JP2021181852A - 貯湯計画作成システム、貯湯計画作成方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】需要予測に沿った貯湯計画を給湯システムへ設定する貯湯計画作成システムを提供する。【解決手段】貯湯計画作成システムは、未来の所定期間における単位時間ごとの貯湯需要の予測データを取得する予測データ取得部と、前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間ごとの目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成する計画作成部と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、貯湯計画作成システム、貯湯計画作成方法及びプログラムに関する。

飲食店の厨房や浴場施設へ温水を供給するために用いられる給湯システムでは、給湯機が水道水を加熱して、加熱後の温水を貯湯タンクに蓄える。そして、貯湯タンクに蓄えた温水を厨房や浴場施設へ供給する。このような給湯システムでは、日々、需要予測に基づく湯沸かし量が設定され、運用されることが多い。しかし、需要予測には誤差が含まれるため、突発的な需要の増加などにより、湯の不足が生じる可能性がある。特許文献１には、予想外の出湯があった場合でも、給湯使用時刻までに必要な量の湯水を貯湯タンクに貯湯する給湯機の制御方法が開示されている。

特開２０１９−２０７０５８号公報

日々の需要予測を満たしつつ、湯切れを回避することができる湯沸かし量の設定を自動的に行う方法が求められている。

本開示は、上述の課題を解決することのできる貯湯計画作成システム、貯湯計画作成方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本開示の貯湯計画作成システムは、所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得する予測データ取得部と、前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成する計画作成部と、を備える。

また、本開示の貯湯計画作成方法は、貯湯計画作成システムが、所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得するステップと、前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成するステップと、を有する。

また、本開示のプログラムは、コンピュータに、所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得するステップと、前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成するステップと、を実行させる。

上述の貯湯計画作成システム、貯湯計画作成方法及びプログラムによれば、日々の給湯の需要予測量を満たす湯沸かし量の設定を自動的に行うことができる。

一実施形態における給湯システムの一例を示す図である。 一実施形態における制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 一実施形態における貯湯計画の作成処理を説明する第１図である。 一実施形態における貯湯計画の作成処理を説明する第２図である。 一実施形態における貯湯計画の作成処理を説明する第３図である。 一実施形態における貯湯計画の作成処理を説明する第４図である。 一実施形態における長期の貯湯計画の作成処理を説明する第１図である。 一実施形態における長期の貯湯計画の作成処理を説明する第２図である。 一実施形態における給湯需要の変動への対処を説明する第１図である。 一実施形態における給湯需要の変動への対処を説明する第２図である。 一実施形態における計画モードの切り替えを説明する図である。 一実施形態における貯湯計画作成処理の一例を示すフローチャートである。 一実施形態における制御システムのハードウェア構成の一例を示す図である。

＜実施形態＞
以下、本開示の一実施形態による給湯システムを図１〜図８を参照して説明する。
（システム構成）
図１は、本開示の一実施形態における給湯システムの一例を示す図である。
図示するように給湯システム１は、給湯機２と、貯湯タンク３と、施設４と、制御システム１００と、を備える。給湯機２と貯湯タンク３とは配管６Ｂで接続され、貯湯タンク３と施設４とは配管６Ｃで接続されている。給湯機２には、配管６Ａを通じて水が供給される。給湯機２は、例えば、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含む冷媒回路を備えており、凝縮器で熱交換することにより、水を加熱して湯水を生成する。給湯機２は、生成した湯水を、配管６Ｂを通じて貯湯タンク３へ送る。貯湯タンク３は湯水を蓄える。貯湯タンク３には、貯湯量を計測するセンサ５が設けられている。センサ５は、例えば、水位センサである。制御システム１００は、センサ５の計測値を取得し、センサ５が計測する貯湯量が目標値となるように給湯機２を制御する。施設４の需要に応じた量の湯水が貯湯タンク３から施設４へ、配管６Ｃを通じて供給される。

制御システム１００は、所定の対象期間に必要となる湯水の需要量予測を行い、その需要量予測に応じた貯湯量の目標値（貯湯計画）を算出する。そして、制御システム１００は、貯湯計画に基づいて、給湯機２を運転する。次に制御システム１００について説明する。

（制御システムの機能）
図２は、本開示の一実施形態における制御システムの一例を示す機能ブロック図である。制御システム１００は、湯水の需要量を予測する需要量予測装置１０と、需要量予測に基づいて貯湯タンク３へ貯湯する湯水の貯湯計画を作成する貯湯計画作成装置２０と、給湯機２の制御装置３０と、を備えている。需要量予測装置１０と貯湯計画作成装置２０と制御装置３０とは通信可能に接続されている。

需要量予測装置１０は、データ取得部１１と、予測モデル作成部１２と、需要量予測部１３と、記憶部１４とを備える。
データ取得部１１は、需要量予測に必要な種々のデータを取得する。
予測モデル作成部１２は、種々のパラメータ（説明変数）と湯水の使用量（目的変数）との関係を学習し、湯水の需要量を予測する予測モデルを作成する。予測モデルの説明変数は、例えば、給湯システム１が稼働する環境における、外気温、曜日、天気、月や季節、時間、１日のうちのや時間帯（朝、昼、晩）など、湯水の需要に影響があるパラメータである。湯水の使用量とは、例えば、貯湯タンク３から施設４へ供給された湯水の量である。本開示では、施設４へ供給された湯水の量が既知であるとする。データ取得部１１は、上記で例示した説明変数と、そのときの湯水の使用（目的変数）を取得し、これらを対応付けて学習データとして記憶部１４に蓄積する。予測モデル作成部１２は、蓄積された学習データを読み出して、重回帰分析等の処理により、外気温や曜日等の説明変数と目的変数である湯水の使用量の関係を示す予測モデルを作成する。このように、予測モデル作成部１２は、給湯システム１の設備構成などに依らず、実際の運転データ（上記の説明変数、目的変数）に基づいて予測モデルを作成する。これにより、どのようなシステムにも導入することができ、精度の高い需要予測モデルを作成することができる。なお、施設４の需要は、施設側の都合により変化することがあり得るので、予測モデル作成部１２は、定期的に予測モデルを作成し直してもよい。

需要量予測部１３は、予測モデル作成部１２が作成した予測モデルに基づいて、予測対象期間における単位時間毎の湯水の需要量を予測する。需要量予測部１３は、単位時間毎の需要量予測値を予測データとして出力する。予測データには、単位時間毎の湯水の需要量を貯湯タンク３における貯湯量として表したデータが含まれる。例えば、単位時間を１時間とすると、予測データには、”７：００、１％”、”８：００、２％”、・・・などの情報が含まれる。ここで、”７：００、１％”とは、７：００〜８：００に、貯湯タンク３の貯湯量全体の１％分に相当する湯水の需要が見込まれることを示している。
記憶部１４は、データ取得部１１が取得したデータや予測モデル作成部１２が作成した予測モデル等を記憶する。

貯湯計画作成装置２０は、予測データ取得部２１と、実績データ取得部２２と、設定受付部２３と、計画作成部２４と、記憶部２５と、を備える。
予測データ取得部２１は、需要量予測装置１０が出力した予測データを取得し、取得した予測データを記憶部２５に書き込む。
実績データ取得部２２は、貯湯タンク３の湯水の使用実績を示す実績データを取得し、取得した実績データを記憶部２５に書き込む。実績データとは、例えば、単位時間毎の貯湯タンク３の貯湯量である。実績データには、”７：００、８０％”、”８：００、８０％”、・・・などの情報が含まれる。ここで、”７：００、８０％”、”８：００、８０％”とは、７：００および８：００の時点で、貯湯タンク３の貯湯量が８０％であったことを示している。更に、７：００〜８：００の間に貯湯タンク３から施設４へ供給された湯水と、給湯機２が貯湯タンク３へ供給した湯水の量が等しかったことを示している。実績データは、貯湯計画を作成する際に、効率優先の貯湯計画を作成するか、湯切れ防止優先の貯湯計画を作成するかを判断するために使用される。
設定受付部２３は、貯湯計画の作成処理に必要な設定を受け付ける。

計画作成部２４は、予測データに基づいて、貯湯計画を作成する。貯湯計画とは、例えば、単位時間毎の貯湯タンク３における貯湯量である。貯湯計画には、例えば、”６：００，８０％”、”７：００，８０％”、”８：００，９０％”、・・・などの情報が含まれる。ここで、”７：００，８０％”とは、７：００の時点でセンサ５が計測する貯湯量と８０％を比較して貯湯量が８０％に満たなければ、８０％となるように運転することを示している。つまり、制御装置３０に”７：００，８０％”の目標貯湯量を与えた場合であって、７：００の時点でセンサ５が計測する貯湯量が８０％に至らない場合、制御装置３０は、貯湯量が８０％となるように給湯機２の運転を開始する。これに対し、本開示では、７：００の時点で８０％が達成できるような貯湯計画を作成する。例えば、７：００の時点で貯湯量８０％を達成するために１：００から湯沸かしが必要な場合、給湯機２が、１：００から湯沸かしを開始できるような貯湯計画を作成する。
記憶部２５は、予測データ、実績データ、各種設定など種々の情報を記憶する。

制御装置３０は、センサ５が計測した貯湯タンク３の貯湯量を取得し、センサ５が計測した貯湯量と、貯湯計画作成装置２０が作成した貯湯計画に設定された目標貯湯量と、に基づいて給湯機２の運転を制御する。例えば、貯湯計画における７：００の貯湯量が８０％で、７：００にセンサ５が計測した貯湯量が７０％であれば、制御装置３０は、貯湯タンク３の貯湯量が８０％となるように給湯機２を運転する。

（貯湯計画の作成処理）
次に計画作成部２４による、貯湯計画の作成処理について説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、それぞれ一実施形態における貯湯計画の作成処理を説明する第１図〜第４図である。
最初に、計画作成部２４は、次の変数を用意する。
・Ｄｅｍａｎｄ（ｉ）：予測データに含まれるコマｉにおける需要予測量。単位は％。
・Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ）：各コマの開始時刻で確保すべき貯湯量。単位は％。
・Ｃ１：１コマで沸かせる湯量。単位は％／コマ。
・Ｃ２：計画対象期間の終了時刻において確保すべき貯湯量。単位は％。
・Ａｆｆｏｒｄ（ｉ）：コマｉの需要予測量がＣ１以下であるかどうかのフラグ。需要予測量がＣ１以下（そのコマの開始時刻から湯沸かしを開始しても、コマの終了時刻までに需要予測量を賄える）であれば”１”、Ｃ１より大きい場合は”０”である。
・Ｔａｒｇｅｔ（ｉ）：コマｉの目標貯湯量。単位は％。貯湯計画は、対象期間における単位時間毎のＴａｒｇｅｔ（ｉ）によって構成される。
・Ｌｏｗｌｉｍ：貯湯タンク３における貯湯量の下限値。常にこの値は下回らないようにする。単位は％。
例えば、Ｃ１，Ｃ２、Ｌｏｗｌｉｍの値については、ユーザが設定を行い、設定受付部２３が、これらの変数に対する設定を受け付け、各値を記憶部２５に登録する。

また、貯湯計画の作成処理においては以下の仮定を置く。
（ａ）１日の需要総量は、１日に沸かせる湯の総量以下であるとする。つまり、給湯システム１の設備容量は需要に対して十分であるとする。
（ｂ）一例として、１コマは１時間とする。また、貯湯量の計画期間を２４時間とする。
（ｃ）１時間に沸かせる湯量Ｃ１は、過去の運転データから算出する。
（ｄ）貯湯タンク３の下限値Ｌｏｗｌｉｍは常に確保するようにする。

計画作成部２４は、以下の（１）〜（７）の処理により、貯湯計画を作成する。
（１）まず、計画作成部２４は、需要量予測装置１０が出力した予測データを取得する。図３Ａ〜図３Ｄの丸印は、各コマｉ（各時刻）におけるＤｅｍａｎｄ（ｉ）を示す。
（２）次に計画作成部２４は、各コマｉのＴａｒｇｅｔ（ｉ）の初期値としてＬｏｗｌｉｍを設定する。図３Ｂの星印は、各コマｉにおけるＴａｒｇｅｔ（ｉ）の初期値を示す。

（３）次に計画作成部２４は、各コマｉの開始時刻において確保すべき湯量を算出する。まず、最終コマのＮｅｃｅｓｓａｒｙ（２４）については、以下の式（１）で計算する。
Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ（２４）＝Ｄｅｍａｎｄ（２４）＋Ｃ２ ・・・（１）
その他のコマ（ｉ＝０〜２３）のＮｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ）については、以下の式（２）で計算する。
Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ）＝Ｄｅｍａｎｄ（ｉ）＋Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ＋１）
・・・（２）
つまり、コマｉの需要予測量に、コマｉよりも未来の需要予測量を全て加算する。図３Ｂの菱形印は、各コマｉにおけるＮｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ）を示す。

（４）次に計画作成部２４は、予測データに基づいて、各コマｉのＡｆｆｏｒｄ（ｉ）を設定する。例えば、９：００〜１６：００（コマｉ＝９〜１６）のＡｆｆｏｒｄ（ｉ）を”０”、それ以外のＡｆｆｏｒｄ（ｉ）を”１”とする。

（５）次に計画作成部２４は、Ａｆｆｏｒｄ（ｉ）が”０”のコマについては、Ｔａｒｇｅｔ（ｉ）＝Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ）と置く。図３Ｃにおける９：００〜１６：００の星印は、この処理を行った後のＴａｒｇｅｔ（ｉ）を示す。

（６）次に計画作成部２４は、Ａｆｆｏｒｄ（ｉ）が”１”から”０”に変化する最初のコマ（コマｉ_αとする。）については、そのコマｉ_αのＤｅｍａｎｄ（ｉ_α）が示す湯量を沸かすのに必要な時間（コマ数）Ｋを算出し、コマｉ_αから算出したコマ数分だけ遡ったコマｉまでの目標貯湯量を、Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ_α）と置く。具体的には、計画作成部２４は、以下の式（３）でＫを算出する。
Ｋ＝ｃｅｉｌ｛（Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ_α）−Ｌｏｗｌｉｍ）／Ｃ１｝＋１
・・・（３）
ここで、ｃｅｉｌは整数の切り上げを意味する。また、湯を沸かし時間に余裕を持たせるため、１を加算する。そして、計画作成部２４は、以下の式（４）でＴａｒｇｅｔ（ｉ−Ｋ）を算出する。
Ｔａｒｇｅｔ（ｉ_α−Ｋ）＝Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ（ｉ_α）（Ｋ＝１，２、・・・、Ｋ）
・・・（４）
図３Ｃにおける１：００〜８：００の星印は、この処理を行った後のＴａｒｇｅｔ（ｉ）を示す。

（７）最後に計画作成部２４は、１００％を超過したＴａｒｇｅｔ（ｉ）については、そのＴａｒｇｅｔ（ｉ）の値を１００％とし、また、小数を含むＴａｒｇｅｔ（ｉ）の値を整数に切り上げる。このようにして得られたＴａｒｇｅｔ（ｉ）（ｉ＝０〜２４）が貯湯計画である。図３Ｄに貯湯計画を示す。図３Ｄの黒色の星印が、貯湯計画である。

（１）〜（７）の処理により、計画作成部２４は、単位時間毎の目標貯湯量を含む貯湯計画を自動的に算出する。計画作成部２４は、作成した貯湯計画を制御装置３０へ出力する。なお、上記の処理は１例である。例えば、（２）において、Ｔａｒｇｅｔ（ｉ）の初期値にＬｏｗｌｉｍよりも安全な値（大きな値）を設定してもよい。また、以下に説明するように、Ｃ１には、湯切れを回避できる値を設定することができる。

（１コマで沸かすことができる湯量の設定）
例えば、貯湯タンク３から湯水の流出がない時間帯において、センサ５が計測する貯湯量が４５％のときに目標貯湯量９５％が与えられ、センサ５が計測する貯湯量が９５％となるまでに１０時間かかったとする。つまり、１時間あたり５％分の湯を沸かすことができるとする。この５（％／時間）を所定の安全率（”２”とする。）で割って、変数Ｃ１を算出する。この例では、Ｃ１＝２．５（％／時間）となる。このように実測値に基づいて安全側（少なめ）にＣ１を設定することによって、湯切れが生じない貯湯計画を作成することができる。Ｃ１の設定は、ユーザが行っても良いし、計画作成部２４が、センサ５の計測値を取得して上記のような計算により、設定してもよい。

また、給湯機２が湯を沸かす能力は、配管経、配管長さ、配管高さ、貯湯タンク３の種類（開放型、密閉型）や台数、外気温、設定温度などのシステム構成や運転条件によって異なるため、給湯システム１ごとに設定することが好ましい。そこで、例えば、計画作成部２４が、単位時間あたりの湯沸かし量を算出する学習モデルを機械学習などによって作成し、この学習モデルによって、湯沸かし量を算出し、算出した湯沸かし量に基づいてＣ１に設定してもよい。例えば、学習モデルは、外気温、供給される水の温度、湯水の設定温度を入力すると、単位時間あたりに沸かすことができる湯水の湯量を出力する。計画作成部２４は、給湯機２が運転中で、且つ、貯湯タンク３から湯水の流出が無い時間帯にセンサ５が計測した貯湯量と、同時間帯における外気温や水温に基づいて学習モデルを作成する。また、計画作成部２４は、貯湯計画の対象期間における時間毎の外気温や水温の推定値を作成した学習モデルに入力して、時間毎のＣ１を算出し、時間毎のＣ１を用いて貯湯計画を作成してもよい。

（湯切れリスクへの対策）
上記の説明では２４時間後までの貯湯計画を作成することとしたが、例えば、翌々日に大需要が予定されている場合、湯切れが生じる可能性がある。次にこのような湯切れリスクを低減する貯湯計画の作成方法について、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。
図４Ａ，図４Ｂは、それぞれ、本開示の一実施形態における長期の貯湯計画の作成処理を説明する第１図、第２図である。
計画作成部２４は、湯切れリスクを低減するため、より長期的な貯湯計画を作成する。例えば、計画作成部２４は、未来におけるＮ日分（Ｎ＞１）の需要予測に基づいて、貯湯計画を作成する。Ｎ＝２とすると、計画作成部２４は、４８時間先までの貯湯計画を作成する。需要量予測装置１０は、４８時間先までの各時間の需要予測量を含む予測データを作成する。貯湯計画作成装置２０では、予測データ取得部２１が、４８時間分の予測データを取得し、計画作成部２４が、４８時間分の貯湯計画を作成する。図４Ａに上記の（１）〜（６）の処理を経て作成されたＴaｒｇｅｔ（ｉ）（ｉ＝０〜４８）の値をプロットしたグラフを示す。図４Ｂには、計画作成部２４が、さらに上記の（７）の処理を行って作成した貯湯計画を示す。

上記したように、計画作成部２４は、将来必要になる湯量を、その量の湯水を沸かすのに必要な時間を考慮しつつ積み上げることによって貯湯計画を作成する。したがって、長期的な需要予測に基づいて貯湯計画を作成することにより湯切れリスクを低減することができる。ここで、長期的（例えば、Ｎ＞１）な需要予測に基づいて貯湯計画を作成することを湯切れ防止モード、短期的（例えば、Ｎ≦１）な需要予測に基づいて貯湯計画を作成することを効率優先モード、これらをまとめて計画モードと呼ぶ。計画作成部２４は、ユーザの設定に基づいて、または、最近の使用湯量の傾向などに基づいて、湯切れ防止モードと効率優先モードの何れかの計画モードに切り替えて貯湯計画を作成することができる。例えば、湯切れリスクよりも効率を優先する（できるだけ湯沸かしに消費するエネルギーを削減することを優先とする）場合、ユーザは、効率優先モードを設定する。効率優先モードにおける貯湯計画の作成対象期間は２４時間に限らず、１２時間や６時間であってもよい。効率優先モードを設定して貯湯計画を作成することにより、給湯システム１の運転コストを抑制することができる。また、湯切れ防止モードにおける貯湯計画の作成対象期間は４８時間に限らず、７２時間や１週間であってもよい。湯切れ防止モードを設定して貯湯計画を作成することにより、対象期間に必要な湯量を確保することができる。なお、湯切れ防止モードの場合、例えば、１日ごとにＮ日先までの需要予測に基づくＮ日先までの貯湯計画を作成してもよい。

（突発的な湯切れリスクへの対策）
湯切れ防止モードで貯湯計画を作成しても、突然の需要増加などにより、湯水が足りなくなる場合がある。このような場合、予測データを手動で補正し、補正後の予測データに基づいて計画作成部２４に、上記の（１）〜（７）を実行させることにより、湯切れを回避する貯湯計画を作成することができる。この様子を図５Ａ、図５Ｂに示す。
図５Ａ、図５Ｂは、それぞれ、一実施形態における給湯需要の変動への対処を説明する第１図、第２図である。
例えば、１１：００〜１３：００まで需要の突発的な増加が見込まれる場合、図３Ａの予測データにおける１１：００〜１３：００のＤｅｍａｎｄ（ｉ）の値を図５Ａに示すように補正する（図５ＡのＨ１内）。補正後の予測データに基づいて、計画作成部２４が作成した貯湯計画を図５Ｂに示す。図３Ｄと比べ、１１：００前における貯湯目標値が増加していることがわかる。これにより、需要増加に対応した貯湯計画を作成することができる。

また、需要の突発的な減少が見込まれる場合にも、予測データを手動で補正することで、需要減に対応した貯湯計画を作成することができる。これにより、無駄な湯水の作成を回避することができる。

（計画モードの自動設定）
図６は、一実施形態における計画モードの切り替えを説明する図である。
図６にある一日の実績データを示す。実績データＰ１は、貯湯計画に対し、貯湯量の減少が少なかった場合の実績データ、実績データＰ２は、貯湯計画に対し、貯湯量の減少が多かった場合の実績データである。
計画作成部２４は、例えば、最新の１週間分の実績データを参照して、１週間の貯湯量の推移が、実績データＰ１が示すような傾向であれば、予測データの誤差は許容範囲内と判定し、効率優先モードを選択して貯湯計画を作成する。また、１週間の貯湯量の推移が、実績データＰ２が示すような傾向であれば、計画作成部２４は、予測データの誤差が大きいと判定して、湯切れ防止モードを選択して貯湯計画を作成する。より具体的には、計画作成部２４は、過去の所定期間（例えば、前日、１週間、１週間前の同日）の実績データを取得し、例えば、貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差が所定の範囲内となるコマが所定数以上あれば、湯切れ防止モードを選択し、そのようなコマが所定数未満であれば、効率優先モードを選択する。このように日々の貯湯残量に応じて翌日以降の計画モードを選択することで、湯切れを回避しつつ、需要予測に沿った無駄のない貯湯計画を自動的に作成することができる。

また、計画作成部２４は、効率優先モードと湯切れ防止モードの何れかを選択するのでは無く、貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差に応じて対象期間の長さを多段階に設定してもよい。例えば、計画作成部２４は、過去の所定期間の実績データから貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差の代表値（例えば、平均値、最頻値、最小値、最大値、中央値など）を算出する。そして、計画作成部２４は、代表値が１０％以下なら対象期間の長さを４８時間に設定し、１０％〜２０％であれば対象期間の長さを３６時間に設定し、２０％〜３０％であれば対象期間の長さを３０時間に設定し、３０％以上であれば２４時間に設定する等、貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差に応じて対象期間を設定する。このように、貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差を予測モデルの誤差の大きさと考え、予測モデルの誤差の大きさに応じた対象期間を設定する。これにより、予測モデルの誤差を補償する貯湯計画を作成することができる。

また、計画作成部２４は、対象期間の長さに代えて、貯湯計画を補正してもよい。例えば、計画作成部２４は、過去の所定期間の実績データに基づいて、貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差が所定の範囲内となるコマが所定数以上あれば、作成後の貯湯計画の各コマ（あるいは、湯水消費が多い傾向がみられる時間帯の各コマ）の目標貯湯量：Ｔａｒｇｅｔ（ｉ）に所定値を加算（例えば、＋５％）した貯湯計画を作成し、貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差が所定の範囲内となるコマが所定数未満であれば、（１）〜（７）の処理によって作成した貯湯計画を制御装置３０へ出力してもよい。

また、計画作成部２４は、更に効率のよい貯湯計画を作成するため、例えば、効率優先モードで作成した貯湯計画に対し、過去の所定期間の実績データに基づいて、湯水残量とＬｏｗｌｉｍとの差が所定の範囲内となるコマについては、そのコマのＴａｒｇｅｔ（ｉ）に任意の補正量を加算（例えば、＋５％）し、貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差が所定値よりも大きいコマについては、そのコマのＴａｒｇｅｔ（ｉ）から任意の補正量を減算（例えば、−３％）し、コマごとに加算又は減算した補正量を学習させて、需要に対して過不足の無い貯湯計画を算出するようにしてもよい。また、この学習において、外気温、時間、天候等のパラメータと共に、湯水残量とＬｏｗｌｉｍとの差および適切な補正量の大きさを学習するようにしてもよい。このように日々の貯湯残量に応じて翌日以降の目標貯湯量を調整することで湯切れしない最小限の貯湯量に適正化された貯湯計画を作成することができる。また、日々の実績に基づいて目標貯湯量の補正を行うことにより、例えば、施設４における需要の変化に予測モデルが対応しきれない間でも、実際の需要に近い貯湯計画を作成することができる。

（貯湯計画作成処理の動作）
次に貯湯計画作成処理の流れについて説明する。
図７は、一実施形態における貯湯計画作成処理の一例を示すフローチャートである。
まず、ユーザが、貯湯計画作成装置２０に各種設定を行う。例えば、ユーザは、貯湯計画の作成に用いる変数Ｃ１、Ｃ２、Ｌｏｗｌｉｍの設定、計画モードを自動で設定するか固定するか、あるいは、対象期間の設定を貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差に応じて設定するかを設定する。計画モードを固定する場合、ユーザは、効率優先モード、湯切れ防止モードの何れかを設定する。また、ユーザは、効率優先モード、湯切れ防止モードそれぞれにおける対象期間の設定を行う。対象期間の設定を貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差に応じて設定する場合、ユーザは、その差に応じた対象期間の設定を行う。設定受付部２３は、これらの設定を受け付け（ステップＳ１）、記憶部２５に書き込む。

次に計画作成部２４は、対象期間が可変か否かを判定する（ステップＳ２）。計画作成部２４は、計画モードに自動が設定された場合や、対象期間を貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差に応じて設定することが選択された場合、対象期間は可変と判定し、計画モードに効率優先モード又は湯切れ防止モードが設定された場合、対象期間は可変ではないと判定する。対象期間が可変と判定した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、実績データ取得部２２が、実績データを取得する（ステップＳ３）。計画作成部２４は、実績データに基づいて、湯切れを起こすリスクを判定し、湯切れリスクが所定の基準以上の場合には湯切れ防止モードを選択し、湯切れリスクが基準未満の場合には効率優先モードを選択する。計画作成部２４は、選択した計画モードに対応する対象期間を設定する（ステップＳ４）。あるいは、計画作成部２４は、実績データに基づく貯湯残量とＬｏｗｌｉｍとの差に応じた対象期間を設定する（ステップＳ４）。

次に貯湯計画作成装置２０は、需要量予測装置１０へ対象期間を指定し、予測データの作成を指示する。需要量予測装置１０では、需要量予測部１３が、指定された対象期間における説明変数の値（予測値）を予測モデルに入力して、対象期間における単位時間毎の湯水の需要予測量を含む予測データを作成する（ステップＳ５）。需要量予測部１３は、予測データを貯湯計画作成装置２０へ出力する。貯湯計画作成装置２０では、予測データ取得部２１が、予測データを取得する（ステップＳ６）。

次にユーザが、対象期間における需要に変更が見込まれるかどうかを判断し、変更が見込まれる場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、変更するコマと補正量を貯湯計画作成装置２０へ入力する。設定受付部２３は、需要を変更する補正量を取得し、図５Ａを用いて説明したように予測データを補正する（ステップＳ８）。
予測データの補正が完了すると、又は、需要に変更がない場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、計画作成部２４は、上記の（１）〜（７）の処理を行って、上記の処理で設定された対象期間の貯湯計画を作成する（ステップＳ９）。

以上、説明したように本実施形態によれば、湯水の需要予測に基づいて、対象期間における単位時間毎の目標貯湯量（給湯機２への指令値）を自動的に算出することができる。また、給湯システム１の運転データに基づいて算出した予測データに基づいて目標貯湯量を算出するため、給湯システム１の設備構成（貯湯タンク３の種類や台数、給湯機２の能力や台数、配管径や配管長さ）、運転条件に依存せずにどのようなシステムにも適用することができる。

また、需要の予測データに基づく無駄のない計画でありながら、湯の沸き上げに要する時間を考慮した貯湯計画を作成することができるため、実際の需要が予測データ以下であれば、湯切れを未然に防ぐことができる。
また、計画作成の対象期間を任意に設定することにより、湯切れをより確実に回避する貯湯計画（湯切れ防止モード）、又は、無駄の少ない効率を優先した貯湯計画（効率優先モード）を作成することができる。あるいは、湯切れ防止モードと効率優先モードの中間的な長さを対象期間に指定して、効率と湯切れ防止を両立する貯湯計画を作成してもよい。また、効率優先モードと湯切れ防止モードは、実績データに基づいて自動的に選択することができるので、ユーザは、何れの計画モードを採用するかについて考える必要が無い。更に、実績データが示す貯湯残量に応じて対象期間を柔軟に変更することで、予測モデルの誤差を補償する貯湯計画を作成することができる。
また、予測困難な突発的なイベントにより、実際の需要が予測データと乖離することが見込まれる場合、手動で予測データを補正することにより、需要の変動に対応した貯湯計画を作成することができる。

図８は、一実施形態における制御システムのハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、入出力インタフェース９０４、通信インタフェース９０５を備える。
上述の需要量予測装置１０、貯湯計画作成装置２０、制御装置３０は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。

なお、需要量予測装置１０、貯湯計画作成装置２０、制御装置３０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各機能部による処理を行ってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上のとおり、本開示に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、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を意図していない。これらの実施形態は、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。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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。

＜付記＞
各実施形態に記載の貯湯計画作成システム、貯湯計画作成方法、プログラムは、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得する予測データ取得部２１と、前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成する計画作成部２４と、を備える。
これにより、日々の給湯の需要予測量を満たす、無駄のない湯沸かし量の設定を自動的に行うことができる。

（２）第２の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、（１）の貯湯計画作成システムであって、前記所定期間の設定を受け付ける設定受付部２３、をさらに備える。
これにより、任意の対象期間の貯湯計画を作成することができる。例えば、効率を優先する場合、所定期間に短期間を設定し、未来における需要量の変動を見込んだより保守的な貯湯計画を作成したい場合には、所定期間に長期間を設定することにより、所望の貯湯計画を作成することができる。

（３）第３の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、（２）の貯湯計画作成システムであって、前記設定受付部２３は、前記予測データの変更を受け付ける。
これにより、突発的な需要の変化にも対応した貯湯計画を作成することができる。

（４）第４の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、（１）〜（３）の貯湯計画作成システムであって、貯湯タンク３の貯湯残量の実績データを取得する実績データ取得部２２、をさらに備え、前記計画作成部２４は、前記実績データに基づいて前記所定期間を設定する。

（５）第５の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、（４）の貯湯計画作成システムであって、前記計画作成部２４は、前記実績データが示す前記貯湯残量が所定の閾値未満の場合、湯切れ防止モードについて設定された第１期間（例えば、４８時間）を前記所定期間に設定し、前記貯湯残量が前記閾値以上の場合、効率優先モードについて設定された前記第１期間より短い第２期間（例えば、２４時間）を前記所定期間に設定する。

（６）第６の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、（４）の貯湯計画作成システムであって、前記計画作成部２４は、前記実績データが示す前記貯湯残量と所定の閾値との差に基づいて、前記差が大きいほど前記所定期間に短い期間を設定し、前記差が小さいほど前記所定期間に長い期間を設定する。
（例えば、計画作成部２４は、差の代表値が１０％以下なら対象期間に４８時間を、１０％〜２０％であれば３６時間を、２０％〜３０％であれば３０時間を、３０％以上であれば２４時間を設定する）
第４〜第６の態様によれば、貯湯残量の実績に基づいて、湯切れを回避しつつ需要予測に沿った無駄のない貯湯計画を自動的に設定することができる。

（７）第７の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、（１）〜（６）の貯湯計画作成システムであって、前記計画作成部２４は、第１の前記単位時間の前記貯湯需要（Ｄｅｍａｎｄ（ｉ））が単位時間あたりに作成できる湯量Ｃ１を超える場合、前記第１の単位時間の前記貯湯需要および前記所定期間における前記第１の単位時間より未来の前記単位時間毎の前記貯湯需要の合計を、前記第１の単位時間における目標貯湯量として設定する（上記（５）の処理）。

（８）第８の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、（７）の貯湯計画作成システムであって、前記計画作成部２４は、前記第１の単位時間の前記貯湯需要が単位時間あたりに作成できる湯量Ｃ１を超える場合、当該貯湯需要の湯水を作成するのに要する時間に相当する前記単位時間の数を算出し、前記第１の単位時間以前の前記数分の前記単位時間それぞれの前記目標貯湯量に、前記第１の単位時間の前記目標貯湯量を設定する（上記（６）の処理）。
第７〜８の態様によれば、需要量が単位時間あたりの湯水作成能力を上回る場合でも、必要な時間までに需要を満たす湯量を作成できるような貯湯計画を作成ことができる。

（９）第９の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）は、（８）の貯湯計画作成システムであって、前記計画作成部２４は、前記単位時間あたりに作成できる湯量Ｃ１を、実際に単位時間あたりに作成された湯量に基づく機械学習により算出する。
これにより、貯湯計画の精度を向上することができる。

（１０）第１０の態様に係る貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０および需要量予測装置１０）は、（１）〜（９）の貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０および需要量予測装置１０）であって、湯水の需要に影響する条件を入力すると前記条件下での湯水の需要量を出力する予測モデルを作成する予測モデル作成部１２と、前記所定期間における前記条件と、前記予測モデルとに基づいて前記予測データを作成する需要量予測部１３と、を更に備える。

（１１）第１１の態様に係る貯湯計画作成方法は、貯湯計画作成システム（制御システム１００、貯湯計画作成装置２０）が、所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得するステップと、前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成するステップと、を有する。

（１２）第１２の態様に係るプログラムは、コンピュータ９００に、所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得するステップと、前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成するステップとを実行させる。

１・・・給湯システム
２・・・給湯機
３・・・貯湯タンク
４・・・施設
５・・・センサ
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ・・・配管
１００・・・制御システム
１０・・・需要量予測装置
１１・・・データ取得部
１２・・・予測モデル作成部
１３・・・需要量予測部
１４・・・記憶部
２０・・・貯湯計画作成装置
２１・・・予測データ取得部
２２・・・実績データ取得部
２３・・・設定受付部
２４・・・計画作成部
２５・・・記憶部
３０・・・制御装置
９００・・・コンピュータ
９０１・・・ＣＰＵ
９０２・・・主記憶装置
９０３・・・補助記憶装置
９０４・・・入出力インタフェース
９０５・・・通信インタフェース

Claims (12)

1. 所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得する予測データ取得部と、
   前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成する計画作成部と、
   を備える貯湯計画作成システム。
2. 前記所定期間の設定を受け付ける設定受付部、をさらに備える、
   請求項１に記載の貯湯計画作成システム。
3. 前記設定受付部は、前記予測データの変更を受け付ける、
   請求項２に記載の貯湯計画作成システム。
4. 貯湯タンクの貯湯残量の実績データを取得する実績データ取得部、をさらに備え、
   前記計画作成部は、前記実績データに基づいて前記所定期間を設定する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の貯湯計画作成システム。
5. 前記計画作成部は、前記実績データが示す前記貯湯残量が所定の閾値未満の場合、湯切れ防止モードについて設定された第１期間を前記所定期間に設定し、前記貯湯残量が前記閾値以上の場合、効率優先モードについて設定された前記第１期間より短い第２期間を前記所定期間に設定する、
   請求項４に記載の貯湯計画作成システム。
6. 前記計画作成部は、前記実績データが示す前記貯湯残量と所定の閾値との差に基づいて、前記差が大きいほど前記所定期間に短い期間を設定し、前記差が小さいほど前記所定期間に長い期間を設定する、
   請求項４に記載の貯湯計画作成システム。
7. 前記計画作成部は、第１の前記単位時間の前記貯湯需要が単位時間あたりに作成できる湯量を超える場合、前記第１の単位時間の前記貯湯需要および前記所定期間における前記第１の単位時間より未来の前記単位時間毎の前記貯湯需要の合計を、前記第１の単位時間における目標貯湯量として設定する、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載の貯湯計画作成システム。
8. 前記計画作成部は、前記第１の単位時間の前記貯湯需要が単位時間あたりに作成できる湯量を超える場合、当該貯湯需要の湯水を作成するのに要する時間に相当する前記単位時間の数を算出し、前記第１の単位時間以前の前記数分の前記単位時間それぞれの前記目標貯湯量に、前記第１の単位時間の前記目標貯湯量を設定する、
   請求項７に記載の貯湯計画作成システム。
9. 前記計画作成部は、前記単位時間あたりに作成できる湯量を、実際に単位時間あたりに作成された湯量に基づく機械学習により算出する、
   請求項８に記載の貯湯計画作成システム。
10. 湯水の需要に影響する条件を入力すると前記条件下での湯水の需要量を出力する予測モデルを作成する予測モデル作成部と、
    前記所定期間における前記条件と、前記予測モデルとに基づいて前記予測データを作成する需要量予測部と、
    を更に備える請求項１から請求項８の何れか１項に記載の貯湯計画作成システム。
11. 貯湯計画作成システムが、
    所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得するステップと、
    前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成するステップと、
    を有する貯湯計画作成方法。
12. コンピュータに、
    所定期間における単位時間毎の貯湯需要の予測データを取得するステップと、
    前記予測データに基づいて、前記所定期間における前記単位時間毎の目標貯湯量を定めた貯湯計画を作成するステップと、
    を実行させるプログラム。

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