JP2008298405A - 冷却水温度の推測方法および推測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却塔からの冷却水の出口温度を実情に即して常に精度良く推測する。
【解決手段】冷却塔に戻される冷却水のバイパス流量が０で、かつ冷却塔ファンがＯＮ（冷却塔ファンが複数台ある場合には全台ＯＮ）となっていることを条件とし、その時の冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、入口温度Ｔｉｎ、外気エンタルピＥａｉｒを実測する。そして、冷却水の出口温度の実測値Ｔｏｕｔと入口温度の実測値Ｔｉｎとから、Ｔａｖｅ’＝（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２として頂点温度Ｔａｖｅ’を求め、この頂点温度Ｔａｖｅ’の飽和空気のエンタルピを頂点エンタルピＥｔｏｐ’とし、頂点エンタルピＥｔｏｐ’と外気エンタルピの実測値Ｅａｉｒとの差を冷却水の入口温度の実測値Ｔｉｎと出口温度の実測値Ｔｏｕｔとの差で除して熱交換係数α’（α’＝（Ｅｔｏｐ’−Ｅａｉｒ）／（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ））を求め、現在使用している熱交換係数αをα’に置き換える。
【選択図】 図３

Description

この発明は、冷却塔からの冷却水の出口温度を推測する冷却水温度の推測方法および推測装置に関するものである。

従来より、テナントビルなどにおいては、熱源機と、この熱源機に補機として設けられ熱源機を通過する熱源水を搬送する熱源水ポンプと、冷却塔と、この冷却塔に補機として設けられ冷却塔からの冷却水を熱源機へ送る冷却水ポンプとを主要構成要素とする熱源システムが用いられている。

この熱源システムにおいて、熱源水ポンプより圧送された熱源水は熱源機により冷却あるいは加熱され、往ヘッダにおいて混合され、往水管路を介して空調機やファンコイルなどの外部負荷に供給される。外部負荷において熱交換された熱源水は、還水管路を介して還ヘッダに戻され、再び熱源水ポンプによって圧送され、以上の経路を循環する。冷却塔からの冷却水は、冷却水ポンプによって熱源機へ送られた後、冷却塔へ戻され、以上の経路を循環する。

このような熱源システムにおいて、本出願人は、冷却塔からの冷却水の出口温度を推測し、この推測した冷却水の出口温度を熱源機（冷凍機）への投入エネルギーの計算に用いることを考えている。冷却塔からの冷却水の出口温度（冷凍機への冷却水の入口温度）が分かれれば、その時の冷凍機の負荷率や冷却水の流量から冷凍機への投入エネルギーを計算することができ、この投入エネルギーから冷凍機の運転コストなどを割り出すことができる。また、冷凍機が複数台設けられているような場合、運転コストを考慮した冷凍機の最適運転制御を行うことも可能となる。

以下、本出願人が考えている冷却塔からの冷却水の出口温度の推測方法について説明する。なお、この推測方法は、特許文献１や非特許文献１、非特許文献２などに記載された技術を応用したものである。特許文献１や非特許文献１には、「熱交換量」が「水の温度の飽和空気のエンタルピと実際の空気のエンタルピとの差」に比例することが示されており、非特許文献２には「冷却塔の特性三角形」について記載されている。

〔冷却水の出口温度の推測〕
〔熱交換係数の設定〕
冷却水温度の推測に先立って、冷却塔の冷却能力を示すパラメータとして熱交換係数αを定めておく。この熱交換係数αは、非特許文献２に示された冷却塔の特性三角形（図１０参照）の底辺をＷ、高さをＨとした場合、α＝Ｈ／Ｗとして表されるパラメータである。なお、図１０において、横軸は温度（℃）、縦軸はエンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）を示し、その詳細については非特許文献２に示されているので、ここでの説明は省略する。

熱交換係数αは冷却水の流量によって異なる。冷却水の流量が少ないほど熱交換係数αは小さくなる。また、熱交換係数αが小さいほど冷却塔の冷却能力が大きいことを示す。
ここでは説明を簡単とするために、冷却塔からの冷却水は一定流量（設計流量）であるものとする。すなわち冷却水の変流量制御は行わず、また冷却塔をバイパスする水量はゼロである（つまり冷却塔を設計水量が通過する）ものとする。計算に用いる熱交換計算αは、冷却塔設計条件から計算した値を用いる。また、冷却塔が生成する冷却水の定格温度差（出口温度と入口温度との温度差の定格値）をΔＴＳとする。

〔手順〕
（１）外気エンタルピＥａｉｒの計算条件値を決める。
（２）冷却水温度差ΔＴの計算条件値を決める。
（３）冷却水温度差ΔＴと熱交換係数αとから冷却塔の特性三角形の高さＨ（エンタルピΔＥｐ）を計算する。この場合、ΔＥｐ＝ΔＴ×αとして、エンタルピΔＥｐを算出する。
（４）次に、冷却塔の特性三角形の頂点Ｐｔｏｐのエンタルピ（頂点エンタルピ）Ｅｔｏｐを求める。この場合、外気エンタルピＥａｉｒの計算条件値から、Ｅｔｏｐ＝Ｅａｉｒ＋ΔＥｐとして、頂点エンタルピＥｔｏｐを算出する。
（５）次に、飽和空気のエンタルピが頂点エンタルピＥｔｏｐと等しい状態となる温度を頂点温度Ｔａｖｅとして探し出す。
（６）そして、頂点温度Ｔａｖｅと冷却水温度差ΔＴとから、Ｔｏｕｔ＝Ｔａｖｅ−（ΔＴ／２）として、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔを算出する。これにより、外気エンタルピＥａｉｒおよび冷却水温度差ΔＴを所望の値（計算条件値）とした時の冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、すなわち所望の条件下での冷却水の出口温度Ｔｏｕｔが推測される。
なお、上述においては、冷却塔からの冷却水は一定流量（設計流量）であるものとしたが、非特許文献２においては、冷却水流量変化時の計算方法も記載されている。

特開２００５−１３４１１０号公報 空調省エネ最適化制御システム、（その４）空調制御システムの制御目標値の最適化方法、空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集〔２００４．９．８〜１０（名古屋）、Ｂ−３８、８９１〜８９４頁〕 「冷凍 ２００１年１０月号 第７６巻 第８８８号」、８７７〜８８５頁、社団法人日本冷凍空調学会

しかしながら、上述した冷却水の出口温度の推測方法では、冷却塔の冷却能力を示すパラメータを定めた後、このパラメータを変更せずにずっと用いる。冷却塔の冷却能力は、設置場所の影響を受けるため、設計値とは異なる場合がある。また、汚れなどにより、本来の冷却能力を出せない場合がある。このような理由から、最初に定めたパラメータが実情と合わず、冷却水の出口温度を精度よく推測することができない、という問題が生ずることがあった。冷却水の変流量制御を行うシステムでも、冷却水の変流量制御を行わないシステムと同様の問題が生じる。

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、冷却水の出口温度を実情に即して常に精度良く推測することができる冷却水温度の推測方法および推測装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、所望の条件下での冷却塔からの冷却水の出口温度を予め定められているその冷却塔の冷却能力を示すパラメータに基づいて推測する冷却水温度の推測方法において、冷却塔からの冷却水の出口温度を実測する出口温度実測ステップと、冷却塔への冷却水の入口温度を実測する入口温度実測ステップと、外気エンタルピを実測する外気エンタルピ実測ステップと、冷却塔が所定の条件で運転されている時の少なくとも冷却塔からの冷却水の出口温度の実測値、冷却塔への冷却水の入口温度の実測値、外気エンタルピの実測値に基づいて、冷却塔の冷却能力を示すパラメータを補正するパラメータ補正ステップとを設けたものである。

この発明において、冷却塔の冷却能力を示すパラメータを冷却塔の所定流量・所定風量時（例えば、冷却塔の定格流量・定格風量時）の冷却能力を示す熱交換係数とした場合、この熱交換係数は、冷却塔が所定の条件で運転されている時の冷却塔からの冷却水の出口温度の実測値、冷却塔への冷却水の入口温度の実測値、外気エンタルピの実測値などに基づいて補正される。例えば、冷却塔に戻される冷却水のバイパス流量が０で、かつ冷却塔ファンが全台ＯＮとなっていることを所定の条件とし、この時の冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、入口温度Ｔｉｎ、外気エンタルピＥａｉｒを実測する。そして、冷却水の出口温度の実測値Ｔｏｕｔと入口温度の実測値Ｔｉｎとから、Ｔａｖｅ’＝（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２として頂点温度Ｔａｖｅ’を求め、この頂点温度Ｔａｖｅ’の飽和空気のエンタルピを頂点エンタルピＥｔｏｐ’とし、頂点エンタルピＥｔｏｐ’と外気エンタルピの実測値Ｅａｉｒとの差を冷却水の入口温度の実測値Ｔｉｎと出口温度の実測値Ｔｏｕｔとの差で除して熱交換係数α’（α’＝（Ｅｔｏｐ’−Ｅａｉｒ）／（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ））を求め、この求めた熱交換係数αを蓄積する。そして、一定時間毎に、現在使用している熱交換係数αをα’に置き換える。

この発明において、冷却塔の冷却能力を示すパラメータを例えば冷却塔からの冷却水の流量と冷却能力との関係を示す熱交換特性とした場合、この熱交換特性は、冷却塔への冷却水の入口温度の実測値、外気エンタルピの実測値などに基づいて補正される。例えば、冷却塔に戻される冷却水のバイパス流量が０で、かつ冷却塔ファンが全台ＯＮとなっていることを所定の条件とし、この時の冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、入口温度Ｔｉｎ、外気エンタルピＥａｉｒ、冷却水の流量Ｑを実測する。そして、冷却水の出口温度の実測値Ｔｏｕｔと入口温度の実測値Ｔｉｎとから、Ｔａｖｅ’＝（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２として頂点温度Ｔａｖｅ’を求め、この頂点温度Ｔａｖｅ’の飽和空気のエンタルピを頂点エンタルピＥｔｏｐ’とし、頂点エンタルピＥｔｏｐ’と外気エンタルピの実測値Ｅａｉｒとの差を冷却水の入口温度の実測値Ｔｉｎと出口温度の実測値Ｔｏｕｔとの差で除して熱交換係数α’（α’＝（Ｅｔｏｐ’−Ｅａｉｒ）／（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ））を求め、この求めた熱交換係数α’を冷却水の流量の実測値Ｑに対応する熱交換係数として蓄積する。この計算処理をデータ収集周期毎に繰り返す。そして、一定期間毎に、冷却水の流量の実測値Ｑに対応して蓄積された熱交換係数α’より熱交換特性Ｉα’を求め、現在使用している熱交換特性ＩαをＩα’に置き換える。

なお、本発明は、冷却水温度の推測方法としてではなく、冷却水温度の推測装置としても実現することが可能である。また、本発明では、外気エンタルピを実測するが、この外気エンタルピの実測には、外気温度と外気湿度とから計算によって外気エンタルピを求めることも含まれるものである。なお、外気エンタルピを求めるには、「外気温度、外気湿度」、「外気温度、外気露点温度」というような２種類の入力が考えられる。また、冷却水温度の計算のために、外気エンタルピではなく、外気湿球温度を用いることもできる。また、本発明において、冷却塔からの冷却水の流量を実測する場合、その冷却水の流量の実測には、冷却水ポンプへのインバータ周波数を確認することも含まれるものである。

本発明によれば、冷却塔が所定の条件で運転されている時の少なくとも冷却水の出口温度の実測値、冷却水の入口温度の実測値、外気エンタルピの実測値に基づいて冷却塔の冷却能力を示すパラメータを補正するようにしたので、冷却塔の所定流量・所定風量時の冷却能力を示す熱交換係数や冷却塔からの冷却水の流量と冷却能力との関係を示す熱交換特性など、冷却塔の冷却能力を示すパラメータを実情に即したものとし、冷却水の出口温度を常に精度良く推測することができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１は本発明に係る冷却水温度の推測方法の実施に用いる熱源システムの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す計装図である。この実施の形態１は、冷却水の流量を一定流量（定格流量）とするシステム、すなわち冷却水の変流量制御を行わないシステムへの適用例である。

同図において、１は外気の温度ｔｏｕｔを検出する外気温度センサ、２は外気の湿度ＲＨｏｕｔを検出する外気湿度センサ、３は冷凍機、４は冷凍機３への熱源水（冷水）の循環通路に補機として各個に設けられた１次ポンプ（熱源水ポンプ）、５は１次ポンプ４に付設された回転数調整用のインバータ、６は往ヘッダ、７は往水管路、８は往ヘッダ６から往水管路７を介して送られてくる熱源水の供給を受ける外部負荷（空調機、ファンコイルなどの熱負荷）、９は還水管路、１０は外部負荷８への熱源水の供給量をその負荷状態に応じて調整するバルブである。

１１は外部負荷８において熱交換され還水管路９を介して送られてくる熱源水が戻される還ヘッダ、１２は往ヘッダ６と還ヘッダ１０とを連通させるバイパス管路、１３は往ヘッダ６から外部負荷８への熱源水の温度（往水温度）を計測する往水温度センサ、１４は還ヘッダ１１に戻される熱源水の温度（還水温度）を計測する還水温度センサ、１５は還ヘッダ１１に戻される熱源水の流量（負荷流量）を計測する流量計である。

往ヘッダ６は、第１の往ヘッダ６−１と第２の往ヘッダ６−２とから構成され、往ヘッダ６−１と６−２との間には、往ヘッダ６−２からの熱源水を往ヘッダ６−１へ圧送する２次ポンプ１６（１６−１，１６−２）およびバルブ１７が設けられている。

この熱源システムにおいて、１次ポンプ４により圧送された送水は、冷凍機３により冷水とされ、往ヘッダ６へ送られ、往水管路７を介して外部負荷８へ供給される。そして、外部負荷８において熱交換され、還水管路９を介して還ヘッダ１１に戻され、再び１次ポンプ４によって圧送され、以上の経路を循環する。

この熱源システムにおいて、冷凍機３には補機として冷却塔システム１８が設けられている。冷却塔システム１８は、冷却塔１８Ａと冷却水ポンプ１８Ｂとを備え、冷却塔１８Ａで生成される冷却水を冷却水ポンプ１８Ｂによって冷凍機３へ圧送する。冷却塔１８Ａからの冷却水は、冷却水ポンプ１８Ｂによって冷凍機３へ送られた後、冷却塔１８Ａに戻され、以上の経路を循環する。本実施の形態において、冷却水ポンプ１８Ｂは定格回転数で回転し、一定の流量（定格流量）の冷却水を冷凍機３へ送る。

冷却塔システム１８において、冷却塔１８Ａへの冷却水の流入路Ｌ２と冷却塔１８Ａからの流出路Ｌ３との間にはバイパス路Ｌ１が設けられており、このバイパス路Ｌ１と流出路Ｌ３との間にバイパス弁１８Ｃが設けられている。バイパス弁１８Ｃの開度θが０％の場合は、バイパス路Ｌ１を流れる冷却水のバイパス量が０となり、冷凍機３から戻されてきた冷却水の全量が流入路Ｌ２を通して冷却塔１８Ａへ送られる。バイパス弁１８Ｃの開度θが１００％の場合は、冷凍機３から戻されてきた冷却水の全量がバイパス路Ｌ１を流れる。

また、冷却塔システム１８には、冷却塔１８Ａとバイパス弁１８Ｃとの間の冷却水の流出路Ｌ３に、そこを流れる冷却水の温度を冷却水の出口温度Ｔｏｕｔとして計測する冷却水出口温度センサ１８Ｄが設けられている。また、冷却塔１８Ａへの冷却水の流入路Ｌ２の上流に、そこを流れる冷却水の温度を冷却水の入口温度Ｔｉｎとして計測する冷却水入口温度センサ１８Ｅが設けられている。

また、冷却塔システム１８に対しては、本発明に係る冷却水温度の推測装置（以下、単に推測装置と呼ぶ）１９が設けられている。この推測装置１９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。推測装置１９には、外気温度センサ１からの外気温度ｔｏｕｔ、外気湿度センサ２からの外気湿度ＲＨｏｕｔ、冷却水出口温度センサ１８Ｄからの冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、冷却水入口温度センサ１８Ｅから冷却水の入口温度Ｔｉｎに加え、バイパス弁１８Ｃへの開度指令値θ、冷却塔１８ＡへのＯＮ／ＯＦＦ指令、冷却水ポンプ１８ＢへのＯＮ／ＯＦＦ指令が分岐して与えられるものとされている。また、推測装置１９のメモリ１９Ａには、冷却塔１８Ａの定格流量・定格風量時の冷却能力を示す熱交換係数の設計値がαとして設定されている。また、推測装置１９のメモリ１９Ａには、冷却塔１８Ａが生成する冷却水の定格温度差ΔＴＳが設定されている。

なお、本実施の形態において、冷凍機３へのＯＮ／ＯＦＦ指令、１次ポンプ４に付設されたインバータ５へのＩＮＶ指令値、バイパス弁１８Ｃへの開度指令値θ、冷却塔１８ＡへのＯＮ／ＯＦＦ指令、冷却水ポンプ１８ＢへのＯＮ／ＯＦＦ指令などは、図示されていない制御装置から送られてくるものとする。

〔冷却水の出口温度の推測〕
以下、図２に示すフローチャートを参照して、推測装置１９が行う冷却塔１８Ａからの冷却水の出口温度の推測処理について説明する。推測装置１９は、この冷却水の出口温度の推測処理を予め定められた制御周期毎に実行する。

推測装置１９は、外気エンタルピＥａｉｒの計算条件値と、冷凍機の負荷率Ｒの計算条件値を定める（ステップ１０１）。そして、メモリ１９Ａから冷却水の定格温度差ΔＴＳを読み出し（ステップ１０２）、冷凍機の負荷率Ｒの計算条件値と冷却水の定格温度差ΔＴＳから冷却塔の特性三角形（図１０参照）の底辺Ｗ（冷却水温度差ΔＴ）を算出する（ステップ１０３）。

そして、メモリ１９Ａから冷却塔１８Ａに対して定められている熱交換係数αを読み出し（ステップ１０４）、ステップ１０３で算出した冷却水温度差ΔＴと熱交換係数αとから冷却塔の特性三角形の高さＨ（エンタルピΔＥｐ）を算出する（ステップ１０５）。この場合、ΔＥｐ＝ΔＴ×αとして、エンタルピΔＥｐを算出する。

次に、推測装置１９は、ステップ１０５で算出したエンタルピΔＥｐと外気エンタルピＥａｉｒの計算条件値とから、Ｅｔｏｐ＝Ｅａｉｒ＋ΔＥｐとして、頂点エンタルピＥｔｏｐを算出する（ステップ１０６）。

そして、この算出した頂点エンタルピＥｔｏｐより、飽和空気のエンタルピが頂点エンタルピＥｔｏｐと等しい状態となる温度を頂点温度Ｔａｖｅとして探し出す（ステップ１０７）。

そして、この求めた頂点温度Ｔａｖｅと冷却水温度差ΔＴとから、Ｔｏｕｔ＝Ｔａｖｅ−（ΔＴ／２）として、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔを算出する（ステップ１０８）。これにより、外気エンタルピＥａｉｒおよび冷凍機の負荷率Ｒを所望の値（計算条件値）とした時の冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、すなわち所望の条件下での冷却水の出口温度Ｔｏｕｔが推測される。

〔熱交換係数の補正〕
推測装置１９は、上述した冷却水の出口温度の推測処理と並行して、データ収集周期毎に熱交換係数の補正処理を行う。以下、図３に示すフローチャートを参照して、推測装置１９が行う熱交換係数の補正処理について説明する。

推測装置１９は、冷却水の入口温度Ｔｉｎ、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、外気エンタルピＥａｉｒの各実測値を取り込む（ステップ２０１）。この場合、冷却水の入口温度Ｔｉｎの実測値は冷却水入口温度センサ１８Ｅからの値として、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔの実測値は冷却水出口温度センサ１８Ｄからの値として直接取り込み、外気エンタルピＥａｉｒの実測値は外気温度センサ１からの外気温度ｔｏｕｔおよび外気湿度センサ２からの外気湿度ＲＨｏｕｔより計算される値として取り込む。

そして、ステップ２０２へ進み、その時の冷却塔１８Ａの運転状態をチェックする。この場合、バイパス弁１８Ｃへの開度指令値θが０％でかつ冷却塔１８ＡがＯＮとされていることを所定の条件とし、この所定の条件が成立している場合にのみ、ステップ２０３以降の処理へと進む。すなわち、冷却塔１８Ａに戻されるバイパス流量が０で、かつ冷却塔１８ＡのファンがＯＮ（冷却塔１８Ａのファンが複数台ある場合には全台ＯＮ）となっていることを所定の条件として、ステップ２０３以降の処理へと進む。

推測装置１９は、バイパス弁１８Ｃへの開度指令値θが０％でかつ冷却塔１８ＡがＯＮとされていることを確認すると（ステップ２０２のＹＥＳ）、冷却水の出口温度の実測値Ｔｏｕｔと入口温度の実測値Ｔｉｎとから頂点温度Ｔａｖｅ’を求める（ステップ２０３）。この場合、Ｔａｖｅ’＝（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２として、頂点温度Ｔａｖｅ’を算出する。

そして、この頂点温度Ｔａｖｅ’の飽和空気のエンタルピを頂点エンタルピＥｔｏｐ’として求め（ステップ２０４）、頂点エンタルピＥｔｏｐ’と外気エンタルピの実測値Ｅａｉｒとの差を冷却水の入口温度の実測値Ｔｉｎと出口温度の実測値Ｔｏｕｔとの差で除して熱交換係数α’を求め（ステップ２０５：α’＝（Ｅｔｏｐ’−Ｅａｉｒ）／（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ））、現在使用している熱交換係数αをα’に置き換え（ステップ２０６）、補正後の熱交換係数αとする。これにより、メモリ１９Ａ中の熱交換係数αが実情に即した値とされ、この熱交換係数αを使用して冷却水の出口温度が常に精度よく推測されるものとなる。

〔実施の形態２〕
図４は本発明に係る冷却水温度の推測方法の実施に用いる熱源システムの他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す計装図である。この実施の形態２は、冷却水の流量を可変とするシステム、すなわち冷却水の変流量制御を行うシステムへの適用例である。

同図において、図１と同一符号は図１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。この熱源システムでは、冷却水ポンプ１８Ｂに回転数調整用のインバータ１８Ｆを付設し、冷凍機３への冷却水の流量を調整することができるようにしている。また、図示されていない制御装置よりインバータ１８ＦへＩＮＶ指令値（インバータ周波数Ｆ）を与えるようにし、このインバータ１８Ｆへのインバータ周波数Ｆ（冷却水ポンプ１８Ｂへのインバータ周波数Ｆ）を推定装置１９へ分岐して与えるようにしている。

また、この熱源システムでは、推定装置１９のメモリ１９Ａ内に、冷却塔１８Ａからの冷却水の流量と冷却能力との関係を示す熱交換特性を設定している。この例では、冷却水ポンプ１８Ｂへのインバータ周波数Ｆを冷却水の流量Ｑを示す値とし、冷却水ポンプ１８Ｂへのインバータ周波数Ｆと冷却塔１８Ａの熱交換係数αとの関係を示す熱交換特性Ｉα（図７参照）の設計値を設定している。

〔冷却水の出口温度の推測〕
以下、図５に示すフローチャートを参照して、推測装置１９が行う冷却塔１８Ａからの冷却水の出口温度の推測処理について説明する。推測装置１９は、この冷却水の出口温度の推測処理を予め定められた制御周期毎に実行する。

推測装置１９は、外気エンタルピＥａｉｒの計算条件値と、冷凍機の負荷率Ｒの計算条件値と、冷却水ポンプへのインバータ周波数Ｆ（冷却水の流量Ｑ）の計算条件値を定める（ステップ３０１）。そして、メモリ１９Ａから冷却水の定格温度差ΔＴＳを読み出し（ステップ３０２）、冷凍機の負荷率Ｒの計算条件値と冷却水の定格温度差ΔＴＳと冷却水ポンプへのインバータ周波数Ｆ（冷却水の流量Ｑ）から冷却塔の特性三角形（図１０参照）の底辺Ｗ（冷却水温度差ΔＴ）を算出する（ステップ３０３）。

そして、メモリ１９Ａ中の熱交換特性Ｉαからインバータ周波数Ｆの計算条件値に対応する熱交換係数αを取得し（ステップ３０４）、ステップ３０３で算出した冷却水温度差ΔＴと熱交換係数αとから冷却塔の特性三角形の高さＨ（エンタルピΔＥｐ）を算出する（ステップ３０５）。この場合、ΔＥｐ＝ΔＴ×αとして、エンタルピΔＥｐを算出する。

次に、推測装置１９は、ステップ３０５で算出したエンタルピΔＥｐと外気エンタルピＥａｉｒの計算条件値とから、Ｅｔｏｐ＝Ｅａｉｒ＋ΔＥｐとして、頂点エンタルピＥｔｏｐを算出する（ステップ３０６）。

そして、この算出した頂点エンタルピＥｔｏｐより、飽和空気のエンタルピが頂点エンタルピＥｔｏｐと等しい状態となる温度を頂点温度Ｔａｖｅとして探し出す（ステップ３０７）。

そして、この求めた頂点温度Ｔａｖｅと冷却水温度差ΔＴとから、Ｔｏｕｔ＝Ｔａｖｅ−（ΔＴ／２）として、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔを算出する（ステップ３０８）。これにより、外気エンタルピＥａｉｒ、冷凍機の負荷率Ｒおよび冷却水ポンプのインバータ周波数Ｆ（冷却水の流量Ｑ）を所望の値（計算条件値）とした時の冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、すなわち所望の条件下での冷却水の出口温度Ｔｏｕｔが推測される。

〔熱交換特性の補正〕
推測装置１９は、上述した冷却水の出口温度の推測処理と並行して、データ収集周期毎に熱交換特性の補正データの蓄積処理を行う。以下、図６に示すフローチャートを参照して、推測装置１９が行う熱交換特性の補正データ収集処理について説明する。

推測装置１９は、冷却水の入口温度Ｔｉｎ、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔ、外気エンタルピＥａｉｒ、冷却水の流量Ｑの各実測値を取り込む（ステップ４０１）。この場合、冷却水の入口温度Ｔｉｎの実測値は冷却水入口温度センサ１８Ｅからの値として、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔの実測値は冷却水出口温度センサ１８Ｄからの値として直接取り込み、外気エンタルピＥａｉｒの実測値は外気温度センサ１からの外気温度ｔｏｕｔおよび外気湿度センサ２からの外気湿度ＲＨｏｕｔより計算される値として取り込む。また、冷却水の流量Ｑの実測値は、冷却水ポンプへのインバータ周波数Ｆとして取り込む。

そして、ステップ４０２へ進み、その時の冷却塔１８Ａの運転状態をチェックする。この場合、バイパス弁１８Ｃへの開度指令値θが０％でかつ冷却塔１８ＡがＯＮとされていることを所定の条件とし、この所定の条件が成立している場合にのみ、ステップ４０３以降の処理へと進む。すなわち、冷却塔１８Ａに戻される冷却水のバイパス流量が０で、かつ冷却塔１８ＡのファンがＯＮ（冷却塔１８Ａのファンが複数台ある場合には全台ＯＮ）となっていることを所定の条件として、ステップ４０３以降の処理へと進む。

推測装置１９は、バイパス弁１８Ｃへの開度指令値θが０％でかつ冷却塔１８ＡがＯＮとされていることを確認すると（ステップ４０２のＹＥＳ）、冷却水の出口温度の実測値Ｔｏｕｔと入口温度の実測値Ｔｉｎとから頂点温度Ｔａｖｅ’を求める（ステップ４０３）。この場合、Ｔａｖｅ’＝（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２として、頂点温度Ｔａｖｅ’を算出する。

そして、この頂点温度Ｔａｖｅ’の飽和空気のエンタルピを頂点エンタルピＥｔｏｐ’として求め（ステップ４０４）、頂点エンタルピＥｔｏｐ’と外気エンタルピの実測値Ｅａｉｒとの差を冷却水の入口温度の実測値Ｔｉｎと出口温度の実測値Ｔｏｕｔとの差で除して熱交換係数α’を求め（ステップ４０５：α’＝（Ｅｔｏｐ’−Ｅａｉｒ）／（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ））、このα’をその時のインバータ周波数Ｆ（冷却水の流量Ｑの実測値）に対応する熱交換係数（補正データ）として蓄積する（ステップ４０６）。

推測装置１９は、この熱交換特性の補正データの蓄積処理をデータ収集周期毎に繰り返す。そして、一定期間毎に、インバータ周波数Ｆ（冷却水の流量の実測値Ｑ）に対応して蓄積された熱交換係数α’より熱交換特性Ｉα’を求め（図８参照、図９：ステップ５０１）、現在使用している熱交換特性ＩαをＩα’に置き換え（ステップ５０２）、補正後の熱交換特性Ｉαとする。これにより、メモリ１９Ａ中の熱交換特性Ｉαが実情に即した特性とされ、この熱交換特性Ｉαを使用して冷却水の出口温度が常に精度よく推測されるものとなる。

なお、上述した実施の形態１，２では、外気温度ｔｏｕｔと外気湿度ＲＨｏｕｔとから外気エンタルピＥａｉｒを計算によって求め、この計算によって求めた外気エンタルピＥａｉｒを実測値として用いたが、外気エンタルピＥａｉｒを直接実測するセンサを設けるなどしてもよいことは言うまでもない。
また、上述した実施の形態２では、冷却水ポンプ１８Ｂへのインバータ周波数Ｆを冷却塔１８Ａからの冷却水の流量Ｑの実測値として使用したが、冷却塔１８Ａからの冷却水の流量Ｑを直接実測するようにしてもよいことは言うまでもない。

また、実施の形態１において求められた熱交換係数α’を初期の熱交換係数αと比較したり、直前の熱交換係数αと比較するなどして、冷却塔１８Ａの性能劣化を検知することも可能である。同様に、実施の形態２において求められた熱交換特性Ｉα’を初期の熱交換特性Ｉαと比較したり、直前の熱交換特性Ｉαと比較するなどして、冷却塔１８Ａの性能劣化を検知することも可能である。このようにして、冷却塔１８Ａの性能劣化を検知し、適切なメンテナンスを行うことによって、エネルギーロスを防ぐことができる。

また、上述した実施の形態１，２によって推測した冷却水の出口温度は、冷凍機への投入エネルギーの計算に用いる以外にも、冷却塔を用いてフリークーリングする際の指標として用いることも可能である。

本発明に係る冷却水温度の推測方法の実施に用いる熱源システムの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す計装図である。 この熱源システムにおける推測装置が行う冷却塔からの冷却水の出口温度の推測処理を示すフローチャートである。 この熱源システムにおける推測装置が行う熱交換係数αの補正処理を示すフローチャートである。 本発明に係る冷却水温度の推測方法の実施に用いる熱源システムの他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す計装図である。 この熱源システムにおける推測装置が行う冷却塔からの冷却水の出口温度の推測処理を示すフローチャートである。 この熱源システムにおける推測装置が行う熱交換特性の補正データの蓄積処理を示すフローチャートである。 この熱源システムにおける推測装置のメモリに設定される熱交換特性を例示する図である。 現在の熱交換特性ＩαをＩα’に置き換える様子を示す図である。 この熱源システムにおける推測装置が行う熱交換特性の補正処理を示すフローチャートである。 冷却塔の特性三角形を説明する図である。

符号の説明

１…外気温度センサ、２…外気湿度センサ、３…冷凍機、４…１次ポンプ（熱源水ポンプ）、５…インバータ、６…往ヘッダ、７…往水管路、８…外部負荷、９…還水管路、１０…バルブ、１１…還ヘッダ、１２…バイパス管路、１３…往水温度センサ、１４…還水温度センサ、１５…流量計、１６…２次ポンプ、１７…バルブ、１８…冷却塔システム、１８Ａ…冷却塔、１８Ｂ…冷却水ポンプ、１８Ｃ…バイパス弁、１８Ｄ…冷却水出口温度センサ、１８Ｅ…冷却水入口温度センサ、１８Ｆ…インバータ、１９…冷却水温度の推測装置、１９Ａ…メモリ、Ｌ１…バイパス路、Ｌ２…流入路、Ｌ３…流出路。

Claims (6)

1. 所望の条件下での冷却塔からの冷却水の出口温度を予め定められているその冷却塔の冷却能力を示すパラメータに基づいて推測する冷却水温度の推測方法において、
   前記冷却塔からの冷却水の出口温度を実測する出口温度実測ステップと、
   前記冷却塔への冷却水の入口温度を実測する入口温度実測ステップと、
   外気エンタルピを実測する外気エンタルピ実測ステップと、
   前記冷却塔が所定の条件で運転されている時の少なくとも前記冷却塔からの冷却水の出口温度の実測値、前記冷却塔への冷却水の入口温度の実測値、前記外気エンタルピの実測値に基づいて、前記冷却塔の冷却能力を示すパラメータを補正するパラメータ補正ステップと
   を備えることを特徴とする冷却水温度の推測方法。
2. 請求項１に記載された冷却水温度の推測方法において、
   前記冷却塔の冷却能力を示すパラメータは、前記冷却塔の所定流量・所定風量時の冷却能力を示す熱交換係数である
   ことを特徴とする冷却水温度の推測方法。
3. 請求項１に記載された冷却水温度の推測方法において、
   前記冷却塔の冷却能力を示すパラメータは、前記冷却塔からの冷却水の流量と冷却能力との関係を示す熱交換特性である
   ことを特徴とする冷却水温度の推測方法。
4. 所望の条件下での冷却塔からの冷却水の出口温度を予め定められているその冷却塔の冷却能力を示すパラメータに基づいて推測する冷却水温度の推測装置において、
   前記冷却塔からの冷却水の出口温度を実測する出口温度実測手段と、
   前記冷却塔への冷却水の入口温度を実測する入口温度実測手段と、
   外気エンタルピを実測する外気エンタルピ実測手段と、
   前記冷却塔が所定の条件で運転されている時の少なくとも前記冷却塔からの冷却水の出口温度の実測値、前記冷却塔への冷却水の入口温度の実測値、前記外気エンタルピの実測値に基づいて、前記冷却塔の冷却能力を示すパラメータを補正するパラメータ補正手段と
   を備えることを特徴とする冷却水温度の推測装置。
5. 請求項４に記載された冷却水温度の推測装置において、
   前記冷却塔の冷却能力を示すパラメータは、前記冷却塔の所定流量・所定風量時の冷却能力を示す熱交換係数である
   ことを特徴とする冷却水温度の推測装置。
6. 請求項４に記載された冷却水温度の推測装置において、
   前記冷却塔の冷却能力を示すパラメータは、前記冷却塔からの冷却水の流量と冷却能力との関係を示す熱交換特性である
   ことを特徴とする冷却水温度の推測装置。

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