JP2013195017A - ヒートポンプ式暖房システムの制御方法及び暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な手法でピークカットによる系統電力の安定化、およびユーザの快適性を向上させたヒートポンプ式暖房システムの制御方法を提供する。
【解決手段】暖房システムの制御方法は、出力抑制指示を電力供給元から取得する取得ステップ（Ｓ１０１）と、出力抑制時間帯を含む所定期間におけるヒートポンプの状態をが、除霜モードへの切り替えが必要であることを示す第１の条件を満たすか否かを判断する事前除霜判断ステップ（Ｓ１０２）と、ヒートポンプの運転モードを制御する事前除霜ステップ（Ｓ１０３）とを含み、事前除霜ステップ（Ｓ１０３）では、ヒートポンプの状態が第１の条件を満たす場合に、出力抑制時間帯の開始時刻より前にヒートポンプを除霜モードに切り替え、第１の条件を満たさない場合に、出力抑制時間帯の開始時刻より前にヒートポンプを除霜モードに切り替えず、暖房モードで動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、暖房システムの制御方法に関し、特にヒートポンプ式暖房装置を備える暖房システムの制御方法に関するものである。

ヒートポンプ式給湯装置は、大気の熱を吸熱し、電気で冷媒を圧縮して加熱し、熱交換器により水から温水を作る装置であり、従来のヒータ式の電気温水器と比較して省エネな給湯装置である。また、ヒートポンプ式暖房装置も、ヒートポンプで作った温水を暖房に利用するものであり、省エネな暖房装置である。

ヒートポンプは、大気の温度が低いと、大気の熱を吸熱する際に熱交換器に霜が着く現象（着霜）が発生する。この霜が熱交換器に多く着くほど大気の熱を吸熱し難くなり、ヒートポンプの出力の低下や、効率の低下などの問題が発生する。このため、一般的なヒートポンプ装置は、ある程度熱交換器に霜が着いたことを検知した時点で、霜を除去する運転（除霜）を行う機能を備えている。

特開２０１０−２４９３３３号公報

近年ヒートポンプの普及により、熱需要を賄うエネルギー源として電力の割合が増加しており、電力需要のピークが上昇を続けている。このため、従来のピーク時間帯には電力料金が高価になる契約制度に加え、電力会社が指定するピーク時間帯に電力負荷を抑制する代わりに、ある程度電力料金を安価にする契約制度が需要家で選択可能となってきている。この契約制度を利用し、ピーク時間帯に電力負荷を抑制すると、暖房熱需要に対してヒートポンプの出力が不足して室温が低下するため、快適性が損なわれるという課題が発生する。

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、簡易な手法でピークカットによる系統電力の安定化、およびユーザの快適性を向上させたヒートポンプ式暖房システムの制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る暖房システムの制御方法は、電力供給元から電力の供給を受けて動作する方法である。前記暖房システムは、前記電力供給元から供給される電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、前記ヒートポンプで生成された熱を放熱する放熱部とを備える。前記ヒートポンプは、前記放熱部に放熱させるための熱を生成する暖房モード、又は当該ヒートポンプに生じる霜を除去する除霜モードで動作する。前記暖房システムの制御方法は、前記ヒートポンプの消費電力を抑制する出力抑制時間帯を示す出力抑制指示を、前記電力供給元から取得する取得ステップと、前記取得ステップで前記出力抑制指示が取得された場合に、前記出力抑制時間帯を含む所定期間における前記ヒートポンプの状態を予測し、予測によって得られた前記ヒートポンプの状態が、前記除霜モードへの切り替えが必要であることを示す第１の条件を満たすか否かを判断する事前除霜判断ステップと、前記事前除霜判断ステップでの判断結果に応じて、前記ヒートポンプの運転モードを制御する事前除霜ステップとを含む。そして、前記事前除霜ステップでは、前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たすと前記判断ステップで判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替え、前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たさないと前記判断ステップで判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替えず、暖房モードで動作させる。

なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本発明に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法によれば、電力消費量が多くなるピーク時間帯における除霜運転を回避することができる。その結果、ピークカットによる系統電力の安定化、およびユーザの快適性の向上に寄与する。

実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの処理の概要を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房装置の詳細な構成図である。 実施の形態１に係る暖房モードで動作するヒートポンプ内の冷媒の流れを示す図である。 実施の形態１に係る除霜モードで動作するヒートポンプ内の冷媒の流れを示す図である。 実施の形態１に係るシステム制御部の詳細な構成図である。 実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システム全体の処理のフローチャートである。 実施の形態１に係るヒートポンプ制御処理のフローチャートである。 実施の形態１に係るＤＲ制御処理のフローチャートである。 実施の形態１に係る事前除霜制御のフローチャートである。 実施の形態１に係る各構成要素間で送受信される情報の一覧を示す図である。 実施の形態１に係るＤＲ時間帯以外の時間帯のＨＰ出力予測テーブルの例を示す図である。 実施の形態１に係るＤＲ時間帯のＨＰ出力予測テーブルの例を示す図である。 実施の形態１に係る熱交換器表面温度予測テーブルを示す図である。 実施の形態１に係る熱交換器表面温度の予測結果の例を示す図である。 実施の形態１に係る除霜条件を満たす場合の温度変化の一例を示す図である。 実施の形態１に係る除霜条件を満たさない場合の温度変化の一例を示す図である。 実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムにおける消費電力、電気料金、及び室温の推移を示す図である。 実施の形態２に係る事前除霜制御のフローチャートである。 実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房システムにおける消費電力及び室温の推移を示す図である。 実施の形態３に係る事前除霜制御のフローチャートである。 実施の形態３に係るヒートポンプ式暖房システムにおける消費電力及び室温の推移を示す図である。

（本発明の基礎となった知見）
例えば、特許文献１には、着霜によるヒートポンプの効率の低下と除霜する時刻とを含めて、消費電力が最小となる運転スケジュールを最適化問題の解法を利用して生成する技術が開示されている。

しかしながら特許文献１の方式では、「発明が解決しようとする課題」で記載した契約制度を利用し、消費電力を考慮した運転スケジュールを立てると、ピーク時間帯（電力料金が高い）に除霜が発生する場合がある。この場合、ヒートポンプの出力が不足して室温が低下しているピーク時間帯であるにもかかわらず、除霜を行っている間はヒートポンプから全く熱需要を賄うことができないので、さらに室温が低下して快適性を損なうという課題がある。

また、ピーク時間帯に除霜を行うと、熱需要を賄えず、快適性に寄与しないにもかかわらず、高価な電力を使用することになり、経済的でないばかりか、系統電力へも無駄な負荷をかけることになる。また、特許文献１の方式で消費電力の他に電力料金や快適性も最適化対象とすると、計算コストが増加して実時間で解を求めることが出来ない課題もある。

そこで、上記の課題を解決するために、本発明の一形態に係る暖房システムの制御方法は、電力供給元から電力の供給を受けて動作する方法である。前記暖房システムは、前記電力供給元から供給される電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、前記ヒートポンプで生成された熱を放熱する放熱部とを備える。前記ヒートポンプは、前記放熱部に放熱させるための熱を生成する暖房モード、又は当該ヒートポンプに生じる霜を除去する除霜モードで動作する。前記暖房システムの制御方法は、前記ヒートポンプの消費電力を抑制する出力抑制時間帯を示す出力抑制指示を、前記電力供給元から取得する取得ステップと、前記取得ステップで前記出力抑制指示が取得された場合に、前記出力抑制時間帯を含む所定期間における前記ヒートポンプの状態を予測し、予測によって得られた前記ヒートポンプの状態が、前記除霜モードへの切り替えが必要であることを示す第１の条件を満たすか否かを判断する事前除霜判断ステップと、前記事前除霜判断ステップでの判断結果に応じて、前記ヒートポンプの運転モードを制御する事前除霜ステップとを含む。そして、前記事前除霜ステップでは、前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たすと前記判断ステップで判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替え、前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たさないと前記判断ステップで判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替えず、暖房モードで動作させる。

これにより、例えば、電力消費量が多くなるピーク時間帯を出力抑制時間帯に設定することにより、ピーク時間帯における除霜運転を回避することができる。その結果、ピークカットによる系統電力の安定化、およびユーザの電気代削減と快適性の向上に寄与する。

また、前記事前除霜判断ステップは、前記出力抑制指示を取得した後、前記ヒートポンプが除霜モード運転していないときに、実施されてもよい。

さらに、前記暖房システムの制御方法は、前記出力抑制時間帯における前記ヒートポンプの運転を制御する出力抑制運転制御ステップを含んでもよい。そして、前記出力抑制運転制御ステップでは、前記ヒートポンプに、前記暖房モードより出力の小さい出力抑制モードで運転を行なわせ、且つ除霜モードで運転を行わせないようにしてもよい。

また、前記出力抑制モードの前記ヒートポンプは、前記ヒートポンプの定格出力の半分以下の出力で動作してもよい。

また、前記ヒートポンプは、当該ヒートポンプの状態が、霜が除去されたことを示す第２の条件を満たした場合に、前記除霜モードから前記暖房モードに切り替えてもよい。そして、前記事前除霜ステップでは、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプの状態が前記第２の条件を満たすようなタイミングで、前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替えてもよい。

また、前記所定期間の終期は、前記出力抑制時間帯の終了時刻であってもよい。

さらに、該暖房システムの制御方法は、前記ヒートポンプの単位時間当たりの成熱量を、前記出力抑制時間帯の開始時刻に第１の熱量から前記第１の熱量より小さい第２の熱量に切り替え、前記出力抑制時間帯の終了時刻に前記第２の熱量から前記第１の熱量に切り替える出力抑制運転制御ステップを含んでもよい。そして、前記所定期間の終期は、前記出力抑制時間帯の終了時刻後で、且つ前記放熱部が設置された部屋の室温が前記出力抑制指示を取得した時点の水準に回復する時刻であってもよい。

また、前記所定期間の終期は、翌朝であってもよい。

また、前記ヒートポンプは、当該ヒートポンプの状態が、霜が除去されたことを示す第２の条件を満たした場合に、前記除霜モードから前記暖房モードに切り替えてもよい。そして、前記事前除霜ステップでは、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記放熱部が設置された部屋の室温が前記除霜モードに切り替わる前の水準に回復するようなタイミングで、前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替えてもよい。

本発明の一形態に係る暖房システムは、電力供給元から電力の供給を受けて動作する。前記暖房システムは、暖房装置と前記暖房装置を制御するシステム制御部とを備える。前記暖房装置は、前記電力供給元から供給される電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、前記ヒートポンプで生成された熱を放熱する放熱部とを備える。前記ヒートポンプは、前記放熱部に放熱させるための熱を生成する暖房モード、又は当該ヒートポンプに生じる霜を除去する除霜モードの動作切り替えができる。そして、前記システム制御部は、前記ヒートポンプの消費電力を抑制する出力抑制時間帯を示す出力抑制指示を、前記電力供給元から取得する取得部と、前記取得部で前記出力抑制指示が取得された場合に、前記出力抑制時間帯を含む所定期間における前記ヒートポンプの状態を予測する予測部と、前記予測部の予測によって得られた前記ヒートポンプの状態が、前記除霜モードへの切り替えが必要であることを示す第１の条件を満たすか否かを判断する事前除霜判断部と、前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たすと前記判断部で判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替える通知をする指令部とを備える。

さらに、前記暖房装置は、前記ヒートポンプを制御するヒートポンプ制御部を有してもよい。そして、前記ヒートポンプ制御部は、前記指令部から前記通知を取得した場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替えてもよい。

また、前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たさないと前記事前除霜判断部で判断された場合に、前記ヒートポンプ制御部は、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替えず、暖房モードで動作させてもよい。

さらに、前記暖房装置は、熱交換器表面温度検出部を備えてもよい。

さらに、前記ヒートポンプシステム制御部は、前記出力抑制時間帯において、前記暖房モードより出力の小さい出力抑制モードで前記ヒートポンプに運転を行なわせる出力抑制運転制御部を備えてもよい。

本発明の他の形態に係る暖房システムは、電力供給元から電力の供給を受けて動作する。前記暖房システムは、暖房装置を備える。前記暖房装置は、前記電力供給元から供給される電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、前記ヒートポンプで生成された熱を放熱する放熱部と、前記ヒートポンプの前記放熱部に放熱させるための熱を生成する暖房モード、又は当該ヒートポンプに生じる霜を除去する除霜モードの動作切り替えするヒートポンプ制御部と、前記ヒートポンプ制御部を制御するシステム制御部とを備える。そして、前記システム制御部は、前記ヒートポンプの消費電力を抑制する出力抑制時間帯を示す出力抑制指示を、前記電力供給元から取得する取得部と、前記取得部で前記出力抑制指示が取得された場合に、前記出力抑制時間帯を含む所定期間における前記ヒートポンプの状態を予測する予測部と、前記予測部の予測によって得られた前記ヒートポンプの状態が、前記除霜モードへの切り替えが必要であることを示す第１の条件を満たすか否かを判断する事前除霜判断部と、前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たすと前記判断部で判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替える通知をする指令部とを備える。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法の概要を説明する。図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御の概要を示すフローチャートである。ここでヒートポンプ式暖房システム１は、図２に示す通り、ヒートポンプ式暖房装置１００とシステム制御部８とから構成されている。

図１に表す通り、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムは、まず、エネルギー供給業者から高価な電力料金時間帯に対する出力抑制信号（以下、「ＤＲ（Ｄｅｍａｎｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）信号」と表記する）を受信する（Ｓ１０１）。ＤＲ信号には、ヒートポンプの消費電力を抑制すべき時間帯である出力抑制時間帯（以下、「ＤＲ時間帯」と表記する）を特定する情報が含まれている。

出力抑制時間帯とは、エネルギー供給業者が任意に指定することができる時間帯であって、例えば、エネルギー供給業者が供給する電力がピークに達する時間帯であり、「１８時から２０時までの２時間」のように規定される。また、ヒートポンプ式暖房システムは、ＤＲ開始時刻より前（例えば、１７時３０分）にＤＲ信号を受信する。

次に、ヒートポンプ式暖房システムは、ＤＲ開始時刻の前に、ＤＲ時間帯における外気温度、外気湿度、及びヒートポンプ出力の予測値を用いて空気熱交換器の表面温度（又は、空気熱交換器に流入する冷媒の温度）の将来の変化を予測し、除霜運転が行われる時刻を予測し、ＤＲ時間帯と予測された除霜が行われる時刻との関係から、事前除霜の必要性を判定する（Ｓ１０２）。そして、ヒートポンプ式暖房システムは、事前除霜が必要と判定した場合（Ｓ１０２でＹｅｓ）に、ＤＲ開始時刻より前に除霜運転を実施する（Ｓ１０３）。なお、事前除霜の判定タイミングは、除霜所要時間によって決定される。また、ヒートポンプ式暖房システムは、事前除霜が必要と判定しない場合（Ｓ１０２でＮｏ）、事前除霜を実施せず、通常のヒートポンプの運転を行う。ここで「通常のヒートポンプの運転」とは、システム制御部８によって制御される運転ではなく、後述するＨＰ（ヒートポンプ）制御部１０３によって制御される運転である。

最後に、ヒートポンプ式暖房システムは、ＤＲ開始時刻になったらヒートポンプの運転条件を切り替えて、ＤＲ開始時刻からＤＲ終了時刻までの間、ＤＲ時間帯の運転条件でヒートポンプを運転する（Ｓ１０４）。ＤＲ時間帯の運転条件とは、例えば、ＤＲ時間帯以外の時間帯にヒートポンプが単位時間当たりに生熱する熱量（第１の熱量：例えば４ｋＷ）より少ない熱量（第２の熱量：例えば２ｋＷ）を単位時間当たりに生熱するような運転条件である。ここでは、第２の熱量を定格電力（４ｋＷ）の半分以下（たとえば２ｋＷ）としている。

このように、ＤＲ時間帯に除霜運転が必要と予測された場合に、事前に除霜運転を実施することで、消費電力の大きい除霜運転をＤＲ時間帯に実行することを回避できる。その結果、エネルギー供給業者の目指した消費電力の削減、および電力需要者のための電気料金節約及びユーザの快適性を両立するヒートポンプのＤＲ制御の効果を享受できる。

図２は、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システム１を示す図である。ヒートポンプ式暖房システム１は、図２に示す通り、ヒートポンプ式暖房装置１００とシステム制御部８とから構成されている。

図２に示される例では、エネルギー供給業者（電力供給元）４から住宅（建物）に対して、第１及び第２の電力系統を通じて電力が供給されている。第１の電力系統は、安定的に電力が供給される電力系統である。また、第１の電力系統は、電力料金が相対的に高い電力系統であり、第１の電力メーター６によって電力消費量が計測される。一方、第２の電力系統は、エネルギー供給業者４によって任意の時間帯に電力の供給を抑制することができる電力系統である。また、第２の電力系統は、電力料金が第１の電力系統よりも安価な電力系統であり、第２の電力メーター７によって電力消費量が計測される。

また、図２に示される住宅内には、電力負荷５と、システム制御部８と、ヒートポンプ式暖房装置１００とが設置されている。ヒートポンプ式暖房装置１００は、ヒートポンプ（生熱部）１０１と、熱交換器１０２と、暖房装置（放熱部）１０４とを少なくとも備えている。

ヒートポンプ式暖房装置１００は、ヒートポンプ１０１で生成した熱を、熱交換器１０２を通じて暖房装置１０４から放熱することにより、暖房装置１０４が設置されている部屋の室温を予め定められた設定温度を含む所定の温度範囲内に維持する装置である。

第１の電力メーター６は、ヒートポンプ式暖房装置１００以外の機器（すなわち、電力負荷５及びシステム制御部８）の消費電力を計測するものである。すなわち、システム制御部８及び電力負荷５は、第１の電力系統を通じてエネルギー供給業者４から電力の供給を受けて動作する。一方、第２の電力メーター７は、圧縮機、ポンプ、及びファン等（図示省略）のヒートポンプ式暖房装置１００の各構成要素の電力消費を計測するものである。すなわち、ヒートポンプ式暖房装置１００の各構成要素は、第２の電力系統を通じてエネルギー供給業者４から電力の供給を受けて動作する。

システム制御部８は、エネルギー供給業者４と通信を行う機能を有すると共に、ヒートポンプ式暖房装置１００に制御指令を与える。例えば、システム制御部８は、出力抑制運転制御部８３を有しており、ＤＲ時間帯におけるヒートポンプ１０１の消費電力が抑制されるように、ヒートポンプ式暖房装置１００の運転を制御する。

エネルギー供給業者４は、各家庭に電力やガスを供給する会社であり、各家庭の電力の使用を抑制したい場合には、ＤＲ信号を送信することによって、各家庭に第２の電力系統を通じて供給される電力の消費を抑制させることができる。

図３は、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房装置１００の詳細な構成図である。図４Ａ及び図４Ｂは、ヒートポンプ１０１の詳細構成を示す図である。

図３に示されるヒートポンプ式暖房装置１００は、ヒートポンプ１０１と、熱交換器１０２と、暖房装置１０４と、ＨＰ制御部１０３と、外気温度検出部１０５と、外気湿度検出部１０６と、熱交換器表面温度検出部１０７と、ヒータ１０８と、出湯温度検出部１０９と、流量検出部１１０と、入水温度検出部１１１とを備える。また、ヒートポンプ１０１及び熱交換器１０２を合わせて、ヒートポンプ部と呼ぶ。

ヒートポンプ１０１は、空気熱源のヒートポンプであり、冷媒を圧縮して高温高圧の状態にする。より具体的には、ヒートポンプ１０１は、図４Ａに示されるように、外気と低温低圧の液体冷媒との間で熱交換させて低温低圧の蒸気冷媒を生成する熱交換器（空気熱交換器）１０１ａ、低温低圧の蒸気冷媒を高温高圧の蒸気冷媒に圧縮するモーター駆動の圧縮機１０１ｂ、及び低温高圧の蒸気冷媒の圧力を下げて低温低圧の液体冷媒を生成する膨張弁１０１ｃ、蒸発器中の冷媒と外気との熱交換を促進させるファン（図示省略）等により構成されている。

そして、圧縮機１０１ｂから出力された高温高圧の蒸気冷媒は、熱交換器１０２で水（蓄熱材）との間で熱交換し、低温高圧の液体冷媒として膨張弁１０１ｃに流入する。すなわち、ヒートポンプ１０１内の冷媒は、図４Ａのヒートポンプサイクルを時計回りに循環する。ヒートポンプ１０１の冷媒は、例えば、４１０Ａである。この冷媒の特性により、熱交換器１０２の水サイクル側の出口の最高温度は５５℃となり、設定暖房温度の上限値は５５℃とする。

熱交換器（水熱交換器）１０２は、ヒートポンプ１０１から出力される高温高圧の冷媒と、水が充填されている二次側の水サイクル（すなわち、熱交換器１０２と暖房装置１０４との間で循環する水）との間で熱交換を行う。また、暖房装置１０４から熱交換器１０２に至る流路上には、図３に示されるように、熱交換器１０２への水の入力量を調整する水ポンプが設置されている。

暖房装置１０４は、家庭内を暖めるための装置であり、例えば、放熱パネルを介して室内に熱エネルギーを放出するラジエータや床暖房、或いは熱交換器１０２で暖められた温風を出力する空調機等である。なお、暖房装置１０４の具体例はこれらに限定されず、ヒートポンプ１０１で生成された熱を、対象に放出する放熱部を有するあらゆる装置が該当する。

外気温度検出部１０５は、外気温度を検出するものであり、具体的には、ヒートポンプ式暖房装置１００が設置されている近傍の外気温度を検出する。外気湿度検出部１０６は、外気湿度を検出するものであり、具体的には、ヒートポンプ式暖房装置１００が設置されている近傍の外気湿度を検出する。熱交換器表面温度検出部１０７は、熱交換器１０１ａの表面温度を検出するものである。また、ヒートポンプ式暖房装置１００は、ヒートポンプ１０１を循環する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部（図示省略）を備えてもよい。

なお、上記の外気温度検出部１０５、外気湿度検出部１０６、熱交換器表面温度検出部１０７、及び冷媒温度検出部の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ、バイメタル式温度計等の温度を測定する一般的な構成を、測定する対象に応じて適宜採用すればよい。

ＨＰ制御部１０３は、ヒートポンプ１０１の圧縮機１０１ｂと膨張弁１０１ｃとを制御することで、生熱量を制御する。まず、ＨＰ制御部１０３は、ヒートポンプ１０１を、暖房モード、除霜モード、又は出力抑制モードで動作させることができる。

暖房モードとは、暖房装置１０４に放熱させるための熱を生成する運転モードであり、ヒートポンプ１０１内の冷媒を、図４Ａのように循環させることによって実現できる。より具体的には、暖房モードが設定されたＨＰ制御部１０３は、通常時（ＤＲ時間帯以外の時間帯）においては、例えば、ユーザによって設定された運転条件などに従って、ヒートポンプ１０１の動作を制御する。一方、ＤＲ時間帯においては、ＨＰ制御部１０３は、システム制御部８からの指示を優先し、この指示に従って、ヒートポンプ１０１の動作を制御する。

一方、除霜モードとは、熱交換器１０１ａの表面に生じる霜を除去する運転モードであり、ヒートポンプ１０１内の冷媒を、図４Ｂのように循環（図４Ａと逆向きに循環）させることによって実現できる。すなわち、圧縮機１０１ｂで生成された高温高圧の蒸気冷媒を熱交換器１０１ａに供給することによって、熱交換器１０１ａの表面に生じる霜を溶かすことができる。

なお、ヒートポンプ１０１を除霜モードで動作させる方法は、図４Ｂの例に限定されない。例えば、冷媒の循環方向は図４Ａと同じにし、膨張弁１０１ｃでの膨張率を暖房モードの場合より小さくすることによっても、熱交換器１０１ａに高圧の冷媒を供給することが可能となり、霜を溶かすことができる。

さらに、出力抑制モードとは、ＤＲ時間帯におけるヒートポンプ１０１の運転モードであって、暖房モードより出力の小さい運転モードである。例えば、暖房モードのヒートポンプ１０１は定格電力（単位時間当たりに第１の熱量を生熱する）で動作し、出力抑制モードのヒートポンプ１０１は定格電力の半分以下の電力（単位時間当たりに第２の熱量を生成する）で動作する。

また、ＨＰ制御部１０３は、外気温度検出部１０５で測定された外気温度と、熱交換器表面温度検出部１０７で測定された熱交換器表面温度とを用いて、暖房モードと除霜モードとの切り替えを判定する。本実施の形態１に係るＨＰ制御部１０３は、外気温度が５℃以下でかつ熱交換器表面温度が−１０℃以下となった場合（第１の条件又は除霜条件）に、ヒートポンプ１０１の運転モードを暖房モードから除霜モードに切り替える。一方、ＨＰ制御部１０３は、熱交換器表面温度が１０℃以上となった場合（第２の条件又は除霜完了条件）に、ヒートポンプ１０１の運転モードを除霜モードから暖房モードに切り替える。

また、ＨＰ制御部１０３は、後述するシステム制御部８の中の事前除霜制御部９からの除霜指令通知を受信する。この除霜指令通知を受信した場合、ＨＰ制御部１０３は、システム制御部８の指令（すなわち、除霜指令通知の内容）にしたがい、ヒートポンプ１０１の運転モードを暖房モードから除霜モードに切り替える。

また、ＨＰ制御部１０３は、現在の運転モードをシステム制御部８のデータ収集部８１に通知する。通知するタイミングは特に限定されないが、例えば、運転モードが切り替わったタイミング、システム制御部８から要求されたタイミング、予め定められたタイミング（毎日午前０時等）であってもよい。

また、ＨＰ制御部１０３は、図３に示される出湯温度検出部１０９で測定された熱交換器１０２から出力される湯の温度（出湯温度）と、入水温度検出部１１１で測定された熱交換器１０２に入力される水の温度（入水温度）との差分に、流量検出部１１０で測定された熱交換器１０２と暖房装置１０４との間の流路内の流量を乗算して、ヒートポンプ１０１の出力を計算し、システム制御部８に送信する。

ヒータ１０８は、図３に示されるように、熱交換器１０２から暖房装置１０４に至る流路上に設置されて、熱交換器１０２から出力される湯をさらに加熱することができる。ヒータ１０８の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、電熱線等を用いることができる。

上記構成のヒートポンプ式暖房装置１００は、例えば、熱交換器１０２から出力される湯の温度である出湯温度がユーザによって設定され、この出湯温度を実現するためにヒートポンプ１０１の運転条件が決定される。しかしながら、ヒートポンプ１０１は、起動してから生熱量が安定するまでにある程度の時間を必要とし、また大幅な設定変更にリアルタイムに追従するのが困難である。

そこで、ヒータ１０８は、出湯温度検出部１０９で検出される出湯温度（計測出湯温度）がユーザの設定した温度（設定出湯温度）に満たさない場合に、熱交換器１０２から出力される湯の計測出湯温度が設定出湯温度に近づくように加熱する。

また、ヒートポンプ１０１の運転モードが除霜モードの場合、ヒートポンプ１０１の回路が除霜用に切り替えられるので、出湯温度が低下し、室温も低下する。そこで、ユーザの快適性を損なわないように、ヒートポンプ１０１が除霜モードで動作する間、ヒータ１０８は、熱交換器１０２から出力される湯を加熱することができる。

図５は、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムのシステム制御部８の詳細な構成図である。図５に示されるシステム制御部８は、データ収集部８１及びＤＲ通信部８２を含む通信部８０と、出力抑制運転制御部８３と、事前除霜制御部９とを備える。

なお、図２及び図５に示されるシステム制御部８は、ヒートポンプ式暖房装置１００とは別体として構成されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、システム制御部８は、ヒートポンプ式暖房装置１００と一体として構成されてもよい。この場合、システム制御部８は、ヒートポンプ式暖房装置１００の中に設置され、ＨＰ制御部１０３の隣の位置に配置されていてもよい。

データ収集部８１は、外気温度検出部１０５、外気湿度検出部１０６、及び熱交換器表面温度検出部１０７等が検出した各種温度、第１及び第２の電力メーター６、７で計測された消費電力量等の各種情報、及びＨＰ制御部１０３で計算されたヒートポンプ１０１の出力を収集する。そして、データ収集部８１は、収集したデータを、後述する事前除霜制御部９の記憶部９１に格納する。また、データ収集部８１は、ヒートポンプ１０１の現在の運転モード通知を、ＨＰ制御部１０３から受信する。

ＤＲ通信部８２は、エネルギー供給業者４からＤＲ信号を受信する。また、ＤＲ通信部８２は、第２の電力系統を通じたヒートポンプ式暖房装置１００への電力の供給を抑制または再開した旨をエネルギー供給業者４へと通知する。なお、ＤＲ通信部８２は、電力線を通じてエネルギー供給業者４と通信（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＰＬＣ）してもよいし、インターネット等の電力線とは異なる回線を通じてエネルギー供給業者４と通信してもよい。また、ＤＲ通信部８２は、事前除霜制御部９にもＤＲ信号を通知する。

ＤＲ信号は、例えば、各家庭の電力の使用を抑制したいＤＲ時間帯の開始時刻の前（例えば、０．５時間から１２時間前）に、エネルギー供給業者４から送信される。この場合、ＤＲ信号には、ＤＲ時間帯の開始時刻及び終了時刻を特定するための情報が含まれる。本実施の形態では、「ＤＲ開始時刻：１８時、ＤＲ終了時刻：２０時」とする。

「ＤＲ時間帯の開始時刻及び終了時刻を特定するための情報」の具体例は特に限定されないが、例えば、「ＤＲ開始時刻：１８時、ＤＲ終了時刻：２０時」のように、ＤＲ開始時刻及びＤＲ終了時刻そのものであってもよいし、「ＤＲ開始時刻１８時、ＤＲ時間：２時間」のように、ＤＲ開始時刻及びＤＲ時間帯の長さを表す情報であってもよい。

出力抑制運転制御部８３は、ＤＲ時間帯とそれ以外の時間帯とで、ＨＰ制御部１０３の動作を切り替える。すなわち、出力抑制運転制御部８３は、「ＤＲ時間帯以外」の時間帯においては、ユーザによって設定された出湯温度を実現するように、ＨＰ制御部１０３にヒートポンプ式暖房装置１００の運転を制御させる。一方、出力抑制運転制御部８３は、ＤＲ通信部８２でＤＲ信号が受信された場合に、ＤＲ時間帯におけるヒートポンプ式暖房装置１００の運転条件を決定し、決定した運転条件で、ＨＰ制御部１０３にヒートポンプ式暖房装置１００の運転を制御させる。この場合、ＨＰ制御部１０３よりもシステム制御部８（出力抑制運転制御部８３）の指令が優先される。

この運転条件は、例えば、熱交換器１０２から出力される湯の温度（出湯温度）の設定値とヒータ１０８の稼動状態とを含む。出力抑制運転制御部８３は、例えば、ＤＲ時間帯以外の時間帯におけるヒートポンプ１０１の単位時間当たりの生熱量（第１の熱量）より小さな熱量（第２の熱量）をヒートポンプ１０１に生成させるように、ＤＲ時間帯におけるヒートポンプ１０１の出湯温度を決定する。

具体的には、例えば、出力抑制運転制御部８３は、熱交換器１０２からの出湯温度を第１の温度設定（例えば５５℃）から、第１の温度よりも低い第２の温度設定（例えば４１℃）に変更し、ヒートポンプ１０１での単位時間当たりの生熱量を第１の熱量から第２の熱量に減少させる。また、消費電力削減のためにヒータ１０８の起動を抑制（または禁止）する。ここでは、熱交換器１０２から出力される湯の量（出湯量）は一定としている。この運転条件の決定処理は、例えば、ＤＲ通信部８２がエネルギー供給業者４からＤＲ信号を受信したタイミングで実行されるが、これに限定されない。

事前除霜制御部９は、ＤＲ通信部８２で受信されたＤＲ信号に含まれるＤＲ開始時刻を参照し、将来の熱交換器表面温度を予測し、この予測結果を用いてＤＲ開始時刻の前に除霜運転（以下「事前除霜」と表記する）を行う必要性を判定する。そして、事前除霜制御部９は、事前除霜が必要と判定した場合に、ＨＰ制御部１０３に除霜指令を通知する。事前除霜制御部９は、記憶部９１と、ＨＰ出力予測部９２と、除霜判定部９３と、除霜指令部９４とを備える。

記憶部９１は、事前除霜制御部９の動作に必要な各種情報を記憶する。例えば、データ収集部８１で収集されたヒートポンプ１０１の出力の実績、及び後述する先のヒートポンプ１０１の出力を予測するための数式パラメータ、及び熱交換器表面温度予測テーブルなどを記憶する。記憶部９１に記憶される各種情報の詳細は、後述する。

ＨＰ出力予測部９２は、例えば、インターネットで提供される外気温度の予報値と外気湿度の予報値とを含む気象データ、及び記憶部９１に格納された過去の外気温度と過去のヒートポンプ１０１の出力の実績とを利用し、現時点からＤＲ終了時刻までのヒートポンプ１０１の出力の予測値を算出する。

除霜判定部９３は、気象データ、及びＨＰ出力予測部９２で予測されたヒートポンプ１０１の出力の予測値を利用し、現時点からの熱交換器表面温度を単位時間毎に予測し、将来の各時刻で熱交換器表面温度が除霜条件（外気温が５℃以下、熱交換器表面温度が−１０℃以下）を満足するか否かを判定する。

そして、除霜条件を満足した将来の時刻がＤＲ時間終了時刻よりも前であった場合、除霜判定部９３は、事前除霜が必要と判定し、熱交換器表面温度の予測を終了する。または、将来の時刻がＤＲ終了時刻に達しても除霜条件を満足しない場合、除霜判定部９３は、事前除霜が不要と判定し、熱交換器表面温度の予測を終了する。

除霜指令部９４は、除霜判定部９３により事前除霜が必要と判定された場合に、ヒートポンプ式暖房装置１００のＨＰ制御部１０３に、除霜指令通知を送信する。

次に、図６〜図９を参照して、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法を説明する。

図６は、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御処理のフローチャートである。図７は、図６に示されるＤＲ制御処理（図６のＳ６０１）のフローチャートである。図８は、図６に示されるＨＰ制御処理（図６のＳ６０２）のフローチャートである。図９は、図７に示される事前除霜制御処理（図７のＳ７０４）のフローチャートである。

まず、図６と図７とを説明する。図６に示されるように、ヒートポンプ制御処理は、ＤＲ制御処理（Ｓ６０１）とＨＰ制御処理（Ｓ６０２）とを、周期的（例えば、１分毎）に実行する。最初に、システム制御部８は、ＤＲ制御処理を実行する（Ｓ６０１）。そして、ＤＲ制御処理が完了次第、ＨＰ制御部１０３は、ＨＰ制御処理を実行する（Ｓ６０２）。

まず、図６に示されるＤＲ制御処理（Ｓ６０１）の詳細は、図７に示される。システム制御部８は、まず現在時刻ｔを取得する（Ｓ７０１）。次に、システム制御部８は、エネルギー供給業者４から送信されるＤＲ信号がＤＲ通信部８２で受信されているか否かを判定する（Ｓ７０２）。ＤＲ信号を受信していない場合（Ｓ７０２でＮｏ）、システム制御部８は、ＤＲ制御処理を終了する。

ＤＲ通信部８２でＤＲ信号が既に受信されている場合（Ｓ７０２でＹｅｓ）、データ収集部８１は、ＨＰ制御部１０３から送信された現在の運転モードを参照する（Ｓ７０３）。現在の運転モードが除霜モードの場合（Ｓ７０３でＹｅｓ）、システム制御部８は、ＤＲ制御処理を終了する。

一方、現在の運転モードが除霜モードでない場合（Ｓ７０３でＮｏ）、システム制御部８は、後述する事前除霜制御処理を、事前除霜制御部９に実行させる（Ｓ７０４）。事前除霜制御処理では、将来の除霜運転が行われる時刻を予測し、ＤＲ開始時刻の前に除霜（事前除霜）が必要かを判定する。そして、事前除霜が必要と判断された場合、事前除霜制御部９は、ＨＰ制御部１０３へ除霜指令通知を送信する。事前除霜が必要でないと判断された場合、事前除霜は行われず（すなわち、除霜指令通知が送信されない）、ヒートポンプ１０１は、ＨＰ制御部１０３の指令により運転を継続する。

事前除霜制御処理が終了すると、データ収集部８１は、取得された現在時刻ｔがＤＲ開始時刻ｔ_ｓを過ぎているか否かを判定する（Ｓ７０５）。現在時刻ｔがＤＲ開始時刻ｔ_ｓを過ぎていない場合（Ｓ７０５でＮｏ）、システム制御部８は、ＤＲ制御処理を終了する。一方、現在時刻ｔがＤＲ開始時刻ｔ_ｓを過ぎている場合（Ｓ７０５でＹｅｓ）、システム制御部８は、出力抑制運転制御部８３にＤＲ制御を実行させることにより、熱交換器１０２からの出湯温度を現在の５５℃（第１の温度設定）から４１℃（第２の温度設定）へ変更する（すなわち、運転モードを暖房モードから出力抑制モードに切り替える）信号をＨＰ制御部１０３へ送信する（Ｓ７０６）。その後、システム制御部８は、ＤＲ制御の処理を終了する。

次に、図６に示されるＨＰ制御処理（Ｓ６０２）の詳細は、図８に示される。ＨＰ制御部１０３は、まず、ヒートポンプ１０１の現在の運転モードが除霜モードであるか否かを確認する（Ｓ８０１）。

現在の運転モードが除霜モードでない場合（Ｓ８０１でＮｏ）、ヒートポンプ１０１は既に暖房モードで運転（暖房運転）している状態である。この場合、ＨＰ制御部１０３は、システム制御部８の除霜指令部９４から除霜指令通知を受信しているか否かを確認する（Ｓ８０２）。

除霜指令通知を受信していない場合（Ｓ８０２でＮｏ）、ＨＰ制御部１０３は、外気温度検出部１０５で測定された外気温度及び熱交換器表面温度検出部１０７で測定された熱交換器表面温度を参照し、現在の状態が除霜条件を満たしているか否かを判定する（Ｓ８０３）。なお、実施の形態１における除霜条件とは、例えば、外気温度が５℃以下かつ熱交換器表面温度が−１０℃以下である。

現在の状態が除霜条件を満たしている場合（Ｓ８０３でＹｅｓ）、ＨＰ制御部１０３は、ヒートポンプ１０１の運転モードを除霜モードに設定し（Ｓ８０５）、ヒートポンプ１０１に除霜モードで運転を開始させる（Ｓ８０６）。一方、現在の状態が除霜条件を満たしていない場合（Ｓ８０３でＮｏ）、ＨＰ制御部１０３は、ヒートポンプ１０１に引き続き暖房モードで運転させる（Ｓ８０４）。

また、除霜指令通知を受信している場合（Ｓ８０２でＹｅｓ）、ＨＰ制御部１０３は、ヒートポンプ１０１の運転モードを除霜モードに設定し（Ｓ８０５）、ヒートポンプ１０１に除霜モードで運転を開始させる（Ｓ８０６）。

一方、現在の運転モードが除霜モードの場合（Ｓ８０１でＹｅｓ）、ヒートポンプ１０１は既に除霜モードで運転（除霜運転）している状態である。この場合、ＨＰ制御部１０３は、熱交換器表面温度検出部１０７で測定された熱交換器表面温度を参照し、除霜完了条件を満たすか否かを判断する（Ｓ８０７）。本実施の形態１における除霜完了条件は、例えば、熱交換器表面温度が１０℃以上とする。

そして、除霜完了条件を満たす場合（Ｓ８０７でＹｅｓ）、ＨＰ制御部１０３は、ヒートポンプ１０１の運転モードを暖房モードに設定し（Ｓ８０８）、ヒートポンプ１０１に暖房モードでの運転を開始させる（Ｓ８０９）。一方、除霜完了条件を満たしていない場合（Ｓ８０７でＮｏ）、ＨＰ制御部１０３は、ヒートポンプ１０１に引き続き除霜モードで運転させる（Ｓ８１０）。

以上の処理で図６に示す処理が終了し、一定時間後に再度処理が開始される。

次に、図９に示される事前除霜制御処理を説明する。前述の通り、システム制御部８は、図７のステップＳ７０４において、事前除霜制御部９に事前除霜制御処理を実行させる。

まず、事前除霜制御部９は、事前除霜フラグの設定値を確認する（Ｓ９０１）。事前除霜フラグは、ＤＲ信号を受信してから現在までの間に事前除霜を行ったか否か（すなわち、ステップＳ９０６で除霜指令通知を発行したか否か）を示すフラグである。より具体的には、事前除霜フラグには、既に事前除霜が行われた場合に“ＯＮ”が設定され、未だ事前除霜が行われていない場合に“ＯＦＦ”が設定される。

そして、事前除霜フラグに“ＯＮ”が設定されている場合（Ｓ９０１でＮｏ）、事前除霜制御部９は、事前除霜制御処理を終了する。一方、事前除霜フラグに“ＯＦＦ”が設定されている場合、事前除霜制御部９は、現在時刻ｔが事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）を過ぎており、かつ現在時刻ｔがＤＲ開始時刻ｔ_ｓより前か否かを判定する（Ｓ９０２）。

この事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）は、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓから除霜の所要時間に相当する時間ｔ_ｄだけ遡った時刻とする。本実施の形態１のヒートポンプ式暖房システムでは、除霜の所要時間を最長で１５分としているため、余裕をみてＤＲ開始時刻ｔ_ｓの２０分前（すなわち、ｔ_ｄ＝２０分）を事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）と設定する。

また、本実施の形態１では、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓを１８：００とするため、事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）は１７：４０時に設定される。現在時刻ｔが事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）を過ぎていない、または、現在時刻ｔがＤＲ開始時間ｔ_ｓを過ぎた場合（Ｓ９０２でＮｏ）、事前除霜制御部９は、事前除霜制御処理を終了する。

一方、現在時刻ｔが事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）を過ぎてかつＤＲ開始時間ｔ_ｓより前の場合（Ｓ９０２でＹｅｓ）、事前除霜制御部９は、ＤＲ時間帯を含む所定期間におけるヒートポンプ１０１の状態を予測（Ｓ９０３、Ｓ９０４）し、予測によって得られたヒートポンプ１０１の状態が除霜条件を満たすか否かを判断する（Ｓ９０５）。図１０〜図１３Ｂを参照して、図９のステップＳ９０３〜ステップＳ９０５の処理を詳細に説明する。まず、図１０は、各構成要素間で送受信される情報の一覧を示す図である。

ＨＰ出力予測部９２は、図１０に示されるように、ヒートポンプ１０１の出力を予測する時間帯における外気温度の予報値（外気温度、外気湿度）を気象データから取得する。そして、ＨＰ出力予測部９２は、取得した外気温度の予報値に対応するヒートポンプ１０１の出力実績をＨＰ出力予測テーブルから取得する。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、ＨＰ出力予測テーブルの例を示す図である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるように、ＨＰ出力予測テーブルは、過去の外気温度を四捨五入した１℃刻みの外気温度と、その外気温度における過去のヒートポンプ１０１の出力実績の平均値との対応関係を保持しており、予め記憶部９１に記憶されている。

すなわち、図１１Ａに示されるＨＰ出力予測テーブルの２レコード目は、外気温度が０℃の時の過去のヒートポンプ１０１の出力の平均値が６ｋＷであることを示している。他のレコードについても同様である。

なお、記憶部９１には、ＤＲ時間帯以外の時間帯に取得したヒートポンプ１０１の出力実績の平均値（図１１Ａ）と、ＤＲ時間帯に取得したヒートポンプ１０１の出力実績の平均値（図１１Ｂ）とを、別々に記憶している。すなわち、ＤＲ時間帯はヒートポンプ１０１の出力が抑制されるので、図１１Ｂにおけるヒートポンプ１０１の出力実績の平均値は、図１１Ａの同一の外気温度に対応付けられた出力実績の平均値より小さくなっている。

そして、ＨＰ出力予測部９２は、ヒートポンプ１０１の出力を予測しようとしている将来の時刻における外気温度の予報値と同じ外気温度に対応付けられた過去のヒートポンプ１０１の出力実績の平均値をＨＰ出力予測テーブルから抽出する。そして、ＨＰ出力予測部９２は、上記の方法により、ヒートポンプ１０１の出力実績の平均値を、ＤＲ時間帯を含む所定期間（実施の形態１では、事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）からＤＲ終了時刻ｔ_ｆの期間）内の単位時間（例えば、１分）毎に抽出し、ヒートポンプ１０１の出力の予測値（図１０では「ＨＰ出力予測値」と表記）として除霜判定部９３に出力する（図９のＳ９０３）。

次に、除霜判定部９３は、図１０に示されるように、ＤＲ時間帯を含む所定期間のヒートポンプ１０１の出力の予測値をＨＰ出力予測部９２から取得し、熱交換器表面温度検出部１０７から現在の熱交換器１０１ａの表面温度を取得し、時刻Ｔ（ｔ≦Ｔ≦ｔ_ｆ）における外気温度の予報値及び外気湿度の予報値を気象データから取得する。なお、時刻Ｔの初期値は現在時刻ｔである。

そして、除霜判定部９３は、取得した各種データと図１２Ａに示される熱交換器表面温度予測テーブルとに基づいて、図１２Ｂに示されるように、時刻Ｔ＋１（例えば、時刻Ｔの１分後）における熱交換器１０１ａの表面温度を予測する。

図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して、除霜判定部９３で実行される熱交換器表面温度の予測を説明する。図１２Ａは、事前に記憶部９１に記憶されている熱交換器表面温度予測テーブルである。熱交換器表面温度予測テーブルは、時刻Ｔにおける熱交換器表面温度の状態で、所定のＨＰ出力と、外気温度と、外気湿度とで時刻（Ｔ＋１）まで運転した場合における熱交換器表面温度の変化量を計測したテーブルである。

より具体的には、図１２Ａに示される熱交換器表面温度予測テーブルには、時刻（Ｔ＋１）におけるＨＰ出力値と、時刻（Ｔ＋１）における外気温度と、時刻（Ｔ＋１）における外気湿度と、時刻Ｔにおける熱交換器表面温度と、時刻Ｔから時刻（Ｔ＋１）までの熱交換器表面温度の変化量とが、対応付けて保持されている。

熱交換器表面温度を計算しようとしている将来の時刻を（Ｔ＋１）とすると、除霜判定部９３は、時刻（Ｔ＋１）における外気温度及び外気湿度の予報値と、時刻（Ｔ＋１）におけるＨＰ出力の予測値と、時刻Ｔにおける熱交換器表面温度とに対応する熱交換器表面温度の変化量を、熱交換器表面温度予測テーブルから読み出す。そして、除霜判定部９３は、時刻Ｔにおける熱交換器表面温度と、読み出した熱交換器表面温度の変化量とを加算することにより、時刻（Ｔ＋１）における熱交換器表面温度を算出（予測）する（図９のＳ９０４）。

なお、熱交換器表面温度テーブルに取得した値と同一の値がない場合は、近傍値から線形補完し、時刻（Ｔ＋１）における熱交換器表面温度の予測値を算出する。この処理を、除霜条件を満たすか（図９のＳ９０５）、又は時刻Ｔが時刻ｔ_ｆに到達（図９のＳ９０８、Ｓ９０９）するまで単位時間（例えば、１分）毎に行う。その結果、図１２Ｂに示すように、時刻（ｔ＋１）の熱交換器表面温度の予測値は、時刻ｔの熱交換器表面温度を元に算出され、以下、図９のステップＳ９０４が呼び出される度に、１分先の熱交換器表面温度の予測値が算出される。

そして、除霜判定部９３は、ステップＳ９０４で熱交換器表面温度が予測されるたびに、除霜条件が満足されるかを判定する（Ｓ９０５）。本実施の形態１に係る除霜判定部９３は、時刻Ｔにおける外気温度が５℃以下で、かつ時刻Ｔにおける熱交換器表面温度が−１０℃以下となった場合に、除霜条件を満足すると判定する（Ｓ９０５でＹｅｓ）。一方、上記のいずれかを満たさない場合、除霜判定部９３は、除霜条件を満足しないと判断する（Ｓ９０５でＮｏ）。

図１３Ａに除霜条件を満足する場合の予測結果の一例を、図１３Ｂに除霜条件を満足しない場合の予測結果の一例を示す。図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、事前除霜開始時刻である１７時４０分から先（未来）に向かって、外気温度及び熱交換器表面温度が図示されている。そして、図１３Ａの例では、ＤＲ終了時刻（ｔ_ｆ）より前（１９時３０分）で除霜条件を満たしている（図９のＳ９０５でＹｅｓ）ので、それ以降の予測はスキップされる。一方、図１３Ｂの例では、除霜条件を満たさないので、ＤＲ終了時刻（ｔ_ｆ）までの熱交換器表面温度が予測される。

すなわち、除霜条件が満足されなかった場合（Ｓ９０５でＮｏ）、除霜判定部９３は、時刻Ｔを１分後の時刻（Ｔ＋１）とする（Ｓ９０８）。次に、除霜判定部９３は、新たな時刻ＴがＤＲ終了時刻ｔ_ｆを過ぎているかを判定する（Ｓ９０９）。新たな時刻ＴがＤＲ終了時刻ｔ_ｆを過ぎていた場合（Ｓ９０９でＹｅｓ）、除霜判定部９３は、事前除霜制御処理を終了する。

この場合、除霜指令通知（Ｓ９０６）が実行されていないため、図８のステップＳ８０２〜Ｓ８０６で事前除霜処理が実施されない。一方、新たな時刻ＴがＤＲ終了時刻ｔ_ｆを過ぎていない場合（Ｓ９０９でＮｏ）、除霜判定部９３は、新たな時刻Ｔでの熱交換器表面温度を予測する（Ｓ９０４）。

また、ＤＲ終了時刻までに除霜条件を満足した場合（Ｓ９０５でＹｅｓ）、除霜指令部９４は、事前除霜が必要と判断し、除霜指令通知をＨＰ制御部１０３に送信し（Ｓ９０６）、事前除霜フラグに“ＯＮ”を設定して（Ｓ９０７）、事前除霜の処理を終了する。

上記のように、除霜判定部９３は、将来の１分毎の各時刻における熱交換器表面温度の予測を繰り返しながら、各時刻で除霜条件を満足するかどうかを判定する。そして、除霜判定部９３は、ＤＲ終了時刻ｔ_ｆまでに除霜条件を満足すると判定したら、事前除霜が必要と判定して除霜指令通知をＨＰ制御部１０３に送信し、事前除霜制御処理を終了する。または、予測時刻ＴがＤＲ終了時点ｔ_ｄに達しても除霜条件を満足しない場合、除霜判定部９３は、事前除霜が不要と判定し、事前除霜制御の処理を終了する。

図１４を参照して、本実施の形態１の効果を説明する。図１４の（ａ）は、実施の形態１の事前除霜制御処理を実行せず、ＤＲ時間帯に除霜運転した場合の第２の電力メーター７によって計測される消費電力（ヒートポンプ式暖房装置１００の消費電力）の一例である。図１４の（ｂ）は、ＤＲ時間帯に除霜条件を満たすと判断され、事前除霜を行う場合の第２の電力メーター７によって計測される消費電力の一例である。

図１４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＤＲ時間帯以外の時間帯（すなわち、出湯温度設定が高い時間帯）において、暖房モードで動作するヒートポンプ式暖房装置１００の消費電力（除霜時は除く）は、４ｋＷとする。また、ＤＲ時間帯（すなわち、出湯温度設定が低い時間帯）において、暖房モードで動作するヒートポンプ式暖房装置１００の消費電力（除霜時は除く）は、２ｋＷとする。

次に、図１４の（ａ）のＤＲ時間帯において、除霜モードで動作するヒートポンプ式暖房装置１００の消費電力は、ヒータ１０８の起動が抑制されているため、ヒートポンプ１０１で消費する３ｋＷのみとする。さらに、図１４の（ｂ）のＤＲ時間帯の前において、除霜モードで動作するヒートポンプ式暖房装置１００の消費電力は、ヒータ１０８の起動が抑制されていないため、ヒータ１０８で消費する２ｋＷとヒートポンプ１０１で消費する３ｋＷとを加算した５ｋＷとする。また、図１４（ａ）及び（ｂ）のどちらの場合でも、除霜にかかる時間は１５分とする。

まず、電力料金に関する定量的な効果を計算する。例えば、図１４の（ｃ）に示されるように、１８：００から２０：００の間の電力料金が１ｋＷあたり５０円、それ以外の時間の電力料金を１ｋＷあたり１０円とする。

１７：００から２１：００まで電力料金を計算するとすれば、図１４の（ａ）の電力料金（図１４の（ｃ）で破線で示される）は、１７：００〜１８：００において４０円、１８：００〜２０：００において２１２．５円、２０：００〜２１：００において４０円となり、合計で２９２．５円である。一方、図１４の（ｂ）の電力料金（図１４の（ｃ）実線で示される）は、１７：００〜１８：００において４２．５円、１８：００〜２０：００において２００円、２０：００〜２１：００において４０円となり、合計で２８２．５円である。つまり、図１４の（ａ）のようにＤＲ時間帯に除霜する場合と、図１４の（ｂ）のようにＤＲ開始時刻までに事前除霜する場合との電力料金の差分は、１０円となる。

図１４の（ｃ）を時間帯毎に詳細に検討すると、図１４の（ｂ）のように事前除霜を行う場合、事前除霜の期間に、除霜モードで動作するヒートポンプ１０１の消費電力とヒータ１０８の消費電力とが必要となるので、ＤＲ開始時刻までの料金が、図１４の（ａ）のようにＤＲ時間帯に除霜を行う場合の料金よりも増加する。しかし、ＤＲ時間帯以外の比較的安価な電力料金を用いて除霜運転が行われるため、増加分（図１４（ｃ）の実線の傾き）は小さい。

一方、図１４の（ａ）のようにＤＲ時間帯に除霜を行う場合は、高価な電力料金のＤＲ時間帯に除霜運転が行われるため、除霜に伴う電力料金が、図１４の（ｂ）のように事前除霜を行う場合の消費電力を上回る。このように、ＤＲ時間帯に除霜条件を満たすと判断された場合に、ＤＲ時間帯の前に除霜運転を行うことで、電力料金を節約できる。

次に、図１４の（ｄ）を参照して、快適性に関する効果を説明する。図１４の（ｄ）に示されるように、図１４の（ｂ）のように事前除霜を行う場合（図１４の（ｄ）の実線で示される）は、ＤＲ開始時刻の前にヒートポンプ１０１の運転モードが除霜モードに切り替えられ、ヒートポンプ１０１から暖房装置１０４に一時的に熱が供給されないので、室温が徐々に低下する。しかしながら、その期間はヒータ１０８が使われているため、室温低下率（図１４（ｄ）の実線の傾き）は比較的小さい。

一方、図１４の（ａ）のようにＤＲ時間帯に除霜運転を行う場合は、ヒートポンプ１０１の運転モードがＤＲ時間帯に除霜モードに切り替えられて、ヒートポンプ１０１から暖房装置１０４に熱が供給されなくなる。ここで、ＨＰ制御部１０３は、ＤＲ時間帯におけるヒータ１０８の使用を抑制（禁止）しているので、室温低下率が事前除霜の場合より大きい。その結果、快適性に大きく影響する室温の最低値が、図１４の（ｂ）のように事前除霜を行う場合と比べて低くなる。このように、ＤＲ時間帯に除霜条件を満たすと判断された場合に、ＤＲ時間帯の前に除霜運転を行うことで、快適性の低下を改善することが出来る。

また、電力負荷がピークとなる時間帯をＤＲ時間帯に設定する場合、系統の安定化のために可能な限り電力を削減することが望ましく、無駄な電力を消費することは望ましくない。すなわち、図１４の（ａ）のＤＲ時間帯の除霜運転の際に消費される電力は、熱交換器１０１ａに付着した霜を溶かすために使用され、室内への暖房に寄与しない無駄な電力と言える。

そこで、図１４の（ｂ）のように事前除霜を行うと、ＤＲ時間帯にヒートポンプ１０１で消費される電力は、全て暖房に使用される。このように、ＤＲ時間帯に除霜条件を満たすと判断された場合に、ＤＲ時間帯の前に除霜運転を行うことで、電力を有効に消費し、系統安定化にも寄与することが出来る。

このように、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法によれば、ピーク時間帯に除霜条件を満たすと判断した場合に、ピーク時間帯の前に除霜運転を行うことで、ピーク時間帯に除霜運転が行われるのを回避することができる。その結果、ピーク時間帯の電力ピークカットによる系統電力の安定化、およびユーザの電気代削減と快適性とに寄与するシステムの制御方法として有用である。すなわち、ＤＲ時間帯を電力のピーク時間帯に設定しておくことにより、より系統安定化を実現できる。

なお、本実施の形態１では、ヒートポンプ１０１の運転モードを切り替える条件として、外気温度及び熱交換器表面温度の瞬時の値を利用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、連続値や移動平均時などを利用し、「熱交換器表面温度が−１０℃以下の状態が所定時間（例えば、３分間）継続した」のような条件でもよい。

また、熱交換器表面温度の変わりに、配管を流れる冷媒の温度を利用してもよい。さらに、熱交換器表面温度や冷媒温度などの組合せで、着霜量を推定してもよい。すなわち、上記の例では、所定期間における空気熱交換器の表面の温度を単位時間毎に予測し、予測によって得られた空気熱交換器の表面の温度が閾値以下となった場合に、除霜条件を満たすと判断していた。これに対して、所定期間における冷媒の温度を単位時間毎に予測し、予測によって得られた冷媒の温度が閾値以下となった場合に、除霜条件を満たすと判断してもよい。さらには、撮像装置（カメラ）等を用いて着霜量を直接測定してもよい。

また、本実施の形態１に係る除霜判定部９３は、熱交換器表面温度予測テーブルを利用し、熱交換器表面温度の予測値を算出するが、本発明はこれに限定されない。例えば、外気温度と外気湿度とヒートポンプ出力との関係性のある式やモデルなどを利用してもよい。同様に、ＨＰ出力予測部９２は、ヒートポンプ出力を予測するために、ＨＰ出力予測テーブルを作成するほか、関係性のある式やモデルなどを作成してもよい。

また、事前除霜制御部９の行う事前除霜制御処理のタイミング（事前除霜開始時刻）は、ＤＲ開始時刻の直前に限らず、ＤＲ信号受信時刻の直後でもよい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２の係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法を説明する。

実施の形態１では、前述の通り、ＤＲ終了時刻までに除霜条件を満たすと判断した場合に、図１４の（ｂ）に示すようにＤＲ開始時刻の前に除霜運転を行う。これにより、図１４の（ａ）に示すようなＤＲ時間帯に除霜運転が行われるのを回避することができる。

しかし、実施の形態１では、ＤＲ終了時刻より後に除霜条件を満たす場合には事前に除霜運転を行わないため、着霜によるヒートポンプ１０１の効率が低下し、効率の低い状態での運転がＤＲ時間帯に発生し、ＤＲ時間帯の消費電力が増加する課題がある。また、ＤＲ開始時刻の前に必ず除霜運転を行うとすると、ＤＲ終了時刻より後で外気温度が高くなり、日射や大気熱により霜が溶けるような場合に、事前除霜で消費した電力が無駄となる。

また、実施の形態１では、ＤＲ終了時刻の直後に除霜運転が行われる場合もある。ＤＲ終了時刻の直後には、ＤＲ時間帯に低下した室温を、出湯温度設定を元に戻して回復させようとする処理が実行される。そのため、この期間に除霜運転が行われると、除霜運転に電力が消費されるため、室温が低い状態が長くなり、快適性が損なわれるという課題がある。

（解決方法）
そこで、実施の形態２では、実施の形態１での除霜条件を満たすか否かをＤＲ終了時刻まで判断しているのに対して、さらに先（将来：ｔ_ｆ２）まで予測を行う。なお、ヒートポンプ式暖房システムの制御方法の流れは図６と共通するため、実施の形態１との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。すなわち、実施の形態１では、除霜条件を満たすか否かを判断する「所定期間の終期」を、ＤＲ終了時刻（ｔ_ｆ）としている。これに対して、実施の形態２では、「所定期間の終期」を実施の形態１より長く設定（ｔ_ｆ２）している。具体的には、「所定期間の終期」を、ＤＲ終了時刻後で、且つ暖房装置１０４が設置された部屋の室温がＤＲ信号を受信した時点の水準に回復する時刻に設定する場合、また翌朝の任意の時刻（例えば、１０時）に設定する場合がある。

（構成・動作）
実施の形態２は、図２〜図５に示されるヒートポンプ式暖房装置１００を前提としている点で、実施の形態１と共通する。

次に、実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房装置１００の動作について説明する。この実施の形態は、「所定期間の終期（ｔ_ｆ２）」を翌朝の午前１０時としている。
実施の形態２では、図６に示される実施の形態１と同様に、周期的にＨＰ制御処理とＤＲ制御処理とが実行される。そして、ＨＰ制御処理は、図８に示される実施の形態１と同じ処理を行う。次に、実施の形態２でのＤＲ制御処理は、図１５に示される。

実施の形態２の事前除霜制御処理において、現在時刻ｔが事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）を過ぎて、かつＤＲ開始時間ｔ_ｓより前の場合（Ｓ１５０２でＹｅｓ）、ＨＰ出力予測部９２は、現在（事前除霜開始時刻）からＤＲ時間帯終了後の翌日の午前１０時（ｔ_ｆ２）までのヒートポンプ１０１の出力を予測する（Ｓ１５０３）。

本実施の形態２に係る除霜判定部９３は、外気温度が上昇し始める翌１０時までに除霜条件を満たさないと判断した場合に、霜が日射や大気熱により霜が自然に溶けると判断する。また、本実施の形態２では、ＤＲ終了時刻の後に室温がＤＲ信号受信時の水準に回復するために２時間かかると事前に設定されているものとする。

次に、除霜判定部９３は、熱交換表面温度の予測（Ｓ１５０４）を行い、除霜条件が満足されなかった場合（Ｓ１５０５でＮｏ）、時刻Ｔを１分後の時刻（Ｔ＋１）とする（Ｓ１５０８）。次に、新たな時刻ＴがＤＲ終了後の翌１０時（ｔ_ｆ２）を過ぎていない場合（Ｓ１５０９でＮｏ）、除霜判定部９３は、新たな時刻Ｔでの熱交換器表面温度を予測する（Ｓ１５０４）。その他の処理については、実施の形態１の図９と同様であるので、再度の説明は省略する。

（効果）
次に、図１６を参照して、上記実施の形態２のヒートポンプ式暖房システムの制御方法の効果を説明する。まず、図１６の（ａ）は、ＤＲ終了時刻ｔ_ｆと翌１０時（ｔ_ｆ２）との間に除霜条件を満たす場合において、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法で除霜運転した場合の第２の電力メーター７によって計測される消費電力の一例である。

実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法では、ＤＲ終了時刻ｔ_ｆまでの間に除霜条件を満たすか否かを判断する。図１６の（ａ）の場合は、ＤＲ終了時刻ｔ_ｆまでしか除霜条件を満たすかどうかの判断をしないため、事前除霜が行われない。しかしながら、図１６の（ａ）の場合は、ＤＲ終了時刻後に除霜運転が実施されている。すなわち、図１６の（ａ）の場合は、熱交換器１０１ａにＤＲ時間帯の前からある程度の霜が付着しており、霜が着いたままの状態でヒートポンプ１０１を運転することになる。その結果、ＤＲ時間帯のヒートポンプ１０１の消費電力が増加する。その後、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法では、翌日午前１０時までの間に前述の除霜条件を満足してから除霜運転を行う。

次に、図１６の（ｂ）は、ＤＲ終了時刻ｔ_ｆと翌日午前１０時（ｔ_ｆ２）との間に除霜条件を満たす場合において、実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法で除霜運転した場合の第２の電力メーター７によって計測される消費電力の一例である。

実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法では、翌日午前１０時までに除霜条件を満たすと判断した場合に、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓの前に除霜運転が行われる。すなわち、実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法では、熱交換器１０１ａにＤＲ時間帯の前からある程度の霜が付着していても、事前除霜を行うため、ＤＲ時間帯には霜がない状態でヒートポンプ１０１を運転することができる。その結果、ＤＲ時間帯におけるヒートポンプ１０１の消費電力を減少させることができる。

また、図１６の（ｃ）は、翌１０時までに除霜条件を満たさないと判断した場合において、実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房装置の制御方法で除霜した場合の第２の電力メーター７によって計測される消費電力の一例である。

図１６の（ｃ）に示されるように、外気温度が上昇し始める翌１０時までに除霜条件を満たさないと判断した場合には、日射や大気熱により霜が自然に溶けると判断し、事前除霜は行われない。例えば、必ずＤＲ開始時刻の前に除霜運転を行うとすると、いずれ自然に溶ける霜を電力によって溶かすことになるので、無駄な電力を使用することになる。実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法では、これを回避することで、無駄な電力の使用を抑えることができる。

また、図１６の（ｄ）は、前述の図１６の（ａ）及び（ｂ）のように運転を行った場合の室温の変化を比較している図である。図１６の（ａ）に示す実施の形態１のように、ＤＲ終了時刻ｔ_ｆから室温が回復するまでの間（室温回復期間（２時間））に除霜運転が行われた場合、室温の回復中にヒートポンプ１０１から暖房装置１０４への熱の供給が中断される。このため、ＤＲ終了時刻ｔ_ｆの後の除霜運転中にさらに室温が低下し、除霜運転終了後に再度室温を回復させることになり、快適性を損なう（図１６の（ｄ）の破線）。また、図１６の（ｂ）に示す実施の形態２のように、室温回復期間に除霜条件を満たすと判断した場合に事前除霜を行うことにより、室温の回復が中断されることなく、快適性を損なうことがない（図１６の（ｄ）の実線）。

このように、実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法によれば、ピーク時間帯（すなわち、ＤＲ時間帯）はもちろんのこと、ピーク時間帯の後に除霜条件を満たすと判断した場合にも、ピーク時間帯の前に除霜運転を行う。これにより、ピーク時間帯に除霜運転をすることを回避することができるだけでなく、ピーク時間帯におけるヒートポンプ１０１の運転効率を改善できる。

また、日射や大気熱で霜が自然に溶ける（すなわち、除霜運転が必要でない）と判断した場合には、事前除霜を行わないことで、無駄な電力の使用を回避することができる。

また、ピーク時間帯の後の室温回復期間の後まで、除霜条件を満たすかどうかを判断しているため、室温回復期間（ここでは２時間）に除霜運転が行われることがなく、快適性を損なうことがない。すなわち、実施の形態２に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法は、ピークカットによる系統電力の安定化、およびユーザの電気代削減と快適性とに寄与する運転方法として有用である。

（なお書き）
なお、実施の形態２では、事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）から外気温度が上昇し始める翌１０時までの熱交換器表面温度の予測を行い、いずれ除霜条件を満たすか否かを判断しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、予測の終了時刻を、ＤＲ終了時刻後に室温が回復した時点（２２時）まで、翌日のＤＲ開始時刻（翌日１８時）まで、又は２４時間先まで等としてもよい。また、ＤＲ終了時刻の後に室温が回復する時間を２時間としているが、例えば、過去の室温の回復にかかった時間を計測し、最も回復にかかったその時間（たとえば４時間）を用い、ＤＲ終了時刻から４時間後まで熱交換器表面温度を予測することとしてもよい。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法を説明する。

実施の形態１では、前述の通り、ＤＲ終了時刻までに除霜が行われると予測した場合に、図１４の（ｂ）に示すようにＤＲ開始時刻の２０分前に除霜運転を開始することで、ＤＲ時間帯に除霜運転が行われるのを回避している。

ここで、除霜運転中には、ヒートポンプ１０１から暖房装置１０４へ熱が供給されないので、室温が低下する。また、運転モードを除霜モードから暖房モードに切り替えた直後は、熱交換器１０２からの出湯温度が設定値より低くなっている。そのため、図１４の（ｂ）の例のように、ＤＲ開始時刻の直前に除霜運転が開始されると、除霜運転が終わってからＤＲ開始時刻までの時間が短く、室温及び熱交換器１０２からの出湯温度が回復しないままＤＲ開始時刻を迎える。このように、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法では、ＤＲ時間帯における室温が低くなり、快適性が損なわれる。

（解決方法）
そこで、実施の形態３では、実施の形態１の事前除霜開始時刻よりさらに前に、除霜運転を開始する制御方法の例を説明する。なお、実施の形態３に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法の流れは図６と共通するため、実施の形態１との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。

すなわち、実施の形態１では、ＤＲ開始時刻（１８時）の直前にヒートポンプの状態が除霜完了条件を満たす（すなわち、除霜運転が終了する）ようなタイミング（１７時４０分）で、ヒートポンプ１０１の運転モードを除霜モードに切り替えている。これに対して、実施の形態３では、事前除霜を行い、且つ部屋の室温を事前除霜前の水準に回復させた状態でＤＲ開始時刻を迎えるように制御する。より具体的には、事前除霜の開始タイミング（ヒートポンプ１０１の運転モードを除霜モードに切り替えるタイミング）を、ＤＲ開始時刻から除霜運転に必要な時間及び室温を回復させる時間遡った時刻に設定する。

（構成・動作）
実施の形態３は、図２〜図５に示されるヒートポンプ式暖房装置１００を前提としている点で、実施の形態１と共通する。

次に、実施の形態３に係るヒートポンプ式暖房装置１００の動作について説明する。実施の形態３では、図６に示される実施の形態１と同様に、周期的にＨＰ制御処理とＤＲ制御処理とが実行され、ＨＰ制御処理は図８に示される実施の形態１と同じ処理を行う。次に、実施の形態３でのＤＲ制御処理は、図１７に示される。

実施の形態３の事前除霜制御処理は、ＤＲ開始時刻である１８：００（ｔ_ｓ）を基準として、除霜にかかる時間である２０分（ｔ_ｄ）と、室温及び熱交換器１０２からの出湯温度が回復するまでの時間である４０分（ｔ_ｒ）とを加算した時間（６０分）だけ遡った時刻である１７：００を、事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ−ｔ_ｒ）としている。なお、本実施の形態３では、室温及び熱交換器１０２からの出湯温度が回復するまでの時間を４０分と事前に設定しているが、この時間は住宅やヒートポンプ１０１の性能によって変動する。

現在時刻ｔが事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ−ｔ_ｒ）を過ぎて、かつＤＲ開始時間ｔ_ｓより前の場合（Ｓ１７０２でＹｅｓ）、ＨＰ出力予測部９２は、事前除霜開始時刻からＤＲ終了時刻ｔ_ｆまでのヒートポンプ１０１の出力を予測する（Ｓ１７０３）。その他の処理については、実施の形態１の図９と同様であるので、再度の説明は省略する。

（効果）
次に、図１８を参照して、上記実施の形態３のヒートポンプ式暖房システムの制御方法の効果を説明する。図１８の（ａ）は、ＤＲ時間帯に除霜条件を満たすと判断された場合において、実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法で除霜運転した場合の第２の電力メーター７によって計測される消費電力の一例である。実施の形態１に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法では、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓの直前に除霜運転が終了する。

また、図１８の（ｂ）は、図１８の（ｂ）と同じくＤＲ時間帯に除霜条件を満たすと判断された場合において、実施の形態３に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法で除霜運転した場合の第２の電力メーター７によって計測される消費電力の一例である。実施の形態３に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法では、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓから、除霜に必要な時間ｔ_ｄと、室温及び熱交換器１０２からの出湯温度が回復する時間ｔ_ｒとだけ遡った事前除霜開始時刻（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ−ｔ_ｒ）に、事前除霜が開始されることになる。

また、図１８の（ｃ）は、前述の図１８の（ａ）及び（ｂ）の運転を行った場合の室温の変化を比較している図である。図１８の（ａ）に示す実施の形態１では、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓの直前に除霜運転を行っているため、室温が低いままＤＲ開始時刻ｔ_ｓになっている（図１８（ｃ）の破線）。一方、図１８の（ｂ）に示す実施の形態３では、除霜運転後からＤＲ開始時刻ｔ_ｓまでに、室温及び熱交換器１０２からの出湯温度を回復させるのに十分な時間が確保されているので、図１８の（ａ）の場合と比較して、ＤＲ時間帯の室温を高く維持できる（図１８（ｃ）の実線）。

また、図１８の（ｂ）に示す実施の形態３では、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓの時点で室温及び熱交換器１０２からの出湯温度を除霜前の水準に回復させるのに必要な最小限の時間（上記の例では４０分）だけ前倒して除霜運転を開始している。このため、除霜運転の終了からＤＲ開始時刻ｔ_ｓまでの時間が不必要に長くなることがないので、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓにおける着霜量を低く抑えることができる。

例えば、ＤＲ信号を１６：００に受信し、１６：００から除霜運転を行った場合には、１７：００には室温及び熱交換器１０２からの出湯温度が除霜運転前の水準に回復するが、除霜運転の終了後からＤＲ開始時刻１８：００までの時間が長くなる。よって、ＤＲ開始時刻ｔ_ｓにおける着霜量が実施の形態３と比較して多くなる。そのため、ＤＲ時間帯におけるヒートポンプ１０１の運転効率が低くなり、消費電力が多くなる。そこで、実施の形態３ように、室温及び熱交換器１０２からの出湯温度がＤＲ開始時刻直前に回復し終わるタイミングで事前除霜を行うことで、ＤＲ時間帯におけるヒートポンプ１０１の消費電力を低減できる。

このように、実施の形態３に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法によれば、ピーク時間帯に除霜条件を満たすと判断した場合、室温及び熱交換器１０２からの出湯温度がピーク時間帯の直前に回復するようなタイミングで除霜運転を行うことで、ピーク時間帯に除霜運転をすることを回避できる。また、快適性を損なわず、さらにピーク時間帯のヒートポンプ１０１の運転効率を改善できる。その結果、ピークカットによる系統電力の安定化、およびユーザの電気代削減と快適性とに寄与する運転方法として有用である。

（なお書き）
なお、実施の形態３では、室温及び熱交換器１０２からの出湯温度が回復するまでの時間を４０分と事前に設定しているが、例えば、過去の外気温に対するヒートポンプ１０１の運転による室温の回復度合い等を学習して、最適な回復時間を予測するなどの方法でもよい。

（全体のなお書き）
なお、本発明の実施の形態１〜３では、ヒートポンプ式温水暖房システムについて記載したが、これに限定されず、ヒートポンプ式のエアコン（空調機）であってもよい。

なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。

（１）上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムで実現され得る。ＲＡＭまたはハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

（２）上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、ＲＯＭからＲＡＭにコンピュータプログラムをロードし、ロードしたコンピュータプログラムにしたがって演算等の動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

（３）上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されてもよい。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールには、上記の超多機能ＬＳＩが含まれてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有してもよい。

（４）本発明は、上記に示す方法で実現されてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムで実現してもよいし、コンピュータプログラムからなるデジタル信号で実現してもよい。

また、本発明は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したもので実現してもよい。また、これらの記録媒体に記録されているデジタル信号で実現してもよい。

また、本発明は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送してもよい。

また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、メモリは、コンピュータプログラムを記憶しており、マイクロプロセッサは、コンピュータプログラムにしたがって動作してもよい。

また、プログラムまたはデジタル信号を記録媒体に記録して移送することにより、またはプログラムまたはデジタル信号をネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施してもよい。

（５）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

本発明に係るヒートポンプ式暖房システムの制御方法は、電力消費量が多くなるピーク時間帯に除霜運転をする必要がないため、ピークカットによる系統電力の安定化、およびユーザの電気代削減に寄与する運転方法として有用である。

１ ヒートポンプ式暖房システム
４ エネルギー供給業者
５ 電力負荷
６ 第１の電力メーター
７ 第２の電力メーター
８ システム制御部
８０ 通信部
８１ データ収集部
８２ ＤＲ通信部
８３ 出力抑制運転制御部
９ 事前除霜制御部
９１ 記憶部
９２ ＨＰ出力予測部
９３ 除霜判定部
９４ 除霜指令部
１００ ヒートポンプ式暖房装置
１０１ ヒートポンプ
１０１ａ，１０２ 熱交換器
１０１ｂ 圧縮機
１０１ｃ 膨張弁
１０３ ＨＰ制御部
１０４ 暖房装置
１０５ 外気温度検出部
１０６ 外気湿度検出部
１０７ 熱交換器表面温度検出部
１０８ ヒータ
１０９ 出湯温度検出部
１１０ 流量検出部
１１１ 入水温度検出部

Claims (15)

1. 電力供給元から電力の供給を受けて動作する暖房システムの制御方法であって、
   前記暖房システムは、前記電力供給元から供給される電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、前記ヒートポンプで生成された熱を放熱する放熱部とを備え、
   前記ヒートポンプは、前記放熱部に放熱させるための熱を生成する暖房モード、又は当該ヒートポンプに生じる霜を除去する除霜モードで動作し、
   前記暖房システムの制御方法は、
   前記ヒートポンプの消費電力を抑制する出力抑制時間帯を示す出力抑制指示を、前記電力供給元から取得する取得ステップと、
   前記取得ステップで前記出力抑制指示が取得された場合に、前記出力抑制時間帯を含む所定期間における前記ヒートポンプの状態を予測し、予測によって得られた前記ヒートポンプの状態が、前記除霜モードへの切り替えが必要であることを示す第１の条件を満たすか否かを判断する事前除霜判断ステップと、
   前記事前除霜判断ステップでの判断結果に応じて、前記ヒートポンプの運転モードを制御する事前除霜ステップとを含み、
   前記事前除霜ステップでは、
   前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たすと前記判断ステップで判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替え、
   前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たさないと前記判断ステップで判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替えず、暖房モードで動作させる、
   暖房システムの制御方法。
2. 前記事前除霜判断ステップは、前記出力抑制指示を取得した後、前記ヒートポンプが除霜モード運転していないときに、実施される、
   請求項１に記載の暖房システムの制御方法。
3. 前記暖房システムの制御方法は、さらに、前記出力抑制時間帯における前記ヒートポンプの運転を制御する出力抑制運転制御ステップを含み、
   前記出力抑制運転制御ステップでは、前記ヒートポンプに、前記暖房モードより出力の小さい出力抑制モードで運転を行なわせ、且つ除霜モードで運転を行わせない、
   請求項１又は２に記載の暖房システムの制御方法。
4. 前記出力抑制モードの前記ヒートポンプは、前記ヒートポンプの定格出力の半分以下の出力で動作する、
   請求項３に記載の暖房システムの制御方法。
5. 前記ヒートポンプは、当該ヒートポンプの状態が、霜が除去されたことを示す第２の条件を満たした場合に、前記除霜モードから前記暖房モードに切り替え、
   前記事前除霜ステップでは、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプの状態が前記第２の条件を満たすようなタイミングで、前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替える、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の暖房システムの制御方法。
6. 前記所定期間の終期は、前記出力抑制時間帯の終了時刻である
   請求項５に記載の暖房システムの制御方法。
7. 該暖房システムの制御方法は、さらに、前記ヒートポンプの単位時間当たりの成熱量を、前記出力抑制時間帯の開始時刻に第１の熱量から前記第１の熱量より小さい第２の熱量に切り替え、前記出力抑制時間帯の終了時刻に前記第２の熱量から前記第１の熱量に切り替える出力抑制運転制御ステップを含み、
   前記所定期間の終期は、前記出力抑制時間帯の終了時刻後で、且つ前記放熱部が設置された部屋の室温が前記出力抑制指示を取得した時点の水準に回復する時刻である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の暖房システムの制御方法。
8. 前記所定期間の終期は、翌朝である、
   請求項７に記載の暖房システムの制御方法。
9. 前記ヒートポンプは、当該ヒートポンプの状態が、霜が除去されたことを示す第２の条件を満たした場合に、前記除霜モードから前記暖房モードに切り替え、
   前記事前除霜ステップでは、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記放熱部が設置された部屋の室温が前記除霜モードに切り替わる前の水準に回復するようなタイミングで、前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の暖房システムの制御方法。
10. 電力供給元から電力の供給を受けて動作する暖房システムであって、
    前記暖房システムは、暖房装置と前記暖房装置を制御するシステム制御部とを備え、
    前記暖房装置は、
    前記電力供給元から供給される電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、
    前記ヒートポンプで生成された熱を放熱する放熱部と、を備え、
    前記ヒートポンプは、前記放熱部に放熱させるための熱を生成する暖房モード、又は当該ヒートポンプに生じる霜を除去する除霜モードの動作切り替えができ、
    前記システム制御部は、
    前記ヒートポンプの消費電力を抑制する出力抑制時間帯を示す出力抑制指示を、前記電力供給元から取得する取得部と、
    前記取得部で前記出力抑制指示が取得された場合に、前記出力抑制時間帯を含む所定期間における前記ヒートポンプの状態を予測する予測部と、
    前記予測部の予測によって得られた前記ヒートポンプの状態が、前記除霜モードへの切り替えが必要であることを示す第１の条件を満たすか否かを判断する事前除霜判断部と、
    前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たすと前記判断部で判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替える通知をする指令部とを備える
    暖房システム。
11. 前記暖房装置は、さらに、前記ヒートポンプを制御するヒートポンプ制御部を有し、
    前記ヒートポンプ制御部は、前記指令部から前記通知を取得した場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替える、
    請求項１０に記載の暖房システム。
12. 前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たさないと前記事前除霜判断部で判断された場合に、前記ヒートポンプ制御部は、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替えず、暖房モードで動作させる、
    請求項１１に記載の暖房システム。
13. 前記暖房装置は、さらに、熱交換器表面温度検出部を備える、
    請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の暖房システム。
14. 前記ヒートポンプシステム制御部は、さらに、前記出力抑制時間帯において、前記暖房モードより出力の小さい出力抑制モードで前記ヒートポンプに運転を行なわせる出力抑制運転制御部を備える、
    請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の暖房システム。
15. 電力供給元から電力の供給を受けて動作する暖房システムであって、
    前記暖房システムは、暖房装置を備え、
    前記暖房装置は、
    前記電力供給元から供給される電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、
    前記ヒートポンプで生成された熱を放熱する放熱部と、
    前記ヒートポンプの前記放熱部に放熱させるための熱を生成する暖房モード、又は当該ヒートポンプに生じる霜を除去する除霜モードの動作切り替えするヒートポンプ制御部と、前記ヒートポンプ制御部を制御するシステム制御部と、を備え、
    前記システム制御部は、
    前記ヒートポンプの消費電力を抑制する出力抑制時間帯を示す出力抑制指示を、前記電力供給元から取得する取得部と、
    前記取得部で前記出力抑制指示が取得された場合に、前記出力抑制時間帯を含む所定期間における前記ヒートポンプの状態を予測する予測部と、
    前記予測部の予測によって得られた前記ヒートポンプの状態が、前記除霜モードへの切り替えが必要であることを示す第１の条件を満たすか否かを判断する事前除霜判断部と、
    前記所定期間における前記ヒートポンプの状態が、前記第１の条件を満たすと前記判断部で判断された場合に、前記出力抑制時間帯の開始時刻より前に前記ヒートポンプを前記除霜モードに切り替える通知をする指令部とを備える
    暖房システム。

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