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。

本研究主要集中在1）最优控制方法的构建和实时性能的实现，2）对不确定扰动的响应，3）通过先进的大规模耦合分析验证所提出的方法，以及4）TABS的实际实施它大致分为使用建筑物验证所提出的方法。 2022年获得的结果如下。关于研究课题1），除了传统的模型预测控制（以下简称MPC）之外，我们还将开发一种使用随机模型预测控制（以下简称SMPC）的TABS最优控制方法，该方法考虑了具有机会约束的不确定扰动。 ）。关于研究主题2），我们将根据目标建筑物的运营阶段，使用（1）机器学习和（2）按一天中的时间和时间划分的月平均模型，构建不确定干扰（OA设备和照明负载）的预测模型。我们提出了一种使用同化测量数据来校正和估计状态值的方法。通过将所提出的方法纳入 TABS 的最优控制中，我们确认，通过再现 TABS 和最优控制 (MPC) 的一个跨度的 CFD 分析的耦合分析，可以提高控制性能和节能。关于研究课题3），我们从节能和可控性的角度对包括走廊式双层皮在内的整个TABS安装楼层（校舍）进行了CFD分析和最优控制（SMPC）耦合分析，并进行了验证。效力。另外，由于大型CFD分析模型计算量较大，我们利用多物理场建模Dymola构建了大型TABS分析模型，并通过耦合分析与最优控制（MPC等）进行控制。 .).我们还验证了整体方法的有效性。针对研究问题4），我们在假设实际运行的目标建筑中进行了实际测量，除了热环境四要素外，我们还利用BEMS数据测量了TABS的运行数据，以了解目标TABS的基本特性.通过与夏季实测结果的比较，证实3）中创建的大型CFD分析模型具有足够的预测精度。

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