JPH07151369A - 熱負荷予測装置およびプラント熱負荷予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地域冷暖房プラントの熱負荷を各需要家の状
況を考慮して精度良く予測する。 【構成】 プラント屋外気象装置２２、プラント熱負荷
記憶装置２４、および需要家別熱負荷実績値に基づい
て、第２パラメータ推定装置５１において、熱負荷予測
式のパラメータを求める。プラント熱負荷演算装置５２
において、プラント熱負荷記憶装置２４、プラント屋外
気象記憶装置２２、プラント気象予報値入力装置２５、
および需要家別熱負荷予測装置からの情報に基づいて熱
負荷予測式を用いてプラントの熱負荷予測値を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各需要家により消費さ
れる熱負荷を供給する地域冷暖房プラントの熱負荷を予
測するプラント熱負荷予測装置および需要家別熱負荷を
予測する熱負荷予測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルディングや家屋、公共施設等の冷暖
房設備には蓄熱槽を備えたものがある。電気による蓄熱
システムでは、昼間に消費される熱負荷の一部または全
てを夜間に冷水、氷、温水の形で蓄熱している。このこ
とによって、昼間の熱源機器の熱負荷が軽減されるの
で、熱源機器の設備要領を小さくすることが可能とな
る。

【０００３】また、電気による冷暖房の場合には電力会
社と業務用蓄熱調整契約をすることで、安価な夜間電力
を利用してランニングコストを節約することができる。

【０００４】このような冷暖房装置において、蓄熱槽を
効率よく使うために、前日の業務用蓄熱調整契約の始ま
る時間前に、当日消費される熱負荷データを予測して、
契約時間帯（夜間）にその予測データに従って過不足の
ない熱量を蓄積するようにしている。また、当日にはこ
の予測データに従って、冷暖房装置への冷水、温水、お
よび上記の供給量を操作している。

【０００５】一方、各需要家に熱供給を行なうコージェ
ネーレョンシステムの地域冷暖房プラントにおいても、
昼間の冷暖房による電力負荷を低減するために、熱負荷
予測データに従って、熱源機器の発停を操作している。
従来は、地域冷暖房プラントの当日の熱負荷を前日に予
測するため、例えば月別に設定した基準熱負荷を実績熱
負荷や外気温で補正する方法や、時系列モデルにより熱
負荷を予測する方法等が試みられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
方法では各需要家に熱供給を行っているプラント全体の
熱負荷を直接に予想するため、各需要家別の負荷の変動
要因による熱負荷変動、空調機器の運転モードの違いな
どを吸収することができないという問題がある。このた
め各需要家で熱負荷特性が大きく異なる場合などに、予
想誤差が大きくなってしまう。

【０００７】また、オペレータが地域冷暖房プラントの
過去の実績と翌日の気象予報内から経験に基づいて熱源
機器の運転計画を立てる場合もあるが、この場合の予想
精度は悪く、プラント全体の熱負荷予測値と実際に各需
要家に消費される熱負荷とが大幅に異なることがある。
その結果、熱源機器の運転効率が低下し、かつ、安価な
夜間電力が有効利用や電力ピークカットができなくなっ
てしまうという課題があった。

【０００８】この発明は、このような点を考慮してなさ
れたものであり、各需要家の熱負荷を個別に予測するこ
とによって、地域冷暖房プラントの熱負荷を高精度に予
測することができるプラント熱負荷予測装置および各需
要家別に熱負荷を予測する熱負荷予測装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
各需要家ごとに熱負荷データを記憶する熱負荷記憶装置
と、各需要家ごとに屋外気象データを記憶する屋外気象
記憶装置と、最高気温、最低気温、天候等の気象予報値
を入力する気象予報値入力装置と、各需要家ごとのイベ
ント情報を入力するイベント入力装置と、各需要家ごと
のイベント情報を記憶するイベント記憶装置と、熱負荷
記憶装置、屋外気象記憶装置、気象予報値入力装置およ
びイベント記憶装置からの情報に基づいて、第１熱負荷
予測式により各需要家ごとに熱負荷予測値を求める熱負
荷演算装置と、熱負荷記憶装置、屋外気象記憶装置、お
よびイベント記憶装置からの情報に基づいて、第１熱負
荷予測式のパラメータを定める第１パラメータ推定装置
と、を備えたことを特徴とする熱負荷予測装置である。

【００１０】請求項２記載の発明は、各需要家に熱供給
を行なう地域冷暖房プラントの熱負荷データを記憶する
プラント熱負荷記憶装置と、地域冷暖房プラントの屋外
気象データを記憶するプラント屋外気象記憶装置と、地
域冷暖房プラントの最高気温、最低気温、天候等の気象
予報値を入力するプラント気象予報値入力装置と、需要
家ごとの熱負荷予測値を求める需要家別熱負荷予測装置
と、需要家ごとに熱負荷データを記憶する熱負荷記憶装
置と、プラント熱負荷記憶装置、プラント屋外気象記憶
装置、プラント気象予報値入力装置および需要家別熱負
荷予測装置からの情報に基づいて、第２熱負荷予測式に
よりントの熱負荷予測値を求めるプラント熱負荷演算装
置と、プラント熱負荷記憶装置、プラント屋外気象記憶
装置および熱負荷記憶装置からの情報に基づいて、第２
熱負荷予測式のパラメータを定める第２パラメータ推定
装置と、を備えたことを特徴とするプラント熱負荷予測
装置である。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明によれば、熱負荷記憶装
置、屋外気象記憶装置、およびイベント記憶装置からの
情報に基づいて、第１パラメータ推定装置によって第１
熱負荷予測式のパラメータが定められ、熱負荷演算装置
において、熱負荷記憶装置、屋外気象記憶装置、気象予
報値入力装置およびイベント記憶装置からの情報に基づ
いて、第１熱負荷予測式により各需要家ごとに熱負荷予
測値が求められる。

【００１２】請求項２記載の発明によれば、プラント熱
負荷記憶装置、プラント屋外気象記憶装置および熱負荷
記憶装置からの情報に基づいて、第２パラメータ推定装
置によって第２熱負荷予測式のパラメータが求められ、
プラント熱負荷演算装置においてプラント熱負荷記憶装
置、プラント屋外気象装置、プラント気象予報値入力装
置および需要家別熱負荷予測装置からの情報に基づい
て、第２負荷予測式によりプラントの熱負荷予測値が求
められる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１乃至図３は本発明による熱負荷予測装
置の一実施例を示す図である。このうち、図１は、熱負
荷予測装置の該略図である。

【００１４】図１において、各需要家ごとに屋外気象値
測定装置１が設けられ、屋外気象値測定装置１により測
定された気象データ、例えば屋外気温、屋外湿度、屋外
空気エンタルピ、日射量が、屋外気象記憶装置２に記憶
される。同様に各需要家ごとに屋内環境値測定装置が設
けられ、屋内環境測定装置３により測定された気象デー
タ、例えば、屋内気温、屋内湿度、屋内空気エンタル
ピ、ＣＯ₂ 濃度が、屋内環境記憶装置４に記憶される。

【００１５】また各需要家ごとに熱負荷検出装置５が設
けられ、熱負荷検出装置５により検出された熱負荷は、
熱負荷記憶装置６に記憶される。さらに気象予報値入力
装置７が設けられており、この気象予報値入力装置７
は、翌日および当日の気象予報値、例えば予想最高気
温、予想最低気温、天候をインプットするものであり、
その入力は、例えば、日本気象協会によるデータをオン
ラインで、または、キーボードのような入力装置から行
われる。

【００１６】また各需要家ごとにイベント入力装置８が
設けられ、イベント入力装置８で入力されたイベント情
報、例えば１を基準とした時間ごとのイベントの割合が
イベント記憶装置９に記憶される。

【００１７】図１に示すように、上記各装置１〜９によ
るこれらの測定データおよび記憶データ（ｄａｔａ
Ａ）は、需要家別熱負荷予測装置１１に入力される。そ
して需要家別熱負荷予測装置１１では、入力されたデー
タｄａｔａ Ａを用い、需要家ごとの熱負荷を予測す
る。

【００１８】他方、各需要家には地域冷暖房プラントか
ら熱供給が行われるようになっている。この地域冷暖房
プラント側にプラント屋外気象値測定装置２１が設けら
れ、プラント屋外気象値測定装置２１により測定された
気象データ、例えば、屋外気温、屋外湿度、屋外空気エ
ンタルピ、日射量が、プラント屋外気象値記憶装置２２
に記憶される。また地域冷暖房プラント側に、プラント
熱負荷検出装置２３が設けられ、プラント熱負荷検出装
置２３により検出された熱負荷は、プラント熱負荷記憶
装置２４に記憶される。

【００１９】さらに地域冷暖房プラント側にプラント気
象予報値入力装置２５が設けられている。このプラント
気象予報値入力装置２５は、翌日および当日の気象予報
値、例えば予想最高気温、予想最低気温、天候をインプ
ットするものであり、その入力は、例えば、日本気象協
会によるオンラインで、または、キーボードのような入
力装置から行われる。なお、翌日の気象予報は、前日の
夜に翌日の熱負荷予測を行う際用いるものであり、当日
の気象予報は当日の早朝に当日午前からの熱負荷予測を
行う際用いるものである。

【００２０】図１に示すように、上記各装置２１〜２５
によるこれらの測定データ、記憶データ（ｄａｔａ
Ｂ）および需要家別熱負荷予測装置によって予測された
需要家別熱負荷予測値は、地域冷暖房プラント熱負荷予
測装置３１に入力される。

【００２１】地域冷暖房プラント熱負荷予測装置３で
は、入力されたｄａｔａ Ｂおよび需要家別熱負荷予測
値を用い、需要家ごとの熱負荷を予測する。

【００２２】図２に、需要家別熱負荷予測装置１１の詳
細を示す。図２に示すように、需要家別熱負荷予測装置
１１は、空調機器運転モード選択装置４と第１パラメー
タ推定装置４３と熱負荷演算装置４２とを有している。

【００２３】図２に示すように空調機器運転モード選択
装置４１は、屋外気象記憶装置２からの屋外気温、屋外
湿度、屋外エンタルピおよび日射量の実績値、屋内環境
記憶装置４からの屋内気温、屋内湿度および屋内エンタ
ルピの実績値、および気象予報値入力装置５からの予想
最高気温、予想最低気温および予想天候の入力により、
翌日の空調機器運転モードを選択するものである。この
ように選択された空調機器運転モードは熱負荷演算装置
４２に出力される。

【００２４】第１パラメータ推定装置４３は、屋外気象
記憶装置２からの屋外気温、屋外湿度、屋外エンタルピ
および日射量の実績値、屋内環境記憶装置４からの屋内
気温、屋内湿度および屋内エンタルピの実績値、熱負荷
記憶装置６からの熱負荷実績、およびイベント記憶装置
９からのイベント情報により、熱負荷予測演算装置４２
で用いられる後述する第１熱負荷予測式ｆ(x) の各変数
のパラメータ（重み）を推定する。このように推定され
たパラメータは熱負荷演算内４２に出力される。

【００２５】熱負荷演算装置４２は、第１パラメータ推
定装置４３によって求められたパラメータ、屋外気象記
憶装置２からの屋外気温、屋外湿度、屋外エンタルピお
よび日射量の実績値、屋内環境記憶装置４からの屋内気
温、屋内湿度および屋内エンタルピの実績値、熱負荷記
憶装置６からの熱負荷実績値、気象予報値入力装置７か
らの気象予報値、およびイベント記憶装置９からのイベ
ント情報、および空調機器運転モード選択装置４１によ
り選択され出力されたモードを入力値とし、第１熱負荷
予測式ｆ(x) を用いて需要家別に熱負荷予測値を演算す
る。

【００２６】図３に、地域冷暖房プラント熱負荷予測装
置３１の詳細を示す。図３に示すように、地域冷暖房プ
ラント熱負荷予測装置３１は、第２パラメータ推定手段
５１とプラント熱負荷演算装置５２とを有している。

【００２７】図３に示すように第２パラメータ推定装置
５１は、プラント屋外気象記憶装置２２からの屋外気
温、屋外湿度、屋外エンタルピおよび日射量の実績値、
プラント熱負荷記憶装置２４からのプラント熱負荷、プ
ラント気象予報値入力装置２５からの予想最高気温、予
想最低気温、予想天候、および需要家ごとの熱負荷記憶
装置６からの需要家ごとの熱負荷により、熱負荷予測演
算装置５２で用いられる後述する第２熱負荷予測式ｇ
(x) の各変数パラメータ（重み）を推定する。このよう
に推定されたパラメータはプラント熱負荷演算装置５２
に出力される。

【００２８】プラント熱負荷演算装置５２は、第２パラ
メータ推定装置５１によって推定されたパラメータ、プ
ラント屋外気象記憶装置２２からの屋外気温、屋外湿
度、屋外エンタルピおよび日射量の実績値、需要家別熱
負荷予測装置１１によって予測された需要家ごとの熱負
荷予測値、およびプラント気象予報入力装置２５からの
予想最高気温、予想最低気温を入力値とし、第２熱負荷
予測式ｇ(x) を用いてプラントの熱負荷予測値を演算す
る。

【００２９】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。はじめに需要家別熱負荷予測装置
１１の作用について述べる。まず空調機器運転モード選
択装置４１において、屋外気象記憶装置２からの屋外エ
ンタルピおよび日射量の実績値、屋内環境記憶装置４か
らの屋内エンタルピの実績値、および気象予報値入力装
置５からの予想最高気温、予想最低気温のおよび予想天
候が入力され、翌日の空調機器運転モードが選択され
る。ここで、空調機器運転モードは、 エンタルピ制御モード １ 通常モード ０ の２モードとなっている。このように２モードを設ける
のは、エンタルピ制御が行われる場合には、エンタルピ
制御が行われない場合に比べ、同じ設定室温でも熱負荷
が異なるためである。

【００３０】次にパラメータ推定装置４３において、熱
負荷演算装置４２で用いる第１熱負荷予測式ｆi(x)の各
変更のパラメータ（重み）が推定される。

【００３１】第１熱負荷予測式ｆi(x)は、

【００３２】

【数１】 である。（１）式において、

【００３３】

【数２】 である。またＲk-n には例えば予測対象日ｋから３日前
までの値Ｒk-1 、Ｒk-2、Ｒk-3 が各々所定係数を掛け
て代入される。

【００３４】同様にＹi,k-n には例えば予測対象日ｋか
ら３日前までの値Ｙi,k-1 、Ｙi,k-2 、Ｙi,k-3 が各々
所定係数を掛けて代入される。

【００３５】また式（１）の右辺の変数に対するそれぞ
れのパラメータは、

【００３６】

【数３】 である。各パラメータの推定は熱負荷記憶装置６、屋外
気象記憶装置２、およびイベント記憶装置９からの過去
の実績値を基に公知の手法で行う。また、パラメータの
学習は、パラメータ推定後の熱負荷実績値を用いて行わ
れる。ここで、第１熱負荷予測式ｆ(x) は線形１次式も
しくは非線形高次式である。

【００３７】次に熱負荷演算装置４２において、（１）
式に示す第１熱負荷予測式を用い、熱負荷記憶装置６か
らの熱負荷実績、屋外気象記憶装置２からの屋外気温、
屋外湿度、屋外エンタルピおよび日射量の実績値、およ
びイベント記憶装置９からのイベント情報に基づいて需
要家別に熱負荷予測値を演算する。

【００３８】需要家別熱負荷予測値Ｙi は Ｙi ＝ｆi(x) Ｙi ：需要家別熱負荷予測値［Ｊ］ であり、熱負演算装置４２で求められた需要家別熱負荷
予測値Ｙi は地域冷暖房プラント熱負荷予測装置３１の
熱負荷演算装置５２に送られる。

【００３９】次にプラント熱負荷予測装置３１の作用を
述べる。まず、熱負荷予測演算装置５２で用いる第２熱
負荷予測式ｇ(x) の各変数のパラメータ（重み）が推定
される。

【００４０】第２熱負荷予測式ｇ(x) は、

【００４１】

【数４】 である。（２）式において、

【００４２】

【数５】 であり、Ｙw,k-n は次の曜日モード別に抽出される。

【００４３】Ｍw ：曜日モード ｓ1 ：平日 ｓ2 ：休日 ｓ3 ：休日明け ここで、式（２）の右辺の変数に対するそれぞれのパラ
メータは、

【００４４】

【数６】 である。ここで、熱負荷予測式ｇ(x) は線形１次式もし
くは非線形高次式である。各パラメータの推定はプラン
ト熱負荷記憶装置２４、プラント屋外気象記憶装置２２
および熱化記憶装置６からの過去の実績値を基に公知の
手法で行う。また、パラメータの学習はパラメータ推定
後の熱負荷実績値を用いて行われる。ここで、熱負荷予
測式(x) は線形１次式もしくは非線形高次式である。

【００４５】次にプラント熱負荷演算装置５２におい
て、（２）式に示す第２熱負荷予測式を用い、プラント
熱負荷記憶装置２４からの熱負荷実績、プラント屋外気
象記憶装置２２からの屋外気温、屋外湿度、屋外エンタ
ルピおよび日射量の実績値、プラント気象予報値入力装
置２５からの予想最高値および最低値、および需要家別
熱負荷予測装置１１によって予測された需要家ごとの熱
負荷予測値に基づいて、地域冷暖房プラント全体の熱負
荷予測値を演算する。

【００４６】プラントの熱負荷予測値Ｙi は Ｙw ＝ｇ(x) Ｙw ：地域冷暖房プラント熱負荷予測値［Ｊ］ である。

【００４７】以上のように、本実施例によれば、各需要
家によって翌日消費される熱負荷を個々に予測し、その
各予測値と気象予測値と、地域冷暖房プラントにおける
屋外気象値と、地域冷暖房プラント熱負荷実績値によっ
て地域冷暖房プラント熱負荷予測値を行うので、各需要
家の状況を考慮してプラント全体の予測、学習を行うこ
とにより精度の高いプラントの熱負荷予測が可能とな
る。また熱負荷実績とそれに及ぼす要因実績を、需要家
ごとおよびプラントで設けたことによって、各需要家の
イベント、負荷パターン、曜日などの大きく熱負荷に影
響を及ぼす要因に対して、誤差の少ないプラントの熱負
荷予測を行うことができる。このようにプラントの熱負
荷予測値を提供することにより、プラントオペレータは
効率の良い熱源機器運転計画を事前に立てることができ
る。

【００４８】なお、上記実施例において第１熱負荷予測
式ｆ(x) および第２熱負荷予測式ｇ(x) はここでは日単
位の予測式となっているが、予測式の入力値として用い
るデータを時間単位のデータとすることにより、時間単
位の需要家別熱負荷予測および地域冷暖房プラント熱負
荷予測を行うことができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
需要家別の熱負荷を個々に予測し、この予測値を用いて
地域冷暖房プラント全体の熱負荷を予測することができ
るので、各需要家の状況を考慮して精度の高いプラント
の熱負荷予測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例による熱負荷予測装置およびプラント
熱負荷予測装置の実施例を示す概略系統図。

【図２】熱負荷予測装置の詳細図。

【図３】プラント熱負荷予測装置の詳細図。

【符号の説明】

２ 屋外気象記憶装置 ４ 屋内環境記憶装置 ６ 熱負荷記憶装置 ７ 気象予報値入力装置 ９ イベント記憶装置 ２２ プラント屋外気象記憶装置 ２４ プラント熱負荷記憶装置 ２５ プラント気象予報値入力装置 ４２ 熱負荷演算装置 ４３ 第１パラメータ推定装置 ５１ 第２パラメータ推定装置 ５２ プラント熱負荷演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山 田 幸 弘 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 西 村 信 孝 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各需要家ごとに熱負荷データを記憶する熱
   負荷記憶装置と、 各需要家ごとに屋外気象データを記憶する屋外気象記憶
   装置と、 最高気温、最低気温、天候等の気象予報値を入力する気
   象予報値入力装置と、 各需要家ごとのイベント情報を入力するイベント入力装
   置と、 各需要家ごとのイベント情報を記憶するイベント記憶装
   置と、 熱負荷記憶装置、屋外気象記憶装置、気象予報値入力装
   置およびイベント記憶装置からの情報に基づいて、第１
   熱負荷予測式により各需要家ごとに熱負荷予測値を求め
   る熱負荷演算装置と、 熱負荷記憶装置、屋外気象記憶装置、およびイベント記
   憶装置からの情報に基づいて、第１熱負荷予測式のパラ
   メータを定める第１パラメータ推定装置と、を備えたこ
   とを特徴とする熱負荷予測装置。
2. 【請求項２】各需要家に熱供給を行なう地域冷暖房プラ
   ントの熱負荷データを記憶するプラント熱負荷記憶装置
   と、 地域冷暖房プラントの屋外気象データを記憶するプラン
   ト屋外気象記憶装置と、 地域冷暖房プラントの最高気温、最低気温、天候等の気
   象予報値を入力するプラント気象予報値入力装置と、 需要家ごとの熱負荷予測値を求める需要家別熱負荷予測
   装置と、 需要家ごとに熱負荷データを記憶する熱負荷記憶装置
   と、 プラント熱負荷記憶装置、プラント屋外気象記憶装置、
   プラント気象予報値入力装置および需要家別熱負荷予測
   装置からの情報に基づいて、第２熱負荷予測式によりプ
   ラントの熱負荷予測値を求めるプラント熱負荷演算装置
   と、 プラント熱負荷記憶装置、プラント屋外気象記憶装置お
   よび熱負荷記憶装置からの情報に基づいて、第２熱負荷
   予測式のパラメータを定める第２パラメータ推定装置
   と、を備えたことを特徴とするプラント熱負荷予測装
   置。
3. 【請求項３】需要家別熱負荷予測装置は、請求項１記載
   の熱負荷予測装置であることを特徴とする請求項２記載
   のプラント熱負荷予測装置。