JP2005069553A - 水熱源熱回収空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱源負荷を軽減して熱源機などの設備コストや運転コストを抑える。
【解決手段】 熱源機１と、熱源機１で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路２と、熱源水回路２の熱源水が通水される複数の空調用水冷ヒートポンプ式空調機４と、を備える。熱源水回路２の返り管２ｂに、被空調空間Ｖから屋外へ空気を排出する機能と屋外排出空気と返り管２ｂからの熱源水との間で熱源機１の熱源負荷が減るように熱移動させるヒートポンプとを有する水冷ヒートポンプ式熱回収機１３を、接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は水熱源熱回収空調システムに関するものである。

水冷ヒートポンプ式空調機を用いた水熱源空調システムとして、特開平６−３４１６８３号公報に示すようなものがある。このシステムは、ボイラーや冷却塔などの熱源機と、この熱源機で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路と、この熱源水回路の熱源水が通水される複数の屋内冷暖房用水冷ヒートポンプ式空調機と、を備える。

このシステムでは、空調機の冷暖房運転などによって生じる熱源負荷が成り行きとなり調節できず、熱源負荷を前記熱源機ですべてまかなわなければならない。

特開平６−３４１６８３号公報

解決しようとする問題点は、空調システムを新設する場合など最大の熱源負荷に合わせた熱源機が必要で設備コストや運転コストが高くなる点と、既設の空調システムにおいて室内への発熱機器の増加などにより熱負荷が熱源機の処理能力を超えたために空調システムをリニューアルする場合、熱源機や熱源水回路などの入換えが必要で費用がかかる点である。

本発明は上記課題を解決するため、熱源機と、この熱源機で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路と、この熱源水回路の熱源水が通水される複数の空調用水冷ヒートポンプ式空調機と、を備え、前記熱源水回路の返り管に、被空調空間から屋外へ空気を排出する機能とこの屋外排出空気と前記返り管からの熱源水との間で前記熱源機の熱源負荷が減るように熱移動させるヒートポンプとを有する水冷ヒートポンプ式熱回収機を、接続したことを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明によれば、水冷ヒートポンプ式熱回収機１３にて屋外排出空気を補助熱源として利用して熱源負荷を軽減するので、その分能力の小さな熱源機にすることができ、設備コストや運転コストの節減を図れ、省エネとなる。リニューアルでは既設の熱源機や熱源水回路を入換えることなくそのまま用いて、空調機のみの増設で熱負荷増大に対応することができる。水冷ヒートポンプ式空調機４は常温水による冷暖房運転が自在で熱源機に安価な冷却塔などを使用できるので設備コストの低減を図れる。
請求項２の発明によれば、循環空調のみならず空調機と共働して換気や外気冷房も行える。

図１と図２は、本発明の水熱源熱回収空調システムの一実施例を示しており、この水熱源熱回収空調システムは、熱源機１と、この熱源機１で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路２と、この熱源水回路２の熱源水が通水される複数の空調用水冷ヒートポンプ式空調機４と、を備えている。熱源機１は、温水用のボイラーと冷水用の冷却塔又はチラーなどと図示省略の切換機構とにより熱源水を温水と冷水に切換え自在として構成する。熱源水は送水ポンプ３により矢印方向に送られる。熱源水回路２は往き管２ａと返り管２ｂの２管式とし、水冷ヒートポンプ式空調機４の熱源水入口路を往き管２ａに熱源水出口路を返り管２ｂにそれぞれ接続する。熱源水回路２の返り管２ｂには、被空調空間Ｖから屋外へ空気を排出する機能とこの屋外排出空気と返り管２ｂからの熱源水との間で熱源機１の熱源負荷が減るように熱移動させるヒートポンプ６とを有する水冷ヒートポンプ式熱回収機１３を、接続する。

水冷ヒートポンプ式熱回収機１３はケーシング５内にヒートポンプ６と排気用送風機７とを備えている。このケーシング５には空気取入口１４と空気排出口１５を設けて内部の送風路と連通連結する。ヒートポンプ６は、屋外排出空気と冷媒を熱交換する空気熱交換器９と、熱源水と冷媒を熱交換する水熱交換器８と、圧縮機１０と、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により水熱交換器８と空気熱交換器９の吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。空気取入口１４は屋内の被空調空間Ｖと連通させ、空気排出口１５は屋外に連通させ、被空調空間Ｖからの屋外排出空気が空気熱交換器９に通風されるように構成する。この屋外排出空気にて空気熱交換器９を流れる冷媒を冷却又は加熱し、その冷媒にて水熱交換器８を流れる熱源水を冷却又は加熱して水温調整し、熱源水回路２の返り管２ｂから熱源機１に熱源水を戻す。

この返り管２ｂに流量制御弁１２を設け、熱源水回路２における流量制御弁１２より上流部をヒートポンプ６の熱源水入口路に接続し、熱源水回路２における流量制御弁１２より下流部を水冷ヒートポンプ６の熱源水出口路に接続する。流量制御弁１２は図示省略の制御手段により、ヒートポンプ６の運転を停止するときは全開として熱源水が水熱交換器８にその内部抵抗により流れないようにし、ヒートポンプ６の運転を行うときは開度調節を行い所定流量の熱源水が水熱交換器８に流れるようにする。したがって、熱源水回路２とヒートポンプ６の間に送水ポンプを設けなくても熱源水を分流させて必要水量だけヒートポンプ６に流すことができる。

水冷ヒートポンプ式空調機４は、図示省略するが、ケーシング内に水冷ヒートポンプと給気用送風機とを備え、水冷ヒートポンプは、熱源水と冷媒を熱交換する水熱交換器と、冷媒と空調用空気を熱交換する空気熱交換器と、圧縮機と、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁と、受液器等と、を配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により水熱交換器と空気熱交換器の吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。この水冷ヒートポンプの空気熱交換器にて空調用空気を冷却又は加熱し、冷房運転と暖房運転を切換自在に行い、被空調空間Ｖに給気して空調する。水冷ヒートポンプ式空調機４は、被空調空間Ｖと空調機で還気を循環させて空調する機能を有する型式と、この還気循環空調機能と外気を被空調空間Ｖへ送る機能とを有する型式と、を混在させる。例えば、空調機４の空気取入口をダクトなどを介して屋外と連通させ、内部の給気用送風機にて、外気を還気と個別に又は混合させて被空調空間Ｖへ送るように構成する。あるいは、別個に外気処理用の空冷ヒートポンプ式外調機２０を設けて被空調空間Ｖへ外気を送るように構成してもよく、中間期や冬でも冷房が必要な場合、熱源機１を止めて外気冷房運転することもでき省エネとなる。空冷ヒートポンプ式外調機２０は、図示省略するが、いわゆる室内機と室外機が一体になった型式のもので、ケーシング内に、複数の送風機と、冷媒を介して空気同士で熱交換する空冷ヒートポンプと、を備え、空冷ヒートポンプにて外気を冷却又は加熱し送風機にて被空調空間Ｖへ給気する。

全ての水冷ヒートポンプ式空調機４で冷房運転する場合、熱源水を空調機４の水熱交換器に流し、空調機４の水冷ヒートポンプの循環冷媒が水熱交換器で凝縮（放熱）し空気熱交換器で蒸発（吸熱）するように機能させ、熱源水で循環冷媒を凝縮させ、空気熱交換器で空調用空気を冷却する。往き管２ａから空調機４に入った熱源水は前記冷媒放熱作用により温度上昇（たとえば３０℃から３５℃へ）し返り管２ｂに出る。この返り管２ｂの熱源水を流量制御弁１２の開度調整により水冷ヒートポンプ式熱回収機１３の水熱交換器８に流し、ヒートポンプ６の循環冷媒が空気熱交換器９で凝縮（放熱）し水熱交換器８で蒸発（吸熱）するように機能させ、空調機４により温調された被空調空間Ｖからの冷気で循環冷媒を凝縮させ、水熱交換器８で熱源水を冷却するサイクルで熱回収機１３を運転する。このようにして屋外排出空気と返り管２ｂからの熱源水との間で熱源機１の熱源負荷が減るように熱移動させる。水熱交換器８から返り管２ｂに出た熱源水は熱源機１に戻り温度調整され、熱源水回路２を循環する。

全ての水冷ヒートポンプ式空調機４で暖房運転する場合、熱源水を空調機４の水熱交換器に流し、空調機４の水冷ヒートポンプの循環冷媒が水熱交換器で蒸発（吸熱）し空気熱交換器で凝縮（放熱）するように機能させ、熱源水で循環冷媒を蒸発させ、空気熱交換器で空調用空気を加熱する。往き管２ａから空調機４に入った熱源水は前記冷媒蒸発作用により温度降下（たとえば３０℃から２５℃へ）し返り管２ｂに出る。この返り管２ｂの熱源水を流量制御弁１２の開度調整により水冷ヒートポンプ式熱回収機１３の水熱交換器８に流し、ヒートポンプ６の循環冷媒が空気熱交換器９で蒸発（吸熱）し水熱交換器８で凝縮（放熱）するように機能させ、空調機４により温調された被空調空間Ｖからの暖気で循環冷媒を蒸発させ、水熱交換器８で熱源水を加熱するサイクルで熱回収機１３を運転する。このようにして屋外排出空気と返り管２ｂからの熱源水との間で熱源機１の熱源負荷が減るように熱移動させる。水熱交換器８から返り管２ｂに出た熱源水は熱源機１に戻り温度調整され、熱源水回路２を循環する。

局所的に寒暖差が大きくなるなどして、適数の水冷ヒートポンプ式空調機４で冷房運転、適数の水冷ヒートポンプ式空調機４で暖房運転を同時にする場合、冷房運転と暖房運転の空調機負荷の割合に応じて熱回収機１３の運転のサイクルを選択する。冷暖同時運転では複数の水冷ヒートポンプ式空調機４の相互の熱移動により熱源負荷が相殺されて小さくなるが、暖房運転より冷房運転による空調機負荷が大きい場合は、ヒートポンプ６の循環冷媒が空気熱交換器９で凝縮し水熱交換器８で蒸発するように機能させ、被空調空間Ｖからの屋外排出空気で循環冷媒を凝縮させ、水熱交換器８で熱源水を冷却するサイクルで熱回収機１３を運転する。冷房運転より暖房運転による空調機負荷が大きい場合は、ヒートポンプ６の循環冷媒が空気熱交換器９で蒸発し水熱交換器８で凝縮するように機能させ、被空調空間Ｖからの屋外排出空気で循環冷媒を蒸発させ、水熱交換器８で熱源水を加熱するサイクルで熱回収機１３を運転する。このようにして屋外排出空気と返り管２ｂからの熱源水との間で熱源機１の熱源負荷が減るように熱移動させる。

なお、前記実施例において、水冷ヒートポンプ式熱回収機１３と水冷ヒートポンプ式空調機４の台数の増減は自由である。熱源水回路２はダイレクトレターン方式、リバースレターン方式やこれらの併用方式など各種の方式に変更自由であり、熱源水回路２を１本の主管が往き管と返り管を兼用する１管式として、水冷ヒートポンプ式空調機４を前記主管に接続してもよい。さらに、返り管２ｂに昇圧用の送水ポンプを設けるも自由である。本発明の返り管２ｂとしては、たとえば主管の返り管と、この主管から並列に分岐する枝管の返り管のいずれも含まれるものとする。

水熱源熱回収空調システムの全体簡略説明図である。 水熱源熱回収空調システムの要部簡略説明図である。

符号の説明

１ 熱源機
２ 熱源水回路
２ｂ 返り管
４ 水冷ヒートポンプ式空調機
６ ヒートポンプ
１３ 水冷ヒートポンプ式熱回収機
Ｖ 被空調空間

Claims (2)

1. 熱源機１と、この熱源機１で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路２と、この熱源水回路２の熱源水が通水される複数の空調用水冷ヒートポンプ式空調機４と、を備え、前記熱源水回路２の返り管２ｂに、被空調空間Ｖから屋外へ空気を排出する機能とこの屋外排出空気と前記返り管２ｂからの熱源水との間で前記熱源機１の熱源負荷が減るように熱移動させるヒートポンプ６とを有する水冷ヒートポンプ式熱回収機１３を、接続したことを特徴とする水熱源熱回収空調システム。
2. 還気循環空調機能と外気を被空調空間Ｖへ送る機能とを有する水冷ヒートポンプ式空調機４とした請求項１記載の水熱源熱回収空調システム。

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