JP2010101559A

JP2010101559A - 水熱源熱循環システム

Info

Publication number: JP2010101559A
Application number: JP2008273180A
Authority: JP
Inventors: Takashi Asano; 浅野　　隆
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: JP5249709B2

Abstract

【課題】通年で特定の建造物内の冷熱と温熱の供給を制御するために、水熱源からの熱媒体を循環させる水熱源熱循環システムを提供する。
【解決手段】本発明による水熱源熱循環システム１は、通年で所定の温度範囲に保持される水熱源水槽２と、当該建造物の各フロアに設置され、水熱源水槽２からの熱媒体を水・熱交換器１０を介して循環させて貯水するヒートポンプ式空調機１１と、ヒートポンプ式空調機１１に貯えられている熱媒体を冷媒・熱交換器１２を介して熱変換させて、ヒートポンプ式空調機１１を設置したフロアを冷暖房させる冷暖房装置１３と、ヒートポンプ式空調機１１を設置したフロアを空調する外気用空調装置１５と、水熱源水槽２からの熱媒体を水・熱交換器１４を介して媒管を経て外気用空調装置１５に供給するエアハンドリングユニット１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、水熱源水槽から、局所的な水熱源を提供し、シーズンを通して冷熱と温熱の供給のより効率的な水熱源熱循環システムに関する。

一般に、空気を熱源として用いる空気熱源式の空調機は、例えば、１つの室内に対して膨張弁及び圧縮機などを介して熱交換媒体を循環させるために連結した室内機と室外機とから構成される。

このような空気熱源式空調機は、室内の冷房時には、圧縮機から熱交換媒体を高温に凝縮した状態で室外機側の熱交換器に送り、この熱交換器と外気との接触により外気側へ熱を渡して熱交換媒体を冷却し、この熱交換媒体を膨張弁を介して、室内機側の熱交換器にて蒸発させ、室内空気から熱を奪い、室内空気を冷却して、室内冷房を行なう。一方、室内の暖房時には、熱交換媒体を上述とは逆に循環させ、室内機側の熱交換器にて室内空気に熱を与えて室内暖房を行い、室外機の熱交換器にて熱交換媒体を蒸発させ、外気から熱を奪う。

しかしながら、空気熱源方式の空調方法では、外気温が高い夏場に熱気を大気中に排出し、外気温が低い冬期には、外気から熱を奪う室外機における熱交換器が十分に機能しない場合もある。

一方、クーラーなどで知られる水を熱源として用いる水熱源方式は、例えば、建物の外に設置する水冷式の冷却装置を有する構成が知られている。この方式では、室外に設けた冷却装置にて、冷却装置に設けられた放熱管に熱交換媒体を通して、流水でこの放熱管を介して熱交換媒体を冷却し、冷却した熱交換媒体を室内機側の熱交換器に送り、この熱交換器にて室内空気に接触させて室内の冷房を行う。

したがって、水熱源方式の空調方法では、室内の冷房及び暖房を行うために、即ち放熱管を経て熱交換媒体を冷却或いは昇温するために水熱源を用いるため、エネルギー効率がよくなる。

即ち、エネルギーの利用効率を向上させることは、大局的には温暖化防止のためＣＯ_２排出を低減する（化石燃料の削減）に通じるため、シーズン毎に必要エネルギーを消費しながら一方では熱エネルギーを捨てている現状を改善し、捨てている熱エネルギを蓄熱して、夏冬通して冷熱と温熱の供給を効率的、省エネルギー的処理することが望まれている。

そのため、環境調和冷温熱供給システムとして、圧縮機を備えた主ヒートポンプと、水熱源と、補助空気熱交換器と、蓄氷槽と、温熱蓄熱槽とを主構成要素とする冷温熱供給部、及び、不足温熱や不足冷熱対応用に設けた吸着式蓄熱槽と、冷水器と凝縮器とよりなる吸着式ヒートポンプと、補助冷温熱供給部とを構成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−８２７７１号公報

上記の環境調和冷温熱供給システムは、河川水、海水、雨水、融雪水等よりなる熱源水を用いて、大気環境を破壊しない自然冷媒を採用するものであるが、自然冷媒を圧縮機により圧縮した後、熱源水の熱を汲み上げ、温水器（凝縮器）で凝縮させた後、クーラーで蒸発して、−１０℃〜５℃の冷媒蒸気を形成し、この冷媒蒸気を、膨張弁を介して製氷器に導入し、河川水、海水、雨水、融雪水等を結氷させ、当期内ないし翌年の夏期にプレート熱交換器を介して逐次放出を可能にすべく、結氷した氷粒を蓄氷槽に蓄氷させるというものである。

しかしながら、上記のシステムを適用するには、上記の機能を達成するのに十分な熱源水河川水、海水、雨水、融雪水等よりなる熱源水を確保できる地域に限定される点に課題が残り、更に、夏場には熱源水を製氷して蓄積する蓄氷槽を構成し、冬場には、温水又は蓄熱量を増す為のパラフィン等で充填された温熱蓄熱材を介して貯留する温熱蓄熱槽を構成すべく管理しなければならず、上記のシステムの維持を確保するのに運用コストの点に課題が残る。

そこで、本発明の目的は、シーズンを通して、即ち通年で、冷熱と温熱の供給のより効率的な水熱源熱循環システムを提供することにある。

本発明による水熱源熱循環システムは、通年で特定の建造物内の冷熱と温熱の供給を制御するために、水熱源からの熱媒体を循環させる水熱源熱循環システムであって、通年で所定の温度範囲に保持される水熱源水槽と、当該建造物の各フロアに設置され、前記水熱源水槽からの熱媒体を水・熱交換器を介して循環させるヒートポンプ式空調機と、前記ヒートポンプ式空調機に循環させる熱媒体を冷媒・熱交換器を介して熱変換させて、前記ヒートポンプ式空調機を設置したフロアを冷暖房させる冷暖房装置と、前記ヒートポンプ式空調機を設置したフロアを空調する外気用空調装置と、前記水熱源水槽からの熱媒体を水・熱交換器を介して媒管を経て前記外気用空調装置に供給するエアハンドリングユニットとを備え、前記水熱源水槽を基盤として水熱源式及び空気熱源式の冷熱及び温熱を供給するようにしたことを特徴とする。

即ち、本発明による水熱源熱循環システムは、水熱源水槽を基盤として水熱源式及び空気熱源式の冷熱及び温熱を供給するようにした。

また、本発明による水熱源熱循環システムにおいて、前記エアハンドリングユニットは、当該フロアに設けられるＣＯ_２センサからの制御信号により、当該フロア内のＣＯ_２量が多いと感知した場合に風量を増大させる可変風量機構を有することを特徴とする。

また、本発明による水熱源熱循環システムにおいて、前記エアハンドリングユニットは、前記フロアの照明等の熱回収を行うレタンチャンバーを更に有することを特徴とする。

また、本発明による水熱源熱循環システムにおいて、前記水熱源水槽に設けられる温度センサによって検知した温度に従って、前記水熱源水槽に対して水媒体を循環させて熱回収する廃熱ユニットを更に備えることを特徴とする。

また、本発明による水熱源熱循環システムにおいて、当該建造物の内外の各テナントへと温水を提供するために、水熱源水槽の水媒体を循環させて熱回収する別の水・熱交換器と、前記別の水・熱交換器によって熱回収した熱で、予め貯えられる水を温水化して貯水する貯水槽と、前記廃熱ユニットの上部に設けられる熱交換器から送出される熱媒体の温度と、前記水熱源水槽の水熱媒体の温度とを比較し、高い方の熱媒体の温度を、前記別の水・熱交換器における熱交換源として利用するように制御する熱判定装置とを更に備えることを特徴とする。

また、本発明による水熱源熱循環システムにおいて、予め熱水を貯水した個別水熱源と、前記水熱源水槽に設けられる別の温度センサによって検知した温度に従って、個別水熱源の熱媒体を循環させて昇温を確保するように機能するコンプレッサとを更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、シーズンを通して冷熱と温熱の供給を高効率化するとともに、任意の設定場所で適用可能な水熱源熱循環システムを提供することができる。

以下、図１を参照して、本発明による一実施例の水熱源熱循環システムを説明する。本実施例の水熱源熱循環システム１は、地下フロアとＮ（１以上の自然数）階フロアとを有する建造物を想定して説明する。地下フロアでは、水熱源水槽２が設置されており、この水熱源水槽２は、シーズンを通じて１５℃〜３５℃に保持される。

冬期（例えば外気温−２０℃〜１５℃）においては、この水熱源水槽２に設けられる温度センサ４ａによって検知した温度に従ってコンプレッサ４を稼働し、予め過熱媒体を貯水している小型の個別水熱源３からの温水を、水熱源水槽２に対して循環させて、水熱源水槽２の温度を１５℃〜３５℃に保持することもできる。

或いは又、夏期（例えば外気温２５℃〜４０℃）においては、この水熱源水槽２に設けられる温度センサ５ａによって検知した温度に従って廃熱ユニット５を稼働し、水熱源水槽２に対して循環させて、水熱源水槽２の温度を１５℃〜３５℃に保持するようにする。水熱源水槽２は、８，０００ｍ^３以上の容積を確保して、外気に対する急変動を抑止するようにするのが好適である。

即ち、シーズンを通じて１５℃〜３５℃に保持された水熱源水槽２をシステム基盤の水熱源として構成し、本システムの水熱源式冷暖房機構及び空気熱源式外気空調制御（空調制御）、並びに各テナント向けの給湯制御を含む熱媒体を再利用して有効利用する。尚、図１において、水熱源水槽２における水媒体を他の装置へと循環させるのに、他の装置毎にポンプ及びコンプレッサを用いることができる。

以下、水熱源式冷暖房機構、空気熱源式空調機構、及び各テナント向け給湯機構について、それぞれ説明する。

（水熱源式冷暖房機構）
水熱源式冷暖房機構は、水熱源式の冷暖房を実現するために、水・熱交換器１０と、ヒートポンプ式空調機１１と、冷媒・熱交換器１２と、冷暖房装置１３とを備える。

水・熱交換器１０は、地下フロアに設けられ、Ｎ階フロアに設けられるヒートポンプ式空調機１１からの水熱媒体を供給し、水熱源水槽２へと循環させて熱回収する機能を有する。

ヒートポンプ式空調機１１は、冷媒・熱交換器付き水熱源パッケージとして構成させ、水熱源水槽２からの水熱媒体を供給し、水・熱交換器１０を経て循環させるとともに、ヒートポンプ式空調機１１における熱媒体を、冷媒・熱交換器１２に送出する。

尚、このヒートポンプ式空調機１１は、当該フロアの冷房用又は暖房用に設けられるのみであり、且つ外気に対する急変動は、水熱源水槽２によって吸収することができるため、水熱源水槽２に比して小規模のものでよく、建造物のフロア容積に応じて、水熱源水槽２の容積に対して１／１０〜１／１０，０００の容積を確保する。

即ち、この水・熱交換器１０及びヒートポンプ式空調機１１は、夏場には、温水を冷やして水熱源媒体を循環させるように機能し、冬場には、冷水を温めて水熱源媒体を循環させるように機能する。

冷媒・熱交換器１２は、ヒートポンプ式空調機１１からの水熱源を冷媒体に変換し、この冷媒体を、冷媒管を経て１つ以上の冷暖房装置１３に供給する。

冷暖房装置１３は、前述した水熱源方式のヒートポンプ式空調機を経て熱媒体を取得して当該フロアの冷暖房を行う。

このように、例えば、夏期において、熱源安定化した水熱源水槽２からヒートポンプ式空調機１１に一旦供給させて熱回収し、この各フロアに設けられたヒートポンプ式空調機１１から冷暖房装置１１を機能させるため、極めて熱エネルギー効率が改善される。

（空気熱源式空調機構）
空気熱源式空調機構は、空気熱源式の外気用空調を実現するために、水・熱交換器９と、エアハンドリングユニット１４と、外気用空調装置１５とを備える。

水・熱交換器９は、地下フロアに設けられ、水媒体を水熱源水槽２へと循環させて熱回収し、空気熱媒体としてＮ階フロアに設けられるエアハンドリングユニット１４に供給する機能を有する。

エアハンドリングユニット１４は、水・熱交換器９から空気熱媒体が供給され、媒管を経て外気用空調装置１５に供給する。尚、このエアハンドリングユニット１４は、各フロアに設けたＣＯ_２センサ（図示せず）からの制御信号により、フロア内のＣＯ_２量が多いと感知した場合に風量を増大させるような可変風量機構を設けることができる。

外気用空調装置１５は、エアハンドリングユニット１４を経て循環される空気熱媒体を、室内空気に熱を与えるか、又は吸収して室内換気を行う機能を有する。

このように、例えば、冬期において、熱源安定化した水熱源水槽２から水・熱交換器９を経て熱回収し、外気用空調装置１５へと気体配分するように機能させるため、極めて熱エネルギー効率が改善される。

（各テナント向け給湯機構）
各テナント向け給湯機構は、廃熱ユニット５と、熱判定装置６と、水・熱交換器７と、貯水槽８とを備える。

廃熱ユニット５は、この水熱源水槽２に設けられる温度センサ５ａによって検知した温度に従って廃熱ユニット５を稼働し、水熱源水槽２に対して水媒体を循環させて熱回収し、水熱源水槽２の温度を１５℃〜３５℃に保持することに寄与する機能を有し、且つ廃熱ユニット５の上部に設けられる熱交換器５ａから送出される熱媒体を、媒管を通じて熱判定装置６に送出する機能を有する。

水・熱交換器７は、地下フロアに設けられ、水熱源水槽の水媒体を循環させて熱回収し、地下フロアに設けられる貯水槽８に水熱媒体を供給する機能を有する。

貯水槽８は、水・熱交換器７によって熱回収した熱で、予め貯えられる水を温水化して貯水し、本システムにおける建造物の内外の各テナントへと温水を提供することができる。

熱判定装置６は、廃熱ユニット５の上部に設けられる熱交換器５ａから送出される熱媒体の温度と、水熱源水槽２の水熱媒体の温度とを比較し、熱交換器５ａから送出される熱媒体の温度が高い場合には、水・熱交換器７における熱交換源として、この熱交換器５ａから送出される熱媒体の熱を利用するように水・熱交換器７を制御する。一方、熱判定装置６は、水熱源水槽２の水熱媒体の温度が高い場合には、水熱源水槽２の水熱媒体の熱を利用するように水・熱交換器７を制御する。

このように、例えば、シーズンを通じて、熱源安定化した水熱源水槽２を基盤として、廃熱ユニット５か、又は水熱源水槽２における熱効率の良い熱源から水・熱交換器７によって熱回収して、貯水槽８へと温水を貯えるように機能させるため、極めて熱エネルギー効率が改善される。

このように、本実施例の水熱源熱循環システムによれば、シーズンを通して冷熱と温熱の供給のより効率的な空調兼熱回収を実現することができる。

特に、フロアゾーニングとしてヒートポンプ式空調機１１を設けることにより、熱媒体を循環させるヒートポンプ式空調機内のコンプレッサ（図示せず）の稼働率を改善することができる。

また、水・熱交換器７，９，１０を介して熱媒体を循環させるようにするため、水熱源水槽２の温度変化を緩やかにして、安定した水熱源を提供することに寄与する。

また、個別水熱源３をゾーニングすることにより、水熱源水槽２の温度変化を緩やかにして、安定した水熱源を提供することに寄与する。

また、貯水槽８を利用するテナント給湯用昇温熱源として水冷コンプレッサを採用すれば、水熱源水槽２からの加温エネルギーをベースとして供給することができる。

また、エアハンドリングユニット１４内のコンプレッサ（図示せず）を水熱源方式としていることで、効率的に熱回収することができ、空気熱源よりもコンプレッサの稼働率を下げることができるため、省エネルギー、温暖化防止に寄与する。特に、エアハンドリングユニット１４に付随するレタンチャンバー（図示せず）を当該建造物の天井裏に設けた場合に、フロア内の空気とレタンの熱交換を行うために、熱源水配管等を特に設ける必要がなくなり、これによる漏水の心配も回避することができる。また、天井裏のレタンチャンバーは、照明等の熱回収を行うように機能する。

また、本実施例の建造物に係る延面積は、水熱源水槽２の熱源安定化にとって大きいほど有利である。

寒冷地の場合には、特に、冬期には、個別水熱源３及びコンプレッサ４からの熱媒体を循環させて昇温を確保するため、地域を問わず本システムを適用可能である。

夏期には、各フロアごとのヒートバランスを取る構成としているため、水熱源水槽２の熱源安定化に寄与することができる。

上記の利点は、更に、本システムの建造物外部への空調による排熱をかなり低減させるため、省エネルギー、温暖化防止に寄与する効果を生じさせる。

さらに、ヒートポンプ式空調機１１を設けて、コンプレッサ及びポンプ等で循環させるようにしたことも、エネルギー利用効率を改善するため、省エネルギー、温暖化防止に寄与する効果を生じさせ、本システムの全体ランニングコストも低減させる。

さらに、本システムでは、建造物の天井裏にレタンチャンバーを設けたとしても、既存の空調システムのような、コンプレッサを天井裏に設ける構成と比して、機器騒音の問題も解消させることができる。

上述の実施例については代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。例えば、水熱源水槽２は、防災用の貯水槽を利用することができ、或いは又、一般家庭であれば、浴槽程度のものを用意してもよい。さらに、上述した用途のほかに、別の用途のために水熱源水槽２の媒体を水・熱変換させて循環又は貯水する別の個別水熱源パッケージを追加的に設けることもでき、様々な用途に水熱源水槽２を利用することができる。また、水熱源水槽２は、必ずしも地下に設ける必要があるものではないことは明らかであり、一階建の建造物、或いは又、高層建造物に対しても適用可能である。従って、本発明は、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲によってのみ制限される。

本発明によれば、シーズンを通じて安定且つエネルギー効率のよい冷房及び暖房、並びに給湯システムを供給することができ、このような冷熱及び温熱を利用する任意の用途に有用である。

本発明による一実施例の水熱源熱循環システムを説明する図である。

符号の説明

１水熱源熱循環システム
２水熱源水槽
３個別水熱源
４コンプレッサ
５廃熱ユニット
５ａ熱交換器
６熱判定装置
７水・熱交換器
８貯水槽
９水・熱交換器
１０水・熱交換器
１１ヒートポンプ式空調機（冷媒・熱交換器付き水熱源パッケージ）
１２冷媒・熱交換器
１３冷暖房装置
１４エアハンドリングユニット
１５外気用空調装置

Claims

通年で特定の建造物内の冷熱と温熱の供給を制御するために、水熱源からの熱媒体を循環させる水熱源熱循環システムであって、
通年で所定の温度範囲に保持される水熱源水槽と、
当該建造物の各フロアに設置され、前記水熱源水槽からの熱媒体を水・熱交換器を介して循環させるヒートポンプ式空調機と、
前記ヒートポンプ式空調機に循環させる熱媒体を冷媒・熱交換器を介して熱変換させて、前記ヒートポンプ式空調機を設置したフロアを冷暖房させる冷暖房装置と、
前記ヒートポンプ式空調機を設置したフロアを空調する外気用空調装置と、
前記水熱源水槽からの熱媒体を水・熱交換器を介して媒管を経て前記外気用空調装置に供給するエアハンドリングユニットとを備え、
前記水熱源水槽を基盤として水熱源式及び空気熱源式の冷熱及び温熱を供給するようにしたことを特徴とする水熱源熱循環システム。
前記エアハンドリングユニットは、当該フロアに設けられるＣＯ_２センサからの制御信号により、当該フロア内のＣＯ_２量が多いと感知した場合に風量を増大させる可変風量機構を有することを特徴とする、請求項１に記載の水熱源熱循環システム。
前記エアハンドリングユニットは、前記フロアの照明等の熱回収を行うレタンチャンバーを更に有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の水熱源熱循環システム。
前記水熱源水槽に設けられる温度センサによって検知した温度に従って、前記水熱源水槽に対して水媒体を循環させて熱回収する廃熱ユニットを更に備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水熱源熱循環システム。
当該建造物の内外の各テナントへと温水を提供するために、
水熱源水槽の水媒体を循環させて熱回収する別の水・熱交換器と、
前記別の水・熱交換器によって熱回収した熱で、予め貯えられる水を温水化して貯水する貯水槽と、
前記廃熱ユニットの上部に設けられる熱交換器から送出される熱媒体の温度と、前記水熱源水槽の水熱媒体の温度とを比較し、高い方の熱媒体の温度を、前記別の水・熱交換器における熱交換源として利用するように制御する熱判定装置と、
を更に備えることを特徴とする、請求項４に記載の水熱源熱循環システム。
予め熱水を貯水した個別水熱源と、
前記水熱源水槽に設けられる別の温度センサによって検知した温度に従って、個別水熱源の熱媒体を循環させて昇温を確保するように機能するコンプレッサと、
を更に備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水熱源熱循環システム。