JPH09264584A - 蓄熱空気調和システム及びその残蓄量決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄熱空気調和システムにおいて、住空間の熱
負荷の変化に適切に対応できるように、電力デマンド等
の制限条件のもとで過不足のない蓄えるべき熱量の決定
を行う。 【解決手段】 電力需要及び住空間の熱需要についてそ
れぞれ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から、電力需要カーブ４２と
熱需要カーブ４３を予測し（５）、電力需要予測に対し
ては使用電力量の一部を制限する電力デマンド制御の条
件を加え（６）、冷房または暖房の運転状態を予測し
（７）、その予測に基づいて蓄えるべき熱量を決定（３
１）して蓄熱運転を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、住空間に対する空
気調和のための供給熱量の一部また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
に供給する蓄熱空気調和システム及びその残蓄量の決定
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の例えば氷蓄熱空気調和装
置の制御系を示す概念図である。同図に示す氷蓄熱空気
調和装置１は、冷熱または温熱を製造する熱源機１１、
この製造された冷熱または温熱を蓄熱する蓄熱器１２、
この蓄熱機１２と熱源機１１により住空間Ｒへ冷気また
は暖気を放出する冷暖気放出器１３、及びこの装置１の
制御を行う運転制御器１４から構成されている。８は住
空間Ｒへ放出される冷熱または温熱の熱搬送手段による
流れを示し、９はこの装置１の制御に必要な情報・信号
の伝達手段による流れを示している。また、１０は熱源
機１１および蓄熱器１２のアクチュエータ、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の蓄熱開始時刻の決定処理を表わしている。運転
制御器１４は、上記のアクチュエータ１０、残氷量また
は残温熱量の検出処理１５、および蓄熱開始時刻の決定
処理１６によって構成されている。

【０００３】上記氷蓄熱空気調和装置の運転方法につい
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、夜間に蓄熱器１２に蓄熱として蓄えら
れ、昼間に蓄熱器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Ｒ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を冷凍機として運転することによって住空間Ｒの熱負
荷をまかなう。この熱負荷不足分を補う熱源機１１の追
加運転を通常「追い掛け運転」と呼んでいる。

【０００４】次に、上記氷蓄熱空気調和装置の制御方法
について説明する。この装置１の蓄熱運転時には、図１
２の運転制御器１４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。蓄熱
器１２には冷房または暖房の開始時刻までに蓄熱器１２
の熱容量が一杯となった状態に相当する残蓄量を蓄熱す
るものとして、熱源機１１の蓄熱運転開始時刻をユーザ
の手により調節している。また、１６で設定した蓄熱開
始時刻において、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、蓄熱器１２の熱容量が一杯となった状
態に相当する残蓄量より、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熱量として、熱源機
１１の運転状態が決定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の氷蓄熱空気調和
装置は、以上のような構成及び制御方法となっており、
熱源機１１の蓄熱開始時刻を手動で設定するようになっ
ているため、所望の時刻より早く蓄熱を完了してしまっ
たり、空調開始時刻の直前になっても所望の熱量を蓄熱
できないというような不都合があった。従って、残蓄量
が不足した場合は住空間の快適性が損なわれ、また、残
蓄量が過多であった場合は余剰の残蓄量に相当する使用
電力量が無駄になるという問題があった。また、従来の
装置では常に蓄熱機の熱容量が一杯となるように熱量が
蓄えられていたため、電力使用条件等が組み合わされた
きめ細かな蓄熱量の調節による使用電力量の低減ができ
ないという問題点もあった。

【０００６】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、下記の事項を解決すべき課題と
している。 住空間の熱負荷の変化の状態に適切に対応することが
できるように蓄熱器の放熱運転状態を精度良く推定し、
過不足のない残蓄量の決定を行うこと、 使用電力量の制約条件である電力デマンド制御やピー
クカット制御、ピークシフト制御等を実施可能にするこ
と、 蓄熱器の残蓄量を取り入れた当該制御時間帯における
残蓄量の決定を行うことなどである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱源機が前記
「追い掛け運転」をしない蓄熱空気調和システムを対象
としている。すなわち、昼間の冷房または暖房運転の全
ての時間帯で必要な熱量の総和を夜間に蓄熱した熱量で
まかなうことが可能なシステムであり、請求項１に係る
発明は、冷熱または温熱を製造する熱源機と、製造され
た冷熱または温熱を蓄熱する蓄熱器と、蓄熱された冷熱
または温熱を前記蓄熱器より供給し住空間へ冷気または
暖気を放出する冷暖気放出器と、前記熱源機及び前記蓄
熱器の運転を制御する運転制御手段とを備えた蓄熱空気
調和装置において、使用電力量及び住空間の熱負荷量を
それぞれ時系列データとして検出する検出手段と、予め
蓄積された使用電力量の推移を表わす電力需要時系列基
礎データと、前記検出手段により検出された電力需要時
系列データから、電力需要カーブを予測する電力需要予
測手段と、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と、前記検出手段により検
出された熱需要時系列データから、熱需要カーブを予測
する熱需要予測手段と、前記使用電力量の推移のピーク
時に相当する使用電力量の一部を削減するように前記電
力需要カーブに対し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、前記デマンド制御時間帯を
もつ電力需要予測カーブと熱需要予測カーブとから前記
蓄熱器の放熱運転パターンを決定する運転パターン決定
手段と、前記放熱運転パターンに基づいて必要となる蓄
えるべき熱量を推定する残蓄量決定手段とを備えたこと
を特徴とするものである。

【０００８】ここで、蓄熱空気調和システムとは、氷蓄
熱空気調和装置または水蓄熱空気調和装置に係る装置全
体の制御系を含むシステムをいう。また、冷却方式は、
水または直膨方式を問わないものであり、冷暖気放出器
が冷房専用方式のものでも、冷房と暖房の両方が可能な
ヒートポンプ方式でもかまわないものである。

【０００９】請求項１の発明では、蓄えるべき熱量の決
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。すなわち、システム全体の使用電力量の予
測は、このシステム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、システムの実際の運転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
荷の場合は熱需要時系列基礎データと熱需要時系列デー
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
照し、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
電力デマンド制御を行うためにデマンド制御時間帯によ
る影響を加味して最終的にシステムの運転状態を決定す
る。そして、システムの運転状態を決定した後、それに
基づいて蓄熱器に蓄えるべき熱量を決定する。その結
果、蓄熱運転のためのシステムの運転状態の細かい調節
を行うことができ、さらに、電力デマンド制御による使
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。

【００１０】請求項２の発明は、電力需要予測カーブに
所定のしきい値を設けることにより、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ものであり、請
求項３の発明は、電力需要予測カーブに特定の時間帯を
予め設定することにより、その時間帯をデマンド制御時
間帯とするものである。

【００１１】請求項４の発明は、ピークカット制御によ
るものであり、使用電力量及び住空間の熱負荷量をそれ
ぞれ時系列データとして検出する検出手段と、予め蓄積
された使用電力量の推移を表わす電力需要時系列基礎デ
ータと、検出手段により検出された電力需要時系列デー
タから、電力需要カーブを予測する電力需要予測手段
と、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と、検出手段により検出された熱
需要時系列データから、熱需要カーブを予測する熱需要
予測手段と、使用電力量の推移のピーク時に相当する使
用電力量の一部を削減するように電力需要カーブに対し
ピークカット制御時間帯を決定するピークカット制御時
間帯決定手段と、ピークカット制御時間帯をもつ電力需
要予測カーブと熱需要予測カーブとからシステムの空調
時間帯における（放熱）運転パターンを決定する運転パ
ターン決定手段と、システムの（放熱）運転パターンに
基づいて蓄えるべき熱量を推定する残蓄量決定手段とを
備えたことを特徴とする蓄熱空気調和システムである。
ピークカット制御を行う場合でも、電力デマンド制御の
場合と同様の方法で蓄えるべき熱量を決定することがで
きる。

【００１２】請求項５の発明は、さらに空調時間帯にお
ける蓄熱器の残蓄量（残氷または残留温熱に相当する熱
量）を検出または演算する手段を設けたものであり、残
蓄量がある場合には、その残蓄量を前記推定による蓄熱
運転完了時の残蓄量から差し引いた残量を蓄熱運転で蓄
えるべき熱量として決定することとしたものである。蓄
熱器の空調時間帯における残蓄量を蓄熱運転の開始時刻
に把握することによって、残蓄量がある場合、その残蓄
量に相当する部分の蓄熱運転を省くことができるので、
残蓄量の有効利用を図ることができるとともに、一層の
使用電力量の低減が可能となる。

【００１３】請求項６の発明は、蓄熱器の放熱運転の開
始直前に、必要残蓄量の蓄熱が丁度完了するように蓄熱
器の蓄熱運転を制御するものである。すなわち、前記の
方法で決定した蓄えるべき熱量と熱源機の能力の大きさ
を考慮して、蓄熱運転の終了時刻が可能な限り冷房また
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
失を減少させことができ、前記熱の損失に相当する使用
電力量を一層低減することが可能になる。

【００１４】請求項７の発明は、電力デマンド制御の条
件を付加したときの蓄熱空気調和システムの残蓄量決定
方法に係るものであり、住空間の熱負荷量を時系列デー
タとして検出した熱需要時系列データと、予め蓄積され
た熱需要時系列基礎データから、熱需要予測カーブを求
める工程と、熱需要予測カーブから電力需要予測カーブ
を推定する工程と、電力需要予測カーブに対しデマンド
制御時間帯を決定する工程と、デマンド制御時間帯をも
つ電力需要予測カーブに基づいてシステムの（放熱）運
転パターンを決定する工程と、システムの（放熱）運転
パターンに基づいて蓄えるべき熱量を推定する工程とを
有することを特徴とするものである。

【００１５】請求項８の発明は、ピークカット制御にお
ける蓄熱空気調和システムの残蓄量決定方法に係るもの
であり、住空間の熱負荷量を時系列データとして検出し
た熱需要時系列データと、予め蓄積された熱需要時系列
基礎データから、熱需要予測カーブを求める工程と、熱
需要予測カーブから電力需要予測カーブを推定する工程
と、電力需要予測カーブに対しピークカット制御時間帯
を決定する工程と、ピークカット制御時間帯をもつ電力
需要予測カーブに基づいてシステムの（放熱）運転パタ
ーンを決定する工程と、（放熱）運転パターンに基づい
て蓄えるべき熱量を推定する工程とを有することを特徴
とするものである。

【００１６】住空間の熱負荷と使用電力量は密接な関係
を有しているものであるから、住空間の熱負荷の推移を
まず予測し、ついでその予測結果に基づいて使用電力量
の推移を推定することによって予測精度を向上させるも
のである。この予測結果に基づいて放熱運転パターンを
決定するので、過不足のない蓄えるべき熱量を決定する
ことが可能となる。

【００１７】請求項９の発明は、蓄熱運転の開始時刻に
蓄熱器の残蓄量を検出または演算する工程をさらに含
み、この検出または演算による残蓄量を前記推定による
蓄えるべき熱量から差し引いた残量を蓄熱運転で蓄える
熱量として決定するものである。

【００１８】請求項１０の発明は、請求項７の蓄熱空気
調和システムの残蓄量決定方法において、電力需要予測
カーブに所定のしきい値を設けることにより、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もので
あり、請求項１１の発明は、電力需要予測カーブに特定
の時間帯を予め設定することにより、その時間帯をデマ
ンド制御時間帯とするものである。

【００１９】請求項１２の発明は、熱需要予測カーブま
たは電力需要予測カーブを求める際に、カオス理論によ
るデータ解析手法を用いることを特徴とする。熱需要カ
ーブまたは電力需要カーブを予測するに際してカオス理
論によるデータ解析を施すことにより、各々のデータが
もつ特徴により、データを系統だてて明快に分類するこ
とができ、計算機処理にとっても好適となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に述べる本発明は氷蓄熱空気
調和システムを例にとって説明するが、水蓄熱空気調和
システムについても適用できるものである。

【００２１】実施の形態１．図１は本発明の実施の形態
１に係る氷蓄熱空気調和システムの制御系を示す概念図
である。同図に示す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、この製造された冷熱また
は温熱を蓄熱する蓄熱器１２、この蓄熱器１２から蓄熱
された冷熱または温熱を供給し住空間Ｒへ冷気または暖
気を放出する冷暖気放出器１３、及びこの装置１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る。また、蓄熱器１
２と冷暖気放出器１３との間で使用する熱の授受のため
の媒体に水、ブライン（塩化カルシウムや塩化ナトリウ
ムなどの水溶液で、温度が０℃以下となっても凍らない
特徴をもつ）などの液体を使用し、さらに蓄熱器１２の
蓄熱容量は、住空間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、このシステムにおいて
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１２の放熱運転のみでまかなうことが可能で
ある。

【００２２】また、電力需要・熱需要時系列基礎データ
処理３は、様々な装置１の運転パターンに伴う電力需要
量及び住空間の熱負荷量の推移を表わす時系列データを
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１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、それぞれ電
力需要及び熱需要について蓄積されている基礎データと
検出された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、電力需要予測手段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帯決
定手段６により使用電力量の推移のピーク時に相当する
使用電力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。そして、このデマンド制御時間帯の条件を
加えた放熱運転時の使用電力量の予測結果、すなわち電
力需要予測カーブに基づいて、運転パターン決定手段７
により装置１の放熱運転パターンを決定し、その放熱運
転パターンに基づいて蓄えるべき熱量の決定処理３１及
び熱源機１１の運転状態の決定処理３２を行う。また、
３０は蓄熱器１２の残氷・残留温熱の検出処理を表わ
す。

【００２３】次に、このシステムの制御方法について説
明する。 （１）電力需要の予測 まず、このシステム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。図２（ａ）は、この
ようにして収集された使用電力量の過去のある１日の基
礎データを表わすものである。

【００２４】一方、このシステムの実際の運転に伴う使
用電力量を、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
データとして収集する。このデータが図２（ｂ）に実線
４１で示すカーブである。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。

【００２５】そして、上記で求めた使用電力量の基礎デ
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に類似し
た変化パターンを基礎データの中から探し参照する。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、現在時刻の直前の使用電力量の変化の
様子に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。このようにして推定され
たデータが、図２（ｂ）に点線で示す電力需要予測カー
ブ４２である。

【００２６】この実施の形態１では、上記パターンをマ
ッチン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ている。 ［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
にそれと対応する電力需要値を（一定期間、１日単位
で）収集する。

【００２７】（Ｂ）基礎データの解析 そして上記（Ａ）で収集した基礎データに対し、下記の
よう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。 所定の遅れ時間の設定 判断を行う基準時刻ｔ₁ と、ｔ₁ から微少時間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時間経過後の時刻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、システムの制御に最適化したΔＴ
を用いる。 所定の次元での埋め込み 次の過程の軌道を構築するために、埋め込み次元を決
定する。この次元とは、データの特性を詳細に把握する
ための基本成分で、解析対象となる全てのデータは、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。 軌道の構築 上記，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次元の場合に
ついて示しているが、この図では、横軸に基準時刻ｔ₁
におけるデータ値ｘ_t を、縦軸に基準時刻ｔ₁ より遅れ
時間ΔＴ経過後の時刻ｔ₂ におけるデータ値ｙ_t をとっ
ている。実際に軌道を構築する場合は、上記の過程で
決定した埋め込み次元を用いて行う。

【００２８】（Ｃ）現在データの収集 現在データについても、図３（ｃ）のように基礎データ
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。

【００２９】（Ｄ）軌道の構築及び比較による予測値の
算出 （Ｃ）で得られた現在データについても同様に軌道を構
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中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
在データに対応する基礎データ中の類似データ（Ｆ）を
探す。そして、（Ｅ）の現在データの現在時刻に当る点
Ｃ_Aから次のステップ点Ｎ_A を、点Ｃ_A に（Ｆ）の基礎
データ中のＣ_B Ｎ_B 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Ｃ_A ，Ｎ_A ，Ｃ_B ，Ｎ_B の間には式（１）で表わされ
る関係が成り立つ。

【００３０】

【数１】

【００３１】このようにして求めた点Ｎ_A が次の制御ス
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。

【００３２】（２）熱需要の予測 一方、住空間の熱負荷（熱需要）の推移についても前記
（１）と同様のデータ処理を行う。ここにいう住空間の
熱負荷（熱需要）は、外気温度／湿度、住空間の使用状
態（＝人の生活状態）や機器の設置／使用状態、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。すな
わち、このシステム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量の変化
を熱需要時系列データ（現在データ）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、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、基礎データの中から類似したデータ
の変化パターンを探し照合して、熱需要を予測する。こ
の熱需要の予測結果によって、図２（ｂ）の電力需要予
測カーブ４２とほぼ同様の傾向を示す熱需要予測カーブ
が得られる。

【００３３】以上（１）及び（２）のように、電力需要
・熱需要予測手段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。実際の予測方法として
は、まず住空間の熱需要の推移を予測して熱需要予測カ
ーブを求め、その熱需要予測カーブをもとに電力需要予
測カーブを推定する。そして、この電力需要予測カーブ
に対して、次に述べるデマンド制御時間帯を設定する。

【００３４】（３）デマンド制御時間帯の決定 次に、電力需要の推移状態の予測結果に基づき、デマン
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。すなわち、図５に示すように電力需要予測カー
ブ４３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Ｔ_d と推
定する。図６にデマンド制御時間帯Ｔ_dの条件を加えた
電力需要予測カーブ４２を示す。

【００３５】（４）放熱運転の決定 以上のような方法により得られた住空間の熱需要の予測
値と、デマンド制御時間帯の影響を加味した電力需要の
予測値に基づいて、運転パターン決定手段７により蓄熱
器１２の放熱運転パターンを決定する。 （電力デマンド制御）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Ｔ_d ）には一時的に
蓄熱器１２の運転を部分運転または停止させ、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気または暖気の
供給が必要となった場合には蓄熱器１２の運転を再開す
る。このような蓄熱器１２の運転／停止を繰り返す制御
を電力デマンド制御と呼び、当該電力デマンド制御を行
った場合の蓄熱器１２の使用電力量の推移の様子は図６
のようになる。

【００３６】（５）蓄熱量・蓄熱運転の決定 以上のように、使用電力量を予測し、さらに予測精度を
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４２の予測にはデマンド制御時間帯Ｔ
_d 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１２の放熱運転状態の推移の予測が可能となり、その
結果をもとに蓄えるべき熱量及び蓄熱運転状態の決定を
行うことができる。

【００３７】図７は例えば冷房ピーク時における本シス
テムの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１２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、蓄
熱器１２の全運転、部分運転、停止の各状態のことを意
味する。その結果、放熱運転パターン４４において必要
となる蓄熱量（Ｃ）を推定することができ、夜間時に当
該蓄えるべき熱量（Ｃ）にほぼ等しい熱量（Ａ）＋
（Ｂ）を蓄えられるように熱源機１１の蓄熱運転状態を
設定する。

【００３８】また、蓄熱運転を開始する時刻（図７のＴ
ts）に、蓄熱器１２の残氷または残留温熱の検出処理３
０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空
調開始時刻における残蓄熱量から残氷または残留温熱に
相当する熱量（残蓄量）を差し引いた熱量を蓄えるべき
熱量と推定して、蓄熱器１２の蓄熱運転制御を行う。

【００３９】さらに、前記の方法で決定した蓄熱量と熱
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。

【００４０】実施の形態２．実施の形態１では、デマン
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デマンド制御時間帯を
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
同様の効果を奏する。

【００４１】実施の形態３．実施の形態１では、熱源機
１１に冷房と暖房の両方の運転が可能な機種を採用した
システムを示したが、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、同様の効果を奏する。

【００４２】実施の形態４．実施の形態１では、冷暖気
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
使用するシステムを示したが、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システムの
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、同様の効果を奏する。

【００４３】実施の形態５．図８は本発明の実施の形態
５に係る蓄熱空気調和システムの制御系を示す概念図で
ある。この実施の形態５では、実施の形態１における蓄
熱器１２の残蓄量（残氷または残留温熱に相当する熱
量）の検出処理に代えて、残蓄量の演算手段３３を設け
たものである。残蓄量の把握方法としては、次の、
の方法が考えられるが、これらの違いについては、残蓄
量を把握する手段が異なるのみで、目的や効果について
はともに同じである。 水位センサ等により直接残蓄量を検知することにより
把握する方法 残蓄量が零（または満杯）のときの値を基準値として
もっておき、そこからどれだけ蓄熱（放熱）したのかを
演算で求めることによって把握する方法 この場合、蓄熱量は、冷凍機（熱源器）の能力と運転時
間により把握し、放熱量は、システムの状態によりまか
なえる負荷熱量と蓄熱器の（放熱）運転時間とにより把
握する。また、水位センサ等は使用しない。

【００４４】実施の形態６．この実施の形態６はピーク
カット制御を行うシステムである。使用電力量の最大値
を小さくするために、ピークカット制御時間帯を設けて
蓄熱器１２の蓄熱運転制御を行うものである。なお、こ
のシステムの制御系は図９に示すように、図１または図
８のデマンド制御時間帯決定手段６の代わりにピークカ
ット制御時間帯決定手段１７とするだけで同じ構成とす
ることができる。従って、実施の形態１と同様の方法に
より予測した熱需要予測カーブ４３に対し、ピークカッ
ト制御時間帯Ｔ_p を設け（図１０（ａ）参照）、これに
よって予測される電力需要予測カーブ４２は図１０
（ｂ）のようになる。そして、この電力需要予測カーブ
４２をもとに運転パターン決定手段７により放熱運転パ
ターン４４が決定される。その運転パターンの一例が図
１０（ｃ）に示されている。このようにピークカット制
御時間帯Ｔ_p を考慮した放熱運転パターン４４に基づい
て蓄熱器１２に蓄えるべき熱量が決定される。

【００４５】実施の形態７．この実施の形態７はピーク
シフト制御を行うシステムである。システムが費やす電
力量のうち、使用電力量の単価が安い夜間の電力の割合
を極力高めることをねらいとしたもので、その時間帯を
含む全ての空調時間帯の熱需要量（Ｃ）を夜間に蓄熱し
た蓄熱器１２の蓄熱量（Ａ）＋（Ｂ）でまかなうように
したものである。図１１はピークシフト制御による放熱
運転パターン４４の一例である。実施の形態７のシステ
ムにおいても、実施の形態５と同じく蓄熱器１２の残蓄
量の演算手段を設けることができる。

【００４６】実施の形態８．上記の説明から明らかなよ
うに、実施の形態１の電力デマンド制御、実施の形態６
のピークカット制御、実施の形態７のピークシフト制御
は適宜に組み合わせて実施することができる。

【００４７】なお、住空間の熱負荷の予測及び使用電力
量の予測において、カオス理論によるデータ解析方法を
示したが、ニューラルネットワークを用いる方法でも実
施することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、システ
ムの使用電力量に関する時系列基礎データと、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い、さらに住空間の熱需
要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、蓄えるべき熱量の予測
及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
性を損なうことなく、使用電力量にかかるコストの低減
が可能となる効果がある。

【００４９】また、電力デマンド制御のみならずピーク
カット制御、ピークシフト制御その他の様々な運転形態
においても、精度良く蓄えるべき熱量を決定することが
できる。

【００５０】蓄熱器の残蓄量を検出または演算する手段
を設けることによって、蓄熱運転開始時刻に残蓄量を把
握することができ、その結果を蓄えるべき熱量の決定の
際に反映できるため、残蓄量の有効利用を図ることがで
きるとともに、使用電力量の一層の低減が可能となる。

【００５１】蓄熱運転の終了時刻を可能な限り冷房また
は暖房運転の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、
使用電力量の一層の低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る蓄熱空気調和シ
ステムの構成概念図である。

【図２】 使用電力量の基礎データと現在データを表わ
す図である。

【図３】 カオス解析によるデータ処理を説明するため
の図である。

【図４】 カオス解析によるデータ処理を説明するため
の図である。

【図５】 使用電力量の予測カーブを表わす図である。

【図６】 電力デマンド制御の一例を表わす図である。

【図７】 装置の運転状態の一例を表わす図である。

【図８】 本発明の実施の形態５に係る蓄熱空気調和シ
ステムの構成概念図である。

【図９】 本発明の実施の形態６に係る蓄熱空気調和シ
ステムの構成概念図である。

【図１０】 実施の形態６のピークカット制御による残
蓄量決定方法の説明図である。

【図１１】 本発明の実施の形態７に係るピークカット
制御による残蓄量決定方法の説明図である。

【図１２】 従来の氷蓄熱空気調和装置の構成概念図で
ある。

【符号の説明】

１ 氷蓄熱空気調和装置、２ 運転制御器、３ 電力需
要・熱需要時系列基礎データ処理、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、７ 運転パター
ン決定手段、１０ アクチュエータ、１１ 熱源機、１
２ 蓄熱器、１３ 冷暖気放出器、１７ピークカット制
御時間帯決定手段、３０ 残氷・残留温熱の検出処理、
３１残蓄量の決定処理、３２ 熱源機の運転状態決定処
理、３３ 残蓄量の演算手段、４２ 電力需要予測カー
ブ、４３ 熱需要予測カーブ、４４ 放熱運転パター
ン、Ｒ 住空間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井川 博 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 大塚 修 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷熱または温熱を製造する熱源機と、製
   造された冷熱または温熱を蓄熱する蓄熱器と、蓄熱され
   た冷熱または温熱を前記蓄熱器より供給し住空間へ冷気
   または暖気を放出する冷暖気放出器と、前記熱源機及び
   前記蓄熱器の運転を制御する運転制御手段とを備えた蓄
   熱空気調和装置において、 使用電力量及び住空間の熱負荷量をそれぞれ時系列デー
   タとして検出する検出手段と、 予め蓄積された使用電力量の推移を表わす電力需要時系
   列基礎データと、前記検出手段により検出された電力需
   要時系列データから、電力需要カーブを予測する電力需
   要予測手段と、 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
   時系列基礎データと、前記検出手段により検出された熱
   需要時系列データから、熱需要カーブを予測する熱需要
   予測手段と、 前記使用電力量の推移のピーク時に相当する使用電力量
   の一部を削減するように前記電力需要カーブに対しデマ
   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、 前記デマンド制御時間帯をもつ電力需要予測カーブと熱
   需要予測カーブとから前記蓄熱器の放熱運転パターンを
   決定する運転パターン決定手段と、 前記放熱運転パターンに基づいて必要な残蓄量を推定す
   る残蓄量決定手段とを備えたことを特徴とする蓄熱空気
   調和システム。
2. 【請求項２】 前記電力需要予測カーブに所定のしきい
   値を設けることにより、そのしきい値を超える時間帯を
   前記デマンド制御時間帯とすることを特徴とする請求項
   １記載の蓄熱空気調和システム。
3. 【請求項３】 前記電力需要予測カーブに特定の時間帯
   を予め設定することにより、その時間帯を前記デマンド
   制御時間帯とすることを特徴とする請求項１記載の蓄熱
   空気調和システム。
4. 【請求項４】 冷熱または温熱を製造する熱源機と、製
   造された冷熱または温熱を蓄熱する蓄熱器と、蓄熱され
   た冷熱または温熱を前記蓄熱器より供給し住空間へ冷気
   または暖気を放出する冷暖気放出器と、前記熱源機及び
   前記蓄熱器の運転を制御する運転制御手段とを備えた蓄
   熱空気調和装置において、 使用電力量及び住空間の熱負荷量をそれぞれ時系列デー
   タとして検出する検出手段と、 予め蓄積された使用電力量の推移を表わす電力需要時系
   列基礎データと、前記検出手段により検出された電力需
   要時系列データから、電力需要カーブを予測する電力需
   要予測手段と、 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
   時系列基礎データと、前記検出手段により検出された熱
   需要時系列データから、熱需要カーブを予測する熱需要
   予測手段と、 前記使用電力量の推移のピーク時に相当する使用電力量
   の一部を削減するように前記電力需要カーブに対しピー
   クカット制御時間帯を決定するピークカット制御時間帯
   決定手段と、 前記ピークカット制御時間帯をもつ電力需要予測カーブ
   と熱需要予測カーブとから前記蓄熱器の放熱運転パター
   ンを決定する運転パターン決定手段と、 前記放熱運転パターンに基づいて必要な残蓄量を推定す
   る残蓄量決定手段とを備えたことを特徴とする蓄熱空気
   調和システム。
5. 【請求項５】 前記蓄熱器の残蓄量を検出または演算す
   る残蓄量把握手段を有し、前記残蓄量決定手段により残
   蓄量を決定する際に、前記把握手段により把握した残蓄
   量に相当する分を差し引いた残量を当該制御時間帯にお
   ける残蓄量として決定することを特徴とする請求項１ま
   たは請求項４記載の蓄熱空気調和システム。
6. 【請求項６】 前記蓄熱器の放熱運転の開始直前に、全
   空調時間帯における熱負荷をまかなうのに十分な残蓄量
   の蓄熱が丁度完了するように前記蓄熱器の蓄熱運転を制
   御することを特徴とする請求項１、請求項４または請求
   項５記載の蓄熱空気調和システム。
7. 【請求項７】 住空間の熱負荷量を時系列データとして
   検出した熱需要時系列データと、予め蓄積された熱需要
   時系列基礎データから、熱需要予測カーブを求める工程
   と、 前記熱需要予測カーブから電力需要予測カーブを推定す
   る工程と、 前記電力需要予測カーブに対しデマンド制御時間帯を決
   定する工程と、 前記デマンド制御時間帯をもつ電力需要予測カーブに基
   づいて蓄熱器の放熱運転パターンを決定する工程と、 前記放熱運転パターンに基づいて必要な当該制御時間帯
   における残蓄量を推定する工程とを有することを特徴と
   する蓄熱空気調和システムの残蓄量決定方法。
8. 【請求項８】 住空間の熱負荷量を時系列データとして
   検出した熱需要時系列データと、予め蓄積された熱需要
   時系列基礎データから、熱需要予測カーブを求める工程
   と、 前記熱需要予測カーブから電力需要予測カーブを推定す
   る工程と、 前記電力需要予測カーブに対しピークカット制御時間帯
   を決定する工程と、 前記ピークカット制御時間帯をもつ電力需要予測カーブ
   に基づいて蓄熱器の放熱運転パターンを決定する工程
   と、 前記放熱運転パターンに基づいて必要な当該制御時間帯
   における残蓄量を推定する工程とを有することを特徴と
   する蓄熱空気調和システムの残蓄量決定方法。
9. 【請求項９】 蓄熱運転の開始時刻に前記蓄熱器の残蓄
   量を検出または演算する工程をさらに含み、この検出ま
   たは演算による残蓄量を前記推定による残蓄量から差し
   引いた残量を前記必要な全空調時間帯の熱負荷をまかな
   うのに十分な残蓄量として決定することを特徴とする請
   求項７または請求項８記載の蓄熱空気調和システムの残
   蓄量決定方法。
10. 【請求項１０】 前記電力需要予測カーブに所定のしき
    い値を設けることにより、そのしきい値を超える時間帯
    を前記デマンド制御時間帯とすることを特徴とする請求
    項７記載の蓄熱空気調和システムの残蓄量決定方法。
11. 【請求項１１】 前記電力需要予測カーブに特定の時間
    帯を予め設定することにより、その時間帯を前記デマン
    ド制御時間帯とすることを特徴とする請求項７記載の蓄
    熱空気調和システムの残蓄量決定方法。
12. 【請求項１２】 前記熱需要予測カーブまたは前記電力
    需要予測カーブを求める際に、カオス理論によるデータ
    解析手法を用いることを特徴とする請求項７または請求
    項８記載の蓄熱空気調和システムの残蓄量決定方法。