WO2006085406A1

WO2006085406A1 - 建物のエネルギー管理システム

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Publication number: WO2006085406A1
Application number: PCT/JP2005/017884
Authority: WO
Inventors: Kazuo Miwa
Original assignee: Kazuo Miwa
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2006-08-17
Also published as: CN101116232B; JP4021471B2; EP1850440A4; US20090125149A1; CN101116232A; US7797084B2; EP1850440A1; JPWO2006085406A1; EP1850440B1

Abstract

［課題］建物で消費する電力等のエネルギーを最適な状態で管理することにより、省エネルギーを大幅に行なうエネルギー管理システムを提供することである。［解決手段］エネルギー管理システムの制御を行うコンピュータ制御システム２００では、プログラム制御を行う場合、現在の年月日、時刻を得て、制御プログラムからその時の制御パターンを取得し、空調機器１８６の運転（オン）・停止（オフ）を判定して、運転指令を出力するか、停止指令を出力するかを行う。そして、制御信号をデジタル出力装置２１２から空調機１８６に出力する。これにより、プログラム制御に定められたパターンにより、空調機１８６が運転を一時的に停止（オフ）する。表示装置２４０や遠隔監視装置２７０に現在の運転状況を表示する。

Description

明細書

建物のエネルギー管理システム技術分野

[0001] 本発明は、建物で消費する電力等のエネルギーを最適な状態で管理し、省エネルギーを大幅に行なうコンピュータによるエネルギー管理システムに関する。

背景技術

[0002] 従来から、建物等に対して、供給される電力を制御して省エネルギーを行うためのシステムは色々と提案されている。し力しながら、これらのシステムは、電力需要家が受変電設備を設置して電力供給を受ける際には、電力会社と需要家との間で電気供給約款に基づく供給契約を行い、その上で契約電力に関する制御を行うものが多い。本発明の発明者が提案した「節電制御装置及び省エネルギーシステム」（特許文献 1参照)もその 1つである。この発明は、契約電力の監視用計器として用いられる最大需要電力計 (最大デマンド計)を用いて、大型店舗等における営業に支障がない状態で、空調設備、冷凍設備、原動機設備、照明設備等の電力消費装置に対する電力供給の制御を、各装置ごとに順番をつけて (すなわち、順位づけて)行うことにより、また、スケジュール制御とピークカット制御とを行うことにより、消費電力を低減させ、消費電力が最大デマンド設定値を越えないようにし、ひいては、契約電力の低減を図り得るようにしたものである。

[0003] さて、建物に対して現在では、各設備ごとに、電気設備では電子安定器、インバーター等の導入、機械設備では空調熱源、ポンプ類の台数制御及びセンサー、インバ一ター制御の導入が対応実施され、一定の省エネ化が進められている。しかしながら、季節、期間別と 24時間別に、建物全体及び各階、各部屋毎に余剰稼動を制御した、適切な建物全体の制御システムがなされておらず、消費エネルギー量の最大数値を基に稼動して、るために、未だ充分なる省エネルギー効果を得ることは難、のが現状である。

特許文献 1：特開 2003 - 23729号公報

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0004] 本発明の目的は、建物で消費する電力等のエネルギーを最適な状態で管理することにより、省エネルギーを大幅に行ない、建物における省エネを実現するコンビユータによるエネルギー管理システムを提供することである。

課題を解決するための手段

[0005] 上記目的を達成するために、本発明は、建物の空調設備を含む制御対象機器の消費エネルギーを管理するエネルギー管理システムであって、建物の使用電力を示す信号を受けて、所定時間ごとの使用電力を予測するデマンド予測手段と、前記デマンド予測を受けて、警報を発生するデマンド警報発生手段と、前記制御対象機器を前記所定時間ごとに、余剰負荷を削減するように予め定めたプログラムによりオン · オフを行うデジタル制御手段とを備えることを特徴とする。

前記デジタル制御手段は、複数のオン 'オフ'パターンを時間により指定しているプログラムにより、現時刻の記憶されて、るオン ·オフ ·パターンを読み出して制御することが望ましい。そして、前記デジタル制御手段の記憶されている前記パターンは、制御単位ごとに前記制御対象機器の所定時間ごとのオフ時間をずらすとよい。

[0006] さらに、前記制御対象機器の出力を前記所定時間ごとに、余剰負荷を削減するように予め定めたプログラムにより定格運転からの出力割合を制御するアナログ制御手段を備えることが望ましい。

また、予め設定した温度を監視する温度監視手段を備え、該温度監視手段は、前記予め設定した温度を越える又は下回る温度を検出したときに、前記プログラムによる制御を中止するとよい。

また、外気の温度 ·湿度を測定する温度 ·湿度測定手段と、前記温度 ·湿度測定手段からの外気の温度 ·湿度から、比ェンタルピーを算出する比ェンタルピー算出手段と、冷房運転のとき、算出した比ェンタルピーと、予め設定した月別、時間別比ェンタルビーとを比較して、より最適なプログラムに修正する修正手段とをさらに備えて、修正された最適なプログラムで制御することもできる。

前記修正手段は、暖房運転のとき、前記温度 ·湿度測定手段で測定した温度と、予め設定した月別、時間別温度とを比較して、より最適なプログラムに修正するとよい。発明の効果

[0007] 上述のエネルギー管理システムは、既存の電気設備、機械設備の各機器の容量と建物全体の必要なエネルギー量を算出することで余剰エネルギーを調べて、電気設備、機械設備の各機器毎に制御して、建設の設計時点に算出設置された最大消費容量の各設備を、年間通して必要かつ最適な稼動を行うことにより、余剰エネルギーを大幅に制御するシステムである。

併せて、異常気温と収容人員増加及び業態変更が生じても建物内のアメニティーは、保全する機能を持つシステムである。

発明を実施するための最良の形態

[0008] 本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

本発明のエネルギー管理システムは、空調設備等の余剰を削除するように、電気設備、機械設備の各機器毎に制御して、建設の設計時点に算出設置された最大消費容量で設置されている各設備を、年間を通して必要かつ最適な稼動を行うことにより、エネルギーを大幅に制御するシステムである。併せて、異常気温と収容人員増加及び業態変更が生じても建物内のアメニティーは、保全する機能を持つシステムである。

本発明のエネルギー管理システムにより、各設備機器の稼動、制御の状況は、顧客の本社、管理会社等と回線で接続して、リアルタイムに、現場、顧客本社、管理会社等から、ノソコンによるモニターができる。また、外的な要因である気候または顧客の都合による、レイアウト変更及び制御数値の増減は、回線を通じてパソコンによる変更対応が可能である。

また、コンピュータ 'システムが万一に故障した場合は、予め設定されたバイパスを通じて、各設備に電力がリアルタイムに流れることにより設備機器は稼動でき、建物のアメニティーは保全される。

なお、以下で説明するコンピュータ 'システムの省エネ対象設備は、以下の通りである。

•電気設備 (受変電設備、電灯 ·動力設備）

'機械設備 (換気設備、空調設備、給排水衛生設備） [0009] 図 1に、本発明のエネルギー管理システムの全体構成を示す。

高圧受電設備 100に設置された、電力会社の積算電力計 VCTにパルス検出器 11 0を接続し、パルス検出器 110をコンピュータ制御システム 200に接続する。

断路器 Z— DS '高圧真空断路 VCBを経由し、変圧器 Trl, Tr2, Tr3, Tr4,高圧受電設備 100のサーキット.ブレーカ MCB力ら、酉己電盤 172, 174, 176, 178とサ一キット'ブレーカ MCBを経路して、各負荷設備 182, 184, 186, 188に電力は供給されている。コンピュータ制御システム 200は、各負荷設備 182, 184, 186, 188 にも接続されており、負荷設備に対して、負荷設備の種類によりデジタルやアナログの制御や監視等を行っている。負荷設備には、照明設備，各コンセント，空調設備，機械設備等がある。

[0010] 図 2に、コンピュータ制御システム 200の構成を示す。このコンピュータ制御システム 200は、省エネ対象の建物内に設置されている。

図 2において、演算制御ユニット 220は、制御'監視プログラムの実行、コンピュータ制御システム全体の監視 ·制御を行う演算装置である。演算制御ユニット 220により、制御'監視プログラムの実行により行う監視'制御の各機能である、プログラム運転機能 221,アナログ出力制御機能 223,制御パターン修正機能 222,温度監視機能 2 24,デマンド監視'制御機能 225,通信機能 226, 自己診断機能 227については、後で詳しく説明する。

[0011] 通信装置 250は、通信機能 226の制御により、コンピュータ制御システム 200と遠隔監視装置 270と回線を介して接続している。入出力装置 210は、各負荷設備である空調機 186,外調機等 187や、圧力 'COセンサ 192や温度センサ 194等のセン

2

サ及び消費電力を示すパルス検出器 110等とのインターフェースである。インターフエースとして、接続対象に応じて、デジタル出力を出力するデジタル出力装置 (DO) 212,アナログ出力を出力するアナログ出力装置 (AO) 213,アナログ入力のためのアナログ入力装置 (AI) 214,温度入力のための温度入力装置 (TI) 215,デジタル入力のためのデジタル入力装置（DI) 216,パルス入力のためのパルス入力装置（P 1) 217等を備えている。

[0012] 表示装置 (タツチパネル) 240は、省エネ対象機器の制御運転状態の表示を行う装置であり、タツチパネルでもあるので、入力もできる。また、各装置の故障を検知し、制御盤表面のランプ'ブザーにて警報を発生して、知らせることも行っている。電源装置 230は、装置全体に対して電源を供給している。

遠隔監視装置 (遠方監視場所に設置される） 270は、コンピュータ制御システム 20 0と通信装置 271を介して情報の送受信を行ヽ、省エネ対象機器の制御 ·運転状態の監視、日報'月報データの入手が可能である。また、省エネ対象機器に各種制御情報を送信することで、遠方力の制御情報の更新も可能である。そのために、コンピュータ 'プログラムによる、省エネ'プログラム設定機能 272,履歴データ収集機能 2 74,制御運転状況表示機能 276,故障自動通知機能 278等を備えている。遠隔監視装置 270は、通常のパーソナル 'コンピュータと同様の構成でよい。

く演算制御ユニット 220による各機能〉

演算制御ユニット 220は、コンピュータ 'プログラムを実行することにより、各機能を実現している。以下に、各機能を詳しく説明する。

(プログラム運転機能 221)

プログラム運転機能 221を、図 3,図 4に示すフローチャートにより詳しく説明する。デジタル制御 (運転 Z停止）（図 3参照）とアナログ制御（回転数制御）（図 4参照）に分類され、以下の通り、制御プログラムに従ってコンピュータ制御システム 200で制御されている。

1)予め作成した制御数値により、遠隔監視装置 270から省エネプログラム設定機能 272により、制御プログラム (制御月 '時刻'制御パターン)を入力する。この制御プログラムについては、後で詳しく説明する。

2)負荷設備の制御対象機器毎に解析された制御月 ·時刻 ·制御パターンの運転 Z 停止信号は、デジタル出力装置 212に、運転 (リレー接点'閉'）停止 (リレー接点'開 ' )信号として出力する。

3)信号を受け取ったデジタル出力装置 212は、運転 (リレー接点'閉'）停止 (リレー接点'開'）の信号を、空調機 186や外調機等 187のリレー駆動装置（図示せず）に伝達し、リレーユニットの励磁 (リレー接点 '閉 '）または開放 (リレー接点 '開'）して制御する。 4)空調機 186は、リレーユニットが励磁 (リレー接点 '閉 '）した信号を運転と判定し運転状態となる。また、リレーユニットが開放 (リレー接点'開'）した信号は停止し、空調機は停止状態となり、自動的に運転、停止が制御される。

5)外調機、エアハン等 187の回転数制御の場合は、解析した回転数制御値を、アナログ出力制御機能 223へ伝達し、アナログ出力装置 213を介して回転制御数値をァナログ値 4〜20mAに変換し、端子台ユニット経由で、インバータ装置に出力し回転数制御する。

[0014] 以下に、図 3のフローチャートにより、プログラム制御の処理について説明する。入力された制御プログラムは、遠隔監視装置 270より送信され (S302)、コンピュータ制御システム 200で受信される（S304)と、演算制御ユニット 220のメモリ内の格納エリァに格納される。格納エリアに格納された制御プログラムは、負荷設備の制御対象機器毎に、制御月 '時刻'制御パターンにより、運転 (オン) Z停止 (オフ) Z回転数を出力して制御する。

[0015] 新規に送られてきた制御プログラムのデータは、 1時間のうち 0分と 30分に更新されて（S306, S308)、制御が実行される。これは、需要電力（デマンド）力あらかじめ定められている期間を通した電力の平均値のことであり、一般に、この「あらかじめ定められている期間」は電気供給約款によって定められていて、 30分間であるからである。そして、一力月の間におけるこのデマンド (需要電力）の最大値を最大需要電力（最大デマンド）という。プログラム制御も 1時間のうち 0分と 30分ごとに行って、このデマンド監視と同調して行っている。

[0016] つぎに、制御対象の制御種別を判定し (S310)、例えば回転数制御等のアナログ制御の場合は、図 4に示したフローチャートの制御へといく。アナログ制御におけるプログラム制御は、後のアナログ制御のところで説明する。

さて、デジタル制御の場合、設定温度を逸脱した温度の異常を検出する（S312で YES)と、プログラム制御を解除して (S314)、強制的に対象制御機器を運転状態とする信号を出力する（S322)。温度監視については、図 5のフローを用いて、後で詳しく説明する。

プログラム制御を行う場合、現在の年月日、時刻を得て（S316)、制御プログラムからその時の制御パターンを取得する（S318)。取得後に、制御パターンが現在の気象状況において最適パターンであるかを判定し、制御パターンと温度、湿度に乖離があればパターン修正を行うとよい（S319)。このパターン修正処理（S319)については、あとで詳細を説明する。ここで得られた最適制御パターンにより、対象機器の運転'停止を判定して (S320)、運転指令を出力する（S322)か、停止指令を出力する（S324)かを行う。そして、制御信号をデジタル出力装置 212から制御対象機器に出力する。これにより、プログラム制御に定められたパターンにより、対象機器が運転を一時的に停止 (オフ)する。表示装置 240や遠隔監視装置 270に現在の運転状況を表示する（S328)。この制御プログラムについては、後で詳しく説明する。

なお、制御パターン修正処理（S319)については、必要に応じて行うとよい。

[0017] (アナログ出力制御機能 223)

アナログ制御は、予め作成した制御数値により、遠隔監視装置の省エネプログラム設定機能 272で、制御設定データ (制御対象機器と監視装置 (センサ)の関連付け、監視装置の上限'下限の設定値、インバータへの出力範囲、目標デマンド値等)を入力している。入力された制御設定データにより、アナログ出力制御機能 223で、負荷設備の制御対象機器毎に、監視装置の上限'下限の設定値、インバータへの出力範囲を設定して制御する。監視装置の設定値をはずれると、定格運転を行う。

[0018] 具体的に圧力，温度のセンサからの信号と制御との関連について説明する。

圧力センサ 192や温度センサ 194で検知した制御監視圧力値や温度値は、電気信号のアナログ値に変換され、アナログ入力装置 214や温度入力装置 215に伝達される。受信したアナログ信号値は、演算制御ユニット 220のアナログ出力制御機能 2 23に伝達される。アナログ出力制御機能 223では、圧力センサや温度センサからの値により、制御信号に変換され、アナログ出力装置 213やデジタル出力装置 212からのインバータ制御出力信号で制御対象機器 187を制御する。

対象機器は、受信したインバータ制御出力信号のアナログ信号値に基づき、外調機、エアハン、ポンプの制御対象機器の周波数変更を行い、空調機自動風量制御，エアハン自動風量制御，ポンプ自動流量制御を実行する。

定格運転を行う場合は、デジタル出力装置 212から、インバータ定格運転信号を制御対象機器 187に送信する。制御対象機器 187は、インバータ定格運転信号を受け取ると、アナログ出力制御による回転数制御を中止し、インバータにて設定された定格値 (例： 47Hz)にて定格運転を復帰実行運転する。

[0019] アナログ制御のフローを、図 4を用いて説明する。

アナログ入力装置 (AI) 214からアナログ入力すると、制御監視信号として取り込み (S404)、制御対象機器との対応付けを行う（S406)。そして、制御監視信号が設定値を外れていると、警報として出される（S408)。例えば、ある部屋の上限温度が 29 °Cに設定されていると、 29°Cをオーバーした場合、アナログ制御は中止され（S426) 、対象機器に定格信号を出力する (S428)。対象機器は、入出力装置の接点出力 2 14からの定格信号を受けて定格運転を始める。

なお、制御対象機器は、スィッチ (接点）によるインターロック信号として、出力可能信号を出力できる。このスィッチをデジタル入力装置 216から取り込み（S420)、このスィッチが入っていない場合 (OFF) (S422)は、アナログ制御が行われず、定格運転が行われる（S428)。出力可能信号が ONの場合は、アナログ制御が行われる（S 424)。

[0020] アナログ制御は、監視信号の設定値内の場合に、制御監視信号に対応して制御出力信号値を算出することで行う（S410)。これは通常のアナログ制御である。

上述の出力可能信号が ONのとき、算出された制御信号は対象機器に出力されるために（S432)、入出力装置のアナログ出力装置 (AO) 213に出力される。

この値は、表示値に変換されて（S434)、表示装置に表示される（S436)。さて、アナログ制御においても、機器によってはプログラム制御が行われる。それが図 3からの Aであり、現在の年月日 ·時刻を判定して（S412)、それに従った制御パターンを判定する（S414)。ここでもデジタル制御と同様に、その制御パターンが現在の気象状況に於いて最適パターンであるかを判定し、制御パターンと温度、湿度に乖離があればパターン修正を行う（S415)こともできる。この処理については、後で説明する。そして、制御パターンに対応した制御出力信号値を算出する（S416)。これは例えば、空気調和器のファンの制御等で行われる。後の制御は上述の通りである [0021] (温度監視機能 224)

図 3における温度監視機能について、図 5で詳しく説明する。温度監視機能は、設定温度を超過した場合、プログラム制御やデマンド制御（最大電力量の制御）の解除を行う。

図 5のフローチャートにおいて、温度入力装置 215からの室内温度を入力して（S5 04)、運転モードが冷房制御力、暖房制御かを調べ（S 506)、それぞれの設定温度を判定する（S508, S514)。温度監視動作 (S510, S516)では、冷房制御，暖房制御それぞれで判定した温度と検出した室内温度とを比較して、異常温度力どうかを調べる（S510, S516)。異常であった場合（S510, S516で YES)は、プログラム運転制御 'デマンド制御を解除する（S512)。正常温度であった場合は、プログラム運転制御 *デマンド制御を行う（S518)。前に、プログラム運転制御 *デマンド制御の解除を行ってヽた場合はプログラム運転制御 ·デマンド制御を再開する。

[0022] (デマンド監視，制御機能 225)

デマンド監視 ·制御は、電力会社との契約で最大電力量を定めているので、その範囲で電力を供給する制御である。この制御を図 6のフローチャートで説明する。

図 6において、図 1の電力計 Whに取り付けたパルス検出器 110は、入出力装置 21 0のパルス入力装置 217から演算制御ユニット 220に取り込まれ（S604)、パルス入力の積算値より、現在のデマンド値を算出するとともに、その値を表示装置に表示する（S606)。この値力次の式により予測デマンド値を算出する（S608)。

[数 1]

予測デマンド値 =現在デマンド値 χ Δ ΐ / Δ Ρ χ ( 3 0 t )

ここで、 A tZ A Pは予測係数，（30— t)は 30分の積算時間の残り時間であり、 A tは監視時間間隔 (例えば 10秒)、 Δ Ρは監視時間間隔中の電力変化量である。

この予測デマンド値が予め設定された目標デマンド値を超過する場合は、 16段階の警報を発生し (S608)、 16段階の警報に従って、スケジュール運転が設定されて Vヽる「デマンド遮断対象機器」に対して停止信号を発して順次制御する。

[0023] (通信機能 226)

本システムでは、遠隔監視装置 270で、コンピュータ制御システム 200の監視'制御の履歴データ，運転制御状況を収集 ·表示することができる。

これは、遠隔監視装置 270から、各要求信号を、コンピュータ制御システム 200に通信装置 271 , 250を経由して伝達することで行われる。

コンピュータ制御システム 200では、受け取った要求信号が履歴データ要求信号であると判定し、システムに格納されている履歴データ (最大 24ヶ月分の電力使用量集計データ、イベント履歴集計データ等)を、遠隔監視装置 270に返送して、表示や印刷を行なうことができる。

コンピュータ制御システム 200が、受け取った要求信号が運転制御表示要求信号であると判定した場合は、システムに格納されている「デマンド監視データ」「スケジュール運転状況データ」「インバータ運転状況データ」「監視温度 ·設定値データ」等を例えば 3秒周期にて、遠隔監視装置 270に送信することにより、情報を認識対応することができる。

また、遠隔監視装置 270から、パターンによるプログラム制御のためのパターンを作成 ·変更すること等もできる。

[0024] (自己診断機能 227)

コンピュータ監視システム 200の機能の一つである自己診断機能により、コンビユータ自体の故障の有無を判定して、る。

自己診断機能にて故障を検知した場合 (CPU故障、入出力装置故障)、故障機器とエラーコードを格納し、そのデータを遠隔監視装置 270に自動送信を行うとともに、自動的に制御を解除して各制御負荷設備は、定格運転して建物のアメニティーは保全される。

自己診断機能にて故障を検知したとき、「CPU異常」の場合と「電源装置異常」を検知した場合は、コンピュータ監視システムの制御盤面の「CPU異常」のランプを点灯するとともに、故障ブザーを鳴らす。

[0025] 前述した自己診断機能には、設備機器に故障が発生した場合、その故障信号を捉え遠隔監視装置 270に通知することができる。

設備機器の故障は、設備機器の故障時に出力される接点信号をデジタル入力装置 216にて検知し、演算制御ユニット 220にて故障設備機器名を判定し、通信装置 2 50から遠隔監視装置 270にその故障設備を通知する。遠隔監視装置 270では、通知された故障設備名を制御運転状況表示機能 276からモニターに表示して、設備の故障を知らせることができる。

以上で、本コンピュータ監視システム 200の概略を説明した。

以下では、本コンピュータ監視システム 200におけるプログラム制御について詳しく説明する。

[0026] <プログラム制御 >

図 7〜14を用いて、本発明のプログラム制御について詳しく説明する。このプログラム制御は、通常はデマンド制御のみであった力建物の負荷を精密に見積もり、空調'換気設備が過剰に動作しなヽようにキメの細カゝ、制御を行うように空調 ·換気設備の動作制御プログラムを作成して、それに基!ヽて空調 ·換気設備を制御しょうとするものである。図 7は、このようなプログラム制御を行うためのプログラムを作成するためのフローチャートである。

[0027] 図 7において、まず、対象の建物の負荷'換気計算を行う（S702)。

( 1)建物の設備容量の算定は、用途、機能、規模、場所等の内的及び外的な要因により電気設備、機械設備の構成、容量、種別が定められる。

(2)建物で消費するエネルギー数値は、電気設備、機械設備とも使用状況面では、建物の最大収容時、最大稼動時とする。また気候現象面では真夏、真冬、時間面では日中、深夜において最大となる。

(3)換気設備の負荷は、建物内の人間の数等によるものであり、これを実際の使用状況を見積もることにより、余剰を計算する。

この負荷計算は、例えば、社団法人空気調和 '衛生工学会「設計用最大熱負荷計算法」（丸善 1989年 12月発行）に記載の計算法によって行うことができる。そして、対象建物に設置されている空調'換気設備の容量も算出する (S704)。

なお、建設時の電気設備'機械設備の容量は、建物で消費するエネルギーに最大数値と経年劣化、レイァ外変更等も見込数値を合計して最大負荷数値を設定している。

[0028] これらの計算で出された必要とされる熱'換気負荷と空調'換気設備の容量とを比較して、その差が負荷余剰として把握することができる（S706)。これにより、本コンビユータ制御システム 200により省エネの制御を行う省エネ対象機器を選択する（S70 8)。これは、前述の建物の負荷計算は、各部屋'各フロア等の同じ空調設備で制御している単位ごとに計算するので、それにより省エネ対象機器を選択することができる。そして、省エネ対象機器毎に負荷余剰率を計算する（S710)。最近のその地方の毎月の平均気温から、各月毎の 1年分の気温変化係数を算出する（S712)。その気温変化係数から、各月の 1日の 1時間ごとの平均負荷余剰率を計算する。

[0029] 図 8,図 9により、図 7の各段階の計算の仕方について詳しく説明する。図 8 (a)は、建物の負荷計算と空調機器の容量とを比較して、負荷余剰率を、ある空調単位について計算したところを示している。まず、「設備容量」として、冷房と暖房についての容量を示している。「冷房負荷」，「暖房負荷」として示しているのが建物の負荷計算をした結果を示している。これは最大で計算しているので、「冷房負荷」では 8月、「暖房負荷」では 1月で計算している。「冷房負荷」については、 9時， 12時， 14時， 16時について算出している。この冷房と暖房の「設備容量」と「冷房負荷」，「暖房負荷」との差が「余剰容量」である。そして、この差を「設備容量」で割って、「余剰率」を計算している。「冷房負荷」については、余剰率を平均して、「平均負荷」を計算している。換気の余剰は、建物内の人間の数等を実際の使用状況の最大で見積もることにより、外気を取り入れる必要性から最大の「余剰率」を計算することができる（図 8 (a)参照)。

[0030] また、各月の「月別空調稼動係数」は、図 9を用いて説明する。図 9は、例として、 7 月と 8月の毎時間ごとの平均気温を示している。まず、 9時から 16時までの平均気温を「時間別平均気温 1」として算出し、それ以外の時間ごとの気温の平均を「時間別平均気温 2」として算出し、この 2つの平均気温を足して 2で割ることで「24時間平均気温」として算出している。冷房を行う期間 (4月〜 11月）に関しては、 8月の「24時間平均気温」との比を「気温変化係数」（7月は 0. 87)として算出している。この「気温変ィ匕係数」をすベての月に対して算出し、 8月の稼働率（1—余剰率 = 1— 0. 18 = 0. 82)に掛けて、各月の「月別空調稼動係数」を算出する。 7月の場合は、 {8月の稼働率 (0. 82)}X{7月の気温変化係数 (0. 87)}={7月の月別空調稼動係数 (0. 71)}で計算できる。

[0031] さて、図 8 (b)における各月の各時間ごとの余剰率は、この図 9に示す「月別空調稼動係数」により、冷房の場合は、（8月の各時間ごとの余剰率） X (8月の「月別空調稼動係数」 Z各月の「月別空調稼動係数」 )で計算する。

暖房（12月〜4月）についても、冷房の場合と同様に 1月を基準として余剰率を算出するが、冷房の場合と異なり、温度があがると余剰率が低下するように算出している。

[0032] 稼働率は（ 1 余剰率)であり、これを基に制御プログラムを作成する。デジタル制御の制御プログラムの例を図 10,図 11に示す。図 10は、制御単位で空調機の系列 (16系列）ごとに、 30分間の停止している時間と運転している時間を 1分ごとに制御している制御パターンの例を示している。 30分間で 1分停止すると、稼働率は 29Z30 で 97%,図 10の系統 No. 1のように 30分間で 3分停止すると 90%の稼働率となる。制御単位で、図 10のように複数の系列がある場合は、それぞれの系列でずらして停止するように制御すると、ピーク電力が低くなるとともに、モータ等の起動電流も重ならなくなるので好都合である。この制御パターンには番号がふられ、複数の制御パターンがコンピュータ制御システム 200の記憶装置に格納されて、番号により特定して読み出すことができる。これを図 11で説明する。

[0033] 図 11は、 30分ごとにどの制御パターンを読み出すかを設定した制御プログラムを示して、る。このような制御プログラムをコンピュータ制御システム 200の記憶装置内に格納しておき、現在時刻により、どの制御パターンで制御するかをきめ細力べ設定することができる。

[0034] アナログ制御についても、プログラム制御を行うことができる。アナログ制御のプログラム制御を図 12,図 13で説明する。

アナログのプログラム制御の場合は停止 ·運転のように 2値ィ匕の制御ではなく、図 1 2に示す制御パターンのように、 30分ごとの最大出力（定格出力）からの割合で示している。アナログ制御のプログラム制御においても、複数の制御パターンに番号がふられ、コンピュータ制御システム 200の記憶装置に格納されており、制御パターンを番号により特定して読み出すことができる。番号による読み出しは、図 13に排気ファン (換気設備）に対する例で示すように、機器ごとに設定する。各月ごとの機器ごとに制御パターンを番号で設定し、年間スケジユールとして、コンピュータ制御システム 200の記憶装置内に格納される。

[0035] 図 14は、図 5で説明した温度監視機能のスケジュール 'デマンドの設定温度を示している。このように、冷房時の上限、暖房時の下限の設定温度を示している。これは、空調機系統ごとに設定することができる。

[0036] (制御パターン修正機能 222)

帘 U御ノターン修正機會 222 (良卩ち、図 3の S319,図 4の S415)について、図 15, 図 16のフローチャート及び図 17—1,図 17— 2, 図 17— 3により説明する。

図 3や図 4のフローチャートにおいて、現在の年月日、時刻により、制御プログラム力もその時の制御パターンを取得する（S318, S414)力その制御パターンが現在の気象状況において最適パターンであるかを判定し、制御パターンと温度、湿度に乖離があればパターン修正を行う機能力このパターン修正機能である。

修正フローは、図 15において、まず、冷房運転中か暖房運転中かを判断し (S150 1)、制御対象機器が冷房運転中の場合 (図 15)と、暖房運転中の場合 (図 16)の、二通りの修正フローに分かれる。図 15の冷房運転時は、外気の温度センサ 192により外気温度が温度入力装置 215から、外気湿度がアナログ入力装置 214から、それぞれ演算制御ユニット 220に入力される（S1503, S1504)。入力された温度と湿度より外気の湿り空気全熱量である比ェンタルピーを演算ユニットにて算出する（S150 5)。算出した比ェンタルピーの値と、予め設定した制御プログラムによる、月別、期間 (初 ·中 ·下旬）、時間（9時 · 12時， 14時 · 16時 · 18時， 20時 · 22時 · 24時 · 2時 · 4時 · 6時)別の年間気象推移データ（図 17— 1 (上旬），図 17— 2 (中旬），図 17— 3 (下旬

)：記憶されている）に示す比ェンタルピー値を比較し、算出した現在の比ェンタルピ一値が年間気象推移データで示す比ェンタルピー値の何月に相当するかを判断して、最適制御パターンを判定する。例えば、 6月 1日 9時の制御パターンを判定する場合で以下説明する。

[0037] まず、修正時刻を判定する（S 1506)。時刻は 9時 · 12時 · 14時 · 16時 · 18時 · 20時 • 22時 · 24時 · 2時 · 4時 · 6時の 11点として!/、る。これは前述したプログラム制御のパターン作成時の負荷計算時刻と合致させている。時刻が合致しない場合は、ノターン修正は行わず現状の制御パターンにて制御を続行する。今回測定時間が 9時で一致しているので、パターン修正の判定ルーチンに進み、測定日が 6月 1日より初旬の期間と判定する（S1507)。 6月 1日 9時の温度.湿度より算出した外気比ェンタルピーが例えば 69. 81 (kj/kgDA)の場合、図 17— 1、図 17— 2、図 17— 3の年間気象推移表の上旬 · 9時の項目（図 17— 1参照）により、 8月の比ェンタルピーに相当することが解る（S 1508, S1510)。この場合、 6月にもかかわらず 8月の気象状況と判断して、 8月の制御パターンを制御プログラムに投入して制御を行うよう制御パターンを修正する（S1511)。

前記の外気比ェンタルピー 69. 81 (kj/kgDA)が 6月の比ェンタルピーに相当している場合は、ノターン修正はしないで現状パターンにて制御を続行する（S 1509)

[0038] 次に、図 16を用いて、暖房運転時のパターン修正フローについて説明する。暖房運転時は、外気温度センサにより外気温度が温度入力装置 215から、演算制御ュニット 220に入力する（S1603)。入力した温度値と、予め設定した制御プログラムによる、月別、期間（上 ·中 ·下旬）別、時間（9時 · 12時， 14時 · 16時， 20時 · 22時 · 24時 · 2時 ·4時 · 6時)別の年間気象推移データ（図 17— 1 (上旬），図 17— 2 (中旬），図 17 3 (下旬)）に示す温度値を比較し、算出した現在の温度値が年間気象推移データで示す温度値の何月に相当するかを判断し、最適制御パターンを判定する（S1608 )。判定された該当月が、現在制御月と同じ場合はパターン修正を行なわず現状パターンにて制御を行い（S1609)、該当月が現在制御月と異なる場合は、その該当月の制御パターンを制御プログラムに投入し制御を行なうよう制御パターンを修正する（S1610, S1611)。

図面の簡単な説明

[0039] [図 1]本発明のエネルギー管理システムの全体構成を示す図である。

[図 2]コンピュータ制御システムの機能を示す図である。

[図 3]デジタル制御の処理フローを示す図である。

[図 4]アナログ制御の処理フローを示す図である。 [図 5]温度監視制御の処理フローを示す図である。

[図 6]デマンド予測の処理フローを示す図である。

圆 7]負荷余剰を算出する手順を示す図である。

圆 8]各月ごとの負荷余剰を算出することを説明する図である。

圆 9]時刻ごとの平均温度により、各月ごとの負荷余剰を計算するための平均温度の例を示す図である。

[図 10]ある制御単位のオン ·オフの制御パターンを示す図である。

[図 11]制御パターンを読み出すためのプログラム例である。

[図 12]アナログ制御のためのパターン例である。

[図 13]アナログ制御のプログラム例である。

[図 14]設定温度の例である。

[図 15]冷房運転時の修正フローを示す図である。

[図 16]暖房運転時の修正フローを示す図である。

[図 17-1]年間気象推移データの上旬の部分を示す表である。

[図 17-2]年間気象推移データの中旬の部分を示す表である。

[図 17-3]年間気象推移データの下旬の部分を示す表である。

Claims

請求の範囲

[1] 建物の空調設備を含む制御対象機器の消費エネルギーを管理するエネルギー管理システムであって、

建物の使用電力を示す信号を受けて、所定時間ごとの使用電力を予測するデマンド予測手段と、

前記デマンド予測を受けて、警報を発生するデマンド警報発生手段と、前記制御対象機器を前記所定時間ごとに、余剰負荷を削減するように予め定めたプログラムによりオン ·オフを行うデジタル制御手段と

を備えることを特徴とするエネルギー管理システム。

[2] 請求項 1に記載のエネルギー管理システムにお、て、

前記デジタル制御手段は、複数のオン 'オフ'パターンを時間により指定しているプログラムにより、現時刻の記憶されて、るオン ·オフ ·パターンを読み出して制御することを特徴とするエネルギー管理システム。

[3] 請求項 2に記載のエネルギー管理システムにお、て、

前記デジタル制御手段の記憶されて、る前記パターンは、制御単位ごとに前記制御対象機器の所定時間ごとのオフ時間をずらしていることを特徴とするエネルギー管理システム。

[4] 請求項 1〜3のいずれかに記載のエネルギー管理システムにおいて、

さらに、前記制御対象機器の出力を前記所定時間ごとに、余剰負荷を削減するように予め定めたプログラムにより定格運転からの出力割合を制御するアナログ制御手段を備えることを特徴とするエネルギー管理システム。

[5] 請求項 1〜4のいずれかに記載のエネルギー管理システムにおいて、

さらに、予め設定した温度を監視する温度監視手段を備え、

該温度監視手段は、前記予め設定した温度を越える又は下回る温度を検出したときに、前記プログラムによる制御を中止することを特徴とするエネルギー管理システム

[6] 請求項 1〜5のいずれかに記載のエネルギー管理システムにおいて、

外気の温度 ·湿度を測定する温度 ·湿度測定手段と、前記温度 ·湿度測定手段からの外気の温度 ·湿度から、比ェンタルピーを算出する比ェンタルピー算出手段と、

冷房運転のとき、算出した比ェンタルピーと、予め設定した月別、時間別比ェンタルビーとを比較して、より最適なプログラムに修正する修正手段と

をさらに備えることを特徴とするエネルギー管理システム。

請求項 6に記載のエネルギー管理システムにおいて、

前記修正手段は、暖房運転のとき、前記温度 ·湿度測定手段で測定した温度と、予め設定した月別、時間別温度とを比較して、より最適なプログラムに修正することを特徴とするエネルギー管理システム。