JP2008267708A - 貯湯式給湯システムの運転方法と貯湯式給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ式の給湯機を有する貯湯式給湯システムの運転方法において、契約施設の最大需要電力を越えることなく、湯切れの発生を抑え、ヒートポンプの効率を高める。
【解決手段】給湯システムの運転方法は、平均電力を算出するステップ（Ｓ２）と、デマンド時限の分割時間毎に施設の最大需要電力を予測するステップ（Ｓ６）と、予測デマンド値Ｐｐと目標デマンドＰｍａｘとを比較するステップ（Ｓ７）と、ｎ台のヒートポンプを停止したときの修正予測デマンド値Ｐｐ（ｎ）を算出するステップ（Ｓ９）と、Ｐｐ（ｎ）とＰｍａｘを比較し、Ｐｐ（ｎ）がＰｍａｘを越えない最小のヒートポンプの停止台数ｎを決定するステップ（Ｓ１０）と、ｎ台のヒートポンプを停止するステップ（Ｓ１２）とを備える。これにより、契約施設の最大需要電力を越えることなく、湯切れの発生を抑え、ヒートポンプの効率を高めることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、契約電力管理する施設において、最大需要電力のピーク電力を抑制する貯湯式給湯システムの運転方法とその貯湯式給湯システムに関する。

従来から、電力の契約形態は多岐にわたるが、概ね５０ｋＷ以上の電気容量を要する施設においては高圧受電を行う必要がある。この高圧受電における契約電力は、当月を含む過去１年間の各月の最大需要電力のうちで最も大きい値として算出される。ここで、最大需要電力とは、このデマンド時限の３０分毎に計量された施設での全使用電力のうち月間で最も大きい値となる。従って、一度使用電力の最大値が更新されてしまうと以後、使用電力値が最大値を下回っても最低１年間はその基本料金が継続されることとなる。このため、基本料金の低減には、この最大需要電力を超過しないように使用電力を抑えることが必要とされる。

このような施設における電力制御において、施設の電力負荷にヒートポンプを有する給湯機が含まれる場合、この給湯機の電力制御は、主としてヒートポンプをオン、オフすることにより行われていた。しかしながら、このような給湯機の電力制御においては、給湯機が複数のヒートポンプを有する場合に、全ヒートポンプを同時にオン、オフ制御していたため、例えば、最大需要電力を越えないように複数のヒートポンプの全てを一斉に停止すると、予測電力値よりも過剰に電力を抑制してしまうことがあり、給湯機の運転効率を低下させると共に、給湯機で湯切れが生じることがあった。

ところで、特許文献１に示されるように、ヒートポンプと蓄熱ユニットから成る複数の加熱ユニットを備えた給湯用の給湯装置において、蓄熱ユニットに残存する温熱量を加熱ユニット毎に検出し、この検出した値に基づき、各ヒートポンプに対する供給電流の合計値が所定の上限値以下となるように、加熱ユニット毎にヒートポンプの加熱能力を設定する給湯装置が知られている。

しかしながら、上記装置においては、供給電流が所定の上限値を越えないように、ヒートポンプの圧縮機に供給される交流電流の周波数を設定し直すことにより供給電流を変えて、ヒートポンプを個別に制御することができるが、ヒートポンプをオン、オフせず電力制御を行うため、電力制御の可変範囲が狭く、電力負荷の大きい施設等では、契約電力管理に基く電力のデマンド制御を行うことが困難であった。
特開２００４−１０１０２２号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電力を熱源とした給湯機を電力負荷として含む施設の契約電力の管理において、契約施設の最大需要電力を越えることなく、しかも、湯切れの発生を抑え、ヒートポンプの効率を高めることのできる貯湯式給湯システムの運転方法とその貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、電力使用開始から１年間の各月の契約電力が、電力使用開始月からその月までの最大需要電力の内、最も大きい値となる契約形態の施設において使用されるヒートポンプ式の給湯機を有する貯湯式給湯システムの運転方法において、契約単位全体の所定時間毎の平均電力を予測するステップと、前記予測された平均電力が、前記最大需要電力を越えることなく、かつ、前記最大需要電力に近付くように前記複数のヒートポンプを個別にオン、オフ制御するステップと、を備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の貯湯式給湯システムの運転方法において、前記複数のヒートポンプをオフさせる際、該複数のヒートポンプの中で積算稼働時間の長いヒートポンプから優先してオフさせて給湯機の電力を運転制御するものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の貯湯式給湯システムの運転方法において、前記給湯機を複数備え、該複数の給湯機を連携させて制御し、前記複数の給湯機におけるヒートポンプをオフさせる際、該複数の給湯機の中で貯湯量の大きい側の給湯機のヒートポンプを優先してオフさせて前記複数の給湯機の電力を運転制御するものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯システムの運転方法において、前記ヒートポンプは、予め定めた最短運転時間は継続して運転させるものである。

請求項５の発明は、電力使用開始から１年間の各月の契約電力が、電力使用開始月からその月までの最大需要電力の内、最も大きい値となる契約形態の施設において使用されるヒートポンプ式の給湯機を有する貯湯式給湯システムにおいて、契約単位全体の所定時間毎の平均電力を予測する手段と、前記予測された平均電力が、前記最大需要電力を越えることなく、かつ、前記最大需要電力に近付くように前記複数のヒートポンプを個別にオン、オフ制御する手段と、を備えたものである。

請求項１又は請求項５の発明によれば、予測される平均電力が最大需要電力を越えないように、かつ、最大需要電力に近付けるように複数のヒートポンプを個別に制御できるので、契約電力料金が高くなることを防止できると共に、すべてのヒートポンプを一斉に停止することが殆どなくなり、ヒートポンプの過剰な停止を防止でき、湯切れの発生を低下することができる。また、各ヒートポンプのオン、オフの頻度を低減できるので、長時間運転が増加し、ヒートポンプの運転効率が向上する。

請求項２の発明によれば、各ヒートポンプの運転時間を平準化できるので、それらヒートポンプの寿命にばらつきが生じることを防止することができる。

請求項３の発明によれば、貯湯量の大きい側の給湯機は貯湯の熱容量が大きくヒートポンプを停止させても、直ぐに湯の温度が低下しないので、ヒートポンプ停止によるシステム全体の急な湯切れの発生を低減することができる。

請求項４の発明によれば、ヒートポンプを短い時間でオン、オフしないので、ヒートポンプの運転効率の低下を防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る貯湯式給湯システムの運転方法は、契約単位時間として定められた時限毎の平均電力における各月毎の最大需要電力の内、電気使用開始月から当月までの最も大きい値を電気使用開始から１年間の各月の契約電力とする契約形態を取っている施設において使用されるヒートポンプ式の給湯機を含む貯湯式給湯システム（以下、給湯システムと略す）にあって、契約単位全体の所定時間（デマンド時限という）毎の平均電力（デマンドという）を予測し、予測された平均電力（予測デマンド値という）が、契約施設の最大需要電力の更新に寄与しないように給湯機を定常的に運転制御（デマンド制御という）するものである。

図１は、本実施形態の運転方法が適用される給湯システムの全体構成、図２は給湯機の構成を示す。この給湯システムは、電力負荷となる給湯機１と、給湯機１に電力を供給する受電設備部２を備え、給湯機１と受電設備部２は、受電設備部２側から電力を供給する給電線３と電力情報を送受する通信部４により結ばれている。給湯機１は、湯を貯める貯湯タンク１１と、この貯湯タンク１１に水を温めて給湯する複数のヒートポンプ（ここでは、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）を有するヒートポンプユニット（ＨＰＵという）１２と、貯湯タンク１１及びＨＰＵ１２等を制御する電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ、ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ、ＥＣＵという）１３とを有する。受電設備部２は、電源供給部２ａと、電力計測部２ｂを有する。電源供給部２ａは、給湯機１を含めシステム全体に供給する電力を発生する。電力計測部２ｂは、受電設備部２の消費電力を含め施設における契約単位全体の電力を計測し、測定された電力値を通信部４を介してＥＣＵ１３に伝送する。

ＥＣＵ１３は、給湯システム全体を制御するＣＰＵ１３ａ（運転制御手段）と、ＨＰＵ部１３運転制御する運転制御部１３ｂ（運転制御手段）と、貯湯タンク１１の湯切れを検出する湯切れ検出部１３ｃと、電力測定時間等の複数のタイマ（Ｉ、ＩＩ）を有するタイマ部１３ｄと、ＥＣＵ１３をリモートコントロールするリモコン１３ｆとを有する。ＣＰＵ１３ａは、整数をカウントするカウンタ（不図示）を内蔵している。また、ＨＰＵ１２は、４つの同じヒートポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを備える。また、貯湯タンク１１とＨＰＵ１２は、水や湯を供給するためのパイプラインとして温度の低い水を通す配管１４（２重線）と、熱い湯を通す配管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ（黒い太線）とを備える。また、この配管１４は、水の流れを迂回さすバイパス弁１６ａと供給水を止める止水弁１６ｂを有し、配管１５ａは、部分的に湯を放出する逃し弁１６ｃと温度調節用の温調弁１６ｄを有し、配管１５ｂは、水圧（又は湯圧）減圧用の減圧弁１６ｅと止水弁１６ｂを備える。配管１５ｃ、１５ｄは、貯湯タンク１１からの高温湯（〜９０℃）と温調弁１６ｄで温度調整された設定温湯を各配管の先端部に設けられた湯栓１７ａ及び混合栓１７ｂに配給湯し、各栓から高温の湯及び温度調整された湯がそれぞれ出力される。また、貯湯タンク１１の湯の出口側と水の入口側には、湯の温度を測る温度センサ１８ａと、水量を測る流量カウンタ１８ｂをそれぞれ備えている。この温度センサ１８ａは、湯切れ検出部１３ｃに接続され、湯切れ検出部１３ｃは、この貯湯タンク１１上部の温度センサ１８ａにより、湯切れを検出する。ここで、湯切れとは、貯湯タンク１１内の湯の温度が低下し、湯が水の状態になっていることをいう。

上記のように構成された給湯システムの運転においては、大きく分けて次の３段階で給湯機１を運転制御する。第１段階においては、先ず、デマンド時限（一般には３０分とされる）更新直後から平均電力を一定の時間間隔Ｔｓ（分）毎に算出し、第２段階は、平均電力算出時点で、デマンド時限内に消費可能な給湯機１の電力値を算出し、第３段階において、その時点における予測デマンド値Ｐｐが、契約電力の最大需要電力（過去１年間の最大電力値（３０分平均））である目標デマンドＰｍａｘを越えた場合に運転を時間間隔Ｔｓ（分）の間、停止するものである。

このため、電力計測部２ｂは、給湯機１の電力負荷となるＨＰＵ１２（１２ａ乃至１２ｄ）と、施設の他の電力負荷を含む施設の契約単位全体の使用電力を測定する。また、その測定された電力値は通信部４からＥＣＵ１３のＣＰＵ１３ａに伝達される。ＣＰＵ１３ａは、この電力値から平均電力を求める時間単位を、契約単位時間のデマンド時限Ｔ１（３０分）とし、このデマンド時限Ｔ１毎に平均電力（デマンド）を算出する。また、ＣＰＵ１３ａは、このデマンド時限Ｔ１をさらに細かく分割した所定の時間間隔Ｔｓ（ここでは、Ｔ１を６分割して５分間とする）毎に、更新から現時点までの平均電力Ｐａｖｅを求める。この分割した時間間隔Ｔｓは、ＨＰＵ１２の運転、停止を判断する時間間隔である。また、冷媒を余熱する時間を必要とするＨＰＵ１２においては、通常運転開始から出湯開始までに数分を要する場合を考え、この時間間隔Ｔｓを５分に選んでいる。

また、ＣＰＵ１３ａは、タイマ部１３ｄにおいて、電力値更新からの経過時間ｔ１を測るタイマＩと、時間間隔Ｔｓを計るタイマＩＩを制御し、デマンド時限Ｔ１（３０分）内の施設の最大需要予測電力（Ｐｐという）（予測デマンド値という）をＴｓ時間毎に予測する。そのため、先ず、平均電力Ｐａｖｅの算出時点において、デマンド時限内の残り時間で消費可能な給湯機１の電力値を算出する。この給湯機１の消費電力は、電力使用量の大きいＨＰＵ１２の使用電力で略決まる。このＨＰＵ１２の使用電力のデマンド時限Ｔ１の現時点ｔ１からの残りの時間（３０−ｔ１）における需要予測電力を、Ｐｈ（３０−ｔ１）／３０として求める。ここで、Ｐｈは、ＨＰＵ１２のデマンド時限（３０分）当たりの最大予測消費電力としている。また、ＨＰＵ１２の最大予測消費電力Ｐｈは、このＨＰＵ１２に使用する各ヒートポンプ１２ａ乃至１２ｄのそれぞれのデマンド時限当りの最大予測消費電力（Ｐｒ）の合計（４Ｐｒ）で決まりる。ここでは、ヒートポンプ１２ａ乃至１２ｄは、全て同じデマンド時限当りの消費電力（Ｐｒ）を持つものとする。

次に、施設の契約単位全体のデマンド時限における予測デマンド値Ｐｐを求める。この予測デマンド値Ｐｐは、デマンド時限更新後の現時点ｔ１の平均電力ＰａｖｅにＨＰＵ１２のデマンド時限の残り時間で消費される需要予測電力のＰｈ（３０−ｔ１）／３０を加えたものとする。これにより、予測デマンド値Ｐｐは、次の式により表される。
Ｐｐ＝Ｐａｖｅ＋Ｐｈ（３０−ｔ１）／３０ …（１）
このように、この予測デマンド値Ｐｐは、平均電力ＰａｖｅとＨＰＵ１２の需要予測電力Ｐｈ（３０−ｔ１）／３０により簡単に求めることができる。また、ＣＰＵ１３ａは、契約電力となる予測デマンド値Ｐｐの過去１年間の最大需要電力（３０分平均値）Ｐｍａｘ［ｋＷ］（目標デマンドという）と比較し、この予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを越えないように運転制御部１３ｂを制御し、運転制御部１３ｂがＨＰＵ１２のオン、オフの切り替えを行って、給湯機１を運転制御する。

この運転制御部１３ｂによるＨＰＵ１２のオン、オフの切り替えは、ＨＰＵ１２の全ヒートポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの全部を同時にオン、オフするのでなく、予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを越えない範囲で、かつ、目標デマンドＰｍａｘにできるだけ近付くように個別にオン、オフする。すなわち、４台のヒートポンプ１２ａ乃至１２ｄの内、ｎ台（０≦ｎ≦４）のヒートポンプを停止したとき、ＨＰＵ１２の需要予測電力は（Ｐｈ−ｎＰｒ）（３０−ｔ１）／３０となる。これにより、修正予測デマンド値Ｐｐ（ｎ）は、次の式により表される。
Ｐｐ（ｎ）＝Ｐａｖｅ＋（Ｐｈ−ｎＰｒ）（３０−ｔ１）／３０…（２）
ここで、Ｐｍａｘ−Ｐｐ（ｎ）＞０となる最小の整数ｎの値を求める。この整数ｎの台数だけヒートポンプを停止させる。例えば、ｎ＝２のときは、ヒートポンプ１２ａ、１２ｂ（図１参照）だけを停止させる。

このように、本実施形態の運転方法は、デマンド時限（３０分）毎の最大需要電力を予測し、この予測値が目標デマンドＰｍａｘを超過しないように、かつ、予測値が目標デマンドＰｍａｘに近付くように給湯機１の電力負荷であるＨＰＵ１２のヒートポンプ１２ａ乃至１２ｄを個別に運転を制御する。

次に、本実施形態の給湯システムの運転方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。ＣＰＵ１３ａは、デマンド時限更新後、タイマ部１３ｄのタイマＩの経過時間ｔ１をゼロに設定し（Ｓ１）、電力計測部２ｂの電力値から算出する平均電力Ｐａｖｅをゼロに設定し（Ｓ２）、タイマ部１３ｄのタイマＩＩにおいて平均電力Ｐａｖｅを求める時間ｔ２をゼロに設定する（Ｓ３）。次に、ＣＰＵ１３ａは、電力計測部２ｂの電力値に基づく平均電力Ｐａｖｅを算出し（Ｓ４）、時間ｔ２がＴｓ未満の場合は（Ｓ５でＮＯ）、ステップ４に戻ってＴｓ期間の平均電力Ｐａｖｅの算出を継続し（Ｓ４）、時間ｔ２がＴｓより大きい場合は（Ｓ５でＹＥＳ）、ステップ４で算出した平均電力ＰａｖｅとＨＰＵ１２の残りのデマンド時限（３０−ｔ１）内における平均電力の需要予測電力Ｐｈ（３０−ｔ１）／３０との和から予測デマンド値Ｐｐを求め（Ｓ６）、この予測デマンド値Ｐｐと目標デマンドのＰｍａｘとを比較し、予測デマンド値Ｐｐが大きい場合は（Ｓ７でＹＥＳ）、ＣＰＵ１３ａは、ＣＰＵ１３ａに内蔵するカウンタ（不図示）で整数ｎを１に設定する（Ｓ８）。そして、ＣＰＵ１３ａは、ｎ台のヒートポンプのうち、先ず１台（ｎ＝１）を停止したときの修正予測デマンド値Ｐｐ（ｎ）（ｎ＝１）を求め（Ｓ９）、修正予測デマンド値Ｐｐ（ｎ）と目標デマンドＰｍａｘを比較し、Ｐｐ（ｎ）がＰｍａｘより大きい場合は（Ｓ１０でＮＯ）、整数ｎを１つ増加し、ｎ＝ｎ＋１として（Ｓ１１）、再度、Ｓ９に戻って、修正予測デマンド値Ｐｐ（ｎ）と目標デマンドＰｍａｘを比較し、Ｐｍａｘ−Ｐｐ（ｎ）＞０となるまでＳ９からＳ１１を繰り返し、Ｐｐ（ｎ）がＰｍａｘより小さくなったときのｎを求める（Ｓ１０でＹＥＳ）。これにより、Ｐｐ（ｎ）がＰｍａｘを越えない最小のヒートポンプの停止台数ｎを決定する。ＣＰＵ１３ａは、この得られたｎを基に、ｎ台のヒートポンプに停止命令を発し（Ｓ１２）、ステップ７でＮＯの場合は、ＨＰＵ１２の停止命令を解除する（Ｓ１３）。

そして、時間ｔ１がデマンド時限の３０分未満の場合は（Ｓ１４でＮＯ）、ステップ３に戻り、ｔ２をゼロにリセットし再度、ステップ３からステップ１４までを繰り返す。また、ステップ１４でＹＥＳの場合（デマンド時限の３０分が経過したとき）は、ステップＳ１に戻り、ｔ１をゼロにリセットして、次のデマンド時限における測定に移る。

上記フローチャートに基くデマンド制御の例として、４台のヒートポンプを持つ給湯システムにおけるデマンド時限に対する予測平均電力及びヒートポンプのオン、オフ制御について、図面を参照して説明する。図４（ａ）は、４台のヒートポンプ（ＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３、ＨＰ４）の内、１台運転（菱型印）、２台運転（□印）、３台運転（△印）及び４台（○印）運転した場合のそれぞれの予測電力デマンド時限３０分間における時間間隔Ｔｓ（５分）毎の予測デマンド値Ｐｐの変化を示す。図４（ｂ）は、予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを越えないように４つのヒートポンプＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３、ＨＰ４をオン、オフ制御する状態を示す。ここで、ヒートポンプのＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３、ＨＰ４は、それぞれ図２のヒートポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのいずれかに対応する。

これら図４（a）、（ｂ）に示されるように、最初の３０分のデマンド時限Ｔａ（＝Ｔ１）において、経過時間ｔ１が５分〜１５分の間においては、ヒートポンプを４台とも運転しても、予測デマンド値Ｐｐの値は目標デマンドのＰｍａｘを越えないと予測されるので、ＣＰＵ１３ａは、ヒートポンプを４台とも可動するように制御する。ｔ１＝２０分において、２台以上運転すると、ＰｐはＰｍａｘを越えると予測されるので、ＣＰＵ１３ａは３台のヒートポンプＨＰ２、ＨＰ３、ＨＰ４の停止命令を発してそれらの運転を停止させる。ｔ１＝２５においては、４台運転してもＰｐはＰｍａｘを越えないと予測されるので、４台とも運転する。また、次の３０分のデマンド時限Ｔｂ（＝Ｔ１）においては、ｔ１＝５〜２０分において、ヒートポンプを２台以上運転すると、ＰｐがＰｍａｘを越えると予測されるので、ヒートポンプＨＰ３、ＨＰ４は５分〜２０分の間で停止される。そして、ｔ１＝２０分において２０分〜２５分の間で、予測デマンド値ＰｐがＰｍａｘ以下になると予測されると、ＣＰＵ１３ａからの運転命令によりヒートポンプＨＰ３、ＨＰ４の運転が再開される。

これにより、例えば、消費電力１．５ｋＷ／台のヒートポンプが４台あるとき、目標デマンドＰｍａｘが５０ｋＷの場合に、予測デマンド値Ｐｐが５１ｋＷと予測されたとき、もし、４台同時にオン−オフする運転では、６ｋＷ分が一度にオフされるのでＰｐは４５ｋＷとなる。一方、上記運転方法のようにヒートポンプを個別にオン−オフする運転では、１台のみの停止によりＰｐ＝４９．５ｋＷとなり、Ｐｐ＜Ｐｍａｘとすることができ、かつ、ＰｐをＰｍａｘに近付けることができる。即ち、Ｐｐ＞Ｐｍａｘと予測されるときは、Ｐｐ＜Ｐｍａｘとなる最小のヒートポンプの停止台数を得ることができるので、この最小のヒートポンプ数だけを停止させて、ＰｐがＰｍａｘを越えないようにできる。従って、複数のヒートポンプの過剰な停止を防止することができ、ヒートポンプのオン−オフ頻度を削減できて運転効率が向上すると共に、ＰｐをＰｍａｘに近付けることができるので貯湯タンクの湯切れの発生を低下できる。

このように、第１の実施形態の給湯システムの運転方法によれば、デマンド時限毎に、デマンド時限（３０分）を分割した時間間隔Ｔｓ毎に予測される予測デマンド値Ｐｐに基き、この予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを越えないように、かつ、最大需要電力に近付けるように複数のヒートポンプを個別に制御できるので、契約電力料金が高くなることを防止できると共に、すべてのヒートポンプを一斉に停止することが殆どなくなり、ヒートポンプの過剰な停止を防止でき、湯切れの発生を低下することができる。また、各ヒートポンプのオン、オフの頻度を低減できるので、長時間運転が増加し、ヒートポンプの運転効率が向上する。これにより、ヒートポンプ式の給湯機１においては、ヒートポンプの高頻度のオン−オフ運転を避けることができ、圧縮機の寿命劣化を抑制でき、エネルギ損失を低減することができる。

また、本実施形態の給湯システムにおいては、給湯機１の貯湯タンク１１の貯湯容量が大きいため（ここでは、３７０Ｌ）、瞬時的に停止しても急に湯の温度が低下することはなく給湯機能の動作に影響を与えることが少ない。また、他の稼動状態の電力負荷（例えば、照明機器など）を停止することなく電力制御できるので、電力制御に伴う施設の多くの電力負荷を持つ設備の機能低下を防ぐことができる。従って、施設全体が電力制御による影響を受け難くなることにより、電力制御時の施設の機能の低下を抑えて、かつ最大需要電力の更新を防止でき、電力料金を低減することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る給湯システムの運転方法について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の運転方法を示すフローチャートであり、図３と相違するステップのみを示している。本実施形態の運転方法は、前記第１の実施形態と基本的に同じであり、複数のヒートポンプをオフさせる際、複数のヒートポンプの中で積算稼働時間の長いヒートポンプから優先してオフさせて給湯機の電力を運転制御する。ＣＰＵ１３ａは、ＨＰＵ１２に含まれる各ヒートポンプの積算稼働時間を個別にＣＰＵ１３ａに備えられるメモリ（不図示）に記憶している。

ステップＳ１０において、停止するヒートポンプの数ｎが決定されると、ＣＰＵ１３ａは、ＣＰＵ１３ａのメモリに記憶されている各ヒートポンプの積算稼働時間を比較し、積算稼働時間の長い順にヒートポンプをｎ台選択し（Ｓ１５）、この選択したｎ台に対して停止命令を送り、ｎ台を停止する（Ｓ１２）。これにより、積算稼働時間の長いヒートポンプを優先して停止することができる。

このように、本実施形態の運転方法によれば、複数のヒートポンプをオフさせる際、複数のヒートポンプの中で積算稼働時間の長いヒートポンプから優先してオフさせて給湯機の電力を運転制御することにより、各ヒートポンプの運転時間を平準化できるので、それらヒートポンプの寿命にばらつきが生じることを防止することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る給湯システムの運転方法について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、本実施形態の給湯システムの構成を示す。本実施形態の運転方法は、前記第１の実施形態と基本的に同じであり、給湯機を複数備え、複数の給湯機を連携させて制御し、複数の給湯機におけるヒートポンプをオフさせる際、複数の給湯機の中で貯湯量の大きい側の給湯機のヒートポンプを優先してオフさせて、複数の給湯機の電力を運転制御する。

同システムは、給湯機１に加え、給湯機２０をさらに有し、給湯機を複数台備えた構成にしている。給湯機２０は、基本的に給湯機１と同様のものであり、貯湯タンク２１、ＨＰＵ２２、ＥＣＵ２３を有し、受電設備部２の電源供給部２ａから電源が供給されている。ＨＰＵ２２は、ＥＣＵ２３により制御される４つのヒートポンプ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを備え、ＥＣＵ２３は、給湯機２０全体を制御するＣＰＵ２３ａ（運転制御手段）を有し、ＣＰＵ２３ａは、給湯機１のＥＣＵ１３におけるＣＰＵ１３ａと制御ライン５で結ばれている。ここで、給湯機１側は、給湯システム全体を制御管理するマスタ側となり、給湯機２０側は、マスタ側の給湯機１で制御されるスレーブ側の給湯機となる。従って、給湯機１のＣＰＵ１３ａは、給湯機１に加え、給湯システム全体を制御する。このため、ＣＰＵ１３ａは、制御ライン５を介して、給湯機２０への運転制御命令を送り、また、給湯機２０側の各機器の数量、性能等を含む機器情報、及び貯湯タンク２１の貯湯量情報、温度情報等を受け取ることができ、これらの情報を基に、ＣＰＵ２３ａを制御してＨＰＵ２２の各ヒートポンプをオン、オフ制御することができる。

図７は、本実施形態の運転方法を示すフローチャートであり、図３と相違するステップのみを示している。予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを越える場合（Ｓ７でＹＥＳ）、ＣＰＵ１３ａは、給湯機１のＨＰＵ１２、又は給湯機１のＨＰＵ２３の各ヒートポンプを停止するように制御する。このとき、ＣＰＵ１３ａは、給湯機１側の貯湯量と給湯機２０の貯湯量とを比較し、貯湯量の多い方の給湯機を選択し（Ｓ１６）、Ｐｍａｘ＞Ｐｐ（Ｓ１０）となるまで連続して停止台数を増加し（Ｓ１１）、貯湯量の多い方の給湯機のヒートポンプの台数（ｎ台）を停止する（Ｓ１２）。この結果、貯湯量の多い方の給湯機のヒートポンプを優先して停止することができる。

これにより、複数の貯湯機間で運転制御を行う場合、貯湯量（残湯量）の多い方の給湯機のヒートポンプを優先して停止することにより、この貯湯量の偏りを無くすことができる。例えば、積算稼働時間のみを基準にヒートポンプをオン−オフすると、既設の給湯機Ａに給湯機Ｂが新設された場合には、積算稼働時間の長い給湯機Ａが優先的に停止され、給湯機間で貯湯タンクに貯湯量に偏りが生じていたが、この偏りを無くすことができる。さらに、通常、貯湯量の多い方の給湯機の貯湯タンクは、貯湯の熱容量が大きく、ヒートポンプを停止しても急激には温度低下せず直ぐには湯切れを生じなので、貯湯量が少ない方の給湯機の貯湯タンクに比べて、停止による湯切れの発生が起こり難い。従って、貯湯量（残湯量）の多い方の給湯機のヒートポンプを優先して停止することにより、ヒートポンプの停止による湯切れの発生を抑制することができる。

このように、第３の実施形態の運転方法によれば、複数の給湯機１、２０におけるヒートポンプ（１２ａ乃至１２ｄ、２２ａ乃至２２ｄ）をオフさせる際、給湯機１、２０の中で貯湯量の大きい側の給湯機のヒートポンプを優先してオフさせて各給湯機の電力を運転制御することができる。これにより、貯湯量の大きい側の給湯機は、貯湯タンクの熱容量が大きくヒートポンプを停止させても、直ぐに湯の温度が低下しないので、ヒートポンプの停止によるシステム全体の急な湯切れの発生を低減することができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る給湯システムの運転方法について、図８及び図９を参照して説明する。本実施形態の運転方法は、前記第１の実施形態と基本的に同じであり、給湯機の各ヒートポンプは、予め定めた最短運転時間は継続して運転させるように、給湯機の電力を運転制御するものである。

図８は、本運転方法を用いる給湯システムにおける給湯機のエネルギー効率を表す指標として、（運転開始からの加熱量積算値）／（運転開始からの消費電力積算値）で表される給湯機１の積算ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、成績係数）特性を示したものである。積算ＣＯＰは、給湯機が立上ってから過渡的な変動を経て、約５分程度で緩やかな上昇曲線となり、約１５分後にほぼピーク値に近くなる。即ち、ヒートポンプ式の給湯機においては、冷媒を余熱する時間が必要であるため、通常運転開始から出湯開始までに数分を要する場合が多く、高頻度のオン−オフにおいては、出湯に至らずエネルギのみ消費するロスが生じる可能性がある。従って、給湯機を効率よく動作するには、起動スタートから例えば、最短運転時間として約１５分程度は継続して動作させることが望ましい。

このため、本実施形態の運転方法では、ＣＰＵ１３ａは、給湯機１の各ヒートポンプ（ＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３、ＨＰ４）の運転時間をＣＰＵ１３ａのメモリに記憶し、それらの内、予め定めた最短運転時間（ここでは、１５分間）以内のヒートポンプには、停止命令を発しないように制御する。

図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、２番目のデマンド時限Ｔｂ（＝Ｔ１）において、ｔ１＝５分における予測デマンド値Ｐｐは、ヒートポンプを３台以上同時運転させたときに目標デマンドＰｍａｘを越える。従って、本来は、２台までしか同時運転できないので、ヒートポンプ４台の内の２台、例えば、ヒートポンプのＨＰ３、Ｈ４を停止しなければならない。しかし、ヒートポンプ４台の内、の運転継続時間が最短運転時間１５分以上のヒートポンプが１台（ここでは、ＨＰ４）しかないとすると、２番目のデマンド時限Ｔｂ（＝Ｔ１）のｔ１＝５〜１０分の間において、最短運転時間が１５分以下である３台を、そのまま運転させる。この運転制御により、最短運転時間に達しない３台のヒートポンプは、停止されず継続運転されるので効率よく動作させることができる。なお、ヒートポンプが２台停止のところ、１台しか停止していないので、目標デマンドを超過する可能性が考えられるが、通常、各ヒートポンプの予測デマンド値Ｐｐには、目標デマンドＰｍａｘに対する余裕度（マージン）をそれぞれ持たせているので、実際には、目標デマンドＰｍａｘを越えることはない。

このように、第４の実施形態の運転方法によれば、ヒートポンプは、予め定めた最短運転時間は継続して運転させることにより、ヒートポンプを短い時間でオン、オフしないので、ヒートポンプの運転効率の低下を防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態等に限られるものでなく、さらに適宜に変更することができる。例えば、ヒートポンプのオンーオフの運転制御は、使用条件に応じて、積算稼働時間、最短運転時間、及び残湯量の大きさ等の要素を組合わせ、優先順位を適宜替えて好適に制御することができる。また、上述した各実施形態においては、複数のヒートポンプを、全て同じ仕様のものとしたが、異なるヒートポンプを用いて各ヒートポンプの仕様データを基に個別に制御することもできる。

本発明の第１の実施形態に係る給湯システムの運転方法が適用される給湯システムの構成図。 同給湯システムの給湯機の構成図。 上記運転方法のフローチャート。 （ａ）は上記運転方法に基くデマンド時限の予測需要電力を示す図、（ｂ）は上記運転方法に基くヒートポンプのオン、オフ制御を説明する図。 本発明の第２の実施形態に係る給湯システムの運転方法のフローチャート。 本発明の第３の実施形態に係る給湯システムの運転方法が適用される給湯システムの構成図。 上記運転方法のフローチャート。 本発明の第４の実施形態に係る給湯システムの運転方法における積算ＣＯＰ特性を示す図。 （ａ）は上記運転方法に基くデマンド時限の予測需要電力を示す図、（ｂ）は上記運転方法に基くヒートポンプのオン、オフ制御を説明する図。

符号の説明

１、２０ 給湯機
１２、２２ ヒートポンプユニット
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ ヒートポンプ
１３ａ、２３ａ ＣＰＵ（平均電力予測手段、ヒートポンプ制御手段）
１３ｂ 運転制御部（ヒートポンプ制御手段）

Claims (5)

1. 電力使用開始から１年間の各月の契約電力が、電力使用開始月からその月までの最大需要電力の内、最も大きい値となる契約形態の施設において使用されるヒートポンプ式の給湯機を有する貯湯式給湯システムの運転方法において、
   契約単位全体の所定時間毎の平均電力を予測するステップと、
   前記予測された平均電力が、前記最大需要電力を越えることなく、かつ、前記最大需要電力に近付くように前記複数のヒートポンプを個別にオン、オフ制御するステップと、
   を備えたことを特徴とする貯湯式給湯システムの運転方法。
2. 前記複数のヒートポンプをオフさせる際、該複数のヒートポンプの中で積算稼働時間の長いヒートポンプから優先してオフさせて給湯機の電力を運転制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
3. 前記給湯機を複数備え、該複数の給湯機を連携させて制御し、
   前記複数の給湯機におけるヒートポンプをオフさせる際、該複数の給湯機の中で貯湯量の大きい側の給湯機のヒートポンプを優先してオフさせて前記複数の給湯機の電力を運転制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
4. 前記ヒートポンプは、予め定めた最短運転時間は継続して運転させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
5. 電力使用開始から１年間の各月の契約電力が、電力使用開始月からその月までの最大需要電力の内、最も大きい値となる契約形態の施設において使用されるヒートポンプ式の給湯機を有する貯湯式給湯システムにおいて、
   契約単位全体の所定時間毎の平均電力を予測する手段と、
   前記予測された平均電力が、前記最大需要電力を越えることなく、かつ、前記最大需要電力に近付くように前記複数のヒートポンプを個別にオン、オフ制御する手段と、
   を備えたことを特徴とする貯湯式給湯システム。
   

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