既設構造物の改修方法および改修建築物における電力制御方法並びにこれらに用いる電力制御盤
【課題】 既設建築物の改修を行うにあたり、既設建築物を建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる既設構造物の改修方法および改修建築物における電力制御方法並びにこれらに用いる電力制御盤を提供する。
【解決手段】既設建築物ＭＢにおける改修を行う低層部ＭＬに電力制御盤１５を設置する。次に、電力制御盤１５に対して、既存の商用電源２２、電力負荷２３を接続する。さらに、太陽光発電装置１１Ａおよび二次電池１２Ａを設け、電力制御盤１５に接続する。この間、改修の対象でない中層部ＭＭおよび高層部ＭＨは、通常の状態で利用することができ、いわゆる「いながら改修」を行うことができる。以後、低層部ＭＬの改修の終了後、順次中層部ＭＭおよび高層部ＭＨの改修を行う。
【解決手段】既設建築物ＭＢにおける改修を行う低層部ＭＬに電力制御盤１５を設置する。次に、電力制御盤１５に対して、既存の商用電源２２、電力負荷２３を接続する。さらに、太陽光発電装置１１Ａおよび二次電池１２Ａを設け、電力制御盤１５に接続する。この間、改修の対象でない中層部ＭＭおよび高層部ＭＨは、通常の状態で利用することができ、いわゆる「いながら改修」を行うことができる。以後、低層部ＭＬの改修の終了後、順次中層部ＭＭおよび高層部ＭＨの改修を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設構造物の改修方法および改修された建築物における電力制御を行う電力制御方法並びにこれらに用いる電力制御盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビル建築物などの既設構造物は、社会資産として捉えた場合、良質な社会資産としてストックしていくことが継続して求められる。このように既設構造物を社会資産として長らえるためには、時代の進化やニーズに合わせて既存建築物の改修を行いながらその価値を維持ないし向上させることが求められる。
【０００３】
既設構造物を改修する目的は、一般的に耐震性向上、劣化更新、機能向上のいずれかに分類される。これらの目的の一項目である機能向上には、コンセント電源の増容量や空調設備の個別分散化といったものが挙げられる。これらの機能向上を目的とする改修の需要は根強いものがある。
【０００４】
その一方で、建築物内での消費エネルギーを抑制し、省エネルギー化を促進することが社会的に求められている。既設構造物を改修する際には、機能向上等の目的とともに、省エネルギー化を図るための機器を増設することも行われる。省エネルギー化を図るための機器としては、たとえば太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを利用した電源や、発電した電力を蓄電する二次電池などが増設される。そして、商用電源などの外部電力の消費を抑えることにより、省エネルギー化を促進するというものである。
【０００５】
このような既設構造物の改修に関する技術として、従来、分散型電源を設置可能にする建物が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この建物は、各階に配電された系統電力に接続された切換装置を備えており、この切換装置に分散型電源を着脱可能としている。このため、建物のリニューアル時等に、建物オーナーなどの要望に応じて電力需要に柔軟に対応することができるというものである。
【０００６】
さらには、停電時に商用電源からの電力供給が止まってしまった場合に、蓄電池や太陽電池からの電力を一般負荷よりも重要負荷に対して優先的に電力を供給するシステムもある（たとえば、特許文献２参照）。これらのシステムにおいては、停電時に商用電源が遮断された際の太陽電池および蓄電池の利用のほか、太陽電池によって発電された電力を建物で消費し、または商用電源の供給者等に売電することにより、省エネルギー化をも図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１６６４４８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、地球温暖化の防止に向けて低炭素社会の実現が求められているが、建築物における年間の一次エネルギー消費量を正味（ネット）ゼロまたはおおむねゼロとなる建築物をＺＥＢ（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）という。既存ビルの省エネルギー・ＣＯ２削減による潜在的なエネルギーの削減効果は、新築ビルよりもはるかに大きい。このため、既存ビルの改修によるＺＥＢ実現は、低炭素化社会の実現には欠かせないものとなっている。
【０００９】
しかし、上記特許文献１に開示された分散型電源を設置可能にする建物では、建物を建築する際に、各階に分電盤および切換装置を配設するものである。このため、将来的に想定される建物（既設構造物）のリニューアル（改修）に対応することはできるものの、建物を建築した時点で想定していたもの以外の分散型電源等を用いる場合には対応することができないという問題があった。
【００１０】
また、既設構造物の改修を行うにあたり、上記特許文献２に開示されている技術を適用し、分電盤に太陽電池システムや蓄電池などを接続して商用電源と共用するシステムを構築することも考えられる。しかし、この方式では、リニューアル以前に設置された分電盤に太陽電池システムや蓄電盤を接続するのみであるので、好適な省エネルギー化を図るための制約が大きくなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、既設構造物の改修を行うにあたり、既設構造物を建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる既設構造物の改修方法および改修建築物における電力制御方法並びにこれらに用いる電力制御盤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決した本発明に係る既設構造物の改修方法は、既存電源から電力が供給される電力負荷が設けられた建築物を改修する既設構造物の改修方法であって、既設構造物を改修する際に、既設構造物に分散型電源および二次電池を設置するとともに、分散型電源および二次電池に対する電力制御を行う電力制御盤を設置し、電力制御盤に対して、分散型電源および二次電池を接続するとともに、既存電源および電力負荷を接続し、電力制御盤は、既設構造物の改修完了後、分散型電源および二次電池に対する電力制御を行うとともに、既存電源からの電力供給量の制御を行うものであることを特徴とする。
【００１３】
たとえば、既設構造物の建築時に電力制御盤を設置してしまうと、電力制御盤に接続することができる分散型電源等の種類や容量等が限定されてしまい、将来的な改修時に適切に利用できないことが考えられる。この点、本発明に係る既設構造物の改修方法においては、既設構造物に分散型電源および二次電池を設置するとともに、分散型電源および二次電池に対する電力制御を行う電力制御盤を設置し、電力制御盤に対して、分散型電源および二次電池を接続するとともに、既存電源および電力負荷を接続して制御を行っている。このため、改修時に用いる分散型電源に応じた電力制御盤を設置することができるので、既設構造物の改修を行うにあたり、既設構造物を建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる。
【００１４】
ここで、既設構造物を複数のエリアに分割し、既設構造物を改修する際に、複数に分割したそれぞれのエリアに対して電力制御盤を設置し、電力制御盤に対して、分散型電源および二次電池を接続するとともに、既存電源および電力負荷を接続することができる。
【００１５】
本発明においては、既設構造物を複数のエリアに分割し、既設構造物を改修する際に、複数に分割したそれぞれのエリアに対して電力制御盤を設置している。このため、改修を行っていないエリアについては、通常どおりに使用者が使用した状態で改修を進めることができる。
【００１６】
また、上記課題を解決した本発明に係る改修建築物における電力制御方法は、上記既設構造物の改修方法で改修された改修建築物において、電力制御盤で電力制御を行うにあたり、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力以下の場合には、既存電源から電力負荷に対する電力供給を遮断し、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力を超える場合には、分散型電源および二次電池のうちの少なくとも一方とともに既存電源から電力負荷に電力を供給する制御を行う。
【００１７】
本発明に係る改修建築物における電力制御方法においては、上記改修方法によって改修された改修建築物において、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、既存電源から電力負荷に対する電力供給を遮断する電力制御を行っている。このため、改修後における改修建築物の省エネルギー化を好適に促進することができる。
【００１８】
また、上記既設構造物の改修方法で改修された改修建築物において、電力制御盤で電力制御を行うにあたり、複数のエリアのうち、改修が完了したエリアから順に、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、既存電源から電力負荷に対する電力供給を遮断し、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力の電力量を超える場合には、分散型電源および二次電池のうちの少なくとも一方とともに既存電源から電力負荷に電力を供給する制御を行うことができる。
【００１９】
本発明においては、改修が完了したエリアから順に、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、既存電源から電力負荷に対する電力供給を遮断する制御を行っている。このため、改修が済んだエリアから順に省エネルギー化に向けた制御を開始することができる。従って、効率よく省エネルギー化の促進を図ることができる。
【００２０】
さらに、電力負荷によって消費される消費電力または消費電力に基づく二酸化炭素排出量をモニターに表示するようにすることができる。
【００２１】
このように、電力負荷によって消費される消費電力または消費電力に基づく二酸化炭素排出量をモニターに表示することにより、改修建築物の使用者に省エネルギーに対する意識付けを行うことができる。
【００２２】
また、本発明に係る電力制御盤は、上記既設構造物の改修方法または改修建築物における電力制御方法に用いられる電力制御盤である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る既設構造物の改修方法および改修建築物における電力制御方法並びにこれらに用いる電力制御盤によれば、既設構造物の改修を行うにあたり、既設構造物を建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る既設構造物の改修方法により改修された改修建築物の一部の概要を示す図である。
【図２】改修建築物に設置するモニターの例を示す図である。
【図３】電力制御盤の構成を示すブロック図である。
【図４】既設構造物を改修する手順を示す工程図である。
【図５】図４に示す工程に応じた改修部分等の電力供給状況を示す配電図である。
【図６】電力制御盤におけるコントローラの制御手順を示すフローチャートである。
【図７】スイッチ素子の開閉パターンと開閉状態との関係を示す表である。
【図８】電力制御を行った際における電力量の経時変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る既設構造物の改修方法により改修された改修建築物の一部の概要を示す図である。図１に示すように、既設構造物である既設建築物を改修した改修建築物ＭＡは、建物躯体１を有し、室内には天井２が設けられている。また、天井２には、室内空調に用いる空調機３および室内照明４が設けられている。さらには、室内には、図示しないコンセント等が設けられている。これらの設備は、既設構造物の改修前から設けられていたものである。空調機３や室内照明４、さらには図示しないコンセント等が本発明の電力負荷となる。
【００２７】
また、改修建築物ＭＡは、分散型電源であり、自然エネルギー電源である太陽光発電装置１１および二次電池１２を備えている。太陽光発電装置１１は、太陽電池パネル等を備えており、太陽光のエネルギーを電力に変換する装置である。また、二次電池１２は、充電された電気を蓄電する装置であり、二次電池１２としては、たとえばリチウムイオン電池が用いられている。
【００２８】
太陽光発電装置１１には、第１パワーコンディショナー（ＰＣＳ）１３が接続されており、二次電池１２には、第２パワーコンディショナー１４が接続されている。第１パワーコンディショナー１３および第２パワーコンディショナーは、いずれもＡＣ−ＤＣ変換機能や電力保護機能を備えており、太陽光発電装置１１で発電された電力を直流から交流に変換したり、二次電池１２に充電する電力を交流から直流に変換したりする。
【００２９】
さらに、太陽光発電装置１１および二次電池１２は、それぞれ第１パワーコンディショナー１３および第２パワーコンディショナー１４を介して電力制御盤１５に接続されている。電力制御盤１５は、改修建築物ＭＡをいわゆるゼロエネルギービルとするための電力制御を行うＺＥＢ電源盤である。
【００３０】
また、建物躯体１における室内には、モニター１６が設けられている。モニター１６は、「みえる化モニター」と称されるものであり、図２に示すように、モニター１６には、現在の消費電力から算出されるＣＯ２排出量等が「空調」「照明」「コンセント」といった電力負荷の種類ごとに表示されている。また、これらのＣＯ２消費量が時間毎に表示されるとともに、前日比、料金なども表示される。
【００３１】
太陽光発電装置１１、二次電池１２、第１パワーコンディショナー１３、第２パワーコンディショナー１４、電力制御盤１５、およびモニター１６は、いずれも既設建築物を改修する際に設けられたものである。その他、建物躯体１には、タスク照明１７、人感センサ１８なども設けられている。
【００３２】
次に、電力制御盤１５の構成について説明する。図３は、電力制御盤の構成を示すブロック図である。図３に示すように、太陽光発電装置１１および二次電池１２は、それぞれ第１パワーコンディショナー１３および第２パワーコンディショナー１４を介して、電力制御盤１５に接続されている。また、電力制御盤１５には、本発明の既存電源である商用電源２２も接続されている。なお、図３においては、天井２に設けられた空調機３および室内照明４および図示しないコンセント等を合わせて電力負荷２３と総称する。
【００３３】
さらに、回路には、５つのスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５および４つの電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４が設けられている。また、回路には、停電信号検出素子ＦＰが設けられている。このうち、第１スイッチ素子ＳＷ１は、商用電源２２と電力負荷２３、商用電源２２と太陽光発電装置１１、および商用電源２２と二次電池１２の間に設けられている。
【００３４】
また、第２スイッチ素子ＳＷ２は、第１スイッチ素子ＳＷ１と電力負荷２３との間に設けられている。さらに、第３スイッチ素子ＳＷ３は、第１スイッチ素子ＳＷ１と太陽光発電装置１１との間であり、第１スイッチ素子ＳＷ１と二次電池１２との間である位置に設けられている。また、第４スイッチ素子ＳＷ４は、第３スイッチ素子ＳＷ３と太陽光発電装置１１との間に設けられ、第５スイッチ素子ＳＷ５は、第３スイッチ素子ＳＷ３と二次電池１２との間に設けられている。
【００３５】
第１電力量計Ｗｈ１は、第４スイッチ素子ＳＷ４と太陽光発電装置１１との間に設けられ、第２電力量計Ｗｈ２は、第２スイッチ素子ＳＷ２と電力負荷２３との間に設けられている。さらに、第３電力量計Ｗｈ３は、商用電源２２と第一スイッチ素子ＳＷ１の間に設けられ、第４電力量計Ｗｈ４は、第５スイッチ素子ＳＷ５と二次電池１２との間に設けられている。さらに、停電信号検出素子ＦＰは、商用電源２２と第３電力量計Ｗｈ３との間に設けられている。
【００３６】
電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４は、それぞれ設置されている位置の電力量を検出している。このうち、第１電力量計Ｗｈ１は、太陽光発電装置１１の発電による電力量を検出し、第２電力量計Ｗｈ２は、電力負荷２３が消費する電力量を検出している。また、第３電力量計Ｗｈ３は、商用電源２２から供給される電力量を検出し、第４電力量計Ｗｈ４は、二次電池１２の蓄電量を検出している。電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４は、スマートコントローラ（以下「コントローラ」という）２１に電気的に接続されており、検出した電力量をコントローラ２１にそれぞれ送信する。停電信号検出素子ＦＰは、商用電源２２から供給される電力を監視し、商用電源２２から供給される電力が遮断された場合に、停電信号をコントローラ２１に送信する。
【００３７】
コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５に対して電気的に接続されている。コントローラ２１では、電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４および停電信号検出素子ＦＰから送信された各種信号に基づいて、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５の開閉状態を判断し、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５の開閉制御を行う。また、コントローラ２１にモニター１６が接続されている。
【００３８】
次に、本実施形態に係る既設建築物の改修方法について説明する。図４は、既設建築物を改修する手順を示す工程図である。また、図５は、図４に示す工程に応じた改修部分等の電力供給状況を示す配電図である。図４（ａ）は、建築物Ｍの改修前の状態である既設建築物ＭＢを示している。建築物Ｍの改修を行うにあたっては、建築物Ｍを複数のエリア、本実施形態では、低層部ＭＬ、中層部ＭＭ、高層部ＭＨに分割し、それぞれのエリア毎に順に改修を行っていく。このとき、図５（ａ）に示すように、既設建築物ＭＢには、第１単相トランス３１、第２単相トランス３２、第１三相トランス３３、および第２三相トランス３４が設けられている。これらの各トランス３１〜３４には、図３に示す商用電源２２が接続されている。
【００３９】
建築物Ｍの改修を行う手順として、まず、図４（ｂ）に示すように、建築物Ｍにおける下層の一部分である低層部ＭＬの改修を行う。低層部ＭＬの改修を行う際には、建築物Ｍにおける中層部ＭＭおよび高層部ＭＨについては、改修を行わない。このため、建築物Ｍにおける中層部ＭＭおよび高層部ＭＨは、改修工事の影響を受けることなく、通常の状態で利用することができ、いわゆる「いながら改修」を行うことができる。
【００４０】
低層部ＭＬの改修を行う際には、図５（ｂ）にも示すように、低層用電力制御盤１５Ａを低層部ＭＬに設置する。低層用電力制御盤１５Ａは、図３に示す電力制御盤１５と同一の構成を有している。低層用電力制御盤１５Ａは、単相用既存電源盤４１Ａを介して第１単相トランス３１に接続される。この場合、電力負荷２３は単相負荷であるが、電力負荷２３が三相負荷の場合には、低層用電力制御盤１５Ａは、三相用既存電源盤４２Ａを介して第１三相トランス３３に接続される。さらに、電力負荷２３が単相および三相負荷の双方からなる場合には、低層用電力制御盤１５Ａは、単相と三相からなる複合盤として接続される。第１単相トランス３１および第１三相トランス３３のいずれに接続されるかは、太陽光発電装置１１の容量や電力負荷２３の内容によって決められる。
【００４１】
さらに、低層部ＭＬには、低層用太陽光発電装置１１Ａおよび低層用第１パワーコンディショナーを設けるとともに、低層用二次電池１２Ａおよび低層用第２パワーコンディショナーも設ける。低層用太陽光発電装置１１Ａは、たとえば建築物Ｍの屋上に配設し、低層用第１パワーコンディショナー、低層用二次電池１２Ａおよび低層用第２パワーコンディショナーは、低層部ＭＬの室内に配設する。
【００４２】
さらには、これらの素子を低層用電力制御盤１５Ａに接続することにより、改修後における建築物Ｍの低層部ＭＬに対してゼロエネルギー制御を行う。ゼロエネルギー制御とは、自然エネルギー電源で発電される電力によって電力負荷を賄い、商用電源などの外部エネルギーを不要とすることの実現を目指す制御をいう。また、低層部ＭＬの改修を行う際には、図２に示すモニター１６を改修後の室内における所定位置、たとえば壁面に設置する。
【００４３】
ここで、低層部ＭＬを改修するにあたって、電力制御盤１５を低層用電力制御盤１５Ａとして新たに設置する。この低層用電力制御盤１５Ａは、既存電源盤４１Ａ，４２Ａや電力負荷２３、さらには第１単相トランス３１、第２単相トランス３２、第１三相トランス３３、および第２三相トランス３４といった既存設備と接続可能とされている。
【００４４】
さらに、低層用電力制御盤１５Ａは、これらの既存設備のほかに、新たに設置される低層用太陽光発電装置１１Ａや低層用二次電池１２Ａと接続可能とされている。このため、建築物Ｍの改修にあたって、低層用太陽光発電装置１１Ａや低層用二次電池１２Ａといった設備を増設することにより、いわゆる機能向上のための改修に対しても適切に対応することができる。
【００４５】
さらには、建築物Ｍを改修する際に、電力制御盤１５を新たに設置するようにしている。このため、たとえば改修前の建築物に電力制御盤がすでに設置されている場合と比較して、増設する設備に応じた電力制御盤を用いることができる。したがって、建築物Ｍの改修の規模等に応じて柔軟に対応することができる。
【００４６】
低層部ＭＬの改修が完了したら、図４（ｃ）に示すように、中層部ＭＭの改修を開始する。中層部ＭＭの改修を行うにあっては、低層部ＭＬを改修する場合と同様、図５（ｃ）にも示すように、中層用電力制御盤１５Ｂを中層部ＭＭに設置する。中層用電力制御盤１５Ｂは、図３に示す電力制御盤１５と同一の構成を有している。中層用電力制御盤１５Ｂは、単相用既存電源盤４１Ｂを介して第１単相トランス３１に接続される。この場合、電力負荷２３は単相負荷であるが、電力負荷２３が三相負荷の場合には、中層用電力制御盤１５Ｂは、三相用既存電源盤４２Ｂを介して第１三相トランス３３に接続される。さらに、電力負荷２３が単相および三相負荷の双方からなる場合には、中層用電力制御盤１５Ｂは、単相と三相からなる複合盤として接続される。
【００４７】
さらに、中層部ＭＭには、中層用太陽光発電装置１１Ｂおよび中層用第１パワーコンディショナーを設けるとともに、中層用二次電池１２Ｂおよび中層用第２パワーコンディショナーも設ける。中層用太陽光発電装置１１Ｂは、たとえば建築物Ｍの屋上に低層用太陽光発電装置１１Ａの横に並設する。また、中層用第１パワーコンディショナー、中層用二次電池１２Ｂおよび中層用第２パワーコンディショナーは、中層部ＭＭの室内に配設する。さらには、これらの素子を中層用電力制御盤１５Ｂに接続することにより、改修後における建築物Ｍの中層部ＭＭに対してゼロエネルギー制御を行う。
【００４８】
その一方、改修作業が終了した低層部ＭＬでは、通常の状態で利用を再開することができるようになっている。ここで、低層部ＭＬは、改修作業が完了していることから、新たに設置した低層用電力制御盤１５Ａを用いた制御が可能となっている。この低層用電力制御盤１５Ａを用いることにより、いわゆるゼロエネルギー制御を行うことができる。ゼロエネルギー制御の手順については後に説明する。
【００４９】
こうして中層部ＭＭの改修が完了したら、図４（ｄ）に示すように、高層部ＭＨの改修を開始する。高層部ＭＨの改修を行うにあっては、低層部ＭＬを改修する場合と同様、図５（ｄ）にも示すように、高層用電力制御盤１５Ｃを高層部ＭＨに設置する。高層用電力制御盤１５Ｃは、図３に示す電力制御盤１５と同一の構成を有している。高層用電力制御盤１５Ｃは、単相用既存電源盤４１Ｃを介して第１単相トランス３１に接続される。この場合、電力負荷２３は単相負荷であるが、電力負荷２３が三相負荷の場合には、高層用電力制御盤１５Ｃは、三相用既存電源盤４２Ｃを介して第１三相トランス３３に接続される。さらに、電力負荷２３が単相および三相負荷の双方からなる場合には、高層用電力制御盤１５Ｃは、単相と三相からなる複合盤として接続される。
【００５０】
さらに、高層部ＭＨには、高層用太陽光発電装置１１Ｃおよび高層用第１パワーコンディショナーを設けるとともに、高層用二次電池１２Ｃおよび高層用第２パワーコンディショナーも設ける。高層用太陽光発電装置１１Ｃは、たとえば建築物Ｍの屋上に中層用太陽光発電装置１１Ｂの横に並設する。
【００５１】
また、高層用第１パワーコンディショナー、高層用二次電池１２Ｃおよび高層用第２パワーコンディショナーは、高層部ＭＨの室内に配設する。さらには、これらの素子を高層用電力制御盤１５Ｃに接続することにより、改修後における建築物Ｍの高層部ＭＨに対してゼロエネルギー制御を行う。こうして、分割改修エリアごとの順次改修を経て建築物Ｍの改修が完了し、改修建築物ＭＡとなる。
【００５２】
それでは、改修建築物ＭＡの屋上に設けられた電力制御盤１５における制御について説明する。改修建築物ＭＡには、３つの電力制御盤１５Ａ〜１５Ｃが設けられている。これらの電力制御盤１５Ａ〜１５Ｃは、互いに独立して同様の制御を行っている。以下のその制御の手順について説明する。
【００５３】
図６は、電力制御盤におけるコントローラの制御手順を示すフローチャートである。図６に示すに、電力制御盤１５におけるコントローラ２１においては、最初に、電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４および停電信号検出素子ＦＰから送信される各種データを受信して取得する（Ｓ１）。
【００５４】
次に、コントローラ２１は、建築物Ｍに停電が発生したか否かを判断する（Ｓ２）。この判断は、停電信号検出素子ＦＰから停電信号を受信したか否かによって行われる。その結果、停電が発生したと判断した場合には、商用電源２２からの電力の供給が遮断される。このため、電力負荷２３に供給する電力を太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２が充電されている電力によって賄う必要がある。したがって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン６」による開閉制御を行う（Ｓ３）。
【００５５】
コントローラ２１による第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５の開閉制御のパターンを図７に示す。「パターン６」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１を「ＯＦＦ」とし、第２スイッチ素子ＳＷ２〜第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＮ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン６」とすることにより、電力負荷２３に供給する電力は、太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２に充電されている電力によって賄われる。このとき、二次電池１２からは充電された電力が放電されることとなる。
【００５６】
また、ステップＳ２において、停電が発生していないと判断した場合には、第１電力量計Ｗｈ１が検出した電力量と第２電力量計Ｗｈ２が検出した電力量とを比較し、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上となっているか否かを判断する（Ｓ４）。
【００５７】
その結果、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上となっていると判断した場合には、電力負荷２３による消費電力を、太陽光発電装置１１による発電量で全て賄うことができる。さらには、太陽光発電装置１１で発電した電力に余剰が発生することとなる。
【００５８】
この場合には、商用電源２２から電力負荷２３に対する電力供給を遮断し、電力負荷２３による消費電力を太陽光発電装置１１による発電量で全て賄うとともに、発生した余剰電力を二次電池１２に充電する。ただし、二次電池１２の充電量が許容上限値である場合には、二次電池１２に対する充電を行うことができなくなる。このため、第４電力量計Ｗｈ４の検出値を参照し、二次電池１２の充電量が上限値となっているか否かを判断する（Ｓ５）。
【００５９】
その結果、二次電池１２の充電量が上限値となっていない場合には、二次電池１２に対する充電を行うことができる。したがって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン１」による開閉制御を行う（Ｓ６）。一方、二次電池１２の充電量が上限値となっている場合には、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン２」による開閉制御を行う（Ｓ７）。
【００６０】
「パターン１」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１を「ＯＦＦ」とし、第２スイッチ素子ＳＷ２〜第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＮ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン１」とすることにより、建築物Ｍ内の電力は、太陽光発電装置１１が発電する電力によって賄われる。このとき、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上であることから、二次電池１２には電力負荷２３で消費した電力の余剰分が充電されることとなる。
【００６１】
また、「パターン２」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第４スイッチ素子ＳＷ４を「ＯＮ」とし、第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＦＦ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン２」とすることにより、建築物Ｍ内の電力は、太陽光発電装置１１が発電する電力によって賄われる。このとき、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上であるが、二次電池１２の充電量が上限値となっているため、二次電池１２に対する充電を行うことができない。したがって、この場合には、商用電源２２を経路して売電したり、他の充電設備、たとえば二次電池が図５（ｄ）に示す高層用二次電池１２Ｃである場合の中層用二次電池１２Ｂまたは低層用二次電池１２Ａに対して充電したりすることができる。
【００６２】
さらに、ステップＳ４において、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上となっていないと判断した場合には、太陽光発電装置１１による発電量では、電力負荷２３における消費電力を太陽光発電装置１１による発電では賄えないこととなる。この場合には、太陽光発電装置１１による発電量が０を超えているか否かを判断する（Ｓ８）。
【００６３】
その結果、太陽光発電装置１１による発電量が０を超えていると判断した場合には、太陽光発電装置１１による発電量では電力負荷２３における消費電力の全てを賄うことはできない一方で、太陽光発電装置１１によって発電した電力を電力負荷２３に供給することはできる。
【００６４】
このため、電力負荷２３に対して太陽光発電装置１１による発電した電力の不足分は、二次電池１２に充電された電力や商用電源２２から供給される電力で賄うこととなる。ここで、ゼロエネルギー制御では、極力商用電源２２からの電力の供給を抑制して、分散型電源や二次電池による電力で賄うことが求められる。したがって、太陽光発電装置１１による発電量では電力負荷２３における消費電力の全てを賄うことができない場合、原則的には、二次電池１２に充電された電力でその不足分を補うことが求められる。
【００６５】
このとき、二次電池１２に充電された電力が残っている場合には電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができる。しかし、二次電池１２の充電量が下限値となっている場合には、電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができないこととなる。したがって、ステップＳ８において、太陽光発電装置１１による発電量が０を超えていると判断した場合には、二次電池１２の充電量が下限値となっているか否かを判断する（Ｓ９）。
【００６６】
その結果、二次電池１２の充電量が下限値となっていないと判断した場合には、二次電池１２によって放電を行い、二次電池１２から電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができる。したがって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン３」による開閉制御を行う（Ｓ１０）。一方、二次電池１２の充電量が下限値となっている場合には、二次電池１２から電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができない。よって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン２」による開閉制御を行う（Ｓ７）。この場合、商用電源２２から供給される電力を利用する。
【００６７】
「パターン３」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＮ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン３」とすることにより、電力負荷２３に供給される電力には、太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２に充電された電力が用いられる。そして、太陽光発電装置１１や二次電池１２での電力で電力負荷２３の消費電力が賄えない場合に、商用電源２２から供給される電力を利用する。
【００６８】
さらに、ステップＳ８において、太陽光発電装置１１による発電量が０を超えていないと判断した場合には、太陽光発電装置１１による発電量が０となる。この場合、太陽光発電装置１１での発電が行われておらず、太陽光発電装置１１からの電力の供給を行うことができなくなっている。この場合も原則的には二次電池１２から電力を供給することとなるが、二次電池１２の充電量が下限値となっている場合には、電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができない。そこで、二次電池１２の充電量が下限値となっているか否かを判断する（Ｓ１１）。
【００６９】
その結果、二次電池１２の充電量が下限値となっていないと判断した場合には、二次電池１２によって放電を行い、二次電池１２から電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができる。したがって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン４」による開閉制御を行う（Ｓ１２）。一方、二次電池１２の充電量が下限値となっている場合には、二次電池１２から電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができない。よって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン５」による開閉制御を行う（Ｓ１３）。
【００７０】
「パターン４」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第３スイッチ素子ＳＷ３および第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＮ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン４」とすることにより、電力負荷２３に供給される電力には、主に二次電池１２に充電された電力が用いられる。このときに、不足する分を商用電源２２から供給される電力で補うこととなる。
【００７１】
また、「パターン５」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第３スイッチ素子ＳＷ３を「ＯＮ」とし、第４スイッチ素子ＳＷ４および第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＦＦ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン５」とすることにより、電力負荷２３に供給される電力には、商用電源２２から供給される電力となる。こうして、コントローラ２１による処理を終了する。
【００７２】
他方、電力制御盤１５における電力制御が行われている間、モニター１６には、電力負荷２３における電力消費に応じたＣＯ２排出量、電力消費量、および電気料金等が表示されている。このように、モニター１６にＣＯ２排出量等を表示することにより、建築物Ｍの使用者に対して、ＣＯ２の排出量の視認を介して建築物Ｍにおける電力消費量を実感させ、環境配慮、消費エネルギーに対する意識の向上を図ることができる。
【００７３】
次に、電力制御盤１５を用いた電力制御を行った際における電力量の変化の一例について説明する。図８は、電力制御を行った際における電力量の経時変化の一例を示すグラフである。図８に示すように、時刻ｔ１では、二次電池１２の充電量ＣＱが上限値となっており、太陽光発電装置１１の発電量ＣＥおよび電力負荷２３による電力の消費量ＳＥは最低値となっている。この状態から制御を開始する。
【００７４】
時刻ｔ１から太陽光発電装置１１による発電が開始するとともに、電力負荷２３による電力の消費が始まる。ここでは、電力負荷２３による電力の消費量ＳＥが太陽光発電装置１１による発電量ＣＥを上回っており、二次電池１２の充電量ＣＱが下限値ではない。このため、コントローラ２１による制御パターンは、図７に示す「パターン３」となり、太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２に充電された電力によって電力負荷２３が消費する電力を賄っている。
【００７５】
次に、時刻ｔ２となり、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥが電力負荷２３による電力の消費量ＳＥを超えると、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥによって電力負荷２３で消費される電力の消費量ＳＥを賄うことができる。このため、コントローラ２１による制御パターンは「パターン１」となり、太陽光発電装置１１の発電量ＣＥによって電力負荷２３が消費する電力の消費量ＳＥを賄うとともに、余剰電力を二次電池１２に充電する。このため、二次電池１２の充電量ＣＱが増加する。
【００７６】
さらに、時刻ｔ３となり、再び電力負荷２３における電力の消費量ＳＥが太陽光発電装置１１による発電量ＣＥを上回ったときには、「パターン３」の制御を行い、太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２に充電された電力によって電力負荷２３が消費する電力を賄う。それから、時刻ｔ４となると、二次電池１２の充電量ＣＱが下限値となる。二次電池１２の充電量ＣＱが下限値となると、二次電池１２の放電による電力供給を行うことができなくなる。このときには、コントローラ２１による制御パターンは、「パターン２」となり、太陽光発電装置１１が発電する電力および商用電源２２からの供給電力量ＭＥによって電力負荷２３における電力の消費量ＳＥを賄う。
【００７７】
その後、時刻ｔ５となり、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥが電力負荷２３による電力の消費量ＳＥを上回ったときには、「パターン１」の制御を行い、余剰電力の二次電池１２への充電を行う。この充電により、二次電池１２の充電量は下限値から徐々に増加する。それから、時刻ｔ５と時刻ｔ６との間、および時刻ｔ７と時刻ｔ８との間で「パターン１」の制御を行い、時刻ｔ６と時刻ｔ７との間、および時刻ｔ８と時刻ｔ９との間で「パターン３」の制御を行う。
【００７８】
時刻ｔ９では、二次電池１２の充電量ＣＱが再び下限値となる。このときに「パターン２」による制御を行い、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥおよび商用電源２２からの供給電力量ＭＥによって電力負荷２３における電力の消費量ＳＥを賄う。その後、時刻ｔ１０では、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥが日没によって０となる。このとき、二次電池１２の充電量は未だ下限値であるので、コントローラ２１は、「パターン５」による制御を行い、商用電源２２からの供給電力量ＭＥのみで電力負荷２３における電力の消費量ＳＥを賄っている。
【００７９】
続いて、時刻ｔ１１となり、電力負荷２３が最低値となると、商用電源２２からの供給電力量ＭＥも最低値となる。そして、時刻ｔ１１以後、電力負荷２３が最低値であり、二次電池１２の充電量が上限値となっていないので、特別な電力制御を行い、商用電源２２からの供給電力量ＭＥを二次電池１２に供給して二次電池１２に充電する。この特別な電力制御では、第１スイッチ素子ＳＷ１、第３スイッチ素子ＳＷ３、および第５スイッチ素子ＳＷ５が「ＯＮ」となり、第２スイッチ素子ＳＷ２および第４スイッチ素子ＳＷ４が「ＯＦＦ」となる。その後、時刻ｔ１２で二次電池１２の充電量が上限値となり、商用電源２２からの電力の供給が終了する。
【００８０】
以上の説明のように、本実施形態に係る既設構造物の改修方法では、既設建築物ＭＢを改修する際に、電力制御盤１５を設置し、既存の商用電源２２や電力負荷２３に接続するとともに、新たに設置する太陽光発電装置１１や二次電池１２に接続している。この電力制御盤１５を改修時に新たに設置することにより、新設する太陽光発電装置１１や二次電池１２の容量や数量によらず、対応が可能となる。したがって、既設建築物ＭＢの改修を行うにあたり、既設建築物ＭＢを建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる。
【００８１】
また、本実施形態に係る既設構造物の改修方法では、既設建築物ＭＢを改修するにあたり、既設建築物ＭＢを３つのエリアに分割し、各エリアの改修を順次行うようにしている。このため、改修を行っていないエリアについては、通常どおりに使用者が使用することができる。したがって、既設建築物ＭＢを通常どおり使用しながら、既設建築物ＭＢの改修を進めることができる。
【００８２】
さらに、既設建築物ＭＢを改修した改修建築物ＭＡにおいては、電力制御盤１５を用いた制御が行われる。ここで、電力制御盤１５による制御では、電力負荷２３における消費電力が太陽光発電装置１１および二次電池１２からの供給電力以下の場合には、商用電源２２から電力負荷２３に対する電力供給を遮断する電力制御を行っている。このため、改修後における改修建築物の省エネルギー化を好適に促進することができる。
【００８３】
加えて、このような電力制御盤１５による制御を建築物Ｍにおけるエリア毎に行うようにし、改修が完了したエリアから順に電力制御盤１５による制御を開始するようにしている。このため、改修が済んだエリアから順に省エネルギー化に向けた制御を開始することができる。従って、効率よく省エネルギー化の促進を図ることができる。
【００８４】
また、改修建築物ＭＡにおいては、電力負荷２３による電力に応じたＣＯ２排出量を表示するモニター１６が設けられている。このモニター１６が設けられていることにより、改修建築物ＭＡの使用者は、改修建築物ＭＡにおける電力負荷２３による電力消費量を視認することができる。したがって、改修建築物の使用者に省エネルギーに対する意識付けを行うことができる。
【００８５】
特に、モニター１６においては、電力負荷２３の種類に応じたＣＯ２排出量、具体的に、空調機３、室内照明４、およびコンセントのＣＯ２排出量を表示している。このため、使用者に対して、どの電力負荷の電力消費量が大きいかを認知させることができる。さらには、ＣＯ２排出量の目標値や前日比をも合わせて表示している。このため、より一層省エネルギーに対する意識を高めることができる。
【００８６】
さらには、電力量計Ｗｈ１で計測された電力量、太陽光発電量などを表示させ、自然エネルギーによって賄っている状況を表示させることもできる。さらには、第３電力量計Ｗｈ３で計測された電力量を表示することにより、ゼロエネルギー化の達成度合を表示することもできる。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態においては、既設建築物ＭＢをエリアに分割するにあたり、上下方向に分割するようにしているが、平面方向に分割することもできる。また、上下方向に分割するにしても、フロア毎にエリアを区切ることもできるし、複数のフロアを１エリアとして分割することもできる。
【００８８】
また、上記実施形態では、分散型電源として、自然エネルギー電源である太陽光発電装置１１を用いているが、その他の電源、たとえば風力発電装置を用いることもできる。あるいは、自然エネルギー電源以外の電源を用いることもできる。さらに、上記実施形態においては、既設建築物ＭＢをエリアに分割して改修を行っているが、エリアに分割することなく改修を行うこともできる。
【００８９】
また、上記実施形態では、エリア毎に電力制御盤１５を設置してエリア毎に電力制御を行っているが、複数のエリアについて共通の電力制御盤を用いた制御を行うこともできる。さらに、上記実施形態における電力制御の一例では、電力負荷２３の電力消費量が最低値となった後に、商用電源２２から二次電池１２に対して電力供給を行っているが、このような電力供給を行わないようにすることもできる。この場合、二次電池１２に充電するための電力は、太陽光発電装置１１で発電される電力によることとなる。
【符号の説明】
【００９０】
１…建物躯体
２…天井
３…空調機
４…室内照明
１１…太陽光発電装置
１１Ａ…低層用太陽光発電装置
１１Ｂ…中層用太陽光発電装置
１１Ｃ…高層用太陽光発電装置
１２…二次電池
１２Ａ…低層用二次電池
１２Ｂ…中層用二次電池
１２Ｃ…高層用二次電池
１３…第１パワーコンディショナー
１４…第２パワーコンディショナー
１５…電力制御盤
１５Ａ…低層用電力制御盤
１５Ｂ…中層用電力制御盤
１５Ｃ…高層用電力制御盤
１６…モニター
１７…タスク照明
１８…人感センサ
２１…コントローラ
２２…商用電源
２３…電力負荷
３１…第１単相トランス
３２…第２単相トランス
３３…第１三相トランス
３４…第２三相トランス
４１Ａ〜４１Ｃ…単相用既存電源盤
４２Ａ〜４２Ｃ…三相用既存電源盤
ＦＰ…停電信号検出素子
Ｍ…建築物
ＭＡ…改修建築物
ＭＢ…既設建築物
ＭＨ…高層部
ＭＬ…低層部
ＭＭ…中層部
ＣＥ…太陽光発電装置の発電量
ＣＱ…二次電池の充電量
ＭＥ…商用電源からの供給電力量
ＳＥ…電力負荷で消費される電力の消費量
ＳＷ１…第１スイッチ素子
ＳＷ２…第２スイッチ素子
ＳＷ３…第３スイッチ素子
ＳＷ４…第４スイッチ素子
ＳＷ５…第５スイッチ素子
Ｗｈ１…第１電力量計
Ｗｈ２…第２電力量計
Ｗｈ３…第３電力量計
Ｗｈ４…第４電力量計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設構造物の改修方法および改修された建築物における電力制御を行う電力制御方法並びにこれらに用いる電力制御盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビル建築物などの既設構造物は、社会資産として捉えた場合、良質な社会資産としてストックしていくことが継続して求められる。このように既設構造物を社会資産として長らえるためには、時代の進化やニーズに合わせて既存建築物の改修を行いながらその価値を維持ないし向上させることが求められる。
【０００３】
既設構造物を改修する目的は、一般的に耐震性向上、劣化更新、機能向上のいずれかに分類される。これらの目的の一項目である機能向上には、コンセント電源の増容量や空調設備の個別分散化といったものが挙げられる。これらの機能向上を目的とする改修の需要は根強いものがある。
【０００４】
その一方で、建築物内での消費エネルギーを抑制し、省エネルギー化を促進することが社会的に求められている。既設構造物を改修する際には、機能向上等の目的とともに、省エネルギー化を図るための機器を増設することも行われる。省エネルギー化を図るための機器としては、たとえば太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを利用した電源や、発電した電力を蓄電する二次電池などが増設される。そして、商用電源などの外部電力の消費を抑えることにより、省エネルギー化を促進するというものである。
【０００５】
このような既設構造物の改修に関する技術として、従来、分散型電源を設置可能にする建物が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この建物は、各階に配電された系統電力に接続された切換装置を備えており、この切換装置に分散型電源を着脱可能としている。このため、建物のリニューアル時等に、建物オーナーなどの要望に応じて電力需要に柔軟に対応することができるというものである。
【０００６】
さらには、停電時に商用電源からの電力供給が止まってしまった場合に、蓄電池や太陽電池からの電力を一般負荷よりも重要負荷に対して優先的に電力を供給するシステムもある（たとえば、特許文献２参照）。これらのシステムにおいては、停電時に商用電源が遮断された際の太陽電池および蓄電池の利用のほか、太陽電池によって発電された電力を建物で消費し、または商用電源の供給者等に売電することにより、省エネルギー化をも図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１６６４４８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、地球温暖化の防止に向けて低炭素社会の実現が求められているが、建築物における年間の一次エネルギー消費量を正味（ネット）ゼロまたはおおむねゼロとなる建築物をＺＥＢ（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）という。既存ビルの省エネルギー・ＣＯ２削減による潜在的なエネルギーの削減効果は、新築ビルよりもはるかに大きい。このため、既存ビルの改修によるＺＥＢ実現は、低炭素化社会の実現には欠かせないものとなっている。
【０００９】
しかし、上記特許文献１に開示された分散型電源を設置可能にする建物では、建物を建築する際に、各階に分電盤および切換装置を配設するものである。このため、将来的に想定される建物（既設構造物）のリニューアル（改修）に対応することはできるものの、建物を建築した時点で想定していたもの以外の分散型電源等を用いる場合には対応することができないという問題があった。
【００１０】
また、既設構造物の改修を行うにあたり、上記特許文献２に開示されている技術を適用し、分電盤に太陽電池システムや蓄電池などを接続して商用電源と共用するシステムを構築することも考えられる。しかし、この方式では、リニューアル以前に設置された分電盤に太陽電池システムや蓄電盤を接続するのみであるので、好適な省エネルギー化を図るための制約が大きくなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、既設構造物の改修を行うにあたり、既設構造物を建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる既設構造物の改修方法および改修建築物における電力制御方法並びにこれらに用いる電力制御盤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決した本発明に係る既設構造物の改修方法は、既存電源から電力が供給される電力負荷が設けられた建築物を改修する既設構造物の改修方法であって、既設構造物を改修する際に、既設構造物に分散型電源および二次電池を設置するとともに、分散型電源および二次電池に対する電力制御を行う電力制御盤を設置し、電力制御盤に対して、分散型電源および二次電池を接続するとともに、既存電源および電力負荷を接続し、電力制御盤は、既設構造物の改修完了後、分散型電源および二次電池に対する電力制御を行うとともに、既存電源からの電力供給量の制御を行うものであることを特徴とする。
【００１３】
たとえば、既設構造物の建築時に電力制御盤を設置してしまうと、電力制御盤に接続することができる分散型電源等の種類や容量等が限定されてしまい、将来的な改修時に適切に利用できないことが考えられる。この点、本発明に係る既設構造物の改修方法においては、既設構造物に分散型電源および二次電池を設置するとともに、分散型電源および二次電池に対する電力制御を行う電力制御盤を設置し、電力制御盤に対して、分散型電源および二次電池を接続するとともに、既存電源および電力負荷を接続して制御を行っている。このため、改修時に用いる分散型電源に応じた電力制御盤を設置することができるので、既設構造物の改修を行うにあたり、既設構造物を建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる。
【００１４】
ここで、既設構造物を複数のエリアに分割し、既設構造物を改修する際に、複数に分割したそれぞれのエリアに対して電力制御盤を設置し、電力制御盤に対して、分散型電源および二次電池を接続するとともに、既存電源および電力負荷を接続することができる。
【００１５】
本発明においては、既設構造物を複数のエリアに分割し、既設構造物を改修する際に、複数に分割したそれぞれのエリアに対して電力制御盤を設置している。このため、改修を行っていないエリアについては、通常どおりに使用者が使用した状態で改修を進めることができる。
【００１６】
また、上記課題を解決した本発明に係る改修建築物における電力制御方法は、上記既設構造物の改修方法で改修された改修建築物において、電力制御盤で電力制御を行うにあたり、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力以下の場合には、既存電源から電力負荷に対する電力供給を遮断し、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力を超える場合には、分散型電源および二次電池のうちの少なくとも一方とともに既存電源から電力負荷に電力を供給する制御を行う。
【００１７】
本発明に係る改修建築物における電力制御方法においては、上記改修方法によって改修された改修建築物において、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、既存電源から電力負荷に対する電力供給を遮断する電力制御を行っている。このため、改修後における改修建築物の省エネルギー化を好適に促進することができる。
【００１８】
また、上記既設構造物の改修方法で改修された改修建築物において、電力制御盤で電力制御を行うにあたり、複数のエリアのうち、改修が完了したエリアから順に、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、既存電源から電力負荷に対する電力供給を遮断し、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力の電力量を超える場合には、分散型電源および二次電池のうちの少なくとも一方とともに既存電源から電力負荷に電力を供給する制御を行うことができる。
【００１９】
本発明においては、改修が完了したエリアから順に、電力負荷における消費電力が分散型電源および二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、既存電源から電力負荷に対する電力供給を遮断する制御を行っている。このため、改修が済んだエリアから順に省エネルギー化に向けた制御を開始することができる。従って、効率よく省エネルギー化の促進を図ることができる。
【００２０】
さらに、電力負荷によって消費される消費電力または消費電力に基づく二酸化炭素排出量をモニターに表示するようにすることができる。
【００２１】
このように、電力負荷によって消費される消費電力または消費電力に基づく二酸化炭素排出量をモニターに表示することにより、改修建築物の使用者に省エネルギーに対する意識付けを行うことができる。
【００２２】
また、本発明に係る電力制御盤は、上記既設構造物の改修方法または改修建築物における電力制御方法に用いられる電力制御盤である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る既設構造物の改修方法および改修建築物における電力制御方法並びにこれらに用いる電力制御盤によれば、既設構造物の改修を行うにあたり、既設構造物を建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る既設構造物の改修方法により改修された改修建築物の一部の概要を示す図である。
【図２】改修建築物に設置するモニターの例を示す図である。
【図３】電力制御盤の構成を示すブロック図である。
【図４】既設構造物を改修する手順を示す工程図である。
【図５】図４に示す工程に応じた改修部分等の電力供給状況を示す配電図である。
【図６】電力制御盤におけるコントローラの制御手順を示すフローチャートである。
【図７】スイッチ素子の開閉パターンと開閉状態との関係を示す表である。
【図８】電力制御を行った際における電力量の経時変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る既設構造物の改修方法により改修された改修建築物の一部の概要を示す図である。図１に示すように、既設構造物である既設建築物を改修した改修建築物ＭＡは、建物躯体１を有し、室内には天井２が設けられている。また、天井２には、室内空調に用いる空調機３および室内照明４が設けられている。さらには、室内には、図示しないコンセント等が設けられている。これらの設備は、既設構造物の改修前から設けられていたものである。空調機３や室内照明４、さらには図示しないコンセント等が本発明の電力負荷となる。
【００２７】
また、改修建築物ＭＡは、分散型電源であり、自然エネルギー電源である太陽光発電装置１１および二次電池１２を備えている。太陽光発電装置１１は、太陽電池パネル等を備えており、太陽光のエネルギーを電力に変換する装置である。また、二次電池１２は、充電された電気を蓄電する装置であり、二次電池１２としては、たとえばリチウムイオン電池が用いられている。
【００２８】
太陽光発電装置１１には、第１パワーコンディショナー（ＰＣＳ）１３が接続されており、二次電池１２には、第２パワーコンディショナー１４が接続されている。第１パワーコンディショナー１３および第２パワーコンディショナーは、いずれもＡＣ−ＤＣ変換機能や電力保護機能を備えており、太陽光発電装置１１で発電された電力を直流から交流に変換したり、二次電池１２に充電する電力を交流から直流に変換したりする。
【００２９】
さらに、太陽光発電装置１１および二次電池１２は、それぞれ第１パワーコンディショナー１３および第２パワーコンディショナー１４を介して電力制御盤１５に接続されている。電力制御盤１５は、改修建築物ＭＡをいわゆるゼロエネルギービルとするための電力制御を行うＺＥＢ電源盤である。
【００３０】
また、建物躯体１における室内には、モニター１６が設けられている。モニター１６は、「みえる化モニター」と称されるものであり、図２に示すように、モニター１６には、現在の消費電力から算出されるＣＯ２排出量等が「空調」「照明」「コンセント」といった電力負荷の種類ごとに表示されている。また、これらのＣＯ２消費量が時間毎に表示されるとともに、前日比、料金なども表示される。
【００３１】
太陽光発電装置１１、二次電池１２、第１パワーコンディショナー１３、第２パワーコンディショナー１４、電力制御盤１５、およびモニター１６は、いずれも既設建築物を改修する際に設けられたものである。その他、建物躯体１には、タスク照明１７、人感センサ１８なども設けられている。
【００３２】
次に、電力制御盤１５の構成について説明する。図３は、電力制御盤の構成を示すブロック図である。図３に示すように、太陽光発電装置１１および二次電池１２は、それぞれ第１パワーコンディショナー１３および第２パワーコンディショナー１４を介して、電力制御盤１５に接続されている。また、電力制御盤１５には、本発明の既存電源である商用電源２２も接続されている。なお、図３においては、天井２に設けられた空調機３および室内照明４および図示しないコンセント等を合わせて電力負荷２３と総称する。
【００３３】
さらに、回路には、５つのスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５および４つの電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４が設けられている。また、回路には、停電信号検出素子ＦＰが設けられている。このうち、第１スイッチ素子ＳＷ１は、商用電源２２と電力負荷２３、商用電源２２と太陽光発電装置１１、および商用電源２２と二次電池１２の間に設けられている。
【００３４】
また、第２スイッチ素子ＳＷ２は、第１スイッチ素子ＳＷ１と電力負荷２３との間に設けられている。さらに、第３スイッチ素子ＳＷ３は、第１スイッチ素子ＳＷ１と太陽光発電装置１１との間であり、第１スイッチ素子ＳＷ１と二次電池１２との間である位置に設けられている。また、第４スイッチ素子ＳＷ４は、第３スイッチ素子ＳＷ３と太陽光発電装置１１との間に設けられ、第５スイッチ素子ＳＷ５は、第３スイッチ素子ＳＷ３と二次電池１２との間に設けられている。
【００３５】
第１電力量計Ｗｈ１は、第４スイッチ素子ＳＷ４と太陽光発電装置１１との間に設けられ、第２電力量計Ｗｈ２は、第２スイッチ素子ＳＷ２と電力負荷２３との間に設けられている。さらに、第３電力量計Ｗｈ３は、商用電源２２と第一スイッチ素子ＳＷ１の間に設けられ、第４電力量計Ｗｈ４は、第５スイッチ素子ＳＷ５と二次電池１２との間に設けられている。さらに、停電信号検出素子ＦＰは、商用電源２２と第３電力量計Ｗｈ３との間に設けられている。
【００３６】
電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４は、それぞれ設置されている位置の電力量を検出している。このうち、第１電力量計Ｗｈ１は、太陽光発電装置１１の発電による電力量を検出し、第２電力量計Ｗｈ２は、電力負荷２３が消費する電力量を検出している。また、第３電力量計Ｗｈ３は、商用電源２２から供給される電力量を検出し、第４電力量計Ｗｈ４は、二次電池１２の蓄電量を検出している。電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４は、スマートコントローラ（以下「コントローラ」という）２１に電気的に接続されており、検出した電力量をコントローラ２１にそれぞれ送信する。停電信号検出素子ＦＰは、商用電源２２から供給される電力を監視し、商用電源２２から供給される電力が遮断された場合に、停電信号をコントローラ２１に送信する。
【００３７】
コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５に対して電気的に接続されている。コントローラ２１では、電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４および停電信号検出素子ＦＰから送信された各種信号に基づいて、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５の開閉状態を判断し、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５の開閉制御を行う。また、コントローラ２１にモニター１６が接続されている。
【００３８】
次に、本実施形態に係る既設建築物の改修方法について説明する。図４は、既設建築物を改修する手順を示す工程図である。また、図５は、図４に示す工程に応じた改修部分等の電力供給状況を示す配電図である。図４（ａ）は、建築物Ｍの改修前の状態である既設建築物ＭＢを示している。建築物Ｍの改修を行うにあたっては、建築物Ｍを複数のエリア、本実施形態では、低層部ＭＬ、中層部ＭＭ、高層部ＭＨに分割し、それぞれのエリア毎に順に改修を行っていく。このとき、図５（ａ）に示すように、既設建築物ＭＢには、第１単相トランス３１、第２単相トランス３２、第１三相トランス３３、および第２三相トランス３４が設けられている。これらの各トランス３１〜３４には、図３に示す商用電源２２が接続されている。
【００３９】
建築物Ｍの改修を行う手順として、まず、図４（ｂ）に示すように、建築物Ｍにおける下層の一部分である低層部ＭＬの改修を行う。低層部ＭＬの改修を行う際には、建築物Ｍにおける中層部ＭＭおよび高層部ＭＨについては、改修を行わない。このため、建築物Ｍにおける中層部ＭＭおよび高層部ＭＨは、改修工事の影響を受けることなく、通常の状態で利用することができ、いわゆる「いながら改修」を行うことができる。
【００４０】
低層部ＭＬの改修を行う際には、図５（ｂ）にも示すように、低層用電力制御盤１５Ａを低層部ＭＬに設置する。低層用電力制御盤１５Ａは、図３に示す電力制御盤１５と同一の構成を有している。低層用電力制御盤１５Ａは、単相用既存電源盤４１Ａを介して第１単相トランス３１に接続される。この場合、電力負荷２３は単相負荷であるが、電力負荷２３が三相負荷の場合には、低層用電力制御盤１５Ａは、三相用既存電源盤４２Ａを介して第１三相トランス３３に接続される。さらに、電力負荷２３が単相および三相負荷の双方からなる場合には、低層用電力制御盤１５Ａは、単相と三相からなる複合盤として接続される。第１単相トランス３１および第１三相トランス３３のいずれに接続されるかは、太陽光発電装置１１の容量や電力負荷２３の内容によって決められる。
【００４１】
さらに、低層部ＭＬには、低層用太陽光発電装置１１Ａおよび低層用第１パワーコンディショナーを設けるとともに、低層用二次電池１２Ａおよび低層用第２パワーコンディショナーも設ける。低層用太陽光発電装置１１Ａは、たとえば建築物Ｍの屋上に配設し、低層用第１パワーコンディショナー、低層用二次電池１２Ａおよび低層用第２パワーコンディショナーは、低層部ＭＬの室内に配設する。
【００４２】
さらには、これらの素子を低層用電力制御盤１５Ａに接続することにより、改修後における建築物Ｍの低層部ＭＬに対してゼロエネルギー制御を行う。ゼロエネルギー制御とは、自然エネルギー電源で発電される電力によって電力負荷を賄い、商用電源などの外部エネルギーを不要とすることの実現を目指す制御をいう。また、低層部ＭＬの改修を行う際には、図２に示すモニター１６を改修後の室内における所定位置、たとえば壁面に設置する。
【００４３】
ここで、低層部ＭＬを改修するにあたって、電力制御盤１５を低層用電力制御盤１５Ａとして新たに設置する。この低層用電力制御盤１５Ａは、既存電源盤４１Ａ，４２Ａや電力負荷２３、さらには第１単相トランス３１、第２単相トランス３２、第１三相トランス３３、および第２三相トランス３４といった既存設備と接続可能とされている。
【００４４】
さらに、低層用電力制御盤１５Ａは、これらの既存設備のほかに、新たに設置される低層用太陽光発電装置１１Ａや低層用二次電池１２Ａと接続可能とされている。このため、建築物Ｍの改修にあたって、低層用太陽光発電装置１１Ａや低層用二次電池１２Ａといった設備を増設することにより、いわゆる機能向上のための改修に対しても適切に対応することができる。
【００４５】
さらには、建築物Ｍを改修する際に、電力制御盤１５を新たに設置するようにしている。このため、たとえば改修前の建築物に電力制御盤がすでに設置されている場合と比較して、増設する設備に応じた電力制御盤を用いることができる。したがって、建築物Ｍの改修の規模等に応じて柔軟に対応することができる。
【００４６】
低層部ＭＬの改修が完了したら、図４（ｃ）に示すように、中層部ＭＭの改修を開始する。中層部ＭＭの改修を行うにあっては、低層部ＭＬを改修する場合と同様、図５（ｃ）にも示すように、中層用電力制御盤１５Ｂを中層部ＭＭに設置する。中層用電力制御盤１５Ｂは、図３に示す電力制御盤１５と同一の構成を有している。中層用電力制御盤１５Ｂは、単相用既存電源盤４１Ｂを介して第１単相トランス３１に接続される。この場合、電力負荷２３は単相負荷であるが、電力負荷２３が三相負荷の場合には、中層用電力制御盤１５Ｂは、三相用既存電源盤４２Ｂを介して第１三相トランス３３に接続される。さらに、電力負荷２３が単相および三相負荷の双方からなる場合には、中層用電力制御盤１５Ｂは、単相と三相からなる複合盤として接続される。
【００４７】
さらに、中層部ＭＭには、中層用太陽光発電装置１１Ｂおよび中層用第１パワーコンディショナーを設けるとともに、中層用二次電池１２Ｂおよび中層用第２パワーコンディショナーも設ける。中層用太陽光発電装置１１Ｂは、たとえば建築物Ｍの屋上に低層用太陽光発電装置１１Ａの横に並設する。また、中層用第１パワーコンディショナー、中層用二次電池１２Ｂおよび中層用第２パワーコンディショナーは、中層部ＭＭの室内に配設する。さらには、これらの素子を中層用電力制御盤１５Ｂに接続することにより、改修後における建築物Ｍの中層部ＭＭに対してゼロエネルギー制御を行う。
【００４８】
その一方、改修作業が終了した低層部ＭＬでは、通常の状態で利用を再開することができるようになっている。ここで、低層部ＭＬは、改修作業が完了していることから、新たに設置した低層用電力制御盤１５Ａを用いた制御が可能となっている。この低層用電力制御盤１５Ａを用いることにより、いわゆるゼロエネルギー制御を行うことができる。ゼロエネルギー制御の手順については後に説明する。
【００４９】
こうして中層部ＭＭの改修が完了したら、図４（ｄ）に示すように、高層部ＭＨの改修を開始する。高層部ＭＨの改修を行うにあっては、低層部ＭＬを改修する場合と同様、図５（ｄ）にも示すように、高層用電力制御盤１５Ｃを高層部ＭＨに設置する。高層用電力制御盤１５Ｃは、図３に示す電力制御盤１５と同一の構成を有している。高層用電力制御盤１５Ｃは、単相用既存電源盤４１Ｃを介して第１単相トランス３１に接続される。この場合、電力負荷２３は単相負荷であるが、電力負荷２３が三相負荷の場合には、高層用電力制御盤１５Ｃは、三相用既存電源盤４２Ｃを介して第１三相トランス３３に接続される。さらに、電力負荷２３が単相および三相負荷の双方からなる場合には、高層用電力制御盤１５Ｃは、単相と三相からなる複合盤として接続される。
【００５０】
さらに、高層部ＭＨには、高層用太陽光発電装置１１Ｃおよび高層用第１パワーコンディショナーを設けるとともに、高層用二次電池１２Ｃおよび高層用第２パワーコンディショナーも設ける。高層用太陽光発電装置１１Ｃは、たとえば建築物Ｍの屋上に中層用太陽光発電装置１１Ｂの横に並設する。
【００５１】
また、高層用第１パワーコンディショナー、高層用二次電池１２Ｃおよび高層用第２パワーコンディショナーは、高層部ＭＨの室内に配設する。さらには、これらの素子を高層用電力制御盤１５Ｃに接続することにより、改修後における建築物Ｍの高層部ＭＨに対してゼロエネルギー制御を行う。こうして、分割改修エリアごとの順次改修を経て建築物Ｍの改修が完了し、改修建築物ＭＡとなる。
【００５２】
それでは、改修建築物ＭＡの屋上に設けられた電力制御盤１５における制御について説明する。改修建築物ＭＡには、３つの電力制御盤１５Ａ〜１５Ｃが設けられている。これらの電力制御盤１５Ａ〜１５Ｃは、互いに独立して同様の制御を行っている。以下のその制御の手順について説明する。
【００５３】
図６は、電力制御盤におけるコントローラの制御手順を示すフローチャートである。図６に示すに、電力制御盤１５におけるコントローラ２１においては、最初に、電力量計Ｗｈ１〜Ｗｈ４および停電信号検出素子ＦＰから送信される各種データを受信して取得する（Ｓ１）。
【００５４】
次に、コントローラ２１は、建築物Ｍに停電が発生したか否かを判断する（Ｓ２）。この判断は、停電信号検出素子ＦＰから停電信号を受信したか否かによって行われる。その結果、停電が発生したと判断した場合には、商用電源２２からの電力の供給が遮断される。このため、電力負荷２３に供給する電力を太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２が充電されている電力によって賄う必要がある。したがって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン６」による開閉制御を行う（Ｓ３）。
【００５５】
コントローラ２１による第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５の開閉制御のパターンを図７に示す。「パターン６」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１を「ＯＦＦ」とし、第２スイッチ素子ＳＷ２〜第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＮ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン６」とすることにより、電力負荷２３に供給する電力は、太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２に充電されている電力によって賄われる。このとき、二次電池１２からは充電された電力が放電されることとなる。
【００５６】
また、ステップＳ２において、停電が発生していないと判断した場合には、第１電力量計Ｗｈ１が検出した電力量と第２電力量計Ｗｈ２が検出した電力量とを比較し、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上となっているか否かを判断する（Ｓ４）。
【００５７】
その結果、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上となっていると判断した場合には、電力負荷２３による消費電力を、太陽光発電装置１１による発電量で全て賄うことができる。さらには、太陽光発電装置１１で発電した電力に余剰が発生することとなる。
【００５８】
この場合には、商用電源２２から電力負荷２３に対する電力供給を遮断し、電力負荷２３による消費電力を太陽光発電装置１１による発電量で全て賄うとともに、発生した余剰電力を二次電池１２に充電する。ただし、二次電池１２の充電量が許容上限値である場合には、二次電池１２に対する充電を行うことができなくなる。このため、第４電力量計Ｗｈ４の検出値を参照し、二次電池１２の充電量が上限値となっているか否かを判断する（Ｓ５）。
【００５９】
その結果、二次電池１２の充電量が上限値となっていない場合には、二次電池１２に対する充電を行うことができる。したがって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン１」による開閉制御を行う（Ｓ６）。一方、二次電池１２の充電量が上限値となっている場合には、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン２」による開閉制御を行う（Ｓ７）。
【００６０】
「パターン１」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１を「ＯＦＦ」とし、第２スイッチ素子ＳＷ２〜第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＮ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン１」とすることにより、建築物Ｍ内の電力は、太陽光発電装置１１が発電する電力によって賄われる。このとき、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上であることから、二次電池１２には電力負荷２３で消費した電力の余剰分が充電されることとなる。
【００６１】
また、「パターン２」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第４スイッチ素子ＳＷ４を「ＯＮ」とし、第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＦＦ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン２」とすることにより、建築物Ｍ内の電力は、太陽光発電装置１１が発電する電力によって賄われる。このとき、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上であるが、二次電池１２の充電量が上限値となっているため、二次電池１２に対する充電を行うことができない。したがって、この場合には、商用電源２２を経路して売電したり、他の充電設備、たとえば二次電池が図５（ｄ）に示す高層用二次電池１２Ｃである場合の中層用二次電池１２Ｂまたは低層用二次電池１２Ａに対して充電したりすることができる。
【００６２】
さらに、ステップＳ４において、太陽光発電装置１１による発電量が、電力負荷２３が消費する電力量以上となっていないと判断した場合には、太陽光発電装置１１による発電量では、電力負荷２３における消費電力を太陽光発電装置１１による発電では賄えないこととなる。この場合には、太陽光発電装置１１による発電量が０を超えているか否かを判断する（Ｓ８）。
【００６３】
その結果、太陽光発電装置１１による発電量が０を超えていると判断した場合には、太陽光発電装置１１による発電量では電力負荷２３における消費電力の全てを賄うことはできない一方で、太陽光発電装置１１によって発電した電力を電力負荷２３に供給することはできる。
【００６４】
このため、電力負荷２３に対して太陽光発電装置１１による発電した電力の不足分は、二次電池１２に充電された電力や商用電源２２から供給される電力で賄うこととなる。ここで、ゼロエネルギー制御では、極力商用電源２２からの電力の供給を抑制して、分散型電源や二次電池による電力で賄うことが求められる。したがって、太陽光発電装置１１による発電量では電力負荷２３における消費電力の全てを賄うことができない場合、原則的には、二次電池１２に充電された電力でその不足分を補うことが求められる。
【００６５】
このとき、二次電池１２に充電された電力が残っている場合には電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができる。しかし、二次電池１２の充電量が下限値となっている場合には、電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができないこととなる。したがって、ステップＳ８において、太陽光発電装置１１による発電量が０を超えていると判断した場合には、二次電池１２の充電量が下限値となっているか否かを判断する（Ｓ９）。
【００６６】
その結果、二次電池１２の充電量が下限値となっていないと判断した場合には、二次電池１２によって放電を行い、二次電池１２から電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができる。したがって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン３」による開閉制御を行う（Ｓ１０）。一方、二次電池１２の充電量が下限値となっている場合には、二次電池１２から電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができない。よって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン２」による開閉制御を行う（Ｓ７）。この場合、商用電源２２から供給される電力を利用する。
【００６７】
「パターン３」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＮ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン３」とすることにより、電力負荷２３に供給される電力には、太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２に充電された電力が用いられる。そして、太陽光発電装置１１や二次電池１２での電力で電力負荷２３の消費電力が賄えない場合に、商用電源２２から供給される電力を利用する。
【００６８】
さらに、ステップＳ８において、太陽光発電装置１１による発電量が０を超えていないと判断した場合には、太陽光発電装置１１による発電量が０となる。この場合、太陽光発電装置１１での発電が行われておらず、太陽光発電装置１１からの電力の供給を行うことができなくなっている。この場合も原則的には二次電池１２から電力を供給することとなるが、二次電池１２の充電量が下限値となっている場合には、電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができない。そこで、二次電池１２の充電量が下限値となっているか否かを判断する（Ｓ１１）。
【００６９】
その結果、二次電池１２の充電量が下限値となっていないと判断した場合には、二次電池１２によって放電を行い、二次電池１２から電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができる。したがって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン４」による開閉制御を行う（Ｓ１２）。一方、二次電池１２の充電量が下限値となっている場合には、二次電池１２から電力負荷２３に対する電力の供給を行うことができない。よって、コントローラ２１は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第５スイッチ素子ＳＷ５について、「パターン５」による開閉制御を行う（Ｓ１３）。
【００７０】
「パターン４」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第３スイッチ素子ＳＷ３および第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＮ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン４」とすることにより、電力負荷２３に供給される電力には、主に二次電池１２に充電された電力が用いられる。このときに、不足する分を商用電源２２から供給される電力で補うこととなる。
【００７１】
また、「パターン５」の制御は、第１スイッチ素子ＳＷ１〜第３スイッチ素子ＳＷ３を「ＯＮ」とし、第４スイッチ素子ＳＷ４および第５スイッチ素子ＳＷ５を「ＯＦＦ」にする。各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５の開閉パターンを「パターン５」とすることにより、電力負荷２３に供給される電力には、商用電源２２から供給される電力となる。こうして、コントローラ２１による処理を終了する。
【００７２】
他方、電力制御盤１５における電力制御が行われている間、モニター１６には、電力負荷２３における電力消費に応じたＣＯ２排出量、電力消費量、および電気料金等が表示されている。このように、モニター１６にＣＯ２排出量等を表示することにより、建築物Ｍの使用者に対して、ＣＯ２の排出量の視認を介して建築物Ｍにおける電力消費量を実感させ、環境配慮、消費エネルギーに対する意識の向上を図ることができる。
【００７３】
次に、電力制御盤１５を用いた電力制御を行った際における電力量の変化の一例について説明する。図８は、電力制御を行った際における電力量の経時変化の一例を示すグラフである。図８に示すように、時刻ｔ１では、二次電池１２の充電量ＣＱが上限値となっており、太陽光発電装置１１の発電量ＣＥおよび電力負荷２３による電力の消費量ＳＥは最低値となっている。この状態から制御を開始する。
【００７４】
時刻ｔ１から太陽光発電装置１１による発電が開始するとともに、電力負荷２３による電力の消費が始まる。ここでは、電力負荷２３による電力の消費量ＳＥが太陽光発電装置１１による発電量ＣＥを上回っており、二次電池１２の充電量ＣＱが下限値ではない。このため、コントローラ２１による制御パターンは、図７に示す「パターン３」となり、太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２に充電された電力によって電力負荷２３が消費する電力を賄っている。
【００７５】
次に、時刻ｔ２となり、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥが電力負荷２３による電力の消費量ＳＥを超えると、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥによって電力負荷２３で消費される電力の消費量ＳＥを賄うことができる。このため、コントローラ２１による制御パターンは「パターン１」となり、太陽光発電装置１１の発電量ＣＥによって電力負荷２３が消費する電力の消費量ＳＥを賄うとともに、余剰電力を二次電池１２に充電する。このため、二次電池１２の充電量ＣＱが増加する。
【００７６】
さらに、時刻ｔ３となり、再び電力負荷２３における電力の消費量ＳＥが太陽光発電装置１１による発電量ＣＥを上回ったときには、「パターン３」の制御を行い、太陽光発電装置１１が発電する電力および二次電池１２に充電された電力によって電力負荷２３が消費する電力を賄う。それから、時刻ｔ４となると、二次電池１２の充電量ＣＱが下限値となる。二次電池１２の充電量ＣＱが下限値となると、二次電池１２の放電による電力供給を行うことができなくなる。このときには、コントローラ２１による制御パターンは、「パターン２」となり、太陽光発電装置１１が発電する電力および商用電源２２からの供給電力量ＭＥによって電力負荷２３における電力の消費量ＳＥを賄う。
【００７７】
その後、時刻ｔ５となり、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥが電力負荷２３による電力の消費量ＳＥを上回ったときには、「パターン１」の制御を行い、余剰電力の二次電池１２への充電を行う。この充電により、二次電池１２の充電量は下限値から徐々に増加する。それから、時刻ｔ５と時刻ｔ６との間、および時刻ｔ７と時刻ｔ８との間で「パターン１」の制御を行い、時刻ｔ６と時刻ｔ７との間、および時刻ｔ８と時刻ｔ９との間で「パターン３」の制御を行う。
【００７８】
時刻ｔ９では、二次電池１２の充電量ＣＱが再び下限値となる。このときに「パターン２」による制御を行い、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥおよび商用電源２２からの供給電力量ＭＥによって電力負荷２３における電力の消費量ＳＥを賄う。その後、時刻ｔ１０では、太陽光発電装置１１による発電量ＣＥが日没によって０となる。このとき、二次電池１２の充電量は未だ下限値であるので、コントローラ２１は、「パターン５」による制御を行い、商用電源２２からの供給電力量ＭＥのみで電力負荷２３における電力の消費量ＳＥを賄っている。
【００７９】
続いて、時刻ｔ１１となり、電力負荷２３が最低値となると、商用電源２２からの供給電力量ＭＥも最低値となる。そして、時刻ｔ１１以後、電力負荷２３が最低値であり、二次電池１２の充電量が上限値となっていないので、特別な電力制御を行い、商用電源２２からの供給電力量ＭＥを二次電池１２に供給して二次電池１２に充電する。この特別な電力制御では、第１スイッチ素子ＳＷ１、第３スイッチ素子ＳＷ３、および第５スイッチ素子ＳＷ５が「ＯＮ」となり、第２スイッチ素子ＳＷ２および第４スイッチ素子ＳＷ４が「ＯＦＦ」となる。その後、時刻ｔ１２で二次電池１２の充電量が上限値となり、商用電源２２からの電力の供給が終了する。
【００８０】
以上の説明のように、本実施形態に係る既設構造物の改修方法では、既設建築物ＭＢを改修する際に、電力制御盤１５を設置し、既存の商用電源２２や電力負荷２３に接続するとともに、新たに設置する太陽光発電装置１１や二次電池１２に接続している。この電力制御盤１５を改修時に新たに設置することにより、新設する太陽光発電装置１１や二次電池１２の容量や数量によらず、対応が可能となる。したがって、既設建築物ＭＢの改修を行うにあたり、既設建築物ＭＢを建築した時点で想定したもの以外の分散型電源等の接続についても容易に対応することができ、省エネルギー化を図るための制約が少なく改修を行うことができる。
【００８１】
また、本実施形態に係る既設構造物の改修方法では、既設建築物ＭＢを改修するにあたり、既設建築物ＭＢを３つのエリアに分割し、各エリアの改修を順次行うようにしている。このため、改修を行っていないエリアについては、通常どおりに使用者が使用することができる。したがって、既設建築物ＭＢを通常どおり使用しながら、既設建築物ＭＢの改修を進めることができる。
【００８２】
さらに、既設建築物ＭＢを改修した改修建築物ＭＡにおいては、電力制御盤１５を用いた制御が行われる。ここで、電力制御盤１５による制御では、電力負荷２３における消費電力が太陽光発電装置１１および二次電池１２からの供給電力以下の場合には、商用電源２２から電力負荷２３に対する電力供給を遮断する電力制御を行っている。このため、改修後における改修建築物の省エネルギー化を好適に促進することができる。
【００８３】
加えて、このような電力制御盤１５による制御を建築物Ｍにおけるエリア毎に行うようにし、改修が完了したエリアから順に電力制御盤１５による制御を開始するようにしている。このため、改修が済んだエリアから順に省エネルギー化に向けた制御を開始することができる。従って、効率よく省エネルギー化の促進を図ることができる。
【００８４】
また、改修建築物ＭＡにおいては、電力負荷２３による電力に応じたＣＯ２排出量を表示するモニター１６が設けられている。このモニター１６が設けられていることにより、改修建築物ＭＡの使用者は、改修建築物ＭＡにおける電力負荷２３による電力消費量を視認することができる。したがって、改修建築物の使用者に省エネルギーに対する意識付けを行うことができる。
【００８５】
特に、モニター１６においては、電力負荷２３の種類に応じたＣＯ２排出量、具体的に、空調機３、室内照明４、およびコンセントのＣＯ２排出量を表示している。このため、使用者に対して、どの電力負荷の電力消費量が大きいかを認知させることができる。さらには、ＣＯ２排出量の目標値や前日比をも合わせて表示している。このため、より一層省エネルギーに対する意識を高めることができる。
【００８６】
さらには、電力量計Ｗｈ１で計測された電力量、太陽光発電量などを表示させ、自然エネルギーによって賄っている状況を表示させることもできる。さらには、第３電力量計Ｗｈ３で計測された電力量を表示することにより、ゼロエネルギー化の達成度合を表示することもできる。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態においては、既設建築物ＭＢをエリアに分割するにあたり、上下方向に分割するようにしているが、平面方向に分割することもできる。また、上下方向に分割するにしても、フロア毎にエリアを区切ることもできるし、複数のフロアを１エリアとして分割することもできる。
【００８８】
また、上記実施形態では、分散型電源として、自然エネルギー電源である太陽光発電装置１１を用いているが、その他の電源、たとえば風力発電装置を用いることもできる。あるいは、自然エネルギー電源以外の電源を用いることもできる。さらに、上記実施形態においては、既設建築物ＭＢをエリアに分割して改修を行っているが、エリアに分割することなく改修を行うこともできる。
【００８９】
また、上記実施形態では、エリア毎に電力制御盤１５を設置してエリア毎に電力制御を行っているが、複数のエリアについて共通の電力制御盤を用いた制御を行うこともできる。さらに、上記実施形態における電力制御の一例では、電力負荷２３の電力消費量が最低値となった後に、商用電源２２から二次電池１２に対して電力供給を行っているが、このような電力供給を行わないようにすることもできる。この場合、二次電池１２に充電するための電力は、太陽光発電装置１１で発電される電力によることとなる。
【符号の説明】
【００９０】
１…建物躯体
２…天井
３…空調機
４…室内照明
１１…太陽光発電装置
１１Ａ…低層用太陽光発電装置
１１Ｂ…中層用太陽光発電装置
１１Ｃ…高層用太陽光発電装置
１２…二次電池
１２Ａ…低層用二次電池
１２Ｂ…中層用二次電池
１２Ｃ…高層用二次電池
１３…第１パワーコンディショナー
１４…第２パワーコンディショナー
１５…電力制御盤
１５Ａ…低層用電力制御盤
１５Ｂ…中層用電力制御盤
１５Ｃ…高層用電力制御盤
１６…モニター
１７…タスク照明
１８…人感センサ
２１…コントローラ
２２…商用電源
２３…電力負荷
３１…第１単相トランス
３２…第２単相トランス
３３…第１三相トランス
３４…第２三相トランス
４１Ａ〜４１Ｃ…単相用既存電源盤
４２Ａ〜４２Ｃ…三相用既存電源盤
ＦＰ…停電信号検出素子
Ｍ…建築物
ＭＡ…改修建築物
ＭＢ…既設建築物
ＭＨ…高層部
ＭＬ…低層部
ＭＭ…中層部
ＣＥ…太陽光発電装置の発電量
ＣＱ…二次電池の充電量
ＭＥ…商用電源からの供給電力量
ＳＥ…電力負荷で消費される電力の消費量
ＳＷ１…第１スイッチ素子
ＳＷ２…第２スイッチ素子
ＳＷ３…第３スイッチ素子
ＳＷ４…第４スイッチ素子
ＳＷ５…第５スイッチ素子
Ｗｈ１…第１電力量計
Ｗｈ２…第２電力量計
Ｗｈ３…第３電力量計
Ｗｈ４…第４電力量計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存電源から電力が供給される電力負荷が設けられた建築物を改修する既設構造物の改修方法であって、
前記既設構造物を改修する際に、前記既設構造物に分散型電源および二次電池を設置するとともに、前記分散型電源および前記二次電池に対する電力制御を行う電力制御盤を設置し、
前記電力制御盤に対して、前記分散型電源および前記二次電池を接続するとともに、前記既存電源および前記電力負荷を接続し、
電力制御盤は、前記既設構造物の改修完了後、前記分散型電源および前記二次電池に対する電力制御を行うとともに、前記既存電源からの電力供給量の制御を行うものであることを特徴とする既設構造物の改修方法。
【請求項２】
前記既設構造物を複数のエリアに分割し、
前記既設構造物を改修する際に、複数に分割したそれぞれのエリアに対して前記電力制御盤を設置し、
前記電力制御盤に対して、前記分散型電源および前記二次電池を接続するとともに、前記既存電源および前記電力負荷を接続する請求項１に記載の既設構造物の改修方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の既設構造物の改修方法で改修された改修建築物において、前記電力制御盤で電力制御を行うにあたり、
前記電力負荷における消費電力が前記分散型電源および前記二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、前記既存電源から前記電力負荷に対する電力供給を遮断し、
前記電力負荷における消費電力が前記分散型電源および前記二次電池からの供給電力の電力量を超える場合には、前記分散型電源および前記二次電池のうちの少なくとも一方とともに前記既存電源から前記電力負荷に電力を供給する制御を行う改修建築物における電力制御方法。
【請求項４】
請求項２に記載の既設構造物の改修方法で改修された改修建築物において、前記電力制御盤で電力制御を行うにあたり、
前記複数のエリアのうち、改修が完了したエリアから順に、
前記電力負荷における消費電力が前記分散型電源および前記二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、前記既存電源から前記電力負荷に対する電力供給を遮断し、
前記電力負荷における消費電力が前記分散型電源および前記二次電池からの供給電力の電力量を超える場合には、前記分散型電源および前記二次電池のうちの少なくとも一方とともに前記既存電源から前記電力負荷に電力を供給する制御を行う改修建築物における電力制御方法。
【請求項５】
前記電力負荷によって消費される消費電力または前記消費電力に基づく二酸化炭素排出量をモニターに表示する請求項３または請求項４に記載の改修建築物における電力制御方法。
【請求項６】
請求項１もしくは２に記載の既設構造物の改修方法または請求項３〜５のうちのいずれか１項に記載の改修建築物における電力制御方法に用いられる電力制御盤。
【請求項１】
既存電源から電力が供給される電力負荷が設けられた建築物を改修する既設構造物の改修方法であって、
前記既設構造物を改修する際に、前記既設構造物に分散型電源および二次電池を設置するとともに、前記分散型電源および前記二次電池に対する電力制御を行う電力制御盤を設置し、
前記電力制御盤に対して、前記分散型電源および前記二次電池を接続するとともに、前記既存電源および前記電力負荷を接続し、
電力制御盤は、前記既設構造物の改修完了後、前記分散型電源および前記二次電池に対する電力制御を行うとともに、前記既存電源からの電力供給量の制御を行うものであることを特徴とする既設構造物の改修方法。
【請求項２】
前記既設構造物を複数のエリアに分割し、
前記既設構造物を改修する際に、複数に分割したそれぞれのエリアに対して前記電力制御盤を設置し、
前記電力制御盤に対して、前記分散型電源および前記二次電池を接続するとともに、前記既存電源および前記電力負荷を接続する請求項１に記載の既設構造物の改修方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の既設構造物の改修方法で改修された改修建築物において、前記電力制御盤で電力制御を行うにあたり、
前記電力負荷における消費電力が前記分散型電源および前記二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、前記既存電源から前記電力負荷に対する電力供給を遮断し、
前記電力負荷における消費電力が前記分散型電源および前記二次電池からの供給電力の電力量を超える場合には、前記分散型電源および前記二次電池のうちの少なくとも一方とともに前記既存電源から前記電力負荷に電力を供給する制御を行う改修建築物における電力制御方法。
【請求項４】
請求項２に記載の既設構造物の改修方法で改修された改修建築物において、前記電力制御盤で電力制御を行うにあたり、
前記複数のエリアのうち、改修が完了したエリアから順に、
前記電力負荷における消費電力が前記分散型電源および前記二次電池からの供給電力の電力量以下の場合には、前記既存電源から前記電力負荷に対する電力供給を遮断し、
前記電力負荷における消費電力が前記分散型電源および前記二次電池からの供給電力の電力量を超える場合には、前記分散型電源および前記二次電池のうちの少なくとも一方とともに前記既存電源から前記電力負荷に電力を供給する制御を行う改修建築物における電力制御方法。
【請求項５】
前記電力負荷によって消費される消費電力または前記消費電力に基づく二酸化炭素排出量をモニターに表示する請求項３または請求項４に記載の改修建築物における電力制御方法。
【請求項６】
請求項１もしくは２に記載の既設構造物の改修方法または請求項３〜５のうちのいずれか１項に記載の改修建築物における電力制御方法に用いられる電力制御盤。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−２７１２７（Ｐ２０１３−２７１２７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９０３２（Ｐ２０１１−１５９０３２）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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