JP7345687B2 - 空気調和システム - Google Patents
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Description
本開示は、空気調和システムに関する。
従来から、室内の環境状態に応じて、室内の換気量を調整する換気制御装置が知られている。たとえば、特許文献1(特開平7-120022号公報)の換気制御装置は、室内の換気を行う換気扇と、室内の環境状態を検知する複数のセンサと、センサの出力値を入力層への入力とし、出力層に換気量を割当てて学習させたニューラルネットワークと、ニューラルネットワークの出力層の出力値から換気量を選択する判定部と、判定部の選択結果に基づいて換気扇の動作を制御する駆動制御部とを備える。
特許文献1に記載の換気制御装置は、換気量を最適化することができるが、人が窓などの空気調和管理空間の開口部を開けることによってランダムに発生する自然換気に応じた空気調和設備の制御ができない。
それゆえに、本開示の目的は、自然換気に応じた空気調和設備の制御が可能な空気調和システムを提供することである。
本開示の空気調和システムは、空気調和設備と、空気調和管理空間の開口部が開いた状態である旨の通知を受けたときに、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補のうち、消費電力が最小の候補を選択し、選択した候補に基づいて、空気調和設備を制御する制御装置とを備える。
本開示の空気調和システムによれば、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補のうち、消費電力が最小の候補を選択するので、自然換気に応じた空気調和設備の制御が可能である。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の空気調和システム100の構成を表わす図である。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の空気調和システム100の構成を表わす図である。
空気調和システム100は、制御盤500と、空気調和設備200とを備える。実施の形態1において、空気調和設備200は、内調機として動作する空気調和装置1と、外調機として動作する換気装置13とを備える。空気調和装置1は、主に空気調和管理空間である室内901の顕熱負荷を処理する。換気装置13は、空気調和管理空間である室内901の換気と主に室内901の潜熱負荷の処理とを行なう。
図2は、実施の形態1の制御盤500の構成を表わす図である。
制御盤500は、目標温湿度入力部44と、制御装置600と、学習装置101と、学習済みモデル記憶装置301と、推論装置201とを備える。制御装置600は、空気調和制御部601と、表示装置701とを備える。
制御盤500は、目標温湿度入力部44と、制御装置600と、学習装置101と、学習済みモデル記憶装置301と、推論装置201とを備える。制御装置600は、空気調和制御部601と、表示装置701とを備える。
制御装置600は、空気調和管理空間の開口部が開いた状態である旨の通知を受けたときに、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補のうち、消費電力が最小の候補を選択し、選択した候補に基づいて、空気調和設備200を制御する。空気調和和管理空間とは、たとえば室内である。開口部とは、窓、ドア、またはシャッタなどである。開閉状態とは、開いている状態、または閉じている状態である。
制御装置600は、空気調和管理空間の開口部が開いた状態のときに、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補が存在しない場合には、空気調和設備200の冷媒の循環を停止させるとともに、空気調和設備200を送風運転させる。
制御装置600は、空気調和管理空間の開口部が開いた状態である旨の通知を受けた後、空気調和管理空間の開口部が閉じた状態である旨の通知を受けたときには、空気調和管理空間の開口部が開いた状態である旨の通知を受ける前に目標温湿度入力部44を通じてユーザによって設定された室内目標温度および室内目標湿度に基づいて、空気調和設備200を制御する。
空気調和装置1は、複数の室内機11と室外機12とを備える。室外機12は室外に設置されている。室内機11は室内901に設置されている。室外機12及び各室内機11のそれぞれは、伝送線903により制御装置600に接続される。換気装置13は、伝送線903により制御装置600に接続される。
図3は、空気調和システム100の冷媒回路の概略図である。
空気調和装置1は、圧縮機2と、四方弁3と、室外熱交換器4と、膨張弁5と、室内熱交換器6とを備える。これらが順次配管で接続され、冷媒が循環するように構成された冷凍サイクルが形成される。空気調和装置1は、さらに、室外熱交換器用送風機7及び室内熱交換器用送風機8を備える。
空気調和装置1は、圧縮機2と、四方弁3と、室外熱交換器4と、膨張弁5と、室内熱交換器6とを備える。これらが順次配管で接続され、冷媒が循環するように構成された冷凍サイクルが形成される。空気調和装置1は、さらに、室外熱交換器用送風機7及び室内熱交換器用送風機8を備える。
室外機12に、圧縮機2、四方弁3、室外熱交換器4及び室外熱交換器用送風機7が設置される。室内機11に、膨張弁5、室内熱交換器6及び室内熱交換器用送風機8が設置される。
室外機12に蒸発温度検出装置31が設けられている。各室内機11のそれぞれに、室内機11の吸込空気の温湿度を検出する吸込温湿度検出装置32が設けられている。
換気装置13は、換気装置搭載膨張弁5a及び換気装置用冷却器9を備える。互いに直列に接続された換気装置搭載膨張弁5a及び換気装置用冷却器9が、膨張弁5及び室内熱交換器6に並列に接続されている。換気装置13には、換気装置用冷却器9に空気を通過させるための給気用送風機10が設置される。
空気調和装置1は、圧縮機2から吐出した冷媒の流れ方向を四方弁3により切り換えて冷房運転又は暖房運転に切り換え可能に構成される。四方弁3が図3の実線側に切り換えられた場合、室内熱交換器6及び換気装置用冷却器9が蒸発器、室外熱交換器4が凝縮器となり冷房運転が実施される。四方弁3を図3の点線側に切り換えられた場合、室内熱交換器6が凝縮器、室外熱交換器4が蒸発器となり暖房運転が実施される。図3には、冷房運転時の冷媒の流れが示されている。
図4は、換気装置13の概略構成を示す図である。
換気装置13は、本体ケーシング13a内に、換気装置用冷却器9と、全熱交換器22と、給気用送風機10と、排気用送風機21とを備える。本体ケーシング13a内には、給気通風路Aと排気通風路Bとが互いに独立して形成されている。給気通風路Aは、給気用送風機10により室外空気OAを取り入れて全熱交換器22及び換気装置用冷却器9に通過させ、調整空気SAとして室内901に供給する。排気通風路Bは、排気用送風機21により室内空気RAを取り入れて全熱交換器22に通過させ、排気EAとして室外に排気する。以下では、給気通風路Aにおいて全熱交換器22を通過した後、換気装置用冷却器9に流入する空気を冷却器流入空気IAという。
換気装置13は、本体ケーシング13a内に、換気装置用冷却器9と、全熱交換器22と、給気用送風機10と、排気用送風機21とを備える。本体ケーシング13a内には、給気通風路Aと排気通風路Bとが互いに独立して形成されている。給気通風路Aは、給気用送風機10により室外空気OAを取り入れて全熱交換器22及び換気装置用冷却器9に通過させ、調整空気SAとして室内901に供給する。排気通風路Bは、排気用送風機21により室内空気RAを取り入れて全熱交換器22に通過させ、排気EAとして室外に排気する。以下では、給気通風路Aにおいて全熱交換器22を通過した後、換気装置用冷却器9に流入する空気を冷却器流入空気IAという。
換気装置13は更に、冷却器流入空気IAの温度及び湿度を検出する冷却器流入温湿度検出装置23と、室内空気RAのCO2濃度を検出するCO2濃度検出装置24と、換気風量検出装置25とを備える。これらの検出装置23~25の検出値は、伝送線903を介して制御装置600に出力される。
全熱交換器22は、例えば互いに直交する通風路が交互に積層された構造を有する。全熱交換器22の通風路に室内空気RAと室外空気OAとが通過することによって両気流の間で全熱交換が行われる。換気装置用冷却器9は、上述したように冷凍サイクルの蒸発器で構成され、自身を通過する空気を露点温度以下に冷却して除湿する。換気装置13は、全熱交換器22と換気装置用冷却器9とにより室内901の潜熱負荷を処理する。
給気用送風機10及び排気用送風機21は、回転数制御により換気装置13内を流れる空気の風量を制御する。
このように構成された換気装置13では、室内901の環境(空気質、例えばCO2濃度)を良好に保つ(例えば、CO2濃度を1000ppm以下に保つ)ための必要換気量(風量VA)で換気が行われるように、制御装置600により給気用送風機10及び排気用送風機21の回転数が制御される。換気装置13は、室外空気OAを、給気通風路Aの全熱交換器22及び換気装置用冷却器9に通過させて除湿した上で室内901に供給する一方、室内空気RAを排気通風路Bに通過させて室外に排気することで、室内901の潜熱負荷を処理する。
空気調和システム100は、さらに、室内温度センサ501と、室内湿度センサ502と、室外温度センサ503と、室外湿度センサ504とを備える。
室内温度センサ501、および室内湿度センサ502は、室内に配置され、室外温度センサ503、および室外湿度センサ504は、室外に配置される。
制御装置600は、室内温度センサ501、室内湿度センサ502、室外温度センサ503、および室外湿度センサ504のそれぞれと、伝送線903で接続されている。
室内温度センサ501は、室内温度Taを検出する。室外温度センサ503は、外気温度Tbを検出する。目標温湿度入力部44は、ユーザの操作に基づいて、室内の目標温度Ta_tgtを設定する。
室内湿度センサ502は、室内湿度Xaを検出する。室外湿度センサ504は、外気湿度Xbを検出する。目標温湿度入力部44は、ユーザの操作に基づいて、室内の目標湿度Xa_tgtを設定する。
空気調和制御部601は、空気調和装置1内の検出装置31、32の検出値、および換気装置13の検出装置23~25の検出値に基づいて、空気調和制御を実行する。
空気調和制御部601は、室内温度センサ501によって検出された室内温度Taと、目標温湿度入力部44で設定された目標温度Ta_tgtとの温度差ΔTを空調顕熱負荷Q1として算出する。
空気調和制御部601は、以下の式によって、外気潜熱負荷Q2oを算出する。
Q2o=VA×ρa×(Xa_o-Xa_tgt)・・・(1)
VAは、換気風量検出装置25によって検出された換気風量、Xa_oは、全熱交換器22を通過後の空気の湿度、ρaは、空気の密度を表わす。
Q2o=VA×ρa×(Xa_o-Xa_tgt)・・・(1)
VAは、換気風量検出装置25によって検出された換気風量、Xa_oは、全熱交換器22を通過後の空気の湿度、ρaは、空気の密度を表わす。
空気調和制御部601は、以下の式によって、人体潜熱負荷Q2mを算出する。
Q2m=Qi×N・・・(2)
Qiは1人当りの潜熱負荷、Nは在室人数である。在室人数Nは、CO2濃度、換気風量検出装置25の検出値VA、または人感センサなどを用いて求めることができる。
Q2m=Qi×N・・・(2)
Qiは1人当りの潜熱負荷、Nは在室人数である。在室人数Nは、CO2濃度、換気風量検出装置25の検出値VA、または人感センサなどを用いて求めることができる。
空気調和制御部601は、外気潜熱負荷Q2oと人体潜熱負荷Q2mとの和を空調潜熱負荷Q2として算出する。
Q2=Q2o+Q2m・・・(3)
学習済みモデル記憶装置301は、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する学習済みモデルを記憶する。
学習済みモデル記憶装置301は、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する学習済みモデルを記憶する。
学習装置101は、学習済みモデルを生成して、学習済みモデル記憶装置301に記憶させる。
図5は、実施の形態1における空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを表わす図である。実施の形態1における空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータは、外気温度、外気湿度、室内温度、室内湿度、空調顕熱負荷、空調潜熱負荷、室内の設備の電力消費量および日時のうち少なくとも1つを含む。これらの空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータは、空気調和管理空間の開口部の開閉状態との間の関連性が高い。
空気調和制御部601は、室外温度センサ503から外気温度Tbを取得する。空気調和制御部601は、室外湿度センサ504から外気湿度Xbを取得する。空気調和制御部601は、室内温度センサ501から室内温度Taを取得する。空気調和制御部601は、室内湿度センサ502から室内湿度Xaを取得する。
空気調和制御部601は、室内温度Taと、目標温湿度入力部44で設定された目標温度Ta_tgtとの温度差ΔTを空調顕熱負荷Q1として算出する。
空気調和制御部601は、式(1)~(3)に従って、空調潜熱負荷Q2を算出する。
空気調和制御部601は、配電盤などから室内の設備の電力消費量を取得する。室内の設備の電力消費量は、空気調和システム、照明機器、パソコン、およびディスプレイなどの電力消費量を含む。空気調和制御部601は、内部のタイマなどによって日時を取得する。
空気調和制御部601は、配電盤などから室内の設備の電力消費量を取得する。室内の設備の電力消費量は、空気調和システム、照明機器、パソコン、およびディスプレイなどの電力消費量を含む。空気調和制御部601は、内部のタイマなどによって日時を取得する。
外気温度、外気湿度、室内温度、室内湿度、空調顕熱負荷、空調潜熱負荷、室内の設備の電力消費量および日時は、空気調和制御部601から学習装置101および推論装置201に送られる。
推論装置201は、学習済みモデル記憶装置301に記憶させている学習済みモデルを用いて、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する。
図6は、学習装置101の構成を表わす図である。学習装置101は、操作入力部104、データ取得部102、およびモデル生成部103を備える。
操作入力部104は、ユーザが現在の開口部の開閉状態を入力し、制御装置600へ出力する。
データ取得部102は、操作入力部104から、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を(正解)を取得する。たとえば、開いた状態を「0」、閉じた状態を「1」とする。データ取得部102は、操作入力部104から空気調和管理空間の開口部の開閉状態を取得した時点の空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを空気調和制御部601から取得する。
モデル生成部103は、データ取得部102が取得した空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータと、空気調和管理空間の開口部の開閉状態(正解)とが互いに関連付けられた学習用データに基づいて、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する学習済みモデルを生成する。
モデル生成部103が用いる学習アルゴリズムとして、教師あり学習、教師なし学習、または強化学習等の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、ニューラルネットワークを適用した場合について説明する。
図7は、ニューラルネットワークの構成を表わす図である。
モデル生成部103は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果(ラベル)のデータの組を学習装置101に与えることによって、それらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。
モデル生成部103は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果(ラベル)のデータの組を学習装置101に与えることによって、それらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる中間層(隠れ層)、及び複数のニューロンからなる出力層によって構成される。中間層は、1層、又は2層以上でもよい。
例えば、3層のニューラルネットワークであれば、複数の入力が入力層(X1~X3)に入力されると、その値に重みW1(w11~w16)を掛けて中間層(Y1~Y2)に入力され、その結果にさらに重みW2(w21~w26)を掛けて出力層(Z1~Z3)から出力される。この出力結果は、重みW1とW2の値によって変わる。
ニューラルネットワークは、データ取得部102によって取得される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する学習済みモデルを生成する。
すなわち、ニューラルネットワークは、入力層に空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを入力して出力層から出力された結果が、空気調和管理空間の開口部の開閉状態(正解)に近づくように重みW1とW2を調整することで学習する。
モデル生成部103は、以上のような学習を実行することで学習済みモデルを生成し、出力する。
学習済みモデル記憶装置301は、モデル生成部103から出力された学習済みモデルを記憶する。
図8は、学習装置101の学習手順を表わすフローチャートである。
ステップb1において、データ取得部102は、操作入力部104を通じて、ユーザが入力する空気調和管理空間の開口部の開閉状態を(正解)を取得する。データ取得部102は、操作入力部104を通じてユーザから入力される空気調和管理空間の開口部の開閉状態を取得した時点の空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを空気調和制御部601から取得する。
ステップb1において、データ取得部102は、操作入力部104を通じて、ユーザが入力する空気調和管理空間の開口部の開閉状態を(正解)を取得する。データ取得部102は、操作入力部104を通じてユーザから入力される空気調和管理空間の開口部の開閉状態を取得した時点の空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを空気調和制御部601から取得する。
ステップb2において、モデル生成部103は、データ取得部102が取得した空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータと、空気調和管理空間の開口部の開閉状態(正解)とが互いに関連付けられた学習用データに基づいて、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する学習済みモデルを生成する。
ステップb3において、学習済みモデル記憶装置301は、モデル生成部103が生成した学習済みモデルを記憶する。
図9は、推論装置201の構成を表わす図である。推論装置201は、データ取得部202、および推論部203を備える。
データ取得部202は、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを空気調和制御部601から取得する。
推論部203は、学習済みモデル記憶装置301に記憶されている学習済みモデルを利用して、データ取得部202によって取得した空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する。すなわち、推論部203は、学習済みモデルにデータ取得部202で取得した空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを入力することによって、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから推論される空気調和管理空間の開口部の開閉状態を出力することができる。
図10は、推論装置201の推論手順を表わすフローチャートである。
ステップc1において、データ取得部202は、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを空気調和制御部601から取得する。
ステップc1において、データ取得部202は、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを空気調和制御部601から取得する。
ステップc2において、推論部203は、学習済みモデル記憶装置301に記憶されている学習済みモデルを利用して、データ取得部202によって取得した空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する。
ステップc3において、推論部203は、学習済みモデルにより得られた空気調和管理空間の開口部の開閉状態を空気調和制御部601に出力する。
ステップc4において、空気調和管理空間の開口部が閉じた状態の場合に、処理がステップc5に進み、空気調和管理空間の開口部が開いた状態の場合に、処理がステップc6に進む。
ステップc5において、推論部203は、空気調和管理空間の開口部が閉じた状態であることを空気調和制御部601に通知する。ステップc6において、制御装置600は、空気調和管理空間の開口部が開いた状態であることを空気調和制御部601に通知する。
図11は、実施の形態1の空気調和制御の手順を表わすフローチャートである。
ステップS101において、空気調和制御部601は、目標温湿度入力部44を通じてユーザによって設定された室内目標温度および室内目標湿度に基づいて、空気調和装置1および換気装置13の通常運転を開始させる。
ステップS101において、空気調和制御部601は、目標温湿度入力部44を通じてユーザによって設定された室内目標温度および室内目標湿度に基づいて、空気調和装置1および換気装置13の通常運転を開始させる。
ステップS102において、空気調和制御部601が、空気調和管理空間の開口部が開いた状態である旨の通知を受信した場合には、処理がステップS103に進む。
ステップS103において、空気調和制御部601は、結露防止制御を開始する。
ステップS104において、空気調和制御部601が、空気調和管理空間の開口部が閉じた状態である旨の通知を受信した場合には、処理がステップS105に進む。
ステップS104において、空気調和制御部601が、空気調和管理空間の開口部が閉じた状態である旨の通知を受信した場合には、処理がステップS105に進む。
ステップS105において、空気調和制御部601は、空気調和装置1および換気装置13に通常運転を再開させる。空気調和制御部601は、ステップS102の前において、目標温湿度入力部44を通じてユーザによって設定された室内目標温度および室内目標湿度に基づいて、空気調和装置1および換気装置13の通常運転を再開させる。
図12は、実施の形態1の結露防止制御の手順を表わすフローチャートである。
ステップS201において、空気調和制御部601は、空気調和制御部601は、室内温度センサ501から室内温度Taを取得し、室内湿度センサ502から室内湿度Xaを取得する。
ステップS201において、空気調和制御部601は、空気調和制御部601は、室内温度センサ501から室内温度Taを取得し、室内湿度センサ502から室内湿度Xaを取得する。
ステップS202において、空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補が存在する場合に、処理がステップS203に進む。空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補が存在しない場合に、処理がステップS207に進む。
ステップS203において、空気調和制御部601は、各候補について、空調顕熱負荷Q1および空調潜熱負荷Q2を算出する。空気調和制御部601は、室内温度Taと、目標温湿度入力部44で設定された目標温度Ta_tgtとの温度差ΔTを空調顕熱負荷Q1として算出する。空気調和制御部601は、式(1)に基づいて、目標温湿度入力部44で設定された目標温度Ta_tgtを用いて、外気潜熱負荷Q2oを算出する。空気調和制御部601は、式(2)に従って、人体潜熱負荷Q2mを算出する。空気調和制御部601は、外気潜熱負荷Q2oと人体潜熱負荷Q2mとの和を空調潜熱負荷Q2として算出する。
ステップS204において、空気調和制御部601は、各候補について、その空調顕熱負荷Q1および空調潜熱負荷Q2に基づいて、予め定められたテーブルを参照して、空気調和装置1の消費電力と換気装置の消費電力との和Qxyを求める。
ステップS205において、空気調和制御部601は、消費電力の和Qxyが最小の候補を室内の目標温度Ta_tgt、および室内の目標湿度Xa_tgtの組み合わせに設定する。
ステップS206において、空気調和制御部601は、室内の目標温度Ta_tgt、および室内の目標湿度Xa_tgtの組み合わせに基づいて、空気調和装置1および換気装置13を制御する。
ステップS207において、空気調和制御部601は、空気調和装置1および換気装置13の冷媒の循環を停止させるとともに、空気調和装置1および換気装置13に送風運転をさせる。空気調和制御部601は、室内熱交換器用送風機8および給気用送風機10を運転させることによって、空気調和装置1および換気装置13に送風運転をさせる。
図13は、空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補の第1の例を表わす図である。
空気調和制御部601は、検出された室内温度Ta、および検出された室内湿度Xaに基づいて、空調吹き出し口が結露しない複数の室内の目標温度および室内の目標湿度の組み合わせの候補を設定する。空気調和制御部601は、(Ta,Xa)の4近傍(Ta+α、Xa-β)、(Ta+α、Xa+β)、(Ta-α、Xa-β)、(Ta-α、Xa+β)のうち、空気線図の相対湿度が100%の曲線よりも下側にあるものを空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補に設定する。ただし、αおよびβは、予め定められた値である。
本実施の形態によれば、空気調和管理空間の開口部からの自然換気の有無に応じて、空気調和設備を制御することができる。本実施の形態では、開口部が開いていることが検出された場合に、消費電力を抑制しつつ、結露を防止するように空気調和制御を実行することができる。
なお、開口部が開いていることが検出された場合に、開口部の閉め忘れしないようにユーザに通知してもよい。開口部が閉じていることが検出された場合に、ウイルスの感染防止のために開口部を開くようにユーザに通知してもよい。
実施の形態1の変形例1.
図14は、空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補の第2の例を表わす図である。
図14は、空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補の第2の例を表わす図である。
冷房運転時において、Tx以下の温度に設定が可能であるとする。空気調和制御部601は、検出された室内温度Ta、および検出された室内湿度Xaに基づいて、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補を設定する。
空気調和制御部601は、(Ta,Xa)の4近傍(Ta+α、Xa-β)、(Ta+α、Xa+β)、(Ta-α、Xa-β)、(Ta-α、Xa+β)のうち、空気線図の相対湿度が100%の曲線よりも下側にあり、かつ冷房運転時に設定可能上限温度Tx以下のものを空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補に設定する。ただし、αおよびβは、予め定められた値である。図14の例では、空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補が存在しない。
実施の形態1の変形例2.
図15は、空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補の第3の例を表わす図である。
図15は、空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補の第3の例を表わす図である。
空気調和制御部601は、空気線図の相対湿度が100%の曲線よりも下側にある、一定間隔dごとの格子上の点を空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補に設定する。
実施の形態2.
図16は、実施の形態2の空気調和システム100の構成を表わす図である。
図16は、実施の形態2の空気調和システム100の構成を表わす図である。
実施の形態2の空気調和システム100が、実施の形態1の空気調和システム100と相違する点は、実施の形態2の空気調和システム100は、換気装置13を備えない点である。
図17は、実施の形態2における空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを表わす図である。実施の形態2における空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータは、外気温度、外気湿度、室内温度、室内湿度、空調顕熱負荷、室内の設備の電力消費量および日時のうち少なくとも1つを含む。実施の形態2では、実施の形態1と異なり、空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータは、空調潜熱負荷を有さない。
学習装置101は、図17に示す熱負荷量に関するデータから、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する学習済みモデルを生成する。推論装置201は、学習済みモデルに図17に示す熱負荷量に関するデータを入力して、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を出力する。
図18は、実施の形態2の結露防止制御の手順を表わすフローチャートである。
ステップS301において、空気調和制御部601は、空気調和制御部601は、室内温度センサ501から室内温度Taを取得し、室内湿度センサ502から室内湿度Xaを取得する。
ステップS301において、空気調和制御部601は、空気調和制御部601は、室内温度センサ501から室内温度Taを取得し、室内湿度センサ502から室内湿度Xaを取得する。
ステップS302において、空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補が存在する場合に、処理がステップS303に進む。空調吹き出し口が結露しないような目標温度と目標湿度との組み合わせの候補が存在しない場合に、処理がステップS307に進む。
ステップS303において、空気調和制御部601は、各候補について、空調顕熱負荷Q1を算出する。空気調和制御部601は、室内温度Taと、目標温湿度入力部44で設定された目標温度Ta_tgtとの温度差ΔTを空調顕熱負荷Q1として算出する。
ステップS304において、空気調和制御部601は、各候補について、その空調顕熱負荷Q1に基づいて、予め定められたテーブルを参照して、空気調和装置1の消費電力Qxを求める。
ステップS305において、空気調和制御部601は、消費電力Qxが最小の候補を室内の目標温度Ta_tgt、および室内の目標湿度Xa_tgtの組み合わせに設定する。
ステップS306において、空気調和制御部601は、室内の目標温度Ta_tgt、および室内の目標湿度Xa_tgtの組み合わせに基づいて、空気調和装置1を制御する。
ステップS307において、空気調和制御部601は、空気調和装置1に送風運転をさせる。すなわち、空気調和制御部601は、空気調和システム内の冷媒の循環を停止させるとともに、室内熱交換器用送風機8を運転させる。
実施の形態3.
図19は、実施の形態3の空気調和システム100の構成を表わす図である。
図19は、実施の形態3の空気調和システム100の構成を表わす図である。
実施の形態3の空気調和システム100が、実施の形態1の空気調和システムと相違する点は、実施の形態3の空気調和システム100は、開口部検出センサ801を備える点である。
開口部検出センサ801は、空気調和管理空間の開閉状態を検出して、開閉状態を表わす検出信号を制御盤500へ出力する。
図20は、実施の形態3の制御盤500の構成を表わす図である。
実施の形態3の制御盤500は、学習装置101、学習済みモデル記憶装置301、おおよび推論装置201を備えない。空気調和制御部601は、開口部検出センサ801から空気調和管理空間の開閉状態を表わす検出信号を受ける。空気調和制御部601は、検出信号で表される空気調和管理空間の開閉状態に基づいて、実施の形態1と同様にして空気調和制御を実行する。
実施の形態3の制御盤500は、学習装置101、学習済みモデル記憶装置301、おおよび推論装置201を備えない。空気調和制御部601は、開口部検出センサ801から空気調和管理空間の開閉状態を表わす検出信号を受ける。空気調和制御部601は、検出信号で表される空気調和管理空間の開閉状態に基づいて、実施の形態1と同様にして空気調和制御を実行する。
変形例.
(1)学習装置101及び推論装置201は、空気調和システムの内部に設けられるが、ネットワークを通じて、空気調和システムと接続され、空気調和システムとは別個の装置であってもよい。さらに、学習装置101及び推論装置201は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
(1)学習装置101及び推論装置201は、空気調和システムの内部に設けられるが、ネットワークを通じて、空気調和システムと接続され、空気調和システムとは別個の装置であってもよい。さらに、学習装置101及び推論装置201は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
(2)実施の形態では、モデル生成部103が用いる学習アルゴリズムに教師あり学習を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。学習アルゴリズムについては、教師あり学習以外にも、強化学習、教師なし学習、又は半教師あり学習等を適用することも可能である。
モデル生成部103は、複数の空気調和システムにおいて作成される学習用データに従って、開口部の開口状態を学習するようにしてもよい。モデル生成部103は、同一のエリアで使用される複数の空気調和システムから学習用データを取得してもよいし、異なるエリアで独立して動作する複数の空気調和システムから収集される学習用データを利用して開口部の開口状態を学習してもよい。また、学習用データを収集する空気調和システムを途中で対象に追加したり、対象から除去することも可能である。さらに、ある空気調和システムに関して開口部の開閉状態を学習した学習装置を、これとは別の空気調和システムに適用し、この別の空気調和システムに関して開口部の開閉状態を再学習して更新するようにしてもよい。
(3)モデル生成部103が用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、またはサポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。
(4)図21は、学習装置101、推論装置201、または制御装置600のハードウェア構成を表わす図である。
学習装置101、推論装置201、および制御装置600は、相当する動作をデジタル回路のハードウェアまたはソフトウェアで構成することができる。学習装置101、推論装置201、および制御装置600の機能をソフトウェアを用いて実現する場合には、学習装置101、推論装置201、および制御装置600は、例えば、図21に示すように、バス5003によって接続されたプロセッサ5002とメモリ5001とを備え、メモリ5001に記憶されたプログラムをプロセッサ5002が実行するようにすることができる。
(5)上記の実施形態では、推論装置は、学習済みモデルを用いて、データ取得部が取得した入力データから、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論するものとしたが、これに限定するものではない。たとえば、推論装置は、ルールベース推論、または事例ベース推論に基づいて、データ取得部が取得した入力データから、空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論するものとしてもよい。
(6)上記の実施形態では、制御装置600は、空気調和管理空間の開口部が開いた状態のときに、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補が存在しない場合には、空気調和設備200の冷媒の循環を停止させるとともに、空気調和設備200を送風運転させたが、これに限定されるものではない。このような場合には、制御装置600は、空気調和設備200の送風運転も停止するものとしてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 空気調和装置、2 圧縮機、3 四方弁、4 室外熱交換器、5 膨張弁、5a 換気装置搭載膨張弁、6 室内熱交換器、7 室外熱交換器用送風機、8 室内熱交換器用送風機、9 換気装置用冷却器、10 給気用送風機、11 室内機、12 室外機、13 換気装置、21 排気用送風機、22 全熱交換器、23 湿度検出装置、24 CO2濃度検出装置、25 換気風量検出装置、31 蒸発温度検出装置、32 吸込温湿度検出装置、44 目標温湿度入力部、100 空気調和システム、101 学習装置、102,202 データ取得部、103 モデル生成部、104 操作入力部、200 空気調和設備、201 推論装置、203 推論部、301 学習済みモデル記憶装置、500 制御盤、501 室内温度センサ、502 室内湿度センサ、503 室外温度センサ、504 室外湿度センサ、600 制御装置、601 空気調和制御部、701 表示装置、801 開口部検出センサ、901 室内、903 伝送線、5001 メモリ、5002 プロセッサ、5003 バス。
Claims (11)
- 空気調和設備と、
空気調和管理空間の開口部が開いた状態である旨の通知を受けたときに、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補のうち、消費電力が最小の候補を選択し、選択した候補に基づいて、前記空気調和設備を制御する制御装置と、を備えた空気調和システム。 - 前記制御装置は、空気調和管理空間の開口部が開いた状態のときに、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補が存在しない場合には、前記空気調和設備の冷媒の循環を停止させるとともに、前記空気調和設備を送風運転させる、請求項1記載の空気調和システム。
- 室内温度を検出する室内温度センサと、
室内湿度を検出する室内湿度センサと、をさらに備え、
前記制御装置は、検出された前記室内温度、および検出された前記室内湿度に基づいて、空調吹き出し口が結露しない複数の室内目標温度および室内目標湿度の組み合わせの候補を設定する、請求項1または2記載の空気調和システム。 - 前記制御装置は、前記開口部が開いた状態である旨の通知を受けた後、前記開口部が閉じた状態である旨の通知を受けたときには、前記開口部が開いた状態である旨の通知を受ける前に目標温湿度入力部を通じて設定された室内目標温度および室内目標湿度に基づいて、前記空気調和設備を制御する、請求項1~3のいずれか1項に記載の空気調和システム。
- 空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから前記空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論し、前記制御装置に通知する推論装置をさらに備えた、請求項1~4のいずれか1項に記載の空気調和システム。
- 前記推論装置は、
空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータを取得するデータ取得部と、
前記空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータから前記空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論するための学習済みモデルに前記データ取得部が取得した熱負荷量に関するデータを入力して、前記空気調和管理空間の開口部の開閉状態を推論する推論部と、
を含む、請求項5記載の空気調和システム。 - 前記空気調和設備は、
空気調和装置と、
熱交換機能を有する換気装置と、を含み、
前記空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータは、外気温度、外気湿度、室内温度、室内湿度、空調顕熱負荷、空調潜熱負荷、室内の設備の電力消費量、および日時のうち少なくとも1つを含む、請求項6に記載の空気調和システム。 - 前記制御装置は、空調潜熱負荷および空調顕熱負荷に基づいて、前記消費電力を求める、請求項7記載の空気調和システム。
- 前記空気調和設備は、
空気調和装置を含み、
換気装置を含まず、
前記空気調和管理空間内の熱負荷量に関するデータは、外気温度、外気湿度、室内温度、室内湿度、空調顕熱負荷、室内の設備の電力消費量、および日時のうち少なくとも1つを含む、請求項6に記載の空気調和システム。 - 前記制御装置は、空調顕熱負荷に基づいて、前記消費電力を求める、請求項9記載の空気調和システム。
- 前記開口部は、窓、ドア、およびシャッタのうちのいずれかである、請求項1~10のいずれか1項に記載の空気調和システム。
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