JP4115402B2 - シミュレーション装置、シミュレーション方法、およびシミュレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、店舗や施設のような略密閉空間における負荷熱量や消費電力量をシミュレートする技術に関し、特に冷設機器や空調機器などが混在した空間における負荷熱量や消費電力量をシミュレートする技術に関する。

空調機器の省エネルギ（以下、「省エネ」と呼ぶ）化を行うためには、設定温度を調整するか、または運転時間を短縮することが必要である。エネルギ資源の効率的な利用を図るべく、従来より省エネ化を目的とした技術が提案されている。そのような技術の一つとして、インテリジェントビルやオフィスビルなどの各種ビルにおいて、空調機器を間欠運転することで、室温を適正に保ちつつ、省エネ化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−２１７９５３号公報 特開平１０−２０５８５２号公報 特開平８−９４１５０号公報

食品を販売するコンビニエンスストアなどの食品店舗においては、エアコンなどの空調機器と、冷凍・冷蔵ショーケースのような冷設機器が混在している。店舗に設置される機器の省エネ化に関しては、従来、空調機器だけ、あるいはショーケースだけというような単独機器での省エネの取り組みがなされていた。店舗に設置された機器をトータルで考慮して省エネ化を図るためには、機器がそれぞれどのような熱負荷を処理して、どのような消費電力になるかをシミュレーションし、各時間ごとに最適な空調機器の設定温湿度値やショーケースの設定温度を求める技術が必要であるが、そのようなシミュレーション技術はこれまでに提案されていない。

また食品店舗に設置されたショーケースや空調機器における熱負荷量・消費電力量シミュレーションシステムにおいては、対象店舗に関する店舗環境情報（店舗外壁・窓面積や熱通過率、照明機器の本数等）を事前に調査し、シミュレーション時にそれらをパラメータ値として入力する作業が必要である。

シミュレーション店舗数が増加した場合、あるいは、効率的にシミュレーション結果を出す必要がある場合、これらパラメータ値に関する調査作業・入力作業負荷が増加するという問題が生じる。なお、パラメータ入力作業負荷を軽減させる技術として、空調機用建物の熱負荷計算向けのＤＢ（データベース）技術があるが、ＣＡＤデータや各種データ用ＤＢからデータを検索する際、パラメータの項目数だけキー情報が必要になる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、店舗や施設などの略密閉空間の省エネ化を評価・シミュレーションするための技術として、空間への侵入負荷熱量を計算し、さらにその熱負荷がショーケースや空調機器にどのように影響・分配されるかを計算して、ある期間における機器負荷熱量や消費電力量のシミュレーションを行い、機器全体の省エネ化を実現する機器の設定値を求める技術を提供することにある。また、本発明は、店舗や施設などの環境情報を格納するデータベースを構築し、負荷熱量・消費電力量シミュレーション装置と接続して、シミュレーション時に必要なパラメータ情報をこのデータベースから収集することにより、パラメータ値の事前調査・入力作業負荷を軽減させる技術を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、空調機器と、熱量の吸収または放出を行う電気機器が存在する空間への侵入負荷熱量を計算する第１熱量計算部と、電気機器にかかる負荷熱量を計算する第２熱量計算部と、第１熱量計算部による計算結果と、第２熱量計算部における計算結果をもとに、空調機器にかかる負荷熱量を計算する第３熱量計算部とを備えるシミュレーション装置を提供する。この態様のシミュレーション装置は、第２熱量計算部および第３熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器および電気機器の消費電力を計算する電力計算部をさらに備えてもよい。さらに、シミュレーション装置は、機器の消費電力量を評価する評価部をさらに備えてもよい。空調機器と電気機器は、一方の動作状態が他方の動作状態に影響を与える関係にあるが、このシミュレーション装置によると、この関係を加味して、空間内の機器への負荷熱量および／または機器の消費電力量を適切にシミュレートし、求めることが可能となる。

空間は、例えば店舗や施設に形成される略密閉空間である。略密閉空間は、通常状態において外部に開放されていない実質的に閉じた空間を意味し、店舗や施設以外にも、デパートの食品売場が設けられたフロアなどを含む。なお、略密閉空間は、全体として実質的に閉じた空間であればよく、一部において外部との連絡口があるような空間も含む概念である。

電気機器は、空調機器が存在する空間内で空調機器とは別に熱量の吸収または放出を行う機器であって、食品店舗におけるショーケースなどの冷設機器が例としてあげられる。なお電気機器は、空間内で熱量を吸収または放出することを目的として設置されるものではなく、運転の結果として熱量を吸収または放出するものであってもよい。電気機器は、熱量を吸収する冷設機器だけでなく、コンビニエンスストア（以下、「コンビニ」と呼ぶ）などでドリンク缶などを温めるための機器など、空間内に熱量を放出する機器も該当する。

本発明の別の態様は、所定数の検索用キーに対応付けて、シミュレーション時に使用するパラメータ値となる店舗や施設に関する情報を検索用キーの項目数よりも多い項目数だけ記憶する記憶部と、所定数の検索用キーを受け付ける受付部と、受け付けた検索用キーに対応付けられた店舗や施設に関する情報を検索して、検索用キーの項目数よりも多い項目数だけ読み出す検索部とを備えるデータベース装置を提供する。この態様のデータベース装置によると、少ない検索用キー項目を使用して、多くの情報を読み出すことができ、特にシミュレーション装置に入力するパラメータ値の取得に利用することで、効率的なシミュレーション装置の運用が可能となる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、空調機器と、熱量の吸収または放出を行う電気機器が存在する店舗や施設のような略密閉空間において、空調機器と電気機器にかかる負荷熱量を適切にシミュレートすることができ、またそのときの消費電力量のシミュレートも可能とすることで、所定期間あたりの消費電力量の評価を行って、機器全体の省エネ化を実現する、各時間ごとに最適な空調機器の設定温湿度値などや、電気機器の設定値などの算出を行うことが可能となる。また、少ないキー項目数から多くのシミュレーション用のパラメータ値を検索できるデータベースを実現することで、シミュレーション装置に入力するデータを容易に取得することも可能となる。

本発明の実施例におけるシミュレーションシステムは、空調機器や、冷設機器などの電気機器が混在する店舗や施設などの略密閉空間において、空間への侵入負荷熱量、電気機器および空調機器の処理負荷熱量を計算により求める機能をもち、また、これらの計算結果をもとに機器の消費電力量を計算し、機器全体の消費電力量が小さくなるような機器の設定値を各時間ごとに決定する機能をもつ。さらに、シミュレーションシステムは、シミュレーションを行うために入力するパラメータ値の取得を容易とするデータベース機能ももつ。以下では、空調機器と冷却用ショーケースとが混在する食品店舗の環境における機器の負荷熱量や消費電力量を計算するシミュレーション技術を示す。

図１は、実施例に係るシミュレーションシステム１の機能ブロック図を示す。シミュレーションシステム１は、シミュレーション装置２およびデータベース（以下、「ＤＢ」と呼ぶ）サーバ３を備える。ＤＢサーバ３は、データベース装置と呼んでもよい。シミュレーション装置２およびＤＢサーバ３は、ネットワーク４により接続される。ネットワーク４は、ＬＡＮやＷＡＮなどで構成されてもよく、また無線ネットワークであっても、有線ネットワークであってもよい。また、シミュレーションシステム１の使用形態によっては、シミュレーション装置２とＤＢサーバ３とはネットワーク４を介さずに、直接ケーブルなどで接続されていてもよく、また一体的に、すなわち１つのサーバとして構成されていてもよい。

シミュレーション装置２は、シミュレーション部１０、通信部１２、登録部１４、店舗・施設情報格納部１６および検索ＧＵＩ部２０を備える。検索ＧＵＩ部２０は、シミュレーション時にパラメータ値として利用する店舗・施設環境情報に関する検索や、ＤＢサーバ３からの店舗・施設環境情報の収集、またシミュレーション部１０へのデータ設定などを実行するためのＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）である。通信部１２は、ネットワーク４を介してＤＢサーバ３と通信を行い、検索ＧＵＩ部２０から入力された検索条件をＤＢサーバ３に送信し、ＤＢサーバ３から検索結果である店舗・施設環境情報を受信する。登録部１４は、ＤＢサーバ３から送信される店舗・施設環境情報を店舗・施設情報格納部１６に格納する。シミュレーション部１０は、店舗・施設情報格納部１６に記憶された店舗・施設環境情報をもとに、空調機器およびショーケースにかかる負荷熱量を計算により求め、機器全体の消費電力量を機器の設定値ごとに評価する。なお、シミュレーション部１０は、検索ＧＵＩ部２０から店舗・施設環境情報を提供されてもよい。

ＤＢサーバ３は、管理部３０、通信部３２および店舗・施設情報ＤＢ部３４を備える。店舗・施設情報ＤＢ部３４は、店舗・施設環境情報、すなわち店舗・施設形状、外壁、屋根、ガラス面等、シミュレーション部１０において必要なパラメータ情報から構成されるテーブルを有する。ここで、店舗・施設情報ＤＢ部３４は、所定数の検索用キーに対応付けて、店舗・施設環境情報を検索用キーの項目数よりも多い項目数だけ記憶する。管理部３０は、店舗・施設情報ＤＢ部３４の情報の入出力を管理する。通信部３２は、シミュレーション装置２との間で通信を行う。なお、管理部３０は、シミュレーション装置２から入力条件、すなわち検索用キーを受け付ける受付部として機能し、また、受け付けた検索用キーに対応付けられた店舗・施設環境情報を店舗・施設情報ＤＢ部３４から検索して読み出す検索部として機能し、さらに検索結果をシミュレーション装置２に提供する提供部としても機能する。

まず最初に、シミュレーションシステム１におけるシミュレーション機能を示す。このシミュレーション機能は、シミュレーション装置２におけるシミュレーション部１０により実現される。

図２は、店舗・施設９における熱量移動を示すための概念図である。店舗・施設９には、室外機５および室内機６を含む空調機器と、冷凍機７およびショーケース８を含む冷設機器とが存在する。店舗・施設９には、外部から負荷熱量Q_shopが侵入し、このうち空調機器は熱量Q_airを、冷設機器は熱量Q_scを処理する。ここで、Q_shop＝Q_sc＋Q_airである。

以下のシミュレーション機能に関する実施例では、店舗・施設９への負荷熱量や冷設機器および空調機器の処理熱量の計算において、１）店舗・施設、空調機器、ショーケース等の対象が集中定数系とした場合における、熱負荷計算式の定式化、２）定常特性のみを考慮した熱負荷計算式の定式化、という前提条件を設定している。

図３は、シミュレーション部１０の計算機能を行う構成を中心としたブロック図である。シミュレーション部１０は、熱量計算部５０、消費電力計算部５８および評価部６０を有する。熱量計算部５０は、店舗・施設への侵入負荷熱量Q_shopを計算する店舗・施設熱量計算部５２、ショーケースへの侵入負荷熱量Q_scを計算する冷設機器熱量計算部５４、および空調機器の処理熱量Q_airを計算する空調機器熱量計算部５６を有する。

なお、このシミュレーション機能は、シミュレーション装置２において、ＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラムなどによって実現され、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。プログラムは、シミュレーション装置２に内蔵されていてもよく、また記録媒体に格納された形態で外部から供給されるものであってもよい。シミュレーション装置２は、シミュレーションシステム１において専用の端末機として存在してもよく、また所期のプログラムをダウンロードすることで機能するパーソナルコンピュータなどの汎用機として存在してもよい。したがってこれらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者に理解されるところである。

（１）店舗・施設への侵入負荷熱量Q_shopの計算
店舗・施設熱量計算部５２は、室内温湿度条件を設定し、店舗・施設内の空気温湿度、外気温湿度、外壁・窓面積、照明機器等の店舗・施設環境条件を考慮して、ある時刻において店舗・施設へ侵入する負荷熱量Q_shopを計算する。サンプリング時間の指定については後述する。

＜計算式＞
・店舗・施設への侵入負荷熱量：Q_shop[kcal/h]＝室内負荷量[kcal/h]＋外気負荷量[kcal/h]
（室内負荷量）
以下の負荷熱量の合計値とする。
・太陽ふく射熱（ガラス面）[kcal/h]＝Ａ×Ｓ×ＳＣ
Ａ：ガラス面積[m²]、Ｓ：標準日射熱取得[kcal/(m²・h)]、ＳＣ：しゃへい係数
・伝導熱＋ふく射熱（外壁・屋根）[kcal/h]：Ａ×Ｋ×ＥＴＤ
Ａ：壁・屋根の面積[m²]、Ｋ：熱通過率[kcal/(m²・h・℃)]、ＥＴＤ：実効温度差[℃]
・伝導熱（屋根以外、ガラス、間仕切り等）[kcal/h]：Ａ×Ｋ×Ｔ
Ａ：壁・屋根の面積[m²]、Ｋ：熱通過率[kcal/(m²・h・℃)]、Ｔ：室内外の温度差[℃]
・内部発生熱（人体）[kcal/h]：ｍ×q
ｍ：人数 q：１人当りの人体からの発生熱量[kcal/(h・人)]＝102（なお、この数値はデパート用）
・内部発生熱（照明（蛍光灯））[kcal/h]：ワット数[W]・1.08
（外気負荷量）：換気用、換気回数法 [kcal/h]
0.28×n×V×(t1-t2) ＋ 720×n×V×(x1-x2)
n：回数[回/h]、Ｖ：店舗・施設容積[m³]、t1,t2：室内外の温度[℃]、x1,x2：室内外の絶対湿度[kg/kg']

（２）ショーケースへの侵入負荷熱量Q_scの計算
冷設機器熱量計算部５４は、室内設定温湿度毎に、ショーケース８に侵入する、すなわち処理する負荷熱量Q_scを計算する。冷設機器熱量計算部５４は、ショーケース８において冷却される空気の顕熱・潜熱変化に着目し、ショーケースへの侵入空気量、室内空気温湿度値、ショーケース冷却器の冷却空気温度値から、ショーケース（冷凍機）が処理する顕熱量と潜熱量を計算し、その合計値を計算する。さらにショーケース冷却器における着霜を融解するために必要な熱量を計算する。

図４は、冷凍機７およびショーケース８からなる冷設機器の構造を示す。図中、矢印は、ショーケース８における空気の流路を示す。ショーケース８において、空気は、背面側に設けられた冷却器７４において冷却され、吹出口７１から吹き出され、吸込口７３により吸い込まれて、冷却器７４に戻される。通常、ショーケース８の前面側にはエアカーテン７２が形成され、室内へ冷気が放出されるのを防ぐようにしている。冷設機器熱量計算部５４は、室内温湿度値毎にショーケース８へ侵入する負荷熱量Q_SCを以下のように計算する。

冷却器７４で室内湿り空気の顕熱、潜熱が除去される。具体的には、１）乾き空気、水蒸気（相変化後の水、氷も含む）からの顕熱除去、２）水蒸気の相変化に要する潜熱除去となる。潜熱除去に関しては、冷凍ショーケースの場合、冷却空気温度が０[℃]以下となるので、室内温度から冷却空気温度まで冷却する間に、空気中水分から、水蒸気→水（露点到達：凝縮熱除去）→氷（融点到達：凝固熱除去）という流れで相変化を起こすためのそれぞれの潜熱除去が必要となる。また、顕熱除去については、室内温度から冷却空気温度までの冷却に関して、冷却器部で凝結（水）、凝固（氷）した水分の顕熱を除去することになる。以上より、顕熱[kJ/kg]、潜熱[kJ/kg]は、以下の計算式とする。

＜計算式用パラメータ＞
・室内空気の温度ts[℃]、相対湿度φs[％]は、初期計算条件として設定する。これにより、室内空気の絶対湿度xs[kg/kg']、露点td[℃]が求まる。
・初期計算条件として設定されるショーケース冷却空気の温度tr[℃]と、上記の絶対湿度xsから、ショーケース冷却空気の絶対湿度xr[kg/kg']が求まる。
・冷却器７４で最終的に着霜する水の量：xs-xr [kg/kg']
・ショーケース庫内への侵入空気量G_in[kg/h]：初期計算条件として設定する。
・水の凝固点温度：tm=０[℃]
・C_pa：乾き空気の平均定圧比熱[kJ/(kg・K)]＝1.005
・C_pv：水蒸気の平均定圧比熱[kJ/(kg・K)]＝1.859
・C_pw：水の定圧比熱[kJ/(kg・K)]＝4.186
・C_pi：氷の定圧比熱[kJ/(kg・K)]＝2.093

＜計算式＞
ａ）顕熱の計算式
ａ−１）湿り空気
Q_a1[kJ/h]＝G_in×C_ps×(ts−td) 水分凝結前
Q_a2[kJ/h]＝G_in×C_pr×(td−tr) 水分凝結後
水分凝結前空気定圧比熱[kJ/(kg・K)]：C_ps[kJ/(kg・K)]

水分凝結後空気定圧比熱[kJ/(kg・K)]：C_pr[kJ/(kg・K)]

ａ−２）水
Q_w[kJ/h]＝G_in×(xs−xr)×C_pw×(td−tm)
ａ−３）氷
Q_i[kJ/h]＝G_in×(xs−xr)×C_pi×(tm−tr)
なお、Q_a2はtd＞trであることを条件とし、すなわち水分が凝結した場合に計算する。同様に、例えばａ−３）に示すQ_iも、氷ができた場合に計算する。

ｂ）潜熱の計算式
凝縮熱：Q_e[kJ/h]

tdにおける凝縮潜熱[kJ/kg]：h_e＝2501−2.34×td
凝固熱：Q_m[kJ/h]

tm（＝0[℃]）における凝固熱[kJ/kg]：h_m＝334.9

以上より、ショーケースにかかる熱負荷Q_scは、以下となる。なお、冷蔵型の場合tr＞tmのため、Q_i＝Q_m＝0となる。
Q_SC[kJ/h]＝Q_a1＋Q_a2＋Q_w＋Q_i＋Q_e＋Q_m
また、冷却装置の除霜に要する熱量Q_dfは、Q_df＝Q_i＋Q_mとなる。（冷凍型の場合のみ）

（３）空調機器の処理負荷熱量Q_airの計算
空調機器熱量計算部５６は、室内設定温湿度毎に、店舗・施設への侵入負荷熱量とショーケースに作用する負荷熱量の差として負荷熱量Q_airを計算する。
・店舗・施設への侵入負荷熱量：4.186×Q_shop[kJ/h]
・ショーケースへの侵入負荷熱量：Q_sc[kJ/h]
・空調機器の処理負荷熱量：Q_air[kJ/h]＝4.186×Q_shop[kJ/h]−Q_sc[kJ/h]

（４）各機器の消費電力の計算
消費電力計算部５８は、各機器が処理する負荷熱量及び各機器のCOP（Coefficient of Performance：エネルギ消費効率）から、その負荷熱量を処理するために要する消費電力を計算する。このとき、機器のファン駆動電力や、照明電力などを考慮することで、機器全体の消費電力を計算する。さらに、ショーケース冷却器での着霜量及び融解するために必要な熱量を計算することで、冷却ショーケースに特有の霜取りヒータ電力も計算する。なお、店舗・施設内に他の機器も存在する場合、それら他の機器の消費電力も、以下で計算する消費電力に加えて、店舗・施設全体としての消費電力を計算してもよい。

機器の消費電力は、以下の３種類の消費電力の合計値になる。
ａ）熱負荷処理に要する消費電力
各機器が処理する負荷熱量及び機器の定格COP（Coefficient of Performance：エネルギ消費効率）から、機器消費電力を計算する。
ａ−１）空調機器の場合（室外機のCOP：COPa）
消費電力[kW]＝Q_air[kJ/h]/(COPa×3600)
ａ−２）ショーケースの場合（冷凍機のCOP：COPs）
消費電力[kW]＝Q_sc[kJ/h]/(COPs×3600)
ｂ）ショーケースの霜取りヒータ消費電力（ヒータのCOP：COPd）
また、冷却器部での除霜に必要な熱量およびヒータの定格COPからヒータの消費電力を計算する。
消費電力[kW]＝Q_df／(COPd×3600)
冷却器部での除霜に必要な熱量：Q_df＝Q_i＋Q_m
ｃ）その他の消費電力（熱負荷とは無関係な機器消費電力）
これは、各機器が処理する熱負荷とは無関係な機器消費電力であり、例えば機器の定格消費電力値を利用する。
・空調機の場合
室内機ファン、室外機ファンの消費電力
・ショーケースの場合
ショーケース本体：庫内ファン、照明等の消費電力
冷凍機：ファン等の消費電力
・天井照明の場合
照明の消費電力

（５）消費電力量の評価
評価部６０が、消費電力計算部５８において算出された消費電力と、使用時間から、機器の消費電力量を評価する。評価部６０は、店舗や各機器に作用する負荷熱量及び消費電力量の、ある期間における推移を計算する。具体的には、上記した（１）〜（４）の計算を、ある定められたサンプリング時間毎に実施し、負荷熱量や消費電力量等に関して、所定期間、例えば１日や年間の推移を計算する。空調機器の温湿度設定値や、ショーケースの冷却空気温度設定値を各時間ごとに変更して、その推移を計算し、消費電力量の合計値をもとに、機器設定値を各時間ごとに変更した際の省エネ性を評価する。

図５は、所定期間における消費電力量の評価フローを示す。ここでは、１日分の消費電力量を１時間毎に計算する。すなわち、サンプリング時間は１時間に設定している。まず、消費電力量の合計値Ｗを０に設定する（Ｓ１０）。計算開始時刻Ｔ_αを設定し、例えば、計算開始時刻を８時と指定する（Ｓ１２）。この評価フローでは、８時から翌日の８時までの消費電力量を試算する。

時刻８時における空調機器の設定温湿度値や、ショーケースの冷却空気温度値などを設定する（Ｓ１４）。続いて、８時から１時間分の店舗・施設への侵入負荷熱量、ショーケースへの侵入負荷熱量および空調機器の処理負荷熱量を計算により求め（Ｓ１６）、冷設機器および空調機器の１時間分の消費電力量Ｗ_calを算出する（Ｓ１８）。ＷにＷ_calを加算し（Ｓ２０）、時刻が翌日の７時になっているか否かを判定する（Ｓ２２）。翌日の７時になっていない場合（Ｓ２２のＮ）、時刻ＴをΔＴ（ここでは１時間）だけインクリメントし（Ｓ２４）、Ｓ１４からＳ２０のステップを繰り返し実行する。時刻が翌日の７時になった場合（Ｓ２２のＹ）、このシミュレーションを終了する。このとき、Ｗは、翌日の８時までに推定される１日分の消費電力量の総和となる。

評価部６０は、Ｓ１４において、空調機器の設定温湿度値やショーケースの冷却空気温度値などの設定値を変更して、図５に示すシミュレーションを繰り返すことにより、消費電力量Ｗを最小とする設定値を探索することができる。このとき、空調機器の設定温湿度値については、例えば店舗内の快適性を保持するための閾値を設定し、またショーケースの冷却空気温度値についても、ショーケースの冷却効果を最低限維持するための閾値を設定する。これにより、空調機器およびショーケースの機能を維持しつつ、消費電力量Ｗを最小とする最適な各設定値を探索することができる。これにより、省エネ化を実現しつつ、且つ快適性などにも配慮した設定値を求めることが可能となる。

本実施例におけるシミュレーション技術を利用することにより、食品店舗のような空調機器とショーケースが混在する空間において、ある期間における、店舗トータルの負荷熱量、消費電力量のシミュレーションが可能になり、省エネ化を図るために各時間における機器の設定値をどのようにすべきかを、シミュレーションにより求めることができる。季節ごとの外気温湿度値の予測値を利用して店舗や機器への負荷熱量を計算することにより、店舗における機器の、例えば１年間などの長期間にわたる消費電力量のシミュレーションも可能となる。なお、本実施例のシミュレーション技術は、食品店舗以外の店舗にも適用することができ、さらには店舗とは異なる施設においても同様に適用することが可能である。

以上は、シミュレーションシステム１における負荷熱量、消費電力量のシミュレーション機能について説明した。この技術は、シミュレーションツールとしてユーザやシステム開発者が利用することができる。

このシミュレーションシステム１において、熱負荷のシミュレーションを行うために、ガラス窓面積や、壁の面積など、店舗や施設に関する情報をシミュレーション部１０に入力する必要がある。店舗・施設情報格納部１６が、シミュレーションに必要な店舗・施設環境情報を予め全て格納していれば、シミュレーション部１０は、店舗・施設情報格納部１６から情報を取り出せばよい。しかしながら、例えばシステム業者が、コンビニの事業主体などから様々な条件での店舗シミュレーションを委託されるような場合、特に、複数の事業主体から委託を受ける場合には、シミュレーション装置２とは別個にＤＢサーバ３に複数のコンビニチェーンやスーパーチェーンなどの店舗・施設環境情報を格納しておき、そのデータベースにアクセスすることで、シミュレーションの都度、必要な情報を取得できるようにするのが、システムの柔軟性という点から好ましい。

以下では、そのようなシステム業者が店舗や施設に関するシミュレーションを行う場合を想定して、シミュレーション時に利用する店舗・施設環境情報を効率的に取得することのできるシミュレーションシステム１のデータベース機能について説明する。

図１に戻って、データベース機能を担うＤＢサーバ３は、店舗・施設情報ＤＢ部３４を備えている。なお、本実施例では、シミュレーション部１０における店舗・施設環境情報として、以下の値を設定する場合を想定する。これらの集合を、パラメータ値p1と表現する。

＜パラメータ値の集合：p1＞
外壁面積、天井面積、ガラス窓面積、ガラス窓熱通過率、外壁熱通率、天井熱通過率、ガラス窓しゃへい係数、換気回数、照明機器本数、照明ワット数など

店舗・施設情報ＤＢ部３４は、店舗・施設毎の環境情報を格納する。このデータベースは、店舗・施設形状、外壁、屋根、ガラス面等のシミュレーション部１０において必要とするパラメータ情報から構成され、主な属性値はパラメータ値ｐ１になる。以下、店舗・施設を代表して、店舗に関するシミュレーションを例にとる。

店舗形状や内装状態などの環境情報は、コンビニチェーンやスーパーチェーンごとに分類することができる。特に郊外型の店舗については、店舗の形状や内装など、コスト削減のために、コンビニチェーンごとにユニット化されて共通化される傾向にあり、将来的には、店舗の規格化に近い形で店舗環境の統一が図られると考えられる。その場合、店舗環境情報は、店舗の形態や規模に応じて決定されることとなり、したがって本実施例で示すＤＢサーバ３が、シミュレーション装置２に対して効率的にデータを提供することが可能となる。

図６は、データベースの構造例を示す。データベースの構造はリレーショナルデータベースとし、複合キーとして、店舗名（チェーン店名やコンビニ名）と形態分類と店舗規模が使用される場合を例にとる。各店舗毎にこれまで建設してきた店舗に関する情報、あるいは今後の計画等の情報が集約されて、データベースに保存される。このデータベースは、各コンビニ業者などから提供される情報をもとに、作成されることになる。

図７は、店舗・施設環境情報テーブルの１例を示す。このテーブルでは、図６に示すデータベースのパラメータ値の詳細を示している。ここでは、店舗名、形態分類、店舗規模の検索用キーに対応付けられて、外壁面積、天井面積、ガラス窓面積、換気回数、照明機器本数、空調機セットタイプ、ショーケースセットタイプの７つの項目データが存在している。
図８は、店舗・施設環境情報テーブルの１例を示す。このテーブルは、店舗種類名と形態分類に応じて決定されるパラメータ値を記憶している。
図７および図８において、店舗種類名は、店舗の運営業者名になる。なお、本発明におけるシミュレーションシステム１を店舗の運営業者自身が利用する場合、店舗種類名の項目は不要となり、その場合のデータベースでは、形態分類および店舗規模のキーに対応付けられて、環境情報が設定されることになる。

形態分類としては、郊外型、インストア型（複数の店舗・施設が共存）、テナント型（マンションビルの１階等）の３種類を用意する。なお他の形態を含めてもよい。

店舗規模は、店舗面積を所定の面積単位で登録しておく。この刻み幅は一例であり、任意の幅であってもよい。また、データを登録する場合は、面積がある程度の範囲内にある店舗の環境情報を集約して、パラメータ値を平均化することが好ましい。

形態や店舗によっては、環境情報は必ずしも同じデータになるとは限らないが、少なくともある程度の雛型としては利用できる。このデータベースを利用することにより、シミュレーション時の入力データの取得を簡略化することができるだけでなく、シミュレーションの信頼性を向上することができる。

図９は、空調機器のセットテーブルを示し、図１０は、ショーケースのセットテーブルを示す。空調機器やショーケースについても、店舗名、形態分類、店舗規模に応じて決定されるため、これらのデータをテーブル化しておくことで、シミュレーション時の入力データの取得を容易とすることができる。

図１に戻って、管理部３０は、上記の複合キー情報を受け取り、その情報をもとにデータベースの検索を行い、該当するレコードを抽出する。すなわち管理部３０は、リレーショナルデータベースにおけるデータベースマネージメントシステム機能を実装する。このとき、上記した店舗・施設情報ＤＢ部３４の構造から、少ないキー項目数の情報をもとに、それ以上の項目数から構成されるレコードを抽出することとなる。
通信部３２は、店舗負荷熱量および消費電力量をシミュレートするシミュレーション装置２からの検索用キーの受信、及びデータベース検索結果（パラメータ情報）の送信を行う。

シミュレーション装置２において、ユーザは、検索ＧＵＩ部２０から、店舗名、形態分類、店舗規模を入力し、ネットワーク４を介してＤＢサーバ３から店舗・施設環境情報を取得する。すなわち検索ＧＵＩ部２０は、ＤＢサーバ３へ送信する検索用キーの入力をユーザから受け付け、且つＤＢサーバ３から提供される検索結果を表示するためのユーザインタフェースとして機能する。検索ＧＵＩ部２０は、提供された検索結果をユーザに修正可能な態様で提示することが好ましい。

図１１は、検索ＧＵＩ部２０においてモニタに表示される画面８０の一例である。ユーザは、検索用キーとして、店舗名、形態分類、店舗規模の複合キー情報をキー入力フィールド８２に入力後、検索ボタン８４を押す。キー情報の入力方法は、プルダウンリストからの選択形式であってもよいし、キーボードなどからの直接入力形式であってもよい。

入力されたキー情報は、通信部１２からネットワーク４を介してＤＢサーバ３に送信される。ＤＢサーバ３において、通信部３２がキー情報を受け取り、管理部３０が、キー情報に対応付けられた環境情報データを店舗・施設情報ＤＢ部３４から検索して読み出す。通信部３２は、読み出された環境情報データをネットワーク４を介して通信部１２に送信する。通信部１２において受信された環境情報データは、登録部１４により店舗・施設情報格納部１６に格納され、検索ＧＵＩ部２０は、取得した環境情報データを画面のパラメータ値出力フィールド９０に出力する。

ユーザは、パラメータ値出力フィールド９０に表示される数値に問題がなければ、ＯＫボタン８６を押すことで、取得したパラメータをシミュレーション部１０に設定する。リセットボタン８８は、入力したキー情報をリセットするために設けられている。なお、取得した環境情報データが実際にシミュレーションする対象店舗の環境情報とずれている場合には、ユーザは、パラメータ値出力フィールド９０のデータを直接修正してもよい。なお、店舗名、形態分類、店舗規模が同一であれば、環境情報は、立地場所などの特殊な条件により一部が異なることがあっても、実際には多くのデータが同一となる。そのため、ユーザは、取得した環境情報を雛形として、その一部を修正すれば足り、全ての環境情報を手動で入力する場合と比較すると、その入力作業の効率が格段にアップすることとなる。ユーザは、データの修正後にＯＫボタン８６を押すことで、シミュレーション部１０にデータを設定することができる。

また、パラメータ値出力フィールド９０に数値を書き込む場合と比較すると、既に表示されている数値を修正する方が、入力ミスが少なくなるという利点もある。一般に、フィールドごとに、入力するべき数値のオーダは異なるため、もともと存在するデータを消して新たなデータを入力するときに、オーダが余りにもずれている場合は入力ミスであることを気付きやすい。例えば、0.7という数値が書き込まれているフィールドに、20という数値を入力することはまずあり得ないため、その時点で、ユーザは入力ミスに気付くことができる。一方で、ブランクのフィールドに数値を書き込む場合は、入力ミスを気付かせる指標が存在しないため、入力ミスの発生確率は高くなり、したがってシミュレーションの信頼性を下げる要因ともなる。このような理由からも、検索ＧＵＩ部２０に取得したデータを修正可能な態様で表示することは有効である。

本データベース技術を利用することにより、シミュレーション用パラメータ値に関する事前調査作業や、入力作業の負荷が軽減される。よって、店舗数増加時のシミュレーション作業や、店舗変更時のシミュレーション作業を効率的に行うことが可能となる。このデータベース技術は、パラメータ集合は店舗名、形態分類、店舗規模によりある程度グループ化されるというコンセプトのもと、少ないキー項目数の情報で効率的にパラメータを決定できる点にメリットがある。以上は、本実施例によるシミュレーションを店舗に適用した場合について示したが、チェーン展開をしている施設などについても、パラメータ集合はある程度のグループ化を行うことができるため、同様のシミュレーションを実現することが可能である。

以上、実施例をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施例に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。

例えば、実施例では、店舗・施設内の負荷熱量を吸収する冷設機器を例としたが、熱を放出する機器が存在する場合であっても同様に、本発明によるシミュレーション技術を利用することができる。例えば、コンビニにおいてドリンク缶などを温めるための機器が存在するが、これは、ドリンク缶を一定温度に保つように電力制御されるものであって、熱の放出と吸収の違いはあるものの、それ以外については冷設機器と同様にモデル化することが可能である。したがって、本発明は、店舗や施設内に熱を吸収する電気機器だけでなく、放熱する電気機器が存在する場合であっても、負荷熱量や消費電力量についてのシミュレーションを行うことができる。

実施例に係るシミュレーションシステムの機能ブロック図である。 店舗や施設における熱量移動を示すための概念図である。 シミュレーション部の計算機能を行う構成を中心としたブロック図である。 冷凍機およびショーケースからなる冷設機器の構造図である。 所定期間における消費電力量の評価フローを示す図である。 データベースの構造例を示す図である。 店舗・施設環境情報テーブルの１例を示す図である。 店舗・施設環境情報テーブルの１例を示す図である。 空調機器のセットテーブルを示す図である。 ショーケースのセットテーブルを示す図である。 検索ＧＵＩ部においてモニタに表示される画面の図である。

符号の説明

１・・・シミュレーションシステム、２・・・シミュレーション装置、３・・・ＤＢサーバ、１０・・・シミュレーション部、１２・・・通信部、１４・・・登録部、１６・・・店舗・施設情報格納部、２０・・・検索ＧＵＩ部、３０・・・管理部、３２・・・通信部、３４・・・店舗・施設情報ＤＢ部、５０・・・熱量計算部、５２・・・店舗熱量計算部、５４・・・冷設機器熱量計算部、５６・・・空調機器熱量計算部、５８・・・消費電力計算部、６０・・・評価部。

Claims (12)

1. 室内温湿度を設定して、設定した室内温湿度毎に、空調機器と、熱量の吸収を行う冷設機器が存在する空間への侵入負荷熱量を計算する第１熱量計算部と、
   冷設機器の冷却空気温度を設定して、前記第１熱量計算部により設定された室内温湿度毎に、冷設機器にかかる負荷熱量を計算する第２熱量計算部と、
   第１熱量計算部による計算結果と、第２熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器にかかる負荷熱量を計算する第３熱量計算部と、
   を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
2. 第２熱量計算部および第３熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器および冷設機器の消費電力を計算する電力計算部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション装置。
3. 所定期間にわたる消費電力量を評価する評価部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のシミュレーション装置。
4. 前記評価部は、各時間における空調機器の設定温湿度値および冷設機器の設定冷却空気温度値を変更してシミュレーションを繰り返すことにより、所定期間にわたる消費電力量を評価することを特徴とする請求項３に記載のシミュレーション装置。
5. 第２熱量計算部は、ショーケースへの侵入空気量、室内空気温湿度、ショーケースの冷却空気温度から、冷設機器が処理する顕熱量と潜熱量を計算して、さらにショーケースにおける着霜を融解するための必要な熱量を計算して、冷設機器にかかる負荷熱量を計算することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシミュレーション装置。
6. シミュレーション装置とデータベース装置を備えたシミュレーションシステムであって、
   前記シミュレーション装置は、
   室内温湿度を設定して、設定した室内温湿度毎に、空調機器と、熱量の吸収を行う冷設機器が存在する空間への侵入負荷熱量を計算する第１熱量計算部と、
   冷設機器の冷却空気温度を設定して、前記第１熱量計算部により設定された室内温湿度毎に、冷設機器にかかる負荷熱量を計算する第２熱量計算部と、
   第１熱量計算部による計算結果と、第２熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器にかかる負荷熱量を計算する第３熱量計算部と、
   第２熱量計算部による計算結果と、第３熱量計算部による計算結果をもとに、空調機器および冷設機器の消費電力を計算する電力計算部と、を備え、
   前記データベース装置は、
   所定数の検索用のキーに対応付けて、前記空間に関する情報を検索用キーの項目数よりも多い項目数だけ記憶する記憶部と、
   前記シミュレーション装置から検索用キーを受け付ける受付部と、
   受け付けた検索用キーに対応付けられた前記空間に関する情報を検索して、検索用キーの項目数よりも多い項目数だけ読み出し、前記シミュレーション装置に提供する提供部と、
   を備えることを特徴とするシミュレーションシステム。
7. 第２熱量計算部は、ショーケースへの侵入空気量、室内空気温湿度、ショーケースの冷却空気温度から、冷設機器が処理する顕熱量と潜熱量を計算して、さらにショーケースにおける着霜を融解するための必要な熱量を計算して、冷設機器にかかる負荷熱量を計算することを特徴とする請求項６に記載のシミュレーションシステム。
8. 前記シミュレーション装置は、前記データベース装置へ送信する検索用キーの入力を受け付け、且つ前記データベース装置から提供される情報を表示するためのユーザインタフェース部を備え、
   前記ユーザインタフェース部は、取得した情報をユーザに修正可能な態様で提示することを特徴とする請求項６または７に記載のシミュレーションシステム。
9. 室内温湿度を設定して、設定した室内温湿度毎に、空調機器と、熱量の吸収を行う冷設機器が存在する空間への侵入負荷熱量を計算するステップと、
   冷設機器の冷却空気温度を設定して、設定された室内温湿度毎に、冷設機器にかかる負荷熱量を計算するステップと、
   計算された空間への侵入負荷熱量と、冷設機器にかかる負荷熱量をもとに、空調機器にかかる負荷熱量を計算するステップと、
   を備えることを特徴とする負荷熱量のシミュレーション方法。
10. 冷設機器にかかる負荷熱量を計算するステップは、ショーケースへの侵入空気量、室内空気温湿度、ショーケースの冷却空気温度から、冷設機器が処理する顕熱量と潜熱量を計算して、さらにショーケースにおける着霜を融解するための必要な熱量を計算して、冷設機器にかかる負荷熱量を計算することを特徴とする請求項９に記載のシミュレーション方法。
11. コンピュータに、
    室内温湿度を設定して、設定した室内温湿度毎に、空調機器と、熱量の吸収を行う冷設機器が存在する空間への侵入負荷熱量を計算する機能と、
    冷設機器の冷却空気温度を設定して、設定された室内温湿度毎に、冷設機器にかかる負荷熱量を計算する機能と、
    計算された空間への侵入負荷熱量と、冷設機器にかかる負荷熱量をもとに、空調機器にかかる負荷熱量を計算する機能と、
    を実現させるためのプログラム。
12. 冷設機器にかかる負荷熱量を計算する機能は、ショーケースへの侵入空気量、室内空気温湿度、ショーケースの冷却空気温度から、冷設機器が処理する顕熱量と潜熱量を計算して、さらにショーケースにおける着霜を融解するための必要な熱量を計算して、冷設機器にかかる負荷熱量を計算する機能を含むことを特徴とする請求項１１に記載のプログラム。

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