TW201627614A - 空調管理系統 - Google Patents

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TW201627614A
TW201627614A TW104119047A TW104119047A TW201627614A TW 201627614 A TW201627614 A TW 201627614A TW 104119047 A TW104119047 A TW 104119047A TW 104119047 A TW104119047 A TW 104119047A TW 201627614 A TW201627614 A TW 201627614A
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heat
air
air conditioning
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factory
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TW104119047A
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小川洋助
斎藤公美雄
今井孝夫
大西勘司
森一之
山本□也
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三菱電機股份有限公司
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/89—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
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Abstract

本發明提供一種空調管理系統，具備：具有包含機械設備(11)、照明設備(12)及空調設備的設備，且具備供作業員(15)進入或退出的工廠(10)、以及以使工廠(10)內達到目標溫度的方式控制空調設備的空調管理裝置(20)，該空調管理裝置(20)具有：熱負荷預測部(25)，係利用氣象資料與生產計畫資訊而預測在工廠(10)內發生的熱負荷；運轉計畫部(26)，係依據熱負荷而製作空調設備的運轉計畫；以及控制指令部(27)，係依據運轉計畫而控制空調設備的運轉，且運轉計畫部(26)針對熱負荷，依據工廠(10)內設定的溫度及濕度與空調設備的動作模式，利用二次規畫法，以使在空調管理系統整體的消耗能量相對於將各個空調設備定額運轉時之消耗能量的總合最小化的方式建立運轉計畫。

Description

空調管理系統
本發明係有關進行在工廠內的空調管理之空調管理系統。
以往，已有提出要謀求在進行製品之生產的工廠所需的能量(energy)之最適化的能量需要最適化系統(參考例如專利文獻1)。由於求取過去的外部氣體資訊及生產量與消耗能量之相關關係，而從相關關係求得與當日的外部空氣資訊及生產量對應的消耗能量，並依據該消耗能量來修正製品的生產計畫。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2004-151830號公報
然而，專利文獻1中當日的外部氣體資訊係使用於用以求取類似過去之外部空氣資訊之日子之消耗能量而使用者，並非使用於算出生產之際必要的能量者。 此外，專利文獻1係用以修正生產計畫者，並非用以控制在工廠設置之空調設備的運轉者。亦即，專利文獻1並未揭示有關要預測在工廠產生的熱量，考量能量效率而製作各空調設備的運轉計畫。
本發明即是鑒於上述習知問題而完成者，其目的在於獲得一種空調管理系統，係依據生產計畫而預測在設置空調設備之工廠產生的熱量，並考量能量效率而製作各空調設備之運轉計畫，據此，進行工廠之空調管理。
為達成上述目的，本發明之空調管理系統係具備：具有包含營運的機械設備、照明設備及空調設備的設備，且具備供作業員進入或退出的工廠、及以使前述工廠內達到目標溫度的方式控制前述空調設備的空調管理裝置，前述空調管理裝置具有：熱負荷預測部，係於每單位時間預測熱負荷，該熱負荷係包含利用生產計畫資訊算出的在前述工廠內發生的發生熱量、及利用氣象資料算出之侵入前述工廠內的侵入熱量；運轉計畫部，係依據前述熱負荷而於每單位時間製作前述空調設備的運轉計畫；以及控制指令部，係依據前述運轉計畫而控制前述空調設備的運轉，且前述運轉計畫部針對前述熱負荷，依據前述工廠內設定的溫度及濕度與前述空調設備的動作模式，利用二次規畫法，以相對於將各個前述空調設備定額運轉時之消耗能量的總合，使在該空調管理系統整體之消耗能量最小化的方式建立前述運轉計畫。
依據此發明，根據生產計畫而預測在設置空調設備之工廠產生的熱量，並考量能量效率而製作各空調設備之運轉計畫，據此，具有能進行工廠中的空調管理的效果。
10‧‧‧工廠
10A‧‧‧無塵室
10B‧‧‧組裝室
11‧‧‧機械設備
12‧‧‧照明設備
13‧‧‧空調機
14‧‧‧外部調節機
14A、14B、14C‧‧‧空調機
15‧‧‧作業員
20‧‧‧空調管理裝置
21‧‧‧氣象資料取得部
22‧‧‧空調機特性資料取得部
23‧‧‧生產計畫資訊取得部
24‧‧‧資料記憶部
25‧‧‧熱負荷預測部
26‧‧‧運轉計畫部
27‧‧‧控制指令部
111‧‧‧機械
112‧‧‧控制裝置
113‧‧‧顯示部
114‧‧‧電力監視器
115‧‧‧通信電纜
141‧‧‧熱源機
141a‧‧‧冷卻用熱源機
141b‧‧‧加熱用熱源機
142‧‧‧泵
143‧‧‧熱交換器
144‧‧‧風扇
200‧‧‧回流爐
201‧‧‧帶式運送機
202‧‧‧加熱部
203‧‧‧隔熱材
210‧‧‧製品
251‧‧‧發熱量預測部
252‧‧‧侵入熱預測部
253‧‧‧除去熱量預測部
254‧‧‧外部空氣處理量預測部
255‧‧‧生產量-發熱量對應資訊取得部
256‧‧‧動作狀態取得部
257‧‧‧動作狀態儲存部
258‧‧‧預防保全部
700‧‧‧空調系統控制裝置
701‧‧‧空調機運轉資料取得部
702‧‧‧氣象資料取得部
703‧‧‧參數學習部
703a‧‧‧建築物模式
704‧‧‧熱負荷預測部
705‧‧‧排程製作部
706‧‧‧運轉排程輸出部
800‧‧‧二次規畫問題計算裝置
801‧‧‧變數記憶手段
802‧‧‧初始化手段
803‧‧‧失配量算出手段
804‧‧‧修正量算出手段
805‧‧‧修正量記憶手段
806‧‧‧固定變數設定手段
807‧‧‧變數修正手段
810‧‧‧反覆手段
第1圖(a)及(b)係示意地顯示關聯技術之構成的方塊(block)圖。
第2圖係顯示依據實施形態1之空調管理系統之示意的構成之一例的方塊圖。
第3圖係一併顯示依據實施形態1之空調管理系統之構成之一例與處理的流程。
第4圖係顯示依據實施形態1之照明之發熱模式之概要的圖。
第5圖係顯示依據實施形態1之搬送用電動機部之發熱模式之概要的圖。
第6圖係顯示依據實施形態1之電加熱器(heater)部之發熱模式之概要的圖。
第7圖係顯示依據實施形態1之爐送風機部之發熱模式之概要的圖。
第8圖係顯示依據實施形態1之回流(reflow)爐之發熱模式之概要的圖。
第9圖係顯示依據實施形態1之作業員之發熱模式之 概要的圖。
第10圖係示意地顯示依據實施形態1之將工廠內劃分成複數個空調區(zone)情形下之照明、機械及作業員之配置資訊之一例的圖。
第11圖係顯示依據實施形態1之每一空調區之發熱模式對應資訊之一例的圖。
第12圖係顯示依據實施形態1之每一單位時間之發熱量與空調除去熱量之預測值之一覽之一例的圖。
第13圖係以圖表顯示依據實施形態1之每一單位時間之各構成要素之發熱量與空調除去熱量之預測值的圖。
第14圖係示意地顯示依據實施形態1之工廠中的空調設備與外部調節機之構成之一例的圖。
第15圖係顯示依據實施形態1之空調機、熱源機及外部調節機之運轉計畫輸出項目之一例的圖。
第16圖(a)及(b)係顯示依據實施形態1之熱源機之媒體之輸出特性曲線之一例的圖。
第17圖係顯示依據實施形態1之空調管理處理之步驟之一例的流程圖(flowchart)。
第18圖(a)至(c)係顯示依據實施形態1之機械為回流爐時之運轉狀況之一例的圖。
第19圖係示意地顯示依據實施形態2之空調管理裝置之功能構成的方塊圖。
第20圖係示意地顯示依據實施形態3之工廠內之機械設備之每一單位時間之生產個數與內部發熱量之關係之一 例的圖。
第21圖係示意地顯示依據實施形態4之空調管理系統之構成之一例的圖。
第22圖係顯示依據實施形態4之機械設備之構成之一例的圖。
第23圖係顯示生產量-發熱量對應資訊之一例的圖。
第24圖係示意地顯示依據實施形態5之空調管理系統之構成之一例的圖。
以下，參照所附圖式來詳細說明本發明之實施形態之空調管理系統。此外，並非以該等實施形態來限定本發明。又，以下首先說明申請人之相關申請案與其課題，之後說明本發明之實施形態。
第1圖係示意地顯示關聯技術之構成的方塊圖，圖(a)係示意地顯示第1關聯技術之空調系統控制裝置之構成之一例的方塊圖，圖(b)係示意地顯示第2關聯技術之二次規畫問題計算裝置之構成之一例的方塊圖。
作為第1關聯技術有日本特開2011-214794號公報所記載之空調系統控制裝置。如第1圖(a)所示，該空調系統控制裝置700具備：從外部取得空調機運轉資料的空調機運轉資料取得部701、取得氣象資料的氣象資料取得部702、具有依據熱傳導方程式之泛用的建築物模式703a且藉由學習而求得建築物模式703a之物理參數(parameter)的參數學習部703、根據物理參數及建築物模式 703a來預測熱負荷之熱負荷預測部704、根據預測熱負荷來決定各空調機之運轉排程(schedule)的排程製作部705、以及將運轉排程發送至各空調機的運轉排程輸出部706。
在此說明，可容許1台以上的空調機。又，空調機可為由室外機及室內機構成之大樓(building)用複式空調機(Variable Refrigerant Flow)、組合式(package)空調機(air conditioner)、室內(room)空調機或吸收式冷凍機等大型熱源機。
該空調系統之控制裝置，按照物理公式而實現預測空調負荷之建築物模式。又，將依據建築物模式所預測之空調負荷作為輸入變數，而決定將構成空調系統之空調機之總需要動力設成最小之空調系統的運轉狀態。然後，依據經決定之目標值來控制各空調機，而實現有效地進行複數個空調對象空間的空調並且節省能量。
作為第2關聯技術有日本特開2010-79323號公報所記載之二次規畫問題計算裝置。如第1圖(b)所示，該二次規畫問題計算裝置800具備：求取控制變數及屬於限制式群之拉格朗日(lagrange)乘數群之變數的初始值，而記憶至變數記憶手段801的初始化手段802、算出屬於二次規畫問題之最適性條件偏離量之失配(mismatch)量的失配量算出手段803、用以減少失配量而求取變數之修正方向及修正量的修正量算出手段804、記憶以修正量算出手段804所算出之變數的修正方向及修正量的修正量記憶手段805、將固定旗標(flag)設定於與修正量為第一門 檻值以下之控制變數或控制變數之鬆弛(slack)變數之變數記憶手段801的固定變數設定手段806、針對不具有固定旗標之變數，依據修正方向及修正量而更新變數記憶手段801之數值的變數修正手段807、以及進行收斂判斷而輸出已記憶在變數記憶手段801之控制變數之值的反覆手段810。
空調系統係組合具有各式各樣的效率特性之空調設備而構成。各空調設備之熱交換能力會受到外部空氣及濕度、或循環於熱交換器內之熱媒的溫度及流量等使用條件的影響而變化的多變數系統。第2關聯技術之二次規畫問題計算裝置在作為考量該等空調設備之使用條件而求得空調系統整體之消耗能量成為最小之最佳解(optimum solution)的手段上為有效。
一般於工廠中，為了建築物內之居住者而有必要引入新鮮的外部空氣，然而，第1關聯技術就因未考量到所引入之外部空氣的熱量，故難以預測建築物整體之熱負荷量。此外，辦公大樓中的空調負荷的變動型樣(pattern)係依據居住者、照明、辦公室自動化(OA：Office Automation)設備及氣象條件而每天顯示大致一定的傾向。相對於此，工廠中的空調負荷的變動型樣則係依據生產計畫資訊而大幅地變動。而且，在工廠中，即使是依據生產計畫而完成生產的區域也會有為了維持指定的溫度使空調設備營運而消耗非必要之電力的情形，故而要求每一區域變更指定溫度的節省能量方式。但是，第1關聯技術並未 應付到在工廠內之空調設備的控制。以下說明建構成運用第2關聯技術而可將第1關聯技術適用於在工廠內之空調系統之控制的實施形態。
實施形態1
第2圖係顯示依據實施形態1之空調管理系統之示意的構成之一例的方塊圖。空調管理系統係具備：製造製品並具有空調設備的工廠10、以及管理在工廠10之空調設備的空調管理裝置20。
工廠10係一邊使依據生產計畫而進行加工或組裝等作業之機械設備11運作一邊製造製品的設施。工廠10可例示有使用具備製造半導體裝置之裝置的無塵室(clean room)、車床或綜合加工機(machining center)等工作機械、雷射(laser)加工裝置或放電加工裝置等裝置來加工材料的工廠、或是一邊使用可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller)來控制機械設備一邊組裝製品的工廠等。第1圖中，顯示工廠10具備無塵室10A、以及具有展示室與辦公室之組裝室10B。
工廠10具有：進行加工或組裝等作業的機械設備11、工廠10內的照明設備12、以及以使工廠10內的溫度及濕度等室內環境收齊在預定的範圍內的方式進行控制的空調設備。空調設備具有：用以除去配置有機械設備11之工廠10內產生的熱量而將工場10內調整達到設定溫度及設定濕度的空調機13、以及以使工廠10內達到設 定溫度及設定濕度的方式將外部空氣導入工廠10內的外部調節機14。外部調節機14具有：熱源機141a,141b、泵(pump)142、以及熱交換器143。
第3圖係一併顯示依據實施形態1之空調管理系統之構成之一例與處理的流程。空調管理裝置20具備：氣象資料取得部21、空調機特性資料取得部22、生產計畫資訊取得部23、資料記憶部24、熱負荷預測部25、運轉計畫部26、以及控制指令部27。
氣象資料取得部21透過網路(network)來取得進行設置有工廠之區域的空調管理之日期的每一單位時間的氣象資料。可舉出有每30分鐘之陽光照射量外部空氣溫濕度等作為氣象資料。氣象資料係可從氣象資料配送公司取得。
空調機特性資料取得部22係取得屬於在控制對象之工廠10使用之空調機的特性資訊之空調機特性資料。空調機特性資料係包含各空調機之消耗電力與供給熱量之關係的資訊。又，空調機供給的熱量，亦即在必須計算空調機除去的熱量時，空調機特性資料係包含各室外機之運轉頻率、蒸發速度、凝縮溫度與供給熱量及消耗電力的關係。
生產計畫資訊取得部23係取得工廠10中的生產計畫資訊。生產計畫資訊係包含：使之在工廠10內營運的機械設備11的數目、使之營運的時間及條件、使之在工廠10內點亮的照明設備12的數目、點亮時間、以 及進入工廠10內的作業員15的人數、進入廠內時間等。又，以下所示的例子中，顯示工廠10內劃分為複數個空調區A至空調區的情形。空調區係可利用空調設備調整溫度與濕度的範圍。在生產計畫資訊可將各機械設備11、照明設備12及作業員15區分為存在於哪一個空調區。又，針對作業員15也可就哪個時間存在於工廠10內的哪一個區域(area)、或工廠10內沒有人的區域與時間等，規定更詳細的資訊。
資料記憶部24將透過氣象資料取得部21及空調機特性資料取得部22所取得的資料予以保存。
熱負荷預測部25將空調機特性資料、氣象資料及生產計畫資訊作為輸入資料，並使用關於工廠10內的發熱體的動作模式及建築物的熱模式，而算出每一單位時間之各空調區內產生的熱量與流入各空調區內的熱量。由於生產計畫資訊中，依據時間而動作的機械設備11的種類或數目不同，所以因這些因素也改變機械發熱量。又，根據時間而使陽光照射量、外部空氣溫度、外部空氣濕度會不同，由於這些因素而使流入工廠10內的熱量不同起來。所以，以每一單位時間進行算出為佳。單位時間為30分鐘、1小時等。又，熱量的算出係以1日單位或直至可取得氣象資料的時間來進行為佳。熱負荷預測部25求取每一單位時間將已算出之流入各空調區內的熱量與在各空調區產生的熱量予以合計後之各空調區的空調除去熱量。
熱負荷預測部25具有：發熱量預測部 251、侵入熱預測部252、以及除去熱量預測部253。發熱量預測部251依據生產計畫資訊而預測每一單位時間在各空調區內的發熱量。侵入熱預測部252預測每一單位時間侵入各空調區內的侵入熱。除去熱量預測部253依據空調機的設定溫濕度而預測每一單位時間在各空調區內的除去熱量。又，發熱量預測部251、侵入熱預測部252及除去熱量預測部253在生產計畫資訊未將工廠10內分割為複數個空調區的情形，係將工廠10整體作為1個空調區來預測每一單位時間的發熱量、侵入熱量及除去熱量。
如第3圖所示，發熱量預測部251係利用發出熱量之對象的動作模式來算出發熱量者。關於在工廠10內發出熱量的對象係可例示有照明設備12、機械設備11及作業員15等。以下將照明設備12稱為照明12，將機械設備11稱為機械11。生產計畫資訊中係每一單位時間以時系列規定機械11的營運狀態、照明12的點亮狀態或作業員15的配置狀態。因此，與生產計畫資訊協同合作而能預測每一單位時間的發熱量。
第4圖係顯示依據實施形態1之照明之發熱模式之概要的圖。照明12之發熱模式係將關於照明12之生產計畫資訊作為輸入，將照明的額定電力作為預先決定的常數，而將照明之發熱量作為輸出的函數。關於照明12之生產計畫資訊係生產計畫資訊所規定之每一單位時間之照明12的開啟(ON)或關斷(OFF)的指示。該照明發熱模式能利用以下式(1)的函數來表示。其中，將照明12為 ON時的生產計畫資訊設為「1」，而將照明12為OFF時的生產計畫資訊設為「0」。
照明發熱量=生產計畫資訊(時間、ON或OFF)×照明個數×照明額定電力…(1)
在工廠10內使用的機械11係存在有多數的車床，雷射加工機、成膜裝置、蝕刻(etching)裝置、回流爐、帶式運送機(belt conveyor)等。在此舉出回流爐為例子來算出機械的發熱量的例子。以會發熱的元件來考量，回流爐係由搬送用電動機部、電加熱器及爐送風機部所構成。在此說明，針對該等各構成元件進行模式化，並將該等模式予以組合後的對象構成回流爐的發熱量。
第5圖係顯示依據實施形態1之搬送用電動機部之發熱模式之概要的圖。搬送用電動機部的發熱模式係將關於搬送用電動機部之生產計畫資訊作為輸入，將搬送用電動機部的額定電力、負荷率及電動機效率作為預先決定的常數，而將搬送用電動機部之發熱量作為輸出的函數。關於搬送用電動機部之生產計畫資訊係生產計畫資訊所規定之每一單位時間之回流爐之搬送用電動機部的搬送速度。該搬送用電動機部之發熱模式能利用以下式(2)的函數來表示。
搬送用電動機發熱量=生產計畫資訊(時間、速度)×電動機額定電力×負荷率×(1-電動機效率)…(2)
第6圖係顯示依據實施形態1之電加熱器部之發熱模式之概要的圖。電加熱器部之發熱模式係將關 於電加熱器部之生產計畫資訊作為輸入，將電加熱器部的額定電力、負荷率及加熱器效率作為預先決定的常數，而將電加熱器部之發熱量作為輸出的函數。關於電加熱器部之生產計畫資訊係生產計畫資訊所規定之每一單位時間之回流爐之電加熱器部的溫度。該電加熱器部之發熱模式能利用以下式(3)的函數來表示。
電加熱器發熱量=生產計畫資訊(時間、溫度)×電加熱器額定電力×負荷率×(1-電加熱器效率)…(3)
第7圖係顯示依據實施形態1之爐送風機部之發熱模式之概要的圖。爐送風機部之發熱模式係將關於爐送風機部之生產計畫資訊作為輸入，將空氣風量、全壓、係數及風扇(fan)效率作為預先決定的常數，而將爐送風機部之發熱量作為輸出的函數。關於爐送風機部之生產計畫資訊係生產計畫資訊所規定之每一單位時間之回流爐之爐送風機部的風量。該爐送風機部之發熱模式能利用以下式(4)的函數來表示。
爐送風機發熱量=生產計畫資訊(時間、風量)×(空氣風量×全壓)/(9.8×6120×風扇效率)…(4)
第8圖係顯示依據實施形態1之回流(reflow)爐之發熱模式之概要的圖。回流爐之發熱模式係具有將第5圖至第7圖所示之搬送用電動機部之發熱模式加上電加熱器部之發熱模式及爐送風機之發熱模式而成的構造。具體而言，係將生產計畫資訊作為搬送用電動機部之發熱模式及電加熱器部之發熱模式及爐送風機之發熱模式 之共通的輸入。將搬送用電動機部之發熱模式加上電加熱器部之發熱模式及爐送風機之發熱模式之分別的輸出予以加算，而加算後所得者即成為回流爐模式之輸出即回流爐發熱量。
第9圖係顯示依據實施形態1之作業員之發熱模式之概要的圖。作業員15之發熱模式係將關於作業員15之生產計畫資訊作為輸入，將人體發熱量作為預先決定的常數，而將作業員15之發熱量作為輸出的函數。關於作業員15之生產計畫資訊係生產計畫資訊所規定之每一單位時間之作業員15的人數。該作業員15之發熱量模式能利用以下式(5)的函數來表示。
作業員發熱量=生產計畫資訊(時間、人數)×人體發熱量…(5)
此外，作業員15之發熱模式係僅依據生產計畫資訊而為多少人在工廠10內，然而也可為進一步利用在工廠10內的作業員的位置資訊而算出更詳細的作業員15的發生熱量。例如，以將作業員15的作業位置、行動範圍等位置資訊予以圖案化的方式，利用作業員15移動於複數個空調區之間的情形，而能更正確地推定在各空調區之作業員15的發熱量。
這些模式係設定於模式之對象的特性不同之各者。照明12之發熱模式時係設定於照明12的額定電力不同之各者。機械11之發熱模式也相同。
第10圖係示意地顯示依據實施形態1之將 工廠內劃分成複數個空調區情形下之照明、機械及作業員之配置資訊之一例的圖。如第10圖所示，於工廠10內配置有3個空調機14A至空調機14C，能以各個空調機14A至空調機14C進行空調控制之區域成為空調區A至空調區C。如圖所示，各空調區A至空調區C配置有照明、機械及作業員。如此一來，工廠10內區分成複數個空調區A至空調區C的情形，係可分別的空調區A至空調區C求得照明發熱量、機械發熱量及作業員發熱量。此時，利用包含存在於各空調區A至空調區C之照明、機械及作業員之每一個空調區A至空調區C之發熱模式對應資訊，而求出每一個空調區A至空調區C的發熱量。
第11圖係顯示依據實施形態1之每一空調區之發熱模式對應資訊之一例的圖。每一個空調區之發熱模式對應資訊係規定有每一個空調區之該空調區包含的照明12之照明模式、機械11之機械模式、以及作業員15之作業模式及人數。第11圖中之每一個空調區之發熱模式對應資訊係依據第10圖之照明、機械及作業員之配置資訊所製成者。每一個空調區A至空調區C所求得之發熱量的合計即成為空調區發熱量。發熱量預測部251係於第1關聯技術之熱負荷預測部建構成能預測依據工廠特有的生產計畫之每一個空調區之發熱量者。
如第3圖所示，侵入熱預測部252係利用建築物之熱模式與氣象資料而算出每一單位時間之侵入工廠建築物之各空調區內之熱量即空調區侵入熱量者。建築 物之熱模式係用以利用外部空氣溫度及日照量等氣象資料而算出從建築物之壁體、屋頂、玻璃(glass)等侵入的熱量的函數。從外部空氣溫度、日照量、作業員15、機械11及照明12等的發生熱量與空調機13相對於設定溫度之處理熱量的實測值，推定包含熱傳導率與熱容量的建築物熱特性，並利用該熱傳導率與熱容量而製成推定從建築物之外部侵入內部之熱量的函數來作為建築物之熱模式。
如第3圖所示，除去熱量預測部253係利用發熱量預測部251算出的發熱量、侵入熱預測部252算出的侵入熱、以及設定於工廠10內之各空調區的溫濕度，而算出各空調區之每一單位時間之除去熱量。以下將空調區之除去熱量稱為空調區除去熱量。設定溫濕度及除去熱量係輸出至運轉計畫部26。
第12圖係顯示依據實施形態1之每一單位時間之發熱量與空調除去熱量之預測值之一覽之一例的圖。針對如第10圖所劃分之複數個空調區A至空調區C來算出每一單位時間之發熱量與空調除去熱量之預測值。時間係顯示成為預測之對象之時間帶者。該時間帶的長度係單位時間，此例子中為1個小時。針對各空調區A至空調區C，於每一單位時間顯示上述發熱量預測部251預測的照明發熱量、機械產生熱量及作業員發熱量、侵入熱預測部252預測的侵入熱量、以及除去熱量預測部253預測之空調除去熱量的值。在此例子雖係將存在於空調區內之全部的機械之機械產生熱量整合成一個來顯示，惟為了更 詳細地進行控制，最好是每一個機械11顯示機械產生熱量。又，熱負荷預測部25雖係以表格(table)顯示利用各動作模式算出的發生熱量及侵入熱量及空調除去熱量，惟也可使未圖式的顯示部顯示圖表(graph)。
第13圖係以圖表顯示依據實施形態1之每一單位時間之各構成要素之發熱量與空調除去熱量之預測值的圖。將機械產生熱量分成三種類的機械(1)至(3)來顯示。此等圖中，橫軸係表示時間，縱軸係表示發熱量或除去熱量。此例子亦就每一個空調區A至空調區C製作了發熱量與空調除去熱量之預測值的圖表。第13圖中，圖表G1係顯示照明發熱量之時間變化的圖，圖表2至G4係分別顯示機械(1)至(3)之機械發熱量之時間的變化的圖，圖表G5係顯示作業員發熱量之時間變化的圖，圖表G6係顯示侵入發熱量之時間變化的圖，圖表G7係顯示空調除去熱量之時間變化的圖。
如第13圖之G6所示，侵入建築物的熱量從早上至13時前後會上升，之後至傍晚會降低。此乃由於來自於太陽的陽光照射量與外部空氣溫度使然。此外，如第13圖之圖表G2至G4所示，由於機械(1)、(3)係設成從9點起為可使用的狀態，因此電源從9點前輸入，相對於此，機械(2)係處理經機械(1)、(3)處理之物件的機械設備，因此可以從9點起輸入電源。如此一來，以依據生產計畫來進行處理的情形下，輸入電源之開始時刻依據機械設備而不同。又，12時至13時之間作業員15午休，因此機械 設備也處於休止狀態，暫時性地發生熱量減少。然而，從13時起再度開始作業，且一旦將機械設備之電源全部降下，要到再營運為止會花費時間，因此僅將也可設為休止狀態的部分設成休止狀態。
如第13圖之G1、G5所示，照明發熱量與作業員發熱量主要係產生在作業員15存在於工廠10內之9時起至12時及13時起至20時左右的期間。又，由於12時至13時係作業員15的午休時間，且這個期間作業員15不存在於工廠10內，因此產生熱量為0。又，此時之照明12也幾乎都熄滅，所以發生熱量係為接近0的數值。
第13圖的圖表G7係將第13圖之圖表G1至圖表G6之各發生熱量全部加算後的圖表，顯示總發生熱量。亦即，該總發生熱量係必須由空調設備除去的熱量，而為空調除去熱量。空調除去熱量係對空調設備賦予熱負荷的需要者，所以也稱為空調熱負荷需要。
運轉計畫部26係建立使用工廠所設置之空調機13及外部調節機14來除去以熱負荷預測部25所預測的空調除去熱量的運轉計畫。運轉計畫係對每一個空調區建立。第14圖係示意地顯示依據實施形態1之工廠中的空調設備與外部調節機之構成之一例的圖。該例子中，空調設備具有空調機13、熱源機141、泵142及外部調節機14。
空調機13係吸入工廠10內的空氣並以除去空調除去熱量的方式調整所吸入的空氣的溫度與濕度 後，再度送回工廠10內者。可例示將組合式空調機作為空調機13。空調機13係除去在工廠10內產生的熱量，即空調除去熱量的空調設備。
熱源機141係將工廠10外之空氣加熱或冷卻時的熱源，而使水等媒體加熱或冷卻在熱交換器143之間循環。可設置冷卻用熱源機141a與加熱用熱源機141b作為熱源機141。此乃由於以冷卻用熱源機141a將工廠10外之空氣的濕度予以除濕後，以加熱用熱源機141b將經除濕的空氣加熱至預先決定的溫度使然。泵142使用在熱源機141與外部調節機14之間使媒體流動。外部調節機14具有：以熱源機141送來之媒體將工廠10外之空氣冷卻或加熱至預先決定的溫度的熱交換器143、以及將經處理達到預先決定的溫度的空氣送入工廠10內的泵144。熱交換器143亦具有將工廠10外之空氣處理至預先決定之濕度的功能。如此一來，外部調節機14係利用熱源機141而將外部空氣處理至工廠10內的設定溫度及設定濕度，並供給至工廠10內的空調設備。
運轉計畫部26係就第1關連技術之運轉計畫部，依據將熱源機141模式化後的熱源模式、將外部調節機14模式化後的外部調節機模式、以及將空調機13模式化後的空調機模式，並使用第2關聯技術，以使空調系統整體達到最適切的省能量運轉的方式來製作冷卻用熱源機141a、加熱用熱源機141b、以及外部調節機14的運轉計畫。該運轉計畫部26係對應於第1關聯技術之排程製成 部者，而且，係配合於第2關聯技術之二次規畫問題計算裝置者。即，運轉計畫部26係利用二次規畫法來製作熱源機141、外部調節機14及空調機13的運轉計畫。此時，係以空調管理系統整體成為最適切的節省能量運轉的方式來製作熱源機141、外部調節機14及空調機13的運轉計畫。
運轉計畫係於每一時間顯示使各空調區內之空調設備動作之運轉參數者。第15圖係顯示依據實施形態1之空調機、熱源機及外部調節機之運轉計畫輸出項目之一例的圖。空調機模式係作為運轉計畫輸出項目而輸出運轉或停止、溫度設定、以及送風能力設定。送風能力設定係風量，風量因壓縮機頻率f而改變。冷卻用熱源機模式係作為運轉計畫輸出項目而輸出運轉或停止、以及冷水溫度設定。加熱用熱源機模式係作為運轉計畫輸出項目而輸出運轉或停止、以及溫水溫度設定。外部調節機模式係作為運轉計畫輸出項目而輸出運轉或停止、供氣溫度設定、以及供氣濕度設定。
在此說明對應經預測之空調除去熱量與外部調節機之供氣溫度及濕度條件而將熱源機141之冷水及溫水的送水溫度設定予以最適化的情形。如上所述，工廠10內存在有機械11、照明12、作業員13等發熱體。又，要求將新鮮的外部空氣送入工廠10內。因此，由於有效地活用外部空氣的溫度及濕度，而能實現大幅度地節省能量。
組合有空調機13與外部調節機14及熱源 機141後的空調系統，計畫最初作為基礎(base)的外部調節機14及熱源機141達到節省能量的最適化運轉計畫。此係以使工廠10內或各空調區之溫度與濕度成為設定值且消耗電力達最小的方式，決定冷卻用熱源機141a與加熱用熱源機141b的輸出溫度者。
第16圖係顯示依據實施形態1之熱源機之媒體之輸出特性曲線之一例的圖。圖(a)顯示冷水輸出特性曲線，圖(b)顯示溫水輸出特性曲線。此等圖中，橫軸係媒體的輸出溫度，縱軸係分別為冷卻用熱源機模式與表示加熱用熱源機模式之效率的性能係數COP(coefficient of performance)。一般而言，冷卻用熱源機模式與冷水之輸出溫度的閞係如第16圖(a)所示，表示加熱用熱源機模式之效率的性能係數COP與溫水之輸出溫度的閞係如第16圖(b)所示。
此外，若將熱源機141的輸出設為R[W]，並將輸入能量設為ER[W]，則熱源機141的性能係數COP能利用以下式(6)來表示。從式(6)，熱源機141的輸出R[W]可轉換成以下式(7)所示。
COP=R/ER…(6)
R=COP×ER…(7)
在此說明，若將外部氣體溫度設為Ta[K]，將a設為係數，並將c設為常數，則熱源機141的性能係數COP能利用以下式(8)表示。
COP(Ta)=a×Ta+c…(8)
從以上說明，考量到時刻t與外部氣體溫度Ta[K]後的熱源機j號機之輸出R(j、t)[W]能利用以下式(9)表示。其中，j為自然數。
R(j,t)=COP(Ta)×ER(j,t)…(9)
又，熱源機141之輸出R[W]依據循環的水的溫度與流量，能利用以下式(10)表示。其中，CP係水的比熱，為4.218J/(Kg．K)，ρ係密度[Kg/m2]，Tin係熱源機回流溫度[K]，Tout係熱源機送水溫度[K]，Rf係熱源機送水流量[M3/S]。
R=CP×ρ×(Tin-Tout)Rf…(10)
考量到時刻t後的熱源機j號機之輸出R(j、t)[W]能利用以下式(10)至下一式(11)表示。
R(j,t)=CP×ρ×(Tin(j,t)-Tout(j,t))×Rf(j,t)…(11)
又，由式(9)與式(11)，輸入能量ER[W]能利用以下式(12)表示。
ER(j、t)=R(j,t)/COP(Ta) =(CP×ρ×(Tin(j,t)-Tout(j,t))×Rf(j,t))/COP(Ta))…(12)
此外，關於輸入能量ER[W]之計算式並非式(12)，而係也能以下一式(13)的迴歸公式來表示。其中，a1至a9係熱源機之特性公式的係數，例如可藉由日本國土交通省提供的空調設備模擬(simulation)工具(tool)(LCEM工具)算出。
ER(j,t)=a1×Ta+a2×Tout(j,t)+a3×Tin(j,t)+a4×Rf(j,t)+a5×Ta×Rf(j,t)+a6×Tout(j,t)×Rf(j,t)+a7×Tin(j,t)×Rf(j,t)+a8×Rf(j,t )2+a9…(13)
此外，屬於2個ER(j,t)之計算式的式(12)及式(13)可藉由所獲得的輸入條件而分別使用。
在此說明，熱源水之泵消耗電力Pp[W]可利用以下式(14)表示。其中，a10至a11係泵固有的係數
Pp(j,t)=a10×Rf(j,t)+a11…(14)
接著，說明熱供需平衡(balance)。亦即，相對於預測之熱負荷需要預測值為必要的熱源機輸出R[W]的關係可利用以下式(15)表示。
熱負荷需要預測值-Σ R(j,t)=0…(15)
又，求取用以利用二次規畫法計算之屬於評價函數的目的函數。從時刻t中的空調系統整體的熱源機141之輸入能量ER[W]與熱源水之泵消耗電力Pp[W]的合計，以及電力量單價CD如下一式(16)求得電力費用f(x)。使該電力費用f(x)最小化的下一式(17)成為目的函數。
f(x)={Σ ER(j,t)+Σ Pp(j,t)}×CD…(16)
minf(x)={Σ ER(j,t)+Σ Pp(j,t)}×CD…(17)
用以利用二次規畫法計算的控制變數，係為式(12)及式(13)所表示之ER(j,t)的式所包含之熱源機送水溫度Tout[K]、熱源機回流溫度Tin[K]及熱源機送水流量Rf[m3/s]、以及式(17)所包含之泵消耗電力Pp[W]。
用以利用二次規畫法計算的限制條件，成為熱源機j號機的輸出R(j)[W]、送水溫度Tout[K]及送水流量Rf[m3/s]。熱源機j號機的輸出R(j)[W]、送水溫度 Tout[K]及送水流量Rf[m3/s]分別如下一式(18)至(20)所示具有上限及下限，該等的範圍成為限制條件。
R(j)min≦R(j)≦R(j)max…(18)
Tout(j)min≦Tout(j)≦Tout(j)max…(19)
Rf(j)min≦Rf(j)≦Rf(j)max…(20)
以上說明中，例如將式(15)設為限制式，將式(18)至(20)設為限制條件式，並使用二次規畫法以將式(17)設為目的函數而使電力費用f(x)成為最小的方式決定冷卻用熱源機141a與加熱用熱源機141b之輸出溫度作為運轉參數。此外，所謂最小係指相對於空調機13、熱源機141及外部調整機14進行額定值運轉時之消耗能量，即電力量的總合，使實際運轉的空調機13、熱源機141、外部調整機14的消耗能量最小化。
控制指令部27根據藉由運轉計畫部26算出的空調設備的運轉參數，而進行包含工廠10所設置之空調機13、熱源機141及外部調節機14之空調設備的運轉控制。藉由該控制指令部27之運轉控制，能除去第12圖與第13圖所示之空調除去熱量，而能保持工廠10內的溫度於設定溫度。
接著，說明空調管理裝置20的處理。第17圖係顯示依據實施形態1之空調管理處理之步驟之一例的流程圖。此外，在此說明已設成藉由使用者將工廠10的照明12、機械11及作業員15的配置資訊與每一空調區之發熱模式對應資訊與建築物的熱模式為已製成的狀態。 首先，空調機特性資料取得部22讀入空調機特性資料而記憶至資料記憶部24(步驟S11)。又，氣象資料取得部21透過網路取得進行空調管理之日期的氣象資料而記憶至資料記憶部24(步驟S12)。再者，生產計畫資料取得部23取得進行空調管理之日期的生產計畫資訊(步驟S13)。
接著，熱負荷預測部25每一單位時間算出某時間在工廠10內之各空調區的發熱量(步驟S14)。此乃如上述方式使用每一空調區之發熱模式對應資訊，算出每一單位時間的空調區發熱量。又，熱負荷預測部25每一單位時間算出某時間對工廠10內之各空調區的侵入熱(步驟S15)。此乃如上述方式使用建築物的熱模式與氣象資料來算出。再者，熱負荷預測部25使用所算出的發熱量與侵入熱、以及設定於工廠10內的溫濕度，而於每一單位時間算出在工廠10內之各空調區的空調除去熱量(步驟S16)。
其次，運轉計畫部26使用二次規畫法而算出各空調區之空調設備的運轉參數(步驟S17)。例如，求出包含流入各時間可除去空調除去熱量且可使在空調設備之消耗電力呈最小之熱源機141之媒體的溫度與從熱源機141流出之媒體的溫度之空調設備的運轉參數。
控制指令部27使用經算出之空調設備的運轉參數，控制工廠10的空調設備(步驟S18)。藉由上述方式而結束空調管理處理。
此外，熱負荷預測部25將生產計畫資訊作為輸入而從機械的發熱模式來預測各機械11的發生熱 量，惟也可考量各個機械11的特性來預測發生熱量。第18圖係顯示依據實施形態1之機械為回流爐時之運轉狀況之一例的圖，圖中(a)係示意地顯示回流爐之狀態的剖面圖，(b)係顯示不考量機械特性時之爐內之溫度與帶式運送機之運轉狀態之一例的圖，(c)係考量機械特性時之爐內之溫度與帶式運送機之運轉狀態之一例的圖。
回流爐200具備：將製品朝預定之方向搬送的帶式運送機201、將帶式運送機201上的製品予以加熱的加熱部202、以及妁覆蓋帶式運送機201的方式所設置的隔熱材203。藉由對加熱部202供給電力而加熱以隔熱材203所包圍的區域。如此一來，施加於製品11的焊錫被回流。
如第18圖(b)所示，藉由加熱部202要將爐內的溫度加熱至200℃時，爐內的溫度不會一下子就達到200℃。因此，預先對加熱部202供給電力，並於製品210之生產開始的9點鐘使爐內的溫度達到200℃。工廠10進行午休的12時至13時的期間，切斷了回流爐200的電源，則回流爐200內的溫度會降低，但是於13時必須再次達到200℃，而無法利用與周圍之溫度的關係來預測到達200℃的時間。因此，在午休的期間也使加熱部202維持運轉狀態。
相對於此，如第18圖(c)所示，若知道室溫，可藉由計算而求得對加熱部202供給或停止供給電力後之爐內的溫度的下降，以及到13時為止用以設成200℃ 而要何時開始對加熱部202供給電力。如此一來，以將午休中的機械設備11之電力的供給設成必要最小限度，而能削減一中天整體的工廠10的消耗電力。
關於在機械中進行熱轉換的乾燥爐、回流爐等，於運轉上所需熱量係利用下一式(21)表示。
機械必需熱量={加熱對象物容積[v]×加熱對象物比熱[j/deg．kg]×(機械裝置目標溫度-室溫)×安全率+(機械裝置目標溫度-室溫)×機械裝置隔熱係數}…(21)
由生產計畫資訊來取得每一個機械設備11之加熱對象物的材質(金屬、人造樹膠(Bakelite)等)、體積、數量，並代入上述式(21)的情形下，可推定從開始時經過連續運轉時而至冷卻(cool-down)運轉時為止必需的輸入能量、以及從裝置洩漏的內部發熱負荷量。如此一來，以在每一機械設備11之啟動型樣被模式化的情形下，可有效地使用啟動型樣於機械設備11之發生熱量的推定。
實施形態1中，熱負荷預測部25係利用工廠10之建築物的熱模式、以及配置於發生熱模式之工廠10內之機械11、照明12及作業員15的熱模式，並將氣象資料、生產計畫資訊及空調機特性資料作為輸入，而以一日的期間算出在工廠10內使用空調設備應除去的每一單位時間之熱量即空調除去熱量。藉此，能正確地預測在工廠10內應除去的熱量，具有依據該預測而能進行空調設備之預測的效果。
此外，運轉計畫部26係以將熱負荷預測部 25所預測之每一單位時間之空調除去熱量等同於空調系統整體之熱源機141之輸出的狀態，使電力量單價乘上空調系統整體之熱源機141之輸入能量與空調系統整體之熱源水泵消耗電力的合計所獲得的電力費用成為最小的方式，利用二次規畫法來算出包含冷卻用熱源機141a與加熱用熱源機141b之輸出溫度之空調設備之運轉參數。然後，控制指令部27依據空調設備之運轉參數來控制空調設備。藉此，具有可將工廠10內的溫度精密地維持在目標溫度的效果。
一般習知的方法為，測量室內的溫度並檢測出與該設定溫度的偏差而將空調設備予以回授(feedback)控制，如此習知的方法中，從檢測出溫度之後直至到達設定溫度需要15分鐘以上的時間。然而，實施形態1的方法即不是進行回授控制，而係預先預測要發生的熱量，並將該熱量除去的方式進行控制，因此，能以高精度設定各時間之工廠10內之溫度。再者，習知技術係以最大負荷條件決定空調設備之額定能力，因此輕負荷時之能量效率會降低，然而，實施形態1係即使在輕負荷時也不會使能量效率降低。
實施形態2
如實施形態1所說明，將一天的氣象資訊與生產計畫資訊作為輸入，並利用工廠的熱模式而算出一天之各時間之空調除去熱量，因此，與習知的方法相比較，能進行不 均勻較少的溫濕度控制。習知技術由於如上所述藉由具有15分鐘以上的延遲之回授控制來進行工廠等建築物內的空調控制，因此難以進行溫度控制，以大範圍地具有20℃±2℃如此的誤差範圍作為工廠10內的設定溫度的形態來設定設定溫度。於實施形態2說明依據外部空氣溫度來變更工廠10內之設定溫度的方法。
第19圖係示意地顯示依據實施形態2之空調管理裝置之功能構成的方塊圖。該空調管理裝置20於熱負荷預測部25更具備外部空氣處理預測部254。外部空氣處理量預測部254依據存在於工廠10內之作業員15的人數與強制性地動作之排氣風扇的排氣量，而預測每一單位時間導入工廠10內的外部空氣處理量。強制性地動作之排氣風扇係設置於以較高的溫度進行運轉的機械11等。存在於工廠10內之作業員15與強制性地動作之排氣風扇所造成的排氣量係可從生產計畫資訊取得的資訊。
運轉計畫部26對於藉由熱負荷預測部25所算出的外部空氣處理量，依據二次規畫法並在消耗電力最小化條件下獲得組合外部調節機14與熱源機141後之空調系統的消耗電力。其結果，運轉計畫部26算出相對於室內環境條件範圍內之外部調節機14的供氣溫度與供氣濕度作為空調設備的運轉參數。
控制指令部27將在運轉計畫部26求得的供氣溫度與供氣濕度設定至外部調節機14。此外，對於與實施形態1說明的構成要素相同的構成要素則賦予相同的 符號而省略其說明。依據實施形態2之空調管理裝置的處理程序係與實施形態說明的處理程序相同，因此省略其說明。
在此說明依據實施形態2之在運轉計畫部26之空調設備之運轉參數的算出例。對於所預測之熱負荷需要的外部氣體處理量，係藉由二次規畫法並在消耗電力最小化條件下獲得熱源機141與外部調節機14的消耗電力，而能求得相對於室內環境條件範圍內之外部調節機14的供氣溫度與供氣濕度的設定值。
首先，藉由熱交換器特性模式QH來求得熱交換量。外部調節機14之冷熱水交換器143連接由冷卻用熱源機141a所供給的冷水，而與利用外部調節機14的風扇144吸入的外部氣體進行熱交換。又，外部調節機14之冷熱水交換器143連接由冷加熱用熱源機141b所供給的溫水，而與利用外部調節機14的風扇144吸入的外部氣體進行熱交換。
以式(22)表示於時刻t之熱交換器j號機之外部氣體焓(enthalpy)量ei中的熱交換器特性模式的熱量QH(j,t)。又，外部氣體焓量ei係以下一式(23)表示。其中，Tain係熱交換器入口的空氣溫度[K]，Taout係熱交換器出口的空氣溫度[K]，W係水流量[m3/s]，w係空氣流量[m3/s]，cp係空氣的比熱，係1.006J/(Kg．K)。
QH(j,t)=W(j,t)×Cp(j,t)×(Tin(j,t)-Tout(j,t))=w(j,t)×cp(j,t)×(Taout(j,t)-Tain(j,t))…(22)
ei=w(j,t)×cp(j,t)×(Taout(j,t)-Tain(j,t))…(23)
熱交換器之熱交換率HXR依據控制條件而分類為以下方式。
<僅控制溫度時>
僅控制溫度時，熱交換器之熱交換率HXR係如下一式(24)表示。其中，設為不成為露點溫度。
HXR×W(j,t)×Cp(j,t)×(Tin(j,t)-Tout(j,t))=w(j,t)×cp(j,t)×(Taout(j,t)-Tain(j,t))…(24)
<控制溫濕度時>
控制溫度與濕度時，，熱交換器之熱交換率HXR係如下一式(25)表示。其中，Denv係外部氣體的空氣密度[Kg/m3]，Dsup係供給空氣的密度[Kg/m3]，Eenv係外部氣體的比焓[KJ/(Kg．K)]，Esup係外部氣體的比焓[KJ/(Kg．K)]。
HXR×W(j,t)×Cp(j,t)×(Tin(j,t)-Tout(j,t))=w(j,t)×(Denv(t)×Eenv(t)-Dsup(j,t)×Esup(j,t))…(25)
又，於風扇144之時刻4的消耗電力量Fp(t)[W]係如下一式(26)表示。其中，a12、a13係風扇144的消耗電力特性的係數。
Fp(t)=a12×w(j,t)+a13…(26)
接著，說明熱供需平衡。相對於預測的熱負荷需要，必須的熱交換器特性模式的熱量QH[W]的關係可如下一式(27)表示。
熱負荷需要予測值-QH(j,t)=0…(27)
此外，求出用以利用二次規畫法計算之評價函數即目的函數。從時刻t之熱交換器特性模式的熱量QH[W]與風扇144之消耗電力量Fp(t)[W]及電力量單價CD，而如下一式(28)求出電力費用f(x)。又，使該電力費用f(x)最小化的下一式(29)係目的函數。
f(x)={Σ QH(j,t)+Σ Fp(j,t)}×CD…(28)
minf(x)={Σ QH(j,t)+Σ Fp(j,t)}×CD…(29)
作為用以利用二次規畫法計算之評價函數者，係為式(22)所示之QH(j,t)之式所包含之熱源機回流溫度Tin[K]、熱源機送水溫度Tout[K]、風扇144之空氣流量w[m3/s]、以及風扇144的消耗電力量Fp[W]。
作為用以利用二次規畫法計算之限制條件式者，係為熱交換器特性模式的熱量QH[W]、熱源機送水溫度Tout[K]、水流量w[m3/s]、以及空氣流量w[m3/s]。熱交換器特性模式的熱量QH[W]、熱源機送水溫度Tout[K]、水流量w[m3/s]、以及空氣流量w[m3/s]分別如下一式(30)至(33)所示具有上限及下限，此等資料的範圍成為限制條件。
QH(j)min≦QH(j)≦QH(j)max…(30)
Tout(j)min≦Tout(j)≦Tout(j)max…(31)
W(j)min≦W(j)≦W(j)max…(32)
w(j)min≦w(j)≦w(j)max…(33)
運轉計畫部26對於經預測之熱負荷需要的外部空氣處理量，依據二次規畫法並在消耗電力最小化 條件下獲得熱源機141與外部調節機14的消耗電力，求得相對於室內環境條件範圍內之外部調節機14的供氣溫度與供氣濕度的設定值。具體而言，例如將式(27)設為限制式，將式(30)至(33)設為限制條件式，使用二次規畫法而將式(29)作為目的函數，並以使電力費用f(x)最小化的方式決定外部調節機14的供氣溫度與供氣濕度作為運轉參數。依據如上方式所求得的運轉參數，能進行不均勻較少的溫度及濕度的控制。因此，依據外部空氣溫度而在設定溫度21℃至25℃的範圍，且依據外部空氣濕度而在設定溫度40至60的範圍，能將熱源機141與外部調節機14的能量消耗量抑制到最小。
實施形態2係利用在工廠10內的作業員15的人數及排氣風扇的排氣量來預測每一單位時間之外部氣體處理量，而在經預測之熱負荷需要等同於熱交換器熱量的條件下，利用二次規畫法，以使熱交換器與風扇的消耗電力的和成為最小的方式，求得外部調節機14的供氣溫度與供氣濕度。然後，使用所求得的供氣溫度與供氣濕度來進行外部調節機14的運轉。藉此，具有可達到不均勻較少的溫度及濕度之控制的效果。此外，將外部空氣導入工廠10內時，由於導入工廠10內之空氣的溫度與導入之前之工場10內1之溫度的差變小，所以具有能抑制在空調管理系統消耗之電力的效果。
實施形態3
實施形態1利用機械設備的動作模式而算出發生熱量。機械設備的發生熱量占有空調熱負荷的比率大，又，變動幅亦大。實施形態3說明能以更高精度進行機械設備之發生熱量的預測。
第20圖係示意地顯示依據實施形態3之工廠內之機械設備之每一單位時間之生產個數與內部發熱量之關係之一例的圖。在此說明，預先算出每一單位時間之生產個數為a,b,c時之各個的內部發熱量A,B,C，並由此等資料製成表示內部發熱量相對於生產個數的關係之曲線L1而在圖中以實線顯示。此外，圖中以虛線顯示之曲線L2係顯示相對於每一實際的單位時間之生產個數的內部發熱量。曲線L1、L2係生產量-發熱量對比資訊。曲線L1中每一單位時間之生產個數從0至a的範圍，係以發熱量從0至A單純增加的直線來顯示，a至b的範圍為一定值A，b至c的範圍為一定值B，c以後的範圍為一定值C。該曲線L1近似於實際的曲線L2。
發熱量預測部251對於機械設備11之發生熱係利用如第20圖所示的資訊，從藉由生產計畫資訊所獲得之每一單位時間的生產個數，算出機械設備11之內部發生熱量。此外，上述的說明中，係設為每一單位時間的生產個數，惟亦可設為機械的營運率。又，第20圖中係測量3點而製成曲線L1，惟以測量更多的點數的情況下，曲線L1之實際從曲線L2偏移的比例會變小，因此能進行更精密的機械設備11之發熱量的預測。
實施形態3，係預先求得每一單位時間之生產個數或機械的營運率與機械設備11之發熱量之間的相關關係，而從該關係求得與從生產計畫資訊獲得之每一單位時間之生產個數或機械的營運率對應的機械發熱量。藉此，具有可更精密地推定機械設備11之發熱量的效果。
實施形態4
實施形態4中說明可產生每一單位時間之生產個數或機械的營運率與機械設備之發熱量的相關關係的空調管理系統。
第21圖係示意地顯示依據實施形態4之空調管理系統之構成之一例的圖。空調管理系統係於實施形態1的構成更具備：從各機械設備11取得顯示每一單位時間之生產量與機械設備11之發熱量的相關關係之生產量-發熱量對應資訊的生產量-發熱量對應資訊取得部255。生產量-發熱量對應資訊取得部255使已取得之生產量-發熱量對應資訊與對應之機械設備11之動作模式賦予對應關係並儲存於資料記憶部24。此外，對於與實施形態1說明的構成要素相同的構成要素則賦予相同的符號而省略其說明。
第22圖係顯示依據實施形態4之機械設備之構成之一例的圖。如該圖所示，機械設備11係具有：作為控制對象之機械111、控制機械111之控制裝置112、顯示在控制裝置112之控制之狀態的顯示器113及屬於監視 (monitor)在機械設備11之消耗電力之測量裝置的電力監視器114透過通信電纜(cable)115而連接的構成。電力監視器114係透過通信電纜而與未圖示之空調管理系統連接。
第23圖係顯示生產量-發熱量對應資訊之一例的圖。利用電力監視器取得之第23圖所示的資訊係以空調管理系統之生產量-發熱量對應資訊取得部取得。由於各機械設備11之消耗電力等於發熱量，所以利用此關係，空調管理裝置20之發熱量預測部251能取得比實施形態3的情形更極為精細的發熱量。
實施形態4係建構成：在工廠10內的機械設備11設置電力監視器114，而將各機械設備11之每一單位時間之生產個數或營運率與消耗電力的關係作為生產量-發熱量對應資訊並予以蓄積，而在空調管理裝置20取得此資訊，並在要求取機械設備11之發熱量時使用。藉此構成，就各機械設備11之發熱量而言，與實施形態3的情形比較，具有能求得更正確的值，且能更正確地進行工廠10內的空調管理的效果。
此外，以上說明中，說明了將生產量-發熱量對應資訊取得部255附加於實施形態1之構成的情形，而也可附加於實施形態2的構成。
實施形態5
實施形態5中說明先定期地記錄空調管理系統的動作狀態，而與正常時的動作狀態比較的情形下，判定空調管 理系統無異常的情形。
第24圖係示意地顯示依據實施形態5之空調管理系統之構成之一例的圖。空調管理系統係於實施形態1的構成更具備動作狀態取得部256、動作狀態儲存部257及預防保全部258。
動作狀態取得部256以某時間間隔來記錄包含推定資訊的動作狀態值，該推定資訊係包含：由與生產計畫對應之設備營運資訊的運轉資料、與生產量對應之空調原單位及各動作模式所構成。設備營運資訊係可舉例有熱源機141、空調設備、機械設備11等。運轉資料係可舉例有消耗電力、每一單位時間的啟動次數、設備處理(process)值等。推定資訊係可舉例有設備運轉效率、發生熱量等。動作狀態儲存部257將在動作狀態取得部256所取得的動作狀態值予以儲存。
預防保全部258將成為正常動作時之基準的動作狀態值與所取得的動作狀態值予以比較而判定有無異常。具體而言，預防保全部258在距離成為基準之動作狀態值之判定對象之動作狀態值的偏離量係在預先設定的門檻以外時，進行對使用者(user)通知警告的訊息(message)之處理。此外，預防保全處理不需要每次都進行，1天1次或1週1次等定期地進行即可。又，最好是依據動作狀態取得部256取得之運轉資料的預測期間比依據熱負荷預測部25之空調熱負荷的預測期間還短。
機械設備11的消耗電力有連續使用機械設 備11時就會變大的傾向。因此，在偏離量超過預先設定之值時，機械設備11會接近使用壽命，所以會對使用者進行通知。使用者依據通知而進行機械設備11之零件的更換等處理。此外，對於與實施形態1說明的構成要素相同的構成要素則賦予相同的符號而省略其說明。
實施形態5建構成：記錄在空調管理系統的動作狀態值，於每一預定的期間與基準的動作狀態值作比較而判斷有無異常。藉此，具有可將判斷結果活用於隨著經年性變化造成的設備故障、劣化之預防保全的效果。
(產業上可利用性)
如以上所述，本發明之空調管理系統對於生產製品之工廠中的空調管理很有用。
10‧‧‧工廠
10A‧‧‧無塵室
10B‧‧‧組裝室
11‧‧‧機械設備
12‧‧‧照明設備
13‧‧‧空調機
14‧‧‧外部調節機
15‧‧‧作業員
20‧‧‧空調管理裝置
21‧‧‧氣象資料取得部
22‧‧‧空調機特性資料取得部
23‧‧‧生產計畫資訊取得部
24‧‧‧資料記憶部
25‧‧‧熱負荷預測部
26‧‧‧運轉計畫部
27‧‧‧控制指令部
141a‧‧‧冷卻用熱源機
141b‧‧‧加熱用熱源機
142‧‧‧泵
143‧‧‧熱交換器
251‧‧‧發熱量預測部
252‧‧‧侵入熱預測部
253‧‧‧除去熱量預測部

Claims (11)

  1. 一種空調管理系統，係具備：具有包含營運的機械設備、照明設備及空調設備的設備，且具備供作業員進入或退出的工廠、以及以使前述工廠內達到目標溫度的方式控制前述空調設備的空調管理裝置者，前述空調管理裝置係具有：熱負荷預測部，係於每單位時間預測熱負荷，該熱負荷係包含利用生產計畫資訊而算出之在前述工廠內發生的發生熱量、及利用氣象資料而算出之侵入前述工廠內的侵入熱量；運轉計畫部，係依據前述熱負荷而於每單位時間製作前述空調設備的運轉計畫；以及控制指令部，係依據前述運轉計畫而控制前述空調設備的運轉，前述運轉計畫部針對前述熱負荷，依據前述工廠內設定的溫度及濕度與前述空調設備的動作模式，利用二次規畫法，以相對於將各個前述空調設備定額運轉時之消耗能量的總合，使在該空調管理系統整體之消耗能量最小化的方式建立前述運轉計畫。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之空調管理系統，其中，前述工廠內係分割成複數個空調區，前述熱負荷預測部對前述各空調區預測每一單位時間的前述熱負荷，前述運轉計畫部對前述各空調區製作每一單位時 間的前述運轉計畫。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之空調管理系統，其中，前述熱負荷預測部利用依據在前述空調區之前述機械設備、前述照明設備及前述作業員的配置資訊所製作之發熱模式對應資訊，而算出每一單位時間在前述各空調區的前述發生熱量，並利用算出從前述工廠的外部侵入內部的熱量之建築物的熱模式而算出前述侵入熱量，其中，該發熱模式對應資訊係使算出前述機械設備、前述照明設備及前述作業員的發熱量之動作模式與前述空調區具對應關係之每一個空調區的發熱模式對應資訊。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之空調管理系統，其中，前述空調管理裝置更具備顯示部，前述熱負荷預測部更具有顯示部，前述熱負荷預測部具有：對每一前述空調區，於前述顯示部以圖表顯示每一單位時間之前述機械設備、前述照明設備、前述作業員之發熱量及前述侵入熱量的功能。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之空調管理系統，其中，前述空調設備具有外部調節機：冷卻第1媒體之冷卻用熱源機、加熱第2媒體之加熱用熱源機、以及使前述工廠外之空氣接觸前述第1媒體或前述第2媒體而成為所設定之溫度與濕度而導入前述工廠內，前述運轉計畫部係將前述熱負荷預測部所預測之 每一單位時間的前述熱負荷等同於前述冷卻用熱源機與前述加熱用熱源機之輸出的狀態，以將前述冷卻用熱源機及前述加熱用熱源機之輸入能量與分別接觸前述冷卻用熱源機及前述加熱用熱源機之泵的消耗電力的合計成為最小化的方式，使用二次規畫法而依前述每一空調區決定前述冷卻用熱源機與前述加熱用熱源機之輸出溫度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之空調管理系統，其中，前述熱負荷預測部更具有預測每一時間導入工廠內之外部氣體處理量的功能，前述運轉計畫部係對所預測之前述外部氣體處理量，將前述熱負荷預測部所預測之每一單位時間之前述熱負荷等同於分別接觸前述冷卻用熱源機與前述加熱用熱源機之在熱交換器之熱量的狀態，以將前述熱交換器之熱量與將前述工廠內外之空氣送入前述工廠內之風扇之消耗電力的合計成為最小化的方式，使用二次規畫法求得前述外部調節機之供氣溫度與供氣濕度。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之空調管理系統，其中，前述發熱模式對應資訊係於前述生產計畫資訊更包含存在於前述各空調區之前述作業員的人數。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之空調管理系統，其中，前述機械設備之動作模式係定義有前述機械設備之營運率或每一單位時間之生產個數與發熱量之間之關係 的生產量-發熱量對應資訊，前述熱負荷預測部係從前述生產量-發熱量對應資訊取得前述生產計畫資訊中的前述機械設備之營運率或與每一單位時間之生產個數對應之前述機械設備的發熱量。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之空調管理系統，其中，該空調管理系統更具有測量前述機械設備之消耗電力的消耗電力測量裝置，前述熱負荷預測部更具有從前述消耗電力測量裝置取得前述機械設備的發熱量，並從前述生產計畫資訊取得前述營運率或每一單位時間之生產個數的功能。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之空調管理系統，其中，於前述機械設備係帶有熱處理之機械的情形下，前述熱負荷預測部從前述生產計畫資訊取得加熱對象物之材質、體積及數量，並藉由推定從前述機械設備啟動經過連續運轉時而至冷卻運轉為止所必須的電力能量與由前述機械設備洩漏的洩漏熱量，而預測前述機械設備的發熱量。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之空調管理系統，其中，前述空調管理裝置更具有：動作狀態取得部，係取得包含前述設備之消耗電力或發熱量的動作狀態值；及預防保全部，係將所取得的前述動作狀態值與成 為基準的動作狀態值比較，判定是否偏離門檻值以上，在有偏離的情形，對使用者進行通知。
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