JP2011027301A - Air conditioning control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オフィスや住居等の空調を制御する空調制御装置に関する。 The present invention relates to an air conditioning control device that controls air conditioning in an office, a residence, or the like.
オフィスや住居などの建築設備全体で消費されるエネルギーは、空調関連のエネルギーが約半分を占めている。そのため、空調制御に関する省エネルギーの推進が、建築設備全体の省エネルギー化に大きく貢献する。 About half of the energy consumed by all building equipment such as offices and residences is energy related to air conditioning. Therefore, the promotion of energy saving related to air conditioning control greatly contributes to energy saving of the entire building equipment.
これに鑑み、建築設備において最適な省エネルギー化を図った空調運転をする空調システムを利用した技術が特許文献１に記載されている。
In view of this,
この特許文献１の技術は、冷温水を生産する熱源機の消費エネルギー、空調コイルで熱交換された空気を送出するファンの消費エネルギー、熱源機からの冷温水を送出するポンプの消費エネルギーを含む空調の所要消費エネルギーが最小になるように、空調コイルのコイル温度目標値と熱源機の冷温水温度目標値を求めることにより、効率よく省エネルギー化された空調運転を行うことができる。
The technique of this
しかしこの特許文献１に記載された技術を用いて空調制御を行う場合、空調設備内で計測される値に基づいてオンラインで最適化計算を行うようにすると、空調制御装置に多大な負荷がかかり、計測値によっては計算が複雑になり解が求まらず、安定して目標値を算出できない場合があるという問題がった。
However, when performing air conditioning control using the technique described in
また、このように省エネルギーが推進される一方で、空調制御の対象となる室内では在室者の温熱感覚を満足させるため、いわゆる快適性を確保することが要求されているが、特許文献１に記載の技術では快適性については考慮されていなかった。 In addition, while energy saving is promoted in this way, in order to satisfy the thermal sensation of the occupants in the room that is subject to air conditioning control, it is required to ensure so-called comfort. The described technology did not consider comfort.
そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、在室者の快適性を考慮しつつ、安定して効率の良い空調制御を行うことができる空調制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an air conditioning control device capable of performing stable and efficient air conditioning control in consideration of the comfort of the occupants. .
上記目的を達成するための本発明の空調制御装置は、空調制御対象の室内空間毎に設置された空調機に接続された空調制御装置であり、複数条件の外気の環境を示す値と、複数条件の前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す値との組み合わせごとにそれぞれ、所定範囲内の快適性指標値で空調制御の所要動力に関する値が最小となるような空調制御のための設定値を最適化演算で予め算出し、すべての条件における前記設定値を通る関数を、最適運用関数として前記設定値の種類ごとに予め作成する最適運用関数作成部と、計測された、外気の環境を示す計測値および前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す計測値を取得する環境値取得部と、前記最適運用関数作成部で作成された最適運用関数に基づいて、前記環境値取得部で取得した外気の環境を示す計測値および前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す計測値に対応する前記空調制御のための設定値を特定する設定値特定部と、前記設定値特定部で特定された設定値を、前記空調機に設定させるために送出する設定値送出部とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an air conditioning control device of the present invention is an air conditioning control device connected to an air conditioner installed for each indoor space subject to air conditioning control. For each of the combinations with the value indicating the air-conditioning environment for each indoor space of the air-conditioning control target for the condition, the value for the required power of the air-conditioning control with the comfort index value within the predetermined range is minimized. A set value is calculated in advance by an optimization operation, and a function that passes through the set value under all conditions is created in advance as an optimum operation function for each type of the set value. Based on the environment value acquisition unit that acquires the measurement value indicating the environment and the measurement value indicating the air conditioning environment for each indoor space that is the air conditioning control target, and the environment value based on the optimum operation function created by the optimum operation function creation unit Get A set value specifying unit for specifying a set value for the air conditioning control corresponding to the measured value indicating the environment of the outside air acquired in
また、本発明の他の形態の空調制御装置は、空調制御対象の室内空間毎に設置された空調機と、複数条件の外気の環境を示す値と、複数条件の前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す値との組み合わせごとにそれぞれ、所定範囲内の快適性指標値で前記空調制御の所要動力に関する値が最小となるような空調制御のための設定値を最適化演算で予め算出し、すべての条件における前記設定値を通る関数を、最適運用関数として前記設定値の種類ごとに予め作成する最適運用関数作成装置とに接続された空調制御装置であり、計測された、外気の環境を示す計測値および前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す計測値を取得する環境値取得部と、前記最適運用関数作成装置で作成された最適運用関数に基づいて、前記環境値取得部で取得した外気の環境を示す計測値および前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す計測値に対応する前記空調制御のための設定値を特定する設定値特定部と、前記設定値特定部で特定された設定値を、前記空調機に設定させるために送出する設定値送出部と、を備えることを特徴とする。 An air conditioning control device according to another aspect of the present invention includes an air conditioner installed for each indoor space subject to air conditioning control, a value indicating an environment of outdoor air under a plurality of conditions, and an indoor space subject to the air conditioning control under a plurality of conditions. For each combination with a value indicating each air conditioning environment, a set value for air conditioning control that minimizes a value related to the required power of the air conditioning control with a comfort index value within a predetermined range is previously calculated by optimization calculation. An air conditioning control device connected to an optimum operation function creation device that pre-creates a function that passes through the set values under all conditions as an optimum operation function for each type of the set value, and measures the outside air An environment value acquisition unit that acquires a measured value indicating an environment of the air conditioner and a measured value indicating an air conditioning environment for each indoor space of the air conditioning control target, and the environment based on the optimum operation function created by the optimum operation function creation device Price taking A set value specifying unit for specifying a set value for the air conditioning control corresponding to the measured value indicating the environment of the outside air acquired by the unit and the measured value indicating the air conditioning environment for each indoor space of the air conditioning control target, and the set value A setting value sending unit for sending the setting value specified by the specifying unit to cause the air conditioner to set.
本発明の空調制御装置によれば、在室者の快適性を考慮しつつ、安定して効率の良い空調制御を行うことができる。 According to the air conditioning control device of the present invention, stable and efficient air conditioning control can be performed while taking into account the comfort of the occupants.
本発明の空調制御システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、最近の多くのオフィスビル等は断熱性が良くＰＣやＯＡ機器が多いため、年間を通して冷房モードであるので、以下の各実施形態においては冷房モードで空調制御を行う場合について説明する。 An embodiment of an air conditioning control system of the present invention will be described with reference to the drawings. Since many recent office buildings have good heat insulation and many PCs and OA devices, they are in the cooling mode throughout the year. Therefore, in the following embodiments, the case where air conditioning control is performed in the cooling mode will be described.
〈一実施形態による空調制御システムの構成〉
本発明の一実施形態による空調制御システム１の全体図を、図１および図２に示す。
<Configuration of air conditioning control system according to one embodiment>
An overall view of an air
なお、大型ビルの場合、室内が大きいので室内を複数の制御ゾーンに分けて、それぞれの制御ゾーン毎に対応して、複数の空調機を室内の近傍の機械室に設置する。このような場合でも以下では簡略のため各制御ゾーンも室内と呼ぶことにする。 In the case of a large building, since the room is large, the room is divided into a plurality of control zones, and a plurality of air conditioners are installed in a machine room near the room corresponding to each control zone. Even in such a case, hereinafter, each control zone is also referred to as a room for simplicity.
空調制御システム１は空調対象のビルＡ内の空調を制御するものであり、ビルＡ内の各室内に設置された空調機１０と、各室内の空調機１０に近接して設置され空調機１０からの給気温度を計測して各空調機１０に計測値を送信する給気温度センサ２０と、各室内に設置され室温を計測して各空調機１０に計測値を送信する室内温度センサ３０と、各室内に設置され室内の湿度を計測して各空調機１０に計測値を送信する室内湿度センサ４０と、各空調機１０へ供給する冷水を管理する中央熱源装置５０と、空調対象のビルＡの外部に設置され外気の温度を計測する外気温度センサ６０と、空調対象のビルＡの外部に設置され外気の湿度を計測する外気湿度センサ７０と、各空調機１０で受信された給気温度計測値、室内温度計測値、および室内湿度計測値を受信するとともに、外気温度センサ６０で計測された外気温度計測値および外気湿度センサ７０で計測された外気湿度計測値を受信して中央熱源装置５０及び各空調機１０を動作させるための設定値を算出する空調制御装置としての空調連携制御装置８０と、空調連携制御装置８０で算出された設定値を実現するための操作量を算出して中央熱源装置５０及び空調機１０に送信するＤＤＣ(Direct Digital Controller )９０を有する。
The air
各空調機１０は、給気温度センサ２０、室内温度センサ３０、および室内湿度センサ４０から取得した計測値を空調連携制御装置８０へ送信する。また各空調機１０には、給気風量を計測する風量センサ１１が接続されており、この風量センサ１１で計測された計測値も取得して空調連携制御装置８０に送信する。また各空調機１０は、中央熱源装置５０から供給された冷水を利用して、ビルＡ外から取り込んだ外気の潜熱を冷却・除湿するとともに、空調制御対象の室内から取り込んだ環気のＯＡ機器、人体等から発せられた顕熱を冷却し、各室内に送風する。
Each
中央熱源装置５０は、冷水を生成する冷凍機５１と、冷凍機５１を冷却して温度が上昇した水を、再利用するため空気で冷却する冷却塔５２と、冷凍機５１と各空調機１０または冷却塔５２との間で冷水を搬送する送水ポンプ５３とを有する。地域冷暖房（ＤＨＣ：District Heating and Cooling）を利用する場合は、この中央熱源装置５０はビル内に設置されず、冷水は外部から供給される。
The central
空調連携制御装置８０は、図２に示すように、オフライン処理部８１と、オンライン処理部８２とを有する。
The air conditioning
オフライン処理部８１は各種センサや空調機１０と切り離されたオフライン状態で動作するものであり、空調システムモデル記憶部８１１と、最適化演算部８１２と、最適運用関数作成部８１３とを有する。
The
空調システムモデル記憶部８１１には、当該空調制御システム１内の装置の構成に関する情報が記憶されている。本実施形態においては、各空調機１０に対応した給気温度センサ２０、室内温度センサ３０、および室内湿度センサ４０の識別情報等が記憶されている。
The air conditioning system
最適化演算部８１２は、複数の条件の外気温度値と、外気湿度値と、顕熱を冷却するために空調制御システム１内で消費されるエネルギー値である顕熱負荷値との組み合わせごとにそれぞれ、所定範囲内の快適性指標値で空調制御システム１内の所要動力に関する値が最小となるような空調制御のための設定値を算出する。本実施形態においては、空調制御システム１内の所要動力に関する値としての消費エネルギー値が最小となるような、室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値を算出するものとする。
The
最適運用関数作成部８１３は、室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値ごとに、最適化演算部８１２で算出されたすべての設定値を通る関数を最適運用関数として作成する。
The optimum operation
オンライン処理部８２は各種センサや空調機１０と接続され、これらからリアルタイムで取得される情報に基づいて動作するものであり、顕熱負荷算出部８２１と、運用関数演算部８２２とを有する。
The
顕熱負荷算出部８２１は、給気温度センサ２０から取得される給気温度計測値と、室内温度センサ３０から取得される室内温度計測値と、風量センサ１１から取得される給気風量値とに基づいて空調制御対象の室内の顕熱負荷値を算出する。
The sensible heat
運用関数演算部８２２は、オフライン処理部８１の最適運用関数作成部８１３で作成された最適運用関数を取得する関数取得部８２２ａと、顕熱負荷算出部８２１で算出された顕熱負荷値および外気温度センサ６０で計測された外気温度計測値、外気湿度センサ７０で計測された外気湿度計測値を取得する環境値取得部８２２ｂと、環境値取得部８２２ｂで取得した顕熱負荷値、外気温度計測値、外気湿度計測値に基づいて、関数取得部８２２ａで取得した最適運用関数から、最適な室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値を特定する設定値特定部８２２ｃと、設定値特定部８２２ｃで特定された室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値をＤＤＣ９０に送信する設定値送信部８２２ｄとを有する。
The operation
〈一実施形態による空調制御システムの動作〉
本実施形態の空調制御システム１において、空調制御対象の室内の環境、および外気の環境に応じて最適な設定値を空調機１０に設定するときの動作について説明する。空調連携制御装置８０には、図１に示すように複数の空調機１０を接続することが可能であるが、ここでは説明を簡略化するため、図２に示すように１つの空調機１０が接続され１つの室内の空調を制御する場合について説明する。また、本実施形態においては図２に示すように中央熱源装置５０をビル内に有さず、ＤＨＣ（District Heating and Cooling：地域冷暖房）により空調制御を行う場合について説明する。
<Operation of Air Conditioning Control System According to One Embodiment>
In the air
本実施形態の空調制御システム１では、空調機１０への設定値の設定処理を実行するにあたり、予め空調連携制御装置８０のオフライン処理部８１において各種センサや空調機１０と切り離されたオフライン状態で最適運用関数を作成しておく。
In the air-
このオフライン処理部８１の空調システムモデル記憶部８１１には、予め当該空調制御システム１内の装置の構成、例えば空調機１０や各種センサの識別情報等に関する情報が記憶されている。
In the air conditioning system
オフライン処理部８１の最適化演算部８１２では、複数の条件の外気温度値と、外気湿度値と、顕熱を冷却するために空調機１０が消費するエネルギー値である顕熱負荷値との組み合わせごとに、所定範囲内の快適性指数値で空調制御システム１内の所要動力に関する値が最小となるような空調制御のための設定値が算出される。
In the
本実施形態においては、この複数の条件の外気温度値、外気湿度値、および顕熱負荷値の組み合わせとして、下記表１に示すように１２通りの外気温度値、６通りの外気湿度値、６通りの顕熱負荷値をメッシュ状に組み合わせた４３２通りの組み合わせが用いられる。
また本実施形態においては、この空調制御システム１内の所要動力に関する値として消費エネルギー値を用い、空調制御システム１内の全消費エネルギー値を最小化する作動流体（空気、水、冷媒）の熱力学的な平衡状態を探索することで空調制御のための設定値が算出される。この空調制御システム１内の全消費エネルギー値は、下記式（１）で表される。
In the present embodiment, the energy of the working fluid (air, water, refrigerant) that minimizes the total energy consumption value in the air
〔数１〕
全消費エネルギー値＝冷水消費エネルギー＋ポンプ消費エネルギー＋送風機消費エネルギー・・・（１）
この空調制御システム内の全消費エネルギー値を最小化する作動流体の熱力学的な平衡状態の探索については、特開２００８−２３２５０７号公報、特開２００８−２５６２５８号公報に記載のアルゴリズムを用いることができる。
[Equation 1]
Total energy consumption = Cold water consumption energy + Pump consumption energy + Blower consumption energy (1)
For the search of the thermodynamic equilibrium state of the working fluid that minimizes the total energy consumption value in the air conditioning control system, use the algorithms described in JP 2008-232507 A and JP 2008-256258 A. Can do.
また、本実施形態において快適性指数値はＰＭＶが用いられる。ここで各設定値の算出に利用されるＰＭＶについて説明する。 In this embodiment, PMV is used as the comfort index value. Here, PMV used for calculation of each set value will be described.
ＰＭＶとは、暑さ、寒さに対する人間の温熱感覚に影響を与える変数として（ａ）空気温度、（ｂ）相対湿度、（ｃ）平均輻射温度、（ｄ）気流速度、（ｅ）活動量（人体の内部発熱量）、（ｆ）着衣量の６つを用いて求められる快適性指標である。 PMV is a variable that affects human thermal sensation against heat and cold. (A) Air temperature, (b) Relative humidity, (c) Average radiation temperature, (d) Air velocity, (e) Activity ( It is a comfort index determined using six of the internal heat generation amount of the human body) and (f) the amount of clothes.
人の発熱量は対流による放射量、輻射による放熱量、人からの蒸発熱量、呼吸による放熱量および蓄熱量の合計で、これらの熱平衡式が成立している場合は、人体が熱的に中立であり、暑くも寒くもない快適状態である。逆に熱平衡式がくずれた場合に人体は暑さ寒さを感じる。 The amount of heat generated by a person is the sum of the amount of radiation generated by convection, the amount of heat released by radiation, the amount of heat evaporated from the person, the amount of heat released by breathing, and the amount of stored heat.If these thermal balance equations hold, the human body is thermally neutral. It is a comfortable state that is neither hot nor cold. Conversely, when the thermal balance equation breaks down, the human body feels hot and cold.
デンマーク工科大学のFanger教授は1967年に快適方程式の導出を発表し、これを出発点として人体の熱負荷と人間の温冷感を、欧米人の多数の被験者のアンケートから統計分析して結び付け、ＰＭＶ(Predicted Mean Vote:予測平均回答)を提案した。これは近年ＩＳＯ規格にも取り上げられ最近よく用いられるようになった。 In 1967, Prof. Fanger of the Danish Institute of Technology announced the derivation of the comfort equation, and using this as a starting point, the thermal load of the human body and the thermal sensation of humans were statistically analyzed from questionnaires of a large number of European and American subjects, PMV (Predicted Mean Vote) was proposed. In recent years, this has been taken up by the ISO standard and has recently been used frequently.
温冷感の指標となるＰＭＶは、次の７段階評価尺度による数値として表す。 PMV, which is an index of thermal sensation, is expressed as a numerical value based on the following seven-level evaluation scale.
＋３:暑い
＋２:暖かい
＋１:やや暖かい
０:どちらでもない、快適
−１:やや涼しい
−２:涼しい
−３:寒い
なお、人間の快適なＰＭＶ値の範囲は−０．５〜＋０．５であり、本実施形態においても所定範囲として−０．５〜＋０．５の範囲の内側を用いる。
+3: Hot +2: Warm +1: Slightly warm 0: None, comfortable -1: Slightly cool -2: Cool -3: Cold Note that the range of comfortable human PMV values is -0.5 to +0.5 In the present embodiment, the inside of the range of −0.5 to +0.5 is used as the predetermined range.
上記の６つの変数のうち、作業強度を表す活動量は通常、代謝量metの単位を用い、着衣量はcloの単位を用いる。 Of the above six variables, the amount of activity representing work intensity usually uses the unit of metabolic rate met, and the amount of clothing uses the unit of clo.
単位ｍｅｔ（メット）は、代謝量を表し、熱的に快適な状態における安静時代謝を基準とし、１ｍｅｔは下記式（２）で表される。 The unit met (met) represents the amount of metabolism, and 1 met is represented by the following formula (2) with reference to resting metabolism in a thermally comfortable state.
〔数２〕
1met ＝ 58.2 W/m２ ＝ 50 kcal/m２・h （２）
また、単位ｃｌｏ（クロ）は、衣服の熱絶縁性を表し、１clo とは気温 21℃，相対湿度 50％，気流 5cm/s以下の室内で、体表面からの放熱量が1metの代謝と平衡するような着衣状態での値であり、通常の熱抵抗値に換算すると下記式（３）で表される。
[Equation 2]
1met = 58.2 W / m 2 = 50 kcal / m 2 · h (2)
In addition, the unit clo (cloth) represents the thermal insulation of clothes, and 1clo is a room temperature of 21 ° C, relative humidity of 50%, airflow of 5cm / s or less, and the amount of heat released from the body surface is balanced with metabolism of 1met. It is a value in such a clothing state, and is expressed by the following formula (3) when converted into a normal thermal resistance value.
〔数３〕
1clo ＝ 0.155 m２・℃/W ＝ 0.18 m２・h・℃/kcal （３）
そして、下記式（４）を用いて快適な範囲内（−０．５＜ＰＭＶ＜＋０．５）で冷房時はより暑い方向の側に、暖房時はより寒い方向の側にＰＭＶ目標値を設定することで空調負荷の軽減を図ることができ、省エネルギーを達成できる。
1clo = 0.155 m 2 · ° C / W = 0.18 m 2 · h · ° C / kcal (3)
The following formula (4) is used to set the PMV target value within a comfortable range (−0.5 <PMV <+0.5) on the hotter side during cooling and on the colder side during heating. By setting, the air-conditioning load can be reduced and energy saving can be achieved.
ここで、Ｍ：活動量［ｋｃａｌ／ｈ］
Ａ：人体表面積［ｍ２］
Ｌ：人体熱負荷［ｋｃａｌ／ｍ２ｈ］（Fangerの快適方程式より算定）
上述したように、最適化演算部８１２では、表１に示す外気温度値、外気湿度値、顕熱負荷値の各組み合わせにおいて、ＰＭＶ値が例えば−０．５〜＋０．５の範囲で空調制御システム１内の全消費エネルギー値が最小となるような空調制御のための設定値が２次計画法（ＱＰ）を用いて算出される。
Where M: activity [kcal / h]
A: Human body surface area [m 2 ]
L: Human body heat load [kcal / m 2 h] (calculated from Fanger's comfort equation)
As described above, in the
次に、最適運用関数作成部８１３において、室内温度設定値、室内湿度設定値、給気温度設定値ごとに、最適化演算部８１２で算出されたすべての組み合わせ条件における設定値を通る関数である最適運用関数が作成される。この関数が作成されることにより、上記表１の４３２通りの条件間の任意の条件における設定値が補間される。補間の方法の１つであるスプライン補間方法を用いた最適運用関数の作成について説明する。
Next, the optimum operation
補間とは、与えられた複数の点をすべて通る曲線において、ある x値に対してその曲線上の ｙ値を求める計算のことである。その計算を行うには、曲線の方程式が必要となる。ｘが一次元の場合について簡単に説明する（ｎ次元の場合もほぼ同様）。 Interpolation is a calculation to find the y value on a curve for a given x value in a curve that passes through all of the given points. To perform the calculation, a curve equation is required. The case where x is one-dimensional will be briefly described (substantially the same when n-dimensional).
与えられた点をすべて通る曲線の方程式は、簡単な考察から(点の数 − 1)次の多項式で表すことができることがわかる。大量の点を曲線で結ぶ方法として、２点ずつ順次線で結び、それぞれ(点の数 − 1)個の多項式によって表し、これらにより曲線を描くという方法を用いる。 From a simple consideration, it can be seen that the equation of the curve that passes through all the given points can be expressed as a (number of points – 1) polynomial. As a method of connecting a large number of points with a curve, a method is used in which two points are connected with a sequential line, each represented by a (number of points minus 1) polynomial, and a curve is drawn with these.
２点間を結ぶ線の多項式は、さきほどの曲線は(点の数 − 1)次の多項式で表すことができるという理論から、1次式になる。しかし、描かれる曲線は直線ではなく、滑らかな線である必要がある。描かれる曲線は、なめらかで急に折れ曲がったりしないものであることが望ましいので、高次の式で表さなくてはいけない。２点間だと式は２つしかできないので、それを行うには不可能に見える。 The polynomial of the line connecting the two points is a linear expression based on the theory that the previous curve can be expressed by the (number of points-1) degree polynomial. However, the drawn curve must be a smooth line, not a straight line. It is desirable that the curve to be drawn is smooth and does not bend suddenly, so it must be expressed by a higher order expression. There are only two expressions between two points, so it seems impossible to do that.
そこで、前後の点を考慮に入れて２点間を結ぶ曲線を描く。例えば、図４に示すように実際に曲線を描くときに適用する２点間をｒとすると、この２点間ｒを結ぶ曲線の方程式を、前後の点も含めた区間Ｒ内の複数の点を使用して生成した多項式で表す。この多項式を最適運用関数とする。この複数の点が４点であれば、３次の多項式、６点であれば５次の多項式を求めることができる。 Therefore, a curve connecting the two points is drawn taking into account the points before and after. For example, as shown in FIG. 4, when r between two points to be applied when actually drawing a curve, r is a plurality of points in the section R including the preceding and following points. This is expressed as a polynomial generated using. Let this polynomial be the optimal operational function. If the plurality of points are 4 points, a cubic polynomial can be obtained, and if the points are 6 points, a quintic polynomial can be obtained.
これらの２点間ｒの前後の点は式を生成する段階にのみ使用し、実際に曲線を描くときにはその２点間にのみ適用することでなめらかな曲線を描くことができ、各区間が適切に補間される。 The points before and after r between these two points are used only in the stage of generating the formula, and when actually drawing a curve, applying only between the two points makes it possible to draw a smooth curve, Is interpolated.
この補間の方法に基づいたスプライン補間方法を利用し、上記表１の条件により算出された空調制御のための設定値が最適運用関数の曲線で結ばれ補間され、曲線で示された一例として３Ｄグラフ化したものを、図５〜７に示す。尚、グラフ中の細かなメッシュはスプライン補間による曲面形状を見やすくするために付加したものであり、最適化演算部８１２によりオフラインで算出された設定値を示すものではない。
Using the spline interpolation method based on this interpolation method, the setting values for air conditioning control calculated according to the conditions in Table 1 above are connected and interpolated by the curve of the optimum operation function, and 3D is shown as an example shown by the curve. The graphs are shown in FIGS. A fine mesh in the graph is added to make it easy to see the curved surface shape by spline interpolation, and does not indicate a setting value calculated off-line by the
図５は、顕熱負荷値を表１の６通りのうちの19.916kwに固定し、外気温度値、外気湿度値を変数としたときの消費エネルギー値が最小となるような室内温度設定値を示す最適運用関数のグラフであり、図６は同様の変数において消費エネルギー値が最小となるような室内湿度設定値を示す最適運用関数のグラフであり、図７は同様の変数において消費エネルギー値が最小となるような給気温度設定値を示す最適運用関数のグラフである。 Fig. 5 shows the indoor temperature setting value that minimizes the energy consumption when the sensible heat load value is fixed at 19.916kw out of the six values in Table 1 and the outside air temperature value and outside air humidity value are used as variables. FIG. 6 is a graph of the optimum operation function showing the indoor humidity setting value that minimizes the energy consumption value in the same variable, and FIG. 7 is a graph of the optimum operation function showing the energy consumption value in the same variable. It is a graph of the optimal operation function which shows the supply air temperature setting value which becomes the minimum.
また参考として、上記表１に示した外気温度値および外気湿度値の条件における最小の消費エネルギー値が、スプライン曲線で補間されたグラフを図８に示す。この図８は突出した部分がなくなめらかな曲面状のグラフになっており、オフライン処理部８１の最適化演算部８１２の最適化探索がうまく行われたことがわかる。
For reference, FIG. 8 shows a graph in which the minimum energy consumption value under the conditions of the outside air temperature value and the outside air humidity value shown in Table 1 is interpolated with a spline curve. FIG. 8 is a smooth curved graph with no protruding portion, and it can be seen that the optimization search of the
また、上記表１に示した外気温度値および外気湿度値の条件において、図８の最小の消費エネルギー値で空調制御を行ったときのＰＭＶ値が、スプライン曲線で補間された曲線を図９に示す。この図９により、すべての条件においてＰＭＶが−０．５〜＋０．５に収まっていることがわかる。 Further, FIG. 9 shows a curve obtained by interpolating the PMV value when the air-conditioning control is performed with the minimum energy consumption value of FIG. 8 with the spline curve under the conditions of the outside air temperature value and the outside air humidity value shown in Table 1 above. Show. From FIG. 9, it can be seen that PMV is within −0.5 to +0.5 under all conditions.
このようにしてオフライン処理部８１において各設定値の最適運用関数が作成された状態で、オンライン処理部８２において最適な設定値を空調機１０に設定するときの動作について説明する。
The operation when the optimum setting value is set in the
まず、オンライン処理部８２の運用関数演算部８２２の関数取得部８２２ａにおいて、オフライン処理部８１の最適運用関数作成部８１３で作成された、各設定値の最適運用関数が取得される（Ｓ１）。
First, in the
次に、オンライン処理部８２の顕熱負荷算出部８２１において、給気温度センサ２０から給気温度計測値が取得され、室内温度センサ３０から室内温度計測値が取得され、風量センサ１１から給気風量計測値が取得される（Ｓ２）。そして、取得された給気温度設定値、室内温度計測値、および給気風量値に基づいて、空調制御対象の室内の顕熱負荷値が算出される（Ｓ３）。
Next, in the sensible heat
本実施形態において顕熱負荷値は、下記の式（５）により算出される。
ここで、VAVは Variable Air Volumeの略であり、本実施形態では給気が変風量方式により行われる。 Here, VAV is an abbreviation for Variable Air Volume, and in this embodiment, air supply is performed by a variable air volume method.
この顕熱負荷値はオンライン状態で各種センサから取得した計測値に基づいて算出されているので、空調対象の室内の人数、ＯＡ機器数や、窓の位置（東西南北）による日射量の違いから、それぞれ異なってくる顕熱負荷がリアルタイムで反映される。 Since this sensible heat load value is calculated based on the measured values obtained from various sensors in the online state, the difference in the amount of solar radiation depending on the number of people in the air-conditioned room, the number of OA devices, and the window position (east, west, north, south) Different sensible heat loads are reflected in real time.
次に、運用関数演算部８２２の環境値取得部８２２ｂにおいて、顕熱負荷算出部８２１で算出された顕熱負荷値が取得されるとともに、外気温度センサ６０で計測された外気温度計測値、および外気湿度センサ７０で計測された外気湿度計測値が取得される（Ｓ４）。
Next, in the environmental value acquisition unit 822b of the operation
次に、設定値特定部８２２ｃにおいて、環境値取得部８２２ｂで取得された顕熱負荷値、外気温度計測値、および外気湿度計測値に基づいて、関数取得部８２２ａで取得された最適運用関数により、最適な室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値が特定される（Ｓ５）。
Next, in the set
なお、室内湿度センサ４０から室内湿度計測値が取得され、室内湿度の制御を行うためにＤＤＣ９０に送信される。
The indoor humidity measurement value is acquired from the
そして、特定された室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値が、設定値送信部８２２ｄによりＤＤＣ９０に送信され（Ｓ６）、ＤＤＣ９０によりこれらの設定値で空調機１０が動作するように操作量が算出され空調機１０に送信される。
Then, the specified indoor temperature set value, indoor humidity set value, and supply air temperature set value are transmitted to the
以上の本実施形態によれば、複数の環境条件において、望ましい快適性指数値の範囲内で空調機の動力が最小となるように最適化計算された空調機の設定値に基づいて、最適運用関数を予めオフラインで作成しておき、この最適運用関数を利用して外気環境および空調制御対象の室内の環境に応じた設定値を特定するため、外気環境や室内環境が変化する度に負荷の高い最適化計算をする必要がなく、安定して効率の良い空調制御を行うことができる。 According to the above-described embodiment, the optimum operation is performed based on the setting value of the air conditioner that is optimized and calculated so that the power of the air conditioner is minimized within the range of the desired comfort index value in a plurality of environmental conditions. Since the function is created offline in advance and the set value corresponding to the outside air environment and the indoor environment subject to air conditioning control is specified using this optimum operation function, the load is changed every time the outside air environment or the indoor environment changes. There is no need for high optimization calculations, and stable and efficient air conditioning control can be performed.
また本実施形態においては、最適化演算部８１２では２次計画法（QP）を用いることにしたが、この方法に限定されるものではなく、例えば非線形最小二乗法、非線形計画法を利用して最適化演算してもよい。また、この最適運用関数を作成する方法として重回帰分析により多項式で近似し最適運用関数を求めておくこともできるが、冷房期間だけでなく、外気冷房や暖房などを行う期間も含め年間を通して対応するには、精度に限界がある場合もある。
In the present embodiment, the
なお、上記の実施形態においては、図２にように空調制御対象のビル内に中央熱源装置を有さない場合について説明したが、図１に示すように各ビルに中央熱源装置５０の冷凍機５１と冷却塔５２を有していてもよい。この場合、最適化演算部８１２で空調機の設定値が算出される際の空調制御システム内の全消費エネルギー値には、下記式（６）で表される値が用いられる。
In the above embodiment, the case where the central heat source device is not provided in the air conditioning control target building as shown in FIG. 2 has been described. However, as shown in FIG. 1, the refrigerator of the central
〔数６〕
全消費エネルギー値＝冷却塔消費エネルギー＋冷凍機消費エネルギー＋冷水消費エネルギー＋ポンプ消費エネルギー＋送風機消費エネルギー・・・（６）
またビル内に中央熱源装置を有する場合には、空調制御のための設定値として室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値以外に、中央熱源装置で生成される冷水の温度設定値や流量設定値等が特定されＤＤＣに出力されるようにしてもよい。
[Equation 6]
Total energy consumption = Cooling tower energy consumption + Refrigerator energy consumption + Cold water energy consumption + Pump energy consumption + Blower energy consumption (6)
When the building has a central heat source device, the temperature of the cold water generated by the central heat source device is set in addition to the indoor temperature setting value, indoor humidity setting value, and supply air temperature setting value as the setting values for air conditioning control. A set value, a flow rate set value, or the like may be specified and output to the DDC.
また本実施形態においては、運用関数演算部の設定値特定部において特定する設定値が室内温度設定値、室内湿度設定値、および給気温度設定値である場合について説明したが、これには限定されず、空調制御対象の室内に設けられたＣＯ2センサ（図示せず）の計測値に基づいて外気導入量設定値を特定し、この特定された外気導入量設定値に基づいて空調機に外気を導入するためのダンパ開度を制御するようにしてもよい。この場合、オフライン処理部においても予めＣＯ2濃度と外気導入量とに関する最適運用関数を作成しておくようにする。 In the present embodiment, the case has been described in which the set values specified by the set value specifying unit of the operation function calculating unit are the indoor temperature set value, the indoor humidity set value, and the supply air temperature set value. The outside air introduction amount set value is specified based on the measured value of a CO 2 sensor (not shown) provided in the air conditioning control target room, and the air conditioner is set based on the specified outside air introduction amount setting value. The damper opening for introducing the outside air may be controlled. In this case, an optimum operation function relating to the CO 2 concentration and the outside air introduction amount is also created in advance in the offline processing unit.
また、本実施形態においてはオフライン処理部の最適化演算部において設定値を算出する際に消費エネルギー値が最小となるような設定値を算出したが、これには限定されず、所要動力の運転に要するコストが最小となるような設定値を算出したり、所要動力の運転により発生するＣＯ2量が最小となるような設定値を算出するようにしてもよく、ビルオーナー等の要望に応じてこれらを変更してもよい。 Further, in the present embodiment, the setting value is calculated so that the energy consumption value is minimized when the setting value is calculated in the optimization calculation unit of the offline processing unit. Depending on the demands of the building owner, etc., it may be possible to calculate a setting value that minimizes the cost required for the operation, or a setting value that minimizes the amount of CO 2 generated by the operation of the required power. These may be changed.
また本実施形態においては、各室内温度センサ３０および各室内湿度センサ４０で計測された計測値は空調機１０を介して空調連携制御装置８０に送信される場合について説明したが、これには限定されず、各センサから直接空調連携制御装置８０に送信されるようにしてもよい。
In the present embodiment, the case where the measured values measured by the
また本実施形態においては、人間の温熱感覚の快適性指標としてＰＭＶを用いたが、これには限定されず、標準有効温度や新有効温度を用いて空調制御を行うようにしてもよい。 In this embodiment, PMV is used as a comfort index for human thermal sensation. However, the present invention is not limited to this, and air conditioning control may be performed using a standard effective temperature or a new effective temperature.
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できるものである。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change and implement variously.
１…空調制御システム
１０…空調機
１１…風量センサ
２０…給気温度センサ
３０…室内温度センサ
４０…室内湿度センサ
５０…中央熱源装置
５１…冷凍機
５２…冷却塔
５３…送水ポンプ
６０…外気温度センサ
７０…外気湿度センサ
８０…空調連携制御装置
８１…オフライン処理部
８２…オンライン処理部
９０…ＤＤＣ
８１１…空調システムモデル記憶部
８１２…最適化演算部
８１３…最適運用関数作成部
８２１…顕熱負荷算出部
８２２…運用関数演算部
８２２ａ…関数取得部
８２２ｂ…環境値取得部
８２２ｃ…設定値特定部
８２２ｄ…設定値送信部
DESCRIPTION OF
811 ... Air conditioning system
Claims (6)
複数条件の外気の環境を示す値と、複数条件の前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す値との組み合わせごとにそれぞれ、所定範囲内の快適性指標値で空調制御の所要動力に関する値が最小となるような空調制御のための設定値を最適化演算で予め算出し、すべての条件における前記設定値を通る関数を、最適運用関数として前記設定値の種類ごとに予め作成する最適運用関数作成部と、
計測された、外気の環境を示す計測値および前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す計測値を取得する環境値取得部と、
前記最適運用関数作成部で作成された最適運用関数に基づいて、前記環境値取得部で取得した外気の環境を示す計測値および前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す計測値に対応する前記空調制御のための設定値を特定する設定値特定部と、
前記設定値特定部で特定された設定値を、前記空調機に設定させるために送出する設定値送出部と、
を備えることを特徴とする空調制御装置。 In the air conditioning control device connected to the air conditioner installed for each indoor space subject to air conditioning control,
Each of the combinations of a value indicating the environment of the outdoor air of a plurality of conditions and a value indicating the air conditioning environment of each indoor space of the air conditioning control target of the plurality of conditions relates to the required power of the air conditioning control with a comfort index value within a predetermined range. Optimum setting value for air-conditioning control that minimizes the value is calculated in advance by optimization calculation, and a function that passes through the setting value under all conditions is created in advance as an optimum operation function for each type of the setting value. Operational function creation part,
An environmental value acquisition unit that acquires a measured value indicating an ambient air environment and a measured value indicating an air-conditioning environment for each indoor space of the air-conditioning control target;
Based on the optimum operation function created by the optimum operation function creation unit, it corresponds to the measurement value indicating the outside air environment acquired by the environment value acquisition unit and the measurement value indicating the air-conditioning environment for each indoor space to be air-conditioned. A set value specifying unit for specifying a set value for the air conditioning control,
A set value sending unit for sending the set value specified by the set value specifying unit to cause the air conditioner to set;
An air-conditioning control device comprising:
複数条件の外気の環境を示す値と、複数条件の前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す値との組み合わせごとにそれぞれ、所定範囲内の快適性指標値で前記空調制御の所要動力に関する値が最小となるような空調制御のための設定値を最適化演算で予め算出し、すべての条件における前記設定値を通る関数を、最適運用関数として前記設定値の種類ごとに予め作成する最適運用関数作成装置と
に接続された空調制御装置において、
計測された、外気の環境を示す計測値および前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す計測値を取得する環境値取得部と、
前記最適運用関数作成装置で作成された最適運用関数に基づいて、前記環境値取得部で取得した外気の環境を示す計測値および前記空調制御対象の室内空間毎の空調環境を示す計測値に対応する前記空調制御のための設定値を特定する設定値特定部と、
前記設定値特定部で特定された設定値を、前記空調機に設定させるために送出する設定値送出部と、
を備えることを特徴とする空調制御装置。 An air conditioner installed for each indoor space subject to air conditioning control;
The required power of the air conditioning control with a comfort index value within a predetermined range for each combination of a value indicating the environment of the outdoor air of a plurality of conditions and a value indicating the air conditioning environment of each indoor space of the air conditioning control target of the plurality of conditions A setting value for air conditioning control that minimizes the value for the air conditioning control is calculated in advance by optimization calculation, and a function that passes through the setting value in all conditions is created in advance as an optimum operation function for each type of the setting value. In the air conditioning control device connected to the optimum operation function creation device,
An environmental value acquisition unit that acquires a measured value indicating an ambient air environment and a measured value indicating an air-conditioning environment for each indoor space of the air-conditioning control target;
Based on the optimum operation function created by the optimum operation function creation device, it corresponds to the measurement value indicating the outside air environment acquired by the environment value acquisition unit and the measurement value indicating the air-conditioning environment for each indoor space to be air-conditioned. A set value specifying unit for specifying a set value for the air conditioning control,
A set value sending unit for sending the set value specified by the set value specifying unit to cause the air conditioner to set;
An air-conditioning control device comprising:
ことを特徴とする請求項１または２に記載の空調制御装置。 The value related to the power required for the air conditioning control is any of the energy consumption value due to the operation of the power required for the air conditioning control, the cost required for the operation of the power required for the air conditioning control, or the amount of CO 2 generated by the operation of the power required for the air conditioning control. The air-conditioning control apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記空調制御対象の室内空間毎のを示す値は、顕熱負荷値であり、
前記設定値の種類には、空調制御対象の室内の室内温度設定値、室内湿度設定値、または給気温度設定値を少なくとも含む
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の空調制御装置。 The values indicating the environment of the outside air are an outside air temperature value and an outside air humidity value,
The value indicating each indoor space of the air conditioning control target is a sensible heat load value,
The type of the set value includes at least an indoor temperature set value, an indoor humidity set value, or an air supply temperature set value in a room subject to air conditioning control. Air conditioning control device.
前記空調制御の所要動力に関する値としてさらに、前記冷温水の温度設定値または前記空調機に供給する流量設定値を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の空調制御装置。 It is further connected to a central heat source device that generates cold / hot water to be supplied to the air conditioner for use in air conditioning control,
The air conditioning control device according to claim 4, further comprising a temperature setting value of the cold / hot water or a flow rate setting value supplied to the air conditioner as a value relating to the required power of the air conditioning control.
ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の空調制御装置。 The air conditioning control device according to claim 1, wherein the optimum operation function is created by a spline interpolation method.
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