JP2000073863A

JP2000073863A - 熱源設備システムの設計方法

Info

Publication number: JP2000073863A
Application number: JP10241387A
Authority: JP
Inventors: Masao Mori; 正夫森; Hirofumi Shimojo; 宏文下城; Toru Yamamoto; 亨山本; Minoru Tanaka; 稔田中; Koichi Ito; 弘一伊東; Ryohei Yokoyama; 良平横山
Original assignee: SATO SOGO KEIKAKU KK; Aoki Corp
Current assignee: SATO SOGO KEIKAKU KK; Aoki Corp
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】多種多様な熱エネルギー及び熱源機器を評価
して、評価目的に最適な熱源設備システムを設計する方
法を提供する。【解決手段】本方法は、供給エネルギーを使用エネル
ギーに変換する熱源機器を備え、供給エネルギーから所
要使用エネルギーを得る建物の熱源設備システムを設計
するに当たり、特定評価目的に適合するように数理計画
法によって熱源設備システムの構成を最適化する。本方
法は、予め作成されている熱源構成パターンから、使用
エネルギー及び供給エネルギー条件とに基づいて、変換
経路を特定し、変換経路と熱源機器とからなる熱源構成
パターンを選択し、熱源機器の機種毎に、その種目別を
設定し、評価目的に合目的に数式化された熱源機器特性
を種目別の熱源機器毎に設定し、種目別の熱源機器と熱
源機器特性とに基づいて、評価目的に対応する評価関数
からなる熱源設計モデルを設定し、熱源設計モデル毎に
評価関数を演算して演算結果を求め、特定評価目的に照
らして最適な熱源設計モデルを演算結果に基づいて選定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物の熱源設備シ
ステムの設計方法に関し、更に詳細には、熱源設備シス
テムで使用する使用エネルギー種、並びに熱源設備シス
テムに設ける熱源機器の機種、容量、台数、及び運転計
画を評価目的に照らして選択して、評価目的に適合する
最適な熱源設備システムを設計する方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】建物が正常に機能するためには、種々の
熱エネルギー、例えば、電力、冷水、温水、熱水、蒸気
等を必要としている。これらの熱エネルギーは、供給さ
れる供給エネルギーを熱源機器によって所要の使用エネ
ルギーに変換している。例えば、温水を得るためには、
温水器で電力を消費して温水を生成している。通常、建
物は、所望の使用エネルギーを供給エネルギーから得る
ために、供給エネルギーを使用エネルギーに変換する種
々の熱源機器を備えた熱源設備システムを備えている。
供給エネルギー及び使用エネルギーが多種多用であるか
ら、熱源機器も、多種多用であって、例えば発電機、冷
水チラー、温水ボイラ、熱水ボイラ、蒸気ボイラ等があ
る。更には、熱水ボイラ、蒸気ボイラ等のボイラにも発
電機と組み合わせたコージェネレーション形式のものも
ある。

【０００３】病院、ホテル、建物群からなる建物コンプ
レックス等の建物の熱源設備システムの場合、熱源設備
システムの種類も多種多用であり、また、設備内容も複
雑で、しかも設備規模も大型になるので、熱源設備シス
テムの選択、設計によっては、設備コスト及び運転コス
トが大きく変わり、病院、ホテル等の経営に取って重要
な因子となる。そこで、建物の熱源設備システムの最適
化が重要になる。ところで、建物の熱源設備システムを
設計するに当たり、従来は、設計者が、熱源設備システ
ムの設計条件と設計者の個人的な経験と知識に基づいて
熱源設備システムを設計していた。ここで、設計とは、
熱源設備システムで使用する使用エネルギー種、熱源設
備システムに設ける熱源機器の機種の選択及び熱源機器
の組み合わせ、熱源機器の容量及び台数の決定、熱源機
器の運転方策の決定等の種々の工学的作業を含む広い概
念である。設計の成果は、熱源機器を接続するためのフ
ローシートであり、熱源機器を購入するための熱源機器
仕様であって、詳細設計及び現場施工の基礎資料とな
る。

【０００４】熱源設備システムの設計条件には、供給エ
ネルギー条件と、使用エネルギー条件と、熱源設備を構
成する熱源機器に対する要求仕様とがある。供給エネル
ギー条件とは、建物に供給できる供給できる供給エネル
ギーの種類、単価、供給可能量等を言う。供給エネルギ
ーの種類とは、通常、電力、燃料、市水、都市ガス、Ｌ
ＰＧガス、太陽光等を言う。使用エネルギー条件とは、
建物で使用するエネルギーの種類と、使用条件、その使
用量等を言う。使用エネルギーの種類とは、通常、電
力、冷水、温水、熱水、スチーム等を言い、使用条件と
は、例えば電力の場合には電圧、交流、直流の種類、温
水の場合には、温度、圧力等を言う。また、熱源機器の
要求仕様とは、熱源機器に要求される仕様であって、温
水ボイラであれば、その型式は電力を熱源とする温水ボ
イラーするとか、ガス焚きの温水ボイラーにするとか、
或いは発電機であれば、型式はコージェネレーション形
式のものにするとか、蒸気ボイラーであれば、重油焚き
ボイラーにするとか、ガス焚きボイラーにするとかを言
う。

【０００５】以上のことから、熱源設備システムの設計
とは、建物で使用する使用エネルギーの種類、使用条
件、使用量を含む使用エネルギー条件と、建物に供給で
きる供給エネルギーの種類、供給エネルギー条件、供給
量を含む供給エネルギー条件とに基づいて、供給エネル
ギーを使用エネルギーに変換する変換経路を特定し、熱
源機器に対する要求仕様に基づいて特定した変換経路毎
に熱源機器の仕様を特定することを言う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は、上述
のように、設計者が個々に個人的な経験と知識に基づい
て熱源設備システムを設計しているために、熱源設備シ
ステムの良否は、設計者の能力に大きく依存し、必ずし
も合目的な最適な熱源設備システムを実現することが難
しかった。また、客観的に評価する基準がないために、
設計された熱源設備システムの良否を客観的に評価する
ことも難しかった。更には、近年、熱源設備システムを
評価する際の評価目的も、設備費及び運転費を含む総費
用を最小にすること、熱源設備システムの熱源機器台数
を最少にすること、排出ＣＯ₂量を最少にすること、更
には廃棄物量を最少にすること等、益々多様になって来
ている。しかし、これらの評価目的に照らして最適な熱
源設備システムを従来の設計手法により実現することは
極めて難しかった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、多種多様な熱エ
ネルギー及び熱源設備システムに設ける熱源機器を広く
評価して、多数の熱源設備システムのなかから評価目的
に最適な熱源設備システムを選択、設計する方法を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、最適な熱源
設備システムを実現するに当たって、数理計画法を適用
して各熱源設備システムを評価し、設計することを着想
し、本発明を完成するに到った。なお、数理計画法と
は、いくつかの制約条件のもとで、目的関数（或いは評
価関数）を最大又は最小にする最適化技法の総称であっ
て、自然科学や社会科学などの様々な現象を数学的モデ
ルとして表し、取るべき方策を数理的に最適化すること
を目的としている。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明に係る
熱源設備システムの設計方法は、供給エネルギーを使用
エネルギーに変換する熱源機器を備え、供給エネルギー
を変換して所要の使用エネルギーを得るようにした建物
の熱源設備システムを設計するに当たり、特定の評価目
的に適合するように数理計画法によって熱源設備システ
ムの熱源機器の構成を最適化する方法であって、予め作
製されている複数個の熱源構成パターンから、建物で使
用する使用エネルギーの種類、使用条件、使用量を含む
使用エネルギー条件と、建物に供給できる供給エネルギ
ーの種類、供給エネルギー条件、供給量を含む供給エネ
ルギー条件と、熱源設備システムに設ける熱源機器の基
本仕様とに基づいて、供給エネルギーを使用エネルギー
に変換する変換経路を特定し、変換経路と熱源機器とか
らなる熱源構成パターンを選択するステップと、熱源構
成パターンで選定された熱源機器の機種毎に、熱源機器
の種目別を設定するステップと、評価目的に合目的に数
式化された熱源機器特性を種目別の熱源機器毎に設定す
るステップと、種目別の熱源機器と熱源機器特性とに基
づいて、評価目的に対応するように作成された評価関数
からなる熱源設計モデルを設定するステップと、設計モ
デル毎に評価関数を演算して演算結果を求めるステップ
と、特定の評価目的に照らして最適な熱源設計モデルを
演算結果に基づいて選定するステップとを有し、熱源構
成パターンを設定するステップでは、熱源機器に対する
要求仕様に基づいて特定した変換経路毎に熱源機器の機
種を選定することを特徴としている。

【００１０】熱源構成パターンとは、供給エネルギーを
使用エネルギーに変換する際の変換経路と、その変換経
路を確立する際の熱源機器とを特定したパターンであっ
て、例えば、図１に示すようなパターンである。なお、
図１の略号は表１の種目別テーブルの記載に準じてい
る。本発明では、建物に必要な使用ユーティリティの種
類、使用条件、使用量を含む使用条件と、建物に供給で
きる供給エネルギーの種類、供給エネルギー条件、供給
量を含む供給条件と、熱源設備システムに設ける熱源機
器の基本仕様に対応して、予め複数個の熱源構成パター
ンが作製、用意されている。本発明方法では、用意され
た複数個の熱源構成パターンから熱源構成パターンを選
択しているので、熱源設備システムの設計について十分
な知識と経験を有しないエンジニアでも、最適な熱源構
成パターンを選ぶことができる。また、本発明方法で
は、選定した最適な熱源設計モデルに基づいて、熱源設
備システムを設計するので、評価目的に合致した最適な
熱源設備システムを実現することができる。

【表１】

【００１１】また、本発明方法では、熱源構成パターン
を設定するステップで、熱源機器に対する要求仕様に基
づいて特定した変換経路毎に熱源機器の機種を選定す
る。要求仕様とは、例えば、電力需要がある場合、自家
発電機を設けて発電するのか、受電設備を設けて買電の
みにより電力需要を賄うのか、或いは自家発電機を設け
る際には、コージェネレーション方式の発電機か否か等
の要求仕様を言い、また、温水器を設置する際、蒸気式
温水器ではなく、電気式温水器を設けるというように、
熱源を指定したりする要求仕様を言う。

【００１２】熱源構成パターンを選択するステップで
は、熱源機器の要求仕様で規定された熱源機器の許容最
大容量に基づいて、熱源機器の所要台数を設定し、熱源
機器の容量が熱源機器の要求仕様で規定された許容最小
容量未満であるときには、その熱源機器を設けないこと
にする。これにより、実際の条件に適応した熱源設備シ
ステムを実現することができる。

【００１３】本発明方法では、熱源機器の機種毎に特定
された熱源機器の種目別のテーブルと、種目別の熱源機
器毎に特定された熱源機器特性のテーブルとが、予め用
意されている。種目別のテーブルとは、表１に示すよう
に、温水コージェネレーション式発電機（ＣＧＳ−Ｈ
Ｓ）、蒸気コージェネレーション式発電機（ＣＧＳ−Ｓ
Ｔ）等の熱源機器の機種のリスト、リストに挙げられた
各機種を特徴付ける要件、例えば温水コージェネレーシ
ョン式発電機であれば、機種を燃料で区別するために、
重油焚き（ＣＧＨ）、灯油焚き（ＣＧＬ）、及びガス焚
き（ＣＧＧ）の種目別がある。

【００１４】本発明方法では、熱源機器特性として任意
の特性を付与することができる。例えば、本発明方法で
は、熱源機器特性が、設備費及び保守費を含むコスト特
性と、運転性能特性とから構成され、コスト特性が、熱
源機器の容量と、設備費及び保守費を含むコストとの相
関関係を規定する示す関数で示され、運転性能特性が、
熱源機器の容量と定格効率との相関関係を規定する第１
の関係式と、定格エネルギー入力に対する使用時入力の
入力比率と、定格エネルギー出力に対する使用時出力の
出力比率との相関関係を規定する第２の関係式とによっ
て示されている。

【００１５】コスト特性とは、例えば、温水コージェネ
レーション式発電機で重油焚き（ＣＧＨ）、ガス焚き
（ＣＧＧ）の場合、図２に示すように、種目別に、設備
費と保守費とが熱源機器容量の二次関数式で示される。
設備費は温水コージェネレーション式発電機の付属熱源
機器を含めた熱源機器費用を含み、保守費は年間保守契
約を行った場合の標準費用等を含む。

【００１６】運転性能特性を規定する第１の関係式と
は、熱源機器の容量と定格効率との相関関係を規定する
関係式であって、例えば、温水コージェネレーション式
発電機で重油焚き（ＣＧＨ）、ガス焚き（ＣＧＧ）の場
合、図３に示すように、種目別に、熱源機器容量と定格
効率とを規定する関係式である。また、運転性能特性を
規定する第２の関係式とは、定格エネルギー入力に対す
る使用時入力の入力比率と、定格エネルギー出力に対す
る使用時出力の出力比率との相関関係を規定する関係式
であって、例えば、温水コージェネレーション式発電機
の重油焚き（ＣＧＨ）、ガス焚き（ＣＧＧ）の場合、図
４に示すように、種目別に、入力比率と出力比率とを規
定する関係式である。運転性能特性は、第１の関係式×
第２の関係式の積で求められる。

【００１７】好適には、熱源機器特性の運転性能には、
熱源機器の製造時及び運転時に発生する温暖化ガス発生
量が規定されている。これにより、熱源機器の製造時及
び運転時を含めた温暖化ガス発生量を最小にする熱源設
備システムを設計することができる。温暖化ガスとは、
地球の温暖化を促進するガス、例えば二酸化炭素（ＣＯ
₂）ガス、メタン（ＣＨ₃）ガス、フロン（クロロフル
オロカーボン）ガス等を言う。

【００１８】以上の構成により、本発明方法は、例え
ば、設備費、維持管理費、運転費、基本料金を含む、熱
源設備システムの総コストを最小にすること、熱源設備
システムのエネルギー消費量を最小にすること、及び熱
源設備システムから排出される温暖化ガス量を最少にす
ることの少なくともいずれかを評価目的として、評価目
的に合致した熱源設備システムを設計することができ
る。

【００１９】更には、熱源構成パターン、熱源機器の種
目別テーブル、及び熱源機器の種目別毎に特定された熱
源機器特性のテーブルをコンピュータに入力して、予め
記憶させ、次いで、個別の熱源設備システムを設計する
に当たり、供給エネルギー条件、使用エネルギー条件及
び熱源機器の要求仕様をコンピュータに入力して、コン
ピュータから最適な熱源設計モデルを出力させるように
コンピュータ化することもできる。尚、本発明方法で、
熱源設備システムを設計するとは、評価目的に合致し
た、熱源構成パターン、熱源機器、及び熱源機器の種目
別を特定することである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例本実施形態例は、本発明方法の実施形態の一例であっ
て、図５は本実施形態例の熱源設備システムの設計手順
のフローを示すフローチャートである。本実施形態例の
設計手順では、先ず、ステップＳ₁として、熱源構成パ
ターンを選択する。このステップでは、予め作成されて
いる複数個の熱源構成パターンから、例えば図１に示す
ような熱源構成パターンをｋ個（Ｐ_k：ｋ＝１〜ｋ）を
選択する。熱源構成パターンの選択する際には、コンピ
ュータの計算時間を考慮して、実用的には、熱源機器の
機種の数は、１０程度にするほうが好ましい。また、熱
源機器に付属してエネルギーを消費する付属熱源機器も
合わせて選定する。例えば、水冷ヒートポンプチラーの
場合、図６に示すように、水冷ヒートポンプチラー本体
に加えて、冷却水を水冷ヒートポンプチラー本体に供給
する冷却水ポンプ、温度上昇した冷却水を冷却する冷却
塔等の熱源機器、及びそれら熱源機器の必要エネルギー
も定める。また、蓄熱設備を必要とする時には、例えば
図７に示すように、Ａ：昼間電力料金を用いた非蓄熱運
転による冷温水出力、Ｂ：深夜料金を用いて夜間蓄熱し
た冷熱量に相当する冷温水を放熱時間中に放熱する冷温
水出力、Ｃ：蓄熱時間帯における深夜電力料金を用いた
非蓄熱運転による冷温水出力を考慮して、運転計画を設
定する。

【００２１】次いで、ステップＳ₂に移行し、熱源構成
パターンで選定された熱源機器の機種毎に、表１に示す
ように、熱源機器の種目別を設定し、かつ評価目的に合
目的に数式化された熱源機器特性（Ｅ_j：ｊ＝１〜ｊ、
ｊは異なる特性の数である）を種目別の熱源機器毎に設
定する。例えば、図２に示すコスト特性と、図３示す第
１の関係式、及び図４に示す第２の関係式の積から熱源
機器特性を設定する。次いで、ステップＳ₃では、種目
別の熱源機器と熱源機器特性とに基づいて、評価目的に
対応するように作成された評価関数として熱源設計モデ
ル（Ｐ_k・Ｅ _j）（図８参照）を設定する。次いで、ス
テップＳ₄では、熱源設計モデル（Ｐ_k・Ｅ_j）を評価
関数とし、熱源設計モデル（Ｐ_k・Ｅ_j）を演算して演
算結果を求め、ステップＳ₅に移行する。ステップＳ₅
では、熱源機器の種目別の全ての熱源機器特性（Ｅ_j）
に関し、即ちｊ＝１〜ｊまで全ての熱源設計モデル（Ｐ
_k・Ｅ_j）を演算したかどうか、判断し、ＹＥＳであれ
ば、ステップＳ₆に移行する。ＮＯであれば、ステップ
Ｓ ₂に戻って、ｊ＝ｊ＋１とする。

【００２２】ステップＳ₆では、全ての熱源構成パター
ン（Ｐ_k）に関し、即ちｋ＝１〜ｋまで熱源設計モデル
（Ｐ_k・Ｅ_j）を演算したかどうか、判断し、ＹＥＳで
あれば、演算終了であり、ステップＳ₇に移行する。Ｎ
Ｏであれば、ステップＳ₁に戻って、ｋ＝ｋ＋１とす
る。ステップＳ₇では、演算結果に基づいて最適な熱源
設計モデルを決定し、決定した熱源設計モデルに従って
熱源設備システムを設計する。

【００２３】

【実施例】本発明方法を病院の熱源設備システムの設計
に適用した例を挙げて、添付図面を参照して、本発明方
法を更に一層詳しく説明する。１．対象病院の概要対象とした建物は、地上７階、延べ床面積２３，０００
ｍ²、ベット数３６０床の総合病院である。建物の需要
負荷は、電力、空調用冷水、空調用温水、湯水及び蒸気
であって、年間の負荷持続曲線は図９に示す通りであ
る。また、供給エネルギーは、商用電力及び都市ガスで
あり、重油及び灯油の供給は設計条件から除外されてい
る。従って、熱源構成パターンで採用できる熱源機器
は、電力を熱源とするもの、及び都市ガスを熱源とする
ものである。例えば、熱源機器として、商用電力設備
（ＥＥＱ）、ガス焚き式温水コージェネレーション型発
電機（ＣＧＧ）、ガス焚き式温水ボイラ（ＢＷＧ）、ガ
ス焚き式蒸気ボイラ（ＢＳＧ）等を採用することができ
る。更には、熱源機器として、ターボ冷凍機（ＨＰＴ）
及び水冷チラー（ＨＰＳ）等の水冷ヒートポンプ、氷蓄
熱式ヒートポンプ（ＨＰＩ）等の蓄熱式ヒートポンプ、
及び温水入力の吸収冷凍機（ＡＲＷ）を採用することが
できる。

【００２４】２．熱源設備システムの評価目的本実施例では、次の三つを熱源設備システムの評価目的
としている。１）費用最小化を図った熱源設備システム２）熱源機器台数と熱源機器容量の最適化を図った熱源
設備システム３）排出ＣＯ₂量の最小化を図った熱源設備システム

【表２】

【表３】

【００２５】実施例１本実施例では、費用最小化を図った、即ち設備償却費、
運転費、メンテナンス費、及び購入エネルギー基本料金
とからなる年間総費用を最小化できる熱源設備システム
を設計する。本実施例で用いたエネルギー単価は、表２
及び表３に示す通りであり、熱源機器の償却年数は１５
年、年間金利は５％としている。

【表４】

【００２６】本実施例で選択した熱源構成パターンは、
システム１から５の５個であって、いずれも、予め用意
されている複数個の熱源構成パターンから選択したもの
である。システム１の熱源構成パターンは、図１０及び
表４に示すように、熱源機器として、商用電力設備（Ｅ
ＥＱ）、ガス焚き式温水コージェネレーション型発電機
（ＣＧＧ１〜３）、ガス焚き式温水ボイラ（ＢＷＧ）、
ガス焚き式蒸気ボイラ（ＢＳＧ）、及びガス焚きの吸収
式冷温水機（ＡＲＧ）を備え、更に、水冷ヒートポンプ
としてターボ冷凍機（ＨＰＴ）及び水冷チラー（ＨＰ
Ｓ）、蓄熱式ヒートポンプとして氷蓄熱式ヒートポンプ
（ＨＰＩ）、及び温水入力の吸収冷凍機（ＡＲＷ）を有
する。システム２の熱源構成パターンは、表４に示すよ
うに、システム１の熱源構成パターンからターボ冷凍機
（ＨＰＴ）、氷蓄熱式ヒートポンプ（ＨＰＩ）及び温水
入力の吸収冷凍機（ＡＲＷ）を除いたシステムである。
システム３の熱源構成パターンは、表４に示すように、
システム１の熱源構成パターンからガス焚き式温水コー
ジェネレーション型発電機（ＣＧＧ）、ターボ冷凍機
（ＨＰＴ）、水冷チラー（ＨＰＳ）、氷蓄熱式ヒートポ
ンプ（ＨＰＩ）、及び温水入力の吸収冷凍機（ＡＲＷ）
を除いたシステムである。以下、同様にして、システム
４及び５の熱源構成パターンも表４に示す熱源機器を備
えている。

【００２７】費用最小化を図った熱源設備システムを求
めるために、システム１からシステム５の熱源構成パタ
ーンについて、評価関数を演算し、表４に示す結果を得
た。表４から、システム１の熱源構成パターンを備えた
熱源設備システムが、費用最小の熱源設備システムであ
ることが判る。しかし、システム１の熱源設備システム
は、容量０の熱源機器、即ちターボ冷凍機（ＨＰＴ）及
び氷蓄熱式ヒートポンプ（ＨＰＩ）を含むために現実的
でないことを考慮すると、システム２の熱源設備システ
ムが求めるシステムとなる。

【００２８】本実施例では、上述のように、多数の熱源
機器の組み合わせの中から最適なシステム１の熱源設備
システムを特定することができるとともに、システム２
は、熱源機器容量が最適化された熱源設備システムであ
ると評価できる。即ち、各システムを費用の観点から客
観的に評価・比較することができると言える。従って、
熱源設備システムの採用は、各システムの総合コストの
差や設備費、運転費等の有利不利を評価し、さらに他の
設計条件を考慮して決定することができる。実施例１の
計算時間は、初期値として与える各熱源機器の暫定的な
容量に依存する非線形計算の収束までの計算回数による
が、コンピュータとしてPentium２００ＭＨｚ，ＭＳ−
ＦＯＲＴＲＡＮを使い、表４のシステム１を約９０分で
計算終了することができた。

【表５】

【００２９】実施例２一般的に、熱源機器容量が大きくなると、その設備費や
保守費の単価は低くなるが、部分負荷での運転効率が悪
化することから、設備費や保守費とは反対に運転費が増
加する。従って、複数台の熱源機器を用い、負荷分担を
適切に行うことが重要である。エネルギーは、ネットワ
ーク的に供給されることから、ある熱源機器について最
適な台数と容量バランスを検討するには、熱源設備シス
テム全体で検討する必要がある。そこで、本実施例で
は、熱源機器台数と熱源機器容量の最適化を図った熱源
設備システムを設計する。実施例１で費用最小の熱源設
備システムとされたシステム２について、図１１に示す
ように、３台のＣＧＧ（ＣＧＧ．Ｎｏ１、ＣＧＧ．Ｎｏ
２、ＣＧＧ．Ｎｏ３）を備えた熱源構成パターンを用い
て、ＣＧＧの台数と容量の最適値を求めた。表５はその
容量配分の計算結果を示す。表５から、ＣＧＧは、３台
が相互に異なる容量に配分されること、また台数と容量
を最適化することにより、ＣＧＧの合計発電容量が８７
０ｋｗになって、実施例１のシステム２の熱源設備シス
テムより発電量が７０ｋｗ増加し、総合費用も減少する
ことが分かる。これは、商用電力の供給バランスも評価
して、低容量のＣＧＧが電力の部分負荷需要を担当する
ことにより、各ＣＧＧが効率的に稼働するからであり、
また、設備償却費が増加しても、運転費を更に一層改善
されるので、総合費用では有利となっている。従って、
複数台の熱源機器の計算では、熱源設備システム全体の
中で、部分負荷効率の改善による運転費と固定費（設備
費、メンテナンス費、契約費）のトレードオフ関係が、
より詳細に考慮され、評価される。

【００３０】実施例３実施例１の熱源構成パターンを用いて、排出ＣＯ₂ガス
量を最小にするシステムの検討を行ったところ、運転時
のＣＯ₂ガス排出量が、製造時のＣＯ₂ガス排出量と比
べて比較にならないくらい大きいため、過大設備を許容
して運転における排出量を最小にするという結果になっ
た。これでは、実用的な熱源熱源システムとはならな
い。そこで、本実施例では、本実施例は、熱源構成パタ
ーンに設ける空調熱源機器として、１）ケース１：ガス
焚き吸収冷温水機、２）ケース：ターボ冷凍機＋温水ボ
イラー及び３）ケース３：空冷ヒートポンプの３ケース
に限定し、最適化計算を行い、ＣＯ₂ガス発生量の最小
化を図った熱源設備システムを設計した。

【００３１】購入エネルギー単価をそのエネルギーの燃
焼におけるＣＯ₂ガス排出原単位に置き換え、また設備
費、メンテナンス費の特性を熱源機器の製造時及びメン
テナンス時の排出ＣＯ₂ガス特性に置き換えて、評価目
的を排出ＣＯ₂量の最小化に設定することにより、ＣＯ
₂ガス排出量が最小となる熱源設備システムを設計する
ことができた。なお、本実施例の計算では、熱源機器製
造及び運転に伴うＣＯ₂排出量のみを考慮した。また、
熱源機器の償却年数は、全て１５年とし、製造時のＣＯ
₂ガス排出量を１／１５として、年間における排出ＣＯ
₂の評価に基づいて計算を行った。

【００３２】各種エネルギーの燃焼における排出ＣＯ₂
原単価及び熱源機器製造における排出ＣＯ₂原単価は既
知のデータであって、表６は各種エネルギーの排出ＣＯ
₂原単位を示し、図１２は各種熱源機器の製造時の排出
原単位を示す。但しＣＧＧ製造における排出ＣＯ₂量は
空冷ヒートポンプを参考に重量換算して推定した。

【表６】

【００３３】ケース１、２及び３について算出したＣＯ
₂ガス排出量は、表７に示す通りであって、ケース２の
熱源構成パターンを有する熱源設備システムのＣＯ₂ガ
ス排出量が最も低いことが判る。表７より、ＣＯ₂ガス
排出量として、熱源機器の構成により、１４０t-Ｃ／年
程度の差が生じることが分かる。また、この差は約１２
％であり、熱源設備システムを適切に構成することによ
り、ＣＯ₂ガス排出量を大きく削減できる可能性がある
ことが判る。空調を電力で行う熱源設備システム（ケー
ス３）では、ガスによる熱源設備システム（ケース１）
よりＣＯ₂ガス排出量は小さいが、エネルギー消費量が
大きい。また、ケース２のように電力とガスを最適に構
成することにより、ＣＯ₂ガス排出量及びエネルギー消
費量を共に最小とすることも可能である。

【表７】

【発明の効果】本発明方法によれば、供給エネルギーを
使用エネルギーに変換する熱源機器を備え、供給エネル
ギーを変換して所要の使用エネルギーを得るようにした
建物の熱源設備システムを設計するに当たり、特定の評
価目的に適合するように数理計画法によって熱源設備シ
ステムの熱源機器の構成を最適化することにより、次の
効果を奏することができる。１）評価目的に対して多数の導入可能な熱源機器の組み
合わせの中から合理的に最適な熱源設備システムを算出
することができる。２）種々の評価目的から、多数の熱源設備システムを総
合的にかつ客観的に評価し、比較することができる。３）熱源機器の台数と容量の最適値を熱源システム全体
の中で評価することができる。４）排出ＣＯ₂量の最小化などの他評価目的に対しても
有効な設計情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱源構成パターンの例を示す図である。

【図２】熱源機器のコスト特性の例を示すグラフであ
る。

【図３】熱源機器の容量と定格効率との関係の例を示す
グラフである。

【図４】熱源機器の入力比率と出力比率との関係の例を
示すグラフである。

【図５】実施形態例の熱源設備システムの設計方法の手
順を示すフローチャートである。

【図６】水冷ヒートポンプチラーの付属機器を説明する
フローシートである。

【図７】蓄熱式熱源機器の蓄熱、放熱パターンを示す図
である。

【図８】熱源設計パターンの設定を数式化して説明する
図である。

【図９】実施例の年間持続負荷曲線を示す図である。

【図１０】実施例１のシステム１の熱源構成パターンを
示す図である。

【図１１】実施例２の熱源構成パターンを示す図であ
る。

【図１２】各種熱源機器の製造時の排出原単位を示すグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下城宏文東京都墨田区横網２−10−12 株式会社佐藤総合計画内 (72)発明者山本亨茨城県つくば市要36−１株式会社青木建設研究所内 (72)発明者田中稔茨城県つくば市要36−１株式会社青木建設研究所内 (72)発明者伊東弘一兵庫県西宮市結善町１−14−405 (72)発明者横山良平大阪府和泉市いぶき野３−５−５−205 Ｆターム(参考） 5G066 AA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供給エネルギーを使用エネルギーに変換
する熱源機器を備え、供給エネルギーを変換して所要の
使用エネルギーを得るようにした建物の熱源設備システ
ムを設計するに当たり、特定の評価目的に適合するよう
に数理計画法によって熱源設備システムの熱源機器の構
成を最適化する方法であって、予め作製されている複数個の熱源構成パターンから、建
物で使用する使用エネルギーの種類、使用条件、使用量
を含む使用エネルギー条件と、建物に供給できる供給エ
ネルギーの種類、供給エネルギー条件、供給量を含む供
給エネルギー条件と、熱源設備システムに設ける熱源機
器の基本仕様とに基づいて、供給エネルギーを使用エネ
ルギーに変換する変換経路を特定し、変換経路と熱源機
器とからなる熱源構成パターンを選択し、かつ熱源機器
に対する要求仕様に基づいて特定した変換経路毎に熱源
機器の機種を選定するステップと、熱源構成パターンで選定された熱源機器の機種毎に、熱
源機器の種目別を設定するステップと、評価目的に合目的に数式化された熱源機器特性を種目別
の熱源機器毎に設定するステップと、種目別の熱源機器と熱源機器特性とに基づいて、評価目
的に対応するように作成された評価関数からなる熱源設
計モデルを設定するステップと、熱源設計モデル毎に評価関数を演算して演算結果を求め
るステップと、特定の評価目的に照らして最適な熱源設計モデルを演算
結果に基づいて選定するステップとを有することを特徴
とする熱源設備システムの設計方法。