JPWO2014174871A1 - 空調制御システム及び空調制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(空調制御システム1の構成例1)
図1は、本発明の実施の形態1における空調制御システム1の概略構成の一例を示す図である。図1に示すように、空調制御システム1は、空調コントローラ11と、空調設備12とを備える。空調コントローラ11と、空調設備12とは、空調ネットワーク13を介して接続されている。
図2は、本発明の実施の形態1における空調制御システム1の概略構成の別の一例を示す図である。図2に示すように、空調制御システム1には、空調制御用計算機15が設けられている。空調制御用計算機15は、汎用ネットワーク16を介して、空調コントローラ11と接続されている。空調制御用計算機15は、汎用ネットワーク16を介して、空調コントローラ11と各種通信が行われる。
次に、上記で説明した空調制御システム1に実装される機能について図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態1における空調制御システム1の機能構成の一例を示す図である。図3に示すように、空調制御システム1は、機能構成として、条件設定部31、熱負荷予測部32、運転計画立案部33、運転計画補正部34、データ計測部35、及び制御指令部36等を備える。
以下、各部の詳細について説明する。
条件設定部31では、熱負荷予測部32、運転計画立案部33、及び運転計画補正部34の実行条件である空調運転の計画対象期間、時間刻み、快適温度範囲、及び設定温度等の各種設定条件が設定される。条件設定部31では、熱負荷及び温度の予測に必要な各種設定条件として、外気温、日射量、内部発熱量、空調設備12の構成要素である各機器の特性及び接続関係、並びに空調設備12の構成要素である各機器のフロア内での配置等が設定される。また、計画対象期間中、室温を快適温度範囲に維持させる期間として、快適維持期間が設定されてもよい。
熱負荷予測部32は、熱負荷予測手段41を備える。熱負荷予測手段41は、各種設定条件である各種入力データに基づいて、計画対象期間中に、空調設備12で処理される熱量の時間変化を予測する。各種入力データは、例えば、計画対象期間中の空調設備12の設定温度と、気象データと、内部発熱データとである。気象データは、外気温及び日射量の少なくとも一方を含むデータである。内部発熱データは、建物内部で発生する熱に関するデータである。
運転計画立案部33は、計画対象期間において、室内の温度を所定の快適温度範囲内に維持させる等の制約条件下で、評価指標である消費電力量又はランニングコストの何れかを、予め定めた計算時間内で、最小化するように、空調設備12の運転計画を立案する。この機能を実現するために、運転計画立案部33は、運転計画作成手段42と、温度予測手段43と、計画評価手段44とを備える。
温度予測手段43では、運転パターンと、気象データと、内部発熱データとを入力データとして、計画対象期間の室内の温度の時間変化を予測する。運転パターンは、計画対象期間の空調設備12の運転パターンである。気象データは、外気温及び日射量の少なくとも一方を含むデータである。内部発熱データは、建物内部で発生する発熱データである。温度予測手段43には、室内の温度の時間変化を予測する建物の熱特性をモデル化した室温予測モデルが実装されている。室温予測モデルは、例えば、次に表される式(1)〜(3)の熱伝導方程式に基づく数式モデルである。このような熱伝導方程式に、入力データを与えることで、出力である室内の温度が求まる。
次に、運転計画補正部34について説明する。運転計画補正部34では、空調設備12の制御実行時、予め設定された補正ルールに従い、運転計画立案部33で立案した運転計画を補正する。この機能を実現するために、図3に示すように、運転計画補正部34は、温度誤差評価手段46、温度予測手段47、補正計画作成手段48、及び補正計画評価手段49を備える。
温度予測手段47は、温度予測手段43と同一の機能構成であってもよく、異なる機能構成であってもよい。例えば、温度を1[℃]変化させるために必要な空調機の出力の変更幅を、空調機の特性又は上記で説明した熱伝導方程式の熱抵抗及び熱容量等から決定し、決定した空調機の出力の変更幅に基づいて簡易的に温度を予測してもよい。
データ計測部35は、空調設備12の運転データを計測し、計測結果を、熱負荷予測部32、運転計画立案部33、及び運転計画補正部34等に供給する。また、データ計測部35は、運転計画立案部33の温度予測手段43と、運転計画補正部34の温度予測手段47とにも計測結果を供給する。なお、データ計測部35は、熱負荷予測部32に実装されている熱負荷予測モデルに必要な各種データを計測し、計測結果を熱負荷予測部32に供給してもよい。また、データ計測部35は、温度予測手段43及び温度予測手段47のそれぞれに実装されている室温予測モデルに必要な各種データを計測し、計測結果を温度予測手段43及び温度予測手段47のそれぞれに供給してもよい。
制御指令部36は、予め設定された周期、例えば、制御指令実行周期で、空調設備12に、運転計画補正部34が補正した運転計画である制御指令を送信する。制御指令実行周期は、例えば、5分周期である。
(ステップS11)
空調制御システム1は、運転計画立案周期であるか否かを判定する。空調制御システム1は、運転計画立案周期でない場合、ステップS11に戻る。一方、空調制御システム1は、運転計画立案周期である場合、ステップS12に進む。
空調制御システム1は、立案フラグを0に設定する。
(ステップS13)
空調制御システム1は、各種条件を設定する。具体的には、空調制御システム1は、ステップS14の熱負荷予測処理と、ステップS15〜ステップS17の運転計画立案処理とで必要となる各種条件を設定する。そのような各種条件は、例えば、外気温の予測値、日射量の予測値、内部発熱量の予測値、及び設定温度等である。各予測値の設定方法については特に限定されない。例えば、外気温の予測値と、日射量の予測値とについては、インターネット経由で入手する気象データに基づいて設定してもよい。内部発熱量の予測値については、平日と、休日との標準的な内部発熱量パターンを事前に準備しておいたものを設定してもよい。なお、必要となる各種条件は、熱負荷予測処理と、運転計画立案処理とでは、一般的にそれぞれ異なる。
(ステップS14)
空調制御システム1は、設定した各種条件に基づいて熱負荷を予測する。具体的には、空調制御システム1は、条件設定処理で設定した各種条件に従い、条件設定処理、熱負荷予測処理、及び運転計画立案処理を実行する時刻と比べて未来の時刻であって、先のある期間、例えば、計画対象期間における予め定めた時間刻みの熱負荷を予測する。さらに具体的には、計画対象期間を翌日0時から24時とし、条件設定処理で設定した外気温の予測値と、日射量の予測値と、内部発熱量の予測値と、設定温度とを入力として、設定温度を満足するために必要な5分刻みの空調機供給熱量を出力する。なお、ここでは、空調機供給熱量として説明したが、実際の空調機の動作としては、暖房の場合は供給熱量であって、冷房の場合は除去熱量である。ただし、除去熱量はマイナスの供給熱量として考えればよいため、統一して供給熱量として説明する。また、空調機供給熱量の符号を反転したものが、熱負荷である。
(ステップS15)
空調制御システム1は、予測した熱負荷と、制約条件と、評価指標とに基づいて、運転計画を立案する。運転計画とは、例えば、室外機12aに対応する5分刻みの圧縮機周波数又は能力セーブ率等の指令値等である。空調設備12は、通常、複数の種類、複数の台数の機器から構成されるので、各機器のさまざまな運転パターンのうち、制約条件を満たしつつ、消費電力量等の評価指標を最小化するような運転計画を立案する。評価指標によっては、例えば、快適性の場合には、最大化するような運転計画を立案する。
空調制御システム1は、設定した各種条件と、立案した運転計画とに基づいて室温を予測する。具体的には、空調制御システム1は、計画対象期間における予め設定された時間刻みの室内の温度を予測する。さらに具体的には、空調制御システム1は、計画対象期間は、翌日0時から24時とし、条件設定処理で設定した外気温の予測値と、日射量の予測値と、内部発熱量の予測値と、空調設備12の運転計画とを入力として、5分刻みの室内の温度の予測値を出力する。
空調制御システム1は、立案フラグを1に設定し、ステップS11に戻る。なお、立案フラグが1に設定された場合、立案した運転計画が運転計画補正部34に出力されると想定する。
(ステップS41)
空調制御システム1は、運転計画補正周期であるか否かを判定する。空調制御システム1は、運転計画補正周期である場合、ステップS42に進む。一方、空調制御システム1は、運転計画補正周期でない場合、ステップS41に戻る。
空調制御システム1は、計測結果を受信したか否かを判定する。空調制御システム1は、計測結果を受信した場合、ステップS43に進む。一方、空調制御システム1は、計測結果を受信しない場合、ステップS42に戻る。データ計測処理と運転計画補正処理を並列に実行する場合には、ステップS42では受信したものと判定してステップS43に進む。この場合には、直前に受信した計測結果を用いてステップS43以降の補正を行う。
空調制御システム1は、立案フラグが1であるか否かを判定する。空調制御システム1は、立案フラグが1である場合、ステップS44に進む。一方、空調制御システム1は、立案フラグが1でない場合、ステップS41に戻る。ただし、この立案フラグは制御実行当日を対象とした立案フラグであり、前日21:00に運転計画立案中に設定する翌日分の立案フラグとは異なる。
空調制御システム1は、運転計画立案処理で予測した室温と、計測した室温とに基づいて、制約条件を満たしつつ予め設定された目標設定範囲内で評価指標を最小化するように運転計画を補正する。
空調制御システム1は、設定した各種条件と、補正した運転計画とに基づいて室温を予測する。そして、ステップS41に戻る。
(ステップS61)
空調制御システム1は、データ計測周期であるか否かを判定する。空調制御システム1は、データ計測周期である場合、ステップS62に進む。一方、空調制御システム1は、データ計測周期でない場合、ステップS61に戻る。
空調制御システム1は、データを計測する。
空調制御システム1は、計測結果を送信し、ステップS61に戻る。
(ステップS71)
空調制御システム1は、制御指令実行周期であるか否かを判定する。空調制御システム1は、制御指令実行周期である場合、ステップS72に進む。一方、空調制御システム1は、制御指令実行周期でない場合、ステップS71に戻る。
空調制御システム1は、補正した運転計画に基づいて空調設備12に制御指令値を送信し、ステップS71に戻る。
上記で説明した一例の動作で運転計画を補正することで、運転計画立案時に立案した、評価指標を最大化又は最小化するような空調設備12の運転計画を踏襲しつつ、制御実行時の状況の変化に応じて、評価指標を最大化又は最小化する空調設備12の制御を実行することができるので、快適性を維持しつつ、省エネを実現することができる。
(評価指標及び制約条件のバリエーション)
実施の形態1との相違点は、評価指標及び制約条件である。実施の形態1においては、運転計画立案部33及び運転計画補正部34の評価指標として、消費電力量を採用したが、ランニングコストが採用されてもよい。図9は、本発明の実施の形態2におけるランニングコストを評価指標に含めた一例を示す図である。図9に示すように、評価指標として、条件設定部31で設定されたランニングコストが、運転計画立案部33及び運転計画補正部34のそれぞれに供給される。このときには、必要に応じて、条件設定部31において、時間帯別の電力量料金等が設定されてもよい。
上記で説明した構成で、単に、消費電力量及びランニングコストを最小化するための評価指標ではなく、快適性も含めた評価指標となり、省エネ性と快適性とのバランスを考慮した空調設備12の運転計画を立案し、補正することができる。
また、実施の形態1では、温度を予め設定された快適温度範囲内に維持することを温度に関する制約条件としたが、これに加え、温度の時間変化率を予め設定された温度変化率内に維持することを制約条件に加えてもよい。つまり、温度の時間変化率が、温度の時間変化率上限値を超えないことを制約条件としてもよい。図11は、本発明の実施の形態2における温度に関する条件を制約条件に含めた一例を示す図である。図11に示すように、温度の時間変化率上限値が新たな温度制約条件に追加されている。
上記で説明した構成で、さまざまな視点での快適性を考慮した空調設備12の運転計画を立案し、補正することができる。
また、実施の形態1では、制約条件を満たす空調設備12の運転パターンのうち、消費電力量を最小化する運転パターンを運転計画としたが、制約条件からの逸脱量に予め定めた重みをつけたものと、本来の評価指標とを加算したものを、評価指標として再定義することで、制約条件を若干逸脱したとしても、省エネ性を高くすることができる空調設備12の運転計画が許容される。図12は、本発明の実施の形態2における制約条件からの逸脱量を評価指標に含めた一例を示す図である。図12に示すように、制約条件からの逸脱量に、予め定めた重みを乗算し、乗算結果と、評価指標とを加算した結果を評価指標として再定義し、条件設定部31から運転計画立案部33及び運転計画補正部34のそれぞれに供給している。
上記で説明した構成で、制約条件を若干逸脱していても、省エネ性を高くできる空調設備12の運転計画を立案し、補正することができる。
(デマンドレスポンス)
翌日であって、ある時間帯、例えば、第1の期間に、ピーク電力の削減、つまり、ピークカットが必要になることが想定される。また、第1の期間にピークカットが必要となることが事前に分かっていることが想定される。なお、説明の便宜上、第1の期間に対応するピーク電力の目標値を、第1の目標電力と称する場合がある。図13は、本発明の実施の形態3における各種設定条件の一例を示す図である。図13に示すように、温度制約条件には、第1の期間に対応する第1の快適温度範囲と、第2の期間に対応する第2の快適温度範囲とが設定されている。また、電力制約条件には、第1の期間に対応する第1のピーク電力上限値と、第2の期間に対応する第2のピーク電力上限値とが設定されている。
空調制御システム1は、運転計画立案周期であるか否かを判定する。空調制御システム1は、運転計画立案周期である場合、ステップS92に進む。一方、空調制御システム1は、運転計画立案周期でない場合、ステップS91に戻る。
空調制御システム1は、立案フラグを0に設定する。
(ステップS93)
空調制御システム1は、各種条件を設定する。
(ステップS94)
空調制御システム1は、設定した各種条件に基づいて熱負荷を予測する。
(ステップS95)
空調制御システム1は、予測した熱負荷と、制約条件と、評価指標とに基づいて運転計画を立案する。
空調制御システム1は、設定した各種条件と、立案した運転計画とに基づいて室温を予測する。
空調制御システム1は、予測した室温が第1の快適温度範囲から逸脱しているか否かを判定する。空調制御システム1は、予測した室温が第1の快適温度範囲から逸脱している場合、ステップS98に進む。一方、空調制御システム1は、予測した室温が第1の快適温度範囲から逸脱していない場合、処理を終了する。
空調制御システム1は、温度フラグを1に設定する。
空調制御システム1は、時間フラグを1に設定する。
空調制御システム1は、第2の期間をα分に設定して制約条件に追加する。α分は、例えば、30分である。
空調制御システム1は、時間フラグが0であるか否かを判定する。空調制御システム1は、時間フラグが0である場合、ステップS103に進む。一方、空調制御システム1は、時間フラグが0でない場合、ステップS102に進む。
空調制御システム1は、第2の快適温度範囲を第1の快適温度範囲−β℃に設定して制約条件に追加する。β[℃]は、例えば、0.5[℃]である。
空調制御システム1は、予測した熱負荷と、制約条件と、評価指標とに基づいて、運転計画を再立案する。
空調制御システム1は、設定した各種条件と、再立案した運転計画とに基づいて室温を予測する。
空調制御システム1は、予測した室温が第1の快適温度範囲から逸脱しているか否かを判定する。空調制御システム1は、予測した室温が第1の快適温度範囲から逸脱している場合、ステップS106に進む。一方、空調制御システム1は、予測した室温が第1の快適温度範囲から逸脱していない場合、処理を終了する。
空調制御システム1は、温度フラグが0であるか否かを判定する。空調制御システム1は、温度フラグが0である場合、ステップS110に進む。一方、空調制御システム1は、温度フラグが0でない場合、ステップS107に進む。
空調制御システム1は、時間フラグを1に設定する。
空調制御システム1は、βをβ−予め設定した温度下げ幅に設定する。新たに設定されたβは、例えば、第1の期間に対応する温度範囲から1[℃]下げた値である。つまり、この場合には、ステップS102の処理と対比すると、予め設定した温度下げ幅が、0.5[℃]に設定された一例である。
空調制御システム1は、温度フラグを0に設定し、ステップS102に戻る。
空調制御システム1は、時間フラグが0であるか否かを判定する。空調制御システム1は、時間フラグが0である場合、ステップS103に戻る。一方、空調制御システム1は、時間フラグが0でない場合、ステップS111に進む。
空調制御システム1は、温度フラグを1に設定する。
空調制御システム1は、αをα−予め設定した時間増加幅に設定し、ステップS113に進む。新たに設定されたαは、例えば、1時間である。つまり、この場合には、ステップS100の処理と対比すると、予め設定した時間増加幅が、30分に設定された一例である。
空調制御システム1は、時間フラグを0に設定し、ステップS100に戻る。
上記の構成で、ピークカット直前の予冷及び予熱をすることで、デマンドレスポンス等による特定の時間帯でのピークカットに事前に準備できるため、ピークカット期間で、ピークカットを達成するとともに、室内の温度が快適温度範囲を逸脱しないようにしつつ、期間全体にわたって消費電力量を削減することができる。
本実施の形態4においては、快適性に関連する制約条件及び評価指標として、温度に関するものに加え、さらに湿度及びCO2濃度の少なくとも一方に関するものを考慮する。図16は、本発明の実施の形態4における空調制御システム1の機能構成の一例を示す図である。図16に示すように、空調制御システム1は、運転計画立案部33に、湿度予測手段91と、CO2濃度予測手段92との少なくとも1つ以上をさらに備える。また、空調制御システム1は、運転計画補正部34に、湿度予測手段101と、CO2濃度予測手段102との少なくとも1つ以上をさらに備える。
上記で説明した構成で、温度だけでなく、湿度及びCO2濃度も含めたさまざまな視点での快適性を考慮した空調設備12の運転計画を立案し、補正することができる。
実施の形態1において、室温の時間的なばらつきと、室温の空間的なばらつきとについて説明した。このようなばらつきは、室温が設定温度で一定となるように空調機を運転するのではなく、制約条件として、室温がある快適温度範囲で推移することを許容することによって生じるものである。
まず、空調機の一般的な特性を図19を用いて説明する。図19は、空調機の一般的な特性を示す図である。図19は、空調機の出力に対する空調効率(COP:Coefficient Of Performance)のグラフである。COPとは、空調機への入力(電力kW)に対する出力(処理熱量kW)の比を表したものである。図19に示すように、一般的には、空調機は、低出力及び高出力の範囲で効率が悪いという特性がある。図19に示す一例では、定格出力に対して60%が最も効率がよい特性となっている。処理熱負荷の時間的分散及び処理熱負荷の空間的分散は、このような空調機の特性を利用した処理である。
次に、処理熱負荷の時間的分散の概要について説明する。処理熱負荷の時間的分散では、空調運転の計画対象期間における何れかの時間帯の熱負荷の少なくとも一部が、別の時間帯で処理される。例えば、実施の形態1で説明したように、熱伝導方程式に基づく温度予測モデルをシステムが持つ場合、このようなシステムは、室温の時間変動を予測することができる。よって、このようなシステムは、快適温度範囲を維持しつつ、時間的分散に基づいた処理による運転計画を立案することができる。
次に、処理熱負荷の空間的分散の概要について説明する。処理熱負荷の空間的分散では、何れかのゾーンの熱負荷の少なくとも一部が、隣接するゾーンが割り当てられている空調機で処理される。実施の形態1で説明したように、熱伝導方程式に基づくゾーン毎の熱負荷予測モデルをシステムが持つ場合、このようなシステムは、ゾーン間の熱移動を考慮しつつ、ゾーン毎の室温と、ゾーン毎の熱負荷とを予測することができる。よって、このようなシステムは、快適温度範囲を維持しつつ、空間的分散に基づいた処理による運転計画を立案することができる。
次に、本実施の形態5における運転計画を実施する機能構成について図20を用いて説明する。図20は、本発明の実施の形態5における運転計画の機能構成の一例を示す図である。図20は、運転計画作成手段42の内部的な機能構成の一例である。なお、以後の説明において、本実施の形態5では、空調運転の計画のことをスケジュールと記載するものとする。
分散方法選択部141は、処理熱負荷の時間的分散を処理するスケジュールの作成と、処理熱負荷の空間的分散を処理するスケジュールの作成と、の何れかを選択する。スケジュールを作成する過程において、一般的には、分散方法選択部141は、最終的なスケジュールの候補として、複数のスケジュールを作成する。複数のスケジュールの作成において、時間的分散及び空間的分散のうち、何れの分散を行うかの選択方法は、特に限定されない。
時間的分散スケジュール作成部142aは、処理熱負荷の時間的分散を処理するスケジュールを作成する。時間的分散スケジュール作成部142aは、ゾーン選択部142a1と、分散元時間帯選択部142a2と、熱負荷変更量決定部142a3と、分散先時間帯選択部142a4と、時間的分散スケジュール決定部142a5と、から構成される。
空間的分散スケジュール作成部142bは、処理熱負荷の空間的分散を行うスケジュールを作成する。空間的分散スケジュール作成部142bは、時間帯選択部142b1と、分散元ゾーン選択部142b2と、熱負荷変更量決定部142b3と、分散先ゾーン選択部142b4と、空間的分散スケジュール決定部142b5と、から構成される。
次に、上記で説明した機能構成を前提とした動作例について、図21〜23を用いて説明する。図21は、本発明の実施の形態5における運転計画の作成動作例を説明するフローチャートである。図22は、本発明の実施の形態5における処理熱負荷の時間的分散処理を説明するフローチャートである。図23は、本発明の実施の形態5における処理熱負荷の空間的分散処理を説明するフローチャートである。
(ステップS201)
空調制御システム1は、分散無しでのスケジュールを作成する。つまり、空調制御システム1は、処理熱負荷の分散をしていない状態を想定した空調運転のスケジュールを作成する。
空調制御システム1は、作成したスケジュールをスケジュール候補とする。
空調制御システム1は、スケジュール候補に対応する評価指標を求める。
(ステップS204)
空調制御システム1は、処理熱負荷の空間的分散及び処理熱負荷の時間的分散の何れかを選択する。空調制御システム1は、処理熱負荷の時間的分散を選択した場合、ステップS205に進む。一方、空調制御システム1は、処理熱負荷の空間的分散を選択した場合、ステップS206に進む。
(ステップS205)
詳細については後述するが、空調制御システム1は、処理熱負荷の時間的分散処理を実行する。処理熱負荷の時間的分散処理の結果、仮スケジュールが決定される。
(ステップS206)
詳細については後述するが、空調制御システム1は、処理熱負荷の空間的分散処理を実行する。処理熱負荷の空間的分散処理の結果、仮スケジュールが決定される。
(ステップS207)
空調制御システム1は、仮スケジュールを実行すると仮定した時の計画対象期間における室内の温度を予測する。
空調制御システム1は、快適温度範囲が維持されているか否かを判定する。空調制御システム1は、快適温度範囲が維持されている場合、ステップS209に進む。一方、空調制御システム1は、快適温度範囲が維持されていない場合、ステップS212に進む。
(ステップS209)
空調制御システム1は、仮スケジュールに対応する評価指標を求める。
空調制御システム1は、仮スケジュールに対応する評価指標の値がスケジュール候補に対応する評価指標の値と比べて減少しているか否かを判定する。空調制御システム1は、仮スケジュールに対応する評価指標の値がスケジュール候補に対応する評価指標の値と比べて減少している場合、ステップS211に進む。一方、空調制御システム1は、仮スケジュールに対応する評価指標の値がスケジュール候補に対応する評価指標の値と比べて減少していない場合、ステップS212に進む。
空調制御システム1は、仮スケジュールを新たなスケジュール候補とする。
(ステップS212)
空調制御システム1は、終了条件を満たすか否かを判定する。空調制御システム1は、終了条件を満たす場合、ステップS213に進む。一方、空調制御システム1は、終了条件を満たさない場合、ステップS204に進む。
空調制御システム1は、現在のスケジュール候補を最終的なスケジュールとして出力する。
(ゾーン選択処理)
(ステップS231)
空調制御システム1は、処理熱負荷の時間的分散を行うゾーンを選択する。
(ステップS232)
空調制御システム1は、選択したゾーンに対応する処理熱負荷の分散元の時間帯を選択する。
(ステップS233)
空調制御システム1は、選択したゾーン及び選択した時間帯に対応する熱負荷変更量を決定する。つまり、空調制御システム1は、時間的に分散させる熱負荷の量を決定する。
(ステップS234)
空調制御システム1は、選択したゾーンに対応する処理熱負荷の分散先の時間帯を選択する。
(ステップS235)
空調制御システム1は、熱負荷変更量が何れであるかを判定する。空調制御システム1は、熱負荷変更量がプラス値である場合、ステップS236に進む。一方、空調制御システム1は、熱負荷変更量がマイナス値である場合、ステップS238に進む。
空調制御システム1は、分散元の時間帯に対応する熱負荷を熱負荷変更量だけ増加させる。
空調制御システム1は、分散先の時間帯に対応する熱負荷を熱負荷変更量だけ減少させる。
空調制御システム1は、分散元の時間帯に対応する熱負荷を熱負荷変更量だけ減少させる。
空調制御システム1は、分散先の時間帯に対応する熱負荷を熱負荷変更量だけ増加させる。
空調制御システム1は、再計算された熱負荷を処理するためのスケジュールを求める。
空調制御システム1は、求めたスケジュールを時間的分散に基づいた仮スケジュールとして処理を終了する。
(時間帯選択処理)
(ステップS261)
空調制御システム1は、処理熱負荷の空間的分散を行う時間帯を選択する。
(ステップS262)
空調制御システム1は、選択した時間帯に対応する処理熱負荷の分散元のゾーンを選択する。
(ステップS263)
空調制御システム1は、選択した時間帯及び選択したゾーンに対応する熱負荷変更量を決定する。つまり、空調制御システム1は、空間的に分散させる熱負荷の量を決定する。
(ステップS264)
空調制御システム1は、選択したゾーンに対応する処理熱負荷の分散先のゾーンを選択する。
(ステップS265)
空調制御システム1は、熱負荷変更量が何れかであるかを判定する。空調制御システム1は、熱負荷変更量がプラス値である場合、ステップS266に進む。一方、空調制御システム1は、熱負荷変更量がマイナス値である場合、ステップS268に進む。
空調制御システム1は、分散元のゾーンに対応する熱負荷を熱負荷変更量だけ増加させる。
空調制御システム1は、分散先のゾーンに対応する熱負荷を熱負荷変更量だけ減少させる。
空調制御システム1は、分散元のゾーンに対応する熱負荷を熱負荷変更量だけ減少させる。
空調制御システム1は、分散先のゾーンに対応する熱負荷を熱負荷変更量だけ増加させる。
空調制御システム1は、再計算された熱負荷を処理するためのスケジュールを求める。
空調制御システム1は、求めたスケジュールを空間的分散に基づいた仮スケジュールとする。
なお、上記の説明では、処理熱負荷の時間的分散と、処理熱負荷の空間的分散との少なくとも何れか一方を行う方法について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、時間的分散だけであってもよく、空間的分散だけであってもよい。
なお、本実施の形態5では、熱負荷を分散させるために熱負荷変更量を直接決定する方法について説明した。この代わりに、時間帯毎及びゾーン毎に異なる目標温度が設定されてもよい。目標温度の設定が変更されることにより、空調設備12は事実上処理熱負荷を変更した運転を行うことになる。このような目標温度の設定は、室内機12bが保有する設定温度であってもよいし、空調コントローラ11等に実装されるソフトウェアの内部情報であってもよい。
このように、空調機の特性、室温の時間変動、及びゾーン間の熱移動等を考慮し、少なくとも時間的及び空間的の何れかに処理熱負荷を分散することにより、室温を快適温度範囲に維持しつつ、総合的に空調効率が高い空調運転を行うことができるため、消費電力量を削減することができる。
Claims (15)
- 建物に設置された空調設備を制御する空調制御システムにおいて、
与えられた熱負荷予測用データに基づいて、前記空調設備が処理する熱量の時間変化を予測する熱負荷予測部と、
合計の処理熱負荷を同一又は所定量の差の範囲内にすると共に、室内の温度を所定の快適温度範囲内に維持させる第1制約条件下において、評価指標である前記空調設備の消費電力量又はランニングコストの何れかを削減するように、空調運転の計画対象期間における前記空調設備の運転計画を事前に立案する運転計画立案部と、
前記運転計画で前記空調設備の制御を実行中、所定の周期で前記運転計画を補正する運転計画補正部と、
前記室内の温度を測定する温度センサと、
を備え、
前記運転計画立案部と前記運転計画補正部は、
与えられた温度予測用データに基づいて前記室内の温度の時間変化を予測する温度予測手段を有し、
前記運転計画補正部は、
前記温度センサで測定した実測温度が、前記運転計画の立案時に予測する前記運転計画立案部による予測温度と異なる場合、
前記計画対象期間のうち、補正を行う期間である補正対象期間における前記室内の温度の時間変化を予測し、
前記補正対象期間中の1又は複数の時刻において、
当該運転計画補正部で予測した予測温度と、前記運転計画立案部で予測した予測温度との誤差を所定の許容変動幅内に収めることを第2制約条件として、
前記評価指標が前記第1制約条件下で最小となるように、前記運転計画を補正する
ことを特徴とする空調制御システム。 - 前記第1制約条件に、
前記計画対象期間における、前記室内の温度の時間変化率を予め設定した温度変化率内に維持させる制約を組み合わせた
ことを特徴とする請求項1に記載の空調制御システム。 - 前記運転計画立案部は、
前記第1制約条件を満たさない前記空調設備の運転パターンには、
前記第1制約条件からの逸脱量に重みをつけたものと、前記評価指標とを加算したものを、前記評価指標として再定義し、前記再定義した前記評価指標に基づいて前記運転計画を立案する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の空調制御システム。 - 前記運転計画補正部は、
前記第1制約条件及び前記第2制約条件を満たさない前記空調設備の運転パターンには、
前記第1制約条件及び前記第2制約条件からの逸脱量に重みをつけたものと、前記評価指標とを加算したものを、前記評価指標として再定義し、前記再定義した前記評価指標に基づいて前記運転計画を補正する
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の空調制御システム。 - 前記運転計画立案部は、
前記第1制約条件に、
前記計画対象期間に含まれる第1の期間に対応する消費電力を、第1の目標電力以下に抑え、
前記計画対象期間のうち前記第1の期間を除いた期間の消費電力を、第2の目標電力以下に抑え、
前記第1の期間と比べて前の期間である第2の期間に対応する快適温度範囲を、前記第1の期間に対応する快適温度範囲とは異なる範囲に設定する制約を組み合わせた
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の空調制御システム。 - 前記運転計画立案部は、
前記第1制約条件に、
前記計画対象期間に含まれる第1の期間に対応する消費電力を、第1の目標電力以下に抑え、
前記計画対象期間のうち前記第1の期間を除いた期間の消費電力を、第2の目標電力以下に抑え、
前記計画対象期間に含まれる第1の期間と比べて前の期間である第2の期間に対応する設定温度を、前記第1の期間に対応する設定温度とは異なる範囲に設定する制約を組み合わせた
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の空調制御システム。 - 前記運転計画立案部は、
前記第1の期間に対応する快適温度が前記第1制約条件を満たすまで、前記第2の期間に対応する快適温度範囲又は前記第2の期間に対応する設定温度を段階的に下げる設定と、前記第2の期間を段階的に延ばす設定とを繰り返す
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の空調制御システム。 - 前記空調設備の空調対象空間である前記室内の湿度を測定する湿度センサと、
与えられた湿度予測用データに基づいて、前記室内の湿度の時間変化を予測する湿度予測部と、の第1の組と、
前記空調設備の空調対象空間である前記室内のCO2濃度を測定するCO2センサと、
与えられたCO2濃度予測用データに基づいて、前記室内のCO2濃度の時間変化を予測するCO2濃度予測部と、の第2の組と、の少なくとも1組以上をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の空調制御システム。 - 前記評価指標に、
前記計画対象期間における、前記空調設備の設定温度からの温度のずれ度合い、前記室内の温度の時間変化率、前記室内の設定湿度からの湿度のずれ度合い、前記室内の湿度の時間変化率、前記室内の設定CO2濃度からのCO2濃度のずれ度合い、及び前記室内のCO2濃度の時間変化率の何れか1つ、又は、2つ以上を組み合わせた
ことを特徴とする請求項8に記載の空調制御システム。 - 前記第1制約条件に、
前記計画対象期間における、前記室内の温度の時間変化率を予め設定した温度変化率内に維持させる第1条件と、
前記計画対象期間における、前記室内の湿度を予め設定した快適湿度範囲内に維持させる第2条件と、
前記計画対象期間における、前記室内の湿度の時間変化率を予め設定した湿度変化率内に維持させる第3条件と、
前記計画対象期間における、前記室内の温度及び前記室内の湿度の両方から決定される温湿度快適性を予め設定した快適温湿度範囲内に維持させる第4条件と、
前記計画対象期間における、前記室内のCO2濃度を予め設定した快適CO2濃度範囲内に維持させる第5条件と、
前記計画対象期間における、前記室内のCO2濃度の時間変化率を予め設定したCO2濃度変化率内に維持させる第6条件と、
の何れか1つ、又は、2つ以上の条件を組み合わせた
ことを特徴とする請求項9に記載の空調制御システム。 - 建物に設置された空調設備を制御する空調制御システムにおいて、
与えられた熱負荷予測用データに基づいて、前記空調設備が処理する熱量の時間変化を予測する熱負荷予測部と、
合計の処理熱負荷を同一又は所定量の差の範囲内にすると共に、室内の温度を所定の快適温度範囲内に維持させる制約条件下において、前記空調設備の消費電力量又はランニングコストの何れかの評価指標が最小となるように、空調運転の計画対象期間における前記空調設備の運転計画を立案する運転計画立案部と、
を備え、
前記熱負荷予測部は、
室内を複数のゾーンに分割し、ゾーン間の熱移動を考慮して、ゾーン毎の室温及び熱負荷を予測する計算モデルを有し、
前記運転計画立案部は、
前記熱負荷予測部で予測した、前記計画対象期間における、何れかの時間帯の熱負荷の少なくとも一部を、別の時間帯に処理する、処理熱負荷の時間的分散と、
前記熱負荷予測部で予測した、何れかのゾーンの熱負荷の少なくとも一部を、隣接するゾーンが割り当てられた空調機で処理する、処理熱負荷の空間的分散と、
の少なくとも何れか一方を行うことで、前記制約条件を満たしつつ、前記評価指標を最小化する
ことを特徴とする空調制御システム。 - 前記運転計画立案部は、
前記時間帯ごと及び前記ゾーン毎に異なる目標温度を設定し、前記処理熱負荷の時間的分散及び前記処理熱負荷の空間的分散の少なくとも何れか一方を行う
ことを特徴とする請求項11に記載の空調制御システム。 - 建物に設置された空調設備を制御する空調制御方法において、
与えられた熱負荷予測用データに基づいて、前記空調設備が処理する熱量の時間変化を予測する熱負荷予測ステップと、
合計の処理熱負荷を同一又は所定量の差の範囲内にすると共に、室内の温度を所定の快適温度範囲内に維持させる第1制約条件下において、評価指標である前記空調設備の消費電力量又はランニングコストの何れかを削減するように、空調運転の計画対象期間における前記空調設備の運転計画を事前に立案する運転計画立案ステップと、
前記運転計画で前記空調設備の制御を実行中、所定の周期で前記運転計画を補正する運転計画補正ステップと、
前記室内の温度を測定する測定ステップと、
が実行され、
前記運転計画立案ステップと前記運転計画補正ステップでは、
与えられた温度予測用データに基づいて前記室内の温度の時間変化が予測され、
前記運転計画補正ステップで予測された予測温度と、前記運転計画立案ステップで予測された予測温度との誤差を所定の許容変動幅に収めることを第2制約条件として、
前記評価指標が前記第1制約条件下で最小となるように、前記運転計画が補正される
ことを特徴とする空調制御方法。 - 前記運転計画立案ステップでは、
前記計画対象期間に含まれる第1の期間に対応する消費電力を、第1の目標電力以下に抑え、
前記第1の期間と比べて前の期間である第2の期間に対応する快適温度範囲を、前記第1の期間に対応する快適温度範囲とは異なる範囲に設定する
ことを特徴とする請求項13に記載の空調制御方法。 - 前記運転計画立案ステップでは、
前記第1制約条件として、
前記第1の期間に対応する消費電力を、第1の目標電力以下に抑え、
前記計画対象期間のうち、前記第1の期間を除いた期間の消費電力を、第2の目標電力以下に抑える設定を含む
ことを特徴とする請求項14に記載の空調制御方法。
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