JP5751247B2

JP5751247B2 - 給湯制御システム

Info

Publication number: JP5751247B2
Application number: JP2012285955A
Authority: JP
Inventors: 義貴安井; 松浦　哲哉; 哲哉松浦; 山田　拓郎; 拓郎山田; 暁武田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014126351A

Description

本発明は、対象エリアの複数の給湯器を制御する給湯制御システムに係るものである。

従来より、冷凍サイクルによって温水を生成し、この温水を貯湯タンク内に貯留するヒートポンプ式の給湯器が知られている。この給湯器は、冷媒回路と、該冷媒回路に接続される貯湯タンクとを備えている。冷媒回路には、圧縮機と、水熱交換器（放熱器）と、膨張機と、空気熱交換器（蒸発器）とが接続される。給湯器の運転時には、圧縮機が運転され、冷媒が水熱交換器で放熱する。この結果、水熱交換器では、冷媒によって水が加熱される。加熱された水（温水）は、貯湯タンクへ供給され、貯湯タンク内に所定温度の温水が溜め込まれていく。貯湯タンク内に溜まった水は、風呂やシャワー等の温水として利用される。

特開２０１１−２２０５６０号公報

ところで、上述した給湯器は、比較的電力料金の安い夜間に運転され、貯湯タンク内に温水を溜め込むのが一般的である。このため、各々の給湯器の運転時間が夜間の所定時刻に集中すると、これらの給湯器の消費電力のピーク時刻が互いに重畳してしまう。この結果、これらの給湯器が使用されるエリアの総消費電力のピークが増大してしまい、このエリアの電力供給に対して電力需要が上回ってしまうという問題が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象エリアの複数の給湯器を制御する給湯システムにおいて、対象エリアで効果的な節電を行えるようにすることにある。

第１の発明は、給湯制御システムを対象とし、対象エリア（1）の複数の給湯器（10）を、同じタンク容量の給湯器（10）からなる複数の給湯器群に分類し、該複数の給湯器群の各給湯器（10）を予め定められた所定値Ｎ（Ｎは２以上）の複数のグループにそれぞれ振り分けて分類するグループ決定部（54）と、上記グループ決定部（54）で分類された複数のグループ（A,B,C）のうち異なるグループ（A,B,C）の給湯器（10）間の消費電力のピーク時刻を互いにずらすように上記複数の給湯器（10）の運転を制御する運転制御部（55）とを備えていることを特徴とする。

第１の発明では、対象エリア（1）の複数の給湯器（10）が、グループ決定部（54）によって複数のグループ（A,B,C）に分類される。そして、運転制御部（55）は、各グループ（A,B,C）間の給湯器（10）の消費電力のピーク時刻を互いにずらすように、これらの給湯器（10）の運転を制御する。このため、対象エリア（1）では、複数の給湯器（10）の消費電力のピーク時刻が互いに重なることが抑制されるため、対象エリア（1）の給湯器（10）の全体の総消費電力のピークを低減できる。

第２の発明は、第１の発明において、上記運転制御部（55）は、上記異なるグループ（A,B,C）の給湯器（10）の運転時間を互いにずらすように構成されることを特徴とする。

第２の発明では、対象エリア（1）の複数の給湯器（10）が、グループ決定部（54）によって複数のグループ（A,B,C）に分類される。そして、運転制御部（55）は、各グループ（A,B,C）の給湯器（10）の運転時間を互いにずらすように、これらの給湯器（10）の運転を制御する。この結果、対象エリア（1）では、複数の給湯器（10）の消費電力のピーク時刻が互いに重なることが抑制されるため、対象エリア（1）の給湯器（10）の全体の総消費電力のピークを低減できる。

第３の発明は、第２の発明において、上記給湯器（10）は、上記異なるグループ（A,B,C）の給湯器（10）の沸上完了時刻を互いにずらすように構成される。

第３の発明では、グループ決定部（54）によって複数のグループ（A,B,C）に分類される。そして、運転制御部（55）は、各グループ（A,B,C）間の給湯器（10）の目標となる沸上完了時刻を互いにずらすように、これらの給湯器（10）の運転を制御する。この結果、対象エリア（1）では、複数の給湯器（10）の消費電力のピーク時刻が互いに重なることが抑制されるため、対象エリア（1）の給湯器（10）の全体の総消費電力のピークを低減できる。

第４の発明は、上記給湯器（10）は、圧縮機（12）を有するヒートポンプ式の給湯器で構成され、上記運転制御部（55）は、上記各グループ（A,B,C）の給湯器（10）の圧縮機（12）の運転周波数を周期的に変化させる又は該圧縮機（12）を周期的に発停させるとともに、上記異なるグループ（A,B,C）の給湯器（10）の圧縮機（12）の運転周期の位相を互いにずらすように構成されることを特徴とする。

第４の発明では、対象エリア（1）の給湯器（10）が、ヒートポンプ式の給湯器で構成される。そして、これらの給湯器（10）は、グループ決定部（54）によって複数のグループ（A,B,C）に分類される。運転制御部（55）は、各グループ（A,B,C）の給湯器（10）の圧縮機（12）の運転周波数を周期的に変化させるか、あるいは圧縮機（12）を周期的に発停させる。また、運転制御部（55）は、各グループ（A,B,C）の給湯器（10）の運転周期の位相を互いにずらすように、複数の給湯器（10）の運転を制御する。これにより、対象エリア（1）では、圧縮機（12）の運転に起因する消費電力のピーク時刻が互いに分散される。この結果、対象エリア（1）の給湯器（10）の全体の総消費電力のピークを低減できる。

本発明によれば、対象エリア（1）の給湯器（10）の複数のグループ（A,B,C）に分類し、各グループ（A,B,C）の給湯器（10）の消費電力のピーク時刻を互いにずらすため、対象エリア（1）の給湯器（10）の総消費電力のピークを低減できる。これにより、対象エリア（1）の電力供給に対して、電力需要が過剰になることを防止でき、効果的な節電を行うことができる。

また、上記第２や第３の発明によれば、異なるグループ（A,B,C）間の運転時間、あるいは沸き上げ時刻を互いにずらすことで、対象エリア（1）の給湯器（10）の総消費電力のピークを確実に低減できる。また、各々の給湯器（10）では、定格の運転能力（効率の高い運転能力）で沸き上げを行うことができるため、各々の給湯器（10）の消費電力が増大してしまうことも防止できる。

また、第４の発明によれば、対象エリア（1）の圧縮機（12）の運転周波数を周期的に変動させる、あるいは周期的に発停させるとともに、圧縮機の運転周期の位相を互いにずらすことで、異なるグループ（A,B,C）の給湯器（10）を同じ時間帯に運転させつつ、給湯器（10）の消費電力のピークを抑えることができる。

図１は、実施形態に係る給湯システムの全体構成を示す構成図である。図２は、実施形態に係る給湯器の概略の構成図である。図３は、実施形態に係る集中監視サーバのブロック図である。図４は、実施形態に係る給湯システムの制御動作のフローチャートである。図５は、実施形態に係る給湯システムの制御動作のうちピークシフト沸き上げモードのフローチャートである。図６は、実施形態に係るピークシフト沸き上げモードにおける、各グループの運転時間を示すタイミングチャートである。図７は、変形例１に係るピークシフト沸き上げモードにおける、各圧縮機の運転周波数の変化を示すタイミングチャートである。図８は、変形例２に係るピークシフト沸き上げモードにおける、各圧縮機のＯＮ／ＯＦＦの周期を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る給湯システム（S）は、対象エリア（1）の複数の給湯器（10）と、該複数の給湯器（10）とネットワーク（N）を介して接続される集中監視サーバ（給湯制御システム（50））とで構成される。給湯システム（S）の対象エリア（1）は、例えばマンション、ビル、住戸等の１つの建物を対象範囲としてもよいし、これらの複数の建物を含む所定の地域を対象範囲としてもよい。図１に示す例では、所定の地域の複数の住戸Ｘ、Ｙ、Ｚ…を対象エリア（1）とし、これらの住戸Ｘ、Ｙ、Ｚ…に設置された複数の給湯器（10）がネットワーク（N）を介して集中監視サーバ（50）と接続される。

〈給湯器の構成〉
図２に示すように、給湯器（10）は、ヒートポンプ式の給湯器で構成される。給湯器（10）は、二酸化炭素等の冷媒が充填される冷媒回路（11）を備えている。冷媒回路（11）には、圧縮機（12）と水熱交換器（13）と膨張弁（14）と空気熱交換器（15）とが順に接続される。圧縮機（12）は、モータの回転数（即ち、運転周波数）が可変なインバータ式の圧縮機で構成される。水熱交換器（13）は、冷媒回路（11）の冷媒と循環回路（21）の水とを互いに熱交換させる。膨張弁（14）は、冷媒を減圧する減圧機構であり、例えば電子膨張弁で構成される。空気熱交換器（15）は、冷媒と、室外ファン（図示省略）によって搬送される室外空気とを熱交換させる。冷媒回路（11）では、圧縮機（12）が運転されることで、水熱交換器（13）が放熱器となり、空気熱交換器（15）が蒸発器となる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。

貯湯タンク（20）は、水熱交換器（13）によって加熱された水（温水）を貯留する貯留部を構成する。貯湯タンク（20）には、循環回路（21）の流入端と流出端とが接続される。循環回路（21）には、貯湯タンク（20）内の水を搬送して循環させるポンプ（22）が接続される。貯湯タンク（20）には、給湯器（10）の運転（沸き上げ運転）によって蓄えられた温水を所定の利用対象へ供給する供給路（23）が接続される。

〈ネットワークの構成〉
図１に示すように、各住戸には、光回線終端装置（61）、集線装置（62）、及びルータ（63）が設けられる。光回線終端装置（61）は、ネットワーク（N）の終端に接続される。集線装置（62）は、いわゆるハブを構成しており、複数のＬＡＮケーブルを介して、上記ルータ（63）や、他の機器（例えばホームサーバ（64）、パソコン（65a）、スマートフォン（65b）等に接続されている。上述した給湯器（10）には、ルータ（63）に対応する通信アダプタ（66）がそれぞれ設けられる。つまり、各給湯器（10）は、通信アダプタ（66）及びルータ（63）を介して光回線終端装置（61）と接続する。なお、通信アダプタ（66）及びルータ（63）は、無線接続方式であっても有線接続方式であってもよい。このようにして、対象エリア（1）の各給湯器（10）は、ネットワーク（N）を経由して、集中監視サーバ（50）と双方向に通信可能となっている。また、本実施形態のネットワーク（N）には、スマートフォン（65b）等の無線端末が接続されている。つまり、集中監視サーバ（50）は、各住戸Ｘ、Ｙ、Ｚ等の給湯器（10）のユーザと、スマートフォン（65b）により情報の送受信が可能となっている。なお、集中監視サーバ（50）は、ホームサーバ（64）を経由して各給湯器（10）と伝送するようにしてもよい。

〈集中監視サーバ〉
図３に示すように、集中監視サーバ（50）は、データ記憶部（51）、需要電力推定部（52）、ユーザ同意確認部（53）、グループ決定部（54）、及び運転制御部（55）を有している。データ記憶部（51）には、対象エリア（1）における過去の消費電力と、気象情報（天気、室内温度、外気温度、湿度等）との関係を示すデータが記憶される。また、データ記憶部（51）には、各給湯器（10）の仕様（タンク容量や運転能力）や、該給湯器（10）のユーザの情報（例えばユーザのメールアドレス等）も記憶される。

需要電力推定部（52）は、データ記憶部（51）に記憶されたデータ、及び対象エリア（1）における将来（例えば翌日）の気象予測情報（天気、室内温度、外気温度、湿度等）に基づいて、対象エリア（1）の給湯器（10）の総消費電力や、該総消費電力のピーク時刻を推定する。また、需要電力推定部（52）は、対象エリア（S）の空調機の総消費電力や、該総消費電力のピーク時刻も推定する。グループ決定部（54）は、対象エリア（1）の給湯器（10）のうち、詳細は後述するピークシフト制御の対象となる給湯器（10）を複数のグループに分類する。運転制御部（55）は、ピークシフト制御の対象となる給湯器（10）へ所定の制御信号を出力する。

−制御動作−
給湯システム（S）の制御動作について、図４〜図６を参照しながら詳細に説明する。集中監視サーバ（50）では、例えば給湯器（10）が運転される夜間よりも前の所定時刻において、対象エリア（1）における夜間から翌日の昼間までの需要電力が推定される（ステップＳＴ１）。具体的に、ステップＳＴ１では、対象エリア（1）の夜間における給湯器（10）の総消費電力のピークと、該対象エリア（1）の昼間における空調機の総消費電力のピークとが予測される。そして、ステップＳＴ２において、両者のピークのうち昼間の空調機の総消費電力のピークが夜間のピークよりも大きい場合（昼間に電力ピークが発生する場合）、ステップＳＴ３へ移行し、そうでない場合にステップＳＴ４へ移行する。ステップＳＴ３へ移行すると、集中監視サーバ（50）は、対象エリア（1）の各給湯器（10）が、通常の沸き上げ運転を行うように各給湯器（10）へ制御信号を出力する。つまり、ステップＳＴ３へ移行した場合、対象エリア（1）の給湯器（10）は、予め設定された目標の沸上完了時刻において、貯湯タンク（20）内に所定の温度の温水が生成されるように、対象エリア（1）の各給湯器（10）へ制御信号を出力する。一方、ステップＳＴ３からステップＳＴ４へ移行すると、集中監視サーバ（50）は、対象エリア（1）の給湯器（10）が、「ピークシフト沸き上げモード」の運転を行うように、各給湯器（10）へ制御信号を出力する。

〈ピークシフト沸き上げモード〉
ピークシフト沸き上げモードの制御について、図５を参照しながら説明する。ピークシフト沸き上げモードへ移行すると、まず、ステップＳＴ１１において、ユーザに対し、対応する給湯器（10）においてピークシフト制御を行ってもよいか否かの同意の確認が行われる。具体的に、集中監視サーバ（50）のデータ記憶部（51）には、対象エリア（1）の給湯器（10）のユーザのアドレス情報（メールアドレス、ＩＰアドレス等）が記憶されている。集中監視サーバ（50）のユーザ同意確認部（53）は、これらの情報に基づき、対象エリア（1）の各ユーザの端末（パソコン（65a）やスマートフォン（65b））へ確認メールを送信する。ユーザは、該ユーザの給湯器（10）をピークシフト制御の対象としてよいと判断した場合、その旨の同意のメールを集中監視サーバ（50）へ返信する。以上により、本実施形態のユーザ同意確認部（53）では、ピークシフト制御に対するユーザの同意を簡便且つ迅速に確認することができる。

ステップＳＴ１１の後、所定時間が経過しステップＳＴ１２へ移行すると、集中監視サーバ（50）は、ユーザ同意確認部（53）で同意が確認された給湯器（10）を抽出する。つまり、集中監視サーバ（50）の運転制御部（55）は、ユーザ同意確認部（53）で同意が確認された給湯器（10）のみを、ピークシフト制御の対象とする。

次いで、ステップＳｔ１３では、抽出された複数の給湯器（10）をタンク容量（運転容量）毎に大グループに分類する。具体的に、集中監視サーバ（50）には、各給湯器（10）のタンク容量がネットワーク（N）を介して入力される。グループ決定部（54）は、入力されたタンク容量に応じて、対象エリア（1）の給湯器（10）を複数の大グループに分類する。例えばグループ決定部（54）は、タンク容量が大容量である給湯器群を第１グループに、タンク容量が中容量である給湯器群を第２グループに、タンク容量が小容量である給湯器群を第３グループにというように、タンク容量が同じ給湯器（10）を複数の大グループに分類する。

次いで、ステップＳｔ１４では、抽出された各大グループを更に所定数Ｎ（ただし、Ｎは２以上）に分類する。本実施形態では、各大グループの給湯器（10）が３つのグループ（Ａグループ、Ｂグループ、Ｃグループ）に分類される。

次いで、ステップＳＴ１５へ移行すると、集中監視サーバ（50）から対象となる各給湯器（10）へネットワーク（N）を介して制御信号が出力される。この結果、制御対象となる各給湯器（10）では、図６に示すようなピークシフト制御が行われる。

〈ピークシフト制御〉
図６に示すように、ピークシフト制御では、各小グループ（Ａグループ、Ｂグループ、Ｃグループ）同士の運転時間を互いにずらすように、対象エリア（1）の給湯器（10）が運転される。具体的に、各給湯器（10）は、異なる小グループの給湯器（10）の沸き上げ完了時刻（貯湯タンク（20）内で所望とする温度の温水が生成されるまでの時刻）を互いにずらすように、各給湯器（10）の運転が制御される。また、各小グループの給湯器（10）は、圧縮機（12）の運転効率が最も高くなるように運転周波数が制御される。従って、本実施形態のピークシフト制御の対象となる給湯器（10）では、通常の「沸き上げモード」の運転と同等の電力が消費される。

一方、このようにして各給湯器（10）の運転時間を互いにずらすと、小グループ毎の給湯器（10）の全体の消費電力のピーク時刻は、図６の運転時間と同様にして互いにずれることになる。この結果、対象エリア（1）の給湯器（10）の総消費電力のピーク値を抑えることができ、対象エリア（1）で所望の節電効果を得ることができる。

−実施形態の効果−
上記実施形態では、対象エリア（1）の給湯器（10）の複数のグループ（A,B,C）に分類し、各グループ（A,B,C）の給湯器（10）の運転時間を互いにずらしている。これにより、対象エリア（1）の給湯器（10）の総消費電力のピークを低減できる。この結果、対象エリア（1）の電力供給に対して、電力需要が過剰になることを防止でき、効果的な節電を行うことができる。

−実施形態の変形例１−
図７に係る実施形態の変形例１は、上記実施形態とピークシフト制御の方法が異なるものである。この変形例１では、上記実施形態と同様にして、給湯器（10）が複数のグループ（図７の例では、２グループ）に分類される。ピークシフト制御の対象となる給湯器（10）では、圧縮機（12）の運転周波数が所定の周期で変動するように制御される。具体的に、各給湯器（10）は、圧縮機（12）の運転周波数が、所定の下限周波数ｆminと所定の上限周波数fmaxとの間で増減変化するように、圧縮機（12）のモータの回転数が制御される。

また、この変形例１のピークシフト制御では、各小グループの圧縮機（12）の運転周期の位相を互いにずらすように給湯器（10）が制御される。図７の例では、圧縮機（12）の運転周波数の変化の位相が半周期分だけ互いにずれている。この結果、変形例１のピークシフト制御では、対象エリア（1）の給湯器（10）の総消費電力のピークを半減することができる。また、変形例１では、グループＡの給湯器（10）と、グループＢの給湯器（10）とを同じ時刻に運転することができ、ひいては沸上完了時刻も同じ時刻（例えば朝方の５時）とすることができる。このため、一方のグループの給湯器（10）の沸上完了時刻が、実際に温水を使用する時刻に対して早すぎとなることを防止でき、ひいては貯湯タンク（20）内の温水の放熱ロスを低減できる。

−実施形態の変形例２−
図８に係る実施形態の変形例２は、上記実施形態とピークシフト制御の方法が異なるものである。この変形例２では、上記実施形態と同様にして、給湯器（10）が複数のグループ（図８の例では、２グループ）に分類される。ピークシフト制御の対象となる給湯器（10）では、圧縮機（12）が所定の周期で発停を繰り返すように制御される。図８の例では、圧縮機（12）がＯＮされる時間と、ＯＦＦされる時間とが同じ時間に設定される。

また、この変形例２のピークシフト制御では、各小グループの圧縮機（12）の発停の周期の位相を互いにずらすように給湯器（10）が制御される。図８の例では、各小グループ（グループＡとグループＢ）間において、圧縮機（12）がＯＮされる時間と、ＯＦＦされる時間とが相互に反転している。この結果、変形例２のピークシフト制御においても、対象エリア（1）の給湯器（10）の総消費電力のピークを半減することができる。また、変形例２においても、グループＡの給湯器（10）と、グループＢの給湯器（10）とを同じ時間に運転することができ、ひいては沸上完了時刻も同じ時刻（例えば朝方の５時）とすることができる。このため、一方のグループの給湯器（10）の沸上完了時刻が、実際に温水を使用する時刻に対して早すぎとなることを防止でき、ひいては貯湯タンク（20）内の温水の放熱ロスを低減できる。

以上説明したように、本発明は、対象エリアの複数の給湯器を制御する給湯制御システムについて有用である。

S 給湯制御システム
10 給湯器
12 圧縮機
50 集中監視サーバ（給湯制御システム）
54 グループ決定部
55 運転制御部

Claims

対象エリア（1）の複数の給湯器（10）を、同じタンク容量の給湯器（10）からなる複数の給湯器群に分類し、該複数の給湯器群の各給湯器（10）を予め定められた所定値Ｎ（Ｎは２以上）の複数のグループにそれぞれ振り分けて分類するグループ決定部（54）と、
上記グループ決定部（54）で分類された複数のグループ（A,B,C）のうち異なるグループの給湯器（10）間の消費電力のピーク時刻を互いにずらすように上記複数の給湯器（10）の運転を制御する運転制御部（55）と
を備えている
ことを特徴とする給湯制御システム。
請求項１において、
上記運転制御部（55）は、上記異なるグループ（A,B,C）の給湯器（10）の運転時間を互いにずらすように構成される
ことを特徴とする給湯制御システム。
請求項２において、
上記給湯器（10）は、上記異なるグループの給湯器（10）の沸上完了時刻を互いにずらすように構成される
ことを特徴とする給湯制御システム。
請求項１において、
上記給湯器（10）は、圧縮機（12）を有するヒートポンプ式の給湯器で構成され、
上記運転制御部（55）は、上記各グループの給湯器（10）の圧縮機（12）の運転周波数を周期的に変化させる又は該圧縮機（12）を周期的に発停させるとともに、上記異なるグループの給湯器（10）の圧縮機（12）の運転周期の位相を互いにずらすように構成される
ことを特徴とする給湯制御システム。