空调控制装置以及方法
【专利摘要】一种空调控制装置以及方法，在使用了热分析方法的空调控制中，即使来自空调空间的外部的热影响大幅度地变动，也能够将空调环境维持在适当的状况。数据输入部(15A)取得在空调空间(30)内测量到的、构成空调空间(30)的边界构件的表面温度，反分析部(15B)基于示出空调空间(30)的结构的设定条件数据(14B)，以及包含表面温度的、示出对空调空间内的空调环境的影响的边界条件数据(14A)，对空调空间(30)内的空调环境进行反分析，由此，推定用于将空调空间(30)向目的空调环境控制的控制设定值，空调指示部(15C)将由反分析部(15B)推定的控制设定值向空调系统(20)指示。
【专利说明】空调控制装置以及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空调控制技术，尤其涉及用于对空间内的目的场所的空调环境进行控制的空调控制技术。
【背景技术】
[0002]以往，提出了采用热分析方法，对空间内的目的场所的空调环境进行控制的空调控制技术(例如，参照非专利文献I等)。该技术是以下这样的技术:通过对作为对象的空调空间的初期的空调状况进行正分析，推定示出该空调空间的温度以及气流的分布的分布数据，通过对该分布数据和目的场所的目标温度进行反分析，推定有关空调控制的新的控制设定值，基于该新的控制设定值，计算出设置于空调空间的各空调设备的出风口的出风速度或出风温度。
[0003]现有技术文献
[0004]非专利文献
[0005]非专利文献I原山和也、本田光弘、認田长田长生原，“分布系；SjilL — V 3 >
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【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]一般地，采用作为热分析方法之一的分布系统热流动分析方法的话，在推定用于将空调空间向目的空调环境控制的控制设定值时，不仅需要考虑存在于空调空间内的发热体对空调环境产生的热影响，也需要考虑空调空间外部的邻室或外界对空调环境产生的热影响。因此，在现有的空调控制中，给与边界条件数据作为示出这些影响的程度的数据。
[0010]又，即使在使用集中系统热分析方法等其他热分析方法代替分布系统热流动分析方法，推定对于空调设备的所希望的控制设定值的情况下，也和上述一样，给与边界条件数据。
[0011]图6是示出现有的空调控制系统的概略图。在此，对于空调控制装置，将发热体、邻室室温、外部空气温度等边界条件数据用于反分析，推定所希望的控制设定值。
[0012]作为边界条件数据，大致划分为示出来自空调空间内部的影响的内部边界条件数据，和示出来自空调空间外部的影响的外部边界条件数据。
[0013]作为内部环境条件数据的代表性数据，有发热体数据，该发热体数据示出存在于空调空间内的人或电子设备等各种发热体的位置、发热量、形状等。又，作为外部环境条件数据的代表性数据，有与邻接于空调空间的邻接空间相关的邻接空间数据，该邻接空间数据指:存在于空调空间的同一层或上下层的邻室的邻室室温及其邻接面积，或邻接于空调空间的外界的外部空气温度及其邻接面积等。这些邻室室温和外部空气温度例如采用由设置在邻室或建筑物外部的温度传感器测量到的数据。
[0014]通常，这种示出对空调空间产生的热影响的边界条件数据是大致稳定的，或缓慢地变化的，但是，也存在由邻室室温或外部空气温度等邻接空间数据构成的外部环境条件数据大幅度地骤变的情况。例如，在夏天，在停止了邻室的冷气设备的情况下，存在邻室室温急剧上升的情况。又，也存在外部空气温度与日照、风、降雨、降雪等天气变化相应地骤变的情况。
[0015]因此，根据现有技术，在邻接空间的温度骤变的情况下，该情况会立刻反映于边界条件数据，用热分析方法推定的控制设定值也会大幅度地变动。因此，虽然是暂时性的，但是存在可能无法将空调空间内的空调环境维持在适当的状况的问题。
[0016]本发明是为了解决这种问题而做出的，其目的在于提供一种空调控制技术，通过该空调控制技术，在使用了热分析方法的空调控制中，即使邻接于空调空间的邻接空间的温度大幅度地变动，也能够将空调环境维持在适当的状况。
[0017]用于解决课题的手段
[0018]为了达到这种目的，本发明所涉及的空调控制装置是通过对空调系统指示控制设定值，将空调空间向任意的目的空调环境控制的空调控制装置，所述空调系统对空调空间中设置的空调设备进行控制，所述空调控制装置具有:数据输入部，所述数据输入部取得在所述空调空间内测量到的、构成所述空调空间的边界构件的表面温度；反分析部，所述反分析部基于示出所述空调空间的结构的设定条件数据，以及包含所述表面温度的、示出对所述空调空间的空调环境的影响的边界条件数据，对所述空调空间内的空调环境进行反分析，由此推定用于将所述空调空间向所述目的空调环境控制的控制设定值；以及空调指示部，所述空调指示部将由所述反分析部推定出的所述控制设定值向所述空调系统指示。
[0019]又，在本发明所涉及的上述空调控制装置的一个构成例中，所述数据输入部根据由设置在所述空调空间内的红外线阵列传感器检测到的温度分布数据，提取所述表面温度。
[0020]又，本发明所涉及的空调控制方法是通过对空调系统指示控制设定值，将空调空间向任意的目的空调环境控制的空调控制装置所使用的空调控制方法，所述空调系统对空调空间中设置的空调设备进行控制，所述空调控制方法包括:数据输入步骤，数据输入部取得在所述空调空间内测量到的、构成所述空调空间的边界构件的表面温度；反分析步骤，反分析部基于示出所述空调空间的结构的设定条件数据，以及包含所述表面温度的、示出对所述空调空间的空调环境的影响的边界条件数据，对所述空调空间内的空调环境进行反分析，由此推定用于将所述空调空间向所述目的空调环境控制的控制设定值；以及空调指示步骤，空调指示部将在反分析步骤中推定出的所述控制设定值向所述空调系统指示。
[0021]又，在本发明所涉及的上述空调控制装置的一个构成例中，在所述数据输入步骤中，根据由设置在所述空调空间内的红外线阵列传感器检测到的温度分布数据，提取所述表面温度。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明，由于使用了构成空调空间的边界构件的表面温度作为边界条件数据，因此能够实际上基于通过空调空间的边界构件从邻室或外界到达壁面的热影响，推定向空调系统指示的控制设定值。
[0024]因此，就不会像使用现有的邻室温度或外部空气温度推定控制设定值的情况那样，在空调空间实际从外部受到的影响和边界条件数据之间产生不一致。因此，即使邻接于空调空间的邻接空间的温度大幅度地变动，也能够将空调环境维持在适当的状况。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是示出本发明的实施形态所涉及的空调控制装置的结构的框图。
[0026]图2是示出本实施形态所涉及的空调控制系统的概略图。
[0027]图3是示出本实施形态所涉及的空调控制动作的流程图。
[0028]图4是示出本实施形态所涉及的空调控制处理的流程图。
[0029]图5是示出本实施形态所涉及的空调控制动作的模拟结果。
[0030]图6是示出现有的空调控制系统的概略图。
【具体实施方式】
[0031 ] 首先，对本发明的原理进行说明。
[0032]采用作为热分析方法之一的分布系统热流动分析方法的话，在推定用于将空调空间向目的空调环境控制的控制设定值时，由于考虑到空调空间的外部的要因对空调空间内的空调环境的影响，因此使用邻室的邻室室温或建筑物外部的外部空气温度等作为边界条件数据。又，使用作为其他的热分析方法的集中系统热分析方法代替分布系统热流动分析手法的情况也一样。
[0033]因此，如前所述，在边界条件数据骤变的情况下，用热分析方法推定的控制设定值接受该影响也大幅度变动，由此，其结果，存在不能将空调空间内的空调环境维持在适当的状况的可能性。
[0034]这种现象被认为在以下这样的机制下发生。例如，在夏天，在邻室的冷气设备被停止、邻室室温急剧上升的情况下，这被作为边界条件数据而被输入。由此，通过热分析方法，根据由邻室对空调空间内的空调环境产生的影响，空调空间的温度上升被预测，消除该温度上升的控制设定值数据被导出。因此，空调设备基于该控制设定值数据而被控制，产生室内温度暂时过度下降这样的现象。
[0035]此时，作为在边界条件数据骤变的情况下，空调空间内的空调环境变成不合适的状况的原因，被认为是边界条件数据示出的来自外部的影响实际上没有将从外部受到的影响适当地表示出来。就上述的例子而言，边界条件数据示出了与实际上受邻室影响的温度上升相比，受到了更大程度的温度上升。
[0036]在此，对空调空间实际上从外部受到的影响和边界条件数据之间产生不一致的原因进行详细地分析的话，可知与边界条件数据示出的影响相比较，实际上从邻室受到的温度上升的影响较小。该结果表明，实际上从外部受到的温度上升的影响被形成空调空间的内壁、天花板、地板等边界构件所缓和，不会立即产生影响。
[0037]本发明着眼于来自空调空间的外部的温度变化被空调空间的边界构件缓和、延迟这一点，将经过了这些边界构件后的对空调环境的影响度作为热分析方法的边界条件数据来使用。具体来说，将在空调空间内测量到的构成空调空间的边界构件的表面温度作为热分析方法的边界条件数据之一来使用。
[0038]接下来，参照附图关于本发明的一个实施形态进行说明。
[0039][本实施形态]
[0040]首先，参照图1以及图2，对本实施形态所涉及的空调控制装置10进行说明。图1是示出本发明的实施形态所涉及的空调控制装置的结构的框图。图2是示出本实施形态所涉及的空调控制系统的概略图。
[0041]该空调控制装置10整体上由个人电脑或服务器装置等信息处理装置构成，具有基于利用热分析方法推定的控制设定值来控制空调系统20，由此对空调空间30内的空调环境进行控制的功能。
[0042]在空调系统20中，作为主要的结构，设置有空调处理装置21、空调设备22、温度传感器23以及红外线放射温度计24。
[0043]空调处理装置21整体上由个人电脑或服务器装置等信息处理装置构成，其具有:基于通过通信线路L从空调控制装置10指示的控制设定值，对通过空调设备22从各出风口向空调空间30吹出的调节空气进行反馈控制，由此对空调空间30整体的空调环境进行控制的功能；以及通过温度传感器23或红外线放射温度计24测量空调空间30内的室内温度或构成空调空间30的边界构件的空调空间30侧的表面温度分布，并通过通信线路L向空调控制装置10进行通知的功能。特别是，如果使用热电堆型的红外线阵列传感器作为红外线放射温度计24的话，就能够准确地测量表面温度分布。
[0044][空调控制装置]
[0045]接下来，参照图1以及图3，对本实施形态所涉及的空调控制装置10的结构进行详细地说明。图3是示出本实施形态所涉及的空调控制动作的流程图。
[0046]在该空调控制装置10中，作为主要的功能部，设置有通信接口部(以下称为通信I/F部)11、操作输入部12、画面显示部13、存储部14以及运算处理部15。
[0047]通信I/F部11由专用的数据通信电路构成，具有和通过通信线路L连接的空调系统等外部装置之间进行数据通信的功能。
[0048]操作输入部12由键盘、鼠标、触摸板等操作输入装置构成，具有检测出操作者的操作并向运算处理部15输出的功能。
[0049]画面显示部13由IXD等画面显示装置构成，具有根据来自运算处理部15的指令，对操作菜单或输入输出数据等各种信息进行画面显示的功能。
[0050]存储部14由硬盘、半导体存储器等存储装置构成，具有对在运算处理部15中使用的各种处理信息或程序14P进行存储的功能。
[0051]程序14P是被运算处理部15读取并实行的程序，预先通过通信I/F部11从外部装置或记录媒介向存储部14储存。
[0052]运算处理部15具有CPU等微处理器和其周边电路，具有通过从存储部14读取程序14P并执行该程序,来实现各种处理部的功能。
[0053]作为由运算处理部15实现的主要的处理部，有数据输入部15A、反分析部15B以及空调指令部15C。
[0054]数据输入部15A具有:将通过通信I/F部11从空调系统20等外部装置或记录媒介输入的、在运算处理部15使用的各种处理信息预先向存储部14储存的功能；和基于从空调系统20通知的表面温度分布，取得在空调空间30内测量到的、构成空调空间30的边界构件的表面温度的功能。
[0055]作为表面温度的具体例子，有形成空调空间30的内壁、天花板、地板、门、窗口等边界构件的表面温度。数据输入部15A通过通信I/F部11接收由设置在空调空间30内的红外线放射温度计24测量到的表面温度分布，根据该表面温度分布，提取侧壁面温度、天花板表面温度、地板表面温度等所希望的表面温度。此时，可以基于表面温度分布和对应的位置信息，将表面温度分布中的特定位置的温度作为代表周边区域的表面温度提取出，也可以将表面温度分布中的特定区域的温度平均化后的温度作为代表周边区域的代表表面温度提取出。
[0056]反分析部15B具有:通过对边界条件数据14A、设定条件数据14B以及目的数据14C进行反分析，计算出用于将空调空间30向目的空调环境控制的控制设定值，并作为控制设定值数据14D而输出的功能。
[0057]反分析部15B使用分布系统热流动分析方法或集中系统热分析方法等热分析方法中的反分析方法。
[0058]其中，分布系统热流动分析方法是指，以CFD(Computat1nal Fluid DynamicsJ+算流体力学)为基本，通过数值计算从边界条件求得空间的温度或气流等的分布的技术。采用一般的CFD的话，将对象空间分割为网眼状的小空间，对邻接的小空间之间的热流动进行分析。
[0059]分布系统热流动分析方法中的正分析是，使用预先确定了的方程式等模型，从与空调空间30相关的边界条件数据14A以及设定条件数据14B计算出空调空间30内的温度分布或气流分布等空调环境的技术，具体来说，可以使用非专利文献2等公知技术。
[0060]另一方面，分布系统热流动分析方法中的反分析是，通过进行上述正分析，求得对于想实现所希望的空调环境的场所的设备的灵敏度(或贡献)，根据该灵敏度的大小调整控制设定值，由此计算出用于实现目的空调环境的最终的控制设定值的技术，具体来说，可以使用非专利文献2或非专利文献3等公知技术。
[0061]特别是，在反分析中，能够使用已知的各种各样的最优化方法。这些方法有:给予解(控制设定值)的初期值，并向目的优化的方向渐渐地更新的梯度法；以及准备多个初期值，从其中选择靠近目的的几个值，并对其特征进行组合以制作下一个解候选的遗传算法坐寸ο
[0062]另一方面，集中系统热分析方法是指，将对象空间看作一点，通过对点的热量的出入进行计算，求得对象空间的温度的方法。因此，虽然无法计算对象空间内的气流，但是与分布系统的方法相比，具有能够飞跃性地缩短运算时间的优点。此处的对象空间有时是指房间整体，有时是指空调控制单位(VAV单位等)。
[0063]在集中系统热分析方法中的正分析中，有时分析性地求解，有时能在不妨碍控制的短时间内对能考虑到的全部的候选进行计算。
[0064]边界条件数据14A是示出对于空调空间30的空调环境的影响度的数据，对于每个对空调空间30的空调环境产生的影响发生变化的构成要素，作为该时刻的边界条件，注册有由风速、风向、温度表不的影响度。
[0065]特别是，在本发明中，在边界条件数据14A中包含有在空调空间30内被测量并由数据输入部15A取得的、示出构成空调空间30的边界构件的表面温度的数据，作为经过形成空调空间30的边界构件后的邻室或外界对空调环境产生的影响度。
[0066]设定条件数据14B包含:空间条件数据，其示出与空调空间30相关的位置以及形状、与由空调系统20生成的调节空气的出风口等对空调空间30的空调环境产生影响的构成要素相关的位置以及形状；以及发热体数据等进行热流动分析处理时变成设定条件的各种数据，所述发热体数据示出与配置于空调空间30的各发热体相关的配置位置以及发热量，还示出形状。
[0067]特别是，在本发明中，与边界条件数据14A中包含的表面温度相对应地，在设定条件数据14B中包含有示出该表面温度所代表的壁面区域的表面面积的数据。
[0068]目的数据14C是示出空调空间30内的目的场所的目标温度，或舒适性、能量的数据。
[0069]控制设定值数据14D是由反分析部15B求得的、用于将空调空间30向目的空调环境控制的、示出由每个空调设备22的供气温度或供气风量等构成的设定值的数据。
[0070]空调指示部15C具有通过通信I/F部11，将来自反分析部15B的控制设定值数据14D中包含的控制设定值向空调系统20进行指示的功能。
[0071][本实施形态的动作]
[0072]接着，参照图4对本实施形态所涉及的空调控制装置10的动作进行说明。图4是示出本实施形态所涉及的空调控制处理的流程图。
[0073]空调控制装置10的运算处理部15在启动时或按照操作者的操作开始图4的空调控制处理。
[0074]在此，以使用分布系统热流动分析方法，推定用于将空调空间30向目的空调环境控制的控制设定值的情况为例进行说明。另外，在空调控制处理的执行开始之前，边界条件数据14A、设定条件数据14B以及目的数据14C被预先储存在存储部14中。
[0075]首先，数据输入部15A基于通过通信I/F部11输入的来自空调系统20的表面温度分布，取得在空调空间30内测量到的、构成空调空间30的边界构件的表面温度，并保存在存储部14的边界条件数据14A中(步骤100)。
[0076]接下来，反分析部15B判断是否需要进行对空调系统20指示的控制设定值的更新(步骤101)。此时，在边界条件数据14A、设定条件数据14B或目的数据14C中存在变更的情况下，或自上次更新经过了一定时间的情况下，判断为需要进行控制设定值的更新。
[0077]在此，在判断为不需要更新的情况下(步骤101:否)，反分析部15B待机一定时间后(步骤104)，回到步骤100。
[0078]另一方面，在判断为需要更新的情况下(步骤101:是)，反分析部15B从存储部14读取由数据输入部15A取得的边界条件数据14A、设定条件数据14B以及目的数据14C，使用分布系统热流动分析方法进行反分析，由此推定设置于空调空间30的各空调设备22的供气温度以及供气风量作为用于将空调空间30向目的空调环境控制的控制设定值，并将其作为控制设定数据14D输出(步骤102)。
[0079]接着，空调指示部15C将由反分析部15B得到的控制设定值数据14D中包含的控制设定值通过通信I/F部11向空调系统20指示(步骤103)，结束一系列的空调控制处理。
[0080]图5是示出本实施形态所涉及的空调控制动作的模拟结果。在此，示出了在夏天，邻室的冷气设备被停止、邻室室温急剧上升的情况下的空调空间内的室温的时间序列变化。在该情况下，边界数据以外的设定条件数据、目的数据是不变的，空调空间的设定室温固定为26V。
[0081]在图5中，特性51表示以往的将邻室室温或外部空气温度作为边界条件数据使用的情况下的、室温的时间序列变化，特性52表示本发明所涉及的将空调空间的内壁、天花板、地板的表面温度作为边界条件数据使用的情况下的、室温的时间序列变化。
[0082]根据特性51，空调空间的室温根据邻室室温的上升而一度下降到大约21°C为止，再回到原来的室温。因此可知，示出了无法将空调空间内的空调环境维持在适当的状况的情形，对于空调空间内的人来说，给予了不能忽视的不愉快感，且产生了大量能量损耗。
[0083]另一方面，根据特性52，即使邻室室温上升，空调空间的室温也被大致保持在设定温度26°C。因此可知，示出了能够将空调空间内的空调环境维持在适当的状况的情形，能够使空调空间内的人舒适，且能够抑制能量损耗的产生。
[0084][本实施形态的效果]
[0085]这样一来，根据本实施形态，数据输入部15A取得在空调空间30内测量到的、构成空调空间30的边界构件的表面温度，反分析部15B基于示出空调空间30的结构的设定条件数据14B，以及包含表面温度的、示出对空调空间内的空调环境的影响的边界条件数据14A，对空调空间30内的空调环境进行反分析，由此，推定用于将空调空间向目的空调环境控制的控制设定值，空调指示部15C将由反分析部15B推定的控制设定值向空调系统20指
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[0086]由此，由于使用了构成空调空间的边界构件的表面温度作为边界条件数据14A，因此能够实际上基于通过空调空间30的边界构件从邻室或外界到达壁面的热影响，推定向空调系统20指示的控制设定值。
[0087]因此，不会像以往的使用邻室温度或外部空气温度推定控制设定值的情况那样，在空调空间实际从外部受到的影响和边界条件数据之间产生不一致。因此，即使邻接于空调空间的邻接空间的温度大幅度地变动，也能够将空调环境维持在适当的状况。
[0088][实施形态的扩张]
[0089]以上，参照实施形态对本发明进行了说明，但是本发明并不限于上述实施形态。对于本发明的结构和细节，可以在本发明的范围内做出本发明【技术领域】内的技术人员可理解的各种各样的变更。
[0090]符号说明
[0091]10:空调控制装置，11:通信I/F部，12:操作输入部，13:画面显示部，14:存储部，14A:边界条件数据，14:设定条件数据，14C:目的数据，14P:程序，15A:数据输入部，15B:反分析部，15C:空调指示部，20:空调系统，21:空调处理装置，22:空调设备，23:温度传感器，24:红外线放射温度计。
【权利要求】
1.一种空调控制装置，其是通过对空调系统指示控制设定值，将空调空间向任意的目的空调环境控制的空调控制装置，所述空调系统对空调空间中设置的空调设备进行控制，所述空调控制装置的特征在于，具有: 数据输入部，所述数据输入部取得在所述空调空间内测量到的、构成所述空调空间的边界构件的表面温度； 反分析部，所述反分析部基于示出所述空调空间的结构的设定条件数据，以及包含所述表面温度的、示出对所述空调空间的空调环境的影响的边界条件数据，对所述空调空间内的空调环境进行反分析，由此推定用于将所述空调空间向所述目的空调环境控制的控制设定值；以及 空调指示部，所述空调指示部将由所述反分析部推定出的所述控制设定值向所述空调系统指不。
2.如权利要求1所记载的空调控制装置，其特征在于， 所述数据输入部根据由设置在所述空调空间内的红外线阵列传感器检测到的温度分布数据，提取所述表面温度。
3.—种空调控制方法，其是通过对空调系统指示控制设定值，将空调空间向任意的目的空调环境控制的空调控制装置所使用的空调控制方法，所述空调系统对空调空间中设置的空调设备进行控制，所述空调控制方法的特征在于，包括: 数据输入步骤，数据输入部取得在所述空调空间内测量到的、构成所述空调空间的边界构件的表面温度； 反分析步骤，反分析部基于示出所述空调空间的结构的设定条件数据，以及包含所述表面温度的、示出对所述空调空间的空调环境的影响的边界条件数据，对所述空调空间内的空调环境进行反分析，由此推定用于将所述空调空间向所述目的空调环境控制的控制设定值；以及 空调指示步骤，空调指示部将在反分析步骤中推定出的所述控制设定值向所述空调系统指示。
4.如权利要求3所记载的空调控制方法，其特征在于， 在所述数据输入步骤中，根据由设置在所述空调空间内的红外线阵列传感器检测到的温度分布数据，提取所述表面温度。
【文档编号】F24F11/00GK104374043SQ201410394854
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】本田光弘 申请人:阿自倍尔株式会社