JPH09189444A - 氷蓄熱空気調和装置 - Google Patents
氷蓄熱空気調和装置Info
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- JPH09189444A JPH09189444A JP1839496A JP1839496A JPH09189444A JP H09189444 A JPH09189444 A JP H09189444A JP 1839496 A JP1839496 A JP 1839496A JP 1839496 A JP1839496 A JP 1839496A JP H09189444 A JPH09189444 A JP H09189444A
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Abstract
を含めた上で蓄熱量の推定を行うことが可能な氷蓄熱空
気調和装置を提供する。 【解決手段】 予め蓄積している基礎データ3と、現在
時刻の状態を表わす時系列データ4について例えばカオ
ス解析を施すことにより、電力需要カーブと熱需要カー
ブ5を予測する。電力需要予測に対しては使用電力の一
部を制限する電力デマンド制御の条件6を入れ、冷房又
は暖房時の装置の運転状態を予測し、その予測に基づい
て必要な蓄熱量を決定して、蓄熱運転を行う。
Description
空気調和のための供給熱量の一部又は全部を夜間に製造
・蓄熱し、昼間にその蓄熱した冷熱または温熱を住空間
に供給する氷蓄熱空気調和装置とその蓄熱予測方法に関
するものである。
概念図である。図8の氷蓄熱空気調和装置1は、冷熱ま
たは温熱を製造する熱源機11、冷熱または温熱を蓄熱
する蓄熱器12、住空間へ冷暖気を放出する冷暖気放出
器13、当該装置の制御を行う運転制御器14から構成
されており、8は住空間へ放出される熱搬送手段を用い
た冷熱または温熱の流れを示し、9はこの装置の制御に
必要な情報・信号の伝達手段を用いた情報・信号の流れ
を示している。また、15は蓄熱器12の残氷量または
残温熱量の検出処理、16は蓄熱器12の蓄熱量の決定
処理を表わしている。
て説明すると、まず熱源機11によって製造された冷熱
または温熱は、夜間に蓄熱装置12に蓄熱として蓄えら
れ、昼間に蓄熱装置12を放熱運転することにより、冷
暖気放出器13を介して住空間の冷房または暖房を行
う。また、昼間において住空間の熱負荷に対して蓄熱器
12の放熱運転のみで補えない場合は、さらに熱源機1
1を冷房機として運転することによって住空間の熱負荷
をまかなう。
明する。本装置の蓄熱運転時には、図8の運転制御器1
4により熱源機11の運転の制御が行われ、蓄熱器12
に冷熱または温熱が蓄熱される。熱源機11の運転状態
の決定は蓄熱量の決定処理16によって行われる。ここ
で、蓄熱量の決定処理16は、放熱運転時にすでに設定
されている熱源機11や蓄熱器12の放熱運転パターン
により、そのパターンの冷房または暖房の開始時刻にお
ける蓄熱器12の蓄熱量を蓄熱時間帯に蓄熱するものと
して、熱源機11の蓄熱のための運転モードが決定され
る。設定される蓄熱器12の蓄熱量は、放熱パターンが
住空間の様々な熱負荷の条件に対応可能なように数個の
パターンを備えているため、その各々のパターンに対応
する量をもっている。また、蓄熱量決定処理16におい
て蓄熱量を決定する際、検出処理15により蓄熱器12
の残氷量または残温熱量の情報を取得し、残氷または残
温熱が存在する場合に、放熱パターンから求める蓄熱量
より、残氷または残温熱に相当する熱量を差し引いた熱
量を蓄熱すべき蓄熱量とし、熱源機11の運転状態の決
定を行う。
装置は、以上のような制御方法となっており、冷房また
は暖房の時間帯における蓄熱器の放熱パターンによって
蓄熱量が決定されていたが、その放熱パターンは数個の
固定パターンによってのみ構成されていた。そのため、
住空間の熱負荷の変化の状態に対して適切な放熱パター
ンが設定されていない場合、蓄熱量に過不足が生じてい
た。すなわち、蓄熱量が不足した場合は住空間の快適性
を損ね、また、蓄熱量が過多であった場合は余剰の蓄熱
量に相当する使用電力量が無駄になるという問題があっ
た。
るためになされたもので、昼間の住空間の使用電力量に
ついて、過去の同様な状態変化の様子とパターン照合す
ることにより、近い将来の使用電力量の予測を行う。加
えて、熱負荷の推移についても使用電力量の予測と同様
な方法で予測した結果を反映させることによって、冷房
又は暖房運転を行う全ての時間帯を対象とした蓄熱器の
放熱運転状態の決定を行い、それによって、住空間の熱
負荷の影響や使用電力量の各条件を含めた蓄熱量の推定
を行うことが可能な氷蓄熱空気調和装置を得ることを目
的としている。
気調和装置は、蓄熱量の決定のためにまず冷房または暖
房運転の機器の運転状態を予測する。ここでの機器の運
転状態の予測は電力需要予測手段と熱需要予測手段に基
づいて決定する。電力需要予測手段では装置の使用電力
量を予測し、熱需要予測手段では住空間の熱負荷パター
ン、つまり熱需要の変化量を予測する。即ち、装置の使
用電力量の予測は、この装置の様々な運転状態に伴う使
用電力量を時系列データとしてとらえた電力需要時系列
基礎データと、装置の実際の運用に伴った電力需要時系
列データの両者を用いて行う。また、住空間の熱負荷の
パターンについても、使用電力量の場合と同様に熱需要
時系列基礎データと熱需要時系列データを使用して、解
析を行う。例えば、使用電力量の場合は電力需要時系列
基礎データと電力需要時系列データとを、また住空間の
熱負荷の場合は需要熱負荷時系列基礎データと需要熱負
荷時系列データとを比較し、その各々について時系列デ
ータの変化の様子と基礎データ中で類似した変化パター
ンを探して参照を行い、その結果、これらの変化の様子
が一致するところを探し、近い将来の変化の様子を上記
一致する基礎データと同様な変化になると推定すること
によって、使用電力量及び熱需要量の変化(カーブ)の
予測を行う。以上のような方法で予測した使用電力量に
ついては、さらにデマンド制御時間帯による影響を加味
して最終的に装置の運転状態を決定する。そして、装置
の運転状態を決定した後、必要な蓄熱量の決定を行う。
その結果、蓄熱運転のための装置の運転状態の細かい調
節を行うことができ、さらに、電力デマンドによる使用
電力量の管理を行いつつ過不足のない蓄熱運転を行うこ
とが可能になる。
機の能力の大きさを考慮して、蓄熱運転の終了時刻が可
能な限り冷房又は暖房運転開始時刻の直前の時刻に近く
なるように蓄熱運転の開始時刻を調節することにより、
蓄熱した熱の損失を減少させることができ、使用電力量
を一層縮減することが可能になる。
処理を行い、上記必要蓄熱量から残氷または残留温熱に
相当する熱量を差し引いた熱量を必要蓄熱量と推定し
て、蓄熱運転の制御を行う。その結果、残氷又は残留温
熱の有効利用が図れ、使用電力量の節約が図れる。
予測するに際してカオス解析を施すことにより、データ
解析をより簡単かつ明確にすることができ、計算機処理
にとっても好適となる。
置の制御概念図である。図において、氷蓄熱空気調和装
置1は、熱源機11,蓄熱器12,住空間Rへ冷暖気を
放出する冷暖気放出器13,装置の制御を行う運転制御
器2から構成されている。ここで、冷暖気放出器13は
空気調和機であり、熱源機11は冷房と暖房の両方の運
転が可能な機種であり、また蓄熱器12と冷暖気放出器
13との間で熱の授受のための媒体に水を使用し、さら
に蓄熱器12の蓄熱容量は、住空間Rの需要熱容量の総
和と比較して十分大きいものを使用する。従って、この
装置において冷房または暖房運転の全ての時間帯での住
空間の熱負荷は、蓄熱器の放熱運転のみでまかなうこと
が可能である。
処理3は、様々な装置の運転パターンに伴う電力需要及
び住空間の熱負荷量の時系列データを予め蓄積している
ものであり、電力需要・熱需要時系列データ検出手段4
は、装置の実際の運転状態に伴った電力需要及び熱需要
の時系列データを検出する働きをする。さらに電力需要
・熱需要予測手段5は、それぞれ上記基礎データと時系
列データを用いてデータ解析を施し、近い将来の電力需
要及び熱需要の変化の様子を推定するものである。ま
た、上記手段5により予測した電力需要データについて
は、さらにデマンド制御時間設定手段6により使用電力
量のデマンド制御時間帯を決定する。そして、上記予測
の結果に基づいて装置の運転パターンを決定し、蓄熱量
の決定処理31及び熱源機の運転状態の決定処理32を
行う。また、30は蓄熱器の残氷・残留温熱の検出処理
を表す。
明する。 (1).電力需要の予測 まず、この装置が四季を通じて運転した場合の冷房また
は暖房運転に伴う使用電力量の推移を一定時間の範囲に
ついて一定時刻単位で時系列データとしてとらえ、それ
を電力需要時系列基礎データ(以下、基礎データと呼
ぶ)として予め蓄積・準備する。すなわちこの基礎デー
タは、対象とする住空間について一定期間・1日毎に図
2(a)のようなイメージで電力需要基礎データ処理3
により収集され、後述する比較対象のための基準とされ
る。
力量を、電力需要時系列検出手段4により、上記基礎デ
ータと同じように一定期間・一定時刻単位で時系列デー
タとしてとらえ、制御を行う当日の現在時刻までのデー
タとして収集し(図2(b)の実線)、このデータを電
力需要時系列データ(以下、現在データと呼ぶ)とす
る。
ータと現在データの両方のデータについてそれぞれデー
タ解析処理を施し、現在データの最新のデータ収集時刻
について、その直前の使用電力量の変化の様子と基礎デ
ータ中でその変化の様子と類似した変化パターンを探し
参照する。すなわち、上記現在データの最新のデータ収
集時刻(現在時刻)について、その直前の使用電力量の
変化の様子と類似する使用電力量の変化の様子を示すデ
ータを、基礎データの中から探し出し、パターンをマッ
チングさせることで、現在時刻のすぐ後の時刻における
電力需要の変化の様子を推定する(図2(b)の点
線)。
グさせるためのデータ分類手法として、以下に説明する
カオス理論によるデータ解析手法を用いる。 [カオス解析による予測方法] (A).基礎データの収集 まず基礎データについて、図3(a)のように各時刻毎
にそれと対応する値を(一定期間,1日単位で)収集す
る。
に、所定の遅れ時間に基づいて当該時系列データを所定
の次元に埋め込み、軌道を構築する手段により解析を施
し、当該データの特性を把握する。 (α)所定の遅れ時間の設定 判断を行う基準時刻t1と、t1からさらに微少時間ΔT
をとった時刻t2を決め、基準時刻t1に相当するデータ
と、ΔT経過後の時刻t2に相当するデータを用いて後
述する軌道を構築する。ここで、ΔTの大きさについて
は、様々な値の中から最適な(データの特性を最も良く
表わす)値とし、装置の制御に最適化したΔTを用い
る。 (β)所定の次元での埋め込み 次の過程(γ)の軌道を構築するために、埋め込み次元を
決定する。この埋め込み次元とは、データの特性を詳細
に把握するための基本成分で、解析対象となるすべての
データは、この基本成分の組合せにより表現される。従
って、次元が低いと全てのデータが十分に表現し切れな
いため予測精度が低下し、また次元が高すぎると解析に
必要以上の時間と労力がかかり非効率であるという傾向
がある。このため埋め込み次元の値も様々な値の中から
最適化を行った後、最終的に決定する。 (γ)軌道の構築 上記(α),(β)の結果を用いて図3(b)のような軌道
を構築する。図3(b)は埋め込み次元が2次元の場合
を示しているが、この図では横軸に基準時刻t1におけ
るデータ値xtを、縦軸に基準時刻t1より遅れ時間Δ
T経過後の時刻t2におけるデータ値ytをとってい
る。実際に軌道を構築する場合は、上記(β)の過程で
決定した埋め込み次元を用いて行う。
と同様なフォーマット(各時刻とそれに対応する値を一
定期間、1日単位)で収集する。ここでデータの縦軸の
成分には、使用電力量の値をとる。
築する。そして、現在データより構築した軌道と基礎デ
ータにより構築した軌道を参照・比較し、現在データの
軌道の様子と基礎データの類似した軌道をもつデータ
(参照データ)から現在時刻の直後の時刻における状態
を推定する。具体的には、図4に示すように(E)の現
在データに相対する基礎データ中の類似データ(F)を
探す。そして、(E)の基礎データの現在時刻に当る点
CAから次のステップ点NAを、点CAに(F)データ中
のCBNB間の変位ベクトルと同じベクトルを加えて算出
する。つまり、(E)データと(F)データの点CA、
NA、CB、NBの間には式(1)で表わされる関係が成
り立つ。
テップにおける制御目標となる。実際の手順では、点N
Aを軌道を構築したときと逆の手順で時系列データに変
換し、制御目標値を決定する。
(1)と同様のデータ処理を行う。すなわち、この装置が
四季を通じて運転した場合の冷房または暖房運転に伴う
住空間の熱負荷量の推移を熱需要時系列基礎データ(基
礎データ)として予め蓄積・準備する。また、実際の運
転に伴う住空間の熱負荷の変化を熱需要時系列データと
して取得する。そして、上記基礎データと上記現在デー
タの両方のデータについて、例えば上述したカオス理論
に基づくデータの解析処理を行い、現在データの最新時
刻のデータとその直前のデータについて、基礎データか
ら類似したデータの変化パターンを探し照合して、熱需
要カーブを予測する。なお、ここにいう住空間の熱負荷
(熱需要)は、外気温度/湿度、住空間の温度/湿度、
住空間の熱容量等の情報をもとに決められるものであ
る。
需要予測手段5により、使用電力量の予測を行いつつさ
らに住空間の熱需要の推移を予測することにより、予測
精度のさらなる向上を図る。
ド制御時間帯決定手段6によりデマンド制御時間帯を決
定する。即ち、図5に示すように電力需要予測カーブに
対して一定のしきい値を設け、電力需要値が当該しきい
値以上の時間帯をデマンド制御時間帯Tdと推定する。
ド制御時間帯の影響を加味した電力需要の予測に基づい
て、蓄熱器12の放熱運転のパターンを決定する。 (電力量のデマンド制御)例えば、使用電力量のしきい
値を超える時間帯(デマンド制御時間帯Td)には一時
的に機器の運転を部分運転又は停止させ、それにより使
用電力量を抑えるようにする。そして、使用電力量がし
きい値以下となり再び住空間への冷(温)熱の供給が必
要となった場合には機器の運転を再開する。これらの機
器の運転/停止を繰り返す制御をデマンド制御とよび、
当該デマンド制御を行った場合の機器の使用電力量の推
移の様子は図6のようになる。
上げるために住空間の熱負荷の推移の予測を行い、そし
て、電力需要カーブの予測にはデマンド制御時間帯に一
定のしきい値を設ける条件を考慮することにより、電力
デマンド制御の影響をも加味した状態での蓄熱器の放熱
運転状態の推移の予測が可能となり、その結果をもとに
蓄熱量及び蓄熱運転の決定を行うことができる。
運転状態のパターン例を示したもので、まず昼間時にお
ける蓄熱器の放熱(冷房)運転状態を上記予測値により
決定する。ここで運転状態というのは運転、部分運転、
停止の各状態のことを意味する。その結果、必要となる
蓄熱量(A)+(B)を推定でき、夜間時に当該必要蓄
熱量を蓄えられるように蓄熱運転を設定する。
ts)に、蓄熱器12の残氷又は残留温熱の検出処理1
5を行い、蓄熱器12にて氷を製造するときには残氷
が、また蓄熱器12にて温水を製造するときには残留温
熱があるとみなした場合には、前記の方法で決定した必
要蓄熱量から残氷または残留温熱に相当する熱量を差し
引いた熱量を必要蓄熱量と推定して、蓄熱器12の蓄熱
運転制御を行う。
源機11の能力の大きさを考慮して、蓄熱運転の終了時
刻(図7のTte)が可能な限り冷房または暖房運転開
始時刻(図7のThs)の直前の時刻に近くなるように
蓄熱運転の開始時刻(Tts)の調節を行う。
ド制御時間帯の決定方法として、使用電力量の上限にあ
るしきい値を設けることにより決定していたが、予め設
定した特定の時間帯をデマンド制御時間帯とし、それ以
外の予測の方法は実施の形態1と同様に行う方法を採用
した場合でも、実施の形態1と同様な効果を奏する。
11に冷房と暖房の両方の運転が可能な機種を採用した
装置を示したが、熱源機11に冷房運転のみ可能な機種
を採用した場合でも、実施の形態1と同様な方法で制御
することにより、同様な効果を奏する。
放出器13に空気調和機を、熱源機11と蓄熱器12と
空気調和機13との間では熱の授受のための媒体に水を
使用する装置を示したが、冷暖気放出器13に室内機
を、熱源機11と蓄熱器12と室内機13との間では、
熱の授受のための媒体に冷媒を使用した装置の場合で
も、実施の形態1と同様な方法で制御することにより、
同様な効果を奏する。
使用電力量に関する時系列基礎データと、装置の現在時
刻の直前の使用電力量の時系列データを用いて、現在時
刻の直後の使用電力量の予測を行う。さらに、住空間の
需要熱負荷量についても同様な処理を行った上で、電力
需要の予測に関しては、使用電力量に部分的な制限を加
える電力デマンド管理の条件を加えることによって、蓄
熱器の運転パターンを決定する。その結果、必要蓄熱量
の予測および決定が可能となる。これにより、冷房また
は暖房運転を行う全ての時間帯において、住空間の熱負
荷を蓄熱器の放熱運転のみでまかなうことができ、住空
間の快適性を失うことなしに、使用電力量の縮減が可能
となる効果がある。
房または暖房運転開始時刻の直前の時刻に近づけるよう
にすることで、蓄熱した熱の損失を減少させることがで
き、使用電力量を一層縮減することが可能である。
処理を行い、上記必要蓄熱量から残氷または残留温熱に
相当する熱量を差し引いた熱量を必要蓄熱量と推定し
て、蓄熱運転の制御を行うようにしたので、残氷又は残
留温熱の有効利用が図れ、使用電力量のさらなる節約が
図れる。
予測するに際してカオス解析を施すことにより、データ
解析をより簡単かつ明確にすることができ、計算機処理
にとっても好適となる。
和装置の構成概念図である。
す図である。
の図である。
の図である。
る。
る。
要・熱需要基礎データ処理、4 電力需要・熱需要時系
列データ検出手段、5 電力需要・熱需要予測手段、6
デマンド制御時間帯決定手段、11 熱源機、12
蓄熱器、13冷暖気放出器、30 残氷・残留温熱の検
出処理、31 蓄熱量の決定処理、32 熱源機の運転
状態決定処理、R 住空間。
Claims (6)
- 【請求項1】 冷熱又は温熱を製造する熱源機と、上記
冷熱又は温熱を蓄熱する蓄熱器、並びに住空間への冷暖
気放出器を有する氷蓄熱空気調和装置であって、 電力需要を時系列データとして検出した電力需要時系列
データと、予め蓄積された電力需要時系列基礎データか
ら、電力需要カーブを予測する電力需要予測手段と、 住空間の熱負荷を時系列データとして検出した熱需要時
系列データと、予め蓄積された住空間の熱負荷量の推移
を表わす熱需要時系列基礎データから、熱需要カーブを
予測する熱需要予測手段と、 上記電力需要カーブのピーク時の電力使用量の一部を削
減するためのデマンド制御時間帯を決定するデマンド制
御時間帯決定手段と、 上記電力需要予測、上記熱需要予測、並びに上記デマン
ド制御時間帯における運転制御に基づいて蓄熱器の放熱
運転パターンを決定する手段とを備え、 上記運転パターンに基づき必要な蓄熱量を推定して蓄熱
運転を行うことを特徴とする氷蓄熱空気調和装置。 - 【請求項2】 上記デマンド制御時間帯を予め設定する
ことによって、その時間帯に相当する蓄熱量の推定を行
うことを特徴とする請求項1記載の氷蓄熱空気調和装
置。 - 【請求項3】 上記電力需要カーブに所定のしきい値を
設け、そのしきい値を超える時間帯をデマンド制御時間
帯とすることを特徴とする請求項1記載の氷蓄熱空気調
和装置。 - 【請求項4】 上記蓄熱器の放熱運転の開始直前に、上
記予測蓄熱量の蓄熱運転が丁度完了するように蓄熱器の
制御を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のい
ずれか1項に記載の氷蓄熱空気調和装置。 - 【請求項5】 上記蓄熱運転において、残氷又は残留温
熱検出手段により残氷量又は残留温熱量の検出を行い、
残氷又は残留温熱量がある場合には、上記予測蓄熱量か
ら残氷又は残留温熱に相当する蓄熱量を差し引いた残り
の蓄熱量を蓄熱することを目指して、蓄熱運転の制御を
行うことを特徴とする請求項1記載の氷蓄熱空気調和装
置。 - 【請求項6】 上記電力需要予測手段又は上記熱需要予
測手段において、カオス解析を施すことにより電力需要
カーブ又は熱需要カーブを予測することを特徴とする請
求項1から請求項5のいずれか1項に記載の氷蓄熱空気
調和装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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ID=11970498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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