JP2010007882A - 貯湯式給湯装置、運転計画装置及び運転計画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用する電力量を少なくしつつ、より安い料金で需要家に給湯を行うことができる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯式給湯装置１０であって、運転パターンと、運転パターンごとでの予測電力量と深夜割安電力割合とを蓄積する運転パターン蓄積部１１６と、蓄積された全ての運転パターンごとでの予測電力量及び深夜電力割合と比べて、予測電力量が低いか深夜電力割合が高い運転パターンを運転パターン蓄積部１１６に追加するとともに、運転パターンそれぞれでの予測料金を取得する演算部１１５と、運転パターンそれぞれでの予測料金ごとに、運転評価値が最大の運転パターンを最適運転パターンとして特定する最適運転パターン特定部１１７と、最適運転パターンに従って沸き上げ指令を行う運転指令部１１８と、沸き上げ指令に従って需要家に給湯する給湯部２００とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、ＣＯ₂ヒートポンプ給湯器や電気温水器などの、電力による給湯部を設けた貯湯式給湯装置、その運転計画装置及び運転計画方法に関するものである。

貯湯式給湯装置は、需要家に設置され、電力を使用して熱を発生させ、その熱を蓄熱することで需要家の給湯負荷を賄う。特に、ＣＯ₂ヒートポンプ給湯器は、単位電力を使用した場合に蓄熱される熱量であるエネルギー効率が高く、少ない電力で多くの熱を蓄熱することができ、省エネ機器として普及が期待されている。

貯湯式給湯装置で使用する電力料金は時間帯により大きく変わり、特に深夜料金帯が安くなっている。そこで、料金を安くするためには深夜料金帯でなるべく多くの熱を貯める必要がある。

また、貯湯式給湯装置は一般的には瞬間湯沸かし器と比較して時間当たりに蓄熱できる量が少ない。深夜料金帯で蓄熱した熱量では不足するような給湯負荷が発生した場合には湯切れを起こしてしまうため、湯切れがないよう蓄熱する必要がある。

そこで、湯切れなく料金の安い運転が出来るよう、安い深夜料金帯の電力を用いて、１日の想定される給湯負荷よりも多目に蓄熱するような運転を計画するシステムが求められている。

このようなシステムとして例えば特許文献１に示すものがある。

特許文献１の発明では、単位期間内に使用した使用熱量から、１日の平均使用熱量と使用熱量の標準偏差であるばらつき熱量とを算出する。次に、平均使用熱量とばらつき熱量とを加算した値と、前日１日分の使用熱量とを比較し、大きい方の値を沸き上げ熱量とする。この沸き上げ熱量分の熱量を深夜料金帯で蓄熱する。

この処理により、料金の安い深夜料金帯で大部分を沸き上げることで、電力一単位あたりの料金である料金単価が安くなり、また１日での平均使用熱量より多めに蓄熱することで湯切れが発生する可能性を少なくすることが可能となる。
特開２００４−３２４９０５号公報

しかしながら、上記のような従来の貯湯式給湯装置によれば、料金単価は安いが、電力量が増加する恐れがあり、結果的に需要家の負担となる料金の合計が高くなるという課題がある。

特許文献１の実施の形態によると、深夜料金帯で１日の熱量の大部分を蓄熱するような運転を行うことになる。貯湯式給湯装置の蓄熱するための貯湯タンクに入る水量は固定であるため、多くの熱量を一度に蓄熱しようとした場合、水量一単位あたりの温度を高いもので蓄熱する必要がある。しかし、一般的な給湯装置の特性として、お湯を作ろうとした場合、作るお湯の温度が高ければ高いほどエネルギー効率が低下する。このため、同じ熱量を蓄熱するならば、高い温度のお湯を作ることでエネルギー効率が低下した場合と、低い温度のお湯を作ることでエネルギー効率が高い場合とを比較すると、高い温度のお湯を作る場合の方がより多くの電力量が必要となる。

また、一般的な給湯装置の特性として、お湯を沸かす際の外気温の温度によりエネルギー効率が大きく左右される。外気温が高いほど、エネルギー効率は高くなる。深夜料金帯は昼間、夕方などの時間帯と比較して外気温が低いため、深夜料金帯では、エネルギー効率が低くなる。したがって、深夜料金帯で沸かす場合と、昼間・夕方で沸かす場合とを比較すると、深夜料金帯で沸かす場合の方がより多くの電力量が必要になる。

また、一般的な家庭では、蓄熱したお湯が使用されるのは昼間ではなく、夕方から夜間にかけてである。その場合、前述したように、深夜料金帯に大部分を蓄熱した場合には、夕方から夜間にかけてお湯が使用されるまでの長時間、貯湯タンクから放熱が発生する。このため、湯切れを防ぐためには実際の使用熱量よりも多めに沸かす必要がある。これにより、深夜料金帯で１日の熱量の大部分を沸かす場合と、給湯負荷が発生する直前で沸かす場合とを比較すると、深夜料金帯で１日の熱量の大部分を沸かす場合の方がより多くの電力量が必要になる。

したがって、深夜料金帯で１日の熱量の大部分を蓄熱するような運転では、料金単価は安いが、多くの電力量が必要になり省エネ性が悪化するため、結果的に需要家の負担となる料金の合計が高くなる恐れがある。

そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、使用する電力量を少なくしつつ、より安い料金で需要家に給湯を行うことができる貯湯式給湯装置、その運転計画装置及び運転計画方法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、本発明に係る貯湯式給湯装置は、電力で沸かした湯を貯湯タンクに貯めて需要家に給湯する貯湯式給湯装置であって、前記需要家に給湯するための運転パターンと、前記運転パターンごとでの前記需要家に給湯するために使用される電力量の予測値である予測電力量と前記予測電力量のうち電気料金単価が割安な割安時間帯に使用される電力量の割合である割安電力割合とを蓄積する運転パターン蓄積部と、前記運転パターン蓄積部に蓄積された全ての運転パターンごとでの前記予測電力量及び前記割安電力割合と比べて、前記予測電力量が低いか前記割安電力割合が高い運転パターンを前記運転パターン蓄積部に追加するとともに、追加後の前記運転パターン蓄積部に蓄積された運転パターンそれぞれでの前記予測電力量から予測される予測料金を取得する演算部と、前記運転パターン蓄積部に蓄積された運転パターンそれぞれでの予測料金ごとに、前記予測料金が低いほど高い評価を示す指数から運転評価値を算出することによって、前記運転評価値が最大の運転パターンを最適運転パターンとして特定する最適運転パターン特定部と、前記特定された最適運転パターンに従って、前記需要家に給湯するために前記貯湯タンクに湯を貯めるように、湯を沸き上げる沸き上げ指令を行う運転指令部と、前記貯湯タンクを備え、前記沸き上げ指令に従って前記貯湯タンクに蓄熱を行うとともに、前記需要家の指示に従って前記需要家に給湯する給湯部とを備える。

この構成によれば、予測電力量が低いか割安電力割合が高い運転パターンを蓄積していくため、予測電力量が高く予測料金が高い運転パターンを蓄積しない。また、蓄積された様々な運転パターンから、予測料金が低い運転パターンを特定し、給湯を行う。このため、使用する電力量を少なくしつつ、より安い料金で需要家に給湯を行うことができる。

また、本発明は、このような貯湯式給湯装置として実現できるだけでなく、その装置の最適な運転方法を決定する運転計画装置、またはその装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したりすることができる。さらに、本発明は、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。

本発明は、使用する電力量を少なくしつつ、より安い料金で需要家に給湯を行うことができる貯湯式給湯装置、その運転計画装置及び運転計画方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。

図１は、本実施の形態の貯湯式給湯装置１０の模式図である。

同図の貯湯式給湯装置１０は、需要家に湯を給湯する装置であり、運転計画装置１００と給湯部２００とを備えている。

運転計画装置１００は、需要家が必要な湯を当該需要家に給湯するために、貯湯式給湯装置１０の最適な運転パターンを決定する装置である。また、運転計画装置１００は、決定した運転パターンに従って需要家に湯を給湯するように、給湯部２００に運転指令を行う。

給湯部２００は、運転計画装置１００からの運転指令に従って、供給された水を湯に沸き上げて、需要家に湯を給湯する装置である。この給湯部２００は、貯湯タンク２０１とヒートポンプ２０２とを備えている。

貯湯タンク２０１は、水が供給されるとともに、ヒートポンプ２０２で沸き上げられた湯を貯湯し、需要家に湯を給湯する。ここで、貯湯タンク２０１の下部には、配管２０３および配管２０４が備えられ、貯湯タンク２０１の上部には、配管２０５および配管２０６が備えられている。

つまり、貯湯タンク２０１は、貯湯タンク２０１の下部の配管２０３から水を取得し、下部の配管２０４からヒートポンプ２０２に水を供給する。そして、貯湯タンク２０１は、貯湯タンク２０１の上部の配管２０５からヒートポンプ２０２によって沸き上げられた湯を取得し、上部の配管２０６から需要家の給湯水栓等へ給湯を行う。本実施の形態の貯湯式給湯装置１０では、貯湯タンク２０１の容量は４００Ｌである。

貯湯タンク２０１内の温度分布は、タンク上部から沸き上げられた湯が入り、下部から水を取得するため、通常、上部側が高温で、下部側が低温となっている。また、貯湯タンク２０１内には温度センサが設置されており、設置位置の温度情報を計測する。本実施の形態では、タンクの最上部からタンク最下部まで５０Ｌ毎に温度センサが設置されている。

ヒートポンプ２０２は、運転計画装置１００から取得した運転指令に従って、貯湯タンク２０１から取得した水を沸き上げる。本実施の貯湯式給湯装置では、沸き上げ温度を６０度から９０度まで１０度刻みで設定可能で、１時間に４０００ｋｃａｌの熱量を沸き上げることができる。

また、給湯部２００は、外気温を測定する温度計（図示せず）も備えている。

図２は、本実施の形態の運転計画装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。

この運転計画装置１００は、需要家に湯を給湯するために、貯湯式給湯装置１０の最適な運転パターンを決定する等の処理を行なうコンピュータである。この運転計画装置１００は、演算制御部１０１、表示部１０２、入力部１０３、メモリ部１０４、プログラム格納部１１０及びデータベース部１２０を備えている。

演算制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や数値プロセッサ等であり、オペレータからの指示等に従って、プログラム格納部１１０からメモリ部１０４に必要なプログラムをロードして実行し、その実行結果に従って、各構成要素１０２〜１２０を制御する。

表示部１０２はＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等であり、入力部１０３はボタンやタッチパネル等であり、これらは、演算制御部１０１による制御の下で、運転計画装置１００とオペレータとが対話する等のために用いられる。

プログラム格納部１１０は、運転計画装置１００の機能を実現する各種プログラムを記憶している不揮発性メモリ等である。プログラム格納部１１０に記憶されているプログラムは、貯湯式給湯装置１０の最適な運転パターンを決定する等のプログラムであり、機能的に（演算制御部１０１によって実行された場合に機能する処理部として）、蓄積部１１１、予測負荷算出部１１２、予測温度算出部１１３、温度分布算出部１１４、演算部１１５、運転パターン蓄積部１１６、最適運転パターン特定部１１７、及び運転指令部１１８を備えている。

データベース部１２０は、この運転計画装置１００による運転方法の決定処理等に用いられるデータ等を記憶する不揮発性メモリ等である。データベース部１２０は、蓄積データ１２１、予測温度データ１２２、タンク内温度分布データ１２３、初期運転パターンデータ１２４、機器効率比率データ１２５、初期運転結果データ１２６、予測運転結果データ１２７、最適運転結果データ１２８等を記憶している。

図３は、プログラム格納部１１０に記憶されているプログラムの機能を説明する図である。

蓄積部１１１は、所定期間毎の需要家の給湯で使用された給湯負荷と日時とを含む負荷データ１２１ａと、貯湯タンク２０１の周囲の所定期間ごとの外気温と貯湯タンク２０１に供給される水の所定期間ごとの水温とを含む温度データ１２１ｂとを蓄積する処理部である。

図４は、負荷データ１２１ａ及び温度データ１２１ｂが蓄積された蓄積データ１２１の一例を示す図である。

同図に示すように、蓄積データ１２１は、日時、給湯負荷、外気温、及び水温などからなる。日時は、需要家が給湯で湯を使用した日時であり、給湯負荷は、当該日時における給湯部２００で計測された需要家の給湯負荷であり、外気温は、当該日時における図１に示す貯湯タンク２０１の周囲の外気の温度であり、水温は、当該日時における貯湯タンク２０１に供給される水温である。

本実施の形態では、蓄積部１１１は、給湯負荷と外気温と水温とを、それぞれ所定の期間毎の負荷データ１２１ａ、外気温データ１２１ｃ、水温データ１２１ｄとして取得する。そして、蓄積部１１１は、負荷データ１２１ａと、外気温データ１２１ｃ及び水温データ１２１ｄからなる温度データ１２１ｂとを、蓄積データ１２１に蓄積する。本実施の形態では、蓄積部１１１は、負荷データ１２１ａと温度データ１２１ｂとを、蓄積データ１２１に１時間毎のデータとして７日分蓄積する。

図３に戻り、予測負荷算出部１１２は、蓄積データ１２１に蓄積された負荷データ１２１ａから、予測の対象になる日時に発生すると予測される給湯負荷の最大値である予測負荷を算出する処理部である。具体的には、過去の給湯負荷の１日積算値の平均と標準偏差を算出し、平均に標準偏差の３倍を加算した値を予測負荷として算出する。本実施の形態では、まず、予測負荷算出部１１２は、蓄積部１１１から負荷データ１２１ａを読み出す。次に、予測負荷算出部１１２は、過去の各日の２３時からの２４時間に各時刻に発生した給湯負荷の１日積算値を算出し、各日の給湯負荷の１日積算値の平均と標準偏差を算出し、平均に標準偏差の３倍を加算した値を予測負荷として算出する。

予測温度算出部１１３は、温度データ１２１ｂを記憶した日時と予測の対象となる日時との類似性をとることによって、予測の対象になる日時での外気温と水温との予測値である予測外気温と予測水温とを含む予測温度データ１２２を算出する処理部である。

図５は、予測温度データ１２２の一例を示す図である。

同図に示すように、予測温度データ１２２は、時刻、予測外気温、及び予測水温などからなる。時刻は、予測の対象となる日の各時刻であり、予測外気温は、当該日時における貯湯タンク２０１の周囲の外気の温度の予測値であり、予測水温は、当該日時における貯湯タンク２０１に供給される水温の予測値である。

具体的には、予測温度算出部１１３は、蓄積部１１１が同じ時間帯に蓄積した７日分の温度の平均値を、予測対象の日の同じ時間帯の予測温度として算出する。本実施の形態では、まず、予測温度算出部１１３は、蓄積部１１１から外気温データ１２１ｃと水温データ１２１ｄとを読み出す。そして、予測温度算出部１１３は、各時刻でのこれらのデータの平均値から、予測の対象となる日の２３時からの２４時間の各時刻に予測される予測外気温データ１２２ａと、予測水温データ１２２ｂとを算出することで、予測温度データ１２２を算出する。

図３に戻り、温度分布算出部１１４は、貯湯タンク２０１内の温度センサ情報と、貯湯タンク２０１の入出流量と温度から、貯湯タンク２０１内の温度分布を算出する処理部である。

図６は、タンク内温度分布データ１２３の一例を示す図である。

図７は、タンク内温度分布データ１２３の温度と位置の関係を説明する図である。

図６に示すように、タンク内温度分布データ１２３は、温度、及び位置などからなる。温度は、貯湯タンク２０１内の温度であり、０度から９０度までの範囲で１度刻みで定められている。また、位置は、図７に示すように、当該温度になっている貯湯タンク２０１の上端部からの位置であり、具体的には貯湯タンク２０１の上端部から当該温度になる部分までの貯湯量を示している。

本実施の形態では、温度分布算出部１１４は、給湯部２００から貯湯タンク２０１内の温度センサＴｃの情報である温度センサ情報と、ヒートポンプ２０２から貯湯タンク２０１への流量と温度である入湯流量と入湯温度と、貯湯タンク２０１から出湯された流量である出湯流量を取得する。これにより、温度分布算出部１１４は、温度センサ情報のある箇所以外のタンク全体の温度分布を推定した値であるタンク内温度分布データ１２３を、温度センサ情報を用いることで１分毎に更新する。

また、温度分布算出部１１４は、出湯流量が発生した場合には、全ての温度に対して位置を１分間の出湯流量分減算することで、出湯された貯湯タンク２０１内のタンク内温度分布データ１２３を算出し、更新する。ここで、温度分布算出部１１４は、減算した位置の値が負になった温度は、全て出湯されたとみなし、位置を「０Ｌ」とする。さらに、温度分布算出部１１４は、貯湯タンク２０１最下部から１分間の出湯流量分の範囲は全て水が入ったとみなし、水温の位置を貯湯タンク２０１の最下部とする。

また、温度分布算出部１１４は、入湯流量が発生した場合には、全ての温度に対して位置を１分間の入湯流量分加算することで入湯された貯湯タンク２０１内のタンク内温度分布データ１２３を算出し、更新する。ここで、温度分布算出部１１４は、加算した位置の値がタンク最下部を越えた温度は、全てヒートポンプ２０２で沸き上げされたとみなし位置を「なし」とする。さらに、温度分布算出部１１４は、タンク上部から１分間の入湯流量分の範囲は全て沸き上げされた湯が入ったとみなし、沸き上げ温度の位置を入湯流量とする。

また、温度分布算出部１１４は、温度センサ情報のうちどれか１つでも１分前と比較して１度単位で変化した場合には、その温度の位置が、変化した温度センサＴｃの位置と同一であるとしてタンク内温度分布データ１２３を算出し、更新する。

温度分布算出部１１４は、上記の一連の処理により、温度センサ情報のある箇所以外のタンク全体の温度分布を推定した値も含めたタンク内温度分布データ１２３を算出し、更新する。

図３に戻り、運転パターン蓄積部１１６は、需要家に給湯するための運転パターンと、運転パターンごとでの需要家に給湯するために使用される電力量の予測値である予測電力量と予測電力量のうち電気料金単価が割安な割安時間帯に使用される電力量の割合である割安電力割合とを蓄積する。

ここで、運転パターンとは、割安時間帯に沸き上げ温度の湯を沸き上げるとともに湯を貯湯タンク２０１に供給することで、貯湯タンク２０１内の湯の温度が沸き上げ停止温度になった場合に湯の沸き上げを停止し、割安時間帯よりも電気料金単価が高い不足沸き上げ時間の間に不足する湯を沸き上げる運転パターンである。

また、ここでは、電気料金単価が割安な割安時間帯は、深夜料金となる時間帯である。したがって、以下では、割安時間帯を深夜料金帯、割安電力割合を深夜電力割合といい、割安時間帯に湯を沸き上げるために必要な熱量である割安沸き上げ熱量を、深夜沸き上げ熱量という。

演算部１１５は、運転パターン蓄積部１１６に蓄積された全ての運転パターンごとでの予測電力量及び深夜電力割合と比べて、予測電力量が低いか深夜電力割合が高い運転パターンを運転パターン蓄積部１１６に追加するとともに、追加後の運転パターン蓄積部１１６に蓄積された運転パターンそれぞれでの予測電力量から予測される予測料金を取得する。

本実施の形態では、演算部１１５は、まず、予測負荷算出部１１２が算出した予測負荷を取得する。そして、演算部１１５は、予測温度算出部１１３が算出した予測温度データ１２２の予測外気温データ１２２ａと予測水温データ１２２ｂとから、予測外気温と予測水温とを取得する。また、演算部１１５は、温度分布算出部１１４が算出したタンク内温度分布データ１２３から、タンク内温度分布を取得する。また、演算部１１５は、運転パターン追加部１１５ａと予測運転結果算出部１１５ｂとを備え、取得した各情報に基づいて予測電力量及び予測料金を算出する。

運転パターン追加部１１５ａは、運転パターン蓄積部１１６に蓄積される運転パターンを追加する処理部である。運転パターン追加部１１５ａは、予測負荷に対して湯切れが起こらない運転パターンのうち、最適運転パターンとなる可能性のある運転パターンを運転パターン蓄積部１１６に追加する。

本実施の形態では、運転パターン追加部１１５ａは、まず、初期の運転パターンとして、各沸き上げ温度で最も深夜に多く蓄熱できる運転パターンである初期運転パターンデータ１２４を算出する。

図８は、初期運転パターンデータ１２４の一例を示す図である。

初期運転パターンデータ１２４は、各沸き上げ温度で最も深夜に多く蓄熱できる初期の運転パターンである初期運転パターンの集まりである。同図に示すように、初期運転パターンデータ１２４は、沸き上げ温度、沸き上げ停止温度、深夜沸き上げ熱量、及び不足沸き上げ時間などからなる。沸き上げ温度は、深夜料金帯に湯を沸き上げる温度であり、沸き上げ停止温度は、深夜料金帯に湯の沸き上げを停止するときの貯湯タンク２０１内の湯の温度である。また、深夜沸き上げ熱量は、深夜料金帯に湯を沸き上げるために必要な熱量である。また、不足沸き上げ時間は、夕方料金帯に不足する湯を沸き上げるのに必要な時間である。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターン蓄積部１１６に蓄積された運転パターンごとでの予測電力量及び深夜電力割合と比べて、予測電力量が低いか深夜電力割合が高い運転パターンを、運転パターン蓄積部１１６の予測運転結果データ１２７に追加する。

図１１は、予測運転結果データ１２７の一例を示す図である。

同図に示すように、予測運転結果データ１２７は、運転パターン及び予測運転結果などからなる。運転パターンは、運転パターンの番号、沸き上げ温度、沸き上げ停止温度、深夜沸き上げ熱量、及び不足沸き上げ時間などからなる。予測運転結果は、予測電力量、予測料金、及び深夜電力割合などからなる。

図３に戻り、予測運転結果算出部１１５ｂは、運転パターンごとに、沸き上げ温度と沸き上げ停止温度と不足沸き上げ時間とから、予測電力量と深夜電力割合と予測料金とを算出する処理部である。

本実施の形態では、予測運転結果算出部１１５ｂは、まず、初期運転パターンデータ１２４から運転パターンを取得する。次に、取得された運転パターンで運転を行った場合の電力量と料金を、深夜の運転と深夜の運転で不足した熱量の運転とに分けて算出し、積算することで予測電力量と予測料金とを算出する。また、予測運転結果算出部１１５ｂは、予測電力量に対する深夜の電力量の割合である深夜電力割合を算出する。

具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、図８に示された初期運転パターンデータ１２４について、予測電力量と深夜電力割合と予測料金とを算出し、初期運転結果データ１２６を更新する。

図１０は、初期運転結果データ１２６の一例を示す図である。

同図に示すように、初期運転結果データ１２６は、初期運転パターン及び予測運転結果などからなる。初期運転パターンは、初期運転パターンデータ１２４の初期運転パターンである。予測運転結果は、初期運転パターンから算出された予測電力量と深夜電力割合と予測料金である。

また、同様に、予測運転結果算出部１１５ｂは、図１１に示された予測運転結果データ１２７から運転パターンを取得し、予測電力量と深夜電力割合と予測料金とを算出する。

また、さらに具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、機器効率比率データ１２５を用いて、予測電力量と深夜電力割合と予測料金とを算出する。

図９Ａ〜図９Ｃは、機器効率比率データ１２５の一例を示す図である。

機器効率比率データ１２５は、外気温機器効率比率データ１２５ａ、水温機器効率比率データ１２５ｂ、及び沸き上げ温度機器効率比率データ１２５ｃからなる。

図９Ａは、外気温によるヒートポンプ２０２のエネルギー効率の比率を示す外気温機器効率比率データ１２５ａの一例を示す図である。同図に示すように、外気温機器効率比率データ１２５ａは、外気温、及び外気温に対するヒートポンプ２０２のエネルギー効率である外気温機器効率比率などからなる。

図９Ｂは、水温によるヒートポンプ２０２のエネルギー効率の比率を示す水温機器効率比率データ１２５ｂの一例を示す図である。同図に示すように、水温機器効率比率データ１２５ｂは、水温、及び水温に対するヒートポンプ２０２のエネルギー効率である水温機器効率比率などからなる。

図９Ｃは、沸き上げ温度によるヒートポンプ２０２のエネルギー効率の比率を示す沸き上げ温度機器効率比率データ１２５ｃの一例を示す図である。同図に示すように、沸き上げ温度機器効率比率データ１２５ｃは、沸き上げ温度、及び沸き上げ温度に対するヒートポンプ２０２のエネルギー効率である沸き上げ温度機器効率比率などからなる。

図３に戻り、最適運転パターン特定部１１７は、運転パターン蓄積部１１６に蓄積された運転パターンそれぞれでの予測料金ごとに、予測料金が低いほど高い評価を示す指数から運転評価値を算出することによって、運転評価値が最大の運転パターンを最適運転パターンとして特定する。最適運転パターン特定部１１７は、さらに、運転パターン蓄積部１１６に蓄積された運転パターンのそれぞれに対応する予測電力量及び予測料金毎に、予測料金が低いほど、かつ予測電力量が低いほど、高い評価を示す運転評価値を算出することによって、運転評価値が最大となる最適運転パターンを特定する。

本実施の形態では、まず、最適運転パターン特定部１１７は、演算部１１５から予測電力量及び予測料金を取得する。さらに、最適運転パターン特定部１１７は、入力部１０３から希望する給湯装置の消費電力量と料金との関係を示す運転評価方法を取得する。そして、最適運転パターン特定部１１７は、運転評価方法に対して運転評価値を算出し、運転評価値が最大となる運転である最適運転パターンを特定する。

具体的には、最適運転パターン特定部１１７は、予測料金が低いほど値が大きくなる料金指数と、予測電力量が低いほど値が大きくなる電力量指数とを算出し、和が一定値となるように定められた料金係数と電力量係数とをそれぞれに乗じて加えることで得られる値を運転評価値として算出した最適運転結果データ１２８から、最適運転パターンを特定する。

図１２は、最適運転結果データ１２８の一例を示す図である。

同図に示すように、最適運転結果データ１２８は、運転パターン、予測料金、料金指数、予測電力量、電力量指数、及び運転評価値などからなる。また、運転評価値は、料金係数と電力量係数とから算出され、運転評価値が最大の運転パターンが、最適運転パターンとして特定される。

図３に戻り、運転指令部１１８は、特定された最適運転パターンに従って、需要家に給湯するために貯湯タンク２０１に湯を貯めるように、湯を沸き上げる沸き上げ指令を行う。つまり、運転指令部１１８は、貯湯タンク２０１に貯湯されている湯の温度から、最適運転パターンに従って、湯を沸き上げる温度の指令と沸き上げる運転の開始または停止の指令とを給湯部２００に行う。具体的には、運転指令部１１８は、最適運転結果データ１２８から最適運転パターンを、給湯部２００から温度センサ情報を取得する。そして、運転指令部１１８は、取得した温度センサ情報と現在の時刻の関係が、最適運転パターンに従った所定の値に達した時点で、給湯部２００に運転の「開始」または「停止」の指令と、給湯部２００が沸き上げるお湯の温度である沸き上げ温度の指令とを、給湯部２００に行う。

このように、給湯部２００は、運転指令部１１８から沸き上げ指令を取得し、沸き上げ開始である場合には、沸き上げ温度により沸き上げを行い、沸き上げ停止である場合には運転を行わない。以上の処理により、貯湯タンク２０１に蓄熱が行われ、給湯部２００は、需要家の指示に従って需要家に給湯を行う。

以下、貯湯式給湯装置１０における動作の一例についてフローチャートを用いて説明する。

図１３〜図１８は、本実施の形態における貯湯式給湯装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。

前提として、貯湯式給湯装置１０は、７日間以上運転を行っている。そして、蓄積部１１１は、１時間単位でその１時間に需要家で使用された給湯負荷と、外気温及び水温のそれぞれの１時間の平均値とを、それぞれ最後の７日間分の負荷データ１２１ａ、外気温データ１２１ｃ及び水温データ１２１ｄとして、蓄積データ１２１に蓄積している。本実施の形態では、当日の２３時から翌日の２３時までを１日とみなす。

また、温度分布算出部１１４が１分毎にタンク内温度分布データ１２３を更新している。このため、演算部１１５は、タンク内温度分布データ１２３から、当日の２３時の時点でタンク内の温度分布を取得可能である。

図１３に示すように、まず、予測負荷算出部１１２は翌日２４時間の給湯負荷を予測する（Ｓ１０２）。具体的には、まず、予測負荷算出部１１２は、蓄積部１１１から、過去７日間の１時間単位の給湯負荷である負荷データ１２１ａを取得する。次に、予測負荷算出部１１２は、負荷データ１２１ａの各日の２４時間の給湯負荷を積算し、１日積算値を７日分算出する。次に、予測負荷算出部１１２は、７日分のデータの平均値と標準偏差とを算出する。予測負荷は以下の式１で算出される。

これは、家庭の給湯負荷の１日積算値が正規分布すると仮定した場合に、予測負荷を越えた給湯負荷の１日積算値が起こる可能性が非常に低い値に相当するよう算出している。よって、予測負荷は当日に発生すると予測される給湯負荷の最大値に相当する。

次に、予測温度算出部１１３は、翌日２４時間の外気温及び水温を予測する（Ｓ１０４）。具体的には、まず、予測温度算出部１１３は、蓄積部１１１の蓄積データ１２１から過去７日間の１時間単位の外気温及び水温の平均値である外気温データ１２１ｃ及び水温データ１２１ｄを取得する。そして、予測温度算出部１１３は、外気温データ１２１ｃのうち、２３時の外気温の値の７日間の平均値を算出し、２３時の予測外気温とする。ここで、２３時の値とは、２３時〜翌０時までの平均値を意味する（以下、同様）。また、予測温度算出部１１３は、翌０時から翌２２時までの各時間に対しても同様の処理を行い、予測外気温を算出する。また、予測温度算出部１１３は、水温に対しても、同じ時刻の水温の値７日間の平均値を算出し、予測水温を算出する。このようにして、予測温度算出部１１３は、予測外気温データ１２２ａ及び予測水温データ１２２ｂを含む予測温度データ１２２を算出する。

次に、運転パターン蓄積部１１６は、運転パターンと予測運転結果とを予測運転結果データ１２７に蓄積する（Ｓ１０６）。演算部１１５は、運転パターン蓄積部１１６に運転パターンを追加し、予測運転結果を算出する。これにより、運転パターン蓄積部１１６は、追加された運転パターンと算出された予測運転結果とを予測運転結果データ１２７に蓄積する。運転パターン蓄積部１１６が予測運転結果データ１２７に蓄積する処理（Ｓ１０６）の詳細については、後述する。

ここで、運転パターンは、沸き上げ温度、沸き上げ停止温度、深夜沸き上げ熱量、及び不足沸き上げ時間の４つの値で構成される。沸き上げ温度は、翌日１日固定の値で、ヒートポンプ２０２で沸き上げる温度である。また、沸き上げ停止温度は、深夜料金帯の開始時刻である２３時から沸き上げ温度で沸き上げた場合に、温度センサ情報のうち、貯湯タンク２０１最下部の温度がこの値になった時に沸き上げを停止する温度であり、４０度以上の値が５度刻みで設定される。また、深夜沸き上げ熱量は、深夜沸き上げでヒートポンプ２０２が沸き上げる熱量である。

また、不足沸き上げ時間は、予測負荷に対して深夜料金帯での沸き上げで湯切れが起こる場合に、深夜料金帯での沸き上げからの不足分を夕方料金帯で沸き上げることが可能な合計時間である。

深夜料金帯での沸き上げからの不足分については、夕方料金帯で所定の位置の温度センサ情報が所定の値になった場合に、運転パターンにおける沸き上げ温度で沸き上げが開始される。また、所定の位置の温度センサ情報が所定の値となった場合、もしくは夕方料金帯での沸き上げの合計時間が不足沸き上げ時間を超過した場合に沸き上げが停止する。

本実施の形態では、貯湯タンク２０１のタンク上部から３００Ｌの位置の温度が水温となった場合に沸き上げが開始され、タンク最下部（タンク上部から４００Ｌ）の位置の温度が水温以上となった場合に沸き上げが停止される。これにより、貯湯タンク２０１内は上部ほど高温なため、深夜料金帯での沸き上げからの不足分の沸き上げを行う際にヒートポンプ２０２への入水の温度は水温と同一となる。

次に、最適運転パターン特定部１１７は、最適運転パターンを特定する（Ｓ１０８）。最適運転パターン特定部１１７は、運転評価方法に従って運転評価値を算出し、運転評価値が最大となる運転パターンである最適運転パターンを算出する。まず、最適運転パターン特定部１１７は、予測運転結果データ１２７から運転パターンごとの予測電力量と予測料金とを取得する。また、最適運転パターン特定部１１７は、入力部１０３などを介して、需要家が希望する貯湯式給湯装置１０の消費電力量と電力合計料金との関係である運転評価方法を取得する。次に、最適運転パターン特定部１１７は、料金指数、電力量指数を算出する。

まず、最適運転パターン特定部１１７は、予測運転結果データ１２７のうち全ての運転パターンの予測料金の中から、最小の予測料金と最大の予測料金とを取得する。そして、最適運転パターン特定部１１７は、最小の予測料金の料金指数を１００、最大の予測料金の料金指数を０として分布させた場合の、各予測料金の料金指数を全ての予測料金に対して算出する。

また、最適運転パターン特定部１１７は、予測運転結果データ１２７のうち全ての運転パターンの予測電力量の中から、最小の予測電力量と最大の予測電力量とを取得する。そして、最適運転パターン特定部１１７は、最小の予測電力量の電力量指数を１００、最大の予測電力量の電力量指数を０として分布させた場合の、各予測電力量の電力量指数を全ての予測電力量に対して算出する。

次に、最適運転パターン特定部１１７は、各運転評価方法に対して運転評価値を算出する。運転評価方法は、リモコンなどから入力部１０３を介して需要家が直接入力した値、もしくは固定であらかじめ入力されている値であり、[料金係数：電力量係数]の２つの値により構成される。料金係数と電力量係数とは、和が１となるように、０〜１の範囲で設定される。この運転評価方法に基づき、以下の式２で運転評価値が算出される。

ここで、運転評価値は０〜１００の範囲の値であり、全ての予測運転結果データ１２７の運転パターンに対して算出される。

そして、最適運転パターン特定部１１７は、算出された運転評価値が最大となる運転パターンを最適運転パターンとして特定する。

具体的には、図１２に示したように、最適運転パターン特定部１１７は、予測料金から料金指数を、予測電力量から電力量指数を求め、式２に従って運転評価値を求めている。ここでは、運転評価方法として［１．０：０．０］、［０．８：０．２］、［０．５：０．５］、［０．２：０．８］、［０．０：１．０］とした。この結果、運転評価値が最大となる運転パターンは、順に１，２，８，１３，１６と異なる結果となり、例えば運転評価方法が［１．０：０．０］の場合、最適運転パターン特定部１１７は、運転パターン１を最適運転パターンとして特定する。

以上のように、運転評価方法を指定することで、料金を重視するか、電力量を重視するかを指定することが可能となり、それに応じて、最適運転パターンも異なる結果を得ることができる。すなわち、よりユーザの志向に合わせた運転を選択することが可能となる。

次に、運転指令部１１８は、最適運転パターン特定部１１７で特定された最適運転パターンに従い、運転指令を行う（Ｓ１１０）。まず、運転指令部１１８は、最適運転結果データ１２８から最適運転パターンを取得し、給湯部２００から温度センサ情報を取得し、１分毎に沸き上げが必要かの判定を行う。

運転指令部１１８は、現在時刻の電力料金帯が深夜料金帯の場合には、温度センサ情報のタンク最下部の温度が最適運転パターンの沸き上げ停止温度以下である場合に、最適運転パターンの沸き上げ温度で「運転」の沸き上げ指令を行う。また、運転指令部１１８は、沸き上げ停止温度に達した時点で、「停止」の沸き上げ指令を行う。

また、運転指令部１１８は、現在時刻の電力料金帯が夕方料金帯の場合には、最適運転パターンの不足沸き上げ時間の間、「運転」の沸き上げ指令を行う。

以上の処理により、貯湯式給湯装置１０の運転計画処理が終了する。

次に、運転パターン蓄積部１１６が運転パターンと予測運転結果とを予測運転結果データ１２７に蓄積する処理（図１３のＳ１０６）を説明する。

図１４は、運転パターン蓄積部１１６が予測運転結果データ１２７に蓄積する処理（図１３のＳ１０６）の詳細を示すフローチャートである。

まず、演算部１１５は、運転初期情報を取得する（Ｓ２０２）。具体的には、演算部１１５は、予測負荷算出部１１２が算出した予測負荷を取得する。そして、演算部１１５は、予測温度算出部１１３が算出した予測温度データ１２２の予測外気温データ１２２ａと予測水温データ１２２ｂとから予測外気温及び予測水温を取得する。また、演算部１１５は、温度分布算出部１１４が算出したタンク内温度分布データ１２３からタンク内温度分布を取得する。本実施の形態では、演算部１１５は、３５，０００ｋｃａｌの予測負荷を取得し、残りの情報については図５及び図６に示されたような予測温度データ１２２及びタンク内温度分布データ１２３が取得されたものとして、以下説明する。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、初期運転パターンデータ１２４を算出する（Ｓ２０４）。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、各沸き上げ温度で最も深夜電力割合が高くなる運転パターンを初期運転パターンとして算出することで、初期運転パターンデータ１２４を算出する。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、初期運転パターンデータ１２４の初期運転パターンに対する予測運転結果を算出する（Ｓ２０６）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、初期運転パターンデータ１２４から初期運転パターンを取得し、予測電力量と予測料金と深夜電力割合とを算出する。そして、予測運転結果算出部１１５ｂは、初期運転結果データ１２６を更新する。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、運転結果算出の状態を初期化する（Ｓ２０８）。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、予測運転結果データ１２７を初期化する。ここで、予測運転結果データ１２７が初期化された状態とは、沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度９０度の運転パターン（図１１での予測運転結果データ１２７の運転パターン１）が追加されている状態である。

次に、全ての運転パターンについて、以下の処理（Ｓ２１２、Ｓ２１４）が行われる（Ｓ２１０、Ｓ２１６）。

まず、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンを追加する（Ｓ２１２）。運転パターン蓄積部１１６は、追加された運転パターンを予測運転結果データ１２７に蓄積する。運転パターンの追加の処理（Ｓ２１２）の詳細については、後述する。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、追加された運転パターンでの予測運転結果を算出する（Ｓ２１４）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、予測運転結果データ１２７から運転パターンを取得し、運転パターンに対する予測運転結果を算出する。この予測運転結果を算出する処理は、初期運転パターンに対する予測運転結果を算出する処理（Ｓ２０６）と同様である。運転パターン蓄積部１１６は、算出された運転パターンごとの予測運転結果を予測運転結果データ１２７に蓄積する。

そして、全ての運転パターンについて、運転パターン追加部１１５ａが運転パターンを追加し（Ｓ２１２）、予測運転結果算出部１１５ｂが予測運転結果を算出して（Ｓ２１４）、運転パターン蓄積部１１６が予測運転結果データ１２７に蓄積すれば、運転パターン蓄積部１１６が予測運転結果データ１２７に蓄積する処理（図１３のＳ１０６）が終了する（Ｓ２１０〜Ｓ２１６）。

具体的には、運転パターンの追加（Ｓ２１２）と各運転パターンでの予測運転結果の算出（Ｓ２１４）が繰り返され、運転パターンが沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度４０度となるまで処理されると、運転パターン蓄積部１１６が予測運転結果データ１２７に蓄積する処理（図１３のＳ１０６）が終了する。

次に、運転パターン追加部１１５ａが初期運転パターンデータ１２４を算出する処理（図１４のＳ２０４）を説明する。

図１５は、初期運転パターンデータ１２４の算出の処理（図１４のＳ２０４）の詳細を示すフローチャートである。

まず、運転パターン追加部１１５ａは、沸き上げ温度毎の運転パターンの沸き上げ停止温度を算出する（Ｓ３０２）。運転パターン追加部１１５ａは、６０度、７０度、８０度、９０度の各沸き上げ温度に対して同じ温度を沸き上げ停止温度として算出する。これは、各沸き上げ温度で深夜に最も多く蓄熱した運転パターンとなる。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、タンク内温度分布データ１２３から、沸き上げ停止温度に対する深夜沸き上げ流量を算出する（Ｓ３０４）。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、タンク内温度分布データ１２３のタンク内温度分布から、タンク内の温度が沸き上げ停止温度と等しい位置からタンク最下部までの流量を深夜沸き上げ流量として算出する。例えば、タンク内温度分布が図６に示されたタンク内温度分布データ１２３の温度分布である場合、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンに対しては、タンク内温度分布の６０度以下の流量である２２０Ｌが深夜沸き上げ流量として算出される。同様に、深夜沸き上げ流量は、沸き上げ温度７０度、沸き上げ停止温度７０度の運転パターンに対しては３１０Ｌ、沸き上げ温度８０度、沸き上げ停止温度８０度の運転パターンに対しては３７０Ｌ、沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度９０度の運転パターンに対しては４００Ｌと算出される。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、各運転パターンでの深夜沸き上げ停止時点のタンク内熱量を算出する（Ｓ３０６）。各運転パターンでの深夜沸き上げ停止時点のタンク内熱量は以下の式３で算出される。

深夜沸き上げ停止時点のタンク内熱量は、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、６０度以上の流量に相当する１８０Ｌ分の熱量を１５,０００ｋｃａｌとすると、以下の式４で算出される。

同様に、他の運転パターンに対しても深夜沸き上げ停止時点のタンク内熱量が算出される。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、深夜沸き上げ熱量を算出する（Ｓ３０８）。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンの深夜沸き上げで深夜料金帯に沸き上げる熱量を深夜沸き上げ熱量として算出する。深夜沸き上げ熱量は以下の式５で算出される。

つまり、運転パターン追加部１１５ａは、深夜沸き上げの開始時点の貯湯タンク２０１内熱量をタンク内温度分布から算出し、深夜沸き上げ開始時点のタンク内熱量と深夜沸き上げ停止時点のタンク内熱量との差から、深夜沸き上げ熱量を算出している。

本実施の形態では、タンク内温度分布の熱量は２０，０００ｋｃａｌとする。深夜沸き上げ熱量は、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、以下の式６で算出される。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、各運転パターンに対して、深夜沸き上げで不足する熱量である不足熱量を算出する（Ｓ３１０）。不足熱量は以下の式７で算出される。

放熱係数は、昼間料金帯の最初の時刻から夕方料金帯の最初の時刻の間に放熱する貯湯タンク２０１のタンク内熱量の割合であり、予測外気温により算出される。本実施の形態では、タンク内熱量のうち１０％が放熱されるとし、放熱係数を９０％に相当する０.９とする。

不足熱量は、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、以下の式８で算出される。

同様に、他の運転パターンに対しても不足熱量が算出される。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、不足沸き上げ時間を算出する（Ｓ３１２）。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、不足熱量のうちヒートポンプ２０２で沸き上げる必要のある熱量を、ヒートポンプ２０２が１時間当たりに沸き上げる熱量である４，０００ｋｃａｌで除した値を不足沸き上げ時間として算出する。不足沸き上げ時間は以下の式９で算出される。ただし、不足沸き上げ時間が０以下となった場合には不足沸き上げ時間は０とする。

この式により、不足熱量のうち、ヒートポンプ２０２で沸き上げる必要のある熱量は、ヒートポンプ２０２への入水温の持っている熱量を除いたものであり、その熱量を沸き上げる時間を算出することができる。不足沸き上げの際にヒートポンプ２０２に入水する温度は、前述の通り水温と等しいので、予測水温のうち、不足沸き上げの動作する夕方料金帯の平均水温をヒートポンプ２０２に入水する温度とする。本実施の形態では、夕方料金帯平均水温を１０度とする。

不足沸き上げ時間は、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、以下の式１０で算出される。

同様に、他の運転パターンに対しても不足沸き上げ時間が算出される。

この結果、運転パターンを構成する、沸き上げ温度、沸き上げ停止温度、不足沸き上げ時間が算出され、運転パターンが４つ算出される。これにより、図８に示されたような初期運転パターンデータ１２４が算出される。

以上の処理により、初期運転パターンデータ１２４の算出の処理（図１４のＳ２０４）が終了する。

このようにして、運転パターン追加部１１５ａは、沸き上げ温度と沸き上げ停止温度と予測負荷と予測外気温と予測水温とタンク内温度分布とから、不足沸き上げ時間を算出する。つまり、運転パターン追加部１１５ａは、沸き上げ温度と沸き上げ停止温度とタンク内温度分布とから、深夜沸き上げ停止時点のタンク内熱量を算出し、予測外気温から放熱係数を算出する。そして、運転パターン追加部１１５ａは、予測負荷から深夜沸き上げ停止時点のタンク内熱量と放熱係数とを乗じた値を減じて、不足熱量を算出する。そして、運転パターン追加部１１５ａは、沸き上げ温度から予測水温を減じた値を沸き上げ温度で除して不足熱量を乗じた値から、不足沸き上げ時間を算出する。また、運転パターン追加部１１５ａは、深夜沸き上げ停止時点のタンク内熱量から、タンク内温度分布を用いて算出されるタンク内温度分布の熱量を減ずることで、深夜沸き上げ熱量を算出する。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂが予測運転結果を算出する処理（図１４のＳ２０６、Ｓ２１４）を説明する。

図１６は、予測運転結果の算出の処理（図１４のＳ２０６、Ｓ２１４）の詳細を示すフローチャートである。

まず、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜平均入水温度を算出する（Ｓ４０２）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜料金帯の沸き上げ時に想定される入水温度の平均値を深夜平均入水温度として算出する。深夜平均入水温度は、タンク内温度分布のうち、前述の深夜沸き上げ流量の部分の平均温度で算出される。

深夜平均入水温度は、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、深夜沸き上げ流量２２０Ｌのため、タンク内温度分布のタンク最下部から２２０Ｌまでの各温度と、その温度の流量を乗算し、全ての値を加算し、その値を２２０で除算した値で算出される。例えば、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、深夜平均入水温度は４０度とする。

同様に、他の運転パターンに対しても深夜平均入水温度が算出される。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜沸き上げ効率を算出する（S４０４）。具体的には、深夜沸き上げ効率は、外気温機器効率比率データ１２５ａの外気温機器効率比率、水温機器効率比率データ１２５ｂの水温機器効率比率、及び沸き上げ温度機器効率比率データ１２５ｃの沸き上げ温度機器効率比率から、以下の式１１を用いて各運転パターン毎に算出される。

外気温機器効率比率は、同じ水温かつ同じ沸き上げ温度である場合の、外気温に対する機器効率を示す。つまり、同じ水温かつ同じ沸き上げ温度において定格を１００％とした場合に、外気温機器効率比率は、外気温によって定格が何％になるかを示す。同様に、水温機器効率比率は、同じ外気温かつ同じ沸き上げ温度である場合の、水温に対する機器効率を示す。沸き上げ温度機器効率比率は、同じ外気温かつ同じ水温である場合の、沸き上げ温度に対する機器効率を示す。なお、外気温、水温及び沸き上げ温度が機器効率比率データ１２５にない値の場合は、按分値を利用する。

また、外気温機器効率比率を算出するための外気温は、深夜料金帯の平均気温であり、水温機器効率比率を算出するための水温は、各運転パターンの深夜平均入水温度であり、沸き上げ温度機器効率比率を算出するための沸き上げ温度は、各運転パターンの沸き上げ温度である。

具体的には、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、水温機器効率比率を算出するための水温は４０度であり、沸き上げ温度機器効率を算出するための沸き上げ温度は６０度である。例えば、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、深夜沸き上げ効率は、４.００とする。

同様に、他の運転パターンに対しても深夜沸き上げ効率が算出される。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜電力量を算出する（Ｓ４０６）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜沸き上げ熱量を沸き上げるのに必要な電力量を深夜電力量として算出する。深夜電力量は以下の式１２で算出される。

沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、以下の式１３で深夜電力量が算出される。

同様に、他の運転パターンに対しても深夜電力量が算出される。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、不足沸き上げ効率を算出する（Ｓ４０８）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、不足沸き上げの状態に対して深夜沸き上げ効率の算出と同様の処理で算出した効率の値を不足沸き上げ効率として算出する。

沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、水温機器効率比率を算出するための水温は夕方料金帯の平均水温であり、沸き上げ温度機器効率比率を算出するための沸き上げ温度は６０度である。例えば、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、不足沸き上げ効率は、５.００とする。

同様に、他の運転パターンに対しても不足沸き上げ効率が算出される。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、不足沸き上げ電力量を算出する（Ｓ４１０）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、不足沸き上げで沸き上げる熱量を沸き上げるのに必要な電力量を不足沸き上げ電力量として算出する。不足電力量は以下の式１４で算出される。

不足沸き上げ時間にヒートポンプ２０２が１時間当たりに沸き上げる熱量を乗算することで、不足沸き上げで沸き上げる熱量が算出され、その値を不足沸き上げ効率で除算することで不足沸き上げ電力量が算出される。

沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、以下の式１５で深夜電力量が算出される。

同様に、他の運転パターンに対しても深夜電力量が算出される。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、予測電力量を算出する（Ｓ４１２）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜電力量と不足沸き上げ電力量の加算した値を予測電力量として算出する。沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、以下の式１６で予測電力量が算出される。

同様に、他の運転パターンに対しても予測電力量が算出される。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、予測料金を算出する（Ｓ４１４）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜料金帯での沸き上げと夕方料金帯での不足沸き上げとで消費される電力量に必要な料金を予測料金として算出する。予測料金は、以下の式１７で算出される。

本実施の形態では、深夜料金帯単価は０.００７円/ｋｃａｌ、夕方料金帯単価は０.０２円/ｋｃａｌとすると、沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、以下の式１８で予測料金が算出される。

同様に、他の運転パターンに対しても予測料金が算出される。

次に、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜電力割合を算出する（Ｓ４１６）。具体的には、予測運転結果算出部１１５ｂは、予測電力量に対する深夜電力量の割合を深夜電力割合として算出する。沸き上げ温度６０度、沸き上げ停止温度６０度の運転パターンでは、以下の式１９で予測料金が算出される。

同様に、他の運転パターンに対しても深夜電力割合が算出される。以上の一連の処理により、図１０に示された初期運転結果データ１２６及び図１１に示された予測運転結果データ１２７の予測運転結果が算出される。

以上の処理により、予測運転結果の算出の処理（図１４のＳ２０６、Ｓ２１４）が終了する。

このようにして、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜沸き上げ熱量と不足沸き上げ時間とから、予測電力量と深夜電力割合と予測料金とを算出する。つまり、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜沸き上げ熱量を深夜沸き上げ効率で除することで深夜電力量を算出する。そして、予測運転結果算出部１１５ｂは、不足沸き上げ時間を不足沸き上げ効率で除した値から、不足沸き上げ電力量を算出する。そして、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜電力量に不足沸き上げ電力量を加算して、予測電力量を算出する。また、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜電力量及び不足沸き上げ電力量のそれぞれに深夜料金帯単価及び夕方料金帯単価を乗じた値を加算して、予測料金を算出する。また、予測運転結果算出部１１５ｂは、深夜電力量を予測電力量で除して深夜電力割合を算出する。

次に、運転パターン追加部１１５ａが運転パターンを追加する処理（図１４のＳ２１２）を説明する。

図１７は、運転パターンの追加の処理（図１４のＳ２１２）の詳細を示すフローチャートである。

まず、運転パターン追加部１１５ａは、予測運転結果データ１２７から、予測電力量と深夜電力割合とを取得し、深夜電力割合が比較深夜電力割合以下か否かを判定する（Ｓ５０２）。深夜比較電力割合は、予測運転結果データ１２７に蓄積されている運転パターンに含まれる沸き上げ温度のうち、最小の値のものの、さらに１段階下の沸き上げ温度の初期運転パターンでの予測運転結果の深夜電力割合である。

運転パターン追加部１１５ａは、深夜電力割合が比較深夜電力割合以下であると判定した場合（Ｓ５０２でＹＥＳ）には、当該最小の沸き上げ温度よりも１段階下の沸き上げ温度の運転パターンを追加する（Ｓ５０４）。また、運転パターン追加部１１５ａは、深夜電力割合が比較深夜電力割合以下でないと判定した場合（Ｓ５０２でＮＯ）には、予測運転結果データ１２７に蓄積された運転パターンに沸き上げ温度が複数あるか否かを判定する（Ｓ５０６）。

現在、予測運転結果データ１２７に蓄積されている運転パターンは、沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度９０度の運転パターン１であるとする。この場合、沸き上げ温度８０度の初期運転パターンの予測運転結果の深夜電力割合である０.８が比較深夜電力割合となる。

沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度９０度の運転パターン１での深夜電力割合は、初期運転結果データ１２６から０.９５であるため、運転パターン追加部１１５ａは、深夜電力割合は比較深夜電力割合以下ではないと判定し（Ｓ５０２でＮＯ）、次の処理（Ｓ５０６）が行われる。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、予測運転結果データ１２７に蓄積された運転パターンに沸き上げ温度が複数あるか否かを判定する（Ｓ５０６）。運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンに沸き上げ温度が複数あると判定した場合（Ｓ５０６でＹＥＳ）には、運転パターンの中で高い沸き上げ温度の予測電力量が低い沸き上げ温度の予測電力量以上か否かを判定する（Ｓ５０８）。また、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンに沸き上げ温度が複数ないと判定した場合（Ｓ５０８でＮＯ）には、運転パターンの各沸き上げ温度の沸き上げ停止温度を１段階減少させる（Ｓ５１２）。

現在、予測運転結果データ１２７に蓄積された運転パターンは、沸き上げ温度９０度のみのため、運転パターン追加部１１５ａは、沸き上げ温度が複数ないと判定し（Ｓ５０６でＮＯ）、次の処理（Ｓ５１２）が行われる。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンの各沸き上げ温度の沸き上げ停止温度を１段階減少させた運転パターンを、予測運転結果データ１２７に追加する（Ｓ５１２）。沸き上げ停止温度は前述の通り、４０度以上の５度刻みである。

現在、予測運転結果データ１２７に蓄積された運転パターンは、沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度９０度の運転パターン１のため、本処理により、沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度８５度の運転パターンが予測運転結果データ１２７に追加される。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、不足沸き上げ時間を算出する（Ｓ５１４）。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンの各沸き上げ温度及び沸き上げ停止温度の組み合わせに対して、湯切れが起こらない不足沸き上げ時間を算出する。不足沸き上げ時間の算出の処理（Ｓ５１４）の詳細については、後述する。

ここで、沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度８５度の運転パターンに対して、不足沸き上げ時間が０.３、深夜沸き上げ熱量が１５，５００ｋｃａｌと算出されたとする。

以上の処理により、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターン蓄積部１１６に運転パターン２を追加することで、予測運転結果データ１２７に運転パターン２が蓄積される。

以上のようにして、運転パターン追加部１１５ａは、所定の沸き上げ温度と異なる沸き上げ温度で沸き上げて所定の沸き上げ停止温度で沸き上げを停止する運転パターンでの深夜電力割合を比較深夜電力割合とし、所定の沸き上げ温度で沸き上げる運転パターンのうち深夜電力割合が比較深夜電力割合よりも大きい沸き上げ停止温度の運転パターンを運転パターン蓄積部１１６に追加する。

次に、予測運転結果データ１２７に蓄積されている運転パターンは、図１１に示された予測運転結果データ１２７の運転パターン１〜４であるとする。この場合、比較深夜電力割合は０．８である。運転パターン追加部１１５ａは、深夜電力割合が比較深夜電力割合以下か否かを判定する（Ｓ５０２）。

ここで、沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度７５度の運転パターン４の深夜電力割合は０.７９である。比較深夜電力割合は０.８であるため、運転パターン追加部１１５ａは、深夜電力割合が比較電力割合以下であると判定する（Ｓ５０２のＹＥＳ）。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、現在の最小の沸き上げ温度よりも１段階下の沸き上げ温度の運転パターンを追加する（Ｓ５０４）。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、予測運転結果データ１２７に蓄積されている運転パターンの各沸き上げ温度のうち最小値を算出し、その１段階下の沸き上げ温度及び沸き上げ停止温度が沸き上げ温度と等しい運転パターンを予測運転結果データ１２７に追加する。

現在の運転パターンの沸き上げ温度の最小値は９０度で、前述の通り沸き上げ温度は１０度刻みのため、沸き上げ温度８０度、沸き上げ停止温度８０度の運転パターンが予測運転結果データ１２７に追加される。運転パターン追加部１１５ａは、初期運転結果データ１２６から、運転パターン５を運転パターン蓄積部１１６に追加することで、予測運転結果データ１２７に運転パターン５が蓄積される。

このようにして、運転パターン追加部１１５ａは、さらに、沸き上げ停止温度を変化することで所定の沸き上げ温度で沸き上げる運転パターンでの深夜電力割合が比較深夜電力割合以下になる場合に、異なる沸き上げ温度で沸き上げて所定の沸き上げ停止温度で沸き上げを停止する運転パターンを運転パターン蓄積部１１６に追加する。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンに沸き上げ温度が複数あるか否かを判定する（Ｓ５０６）。現在の予測運転結果データ１２７に蓄積されている運転パターンには沸き上げ温度９０度と８０度が含まれているため、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンに沸き上げ温度が複数あると判定する（Ｓ５０６でＹＥＳ）。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、電力量が高く深夜電力割合が低い運転パターンがあるか否かを判定する（Ｓ５０８）。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、予測運転結果データ１２７に蓄積されている各沸き上げ温度の運転パターンでの深夜電力割合及び予測電力量と、当該沸き上げ温度より１段階下の沸き上げ温度の運転パターンでの深夜電力割合及び予測電力量とを比較する。ここでは、沸き上げ温度９０度の運転パターン１〜４と沸き上げ温度８０度の運転パターン５とで、深夜電力割合及び予測電力量が比較される。そして、運転パターン追加部１１５ａは、１段階違う沸き上げ温度の運転パターンのうち、高い沸き上げ温度の運転パターンでの深夜電力割合が低く、かつ高い沸き上げ温度の運転パターンでの予測電力量が高い組み合わせがあるか否かを判定する。

電力料金帯により深夜電力割合で電力料金の平均単価が決定し、深夜電力割合が高い方が平均単価が安いため、深夜電力割合が低く、消費電力量が高い運転は、料金も電力量も多いことを意味する。

運転パターン追加部１１５ａは、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転があると判定した場合（Ｓ５０８でＹＥＳ）、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転パターンの沸き上げ温度の追加を停止する（Ｓ５１０）。また、運転パターン追加部１１５ａは、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転がないと判定した場合（Ｓ５０８でＮＯ）、各沸き上げ温度の沸き上げ停止温度を１段階減少させた運転パターンを追加する（Ｓ５１２）。

現在、沸き上げ温度８０度の運転パターンは運転パターン５のみであり、予測運転結果は、予測電力量が４，７００ｋｃａｌで、深夜電力割合は０.８である。沸き上げ温度９０度の運転パターン１〜４での予測運転結果のうち予測電力量が４，７００ｋｃａｌより高く、かつ深夜電力割合が０.８より低いものはないため、運転パターン追加部１１５ａは、電力量が高く深夜電力割合が低い運転がないと判定する（Ｓ５０８でＮＯ）。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンの各沸き上げ温度の沸き上げ停止温度を１段階減少（Ｓ５１２）させ、不足沸き上げ時間を算出する（Ｓ５１４）。そして、運転パターン追加部１１５ａは、当該沸き上げ温度及び沸き上げ停止温度の運転パターンを追加することで、運転パターンの追加の処理（図１４のＳ２１２）が終了する。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターン６、７を運転パターン蓄積部１１６に追加することで、予測運転結果データ１２７に運転パターン６、７が蓄積される。

このようにして、運転パターン追加部１１５ａは、さらに、運転パターン蓄積部１１６に蓄積された全ての運転パターンごとでの予測電力量及び深夜電力割合と比べて、所定の沸き上げ温度及び異なる沸き上げ温度で沸き上げる運転パターンのうち、予測電力量が低いか深夜電力割合が高くなる沸き上げ停止温度の運転パターンを運転パターン蓄積部１１６に追加する。

次に、予測運転結果データ１２７に蓄積されている運転パターンは、図１１に示された予測運転結果データ１２７の運転パターン１〜７であるとする。

まず、運転パターン追加部１１５ａは、深夜電力割合が比較深夜電力割合以下か否かを判定する（Ｓ５０２）。現在の沸き上げ温度の最低値は８０度のため、比較深夜電力割合は、初期運転結果データ１２６の予測運転結果の沸き上げ温度７０度の深夜電力割合である０.６５となる。現在の運転パターンの沸き上げ温度８０度の深夜電力割合は０.７５で、比較深夜電力割合０.６５のため、運転パターン追加部１１５ａは、深夜電力割合が比較深夜電力割合以下でないと判定する（Ｓ５０２でＮＯ）。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンに沸き上げ温度が複数あるか否かを判定し（Ｓ５０６）、運転パターンに沸き上げ温度が複数あると判定する（Ｓ５０６のＹＥＳ）。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転があるか否かを判定する（Ｓ５０８）。沸き上げ温度８０度、沸き上げ停止温度７５度の運転パターン７では、予測電力量は４，３００ｋｃａｌで深夜電力割合は０.７５０である。これに対して、沸き上げ温度９０度、沸き上げ停止温度７０度の運転パターン６では、予測電力量が４，４００ｋｃａｌで深夜電力割合は０.７４０であるため、予測電力量が高く深夜電力割合が低い。よって、運転パターン追加部１１５ａは、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転があると判定する（Ｓ５０８のＹＥＳ）。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、高い予測電力量の沸き上げ温度の運転パターンの追加を停止する（Ｓ５１０）。具体的には、予測電力量が高く深夜電力割合が低いと判定された沸き上げ温度では、運転パターンの各沸き上げ温度の停止温度を１段階減少させる処理（Ｓ５１２）が行われなくなる。

現在の場合では、運転パターンの追加が停止される沸き上げ温度として、９０度が該当しているため、沸き上げ温度９０度の運転パターンは以降追加されなくなり、沸き上げ温度８０度の運転パターンのみが追加される。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターンの各沸き上げ温度の深夜停止温度を１段階減少する（Ｓ５１２）。

現在の場合では、前述の通り、沸き上げ温度８０度の運転パターン８のみが追加される。

次に、運転パターン追加部１１５ａは、不足沸き上げ時間を算出する（Ｓ５１４）。そして、運転パターン追加部１１５ａは、当該沸き上げ温度及び沸き上げ停止温度の運転パターンを追加することで、運転パターンの追加の処理（図１４のＳ２１２）が終了する。具体的には、運転パターン追加部１１５ａは、運転パターン８を運転パターン蓄積部１１６に追加することで、予測運転結果データ１２７に運転パターン８が蓄積される。

次に、運転パターン追加部１１５ａが不足沸き上げ時間を算出する処理（図１７のＳ５１４）を説明する。

図１８は、不足沸き上げ時間の算出の処理（Ｓ５１４）の詳細を示すフローチャートである。

ここで、同図に示された各処理（Ｓ６０２〜Ｓ６１０）は、図１５に示された初期運転パターンデータ１２４の算出の処理（図１４のＳ２０４）における深夜沸き上げ流量の算出の処理（Ｓ３０４）〜不足沸き上げ時間の算出の処理（Ｓ３１２）と同様である。したがって、図１８に示された各処理（Ｓ６０２〜Ｓ６１０）の詳細については、省略する。

次に、本実施の形態における効果について説明する。

本実施の形態では、予測運転結果算出部１１５ｂは、沸き上げ温度と沸き上げ停止温度と不足沸き上げ時間とから、予測運転結果である予測電力量と深夜電力割合と予測料金とを算出する。このため、予測運転結果算出部１１５ｂは、少ないパラメータで簡易的に予測運転結果を算出することができ、計算量が少なくなる。

本実施の形態では、予測負荷算出部１１２が当日に発生すると予測される給湯負荷の最大値を予測負荷として算出し、演算部１１５が湯切れがないような運転パターンを蓄積部１１１に蓄積し、最適運転パターン特定部１１７が蓄積された運転パターンの中から運転評価値が最大となる運転パターンを最適運転パターンとして特定している。これにより、給湯負荷が毎日ばらついており過去の履歴から確率的に発生しづらい大きさの給湯負荷を予測する場合でも、湯切れが起こらないような最適運転パターンを特定可能である。

また、本実施の形態では、予測負荷算出部１１２が給湯負荷の予測値を算出し、予測温度算出部１１３が外気温及び水温の予測値を算出することで、放熱量や外気温によるエネルギー効率の時間変化を考慮して、運転評価値が最大となる最適運転パターンが特定されている。これにより、料金のみを重視した評価を行った場合でも、料金単価だけを考慮した運転により、結果的に料金合計が最小とはならないことを避け、料金が最小となる運転パターンを特定することができる。

また、本実施の形態では、温度分布算出部１１４が貯湯タンク２０１のタンク内の温度分布を推定して算出している。このため、温度センサがない箇所のタンク内の温度も考慮した沸き上げ時のヒートポンプ２０２への入水温度を算出可能なため、水温機器効率比率データ１２５ｂからヒートポンプ２０２のエネルギー効率を正確に算出可能である。

また、予測料金に加えて予測電力量が演算結果として算出されることで、最適運転パターン特定部１１７が最適運転パターンを特定する際に、需要家が消費電力量と料金のどちらをどの程度重視するかを選択することが可能となる。例えば、［料金係数：電力量係数］で示される運転評価方法が、［１．０：０．０］である場合には料金が最小となる最適運転パターンが特定され、［０．０：１．０］である場合には消費電力が最小となる最適運転パターンが特定される。また、［０．７：０．３］のような運転評価方法の場合には、料金を優先するが、消費電力量がある程度少ない最適運転パターンが特定される。

また、本実施の形態では、運転パターン追加部１１５ａは、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転パターンがあるか否かを判定し、そのような運転パターンがあった場合には、該当する沸き上げ温度の運転パターンの追加を停止している。この効果について以下に詳細に説明する。

図１９〜図２１は、運転パターン追加部１１５ａが運転パターンの追加を停止する効果を説明する図である。同図は、横軸が深夜電力割合であり、縦軸が予測電力量である。つまり、同図は、運転パターンの深夜電力割合と予測電力量との関係をグラフにして示している。

一般的なヒートポンプ２０２のエネルギー効率は、外気温機器効率比率データ１２５ａ及び水温機器効率比率データ１２５ｂに示されたように、外気温が高いほど高く、水温が低いほど高い。これにより、沸き上げ温度を９０度で固定した運転パターンについて、同一の予測負荷に対して沸き上げ停止温度を変化させた場合には、一般的には深夜電力割合と予測電力量との関係は図１９に示すような変化をする。つまり、深夜電力割合が減少するにつれて、予測電力量も減少する。

このようになる理由は３つあり、１つ目は、夕方に運転する割合が増加した方が、深夜より高い外気温の夕方で運転できるため、ヒートポンプ２０２のエネルギー効率が上昇しているためである。２つ目は、沸き上げ停止温度を１段階下げた場合には、タンク温度分布から算出された深夜平均入水温度が下がることによる深夜沸き上げ効率の上昇である。３つ目は、深夜で沸き上げる熱量が減るため、放熱ロスによる熱量損失が減少し、沸き上げる量そのものの合計が減ることによる予測電力量の減少である。

さらに、異なる沸き上げ温度との関係は図２０に示すようになる。沸き上げ温度が異なる運転パターンの中には、深夜電力割合が重複する運転パターンが発生し、前述の通り深夜電力割合は電力料金単価に比例するため、比較して深夜電力割合が低く、予測電力量が高い運転パターンは、電力量の面でも料金の面でも良い効果はなく、最適運転パターンとなる可能性はない。

上記の効果により、運転パターン追加部１１５ａは、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転パターンがあるか否かを判定し、そのような運転パターンがあった場合には、該当する沸き上げ温度の運転パターンの追加を停止する。このことで、図２１に示すような最適運転パターンとなる可能性がない運転パターンの予測運転結果を算出する計算を省略することができ、計算量が少なくなる。

本発明のかかる構成によれば、使用する電力量を少なくしつつ、少ない計算量で、より安い料金で湯切れを起こす可能性をより低くすることができ、需要家が消費電力量と料金とのいずれを重視した運転を行うかを任意で選択することが可能になる。

以上、本発明の貯湯式給湯装置１０について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、本実施の形態では、運転パターン追加部１１５ａは、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転パターンの追加を停止することとした。しかし、運転パターン追加部１１５ａは、予測電力量が高く深夜電力割合が低い運転パターンが追加されていた場合には、当該運転パターンを削除することにしてもよい。このことにより、最適運転結果データ１２８の運転パターンを少なくすることができ、最適運転パターン特定部１１７が最適運転パターンを特定するための計算量を少なくすることができる。

また、本実施の形態では、運転計画装置１００は、２３時に運転計画を開始することとした。しかし、運転計画装置１００は、運転計画を開始する時刻は２３時の変わりに０時や７時など任意の時刻でよい。また、運転計画装置１００は、運転計画を行う期間を２４時間としたが、２４時間の変わりに１２時間や４８時間など任意の期間でも良い。

また、本実施の形態では、蓄積部１１１がデータを蓄積する期間は７日間であることとしたが、蓄積する期間は７日間には限られず、１ヶ月や１年間のデータを蓄積してもよい。

また、本実施の形態では、予測負荷算出部１１２が予測負荷を算出する方法は、平均と標準偏差を用いることとしたが、平均と標準偏差を用いる方法の変わりに、ニューラルネットや回帰分析など任意の手法でもよい。

本発明は、貯湯タンクに蓄熱を行う貯湯式給湯装置として、例えば、ＣＯ₂ヒートポンプ給湯器や電気温水器などの、電力による給湯部を設けた貯湯式給湯装置、その運転計画装置及び運転計画方法に利用できる。

本実施の形態の貯湯式給湯装置の模式図である。 本実施の形態の運転計画装置の機能構成を示すブロック図である。 プログラム格納部に記憶されているプログラムの機能を説明する図である。 蓄積データの一例を示す図である。 予測温度データの一例を示す図である。 タンク内温度分布データの一例を示す図である。 タンク内温度分布データの温度と位置の関係を説明する図である。 初期運転パターンデータの一例を示す図である。 外気温機器効率比率データの一例を示す図である。 水温機器効率比率データの一例を示す図である。 沸き上げ温度機器効率比率データの一例を示す図である。 初期運転結果データの一例を示す図である。 予測運転結果データの一例を示す図である。 最適運転結果データの一例を示す図である。 本実施の形態における貯湯式給湯装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態における貯湯式給湯装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態における貯湯式給湯装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態における貯湯式給湯装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態における貯湯式給湯装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態における貯湯式給湯装置の動作の一例を示すフローチャートである。 運転パターン追加部が運転パターンの追加を停止する効果を説明する図である。 運転パターン追加部が運転パターンの追加を停止する効果を説明する図である。 運転パターン追加部が運転パターンの追加を停止する効果を説明する図である。

符号の説明

１０ 貯湯式給湯装置
１００ 運転計画装置
１０１ 演算制御部
１０２ 表示部
１０３ 入力部
１０４ メモリ部
１１０ プログラム格納部
１１１ 蓄積部
１１２ 予測負荷算出部
１１３ 予測温度算出部
１１４ 温度分布算出部
１１５ 演算部
１１５ａ 運転パターン追加部
１１５ｂ 予測運転結果算出部
１１６ 運転パターン蓄積部
１１７ 最適運転パターン特定部
１１８ 運転指令部
１２０ データベース部
１２１ 蓄積データ
１２１ａ 負荷データ
１２１ｂ 温度データ
１２１ｃ 外気温データ
１２１ｄ 水温データ
１２２ 予測温度データ
１２２ａ 予測外気温データ
１２２ｂ 予測水温データ
１２３ タンク内温度分布データ
１２４ 初期運転パターンデータ
１２５ 機器効率比率データ
１２５ａ 外気温機器効率比率データ
１２５ｂ 水温機器効率比率データ
１２５ｃ 沸き上げ温度機器効率比率データ
１２６ 初期運転結果データ
１２７ 予測運転結果データ
１２８ 最適運転結果データ
２００ 給湯部
２０１ 貯湯タンク
２０２ ヒートポンプ

Claims (14)

1. 電力で沸かした湯を貯湯タンクに貯めて需要家に給湯する貯湯式給湯装置であって、
   前記需要家に給湯するための運転パターンと、前記運転パターンごとでの前記需要家に給湯するために使用される電力量の予測値である予測電力量と前記予測電力量のうち電気料金単価が割安な割安時間帯に使用される電力量の割合である割安電力割合とを蓄積する運転パターン蓄積部と、
   前記運転パターン蓄積部に蓄積された全ての運転パターンごとでの前記予測電力量及び前記割安電力割合と比べて、前記予測電力量が低いか前記割安電力割合が高い運転パターンを前記運転パターン蓄積部に追加するとともに、追加後の前記運転パターン蓄積部に蓄積された運転パターンそれぞれでの前記予測電力量から予測される予測料金を取得する演算部と、
   前記運転パターン蓄積部に蓄積された運転パターンそれぞれでの予測料金ごとに、前記予測料金が低いほど高い評価を示す指数から運転評価値を算出することによって、前記運転評価値が最大の運転パターンを最適運転パターンとして特定する最適運転パターン特定部と、
   前記特定された最適運転パターンに従って、前記需要家に給湯するために前記貯湯タンクに湯を貯めるように、湯を沸き上げる沸き上げ指令を行う運転指令部と、
   前記貯湯タンクを備え、前記沸き上げ指令に従って前記貯湯タンクに蓄熱を行うとともに、前記需要家の指示に従って前記需要家に給湯する給湯部と
   を備える貯湯式給湯装置。
2. 前記運転パターンは、前記割安時間帯に沸き上げ温度の湯を沸き上げるとともに前記湯を前記貯湯タンクに供給することで、前記貯湯タンク内の湯の温度が沸き上げ停止温度になった場合に湯の沸き上げを停止し、前記割安時間帯よりも電気料金単価が高い不足沸き上げ時間の間に不足する湯を沸き上げる運転パターンであり、
   前記演算部は、前記運転パターンごとに、前記沸き上げ温度と前記沸き上げ停止温度と前記不足沸き上げ時間とから、前記予測電力量と前記割安電力割合と前記予測料金とを算出する
   請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. さらに、
   所定期間毎の前記需要家の給湯で使用された給湯負荷と日時とを含む負荷データを蓄積する蓄積部と、
   前記負荷データから、予測の対象になる日時に発生すると予測される給湯負荷の最大値である予測負荷を算出する予測負荷算出部とを備え、
   前記演算部は、前記沸き上げ温度と前記沸き上げ停止温度と前記予測負荷とから、前記不足沸き上げ時間を算出する
   請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記蓄積部は、さらに、前記貯湯タンクの周囲の前記所定期間ごとの外気温と前記貯湯タンクに供給される水の前記所定期間ごとの水温とを含む温度データを蓄積し、
   前記貯湯式給湯装置は、さらに、
   前記温度データを記憶した日時と予測の対象になる日時との類似性をとることによって、予測の対象になる日時での外気温と水温との予測値である予測外気温と予測水温とを含む予測温度データを算出する予測温度算出部を備え、
   前記演算部は、さらに前記予測外気温と前記予測水温とを用いて、前記不足沸き上げ時間を算出する
   請求項３に記載の貯湯式給湯装置。
5. さらに、
   前記貯湯タンク内の温度分布を算出する温度分布算出部を備え、
   前記演算部は、さらに前記温度分布を用いて、前記割安時間帯に湯を沸き上げるために必要な熱量である割安沸き上げ熱量と前記不足沸き上げ時間とを算出することにより、前記予測電力量と前記割安電力割合と前記予測料金とを算出する
   請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
6. 前記運転パターンは、前記割安時間帯に沸き上げ温度の湯を沸き上げるとともに前記湯を前記貯湯タンクに供給することで、前記貯湯タンク内の湯の温度が沸き上げ停止温度になった場合に湯の沸き上げを停止する運転パターンであり、
   前記演算部は、前記運転パターン蓄積部に、蓄積される運転パターンを追加する運転パターン追加部を備え、
   前記運転パターン追加部は、所定の沸き上げ温度と異なる沸き上げ温度で沸き上げて所定の沸き上げ停止温度で沸き上げを停止する運転パターンでの前記割安電力割合を比較割安電力割合とし、前記所定の沸き上げ温度で沸き上げる運転パターンのうち前記割安電力割合が前記比較割安電力割合よりも大きい沸き上げ停止温度の運転パターンを前記運転パターン蓄積部に追加する
   請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
7. 前記運転パターン追加部は、さらに、前記沸き上げ停止温度を変化することで前記所定の沸き上げ温度で沸き上げる運転パターンでの前記割安電力割合が前記比較割安電力割合以下になる場合に、前記異なる沸き上げ温度で沸き上げて前記所定の沸き上げ停止温度で沸き上げを停止する運転パターンを前記運転パターン蓄積部に追加する
   請求項６に記載の貯湯式給湯装置。
8. 前記運転パターン追加部は、さらに、前記運転パターン蓄積部に蓄積された全ての運転パターンごとでの前記予測電力量及び前記割安電力割合と比べて、前記所定の沸き上げ温度及び前記異なる沸き上げ温度で沸き上げる運転パターンのうち、前記予測電力量が低いか前記割安電力割合が高くなる沸き上げ停止温度の運転パターンを前記運転パターン蓄積部に追加する
   請求項７に記載の貯湯式給湯装置。
9. 前記最適運転パターン特定部は、さらに、前記運転パターン蓄積部に蓄積された運転パターンのそれぞれに対応する前記予測料金及び前記予測電力量ごとに、前記予測料金が低いほど、かつ前記予測電力量が低いほど、高い評価を示す運転評価値を算出することによって、前記運転評価値が最大の運転パターンを最適運転パターンとして特定する
   請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
10. 前記最適運転パターン特定部は、前記予測料金が低いほど値が大きくなる料金指数と、前記予測電力量が低いほど値が大きくなる電力量指数とを算出し、和が一定値となるように定められた料金係数と電力量係数とをそれぞれに乗じて加えることで得られる値を前記運転評価値として算出する
    請求項９に記載の貯湯式給湯装置。
11. 前記運転指令部は、前記貯湯タンクに貯湯されている湯の温度から、前記最適運転パターンに従って、湯を沸き上げる温度の指令と沸き上げる運転の開始または停止の指令とを前記給湯部に行う
    請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
12. 電力で沸かした湯を貯湯タンクに貯めて需要家に給湯する貯湯式給湯装置の最適な運転パターンを決定する運転計画装置であって、
    前記需要家に給湯するための運転パターンと、前記運転パターンごとでの前記需要家に給湯するために使用される電力量の予測値である予測電力量と前記予測電力量のうち電気料金単価が割安な割安時間帯に使用される電力量の割合である割安電力割合とを蓄積する運転パターン蓄積部と、
    前記運転パターン蓄積部に蓄積された全ての運転パターンごとでの前記予測電力量及び前記割安電力割合と比べて、前記予測電力量が低いか前記割安電力割合が高い運転パターンを前記運転パターン蓄積部に追加するとともに、追加後の前記運転パターン蓄積部に蓄積された運転パターンそれぞれでの前記予測電力量から予測される予測料金を取得する演算部と、
    前記運転パターン蓄積部に蓄積された運転パターンそれぞれでの予測料金ごとに、前記予測料金が低いほど高い評価を示す指数から運転評価値を算出することによって、前記運転評価値が最大の運転パターンを最適運転パターンとして特定する最適運転パターン特定部と、
    前記特定された最適運転パターンに従って、前記需要家に給湯するために前記貯湯タンクに湯を貯めるように、湯を沸き上げる沸き上げ指令を行う運転指令部と
    を備える運転計画装置。
13. 電力で沸かした湯を貯湯タンクに貯めて需要家に給湯する貯湯式給湯装置の最適な運転パターンを決定する運転計画方法であって、
    前記需要家に給湯するための運転パターンと、前記運転パターンごとでの前記需要家に給湯するために使用される電力量の予測値である予測電力量と前記予測電力量のうち電気料金単価が割安な割安時間帯に使用される電力量の割合である割安電力割合とを蓄積する運転パターン蓄積ステップと、
    前記運転パターン蓄積ステップで蓄積された全ての運転パターンごとでの前記予測電力量及び前記割安電力割合と比べて、前記予測電力量が低いか前記割安電力割合が高い運転パターンを前記運転パターン蓄積ステップで蓄積された運転パターンに追加するとともに、追加後の運転パターンそれぞれでの前記予測電力量から予測される予測料金を取得する演算ステップと、
    前記追加後の運転パターンそれぞれでの予測料金ごとに、前記予測料金が低いほど高い評価を示す指数から運転評価値を算出することによって、前記運転評価値が最大の運転パターンを最適運転パターンとして特定する最適運転パターン特定ステップと、
    前記特定された最適運転パターンに従って、前記需要家に給湯するために前記貯湯タンクに湯を貯めるように、湯を沸き上げる沸き上げ指令を行う運転指令ステップと
    を含む運転計画方法。
14. 電力で沸かした湯を貯湯タンクに貯めて需要家に給湯する貯湯式給湯装置の最適な運転パターンを決定するためのプログラムであって、
    前記需要家に給湯するための運転パターンと、前記運転パターンごとでの前記需要家に給湯するために使用される電力量の予測値である予測電力量と前記予測電力量のうち電気料金単価が割安な割安時間帯に使用される電力量の割合である割安電力割合とを蓄積する運転パターン蓄積ステップと、
    前記運転パターン蓄積ステップで蓄積された全ての運転パターンごとでの前記予測電力量及び前記割安電力割合と比べて、前記予測電力量が低いか前記割安電力割合が高い運転パターンを前記運転パターン蓄積ステップで蓄積された運転パターンに追加するとともに、追加後の運転パターンそれぞれでの前記予測電力量から予測される予測料金を取得する演算ステップと、
    前記追加後の運転パターンそれぞれでの予測料金ごとに、前記予測料金が低いほど高い評価を示す指数から運転評価値を算出することによって、前記運転評価値が最大の運転パターンを最適運転パターンとして特定する最適運転パターン特定ステップと、
    前記特定された最適運転パターンに従って、前記需要家に給湯するために前記貯湯タンクに湯を貯めるように、湯を沸き上げる沸き上げ指令を行う運転指令ステップと
    をコンピュータに実行させるプログラム。

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