JP6322173B2

JP6322173B2 - 空気調和システムおよび空気調和方法

Info

Publication number: JP6322173B2
Application number: JP2015183118A
Authority: JP
Inventors: 優磨古橋; 陽阿部
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: JP2017058074A

Description

本発明は、室内の空気を調和させる空気調和システムおよび空気調和方法に関する。

空気調和システムとして、ガスエンジンを駆動源としたエンジン駆動式圧縮機を含んで構成されるＧＨＰ（ガスヒートポンプエアコン）や、電動機を駆動源とした電気駆動式圧縮機を含んで構成されるＥＨＰ（電気式ヒートポンプエアコン）が採用されている。

ここで、ＥＨＰは、ガスエンジンを備えないため、ＧＨＰに必要なエンジンオイルの補充や交換、オイルフィルタの交換、点火プラグの点検や交換等のメンテナンスを行う必要がなく、メンテナンスに要するコストがかからない。一方、ＧＨＰは、ヒートポンプによる暖房（室内空気の加熱）に加えて、ガスエンジンの排熱を回収して空気を加熱することができるため、ＥＨＰと比較して効率的に室内を暖めることが可能となる。また、ＧＨＰは、ほとんど電力を消費しないため、ＥＨＰと比較して、消費電力を大幅に削減することができるという利点がある。

このように、ＧＨＰとＥＨＰとはそれぞれ異なる利点を有している。そこで、それぞれの利点を活かしつつ、所定の時間毎に、外気温と空調負荷に基づいてランニングコストが最小となるＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率を導出する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−７８３４号公報

特許文献１のような、外気温と空調負荷に基づいてＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率を導出する技術を採用すると、例えば、所定の制御タイミング毎に、このままのトレンドでＥＨＰおよびＧＨＰを利用し続けた場合、次の電力使用量の判定タイミングにおいて、電力使用量がどの程度になるかを予測し、その値が契約電力を超えそうになると、ＥＨＰの運転負荷率を抑制するといった空気調和制御が行われることになる。

しかし、制御タイミングが経過する毎に、判定タイミングでの電力使用量のみ予測する上記の空気調和制御では、その制御によりＥＨＰやＧＨＰの運転負荷率の変動幅が大きくなる。そうすると、ＥＨＰおよびＧＨＰを高効率で運転できなくなり、結果的に、電力およびガスの合計料金が高くなってしまう。ここで、単に、制御タイミングを短縮したり、制御閾値を細分化することにより、ＥＨＰやＧＨＰの運転負荷率の変動幅を小さくすることは可能であるが、演算処理負荷やメモリ容量の増大化を招いてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、演算処理負荷やメモリ容量の増大化を招くことなく、ＥＨＰおよびＧＨＰを効率良く運転させることが可能な空気調和システムおよび空気調和方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和システムは、少なくとも、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機を有するＥＨＰと、少なくとも、ガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機を有するＧＨＰと、を備え、電力の料金は少なくとも契約電力に応じて決定され、ガスの料金は少なくとも当該ガスの使用量に応じて決定され、施設における、ＥＨＰおよびＧＨＰを除く電力推移である施設電力推移を導出する施設電力推移導出部と、過去の施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の施設電力推移を推定する施設電力推移推定部と、契約電力から未来の施設電力推移を減算し、ＥＨＰおよびＧＨＰで利用可能な電力推移である空調電力推移を導出する空調電力推移導出部と、空調電力推移に基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、空調負荷率を満たすようにＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率を按分した組み合わせを複数生成し、その組み合わせの中で電力およびガスの料金の合計が最小となる組み合わせを空調負荷率に対するＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率とし、空調負荷率とＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率とを対応付けた運転マップを生成する運転マップ生成部と、運転マップに従い、ＥＨＰおよびＧＨＰを、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転する空調運転部と、をさらに備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の他の空気調和システムは、少なくとも、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機を有するＥＨＰと、少なくとも、ガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機を有するＧＨＰと、を備え、電力の料金は少なくとも契約電力に応じて決定され、ガスの料金は少なくとも当該ガスの使用量に応じて決定され、施設における、ＥＨＰおよびＧＨＰを除く電力推移である施設電力推移を導出する施設電力推移導出部と、過去の施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の施設電力推移を推定する施設電力推移推定部と、契約電力から未来の施設電力推移を減算し、ＥＨＰおよびＧＨＰで利用可能な電力推移である空調電力推移を導出する空調電力推移導出部と、段階的に設けた複数の空調電力推移それぞれに基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、電力およびガスの料金の合計が最小となるようにＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率を導出し、空調負荷率とＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率とを対応付けた運転マップを生成する運転マップ生成部と、施設において実測した電力使用量が契約電力以下となるように、複数の運転マップを切り換え、運転マップに従い、ＥＨＰおよびＧＨＰを、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転する空調運転部と、をさらに備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、少なくとも電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機を有するＥＨＰと、少なくともガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機を有するＧＨＰとを備えた空気調和システムにおける本発明の空気調和方法では、電力の料金は少なくとも契約電力に応じて決定され、ガスの料金は少なくとも当該ガスの使用量に応じて決定され、施設における、ＥＨＰおよびＧＨＰを除く電力推移である施設電力推移を導出し、過去の施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の施設電力推移を推定し、契約電力から未来の施設電力推移を減算し、ＥＨＰおよびＧＨＰで利用可能な電力推移である空調電力推移を導出し、空調電力推移に基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、空調負荷率を満たすようにＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率を按分した組み合わせを複数生成し、その組み合わせの中で電力およびガスの料金の合計が最小となる組み合わせを空調負荷率に対するＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率とし、空調負荷率とＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率とを対応付けた運転マップを生成し、運転マップに従い、ＥＨＰとＧＨＰを、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転することを特徴とする。

上記課題を解決するために、少なくとも電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機を有するＥＨＰと、少なくともガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機を有するＧＨＰとを備えた空気調和システムにおける本発明の他の空気調和方法では、電力の料金は少なくとも契約電力に応じて決定され、ガスの料金は少なくとも当該ガスの使用量に応じて決定され、施設における、ＥＨＰおよびＧＨＰを除く電力推移である施設電力推移を導出し、過去の施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の施設電力推移を推定し、契約電力から未来の施設電力推移を減算し、ＥＨＰおよびＧＨＰで利用可能な電力推移である空調電力推移を導出し、段階的に設けた複数の空調電力推移それぞれに基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、電力およびガスの料金の合計が最小となるようにＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率を導出し、空調負荷率とＥＨＰとＧＨＰの運転負荷率とを対応付けた運転マップを生成し、施設において実測した電力使用量が契約電力以下となるように、複数の運転マップを切り換え、運転マップに従い、ＥＨＰとＧＨＰを、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転することを特徴とする。

本発明によれば、演算処理負荷やメモリ容量の増大化を招くことなく、ＥＨＰおよびＧＨＰを効率良く運転させることが可能となる。

空気調和システムの接続関係を示した説明図である。ＥＨＰおよびＧＨＰそれぞれの運転負荷率を随時変更する例を説明するための図である。ＥＨＰおよびＧＨＰの運転負荷率と効率との関係を示した説明図である。空気調和方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。空調電力推移導出処理を説明するための説明図である。運転マップの一例を示した説明図である。運転負荷率の決定手順を示すための説明図である。運転負荷率の決定手順を示すための説明図である。運転マップの他の例を示した説明図である。空調運転処理を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（空気調和システム１００）
図１は、空気調和システム１００の接続関係を示した説明図である。空気調和システム１００は、ビルや学校等の施設１０において契約単位で配される空気調和装置１１０と、施設１０と離隔して設けられ、空気調和装置１１０と、無線または有線による双方向の通信が可能に接続された管理サーバ１２０とを含んで構成される。

空気調和装置１１０は、ＥＨＰ１１２と、ＧＨＰ１１４と、空調通信部１１６と、空調制御部１１８とを含んで構成される。ここでは、説明の便宜上、一つの空調制御部１１８にＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４が一つずつ接続される例を挙げて説明するが、ＥＨＰ１１２やＧＨＰ１１４の数に制限はなく、一つの空調制御部１１８に複数のＥＨＰ１１２やＧＨＰ１１４が接続されてもよい。

ＥＨＰ１１２では、電動機１４０を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機１４２によって冷媒が循環され（冷媒回路）、室外のＥＨＰ室外熱交換器１４４において冷媒と室外の空気との熱交換が行われ、室内のＥＨＰ室内熱交換器１４６において冷媒と室内の空気との熱交換が行われる。

ＧＨＰ１１４では、ガスエンジン１５０を駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機１５２によって冷媒が循環され（冷媒回路）、室外のＧＨＰ室外熱交換器１５４において冷媒と室外の空気との熱交換が行われ、室内のＧＨＰ室内熱交換器１５６において冷媒と室内の空気との熱交換が行われる。

空調通信部１１６は、管理サーバ１２０との通信を行う。空調制御部１１８は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を制御する。また、空調制御部１１８は、プログラムを動作させることで、施設電力推移送信部１７０、空調運転部１７２として機能する。かかる空調制御部１１８の各機能部の動作は後程詳述する。

管理サーバ１２０は、管理通信部１２２と、データ保持部１２４と、管理制御部１２６とを含んで構成される。管理通信部１２２は、複数の空気調和装置１１０との通信を行う。データ保持部１２４は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、管理制御部１２６の各機能部の処理に必要な様々な情報を保持する。管理制御部１２６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、プログラムを動作させることで、施設電力推移導出部１７８、施設電力推移推定部１８０、空調電力推移導出部１８２、運転マップ生成部１８４として機能する。かかる管理制御部１２６の各機能部の動作は後程詳述する。

続いて、空気調和システム１００における、ＥＨＰ１１２の電動機１４０、および、ＧＨＰ１１４のガスエンジン１５０それぞれの運転負荷率の設計思想について説明する。

（運転負荷率の設計思想）
ＥＨＰ１１２を構成する電動機１４０は電力で駆動力を発生させ、ＧＨＰ１１４を構成するガスエンジン１５０はガスで駆動力を発生させる。したがって、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を双方とも運転させる場合、電力およびガスのいずれもが必要となり、電力供給会社やガス供給会社から電力およびガスを購入することとなる。

電力およびガスの料金は、基本となる基本料金と、予め設定された単価と使用量とに応じて決定される従量料金との２つの料金体系の合計で構成される。ただし、ガスと電力とでは、基本料金および従量料金の計算が異なる。例えば、ガスの料金は、基本料金および従量料金のいずれも使用量に依存しており、使用量が多いほど高くなる。なお、一般的に、基本料金は、電力の方がガスよりも高く、従量料金は、ガスの方が電力よりも高いことが多い。

一方、電力の基本料金は、施設１０における契約電力に基づいて決定される。ここで、契約電力は、所定時間（例えば、３０分間）毎の平均使用電力である需要電力（デマンド）の所定期間（例えば、１２ヶ月）における最大値である最大需要電力（最大デマンド）に基づいて決定される。ただし、契約電力は、かかる場合に限らず、供給事業者との協議により決定する等、様々な決定の仕方がある。なお、契約電力を超えて電力を使用すると（最大需要電力が更新されると）、その当月以降１年間の契約電力が、更新された最大需要電力に基づいて決定されるので、結果的に基本料金が上昇してしまう。また、電力供給事業者との協議により契約電力を決定している場合、契約超過金が科せられる場合もある。

したがって、契約電力を超えない範囲であれば、使用量が同一である場合、基本料金（契約電力）が小さいほど電力の料金（基本料金と従量料金との合計）は安くなる。そのため、可能な限り契約電力を小さくすることが望ましい。ただし、契約電力を小さくしすぎると、使用量が契約電力を超える頻度が高くなり、基本料金も高くなって却って電力の料金が増加してしまうおそれもある。そこで、契約電力を適切に小さく設定し、契約電力を超えない電力使用量で、必要な空調負荷をＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４で按分するのが望ましい。

ここで、電力の基本料金（契約電力）を対象とするのは以下の理由からである。すなわち、一般的に、電力の基本料金とガスの基本料金とを比較すると電力の基本料金の方が高いため、電力の基本料金を小さくする方がメリットが大きい。したがって、本実施形態では、電力の基本料金が左右される契約電力のみに着目し、契約電力を超えないように電力使用量を制御する例を挙げるが、かかる場合に限らず、ガスの基本料金を対象とすることもできる。

図２は、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４それぞれの運転負荷率を随時変更する例を説明するための図である。図２（ａ）は、施設全体の電力使用量の推移を示し、図２（ｂ）は、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４それぞれの運転負荷率を示す。ここでは、所定の制御タイミング（３０分／４）毎に、このままのトレンドでＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を利用し続けた場合、次の電力使用量の判定タイミング（３０分毎）には電力使用量がどの程度になるかを予測し、その値が契約電力を超えそうになると、ＥＨＰ１１２の運転負荷率を抑制するといった空気調和制御を行うとする。

例えば、図２（ａ）の時点Ａの制御タイミングでは、このままのトレンドでＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を利用し続けると、破線で示すように時点Ｂの判定タイミングには、電力使用量が契約電力を超えてしまうと予測できるので、時点Ａの制御タイミングにおいて、ＥＨＰ１１２の運転負荷率を図２（ｂ）のように低下させる。ただし、要求される空調負荷を満たすため、ＧＨＰ１１４の運転負荷率は図２（ｂ）の一点鎖線で示すように上昇させられる。こうして、最初の３０分に関し、使用電力量が契約電力内に収まることとなる。

その後、次の３０分に関し、図２（ａ）の時点Ｃの制御タイミングでは、このままのトレンドでＥＨＰ１１２を利用し続けても、破線で示すように時点Ｄの判定タイミングには、電力使用量が契約電力の半分にも満たないと予測できるので、図２（ｂ）のように、ＥＨＰ１１２の運転負荷率を上げ、ＧＨＰ１１４の運転負荷率を低下させる。また、時点Ｅの判定タイミングで、図２（ｂ）のように、ＥＨＰ１１２の運転負荷率を低下させ、ＧＨＰ１１４の運転負荷率を上げて、電力使用量が契約電力を超えないようにしている。

しかし、上記のように、単純に制御タイミング（３０分／４）が経過する毎に、判定タイミング（３０分）での電力使用量のみ予測する制御では、図２（ｂ）に示すように、ＥＨＰ１１２やＧＨＰ１１４の運転負荷率の変動幅が大きくなってしまう。

図３は、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率と効率（ＣＯＰ）との関係を示した説明図である。図３を参照して理解できるように、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４のいずれにおいても、特定の運転負荷率において効率が最大となり、実際の運転負荷率と効率が最大となる特定の運転負荷率との差が大きくなるに連れ効率が低下する。ここで、上記のように、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４いずれにおいても運転負荷率の変動幅が大きくなると、それぞれ、特定の運転負荷率から離隔した運転負荷率での運転が多くなる。そうすると、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を高効率で運転できなくなり、結果的に、電力およびガスの合計料金が高くなってしまう。このとき、単に、制御タイミングを短縮したり、制御閾値を細分化することにより、ＥＨＰ１１２やＧＨＰ１１４の運転負荷率の変動幅を小さくすることは可能であるが、演算処理負荷やメモリ容量の増大化を招いてしまう。

ここで、翌日等、未来の予測外気温等を通じ、一日単位で未来の電力推移を予測し、それに従ってＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を制御することが考えられる。しかし、ＥＨＰ１１２やＧＨＰ１１４に依存する電力推移（単に「空調電力推移」という）と、ＥＨＰ１１２やＧＨＰ１１４を除く施設の電力推移（単に「施設電力推移」という）との変動態様が異なるため、単純に両者を合わせて予測しても、実際に要求される空調負荷との差が生じてしまう。

そこで、施設電力推移と空調電力推移を分けて考え、施設電力推移を定量的な変動とみなして未来の予測外気温等から推定し、予測した施設電力推移で進行することを前提とする運転マップにより、空調電力推移の変動に応じて、その都度、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を制御する。かかる構成により、要求される空調負荷を満たしつつ、電力使用量が契約電力を超えない範囲で、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷を適切に調整できる。したがって、演算処理負荷やメモリ容量の増大化を招くことなく、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率の変動を抑制して効率良く運転させ、合計料金を最小限に抑えることが可能となる。

（空気調和方法）
図４は、空気調和方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。ここで、空気調和方法は、施設１０全体における電力推移を送信する施設電力推移送信処理（Ｓ２００）、施設１０におけるＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を除く過去の施設電力推移を導出する施設電力推移導出処理（Ｓ２０２）、過去の施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の施設電力推移を推定する施設電力推移推定処理（Ｓ２０４）、契約電力から未来の施設電力推移を減算し、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４で利用可能な電力推移である空調電力推移を導出する空調電力推移導出処理（Ｓ２０６）、空調電力推移に基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、電力およびガスの料金の合計が最小となるようにＥＨＰ１１２とＧＨＰ１１４の運転負荷率を導出して運転マップを生成する運転マップ生成処理（Ｓ２０８）、運転マップに従い、ＥＨＰ１１２とＧＨＰ１１４を、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転する空調運転処理（Ｓ２１０）の順で処理が遂行される。

（施設電力推移送信処理Ｓ２００）
施設電力推移送信部１７０は、施設１０全体における電力推移を例えば３０分毎に実測し、それと並行して駆動しているＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の使用履歴とともに管理サーバ１２０に送信する。

（施設電力推移導出処理Ｓ２０２）
施設電力推移導出部１７８は、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の使用履歴に基づいてＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の電力推移の推測値を導出し、施設電力推移送信部１７０より受信した施設１０全体における電力推移から、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の電力推移の推測値を減算して、ＥＨＰ１１２を除く電力推移である過去の複数（複数日分）の施設電力推移を導出する。かかる複数の施設電力推移には、その日の各時刻の外気温または平均外気温が関連付けられている。なお、ここでは、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４に関する空調機について施設電力推移から除外しているが、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４に関連していない、例えば、個別に制御される空調機等は施設電力推移に含まれる。かかる施設電力推移は外気温と相関を有する。

（施設電力推移推定処理Ｓ２０４）
施設電力推移推定部１８０は、施設電力推移導出部１７８が導出した過去の複数の施設電力推移と、推定対象となる未来の予測外気温、例えば、翌日の予測外気温とから、未来（翌日）の施設電力推移を推定する。具体的に、過去の複数の施設電力推移に関連付けられた外気温と、翌日の予測外気温とを比較し、外気温の推移または平均外気温が一番近似している過去の施設電力推移を、未来の施設電力推移として導出する。ここで、参照する過去の施設電力推移は、現在から所定日数（例えば７日間）以内の施設電力推移としてもよいし、昨年またはそれ以前における同時期の施設電力推移としてもよい。また、推定対象となる未来は、翌日に限らず、外気温を予測できる翌日以降の所定の日でもよい。かかる施設電力推移の導出手法は、特開２０１５−９０６３９号公報のエネルギー消費量予測方法等、既存の様々な手法を利用できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

（空調電力推移導出処理Ｓ２０６）
図５は、空調電力推移導出処理Ｓ２０６を説明するための説明図である。空調電力推移導出部１８２は、施設１０に対し契約電力から、施設電力推移推定部１８０が推定した未来（例えば翌日）の施設電力推移を減算し、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４で利用可能な電力推移である空調電力推移を導出する。かかる空調電力推移は、実際に要求される空調負荷とは関係なく、あくまで、契約電力内でＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４が利用できる電力の上限値を示している。

（運転マップ生成処理Ｓ２０８）
運転マップ生成部１８４は、空調電力推移に基づき、相異なる複数の空調負荷率（ＥＨＰ１１２の運転負荷率＋ＧＨＰ１１４の運転負荷率）に対し、電力およびガスの料金の合計が最小となるようにＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を導出して運転マップを生成する。

図６は、運転マップの一例を示した説明図である。ここでは、横軸に時刻、縦軸に空調負荷率が示されている。そして、全ての時刻において、想定される全ての空調負荷率（≦１０、≦２０、…、≦１００％、>１００％）それぞれが要求された場合のＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を導出する。例えば、図６の１３：００において、要求される空調負荷率が５０％より大きく、６０％以下であれば（≦６０％）、ＥＨＰ１１２の運転負荷率を６０％に、ＧＨＰ１１４の運転負荷率を６０％に設定している。ここで、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率は以下のように求まる。

図７および図８は、運転負荷率の決定手順を示すための説明図である。ただし、時刻１３：００の予測外気温は３５℃、契約電力内でＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４が利用できる電力は７ｋＷ（空調電力推移から求まる）、電力従量料金は２０円／ｋＷｈ、ガス従量料金は１００円／ｍ^３、ＥＨＰ１１２の定格能力は２８ｋＷ、定格消費電力は１０ｋＷ、ＧＨＰ１１４の定格能力は５６ｋＷ、定格消費電力１ｋＷ、定格ガス消費量は４０ｋＷ、要求された空調負荷率は６０％であるとして計算する。なお、ここでは、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を冷房として利用する場合を述べており、暖房として利用する場合は、異なるパラメータが参照される。また、運転マップ生成処理Ｓ２０８において用いられる上記の料金（例えば、電力従量料金、ガス従量料金）は、固定的に決定されたり、所定時間毎に更新されており（変動しており）、運転マップの生成時に、対象となる期間（例えば翌日）の料金を参照し、その更新された料金を反映して運転マップを生成するとしてもよい。こうして、空調環境の変化に拘わらず、適切な運転マップを生成することができる。

まず、要求される空調負荷率６０％を満たすべく、図７のように、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を按分した組み合わせを複数挙げる。具体的に、運転マップ生成部１８４は、ＥＨＰ１１２の運転負荷率を０〜１００％に振り分け、ＥＨＰ１１２の定格である２８ｋＷを乗じて、それぞれの負荷を導出する。ここで、要求された空調負荷は、（ＥＨＰ１１２の定格２８ｋＷ＋ＧＨＰ１１４の定格５６ｋＷ）に６０％を乗じた５０．４ｋＷなので、５０．４ｋＷに満たない負荷をＧＨＰ１１４で負担する。したがって、ＧＨＰ１１４の負荷は５０．４ｋＷからＥＨＰ１１２の負荷を減算した値となり、そのＧＨＰ１１４の負荷の定格５６ｋＷとの比がＧＨＰ１１４の運転負荷率となる。

続いて、運転マップ生成部１８４は、図８（ａ）の運転負荷率（％）と入力比（入力／定格）との関係、および、図８（ｂ）の外気温（℃）と入力比（入力／定格）との関係を参照し、導出したＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率、ＥＨＰ１１２の定格消費電力１０ｋＷ、ＧＨＰ１１４の定格消費電力１ｋＷ、定格ガス消費量４０ｋＷ、および、図８（ａ），（ｂ）の関係から、ＥＨＰ１１２の消費電力、ＧＨＰ１１４の消費電力、ＧＨＰ１１４の消費ガスを導出する。

次に、運転マップ生成部１８４は、ＥＨＰ１１２の消費電力とＧＨＰ１１４の消費電力を加算して合計消費電力を導出し、電力従量料金２０円／ｋＷｈと０．５時間を乗じて電力料金を導出する。同様に、運転マップ生成部１８４は、ＧＨＰ１１４の消費ガスを体積に換算し直し、ガス従量料金は１００円／ｍ^３と０．５時間を乗じてガス料金を導出する。最後に、運転マップ生成部１８４は、電力料金とガス料金とを加算して合計料金を導出する。

ここで、契約電力内でＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４が利用できる電力は７ｋＷであるという条件を考慮すると、合計消費電力が７ｋＷ以下となるのは、ＥＨＰ１１２の運転負荷率が０〜６０％に対応する組み合わせに限定され、その中では、ＥＨＰ１１２の運転負荷率６０％、ＧＨＰ１１４の運転負荷率６０％の組み合わせの合計料金が１３６円と最小となる。したがって、図６の如く、当該時刻１３：００の要求される空調負荷率６０％におけるＥＨＰ１１２の運転負荷率を６０％に、ＧＨＰ１１４の運転負荷率を６０％に設定する。こうして、相異なる複数の空調負荷率に対し、電力およびガスの料金の合計が最小となるようにＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を設定することが可能となる。

ところで、上述したように、本実施形態では、施設電力推移と空調電力推移を分けて考え、施設電力推移を定量的な変動とみなして未来の予測外気温等から推定し、予測した施設電力推移で進行することを前提とする運転マップにより、空調電力推移の変動に応じて、その都度、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を制御している。したがって、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を除く電力推移が施設電力推移通りであれば、すなわち、使用電力量が、契約電力／３０分の傾きを有する一次曲線（以下、単に「基準曲線」という）で推移すれば、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を制御するだけで、所定の時間（例えば３０分）での電力使用量はほぼ契約電力と等しくなるはずである。

しかし、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を除く実際の電力推移が施設電力推移とずれてしまうと、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率を適切に制御したとしても、電力使用量は契約電力と異なることとなってしまう。そこで、本実施形態では、空調電力推移の異なる複数の運転マップを準備し、使用電力量が基準曲線からずれると、複数の運転マップを切り換えることで、基準曲線に近づくよう適切に制御する。

図９は、運転マップの他の例を示した説明図である。ここでも、横軸に時刻、縦軸に空調負荷率が示されている。ここで、空調電力推移導出部１８２は、施設電力推移推定部１８０が求めた施設電力推移に加え、施設電力推移が変動する場合を踏まえ、基準となる空調電力推移の他に、段階的に設けた複数（ここでは２つ）の施設電力推移に基づいて複数の空調電力推移を導出する。そして、運転マップ生成部１８４は、基準となる空調電力推移に基づく図６に示した運転マップに加え、図９（ａ）、（ｂ）に示したように、段階的に設けた相異なる複数（ここでは２つ）の空調電力推移に基づいて複数の運転マップを生成する。

例えば、図９（ａ）に示される−（マイナス）レベルの運転マップは、施設電力推移が予想より低くなり、ＥＨＰ１１２やＧＨＰ１１４の消費電力を増やせる場合に用いられる。一方、図９（ｂ）に示される＋（プラス）レベルの運転マップは、施設電力推移が予想より高くなり、ＥＨＰ１１２やＧＨＰ１１４の消費電力を減らさなければならない場合に用いられる。かかる複数の運転マップの切換制御は後程詳述する。なお、ここでは、説明の便宜上、基準となる運転マップに加え、＋と−の２段階の運転マップを準備する例を挙げて説明したが、かかる運転マップの数および分解能は、任意に設定できる。

（空調運転処理Ｓ２１０）
空調運転部１７２は、運転マップ生成部１８４が生成した運転マップに従い、ＥＨＰ１１２とＧＨＰ１１４を、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転する。そして、空調運転部１７２は、施設において実測した電力使用量に応じ、電力使用量が契約電力以下となるように、所定の時間毎に、複数の運転マップを切り換える。

図１０は、空調運転処理Ｓ２１０を説明するための説明図である。空調運転部１７２は、図６に示した基準レベルの運転マップを参照して、その時刻の要求される空調負荷率に従い、ＥＨＰ１１２とＧＨＰ１１４それぞれの運転負荷率を決定する。そして、制御タイミング（例えば１０秒）毎に運転マップを見直し、運転マップが切り換わったら、その切り換わった運転マップに従って、ＥＨＰ１１２とＧＨＰ１１４それぞれの運転負荷率を決定する。運転マップの切換判定は、以下のように行う。すなわち、このままのトレンドでＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を利用し続けた場合、次の電力使用量の判定タイミングにおいて、電力使用量がどの程度になるかを予測し、その値が契約電力の９０％以下になると、図９（ａ）に示した−レベルの運転マップに切り換え、契約電力の９０％より大きく、かつ、１００％以下になると、図６に示した基準レベルの運転マップに切り換え、契約電力の１００％より大きくなると、図９（ｂ）に示した＋レベルの運転マップに切り換える。

例えば、図１０の例では、実線で示した使用電力量が破線で示した基準曲線上を推移するのが望ましい。しかし、使用電力量の推移が基準曲線から離脱し、時点Ａにおいて、その接線が契約電力の９０％以下を示すと、空調運転部１７２は、運転マップを、−レベルの運転マップに切り換える。こうして、使用電力量は基準曲線に近づく。また、時点Ｂにおいて、その接線が契約電力の９０％より大きく、かつ、１００％以下になると、空調運転部１７２は、運転マップを、基準レベルの運転マップに戻す。また、時点Ｃにおいて、その接線が契約電力の１００％より大きくなると、空調運転部１７２は、運転マップを、＋レベルの運転マップに切り換える。こうして、使用電力量は基準曲線に近づく。また、時点Ｄにおいて、その接線が契約電力の９０％より大きく、かつ、１００％以下になると、空調運転部１７２は、運転マップを、基準レベルの運転マップに戻す。

かかる運転マップを切り換える構成により、使用電力量が基準曲線に近づくよう適切に制御される。なお、ここでは、使用電力量が基準曲線を超過しないように、使用電力量の目標値を契約電力の９５％とし、最終的に契約電力の９０％より大きく、かつ、１００％以下に収まるようにしている。

このように運転マップを用いてＥＨＰ１１２とＧＨＰ１１４との運転負荷率を制御することで以下の効果を奏する。すなわち、本実施形態では、施設電力推移と空調電力推移を分けて考え、定量的に変化する施設電力推移を前提として、その時点の要求される空調負荷率に合わせてＥＨＰ１１２とＧＨＰ１１４を制御している。したがって、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を除く電力推移が施設電力推移通りであれば、電力使用量の判定タイミングでの電力使用量を予測することなく、電力使用量は、高精度に基準曲線に近い値で推移することになる。

また、使用電力量が基準曲線からはずれたとしても、適切に基準曲線近傍に復帰させる複数の運転マップを切り換えることで、迅速に基準曲線に近づけることができる。したがって、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の運転負荷率の変動を抑制して効率良く運転させ、合計料金を最小限に抑えることが可能となる。

また、空調運転部１７２は、一旦、複数の運転マップを取得すると、運転マップで定められている期間が終了するまで通信を要さないので、管理サーバ１２０との通信負荷を最小限に留めることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態においては、制御タイミングにおいて、このままのトレンドでＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を利用し続けた場合、次の電力使用量の判定タイミングにおいて、電力使用量がどの程度になるかを予測し、その値が契約電力の何％に相当するかに応じて複数の運転マップを切り換える、所謂、オープン制御の例を挙げて説明した。しかし、制御方式はかかる場合に限らず、次の電力使用量の判定タイミングにおいて、電力使用量がどの程度になるかを予測し、その値をフィードバックすることで、契約電力を目標とするクローズ制御（フィードバック制御）等、既存の様々な制御方式を採用することが可能である。

また、上述した実施形態では、ＥＨＰ１１２とＧＨＰ１１４とを独立して構成し、それぞれが室外熱交換器、室内熱交換器、冷媒回路を個々に有する例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、電動機１４０および電気駆動式圧縮機１４２と、ガスエンジン１５０およびエンジン駆動式圧縮機１５２とが独立してさえいれば、いずれか１または複数の構成要素を共通化して、一体的に構成してもよい。例えば、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の室内熱交換器と冷媒回路とを共通化し、ハイブリッドタイプとしてもよいし、ＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４の室外熱交換器と室内熱交換器と冷媒回路とを共通化し、オールインワンタイプとすることもできる。

また、上述した実施形態においては、管理サーバ１２０と空気調和装置１１０とを別体として説明したが、空気調和装置１１０の計算能力が許せば、管理サーバ１２０の機能部を空気調和装置１１０で実行し、空気調和装置１１０のみで当該実施形態を実現することもできる。

また、上述した実施形態においては、翌日等、未来の予測外気温等を通じ、一日単位で未来の電力推移を予測し、一日単位の運転マップを生成する例を挙げて説明したが、その期間は日に限らず、時間や分、または、年単位でもよい。例えば、１時間単位で運転マップを更新している場合、未来の予測外気温等が変化すると、それを反映し、新たに運転マップを生成し直して、対象となる期間が開始される前に運転マップを更新することもできる。かかる構成により、リアルタイムにＥＨＰ１１２およびＧＨＰ１１４を効率良く運転させることが可能となる。

また、コンピュータを空気調和装置１１０や管理サーバ１２０として機能させるプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

なお、本明細書の空気調和方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、室内の空気を調和させる空気調和システムおよび空気調和方法に利用することができる。

１０施設
１００空気調和システム
１１０空気調和装置
１１２ＥＨＰ
１１４ＧＨＰ
１２０管理サーバ
１２２管理通信部
１４０電動機
１４２電気駆動式圧縮機
１４４ＥＨＰ室外熱交換器
１４６ＥＨＰ室内熱交換器
１５０ガスエンジン
１５２エンジン駆動式圧縮機
１５４ＧＨＰ室外熱交換器
１５６ＧＨＰ室内熱交換器
１７０施設電力推移導出部
１７２空調運転部
１８０施設電力推移推定部
１８２空調電力推移導出部
１８４運転マップ生成部

Claims

少なくとも、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機を有するＥＨＰと、
少なくとも、ガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機を有するＧＨＰと、
を備え、
電力の料金は少なくとも契約電力に応じて決定され、ガスの料金は少なくとも当該ガスの使用量に応じて決定され、
施設における、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰを除く電力推移である施設電力推移を導出する施設電力推移導出部と、
過去の前記施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の前記施設電力推移を推定する施設電力推移推定部と、
前記契約電力から前記未来の施設電力推移を減算し、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰで利用可能な電力推移である空調電力推移を導出する空調電力推移導出部と、
前記空調電力推移に基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、該空調負荷率を満たすように前記ＥＨＰと前記ＧＨＰの運転負荷率を按分した組み合わせを複数生成し、その組み合わせの中で前記電力および前記ガスの料金の合計が最小となる組み合わせを該空調負荷率に対する該ＥＨＰと該ＧＨＰの運転負荷率とし、該空調負荷率と該ＥＨＰと該ＧＨＰの運転負荷率とを対応付けた運転マップを生成する運転マップ生成部と、
前記運転マップに従い、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰを、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転する空調運転部と、
をさらに備えることを特徴とする空気調和システム。
少なくとも、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機を有するＥＨＰと、
少なくとも、ガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機を有するＧＨＰと、
を備え、
電力の料金は少なくとも契約電力に応じて決定され、ガスの料金は少なくとも当該ガスの使用量に応じて決定され、
施設における、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰを除く電力推移である施設電力推移を導出する施設電力推移導出部と、
過去の前記施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の前記施設電力推移を推定する施設電力推移推定部と、
前記契約電力から前記未来の施設電力推移を減算し、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰで利用可能な電力推移である空調電力推移を導出する空調電力推移導出部と、
段階的に設けた複数の前記空調電力推移それぞれに基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、前記電力および前記ガスの料金の合計が最小となるように前記ＥＨＰと前記ＧＨＰの運転負荷率を導出し、該空調負荷率と該ＥＨＰと該ＧＨＰの運転負荷率とを対応付けた運転マップを生成する運転マップ生成部と、
前記施設において実測した電力使用量が契約電力以下となるように、複数の前記運転マップを切り換え、該運転マップに従い、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰを、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転する空調運転部と、
をさらに備えることを特徴とする空気調和システム。
少なくとも電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機を有するＥＨＰと、少なくともガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機を有するＧＨＰとを備えた空気調和システムにおける空気調和方法であって、電力の料金は少なくとも契約電力に応じて決定され、ガスの料金は少なくとも当該ガスの使用量に応じて決定され、
施設における、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰを除く電力推移である施設電力推移を導出し、
過去の前記施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の前記施設電力推移を推定し、
前記契約電力から前記未来の施設電力推移を減算し、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰで利用可能な電力推移である空調電力推移を導出し、
前記空調電力推移に基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、該空調負荷率を満たすように前記ＥＨＰと前記ＧＨＰの運転負荷率を按分した組み合わせを複数生成し、その組み合わせの中で前記電力および前記ガスの料金の合計が最小となる組み合わせを該空調負荷率に対する該ＥＨＰと該ＧＨＰの運転負荷率とし、該空調負荷率と該ＥＨＰと該ＧＨＰの運転負荷率とを対応付けた運転マップを生成し、
前記運転マップに従い、前記ＥＨＰと前記ＧＨＰを、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転することを特徴とする空気調和方法。
少なくとも電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機を有するＥＨＰと、少なくともガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機を有するＧＨＰとを備えた空気調和システムにおける空気調和方法であって、電力の料金は少なくとも契約電力に応じて決定され、ガスの料金は少なくとも当該ガスの使用量に応じて決定され、
施設における、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰを除く電力推移である施設電力推移を導出し、
過去の前記施設電力推移と、未来の予測外気温とから、未来の前記施設電力推移を推定し、
前記契約電力から前記未来の施設電力推移を減算し、前記ＥＨＰおよび前記ＧＨＰで利用可能な電力推移である空調電力推移を導出し、
段階的に設けた複数の前記空調電力推移それぞれに基づき、相異なる複数の空調負荷率それぞれに対し、前記電力および前記ガスの料金の合計が最小となるように前記ＥＨＰと前記ＧＨＰの運転負荷率を導出し、該空調負荷率と該ＥＨＰと該ＧＨＰの運転負荷率とを対応付けた運転マップを生成し、
前記施設において実測した電力使用量が契約電力以下となるように、複数の前記運転マップを切り換え、該運転マップに従い、前記ＥＨＰと前記ＧＨＰを、必要な空調負荷率に応じた運転負荷率で運転することを特徴とする空気調和方法。