JP2002013767A - 空調システムおよびその省エネルギー量算出システム - Google Patents

空調システムおよびその省エネルギー量算出システム

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JP2002013767A
JP2002013767A JP2000190730A JP2000190730A JP2002013767A JP 2002013767 A JP2002013767 A JP 2002013767A JP 2000190730 A JP2000190730 A JP 2000190730A JP 2000190730 A JP2000190730 A JP 2000190730A JP 2002013767 A JP2002013767 A JP 2002013767A
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conditioning system
air conditioning
energy
refrigerant
energy saving
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JP2000190730A
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Hideki Hayamizu
英樹 速水
Etsuo Shito
悦雄 紫藤
Yoshifumi Konishi
芳文 小西
Tominari Sato
富徳 佐藤
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40Geothermal heat-pumps

Abstract

(57)【要約】 【課題】 省エネルギーを図れる空調システムを提供す
るとともに、省エネルギー量を有効に算出する。 【解決手段】 地下に設置した冷媒蓄熱槽からビルディ
ング内の各階の部屋などに備えた空調負荷に、ポンプ4
により冷媒循環ラインを通じて冷媒を供給する。冷媒循
環ラインの冷媒蓄熱槽に近い帰還側箇所に、水車と発電
装置から構成されたエネルギー回生装置30を設け、冷
媒の位置エネルギーを電力として回収する。ポンプ4に
ポンプ送出量測定装置11を設け、ポンプ4の駆動に伴
い、ポンプ送出量Q(t)(m3 )を測定する。ポンプ
送出量Q(t)と、予め特定される冷媒ヘッドH
(m)、冷媒の比重量γ(kg/m3 )とから、 省エネルギー量W(t)=γ*Q(t)*H……(2) を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気に開放された
冷媒蓄熱槽、冷媒循環ライン、ポンプからなる空調シス
テムおよびその省エネルギー量算出システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、大気に開放された冷媒蓄熱槽(開
放式冷媒蓄熱槽ともいう。)、冷媒循環ライン、ポンプ
からなる空調システムが有った。この従来システムで
は、大気に開放された冷媒蓄熱槽を設けて、ビル内の冷
媒循環ラインを通じてポンプで冷媒を循環させ、冷媒を
冷媒蓄熱槽に帰還させていた。冷媒は、多くの場合、水
などの液体である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビルが
高層になればなる程、冷媒のヘッドに基づくエネルギー
損失が問題となっていた。また、大気に開放されていな
い冷媒蓄熱槽(密閉式冷媒蓄熱槽ともいう。)、冷媒循
環ライン、ポンプからなる空調システムも有ったが、ビ
ルの高さが10mを超えた場合、サイホンの原理から、
冷媒の位置エネルギー損失を回生することはできず、問
題となっていた。
【0004】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項1、2、3に係る発明は、省エ
ネルギーを図れる空調システムを提供できるようにする
ことを目的とする。また、請求項4、5、6に係る発明
は、省エネルギー量を有効に算出できるようにすること
を目的とし、請求項7、8に係る発明は、メンテナンス
を有効に行えるようにすることを目的とする。
【0005】請求項1に係る発明は、上述のような目的
を達成するために、大気に開放された冷媒蓄熱槽、冷媒
循環ライン、ポンプからなる空調システムにおいて、冷
媒の位置エネルギーを回収するエネルギー回生装置を備
えて構成する。大気に開放された冷媒蓄熱槽(開放式冷
媒蓄熱槽ともいい、単に冷媒蓄熱槽という場合は、開放
式冷媒蓄熱槽を指す。)とは、冷媒を貯めることによっ
て蓄熱するための貯槽であって、冷媒面が大気に通じて
いる貯槽である。ビルの地下室に設置される場合が多
い。冷媒は、通常の場合、水が用いられる。冷媒蓄熱槽
において、冷媒循環ラインの送出側と帰還側とは、反対
側に設けられるのが通例である。もしくは、仕切り板を
設けて送出側の冷媒と帰還側の冷媒とが混ざらないよう
にするものもある。冷媒循環ラインとは、開放式冷媒蓄
熱槽に貯えられた冷媒をポンプにより送出して、ビルの
各階層を通った後、開放式冷媒蓄熱槽に帰還するように
配管されている。
【0006】また、請求項2に係る発明の空調システム
は、前述のような目的を達成するために、請求項1に係
る発明におけるエネルギー回生装置を、水車と発電装置
とから構成する。冷媒の位置エネルギーを回収するエネ
ルギー回生装置には、純機械式と電気式が有る。
は、ポンプの軸と水車の軸とを機械的に連結した構造を
したものであり、いわば、揚水発電の構成を取り入れた
ものである。は、ポンプの軸と水車の軸は自由に独立
して設けられ、水車の軸を発電機の軸と連結させて、発
電させることにより、発電した電力をポンプの動力とし
て用いる冷媒の位置エネルギーを回生するものである。
【0007】また、請求項3に係る発明の空調システム
は、前述のような目的を達成するために、請求項1また
は2に係る発明におけるエネルギー回生装置に、ポンプ
送出量測定装置を備えて構成する。ポンプ送出量測定装
置とは、ポンプ送出量(積算値)を測定する装置であ
る。空調システムの省エネルギー量を測定するうえで、
ポンプ送出量を測定することが簡便だからである。
【0008】また、請求項4に係る発明は、前述のよう
な目的を達成するために、請求項3に記載の空調システ
ムの省エネルギー量を算出するシステムであって、ポン
プ送出量測定装置より測定されたポンプ送出量から、省
エネルギー量を、下式で算出することを特徴としてい
る。 省エネルギー量W(t)=γ*Q(t)*H ここに、Q(t):ポンプ送出量測定装置より測定され
たポンプ送出量(m3 ) H:冷媒ヘッド(m) γ:冷媒の比重量(kg/m3 ) t:時刻 この省エネルギー量は、ポンプが重量γ*Q(t)の冷
媒を高さHまで持ち上げるエネルギー量である。エネル
ギー回生装置を設けていない場合、このγ*Q(t)*
Hは無駄に廃棄されていた。なお、冷媒循環ラインのエ
ネルギー損失には、上記のγ*Q(t)*Hの他、配管
抵抗損失が有るが、配管抵抗損失は回生されない。した
がって、Q(t):ポンプ送出量測定装置より測定され
たポンプ送出量(m3 )を測定することができれば、空
調システムの省エネルギー量を測定することができる。
冷媒ヘッドH(m)とは、ポンプが冷媒を持ち上げる揚
程をいう。一般にはビルの高さに比例する。冷媒ヘッド
とは、ポンプの運転状況には左右されず、冷媒循環ライ
ンの配管状況によるもので、最初に算出しておけば、以
後その数値を使用することができる。現場で簡単に求め
る方法としては、例えば、エネルギー回生装置を使用す
る場合のポンプのエネルギー量(ポンプ送出量Q0(m
3 )を一定にする場合)とエネルギー回生装置を使用し
ない場合のポンプのエネルギー量の差が省エネルギー量
(ポンプ送出量Q0(m3 )を一定にする場合)に該当
することから、省エネルギー量=γ*Q0*Hから逆算
して、冷媒ヘッドHを算出することができる。ここに、
ポンプ送出量Q0(m3 )を一定にする場合とは、一定
期間t1〜t2ポンプを運転して、ポンプ送出量がQ0
(m3 )に達すれば、ポンプを停止し、その間のポンプ
駆動エネルギーを読み取るものとする。一般には、積算
流量計を用いて、ポンプ送出流量を電気信号に変換す
る。あるいは、ポンプ流量を読み取り、計算機の中で積
分して求める方式も有る。また、ポンプの電力量等から
逆算して算出する方法も有る。
【0009】また、請求項5に係る発明は、前述のよう
な目的を達成するために、請求項4に係る発明の空調シ
ステムの省エネルギー量算出システムにおいて、省エネ
ルギー量の情報を空調システムのメモリー部に記憶させ
ておき、空調システムに備えられた通信装置がコール信
号を外部通信装置から受けた場合、あるいは予め設定さ
れた時間がきた場合、空調システムに備えられた通信装
置により、前記省エネルギー量情報を前記外部通信装置
に発信し、外部データシステムのメモリー部に記憶させ
るように構成する。空調システムに備えられた通信装置
とは、発信部と受信部を有する装置であって、外部通信
装置と省エネルギー量情報等を交信するための装置であ
る。外部通信装置とは、発信部と受信部を有する装置で
あって、空調システムに備えられた通信装置と省エネル
ギー量情報等を交信するための装置である。コール信号
とは、外部通信装置の発信部により、通信装置を起動さ
せて、メモリー部に貯められた省エネルギー情報を入手
するための信号であり、外部通信装置を識別するための
暗号信号でもある。このコール信号を受信した通信装置
は、メモリー部に貯められた省エネルギー量情報をメモ
リーから引き出し、通信装置の発信部から、外部通信装
置の受信部に向けて発信する。省エネルギー量情報と
は、狭義には、空調システムの省エネルギー量を算出す
るのに必要な種々のデータ、情報をいう。基本的には、
システム識別信号時刻t1、t2(予め、t1、t
2が既知である場合には、省略も可能である。)ポン
プ送出量Q(t2)(期間t1〜t2の間の空調システ
ムのポンプ送出量Q(t2)−Q(t1)をいう場合も
ある。)であるが、この他、時間毎の運転状況(空調シ
ステムを運転しているか否かの情報)等の空調システム
の省エネルギー化を図るのに必要な情報を含む。システ
ム識別信号とは、各現場に分散配置された当該システム
を識別するための信号であり、通信装置の発信部から、
外部通信装置の受信部に向けて発信する場合、システム
識別信号と省エネルギー量情報を発信する。システム識
別信号により、何処に配置された当該システムの省エネ
ルギー量情報であるかを識別する。空調システムに備え
られた通信装置と外部通信装置との通信手段としては、
無線、インターネット、電話線等が考えられる。
【0010】また、請求項6に係る発明は、前述のよう
な目的を達成するために、請求項4または5に係る発明
の空調システムの省エネルギー量算出システムにおい
て、省エネルギー量を請求料金に換算させるように構成
する。
【0011】また、請求項7に係る発明は、前述のよう
な目的を達成するために、請求項4、5、6のいずれか
に係る発明の空調システムの省エネルギー量算出システ
ムにおいて、運転状況、故障の経歴を記憶させるように
構成する。
【0012】また、請求項8に係る発明は、前述のよう
な目的を達成するために、請求項4、5、6、7のいず
れかに係る発明の空調システムの省エネルギー量算出シ
ステムにおいて、当該システムに故障が起こった場合、
空調システムに備えられた通信装置がコール信号を外部
通信装置から受けなくても、空調システムに備えられた
通信装置により、故障情報を外部通信装置に発信するよ
うに構成する。当該システムに故障が起こった場合と
は、空調システムに必要な負荷情報を、例えば、空調シ
ステムの運転システムから命令信号として受け取ってい
るにも拘わらず、空調システムのポンプ送出量の微分値
(ポンプ送出量の時間当たりの増加量Q(t)/dt)
が所定値よりも低い場合等をいう。上記の場合、例え
ば、時間t毎に空調システムのポンプ送出量を測定し
て、時間tと時間t+dtの空調システムの時間当たり
のポンプ送出量Q(t)/dtを算出して、空調システ
ムに必要な負荷と比較して、所定範囲内を外れた場合、
故障と判断することも考えられる。
【0013】
【作用】請求項1に係る発明の空調システムの構成によ
れば、エネルギー回生装置によって冷媒の位置エネルギ
ーを回収することができる。
【0014】また、請求項2に係る発明の空調システム
の構成によれば、水車と発電装置とによって冷媒の位置
エネルギーを回収することができる。
【0015】また、請求項3に係る発明の空調システム
の構成によれば、ポンプの送出量を測定することによ
り、回収したエネルギー量を知ることができる。
【0016】また、請求項4に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムの構成によれば、冷媒の
位置エネルギーを回収するエネルギー回生装置による省
エネルギー効果を数値化することができる。
【0017】また、請求項5に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムの構成によれば、各空調
システムの省エネルギー量情報を外部通信装置に発信
し、その外部データシステムのメモリー部に記憶させる
ことができる。
【0018】また、請求項6に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムの構成によれば、省エネ
ルギー量を請求料金に換算し、具体的な金額を知ること
ができる。
【0019】また、請求項7に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムの構成によれば、運転状
況、故障の経歴を記憶する。
【0020】また、請求項8に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムの構成によれば、故障発
生時に、それに備えられた通信装置により、外部通信装
置に故障情報を自ずと送ることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る空調シス
テムの実施例を示すシステム構成図であり、ビルディン
グB内の各階の部屋などに空調負荷10が設置され、一
方、地下に、冷媒蓄熱槽2が設置されている。冷媒蓄熱
槽2には、冷房の場合には冷水を蓄え、暖房の場合は温
水を蓄える。冷水や温水は地域冷暖房システムから供給
されるものを用いるとか、冷温水機によって作ったもの
を用いるなど各種の手段が採用できる。
【0022】空調負荷10と冷媒蓄熱槽2にわたって、
ポンプ4を介装した冷媒循環ライン3が接続され、冷媒
蓄熱槽2内の冷媒を空調負荷10に供給し、冷房や暖房
を行うように構成されている。
【0023】冷媒循環ライン3の冷媒蓄熱槽2に近い帰
還側箇所に、水車と発電装置から構成されたエネルギー
回生装置30が設けられ、冷媒の位置エネルギーを電力
として回収できるように構成されている。エネルギー回
生装置30と商用電力1とがポンプ4に接続され、回収
した電力でポンプ4を駆動するとともに、不足分を商用
電力で補うことができるように構成されている。ポンプ
4には、ポンプ送出量測定装置11(図2参照)が付設
されている。
【0024】図2は、本発明に係る空調システムの省エ
ネルギー量算出システムの実施例を示すブロック図であ
り、空調システムの省エネルギー量算出システムが、空
調制御部5と通信装置6とポンプ送出量測定装置11と
から構成されている。
【0025】空調制御部5では、各部屋の温度など空調
システム負荷情報20を受け、その情報に基づいてポン
プ4を駆動するようになっている。ポンプ送出量測定装
置11では、上述のポンプ4の駆動に伴い、ポンプ送出
量Q(m3 )を測定するようになっている。
【0026】通信装置6では、時刻t2(月の末日の午
後12時)になったときなどの予め設定された時間がき
た場合とかコール信号を外部通信装置16から受けた場
合などに、システム識別信号、空調システムのポンプ送
出量測定装置11によって測定された空調システムの月
初めから積算したポンプ送出量Q(t2)といった省エ
ネルギー情報を、外部通信装置16に発信するようにな
っている。
【0027】外部通信装置16では、通信装置6からの
省エネルギー情報を外部データシステム(図示せず)の
メモリー部に記憶するようになっている。外部データシ
ステムでは、システム識別信号、空調システムのポンプ
送出量Q(t2)及びメモリー部に記憶されている前月
の末日の空調システムのポンプ送出量Q(t1)から、
その月のポンプ送出量を下記式(1)のようにして算出
する。 その月のポンプ送出量Q(t)=Q(t2)−Q(t1)……(1) 更に、上記(1)式のポンプ送出量Q(t)と、予め特
定される冷媒ヘッドH(m)、冷媒の比重量γ(kg/
3 )とから、下記式(2)に基づいて、省エネルギー
量W(t)を算出するようになっている。 省エネルギー量W(t)=γ*Q(t)*H……(2) 冷媒ヘッドH(m)は、ビル内の冷媒循環ラインの配管
が決定されれば、ポンプの運転状況には影響されず、時
間の影響は殆どない。冷媒の比重量γ(Kg/m3
も、時間によって変化することは殆どない。
【0028】また、外部データシステムでは、上述のよ
うにして算出された省エネルギー量W(t)を請求料金
(請求書)に換算させるようになっている。これによ
り、顧客から、省エネルギー量W(t)に応じて所定の
料金を割り引くといったことを行えるように構成されて
いる。
【0029】なお、故障が起こった場合については、時
間dt毎に空調システムのポンプ送出量を測定して、時
間tと時間t+dtの空調システムの時間当たりのポン
プ送出量dQ(t)/dt)を算出して、空調システム
に必要な負荷とを比較して、設定範囲内を外れた場合、
故障と判断することにする。例えば、空調システム負荷
情報20を、空調システムの運転システムから命令信号
として受け取っているにも拘わらず、空調システムのポ
ンプ送出量の微分値(ポンプ送出量の時間当たりの増加
量dQ(t)/dt)が設定値(例えば、空調システム
負荷の何%とかの値)よりも異常に低い場合は当然に故
障と判断される。
【0030】上記構成により、空調システムを運転する
都度、従来の場合に無駄に捨てられていた、冷媒の位置
エネルギーをエネルギー回生装置30で冷媒の位置エネ
ルギーを回収して、省エネルギー活動を行い、トータル
の商用電力量の省エネルギー化を図ることができる。
【0031】また、省エネルギー量情報を外部通信装置
16に送信することにより、各地に配置した当該システ
ムの所定期間の空調システムの省エネルギー量を効率的
に取得できる。
【0032】別の実施例としては、通信装置6のメモリ
ー部では、運転状況、故障の経歴を記憶させるように構
成される。また、外部通信装置16では、通信装置6の
メモリー部に記憶された運転状況、故障の経歴の情報を
同時に取得する機能が備えられる。これにより、省エネ
ルギー量算出システムや空調システムの故障診断、省エ
ネルギー運転の具体的方法提案等も可能となり、更に有
効な情報を顧客に提示できるようになる。
【0033】更に別の実施例としては、当該システムに
故障が起こった場合、空調システムに備えられた通信装
置6がコール信号を外部通信装置16から受けなくて
も、空調システムに備えられた通信装置6により、故障
情報を外部通信装置16に発信するように構成される。
これにより、空調システムに故障が起こった場合、本省
エネルギー事業の他に、空調システムのメンテナンスと
いった維持管理事業も併せて行うことが可能となり、非
常に効果が発揮できる。このような機能を付加してもコ
ストアップには繋がらない。
【0034】なお、日本全体としても、1999年4月
の改正省エネ法施行で、省エネ計画や省エネ実績の届け
出を義務づけられているが、本発明の空調システムの省
エネルギー量算出システムを導入すれば、省エネ計画や
省エネ実績の届け出の義務を果たすことも可能となり、
社会的に有用なものを提供できる。
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1に係る発明の空調システムによれば、従来、無意識に
放出していた空調システムの冷媒の位置エネルギーを回
収するから、省エネルギーを図れる空調システムを提供
できる。
【0036】また、請求項2に係る発明の空調システム
によれば、水車と発電装置とによって冷媒の位置エネル
ギーを回収するから、簡便な手段により安価にして省エ
ネルギーを図れる。
【0037】また、請求項3に係る発明の空調システム
によれば、エネルギーの回収に直接的に寄与するポンプ
の送出量の測定により、回収したエネルギー量を知るこ
とができるから、回収したエネルギー量を精度良く認識
でき、より一層省エネルギーを図れる。
【0038】また、請求項4に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムによれば、冷媒の位置エ
ネルギーを回収する省エネルギー効果を数値化するか
ら、省エネルギー量を有効に算出できて回収したエネル
ギー量を明確に把握できる。この結果、空調システムの
省エネルギー量算出システムをビジネスツールとして、
例えば、高効率のポンプ(モータを含む。)、高効率の
水車、冷媒の位置エネルギーを回収するエネルギー回生
装置等を無料で貸与し、節減できた電力料金の一部を受
け取るという全く新規なビジネスとしての、高層ビルに
設置された空調システム(既設、新設を問わない。)の
省エネルギーサービス業を提案創出でき、社会的意義が
大きい。
【0039】また、請求項5に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムの構成によれば、多数の
空調システムの省エネルギー量情報を外部通信装置に集
めることができるから、多数の空調システムの省エネル
ギー量を人手少なく有効に集めることができる。
【0040】また、請求項6に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムによれば、省エネルギー
効果を具体的な金額に換算して知ることができるから、
還元するなどの場合に明確に金額を算出でき、前述した
ようなビジネスとしての発展を促進できる。
【0041】また、請求項7に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムによれば、運転状況、故
障の経歴を記憶するから、適宜、それらの情報を引き出
すことができ、メンテナンスを有効に行える。
【0042】また、請求項8に係る発明の空調システム
の省エネルギー量算出システムの構成によれば、故障発
生時に、その故障情報を外部通信装置に送ることができ
るから、その故障情報によって適宜故障に対処でき、メ
ンテナンスを一層有効かつ容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様のブロック図である。
【図2】本発明の空調システムの省エネルギー量算出シ
ステムの概要を示した図である。
【符号の説明】
1…商用電力 2…冷媒蓄熱槽 3…冷媒循環ライン 4…ポンプ 5…空調制御部 6…通信装置 10…空調負荷 11…ポンプ送出量測定装置 16……外部通信装置 20…空調システム負荷情報 30…エネルギー回生装置
フロントページの続き (72)発明者 小西 芳文 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 佐藤 富徳 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内 Fターム(参考) 3L060 AA02 AA03 CC08 CC15 DD06 DD08 EE31 EE34 EE41 3L061 BA03

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大気に開放された冷媒蓄熱槽、冷媒循環
    ライン、ポンプからなる空調システムにおいて、冷媒の
    位置エネルギーを回収するエネルギー回生装置を備えた
    ことを特徴とする空調システム。
  2. 【請求項2】 エネルギー回生装置が水車と発電装置と
    からなることを特徴とする請求項1記載の空調システ
    ム。
  3. 【請求項3】 エネルギー回生装置に、ポンプ送出量測
    定装置を備えたことを特徴とする請求項1または2記載
    の空調システム。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の空調システムの省エネ
    ルギー量を算出するシステムであって、ポンプ送出量測
    定装置より測定されたポンプ送出量から、省エネルギー
    量を、下式で算出することを特徴とする空調システムの
    省エネルギー量算出システム。 省エネルギー量W(t)=γ*Q(t)*H ここに、Q(t):ポンプ送出量測定装置より測定され
    たポンプ送出量(m3 ) H:冷媒ヘッド(m) γ:冷媒の比重量(kg/m3 ) t:時刻
  5. 【請求項5】 省エネルギー量の情報を空調システムの
    メモリー部に記憶させておき、空調システムに備えられ
    た通信装置がコール信号を外部通信装置から受けた場
    合、あるいは予め設定された時間がきた場合、空調シス
    テムに備えられた通信装置により、前記省エネルギー量
    情報を前記外部通信装置に発信し、外部データシステム
    のメモリー部に記憶させることを特徴とする請求項4に
    記載の空調システムの省エネルギー量算出システム。
  6. 【請求項6】 省エネルギー量を請求料金に換算させる
    請求項4または5に記載の空調システムの省エネルギー
    量算出システム。
  7. 【請求項7】 運転状況、故障の経歴を記憶させる請求
    項4、5、6のいずれかに記載の空調システムの省エネ
    ルギー量算出システム。
  8. 【請求項8】 当該システムに故障が起こった場合、空
    調システムに備えられた通信装置がコール信号を外部通
    信装置から受けなくても、空調システムに備えられた通
    信装置により、故障情報を外部通信装置に発信すること
    を特徴とする請求項4、5、6、7のいずれかに記載の
    空調システムの省エネルギー量算出システム。
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