JP2002013776A

JP2002013776A - 地域冷暖房の２次側システム

Info

Publication number: JP2002013776A
Application number: JP2000232248A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Kakegawa; 昌俊掛川
Original assignee: Sumitomo Realty and Development Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Realty and Development Co Ltd
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-18
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP3442037B2

Abstract

(57)【要約】【課題】室内空気の温度分布を重視し、冷暖房能力を制
限することなく、最大負荷時の熱媒体のデマンド値を低
減することができる地域冷暖房の２次側システムを提供
すること。【解決手段】ペリメータゾーンとインテリアゾーンをそ
れぞれ独立して冷暖房する空調設備と、該空調設備を制
御する制御装置とを有する地域冷暖房の２次側システム
であって、通常運転前に予備運転を行い、該予備運転
は、熱媒体の供給を停止して行う攪拌段階（Ｔ１）とペ
リメータゾーンに対する空調のみ熱媒体の供給を行う部
分予熱（予冷）段階（Ｔ２）とペリメータゾーン及ぶイ
ンテリアゾーンに対する空調に熱媒体の供給を行う全部
予熱（予冷）段階（Ｔ３）とを順に備えて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デマンド制御によ
り冷暖房コストの低減を図る地域冷暖房の２次側システ
ムに関する。なお、２次側システムとは、需要家である
ビル等の施設の冷暖房システムをいう。

【０００２】

【従来の技術】地域冷暖房とは、熱供給プラントからの
冷温水や蒸気などの熱媒体が地域配管を通じ当該地域内
の使用者に供給するシステムであり、使用者であるビル
等の冷暖房等に当該熱媒体を用いる。

【０００３】ところで、この地域冷暖房事業者に対し
て、熱媒体使用者が支払う使用料金は、契約熱媒体量に
基づく基本料金と、超過量に対する従量料金との合計額
となる。そして、この基本料金は、最大負荷時（ピーク
時）のデマンド値に基づいて定められている。

【０００４】このため、最大負荷時のデマンド値を低減
させるために、いくつかの提案がなされている。特開平
９−２４３１４０号は、冷暖房設備の最大負荷時のデマ
ンド値を低減する方法として、（ａ）建物内部への送風
温度を上げて除湿量を下げ、（ｂ）建物内部への外気取
入量を低減し、また、（ｃ）建物内部の設定冷房温度を
下げる等の制御を行う。さらに、（ｄ）建物内部への外
気取入量を低減し、また、（ｅ）前記建物内部の設定暖
房温度を上げる等の制御を行う。

【０００５】このような制御は、最大負荷時のデマンド
値を低減するが、当該制御は最大負荷時における冷暖房
能力の制限を伴うという問題点がある。

【０００６】さらに、特開平１０−５４５９０号は、地
域冷暖房の熱源プラントからの熱媒体による給湯設備に
関するものであり、冷暖房に関するものではないが、最
大負荷時前後の時間帯のデマンド値を増加させ、その熱
エネルギーを貯湯槽の湯として貯蔵することを開示して
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平１０−５４
５９０号の貯湯槽等の熱エネルギー貯蔵手段を用いて最
大負荷時のデマンド値を低減する方法は、貯湯槽等の設
備を設ける必要があり、スペース効率や設備費用が高額
になるという問題点があった。さらに、このような方法
を冷暖房に適用することは関しては必ずしも適切ではな
い。通常、冷暖房の最大負荷時は冷暖房の通常運転開始
直後（例えば、一般のオフィスビルの場合、朝８時頃）
になる。これは、室温と設定温度との温度差が当該通常
運転開始直後もっとも大きいという単純な理由からでは
ない。

【０００８】冷暖房が停止されると（例えば、一般のオ
フィスビルの場合、夜９時頃）、空調機器のファンが停
止し室内空気の攪拌が停止する。このため、翌朝の空調
機器のファンの作動開始時まで室内空気は停滞し、室内
空気は部分的な温度の相違から温度差のある空気層を形
成する。

【０００９】さらに、空調機器停止後の室内は、壁面の
温度変化（夏期であれば温度上昇、冬期であれば温度低
下）や窓からの隙間風等により、インテリアゾーン（業
務区域／部屋の中央部）とペリメータゾーン（壁面周辺
等の非業務区域／部屋の周辺部）との間に温度差の大き
な空気層が形成される。特に、外壁の裏面側内壁周囲や
窓の周囲の温度は外部環境の影響を受けやすい。

【００１０】室温センサは、部屋の中央区域に位置する
インテリアゾーンに設けることは事実上不可能であるた
め、設定温度ともっとも温度差のあるペリメータゾーン
近傍の空気層の温度を検出している。従って、空調機器
のファンによる室内空気の攪拌が完了するファン作動開
始後の１時間〜２時間程度の間は、室温センサは室温と
設定温度との温度差を過大に検出することになり、この
ことが、上記冷暖房開始直後の室温と設定温度との温度
差を大きくする主要因となっている。

【００１１】このため、インテリアゾーンの室温と設定
温度との温度差が小さいにもかかわらず、空調機器は最
大能力で稼動させられ、その結果、最大負荷時のデマン
ド値を不必要な程度にまで増大させてしまうのである。
上記貯湯槽等の熱エネルギー貯蔵手段を用いて最大負荷
時のデマンド値を低減する方法を冷暖房に用いても、結
局、この温度差のある室内空気層の形成を許してしまう
ため、最大負荷時のデマンド値を効率的に低下させるこ
とができない。

【００１２】本発明は、室内空気の温度分布を重視し、
冷暖房能力を制限することなく、最大負荷時の熱媒体の
デマンド値を低減することができる地域冷暖房の２次側
システムを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願請求項１記載の発明
に係る地域冷暖房の２次側システムは、複数の領域をそ
れぞれ独立して冷暖房する空調設備と、該空調設備を制
御する制御装置を有する地域冷暖房の２次側システムで
あって、通常運転前に予備運転を行い、該予備運転は、
熱媒体の供給を停止して行う攪拌段階と熱負荷の大きな
領域に対する空調のみ熱媒体の供給を行う部分予熱（予
冷）段階と全ての領域に対する空調に熱媒体の供給を行
う全部予熱（予冷）段階とを順に備えてというものであ
る。

【００１４】ここで、熱負荷の大きな領域とは、例え
ば、ビルの出入り口のあるエントランス周囲、各部屋の
ペリメータゾーン等をいう。また、冷房時においては、
ビルの南側外壁の裏面に位置する領域や、暖房時におい
ては、北側外壁の裏面に位置する領域をいう。本発明の
他の特徴は、請求項２乃至請求項１０に記載されてお
り、詳しくは、前述する発明の実施の形態の欄において
説明されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態の
地域冷暖房の２次側システムを、添付図面を参照しつつ
説明する。本実施の形態においては、熱負荷の大きな領
域としてペリメータゾーンを、また、熱負荷の小さな領
域としてインテリアゾーンを示しているが、一例に過ぎ
ず限定されない。

【００１６】図１は、本実施の形態のシステムを用いて
冷暖房を行う９階建てのビルの一フロアの平面図であ
る。このフロアは１０の部屋３に分割されており、それ
ぞれ、室内中央区域１と窓際区域２を有している。室内
中央区域１には、各部屋の天井面に設けた吹出し口から
冷気又は暖気が供給され、また、窓際区域２には、各部
屋の窓際のカウンターの上面又は天井面に設けた吹出し
口から冷気又は暖気が供給されている。

【００１７】尚、上記室内中央区域１と窓際区域２は、
それぞれインテリアゾーン及びペリメータゾーンを空調
対象領域とする一例であり限定されない。例えば、窓の
他、外壁の裏面に位置する内壁面周囲に吹出し口を設
け、当該内壁面周囲のペリメータゾーンに冷気又は暖気
を供給するように構成してもよい。

【００１８】図２は、本実施の形態のシステムの全体構
成図である。上記ビルは１〜３階、４〜６階、７〜９階
を、それぞれ独立した３基の空調設備により冷暖房を行
っている。即ち、１〜３階の第１ゾーンの冷暖房を行う
空調設備は、第１空調装置１０と、第１内外気制御器１
１と、第１熱量制御器１２とから成り、他の４〜６階の
第２ゾーンと７〜９階の第３ゾーンも同様の構成の空調
設備を有している。これら空調設備は、制御装置４０に
より制御されている。以下、第１ゾーンの空調設備につ
いて説明する。

【００１９】第１内外気制御器１１は、第１空調装置１
０に供給する空気における室内空気（内気）に対する外
気の割合を０〜１００％の間で制御する。第１熱量制御
器１２は、第１空調装置１０に供給する熱媒体の熱量を
制御する。具体的には、熱媒体の流量と流入前後の熱媒
体の温度差から熱量を測定し、後述する制御装置４０へ
フィードバックする。

【００２０】第１空調装置１０は、熱交換器と冷気また
は暖気を送出する送風機から構成されている。また、本
装置は、インテリアゾーンに設けた吹出し口とペリメー
タゾーンに設けた吹出し口への冷気または暖気の送出量
の調整も行う。

【００２１】上記制御装置４０には、さらに、第１〜第
３ゾーンの室温を計測する第１〜第３室温センサ群５
１、５２、５３と、外気温センサ６１、日射量計測セン
サ６２、風速計測器６３が接続されている。この制御装
置４０は、記憶手段を備えたコンピュータであり、これ
らセンサ群のデータと該記憶手段に記憶したデータベー
スに基づき上記空調設備の制御を行っている。さらに、
上記制御装置４０には、前回の通常運転の停止から経過
した時間を計測する時間計測手段を備えており、当該計
測結果からも上記空調設備の制御を行っている。

【００２２】次に、図３及び図４を参照しつつ本実施の
形態の原理を説明する。図３に示す実線は、最大負荷時
のデマンド値の増減が比較的大きく現れる暖房時におけ
る従来の２次側システムの第１ゾーンのデマンド値を示
したものである。

【００２３】このデマンド値の変化は、午前８時のシス
テム稼動直後にピークが現れ、その後、正午にかけてデ
マンド値は徐々に減少してゆく。ここで、このデマンド
値の減少率に注目すると、午前９時半を境にしてその減
少率が緩やかになっていることが分かる。これは、午前
８時から午前９時半の１時間半の間、室内に停滞してい
る温度差のある空気層の攪拌が完了していないために生
じる。

【００２４】室内のペリメータゾーンに冷気層が残存し
ていると、このペリメータゾーンに設けられている温度
センサがインテリアゾーンの室温よりも低い温度を検出
してしまう。このため温度センサと接続されているシス
テムの制御装置は、ペリメータゾーンの室温がインテリ
アゾーンの設定温度に上昇するように、デマンド値を増
加させようとするからである。

【００２５】インテリアゾーンに温度センサを実験的に
設けた場合のデマンド値の変化は、一点鎖線で示すよう
な変化となる。この場合には、ペリメータゾーンに残存
している冷気層が温度センサに与える影響を無視するこ
とができるため、ピーク値がａからｂへ減少し、さら
に、午前８時から午前９時半までの無駄な使用量Ａを低
減できることが分かる。

【００２６】図４に示す実線は、図１と同様のビルにお
ける第１ゾーンの暖房時における本実施の形態の２次側
システムのデマンド値を示したものである。

【００２７】本実施の形態の２次側システムは、システ
ムの段階的な起動を行うことによりペリメータゾーンと
インテリアゾーンとの温度差を解消し、上記の無駄な使
用量Ａを低減し、且つ、システム稼動直後のピークを消
滅させることができる。

【００２８】本実施の形態の原理は、システムの通常運
転前に、攪拌段階、部分予熱（予冷）段階、全部予熱
（予冷）段階の３段階の予備運転を順に行い、ペリメー
タゾーンとインテリアゾーンとの温度差を解消しつつ室
温の上昇を図るというものである。以下、第１ゾーンの
予備運転について説明する。

【００２９】最初の攪拌段階は、熱媒体の導入を停止し
た状態でビル内部の空気循環のみを行う。この攪拌段階
の継続時間Ｔ１は、図４において６時から７時の１時間
として示されている。この攪拌段階では、インテリアゾ
ーンに停滞している比較的温度が高い内気を第１内外気
制御器１１を介して吸い込み、第１空調装置１０が冷却
されているペリメータゾーンに当該内気を吹出すことに
より、ペリメータゾーンの冷気層を破壊する。

【００３０】さらに、攪拌段階によりインテリアゾーン
とペリメータゾーンの温度分布が均一化され室温が安定
し、所定時間あたりの室温変化が所定範囲で安定した段
階で、第１室温センサ５１により室温の計測をおこな
い、攪拌段階室温データａ１を取得し、攪拌段階を終了
する。

【００３１】次の部分予熱（予冷）段階は、ペリメータ
ゾーン用の空調機器は、熱媒体の導入を開始し、外気導
入を行わず温風をペリメータゾーンに吹出す。また、イ
ンテリアゾーン用の空調機器は、熱媒体の導入を停止し
た状態で外気導入を行わず空気循環をおこなう。尚、こ
の部分予熱（予冷）段階は、図４においてＴ２として示
されている。

【００３２】この部分予熱（予冷）段階により、ペリメ
ータゾーン周囲の壁面や窓ガラスの温度を上昇させ、ペ
リメータゾーンの冷却要素を解消する。このペリメータ
ゾーンの冷却要素の解消を後述する全部予熱（予冷）段
階に先だって実施することにより、ペリメータゾーンに
吹出した暖気が冷却され、新たな冷気層の形成を阻止す
ることができる。この部分予熱（予冷）段階は、攪拌段
階室温データａ１から所定の室温上昇率に達した場合、
この時点での室温を部分予熱（予冷）段階室温データｂ
１として取得し終了する。

【００３３】上記所定の室温上昇率は、第１室温センサ
５１に基づいて計測された室温の上昇率が、デマンド値
に基づいて予測される室温の上昇率の９０％以上になっ
た場合に、ペリメータゾーンでの冷却要素が解消された
とみなすものである。

【００３４】次の全部予熱（予冷）段階では、ペリメー
タゾーン用及びインテリアゾーン用の空調機器に熱媒体
の導入を開始し、外気導入を行わず温風を室内に吹出
す。この段階では、ペリメータゾーンの冷却要素を無視
して室温の上昇を計画できるため、上記部分予熱（予
冷）段階室温データｂ１と通常運転設定温度ｃの温度差
と、通常運転までの時間から、無駄の無い正確なデマン
ド値の制御が可能となる。尚、この全部予熱（予冷）段
階は、図４においてＴ３として示されている。

【００３５】次に、第１〜第３ゾーン別の予備運転につ
いて説明する。冷暖房時を問わず、第１ゾーン、第２ゾ
ーン、第３ゾーンの順で室温が高くなる。このため、暖
房時においては、第１ゾーン、第２ゾーン、第３ゾーン
の順で上記予備運転を開始し、一方、冷房時において
は、第３ゾーン、第２ゾーン、第１ゾーンの順で上記予
備運転を開始する。

【００３６】このようにゾーン別に予備運転の開始時間
をずらすことにより、ビル全体のデマンド値を一定値以
下に保持しつつ、より熱媒体を必要とするゾーンに効率
的に割り振ることが可能となる。尚、このようなゾーン
の分割は、階層別に行う必要は無く、大規模な建築物で
あるばあいでは、１フロアを複数のゾーンに分割しても
良い。また、ビル外壁の東西南北の方位を重視してゾー
ンの分割を行うことも有効である。

【００３７】さらに、攪拌段階において、第１〜第３内
外気制御器１１、２１、３１の内気を各ゾーンの室内空
気から独立して導入するのではなく、第１〜第３ソーン
の室内空気を混合した上で第１〜第３内外気制御器１
１、２１、３１からそれぞれ第１〜第３空調装置１０、
２０、３０に供給することにより、ビル全体の暖気又は
冷気を有効に活用することができる。たとえば、冷房時
においては、第１ゾーンに残存している冷気により冷却
された内気を、比較的温度が高い第３ゾーンの室内に吹
出すことができる。

【００３８】本実施の形態のシステムは、外気温センサ
６１、日射量計測センサ６２、風速計測器６３を備えて
おり、これら外部環境計測手段であるセンサ等により測
定されるビル外部の温度環境等を予備運転の制御に反映
させることが可能となる。

【００３９】即ち、制御装置４０は、毎日、ビル外部の
温度環境と、その日の予備運転の攪拌段階、部分予熱
（予冷）段階、全部予熱（予冷）段階の各段階に要した
時間とを記憶する。例えば、全部予熱（予冷）段階での
デマンド値が、通常運転時のデマンド値の７０％以下で
ある場合、全部予熱（予冷）時間が不必要に長時間であ
ると判断し、翌日の温度環境が略同一である場合には、
全部予熱（予冷）段階のデマンド値が、通常運転時の８
０％乃至９０％の範囲になるように、攪拌段階の開始時
間を遅らせる。このような制御は、制御装置の学習機能
により実行され、予備運転におけるビル全体の放熱等に
よる熱的ロスを最小限にすることができる。

【００４０】さらに、外気温センサ６１のデータから、
攪拌段階等において内気を循環させるよりも外気を導入
した方が効率的に室温を制御できる場合を判断すること
が可能になる。例えば、冷房時における予備運転におい
て、ビル内部の室温よりも外気温が低温である場合、各
内外気制御器は、外気を各空調装置に供給するように制
御することができる。

【００４１】また、制御装置４０には、前回の通常運転
の停止から経過した時間を計測する時間計測手段を備え
ている。例えば、休日等に冷暖房をシステムの稼動を停
止し、休日明けに稼動を開始した場合、熱負荷が大きく
なる。この場合、時間計測手段の計測結果から、停止か
らの経過時間が近似する日のデータをもとに学習機能を
用いてより正確な予備運転の開始時間を決定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態の地域冷暖房の２次側
システムを稼動させるビルのフロア平面図である。

【図２】本発明に係る実施の形態の地域冷暖房の２次側
システムの全体構成図である。

【図３】従来の地域冷暖房の２次側システムの暖房時に
おけるデマンド値の変化を示したグラフ図である。

【図４】本発明に係る実施の形態の地域冷暖房の２次側
システムの暖房時におけるデマンド値の変化を示したグ
ラフ図である。

【符号の説明】

１室内中央区域２窓際区域３部屋１０第１空調装置１１第１内外気制御器１２第１熱量制御器２０第２空調装置２１第２内外気制御器２２第２熱量制御器３０第３空調装置３１第３内外気制御器３２第３熱量制御器４０制御装置５１第１室温センサ５２第２室温センサ５３第３室温センサ６１外気温センサ６２日射量計測センサ６３風速計測器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の領域をそれぞれ独立して冷暖房す
る空調設備と、該空調設備を制御する制御装置を有する
地域冷暖房の２次側システムであって、通常運転前に予備運転を行い、該予備運転は、熱媒体の
供給を停止して行う攪拌段階と熱負荷の大きな領域に対
する空調のみ熱媒体の供給を行う部分予熱（予冷）段階
と全ての領域に対する空調に熱媒体の供給を行う全部予
熱（予冷）段階とを順に備えて成る地域冷暖房の２次側
システム。
【請求項２】ペリメータゾーンとインテリアゾーンを
それぞれ独立して冷暖房する空調設備と、該空調設備を
制御する制御装置とを有する地域冷暖房の２次側システ
ムであって、通常運転前に予備運転を行い、該予備運転は、熱媒体の
供給を停止して行う攪拌段階とペリメータゾーンに対す
る空調のみ熱媒体の供給を行う部分予熱（予冷）段階と
ペリメータゾーン及ぶインテリアゾーンに対する空調に
熱媒体の供給を行う全部予熱（予冷）段階とを順に備え
て成る地域冷暖房の２次側システム。
【請求項３】前記攪拌段階は、所定時間あたりの室温
変化が所定範囲で安定した段階で終了する請求項１又は
請求項２記載の地域冷暖房の２次側システム。
【請求項４】前記部分予熱段階は、攪拌段階終了時の
室温データａから所定の室温上昇（下降）率に達した段
階で終了する請求項１又は請求項２記載の地域冷暖房の
２次側システム。
【請求項５】前記室温上昇（下降）率は、前記部分予
熱段階でのデマンド値に基づいて予測される室温の上昇
（下降）率の９０％以上である請求項３記載の地域冷暖
房の２次側システム。
【請求項６】前記全部予熱段階は、部分予熱（予冷）
段階終了時の室温データｂと通常運転設定温度ｃの温度
差と、部分予熱段階終了時から通常運転までの時間から
通常運転時の８０％以上のデマンド値になるように算出
し制御される請求項１又は請求項２記載の地域冷暖房の
２次側システム。
【請求項７】前記地域冷暖房の２次側システムは、さ
らに、前記制御装置と接続された外気温センサ、日射量
計測センサ、風速計測器の何れか１以上から成る外部環
境計測手段を備え、前記制御装置は該外部環境計測手段
の計測結果から学習機能を用いて前記予備運転の開始時
間を決定する請求項１又は請求項２記載の地域冷暖房の
２次側システム。
【請求項８】前記制御装置は、前記予備運転において
内気循環又は外気導入を前記外部環境計測手段の計測結
果に基づき決定する請求項７記載の地域冷暖房の２次側
システム。
【請求項９】前記地域冷暖房の２次側システムは、さ
らに、前回の通常運転の停止から経過した時間を計測す
る時間計測手段を備え、前記制御装置は該時間計測手段
の計測結果から学習機能を用いて前記予備運転の開始時
間を決定する請求項１又は請求項２記載の地域冷暖房の
２次側システム。
【請求項１０】前記地域冷暖房システムの２次側シス
テムは、建築物を複数のゾーンに分割すると共に該ゾー
ン毎に前記空調設備を割当て、暖房時においては低温で
あるゾーンから、また、冷房時においては高温であるゾ
ーンから前記攪拌段階を開始する請求項２記載の地域冷
暖房の２次側システム。