JPH02176340A

JPH02176340A - 熱源機器の運転制御装置

Info

Publication number: JPH02176340A
Application number: JP63328956A
Authority: JP
Inventors: Sumiyasu Kodama; 純康小玉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、蓄熱槽に蓄えられる蓄熱量が目標時刻に目標
蓄熱量となるように、熱源機器の運転台数をファジィ推
論によって制御する熱源機器の運転制御装置に関する。

（従来の技術）ビルディング等の加設における空調設備では、ヒートポ
ンプ等の熱源機器によって温水・冷水を生産し、これを
蓄熱槽に蓄え、必要に応じて冷・暖房機器等の熱負荷機
器に供給している。

また、熱源機器が複数台設置された空調設備では、熱負
荷機器で消費される熱量と、蓄熱槽に蓄わえられる蓄熱
量に応じて熱源機器の運転台数を制御する必要がある。

このため、従来より次に示す熱源機器の運転台数制御が
知られている。

（１）　　蓄熱槽の蓄熱間を検出し、予め設定された蓄
熱目標値に対して蓄熱ｈ１が減少すると熱源機器の追加
運転を行ない、蓄熱間が増加すると熱源機器の運転台数
を減少させる制御方法。

（２）熱負荷機器で消費される熱量を予め予測し、この
予測値に基づいて各時刻における蓄熱目標を設定し、こ
の設定値と実際の蓄熱間との間に偏差が発生した場合に
熱源機器の運転台数を増減させる制御方法。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら１、前記（１〉の制御方法では、熱負荷ｔ
ｄの変化に応じて熱源機器を始動・停止させる頻度が増
大するため、ランニングコストが増大するとともに、熱
源機器の寿命を短くするという問題点がある。

また、前記（２）の制御方法では各時刻にお１ノる蓄熱
目標が設定されているので、熱源機器の始動・停止回数
はいくぶん緩和されるが、まだ不十分であり、より始動
・停止回数を減少さゼることが望ましい。更に、この制
御方法では各時刻における蓄熱目標に到達するまでの目
標値が一意的に決定されないので必要な蓄熱間を確保す
るゐり御が困難であるという課題があった。

この発明はこのような従来の課題を解決するためになさ
れたちので、その目的とするところは、熱ｉｔ≦！機器
の起動・停止回数を大幅に減少させ、かつ、目標時刻に
目標蓄熱ｉ１を確保することのできる熱源機器の運転台
数ｉｉ＋＋　’ａ（Ｉ装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は、蓄熱槽に蓄えら
れる蓄熱間が目標時刻に目４！！蓄熱八と仕るように熱
源機器の運転台数をファジィ推論によって制御する装置
であって、前記蓄熱槽に現在蓄えられている蓄熱量を計
測する蓄熱這計測手段と、１１ｆｆ記蓄熱槽の熱負荷闘
器で将来消費される熱量を予測する熱負荷予測手段と、
前記蓄熱槽に現在蓄えられている蓄熱量と前記熱負荷機
器で将来消費される熱量の予測値、及び予め設定されて
いる熱源機器１台当りの熱生産能力に基づいて、現在の
熱源機器の運転台数を維持した場合、１台増加させた場
合、１台減少させた場合の各場合毎に、将来蓄熱槽に蓄
えられる熱量の時間に対する関数を求める蓄熱量予測手
段と、前記蓄熱量予測手段で求められた各関数の目標時
刻にお（）る蓄熱間と目標蓄熱量との差、及び各関数の
蓄熱量が前記蓄熱槽における全蓄熱容量の１００％、及
び０％に達する時刻を求め、これらをファジィ変数とす
るファジィ変数設定手段と、前記各ファジィ変数に対す
るメンバシラ・ブ関数°、及びファジィ推論ルールが設
定されるファジィルールベースと、前記ファジィ変数、
前記メンバシップ関数、及び前記ファジィ推論ルールに
基づいて、前記熱源機器の運転台数をファジィ推論によ
って求めるファジィＪｆｔ論手段と、前記ファジィ推論
手段で求められた運転台数となるように前記熱源機器を
１ｌｌｌｌ　ｆｉｌする台数ｆｌｉｌｌ　Ｉ２０手段と
を有することが特徴である。

（作用）本発明による熱源機器の運転制御装置では、蓄熱槽に蓄
えられている蓄熱間、及び熱負荷機器で将来消費される
熱負荷予測値が求められている。

そして、求められた蓄熱間、及び熱負荷予測値から、現
在の熱源機器の運転台数を、それぞれ相持、１台減少、
１台増加させた場合の各場合毎に、蓄熱槽に蓄えられる
蓄熱量を時間関数として求めている。

そして、これらの各ｒ！Ａ数から、目標時刻における蓄
熱量と目標蓄熱量との差分値、及び各関数が全蓄熱容頒
の１００％、０％に達する時刻を求め、これらをファジ
ィ変動としてファジィ推論を行ない、熱源機器の運転台
数を決定している。

従って、熱負荷εの変化に対して、熱源機器の始動・停
止回路を極力少なくすることができる。

また、目標時刻において確実に目標蓄熱量を得ることが
できる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

同図において、ビルディングの地下室等に設けられた蓄
熱槽１は、冷暖房に使用される冷水、又は温水を苔える
ものであり、この蓄熱Ｗｊ１には複数台設置されたヒー
トポンプ等の熱源機器２から冷水、又は温水が供給され
る。また、蓄熱槽１は、冷暖房機器等の熱負荷機器３と
接続されており、この熱負荷機器３で消費される冷水、
又は温水を出力している。

また、第２図には冷水、又は温水の供給系統図が示され
ており、各熱ｇｉ機１２で生産された冷水、又は温水は
１次系送水ポンプ４によって蓄熱槽１に供給され蓄えら
、れている。そして、熱負ｖＩ機器３で消費される冷水
、又は温水は２次系送水ポンプ５によって熱負荷機器３
に供給されている。

また、蓄熱Ｉ！１１内には温瓜計６が複数個取イζ１け
られており、測定された温度は第１図における蓄熱量計
測部７に供給されている。更に、第２図における熱負荷
機器３への冷水、又は温水の供給経路には、カロリーメ
ータ８が取付けられており、熱負荷機器３で消費される
熱量がε１測され、この熱量は、第１図に承り熱負荷予
測部９に供給されている。

蓄熱量計測部７は、温度計６でε１測された湿度に基づ
いて、蓄熱槽１に現在蓄わえられている蓄熱量を求め、
これを蓄熱量予測部１０に供給している。

熱０荷予測部９は、カロリーメータ８で計測された消費
熱ωを塁に、実績平均、カルマンフィルタ、重回帰モデ
ル、ＧＭＤＨなどの方法によって、将来熱負荷機器３で
消費される熱量を予測しており、この予測値を蓄熱８予
ｉ１＋１１　、！！ｌ　１０に供給している。

蓄熱量予測部１０は、蓄熱槽１に現在蓄わえられている
熱ωと、熱負荷機器３で将来演費される熱量の予測値と
、予め設定されている熱ｙｙ　機器２の１台当りの熱生
産能力に基づいて、現在の熱源機器２の運転台数を維持
した場合と、１台増加させた場合と、１台減少させた場
合の各場合毎に、将来蓄熱槽１に蓄わえられる熱量の時
間に対する関数を求め、求められた各関数をファジィ変
数設定部１１へ供給している。

ファジィ変数設定部１１は、目標時刻、及び０際蓄熱り
が設定されると、蓄熱量予測部１０で求められた各関数
の目標時刻にＪ３ける蓄熱量と目標凸熱量との差分値を
求めている。また、各関数の蓄熱量が蓄熱槽１における
全蓄熱容Ｓの１００％、及び０％に達する時刻をそれぞ
れ求め、この時刻と前述した差分値とをファジィ変数と
してファジィ推論部１２に供給している。

ファジィ推論部１２は、ファジィ変数設定部１１で求め
られたファジィ変数と、ファジィルールベース１３に記
憶されている各ファジィ変数のメンバシップ関数、及び
ファジィ推論ルールに基づいて、熱源機器２の運転台数
をファジィ４ｆｔ論にＪ、って求め、求められた運転台
数を台数制御部１４に供給している。

台数制御装置１４は、ファジィ推論部１２で求められた
運転台数となるように熱源機器２を制御するものである
。

次に動作について説明する。

蓄熱槽１内に蓄わえられた冷水、又は温水のｉｆｆ度が
計測され、蓄熱量計測部７に供給されると、計測された
湿度に基づいて、現在時刻ｔｏにＪ３（」る蓄熱ＩＱ　
（ｔ　ｏ　＞　　［Ｇｃａｌ　］が求められる。

一方、熱負荷機器３に供給される熱量が熱負荷予測部９
に与えられると、熱負荷予測値ＱＬ（ｔ）［Ｑｃａｌ　
／ｈ　］が求められる。

また、蓄熱量予測部１０には熱源機器２の１台当りの熱
生産能力（Ｊ　Ｐ　　［Ｇｃａｌ　／ｈ　］が設定され
ており、この熱生産能力ｑｐと蓄熱量Ｑ＜ｔｏ）と熱負
荷予測ＩＩｑＬ　（ｉに基づいて、現在の熱源機器２の
運転台数をそれぞれ維持、１台減少、１台増加させた場
合の蓄熱量の時間関数Ｑｏ　（ｔ）Ｑｌｌｌ　　（ｔ　
＞、　Ｑｌ）（ｔ　’）を導びいている。これらの関数
を次のく１）〜（４）式に示す。

Ｑｏ　　（Ｌｏ　＞＝ｏｍ　　（ｊｏ　）＝ＱＰ　（ｔ
ｏ　）−Ｑ（（。）　　　　　　　　　　　　　・・・
（１）Ｑｏ　　（ｔ　＋１　）　＝Ｑｏ　　（ｔ　）　
＋ＮＸＱ　ｐｑｃ（ｔ）　　　　　　・・・（２）Ｑｍ　　（ｔ　−１−１＞　＝Ｑｍ　　（ｔ　）　＋　
（Ｎ−１＞ＸｑＰ−ｑＬ（ｔ）　　　・・・（１）Ｑｐ
　（ｔ　＋１＞＝Ｑｒ　（ｔ　）＋　（Ｎ１３）ＸｑＰ
−ｑｌ（ｔ）　　　・・・（４）ただし、Ｎは熱源機器
の運転台数を示しており、（２）〜（４〉式の左辺に示
された”ｔ＋１”は、時刻【の１時間後の時刻を示して
いる。

また、〈１〉〜（４）式で示される関数は第３図に示す
グラフのように変化する。

次いで、ファジィ変数設定部１１では、求められた各関
数Ｑｏ　　Ｎ　）、ＱｌＯ（ｔ　＞、ＱＰ　　（【）の
、目標時刻［ａにお（Ｊる蓄熱Ｒと、０標蓄熱ｆｆ１Ｑ
ａとの差分値ΔＱ、ｏ、ΔＱｌｎ　、　ΔＱＰ　ヲ次〕
（５）〜（７）式によって求めている。

△Ｑｏ　＝Ｑａ　−Ｑｏ　　（ｔａ）　　　　　　　　
　−（’ｉ＞６０ｍ　＝Ｑａ　＝Ｑｍ　　（ｔａ）　　
　　　　　　　・（６）ΔＱｐ　−Ｑａ　−Ｑｐ　　（
Ｌａ＞　　　　　　　　　−＜７＞更に、ファジィ変数
設定部１１では、各関数Ｑｏ　　（ｔ）、Ｑｍ　（ｔ）
、ＱＰ　（ｔ）から、次に示す時刻ｔｏｏ、　ｔａｕ、
　ｔｍｏ、　ｔｍｕ、　ｔｐｏ、　ｔｐｕを求めている
。

ｔｏｏ：Ｑｏ　　（ｔ　）が蓄熱８徂の１００％を上回
る時刻ｔｏＵ　：　Ｑｏ　　（ｔ　）が蓄熱容量の０％を下回
る時刻ｔｍＱＨＱｍ（ｔ）が蓄熱容徂の１００％を上回る時刻ｔｍＵ　：　Ｑｍ　　（ｔ　）が蓄熱量Ｍの０％を下回
る時刻ｔｐＱ　：　ＱＰ　　（ｔ　）が蓄熱容量の１００％を
上回る時刻ｔｐＵ　：ＱＰ　　Ｎ　）が蓄熱容量の０％を下回る時
刻そして、求められた各差分値△Ｑｏ　、ΔＱｍ。

ΔＱｐ、及び、各時刻ｔｏｏ、　ｔｏｅ、　ｔｍｏ、　
ｔｍｕ。

ｔｐｏ、　ｔａｕは、ファジィ変数として設定される。

つまり、熱源機器の運転台数をそれぞれ、維持、１台減
少、１台増加させた場合の目標１．１刻における各蓄熱
量と、目標蓄熱ｈ″１との偏差が大きいか小さいかを示
す度合、及び、それぞれの場合に、全蓄熱容重の１００
％、又は０％に達する時刻が早いか遅いかを示す度合を
、あいまい聞として定義している。

また、ファジィルールベース１３に設定された各ファジ
ィ変数のメンバシップ関数は第４図、第５図に示されて
いる。

第４図において、横軸はファジィ変数ΔＱｏ　。

△Ｑｍ、△Ｑｐであり、縦軸は各ファジィ変数に対する
メンバシップ関数μ（△ＱＯ）、μ（６０ｍ）、μ（Δ
Ｑｌである。また、これら各メンバシップ関数における
ファジィラベルは次のように設定されている。

ＮＢ：負で大きい　ＮＭ：負で中程度の大きさＮＳ：負
で小さい　Ｚ：はぼ零ＰＳ：正で小ざい　ＰＭ：正で中程度の人さ・さＰＳ：
正で大きいまた、横軸目盛のｔａは目標蓄熱量Ｑａの許容範囲であ
り、この範囲に納まるように蓄熱ｆが制御される。

また、第５図において、横軸はファジィ変数ｔ。

ｏ、　ｔｏｕ、　ｔ！Ｉｌｏ、　ｔｍｊＪ、　ｔｐｏ、
　ｔｐｕであり、縦軸は各ファジィ変数に対するメンバ
シップ関数μ（ｔｏｏ）　、　μ（ｔｏｌＪ）　、　ｕ
　（ｔｍｏ）　、　ｕ　（ｔｎｌＪ）　。

μ（ｔｌ）０）、μ（ｔｐＵ）である。そして、これら
各メンバシップ関数におけるファジィラベルは次のよう
に設定されている。

Ｚ：はぼ零　　　　ＰＳ：正で小さいＰＭ：正で中程度の大きさＰＢ：正で大さいＩ：目標時刻より先であるまた、ファジィルールベース１３には、例えば次に示す
ファジィ推論ルールが定義されている。

ｉｆ　　ｔｏｏ＝　ｌ　　ａｎｄ　　ｔｏＵ＝　１ａｎ
ｄ　　ΔＱＯ＝Ｚ　　ｔｈｅｎ　　ΔＮ−Ｚこのルール
は、現在の′Ｍ転転数数維持した場合において、蓄熱量
が全蓄熱容置の１００％に達する時刻、及び０％に達す
る時刻がともに目標時刻ｔａよりも先であり、かつ、目
標時刻ｔａにおける蓄熱ｆｆ１Ｑｏ　　（Ｌａ）と目標
蓄熱量Ｑａとの［がほぼ零のときには、現在の熱源機器
２の運転台数を維持することを定義している。

そして、このようなファジィ推論ルールが、制御性、安
全性の点を考慮して多数定義されており、ファジィ推論
部１２では、これらのファジィ推論ルールを基に、例え
ば、公知の技術であるマムダ二の方法等のファジィ推論
方法によって熱源機器２の運転台数を決定している。

その結果、台数制御部１４では、決定された運転台数と
なるように熱源機器２を制御している。

このようにして、本実施例では、現在の熱源機器２の運
転台数を、それぞれ維持、１台減少、１台増加させた場
合の各場合毎に、蓄熱槽１に蓄わえられる将来の蓄、熱
ｍを時間関数として求めている。そして、これらの各関
数から、目標＋１５刻における蓄熱量と目標蓄熱量との
差分値、及び各関数が前記蓄熱容量の１００％、０％に
達する時刻を求め、これらをファジィ変数としてファジ
ィ推論を行ない、熱源機器２の運転台数を決定している
。

従って、熱負荷母の変化に対して熱源機器２の始動・停
止回数を極力少なくすることができる。

また、目標時刻において確実に目標蓄熱量を１りること
ができるようになる。

［発明の効果〕以上説明したように、本発明では、熱源機器の運転台数
をファジィ推論によって求めている。

従って、従来のように熱負荷ｍが変化したとぎに、頻繁
に熱源機器の運転・停止が行なわれることはなく、運転
・停止回数を極力少なくすることができる。このため、
ランニングコストの増大や、熱源機器の寿命が短かくな
るという不具合は解消される。

また、熱源機器の制御性が向上するので、目標時刻にお
いて確実に目標蓄熱分を１ｑることができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は温水
・冷水の供給系統を示す図、第３図は蓄熱槽に蓄わえら
れる蓄熱量の時間に対する関数を示す特性図、第４図は
ファジィ変数ΔＱｏ　、ΔＱｍ、ΔＱＰのメンバシップ
関数を示す図、第５図はファジィ変数ｔｏｏ、　ｔｏＬ
Ｊ、　ｔＩｌｉｏ、　ｔｏ＋Ｕ、　ｔｐＱ。ｔｐＵのメンバシップ関数を示す図である。１・・・蓄熱槽　　　　　　２・・・熱源機器３・・・
熱負伺機器　　　　７・・・蓄熱ム計測部９・・・熱負
荷予測部　　　１０・・・蓄熱間予測部１１・・・ファ
ジィ変数設定部１２・・・ファジィ推論部１３・・・ファジィルールベース１４・・・台数制御部

Claims

【特許請求の範囲】蓄熱槽に蓄えられる蓄熱量が目標時刻に目標蓄熱量とな
るように熱源機器の運転台数をファジィ推論によつて制
御する装置であって、前記蓄熱槽に現在蓄えられている蓄熱量を計測する蓄熱
量計測手段と、前記蓄熱槽の熱負荷機器で将来消費される熱量を予測す
る熱負荷予測手段と、前記蓄熱槽に現在蓄えられている蓄熱量と前記熱負荷機
器で将来消費される熱量の予測値、及び予め設定されて
いる熱源機器１台当りの熱生産能力に基づいて、現在の
熱源機器の運転台数を維持した場合、１台増加させた場
合、１台減少させた場合の各場合毎に、将来蓄熱槽に蓄
えられる熱量の時間に対する関数を求める蓄熱量予測手
段と、前記蓄熱量予測手段で求められた各関数の目標時
刻における蓄熱量と目標蓄熱量との差、及び各関数の蓄
熱量が前記蓄熱槽における全蓄熱容量の１００％、及び
０％に達する時刻を求め、これらをファジィ変数とする
ファジィ変数設定手段と、前記各ファジィ、変数に対す
るメンバシップ関数、及びファジィ推論ルールが設定さ
れるファジィルールベースと、前記ファジィ変数、前記メンバシップ関数、及び前記フ
ァジィ推論ルールに基づいて、前記熱源機器の運転台数
をフアジィ推論によって求めるファジィ推論手段と、前記ファジィ推論手段で求められた運転台数となるよう
に前記熱源機器を制御する台数制御手段と、を有することを特徴とする熱源機器の運転制御装置。