JPH04327739A - 熱源の運転制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蓄熱槽を有する熱源を一
次側とし、例えば空調機等の負荷を二次側とする空調シ
ステムに係り、特に、熱源の運転を制御する熱源の運転
制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４に示すように、蓄熱槽１１を
有する熱源を一次側とし、負荷である空調機１２を二次
側とする空調システムがある。このような空調システム
では、蓄熱槽１１から送水された冷水もしくは温水を負
荷の空調機１２に流入して冷房もしくは暖房作用をする
。負荷の空調機１２の冷房もしくは暖房作用による熱交
換で温度上昇もしくは下降した還水は蓄熱槽１１に流入
する。蓄熱槽１１に流入した還水は例えば冷凍機１３等
の熱源機器で冷却もしくは加熱されて再び負荷の空調機
１２に送水される。１４は二次側送水ポンプである。

【０００３】一般に蓄熱槽を有する空調システムでは図
５に示されるように、負荷運転時間と熱源運転時間をず
らすことにより熱源容量を減らすとともに深夜電力利用
によるランニングコスト低減が可能となる。

【０００４】図３は従来の冷房時の熱源の運転制御シス
テムを示す。即ち、蓄熱槽の蓄熱状態の監視と時間帯毎
の電気料金を勘案して冷凍機の発停制御を行ってきた。 この場合、二次側の必要とする負荷が、次の日どの程度
あるかを予想し、深夜電力等の低料金のエネルギーを利
用して、オペレータの判断により、冷凍機の発停を手動
にて行ってきた。尚、暖房時の熱源の運転制御システム
としては、熱源機器を加熱機として発停制御すればよい
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな熱源の運転制御システムでは、オペレータの経験と
判断に頼らざるを得ず、又、場合によってはオペレータ
の判断の誤りにより、蓄熱槽の蓄熱量に不足をきたす場
合、あるいは逆に過剰蓄熱になる場合があり、不確実な
面があった。更に、蓄熱槽からの熱ロスの削減や、時間
帯毎の電気料金の差を有効に活用して、熱源機器を発停
するには不十分であった。

【０００６】本発明は上記の実情に鑑みなされたもので
、蓄熱槽の所要蓄熱量の予測結果をもとに蓄熱槽の熱ロ
ス及び電気料金が少なくなるように熱源を運転制御する
ことにより、省エネルギーとなるように効率的に運転し
得る熱源の運転制御システムを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、外気状態の変化及び大気圧の変化により検
出される天気状態をもとに負荷状態を予測する手段と、
この手段による負荷状態の予測結果と蓄熱槽の蓄熱状態
から蓄熱槽の所要蓄熱量を予測する手段と、この手段に
よる所要蓄熱量の予測結果をもとに蓄熱槽の熱ロス及び
電気料金が少なくなるように熱源を運転制御する手段と
を具備したことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】上記手段により、外気状態の変化及び大気圧の
変化により検出される天気状態をもとに負荷状態を予測
し、負荷状態の予測結果と蓄熱槽の蓄熱状態から蓄熱槽
の所要蓄熱量を予測し、所要蓄熱量の予測結果をもとに
蓄熱槽の熱ロス及び電気料金が少なくなるように熱源を
運転制御する。その結果、省エネルギーとなる効率的な
運転をすることができる。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００１０】図１は本発明の一実施例で冷房時の熱源の
運転制御システムを示す。即ち、外気状態の変化や大気
圧の変化による天気状態をもとに、一日の時間毎の負荷
状態をファジィ理論を応用して予測する。次に、負荷状
態の予測結果と、蓄熱槽内の蓄熱状態の監視結果をもと
に蓄熱槽の所要蓄熱量を予測する。更に、蓄熱槽の所要
蓄熱量の予測結果をもとに蓄熱槽からの熱ロスを極力少
なくすると同時に、時間帯毎の電気料金を考慮して最も
省エネルギーとなる冷凍機の発停制御を自動化して行う
。すなわち、蓄熱槽の所要蓄熱量の予測結果をもとに、
前日に蓄熱すべき熱量に対して最も効率的に運転される
冷凍機の最遅作動時間、最早停止時間を自動化システム
により決定する。

【００１１】尚、図１の実施例では冷房時の熱源の運転
制御システムについて説明したが、暖房時の熱源の運転
制御システムについても同様にして実施することができ
る。この場合には、熱源機器を加熱機として発停制御す
る。省エネルギーとなる効率的な運転の決定に関しては
以下の内容が判断材料となる。 （１）　　夜間電力の有効活用

【００１２】電気料金の関係から、夜間割引電力を有効
に活用することがランニングコストの低減につながる。 また、契約電力のデマンドの関係からも、電力消費の多
い昼間に生産以外の電力消費をできる限り削減した方が
有効である。 （２）　　放熱ロスおよび混合ロスの軽減蓄熱槽におけ
る放熱ロスおよび混合ロスを軽減するためには、必要以
上の蓄熱を避けて、最適なタイミングで熱源の運転を行
う必要がある。 （３）　　立ち上げロスの軽減および蒸気の安定確保

【
００１３】吸収式冷凍機は、起動して能力を発揮するま
でに多少時間が掛かり、また、停止時においても希釈運
転が必要となるため、頻繁な発停は立ち上げおよび希釈
運転にかかるコストの無駄となる。また、頻繁な発停は
蒸気の安定確保の面からも避けるべきである。次に、本
発明熱源の運転制御システムのプログラム構成について
説明する。

【００１４】本発明熱源の運転制御システムのプログラ
ムは、実際に熱源の運転制御を行うメインプログラムと
、外部機器（設定器および監視用パソコン）との接続ル
ーチンから構成される。外部機器との接続ルーチンは、
時間管理や割り込み処理によりメインプログラムとマル
チタスク的な並列処理が行われる。図２は熱源の運転制
御を行うメインプログラムの概略フローを示し、各処理
ルーチンの処理内容を以下に示す。 （１）　　初期設定

【００１５】初期パラメータの設定、入出力ボード（ア
ナログ入力、デジタル入出力）の初期設定、通信の初期
設定、および割り込み処理の設定を行う。初期設定終了
後に、ファジィシステム異常警報（停電等によるプログ
ラム停止およびプログラムの暴走に対する警報）を解除
する。 （２）　　時間管理

【００１６】システムプログラムは、基本的に１分間に
１回処理ループを回す。しかしながら、処理ルーチンの
中には、１時間に１回しか処理しないもの、１日に１回
しか処理しないもの、および１カ月に１回しか処理しな
いもの等が存在しており、それらの処理に対して処理を
実行すべきタイミングであるかを認識させる必要がある
。

【００１７】この時間管理ルーチンでは、１分間のイン
ターバルの調整を行うと共に、システムプログラム中の
各処理内容に対して、処理をすべき時間であるかを知ら
せるために、処理ループの開始時刻および日付を変化の
状態と共に配列に書き込み、以下に続くルーチンに引き
渡す。 （３）　　データ入力 センサーからのデータ入力は、１分毎に５回連続してデ
ータを読み込み、５回の平均値をその処理ループでの入
力データとする。

【００１８】また、この処理ルーチンの中でセンサーか
らの入力データに異常がないかのチェックを行う。セン
サー故障は、軽故障（運転制御システムの実行に直接影
響しないセンサーの故障）と重故障（運転制御システム
の実行に大きなダメージを与えるセンサーの故障）の２
つに区別され、センサーの故障を検出した場合は、操作
出力ルーチンにおいて警報を軽故障および重故障毎に出
力する。センサーからの入力情報は以下の通りである。 ａ、蓄熱槽内水温 ｂ、蓄熱槽内せき越え部水温 ｃ、ヘッダ内水温 ｄ、二次側還水温度 ｅ、二次側使用水量 ｆ、供給蒸気圧力 ｇ、外気温度 ｈ、外気湿度 ｉ、大気圧 （４）　　データ加工

【００１９】このルーチンにおいて、入力データから求
められる各種状態変数の算出および蓄積データ化のため
の処理（１時間積算または１時間平均化）等のデータの
加工および配列（メモリー）への書き込みを行う。入力
データから演算により得られる各種状態変数は以下の通
りである。 ａ、外気エンタルピ（外気温度、外気湿度より）ｂ、蓄
熱量　　　　　　　　（蓄熱槽内水温より）ｃ、有効蓄
熱水量　　（蓄熱槽内水温より算出された蓄熱量をもと
に基準温度差を使用して算出）ｄ、負荷熱量　　　　　
　（二次側送水ヘッダ水温、二次側還水温度、二次側使
用水量より） ｅ、熱源出力　　　　　　（一次側送水ヘッダ水温、熱
源運転状態より） ｆ、二次側使用水量（負荷熱量を基準温度差により二次
側使用水量として算出）

【００２０】また、本システムは過去１０日間重要デー
タを蓄積データとしており、負荷予測等に使用する。こ
の蓄積されるデータの内容は以下の通りで、１時間毎に
瞬時値または積分値、平均化によって求められる。 ａ、外気温度 ｂ、外気エンタルピ ｃ、大気圧 ｄ、負荷熱量 ｅ、蓄熱量 ｆ、有効蓄熱水量 ｇ、熱源出力 ｈ、二次側運転状態（二次側の稼働・非稼働を示すデー
タ） （５）　　負荷予測（ファジィ理論応用）

【００２１】
過去１０日間の外気状態蓄積データの平均値および最大
値・最小値の時間変化と、直近６時間の外気状態データ
の変化パターンを比較して、２４時間先までの外気状態
の変化を予測する。ここでいう外気状態とは、夏期にお
いては外気エンタルピを、冬季においては外気温度を指
標として取り扱う。このことは、冷水の使用量は除湿的
な動作を含むため外気エンタルピに相関し、温水の使用
量は外気温度に相関することに起因している。

【００２２】このルーチンでは、ファジィ理論が応用さ
れ、具体的には以下のようになる。すなわち、負荷予測
における外気状態変化予測は、２段階のファジィ推論に
よって求められる。また、推論においてデータを無次元
化して取り扱うことによって、外気温度および外気エン
タルピを問わず、かつ絶対的な値に関係なく同一のパラ
メータ推論が行えるものとする。ここでいう２段階の推
論形態の概要を図６に示す。図６のイにおいて、過去１
０日間の平均値データと、直近６時間のデータの比較に
より変動の度合い（朝昼の寒暖差）の予測推論を行う。

【００２３】図６のロにおいて、イで得られた変動度の
推論結果より過去１０日間の平均値データ曲線を２４時
間の総合平均値を変化させないで朝昼の変動差を増加ま
たは減少させた修正変化曲線を策定する。図６のハにお
いて、ロにより求められた修正変化曲線と直近６時間の
データの比較により全般的な高低の推論を行う。図６の
ニにおいて、ハにより求められた修正変化曲線と大気圧
の変化状態により最終的な変化曲線を算出する。図７は
、図６のイにおけるファジィ予測推論のメンバーシップ
関数を表示したものである。

【００２４】ここでは前件部に直近データと蓄積データ
に対する変動度と、対象時間の１日に占める変動幅を使
用し、後件部（結論）として、変動度を設定している。 たとえばルール１では直近データ（直近の６時間分のデ
ータ）とこれまで蓄積してきた１０日間のデータを比較
して、直近データが蓄積データよりもかなり小さく、対
象時間の１日に占める変動幅（対象とする時間が１日の
うちで変動の大きい時間帯かどうか）が大きい時間帯で
あれば結論として、蓄積されたデータよりかなり変動度
を小さくする、ということを示している。このような各
ルールごとのメンバーシップ関数を用いて、ファジィ推
論を行っている。

【００２５】最後にファジィ推論によって求められた、
この外気状態変化予測に基づき、負荷変動の予測を行う
。負荷の変動は、外気の状態に対して、各時刻毎に前も
って求められた一次回帰式を当てはめることによって求
められる。 （６）蓄熱目標設定

【００２６】負荷予測に基づいて、昼間電力の開始時刻
である８時、および夜間電力の開始時刻である２２時に
対して蓄熱目標の設定を行う。ここでいう蓄熱目標とは
、有効蓄熱水量の目標を意味する。

【００２７】２２時の蓄熱目標設定については、２２時
が昼間電力の終わる時間であるため、昼間電力の間の運
転を最大限放熱運転とするために、最低確保水量（安全
確保のための最低蓄熱量）が設定される。ただし、夜間
非稼働日については夜間熱源が稼働しないため、休日明
けの負荷に備えるために蓄積データの平均使用水量の８
時から２２時までの合計量を最低確保水量に加えた値が
設定される。８時の蓄熱目標については、８時から２２
時までの予想負荷（使用水量）合計を２２時の蓄熱目標
に加えたものを蓄熱目標として設定する。ただし、これ
らの演算において、蓄熱槽の最大蓄熱可能水量を超える
蓄熱目標となる場合は、最大蓄熱可能水量を蓄熱目標と
して設定する。 （７）　　発停判断（ファジィ理論応用）

【００２８】
発停判断は、負荷予想結果に基づいて５つの運転パター
ンに対して蓄熱量の時間変化を算出し、その状態によっ
て、ファジィ推論により追起動操作を行うべきか、停止
操作を行うべきか、又は現状維持で運転を続けるべきか
を判断する。本ルーチンで用いる５つの運転パターンは
、以下に示す通りである。 ａ、現時刻において１台追加運転をした場合ｂ、次時刻
（１時間後）において１台追加運転をした場合 ｃ、現状の運転状態を維持して運転を続けた場合ｄ、次
時刻（１時間後）において１台停止した場合ｅ、現時刻
において１台停止した場合

【００２９】これら５つの運転パターンに対して、負荷
予測に基づいて蓄熱量の時間変化予測が求められ、目標
時刻における各運転パターンの蓄熱量予測と目標蓄熱量
との量的関係、および目標時刻までの蓄熱量変化予測に
おいて過剰または過小蓄熱状態の発生のあるなし（もし
発生があるならば、各運転パターン毎の発生する時間的
順番）を前件部として、ファジィ推論により最適な運転
パターンの選定を行う。発停判断ファジィ推論でもちい
たメンバーシップ関数の例を図８に示す。

【００３０】ここでルール１を例にとってメンバーシッ
プ関数を説明すれば、目標蓄熱量が現時刻において、１
台追加運転をした場合よりも蓄熱量が多く、過剰蓄熱、
過小蓄熱の発生は有るが、他の運転パターンよりは最も
遅く発生すると考えられるときは現時点で起動操作を行
うが、能力の大きい機器を優先とするという判断を行う
ことを示している。

【００３１】このようなルールに従って判断された結果
が、ａまたはｅが最適として選定された場合のみ発停の
操作を行い、ｂ，ｃ，ｄが選定された場合には、現状維
持の運転として、１時間後に行われる推論に委ねる。こ
の推論の繰り返しによって、放熱ロスを削減した安定的
な運転のための最適な起動・停止パターンが自動的に得
られることとなる。 （８）　　操作出力

【００３２】熱源機器の発停は、上記の発停判断に基づ
き運転要求台数と実際の運転台数に不一致を生じた場合
に行う。運転可能な状態にある熱源機器の中で、積算運
転時間を平均化するように操作する熱源機器を選定する
。選定された熱源機器を示すデータは、２０秒に１回づ
つマルチタスク的な並列処理で熱源機器操作を行ってい
る熱源機器発停操作ルーチンに引き渡たされる。

【００３３】熱源機器発停操作ルーチンにおいては、実
際に熱源機器に対して操作パルス出力を行う。１回の操
作で、起動または停止が確認できなかった場合、２０秒
毎に繰り返し１０回までの操作パルス出力を行う。１０
回の操作パルス出力に対してなおも起動または停止が確
認できなかった場合は、熱源機器準備異常（操作信号線
の断線等）と判断して、準備異常警報を出力すると共に
、再度この操作出力ルーチンにおいて代替機の選定を行
う。また、先にデータ入力の項で述べたセンサー故障警
報の出力を行うのもこの処理ルーチンとなる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、天気
状態をもとに負荷状態をファジィ理論を応用して予測し
、負荷状態の予測結果と蓄熱槽の蓄熱状態から蓄熱槽の
所要蓄熱量を予測し、所要蓄熱量の予測結果をもとに蓄
熱槽の熱ロス及び電気料金が少なくなるように熱源を運
転制御することにより、省エネルギーとなる効率的な運
転をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図である。

【図２】本発明の一実施例に係る熱源の運転制御を行う
メインプログラムの一例を示す概略フロー図である。

【図３】従来の熱源の運転制御システムを示す構成説明
図である。

【図４】従来の空調システムを示す構成説明図である。

【図５】従来の空調システムにおける時刻−負荷特性を
示す特性図である。

【図６】本発明に係る外気状態変化予測の推論形態の概
要を示すブロック図である。

【図７】図６の各推論でもちいたメンバーシップ関数の
例を示す説明図である。

【図８】本発明に係る発停判断ファジィ推論でもちいた
メンバーシップ関数の例を示す説明図である。

【符号の説明】

（１）…初期設定、（２）…時間管理、（３）…データ
入力、（４）…データ加工、（５）…負荷予測、（６）
…蓄熱目標設定、（７）…発停判断、（８）…操作出力
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　外気状態の変化及び大気圧の変化によ
   り検出される天気状態をもとに負荷状態を予測する手段
   と、この手段による負荷状態の予測結果と蓄熱槽の蓄熱
   状態から蓄熱槽の所要蓄熱量を予測する手段と、この手
   段による所要蓄熱量の予測結果をもとに蓄熱槽の熱ロス
   及び電気料金が少なくなるように熱源を運転制御する手
   段とを具備したことを特徴とする熱源の運転制御システ
   ム。