JP7380276B2 - 空調システム、および、空調機の制御方法 - Google Patents
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Description
上記構成の空調システムにおいて、前記制御装置は、前記設定時間後における前記利用者の快適性が良好となるように前記空調機を制御することが好ましい。
(空調システムの全体構成の説明)
図1に示すように、本実施形態の空調システム20は、空調空間10を空調する。本実施形態の空調空間10には、利用者11が使用するテーブル12や椅子13などのほか、窓14が設置されている。
空調機21は、図示しない熱源機や室外機を有しており、熱源機や室外機に取り込まれた媒体で空気を温調した空調空気を吹出口22から空調空間10に給気する。本実施形態の空調機21は、空調空気の吹出方向が予め定めた一定方向に設定されている。
図2を用いて、空調機21、制御装置25、シミュレーション装置40を構成する情報処理装置H10のハードウェア構成を説明する。情報処理装置H10は、通信装置H11、入力装置H12、表示装置H13、記憶部H14、プロセッサH15を備える。なお、このハードウェア構成は一例であり、他のハードウェアにより実現することも可能である。
プロセッサH15は、記憶部H14に記憶されるプログラムやデータを用いて、各処理を制御する。プロセッサH15の一例としては、例えばCPUやMPU等がある。このプロセッサH15は、ROM等に記憶されるプログラムをRAMに展開して、各処理のための各種プロセスを実行する。
図1に示すように、制御装置25には、撮像部26と環境側温熱要素検出部27とがネットワークにより接続されている。撮像部26は、所定の間隔で空調空間10を撮像し、その撮像画像を示す画像データを制御装置25に出力する。環境側温熱要素検出部27は、空調空間10の外部空間に設置されており、空調空間10に対して熱的な影響、すなわち空調空間10の利用者11の温熱感覚に影響を与える環境側温熱要素情報として、日射量、外気温度、および、外気湿度を検出し、制御装置25に出力する。
温熱要素情報取得部32は、利用者11の温熱要素を示す利用者側温熱要素情報を取得する。
予測部34は、位置情報、利用者側温熱要素情報、環境側温熱要素情報、および、運転情報の各種パラメーターを境界条件とする予測モデル350を用いて、空調空間10の気流・温湿度分布、および、利用者11の部位ごとの生理量を予測する。
制御部37は、評価結果に応じて、制御指示値を空調機21に出力する。
この情報取得処理においては、位置情報取得部31は、撮像部26が出力した画像データを画像処理することで、位置情報として空調空間10における利用者11の位置および姿勢を取得する。
更に、運転情報取得部33は、運転情報として、空調機21が吹き出している空調空気の吹出温度および吹出風量を取得する。なお、運転情報取得部33は、制御装置25から空調機21への制御指示値を運転情報として取得してもよいし、空調機21に設置した各種検出部の検出値を運転情報として取得してもよい。
予測処理において、予測部34は、取得した位置情報、利用者側温熱要素情報、環境側温熱要素情報、および、運転情報の各種パラメーターを境界条件とする予測モデル350を用いて、空調空間10の気流・温湿度分布、および、利用者11の部位ごとの生理量、例えば皮膚温度や放熱量、発汗量などを利用者11ごとに予測する。この予測モデル350の生成方法について後述する。
評価処理において、評価部36は、予測した気流・温湿度分布および利用者11の生理量に基づいて、予め定めた設定時間後の利用者11の快適性を評価する。設定時間は、5分後であってもよいし、10分後であってもよいし、1時間後であってもよい。評価部36は、例えば、皮膚温度、放熱量、発汗量、ならびに、利用者11周辺の気流分布および温湿度分布の各パラメーターを示す値を所定の評価式に代入することにより、温冷感を示す値および快適感を示す値を算出する。そして、評価部36は、その算出した値に基づいて、温冷感および快適感を利用者ごとに評価する。評価部36は、温冷感の評価結果として、例えば、「寒い」、「ちょうど良い」、「暑い」のうちの1つを得る。評価部36は、快適感の評価結果として、例えば、「快適」、「不快」のいずれか一方を得る。
図5および図6を参照して予測モデル350の生成方法について説明する。予測モデル350は、シミュレーション装置40によって生成される。
空調機設定部42は、空調機設置情報52に基づいて、シミュレーション空間に対して空調機21の吹出口22の位置や形状、吹出方向などを設定する。
解析モデル記憶部44には、気流解析モデル440が記録される。この気流解析モデル440は、シミュレーション空間の気流分布および温湿度分布を算出するモデルである。また、解析モデル記憶部44には、数値サーマルマネキン441が記録される。数値サーマルマネキン441は、設定された環境下における人体の温熱生理応答を数値的に解析するモデルである。
学習部47は、教師データを用いた機械学習により、境界条件を入力値として、利用者11の部位ごとの生理量を予測する完全モデルを生成する。
また、シミュレーション装置40には、空調空間10に関する空調空間情報51、空調機21の設置状況に関する空調機設置情報52、および、シミュレーションに必要な条件に関する条件情報53が入力される。空調空間情報51は、空調空間10の形状のほか、テーブル12や椅子13などといった空調空間10における障害物、空調空間10に設置された窓14の位置や大きさ、向きなどを示す情報である。空調空間情報51は、例えば、空調空間10を示すBIMを中心に構成される。空調機設置情報52は、シミュレーション空間内に配置された空調機21の吹出口22の形状や位置、吹出方向を示す情報である。
メッシュモデル作成処理において、メッシュモデル作成部41は、空調空間情報51に基づいて空調空間10を再現した仮想空間であるシミュレーション空間を生成する。次に、メッシュモデル作成部41は、生成したシミュレーション空間を複数の3次元領域(メッシュ)に分割することによりメッシュモデルを作成する。
条件設定処理においては、シミュレーション部43は、条件情報に基づいて、シミュレーション空間における利用者11の位置および姿勢(位置情報)を設定するとともに、利用者11の属性、着衣量、および、代謝量(利用者側温熱要素情報)を設定する。また、シミュレーション部43は、条件情報に基づいて、日射量、外気温度、および、外気湿度(環境側温熱要素情報)を設定するとともに、空調機21の吹出温度および吹出風量(運転情報)を設定する。また、シミュレーション部43は、条件情報に基づいて、利用者11の部位ごとの生理量についての初期条件を設定する。
制御部37による制御指示値の演算方法の一例について説明する。
ここでは、制御部37は、ステップS101の情報取得処理において取得した境界条件のうち、運転情報以外の各種パラメーターを固定値として、評価部36の評価結果に基づく制御指示値の候補値を予測モデル350に代入する。例えば、制御部37は、温冷感が「暑い」と評価された利用者11の存在を検知した場合、現在の吹出温度よりも低い温度を吹出温度の候補値として代入する。また、制御部37は、温冷感が「寒い」と評価された利用者11の存在を検知した場合、現在の吹出温度よりも高い温度を吹出温度の候補値として代入する。また、制御部37は、温冷感が「暑い」、快適感が「不快」と評価された利用者11の存在を検知した場合、現在の吹出温度よりも低い温度を吹出温度の候補値として、現在の吹出風量よりも大きい風量を吹出風量の候補値として代入する。また、制御部37は、温冷感が「寒い」、快適感が「不快」と評価された利用者11の存在を検知した場合、現在の吹出温度よりも高い温度を吹出温度の候補値として、現在の吹出風量よりも小さい風量を吹出風量の候補値として代入する。
(1)空調システム20において、制御装置25は、各種の情報取得部31,32,33で取得した情報に基づく境界条件を予測モデル350に入力して、空調空間10における気流分布および温湿度分布、ならびに、利用者11の生理量を予測する。制御装置25は、その予測結果に基づいて利用者11の快適性を評価し、全ての利用者11の快適性が良好となるように空調機21を制御する。これにより、利用者11に対して快適な空調空間を提供することができる。
・予測モデル350は、予測完全モデルの縮約モデルに限らず、シミュレーション装置40が生成した予測完全モデルであってもよい。
Claims (7)
- 空調空間を空調する空調機と、
前記空調機を制御する制御装置と、を備えた空調システムであって、
前記制御装置は、
前記空調空間の利用者の位置情報、利用者側温熱要素情報、環境側温熱要素情報、および、前記空調機の運転情報を取得し、
前記取得した情報を境界条件として入力する予測モデルを用いて、前記空調空間の気流分布および温湿度分布、ならびに、前記利用者の生理量を予測し、
前記予測した結果に基づいて前記利用者の快適性を評価し、
前記評価した利用者の快適性に基づいて前記空調機を制御する
空調システム。 - 前記空調空間を撮像する撮像部をさらに備え、
前記制御装置は、前記空調空間を撮像した撮像画像に基づいて、前記位置情報および前記利用者側温熱要素情報を取得する
請求項1に記載の空調システム。 - 前記制御装置は、前記利用者側温熱要素情報として、前記利用者の着衣量、代謝量、ならびに、前記利用者の年齢および性別を示す属性を取得する
請求項2に記載の空調システム。 - 前記制御装置は、予め定めた設定時間後における前記空調空間の気流分布および温湿度分布、ならびに、前記利用者の生理量を予測する
請求項1~3のいずれか一項に記載の空調システム。 - 前記制御装置は、前記設定時間後における前記利用者の快適性が良好となるように前記空調機を制御する
請求項4に記載の空調システム。 - 前記空調空間の利用者の位置情報、前記利用者側温熱要素情報、前記環境側温熱要素情報、および、前記空調機の運転情報を変更した境界条件において、気流解析モデルと数値サーマルマネキンを用いたシミュレーションを行い、前記シミュレーションの結果から導出された完全モデルについての縮約モデルを、前記予測モデルとして用いた
請求項1~5のいずれか一項に記載の空調システム。 - 空調空間を空調する空調機の制御方法であって、
前記空調機を制御する制御装置が、
前記空調空間の利用者の位置情報、利用者側温熱要素情報、環境側温熱要素情報、および、前記空調機の運転情報を取得するステップと、
前記取得した情報を境界条件として入力する予測モデルを用いて、前記空調空間の気流分布および温湿度分布、ならびに、前記利用者の生理量を予測するステップと、
前記予測した結果に基づいて前記利用者の快適性を評価するステップと、
前記評価した利用者の快適性に基づいて前記空調機を制御するステップと、を実行する
空調機の制御方法。
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