空調控制裝置以及方法

2023-05-28 19:20:21 2

專利名稱：空調控制裝置以及方法
技術領域：
本發明涉及空調控制技術，尤其是涉及用於利用分布系統熱流動解析法來控制空間內的目的場所的空調環境的空調控制技術。
背景技術：
在使空間內維持期望的空調環境的情況下，在應進行空氣調和的空調空間內設置空調設備，並且在代表空調空間的各個區域的位置上配置溫度傳感器，根據溫度傳感器的輸出來決定空調設備所提供的調和空氣的風量、風向、溫度等的操作量。另一方面，在辦公室等較大的空間內，通常對於成為熱源的人、照明、電氣設備等的配置及阻礙空氣流通的桌子、椅子、隔板等的配置來說都是優先考慮工作效率，不會優先考慮空調控制來設計這種室內的布局。所以，空調設備的吹出口和溫度傳感器的位置關係、 即所謂的溫度幹擾只能變強(例如，參照非專利文獻1等)。因此，在構成多個普通的單環反饋控制系統的方式中，這樣的溫度幹擾導致操作量難以穩定，難以進行良好的控制。例如，若轉移到期望的空調環境時溫度變化幅度較大， 則會在控制狀態上產生偏差，由於成為如各反饋控制系統各自探索整個系統的穩定狀態那樣的混亂動作，所以操作量變的不穩定。專利文獻1 日本特許第4016066號公報非專利文獻1 広井和男、「 r 4 」夕 >計裝制御〉^歹A Q基礎i応用」、工業技術社、pp. 152-156、1987. 10非專利文獻2 加藤信介·小林光·村上周三、「不完全混合室內(二 ^ It石換気効率 溫熱環境形成効率評価指標1二関寸3研究第2報-CFD 1二基3〈局所領域Q溫熱環境形成寄與率評価指標O開発」、東大生研空気調和·衛生工學論文集No. 69、pp. 39-47、 1998.
發明內容
對於發生這種複雜的溫度幹擾的空調空間，作為得到穩定的操作量的方法，可以想到利用分布系統熱流動解析法的方法。如果利用該分布系統熱流動解析法，則基於設定的設計目標，通過求解針對該設計目標的非線性問題的攝動伴隨方程，分析由針對設計參數的變化的設計目標的變化比例定義的靈敏度，由此能夠設計期望的熱對流場或物質擴散場(例如參照專利文獻1等)。因此，利用分布系統熱流動解析法，能夠根據輸入的空調空間的空調狀況來估算該空調空間的溫度及氣流的分布，並基於該分布和該空調空間內的目的場所中的目標溫度，算出滿足目標溫度所需的、表示設置於空調空間的各小空間中的風速、風向、溫度的變化程度的靈敏度，基於該靈敏度數據計算包括各吹出口的新的調和空氣的吹出速度及吹出溫度、和從各吸入口吸入室內空氣的吸入速度的操作量。由此，由於期望的環境狀態作為整個系統的穩定狀態而被分析，所以可以得到穩定的操作量，能夠有效地接近期望的溫熱環境狀態。特別是在空調啟動時等設定值難以決定的情況下，通過利用分布系統熱流動解析法設定操作量，能夠在短時間內達到作為目標的溫熱環境狀態。但是，這樣的分布系統熱流動解析法終究是仿真，需要將成為控制對象的空調空間和幹擾等模型化。因此，即使通過得到的操作量來控制空調設備，也會有問題存在，例如， 有時會在基於仿真的估算溫度分布和實際的空調空間中的溫度分布之間產生溫度誤差。本發明是為了解決這樣的問題而完成的，其目的在於，提供一種能夠修正利用通過分布系統熱流動解析法得到的操作量來進行空調控制時產生的誤差的空調控制技術。為了實現這樣的目的，本發明涉及的空調控制裝置，具備利用分布系統熱流動解析法，根據輸入的空調空間的空調狀況估算該空調空間的溫度以及氣流的分布，並根據該分布和該空調空間內的目的場所的目標溫度來估算與空調控制有關的操作量的熱流動解析處理部，並且，進行根據通過該熱流動解析處理部得到的操作量，通過空調系統調整設置在空調空間的各吹出口的調和空氣的吹出速度和吹出溫度，由此控制空調空間整體的空調環境的空調估算控制，該空調控制裝置具備空調反饋控制判定部，在開始了空調估算控制後，該空調反饋控制判定部根據預先規定的空調估算控制的效果的結束條件，進行切換至空調反饋控制的判定；和空調指示部，在由空調反饋控制判定部判定為向空調反饋控制進行切換的情況下，該空調指示部向空調系統指示開始執行將估算溫度作為設定溫度的空調反饋控制動作。此時，也可以構成為，通過空調反饋控制判定部對一定的判定時間內的特定的對象場所的測量溫度變化和穩態判定溫度幅度進行比較，由此確認該對象場所的溫度場是否穩定，在確認為該對象場所的溫度場穩定的情況下，判定為向針對該對象場所的空調反饋控制進行切換。另外，可以構成為，在開始了空調估算控制後，通過空調反饋控制判定部將測量溫度和由通過熱流動解析處理部得到的特定的對象場所中的估算溫度構成的基準溫度之間的溫度誤差，與針對該溫度誤差預先設定的容許範圍進行比較，由此判定是否向用於修正溫度誤差的、針對對象場所的空調反饋控制的進行切換。而且，可以構成為，通過空調反饋控制判定部對測量溫度、和由從該測量溫度開始往前追溯了一定的判定時間而在特定的對象場所中測量出的測量溫度構成的基準溫度進行比較，根據所得到的對象場所的測量溫度變化計算該對象場所的測量溫度梯度，在該對象場所的測量溫度在該對象場所的估算溫度以上、且測量溫度梯度在預先設定的對應於溫度誤差的測量溫度的基準梯度以上的情況下，以及在該對象場所的測量溫度小於該對象場所的估算溫度、且測量溫度梯度小於預先設定的對應於溫度誤差的測量溫度的基準梯度的情況下，判定為向針對該對象場所的空調反饋控制進行切換。而且，可以構成為，在空調估算控制開始後經過了一定的待機時間的時間點上，通過空調反饋控制判定部對是否向空調反饋控制切換進行判定。而且，本發明涉及的空調控制方法，被用於空調控制裝置，該空調控制裝置具備利用分布系統熱流動解析法，根據輸入的空調空間的空調狀況估算該空調空間的溫度以及氣流的分布，並根據該分布和該空調空間內的目的場所的目標溫度來估算與空調控制有關的操作量的熱流動解析處理部，並且，進行根據通過該熱流動解析處理部得到的操作量，通過空調系統調整設置在空調空間的各吹出口的調和空氣的吹出速度和吹出溫度，由此控制空調空間整體的空調環境的空調估算控制，該空調控制方法包含空調反饋控制判定步驟，在開始了空調估算控制後，空調反饋控制判定部根據預先規定的空調估算控制的效果的結束條件，進行切換至空調反饋控制的判定；和空調指示步驟，在由空調反饋控制判定步驟判定為向空調反饋控制進行切換的情況下，空調指示部向空調系統指示開始執行將估算溫度作為設定溫度的空調反饋控制動作。此時，可以構成為，在空調反饋控制判定步驟中，通過對一定的判定時間內的特定的對象場所的測量溫度變化與穩態判定溫度幅度進行比較，確認該對象場所的溫度場是否穩定，在確認為該對象場所的溫度場穩定的情況下，判定為向針對該對象場所的空調反饋控制進行切換。而且，可以構成為，在空調反饋控制判定步驟中，在開始了空調估算控制後，將測量溫度和由通過熱流動解析處理部得到的特定的對象場所中的估算溫度構成的基準溫度之間的溫度誤差，與針對該溫度誤差預先設定的容許範圍進行比較，由此判定是否向用於修正溫度誤差的、針對對象場所的空調反饋控制進行切換。而且，可以構成為，在空調反饋控制判定步驟中，對測量溫度、和由從該測量溫度開始往前追溯了一定的判定時間而在特定的對象場所中測量出的測量溫度構成的基準溫度進行比較，根據所得到的對象場所的測量溫度變化計算該對象場所的測量溫度梯度，在該對象場所的測量溫度在該對象場所的估算溫度以上、且測量溫度梯度在預先設定的對應於溫度誤差的測量溫度的基準梯度以上的情況下，以及在該對象場所的測量溫度小於該對象場所的估算溫度、且測量溫度梯度小於預先設定的對應於溫度誤差的測量溫度的基準梯度的情況下，判定為向針對該對象場所的空調反饋控制進行切換。另外，可以構成為，在空調反饋控制判定步驟中，在空調估算控制開始後經過了一定的待機時間的時間點上，對是否向空調反饋控制切換進行判定。根據本發明，能夠通過由空調系統進行的針對對象場所的個別的空調反饋控制動作，來調整利用通過分布系統熱流動解析法得到的操作量進行了空調控制時產生的誤差。 因此，能夠向空調空間內的居住者提供居住者所設定的舒適的空調環境。


圖1是表示第1實施方式涉及的空調控制裝置的構成的框圖。 圖2是表示空調控制裝置中的空調控制動作的流程圖。 圖3是邊界條件數據的構成例。 圖4是測量溫度數據的構成例。 圖5是分布數據的構成例。 圖6是目的數據的構成例。
圖7是表示第1實施方式涉及的空調估算控制處理的流程圖。 圖8是表示第1實施方式涉及的空調反饋控制處理的流程圖。 圖9是表示第1實施方式涉及的空調反饋控制動作的說明圖。 圖10是作為空氣調和對象的空調空間的構成例。 圖11是表示仿真結果的說明圖。
圖12是表示第2實施方式涉及的空調反饋控制處理的流程圖。圖13是表示溫度誤差和基準梯度之間的關係的說明圖。圖14是表示第2實施方式涉及的空調反饋控制動作的說明圖。圖15是表示第2實施方式涉及的空調反饋控制動作的另一說明圖。圖16是表示第3實施方式涉及的空調反饋控制處理的流程圖。圖17是表示第3實施方式涉及的空調反饋控制動作的說明圖。圖中符號說明10…空調控制裝置；11…通信I/F部；12…操作輸入部；13···畫面顯示部；14··· 存儲部；14A…設定條件數據；14B…邊界條件數據；140··測量溫度數據；14D…分布數據； 14E···目的數據；14F…操作量數據；14G…設定溫度數據；15…運算處理部；15A…數據輸入部；15B…熱流動解析處理部；150··空調反饋控制判定部；15D…空調指示部；20…空調系統；21…空調處理部；22…溫度傳感器；23…供氣調整部；30…空調空間；V··測量溫度； At…判定時間；ΔΤ τ·測量溫度變化；Td…穩態判定溫度幅度，IV··估算溫度，Δ Tsm…溫度誤差， Υ···容許範圍，Tsp…設定溫度，⑴「測量溫度梯度，A…基準梯度，tw…待機時間，tE…結束待機時間。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明的實施方式進行說明。[第1實施方式]首先參照圖1，對本發明的第1實施方式涉及的空調控制裝置進行說明。圖1是表示第1實施方式涉及的空調控制裝置的構成的框圖
該空調控制裝置10作為整體，由個人計算機或伺服器裝置等信息處理裝置構成， 具有如下功能通過對進行空調空間30的空氣調和的空調系統20進行控制，從而控制空調空間30的目的場所中的空調環境。空調控制裝置10中特別設置有熱流動解析處理部，並進行基於在該熱流動解析處理部所得到的操作量，在空調系統20中調整設置於空調空間30中的各吹出口的調和空氣的吹出速度和吹出溫度，由此來控制空調空間30整體的空調環境的空調估算控制，其中，上述熱流動解析處理部利用分布系統熱流動解析法，根據輸入的空調空間30的空調狀況估算該空調空間30的溫度及氣流的分布，並且基於該分布和該空調空間30內的目的場所中的目標溫度，估算與空調控制有關的操作量。對於本實施方式來說，在這樣的空調控制裝置10中，在開始了空調估算控制後， 將在空調空間30內的對象場所中測量的測量溫度和在熱流動解析處理部所得到的對象場所中的估算溫度之間的溫度誤差，與對該溫度誤差預先設定的容許範圍進行比較，由此判定是否向用於修正溫度誤差的針對對象場所的空調反饋控制進行切換，在判定為切換至空調反饋控制的情況下，向空調系統20指示開始執行將估算溫度作為設定溫度的空調反饋控制動作。[空調控制裝置]接著，參照圖1及圖2對本實施方式涉及的空調控制裝置10的構成進行詳細說明。圖2是表示空調控制裝置中的空調控制動作的流程圖。
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在該空調控制裝置10中，作為主要功能部而設置有通信接口部(以下稱為通信I/ F部)11、操作輸入部12、畫面顯示部13、存儲部14及運算處理部15。通信I/F部11由專用的數據通信電路構成，具有和經由通信線路L連接的空調系統等外部裝置進行數據通信的功能。操作輸入部12由鍵盤或滑鼠等操作輸入裝置構成，具有檢測操作者的操作並輸出到運算處理部15的功能。畫面顯示部13由IXD、PDP等畫面顯示裝置構成，具有根據來自運算處理部15的指示，將操作菜單或輸入輸出數據等各種信息進行畫面顯示的功能。存儲部14由硬碟或半導體存儲器等存儲裝置構成，具有存儲運算處理部15中所利用的各種處理信息或程序14P的功能。程序14P是被讀取到運算處理部15中執行的程序，預先經由通信I/F部11從外部裝置或記錄介質保存到存儲部14中。存儲部14中所存儲的主要處理信息有設定條件數據14A。設定條件數據14A是表示與空調空間30有關的位置及形狀、空調系統20中生成的調和空氣的吹出口等對空調空間30的空調環境帶來影響的構成要素相關的位置及形狀的空間條件數據、表示與配置於空調空間30中的各發熱體有關的配置位置以及發熱量、乃至形狀的發熱體數據等、成為進行熱流動分析處理時的設定條件的各種數據，其預先經由通信I/F部11被從空調系統20 等外部裝置或記錄介質輸入，並被保存到存儲部14。運算處理部15具備CPU等微處理器和其外圍電路，具有通過從存儲部14讀取並執行程序14P來實現各處理部的功能。在運算處理部15中實現的主要處理部有，數據輸入部15A、熱流動解析處理部 15B、空調反饋控制判定部15C及空調指示部15D。數據輸入部15A具有將經由通信I/F部11從空調系統20等外部裝置或記錄介質輸入的、與空調空間30相關的設定條件數據14A預先保存到存儲部14的功能和、經由通信 I/F部11從空調系統20取得邊界條件數據14B和測量溫度數據14C的功能。邊界條件數據14B是表示基於從設置於空調空間30的吹出口吹出的調和空氣的吹出速度及吹出溫度等、對空調空間30的空調環境帶來影響的構成要素的針對該空調環境的影響度。測量溫度數據14C包括由設置於空調空間30的溫度傳感器22測量出的測量溫度。另外，數據輸入部15A具有如下功能，即每隔一定時間、或者根據設定條件數據 14A、邊界條件數據14B、或測量溫度數據14C的變化，判定空調控制時間點的到來，並對應該空調控制時間點的到來而新生成用於新的空調控制的設定條件數據14A、邊界條件數據 14B、或者測量溫度數據14C。對於設定條件數據14A，可以通過利用了操作輸入部12的操作者操作來輸入，也可以基於經由通信I/F部11從各種系統獲得的數據，生成與空調空間30有關的設定條件數據14A。圖3是邊界條件數據的構成例。在此，按照包含於空間條件數據中的構成要素中的、對空調空間30的空調環境帶來的影響發生變化的每個構成要素，作為該時間點的邊界條件而登記有以風速、風向、溫度表示的影響度。例如，對於「吹出口」，登記有從該吹出口吹出的調和空氣的吹出速度U、ν、w (三維分量)及吹出的調和空氣的空氣溫度T，對於「吸入口 」，登記有從該吸入口吸入的室內空氣的吸入速度U、V、w (三維分量)。圖4是測量溫度數據的構成例。在此，對於空調空間30內的對象場所j，登記有該對象場所的位置x、y、z (三維分量)和由設置於該對象場所的溫度傳感器22測量出的空氣溫度T。另外，對象場所j不僅限於一處，能夠在可控制的範圍內(得到解的範圍)設定多個。熱流動解析處理部15B具有如下功能利用分布系統熱流動解析法，根據表示輸入的空調空間30的空調狀況的邊界條件數據14B以及設定條件數據14A，估算表示該空調空間30的溫度及氣流分布的分布數據14D的功能、通過利用了操作輸入部12的操作者的數據輸入操作，得到表示空調空間30內的目的場所中的目標溫度的目的數據14E的功能、 基於該分布數據14D和目的數據14E來估算表示與空調控制有關的操作量的操作量數據 14F的功能。分布系統熱流動解析法是以CFD (Computational Fluid Dynamics 數值流體力學)為基礎，將對象空間分割為網狀的小空間，並對相鄰的小空間之間的熱流進行分析的技術。對於熱流動解析處理部15B中估算分布數據14D的功能，例如採用利用了分布系統熱流動解析法的順序分析的非專利文獻2等的公知技術即可。而且，對於估算操作量數據 14F的功能，例如採用利用了分布系統熱流動解析法的反分析的專利文獻1等的公知技術即可。圖5是分布數據的構成例。在此，按照將空調空間30分割成網狀而設定的每個小空間的位置X、y、Z(3維分量)，作為風速分布數據而登記有該小空間中的室內空氣的風速 UcV^WcfdO維分量)，並且作為溫度分布數據而登記有該小空間中的室內空氣的空氣溫
度 TCFD ο圖6是目的數據的構成例。在此，作為目的場所i的空間條件而登錄有位置x、y、 ζ (3維分量)和形狀(大小)叔、(^、(12(3維分量)，並且作為邊界條件登記有該目的場所土的目標溫度T。另外，目的場所i不僅限於一處，能夠在可控制的範圍內(得到解的範圍) 設定多個。空調反饋控制判定部15C具有以下功能在開始了基於在熱流動解析處理部15B 所得到的操作量數據14F來控制空調空間30整體的空調環境的空調估算控制之後，通過對測量溫度數據14C中包含的空調空間30內的對象場所j中測量出的測量溫度Tm和與對象場所j相關的基準溫度進行比較，判定是否向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換。空調指示部15D具有以下功能為了將空調空間30內的目的場所i設為目標溫度，經由通信I/F部11向空調系統20指示進行基於在熱流動解析處理部15B所得到的操作量數據14F來控制空調空間30整體的空調環境的空調估算控制的功能、和在由空調反饋控制判定部15C判定為向空調反饋控制進行切換時，經由通信I/F部11向空調系統指示開始執行以估算溫度Ts為設定溫度Tsp的空調反饋控制動作的功能。[空調系統]接著參照圖1對本實施方式涉及的空調系統20的構成進行說明。空調系統20中，作為主要功能部而設置有空調處理部21、溫度傳感器22及供氣調整部23。該空調系統20，除了這些功能部以外，具有和在大廈和店鋪等的居室中設置的普通空調設備相同的構成。
空調處理部21由具有CPU等微處理器和其外圍電路的運算處理部構成，具有以下功能根據經由通信線路L的來自空調控制裝置10的空調估算控制指示，基於該指示中通知的操作量來控制供氣調整部23，從而調整向設置於空調空間30的空調設備的供氣，由此進行空調空間30整體的空氣調和的功能、和根據來自空調控制裝置10的空調反饋控制指示，控制供氣調整部23，以使得由對象場所j的溫度傳感器22測量出的測量溫度Tm成為該指示中通知的與對象場所j相關的設定溫度Tsp，從而調整向與對象場所j相關的空調設備的供氣，由此執行空調反饋控制的功能。對於空調反饋控制，在空調空間30設置有中央空調設備的情況下利用VAV的本地環路控制即可，在空調空間30設置有單獨的空調設備的情況下利用該單獨的空調設備的本地環路控制即可。溫度傳感器22由普通的溫度傳感器構成，具有測量設置於空調空間30的對象場所j的溫度，並輸出到空調處理部21的功能。供氣調整部23由閥門等空氣流量調整設備構成，具有對應來自空調處理部21的控制來調整向設置於空調空間30的空調設備的供氣的功能。[第1實施方式的動作]接著參照圖2、圖7及圖8，對本實施方式涉及的空調控制裝置的動作進行說明。圖 7是表示第1實施方式涉及的空調估算控制處理的流程圖。圖8是表示第1實施方式涉及的空調反饋控制處理的流程圖。[空調估算控制動作]首先，參照圖2及圖7對本實施方式涉及的空調控制裝置的空調估算控制動作進行說明。空調控制裝置10的運算處理部15在啟動時、或者根據操作者操作，開始圖7的空調控制處理。在空調控制處理的執行開始之前，設定條件數據14A被預先保存在存儲部14 中。首先，數據輸入部15A經由通信I/F部11，與空調系統20進行數據通信，取得空調空間30的各吹出口的吹出速度u、v、w (3維分量)及空氣溫度T、和各吸入口的吸入速度 U、ν、w (3維分量)等邊界條件數據14B，並且取得表示空調空間30內的對象場所j中的測量溫度Tm的測量溫度數據14C (步驟100)。接著，熱流動解析處理部15B從存儲部14取得設定條件數據14A (步驟101)，並且基於該設定條件數據14A和在數據輸入部15A生成的邊界條件數據14B，通過分布系統熱流動解析法對空調空間30的狀況進行順序分析，由此計算表示空調空間30的溫度及氣流的分布的分布數據14D (步驟102)。之後，熱流動解析處理部15B，通過利用了操作輸入部12的操作者的數據輸入操作，取得表示空調空間30內的目的場所中的目標溫度的目的數據14E (步驟103)，並且對該目的數據14E和分布數據14D進行比較，由此確認與空調空間30的目的場所相關的偏離的有無(步驟104)。在此，在從分布數據14D得到的目的場所的空氣溫度和在目的數據14E中指定的目標溫度之差是在預先設定的閾值溫度差以下的溫度差的情況下，判定為沒有空調環境的偏離(步驟105 否)，並轉移到後述的步驟108。另一方面，在從分布數據14D得到的目的場所的空氣溫度和在目的數據14E中指定的目標溫度之差是超過了預先設定的閾值溫度差的溫度差的情況下，熱流動解析處理部 15B判定為有空調環境的偏離(步驟105 是)，基於分布數據14D和目的數據14E，通過分布系統熱流動解析法對空調空間30的溫度及氣流的分布進行反分析，由此計算滿足目的數據所需的、表示各小空間中的風速、風向、溫度的變化程度的靈敏度數據，並基於該靈敏度數據反向計算包含各吹出口的新的調和空氣的吹出速度及吹出溫度、和從各吸入口吸入室內空氣的吸入速度的操作量數據14F(步驟106)。相應地，空調指示部15D經由通信I/F部11向空調系統20指示進行空調估算控制，即、基於熱流動解析處理部15B計算出的操作量數據14F來控制空調空間30整體的空調環境(步驟107)。之後，數據輸入部15A，每隔一定期間，或根據新得到的邊界條件數據和發熱體數據的變化，判定空調估算控制時間點的到來(步驟108)，並對應空調控制時間點的到來(步驟108 是)來返回到步驟100，開始新的空調估算控制。[空調反饋控制動作]接著，參照圖2及圖8，對本實施方式涉及的空調控制裝置的空調反饋控制動作進行說明。空調控制裝置10的運算處理部15，在上述的圖7的空調估算控制處理被執行之後，開始圖8的空調反饋控制處理。空調反饋控制判定部15C，首先從在數據輸入部15A取得的測量溫度數據14C中提取對象場所j的測量溫度TM(步驟110)，並計算表示從當前時刻t往前追溯了判定時間 Δ t時的測量溫度Tm的變化的測量溫度變化Δ Tw(絕對值)(步驟111)。在此，比較測量溫度變化Δ、和存儲部14中預先設定的穩態判定溫度幅度Td (步驟112)，在測量溫度變化ΔΤμ比穩態判定溫度幅度Td大的情況下(步驟112 否)，空調反饋控制判定部15C返回到步驟110，反覆進行確認直到對象場所j中的溫度場穩定。另一方面，在測量溫度變化Δ Tmm在穩態判定溫度幅度Td以內的情況下(步驟 112 是)，由於能夠確認對象場所j中的溫度場已穩定，所以空調反饋控制判定部15C從在熱流動解析處理部15B得到的分布數據14D中提取估算溫度Ts作為對象場所j的基準溫度 (步驟113)，並計算當前時刻t時的對象場所j的估算溫度Ts和實際的測量溫度Tm之間的溫度誤差Δ Tsm (絕對值)(步驟114)。在此，比較溫度誤差AT31和在存儲部14中預先設定的容許範圍IY(步驟115)，在溫度誤差AT31比容許範圍IY大的情況下(步驟115 是)，空調反饋控制判定部15C判定為向用於修正溫度誤差針對對象場所j的空調反饋控制進行切換，並向空調指示部 15D通知將對象場所j的估算溫度Ts設定為對象溫度j的新的設定溫度Tsp的設定溫度數據14G (步驟116)。空調指示部15D經由通信I/F部11向空調系統指示開始執行基於該設定溫度數據14G將對象場所j的估算溫度Ts作為設定溫度Tsp的空調反饋控制動作(步驟117)，並結束一系列的空調反饋控制處理。另一方面，在溫度誤差Δ T31在容許範圍IY以內的情況下(步驟115 否)，空調反饋控制判定部15C結束一系列的空調反饋控制處理。圖9是表示第1實施方式涉及的空調反饋控制動作的說明圖。這裡，在時刻、空調估算控制開始，對象場所j的測量溫度Tm從溫度Tl緩慢下降，在時刻、變成溫度Τ"Μ， 在之後的當前時刻t單調下降到溫度Τ\。在此，時刻tl相當於從當前時刻t往前追溯了判定時間At的時刻，測量溫度變化八1 通過Δ Tmm = abs (Τ"Μ-Τ\)求得。函數abs是求出絕對值的函數。如果該測量溫度變化Δ Tmm在穩態判定溫度幅度Td以內，則判定為對象場所j的溫度場是穩定的，測量溫度變化△ Tmm不是暫時性的，需要通過針對對象場所j的空調反饋控制進行修正。另外，溫度誤差Δ Tsm由Δ Tsm = abs (Ts-Ttsi)求得。如果該溫度誤差Δ Tsm比容許範圍IY大，則根據對象場所j的估算溫度Ts和實際的測量溫度Tm之間的偏離較大而判定為向用於修正該溫度誤差Δ Tsm的針對對象場所j的空調反饋控制進行切換。並且，由空調系統20開始以對象場所j的估算溫度Ts作為設定溫度Tsp的空調反饋控制動作。[仿真結果]圖10是成為空氣調和的對象的空調空間的構成例。在此，空調空間30的天花板上配置有4個吹出口 A、B、C、D和9個吸入口，空調空間30的地板上存在有由計算機等構成的3個發熱體。另外，空調空間30中分別設定有成為空調估算控制的目的的目的場所i 和成為空調反饋控制的對象的對象場所j。圖11是表示仿真結果的說明圖。這裡，對於空調估算控制開始的時刻、、空調反饋控制開始的時刻t、和從空調反饋控制開始經過了一定時間後的時刻t2，表示了空調空間 30內的各處的溫度和風量的變化。首先，對於目的場所i，在空調估算控制執行前的時刻、，估算溫度為27. 9[°C ]、 目的溫度為25. 0 [°C ]，但通過執行空調估算控制，在時刻t，估算溫度變化成25. 0 [°C ]，可知與當初的目的溫度相一致。另外，對於吹出口 A D，在空調估算控制執行前的時刻、，吹出空氣的風速分別是1.00[m/s]，溫度分別是]，但通過執行空調估算控制，在時刻t，吹出空氣的風速分別變為 1.33[m/s]、l. ll[m/s]、l. 13[m/s]、1. 05[m/s]，溫度分別變為 23.4[°C ]、 23.6[°C ]、25.2 [°C ]、25.5 [°C ]，可知進行了空調估算控制。並且，對於吹出口 A，在空調反饋控制執行後的時刻t2，吹出空氣的風速變為 0. 85 [m/s]，溫度變為23. 9 [°C ]，可知對於吹出口 A進行了空調反饋控制。由此，對於對象場所j，在空調估算控制執行後的時刻t，估算溫度Ts為9 [°C ]， 測量溫度Tm為24. 5[°C ]，溫度誤差AT31為0. 4[°C ]，執行利用與估算溫度Ts相等的 24. 9 [°C ]作為設定溫度Tsp的空調反饋控制，在之後的時刻t2，測量溫度變化為5[°C ]， 可知通過空調反饋控制的進行，測量溫度Tm變得與估算溫度Ts相等。[第1實施方式的效果]這樣，在本實施方式中，在開始了空調估算控制之後，通過由空調反饋控制判定部 15C對在空調空間30內的對象場所j測量出的測量溫度Tm和與對象場所j相關的基準溫度進行比較，判定是否向用於修正溫度誤差針對對象場所j的空調反饋控制進行切換，當判定為向空調反饋控制進行切換時，由空調指示部15D向空調系統20指示開始執行以對象場所j的估算溫度Ts作為設定溫度Tsp的空調反饋控制動作。由此，可以通過空調系統20的空調反饋控制動作，調整利用通過分布系統熱流動解析法得到的操作量進行了空調控制時產生的誤差。因此，能夠向空調空間30內的居住者提供由居住者設定的舒適的空調環境。另外，在本實施方式中，在空調反饋控制判定部15C中，通過對一定的判定時間 Δ t中的對象場所j的測量溫度變化△ Tmm和穩態判定溫度幅度Td進行比較，確認該對象場所j中的溫度場是否穩定，在確認了該對象場所j中的溫度場穩定之後，基於溫度誤差ATsm 判定是否向針對該對象場所j的空調反饋控制進行切換，因此能夠在確認了測量溫度變化 Δ Tmm不是暫時性的，需要通過針對對象場所j的空調反饋控制來進行修正之後，判定為向空調反饋控制進行切換。由此，在測量溫度變化八1 是暫時性的情況下，不會判定為切換至空調反饋控制，能夠避免不合理的空調反饋控制的執行。另外，在本實施方式中，在開始了空調估算控制後，通過將對象場所j中的測量溫度Tm和作為在熱流動解析處理部15B得到的對象場所j中的基準溫度的估算溫度ATsm, 與針對該溫度誤差AT31預先設定的容許範圍I；進行比較，判定是否向用於修正溫度誤差 ATsm的針對對象場所j的空調反饋控制進行切換，當判定為向空調反饋控制進行切換時， 由空調指示部15D向空調系統20指示開始執行以對象場所j的估算溫度Ts作為設定溫度 Tsp的空調反饋控制動作，因此能夠正確地判定是否向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換。[第2實施方式]接著，參照圖12對本發明的第2實施方式涉及的空調控制裝置10進行說明。圖 12是表示第2實施方式涉及的空調反饋控制處理的流程圖。在第1實施方式中，以在對是否向空調反饋控制切換進行判定時，確認該時間點上的對象場所j的溫度場的穩定性的情況為例進行了說明。在本實施方式中，對基於對象場所j的測量溫度Tm的梯度a，估算測量溫度Tm將來能否收斂於容許範圍IY內，由此來判斷向空調反饋控制的切換的情況進行說明。本實施方式中，空調反饋控制判定部15C具有以下功能將對象場所j的測量溫度 Tm和、由根據測量溫度Tm往前追溯了一定的判定時間Δ t而在對象場所j測量出的測量溫度構成的基準溫度相比較，並根據得到的對象場所j的測量溫度變化ATmm計算對象場所j 中的測量溫度梯度a的功能、和將預先設定的與溫度誤差AT31對應的測量溫度Tm的基準梯度A ( Δ Tsm)和測量溫度梯度a相比較，在對象場所j的測量溫度Tm在對象場所j的估算溫度Ts以上、且測量溫度梯度a在基準梯度A(ATsm)以上的情況下，以及在對象場所j的測量溫度Tm比對象場所j的估算溫度Ts小、且測量溫度梯度a在基準梯度-A (Δ Tsm)以下的情況下，判定為向針對該對象場所的空調反饋控制進行切換的功能。另外，關於本實施方式涉及的空調控制裝置10中的其他構成，與第1實施方式相同，在此省略詳細說明。[第2實施方式的動作]接著，參照圖12，作為本實施方式涉及的空調控制裝置10的動作，說明空調反饋控制動作。空調控制裝置10的運算處理部15，在上述的圖7的空調估算控制處理被執行後， 開始圖12的空調反饋控制處理。
空調反饋控制判定部15C，首先從在數據輸入部15A取得的測量溫度數據14C中提取對象場所j的測量溫度TM(步驟200)，從在熱流動解析處理部15B得到的分布數據14D 中提取對象場所j的估算溫度Ts (步驟201)，計算當前時刻t上的對象場所j的估算溫度 Ts和實際的測量溫度Tm間的溫度誤差Δ Tsm(絕對值)(步驟202)。接著，空調反饋控制判定部15C，根據表示從當前時刻t往前追溯了判定時間At 的測量溫度Tm的變化的測量溫度變化Δ Tmm，計算判定時間Δ t內的測量溫度Tm的梯度a = Δ Tmm/ Δ t (步驟203)，並基於存儲部14中預先設定的變換表或函數式，取得溫度誤差Δ Tsm 的基準梯度A(ATsm)(步驟204)。圖13是表示溫度誤差和基準梯度間的關係的說明圖。在此，表示在測量誤差ATsm 的正和負的各自的區域，對應於溫度誤差AT31的增加基準梯度A(ATsm)單調遞減的關係。 該關係被由空調空間30的面積和空調系統20的空調設備能力所決定的溫度變化的時間常數所影響，預先通過實驗等得到即可。該關係可以通過變換表表現，也可利用函數式。接著，比較測量溫度Tm和估算溫度Ts (步驟20 ，在測量溫度Tm在估算溫度Ts 以上的情況下(步驟205 是)，空調反饋控制判定部15C比較測量溫度梯度a和基準梯度 A(ATsm)(步驟 206)。在此，在測量溫度梯度a在基準梯度A(ATsm)以上的情況下(步驟206 是)，預測對象場所j的測量溫度Tm在將來不會收斂於容許範圍IY內，因此空調反饋控制判定部15C 判定為向用於修正溫度誤差Δ Tsm的針對對象場所j的空調反饋控制進行切換，向空調指示部15D通知將對象場所j的估算溫度Ts設定為對象場所j的新的設定溫度Tsp的設定溫度數據14G (步驟207)。空調指示部15D經由通信I/F部11向空調系統指示開始執行基於該設定溫度數據14G來將對象場所j的估算溫度Ts作為設定溫度Tsp的空調反饋控制動作(步驟208)， 並結束一系列的空調反饋控制處理。另一方面，在步驟206，在測量溫度梯度a比基準梯度A(ATsm)小的情況下(步驟 206 否)，空調反饋控制判定部15C結束一系列的空調反饋控制處理。另外，在步驟205，在測量溫度Tm小於估算溫度Ts的情況下(步驟205 否)，空調反饋控制判定部15C比較測量溫度梯度a和基準梯度-A ( Δ Tsm)(步驟209)。在此，在測量溫度梯度a比基準梯度-A(ATsm)小的情況下(步驟209 是)，預測對象場所j的測量溫度Tm在將來會脫離容許範圍IV，因此空調反饋控制判定部15C判定為向用於修正溫度誤差ATsm的針對對象場所j的空調反饋控制進行切換，向空調指示部15D 通知將對象場所j的估算溫度Ts設定為對象場所j的新的設定溫度Tsp的設定溫度數據 14G (步驟 207)。空調指示部15D經由通信I/F部11向空調系統指示開始執行基於該設定溫度數據14G來將對象場所j的估算溫度Ts作為設定溫度Tsp的空調反饋控制動作(步驟208)， 並結束一系列的空調反饋控制處理。另一方面，在步驟209，在測量溫度梯度a在基準梯度-A(ATsm)以上的情況下(步驟209 否)，空調反饋控制判定部15C結束一系列的空調反饋控制處理。圖14是表示第2實施方式涉及的空調反饋控制動作的說明圖。這裡，在時刻、空調估算控制開始，對象場所j的測量溫度Tm從溫度Τ"；緩慢下降，在之後的當前時刻t單調下降到溫度Τ\，該測量溫度的梯度成為a。在這種情況下，在時刻t的測量溫度Tm在估算溫度Ts以上，但是根據測量溫度梯度a比基準梯度-A(ATsm)小，測量溫度Tm緩慢變化(在這裡為減小)的情況，可以預測測量溫度 在將來會收斂於容許範圍IY內。圖15是表示第2實施方式涉及的空調反饋控制動作的另一說明圖。在這種情況下，在時刻t的測量溫度Tm小於估算溫度Ts，但是根據測量溫度梯度a比基準梯度-A ( Δ Tsm) 大，測量溫度Tm變化較大(在這裡為減小)的情況，可以預測測量溫度Tm在將來會脫離容許範圍 Υ。[第2實施方式的效果]這樣，在本實施方式中，在空調反饋控制判定部15C中，根據一定的判定時間內的對象場所j的測量溫度變化Δ Tmm計算對象場所j的測量溫度梯度a，並和預先設定的與溫度誤差Δ Tsm相應的測量溫度Tm的基準梯度A ( Δ Tsm)相比較，在測量溫度Tm在估算溫度Ts 以上，且測量溫度梯度a在基準梯度A ( Δ Tsm)以上的情況下，以及在測量溫度Tm比估算溫度Ts小，且測量溫度梯度a比基準梯度-A ( Δ Tsm)小的情況下，判定為向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換。由此，在開始了空調估算控制之後，不用等到對象場所j的溫度場穩定從而能夠確認測量溫度Tm是處於還是脫離容許範圍IY內的時間點，能夠提前判定是否向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換。因此，在判定為向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換的情況下，能夠在空調估算控制開始之後較短的時間內就開始空調反饋控制，其結果可以提前對對象場所j的溫度誤差進行修正。[第3實施方式]接著，參照圖16說明本發明的第3實施方式涉及的空調控制裝置10。圖16是表示第3實施方式涉及的空調反饋控制處理的流程圖。在第1實施方式中，以在對是否向空調反饋控制切換進行判定時確認該時間點上的對象場所j的溫度場的穩定性的情況為例進行了說明。在本實施方式中，對在開始了空調估算控制之後經過了一定的待機時間tw的時間點上，判定是否向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換的情況進行說明。本實施方式中，空調反饋控制判定部15C具有以下功能對空調估算控制開始之後的經過時間At進行計時的功能、和對經過時間At和存儲部14中設定的待機時間、進行比較，在經過時間At成為了待機時間、以上的時間點上，判定為向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換的功能。另外，本實施方式涉及的空調控制裝置10中的其他構成，與第1實施方式相同，在此省略詳細說明。[第3實施方式的動作]接著參照圖16，作為本實施方式涉及的空調控制裝置10的動作而說明空調反饋控制動作。空調控制裝置10的運算處理部15，在上述的圖7的空調估算控制處理被執行後， 開始圖16的空調反饋控制處理。空調反饋控制判定部15C，首先對從基於熱流動解析處理部15B的空調估算控制的開始執行開始到當前時刻為止的經過時間At進行計時(步驟300)，並對經過時間At 和存儲部14中設定的待機時間tw進行比較(步驟301)。在此，在經過時間At比待機時間tw小的情況下(步驟301 否)，返回到步驟300。另一方面，在經過時間At在待機時間tw以上的情況下(步驟301 是)，空調反饋控制判定部15C判定為向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換，向空調指示部15D 通知將對象場所j的估算溫度Ts設定為對象場所j的新的設定溫度Tsp的設定溫度數據 14G (步驟 302)。空調指示部15D經由通信I/F部11向空調系統指示開始執行基於該設定溫度數據14G來將對象場所j的估算溫度Ts作為設定溫度Tsp的空調反饋控制動作(步驟303)， 並結束一系列的空調反饋控制處理。圖17是表示第3實施方式涉及的空調反饋控制動作的說明圖。這裡，在時刻、空調估算控制開始，對象場所j的測量溫度Tm從溫度Τ"；緩慢下降，在之後的當前時刻t單調下降到溫度Τ\。在這種情況下，與測量溫度Tm無關，在從時刻、經過了待機時間tw的時刻t2，判定是否向針對對象場所j的空調反饋控制進行切換。[第3實施方式的效果]這樣，本實施方式中，在空調反饋控制判定部15C中，在從空調估算控制開始後經過了一定的待機時間tw的時間點上，判定是否向針對對象場所的空調反饋控制進行切換， 因此能夠非常簡化空調反饋控制判定部15C的判定處理。[實施方式的擴展]以上，參照實施方式對本發明進行了說明，但本發明不限於上述實施方式。對於本發明的構成和詳細內容，能夠在本發明的範圍內進行本領域技術人員能夠理解的各種變更。另外，在各實施方式中，以通過使用了分布系統熱流動解析法的空調估算控制，將目的場所i中的目標溫度作為目的數據來控制空調空間30整體的空調環境，並通過空調反饋控制對此時產生的對象場所j的溫度誤差進行修正的情況為例進行了說明，但不限於此。例如，在空調估算控制中，也可以通過用目的場所i的風速或溼度代替目標溫度來作為目的數據進行輸入，將這些風速或溼度作為目標的狀態量。另外，在空調反饋控制中，也可以構成為，用對象場所j的風速或溼度的誤差來代替溫度誤差，通過空調反饋控制對對象場所j的風速或溼度的誤差進行修正。
權利要求
1.一種空調控制裝置，其特徵在於，具備熱流動解析處理部，該熱流動解析處理部利用分布系統熱流動解析法，根據輸入的空調空間的空調狀況來估算該空調空間的溫度以及氣流的分布，並根據該分布和該空調空間內的目的場所的目標溫度來估算與空調控制有關的操作量，並且，該空調控制裝置進行空調估算控制，在該空調估算控制中，根據由該熱流動解析處理部得到的所述操作量，通過空調系統調整在所述空調空間設置的各吹出口的調和空氣的吹出速度和吹出溫度，由此控制所述空調空間整體的空調環境，該空調控制裝置具備空調反饋控制判定部，在所述空調估算控制開始後，該空調反饋控制判定部根據預先規定的空調估算控制的效果的結束條件，進行切換至空調反饋控制的判定；和空調指示部，在由所述空調反饋控制判定部判定為向空調反饋控制進行切換的情況下，該空調指示部指示所述空調系統開始執行將所述估算溫度作為設定溫度的空調反饋控制動作。
2.根據權利要求1所述的空調控制裝置，其特徵在於，所述空調反饋控制判定部對一定的判定時間內的特定的對象場所的測量溫度變化和穩態判定溫度幅度進行比較，由此確認該對象場所的溫度場是否穩定，在確認為該對象場所的溫度場穩定的情況下，判定為向針對該對象場所的所述空調反饋控制進行切換。
3.根據權利要求1所述的空調控制裝置，其特徵在於，在所述空調估算控制開始後，所述空調反饋控制判定部將所述測量溫度和基準溫度之間的溫度誤差，與針對該溫度誤差預先設定的容許範圍進行比較，由此判定是否向用於修正所述溫度誤差的針對所述對象場所的空調反饋控制進行切換，所述基準溫度是由通過所述熱流動解析處理部得到的特定的對象場所中的估算溫度構成的。
4.根據權利要求1所述的空調控制裝置，其特徵在於，所述空調反饋控制判定部對所述測量溫度和由從該測量溫度開始往前追溯了一定的判定時間而在特定的對象場所中測量出的測量溫度構成的基準溫度進行比較，根據所得到的所述對象場所的測量溫度變化來計算該對象場所的測量溫度梯度，在該對象場所的所述測量溫度在該對象場所的所述估算溫度以上、且所述測量溫度梯度在預先設定的對應於所述溫度誤差的所述測量溫度的基準梯度以上的情況下，以及在該對象場所的所述測量溫度小於該對象場所的所述估算溫度、且所述測量溫度梯度小於預先設定的對應於所述溫度誤差的所述測量溫度的基準梯度的情況下，判定為向針對該對象場所的所述空調反饋控制進行切換。
5.根據權利要求1所述的空調控制裝置，其特徵在於，在所述空調估算控制開始後經過了一定的待機時間的時間點上，所述空調反饋控制判定部對是否向所述空調反饋控制切換進行判定。
6.一種空調控制方法，其特徵在於，被用於空調控制裝置，該空調控制裝置具備熱流動解析處理部，該熱流動解析處理部利用分布系統熱流動解析法，根據輸入的空調空間的空調狀況來估算該空調空間的溫度以及氣流的分布，並根據該分布和該空調空間內的目的場所的目標溫度來估算與空調控制有關的操作量，並且，該空調控制裝置進行空調估算控制， 在該空調估算控制中，根據由該熱流動解析處理部得到的所述操作量，通過空調系統調整在所述空調空間設置的各吹出口的調和空氣的吹出速度和吹出溫度，由此控制所述空調空間整體的空調環境，該空調控制方法包含空調反饋控制判定步驟，在開始了所述空調估算控制後，空調反饋控制判定部根據預先規定的空調估算控制的效果的結束條件，進行切換至空調反饋控制的判定；和空調指示步驟，在由所述空調反饋控制判定步驟判定為向空調反饋控制進行切換的情況下，空調指示部指示所述空調系統開始執行將所述估算溫度作為設定溫度的空調反饋控制動作。
7.根據權利要求6所述的空調控制方法，其特徵在於，在所述空調反饋控制判定步驟中，通過對一定的判定時間內的特定的對象場所的測量溫度變化與穩態判定溫度幅度進行比較，確認該對象場所的溫度場是否穩定，在確認為該對象場所的溫度場穩定的情況下，判定為向針對該對象場所的所述空調反饋控制進行切換。
8.根據權利要求6所述的空調控制方法，其特徵在於，在所述空調反饋控制判定步驟中，在開始了所述空調估算控制後，將所述測量溫度和基準溫度之間的溫度誤差，與針對該溫度誤差預先設定的容許範圍進行比較，由此判定是否向用於修正所述溫度誤差的針對所述對象場所的空調反饋控制進行切換，所述基準溫度是由通過所述熱流動解析處理部得到的特定的對象場所中的估算溫度構成的。
9.根據權利要求6所述的空調控制方法，其特徵在於，在所述空調反饋控制判定步驟中，對所述測量溫度和由從該測量溫度開始往前追溯了一定的判定時間而在特定的對象場所中測量出的測量溫度構成的基準溫度進行比較，根據所得到的所述對象場所的測量溫度變化計算該對象場所的測量溫度梯度，在該對象場所的所述測量溫度在該對象場所的所述估算溫度以上、且所述測量溫度梯度在預先設定的對應於所述溫度誤差的所述測量溫度的基準梯度以上的情況下，以及在該對象場所的所述測量溫度小於該對象場所的所述估算溫度、且所述測量溫度梯度小於預先設定的對應於所述溫度誤差的所述測量溫度的基準梯度的情況下，判定為向針對該對象場所的所述空調反饋控制進行切換。
10.根據權利要求6所述的空調控制方法，其特徵在於，在所述空調反饋控制判定步驟中，在所述空調估算控制開始後經過了一定的待機時間的時間點上，對是否向所述空調反饋控制切換進行判定。
全文摘要
本發明涉及空調控制裝置及方法，對利用分布系統熱流動解析法得到的操作量進行空調控制所產生的誤差進行修正。在空調估算控制開始後，通過空調反饋控制判定部(15C)，將空調空間(30)內的對象場所(j)中測得的測量溫度(TM)與通過熱流動解析處理部(15B)得到的對象場所(j)中的估算溫度(TS)之間的溫度誤差(ΔTSM)、和針對該溫度誤差(ΔTSM)預先設定的容許範圍(TL)進行比較，由此判定是否向用於修正溫度誤差(ΔTSM)的針對對象場所(j)的空調反饋控制進行切換，在判定為需要空調反饋控制的情況下，由空調指示部(15D)指示空調系統(20)開始執行將對象場所(j)的估算溫度(TS)作為設定溫度(TSP)的空調反饋控制動作。
文檔編號F24F11/02GK102374618SQ20111022997
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月8日 優先權日2010年8月10日
發明者原山和也 申請人:株式會社山武