JP5945851B2 - エネルギー管理装置、エネルギー管理システム - Google Patents

Description

本発明は、需要家が使用する電力量を管理するエネルギー管理装置、およびエネルギー管理装置を用いたエネルギー管理システムに関する。

従来から、月間の使用電力量を制限すること、ピーク時の電力を抑制すること、電気料金を安くすることなどの種々の目的をもって、需要家が使用する電力量を管理する技術が提案されている。

たとえば、特許文献１には、時間帯別電気料金情報に基づいて予約運転を行う制御システムが記載されている。この制御システムは、所定の開始時刻となったときに第一の電気機器の運転を開始し、第一の電気機器が許容値以上運転すると、第一の電気機器を低消費電力運転にし、第二の電気機器の運転を開始する。言い換えると、複数の電気機器を動作させる際に、消費電力が大きい時間帯が重複しないように、電気機器を運転するタイミングを異ならせることによって、契約電力や許容電力を超えてブレーカが遮断されるのを防止している。

特開２０１０−２５９１８６号公報

特許文献１に記載された構成における許容値は、充電であれば８０％程度の充電量、衣類乾燥機であれば３時間程度の時間などによって規定されている。この技術は、できるだけ電気料金の単価が安い時間帯に電気機器を運転することにより電気料金の低減を図り、しかも、電気機器の運転スケジュールを調節することにより、ピーク電力の抑制を可能にしている。

しかしながら、電気料金の単価が安い時間帯に使用できる電気機器の種類は限られているから、特許文献１に記載された技術では、電気料金の単価が高い時間帯に使用しなければならない電気機器も含めて、電気料金を低減させることはできない。

本発明は、機器を電気料金の単価が高い時間帯に動作させることを可能にしながらも、電気料金の総量の増加を抑制することを可能にしたエネルギー管理装置を提供することを目的とし、さらに、このエネルギー管理装置を用いたエネルギー管理システムを提供することを目的とする。

本発明に係るエネルギー管理装置は、複数の機器それぞれに運転状態を指示する指示部と、前記機器が使用している電力を取得する電力取得部と、時間帯ごとに定められた単位時間当たりの電力量の上限が時間帯ごとの許容電力量として設定される許容値設定部と、時間帯ごとに前記機器が使用する電力量の総和が前記許容値設定部に設定された前記許容電力量の範囲内に維持されるように前記指示部から指示する前記機器の運転状態を決定する管理処理部と、室内の空気質の計測データを取得する空気質取得部と、を備え、前記機器は、室内の空気質の汚れ度の改善に寄与する環境改善機器を含み、前記管理処理部は、前記許容電力量の範囲内であって他の機器が使用している電力を除いた利用可能電力で前記環境改善機器が動作可能な場合、前記計測データが許容汚れ度に近づくように、前記環境改善機器に運転状態を指示することを特徴とする。

このエネルギー管理装置において、所定期間における電気料金について上限の目標値が許容料金として設定される料金設定部と、時間帯ごとの電気料金単価を記憶する料金表記憶部と、前記料金設定部に設定された前記許容料金と前記料金表記憶部が記憶している時間帯ごとの電気料金単価とから前記許容電力量を時間帯ごとに算出する演算部とをさらに備え、前記許容値設定部は、前記演算部が算出した前記許容電力量を記憶することが好ましい。

このエネルギー管理装置において、前記機器は、複数の前記環境改善機器を含み、前記管理処理部は、前記環境改善機器を動作させる際に、前記利用可能電力での動作が可能な前記環境改善機器を複数の中から選択し、かつ選択した前記環境改善機器に運転状態を指示することが好ましい。

このエネルギー管理装置において、前記空気質取得部が取得した前記計測データについて複数段階の目標値が許容汚れ度として設定される目標値設定部をさらに備え、前記管理処理部は、前記利用可能電力について定めた段階ごとに前記許容汚れ度の段階を選択するとともに前記利用可能電力が多いほど室内の空気質が良好である段階の前記許容汚れ度を選択し、さらに、前記計測データを選択した前記許容汚れ度に近づけるように、前記利用可能電力での動作が可能な前記環境改善機器を選択し、かつ選択した前記環境改善機器に運転状態を指示することが好ましい。

このエネルギー管理装置において、前記管理処理部は、前記許容汚れ度のうち室内の空気質が最良である段階よりもさらに良好である前記計測データが得られている期間は、前記環境改善機器を動作させず、前記許容汚れ度のうち室内の空気質が最低である段階よりもさらに劣悪である前記計測データが得られている期間は、前記利用可能電力に関係なく室内の空気質の改善効果が高い前記環境改善機器を選択し、かつ選択した前記環境改善機器の運転状態を指示することがさらに好ましい。

このエネルギー管理装置において、前記管理処理部は、前記環境改善機器が利用者の操作により動作している場合に、当該環境改善機器による消費電力を前記利用可能電力から除外した残りの電力により他の機器を動作させることがさらに好ましい。

このエネルギー管理装置において、前記空気質取得部は、複数の部屋から前記部屋ごとに室内の空気質の計測データを取得し、前記管理処理部は、前記部屋の室内の空気質について優先度が設定可能であって、前記利用可能電力を前記優先度が高い部屋に配置された前記環境改善機器から順に割り当てることがさらに好ましい。

このエネルギー管理装置において、時間帯ごとの電気料金単価を他装置との通信により取得する通信インターフェイス部をさらに備え、前記料金表記憶部は、前記通信インターフェイス部が取得した時間帯ごとの電気料金単価を記憶することが好ましい。

本発明に係るエネルギー管理システムは、上述したエネルギー管理装置と、前記機器が使用している電力を計測する計測装置とを備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、時間帯ごとに単位時間当たりの電力量の上限である許容電力量を定め、時間帯ごとに機器が使用する電力量の総和が許容電力量の範囲内に維持されるように機器の運転状態を決定するから、機器を電気料金の単価が高い時間帯に動作させることを可能にしながらも、電気料金の総量の増加を抑制することが可能になるという利点がある。

実施形態を示すブロック図である。 同上に用いる料金表記憶部の例を示す図である。 同上に用いる許容値設定部の例を示す図である。 同上の別の構成例を示すブロック図である。 同上の動作例を示す図である。

以下に説明する実施形態は、図１に示す構成のエネルギー管理システムを想定する。エネルギー管理システムは、複数台の機器３０のそれぞれに運転状態を指示する機能を有したエネルギー管理装置１０と、機器３０が使用している電力を計測する計測装置２０とを備える。このエネルギー管理システムは、電気事業者から電力を購入する需要家において使用される。電気事業者は、電力会社に代表されるが、他の発電事業者などでもよい。

この種の電気事業者は、電力を販売する上で、電気料金単価を時間帯に応じて設定している場合がある。たとえば、多くの電気事業者は、電力の需要が相対的に多い日中と、電力の需要が相対的に少ない夜間とにおいて、電気料金単価を異ならせる料金体系を用意している。この種の料金体系では、電気料金単価が１日に３〜４段階程度に分かれている場合もある。

以下では、電気料金単価が、時間帯ごとに３段階に分かれている場合について説明する。ただし、以下に説明する数値は、理解を助けるための例であって、これらの値に限定する趣旨ではない。また、機器３０の種類についても例示するが、機器３０の種類を限定する趣旨ではない。

機器３０は、需要家において使用される任意の機器３０でよいが、室内の空気質（ＩＡＱ：Indoor Air Quality）を改善する機器３０を含んでいることが望ましい。室内の空気質は、人が健康かつ快適に過ごすための空気の質に関する因子を表しており、より具体的には、化学的因子、生物的因子、物理的因子の環境因子に分類される。

化学的因子は、二酸化炭素、揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）、臭気成分を含み、生物的因子は、ハウスダスト、花粉を含み、物理的因子は、温度、湿度を含む。ハウスダストは、カビ、ウィルス、ダニの糞、ペットの皮膚片などを意味する。さらに、室内空気式は、上述した環境因子のほかに、埃と塵とを含む。また、物理的因子は、光、音、電磁波などを含む場合もある。

以下に説明する例において、室内の空気質に関する環境因子は、温度、湿度、二酸化炭素、ハウスダスト、花粉、臭気、ＶＯＣ、埃、塵を想定する。現状において、これらの環境因子を１つの装置で計測する計測装置としての空気質センサ２１が提供されている。空気質センサ２１は上述した環境因子を計測する構成に限らない。目的に応じた環境因子を計測する空気質センサ２１が用いられる。

室内の空気質を改善する機器３０は、空気清浄機３１および換気設備３２のほか、温度および湿度を調節する空調設備３３を想定している。以下では、これらの機器３０の総称を「環境改善機器」という。環境改善機器は、空気清浄機３１、換気設備３２、空調設備３３を代表例とするが、帯電した水の微粒子を空気中に散布する装置、加湿機、除湿機などの機器３０であってもよい。

環境改善機器を含めて需要家において使用される機器３０は、エネルギー管理装置１０と通信する機能を有している。エネルギー管理装置１０は、機器３０と通信することにより、機器３０に運転状態を指示し、また機器３０から運転状態を取得する。すなわち、エネルギー管理装置１０は、機器３０の制御および監視を行う装置であり、いわゆるＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラとして機能する。なお、機器３０が電力量を計測する機能を有している場合、エネルギー管理装置１０は、機器３０が使用している電力量を機器３０から取得してもよい。

エネルギー管理装置１０と機器３０との間の通信路は、電波を伝送媒体とする無線通信路を想定する。ただし、この通信路は、需要家において機器３０に電力を供給する配電網で兼用することが可能であり、また専用の通信線を用いることも可能である。配電網を通信路に兼用する場合、電力線搬送通信の技術を用いてエネルギー管理装置１０と機器３０との間の通信が行われる。

計測装置２０は、分電盤２２の主幹回路の使用電力と、分電盤２２において分岐された分岐回路ごとの使用電力とを計測する機能を有する。主幹回路の使用電力は、分岐回路ごとの使用電力の総和として求めてもよい。図示例では、計測装置２０は、分電盤２２とは別の筐体を備え、分電盤２２に隣接して配置されている。計測装置２０の筐体が分電盤２２と分離されていることにより、分電盤２２が設けられている既存の需要家において計測装置２０を後付けにより設置することが可能になる。ただし、計測装置２０は、分電盤２２に収納される構成であってもよい。また、計測装置２０は、分岐回路ごとの使用電力に加えて、コンセントごとの使用電力が計測可能となるように構成されていてもよい。

エネルギー管理装置１０は、計測装置２０が計測した電力を通信により取得する機能を有する。エネルギー管理装置１０と計測装置２０との間の通信路は、図示例では有線通信路を採用しているが、無線通信路を採用することも可能である。ここでは、エネルギー管理装置１０と計測装置２０とは、ＲＳ−４８５（ＥＩＡ−４８５）規格の有線通信路Ｌ１を用いてシリアル通信を行う場合を想定している。

エネルギー管理装置１０は、計測装置２０との通信を行う通信インターフェイス部（以下、「通信Ｉ／Ｆ部」という）１１１と、機器３０との通信を行う通信Ｉ／Ｆ部１１２とを備える。また、エネルギー管理装置１０は、少なくとも表示器４１および操作器４２との間で情報を伝送する通信Ｉ／Ｆ部１１３を備える。

さらに、図示例のエネルギー管理装置１０は、通信ネットワークＮＴ１に接続するための通信Ｉ／Ｆ部１１４も備える。通信Ｉ／Ｆ部１１４は、Ethernet（登録商標）に対応する仕様であることが望ましい。図示例では、通信Ｉ／Ｆ部１１４にブロードバンドルータ４３が接続されている。また、ブロードバンドルータ４３に、需要家において使用される種々の装置と、インターネットのような電気通信網ＮＴ２とが接続されている。需要家において使用される装置は、テレビジョン受像機４４、パーソナルコンピュータ４５、ハブ４６が例として記載されている。さらに、ハブ４６にネットワークカメラ４７が接続されている。

上述した構成例では、エネルギー管理装置１０は、電気通信網ＮＴ２を通して種々のサービスを提供する各種のウェブサーバ５０と通信することが可能である。この種のウェブサーバ５０が提供するサービスは、天気予報あるいは予想気温などの情報提供、エネルギー管理装置１０の機能更新、後述するスマートフォンやタブレット端末を起動させるサービスなどが含まれる。また、電気事業者、あるいは電気事業者がサービスの提供を委託しているサービス提供事業者が管理するウェブサーバ５０から電力削減要求などを受け付ける場合もある。図示例では、ウェブサーバ５０を１台のみ記載しているが、実際には、エネルギー管理装置１０に対するサービスの提供や要求に応じて複数台のウェブサーバ５０が存在する。

図示するエネルギー管理装置１０は、テレビジョン受像機４４やパーソナルコンピュータ４５を通して情報を利用者に通知し、ネットワークカメラ４７で撮影した画像を取得することが可能になっている。パーソナルコンピュータ４５は、エネルギー管理装置１０のメンテナンスにも用いられる。なお、図示する構成は一例であって、システムを構成する要素は図示例に限定されない。

表示器４１および操作器４２は、フラットパネルディスプレイとタッチスイッチとを一体に備えた表示操作装置であってもよく、また、エネルギー管理装置１０に一体に設けられた構成のほか、エネルギー管理装置１０とは別の筐体を備える構成でもよい。通信Ｉ／Ｆ部１１３が、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Bluetooth（登録商標）などから選択される仕様としている場合、表示操作装置は、スマートフォンやタブレット端末のような可搬型の通信機器４０であってもよい。さらに、電気通信網ＮＴ２が移動体電話網を含む場合、スマートフォンやタブレット端末のような可搬型の通信機器４０における移動体電話網を通信路に利用する機能を用いて、これらの通信機器４０を表示操作装置として用いることも可能である。

以下に、エネルギー管理装置１０の構成および動作について、さらに詳細に説明する。なお、図１に示すエネルギー管理装置１０は、本実施形態の技術的思想を説明するために必要な主要部のみを記載している。エネルギー管理装置１０は、プログラムを実行することにより以下に説明する構成を実現するプロセッサを備えたデバイスと、通信Ｉ／Ｆ部１１１〜１１４を構成するデバイスとを主なハードウェア要素として備える。プロセッサを備えたデバイスは、メモリを内蔵するマイコン、メモリが別に必要になるＣＰＵなどから選択される。プログラムは、工場出荷前にメモリに格納されている場合を通常の態様とするが、電気通信網ＮＴ２を通してプログラムを取得する構成、あるいは読取可能な記録媒体に格納されたプログラムをメモリに読み込む構成などを採用してもよい。

エネルギー管理装置１０は、計測装置２０から通信Ｉ／Ｆ部１１１を通して機器３０が使用する電力を取得する電力取得部１２と、通信Ｉ／Ｆ部１１２を通して複数の機器３０それぞれに運転状態を指示する指示部１３とを備える。電力取得部１２は、機器３０から通信Ｉ／Ｆ部１１２を通して機器３０の使用電力を取得できる場合に、機器３０から取得した使用電力を併せて利用してもよい。

電力取得部１２が計測装置２０あるいは機器３０から取得する電力は、実際には、瞬時電力ではなく規定のサンプリング時間ごとの電力量である。電力取得部１２が電力を取得するサンプリング時間は、３０秒、１分、５分などから適宜に選択される。電力を取得するサンプリング時間が短いと情報量が増加して処理負荷が大きくなり、電力を取得するサンプリング時間が長いと電力を管理する精度が低下するから、サンプリング時間は上述した程度に選択することが望ましい。

以下では、電力取得部１２が計測装置２０から分岐回路ごとの使用電力を取得する構成を想定する。また、電力取得部１２は、指示部１３が通信Ｉ／Ｆ部１１２を通して機器３０に指示した運転状態と計測装置２０から取得した分岐回路ごとの電力の変化との関係を用いて、機器３０ごとに動作に対応した消費電力を求める機能も有している。すなわち、電力取得部１２は、機器３０ごとに動作に対応した消費電力を学習する。

ただし、空調設備３３は、運転状態として設定温度を指示した場合、同じ設定温度でも、室内外の気温差、部屋の断熱性能、室内の熱源の存否などの外的要因による消費電力の変動が大きい。また、空調設備３３は、起動してから室内の気温が設定温度に近付くまでの期間における消費電力が、設定温度に達した後の消費電力よりも大幅に大きくなる。したがって、空調設備３３は、起動してから室内の気温が設定温度に近付くまでの期間と、室内の温度が設定温度に達した後の期間とにおける消費電力の平均値を用いるのが望ましい。

エネルギー管理装置１０は、時間帯ごとに許容電力量が設定されている許容値設定部１４と、時間帯ごとに機器３０が使用する電力量の総和が許容電力量の範囲内に維持されるように指示部１３から指示する機器３０の運転状態を決定する管理処理部１５とを備える。許容値設定部１４に設定される許容電力量は、単位時間について許容された電力量の上限であり、管理処理部１５は、需要家において使用される機器３０が消費する単位時間当たりの電力量の総和が許容電力量を超えないように機器３０の動作を決定する。

許容電力量は、時間帯に応じて設定されている。時間帯は、１日を区分する時間帯のみを意味するのではなく、曜日や季節の区分も時間帯の概念に含まれる場合がある。すなわち、管理処理部１５は、時間帯ごとに機器３０が使用する電力量の総和が許容値設定部１４に設定された許容電力量の範囲内に維持されるように指示部１３から指示する機器３０の運転状態を決定する。

許容値設定部１４に設定される時間帯ごとの許容電力量は、適宜に設定可能である。ただし、本実施形態では、許容電力量は、需要家において設定される電気料金の上限の目標値と、時間帯ごとの電気料金単価とに基づいて設定される。

電気料金単価は、通信Ｉ／Ｆ部１１４を通して他装置との通信により取得される。通信Ｉ／Ｆ部１１４を通して通信する他装置は、たとえば電気事業者が管理するウェブサーバ、電気事業者がサービスの提供を委託しているサービス提供事業者が管理するウェブサーバなどから適宜に選択される。通信Ｉ／Ｆ部１１４が他装置との通信により取得した時間帯ごとの電気料金単価は、料金表記憶部１６１に記憶される。料金表記憶部１６１は、内容の更新が可能であり、電気料金の変更に伴って料金表記憶部１６１の内容を更新することにより、電気料金の変更に対応してシステムの動作を維持できる。なお、料金表記憶部１６１に記憶される電気料金単価は、操作器４２を用いて入力してもよい。

電気料金の上限の目標値は、所定期間について設定される。たとえば、１ヶ月間、３ヶ月間、１年間などの所定期間に関して、需要家において使用する電気料金に上限が定められる。管理処理部１５は、この上限を超えないことを目標として機器３０の動作を制御する。電気料金の上限の目標値を定める期間は、適宜に設定可能であって、たとえば１週間でもよいが、電気事業者から請求される電気料金との比較が容易になるように、１ヶ月単位の期間を定めることが望ましい。

以下では、所定期間における電気料金の上限の目標値を「許容料金」という。エネルギー管理装置１０は、許容料金が設定される料金設定部１６２を備える。許容料金は、需要家における利用者が操作器４２を用いて料金設定部１６２に設定する。ただし、エネルギー管理装置１０が、電気事業者が管理するウェブサーバあるいはサービス提供事業者が管理するウェブサーバと通信することにより、推奨値として設定された許容料金を取得して料金設定部１６２に設定することも可能である。

許容値設定部１４に設定される時間帯ごとの許容電力量は、料金表記憶部１６１に記憶された時間帯ごとの電気料金単価と、料金設定部１６２に設定された許容料金とを用いて演算部１６０により算出される。

いま、１日を区分した時間帯ごとに電気料金単価が与えられており、許容料金が月間の上限の目標値として設定されている場合を想定する。この場合、演算部１６０は、許容料金を月間の日数である３０日で除算し、さらに１日の時間数である２４時間で除算する。つまり、演算部１６０は、所定期間について設定された許容料金から１時間当たりの料金を求める。演算部１６０は、許容料金から求めた１時間当たりの料金を上限にして、時間帯ごとの電気料金単価から単位時間（つまり、１時間）当たりに使用可能な電力量を時間帯ごとに算出する。このようにして算出した電力量が、許容電力量として許容値設定部１４に記憶される。

要するに、演算部１６０は、所定期間について設定された許容料金から単位時間当たりの料金を求め、電気料金単価を用いてこの料金に対応した電力量を許容電力量として算出する。具体例として、所定期間が１ヶ月、許容料金が７２００円、単位時間が１時間、料金表記憶部１６１に記憶された時間帯ごとの電気料金単価が、図２の関係である場合を想定する。

演算部１６０は、まず、許容料金から単位時間当たりの料金を求める。つまり、７２００円を３０日で除算し、さらに２４時間で除算する。その結果、単位時間（この例では、１時間）当たりの電気料金は１０円になる。一方、電気料金単価は、図２の関係であるから、単位時間当たりに使用してもよい電力量（許容電力量）は、時間帯ごとに求められ、図３の関係が得られる。

上述のようにして求められた許容電力量は、許容値設定部１４に記憶され、管理処理部１５が機器３０の動作を決定する際に用いられる。管理処理部１５は、単位時間ごとに機器３０が消費した電力量を積算しており、いずれかの機器３０の動作を開始しようとする場合には、まず、当該単位時間の期間において積算した電力量を許容電力量から減算した値を求める。この値は、当該単位時間の期間において許容電力量の範囲で利用可能な電力量であるから、使用中の機器３０が当該単位時間の期間に消費すると予想される電力量をさらに減算し、残りの電力量を、新たに動作を開始しようとする機器３０に割り当てる。すなわち、（許容電力量）−（過去の電力量）−（他の機器で消費されると予想される電力量）＝（利用可能な電力量）である。

管理処理部１５が上述した演算を行うには、機器３０で消費されると予想される電力量を求める必要があり、処理負荷が大きくなる可能性がある。処理を簡易化するために、管理処理部１５は、いずれかの機器３０の動作を開始しようとするときに、動作中の機器３０の消費電力を求め、この消費電力に基づいて、新たに動作を開始しようとする機器３０に割り当てる電力を定めてもよい。すなわち、管理処理部１５は、許容電力量の平均値を許容電力とし、電力取得部１２が取得した消費電力を許容電力から減算した利用可能電力を、新たに動作を開始しようとする機器３０に割り当てる。

たとえば、１３時に新たな機器３０の動作を開始しようとする場合、許容電力量の平均値である許容電力は２５０Ｗになり、２１時に新たな機器３０の動作を開始しようとする場合、許容電力は１０００Ｗになる。したがって、１３時に他の機器３０の消費電力が２００Ｗである場合には利用可能電力は５０Ｗであり、２１時に他の機器３０の消費電力が２００Ｗである場合には利用可能電力は８００Ｗになる。

ところで、機器３０は、上述したように、複数の環境改善機器を含んでいる。具体例として、環境改善機器は、空気清浄機３１と換気設備３２との２種類が選択可能であり、空気清浄機３１は、弱運転と強運転との２種類の運転状態が選択可能である場合を考える。空気清浄機３１の消費電力は、弱運転において１００Ｗ、強運転において３００Ｗとし、換気設備３２の消費電力は、５０Ｗとする。ここでは、空気清浄機３１と換気設備３２とは、いずれも室内の空気質を改善する効果があり、消費電力が大きい動作ほど改善効果の程度が高いと仮定する。つまり、この構成例では、室内の空気質の改善効果は、空気清浄機３１の動作を強運転とする場合が最大であり、空気清浄機３１の動作を弱運転とする場合が次善であり、換気設備３２を動作させる場合は最小になる。

上述した条件のもとで、１３時と２１時とにそれぞれ環境改善機器の動作を開始することを考える。１３時には利用可能電力が５０Ｗであるから、換気設備３２のみが動作可能であるが、２１時には利用可能電力が１０００Ｗであるから、環境改善機器をどのようにでも動作させることが可能である。ここでは、室内の空気質の改善効果を最大にし、かつ１台の環境改善機器のみの動作を開始させるという制約条件を与えて、空気清浄機３１を強運転で動作させる。このときの需要家の消費電力は、他の機器３０の消費電力である２００Ｗに、空気清浄機３１の消費電力である３００Ｗを加えて５００Ｗになる。制約条件がなければ、空気清浄機３１と換気設備３２との併用も可能であり、この場合は、需要家における消費電力は５５０Ｗになる。

管理処理部１５は、上述した例のように、利用可能電力の大小により環境改善機器の種類を選択することができる場合、室内の空気質の改善と消費電力の抑制とを考慮して環境改善機器の運転状態を決定する機能を有する。この場合、エネルギー管理装置１０は、室内の空気質を計測する計測装置としての空気質センサ２１から所定の計測データを取得するために、図４に示すように、空気質取得部１７１を備える。空気質センサ２１は、機器３０と同様に、エネルギー管理装置１０と通信可能であって、通信路には、電波を伝送媒体とする無線通信路を用いることを想定している。ただし、エネルギー管理装置１０と空気質センサ２１との間の通信路は、配電網を通信路に兼用する有線通信路、あるいは専用の通信線を用いた有線通信路を採用してもよい。配電網を通信路に兼用する場合、電力線搬送通信の技術を用いて、エネルギー管理装置１０と空気質センサ２１との間で通信が行われる。

空気質センサ２１は、上述のように、室内の空気質に関する複数種類の環境因子を計測することが可能である。エネルギー管理装置１０は、空気質センサ２１が計測する環境因子のうちの少なくとも１種類に着目し、空気質取得部１７１は、当該環境因子について通信Ｉ／Ｆ部１１２を通して空気質センサ２１から計測データを取得する。

また、エネルギー管理装置１０は、空気質取得部１７１が空気質センサ２１から取得した環境因子の計測データに対する目標値となる許容汚れ度が設定された目標値設定部１７２を備える。目標値設定部１７２は、複数段階の許容汚れ度が設定されている。説明を簡単にするために、許容汚れ度が上限値と下限値との２段階の場合を例とする。

管理処理部１５は、利用可能電力に応じて目標値設定部１７２から目標値としての許容汚れ度を選択し、さらに、選択した許容汚れ度に近づけるように環境改善機器を選択し、選択した環境改善機器の運転状態を決定する。

管理処理部１５は、たとえば、室内の空気質の改善効果が最大である空気清浄機３１の強運転は、利用可能電力が５００Ｗを超える時間帯にのみ選択可能にし、他の時間帯には換気設備３２のみの選択を許容する。また、管理処理部１５は、室内の空気質の改善効果が高い環境改善機器が選択されている場合には、目標値設定部１７２から許容汚れ度の小さい（つまり、室内の空気質が良好）ほうの許容汚れ度（下限値）を選択する。一方、管理処理部１５は、室内の空気質の改善効果が低い環境改善機器が選択されている場合には、目標値設定部１７２から許容汚れ度の大きい（つまり、室内の空気質が劣悪）ほうの許容汚れ度（上限値）を選択する。

上述した条件を満足させると、６時〜２１時には換気設備３２のみが選択可能になり、２１時〜翌６時には空気清浄機３１の強運転が可能になる。すなわち、時間帯と、環境改善機器の種類および動作の状態と、許容汚れ度とは、図５の関係になる。なお、時間帯が２１から翌６時であっても、給湯機のような他の機器３０による消費電力が大きい場合には、環境改善機器として、換気設備３２が選択されるか、空気清浄機３１の弱運転が選択される。

上述した動作例では、許容汚れ度が２段階に設定されている場合について説明したが、目標値設定部１７２に３段階以上の許容汚れ度が設定されている場合にも同様の技術を適用可能である。この場合、管理処理部１５は、利用可能電力について定めた段階ごとに、目標値設定部１７２から許容汚れ度の段階を選択する。すなわち、管理処理部１５は、利用可能電力が多いほど室内の空気質が良好である段階の許容汚れ度を選択する。さらに、管理処理部１５は、利用可能電力の範囲内で動作が可能な環境改善機器を選択し、この環境改善機器を用いて、空気質センサ２１から取得した計測データが、選択した許容汚れ度に近づくように、選択した環境改善機器に運転状態を指示する。

上述した動作例において、室内の空気質の改善効果が高い環境改善機器を動作させると、計測データが最小の許容汚れ度を下回ることがあり、室内の空気質の改善効果が低い環境改善機器を動作させると、計測データが最大の許容汚れ度を超えた状態が継続することがある。前者の状態は、省エネルギーの観点から言えば無駄に電力を消費していることになり、後者の状態は、環境改善機器による室内の空気質の改善効果が乏しいことになる。

そこで、管理処理部１５は、許容汚れ度のうち室内の空気質が最良である段階よりもさらに良好である計測データが得られている期間は、環境改善機器を停止することにより、消費電力を抑制する機能を備えていることが望ましい。また、管理処理部１５は、許容汚れ度のうち室内の空気質が最低である段階よりもさらに劣悪である計測データが得られている期間は、利用可能電力に関係なく室内の空気質の改善効果が高い環境改善機器を選択することにより、室内の空気質の改善効果を高める機能を備えていることが望ましい。管理処理部１５に、この機能を付加した場合の動作例を示す。

いま、図３に示した条件下で、１３時において環境改善機器を除く機器３０の消費電力が２００Ｗであるとすれば、管理処理部１５は、通常は消費電力が５０Ｗである換気設備３２を動作させるように決定する。

ここで、空気質センサ２１からの計測データが最大の許容汚れ度の最大値を超えたとすると、管理処理部１５は、空気清浄機３１を弱運転で動作させるように機器３０の運転状態を決定する。このとき、省エネルギーの観点では、換気設備３２は停止させることが望ましいが、室内の空気質の改善効果を優先する場合は、換気設備３２の動作を継続するように取り決めることも可能である。また、ここでは、空気清浄機３１を弱運転で動作させる決定を行っているが、空気清浄機３１を強運転で動作させる決定を行ってもよい。

その後、空気清浄機３１の動作によって空気質センサ２１から取得した計測データが許容汚れ度の最大値以下になると、管理処理部１５は、空気清浄機３１を停止させ、換気設備３２の動作を再開する動作を決定する。すなわち、エネルギー管理装置１０は、電気料金を抑制するための通常の動作に復帰する。

一方、２１時において環境改善機器を除く機器３０の消費電力が２００Ｗであるとすれば、管理処理部１５は、通常は空気清浄機３１を強運転で動作させている。

ここで、室内の空気質が改善され、空気質センサ２１から取得される計測データが許容汚れ度の最小値を下回るようになったとすると、室内の空気質を必要以上に改善していることになり、電力を無駄に消費していることになる。そこで、管理処理部１５は、空気質センサ２１から取得した計測データが許容汚れ度の最小値を下回る場合には、環境改善機器を停止させるように決定する。

なお、空気質センサ２１から取得される計測データが許容汚れ度を下回っていない状態であっても、許容汚れ度に近い状態であれば、室内の空気質は良好な状態と言える。上述した動作例のように、目標値設定部１７２に３段階以上の許容汚れ度が設定されていれば、管理処理部１５は、許容汚れ度の段階に応じて、空気清浄機３１を弱運転で動作させる段階と、換気設備３２を動作させる段階を順次選択することが可能になる。このように、空気質センサ２１から取得される計測データが許容汚れ度の下限に近付くに従って、室内の空気質の改善効果が順に低い環境改善機器を選択すれば、室内の空気質について良好な改善効果が得られ、しかも省エネルギーにも寄与することになる。

上述した動作例は、エネルギー管理装置１０が、すべての機器３０の運転状態を指示する場合について説明したが、少なくとも一部の機器３０は、需要家における利用者が操作することにより動作していることが考えられる。とくに、利用者の操作により動作している機器３０は、利用者が快適性を得るために操作したと考えられるから、エネルギー管理装置１０が当該機器３０の動作を変更することは、利用者にとって望ましくない場合がある。

このような事情から、機器３０のうちエネルギー管理装置１０からの指示によらず利用者が操作したことにより動作している環境改善機器は、管理処理部１５においてフラグを立て、エネルギー管理装置１０による制御の対象外とすることが望ましい。すなわち、利用者が操作したことにより動作している環境改善機器は、エネルギー管理装置１０において利用可能電力を求める際に、動作中の機器３０として扱う。フラグが立てられた環境改善機器は他の機器３０に優先して動作する。なお、利用者が操作して環境改善機器が動作している状態であるから、通常は他の環境改善機器を動作させなくてもよいが、利用可能電力に余剰があれば、他の環境改善機器を併用することも可能である。

利用者が操作したことにより環境改善機器が動作する場合について一例を示す。図３に示した条件を用いると、１３時〜１６時の時間帯には、許容電力量は２５０Ｗｈである。ここで、換気設備３２が動作中であって５０Ｗの電力を消費中であり、かつ計測装置２０が計測した機器３０による消費電力の総和が２００Ｗである場合を想定する。

ここで、空気清浄機３１を弱運転で動作するように利用者が操作したとすると、消費電力が１００Ｗ増加するから、消費電力の総和が３００Ｗになり許容電力量を超える。空気清浄機３１は利用者が操作したからフラグが立てられ、管理処理部１５は、他の機器３０に優先して空気清浄機３１を弱運転で動作させる。一方、換気設備３２はフラグが立てられておらず、かつ機器３０の消費電力の総和が許容電力量を超えるから、管理処理部１５は、換気設備３２を停止させる。この事例では、換気設備３２が停止したことにより、消費電力の総和が２５０Ｗになるから、該当する時間帯の許容電力量が満足されることになる。

なお、利用者の操作により空気清浄機３１が動作した場合、室内の空気質に関する計測データが、許容汚れ度として設定された上限値と下限値との範囲内である状態、許容汚れ度の下限値を下回る状態は、報知灯や表示器４１により利用者に通知される。報知灯の光源は、たとえば、発光ダイオード、ＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode：有機ＥＬ素子）などから選択される。

上述したエネルギー管理システムを用いる建物に複数の部屋が設けられている場合、空気質センサ２１は、部屋ごとに配置することが望ましい。ただし、空気質センサ２１がすべての部屋に設けられることは要求されない。この場合、空気質センサ２１は部屋を単位として室内の空気質を計測し、空気質取得部１７１は部屋を単位として室内の空気質に関する計測データを取得する。なお、空気質センサ２１と部屋との対応関係は、図示しない記憶部にあらかじめ記憶される。

また、子供が主として利用する子供部屋は他の部屋よりも室内の空気質を良好に保つ必要があり、また、日常的には利用しない客室と日常的に利用する居間とでは、居間のほうが室内の空気質を良好に保つ必要がある。あるいはまた、時間帯や曜日によって、どの部屋の室内の空気質を優先的に改善するかが異なるから、優先度は、時間帯や曜日によっても変化する。そのため、部屋ごとに時間帯や曜日に応じて環境改善機器を動作させる優先度が設定されていることが望ましい。優先度は、空気質センサ２１と部屋との対応関係と併せて上述した記憶部に格納され、この対応関係は、表示器４１および操作器４２を用いて適宜に更新可能になっている。

一例として、部屋１、部屋２、部屋３の３部屋を備える建物について、空気質センサ２１が部屋１と部屋２とに配置され、部屋１の優先度が部屋２の優先度よりも高いという条件での動作を例として説明する。なお、部屋３に配置された環境改善機器は制御対象外である。

優先度の設定例と優先度が設定されている場合の動作例とを以下に示す。図３に示した条件を用いると、１６時〜２１時の時間帯には、許容電力量は４００Ｗｈである。いま、機器３０による消費電力の総和が２００Ｗである場合を想定する。この条件の下で、２つの事例として、すべての部屋において室内の空気質の計測データが許容汚れ度の上限値と下限値との範囲内である場合と、すべての部屋において室内の空気質の計測データが許容汚れ度の上限値を超えている場合とについて説明する。

まず、すべての部屋で計測データが許容汚れ度の上限値と下限値との範囲内である場合には、優先度が高い部屋１については許容汚れ度の下限値を目標値とし、優先度が低い部屋２については許容汚れ度の上限値を目標値に用いる。また、制御対象外である環境改善機器が配置された部屋３については、環境改善機器を停止させる。

部屋１は室内の空気質に関して改善の優先度が３部屋でもっとも高い。そのため、管理処理部１５は、まず部屋１の空気清浄機３１を強運転で動作させる。この時点では消費電力の総和が５００Ｗになるから許容電力量の条件は超えているが室内の空気質を改善させることが優先される。その後、室内の空気質が改善され計測データが規定値まで低下すると、管理処理部１５は、空気清浄機３１を弱運転で動作させる。この段階では消費電力の総和が３００Ｗになり、許容電力量の条件が満足される。室内の空気質に関する計測データが下限値に達した後は、換気設備３２の動作に移行させ、消費電力の総和を２５０Ｗまで低下させる。

部屋２は室内の空気質を改善する優先度が部屋１よりも低く、許容汚れ度の上限値が目標値であって、室内の空気質に関する現状の計測データは上限値よりも小さい。そのため、管理処理部１５は、環境改善機器を停止させることにより省エネルギーを満足させる。なお、部屋３の環境改善機器は制御対象外であるから、環境改善機器は停止した状態に保たれる。

一方、すべての部屋で計測データが許容汚れ度の上限値を超えている場合、まず、優先度の高い部屋１について許容汚れ度の上限値が目標値に定められる。このとき、管理処理部１５は、部屋１の空気清浄機３１を強運転で動作させる。したがって、消費電力の総和は５００Ｗになり、許容電力量を超えるが、室内の空気質を改善させることを優先し、この動作が維持される。また、部屋１の空気清浄機３１が強運転で動作している間には利用可能電力が生じないから、部屋２では環境改善機器は停止している。部屋３の環境改善機器は制御対象外であるから、環境改善機器は停止した状態に保たれる。

その後、部屋１について室内の空気質の計測データが許容汚れ度の上限値を下回ると、部屋１の空気清浄機３１を弱運転で動作させる。このときの消費電力の総和は３００Ｗになるから、１００Ｗの利用可能電力が生じる。そこで、部屋２についても環境改善機器の動作が可能になる。部屋２の環境改善機器については、管理処理部１５は、利用可能電力に応じて空気清浄機３１を弱運転で動作させるか、換気設備３２を動作させるかを選択すればよい。

上述した動作例のように部屋ごとに空気質センサ２１および環境改善機器を配置している場合、室内の空気質の改善に関して部屋ごとに優先度を定め、エネルギー管理装置１０は、部屋ごとの環境改善機器の運転状態を制御する。すなわち、エネルギー管理装置１０は、室内の空気質の改善を図りながらも、電気料金の増加を抑制に貢献することになる。

なお、上述した構成例の機器３０には、複数台の環境改善機器が含まれているが、環境改善機器が含まれていない場合でも、時間帯ごとに定められた許容電力量の範囲内で機器３０を使用する構成を採用することが可能である。また、上述した構成により、需要家における消費電力量を抑制することが可能であり、所定期間における電気料金を上限の目標値以内に抑制することが可能になる。

１０ エネルギー管理装置
１２ 電力取得部
１３ 指示部
１４ 許容値設定部
１５ 管理処理部
２０ 計測装置
３０ 機器
３１ 空気清浄機（環境改善機器）
３２ 換気設備（環境改善機器）
３３ 空調設備（環境改善機器）
１１１ 通信インターフェイス部
１１２ 通信インターフェイス部
１１３ 通信インターフェイス部
１１４ 通信インターフェイス部
１６０ 演算部
１６１ 料金表記憶部
１６２ 料金設定部
１７１ 空気質取得部
１７２ 目標値設定部

Claims (9)

1. 複数の機器それぞれに運転状態を指示する指示部と、
   前記機器が使用している電力を取得する電力取得部と、
   時間帯ごとに定められた単位時間当たりの電力量の上限が時間帯ごとの許容電力量として設定される許容値設定部と、
   時間帯ごとに前記機器が使用する電力量の総和が前記許容値設定部に設定された前記許容電力量の範囲内に維持されるように前記指示部から指示する前記機器の運転状態を決定する管理処理部と、
   室内の空気質の計測データを取得する空気質取得部と、を備え、
   前記機器は、室内の空気質の汚れ度の改善に寄与する環境改善機器を含み、
   前記管理処理部は、前記許容電力量の範囲内であって他の機器が使用している電力を除いた利用可能電力で前記環境改善機器が動作可能な場合、前記計測データが許容汚れ度に近づくように、前記環境改善機器に運転状態を指示する
   エネルギー管理装置。
2. 所定期間における電気料金について上限の目標値が許容料金として設定される料金設定部と、
   時間帯ごとの電気料金単価を記憶する料金表記憶部と、
   前記料金設定部に設定された前記許容料金と前記料金表記憶部が記憶している時間帯ごとの電気料金単価とから前記許容電力量を時間帯ごとに算出する演算部とをさらに備え、
   前記許容値設定部は、前記演算部が算出した前記許容電力量を記憶する
   請求項１記載のエネルギー管理装置。
3. 前記機器は、複数の前記環境改善機器を含み、
   前記管理処理部は、前記環境改善機器を動作させる際に、前記利用可能電力での動作が可能な前記環境改善機器を複数の中から選択し、かつ選択した前記環境改善機器に運転状態を指示する
   請求項２記載のエネルギー管理装置。
4. 前記空気質取得部が取得した前記計測データについて複数段階の目標値が許容汚れ度として設定される目標値設定部をさらに備え、
   前記管理処理部は、
   前記利用可能電力について定めた段階ごとに前記許容汚れ度の段階を選択するとともに前記利用可能電力が多いほど室内の空気質が良好である段階の前記許容汚れ度を選択し、
   さらに、前記計測データを選択した前記許容汚れ度に近づけるように、前記利用可能電力での動作が可能な前記環境改善機器を選択し、かつ選択した前記環境改善機器に運転状態を指示する
   請求項３記載のエネルギー管理装置。
5. 前記管理処理部は、
   前記許容汚れ度のうち室内の空気質が最良である段階よりもさらに良好である前記計測データが得られている期間は、前記環境改善機器を動作させず、
   前記許容汚れ度のうち室内の空気質が最低である段階よりもさらに劣悪である前記計測データが得られている期間は、前記利用可能電力に関係なく室内の空気質の改善効果が高い前記環境改善機器を選択し、かつ選択した前記環境改善機器の運転状態を指示する
   請求項４記載のエネルギー管理装置。
6. 前記管理処理部は、前記環境改善機器が利用者の操作により動作している場合に、当該環境改善機器による消費電力を前記利用可能電力から除外した残りの電力により他の機器を動作させる
   請求項４記載のエネルギー管理装置。
7. 前記空気質取得部は、複数の部屋から前記部屋ごとに室内の空気質の計測データを取得し、
   前記管理処理部は、前記部屋の室内の空気質について優先度が設定可能であって、前記利用可能電力を前記優先度が高い部屋に配置された前記環境改善機器から順に割り当てる
   請求項４記載のエネルギー管理装置。
8. 時間帯ごとの電気料金単価を他装置との通信により取得する通信インターフェイス部をさらに備え、
   前記料金表記憶部は、前記通信インターフェイス部が取得した時間帯ごとの電気料金単価を記憶する
   ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のエネルギー管理装置。
9. 請求項１記載のエネルギー管理装置と、前記機器が使用している電力を計測する計測装置とを備える
   エネルギー管理システム。

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