JP2009030819A - 熱源制御装置および熱源制御方法 - Google Patents

熱源制御装置および熱源制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】室内環境の悪化やエネルギーの消費量の増大を招くことなく、運転順序パターンの切り替えを行う。
【解決手段】例えば、現在時刻が8:00(夜→昼の切替時刻)になると、それまで夜パターンに従って運転されていた熱源(ターボ冷凍機1−1)の運転を保持する。そして、この運転を保持した熱源の能力では負荷を賄うことができなくなると、昼パターンにおける起動順位の高い停止中の熱源から起動する。例えば、吸収式冷凍機2−1,2−2の順で起動する。また、運転を保持した熱源と起動した熱源の組合せを監視し、その組合せが昼パターンに応じた組合せとなった時点で、使用する運転順序パターンを昼パターンへ切り替える。これにより、夜パターンで運転されていた熱源を停止することなく、夜パターンから昼パターンへの切り替えが行われ、送水温度(冷水の温度)の上昇が抑えられる。
【選択図】 図7

Description

この発明は、冷凍機や加熱機などの熱源の運転を制御する熱源制御装置および熱源制御方法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、複数の熱源とこれら熱源のそれぞれに補機として設けられたポンプとを主要構成要素とする熱源システムを設け、ポンプより圧送した熱媒体を熱源により冷却あるいは加熱し、往ヘッダにおいて混合し、往水管路を介して空調機やファンコイルユニットなどの外部機器に供給するようにしている。負荷機器において熱交換された熱媒体は、還水管路を介して還ヘッダに戻され、再びポンプによって圧送され、以上の経路を循環する。例えば、熱源を冷凍機とした場合、熱媒体は冷水とされ、上述した経路を循環する。熱源を加熱機とした場合、熱媒体は温水とされ、上述した経路を循環する(例えば、特許文献1参照)。
この熱源システムには熱源の運転を制御する熱源制御装置が設けられる。熱源制御装置は、還ヘッダに戻される熱媒体の流量(負荷流量)Fを計測し、この計測した負荷流量Fに応じて熱源の運転(起動/停止)を制御する。或いは、往ヘッダから送られる熱媒体の温度(往水温度)TS,還ヘッダに戻される熱媒体の温度(還水温度)TRおよび還ヘッダに戻される熱媒体の流量(負荷流量)Fとから、F×(TR−TS)×比熱=Qとして負荷熱量Qを求め、この求めた負荷熱量Qに応じて熱源の運転(起動/停止)を制御する。
例えば、予め定められている運転順序パターンに従い、負荷熱量Qが所定値Q1に達するまでは指定順位1番の熱源を運転し、負荷熱量Qが所定値Q1を超えれば、指定順位1番の熱源に加えて指定順位2番の熱源の運転を開始する。その後、負荷熱量Qが所定値Q1’(Q1’<Q1)以下となると、指定順位2番の熱源機の運転を停止する。なお、熱源の運転が開始されれば、その熱源の補機であるポンプの運転も開始される。熱源の運転が停止されれば、その熱源の補機であるポンプの運転も停止される。
通常、オフィスビルなどの建物においては、夜間と昼間では負荷が大きく異なるため、できるだけ消費電力が少なくなるように、また最適に熱源を運転するために、運転順序パターンを夜間用と昼間用とに区別して定義している。
例えば、「8:00〜22:00」の時間帯を昼間とし、「22:00〜8:00」の時間帯を夜間とし、昼間の時間帯では吸収式冷凍機を第1順位(起動順位1)、ターボ冷凍機を第2順位(起動順位2)とし、夜間の時間帯ではターボ冷凍機を第1順位(起動順位1)、吸収式冷凍機を第2順位(起動順位2)とする。
すなわち、昼用の運転順序パターン(昼パターン)と夜用の運転順序パターン(夜パターン)を用意し、現在時刻が8:00になれば使用する運転順序パターンを夜パターンから昼パターンに切り替え、現在時刻が22:00になれば使用する運転順序パターンを昼パターンから夜パターンに切り替えるようにする。
特開2000−18674号公報
しかしながら、従来の運転順序パターンの切り替え方法では、現在時刻が8:00になった場合、負荷に拘わらず、運転順序パターンを夜パターンから昼パターンに即座に切り替えるようにしているので、例えばターボ冷凍機が停止し、これに替えて吸収式冷凍機が起動されるものとなり、吸収式冷凍機が立ち上がるまでの間、送水温度が上昇し、室内環境を悪化させてしまう。また、送水温度の上昇により、冷凍機の増段が発生し、エネルギーの消費量が増大する、というような問題があった、
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、室内環境の悪化やエネルギーの消費量の増大を招くことなく、運転順序パターンの切り替えを行うことが可能な熱源制御装置および熱源制御方法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、第1発明(請求項1に係る発明)は、負荷に応じた熱源の運転順序を定めた第1の運転順序パターンと第2の運転順序パターンとを備え、予め定められた切替時刻を境として使用する運転順序パターンを第1の運転順序パターンから第2の運転順序パターンに切り替える熱源制御装置において、前記切替時刻において運転中の熱源の運転を保持する運転保持手段と、運転保持手段によって運転が保持された熱源の能力では負荷を賄うことができなくなった場合、第2の運転順序パターンにおける起動順位の高い停止中の熱源から起動する熱源起動手段と、運転保持手段によって運転が保持された熱源および熱源起動手段によって起動された熱源の組合せを監視し、この組み合わせが第2の運転順序パターンに従う負荷に応じた組合せとなった時点で、使用する運転順序パターンを第2の運転順序パターンに切り替えるパターン切替手段とを設けたものである。
例えば、本発明において、第1の運転順序パターンを夜パターン、第2の運転順序パターンを昼パターン、切替時刻を8:00とした場合、現在時刻が8:00となると、夜パターンに従って運転されていた熱源の運転が保持される。例えば、ターボ冷凍機が運転中であれば、そのターボ冷凍機の運転が保持される。そして、この保持されたターボ冷凍機の能力では負荷を賄うことができなくなると、昼パターンにおける起動順位の高い停止中の熱源から起動される。例えば、昼パターンにおける最も起動順位の高い停止中の熱源が吸収式冷凍機とされていれば、その吸収式冷凍機が起動される。この吸収式冷凍機の運転でも負荷を賄うことができなければ、昼パターンにおける停止中の次の起動順位の熱源が起動される。
パターン切替手段は、この運転が保持された熱源および起動された熱源の組合せを監視し、この組合せが昼パターンに従う負荷に応じた組合せとなった時点で、使用する運転順序パターンを昼パターンに切り替える。例えば、ターボ冷凍機1台と吸収式冷凍機2台の組合せとなった時点で、使用する運転順序パターンを昼パターンに切り替える。これにより、夜パターンで運転されていたターボ冷凍機を停止することなく、夜パターンから昼パターンへの切り替えが行われ、送水温度の上昇が抑えられる。
本発明では、第1の運転順序パターンから第2の運転順序パターンへの切替時刻に達した後、運転が保持された熱源および起動された熱源の組合せがいつまで経っても昼パターンに従う負荷に応じた組合せとならないことが想定される。このような場合を想定して、第2発明(請求項1に係る発明)では、予め定められた強制切替時刻に達しても、パターン切替手段での運転順序パターンの切り替えが行われない場合、使用する運転順序パターンを強制的に第2の運転順序パターンへ切り替えるパターン強制切替手段を設ける。これにより、例えば、強制切替時刻を11:00とした場合、11:00になっても運転順序パターンの切り替えが行われなければ、強制的に昼パターンに切り替えられる。
本発明は、熱源制御装置としてではなく、熱源制御方法としても実現することが可能である。請求項3に係る発明(第3発明)は、第1発明の熱源制御装置を熱源制御方法として実現したものであり、請求項4に係る発明(第4発明)は、第2発明の熱源制御装置を熱源制御方法として実現したものである。
本発明によれば、第1の運転順序パターンから第2の運転順序パターンへの切替時刻において運転中の熱源の運転を保持し、運転が保持された熱源の能力では負荷を賄うことができなくなった場合、第2の運転順序パターンにおける起動順位の高い停止中の熱源から起動するようにし、運転が保持された熱源および起動された熱源の組合せを監視し、この組み合わせが第2の運転順序パターンに従う負荷に応じた組合せとなった時点で、使用する運転順序パターンを第2の運転順序パターンに切り替えるようにしたので、第1の運転順序パターンで運転されていた熱源を停止することなく、第1の運転順序パターンから第2の運転順序パターンへの切替を行うことができるようになり、送水温度の上昇を抑え、室内環境の悪化を招かないようにすることが可能となる。また、送水温度の上昇によって熱源が増段されてしまうこともなく、エネルギーの消費量の増大を防ぐことが可能となる。
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図1はこの発明に係る熱源制御装置を用いた熱源システムの一実施の形態の要部を示す計装図である。
図1において、1−1,1−2はターボ冷凍機、2−1,2−2は吸収式冷凍機、P1,P2はターボ冷凍機1−1,1−2が生成する冷水の循環通路に補機として各個に設けられたポンプ、P3,P4は吸収式冷凍機2−1,2−2が生成する冷水の循環通路に補機として各個に設けられたポンプ、3はターボ冷凍機1−1,1−2および吸収式冷凍機2−1,2−2からの冷水を混合する往ヘッダ、4は往水管路、5は往ヘッダ3から往水管路4を介して送られてくる冷水の供給を受ける空調機やファンコイルなどの外部機器、6は外部機器5への冷水の流入量を調節する流量調節弁、7は還水管路である。
8は外部機器5において熱交換され還水管路7を介して送られてくる冷水が戻される還ヘッダ、9は往ヘッダ3と還ヘッダ8とを連通させるバイパス管路、10は往ヘッダ3から外部機器5への冷水の温度を送水温度TSとして計測する送水温度センサ、11は還ヘッダ8に戻される冷水の温度を還水温度TRとして計測する還水温度センサ、12は還ヘッダ8に戻される冷水の流量(負荷流量)Fを計測する流量計、13は本発明に係る熱源制御装置である。
この熱源システムにおいて、ポンプP1〜P4により圧送された送水は、ターボ冷凍機1−1,1−2および吸収式冷凍機2−1,2−2により冷水とされ、往ヘッダ3において混合され、往水管路4を介して外部機器5へ供給される。そして、外部機器5において熱交換され、還水管路7を介して還ヘッダ8に戻され、再びポンプP1〜P4によって圧送され、以上の経路を循環する。
熱源制御装置13は、流量計12からの負荷流量Fに応じて、ターボ冷凍機1−1,1−2および吸収式冷凍機2−1,2−2の運転(起動/停止)を制御する。或いは、送水温度センサ10からの送水温度TSと、還水温度センサ11からの還水温度TRとから、F×(TR−TS)×比熱=Qとして負荷熱量Qを求め、この求めた負荷熱量Qに応じてターボ冷凍機1−1,1−2および吸収式冷凍機2−1,2−2の運転(起動/停止)を制御する。
なお、ターボ冷凍機1−1,1−2が起動/停止されれば、これに連動してポンプP1,P2も起動/停止される。また、吸収式冷凍機2−1,2−2が起動/停止されれば、これに連動してポンプP3,P4も起動/停止される。
本実施の形態において、ターボ冷凍機1(1−1,1−2)の定格能力は100RT、吸収式冷凍機2(2−1,2−2)の定格能力は200RTとされている。ターボ冷凍機1は電気をエネルギー源とし、吸収式冷凍機2はガスをエネルギー源とする。
図2に熱源制御装置13のハードウェア構成の概略を示す。同図において、13AはCPU、13BはRAM、13Cは記憶装置、13D,13Eはインターフェイスである。CPU13Aは、インターフェイス13Dを介して与えられる送水温度TS、還水温度TR、負荷流量Fなどの入力情報を得て、RAM13Bにアクセスしながら、記憶装置13Cに格納されているプログラムに従って動作する。
記憶装置13Cには、本実施の形態特有のプログラムとして、ターボ冷凍機1−1,1−2および吸収式冷凍機2−1,2−2の昼夜の起動順位を切り替える運転順序パターン切替プログラムが格納されている。この運転順序パターン切替プログラムは、例えばCD−ROMなどの記録媒体に記録された状態で提供され、この記録媒体から読み出されて記憶装置13Cにインストールされている。
また、記憶装置13Cには、上記の運転順序パターン切替プログラムに関連して、ターボ冷凍機1−1,1−2および吸収式冷凍機2−1,2−2の起動順位を定める表として、昼用の運転順序パターン(昼パターン)と夜用の運転順序パターン(夜パターン)が設定されている。また、夜パターンから昼パターンへの切替時刻が「8:00」、昼パターンから夜パターンへの切替時刻が「22:00」として設定されている。また、夜パターンから昼パターンへの強制切替時刻が「11:00」として設定されている。
図3に昼パターンと夜パターンの例を示す。この例において、昼パターンでは、定格能力が200RTの吸収式冷凍機2−1,2−2が起動順位1,2として設定され、定格能力が100RTのターボ冷凍機1−1,1−2が起動順位3,4として設定されている。夜パターンでは、定格能力が100RTのターボ冷凍機1−1,1−2が起動順位1,2として設定され、定格能力が200RTの吸収式冷凍機2−1,2−2が起動順位3,4として設定されている。なお、この昼パターンおよび夜パターンにおいて、同一種類の熱源は自動ローテンションするため、括弧内の起動順位となる場合もある。以下、この昼パターンと夜パターンが設定されているものとして、説明を続ける。
なお、この昼パターンと夜パターンに従って、ターボ冷凍機1−1,1−2および吸収式冷凍機2−1,2−2の運転を制御すれば、ターボ冷凍機をグループ1とし、吸収式冷凍機をグループ2とした場合、負荷によって昼間は図4に示すような運転台数(熱源の組合せ)となり、夜間は図5に示すような運転台数(熱源の組合せ)となる。
以下、図6に示すフローチャートを参照して、上述した運転順序パターン切替プログラムに従うCPU13Aの処理動作の一例について説明する。なお、この例では、夜パターンから昼パターンへの切替時刻に入る直前の状態として、ターボ冷凍機1−1のみが運転されているものとする。
この場合、CPU13Aは、運転制御プログラムに従って、現在時刻が夜パターンから昼パターンへの切替時刻(8:00)となると(ステップS101のYES、図7に示すt1点)、運転中の熱源の運転を保持する(ステップS102)。この場合、ターボ冷凍機1−1のみが運転されているので、ターボ冷凍機1−1の運転を保持する。
そして、負荷上昇による増段機があるか否かをチェックし(ステップS103)、なければ負荷減少による減段機があるか否かをチェックし(ステップS105)、増段機も減段機もなければ、ステップS109のNOに応じてステップS103へ戻り、負荷上昇による増段機および負荷減少による減段機のチェックを繰り返す。
ここで、負荷が上昇し、ターボ冷凍機1−1の定格能力である100RT以上となると(図7に示すt2点)、負荷上昇による増段機があるものと判断し(ステップS103のYES)、保持されている運転機はそのままで、切替後の運転順序パターンすなわち昼パターンのうち最も起動順位の高い停止中の熱源を起動する。この場合、吸収式冷凍機2−1を起動する。
これにより、熱源の運転状態は、ターボ冷凍機1−1と吸収式冷凍機2−1との2台運転となり、ターボ冷凍機1−1によって100RTの負荷が賄え、吸収式冷凍機2−1によって200RTの負荷が賄え、合計300RTの負荷を賄うことができるようになる。
ここで、CPU13Aは、このターボ冷凍機1−1と吸収式冷凍機2−1との2台運転が昼パターン通りの運転か否かを確認する(ステップS107)。すなわち、ターボ冷凍機1−1と吸収式冷凍機2−1の組合せでは300RTの負荷を賄うことが可能であり、この組合せが昼パターンにおける300RTの場合の熱源の組合せと同じであるか否かをチェックする。
この場合、昼パターンにおける300RTの場合の熱源の組合せは、図4からも分かるように、吸収式冷凍機2台であるので、組合せが異なる。したがって、ステップS107では昼パターン通りの運転とは判断されず、ステップS109のNOに応じてステップS103へ戻り、負荷上昇による増段機および負荷減少による減段機のチェックを繰り返す。
このチェックの繰り返し中、負荷が減少し、200RTを下回った場合には、負荷減少による減段機があるものと判断し(ステップS105のYES)、保持されている運転機はそのままで、昼パターンのうち最も起動順位の低い運転中の熱源を停止する。この場合、吸収式冷凍機2−1の運転を停止する。
このチェックの繰り返し中、負荷が上昇し、300RT以上となると(図7に示すt3点)、負荷上昇による増段機があるものと判断し(ステップS103のYES)、保持されている運転機はそのままで、昼パターンのうち最も起動順位の高い停止中の熱源を起動する。この場合、ターボ冷凍機1−1を起動する。
これにより、熱源の運転状態は、ターボ冷凍機1−1と吸収式冷凍機2−1,2−2との3台運転となり、ターボ冷凍機1−1によって100RTの負荷が賄え、吸収式冷凍機2−1,2−2によって400RTの負荷が賄え、合計500RTの負荷を賄うことができるようになる。
ここで、CPU13Aは、このターボ冷凍機1−1と吸収式冷凍機2−1,2−2との3台運転が昼パターン通りの運転か否かを確認する(ステップS107)。すなわち、ターボ冷凍機1−1と吸収式冷凍機2−1,2−2の組合せでは500RTの負荷を賄うことが可能でり、この組合せが昼パターンにおける500RTの場合の熱源の組合せと同じであるか否かをチェックする。
この場合、昼パターンにおける500RTの場合の熱源の組合せは、図4からも分かるように、ターボ冷凍機1台と吸収式冷凍機2台であるので、同じ組合せとなる。したがって、ステップS107において、昼パターン通りの運転と判断される。この場合、ステップS108へ進み、使用する運転順序パターンを昼パターンに切り替える。以降、この切り替えられた昼パターンに従って、ターボ冷凍機1−1,1−2および吸収式冷凍機2−1,2−1の運転が制御される。
以上の説明から分かるように、本実施の形態によれば、夜パターンで運転されていたターボ冷凍機1−1の起動を停止することなく、夜パターンから昼パターンへの切り替えが行われるので、送水温度(冷水の温度)の上昇が抑えられ、室内環境の悪化を招くことがなくなる。また、送水温度の上昇によって熱源が増段されてしまうこともなく、エネルギーの消費量の増大が防がれる。
なお、ステップS107において、いつまで経っても昼パターン通りの運転が確認されない場合には、すなわち負荷が上昇せず300RT未満の状態が継続する場合には、夜パターンから昼パターンへの強制切替時刻である「11:00」になった時点で(ステップS109のYES)、運転順序パターンを昼パターンに強制的に切り替える(ステップS110)。
なお、上述した実施の形態では、冷凍機としてターボ冷凍機と吸収式冷凍機を使用した場合について説明したが、使用する冷凍機はターボ冷凍機や吸収式冷凍機に限られるものでない。また、また、熱源として冷凍機を用いる例で説明したが、加熱機を用いる場合にも同様にして適用することができる。
参考として、図8に、上述した実施の形態における熱源制御装置13の要部の機能ブロック図を示す。熱源制御装置13は運転順序パターン切替手段14を備えている。運転順序パターン切替手段14は、記憶装置13Cに設定されている夜パターンから昼パターンへの切替時刻において運転中の熱源を保持する運転保持手段14Aと、この運転保持手段14Aによって運転が保持された熱源の能力では負荷を賄うことができなくなった場合、昼パターンにおける起動順位の高い停止中の熱源から起動する熱源起動手段14Bと、運転保持手段14Aによって運転が保持された熱源および熱源起動手段14Bによって起動された熱源の組合せを監視し、この組み合わせが昼パターンに従う負荷に応じた組合せとなった時点で、使用する運転順序パターンを昼パターンに切り替えるパターン切替手段14Cとを備えている。この運転順序パターン切替手段14はCPU13Aの処理機能として実現される。
本発明に係る熱源制御装置を用いた熱源システムの一実施の形態の要部を示す計装図である。 この熱源システムにおける熱源制御装置のハードウェア構成の概略を示す図である。 この熱源システムにおいて用いられる運転順序パターン(昼パターン、夜パターン)を例示する図である。 昼パターンに従う負荷に応じた熱源の組合せを示す図である。 夜パターンに従う負荷に応じた熱源の組合せを示す図である。 熱源制御装置のCPUが実行する運転順序パターン切替プログラムに従う処理動作を説明するためのフローチャートである。 運転制御プログラムに従う処理動作の一例を説明するためのタイムチャートである。 熱源制御装置の要部の機能を示す機能ブロック図である。
符号の説明
1(1−1,1−2)…ターボ冷凍機、2(2−1,2−2)…吸収式冷凍機、P1〜P4…ポンプ、3…往ヘッダ、4…往水管路、5…外部機器、6…流量調節弁、7…還水管路、8…還ヘッダ、9…バイパス管路、10…送水温度センサ、11…還水温度センサ、12…流量計、13…熱源制御装置、13A…CPU、13B…RAM、13C…記憶装置、13D,13E…インタフェース、14…運転順序パターン切替手段、14A…運転保持手段、14B…熱源起動手段、14C…パターン切替手段。

Claims (4)

  1. 熱源の起動順位を定めた第1の運転順序パターンと第2の運転順序パターンとを備え、予め定められた切替時刻を境として使用する運転順序パターンを前記第1の運転順序パターンから前記第2の運転順序パターンに切り替える熱源制御装置において、
    前記切替時刻において運転中の熱源の運転を保持する運転保持手段と、
    前記運転保持手段によって運転が保持された熱源の能力では負荷を賄うことができなくなった場合、前記第2の運転順序パターンにおける起動順位の高い停止中の熱源から起動する熱源起動手段と、
    前記運転保持手段によって運転が保持された熱源および前記熱源起動手段によって起動された熱源の組合せを監視し、この組み合わせが前記第2の運転順序パターンに従う負荷に応じた組合せとなった時点で、使用する運転順序パターンを前記第2の運転順序パターンに切り替えるパターン切替手段と
    を備えることを特徴とする熱源制御装置。
  2. 請求項1に記載された熱源制御装置において、
    予め定められた強制切替時刻に達しても、前記パターン切替手段での運転順序パターンの切り替えが行われない場合、使用する運転順序パターンを強制的に前記第2の運転順序パターンへ切り替えるパターン強制切替手段
    を備えることを特徴とする熱源制御装置。
  3. 熱源の起動順序を定めた第1の運転順序パターンと第2の運転順序パターンとを備え、予め定められた切替時刻を境として使用する運転順序パターンを前記第1の運転順序パターンから前記第2の運転順序パターンに切り替える熱源制御方法において、
    前記切替時刻において運転中の熱源の運転を保持する第1ステップと、
    前記第1ステップによって運転が保持された熱源の能力では負荷を賄うことができなくなった場合、前記第2の運転順序パターンにおける起動順位の高い停止中の熱源から起動する第2ステップと、
    前記第1ステップによって運転が保持された熱源および前記第2ステップによって起動された熱源の組合せを監視し、この組み合わせが前記第2の運転順序パターンに従う負荷に応じた組合せとなった時点で、使用する運転順序パターンを前記第2の運転順序パターンに切り替える第3ステップと
    を備えることを特徴とする熱源制御方法。
  4. 請求項3に記載された熱源制御方法において、
    予め定められた強制切替時刻に達しても、前記3ステップでの運転順序パターンの切り替えが行われない場合、使用する運転順序パターンを強制的に前記第2の運転順序パターンへ切り替える第4ステップ
    を備えることを特徴とする熱源制御方法。
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