(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯湯する貯湯タンク、及び前記貯湯タンクに給熱を行う電気給熱器を備えた貯湯式電気温水器において、各当日で必要な貯熱量を算出するための熱負荷予測を行う熱負荷予測装置であって、
少なくとも７日分以上の過去の一日の熱負荷の積算値である熱負荷実績値を記憶する熱負荷記憶手段と、
各当日の前記熱負荷実績値を計測し前記熱負荷記憶手段に保存する熱負荷計測手段と、
前記熱負荷計測手段により計測される各日の前記熱負荷実績値と、前記熱負荷記憶手段に記憶された７日前の前記熱負荷実績値との相関度を演算する相関度演算手段と、
前記相関度に基づいて曜日相関係数を決定する曜日相関係数算出手段と、
前記曜日相関係数算出手段が決定する前記曜日相関係数を記憶する曜日相関係数記憶手段と、
及び、前記熱負荷記憶手段に記憶された前記各熱負荷実績値について、加重平均値を演算することにより熱負荷予測値を算出する予測値演算手段と、を備え、
前記予測値演算手段は、過去の７日間の各日の前記熱負荷実績値について、当日の曜日に対応する前記熱負荷実績値には前記曜日相関係数を掛けて積項を求め、それ以外の前記熱負荷実績値には前記曜日相関係数の補数に予め定めた加重で割り振った値を掛けて積項を求め、それら各積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する積和演算手段を備えていることを特徴とする熱負荷予測装置。
【請求項２】
前記熱負荷記憶手段に記憶された過去７日間の各日の前記熱負荷実績値を、大きさの順に並べ替えるソート手段と、
前記ソート手段によるソート後の各順位の熱負荷実績値に対して、各順位に対して決められた加重係数を割り振ることにより、各曜日の加重係数を決定する加重係数決定手段と、
各曜日について、その曜日の前記加重係数及び前記曜日相関係数記憶手段に記憶されたその曜日の前記曜日相関係数を乗算することによりその曜日の曜日加重を算出する曜日加重算出手段と、を備え、
前記積和演算手段は、過去７日間の前記熱負荷実績値のそれぞれに対してその曜日の前記曜日加重を掛け合わせて積項を演算し、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の熱負荷予測装置。
【請求項３】
温水を貯湯する貯湯タンク、貯湯タンクに蓄熱された熱の使用量を計測する熱負荷計測手段、及び前記貯湯タンクに給熱を行う電気給熱器を備えた貯湯式電気温水器において、各当日で必要な貯熱量を算出するための熱負荷予測を行う熱負荷予測方法であって、
毎日の終わりに、その日の熱負荷の積算値である熱負荷実績値を熱負荷記憶手段に保存する熱負荷実績計測ステップと、
前記熱負荷実績計測ステップにおいて計測される各日の前記熱負荷実績値と、前記熱負荷記憶手段に記憶された７日前の前記熱負荷実績値との相関度を演算する相関度演算ステップと、
前記相関度に基づいて曜日相関係数を決定し曜日相関係数記憶手段に保存する曜日相関係数算出ステップと、
前記熱負荷記憶手段に記憶された前記各熱負荷実績値について、加重平均値を演算することにより翌日の熱負荷予測値を算出する予測値演算ステップと、を有し、
前記予測値演算ステップにおいては、過去の複数日間の各日の前記熱負荷実績値について、当日の曜日に対応する前記熱負荷実績値には前記曜日相関係数を掛けて積項を求め、それ以外の前記熱負荷実績値には前記曜日相関係数の補数に予め定めた加重で割り振った値を掛けて積項を求め、それら各積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する積和演算ステップを有していることを特徴とする熱負荷予測方法。
【請求項４】
前記熱負荷記憶手段に記憶された過去７日間の各日の前記熱負荷実績値を、大きさの順に並べ替えるソートステップと、
前記ソートステップにおいてソートされた後の各順位の熱負荷実績値に対して、各順位に対して決められた加重係数を割り振ることにより、各曜日の加重係数を決定する加重係数決定ステップと、
各曜日について、その曜日の前記加重係数及び前記曜日相関係数記憶手段に記憶されたその曜日の前記曜日相関係数を乗算することによりその曜日の曜日加重を算出する曜日加重算出ステップと、を有し、
前記積和演算ステップにおいては、過去７日間の前記熱負荷実績値のそれぞれに対してその曜日の前記曜日加重を掛け合わせて積項を演算し、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出することを特徴とする請求項３記載の熱負荷予測方法。
【請求項５】
コンピュータに読み込んで実行することにより、コンピュータを請求項１又は２の熱負荷予測装置として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプや電熱ヒータ等の電気給熱器により給湯タンク内に温水を生成し該給湯タンクから給湯を行う貯湯式電気温水器において、各日ごとにその日の熱負荷予測を行う熱負荷予測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、各家庭で深夜電力を利用して貯湯タンクに温水を生成し、その温水を翌日に利用する貯湯式電気温水器が広く普及している。このような貯湯式電気温水器においては、夜間の温水の生成は電熱ヒータやヒートポンプのような電気給熱器により行われる。
【０００３】
ところで、貯湯式電気温水器では、昼間に使用される消費熱量が貯湯タンクに貯湯された利用可能な熱量を超えた場合、湯切れ状態となる。湯切れ状態となった場合、電気給熱器により貯湯タンクに蓄熱を行う必要が生じる。しかしながら、一般に電気給熱器による蓄熱速度は遅いため、蓄熱には相当の時間を要する。従って、貯湯式電気温水器では、できるだけ湯切れ状態を生じないように、夜間に十分に余裕幅を持った量の熱を貯湯タンクに蓄熱しておく必要がある。
【０００４】
一方、温水は貯湯タンクに貯湯されている間に熱拡散により放熱し、徐々に温度が低下する。貯湯タンクの蓄熱量が大きいほど、このような放熱ロスは大きくなる。放熱ロスが生じると、機器効率（以下「ＣＯＰ（Coefficient of Performance）」という。）が低下する。従って、ＣＯＰを改善する面からは、夜間に貯湯タンクの蓄熱する際の蓄熱量の余裕幅はできるだけ抑える方が好ましい。
【０００５】
そこで、貯湯式電気温水器では、通常、家庭で一日に消費される温水の熱量の積算値（以下「熱負荷」という。）を予測し、その予測値に基づいて、夜間に貯湯タンクの温水を沸きあげる際の熱量を決定する制御が行われる。熱負荷の予測値を求める方法としては、実際に一日に消費された温水の熱量の積算値（以下「熱負荷実績」という。）を測定し、学習することにより熱負荷の予測値を求める方法を用いるのが一般的である。
【０００６】
従来の熱負荷予測方法としては、例えば、特許文献１，２に記載のものが公知である。
【０００７】
特許文献１に記載の熱負荷予測方法では、給湯負荷の実績値を曜日別に分類してメモリーに記憶させ、曜日別に分類された給湯負荷実績パターンを作成する。そして、予測日の曜日から給湯負荷実績パターンを照会することによって給湯負荷を予測している。
【０００８】
特許文献２に記載の熱負荷予測方法では、過去７日間について１日ごとに熱負荷実績を測定し、その最大値又は平均値を熱負荷の予測値としている。
【特許文献１】特開平８−３２７１５０号公報
【特許文献２】特開２００２−１６８５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、実際の熱負荷は日によってかなりのばらつきがある。そのため、上記従来の方法では精度のよい予測は困難である。
【００１０】
例えば、特許文献１の方法では、曜日別に分類された給湯負荷実績パターンから当日の給湯負荷を予測するが、同じ曜日であっても週によって実際の給湯負荷にはばらつきがある。従って、特許文献１の方法では、湯切れを防止するための十分な精度の熱負荷予測が行えるとは言い難い。特許文献２の方法で、過去７日間の平均値を当日の熱負荷予測とした場合も同様である。
【００１１】
一方、特許文献２の方法で、過去７日間の最大値を当日の熱負荷予測とした場合には、湯切れ状態の防止には有効であると考えられる。通常は、過去１週間の最大値を超えて熱消費があることは、確率的に希である（平均して１／７程度の確率）といえるからである。しかしながら、この予測方法では、ほとんどの日は、余裕幅が過度に大きくなる。従って、この方法で予測された予測熱負荷に基づいて貯湯タンク内の温水の沸き上げを行うと、ほとんどの日（平均して６／７程度の確率）で残湯が生じ、ＣＯＰが低くなる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、湯切れを生じさせない程度の余裕度を有し、かつＣＯＰをできる限り改善する適度な余裕幅を持った熱負荷予測を行うことが可能な熱負荷予測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る熱負荷予測装置の第１の構成は、温水を貯湯する貯湯タンク、及び前記貯湯タンクに給熱を行う電気給熱器を備えた貯湯式電気温水器において、各当日で必要な貯熱量を算出するための熱負荷予測を行う熱負荷予測装置であって、少なくとも２日分以上の過去の一日の熱負荷の積算値（以下「熱負荷実績」という。）を記憶する熱負荷記憶手段；各当日の前記熱負荷実績を計測し前記熱負荷記憶手段に保存する熱負荷計測手段；及び、前記熱負荷記憶手段に記憶された前記各熱負荷実績について、加重平均値を演算することにより熱負荷予測値を算出する予測値演算手段；を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この構成により、加重平均値を演算する際の加重を適度に定めることによって、湯切れを生じさせない程度の余裕度を有し、かつＣＯＰをできる限り改善する適度な余裕幅を持った熱負荷予測を行うことが可能となる。
【００１５】
本発明に係る熱負荷予測装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記予測値演算手段は、前記熱負荷記憶手段に記憶された前記各熱負荷実績を、大きさの順に並べ替えるソート手段；及び前記ソート手段によるソート後の各順位の熱負荷実績に、各順位に対して決められた加重係数を掛けて積項を求め、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する積和演算手段；を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、加重係数を調整することによって、熱負荷実績が熱負荷予測値を超える確率を調節することが可能となる。従って、加重係数を適度に調節することにより、湯切れを生じさせない程度の余裕度を有し、かつＣＯＰをできる限り改善する適度な余裕幅を持った熱負荷予測を行うことが可能となる。
【００１７】
ここで、前記熱負荷記憶手段に記憶された熱負荷実績をＱ１，Ｑ２，…，ＱＮ（Ｑ１＞Ｑ２＞…＞ＱＮ）とする。熱負荷実績Ｑｉに対する加重係数をｗｉとする。このとき、加重係数｛ｗｉ｜ｉ＝１，２，…，Ｎ｝は、加重係数｛ｗｉ｝による｛Ｑｉ｝の加重平均値が単純平均値よりも大きな値となるように定められる。すなわち、下式（１），（２）を満たすように設定される。
【００１８】
【数１】
0004702783.tif 000002
【００１９】
特に、留守の場合のように、熱負荷実績がない日は特異日として除いた方がよいため、ｗｉ＝０とすることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る熱負荷予測装置の第３の構成は、前記第１の構成において、前記熱負荷計測手段により計測される各当日の前記熱負荷実績と、前記熱負荷記憶手段に記憶された７日前の前記熱負荷実績との相関度を演算する相関度演算手段；前記相関度に基づいて曜日相関係数を決定する曜日相関係数算出手段；及び、前記曜日相関係数算出手段が算出する曜日相関係数を記憶する曜日相関係数記憶手段；を備え、前記予測値演算手段は、過去の７日間の各日の前記熱負荷実績値について、当日の曜日に対応する前記熱負荷実績値には前記曜日相関係数を掛けて積項を求め、それ以外の前記熱負荷実績値には前記曜日相関係数の補数に予め定めた加重で割り振った値を掛けて積項を求め、それら各積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する積和演算手段；を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この構成により、曜日によって熱負荷実績のバラツキが異なる場合においても、適切な熱負荷予測を行うことが可能となる。
【００２２】
ここで、当日の前記熱負荷実績をＱ（０），７日前の前記熱負荷実績をＱ（７）とすると、Ｑ（０）とＱ（７）との相関度Ｒweekは、次式（３）により定義される。
【００２３】
【数２】
0004702783.tif 000003
【００２４】
また、曜日相関係数算出手段が相関度から曜日相関係数を決定する方法は特に限定しないが、相関度が大きい場合には曜日相関係数も大きく、相関度が小さい場合には曜日相関係数も小さくなるように決定する。
【００２５】
尚、曜日相関係数とは、その曜日において、当日の熱負荷実績と前の週の熱負荷実績との間の相関の大きさを表す係数であり、１／７から１の間の値をとるものとする。また、曜日相関係数ｒの補数とは、１−ｒのことをいう。従って、ｎ日前の前記熱負荷実績をＱ（ｎ）とすると、積和演算手段は次式（４）により熱負荷予測値Ｑestを算出する。
【００２６】
【数３】
0004702783.tif 000004
【００２７】
本発明に係る熱負荷予測装置の第４の構成は、前記第１の構成において、前記熱負荷計測手段により計測される各日の前記熱負荷実績と、前記熱負荷記憶手段に記憶された７日前の前記熱負荷実績との相関度を演算する相関度演算手段；前記相関度の関数として曜日相関係数を決定する曜日相関係数算出手段；前記曜日相関係数算出手段が決定する前記曜日相関係数を曜日ごとに記憶する曜日相関係数記憶手段；前記熱負荷記憶手段に記憶された過去７日間の各日の前記熱負荷実績を、大きさの順に並べ替えるソート手段；前記ソート手段によるソート後の各順位の熱負荷実績に対して、各順位に対して決められた加重係数を割り振ることにより、各曜日の加重係数を決定する加重係数決定手段；各曜日について、その曜日の前記加重係数及びその曜日の前記曜日相関係数によりその曜日の曜日加重を算出する曜日加重算出手段；及び、過去７日間の前記熱負荷実績のそれぞれに対してその曜日の前記曜日加重を掛け合わせて積項を演算し、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する積和演算手段；を備えていることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、曜日によって熱負荷実績のバラツキが異なる場合においても、適切な熱負荷予測を行うことが可能となる。また、加重係数を調整することによって、熱負荷実績が熱負荷予測値を超える確率を調節することが可能となる。従って、加重係数を適度に調節することにより、湯切れを生じさせない程度の余裕度を有し、かつＣＯＰをできる限り改善する適度な余裕幅を持った熱負荷予測を行うことが可能となる。
【００２９】
本発明に係る熱負荷予測装置の第５の構成は、前記第１乃至４の何れか一の構成において、昼と夜とで予測を異ならせることを特徴とする。
【００３０】
一般に、熱需要が大きい昼間において電気給熱器の稼働率を大きくすると、電気給熱器のＣＯＰが向上する。逆に、電気代が安い夜間において電気給熱器の稼働率を大きくすると、電気代の節約になる。従って、昼と夜とで予測を異ならせることにより、要求に応じてＣＯＰ向上と電気代の節約とのバランスをとることができる。
【００３１】
本発明に係る熱負荷予測方法の第１の構成は、温水を貯湯する貯湯タンク、貯湯タンクに蓄熱された熱の使用量を計測する熱負荷計測手段、及び前記貯湯タンクに給熱を行う電気給熱器を備えた貯湯式電気温水器において、各当日で必要な貯熱量を算出するための熱負荷予測を行う熱負荷予測方法であって、毎日の終わりに、その日の熱負荷の積算値（以下「熱負荷実績」という。）を前記熱負荷記憶手段に保存する熱負荷実績計測ステップと、前記熱負荷記憶手段に記憶された前記各熱負荷実績について、加重平均値を演算することにより翌日の熱負荷予測値を算出する予測値演算ステップと、を有することを特徴とする。
【００３２】
本発明に係る熱負荷予測方法の第２の構成は、前記第１の構成において、前記予測値演算ステップにおいては、前記熱負荷記憶手段に記憶された前記各熱負荷実績を、大きさの順に並べ替えるソートステップ；及び前記ソートステップにおいてソートされた後の各順位の熱負荷実績に、各順位に対して決められた加重係数を掛けて積項を求め、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する積和演算ステップ；を有していることを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る熱負荷予測方法の第３の構成は、前記第１の構成において、前記熱負荷実績計測ステップにおいて計測される各当日の前記熱負荷実績と、前記熱負荷記憶手段に記憶された７日前の前記熱負荷実績との相関度を演算する相関度演算ステップ；及び前記相関度に基づいて曜日相関係数を決定し曜日相関係数記憶手段に保存する曜日相関係数算出ステップ；を備え、前記予測値演算ステップにおいては、過去の複数日間の各日の前記熱負荷実績値について、当日の曜日に対応する前記熱負荷実績値には前記曜日相関係数を掛けて積項を求め、それ以外の前記熱負荷実績値には前記曜日相関係数の補数に予め定めた加重で割り振った値を掛けて積項を求め、それら各積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する積和演算ステップ；を有していることを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る熱負荷予測方法の第４の構成は、前記第１の構成において、前記熱負荷実績計測ステップにおいて計測される各日の前記熱負荷実績と、前記熱負荷記憶手段に記憶された７日前の前記熱負荷実績との相関度を演算する相関度演算ステップ；前記相関度の関数として曜日相関係数を決定し曜日相関係数記憶手段に保存する曜日相関係数算出ステップ；前記熱負荷記憶手段に記憶された過去７日間の各日の前記熱負荷実績を、大きさの順に並べ替えるソートステップ；前記ソートステップにおいてソートされた後の各順位の熱負荷実績に対して、各順位に対して決められた加重係数を割り振ることにより、各曜日の加重係数を決定する加重係数決定ステップ；各曜日について、その曜日の前記加重係数及びその曜日の前記曜日相関係数によりその曜日の曜日加重を算出する曜日加重算出ステップ；及び、過去７日間の前記熱負荷実績のそれぞれに対してその曜日の前記曜日加重を掛け合わせて積項を演算し、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する積和演算ステップ；を有していることを特徴とする。
【００３５】
本発明に係るプログラムは、コンピュータに読み込んで実行することにより、コンピュータを前記第１乃至４の何れか一の構成の熱負荷予測装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明によれば、曜日によって熱負荷実績のバラツキが異なる場合においても、適切な熱負荷予測を行うことが可能となる。また、加重係数を調整することによって、熱負荷実績が熱負荷予測値を超える確率を調節することが可能となる。従って、加重係数を適度に調節することにより、湯切れを生じさせない程度の余裕度を有し、かつＣＯＰをできる限り改善する適度な余裕幅を持った熱負荷予測を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本発明の実施例１に係る貯湯式電気温水器１の構成図である。貯湯式電気温水器１は、貯湯タンク２、電気給熱器１０、及び追焚熱交換器３０を備えている。
【００３９】
貯湯タンク２は、温水を貯湯することにより蓄熱を行う成層貯湯方式のタンクである。貯湯タンク２の底部には、給水路３が接続されている。給水路３を通して、上水道から貯湯タンク２に給水される。給水路３には、電磁開閉弁である給水元弁４、流量センサ６、及び温度センサ７が設けられている。流量センサ６は、貯湯タンク２に給水される水の流量を検出する。温度センサ７は、貯湯タンク２の底部に流入する水又は温水の温度を検出する。
【００４０】
また、貯湯タンク２には、上部から下部にかけて、４つの温度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられている。これらの温度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにより、タンク内部の温水の温度が測定される。
【００４１】
電気給熱器１０は、貯湯タンク２内部の温水に給熱を行う装置である。電気給熱器１０としては、電熱ヒータやヒートポンプが使用される。
【００４２】
電気給熱器１０は、給熱回路１１によって、貯湯タンク２の底部及び頂部に接続されている。給熱回路１１上には、流量センサ１４、給熱循環ポンプ１２、給熱回路弁１３、及び温度センサ１６が設けられている。給熱循環ポンプ１２は、貯湯タンク２の底部から上部へ、給熱回路１１を通して温水を循環させるポンプである。給熱回路弁１３は、電磁開閉弁であり、給熱回路１１の開閉を行う。流量センサ１４は、給熱回路１１を流れる温水の流量を検出する。温度センサ１６は、貯湯タンク２の頂部に戻される温水の温度を検出する。
【００４３】
貯湯タンク２の頂部には、給熱回路１１から分岐して、給湯路２１が接続されている。給湯路２１は、貯湯タンク２から給湯栓や各種温水機器に対して温水を供給するための水路である。給湯路２１には、給湯混合弁２２、流量センサ２３、及び温度センサ２４が設けられている。給湯混合弁２２は、貯湯タンク２から供給される温水と、給水路３から送られる水とを混合する。温度センサ２４は、この混合された温水の温度を検出する。
【００４４】
追焚熱交換器３０は、貯湯タンク２の温水を用いて風呂の追い焚きを行うための熱交換機である。追焚熱交換器３０には、貯湯タンク２の頂部と底部に亘って接続された追焚回路３１と、風呂の浴槽内の浴槽水が循環する風呂回路３２が通されている。追焚熱交換器３０は、追焚回路３１内の温水と風呂回路３２内の浴槽水との間で熱交換を行う。
【００４５】
追焚回路３１上には、追焚循環ポンプ３３、流量センサ３５、追焚回路弁３４、及び温度センサ３７が設けられている。追焚循環ポンプ３３は、追焚回路３１を通して貯湯タンク２の頂部から底部へ、温水を循環させるポンプである。追焚回路弁３４は電磁開閉弁である。流量センサ３５は、追焚回路３１を循環する温水の流量を検出する。温度センサ３７は、追焚回路３１を循環する温水の温度を検出する。
【００４６】
風呂回路３２には、風呂循環ポンプ３６が設けられている。風呂循環ポンプ３６は、風呂回路３２内に浴槽水を循環させるポンプである。
【００４７】
次に、本実施例１に係る熱負荷予測装置４０について説明する。図２は、実施例１に係る熱負荷予測装置４０の機能構成を表すブロック図である。熱負荷予測装置４０は、熱負荷計測手段４１、熱負荷記憶手段４２、及び予測値演算手段４３を備えている。
【００４８】
熱負荷計測手段４１は、各当日の熱負荷実績を計測し熱負荷記憶手段４２に保存する。熱負荷計測手段４１は、温度センサ７，１６，２４，３７及び流量センサ１４，２３，３５の検出値に基づいて、熱負荷実績を計測する。熱負荷記憶手段４２には、７日分以上の過去の一日の熱負荷の積算値（熱負荷実績）が記憶される。
【００４９】
予測値演算手段４３は、熱負荷記憶手段４２に記憶された各熱負荷実績について、加重平均値を演算することにより熱負荷予測値を算出する。
【００５０】
予測値演算手段４３において算出された熱負荷予測値は、沸上制御手段４４に入力される。沸上制御手段４４は、この熱負荷予測値に基づき、電気給熱器１０の運転スケジュールを策定し、貯湯タンク２内の温水の沸上制御を行う。
【００５１】
図３は、実施例１に係る予測値演算手段４３の機能構成を表すブロック図である。予測値演算手段４３は、ソート手段５１、積和演算手段５２、及び加重係数記憶手段５３を備えている。
【００５２】
ソート手段５１は、熱負荷記憶手段４２に記憶された各熱負荷実績を、大きさの順に並べ替える。積和演算手段５２は、ソート後の各順位の熱負荷実績に、各順位に対して決められた加重係数を掛けて積項を求め、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値を算出する。加重係数記憶手段５３は、各順位の加重係数が記憶されている。
【００５３】
以上のように構成された本実施例１の熱負荷予測装置４０について、以下その動作を説明する。
【００５４】
まず、熱負荷計測手段４１は、当日の熱負荷実績を計測し熱負荷記憶手段４２に保存する。熱負荷実績の計測は、次のようにして行われる。
【００５５】
給湯路２１を通して時刻ｔに給湯が行われた場合、温度センサ１６が検出する給湯温度Ｔｈ（ｔ）と流量センサ２３が検出する給湯流量Ｊｈ（ｔ）から、熱負荷Ｑh（ｔ）が次式により求められる。但し、Ｔ０は基準温度である。
【００５６】
【数４】
0004702783.tif 000005
【００５７】
同様に、追焚回路３１により風呂の追い焚きが行われた場合、温度センサ１６が検出する給湯温度Ｔｈ（ｔ）と温度センサ２４が検出する温度と流量センサ２３が検出する給湯流量Ｊｈ（ｔ）から、熱負荷Ｑh（ｔ）が式（５）により求められる。
【００５８】
熱負荷計測手段４１は、熱負荷Ｑh（ｔ）を前日の２３時から当日２２時まで積算し、熱負荷実績Ｑｈを求める。そして、熱負荷記憶手段４２の熱負荷実績を更新する。熱負荷記憶手段４２には、図４のようにＮ個の熱負荷実績Ｑｈ（１）〜Ｑｈ（Ｎ）が格納されている。熱負荷実績を更新する場合、Ｑｈ（１）〜Ｑｈ（Ｎ）を図４のようにシフトさせて、Ｑｈ（１）をＱｈにより更新する。更新の方法は、Ｑｈ（１）をＱｈで単純に書き換えてもよいが、熱負荷実績Ｑｈ（Ｎ）が０以外の場合はＱｈ（Ｎ）とＱｈの平均値でＱｈ（１）を更新し、熱負荷実績Ｑｈ（Ｎ）が０の場合はＱｈでＱｈ（１）を更新するようにしてもよい。
【００５９】
次に、予測値演算手段４３は、翌日の熱負荷予測値を次のようにして計算する。まず、当日までに熱負荷記憶手段４２には、Ｎ個（Ｎ≧２）の熱負荷実績Ｑｈ（１）〜Ｑｈ（Ｎ）が格納されているとする。ソート手段５１は、熱負荷実績Ｑｈ（１）〜Ｑｈ（Ｎ）を降順にソートする。ソート後の熱負荷実績の順列を、（Ｑ１，Ｑ２，…，ＱＮ）で表す。但し、Ｑ１≧Ｑ２≧…≧ＱＮである。
【００６０】
次に、積和演算手段５２は、加重係数記憶手段５３に予め記憶されている加重係数ｗｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を用いて、式（６）により加重平均Ｑestを求める。この加重平均Ｑestを熱負荷予測値として沸上制御手段４４に出力する。
【００６１】
【数５】
0004702783.tif 000006
【００６２】
ここで、加重係数ｗｉは、加重平均Ｑestが（Ｑ１，Ｑ２，…，ＱＮ）の単純平均よりも大きな値に偏倚するように定められる。これは、熱負荷の変動に対して余裕度を持たせるためである。どの程度の余裕度を持たせるかは、加重係数ｗｉによって自由に設定することが可能である。
【００６３】
例えば、Ｎ＝７の場合において、加重係数ｗｉは（表１）のように定められる。（表１）において、最小の熱負荷実績Ｑ７に対する加重係数ｗ７は０に設定されている。これは、留守の場合には最小の熱負荷実績Ｑ７が０（熱負荷なし）となることもあり得ることから、そのような場合は特異日として加重平均の計算においては除外するようにしたものである。
【００６４】
【表１】
0004702783.tif 000007
【００６５】
沸上制御手段４４は、熱負荷予測値Ｑestに基づいて、翌日の電気給熱器１０の運転計画を策定する。運転計画を策定方法については、従来公知の方法を用いることができる。
【００６６】
以上のように、本実施例の熱負荷予測装置４０によれば、加重係数を調整することによって、熱負荷予測値の余裕度を調整することが可能である。換言すると、加重係数により、翌日の熱負荷実績が熱負荷予測値を超える確率を調節することが可能となる。
【００６７】
例えば、加重係数ｗ１〜ｗＮをすべて１／Ｎとすれば、翌日の熱負荷実績が熱負荷予測値を超える確率ｐは０．５である。しかし、（表１）のように、ｗｉのインデックスの小さい側にピークが偏倚した加重係数を定めれば、確率ｐは０．５よりも小さくなる。
【００６８】
従って、加重係数を適度に調節することにより、湯切れを頻繁に生じさせない程度の余裕度を有し、かつＣＯＰをできる限り改善する適度な余裕幅を持った熱負荷予測を行うことが可能となる。
【実施例２】
【００６９】
図５は、実施例２に係る予測値演算手段４３の機能構成を表すブロック図である。尚、実施例２に係る熱負荷予測装置４０の他の構成については、図２と同様であるとする。
【００７０】
本実施例２の予測値演算手段４３は、相関度演算手段６１、曜日相関係数算出手段６２、曜日相関係数記憶手段６３、及び積和演算手段６４を備えている。
【００７１】
相関度演算手段６１は、熱負荷計測手段４１により計測される各当日の熱負荷実績Ｑ（０）と、熱負荷記憶手段４２に記憶された７日前の熱負荷実績Ｑ（７）との相関度Ｒweekを演算する。ここで、当日の熱負荷実績をＱ（０）で表し、ｎ日前の熱負荷実績をＱ（ｎ）で表す。
【００７２】
曜日相関係数算出手段６２は、相関度Ｒweekに基づいて曜日相関係数ｒweekを決定する。曜日相関係数記憶手段６３は、曜日相関係数算出手段６２が算出する曜日相関係数ｒweekを曜日ごとに記憶する。尚、電源投入時には各曜日の曜日相関係数ｒのデフォルト値は１／７に設定されているものとする。
【００７３】
また、積和演算手段６４は、過去の７日間の各日の熱負荷実績値Ｑ（１）〜Ｑ（７）について、当日の曜日Ｄに対応する熱負荷実績値には曜日相関係数ｒ（Ｄ）を掛けて積項を求め、それ以外の熱負荷実績値には曜日相関係数ｒ（Ｄ）の補数１−ｒ（Ｄ）の１／６を掛けて積項を求め、それら各積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値Ｑestを算出する。
【００７４】
以上のように構成された本実施例２の熱負荷予測装置４０について、以下その動作を説明する。図６に熱負荷予測装置４０による熱負荷予測値Ｑestの算出の流れを表す。
【００７５】
まず、熱負荷計測手段４１は、当日の２３時に、前日２３時から当日２２時までの熱負荷実績Ｑ（０）を計算する。これは、実施例１と同様である。
【００７６】
次に、積和演算手段６４は、熱負荷記憶手段４２から、７日前までの過去の熱負荷実績Ｑ（１）〜Ｑ（７）を読み出す。また、翌日の曜日Ｄに対応する曜日相関係数ｒ（Ｄ）を曜日相関係数記憶手段６３から読み出す。そして、式（７）により、翌日の熱負荷予測値Ｑestを算出する。
【００７７】
【数６】
0004702783.tif 000008
【００７８】
沸上制御手段４４は、熱負荷予測値Ｑestに基づいて、翌日の電気給熱器１０の運転計画を策定する。
【００７９】
次に、相関度演算手段６１は、熱負荷記憶手段４２に保存されている７日前の熱負荷実績Ｑ（７）と当日の熱負荷実績Ｑ（０）に基づいて、相関度Ｒweekを計算する。相関度Ｒweekは、次式（８）により計算される。相関度Ｒweekは、７日前の熱負荷実績Ｑ（７）と当日の熱負荷実績Ｑ（０）との間の相関の度合いを表す尺度である。
【００８０】
【数７】
0004702783.tif 000009
【００８１】
次に、曜日相関係数算出手段６２は、相関度Ｒweekの値が所定の閾値Ｒｔｈ以上か否かを判定する。Ｒweek≧Ｒｔｈの場合には、当日の曜日Ｄ’に対応する曜日相関係数ｒ（Ｄ’）の更新は行わない。尚、閾値Ｒｔｈの値は適宜に設定可能であるが、ここでは０．７であるとする。
【００８２】
Ｒweek＜Ｒｔｈの場合、曜日相関係数算出手段６２は次のようにして、曜日相関係数記憶手段６３の曜日相関係数ｒ（Ｄ’）の更新を行う。
【００８３】
まず、曜日相関係数算出手段６２は、過去６日前までの熱負荷実績Ｑ（１）〜Ｑ（６）の平均値を計算し、この平均値と当日の熱負荷実績Ｑ（０）に基づいて、相関度ｃＲweekを計算する。相関度ｃＲweekは、次式（９）により計算される。
【００８４】
【数８】
0004702783.tif 000010
【００８５】
次に、曜日相関係数算出手段６２は、相関度Ｒweekと相関度ｃＲweekとを比較する。そして、次のようにして
【００８６】
（ａ）Ｒweek＞ｃＲweek＋ΔＲの場合、曜日相関係数ｒ（Ｄ’）に所定の値αを加えた値をｒweekとし、曜日相関係数ｒ（Ｄ’）をｒweekに更新する。但し、ｒweek＞ｒｍａｘとなった場合には、ｒ（Ｄ’）をｒｍａｘに設定する。尚、ΔＲは所定の判定幅であり、適宜決めることができる。ここではΔＲ＝０．１とする。また、αは増加更新幅であり、適宜決めることができる。ここでは、α＝０．０５とする。ｒｍａｘは、曜日相関係数の上限値であり、１／７＜ｒｍａｘ≦１の範囲で適宜決められる。ここでは、ｒｍａｘ＝０．８とする。
【００８７】
（ｂ）Ｒweek＜ｃＲweek−ΔＲの場合、曜日相関係数ｒ（Ｄ’）から所定の値βを引いた値をｒweekとし、曜日相関係数ｒ（Ｄ’）をｒweekに更新する。但し、ｒweek＜１／７となった場合には、ｒ（Ｄ’）を１／７に設定する。尚、βは減少更新幅であり、適宜決めることができる。ここでは、β＝０．０５とする。
【００８８】
（ｂ）上記（ａ），（ｂ）以外（ｃＲweek−ΔＲ≦Ｒweek≦ｃＲweek＋ΔＲ）の場合、曜日相関係数ｒ（Ｄ’）の更新は行わない。
【００８９】
以上のように、本実施例の熱負荷予測装置４０によれば、熱負荷実績の週ごとの相関が強い曜日Ｄについては、曜日相関係数ｒ（Ｄ）には大きな値が設定される。逆に、熱負荷実績の週ごとの相関が強い曜日Ｄについては、曜日相関係数ｒ（Ｄ）には小きな値が設定される。従って、熱負荷実績の週ごとの相関が強い曜日Ｄについては、前週の熱負荷実績の値が熱負荷予測値Ｑestに相対的に大きく反映されるようになる。逆に、熱負荷実績の週ごとの相関が強い曜日Ｄについては、過去一週間の熱負荷実績の平均値が熱負荷予測値Ｑestに相対的に大きく反映されるようになる。従って、曜日によって熱負荷実績のバラツキが異なる場合においても、適切な熱負荷予測を行うことが可能となる。
【００９０】
尚、曜日相関係数ｒ（Ｄ）の最低値は１／７であり、ｒ（Ｄ）＝１／７の場合は週ごとの相関がないことを表す。ｒ（Ｄ）＝１／７の場合、式（７）において、すべての加重係数は等しくなり単純平均となる。これは、過去一週間の熱負荷実績のすべてを等しく評価して熱負荷予測値Ｑestに反映させることを意味する。
【実施例３】
【００９１】
図７は、実施例３に係る予測値演算手段４３の機能構成を表すブロック図である。尚、実施例３に係る熱負荷予測装置４０の他の構成については、図２と同様であるとする。
【００９２】
実施例３の予測値演算手段４３は、相関度演算手段７１、曜日相関係数算出手段７２、曜日相関係数記憶手段７３、ソート手段７４、加重係数決定手段７５、加重係数記憶手段７６、曜日加重算出手段７７、及び積和演算手段７８を備えている。
【００９３】
相関度演算手段７１は、熱負荷計測手段４１により計測される各日の熱負荷実績Ｑ（０）と、熱負荷記憶手段４２に記憶された７日前の熱負荷実績Ｑ（７）との相関度Ｒweekを演算する。曜日相関係数算出手段７２は、相関度Ｒweekの関数として曜日相関係数ｒを決定する。曜日相関係数記憶手段７３は、曜日相関係数算出手段７２が決定する曜日相関係数ｒを曜日ごとに記憶する。
【００９４】
ソート手段７４は、熱負荷記憶手段４２に記憶された過去７日間の各日の熱負荷実績Ｑ（１）〜Ｑ（７）を、降順に並べ替える。ソート手段７４によるソート後の順列を（Ｑ１，Ｑ２，…，Ｑ７）とする。Ｑ１≧Ｑ２≧…≧Ｑ７である。加重係数決定手段７５は、ソート手段７４によるソート後の各順位ｉ（ｉ＝１，２，…，７）の熱負荷実績Ｑｉに対して、当該順位ｉに対して決められた加重係数ｗｉを割り振ることにより、各曜日Ｄの加重係数ｗ（Ｄ）を決定する。加重係数記憶手段７６には、各曜日の加重係数が記憶される。
【００９５】
曜日加重算出手段７７は、各曜日Ｄについて、その曜日の加重係数ｗ（Ｄ）及びその曜日の曜日相関係数ｒ（Ｄ）によりその曜日の曜日加重Ｗ（Ｄ）を算出する。
【００９６】
積和演算手段７８は、過去７日間の熱負荷実績Ｑ（１）〜Ｑ（７）のそれぞれに対してそれぞれの曜日Ｄの曜日加重Ｗ（Ｄ）を掛け合わせて積項を演算し、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値Ｑestを算出する。
【００９７】
以上のように構成された本実施例３の熱負荷予測装置４０について、以下その動作を説明する。図８に熱負荷予測装置４０による熱負荷予測値Ｑestの算出の流れを表す。
【００９８】
まず、熱負荷計測手段４１は、当日の熱負荷実績Ｄ（０）を計測する。
【００９９】
次に、ソート手段７４は、熱負荷記憶手段４２に記憶された過去７日間の各日の熱負荷実績Ｑ（１）〜Ｑ（７）を、降順に並べ替え、順列（Ｑ１，Ｑ２，…，Ｑ７）を生成する。Ｑ１≧Ｑ２≧…≧Ｑ７である。この際、ソートにおける置換Ｐは保持しておく。置換Ｐは次式（１１）で定義される。
【０１００】
【数９】
0004702783.tif 000011
【０１０１】
次に、加重係数決定手段７５は、ソート手段７４によるソート後の各順位ｉ（ｉ＝１，２，…，７）の熱負荷実績Ｑｉに対して、当該順位ｉに対して決められた加重係数ｗｉを割り振る。加重係数ｗｉについては、実施例１で説明したものと同様である。
【０１０２】
そして、順列（ｗ１，ｗ２，…，ｗ７）に対して置換Ｐの逆置換Ｐ−１を行う。この逆置換Ｐ−１によって得られる加重係数の順列を（ｗ（１），ｗ（２），…，ｗ（７））とする。
【０１０３】
【数１０】
0004702783.tif 000012
【０１０４】
これらの加重係数ｗ（１）〜ｗ（７）は、加重係数記憶手段７６に記憶される。
【０１０５】
次に、曜日加重算出手段７７は、熱負荷実績Ｑ（１）〜Ｑ（７）のそれぞれについて、各熱負荷実績Ｑ（ｉ）（Ｄ＝１，２，…，７）に対応する曜日の曜日相関係数ｒ（ｉ）を読み出す。そして、その曜日の加重係数ｗ（ｉ）及びその曜日の曜日相関係数ｒ（ｉ）によりその曜日の曜日加重Ｗ（ｉ）＝ｗ（ｉ）ｒ（ｉ）を算出する。また、曜日加重Ｗ（ｉ）の規格化定数１／Γを求めるため、すべての曜日相関係数ｒ（１）〜ｒ（７）を加算する。
【０１０６】
【数１１】
0004702783.tif 000013
【０１０７】
最後に、積和演算手段７８は、過去７日間の熱負荷実績Ｑ（１）〜Ｑ（７）のそれぞれに対してそれぞれの曜日の曜日加重Ｗ（１）〜Ｗ（７）を掛け合わせて積項を演算し、それら積項の線形和を演算することにより熱負荷予測値Ｑestを算出する。すなわち、熱負荷予測値Ｑestは式（１４）により計算される。
【０１０８】
【数１２】
0004702783.tif 000014
【０１０９】
以上のように、本実施例３によれば、曜日によって熱負荷実績のバラツキが異なる場合においても、適切な熱負荷予測を行うことが可能となる。また、加重係数ｗｉ〜ｗ７を調整することによって、熱負荷実績が熱負荷予測値を超える確率を調節することが可能となる。従って、加重係数ｗｉ〜ｗ７を適度に調節することにより、湯切れを生じさせない程度の余裕度を有し、かつＣＯＰをできる限り改善する適度な余裕幅を持った熱負荷予測を行うことが可能となる。
【０１１０】
最後に、曜日相関係数の更新に関して説明する。この曜日相関係数の更新は、実施例２の場合と同様に実行される。
【０１１１】
まず、相関度演算手段７１は、熱負荷計測手段４１により計測される当日の熱負荷実績Ｑ（０）と、熱負荷記憶手段４２に記憶された７日前の熱負荷実績Ｑ（７）との相関度Ｒweekを演算する。相関度Ｒweekを演算は、式（８）により行われる。
【０１１２】
次に、曜日相関係数算出手段７２は、相関度Ｒweekの関数として、当日の曜日Ｄに対応する曜日相関係数ｒ（Ｄ）を決定する。曜日相関係数ｒ（Ｄ）を決定方法は、実施例２と同様である。
【０１１３】
最後に、曜日相関係数記憶手段７３は、曜日相関係数算出手段７２が決定する曜日相関係数ｒ（Ｄ）を曜日ごとに記憶する。
【０１１４】
このように曜日相関係数を更新し学習することで、家庭における温水の使用状況の変化に対しても柔軟に対応することが可能となる。
【０１１５】
尚、本実施例３及び実施例１，２においては、熱負荷予測装置をハードウェア的に構成した例で説明したが、本発明においては、熱負荷予測装置の各機能構成をプログラムのモジュールにより構成し、そのプログラムをコンピュータで実行することにより熱負荷予測装置を実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施例１に係る貯湯式電気温水器の構成図である。
【図２】実施例１に係る熱負荷予測装置の機能構成を表すブロック図である。
【図３】実施例１に係る積和演算手段４３の機能構成を表すブロック図である。
【図４】熱負荷記憶手段４２内に記憶された熱負荷実績のデータ構造である。
【図５】実施例２に係る積和演算手段４３の機能構成を表すブロック図である。
【図６】実施例２に係る熱負荷予測装置４０による熱負荷予測値Ｑestの算出の流れを表す図である。
【図７】実施例３に係る積和演算手段４３の機能構成を表すブロック図である。
【図８】実施例３に係る熱負荷予測装置４０による熱負荷予測値Ｑestの算出の流れを表す。
【符号の説明】
【０１１７】
１  貯湯式電気温水器
２  貯湯タンク
３  給水路
４  給水元弁
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  温度センサ
６  流量センサ
７  温度センサ
１０  電気給熱器
１１  給熱回路
１２  給熱循環ポンプ
１３  給熱回路弁
１４  流量センサ
１６  温度センサ
２１  給湯路
２２  給湯混合弁
２３  流量センサ
２４  温度センサ
３０  追焚熱交換器
３１  追焚回路
３２  風呂回路
３３  追焚循環ポンプ
３４  追焚回路弁
３５  流量センサ
３６  風呂循環ポンプ
３７  温度センサ
４０  熱負荷予測装置
４１  熱負荷計測手段
４２  熱負荷記憶手段
４３  予測値演算手段
４４  沸上制御手段
５１  ソート手段
５２  積和演算手段
５３  加重係数記憶手段
６１  相関度演算手段
６２  曜日相関係数算出手段
６３  曜日相関係数記憶手段
６４  積和演算手段
７１  相関度演算手段
７２  曜日相関係数算出手段
７３  曜日相関係数記憶手段
７４  ソート手段
７５  加重係数決定手段
７６  加重係数記憶手段
７７  曜日加重算出手段
７８  積和演算手段
【図１】
0004702783.tif 000015
【図２】
0004702783.tif 000016
【図３】
0004702783.tif 000017
【図４】
0004702783.tif 000018
【図５】
0004702783.tif 000019
【図６】
0004702783.tif 000020
【図７】
0004702783.tif 000021
【図８】
0004702783.tif 000022