(57)【特許請求の範囲】
【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と、上記熱源機と蓄熱器により住空間へ冷暖気を放出する冷暖気放出器とを備えた氷蓄熱空気調和装置であって、
上記住空間の熱負荷を時系列データとして検出する熱需要時系列データ検出手段と、
上記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とから、熱需要カーブを予測する熱需要カーブ予測手段と、
上記熱需要予測カーブから使用電力量の推移を予測する手段と、
上記使用電力量の推移に所定しきい値を設け、上記使用電力量がそのしきい値以上となる時間帯をデマンド制御時間帯として設定するデマンド制御時間帯決定手段と、
上記デマンド制御時間帯に、上記蓄熱器の放熱運転により上記冷暖気放出器を運転し、上記住空間の熱負荷に対する上記蓄熱器の能力不足分は、上記熱源機を運転することによりまかなうとともに、
上記デマンド制御時間帯の上記蓄熱器と上記熱源機の使用電力量の和が丁度使用電力量の所定しきい値となるように、上記蓄熱器と熱源機の運転制御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における蓄熱器の運転により消費された蓄熱量に余剰が生じた場合には、デマンド制御時間帯以外の時間帯に前記余剰蓄熱量を用いて蓄熱器の放熱運転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】
上記熱需要予測カーブ手段において、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とに、カオス解析を施すことにより熱需要カーブを予測することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の氷蓄熱空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の氷蓄熱空気調和装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、冷熱または温熱を製造する熱源機１１、上記冷熱または温熱を蓄熱する蓄熱器１２、住空間Ｒへ冷暖気を放出する冷暖気放出器１３、当該装置１の制御を行う運転制御器１４から構成されている。８は冷暖気放出器１３から住空間Ｒ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１の制御に必要な情報・信号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の放熱パターンの設定処理を表わしている。
【０００３】
上記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１１を冷房モード又は暖房モード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。
【０００４】
次に、上記装置の制御方法について説明する。図１０の熱源機１１及び蓄熱器１２の全ての運転は、運転制御器１４により制御されている。運転制御器１４では上記運転制御を行うために検出処理１５により蓄熱器１２の残氷量または残温熱量の情報を獲得し、その結果を放熱パターンの設定処理１６の放熱パターンと照合し、放熱量が多いと判断した場合には放熱量が少なくなるように、また放熱量が少ないと判断した場合には放熱量が多くなるように、蓄熱器１２の放熱運転を行う。
ここで、放熱量の大小比較に用いる設定処理１６の放熱パターンは、冷暖気放出器１３の運転開始時刻と運転終了時刻の間の時刻を数個の時間帯に分割し、各々の時間帯での放熱量を予め決めている。また上記放熱パターンは、住空間Ｒ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。
【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制御方法となっており、夜間に蓄熱した冷熱または温熱の放熱方法について、現在時刻の直前の住空間の負荷状態のみによって放熱量を決定している。
そのため、外気温度、住空間の室内温度等の住空間の熱負荷状態に大きな影響を及ぼす要因が急激に変化した場合、放熱制御の内容がその変化に追随できず、放熱量過剰又は不足による住空間生活者の不快感を招くという問題があった。
また、住空間に冷房又は暖房を行う全ての時間帯について、住空間の熱負荷予測に基づいた電力使用量のデマンド制御を行う場合、熱負荷推移の予測が行われていなかった為、放熱パターンの適切な設定が不可能である問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、昼間の住空間の熱負荷の推移をとらえ、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って、近い将来の熱負荷の予測を行う。そのため、熱負荷がピークになるのとほぼ同様に使用電力量がピークになることから、その時間帯に蓄熱器の放熱運転に特化した運転を行うような制御を行うことによって、電力デマンド制御が可能な氷蓄熱空気調和装置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】
請求項１の発明に係る氷蓄熱空気調和装置は、冷熱又は温熱を製造する熱源機と、冷熱又は温熱を蓄熱する蓄熱器と、熱源機と蓄熱器により住空間へ冷暖気を放出する冷暖気放出器とを備えた氷蓄熱空気調和装置であって、住空間の熱負荷を時系列データとして検出する熱需要時系列データ検出手段と、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とから、熱需要カーブを予測する熱需要カーブ予測手段と、熱需要予測カーブから使用電力量の推移を予測する手段と、使用電力量の推移に所定しきい値を設け、使用電力量がそのしきい値以上となる時間帯をデマンド制御時間帯として設定するデマンド制御時間帯決定手段と、デマンド制御時間帯に、蓄熱器の放熱運転により冷暖気放出器を運転し、住空間の熱負荷に対する蓄熱器の能力不足分は、熱源機を運転することによりまかなうとともに、デマンド制御時間帯の蓄熱器と熱源機の使用電力量の和が丁度使用電力量の所定しきい値となるように、蓄熱器と熱源機の運転制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、デマンド制御時間帯における蓄熱器の運転により消費された蓄熱量に余剰が生じた場合には、デマンド制御時間帯以外の時間帯に余剰蓄熱量を用いて蓄熱器の放熱運転を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、熱需要予測カーブ手段において、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とに、カオス解析を施すことにより熱需要カーブを予測することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
（装置の構成）
図１はこの発明の実施の形態１による氷蓄熱空気調和装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１の制御を行う運転制御器１４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は住空間Ｒで必要となる熱負荷の総和と比べて蓄熱容量が小さなものを使用する。
従って、この装置では、昼間の住空間Ｒへ冷房または暖房の運転を行う際、蓄熱器１２の放熱運転で住空間の熱負荷をまかないきれない場合には更に熱源機１１を運転することにより住空間Ｒの熱負荷をまかなう。
【００１１】
また、熱需要時系列基礎データ処理手段３は、様々な装置の運転パターンに伴う熱負荷量推移の時系列データを予め蓄積するものであり、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熱需要の時系列データを検出する働きをする。さらに熱需要カーブ予測手段５は上記両データに基づいて解析（例えば、後述するカオス理論による解析）を施し、近い将来の熱需要の変化の様子を推定するものである。さらに、上記熱需要の変化の予測から使用電力量の推移の状態を予測し、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、上記予測結果・デマンド制御時間帯の結果に基づいて、蓄熱器の放熱量の決定処理２０及び機器の運転状態の決定処理２１を行い、運転制御器２により装置の制御を行う。
【００１２】
（装置の制御方法）
次に、実施の形態１における制御方法について説明する。
(１).熱需要時系列基礎データ処理
まず、この空気調和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（熱需要）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、それを熱需要時系列基礎データ（以下、基礎データと称す）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熱需要時系列基礎データ処理手段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。
なお、ここにいう住空間の熱負荷量（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。
【００１３】
(２).熱需要時系列データ検出処理
一方、この装置の実際の運転に伴う住空間の熱負荷量（熱需要）を、熱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）、このデータを熱需要時系列データ（以下、現在データと称す）とする。
【００１４】
(３).熱需要カーブ予測処理
そして、上記(1)及び(2)で求めた熱需要時系列基礎データ（基礎データ）と熱需要時系列データ（現在データ）の両方のデータを用いてデータ解析処理を施し、現在時刻のすぐ後の時刻における熱需要の変化の様子を推定する（図２（ｂ）の点線）。
本実施の形態では、上記データ解析手法として、以下に説明するカオス理論による予測方法を用いる。
【００１５】
［カオス解析による予測方法］
ここでカオス解析を行う対象とするデータは、上述した熱需要時系列基礎データ（基礎データ）と熱需要時系列データ（現在データ）の２種である。
【００１６】
(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熱需要値を（一定期間，１日単位で）収集する。
【００１７】
(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、下記の様に、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。この次元は、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ｘｔ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ｙｔをとっている。
【００１８】
(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、熱需要の値をとる。
【００１９】
(Ｄ).軌道の構築・比較による予測値算出
(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。
【００２０】
【数１】
0003669754.tif 000002
【００２１】
このようにして求めた点ＮA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ＮA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。
【００２２】
(４).デマンド制御時間帯決定処理
次に、熱需要カーブの推移状態の予測結果に基づき、使用電力量の推移の状態を予測する。そして、デマンド制御時間帯決定手段６により装置運転のデマンド制御時間帯を決定する。即ち、図５の熱需要予測カーブから図６の電力需要予測カーブを予測し、この電力需要予測カーブに対して一定のしきい値を設け、電力需要が一定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。
【００２３】
(５).装置の運転制御
以上のような方法で得られた熱需要量の予測と、それから得られる使用電力量の推移、さらにデマンド制御時間帯の影響も加味させて、蓄熱器１２及び熱源機１１の運転状態の決定処理２０と行うとともに、蓄熱器１２の放熱量の決定処理２１を行う。
（蓄熱器・熱源機の運転状態の決定処理）
まず、装置の使用電力量をデマンド制御時間帯の上記しきい値以下に抑えるように、蓄熱器１２又は熱源機１１の運転状態を調節・決定する。
例えば、図７に示すように、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）には一時的に熱源機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熱源機の運転を再開する。これらの熱源機の運転／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使用電力量の推移の様子は図７のようになる。
【００２４】
（蓄熱器の放熱量の決定処理）
さらに、装置の使用電力量が最大となる時刻の予測が可能になることにより、デマンド制御時間帯Ｔｄには蓄熱器１２の放熱運転に特化した運転を行うとともに、デマンド制御時間帯以外の時間帯ではできる限り蓄熱器１２の放熱運転を主体にすることによって、冷房または暖房の時間帯の装置の使用電力量を低減する。例えば、図８は冷房ピーク負荷時の装置の運転パターン例を示したものである。
これらの制御方法は以下の考え方に基づく。
（イ）夜間の使用電力の無駄を排除するため、夜間蓄熱した冷熱又は温熱は、昼間の空調時間帯に全て使い切る。
（ロ）住空間の熱負荷がピークとなる時間帯に蓄熱器１２の放熱運転に特化することにより、住空間の熱負荷をまかなうことを可能にしつつ、かつ本装置の運転に伴う使用電力量のうち熱源機の運転による使用電力量の占める割合を低減することができる。このことは全体の使用電力量の抑制に大きな効果をもたらす。
（ハ）使用電力量のピーク時間帯に消費する蓄熱器の蓄熱量を差し引いてもなお、蓄熱器の残熱量に余剰がある場合、上記（イ）をねらいとしてピーク時間帯以外の時間帯に、できるだけ蓄熱器の放熱運転の割合が熱源機の運転する割合に比べて大きくなるように熱源機及び蓄熱器の運転を組合せる。
【００２５】
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、熱需要予測カーブから推定した使用電力量予測カーブの上限付近に所定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たが、予め特定の時間帯をデマンド制御時間帯と決めておき、装置の使用電力量のデマンド制御をその時間帯に特定し、実施の形態１と同様な方法で装置の運転制御を行っても、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
実施の形態５．
実施の形態５では、上記デマンド制御時間帯決定方法により決定したデマンド制御時間帯を含む１日の全空調時間帯の住空間の全ての熱負荷を、蓄熱器の放熱運転のみでまかなうような空気調和装置の制御を考える。
すなわち図９において、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、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は住空間で必要となる熱負荷の総和と比べて蓄熱容量が大きなものを使用する。
従って、この装置では、昼間の住空間の熱負荷を全て蓄熱器の放熱運転のみでまかなうことが可能な装置であり、このため熱源機１１は夜間の蓄熱時間帯にのみ運転し、熱源機１１により製造された冷熱または温熱は全て蓄熱器１２に蓄えられる。
【００２９】
本実施の形態５における制御方法については、実施の形態１の場合と同様に熱需要カーブ予測手段により熱需要を予測し、さらにデマンド制御時間帯の影響を加味させて装置の使用電力量の予測を行い、その結果を基に装置の運転パターンを決定し、蓄熱器１２の放熱運転制御を行う。その結果、実施の形態１と同様、装置の使用電力量のデマンド管理を行うことと、住空間の快適さを損わないことの両立が可能となる。
【００３０】
実施の形態６．
実施の形態５では、デマンド制御時間帯決定方法は、使用電力量の上限に所定しきい値を設けることによる方法としたが、特定の時間帯をデマンド制御時間帯と設定する方法とし、熱需要推移、電力使用量の推移からの装置の運転状態の予測の方法は実施の形態５と同様に行う方法を採用した場合でも、実施の形態５と同様な効果を奏する。
【００３１】
実施の形態７．
実施の形態５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５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。
【００３２】
実施の形態８．
実施の形態５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５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。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、住空間の熱負荷の大きさと装置の使用電力量の関係を表わすデータ、即ち装置の現在時刻の直前の熱負荷量のデータを用いて、現在時刻の直後の熱負荷量の予測が可能であるため、その結果を用いて装置の使用電力量の大きさの変化の状態を予め把握することができる。従って、住空間の快適性を失うことなしに、電力デマンド制御による装置の運転状態の細かい調節が可能となる効果がある。
【００３４】
また、デマンド制御時間帯及びそれ以外の時間帯のそれぞれにおいて、蓄熱器が運転する割合を極力大きくするような装置の運転パターンを組むことによって、その分冷房又は暖房運転の時間帯における熱源機が運転する時間を小さくすることが可能となり、その結果、この時間帯の装置の使用電力量を縮減することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る氷蓄熱空気調和装置の構成概念図である。
【図２】  熱需要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】  熱需要予測カーブを表わす図である。
【図６】  使用電力量の予測カーブを表わす図である。
【図７】  電力量のデマンド制御の一例を表わす図である。
【図８】  蓄熱器・熱源機の運転状態の一例を表わす図である。
【図９】  実施の形態５に係る氷蓄熱空気調和装置の構成概念図である。
【図１０】  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  熱需要時系列基礎データ処理、
４  熱需要時系列データ検出手段、５  熱需要カーブ予測手段、
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、
２０  放熱量の決定処理、２１  蓄熱器・熱源機の運転状態決定処理、Ｒ  住空間。
【図１】
0003669754.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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