JP2014126274A - 設備機器の制御装置およびそれを備えたエネルギー管理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コントローラ80は、消費電力抑制要求がある抑制期間に暖房給湯システム10に能力抑制制御をかける消費電力抑制制御部82と、抑制期間の直後に抑制後起動制御を暖房給湯システム10にかける起動制御部83と、起動待機時間を設定する起動待機時間設定部84とを備える。抑制後起動制御は、停止状態あるいは低能力状態の暖房給湯システム10の能力を通常運転で必要な能力まで増加させる制御であり、制御開始から起動待機時間だけ待機した後に、暖房給湯システム10の能力を増加させ始める制御である。起動待機時間設定部84は、タッチパネル89で入力された値、あるいは、乱数生成で得られた値を、起動待機時間として設定する。
【選択図】図3
Description
本実施形態に係る暖房給湯システム10は、住宅に設置されるヒートポンプシステムである。暖房給湯システム10は、暖房および給湯の目的で使用される。ただし、これに限定されるものではなく、暖房給湯システム10は、暖房又は給湯のみに使用されてもよい。また、例えば、暖房給湯システム10は、暖房、および/又は、給湯に加え、冷房にも使用されるものであってもよい。
電力会社1は、電力統括装置1aを有している。電力統括装置1aは、電力会社1の電力供給量と、電力需要者による電力需要量とがバランスするように各種処理を行って電力(エネルギー)の需給を調節する装置である。電力統括装置1aは、通信回線100aによって、後述する住宅2に設置されたスマートメータ2aと接続されており、スマートメータ2aと双方向通信が可能である。
住宅2は、暖房給湯システム10のほか、スマートメータ2a、HEMS(家庭用エネルギー管理システム)2b、各種の電気機器3を有する。
図2は、本発明の一実施形態に係る暖房給湯システム10の概略構成図である。暖房給湯システム10は、主に、蒸気圧縮機式のヒートポンプサイクルを利用することで水媒体を加熱し、加熱された水媒体を用いて暖房および給湯を行う。
室外機20は、熱源ユニットとして機能する。室外機20は、通常、屋外に配置されている。室外機は、図2のように、ガス冷媒連絡管26と、液冷媒連絡管27とにより室内機30と接続され、冷媒回路25の一部を構成している。室外機20は、図2のように、主として、圧縮機21と、熱源側熱交換器23と、膨張弁22と、を有している。熱源側熱交換器23は、内部を流れる冷媒と、室外ファンによって生成され周囲を流れる外気との間で熱交換を行わせる。
室内機30は、屋内に配置されている。室内機30は、図2のように、ガス冷媒連絡管26と、液冷媒連絡管27とを介して室外機20に接続されており、冷媒回路25の一部を構成している。また、室内機30は、図2のように、水媒体連絡管36,37を介して、それぞれ給湯ユニット60および暖房ユニット70に接続されており、水媒体回路35の一部を構成している。室内機30は、図2のように、主として、利用側熱交換器31と、暖房用電気ヒータ32と、循環ポンプ33とを有している。利用側熱交換器31は、図2のように、冷媒回路25内を流れる冷媒と、水媒体回路35を流れる水媒体との熱交換を行うことで、冷媒回路25を流れる冷媒の凝縮器として機能する。つまり、熱源側熱交換器23に流入した気相の冷媒は、水媒体回路35を流れる水媒体に熱を放出することで、凝縮して液相の冷媒となる。言い換えれば、利用側熱交換器31は、冷媒回路25を流れる冷媒の放熱器として機能し、水媒体回路35を流れる水媒体を加熱する。
給湯ユニット60は、室内機30から供給される水媒体を使用する水媒体機器であって、屋内に設置されている。給湯ユニット60は、図2のように、水媒体連絡管36,37を介して室内機30と接続されており、水媒体回路35の一部を構成している。
暖房ユニット70は、室内機30から供給される水媒体を使用する水媒体機器であって、屋内に設置されている。暖房ユニット70は、図2のように、水媒体連絡管36,37を介して室内機30に接続されており、水媒体回路35の一部を構成している。
水媒体連絡管36は、図2のように、室内機30の出口側(循環ポンプ33の下流側)と、給湯ユニット60の熱交換コイル62の入口側および暖房ユニット70の熱交換器71の入口側とを接続している。水媒体連絡管37は、図2のように、室内機30の入口側(利用側熱交換器31の入口側)と、給湯ユニット60の熱交換コイル62の出口側および暖房ユニット70の熱交換器71の出口側とを接続している。室内機30から、水媒体連絡管36を介して、給湯ユニット60又は暖房ユニット70に供給された水媒体は、水媒体連絡管37を介して、室内機30へと戻る。
コントローラ80は、CPUやメモリ等を有するマイクロコンピュータであり、メモリに記憶された各種プログラムをCPUが実行することで、各種制御を実行する。なお、コントローラ80は、一体に構成されている必要はなく、室外機20、室内機30、給湯ユニット60、暖房ユニット70をそれぞれ制御する複数のサブコントローラが回線により接続されて構成されるものであってもよい。
起動制御部83は、停止している暖房給湯システム10を立ち上げたり、後述する電力調整運転が終わって暖房給湯システム10を低能力状態から高能力状態に立ち上げたりするときに起動制御を行う。この起動制御部83は、起動制御として、通常起動制御83aと、抑制後起動制御83bとを有している。
起動待機時間設定部84は、抑制後起動制御83bにおける制御パラメータである起動待機時間を設定する。入力受付部80bは、住宅2に住む暖房給湯システム10の使用者や、暖房給湯システム10を設置する工事業者が操作するタッチパネル89からの操作入力や設定入力を受け付ける機能部である。タッチパネル89を操作する者は、起動待機時間の設定に関し、まず自動設定か手動設定かを選択する。
上述の電力統括装置1aが有する起動情報記憶部1a2は、各住宅2の暖房給湯システム10のコントローラ80において設定された起動待機時間の情報を記憶する。電力統括装置1aは、HEMS2bを経てコントローラ80から各暖房給湯システム10の起動待機時間の情報を収集する。
HEMS2bが有する契約情報記憶部2b1には、電力需要者である住宅2の住人と電力供給者である電力会社1との電力供給に関する契約の情報が記憶されている。この契約の情報は、電力供給者からの電力消費量の調整要求に応じたときに電力需要者が獲得するインセンティブに関する情報も含まれる。このインセンティブに関する情報は、例えば、図4に示すような、起動待機時間とインセンティブ支払い額とを関係づける情報を含む。この図4に示すインセンティブ支払い額は、上述の起動待機時間の設定において、電力需要者が手動設定を選択して起動待機時間を手動入力した場合に適用され支払われる金銭の額である。抑制後起動制御において0〜30秒という短い起動待機時間で圧縮機21が立ち上がるような手動入力をした場合には、インセンティブ支払い額は0円である。一方、抑制後起動制御において7分〜10分という比較的長い起動待機時間を待つことを選択して手動入力を行った場合には、インセンティブ支払い額は1回当たり70円となる。
本実施形態に係る暖房給湯システム10の動作、特に給湯暖房運転と、電力調整運転と、について説明する。
暖房給湯システム10は、給湯暖房運転制御部81により制御され、給湯暖房運転として、暖房運転のみ、給湯運転のみ、あるいは暖房運転と給湯用電気ヒータ63による給湯運転との並行運転を行う。
電力調整運転は、HEMS2bから電力の消費量の調整要求があった時に行われる運転である。電力調整運転は、消費電力抑制制御部82により実行される。
電力の消費量の抑制要求を受信したとき、個別調整要求期間の間、上述のように消費電力抑制制御部82の指令に応じて暖房給湯システム10が電力の消費量を抑制する電力調整運転を実行するが、抑制期間(個別調整要求期間)が終了すると、停止状態あるいは低能力状態となっている暖房給湯システム10を立ち上げることになる。具体的には、暖房給湯システム10の圧縮機21の回転数を、ゼロあるいは低い回転数から、通常運転で要求される高い回転数まで上げていくことになる。この抑制期間後の圧縮機21の立ち上げは、起動制御部83が、抑制後起動制御83bを実行することによって為される。
(5−1)
本実施形態の暖房給湯システム10のコントローラ80は、起動制御部83が抑制後起動制御83bにおいて起動待機時間を用いる。この起動待機時間は、起動待機時間設定部84によって手動設定あるいは自動設定される。
本実施形態の暖房給湯システム10は、住宅に設置されるヒートポンプシステムであり、圧縮機21を含むものである。この圧縮機21は、通常運転時の消費電力に比べ、起動時、特に起動直後に消費する電力量が非常に大きいという特性を持つ。このため、上述の抑制後起動制御83bがなければ、図5に示すように、電力会社1が管轄する地域に存在する多数の暖房給湯システム10が、抑制期間T1の後の時間帯T2の最初の短時間に、すなわち抑制期間T1の直後に一斉に起動して、それぞれ圧縮機21の回転数を上げてしまうと、電力会社1が想定している電力消費量W2を超えることが予想される。抑制期間T1の間、全体の電力消費量がW1程度になるように各暖房給湯システム10の運転に抑制が掛かっているため、その抑制期間T1が終わると一斉に暖房給湯システム10の圧縮機21の回転数が上がる可能性が高いためである。
本実施形態の暖房給湯システム10では、上述のように起動制御部83が抑制後起動制御83bを行うが、仮に、制御開始から起動待機時間だけ待機させる抑制後起動制御83bを常に行うとすれば、多数の暖房給湯システム10が一斉に起動する恐れが殆どない通常時においても、暖房給湯システム10が直ちに起動しないというデメリットが出てしまう。例えば、普通の暖房給湯システム10を立ち上げるときや、暖房給湯システム10がサーモオフの状態からサーモオンの状態に変わったときに、長ければ10分という起動待機時間の間、住宅2の住人は暖房や給湯の機能を享受できないという不具合が生じる。
本実施形態の暖房給湯システム10のコントローラ80を採用すれば、同じ地域に存在する多数の暖房給湯システム10の起動待機時間の値が分散し、抑制期間の終了直後に電力の需給バランスが崩れるという事態を抑制できる。一方、起動待機時間が長い時間に設定された場合、その暖房給湯システム10を使用する住宅2の住人(電力需要者)は、抑制期間の終了後に暖房給湯システム10が十分な能力を発揮するまでに、他の住宅2の住人に比べて長い時間を要することになる。
本実施形態の電力管理システム100における電力統括装置1aでは、偏り抑制部1a1によって偏り抑制措置を行っている。具体的には、住宅2のコントローラ80の起動待機時間設定部84によって設定された暖房給湯システム10の起動待機時間が、結果的に平準化されておらず、それらの起動待機時間の分布が偏っている場合に、偏り抑制部1a1が所定数の暖房給湯システム10の起動待機時間を前後にずらす修正を行う。これにより、起動待機時間の分布が変わり、多数の起動待機時間が平準化され、多数の暖房給湯システム10が一斉に起動するという事態が、より確実に抑制されるようになっている。
(6−1)変形例A
上記の実施形態の電力管理システム100では、通常運転時の消費電力よりも起動時の消費電力のほうが大きい設備機器として、暖房給湯システム10を例に上げて説明しているが、起動時の消費エネルギーが大きい設備機器であれば、ホームエレベータでも、エアコンでも、換気装置でも構わない。
上記の実施形態の暖房給湯システム10は、住宅2に設置される設備機器であるが、これに限定されるものではなく、ビルや商業施設に設置される設備機器であってもよい。この場合、コントローラ80は、HEMS2bではなく、例えばBEMS(ビル用エネルギー管理システム)から電力の消費量の調整要求を受け付けることになる。
上記の実施形態の暖房給湯システム10では、起動待機時間設定部84が、自動設定が選択されたときには乱数値によって起動待機時間を決め、手動設定が選択されたときには操作者の入力値を起動待機時間としている。しかし、自動設定と手動設定との選択をさせる構成を採らずに、必ず乱数値によって起動待機時間を決める構成を採ってもよいし、逆に必ず操作者に入力をさせて起動待機時間を決める構成を採ってもよい。
上記の実施形態の暖房給湯システム10では、電力統括装置1aの偏り抑制部1a1が、乱数値によって決まっていた起動待機時間を前後にずらす修正を行うことによって、改善を図っている。これに代えて、偏り制御部1a1が、起動待機時間が集中しているときに、該当する暖房給湯システム10の住宅2の住人に再手動設定の要請を送るようにしてもよい。また、偏り制御部1a1が、強制的に起動待機時間をずらす修正を行い、その修正を行った旨を、コントローラ80を介してタッチパネル89に表示させるようにしてもよい。
上記の実施形態では、暖房給湯システム10とコントローラ80とを分けて説明しているが、上述のようにコントローラ80の構成は1つとは限らない。例えば、暖房給湯システム10とコントローラとが一体化されていてもよいし、室外機20あるいは暖房ユニット70にコントローラが組み込まれていてもよい。
2b1 契約情報記憶部(記憶装置)
10 暖房給湯システム(設備機器)
21 圧縮機
80 コントローラ(制御装置)
82 消費電力抑制制御部(消費エネルギー抑制制御部)
83 起動制御部
83a 通常起動制御
83b 抑制後起動制御
84 起動待機時間設定部
Claims (7)
- 通常運転時の消費エネルギーよりも起動時の消費エネルギーのほうが大きい設備機器(10)の制御装置(80)であって、
消費エネルギー抑制要求がある抑制期間に、前記設備機器に能力抑制制御をかける、消費エネルギー抑制制御部(82)と、
前記抑制期間の直後に、停止状態あるいは低能力状態の前記設備機器の能力を通常運転で必要な能力まで増加させる抑制後起動制御(83b)を前記設備機器にかける、起動制御部(83)と、
前記抑制後起動制御における制御パラメータである起動待機時間を設定する起動待機時間設定部(84)と、
を備え、
前記抑制後起動制御は、制御開始から前記起動待機時間だけ待機した後に、前記設備機器の能力を増加させ始める制御であり、
前記起動待機時間設定部は、外部から入力された値、あるいは、乱数生成で得られた値を、前記起動待機時間として設定する、
設備機器の制御装置。 - 前記起動制御部は、前記抑制後起動制御とは別の通常起動制御(83a)を前記設備機器にかけることができ、
前記通常起動制御は、制御開始後、直ちに前記設備機器の能力を増加させ始める制御である、
請求項1に記載の設備機器の制御装置。 - 前記起動待機時間設定部は、所定の時間範囲の中から乱数生成で得られた値を、前記起動待機時間として設定する、
請求項1又は2に記載の設備機器の制御装置。 - 前記起動待機時間設定部は、前記設備機器の設置時に入力された値を、前記起動待機時間として設定する、
請求項1又は2に記載の設備機器の制御装置。 - 前記起動待機時間設定部が、前記設備機器の使用者によって入力された値を、前記起動待機時間として設定する、請求項1又は2に記載の前記設備機器の制御装置(80)と、
前記設備機器の制御装置に対して前記消費エネルギー抑制要求を送信する、エネルギー統括装置(1a)と、
前記設備機器の使用者と前記エネルギー統括装置の管理者との間で結ばれる契約の情報を記憶する記憶装置(2b1)と、
を備え、
前記契約の情報に、前記設備機器の使用者の入力により設定された前記起動待機時間の長さと、前記エネルギー統括装置の管理者から前記設備機器の使用者に支払われるインセンティブとを関連付けた情報が含まれる、
エネルギー管理システム。 - 多数の、請求項1から4のいずれかに記載の前記設備機器の制御装置(80)と、
前記設備機器の制御装置と双方向通信可能に接続され、前記設備機器の制御装置に対して前記消費エネルギー抑制要求を送信する、エネルギー統括装置(1a)と、
を備え、
前記エネルギー統括装置は、前記設備機器の制御装置それぞれの前記起動待機時間を収集し、それらの前記起動待機時間の分布が偏っている場合には、偏り抑制措置を行う、
エネルギー管理システム。 - 前記設備機器(10)は、圧縮機(21)を含む冷凍サイクルを有する冷凍装置であり、
前記起動制御部は、前記抑制後起動制御において、前記抑制期間の終了後、前記起動待機時間だけ待機してから、前記圧縮機の回転数を増加させ始める、
請求項1から4のいずれかに記載の設備機器の制御装置、あるいは、請求項5又は6に記載のエネルギー管理システム。
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