JP5919881B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置に関する。

ヒートポンプ式給湯装置は、たとえば、熱源ユニット内の熱交換器によって加熱された温水を貯湯タンクに貯めるように構成される。現状の電力料金は、夜間の電力料金が昼間に比べて安く設定されているため、貯湯タンクを備えたヒートポンプ式給湯機では、夜間に温水の沸き上げ運転を行って貯湯タンクに貯めておくことが一般的である。

この場合、夜間において沸かした温水を昼間に使い切って、再び夜間において沸き上げて貯めておくことが好ましい。

ところが、使用する湯量は日によって相違して一定ではないことから、夜間に貯めておいた湯量では不足して湯切れ状態となる場合があった。このような湯切れ状態が発生すると、使用中の温湯が急に水に変わるなどの不都合が生じる。このような不足分を補うために、貯湯タンク内の温水を沸き上げる運転を行うこととなるが、昼間の料金単価の高い時間帯に運転する必要が生じて、ランニングコストが引き上げられるという問題がある。

そこで、貯湯タンク内の温水の残湯量と、ユーザからの操作内容に基づいて、沸き上げ運転を行うか否かの判断をするとともに、過去の使用湯量に基づいて必要湯量を設定できるようにしたヒートポンプ式給湯装置が存在する（特許文献１：特開２００７−２８５６３３号公報）。

最近では、電力需用者に供給される電力エネルギーを、電力会社、または電力会社と需用者との間を仲介するアグリゲータと呼ばれる事業者によって管理し、季節や時間帯、天候、その他の条件に応じた消費電力の抑制や効率的な電力利用を促進するシステムが提案されている。

例えば、電力需要が大きくなる季節や時間帯に、電力供給量が需要を下回ることがないように、需用者に対して電力利用を抑制するようなデマンドを送信して、需用者側の機器の運転制御を行う。

また、電力供給側において風力発電や太陽光発電が増えると、天候変化により発電量が増減することになる。総発電量と総消費電力量とが一致しない場合、電力系統の周波数が変化し、電力系統に障害が発生する。

このため、エネルギー管理者側から通信回線を介して電力需用者側の各機器に対して、消費電力の抑制や効率的な電力利用が促進するためのデマンドを送信して各機器の運転制御を行う。

さらに、夜間と昼間などの時間帯別料金の設定がさらに細分化されて、時間別に料金を変化させるリアルタイムプライシングの料金体系についても実用化されつつある。

前述したように、貯湯タンク内の残湯量とユーザの操作内容に対応して、沸き上げ運転の制御を行う場合、予測によって得られた一日に使用する湯量を夜間に沸かし、予測が外れ湯切れすると判断した場合には昼間に追加沸き上げを実施する、というように起こりうる事象の場合分けの数が少なく、比較的簡単なアルゴリズムで運転制御プログラムを構成することができる。

しかしながら、上位のエネルギー管理装置から送信されてくるデマンドに応答する場合や、リアルタイムプライシングに対応して料金の最低化を考慮する場合には、起こりうる事象の数が非常に多くなり、制御運転プログラムが複雑になる。

本発明の目的は、上位のエネルギー管理装置から送信されるデマンドやリアルタイムプライシングへの応答を行うヒートポンプ式給湯装置であって、ユーザの需要に応じた運転計画を立案できるようにしたヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。

第１の発明に係るヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプにより水を加熱して給湯又は暖房に使用する温水を提供するヒートポンプ給湯装置であって、デマンド情報受信部と、実績値記憶部と、使用湯量予測部と、運転計画立案部と、運転制御部とを備える。

デマンド情報受信部は、上位のエネルギー管理装置から送信されるエネルギー消費推奨値又はエネルギー価格に関する情報である供給側提供情報を受信する。

実績値記憶部は、給湯又は暖房に使用した使用湯量の実績値と、デマンド情報受信部で受信した供給側提供情報とを蓄積する。

使用湯量予測部は、実績値記憶部に蓄積された使用湯量の実績値及び供給側提供情報に基づいて、予測使用湯量を予測する。

運転計画立案部は、予測使用湯量に基づいてヒートポンプの運転計画を作成する。

運転制御部は、運転計画立案部により作成された運転計画に基づいてヒートポンプの運転制御を行う。

本発明に係るヒートポンプ給湯装置では、上位のエネルギー管理装置から送信される供給側提供情報と、使用湯量の実績値に基づいて立案された運転計画によりヒートポンプの運転制御を行っていることから、ユーザの需要を満たすとともに上位のエネルギー管理装置からのデマンドに対応した運転制御を効率的に行うことが可能となる。

ここで、ヒートポンプにより加熱された温水を貯留する貯湯タンクをさらに備え、運転計画立案部は、貯湯タンクの現在の熱量、及び予測使用湯量に基づいて、ヒートポンプによる湯沸かし量を決定することができる。

また、運転計画立案部は、貯湯タンクの現在の熱量、及び予測使用湯量に基づいて決定されたヒートポンプによる湯沸かし量から電力消費量を算出し、算出された電力消費量とエネルギー価格に関する情報に基づいて、電力料金が最小となるように、運転計画を作成することができる。

本発明では、上位のエネルギー管理装置から提供される供給側提供情報に基づいて、デマンドに対応した運転制御、またはリアルタイムプライシングに対応して料金最低化を図る運転制御を行うとともに、需用者の快適な使用を妨げることがない運転計画を立案して、実行することが可能となる。

図１は、エネルギー管理システムの全体構成を示す模式図である。 図２は、上位エネルギー管理装置の構成を示すブロック図である。 図３は、ヒートポンプ式給湯装置２０の構成を示す模式図である。 図４は、ヒートポンプ式給湯装置２０の制御部２７の構成を示すブロック図である。 図５は、運転計画立案部２０７が立案した運転計画に従って運転制御を行う際のフローチャートである。

以下、図を参照しながら、本発明に係るヒートポンプ式給湯装置の一実施形態について説明する。

（１）エネルギー管理システム
図１は、本発明のヒートポンプ式給湯装置の運転制御を行うエネルギー管理システムの全体構成を示す模式図である。

図示した例では、電力会社１から需用者２（需用者Ａ，Ｂ）に提供されるエネルギーが管理される。図１に示すように、電力会社１は、上位エネルギー管理装置１０（上位のエネルギー管理装置の一例）を有し、需用者２はそれぞれヒートポンプ式給湯装置２０（ヒートポンプ式給湯装置の一例）を有する。

需用者２は、一般家庭、またはオフィスビル、テナントビル、工場などの設備機器を備える物件である。

電力会社１の上位エネルギー管理装置１０は、インターネットなどの通信ネットワーク３を介して、需用者２のヒートポンプ式給湯装置２０に接続可能になっている。

（２）上位エネルギー管理装置１０
図２は、上位エネルギー管理装置１０の構成を示すブロック図である。

上位エネルギー管理装置１０は、電力会社１に設定されており、インターネットなどの通信ネットワーク３を介して、需用者２のヒートポンプ式給湯装置２０に接続されている。

図示した例では、需要者２として、需用者Ａ，Ｂの２つの物件のみを例示しているが、これに限定されるものではなく、１つの上位エネルギー管理装置１０が２以上の物件について管理する構成とすることもでき、また１つの物件のみを管理する構成とすることもできる。

上位エネルギー管理装置１０は、通信部１０１、記憶部１０２、制御部１０３を備えている。

通信部１０１は、上位エネルギー管理装置１０を通信ネットワーク３に接続可能にするためのインターフェイスである。

記憶部１０２は、主としてハードディスクドライブなどの記憶装置で構成されており、上位エネルギー管理装置１０の機能を実行するためのプログラムを記憶している。

また、記憶部１０２は、管理物件記憶領域１０２ａ、物件情報記憶領域１０２ｂを備えている。

管理物件記憶領域１０２ａは、電力会社１の管理対象である需用者２に関する情報が記憶されている。具体的には、需用者２の識別情報、ヒートポンプ式給湯装置２０の識別情報、その他機器の基本情報などが格納されている。

物件情報記憶領域１０２ｂは、需用者２のヒートポンプ式給湯装置２０から送られてくるエネルギー消費量の実績値情報、各ヒートポンプ給湯装置２０において立案された運転計画情報などを記憶する。エネルギー消費量の実績値情報は、ヒートポンプ式給湯装置２０において所定期間に実際に消費されたエネルギー量の実績値に関する情報である。また、運転計画情報は、ヒートポンプ式給湯装置２０がエネルギー消費量の実績値情報に基づいて立案した今後の所定期間における運転予定情報である。

制御部１０３は、主としてＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭで構成されている。制御部１０３は、記憶部１０２に記憶されている上位エネルギー管理装置のプログラムを読み出して実行する。

制御部１０３は、情報収集部１０３ａ及びデマンド送信部１０３ｂを有している。情報収集部１０３ａ及びデマンド送信部１０３ｂは、制御部１０３が上位エネルギー管理装置のプログラムを実行することによって、制御部１０３に形成される機能部である。

情報収集部１０３ａは、電力会社１が有するエネルギー系統におけるエネルギーの需要と供給とを調整するために、エネルギーの需要・供給に関する情報を収集する。

デマンド送信部１０３ｂは、需用者２のヒートポンプ式給湯装置２０に対して消費量の要求を行うためのデマンドを送信する。たとえば、エネルギーの需要が供給を上回りそうな時間帯では、デマンド送信部１３０ｂは、エネルギーの消費抑制を需要者に要求するためのデマンドを送信する。逆に、エネルギー供給が需要を上回りそうな時間帯では、デマンド送信部１０３ｂは、エネルギーの消費促進を需用者に要求するためのデマンドを送信する。

デマンド送信部１０３ｂは、このような需用者に対するエネルギー消費に関する要求を時間帯別（例えば、１分毎）にエネルギー消費要求値として決定し、需用者２のヒートポンプ式給湯装置２０に送信する。

この上位エネルギー管理装置１０は、電力会社１に設置されるサーバコンピュータで構成することができる。

また、電力会社１と複数の需要者２との間を仲介するアグリゲータと呼ばれる事業者が、上位エネルギー管理装置１０を管理するように構成することもできる。アグリゲータは、複数の需用者をとりまとめて、各需用者に代わって電力会社との間でエネルギー消費の調整を仲介する事業者である。

上位エネルギー管理装置１０から送信されるデマンドには、各ヒートポンプ式給湯装置２０の識別情報（ＩＤ）、時間帯別の要求値、インセンティブとしての報酬金または罰金に関する情報が含むデータである。また、リアルタイムプライシングを実施している場合には、上位エネルギー管理装置１０から所定期間における時間別料金を送信する。時間別料金は、たとえば、次の日の一日分の料金変動、一時間毎に次の一時間分の料金変動を、１分毎に決定したエネルギー価格に関する情報として送信する。

また、上位エネルギー管理装置１０は、各ヒートポンプ式給湯機２０から、エネルギー消費の計画値及び実際のエネルギー消費の実績値を受信する。受信したエネルギー消費の計画値及び実際のエネルギー消費の実績値は、記憶部１０２の所定の領域に記憶させることができ、たとえば、物件情報記憶領域１０２ｂに記憶することもできる。

（３）ヒートポンプ給湯装置２０
図３は、ヒートポンプ式給湯装置２０の構成を模式的に示した図である。

図示したヒートポンプ式給湯装置２０は、給湯の他に、居室の暖房か可能な暖房給湯装置である。

ヒートポンプ式給湯装置２０は、ヒートポンプユニット２１、貯湯タンク２２、給湯配管２３、暖房用循環回路２４、制御部２７を備えている。

ヒートポンプユニット２１は、冷媒回路３５を有しており、貯湯タンク２２から送られてくる水を沸き上げて温水にする。冷媒回路３５は、主として、圧縮機３２と、熱交換路を構成する水熱交換器３３と、減圧機構としての電動膨張弁３４と、空気熱交換器３１とを順に接続して構成される。水熱交換器３３は、貯湯タンク２２側から引き込まれる配管との間で、熱交換を行い、貯湯タンク２２に貯えられる温水の沸き上げを行う。空気熱交換器３１には、空気熱交換機３１の熱交換機能を調整するためのファン３６が付設されている。

貯湯タンク２２は、ヒートポンプユニット２１で加熱された温水を貯える。貯湯タンク２２の内側には、図示しないセンサ類が設置されており、貯湯タンク２２内の温水の温度や水位などを感知して、制御部２７に送信する。

貯湯タンク２２は、沸き上げ用循環回路２５を介してヒートポンプユニット２１と接続されている。沸き上げ用循環回路２５は貯湯タンク２２に貯えられた温水のうち、下部にある比較的低温になった温水を水熱交換器３３に通して、貯湯タンク２２に戻す。

給湯配管２３は、水が供給される給水配管から分岐し、貯湯タンク２２内に設けられた給湯用熱交換器３７に引き込まれており、給水配管から供給される水道水を給湯用熱交換器３７により貯湯タンク２２内の温水と熱交換させて、家庭のキッチン、浴槽、シャワーなどに温水を供給する配管である。

暖房用循環回路２４は、貯湯タンク２２内に貯められた温水を、建物の床などに設置された複数のラジエータ２６を経由させた後、再び、貯湯タンク２２内に戻して循環させる。複数のラジエータ２６は、建物の居室内に設置された放熱器として機能し、設置された居室内の暖房器具として利用される。

制御部２７は、ヒートポンプ式給湯装置２０の圧縮機３２及びファン３６などの水熱交換の構成要素を制御する。制御部２７は、たとえば、貯湯タンク２２内の温水の温度が所定の温度を下回った場合に、所定の温度に上昇するまで沸き上げ運転を開始する。沸き上げ運転では、貯湯タンク２２内の温水を沸き上げ循環回路２５を介してヒートポンプユニット２１に流し、水熱交換器３３を通して温水に加熱して貯湯タンク２２に戻す。

また、制御部２７は、ユーザがリモコンを操作することにより入力される情報に基づいて、ヒートポンプ式給湯装置２０の運転制御を行う。また、所定のアルゴリズムに沿って立案した運転計画に基づいてヒートポンプ式給湯装置２０の各構成要素の制御を行う。運転計画は、ユーザがリモコンを介して入力する情報に基づいて設定が行われる他、制御部２７によるヒートポンプ式給湯装置２０の日々の運転実績を学習することによって作成される。さらに、制御部２７は、上位エネルギー管理装置１０から送信されるデマンドに基づいてヒートポンプ式給湯機２０の運転制御を行う。

図４は、ヒートポンプ式給湯機２０の制御部２７の構成を示すブロック図である。

制御部２７は、主に、通信部２０１、記憶部２０２、デマンド受信部２０３、環境情報収集部２０４、運転情報収集部２０５、需要予測部２０６、運転計画立案部２０７、運転制御部２０８を備えている。

通信部２０１は、インターネット等の通信ネットワーク３との接続を行うインターフェイスである。

記憶部２０２は、主にハードディスクドライブなどの記憶装置で構成され、ヒートポンプ式給湯装置２０の各部を制御するためのプログラムを記憶している。また、記憶部２０２は、運転実績記憶領域２０２ａ、デマンド情報記憶領域２０２ｂを備えている。

運転実績記憶領域２０２ａは、ヒートポンプ式給湯機２０の運転実績に関する情報が記憶されている。運転実績に関する情報としては、例えば、ユーザが使用した使用湯量の実績値、貯湯タンク２２内に貯められる温水の沸き上げに使用した熱量などを含む時間帯別のエネルギー消費実績値が含まれる。

デマンド情報記憶領域２０２ｂには、上位エネルギー管理装置１０から送信されてきたデマンドの種別、デマンドの時間長さ、及びデマンドを受信したタイミングにおける環境情報を関連付けたデマンド情報が記憶される。たとえば、制御部２７は、上位エネルギー管理装置１０からデマンドを受信したタイミングにおける季節、曜日、時刻、天候、気温などの環境情報を収集する。制御部２７は、受信したデマンドが、たとえば消費電力に関して運転抑制なし、０〜３０％の運転抑制あり、３０〜７０％の運転抑制あり、７０〜１００％の運転抑制ありなどのデマンド種別に分類し、収集した環境情報とともにデマンド情報としてデマンド情報記憶部２０２ｂに記憶する。

また、リアルタイムプライシングが実施されている場合には、制御部２７は、上位エネルギー管理装置１０から所定期間における時間別料金の情報を受信して、これをデマンド情報記憶領域２０２ｂに記憶する。

デマンド受信部２０３は、上位エネルギー管理装置１０から送信されるデマンドを受信して、受信したタイミングにおける環境情報とともにデマンド情報記憶領域２０２ｂに記憶する。また、リアルタイムプライシングが実施されている場合には、上位エネルギー管理装置１０から送信される時間別料金の情報を受信し、デマンド情報記憶領域２０２ｂに記憶する。

環境情報収集部２０４は、現在の季節、曜日、時刻、天候、気温などの情報を収集するものであり、ＣＰＵ内に備えるクロック及びカレンダーから季節、曜日、時刻などの時間に関するデータ収集し、通信ネットワーク３を介して天候及び気温データを収集する。気温データについては、ヒートポンプ式給湯装置２０に設けられているセンサから収集することも可能である。

運転情報収集部２０５は、所定の時間間隔で、ヒートポンプ式給湯装置２０の運転状況に関する情報を収集する。運転情報収集部２０５は、貯湯タンク２２に設けられているセンサから内部の温水の温度や残量に関する情報を収集する。また、運転情報収集部２０５は、ヒートポンプ２１の圧縮機３２の回転数やファン３６の回転数などに基づいてヒートポンプ２１の運転情報を収集する。運転情報収集部２０５で収集された運転情報は、記憶部２０２の所定領域に記憶される。さらに、運転情報収集部２０５は、給湯に用いられている水の使用量及ヒートポンプ式給湯装置２０が使用している電力をメータなどから収集する。

需要予測部２０６は、運転実績記憶領域２０２ａに記憶されている運転実績に関する情報から、ユーザの需要を予測する。需要予測部２０６は、時間毎の運転実績に基づいて、現在から所定時間後までのユーザの使用湯量を予測して、これを記憶部２０２の所定の領域に記憶させる。

運転計画立案部２０７は、需要予測部２０６において予測されたユーザの需要と、デマンド受信部２０３で受信したデマンドまたは時間別料金の情報、ヒートポンプ給湯装置２０の成績係数ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）などに基づいて、運転計画を立案する。

運転制御部２０８は、運転計画立案部２０７によって立案された運転計画に基づいて、ヒートポンプ式給湯装置２０の運転制御を実行する。

（４）運転制御のフローチャート
図５は、運転計画立案部２０７が立案した運転計画に従って運転制御を行う際のフローチャートである。

ステップＳ１０１において、デマンド受信部２０３が上位エネルギー管理装置１０からの供給側提供情報を受信する。

ここでの供給側提供情報は、電力需給の調整のために電力使用の抑制または促進を要求するためのエネルギー消費推奨値を含むデマンド、又は、リアルタイムプライシングが実施されている場合には時間毎のエネルギー価格に関する情報である。

デマンド受信部２０３は、上位エネルギー管理装置１０から受信した供給側提供情報をデマンド情報記憶領域２０２ｂに記憶させる。

ステップＳ１０２において、運転計画立案部２０７がユーザの需要情報を取得する。

運転計画立案部２０７は、ユーザにより設定されたスケジュールやユーザが入力した操作内容に基づいて、必要となる湯量を算出する。また、需要予測部２０６により予測されて記憶部２０２に記憶されているユーザの使用湯量を読み出して、ユーザの需要情報とする。

ステップＳ１０３では、ヒートポンプ式給湯装置２０の定格性能などの機器情報と、デマンド情報記憶領域２０２ｂに記憶された供給側提供情報と、ユーザの需要情報とに基づいて運転計画を立案する。

運転計画立案部２０７は、数理計画法により、たとえば、電力料金が最低になるように、貯湯タンク２２内の温水の沸き上げ運転を計画する。

たとえば、リアルタイムプライシングが実施されている場合に、運転計画立案部２０７は、時刻ｔ₀＋ｋＴからｔ₀＋（ｋ＋１）ＴにおけるＴ時間での電力料金をＰａｙ（ｋ）として、時刻ｔ₀からｎＴ時間後までの電力料金ΣＰａｙ（ｋ）の最小化を図ることを問題とする。

この場合、運転計画立案部２０７が運転計画を立案する際に用いる目的関数と、その制約を示す数理計画問題を以下のように示すことができる。

式１は、数理計画問題における目的関数であって、運転計画立案部２０７は、時刻ｔ₀＋ｋＴからｔ₀＋（ｋ＋１）Ｔにおける電力料金Ｐａｙ（ｋ）の合計値が最小になるように、決定変数Ｑ_eq（ｋ）の最適解を求める。決定変数Ｑ_eq（ｋ）は時刻ｔ₀＋ｋＴから時刻ｔ₀＋（ｋ＋１）Ｔにおける区間Ｔ時間での温水の沸き上げ量を表すものであって、ヒートポンプユニット２１による水熱交換処理を実行する熱量Ｑ_eq（ｋ）^*が決定変数Ｑ_eq（ｋ）の最適解となる。

式２〜式６は、問題となる目的関数の最適解が満たすべき制約である。

式２に示すように、運転計画立案部２０７は、時刻ステップｋにおける最終時刻ｔ₀＋（ｋ＋１）Ｔでの貯湯タンク２２内の温水に必要な熱量Ｑ（ｋ）が、初期時刻ｔ₀＋ｋＴでの貯湯タンク２２内の温水の熱量Ｑ（ｋ−１）と、ヒートポンプユニット２１の沸き上げにより供給される熱量Ｑ_eq（ｋ）と、ユーザが使用する湯量により消費される熱量Ｑ_usr（ｋ）との合計に整合するようにする。

ここで、ユーザが使用する湯量により消費される熱量Ｑ_usr（ｋ）は、ユーザにより設定されたスケジュールやユーザが入力した操作内容に基づいて算出された湯量、または、需要予測部２０６により予測されて記憶部２０２に記憶されているユーザの使用湯量から求めることができる。

運転計画立案部２０７は、この式２により、ヒートポンプユニット２１の沸き上げ運転により必要となる決定変数である熱量Ｑ_eq（ｋ）を求める。

式３に示すように、運転計画立案部２０７は、ヒートポンプユニット２１の沸き上げにより供給される熱量Ｑ_eq（ｋ）に基づいて、ヒートポンプユニット２１の消費電力量を算出する。運転計画立案部２０７は、時刻ステップｋにおけるヒートポンプユニット２１の成績係数α_cop（ｋ）と、熱量Ｑ_eq（ｋ）とを掛けることにより、ヒートポンプユニット２１の消費電力Ｐ_eq（ｋ）を算出する。

式４に示すように、運転計画立案部２０７は、ヒートポンプユニット２１の消費電力ｐ_eq（ｋ）と、その時の電力価格Ｒａｔｅ（ｋ）を掛けることによって、時刻ステップｋにおける電力料金Ｐａｙ（ｋ）を算出する。電力価格Ｒａｔｅ（ｋ）は、上位エネルギー管理装置１０から計画的に配信される電力価格であって、リアルタイムプライシングが実施されている場合には、例えば１分単位で電力価格が変動するように設定される。

上位エネルギー管理装置１０が、最小消費電力Ｐ_min（ｋ）及び／又は最大消費電力Ｐ_max（ｋ）をデマンドとして送信してきている場合には、運転計画立案部２０７は、式５が成り立つように考慮する。ここでは、運転計画立案部２０７は、消費電力Ｐ_eq（ｋ）が最小消費電力Ｐ_min（ｋ）と、最大消費電力Ｐ_max（ｋ）との間になるようにする。

さらに、式６に示すように、運転計画立案部２０７は、貯湯タンク２２内の温水の熱量が最大を超えないことを考慮する。貯湯タンク２２内に貯められる温水の湯量及び温度は、ユーザが給湯に使用する湯量や暖房に必要となる熱量に基づいて決定することができ、運転計画立案部２０７は、貯湯タンク２２内の温水の熱量が、予測される必要熱量に所定の余裕を付加した最大熱量Ｑ_max以下になるように考慮する。

運転計画立案部２０７は、これら式２〜６の制約を満たす最適解として、ヒートポンプユニット２１の沸き上げ運転を行う各時刻ステップでの沸き上げ湯量であるＱ_eq（ｋ）の実行可能集合を求め、式（１）を満たすＱ_eq（ｋ）を導出する。これにより、リアルタイムプライシングが実施されている場合には、料金が比較的安い時間帯により多くヒートポンプユニット２１による沸き上げ運転を行うような解が得られ、かつユーザの需要を満たすために貯湯タンク２２内の温水の熱量が不足しないように、運転計画を立案することができる。

上位エネルギー管理装置１０からのデマンドが送信されている場合には、その時の消費電力が運転の抑制または促進のデマンドに対応するように、運転計画立案部２０７が運転計画を立案する。

ステップＳ１０４において、運転計画立案部２０７で立案された運転計画に沿って、運転制御部２０８が運転制御する。運転制御部２０８は、運転計画立案部２０７が数理計画法により求めた最適解Ｑ_eq（ｋ）を用いて、ヒートポンプユニット２１による沸き上げ運転を実行する。

このような構成によれば、ユーザの需要情報に応じた運転計画を立案することができるため、ユーザがヒートポンプ式給湯装置２０から温湯の供給を受けている際に、湯切れを生じることを防止できる。

また、上位エネルギー管理装置１０から送信されてくるデマンドに対応した運転ができるため、インセンティブを考慮して電力料金を最低化することも可能である。さらに、リアルタイムプライシングが実施されている場合にも、比較的低価格である時間帯を選択してヒートポンプユニット２１の沸き上げ運転を実行することができるため、電力料金を抑制することが可能となる。

この実施形態では、数理計画法を用いた電力料金の最低化を行う場合についての１実施形態を説明したが、数理計画問題に対する制約は例示した式以外のものを適用することができ、例示したものに限定されるものではない。

また、数理計画問題の目的関数は、消費電力の最低化に関するものであってもよい。

本発明の具体的な実施形態について上述したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

本発明は、上位のエネルギー管理装置から送信されるエネルギー消費推奨値又はエネルギー価格に関する情報である供給側提供情報を受信して運転制御するヒートポンプ式給湯装置に適用することができる。

１０ 上位エネルギー管理装置
２０ ヒートポンプ式給湯装置
２１ ヒートポンプユニット
２２ 貯湯タンク
２０１ 通信部
２０２ 記憶部
２０２ａ 運転実績記憶領域
２０２ｂ デマンド情報記憶領域
２０３ デマンド受信部
２０４ 環境情報収集部
２０５ 運転情報収集部
２０６ 需要予測部
２０７ 運転計画立案部
２０８ 運転制御部

特開２００７−２８５６３３号公報

Claims (4)

1. ヒートポンプにより水を加熱して給湯又は暖房に使用する温水を提供するヒートポンプ式給湯装置であって、
   上位のエネルギー管理装置から送信されるエネルギー消費推奨値又はエネルギー価格に関する情報である供給側提供情報を受信するデマンド情報受信部と、
   前記給湯又は暖房に使用した使用湯量の実績値と、前記デマンド情報受信部で受信した供給側提供情報とを蓄積する実績値記憶部と、
   前記実績値記憶部に蓄積された使用湯量の実績値及び供給側提供情報に基づいて、予測使用湯量を予測する使用湯量予測部と、
   前記ヒートポンプの機器情報および前記予測使用湯量に基づいて数理計画法を用いて、電力料金総額を最小とするような前記ヒートポンプの運転計画を作成する運転計画立案部と、
   前記運転計画立案部により作成された運転計画に基づいて前記ヒートポンプの運転制御
   を行う運転制御部と、
   を備え、
   前記数理計画法では、前記供給側提供情報、前記使用湯量の実績値、前記予測使用湯量、前記機器情報を用いた連立方程式の解が、前記運転計画として導出されるヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記ヒートポンプにより加熱された温水を貯留する貯湯タンクをさらに備え、
   前記運転計画立案部は、前記貯湯タンクの現在の熱量、及び前記予測使用湯量に基づいて、前記ヒートポンプによる湯沸かし量を決定する、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記運転計画立案部は、前記貯湯タンクの現在の熱量、及び前記予測使用湯量に基づいて決定された前記ヒートポンプによる湯沸かし量から電力消費量を算出し、算出された電力消費量と前記エネルギー価格に関する情報に基づいて、前記電力料金総額が最小となるように、前記運転計画を作成する、請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記連立方程式は下式であり、
   

   

   ここで、
   Ｐａｙ（ｋ）は電力料金の時間推移であり、
   ΣＰａｙ（ｋ）は前記電力料金総額であり、
   Ｑ（ｋ）は前記貯湯タンクの熱量の時間推移であり、
   Ｑ _eq （ｋ）は前記ヒートポンプ式給湯装置の沸き上げ熱量であり、
   Ｑ _usr （ｋ）はユーザが消費する熱量であり、
   Ｐ _eq （ｋ）は消費電力であり、
   α _COP （ｋ）は前記ヒートポンプ式給湯装置の成績係数であり、
   Ｒａｔｅ（ｋ）は電気単価時間推移であり、
   Ｐ _min （ｋ）は前記エネルギー消費推奨値の最小値であり、
   Ｐ _max （ｋ）は前記エネルギー消費推奨値の最大値であり、
   Ｑ _max は前記貯湯タンクの定格熱量である、
   請求項３に記載のヒートポンプ式給湯装置。

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