空调控制装置及方法
【专利摘要】本发明的空调控制装置及方法根据实现任意空调环境的各帕累托解，使空调环境按照对于空调控制的目的顺畅且无不舒适感地转变。指标计算部（15D）对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的操作量或/和状态分布，计算用于评价空调控制内容的类似性的一个或多个种类的指标，类似度计算部（15E）对于每一个帕累托解，根据有关该帕累托解的指标和有关从帕累托解之中选择作为基准的基准帕累托解的指标，计算该帕累托解相对于该基准帕累托解的类似度，空调指示部（15F）在将适用于空调空间的空调控制模式变更为新的空调控制模式时，对空调系统（20）指示与属于该新的空调控制模式的帕累托解中的相对于基准帕累托解的类似度最小的帕累托解有关的操作量。
【专利说明】空调控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空调控制技术，尤其涉及用分布系统流动分析方法算出空调设备的操作量的空调控制技术。
【背景技术】
[0002]作为为了将空调空间控制、维持为所希望的空调环境而决定由空调设备供给的调和空气的风量、风向、温度等操作量的技术，提出了采用推定空间内的温度分布或气流分布的分布系统流动分析方法的技术(例如参照专利文献I等)。
[0003]根据该空调控制技术，首先，利用分布系统流动分析方法对空调空间的空调状况进行顺分析，算出表示空调空间的温度和气流的分布的分布数据，根据所得到的分布数据加上对于空调空间内的指定场所的目标温度后的设定数据，利用分布系统流动分析方法对空调空间的温度和气流的分布进行逆分析，反算出为使指定场所为目标温度所必要的、表示在送风口的新的调和空气的送出速度或送出温度的新的操作量。
[0004]专利文献
[0005][专利文献I]日本特开2011-089677号公报
[0006]非专利文献
[0007][非专利文献I]加藤信介、小林光、村上周三，“与不完全混合室内的换气效率、温热环境形成效率评价指标相关的研究基于第2报-CFD的局部区域的温热环境形成贡献率评价指标的开发”(不完全混合室内1二 B K 3換気効率.温热环境形成効率评价指标1二関+ ?研究第2報-CFD C基d〈局所領域Θ温热环境形成寄与率评价指标Θ開発)，东大生研:空气调和、卫生工学论文集N0.69，pp.39-47，1998.4
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]如利用上述现有的分布系统流动分析方法的顺分析，则对于各假定的操作量，能推定用该操作量对空调空间进行空调控制时得到的空调环境。因而，预先推定所得到的操作量与空调环境的组作为实现各种空调环境用的解，如从这些解中选择任意的解，并用该解中所含的操作量控制空调系统的话，则能容易地实现任意的空调环境。
[0010]另一方面，在实际进行空调控制时，存在着管理空调空间的管理者的运用方针、利用空调空间的利用者的意图等对于空调控制的多个目的。在这样的目的中，也有保持互相权衡关系的目的。例如，作为对于空调控制的目的的代表性内容，有节能性与舒适性，但它们具有互相权衡的关系。
[0011]因此，在从预先推定的解中选择用于空调控制的解时，抽出帕累托解(最优解)作为考虑这样的目的间的权衡的解是重要的。所谓帕累托(ParetO)解，是指要改善一个目标函数值而不得不劣化至少一个以上其他的目标函数值的解，也就是妥协解。即是说，帕累托解是在某种条件下与其他解相比得到高评价的解。[0012]图5是表示帕累托解的说明图。这里选择节能性与舒适性这两个处于权衡关系的空调控制的目的，根据以用于评价这些目的的目标函数求得的各评价值，在显示画面上的与该评价值对应的坐标位置上，描绘显示含有帕累托解的各解的符号。如图5所示，这些帕累托解是实现如下这样的空调控制的解:如选择一方的节能性(或舒适性)的实现程度，则一边满足该节能性(或舒适性)的实现程度，一边使另一方的舒适性(或节能性)的实现程度为最高。因此，可见帕累托解是考虑这些目的间的平衡的解。
[0013]这样，若为控制空调环境而从表示操作量的多个帕累托解之中选择某一帕累托解，并对空调系统指示有关该帕累托解的操作量的话，则进行考虑了管理者的运用方针或利用者的意图等对于空调控制的多个目的的平衡的空调控制则成为可能。
[0014]然而，关于同一个空调环境，为将空调空间控制、维持为所希望的空调环境，通常存在多个操作量。例如，在使空调空间内指定场所的温度降低至目标温度时，既有使从存在于其附近的送风口送出的调和空气的送出速度增加的方法，也有降低从送风口送出的调和空气的送出温度的方法。
[0015]因此，即使是节能性与舒适性的实现程度接近的帕累托解，各自的帕累托解所表示的操作量有时也大不相同。
[0016]另外，操作量大不相同时，为使操作量从原操作量过渡到新操作量，往往需要时间。例如，送出温度因需要调整空调设备中的热交换，会产生由热交换的时间常数引起的时间延迟。另外，即使在控制为新的送出速度或送出温度之后，也因空调空间中的空气分布或热量分布的时间常数，在变化到新的空调环境之前会产生时间延迟。因此，在操作量大不相同时，不能顺畅且高效地使空调环境转变。另外，这样的操作量的较大差异也成为对空调空间的利用者造成不舒适感的原因。
[0017]本发明是为了解决这样的问题的发明，其目的在于提供能根据实现任意空调环境的各帕累托解，使得空调环境按照对于空调控制的目的顺畅且无不舒适感地转变的空调控制技术。
[0018]用于解决问题的手段
[0019]为达到这样的目的，本发明的空调控制装置，其通过对控制空调设备的空调系统指示该空调设备的操作量，将空调空间控制为任意的空调环境，其特征在于，包括:分布系统流动分析部，其通过对不同的多个所述操作量进行分布系统流动分析，分别推定表示由这些操作量得到的所述空调环境的状态分布；帕累托解确定部，其对于每一个由所述操作量和所述状态分布的组构成的候补解，根据预先设定的多个目标函数评价该候补解，由此从这些候补解中分别确定有关所述目标函数的帕累托解；帕累托解分类部，其基于通过所述目标函数计算出的所述各帕累托解的评价值，分别将所述各帕累托解分类为预先设定的多个空调控制模式；指标计算部，其对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的所述操作量或/和所述状态分布，计算用于评价空调控制内容的类似性的一个或多个种类的指标；类似度计算部，其对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的所述指标和有关从所述帕累托解之中选择作为基准的基准帕累托解的所述指标，计算该帕累托解相对于该基准帕累托解的类似度；和空调指示部，其在将适用于所述空调空间的空调控制模式变更为新的空调控制模式时，对所述空调系统指示与属于该新的空调控制模式的帕累托解中的相对于所述基准帕累托解的所述类似度最小的帕累托解有关的所述操作量。[0020]又，上述空调控制装置的一构成例为，所述指标计算部在计算有关所述帕累托解的所述指标之际，选择有关该帕累托解的所述操作量中所包含的、向所述空调空间供给的空调空气的供气温度、该空调空气的总风量或所述空调空间的送风口的送出风量之中的任一个或多个值作为所述指标。
[0021]又，上述空调控制装置的一构成例为，所述类似度计算部在计算所述帕累托解的类似度之际，对每一个所述种类求出所述候补指标与所述基准指标之间的差分，计算有关这些差分的绝对值的平均值、有关这些差分的绝对值的最大值、或这些差分的均方根之中的任一个，作为所述类似度。
[0022]又，本发明有关的空调控制方法，是空调控制装置所用的空调控制方法，该空调控制装置通过对控制空调设备的空调系统指示该空调设备的操作量，将空调空间控制为任意的空调环境控制，其特征在于，包括以下步骤:分布系统流动分析步骤，分布系统流动分析部通过对不同的多个所述操作量进行分布系统流动分析，分别推定表示由这些操作量得到的所述空调环境的状态分布；帕累托解确定步骤，帕累托解确定部对于每一个由所述操作量和所述状态分布的组构成的候补解，根据预先设定的多个目标函数评价该候补解，由此从这些候补解中分别确定有关所述目标函数的帕累托解；帕累托解分类步骤，帕累托解分类部基于通过所述目标函数计算出的所述各帕累托解的评价值，分别将所述各帕累托解分类为预先设定的多个空调控制模式；指标计算步骤，指标计算部对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的所述操作量或/和所述状态分布，计算用于评价空调控制内容的类似性的一个或多个种类的指标；类似度计算步骤，类似度计算部对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的所述指标和有关从所述帕累托解之中选择作为基准的基准帕累托解的所述指标，计算该帕累托解相对于该基准帕累托解的类似度；和空调指示步骤，空调指示部在将适用于所述空调空间的空调控制模式变更为新的空调控制模式时，对所述空调系统指示所述操作量，所述操作量与属于该新的空调控制模式的帕累托解中的相对于所述基准帕累托解的所述类似度最小的帕累托解有关。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明，在对帕累托解进行再选择的情况下，从接近有关目的的新的实现程度的帕累托解之中，选择与原来的基准帕累托解的空调控制内容的类似性最高的解作为新的帕累托解。于是，通过根据这样的新的帕累托解来控制空调环境，可以实现遵循了对于空调控制的空调空间的管理者或利用者的目的的空调控制，且能够不给空调空间的利用者造成不快感或不舒适感地、高效而顺畅地使空调环境转变。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是示出空调控制装置的结构的框图。
[0026]图2是示出空调控制装置的空调控制处理的流程图。
[0027]图3是示出帕累托解的分类例的说明图。
[0028]图4是示出空调控制处理的流程图。
[0029]图5是示出帕累托解的说明图。
【具体实施方式】[0030][发明的原理]
[0031]利用分布系统流动分析方法的顺分析，关于假设的各操作量，推定用该操作量控制空调空间的情况下得到的空调环境，如按照空调控制的各目的，从由得到的操作量和空调环境的组构成的解中确定帕累托解的话，则如上述图5所示的那样，能得到考虑了这些目的的实现程度的平衡的解。从而，如选择这些帕累托解中的某一个，以该帕累托解所含的操作量来控制空调系统的话，则能容易地实现对管理者运用方针或利用者的意图等对于空调控制的多个目的的平衡加以考虑了的空调环境。
[0032]然而，如上述那样，这些帕累托解即使是各自的目的的实现程度接近的帕累托解，有时各帕累托解表示的操作量也大不相同。因此，帕累托解的分布位置与操作量的值不存在关系性。
[0033]又，如上述那样，在操作量大不相同时，从原操作量过渡到新操作量需要时间，不能使空调环境顺畅且高效地转变。又，这种操作量的大的差异也成为对空调空间的利用者带来不舒适感的原因。
[0034]本发明着眼于利用基于空调控制中的知识的指标，定量且综合地分析在这样的帕累托解之间的操作量的差异是可能的这一事实。
[0035]具体地说，关于为实现转变前的空调环境所用的基准帕累托解和为实现转变后的空调环境所用的新的帕累托解，通过分别对预先设定的一个或多个种类的指标进行计算，分别对这些指标的差分进行汇总，计算这些两个帕累托解的类似度，基于这些类似度，选择与被指定的对于空调控制的目的的实现程度接近的、且与基准帕累托解的类似度为最高的帕累托解作为新的帕累托解。
[0036]下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的一实施形态。
[0037][本实施形态的结构]
[0038]首先，参照图1说明本实施形态的空调控制装置10。图1是表示空调控制装置的结构的框图。
[0039]该空调控制装置10，整体上由个人计算机、服务器装置等信息处理装置所构成，具有通过控制空调系统20而将空调空间控制为所希望的空调环境的功能。
[0040]空调系统20中，设有空调处理装置21和空调设备22作为主要结构。
[0041]空调处理装置21，整体上由个人计算机、服务器装置等的信息处理装置所构成，具有通过基于经通信线路L由空调控制装置10所指示的操作量，利用空调设备22控制从各送风口向空调空间50送出的调和空气来控制空调空间50整体的空调环境的功能。
[0042]在空调控制装置10中设有通信I/F部11、操作输入部12、画面显示部13、存储部14及运算处理部15作为主要功能部。
[0043]通信I/F部11由专用的数据通信电路构成，具有与通过通信线路L连接的空调系统20等外部装置之间进行数据通信的功能。
[0044]操作输入部12由键盘、鼠标等的操作输入装置构成，具有检测操作人员的操作并向运算处理部15输出的功能。
[0045]画面显示部13由IXD、PDP等画面显示装置构成，具有按照来自运算处理部15的指示，画面显示操作菜单、输入输出数据等各种信息的功能。
[0046]存储部14由硬盘、半导体存储器等存储装置构成，具有存储运算处理部15所用的各种处理信息和程序14P的功能。
[0047]程序14P是由运算处理部15读出并执行的程序，预先从外部装置或记录介质通过通信I/F部11被存入存储部14。
[0048]运算处理部15具有CPU等微处理器及其外围电路，具有通过从存储部14读入并执行程序14P来实现各种处理部的功能。图2是示出空调控制装置的空调控制处理的流程图。
[0049]作为由运算处理部15实现的主要处理部，具有:分布系统流动分析部15A、帕累托解确定部15B、帕累托解分类部15C、指标计算部15D、类似度计算部15E及空调指示部15F。
[0050]分布系统流动分析部15A具有如下功能:基于操作量数据14M，从对于空调设备22的操作量能取得的范围之中选择不同的操作量的功能；通过基于空间数据14S，对所选择的操作量进行分布系统流动分析，分别推定表示由这些操作量得到的所述空调环境的状态分布的功能；及输出这些操作量和状态分布的组作为候补解数据14A的功能。
[0051]所谓分布系统流动分析方法，是以CFD (Computational Fluid Dynamics:计算流体力学)为基础，利用数值计算从边界条件求得空间的温度、气流等分布的技术。在一般的CFD中，将对象空间分割成网格状的小空间，对相邻的小空间之间的热流进行分析。分布系统流动分析部15A具有用该分布系统流动分析方法来对空调空间50进行热流动分析处理的功能，从有关空调空间50的操作量数据14M和空间数据14S来推定空调空间50内的温度分布、气流分布等状态分布。至于该热流动分析处理中实行的实际的CFD顺分析处理，只要用非专利文献I等公知技术即可。
[0052]操作量数据14M包含有例如从空调空间50中所设的各送风口送风的调和空气的送出风量和送出温度、以及空调机的调和空气的总风量和温度等表示空调系统20中的调和空气的控制状况的数据。
[0053]空间数据14S包含成为进行热流动分析处理之际的设定条件的各种数据，诸如有关空调空间50的位置和形状、有关空调系统20生成的调和空气的送风口等表示与对空调空间50的空调环境带来影响的构成要素有关的位置和形状的空间条件数据；以及表示与配置于空调空间50中的各发热体有关的配置位置和发热量以及形状的发热体数据等。
[0054]帕累托解确定部15B具有如下功能:对每一个由分布系统流动分析部15A所得到的操作量和状态分布的组所构成的候补解数据14A，基于预先设定的多个目标函数评价该候补解的功能；基于用这些目标函数得到的各候补解的评价值，从这些候补解之中确定有关这些目标函数的帕累托解的功能；输出与所确定的帕累托解有关的操作量和状态分布的组所构成的帕累托解数据14B的功能。
[0055]所谓帕累托解是指为改善一个目标函数值而不得不劣化至少一个以上其他的目标函数值的解，也就是妥协解。即是说，帕累托解是在某种条件下与其他解相比得到高评价的解。
[0056]作为目标函数，只要采用用于基于实现各种空调环境用的操作量、表示该空调环境的状态分布，对该解的节能性、舒适性等空调控制进行评价的公知的函数即可。例如，关于节能性，可根据表示在向由帕累托解得到的空调环境转变时所需要的能量的热量求得，关于舒适性，也可用空调空间50内的工作者的舒适性指标PMV。
[0057]帕累托解分类部15C具有如下功能:根据由目标函数得到的各帕累托解的评价值，将帕累托解数据14B内的各帕累托解分别分类为预先设定的多个空调控制模式的功能，以及将表示这些帕累托解和空调控制模式的对应关系的分类数据14C输出的功能。
[0058]空调控制模式是基于对于空调空间50的空调控制的各目的的实现程度、即评价值预先分类设置的、空调系统20的动作模式。例如、对于空调控制的目的由节能性和舒适性组成，将从重视节能性到重视舒适性分为五级的情况下，可以设定为超节能模式、节能模式、普通模式、舒适模式、超舒适模式这五个空调控制模式。利用者可以通过选择操作这些空调控制模式中的某一个，来容易地对空调系统20进行控制。
[0059]图3是示出帕累托解的分类例的说明图。在此，选择了节能性和舒适性这两个处于互相权衡关系的空调控制目的，可知各帕累托解是对这些指标的平衡加以了考虑的解。在图中，小点是帕累托解以外的一般解。
[0060]这些帕累托解按照上述的五个空调控制模式、即超节能模式、节能模式、普通模式、舒适模式、超舒适模式被分类为五个组，即组51?55。这些组51?55对应于被安装在空调空间50中的遥控面板12A的模式选择按钮12B、即“超节能模式”、“节能模式”、“普通模式”、“舒适模式”、“超舒适模式”，通过操作这些模式选择按钮12B的某一个。来变更空调控制模式。
[0061]指标计算部MD具有如下功能:用于对于每个帕累托解数据14B内的帕累托解，基于与该帕累托解有关的操作量或/和状态分布，计算用于评价空调控制内容的类似性的一个或者多个种类的指标的功能，以及将表示与帕累托解有关的各指标值的指标数据14D输出的功能。
[0062]作为该指标，有供气温度、总风量、送出风量等。这些指标的任一个都具有随着其变化幅度的增大，空调控制的差别变得大为不同，空调控制内容的类似性变小的倾向。关于这些指标，指标计算部I?可以按照对于空调控制的目的、转变前或转变后的空调控制模式、或指示操作，从多个指标种类中任意地选择。
[0063]供气温度用供给到空调空间50内的空调空气的温度即可，总风量用被供给到空调空间50中的空调空气的总风量即可。又，送出风量用被设置在空调空间50中的各送出口的空调空气的风量即可。
[0064]户外空气等被收进空调机的空气因空调机中的热交换而被调节温度后，从风扇借助管道被送风到空调空间50的送风口，由设置于送风口的VAV (Variable Air Volume:可变风量装置)的风扇供到空调空间50内。
[0065]此时，空调机中的热交换具有某种程度的时间常数，供气温度的变化幅度越大，转变所要时间也越长。设于空调机的风扇也具有时间常数，次数的变化幅度越大，总风量的变化也越慢。又，设于VAV的风扇也具有时间常数，次数的变化幅度越大，送出风量的变化也越慢。
[0066]类似度计算部15E具有如下功能:使指标数据14D所含的各帕累托解的指标值归一化的功能；对于每一个帕累托解，基于与该帕累托解有关的候补指标和与从帕累托解之中选择作为基准的基准帕累托解有关的基准指标，计算该帕累托解对于该基准帕累托解的类似度的功能；和输出表示各帕累托解的类似度的类似度数据14E的功能。
[0067]关于归一化，只要对每一个指标种类校正各指标值使该指标的从最小值至最大值的范围为O?I即可。此时，在指标种类之间，类似度计算时考虑的程度不同时，也可根据对每一指标种类预先设定的权重，进行加权。
[0068]基准帕累托解是对应于转变前的空调环境的帕累托解，在帕累托解的再选择时，相当于此前所选择的帕累托解，此外的帕累托解成为表示变迁目标的候补。
[0069]关于基准帕累托解的基准指标与成为候补的I个帕累托解的候补指标，对每一指标种类求出基准指标与候补指标之间的差分，类似度只要用对这些差分统计处理而得到的代表值即可。这里作为具体例子，说明三个类似度计算方法。
[0070]第I个类似度计算方法，是对基准指标与候补指标之间差分的绝对值求平均值的方法。在设基准帕累托解为YS，成为候补的帕累托解为Yi，指标种类个数为N，Ys中指标种类η的指标值为Xsn，Yi中指标种类η的指标值为Xin时，Yi对于Ys的类似度Ri可用下面式(I)求得。
[0071]【式I】
[0072]
【权利要求】
1.一种空调控制装置，其通过对控制空调设备的空调系统指示该空调设备的操作量，将空调空间控制为任意的空调环境，其特征在于，包括: 分布系统流动分析部，其通过对不同的多个所述操作量进行分布系统流动分析，分别推定表示由这些操作量得到的所述空调环境的状态分布； 帕累托解确定部，其对于每一个由所述操作量和所述状态分布的组所构成的候补解，根据预先设定的多个目标函数评价该候补解，由此从这些候补解中分别确定有关所述目标函数的帕累托解； 帕累托解分类部，其基于通过所述目标函数计算出的所述各帕累托解的评价值，分别将所述各帕累托解分类为预先设定的多个空调控制模式； 指标计算部，其对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的所述操作量或/和所述状态分布，计算用于评价空调控制内容的类似性的一个或多个种类的指标； 类似度计算部，其对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的所述指标和有关从所述帕累托解之中选择作为基准的基准帕累托解的所述指标，计算该帕累托解相对于该基准帕累托解的类似度；和 空调指示部，其在将适用于所述空调空间的空调控制模式变更为新的空调控制模式时，对所述空调系统指示所述操作量，所述操作量与属于该新的空调控制模式的所述帕累托解中的、相对于所述基准帕累托解的所述类似度最小的帕累托解有关。
2.如权利要求1所述的空调控制装置，其特征在于， 所述指标计算部在计算有关所述帕累托解的所述指标之际，选择有关该帕累托解的所述操作量中所包含的、向所述空调空间供给的空调空气的供气温度、该空调空气的总风量或所述空调空间的送风口的送出风量之中的任一个或多个值作为所述指标。
3.如权利要求1或2所述的空调控制装置，其特征在于， 所述类似度计算部在计算所述帕累托解的类似度之际，对每一个所述种类求出所述候补指标与所述基准指标之间的差分，计算有关这些差分的绝对值的平均值、有关这些差分的绝对值的最大值、或这些差分的均方根之中的任一个，作为所述类似度。
4.一种空调控制方法，其是空调控制装置所用的空调控制方法，该空调控制装置通过对控制空调设备的空调系统指示该空调设备的操作量，将空调空间控制为任意的空调环境，其特征在于，包括以下步骤: 分布系统流动分析步骤，分布系统流动分析部通过对不同的多个所述操作量进行分布系统流动分析，分别推定表示由这些操作量得到的所述空调环境的状态分布； 帕累托解确定步骤，帕累托解确定部对于每一个由所述操作量和所述状态分布的组所构成的候补解，根据预先设定的多个目标函数评价该候补解，由此从这些候补解中分别确定有关所述目标函数的帕累托解； 帕累托解分类步骤，帕累托解分类部基于通过所述目标函数计算出的所述各帕累托解的评价值，分别将所述各帕累托解分类为预先设定的多个空调控制模式； 指标计算步骤，指标计算部对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的所述操作量或/和所述状态分布，计算用于评价空调控制内容的类似性的一个或多个种类的指标； 类似度计算步骤，类似度计算部对于每一个所述帕累托解，根据有关该帕累托解的所述指标和有关从所述帕累托解之中选择作为基准的基准帕累托解的所述指标，计算该帕累托解相对于该基准帕累托解的类似度；和 空调指示步骤，空调指示部在将适用于所述空调空间的空调控制模式变更为新的空调控制模式时，对所述空调系统指示所述操作量，所述操作量与属于该新的空调控制模式的所述帕累托解中的、相对于所述基准 帕累托解的所述类似度最小的帕累托解有关。
【文档编号】F24F11/00GK103574839SQ201310330535
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年8月1日
【发明者】本田光弘, 斋数由香子 申请人:阿自倍尔株式会社