JP2009232517A - デマンド制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】採光部から入射する日射を利用して省エネルギ化を図りつつ需要電力を平準化する。
【解決手段】照明装置２の消費電力を減少させるとともに日射量調整装置３で調整される日射量を増加させる第１の制御状態を、空調装置１の消費電力を減少させる第２の制御状態よりも優先して行う第１優先制御期間を有するスケジュールに従って消費電力を減らすように、デマンド制御部４５が空調装置１、照明装置２、日射量調整装置３を制御する。例えば、好天の日には午前の時間帯における日射量を減らし、午後の時間帯（特にデマンド制御実行時間帯Ｔｘ）を第１優先制御期間とすれば、午後の時間帯における照明装置２の消費電力を減らして需要電力のピークを抑えることができる。その結果、採光部から入射する日射を利用して省エネルギ化を図りつつ需要電力を平準化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、需要電力が所定値を超えないように空調装置や照明装置などを制御するデマンド制御システムに関するものである。

近年、エネルギコストを削減するために、需要家自らがデマンド（需要電力）を予測し、需要電力（デマンドメータで計測される３０分間の積算値）が契約電力を超えないように空調装置や照明装置などを制御するデマンド制御システムが普及してきている（例えば、特許文献１参照）。特に、年間の最大需要電力によって電力会社との契約電力が決定され、当該契約電力に応じて電力料金（基本料金）が増減することになるので、需要家にとっては最大需要電力を平準化することが電力料金の低減に大きく影響することになる。尚、特許文献１に記載されている従来システムでは、需要家が予め設定したスケジュールに従って機器を制御している。

また、採光部（窓）から入射する日射（昼光）量を遮蔽装置（ブラインド）を使って調整することで省エネルギ化を図ったシステムも提供されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−３４１６４６号公報 特開２００７−１２００８９号公報

ところで、遮蔽装置を用いて採光部から入射する日射量を調整する日射量調整装置をデマンド制御システムに備える場合、日射量を増やすことで照明装置の光出力を減らして需要電力を減少させることが可能である反面、例えば、好天の午前に多くの昼光（日射）を採光部から居室内に取り入れたとすると、午後になって日射量を減少させたとしても、午前に取り入れた日射によって暖められた床や壁からの放熱によって居室内の温度が上昇してしまうことになる。その結果、空調装置の消費電力を減少させるために日射量を減らしたとしても、上記放熱によって上昇する居室内の温度を下げるために空調装置の消費電力が増加してしまい、需要電力の平準化が図れないという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、採光部から入射する日射を利用して省エネルギ化を図りつつ需要電力を平準化できるデマンド制御システムを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、居室内の温度を調整する空調装置と、当該居室内の明るさを調整する照明装置と、当該居室に設けられた採光部から入射する日射量を調整する日射量調整装置と、空調装置並びに照明装置で消費される電力を監視して需要電力を予測するとともに需要電力の予測値が所定のしきい値を超えないように空調装置、照明装置、日射量調整装置を制御するデマンド制御装置とからなり、デマンド制御装置は、空調装置並びに照明装置で消費される電力を計測し需要電力が前記しきい値を超えるか否かを予測するデマンド予測手段と、デマンド予測手段によって需要電力が前記しきい値を超えると予測される場合に予め決められたスケジュールに従って消費電力を減らすように空調装置、照明装置、日射量調整装置を制御するデマンド制御手段とを備え、前記スケジュールは、照明装置の消費電力を減少させるとともに日射量調整装置で調整される日射量を増加させる第１の制御状態と、空調装置の消費電力を減少させる第２の制御状態とを少なくとも含み、第１の制御状態を第２の制御状態よりも優先して行う第１優先制御期間を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、照明装置の消費電力を減少させるとともに日射量調整装置で調整される日射量を増加させる第１の制御状態を、空調装置の消費電力を減少させる第２の制御状態よりも優先して行う第１優先制御期間を有するスケジュールに従って消費電力を減らすように、デマンド制御手段が空調装置、照明装置、日射量調整装置を制御するので、例えば、好天の日には午前の時間帯における日射量を減らし、午後の時間帯を第１優先制御期間とすることにより、気温が上昇して空調装置の消費電力が増大する午後の時間帯における照明装置の消費電力を減らすことで需要電力のピークを抑えることができる。その結果、採光部から入射する日射を利用して省エネルギ化を図りつつ需要電力を平準化することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１優先制御期間は、デマンド予測手段によって需要電力が所定のしきい値を超えると予測された時点から所定時間が経過するまでの間とすることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、スケジュールにおける第１優先制御期間を固定する必要が無いから、第１優先制御期間を適切な期間に設定することができ、その結果、需要電力をさらに平準化することができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、デマンド制御装置は、需要電力の履歴を記憶する履歴記憶手段を備え、デマンド予測手段は、履歴記憶手段に記憶された履歴に基づいて需要電力が前記しきい値を超える時間帯を予測し、当該時間帯を前記スケジュールの第１優先制御期間とすることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、スケジュールにおける第１優先制御期間を、過去の履歴に基づいて適正な期間に設定することができ、その結果、需要電力をさらに平準化することができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、デマンド制御装置は、屋外の温度を計測する温度計測手段を備え、デマンド予測手段は、温度計測手段で計測する屋外の温度に応じて前記時間帯の予測結果を修正することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、空調装置の消費電力は屋外の温度によって増減することになるから、デマンド予測手段が温度計測手段で計測する屋外の温度に応じて前記時間帯の予測結果を修正することにより、需要電力が前記しきい値を超える時間帯の予測精度が向上し、その結果、スケジュールにおける第１優先制御期間を適正な期間に設定することができて需要電力をさらに平準化することができる。

本発明によれば、採光部から入射する日射を利用して省エネルギ化を図りつつ需要電力を平準化することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

本実施形態のデマンド制御システムは、図１に示すように居室（例えば、オフィスビルの執務室や会議室、あるいはテナントビルの店舗や事務所など）の温度を調整する空調装置１と、居室の明るさを調整する照明装置２と、居室の採光部（窓）から入射する日射（昼光）量を調整する日射量調整装置３と、空調装置１並びに照明装置２、日射量調整装置３を各々個別に制御するデマンド制御装置４とを備えている。尚、図１では空調装置１及び照明装置２、日射量調整装置３をそれぞれ１組ずつしか図示していないが、これらは各居室毎にそれぞれ設けられており、別の場所に設置されている１台のデマンド制御装置４とは各々通信線で接続されている。

空調装置１は、各居室に設置される複数の室内機と、熱交換器や熱源機器のように熱媒体を各室内機に供給する熱供給器たる室外機とからなるマルチ型のものである。尚、空調装置１では、居室内に設置された温度センサ（図示せず）の温度が設定温度（デマンド制御装置４によって設定される温度）と一致するように各室内機及び室外機が制御される。

照明装置２は、居室の天井に設置される高周波点灯専用型の複数の蛍光灯照明器具からなり、天井に設置される照度センサ（図示せず）で検出する照度が設定照度（デマンド制御装置４によって設定される照度）と一致するように自動的に調光レベルを増減する。

日射量調整装置３は、採光部（窓）に設けられたベネチャンブラインド（以下、「ブラインド」という。）と、ブラインドの各スラットを鉛直面内において０度〜９０度の範囲で回動する回動機構（図示せず）とを有しており、デマンド制御装置４によって回動機構が制御されてスラットの角度（鉛直方向における鉛直面からのスラットの傾き角であって、以下、「スラット角」と呼ぶ。）を変化させることで採光部から採光する光（昼光）の遮蔽度（透過度）が調節可能である。尚、ブラインドの代わりに、例えば複数枚のガラス板の間に液晶シートを介在させ、当該液晶シートへの通電を制御して光透過率を調整可能としたスマートウィンドウを用いても構わない。

デマンド制御装置４は、居室が設けられている建物（オフィスビルやテナントビル）全体のデマンド（需要電力＜空調装置１並びに照明装置２を含む建物全体の消費電力量の合計＞）を計測するデマンド計測部４０と、デマンド計測部４０で計測するデマンドのデマンド時限（例えば、３０分間）毎の積算デマンド値を予測するとともに予測値が所定のしきい値を超えるか否かを判定するデマンド予測部４１と、デマンド予測部４１で予測された積算デマンド値の履歴を記憶する履歴記憶部４２と、デマンド制御のスケジュールを記憶するスケジュール記憶部４３と、建物の外（屋外）の温度を計測する温度計測部４４と、デマンド予測部４１により積算デマンド値の予測値がしきい値を超えると判定されたときにスケジュール記憶部４３に記憶されているスケジュールに従って需要電力（消費電力量）を減らすように空調装置１，照明装置２，日射量調整装置３の少なくとも何れか一つを制御するデマンド制御部４５とを備えている。

デマンド予測部４１は、図２に示すようにデマンド計測部４０でリアルタイムに計測される需要電力を積算し、当該積算値からデマンド時限毎の積算デマンド値を予測するとともに、その予測値（図２においては●で示す。）がしきい値Ｄthを超えるか否かの判定を行い、予測値がしきい値Ｄthを超えると判定したときにデマンド制御部４５にデマンド警報を出力する。尚、しきい値Ｄthは契約電力よりも低い値、例えば、契約電力の９５％の値に設定される。またデマンド予測部４１では、履歴記憶部４２に記憶したデマンド時限毎の積算デマンド値の履歴（図２では□で示す。）に基づき、移動平均や自己回帰モデルなどの統計手法を利用して１日（例えば、８時〜１７時）のうちで積算デマンド値がしきい値を超える可能性の有る時間帯（以下、「デマンド制御実行時間帯」と呼ぶ。）Ｔｘを予測する。例えば、図２では１２時３０分の時点で１４時前後に積算デマンド値がしきい値を超える、すなわち、１４時以降がデマンド制御実行時間帯Ｔｘであると予測される。但し、デマンド予測部４１では温度計測部４４で計測する屋外温度や天気予報から取得する天候並びに最高温度を利用し、ニューラルネットワークモデルやＡＲＭＡＸ（Auto Regressive and Moving Average eXogenous）モデルを活用することで予測精度を高めることも可能である。

スケジュール記憶部４３に記憶されるスケジュールには、デマンド予測部４１からデマンド警報が出力されたときに、空調装置１、照明装置２、日射量調整装置３の何れを制御対象とし且つどのように制御するかという制御状態が設定されている。尚、以下の説明では照明装置２の消費電力を減少させるとともに日射量調整装置３で調整される日射量を増加させる制御状態を「第１の制御状態」と呼び、空調装置１の消費電力を減少させる制御状態を「第２の制御状態」と呼ぶこととする。

デマンド制御部４５は、デマンド予測部４１から出力されるデマンド警報を受け取ると、スケジュール記憶部４３に記憶されているスケジュールに従って需要電力を減らすように空調装置１，照明装置２，日射量調整装置３の少なくとも何れか一つを制御する。具体的には、空調装置１や照明装置２を制御対象とする場合、デマンド制御部４５は空調装置１の設定温度や照明装置２の設定照度を各装置１，２の消費電力が減る方向へ変更し、日射量調整装置３を制御対象とする場合、デマンド制御部４５は空調装置１や照明装置２の消費電力を減らす方向へ日射量を増加又は減少させる。すなわち、空調装置１に対しては冷房運転時の設定温度を上げるか、暖房運転時の設定温度を下げることで消費電力を減らすことができ、照明装置２に対しては調光レベルを下げる（光出力を減少させる）ことで消費電力を減らすことができ、日射量調整装置３に対してはスラット角を大きくして日射量を増やすことで２次的に照明装置２の調光レベルを下げて消費電力を減らしたり、あるいはスラット角を小さくして日射量を減らすことで２次的に冷房運転時の空調装置１の消費電力を減らすことができる。

ここで、従来のデマンド制御システムにおいて夏季の晴天の日の８時から１７時の期間において、日射量調整装置３で調整する日射量、照明装置２の消費電力、空調装置１の消費電力、全体の消費電力（デマンド）がどのように推移するかという一例を図３（ａ）に示している。開始時刻（８時）から時間が経過するにつれて太陽高度が上昇し、採光部に差し込む日射量も増えるので、日射量調整装置３が日射量を徐々に増大させることで照明装置２が調光レベルを徐々に下げて消費電力が減少するが、空調装置１では気温の上昇に伴って消費電力が増加するため、全体としてはしきい値Ｄthを超えないほぼ一定のデマンドに維持される。午後になると日射量が日射量調整装置３によってほぼ一定に保たれるために照明装置２の消費電力もほぼ一定となるが、空調装置１については気温が最高気温に達する頃（１４時〜１５時頃）までは消費電力が徐々に増加することになるため、全体のデマンドも徐々に増加してしきい値Ｄthを超える場合がある。そして、夕方に近付いて太陽高度が下降するにつれ、日射量が徐々に減少することで照明装置２が調光レベルを徐々に上げて消費電力が増加するが、反対に空調装置２では気温の低下に伴って消費電力が減少するため、全体のデマンドも徐々に減少する。このように従来のデマンド制御システムでは、図３（ａ）に示すように全体のデマンドが１３時〜１６時の時間帯で大きく増加しており、デマンドが充分に平準化されているとは言えなかった。このような状況になる原因としては、従来技術で説明したように照明装置２の消費電力を削減するために日射量調整装置３にて午前の日射量を増やしたことにより、午後の時間帯（１３時〜１６時）においては床や壁から放射される熱で居室内の温度が上昇することが考えられる。故に、１日におけるデマンドを平準化するためには、午後の時間帯（１３時〜１６時）における空調装置１の消費電力を抑制することが重要となる。

そこで、図３（ａ）に示すように従来通りの制御内容ではある時間帯にデマンドがしきい値Ｄthを超えると予測される場合、図３（ｂ）に示すように開始時刻（８時）から当該時間帯までは日射量調整装置３によって採光部から居室内に入射する日射量を大幅に抑制し、当該時間帯になれば日射量調整装置３によって日射量を一気に増大させて照明装置２の調光レベルを下げることで照明装置２の消費電力を減少させるようなスケジュールを設定しておけば、従来（図３（ａ）参照）と比較して午前のデマンドは増加するものの、午後の１３時〜１６時の時間帯におけるデマンドが減少するために１日のデマンドを相対的に平準化することができる。具体的に説明すると、照明装置２の消費電力を減少させるとともに日射量調整装置３で調整される日射量を増加させる第１の制御状態を空調装置１の消費電力を減少させる第２の制御状態よりも優先して行う第１優先制御期間を、デマンド制御実行時間帯Ｔｘと重なるようなスケジュールとすれば、上述のように１日のデマンドを平準化することができる。

次に、図４のフローチャートを参照しながら本実施形態の動作を説明する。デマンド制御部４５は、スケジュール記憶部４３に記憶されているスケジュールの開始時刻になると日射量調整装置３による日射量の調整を開始し（ステップＳ１）、さらに空調装置１の運転状況（冷房運転／暖房運転）を空調装置１から取得する信号あるいはスケジュールに基づいて判断する（ステップＳ２）。空調装置１が暖房運転している場合、デマンド制御部４５は日射量調整装置３に対して日射量を徐々に増加させる通常の調整を行わせる（ステップＳ１２）。一方、空調装置１が冷房運転している場合、デマンド制御部４５は温度計測部４４から屋外温度の計測値を取得し（ステップＳ３）、取得した計測値をデマンド予測部４１に渡す。デマンド予測部４１は、デマンド計測部４０でリアルタイムに計測される需要電力を積算し、当該積算値からデマンド時限毎の積算デマンド値を予測するとともに、その予測値が所定のしきい値Ｄthを超えるか否かの判定を行い、予測値がしきい値Ｄthを超えると判定したときにデマンド制御部４５にデマンド警報を出力する。さらに、デマンド予測部４１では、履歴記憶部４２からデマンド時限毎の積算デマンド値の履歴を取得し（ステップＳ４）、取得した履歴に基づいてデマンド制御実行時間帯Ｔｘを予測する（ステップＳ５）。デマンド予測部４１においてデマンド制御実行時間帯Ｔｘが出現しないと予測された場合、デマンド制御部４５は日射量調整装置３に対して日射量を徐々に増加させる通常の調整を行わせる（ステップＳ１２）。一方、デマンド予測部４１において、当日の日射のある時間帯にデマンド制御実行時間帯Ｔｘが出現すると予測された場合、デマンド制御部４５は、スケジュール記憶部４３に記憶されているスケジュールを変更し、変更したスケジュールに従い、日射量調整装置３を制御して日射量を減少させることで不要な日射負荷の増加を抑える（ステップＳ７）。具体的には、ステップＳ１２の通常の日射量調整におけるスラット角が例えば６０度であるとしたときに、日射を遮るために３０度や０度のようにスラット角が減少する向きに調整する。デマンド予測部４１では引き続き、デマンド時限毎の積算デマンド値の予測値がしきい値Ｄthを超えるか否かの判定を行い（ステップＳ８，Ｓ９）、デマンド時限毎の予測値がしきい値Ｄthを超えると判定した場合にデマンド警報を出力する。デマンド制御部４５は、デマンド予測部４１からデマンド警報を受け取らなければ、スケジュールに従った制御を実行する。一方、デマンド予測部４１からデマンド警報を受け取った場合、デマンド制御部４５は、その時点からデマンド制御実行時間帯Ｔｘが経過するまでの期間を第１優先制御期間とするようにスケジュールを変更し、変更したスケジュールに従って第１の制御状態、すなわち、照明装置２の消費電力を減少させるとともに日射量調整装置３で調整される日射量を増加させる制御状態とする（ステップＳ１０）。但し、この制御状態とは、空調負荷の増加よりも照明電力削減を目的に、昼光の確保を優先した状態であり、現状の角度よりも大きく設定される。また、この際、好天にもかかわらず直射光が室内に入射しないこと、室内居住者のまぶしさ感を適正範囲で抑えること、照明電力削減可能範囲を超えてまで昼光を取り入れないことに注意することは必要である（具体的には、特許文献２に開示されている日射量制御方法を参照）。その後、積算デマンド値を求める途中ではステップＳ８に戻り、積算デマンド値を求めた３０分毎ではステップＳ３に戻る。

上述のように本実施形態によれば、照明装置２の消費電力を減少させるとともに日射量調整装置３で調整される日射量を増加させる第１の制御状態を、空調装置１の消費電力を減少させる第２の制御状態よりも優先して行う第１優先制御期間を有するスケジュールに従って消費電力を減らすように、デマンド制御部４５が空調装置１、照明装置２、日射量調整装置３を制御するので、例えば、好天の日には午前の時間帯における日射量を減らし、午後の時間帯（特にデマンド制御実行時間帯Ｔｘ）を第１優先制御期間とすることにより、気温が上昇して空調装置１の消費電力が増大する午後の時間帯における照明装置２の消費電力を減らすことで需要電力のピークを抑えることができ、その結果、採光部から入射する日射を利用して省エネルギ化を図りつつ需要電力を平準化することができる。

また本実施形態では、デマンド予測部４１によって予測値がしきい値Ｄthを超えると予測された時点から所定時間（例えば、デマンド制御実行時間帯Ｔｘ）が経過するまでの間を第１優先制御期間としているから、スケジュールにおける第１優先制御期間を固定する必要が無いから、第１優先制御期間を適切な期間に設定することができ、その結果、需要電力をさらに平準化することができる。さらに本実施形態では、デマンド予測部４１が、履歴記憶部４２に記憶された積算デマンド値の履歴に基づいてデマンド制御実行時間帯Ｔｘを予測しているので、第１優先制御期間を過去の履歴に基づいて適正な期間に設定することができる。尚、空調装置１の消費電力は屋外の温度によって増減するから、デマンド予測部４１が温度計測部４４で計測する屋外温度に応じてデマンド制御実行時間帯Ｔｘの予測結果を修正することにより、デマンド制御実行時間帯Ｔｘの予測精度が向上し、その結果、スケジュールにおける第１優先制御期間を適正な期間に設定することができて需要電力をさらに平準化することができる。

本発明の実施形態を示すシステム構成図である。 同上におけるデマンド予測の説明図である。 同上によるデマンド制御の説明図である。 同上の動作説明用のフローチャートである。

符号の説明

１ 空調装置
２ 照明装置
３ 日射量調整装置
４ デマンド制御装置
４０ デマンド計測部
４１ デマンド予測部
４２ 履歴記憶部
４３ スケジュール記憶部
４５ デマンド制御部

Claims (4)

1. 居室内の温度を調整する空調装置と、当該居室内の明るさを調整する照明装置と、当該居室に設けられた採光部から入射する日射量を調整する日射量調整装置と、空調装置並びに照明装置で消費される電力を監視して需要電力を予測するとともに需要電力の予測値が所定のしきい値を超えないように空調装置、照明装置、日射量調整装置を制御するデマンド制御装置とからなり、
   デマンド制御装置は、空調装置並びに照明装置で消費される電力を計測し需要電力が前記しきい値を超えるか否かを予測するデマンド予測手段と、デマンド予測手段によって需要電力が前記しきい値を超えると予測される場合に予め決められたスケジュールに従って消費電力を減らすように空調装置、照明装置、日射量調整装置を制御するデマンド制御手段とを備え、
   前記スケジュールは、照明装置の消費電力を減少させるとともに日射量調整装置で調整される日射量を増加させる第１の制御状態と、空調装置の消費電力を減少させる第２の制御状態とを少なくとも含み、第１の制御状態を第２の制御状態よりも優先して行う第１優先制御期間を有することを特徴とするデマンド制御システム。
2. 前記第１優先制御期間は、デマンド予測手段によって需要電力が所定のしきい値を超えると予測された時点から所定時間が経過するまでの間とすることを特徴とする請求項１記載のデマンド制御システム。
3. デマンド制御装置は、需要電力の履歴を記憶する履歴記憶手段を備え、デマンド予測手段は、履歴記憶手段に記憶された履歴に基づいて需要電力が前記しきい値を超える時間帯を予測し、当該時間帯を前記スケジュールの第１優先制御期間とすることを特徴とする請求項２記載のデマンド制御システム。
4. デマンド制御装置は、屋外の温度を計測する温度計測手段を備え、デマンド予測手段は、温度計測手段で計測する屋外の温度に応じて前記時間帯の予測結果を修正することを特徴とする請求項３記載のデマンド制御システム。

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