JP2004302889A - エネルギー監視システム及びエネルギー監視方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力や配管系統図の画面上に、電気、熱、位置又は運動などのエネルギーを統一した単位(ワット時やジュール)に換算し、エネルギー設備全体を一体化してエネルギー量の流れとして画面に表示し、監視員に、省エネ効果を検証するための判断材料を与える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和システムに適用して好適なエネルギー監視システムの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のシステムでは個別の機器の計測値を別々に系統図画面に表示している。特許文献1に記載のように、火力発電プラントでタービン系統画面に個別の機器の温度などの計測値を表示し、電気系統図画面に電力量の計測値を表示している。また、特許文献2に記載のように、水処理系統図画面に個別の機器の流量、濃度、風量などの計測値を表示している。さらに、エネルギーフローを使った省エネ制御システムについては、非特許文献1,2において論じられている。
【0003】
【特許文献1】
特開平2−245797号公報(図17ほか、対応米国特許第5,353,400号)
【特許文献2】
特開2000−20123号公報(図3〜5ほか)
【非特許文献1】
原田他「エネルギーフローインテグレーション法による省エネ最適化技術の開発」第3回SICEシステムインテグレーション部門講演会(SI2002)講演論文集(II)第317〜318頁、(社)計測自動制御学会。
【0004】
【非特許文献2】
原田他「工場省エネのためのエネルギーフローインテグレーション法の開発」平成15年電気学会全国大会講演論文集(平成15年3月17日発行)第4分冊第451頁。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
個別の機器の電力量、流量、圧力、温度などの計測値は、実際には、エネルギーとして一体となっているので、一緒に監視すべきである。しかし、上記特許文献1,2では、別々の監視対象として扱われており、個別の機器で使用しているエネルギーのうち、無駄な部分を知ることが難しいという問題があった。
【0006】
エネルギーフローを使った省エネ制御システムについても、電気、熱、位置、運動などの各種のエネルギー全体を考慮すべきであるが、上記非特許文献1,2では、運転条件に応じた消費電力を比較して省エネ制御を行う技術を開示している。
【0007】
本発明の目的は、各種のエネルギー使用実態を監視し、省エネ効果を検証するための判断材料を、監視員に与えることのできるエネルギー監視システムを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明はその一面において、センサや計測装置から得られたエネルギー設備や機器の電気、熱、位置及び/又は運動エネルギーを統一された単位(ジュールやワット時)のエネルギー数値に換算するデータ加工部を備える。そして、これらの統一された単位のエネルギー数値に基いて、エネルギー設備の全部、一部及び/又はその構成機器毎に、入力値、出力値及び/又は損失値を表示する出力部を備えたことを特徴とする。
【0009】
具体的には、エネルギー監視システムにデータ加工部とエネルギーフロー値表示部を設ける。データ加工部は、▲1▼各機器の計測値を取得する。次に、▲2▼各機器のエネルギー入力出力損失関係式と、単位換算用データベース(DB)内から各機器に対応した変換式を選択し、これらの式を用いて、統一した単位で各機器のエネルギーの入力、出力、損失の値を計算する。そして、▲3▼得られた各機器のエネルギーの入力、出力、損失値を画面に表示するための表示用データを生成する。エネルギーフロー値表示部は、データ加工部から取得したエネルギーの入力、出力、損失の値を表示する。必要に応じて系統図とともに表示する。
【0010】
これにより、ユーザは、エネルギー系統中で無駄になっている部分を簡単に確認できるなど、省エネ効果を検証できるエネルギー監視システムを実現する。
【0011】
本発明のその他の目的及び特徴は、以下の実施例の説明で明らかにする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について空気調和システムを例に採り、図1から図7を参照して説明する。
【0013】
図1は、本発明の一実施例によるエネルギー監視システムの表示画面例である。この図を用いて、本発明の一実施例によってユーザにもたらすエネルギー監視情報について説明する。画面221は、ユーザの選択により表示された「エネルギーフロー表示の主画面」である。画面中の空調状況表示部81には、現在、空調の出口温度が9℃、2次ポンプの運転台数は3台であることを表示している。図示の例では、現在値と並べて、過去の実績値を表示している。例えば、現在の環境条件を入力することによって、同様の環境条件の下での過去の実績値を読出し、現在値に並べて表示するのである。図示の例では、空調の出口温度が10[℃]、2次ポンプの運転台数が2台であった実績を表示している。
【0014】
ここで、ユーザが、空調全体のエネルギー状況を確認する場合について述べる。ユーザが、主画面の表示選択部82から「空調全体」を選択すると、図の下部に示す空調全体の画面222が表示される。この空調全体の画面222では、例示したように空調全体の系統図83が表示され、併せて、空調全体のエネルギーの流れが統一された一つの単位、この例では「ワット時」で階層的に表示される。これを「エネルギーフロー値」と呼ぶことにする。図1では、空調1次側全体画面2221と、空調2次側全体画面2222について、それぞれ全体としてのエネルギーをフロー値表84,85で表わし、その左側に過去の実績値、右側に現在値を表示している。さらに必要に応じ、空調1次側全体、空調2次側全体を構成している各機器11,12,…1nのエネルギーフロー値をすべて表示することもできる。図1では、個々の機器に関しては、現在値のみを統一したエネルギー量の単位[kWh]で表示している。また、ユーザ選択に応じて、個々の機器に関しても過去の実績値を表示することもできる。
【0015】
現在値を例に採ると、空調1次側画面2221では、まず、熱源機11に電源から260[kWh]を入力している。また、1次ポンプ12には電源から20[kWh]を入力するほか、空調2次側のファン13から410[kWh]相当の水の熱、位置及び運動のエネルギーを入力している。したがって、1次側全体では、入力エネルギーは、410+20+260=690[kWh]である。一方、出力は、熱源機11の出力である冷水の持つ熱、位置及び運動のエネルギー601[kWh]である。個々のエネルギー機器付近でのエネルギー値の低下で示すように、個々に損失を生じており、1次側全体では、現在、89[kWh]のロスがある。
【0016】
空調2次側画面2222では、2次ポンプ14への冷水の持つ熱、位置及び運動のエネルギーが600[kWh]相当である。この2次ポンプ14へは、電源から60[kWh]の電力を入力している。さらに、ファン13には、電源から75[kWh]の電力を入力している。したがって、空調2次側全体で、600+60+75=735[kWh]のエネルギーを入力している。一方、出力は、ファン13から室内1,2へ269[kWh]相当の空気の熱及び運動エネルギーを出力して空調している。また、これらのファン13から、空調1次側の1次ポンプ12に向って410[kWh]相当の水の熱、位置及び運動エネルギーを出力している。したがって、空調2次側全体の合計出力は679[kWh]、損失は56[kWh]である。
【0017】
これらのエネルギーフロー値表から、環境条件が似かよった過去の実績値に比べ、空調1次、2次側ともに、出力は殆ど変らず、現在の損失が過去の実績値より小さく、現在の設定の方が有利であることが分る。もし、過去の実績の方が優れている場合には、ユーザは、設定の変更を行うことができる。
【0018】
また、個々の機器についても、各センサからの情報や、計測値から用意した計算式に基いて、すべてを統一したエネルギーの単位(ワット時やジュール)で、エネルギー入出力量をエネルギーフロー値として表示している。したがって、全体のエネルギーの流れを把握できるほか、どの機器に損失が大きいか、どこに無駄があるかの判断材料を提示することができる。
【0019】
図では、空調設備機器として、熱源機11、1次ポンプ12、ファン13及び2次ポンプ14のみ図示したが、実際には、冷却塔、加湿用ボイラ、空気取入機器、排気用機器他も表示し、監視することが望ましい。
【0020】
図2は、本発明の一実施例によるエネルギー監視システムの構成を示すブロック図である。監視対象となるエネルギー設備1は、システムに合わせ、エネルギー設備用の機器11,12,…1nを使用することができる。例えば、空調システムの場合、上記した熱源機11、1次ポンプ12、ファン13及び2次ポンプ14のほか、冷却塔、加湿用ボイラ、空気取入機器、排気用機器などである。
【0021】
この実施例における本発明のエネルギー監視システムは、大きく3ブロックから構成されている。まず、情報端末2は、ユーザがシステムと対話するところである。電子メールソフトやWebブラウザを実行することができるコンピュ−タ、携帯端末、携帯電話などを使用することができる。入力部21は、ユーザがシステムに要求を発するところであり、各情報端末のボタン、キーボード、ポインティングデバイス、音声認識部を備えたマイクなどを使用することができる。出力部22は、ユーザの操作にシステムが応答し、その結果を表示あるいは報知するところであり、各情報端末の画面、音声変換部を備えたスピーカなどを使用することができる。送受信部23は、入出力情報をシステムとの間で送受信する。
【0022】
管理装置3は、情報端末2及び後述する計測装置4と双方向に通信する送受信部31,32を備えている。情報端末2との送受信部31は、Webサーバなどの情報提供プログラムを使用することができる。計測装置4との送受信部32は、計測装置4からデータを受取るだけでなく、受取ったデータを監視するプログラムなどを使用することができる。データ加工部33は本発明に直接関係する機能部であり、ユーザが分り易いようにデータを加工する機能を持つ。その詳細は後述する。
【0023】
計測装置4は、複数の機器11〜1nからなるエネルギー設備1が、管理装置3に応答した結果を感知又は計測するところであり、データ収集プログラムなどを使用することが望ましい。送受信部41は、管理装置3との通信を行う。状態感知装置42は、電流、電圧、圧力、流量、温度、湿度などの各種センサを使用し、得られた情報は、送受信部41を介してシステムへ送受信することができる。
【0024】
通信回線5は、情報端末2と管理装置3、管理装置3と計測装置4とがそれぞれ通信するために用いられる。通信回線5として、必要に応じて、専用回線、公衆回線などを選ぶことができる。エネルギーの回線6は、機器11〜1nに接続されているエネルギー流通路や機器を示しており、電気、熱、位置、運動などのエネルギー設備や機器が接続されている。
【0025】
図3は、本発明の一実施例におけるデータ加工部33(図2)の内部構成を示すブロック図である。データ加工部33は、案件データ加工部331と、共通データ加工部332とからなる。案件データ加工部331は、個別のシステムごとに特有なデータを加工し管理する。共通データ加工部332は、どのシステムにも共通のデータを加工し管理する。案件データ加工部331は、計測値の加工部3311と、系統構成の加工部3312と、計器図の加工部3313と、従来計測値の加工部3314、及び系統表示の加工部3315を備えている。また、案件データ管理部333内には、計測値データ3331と、系統構成データ3332と、計器図データ3333と、従来計測値データ3334、及び系統図データ3335を備えている。
【0026】
一方、共通データ加工部332は、特定の機種の機器の加工部3321と、特定の機械群の加工部3322と、法則の加工部3323、及び単位換算の加工部3324とを備えている。また、共通データ管理部334内には、機器データ3341と、機械データ3342と、法則データ3343、及び単位換算データ3344を備えている。
【0027】
これらを用いて、要求された対象物に合致する系統図の画像を取得し、必要に応じて指定された形態や単位データに加工して、後述するエネルギーフロー値と合わせて表示することができる。
【0028】
図4は、本発明の一実施例における案件データ管理部333が保持する表データの一部を示す説明図である。計測値表33311には、機器毎の入出力及び損失値が、その他の必要事項とともに記録されている。系統構成表33321には、構成要素リストに、2次ポンプ14やファン13の存在が記録され、更に、ファン13毎の属性が記録されている。計器図表33331には、計器図表の格納場所、その計器に示された入出力及び/又は損失の数値が記録されている。
【0029】
図5は、本発明の一実施例によるデータ加工部33内の、共通データ管理部334が保持する表データを示す説明図である。それぞれのデータの例は、機器表33411,機械表33421,法則表33431,及び単位換算表33441である。これらを用いて、システム内の機器は、実際にはどんな機械を用いているか、型式が異なるか、調整が必要かなどを決定し、ある機械に特有のエネルギー入出力損失関係式を決定する。もし、式が提供されていない場合は、電気や熱や流体の法則から、エネルギー値で得られなかった値に対して、エネルギー入出力損失関係式を作成し、エネルギー値を算出する。また、エネルギーの単位の異なるものに関しては、要求に応じて統一された単位ワット時やジュールに換算して記録することができる。
【0030】
図6は、本発明の一実施例におけるデータ加工部33での計算例を示す図である。空調対象室内の1時間の熱負荷の計算例と、ファンが空気を運動させるエネルギー(統一単位はジュール)を計算をしている例を示している。
【0031】
まず、熱負荷の計算例を述べる。空気線図データを用いて、入口と出口の空気の温度と湿度、1時間の流量とから、入口と出口の空気の保有熱量の差分を算出する。図6では、入口の空気の温度が30[℃]、湿度が60[%]、出口の空気の温度が20[℃]、湿度が60[%]、1時間の流量が5000[kg]である。比エンタルピは、空気線図データから、入口73[kJ/kg](DA)、出口42.5[kJ/kg](DA)なので、熱負荷は、5000×(73−42.5)=152.5[MJ]となる。
【0032】
次に、ファンが空気を運動させるエネルギーの計算を述べる。風量は、比容積データから、(0.83×5000/3600)[m3/h]である。軸動力は、風量5000[kg]、全圧600[Pa]、効率50[%]から、0.83×5000/3600×600/0.5=1.38[kW]である。1時間の軸動力の負荷は、1.38×3600=4.98[MJ]である。
【0033】
このような計算に基いて、エネルギーフロー値を求め、図1のようなエネルギー設備、機器の系統図とともに画面に表示することができる。
【0034】
図7は、本発明の一実施例によるエネルギー監視システムの処理フローチャートである。まず、ユーザが、情報端末2から情報閲覧システムを起動すると、情報端末2は、ステップ701で、ユーザの終了命令が与えられるまで以下のステップを繰り返す。ステップ702では、入力部21でエネルギーフロー表示関連コマンドが選択されたかを判定する。エネルギーフロー表示関連コマンド以外の処理なら、ステップ703に移って従来の処理を行う。
【0035】
ユーザ選択コマンドが、エネルギーフロー表示関連コマンドの処理である場合、ステップ704に進んで、管理装置3へエネルギーフロー画面を要求し、受信し、ステップ705でエネルギーフロー値(データ)を受信する。
【0036】
ユーザが、情報端末2から、情報閲覧システムを起動する前に、管理装置3が起動される。管理装置3は、まず、ステップ706において、計測装置4へデータ収集処理起動を送信する。これを受けた計測装置4は、ステップ713にてデータ収集処理を起動し、管理装置3からの終了通知を受信するまで以下を繰り返す。ステップ714では、機器11〜1nから、感知装置42を経由して、電圧、電流、流量、流速、圧力、温度、湿度などのデータを収集する。ステップ715で管理装置3から要求を受信したら、データを送信する。
【0037】
管理装置3は、ステップ707において、管理者が処理を終了するまで、以下の処理を繰り返す。ステップ708では、一定時間ごとに計測装置4へデータ送信を要求し、計測装置4からのデータを受信し、ステップ709で、データを格納する。ステップ710では、データ加工部33が取得したデータからエネルギーフロー値を算出し、エネルギーデータを格納する。ここで言うエネルギーフロー値とは、統一した単位、例えば、ワット時やジュールで表わしたエネルギー入力、出力又は損失などのデータである。ステップ711では、情報端末2から、このエネルギーフロー値の要求を受信すると、エネルギー画面やデータを送信する。このエネルギー画面やデータを送信するとき、系統図が必要であれば、ステップ712で、ユーザからの要求に応じた対象の系統図を呼び出して情報端末2へ送信する。これらをまとめると、エネルギーフロー画面とデータと系統図とを合わせて情報端末2へ送信することとなる。情報端末2では、その出力表示部22において、図1に示したように、エネルギー系統図とエネルギーフロー値の両方を表示することができる。したがって、対象となるエネルギーシステムが十分に把握できていないユーザにとっても、分り易く、使用エネルギーの状況を把握することができる。
【0038】
以上、本発明の第1の実施例によれば、使用したエネルギーで無駄になっている部分を簡単に確認できるので、運転方策による省エネ効果を検証できる。また、データ加工部33で加工したエネルギーフロー値をデータベース(DB)上に保存し、情報端末2の出力表示部22以外の管理装置3上にもエネルギーフロー値を表示できる。したがって、情報端末2がなくても管理装置3上でエネルギーの無駄を生じている個所が判る。DB上に元の値で保存するので、ユーザから要求がない時間帯にはエネルギーフロー値に変換しないでおくことができ、処理の負担が軽くて済む。
【0039】
図8は、本発明の他の実施例による情報端末2の出力部22への表示例を示す図である。図1の実施例と異なるのは、系統図を表示しないところである。例えば、該当案件の構成を熟知した監視員が、遠隔から手軽に情報を入手することを重視するとき、表示領域の限られた携帯情報端末などを利用して、必要な情報のみを入手することができる。
【0040】
画面223は、ユーザ選択により表示されたエネルギーフロー表示の主画面であり、先の実施例図1と同じである。この主画面から、ユーザが空調2次側を選択すると、空調2次側の主画面223が表示される。空調2次側の主画面223の表示選択部86内の3項目の中から、ユーザの選択に応じて、次の3画面が表示される。まず、空調2次側画面224で複数の機器からなる空調2次側全体のエネルギーフロー値表87が表示される。ここでのエネルギーフロー値も、図1における空調2次側画面のフロー値表と同じである。次に、2次ポンプ画面225を選択すると、複数の2次ポンプ14全体でのエネルギーフロー値表88が表示される。すなわち、図1から明らかなように、2次ポンプ14への冷水の持つ熱、位置及び運動のエネルギーが600[kWh]相当であり、また、電源から60[kWh]の電力を入力している。したがって、2次ポンプ14の入力エネルギーは、600+60=660[kWh]相当である。その出力は、図1に示すように、648[kWh]である。これらの入出力と、2次ポンプ14での損失12[kWh]が、現在のエネルギーフロー値としてフロー値表88に表示されている。同時に、同様の環境条件での過去の実績値も並べて表示されている。
【0041】
最後に、ファン画面226のエネルギーフロー値表89には、複数のファン13全体の入力645+75=720[kWh]、出力269+411=680[kWh]及び損失40[kWh]が、過去の実績値と並べて表示されている。
【0042】
以上の本発明の第2の実施例によれば、第1の実施例と同様の効果のほかに、表示領域の限られた携帯情報端末などを利用して、遠隔から手軽に必要な情報のみを入手することができる。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、使用エネルギー量の流れを表示することにより、無駄になっている部分を簡単に確認できるなど、省エネ効果を検証できるエネルギー監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるエネルギー監視システムの表示画面例。
【図2】本発明の一実施例によるエネルギー監視システムの構成を示すブロック図。
【図3】本発明の一実施例におけるデータ加工部33の内部構成を示すブロック図。
【図4】本発明の一実施例による案件データ管理部が保持する表データの一部説明図。
【図5】本発明の一実施例によるデータ加工部内の共通データ管理部が保持する表データを示す説明図。
【図6】本発明の一実施例におけるデータ加工部33での計算例を示す図。
【図7】本発明の一実施例によるエネルギー監視システムの処理フローチャート。
【図8】本発明の他の実施例による情報端末2の出力部22への表示例を示す図。
【符号の説明】
1…エネルギー設備、11…熱源機、12…1次ポンプ、13…ファン、14…2次ポンプ、15〜1n…エネルギー設備機器、2…情報端末、21…要求入力部、22…出力表示部、221…エネルギーフロー表示主画面、222…エネルギーフロー表示空調全体画面、2221…空調1次側画面、2222…空調2次側画面、23…管理装置との送受信部、3…管理装置、33…データ加工部、4…計測装置、42…感知装置、5…通信回線、6…エネルギーの回線、81…空調状況表示部、82,86…表示選択部、83…空調系統図、84,85,87〜89…エネルギーフロー値表。
Claims (14)
- 複数のエネルギー設備機器と、これらエネルギー設備機器の状態感知装置を含む計測装置と、これらエネルギー設備機器の監視を行う情報端末と、この情報端末との間で通信可能な管理装置とを備えたエネルギー監視システムにおいて、前記計測装置から得られた電気、熱、位置及び/又は運動エネルギーを統一された単位のエネルギー数値に換算するデータ加工部と、これらの統一された単位のエネルギー数値に基いて、各エネルギー設備の全部、一部及び/又はその構成機器毎に、入力値、出力値及び/又は損失値を表示する出力部を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項1において、前記エネルギー設備の系統図データを記憶する手段を備え、前記出力部は、各エネルギー設備の全部、一部及び/又はその構成機器を表わす系統図とともに、統一された単位の前記エネルギー数値に基き、入力値、出力値及び/又は損失値を表示する手段を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項1において、複数のエネルギー機器を含むエネルギー機器ブロック毎に、そのブロックでの合計入力値、合計出力値及び/又は合計損失値を表示する手段を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項1において、過去の実績値と並べて前記入力値、出力値及び/又は損失値を表示する手段を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項1において、エネルギー設備の全部、一部及び/又はその構成機器を選択する選択画面を表示する手段と、選択されたエネルギー設備の全部、一部及び/又はその構成機器のエネルギー入力値、出力値及び/又は損失値を表示する手段を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項1において、複数のエネルギー機器を含むエネルギー機器ブロック毎に、そのブロックでの合計入力値、合計出力値及び/又は合計損失値を表示する手段と、そのブロック内のエネルギー機器の入力値、出力値及び/又は損失値を表示する手段を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項1において、エネルギー設備全体から、その一部である複数のブロック、各ブロック内の機器を階層的に選択する選択画面を表示する手段と、選択されたブロック又は機器の入力値、出力値及び/又は損失値を表示する手段を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 複数のエネルギー設備機器の状態を感知又は測定し、その感知又は測定データを情報端末で監視するエネルギー監視方法において、エネルギー設備及び/又はその構成機器の入力、出力及び/又は損失エネルギーに関する感知又は測定データを、統一された単位のエネルギー数値に換算し、これらの統一された単位のエネルギー数値に基いて、各エネルギー設備1及び/又はその構成機器の入力、出力及び/又は損失エネルギー量を表示することを特徴とするエネルギー監視方法。
- 請求項8において、前記エネルギー数値を格納し、前記情報端末からの表示要求に応じて、出力表示部に前記エネルギー数値を読み出して表示することを特徴とするエネルギー監視方法。
- 通信回線を介して接続された情報端末と、複数の機器からなるエネルギー設備と、感知装置とを含む計測装置を備えたエネルギー監視システムにおいて、感知装置又は計測装置から取得したエネルギー設備機器の電気、熱、位置及び/又は運動エネルギーに関する測定値を、統一された単位のエネルギー数値に換算するデータ加工部と、このデータ加工部から前記通信回線を介して統一された前記エネルギー数値を入力し、このエネルギー数値に応じたエネルギーフロー値を表示する出力表示部を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項10において、感知装置又は計測装置から取得した機器の測定値を格納する手段と、表示要求を入力する手段と、前記データ加工部に、前記表示要求に応じてエネルギーフロー値を決定する手段を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項10において、エネルギー系統図データを格納する手段を備え、前記出力表示部は、前記エネルギー系統図とともに前記エネルギーフロー値を表示する手段を備えたことを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項10において、前記エネルギー設備は、空気調和システムであることを特徴とするエネルギー監視システム。
- 請求項10において、前記エネルギー設備は、複数の熱源機と、ポンプと、ファンとを含む空気調和システムであることを特徴とするエネルギー監視システム。
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