
・日射量
・予想気温
In addition to or in addition to the parameters listed above, it is also possible to use, for example, the following parameters, or other parameters related to the air conditioning load.
・ Measured value of indoor temperature ・ Set value of indoor temperature ・ Temperature difference between indoor and outdoor ・ Actual value of air conditioning load ・ Number of operating heat source machines 1 ・ Supply air temperature of heat source machine 1 (temperature of air conditioning air)
・ Weather, amount of solar radiation, expected temperature
前記テストデータには、複数の時点における上記各パラメータと共に、その時の空調負荷の実績値が記録される。テストデータは、例えば、負荷予測モデルMの構築に十分な期間(例えば1年程度)、温度センサ8に基づくフィードバック制御により空調システムを運転し、その間、上述のパラメータを採集することで作成できる。
In the test data, the actual value of the air conditioning load at that time is recorded together with each of the above parameters at a plurality of time points. The test data can be created, for example, by operating the air conditioning system by feedback control based on the
モデル生成部18では、テストデータを用い、上記のパラメータに基づいて目的の時点における空調負荷を重回帰により予測する負荷予測モデルMを生成する(ステップS2)。生成された負荷予測モデルMは、対象の空調システムにおいて、ある時点あるいは期間の運転条件に関連するパラメータから、目的の時点における空調負荷を予測する関数となっている。尚、負荷予測モデルMの具体的な内容については、後に改めて説明する。
The
負荷予測モデルMの生成が完了したら、実際に空調負荷を予測する運用を開始することができる。 After the generation of the load prediction model M is completed, the operation of actually predicting the air conditioning load can be started.
入出力部21は、負荷予測モデルMにおいて説明変数として用いられるパラメータの値を、ネットワーク10,16を介して取得し、データ格納部17に順次記録する(ステップS3)。負荷予測部19は、データ格納部17から、ある時点または期間におけるパラメータの数値を読み出し、負荷予測モデルMを用いて目的の時点における空調負荷を予測する(ステップS4)。
The input /
運転管理者は、負荷予測部19において予測された空調負荷の値を情報端末装置22に表示させ、参照することができる。運転管理者は、表示された予測値に基づき、空調に関わる各機器の運転状況(例えば、熱源機1の発停スケジュール)を決定し、あるいは必要に応じて変更する。例えば、ある未来の時点における空調負荷の予測値が大きく、現在稼働している熱源機1だけで空調負荷が賄えなくなることが想定される場合、熱源の発停スケジュールを変更して熱源の稼働台数を増すことができる。また、蓄熱式空調システムの場合、空調負荷の予測値に応じて熱源機1の蓄熱運転を行といったことが可能である。あるいは、こうした予測値に基づく運転スケジュールの決定は、運転管理者を介することなく自動的に行うよう、システムを構成してもよい。こうして、負荷の変動に伴って発生する負荷状況と運転状況とのずれを小さくし、快適な空調状態を実現すると共に、省エネ・省コストにて空調システムを運転することができる。
The operation manager can display and refer to the value of the air conditioning load predicted by the
尚、ここでは熱源機1のオンオフにより空調負荷に対応する場合を説明したが、空調システムを構成するその他の機器の運転状況を調整することで空調負荷に対応するようにしてもよい。例えば、予測結果に応じ、空調機における空調空気の温度や供給量、あるいは対象の室内に空調空気を送り出す変風量ユニットの吹出風量などを変更するといった運用も可能である。 Although the case where the heat source unit 1 is turned on and off to deal with the air conditioning load has been described here, the air conditioning load may be dealt with by adjusting the operating conditions of other devices constituting the air conditioning system. For example, it is possible to change the temperature and supply amount of the conditioned air in the air conditioner, or the amount of blown air of the variable air volume unit that sends the conditioned air into the target room according to the prediction result.
また、ここに説明したシステム構成や、空調負荷の予測の手順はあくまで一例である。空調システムの運転状況に関する上述の如き各種パラメータから重回帰分析による負荷予測モデルMを生成し、これを用いて任意の時点あるいは期間における運転状況から空調負荷を予測し得る限りにおいて、システム構成や予測の手順は種々変更することができる。 In addition, the system configuration and the procedure for predicting the air conditioning load described here are just examples. A load prediction model M by multiple regression analysis is generated from various parameters related to the operation status of the air conditioning system as described above, and the system configuration and prediction are performed as long as the air conditioning load can be predicted from the operation status at an arbitrary time point or period. The procedure can be changed in various ways.
重回帰分析による回帰式である負荷予測モデルMの生成について説明する。仮に、それぞれ質的変数または量的変数である2つの説明変数x1,x2によって目的変数y(t)を表現する場合、回帰式は例えば下記数1の通りになる。
ここで、各説明変数x1,x2の目的変数y(t)に対する効果が、説明変数x1,x2同士の作用によって影響を受ける場合がある(交互作用)。この交互作用を考慮する場合、回帰式は交互作用項を追加され、例えば下記数2の通りになる。
説明変数の個数が2個の場合、上記数2のように、交互作用項の次数は2である。説明変数の個数が3個であり、各説明変数間の交互作用を全て考慮する場合、次数が2の交互作用項と、次数が3の交互作用項が回帰式に含まれる。説明変数の個数が4個であり、各説明変数間の交互作用を全て考慮する場合、次数が2の交互作用項と、次数が3の交互作用項が回帰式に含まれることになる。
When the number of explanatory variables is 2, the degree of the interaction term is 2 as in the
本実施例の場合、上述の如く、特に外気温度、日付、時刻、曜日の4つのパラメータから選択されるパラメータを空調負荷の予測に用いる。これらのパラメータによる回帰分析に関し、テストデータを用いて推定または予測の精度を検証した。 In the case of this embodiment, as described above, the parameter selected from the four parameters of the outside air temperature, the date, the time, and the day of the week is used for the prediction of the air conditioning load. For regression analysis with these parameters, test data was used to verify the accuracy of estimation or prediction.
テストデータとしては、2007年度の各日(1月1日〜12月31日)の各時間(0時〜23時)に測定された外気温度と、空調負荷の実績値を用いた。そして、2007年度のある時点における空調負荷を目的変数、その時点の「外気温度」、「時刻(0時、1時、2時、......、23時)」、「月(1月、2月、......、12月)」、「曜日(休日か平日か)」を説明変数とし、回帰分析によって空調負荷の推定値を算出した。 As the test data, the outside air temperature measured at each time (0:00 to 23:00) on each day (January 1 to December 31) in 2007 and the actual value of the air conditioning load were used. Then, the air conditioning load at a certain point in 2007 is set as the objective variable, and the "outside air temperature" at that time, "time (0:00, 1:00, 2:00, ..., 23:00)", "month (1)" Month, February, ..., December) ”and“ day of the week (holiday or weekday) ”were used as explanatory variables, and the estimated value of the air conditioning load was calculated by regression analysis.
まず、交互作用を考慮しない場合について、各説明変数の組み合わせにより回帰式を生成して空調負荷の推定値を求め、その時点における空調負荷の実績値と比較して決定係数により精度を評価した。結果を下記表1に示す。
上記表1において、各欄の丸印は、その縦列にあたるパラメータを説明変数として組み込んでいることを示す。すなわち、例えば組合せ番号1では外気温度のみを説明変数に用いた単回帰により空調負荷を推定し、組合せ番号8では時間と月を説明変数とした重回帰により推定を行っている。
In Table 1 above, the circles in each column indicate that the parameters corresponding to the columns are incorporated as explanatory variables. That is, for example, in combination number 1, the air conditioning load is estimated by simple regression using only the outside air temperature as an explanatory variable, and in
表1に示すように、説明変数の個数が多いほど決定係数は高くなる傾向が確認されたが、交互作用を考慮しない場合、4つのパラメータを全て用いても、決定係数は0.6台に留まった。 As shown in Table 1, it was confirmed that the coefficient of determination tends to increase as the number of explanatory variables increases, but if the interaction is not taken into consideration, the coefficient of determination is 0.6 even if all four parameters are used. Stayed.
続いて、2個以上の説明変数を用い、且つ説明変数同士の交互作用項を全て組み込んだ回帰式を作成し、空調負荷の推定を行った。結果を下記表2に示す。
交互作用を考慮すると、交互作用項の最大次数が2の場合は決定係数が高々0.6台であったが、3つの説明変数を用い、最大3次の交互作用項を回帰式に組み込むと、決定係数は著しく向上した。特に、「時間」「月」「平日か休日か」を説明変数として用いた場合に、0.918と高い決定係数を示した(組合せ番号10)。さらに、4つの説明変数を全て用い、且つ説明変数間の交互作用を全て考慮した場合は、0.943と最も高い決定係数を示した(組合せ番号11)。 Considering the interaction, the coefficient of determination was at most 0.6 when the maximum order of the interaction term was 2, but when using three explanatory variables and incorporating the maximum third-order interaction term into the regression equation, , The coefficient of determination has improved significantly. In particular, when "hour", "month", and "weekday or holiday" were used as explanatory variables, a high coefficient of determination of 0.918 was shown (combination number 10). Furthermore, when all four explanatory variables were used and all interactions between the explanatory variables were taken into consideration, the highest coefficient of determination was 0.943 (combination number 11).
実測値に対する推定値の一致度について、空調負荷の変動を表すグラフを用いてさらに説明する。 The degree of agreement between the estimated values and the measured values will be further described using a graph showing fluctuations in the air conditioning load.
図3〜図8は、2007年度のある10日間(7月1日〜11日)における空調負荷の実際の変動と、上記表1および表2に記載した一部の組合せによる回帰式を用いて算出された推定値とを比較するグラフである。まず、実際の空調負荷は、図3〜図8中に実線にて示す如く、曜日および時間による変動を示した。すなわち、平日の昼間には負荷が大きく、休日および平日の夜間は負荷が小さいという変動を示した。これに対し、外気温度のみを説明変数とする単回帰の場合(表1、組合せ番号1)、図3に示す如く、破線で示す推定値は10日間にわたってほぼフラットとなった。外気温度は人の活動スケジュールによってあまり左右されないが、オフィス等に発生する熱量は、曜日や時間に応じて大きく変動する。外気温度のみによる回帰では、こうしたスケジュールによる変動をうまく反映させることができない。 3 to 8 show the actual fluctuation of the air conditioning load during a certain 10 days (July 1 to 11) in 2007 and the regression equation by some combinations shown in Tables 1 and 2 above. It is a graph which compares with the calculated estimated value. First, the actual air conditioning load showed fluctuations depending on the day of the week and time, as shown by the solid lines in FIGS. 3 to 8. That is, the load was large during the daytime on weekdays, and the load was small during the nighttime on holidays and weekdays. On the other hand, in the case of simple regression using only the outside air temperature as an explanatory variable (Table 1, combination number 1), as shown in FIG. 3, the estimated value shown by the broken line became almost flat over 10 days. The outside air temperature does not depend much on the activity schedule of a person, but the amount of heat generated in an office or the like fluctuates greatly depending on the day of the week and the time of day. Regression based only on the outside air temperature cannot reflect such schedule fluctuations well.
そこで、外気温度に加えて時間を説明変数とした重回帰を行うと(表1、組合せ番号5)、図4に示す如く、推定値は一日周期で変動し、図3に示した結果よりは推定値が実測値に近づいた。さらに、外気温度と時間の交互作用を考慮すると(表2、組合せ番号1)、図5に示す如く、推定値と実測値の一致度はより高まった。 Therefore, when multiple regression was performed with time as the explanatory variable in addition to the outside air temperature (Table 1, combination number 5), the estimated value fluctuated in a daily cycle as shown in FIG. 4, and from the results shown in FIG. The estimated value is close to the measured value. Further, considering the interaction between the outside air temperature and the time (Table 2, combination number 1), as shown in FIG. 5, the degree of agreement between the estimated value and the measured value was further increased.
続いて、説明変数として「休日か平日か」をさらに加えた場合を図6、図7に示す。図6は、外気温度、時間、休日か平日かを説明変数として用いるが、交互作用を考慮しない場合である(表1、組合せ番号12)。休日か平日かが説明変数に加えられているため、図中に矢印にて示すように休日の推定値が下がり、実測値に近づいている。ここで各説明変数間の交互作用項を回帰式に加えると(表2、組合せ番号8)、図7に示す如く、休日の昼間における推定値がさらに低く、ボトム値に近い値となり、実測値との一致度がさらに増した。交互作用を考慮しない場合、休日か平日かの説明変数による影響は、他の説明変数による推定値を単に平日は底上げし、休日は下げる、といった形に留まるが、交互作用を考慮すれば、例えば平日の昼間は推定値を上げ、休日の昼間は抑えるなど、説明変数同士の関係を推定値に反映させることができるためである。 Subsequently, FIGS. 6 and 7 show a case where "holiday or weekday" is further added as an explanatory variable. In FIG. 6, the outside air temperature, time, and whether it is a holiday or a weekday are used as explanatory variables, but the interaction is not considered (Table 1, combination number 12). Since holidays or weekdays are added to the explanatory variables, the estimated value of holidays has decreased as shown by the arrows in the figure, and is approaching the measured value. Here, when the interaction term between each explanatory variable is added to the regression equation (Table 2, combination number 8), as shown in FIG. 7, the estimated value in the daytime on holidays is even lower, which is close to the bottom value, which is the measured value. The degree of agreement with is further increased. If the interaction is not taken into account, the effect of the holiday or weekday explanatory variable remains in the form of simply raising the estimated value of the other explanatory variables on weekdays and lowering it on weekdays, but if the interaction is taken into consideration, for example. This is because the relationship between the explanatory variables can be reflected in the estimated value, such as raising the estimated value during the daytime on weekdays and suppressing it during the daytime on holidays.
さらに、図8は上記4つのパラメータ全てを説明変数として用い、且つ説明変数間の全交互作用を考慮して回帰分析を行った場合(表2、組合せ番号11)を示している。各交互作用項の影響により、例えば「気温の高い季節における平日の昼間」といったパターンが回帰式に組み込まれ、精度の高い推定が可能となっている。 Further, FIG. 8 shows a case where all the above four parameters are used as explanatory variables and regression analysis is performed in consideration of all interactions between the explanatory variables (Table 2, combination number 11). Due to the influence of each interaction term, a pattern such as "daytime on weekdays in a hot season" is incorporated into the regression equation, and highly accurate estimation is possible.
続いて、実際に予測を行う場合の精度について検討した。2007年度のデータセットをテストデータとして生成された回帰式を用い、2008年度のデータセットに基づいて空調負荷の予測を行った。予測には、4つのパラメータ全てを説明変数として用い、且つ説明変数間の全交互作用を考慮した回帰式(表2、組合せ番号11)を用いた。 Next, the accuracy of the actual prediction was examined. The air conditioning load was predicted based on the 2008 data set using the regression equation generated using the 2007 data set as test data. For the prediction, all four parameters were used as explanatory variables, and a regression equation (Table 2, combination number 11) considering all interactions between the explanatory variables was used.
図9にその結果を示す。実線で示す2008年度の実測値に対し、2007年度のデータセットに基づく予測値(破線)はよく一致しており、実用上十分な精度で空調負荷を予測できている。 The result is shown in FIG. The predicted values (broken line) based on the 2007 data set are in good agreement with the measured values in 2008 shown by the solid line, and the air conditioning load can be predicted with sufficient accuracy for practical use.
さらに、説明変数として過去の外気温度を使用する際に、空調負荷を予測する時点の日付と、説明変数として使用する外気温度の日付にずれがある場合について検討を行った。例えば、当日の熱源機1の発停スケジュールを前日までに決定しようとする場合、空調負荷を予測したい時点の24時間前の外気温度を参照したとしても、当日の全ての時間を予測することはできない。しかし、仮に48時間前の外気温度を参照して目的の時点の空調負荷を精度よく予測できれば、当日の発停スケジュールを前日までに決定することができる。また、2日以上早い時点の外気温度を参照しても十分な精度で空調負荷を予測できるならば、それだけ早く発停スケジュールを決定することができる。そこで、外気温度を参照する日付に関し、どの程度のずれならば許容できるかについて検討した。予測には、4つのパラメータ全てを説明変数として用い、且つ説明変数間の全交互作用を考慮した回帰式(表2、組合せ番号11)を用い、2008年度の特定の時点における空調負荷を、2007年度の前後の日付における外気温度に基づいて予測した。結果を図10のグラフに示す。 Furthermore, when using the past outside air temperature as the explanatory variable, the case where the date at the time of predicting the air conditioning load and the date of the outside air temperature used as the explanatory variable deviate from each other was examined. For example, when trying to determine the start / stop schedule of the heat source unit 1 on the day by the previous day, even if the outside air temperature 24 hours before the time when the air conditioning load is to be predicted is referred to, it is not possible to predict all the times on the day. Can not. However, if the air conditioning load at the target time point can be accurately predicted by referring to the outside air temperature 48 hours ago, the start / stop schedule of the day can be determined by the previous day. In addition, if the air conditioning load can be predicted with sufficient accuracy even with reference to the outside air temperature at a time earlier than 2 days, the start / stop schedule can be determined earlier. Therefore, regarding the date that refers to the outside air temperature, we examined how much deviation is acceptable. For the prediction, all four parameters are used as explanatory variables, and a regression equation (Table 2, combination number 11) considering all interactions between the explanatory variables is used to determine the air conditioning load at a specific time point in FY2008 in 2007. Forecasts are based on outside air temperatures on dates before and after the year. The results are shown in the graph of FIG.
一般に、決定係数が0.8以上であれば、十分な精度で予測ができていると見なすことができる。日付のずれが5日以内であれば0.8以上の決定係数が保たれているが、ずれが6日以上となると、決定係数は顕著に低下し、0.8を割り込んでしまう。以上より、説明変数として外気温度を用いるにあたり、日付のずれは5日以内であれば実用上、許容し得ると考えられる。尚、このように外気温度を参照する日付をずらす場合、例えば予測したい時点から24時間前の過去外気温度をn回繰り返し使用することで、n日先の予測を行うといった運用も可能である。 In general, if the coefficient of determination is 0.8 or more, it can be considered that the prediction can be made with sufficient accuracy. If the date deviation is within 5 days, the coefficient of determination of 0.8 or more is maintained, but if the deviation is 6 days or more, the coefficient of determination drops significantly and falls below 0.8. From the above, when using the outside air temperature as the explanatory variable, it is considered that the date deviation is practically acceptable as long as it is within 5 days. When the date for referring to the outside air temperature is shifted in this way, for example, by repeatedly using the past outside air temperature 24 hours before the desired time point n times, it is possible to perform an operation of predicting n days ahead.
また、上記表2では、交互作用を考慮するにあたって各説明変数同士の交互作用項を全て回帰式に組み込む場合を説明したが、必ずしも全ての説明変数の組合せによる交互作用項を使用する必要はなく、変数増減法を用いて一部の交互作用項を削除してもかまわない。本願発明者らの研究によれば、例えば外気温度、時間、月、休日か平日かの4つの説明変数を用いる場合、「外気温度×時間×月」と「外気温度×時間×月×休日か平日か」の交互作用を削除すると、削除しない場合に比べ、推定値(2007年度のデータから2007年度の空調負荷を予測した場合)の決定係数は変わらないが、予測値(2007年度のデータから2008年度の空調負荷を推定した場合)の決定係数はやや向上した。このように、交互作用項の取捨選択は、計算量の軽減のみならず予測精度の向上にも有効な場合がある。 Further, in Table 2 above, the case where all the interaction terms between the explanatory variables are incorporated into the regression equation has been described when considering the interaction, but it is not always necessary to use the interaction terms based on the combination of all the explanatory variables. , You may delete some interaction terms using the variable increase / decrease method. According to the research by the inventors of the present application, for example, when using four explanatory variables of outside air temperature, time, month, holiday or weekday, "outside air temperature x time x month" and "outside air temperature x time x month x holiday" When the "weekday?" Interaction is deleted, the coefficient of determination of the estimated value (when the air conditioning load in 2007 is predicted from the data in 2007) does not change compared to the case where it is not deleted, but the coefficient of determination is the same, but the predicted value (from the data in 2007) The coefficient of determination (when estimating the air conditioning load in 2008) has improved slightly. As described above, the selection of interaction terms may be effective not only in reducing the amount of calculation but also in improving the prediction accuracy.
また、曜日を説明変数として用いる場合について、上では休日か平日かの2通りのダミー変数を設定した場合を説明したが、日月火水木金土の7通りに設定することも可能である。しかしながら、本願発明者らの研究によれば、曜日のダミー変数は休日か平日かの2通りとする方が予測の精度は高いことが判明している。曜日のダミー変数を7通りとすると、場合分けが多すぎる結果、過学習が生じてしまった可能性がある。曜日のダミー変数を休日か平日かの2通りに設定すれば、さらに計算量を軽減させつつ予測精度を高めることができる。 In addition, regarding the case where the day of the week is used as the explanatory variable, the case where two types of dummy variables, holiday and weekday, are set has been described above, but it is also possible to set seven types of day, month, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, and Saturday. However, according to the research by the inventors of the present application, it has been found that the accuracy of prediction is higher when the dummy variable of the day of the week is set to two types, holiday and weekday. If there are seven dummy variables for the day of the week, there is a possibility that overfitting has occurred as a result of too many cases. If the dummy variable for the day of the week is set in two ways, holiday or weekday, the amount of calculation can be further reduced and the prediction accuracy can be improved.
このように、空調負荷に関連する複数のパラメータを説明変数として用い、重回帰分析により空調負荷を予測する本実施例の如き方法およびシステムによれば、実用上十分な精度で空調負荷を予測することができる。この際、特に、外気温度、時刻、日付、曜日から選択されるパラメータを用いると、精度のよい予測が可能である。さらに、少なくとも3個以上のパラメータを設定変数として用い、各設定変数間の交互作用をも考慮して3次以上の交互作用項を回帰式に含むようにすると、予測値の精度をいっそう向上させることができる。 In this way, according to the method and system as in this embodiment, which predicts the air conditioning load by multiple regression analysis using a plurality of parameters related to the air conditioning load as explanatory variables, the air conditioning load is predicted with practically sufficient accuracy. be able to. At this time, in particular, if parameters selected from the outside air temperature, time, date, and day of the week are used, accurate prediction is possible. Furthermore, if at least three or more parameters are used as setting variables and the interaction term of the third order or higher is included in the regression equation in consideration of the interaction between each setting variable, the accuracy of the predicted value is further improved. be able to.
また、外気温度、時刻、日付、曜日から選択されるパラメータを説明変数として用いる場合、回帰式の作成や空調負荷の予測に特別なデータ(例えば、気象の予報データ等)は必要ない。回帰式の作成にあたり、外気温度を説明変数とする場合は過去のテストデータを用いればよいし、その他のパラメータはダミー変数を設定すれば済む。予測の際も、例えば図示しない屋外の温度センサにより取得した現在の実測値等を用いればよい。このため、空調システムの運用に伴い新しいデータを取得したり、気象の予報データを購入することなく空調負荷の予測を行うことが可能であり、簡便であると共に費用を抑えることができる。 Further, when parameters selected from the outside air temperature, time, date, and day of day are used as explanatory variables, special data (for example, weather forecast data) is not required for creating a regression equation or predicting an air conditioning load. When creating the regression equation, if the outside air temperature is used as the explanatory variable, past test data may be used, and dummy variables may be set for other parameters. Also in the prediction, for example, the current measured value acquired by an outdoor temperature sensor (not shown) may be used. Therefore, it is possible to predict the air conditioning load without acquiring new data or purchasing weather forecast data with the operation of the air conditioning system, which is simple and can reduce the cost.
以上のように、上記本実施例の空調負荷の予測方法においては、空調負荷に関連する複数のパラメータに基づき、重回帰分析を用いて空調負荷を予測するようにしている。このようにすれば、実用上十分な精度で空調負荷を予測することができる。 As described above, in the method for predicting the air conditioning load of the present embodiment, the air conditioning load is predicted by using multiple regression analysis based on a plurality of parameters related to the air conditioning load. In this way, the air conditioning load can be predicted with sufficient accuracy for practical use.
本実施例の空調負荷の予測方法においては、以下のパラメータから選択される一部または全部のパラメータを説明変数として用いている。このようにすれば、空調負荷を精度よく予測することができる。
・外気温度
・日付
・時刻
・曜日
In the method of predicting the air conditioning load of this embodiment, some or all parameters selected from the following parameters are used as explanatory variables. In this way, the air conditioning load can be predicted accurately.
・ Outside air temperature ・ Date ・ Time ・ Day of the week
本実施例の空調負荷の予測方法においては、少なくとも3個の前記パラメータを説明変数として用い、且つ3次以上の交互作用項を回帰式に含むことができる。このようにすれば、予測値の精度をいっそう向上させることができる。また、空調負荷を簡便に予測できると共に費用を抑えることができる。 In the method for predicting the air conditioning load of this embodiment, at least three of the parameters can be used as explanatory variables, and a third-order or higher interaction term can be included in the regression equation. In this way, the accuracy of the predicted value can be further improved. In addition, the air conditioning load can be easily predicted and the cost can be suppressed.
本実施例の空調負荷の予測方法においては、変数増減法により、交互作用項の一部を削除することができる。このようにすれば、計算量を軽減すると共に精度を向上させることができる。 In the method of predicting the air conditioning load of this embodiment, a part of the interaction term can be deleted by the variable increase / decrease method. In this way, the amount of calculation can be reduced and the accuracy can be improved.
本実施例の空調負荷の予測方法においては、曜日を説明変数として用いる場合に、休日か平日かの2通りのダミー変数を設定することができる。このようにすれば、さらに計算量を軽減させつつ予測精度を高めることができる。 In the method of predicting the air conditioning load of the present embodiment, when the day of the week is used as the explanatory variable, two dummy variables, holiday and weekday, can be set. In this way, the prediction accuracy can be improved while further reducing the amount of calculation.
また、本実施例の空調負荷の予測システムは、上述の空調負荷の予測方法を実行可能に構成されている。このようにすれば、空調負荷を精度よく予測することができる。 Further, the air conditioning load prediction system of this embodiment is configured to be able to execute the above-mentioned air conditioning load prediction method. In this way, the air conditioning load can be predicted accurately.
また、本実施例の空調システムのエネルギー管理方法においては、上述の空調負荷の予測方法による空調負荷の予測値に基づき、熱源機1の運転スケジュールを決定するようにしている。このようにすれば、予測された空調負荷に応じ、好適に空調システムのエネルギー管理を行うことができる。 Further, in the energy management method of the air conditioning system of the present embodiment, the operation schedule of the heat source unit 1 is determined based on the predicted value of the air conditioning load by the above-mentioned air conditioning load prediction method. In this way, the energy management of the air conditioning system can be suitably performed according to the predicted air conditioning load.
また、本実施例の空調システムのエネルギー管理システムは、熱源機1と、上述の空調負荷の予測方法による空調負荷の予測値を表示する表示部22とを備え、前記予測値に基づき、熱源機1の運転スケジュールを決定可能に構成されている。このようにすれば、予測された空調負荷に応じ、好適に空調システムのエネルギー管理を行うことができる。
Further, the energy management system of the air conditioning system of the present embodiment includes a heat source machine 1 and a
したがって、上記本実施例によれば、空調負荷を精度よく簡便に予測し得る。 Therefore, according to the above embodiment, the air conditioning load can be predicted accurately and easily.
尚、本発明の空調負荷の予測方法およびシステム、並びに空調システムのエネルギー管理方法およびシステムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The method and system for predicting the air conditioning load of the present invention, and the energy management method and system for the air conditioning system are not limited to the above-described embodiments, and various changes are made within the scope of the gist of the present invention. Of course it can be added.
1 熱源機
22 表示部(情報端末装置)
1
Claims (8)
・外気温度
・日付
・時刻
・曜日 The method for predicting an air conditioning load according to claim 1, wherein some or all of the parameters selected from the following parameters are used as explanatory variables.
・ Outside air temperature ・ Date ・ Time ・ Day of the week
請求項1〜6のいずれか一項に記載の空調負荷の予測方法による空調負荷の予測値を表示する表示部とを備え、
前記予測値に基づき、前記熱源機の運転スケジュールを決定可能に構成されていることを特徴とする空調システムのエネルギー管理システム。 With a heat source machine
A display unit for displaying the predicted value of the air conditioning load according to the method for predicting the air conditioning load according to any one of claims 1 to 6 is provided.
An energy management system for an air conditioning system, characterized in that the operation schedule of the heat source machine can be determined based on the predicted value.
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