躯体蓄熱放射空調を対象としたスパース最適制御の提案・高度化とその社会実装

建筑框架蓄热辐射空调稀疏优化控制的提出、进展及社会实施

• 批准号: 22H01653
• 负责人: 白石 靖幸
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: The University of Kitakyushu
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01653/
• 关键词: TABS; モデル予測制御; スパースモデリング; 外乱予測; データ同化

本研究は、主に1) 最適制御手法の構築とリアルタイム性の実現、2) 不確定外乱への対応、3) 高度な大規模連成解析による提案手法の検証、4) TABSを導入した実在建物による提案手法の検証　に大きく分類される。2022年度に得られた成果は以下の通りである。研究課題の1)に関しては、従来のモデル予測制御（以下、MPC）に、不確定外乱を機会制約にて考慮する確率モデル予測制御（Stochastic MPC、以下、SMPC）を用いるTABSの最適制御手法を提案した。研究課題の2)に関しては対象建物の運用段階に応じた不確定外乱（OA機器及び照明の負荷）の予測モデルを①機械学習と②時刻別・曜日別の月平均モデルにより構築すると共に、データ同化による測定データを用いた状態値の補正・推定方法を提案した。提案手法をTABSの最適制御に組み込むことで、制御性能と省エネ性が改善されることを1スパン分のTABSを再現したCFD解析と最適制御（MPC）との連成解析にて確認した。研究課題の3)に関しては、回廊型ダブルスキンを含むTABS導入フロア全体（学校建築）を対象としたCFD解析と最適制御（SMPC）の連成解析を実施し、省エネ性や制御性の観点からその有効性を検証した。尚、大規模CFD解析モデルは計算負荷が相対的に大きくなるため、複合物理モデリングであるDymolaを用いて大規模TABSの解析モデルを構築し、最適制御（MPC等）との連成解析により制御手法全般の有効性の検証も行った。研究課題の4)に関しては、対象建物において実運用を想定した実測を行い、温熱環境の4要素に加え、BEMSデータによるTABSの運用データの測定を行い、対象TABSの基本特性の把握を行った。3)にて作成した大規模CFD解析モデルは、夏季の実測結果との比較により、十分な予測精度を有することを確認した。

这项研究大致分为1）建筑物最佳控制方法和实时实现，2）处理不确定的干扰，3）使用先进的大规模耦合分析验证所提出的方法，以及4）使用引入选项卡的真实建筑物验证所提出的方法。 2022年获得的结果如下：关于研究主题1），我们提出了一种使用概率模型预测控制（随机MPC，以下称为SMPC）的最佳控制方法，该方法考虑了机会约束下的不确定干扰，以及常规的模型预测控制（以下引用到MPC）。关于研究主题2），我们根据目标构建的操作阶段，使用1）机器学习和2）每周每天的每月平均模型以及一种使用数据同化的测量数据来纠正和估算状态值的方法，提出了一个不确定干扰（办公设备和照明负载）的预测模型（办公设备和照明负载）。通过将提出的方法纳入对选项卡的最佳控制中，可以通过将提出的方法纳入选项卡的最佳控制来改善控制性能和能源节省，我们通过组合CFD分析来确认，该分析复制了一个TABS和最佳控制（MPC）。关于研究主题3），我们对整个楼层（学校体系结构）的CFD分析和最佳控制（SMPC）进行了联合分析，其中包括走廊型双重皮肤，并从节能和可控性的角度验证了其有效性。此外，由于大规模CFD分析模型的计算负载相对较高，因此使用Dymola，一种复合物理模型构建了大规模选项卡的分析模型，并且还通过与最佳对照（MPC等）耦合分析来验证总体控制方法的有效性。关于研究主题4），除了热环境的四个要素外，在目标构建中进行了实际测量，使用BEMS数据测量了TABS操作数据，以了解目标选项卡的基本特征。通过将其与实际的夏季测量结果进行比较，已证实在3）中创建的大规模CFD分析模型具有足够的预测准确性。

项目成果

Optimal Control of Circuit type Double Skin Facade using Air Conditioning Exhaust in a Cascade Manner

空调排风串级循环式双层立面优化控制

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuko Morishige;Yasuyuki Shiraishi
• 通讯作者: Yasuyuki Shiraishi

オフィスにおけるTABSの運用方法に関する研究 （第6報）複合物理モデリングによる大規模TABSの構築と同モデルを用いた最適制御手法の検証

研究如何在办公室运行TABS（第六次报告）利用多物理建模构建大型TABS并利用模型验证最优控制方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 井ノ口綾音;白石靖幸
• 通讯作者: 白石靖幸