JP2008134013A - 冷熱源機の運転制御方法及びこれを用いた冷熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】 冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを高めることができる冷熱源機の運転制御方法を提供する。
【解決手段】 予め求めた外気湿球温度と冷水負荷の想定値から、各冷凍機の冷却水温度に応じた、冷凍機負荷率及び単体ＣＯＰまたは消費電力を示す特性と、冷水一次ポンプ、冷水二次ポンプ、及び冷却水ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却塔ファンの風量と消費電力を示す特性とを用いて、冷凍機の台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に冷凍機負荷率及び冷却水の冷凍機出口温度と冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを把握できる表を作成し、当該表からシステム全体のＣＯＰが最も高くなる演算式に用いるパラメータを決定し、演算結果に基づいて各冷凍機の運転台数・出力を制御し、冷却水の流量・温度を制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数台の冷熱源機を備えた冷熱源システムにおいて、冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体の運転効率（システムＣＯＰ）を高めることのできる冷熱源機の運転制御方法及びこれを用いた冷熱源システムに関するものである。なお、以下では主に冷凍機を例にして説明している。

従来から、冷熱源機単体のＣＯＰを向上させる努力は行われている。しかし、冷熱源機単体のＣＯＰを高める運転のみでは、冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを高める運転方法としては不十分である。近年では、特に、複数台の冷熱源機を用いた冷熱源システムにおいて、システム全体のＣＯＰを高める運転方法が求められている。

複数台の冷熱源機の台数制御を行うにあたり、種々の運転態様に応じて容量制御を行う熱源システム及び制御装置が特許文献１に開示されている。この制御は、個々のインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率が決定した負荷率範囲に収まるように、インバータ駆動ターボ冷凍機のインバータを制御するものである。これは、冷凍機単体のＣＯＰを高めるための負荷率範囲内での運転制御方法を示したものであり、冷熱源システム全体のＣＯＰを考慮したものではない。したがって、特許文献１に記載の制御では、環境負荷低減、特に地球温暖化対策としてＣＯ２削減、省エネルギーに対する社会的要求が高まっている近年において、これらの要求には満足に応えられるものではない。

特開２００５−１１４２９５号公報

本発明は上記従来技術を考慮したものであって、冷熱源機単体のＣＯＰだけでなく、冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを高めることができる冷熱源機の運転制御方法及びこれを用いた冷熱源システムの提供を目的とするものである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、外気湿球温度と冷水負荷を予め求めて想定値とし、当該想定値を基にして、各冷凍機の冷却水温度に応じた、冷凍機負荷率及び単体ＣＯＰまたは消費電力を示す特性と、冷水一次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷水二次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却水ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却塔ファンの風量と消費電力を示す特性とを用いて、冷凍機の台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に冷凍機負荷率及び冷却水の冷凍機出口温度と冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを把握できる表を作成し、当該表からシステム全体のＣＯＰが最も高くなる演算式に用いるパラメータを決定し、当該パラメータを用いた演算結果に基づいて上記各冷凍機の運転台数・出力を制御するとともに、冷却水の流量・温度を制御することを特徴とする冷熱源機の運転制御方法を提供する。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記各特性および各パラメータは、運転中の実測データから修正されることを特徴としている。

また、請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記冷凍機の出力の制御は、冷水一次ポンプの流量設定を負荷側流量と各冷凍機の出力分配比率によって決定されることを特徴としている。

また、請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれかの発明において、上記冷却水の冷凍機出口温度は、その時の外気湿球温度と冷凍機負荷率でシステム全体のCOPが最も高くなるように決定することを特徴としている。

また、請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれかの発明において、上記冷却水温度差は、その時の外気湿球温度と冷凍機負荷率でシステム全体のCOPが最も高くなるように決定することを特徴としている。

また、請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の冷熱源機の運転制御方法に用いる冷熱源システムであって、外気湿球温度を測定する測定手段と、この外気湿球温度から冷水負荷を想定して想定値とする冷水負荷想定手段と、前記外気湿球温度及び前記想定値を基にして、各冷凍機の冷却水温度に応じた、冷凍機負荷率及び単体ＣＯＰ又は消費電力を示す特性と、冷水一次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷水二次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却水ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却塔ファンの風量と消費電力を示す特性とを用いて、冷凍機の台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に冷凍機負荷率及び冷却水の冷凍機出口温度と冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを把握できる表を作成する表作成手段と、当該表からシステム全体のＣＯＰが最も高くなる演算式に用いるパラメータを決定するパラメータ決定手段と、当該パラメータを用いた演算結果に基づいて上記各冷凍機の運転台数・出力を制御するとともに、冷却水の流量・温度を制御することを特徴とする制御手段とを備えた冷熱源システムを提供する。

請求項１の発明によれば、予め求めた外気湿球温度及び冷水負荷の値と、冷凍機及び補機の特性とを用いてどのように冷凍機及び補機を運転すれば、システム全体のＣＯＰが高いかを予めシミュレーションにより定めることができる。これにより、冷熱源システム全体として省エネルギーを図ることができる。その結果、ランニングコストの低減、地球環境保全、ＣＯ２排出量の削減効果が期待できる。なお、消費電力は、消費燃料量、消費蒸気量で表すことができる。また、冷凍機は、形式や容量の異なる冷凍機にも適用でき、冷熱源システム全体のCOPを考慮して、運転機の選択、台数を決定することができる。このようにすれば、形式や容量の異なる冷凍機にも適用でき、冷熱源システム全体のCOPを考慮して、運転機の選択、台数を決定するので、新築工事・改修工事及び冷凍機のメーカ・形式を問わない汎用性の高いシステムを構築することができる。

請求項２の発明によれば、冷凍機及びその補機の各特性が、記録される運転データを用いて解析されるので、その時点での最適なパラメータを決定できる。したがって、機器の経年劣化や配管等の圧力損失増加等で最適なシステムＣＯＰ点がずれたとしても簡単に変更ができ、常にシステムＣＯＰが最高となる運転を継続できる。

請求項３の発明によれば、冷凍機出力を制御する方法は冷水一次ポンプの流量設定を負荷側流量と各冷凍機の出力分配比率によって決定されるので、冷水一次ポンプの合計流量が負荷側流量より常に多くなるように設定でき、各冷凍機の定格流量を超えてしまう過流量状態になることはない。よって、冷凍機からの冷水出口温度は設定値を維持でき、常に安定した温度の冷水を供給することができる。

請求項４の発明によれば、冷却水の冷凍機出口温度設定値はその時の外気湿球温度と冷凍機負荷率でシステム全体のCOPが最も高くなるように決定するので、外気湿球温度のみで冷却水の冷凍機出口温度設定値を決定するより、より高いシステム全体のCOPが実現できる。

請求項５の発明によれば、冷却水温度差設定値はその時の外気湿球温度と冷凍機負荷率でシステム全体のCOPが最も高くなるように決定するので、外気湿球温度のみで冷却水温度差設定値を決定するより、より高いシステム全体のCOPが実現できる。

請求項６の発明によれば、予め求めた外気湿球温度及び冷水負荷の値と、冷凍機及び補機の特性とを用いてどのように冷凍機及び補機を運転すれば、システム全体のＣＯＰが高いかを予めシミュレーションにより定めることができる。これにより、冷熱源システム全体として省エネルギーを図ることができる。その結果、ランニングコストの低減、地球環境保全、ＣＯ２排出量の削減効果が期待できる。なお、消費電力は、消費燃料量、消費蒸気量で表すことができる。また、冷凍機は、形式や容量の異なる冷凍機にも適用でき、冷熱源システム全体のCOPを考慮して、運転機の選択、台数を決定することができる。このようにすれば、形式や容量の異なる冷凍機にも適用でき、冷熱源システム全体のCOPを考慮して、運転機の選択、台数を決定するので、新築工事・改修工事及び冷凍機のメーカ・形式を問わない汎用性の高いシステムを構築することができる。

本発明は、外気湿球温度と冷水負荷を予め求めて想定値とし、当該想定値を基にして、各冷凍機の冷却水温度に応じた、冷凍機負荷率及び単体ＣＯＰまたは消費電力（消費燃料量、消費蒸気量）を示す特性と、冷水一次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷水二次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却水ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却塔ファンの風量と消費電力を示す特性とを用いて、冷凍機の台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に冷凍機負荷率及び冷却水の冷凍機出口温度と冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを把握できる表を作成し、当該表からシステム全体のＣＯＰが最も高くなる演算式に用いるパラメータを決定し、当該パラメータを用いた演算結果に基づいて上記各冷凍機の運転台数・出力を制御するとともに、冷却水の流量・温度を制御することを特徴とする冷熱源機の運転制御方法及びこれを用いた冷熱源システムである。

複数台の冷熱源機がある場合、二次側設備冷水負荷に対し、どの冷熱源機系統を組み合わせて運転すれば、又は各冷熱源機の出力をどのように分配すればシステムＣＯＰが最も高くなるかは、予めシミュレーションにより決められた値になるように制御することで実現できる。これにより、省エネルギーを図ることができる。本発明は、冷熱源システム全体のシステムＣＯＰを高める制御方法及び冷熱源システムである。

また、本発明は、冷熱源機の運転台数及び出力を決定の際、二次側設備冷水負荷と外気湿球温度から決定される冷却水の冷凍機出口温度と冷却水温度差及びそれごとのシステムＣＯＰをあらかじめシミュレーションを行い、システムＣＯＰが最も高くなるような制御パラメータを決めておき、この演算式により、冷熱源機の台数及び出力を決定し、負荷側冷水量を冷水一次ポンプにより分配し運転するとともに冷却水量および冷却水温度も決定する、フィードフォワード制御方法である。このとき冷水一次ポンプと冷却水ポンプ及び冷却塔ファンは、その水量・風量を変化させるためにインバータ制御を行う。

図１は本発明に係る冷熱源機の運転制御方法に用いる冷熱源システムの概略構成図である。
図示したように、冷熱源機である冷凍機１には冷水配管２と冷却水配管３が接続される。冷水は、冷水一次ポンプ４で流量を調整されて冷凍機１に流入する。ここで冷凍機１により冷却されて、冷水二次ポンプ５により空調機等の二次側設備６で使用される。冷却水は、冷却水ポンプ７で循環され、冷凍機１の排熱で加熱され、冷却塔８で冷却される。冷凍機１はインバータ駆動冷凍機（以降ＩＮＶ機と言う）、非インバータ駆動冷凍機（以降定速機と言う）等、複数台設置される。この運転台数は後述するフローにより決定される。

図２は本発明に係る冷熱源機の運転制御方法のフローチャート図である。
ステップＳ１：
外気湿球温度を測定する。
ステップＳ２：
外気湿球温度で二次側設備の冷水負荷を想定する。これらの値は、実測で変化するものである。

ステップＳ３：
ステップＳ１、ステップＳ２で定まった外気湿球温度及び冷水負荷と、冷凍機（機種別、冷水送水温度別）及び補機（冷水一次ポンプ、冷水二次ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔ファン）の特性（図１０〜図１３参照）とを照らし合わせる。

ステップＳ４：
ステップＳ３の結果から、冷凍機の運転台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に冷凍機負荷率及び冷却水の冷凍機出口温度と、システムＣＯＰとの関係表を作成する。この表を参照することにより、冷凍機の運転台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に、冷凍機をどの負荷率及び冷却水の冷凍機出口温度で運転すればシステムＣＯＰが最も高くなるかを予めシミュレーションにより予知できる。

ステップＳ５：
ステップＳ４で作成した表から、演算に用いるパラメータを決定する。このパラメータは、図４のステップＴ２，Ｔ３，Ｔ１６で用いるα１〜α３、α１’〜α３’及びβ１〜β３、β１’〜β３’である。

ステップＳ６：
ステップＳ５で決定した演算パラメータをもとに、実際に冷熱源システムの運転を制御する。

ステップS７：
ステップS６で運転された制御結果の実測データをステップS３、S４に戻し、各特性と各パラメータは修正される。

図３は冷凍機１台・冷水送水温度９℃・冷却水温度差５℃の場合の、冷凍機負荷率及び冷却水の冷凍機出口温度と、総合消費電力との関係表である。

この表から、運転冷凍機の負荷率から冷却水の冷凍機出口温度が何度で運転させれば総合消費電力が最小となるかを把握できる。図示したように、ある冷凍機負荷率の時、冷却水の冷凍機出口温度が下がるにつれて、総合消費電力は小さくなるが、ある冷却水の冷凍機出口温度以下になると逆に総合消費電力は大きくなる。すなわち、この変わり目が総合消費電力の最小値であり、システムＣＯＰの最高値である。例えば、冷凍機負荷率０．１３では冷却水の冷凍機出口温度の最適値は１６℃あり、冷凍機負荷率０．９５では冷却水の冷凍機出口温度の最適値は３０℃である。このような表を、冷凍機の運転台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に作成し（図２ステップＳ４）、これらから冷却水温度差と冷却水の冷凍機出口温度の最適値は、外気湿球温度と冷凍機負荷率の関係式で全て表わすことができる（図２ステップＳ５）。

図４は本発明に係る冷熱源機の運転制御方法を実際に用いたときの制御の流れを示すフローチャート図である。

ステップＴ１：
外気湿球温度で二次側設備の冷水負荷を想定する。これらの値は、実測で変化するものである。
ステップＴ２：
冷却水の冷凍機出口温度の最適値を演算により求める。この値は、（α１×外気湿球温度＋β１）×（α１´×冷凍機負荷率＋β１´）で求めることができる。
ステップＴ３：
冷凍機負荷率の最適値を演算により求める。この値は、（α２×外気湿球温度＋β２）×（α２´×冷凍機負荷率＋β２´）で求めることができる。

ステップＴ５：
冷凍機の運転台数を決定する。この台数は、ステップＴ１で求めた冷水負荷を、ステップＴ３で求めた冷凍機負荷率の最適値×冷凍機定格能力で除算することにより求めることができる。

ステップＴ６：
使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）及び流量を決定する。この決定フローは、後述する図５〜図８で示す。

ステップＴ７：
冷水温度差を設計値等から設定する。この値は、冷水の往きと還りの温度差であり、実測で変化するものである。
ステップＴ８：
ステップＴ７で求めた設定冷水温度差から、冷水流量を求める。この値は二次側設備の冷水流量であり、実測で変化するものである。

ステップＴ９：
ステップＴ８で求めた冷水流量から、冷凍機運転台数を決定する。この台数は、冷水流量を、冷凍機の定格流量で除算することにより求めることができる。

ステップＴ１０：
使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）及び流量を決定する。この決定フローは、後述する図８で示す。
ステップＴ１１：
ステップＴ５とステップＴ９で決定した冷凍機の台数を比較し、多いほうで運転する。

ステップＴ１２：
ステップＴ１１とステップＴ８で定まった冷凍機台数と冷水流量を、冷水一次ポンプ特性と照らし合わせる。

ステップＴ１３：
ステップＴ８で定まった冷水流量を、冷水二次ポンプ特性と照らし合わせる。
ステップＴ１４：
ステップＴ２とステップＴ１１で定まった冷却水の冷凍機出口温度と冷凍機台数を、冷凍機特性と照らし合わせる。

ステップＴ１５：
冷却水負荷を求める。これは冷却水の負荷であり、ステップＴ４で求めた冷水負荷と冷凍機本体の消費電力の和で求めることができる。

ステップＴ１６：
冷却水温度差を演算により求める。この値は、（α３×外気湿球温度＋β３）×（α３’×冷凍機負荷率＋β３’）で求めることができる。

ステップＴ１７：
ステップＴ１５で求めた冷却水負荷と、ステップＴ１６で求めた冷却水温度差から、冷却水の水量を求める。この水量は、各冷凍機ごとに冷却水負荷を演算し、それを冷却水流量率とし、外気湿球温度と冷凍機負荷率から算出した補正値（ステップＴ１６）を冷却水流量率に乗算し、これに定格冷却水流量を乗算したものである。

ステップＴ１８：
ステップＴ１７で求めた冷却水量と冷却水ポンプ特性を照らし合わせる。
ステップＴ１９：
冷却水の冷凍機入口温度を求める。この値は、ステップＴ２で求めた冷却水の冷凍機出口温度とステップＴ１６で求めた冷却水温度差で求めることができる。

ステップＴ２０：
ステップＴ１で測定した外気湿球温度と、ステップＴ２で求めた冷却水の冷凍機出口温度と、ステップＴ１９で求めた冷却水の冷凍機入口温度と冷却塔特性（ＪＩＳ規格）を照らし合わせる。
ステップＴ２１：
ステップＴ２０で行った冷却塔特性との照合から、冷却塔ファン風量を決定する。

ステップＴ２２：
ステップＴ２１で決定した冷却塔ファン風量と冷却塔ファン特性を照らし合わせる。

上述したように、本発明は、現在の外気湿球温度、冷水負荷の状態から、常時冷凍機及び補機の特性と照らし合わせて、システムＣＯＰが最高となる各最適値を決定できる表を作成し、これを用いて冷熱源システムの運転制御を行うもの（フィードフォワード制御）である。このように予めシミュレーションにより定めた値となるように冷凍機の台数等を変化させることにより、冷熱源システム全体としてのＣＯＰを向上させることができる。

また、運転中において、実測データから上述したステップＴ１２，Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１８，Ｔ２２における各特性を修正して、図２のステップＳ４で作成した表を修正することもできる。このようにすれば、冷凍機等の経年劣化により特性が変化しても、その状態に応じた最適な運転を行うことができる。

図５〜図８は図４のステップＴ６、T１０、T１１における、使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）、台数及び流量を決定するときのフローチャート図である。なお、各図面のフローはＡ〜Ｄでつながっている。

図５について説明する（ステップＵ１〜ステップＵ１１）。
ステップＵ１：
負荷側ポンプ（冷水二次ポンプ）の運転を開始する。

ステップＵ２：
運転順位１位、すなわち優先的に運転させるＩＮＶ機に対して運転指令を与える。このＩＮＶ機をベース機と呼ぶ。
ステップＵ３：
熱量、流量演算を開始する。

ステップＵ４：
負荷熱量が、動作可能なＩＮＶ機の増段設定熱量の合算値以上か以下かを判断する。なお、増段とは運転冷凍機の台数を増加することであり、減段とは運転冷凍機の台数を減少させることである。

ステップＵ５：
ステップＵ４で以下の場合、動作可能なＩＮＶ機の目標流量が定格流量より多いか否かを判断する。少ない場合、図６のＡに進む。

ステップＵ６：
ステップＵ４で以上の場合、定速機の増減段許可タイマーを作動させる。タイマー時間内はステップＵ４に戻る。
ステップＵ７：
ステップＵ５で多い場合、又はステップＵ６でタイマーがタイムアップした場合は、定速機１台の運転を開始する。

ステップＵ８：
負荷熱量が、運転中のＩＮＶ機の増段設定熱量と１台目の定速機の増段設定熱量の和よりも以上か以下かを判断する。

ステップＵ９：
ステップＵ８で以下の場合、想定流量が、１台目の定速機の定格流量と運転中のＩＮＶ機の定格流量の合算値より少ないか否かを判断する。少ない場合は図８のＣに進む。

ステップＵ１０：
ステップＵ８で以上の場合、定速機の増減段許可タイマーを作動させる。タイマー時間内はステップＵ８に戻る。

ステップＵ１１：
ステップＵ９で多い場合、又はステップＵ１０でタイマーがタイムアップした場合は、定速機を１台追加して運転する。この後、図７のＢに進む。

図６について説明する（ステップＵ１２〜ステップＵ２２）。
ステップＵ１２：
図５のステップＵ５で少ない場合、ＩＮＶ機のみで運転を継続し、定速機が運転している場合は減段フローへ進む。
ステップＵ１３：
負荷熱量と運転中のＩＮＶ機の増段時最適負荷との差が正か負かを判断する。

ステップＵ１４：
ステップＵ１３で負の場合、目標流量が定格流量より多いか否かを判断する。
ステップＵ１５：
ステップＵ１３で正の場合、又はステップＵ１４で多い場合、ＩＮＶ機を１台増段する。

ステップＵ１６：
ステップＵ１４で少ない場合、負荷熱量と次に停止させる予定のＩＮＶ機の減段時最適負荷を除いた減段時最適負荷との差が正か負かを判断する。
ステップＵ１７：
ステップＵ１６で負の場合、定格流量が、次に停止させる予定のＩＮＶ機をのぞいた流量演算を行った結果より多いか否かを判断する。

ステップＵ１８：
ステップＵ１６で正の場合、又はステップＵ１７で少ない場合、目標流量が最低流量より多いか否かを判断する。
ステップＵ１９：
ステップＵ１５でＩＮＶ機を１台増段した後、目標流量を演算する。この後、図５のＤに進む。

ステップＵ２０：
ステップＵ１８で多い場合、目標流量と計算流量とを同一として図５のＤに進む。
ステップＵ２１：
ステップＵ１８で少ない場合、目標流量と最低流量とを同一として図５のＤに進む。

ステップＵ２２：
ステップＵ１７で多い場合、減段処理を行う。この後、図５のＤに進む。

図７について説明する（ステップＵ２３〜ステップＵ２８）。
ステップＵ２３：
図５のステップＵ１１で定速機を１台追加運転した後、想定流量が２台動作している定速機の定格流量と、運転中のＩＮＶ機の定格流量の合算値より少ないか否かを判断する。

ステップＵ２４：
ステップＵ２３で多い場合、負荷熱量が、運転中のＩＮＶ機の減段設定熱量の合算値と、次に減段する予定の冷凍機を除いた定速機の減段設定熱量の和より以上か以下かを判断する。
ステップＵ２５：
ステップＵ２４で以下の場合、定格流量が次に停止させる予定の定速機を除いた流量演算を行った結果より多いか否かを判断する。

ステップＵ２６：
ステップＵ２５で少ない場合、定速機を１台減段する。この後、図５のＤに進む。
ステップＵ２７：
ステップＵ２４で以上の場合、又はステップＵ２５で多い場合、ＩＮＶ機と定速機運転時の流量決定フローに進む。この後、図５のＤに進む。

ステップＵ２８：
ステップＵ２３で少ない場合、ＩＮＶ機と定速機２台の運転を継続する。この後、図５のＤに進む。

図８について説明する（ステップＵ２９〜ステップＵ３３）。
ステップＵ２９：
図５のステップＵ９で多い場合、負荷熱量が運転中のＩＮＶ機の減段設定熱量の合算値以上か以下かを判断する。
ステップＵ３０：
ステップＵ２９で以下の場合、定速機の増減段許可タイマーを作動させる。タイマー時間内はステップＵ２９に戻る。

ステップＵ３１：
ステップＵ３０でタイマーがタイムアップした場合、定格流量が、次に停止させる予定の定速機を除いた流量演算を行った結果より多いか否かを判断する。
ステップＵ３２：
ステップＵ３１で多い場合、定速機の減段を行う。この後、図５のＤに進む。

ステップＵ３３：
ステップＵ２９で以上の場合、又はステップＵ３１で少ない場合、ＩＮＶ機と定速機運転時の流量決定フローに進む。この後、図５のＤに進む。

図９は図４のステップＴ１０における、使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）及び流量を決定するフローチャート図である。

図９は、冷水一次ポンプによる出力分配制御を示し、冷水一次ポンプの流量設定は、負荷側流量と各冷凍機の出力分配比率によって決定する。ＩＮＶ機と定速機が各々になう熱量と、各々の冷凍機の定格熱量の比率により、負荷側流量を分配し、各々の冷凍機の出力を決定するものである。また、冷水の還り温度が低い場合と高い場合の流量補正演算並びに各々の冷凍機が運転可能の最低流量制限による流量補正演算は以下に説明する。

ステップＶ１：
ＩＮＶ機が担う熱量をＩＮＶ機の定格熱量の合算値で除算した値と、定速機がになう熱量を定速機の定格熱量の合算値で除算した値とを比較する。

ステップＶ２：
ステップＶ１でＩＮＶ機の値が大きい場合、ＩＮＶ機流量が定格流量より多いか否かを判断する。
ステップＶ３：
ステップＶ２で多い場合、ＩＮＶ機の流量を定格流量と同一とする。また、定速機流量は、想定流量からＩＮＶ機定格流量にＩＮＶ機運転台数を乗じた値を引いて、これを定速機運転台数で除算した値とする。

ステップＶ４：
ステップＶ２で少ない場合、定速機の流量が最低流量より少ないか否かを判断する。
ステップＶ５：
ステップＶ４で少ない場合、定速機流量を最低流量と同一とする。また、置き換え前の流量比率と同比率になるようにＩＮＶ機流量を再計算する。この後、ステップＶ１に戻る。

ステップＶ６：
ステップＶ４で多い場合、ＩＮＶ機流量と定速機流量を計算流量とする。この後、ステップＶ１に戻る。

ステップＶ７：
ステップＶ１で定速機の値が大きい場合、定速機流量が定格流量より多いか否かを判断する。
ステップＶ８：
ステップＶ７で多い場合、定速機の流量を定格流量と同一とする。また、ＩＮＶ機流量は、想定流量から定速機定格流量を引いた値に、定速機運転台数で除算した値とする。

ステップＶ９：
ステップＶ７で少ない場合、ＩＮＶ機の流量が最低流量より少ないか否かを判断する。
ステップＶ１０：
ステップＶ９で少ない場合、ＩＮＶ機流量を最低流量と同一とする。また、置き換え前の流量比率と同比率になるように定速機流量を再計算する。この後、ステップＶ１に戻る。

ステップＶ１１：
ステップＶ９で多い場合、ＩＮＶ機流量と定速機流量を計算流量とする。この後、ステップＶ１に戻る。

図１０はＩＮＶ機の冷却水温度に応じた、負荷率及び冷凍機単体のＣＯＰを示す特性を示すグラフ図である。
図示したように、ＩＮＶ機は、冷却水温度によってどの負荷率で運転すれば最高のＣＯＰとなるかが大きく変化してくる。すなわち、冷却水温度３２℃では負荷率１００％として運転したほうがＣＯＰは高いが、１３℃では４０％の負荷率で運転したほうがＣＯＰが高い。したがって、冷水負荷が８０％である場合には、冷凍機１台で８０％運転とするのか、冷凍機２台で４０％ずつ運転するかの選択がありえる。この場合、冷却水温度が高い場合には１台で運転したほうがＣＯＰが高く、冷却水温度が低い場合には２台で運転したほうがＣＯＰが高い。

図１１は定速機の冷却水温度に応じた、負荷率及び冷凍機単体のＣＯＰを示す特性を示すグラフ図である。
図示したように、定速機は、冷却水温度が低くなるとCOPが高くなるが、図１０に示すようなINV機ほど高くはならない。また、負荷率が小さくなるにつれて、COPが低くなる。

図１２は、冷水一次ポンプの流量と消費電力の特性を示すグラフ図である。なお、冷水二次ポンプ、冷却水ポンプも同様の特性を示す。また、図１３は、冷却塔ファンの風量と消費電力の特性を示すグラフ図である。

図１２に示すように、冷水一次ポンプは、流量が上がれば消費電力が上がる。また、図１３に示すように、冷却塔ファンは、風量が上がれば消費電力が上がる。

本発明は、図１０〜図１３で示す冷凍機及びその補機の特性を利用して図４に示す表を作成し、さらに全体のＣＯＰが高くなるときの運転台数等を上述したフロー（図４〜図９）で決定する。

図１４は本発明に係る冷熱源機の運転制御方法を用いて台数制御を行った場合のシステム全体の総合消費電力と冷却水の冷凍機出口温度の関係を示す冷凍機負荷率別グラフ図である。なお、１台運転は一点差線で示し、２台運転は実線で示してある。また、カッコ内の数字はそれぞれの冷凍機の負荷率である。

図示したように、冷却水の冷凍機出口温度が低くなるにつれ、消費電力が小さくなることが示され、ある冷却水の冷凍機出口温度で消費電力が最低値となる。一般的に２台運転のほうが消費電力が大きいことも示される。しかし、２台運転のほうが１台運転より消費電力が小さくなる場合がある。例えば、出口温度２４．０℃では、負荷率０．６で１台運転をするよりも、負荷率０．３で２台運転をしたほうが消費電力が小さい。すなわち、システムＣＯＰが高い。このように、本発明の制御方法を用いれば、最適な運転台数をその時々に応じて判断でき、最適なＣＯＰで運転することができる。

本発明は、種々の冷熱源機の運転制御方法として適用できる。

本発明に係る冷熱源機の運転制御方法に用いる冷熱源システムの概略構成図である。 本発明に係る冷熱源機の運転制御方法のフローチャート図である。 冷凍機１台、冷水送水温度９℃、冷却水温度差５℃の場合の、負荷率及び冷却水の冷凍機出口温度と、総合消費電力との関係表である。 本発明に係る冷熱源機の運転制御方法を実際に用いたときの制御の流れを示すフローチャート図である。 図４のステップＴ６における、使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）及び流量を決定するときのフローチャート図である。 図４のステップＴ６における、使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）及び流量を決定するときのフローチャート図である。 図４のステップＴ６における、使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）及び流量を決定するときのフローチャート図である。 図４のステップＴ６における、使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）及び流量を決定するときのフローチャート図である。 図４のステップＴ１０における、使用する冷凍機の種別（ＩＮＶ機か定速機か）及び流量を決定するフローチャート図である。 ＩＮＶ機の冷却水温度に応じた、負荷率及び冷凍機単体ＣＯＰを示す特性を示すグラフ図である。 定速機の冷却水温度に応じた、負荷率及び冷凍機単体ＣＯＰを示す特性を示すグラフ図である。 冷水一次ポンプの流量と消費電力の特性を示すグラフ図である。 冷却塔ファンの風量と消費電力の特性を示すグラフ図である。 本発明に係る冷熱源機の運転制御方法を用いて台数制御を行った場合のシステム全体の総合消費電力と冷却水冷凍機出口温度の関係を示す冷凍機負荷率別グラフ図である。

符号の説明

１：冷凍機、２：冷水配管、３：冷却水配管、４：冷水一次ポンプ、５：冷水二次ポンプ、６：二次側設備、７：冷却水ポンプ、８：冷却塔

Claims (6)

1. 外気湿球温度を測定し、
   この外気湿球温度から冷水負荷を想定して想定値とし、
   前記外気湿球温度及び前記想定値を基にして、
   各冷熱源機の冷却水温度に応じた、冷熱源機負荷率及び単体ＣＯＰ又は消費電力を示す特性と、
   冷水一次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、
   冷水二次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、
   冷却水ポンプの流量と消費電力を示す特性と、
   冷却塔ファンの風量と消費電力を示す特性とを用いて、冷熱源機の台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に冷熱源機負荷率及び冷却水の冷熱源機出口温度と冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを把握できる表を作成し、
   当該表からシステム全体のＣＯＰが最も高くなる演算式に用いるパラメータを決定し、
   当該パラメータを用いた演算結果に基づいて上記各冷熱源機の運転台数・出力を制御するとともに、
   冷却水の流量・温度を制御することを特徴とする冷熱源機の運転制御方法。
2. 上記各特性及び各パラメータは、運転中の実測データから修正されることを特徴とする請求項１に記載の冷熱源機の運転制御方法。
3. 上記冷熱源機の出力の制御は、冷水一次ポンプの流量設定を負荷側流量と各冷熱源機の出力分配比率によって決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷熱源機の運転制御方法。
4. 上記冷却水の冷熱源機出口温度は、その時の外気湿球温度と冷熱源機負荷率でシステム全体のCOPが最も高くなるように決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷熱源機の運転制御方法。
5. 上記冷却水温度差は、その時の外気湿球温度と冷熱源機負荷率でシステム全体のCOPが最も高くなるように決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷熱源機の運転制御方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の冷熱源機の運転制御方法に用いる冷熱源システムであって、
   外気湿球温度を測定する測定手段と、
   この外気湿球温度から冷水負荷を想定して想定値とする冷水負荷想定手段と、
   前記外気湿球温度及び前記想定値を基にして、
   各冷熱源機の冷却水温度に応じた、冷熱源機負荷率及び単体ＣＯＰ又は消費電力を示す特性と、
   冷水一次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、
   冷水二次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、
   冷却水ポンプの流量と消費電力を示す特性と、
   冷却塔ファンの風量と消費電力を示す特性とを用いて、冷熱源機の台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に冷熱源機負荷率及び冷却水の冷熱源機出口温度と冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを把握できる表を作成する表作成手段と、
   当該表からシステム全体のＣＯＰが最も高くなる演算式に用いるパラメータを決定するパラメータ決定手段と、
   当該パラメータを用いた演算結果に基づいて上記各冷熱源機の運転台数・出力を制御するとともに、
   冷却水の流量・温度を制御することを特徴とする制御手段とを備えた冷熱源システム。

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