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店舗向けショーケース・冷凍機連携制御
特集／エネルギー需給最適化を実現する最新IT化技術 店舗向けショーケース・冷凍機連携制御 店舗でエネルギー使用量の多い部分としてショーケース・冷凍機がある。富士電機はこの部分に注力した連携 制御システムの普及を図っている。平成10年度の省エネ大賞「省エネルギーセンター会長賞」を受賞し，さら に進化したシステムを紹介する。 （編集部） 富士電機㈱ 技術開発本部 製品技術研究所 制御技術開発センター 需要家ソリューション開発部 2009年４月に施行された改正省エネ法に伴い，一定の 要件を満たすフランチャイズチェーンも特定事業者と して規制の対象となった。その対応として，エネルギ 2,000,000 10,000 1,800,000 9,000 1,600,000 8,000 1,400,000 7,000 1,200,000 6,000 1,000,000 5,000 800,000 4,000 600,000 3,000 400,000 2,000 200,000 1,000 0 れ，より効果的な省エネへの取り組み推進が求められ ている。本稿では，店舗の中のエネルギー使用量が最 して，現時点で横ばいないし減少傾向にある。 スーパーマーケットの動向としては，商品の低価格 化や小型店舗，ディスカウントストアなどとの業態を 超えた拡大を進めているが，総売上高は年々減少して 行場の貨物エリア内などに出店するなど潜在ニーズを 05 06 年度 07 08 09 10 11 総店舗数 出典：『FC 統計調査』日本フランチャイズチェーン協会 総売上高（百万円） 10,000,000 50,000 9,000,000 45,000 8,000,000 40,000 7,000,000 35,000 6,000,000 30,000 5,000,000 25,000 4,000,000 20,000 3,000,000 15,000 2,000,000 10,000 1,000,000 5,000 0 0 02 03 04 05 06 年度 総売上高（百万円） 07 08 09 10 11 総店舗数 図−2 コンビニエンスストア総売上額と店舗数の推移 出典：『FC 統計調査』日本フランチャイズチェーン協会 いる（図−1参照）。 コンビニエンスストアの動向としては，省庁内，飛 04 図−1 スーパーマーケット含む総合小売総売上額と店舗数の推移 制御方法を紹介し，その実績を報告する。 国内の小売店舗の売上高は，少子高齢化を主背景と 03 総売上高（百万円） も多い冷凍設備，特にショーケースシステムの省エネ ２．スーパーマーケット・コンビニエンス ストアの店舗数と売上の推移 0 02 ー使用効率を毎年１％以上改善する努力義務が定めら 総店舗数 スーパーマーケットやコンビニエンスストアでは， 総売上高（百万円） １．はじめに 総店舗数 冷熱システムグループ 坂井 一博 ども踏まえ，社会インフラとしての役割を担いつつあ り，その対応での活路を見出す動きもされている。 掘り起こし強化を行なっているが，業界全体の店舗 以上の状況の中，少ない投資で効果のある省エネ（投 数，売上高はともに鈍化傾向にある（図−2参照）。ま 資回収期間２～３年程度）を行なうことが課題となっ た，コンビニエンスストアは，昨今では震災の影響な ている。 40 月刊「省エネルギー」 特集／エネルギー需給最適化を実現する最新IT化技術 ３．スーパーマーケットやコンビニエンス ストアの電力使用量の実態 −5に示す。 スーパーマーケットとコンビニエンスストアの１年 ステムと連携し複数の店舗の監視を集中的に行なう保 店舗内の監視制御システムは，店舗単独で監視制御 を行なう店舗側のローカルシステムおよびローカルシ 間の電力使用量の割合を示す（図−3，4参照）。このデ 守管理センターのリモートシステムで構成される。 ータは，ある店舗の電力量を実際に１年間計測したデ ショーケースコントローラは，16ビットマイコンを ータである。どちらの業態も冷凍設備が全体の半分以 搭載している独自開発したハードウェアで，ショーケ 上を占めていることがわかる。この傾向は，ほとんど ース１台に１個搭載される。温度・設定値表示機能， のスーパーマーケットやコンビニエンスストアで類似 設定機能，庫内温度制御機能，除霜制御機能，警報出 しており，冷凍設備を省エネすることが店舗全体の省 力機能などを持ちショーケース単体の基本的な運転制 エネに大きく寄与することがわかる。 御を行なうコントローラである。また，データ通信機 能を持ちショーケース別のデータ収集，各種設定を可 ４．ショーケース・冷凍機連携制御 能としている。さらに，最新のシリーズでは，防露ヒ 富士電機のショーケース・冷凍機連携制御を紹介す ータ制御機能も搭載し，省エネ制御を行なっている。 る。まずは，富士電機の監視制御システムの構成を図 システムコントローラは，32ビットマイコンを搭載 コンセント全体 ４％ その他９％ 照明全体 23％ 照明全体 14％ 冷凍設備全体 52％ バックヤード 機器全体 ９％ 冷凍設備全体 56％ バックヤード 機器全体 17％ 空調機全体 ８％ 空調機全体８％ 図−4 コンビニエンスストア年間電力割合 図−3 スーパーマーケット年間電力割合 保守管理センター DB WEB アプリ サーバ サーバ サーバ クライアント ・サービス 本部 ・営業所等 ISDN，ADSL 他 店舗ターミナル 店舗モニタ エンタルピーセンサ CO2 センサ 電力 （ガス，水道） 換気扇 システム コントローラ 温湿度センサ ショーケース コントローラ 照明 冷凍機 ショーケース 空調 図−5 システム構成 Vol.64 No.10 2012 41 している独自開発したハードウェアで，冷凍機ごとに 設置し，１台の冷凍機には複数のショーケースが接続 ≒冷凍能力」と判断する。 インバータ冷凍機は，冷媒の吸入圧力値を圧力設定 される。後述するショーケース・冷凍機連携制御機能， 値になるように周波数制御しており，圧力設定値を上 運転状態や周囲環境を総合的に判断して必要なときの げると冷凍能力と消費電力が減少し，下げると冷凍能 み除霜を行なうファジイ制御機能などを搭載している。 力と消費電力が増加する特性を持っている。そこで， 店舗ターミナルはWeb機能を有するとともにセン 複数のショーケースの負荷のうち，１台でも冷凍能力 ターサーバとのデータ通信により，ショーケースをは 不足と判断すると圧力設定値を下げて冷凍能力を増加 じめ，店舗内に設置される照明，空調機，各種センサ させ，逆にすべてのショーケースが冷凍能力過剰と判 などの状態を収集して総合的な監視・制御を行なう機 断すると圧力設定値を上げて冷凍能力を減少させ，冷 能を装備している。 凍能力に過不足がないと判断すると圧力設定値を維持 する。 4−1 ショーケース・冷凍機連携制御の概要 このアルゴリズムにより，複数のショーケースの負 ショーケース・冷凍機連携制御機能とは，システム 荷に対する冷凍能力を常に最適に保ち，省エネを実現 コントローラにてマイコン制御のインバータ冷凍機を している。また，従来は，冷凍機の圧力設定値を季節 総合的にコントロールする機能で，富士電機独自の制 ごとに手動で設定していたが，季節，昼夜，天候によ 御方式である。年間の負荷変動の大きいショーケース らず，常に最適な圧力設定値に自動でチューニングで は，夏場の最大負荷に基づき冷凍機が選定されるため， きるため，複雑なエンジニアリングも不要である。 冬場には時として冷凍能力が過分の状況になっている。 システムコントローラはショーケースコントローラか ５．実店舗での省エネ実績 ら個々のショーケースの運転状況を確認し，総合的に 富士電機のショーケース・冷凍機連携制御は，平成 必要な冷凍能力を判断（需要） ，冷凍機の容量を制御 10年度省エネ大賞「省エネルギーセンター会長賞」を すること（供給）で適正な冷凍能力を維持する（需給 受賞しており，多くの店舗への導入実績がある。 連携制御） 。 図−7は，2005年に省エネ効果を計測した実測結果で ショーケース・冷凍機連携制御アルゴリズムの概略 ブロックを図−6に示す。 ある。店舗内の４つの系統で検証を行なった。冬期， 中間期，夏期のそれぞれ約１週間程度，固定運転（イ 個々のショーケースの負荷は，ショーケースの温度 ンバータ周波数を季節に応じて固定値とする運転）を 制御を行なっている電磁弁のON/OFF情報（電磁弁 行ない，データを計測する。ショーケース・冷凍機連 運転情報）から判断する。電磁弁ON（冷却ON）時間 携制御運転のデータは，固定運転を行なった日と同じ が長い場合は， 「ショーケース負荷＞冷凍能力」，電磁 ような気象状況（主に外気温度）の日を抽出し，デー 弁OFF（冷却OFF）時間が長い場合は，「ショーケー タ比較を行なった。 ス負荷＜冷凍能力」 ，それ以外は「ショーケース負荷 圧力設定値増減 システムコントローラ 電磁弁運転情報 最近では，より省エネ効果が大きくなるようなアル ゴリズムを開発し，更なる効果を挙げている。 スーパーマーケットでは，１台の冷凍機に接続する ＋ インバータ冷凍機 − ショーケース ショーケース ショーケースは，同じような温度帯で構成されるため ショーケース 比較的運転状態が安定しやすく，トータル制御運転の ショーケース 省エネ効果が大きい。しかし，コンビニエンスストア 吸入圧力値 図−6 ショーケース・冷凍機連携制御アルゴリズムの 概略ブロック 42 この店舗では，年間平均省エネ率30.7％であった。 では，弁当・惣菜，飲料，乳製品など様々な温度帯の ショーケースを１台の冷凍機に接続するため負荷のば 月刊「省エネルギー」 特集／エネルギー需給最適化を実現する最新IT化技術 3000.0 果が小さかった。2005年に 平均省エネ率6.3％であっ た。 そこで，各ショーケース の負荷のバラツキに対応し， ２系統 ３系統 ８系統 23.0 22.4 12.3 2219.1 冬期 0.0 夏期 −3.9 −8.2 2000.0 50.0 外気 12.4 2500.0 冷凍機消費電力量 〔kWh/日〕 効果検証した結果は，年間 １系統 省エネ効果 △27.7％ 中間期 −50.0 外気温度 〔℃〕 らつきが大きく，省エネ効 1604.9 1495.9 1500.0 圧力設定値の増減条件をよ 省エネ効果 △29.4％ 995.5 1000.0 −100.0 省エネ効果 △34.6％ 978.3 −1500.0 702.4 500.0 り細かく設定できるように −200.0 0.0 することで，違う温度帯の 固定運転 ショーケース・冷凍機 連携制御運転 固定運転 ショーケース・冷凍機 連携制御運転 固定運転 ショーケース・冷凍機 連携制御運転 −250.0 図−7 スーパーマーケットでのショーケース・冷凍機連携制御実証結果 ショーケースを接続しても， 省エネ効果が出るようにア 図−8に2008年に実施した 4000 新しいアルゴリズムによる 結果を示す。 こちらの検証では，毎月， 約１週間程度，標準インバ ータ運転を行ない，データ 冷凍機消費電力量 〔kWh/月〕 省エネ効果を計測した実測 を計測した。 ショーケース・ 25 ショーケース冷凍機 連携制御運転 3500 コンビニエンスストアでの 30 平均気温 標準インバータ （制御無し） 20 3000 15 2500 10 2000 0 平均外気温度 〔℃〕 4500 ルゴリズムを改良した。 1500 1000 冷凍機連携制御運転のデー タは，標準インバータ運転 を行なった日と同じような 気象状況の日を抽出し，デ 500 0 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月 図−8 コンビニエンスストアでのショーケース・冷凍機連携制御実証結果 ータ比較を行なった。 この店舗では，標準インバータ運転と比較して，年 今後とも，お客様と協力し，店舗全体を見据えた省 間平均省エネ率13.6％となり，従来の約２倍の省エネ エネシステムやエネルギー管理システムを提供してい 性能を実現した。 く所存である。 ６．おわりに ショーケース・冷凍機連携制御の実績について紹介 した。店舗では，空調と冷凍設備の運転を最適にした 省エネ制御，デマンド制御なども行われており，最近 では，自然エネルギー利用や蓄電池を利用したピーク 参考文献 １）須藤晴彦他：店舗向け省エネルギー制御システム，『富士 時報』Vol.80 No.4, 2007, P280-283 ２）須藤晴彦他：店舗総合省エネルギー制御システム，『富士 時報』Vol.78 No.3, 2005, P215-219 ３） 石山修他：富士トータル制御システム 「エコマックスⅤ」， 『富 士時報』Vol.73 No.3, 2000, P173-175 シフトなども行なわれつつある。 Vol.64 No.10 2012 43