JP2015152179A - 熱負荷推定装置および空調制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】居室単位の熱負荷をリアルタイムで推定することができる熱負荷推定装置および空調制御システムを提供する。【解決手段】実施形態の熱負荷推定装置は、居居室に備わる各種機器の実績消費電力量と、居室における時系列の最大熱負荷からなる熱負荷パターンと、居室における各種機器の消費電力量とが入力され、実績消費電力量と、熱負荷パターンと、消費電力量とを基に、該当時刻の居室の熱負荷を推定し、推定結果の熱負荷推定値を出力する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、熱負荷推定装置および空調制御システムに関する。

オフィスや住居等の建築設備全体で消費されるエネルギーは、空調関連の消費エネルギーが約半分を占めており、空調関連の省エネルギー化の推進が建築設備の省エネルギーに大きく貢献する。そのため、空調・熱源システムは、居室の利用形態に対して無駄のない運転が要求され、その実現には、リアルタイムに居室の熱負荷を推定できることが必要となる。これまで、空調関連の省エネルギーの観点から、数多くの熱負荷推定装置が提案されている。例えば、事前に標準となる熱負荷パターンを用意し、熱負荷の推定を行うものなどが提案されている。

特開２００３−７６９３５号公報

しかしながら、従来技術においては、事前に対象建物の熱負荷パターン等を用意し、熱負荷を予測するものであって、時々刻々変化する対象建物の熱負荷をリアルタイムで推定することはできなかった。

本発明が解決しようとする課題は、居室単位の熱負荷をリアルタイムで推定することができる熱負荷推定装置および空調制御システムを提供することである。

実施形態の熱負荷推定装置は、居室に備わる各種機器の実績消費電力量と、居室における時系列の最大熱負荷からなる熱負荷パターンと、居室における各種機器の消費電力量とが入力され、実績消費電力量と、熱負荷パターンと、消費電力量とを基に、該当時刻の居室の熱負荷を推定し、推定結果の熱負荷推定値を出力する。

図１は、第１の実施形態の熱負荷推定装置を備える空調制御システムと、熱負荷推定装置に関わる諸装置とからなるシステムの構成図である。 図２は、第１の実施形態の熱負荷推定装置の概略構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態に関わる、熱負荷計算書による居室の最大熱負荷、居室の熱負荷推定値および実際の熱負荷を例示した図である。 図４は、第１の実施形態に関わる、居室の熱負荷パターンの作成方法を説明する図である。 図５は、第１の実施形態の熱負荷推定装置における処理フローチャートである。 図６は、第１の実施形態に関わる、１０分刻みでの、熱負荷計算書による居室の最大熱負荷、居室の熱負荷推定値および実際の熱負荷を例示した図である。 図７は、第２の実施形態の熱負荷推定装置の概略構成を示すブロック図である。 図８は、第２の実施形態の熱負荷推定装置における処理フローチャートである。 図９は、第３の実施形態の熱負荷推定装置の概略構成を示すブロック図である。 図１０は、第４の実施形態の熱負荷推定装置の概略構成を示すブロック図である。 図１１は、第４の実施形態に関わる、居室の熱負荷パターンの作成例を示した図である。 図１２は、第５の実施形態の熱負荷推定装置の概略構成を示すブロック図である。 図１３は、第５の実施形態に関わる、在室人数と熱負荷推定値の関係を説明する図である。 図１４は、第６の実施形態の熱負荷推定装置の概略構成を示すブロック図である。 図１５は、第６の実施形態に関わる、熱負荷関数の作成例を示す図である。 図１６は、第７の実施形態の熱負荷推定装置の概略構成を示すブロック図である。 図１７は、第７の実施形態に関わる、熱負荷推定値の一覧表示画面例を示す図である。 図１８は、第７の実施形態に関わる、熱負荷推定値の平面図による表示画面例を示す図である。

以下、空調制御システムの熱負荷推定装置の諸実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の熱負荷推定装置１を備える空調制御システム１０と、熱負荷推定装置１に関わる諸装置とからなるシステムの構成図である。図１に示すように、当該システムは、熱負荷推定装置１および空調制御装置２から構成される空調制御システム１０と、オフライン処理部３１と、データ中継装置３４と、空調機４１と、熱源機４２と、照明（照明装置）４３と、その他機器４４とから構成される。

空調機４１にはその消費電力量を計測する電力量計５１が、熱源機４２にはその消費電力量を計測する電力量計５２が、照明４３にはその消費電力量を計測する電力量計５３が、その他機器４４にはその消費電力量を計測する電力量計５４が設置してあり、それぞれの消費電力量を計測する。

データ中継装置３４は、空調機４１と、熱源機４２と、照明４３と、その他機器４４の消費電力量をそれぞれの電力量計５１，５２，５３，５４から取得し、その合計値を熱負荷推定装置１に送信する。

オフライン処理部３１は、居室の熱負荷パターン３２の作成と、居室の最大消費電力量の算出を、オフラインで実施する。このオフライン処理部３１は、空調制御システム１０とは別の処理手段である。作成された居室の熱負荷パターン３２および算出された居室の最大消費電力量のデータは、別途保持される。ここで居室の熱負荷パターン３２は、例えば、熱負荷計算書を基に、居室の１日の最大熱負荷の時系列データである熱負荷パターンを作成したものである。熱負荷計算書は、気温や日射などの外気条件と、居室の床面積、容積、外壁の構造体、人数、照明などの居室条件から熱負荷を計算したものであり、一般的に空調設備の設計時に利用するため、居室の最大熱負荷が記載してある。また、居室の最大消費電力量３３は、空調機４１と、熱源機４２と、照明４３と、その他機器４４の定格などから、居室に設置してある各種機器の最大消費電力量の合計値を計算したものである。

なお、本実施形態において、居室とは、消費電力量が計測可能な最小範囲の室内のことであるとする。例えば、ビルの場合、消費電力量が計測可能な範囲がビル全体のみの場合は、ビル全体のことを居室と呼ぶものとする。また、間仕切がない室内でも、消費電力量が計測可能な範囲がいくつも存在する場合は、この最小範囲の室内のことを居室と呼ぶものとする。

熱負荷推定装置１は、オフラインで作成済みの居室の熱負荷パターン３２と、オフラインで算出済みの居室の最大消費電力量３３と、データ中継装置３４から送信される各種機器の消費電力量の合計値とを受け取り、居室の熱負荷を推定する（詳細は後述）。

空調制御装置２は、熱負荷推定装置１から送信された居室の熱負荷推定値を受け取り、空調機４１および熱源器４２等からなる空調・熱源システムを制御する。

なお、図１の例では、データ中継装置３４が、各種機器の電力量計（５１，５２，５３，５４）で計測された消費電力量を合計した居室の消費電力量を熱負荷推定装置１に送信しているが、各種機器の消費電力量をそれぞれ熱負荷推定装置１に送信し、熱負荷推定装置１で各種機器の消費電力量を合計するようにしてもよい。または、空調機４１と、熱源機４２と、照明４３と、その他機器４４の全体の消費電力量（上記合計値に相当）を計測する電力量計を設けて、データ中継装置３４が、この電力量計から各機器全体の消費電力量を取得し、そのデータを熱負荷推定装置１に送信するようにしてもよい。また、居室の熱負荷パターン３２は、ここでは熱負荷計算書を基に作成しているが、これに限らず、居室に設置してある各種機器の消費電力量が最大消費電力量となるときの熱負荷パターンであればよい。

次に、本実施形態の熱負荷推定装置１の構成について、図２を用いて説明する。

熱負荷推定装置１は、実績消費電力量受信部１１、熱負荷パターン記憶部１２、消費電力量記憶部１３、熱負荷推定部１４および熱負荷推定値送信部１５から構成される。

実績消費電力量受信部１１は、データ中継装置３４から送信された居室の消費電力量を受信する。

熱負荷パターン記憶部１２は、オフライン処理部３１で作成された居室の熱負荷パターン３２を記憶する。

消費電力量記憶部１３は、オフライン処理部３１で算出された居室の最大消費電力量３３を記憶する。

熱負荷推定部１４は、実績消費電力量受信部１１から居室の消費電力量を取得し、熱負荷パターン記憶部１２から居室の熱負荷パターンを取得し、消費電力量記憶部１３から居室の最大消費電力量を取得して、居室の熱負荷を推定する（詳細は後述）。

熱負荷推定値送信部１５は、熱負荷推定部１４で推定した熱負荷推定値を、居室の熱負荷推定値３５として空調制御装置２へ送信する。

次に、居室の熱負荷推定方法の具体的な実施例を説明する。

［ＳＴＥＰ１］
はじめに、オフライン処理部３１にて、居室の熱負荷パターン３２を作成する。このステップでは、熱負荷計算書から居室の１日の熱負荷パターンを作成する。前述のように、熱負荷計算書には、人体熱負荷、照明熱負荷、一般機器熱負荷、その他熱負荷（日射負荷など）等が記載されており、これらの合計値で１日の熱負荷パターン３２を作成する。なお、居室の熱負荷パターン３２は、居室の最大熱負荷であり、ここでは、以下の条件で、居室の熱負荷を推定するものとする。

・居室の窓側の方位は南側とする。
・熱負荷計算書に、９時、１２時、１４時、１６時の居室の熱負荷が記載されている。
・正時以外の時間（８時３０分など）は、直前の正時の熱負荷と等しいと仮定する。
・９時、１２時、１４時、１６時以外の正時の居室の熱負荷は、求める正時の１時間または２時間前のデータと、１時間または２時間後の熱負荷データを用いて補間することにより算出する。

上記条件で計算した８時から１７時までの居室の熱負荷パターン３２は、図３の実線となる。居室の熱負荷パターン３２は、本例では南側の居室のため、１２時台の熱負荷が最大となっている。これは、太陽の日射負荷により、居室の熱負荷が大きくなると考えられる。なお、図３の一点鎖線は、実際の熱負荷であり、本例の居室の熱負荷パターンの作成は、図４に示すように、熱負荷計算書に記載されていない時刻の最大熱負荷を、熱負荷計算書に記載の居室の最大熱負荷を基に線形補間で計算することにより、行っている。

［ＳＴＥＰ２］
次に、オフライン処理部３１にて、居室の最大消費電力量３３を算出する。具体的には、居室に設置してある各種機器の最大消費電力量を算出する。図１に示すように、居室に空調機４１と、熱源機４２と、照明４３と、その他機器４４が設置してある場合は、それぞれの定格消費電力量の合計値を、当該居室の最大消費電力量とする。本例では、最大消費電力量３３（Ｅｍａｘ）は、例えば、下記の式（１）を用いて計算する。

最大消費電力量３３（Ｅｍａｘ）＝空調定格電力量（Ｅａｉｒｍａｘ）
＋熱源機定格電力量（Ｅｈｅａｔｍａｘ）
＋照明定格電力量（Ｅｌｉｇｈｔｍａｘ）
＋その他機器定格電力量（Ｅｅｔｃｍａｘ）…（１）

［ＳＴＥＰ３］
次に、熱負荷推定部１４で、熱負荷を推定する。ここで、熱負荷推定部１４は、ＳＴＥＰ１で求めた熱負荷パターン３２と、ＳＴＥＰ２で算出した最大消費電力量３３と、実績消費電力量受信部１１から受信した居室の消費電力量を基に、居室の熱負荷を推定する。１０時の居室の熱負荷の推定は、例えば、下記の式（２）および式（３）を用いて行う。

１０時の熱負荷推定値＝居室の熱負荷パターン３２の１０時熱負荷
×９時台の消費電力量（Ｅ）／最大消費電力量３３（Ｅｍａｘ）…（２）

消費電力量（Ｅ）＝空調消費電力量（Ｅａｉｒ）
＋熱源機消費電力量（Ｅｈｅａｔ）
＋照明消費電力量（Ｅｌｉｇｈｔ）
＋その他機器消費電力量（Ｅｅｔｃ）…（３）

熱負荷計算書には、居室の最大熱負荷が記載してあるため、熱負荷推定部１４は、実績である直前の消費電力量（Ｅ）と最大消費電力量３３（Ｅｍａｘ）との比率（Ｅ／Ｅｍａｘ）を用いて、居室の熱負荷を推定する。式（２）の例のように、１０時の熱負荷を推定する場合、実績である直前の９時台の消費電力量（Ｅ）を用いることで、リアルタイムの（該当時刻の）熱負荷が推定可能となる。

ＳＴＥＰ３の計算を、８時から１７時までの居室の熱負荷推定に適用した結果は、図３の点線となる。同図から、午前は、朝方は居室の在室人数も少なく、居室の消費電力量が小さいため、熱負荷推定値が小さくなることがわかる。また、午後は、空調等の消費電力量が大きくなり居室の消費電力量が大きくなるため、居室の熱負荷推定値が大きくなることがわかる。本実施例では、居室の熱負荷パターン３２が１時間ごとに変化するため、実績消費電力量受信部１１は１時間ごとに実績消費電力量を受信し、１時間周期で熱負荷を推定している。

続いて、本実施形態の熱負荷推定装置１の動作について説明する。図５は、熱負荷推定装置１の処理フローチャートである。

まず、熱負荷推定装置１において、オフラインの状態で、熱負荷パターン記憶部１２で、居室の熱負荷パターンを記憶し（Ｓ１１）、消費電力量記憶部１３で、居室の最大消費電力量を記憶しておく（Ｓ１２）。この熱負荷パターンおよび最大消費電力量は、オフライン処理部３１にて作成・計算されたものである。

次に、居室の熱負荷を推定するために、実績消費電力量受信部１１が、データ中継装置３４から実績である居室の消費電力量を受信する（Ｓ１３）。

続いて、熱負荷推定部１４は、オフラインで予め記憶していた熱負荷パターン記憶部１２の居室の熱負荷パターンおよび消費電力量記憶部１３の居室の最大消費電力量と、実績である居室の消費電力量とを基に、前述の熱負荷推定方法により居室の熱負荷を推定する（Ｓ１４）。

この推定が完了すると、熱負荷推定値送信部１５は、居室の熱負荷推定値を空調制御装置２に送信する（Ｓ１５）。

最後に、処理を継続するか判断して（Ｓ１６）、処理を継続する場合は（Ｙｅｓ）、Ｓ１３に戻り、処理を継続しない場合（例えば、異常が生じた場合）は（Ｎｏ）、一連の処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の熱負荷推定装置１では、オフラインで作成した１日の居室の熱負荷パターンと、オフラインで算出した居室の最大消費電力量と、各種機器の実績である居室の消費電力量とから、居室の熱負荷をリアルタイムに推定することが可能となる。また、本実施形態の熱負荷推定装置１は、空調設備設計時に作成される熱負荷パターンと、空調・熱源システムを構成する各種機器の定格などから求まる最大消費電力量と、一般的に計測されている消費電力量を利用するだけで、居室の熱負荷を容易に推定することができる。さらに、本実施形態の熱負荷推定装置１は、居室単位の熱負荷をリアルタイムで推定できるため、居室の状態の見える化に利用できる。また、本実施形態の熱負荷推定装置１は、熱負荷パターンと、居室の最大消費電力量と、居室の消費電力量のみを熱負荷の推定に使用するため、様々なビルや居室に対応できる。

なお、本実施形態では、オフライン処理部３１にて熱負荷計算書から１日の居室の熱負荷パターン３２を作成しているが、例えば、ビルなどで昼休みの時間は照明４３をＯＦＦにするという運用がなされている場合、予め昼休みの時間は、照明４３の熱負荷を無しとして居室の熱負荷パターン３２を作成する。このように予め各種機器の運用パターンが決まっている場合は、この運用に従って居室の熱負荷パターン３２を作成することで、より精度の高い熱負荷の推定ができるようになる。

また、本実施形態では、オフライン処理部３１にて居室の熱負荷パターン３２を作成するとき、正時以外の時間（８時３０分など）は、正時の居室の熱負荷と等しいと仮定したが、３０分または１０分等の刻みで線形補間により、居室の熱負荷パターン３２を作成してもよい。例えば、熱負荷パターン３２を１０分刻みで線形補間により作成した居室の熱負荷パターン３２は、図６の実線となる。図３の例と比較すると、熱負荷パターン３２を示す線が滑らかに変化することがわかる。なお、図６の一点鎖線は、実際の熱負荷である。このとき、実績消費電力量受信部１１が実績消費電力量を１０分周期で受信することで、１０分周期の居室の熱負荷推定が可能となる。１０分周期で居室の熱負荷を推定した結果（熱負荷推定値）は、図６の点線のようになる。図３の例と比較すると、熱負荷推定値が滑らかに変化することがわかる。

また、本実施形態では、前述のように居室における一定期間の消費電力量［ｋＷｈ］を利用している。例えば、期間が１時間のとき、１０時の居室の熱負荷を推定する場合、１０時の消費電力［ｋＷ］は、期間１時間の消費電力量［ｋＷｈ］と数値的に一致すると考える。このため、居室の熱負荷を、より短い期間の消費電力を用いて計算することで、より細かく居室の熱負荷を推定することができる。この場合、１０時の消費電力［ｋＷ］を、９時５０分から１０時までの期間の消費電力量から計算することで、より精度の高い熱負荷推定値を得ることができる。

また、本実施形態では、オフライン処理部３１にて居室の熱負荷パターン３２を作成するとき、熱負荷計算書に記載されていない正時の熱負荷を、求める正時の１時間または２時間前のデータと、１時間または２時間後の熱負荷データを用いて、線形補間で算出したが、例えば、多項式や、スプライン曲線などを利用した補間により、熱負荷計算書に記載されていない正時の熱負荷を算出してもよい。また、熱負荷推定周期が１時間ではなく、１０分等の場合でも同様の手法により、熱負荷計算書に記載されていない正時の熱負荷を算出してもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図７、図８を用いて説明する。なお、図２に示し前述した第１の実施形態と同一の機能部については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態の熱負荷推定装置１は、実績消費電力量受信部１１、熱負荷パターン記憶部１２、消費電力量記憶部１３、熱負荷推定部１４、熱負荷推定値送信部１５、実績消費電力量異常・欠測判断部６１および前回値送信部６２から構成される。

実績消費電力量異常・欠測判断部６１は、実績消費電力量受信部１１が受信した居室の消費電力量に、異常値または欠測がないか判断する。例えば、異常値は、予め居室の消費電力量の上限値、下限値を設定しておき、実績消費電力量受信部１１から受信した居室の消費電力量が、上限値以上の場合または下限値以下の場合は、異常値と判断する。また、欠測は、実績消費電力量受信部１１から受信した居室の消費電力量が欠測しているかを判断するセンサによって、判断する。

前回値送信部６２は、熱負荷推定値送信部１５が前回送信した熱負荷推定値を記憶しておき、実績消費電力量異常・欠測判断部６１において、居室の消費電力量が異常値または欠測であると判断した場合に、熱負荷推定値の前回値を空調制御装置２へ送信する。

続いて、本実施形態の熱負荷推定装置１の動作について、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態における熱負荷推定装置１の処理フローチャートである。

まず、熱負荷推定装置１において、オフラインの状態で、熱負荷パターン記憶部１２に、居室の熱負荷パターンを記憶し（Ｓ２１）、消費電力量記憶部１３に、居室の最大消費電力量を記憶しておく（Ｓ２２）。この熱負荷パターンおよび最大消費電力量は、オフライン処理部３１にて作成・計算されたものである。

次に、居室の熱負荷を推定するために、実績消費電力量受信部１１が、実績である居室の消費電力量を受信する（Ｓ２３）。

続いて、実績消費電力量異常・欠測判断部６１が、受信した実測消費電力量に異常値または欠測があるか判断する（Ｓ２４）。

受信した実測消費電力量に異常値または欠測がない場合は（Ｓ２４でＮｏ）、熱負荷推定部１４は、オフラインで熱負荷パターン記憶部１２に記憶していた居室の熱負荷パターンと、消費電力量記憶部１３に記憶していた居室の最大消費電力量と、実績である居室の消費電力量とを基に、居室の熱負荷を推定する（Ｓ２５）。この推定方法は、第１の実施形態の場合と同様である。

この推定が完了すると、熱負荷推定値送信部１５は、居室の熱負荷推定値を送信する（Ｓ２６）。

一方、受信した実測消費電力量に異常値または欠測がある場合は（Ｓ２４でＹｅｓ）、前回値送信部６２は、記憶していた前回送信した熱負荷推定値（前回値）を空調制御装置２に送信する（Ｓ２７）。または、熱負荷推定部１４が、前回の推定時点での実績である居室の消費電力量と、現時点に対応する、オフラインで熱負荷パターン記憶部１２に記憶していた居室の熱負荷パターンおよび消費電力量記憶部１３に記憶していた居室の最大消費電力量とを用いて居室の熱負荷を推定した上で、前回値送信部６２が、その推定結果を空調制御装置２に送信するようにしてもよい。

最後に、処理を継続するか判断して（Ｓ２８）、処理を継続する場合は（Ｙｅｓ）、Ｓ２３に戻り、処理を継続しない場合（例えば、異常や欠測が一定の水準以上生じた場合）は（Ｎｏ）、一連の処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、オフラインで作成していた１日の居室の熱負荷パターンと、オフラインで算出していた居室の最大消費電力量と、実績である居室の消費電力量とを用いることで、熱負荷推定装置１が、居室の熱負荷をリアルタイムで推定することができる。また、それのみならず、本実施形態の熱負荷推定装置１では、実績消費電力量に異常値または欠測が生じた場合に、熱負荷推定装置１が送信した前回の熱負荷推定値を空調制御装置２に送信することができるため、第１の実施形態と比べ、より信頼性の高い空調制御システム１０を提供することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について、図９を用いて説明する。本実施形態においても、図２に示した第１の実施形態と同一の機能部については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態の熱負荷推定装置１は、実績消費電力量受信部１１、熱負荷パターン記憶部１２、消費電力量記憶部１３、熱負荷推定部１４、熱負荷推定値送信部１５、熱負荷指定部２０１および熱負荷選択部２０２から構成される。

熱負荷指定部２０１は、特定の時間帯と、この特定の時間帯における熱負荷を指定するものである。ここで特定の時間とは、例えば、オフィスビル等では、８時などの出勤時間帯である。出勤時間が曜日や季節によって変わらない場合は、居室への人の出入りなどが曜日や季節によらず基本的に同じであることから、出勤時間帯の居室の熱負荷は、毎日同じと仮定してもよいと考えられる。この理由から、熱負荷指定部２０１で、熱負荷推定部１４で推定した熱負荷推定値を利用しない時間帯を定義し、この時間帯の熱負荷を指定することで、これを居室の熱負荷推定値として利用する。なお、時間帯毎の空調等に関するスケジュールが定められている場合、このスケジュールから熱負荷推定値を利用しない時間帯を抽出し、その時間帯の熱負荷を指定するようにしてもよい。

熱負荷選択部２０２は、熱負荷推定部１４から熱負荷推定値と、熱負荷指定部２０１から特定の時間帯と、この特定の時間帯の熱負荷とを受け取る。そして、熱負荷指定部２０１から受け取った特定の時間帯では、熱負荷指定部２０１により指定された熱負荷を選択し、そのデータを熱負荷推定値送信部１５に送信する。一方、熱負荷指定部２０１により指定されていない時間帯では、熱負荷推定部１４により推定された熱負荷推定値を選択し、そのデータを熱負荷推定値送信部１５に送信する。

熱負荷推定値送信部１５は、熱負荷選択部２０２から受け取った熱負荷推定値を居室の熱負荷推定値３５として空調制御装置２に送信する。

本実施形態では、特定の時間帯を出勤時間帯としたが、例えば、空調制御対象の居室以外で毎週行われるミーティングや会議などの時間帯を指定し、この時間帯の熱負荷を指定してもよい。ミーティングの時間などを指定することにより、この時間帯は人の移動により空調制御対象の居室に人がいないと仮定することができ、予め空調や照明などの熱負荷を除いた居室の熱負荷を指定することで、熱負荷推定装置１は、より精度の高い熱負荷を推定することができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について、図１０、図１１を用いて説明する。図２に示し前述した第１の実施形態と同一の機能部については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態の熱負荷推定装置１は、実績消費電力量受信部１１、熱負荷パターン記憶部１２、消費電力量記憶部１３、熱負荷推定部１４、熱負荷推定値送信部１５、データベース３０１、熱負荷パターン作成部３０２および消費電力量パターン作成部３０３から構成される。

データベース３０１は、実績消費電力量受信部１１からの居室の消費電力量と、熱負荷推定値送信部１５からの居室の熱負荷推定値３５とを随時受け取り、それらを過去の実績として保存する。ここでは、一例として、データベース３０１は、過去３日間の消費電力量と居室の熱負荷推定値を保存するものとする。

熱負荷パターン作成部３０２は、データベース３０１に保存されている過去の居室の熱負荷推定値から、１日の熱負荷パターンを作成する。熱負荷パターン作成部３０２で作成した８時から１７時までの熱負荷パターンを図１１に示す。熱負荷パターンは、例えば、図１１のように、データベース３０１に保存されている過去の熱負荷推定値１，２，３の平均値を算出し、１日の熱負荷パターンを作成する。

消費電力量パターン作成部３０３は、熱負荷パターン作成部３０２での処理と同様に、データベース３０１に保存されている過去の消費電力量の平均値を算出し、１日の消費電力量パターンを作成する。

熱負荷パターン記憶部１２は、熱負荷パターン作成部３０２で作成した熱負荷パターンを記憶する。また、消費電力量記憶部１３は、消費電力量パターン作成部３０３で作成した消費電力量パターンを記憶する。

熱負荷推定部１４は、実績消費電力量受信部１１から居室の消費電力量と、熱負荷パターン記憶部１２から居室の熱負荷パターンと、消費電力量記憶部１３から居室の消費電力量パターンとを受け取り、居室の熱負荷を推定する。本実施形態では、居室の熱負荷を、例えば、下記の式（４）を用いて推定する。なお、式（４）は、第１の実施形態の場合と同様に、１０時の熱負荷を推定する場合を例として示したものである。

１０時の熱負荷推定値＝熱負荷パターン作成部３０２で作成した熱負荷パターンの１０時熱負荷
×９時台の消費電力量
／消費電力量パターン作成部３０３で作成した電力量パターンの９時台の消費電力量…（４）

なお、上式において熱負荷パターン作成部３０２で作成した熱負荷パターンは、熱負荷計算書ではなく、過去の実績値を用いて作成した熱負荷パターンである。

前述の式（２）と上記式（４）とを比較してわかるように、本実施形態の熱負荷パターン作成部３０２で作成する熱負荷パターンは、第１の実施形態における居室の熱負荷パターン３２に対応し、消費電力量パターン作成部３０３で作成する電力量パターンは、第１の実施形態における居室の最大消費電力量３３に対応する。

本実施形態によれば、実績である居室の消費電力量と、過去の実績から作成した１日の熱負荷パターンと、過去の実績から作成した１日の電力量パターンを用いることで、熱負荷推定装置１は、居室の熱負荷をリアルタイムで推定することができる。また、本実施形態では、第１の実施形態と比べ、熱負荷推定装置１が、実績から作成した熱負荷パターンを用いることで、より精度の高い熱負荷を推定することができる。さらに、本実施形態の熱負荷推定装置１では、データベース３０１に保存されている過去の居室の熱負荷推定値と、過去の消費電力量は、熱負荷推定装置１が動作中に随時更新されるため、熱負荷パターン作成部３０２および消費電力量パターン作成部３０３でそれぞれ作成される熱負荷パターンおよび電力量パターンも随時更新される。これにより、本実施形態の熱負荷推定装置１は、月日や季節に応じた居室の熱負荷をより精度よく推定することができる。

また、本実施形態では、データベース３０１に、過去３日間の消費電力量と居室の熱負荷推定値を保存しているが、例えば、過去１週間でもよい。さらに、長期的にデータベース３０１に保存する場合は、熱負荷パターン作成部３０２は、データベース３０１に保存されている同一曜日の熱負荷推定値を利用して、熱負荷パターンを作成してもよい。同様に、消費電力量パターン作成部３０３も、データベース３０１に保存されている同一曜日の消費電力量を利用して、電力量パターンを作成してもよい。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態を、図１２、図１３を用いて説明する。なお、図２に示し前述した第１の実施形態と同一の機能部については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１２に示すように、本実施形態の熱負荷推定装置１は、実績消費電力量受信部１１、熱負荷パターン記憶部１２、消費電力記憶部１３、熱負荷推定部１４、熱負荷推定値送信部１５、在室人数受信部４０２およびデータベース４０３から構成される。

在室人数受信部４０２は、人数計測装置４０１から居室の在室人数を受信する。人数計測装置４０１は、例えば、人の入退出を検出する赤外線センサ、カメラを利用し画像処理により在室人数を検出するセンサまたはＣＯ_２濃度から居室の在室人数を推定する装置であってよく、既知のセンサおよび装置を採用することができる。

データベース４０３は、在室人数受信部４０２から居室の在室人数を受け取り、過去の実績として在室人数を保存する。ここでは、例として、データベース４０３は過去１時間の居室の在室人数を保存するものとする。

熱負荷推定部１４は、実績消費電力量受信部１１から居室の消費電力量と、熱負荷パターン記憶部１２から居室の熱負荷パターンと、消費電力量記憶部１３から居室の最大消費電力量と、データベース４０３から現在の居室の在室人数と過去の居室の在室人数と、を受け取り、居室の熱負荷を推定する。

本実施形態における居室の熱負荷推定方法の具体的な実施例を説明する。

[ＳＴＥＰ１]
はじめに、オフライン処理部３１にて、居室の熱負荷パターン３２を作成する。ここでの処理は、第１の実施形態の場合と同様のため、省略する。

［ＳＴＥＰ２］
次に、オフライン処理部３１にて、居室の最大消費電力量３３を作成する。ここでの処理も、第１の実施形態と同様のため、省略する。

［ＳＴＥＰ３］
次に、熱負荷推定部１４で、熱負荷を推定する。ここで、熱負荷推定部１４は、ＳＴＥＰ１の熱負荷パターン３２と、ＳＴＥＰ２の最大消費電力量３３と、実績消費電力量受信部１１が受信した居室の消費電力量と、データベース４０３に記憶している１０時の在室人数および９時の在室人数とを用いて、居室の熱負荷を推定する。１０時の居室の熱負荷は、例えば、下記の式（５）を用いて推定する。

１０時の熱負荷推定値＝居室の熱負荷パターン３２の１０時熱負荷
×９時台の消費電力量（Ｅ）／最大消費電力量３３（Ｅｍａｘ）
×（１＋在室人数による増加率）…（５）

上式における“在室人数による増加率”は、下記の式（６）により求める。

在室人数による増加率＝１０時在室人数／９時在室人数−１…（６）

上記式（５）は、居室の熱負荷パターン３２の１０時熱負荷と、実績である９時台の消費電力量（Ｅ）と最大消費電力量（Ｅｍａｘ）との比率（Ｅ／Ｅｍａｘ）と、現在の在室人数である１０時在室人数と９時在室人数との比率を用いて、居室の熱負荷を推定するものである。居室の熱負荷は、在室人数により大きく左右されるため、実績である居室の消費電力量と居室の在室人数を居室の熱負荷の推定に用いることで、熱負荷推定装置１が、より精度の高い熱負荷の推定を実施できるようになる。

また、本実施形態によれば、実績である居室の消費電力量と、オフラインで作成していた１日の居室の熱負荷パターンと、オフラインで計算していた居室の最大消費電力量と、現在の居室の在室人数と、過去の居室の在室人数を用いることで、熱負荷推定装置１は、居室の熱負荷をリアルタイムで推定することができる。また、本実施形態では、第１の実施形態と比べ、居室の熱負荷への影響が大きい在室人数を考慮することで、本実施形態の熱負荷推定装置１は、より精度の高い熱負荷の推定をすることができる。

なお、本実施形態の熱負荷推定部１４においては、式（５）を用いて居室の熱負荷を推定しているが、下記の式（７）を用いてもよい。

１０時の熱負荷推定値＝居室の熱負荷パターン３２の１０時の熱負荷
×９時台の消費電力量（Ｅ）／最大消費電力量３３（Ｅｍａｘ）
×（１＋在室人数による増加率×α）…（７）

式（７）は、居室の熱負荷パターン３２の１０時の熱負荷と、実績である９時台の消費電力量（Ｅ）と最大消費電力量３３（Ｅｍａｘ）との比率（Ｅ／Ｅｍａｘ）と、現在の在室人数である１０時在室人数と９時在室人数との比率である在室人数による増加率と、係数αを用いて、居室の熱負荷を推定するものである。式（７）では、在室人数により居室の熱負荷推定値が変動する。なお、式（７）において、「居室の熱負荷パターン３２の１０時熱負荷×９時台の消費電力量（Ｅ）／最大消費電力量３３（Ｅｍａｘ）」は、図１３に示す固定部に対応し、式中の中括弧内の「在室人数による増加率×α」は、図１３に示す変動部に対応する。つまり、αは在室人数による居室の熱負荷推定値の変動部の影響を調整する係数である。このため、αの値は、居室の最大熱負荷の空調、照明などの在室人数と関係する各種機器の熱負荷の比率とする。

式（７）を用いた場合、式（５）および式（６）を用いた場合に比べ、在室人数による熱負荷推定値の変動の割合を指定することができるようになる。つまり、実際の居室で熱負荷推定装置１を運用後でも、熱負荷推定値と実際の居室の熱負荷が異なる場合は、式（７）の係数αの変更のみによって、熱負荷推定装置１にて居室の熱負荷推定値を簡単に調整することができる。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態を、図１４、図１５を用いて説明する。なお、図２に示し前述した第１の実施形態および図１２に示し前述した第５の実施形態と同一の機能部については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１４に示すように、本実施形態の熱負荷推定装置１は、実績消費電力量受信部１１、熱負荷パターン記憶部１２、消費電力記憶部１３、熱負荷推定部１４、熱負荷推定値送信部１５、在室人数受信部４０２、データベース５０１、熱負荷関数作成部５０２および熱負荷推定値算出部５０３から構成される。

データベース５０１は、熱負荷推定部１４から居室の熱負荷推定値を受け取り、在室人数受信部４０２から居室の在室人数を受け取って、これらのデータを過去の実績値として保存する。ここでは、例として、データベース５０１は過去３日間の居室の熱負荷推定値と、居室の在室人数を保存するものとする。

熱負荷関数作成部５０２は、データベース５０１から過去の居室の熱負荷推定値と、過去の居室の在室人数データとを受け取り、例えば、図１５に示すように、居室の熱負荷推定値と居室の在室人数から、例えば１次式をモデル関数とした最小二乗法による１次式近似で熱負荷関数を作成する。図１５の関数において、ｘは居室の在室人数であり、ｙは居室の熱負荷推定値である。また、ａとｂは定数である。

熱負荷推定値算出部５０３は、熱負荷関数作成部５０２で作成した熱負荷関数と、在室人数受信部４０２からの現在の居室の在室人数とを用いて、居室の熱負荷推定値を算出する。

上記のように、本実施形態の熱負荷推定装置１は、実績である居室の消費電力量と、オフラインで作成していた１日の居室の熱負荷パターンと、オフラインで算出していた居室の最大消費電力量とを基に推定した居室の熱負荷推定値と、居室の在室人数とをデータベース５０１に保存しておき、データベース５０１に保存されている居室の熱負荷推定値と、居室の在室人数データを利用して、在室人数と居室の熱負荷から成る関数を作成する。また、作成した熱負荷関数と現在の居室の在室人数を利用して、居室の熱負荷をリアルタイムで推定する。居室の熱負荷は、在室人数により大きく左右されるため、本実施形態では、熱負荷推定装置１が、居室の在室人数と熱負荷推定値から成る関数を利用することで、第１の実施形態と比べ、より精度の高い熱負荷の推定を実施することができる。また、データベース５０１に保存される熱負荷推定値と居室の在室人数は、熱負荷推定装置１が動作中に随時更新されるため、データベース５０１に保存されている居室の熱負荷推定値と、居室の在室人数を利用して作成される熱負荷関数も随時更新されることになる。これにより、本実施形態の熱負荷推定装置１では、月日や季節に応じた居室の熱負荷をより精度よく推定できるようになる。

なお、本実施形態の熱負荷推定装置１は、熱負荷関数作成部５０２において、データベース５０１から居室の熱負荷推定値と、在室人数とを受け取り、１次式近似で熱負荷関数を作成しているが、多項式をモデル関数とした最小二乗法による多項式近似などを利用して熱負荷関数を作成するようにしてもよい。また、データベース５０１は、過去３日間の居室の熱負荷推定値と、居室の在室人数が保存されるとしたが、データベース５０１が保存するデータは、１週間または、１か月単位でもよい。

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について、図１６を用いて説明する。なお、図２に示し前述した第１の実施形態と同一の機能部については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態の熱負荷推定装置１は、実績消費電力量受信部１１、熱負荷パターン記憶部１２、消費電力量記憶部１３、熱負荷推定部１４、熱負荷推定値送信部１５および熱負荷推定値表示部６０１から構成される。

熱負荷推定値表示部６０１は、熱負荷推定部１４により推定した居室の熱負荷推定値を表示する。

熱負荷推定値表示部６０１では、例えば、図１７のように居室の熱負荷推定値を画面表示する。図１７の例では、各居室の熱負荷推定値を一覧で表示している。またこの例では、熱負荷推定値だけでなく、実績消費電力量受信部１１で受信する居室の消費電力量も表示している。他の例として、例えば、図１８のように、建物の平面図上に各居室の熱負荷推定値と実績消費電力量受信部１１で受信する居室の消費電力量とを表示するようにしてもよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、実績である居室の消費電力量と、オフラインで作成していた１日の居室の熱負荷パターンと、オフラインで計算していた居室の最大消費電力量とを用いることで、熱負荷推定装置１が、居室の熱負荷をリアルタイムで推定できる。また、それのみならず、熱負荷推定装置１は、推定した熱負荷推定値を、熱負荷推定装置１に表示することができ、熱負荷の見える化が可能となる。これにより、居室の在室者がリアルタイムに熱負荷を確認できるため、在室者が空調制御システム１０を居室の利用形態に応じて無駄なく運転することが容易となる。

以上説明したとおり、第１から第７の実施形態の熱負荷推定装置１によれば、居室単位の熱負荷をリアルタイムで推定することができる。また、天気予報情報の取得や、空調機４１の給気温度、風量の計測などを利用せず、空調設備設計時に作成する熱負荷パターンまたは実績のデータに基づく熱負荷パターンと、各種機器の定格などから求まる最大消費電力量と、一般的に計測されている消費電力量を利用するだけで居室の熱負荷を容易に推定でき、また、このことから、様々なビルや居室に対応することができる。

なお、熱負荷推定部１４および熱負荷推定値算出部５０３は、専用のハードウェアとして構成しても、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置とを備えたコンピュータと、その制御プロラムとにより構成してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 熱負荷推定装置
２ 空調制御装置
１０ 空調制御システム
１１ 実績消費電力量受信部
１２ 熱負荷パターン記憶部
１３ 消費電力量記憶部
１４ 熱負荷推定部
１５ 熱負荷推定値送信部
３１ オフライン処理部
３４ データ中継装置
４１ 空調機
４２ 熱源機
４３ 照明
４４ その他機器
５１，５２，５３，５４ 電力量計
６１ 実績消費電力量異常・欠測判断部
６２ 前回値送信部
２０１ 熱負荷指定部
２０２ 熱負荷選択部
３０２ 熱負荷パターン作成部
３０３ 消費電力量パターン作成部
４０１ 人数計測装置
４０２ 在室人数受信部
５０２ 熱負荷関数作成部
５０３ 熱負荷推定値算出部
６０１ 熱負荷推定値表示部

Claims (12)

1. 居室に備わる各種機器の実績消費電力量と、前記居室における時系列の最大熱負荷からなる熱負荷パターンと、前記居室における各種機器の消費電力量とが入力され、前記実績消費電力量と、前記熱負荷パターンと、前記消費電力量とを基に、該当時刻の前記居室の熱負荷を推定し、推定結果の熱負荷推定値を出力する、熱負荷推定装置。
2. 前記実績消費電力量を受信する実績消費電力量受信部と、
   前記熱負荷パターンを記憶する熱負荷パターン記憶部と、
   前記居室における各種機器の消費電力量のそれぞれの最大値の合計値である最大消費電力量を記憶する消費電力量記憶部と、
   前記実績消費電力量と、前記熱負荷パターンと、前記最大消費電力量とを基に、前記居室の熱負荷を推定する熱負荷推定部と、
   前記熱負荷推定部により推定された熱負荷推定値を送信する熱負荷推定値送信部と、
   を備える、請求項１に記載の熱負荷推定装置。
3. 前記実績消費電力量受信部で受信した前記居室の実績消費電力量の異常または欠測の有無を判断する実績消費電力量異常・欠測判断部と、
   前記熱負荷推定値送信部が前回送信した熱負荷推定値を記憶しておき、前記実績消費電力量異常・欠測判断部が受信した前記居室の実績消費電力量に異常または欠測があると判断した場合は、記憶している熱負荷推定値の前回値を送信する前回値送信部と、
   を備える、請求項２に記載の熱負荷推定装置。
4. 特定の時間帯および該特定の時間帯の熱負荷を指定する熱負荷指定部と、
   前記熱負荷指定部により指定された特定の時間帯では、前記熱負荷指定部により指定された前記特定の時間帯の熱負荷を選択し、前記熱負荷指定部により指定されていない時間帯では、前記熱負荷推定部により推定された熱負荷推定値を選択して、前記熱負荷推定値送信部に出力する熱負荷選択部と、
   を備える、請求項２または請求項３に記載の熱負荷推定装置。
5. 前記実績消費電力量受信部が受信した前記居室の実績消費電力量と、前記熱負荷推定値送信部が送信した前記居室の熱負荷推定値とを保存するデータベースと、
   前記データベースに保存されている前記居室の実績消費電力量を基に１日の消費電力量パターンを作成する消費電力量パターン作成部と、
   前記データベースに保存されている前記居室の熱負荷推定値を基に１日の熱負荷パターンを作成する熱負荷パターン作成部と、を備え、
   前記熱負荷推定部は、前記実績消費電力量受信部が受信した前記実績消費電力量と、前記消費電力量パターン作成部が作成した前記消費電力量パターンと、前記熱負荷パターン作成部が作成した前記熱負荷パターンとを基に、前記居室の熱負荷を推定する、
   請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱負荷推定装置。
6. 前記熱負荷パターン作成部は、前記データベースに保存されている同一曜日の前記居室の熱負荷推定値を利用して熱負荷パターンを作成し、
   前記消費電力量パターン作成部は、前記データベースに保存されている同一曜日の前記居室の実績消費電力量を利用して電力量パターンを作成する、
   請求項５に記載の熱負荷推定装置。
7. 前記居室の在室人数を受信する在室人数受信部と、
   前記在室人数受信部が受信した前記居室の在室人数を保存するデータベースと、を備え、
   前記熱負荷推定部は、前記居室の実績消費電力量と、前記熱負荷パターン記憶部の前記居室の熱負荷パターンと、前記消費電力量記憶部の前記居室の最大消費電力量と、前記在室人数受信部からの前記居室の在室人数と、前記データベースに保存されている前記居室の在室人数とを基に、前記居室の熱負荷を推定する、
   請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱負荷推定装置。
8. 前記在室人数受信部は、入退出を検出する赤外線センサ、カメラを利用した在室人数検出用センサまたは前記居室のＣＯ_２濃度を利用して前記居室の在室人数を推定する装置から、前記在室人数を受信する、請求項７に記載の熱負荷推定装置。
9. 前記熱負荷推定部は、在室人数による前記居室の熱負荷推定値への影響を調整する係数を利用して前記居室の熱負荷を推定する、請求項７または請求項８に記載の熱負荷推定装置。
10. 前記データベースは、前記熱負荷推定部が推定した前記居室の熱負荷推定値をさらに保存し、
    前記データベースに保存されている前記居室の熱負荷推定値と、前記データベースに保存されている前記居室の在室人数とを基に、前記居室の熱負荷推定値と前記居室の在室人数の関係を示す近似関数を作成する熱負荷関数作成部と、
    前記熱負荷関数作成部で作成した熱負荷関数と、前記在室人数受信部からの前記居室の在室人数とから、前記居室の熱負荷推定値を算出する熱負荷推定値算出部と、
    を備える、請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の熱負荷推定装置。
11. 前記居室の熱負荷推定値を表示する熱負荷推定値表示部を備える、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の熱負荷推定装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の熱負荷推定装置と、前記熱負荷推定装置から送信された居室の熱負荷推定値を受け取り、空調機および熱源器等からなる空調・熱源システムを制御する空調制御装置と、を備える空調制御システム。

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