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学習的探索手法を応用した建築・都市エネルギーシステム最適化手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H01307
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 建築環境・設備
研究機関東京大学

研究代表者

大岡 龍三  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90251470)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円)
2019年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
2018年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2017年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
キーワード建築環境・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
研究成果の概要

建物・都市のエネルギーシステムに蓄電池・蓄熱槽及び再生可能エネルギー発電の導入が増加している。本研究では、エネルギーシステムの将来的な変化に先んじて対応するために、エネルギーの需給バランス制御と省エネルギー・コスト削減の達成を目的とする最適建築・都市エネルギーマネジメントシステムの方法論を開発した。主たる研究項目は、1)学習型需要・PV発電量計算、2)単体建物エネルギーシステムの最適化、3)複数建物運用最適化への拡張、4)不確実性下でのリアルタイム需給制御であった。また、実際のエネルギーシステムにおける制約条件等を整理し、最適運用アルゴリズムの標準設計ガイドラインに関する基礎的検討を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 4件)

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

    • 著者名/発表者名
      Lee Doyun、Ooka Ryozo、Ikeda Shintaro、Choi Wonjun
    • 雑誌名

      Science and Technology for the Built Environment

      巻: 25 号: 5 ページ: 534-548

    • DOI

      10.1080/23744731.2018.1557464

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      池田伸太郎、大岡龍三
    • 雑誌名

      空気調和・衛生工学会論文集

      巻: 254 ページ: 23-32

    • NAID

      130007642525

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bayesian inference of structural error in inverse models of thermal response tests2018

    • 著者名/発表者名
      Wonjun   Choi, Kathrin Menberg, Hideki Kikumoto, Yeonsook Heo, Ruchi Choudhary, Ryozo Ooka
    • 雑誌名

      Applied Energy

      巻: 228 ページ: 1473-1485

    • DOI

      10.1016/j.apenergy.2018.06.147

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Two thermal performance test (TPT) datasets of a single U-tube borehole heat exchanger with inlet setpoint temperatures of 30°C and 40°C2018

    • 著者名/発表者名
      Wonjun Choi, Hideki Kikumoto, Ryozo Ooka
    • 雑誌名

      Data in Brief

      巻: 20 ページ: 1769-1774

    • DOI

      10.1016/j.dib.2018.08.215

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] New perspectives in thermal performance test: Cost-effective apparatus and extended data analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Wonjun Choi, Hideki Kikumoto, Ryozo Ooka
    • 雑誌名

      Energy and Buildings

      巻: 180 ページ: 109-121

    • DOI

      10.1016/j.enbuild.2018.08.008

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      千葉理恵, 西脇 修, 棚橋 優, 田中英紀
    • 雑誌名

      空気調和・衛生工学会論文集

      巻: 43巻 258号 ページ: 11-19

    • NAID

      130007702972

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impact of long-term operation of ground-source heat pump on subsurface thermal state in urban areas,2018

    • 著者名/発表者名
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka, Yujin Nam
    • 雑誌名

      Sustainable Cities and Society

      巻: 38 ページ: 429-439

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Model predictive control of building energy system including thermal energy storage2019

    • 著者名/発表者名
      Doyun Lee
    • 学会等名
      Sustainable Built Environment Conference, SBE19 Tokyo Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      李度胤
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Model predictive control of a building energy system including thermal energy storage2019

    • 著者名/発表者名
      Doyun Lee
    • 学会等名
      16th IBPSA International Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      Doyun Lee
    • 学会等名
      空気調和・衛生工学会大会学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      文可,大岡龍三,日野俊之,劉明哲,崔元準,李度胤,池田伸太郎
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      劉明哲,大岡龍三,日野俊之,文可,崔元 準,李度胤,池田伸太郎
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      李度胤, 大岡龍三, 池田伸太郎, 崔元準
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      池田伸太郎, 大岡龍三
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      日野俊之,大岡龍三
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      崔元準, 菊本英紀, 大岡龍三
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      李度胤, 大岡龍三, 池田伸太郎, 崔元準
    • 学会等名
      空気調和・衛生工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      空気調和・衛生工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      空気調和・衛生工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      李度胤, 大岡龍三, 池田伸太郎, 崔元準
    • 学会等名
      第52回空気調和・冷凍連合講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Comparison of thermal response test and thermal performance test2018

    • 著者名/発表者名
      Wonjun Choi, Hideki Kikumoto, Ryozo Ooka
    • 学会等名
      EnerSTOCK 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Water-Loop heat pump system that stores multiple renewable energies in the ground2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Hino, Ryozo Ooka
    • 学会等名
      EnerSTOCK 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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