JP4830777B2 - 貯湯式給湯システムの運転方法と貯湯式給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、契約電力管理する施設において、最大需要電力のピーク電力を抑制する貯湯式給湯システムの運転方法とその貯湯式給湯システムに関するものである。

従来から、電力の契約形態は多岐にわたるが、概ね５０ｋＷ以上の電気容量を要する施設においては高圧受電を行う必要がある。この高圧受電における契約電力は、当月を含む過去１年間の各月の最大需要電力のうちで最も大きい値として算出される。ここで、最大需要電力とは、このデマンド時限の３０分毎に計量された施設での全使用電力のうち月間で最も大きい値となる。従って、一度使用電力の最大値が更新されてしまうと以後、使用電力値が最大値を下回っても最低１年間はその基本料金が継続されることとなる。このため、基本料金の低減には、この最大需要電力を超過しないように使用電力を抑えることが必要とされる。

このため、一般にデマンドコントローラと称するデマンド管理装置が市販されており、これはデマンド時限内の電力値（デマンド値）を予測し、最大値を超える可能性のある場合には、ランプ表示やブザー等で何らかの警報を出すものである。また、このデマンドコントローラと連動して空調機器等の負荷機器の運転停止を行うことも行われている。しかし、実際の施設における電力負荷は、その負荷状態が刻々と変化するため、このようなデマンド管理装置においては、一時的に契約電力値を超える電力が使用されることがあり、これにより、電力料金が増加する場合があった。

これに対し、デマンド値を予測し、この予測デマンド値が目標デマンドを超えないようにするものとして、例えば、特許文献１に示されるように、電気温水器等の蓄熱負荷以外の負荷の使用電力の予測値と、予め設定された目標電力と、蓄熱負荷の要求使用電力量とに基いて、蓄熱負荷の運転を総使用電力が目標電力を超過しないように、所定時間帯内にスケジューリングされた制御内容に基いて蓄熱負荷を制御するデマンド制御装置が知られている。この装置のデマンド制御においては、要求使用電力量に基いて予めスケジューリングされた時間帯内でしか蓄熱負荷を制御できないので、蓄熱負荷による電力制御を自動的にリアルタイムすることができなかった。

また、特許文献２に示されるように、現時点での電力と、単位時間の平均電力及び残り時間とにより算出した予測需要電力を、予め運転、停止の予測がつく負荷により補正して電力制御を行う最大需要電力監視制御装置が知られている。また、特許文献３に示されるように、電力量の変動周期と、電力量計測の開始からの経過時間と、変動周期だけ遡った時間の電力量増加分と、デマンド時限等により、予測電力量を予測して、電力量を制御するデマンド予測装置が知られている。

しかしながら、上記特許文献２、３に示されるような技術においては、デマンド時限内で連続的に電力制御を行うので、極めて短い間隔で電力をオン、オフする可能性があった。このため、例えば、電力負荷がヒートポンプを用いた貯湯式給湯機のような場合においては、電力制御のために高頻度にオン、オフが繰り返されると、圧縮機に負担を与えて寿命を短縮する場合があり、また、ヒートポンプの冷媒を予熱する時間が必要であるため運転開始から出湯開始まで数分間の待ち時間を要することが多く、高頻度のオン、オフの場合は、オフからオンしても出湯に至らないでエネルギのみ消費して電力損失が生じることがあった。
特開平９−９５０２号公報 特開昭６０−２４５４２８号公報 実新登−２５４９８６８号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電力を熱源とした給湯機を電力負荷として含む施設の契約電力の管理において、電力制御時の施設の機能の低下を抑えて、かつ契約施設の最大需要電力を更新させないようにする貯湯式給湯システムの運転方法とその貯湯式給湯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請求項１の発明は、電気使用開始から１年間の各月の契約電力が、電気使用開始月からその月までの最大需要電力の内、最も大きい値となる契約形態の施設で使用される電力を熱源とした給湯機を有する貯湯式給湯システムの運転方法において、契約単位全体の所定時間毎の平均電力を、給湯機の運転開始から出湯開始までに要する時間に基き、給湯機がオン-オフの繰り返しにより出湯に至らないことがないように一定の運転停止時間間隔毎に予測するステップと、前記予測された平均電力が、前記最大需要電力の更新に寄与しないように給湯機を運転制御するステップと、を備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の貯湯式給湯システムの運転方法において、契約単位の所定時間毎の予測される平均電力値に、前記最大需要電力に対して設定された余裕率を乗じた演算値に基いて給湯機の電力を運転制御するものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の貯湯式給湯システムの運転方法において、所定の期間内における給湯機に備えられた貯湯タンク内の湯切れの有無を判定するステップと、前記判定に基づいて前記給湯機の湯切れがあった場合に、前記余裕率を予め設定された範囲内で減少するように変化させるステップと、を備えたものである。

請求項４の発明は、契約単位全体の電力を計測する電力計測手段と通信を行う通信手段と、前記通信手段を介して得られた前記電力計測手段で計測された電力値に基いて給湯機の運転制御を行う運転制御手段と、を備え、前記運転制御手段は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の運転方法を実行するものである。

請求項１の発明によれば、給湯機の電力制御により施設全体機能への電力制御による影響を低く抑え、予測される平均電力が最大需要電力の更新に寄与しないようにできるので、契約電力料金が高くなることを防止できる。また、給湯機の運転切り換えの頻度を抑制して、ポンプの寿命の低下を抑えることができる。また、給湯機のエネルギ効率を高めて利用することができ、電源制御における消費電力の低減が可能になる。

請求項２の発明によれば、予測した平均電力と比較する基準となる最大需要電力を、余裕率の分だけ等価的に小さくできるので、実際の契約電力である最大需要電力に対して余裕を持って電力制御をすることができ、使用電力が最大需要電力を超過することを確実に抑えることができる。

請求項３の発明によれば、貯湯タンクの湯切れの有無に対応して余裕率を最適になるように変化させることができるので、貯湯タンクの湯切れ時間の低減と、契約電力料金の高くなることの防止とを両立させることができる。

請求項４の発明によれば、測定された契約単位全体の電力値に基いて給湯機の運転制御を行うので、施設全体機能への電力制御による影響を低く抑え、最大需要電力の更新の寄与をなくし、契約電力料金が高くなることを防止できる。

本発明の第１の実施形態に係る貯湯式給湯システムの運転方法ついて図面を参照して説明する。本実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法は、契約単位時間として定められた時限毎の平均電力における各月毎の最大需要電力の内、電気使用開始月から当月までの最も大きい値を電気使用開始から１年間の各月の契約電力とする契約形態を取っている施設において、給湯機を含む契約単位全体の所定時間（デマンド時限という）毎の平均電力（デマンドという）を予測し、予測された平均電力（予測デマンド値という）が、契約施設の最大需要電力の更新に寄与しないように給湯機を定常的に運転制御（デマンド制御という）するものである。

図１は、本実施形態に適用される貯湯式給湯システムの構成を示す。この貯湯式給湯システムは、電力負荷となる給湯機１と、給湯機１に電力を供給する電源２とを備える。給湯機１は、湯を貯める貯湯タンク４と、この貯湯タンク４に水を温めて給湯する複数のヒートポンプを有するヒートポンプユニット（ＨＰＵという）５と、貯湯タンク４及びＨＰＵ５等を制御する電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ、ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ、ＥＣＵという）６と、別途施設に設けられた電力計測部３（電力計測手段）で測定された電力値をＥＣＵ６に有線又は無線により通信する通信部７（通信手段）と、を有する。この電力計測部３は、電源２の消費電力を含め施設における契約単位全体の電力を計測する。

ＥＣＵ６は、給湯システム全体を制御するＣＰＵ８と、ＨＰＵ５を運転制御する運転制御部９（運転制御手段）と、貯湯タンク４の湯切れを検出する湯切れ検出部１１と、電力測定時間等の複数のタイマ（I、II、III、IV）を有するタイマ部１２と、ＥＣＵ６をリモートコントロールするリモコン１３と、を有する。また、貯湯タンク４とＨＰＵ５は、水や湯を供給するためのパイプラインとして温度の低い水を通す配管２０（２重線）と、熱い湯を通す配管２１、２２、２３、２４（黒い太線）とを備える。この配管２０は、水の流れを迂回さすバイパス弁２５と供給水を止める止水弁２６を有し、配管２１は、部分的に湯を放出する逃し弁２７と温度調節用の温調弁２８を有し、配管２２は、水圧（又は湯圧）減圧用の減圧弁２９と止水弁２６を備える。配管２３、２４は、貯湯タンク４からの高温湯（〜９０℃）と温調弁２８で温度調整された設定温湯を各配管の先端部に設けられた湯栓３０及び混合栓３１に配給湯し、各栓から高温の湯及び温度調整された湯がそれぞれ出力される。また、貯湯タンク４の湯の出口側と水の入口側には、湯の温度を測る温度センサ３２と、水量を測る流量カウンタ３３をそれぞれ備えている。この温度センサ３２は、湯切れ検出部１１に接続され、湯切れ検出部１１は、この貯湯タンク４上部の温度センサ３２により、湯切れを検出する。ここで、湯切れとは、貯湯タンク４内の湯の温度が低下し、湯が水の状態になっていることをいう。

上記構成の貯湯式給湯システムの運転においては、大きく分けて次の３段階で給湯機１を運転制御する。第１段階においては、先ず、デマンド時限（一般には３０分とされる）更新直後から平均電力を一定の時間間隔Ｔｓ（分）毎に算出し、第２段階は、平均電力算出時点で、デマンド時限内に消費可能な給湯機１の電力値を算出し、第３段階において、その時点における予測デマンド値Ｐｐが、契約電力の最大需要電力（過去１年間の最大電力値（３０分平均））であるで目標デマンドＰｍａｘを超えた場合に運転を時間間隔Ｔｓ（分）の間、停止するものである。

このため、上記電力計測部３は、給湯機１の電力負荷となるＨＰＵ５と、施設の他の電力負荷を含む施設の契約単位全体の使用電力を測定する。また、その測定された電力値は通信部７からＥＣＵ６のＣＰＵ８に伝達される。ＣＰＵ８は、この電力値から平均電力を求める時間単位を、契約単位時間のデマンド時限Ｔ１（３０分）とし、このデマンド時限Ｔ１毎に平均電力（デマンド）を算出する。また、ＣＰＵ８は、このデマンド時限Ｔ１をさらに細かく分割した所定の時間間隔Ｔｓ（ここでは、Ｔ１を６分割して５分間とする）毎に、更新から現時点までの平均電力Ｐａｖｅを求める。この分割した時間間隔Ｔｓは、ＨＰＵ５の運転、停止を判断する時間間隔である。また、冷媒を余熱する時間を必要とするＨＰＵ５においては、通常運転開始から出湯開始までに数分を要する場合を考え、この時間間隔Ｔｓを５分に選んでいる。

また、ＣＰＵ８は、タイマ部１２において、電力値更新からの経過時間ｔ１を測るタイマIと、時間間隔Ｔｓを計るタイマIIを制御し、デマンド時限Ｔ１（３０分）内の施設の最大需要予測電力（Ｐｐという）（予測デマンド値という）をＴｓ時間毎に予測する。そのため、先ず、平均電力Ｐａｖｅの算出時点において、デマンド時限内の残り時間で消費可能な給湯機１の電力値を算出する。この給湯機１の消費電力は、電力使用量の大きいＨＰＵ５の使用電力で略決まる。このＨＰＵ５の使用電力のデマンド時限Ｔ１の現時点ｔ１からの残りの時間（３０−ｔ１）における需要予測電力を、Ｐｈ（３０−ｔ１）／３０として求める。ここで、Ｐｈは、ＨＰＵ５に使用する全ヒートポンプのデマンド時限当りの消費電力で決まり、ＨＰＵ５のデマンド時限（３０分）当たりの最大予測消費電力としている。

次に、施設の契約単位全体のデマンド時限における予測デマンド値Ｐｐを求める。この予測デマンド値Ｐｐは、デマンド時限更新後の現時点ｔ１の平均電力ＰａｖｅにＨＰＵ５のデマンド時限の残り時間で消費される需要予測電力のＰｈ（３０−ｔ１）／３０を加えたものとする。これにより、予測デマンド値Ｐｐは、次の１式のようになる。
Ｐｐ＝Ｐａｖｅ＋Ｐｈ（３０−ｔ１）／３０ …（１）
このように、この予測デマンド値Ｐｐは、平均電力ＰａｖｅとＨＰＵ５の需要予測電力Ｐｈ（３０−ｔ１）／３０により簡単に求めることができる。また、ＣＰＵ８は、契約電力となる予測デマンド値Ｐｐの過去１年間の最大需要電力（３０分平均値）Ｐｍａｘ［ｋＷ］（目標デマンドという）と比較し、この予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを超えないように運転制御部９を制御し、運転制御部９がＨＰＵ５のオン、オフの切り替えを行って、給湯機１を運転制御する。

このように、本実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法は、デマンド時限（３０分）毎の最大需要電力を予測し、この予測値が目標デマンドＰｍａｘを超過しないように給湯機１の電力負荷であるＨＰＵ５の運転を制御する。以下、この貯湯式給湯システムの運転方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。

図２において、先ず、ＣＰＵ８は、デマンド時限更新後、タイマ部１２のタイマIの経過時間ｔ１をゼロに設定し（Ｓ１）、電力計測部３の電力値から算出する平均電力Ｐａｖｅをゼロに設定し（Ｓ２）、タイマ部１２のタイマIIにおいて平均電力Ｐａｖｅを求める時間ｔ２をゼロに設定する（Ｓ３）。次に、ＣＰＵ８は、電力計測部３の電力値に基づく平均電力Ｐａｖｅを算出し（Ｓ４）、時間ｔ２がＴｓ未満の場合は（Ｓ５でＮＯ）、ステップ４に戻ってＴｓ期間の平均電力Ｐａｖｅの算出を継続し（Ｓ４）、時間ｔ２がＴｓより大きい場合は（Ｓ５でＹＥＳ）、ステップ４で算出した平均電力ＰａｖｅとＨＰＵ５の残りのデマンド時限（３０−ｔ１）内における平均電力の需要予測電力Ｐｈ（３０−ｔ１）／３０との和から予測デマンド値Ｐｐを求め（Ｓ６）、この予測デマンド値Ｐｐと目標デマンドのＰｍａｘとを比較し、予測デマンド値Ｐｐが大きい場合は（Ｓ７でＹＥＳ）、ＣＰＵ８は、ＨＰＵ５の停止命令を発し（Ｓ８）、ステップ７でＮＯの場合は、ＨＰＵ５の停止命令を解除する（Ｓ９）。

そして、時間ｔ１がデマンド時限の３０分未満の場合は（Ｓ１０でＮＯ）、ステップ３に戻り、ｔ２をゼロにリセットし再度、ステップ３からステップ１０までを繰り返す。また、ステップ１０でＹＥＳの場合（デマンド時限の３０分が経過したとき）は、ステップＳ１に戻り、ｔ１をゼロにリセットして、次のデマンド時限における測定に移る。

図３に、上記フローチャートに基くデマンド制御の例として、デマンド時限３０分間における時間間隔Ｔｓ（５分）毎の予測デマンド値Ｐｐの変化と制御指令の関係を示す。図３において、経過時間ｔ１が１０分〜１５分の間においては、予測デマンド値Ｐｐの値は目標デマンドのＰｍａｘを超えると予測されるので、ＣＰＵ８がｔ１＝１０分においてＨＰＵ５の停止命令を発し、ｔ１＝１５分でもＰｐがＰｍａｘを超えると予測されると引き続きＨＰＵ５は１５分〜２０分の間で停止される。そして、ＨＰＵ５はｔ１＝２０分において２０分〜２５分の間の予測デマンド値ＰｐがＰｍａｘ以下になると予測されると、ＣＰＵ８からの運転命令によりＨＰＵ５の運転が再開される。

このように、本実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法によれば、デマンド時限毎に、デマンド時限（３０分）を分割した時間間隔Ｔｓ毎に予測される予測デマンド値Ｐｐに基き、この予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを越えないようにＴｓ毎に判断して、ＨＰＵ５を停止、又は停止解除することにより、契約電力の最大需要電力を超過しないように貯湯式給湯システムを細かく運転制御することができる。これにより、電力料金が契約料金をオーバすることを防ぐことができ、経済的な電力制御が可能となる。また、この給湯機１の電力制御は、限られた時間帯ではなく、自動的にＴｓ毎のリアルタイムに制御することができる。

また、本実施形態の貯湯式給湯システムにおいては、給湯機１の貯湯タンク４の貯湯容量が大きいため（ここでは、３７０Ｌ）、瞬時的に停止しても急に湯の温度が低下することはなく給湯機能の動作に影響を与えることが少ない。また、他の稼動状態の電力負荷（例えば、照明機器など）を停止することなく電力制御できるので、電力制御に伴う施設の多くの電力負荷を持つ設備の機能低下を防ぐことができる。従って、施設全体が電力制御による影響を受け難くなることにより、電力制御時の施設の機能の低下を抑えて、かつ最大需要電力の更新を防止でき、電力料金を低減することができる。

また、本実施形態のヒートポンプ式の給湯機１においては、高頻度にオン−オフを繰り返すと圧縮機に負荷を与えて寿命を短縮する場合がある。しかし、ここでは、運転切り換え間隔をＴｓ時間の５分として長く取ることにより、運転切り換えの頻度を抑制して、ポンプの寿命の低下を抑えることができる。さらに、このヒートポンプ式の給湯機１においては、冷媒を余熱する時間が必要であるため、通常運転開始から出湯開始までに数分を要する場合が多く、高頻度のオン−オフにおいては、出湯に至らずエネルギのみ消費するロスが生じる可能性があるが、本実施形態の電力制御においては、運転停止時間間隔を５分としているので、ＨＰＵ５のエネルギ効率を高めて利用することができ、電源制御における消費電力の低減が可能となる。また、通信部７を双方向通信とすることにより、電力計測部３をＣＰＵ８で制御することもできる。また、施設全体の電力を測定する電力計測部３は、貯湯式給湯システム１自体にあってもよいし、外部に存在してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る貯湯式給湯システムの運転方法について、図４を参照して説明する。本実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法及びこの運転方法が適用される貯湯式給湯システムは、前記第１の実施形態と基本的に同じであり、契約単位の所定時間毎の予測される平均電力値に、契約電力となる最大需要電力（目標デマンド）に対して設定された余裕率αを乗じた演算値に基いて給湯機の電力を運転制御するものである。

図４において、先ず、ＣＰＵ８は、目標デマンドＰｍａｘにたいする余裕率αを設定する（Ｓ２１）。この余裕率αは、通常１より大きい値に設定する。α＝１の場合は、前記第１の実施形態と同じとなる。この余裕率αの設定以降のステップ１〜ステップ６は、前記第１の実施形態の手順と同じであり、ＣＰＵ８は、ステップ６で予測デマンド値Ｐｐが算出された後、この予測デマンド値Ｐｐに余裕率αを乗じた演算値Ｐｐ×αを余裕電力値として、この余裕電力値αＰｐを演算で求め、この得られた余裕電力値αＰｐを目標デマンドのＰｍａｘと比較する（Ｓ２２）。以下のステップＳ８〜Ｓ１０は、前記第１の実施形態の手順と同様であり、ＣＰＵ８は、ステップ２２の比較判定に基きＨＰＵ５を制御する。この手順においては、予測デマンド値Ｐｐを余裕電力値αＰｐとしたことにより、ステップ２２における判定式Ｐｐ×α＞Ｐｍａｘは、Ｐｐ＞（Ｐｍａｘ／α）と置き換えられるので、見かけ上、予測デマンド値Ｐｐに対して、目標デマンドＰｍａｘを小さく設定されたことになる。従って、予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを超える前に余裕を持って早めにＨＰＵ５を停止することができる。これにより、確実に予測デマンド値Ｐｐが目標デマンドＰｍａｘを超過しないように制御することができる。

図５に、上記フローチャートに基くデマンド制御の例として、前記第１の実施形態と同様に、デマンド時限３０分間における時間間隔Ｔｓ（５分）毎の予測デマンド値Ｐｐの変化とＣＰＵ８からの制御指令の関係を示す。図５のグラフに示すように、給湯機１は、縦軸上のＰｐが、Ｐｍａｘより低いＰｍａｘ／αを超えると予測されると、ＨＰＵ５を停止するように制御される。従って、経過時間ｔ１＝５分において、５分〜１０分の間における予測デマンド値ＰｐがＰｍａｘ／αを超えると予測されると、その時点でＣＰＵ８は、ＨＰＵ５の停止命令を発する。また、１０分から２０分の各５分間において、さらにＰｐがＰｍａｘ／αを超えると予測されると、ｔ１が１０分〜２０分の間においても継続してＨＰＵ５が停止される。一方、ｔ１＝２０分においてが２０分〜２５分の間にＰｐがＰｍａｘ／α以下になると予測されると、その時点でＣＰＵ８は、運転指令を発する。さらに、２０分〜３０分の各５分（Ｔｓ）間でもＰｐがＰｍａｘ／α以下になると予測されると運転が継続される。

このように、余裕電力値αＰｐを設けたことにより、目標デマンドはＰｍａｘ／αと低く設定されたことと同じになり、ＨＰＵ５の停止命令を早めに発してＨＰＵ５を制御できるので、確実に目標デマンドＰｍａｘを超えないようにデマンド制御することができ、使用料金の増加を抑制することができる。

次に、余裕率αの値を変化させた場合のデマンド制御について、図６、７を参照して説明する。図６、７は、上述の表１に示された外食の店舗Ａと店舗Ｂにおける電力データ及び湯量データを計測し、その結果に基づいて、デマンド制御を行った場合と行わなかった場合の比較シミュレーションを行った結果を示す。

このシミュレーションにおいては、デマンド制御による給湯機１の基本料金の低減を目的とすると共に、給湯機１の重要な基本機能である給湯が停止されないよう見守るため、湯切れの生じる時間についてもシミュレーションした。すなわち、余裕率αに対する基本料金の変化と、湯切れ時間とをシミュレーション項目とし、デマンド制御がない場合と余裕率αを導入してデマンド制御が行われた場合において、それぞれの基本料金差及び湯切れ時間差を算出して、これら２項目をデマンド運転評価のための判定に用いた。

ここで、基本料金差（円／月）は、デマンド運転をしたときとしないときの１ケ月あたりの基本料金差とし、湯切れ時間差（ｈ／ｄ）はデマンド運転をしたときとしないときの１日（ｄ）あたり湯切れ時間（ｈ）の差、即ち、貯湯タンク４の湯量が０となる時間差とした。この計算においては過去の最大電力データがないため、計算の開始から最大電力が更新されていくことになるので、初期の７日間の間は、湯切れ時間の算出から除外し、それ以降の１日当たりの平均値の差とした。この計算を行うためのシミュレーション条件として表１に示される各仕様を用いた。

この表１は、店舗Ａと店舗Ｂにおけるヒートポンプの台数、ヒートポンプの消費電力（デマンド時限当り）、貯湯タンクの最大貯湯量、負荷機器の力率、契約電力の電力基本料金単価等の各仕様例を示している。このシミュレーションにおいては、ヒートポンプ台数は事前計算により各店舗に適当と思われる台数を設定し（店舗Ａは２台、店舗Ｂは３台）、基本料金の計算は、基本料金＝料金単価×契約電力×〈１８５−力率〉／１００により計算し、最大需要電力の目標デマンドＰｍａｘの初期値は０として計算した。

上記図６、７においては、αを個別に変化させた場合において、デマンド制御がない場合と、α導入のデマンド制御の場合との基本料金差（菱形印折れ線）と湯切れ時間差（四角印折れ線）を縦軸に、αを横軸としてそれぞれ折れ線グラフで示した。これらのグラフに示されるように、余裕率αを上げていくと、予測デマンド値Ｐｐを見かけ上、大きく見積もる（αＰｐ）ので、ＨＰＵ５を制限電力に余裕を持って停止させ、電力使用量を削減して電力料金は低減できるが、ＨＰＵ５の停止回数が増えるため、湯切れ時間が増加することになる。逆に、余裕率αを下げていくと、予測デマンド値Ｐｐが小さくなるため、反対にＨＰＵ５の停止回数が少なくなって湯切れ時間が減り、その分、ＨＰＵ５の運転時間が長くなり、基本料金差が減少し、料金低減の効果が薄れてくる。また、図６、７のグラフから分かるように、αが１以上、１．０５以下の範囲であれば、基本料金差を大きくして電力料金を低減でき、かつ湯切れ時間差も殆ど変らないようにして湯切れ時間を少なくできることが分かる。

このシミュレーションの結果による余裕率αの最適値とそのときの基本料金差及び湯切れ時間差を表２に示す。この表２に示すように、基本料金差と湯切れ時間差を、余裕率α毎に計算した結果、店舗Ａでのα最適値は０．９８となり、そのときの湯切れ時間差は０、基本料金差は５，４９０円／月であった。一方店舗Ｂにおいては、αの最適値は１．０５で場切れ時間差は０、基本料金差は７，３０４円／月であった。このように、電力使用量や出湯パターンによりαの最適値が異なることが分かる。ただし、確実に基本料金を低減し、かつ湯切れ時間を減らすには、前述のように、αは１以上で１．０５以下が望ましい。

このように余裕率αを導入し、αを１以上及び１．０５以下にすることにより、湯切れ時間を抑え、かつ基本料金を減らすことが可能となる。また、予め施設の電力データ及び湯量データを計測し、シミュレーションでαの最適値を予め得ておけば、以降、このαを用いて給湯機１を電力制御することにより、目標デマンドを確実にオーバせず、湯切れの少ない好適なデマンド制御を行うことができる。

上記第２の実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法によれば、余裕率αを導入し、予測した平均電力である予測デマンド値Ｐｐと比較する基準となる最大需要電力の目標デマンドＰｍａｘを、余裕率の分だけ等価的に小さくできるので、実際の契約電力である最大需要電力に対して余裕を持って電力制御をすることができ、使用電力が契約電力を超過することを確実に抑えることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る貯湯式給湯システムの運転方法について、図８を参照して説明する。本実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法及びこの運転方法が適用される貯湯式給湯システムは、前記第２の実施形態と基本的に同じであり、所定の期間内における給湯機１に備えられた貯湯タンク４内の湯切れの有無を判定し、この判定に基づいて余裕率αを予め設定された範囲内で自動的に変化させるものである。

本実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法は、前記第２の実施形態に加え、αを自動設定できるようにする。このため、αの学習条件として、
（１）αの範囲１．００≦α≦１．０５（初期値１．０５）
（２）過去１日間に湯切れがあった場合 α＝α−０．０１
（３）過去７日間に湯切れのない場合 α＝α＋０．０１
とした。これにより、湯切れがあった場合には、αを小さくして余裕電力値αＰｐを低減することにより、ＨＰＵ５を停止を減らして湯切れを少なくできる。また、湯切れの無い状態が長く続く場合には、貯湯状態に余裕があり、ＨＰＵ５を停止しても湯切れの発生が少ないと判断し、αを大きくして余裕電力値αＰｐを増大する。これにより、Ｐｍａｘ／αを低下させて、ＨＰＵ５を頻繁に停止させ使用電力を削減することができる。また、αの範囲は、前記図６、７のシミュレーションデータを参考にし、基本料金を下げるようにαの下限を１．００以上とし、湯切れの頻繁な発生が生じないようにαの上限を１．０５以下と設定している。また、初期値は余裕電力値αＰｐが目標デマンドＰｍａｘを最初からオーバしないように１．０５としてαの範囲の高い方に設定している。

上記学習条件に基く本実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。図８において、先ず、ＣＰＵ８は、目標デマンドＰｍａｘに対する余裕率αの初期値をα＝１．０５を設定する（Ｓ２１）。そして、デマンド時限更新後、タイマ部１２のタイマIIIで経過時間ｔ３をゼロに設定し（Ｓ３１）、さらにタイマIVで経過時間ｔ４をゼロに設定する（Ｓ３２）。以下のステップ１〜ステップ１０までは、前記第２の実施形態の手順と同じである。そして、タイマIVのｔ４が１日未満のときは（Ｓ３３でＮＯ）、ｔ１を０にリセットし（Ｓ１）、ステップ３３でＹＥＳの場合は、過去１日に湯切れがあったかどうかを判定し、湯切れが合った場合において（Ｓ３４でＹＥＳ）、さらに、α＞１の場合は（Ｓ３５でＹＥＳ）、αを（α−０．０１）に減少して（Ｓ３６）、ステップ３２に戻り、Ｓ３５でＮＯの場合は、αを変更せずステップ３２に戻り、いずれもタイマIVでｔ４を０にリセットする。次に、ステップ３４でＮＯの場合において、タイマIIIのｔ３の経過時間が７日未満の場合は（Ｓ３７でＮＯ）、ステップＳ３２に戻る。ステップ３７でＹＥＳの場合は、過去７日間に湯切れの無い場合において（Ｓ３８でＹＥＳ）、α＜１．０５の場合は（Ｓ３９でＹＥＳ）、αを（α＋０．０１）に増加して（Ｓ４０）、ステップ３１に戻り、Ｓ３９でＮＯの場合は、αを変更せずステップ３１に戻り、また、ステップ３９でＮＯの場合も、ステップ３１に戻り、いずれもタイマIIIでｔ３を０にリセットし、ステップ３１以降のステップを繰り返す。

上記フローチャートに基づくシミュレーションによって計算されたＡ店舗及びＢ店舗における余裕率αの変化の例を図９に示す。図９に示すように、デマンド制御と湯切れ制御の両方を自動的に制御することにより、Ａ店舗（点線）及びＢ店舗（実線）における余裕率αは、１．０から１．０５の間で変化した。また、このときのシミュレーションによる店舗Ａと店舗Ｂにおけるそれぞれの余裕率αの最適値と、そのときの基本料金差及び湯切れ時間差を表３に示す。

この表３と前記表２の比較により、αを自動設定した場合において、αを個別に設定してシミュレーションした場合と比較して、両店舗共に基本料金の差は略同額となり節約効果に差はなかった。また、湯切れ時間差は共に０．０１（ｈ／ｄ）であり、殆ど差はなかった。これにより、αを自動設定した場合においても、αを個別に変化させて得た最適値における基本料金差及び湯切れ時間差と同等の効果が得られ、湯切れ時間を殆ど増加させずに基本料金を同程度に削減できることが確認できた。

上記第３の実施形態の貯湯式給湯システムの運転方法によれば、所定の期間内における給湯機１に備えられた貯湯タンク４内の湯切れの有無を判定し、この判定に基づいて余裕率αを予め設定された範囲内で自動的に変化させることができる。これにより、余裕率αを自動的に最適に設定して、基本料金の抑制と湯切れ時間の低減とを自動的に両立させて電力制御することができる。

上述した各種実施形態に係る貯湯式給湯システムの運転方法によれば、給湯機１を含む施設の契約単位全体の電力制御を、瞬時停止においても機能低下の影響少ない給湯機１のみの電力制御により行えるので、デマンド制御による施設全体機能への影響を低く抑えて、最大需要電力の更新に寄与しないように給湯機を運転でき、契約電力料金の低減を可能にすることができる。また、デマンド時限内をさらに分割した時間間隔Ｔｓ毎に予測デマンド値Ｐｐに基づく電力制御を行うので、高頻度のオン−オフ運転を避けることができ、特にヒートポンプ式の給湯機１においては、圧縮機の寿命劣化を抑制でき、エネルギ損失を低減することができる。

また、目標デマンドＰｍａｘに対して余裕率αを設定し、この余裕率αを予測デマンド値Ｐｐに乗じた演算値αＰｐと目標デマンドＰｍａｘとの比較に基いて給湯機を運転制御することにより、使用電力における契約電力の超過を確実に抑えることができる。さらに、余裕率αを貯湯タンク４の湯切れの有無に対応して最適になるように学習変化させることにより、貯湯タンク４の湯切れの低減と、電力料金の低減とを自動的に両立させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る貯湯式給湯システムの運転方法における給湯システムの構成図。 上記運転方法のフローチャート図。 上記運転方法に基くデマンド時限内の予測需要電力の変化と制御指令の関係を説明する図。 本発明の第２の実施形態に係る貯湯式給湯システムの運転方法のフローチャート図。 上記運転方法に基くデマンド時限内の予測需要電力変化と制御指令の関係を説明する図。 上記運転方法に基く店舗Ａにおける余裕率と基本料金差及び湯切れ時間差の関係を示すグラフ。 上記運転方法に基く店舗Ｂにおける余裕率と基本料金差及び湯切れ時間差の関係を示すグラフ。 本発明の第３の実施形態に係る貯湯式給湯システムの運転方法のフローチャート図。 上記運転方法による余裕率の変化の例を示す図。

符号の説明

１ 給湯機
３ 電力計測部（電力計測手段）
４ 貯湯タンク
５ ヒートポンプユニット
７ 通信部（通信手段）
９ 運転制御部（運転制御手段）

Claims (4)

1. 電気使用開始から１年間の各月の契約電力が、電気使用開始月からその月までの最大需要電力の内、最も大きい値となる契約形態の施設で使用される電力を熱源とした給湯機を有する貯湯式給湯システムの運転方法において、
   契約単位全体の所定時間毎の平均電力を、給湯機の運転開始から出湯開始までに要する時間に基き、給湯機がオン-オフの繰り返しにより出湯に至らないことがないように一定の運転停止時間間隔毎に予測するステップと、
   前記予測された平均電力が、前記最大需要電力の更新に寄与しないように給湯機を運転制御するステップと、を備えたことを特徴とする貯湯式給湯システムの運転方法。
2. 契約単位の所定時間毎の予測される平均電力値に、前記最大需要電力に対して設定された余裕率を乗じた演算値に基いて給湯機の電力を運転制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
3. 所定の期間内における給湯機に備えられた貯湯タンク内の湯切れの有無を判定するステップと、
   前記判定に基づいて前記給湯機の湯切れがあった場合に、前記余裕率を予め設定された範囲内で減少するように変化させるステップと、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
4. 契約単位全体の電力を計測する電力計測手段と通信を行う通信手段と、
   前記通信手段を介して得られた前記電力計測手段で計測された電力値に基いて給湯機の運転制御を行う運転制御手段と、を備え、
   前記運転制御手段は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の運転方法を実行することを特徴とする貯湯式給湯システム。

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