JP4334176B2

JP4334176B2 - 建物省エネルギー評価監視装置

Info

Publication number: JP4334176B2
Application number: JP2002013133A
Authority: JP
Inventors: 沢憲造米; 田富美夫山; 田祐功和; 田雄一花; 村信孝西
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2022-01-22
Also published as: JP2003216715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調等の各種の設備と、これを監視制御する装置を備えた複数の建物のエネルギー消費量を集中的に管理し解析する建物省エネルギー評価監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保全への国民の関心が高まり、Ｃ０_２排出量の１／３を占める建築設備分野においては、排出量抑制問題が検討されている。さらに建築設備全体の消費エネルギーの約半分を空調関連のエネルギー消費が占めており、空調制御面で省エネルギーを推進することは建築設備全体の省エネルギー効果に大きく貢献するものと考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現状のリモートエネルギー管理システムは、各建物のエネルギー消費量の実績を見易く、かつ、わかり易く表示するだけであり、省エネルギー空調制御を含む各種建物の省エネルギー制御がうまく実施されているかどうかの評価や診断は、まだ行われていない。
【０００４】
本発明は以上のような実状を考慮してなされたもので、複数の建物のエネルギー消費量を集中的に管理するリモートエネルギー管理システムにおいて、各建物のエネルギー消費量の省エネルギー率を推定し、建物内の省エネルギー制御がうまく行われているかを定期的に評価し診断する建物省エネルギー評価監視装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、外気温、室温、及び建物に設置されたエネルギー消費設備のエネルギー消費量を少なくとも含むプロセス値を検出し、その検出データをプロセスデータとして出力する計測監視手段と、前記計測監視手段から前記プロセスデータを定期的に収集して蓄積し、この収集し蓄積したプロセスデータに編集処理を行って建物毎に記憶するデータ収集記憶手段と、前記データ収集記憶手段に記憶されたデータを解析し、建物の空調対象ゾーンの全容積、及び空調運転時間中の平均外気温と空調運転時間中の平均室温との差で表される演算式を用いて、省エネルギー率を評価するための基準エネルギー消費量を演算する基準エネルギー消費量予測手段と、前記計測監視手段からの前記プロセスデータをエネルギー消費量実測値として入力し、前記基準エネルギー消費量予測手段が演算した基準エネルギー消費量とこのエネルギー消費量実測値との差に比例する省エネルギー率を算出する省エネルギー評価手段と、前記基準エネルギー消費量に対する前記エネルギー消費量実測値の割合が所定レベル以上である場合にシステム異常と判断し、更に、前記計測監視手段が検出した全プロセス値のデータ項目を探索し、過去の平均値から設定値以上外れたデータ項目があればそれを異常データ項目として表示するシステム診断手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明は以上のように構成することにより、複数の建物のエネルギー消費量を集中的に管理し解析するリモートエネルギー管理システムにおいて、各建物のエネルギー消費量の省エネルギー率を推定し、建物の省エネルギー制御がうまく行われているかを定期的に評価診断し、また制御状態の不良の早期発見とその原因を容易に追求することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は本発明による建物省エネルギー評価監視装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
【０００９】
制御システムが設備の省エネルギー制御を行っており、かつ評価監視対象となっている各建物、例えば事務所ビル１１や１２、デパートビル１３，１４、病院ビル１５等にはそれぞれ計測監視手段２１ないし２５が設けられている。計測監視手段２１〜２５はそれぞれの建物に設置されているエネルギー機器のエネルギー消費量を含むプロセス値を検出し、その検出データをプロセスデータとして、ネットワーク３０を介して、本発明に係る建物省エネルギー評価監視装置４０に送出する。ここでプロセス値には、例えば外気温や、室温、室内湿度等が含まれる。各建物の図示していない制御システムは空調制御やエレベータ制御など、各設備の省エネルギー制御を行っている。
【００１０】
建物省エネルギー評価監視装置４０は、データベース４２を有するデータ収集記憶手段４１、基準エネルギー消費量予測手段４３、省エネルギー評価手段４４、およびシステム診断手段４５を備えるとともに、アクセスのための端末４６を備えている。
【００１１】
データ収集記憶手段４１は、各建物の計測監視手段２１〜２５から定期的に、例えば１回／日に、プロセスデータを収集し、各建物毎に編集処理を行って光磁気記録媒体などの記憶装置に記憶する。
【００１２】
次に基準エネルギー消費量予測手段４３について述べる。まず、基準エネルギー消費量のモデル式（各単位は正規化前のもの）Ｅｉを定義し、１日の合計基準消費エネルギー予測値（ベースライン）Ｅｉ（ＭＪ／日）を求める。建物間の相互比較を可能とするために、各建物ともＮ時間、例えば１２時間の運転を行った場合のエネルギー値に換算する。そのため、実際の運転時間がＮ時間に対して過不足を生じている場合は、比例計算によりＮ時間運転をしたときのエネルギー値に換算する。
【００１３】
対象建物の１日の合計基準消費エネルギー予測値をＥｉ（ＭＪ／日）、対象ゾーンについての（床面積×高さ）の合計をＶＸ（ｍ^３）、（空調運転時間中の平均外気温−空調運転時間中平均室温）をＴＸ（℃）とした場合、ＶＸおよびＴＸをそれぞれ二次関数で近似し、

とする。
【００１４】
各ゾーン別にベースラインの消費エネルギーを求める場合は、各方位の日射日積算比も変数とする必要があるが、実際の建物では空調消費エネルギーがゾーン別すなわち空調機別に計測されることはなく、また消費エネルギーの管理は建物全体で行うのが通常であるので不要である。ａ２２〜ａ２０，ａ１２〜ａ１０，ａ０２〜ａ００の計９個の係数は過去の制御時等に蓄積された実績データから、後で示すような統計解析手法を用いて予め求めておく。上記のａ２２〜ａ００の係数は、本発明装置設置前の過去の実績データやデータ収集記憶手段４１により建物毎に編集して蓄積されたデータを用いて、対象建物の種類別、すなわち事務所ビル、デパートビル、病院ビル等の種類別に、統計解析手法により予め求めておく。
【００１５】
さらに基準エネルギー消費量予測値の精度を上げるために、夏期、中間期、冬期別に蓄積データを分類し、これを用いて上記の係数ａ２２〜ａ００を統計解析手法により予め求めておく。各期の定義は、例えば、
夏期：２５℃≦最高外気温度の日
中間期：１５℃≦最高外気温度＜２５℃ の日
冬期：最高外気温度＜１５℃ の日
と決めておく。
【００１６】
上記の方法により、具体的に精度の良い基準エネルギー消費量のモデル式を求めた実例を下記の表に示す。使用した実績蓄積データは、居住者の快適性の追求を目指し、かつ省エネルギーを実現する快適空調制御（特許第３０４９２６６号明細書）を５箇所の建物（２つの事務所ビルと３つのデパート）に導入して制御効果を検証した時のものを用いた。検証は冷房時期の期間、従来制御（室温設定値一定制御）と上記の省エネルギー制御（快適空調制御）とを１週間交代で実施し、両者の消費エネルギーを比較した。基準エネルギー消費量のモデル式は上記のデータの内、従来制御を実施した日でかつ最高外気温が２５℃以上（夏期）の日のものを用いて求めた。
【００１７】
【表１】

正規化定数としては、次の値を用いた。すなわち、消費エネルギー正規化定数＝１５０，０００、温度正規化定数＝５、容積正規化定数＝１２５，０００である。
【００１８】
計測値（正規化）とモデル式（正規化）との相関関係を表す相関図の例を図２および図３に示す。
【００１９】
基準エネルギー消費量のモデル式は１日単位なので、週毎あるいは月毎の基準エネルギー消費量は、日毎の基準エネルギー消費量を１週間分あるいは１箇月分合計して予測する。よって、基準エネルギー消費量予測手段４３の入出力は次のようになる。
【００２０】
事前に設定するのは対象ビル（ゾーン）の全容積。
【００２１】
入力：１）平均外気温、２）平均室内温度（１日毎に入力）
出力：１）従来制御エネルギー消費量予測値（１日分、週合計、月合計）。
【００２２】
省エネルギー評価手段４４は、日々の省エネルギー制御を行った後に、計測監視手段２１〜２５から得られる毎日のエネルギー消費量実測値や、それを合計した週毎あるいは月毎の省エネルギー制御によるエネルギー消費量実測値と、基準エネルギー消費量予測手段４３から得られる、日毎、週毎、月毎の従来制御を行ったと仮定した場合の基準エネルギー消費量予測値とを比較して、省エネルギー効果を評価する。したがって、省エネルギー評価手段４４の入出力は次のようになる。
【００２３】

【００２４】
省エネルギー率の計算式を下に示す。
【００２５】

【００２６】
省エネルギー評価手段４４で得られた計算結果をオペレータに表示する画面例を図４に示す。この例では、その週の実績の平均外気温も同時に示してある。
【００２７】
システム診断手段４５は、図５に示すように、今日（または今週）の対象建物のエネルギー消費量実測値が、基準エネルギー消費量予測手段４３から得られる対象建物の、今日（または今週）の基準エネルギー消費量予測値（ベースライン）の所定の判定基準レベルα（％）以下かどうかを判断し（ステップＳ５１）、以下であれば正常であると判断する。以上であるときは、システムが正常でないと判断し、計測監視手段２１〜２５でデータ収集されている全プロセス値項目について、過去の平均値から大きく外れているデータ項目がないかを探索し（ステップＳ５２）、外れたデータ項目の有無に従い（ステップＳ５３）、外れたデータ項目が無ければオペレータに対して異常データ項目がない旨を表示し（ステップＳ５４）、外れたデータ項目があればオペレータに対して外れたデータ項目を表示する（ステップＳ５５）。ステップＳ５１におけるαの値は、１００％前後を目安として、例えば９８、１００、１０５等の値を事前に決めて設定しておく。ステップＳ５２，Ｓ５３において「大きく外れた」かどうかの判断レベルは統計的に決めればよく、例えば、標準偏差を基本として決めることができる。
【００２８】
以上のようにしてシステム診断手段４５は異常を検知し、異常データ項目を表示するので、オペレータはそれを参照し、それに自分の知識や過去の経験を加味して、どの設備にどんな異常があるかを比較的容易に推定することができる。
【００２９】
なお、設備診断対象機器としては次のようなものがあり得る。すなわち、
空調熱源機器：ボイラ、ターボ冷凍機、冷温水発生機、ヒートポンプチラーなど、
空調熱源補機：冷却塔、循環ポンプ、オイルタンク、熱交換器など、
空調２次側機器：空調機、パッケージ型空調機、ファンコイル、ヒートポンプエアコンなど、
空調配管設備：冷水、温水、冷却水、蒸気、還水、ドレンなどの配管、
換気設備：送風機、全熱交換器、厨房排気設備、天井扇、圧力扇など、
風道設備：給気ダクト、排気ダクト、換気ダクト、ダンパー類など、
衛生設備：受水槽、高架水槽、揚水ポンプ、加圧給水ポンプ、給湯設備、ボイラなど、
衛生配管設備：給水、給湯、雑排水、汚水排水、通気などの配管。
【００３０】
さらに、システム診断手段４５の中に判断手段としてエキスパートシステム手段を具備することにより、エキスパートシステム手段とシステム診断手段４５とで情報を授受し、システム診断手段４５が検知した異常データ項目などから、設備の不良箇所と原因を自動的に推定することができるようになる。これをオペレータに表示することにより、設備診断を支援することができる。エキスパートシステムは、専門家や経験者の知識を収集し、利用者の相談を対話しながら解決できるよう「推論エンジン」と「知識ベース」を組み合わせたコンピュータシステムである。
【００３１】
以上説明したような構成とアルゴリズムにより、各建物のエネルギー消費量の省エネルギー率を推定し、建物内の省エネルギー制御が良好に行われているかを定期的に評価し診断することができる。
【００３２】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３３】
例えば、本発明装置は複数の建物に対してのリモートエネルギー管理システムについてのものであるが、もちろん同様のアルゴリズムを建物単独で実施してもよい。この場合はリモートでなく、その建物に本発明装置が設置される。
【００３４】
また、ベースラインを求める式（１）の次数は２以外のものとしてもよい。
【００３５】
また、システム診断手段４５の中で設備の不良箇所と原因を自動的に推定できるようにするため、エキスパートシステムではなく、ＡＩ（人工知能）技術を用いることもできる。
【００３６】
さらに、各実施形態は可能な限り種々の組合わせで実施することができ、その場合には組合せによる相乗効果を期待することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明によれば、建物のエネルギー消費量を集中的に管理し解析するエネルギー管理システムにおいて、建物のエネルギー消費量の省エネルギー率を推定し、ビル省エネルギー制御が良好に行われているかを定期的に評価・診断し、また制御状態の不良箇所の早期発見を達成し、その原因を容易に追求することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による建物省エネルギー評価監視装置の一実施例を示す全体構成図。
【図２】基準エネルギー消費量予測のモデル式の精度を示す相関図。
【図３】基準エネルギー消費量予測のモデル式の精度を示す相関図。
【図４】省エネルギー評価結果の表示画面例を示す図。
【図５】システム診断手段の作用を説明するフローチャート。

Claims

外気温、室温、及び建物に設置されたエネルギー消費設備のエネルギー消費量を少なくとも含むプロセス値を検出し、その検出データをプロセスデータとして出力する計測監視手段と、
前記計測監視手段から前記プロセスデータを定期的に収集して蓄積し、この収集し蓄積したプロセスデータに編集処理を行って建物毎に記憶するデータ収集記憶手段と、
前記データ収集記憶手段に記憶されたデータを解析し、建物の空調対象ゾーンの全容積、及び空調運転時間中の平均外気温と空調運転時間中の平均室温との差で表される演算式を用いて、省エネルギー率を評価するための基準エネルギー消費量を演算する基準エネルギー消費量予測手段と、
前記計測監視手段からの前記プロセスデータをエネルギー消費量実測値として入力し、前記基準エネルギー消費量予測手段が演算した基準エネルギー消費量とこのエネルギー消費量実測値との差に比例する省エネルギー率を算出する省エネルギー評価手段と、
前記基準エネルギー消費量に対する前記エネルギー消費量実測値の割合が所定レベル以上である場合にシステム異常と判断し、更に、前記計測監視手段が検出した全プロセス値のデータ項目を探索し、過去の平均値から設定値以上外れたデータ項目があればそれを異常データ項目として表示するシステム診断手段と、
を備えたことを特徴とする建物省エネルギー評価監視装置。
前記基準エネルギー消費量予測手段は、評価対象の建物の１日の合計基準消費エネルギー予測値をＥｉ、建物内の対象ゾーンについての（床面積×高さ）の合計をＶＸ、（空調運転時間中の平均外気温−空調運転時間中の平均室温）をＴＸ、蓄積された実績データから統計解析手法を用いて予め求められた係数をａ２２〜ａ２０，ａ１２〜ａ１０，ａ０２〜ａ００とした場合、下式によりＥｉを演算するものである、
ことを特徴とする請求項１記載の建物省エネルギー評価監視装置。
Ｅｉ＝（ａ２２・ＶＸ^２＋ａ２１・ＶＸ＋ａ２０）・ＴＸ^２＋（ａ１２・ＶＸ^２＋ａ１１・ＶＸ＋ａ１０）・ＴＸ＋（ａ０２・ＶＸ^２＋ａ０１・ＶＸ＋ａ００）