JP2004317000A - 冷温水循環ポンプの回転数制御方法および装置 - Google Patents
冷温水循環ポンプの回転数制御方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】空調負荷の変動に対する冷温水循環ポンプの最小抵抗制御の追従性を大幅に改善する。
【解決手段】制御弁８−１〜８−ｎの開度のうちその開度が最も大きい制御弁８（８−ｘ）を選出する。この選出した制御弁８−ｘがすでに全開であった場合、この制御弁８−ｘを介して冷温水の供給を受けている空調機１（１−ｘ）の能力の不足量を合計して現在の能力の不足量とし、この現在の能力の不足量からその能力の不足状態を一挙に解消し得る調整量ΔＮＦＦ１ を求め、この調整量ΔＮＦＦ１ に基づいて２次ポンプ４の回転数Ｎをフィードフォワード制御する。また、このフィードフォワード制御と並行して、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ１ で段階的に調整して行くフィードバック制御を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】制御弁８−１〜８−ｎの開度のうちその開度が最も大きい制御弁８（８−ｘ）を選出する。この選出した制御弁８−ｘがすでに全開であった場合、この制御弁８−ｘを介して冷温水の供給を受けている空調機１（１−ｘ）の能力の不足量を合計して現在の能力の不足量とし、この現在の能力の不足量からその能力の不足状態を一挙に解消し得る調整量ΔＮＦＦ１ を求め、この調整量ΔＮＦＦ１ に基づいて２次ポンプ４の回転数Ｎをフィードフォワード制御する。また、このフィードフォワード制御と並行して、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ１ で段階的に調整して行くフィードバック制御を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機への熱媒（冷温水）を循環する冷温水循環ポンプの回転数制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空調システムにおける省エネルギー制御の一つとして、空調機への熱媒（冷水／温水）を循環させる冷温水循環ポンプの電気消費量を最小にする最小抵抗制御が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
この最小抵抗制御では、空調機への冷温水の供給通路に設けられた制御弁の開度が最大となるように、すなわち制御弁において消耗される圧力損失が最小となるように、冷温水循環ポンプの回転数を制御する。
【０００３】
〔従来例１〕
図１５は最小抵抗制御が適用された従来の空調システムの計装図である。同図において、１−１〜１−ｎは空調機、２は冷凍機、３は１次ポンプ、４は２次ポンプ、５−１〜５−４はヘッダ、６は往水管路、７は還水管路、８−１〜８−ｎは空調機１−１〜１−ｎへの冷水の供給通路に設けられた制御弁、９−１〜９−ｎは制御弁８−１〜８−ｎの開度を制御する弁開度制御装置、１０は２次ポンプ４の回転数Ｎを制御する２次ポンプ回転数制御装置である。この例は、冷凍機を用いて冷水を生成する冷房の空調システムとしているが、加熱器を用いて温水を供給する暖房の空調システムにおいても同様にして最小抵抗制御が適用される。
【０００４】
この冷房の空調システムにおいて、１次ポンプ３より搬送された熱媒は、冷凍機２により冷却され、ヘッダ５−１，５−３を介して２次ポンプ４へ送られ、２次ポンプ４によってさらに圧力が加えられてヘッダ５−４より送出され、制御弁８−１〜８−ｎを介して空調機１−１〜１−ｎへ供給される。そして、空調機１−１〜１−ｎにおいて熱交換され、還水管路７を介してヘッダ５−２に戻され、再びポンプ３によって圧送され、以上の経路を循環する。
【０００５】
空調機１−１〜１−ｎにおいて生成される冷風は給気として、図示されていない各被制御エリアへ供給され、この被制御エリアにおける検出室温ｔｐｖ１〜ｔｐｖｎが弁開度制御装置９−１〜９−ｎへ与えられる。弁開度制御装置９−１〜９−ｎは、検出室温ｔｐｖ１〜ｔｐｖｎと設定温度ｔｓｐ１〜ｔｓｐｎとが一致するように、制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎを制御する。また、弁開度制御装置９−１〜９−ｎは、制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎ（開度指示値或いは弁開度値）を２次ポンプ回転数制御装置１０へ送る。
【０００６】
２次ポンプ回転数制御装置１０は、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎのうちその開度が最も大きい制御弁８（８−ｘ）を選出し、この選出した制御弁８−ｘの開度θｘを最大開度値θｍａｘになるように２次ポンプ４の回転数Ｎを制御する。
【０００７】
ここで、最大開度値θｍａｘは、制御弁８−ｘの開度制御に余裕を持たせるために、全開ではなく例えば９０％としている。また、２次ポンプ４の回転数Ｎの制御はフィードバック制御とし、制御弁８−ｘの開度θｘを確認しながら、θｘがθｍａｘに合致するまで、２次ポンプ４の回転数ＮをΔＮＦＢずつ段階的に上げ／下げて行く。
【０００８】
〔従来例１の問題〕
この空調システムでは、制御弁８−ｘの開度制御に余裕を持たせるために、最大開度値θｍａｘを１００％ではなく例えば９０％としており、最小抵抗制御を行っているとはいえなかった。
【０００９】
また、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢを大きくし過ぎると、制御弁８−ｘの開度θｘがθｍａｘを大きく上回ってしまうことがある。この場合、制御弁８−ｘの開度θｘをθｍａｘに戻すために２次ポンプ４の回転数ＮがΔＮＦＢだけ上げられ、これにより制御弁８−ｘの開度θｘがθｍａｘを大きく下回り、これをθｍａｘに戻すために２次ポンプ４の回転数ＮがΔＮＦＢだけ下げられるという動作が繰り返され、２次ポンプ４の回転数制御にハンチングが起こることがる。
【００１０】
また、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢを小さくすると、大きなハンチングを生じないようにすることが可能とはなるが、制御弁８−ｘの開度θｘがθｍａｘになるまでに時間がかかる。
【００１１】
〔従来例２〕
そこで、本出願人は、最大開度値θｍａｘを１００％（全開）とし、また検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐを中心とする所定の範囲（許容範囲）αから逸脱しないことを条件とする最小抵抗制御を行うようにした（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
すなわち、図１５に示した２次ポンプ回転数制御装置１０に被制御エリアの検出室温ｔｐｖ１〜ｔｐｖｎおよび設定室温ｔｓｐ１〜ｔｓｐｎを与えるようにし、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎのうちその開度が最も大きい制御弁８−ｘを選出し、この選出した制御弁８−ｘの開度θｘを全開（θｍａｘ＝１００％）とするように（図１６（ａ）参照）、また、制御弁８−ｘからの冷水の供給を受ける空調機１（１−ｘ）の被制御エリアの検出室温ｔｐｖが許容範囲αに入るように（図１６（ｂ）参照）、２次ポンプ４の回転数Ｎを制御するようにした。
【００１３】
この方法において、冷房の場合、制御弁８−ｘの開度θｘは、従来例１と同様のフィードバック制御により、θｘ＝１００％となるように、２次ポンプ４の回転数ＮをΔＮＦＢａ ずつ下げて行く。この方法では、制御弁８−ｘの開度θｘが全開となったとき、制御弁８−ｘからの冷水の供給を受ける空調機１−ｘの被制御エリアの検出室温ｔｐｖが許容範囲αに入っていればよいので、調整量ΔＮＦＢａ を大きくし、最小抵抗制御の追従性をよくすることができる。
【００１４】
しかし、この方法では、冷房の場合、２次ポンプ４の回転数Ｎが下がり過ぎ、被制御エリアの検出室温ｔｐｖが許容範囲αの上限から逸脱してしまうことがある（図１７参照）。この状態は、制御弁８−ｘが制御不能の状態（空調機１−ｘが能力不足の状態）にあることを示しており、制御弁８−ｘの開度制御では検出室温ｔｐｖを許容範囲αに戻すことができない。そこで、検出室温ｔｐｖが許容範囲αに入るように、２次ポンプ４の回転数Ｎを制御する。この２次ポンプ４の回転数Ｎの制御についても、フィードバック制御とし、検出室温ｔｐｖを確認しながら、検出室温ｔｐｖが許容範囲αに入るように、２次ポンプ４の回転数ＮをΔＮＦＢｂ ずつ段階的に上げて行く。
【００１５】
【非特許文献１】
１９９３年、日本建築学会東海支部研究報告会論文集、ｐｐ．４０１〜４０４
【特許文献１】
特開平８−７５２２４号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例２の方法では、検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐに合致していない状態が生じ、空調制御が不正確となる。また、検出室温ｔｐｖが許容範囲αから逸脱しないと、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードバック制御が行われず、空調負荷の変動に対する追従性が悪い。
【００１７】
また、検出室温ｔｐｖが許容範囲αから逸脱した際のフィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢｂ を大きくし過ぎると、検出室温ｔｐｖが許容範囲αの下限から逸脱してしまうことがある。この場合、検出室温ｔｐｖを設定室温ｔｓｐに一致させようとして制御弁８−ｘが閉じられ、この閉じられた制御弁８−ｘを全開とするように２次ポンプ４の回転数Ｎが下げられ、これにより検出室温ｔｐｖが許容範囲αの上限から逸脱し、これを許容範囲αに戻すために２次ポンプ４の回転数ＮがΔＮＦＢｂ だけ上げられるという動作が繰り返され、ハンチングが起こることがある。
【００１８】
また、検出室温ｔｐｖが許容範囲αから逸脱した際のフィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢｂ を小さくすると、大きなハンチングを生じないようにすることが可能ではあるが、検出室温ｔｐｖを許容範囲αに戻すまでに時間がかかる。
【００１９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、空調負荷の変動に対する冷温水循環ポンプの最小抵抗制御の追従性を大幅に改善することができる冷温水循環ポンプの回転数制御方法および装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、第１〜第Ｎの空調機と、この第１〜第Ｎの空調機への熱媒（冷温水）の供給通路に設けられた第１〜第Ｎの制御弁と、冷温水を循環させる冷温水循環ポンプと、第１〜第Ｎの空調機の負荷状況に基づいて第１〜第Ｎの制御弁の開度を制御する弁開度制御手段とを備えた空調システムにおいて、第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁を選出し、この選出した制御弁の開度を全開とするように冷温水循環ポンプの回転数を制御する冷温水循環ポンプの回転数制御方法であって、選出された制御弁がすでに全開であった場合、この制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機の能力の不足量を合計して現在の能力の不足量とし、この現在の能力の不足量からその能力の不足状態を解消し得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量を求め、この調整量に基づいて冷温水循環ポンプの回転数を制御するようにしたものである。本発明では、この制御を冷温水循環ポンプ回転数制御のフィードフォワード制御と呼ぶことにする。
【００２１】
この発明によれば、第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁が選出され、この選出された制御弁の開度を全開とするように冷温水循環ポンプの回転数が変更される。これにより、第１〜第Ｎの制御弁の開度が開かれて行き、選出された制御弁の開度が全開となれば、冷温水循環ポンプの回転数の制御が終了する。ここで、空調負荷の急激な変化により、制御弁の開度は全開ではあるが、その制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機が能力不足の状態となることがある。例えば、熱媒を冷水とした場合、その空調機からの給気（冷風）の供給を受ける被制御エリアの室温が設定室温よりも高くなり、制御弁の開度制御では調整できなくなる。この場合、能力不足の空調機は１台であるとは限らず、複数台生じることもある。
【００２２】
能力不足の空調機が１台であった場合には、その空調機の能力の不足量を現在の能力の不足量とするが、複数台あった場合にはそれぞれの空調機の能力の不足量を合計して現在の能力の不足量とする。そして、この現在の能力の不足量からその能力の不足状態を一挙に解消し得る熱源循環水ポンプの回転数の調整量（ΔＮＦＦ１ ）を求め、この調整量ΔＮＦＦ１ に基づいて冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御する。これにより、制御弁の開度が全開でかつ、その制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機が過不足なく能力を発揮している理想の状態が即座に作り上げられる。
【００２３】
第２発明（請求項２に係る発明）は、第１発明におけるフィードフォワード制御と並行して、空調機の能力の不足状態を解消する方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行く制御を行うようにしたものである。本発明では、この制御を熱源水循環ポンプ回転数制御のフィードバック制御と呼ぶことにする。
第１発明のフィードフォワード制御では、空調機の能力の不足状態が即座に解消されようとするが、ある程度の計算誤差が含まれることは否めない。
そこで、第２発明では、素早さと正確さとを同時に得るために、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを並行して行うようにする。すなわち、空調機の能力の不足状態を一挙に解消するフィードフォワード制御を行うと同時に、その空調機の能力の不足状態を効果をみながら調整量ΔＮＦＢ１ ずつ段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにする。
【００２４】
第３発明（請求項３に係る発明）は、第１発明におけるフィードフォワード制御を実行した後に、空調機の能力の不足状態を解消する方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにしたものである。
第２発明では、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを並行して行うようにしたが、フィードフォワード制御を行った後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。この場合、フィードフォワード制御での計算誤差は僅かであると考えられるので、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢ１ を小さくしてもそれほど時間はかからず、第２発明と同様に素早さと正確さを合わせ持たせることが可能である。
【００２５】
第４発明（請求項４に係る発明）は、第１〜第Ｎの空調機と、この第１〜第Ｎの空調機への熱媒（冷温水）の供給通路に設けられた第１〜第Ｎの制御弁と、冷温水を循環させる冷温水循環ポンプと、第１〜第Ｎの空調機の負荷状況に基づいて第１〜第Ｎの制御弁の開度を制御する弁開度制御手段とを備えた空調システムにおいて、第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁を選出し、この選出した制御弁の開度を全開とするように冷温水循環ポンプの回転数を制御する冷温水循環ポンプの回転数制御方法であって、選出された制御弁が全開でなかった場合、この制御弁を全開とし得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量を求め、この調整量に基づいて冷温水循環ポンプの回転数を制御（フィードフォワード制御）するようにしたものである。
この発明によれば、第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁が選出される。ここで、選出された制御弁の開度が全開でなかった場合、この制御弁を一挙に全開とし得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量（ΔＮＦＦ２ ）を求め、この調整量ΔＮＦＦ２ に基づいて冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御する。これにより、制御弁の開度が全開でかつ、その制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機が過不足なく能力を発揮している理想の状態が作り上げられる。
【００２６】
第５発明（請求項５に係る発明）は、第４発明におけるフィードフォワード制御と並行して、選出された制御弁の開度を全開とする方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行く制御（フィードバック制御）を行うようにしたものである。
第４発明のフィードフォワード制御では、選出された制御弁の開度が即座に全開とされようとするが、ある程度の計算誤差が含まれることは否めない。
そこで、第５発明では、素早さと正確さを同時に得るために、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを並行して行うようにする。すなわち、選出された制御弁を一挙に全開とするフィードフォワード制御を行うと同時に、その制御弁の開度を効果をみながら調整量ΔＮＦＢ２ ずつ段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにする。
【００２７】
第６発明（請求項６に係る発明）は、第４発明におけるフィードフォワード制御を実行した後に、選出された制御弁の開度を全開とする方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにしたものである。
第５発明では、フィードフォワード制御と並行してフィードバック制御を行うようにしたが、フィードフォワード制御を行った後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。この場合、フィードフォワード制御での計算誤差は僅かであると考えられるので、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢ２ を小さくしてもそれほど時間はかからず、第５発明と同様に素早さと正確さとを合わせ持たせることが可能である。
【００２８】
第７発明（請求項７に係る発明）は、第１〜第６発明において、第１〜第Ｎの制御弁の開度状態を集計し、その集計結果を画面上に表示するようにしたものである。例えば、第１〜第Ｎの制御弁について、その０〜１００％の開度範囲を１０％ずつに区切り、各開度範囲の制御弁が何％あるのか、実質的に１００％を超えている制御弁（制御不能の制御弁）が何％あるのかなどを、画面上で視認することができるようにする。このようにすることによって、最小抵抗制御の状態
（効果）を直感的に評価し、最小抵抗制御のパラメータを調整する際の参考とすることが可能となる。
【００２９】
第８発明（請求項８に係る発明）〜第１４発明（請求項１４に係る発明）は、上述した第１〜第７発明の方法を適用した冷温水循環ポンプの回転数制御装置であって、第１〜第７発明と同様の作用・効果が得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る冷温水循環ポンプの回転数制御方法が適用された空調システムの計装図である。同図において、図１５と同一符号は図１５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００３１】
この実施の形態では、図１５に示した従来の空調システムにおける２次ポンプ回転数制御装置１０に代えて、本実施の形態特有の機能を搭載した２次ポンプ回転数制御装置１１を設けている。２次ポンプ回転数制御装置１１は、フィードフォワード制御手段１１Ａとフィードバック制御手段１１Ｂとを備えており、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎ（この例では、開度指示値）、および弁開度制御装置９−１〜９−ｎへ与えられる各被制御エリアの検出室温ｔｐｖ１〜ｔｐｖｎおよび設定室温ｔｓｐ１〜ｔｓｐｎを入力とする。
【００３２】
なお、２次ポンプ回転数制御装置１１は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して２次ポンプ回転数制御装置としての各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。
【００３３】
〔フィードフォワード制御：全開の制御弁がある場合〕
図２にフィードフォワード制御手段１１Ａが実行する制御動作のフローチャートを示す。フィードフォワード制御手段１１Ａは、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎを入力とし（ステップ２０１）、この入力される開度θ１〜θｎのうちその開度が最も大きい制御弁８（８−ｘ）を選出する（ステップ２０２）。
【００３４】
そして、この選出した制御弁８−ｘの開度θｘが全開（１００％）であるか否かをチェックし（ステップ２０３）、全開であればステップ２０４へ進む。ステップ２０４では、全開とされている制御弁８−ｘを介して冷水の供給を受けている空調機１（１−ｘ）の被制御エリアの検出室温ｔｐｖと設定室温ｔｓｐとを比較する。ここで、ｔｐｖ＝ｔｓｐならば（図３参照）、その空調機１−ｘは過不足なく能力を発揮していると判断し、ステップ２０５以降の処理には進まない。これに対し、ｔｐｖ＞ｔｓｐであった場合には（図４参照）、その空調機１−ｘは能力不足の状態にあると判断し、ステップ２０５の処理に進む。この場合、能力不足の空調機１−ｘは１台であるとは限らず、複数台生じることもある。
【００３５】
ステップ２０５では、空調機１−ｘの能力の不足量Δｑを合計し、現在の能力の不足量ΔＱ（ΔＱ＝ΣΔｑ）を求める。すなわち、能力不足の空調機１−ｘが１台であった場合には、その空調機１−ｘの能力の不足量Δｑを現在の能力の不足量ΔＱとするが、複数台あった場合にはそれぞれの空調機１−ｘの能力の不足量Δｑを合計して現在の能力の不足量ΔＱとする。
【００３６】
空調機１−ｘの能力の不足量Δｑは下記の（１）式より求める。
Δｑ＝Ｇａ・ｃａ・Δｄ ・・・・（１）
ここで、Ｇａは空調機風量、ｃａは空気の比熱、Δｄは制御量の逸脱度の変化量（Δｄ＝ｄ１−ｄ２）、ｄ１は制御量の現在の逸脱度（ｄ１＝ｔ（現在値）−ｔｓｐ）、ｄ２は制御量の制御後の逸脱度（ｄ２＝ｔ（制御後の値）−ｔｓｐ）である。
【００３７】
この実施の形態では、検出室温ｔｐｖを制御量ｔとし、ｔｐｖ＝ｔｓｐとなるように制御するので、ｄ２＝ｔｐｖ−ｔｓｐ＝０とされる。したがって、上記（１）式において、ΔｄはΔｄ＝ｄ１＝ｔｐｖ−ｔｓｐとされる。
また、上記（１）式において、空調機風量Ｇａは、調整時の実測風量、あるいは空調の設計風量とし、やむを得ない場合には空調機の定格風量を用いる。
【００３８】
なお、空調機からの給気を複数のＶＡＶユニット（可変風量調節ユニット）などを介して被制御エリアへ供給するようなシステムでは、各ＶＡＶユニットの風量の合計を空調機風量Ｇａとする。
【００３９】
次に、フィードフォワード制御手段１１Ａは、ステップ２０５で求めた現在の能力の不足量ΔＱを冷水の流量の増加量ΔＧｗに換算し（ステップ２０６）、この冷水の流量の増加量ΔＧｗを２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰに換算し（ステップ２０７）、この冷水の流量の増加量ΔＧｗと２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰとから２次ポンプ４の回転数の調整量ΔＮＦＦ１ を求める（ステップ２０８）。
【００４０】
〔ステップ２０６でのΔＧｗの算出〕
冷水の流量の増加量ΔＧｗは下記の（２）式によって算出する。
ΔＧｗ＝ΔＱ／（ｃｗ・Δｔｗ） ・・・・（２）
なお、（２）式において、ｃｗ：水の比熱、Δｔｗ：空調機前後の冷水の温度差である。空調機前後の冷水の温度差が正確に分からない場合には往還水温度差で近似するようにしてもよい。
【００４１】
上記（２）式において、Δｔｗは回転数Ｎを制御すると変化するので、この変化を見込んでΔＧｗを算出するようにしてもよい。下記に示す（３）式は、Δｔｗの変化を見込んだΔＧｗの算出式の一例である。なお、この（３）式において、ｋ１，ｋ２は調整パラメータである。
ΔＧｗ＝Σ（ｋ１・Ｇａ，ｉ・ｃａ・Δｄｉ＋ｋ２∫Δｄｉ）／ｃｗ・Δｔｗ ・・・・（３）
【００４２】
〔ステップ２０７でのΔＰの算出〕
すでに開度が全開になっている制御弁８−ｘでは、冷水の流量が変動しても、配管回路の抵抗係数は変化しない。したがって、２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰは、冷水の流量の増加量ΔＧｗから下記の（４）式によって算出することができる。
ΔＰ＝Ｐｃ・〔（Ｇｗ，ｃ＋ΔＧｗ）２ ／Ｇｗ，ｃ２−１〕・・・・（４）
なお、（４）式において、Ｐｃは現在の２次ポンプの揚程、Ｇｗ，ｃ は現在の冷水の流量である。
【００４３】
〔ステップ２０８でのΔＮＦＦ１ の算出〕
冷水の流量の増加量ΔＧｗおよび２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰが分かると２次ポンプ４の新たな運転状態点が決まる。フィードフォワード制御手段１１Ａは、冷水の流量の増加量ΔＧｗおよび２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰを予め設定されている流量揚程回転数特性式に代入し、２次ポンプ４の回転数の調整量ΔＮＦＦ１ を算出し、この調整量ΔＮＦＦ１ だけ２次ポンプ４の回転数Ｎを一挙にアップする。このようにして、現在の能力の不足量ΔＱを一挙に零とするように、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードフォワード制御が行われる。
【００４４】
〔フィードバック制御：全開の制御弁がある場合〕
図６にフィードバック制御手段１１Ｂが実行する制御動作のフローチャートを示す。フィードバック制御手段１１Ｂは、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎを入力とし（ステップ６０１）、この入力される開度θ１〜θｎのうちその開度が最も大きい制御弁８（８−ｘ）を選出する（ステップ６０２）。
【００４５】
そして、この選出した制御弁８−ｘの開度θｘが全開（１００％）であるか否かをチェックし（ステップ６０３）、全開であればステップ６０４へ進む。ステップ６０４では、全開とされている制御弁８−ｘを介して冷水の供給を受けている空調機１（１−ｘ）の被制御エリアの検出室温ｔｐｖと設定室温ｔｓｐとを比較する。ここで、ｔｐｖ＝ｔｓｐならば（図３参照）、その空調機１−ｘは過不足なく能力を発揮していると判断し、ステップ６０５の処理には進まない。これに対し、ｔｐｖ＞ｔｓｐであった場合には（図４参照）、その空調機１−ｘは能力不足の状態にあると判断し、ステップ６０５の処理に進む。この場合、能力不足の空調機１−ｘは１台であるとは限らず、複数台生じることもある。
【００４６】
ステップ６０５では、能力不足の空調機１−ｘの能力の不足状態を確認しながら、すなわち検出室温ｔｐｖと設定室温ｔｐｖとの差
（効果）を確認しながら、検出室温ｔｐｖを設定室温ｔｓｐに合致させる方向へ、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ１ で段階的に調整して行く。すなわち、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ１ ずつアップして行く。このようにして、検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｐｖとなるように、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードバック制御が行われる。なお、能力不足の空調機１−ｘが複数台生じている場合には、最後の空調機の検出室温ｔｐｖと設定室温ｔｓｐとが合致するまで、フィードバック制御を続ける。
【００４７】
〔フィードフォワード制御＋フィードバック制御：全開の制御弁がある場合〕
本実施の形態において、上述したフィードフォワード制御（ｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフィードフォワード制御）と、上述したフィードバック制御（ｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフィードバック制御）とは、並行して行われる。
【００４８】
フィードフォワード制御では、空調機１−ｘの能力の不足状態が即座に解消されようとするが、ある程度の計算誤差が含まれることは否めない。そこで、本実施の形態では、空調機１−ｘの能力の不足状態を一挙に解消するフィードフォワード制御を行うと同時に、空調機１−ｘの能力の不足状態を効果をみながら徐々に解消して行くフィードバック制御を行うようにし、素早さと正確さとを合わせ持たせるようにしている。
【００４９】
このフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた制御（フローティング制御）では、従来例２で説明したような許容範囲αがないので、検出室温ｔｐｖの設定室温ｔｓｐへの改善が即座なされ、空調負荷の変動に対する追従性が極めてよくなる。
また、フィードフォワード制御によって一挙に検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐに合わせ込まれようとするので、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢ１ は小さくてよく、ハンチングが生じる虞れがない。また、調整量ΔＮＦＢ１ を小さくしたからといって、空調負荷の変動に対する追従性が悪くなるということもない。
【００５０】
〔フィードフォワード制御：全開の制御弁がない場合〕
図２に示したステップ２０３において、制御弁８−ｘの開度がθｘが全開（１００％）でなかった場合（図５参照）、ステップ２０９へ進む。ステップ２０９では、制御弁８−ｘの開度θｘを一挙に全開とし得る２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰを求める。そして、この求めた揚程の変化量ΔＰより、２次ポンプ４の回転数Ｎの調整量ΔＮＦＦ２ を求める（ステップ２１０）。
【００５１】
〔ステップ２０９でのΔＰの算出〕
制御弁８−ｘを一挙に全開とし得る２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰは、制御弁８−ｘを流れる冷水の流量はそのままでよいので、下記の（５）式によって算出することができる。なお、（５）式において、Ｋ０ は制御弁８−ｘが全開時の抵抗係数、Ｋｃは現在開度の制御弁８−ｘの抵抗係数である。
ΔＰ＝Ｐｃ・（Ｋ０ ／Ｋｃ−１） ・・・・（５）
【００５２】
制御特性が既知である制御弁では、抵抗係数Ｋは開度によって算出することができる。下記の（６）式は、イコールパーセンテージ特性制御弁の開度φと抵抗係数Ｋの計算式である。なお、（６）式において、Ｒは制御弁のレンジアビリティ、Ｒ＝Ｇｍａｘ／Ｇｍｉｎであり、φは制御弁の開度である。また、Ｇｍａｘ，Ｇｍｉｎは制御弁の最大、最小制御量である。Ｒ値は一般的に制御弁のメーカのカタログに明記されている。
Ｋｃ＝Ｋ０ ・Ｒ−２（φ−１） ・・・・（６）
【００５３】
制御弁が全開時の抵抗係数Ｋ０ は流量と圧力損失の計算式である下記の（７）式とＣｖ値の定義式である下記の（８）式によって、（９）式のように算出することができる。なお、下記の式において、γは冷温水の比重であり、一般的にγ＝１としている。ΔＰの単位は〔ｋＰａ〕、Ｇｗの単位は〔λ／ｍｉｎ〕である。
ΔＰ＝Ｋ０・Ｇｗ２ ・・・・（７）
Ｃｖ＝０．６９Ｇｗ（γ／ΔＰ）１／２ ・・・・（８）
Ｋ０＝γ（０．６９／Ｃｖ）２ ・・・・（９）
【００５４】
〔ステップ２１０でのΔＮＦＦ２ の算出〕
冷水の流量の増加量ΔＧｗおよび２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰが分かると２次ポンプ４の新たな運転状態点が決まる。この場合、冷水の流量はそれまで制御弁８−ｘを流れていた流量のままでよく、したがって冷水の流量の増加量ΔＧｗは零である。フィードフォワード制御手段１１Ａは、冷水の流量の増加量ΔＧｗ＝０および２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰを予め設定されている流量揚程回転数特性式に代入し、２次ポンプ４の回転数の調整量ΔＮＦＦ２ を算出し、この調整量ΔＮＦＦ２ だけ２次ポンプ４の回転数Ｎを一挙にアップする。このようにして、制御弁８−ｘの現在の開度θｘを一挙に全開とするように、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードフォワード制御が行われる。
【００５５】
〔フィードバック制御：全開の制御弁がない場合〕
図６に示したステップ６０３において、制御弁８−ｘの開度がθｘ全開でなかった場合（図５参照）、ステップ６０６へ進む。ステップ６０６では、制御弁１−ｘの開度θｘを確認しながら、すなわち開度θｘと最大開度値θｍａｘ＝１００％との差
（効果）を確認しながら、開度θｘをθｍａｘ＝１００％とする方向へ、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ２ で段階的に調整して行く。すなわち、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ２ ずつダウンして行く。このようにして、開度θｘが全開となるように、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードバック制御が行われる。
【００５６】
〔フィードフォワード制御＋フィードバック制御：全開の制御弁がない場合〕
本実施の形態において、上述したフィードフォワード制御（開度θｘを全開とすることを目的とするフィードフォワード制御）と、上述したフィードバック制御（開度θｘを全開とすることを目的とするフィードバック制御）とは、並行して行われる。
【００５７】
フィードフォワード制御では、制御弁１−ｘの開度θｘが即座に全開とされようとするが、ある程度の計算誤差が含まれることは否めない。そこで、本実施の形態では、制御弁１−ｘの開度θｘを一挙に全開とするフィードフォワード制御を行うと同時に、制御弁１−ｘの開度θｘを効果をみながら徐々に全開として行くフィードバック制御を行うようにし、素早さと正確さとを合わせ持たせるようにしている。
【００５８】
このフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた制御（フローティング制御）では、フィードフォワード制御によって一挙に制御弁１−ｘの開度θｘが全開に合わせ込まれようとするので、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢ２ は小さくてよく、ハンチングが生じる虞れがない。また、調整量ΔＮＦＢ２ を小さくしたからといって、空調負荷の変動に対する追従性が悪くなるということもない。
【００５９】
また、制御弁１−ｘの開度θｘが正確に全開に合わせ込まれれ、かつ検出室温ｔｐｖがｔｓｐを上回ったとしても前述したｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフローティング制御が即座に行われるので、２次ポンプ４の回転数Ｎの下限リミットＮＬＩＭ を限界値である最小回転数Ｎｍｉｎ（ＮＬＩＭ ＞Ｎｍｉｎ）に近づけることが可能となり、省エネルギー効果を高めることができるようになる。
【００６０】
すなわち、前述した従来例２では、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＦａ を大きくしており、２次ポンプ４の回転数Ｎが下がり過ぎることと、ΔＮＦＦａ を小さくしており、２次ポンプ４の回転数Ｎの変化は空調負荷の変化に追い付かないことを防ぐため、２次ポンプ４の回転数Ｎの限界値である最小回転数Ｎｍｉｎよりも下限リミットＮＬＩＭ を高めに設定している。本実施の形態では、正確にｔｐｖ＝ｔｓｐに合わせ込まれるので、２次ポンプ４の回転数Ｎが下がり過ぎるということがなく、空調負荷の変化に速やかに追従できるため、２次ポンプ４の回転数Ｎの下限リミットＮＬＩＭ を限界値である最小回転数Ｎｍｉｎに近づけて、省エネルギー効果を高めることができる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態では、ｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフィードフォワード制御と、ｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフィードバック制御とを並行して行うようにしたが、フィードフォワード制御を行った後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、開度θｘを全開とすることを目的とするフィードフォワード制御と、開度θｘを全開とすることを目的とするフィードバック制御とを並行して行うようにしたが、フィードフォワード制御を行った後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、冷温水循環ポンプとして２次ポンプ４の回転数を制御するようにしたが、１次ポンプ３の回転数を制御するようにしてもよい。２次ポンプ４がないシステムでは、冷温水循環ポンプとして１次ポンプ３の回転数を制御することになる。
【００６４】
また、上述した実施の形態では、被制御エリアの室内温度ｔｐｖをｔｓｐに合致させるように制御弁８の開度θを制御する空調システムを例にとって説明したが、空調機１からの給気温度を設定温度に合致させるように制御弁８の開度θを制御する空調システムや空調機１からの給気風量を設定風量に合致させるように制御弁８の開度θを制御する空調システム等でも、同様にして適用することが可能である。
【００６５】
また、上述した実施の形態では、空調機１へ冷温水として冷水を送る空調システムを例にとって説明したが、温水を送る空調システムにおいても同様にして適用することが可能である。
【００６６】
また、本実施の形態では、制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎの指示値を２次ポンプ回転数制御装置１１へ与えるようにしているが、実測値を与えるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、空調機の能力不足状態から能力適切へのフィードフォワード制御について説明したが、空調機の能力過剰状態から能力適切へのフィードフォワード制御も同様にして行うことが可能である。この場合、フィードフォワード制御とフィードバック制御を並行して行ったり、フィードフォワード制御の後にフィードバック制御を行うことも同様である。
【００６７】
また、制御弁８−１〜８−ｎの開度状態を集計し、その集計結果を画面上に表示するようにしてもよい。例えば、図７に示すように、制御弁８−１〜８−ｎについて、その０〜１００％の開度範囲を１０％ずつに区切り、各開度範囲の制御弁が何％あるのか、実質的に１００％を超えている制御弁（制御不能の制御弁）が何％あるのかなどを、画面上に表示させるようにしてもいお。図７の例は、制御弁の開度が全て９１〜１００％の範囲にあり、検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐに対して逸脱している制御弁（制御不能の制御弁）は一つもないことを示している。この状態は最小抵抗制御の最理想状態である。
【００６８】
図８は、２％の制御弁が制御不能状態に陥ったことを示している。短い時間帯にこのような状態にあることは問題ないと考えられるが、常に制御不能状態の制御弁が出れば、前述した調整パラメータｋ１，ｋ２およびフィードバック制御の調整量を調整する必要がある。調整パラメータｋ１，ｋ２およびフィードバック制御の調整量の調整によって、図９に示すような正常な最小抵抗状態になるようにする。
【００６９】
図９は一般的な最小抵抗制御の正常状態を示す。検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐに対して逸脱している制御弁がなく、全開状態にある制御弁が存在する。各空調機の負荷分布と空調機能力の大きさ、制御弁口径の適切さなどのことを考慮すれば、図７のような最理想状態はほとんど実現できない。図９は現実的な理想状態であると考えられる。
【００７０】
図１０は全開状態にある制御弁が１つもないことを示している。これは、２次ポンプの揚程が過剰であったことを示している。もし長時間このような状態が継続されれば、フィードフォワード制御の動作が遅く、フィードバック制御の調整量が過小であったと考えられ、調整パラメータｋ１，ｋ２とフィードバック制御の調整量を調整する必要があると考えられる。
【００７１】
もし、最小抵抗制御の状態が図１０と図９の状態を繰り返すことになれば、フィードフォワード制御の動作が速すぎ、あるいはフィードバック制御の調整量が過大であったと考えられる。このような場合には、安定な最小抵抗制御の状態となるまで、調整パラメータｋ１，ｋ２とフィードバック制御の調整量を調整する必要がある。
図１１は全ての空調機が停止し、全ての制御弁が全閉状態になっていることを示している。
【００７２】
図７〜図１１は棒グラフで最小抵抗制御の状態を示すようにした。最小抵抗制御のグラフ表示は、棒グラフだけではなく、他の方法でも可能である。例えば、図１２や図１３に示すように、各種の形態のグラフで制御弁開度の分布を表示することができる。図１２は円状のグラフで制御弁開度分布を示したものであり、図１３はレーダ図状のグラフで制御弁開度分布を示したものである。また、図１４に示すように、棒グラフ中に、制御弁の合計数を折れ線グラフで示すようにしてもよい。このようなグラフ表示によって、最小抵抗制御の状態
（効果）を直感的に評価し、最小抵抗制御のパラメータを調整する際の参考とすることが可能となる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、第１発明によれば、選出された制御弁がすでに全開であった場合、この制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機の能力不足の有無を判断し、能力不足の空調機があった場合にはその空調機の能力の不足量からその能力の不足状態を一挙に解消し得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量（ΔＮＦＦ１ ）を求め、この調整量に基づいて冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御するようにしたので、また、第４発明によれば、選出された制御弁が全開でなかった場合、この制御弁を一挙に全開とし得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量（ΔＮＦＦ２ ）を求め、この調整量に基づいて冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御するようにしたので、制御弁の開度を全開とし、かつ、その制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機が過不足なく能力を発揮している理想の状態を即座に作り上げることが可能となり、空調負荷の変動に対する冷温水循環ポンプの最小抵抗制御の追従性を大幅に改善することができるようになる。
【００７４】
また、第１発明におけるフィードフォワード制御と並行して、あるいは第１発明におけるフィードフォワード制御の後に、空調機の能力の不足状態を解消する方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量（ΔＮＦＢ１ ）で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにしたので、また、第４発明におけるフィードフォワード制御と並行して、あるいは第４発明におけるフィードフォワード制御の後に、選出された制御弁の開度を全開とする方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量（ΔＮＦＢ２ ）で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにしたので、素早さと正確さとを合わせ持たせることが可能となる。
【００７５】
また、第１〜第Ｎの制御弁の開度状態を集計し、その集計結果を画面上に表示するようにしたので、例えば第１〜第Ｎの制御弁について、その０〜１００％の開度範囲を１０％ずつに区切り、各開度範囲の制御弁が何％あるのか、実質的に１００％を超えている制御不能の制御弁が何％あるのかなどを、画面上で視認させるなどして、最小抵抗制御の状態
（効果）を直感的に評価し、最小抵抗制御のパラメータを調整する際の参考とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷温水循環ポンプの回転数制御方法が適用された空調システムの計装図である。
【図２】この空調システムにおけるフィードフォワード制御手段が実行する制御動作のフローチャートである。
【図３】全開の制御弁を介して冷水の供給を受けている空調機が過不足なく能力を発揮している状態を示す図である。
【図４】全開の制御弁を介して冷水の供給を受けている空調機が能力不足の状態に陥っている場合の制御動作を説明する図である。
【図５】最大開度の制御弁が全開でなかった場合の制御動作を説明する図である。
【図６】この空調システムにおけるフィードバック制御手段が実行する制御動作のフローチャートである。
【図７】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その１）を示す図である。
【図８】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その２）を示す図である。
【図９】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その３）を示す図である。
【図１０】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その４）を示す図である。
【図１１】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その５）を示す図である。
【図１２】制御弁開度分布を円状のグラフで表示した例を示す図である。
【図１３】制御弁開度分布をレーダ図状のグラフで表示した例を示す図である。
【図１４】棒グラフ中に制御弁の合計数を折れ線グラフで表示した例を示す図である。
【図１５】最小抵抗制御が適用された従来の空調システムの計装図である。
【図１６】従来例２の空調システムにおける２次ポンプの回転数の制御動作を説明する図である。
【図１７】従来例２の空調システムにおいて全開の制御弁を介して冷水の供給を受けている空調機が能力不足の状態に陥っている場合の制御動作を説明する図である。
【符号の説明】
１（１−１〜１−ｎ）…空調機、２…冷凍機、３…１次ポンプ、４…２次ポンプ、５−１〜５−４…ヘッダ、６…往水管路、７…還水管路、８（８−１〜８−ｎ）…制御弁、９（９−１〜９−ｎ）…弁開度制御装置、１１…２次ポンプ回転数制御装置、１１Ａ…フィードフォワード制御手段、１１Ｂ…フィードバック制御手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機への熱媒（冷温水）を循環する冷温水循環ポンプの回転数制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空調システムにおける省エネルギー制御の一つとして、空調機への熱媒（冷水／温水）を循環させる冷温水循環ポンプの電気消費量を最小にする最小抵抗制御が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
この最小抵抗制御では、空調機への冷温水の供給通路に設けられた制御弁の開度が最大となるように、すなわち制御弁において消耗される圧力損失が最小となるように、冷温水循環ポンプの回転数を制御する。
【０００３】
〔従来例１〕
図１５は最小抵抗制御が適用された従来の空調システムの計装図である。同図において、１−１〜１−ｎは空調機、２は冷凍機、３は１次ポンプ、４は２次ポンプ、５−１〜５−４はヘッダ、６は往水管路、７は還水管路、８−１〜８−ｎは空調機１−１〜１−ｎへの冷水の供給通路に設けられた制御弁、９−１〜９−ｎは制御弁８−１〜８−ｎの開度を制御する弁開度制御装置、１０は２次ポンプ４の回転数Ｎを制御する２次ポンプ回転数制御装置である。この例は、冷凍機を用いて冷水を生成する冷房の空調システムとしているが、加熱器を用いて温水を供給する暖房の空調システムにおいても同様にして最小抵抗制御が適用される。
【０００４】
この冷房の空調システムにおいて、１次ポンプ３より搬送された熱媒は、冷凍機２により冷却され、ヘッダ５−１，５−３を介して２次ポンプ４へ送られ、２次ポンプ４によってさらに圧力が加えられてヘッダ５−４より送出され、制御弁８−１〜８−ｎを介して空調機１−１〜１−ｎへ供給される。そして、空調機１−１〜１−ｎにおいて熱交換され、還水管路７を介してヘッダ５−２に戻され、再びポンプ３によって圧送され、以上の経路を循環する。
【０００５】
空調機１−１〜１−ｎにおいて生成される冷風は給気として、図示されていない各被制御エリアへ供給され、この被制御エリアにおける検出室温ｔｐｖ１〜ｔｐｖｎが弁開度制御装置９−１〜９−ｎへ与えられる。弁開度制御装置９−１〜９−ｎは、検出室温ｔｐｖ１〜ｔｐｖｎと設定温度ｔｓｐ１〜ｔｓｐｎとが一致するように、制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎを制御する。また、弁開度制御装置９−１〜９−ｎは、制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎ（開度指示値或いは弁開度値）を２次ポンプ回転数制御装置１０へ送る。
【０００６】
２次ポンプ回転数制御装置１０は、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎのうちその開度が最も大きい制御弁８（８−ｘ）を選出し、この選出した制御弁８−ｘの開度θｘを最大開度値θｍａｘになるように２次ポンプ４の回転数Ｎを制御する。
【０００７】
ここで、最大開度値θｍａｘは、制御弁８−ｘの開度制御に余裕を持たせるために、全開ではなく例えば９０％としている。また、２次ポンプ４の回転数Ｎの制御はフィードバック制御とし、制御弁８−ｘの開度θｘを確認しながら、θｘがθｍａｘに合致するまで、２次ポンプ４の回転数ＮをΔＮＦＢずつ段階的に上げ／下げて行く。
【０００８】
〔従来例１の問題〕
この空調システムでは、制御弁８−ｘの開度制御に余裕を持たせるために、最大開度値θｍａｘを１００％ではなく例えば９０％としており、最小抵抗制御を行っているとはいえなかった。
【０００９】
また、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢを大きくし過ぎると、制御弁８−ｘの開度θｘがθｍａｘを大きく上回ってしまうことがある。この場合、制御弁８−ｘの開度θｘをθｍａｘに戻すために２次ポンプ４の回転数ＮがΔＮＦＢだけ上げられ、これにより制御弁８−ｘの開度θｘがθｍａｘを大きく下回り、これをθｍａｘに戻すために２次ポンプ４の回転数ＮがΔＮＦＢだけ下げられるという動作が繰り返され、２次ポンプ４の回転数制御にハンチングが起こることがる。
【００１０】
また、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢを小さくすると、大きなハンチングを生じないようにすることが可能とはなるが、制御弁８−ｘの開度θｘがθｍａｘになるまでに時間がかかる。
【００１１】
〔従来例２〕
そこで、本出願人は、最大開度値θｍａｘを１００％（全開）とし、また検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐを中心とする所定の範囲（許容範囲）αから逸脱しないことを条件とする最小抵抗制御を行うようにした（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
すなわち、図１５に示した２次ポンプ回転数制御装置１０に被制御エリアの検出室温ｔｐｖ１〜ｔｐｖｎおよび設定室温ｔｓｐ１〜ｔｓｐｎを与えるようにし、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎのうちその開度が最も大きい制御弁８−ｘを選出し、この選出した制御弁８−ｘの開度θｘを全開（θｍａｘ＝１００％）とするように（図１６（ａ）参照）、また、制御弁８−ｘからの冷水の供給を受ける空調機１（１−ｘ）の被制御エリアの検出室温ｔｐｖが許容範囲αに入るように（図１６（ｂ）参照）、２次ポンプ４の回転数Ｎを制御するようにした。
【００１３】
この方法において、冷房の場合、制御弁８−ｘの開度θｘは、従来例１と同様のフィードバック制御により、θｘ＝１００％となるように、２次ポンプ４の回転数ＮをΔＮＦＢａ ずつ下げて行く。この方法では、制御弁８−ｘの開度θｘが全開となったとき、制御弁８−ｘからの冷水の供給を受ける空調機１−ｘの被制御エリアの検出室温ｔｐｖが許容範囲αに入っていればよいので、調整量ΔＮＦＢａ を大きくし、最小抵抗制御の追従性をよくすることができる。
【００１４】
しかし、この方法では、冷房の場合、２次ポンプ４の回転数Ｎが下がり過ぎ、被制御エリアの検出室温ｔｐｖが許容範囲αの上限から逸脱してしまうことがある（図１７参照）。この状態は、制御弁８−ｘが制御不能の状態（空調機１−ｘが能力不足の状態）にあることを示しており、制御弁８−ｘの開度制御では検出室温ｔｐｖを許容範囲αに戻すことができない。そこで、検出室温ｔｐｖが許容範囲αに入るように、２次ポンプ４の回転数Ｎを制御する。この２次ポンプ４の回転数Ｎの制御についても、フィードバック制御とし、検出室温ｔｐｖを確認しながら、検出室温ｔｐｖが許容範囲αに入るように、２次ポンプ４の回転数ＮをΔＮＦＢｂ ずつ段階的に上げて行く。
【００１５】
【非特許文献１】
１９９３年、日本建築学会東海支部研究報告会論文集、ｐｐ．４０１〜４０４
【特許文献１】
特開平８−７５２２４号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例２の方法では、検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐに合致していない状態が生じ、空調制御が不正確となる。また、検出室温ｔｐｖが許容範囲αから逸脱しないと、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードバック制御が行われず、空調負荷の変動に対する追従性が悪い。
【００１７】
また、検出室温ｔｐｖが許容範囲αから逸脱した際のフィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢｂ を大きくし過ぎると、検出室温ｔｐｖが許容範囲αの下限から逸脱してしまうことがある。この場合、検出室温ｔｐｖを設定室温ｔｓｐに一致させようとして制御弁８−ｘが閉じられ、この閉じられた制御弁８−ｘを全開とするように２次ポンプ４の回転数Ｎが下げられ、これにより検出室温ｔｐｖが許容範囲αの上限から逸脱し、これを許容範囲αに戻すために２次ポンプ４の回転数ＮがΔＮＦＢｂ だけ上げられるという動作が繰り返され、ハンチングが起こることがある。
【００１８】
また、検出室温ｔｐｖが許容範囲αから逸脱した際のフィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢｂ を小さくすると、大きなハンチングを生じないようにすることが可能ではあるが、検出室温ｔｐｖを許容範囲αに戻すまでに時間がかかる。
【００１９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、空調負荷の変動に対する冷温水循環ポンプの最小抵抗制御の追従性を大幅に改善することができる冷温水循環ポンプの回転数制御方法および装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、第１〜第Ｎの空調機と、この第１〜第Ｎの空調機への熱媒（冷温水）の供給通路に設けられた第１〜第Ｎの制御弁と、冷温水を循環させる冷温水循環ポンプと、第１〜第Ｎの空調機の負荷状況に基づいて第１〜第Ｎの制御弁の開度を制御する弁開度制御手段とを備えた空調システムにおいて、第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁を選出し、この選出した制御弁の開度を全開とするように冷温水循環ポンプの回転数を制御する冷温水循環ポンプの回転数制御方法であって、選出された制御弁がすでに全開であった場合、この制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機の能力の不足量を合計して現在の能力の不足量とし、この現在の能力の不足量からその能力の不足状態を解消し得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量を求め、この調整量に基づいて冷温水循環ポンプの回転数を制御するようにしたものである。本発明では、この制御を冷温水循環ポンプ回転数制御のフィードフォワード制御と呼ぶことにする。
【００２１】
この発明によれば、第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁が選出され、この選出された制御弁の開度を全開とするように冷温水循環ポンプの回転数が変更される。これにより、第１〜第Ｎの制御弁の開度が開かれて行き、選出された制御弁の開度が全開となれば、冷温水循環ポンプの回転数の制御が終了する。ここで、空調負荷の急激な変化により、制御弁の開度は全開ではあるが、その制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機が能力不足の状態となることがある。例えば、熱媒を冷水とした場合、その空調機からの給気（冷風）の供給を受ける被制御エリアの室温が設定室温よりも高くなり、制御弁の開度制御では調整できなくなる。この場合、能力不足の空調機は１台であるとは限らず、複数台生じることもある。
【００２２】
能力不足の空調機が１台であった場合には、その空調機の能力の不足量を現在の能力の不足量とするが、複数台あった場合にはそれぞれの空調機の能力の不足量を合計して現在の能力の不足量とする。そして、この現在の能力の不足量からその能力の不足状態を一挙に解消し得る熱源循環水ポンプの回転数の調整量（ΔＮＦＦ１ ）を求め、この調整量ΔＮＦＦ１ に基づいて冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御する。これにより、制御弁の開度が全開でかつ、その制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機が過不足なく能力を発揮している理想の状態が即座に作り上げられる。
【００２３】
第２発明（請求項２に係る発明）は、第１発明におけるフィードフォワード制御と並行して、空調機の能力の不足状態を解消する方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行く制御を行うようにしたものである。本発明では、この制御を熱源水循環ポンプ回転数制御のフィードバック制御と呼ぶことにする。
第１発明のフィードフォワード制御では、空調機の能力の不足状態が即座に解消されようとするが、ある程度の計算誤差が含まれることは否めない。
そこで、第２発明では、素早さと正確さとを同時に得るために、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを並行して行うようにする。すなわち、空調機の能力の不足状態を一挙に解消するフィードフォワード制御を行うと同時に、その空調機の能力の不足状態を効果をみながら調整量ΔＮＦＢ１ ずつ段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにする。
【００２４】
第３発明（請求項３に係る発明）は、第１発明におけるフィードフォワード制御を実行した後に、空調機の能力の不足状態を解消する方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにしたものである。
第２発明では、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを並行して行うようにしたが、フィードフォワード制御を行った後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。この場合、フィードフォワード制御での計算誤差は僅かであると考えられるので、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢ１ を小さくしてもそれほど時間はかからず、第２発明と同様に素早さと正確さを合わせ持たせることが可能である。
【００２５】
第４発明（請求項４に係る発明）は、第１〜第Ｎの空調機と、この第１〜第Ｎの空調機への熱媒（冷温水）の供給通路に設けられた第１〜第Ｎの制御弁と、冷温水を循環させる冷温水循環ポンプと、第１〜第Ｎの空調機の負荷状況に基づいて第１〜第Ｎの制御弁の開度を制御する弁開度制御手段とを備えた空調システムにおいて、第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁を選出し、この選出した制御弁の開度を全開とするように冷温水循環ポンプの回転数を制御する冷温水循環ポンプの回転数制御方法であって、選出された制御弁が全開でなかった場合、この制御弁を全開とし得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量を求め、この調整量に基づいて冷温水循環ポンプの回転数を制御（フィードフォワード制御）するようにしたものである。
この発明によれば、第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁が選出される。ここで、選出された制御弁の開度が全開でなかった場合、この制御弁を一挙に全開とし得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量（ΔＮＦＦ２ ）を求め、この調整量ΔＮＦＦ２ に基づいて冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御する。これにより、制御弁の開度が全開でかつ、その制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機が過不足なく能力を発揮している理想の状態が作り上げられる。
【００２６】
第５発明（請求項５に係る発明）は、第４発明におけるフィードフォワード制御と並行して、選出された制御弁の開度を全開とする方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行く制御（フィードバック制御）を行うようにしたものである。
第４発明のフィードフォワード制御では、選出された制御弁の開度が即座に全開とされようとするが、ある程度の計算誤差が含まれることは否めない。
そこで、第５発明では、素早さと正確さを同時に得るために、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを並行して行うようにする。すなわち、選出された制御弁を一挙に全開とするフィードフォワード制御を行うと同時に、その制御弁の開度を効果をみながら調整量ΔＮＦＢ２ ずつ段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにする。
【００２７】
第６発明（請求項６に係る発明）は、第４発明におけるフィードフォワード制御を実行した後に、選出された制御弁の開度を全開とする方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにしたものである。
第５発明では、フィードフォワード制御と並行してフィードバック制御を行うようにしたが、フィードフォワード制御を行った後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。この場合、フィードフォワード制御での計算誤差は僅かであると考えられるので、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢ２ を小さくしてもそれほど時間はかからず、第５発明と同様に素早さと正確さとを合わせ持たせることが可能である。
【００２８】
第７発明（請求項７に係る発明）は、第１〜第６発明において、第１〜第Ｎの制御弁の開度状態を集計し、その集計結果を画面上に表示するようにしたものである。例えば、第１〜第Ｎの制御弁について、その０〜１００％の開度範囲を１０％ずつに区切り、各開度範囲の制御弁が何％あるのか、実質的に１００％を超えている制御弁（制御不能の制御弁）が何％あるのかなどを、画面上で視認することができるようにする。このようにすることによって、最小抵抗制御の状態
（効果）を直感的に評価し、最小抵抗制御のパラメータを調整する際の参考とすることが可能となる。
【００２９】
第８発明（請求項８に係る発明）〜第１４発明（請求項１４に係る発明）は、上述した第１〜第７発明の方法を適用した冷温水循環ポンプの回転数制御装置であって、第１〜第７発明と同様の作用・効果が得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る冷温水循環ポンプの回転数制御方法が適用された空調システムの計装図である。同図において、図１５と同一符号は図１５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００３１】
この実施の形態では、図１５に示した従来の空調システムにおける２次ポンプ回転数制御装置１０に代えて、本実施の形態特有の機能を搭載した２次ポンプ回転数制御装置１１を設けている。２次ポンプ回転数制御装置１１は、フィードフォワード制御手段１１Ａとフィードバック制御手段１１Ｂとを備えており、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎ（この例では、開度指示値）、および弁開度制御装置９−１〜９−ｎへ与えられる各被制御エリアの検出室温ｔｐｖ１〜ｔｐｖｎおよび設定室温ｔｓｐ１〜ｔｓｐｎを入力とする。
【００３２】
なお、２次ポンプ回転数制御装置１１は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して２次ポンプ回転数制御装置としての各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。
【００３３】
〔フィードフォワード制御：全開の制御弁がある場合〕
図２にフィードフォワード制御手段１１Ａが実行する制御動作のフローチャートを示す。フィードフォワード制御手段１１Ａは、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎを入力とし（ステップ２０１）、この入力される開度θ１〜θｎのうちその開度が最も大きい制御弁８（８−ｘ）を選出する（ステップ２０２）。
【００３４】
そして、この選出した制御弁８−ｘの開度θｘが全開（１００％）であるか否かをチェックし（ステップ２０３）、全開であればステップ２０４へ進む。ステップ２０４では、全開とされている制御弁８−ｘを介して冷水の供給を受けている空調機１（１−ｘ）の被制御エリアの検出室温ｔｐｖと設定室温ｔｓｐとを比較する。ここで、ｔｐｖ＝ｔｓｐならば（図３参照）、その空調機１−ｘは過不足なく能力を発揮していると判断し、ステップ２０５以降の処理には進まない。これに対し、ｔｐｖ＞ｔｓｐであった場合には（図４参照）、その空調機１−ｘは能力不足の状態にあると判断し、ステップ２０５の処理に進む。この場合、能力不足の空調機１−ｘは１台であるとは限らず、複数台生じることもある。
【００３５】
ステップ２０５では、空調機１−ｘの能力の不足量Δｑを合計し、現在の能力の不足量ΔＱ（ΔＱ＝ΣΔｑ）を求める。すなわち、能力不足の空調機１−ｘが１台であった場合には、その空調機１−ｘの能力の不足量Δｑを現在の能力の不足量ΔＱとするが、複数台あった場合にはそれぞれの空調機１−ｘの能力の不足量Δｑを合計して現在の能力の不足量ΔＱとする。
【００３６】
空調機１−ｘの能力の不足量Δｑは下記の（１）式より求める。
Δｑ＝Ｇａ・ｃａ・Δｄ ・・・・（１）
ここで、Ｇａは空調機風量、ｃａは空気の比熱、Δｄは制御量の逸脱度の変化量（Δｄ＝ｄ１−ｄ２）、ｄ１は制御量の現在の逸脱度（ｄ１＝ｔ（現在値）−ｔｓｐ）、ｄ２は制御量の制御後の逸脱度（ｄ２＝ｔ（制御後の値）−ｔｓｐ）である。
【００３７】
この実施の形態では、検出室温ｔｐｖを制御量ｔとし、ｔｐｖ＝ｔｓｐとなるように制御するので、ｄ２＝ｔｐｖ−ｔｓｐ＝０とされる。したがって、上記（１）式において、ΔｄはΔｄ＝ｄ１＝ｔｐｖ−ｔｓｐとされる。
また、上記（１）式において、空調機風量Ｇａは、調整時の実測風量、あるいは空調の設計風量とし、やむを得ない場合には空調機の定格風量を用いる。
【００３８】
なお、空調機からの給気を複数のＶＡＶユニット（可変風量調節ユニット）などを介して被制御エリアへ供給するようなシステムでは、各ＶＡＶユニットの風量の合計を空調機風量Ｇａとする。
【００３９】
次に、フィードフォワード制御手段１１Ａは、ステップ２０５で求めた現在の能力の不足量ΔＱを冷水の流量の増加量ΔＧｗに換算し（ステップ２０６）、この冷水の流量の増加量ΔＧｗを２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰに換算し（ステップ２０７）、この冷水の流量の増加量ΔＧｗと２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰとから２次ポンプ４の回転数の調整量ΔＮＦＦ１ を求める（ステップ２０８）。
【００４０】
〔ステップ２０６でのΔＧｗの算出〕
冷水の流量の増加量ΔＧｗは下記の（２）式によって算出する。
ΔＧｗ＝ΔＱ／（ｃｗ・Δｔｗ） ・・・・（２）
なお、（２）式において、ｃｗ：水の比熱、Δｔｗ：空調機前後の冷水の温度差である。空調機前後の冷水の温度差が正確に分からない場合には往還水温度差で近似するようにしてもよい。
【００４１】
上記（２）式において、Δｔｗは回転数Ｎを制御すると変化するので、この変化を見込んでΔＧｗを算出するようにしてもよい。下記に示す（３）式は、Δｔｗの変化を見込んだΔＧｗの算出式の一例である。なお、この（３）式において、ｋ１，ｋ２は調整パラメータである。
ΔＧｗ＝Σ（ｋ１・Ｇａ，ｉ・ｃａ・Δｄｉ＋ｋ２∫Δｄｉ）／ｃｗ・Δｔｗ ・・・・（３）
【００４２】
〔ステップ２０７でのΔＰの算出〕
すでに開度が全開になっている制御弁８−ｘでは、冷水の流量が変動しても、配管回路の抵抗係数は変化しない。したがって、２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰは、冷水の流量の増加量ΔＧｗから下記の（４）式によって算出することができる。
ΔＰ＝Ｐｃ・〔（Ｇｗ，ｃ＋ΔＧｗ）２ ／Ｇｗ，ｃ２−１〕・・・・（４）
なお、（４）式において、Ｐｃは現在の２次ポンプの揚程、Ｇｗ，ｃ は現在の冷水の流量である。
【００４３】
〔ステップ２０８でのΔＮＦＦ１ の算出〕
冷水の流量の増加量ΔＧｗおよび２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰが分かると２次ポンプ４の新たな運転状態点が決まる。フィードフォワード制御手段１１Ａは、冷水の流量の増加量ΔＧｗおよび２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰを予め設定されている流量揚程回転数特性式に代入し、２次ポンプ４の回転数の調整量ΔＮＦＦ１ を算出し、この調整量ΔＮＦＦ１ だけ２次ポンプ４の回転数Ｎを一挙にアップする。このようにして、現在の能力の不足量ΔＱを一挙に零とするように、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードフォワード制御が行われる。
【００４４】
〔フィードバック制御：全開の制御弁がある場合〕
図６にフィードバック制御手段１１Ｂが実行する制御動作のフローチャートを示す。フィードバック制御手段１１Ｂは、弁開度制御装置９−１〜９−ｎから送られてくる制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎを入力とし（ステップ６０１）、この入力される開度θ１〜θｎのうちその開度が最も大きい制御弁８（８−ｘ）を選出する（ステップ６０２）。
【００４５】
そして、この選出した制御弁８−ｘの開度θｘが全開（１００％）であるか否かをチェックし（ステップ６０３）、全開であればステップ６０４へ進む。ステップ６０４では、全開とされている制御弁８−ｘを介して冷水の供給を受けている空調機１（１−ｘ）の被制御エリアの検出室温ｔｐｖと設定室温ｔｓｐとを比較する。ここで、ｔｐｖ＝ｔｓｐならば（図３参照）、その空調機１−ｘは過不足なく能力を発揮していると判断し、ステップ６０５の処理には進まない。これに対し、ｔｐｖ＞ｔｓｐであった場合には（図４参照）、その空調機１−ｘは能力不足の状態にあると判断し、ステップ６０５の処理に進む。この場合、能力不足の空調機１−ｘは１台であるとは限らず、複数台生じることもある。
【００４６】
ステップ６０５では、能力不足の空調機１−ｘの能力の不足状態を確認しながら、すなわち検出室温ｔｐｖと設定室温ｔｐｖとの差
（効果）を確認しながら、検出室温ｔｐｖを設定室温ｔｓｐに合致させる方向へ、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ１ で段階的に調整して行く。すなわち、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ１ ずつアップして行く。このようにして、検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｐｖとなるように、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードバック制御が行われる。なお、能力不足の空調機１−ｘが複数台生じている場合には、最後の空調機の検出室温ｔｐｖと設定室温ｔｓｐとが合致するまで、フィードバック制御を続ける。
【００４７】
〔フィードフォワード制御＋フィードバック制御：全開の制御弁がある場合〕
本実施の形態において、上述したフィードフォワード制御（ｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフィードフォワード制御）と、上述したフィードバック制御（ｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフィードバック制御）とは、並行して行われる。
【００４８】
フィードフォワード制御では、空調機１−ｘの能力の不足状態が即座に解消されようとするが、ある程度の計算誤差が含まれることは否めない。そこで、本実施の形態では、空調機１−ｘの能力の不足状態を一挙に解消するフィードフォワード制御を行うと同時に、空調機１−ｘの能力の不足状態を効果をみながら徐々に解消して行くフィードバック制御を行うようにし、素早さと正確さとを合わせ持たせるようにしている。
【００４９】
このフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた制御（フローティング制御）では、従来例２で説明したような許容範囲αがないので、検出室温ｔｐｖの設定室温ｔｓｐへの改善が即座なされ、空調負荷の変動に対する追従性が極めてよくなる。
また、フィードフォワード制御によって一挙に検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐに合わせ込まれようとするので、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢ１ は小さくてよく、ハンチングが生じる虞れがない。また、調整量ΔＮＦＢ１ を小さくしたからといって、空調負荷の変動に対する追従性が悪くなるということもない。
【００５０】
〔フィードフォワード制御：全開の制御弁がない場合〕
図２に示したステップ２０３において、制御弁８−ｘの開度がθｘが全開（１００％）でなかった場合（図５参照）、ステップ２０９へ進む。ステップ２０９では、制御弁８−ｘの開度θｘを一挙に全開とし得る２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰを求める。そして、この求めた揚程の変化量ΔＰより、２次ポンプ４の回転数Ｎの調整量ΔＮＦＦ２ を求める（ステップ２１０）。
【００５１】
〔ステップ２０９でのΔＰの算出〕
制御弁８−ｘを一挙に全開とし得る２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰは、制御弁８−ｘを流れる冷水の流量はそのままでよいので、下記の（５）式によって算出することができる。なお、（５）式において、Ｋ０ は制御弁８−ｘが全開時の抵抗係数、Ｋｃは現在開度の制御弁８−ｘの抵抗係数である。
ΔＰ＝Ｐｃ・（Ｋ０ ／Ｋｃ−１） ・・・・（５）
【００５２】
制御特性が既知である制御弁では、抵抗係数Ｋは開度によって算出することができる。下記の（６）式は、イコールパーセンテージ特性制御弁の開度φと抵抗係数Ｋの計算式である。なお、（６）式において、Ｒは制御弁のレンジアビリティ、Ｒ＝Ｇｍａｘ／Ｇｍｉｎであり、φは制御弁の開度である。また、Ｇｍａｘ，Ｇｍｉｎは制御弁の最大、最小制御量である。Ｒ値は一般的に制御弁のメーカのカタログに明記されている。
Ｋｃ＝Ｋ０ ・Ｒ−２（φ−１） ・・・・（６）
【００５３】
制御弁が全開時の抵抗係数Ｋ０ は流量と圧力損失の計算式である下記の（７）式とＣｖ値の定義式である下記の（８）式によって、（９）式のように算出することができる。なお、下記の式において、γは冷温水の比重であり、一般的にγ＝１としている。ΔＰの単位は〔ｋＰａ〕、Ｇｗの単位は〔λ／ｍｉｎ〕である。
ΔＰ＝Ｋ０・Ｇｗ２ ・・・・（７）
Ｃｖ＝０．６９Ｇｗ（γ／ΔＰ）１／２ ・・・・（８）
Ｋ０＝γ（０．６９／Ｃｖ）２ ・・・・（９）
【００５４】
〔ステップ２１０でのΔＮＦＦ２ の算出〕
冷水の流量の増加量ΔＧｗおよび２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰが分かると２次ポンプ４の新たな運転状態点が決まる。この場合、冷水の流量はそれまで制御弁８−ｘを流れていた流量のままでよく、したがって冷水の流量の増加量ΔＧｗは零である。フィードフォワード制御手段１１Ａは、冷水の流量の増加量ΔＧｗ＝０および２次ポンプ４の揚程の変化量ΔＰを予め設定されている流量揚程回転数特性式に代入し、２次ポンプ４の回転数の調整量ΔＮＦＦ２ を算出し、この調整量ΔＮＦＦ２ だけ２次ポンプ４の回転数Ｎを一挙にアップする。このようにして、制御弁８−ｘの現在の開度θｘを一挙に全開とするように、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードフォワード制御が行われる。
【００５５】
〔フィードバック制御：全開の制御弁がない場合〕
図６に示したステップ６０３において、制御弁８−ｘの開度がθｘ全開でなかった場合（図５参照）、ステップ６０６へ進む。ステップ６０６では、制御弁１−ｘの開度θｘを確認しながら、すなわち開度θｘと最大開度値θｍａｘ＝１００％との差
（効果）を確認しながら、開度θｘをθｍａｘ＝１００％とする方向へ、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ２ で段階的に調整して行く。すなわち、２次ポンプ４の回転数Ｎを調整量ΔＮＦＢ２ ずつダウンして行く。このようにして、開度θｘが全開となるように、２次ポンプ４の回転数Ｎのフィードバック制御が行われる。
【００５６】
〔フィードフォワード制御＋フィードバック制御：全開の制御弁がない場合〕
本実施の形態において、上述したフィードフォワード制御（開度θｘを全開とすることを目的とするフィードフォワード制御）と、上述したフィードバック制御（開度θｘを全開とすることを目的とするフィードバック制御）とは、並行して行われる。
【００５７】
フィードフォワード制御では、制御弁１−ｘの開度θｘが即座に全開とされようとするが、ある程度の計算誤差が含まれることは否めない。そこで、本実施の形態では、制御弁１−ｘの開度θｘを一挙に全開とするフィードフォワード制御を行うと同時に、制御弁１−ｘの開度θｘを効果をみながら徐々に全開として行くフィードバック制御を行うようにし、素早さと正確さとを合わせ持たせるようにしている。
【００５８】
このフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた制御（フローティング制御）では、フィードフォワード制御によって一挙に制御弁１−ｘの開度θｘが全開に合わせ込まれようとするので、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＢ２ は小さくてよく、ハンチングが生じる虞れがない。また、調整量ΔＮＦＢ２ を小さくしたからといって、空調負荷の変動に対する追従性が悪くなるということもない。
【００５９】
また、制御弁１−ｘの開度θｘが正確に全開に合わせ込まれれ、かつ検出室温ｔｐｖがｔｓｐを上回ったとしても前述したｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフローティング制御が即座に行われるので、２次ポンプ４の回転数Ｎの下限リミットＮＬＩＭ を限界値である最小回転数Ｎｍｉｎ（ＮＬＩＭ ＞Ｎｍｉｎ）に近づけることが可能となり、省エネルギー効果を高めることができるようになる。
【００６０】
すなわち、前述した従来例２では、フィードバック制御に際する調整量ΔＮＦＦａ を大きくしており、２次ポンプ４の回転数Ｎが下がり過ぎることと、ΔＮＦＦａ を小さくしており、２次ポンプ４の回転数Ｎの変化は空調負荷の変化に追い付かないことを防ぐため、２次ポンプ４の回転数Ｎの限界値である最小回転数Ｎｍｉｎよりも下限リミットＮＬＩＭ を高めに設定している。本実施の形態では、正確にｔｐｖ＝ｔｓｐに合わせ込まれるので、２次ポンプ４の回転数Ｎが下がり過ぎるということがなく、空調負荷の変化に速やかに追従できるため、２次ポンプ４の回転数Ｎの下限リミットＮＬＩＭ を限界値である最小回転数Ｎｍｉｎに近づけて、省エネルギー効果を高めることができる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態では、ｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフィードフォワード制御と、ｔｐｖ＝ｔｓｐとすることを目的とするフィードバック制御とを並行して行うようにしたが、フィードフォワード制御を行った後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、開度θｘを全開とすることを目的とするフィードフォワード制御と、開度θｘを全開とすることを目的とするフィードバック制御とを並行して行うようにしたが、フィードフォワード制御を行った後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、冷温水循環ポンプとして２次ポンプ４の回転数を制御するようにしたが、１次ポンプ３の回転数を制御するようにしてもよい。２次ポンプ４がないシステムでは、冷温水循環ポンプとして１次ポンプ３の回転数を制御することになる。
【００６４】
また、上述した実施の形態では、被制御エリアの室内温度ｔｐｖをｔｓｐに合致させるように制御弁８の開度θを制御する空調システムを例にとって説明したが、空調機１からの給気温度を設定温度に合致させるように制御弁８の開度θを制御する空調システムや空調機１からの給気風量を設定風量に合致させるように制御弁８の開度θを制御する空調システム等でも、同様にして適用することが可能である。
【００６５】
また、上述した実施の形態では、空調機１へ冷温水として冷水を送る空調システムを例にとって説明したが、温水を送る空調システムにおいても同様にして適用することが可能である。
【００６６】
また、本実施の形態では、制御弁８−１〜８−ｎの開度θ１〜θｎの指示値を２次ポンプ回転数制御装置１１へ与えるようにしているが、実測値を与えるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、空調機の能力不足状態から能力適切へのフィードフォワード制御について説明したが、空調機の能力過剰状態から能力適切へのフィードフォワード制御も同様にして行うことが可能である。この場合、フィードフォワード制御とフィードバック制御を並行して行ったり、フィードフォワード制御の後にフィードバック制御を行うことも同様である。
【００６７】
また、制御弁８−１〜８−ｎの開度状態を集計し、その集計結果を画面上に表示するようにしてもよい。例えば、図７に示すように、制御弁８−１〜８−ｎについて、その０〜１００％の開度範囲を１０％ずつに区切り、各開度範囲の制御弁が何％あるのか、実質的に１００％を超えている制御弁（制御不能の制御弁）が何％あるのかなどを、画面上に表示させるようにしてもいお。図７の例は、制御弁の開度が全て９１〜１００％の範囲にあり、検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐに対して逸脱している制御弁（制御不能の制御弁）は一つもないことを示している。この状態は最小抵抗制御の最理想状態である。
【００６８】
図８は、２％の制御弁が制御不能状態に陥ったことを示している。短い時間帯にこのような状態にあることは問題ないと考えられるが、常に制御不能状態の制御弁が出れば、前述した調整パラメータｋ１，ｋ２およびフィードバック制御の調整量を調整する必要がある。調整パラメータｋ１，ｋ２およびフィードバック制御の調整量の調整によって、図９に示すような正常な最小抵抗状態になるようにする。
【００６９】
図９は一般的な最小抵抗制御の正常状態を示す。検出室温ｔｐｖが設定室温ｔｓｐに対して逸脱している制御弁がなく、全開状態にある制御弁が存在する。各空調機の負荷分布と空調機能力の大きさ、制御弁口径の適切さなどのことを考慮すれば、図７のような最理想状態はほとんど実現できない。図９は現実的な理想状態であると考えられる。
【００７０】
図１０は全開状態にある制御弁が１つもないことを示している。これは、２次ポンプの揚程が過剰であったことを示している。もし長時間このような状態が継続されれば、フィードフォワード制御の動作が遅く、フィードバック制御の調整量が過小であったと考えられ、調整パラメータｋ１，ｋ２とフィードバック制御の調整量を調整する必要があると考えられる。
【００７１】
もし、最小抵抗制御の状態が図１０と図９の状態を繰り返すことになれば、フィードフォワード制御の動作が速すぎ、あるいはフィードバック制御の調整量が過大であったと考えられる。このような場合には、安定な最小抵抗制御の状態となるまで、調整パラメータｋ１，ｋ２とフィードバック制御の調整量を調整する必要がある。
図１１は全ての空調機が停止し、全ての制御弁が全閉状態になっていることを示している。
【００７２】
図７〜図１１は棒グラフで最小抵抗制御の状態を示すようにした。最小抵抗制御のグラフ表示は、棒グラフだけではなく、他の方法でも可能である。例えば、図１２や図１３に示すように、各種の形態のグラフで制御弁開度の分布を表示することができる。図１２は円状のグラフで制御弁開度分布を示したものであり、図１３はレーダ図状のグラフで制御弁開度分布を示したものである。また、図１４に示すように、棒グラフ中に、制御弁の合計数を折れ線グラフで示すようにしてもよい。このようなグラフ表示によって、最小抵抗制御の状態
（効果）を直感的に評価し、最小抵抗制御のパラメータを調整する際の参考とすることが可能となる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、第１発明によれば、選出された制御弁がすでに全開であった場合、この制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機の能力不足の有無を判断し、能力不足の空調機があった場合にはその空調機の能力の不足量からその能力の不足状態を一挙に解消し得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量（ΔＮＦＦ１ ）を求め、この調整量に基づいて冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御するようにしたので、また、第４発明によれば、選出された制御弁が全開でなかった場合、この制御弁を一挙に全開とし得る冷温水循環ポンプの回転数の調整量（ΔＮＦＦ２ ）を求め、この調整量に基づいて冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御するようにしたので、制御弁の開度を全開とし、かつ、その制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機が過不足なく能力を発揮している理想の状態を即座に作り上げることが可能となり、空調負荷の変動に対する冷温水循環ポンプの最小抵抗制御の追従性を大幅に改善することができるようになる。
【００７４】
また、第１発明におけるフィードフォワード制御と並行して、あるいは第１発明におけるフィードフォワード制御の後に、空調機の能力の不足状態を解消する方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量（ΔＮＦＢ１ ）で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにしたので、また、第４発明におけるフィードフォワード制御と並行して、あるいは第４発明におけるフィードフォワード制御の後に、選出された制御弁の開度を全開とする方向へ冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量（ΔＮＦＢ２ ）で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにしたので、素早さと正確さとを合わせ持たせることが可能となる。
【００７５】
また、第１〜第Ｎの制御弁の開度状態を集計し、その集計結果を画面上に表示するようにしたので、例えば第１〜第Ｎの制御弁について、その０〜１００％の開度範囲を１０％ずつに区切り、各開度範囲の制御弁が何％あるのか、実質的に１００％を超えている制御不能の制御弁が何％あるのかなどを、画面上で視認させるなどして、最小抵抗制御の状態
（効果）を直感的に評価し、最小抵抗制御のパラメータを調整する際の参考とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷温水循環ポンプの回転数制御方法が適用された空調システムの計装図である。
【図２】この空調システムにおけるフィードフォワード制御手段が実行する制御動作のフローチャートである。
【図３】全開の制御弁を介して冷水の供給を受けている空調機が過不足なく能力を発揮している状態を示す図である。
【図４】全開の制御弁を介して冷水の供給を受けている空調機が能力不足の状態に陥っている場合の制御動作を説明する図である。
【図５】最大開度の制御弁が全開でなかった場合の制御動作を説明する図である。
【図６】この空調システムにおけるフィードバック制御手段が実行する制御動作のフローチャートである。
【図７】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その１）を示す図である。
【図８】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その２）を示す図である。
【図９】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その３）を示す図である。
【図１０】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その４）を示す図である。
【図１１】制御弁の開度状態の集計結果を画面上に棒グラフで表示した例（その５）を示す図である。
【図１２】制御弁開度分布を円状のグラフで表示した例を示す図である。
【図１３】制御弁開度分布をレーダ図状のグラフで表示した例を示す図である。
【図１４】棒グラフ中に制御弁の合計数を折れ線グラフで表示した例を示す図である。
【図１５】最小抵抗制御が適用された従来の空調システムの計装図である。
【図１６】従来例２の空調システムにおける２次ポンプの回転数の制御動作を説明する図である。
【図１７】従来例２の空調システムにおいて全開の制御弁を介して冷水の供給を受けている空調機が能力不足の状態に陥っている場合の制御動作を説明する図である。
【符号の説明】
１（１−１〜１−ｎ）…空調機、２…冷凍機、３…１次ポンプ、４…２次ポンプ、５−１〜５−４…ヘッダ、６…往水管路、７…還水管路、８（８−１〜８−ｎ）…制御弁、９（９−１〜９−ｎ）…弁開度制御装置、１１…２次ポンプ回転数制御装置、１１Ａ…フィードフォワード制御手段、１１Ｂ…フィードバック制御手段。
Claims (14)
- 第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の空調機と、この第１〜第Ｎの空調機への熱媒（冷温水）の供給通路に設けられた第１〜第Ｎの制御弁と、前記冷温水を循環させる冷温水循環ポンプと、前記第１〜第Ｎの空調機の負荷状況に基づいて前記第１〜第Ｎの制御弁の開度を制御する弁開度制御手段とを備えた空調システムにおいて、前記第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁を選出し、この選出した制御弁の開度を全開とするように前記冷温水循環ポンプの回転数を制御する冷温水循環ポンプの回転数制御方法であって、
前記選出された制御弁がすでに全開であった場合、この制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機の能力の不足量を合計して現在の能力の不足量とし、この現在の能力の不足量からその能力の不足状態を解消し得る前記冷温水循環ポンプの回転数の調整量を求め、この調整量に基づいて前記冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御するようにした
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御方法。 - 請求項１に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御方法において、
前記フィードフォワード制御と並行して、
前記空調機の能力の不足状態を解消する方向へ前記冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにした
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御方法。 - 請求項１に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御方法において、
前記フィードフォワード制御を実行した後に、
前記空調機の能力の不足状態を解消する方向へ前記冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにした
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御方法。 - 第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の空調機と、この第１〜第Ｎの空調機への熱媒（冷温水）の供給通路に設けられた第１〜第Ｎの制御弁と、前記冷温水を循環させる冷温水循環ポンプと、前記第１〜第Ｎの空調機の負荷状況に基づいて前記第１〜第Ｎの制御弁の開度を制御する弁開度制御手段とを備えた空調システムにおいて、前記第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁を選出し、この選出した制御弁の開度を全開とするように前記冷温水循環ポンプの回転数を制御する冷温水循環ポンプの回転数制御方法であって、
前記選出された制御弁が全開でなかった場合、この制御弁を全開とし得る前記冷温水循環ポンプの回転数の調整量を求め、この調整量に基づいて前記冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御するようにした
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御方法。 - 請求項４に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御方法において、
前記フィードフォワード制御と並行して、
前記選出された制御弁の開度を全開とする方向へ前記冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにした
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御方法。 - 請求項５に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御方法において、
前記フィードフォワード制御を実行した後に、
前記選出された制御弁の開度を全開とする方向へ前記冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うようにした
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御方法。 - 請求項１〜６の何れか１項に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御方法において、
前記第１〜第Ｎの制御弁の開度状態を集計し、その集計結果を画面上に表示するようにしたことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御方法。 - 第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の空調機と、この第１〜第Ｎの空調機への熱媒（冷温水）の供給通路に設けられた第１〜第Ｎの制御弁と、前記冷温水を循環させる冷温水循環ポンプと、前記第１〜第Ｎの空調機の負荷状況に基づいて前記第１〜第Ｎの制御弁の開度を制御する弁開度制御手段と、前記第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁を選出し、この選出した制御弁の開度を全開とするように前記冷温水循環ポンプの回転数を制御する冷温水循環ポンプ回転数制御手段とを備えた冷温水循環ポンプの回転数制御装置であって、
前記冷温水循環ポンプ回転数制御手段は、
前記選出された制御弁がすでに全開であった場合、この制御弁を介して冷温水の供給を受けている空調機の能力の不足量を合計して現在の能力の不足量とし、この現在の能力の不足量からその能力の不足状態を解消し得る前記冷温水循環ポンプの回転数の調整量を求め、この調整量に基づいて前記冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段を備えている
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御装置。 - 請求項８に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御装置において、
前記冷温水循環ポンプ回転数制御手段は、さらに、
前記フィードフォワード制御手段による前記冷温水循環ポンプの回転数のフィードフォワード制御と並行して、前記空調機の能力の不足状態を解消する方向へ前記冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うフィードバック制御手段を備えている
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御装置。 - 請求項８に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御装置において、
前記冷温水循環ポンプ回転数制御手段は、さらに、
前記フィードフォワード制御手段が前記冷温水循環ポンプの回転数のフィードフォワード制御を実行した後に、前記空調機の能力の不足状態を解消する方向へ前記冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を実行するフィードバック制御手段を備えている
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御装置。 - 第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の空調機と、この第１〜第Ｎの空調機への熱媒（冷温水）の供給通路に設けられた第１〜第Ｎの制御弁と、前記冷温水を循環させる冷温水循環ポンプと、前記第１〜第Ｎの空調機の負荷状況に基づいて前記第１〜第Ｎの制御弁の開度を制御する弁開度制御手段と、前記第１〜第Ｎの制御弁の開度のうちその開度が最も大きい制御弁を選出し、この選出した制御弁の開度を全開とするように前記冷温水循環ポンプの回転数を制御する冷温水循環ポンプ回転数制御手段とを備えた冷温水循環ポンプの回転数制御装置であって、
前記冷温水循環ポンプ回転数制御手段は、
前記選出された制御弁が全開でなかった場合、この制御弁を全開とし得る前記冷温水循環ポンプの回転数の調整量を求め、この調整量に基づいて前記冷温水循環ポンプの回転数をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段を備えている
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御装置。 - 請求項１１に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御装置において、
前記冷温水循環ポンプ回転数制御手段は、さらに、
前記フィードフォワード制御による前記冷温水循環ポンプの回転数のフィードフォワード制御と並行して、前記選出された制御弁の開度を全開とする方向へ前記冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を行うフィードバック制御手段を備えている
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御装置。 - 請求項１１に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御装置において、
前記冷温水循環ポンプ回転数制御手段は、さらに、
前記フィードフォワード制御手段が前記冷温水循環ポンプの回転数のフィードフォワード制御を実行した後に、前記選出された制御弁の開度を全開とする方向へ前記冷温水循環ポンプの回転数を所定の調整量で段階的に調整して行くフィードバック制御を実行するフィードバック制御手段を備えている
ことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御装置。 - 請求項８〜１３の何れか１項に記載された冷温水循環ポンプの回転数制御装置において、
前記第１〜第Ｎの制御弁の開度状態を集計し、その集計結果を画面上に表示する手段を備えたことを特徴とする冷温水循環ポンプの回転数制御装置。
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