JP4390164B2 - 空調システム解析方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、室内の温熱気流分布を考慮しつつ空調システムを解析する方法に関し、特に、電子計算機内に用意した室内のモデルと空調設備のモデルとを用いた解析方法に係る。
【0002】
【従来の技術】
ある室内の温熱気流分布を解析する従来の方法としては、実際の実験室を用いて行う方法が主流であった。つまり、空調実験室としての部屋を用意し、その部屋内に必要な温度センサ等を適宜配置する一方、その室内の例えばインテリアゾーン用の空調設備やペリメータゾーン用の空調設備をセンサ出力値に応じて制御することにより、空調実験室内の温熱気流を実際に変化させてそれをセンサ等によって検出するというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように実際の実験室を利用する方法では、設備上の制約から対象としての実験室や空調設備が限定されてしまい、多種多様な解析を行うことは極めて困難であった。
電子計算機を利用した従来の解析方法にあっては、主として空調設備のモデルのみを利用して計算が行われていたため、実際の実験室と比べて遜色ない高精度の解析を行うことが困難であった。
【0004】
本発明は、このような従来の未解決の課題に着目してなされたものであって、室内のモデルと空調設備のモデルとの両方を用いることにより室内の温熱気流分布を考慮した空調システムの解析方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、室内の温熱気流分布を考慮しつつ空調システムを解析する方法であって、室内のモデルと空調設備のモデルとを用意するとともに、前記空調設備から前記室内への給気温度、室内温度、及び前記室内から前記空調設備への還気温度を保存可能な温度保存用ファイルを用意し、そして、前記温度保存用ファイルから最新の前記給気温度を読み出し、その読み出された給気温度及び前記室内のモデルを用いて前記室内の温熱気流分布を解析処理し、前記還気温度及び室内温度が一定値に収束するか、或いは、前記解析処理の時間が所定時間に達するまで計算を繰り返し、その計算された還気温度及び室内温度を前記温度保存用ファイルに保存する還気温度計算処理と、前記温度保存用ファイルから最新の前記還気温度及び室内温度を読み出し、その読み出された室内温度と設定目標温度とに基づいて給気温度の操作量を決定し、該決定された操作量に基づいて前記空調設備のモデルを用いて前記給気温度が一定値に収束するか、或いは、前記解析処理の時間が所定時間に達するまで計算を繰り返し、その計算された給気温度を前記温度保存用ファイルに保存する給気温度計算処理と、を直接的に交互に繰り返すようにした。
【0006】
また、請求項2に係る発明は、室内の温熱気流分布を考慮しつつ空調システムを解析する方法であって、室内のモデルと空調設備のモデルとを用意するとともに、前記空調設備から前記室内への給気風量、室内温度、及び前記室内から前記空調設備への還気風量を保存可能な風量保存用ファイルを用意し、そして、前記風量保存用ファイルから最新の前記給気風量を読み出し、その読み出された給気風量及び前記室内のモデルを用いて前記室内の温熱気流分布を解析処理し、前記還気風量及び室内温度が一定値に収束するか、或いは、前記解析処理の時間が所定時間に達するまで計算を繰り返し、その計算された還気風量及び室内温度を前記風量保存用ファイルに保存する還気風量計算処理と、前記風量保存用ファイルから最新の前記還気風量及び室内温度を読み出し、その読み出された室内温度と設定目標温度とに基づいて給気風量の操作量を決定し、該決定された操作量に基づいて前記空調設備のモデルを用いて給気風量が一定値に収束するか、或いは、前記解析処理の時間が所定時間に達するまで計算を繰り返し、その計算された給気風量を前記風量保存用ファイルに保存する給気風量計算処理と、を直接的に交互に繰り返すようにした。
そして、請求項3に係る発明は、前記請求項1乃至請求項2のいずれかに記載された発明である空調システム解析方法において、前記室内のモデル、前記空調設備のモデル及び前記温度又は風量保存用ファイルを電子計算機内に用意するとともに、前記還気温度又は還気風量計算処理及び前記給気温度又は給気風量計算処理を、前記電子計算機内で実行するようにした。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1及び図2は本発明の一実施の形態を示す図であって、図1は、電子計算機の記憶装置内にソフト的に用意された解析用モデルの概念図である。
即ち、この解析用モデルは、解析対象である室内のモデル10と、その室内に付設されたインテリアゾーン用空調設備のモデル20と、同じく室内に付設されたペリメータゾーン用空調設備のモデル30と、から構成されている。
【0008】
室内のモデル10には、インテリアゾーン10A及びペリメータゾーン10Bが想定されていて、インテリアゾーン10Aの天井位置には、給気口11及び還気口12が設定され、ペリメータゾーン10Bのインテリアゾーン10Aから最も遠い床位置には、モデル30の一部を構成するファンコイルユニット31が設定されている。また、インテリアゾーン10Aの所定位置には、モデル20用の温度センサ13が設定され、ペリメータゾーン10Bの所定位置には、モデル30用の温度センサ14が設定されている。
【0009】
モデル20には、外気ファン21と、排気ファン22と、エアハンドリングユニット23と、コントローラ24とが設定されている。
これらのうち、外気ファン21の吸い込み側は、ダンパ21aを介して屋外に通じ、外気ファン21の吐き出し側は、エアハンドリングユニット23の冷水コイル23aの空気通路の一方の口に接続され、その空気通路の他方の口はファン23bの吸い込み側に接続され、そのファン23bの吐き出し側が、モデル10の給気口11に接続された設定となっている。
【0010】
これに対し、排気ファン22の吐き出し側は、屋外に通じ、排気ファン22の吸い込み側は、ダンパ22aを介して、モデル10の還気口12に接続された設定となっている。さらに、外気ファン21及び冷水コイル23aを接続するダクトと、モデル10の還気口12及び排気ファン22を接続するダクトのダンパ22aよりも還気口12側の位置との間に、ダンパ25aを有するバイパス路25が設けられた設定となっている。
【0011】
そして、モデル20のエアハンドリングユニット23は、冷水コイル23aに冷水を供給するための配管23cを備え、その配管23cには、ポンプ23d及び流量調整バルブ23eが設けられた設定となっている。流量調整バルブ23eは、コントローラ24からの制御信号に応じて配管23cを循環する冷水の流量を制御するためのバルブであり、コントローラ24には、温度センサ13の出力信号と、インテリアゾーン10A内の設定目標温度SP1 とが入力される設定となっている。
【0012】
一方、モデル30は、温水コイル30a及びファン30bを備えたファンコイルユニット31と、温水コイル30bに温水を供給するための配管30cと、コントローラ32とを備え、配管30cには、ポンプ30d及び流量調整バルブ30eが設けられた設定となっている。流量調整バルブ30eは、コントローラ32からの制御信号に応じて配管30cを循環する温水の流量を制御するためのバルブであり、コントローラ32には、温度センサ14の出力信号と、ペリメータゾーン10B内の設定目標温度SP2 とが入力される設定となっている。
【0013】
図2は、図1の解析用モデルを用いた解析処理の概要を示すフローチャートであり、以下、図2に従って処理の流れを説明する。但し、本実施の形態では、図1に示したように、一つの室内のモデル10に、二つの空調設備のモデル20、30を設けた構成となっているが、モデル20、30のそれぞれは独立の系であり、モデル10及びモデル20の関係と、モデル10及びモデル30の関係は実質的に同一であるため、以下の説明は、モデル10及びモデル20の処理についてのみ行い、モデル30については省略する。
【0014】
即ち、図2の解析処理が開始されると、先ず、そのステップ101において、カウンタtをクリアするとともに、ステップ102に移行し、給気口11から室内に供給される空気の温度(給気温度)の初期値を設定し、その給気温度の初期値を、電子計算機の所定記憶領域に設定されている温度保存用ファイルに書き込む。この給気温度の初期値は、任意であり、例えば、解析したい時期の外気温度の平均値が設定される。
【0015】
そして、ステップ103に移行し、カウンタtをインクリメントし、計算サイクルをスタートさせ、ステップ104に移行し、tサイクルにおける給気温度を温度保存用ファイルから読み込む。t=1の場合には、ステップ102で設定した初期値が読み込まれることになる。
次いで、ステップ105に移行し、ステップ104で読み込んだtサイクルにおける給気温度等を境界条件とするとともに、モデル10に設定されている室内のその他の条件(寸法等)に従って、室内の温熱気流分布を例えばNS(Navier Stokes)方程式を利用して解析する。解析結果には、少なくとも、還気口12から外気ファン22側に流れる空気の温度(還気温度)と、センサ13位置における室内温度(センサ温度)とが含まれる。
【0016】
そして、ステップ106に移行し、ステップ105における演算が収束したか否かを判定する。ここでの判定は、例えば、計算された還気温度や室内温度(センサ温度)の値が実質的に一定値に収束したか否かで行ってもよいし、或いは、ステップ105の処理を一定のサイクル時間(例えば、1秒間)連続して行ったか否かによって行ってもよい。
【0017】
ステップ106の判定が「NO」の場合には、ステップ105に戻って上述した処理を繰り返し実行するが、ステップ106の判定が「YES」となったら、ステップ107に移行し、計算された還気温度を温度保存用ファイルに保存するとともに、ステップ108に移行し、計算された室内温度(センサ温度)を同じく温度保存用ファイルに保存する。
【0018】
ここで、ステップ104〜108の一連の処理によって、還気温度計算処理が構成されている。そして、tサイクルの還気温度計算処理が終了したら、今度は、ステップ109に移行し、温度保存用ファイルに保存されているtサイクルの還気温度及び室内温度(センサ温度)を読み込む。
【0019】
次いで、ステップ110に移行し、ステップ109で読み込んだ室内温度(センサ温度)と設定目標温度SP1 とに基づき、給気温度の操作量を決定し、そして、ステップ111に移行し、ステップ109で読み込んだ還気温度とステップ110で決定された操作量を用いて、給気温度を解析する。ここでの解析手法には、例えば、HVACSIM+(米国商務省のNBS(現在のNIST)で開発された空調シミュレーションプログラム)を用いて行うことができる。
【0020】
次いで、ステップ112に移行し、ステップ105における演算が収束したか否かを判定する。ここでの判定は、例えば、計算された給気温度の値が実質的に一定値に収束したか否かで行ってもよいし、或いは、ステップ111の処理を一定のサイクル時間(例えば、1秒間)連続して行ったか否かによって行ってもよい。
【0021】
ステップ112の判定が「NO」の場合には、ステップ111に戻って上述した処理を繰り返し実行するが、ステップ112の判定が「YES」となったら、ステップ113に移行して、計算された給気温度を温度保存用ファイルに保存する。
ここで、ステップ109〜113の一連の処理によって、給気温度計算処理が構成されている。
【0022】
そして、ステップ114に移行し、計算が終了したか否かを判定する。ここでの終了判定は、例えば、カウンタtの値が設定値(例えば、100)に達したか否かによって行うことができる。ステップ114の判定が「NO」の場合には、ステップ103に戻って上述した処理を繰り返し実行するが、判定が「YES」の場合にはこれで今回の図2の解析処理を終了する。
【0023】
図2の処理を実行する結果、還気温度計算処理(ステップ104〜108)と給気温度計算処理(ステップ109〜113)とが、交互に繰り返される。例えば、ステップ106、112における収束の判断を、上記のようにサイクル時間を用いて行えば、図2の処理を実行すると、還気温度計算処理と給気温度計算処理とが設定されたサイクル時間(例えば、1秒間)間隔で交互に繰り返し実行されることになる。
【0024】
このため、温度保存用ファイルに保存される還気温度、室内温度及び給気温度とが、交互に更新されていき、遂には、モデル10で表された室内の温熱気流の状態を高精度に把握することができるのである。つまり、本実施の形態では、空調設備のモデル20、30の他に、室内のモデル10を設け、そのモデル10とモデル20、30との間で、温度保存用ファイルを利用して還気温度、室内温度及び給気温度の更新・読出を交互に行うようにしたため、空調モデル20、30だけで解析を行う場合に比較して、モデル10で表された室内の温熱気流の状態について高精度の解析を行えるのである。
【0025】
特に、本実施の形態では、モデル10内に温度センサ13、14を配設し、それら温度センサ13、14が検出する室内温度(センサ温度)を還気温度とは別に計算し、その計算された室内温度(センサ温度)をも温度保存用ファイルを利用してモデル20、30に受け渡すようにしているため、特に高精度の温熱気流解析を行うことができるという利点がある。
【0026】
なお、上記実施の形態では、温度保存用ファイルを利用して、還気温度計算処理と給気温度計算処理との間で還気温度及び給気温度を受け渡すようにしているが、空調システムとしては、温度に代えて風量(還気風量、給気風量)を制御するような空調システムであっても、上記実施の形態と同様の考え方を適用して解析を行うことができる。つまり、風量保存用ファイルを用意しておき、モデル10に関して還気風量を計算する処理と、モデル20、30に関して給気風量を計算する処理とを、交互に繰り返し演算することとし、還気風量を計算する処理では風量保存用ファイルから最新の給気風量を読み込んで計算を行って、得られた還気風量を風量保存用ファイルに保存し、給気風量を計算する処理では風量保存用ファイルから最新の還気風量を読み込んで計算を行って、得られた給気風量を風量保存用ファイルに保存する、という構成にすればよい。ただし、風量を用いて解析を行う場合には、温度の場合とは異なり、室内の総空気量をも考慮して還気風量を演算する必要がある。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、室内のモデルと空調設備のモデルとを用意するとともに、温度又は風量保存用ファイルを用意し、そして、還気温度又は風量計算処理と給気温度又は風量計算処理とを、交互に繰り返すようにしたため、室内の温熱気流分布を考慮した空調システムの解析を行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における解析モデルの概念図である。
【図2】解析処理の概要を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 室内のモデル
11 給気口
12 還気口
13、14 温度センサ
20、30 空調設備のモデル
Claims (3)
- 室内の温熱気流分布を考慮しつつ空調システムを解析する方法であって、
室内のモデルと空調設備のモデルとを用意するとともに、前記空調設備から前記室内への給気温度、室内温度、及び前記室内から前記空調設備への還気温度を保存可能な温度保存用ファイルを用意し、
そして、前記温度保存用ファイルから最新の前記給気温度を読み出し、その読み出された給気温度及び前記室内のモデルを用いて前記室内の温熱気流分布を解析処理し、前記還気温度及び室内温度が一定値に収束するか、或いは、前記解析処理の時間が所定時間に達するまで計算を繰り返し、その計算された還気温度及び室内温度を前記温度保存用ファイルに保存する還気温度計算処理と、
前記温度保存用ファイルから最新の前記還気温度及び室内温度を読み出し、その読み出された室内温度と設定目標温度とに基づいて給気温度の操作量を決定し、該決定された操作量に基づいて前記空調設備のモデルを用いて前記給気温度が一定値に収束するか、或いは、前記解析処理の時間が所定時間に達するまで計算を繰り返し、その計算された給気温度を前記温度保存用ファイルに保存する給気温度計算処理と、
を直接的に交互に繰り返すことを特徴とする空調システム解析方法。 - 室内の温熱気流分布を考慮しつつ空調システムを解析する方法であって、
室内のモデルと空調設備のモデルとを用意するとともに、前記空調設備から前記室内への給気風量、室内温度、及び前記室内から前記空調設備への還気風量を保存可能な風量保存用ファイルを用意し、
そして、前記風量保存用ファイルから最新の前記給気風量を読み出し、その読み出された給気風量及び前記室内のモデルを用いて前記室内の温熱気流分布を解析処理し、前記還気風量及び室内温度が一定値に収束するか、或いは、前記解析処理の時間が所定時間に達するまで計算を繰り返し、その計算された還気風量及び室内温度を前記風量保存用ファイルに保存する還気風量計算処理と、
前記風量保存用ファイルから最新の前記還気風量及び室内温度を読み出し、その読み出された室内温度と設定目標温度とに基づいて給気風量の操作量を決定し、該決定された操作量に基づいて前記空調設備のモデルを用いて給気風量が一定値に収束するか、或いは、前記解析処理の時間が所定時間に達するまで計算を繰り返し、その計算された給気風量を前記風量保存用ファイルに保存する給気風量計算処理と、
を直接的に交互に繰り返すことを特徴とする空調システム解析方法。 - 前記室内のモデル、前記空調設備のモデル及び前記温度又は風量保存用ファイルを電子計算機内に用意するとともに、前記還気温度又は還気風量計算処理及び前記給気温度又は還気風量計算処理を、前記電子計算機内で実行する請求項1乃至請求項2のいずれかに記載された空調システム解析方法。
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