JP2018106566A - 建築設備のフォルト検出システム及びそれを適用した建築設備の管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 専門家によらずとも、迅速、低額かつ正確に建築設備のフォルト検出を実施できる建築設備の管理システムを提供する。【解決手段】 設備機器の特性情報データを保存した機器特性データベース１１と、設備機器の出力情報データを通信回線５を介して送受信する通信手段１２と、この通信手段１２で受信した設備機器の出力情報データを基にして建築設備４の運転状態を再現する建築設備シミュレータ１３と、前記通信手段１２で受信した出力情報データと前記建築設備シミュレータ１３が生成した予測情報データとを比較して、建築設備４の異常の有無を判定する比較・判定手段１４と、から建築設備のフォルト検出システム１を構成する。【選択図】 図３

Description

本発明は、建築物に設置された熱源設備、空調設備、照明設備等の建築設備におけるフォルト（異常）を自動的に検出する建築設備のフォルト検出システム及びそれを適用した建築設備の管理システムに関する。

近年、世界的なエネルギー資源の減少、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量の増大に伴って、あらゆる領域に亘って省エネルギー化が叫ばれている。このような省エネルギー化を図るため、種々分野においてエネルギー管理システム（ＥＭＳ）が導入されつつある。

管理対象をビルとするビルエネルギー管理システム（ＢＥＭＳ）にあっては、ビル内に設置された熱源設備、空調設備、照明設備等の建築設備を監視して、エネルギー消費量を最適化するように制御している。

例えば、ビル内の空調設備において、適宜個所に差圧センサ、流量センサ等を配設し、これらより冷温水の流量を算出して、空調設備の消費電力量を削減することによって、省エネルギー化を図るシステムが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５−１５５９７３号公報

しかし、特許文献１に記載のシステムでは、そもそも、差圧センサ、流量センサ等の検出装置、冷温水ポンプ、流量調整バルブ等の操作機器が正常に動作していることを前提として制御を実行している。

検出装置、操作機器等が正常に動作しているか否かは、図１に示すように、ビル管理システム（ＢＡ）によって、それらの特性情報データを収集し、ビルエネルギー管理システム（ＢＥＭＳ）によって、それらの出力情報データを収集し、それら情報データを比較して、設備管理の専門家が異常の有無を判定（フォルト検出）するようにしていた。

よって、ビル内に設備管理の専門家がいない場合には、ビル外の専門家にフォルト検出を依頼しなければならず、迅速な対応ができないと共に、多額の費用がかかった。
又、設備管理の専門家といえども、大量の収集データからフォルト検出を実施しなければならないから、必ずしも正確な判定をできない場合もあった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みて為されたものであって、ビル内に設備管理の専門家がいない場合にあっても、迅速にかつ低額でフォルト検出を実施できると共に、専門家によって異ならない、正確なフォルト検出を実施できる建築設備のフォルト検出システム及びそれを適用した建築設備の管理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の建築設備のフォルト検出システムは、設備機器の特性情報データを保存した機器特性データベースと、設備機器の出力情報データを通信回線を介して送受信する通信手段と、この通信手段で受信した設備機器の出力情報データを基にして建築設備の運転状態を再現する建築設備シミュレータと、前記通信手段で受信した出力情報データと前記建築設備シミュレータが生成した予測情報データとを比較して、建築設備の異常の有無を判定する比較・判定手段と、から構成したことを特徴とする。

前記建築設備シミュレータは、国土交通省が提供するライフサイクルエネルギーマネジメントシステム（ＬＣＥＭ）であってもよい。

又、本発明の建築設備の管理システムは、前記建築設備のフォルト検出システムを中央監視センター内に設置し、広域通信回線網（ＷＡＮ）を介して、複数の建築物と中央監視センターとを接続するようにしたことを特徴とする。

本発明の建築設備のフォルト検出システムによれば、ビル内に設備管理の専門家がいない場合にあっても、迅速にかつ低額でフォルト検出を実施できると共に、専門家によって異ならない、正確なフォルト検出を実施できる。

従来の建築設備のフォルト検出の方法を示す概念図である。 本発明の建築設備のフォルト検出システムの概念図である。 本発明の建築設備のフォルト検出システムの概略構成図である。 本発明の建築設備のフォルト検出システムと建築設備との関係を示す概略構成図である。 冷却塔における入出力パラメータを示す説明図である。 冷却塔における冷却水往温度及び消費電力を時間経過と共に表示したグラフである。 冷却水ポンプにおける入出力パラメータを示す説明図である。 冷却水ポンプの消費電力に関する実測値とシミュレーションツールによる予測値との相関図である。 従来通りの運転をした場合における蓄熱槽の消費電力及びＩＰＦの１週間に亘る変化を表示したグラフである。 シミュレーションツールに基づいて運転をした場合における蓄熱槽の消費電力及びＩＰＦの１週間に亘る変化を表示したグラフである。 建築設備の管理システムの概念図である。

本発明の建築設備のフォルト検出システムの好適な実施形態について、以下、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の建築設備のフォルト検出システム１は、図２に示すように、ビル管理システム（ＢＡ）２及びビルエネルギー管理システム（ＢＥＭＳ）３と共に使用される。

建築物に設置された熱源設備４ａ、空調設備４ｂ、照明設備４ｃ等の建築設備４の検出装置、操作機器等の特性情報データは、ビル管理システム（ＢＡ）２に収集され、保存される。

又、熱源設備４ａ、空調設備４ｂ、照明設備４ｃ等の建築設備４の検出装置、操作機器等の出力情報データは、ビルエネルギー管理システム（ＢＥＭＳ）３に収集され、保存される。

本発明の建築設備のフォルト検出システム１は、図３に示すように、機器特性データベース１１と、通信手段１２と、建築設備シミュレータ１３と、比較・判定手段１４と、から構成される。

機器特性データベース１１は、設備機器の特性情報データを保存したデータベースである。

ここで、建築設備４としては、図４に示すように、熱源設備４ａ、空調設備４ｂ、照明設備４ｃ等が挙げられる。

熱源設備４ａとしては、冷却塔、冷凍機等が挙げられ、その操作機器としては、ポンプ等が挙げられる。

空調設備４ｂとしては、空調機等が挙げられ、その検出装置としては、温度センサ、流量計、電力計等が挙げられ、その操作機器としては、バルブ等が挙げられる。

照明設備４ｃとしては、照明灯等が挙げられ、その検出装置としては、照度計等が挙げられる。

通信手段１２は、設備機器の出力情報データを通信回線５を介して送受信するものである。

建築設備シミュレータ１３は、通信手段１２で受信した設備機器の出力情報データを基にして建築設備の運転状態を再現するものである。

ここで、建築設備シミュレータ１３としては、空調設備専用として独自に作製した空調設備シミュレータを採用してもよく、国土交通省が提供するライフサイクルエネルギーマネジメントシステム（ＬＣＥＭ）、ビルエネルギーシミュレーションツール（ＢＥＳＴ）等の既存の建築設備シミュレータを採用してもよい。

比較・判定手段１４は、通信手段１２で受信した出力情報データと建築設備シミュレータ１３が生成した予測情報データとを比較して、建築設備の異常の有無を判定（フォルト検出）するものである。

次に、本発明の建築設備のフォルト検出システム１を適用した実施例について、具体的に説明する。

［実施例１］
先ず、冷却塔におけるフォルト検出に適用した場合について説明する。冷却塔の場合にあっては、図５に示すように、冷却水往温度を所定値に設定したとしても、外気温度、冷却水量、冷却水還温度等のパラメータ因子によって、実際の冷却水往温度、消費電力は影響される。

図６に、冷却塔における冷却水往温度の温度センサによる実測値と建築設備シミュレータ１３による予測値とを対比して、又、消費電力の電力計による実測値と建築設備シミュレータ１３による予測値とを対比して示した。

フォルト検出システム１によれば、図６によって、７月２８日〜３０日にかけては不具合の兆候が見られ、８月１日〜８日にかけては異常状態が発生していることが分かる。点検検査によって、この異常状態は冷却塔のファンを構成するベアリングの損傷によることが判明したので、ベアリングを新品に交換することによって、異常状態を解消することができた。

［実施例２］
次に、冷却水ポンプにおけるフォルト検出に適用した場合について説明する。冷却水ポンプの場合にあっては、図７に示すように、変水量制御という所定の制御方式に設定したとしても、水量等のパラメータ因子によって、冷却水ポンプの実際の電力、圧力、回転数は影響される。

図８に、冷却水ポンプの消費電力の電力計による実測値と建築設備シミュレータ１３による予測値とを対比して、その相関を描いた。

フォルト検出システム１によれば、図８によって、本来、比例制御している冷却水ポンプの動力が、１２ｋＷｈと６ｋＷｈというように、２値制御になっているという異常状態が発生していることが分かる。そこで、冷却水ポンプの制御機器の調整を実施することによって、異常状態を解消することができた。

［実施例３］
次に、フォルト検出に使用する建築設備シミュレータ１３によって、蓄熱槽を運転した場合について説明する。

図９に示すように、従来通りに蓄熱槽を運転した場合においては、蓄熱槽の消費電力は１５２，０００ｋＷｈと多く、氷充填率（ＩＰＦ）も早期に上昇していって、限界点において、氷を溶融して廃棄する必要があった。

図１０に示すように、建築設備シミュレータ１３に基づいて蓄熱槽を運転をした場合においては、蓄熱槽の消費電力は１３３，０００ｋＷｈと少なく、氷充填率（ＩＰＦ）も早期に上昇しないので、氷を溶融して廃棄する必要はなかった。

以上のように、本発明の建築設備のフォルト検出システム１によれば、ビル内に設備管理の専門家がいない場合にあっても、迅速にかつ低額で建築設備のフォルト検出を実施できる。又、専門家によって判定が異ならない、正確なフォルト検出を実施できる。

尚、本発明の建築設備のフォルト検出システム１を１棟のビルに設置するのではなく、図１１に示すように、広域通信回線網（ＷＡＮ）６、特にはインターネットを介して、各ビル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄと中央監視センター８とを接続するようにしてもよい。

このような構成とすれば、各ビル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄから設備機器についての出力情報データを中央監視センター８に収集でき、中央監視センター８に設置したフォルト検出システム１において、各ビル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの建築設備のフォルト検出を集中的に実施することができる。

そして、フォルト検出システム１の通信手段１２によって、フォルト検出したことを通知するようにすれば、広域範囲での建築設備の管理システムを構築することができる。そして、フォルト検出したことを通知されたビル７Ｃでは、早期に異常事態に対処することができる。

１ 建築設備のフォルト検出システム
１１ 機器特性データベース
１２ 通信手段
１３ 建築設備シミュレータ
１４ 比較・判定手段
４ 建築設備
５ 通信回線
６ 広域通信回線網（ＷＡＮ）
７ ビル
８ 中央監視センター

Claims (3)

1. 設備機器の特性情報データを保存した機器特性データベースと、設備機器の出力情報データを通信回線を介して送受信する通信手段と、この通信手段で受信した設備機器の出力情報データを基にして建築設備の運転状態を再現する建築設備シミュレータと、前記通信手段で受信した出力情報データと前記建築設備シミュレータが生成した予測情報データとを比較して、建築設備の異常の有無を判定する比較・判定手段と、から構成したことを特徴とする建築設備のフォルト検出システム。
2. 前記建築設備シミュレータは、国土交通省が提供するライフサイクルエネルギーマネジメントシステム（ＬＣＥＭ）であることを特徴とする請求項１に記載の建築設備のフォルト検出システム。
3. 請求項１に記載の建築設備のフォルト検出システムを中央監視センター内に設置し、広域通信回線網（ＷＡＮ）を介して、複数の建築物と中央監視センターとを接続するようにしたことを特徴とする建築設備の管理システム。

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