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Development of building/city scale energy system optimization method applying learning search method

Research Project

Project/Area Number 17H01307
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Architectural environment/Equipment
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Ooka Ryozo  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90251470)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 英紀  名古屋大学, 施設・環境計画推進室, 教授 (00303660)
菊本 英紀  東京大学, 生産技術研究所, 講師 (80708082)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥44,330,000 (Direct Cost: ¥34,100,000、Indirect Cost: ¥10,230,000)
Fiscal Year 2019: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
Fiscal Year 2018: ¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000)
Fiscal Year 2017: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Keywords建築環境・設備 / 最適化 / エネルギー受給 / エネルギー効率化 / エネルギー需給 / アルゴリズム
Outline of Final Research Achievements

The introduction of energy storage batteries, heat storage tanks, and renewable energy power generation in buildings and cities has been gradually increasing. Assuming a situation where such changes have progressed in earnest, this study has developed an optimization methodology for a building/urban energy management system that aims to achieve both energy supply-demand balance control, and energy and cost reduction simultaneously.
The main research items were 1) self learning-type energy demand and photovoltaic power generation calculation method, 2) optimization of a single-building energy system, 3) optimization of to multiple-building operation, and 4) real-time supply and demand control under uncertainty. Furthermore, based on a feasibility analysis and case studies, we have created guidelines for standard building energy system design that support a stable energy supply with high efficiency.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

単体建物ひいては都市全体のエネルギー最適化は現代において重要な課題であるが、個別の要素を統合し、実務の観点まで含めた総合的な研究は行なわれていない。一方で、学術研究では理論的な知見は蓄積されているが、実機の不確実性などを考慮した現実的な手法の提案はまだなされていない。本研究は、このような学術研究と実務の乖離を解決するために、要素技術を集結させたシミュレーションモデルの開発から、実事例の調査による実機特性の把握及びそのモデル化、ひいてはそれらを利用した最適化シミュレーションの実装を行った。開発した方法論は多様なケースに対応しており、今後の最適制御のガイドラインとしての活用できるものである。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2019 2018

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Artificial neural network prediction models of stratified thermal energy storage system and borehole heat exchanger for model predictive control2019

    • Author(s)
      Lee Doyun、Ooka Ryozo、Ikeda Shintaro、Choi Wonjun
    • Journal Title

      Science and Technology for the Built Environment

      Volume: 25 Issue: 5 Pages: 534-548

    • DOI

      10.1080/23744731.2018.1557464

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 地域エネルギーシステムの最適化における学習的探索手法と機械学習の複合アルゴリズムの開発 第2報ー建物間熱融通システムの運用最適化における強化学習との比較2018

    • Author(s)
      池田伸太郎、大岡龍三
    • Journal Title

      空気調和・衛生工学会論文集

      Volume: 254 Pages: 23-32

    • NAID

      130007642525

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bayesian inference of structural error in inverse models of thermal response tests2018

    • Author(s)
      Wonjun   Choi, Kathrin Menberg, Hideki Kikumoto, Yeonsook Heo, Ruchi Choudhary, Ryozo Ooka
    • Journal Title

      Applied Energy

      Volume: 228 Pages: 1473-1485

    • DOI

      10.1016/j.apenergy.2018.06.147

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Two thermal performance test (TPT) datasets of a single U-tube borehole heat exchanger with inlet setpoint temperatures of 30°C and 40°C2018

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Hideki Kikumoto, Ryozo Ooka
    • Journal Title

      Data in Brief

      Volume: 20 Pages: 1769-1774

    • DOI

      10.1016/j.dib.2018.08.215

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] New perspectives in thermal performance test: Cost-effective apparatus and extended data analysis2018

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Hideki Kikumoto, Ryozo Ooka
    • Journal Title

      Energy and Buildings

      Volume: 180 Pages: 109-121

    • DOI

      10.1016/j.enbuild.2018.08.008

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] コージェネレーションシステムの発電機台数制御パラメータの最適化に関する研究2018

    • Author(s)
      千葉理恵, 西脇 修, 棚橋 優, 田中英紀
    • Journal Title

      空気調和・衛生工学会論文集

      Volume: 43巻 258号 Pages: 11-19

    • NAID

      130007702972

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Impact of long-term operation of ground-source heat pump on subsurface thermal state in urban areas,2018

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka, Yujin Nam
    • Journal Title

      Sustainable Cities and Society

      Volume: 38 Pages: 429-439

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Model predictive control of building energy system including thermal energy storage2019

    • Author(s)
      Doyun Lee
    • Organizer
      Sustainable Built Environment Conference, SBE19 Tokyo Conference
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ANN 及びメタヒューリスティクスを用いたモデル予測制御手法の開発 (その5) ANN 予測モデルのハイパーパラメータ設定がMPC 最適化計算時間に及ぼす影響2019

    • Author(s)
      李度胤
    • Organizer
      日本建築学会大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Model predictive control of a building energy system including thermal energy storage2019

    • Author(s)
      Doyun Lee
    • Organizer
      16th IBPSA International Conference
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of model predictive control method using ANN and metaheuristics(Part 6) Estimation of prediction and control horizon on optimal control in model predictive control2019

    • Author(s)
      Doyun Lee
    • Organizer
      空気調和・衛生工学会大会学
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 再生可能エネルギー利用のための水循環・分散型ヒートポンプシステムの開発 その8 冬期運転試験及び暖房運転性能の実測2018

    • Author(s)
      文可,大岡龍三,日野俊之,劉明哲,崔元準,李度胤,池田伸太郎
    • Organizer
      日本建築学会大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 再生可能エネルギー利用のための水循環・分散型ヒートポンプシステムの開発 その9 システム概要及び天空熱源ヒートポンプの冬期集熱運転特性2018

    • Author(s)
      劉明哲,大岡龍三,日野俊之,文可,崔元 準,李度胤,池田伸太郎
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ANN 及びメタヒューリスティクスを用いたモデル予測制御手法の開発 (その3) 蓄熱槽を含むオフィス建築物の冷房運転へのモデル予測制御の適用2018

    • Author(s)
      李度胤, 大岡龍三, 池田伸太郎, 崔元準
    • Organizer
      日本建築学会大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱源運用最適化におけるメタヒューリスティクスと動的計画法の比較2018

    • Author(s)
      池田伸太郎, 大岡龍三
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 地中熱利用と地中蓄熱を統合するシステムのコンセプト2018

    • Author(s)
      日野俊之,大岡龍三
    • Organizer
      日本建築学会大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱性能試験データを用いた地中熱交換器設計パラメータのベイズ推論2018

    • Author(s)
      崔元準, 菊本英紀, 大岡龍三
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ANN 及びメタヒューリスティクスを用いたモデル予測制御手法の開発(第4 報)蓄熱槽を含むオフィス空調設備の在室者変動を考慮した冷房運転への適用2018

    • Author(s)
      李度胤, 大岡龍三, 池田伸太郎, 崔元準
    • Organizer
      空気調和・衛生工学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 再生可能エネルギー利用のための水循環・分散型ヒートポンプシステムの開発(第10報)冬期運転試験及び実測による暖房運転性能評価2018

    • Author(s)
      劉明哲, 大岡龍三, 文可, 日野俊之, 李度胤, 崔元準, 池田伸太郎, Djafar Reza Palasz
    • Organizer
      空気調和・衛生工学会大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 再生可能エネルギー利用のための水循環・分散型ヒートポンプシステムの開発(第11報)ANNによる天空熱源ヒートポンプの冬期集熱運転性能の予測2018

    • Author(s)
      文可, 大岡龍三, 日野俊之, 劉明哲, 李度胤, 崔元準, 池田伸太郎, Djafar Reza Palasz
    • Organizer
      空気調和・衛生工学会大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ANN を用いたモデル予測制御の開発 蓄熱槽及び地中熱ヒートポンプの高精度予測のための ANN モデル化2018

    • Author(s)
      李度胤, 大岡龍三, 池田伸太郎, 崔元準
    • Organizer
      第52回空気調和・冷凍連合講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Comparison of thermal response test and thermal performance test2018

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Hideki Kikumoto, Ryozo Ooka
    • Organizer
      EnerSTOCK 2018
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Water-Loop heat pump system that stores multiple renewable energies in the ground2018

    • Author(s)
      Toshiyuki Hino, Ryozo Ooka
    • Organizer
      EnerSTOCK 2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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