JP5367832B2 - エネルギー削減装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エネルギー削減装置に関する。
電力、電力量、電気料金、環境負荷等のエネルギー使用量の目標値を達成するための機器制御や情報提示の方法として、日本国特許出願公開第2000−393829号公報には、設定された目標値から単位時間当たりの目標値を算出し特定の機器を制御する方法が開示されている。
しかしながら、日本国特許出願公開第2000−393829号公報に開示された発明では、エネルギー使用量の目標値を達成することを優先し、ユーザーが機器を使用する際の快適性を考慮していないため、ユーザーの意図とは異なる機器が制御され、ユーザーが持続して機器を使用できない。
日本国特許出願公開第2000−393829号公報
そこで、本発明はできるだけ快適性を損なわずに、機器の消費電力量を削減することができるエネルギー削減装置を提供する。
本発明のエネルギー削減装置は、目標とする消費電力量値が入力される入力部と、複数の機器の消費電力量を測定期間ごとに取得する取得部と、前記測定期間ごとの消費電力量から、前記機器ごとの一定期間における消費電力量の集計値を集計する集計部と、前記測定期間ごとの消費電力量と前記集計値とから、過去の消費電力量の平均値と現在使用している消費電力量との乖離度を示す第1の指標を前記機器ごとに計算する計算部と、前記第1の指標が小さな機器を優先して消費電力量を削減し、前記消費電力量値を満たすように、前記機器ごとに消費電力量を割当てる割当部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、できるだけ快適性を損なわずに消費電力量を削減することができる。
本発明の第1の実施形態に係るエネルギー削減装置の構成を示すブロック図。 一定の間隔で測定した機器の消費電力量を示す図。 評価単位で集計した消費電力量及び度数分布として算出した消費電力量を示す図。 第1の実施形態の動作を表すフローチャートを示す図。 第2の実施形態に係るエネルギー削減装置の構成を示すブロック図。 一定の間隔で測定した機器の運転状態、消費電力量、及び消費電力を示す図。 評価単位で集計した平均消費電力、並びに度数分布として算出した平均消費電力及び使用時間を示す図。 第2の実施形態の動作を表すフローチャートを示す図。 第3の実施形態に係るエネルギー削減装置の構成を示すブロック図。 一定の間隔で測定した機器の運転状態、消費電力量、及び消費電力等を示す図。 機器の使用時間及び平均消費電力と機器の設定値の関係を示す図。 機器の使用時間及び平均消費電力と機器の設定値の関係を示す図。 第3の実施形態の動作を表すフローチャートを示す図。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。また、以下説明する図面において、同一の符号は、同様のものを示しており、重複した説明は省略する。
本発明は、例えば1家庭の生活居住空間において、ユーザー(家族)の快適性を出来るだけ損なわずに、目標とする消費電力量を達成するために、どの機器(テレビ,エアコン,照明など)の消費電力量をどの程度、削減するかを算出するエネルギー削減装置を想定している。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るエネルギー削減装置100のブロック図である。
エネルギー削減装置100は、エネルギー削減装置100に接続された複数の機器の消費電力量を測定期間ごとに取得する第1取得部2と、第1取得部2が取得した消費電力量を格納する第1DB(Database)3と、第1DB3に格納された各機器が一定の評価単位の期間に消費した電力量を表す合計値を集計する第1集計部4と、第1集計部4が集計した、各機器の消費電力量の合計値を格納する第2DB5と、第1DB3に格納された消費電力量と第2DB5に格納された各機器の消費電力量の合計値から各機器の乖離度を計算する第1計算部6と、第1計算部6に対してユーザーが使用目標とする機器全体の消費電力量を入力する入力部7と、第1計算部6で計算した乖離度から、それぞれの機器に対して消費電力量の削減量を割当てる割当部8と、を備える。
ここで、機器とは、エアコン1aや、照明1b、テレビ1cなどのエネルギー削減装置100に接続されている機器を示す。本実施形態において、乖離度とは、現在使用している機器の消費電力量が、過去に使用した機器の消費電力量の平均値に対して、どれくらい乖離しているかを示す指標である。過去とは、例えば、1ヶ月、1年などの期間を示す。
第1取得部2は、エネルギー削減装置100に接続された機器の消費電力量を一定の測定間隔(例えば1分間隔)で取得して第1DB3に格納する。第1DB3には、例えば、図2に示すように、照明1bや、エアコン1aなどの機器の消費電力量が格納される。図2のうち、エアコン1は、エアコン1aを使用している状態での消費電力量を示し、エアコン2は、エアコン1aを使用していない状態、すなわち待機状態での消費電力量を示している。
第1集計部4は、第1DB3に格納された各機器の消費電力量の集計値を第2DB5に格納する。具体的には、第1DB3に格納された各機器の測定間隔(例えば1分間隔)の消費電力量を、評価単位の期間(例えば1日間隔)で集計を行い、図3(a)に示すように、各機器の評価単位の期間ごとに消費電力量の合計値を算出する。さらに、図3(b)に示すように、各機器の消費電力量の合計値ごとの個数を度数として度数分布を算出する。例えば、評価単位の期間を1日とすると15日間で、消費電力量が20kWhである日が何回あるかを算出する。
なお、度数に限らず、各階級(消費電力量の合計値)の度数を全階級区間の度数で割った割合を用いて、確率分布を集計することもできる。
第1計算部6は、第1DB3に格納された一定期間の消費電力量の集計値と第2DB5に格納された各機器の消費電力量の合計値から、乖離度を計算する。
以下、乖離度の計算方法について説明する。なお、本実施形態のエネルギー削減装置100には2以上の機器が接続されているが、説明のため1つの機器が接続されているとして、乖離度を計算する方法について説明する。
初めに、第1計算部6は、第1DB3から、消費電力量を評価するための比較基準となる期間(以下、基準期間という。)、つまり、先週、先月、又は過去の同月等の過去の消費電力量の平均値を各機器に計算する。
ここで、機器i(iは機器の種類を示す。)の基準期間の消費電力量の平均値をM、評価単位をj(jは正の整数で、分、時、日、月、又は年の時間の単位を示す。)、評価単位jにおける消費電力量をwとすると、以下の式1で消費電力量の平均値Mを計算することができる。
Figure 0005367832
例えば、iがエアコンであり、図3(a)を例に式1を説明する。基準期間が2009/01/09から2009/01/15の7日間である場合、エアコンの基準期間の消費電力量の平均値は、以下の式2より20kWhと計算することができる。
Figure 0005367832
次に、第2DB5に格納された消費電力量別の度数分布を用いて、度数分布全域を積算した消費電力量の平均値を計算する。ここで、度数分布全域を積算した消費電力量の平均値がm、消費電力量がs(kWh)である場合の度数をfとすると、以下の式3で計算することができる。
Figure 0005367832
図3(b)を例に式2を説明すると、度数分布全域を積算した消費電力量の平均値mは、以下の式4より20.7kWhと計算することができる。
Figure 0005367832
ここで、機器iの乖離度Diは、以下の式5より計算することができる。
Figure 0005367832
例えば、式2、式4で計算したように、基準期間の消費電力量の平均値Miを20kWh、度数分布全域を積算した消費電力量の平均値mを20.7kWhとし、図3(b)の度数分布を用いて乖離度Diを計算すると、m<Miである。よって、20kWh以上20.7kWh未満の消費電力量であった度数の合計値(20kWhの場合の度数)は、4となり、乖離度を4と計算することができる。このようにして、エネルギー削減装置100に接続された各機器の乖離度を求める。
割当部8は、第1計算部6で計算した基準期間における各機器の乖離度を比較し、乖離度が最も小さな値の機器を優先して消費電力量を削減することを、予めユーザーが入力部7で設定した機器全体の消費電力量の使用目標量が達成されるまで繰り返す。目標量が達成されると、割当部8は各機器に消費電力量をどのように割当てるかをエネルギー削減装置100に外部接続又は内部接続された表示部(図示せず)に表示する。また、消費電力量は、消費電力と時間の積で表されるので、消費電力量を時間で割って、消費電力を表示してもよい。
図4は、エネルギー削減装置100の動作を表すフローチャートを示す図である。
ステップS10では、入力部7に対して、消費電力量の目標値をユーザーが入力し設定する。入力する項目は、「基準期間」、「ユーザーが使用目標とする機器全体の消費電力量」、及び「ユーザーが入力部7に入力した目標とする機器全体の消費電力量を達成する期間」(以下、評価期間という。)の3項目である。
例えば、消費電力量を140kWh、基準期間を先週の7日間、評価期間を来週7日間のように設定する。これらの項目は基本的にユーザーによって入力されるものとするが、一部の項目のみを入力しその他の項目は予め指定された値を用いることもできる。
なお、入力部7に入力する項目は上記した3項目が基本であるが、その上記した3項目を換言した表現を用いてユーザーに示しても良い。例えば、消費電力量は使用量に応じて電気料金を支払うので、「ユーザーが使用目標とする機器全体の消費電力量」という項目を「ユーザーが使用目標とする電気料金」と置き換えて表現しても良い。また、消費電力量は、CO排出量とも関係しているので、「ユーザーが使用目標とする機器全体の消費電力量」という項目を「ユーザーが排出目標とするCO排出量」と表現してもよい。
ステップS20では、第1集計部4が、第1DB3に格納された各機器の消費電力量を集計し、集計した消費電力量を第2DB5に格納する。
ステップS30では、第1計算部6が、第1DB3に格納された一定期間の消費電力量の集計値と第2DB5に格納された各機器の消費電力量の合計値から基準期間の消費電力量の乖離度を機器ごとに計算する。
ステップS41では、割当部8が、基準期間の消費電力量の平均値を初期値とする。
ステップS42では、割当部8が第1計算部6で計算された乖離度から最も乖離度の小さい機器の消費電力量を、ステップS41で設定した基準期間の消費電力量の平均値から削減する。このときの消費電力量の削減量は例えば、1Whである。
ステップS43では、第1計算部6がエネルギー削減装置100に接続された全ての機器に対して割当てられた消費電力量の合計値が入力部7に設定された全機器の消費電力量を比較する。エネルギー削減装置100に接続された全ての機器に対して割当てられた消費電力量の合計値が入力部7に設定された全機器の消費電力量より大きい場合は(ステップS43で「NO」)、ステップS44に進む。全ての機器に割当てられた消費電力量合計値が入力部7に設定された消費電力量以下である場合は(ステップS43で「YES」)、機器への消費電力量の割当て量を表示部に表示する。
ステップS44では、第1計算部6が割当部8が消費電力量を削減した機器の乖離度を再計算し、ステップS42へ進む。
このようにエネルギー削減装置100に接続された機器に割り当てられた消費電力量の合計値が入力部7で設定された消費電力量以下になるまで、乖離度の最も低い機器から順に割当てる消費電力量を削減して割り当てる。また、上記した方法以外に、乖離度の変化が少ない機器の消費電力量を順に削減して割り当てることもできる。
本実施形態によれば、快適性を損なわずに、設定された消費電力量を達成することが可能なエネルギー削減装置100を提供することができる。これにより、快適性を損なわない省エネをサポートすることができる。
(第2の実施形態)
図5Aは、本発明の第2の実施形態に係るエネルギー削減装置200のブロック図である。エネルギー削減装置200は、各機器の使用時間や平均消費電力を集計する第2集計部10と、第2集計部10が集計した各機器の使用時間や平均消費電力を格納する第3DB11と、使用時間及び平均消費電力の乖離度を計算する第2計算部20と、割当部8で割当てられた各機器の消費電力量に対して、使用時間と平均消費電力のいずれかを削減することを決定する第1決定部12とをさらに備える点で、エネルギー削減装置100と相違する。
本実施形態において、乖離度とは、現在使用している機器の使用時間及び消費電力が、過去に使用した機器の平均使用時間及び平均消費電力に対して、どれくらい乖離しているかを示す指標である。過去とは、例えば、1ヶ月、1年などの期間を示す。
エネルギー削減装置200のうち、エネルギー削減装置100と同様な構成については、説明を省略する。
第1取得部2は、消費電力量に加えて、エネルギー削減装置200に外部接続された各機器の使用時間及び消費電力を一定の測定間隔(例えば、1分間隔)で取得して、第1DB3に格納する。使用時間の取得方法は、図5Bに示すように、運転状態がONかOFFかで取得する。つまり、運転状態がONである場合を「1」、OFFである場合を「0」とし、1分おきに運転状態を計測すると、「1」と「0」の個数を数えることで、ONとOFFの時間を取得することができる。
第1DB3には、例えば、図5Bに示すように、照明1bや、エアコン1aなどの機器の運転状態や消費電力が格納される。
第2集計部10は、第1DB3と接続されており、第1DB3に格納された各機器の使用時間及び平均消費電力の集計値を第3DB11に格納する。具体的には、第2集計部10は、第1集計部4と同様に第1DB3に測定間隔ごと(例えば1分間隔)に記録されたデータを、評価単位(例えば1日)の間隔で集計を行い、図6(a)に示すように、評価単位の期間ごとに使用時間と平均消費電力の合計値を算出する。さらに、使用時間については、図6(b)に示すように、使用時間の数値ごとの個数を度数として度数分布を算出する。また、平均消費電力についても、図6(c)に示すように、平均消費電力の数値ごとの個数を度数として度数分布を算出する。
例えば、評価単位の期間を1日とすると15日間で、使用時間が5時間である日が何回あるか、平均消費電力が1000Wである日が何回あるかを算出する。なお、使用時間及び平均消費電力ごとの階級で集計する値は度数に限らず、各階級の度数を全階級区間の度数で割った割合を用いて、確率分布を集計することもできる。
第2計算部20は、各機器の使用時間及び平均消費電力の乖離度を計算する。使用時間及び平均消費電力の乖離度は、第1計算部6での計算方法と同様であるので説明は省略する。
決定部12は、割当部8で割当てられた消費電力量を達成するために、使用時間と平均消費電力のいずれかを削減することを決定し、決定した内容をエネルギー削減装置200に外部接続又は内部接続された表示部(図示せず)に表示する。ここで、使用時間と平均消費電力はそれぞれ、乖離度で表されているので、乖離度の値が小さい方を削減の対象とする。つまり、使用時間と平均消費電力の積である消費電力量が割り当てられた消費電力量以下になるまで、使用時間と平均消費電力のうち乖離度の低い方を削減することによって、割り当てられた消費電力量を達成するための使用時間と平均消費電力を決定する。
図7は、エネルギー削減装置200の動作を表すフローチャート図である。
エネルギー削減装置200のうち、ステップS210、S220、S230、S241〜S244は、図4のステップS10、S20、S30、S41〜S44と同様であるため、説明は省略する。
ステップS50では、第2計算部20によって、機器ごとに基準期間の使用時間と平均消費電力の乖離度を算出し、算出した乖離度から割当てられた消費電力量を達成するための使用時間と平均消費電力を決定し、その結果をエネルギー削減装置200の内部又は外部と接続された表示部に出力する。
本実施形態によれば、ユーザーが入力部7に入力した消費電力量の目標値を達成するために、使用時間と平均消費電力という2つのことなる単位を乖離度という共通の指標を持って比較することができるようになるので、乖離度の低い各機器の使用時間や平均消費電力を具体的にユーザーに示すことができる。すなわち、第1の実施形態のように消費電力量だけでなく機器の使い方を具体的に示すことで、省エネの実現をより容易にすることができる。
(第3の実施形態)
図8Aは、本発明の第3の実施形態に係るエネルギー削減装置300のブロック図である。エネルギー削減装置300は、機器の動作時の照度及び気温の環境情報を取得する第2取得部14と、機器の動作時における平均照度及び平均気温を集計して、使用時間ごとの機器の動作時の平均気温と、平均消費電力ごとの機器の動作時の平均温度設定値を算出する算出部15と、算出部15で算出した、使用時間ごとの機器の動作時の平均気温、及び平均消費電力ごとの機器の動作時の平均温度設定値を格納する第4DB16と、制御対象とする機器を制御するか否かを決定する第2決定部17と、エネルギー削減装置300に接続された、エアコン1a、照明1b、又はテレビ1cなどの機器を制御する制御部18と、をさらに備える点で、エネルギー削減装置200と相違する。なお、照度は、エネルギー削減装置300に外部接続された照度計13aを用いて計測することができ、気温は、エネルギー削減装置300に外部接続された温度計13bを用いて計測することができる。
エネルギー削減装置300のうち、エネルギー削減装置100、200と同様な構成については、説明を省略する。
第1取得部2は、エネルギー削減装置300に外部接続された機器の設定値を更に取得し、そのデータを第1DB3に送る。設定値としては、例えば、エアコン1aの場合だとエアコン1aの設定温度、照明1bの場合だと照明1bの明るさ設定など、主に消費電力に直接影響を与える設定を取得する。
第2取得部14は、照時計13aや温度計13bなどの測定器と接続されており、照度や温度の環境情報を第1DB3に格納する。第1DB3には、例えば、図8Bに示すように、照度や照明1bの明るさ設定値、気温やエアコン1aの温度設定値が格納される。図8Bに示す、明るさ設定の「1」は照明1bの照度が弱いことを示し、明るさ設定の「2」は照度が強いことを示す。
算出部15は、第2集計部10と同様に第1DB3にある測定間隔(例えば1分間隔)で記録されたデータを、評価単位(例えば1日間隔)の間隔で集計を行う。例えば、エネルギー削減装置300に外部接続された機器がエアコン1aである場合、図9A(a)、(c)に示すように、評価単位の期間ごとの使用時間に対するエネルギー削減装置300に外部接続された機器の動作時の平均気温と平均消費電力に対するエネルギー削減装置300に外部接続された機器の動作時の平均温度設定値を算出する。
また、照明1bである場合、図9B(a)、(c)に示すように、評価単位の期間ごとの使用時間に対するエネルギー削減装置300に外部接続された機器の動作時の平均照度と平均消費電力に対するエネルギー削減装置300に外部接続された機器の動作時の平均あかるさ設定値を算出する。
さらに、これらから使用時間については図9A(b)に示すように、ある使用時間に対してどれくらいの平均気温になるかを算出し、平均消費電力については図9A(d)に示すように、ある平均消費電力に対してどれ位の平均設定温度設定値になるかを算出する。これらの平均気温及び平均設定温度設定値は、第4DB16に格納される。ここで、図9A(b)に示す平均気温は、エアコンが暖房運転であるとすると、図9A(b)に示す平均気温以下になるとエアコン1aが使用できる目安となる温度を示す。例えば、使用時間が4時間である場合、そのときの気温が5℃以下であると使用することができることを示す。また、図9A(d)に示す平均温度設定値は、図9A(d)に示す平均温度設定値にすると、どれくらいの平均消費電力が必要かを示す。
なお、照明の場合は、エアコンにおける平均気温を平均照度、エアコンにおける平均温度設定値を平均明るさ設定値として、同様に集計するこの場合、平均照度は、ある平均照度以下になると照明が使用できる目安を示し、平均明るさ設定値は、ある平均明るさ設定値に設定するとどれくらいの平均消費電力が必要かを示す。この場合、図9Bのような構成をとる。
第2決定部17は、第1決定部12で決定した制御対象となる機器の使用時間と平均消費電力を実現するための制御をするための値を設定する。例えば、制御対象の機器がエアコン1aの場合、エアコン1aの使用時間と平均気温(図9A(b))からエアコン1aを気温が何℃以下で運転するかを決定し、エアコン1aの平均消費電力との温度設定値(図9A(d))から、エアコン1aを何度に設定して、運転させるかを決定する。具体的には、第1決定部12がエアコン1aの使用時間を5時間、平均消費電力を800Wと決定した場合、図9A(b)、(d)から、気温が7.6℃以下でエアコンをONにし、エアコン1aの温度設定値を18℃以下にすれば、エアコン1aが、割当部8で割り当てられた消費電力量で運転できることがわかる。
制御部18は、第2決定部17が決定した値に基づいて、エネルギー削減装置300に外部接続された制御対象となる機器を制御する。
図10は、エネルギー削減装置300の動作を表すフローチャート図である。
エネルギー削減装置300のうち、ステップS310、S320、S330、S341〜S344、S350は、図7のステップS210、S220、S230、S241〜S244、S50と同様であるため、説明は省略する。以下、エネルギー削減装置300がエアコン1aを制御するものとして説明する。
ステップS60では、第2決定部17が、第1決定部12で決定された制御対象となる機器の使用時間と平均消費電力での運転を実現するための制御をするための値を決定する。
その後、第2決定部17が決定した値に基づいて制御部18がエネルギー削減装置300に外部接続された制御対象となる機器を制御する。
本実施形態によれば、エネルギー使用の目標量を達成するために過去の使用状況を考慮した上で、乖離度が低く目標が達成できるように機器を自動的に運転することができるようになる。
上述した各実施形態において、第1DB3、第2DB5、第3DB11、及び第4DB16は、1つのメモリで構成してもよい。
また、第1取得部2と第2取得部14を1つの取得部としてまとめてもよい。第1集計部4と第2集計部10を1つの集計部としてまとめてもよい。第1計算部6と第2計算部20を1つの計算部としてまとめてもよい。第1決定部12と第2決定部17を1つの決定部としてまとめてもよい。
さらに、上述した各実施の形態において、エネルギー削減装置100は、ハードウェアで構成されてもよいし、ソフトウェアで構成されてもよい。エネルギー削減装置100がソフトウェアで構成される場合には、エネルギー削減装置100で実行される各種プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、当該プログラムを、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録し、コンピュータで実行可能な複数の命令を含むプログラムを有するコンピュータ読取り可能な記録媒体として構成されても良い。
2 … 第1取得部、3 …第1DB、4 … 第1集計部、5 … 第2DB、6 … 第1計算部、7 … 入力部、8 … 割当部、100 … エネルギー削減装置

Claims (3)

  1. 目標とする消費電力量値が入力される入力部と、
    複数の機器の消費電力量を測定期間ごとに取得する取得部と、
    前記測定期間ごとの消費電力量から、前記機器ごとの一定期間における消費電力量の集計値を集計する集計部と、
    前記測定期間ごとの消費電力量と前記集計値とから、過去の消費電力量の平均値と現在使用している消費電力量との乖離度を示す第1の指標を前記機器ごとに計算する計算部と、
    前記第1の指標が小さな機器を優先して消費電力量を削減し、前記消費電力量値を満たすように、前記機器ごとに消費電力量を割当てる割当部と、
    を備えることを特徴とするエネルギー削減装置。
  2. 前記取得部は、前記各機器の使用時間及び平均消費電力を更に取得し、
    前記集計部は、前記取得部が取得した使用時間及び平均消費電力から前記機器ごとの使用時間及び平均消費電力を更に集計し、
    前記計算部は、前記集計部が集計した使用時間及び平均消費電力から、過去の使用時間及び消費電力の平均値と現在の使用時間及び平均消費電力との乖離度を示す第2の指標を前記機器ごとに更に計算し、
    使用時間と平均消費電力の2つのうち前記第2の指標の小さな方を優先して、前記割当部が割当てた消費電力量になるように、使用時間及び平均消費電力の削減量を決定する決定部と、
    を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー削減装置。
  3. 算出部と、
    前記各機器を制御する制御部と、
    を更に備え、
    前記取得部は、前記各機器の室温や明るさの設定値、及び前記各機器を使用している状態での気温や照度を更に取得し、
    前記算出部は、前記取得部が取得した気温や照度、平均消費電力、及び前記各機器の室温や明るさの設定値から、前記各機器を使用している状態での使用時間に対する平均気温・平均照度と、平均消費電力に対する平均設定値を算出し、
    前記決定部は、前記算出部が算出した前記各機器を使用している状態での使用時間に対する平均気温・平均照度と、平均消費電力に対する平均設定値に基づいて、前記決定部が決定した前記機器の使用時間及び平均消費電力を満たすように制御するための値を更に決定し、
    前記制御部は、前記決定部が決定した値に基づいて、前記機器を制御することを特徴とする請求項2に記載のエネルギー削減装置。
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