JP2007033305A - エネルギー管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】旧来設備が残存する建物を保有する事業者、需要家等が導入し易く、負荷単位できめ細かく使用電力量を把握可能とし、継続的な省エネ診断、省エネ対策を効率的かつ低コストで実現可能としたエネルギー管理システムを提供する。
【解決手段】監視手段がセンサと通信してエネルギー管理を行うエネルギー管理システムにおいて、センサは、複数の負荷が接続されたフィーダの使用電力量を計測する電力量センサ４２ａと、各負荷の温度を計測する温度センサ８２ａとを備え、電力量センサ４２ａにより計測した使用電力量と温度センサ８２ａにより計測した各負荷の温度及び稼働時間とに基づいて、プロトコル変換機能付きＷｅｂサーバ３２が負荷ごとの実際の使用電力量を演算し、Ｗｅｂページデータを作成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、分散した複数エリアに設置されている各種負荷の使用電力量等を計測、管理し、省エネルギー診断及び省エネルギー対策を行うためのエネルギー管理システムに関するものである。

近年、省エネルギーの関心が高まる中、建物管理システムの中にＢＥＭＳ（Building and Energy Management System）や、ＨＥＭＳ（Home Energy Management system）等のエネルギー管理システムを導入する事業者、需要家が増えつつあり、これらが定着化し始めている。このような状況のもとで、現在の使用電力量等をモニタすることは省エネ対策の基本であり、また、いわゆる省エネ法（エネルギーの使用の合理化に関する法律）の観点からも、電力計測の必要性はここ数年、急激に高まって来ている。

上記のような事情により、需要家側においても、特に、容易にきめ細かい使用電力量をモニタすることができるシステムの実現が望まれている。
一方、下記の特許文献１には、センタ側と中継端末・通信回線を介して接続された検針端末との間で通信を行うことにより電力管理を行う電力用自動検針システムが開示されている。

特許第３２０２００５号公報（請求項１、［０００６］〜［００１５］、図１、図４等）

さて、この種のシステムでは、現状よりも使い勝手を更に向上させると共に、システム構築の作業性を高めてコストを一層低減したいという要請がある。
しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、センタ側のメインコンピュータと中継器との間、及び中継器と複数の検針端末との間を、例えばシリアル通信規格の一種であるＲＳ４８５規格の通信回線により接続している。この場合、通信回線を更に多数分岐して各通信回線上の多数個所で電力管理をきめ細かく行う必要性が生じた場合には、パルス発信器付電力量計及び検針端末を各通信回線上の多数箇所にそれぞれ設置しなければならず、システム構築の作業性向上やコスト低減の面で大きな障害となっていた。

特に、省エネ診断及び省エネ対策を含めてエネルギー管理を行うには、電力計測が不可欠であり、それもできる限り細分化した計測、理想的には負荷単位で使用電力を計測することが望ましい。しかし、電力計測に要するコストと省エネ効果の費用対効果の面から、細分化した電力計測はほとんど実施されていないのが実情である。

また、引込電力線から変圧器を介して分岐される各分岐電力線や各フィーダ単位に電力量計を配設しても、古い建物では、配線状態が不明の場合が多く、対象とする負荷と計測された電力量との相関関係が分からないことも多い。
更に、一時的にセンサを取付け、その計測結果から省エネ診断及び改善を行うＥＳＣＯ（Energy Service Company）事業も知られているが、あくまで一時的な診断と高効率設備の導入により省エネを図ることが主な事業目的であり、旧来設備が残存する建物に対する継続的な運用改善や効果の確認には不向きである。

以上をまとめると、特許文献１に係る電力用自動検針システムをはじめ現行システムには、省エネ診断及び省エネ対策を含めたエネルギー管理の観点から以下のような問題がある。
（１）負荷単位の電力計測を低コストにて行うことができず、施工の手間などから負荷単位での電力計測は実際上難しい。
（２）使用電力量をフィーダ単位等に計測しても電力計測箇所と負荷との対応関係が不明であるため、負荷の稼働と使用電力量との因果関係が正確に分からない。
（３）大まかで継続的な電力計測では省エネ効果が期待できず、また、一時的な省エネ診断では継続的な運用改善が難しく、省エネ効果の確認もできない。

そこで、本発明の解決課題は、特に旧来設備が残存する建物を保有する事業者、需要家等が導入しやすく、フィーダ単位更には負荷ごとにきめ細かく使用電力量を把握して継続的な省エネ診断及び省エネ運用を効率的かつ低コストにて実現可能としたエネルギー管理システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、監視手段がセンサと通信してエネルギー管理を行うエネルギー管理システムにおいて、
前記センサは、
複数の負荷が接続されたフィーダの使用電力量を計測する電力量センサと、各負荷の温度を計測する温度センサと、を備え、
前記電力量センサにより計測した使用電力量と、前記温度センサにより計測した各負荷の温度及び稼働時間と、に基づいて、負荷ごとの実際の使用電力量を演算する演算手段を備えたものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したエネルギー管理システムにおいて、
各負荷の実際の使用電力量を、各負荷の定格電力及び稼働時間から求めた各負荷の予測使用電力量と比較する比較手段を備えたものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載したエネルギー管理システムにおいて、
監視手段に接続された基幹通信回線と、
この基幹通信回線に接続されたプロトコル変換機能付サーバと、
このプロトコル変換機能付サーバに接続された分岐通信回線と、
この分岐通信回線に接続された前記センサと、を備え、
前記サーバは、前記分岐通信回線を介して前記センサによる収集データを含むデータを前記監視手段からの指令により前記監視手段に送信するものである。

請求項４に記載した発明は、請求項３に記載したエネルギー管理システムにおいて、
前記演算手段が前記サーバに設けられ、この演算手段により演算した負荷ごとの実際の使用電力量を含むデータをＷｅｂページデータに変換して前記監視手段に送信するものである。

請求項５に記載した発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載したエネルギー管理システムにおいて、
前記温度センサは、負荷の温度を検出可能なボタン型温度センサであることを特徴とする。

本発明によれば、フィーダごとに計測した使用電力量と負荷ごとに計測した温度及び負荷の稼働時間とに基づいて、各負荷の使用電力量を簡易に求めることができる。このため、負荷単位で電力計測を行う必要がなく、低コストにてきめ細かく使用電力量状況を把握可能なエネルギー管理システムを構築することができる。従って、継続的な省エネ診断及び省エネ対策の低コストかつ効率的な運用が可能である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
この実施形態は、オフィス・学校・病院・工場等の建物におけるエネルギー管理システム、詳しくは大学キャンパス等の複数建屋における各負荷の使用電力量を一括管理するシステムに関するものである。以下、説明の便宜上、特にことわりがない限り、エネルギーとは電力量を意味するものとする。
なお、本実施形態のエネルギー管理システムは、使用電力量計測システム、使用電力量の実態把握システムを複合化してなるものである。

まず、図１は、実施形態に係るエネルギー管理システムの概略的な構成を示している。
図１において、１０は、基幹通信回線として大学構内に構築されたＬＡＮ等の既存のネットワークであり、例えばイーサネット（登録商標）による１０ＢＡＳＥ−Ｔ，１００ＢＡＳＥ−ＴＸ等の方式によるものである。

上記ネットワーク１０には、比較的安価で小形のプロトコル変換機能付きＷｅｂサーバ３１，３２，３３が接続されている。これらのＷｅｂサーバ３１，３２，３３は後述するように大学構内の建屋に設置されるものであり、その台数は特に限定されない。Ｗｅｂサーバ３１，３２，３３の構成及び機能については後に詳述する。
Ｗｅｂサーバ３１，３２，３３には、分岐通信回線としてのマイクロＬＡＮ回線を介してそれぞれ複数（例えば１６個）の電力量センサ４１，４２，４３が接続されており、個々の電力量センサは、図示されていない負荷が接続されたフィーダの使用電力量を個別に計測可能となっている。

ここで、マイクロＬＡＮとは、ダラス・セミコンダクタ社が開発した一線式バスシステムであり、グランド線及び信号線を含むケーブルにより回線を構成し、一または複数のセンサを接続して計測、制御を行うようにしたシステムである。双方向データ通信と電源供給とを一本の信号線により行えるため、従来方式に比べて配線が容易であるといった特徴を有している。

前記Ｗｅｂサーバ３１，３２，３３は、上記マイクロＬＡＮとイーサネット（登録商標）との間の通信プロトコルを変換する機能を持ち、更に、電力量センサ４１，４２，４３側から収集したデータをＨＴＭＬデータ等に変換してネットワーク１０側へ送信する機能を備えている。
また、Ｗｅｂサーバ３１，３２，３３には、各負荷に取り付けられたボタン型温度センサによる温度データも入力されているが、図１及び後述する図２では、便宜的に上記温度センサの図示を省略してある。

ネットワーク１０には、データベース２１を備えた監視装置としてのデータサーバ２０が接続されている。このデータサーバ２０は、Ｗｅｂサーバ３１，３２，３３から送られるＨＴＭＬデータ等を一括して蓄積、管理し、それらのデータをネットワーク１０上に公開する機能を備えている。

更に、ネットワーク１０にはクライアントとしてのパソコン等の端末５１，５２が接続されている。その台数も図示例に何ら限定されるものではない。
これらの端末５１，５２は、データサーバ２０により提供される各種データを、大学職員や学生等の利用者がブラウザを介して閲覧するためのものである。

図１のように、既設のネットワーク及び安価なプロトコル変換機能付きＷｅｂサーバ、データサーバ等を利用して計測データの収集及び解析データの提供を行うことにより、システムコストを低く抑えることができる。

次に、図２は、図１に示したエネルギー管理システムの応用例を示している。１１は学内ネットワーク、１２は設備ネットワークであり、物理的には何れもイーサネット（登録商標）等からなる基幹通信回線としての既存のネットワークである。
また、Ａは大学構内の中央監視・電気室、Ｂは変電所（変圧器）７２を有する建屋、Ｃは別の建屋であり、図１に示したように、設備ネットワーク１２に接続されたＷｅｂサーバ３１，３２，３３がそれぞれ配置されている。また、６１は上位電力系統に接続されたフィーダ、６２は変電所７２の二次側のフィーダ、６３は建屋Ｃ内の遮断器７３の二次側に接続されたフィーダを示す。

建屋Ｂ内のＷｅｂサーバ３２、建屋Ｃ内のＷｅｂサーバ３３には、複数台の電力量センサ４２，４３がそれぞれ接続されており、フィーダ６２，６３から検出した電圧、電流に基づいて、建屋内のフィーダごとの使用電力量を演算可能となっている。すなわち、電力量センサ４２，４３は、各フィーダ６２，６３に接続された複数の負荷（図示せず）の使用電力量を、負荷ごとではなくフィーダごとに一括して計測するように構成されている。
更に、中央監視・電気室Ａ内の電力量センサ４１は、大学構内全体の使用電力量を計測している。

ここで、データ収集側の設備ネットワーク１２はいわゆるＶＬＡＮ（Virtual LAN）として既存の学内ネットワーク１１から分離されており、学内ネットワーク１１側に影響が及ばないように配慮されている。
設備ネットワーク１２上のデータサーバ２０は学内ネットワーク１１上の端末５１からも参照可能であり、学内各所の使用電力量を常時監視できるようになっている。

電力量センサ４１〜４３は、クランプ型ＣＴ等の電流センサ及び電圧センサを備えており、フィーダ６１〜３の電流、電圧を検出し、これらの実効値や瞬時電力、電力量、積算電力量を計測可能である。

次に、図３は、図２の主要部の構成を具体的に示した構成図である。この図は、図２における建屋Ｂに着目して、複数台の電力量センサ４２（図では符号４２ａ，４２ｂ，４２ｃとして示す）により計測した電力量データ、及び、それぞれ複数個の温度センサ８２ａ，８２ｂ，８２ｃにより計測した温度データをＷｅｂサーバ３２が収集するための構成を示している。
なお、６２ａ，６２ｂ，６２ｃはそれぞれ図２のフィーダ６２による給電範囲を示し、例えば給電範囲６２ａは、あるフィーダ６２によって複数の負荷に給電される範囲全体を示している。そして、この給電範囲６２ａに含まれる複数の温度センサ８２ａは、図示されていない負荷にそれぞれ取り付けられるものである。

図４は、図３における給電範囲６２ａに着目して、Ｗｅｂサーバ３２、電力量センサ４２ａ、負荷９２_１〜９２_ｎ及び温度センサ８２ａの接続関係を示した図である。
個々の負荷９２_１〜９２_ｎごとに取り付けられる温度センサ８２ａは、前述したごとくボタン型の温度センサであり、例えば古河電工株式会社製の「ボタンメモリー」（型番ＢＭ−４００８５）のように、負荷の筐体表面などに貼り付け可能なものが使用される。
なお、オンライン温度センサに代えて、例えば、マキシムダラス社製の型番i-Button DS1923などオフライン温度センサであるボタンセンサを貼るだけであとから回収すれば、更に、配線工事も省けより低コストにエネルギー管理システムを実現できるようにしている。

各温度センサ８２ａ、言い換えれば各負荷９２_１〜９２_ｎにはＩＤ番号が予め割り付けられており、Ｗｅｂサーバ３２から当該ＩＤ番号を含む指令を一定周期で送ることにより、各温度センサ８２ａは、検出した負荷の温度データをマイクロＬＡＮ回線９２Ｂを介してＷｅｂサーバ３２に送信する。
また、電力量センサ４２ａにもＩＤ番号が予め割り付けられており、Ｗｅｂサーバ３２から当該ＩＤ番号を含む指令を一定周期で送ることにより、電力量センサ４２ａは、対応するフィーダ６２の電力量データをマイクロＬＡＮ回線９２Ａを介してＷｅｂサーバ３２に送信する。
Ｗｅｂサーバ３２は、後述するように、受信した各負荷の温度に基づいて各負荷のオン・オフ状態や稼働時間を判断し、既知である各負荷の定格電力の比に基づいてフィーダ６２の使用電力量を按分することにより、各負荷ごとの使用電力量を求めるように構成されている。

図５は、プロトコル変換機能付きＷｅｂサーバ（図１，図２における符号３１〜３３を代表して符号３０を付す）の構成図である。
図５において、ＬＡＮコネクタ３０２はＬＡＮ回線である図２のネットワーク１２に通信ケーブルを接続するためのコネクタ、センサコネクタ３０９及びＤＩＯコネクタ３１１はマイクロＬＡＮ回線９２Ａ，９２Ｂに通信ケーブルを介して各センサを接続するためのコネクタ、端末機器コネクタ３０５は図示されていない端末としてのパソコン等を接続するためのコネクタ、コネクタ３０７は必要に応じてカメラ等を接続するためのコネクタ、電源コネクタ３１３は商用電源から直流電源を得るＡＣアダプタを接続するためのコネクタである。電源部３１４は、各部に直流電源を供給するためのものである。

また、ＬＡＮＩ／Ｆ ３０３、ＲＳ２３２Ｃ Ｉ／Ｆ ３０６、センサＩ／Ｆ ３１０、Ｉ／Ｆ ３０８、ＤＩＯ Ｉ／Ｆ ３１２は、各コネクタにそれぞれ接続される機器とＣＰＵ３０１との間で通信プロトコルや信号形態、レベル等を変換するためのインターフェースである。

ＣＰＵ３０１は、所定周期ごとに各センサ（電力量センサ及び温度センサ）に指令を送り、電力量データ及び温度データを収集し、メモリ３０４や図示されていないハードディスク装置等に蓄積する。更に、ＣＰＵ３０１は、これらの収集データを用いて各負荷ごとの使用電力量を求めると共に、既知である定格電力に基づく予測使用電力量との比較等を行い、これらの処理結果をＨＴＭＬデータやＸＭＬデータに変換してネットワーク１２上のデータサーバ２０に送信する。
なお、ＣＰＵ３０１は、Ｗｅｂサーバ３０全体の制御や通信制御等も行う。また、Ｉ／Ｆ ３０８にＮＴＳＣインターフェース等の機能を持たせ、図示されていないカメラから送信されるＮＴＳＣ信号を用いて画像監視を行っても良い。

次に、この実施形態の動作を説明する。
上記実施形態において、データサーバ２０からの指令により、例えば図４におけるＷｅｂサーバ３２が各温度センサ８２ａ及び電力量センサ４２ａに指令を送って温度データ、電力量データを収集する。

いま、図４における負荷９２_１がエアコンであるとすると、このエアコンに取り付けた温度センサ８２ａによる計測温度と室温とが図６のように変化する場合、両検出温度の温度差をしきい値と比較することによりエアコンのオン・オフ状態を判断することができると共に、その稼働時間も検出可能である。
一方、図４における各負荷９２_１〜９２_ｎの定格電力は既知であるため、同一フィーダ６２に接続されている負荷全体の使用電力量を電力量センサ４２ａにより検出し、その使用電力量をオン状態である負荷の定格電力の比により按分すれば、各負荷ごとの使用電力量を求めることができる。

図７は、図４における各負荷の稼働状態の一例を示した図であり、Ｐ_１は負荷９２_１の実際の使用電力量、Ｐ_２は負荷９２_２の実際の使用電力量、Ｐ_３は負荷９２_３の実際の使用電力量、Ｐ_４は負荷９２_４の実際の使用電力量であるとする。
例えば時刻ｔ_１〜ｔ_２において電力量センサ４２ａにより図示のような使用電力量が検出され、その間に負荷９２_１，９２_２，９２_３がオンであることが温度センサ８２ａにより検出されれば、既知であるこれらの負荷９２_１，９２_２，９２_３の定格電力の比に応じて実際の使用電力量Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３を求めることができる。また、これらの使用電力量Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３をそれぞれの定格電力と稼働時間とを乗じて得た予測使用電力量と比較してその差を求めることにより（例えば、実際の使用電力量Ｐ_１が予測使用電力量よりも約２０％多いなど）、スイッチの消し忘れ等によるエネルギーの浪費状態を把握して継続的かつ効果的な省エネ診断、省エネ対策に役立てることもできる。
ちなみに、図７における時刻ｔ_２〜ｔ_３では負荷９２_１のみがオン、時刻ｔ_３以降は負荷９２_２及び負荷９２_４がオンであり、これらの期間についても上記と同様の原理によって各負荷ごとの使用電力量を検出可能である。

なお、上述した負荷ごとの使用電力量の演算処理は、Ｗｅｂサーバ３２内のＣＰＵ３０１が行うものであるが、Ｗｅｂサーバ３２から送信された収集データを用いてデータサーバ２０内の演算手段が行うこともできる。

Ｗｅｂサーバ３２は、演算した各負荷ごとの使用電力量、負荷の稼働時間をはじめとして、現在の使用電力量に基づく将来的な予測電力量、省エネルギー効果の視覚的データ等を棒グラフや折れ線グラフにより表示するべく、ＨＴＭＬデータ（Ｗｅｂページデータ）に変換し、これらのデータをネットワーク１２を介してデータサーバ２０に送信する。
また、建屋やエリア別に設定電力量、予測電力量などを表示し、設定電力を超えないようにデマンド制御の挙動を分単位の折れ線グラフで表示するようなＨＴＭＬデータを生成して送信しても良い。
上述した処理は、図２における中央監視・電気室ＡのＷｅｂサーバ３１や建屋ＣのＷｅｂサーバ３３においても同様に実現可能である。

一方、図１，図２における端末５１，５２によりブラウザを起動してデータサーバ２０またはＷｅｂサーバにアクセスすることにより、上述したＷｅｂページデータによるＷｅｂページを端末５１，５２に表示させることができる。
これにより、学生や教職員が随時、使用電力量その他の情報を容易に取得可能であり、省エネ診断、省エネ対策を含むエネルギー管理全般に役立てることができる。

なお、ファシリティマネジメントのニーズに応じて、ネットワーク対応型のファシリティマネジメントソフトウェアをＷｅｂサーバやデータサーバ２０に導入し、施設の使用者が設備（負荷）データを自ら入力し管理するようにしても良い。入力された設備データはエネルギー管理システムの原単位算出に利用可能であると共に、設備の定格電力、稼働時間から使用予測電力量を算出し、実際の使用電力量や稼働時間と比較することで設備の効率や異常を検出したり運用を改善するための情報を得ることができる。
また、設備データの入力作業を効率化するため、各設備にＲＦＩＣタグを取り付けてＷｅｂサーバとの間の無線通信により定格電力等のデータを送受信させても良い。これにより、設備の移動による悪影響も少なくなり、ＩＣタグに保守点検情報を記録することにより設備の保守管理を容易に行うことができる。
更にまた、図２における中央監視・電気室Ａのフィーダ６１にセンサとしての電力量計を設置し、この電力量計により検針データとして計測した使用電力量を按分して負荷ごとの使用電力量を求めても良い。

本発明の実施形態におけるエネルギー管理システムの概略的な構成図である。 図１の実施形態の応用例を示す構成図である。 図２の主要部の構成を具体的に示した構成図である。 図３における一つの給電範囲に着目したＷｅｂサーバ、電力量センサ、負荷及び温度センサ等の接続関係を示した図である。 実施形態におけるプロトコル変換機能付きＷｅｂサーバの構成図である。 実施形態における温度センサによる負荷の計測温度及び室温の変化を示す図である。 図４における各負荷の稼働状態を示した図である。

符号の説明

１０：ネットワーク
１１：学内ネットワーク
１２：設備ネットワーク
２０：データサーバ
２１：データベース
３０〜３３：プロトコル変換機能付きＷｅｂサーバ
４１〜４３，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ：電力量センサ
５１，５２：端末
６１〜６３：フィーダ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ：給電範囲
７２：変電所（変圧器）
７３：遮断器
８２ａ，８２ｂ，８２ｃ：温度センサ
９２Ａ，９２Ｂ：マイクロＬＡＮ回線
Ａ：中央監視・電気室
Ｂ，Ｃ：建屋

Claims (5)

1. 監視手段がセンサと通信してエネルギー管理を行うエネルギー管理システムにおいて、
   前記センサは、
   複数の負荷が接続されたフィーダの使用電力量を計測する電力量センサと、各負荷の温度を計測する温度センサと、を備え、
   前記電力量センサにより計測した使用電力量と、前記温度センサにより計測した各負荷の温度及び稼働時間と、に基づいて、負荷ごとの実際の使用電力量を演算する演算手段を備えたことを特徴とするエネルギー管理システム。
2. 請求項１に記載したエネルギー管理システムにおいて、
   各負荷の実際の使用電力量を、各負荷の定格電力及び稼働時間から求めた各負荷の予測使用電力量と比較する比較手段を備えたことを特徴とするエネルギー管理システム。
3. 請求項１または２に記載したエネルギー管理システムにおいて、
   監視手段に接続された基幹通信回線と、
   この基幹通信回線に接続されたプロトコル変換機能付サーバと、
   このプロトコル変換機能付サーバに接続された分岐通信回線と、
   この分岐通信回線に接続された前記センサと、を備え、
   前記サーバは、前記分岐通信回線を介して前記センサによる収集データを含むデータを前記監視手段からの指令により前記監視手段に送信することを特徴とするエネルギー管理システム。
4. 請求項３に記載したエネルギー管理システムにおいて、
   前記演算手段が前記サーバに設けられ、この演算手段により演算した負荷ごとの実際の使用電力量を含むデータをＷｅｂページデータに変換して前記監視手段に送信することを特徴とするエネルギー管理システム。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載したエネルギー管理システムにおいて、
   前記温度センサは、負荷の温度を検出可能なボタン型温度センサであることを特徴とするエネルギー管理システム。

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