WO2019235109A1 - 空調制御装置、空調制御方法、及び空調制御システム - Google Patents

空調制御装置、空調制御方法、及び空調制御システム Download PDF

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WO2019235109A1
WO2019235109A1 PCT/JP2019/017889 JP2019017889W WO2019235109A1 WO 2019235109 A1 WO2019235109 A1 WO 2019235109A1 JP 2019017889 W JP2019017889 W JP 2019017889W WO 2019235109 A1 WO2019235109 A1 WO 2019235109A1
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WO
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blower
air conditioner
air
measurement data
conditioning control
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Application number
PCT/JP2019/017889
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English (en)
French (fr)
Inventor
昌江 澤田
美緒 元谷
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/46—Improving electric energy efficiency or saving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/72—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure
    • F24F11/74—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure for controlling air flow rate or air velocity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F24F11/72—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure
    • F24F11/79—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure for controlling the direction of the supplied air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00—Ventilation
    • F24F7/007—Ventilation with forced flow

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioning control device (air conditioning control device) for controlling an air conditioning device (air conditioning device).
  • air conditioning air having a relatively high temperature staying near the ceiling or air having a relatively low temperature staying near the floor during air conditioning (hereinafter referred to as “air conditioning”) is diffused by a blower such as a circulator.
  • a blower device that improves the temperature difference between the upper and lower rooms and a control technology for the blower device have been proposed. It is known that comfort can be improved by improving the temperature difference between the room and that the set temperature of the air conditioner can be brought close to room temperature, resulting in an energy saving effect.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a room is divided into a plurality of zones, and an air conditioner and a circulator are controlled by zoning based on the temperature distribution of the entire indoor space estimated from sensor detection values.
  • Patent Document 2 discloses a technique for controlling an environmental control device such that both energy consumption and the probability that a user feels comfortable are within a predetermined range.
  • the present invention has been made against the background of the above problems, and obtains an air conditioning control device that saves energy in the entire system considering the interaction between the blower and the air conditioner while satisfying the comfort of the occupants. Is.
  • the air-conditioning control device includes air-conditioner operation data of an air-conditioner, air-conditioner measurement data by an air-conditioner, fan operation data of a blower, fan measurement data by a fan, and sensor measurement data measured by a sensor.
  • Receiving unit indoor environment distribution calculation unit that outputs operation and measurement data to the indoor environment distribution model that replaces the room with multiple points, and outputs the distribution state of the indoor environment, and calculates the evaluation value from the distribution state
  • An evaluation value calculation unit a power consumption calculation unit that calculates the power consumption of the air conditioner and the blower from the operation and measurement data, a control unit that controls the operation state of the air conditioner and the blower using the evaluation value and the power consumption, and It is an air-conditioning control apparatus provided with the transmission part which transmits the instruction
  • the air conditioning control method includes an air conditioner operation data of an air conditioner, an air conditioner measurement data by an air conditioner, an air blower operation data of an air blower, an air blower measurement data by an air blower, and an operation and measurement data comprising sensor measurement data measured by a sensor.
  • Receive step indoor environment distribution calculation step to output the indoor environment distribution state by inputting operation and measurement data into the indoor environment distribution model with the room replaced with multiple points, and calculate the evaluation value from the distribution state
  • An evaluation value calculation step a power consumption calculation step for calculating the power consumption of the air conditioner and the blower from the operation and measurement data, a control step for controlling the operation state of the air conditioner and the blower using the evaluation value and the power consumption, and It is an air-conditioning control method provided with the transmission step which transmits the instruction
  • Embodiment 1 is a configuration diagram of an air conditioning system including an air conditioning control device according to Embodiment 1 of the present invention. It is a schematic diagram explaining the vertical temperature distribution improvement effect which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is an example of the block diagram of the air-conditioning control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure of the room for demonstrating the indoor environment distribution model which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure of the processing flow of the driving
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioning system including an air conditioning control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the air conditioning control device 1 is connected to the air conditioner 2, the blower 3, and the sensor 4 via the control network 5.
  • the air conditioning control device 1 is a device that controls the air conditioner 2 and the blower 3.
  • the air conditioner 2 has an outdoor unit 21, an indoor unit 22, and a remote controller 23 as components.
  • the outdoor unit 21 cools or heats a heat medium such as refrigerant and water.
  • the indoor unit 22 performs heat exchange between the heat medium and indoor and outdoor air, and adjusts the indoor temperature.
  • the remote controller 23 is a device for a user (resident) to manually change the setting of the ON / OFF switching of the indoor unit 21, the set temperature, the air volume, the wind direction, and the like.
  • a room air conditioner is a typical example of the air conditioner 2.
  • the air conditioner 2 may be a room air conditioner in which a plurality of indoor units 22 are connected to one outdoor unit.
  • the multi air conditioner for buildings used in an office building etc. may be used.
  • the central air conditioning system used for the whole building air conditioning of a large-scale building may be sufficient.
  • the air conditioning system which performs objective air conditioning such as a server room and a warehouse, may be used.
  • the type of the air conditioner 2 is not limited to these.
  • the air-conditioning target space is not limited to these.
  • the blower 3 has a fan 31 and a remote controller 32 as components.
  • the fan 31 can change the air volume and direction in one or more stages.
  • the remote controller 32 is a device for the user to manually change settings such as ON / OFF (switching between on and off), air volume, and wind direction.
  • the blower 3 is a device that is generally installed for the purpose of obtaining a cool feeling by circulating indoor air or generating an air flow in the room.
  • the blower 3 is typically a circulator or a fan as a device for a house, but may be a blower function of an air conditioner such as a room air conditioner. That is, the air blower 3 may have the air blowing function of the air conditioner 2. Moreover, any type may be used as long as it can send air such as an air conveyance fan used in an office building or factory. Furthermore, it is not necessary to install independently as the air blower 3, and it is good also considering the air blower 3 with which the inside of the air conditioner 2 was equipped.
  • the sensor 4 is a sensor that measures a physical quantity, and includes one or a plurality of sensors a, a sensor b, and the like, and acquires indoor and outdoor environmental conditions. For example, a sensor that measures temperature, humidity, radiation temperature, thermal image, air velocity, and the like corresponds to this.
  • the sensors 4 in the air conditioner 2 may be used.
  • the sensor 4 built in the outdoor unit 21 of the air conditioner 2 may be used, or information such as a weather forecast acquired via the Internet may be used.
  • the sensor 4 may include a camera for acquiring indoor shape information and a human sensor for detecting a person in the room.
  • the control network 5 is a communication network that connects the air conditioning control device 1, the air conditioner 2, the blower 3, and the sensor 4.
  • the control network 5 is not particularly limited in terms of cable type, communication protocol, and the like.
  • the control network 5 may be wired communication such as a LAN or wireless communication. Further, it may be a general-purpose protocol that is open to the public. Furthermore, a dedicated line and a dedicated protocol by the manufacturer of the air conditioner 2 or the blower 3 may be used.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the effect of improving the vertical temperature distribution according to Embodiment 1, and more specifically, is a schematic diagram during heating.
  • the situation assumed in the present embodiment is illustrated and described in (b), and the case where only the air conditioner is installed is also illustrated in (a), and the air conditioning energy is reduced by improving the vertical temperature difference.
  • FIG. 2 in order to simplify the description in this embodiment, it is assumed that one air conditioner 2, one blower 3, and two sensors 4 are connected to the air conditioning control device 1. It is assumed that the air conditioner 2 is a room air conditioner, the blower 3 is a circulator, the sensor 4 is an air temperature sensor and a thermal image sensor built in the air conditioner 2, and the air conditioner 2 is in a heating operation.
  • FIG. 2A shows a case where only the air conditioner 2 is installed, and the heating set temperature of the air conditioner 2 is 26 ° C.
  • the temperature in the upper part of the room where the air conditioner 2 is located is 26 ° C.
  • the temperature at the height of the upper half of the occupant is 22 ° C.
  • the foot height of the occupant is 18 ° C.
  • FIG. 2B shows the situation assumed in the first embodiment, and the heating set temperature of the air conditioner 2 is 24 ° C. It is 2 degrees lower than the heating set temperature 26 ° C. of the air conditioner 2 in FIG.
  • the temperature of the upper part of the room where the air conditioner 2 is located is 24 ° C.
  • the temperature of the occupant at the height of the upper body is 22 ° C.
  • the temperature in the lower part of the room is 20 ° C.
  • the temperature at the height of the upper half of the occupant is the same temperature in FIGS. 2 (a) and 2 (b), and the occupant's foot height.
  • the temperature at (b) in FIG. 2 is twice higher than that at (a).
  • the air flow from the air conditioner 2 is buoyant during heating because the temperature is higher than room temperature, and does not reach the lower part of the room but stays near the ceiling.
  • the set temperature of the air conditioner 2 in order to obtain a comfortable temperature in the area where the occupants are present, the set temperature of the air conditioner 2 must be increased, and energy may be wasted.
  • the set temperature of the air conditioner 2 is raised, the temperature at the foot height does not rise, and there is a possibility that it may be uncomfortable.
  • the set temperature of the air conditioner 2 required to make the area where the occupant is present the same temperature is lowered, resulting in the air conditioning. The energy required for the machine 2 is reduced. At the same time, the foot height rises and comfort is improved.
  • FIG. 3 is an example of a configuration diagram of the air-conditioning control apparatus 1 according to the embodiment.
  • the air conditioning control device 1 includes a storage device 11 composed of a memory or the like, an arithmetic device 12 composed of a processor, a receiving device 13, and a transmitting device 14.
  • the target air conditioning system includes an air blower 3, an air conditioner 2, and a sensor 4 in addition to the air conditioning control device 1.
  • the detailed configuration of the air conditioning control device will be described with reference to FIG.
  • the blower 3 transmits the operation / measurement data of the blower 3 to the storage device 11 via the receiving device 13.
  • the air conditioner 2 transmits the operation / measurement data of the air conditioner 2 to the storage device 11 via the receiving device 13.
  • the sensor 4 transmits sensor measurement data to the storage device 11 via the receiving device 13.
  • the transmission device 14 transmits a control command for the storage device 11 to the blower 3 and the air conditioner 2.
  • the storage device 11 stores operation conditions, operation / measurement data, a model, an air conditioner operation state, a blower air volume, a control command, and the like.
  • the operating conditions stored in the storage device 11 are various conditions necessary for the processing of each unit in the arithmetic device 12.
  • the information regarding a control target value and a control position is also included, and indoor shape information may be included.
  • the type and period of data transmitted and received between the reception device 13 and the transmission device 14 are also included. These pieces of information include information related to zone division based on each assigned area when a plurality of air conditioners 2 and blowers 3 are installed.
  • the operation / measurement data stored in the storage device 11 is operation / measurement data of the air conditioner 2, operation / measurement data of the blower 3, and sensor measurement data by the sensor 4.
  • the sensor 4 When the sensor 4 is included in the air conditioner 2, the sensor measurement data by the sensor 4 may be included in the operation / measurement data of the air conditioner 2.
  • the operation / measurement data of the air conditioner 2 includes, for example, set values such as set temperature, operation modes such as cooling / heating / air blowing / dehumidification, temperatures measured at various parts such as room temperature, outside air temperature, refrigerant temperature, and flow rate. , Humidity, CO2 concentration, power, etc.
  • the operation data of the air conditioner 2 includes at least the set temperature, air volume, and wind direction data of the air conditioner 2.
  • the operation / measurement data of the blower 3 is, for example, an operation state such as strong / weak / stop, an operation mode such as an air volume and a wind direction, a rotation speed measured in each part, and an electric power.
  • the operation data of the blower 3 includes at least the air volume data of the blower 3. Further, the operation data of the blower 3 may include wind direction data in addition to the air volume data of the blower 3.
  • the operation data and measurement data described so far are merely examples, and are not limited to these, and need not include all of them.
  • the models stored in the storage device 11 are an indoor environment distribution model, an evaluation value calculation model, an air conditioner model, and a blower model.
  • the indoor environment distribution model models the relationship between the operating environment of the air conditioner 2, the air volume of the blower 3, the temperature of each point in the room, the radiation temperature, the relative humidity, and the wind speed.
  • the evaluation value calculation model models the relationship between the evaluation value and the indoor environment such as temperature, radiation temperature, relative humidity, and wind speed.
  • the indoor environment may be at least one of temperature, radiation temperature, relative humidity, and wind speed.
  • the air conditioner model is a model of the relationship between the air conditioner operating state and power consumption as the characteristics of the air conditioner 2.
  • the blower model is a model of the relationship between the air volume and the power consumption as the characteristics of the blower 3. Details of these models will be described later in the description of the indoor environment distribution calculation unit 12a, the evaluation value calculation unit 12b, the air conditioner power consumption calculation unit 12c, and the blower power consumption calculation unit 12d included in the operation state determination unit 12e.
  • the air conditioner operation state, the blower air volume, and the control command stored in the storage device 11 are converted by the air conditioner operation state and the air flow of the air blower 3 determined by the operation state determination unit 12e, and the control command converted by the control command conversion unit 12f. It is a directive.
  • the arithmetic device 12 includes an operation state determination unit 12e and a control command conversion unit 12f.
  • the operating state determination unit 12e includes an indoor environment distribution calculation unit 12a, an evaluation value calculation unit 12b, an air conditioner power consumption calculation unit 12c, and a blower power consumption calculation unit 12d.
  • the indoor environment distribution calculation unit 12 a uses the indoor environment distribution model stored in the storage device 11, the indoor environment distribution calculation unit 12 a inputs conditions such as the operating state of the air conditioner 2, the air volume of the blower 3, the measurement data of the sensor 4, etc. Outputs the environment (distribution status of indoor environment).
  • the indoor environment distribution model for example, a plurality of sensors 4 may be installed indoors, and the relationship between sensor operation data and past operation / measurement data of the air conditioner 2 and the blower 3 may be learned.
  • the indoor environment distribution model is a model for calculating the environment (distribution state of the indoor environment) of each indoor point using the physical model with the operation / measurement data of the air conditioner 2 and the blower 3 and the sensor measurement data as input values. Also good.
  • a physical model may be based on the theoretical formula of the jet which calculates airflow properties, such as the reach distance of the blowing airflow of the air conditioner 2 and the air blower 3, and a wind speed.
  • the room shape information is input in advance to divide the indoor space into a plurality of regions, and the temperature and flow velocity in each region are obtained by CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis.
  • FIG. 4 is a diagram of a room for explaining the indoor environment distribution model.
  • the height direction of the room is the X axis
  • the width direction of the air conditioner 2 is the Y axis
  • the depth direction of the room as viewed from the air conditioner 2 is the Z axis.
  • FIG. 4A shows a model in which a room is divided into three in the height direction.
  • FIG. 4B shows a model in which the room is divided into three heights and further divided into five in the depth direction.
  • the model shown in FIGS. 4A and 4B may be further divided into three in the width direction.
  • the indoor environment distribution model is obtained by dividing the room into three or more parts in the height direction. Note that the division does not necessarily need to be equally divided.
  • u is a three-dimensional velocity vector
  • t is time
  • p pressure
  • ⁇ density
  • ⁇ viscosity coefficient
  • ⁇ 0 reference density
  • g gravity acceleration
  • C p constant pressure specific heat
  • T temperature
  • k Is the thermal conductivity
  • Q is the internal heating value.
  • Equation 1 is a continuous equation representing the conservation of mass of the fluid.
  • Equation 2 is an incompressible Navier-Stokes equation representing momentum conservation.
  • Equation 3 is an energy equation.
  • the airflow characteristics such as the airflow arrival distance and the wind speed of the air conditioner 2 and the blower 3 may be modeled in advance with the air volume, the wind direction, the blowout temperature, etc. as explanatory variables for each model.
  • a plurality of sensors 4 may be installed in a room to learn the relationship between past operation / measurement data of the air conditioner 2 and blower 3 and measurement data of the sensor 4.
  • the evaluation value calculation unit 12b uses the evaluation value calculation model stored in the storage device 11 to calculate and output an evaluation value using the indoor environment at the control position output by the indoor environment distribution calculation unit 12a as an input.
  • the evaluation value can be, for example, a comfort level.
  • PMV Predicted Mean Vote
  • PMV is an index for predicting the thermal sensation of the human body in a state close to thermal neutrality based on a comfort equation that predicts the thermal neutral temperature of the human body.
  • the comfort equation is established as maintaining the average skin temperature and the amount of heat loss from the skin at the time of comfort.
  • Equation 5 holds for the average skin temperature, and Equation 6 shows the amount of heat loss from the skin. It is supposed to hold.
  • each element (term) in the thermal equilibrium formula (Formula 4) is given by Formula 7 to Formula 11.
  • Equation 12 is used as the convective heat transfer coefficient for the human body
  • Equation 13 is used as the clothing area ratio.
  • M is the metabolic rate (W / m 2 )
  • W is the mechanical work (W / m 2 )
  • R is the radiant heat loss (W / m 2 )
  • E s is the heat loss due to sweating (W / M 2 )
  • E d is the amount of dead heat (W / m 2 )
  • E re is the amount of latent heat loss due to respiration (W / m 2 )
  • C re is the amount of sensible heat loss due to respiration (W / m 2 )
  • C is the amount of convective heat loss (W / m 2 )
  • t s is the average skin temperature (° C.)
  • t a is the air temperature (° C.)
  • t cl is the outer clothing surface temperature (° C.)
  • tr is the average radiation temperature ( ° C.)
  • I cl the basic clothing thermal resistance (clo)
  • f cl is clothing area ratio
  • PMV is a method for predicting the thermal sensation when the thermal neutrality is deviated, and is calculated based on the thermal load of the human body.
  • the heat load of the human body is given by Equation 14 as a difference obtained by subtracting the right side from the left side of Equation 4.
  • the clothing outer surface temperature t ci in the formulas 10 and 11 is defined by the formula 15. However, since the formula includes t s , C, and R, the formula includes the formula 6, the formula 10, the formula 11 and the formula 15. Find the equation.
  • L is the heat load (W / m 2 ) of the human body.
  • PMV is defined by Equation 16.
  • the user may report a feeling of thermal cooling and learn the relationship with the indoor environment at the time of reporting.
  • a predetermined specified value may be used.
  • the control position may be an area having a certain size, and the average or variance (variation) of the environment in the area may be used as the evaluation value.
  • the evaluation values when performing objective air conditioning such as data centers, refrigerated warehouses, frozen warehouses, etc. are numerical values for evaluating, for example, the extent to which the environment such as temperature and humidity realizes a desirable management environment for indoor items It can be. The evaluation value may be evaluated based on whether or not a preset reference value is satisfied.
  • Air conditioner power consumption calculator 12c uses the air conditioner model stored in the storage device 11 and outputs the air conditioner power consumption with the operation / measurement data of the air conditioner 2 and the measurement data of the sensor 4 as inputs.
  • blower power consumption calculator 12d uses the blower model stored in the storage device 11, and outputs the blower power consumption with the air volume of the blower 3 as an input.
  • the operating state determination unit 12e includes an indoor environment distribution calculation unit 12a that calculates an indoor environment distribution, an evaluation value calculation unit 12b that calculates an evaluation value, an air conditioner power consumption calculation unit 12c that calculates air conditioner power consumption, and a blower A blower power consumption calculation unit 12d that calculates power consumption is included.
  • the operation state determination unit 12e determines the operation state of the air conditioner 2 and the operation state of the blower 3 using the indoor environment distribution model, the evaluation value calculation model, the air conditioner model, and the blower model stored in the storage device 11. And stored in the storage device 11.
  • the total power consumption of the air conditioner 2 and the blower 3 is relatively smaller than that in the other operation states.
  • the power consumption is determined to be minimum.
  • the comfort level to be evaluated is, for example, a method in which the position of a resident is detected and calculated based on the indoor environment calculated at that position, a range in which the resident can exist is determined in advance, and the room calculated in that range A calculation method based on the environment is conceivable.
  • FIG. 5 is a diagram of a processing flow of the operation state determination unit 12e according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing the input / output relationship of each model according to the first embodiment.
  • FIG. 6 shows an example of using two items of data, that is, the outside air temperature T0 as the sensor measurement data, the set temperature T ac as the air conditioner operating state, and the temperature T and the wind speed Q fan as the indoor environment.
  • the indoor environment distribution model uses these data to calculate the control position temperature T i and the control position wind speed V i, and further calculates the evaluation value using the evaluation value calculation model.
  • the evaluation value is an example in the case of the comfort level.
  • a method for preventing the target range of comfort level from falling below the current comfort level will be described, but the user can select in advance, and the method is not limited.
  • the blower model calculates the blower power W fan using the previous data
  • the air conditioner model calculates the air conditioner power W ac using these data.
  • the total power of the blower power W fan and the air conditioner power W ac is the power consumption.
  • step ST1 the operating conditions of the air conditioner 2 and the blower 3 are read from the storage device 11.
  • step ST2 the latest operation / measurement data of the air conditioner 2 and the blower 3 and the measurement data of the sensor 4 are read from the storage device 11.
  • step ST3 based on the driving conditions acquired in step ST1 and the driving / measurement data acquired in step ST2, the current comfort level is calculated using the evaluation value calculation model.
  • step ST4 based on the operation conditions acquired in step ST1 and the operation / measurement data acquired in step ST2, the total power consumption of the current air conditioner 2 and fan 3 is calculated using the air conditioner model and fan model.
  • step ST5 the blower operation state and the air conditioner operation state of the next step (scheduled next operation stage) are determined.
  • step ST6 the comfort level of the next step is calculated based on the fan operating state and air conditioner operating state determined in step ST5.
  • step ST7 the current comfort level calculated in step ST3 is compared with the comfort level of the next step calculated in step ST6. If the comfort level of the next step exceeds the current comfort level, the process proceeds to step ST8. . On the other hand, when the comfort level of the next step is lower than the current comfort level, the process proceeds to step ST11.
  • step ST8 based on the fan operating state and the air conditioner operating state determined in step ST5, the total power consumption of the air conditioner 2 and the fan 3 in the next step is calculated using the air conditioner model and the fan model.
  • step ST9 the current total power consumption calculated in step ST4 is compared with the total power consumption of the next step calculated in step ST8. If the total power consumption of the next step is lower than the current total power consumption, Proceed to step ST10. On the other hand, when the total power consumption in the next step exceeds the current total power consumption, the process proceeds to step ST11.
  • step ST10 the current air conditioner operation state and the current blower operation state are updated (changed) to the next step air conditioner operation state and blower operation state, and stored in the storage device 11.
  • step ST11 the number of trials is incremented by 1. If the predetermined number of trials has not been reached, the process returns to step ST5, and if the number of trials has been reached, the process ends.
  • the method of determining the air conditioner operation state and the blower operation state in the next step in step ST5 may be preferentially selected from combinations close to the current setting, may randomly select a combination,
  • the data having a great effect after the change may be stored and selected with priority, and the method is not limited.
  • the target range of evaluation values may be input in advance with a plurality of patterns together with priorities, and the target range of evaluation values may be changed according to the situation. For example, two patterns A and B having a relatively narrow target range of evaluation values are set. In a situation where the difference between the current evaluation value and the target evaluation value is large, such as immediately after the air conditioner 2 is started, the pattern A is used so that the indoor environment quickly becomes an appropriate value. Next, when it is determined that the indoor environment has become stable within the target range as time elapses, the pattern B that expands the target range of the indoor environment with priority on energy saving is adopted. As another method, the user may select the priority of the indoor environment and energy saving in advance, or the target range may be changed by detecting the presence or absence of a person in the room. Further, the evaluation value may be whether or not a predetermined criterion is satisfied.
  • Control command converter 12f The control command conversion unit 12f converts the air conditioner operation state determined by the operation state determination unit 12e and stored in the storage device 11 into the air conditioner 2, and the blower operation state into a control command that actually gives a command to the blower 3. .
  • the strong / medium / weak command is a command corresponding to the stored operating state of the blower 3 -It converts into either stop and memorize
  • strong, medium, weak, and stop are examples, and the format of the control command is not limited to this. Since the control command that can be received by the blower 3 is different for each model, the control command is generated according to the model. Information necessary for this is stored in the storage device 11 as operating conditions.
  • the control unit for the air conditioner 2 and the blower 3 includes the air conditioner operation state, the blower operation state, the control command conversion unit 12f, and the control command.
  • the receiving device 13 communicates with the air conditioner 2 and the blower 3, receives data from the air conditioner 2 and the blower 3, and stores the received data in the storage device 11.
  • the transmission device 14 performs communication between the air conditioner 2 and the blower 3, reads a control command stored in the storage device 11, and transmits the control command to the air conditioner 2 and the blower 3.
  • Means for the reception device 13 and the transmission device 14 to communicate with the air conditioner 2 and the blower 3 are, for example, a dedicated network of the target air conditioning system, a general-purpose network such as a LAN, and an air conditioning facility (the air conditioner 2 and the blower 3). Different dedicated lines, etc., and different communication means may be used. Moreover, you may communicate by radio
  • the means for communicating in this way is not particularly limited with respect to the type of cable, protocol, etc., and communication means not listed above may be used. Further, the communication means used in the reception device 13 and the communication means used in the transmission device 14 may be different. That is, a plurality of types of communication means may be combined.
  • the air conditioning control apparatus includes the indoor environment distribution model, the evaluation value calculation model, the air conditioner model, and the blower model.
  • the operation / measurement data of the air conditioner 2 and the blower 3 and sensor measurement are provided. Using the data, the total comfort level and power consumption of the air conditioner 2 and the blower 3 are calculated.
  • the air conditioner 2 and the blower 3 are operated under the condition that the total power consumption of the air conditioner 2 and the blower 3 is minimized while the evaluation value satisfies the preset standard.
  • the air conditioner operation state and the fan operation state that reduce the total power consumption of the air conditioner 2 and the blower 3 while keeping the environmental conditions at a predetermined position appropriate. It can be determined appropriately and energy saving can be realized.
  • the operation and measurement data including the air conditioner operation data of the air conditioner, the air conditioner measurement data by the air conditioner, the fan operation data of the blower, the fan measurement data of the blower, and the sensor measurement data measured by the sensor are received.
  • an indoor environment distribution calculation unit that inputs the operation and measurement data to the indoor environment distribution model in which the room is replaced with a plurality of points and outputs the distribution state of the indoor environment, and an evaluation value calculation that calculates an evaluation value from the distribution state
  • a power consumption calculation unit that calculates power consumption of the air conditioner and the blower from the operation and measurement data, a control unit that controls the operation state of the air conditioner and the blower using the evaluation value and the power consumption, and a command of the control unit It is an air-conditioning control apparatus provided with the transmission part which transmits to an air conditioner and an air blower.
  • the receiving step of receiving the operation and measurement data consisting of the air conditioner operation data of the air conditioner, the air conditioner measurement data by the air conditioner, the blower operation data of the blower, the blower measurement data of the blower, and the sensor measurement data measured by the sensor,
  • An indoor environment distribution calculation step for outputting the distribution state of the indoor environment by inputting operation and measurement data to the indoor environment distribution model in which the room is replaced with a plurality of points; an evaluation value calculation step for calculating an evaluation value from the distribution state;
  • Power consumption calculation step for calculating the power consumption of the air conditioner and the blower from the operation and measurement data, a control step for controlling the operation state of the air conditioner and the blower using the evaluation value and the power consumption, and a command from the control unit for the air conditioner
  • an air-conditioning control method including a transmission step of transmitting to the blower.
  • FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing a situation of a room that is a target of the air conditioning system assumed in the second embodiment.
  • the blower 3 it is assumed that air is circulated by the blower 3 between two chambers (chambers) in which the spaces (chambers) are not continuous with each other.
  • the blower 3 below, only the structure of the chamber used as the object different from Embodiment 1 is demonstrated, and the other point is the same as that of Embodiment 1.
  • the air conditioner 2 is installed in one room and is an air conditioning room that performs air conditioning. In the other room, the air conditioner 2 is not installed and a non-air-conditioned room where no air conditioning is performed is provided, and the sensor 4 is installed. These air-conditioned rooms and non-air-conditioned rooms are spatially isolated and exchange air only through the blower 3.
  • the blower 3 can be directly installed on the wall surface when two spaces (two rooms) are adjacent to each other. In addition, when the two spaces (two rooms) are separated from each other, an inflow port and an outflow port are provided in each room, and connected to the blower 3 installed in the space behind the ceiling through a duct.
  • the non-air-conditioned room can perform air conditioning without an air conditioner installed.
  • the amount of energy required for the air conditioner 2 is affected by the operating state of the blower 3, and the environment in the non-air-conditioned room is affected by the operating state of the blower 3.
  • an indoor environment distribution model is constructed for non-air-conditioned rooms and the evaluation value calculation model model is PMV as a comfort index
  • the environment in the non-air-conditioned rooms is predicted by the indoor environment distribution model, and the predicted environment and blower
  • the comfort level is obtained by the evaluation value calculation model based on the operation state of the air conditioner, and the power consumption by the air conditioner model and the blower model is predicted, so that the comfort of the non-air-conditioned room is ensured while the blower 3 and the air conditioner 2 are It becomes possible to determine the operating state that saves the most energy in the combined air conditioning system as a whole.
  • the evaluation value calculation model in this case may be a model for evaluating noise caused by the blower 3 in addition to the comfort index.
  • the operation and measurement data including the air conditioner operation data of the air conditioner, the air conditioner measurement data by the air conditioner, the fan operation data of the blower, the fan measurement data of the blower, and the sensor measurement data measured by the sensor are received.
  • an indoor environment distribution calculation unit that inputs the operation and measurement data to the indoor environment distribution model in which the room is replaced with a plurality of points and outputs the distribution state of the indoor environment, and an evaluation value calculation that calculates an evaluation value from the distribution state
  • a power consumption calculation unit that calculates power consumption of the air conditioner and the blower from the operation and measurement data, a control unit that controls the operation state of the air conditioner and the blower using the evaluation value and the power consumption, and a command of the control unit It is an air-conditioning control apparatus provided with the transmission part which transmits to an air conditioner and an air blower.
  • the receiving step of receiving the operation and measurement data consisting of the air conditioner operation data of the air conditioner, the air conditioner measurement data by the air conditioner, the blower operation data of the blower, the blower measurement data of the blower, and the sensor measurement data measured by the sensor,
  • An indoor environment distribution calculation step for outputting the distribution state of the indoor environment by inputting operation and measurement data to the indoor environment distribution model in which the room is replaced with a plurality of points; an evaluation value calculation step for calculating an evaluation value from the distribution state;
  • Power consumption calculation step for calculating the power consumption of the air conditioner and the blower from the operation and measurement data, a control step for controlling the operation state of the air conditioner and the blower using the evaluation value and the power consumption, and a command from the control unit for the air conditioner
  • an air-conditioning control method including a transmission step of transmitting to the blower.
  • 1 air conditioning control device 1 air conditioning control device, 2 air conditioner, 3 blower, 11 storage device, 12 arithmetic device, 13 receiving device, 14 transmission device, 12a indoor environment distribution calculation unit, 12b evaluation value calculation unit, 12c air conditioner power consumption calculation unit, 12d Blower power consumption calculation unit, 12e operation state determination unit, 12f control command conversion unit.

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Abstract

空調機運転・計測データと送風機運転・計測データとセンサ計測データとから運転・計測データを受信する受信部と、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転・計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部（１２ａ）と、分布状態から評価値を計算する評価値計算部（１２ｂ）と、運転・計測データから空調機（２）及び送風機（３）の消費電力を計算する消費電力計算部（１２ｃ）と、評価値及び消費電力を用いて空調機（２）及び送風機（３）の運転状態を制御する制御部と、制御部の指令を空調機（２）及び送風機（３）に送信する送信部とを備えた空調制御装置（１）である。

Description

空調制御装置、空調制御方法、及び空調制御システム
　本発明は、空調機器（空気調和機器）の制御をおこなう空調制御装置（空気調和制御装置）に関するものである。
　従来から、空気調和（以下「空調」という。）時に天井近傍に滞留する相対的に温度の高い空気、あるいは床近傍に滞留する相対的に温度の低い空気をサーキュレータ等の送風機により拡散させることで、室内の上下温度差を改善する送風機器及び送風機器の制御技術が提案されている。室内の上下温度差の改善により快適性が向上するとともに、空調機の設定温度を室温に近づけることができ、省エネルギー効果があることが知られている。特許文献１では、室内を複数のゾーンに区分けし、センサ検出値から推定された室内空間全体の温度分布に基づいて空調機とサーキュレータとをゾーニング制御する技術が開示されている。また、特許文献２では、消費エネルギーとユーザーが快適に感じる確率とが共に所定の条件の範囲となるように環境制御機器を制御する技術が開示されている。
特開２００９－２５７６１７ ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／００７１２９
　しかしながら、特許文献１に開示されている制御方法では風速は考慮されておらず、また、快適性も考慮されていない。このため、サーキュレータからの気流が在室者の位置まで到達する場合には、在室者が不快と感じることがあり問題がある。
　また、特許文献２に開示されている空調環境管理システムでは、エアコンと送風機とを含んだ構成で快適性を考慮しつつ、全体のエネルギーが最小となる条件を満たす制御を行うことができる。しかしながら、室内における環境の分布を考慮することはできず、送風機によって上下温度差が改善することに起因し空調機にかかるエネルギーが削減されるといった、送風機と空調機との相互作用による省エネルギー効果を考慮した制御ができていない。
　本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、在室者の快適性を満たしつつ、送風機と空調機との相互作用を考慮したシステム全体で省エネルギーとなる空調制御装置を得るものである。
　本発明にかかる空調制御装置は、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データからなる運転及び計測データを受信する受信部と、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部と、分布状態から評価値を計算する評価値計算部と、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算部と、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御部と、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信部とを備えた空調制御装置である。
　本発明にかかる空調制御方法は、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データからなる運転及び計測データを受信する受信ステップと、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算ステップと、分布状態から評価値を計算する評価値計算ステップと、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算ステップと、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御ステップと、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信ステップとを備えた空調制御方法である。
　在室者の快適性を満たしつつ、送風機と空調機との相互作用を考慮したシステム全体で省エネルギーとなる空調制御装置、空調制御方法及び空調システムをえることができる。
本発明の実施の形態１に関わる空調制御装置を含む空調システムの構成図である。 本発明の実施の形態１に係る上下温度分布改善効果を説明する模式図である。 本発明の実施の形態１に係る空調制御装置の構成図の例である。 本発明の実施の形態１に係る室内環境分布モデルを説明するための室の図である。 本発明の実施の形態１に係る運転状態決定部の処理フローの図である。 本発明の実施の形態１に係る各モデルの入出力の関係を示す概念図である。 本発明の実施の形態２で想定する対象室の状況を示す模式図である。
実施の形態１．
（対象システムの構成）
　図１は、本発明の実施の形態１に関わる空調制御装置を含む空調システムの構成図である。空調制御装置１は、制御ネットワーク５を介して、空調機２、送風機３及びセンサ４と接続している。また、空調制御装置１は、空調機２及び送風機３を制御する装置である。
　空調機２は、室外機２１、室内機２２、リモコン２３を構成要素として持つ。室外機２１は、冷媒、水等の熱媒体を冷却又は加熱する。室内機２２は、熱媒体と室内外の空気との間で熱交換を行い、室内の温度を調整する。リモコン２３は、ユーザー（在室者）が室内機２１のＯＮ／ＯＦＦの切り換え、設定温度、風量、風向等を手動で設定変更するための装置である。
　住宅向けの空調システムでは、１室に１台の室内機２２が設置されることが多い。例えば、ルームエアコンは、空調機２の代表例である。もっとも、空調機２は、室外機１台に対して室内機２２が複数台接続されるルームエアコンであってもよい。また、オフィスビル等で用いられるビル用マルチエアコンであってもよい。さらに、大規模ビルの全館空調に用いられるセントラル空調システムであってもよい。また、サーバー室、倉庫といった対物空調を行う空調システムであってもよい。これらは一例であって、空調機２の種類は、これらに限定されるものではない。また、空調対象空間もこれらに限定されるものではない。
　送風機３は、ファン３１、リモコン３２を構成要素として持つ。ファン３１は風量及び風向を１段階または多段階に変更することが可能である。リモコン３２は、ユーザーがＯＮ／ＯＦＦ（オンとオフとの切換）、風量、風向等を手動で設定変更するための装置である。送風機３は、一般に室内空気を循環したり、室内に気流を発生させたりすることにより、冷涼感を得ることを目的にして設置される装置である。
　送風機３は、住宅向けの機器としてはサーキュレータ及び扇風機が代表例であるが、ルームエアコン等の空調機器の送風機能であってもよい。すなわち、送風機３は、空調機２の送風機能でもよい。また、オフィスビル又は工場で用いられるエア搬送ファンを始め、風を送るものであれば形式はどのようなものであってもよい。さらに、送風機３として独立して設置される必要は無く、空調機２の内部に備えられた送風機３を対象としてもよい。
　センサ４は、物理量を計測するセンサであり、１つ又は複数のセンサａ、センサｂなどから構成され、室内外の環境条件を取得する。例えば、温度、湿度、放射温度、熱画像、気流速度等を計測するセンサがこれにあたる。これらのセンサ４が空調機２に内蔵されている場合は空調機２内のセンサ４を用いてもよい。また、室外の温度は空調機２の室外機２１に内蔵されているセンサ４を用いてもよいし、インターネット経由で取得した天気予報等の情報を用いてもよい。さらに、センサ４には、室内の形状情報を取得するためのカメラ、在室者を検出するための人感センサを含んでもよい。
　制御ネットワーク５は、空調制御装置１と空調機２と送風機３とセンサ４とを接続する通信用のネットワークである。制御ネットワーク５は、ケーブルの種類、通信プロトコル等は特に限定されない。例えば、制御ネットワーク５は、ＬＡＮ等の有線通信であっても、無線通信であってもよい。また、一般に公開されている汎用プロトコルであってもよい。さらに、空調機２又は送風機３の製造会社による専用線と専用プロトコル等であってもよい。
（想定する状況）
　図２は実施の形態１に係る上下温度分布改善効果を説明する模式図であり、より具体的には暖房時の模式図である。本実施の形態が想定する状況を（ｂ）に図示して説明するとともに、空調機のみが設置される場合を合わせて（ａ）に図示し、上下温度差の改善によって空調エネルギーが削減される理由を説明する。図２に本実施の形態では説明を簡単にするため、空調制御装置１に空調機２が１台、送風機３が１台、センサ４が２台を接続されているものとしている。空調機２はルームエアコン、送風機３はサーキュレータ、センサ４は空調機２に内蔵されている空気温度センサ及び熱画像センサであるとし、空調機２は暖房運転をしているものと想定する。
　図２（ａ）は、空調機２のみが設置されている場合であり、空調機２の暖房設定温度は２６℃である。図２（ａ）では、空調機２のある室内上部は２６℃、在室者が上半身の高さ（室内の高さ方向の中間部）における温度は２２℃、在室者の足元高さ（室内下部）における温度は１８℃になっている状態を示している。
　一方、図２（ｂ）は、実施の形態１で想定する状況の場合であり、空調機２の暖房設定温度は２４℃である。図２（ａ）の空調機２の暖房設定温度２６℃より２度低くなっている。図２（ｂ）では、空調機２のある室内上部は２４℃、在室者が上半身の高さ（室内の高さ方向の中間部）における温度は２２℃、在室者の足元高さ（室内下部）における温度は２０℃になっている状態を示している。このため、在室者が上半身の高さ（室内の高さ方向の中間部）における温度は、図２の（ａ）と（ｂ）とで同等の温度であり、在室者の足元高さにおける温度は、図２の（ｂ）の方が（ａ）よりも２度高くなっている。
　室内に空調機２のみが設置される場合には、暖房時には空調機２からの吹出し気流はその温度が室温よりも高いために浮力が働き、室内下部までは到達せずに、天井近傍に滞留して上下温度差を拡大させる傾向があることが知られている。この場合、在室者の存在する領域で快適な温度を得るためには、空調機２の設定温度を上げざるをえず、エネルギーの浪費となる場合がある。
　さらに、空調機２の設定温度を上げても足元高さの温度は上昇せず、不快と感じる可能性がある。一方、送風機３による室内空気攪拌によって上下温度分布が改善されると、在室者の存在する領域を同等の温度とするために必要な空調機２の設定温度は下がることになり、結果として空調機２にかかるエネルギーは削減される。同時に足元高さの温度も上昇し、快適性も向上する。
（空調制御装置１の機能）
　図３は、実施の形態にかかる空調制御装置１の構成図の例である。空調制御装置１は、メモリ等からなる記憶装置１１、プロセッサからなる演算装置１２、受信装置１３、送信装置１４を備える。また、対象とする空調システムは、空調制御装置１に加えて、送風機３、空調機２、センサ４を備える。以下、図３を用いて空調制御装置の詳細構成について説明する。
　送風機３は、受信装置１３を介して記憶装置１１に送風機３の運転・計測データを送信する。また、空調機２は、受信装置１３を介して記憶装置１１に空調機２の運転・計測データを送信する。さらに、センサ４は、受信装置１３を介して記憶装置１１にセンサ計測データを送信する。また、送信装置１４は、記憶装置１１の制御指令を送風機３及び空調機２に送信する。
　（記憶装置１１）
　記憶装置１１は、運転条件、運転・計測データ、モデル、空調機運転状態、送風機風量、制御指令等を記憶する。
　記憶装置１１に記憶される運転条件は、演算装置１２における各部の処理で必要となる各種条件である。例えば、空調機２の台数、送風機３の台数、接続関係等の空調システムの構成に関する情報、運転状態決定部１２ｅで空調機２及び送風機３の運転状態を決定する周期等である。さらに、制御目標値及び制御位置に関する情報も含み、室内の形状情報を含んでもよい。また、受信装置１３と送信装置１４とで送受信するデータの種類、周期等も含む。これらの情報には、空調機２と送風機３とが複数台設置される場合には、各担当エリアに基づくゾーン分割に関する情報も含む。
　記憶装置１１に記憶される運転・計測データは、空調機２の運転・計測データ及び送風機３の運転・計測データと、センサ４によるセンサ計測データである。センサ４が空調機２に内包されている場合は、空調機２の運転・計測データの中にセンサ４によるセンサ計測データを包含してもよい。
　空調機２の運転・計測データは、例えば、設定温度等の設定値、冷房・暖房・送風・除湿等の動作モード、室温、外気温、冷媒温度のような各部で計測している温度、流量、湿度、ＣＯ２濃度、電力等である。空調機２の運転データの中は、少なくとも空調機２の設定温度、風量及び風向のデータを含んでいる。
　また、送風機３の運転・計測データは、例えば、強・弱・停止等の運転状態、風量、風向等の動作モード、各部で計測している回転数、電力等である。送風機３の運転データは、少なくとも送風機３の風量のデータを含んでいる。また、送風機３の運転データは、送風機３の風量のデータに加えて、風向のデータを含むこともある。ここまで説明した運転データ及び計測データは、あくまでも例であって、これらに限定されるものではなく、これら全てを含む必要もない。
　記憶装置１１に記憶されるモデルは、室内環境分布モデル、評価値計算モデル、空調機モデル、送風機モデルである。室内環境分布モデルは、空調機２の運転状態、送風機３の風量、室内各点の温度、放射温度、相対湿度及び風速の室内環境の関係をモデル化したものである。また、評価値計算モデルは、温度、放射温度、相対湿度及び風速等の室内環境と評価値との関係をモデル化したものである。室内環境は、少なくとも温度、放射温度、相対湿度及び風速のいずれか一つであればよい。
　さらに、空調機モデルは、空調機２の特性として、空調機運転状態と消費電力との関係をモデル化したものである。また、送風機モデルは、送風機３の特性として、風量と消費電力との関係をモデル化したものである。これらモデルの詳細については、運転状態決定部１２ｅにて包含される室内環境分布計算部１２ａ、評価値計算部１２ｂ、空調機消費電力計算部１２ｃ、送風機消費電力計算部１２ｄの説明で後述する。
　記憶装置１１に記憶される空調機運転状態及び送風機風量並びに制御指令は、それぞれ運転状態決定部１２ｅで決定した空調機運転状態及び送風機３の風量と、制御指令変換部１２ｆで変換し決定した制御指令である。
（演算装置１２）
　演算装置１２は、運転状態決定部１２ｅ、制御指令変換部１２ｆを備える。また、運転状態決定部１２ｅは、室内環境分布計算部１２ａ、評価値計算部１２ｂ、空調機消費電力計算部１２ｃ、送風機消費電力計算部１２ｄを備える。
（室内環境分布計算部１２ａ）
　室内環境分布計算部１２ａは、記憶装置１１に記憶される室内環境分布モデルを用いて、空調機２の運転状態、送風機３の風量、センサ４の計測データ等の条件を入力として室内各点の環境（室内環境の分布状態）を出力する。室内環境分布モデルは、例えば、室内に複数センサ４を設置し、過去の空調機２及び送風機３の運転・計測データと、センサ計測データの関係を学習してもよい。また、室内環境分布モデルは、空調機２及び送風機３の運転・計測データと、センサ計測データとを入力値とし、物理モデルにより室内各点の環境（室内環境の分布状態）を計算するモデルとしてもよい。物理モデルは、空調機２及び送風機３の吹出し気流の到達距離、風速等の気流性状を計算する噴流の理論式に基づいてもよい。
　例えば、室内環境分布モデルは、予め室の形状情報を入力して室内空間を複数の領域に分割し、各領域における温度や流速をＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ：数値流体力学）解析により求める。
　図４は、室内環境分布モデルを説明するための室の図である。室の高さ方向をＸ軸、空調機２の幅方向をＹ軸、空調機２の奥行き方向であり、空調機２から観て部屋の奥行き方向をＺ軸としている。図４（ａ）は、部屋を高さ方向に３分割したモデルを示している。図４（ｂ）は、部屋を高さ補講に３分割した上に、更に奥行き方向に５分割したモデルを示している。図示していないが、例えば、図４（ａ）（ｂ）のモデルを更に幅方向に３分割してもよい。このように、室内環境分布モデルは、室内を高さ方向に３分割以上したものになっている。なお、分割は必ずしも等分割にする必要はない。
　ＣＦＤ解析に用いる流体の支配方程式は、例えば、以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、ｕは３次元の速度ベクトル、ｔは時間、ｐは圧力、ρは密度、μは粘性係数、ρ0は基準密度、ｇは重力加速度、Ｃpは定圧比熱、Ｔは温度、ｋは熱伝導率、Ｑは内部発熱量である。
　式１は、流体の質量保存を表す連続の式である。式２は、運動量保存を表す非圧縮性ナビエ・ストークス方程式である。式３は、エネルギー方程式である。これらを適当な初期値、境界条件の下で解くことにより分割した各領域の温度、風速等を算出する。この場合、空調機２及び送風機３の運転・計測データとセンサ４の計測データを、解析における初期値及び境界条件値として用いる。
　室内環境分布モデルは、例えば、機種ごとに風量、風向、吹出し温度等を説明変数として、空調機２及び送風機３の吹出し気流の到達距離及び風速等の気流性状を予めモデル化しておいてもよい。また、室内環境分布モデルは、室内に複数センサ４を設置して過去の空調機２及び送風機３の運転・計測データと、センサ４の計測データの関係を学習してもよい。
（評価値計算部１２ｂ）
　評価値計算部１２ｂは、記憶装置１１に記憶される評価値計算モデルを用いて、室内環境分布計算部１２ａが出力する制御位置における室内環境を入力として評価値を計算して出力する。人が存在する領域を空調する一般的な対人空調を行う場合においては、評価値は、例えば、快適度とすることができる。快適度の計算式には、例えば、ＰＭＶ（Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ　Ｍｅａｎ　Ｖｏｔｅ）を用いる。ＰＭＶは，人体の熱的中立温度を予測する快適方程式に基づき，熱的中立に近い状態の人体の温冷感を予測する指標である。快適方程式は、快適時における平均皮膚温と皮膚からの蒸発熱損失量を維持しているものとして立てられており、平均皮膚温は式５が成り立ち、皮膚からの蒸発熱損失量は式６が成り立つものとしている。発汗、熱ストレスが著しくない場合には、熱平衡式（式４）中の各要素（項）は、式７から式１１で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　快適方程式においては、人体に対する対流熱伝達率は、式１２が使用され、着衣面積比は、式１３が使用される。これら一連の式は、熱的中立である場合に成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ここで、Ｍは代謝量（Ｗ／ｍ2）、Ｗは機械的仕事量（Ｗ／ｍ2）Ｒは放射熱損失量（Ｗ／ｍ2）、Ｅsは発汗による蒸発熱損失量（Ｗ／ｍ2）、Ｅdは不感蒸せつ量（Ｗ／ｍ2）、Ｅreは呼吸による潜熱損失量（Ｗ／ｍ2）、Ｃreは呼吸による顕熱損失量（Ｗ／ｍ2）、Ｃは対流熱損失量（Ｗ／ｍ2）、ｔsは平均皮膚温（℃）、ｔaは空気温度（℃）、ｔclは着衣外表面温度（℃）、ｔrは平均放射温度（℃）、Ｉclは基礎着衣熱抵抗（ｃｌｏ）、ｆclは着衣面積比、ｈcは人体の対流熱伝達率（Ｗ／（ｍ2・℃））、Ｐaは水蒸気圧（ｋＰａ）、ｖは平均風速（ｍ／ｓ）である。
　ＰＭＶは、熱的中立から外れた場合の温冷感を予測する方法であり、人体の熱負荷に基づき算出される。人体の熱負荷は、式４の左辺から右辺を引いた差として、式１４のように与えられる。式１０及び式１１中の着衣外表面温度ｔciは、式１５で定義されるが、式中にｔsとＣとＲが含まれるため、式６、式１０、式１１及び式１５からなる方程式を解いて求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　ここで、Ｌは人体の熱負荷（Ｗ／ｍ2）である。ＰＭＶは、式１６で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　ＰＭＶと温冷感との関係は、「＋３：暑い（ｈｏｔ）、＋２：暖かい（ｗａｒｍ）、＋１：やや暖かい（ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｗａｒｍ）、０：どちらでもない（ｎｅｕｔｒａｌ）、－１：やや涼しい（ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｃｏｏｌ）、－２：涼しい（ｃｏｏｌ）、－３：寒い（ｃｏｌｄ）」になっている。
　その他の評価値としては、ユーザーに温冷感を申告させ、申告時の室内環境との関係を学習してもよい。評価値計算モデルの入力項目が、室内環境分布モデルの出力項目では不足する場合には、予め定めた規定値を用いるようにしてもよい。また、制御位置をある程度の大きさを持った領域とし、領域内の環境の平均又は分散（ばらつき）を評価値としてもよい。さらに、データセンター、冷蔵倉庫、冷凍倉庫等といった対物空調を行う場合における評価値は、例えば、温度、湿度等の環境がどの程度、室内の物品にとって望ましい管理環境を実現しているかを評価する数値とすることができる。また、評価値は、予め設定した基準値を満たすか否かで評価してもよい。
（空調機消費電力計算部１２ｃ）
　空調機消費電力計算部１２ｃは、記憶装置１１に記憶される空調機モデルを用い、空調機２の運転・計測データと、センサ４の計測データを入力として空調機消費電力を出力する。
（送風機消費電力計算部１２ｄ）
　送風機消費電力計算部１２ｄは、記憶装置１１に記憶される送風機モデルを用い、送風機３の風量を入力として送風機消費電力を出力する。
（運転状態決定部１２ｅ）
　運転状態決定部１２ｅは、室内環境分布を計算する室内環境分布計算部１２ａと、評価値を計算する評価値計算部１２ｂと、空調機消費電力を計算する空調機消費電力計算部１２ｃと、送風機消費電力を計算する送風機消費電力計算部１２ｄを含む。運転状態決定部１２ｅは、記憶装置１１に記憶される室内環境分布モデル、評価値計算モデル、空調機モデル、送風機モデルを用いて、空調機２の運転状態と送風機３の運転状態とを決定し、記憶装置１１に記憶する。
　空調機運転状態及び送風機運転状態は、快適度が目標範囲を満たす中で、空調機２及び送風機３の消費電力の合計が、他の運転状態にした場合と比較して相対的に小さくなるように決定する。望ましくは、消費電力が最小となるように決定する。評価対象となる快適度は、例えば、居住者の位置を検出し、その位置において計算される室内環境に基づき計算する方法、予め居住者が存在しうる範囲を定め、その範囲において計算される室内環境に基づいて計算する方法等が考えられる。
　図５は、実施の形態１に係る運転状態決定部１２ｅの処理フローの図である。また、図６は、実施の形態１に係る各モデルの入出力の関係を示す概念図である。
　図６は、センサ計測データとして外気温Ｔ０、空調機運転状態として設定温度Ｔac、室内環境として温度Ｔ及び風速Ｑfanの２項目のデータを用いる例である。これらのデータを用いて室内環境分布モデルは、制御位置温度Ｔiと制御位置風速Ｖiと算出し、さらに評価値計算モデルを用いて評価値を計算する。評価値は快適度とする場合の例である。快適度の目標範囲は、ここでは現状の快適度を下回らないとする方法について説明するが、予めユーザーに選択させるなどでき、方法は限定しない。一方、先のデータを用いて送風機モデルは、送風機電力Ｗfanを算出し、これらのデータを用いて空調機モデルは空調機電力Ｗacを算出する。送風機電力Ｗfanと空調機電力Ｗacとの合計電力が消費電力となる。
　ステップＳＴ１で、空調機２及び送風機３の運転条件を記憶装置１１から読み込む。
　ステップＳＴ２で、空調機２及び送風機３の直近の運転・計測データ並びにセンサ４の計測データを記憶装置１１から読み込む。
　ステップＳＴ３で、ステップＳＴ１で取得した運転条件及びステップＳＴ２で取得した運転・計測データを基に、評価値計算モデルを用いて現在の快適度を計算する。
　ステップＳＴ４で、ステップＳＴ１で取得した運転条件及びステップＳＴ２で取得した運転・計測データを基に、空調機モデル及び送風機モデルを用いて現在の空調機２及び送風機３の合計消費電力を計算する。
　ステップＳＴ５で、次ステップ（予定される次の運転段階）の送風機運転状態、空調機運転状態を決定する。
　ステップＳＴ６で、ステップＳＴ５で決定した送風機運転状態及び空調機運転状態を基に、次ステップの快適度を計算する。
　ステップＳＴ７で、ステップＳＴ３で計算した現在の快適度と、ステップＳＴ６で計算した次ステップの快適度とを比較し、次ステップの快適度が現在の快適度を上回る場合には、ステップＳＴ８へ進む。一方、次ステップの快適度が現在の快適度を下回る場合には、ステップＳＴ１１へ進む。
　ステップＳＴ８で、ステップＳＴ５で決定した送風機運転状態及び空調機運転状態を基に、空調機モデル及び送風機モデルを用いて、次ステップの空調機２及び送風機３の合計消費電力を計算する。
　ステップＳＴ９で、ステップＳＴ４で計算した現在の合計消費電力と、ステップＳＴ８で計算した次ステップの合計消費電力とを比較し、次ステップの合計消費電力が現在の合計消費電力を下回る場合には、ステップＳＴ１０へ進む。一方、次ステップの合計消費電力が現在の合計消費電力を上回る場合には、ステップＳＴ１１へ進む。
　ステップＳＴ１０で、現在の空調機運転状態及び現在の送風機運転状態を次ステップの空調機運転状態及び送風機運転状態に更新（変更）し、記憶装置１１に記憶する。
　ステップＳＴ１１で、試行回数を１カウントアップし、予め定めた所定の試行回数に到達していない場合には、ステップＳＴ５へ戻り、試行回数に到達した場合は終了する。
　ステップＳＴ５で次ステップの空調機運転状態及び送風機運転状態を決定する手法は、現在の設定に近い組み合わせから優先的に選択してもよいし、ランダムに組み合わせを選択してもよいし、過去のデータから変更後の効果が大きいものを記憶し優先順位を付けて選択してもよく、手法は限定されない。
　また、評価値の目標範囲は、予め複数のパターンを優先順位とともに入力しておき、状況に応じて評価値の目標範囲を変更してもよい。例えば、評価値の目標範囲が相対的に狭いパターンＡと、相対的に広いパターンＢの２つを設定する。空調機２の起動直後等、現状の評価値と目標とする評価値との差異が大きい状況では、室内環境が迅速に適正値となるよう、パターンＡを使用する。次に、時間が経過し、室内環境が目標範囲内となり安定してきたと判断すると、省エネ性を優先して室内環境の目標範囲を広げるパターンＢを採用する。その他の方法として、ユーザーに予め室内環境と省エネ性の優先度を選択させてもよく、在室者の有無を検知して目標範囲を変更してもよい。また、評価値は予め設定した基準を満たすか否かでもよい。
（制御指令変換部１２ｆ）
　制御指令変換部１２ｆは、運転状態決定部１２ｅで決定し記憶装置１１に記憶した空調機運転状態を空調機２に、送風機運転状態を送風機３に対して実際に指令を与える制御指令に変換する。
　例えば、送風機３への制御指令の形式が、送風機３に対する風量であり、強・中・弱・停止である場合には、記憶した送風機３の運転状態を対応する指令である強・中・弱・停止のいずれかに変換し、制御指令として記憶装置１１に記憶する。なお、強・中・弱・停止は一例であって、制御指令の形式はこれに限定されない。送風機３が受け取れる制御指令は機種毎に異なるため、機種に応じて制御指令を生成する。このために必要な情報は、運転条件として記憶装置１１に記憶されている。また、運転状態決定部１２ｅで決定した運転状態をそのまま送風機３に指令できる場合には、変換する必要はなく、記憶装置１１に記憶されている運転状態と制御指令とは同一となる。空調機運転状態、送風機運転状態、制御指令変換部１２ｆ及び制御指令を包括して、空調機２及び送風機３の制御部となっている。
（受信装置１３と送信装置１４）
　受信装置１３は、空調機２と送風機３との通信を行い、空調機２と送風機３とからデータを受信し、受信したデータを記憶装置１１に記憶する。送信装置１４は、空調機２と送風機３との通信を行い、記憶装置１１に記憶された制御指令を読み出し、空調機２及び送風機３に送信する。
　受信装置１３及び送信装置１４が、空調機２及び送風機３と通信する手段は、例えば、対象とする空調システムの専用ネットワーク、ＬＡＮ等の汎用ネットワーク、空調設備（空調機２、送風機３）の各々で異なる個別専用線等であり、それぞれ異なる通信手段であってもよい。また、無線で通信してもよい。このように通信する手段は、ケーブルの種類、プロトコル等は特に限定せず、上記に列挙されていない通信手段を用いてもよい。また、受信装置１３で用いる通信手段と送信装置１４で用いる通信手段とは異なってもよい。すなわち、複数の種類の通信手段を組み合わせたものであってもよい。
　このように、実施の形態１の空調制御装置では、室内環境分布モデル、評価値計算モデル、空調機モデル、送風機モデルを備えており、空調機２と送風機３との運転・計測データ及びセンサ計測データを用いて、快適度と空調機２及び送風機３の消費電力の合計を計算する。
　評価値が予め設定した基準を満たす中で空調機２及び送風機３の消費電力の合計が最小となる条件で空調機２及び送風機３を運転する。これにより、実際の室内環境の分布を考慮し、所定の位置における環境条件を適正に保ちつつ、空調機２及び送風機３の消費電力の合計を削減するような空調機運転状態及び送風機運転状態を適切に決定することができ、省エネルギーを実現することができる。
　以上のように、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データからなる運転及び計測データを受信する受信部と、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部と、分布状態から評価値を計算する評価値計算部と、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算部と、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御部と、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信部とを備えた空調制御装置である。
　また、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データからなる運転及び計測データを受信する受信ステップと、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算ステップと、分布状態から評価値を計算する評価値計算ステップと、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算ステップと、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御ステップと、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信ステップとを備えた空調制御方法である。
実施の形態２．
　図７は、本実施の形態２の想定する空調システムの対象となる室の状況を示す模式図である。本実施の形態２では、互いに空間（室）が連続しない２つの室間（室）を送風機３によって空気の循環を行う場合を想定している。以下では、実施の形態１と異なる対象となる室の構成についてのみ説明し、その他の点は実施の形態１と同様である。
　一方の室には空調機２が設置され、空調を行う空調室である。他方の室には空調機２は設置せず空調を行わない非空調室とし、センサ４が設置されている。これらの空調室及び非空調室の間は空間的には隔離されており、送風機３を通してのみ空気のやり取りをおこなっている。送風機３は２空間（２室）が隣接する場合には、壁面に直接設置することができる。また、２空間（２室）が離れている場合等においては、各室に流入口及び流出口を設け、天井裏の空間等に設置される送風機３とダクトを介して接続する。
　以上の構成により、非空調室は空調機が設置されていないものの空調を行うことができる。この場合においては、空調機２に要するエネルギー量は送風機３の運転状態によって影響を受け、また、非空調室内の環境は送風機３の運転状態によって影響を受ける。
　そこで、非空調室を対象に室内環境分布モデルを構築し、評価値計算モデルモデルを快適性指標であるＰＭＶとすると、非空調室内の環境を室内環境分布モデルにより予測し、予測した環境と送風機の運転状態に基づき評価値計算モデルにより快適性を取得し、空調機モデル及び送風機モデルによる消費電力を予測することで、非空調室においても快適性を確保しつつ、送風機３と空調機２を合わせた空調システム全体で最も省エネルギーとなる運転状態を決定することが可能となる。
　また、この場合における評価値計算モデルは、快適性指標の他、送風機３による騒音を評価するモデルとしてもよい。
　以上のように、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データからなる運転及び計測データを受信する受信部と、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部と、分布状態から評価値を計算する評価値計算部と、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算部と、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御部と、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信部とを備えた空調制御装置である。
　また、空調機の空調機運転データ及び空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データからなる運転及び計測データを受信する受信ステップと、室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに運転及び計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算ステップと、分布状態から評価値を計算する評価値計算ステップと、運転及び計測データから空調機及び送風機の消費電力を計算する消費電力計算ステップと、評価値及び消費電力を用いて空調機及び送風機の運転状態を制御する制御ステップと、制御部の指令を空調機及び送風機に送信する送信ステップとを備えた空調制御方法である。
　１　空調制御装置、２　空調機、３　送風機、１１　記憶装置、１２　演算装置、１３　受信装置、１４　送信装置、１２ａ　室内環境分布計算部、１２ｂ　評価値計算部、１２ｃ　空調機消費電力計算部、１２ｄ　送風機消費電力計算部、１２ｅ　運転状態決定部、１２ｆ　制御指令変換部。

Claims (8)

  1. 空調機の空調機運転データ及び前記空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び前記送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データからなる運転及び計測データを受信する受信部と、
    室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに前記運転及び前記計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算部と、
    前記分布状態から評価値を計算する評価値計算部と、
    前記運転及び前記計測データから前記空調機及び前記送風機の消費電力を計算する消費電力計算部と、
    前記評価値及び前記消費電力を用いて前記空調機及び前記送風機の運転状態を制御する制御部と、
    制御部の指令を前記空調機及び前記送風機に送信する送信部と
    を備えたことを特徴とする空調制御装置。
  2. 請求項１項に記載の空調制御装置であって、
    前記空調機運転データは、前記空調機の設定温度、風量及び風向のデータを含み、
    前記送風機運転データは、前記送風機の風量のデータを含むことを特徴とする空調制御装置。
  3. 請求項２項に記載の空調制御装置であって、
    前記送風機運転データは、前記送風機の風向のデータを含むことを特徴とする空調制御装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の空調制御装置であって、
    前記室内環境分布モデルは、前記室内を高さ方向に３分割以上したことを特徴とする空調制御装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空調制御装置であって、
    前記室内環境は、少なくとも温度、放射温度、相対湿度及び風速のいずれか一つであることを特徴とする空調制御装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の空調制御装置であって、
    前記制御部は、前記評価値が予め設定した基準を満たす中で前記消費電力が最小となるように制御することを特徴とする空調制御装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の空調制御装置と、
    前記空調機と、
    前記送風機と、
    前記センサと
    を備えたことを特徴とする空調制御システム。
  8. 空調機の空調機運転データ及び前記空調機による空調機計測データと送風機の送風機運転データ及び前記送風機による送風機計測データとセンサが計測するセンサ計測データとからなる運転及び計測データを受信する受信ステップと、
    室内を複数の点に置き換えた室内環境分布モデルに前記運転及び前記計測データを入力して室内環境の分布状態を出力する室内環境分布計算ステップと、
    前記分布状態から評価値を計算する評価値計算ステップと、
    前記運転及び前記計測データから前記空調機及び前記送風機の消費電力を計算する消費電力計算ステップと、
    前記評価値及び前記消費電力を用いて前記空調機及び前記送風機の運転状態を制御する制御ステップと、
    制御部の指令を前記空調機及び前記送風機に送信する送信ステップと
    を備えたことを特徴とする空調制御方法。
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