JP6435240B2 - 空調システム、および空調システムを利用したデマンドコントロール方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、空調システム、および空調システムを利用したデマンドコントロール方法に関する。

現在、電力会社では、電力を使用する需要家ごとに契約電力が設定されている。そして、各需要家について３０分間の消費電力の積算値から算出される、単位時間あたりの消費電力の平均値（デマンド値）が、契約電力を超えているか否かが監視され、契約電力を超えることがないように制御する必要がある。

これに対応し、工場やオフィスビルなどの大型の建物においては、消費電力が契約電力を超えないように管理するためのデマンドコントローラが設置されている。デマンドコントローラは、時々刻々と変化する消費電力に基づいて次回算出されるデマンド値を予測し、予測したデマンド値が契約電力を超えると、これを報知するための警報信号を出力する。

そして需要家側では、デマンドコントローラから警報信号が出力されると、建物内の電気機器に関し、消費電力を抑えるために予め設定された制御が実行される。

特開２０１３−２１０１３７号公報

建物内の消費電力量の中では空調システムが大きな割合を占める場合が多く、デマンドコントローラから警報信号が出力された際には、空調システム内の機器を制御することで消費電力を低減させることが多い。

空調システムにおいては、空調機または空調機の冷凍サイクルを駆動するコンプレッサの停止、運転能力上限制限、または設定温度変更等により消費電力を低減させることができるが、それぞれの制御による消費電力の低減効率は警報信号が出力される要因、例えば、空調機またはコンプレッサの運転台数の増加、設定温度の変更、室内温度の変化、または外気温度の変化等によって大きく異なる。

しかし、警報信号が出力された際に実行する制御の内容は利用者側の利便性により予め設定されていることが多く、状況に応じた効率のよいデマンドコントロールが行われない場合があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、建物内の消費電力が契約電力を超えるおそれがあることが検知されたときに、効率良く、確実なデマンドコントロールを行うことが可能な空調システム、および空調システムを利用したデマンドコントロール方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための実施形態によれば空調システムは、建物内の消費電力が契約電力を超えるおそれがあるときに警報情報を出力するデマンドコントローラに接続される。当該空調システムは、デマンドコントローラから警報情報が出力されたとき、または建物内に設置された空調機の消費電力が所定時間内で所定値以上増加したことを検知したときに、所定時間内に空調機が停止状態から運転状態に移行したことを認識すると当該空調機の運転を停止させるための強制停止指令を出力し、所定時間内における空調機の設定温度の変化量が所定値以上であることを認識すると当該空調機の設定温度の変化量を所定値未満にするための室温補正指令を出力する。

本発明の一実施形態による空調システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による空調システムの集中コントローラで取得された情報のうち、（ａ）、（ｂ）は、空調機の稼働台数、および消費電力の積算値の経時変化を示すグラフであり、（ｃ）、（ｄ）は、設定温度の変化量、および消費電力の積算値の経時変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態による空調システムの集中コントローラの動作を示すフローチャートである。

本発明の空調システムの実施形態を説明するにあたり、まず、当該空調システムを搭載する建物の消費電力に関するデマンドコントロールについて説明する。

通常、電力会社により、時々刻々と変化する当該建物の消費電力に基づいて３０分ごとにデマンド値が算出され、算出されたデマンド値が契約電力を超えていないか監視されている。デマンド値は、前回の算出から３０分間の消費電力の積算値から、単位時間あたりの消費電力の平均値を算出したものである。

このようなデマンドの監視に対応し、本実施形態においては、建物のデマンド値が契約電力を超えそうになると警報情報を出力するデマンドコントローラを設置し、当該デマンドコントローラから警報情報が出力されると空調システム内の消費電力を抑制するように、空調システム中の機器を適切に制御する。

〈一実施形態による空調システムの構成〉
本発明の一実施形態による空調システムの構成について、図１を参照して説明する。本実施形態による空調システム１は、制御対象のビル内に設置されたｎ台の空調室内機（以下、「室内機」と称する）１０−１〜１０−ｎと、これらの室内機１０−１〜１０−ｎに接続された空調室外機（以下、「室外機」と称する）２０と、当該ビル内の消費電力を監視するデマンドコントローラ３０と、室外機２０およびデマンドコントローラ３０に接続された集中コントローラ４０とを備える。

室内機１０−１〜１０−ｎはそれぞれ、接続されたリモートコントローラ（図示せず）で行われた、運転／停止の切り替え操作や、設定温度の変更操作に基づいて運転し、設置された空間の空調を行う。室外機２０は、各室内機１０−１〜１０−ｎの運転／停止情報および設定温度情報を含む運転情報を取得し、取得した情報に基づいて各室内機１０−１〜１０−ｎに必要な冷媒を供給する。

デマンドコントローラ３０は、ビル消費電力取得部３１と、デマンド監視部３２と、警報出力部３３とを有する。ビル消費電力取得部３１は、ビル内に設置された電力量測計から、ビル全体の消費電力を取得する。デマンド監視部３２は、ビル消費電力取得部３１で取得された消費電力に基づいて次回のデマンド値を所定時間間隔で予測し、予測したデマンド値が予め設定された契約電力を超えているか否かを監視する。警報出力部３３は、デマンド監視部３２において、予測されたデマンド値が契約電力を超えたことが検知されたときに、これを報知するための警報情報を生成し、集中コントローラ４０に出力する。

集中コントローラ４０は、運転情報取得部４１と、表示部４２と、入力部４３と、警報取得部４４と、空調機消費電力取得部４５と、機器制御部４６とを有する。運転情報取得部４１は、室外機２０から、各室内機１０−１〜１０−ｎおよび室外機２０の運転情報を取得する。表示部４２は、運転情報取得部４１で取得された各室内機１０−１〜１０−ｎの運転情報を表示する。入力部４３は、表示部４２に表示された情報を監視する管理者により操作された、室内機１０−１〜１０−ｎおよび室外機２０に関する運転指示を入力する。警報取得部４４は、デマンドコントローラ３０から出力された警報情報を取得する。空調機消費電力取得部４５は、ビル内に設置された電力量計から、空調機（室内機１０−１〜１０−ｎおよび室外機２０）の消費電力を取得する。機器制御部４６は、入力部４３から入力された運転指示、警報取得部４４で取得された警報情報、または空調機消費電力取得部４５で取得された空調機の消費電力に基づいて、室内機１０−１〜１０−ｎ、室外機２０に関する制御情報を生成し、室外機２０に送信する。

〈一実施形態による空調システムの動作〉
本実施形態による空調システム１が稼働するときの一例について説明する。本実施形態においては、空調システム１を搭載する建物に関し、電力会社により契約電力が例えば200kWに設定され、これに基づいて３０分ごとのデマンド値が監視されている。

また本実施形態において、空調システム１内のデマンドコントローラ３０のビル消費電力取得部３１では、ビル内に設置された電力量計から、ビル全体の消費電力が所定時間間隔で取得され、保存されている。そして、保存されたビル全体の消費電力に基づいて、デマンド監視部３２で次回のタイミングで計測されるであろうデマンド値が所定時間間隔で予測され、予測されたデマンド値が契約電力200kWを超えているか否かが監視されている。

デマンド値の算出対象の３０分間に、(1) 室内機の稼働台数に大きな変化がない場合、(2) 室内機の稼働台数が大きく変化した場合、(3) 各空調機における設定温度の変化量が所定値以下の場合、(4) 各空調機における設定温度の変化量が所定値を超える場合、それぞれの場合に予測される次回のデマンド値の例について、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は前回のデマンド値算出時（t=0：単位（分））から２０分経過した時点（t=20）で算出される、次回のデマンド値の予測を説明するためのグラフであり、図２（ａ）、（ｂ）における棒グラフは、前回のデマンド値算出時から２０分経過するまでの室内機の稼働台数の経時変化を示す。また、図２（ｃ）、（ｄ）における細線の折れ線グラフは、前回のデマンド値算出時（t=0）から２０分経過するまでの、室内機１０−１〜１０−ｎにおける設定温度の変化量の経時変化を示す。また、図２（ａ）〜（ｄ）における太線の折れ線グラフは、デマンド値の算出対象である３０分間に対し、前回のデマンド値算出時から各経過時間までの消費電力の積算値に基づいて算出された、消費電力の平均値の経時変化を示す。ここで、現在（t=20）以降の時点に関する消費電力の平均値（図２（ａ）〜（ｄ）における点線部分）は、現在までの空調機の稼働台数の変化、各空調機における設定温度の変化量の平均値等に基づいて算出される予測値であり、前回のデマンド値算出時から３０分経過時（t=30）の消費電力の平均の予測値が、次回のデマンド値の予測値である。

(1) デマンド値の算出対象の３０分間に室内機の稼働台数に大きな変化がない場合に予測される次回のデマンド値（図２（ａ）参照）
前回のデマンド値算出時（t=0）から現在（t=20）まで、室内機の稼働台数が少ない状態（４〜５台）で大きく変化していない場合には、現在以降も消費電力は大きく変化せず、次回のデマンド値（t=30における、前回のデマンド値算出時からの消費電力の積算値に基づいて算出された消費電力の平均値）は、80kW程度であると予測され、契約電力200kWを超えないと判定される。

(2) デマンド値の算出対象の３０分間に室内機の稼働台数が大きく変化した場合に予測される次回のデマンド値（図２（ｂ）参照）
前記のデマンド値算出時（t=0）から現在（t=20）までに、室内機の稼働台数が大きく変化（前回のデマンド値算出時から１０分経過時（t=10）から現在（t=20）までの間に、２台→１０台→１２台→１４台と増加）すると、これに伴って消費電力が増加し、次回のデマンド値が、契約電力200kWを超えると予測される。

(3) デマンド値の算出対象の３０分間に各空調機における設定温度の変化量が所定値以下の場合に予測される次回のデマンド値（図２（ｃ）参照）
前回のデマンド値算出時（t=0）から現在（t=20）までの、各空調機における所定時間内の設定温度の変化量が所定値（例えば２℃）以下で維持されている場合には、現在以降も消費電力は大きく変化せず、次回のデマンド値は60kW程度であると予測され、契約電力200kWを超えないと判定される。

(4) デマンド値の算出対象の３０分間に各空調機における設定温度の変化量が所定値を超える場合に予測される次回のデマンド値（図２参照）
前回のデマンド値算出時（t=0）から現在（t=20）までの、各空調機における所定時間内の設定温度の変化量の平均値が所定値（例えば２℃）を超えると、これに伴って消費電力が増加し、次回のデマンド値が、契約電力200kWを超えると予測される。

このように稼働するデマンドコントローラ３０において、デマンド監視部３２で予測したデマンド値が予め設定された契約電力を超えると判定される、すなわち、図２（ｂ）、（ｄ）のような状況下であると、警報出力部３３から警報情報が出力される。現実的には、直近の数分間の電力量の増加率を算出し、その増加率で以後も電力量が増加した場合のデマンド値の算出対象の３０分間の最終時点で契約電力200kWを超えるか、否かが判定される。

また本実施形態において、集中コントローラ４０の運転情報取得部４１では、室外機２０から各室内機１０−１〜１０−ｎの運転／停止情報および設定温度情報を含む運転情報が、所定時間間隔で取得され、表示部４２に表示されている。また、空調機消費電力取得部４５では、ビル内に設置された電力量計から、空調機（室内機１０−１〜１０−ｎおよび室外機２０）の消費電力が、所定時間間隔で取得されている。

このように情報が取得されている状態で、各室内機１０−１〜１０−ｎにそれぞれ接続されたリモートコントローラから、室内機の運転／停止指示、温度設定指示、室温補正指示、強制サーモオフ指示、能力抑制指示等の運転指示が入力されたとき、または、監視員により集中コントローラ４０の入力部４３から室内機１０−１〜１０−ｎまたは室外機２０に関する運転指示が入力されたときには、入力された指示に基づいて室外機２０のコンプレッサの周波数が制御される。そして、コンプレッサの駆動周波数の変動に応じて、空調機の消費電力が増減する。コンプレッサの運転により生成された冷媒は、各室内機１０−１〜１０−ｎにそれぞれの必要量が供給され、空調が行われる。

次に、デマンドコントローラ３０から警報情報が出力されたときに集中コントローラ４０で実行される処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。

デマンドコントローラ３０から出力された警報情報は、集中コントローラ４０の警報取得部４４で取得される。警報取得部４４で警報情報が取得されると（Ｓ１の「YES」）当該建物におけるデマンドコントロールが開始され、機器制御部４６において、運転情報取得部４１で取得された情報に基づいて、直近の所定時間（例えば３分）内における室内機１０−１〜１０−ｎの運転台数の増加数、および前回のデマンド値算出時からの各室内機１０−１〜１０−ｎの設定温度の変化量が算出される（Ｓ２）。

ここで、算出された室内機１０−１〜１０−ｎの運転台数の増加数が、予め設定された所定数（例えば５台）以上であったとき（Ｓ３の「YES」）には、増加の要因となった室内機、つまり、直近の３分間に停止状態から運転状態に移行した室内機の運転を停止させるための強制停止指令が生成され、室外機２０に出力される（Ｓ４）。室外機２０では、集中コントローラ４０から出力された強制停止指令に従って、対応する室内機への冷媒の供給が停止され、これに伴ってコンプレッサの周波数が低減される。

ステップＳ３で室内機１０−１〜１０−ｎの運転台数の増加数が所定数に満たないと判定されたとき（Ｓ３の「NO」）には、ステップＳ２で算出された、各室内機１０−１〜１０−ｎの設定温度の変化量の合計値が所定値（例えば１０℃）以上であるか否かが判定される（Ｓ５）。

ここで、算出された各室内機１０−１〜１０−ｎの設定温度の変化量の合計値が所定値以上であったとき（Ｓ５の「YES」）には、その要因となった室内機、例えば前回のデマンド値算出時から設定温度の変化量が所定値（例えば２℃以上）以上の室内機に関し、設定温度の変化量を所定値未満（２℃未満）にするための室温補正指令が生成され、室外機２０に出力される（Ｓ６）。室外機２０では、集中コントローラ４０から出力された室温補正指令に従って、対応する室内機への冷媒の供給量が低減され、これに伴ってコンプレッサの周波数が低減される。

また、ステップＳ５において、算出された各室内機１０−１〜１０−ｎの設定温度の変化量の合計値が所定値未満であったとき（Ｓ５の「NO」）には、すべての室内機１０−１〜１０−ｎに対する空調能力を抑制させるかまたは、室外機２０をサーモオフさせるための強制制御指令が生成され、室外機２０に出力される（Ｓ７）。室外機２０では、集中コントローラ４０から出力された強制制御指令に従って、室内機１０−１〜１０−ｎへの冷媒の供給量が低減されてコンプレッサの周波数が低減されるかまたは、室外機２０がサーモオフされる（Ｓ７）。

上述したように、警報情報の出力に対する処理が行われた後、デマンドコントローラ３０から出力されていた警報情報が停止されると（Ｓ８の「YES」）、ステップＳ４、Ｓ６、またはＳ８において出力された指令が解除され（Ｓ９）、各室内機１０−１〜１０−ｎのリモートコントローラからの指示や集中コントローラ４０の入力部４３からの指示により、室外機２０の運転が制御される。

以上の本実施形態によれば、デマンドコントローラから次回のデマンド値が契約電力を超えるおそれがあることを示す警報情報が出力されると、デマンド値を超えそうになった要因をその直近の空調システムの運転内容から特定し、当該要因を排除するための制御を行うことで、効率良く、確実なデマンドコントロールを行うことができる。

上述した実施形態においては、デマンドコントローラから警報情報が出力されたときを契機としてデマンドコントロールを開始する場合について説明したが、集中コントローラ４０の空調機消費電力取得部４５において取得された空調機の消費電力の合計値が、所定時間内に所定値以上増加したときを契機として、デマンドコントロールを開始ようにしてもよい。この場合、最新の所定時間内における空調機の消費電力が所定値以上低下すると、出力した指令が解除される。このように制御することにより、デマンドコントローラからの警報情報が出力されるおそれがあるときに、警報情報の出力前にデマンドコトロールを実行することができる。

また上述した実施形態においては、デマンドコントロールが開始されたときに、室内機の運転台数の増加数に基づく判定処理（ステップＳ３）を優先的に実行し、室内機の運転台数の増加数が所定値以上でなかった場合に、各室内機の設定温度の変化量に基づく判定処理（ステップＳ５）を行う場合について説明したが、各室内機の設定温度の変化量に基づく判定処理を優先的に実行し、設定温度の変化量の合計値が所定値以上でなかった場合に、室内機の運転台数の増加数に基づく判定処理を行うようにしてもよい。

また上述した実施形態において、デマンドコントロールが開始され、算出された室内機の運転台数の増加数が所定値以上であるとともに、各室内機の設定温度の変化量の合計値が所定値以上である場合は、運転台数の増加の要因となった室内機の運転を停止させるための強制停止指令を出力するとともに、室内機の設定温度の変化量を所定値未満にするための室温補正指令を出力するようにしてもよい。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…空調システム、１０−１〜１０−ｎ…室内機、２０…室外機、
３０…デマンドコントローラ、３１…ビル消費電力取得部、３２…デマンド監視部、
３３…警報出力部、４０…集中コントローラ、４１…運転情報取得部、４２…表示部、
４３…入力部、４４…警報取得部、４５…空調機消費電力取得部、４６…機器制御部

Claims (5)

1. 建物内の消費電力が、予め設定された契約電力を超えるおそれがあることを検知したときに、これを報知するための警報情報を出力するデマンドコントローラに接続された空調システムであって、
   前記建物内に設置された空調機の運転／停止情報および設定温度情報を含む運転情報を取得する運転情報取得部と、
   前記空調機の消費電力を、所定時間間隔で取得する空調機消費電力取得部と、
   前記デマンドコントローラから警報情報が出力されたとき、または、前記空調機消費電力取得部で取得された前記空調機の消費電力が、所定時間内で所定値以上増加したことを検知したときに、前記運転情報取得部で取得された直近の所定時間内の情報に基づいて、前記空調機が停止状態から運転状態に移行したことを認識すると前記空調機の運転を停止させるための強制停止指令を出力し、前記空調機の設定温度の変化量が所定値以上であることを認識すると前記空調機の設定温度の変化量を所定値未満にするための室温補正指令を出力する機器制御部と
   を備えることを特徴とする空調システム。
2. 建物内に設置された複数の空調機を備え、前記建物内の消費電力が、予め設定された契約電力を超えるおそれがあることを検知したときに、これを報知するための警報情報を出力するデマンドコントローラに接続された空調システムであって、
   前記複数の空調機それぞれの運転／停止情報および設定温度情報を含む運転情報を取得する運転情報取得部と、
   前記複数の空調機それぞれの消費電力を、所定時間間隔で取得する空調機消費電力取得部と、
   前記デマンドコントローラから警報情報が出力されたとき、または、前記空調機消費電力取得部で取得された前記複数の空調機の消費電力の合計値が、所定時間内に所定値以上増加したことを検知したときに、前記運転情報取得部で取得された直近の所定時間内の情報に基づいて、各空調機の運転台数の増加数および各空調機の設定温度の変化量を算出し、算出した空調機の運転台数の増加数が所定値以上のときには増加の要因となった空調機の運転を停止させるための強制停止指令を出力し、算出した各空調機の設定温度の変化量の合計値が所定値以上であるときには、設定温度の変化量が所定値以上の空調機に関し、設定温度の変化量を所定値未満にするための室温補正指令を出力する機器制御部と
   を備えることを特徴とする空調システム。
3. 前記機器制御部は、前記デマンドコントローラから出力されていた警報情報が停止されたとき、または、直近の所定時間内における前記複数の空調機の消費電力の合計値が所定値以上低下すると、出力した強制停止指令および室温補正指令を解除する
   ことを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
4. 建物内の消費電力が、予め設定された契約電力を超えるおそれがあることを検知したときに、これを報知するための警報情報を出力するデマンドコントローラに接続された空調システムが、
   前記建物内に設置された空調機の運転／停止情報および設定温度情報を含む運転情報を取得する運転情報取得ステップと、
   前記空調機の消費電力を、所定時間間隔で取得する空調機消費電力取得ステップと、
   前記デマンドコントローラから警報情報が出力されたとき、または、前記空調機消費電力取得ステップで取得された前記空調機の消費電力が、所定時間内で所定値以上増加したことを検知したときに、前記運転情報取得ステップで取得された直近の所定時間内の情報に基づいて、前記空調機が停止状態から運転状態に移行したことを認識すると前記空調機の運転を停止させるための強制停止指令を出力し、前記空調機の設定温度の変化量が所定値以上であることを認識すると前記空調機の設定温度の変化量を所定値未満にするための室温補正指令を出力する機器制御ステップと
   を有することを特徴とする空調システムを利用したデマンドコントロール方法。
5. 建物内に設置された複数の空調機を備え、前記建物内の消費電力が、予め設定された契約電力を超えるおそれがあることを検知したときに、これを報知するための警報情報を出力するデマンドコントローラに接続された空調システムが、
   前記複数の空調機それぞれの運転／停止情報および設定温度情報を含む運転情報を取得する運転情報取得ステップと、
   前記複数の空調機それぞれの消費電力を、所定時間間隔で取得する空調機消費電力取得ステップと、
   前記デマンドコントローラから警報情報が出力されたとき、または、前記空調機消費電力取得ステップで取得された前記複数の空調機の消費電力の合計値が、所定時間内に所定値以上増加したことを検知したときに、前記運転情報取得ステップで取得された直近の所定時間内の情報に基づいて、各空調機の運転台数の増加数および各空調機の設定温度の変化量を算出し、算出した空調機の運転台数の増加数が所定値以上のときには増加の要因となった空調機の運転を停止させるための強制停止指令を出力し、算出した各空調機の設定温度の変化量の合計値が所定値以上であるときには、設定温度の変化量が所定値以上の空調機に関し、設定温度の変化量を所定値未満にするための室温補正指令を出力する機器制御ステップと
   を有することを特徴とする空調システムを利用したデマンドコントロール方法。

Images