JP4552119B2 - マルチエアコンのデマンド制御システム - Google Patents

Description

本発明は、マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統により建物のデマンド計算時間毎の使用電力量を制御するマルチエアコンのデマンド制御システムに関する。

図１０は或る建物における各年、月別のデマンド電力量の例を示す図である。電力料金は、基本料金と従量料金からなっている。基本料金は、最大使用電力量（デマンド電力量）といった電力の使われ方によって決定される。このデマンド電力量は、図１０に示すように季節により大きく変化し、業務用電力の場合、１年間の期間中に最も消費電力量が多かった３０分間の実績で決定される。したがって、３６５日×２４時間×２＝１７，５２０回のうち最も大きい消費電力量が年間の電気料金のうちの基本料金を決定することになる。このため、できるだけ平準的な電力消費を実現することが電力料金の低減につながる。

一般の事務所ビルにおいては、電力使用量の約４０％が空調設備で消費されている。空調設備における消費電力量は、外部気象条件（外部気温、日射等）、建物の蓄熱状況（夜間、休日等）によって大きく変動し、特に夏季・冬季のピーク負荷時や休日開けの空調運転時に空調負荷が増大するので、これに伴い消費電力量も増大する。

従来の空調制御システムにおいて、最大負荷時のデマンド値を低減させるものとして、空調設備を通常の運転時間より早めに運転する予冷・予熱制御、さらに冷房または暖房の停止中に冷水または温水を冷温水循環用配管と空調機の熱交換器に循環させ、冷房または暖房の開始直前の冷温水循環用配管内の冷水または温水の温度と空調機の熱交換器の温度とを冷房中の冷水温度または暖房中の温水温度に近い温度に保持する運転方法などが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１０８６５８号公報

しかし、上記従来の予冷・予熱制御では、室内環境を営業開始時間に適正値に収束させることに主眼がおかれ、外気条件、室内温度、空調機能力など多くのパラメータを計算して運転時間を計算し、また、冷房または暖房の停止中に冷水または温水を循環させる方法では、空調機への熱媒体の出側または入側に設置された二方弁とその前後に連通するバイパス管に設置された開閉弁のいずれか一方または双方を冷房または暖房の停止中に開いて循環ポンプの運転を続けていなければならない。

本発明は、上記課題を解決するものであって、空調設備を系統別に運転制御して簡単な制御により執務環境を確保しつつ効率的に建物全体のピーク消費電力量を低減できるようにするものである。

そのために本発明は、マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統により建物のデマンド計算時間毎の使用電力量を制御するマルチエアコンのデマンド制御システムであって、前記デマンド計算時間毎に使用される予測電力量を演算する予測演算手段と、空調開始時刻の所定時間前までの建物の蓄熱負荷に相関する情報を計測して累積し該累積した建物の蓄熱負荷に相関する情報の値に基づき前記空調開始時刻の空調負荷を予測して運転開始時間偏差を演算する運転開始時間偏差演算手段と、前記予測演算手段により演算された予測電力量が予め設定されたデマンド値を超えるか否かを判定して前記予測電力量が前記デマンド値を超える場合に当該超える電力量に応じた間欠遮断時間を演算する間欠遮断時間演算手段と、前記空調開始時刻より前記運転開始時間偏差で決まる時間前から前記複数の系統に対して所定の優先順に従い所定の時間ずつ遅延させて順次起動する制御を行い、前記間欠遮断時間演算手段により演算された間欠遮断時間に基づき前記複数の系統に対して所定の優先順に従って間欠・ローテーション運転による間欠遮断の切り換え制御を行う運転制御手段とを備え、運転開始時のピーク消費電力量を分散させるとともに、前記デマンド計算時間内での使用電力量が前記デマンド値の範囲内となるように前記複数の系統に対してマルチエアコンの順次起動制御および間欠遮断の切り換え制御を行うようにしたことを特徴とする。

前記予測演算手段は、前記デマンド計算時間毎の初期の一定時間に使用される電力量を計測し積算した値に基づく前記予測電力量を演算することを特徴とし、前記予測演算手段は、前記建物の蓄熱負荷に相関する情報の計測により空調負荷を演算して該空調負荷より前記予測電力量を演算することを特徴とする。

前記建物の蓄熱負荷に相関する情報として、少なくとも日射量、外気温度、室内温度を含むことを特徴とし、前記間欠遮断時間演算手段は、前記予測電力量が前記デマンド値を超える電力量に一定の定数を掛けた値を空調機器の特性により決定される最小間欠遮断時間に加えて前記間欠遮断時間を演算することを特徴とする。

本発明によれば、予測電力量が予め設定されたデマンド値を超える場合にその超える電力量に応じて間欠遮断時間が演算され、その間欠遮断時間の経過により予め定められた優先順に従って間欠・ローテーション運転による間欠遮断の切り換え制御が実行されるので、ピーク消費電力の抑制とマルチエアコンにより執務環境の確保（系統別の均質化）を両立させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るマルチエアコンのデマンド制御システムの実施の形態を説明する図である。図中、１は蓄熱負荷情報センサ、２はセンサ情報累積部、３は係数記憶部、４は休日情報記憶部、５は運転開始時間偏差演算部、６は電力量予測演算部、７は設定電力量記憶部、８は間欠遮断時間演算部、９は運転制御部を示す。

図１において、蓄熱負荷情報センサ１は、建物の蓄熱負荷に相関する情報を計測するものであり、例えば日射量、外気温度、室内温度などを計測するものである。センサ情報累積部２は、蓄熱負荷情報センサ１により計測された蓄熱負荷に相関する情報について、例えば前回空調終了時から登録された空調開始時刻のＮ時間前（通常は２時間程度前）までを累積するものである。係数記憶部３は、センサ情報累積部２に累積された値に基づき運転開始時間偏差を計算するための係数を記憶するものであり、休日情報記憶部４は、休日開け（運転日前休日数）を判定するため年間カレンダーや週間スケジュール等を記憶するものである。運転開始時間偏差演算部５は、センサ情報累積部２に累積された値、係数記憶部３に記憶された係数、休日情報記憶部４に記憶された年間カレンダーや週間スケジュール等に基づき空調開始時間偏差を演算するものである。

電力量予測演算部６は、デマンド計算時間を３０分として、３０分デマンド予測を行うため、例えば受電電力計の電力量パルスを常時計測することにより、所定時間での電力量を計測、積算して３０分間での予測電力量を演算するものである。設定電力量記憶部７は、予め設定されたデマンド値（設定電力量）として、電力会社との契約電力量を記憶しておくものである。間欠遮断時間演算部８は、電力量予測演算部６により求められた予測電力量と設定電力量記憶部７に記憶されたデマンド値との偏差から間欠遮断時間を演算し、あるいは、運転開始時間偏差演算部５よりセンサ情報の累積した値や係数、カレンダー等を受け取り予測電力量に換算して、その予測電力量とデマンド値との偏差から間欠遮断時間を演算するものである。

運転制御部９は、運転開始時間偏差演算部５により演算され設定された空調開始時間偏差、間欠遮断時間演算部８により演算され設定された間欠遮断時間に基づき複数の系統Ａ、Ｂ、……からなるマルチエアコンに対してそれぞれの運転開始時の順次起動制御、間欠・ローテーション運転による間欠遮断の切り換え制御を行うものである。

このように本実施形態では、デマンド計算時間毎に使用される予測電力量を演算し、その予測電力量が予め設定されたデマンド値を超えるか否かを判定して予測電力量が前記デマンド値を超える場合に当該超える電力量ΔＰに応じた間欠遮断時間を演算することにより、その間欠遮断時間に基づき、マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統Ａ、Ｂ、Ｃに対して所定の優先順に従って間欠・ローテーション運転による間欠遮断の切り換え制御を行い、このことにより、デマンド計算時間内での使用電力量がデマンド値の範囲内となるようにするものである。

図２はマルチエアコンの系統別順次起動運転を説明する図、図３は３０分デマンド予測を説明する図、図４はマルチエアコンの系統別間欠・ローテーション運転を説明する図、図５は電力量予測演算処理の概要を説明する図である。

運転開始時間偏差演算部５により空調開始時刻のＮ時間前（通常は２時間程度前）に対して調整すべき空調開始時間偏差Ｎ′を演算すると、運転制御部９によるマルチエアコンの系統別順次起動運転では、図２に示すように空調開始時刻より空調開始時間偏差Ｎ′で決まる時間前からまず系統Ａを起動し、次にＫ３（定数）遅延させて系統Ｂ、さらにＫ３遅延させて系統Ｃと、Ｋ３ずつ遅延させて順次起動運転を行う。この空調開始時間偏差Ｎ′は、負荷変換係数をＫ１（定数）、建物蓄熱係数をＫ２（定数）とすると、例えば外気温度を建物の蓄熱負荷に相関する情報とした場合、
Ｎ′＝累積外気温×Ｋ１×Ｋ２
の数式により求められ、
日射量を建物の蓄熱負荷に相関する情報とした場合、
Ｎ′＝累積日射量×Ｋ１×Ｋ２
の数式により求められ、
外気温度と日射量を建物の蓄熱負荷に相関する情報とした場合、
Ｎ′＝（累積外気温＋累積日射量／α）×Ｋ１×Ｋ２
ただし、α：定数（日射変換係数）
の数式により求められ、
室内温度を建物の蓄熱負荷に相関する情報とした場合、
Ｎ′＝（室内温度と空調時設定温度の偏差）×Ｋ１×Ｋ２
ただし、α：定数（日射変換係数）
の数式により求められる。

近年の空調設備システムでは、個別空調対応のビルマルチシステムが多く採用されており、複数の系統で構成されている。また、系統別のオン／オフ制御が可能になっている。このため全ての系統を同時刻に運転するのではなく、建物の蓄熱負荷に相関する情報を計測し、当日が休日開け（運転日前休日数）か否かを加味し運転開始時間を決定して、系統別に優先度に従って順次起動を行うことによって、空調機器の運転開始時のピーク消費電力量を分散させることができる。なお、空調負荷に関する情報を計測し累積する時間を運転開始前の数時間乃至１０数時間とする場合には、休日開けか否かに関係なく年間カレンダーや週間スケジュール等も使用されない。また、運転開始前の空調負荷に関する情報を計測した値を累積することなく演算に使用してもよい。

３０分デマンド予測では、図３に示すようにデマンド計算時間を３０分としてデマンド計算時間毎の初期の一定時間に使用される電力量を計測、積算した値に基づき予測電力量を演算する。そして、予測電力量が求められると、間欠遮断時間演算部３による間欠遮断時間演算は、予測電力量がデマンド値をオーバーするか否かを判定して、予測電力量がデマンド値を超える場合には予測電力量と設定電力量（デマンド値）との差ΔＰを求め、この差の電力量ΔＰに基づき、次の演算により間欠遮断時間Ｔ_A を求める。

ここで、最小間欠遮断時間Ｔ₀ は、空調機器の特性によって決定される（通常３分程度）。

このようにして求められた間欠遮断時間Ｔ_A により、間欠・ローテーション運転では、図４に示すように予め設定される優先度に基づく優先順に従って系統Ａを間欠遮断時間Ｔ_A だけオフにし、次に系統Ｂに切り換えて間欠遮断時間Ｔ_A 、さらにその後系統Ｃに切り換えて間欠遮断時間Ｔ_A だけ順にオフにする。

このようにマルチエアコンの間欠・ローテーション運転では、Ｎ個のグループ設定を行い、これら各グループのうち順次優先度の高いグループから切り換えて間欠遮断運転を行う。優先度は、期間設定機能により季節別、つまり、季節（冷房モード、暖房モード）によって上下階により変更する。そして、再演算により空調機器以外の負荷も含めて予測電力量が間欠・ローテーション運転中に低減した場合には、間欠・ローテーション運転がリセットされる。

電力量予測演算部１の電力量予測演算処理は、例えば図５に示すように毎時０分、３０分を予測演算開始時刻として、その時刻になるのを待ち（ステップＳ１１）、予測演算開始時刻になると、例えば電力量を積算して保持するレジスタをリセットし（ステップＳ１２）、しかる後、このレジスタに受電電力量計より受信される電力量パルスを計数して電力量を積算し保持する（ステップＳ１３）。予測演算開始時刻（デマンド開始時刻）からＮ分経過（例えば１０分）を積算時間終了とすると、その間電力量の積算を継続して積算時間終了を判定し（ステップＳ１４）、その積算した電力量の値から３０分後の予測電力量を演算する（ステップＳ１５）。

図６は本発明に係るマルチエアコンのデマンド制御システムの他の実施の形態を示す図、図７はマルチエアコンの系統別順次起動運転によるピーク消費電力量の削減効果を説明する図である。

図６に示す本発明に係るマルチエアコンのデマンド制御システムでは、電力制御装置１１でトランスジューサ１２の受電電力量パルスを常時計測し、センサ１３、１４から日射量や外気温度などの空調負荷に関する情報を取得し、また、これらの受電電力量や、空調負荷に関する情報、系統の運転制御情報を外部通信部よりインターネットを通してホストコンピュータ１５と通信するように構成されている。そして、先の実施形態のシステムと同様、電力制御装置１１が系統別順次起動運転、間欠・ローテーション運転による間欠遮断の切り換え制御を行うと共に、ホストコンピュータ１５では、実績日射量や実績外気温度を取得すると共に、建物の建築仕様から熱負荷を計算して空調負荷を予測し、例えば運転開始時間偏差Ｎ′を
Ｎ′＝空調開始時刻空調負荷／空調機定格能力
により計算して電力制御装置１１に運転指示を送る。このことにより、電力制御装置１１はホストコンピュータ１５からの運転指示に基づく運転制御を行う。これらの制御を実現することにより、特に起動時に現れるピーク消費電力量は、図７（Ａ）から（Ｂ）に示すように削減することができる。

図８はオン／オフ制御とインバータ制御のエアコンを組み合わせ運転したときのＣＯＰ（成績係数）の変化の例を示す図、図９はオフ回数に対応する平均ＣＯＰ（成績係数）の傾向を説明する図である。

インバータ制御（ロ）のエアコンでは、図８に示すようにオン／オフ制御（イ）のエアコンを組み合わせ軽負荷運転にしている（Ｌ）の領域の方が、オン／オフ制御（イ）のエアコンを停止させた（Ｒ）の領域の方よりＣＯＰ（成績係数）は悪くなる。また、オン／オフ制御（イ）のエアコンでは、図９に示すように単位時間当たりでオフ回数が増えるのに伴いＣＯＰ（成績係数）は悪くなる。これらのことから明らかなようにエアコンをオフにする回数を減らすと、全体としてＣＯＰ（成績係数）を良くすることができ、したがって、オフの時間を長くすることによりエアコンのＣＯＰ（成績係数）を良くすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定するものではなく、種々の変形が可能である。例えばマルチエアコンの各系統をどのようなグループに設定するかは、当該建物の各グループ（複数系統）の重要度（室内環境）、消費電力量および目標とする契約電力量により任意に設定可能とされることはいうまでもない。また、空調機器の間欠・ローテーション運転は、室内環境にほとんど影響を与えることなく省エネルギーを実現できるので、予測電力量に関わらず間欠・ローテーション運転を行うようにしてもよいし、ピーク負荷時に有効な制御を行うものとして、基準値を設けて該基準値を超えたことを条件に所望の運転制御を行うようにしてもよい。

近年の空調機器は、軽負荷時にインバータ制御を行う機能を有するものがあるが、空調機器の制御機能を考慮しない間欠運転は、室内環境を悪化させる場合がある。制御適応期間を設けて当該期間を常時省エネ運転モードとして間欠・ローテーション運転を行い、春や秋の中間期には常時省エネ運転モードを活用しないようにしてもよい。

本発明に係るマルチエアコンのデマンド制御システムの実施の形態を説明する図である。 マルチエアコンの系統別順次起動運転を説明する図である。 ３０分デマンド予測を説明する図である。 マルチエアコンの系統別間欠・ローテーション運転を説明する図である。 電力量予測演算処理の概要を説明する図である。 本発明に係るマルチエアコンのデマンド制御システムの他の実施の形態を示す図である。 マルチエアコンの系統別順次起動運転によるピーク消費電力量の削減効果を説明する図である。 オン／オフ制御とインバータ制御のエアコンを組み合わせ運転したときのＣＯＰ（成績係数）の変化の例を示す図である。 オフ回数に対応する平均ＣＯＰ（成績係数）の傾向を説明する図である。 或る建物における各年、月別のデマンド電力量の例を示す図である。

符号の説明

１…蓄熱負荷情報センサ、２…センサ情報累積部、３…係数記憶部、４…休日情報記憶部、５…運転開始時間偏差演算部、６…電力量予測演算部、７…設定電力量記憶部、８…間欠遮断時間演算部、９…運転制御部

Claims (5)

1. マルチエアコンを複数のグループに分割した複数の系統により建物のデマンド計算時間毎の使用電力量を制御するマルチエアコンのデマンド制御システムであって、
   前記デマンド計算時間毎に使用される予測電力量を演算する予測演算手段と、
   空調開始時刻の所定時間前までの建物の蓄熱負荷に相関する情報を計測して累積し該累積した建物の蓄熱負荷に相関する情報の値に基づき前記空調開始時刻の空調負荷を予測して運転開始時間偏差を演算する運転開始時間偏差演算手段と、
   前記予測演算手段により演算された予測電力量が予め設定されたデマンド値を超えるか否かを判定して前記予測電力量が前記デマンド値を超える場合に当該超える電力量に応じた間欠遮断時間を演算する間欠遮断時間演算手段と、
   前記空調開始時刻より前記運転開始時間偏差で決まる時間前から前記複数の系統に対して所定の優先順に従い所定の時間ずつ遅延させて順次起動する制御を行い、前記間欠遮断時間演算手段により演算された間欠遮断時間に基づき前記複数の系統に対して所定の優先順に従って間欠・ローテーション運転による間欠遮断の切り換え制御を行う運転制御手段と
   を備え、運転開始時のピーク消費電力量を分散させるとともに、前記デマンド計算時間内での使用電力量が前記デマンド値の範囲内となるように前記複数の系統に対してマルチエアコンの順次起動制御および間欠遮断の切り換え制御を行うようにしたことを特徴とするマルチエアコンのデマンド制御システム。
2. 前記予測演算手段は、前記デマンド計算時間毎の初期の一定時間に使用される電力量を計測し積算した値に基づく前記予測電力量を演算することを特徴とする請求項１に記載のマルチエアコンのデマンド制御システム。
3. 前記予測演算手段は、前記建物の蓄熱負荷に相関する情報の計測により空調負荷を演算して該空調負荷より前記予測電力量を演算することを特徴とする請求項１に記載のマルチエアコンのデマンド制御システム。
4. 前記建物の蓄熱負荷に相関する情報として、少なくとも日射量、外気温度、室内温度を含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチエアコンのデマンド制御システム。
5. 前記間欠遮断時間演算手段は、前記予測電力量が前記デマンド値を超える電力量に一定の定数を掛けた値を空調機器の特性により決定される最小間欠遮断時間に加えて前記間欠遮断時間を演算することを特徴とする請求項１に記載のマルチエアコンのデマンド制御システム。

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