JP2003216715A - 建物省エネルギー評価監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各建物のエネルギー消費量の省エネルギー率
を推定し、ビル省エネルギー制御を評価し診断する。 【解決手段】 本発明の建物省エネルギー評価監視装置
は、建物側に設置された計測監視手段から定期的にデー
タを収集し対象建物毎に蓄積するデータ収集記憶手段
と、対象建物毎に蓄積されたデータを解析することによ
り得られた省エネルギー率を評価するための基準となる
エネルギー消費量のモデルを持つ基準エネルギー消費量
予測手段と、この予測手段で算出された基準消費エネル
ギー量とエネルギー消費量実測値とを比較して省エネル
ギー率を算出する省エネルギー評価手段と、制御状態の
不良の発見と原因追求を行うシステム診断手段とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調等の各種の設
備と、これを監視制御する装置を備えた複数の建物のエ
ネルギー消費量を集中的に管理し解析する建物省エネル
ギー評価監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境保全への国民の関心が高ま
り、Ｃ０_２排出量の１／３を占める建築設備分野におい
ては、排出量抑制問題が検討されている。さらに建築設
備全体の消費エネルギーの約半分を空調関連のエネルギ
ー消費が占めており、空調制御面で省エネルギーを推進
することは建築設備全体の省エネルギー効果に大きく貢
献するものと考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現状のリモー
トエネルギー管理システムは、各建物のエネルギー消費
量の実績を見易く、かつ、わかり易く表示するだけであ
り、省エネルギー空調制御を含む各種建物の省エネルギ
ー制御がうまく実施されているかどうかの評価や診断
は、まだ行われていない。

【０００４】本発明は以上のような実状を考慮してなさ
れたもので、複数の建物のエネルギー消費量を集中的に
管理するリモートエネルギー管理システムにおいて、各
建物のエネルギー消費量の省エネルギー率を推定し、建
物内の省エネルギー制御がうまく行われているかを定期
的に評価し診断する建物省エネルギー評価監視装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、建物に設置さ
れたエネルギー消費設備のエネルギー消費量を含むプロ
セス値を検出する計測監視手段と、計測監視手段から定
期的にデータを収集して蓄積し建物毎に編集処理を行っ
て記憶するデータ収集記憶手段と、データ収集記憶手段
に建物毎に編集され蓄積されたデータを解析することに
より得られる省エネルギー率を評価するための基準とな
るエネルギー消費量の予測モデルを持つ基準エネルギー
消費量予測手段と、計測監視手段から得られるエネルギ
ー消費量実測値を基準エネルギー消費量予測手段で算出
された基準消費エネルギー量と比較して省エネルギー率
を算出する省エネルギー評価手段と、省エネルギー評価
手段の評価結果を参照して制御状態の不良の発見と原因
追求を行うシステム診断手段とを具備したことを特徴と
する建物省エネルギー評価監視装置を構成したものであ
る。

【０００６】本発明は以上のように構成することによ
り、複数の建物のエネルギー消費量を集中的に管理し解
析するリモートエネルギー管理システムにおいて、各建
物のエネルギー消費量の省エネルギー率を推定し、建物
の省エネルギー制御がうまく行われているかを定期的に
評価診断し、また制御状態の不良の早期発見とその原因
を容易に追求することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【０００８】図１は本発明による建物省エネルギー評価
監視装置の一実施の形態を示す全体構成図である。

【０００９】制御システムが設備の省エネルギー制御を
行っており、かつ評価監視対象となっている各建物、例
えば事務所ビル１１や１２、デパートビル１３，１４、
病院ビル１５等にはそれぞれ計測監視手段２１ないし２
５が設けられている。計測監視手段２１〜２５はそれぞ
れの建物に設置されているエネルギー機器のエネルギー
消費量を含むプロセス値を検出し、その検出データをプ
ロセスデータとして、ネットワーク３０を介して、本発
明に係る建物省エネルギー評価監視装置４０に送出す
る。ここでプロセス値には、例えば外気温や、室温、室
内湿度等が含まれる。各建物の図示していない制御シス
テムは空調制御やエレベータ制御など、各設備の省エネ
ルギー制御を行っている。

【００１０】建物省エネルギー評価監視装置４０は、デ
ータベース４２を有するデータ収集記憶手段４１、基準
エネルギー消費量予測手段４３、省エネルギー評価手段
４４、およびシステム診断手段４５を備えるとともに、
アクセスのための端末４６を備えている。

【００１１】データ収集記憶手段４１は、各建物の計測
監視手段２１〜２５から定期的に、例えば１回／日に、
プロセスデータを収集し、各建物毎に編集処理を行って
光磁気記録媒体などの記憶装置に記憶する。

【００１２】次に基準エネルギー消費量予測手段４３に
ついて述べる。まず、基準エネルギー消費量のモデル式
（各単位は正規化前のもの）Ｅｉを定義し、１日の合計
基準消費エネルギー予測値（ベースライン）Ｅｉ（ＭＪ
／日）を求める。建物間の相互比較を可能とするため
に、各建物ともＮ時間、例えば１２時間の運転を行った
場合のエネルギー値に換算する。そのため、実際の運転
時間がＮ時間に対して過不足を生じている場合は、比例
計算によりＮ時間運転をしたときのエネルギー値に換算
する。

【００１３】対象建物の１日の合計基準消費エネルギー
予測値をＥｉ（ＭＪ／日）、対象ゾーンについての（床
面積×高さ）の合計をＶＸ（ｍ^３）、（空調運転時間中
の平均外気温−空調運転時間中平均室温）をＴＸ（℃）
とした場合、ＶＸおよびＴＸをそれぞれ二次関数で近似
し、 Ｅｉ＝（ａ２２・ＶＸ^２＋ａ２１・ＶＸ＋ａ２０）・ＴＸ^２ ＋（ａ１２・ＶＸ^２＋ａ１１・ＶＸ＋ａ１０）・ＴＸ ＋（ａ０２・ＶＸ^２＋ａ０１・ＶＸ＋ａ００） ・・・（１） とする。

【００１４】各ゾーン別にベースラインの消費エネルギ
ーを求める場合は、各方位の日射日積算比も変数とする
必要があるが、実際の建物では空調消費エネルギーがゾ
ーン別すなわち空調機別に計測されることはなく、また
消費エネルギーの管理は建物全体で行うのが通常である
ので不要である。ａ２２〜ａ２０，ａ１２〜ａ１０，ａ
０２〜ａ００の計９個の係数は過去の制御時等に蓄積さ
れた実績データから、後で示すような統計解析手法を用
いて予め求めておく。上記のａ２２〜ａ００の係数は、
本発明装置設置前の過去の実績データやデータ収集記憶
手段４１により建物毎に編集して蓄積されたデータを用
いて、対象建物の種類別、すなわち事務所ビル、デパー
トビル、病院ビル等の種類別に、統計解析手法により予
め求めておく。

【００１５】さらに基準エネルギー消費量予測値の精度
を上げるために、夏期、中間期、冬期別に蓄積データを
分類し、これを用いて上記の係数ａ２２〜ａ００を統計
解析手法により予め求めておく。各期の定義は、例え
ば、 夏期：２５℃≦最高外気温度 の日 中間期：１５℃≦最高外気温度＜２５℃ の日 冬期：最高外気温度＜１５℃ の日 と決めておく。

【００１６】上記の方法により、具体的に精度の良い基
準エネルギー消費量のモデル式を求めた実例を下記の表
に示す。使用した実績蓄積データは、居住者の快適性の
追求を目指し、かつ省エネルギーを実現する快適空調制
御（特許第３０４９２６６号明細書）を５箇所の建物
（２つの事務所ビルと３つのデパート）に導入して制御
効果を検証した時のものを用いた。検証は冷房時期の期
間、従来制御（室温設定値一定制御）と上記の省エネル
ギー制御（快適空調制御）とを１週間交代で実施し、両
者の消費エネルギーを比較した。基準エネルギー消費量
のモデル式は上記のデータの内、従来制御を実施した日
でかつ最高外気温が２５℃以上（夏期）の日のものを用
いて求めた。

【００１７】

【表１】 正規化定数としては、次の値を用いた。すなわち、消費
エネルギー正規化定数＝１５０，０００、温度正規化定
数＝５、容積正規化定数＝１２５，０００である。

【００１８】計測値（正規化）とモデル式（正規化）と
の相関関係を表す相関図の例を図２および図３に示す。

【００１９】基準エネルギー消費量のモデル式は１日単
位なので、週毎あるいは月毎の基準エネルギー消費量
は、日毎の基準エネルギー消費量を１週間分あるいは１
箇月分合計して予測する。よって、基準エネルギー消費
量予測手段４３の入出力は次のようになる。

【００２０】事前に設定するのは対象ビル（ゾーン）の
全容積。

【００２１】入力：１）平均外気温、２）平均室内温度
（１日毎に入力） 出力：１）従来制御エネルギー消費量予測値（１日分、
週合計、月合計）。

【００２２】省エネルギー評価手段４４は、日々の省エ
ネルギー制御を行った後に、計測監視手段２１〜２５か
ら得られる毎日のエネルギー消費量実測値や、それを合
計した週毎あるいは月毎の省エネルギー制御によるエネ
ルギー消費量実測値と、基準エネルギー消費量予測手段
４３から得られる、日毎、週毎、月毎の従来制御を行っ
たと仮定した場合の基準エネルギー消費量予測値とを比
較して、省エネルギー効果を評価する。したがって、省
エネルギー評価手段４４の入出力は次のようになる。

【００２３】入力：１）基準（従来制御）エネルギー消
費量予測値（１日分、週合計、月合計） ２）省エネルギー制御消費エネルギー量実測値（日毎） 出力：１）省エネルギー制御消費エネルギー量実測値
（週合計、月合計） ２）省エネルギー率（１日分、週合計、月合計）。

【００２４】省エネルギー率の計算式を下に示す。

【００２５】省エネルギー率（％）＝（基準（従来制
御）エネルギー消費量予測値−省エネルギー制御消費エ
ネルギー量実測値）×１００／（基準（従来制御）エネ
ルギー消費量予測値）。

【００２６】省エネルギー評価手段４４で得られた計算
結果をオペレータに表示する画面例を図４に示す。この
例では、その週の実績の平均外気温も同時に示してあ
る。

【００２７】システム診断手段４５は、図５に示すよう
に、今日（または今週）の対象建物のエネルギー消費量
実測値が、基準エネルギー消費量予測手段４３から得ら
れる対象建物の、今日（または今週）の基準エネルギー
消費量予測値（ベースライン）の所定の判定基準レベル
α（％）以下かどうかを判断し（ステップＳ５１）、以
下であれば正常であると判断する。以上であるときは、
システムが正常でないと判断し、計測監視手段２１〜２
５でデータ収集されている全プロセス値項目について、
過去の平均値から大きく外れているデータ項目がないか
を探索し（ステップＳ５２）、外れたデータ項目の有無
に従い（ステップＳ５３）、外れたデータ項目が無けれ
ばオペレータに対して異常データ項目がない旨を表示し
（ステップＳ５４）、外れたデータ項目があればオペレ
ータに対して外れたデータ項目を表示する（ステップＳ
５５）。ステップＳ５１におけるαの値は、１００％前
後を目安として、例えば９８、１００、１０５等の値を
事前に決めて設定しておく。ステップＳ５２，Ｓ５３に
おいて「大きく外れた」かどうかの判断レベルは統計的
に決めればよく、例えば、標準偏差を基本として決める
ことができる。

【００２８】以上のようにしてシステム診断手段４５は
異常を検知し、異常データ項目を表示するので、オペレ
ータはそれを参照し、それに自分の知識や過去の経験を
加味して、どの設備にどんな異常があるかを比較的容易
に推定することができる。

【００２９】なお、設備診断対象機器としては次のよう
なものがあり得る。すなわち、 空調熱源機器：ボイラ、ターボ冷凍機、冷温水発生機、
ヒートポンプチラーなど、 空調熱源補機：冷却塔、循環ポンプ、オイルタンク、熱
交換器など、 空調２次側機器：空調機、パッケージ型空調機、ファン
コイル、ヒートポンプエアコンなど、 空調配管設備：冷水、温水、冷却水、蒸気、還水、ドレ
ンなどの配管、 換気設備：送風機、全熱交換器、厨房排気設備、天井
扇、圧力扇など、 風道設備：給気ダクト、排気ダクト、換気ダクト、ダン
パー類など、 衛生設備：受水槽、高架水槽、揚水ポンプ、加圧給水ポ
ンプ、給湯設備、ボイラなど、 衛生配管設備：給水、給湯、雑排水、汚水排水、通気な
どの配管。

【００３０】さらに、システム診断手段４５の中に判断
手段としてエキスパートシステム手段を具備することに
より、エキスパートシステム手段とシステム診断手段４
５とで情報を授受し、システム診断手段４５が検知した
異常データ項目などから、設備の不良箇所と原因を自動
的に推定することができるようになる。これをオペレー
タに表示することにより、設備診断を支援することがで
きる。エキスパートシステムは、専門家や経験者の知識
を収集し、利用者の相談を対話しながら解決できるよう
「推論エンジン」と「知識ベース」を組み合わせたコン
ピュータシステムである。

【００３１】以上説明したような構成とアルゴリズムに
より、各建物のエネルギー消費量の省エネルギー率を推
定し、建物内の省エネルギー制御が良好に行われている
かを定期的に評価し診断することができる。

【００３２】＜他の実施形態＞なお、本発明は上記実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形して実施することができる。

【００３３】例えば、本発明装置は複数の建物に対して
のリモートエネルギー管理システムについてのものであ
るが、もちろん同様のアルゴリズムを建物単独で実施し
てもよい。この場合はリモートでなく、その建物に本発
明装置が設置される。

【００３４】また、ベースラインを求める式（１）の次
数は２以外のものとしてもよい。

【００３５】また、システム診断手段４５の中で設備の
不良箇所と原因を自動的に推定できるようにするため、
エキスパートシステムではなく、ＡＩ（人工知能）技術
を用いることもできる。

【００３６】さらに、各実施形態は可能な限り種々の組
合わせで実施することができ、その場合には組合せによ
る相乗効果を期待することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上、述べたように本発明によれば、建
物のエネルギー消費量を集中的に管理し解析するエネル
ギー管理システムにおいて、建物のエネルギー消費量の
省エネルギー率を推定し、ビル省エネルギー制御が良好
に行われているかを定期的に評価・診断し、また制御状
態の不良箇所の早期発見を達成し、その原因を容易に追
求することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による建物省エネルギー評価監視装置の
一実施例を示す全体構成図。

【図２】基準エネルギー消費量予測のモデル式の精度を
示す相関図。

【図３】基準エネルギー消費量予測のモデル式の精度を
示す相関図。

【図４】省エネルギー評価結果の表示画面例を示す図。

【図５】システム診断手段の作用を説明するフローチャ
ート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和 田 祐 功 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 花 田 雄 一 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 西 村 信 孝 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 Ｆターム(参考） 3L060 AA03 CC01 CC12 3L061 BA01 BA07 5H223 AA20 BB09 EE06 EE30 FF05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建物に設置されたエネルギー消費設備のエ
   ネルギー消費量を含むプロセス値を検出する計測監視手
   段と、前記計測監視手段から定期的にデータを収集して
   蓄積し建物毎に編集処理を行って記憶するデータ収集記
   憶手段と、前記データ収集記憶手段に建物毎に編集され
   蓄積されたデータを解析することにより得られる省エネ
   ルギー率を評価するための基準となるエネルギー消費量
   の予測モデルを持つ基準エネルギー消費量予測手段と、
   前記計測監視手段から得られるエネルギー消費量実測値
   を前記基準エネルギー消費量予測手段で算出された基準
   消費エネルギー量と比較して省エネルギー率を算出する
   省エネルギー評価手段と、前記省エネルギー評価手段の
   評価結果を参照して制御状態の不良の発見と原因追求を
   行うシステム診断手段とを具備したことを特徴とする建
   物省エネルギー評価監視装置。
2. 【請求項２】前記基準エネルギー消費量予測手段は、評
   価対象の建物の１日の合計基準消費エネルギー予測値を
   Ｅｉ、建物内の対象ゾーンについての（床面積×高さ）
   の合計をＶＸ、（空調運転時間中の平均外気温−空調運
   転時間中の平均室温）をＴＸ、蓄積された実績データか
   ら統計解析手法を用いて予め求められた係数をａ２２〜
   ａ２０，ａ１２〜ａ１０，ａ０２〜ａ００とした場合、 Ｅｉ＝（ａ２２・ＶＸ^２＋ａ２１・ＶＸ＋ａ２０）・Ｔ
   Ｘ^２＋（ａ１２・ＶＸ^２＋ａ１１・ＶＸ＋ａ１０）・Ｔ
   Ｘ＋（ａ０２・ＶＸ^２＋ａ０１・ＶＸ＋ａ００） として、前記Ｅｉの式を基準エネルギー消費量のモデル
   式とすることを特徴とする請求項１記載の建物省エネル
   ギー評価監視装置。
3. 【請求項３】前記基準エネルギー消費量予測手段は対象
   建物の種類別に予測モデルを持っていることを特徴とす
   る請求項１または２記載の建物省エネルギー評価監視装
   置。
4. 【請求項４】前記基準エネルギー消費量予測手段は、夏
   期、中間期、および冬期別に予測モデルを持っているこ
   とを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載
   の建物省エネルギー評価監視装置。
5. 【請求項５】前記省エネルギー評価手段は、前記基準エ
   ネルギー消費量予測手段によって得られる対象建物の基
   準エネルギー消費量と前記計測監視手段によって得られ
   る対象建物のエネルギー消費量実測値とを日毎、週毎、
   および月毎に積算して画面に表示し、さらにこれらのエ
   ネルギー消費量から省エネルギー率を求め画面に表示す
   ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に
   記載の建物省エネルギー評価監視装置。
6. 【請求項６】前記システム診断手段は、所定期間中の対
   象建物のエネルギー消費量実測値が、前記基準エネルギ
   ー消費量予測手段によって得られる対象建物の前記所定
   期間中の基準エネルギー消費量予測値の所定％以上であ
   る時、正常でないと判断し、前記計測監視手段でデータ
   収集されている全プロセス値項目について、過去の平均
   値から大きく外れている項目を探索し、その項目を表示
   することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項
   に記載の建物省エネルギー評価監視装置。
7. 【請求項７】前記システム診断手段はエキスパートシス
   テム手段を有し、所定期間中の対象建物のエネルギー消
   費量実測値が、基準エネルギー消費量予測手段によって
   得られる基準エネルギー消費量予測値の所定％以上であ
   る時、前記計測監視手段でデータ収集されている全プロ
   セス値項目について、過去の平均値から大きく外れてい
   る項目を探索し、その項目から前記エキスパートシステ
   ム手段により設備故障箇所の推定を行い表示することを
   特徴とする請求項６記載の建物省エネルギー評価監視装
   置。