JP2004514870A

JP2004514870A - 暖房・空調ユニット用の圧力分散、圧力調節システム及びその方法、並びにこれを用いた超高層建築物

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Publication number: JP2004514870A
Application number: JP2002546131A
Authority: JP
Inventors: パク、ジュン−ロ; パク、ジュン−ハン
Original assignee: パク、ジュン−ロ; パク、ジュン−ハン
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: CN1633576A; JP3730960B2; EP1354168A4; WO2002044626A1; CA2429006A1; AU2002221145B2; US20040026075A1; AU2114502A; EP1354168A1

Abstract

本発明は、超高層ビルの暖房・空調配管ユニットにおいて問題となる水頭圧力を安定して正確に制御できる暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム及びその圧力制御方法、並びにこれを用いた超高層建築物に関する。本発明によれば、建物高さによる水頭圧力により垂直区画化された少なくとも一つの冷暖房負荷４００と、垂直区画化された前記各冷暖房負荷４００に熱流体を供給するための熱源供給系１００と、前記熱源供給系１００の熱源を前記各垂直区画化された冷暖房負荷４００に伝達するためのブースターポンプＰＰ２と、設定の水頭圧力を安定して保持するためのポンプコントロールバルブＰＣＶ２が備えられ、前記熱源供給系１００と垂直区画化された前記各冷暖房負荷４１０、４２０、４３０との間に備えられた少なくとも一つのブースターポンピング系３００と、冷暖房負荷４００から出力された熱流体を減圧して、設定の水頭圧力に保持するための減圧及び圧力保持装置ＰＲＳＤからなり、前記各垂直区画化された冷暖房負荷４１０、４２０、４３０の出力側の帰還ラインと前記熱源供給系１００の間に設けられる少なくとも一つの圧力調節系６００とから構成され、建物の高さに比例して作用する水頭圧力を安全使用の水頭圧力範囲内に多段階分散される暖房・空調配管ユニット用多段階圧力分散、圧力調節システムを提供する。従って、本発明によると、超高層ビルの空調配管システムの高い水頭圧力を安定して正確に制御することができ、従来の超高層ビルにおいて、熱源機器を設置するための中間設備層を備える必要がなくなり、建物空間を効率良く使用できるようになり、建物構造体の軽量化、工事費の節減、エネルギーの節減の効果がある。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高層建物に備えられる暖房及び空調配管ユニットに関し、より詳しくは、超高層ビルの暖房・空調配管ユニットにおいて問題となる水頭圧力を安定して正確に制御できる暖房・空調配管ユニット用の多段階圧力分散、圧力調節システム及びその方法、並びにこれを用いた超高層建築物に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、建築技術の飛躍的な発達により、高さ２００ｍ以上となる５０階以上の高層建物が非常に多くなり、世界的には、４００ｍ以上となる１００階以上の超高層建物も多数ある。
【０００３】
このような高層建物において、冷凍機、ボイラー、熱交換機のような熱源機器の配管系統には、水圧が直接的に関係している。一般に、７０ｍ程度の２０階前後の建物においては、熱源機器を地下層のみに設置しても熱源機器から供給される熱流体を建物の上層部に供給するのに難しさがないが、それ以上の高さの建物においては、熱流体の圧力が問題となり、建物の中間層又は最上層に熱源機器を分散して設置する必要があり、建物の高さが高くなるにつれ、その高さに比例して熱源機器の設置のための中間層（設備層）も増加することになる。
【０００４】
このように垂直的に高くなった超高層建物における設備システムは、一般の建物において適用されているシステムとは異なり、超高層建物の特性に合うシステムを考えなければならない。超高層ビルにおいては、その高さにより空調設備の排水管系に作用する高い圧力を適正な圧力範囲に維持する必要がある。
【０００５】
これは、最近、ビルが漸次高層化する傾向にあり、超高層建物の設計時に、建築環境及び機能的な面において暖房・空調配管ユニットの水頭圧力の制御が重要となっているためである。
【０００６】
このような超高層建物における空調排水管系の空調水の効率的な制御方法及びシステムを提供するための技術が、同一人により特許出願され、特許登録されている韓国特許第２４５５８７号公報に開示されている。
【０００７】
本発明は、前記技術内容を改良し、厳しい条件の高い水頭圧力が作用する超高層ビルにおいても、安定して適用できる暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム及びその圧力制御方法、並びにこれを用いた超高層建築物に関するものである。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、超高層ビルの暖房・空調配管ユニットの水頭圧力制御システムにおいて、暖房・空調配管ユニットのあらゆる内部圧力を一定かつ安定に保つことができる暖房・空調ユニット用の圧力分散、圧力調節システム及びその方法、並びにこれを用いた超高層建築物を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、システムの運転中に発生されるバルブの乱調現象（ｈｕｎｔｉｎｇ）及び残留偏差（ｏｆｆｓｅｔ）による圧力変動、ポンプの起動又は停止時ごとに発生する水撃（ｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒ）作用、及び冷水落下による負圧の発生により生じる圧力変動を制御することを目的とする。
【００１０】
暖房・空調システムの圧力線図を作成して、装備及び機器の安全使用圧力、流体の流れや圧力の変動、制御の条件、ポンプの特性やエネルギー節減のための台数制御、システム圧力制御に適用する装置に対して、次のような特性技術を適用して解決することができる。
【００１１】
超過水圧及び減圧制御
１．供給配管部の水圧問題と供給循環ポンピング系の構成
超高層ビルの排水管システムにおいて発生する様々な問題点の主な原因の一つは、過度の圧力によるものである。自然界において、水頭圧力は高さに比例しており、超高層ビルの排水管システムに作用する過度の圧力負荷は、設備の安全運転及び機器作動において深刻な問題を惹き起こすだけでなく、補修及び維持管理の経済的な面でもコストの増加を招くことになる。さらに、配管系統において、通常、圧力が１０ｋｇ／ｃｍ^２以上となると、安全を考慮して圧力用配管（ＳＰＰＳ）を使用することになり、このとき、冷凍機、ボイラー、循環ポンプ、空気調和機（ＡＨＵ）、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）などの補助装備を、高圧を考慮して構成しなければならず、高コストを招くことになる。
【００１２】
もし、或る装備やシステムの運転において、特に、高圧を必要としないとき、吐出口の最大圧力を超えて構成することは好ましくなく、できる限り最大圧力を制限することが好ましい。
【００１３】
本発明においては、超高層ビルをその高さにより多段階に区画化して、垂直に区分け、暖房・空調配管ユニットを構成して水頭圧力を設定限界内の適正圧力に制御し、熱流体の循環は、多段階に構成されたブースターポンピング系のブースターポンプにより加圧して送水し、停止時には、チェックバルブにより上流側の圧力が下流側に作用しないようにすることで、システムに加えられる過度の水圧を各段階で調節している。このとき、水圧制御の適正圧力の範囲は、経済性、安全性を考慮し、７〜２５ｋｇ／ｃｍ^２程度の範囲で垂直区画化（ｚｏｎｉｎｇ）して構成することが好ましい。
【００１４】
２．帰還配管部の水圧問題と圧力調節系の構成
供給配管にかかる水圧は、ポンプコントロールバルブ及びブースターポンプの下部にチェックバルブを設けることにより、確実に安全を期することができるが、帰還側の供給配管に作用する水圧の制御は、高度なエンジニアリングを必要とし、流体力学、機械機構学、熱流体工学、建築設備などの知識及び技術が応用されている。
【００１５】
帰還側の配管部は、下方向への流れを形成していることから、システム内の水圧を適正圧力に減圧させる圧力制御装置の減圧及び圧力保持装置を採用して、システムの水頭圧力を制御している。この装置においては、上流側の圧力が設定圧力以下に低下すると、主装置が遮断される機能と、下流側の圧力が設定圧力以上に上昇すると、主装置が遮断されて逆流を防止する機能とを有しており、圧力保持機能により、システム内の圧力が設計範囲内で常に安定して保持されるようになる。
【００１６】
【発明の開示】
上記の目的を達成するために、本発明に係る暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システムにおいては、建物の高さによる水頭圧力により垂直区画化された少なくとも一つの冷暖房負荷と、垂直区画化された前記各冷暖房負荷に熱源を供給するための熱源供給系と、前記熱源供給系の熱源を前記各垂直区画化された冷暖房負荷に伝達するためのブースターポンプと、設定の水頭圧力を保持するためのポンプコントロールバルブとからなり前記熱源供給系と垂直区画化された前記各冷暖房負荷との間に備えられた少なくとも一つのブースターポンピング系と、冷暖房負荷から出力された熱流体を減圧して設定の水頭圧力に保持するための減圧及び圧力保持装置からなり前記各垂直区画化された冷暖房負荷の出力側の帰還ラインと前記熱源供給系との間に設けられる少なくとも一つの圧力調節系とを備え、建物の高さに比例して作用する水頭圧力を安全使用圧力の範囲内に、設計の条件によって多段階分散させることを特徴とする。
【００１７】
【本発明の最良の実施態様】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。
【００１８】
本発明は、建物の高さによる水頭圧力により冷暖房負荷を多数に区画化して施すことが可能であるが、以下、本発明の実施の形態においては、建物の高さによる水頭圧力により、冷暖房負荷を第１の段階、第２の段階、第３の段階に区画化された建物の暖房・空調配管ユニットとして説明する。
【００１９】
区画化された各段階の高さは、配管の材質、建物の条件などにより任意に調整することが可能である。
【００２０】
図１を参照して、本発明に係る多段階の圧力分散、圧力調節システムにおいては、第１の段階の冷暖房負荷４１０、第２の段階の冷暖房負荷４２０、及び第３の段階の冷暖房負荷４３０からなる冷暖房負荷４００と、ブースターポンピング系３００と、圧力調節系６００とが空調水制御システム用配管を介して熱源供給系１００と連結して構成されている。
【００２１】
本発明の暖房・空調配管ユニットとしては、鋼管、銅管、ステンレス鋼管などが用いられる。
【００２２】
前記冷暖房負荷４００は、建物内で冷暖房を維持するための空気調和機（ＡＨＵ）、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）、コンベクタ（ｃｏｎｖｅｃｔｏｒ）などから構成される。
【００２３】
前記熱源供給系１００は、冷凍機（Ｒ）、ボイラー（Ｂ）、冷温水機（ＲＢ）のような多数の熱源機器と、熱流体を循環駆動する１次循環ポンプＰＰ１と、この１次循環ポンプＰＰ１と連動するポンプコントロールバルブＰＣＶ１と、圧力逃し及び圧力保持弁ＲＳＶ１とから構成されている。
【００２４】
前記熱源供給系１００は、建物内に備えられる冷凍機（Ｒ）、ボイラー（Ｂ）、冷温水機（ＲＢ）のような通常の熱源機器として構成することが可能であるが、熱併合発電所のように、建物の外部から熱流体を供給する地域熱源供給システムを利用することも可能である。
【００２５】
図４を参照して、前記熱源供給系として地域熱源システムを利用する場合に、機械室は、熱流体の供給を受けてブースターポンピング系に伝達し、冷暖房負荷を経て還水された熱流体が再び地域熱源供給システムに伝達されるように配管して構成することが可能である。
【００２６】
前記ブースターポンピング系３００及び前記圧力調節系６００は、建物の水頭圧力により垂直区画化することにより、多段階に構成されて各段階で圧力制御が行われるようにしており、さらに、システム全体の圧力制御が安定して行われるようにしている。
【００２７】
例えば、第１の段階のブースターポンピング系の圧力制御範囲を安全性、経済性を考慮して、圧力を７〜２５ｋｇ／ｃｍ^２に維持するときに、超高層ビルの１階層の層高が通常４．０〜４．５ｍであることから、２０階層を一つの区画として構成する場合に発生する水頭圧力は、８〜１０ｋｇ／ｃｍ^２範囲程度となる。従って、ブースターポンピング系３００は、各区画ごとにブースターポンプＰＰ２を設置して流体を循環供給することにより、水頭圧力が安全使用圧力の範囲内に制御されるように構成する必要がある。
【００２８】
前記ブースターポンピング系３００は、ブースターポンプＰＰ２と、このブースターポンプＰＰ２と直列に連結されるポンプコントロールバルブＰＣＶ２とから構成され、ブースターポンプＰＰ２の起動、停止時の脈動現象（ｓｕｒｇｉｎｇ）を防止する機能や、電源供給の中断時に、流体が逆流することを防止するために、即時にバルブが閉じられるようにする機能を備えて、ポンプの台数制御時に圧力変動を最小限に抑えてシステムの制御を安定して最適化するようになっている。
【００２９】
また、前記ブースターポンピング系３００は、前記ブースターポンプＰＰ２　及びポンプコントロールバルブＰＣＶ２と並列に連結される圧力逃し及び圧力保持弁ＲＳＶ２がさらに備えられ、冷暖房負荷４００の２方バルブＶ２の開閉時に変化する圧力を入り口側のポテンシャルやシステムにおいて求められる流量の変化に拘らず、設定圧力に一定に保持されるようになっている。
【００３０】
なお、前記ブースターポンピング系３００の各ブースターポンプＰＰ２の下端部には、図示しないチェックバルブをさらに設けることが好ましい。このように構成されたチェックバルブは、ブースターポンプの停止時に、上流側の圧力が下流側に作用しないようにして、システムに過度の水圧が作用されることを防止している。
【００３１】
帰還配管系統の最上部には、サージタンク装置部５００が設けられ、圧力逃し弁ＲＶ又はチェックバルブにより圧力制御装置がそれぞれ異なる時間に開放されるか、閉鎖時に発生する圧力変動の要因を調節する機能を有し、コントロールバルブが急激に閉じられるときに、サージ作用を防止し、供給水タンク機能及び急激な圧力膨張が発生したときに、圧力逃し弁ＲＶを開放して圧力を逃すことになる。
【００３２】
すなわち、ブースターポンピング系３００から出力された流体を各段階ごとに使用安全水頭圧力内で特性及び条件、安全性などを考慮し、水圧制御範囲を設定して多段階に垂直区画化し、各区画のブースターポンピング系において、加圧、送水することになり、停止時には、上述のように、ブースターポンプの機械的なチェックバルブが閉じられることになり、上流側の圧力が下流側に作用しなくなる。
【００３３】
循環供給配管ラインの供給配管として、圧力配管用の炭素鋼鋼管などを使用すると、垂直区画化の高さを大きくすることができる。すなわち、水頭圧力を配管ライン及びポンプ装置の安全使用圧力の範囲内で垂直区画化の高さを水頭圧力７〜２５ｋｇ／ｃｍ^２より大きくすることも可能であり、これにより、ブースターポンプなどのような機械設備の数量及び設置空間を縮小することが可能となる。また、各区画（ｚｏｎｉｎｇ）の冷暖房負荷配管系統における水頭圧力は、機器の安全使用圧力（５〜１０ｋｇ／ｃｍ^２）に保持されるようにする。
【００３４】
次に、還水配管は、下向き流れであることから、圧力調節系においては、落水による負圧現象を防止し、高い水頭圧力を減圧制御することになる。
【００３５】
システム内の水頭圧力を適正圧力に減圧する水頭圧力制装置においては、減圧機能やバルブの上流側の圧力が設定圧力の以下に低下すると、主バルブが遮断され、かつ、下流側の圧力が設定圧力の以上に上昇すると、やはり遮断されて逆流を防止する機能を行うようになっている。
【００３６】
すなわち、圧力調節系は、システム内の流体圧力が設計範囲内で常に安定して保持されるように、圧力保持機能を行うべきである。このような条件を満足するための圧力調節系の構成は、次のようになる。
【００３７】
前記圧力調節系６００は、減圧及び圧力保持装置ＰＲＳＤから構成される。
かつ、減圧及び圧力保持装置ＰＲＳＤは、入り口側（上流側）の高い圧力を出口側（下流側）の低い圧力に減圧させ、入り口側の圧力や流量の変化に拘らず、設定の出口圧力を正確に保持するようになっている。すなわち、出口側の圧力が設定圧力より上昇すると、バルブを閉じるようになり、入り口側の圧力が設定圧力より低くなると、バルブを閉じるようになる。
【００３８】
このように構成された圧力調節系においては、圧力制御範囲及び特性を考慮して、多段階に垂直区画化し、減圧装置を第１の段階又はそれ以上の多段階に構成して流体を減圧することにより、空洞現象（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）が発生しなくなる。圧力調節系の水頭圧力の制御範囲は、ブースターポンピング系と同様に７〜２５ｋｇ／ｃｍ^２にすることが、安全性及び経済性の面で好ましい。
【００３９】
前記熱源供給系１００、第１の段階のブースターポンピング系３１０、及び第１の段階の圧力調節系６１０は、建物の地下層に設けて機械室２００を構成することにより、設置空間を減らすことが可能である。
【００４０】
前記機械室２００には、還水ヘッダに空気加圧式又は窒素加圧式のダイヤフラム密閉型膨張タンク（ＥＴ）を設けて、ポンプの起動、停止時又は圧力制御弁の乱調現象（ｈｕｎｔｉｎｇ）や残留偏差（ｏｆｆｓｅｔ）により発生される圧力の変動を吸収、調節できるように制御することにより、システムの設定圧力を常に安定して保持することができる。
【００４１】
機械室２００内の参照符号Ｍは、帰還された流体の流量を測定するための流量計である。この流量計（Ｍ）には、図２に示すように、流量検出器２２０が備えられ、流量計（Ｍ）から検出された信号は、システム制御盤２１０に入力される。
【００４２】
次に、上述のように構成された本発明の各構成品の主要な機能及び特徴について説明する。
【００４３】
１．減圧及び圧力保持装置
減圧及び圧力保持装置ＰＲＳＤは、入り口側（上流側）の高い圧力を出口側の低い圧力に減圧させる機能と、入り口側の圧力や流量の変化に拘らず、設定の出口側の圧力を正確に保持する二つの独立した機能とを行うようになっている。
すなわち、入り口側（上流側）の高い圧力を出口側の低い圧力に減圧させ、入り口側の圧力や流量の変化に拘らず、設定の出口側の圧力を正確に維持するようになる。
【００４４】
具体的には、図５を参照して、減圧及び圧力保持装置ＰＲＳＤは、減圧及び圧力保持弁ＰＲＳＶを中心に圧力感知センサー部の第１の圧力センサーＳＳ１及び第２の圧力センサーＳＳ２と、第１のサービスバルブＧＶ１及び第２のサービスバルブＧＶ２とを備えている。参照符号ＳＴは、濾過器である。
【００４５】
このように構成された減圧及び圧力保持装置は、基準圧力となる出口側を常に設定圧力状態に維持しながら、入り口側の圧力を設定圧力に維持するようになっている。
【００４６】
すなわち、入り口側の圧力が低くなると、第１の圧力センサーＳＳ１から圧力が感知されて、パイロットコントロールにより減圧及び圧力保持弁ＰＲＳＶが自動に閉じられることになり、一定の圧力が保持されるまで圧力が上昇するようになる。もし、加えられた圧力や帰還された圧力により出口側の圧力が高くなると、第２の圧力センサーＳＳ２が、これを感知して減圧及び圧力保持弁ＰＲＳＶを閉鎖することにより、逆流現象を防止するようになる。
【００４７】
本発明の減圧及び圧力保持装置において、減圧及び圧力保持弁は、次のように並列に連結して構成されることが好ましい。
【００４８】
多様な流量の変化が求められるとき、大流量の場合には、一つのバルブを選定すると、このバルブは、必要な圧力に減圧されながら、少ない流量と大きい流量の両方とも満足させなければならない。ここで、非常に少ない流量が必要となるときには、バルブが微小に開放されてから、即時に閉じられるべきである。しかし、この過程が繰り返されると、作動部の過度の摩耗とともに、チャッタリング（ｃｈａｔｔｅｒｉｎｇ）現象が生じて、騒音の原因となる。このような問題点は、大口径のバルブと、小口径のバルブとからなる二つのバルブを並列に設置して解決することが可能であり、かつ、一つのバルブを別途に設置して、予備品として保有しておき、安全性を向上させることができる。
【００４９】
２．圧力逃し及び圧力保持弁
圧力逃し及び圧力保持弁ＲＳＶ１、ＲＳＶ２は、入口側のポテンシャルやシステムから要求される流量の変化に拘らず、入口側の設定圧力を一定に保持するためのものであり、一定の圧力が供給されるように、バイパスさせて負荷を低減する機能を行う。
【００５０】
３．ポンプコントロールバルブ
ポンプコントロールバルブＰＣＶ１、ＰＣＶ２は、ポンプの起動、停止時においてシステムから発生する配管系の脈動現象（ｓｕｒｇｉｎｇ）を解消すると共に、吐出圧力を制御するために、ブースターポンプＰＰ２及び１次循環ポンプＰＰ１の吐出側の配管に設置されるバルブである。
【００５１】
バルブの閉鎖状態において、ポンプが起動し始めると、パイロット用電磁式コントロールバルブに電源が供給されて、バルブが徐々に開き始めながら、配管内の熱流体は、漸次ポンプの揚程まで上昇するようになる。
【００５２】
ポンプに停止信号が加えられると、パイロット用電磁式コントロールバルブに供給されていた電源が遮断されて、バルブは徐々に閉じられ、流量が減っていく。このようにバルブが閉じられると、ポンプとバルブの間で電気的にインターロックされるリミットスイッチを動作させて、ポンプの電源が遮断されるようになり、これにより、ポンプは停止することになる。もし、電源が不意に遮断された場合（停電時）には、組込まれたチェックバルブが閉じられる瞬間に流れが止まり、ソレノイドやダイヤフラムの位置に拘らず、バルブを閉じて逆流を防止するようになる。
【００５３】
４．ブースターポンプ
ブースターポンプＰＰ２は、供給配管の熱流体を高い位置に供給するために、必要に応じて直列多段階に連結して設置され、各段階におけるブースターポンプは、定格容量の２台以上のポンプを並列に構成し、流量計の測定値に応じてシステム制御盤により台数制御され、多様に変化する流量に応じてブースターポンプを制御することにより、エネルギーを節減することが可能となる。ここで、各区画における垂直高さ（圧力範囲）は、配管及び機器の耐圧強度、特性などを検討して決定する。
【００５４】
ブースターポンプの運転制御は、台数制御及び可変流量制御（回転数制御）によりエネルギーの節減が可能となるシーケンスを構成するか、システムの圧力により起動停止し、負荷に応じて台数制御が行われるように構成しても良い。
【００５５】
５．膨張タンク
膨張タンク（ＥＴ）は、熱源供給系の還水ヘッダに備えられ、膨張圧力の吸収、逃し、及び調節を行い、本発明においては、空気加圧式又は窒素加圧式の密閉型タンクを使用することが好ましく、空気圧縮機、リリーフバルブ、供給水ライン、警報装置などの付属機器を備えている。
【００５６】
膨張タンクは、システムの運転時に還水ヘッダの圧力が設定圧力以上に上昇すると、これを吸収、調節することにより、常にシステムの圧力を一定に保持されるようにしている。
【００５７】
６．サージタンク
サージタンクＳＴは、システムの運転時において、流量又は流速の急激な変化による脈動現象（ｓｕｒｇｉｎｇ）を防止し、かつ、急激な圧力変化時に圧力逃し弁ＲＶ又は安全弁が開放されるようにして、圧力を低減している。チェックバルブＣＶ（図示せず。）は、逆流を防止する役割を有し、かつ、補充水タンクとしての機能を有する。
【００５８】
このように構成された本発明に係る暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散システムにおける流体の循環過程は、次のようになる。
【００５９】
先ず、本発明においては、基準となる機械室２００での圧力を常に一定に保持することが求められる。このように圧力が一定に保持された状態において、システムの運転は、図２に示すような構成のシステム制御盤２１０が作動して、１次循環ポンプＰＰ１、各段階のブースターポンプＰＰ２、及び熱源機器Ｒ、Ｂ、ＲＢが順次作動するようになる。
【００６０】
以下、図１及び図３を参照して、流体の流れについて説明する。
第１の段階の冷暖房負荷４１０、第２の段階の冷暖房負荷４２０、及び第３の段階の冷暖房負荷４３０で使用される熱流体の供給のためには、システム制御盤２１０が作動して熱源供給系１００の１次循環ポンプＰＰ１と、ブースターポンピング系３００の各ブースターポンプＰＰ２とが駆動されるようになる。
【００６１】
熱源供給系１００の１次循環ポンプＰＰ１が駆動して熱源機器Ｒ、ＲＢ、Ｂを介して熱流体がブースターポンピング系３００に伝達される。
【００６２】
第１の段階のブースターポンピング系３１０、第２の段階のブースターポンピング系３２０、及び第３の段階のブースターポンピング系３３０の各ブースターポンプＰＰ２が作動して、ポンプコントロールバルブＰＣＶ２を介して各段階の冷暖房負荷４１０、４２０、４３０に熱流体が伝達される。
【００６３】
第１の段階の冷暖房負荷４１０に供給される熱流体は、熱源供給系１００から出力された熱流体が第１の段階のブースターポンピング系３１０を介して直接伝達される。
【００６４】
第２の段階の冷暖房負荷４２０に供給される熱流体は、前記第１の段階のブースターポンピング系３１０で適正圧力に分散されて、第２の段階のブースターポンピング系３２０を介して伝達される。
【００６５】
第３の段階の冷暖房負荷４３０に供給される熱流体は、同様に第１及び第２の段階のブースターポンピング系３１０、３２０で適正圧力に分散されて、第３の段階のブースターポンピング系３３０を介して伝達される。
【００６６】
各段階のブースターポンプＰＰ２は、システム制御盤２１０により負荷に応じて台数制御され、起動及び停止時に発生する流量及び圧力の変動は、順次的なポンプコントロールバルブＰＣＶ２の制御機能により安定した運転になる。
【００６７】
次に、冷暖房負荷４００に備えられでいる２方バルブＶ２が負荷変動により閉じられると、送水側の配管の圧力が上昇するようになり、このとき、ブースターポンピング系３００の制御機能により上昇圧力が制御されるようになる。また、圧力逃し及び圧力保持弁ＲＳＶ２は、緊急時に備えた補完的な装置となる。
【００６８】
さらに、各段階別配管系統の最上部において、システムに異常圧力が発生したときには、サージタンクＳＴの圧力逃し弁ＲＶ又は安全弁が作動するようになる。
【００６９】
冷暖房負荷４００を経た熱流体は、建物の高さにより垂直区画化されて設けられた多段階の圧力調節系６００を経て減圧制御され、機械室２００の内部圧力が一定に保持されるようにしながら循環を繰返す。
【００７０】
前記各段階別圧力調節系６００の水頭圧力は、経済性、安定性を考慮して、上述のように、設定圧力範囲（７〜２５ｋｇ／ｃｍ^２）程度に垂直区画化し、運転圧力は、停止時の水頭圧力よりも２〜３ｋｇ／ｃｍ^２高く設定することが可能であり、かつ、減圧及び圧力保持弁ＰＲＳＶの乱調現象（ｈｕｎｔｉｎｇ）や残留偏差（ｏｆｆｓｅｔ）による圧力の変動は、還水ヘッダに備えられた膨張タンク（ＥＴ）により吸収、調節されるようになる。
【００７１】
ポンプの停止時には、ポンプコントロールバルブが徐々に閉じられながら、流量を減少させて圧力を低減し、システムの圧力が低くなり続けて還水側の圧力保持弁の設定圧力以下になると、バルブは、自動に閉じられて設定の静水圧を保持するようになる。バルブが完全に閉じられると、リミットスイッチが作動してブースターポンプを停止させるようになる。
【００７２】
以上のように、本発明の実施の形態においては、暖房・空調配管ユニットを第１の段階の冷暖房負荷、第２の段階の冷暖房負荷、及び第３の段階の冷暖房負荷に区画化して説明してきたが、これは、本発明を具体的に開示した一例であり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、このような本発明の基本的な技術的思想を逸脱しない範囲内で、当業界の通常の知識を有する者にとっては、他の多くの変更が可能であろう。また、本発明は、添付の特許請求の範囲により解釈されるべきであることは言うまでもない。
【００７３】
【産業上の利用可能性】
以上説明したように、本発明によれば、あらゆる超高層ビルの暖房・空調配管ユニットを多段階に垂直区画化して構成し、水頭圧力を適正圧力に制御できるようにして、次のような効果を得ることができる。
【００７４】
第１に、本発明は、建物の高さによる水頭圧力により冷暖房負荷を垂直区画化して、各区画ごとに水頭圧力を任意の安全使用範囲内で制御可能にすることにより、建物の高さに拘らず、適用することができる。
【００７５】
すなわち、建物の暖房・空調配管ユニットに流れる熱流体の作用により発生する圧力が、どれほどの大きさの圧力負荷でも一定の圧力に保持されることになり、大幅の圧力変化においてもシステムを安定して維持することができるため、技術的に無限大の高さのビルにも適用することが可能となる。
【００７６】
第２に、本発明は、従来の建物の中間部又は屋上に設置しなければならなかった冷凍機、熱交換機、ボイラーのような重量の大きい熱源機器を地下層に設置して運転することが可能となる。
【００７７】
従って、建築物に作用する荷重を減少して、建物構造体の軽量化及び建物の安全性を向上させることができ、騒音、振動、及び火災などの危険を最小に抑えることができる。
【００７８】
第３に、本発明は、地下層で配管システムを介して冷暖房負荷に直接熱流体を伝達していることから、熱損失を最小化して熱伝達の効率を極大化することが可能となり、エネルギーの節減の効果がある。
【００７９】
第４に、本発明は、建物の工事費の節減による経済的な収益性のみならず、従来のシステムにおいて、熱源機器室が占めていた広い空間を有効に活用できることが可能となり、建物の空間利用の効率性を増大させることができる。
【００８０】
第５に、本発明は、熱源機器装置を地下層に集中配置して管理することができるため、空調施設の効率的な運転管理が可能となり、機械装備、及びシステムの整備が容易になり、少ない管理人員でも運営が可能であり、管理費用を節減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の暖房・空調配管ユニットの概略ブロック図。
【図２】本発明に係るシステムの制御系統を示す概念図。
【図３】本発明の暖房・空調配管ユニットにおける流体循環を示すブロック図。
【図４】本発明の暖房・空調配管ユニットにおける、熱源供給手段として地域熱源供給システムが適用された場合の流体循環を示すブロック図。
【図５】本発明に係る圧力調節系に備えられた減圧及び圧力保持装置を示す概略構成図。

Claims

水頭圧力により垂直区画化された少なくとも一つの冷暖房負荷と、
垂直区画化された前記各冷暖房負荷に熱源を供給するための熱源供給系と、
前記熱源供給系の熱源を前記各垂直区画化された冷暖房負荷に伝達するためのブースターポンプと、設定の水頭圧力を保持するためのポンプコントロールバルブとからなり、前記熱源供給系と垂直区画化された前記各冷暖房負荷との間に備えられた少なくとも一つのブースターポンピング系と、
冷暖房負荷から出力された熱流体を減圧して設定の水頭圧力に保持するための減圧及び圧力保持装置からなり前記各垂直区画化された冷暖房負荷の出力側の帰還ラインと前記熱源供給系との間に設けられる少なくとも一つの圧力調節系とを備え、
建物の高さに比例して作用する水頭圧力を、安全使用の水頭圧力範囲内に多段階分散させることを特徴とする、
暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
前記ブースターポンピング系が、前記ブースターポンプ及びポンプコントロールバルブに一定の圧力のみが作用されるように、圧力制御が可能に並列に設置された圧力逃し及び保持弁をさらに備える、請求項１の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
前記ブースターポンピング系の各ブースターポンプの下端部に、ブースターポンプの停止時に、上流側の圧力が下流側に作用することを防止するためのチェックバルブをさらに備える、請求項１の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
前記減圧及び圧力保持装置が、減圧及び圧力保持弁と、該減圧及び圧力保持弁の入り口側及び出口側に備えられ圧力を感知して一定の圧力を保持するように制御する圧力感知センサー部と、サービスバルブとを備える、請求項１の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
前記減圧及び圧力保持弁に、熱流体をバイパスするための直径の小さい別の減圧及び圧力保持弁をさらに備える、請求項４の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
循環ラインの上部にサージタンクが連通して設置され、該サージタンクに圧力逃し弁又は安全弁と、逆止弁が連通可能に装置されており、前記圧力逃し弁又は安全弁により配管系の急激な圧力変動を防止し、前記逆止弁により逆流を防止することができる、請求項１の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
前記熱源供給系の還水ヘッダに、膨張圧力を吸収、逃し、及び調節するための膨張タンクをさらに備え、
ポンプの起動及び停止の時、又は減圧及び圧力保持弁の乱調現象や残留偏差により発生される圧力の変動を吸収、調節することができる、請求項１の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
前記膨張タンクが、空気加圧式又は窒素加圧式の密閉型タンクである、請求項７の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
前記熱源供給系が建物の外部から熱流体を供給する地域熱源供給システムである、請求項１の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システム。
建物の高さによる水頭圧力により垂直区画化された少なくとも一つの冷暖房負荷と、
垂直区画化された前記各冷暖房負荷に熱源を供給するための熱源供給系と、
前記熱源供給系の熱源を前記各垂直区画化された冷暖房負荷に伝達するためのブースターポンプと、設定の水頭圧力を保持するためのポンプコントロールバルブとからなり、前記熱源供給系と垂直区画化された前記各冷暖房負荷との間に備えられた少なくとも一つのブースターポンピング系と、
冷暖房負荷から出力された熱流体を減圧して設定の水頭圧力に保持するための減圧及び圧力保持装置からなり前記各垂直区画化された冷暖房負荷の出力側の帰還ラインと前記熱源供給系との間に設けられる少なくとも一つの圧力調節系とを備え、
建物の高さに比例して作用する水頭圧力を、安全使用の水頭圧力範囲内に多段階分散及び減圧することを特徴とする、
暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システムを用いた超高層建築物。
前記ブースターポンピング系が、前記ブースターポンプ及びポンプコントロールバルブに設定圧力のみが供給されるように、圧力制御が可能に並列に設置された圧力逃し及び保持弁をさらに備える、請求項１０の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システムを用いた超高層建築物。
前記減圧及び圧力保持装置が、減圧及び圧力保持弁と、該減圧及び圧力保持弁の入り口側や出口側に備えられ、圧力を感知して一定の圧力を保持するように制御する圧力感知センサー部と、サービス弁とを備える、請求項１０の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システムを用いた超高層建築物。
前記熱源供給系が建物の外部から熱流体を供給する地域熱源供給システムである、請求項１０の暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システムを用いた超高層建築物。
水頭圧力により垂直区画化された多数の冷暖房負荷にブースターポンプ及びポンプコントロールバルブからなる少なくとも一つのブースターポンピング系を用いて熱源供給系の熱流体を多段階に圧力を分散して供給する第１の段階と、
多数の冷暖房負荷から出力された熱流体を設定の水頭圧力を保持するための減圧及び圧力保持装置からなる少なくとも一つの圧力調節系を用いて冷暖房負荷から出力された熱流体を多段階に圧力を減圧して前記熱源供給系に帰還させる第２の段階とを含むことを特徴とする、
暖房・空調配管ユニットの多段階圧力分散、圧力調節システムの圧力制御方法。