(57)【要約】【課題】  電力需要の大きい時間帯の給水ポンプによる電力消費を抑制する。【解決手段】  給水制御システム１は、第１の水槽（高置水槽１３）、水道事業者から供給される水を第１の水槽に送る給水ポンプ１２、及び給水ポンプ１２の動作を制御する給水ポンプ制御部（給水制御装置１４）を備える。このような給水制御システム１では、給水ポンプ制御部が、過去の水需要を示すデータに基づいて所定の期間における水需要の総量を示す第１の水需要予測量を予測し、所定の期間に第１の水槽に送水される水量の総量が第１の水需要予測量に一致するように、かつ、電力需要の大きい時間帯における水需要の一部を電力需要の小さい時間帯に供給するように、給水ポンプ１２の動作を制御し、給水ポンプ１２が、給水ポンプ制御部の制御に従って作動して、第１の水需要予測量に相当する水量を所定の期間で第１の水槽に送水する。
2014068728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管を介して水道事業者から供給される水を貯留する第１の水槽と、
前記水道事業者から供給される水を前記第１の水槽に送る給水ポンプと、
前記給水ポンプの動作を制御する給水ポンプ制御部と、
を備え、
前記給水ポンプ制御部は、過去の水需要を示すデータに基づいて所定の期間における水需要の総量を示す第１の水需要予測量を予測し、前記所定の期間に前記第１の水槽に送水される水量の総量が前記第１の水需要予測量に一致するように、かつ、電力需要の大きい時間帯における水需要の一部を電力需要の小さい時間帯に供給するように、前記給水ポンプの動作を制御し、
前記給水ポンプは、前記給水ポンプ制御部の制御に従って動作して、前記第１の水需要予測量に相当する水量を前記所定の期間で前記第１の水槽に送水する
ことを特徴とする給水制御システム。
【請求項２】
前記給水ポンプは、固定の回転数で一定の水量を送水する機構を有し、
前記給水ポンプ制御部は、所定の期間に想定される最大の水需要の総量を示す第２の水需要予測量を算出して前記第１の水需要予測量とする
ことを特徴とする請求項１記載の給水制御システム。
【請求項３】
前記第１の水槽は、第１の水位を検出する第１の水位センサと、前記第１の水位よりも低位の第２の水位を検出する第２の水位センサとを有し、
前記給水ポンプ制御部は、前記第１の水位センサからの水位検出を通知された場合に前記給水ポンプによる送水を停止するよう指示し、前記第２の水位センサからの水位検出を通知された場合に前記給水ポンプによる送水を開始するように指示する
ことを特徴とする請求項１記載の給水制御システム。
【請求項４】
前記給水ポンプは、回転数の変動によって送水量を変更可能な機構を有し、
前記給水ポンプ制御部は、現在の月又は曜日で限定した所定の期間における第３の水需要予測量を算出して前記第１の水需要予測量とし、前記算出した第３の水需要予測量に基づいて、前記給水ポンプによって送水される単位時間ごとの目標流量を算出し、前記算出した単位時間ごとの目標流量に応じて前記給水ポンプの目標回転数を決定し、
前記給水ポンプは、前記給水ポンプ制御部で決定された目標回転数に従って作動して、前記第１の水槽に送水する
ことを特徴とする請求項１記載の給水制御システム。
【請求項５】
前記給水ポンプ制御部は、前記給水ポンプによる送水量が、電力需要の大きい時間帯よりも電力需要の小さい時間帯で多くなるように、前記単位時間ごとの目標流量を決定する
ことを特徴とする請求項４記載の給水制御システム。
【請求項６】
前記給水ポンプ制御部は、前記第３の水需要予測量、ユーザに設定される前記給水ポンプによる送水量の変動域、及び、ユーザに設定される前記給水ポンプによる送水量の切り替え時刻に基づいて、前記単位時間ごとの目標流量を算出する
ことを特徴とする請求項４記載の給水制御システム。
【請求項７】
前記給水ポンプの実流量を検出する流量センサと、
前記第１の水槽に設けられ、給水ポンプによる送水量の補正を行うか否かの判定基準となる第３の水位を検出する第３の水位センサと、
をさらに備え、
前記給水ポンプ制御部は、前記第３の水位センサからの水位検出が通知されない場合に、前記流量センサから通知される実流量を用いて前記目標回転数を補正し、補正後の目標回転数で前記補正ポンプを作動させる
ことを特徴とする請求項４記載の給水制御システム。
【請求項８】
前記水道事業者と前記第１の水槽との間に前記給水管を介して接続するように設けられ、前記給水管を介して前記水道事業者から前記第１の水槽に供給される水を一時的に貯留する第２の水槽と、
前記第２の水槽と前記水道事業者との間の前記給水管に設けられ、前記水道事業者から前記第２の水槽に供給される水の水量を変更可能な機構を有するバルブと、
前記第２の水槽に設けられ、第４の水位を検出する第４の水位センサ及び前記第４の水位よりもわずかに低位な第５の水位を検出する第５の水位センサと、
前記第４の水位センサ及び前記第５の水位センサによる水位検出の通知に基づいて前記バルブの動作を制御するバルブ制御部と、
をさらに備え、
前記バルブ制御部は、前記第４の水位センサから水位検出を通知された場合に前記第２の水槽への水の供給を停止するように前記バルブの動作を制御し、前記第５の水位センサから水位検出を通知された場合に前記第２の水槽への水の供給を開始するように前記バルブの動作を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の給水制御システム。
【請求項９】
前記第１の水槽は、需要家の水需要に応じて、第３の給水管を介して該第１の水槽に貯留した水を前記需要家に供給し、
前記第１の水槽は、前記第２の水槽及び前記需要家よりも高位に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の給水制御システム。
【請求項１０】
水道事業者から供給される水を需要家に給水する給水制御システムによる給水制御方法において、
前記給水制御システムは、
給水管を介して前記水道事業者から供給される水を貯留する第１の水槽と、
前記水道事業者から供給される水を前記第１の水槽に送る給水ポンプと、
前記給水ポンプの動作を制御する給水ポンプ制御部と、を有し、
前記給水ポンプ制御部が、過去の水需要を示すデータに基づいて所定の期間における水需要の総量を示す第１の水需要予測量を予測する水需要予測ステップと、
前記給水ポンプ制御部が、前記所定の期間に前記第１の水槽に送水される水量の総量が前記水需要予測ステップで予測された第１の水需要予測量に一致するように、かつ、電力需要の大きい時間帯における水需要の一部を電力需要の小さい時間帯に供給するように、前記給水ポンプの動作を制御するポンプ制御ステップと、
前記給水ポンプが、前記ポンプ制御ステップによる制御に従って作動して、前記第１の水需要予測量に相当する水量を前記所定の期間で前記第１の水槽に送水する送水ステップと、
を備えることを特徴とする給水制御方法。
【請求項１１】
前記給水ポンプは、固定の回転数で一定の水量を送水する機構を有し、
前記水需要予測ステップで、前記給水ポンプ制御部が、所定の期間に想定される最大の水需要の総量を示す第２の水需要予測量を算出して前記第１の水需要予測量とする
ことを特徴とする請求項１０記載の給水制御方法。
【請求項１２】
前記給水制御システムは、前記第１の水槽に設けられ、第１の水位を検出する第１の水位センサと、前記第１の水位よりも低位の第２の水位を検出する第２の水位センサとをさらに有し、
前記給水ポンプ制御部が、前記第１の水位センサからの水位検出を通知された場合に前記給水ポンプによる送水を停止するよう指示し、前記第２の水位センサからの水位検出を通知された場合に前記給水ポンプによる送水を開始するように指示するポンプ起動／停止ステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１０記載の給水制御方法。
【請求項１３】
前記給水ポンプは、回転数の変動によって送水量を変更可能な機構を有し、
前記水需要予測ステップで、前記給水ポンプ制御部が、現在の月又は曜日で限定した所定の期間における第３の水需要予測量を算出して前記第１の水需要予測量とし、
前記ポンプ制御ステップで、前記給水ポンプ制御部が、前記算出した第３の水需要予測量に基づいて、前記給水ポンプによって送水される単位時間ごとの目標流量を算出し、前記算出した単位時間ごとの目標流量に応じて前記給水ポンプの目標回転数を決定し、
前記送水ステップで、前記給水ポンプが、前記ポンプ制御ステップで決定された目標回転数に従って作動して、前記第１の水槽に送水する
ことを特徴とする請求項１０記載の給水制御方法。
【請求項１４】
前記給水制御システムは、前記給水ポンプの実流量を検出する流量センサと、前記第１の水槽に設けられ、給水ポンプによる送水量の補正を行うか否かの判定基準となる第３の水位を検出する第３の水位センサとをさらに有し、
前記給水ポンプ制御部が、前記第３の水位センサからの水位検出が通知されない場合に、前記流量センサから通知される実流量を用いて前記目標回転数を補正し、補正後の目標回転数で前記補正ポンプを作動させる目標回転数補正ステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１３記載の給水制御方法。
【請求項１５】
前記給水制御システムは、
前記水道事業者と前記第１の水槽との間に前記給水管を介して接続するように設けられ、前記給水管を介して前記水道事業者から前記第１の水槽に供給される水を一時的に貯留する第２の水槽と、
前記第２の水槽と前記水道事業者との間の前記給水管に設けられ、前記水道事業者から前記第２の水槽に供給される水の水量を変更可能な機構を有するバルブと、
前記第２の水槽に設けられ、第４の水位を検出する第４の水位センサ及び前記第４の水位よりもわずかに低位な第５の水位を検出する第５の水位センサと、
前記第４の水位センサ及び前記第５の水位センサによる水位検出の通知に基づいて前記バルブの動作を制御するバルブ制御部と、をさらに有し、
前記バルブ制御部が、前記第４の水位センサから水位検出を通知された場合に前記第２の水槽への水の供給を停止するように前記バルブの動作を制御し、前記第５の水位センサから水位検出を通知された場合に前記第２の水槽への水の供給を開始するように前記バルブの動作を制御するバルブ制御ステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１０記載の給水制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水制御システム及び給水制御方法に関し、ビルや工場等の大口需要家が有する高置水槽への給水を制御する給水制御システム及び給水制御方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ビル、マンション、工場等では上水や中水の需要が大量に発生するが、このような大口需要家に大量の水を供給するために、受水槽と高置水槽とが設けられることが多い。受水槽には、水道事業者から供給される水が一時的に貯留され、大口需要家の屋上等に配置された高置水槽には、受水槽に貯留した水が給水ポンプによって運び上げられる。そして、高置水槽に貯留された水が、重力を利用して需要者に供給される。【０００３】
例えば特許文献１には、災害時に高置水槽に貯留された水が低減することを防止する給水ポンプ制御装置が記載されている。特許文献１に記載された給水ポンプ制御装置では、水位を検出するセンサが高置水槽に設けられ、高置水槽の水位が所定の下限水位以下になったことを検出すると、ポンプを起動して高置水槽に給水し、所定の上限水位を超えると給水を停止する制御を行うことにより、高置水槽の水位が上限水位と下限水位との間に収まるように、高置水槽への給水量を制御し、需要に対して水の供給が停止しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に、大口需要家の水需要は、昼間の時間帯（例えば１０時から１８時）に大きく、それ以外の時間帯には小さい傾向がある。従って、水需要が大きい時間帯には、高置水槽の貯留水量が不足がちになるので、水需要が小さい時間帯に比べて給水ポンプの起動回数（又は起動時間）が多くなり、給水ポンプの起動及び動作による電力消費が多くなる。そして、水需要が大きい時間帯は電力需要が大きい時間と重なる傾向があるので、電力需要の大きい時間帯に給水ポンプによる電力消費が大きくなり、節電に寄与できないという問題がある。【０００６】
しかし、特許文献１に記載された給水ポンプ制御装置は、災害発生時にて漏水発生を検知して迅速に給水ポンプを適切に制御するものであり、上述したような電力需要の大きい時間帯における給水ポンプによる電力消費を抑制することはできない。また、特許文献１に記載された給水ポンプ制御装置は、固定速の給水ポンプを用いて高置水槽への水供給を行っているが、急激な水需要の増加に応えられるだけの高性能な給水ポンプの性能が求められるという問題もある。【０００７】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電力需要の大きい時間帯の給水ポンプによる電力消費を抑制可能な給水制御システム及び給水制御方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため本発明においては、給水管を介して水道事業者から供給される水を貯留する第１の水槽と、前記水道事業者から供給される水を前記第１の水槽に送る給水ポンプと、前記給水ポンプの動作を制御する給水ポンプ制御部と、を備え、前記給水ポンプ制御部は、過去の水需要を示すデータに基づいて所定の期間における水需要の総量を示す第１の水需要予測量を予測し、前記所定の期間に前記第１の水槽に送水される水量の総量が前記第１の水需要予測量に一致するように、かつ、電力需要の大きい時間帯における水需要の一部を電力需要の小さい時間帯に供給するように、前記給水ポンプの動作を制御し、前記給水ポンプは、前記給水ポンプ制御部の制御に従って動作して、前記第１の水需要予測量に相当する水量を前記所定の期間で前記第１の水槽に送水する給水制御システムが提供される。【０００９】
また、かかる課題を解決するため本発明においては、水道事業者から供給される水を需要家に給水する給水制御システムによる給水制御方法において、前記給水制御システムは、給水管を介して前記水道事業者から供給される水を貯留する第１の水槽と、前記水道事業者から供給される水を前記第１の水槽に送る給水ポンプと、前記給水ポンプの動作を制御する給水ポンプ制御部と、を有し、前記給水ポンプ制御部が、過去の水需要を示すデータに基づいて所定の期間における水需要の総量を示す第１の水需要予測量を予測する水需要予測ステップと、前記給水ポンプ制御部が、前記所定の期間に前記第１の水槽に送水される水量の総量が前記水需要予測ステップで予測された第１の水需要予測量に一致するように、かつ、電力需要の大きい時間帯における水需要の一部を電力需要の小さい時間帯に供給するように、前記給水ポンプの動作を制御するポンプ制御ステップと、前記給水ポンプが、前記ポンプ制御ステップによる制御に従って作動して、前記第１の水需要予測量に相当する水量を前記所定の期間で前記第１の水槽に送水する送水ステップと、を備える給水制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電力需要の大きい時間帯の給水ポンプによる電力消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態による給水制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す給水制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】給水ポンプの能力の設定方法を説明するための図である。
【図４】給水ポンプの起動又は停止を判定する処理手続を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施の形態による給水制御の実行結果例を説明するグラフである。
【図６】従来の給水制御の実行結果例を説明するグラフである。
【図７】第２の実施の形態による給水制御システムの構成を示すブロック図である。
【図８】目標流量の算出結果の一例を示すグラフである。
【図９】目標回転数を決定する処理手続を示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態による給水制御の実行結果例を説明するグラフである。
【図１１】第３の実施の形態による給水制御システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】バルブの開閉を判定する処理手続を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（１）第１の実施の形態
第１の実施の形態による給水制御システム１は、所定の期間内の水需要の予測に基づいて、従来より性能の低い固定速の給水ポンプによって受水槽から高置水槽に安定した給水を行い、かつ、電力需要ピーク時間帯における給水ポンプの動作を抑える給水制御を行うことを特徴としている。
【００１３】
（１−１）本実施の形態による給水制御システムの構成
図１は、第１の実施の形態による給水制御システムの構成を示すブロック図である。図１に示す給水制御システム１は、大口需要家の一例であるビル１５に対する給水を制御する給水制御システムであって、受水槽１１、給水ポンプ１２、高置水槽１３、及び給水制御装置１４を備えている。また、受水槽１１には、水道事業者から水が供給される側に給水管１６１が接続され、給水ポンプ１２との間に給水管１６２が接続されている。また、給水ポンプ１２と高置水槽１３との間は、給水管１６３で接続され、高置水槽１３は、ビル１５の需要者に水を配送するために設けられた給水管１６４に接続されている。これらの給水管１６１〜１６４は、通流可能な管状のパイプであって、材質は特に限定されない。
【００１４】
受水槽１１は、ビル１５の近傍に配置される水槽であり、給水管１６１を経由して水道事業者から供給される水を一時的に貯留する。また、受水槽１１は、給水管１６２を介して給水ポンプ１２に接続される。
【００１５】
給水ポンプ１２は、電力によってモータを固定の回転数で動作させることにより、一定の水量を送水する機構を有するポンプであり、給水管１６３を介して高置水槽１３に接続される。給水ポンプ１２は、給水制御装置１４から入力される指示に従って作動し、受水槽１１に貯留されている水を給水管１６２及び給水管１６３を経由して高置水槽１３に引き揚げて送水する。なお、給水ポンプ１２は、高置水槽１３に貯留される水が枯渇しないように、大口需要家のビル１５が需要する水量を高置水槽１３に確実に給水できる給水能力が求められる。このような給水ポンプ１２に求められる給水能力を決定する方法については、図３を参照しながら後述する。
【００１６】
高置水槽１３は、ビル１５の屋上に配置される水槽であり、給水ポンプ１２によって受水槽１２から給水される水を貯留する。高置水槽１３は、受水槽１１の設置位置よりも高い位置に設置される。高置水槽１３に貯留された水は、重力エネルギーを利用し、給水管１６４を経由してビル１５の需要者に供給される。また、高置水槽１３には、高置水槽１３に貯留された水の水位を検出する水位センサ１３１，１３２が、それぞれ異なる水位を検出するように設けられている。
【００１７】
水位センサ１３１は、高置水槽１３の満杯に近い水位１３３の検出を行う位置に設けられている。水位１３３は、給水制御装置１４が高置水槽１３に対する給水を停止すべきか否かを判定するために必要な停止水位であり、例えば、高置水槽１３の容量の９５％の水準とする。水位センサ１３２は、水位１３３よりも下方の水位１３４の検出を行う位置に設けられている。水位１３２は、給水制御装置１４が高置水槽１３に対する給水を開始すべきか否かを判定するために必要な起動水位であり、例えば、高置水槽１３の容量の９０％の水準とする。水位センサ１３１，１３２は、それぞれに対応する水位１３３，１３４を検出すると給水制御装置１４に水位検出を通知する。
【００１８】
給水制御装置１４は、給水ポンプ１２の動作を制御する装置であって、組み込みコンピュータ又はパーソナルコンピュータで実現される。図２は、図１に示す給水制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示すように、給水制御装置１４は、各部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）１４３、制御プログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）１４４、センサ情報や制御に必要な情報を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）１４５、計時機能を有するタイマ１４６、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１４７がバス１４８を介して接続されて構成される。
【００１９】
図１に示すように、給水制御装置１４は、水需要予測部１４０、ポンプ起動停止判断部１４１、及びポンプ起動停止実行部１４２を有する。水需要予測部１４０は、過去の水需要データに基づいて、所定の期間に想定される最大の水需要（例えば、後述する最大水需要Ｑｍａｘ）を算出する。ポンプ起動停止判定部１４１及びポンプ起動停止実行部１４２は、ＲＯＭ１４４に格納された制御プログラムをＣＰＵ１４３が実行することによって実現される機能的要素であり、ポンプ起動停止判定部１４１が水位センサ１３１，１３２による検出結果に基づいて給水ポンプ１２の起動（ＯＮ）又は停止（ＯＦＦ）を判定し、ポンプ起動停止実行部１４２が、ポンプ起動停止判定部１４１の判定結果に従って給水ポンプ１２に起動又は停止の動作を指示する信号を出力する。
【００２０】
（１−２）給水ポンプに求められる給水能力の決定方法
給水ポンプ１２には、大口需要家のビル１５が需要する水量を高置水槽１３に確実に給水できるだけの給水能力が求められる。ただし、ビル１５が需要する水量は季節又は時間によって異なるので、給水ポンプ１２には、所定の期間における最大の水需要（例えば最大水需要Ｑｍａｘに相当）に応えられる給水能力が求められる。１つの解決手段として、十分に高性能な給水ポンプを使用することも考えられるが、一般に高性能になるほど給水ポンプの価格が上昇する。従って、価格コストを抑えながらも必要な給水能力を有する給水ポンプの給水能力を設定することが好ましく、以下では、水需要予測部１４０によって算出される所定の期間における最大の水需要に応じて、給水ポンプ１２に求められる給水能力を決定する方法について説明する。
【００２１】
まず、水需要予測部１４０は、過去の所定期間（例えば１年間）のビル１５における水需要の総計を、例えば水道事業者が定期的に検針した検針データに基づいて算出する。２カ月おきの検針データを用いる場合には、例えば連続する６個（すなわち１年分）の検針データを取得する。次に、水需要予測部１４０は、取得した６個の検診データから、最大の検針値（Ｑ１）を算出する。そして、水需要予測部１４０は、Ｑ１を２カ月の供給日数（例えば６１日）で割って、１日当たりの最大需要Ｑ２を算出する。さらに、水需要予測部１４０は、Ｑ２に安全係数ｋ（ｋは１以上で１近傍の定数とし、例えば「１．１」）を掛けることによって、１日の最大水需要Ｑｍａｘを算出する。安全係数ｋは、実際の水需要の変動に対応する安全幅を確保するための係数である。そして、１日の最大水需要Ｑｍａｘは、次式
【数１】
2014068728.tif 000003
により算出される。
【００２２】
図３は、給水ポンプの能力の設定方法を説明するための図である。図３（ａ）には、流量Ｑ［ｍ３／ｈ］及び揚程Ｈ［ｍ］によって示される性能曲線１７１及び抵抗曲線１７２が表されている。性能曲線１７１は、給水ポンプの性能特性を示し、汲み上げる揚程が増加するほど、汲み上げることができる流量は減少する。また、抵抗曲線１７２は、受水槽１１から給水管１６２，１６３を経由して高置水槽１３に給水する場合に発生する、圧力損失及び重力等による抵抗を示す。例えば受水槽１１と高置水槽１３との高低差をａ［ｍ］とし、給水管１６２，１６３の管路抵抗係数をｂとすると、抵抗Ｒは、次式
【数２】
2014068728.tif 000004
のように流量Ｑの２次関数の近似式によって近似値が算出される。
【００２３】
図３（ｂ）には、給水ポンプによって供給される水の供給効率を示す効率曲線１７３が示されている。効率曲線１７３は、性能曲線１７１及び抵抗曲線１７２に基づいて決定され、流量Ｑに対応する効率ηを示す。
【００２４】
そして、効率曲線１７３の頂点付近をＱｍａｘとして、図３（ａ）に示したポンプ性能を満たすような給水ポンプが選定される。このようにして選定される給水ポンプ１２は、１日の最大水需要Ｑｍａｘ又はＱｍａｘ近傍の水量を供給できる供給能力を有し、給水ポンプ１２の起動時には効率よく流量Ｑｍａｘの給水を実現することができる。なお、本実施形態では、１日の最大水需要であるＱｍａｘを使用して説明しているが、他の所定期間（例えば１２時間）の最大水需要をＱｍａｘとして算出して使用してもよい。
【００２５】
このような給水ポンプ１２は、水需要予測部１４０によって算出される最大水需要Ｑｍａｘに基づいて供給性能が決定されるので、給水ポンプ１２を常時作動させたとしても、高置水槽１３に供給される水量は所定期間の最大水需要Ｑｍａｘを大幅に超えるものではない。従って、本実施の形態においては、給水ポンプ１２は、ＯＦＦ状態である割合が少なくほぼＯＮ状態で作動する。
【００２６】
なお、水需要予測部１４０が最大水需要Ｑｍａｘを算出するためのプログラムは、例えばＲＯＭ１４４に格納され、ＣＰＵ１４３によって当該プログラムが実行される。また、水需要予測部１４０による各処理の実行に必要となるデータ（例えば検針データや給水ポンプごとの性能曲線を示すデータ）等は、ＲＯＭ１４４に格納される。
【００２７】
（１−３）給水制御装置による給水ポンプの起動／停止制御
次に、給水制御装置１４が、上述のように選定された給水ポンプ１２を起動／停止する制御について説明する。図４は、給水ポンプの起動又は停止を判定する処理手続を示すフローチャートである。なお、図４に示す一連の処理は、定期的に繰り返し実行される。
【００２８】
まず、ポンプ起動停止判定部１４１は、高置水槽１３における現在の水位が停止水位（水位１３３）以上であるか判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の判定は、ポンプ起動停止判定部１４１が、水位センサ１３１から水位検出を通知されるか否かによって判定される。
【００２９】
ステップＳ１０１で現在の水位が停止水位以上である場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、すなわち、水位センサ１３１から水位検出が通知された場合には、高置水槽１３に水が十分に貯留されていて給水ポンプ１２の作動を許可するべきではない状況であるので、ポンプ起動停止判定部１４１は、ポンプ起動フラグに「０」を設定し（ステップＳ１０２）、次回の一連の処理が開始されるまで待機状態となる。ポンプ起動フラグは、給水ポンプ１２の動作を制御するためのフラグであって、例えば「０」又は「１」の値が設定される。ポンプ起動フラグは、例えば図２に示すＲＡＭ１４５に記憶される。
【００３０】
ステップＳ１０１で現在の水位が停止水位未満である場合（ステップＳ１０１のＮＯ）、すなわち、水位センサ１３１から水位検出が通知されない場合には、ポンプ起動停止判定部１４１は、高置水槽１３における現在の水位が起動水位（水位１３４）未満であるか判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の判定は、ポンプ起動停止判定部１４１が、水位センサ１３２から水位検出を通知されるか否かによって判定される。
【００３１】
ステップＳ１０３で現在の水位が起動水位未満である場合（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、すなわち、水位センサ１３２から水位検出が通知されない場合には、高置水槽１３に水が十分に貯留されておらず給水ポンプ１２を作動させるべき状況であるので、ポンプ起動停止判定部１４１は、ポンプ起動フラグに「１」を設定し（ステップＳ１０４）、次回の一連の処理が開始されるまで待機状態となる。
【００３２】
ステップＳ１０３で現在の水位が起動水位以上である場合（ステップＳ１０３のＮＯ）、すなわち、水位センサ１３２から水位検出が通知された場合には、高置水槽１３には給水を必要としない程度に十分な水が貯留されている状況であるので、ポンプ起動停止判定部１４１は特段の処理を行わず、次回の一連の処理が開始されるまで待機状態となる。
【００３３】
そして、ポンプ起動停止実行部１４２は、ポンプ起動フラグを所定の周期ごとに参照し、ポンプ起動フラグの値が「１」の場合には、給水ポンプ１２の起動を指示する起動信号を給水ポンプ１２に送信し、ポンプ起動フラグの値が「０」の場合には、給水ポンプ１２の停止を指示する停止信号を給水ポンプ１２に送信する。なお、ポンプ起動停止実行部１４２は、ポンプ起動停止判定部１４１がポンプ起動フラグの値を変更した場合に、即座にその変更後の値を受け取って上述の処理を行ってもよい。給水ポンプ１２は、起動信号又は停止信号を受信すると、受信した信号に従ってポンプの起動又は停止を行う。
【００３４】
上述のようなステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を定期的に繰り返して実行することによって、ポンプ起動停止判定部１４１は、高置水槽１３内の水位に基づいて、給水ポンプ１２の起動又は停止を判定し、ポンプ起動停止実行部１４２は、ポンプ起動停止判定部１４１による判定に応じて、給水ポンプ１２の起動又は停止を実行させる。その結果、給水制御装置１４は、高置水槽１３内の水位を水位１３３と水位１３４との間に維持するように給水制御を実現する。
【００３５】
ただし、実際には、給水ポンプ１２は前述したようにほぼＯＮ状態で作動し、その作動途中で高置水槽１３内の水位が上昇しすぎたり下降しすぎたりした場合に、図４に示した処理によって給水ポンプ１２の動作が制御される。
【００３６】
（１−４）本実施の形態による実施結果
以下では、上述してきたような給水制御システム１による給水制御の実行結果について説明する。図５は、第１の実施の形態による給水制御の実行結果例を説明するグラフである。
【００３７】
図５（ａ）は、時間経過に伴う需要量の変化を示している。図５（ａ）に示す需要量１８１は、例えば１０時から１８時までの間に需要量が高いことを示している。図５（ｂ）は、時間経過に伴う高置水槽１３の水位の変化を示している。図５（ｂ）に示す水位１８２は、図５（ａ）の需要量１８１及び図５（ｄ）の給水量１８４によって変化する。図５（ｂ）に示す水位１３３は、図１の水位センサ１３１が検出する水位である。図５（ｃ）は、給水ポンプ１２のＯＮ／ＯＦＦの状態変化を示している。図５（ｃ）のポンプ状態１８３は、給水制御装置１４からの指示に従ってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。図５（ｄ）は、給水ポンプ１２の動作によって高置水槽１３に供給される給水量の変化を示している。図５（ｄ）の給水量１８４は、ポンプ状態１８３がＯＮのときには、給水ポンプ１２に設定された供給能力に応じた給水が行われ、ポンプ状態１８３がＯＦＦのときには、給水が行われなかったことを示している。
【００３８】
図５（ａ）〜（ｄ）からは、ポンプ状態１８３が１日（２４時間）を通じてほぼ一定にＯＮを示し、需要量１８１の変化にかかわらず、高置水槽１３の水位１８２が「０」になることなく、かつ、水位１３３を超えない状態で維持されたことが読み取れる。
【００３９】
ここで、従来の給水制御方法による給水制御結果との比較を行う。図６は、従来の給水制御の実行結果例を説明するグラフである。図６（ａ）〜（ｄ）は、従来の給水制御の実行結果例に関して図５（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ対応するグラフである。なお、図６（ａ）に示す需要量９８１の変化は、図５（ａ）の需要量１８１の変化と同じであり、高置水槽のサイズや給水管の径等も、給水制御システム１におけるそれらと同じであるとする。
【００４０】
図６（ｄ）に示す第１の給水量９８７は、図５（ｄ）における給水量１８４の最大値を示している。図６（ｄ）で給水量９８４が第１の給水量９８７を超えているように、図６で説明する従来の給水制御方法では、給水ポンプ１２よりも給水量の多い固定速の給水ポンプを用いた。また、図６（ｂ）に示すように、高置水槽に上限水位９８５及び下限水位９８６を設定し、高置水槽の水位が下限水位９８６まで下降した場合に給水ポンプを起動させ、高置水槽の水位が上限水位９８５まで上昇した場合に給水ポンプを停止させる給水制御を行った。
【００４１】
このような従来の給水制御方法によれば、高置水槽の水位は図６（ｂ）に示すように「０」になることなく上限水位９８５を超えない状態で維持されたが、図６（ｃ）に示すように、需要量９８１の変化に応じて、水需要の大きい時間帯（例えば１０時から１８時）に給水ポンプの起動が集中して行われ、急激な給水が行われることが読み取れる。また、図５（ｂ）と比較すると、図６（ｂ）では水位９８２の変化が激しいことも分かる。
【００４２】
ところで、水需要が時間によって変化するように、電力需要も時間によって変化する。一般的には、水需要及び電力需要は昼間の時間帯に需要が大きくなることが多く、水需要の大きい時間帯（水需要ピーク時間帯）と電力需要が大きい時間帯（電力需要ピーク時間帯）とが近い時間になりやすい。そして、従来の給水制御方法では、図６に示したように水需要の変化に応じて給水ポンプが作動するので、給水ポンプが作動する時間帯が電力需要ピーク時間帯に重なる傾向がある。その結果、給水ポンプを動作させるための電力消費が電力需要ピーク時間帯に発生してしまう。
【００４３】
一方、本実施の形態の給水制御システム１では、前述したように所定の最大水需要Ｑｍａｘに基づいて決定される供給性能を有する給水ポンプ１２が選定される。このような給水ポンプ１２は、ほぼＯＮ状態で作動して所定期間の最大水需要Ｑｍａｘを超える程度の水量を供給できればよく、従来の給水制御方法で用いられる給水ポンプよりも低い供給能力が求められる。そして、給水ポンプ１２は、電力需要の大きい時間帯における水需要の一部を電力需要の小さい時間帯に供給するように、給水制御装置１４によって給水ポンプ１２の動作が制御されて、図５（ｄ）に示すように１日（２４時間）を通じてほぼ一定に作動して水供給を行う。その結果、給水ポンプ１２を作動させるための電力消費は、電力需要ピーク時間帯に関係なく平均して発生し、電力消費量が平滑化される。
【００４４】
（１−５）本実施の形態による効果
このような給水制御システム１によれば、給水ポンプ１２による給水を電力需要が大きい時間帯から他の時間帯にシフトさせ、需要家への安定した水供給を実現しながらも平滑な電力消費を実現することにより、電力需要の大きい時間帯に給水ポンプ１２の作動による電力消費を抑制することができるので、電力消費のピークカットに寄与することができる。また、電力消費のピークを低く抑えることによって、最大電力消費量に基づいて基本料金が決定される場合の電気料金を削減させる効果も期待できる。
【００４５】
また、このような給水制御システム１では、給水ポンプ１２はほぼＯＮ状態で作動して所定期間の最大水需要Ｑｍａｘを超える程度の水量を供給できればよく、従来の給水制御方法で用いられる給水ポンプよりも低い供給能力しか求められない。一般に、給水ポンプの供給能力は、給水ポンプにおけるモータの回転数に比例し、モータの回転数を上げるためにはより大きな消費電力を要する。すなわち、給水ポンプの供給能力と電力消費量は比例する。従って、給水制御システム１で用いられる給水ポンプ１２は、従来の給水制御方法で用いられる給水ポンプよりも低い能力の給水ポンプを使用できることから、給水ポンプ１２による電力消費量を、従来の給水制御方法で用いられる給水ポンプの電力消費量より軽減させることができる。また一般に、給水ポンプの価格は、供給能力に比例して上昇することから、給水制御システム１では、給水ポンプ１２に要する価格コストを抑えることができる。
【００４６】
また、このような給水制御システム１では、従来の給水制御と比較した場合に、ほぼ一定に給水ポンプ１２が作動するので、従来の給水制御のように需要家の水需要に応じて急激な給水が行われることがなく、急激な給水のために給水ポンプ１２の電力消費量が急増することを防ぐことができる。
【００４７】
（２）第２の実施の形態
第２の実施の形態による給水制御システム２は、所定の期間内の水需要の予測に基づいて、電力需要ピーク時間帯における給水を抑えながら受水槽から高置水槽に安定した給水を行うだけでなく、給水管の実流量に応じて目標流量の補正を行い、受水槽から高置水槽に供給する水流量を補正した目標流量とするために変速の給水ポンプの動作を制御することを特徴としている。
【００４８】
（２−１）本実施の形態による給水制御システムの構成
図７は、第２の実施の形態による給水制御システムの構成を示すブロック図である。図７に示す給水制御システム２のうち、図１に示した給水制御システム１と同じ構成については、同じ番号を付して説明を省略する。
【００４９】
給水制御システム２は、図１で示した固定速の給水ポンプ１２の代わりに、変速の給水ポンプ２２を備えている。変速の給水ポンプ２２は、電力によって作動し、インバータ（図示せず）でモータの回転数を変動させることによって送水量を変更可能な機構を有するポンプである。給水ポンプ２２には、給水ポンプ２２の回転数を制御するＰＩＤ制御装置２１と、給水ポンプ２２の回転数を検出してＰＩＤ制御装置２１に通知する回転数センサ２２１とが接続されている。ＰＩＤ制御装置２１は、給水制御装置２４から出力される目標回転数と回転数センサ２２１から通知される給水ポンプ２２の回転数とに基づいて、所定のＰＩＤ制御アルゴリズムによって給水ポンプ２２への制御信号を決定し、給水ポンプ２２の回転数を目標値に保つ。
【００５０】
流量センサ２２２は、給水管１６３を通る水の流量を検出するセンサであって、検出した流量を給水制御装置２４に通知する。高置水槽２３には、水位センサ１３１，１３２の他に、水位２３２を検出する水位センサ２３１が設けられている。水位２３２は、給水制御装置２４が目標流量の補正を行うか否かを判定するために必要な修正判定水位である。水位センサ２３１は、水位２３２を検出すると給水制御装置２４に水位検出を通知する。目標流量の補正については図９を参照しながら後述する。
【００５１】
（２−２）本実施の形態の給水制御装置による給水制御
給水制御装置２４は、図１の給水制御装置１４と同様のポンプ起動停止判定部１４１及びポンプ起動停止実行部１４２に加えて、水需要予測部２４１、目標流量計算部２４２、目標回転数計算部２４３、及び記憶装置２４４を備える。給水制御装置２４は、図２に示した給水制御装置１４と同様のハードウェア構成を有し、ポンプ起動停止判定部１４１及びポンプ起動停止実行部１４２、水需要予測部２４１、目標流量計算部２４２、及び目標回転数計算部２４３は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを呼び出して実行することによって実現される。また、記憶装置２４４はＲＯＭに相当する。
【００５２】
記憶装置２４４は、日時及び曜日情報を示すカレンダ情報、及び、月や曜日等を単位として２４時間の水需要量をまとめた水需要履歴情報を格納する。なお、記憶装置２４４は、給水制御システム２４に外部接続される記憶装置（例えばデータベース）であってもよい。記憶装置２４４に格納される水需要履歴情報は、流量センサ２２２によって検出された流量値が蓄積されて作成される。より具体的には、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって流量センサ２２２によって検出された流量値に対する演算処理を行い、月や曜日ごとに算出した２４時間の流量の平均値を、水需要履歴情報として記憶装置２４４に格納する。また、水需要履歴情報は、需要家における水消費量を取得して得られる情報に基づいて作成されてもよい。
【００５３】
水需要予測部２４１は、１日の所定の時刻（例えば０時）に制御プログラムが実行され、記憶装置２４４に格納されているカレンダ情報を参照して現在の日時及び曜日を特定し、対応する月や曜日の水需要履歴情報を参照して、現在の月又は曜日で限定した、以後２４時間における水需要量の合計（１日の水需要予測量）を予測する。
【００５４】
目標流量計算部２４２は、水需要予測部２４１によって予測された１日の水需要予測量に基づいて、以後２４時間の各時刻で高置水槽２３に供給する目標流量を算出する。図８は、目標流量の算出結果の一例を示すグラフである。図８に示す目標流量２７１は、最大の流量を示す最大流量ＱＨと最小の流量を示す最小流量ＱＬとの２値で与えられ、最大流量ＱＨと最小流量ＱＬとの切り替え時刻Ｔ１，Ｔ２が９時と２１時に設定されている。なお、最大流量ＱＨ及び最小流量ＱＬは、給水ポンプ２２による送水量の変動域を規定する値の一例であり、切り替え時刻Ｔ１，Ｔ２は、給水ポンプ２２による送水量の切り替え時刻の一例である。最小流量ＱＬは０でもよく、切り替え時刻Ｔ１，Ｔ２は、例えば電力ピーク付近に限定し、それぞれ１３時，１４時というように設定してもよい。
【００５５】
切り替え時間Ｔ１，Ｔ２は、最小流量ＱＬとする時間帯（Ｔ１〜Ｔ２）が電力需要の大きい電力需要ピーク時間帯に多く重なるように設定される。また、最大流量ＱＨ、最小流量ＱＬ、及び切り替え時刻Ｔ１，Ｔ２は、目標流量２７１によって２４時間で供給される水量が水需要予測部２４１によって予測された１日の水需要予測量に一致するという条件下で、ユーザが任意に設定できる。
【００５６】
このような場合に図８を例とすれば、１日の水需要予測量は、次式
【数３】
2014068728.tif 000005
のような関係式を満たす。なお、目標流量２７１は、２４時間常に給水されるように決定される。
【００５７】
目標回転数計算部２４３は、給水管１６３を流れる水の実流量が目標流量計算部２４２によって算出された目標流量に一致するように給水ポンプ２２の目標回転数を決定する。図９は、目標回転数を決定する処理手続を示すフローチャートである。図９に示す一連の処理は、所定の周期（例えば５分周期）で繰り返し実行される。図９を参照して給水ポンプ２２の目標回転数を決定する処理を説明する。
【００５８】
まず、目標回転数計算部２４３が、目標流量計算部２４２によって算出された目標流量と、給水管１６３を通る水について流量センサ２２２が検出した最新の流量（計測流量）とを取得する（ステップＳ２０１）。ここでは、例えば図８に示した目標流量２７１が、最大流量ＱＨ、最小流量ＱＬ、及び切り替え時刻Ｔ１，Ｔ２をパラメータとして取得されるとする。
【００５９】
次に、目標回転数計算部２４３は、高置水槽２３における現在の水位が修正判定水位を下回っていないか判定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２の判定は、目標回転数計算部２４３、水位センサ２３１から水位２３２の水位検出を通知されるか否かによって判定される。ステップＳ２０２で現在の水位が修正判定水位以上である場合（ステップＳ２０２のＮＯ）、すなわち、水位センサ２３１から水位２３２の水位検出が通知された場合には、ステップＳ２０４の処理に移行する。
【００６０】
ステップＳ２０２で現在の水位が修正判定水位未満である場合（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、すなわち、水位センサ２３１から水位２３２の水位検出が通知されない場合には、目標回転数計算部２４３は、ステップＳ２０１で取得した目標流量２７１の最小流量ＱＬを補正する（ステップＳ２０３）。最小流量ＱＬの補正値である最小流量補正値ＱＬｎｅｗは、次式
【数４】
2014068728.tif 000006
のように算出される。ここで、補正係数は１より大きい定数である。ステップＳ２０３における最小流量補正値ＱＬｎｅｗの算出は、例えば時刻０の時点で高置水槽２３に十分な水量がない場合に水位が修正判定水位を下回る場合があり、速やかに水位の回復を行う必要があるような場合に、目標流量２７１を上方修正するために行われる。目標回転数計算部２４３は、最小流量ＱＬを最小流量補正値ＱＬｎｅｗに置き換えて、ステップＳ２０４の処理を行う。
【００６１】
ステップＳ２０４では、目標回転数計算部２４３は、給水管１６３を流れる水の実流量が目標流量２７１に一致するように、又は、最小流量ＱＬを最小流量補正値ＱＬｎｅｗに置き換えた場合には補正後の目標流量に一致するように、ＰＩＤ制御装置２１の動作を制御するＰＩＤ制御ロジックに従って目標回転数を決定する。例えば、時刻ｔにおける目標流量をＱＴ（ｔ）、実流量をＱｍ（ｔ）とすると、目標回転数Ｎ（ｔ）は、偏差ｅ（ｔ）に基づく比例積分制御により、次式
【数５】
2014068728.tif 000007
のように算出される。ここで、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲインであり、共に定数である。そして、目標回転数計算部２４３は、ＰＩＤ制御装置２１に、式（５）で算出した目標回転数Ｎ（ｔ）に従って給水ポンプ２２の回転数を変動制御させる。
【００６２】
上述のようなステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理を定期的に繰り返して実行することによって、給水制御装置２４は、常に給水ポンプ２２を起動させて、目標流量２７１（又は補正後の目標流量）に一致する実流量を高置水槽２４に供給する。
【００６３】
（２−３）本実施の形態による実施結果
以下では、上述してきたような給水制御システム１による給水制御の実行結果について説明する。図１０は、第２の実施の形態による給水制御の実行結果例を説明するグラフである。図１０（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態における実行結果例を説明した図５（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ対応するグラフである。また、図１０（ａ）に示す需要量２８１の変化は、図５（ａ）の需要量１８１の変化と同じである。なお、図１０（ａ）〜（ｄ）に示す実行結果は、高置水槽２３に図１に示す高置水槽１３と同じサイズの水槽を用い、給水制御装置２４のポンプ起動停止判定部１４１及びポンプ起動停止実行部１４２によって、図４で説明したような給水ポンプ２４の起動／停止制御が行われない場合の結果を示している。
【００６４】
このとき、図１０（ｃ）に示すように、給水ポンプ２２は常に起動（ＯＮ）状態にあるが、図１０（ｄ）に示すように、給水制御装置２４で決定される目標回転数Ｎ（ｔ）に従って給水ポンプ２２の回転数が変動するために、高置水槽２３に供給される給水量２８４が変動する。給水量２８４の最大値は最大流量ＱＨに一致し、給水量２８４の最小値は最小流量ＱＬ又は最小流量補正値ＱＬｎｅｗに一致する。そして、図１０（ｂ）に示すように、高置水槽２３では、２４時間を通じて需要量２８１に応えられるだけの水位２８２が維持された。
【００６５】
ところで、本実施の形態による給水制御システム２では、目標回転数Ｎ（ｔ）は目標流量２７１の設定に基づいて電力需要ピーク時間帯に回転数が抑えられるように設定され、電力需要ピーク時間帯と水需要ピーク時間帯とが重なりやすい傾向にあることから、目標回転数Ｎ（ｔ）は電力需要ピーク時間帯及び水需要ピーク時間帯の前の時間帯に高い回転数に設定される。その結果、図１０（ｂ）に示すように、高置水槽２３の水位２８２は、水需要ピーク時間帯になる前の時刻（例えば８時付近）で水位１３３の停止水位を超え、水需要ピーク時間帯には給水量が少なくなることから、水位が次第に減少する。
【００６６】
すなわち、給水制御システム２では、ポンプ起動停止判定部１４１及びポンプ起動停止実行部１４２による給水ポンプ２２の起動／停止制御が行われない場合には、給水制御システム１による給水制御の場合に比べて、高置水槽２３における水位２８２の最大値が大きくなる。このような状況に対応するためには、例えば高置水槽１３よりも容量の大きい高置水槽２３を使用すればよい。また例えば、給水制御装置２４が、水需要予測部２４１、目標流量計算部２４２、及び目標回転数計算部２４３による処理制御に加えて、ポンプ起動停止判定部１４１及びポンプ起動停止実行部１４２による給水ポンプ２２の起動／停止制御を実行することによって、高置水槽２３の水位が停止水位を超えた場合に給水ポンプ２２を停止し、起動水位を下回った場合に給水ポンプ２２を起動するようにして、水位の調整を行うようにしてもよい。またさらに、上記２つの対応を併せて実行するようにしてもよい。
【００６７】
（２−４）本実施の形態による効果
このような給水制御システム２によれば、図１０（ｄ）を図５（ｄ）と比較した場合に、水需要及び電力需要の大きい時間帯に高置水槽２３に供給する給水量が第１の実施の形態による給水制御の場合よりも少なくできるので、電力需要ピーク時間帯の給水ポンプ２２による電力消費量を、第１の実施の形態による給水制御の場合よりもさらに低減させることができ、電力消費のピークカットに、より一層寄与することができる。そして、電力消費のピークをより低く抑えることによって、電気料金をより安く抑える効果も期待できる。
【００６８】
また、このような給水制御システム２によれば、目標回転数計算部２４３が給水管１６３を流れる実流量に応じて目標流量の補正を行い、目標回転数計算部２４４が補正後の目標流量に一致するように給水ポンプ２２の回転数を算出することによって、予測した目標流量と実流量との間に差分が生じた場合に、実流量に合せて柔軟な対応を行うことができる。
【００６９】
なお、本実施の形態による給水制御システム２を第１の実施の形態による給水制御システム１と比較すると、給水制御システム１，２のいずれの場合も、給水ポンプ１２，２２の双方がほぼ常時又は常時起動するので、求められる総需要量が同じ状況では、変速ポンプである給水ポンプ２２は、固定速ポンプの給水ポンプ１２よりも高性能（高回転数で作動可能な性能）である必要がある。そして一般に、給水ポンプの価格は、高性能である方が高く、同程度の性能でも固定速ポンプよりも変速ポンプの方が高いので、給水制御システム２の給水ポンプ２２は、給水制御システム１の給水ポンプ１２よりも価格コストが高くなる。また、高置水槽２３についても、高置水槽１３より大きい容量が要求されるので設備コストが上昇する。しかし一方で、本実施の形態による効果として上述したように、給水制御システム２は、変速の給水ポンプ２２を用いることによって、電力消費のピークカットにより一層寄与し、電気料金の低減も期待することができる。すなわち、第１及び第２の実施の形態による給水制御システム１，２において、システムの設備コストと電力消費のピークカットへの寄与（及び電気料金の低減）とがトレードオフの関係にあり、システムの設備コストと電力消費のピークカットへの寄与（及び電気料金の低減）とのバランスを、ユーザの希望に応じて決定することができる。
【００７０】
（３）第３の実施の形態
第３の実施の形態による給水制御システム３は、給水制御システム１による受水槽から高置水槽への給水制御に加え、水道事業者から受水槽への給水量を調整するバルブを追加し、受水槽の水位に基づいてバルブの動作を制御することによって、電力需要ピーク時間帯における給水を抑えながら給水制御を行い、受水槽の水位をほぼ一定に保つことを特徴としている。
【００７１】
（３−１）本実施の形態による給水制御システムの構成
図１１は、第３の実施の形態による給水制御システムの構成を示すブロック図である。図１１に示す給水制御システム３は、図１に示した給水制御システム１と同じ構成については、同じ番号を付して説明を省略する。給水制御システム３は、受水槽１１の代わりに受水槽３１を備え、給水管１６１の途中にバルブ３２を備え、バルブ３２の動作を指示するバルブ制御装置３３を備えている点が、図１に示した給水制御システム１とは異なる。
【００７２】
受水槽３１には、受水槽３１内の水位３１３を検出する水位センサ３１１と、水位３１４を検出する水位センサ３１２とが、それぞれ異なる水位を検出するように設けられている。
【００７３】
ここで、水位３１３は、バルブ３２を閉状態にするか否かを判定するために必要なバルブ閉判定水位であり、例えば受水槽３１の容量の９５％の水準とする。水位３１４は、バルブ３２を開状態にするか否かを判定するために必要なバルブ開判定水位である。水位３１４は、水位３１３よりもわずかに低い水位であり例えば受水槽３１の容量の９３％の水準とする。水位センサ３１１，３１２は、対応する水位３１３，３１４を検出するとバルブ制御装置３３に通知する。
【００７４】
バルブ３２は、水道事業者側の排水管と受水槽３１との間を接続する給水管１６１に設けられ、バルブ制御装置３３からの指示に従って作動することによって、給水管１６１通って受水槽３１に通流する水量を変更する機構を有した装置である。図１１に示すバルブ３２では、バルブ制御装置３３からの指示を専用の制御部（図示せず）受信し、当該制御部が受信した指示に従ってバルブ３２の作動を制御するように動作するが、バルブ３２はこれに限定されるものではなく、一般的に用いられる水量調整が可能なバルブ機構を有していればよい。
【００７５】
バルブ制御装置３３は、バルブ３２の動作を決定するための装置であって、組み込みコンピュータ又はパーソナルコンピュータで実現される。バルブ制御装置３３のハードウェア構成は、図２に示した給水制御装置１４の構成と同様であり、説明を省略する。バルブ制御装置３３は、バルブ３２の開閉を判定するバルブ制御開閉判定部３３１と、バルブ制御開閉判定部３３１による判定結果に応じてバルブ３２の開閉の実行を指示するバルブ開閉実行部３３２とを備えている。バルブ制御開閉判定部３３１及びバルブ開閉実行部３３２は、例えば、バルブ制御装置３３のＲＡＭ（図示せず）に格納された制御プログラムをＣＰＵ（図示せず）が読み出して実行することによって実現される。
【００７６】
（３−２）バルブ制御装置によるバルブの開閉制御
次に、バルブ制御装置３３が、開閉動作を指示してバルブ３２を開閉させる制御について説明する。図１２は、バルブの開閉を判定する処理手続を示すフローチャートである。図１２に示す一連の処理は、定期的（例えば５分周期）に繰り返し実行される。
【００７７】
まず、バルブ制御開閉判定部３３１は、受水槽３１における現在の水位がバルブ閉判定水位（水位３１３）以上であるか判定する（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０１の判定は、バルブ制御開閉判定部３３１が、水位センサ３１１から水位検出を通知されるか否かによって判定される。
【００７８】
ステップＳ３０１で現在の水位がバルブ閉判定水位以上である場合（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、すなわち、水位センサ３１３から水位検出が通知された場合には、受水槽３１に水が十分に貯留されていてバルブ３２を開く必要がない状況であるので、バルブ制御開閉判定部３３１は、バルブ開フラグに「０」を設定し（ステップＳ３０２）、次回の一連の処理が開始されるまで待機状態となる、バルブ開フラグは、バルブ３２の動作を制御するためのフラグであって、例えば「０」又は「１」の値が設定される。バルブ開フラグは、例えばバルブ制御装置３３のＲＡＭに記憶される。
【００７９】
ステップＳ３０１で現在の水位がバルブ閉判定水位未満である場合（ステップＳ３０１のＮＯ）、すなわち、水位センサ３１３から水位検出が通知されない場合には、バルブ制御開閉判定部３３１は、受水槽３１における現在の水位がバルブ開判定水位（水位３１４）未満であるか判定する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３の判定は、バルブ開閉判定部３３１が、水位センサ３１２から水位検出を通知されるか否かによって判定される。
【００８０】
ステップＳ３０３で現在の水位がバルブ閉判定水位未満である場合（ステップＳ３０３のＹＥＳ）、すなわち、水位センサ３１２からの水位検出が通知されない場合には、受水槽３１に水が十分に貯留されておらずバルブ３２を作動させるべき状況であるので、バルブ開閉判定部３３１は、バルブ開フラグに「１」を設定し（ステップＳ３０４）、次回の一連の処理が開始されるまで待機状態となる。
【００８１】
ステップＳ３０３で現在の水位がバルブ閉判定水位以上である場合（ステップＳ３０３のＮＯ）、すなわち、水位センサ３１２から水位検出が通知された場合には、受水槽３１には十分な水が貯留されている状況であるので、バルブ開閉判定部３３１は特段の処理を行わず、次回の一連の処理が開始されるまで待機状態となる。
【００８２】
そして、バルブ開閉実行部３３２は、バルブ開フラグを所定の周期ごとに参照し、バルブ開フラグの値が「１」の場合には、バルブ３２の開動作を指示する信号をバルブ３２に送信し、バルブ開フラグの値が「０」の場合には、バルブ３２の閉動作を指示する信号をバルブ３２に送信する。なお、ポンプ起動停止実行部１４２は、ポンプ起動停止判定部１４１がポンプ起動フラグの値を変更した場合に、即座にその変更後の値を受け取って上述の処理を行ってもよい。バルブ３２（より具体的にはバルブ３２に備えられた専用の制御部）は、開動作又は閉動作を指示する信号を受信すると、受信した信号に従ってバルブ３２を開閉する。
【００８３】
上述のようなステップＳ３０１〜Ｓ３０４の処理を定期的に繰り返して実行することによって、バルブ制御装置３３は、受水槽３１の水位に基づいてバルブ３２の開閉を制御し、給水管１６１の通流を制御する。その結果、受水槽３１内の水位が水位３１３と水位３１４との間で維持されるような給水制御が実現される。ここで、水位３１３及び水位３１４はほぼ同位に設定されるので、実際には、受水槽３１の水位はほぼ一定に保たれることになる。また、受水槽３１に貯留された水を高置水槽１３に供給する制御は、給水制御装置１４によって、第１の実施の形態による給水制御システム１と同様に行われる。
【００８４】
（３−３）本実施の形態による効果
このような給水制御システム３によれば、受水槽３１の水位がほぼ一定に保たれることから、受水槽３１から高置水槽１３への給水量に応じて、当該給水量分を即座に補う形で受水槽３１には水道事業者から給水管１６１を通じて水が供給される。すなわち、水道事業者から供給される水量は高置水槽１３への給水量に等しくなり、水道事業者から受水槽３１への給水タイミングも、受水槽３１から高置水槽１３への給水タイミングとほぼ同じになる。そして、受水槽３１から高置水槽１３への給水制御は、第１の実施の形態による給水制御システム１と同様の制御が行われることから、給水ポンプ１２による給水を電力需要が大きい時間帯から他の時間帯にシフトさせ、需要家への安定した水供給を実現しながらも平滑な電力消費を実現する。従って、給水制御システム３によれば、水道事業者からの給水流量を、電力需要が大きい時間帯からシフトできるので、水道事業者による配水に伴って発生する電力消費を電力需要が大きい時間帯からシフトさせることができ、水道事業者による電力消費のピークカットに寄与することができる。
【００８５】
さらに、このような給水制御システム３によれば、電力需要が大きい時間帯から他の時間帯にシフトさせて給水ポンプ１２による給水を行う給水計画が策定され、水道事業者から受水槽３１に供給される水量は、策定された給水計画と同期することになる。従って、給水制御装置１４が、このように策定された給水計画を水道事業者に通知するようにすれば、水道事業者は、給水計画に基づいて配水池から給水管１６１に供給する水量を事前に調整することができるようになるので、水道事業者による配水に伴う電力消費をさらに計画的に削減する効果が期待できる。
【００８６】
また、このような給水制御システム３によれば、受水槽３１の水位をほぼ一定に保つことができるので、受水槽３１から高置水槽１３への給水を安定して実現できるという効果が期待できる。
【００８７】
（４）他の実施の形態
なお、上述の第３の実施の形態による給水制御システム３では、受水槽３１に貯留された水の制御について第１の実施の形態の給水制御システム１と同様の構成を有する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば第２の実施の形態の給水制御システム２と同様の構成を有するように構成されてもよい。このような場合には、固定速の給水ポンプ１３を変速の給水ポンプ２２とし、高置水槽１３を高置水槽２３とする等して構成を変更し、給水制御装置１４の代わりに給水制御装置２４によって高置水槽２３への給水制御を行うようにすればよい。このような給水制御システムでは、受水槽から高置水槽への給水と水道事業者から受水槽への給水との双方で、電力消費のピークカットにより一層寄与する効果が期待できる。
【００８８】
また、上述の第１〜第３の実施の形態による給水制御システム１〜３では、大口需要家の一例としてビル１５の需要家に水を供給する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、マンションや工場等、ビル以外の需要家に対して水を供給するようにされてもよい。
【００８９】
また、上述の第１〜第３の実施の形態による給水制御システム１〜３では、高置水槽１３，２３がビル１５の屋上に配置される場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば重力エネルギーを利用して給水管１６４を経由してビル１５の需要者に給水するような高置水槽の場合には、ビル１５の需要者よりも高い位置に配置されればよい。またさらに、給水管１６４に水に加圧可能なポンプ等が設けられて、位置関係に関係なく高置水槽から需要者まで給水可能な構成である場合には、高置水槽１３の配置場所は特に限定されず、ビル１５の需要家に供給する水を所定量確保できる容量を有する水槽が需要家の施設に配置されればよい。
【００９０】
また、上述の第１〜第３の実施の形態による給水制御システムでは、高置水槽１３，２３に給水される水を一時的に貯留するための受水槽１３，２３を備える場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、受水槽１３，２３を備えずに、水道事業者から供給される水を給水ポンプ１２，２２で増圧して直接高置水槽１２，２３に送水するように構成されてもよい。このような構成の場合には、受水槽を備えない給水形態を採用している給水制御システムに対しても、本発明を適用することが可能になる。
【００９１】
また、上述の第１〜第３の実施の形態による給水制御システム１〜３において、高置水槽１３，２３は、給水管（給水管１６１〜１６３）を介して水道事業者から供給される水を貯留する第１の水槽の一例であり、受水槽１１，３１は、水道事業者と第１の水槽（例えば高置水槽１３）との間に給水管（給水管１６１，１６２）を介して接続するように設けられ、給水管（給水管１６１〜１６３）を介して水道事業者から第１の水槽に供給される水を一時的に貯留する第２の水槽の一例であり、給水制御装置１４，２４は、給水ポンプの動作を制御する給水ポンプ制御部の一例である。また、１日の最大水需要Ｑｍａｘ及び１日の水需要予測量は、所定の期間における水需要の総量を示す第１の水需要予測量の一例であり、特に、１日の最大水需要Ｑｍａｘは、所定の期間に想定される最大の水需要の総量を示す第２の水需要予測量に相当し、水需要予測部２４１によって予測される１日の水需要予測量は、現在の月又は曜日で限定した所定の期間における第３の水需要予測量に相当する。また、水位センサ１３１は、第１の水位（水位１３３）を検出する第１の水位センサに、水位センサ１３２は、第１の水位よりも低位の第２の水位（水位１３４）を検出する第２の水位センサに、水位センサ２３１は、給水ポンプによる送水量の補正を行うか否かの判定基準となる第３の水位（水位２３２）を検出する第３の水位センサに、水位センサ３１１は、第４の水位（水位３１３）を検出する第４の水位センサに、水位センサ３１２は、第４の水位よりもわずかに低位な第５の水位（水位３１４）を検出する第５の水位センサに相当する。
【符号の説明】
【００９２】
１，２，３  給水制御システム
１１，３１  受水槽
１２，２２  給水ポンプ
１３，２３  高置水槽
１４，２４  給水制御装置
２１    ＰＩＤ制御装置
３２    バルブ
３３    バルブ制御装置
１４０，２４１  水需要予測部
１４１  ポンプ起動停止判定部
１４２  ポンプ起動停止実行部
２２１  回転数センサ
２２２  流量センサ
２４２  目標流量計算部
２４３  目標回転数計算部
１３１，１３２，２３１，３１１，３１２  水位センサ
１６１〜１６４  給水管
【図１】
2014068728.tif 000008
【図２】
2014068728.tif 000009
【図３】
2014068728.tif 000010
【図４】
2014068728.tif 000011
【図５】
2014068728.tif 000012
【図６】
2014068728.tif 000013
【図７】
2014068728.tif 000014
【図８】
2014068728.tif 000015
【図９】
2014068728.tif 000016
【図１０】
2014068728.tif 000017
【図１１】
2014068728.tif 000018
【図１２】
2014068728.tif 000019
【国際調査報告】
2014068728.tif 000020
2014068728.tif 000021
2014068728.tif 000022
2014068728.tif 000023
2014068728.tif 000024
2014068728.tif 000025