JP2010112699A - 熱媒体配管システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数のゾーンをそれぞれ独立して空調するための温度制御配管系と、熱源装置と、1次ポンプと、インバータ付き2次ポンプと、往きヘッダと還りヘッダとを繋ぐヘッダ間バイパス管とを有し、各温度制御配管系を纏めた入口出口の差圧と2次側流量により2次ポンプの流量を変化させて供給熱媒体量を必要最小量にする熱源機ループとを備え、各温度制御配管系は、上流側から下流側に向かってインバータ付きポンプと空調機とON/OFFの二方弁とを順に備え、インバータ付きポンプは、空調機が対象とするゾーンの温度計測値と設定値との偏差により羽根車の回転数が制御され、インバータ付きポンプの立ち上げ時に二方弁を閉じ、インバータ付きポンプの回転数が所定の回転数に達した後に二方弁を全開するように、インバータ付きポンプと二方弁との動きを制御する制御装置を備える。
【選択図】 図1
Description
複数の店舗及び事務所等が入居するオフィスビル等の建造物には、複数の空調機が設けられ、各空調機には、熱源機からポンプにより冷水又は温水等の熱媒体が各空調機が受け持つ部屋やゾーンの熱負荷に対応した流量で供給され、冷房や暖房が行なわれる。
図5に示す熱媒体配管システムは、冷凍機又はボイラのような熱源機1と、熱源機1の出口側に接続されて冷水又は温水等の熱媒体が送給される熱媒体往き主管路2と、熱媒体往き主管路2から分岐した複数の熱媒体往き管路3と、入口側が各熱媒体往き管路3に接続されて互いに並列配置されるAHU等の空調機4と、各空調機4の出口側に接続される熱媒体還り管路5と、各熱媒体還り管路5が合流するように接続されると共に、熱源機1の入口側に接続される熱媒体還り主管路6と、熱媒体往き主管路2側においては、最も熱源機1側の空調機4よりも熱媒体流れ方向上流側において熱媒体往き主管路2に接続され、熱媒体還り主管路6側においては、最も熱源機1側の空調機4よりも熱媒体流れ方向下流側において熱媒体還り主管路6に接続されたバイパス管路7とを備えている。
図5に示す熱媒体配管システムでは、冷却若しくは加熱されて熱源機1から送出された熱媒体は、熱源ポンプ8により熱媒体往き主管路2へ送給され、一部の熱媒体はバイパス管路7を通って熱媒体還り主管路6へ流入する。
図7に示す熱媒体配管システムでは、熱媒体往き主管路2には、図5に示す熱源ポンプ8、熱媒体ポンプ9及びバイパス管路7を設けず、各熱媒体往き管路3に、インバータ制御による回転数制御を行い得るようにした熱媒体ポンプ12を設けている。図7中、図5に示すものと同一のものには同一の符号が付してある。
図8に示す熱媒体配管システムでは、図7に示す熱媒体配管システムにおいて、各熱媒体往き管路3に設けたインバータ制御による回転数制御を行い得るようにした熱媒体ポンプ12の上流側又は下流側に逆止弁13を設けている。図8中、図7及び図5に示すものと同一のものには同一の符号が付してある。
この図5の熱媒体ポンプ9にインバータなどの回転数制御機構を付加し、熱媒体ポンプ9の出口吐出圧一定制御機構も付加して運転した場合の、ある流量Qと流量Q/2とでの、横軸に送水流量、縦軸に揚程(圧力)を各々表現する配管抵抗曲線とポンプの能力曲線とのそれぞれの場合の比較、及びその際の熱媒体ポンプ9の軸動力を模式的に表したものを図6に示す。図6(a)に示す配管抵抗曲線とポンプの能力曲線では、対象空間の熱負荷が減って流量制御弁10が閉止方向に動くと、配管抵抗曲線に反映されて同じ流量なら必要揚程が上昇するところ、必要な流量も減少するので、ポンプの回転数を下げてポンプの能力を小さくして揚程を一定にする制御を行っている。つまり、設定圧力Hの圧力上を状態点SQからSQ/2(配管抵抗曲線とポンプの能力曲線の交点)へ動くこととなる。
この場合、熱媒体ポンプ9の軸動力は、図6(b)に示すように、送水流量ゼロでも軸動力が所定の値である、切片をもった比例線上を変化するので、流量が半分になってもあまり軸動力が減らないこととなる。
しかしながら、熱媒体は、熱媒体ポンプ12のみで搬送しているため、例えば、空調機4側の要求熱媒体流量がほとんどなくなったとしても、熱源機1の凍結等の不具合を避けるための最低流量は確保せざるを得ず、その場合、空調機4を通して熱媒体の流量を確保するため、空調機4の熱交換器の圧力損失や空調機4までの配管抵抗を加えた搬送となり、熱媒体の搬送動力の削減を充分に行なうことが困難であるという問題がある。
又、図8の複数の熱媒体ポンプ12が、例えば各対象空間の熱負荷が全く同じ変化をすると仮定して運転した場合の、ある流量Qと流量Q/2とでの、配管抵抗曲線とポンプの能力曲線とのそれぞれの場合の比較、及びその際の熱媒体ポンプ9の軸動力を模式的に表したものを図2に示す。
請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4の何れかに記載の熱媒体配管システムにおいて、前記温度制御配管系は、運転されない前記温度制御配管系がある場合には、その運転されない前記温度制御配管系の前記空調機のファン停止に伴い、前記全閉全開が可能な二方弁を全閉し、運転される前記温度制御配管系だけに熱媒体が供給されるように運転されることを特徴とする。
請求項7に係る発明は、請求項1乃至請求項5の何れかに記載の熱媒体配管システムにおいて、前記全閉全開が可能な二方弁は、二位置制御式バタフライ弁であることを特徴とする。
図1は、本発明の第一実施形態に係る熱媒体配管システムを示す。
本実施形態に係る熱媒体配管システム20は、複数のゾーン36をそれぞれ独立して空調するための温度制御配管系Aと、熱媒体主搬送ループBとを備えている。
開が可能な二方弁33には、下記のような利点がある。弁全開時には、流路がバルブと同形状になり、熱媒体に抵抗を与える要素がないため、圧力損失が極めて少ない。ハンドルを90°回転することによってバルブの開閉ができ、操作機も容易に取り付けられるので、簡単に自動操作バルブとして使用できる。弁座がソフトシートであり、弁棒が90°回転で、パッキンとの摺動が少なく、気密性に優れている。仕切弁や玉形弁のようなヨーク構造がないため、高さが低く、設置スペースが小さくて良い。一般的には、耐食性、耐摩耗性に優れたPTFEがシートに用いられているため、万一シートが破損しても、これらの交換が容易である。
本実施形態に係る熱媒体配管システム20においては、1次ポンプ42とインバータ付き2次ポンプ43とは、基本的に1次ポンプ42の揚程は熱源装置41の冷凍機の蒸発器分や熱源機器回りの弁装置や往きヘッダ44Bと還りヘッダ45との間の熱源回りの配管の損失圧力分を受け持ち、インバータ付き2次ポンプ43の揚程は、往き管47と還り管48との管路抵抗分の損失圧力分を受け持って分担する。モジュール化できる温度制御配管系A部分のインバータ付きポンプ31は、空調機32と全閉全開が可能な二方弁33と温度制御配管系Aの配管30との損失圧力分を受け持つ。全閉全開が可能な二方弁33については、ボール弁型のもの、特にフルボア型のものであれば弁としての損失圧力は全開時ほぼ無視できる。
しかし、各温度制御配管系Aから戻される温度がまちまちな還水は、還り管48で混合されてある所定の温度になり、熱量演算等されて、所定の供給温度になるように熱源装置41で冷却され一定な供給温度にすることができる。
そして、各温度制御配管系A毎に温度センサ(室温センサ)34の検出信号と各温度制御配管系Aの設定温度とを比較してこれらの温度偏差に基づいてインバータ付きポンプ31の羽根車の回転数を制御して、空調機32に流入する熱媒体の流量を調整し各室又はゾーン36の熱負荷に対応する。
そして、熱源装置41により熱媒体は再び調温され、以後、前述した同様の作用が繰り返される。
そして、運転すべき各温度制御配管系Aでは、上述と同様にしてインバータ付きポンプ31と空調機32と全閉全開が可能な二方弁33とを運転することによって、各温度制御配管系Aを設定温度に空調することができる。
又、各温度制御配管系Aにおける部分負荷運転時においては、必要とされる温度制御配管系Aのインバータ付きポンプ31とインバータ付き2次ポンプ43との回転数を制御することによって、熱媒体の流入量を増加する運転を行うことができる。
そして、図3に配管系の圧力状態を表す管内圧力分布線図を示し、それに基づいて、圧力制御機構50がどのように最上階の温度制御配管系Aの配管30内圧が負圧とならないように制御するかを説明する。
更に、各空調機32の発停に伴い、各温度制御配管系Aの全閉全開が可能な二方弁33を閉とし、必要な系統の温度制御配管系Aのみに熱媒体を流すことができるため、省エネルギー運転が可能となる。
図4は、本発明の第二実施形態に係る熱媒体配管システムを示す。
本実施形態に係る熱媒体配管システム60は、複数のゾーン36をそれぞれ独立して空調するための温度制御配管系Aと、熱源機ループCと、複数のゾーン36をそれぞれ独立して空調するための温度制御配管系Aと熱源機ループCとを接続する熱搬送ループDとを備えている。
熱源機ループCは、第一実施形態における熱媒体主搬送ループBの熱源装置41と熱媒体を搬送する1次ポンプ42とで構成されている。
熱搬送ループDは、第一実施形態における熱媒体主搬送ループBから熱源装置41と熱媒体を搬送する1次ポンプ42とで構成されるループとヘッダ間バイパス管46とを取り除いて構成されている。
本実施形態に係る熱媒体配管システム60においては、1次ポンプ42とインバータ付き2次ポンプ43とは、基本的に1次ポンプ42の揚程は熱源装置41の冷凍機の蒸発器分や熱源機器回りの弁装置や往きヘッダ44Bと還りヘッダ45との間の熱源回りの配管の損失圧力分を受け持ち、インバータ付き2次ポンプ43の揚程は、往き管47と還り管48との管路抵抗分の損失圧力分を受け持って分担する。モジュール化できる温度制御配管系A部分のインバータ付きポンプ31は、空調機32と全閉全開が可能な二方弁33と温度制御配管系Aの配管30との損失圧力分を受け持つ。全閉全開が可能な二方弁33については、ボール弁型のもの、特にフルボア型のものであれば弁としての損失圧力は全開時ほぼ無視できる。
しかし、各温度制御配管系Aから戻される温度がまちまちな還水は、還り管48で混合
されてある所定の温度になり、熱量演算等されて、所定の供給温度になるように熱源装置41で冷却され一定な供給温度にすることができる。
そして、各温度制御配管系A毎に温度センサ(室温センサ)34の検出信号と各温度制御配管系Aの設定温度とを比較してこれらの温度差に基づいてインバータ付きポンプ31の羽根車の回転数を制御して、空調機32に流入する熱媒体の流量を調整し各温度制御配管系Aに対応した設定温度にする。
そして、熱源装置41により熱媒体は再び調温され、以降、前述した同様の作用が繰り返される。
、往き管47及び還り管48にそれぞれ設けられた温度計(図示せず)とから各計測信号
を制御装置(図示せず)に送って全体熱量を演算し、その熱量演算値を用いて運転能力を
下げられた熱源装置41と1次ポンプ42から熱搬送ループDへ供給される熱媒体から、往き管47及び還り管48を流れる流量が半分となってくる。ここで、圧力制御機構50によって、インバータ付き2次ポンプ43の流量と揚程とを以下のように調整する。往き管47の熱媒体の圧力計51で計測した計測値と、還り管48の熱媒体の圧力を圧力計52で計測した計測値とを取り込み、その差圧ΔP実測値を演算して求め、流量計63の計測値による差圧設定値演算を行って逐次の差圧設定値を求め(いわゆるカスケード制御の形態)、差圧ΔP実測値と差圧設定値との偏差をもってインバータ付き2次ポンプ43のインバータへ回転数制御信号をだすのである。流量が半分となると、配管及び熱交換器における圧力損失が減少し、その減少度合いは流量の減少の2乗となってくる。よって、差圧設定値についても流量の2乗の減少を基礎として変化していく。
の2点鎖線のものまで能力を低減できる。この流量QとQ/2の時のポンプの軸動力は、図2(b)に示し、ポンプ流量Qの時に軸動力WAとすると、流量Q/2の時は、ポンプ軸動力は流量変化の3乗、つまりWA/8と非常に小さくなる。
そして、運転すべき各温度制御配管系Aでは、上述と同様にしてインバータ付きポンプ31と空調機32と全閉全開が可能な二方弁33とを運転することによって、各温度制御配管系Aを設定温度に空調することができる。
又、各温度制御配管系Aにおける部分負荷運転時においては、必要とされる温度制御配管系Aのインバータ付きポンプ31とインバータ付き2次ポンプ43との回転数を制御することによって熱媒体の流入量を増加する運転を行うことができる。
更に、各空調機32の発停に伴い、各温度制御配管系Aの全閉全開が可能な二方弁33を閉とし、必要な系統の温度制御配管系Aのみに熱媒体を流すことができるため、省エネルギー運転が可能となる。
30 配管
31 インバータ付きポンプ
32 空調機
33 全閉全開が可能な二方弁
34 温度センサ(室温センサ)
35 制御装置
36 ゾーン
41 熱源装置
42 1次ポンプ
43 インバータ付き2次ポンプ
44A、44B 往きヘッダ
45 還りヘッダ
46 ヘッダ間バイパス管
47 往き管
48 還り管
50 圧力制御機構
51,52 圧力計
53 制御部
61 膨張管
62 膨張タンク
63 流量計
A 温度制御配管系
B 熱媒体主搬送ループ
C 熱源機ループ
D 熱搬送ループ
Claims (7)
- 複数のゾーンをそれぞれ独立して空調機により熱媒と空気を熱交換して空調するための温度制御配管系と、
前記各温度制御配管系に温度調整した熱媒体を供給する熱源装置と、前記熱源装置の出口側に繋がる往き管と、前記熱源装置入口側に繋がる還り管と、前記還り管の前記熱源装置の近傍に位置し前記熱媒体を搬送する1次ポンプと、前記各温度制御配管系へ前記熱媒体を搬送する前記往き管途中にあるインバータ付き2次ポンプと、前記インバータ付き2次ポンプの還り側に繋がる往きヘッダと、前記各温度制御配管系の還り側に還り管を介して途中で繋がる還りヘッダと、前記往きヘッダと前記還りヘッダとを繋ぐヘッダ間バイパス管と、前記各温度制御配管系の内最上流の温度制御配管系より前記熱源装置側の往き管及び還り管にそれぞれ1個ずつ設置される圧力計と、前記還り管の圧力計設置箇所近傍に設置される流量計とを有する熱媒体主搬送ループと
を備え、
前記各温度制御配管系は、各両端を前記往き管と前記還り管にそれぞれ接続され、
前記熱媒体主搬送ループは、前記各温度制御配管系の内最上流の温度制御配管系より前記熱源装置側の往き管及び還り管に一つずつ設置した前記2つの圧力計の差圧を、前記流量計の計測流量値の二乗値に相関させて前記インバータ付き2次ポンプ流量制御値を演算し入力することで、前記インバータ付き2次ポンプの流量を変化させて供給熱媒体量を必要最小量にし、
前記各温度制御配管系は、前記空調機が対象とするゾーンの温度計測値と設定値との偏差により羽根車の回転数が制御されるインバータ付きポンプと、前記空調機と全閉全開が可能な二方弁とを備え、
前記インバータ付きポンプの立ち上げ時に前記全閉全開が可能な二方弁を閉じ、前記インバータ付きポンプの回転数が所定の回転数に達した後に前記全閉全開が可能な二方弁を全開するように、前記インバータ付きポンプと前記全閉全開が可能な二方弁との動きを制御する制御装置を備える
ことを特徴とする熱媒体配管システム。 - 複数のゾーンをそれぞれ独立して空調機により熱媒と空気を熱交換して空調するための温度制御配管系と、
前記各温度制御配管系に温度調整した熱媒体を供給する熱源装置と、前記熱源装置の熱媒入口近傍に位置し前記熱媒体を搬送する1次ポンプと、前記熱源装置と前記1次ポンプとを接続しかつ環状に接続される配管とからなる熱源機ループと、
前記各温度制御配管系の両端と前記熱源機ループとを該熱源装置の出口側に繋がる往き管と、前記熱源装置入口側に繋がる還り管とで接続する熱搬送ループと
を備え、
前記各温度制御配管系は、上流側から下流側に向かってインバータ付きポンプと空調機と全閉全開が可能な二方弁とを備え、
前記インバータ付きポンプは、前記空調機が対象とするゾーンの温度計測値と設定値との偏差により羽根車の回転数が制御され、
前記インバータ付きポンプの立ち上げ時に前記全閉全開が可能な二方弁を閉じ、前記インバータ付きポンプの回転数が所定の回転数に達した後に前記全閉全開が可能な二方弁を開くことによって、熱媒体の逆流を防止すると共に、前記インバータ付きポンプの停止時に前記全閉全開が可能な二方弁を閉じるように、前記インバータ付きポンプと前記全閉全開が可能な二方弁との動きを制御する制御装置を備える
ことを特徴とする熱媒体配管システム。 - 請求項2に記載の熱媒体配管システムにおいて、
前記熱搬送ループは、
インバータ付きブースターポンプと、
前記各温度制御配管系の内最上流の温度制御配管系より前記各温度制御配管系の内最上流の温度制御配管系より前記熱源装置側の往き管及び還り管にそれぞれ1個ずつ配置される圧力計と、
前記還り管の圧力計設置箇所近傍に配置される流量計と、
前記熱源装置側の往き管及び還り管に一つずつ設置した前記2つの圧力計の差圧を、前記流量計の計測流量値の二乗値に相関させて前記インバータ付きブースターポンプ流量制御値を演算し入力することで、前記インバータ付きブースターポンプの流量を変化させて供給熱媒体量を必要最小量に制御する制御部とを更に備える
ことを特徴とする熱媒体配管システム。 - 請求項1又は3に記載の熱媒体配管システムにおいて、
膨張タンクを末端に接続し、前記還り管の前記1次ポンプの還り側近傍又は前記還りヘッダに接続される膨張管と、
前記往き管の最下流に接続される前記温度制御配管系の両端部の配管内圧が負圧とならないように、前記還り管の膨張管との接続点の圧力と、前記各温度制御配管系の内最上流の温度制御配管系より前記熱源装置側の往き管及び還り管に設置した二つの圧力計の差圧の設定値とを調整する制御部を更に備える
ことを特徴とする熱媒体配管システム。 - 請求項1乃至請求項4の何れかに記載の熱媒体配管システムにおいて、
前記温度制御配管系は、運転されない前記温度制御配管系がある場合には、その運転されない前記温度制御配管系の前記空調機のファン停止に伴い、前記全閉全開が可能な二方弁を全閉し、運転される前記温度制御配管系だけに熱媒体が供給されるように運転される
ことを特徴とする熱媒体配管システム。 - 請求項1乃至請求項5の何れかに記載の熱媒体配管システムにおいて、
前記全閉全開が可能な二方弁は、二位置制御式フルボア電動ボール弁である
ことを特徴とする熱媒体配管システム。 - 請求項1乃至請求項5の何れかに記載の熱媒体配管システムにおいて、
前記全閉全開が可能な二方弁は、二位置制御式バタフライ弁である
ことを特徴とする熱媒体配管システム。
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