JP2015087092A - 運転計画作成装置及び運転計画作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビル等の熱需要家における人間の快適性を考慮しながらその熱需要家の空調機の空調熱負荷を予測し、熱供給プラントの熱源機器を計画的に運転する運転計画を作成することのできる運転計画作成装置及び運転計画作成方法を提供する。【解決手段】熱需要家2の空調を行うために熱需要家2に熱量を供給する熱供給プラント1の複数の熱源機器3の運転計画を作成する運転計画作成装置であって、熱需要家2における目標快適性指標に基づいて所定時間帯の空調熱負荷を予測する空調熱負荷予測部100と、予測された空調熱負荷に基づいて各熱源機器3の運転計画を作成する運転計画作成部200と、を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、運転計画作成装置及び運転計画作成方法に関し、例えば熱供給プラントに設けられた熱源機器の運転計画作成装置及び運転計画作成方法に関する。

従来から、たとえば製造業では、省エネやＣＯ_２排出量の削減を目的として、製造プロセスの改変や高効率省エネ機器の導入、燃料転換等が積極的に進められてきた。

しかしながら、製造業におけるエネルギー消費量は、国内のエネルギー消費量の約40％を占めており、そのエネルギー消費量は依然として高い水準で推移している。また、住宅、業務分野では、快適性や利便性を求めるライフスタイルが普及し、そのエネルギー消費量は年々増加する傾向にある。

このような問題に対し、再生可能エネルギーの活用や、電力や熱の相互融通によりエネルギーを有効利用したり、需要家におけるエネルギー消費を制御することによって、更なる省エネやＣＯ_２排出量の削減を実現する技術が検討されている（特許文献１、２）。

特許文献１に開示されている熱源予測制御装置は、温度、流量の実績値、気象情報および曜日の情報に基づいて夜間時間帯および翌日の熱負荷を予測し、この負荷予測値から夜間電力利用率の向上、ピークカット時間帯の運用および熱回収運転による効率的な運用を行うための蓄熱槽運用計画を決定し、この運用計画値を目標として発停回数が少なく、蓄熱槽の蓄熱が安定に推移することのできる熱源機器の運転計画を立てる装置である。

また、特許文献２に開示されている空調制御装置は、人間の温冷感覚に影響を与える複数のプロセス変数と居住者の感じている快適度を入力し、入力されたプロセス変数と快適度に基づきニューラルネットワークによって快適性指標を学習し、学習された快適性指標と当該快適性指標の変化量から当該快適性指標が快適の範囲に収まるようにファジィ推論によって空調機の制御量設定値を演算する装置である。

特許第２９０９２７５号公報 特許第３０４９２６６号公報

特許文献１に開示されている熱源予測制御装置によれば、昼間の負荷ピークを計画的にカットすることができ、計画的な運用の前提となる負荷予測が誤差を持った場合でも安定した供給制御を行うことができる。

また、特許文献２に開示されている空調制御装置によれば、実際の人間感覚に適応した快適性指標を学習することができ、その快適性指標の快適範囲内に空調機の制御量設定値を維持することができる。

しかしながら、特許文献１に開示されている熱源予測制御装置においては、熱需要家における熱負荷を評価する際に、人間の快適性が考慮されておらず、作成された運転計画によって空調を実施した熱需要家の室温が人間の実際の温冷感覚と乖離してしまうといった問題が生じ得る。

また、特許文献２に開示されている空調制御装置においては、空調機に供給する空調熱負荷を予め把握することができず、熱供給プラント等の熱供給側の熱源機器を計画的に運転することができないといった問題がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、例えばビル等の熱需要家における人間の快適性を考慮しながらその熱需要家の空調機の空調熱負荷を予測し、熱供給側の熱供給プラントの熱源機器を計画的に運転する運転計画を作成することのできる運転計画作成装置及び運転計画作成方法を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る運転計画作成装置は、熱需要家の空調を行うために該熱需要家に熱量を供給する熱供給プラントの複数の熱源機器の運転計画を作成する運転計画作成装置であって、前記運転計画作成装置は、前記熱需要家における目標快適性指標に基づいて所定時間帯の空調熱負荷を予測する空調熱負荷予測部と、予測された該空調熱負荷に基づいて各熱源機器の運転計画を作成する運転計画作成部と、を有していることを特徴とする。

また、本発明に係る運転計画作成方法は、熱需要家の空調を行うために該熱需要家に熱量を供給する熱供給プラントの複数の熱源機器の運転計画を作成する運転計画作成方法であって、前記運転計画作成方法は、前記熱需要家における目標快適性指標に基づいて所定時間帯の空調熱負荷を予測し、予測された該空調熱負荷に基づいて各熱源機器の運転計画を作成することを特徴とする。

以上の説明から理解できるように、本発明によれば、熱需要家における人間の快適性を確保しながらその熱需要家の空調機の空調熱負荷を予測し、熱供給プラントの熱源機器を効率的且つ計画的に運転する運転計画を作成することができ、熱源機器のエネルギー消費を抑制して省エネやＣＯ_２排出量の削減を実現することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る運転計画作成装置の実施の形態が適用される熱供給プラントと熱需要家から成るエネルギーネットワークの全体構成を概略的に示す全体構成図。 図１に示す運転計画作成装置の内部構成を概略的に示す内部構成図。 図１に示す運転計画作成装置で用いる快適性指標を説明する図であり、（ａ）は快適性指標の算出方法を模式的に説明する図、（ｂ）は快適性指標と温冷感と不満足率の関係を説明する図。 本発明に係る運転計画作成方法の実施の形態１を説明するフロー図。 実施の形態１の運転計画作成方法の一例を時系列で説明した図であり、（ａ）は快適性指標を示す図、（ｂ）は熱需要家の室温設定値を示す図、（ｃ）は冷凍機から供給される冷熱量を示す図、（ｄ）は冷凍機の運転台数を示す図、（ｅ）は熱供給プラントの総合COPを示す図、（ｆ）は熱供給プラントの消費エネルギーを示す図。 本発明に係る運転計画作成方法の実施の形態２を説明するフロー図。 実施の形態２の運転計画作成方法の一例を時系列で説明した図であり、（ａ）は快適性指標を示す図、（ｂ）は熱需要家の室温設定値を示す図、（ｃ）は冷凍機から供給される冷熱量を示す図、（ｄ）は冷凍機の運転台数を示す図、（ｅ）は熱供給プラントの総合COPを示す図、（ｆ）は熱供給プラントの消費エネルギーを示す図。

以下、本発明に係る運転計画作成装置及び運転計画作成方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。

［運転計画作成装置の実施の形態］
図１は、本発明に係る運転計画作成装置の実施の形態が適用される熱供給プラントと熱需要家から成るエネルギーネットワークの全体構成を概略的に示したものである。なお、本実施の形態では、冷凍機を使用してビル等の熱需要家の冷房を行う場合について具体的に説明する。

図示するエネルギーネットワーク10は、主として、複数台の冷凍機（熱源機器）3を有する熱供給プラント1と、空調機7を有する熱需要家（例えばビル等）2と、から構成されている。

熱供給プラント1の各冷凍機3と熱需要家2の空調機7とは、往管4と復管5とで接続されており、熱供給プラント1の各冷凍機3で生成された冷水Wは、往管4を介して熱需要家2に設置された空調機7に供給され、空調機7で熱交換を行い、復管5を介して熱供給プラント1の各冷凍機3へ戻るようになっている。

具体的には、熱需要家2内では、換気侵入熱q_v、窓面通過日射熱q_g、壁体貫流熱q_w、（照明器具8による）照明発熱q_e、（居住者Pによる）人体発熱q_pが作用するため、これらの熱に基づいて算出される熱負荷を取り除いて熱需要家2の室温を所定温度に維持する必要がある。そのため、熱供給プラント1では、例えばその外部に設けられた運転計画作成装置6により熱需要家2の各種情報を用いて熱需要家2に供給する空調熱負荷（空調に必要な冷熱量や温熱量の熱量に相当）を算出し、その空調熱負荷に基づいて各冷凍機3で生成する冷水Wの温度や流量等に関する運転計画を作成し、その運転計画に基づいて運転制御装置9により各冷凍機3を運転することによって、空調対象となる時間帯に各冷凍機3から空調機7に所定温度や所定流量の冷水Wを供給するようになっている。

図２は、図１に示す運転計画作成装置の内部構成を概略的に示したものである。

図示する運転計画作成装置6は、空調熱負荷予測部100と運転計画作成部200とを備えている。

空調熱負荷予測部100は、空調熱負荷予測処理部101、空調データ入力部102、熱負荷評価部103、快適性指標評価部105、空調熱負荷データ記憶部104を有している。空調データ入力部102は、空調熱負荷予測処理部101に対し、熱需要家2の目標快適性指標や、熱需要家2の壁や窓の材質や寸法および熱需要家2の居室の条件等といった熱需要家2の熱負荷評価を行うために必要な伝熱条件を予め入力する。また、空調データ入力部102は、冷凍機（熱源機器）3の運転計画作成の対象日（例えば翌日の１日間）の気温、湿度、日射量等の気象情報や空調スケジュール、イベント参加人数等のイベント情報を入力する。快適性指標評価部105と熱負荷評価部103は、空調データ入力部102と空調熱負荷予測処理部101を介して入力された情報に基づいて、熱需要家2の居住者Pの快適性を考慮した各居室の室温Ta（図３参照）と熱需要家2の各居室の熱負荷を、換気侵入熱q_v、窓面通過日射熱q_g、壁体貫流熱q_w、照明発熱q_e、人体発熱q_pを連成して評価する。空調熱負荷予測処理部101は、以下の式（１）によって熱需要家2の各居室iの空調熱負荷q_iを算出するとともに、以下の式（２）によって熱需要家2全体の空調熱負荷Qを算出して、所定時間帯（例えば翌日の１日間の１時間毎）の空調熱負荷Qを予測する。また、空調熱負荷データ記憶部104は、空調熱負荷予測処理部101の空調熱負荷に関する入力条件や演算結果（空調熱負荷予測値）を記憶する。なお、空調データ入力部102への熱需要家2の目標快適性指標や伝熱条件等の入力は、例えば空調設備の管理者等を介して行うことができる。

ここで、ρは空気密度、c_pは空気の比熱、Vは居室iの容積、dTa/dtは単位時間当たりの室温変化である。また、室温Taと熱需要家2の熱負荷の連成評価では、熱需要家2の各居室の湿度や壁面放射温度も解析して予測する。式（１）の右辺の第１項では、空気の熱容量のみを考慮したが、例えば居室の設備等の熱容量を含めた居室全体の熱容量を用いて計算する方法もある。

なお、空調熱負荷q_iが正値の場合には暖房を行い、負値の場合には冷房を行うことを意味している。本実施の形態では、冷凍機3を使用して熱需要家2の冷房を行っており、上記する式（１）、（２）における空調熱負荷q_i、Qはそれぞれ負値となり、熱需要家2の冷房を行うための冷熱量は（-Q）で表記される。

運転計画作成部200は、運転計画処理部201、運転データ入力部202、最適化演算部203、運転計画データ記憶部204を有している。運転データ入力部202は、運転計画処理部201に対し、空調熱負荷予測処理部101によって算出された熱需要家2全体の所定時間帯（例えば翌日の１日間の１時間毎）の空調熱負荷Q、各種熱源機器（冷凍機3）の性能特性、最適運転計画の評価関数、制約条件等を入力する。運転計画処理部201は、運転データ入力部202から入力された各種熱源機器の性能特性や最適運転計画の評価関数、制約条件等に基づいて最適化計算の定式化を行う。最適化演算部203は、運転計画処理部201によって定式化された問題の最適演算を実行し、各種熱源機器の起動や停止、定格出力に対する運転出力で定義される負荷率を運転計画処理部201へ出力する。

なお、最適運転計画とは、熱供給プラント1の各熱源機器における燃料消費コストやＣＯ_２排出量等の評価関数が最小となるように、各熱源機器の起動や停止、定格出力に対する運転出力で定義される負荷率が決定された運転計画である。各熱源機器の起動や停止、負荷率の最適化計算は、例えば混合整数計画法等の最適化手法を用いて行うことができる。

運転計画データ記憶部204は、運転計画処理部201を介して熱源機器の最適運転計画に関する入力条件やその演算結果（最適運転計画）を記憶する。このように作成された最適運転計画は、例えば熱供給プラント1と熱需要家2から成るエネルギーネットワーク10の管理者等を介してあるいは自動的に熱供給プラント1の運転制御装置9へ入力される。なお、運転データ入力部202に対する各種熱源機器の性能特性や最適運転計画の評価関数、制約条件等の入力は、例えばエネルギーネットワーク10の管理者等を介して行うことができる。

なお、空調熱負荷予測処理部101に入力される熱需要家2の目標快適性指標や後述する許容快適性指標は、適宜の温冷感に関する快適性指標を用いて設定することができるが、PMV（Predicted Mean Vote：予測平均温冷感申告、ISO-7730の”2005,Ergonomics of the thermal environment - Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria”参照）を用いることが好ましい。

このPMVは、図３（ａ）で示すように、熱需要家2の居室内の室温Ta、湿度rh、放射温度Tr、気流速度Vr、居住者Pの代謝熱M、着衣量Iclを入力パラメータとし、以下のファンガー（Fanger）の熱収支方程式（３）を用いて算出することができる。

ここで、Lは人体熱負荷であり、皮膚および呼吸による放熱量からなり、室温Ta、湿度rh、放射温度Tr、気流速度Vr、代謝熱M、着衣量Iclの関数として表される。また、一般に、室温Taと湿度rhは計測値であり、放射温度Trは熱需要家2の熱負荷解析による解析値であり、気流速度Vr、代謝熱M、着衣量Iclは設定値である。このように算出されるPMVは、図３（ｂ）で示すように、+3から-3の数値で表され、居住者の温冷感に対して-0.5〜+0.5が快適、+3が暑い、-3が寒いに相当し、0は居住者の95％が快適性について満足する値とされている。このPMVは、熱需要家2の居室内の室温Taや湿度rh、放射温度Tr、居住者Pの代謝熱Mや着衣量Iclが増加すると増加し、熱需要家2の居室内の気流速度Vrが増加すると減少する。

このように、熱需要家2の快適性指標に基づいて熱供給プラント1の各冷凍機3の運転計画を作成することによって、熱需要家2における居住者の快適性を確保しながら熱供給プラント1の各冷凍機3の運転計画を作成することができ、熱源機器のエネルギー消費を抑制して省エネやＣＯ_２排出量の削減を実現することができる。

［運転計画作成方法の実施の形態１］
図４は、本発明に係る運転計画作成方法の実施の形態１を具体的に説明したものである。

図示するように、まず、Ｓ１１では、空調データ入力部102を介して入力された熱需要家2の目標快適性指標や居室内の気流速度Vr、居住者Pの代謝熱M、着衣量Iclなどに基づいて、熱需要家2の居住者Pの快適性を考慮した各居室の室温設定値Ta'mを評価する。

次いで、Ｓ１２では、空調データ入力部102を介して入力された熱需要家2の壁や窓の材質や寸法等といった熱需要家2の伝熱条件や、冷凍機（熱源機器）3の運転計画作成の対象日（例えば翌日の１日間）の気温、湿度、日射量等の気象情報、空調スケジュール、イベント参加人数等のイベント情報などに基づいて、熱需要家2の各居室の目標快適性指標に基づく室温設定値Ta'mにおける熱負荷を評価する。

次に、Ｓ１３では、熱需要家2全体における所定時間帯（例えば翌日の１日間の１時間毎）の空調熱負荷Qを予測する。

そして、Ｓ１４では、熱需要家2全体の所定時間帯の空調熱負荷Qや各冷凍機3の性能特性などに基づいて所定時間帯における各冷凍機3の最適運転計画を作成する。

なお、Ｓ１５では、室温設定値Ta'と熱需要家2の熱負荷の連成評価において、熱需要家2の各居室の湿度や壁面放射温度も解析して予測する。

図５は、実施の形態１の運転計画作成方法の一例を時系列で説明した図であり、図５（ａ）は快適性指標PMVを示す図、図５（ｂ）は熱需要家の室温設定値Ta'を示す図、図５（ｃ）は冷凍機から供給される冷熱量（-Q）を示す図、図５（ｄ）は冷凍機の運転台数を示す図、図５（ｅ）は熱供給プラントの総合COP（Coefficient Of Performance）を示す図、図５（ｆ）は熱供給プラントの消費エネルギーを示す図である。なお、図５では、１日間（時刻T1〜T11）の熱需要家2の冷房を行う場合を示している。また、図５では、従来の運転計画作成方法の一例を併せて破線で示している。

図５（ａ）と図５（ｂ）に示すように、従来の運転計画作成方法では、室温設定値Ta'が略一定に制御されて熱需要家2の室温Taが略一定（例えば26℃）となり、湿度rh、放射温度Tr、気流速度Vr、代謝熱M、着衣量Iclの条件によって快適性指標PMVが時間に応じて変化している。このように熱需要家2の室温Taを略一定に維持して熱需要家2の冷房を行う場合、一般に、時間帯によっては熱需要家2の居住者Pの温冷感覚よりも冷房が強くなり、熱需要家2の居住者Pは寒いと感じ（図５（ａ）参照）、熱供給プラント1においては、必要以上の冷水を生成して消費エネルギーの無駄が発生する。

それに対し、実施の形態１の運転計画作成方法では、熱需要家2の居住者Pの目標快適性指標（目標PMV）が略一定（例えば目標PMV=0）に制御され、従来の運転計画作成方法で熱需要家2の居住者Pが寒いと感じた時間帯の熱需要家2の室温設定値Ta'が相対的に高くなり、この室温設定値Ta'に基づいて冷熱量（-Q）を予測することとなる。

これにより、図５（ｃ）に示すように、熱供給プラント1の各冷凍機3から熱需要家2へ供給される冷熱量（-Q）（空調熱負荷に相当）は、時刻T1〜T6で外気温の上昇に伴い増加し、時刻T6〜T11で外気温の低下に伴い減少するものの、その冷熱量（-Q）は、従来の運転計画作成方法による冷熱量よりも抑制され、図５（ｆ）に示すように、従来の運転計画作成方法よりも、熱供給プラント1の消費エネルギーPを全体的に低減することができ、エネルギーネットワーク10における省エネやＣＯ_２排出量の削減を実現することができる。

なお、上記する実施の形態１では、熱需要家2の居室内の湿度が適宜の解析により予測され、居室内の気流速度が入力され、それら予測値（湿度設定値）や入力値（気流速度設定値）に基づいて最適運転計画を作成する形態について説明したが、例えば、運転計画作成装置6により居室内の湿度や気流速度をある設定値に設定もしくはその設定値を変更して新たな最適運転計画を作成し、それに基づいてデシカント（Desiccant）空調機の使用等により居室内の湿度を制御したり、居室の換気量の変更や送風機の使用等により居室内の気流速度を制御することによって、居住者Pの快適性を維持することもできる。例えば、冷房を行う場合、運転計画作成装置6により設定もしくは前記予測値や前記設定値から変更（減少）された湿度設定値に基づいて居室内の湿度を減少させたり、運転計画作成装置6により設定もしくは前記入力値や前記設定値から変更（増加）された気流速度設定値に基づいて居室内の気流速度を増加させることによって、室温を上昇させても居住者Pの快適性を維持することができる。その際、室温を上昇させた際に削減されるエネルギー量が、湿度の減少や気流速度の増加に要するエネルギー量よりも大きい場合には省エネとなる。

また、上記する実施の形態１では、Ｓ１２およびＳ１３において、物理モデルにより熱負荷や空調熱負荷を評価する形態について説明したが、例えば、記憶ベース推論等の実績データを用いた統計分析手法により熱負荷や空調熱負荷を評価することもできる。

［運転計画作成方法の実施の形態２］
図６は、本発明に係る運転計画作成方法の実施の形態２を具体的に説明したものである。

図６に示す実施の形態２の運転計画作成方法は、図４に示す実施の形態１の運転計画作成方法に対して、熱需要家で設定される室温設定値を熱需要家における許容快適性指標に基づいて変更する点が相違しており、その他の構成は、実施の形態１とほぼ同様である。したがって、実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図示するように、まず、Ｓ２１では、空調データ入力部102を介して入力された熱需要家2の目標快適性指標、居室内の気流速度Vr、居住者Pの代謝熱M、着衣量Iclなどに基づいて、熱需要家2の居住者Pの快適性を考慮した各居室の室温設定値Ta'mを評価する。次いで、Ｓ１２では、熱需要家2の各居室の目標快適性指標に基づく室温設定値Ta'mにおける熱負荷を評価し、Ｓ１３では、熱需要家2全体における所定時間帯（例えば翌日の１日間の１時間毎）の空調熱負荷Qを予測し、Ｓ１４では、所定時間帯における各冷凍機3の目標快適性指標に基づく最適運転計画を作成する。

また、Ｓ２１では、空調データ入力部102を介して入力された熱需要家2の許容快適性指標、居室内の気流速度Vr、居住者Pの代謝熱M、着衣量Iclなどに基づいて、熱需要家2の居住者Pの許容快適性を考慮した各居室の室温設定値Ta'kを評価する。ここで、許容快適性指標とは、熱需要家2の居住者Pが快適性を許容し得る快適性指標の上限や下限（例えば、夏季等で熱需要家の冷房を行う場合には居住者Pの快適性指標の上限、冬季等で熱需要家の暖房を行う場合には居住者Pの快適性指標の下限）である。

次に、Ｓ２６では、Ｓ１４で作成された各冷凍機3の目標快適性指標に基づく最適運転計画において熱源機器の運転効率を高めるために、熱需要家2の居住者Pの快適性、特に許容快適性指標を考慮しながら熱需要家2の各居室の室温設定値Ta'と各熱源機器の最適運転計画を変更して新たな最適運転計画を作成する。ここで、設定すべき各居室の室温設定値Ta'は、上記する式（１）、（２）に基づいて熱需要家2の各居室の空調熱負荷を評価しながら変更する。

図７は、本実施の形態２の運転計画作成方法の一例を時系列で説明した図であり、図７（ａ）は快適性指標PMVを示す図、図７（ｂ）は熱需要家の室温設定値Ta'を示す図、図７（ｃ）は冷凍機から供給される冷熱量（-Q）を示す図、図７（ｄ）は冷凍機の運転台数を示す図、図７（ｅ）は熱供給プラントの総合COPを示す図、図７（ｆ）は熱供給プラントの消費エネルギーを示す図である。なお、図７では、実施の形態１の運転計画作成方法と同様の方法を併せて破線で示している。

実施の形態１の運転計画作成方法では、時刻T3、T5における冷凍機3の増段の直後や時刻T7、T9における冷凍機3の減段の直前で、冷凍機3が低負荷で運転されるため、図７（ｅ）で示すように、時刻T3の直後や時刻T5〜T7、時刻T9の直前で、熱供給プラント1の総合COPが低下している。

そこで、実施の形態２の運転計画作成方法では、上記時間帯で熱供給プラント1の総合COPを高めるために、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、例えば時刻T3〜T14、T5〜T15、時刻T16〜T17の時間帯において、目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内（例えばPMVが0〜+0.5の範囲内）で予め目標快適性指標に基づき設定された室温設定値Ta'を連続的に変更して新たな最適運転計画を作成する。

具体的には、この実施の形態２の運転計画作成方法では、時刻T1で熱需要家2の各居室の空調機7と熱供給プラント1の冷凍機3の１台が起動する。ここで、熱需要家2の各居室で設定される室温設定値Ta'は、実施の形態１と同様、例えばPMVが目標PMV=0となるように設定された室温Ta'mである（図７（ａ）、（ｂ）参照）。

時刻T1〜T3では、時間の経過に応じた外気温の上昇に伴い冷熱量（-Q）が増加し、時刻T3で冷熱量（-Q）が冷凍機3の１台分の最大冷熱量に到達する（図７（ｃ）参照）。なお、時刻T1〜T3での熱需要家2の各居室の室温設定値Ta'は、実施の形態１と同様、PMVが目標PMV=0となるように設定された室温Ta'mである（図７（ａ）、（ｂ）参照）。

上記する実施の形態１では、時刻T3で冷熱量（-Q）が冷凍機3の１台分の最大冷熱量に到達した時点で、PMVが目標PMV=0となるように冷凍機3の運転台数を２台へ増段した。それに対し、本実施の形態２では、時刻T3で冷熱量（-Q）が冷凍機3の１台分の最大冷熱量に到達した時点で、予めPMVが目標PMV=0となるように設定された室温設定値Ta'を修正し、目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内（例えばPMVが0〜+0.5の範囲内）で熱需要家2の各居室の室温設定値Ta'を連続的に増加させる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。時刻T3〜T13では、室温設定値Ta'を増加させてPMVの増加を許容しながら、冷熱量（-Q）が既に稼動している冷凍機3の１台分の最大冷熱量以下（例えば１台分の最大冷熱量）となるように制御し、熱供給プラント1の冷凍機3の１台のみを運転して冷凍機3の運転台数の増加を抑制する（図７（ｃ）、（ｄ）参照）。

熱供給プラント1の冷凍機3の１台のみで冷房を行うと、外気温の上昇に伴い最適運転計画における室温設定値Ta'やPMVが上昇する（図７（ａ）、（ｂ）参照）。そこで、時刻T13で、増加した室温設定値Ta'が例えばPMV=0.5（許容PMV）に基づく室温設定値Ta'kに到達する時点で、冷凍機3の運転台数を２台へ増段して冷熱量（-Q）を増加させ（図７（ｃ）、（ｄ）参照）、PMVや室温設定値Ta'の上昇を抑制する。

時刻T13〜T14では、冷熱量（-Q）を冷凍機3の２台分の最大冷熱量に維持した状態で熱供給プラント1の冷凍機3の２台を運転し（図７（ｃ）、（ｄ）参照）、PMVが目標PMV=0となるように室温設定値Ta'を低下させる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。

時刻T14で室温設定値Ta'が低下してPMVが目標PMV=0となると、時刻T14〜T5では、冷凍機3の２台分の冷熱量（-Q）を調整して、室温設定値Ta'を予めPMVが目標PMV=0となるように設定された室温Ta'mで維持する（図７（ａ）、（ｂ）参照）。

時刻T5で冷熱量（-Q）が冷凍機3の２台の最大冷熱量に到達した時点で、再びPMVが目標PMV=0となるように設定された室温設定値Ta'を修正し、目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内（例えばPMVが0〜+0.5の範囲内）で熱需要家2の各居室の室温設定値Ta'を連続的に増加させる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。時刻T5〜T7では、室温設定値Ta'を増加させてPMVの増加を許容しながら、冷熱量（-Q）が既に稼動している冷凍機3の２台分の最大冷熱量以下（例えば２台分の最大冷熱量）となるように制御し、熱供給プラント1の冷凍機3の２台のみを運転して冷凍機3の運転台数の増加を抑制する（図７（ｃ）、（ｄ）参照）。なお、時刻T6を境にして外気温が低下し始めるため、時刻T5〜T7の間で時刻T6を境にして室温設定値Ta'やPMVの傾きが変化している。

時刻T7〜T15では、冷熱量（-Q）を冷凍機3の２台分の最大冷熱量に維持した状態で熱供給プラント1の冷凍機3の２台で冷房を行い（図７（ｃ）、（ｄ）参照）、PMVが目標PMV=0となるように室温設定値Ta'を低下させる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。

時刻T15で室温設定値Ta'が低下してPMVが目標PMV=0となると、時刻T15〜T16では、冷凍機3の２台分の冷熱量（-Q）を調整して、室温設定値Ta'を予めPMVが目標PMV=0となるように設定された室温Ta'mで維持する（図７（ａ）、（ｂ）参照）。

冷凍機3の運転台数を２台から１台へ減段しても、室温設定値Ta'を例えばPMV=0.5（許容PMV）に基づく室温設定値Ta'k以下に保持することができる時刻T16（予め予測される時刻）となった時点で、再びPMVが目標PMV=0となるように設定された室温設定値Ta'を修正し、目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内（例えばPMVが0〜+0.5の範囲内）で熱需要家2の各居室の室温設定値Ta'を連続的に増加させる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。時刻T16〜T9では、室温設定値Ta'を増加させてPMVの増加を許容しながら、冷熱量（-Q）が既に稼動している冷凍機3の２台分よりも少ない１台分の最大冷熱量以下（例えば１台分の最大冷熱量）となるように制御し、熱供給プラント1の冷凍機3の１台のみを運転して冷凍機3の運転台数を低減（運転台数の減少を促進）する（図７（ｃ）、（ｄ）参照）。

時刻T9〜T17では、冷熱量（-Q）を冷凍機3の１台分の最大冷熱量に維持した状態で熱供給プラント1の冷凍機3の１台のみを運転し（図７（ｃ）、（ｄ）参照）、PMVが目標PMV=0となるように室温設定値Ta'を低下させる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。

時刻T17で室温設定値Ta'が低下してPMVが目標PMV=0となると、時刻T17〜T11では、冷凍機3の１台分の冷熱量（-Q）を時間の経過と共に減少させ（図７（ｃ）、（ｄ）参照）、室温設定値Ta'を予めPMVが目標PMV=0となるように設定された室温Ta'mで維持し（図７（ａ）、（ｂ）参照）、時刻T11で、熱需要家2の各居室の空調機7と熱供給プラント1の冷凍機3の運転を停止する。

このように、本実施の形態２の運転計画作成方法では、時刻T1〜T3、T14〜T5、T15〜T16、T17〜T11の各時間帯で、冷熱量（-Q）が稼動している冷凍機3の運転台数分の最大冷熱量よりも小さく、各冷凍機3が部分負荷運転の状態となり、総合COPは最大値である６よりも小さくなる一方で、時刻T3〜T14、T5〜T15、T16〜T17の各時間帯では、冷熱量（-Q）が稼動している冷凍機3の運転台数分の最大冷熱量となり、各冷凍機3が定格負荷運転の状態となり、総合COPは最大値である６となる。したがって、図７（ｅ）に示すように、実施の形態１の運転計画作成方法よりも、総合COPを全体的に高めることができる。

また、本実施の形態２の運転計画作成方法では、時刻T3〜T13で、最適運転計画における熱需要家2の各居室の室温設定値Ta'を増加させて冷凍機3の運転台数の増加を抑制しており、図７（ｆ）に示すように、実施の形態１の運転計画作成方法よりも熱供給プラント1の消費エネルギーを減少させることができる。一方で、時刻T13〜T14では、最適運転計画におけるPMVや室温設定値Ta'を低下させるために、熱需要家2の各居室の冷凍機3が定格負荷運転の状態となっており、実施の形態１の運転計画作成方法よりも熱供給プラント1の消費エネルギーが増加する。

しかしながら、時刻T3〜T14の全体では、実施の形態２の運転計画作成方法の方が実施の形態１の運転計画作成方法よりも、最適運転計画の室温設定値Ta'が相対的に高く、冷房に必要な全冷熱量（-Q）が相対的に小さく、総合COPが相対的に高いため、時刻T3〜T14の全体での熱供給プラント1の消費エネルギーを減少させることができる。

同様に、時刻T5〜T15や時刻T16〜T17においても、実施の形態２の運転計画作成方法の方が実施の形態１の運転計画作成方法よりも、各時間帯での熱供給プラント1の全消費エネルギーを減少させることができる。

したがって、実施の形態２の運転計画作成方法では、熱需要家2における目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で熱需要家2の各居室で設定される室温設定値Ta'を変更して熱供給プラント1の熱源機器の運転台数を制御することにより、熱供給プラント1の消費エネルギーを一層低減することができ、エネルギーネットワーク10における更なる省エネやＣＯ_２排出量の削減を実現することができる。

なお、上記する実施の形態２では、熱需要家2の居室内の湿度が適宜の解析により予測され、居室内の気流速度が入力され、それら予測値（湿度設定値）や入力値（気流速度設定値）に基づいて最適運転計画を作成する形態について説明したが、上記する実施の形態１と同様、例えば、運転計画作成装置6により居室内の湿度や気流速度をある設定値に設定もしくはその設定値を変更して新たな最適運転計画を作成し、それに基づいてデシカント空調機の使用等により居室内の湿度を制御したり、居室の換気量の変更や送風機の使用等により居室内の気流速度を制御することによって、居住者Pの快適性を維持することもできる。例えば、冷房を行う場合、上記する図７の時刻T3〜T13では、室温設定値Ta'を増加させてPMVの増加を許容することによって、冷凍機3の運転台数の増加を抑制しているが、ここで、運転計画作成装置6により設定もしくは前記予測値や前記設定値から変更（減少）された湿度設定値に基づいて居室内の湿度を減少させたり、運転計画作成装置6により設定もしくは前記入力値や前記設定値から変更（増加）された気流速度設定値に基づいて居室内の気流速度を増加させることによって、許容PMVに基づく室温設定値を相対的に高く設定できるため、許容PMVに到達するまでの時間を増大させることができる。その結果、冷凍機3の運転台数の増加を抑制している時間を増大させることができ、居住者Pの快適性を維持しながら熱供給プラント1の消費エネルギーを更に減少させることができる。なお、例えば、図７の時刻T16〜T9で冷凍機3の運転台数の減少を促進する場合においても同様の効果を得ることができる。

また、上記する実施の形態１、２では、主に複数の冷凍機3を使用してビル等の熱需要家2の冷房を行う場合について説明したが、熱供給プラント1の熱源機器としてボイラまたはヒートポンプなどの温熱源機器を使用してビル等の熱需要家2の暖房を行ってもよい。その場合には、熱供給プラント1の各温熱源機器で生成された蒸気または温水が熱需要家2に設置された空調機7に供給され、空調機7で熱交換を行って熱供給プラント1の各温熱源機器へ戻る。運転計画作成装置6は、熱需要家2における目標快適性指標に基づいて所定時間帯の空調熱負荷を予測し、予測された空調熱負荷に基づいて各温熱源機器の運転計画を作成する。その際、上記する実施の形態と同様、運転計画作成装置6は、例えば、熱供給プラント1の温熱源機器から熱需要家2に供給する温熱量が既に稼動している温熱源機器の運転台数分の最大温熱量以下となるように、あるいは、温熱量が既に稼動している温熱源機器の運転台数よりも少ない台数の温熱源機器の運転台数分の最大温熱量以下となるように、熱需要家2における目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で最適運転計画における熱需要家2の室温設定値Ta'を減少させて、熱供給プラント1の温熱源機器の運転台数を制御してもよい。

ここで、暖房を行う場合には、室温設定値Ta'を減少させて温熱源機器の運転台数の増加を抑制したり、その運転台数の減少を促進するが、その際、運転計画作成装置6により設定もしくは変更（増加）された湿度設定値に基づいて居室内の湿度を増加させたり、運転計画作成装置6により設定もしくは変更（減少）された気流速度設定値に基づいて居室内の気流速度を減少させることによって、許容快適性指標に基づく室温設定値を相対的に低く設定できるため、許容快適性指標に到達するまでの時間を増大させることができる。その結果、温熱源機器の運転台数の増加を抑制している時間や、その運転台数の減少を促進している時間を増大させることができ、居住者Pの快適性を維持しながら熱供給プラント1の消費エネルギーを更に減少させることができる。なお、居室の換気量の変更により居室内の気流速度を減少させる場合には、基準換気量未満にならないように、すなわち居室のＣＯ_２濃度が増加しないように注意する必要がある。

なお、熱供給プラント1の熱源機器として冷凍機と温熱源機器を適宜に組み合わせて使用し、ビル等の熱需要家2の冷房や暖房の空調を行ってもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…熱供給プラント、２…熱需要家、３…冷凍機（熱源機器）、４…往管、５…復管、６…運転計画作成装置、７…空調機、８…照明、９…運転制御装置、１０…エネルギーネットワーク、１００…空調熱負荷予測部、１０１…空調熱負荷予測処理部 、１０２…空調データ入力部、１０３…熱負荷評価部、１０４…空調熱負荷データ記憶部、１０５…快適性指標評価部、２００…運転計画作成部、２０１…運転計画処理部、２０２…運転データ入力部、２０３…最適化演算部、２０４…運転計画データ記憶部

Claims (24)

1. 熱需要家の空調を行うために該熱需要家に熱量を供給する熱供給プラントの複数の熱源機器の運転計画を作成する運転計画作成装置であって、
   前記運転計画作成装置は、前記熱需要家における目標快適性指標に基づいて所定時間帯の空調熱負荷を予測する空調熱負荷予測部と、予測された該空調熱負荷に基づいて各熱源機器の運転計画を作成する運転計画作成部と、を有していることを特徴とする運転計画作成装置。
2. 前記空調熱負荷予測部は、前記熱需要家における目標快適性指標に基づいて前記熱需要家の室温を設定し、該室温設定値に基づいて前記空調熱負荷を予測することを特徴とする、請求項１に記載の運転計画作成装置。
3. 前記運転計画作成装置は、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を変更することによって、前記熱供給プラントの各熱源機器の運転計画を変更することを特徴とする、請求項２に記載の運転計画作成装置。
4. 前記運転計画作成装置は、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を変更することによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の増加を抑制する、もしくは、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の減少を促進することを特徴とする、請求項２に記載の運転計画作成装置。
5. 前記熱需要家の冷房を行うために前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に冷熱量を供給する場合に、
   前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に供給する冷熱量が既に稼動している熱源機器の運転台数分の最大冷熱量以下となるように、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を増加させることによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の増加を抑制することを特徴とする、請求項４に記載の運転計画作成装置。
6. 前記熱需要家の冷房を行うために前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に冷熱量を供給する場合に、
   前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に供給する冷熱量が既に稼動している熱源機器の運転台数よりも少ない台数の熱源機器の運転台数分の最大冷熱量以下となるように、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を増加させることによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の減少を促進することを特徴とする、請求項４に記載の運転計画作成装置。
7. 前記熱需要家の暖房を行うために前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に温熱量を供給する場合に、
   前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に供給する温熱量が既に稼動している熱源機器の運転台数分の最大温熱量以下となるように、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を減少させることによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の増加を抑制することを特徴とする、請求項４に記載の運転計画作成装置。
8. 前記熱需要家の暖房を行うために前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に温熱量を供給する場合に、
   前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に供給する温熱量が既に稼動している熱源機器の運転台数よりも少ない台数の熱源機器の運転台数分の最大温熱量以下となるように、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を減少させることによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の減少を促進することを特徴とする、請求項４に記載の運転計画作成装置。
9. 前記運転計画作成装置は、前記熱需要家の居室の湿度または気流速度を所定の設定値に設定もしくはその設定値を変更することによって、前記熱供給プラントの各熱源機器の運転計画を作成もしくは変更することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の運転計画作成装置。
10. 前記運転計画作成装置は、予め設定された前記熱需要家の居室の湿度設定値を減少させる、または、予め設定された前記熱需要家の気流速度設定値を増加させることによって、前記熱供給プラントの各熱源機器の運転計画を変更することを特徴とする、請求項５又は６に記載の運転計画作成装置。
11. 前記運転計画作成装置は、予め設定された前記熱需要家の居室の湿度設定値を増加させる、または、予め設定された前記熱需要家の気流速度設定値を減少させることによって、前記熱供給プラントの各熱源機器の運転計画を変更することを特徴とする、請求項７又は８に記載の運転計画作成装置。
12. 前記運転計画作成装置は、予測平均温冷感申告を用いて前記目標快適性指標と許容快適性指標を設定することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の運転計画作成装置。
13. 熱需要家の空調を行うために該熱需要家に熱量を供給する熱供給プラントの複数の熱源機器の運転計画を作成する運転計画作成方法であって、
    前記運転計画作成方法は、前記熱需要家における目標快適性指標に基づいて所定時間帯の空調熱負荷を予測し、予測された該空調熱負荷に基づいて各熱源機器の運転計画を作成することを特徴とする運転計画作成方法。
14. 前記運転計画作成方法は、前記熱需要家における目標快適性指標に基づいて前記熱需要家の室温を設定し、該室温設定値に基づいて前記空調熱負荷を予測することを特徴とする、請求項１３に記載の運転計画作成方法。
15. 前記運転計画作成方法は、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を変更することによって、前記熱供給プラントの各熱源機器の運転計画を変更することを特徴とする、請求項１４に記載の運転計画作成方法。
16. 前記運転計画作成方法は、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を変更することによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の増加を抑制する、もしくは、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の減少を促進することを特徴とする、請求項１４に記載の運転計画作成方法。
17. 前記熱需要家の冷房を行うために前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に冷熱量を供給する場合に、
    前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に供給する冷熱量が既に稼動している熱源機器の運転台数分の最大冷熱量以下となるように、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を増加させることによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の増加を抑制することを特徴とする、請求項１６に記載の運転計画作成方法。
18. 前記熱需要家の冷房を行うために前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に冷熱量を供給する場合に、
    前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に供給する冷熱量が既に稼動している熱源機器の運転台数よりも少ない台数の熱源機器の運転台数分の最大冷熱量以下となるように、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を増加させることによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の減少を促進することを特徴とする、請求項１６に記載の運転計画作成方法。
19. 前記熱需要家の暖房を行うために前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に温熱量を供給する場合に、
    前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に供給する温熱量が既に稼動している熱源機器の運転台数分の最大温熱量以下となるように、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を減少させることによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の増加を抑制することを特徴とする、請求項１６に記載の運転計画作成方法。
20. 前記熱需要家の暖房を行うために前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に温熱量を供給する場合に、
    前記熱供給プラントの熱源機器から前記熱需要家に供給する温熱量が既に稼動している熱源機器の運転台数よりも少ない台数の熱源機器の運転台数分の最大温熱量以下となるように、前記熱需要家における前記目標快適性指標と許容快適性指標の範囲内で前記熱需要家の前記室温設定値を減少させることによって、前記熱供給プラントの熱源機器の運転台数の減少を促進することを特徴とする、請求項１６に記載の運転計画作成方法。
21. 前記運転計画作成方法は、前記熱需要家の居室の湿度または気流速度を所定の設定値に設定もしくはその設定値を変更することによって、前記熱供給プラントの各熱源機器の運転計画を作成もしくは変更することを特徴とする、請求項１３〜２０のいずれかに記載の運転計画作成方法。
22. 前記運転計画作成方法は、予め設定された前記熱需要家の居室の湿度設定値を減少させる、または、予め設定された前記熱需要家の気流速度設定値を増加させることによって、前記熱供給プラントの各熱源機器の運転計画を変更することを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の運転計画作成方法。
23. 前記運転計画作成方法は、予め設定された前記熱需要家の居室の湿度設定値を増加させる、または、予め設定された前記熱需要家の気流速度設定値を減少させることによって、前記熱供給プラントの各熱源機器の運転計画を変更することを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の運転計画作成方法。
24. 前記運転計画作成方法は、予測平均温冷感申告を用いて前記目標快適性指標と許容快適性指標を設定することを特徴とする、請求項１３〜２３のいずれかに記載の運転計画作成方法。

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