JP4147204B2 - 消費電力削減量の評価支援方法、評価支援装置、および電力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、空調機等の作動および停止の繰り返しによる冷却対象の温度調節において、停止時間を延長して節電する場合の電力削減量の評価支援方法、装置、および電力制御装置に関する。

従来より、空調機、冷凍機、または保温機などによる住宅、事務所、作業場、倉庫、および陳列棚などの冷暖房、冷却、および冷凍などおいて、空調機などのコンプレッサの作動および停止の繰り返しによる温度調節が行われている。

ところで、現在、 地球環境を守る立場から、環境に関する国際的な標準規格であるＩＳＯ１４０００等が制定されて、省エネルギーのための多くの改善がなされている。電力量の節減も二酸化炭素の削減に大きくかかわっており、地球の温暖化を防止する観点から、消費電力量の節減が種々の電気機器に求められている。本出願人も、消費電力量を節減するための電力制御装置を先に提案した（特許文献１）。

特許文献１によると、例えば、温度が上限設定温度に上昇して、コンプレッサを作動させるモータがオフからオンに切り換わるのを検出し、検出した際に強制的にモータをオフに戻し、所定の時間が経過した後でモータをオンに切り換える。
特開２００３−１３０４１８号公報

特許文献１における消費電力の削減は、上限設定温度になってからも空調機の停止状態を維持し、所定の時間経過した後に空調機を作動させて冷房を行うものである。その結果、停止後の空調機を作動させたときの温度から上限設定温度にまで室温を低下させるのに要する時間は空調機の停止を継続した所定の時間よりも短いので、その短縮時間分の電力が削減される。このような電力制御装置は、例えば、一般家庭や事業所等の節電を目的に販売されたりレンタルされる。そのため、電力制御装置では、使用者が節電効果を実感できるようにすることが求められる。特に、電力制御装置をレンタルする事業を行う場合には、レンタル料金を消費電力の削減量（以下「節電量」ともいう。）に連動させることが考えられ、その場合、電力制御装置の導入前と導入後の消費電力量を正確に算出する必要がある。

しかし、これまでは、電力制御装置の導入前と導入後の消費電力量の比較は容易ではなく、空調機の電源が、他の装置( 例えば、照明装置や動力装置など) と共通の場合には、 節電効果の評価はさらに困難であった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、例えば、空調機などの節電量の評価を正確に行う評価支援方法および電力制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る消費電力削減量の評価支援方法は、第１の設定温度と第２の設定温度との間でオンオフが繰り返される通常モードで運転されるべき空調機等を、第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持するように節電モードで運転されるように制御した場合における、消費電力削減量の評価支援方法であって、前記空調機等を連続作動させたときの温調対象の到達可能な限界温度、および前記空調機等の作動時の前記温調対象の温度変化の時定数をメモリに記憶しておき、前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を計測してメモリに記憶し、前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度になるまでの第２の時間を計測してメモリに記憶し、前記空調対象の環境温度を取得してメモリに記憶し、前記環境温度、前記限界温度、前記時定数、前記第１の設定温度、および前記第２の設定温度に基づいて、前記第２の設定温度になったときに前記空調機等をオンしたと仮定した場合に前第２の設定温度から前記第１の設定温度になるまでの仮想時間を算出し、前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記仮想時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する。

他の本発明に係る消費電力削減量の評価支援方法は、前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を計測してメモリに記憶し、前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度になるまでの第２の時間を計測してメモリに記憶し、前記空調機等のオンオフの繰り返しの中で少なくとも１度は前記第２の設定温度になったことを検出したとき直ちに前記空調機等をオンさせて、前記空調機等がオンしてから前記第１の設定温度になるまでの第３の時間を計測してメモリに記憶し、前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記第３の時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する。

本発明に係る消費電力削減量の評価支援装置は、第１の設定温度と第２の設定温度との間でオンオフが繰り返される通常モードで運転されるべき空調機等を、第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持するように節電モードで運転されるように制御した場合における、消費電力削減量の評価支援装置であって、前記空調機等を連続作動させたときの温調対象の到達可能な限界温度、および前記空調機等の作動時の前記温調対象の温度変化の時定数を記憶するための手段と、前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を計測する手段と、前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度になるまでの第２の時間を計測する手段と、前記温調対象の環境温度を取得する手段と、前記環境温度、前記限界温度、前記時定数、前記第１の設定温度、および前記第２の設定温度に基づいて、前記第２の設定温度になったときに前記空調機等をオンしたと仮定した場合に前第２の設定温度から前記第１の設定温度になるまでの仮想時間を算出する手段と、前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記仮想時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する手段と、を有する。

他の本発明に係る消費電力削減量の評価支援装置は、前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を計測する手段と、前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度になるまでの第２の時間を計測する手段と、前記空調機等のオンオフの繰り返しの中で少なくとも１度は前記第２の設定温度になったことを検出したとき直ちに前記空調機等をオンさせて、前記空調機等がオンしてから前記第１の設定温度になるまでの第３の時間を計測する手段と、前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記第３の時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する手段と、を有する。

前記出力する手段は、消費電力削減量を示すデータを表示画面に表示する。

本発明に係る電力制御装置は、第１の設定温度と第２の設定温度との間でオンオフが繰り返される通常モードで運転されるべき空調機等を第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持するように節電モードで運転されるように制御する電力制御装置であって、第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持し、所定の時間が経過した後にオンするように制御する制御手段と、前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を算出する手段と、前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度なるまでの第２の時間を算出する手段と、前記空調機等のオンオフの繰り返しの中で少なくとも１度は前記第２の設定温度になったことを検出したとき直ちに前記空調機等をオンさせて、前記空調機等がオンしてから前記第１の設定温度になるまでの第３の時間を算出する手段と、前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記第３の時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する手段と、を有する。

本発明によれば、節電モードで動作させた空調機などの節電量の評価を正確に行うことができ、また、例えば、節電による二酸化炭素の削減量の評価に応用することができる。

図１は本発明の実施形態に係る電力制御装置１２を用いた空調システムＣＳのブロック図、図２は空調システムＣＳによる室温Ｙの変化の様子の例を示す図、図３は電力制御装置１２によるオンオフ制御方式の空調機１１の節電モード運転時の室温Ｙの変化の様子を示す図である。なお、図２，３は空調機１１を室内の冷房のために用いた場合を示す。

図１において、空調システムＣＳは、空調機１１および電力制御装置１２からなる。空調機１１は、コンプレッサ、熱交換機、操作部、および制御部などを備える公知のものである。通常、コンプレッサは室外機に、熱交換機および操作部は室内機に、それぞれ設けられる。空調機１１および電力制御装置１２は、ブレーカＣＢ１，ＣＢ２などによって交流電源に接続されている。

空調機１１には、コンプレッサのモータＭをオンオフ制御するオンオフ制御方式のものと、インバータによってモータＭの回転速度を制御するインバータ制御方式のものとがある。

オンオフ制御方式の空調機１１では、その運転中において、設定された温度となるように、コンプレッサのモータＭは電磁開閉器Ｒによってオンオフ制御される。電力制御装置１２によって空調機１１を制御する場合には、これらの間で後述する信号の授受などが行われるように、空調機１１の内部の回路に対して電線のつなぎ込みを行う。

インバータ制御方式の空調機では、その運転中において、通常、コンプレッサのモータは常にオンされ、設定された温度となるように回転速度が制御される。通常、空調機には、ＪＡＭ−Ａで規定されるリモコン端子が設けられる。このリモコン端子に電線を接続し、適切な信号を送ることによって、モータを強制的にオフすることが可能である。

オンオフ制御方式およびインバータ制御方式のいずれに対しても、電力制御装置１２を同じように動作させることができる。以下においては、オンオフ制御方式を例に説明する。

電力制御装置１２は、モード切換え部２０、検出部２１、強制信号出力部２２、温度検出部２３、タイマー２４、処理部２５、および表示部２６などを有する。また、電力制御装置１２は、後述する集計装置に対してデータを無線などで送信するための図示しないインタフェースを有する。

モード切換え部２０は、ユーザの操作または集計装置からの信号によって、通常モードと節電モードとを切り換えるために用いられる。

検出部２１は、空調機１１のコンプレッサのモータＭがオフまたはオンのいずれかを検出する。検出の方法として、電磁開閉器Ｒのコイルの両端の電圧を監視し、電磁開閉器Ｒがオフかオンかを検出する方法、電磁開閉器Ｒの接点の接続状態を監視し、電磁開閉器Ｒがオフかオンかを検出する方法、モータＭに流れる電流を監視し、モータＭがオフかオンかを検出する方法など、種々の方法が適用可能である。電圧、電流、接続状態などの監視のために、空調機１１と電力制御装置１２とを電線でつなぎ、監視によって得た信号Ｓ１を電力制御装置１２に入力する。

強制信号出力部２２は、空調機１１に対して、モータＭの電源を強制的にオフするための信号Ｓ２を出力する。信号Ｓ２が出力されるタイミングは検出部２１による検出が行われたときである。信号Ｓ２の出力は、タイマー２４の計時する所定の時間Ｔｓが経過した後に停止される。空調機１１は、信号Ｓ２によって、電磁開閉器Ｒを強制的にオフし、または他の制御機器によってモータＭをオフする。モータＭの強制的なオフはオンの直後に行われるので、モータＭは連続的にオフの状態を維持したものと実質的に変わらない。したがって、それらの機器、モータＭ、およびコンプレッサへの負担の増加はほとんどない。なお、モータＭまたは電磁開閉器Ｒの電源をオンオフしたが、空調機１１の全体をオンオフしてもよい。タイマー２４の計時する時間Ｔｓは、ユーザにより設定可能である。時間Ｔｓは、通常、例えば２〜５分程度に設定される。

温度検出部２３は、室外の周囲の温度を検出する。室外の温度は、冷房時のモータＭのオン時間に影響し、後で説明する通常モードにおけるモータＭの作動時間の推定に必要なものである。

タイマー２４は、空調機１１から検出部２１に入力された信号Ｓ１によってモータＭのオンおよびオフの計時を行い、また、時間Ｔｓの経過を計時して強制信号出力部１２に信号Ｓ２を出力させる。また、タイマー２４は、各計時を行った後に、その計時結果を処理部２５に出力する。

処理部２５は、タイマー２４による各計時の結果、温度検出部２３が検出した室外の周囲の温度、および予め入力されメモリに記憶されている温調対象の室の特性値（後に説明する「時定数」および「下限温度」）などから、通常モードと比較した節電モードにおける節電時間を算出し出力する等のデータ処理を行う。処理部２５は、ＭＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および集計装置等との間で入出力を行うインタフェースなどからなる。

表示部２６は、処理部２５が行ったデータ処理の結果を表示するものであり、ＬＣＤ（液晶表示装置）またはＣＲＴなどによって構成される。表示部２６には、例えば、空調機１１の総運転時間、総運転時間における節電量、節電量に電力の単価を乗じたコスト削減額などが表示される。

次に、電力制御装置１２により制御された空調機１１の動作について説明する。

図２において、時刻ｔ５までは通常モードであるが、時刻ｔ５において節電モードに切り換えられたとする。

図２に示すように、時刻ｔ０においてモータＭがオンし空調機１１が作動し始めると、時刻ｔとともに室温Ｙが下がっていく。通常モードでは、時刻ｔ１において下限設定温度ＹLoに達すると、モータＭがオフし、室温Ｙは上昇する。時刻ｔ２において室温Ｙが上限設定温度ＹHiに達すると、モータＭがオンし、室温Ｙは下降する。時刻ｔ３において室温Ｙが下限設定温度ＹLoに達すると、モータＭがオフし、室温Ｙは上昇する。このような制御が繰り返される。

節電モードの時刻ｔ５以降において、モータＭがオフしているので室温Ｙは上昇する。時刻ｔ６において室温Ｙが上限設定温度ＹHiに達しても、モータＭがオンすることなく、設定された時間Ｔｓが経過するまでオフの状態が維持される。時間Ｔｓが経過した時刻ｔ７において、モータＭがオンし、室温Ｙは下降する。時刻ｔ８において室温Ｙが下限設定温度ＹLoに達すると、モータＭがオフして室温Ｙは上昇する。時刻ｔ９において室温Ｙが上限設定温度ＹHiに達した後、さらに時間Ｔｓが経過した時刻ｔ１０において、モータＭがオンし、室温Ｙは下降する。このような制御が繰り返される。

このように、節電モードでは、モータＭのオフが所定の時間Ｔｓだけ余計に維持されるので、平均の室温Ｙは若干上昇し、それだけ電力消費量が低減される。つまり、空調機１１の設定温度はそのままとして稼働率を下げることにより節電を図ることができる。しかも、室温Ｙが上限設定温度ＹHiに達する度毎に一定の時間Ｔｓだけ空調機１１が停止するので、室温Ｙが設定温度から大きく離れてしまうことがない。また、モータＭのオンオフの回数が実質的に変わらないので、空調機１１に負担をかけることがない。また、モータＭのオンオフの周期が長くなるので、空調機１１の負担は減少する可能性がある。

次に、通常モードと対比させた節電モードにおける空調機１１の節電量の求め方について説明する。

図３を参照して、単位時間当たりのモータＭオンの時間の割合（以下、「デューティファクター」ということがある。）Ｄfoは、節電モードでは、
Ｄfo＝Ｔ２÷（Ｔ１＋Ｔｓ＋Ｔ２） ……（１）
で表される。ここで、Ｔ１は室温Ｙが下限設定温度ＹLoに達してモータＭがオフとなってから上限設定温度ＹHiに達するまでの時間、Ｔ２は、モータＭがオンとなってから室温Ｙが下限設定温度ＹLoに達してモータＭがオフになるまでの時間である。

空調機１１を通常モードで運転した場合のデューティファクターＤfsは、
Ｄfs＝Ｔａ÷（Ｔ１＋Ｔａ） ……（２）
で表される。ここで、Ｔａは室温Ｙが上限設定温度ＹHiから下限設定温度ＹLoに下降するのに要する時間である。

通常モードと比較した、節電モードにより空調機１１を運転した場合のモータＭのオンの短縮時間は、通常モードのデューティファクターＤfsと節電モードのデューティファクターＤfoとの差を運転時間に乗ずることにより得られる。そこで、節電モードにおける室温Ｙが下限設定温度ＹLoから再び下限設定温度ＹLoになるまでの１サイクル（以下、単に「サイクル」ということがある。）の時間（Ｔ１＋Ｔｓ＋Ｔ２）に対するモータＭのオンの短縮時間Ｔｅは、
Ｔｅ＝（Ｔ１＋Ｔｓ＋Ｔ２）×（Ｄfs−Ｄfo） ……（３）
によって求めることができる。

（１）式および（２）式における時間Ｔ１および時間Ｔ２は、空調機１１からの信号Ｓ１を受けてタイマー２４により計時可能である。時間Ｔｓは予め設定されている。しかしながら、モータＭが作動して室温Ｙが下降する過程では、上限設定温度ＹHiの前後でモータＭのオンオフの切り換えが行われないので空調機１１からの信号Ｓ１は変化せず、タイマー２４で（２）式における時間Ｔａを計時することはできない。

ところで、空調機１１による冷房におけるモータＭの連続オン時間Ｔと室温Ｙとは、次の関係を有する。

Ｙ＝（Ｙ１−Ｙ０）×ｅ^{（−Ｔ／Ｔｃ）}＋Ｙ０ ……（４）
ここで、Ｙ１は冷房対象の室を取り巻く環境の温度（以下「環境温度」ともいう。）、例えば外気の温度である。Ｙ０は環境温度がＹ１のときにモータＭをオンし続けたときに到達する室温Ｙの下限温度である。Ｔｃは温度Ｙの時間応答を表す時定数（「装置慣性」ともいう）である。

時定数は、温調対象の室等（以下「室」ということがある。）に固有の値であり、以下のように規定される。

空調機１１による室からの単位時間当たりの除熱量をＱｃとすると、室全体の熱量の時間変化ｄＱ／ｄＴは、
ｄＱ／ｄＴ＝−Ｑｃ＋ｋ×Ａ×（Ｙ１−Ｙ） ……（５）
ここで、Ｑは熱量、ｋは室の伝熱特性を表す定数、Ａは室内外の熱の移動に関係する室の伝熱面積である。（５）式の右辺第２項は、温度Ｙ１の環境からより低い温度Ｙの室に流入する熱量である。なお、Ｑｃは環境温度Ｙ１および室温Ｙによらず一定とする。

室温Ｙの時間変化ｄＹ／ｄＴは、（５）式を室全体の熱容量Ｃで除することにより得られる。

ｄＹ／ｄＴ＝｛−Ｑｃ＋ｋ×Ａ×（Ｙ１−Ｙ）｝÷Ｃ ……（６）
（４）式は（６）式を積分し、時間Ｔが０のとき室温Ｙが環境温度Ｙ１、時間Ｔが無限大のとき室温Ｙが下限温度Ｙ０、という境界条件で積分定数を求めることにより得られる。（６）式の積分形において（４）式の時定数Ｔｃに対応する定数は、Ｃ÷（ｋ×Ａ）である。つまり、時定数Ｔｃは、室に固有のＣ，ｋ，Ａにより定まる定数である。

図４は、（４）式における時間Ｔと室温Ｙとの関係の例を表した図である。
（４）式において、上に述べたように、時定数Ｔｃは室に固有の一定の値をとる。下限温度Ｙ０は環境温度Ｙ１に応じて定まるので、通常モードおよび節電モードのいずれの温度の下降過程も（４）式で表すことができる。つまり、通常モードおよび節電モードのいずれも、室温Ｙが上限設定温度ＹHiから下限設定温度ＹLoまで下降するのに要する時間Ｔａは同じである。

なお、到達可能な下限温度Ｙ０および時定数Ｔｃは、予め空調機１１の設置時に空調機１１を作動させて測定しておく。いずれも、空調機１１のモータＭを連続してオンとし、経過時間Ｔに対する室温Ｙの変化をデータとして測定し整理する。

下限温度Ｙ０として、データから室温Ｙと室温Ｙの時間変化ｄＹ／ｄＴを求め、時間変化が一定の値以下となるときの室温Ｙを採用する方法、または、室温Ｙの時間変化をプロットした図上で時間軸方向に外挿線を引き、その漸近線が示す温度を採用する方法等、により求めることができる。

時定数Ｔｃは、各経過時間Ｔとその時の室温Ｙ、環境温度Ｙ１、およびその測定条件下の下限温度Ｙ０を（４）式に代入して測定した経過時間ＴごとにＴｃを算出し、算出したＴｃの平均を時定数Ｔｃとする方法、または、（４）式からＴについてＴｃを係数とする１次式となるように変形し、回帰分析により求めたＴｃを時定数Ｔｃとする方法等、により求めることができる。

さて、時間Ｔａは（４）式を用いて以下のようにして求めることができる。

すなわち、図３において、通常モードにおける上限設定温度ＹHiからの室温Ｙの下降過程ＢＣを、図４における室温Ｙが環境温度Ｙ１の状態からの下降過程ＡＢＣの一部と考える。すると、室温ＹがＡの室温Ｙ１からＢの上限設定温度ＹHiにまで下降するのに要する時間Ｔｄは、（４）式から、
Ｔｄ＝Ｔｃ×ｌｎ｛（Ｙ１−Ｙ０）／（ＹHi−Ｙ０）｝ ……（７）
で表される。

室温Ｙの下降過程ＡＢＣにおいて、モータＭのオン時間ＴがＴｄ＋Ｔａのとき室温Ｙは下限設定温度ＹLoになるので、（４）式より、
ＹLo＝（Ｙ１−Ｙ０）×ｅ^{｛−（Ｔｄ＋Ｔａ）／Ｔｃ｝}＋Ｙ０ …（８）
この式を、時間Ｔａについて整理すると、
Ｔａ＝Ｔｃ×〔ｌｎ｛（Ｙ１−Ｙ０）／（ＹLo−Ｙ０）｝
−ｌｎ｛（Ｙ１−Ｙ０）／（ＹHi−Ｙ０）｝〕 …（９）
（９）式に、測定可能な環境温度Ｙ１、環境温度Ｙ１における到達可能な下限温度Ｙ０、および空調機１１の設置時に求めた時定数Ｔｃを代入することにより、時間Ｔａを求めることができる。

したがって、室温Ｙが下限設定温度ＹLoから再び下限設定温度ＹLoになるまでの１サイクルにおける節電モードのモータＭオンの短縮時間は、この時間Ｔａを用いて（１）〜（３）式から求めることができる。（３）式によって、空調機１１の節電モードにおける１サイクルごとの短縮時間Ｔｅを求めて積算すれば、総節電時間が得られる。

節電モードによる空調機１１の全稼働時間におけるモータＭの総オン時間は、サイクルごとの時間Ｔ２の積算から求めることができ、全稼働時間を通常モードで稼働させたとする場合のモータＭの総オン時間は、サイクルごとの時間Ｔａの積算から求めることができる。

通常モードに対する節電モードにおける節電量は、モータＭの駆動電流値、駆動電圧、力率、および節電時間の積により求めることができる。

次に、空調システムＣＳの動作について説明する。

図５は電力制御装置１２による空調機１１の節電モードによる運転時の制御動作を示すフローチャート、図６は空調システムＣＳの動作を示すフローチャートである。

図５において、検出部２１が空調機１１のモータＭのオフを初めて検出すると（＃１１でノー）、処理部２５の各データの記憶領域を初期設定し（＃１２）、タイマー２４をリセット（Ｔｍ＝０）して時間Ｔ１の計時を開始する（＃１３）。すなわち、空調機１１が節電モードで起動された後、または運転中に通常モードから節電モードに切り換えられた後で、モータＭが初めてオフになったことを検出部２１が検出したときに、ステップ＃１１においてノーとなり、ステップ＃１２に進む。

室温Ｙが下限設定温度ＹLoから上限設定温度ＹHiに上昇し、検出部２１がモータＭのオンを検出すると（＃１４でイエス）、信号Ｓ２を出力してモータＭを強制的に停止させ、タイマー２４の計時結果Ｔｍを時間Ｔ１として処理部２５に記憶し、同時に計時結果Ｔｍを積算時間ＳＴ１に積算する（＃１５）。

タイマー２４をリセットして所定の時間Ｔｓの計時を開始し（＃１６）、時間Ｔｓが経過すると（＃１７でイエス）、信号Ｓ２をオフしてモータＭをオンし計時結果Ｔｍを積算時間ＳＴｓに積算する。また、このとき環境温度Ｙ１を検出し処理部２５に記憶する（＃１８）。

タイマー２４をリセットしモータＭのオン時間Ｔ２の計時を開始する（＃１９）。室温Ｙが下限設定温度ＹLoにまで下降しモータＭのオフを検出すると（＃２０でノー）、タイマー２４の計時結果Ｔｍを時間Ｔ２として処理部２５に記憶し、また、計時結果Ｔｍを積算時間ＳＴ２に積算する。そして、（７）式、（１）式、（２）式および（３）式からこの１サイクルにおける節電時間Ｔｅを算出して積算時間ＳＴｅに積算し、サイクルの回数をカウントする変数Ｎに１を加算する（＃２１）。サイクルの回数（変数）Ｎが設定回数Ｎｓになったら（＃２２でイエス）、時間Ｔ１、時間Ｔ２、時間Ｔｓ、節電時間Ｔｅのそれぞれの最終的な積算時間ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴｓ，ＳＴｅを出力する（＃２３）。各積算時間ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴｓ，ＳＴｅを出力した後、処理部２５の記憶領域を初期設定して（＃１２）、空調機１１の電力制御および各時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔｓの計時およびＴｅの算出を繰り返す。

なお、ステップ＃２３においては、表示部２６の表示画面への表示、プリンタによる印字、電力制御装置１２の内部の記憶装置への記憶、電力制御装置１２に接続された集計装置への送信などが行われる。

空調システムＣＳは、図６に示されるように、空調機１１の運転によって室温Ｙが下限設定温度ＹLoに達すると（＃３１でイエス）、モータＭをオフする（＃３２）。室温Ｙが上限設定温度ＹHiに達すると（＃３３でイエス）、節電モードでない場合は（＃３４でノー）、モータＭをオンする（＃３５）。節電モードの場合は（＃３４でイエス）、時間Ｔｓが経過した後（＃３６でイエス）、モータＭをオンする（＃３５）。

図７は、表示部２６における表示画面ＨＧ１の例を示す図である。表示画面ＨＧ１には、空調機１１の運転モード、モータＭがオンの時間の割合（デューティファクター）Ｄfo、モータＭの総オン時間、節電時間、および節電量が表示される。節電モードによる消費電力削減量は、表示される節電時間および節電量によって評価することができる。
また、通常モードで運転したと仮定した場合におけるモータＭがオンの時間の割合（デューティファクター）Ｄfs、およびモータＭの総オン時間も同時に表示される。表示画面ＨＧ１には節電量に応じた二酸化炭素削減量を表示させることができる。二酸化炭素削減量は、処理部２５が、節電量に予め記憶された二酸化炭素排出原単位、例えば２００３年ならば０．３５７ｋｇ／ｋＷｈを乗じて求める。

図７の表示画面ＨＧ１では、節電モードによる運転時に、時間Ｔ１が５分、時間Ｔ２が４５分、時間Ｔｓが５分、および時間Ｔａが３５分である場合の空調機１１の運転実績が表示されている。この場合における表示画面ＨＧ１に表示される運転実績は、モータＭがオンの時間の割合０．８１８１８１８、節電モードにおける総オン時間２２５０分（２．６０４１６７時間）、通常モードと比較した節電時間１５６．２５分、および節電量２６０４．１６７Ｗｈである。なお、節電量として、モータＭなどの力率（ｃｏｓθ）を考慮した有効電力量を表示することもできる。

家庭などで使用される電力制御装置１２では、総運転時間および節電量を表示する、簡素化した表示部２６としてもよい。

図８に示されるように、複数の空調システムＣＳ１〜３が設置された事業所などにおいては、それぞれの電力制御装置１２Ｂ〜Ｄは、例えば無線ＬＡＮにより１台の集計装置１３に接続されて管理される。各電力制御装置１２Ｂ〜Ｄから送信された節電量などのデータを集計装置１３で集中管理することにより、事業所全体の節電状況を迅速に把握することが可能となる。また、電力制御装置１２Ｂ〜Ｄは、集計装置１３から出力要求があったときに、節電量などを集計装置１３に出力することも可能である。

集計装置１３は、各電力制御装置１２Ｂ〜Ｄからサイクルごとに時間Ｔ１、時間Ｔ２、時間Ｔｓなどを受信し、集計装置１３において各電力制御装置１２Ｂ〜Ｄのサイクルごとの時間Ｔａ、節電時間Ｔｅ、および節電量などを求めるようにしてもよい。集計装置１３から環境温度Ｙ１を各電力制御装置１２Ｂ〜Ｄに配信することも可能である。また、集計装置１３から各電力制御装置１２Ｂ〜Ｄに対し、異なる所定の時間Ｔｓ、下限設定温度ＹLo、および上限設定温度ＹHiなどを配信して、集計装置１３によって各電力制御装置１２Ｂ〜Ｄの動作を個別に制御するようにすることもできる。

このように、集計装置１３と電力制御装置１２Ｂ〜ＤとをＬＡＮによって接続することにより、節電状況の管理や各電力制御装置１２Ｂ〜Ｄの制御を効率的に行うことができる。

また、小型ネットワーク無線装置を使用したネットワーク無線（メッシュ・ネットワーク）を接続手段に採用することもできる。ネットワーク無線を使用することにより、低価格で広範囲にネットワークを構築でき、しかも無配線化が実現できるので美観上もすっきりしたものとなる。

図９は本発明の他の実施形態による空調機１１の節電モード運転時の室温Ｙの変化の様子を示す図、図１０は図９における電力制御装置の動作を示すフローチャートである。

図９においては、節電モードにおけるモータＭのサイクルを所定の回数Ｎｓ繰り返した後に、強制的に通常モードによる動作を１回行わせ（図９におけるＥＦＧ）、そのときの室温Ｙが上限設定温度ＹHiから下限設定温度ＹLoにまで下降するのに要する時間Ｔ３をタイマーで計時する。

通常モードと対比させた節電モードにおける空調機１１の節電量は、以下のようにして求められる。

節電モードにおいて、モータＭのサイクルが所定の回数Ｎｓ繰り返されたときのモータＭの総オン時間ＳＴｖは、
ＳＴｖ＝Σ_ＮｓＴ２＋Ｔ３ ……（１０）
で表される。ここで、Ｔ３は、室温Ｙが上限設定温度ＹHiに上昇して直ぐにモータＭがオンしたときから、室温Ｙが下限設定温度ＹLoに下降してオフするまでの時間である。

空調機１１の節電モードによる全稼働時間を通常モードで運転したと仮定した場合のモータＭの総オン時間ＳＴｕは、モータＭがオフした後室温Ｙが上限設定温度ＹHiまで上昇してオンするまでの時間をＴ１' とすると、
ＳＴｕ＝Ｔ３÷（Ｔ１' ＋Ｔ３）
×｛Σ_Ｎｓ（Ｔ１＋Ｔｓ＋Ｔ２）｝＋Ｔ３ ……（１１）
で表される。通常モードで運転した場合に比べ、節電モードによる運転の空調機１１の全稼働時間における節電時間ＳＴｅは、
ＳＴｅ＝ＳＴｕ−ＳＴｖ ……（１２）
で表される。

図１０において、電力制御装置による空調機１１の制御動作のステップ＃４１〜＃５２は、初期設定のステップ＃４２の内容が若干異なること、ステップ＃４８で環境温度の検出を行わないこと、および、ステップ＃５１で個別のサイクルについて節電時間を求めないことを除き、図５における電力制御装置１２の制御動作のステップ＃１１〜＃２２と同じである。

図１０の動作を行う電力制御装置では、モータＭのサイクルの回数Ｎが設定回数Ｎｓになったら（＃５２でイエス）、空調機１１に対して通常モードによる動作を１回行わせる（＃５３〜＃５８）。この通常モードにおいて、室温Ｙが下限設定温度ＹLoから上限設定温度ＹHiに達するまでの時間Ｔ１' を計時し（＃５３〜＃５５）、および室温Ｙが上限設定温度ＹHiに達してモータＭがオンとなってから下限設定温度ＹLoに達するまでの時間Ｔ３を計時する（＃５６〜＃５８）。モータＭがオフとなったら通常モードによる制御動作を終了し、（７）〜（９）式により節電時間ＳＴｅを算出し、その結果を出力する（＃５９）。そして、処理部の各データの記憶領域を初期設定し（＃４２）、空調機１１の制御および各時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔｓ，Ｔ１' ，Ｔ３の計時を繰り返す。

図１０の制御動作において、環境温度を検出し、環境温度の変化率が一定の基準値を越えたときに通常モードの動作を１サイクル行わせるようにしてもよい。そうすれば、環境温度の変化が激しく時間Ｔ３が変化しやすい夕方などには、通常モードによる運転回数を増加させることができ、より正確な節電量を求めることができる。また、図１０において、モータＭの１サイクルごとに、各時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔｓを電力制御装置に接続した集計装置に出力し、集計装置により節電時間ＳＴｅを算出することができる。その他、電力制御装置と集計装置との関係は、電力制御装置１２と同様に構成することができる。

図５および図１０における制御動作において、モード切換え部２０により節電モードから通常モードに切り換えられたときは、それぞれ、それまでの計時結果による未出力の節電量または各時間の積算値を出力するように構成することができる。

上に述べた実施形態においては、空調機１１を冷房に用いた場合の節電モードにおける節電量の評価について説明したが、空調機１１を暖房に用いた場合の、節電モードにおける節電量の評価にも同様に適用することができる。

空調機１１を暖房に用いた場合の節電モードによる動作では、上限設定温度および下限設定温度とモータＭのオンオフとの関係は、冷房の場合と逆になる。つまり、上限設定温度で空調機１１のモータＭがオフとなり暖房を停止すると室温は下降しはじめる。そして、モータＭは、室温が下限設定温度に達してからもオフの状態が維持され、所定の時間が経過した後に、オンになり暖房を再開する。モータＭのオフが所定の時間だけ余計に維持されるので、平均の室温Ｙは若干下降し、空調機１１の稼働率は低下して節電を図ることができる。

電力制御装置１２を冷房における図５に示される制御動作と同じように動作させる場合には、暖房において空調機１１を連続稼働させたときの時間Ｔと室温Ｙとの関係を表す（１３）式を用いる。

Ｙ＝（Ｙ０' −Ｙ１' ）×ｅ^{（−Ｔ／Ｔｃ）}＋Ｙ１' ……（１３）
ここで、Ｙ０' は暖房対象の室から熱を奪う環境の温度、例えば外気の温度である。Ｙ１' は環境温度がＹ０' のときに空調機１１を作動させ続けたときに到達する室温Ｙの上限設定温度である。下限設定温度で空調機１１を直ちにオンさせたと仮定した場合の上限設定温度に到達するまでの時間Ｔａ' は、（１３）式を冷房における（４），（７），（９）式に倣って展開することにより導き出すことができる。節電モードにおける節電時間は、時間Ｔａ' を（１）〜（３）式に当てはめれば求めることができる。

また、電力制御装置１２を冷房における図１０に示される制御動作と同じように動作させて節電時間を求めることもできる。すなわち、節電モードにおける空調機１１のサイクルの回数が設定の回数になったら通常モードによるサイクルを１回行わせ、下限設定温度から上限設定温度まで上昇させるための時間を直接計時することによっても、節電モードにおける節電時間を求めることができる。

上に述べた実施形態を、空調機１１以外の冷凍機、保温機、加熱機などの電力制御および節電量の評価に適用することができる。
その他、空調機１１、電力制御装置１２、および空調システムＣＳの全体又は各部の構成、回路、制御の順序、内容、タイミング、節電量の演算などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

本発明の実施形態に係る電力制御装置を用いた空調システムのブロック図である。 空調システムＳによる室温の変化の様子の例を示す図である。 電力制御装置によるオンオフ制御方式の空調機の節電モード運転時の室温の変化の様子を示す図である。 冷房時間と室温との関係を表した図である。 電力制御装置による空調機の節電モードによる運転時の制御動作を示すフローチャートである。 空調システムの動作を示すフローチャートである。 表示部における表示画面の例を示す図である。 電力制御装置と集計装置の無線ネットワークを示す図である。 他の実施形態による空調機の節電モード運転時の室温の変化の様子を示す図である。 図９における電力制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 空調機
１２ 電力制御装置
２３ 温度検出部（評価支援装置）
２４ タイマー（評価支援装置）
２５ 処理部（記憶装置、評価支援装置）
Ｔ１ 室温が下限設定温度から上限設定温度になるまでの時間（第１の時間）
Ｔ２ モータオン後室温が下限設定温度になりモータがオフするまでの時間（第２の時間）
Ｔ３ 室温が上限設定温度から下限設定温度に下降するまでの時間（第３の時間）
Ｔａ 室温が上限設定温度から下限設定温度に下降するまでの時間（仮想時間）
Ｔｃ 時定数
Ｔｓ 所定の時間
Ｙ０ 環境温度がＹ１のときの到達する室温の下限温度（到達可能な限界温度）
Ｙ１ 環境温度
ＹLo 下限設定温度（第１の設定温度）
ＹHi 上限設定温度（第２の設定温度）

Claims (6)

1. 第１の設定温度と第２の設定温度との間でオンオフが繰り返される通常モードで運転されるべき空調機等を、第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持するように節電モードで運転されるように制御した場合における、消費電力削減量の評価支援方法であって、
   前記空調機等を連続作動させたときの温調対象の到達可能な限界温度、および前記空調機等の作動時の前記温調対象の温度変化の時定数をメモリに記憶しておき、
   前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を計測してメモリに記憶し、
   前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度になるまでの第２の時間を計測してメモリに記憶し、
   前記空調対象の環境温度を取得してメモリに記憶し、
   前記環境温度、前記限界温度、前記時定数、前記第１の設定温度、および前記第２の設定温度に基づいて、前記第２の設定温度になったときに前記空調機等をオンしたと仮定した場合に前第２の設定温度から前記第１の設定温度になるまでの仮想時間を算出し、
   前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記仮想時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する、
   ことを特徴とする消費電力削減量の評価支援方法。
2. 第１の設定温度と第２の設定温度との間でオンオフが繰り返される通常モードで運転されるべき空調機等を、第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持するように節電モードで運転されるように制御した場合における、消費電力削減量の評価支援方法であって、
   前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を計測してメモリに記憶し、
   前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度になるまでの第２の時間を計測してメモリに記憶し、
   前記空調機等のオンオフの繰り返しの中で少なくとも１度は前記第２の設定温度になったことを検出したとき直ちに前記空調機等をオンさせて、前記空調機等がオンしてから前記第１の設定温度になるまでの第３の時間を計測してメモリに記憶し、
   前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記第３の時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する、
   ことを特徴とする消費電力削減量の評価支援方法。
3. 第１の設定温度と第２の設定温度との間でオンオフが繰り返される通常モードで運転されるべき空調機等を、第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持するように節電モードで運転されるように制御した場合における、消費電力削減量の評価支援装置であって、
   前記空調機等を連続作動させたときの温調対象の到達可能な限界温度、および前記空調機等の作動時の前記温調対象の温度変化の時定数を記憶するための手段と、
   前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を計測する手段と、
   前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度になるまでの第２の時間を計測する手段と、
   前記温調対象の環境温度を取得する手段と、
   前記環境温度、前記限界温度、前記時定数、前記第１の設定温度、および前記第２の設定温度に基づいて、前記第２の設定温度になったときに前記空調機等をオンしたと仮定した場合に前第２の設定温度から前記第１の設定温度になるまでの仮想時間を算出する手段と、
   前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記仮想時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する手段と、
   を有することを特徴とする消費電力削減量の評価支援装置。
4. 第１の設定温度と第２の設定温度との間でオンオフが繰り返される通常モードで運転されるべき空調機等を、第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持するように節電モードで運転されるように制御した場合における、消費電力削減量の評価支援装置であって、
   前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を計測する手段と、
   前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度になるまでの第２の時間を計測する手段と、
   前記空調機等のオンオフの繰り返しの中で少なくとも１度は前記第２の設定温度になったことを検出したとき直ちに前記空調機等をオンさせて、前記空調機等がオンしてから前記第１の設定温度になるまでの第３の時間を計測する手段と、
   前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記第３の時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する手段と、
   を有することを特徴とする消費電力削減量の評価支援装置。
5. 前記出力する手段は、消費電力削減量を示すデータを表示画面に表示する、
   請求項３または請求項４に記載の消費電力削減量の評価支援装置。
6. 第１の設定温度と第２の設定温度との間でオンオフが繰り返される通常モードで運転されるべき空調機等を第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持するように節電モードで運転されるように制御する電力制御装置であって、
   第２の設定温度になっても所定の時間オフ状態を維持し、所定の時間が経過した後にオンするように制御する制御手段と、
   前記第１の設定温度になって前記空調機等がオフしたときから前記第２の設定温度になるまでの第１の時間を算出する手段と、
   前記所定の時間経過後に前記空調機等がオンしたときから前記第１の設定温度なるまでの第２の時間を算出する手段と、
   前記空調機等のオンオフの繰り返しの中で少なくとも１度は前記第２の設定温度になったことを検出したとき直ちに前記空調機等をオンさせて、前記空調機等がオンしてから前記第１の設定温度になるまでの第３の時間を算出する手段と、
   前記第１の時間、前記所定の時間、前記第２の時間、および前記第３の時間に基づいて、前記節電モードにおいて通常モードと比較した場合の前記空調機等のオン時間の低減量である節電時間または前記空調機等のオン時間の低減による消費電力の低減量である節電量を、消費電力削減量を評価可能なデータとして求めて出力する手段と、
   を有することを特徴とする電力制御装置。