JP2011257073A - エネルギー管理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数種類の負荷装置間の影響を考慮し、負荷装置の異常を正確に検出することを可能にする。
【解決手段】運転状態判定部14は、空調装置31および冷凍冷蔵ショーケース31の設定データと、空調装置31および冷凍冷蔵ショーケース32での運転データと、室温を含む環境データとを用いることにより、空調装置31および冷凍冷蔵ショーケース32とのそれぞれについて通常動作と異常動作との区分を判別する。分析処理部16は、記憶部15に記憶している区分ごとの消費電力量と動作データと環境条件とを用いて分析した特定条件における消費電力量をを算出する。算出結果は、利用者に提示される。
【選択図】図1

Description

本発明は、建物や部屋のような所定の空間に配置された複数種類の負荷装置が消費するエネルギーを管理するエネルギー管理装置に関するものである。
従来から、室内や建物のような所定の空間に配置された負荷機器が消費するエネルギーを計測するとともに集計し、集計結果を提示するエネルギー管理装置が提案されている。この種のエネルギー管理装置には、計測結果を分析することにより、省エネルギー化のための負荷機器の運用についてアドバイスを行う機能を備える場合もある。
たとえば、特許文献1には、建物を単位として省エネルギーを実現するために、システム診断手段が、エネルギー機器(負荷機器)の消費電力について、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以下かどうかを判断している。そして、基準エネルギー消費量が、判定基準レベル以下であれば正常、判定基準レベル以上であるときに正常でないと判断して異常データ項目を表示する。
特開2003−216715号公報
ただし、特許文献1では、異常を表示することにより利用者の判断を支援するだけであり、省エネルギーの程度を推定するなどの処理に反映させてはいない。
また、特許文献1に記載の技術では、ベースラインの所定の判定基準レベル以下かどうかで異常の判断を行っているから、たとえば、空調装置と冷凍冷蔵ショーケースとが一つの空間に配置されている場合に異常の原因を誤判断する可能性がある。すなわち、空調装置の故障により冷房が停止したことにより、冷凍冷蔵ショーケースの負荷が増加した状況において、冷凍冷蔵ショーケースの消費電力量の異常と誤判断する可能性がある。言い換えると、空調装置と冷凍冷蔵ショーケースとのどちらに問題があるかを特定できず、結果的に問題の原因を特定できない場合がある。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数種類の負荷装置間の影響を考慮し、負荷装置の異常を正確に検出することを可能にするエネルギー管理装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために、エネルギーを消費して空間における特定の環境条件を調節する第1の負荷装置と、第1の負荷装置が調節する環境条件の変化によりエネルギーの消費量が変化する第2の負荷装置とが配置された空間において、第1の負荷装置と第2の負荷装置とを含む空間のエネルギーの消費量を可視化するエネルギー管理装置であって、第1の負荷装置および第2の負荷装置の動作を指示する動作指示部と、第1の負荷装置および第2の負荷装置の動作を監視する動作監視部と、前記環境条件に関連した環境条件を監視する環境条件監視部と、動作指示部が指示した動作と動作監視部が検出した動作と環境条件監視部が検出した環境条件の計測値とを用いることにより、第1の負荷装置および第2の負荷装置について機器別に通常動作と異常動作との区分を判別する運転状態判定部と、運転状態判定部による判断結果を用いて区分ごとにエネルギーの消費量と動作監視部により検出した動作と環境条件監視部により検出した環境条件とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶している区分ごとのエネルギーの消費量と前記動作と前記環境条件とを用いて分析した特定条件におけるエネルギーの消費量を算出する分析処理部とを備えることを特徴とする。
第1の負荷装置が空調装置であり、第2の負荷装置が冷凍冷蔵ショーケースであって定期的にデフロスト動作を行うように設定されている場合に、運転状態判定部は、区分としてデフロスト動作に関連する動作を特別動作と判別するのが望ましい。
この場合、環境条件監視部は、空間外の気温を検出する外気温センサを備え、記憶部は、環境条件として外気温を併せて記憶し、分析処理部は、記憶部に記憶された区分が通常動作である場合について、外気温に対するエネルギーの消費量の特性を導出することが望ましい。
運転状態判定部は、区分の判別条件が設定された条件設定部と、条件設定部に設定された判定条件を更新する条件更新部とを備えることが望ましい。
分析処理部は、運転状態判定部が区分として異常動作と判別したときに、記憶部に記憶しているエネルギーの消費量と動作と環境条件とを用いて異常の内容および対策の診断を行う異常診断部を備えることが望ましい。
本発明の構成によれば、エネルギーを消費して空間における特定の環境条件を調節する第1の負荷装置と、第1の負荷装置が調節する環境条件の変化によりエネルギーの消費量が変化する第2の負荷装置とが配置された空間において、第1の負荷装置と第2の負荷装置とを含む空間のエネルギーの消費量を可視化するにあたり、第1の負荷装置と第2の負荷装置との間の影響を考慮し、第1の負荷装置と第2の負荷装置との異常を正確に検出することが可能になるという利点がある。
実施形態を示すブロック図である。 同上における運転状態判定部の動作説明図である。 図2に示した動作の要部の動作説明図である。 図2に示した動作の要部の動作説明図である。
本実施形態では、図1に示すように、負荷機器の制御および監視を行う端末装置2と、負荷機器で消費されるエネルギーを管理する管理装置1とが、電気通信回線3を介して通信可能である構成を例示する。
管理装置1および端末装置2は、それぞれコンピュータを用いて実現するほか、専用装置として実現することも可能である。電気通信回線3は、インターネットのような公衆網のほか専用回線を用いる場合もある。また、管理装置1の機能と端末装置2の機能とを一体化し、通信を行わずにエネルギーを管理する構成を採用することも可能である。
図示例では、食料品を扱うスーパーマーケット(以下、「食品スーパー」という)の店内の空間を想定しているが、百貨店やオフィスなどの他の空間に本実施形態の技術を適用することを妨げない。負荷機器としては、食品スーパーの店内の環境条件の一つである室温を調節する空調装置(第1の負荷装置)31と、冷凍冷蔵ショーケース(第2の負荷機器)32とを想定する。冷凍冷蔵ショーケースは、クローズ型とオープン型とのいずれでもよい。
冷凍冷蔵ショーケース(以下、「冷蔵装置」と略称する)32は、周囲温度が変化すると庫内温度を保つために消費されるエネルギー量が変化する。したがって、空調装置31により温度が調節されている空間内に冷蔵装置32が配置されている場合には、空調装置31と冷蔵装置32とのエネルギーの消費量は関連性を持つことになる。本実施形態において、空調装置31と冷蔵装置32とは、ともに電気エネルギーを消費することにより室内ないし庫内の温度環境を調節する構成を想定する。すなわち、以下ではエネルギーを電力として説明するが、燃料ガスを用いて温度環境を調節する構成を採用することも可能である。
空調装置31および冷蔵装置32は、それぞれ室内機31a,32aと室外機31b、32bとを備えている。空調装置31および冷蔵装置32による消費電力量は、室内温度および庫内温度の目標値である設定温度と、室外機31b,32bが設置されている屋外の外気温との影響を受ける。したがって、店内の室温を計測するために室温センサ33を設け、室外機31b,32bの付近の外気温を計測するために外気温センサ34を設けている。
室温センサ33により計測される室温は計測する場所によって異なるが、室温センサ33は、冷蔵装置32の運転状態に影響を与える室温を計測する必要があるから、冷蔵装置32の室内機32aの周辺温度を計測するように配置するのが望ましい。また、本実施形態では、室外機31b,32bの運転に伴う消費電力量が外気温に応じて変化することを考慮し、外気温を計測する外気温センサ34も設けている。外気温センサ34は、空調措置31と冷蔵装置32との各室外機31b,32bの近傍の外気温を個別に計測するのが望ましい。なお、外気温センサ34は省略することが可能である。
本実施形態では、空調装置31として、フィルタが汚れると自動的にフィルタを掃除する自動掃除運転を行う構成を採用しており、自動掃除運転を行っている間には空調装置31から掃除運転信号が出力される。ただし、空調装置31において自動掃除運転は必須ではない。
また、冷蔵装置32は、冷却部を暖めることにより霜取りを行うデフロスト動作を適宜の時間間隔で(たとえば、定期的に)行う機能を備えており、デフロスト動作を行っている間には冷蔵装置32からデフロスト動作信号が出力される。さらに、冷蔵装置32には、吹出口から吹き出す冷気の吐出温度と、冷蔵装置32の庫内温度とをそれぞれ検出する温度センサ(図示せず)が設けられている。冷蔵装置32からは、吐出温度および庫内温度の計測値が外部に出力される。
端末装置2は、空調装置31および冷蔵装置32の動作を指示する動作指示部として機能するコントローラ21を備える。コントローラ21は、空調装置31の設定温度や冷蔵装置32の設定温度を保持する設定保持部21aを備え、設定保持部21aが保持する設定温度を空調装置31および冷蔵装置32に目標値として指示する。コントローラ21では、空調装置31および冷蔵装置32に対して、設定温度を指示するほか、運転と停止とを指示し、空調装置31に対しては冷房運転と暖房運転との別を指示する。このほか、空調装置31や冷蔵装置32に付加動作(上述した自動掃除運転やデフロスト動作など)があれば、付加動作の開始および停止の指示もコントローラ21が行う。以下では、コントローラ21から空調装置31および冷蔵装置32への指示を与えるデータを設定データと呼ぶ。
また、端末装置2は、空調装置31および冷蔵装置32の動作を監視する動作監視部としての運転データ収集部22を備える。運転データ収集部22は、空調装置31および冷蔵装置32の単位時間当たりの消費電力量をそれぞれ運転データとして収集する。また、運転データ収集部22は、掃除運転信号のように空調装置31から出力される運転データを監視するとともに、吐出温度、庫内温度、デフロスト動作信号のように冷蔵装置32から出力される運転データを監視する。運転データ収集部22は、空調装置31および冷蔵装置32から出力される運転データを一時的に記憶する機能も備える。
空調装置31および冷蔵装置32が出力する運転データに関して上述した種類は例示であり、たとえば、空調装置31に吐出温度を計測する機能があれば、空調装置31の吐出温度を運転データ収集部22で収集することも可能である。
端末装置2には、室温センサ33および外気温センサ34で検出されている温度を監視する環境条件監視部としての環境データ収集部23も設けられる。室温センサ33は、空調装置31により制御される環境条件としての室温を計測し、外気温センサ34は、室温に影響を与える外気温を計測する。すなわち、環境データ収集部23は、環境条件である室温に関連した環境条件(室温および外気温)を監視する。環境データ収集部23は、室温センサ33および外気温センサ34により計測した室温および外気温を一時的に記憶する機能も備える。
上述の構成例では、コントローラ21と運転データ収集部22と環境データ収集部23とを、端末装置2に一体に設けているが、これらを個別に設けることも可能である。
一方、管理装置1は、端末装置2におけるコントローラ21と運転データ収集部22と環境データ収集部23とから、それぞれデータを取得する設定データ取得部11と運転データ取得部12と環境データ取得部13とを備える。
すなわち、設定データ取得部11は、設定保持部21aに保持された空調装置31の設定温度や冷蔵装置32の設定温度をコントローラ21から取得し、コントローラ21が空調装置31および冷蔵装置32に指示した動作の内容を取得する。また、運転データ取得部12は、運転データ収集部22から空調装置31および冷蔵装置32に関する運転データを取得する。環境データ取得部13は、環境データ収集部23から室温センサ33および外気温センサ34が計測した計測値を環境データとして取得する。
したがって、運転データ取得部12および運転データ収集部22は、空調装置31および冷蔵装置32の動作を監視する運転監視部として機能し、環境データ取得部13および環境データ収集部23は、環境条件を監視する環境条件監視部として機能する。
管理装置1には、空調装置31と冷蔵装置32との動作を複数種類の動作に区分する運転状態判定部14が設けられる。運転状態判定部14は、上記区分を決めるために、設定データ取得部11が取得した設定データと、運転データ取得部12が取得した運転データと、環境データ取得部13が取得した環境データとを用いる。
本実施形態では、空調装置31に自動掃除運転があり、冷蔵装置32ではデフロスト動作を行うから、これらの動作を通常の動作とは異なる特別動作として扱う。ただし、特別動作を行わない負荷装置を用いる場合には、特別動作の区分は不要である。また、特別動作の期間を除いて、空調装置31と冷蔵装置32とによる動作の区分は、通常動作と異常動作とになる。要するに、運転状態判定部14は、空調装置31と冷蔵装置32とのそれぞれの動作について、通常動作、異常動作、特別動作の3種類の区分を行う。なお、負荷機器(空調装置31、冷蔵装置32)に特別動作に相当する機能がない場合には、通常動作と異常動作との区分のみを行う。
運転状態判定部14による区分の判定条件は、判定基準保持部14aに設定されている。すなわち、判定基準保持部14aには、空調装置31および冷蔵装置32の動作の内容と、空調装置31および冷蔵装置32の運転データと、環境データとの組み合わせを条件として、通常動作、異常動作、特別動作の判定を行う判定条件が設定されている。判定条件は、データテーブルとして与えることが可能である。
表1から表3は判定条件の一例を示している。表1は空調装置31の冷房時の設定温度に対して室温センサ33により検出した室温との関係を用いて異常の有無を判定する閾値の例を示している。表2は空調装置31の暖房時の設定温度に対して室温センサ33により検出した室温との関係を用いて異常の有無を判定する閾値の例を示している。表3は冷蔵装置32の設定温度に対して検出される庫内温度との関係を用いて異常の有無を判定する閾値の例を示している。表4は冷蔵装置32の設定温度に対して検出される吐出温度との関係を用いて異常の有無を判定する閾値の例を示している。表1〜表4では、設定温度よりも高温側の閾値と低温側の閾値とにより温度範囲を規定しており、運転状態判定部14では、設定温度に対して上側差分で示す温度と下側差分で示す温度との差分範囲を逸脱する場合に異常と判定する。たとえば、表1によれば、空調装置31の冷房時に、設定温度が24℃であり、上側差分が5℃、下側差分が−5℃であると、19〜29℃の範囲を逸脱する場合に異常と判定する。
Figure 2011257073
Figure 2011257073
Figure 2011257073
Figure 2011257073
運転状態判定部14では、異常動作が解消された後に異常動作の影響が残る期間と、特別動作が終了した後に特別動作の影響が残る期間も決める。前者の期間は異常動作の期間に含め、後者の期間は特別動作の期間に含める。たとえば、冷蔵装置32においてデフロスト動作という特別動作を行うと、庫内温度が設定温度に戻るまで、冷蔵装置32での消費電力量は一時的に増加する。このように、デフロスト動作のような特別動作を行った後に、消費電力量が通常動作とは異なる期間が生じることがあるから、このような期間を特別動作の影響が残る期間としている。異常動作についても同様である。表5に空調装置31において自動掃除運転を行った後に影響が残る時間の例を示す。また、表6に冷蔵装置32においてデフロスト動作の後に影響が残る時間の例を示す。
Figure 2011257073
Figure 2011257073
管理装置1では、運転状態判定部14において、空調装置31と冷蔵装置32との動作にそれぞれ3種類の区分が得られると、設定データと運転データと環境データとを記憶部15に格納する。また、各区分には管理装置1に設けた時計部(図示せず)により計時されている時刻も付加される。したがって、通常動作と異常動作と特別動作との時間帯が区別して記憶部15に格納される。
管理装置1は、記憶部15に格納されている区分ごとの運転データ(消費電力量を含んでいる)と環境データとを用いることにより、特定条件におけるエネルギーの消費量を算出する分析処理部16を備える。
分析処理部16では、たとえば、通常動作の期間に関するデータのみを用い、通常動作の期間について、空調装置31および冷蔵装置32の合計の消費電力量と外気温との関係を求める。また、冷蔵装置32のデフロスト動作のような特別動作に対しては、特別動作の影響が残っている期間と冷蔵装置の設定温度との関係を求めることもできる。
このように分析処理部16では、通常動作と異常動作と特別動作との区分に対する各種のデータを記憶部15から読み出して分析することにより、消費電力量について種々の観点の情報を得ることができる。すなわち、利用者は、特定条件における消費電力量、外気温のように変化する条件と消費電力量との関係、各区分ごとの時間帯別の消費電力の推移などの情報を得ることが可能になる。
管理装置1は、運転状態判定部14において異常動作が検出された場合に報知するアラーム出力部17を備えている。分析処理部16は、後述するように、運転状態判定部14が異常動作と判別したときに、記憶部15に記憶している運転データと環境データとを条件として、異常の内容および対策の診断を行う異常診断部(図示せず)を備える。異常診断部による診断結果はアラーム出力部17により提示される。また、異常診断部では、異常に対する対策を講じたときの省エネルギーの効果を推定する機能を備えており、推定された効果もアラーム出力部17により提示される。アラーム出力部17は、運転状態判定部14による区分の判別結果と、分析処理部16による分析結果をモニタ装置(図示せず)に出力する。
異常診断部には、たとえば、知識ベースと推論エンジンとを用いて構成されるプロダクションシステムが用いられる。すなわち、記憶部15に格納された区分が異常動作である場合に、推論エンジンでは異常動作の区分に対応する条件を知識ベースに照合し、異常の内容を特定するとともに異常への対策を抽出するのである。知識ベースには、対策によって改善される消費電力量を定量的に算出するための知識も登録されている。
ところで、運転状態判定部14に設けた判定基準保持部14aには区分の判別条件が設定されているが、判別条件は空調装置31および冷蔵装置32の使用環境や外的な条件によって変化する可能性がある。そこで、運転状態判定部14には、分析処理部16での分析結果に基づいて、判定基準保持部14aに設定された判定条件を更新する判定基準更新部14bが設けられている。判定基準更新部14bは、表1〜表4に示した判別条件を更新するほか、表5、表6のような特別動作の後に影響が残る期間を更新する機能も備える。
以下に管理装置1の動作を説明する。まず、運転状態判定部14における処理例を図2に示す。図示例では、デフロスト動作の影響時間ではなく(S1:Yes)、また自動掃除運転の影響時間でもない場合(S2:Yes)には、冷蔵装置2の庫内温度を表3に従って判定し(S3)、さらにコントローラ21の設定保持部21aの内容により空調装置31が稼働中の時間帯か否かを判定し(S4)、室温センサ33により検出される室温についても正常か否かを判定する(S5)。ステップS3において庫内温度を異常と判定した場合(S3:No)やステップS5において室温を異常と判定した場合(S5:No)、分析処理部16において異常の対策を抽出し、アラーム出力部17を通して利用者に提示する(S6,S7)。冷蔵装置32の庫内温度の異常は、表3を用いて判定し、また、空調装置31の設定温度に対して室温センサ33で検出される室温が±3℃を超える温度差であるときに室温の異常と判定する。
なお、ステップS1においてデフロスト運転中であれば(S1:Yes)、運転データ収集部22はデフロスト運転信号を受け取るから、運転状態判定部14ではデフロスト運転(特別運転中)中であることを記憶部15に記憶させる(S8)。さらに、自動掃除運転の影響時間であれば(S2:Yes)、運転データ収集部22は掃除運転信号を受け取るから、運転状態判定部14では自動掃除運転中(特別運転中)であることを記憶部15に記憶させる(S9)。
図2に示す動作により、記憶部15の内容により通常運転と異常運転と特別運転との期間を分類することができる(S10)。
ステップS6の動作を図3に例示する。まず外気温センサ34により冷蔵装置32における室外機32bの周囲の外気温を検出する(S11)。外気温が正常であれば(S11:Yes)、冷蔵装置32の吐出温度について異常がないか判定する(S12)。ステップS11において外気温が異常であれば(S11:No)、外気温の異常高温による異常運転と判定する(S13)。また、ステップS12において冷蔵装置32の吐出温度が正常であれば(S12:Yes)、冷蔵装置32の使用に関する異常と判定する(S14)。一方、吐出温度が異常であれば(S12:No)、冷蔵装置32の異常と判定する(S15)。
ステップS7の動作を図4に例示する。ここでは、空調装置31の室外機31bの周囲の外気温を検出する(S21)。外気温が正常であれば(S21:Yes)、空調装置31の異常と判定し(S22)、外気温が異常な高温(たとえば、35℃以上)であれば(S21:No)、外気温の異常高温による異常運転と判定する(S23)。
図3、図4に示す動作において異常の内容が判定されると、知識ベースを用いて当該異常に対応付けた対策について、利用者に対してアドバイスを提示する。たとえば、冷蔵装置32の使用に関する異常の場合には、冷蔵装置32に高温の物品を入れていないかチェックするようにアドバイスを行う。あるいは、空調装置31の異常と判断されると、フィルタが汚れていないかチェックするようにアドバイスを行う。これらのアドバイスは一例であって、異常の内容ごとにアドバイスの内容は適宜に設定される。また、アドバイスの内容については、メンテナンスなどによって得られた知識を追加可能になっている。
なお、負荷装置が空調装置31と冷蔵装置32とである場合について説明したが、他の負荷装置を用いる場合であっても本実施形態の技術は適用可能である。たとえば、負荷装置が、空調装置31と除湿機あるいは加湿器との組み合わせである場合や、周辺照明と局所照明などの組み合わせであっても上述の技術を適用することが可能である。
また、上述の構成例において、分析処理部16の出力などを管理装置1に設けたアラーム出力部17を通してモニタ装置に提示しているが、アラーム出力部17から電気通信回線3を通して他の装置に提示する構成を採用してもよい。
1 管理装置
2 端末装置
3 電気通信回線
11 設定データ取得部
12 運転データ取得部(動作監視部)
13 環境データ取得部(環境条件監視部)
14 運転状態判定部
14a 判定基準保持部
14b 判定基準更新部
15 記憶部
16 分析処理部
21 コントローラ(動作指示部)
22 運転データ収集部(動作監視部)
23 環境データ収集部(環境条件監視部)
31 空調装置(第1の負荷装置)
32 冷凍冷蔵ショーケース(第2の負荷装置)
34 外気温センサ

Claims (5)

  1. エネルギーを消費して空間における特定の環境条件を調節する第1の負荷装置と、前記第1の負荷装置が調節する環境条件の変化によりエネルギーの消費量が変化する第2の負荷装置とが配置された空間において、前記第1の負荷装置と前記第2の負荷装置とを含む空間のエネルギーの消費量を可視化するエネルギー管理装置であって、前記第1の負荷装置および前記第2の負荷装置の動作を指示する動作指示部と、前記第1の負荷装置および前記第2の負荷装置の動作を監視する動作監視部と、前記環境条件に関連した環境条件を監視する環境条件監視部と、前記動作指示部が指示した動作と前記動作監視部が検出した動作と前記環境条件監視部が検出した環境条件の計測値とを用いることにより、前記第1の負荷装置および前記第2の負荷装置について機器別に通常動作と異常動作との区分を判別する運転状態判定部と、前記運転状態判定部による判断結果を用いて区分ごとにエネルギーの消費量と前記動作監視部により検出した動作と前記環境条件監視部により検出した環境条件とを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶している区分ごとのエネルギーの消費量と前記動作と前記環境条件とを用いて分析した特定条件におけるエネルギーの消費量を算出する分析処理部とを備えることを特徴とするエネルギー管理装置。
  2. 前記第1の負荷装置は空調装置であり、前記第2の負荷装置はデフロスト動作を行う冷凍冷蔵ショーケースであって、前記運転状態判定部は、区分としてデフロスト動作に関連する動作を特別動作と判別することを特徴とする請求項1記載のエネルギー管理装置。
  3. 前記環境条件監視部は、前記空間外の気温を検出する外気温センサを備え、前記記憶部は、環境条件として外気温を併せて記憶し、前記分析処理部は、前記記憶部に記憶された区分が通常動作である場合について、外気温に対するエネルギーの消費量の特性を導出することを特徴とする請求項2記載のエネルギー管理装置。
  4. 前記運転状態判定部は、区分の判別条件が設定された条件設定部と、前記条件設定部に設定された判定条件を更新する条件更新部とを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のエネルギー管理装置。
  5. 前記分析処理部は、前記運転状態判定部が区分として異常動作と判別したときに、前記記憶部に記憶しているエネルギーの消費量と前記動作と前記環境条件とを用いて異常の内容および対策の診断を行う異常診断部を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエネルギー管理装置。
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