JP2012112557A - Cold and hot water system and pump control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷温水システム及び冷温水システムのポンプ制御方法に関するものである。特にCOPの向上を目的として熱源機圧縮機の容量制御に合わせて冷温水ポンプの容量をインバーター制御することに関する。 The present invention relates to a cold / hot water system and a pump control method for the cold / hot water system. In particular, the present invention relates to inverter control of the capacity of a cold / hot water pump in accordance with the capacity control of a heat source compressor for the purpose of improving COP.
オフィスビルなどの建物において各部屋に熱負荷源として空気調和機が設けられ、これらの空気調和機に冷温熱源機から冷温水が供給される場合が多い。ここで、冷温熱源機とは、ヒートポンプ式冷凍サイクルの熱交換器を用いて冷水または温水を生成するものを言い、冷温水とは冷温熱源機によって生成される冷水または温水を言う。
このような冷温水供給システムにおいて、空調用ファンの風量および循環ポンプの流量をダンパーおよびバルブによって制御する手法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、熱負荷源のバイパス量を制御するとともに熱源機の台数制御を行うものが知られている(例えば非特許文献1参照)。
In a building such as an office building, an air conditioner is provided as a heat load source in each room, and cold / hot water is often supplied to the air conditioner from a cool / heat source. Here, the cold / hot heat source device refers to one that generates cold water or hot water using a heat exchanger of a heat pump refrigeration cycle, and the cold / hot water refers to cold water or hot water generated by the cold / hot heat source device.
In such a cold / hot water supply system, a method has been proposed in which the air volume of the air conditioning fan and the flow rate of the circulation pump are controlled by a damper and a valve (see, for example, Patent Document 1).
Moreover, what controls the bypass amount of a heat load source and performs the number control of a heat source machine is known (for example, refer nonpatent literature 1).
上記特許文献1に示された従来熱源機では、空調用ファンの風量および循環ポンプの流量をダンパーおよびバルブによって制御する方法は消費電力の削減には適さないという問題点があった。
また、上記非特許文献1に示される従来の熱源機では、冷温水ポンプは負荷が小さいときでも冷温水流量(周波数)を一定として運転していた。このため、無駄な消費電力が多くなりシステムの効率が悪いという問題点があった。
In the conventional heat source apparatus disclosed in
Moreover, in the conventional heat source machine shown in the said
本発明は、上記のような問題点を解決するために為されたものであり、熱源機の容量制御による能力減少に応じてポンプの消費電力を少なくし、システム全体の効率向上を図る冷温水システムおよび冷温水システムのポンプ制御方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to reduce the power consumption of the pump in accordance with the capacity reduction by the capacity control of the heat source unit, and to improve the efficiency of the entire system. It is an object to obtain a pump control method of a system and a cold / hot water system.
本発明に係る冷温水システムは、複数の熱負荷源と、圧縮機を含むヒートポンプ冷凍サイクルを有し、熱負荷源の各々を通過する冷温水を加熱または冷却する複数の冷温熱源機と、各冷温熱源機に対応して設けられた冷温水ポンプと、各冷温水ポンプに対応して設けられ、この冷温水ポンプを駆動するインバーターと、圧縮機の周波数の、圧縮機定格周波数に対する周波数比を算出し、算出した周波数比と略同じ比率になるように冷温水ポンプの運転周波数をこの冷温水ポンプの定格周波数から算出し、算出した運転周波数に基づいて冷温水ポンプを運転するようにインバーターを制御する制御部と、を備えたものである。 The cold / hot water system according to the present invention includes a plurality of heat load sources and a heat pump refrigeration cycle including a compressor, and a plurality of cold / heat source devices for heating or cooling cold water passing through each of the heat load sources, The ratio of the frequency of the chilled / hot water pump provided corresponding to the chilled / hot heat source unit, the inverter driving the chilled / hot water pump, and the frequency of the compressor to the rated frequency of the compressor. Calculate the operating frequency of the chilled / hot water pump from the rated frequency of the chilled / hot water pump so that the ratio is approximately the same as the calculated frequency ratio, and set the inverter to operate the chilled / hot water pump based on the calculated operating frequency. And a control unit for controlling.
本発明によれば、負荷が小さくなると冷温水ポンプの周波数を減少し、流量を少なくするので、ポンプの消費電力が少なくなり、システム全体の効率(成績係数COP)が向上する。 According to the present invention, when the load is reduced, the frequency of the cold / hot water pump is reduced and the flow rate is reduced, so that the power consumption of the pump is reduced and the efficiency (coefficient of performance COP) of the entire system is improved.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における冷温水システムを示す概略構成図である。
図1に示すように、本実施の形態1における冷温水システムは、空気調和機などの複数の熱負荷源(図示せず)の各々を通過する冷温水を加熱または冷却する熱源機11、21、31と、各熱源機11、21、31に対応して設けられ、冷温水を循環供給する冷温水ポンプ12、22、32とから構成されている。なお、図1では、3台の構成について説明しているが、これに限る必要はなく、1台でも2台でも4台以上でも適用可能である。
以下、3台の構成はすべて同じため、説明を簡単にするために、1台についてのみ説明する。熱源機11は、容量制御可能な圧縮機15と、冷温水と冷媒を熱交換することで冷温水を加熱または冷却する熱交換器16とを具備するヒートポンプ冷凍サイクル14と、圧縮機15の周波数を変更可能なインバーター17と、これらを制御する制御部13とを備えている。
また、冷温水ポンプ12は、冷温水ポンプ用インバーター18によって周波数可変に駆動され、図示しない熱負荷源を通過する冷温水を熱源機11に循環供給する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a cold / hot water system according to
As shown in FIG. 1, the cold / hot water system in this
In the following, since the configuration of all three units is the same, only one unit will be described for the sake of simplicity. The heat source unit 11 includes a heat pump refrigeration cycle 14 including a compressor 15 capable of capacity control, a
The cold / hot water pump 12 is driven by a cold / hot
図2は本実施の形態1における制御部の動作を示すフローチャートである。
次に本実施の形態1における制御部の動作について図1および図2を用いて説明する。
例えば熱源機11、21、31内の圧縮機15、25、35を定格圧縮機周波数比100%で運転したときの周波数を100Hzとする。負荷が半分の時、熱源機の能力は半分となり、圧縮機周波数も半分の50Hzで圧縮機15、25、35が運転する。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control unit in the first embodiment.
Next, the operation of the control unit in the first embodiment will be described with reference to FIGS.
For example, the frequency when the
以下、3台の熱源機11、21、31における制御部13、23、33の動作はすべて同じである。従って、1台のみに代表させて動作を説明する。
熱源機11内の制御部13は、まず圧縮機15の周波数を測定する(ステップS201)。ここで、圧縮機15の周波数は、測定して取得することもできるが、設定温度と現在の温度による温度差に基づいて作成する周波数指令を用いてもよい。また周波数の測定は、速度検出器を用いて行っても良いし、インバーター17の出力電流および直流電流を検出器によって検出し、これらの検出器の出力に基づいて圧縮機15の周波数を推定しても良い。次に制御部13は、圧縮機15の定格周波数を100%とした時の定格周波数に対する周波数の比率(以下、周波数比と呼ぶ)を算出する(ステップS202)。ここでは定格周波数比50%となる。
Hereinafter, the operations of the
The control unit 13 in the heat source device 11 first measures the frequency of the compressor 15 (step S201). Here, the frequency of the compressor 15 can be obtained by measurement, but a frequency command created based on a temperature difference between the set temperature and the current temperature may be used. The frequency may be measured using a speed detector, or the output current and direct current of the
次に制御部13は、冷温水ポンプ用インバーター18を制御して冷温水ポンプ12の周波数を変えて運転させる。この時、冷温水ポンプ12を駆動する新たな周波数は、ステップS202で算出した圧縮機15の周波数比と同じ比率を冷温水ポンプ12の定格周波数に乗算して得られた周波数を用いる。
他の2台については、上記と同様であるため、動作説明を省略する。
Next, the control unit 13 controls the cold / hot
Since the other two units are the same as described above, description of the operation is omitted.
この制御により、周波数比が50%になると冷温水ポンプ12、22、32の定格消費電力を100%とした時の定格消費電力に対する消費電力比は約25%になる。
このように、負荷が小さくなるとこれに合わせて冷温水ポンプ12、22、32の周波数を減少し、流量を少なくする。これにより冷温水ポンプ12、22、32の消費電力が少なくなり、システム全体の効率が向上する。
With this control, when the frequency ratio is 50%, the power consumption ratio with respect to the rated power consumption is about 25% when the rated power consumption of the cold /
As described above, when the load is reduced, the frequency of the cold /
図3に従来の制御を行なった時、熱源機8台の合計圧縮機周波数の定格周波数に対する周波数比とシステムCOP(成績係数)の例を示す。また、図4に本制御を行なった時、熱源機8台の合計圧縮機周波数を100%とした時の定格周波数に対する周波数比とシステムCOP(成績係数)の例を示す。
図3に示す従来例では圧縮機の消費電力を100%とした時の定格圧縮機消費電力に対する圧縮機消費電力比10%の消費電力を冷温水ポンプの消費電力とした場合を示す。この例では、熱負荷が小さくなり周波数比が下がった場合、冷温水ポンプの消費電力は一定のため、COP(成績係数)は最大約3.2にとどまっている。
一方、図4に示す本発明では負荷が小さくなり周波数比が下がった場合、定格の冷温水ポンプ消費電力を100%とした時の冷温水ポンプの消費電力比を本制御によって変化させることにより、COPは4.4となり約38%向上する。
FIG. 3 shows an example of the frequency ratio and the system COP (coefficient of performance) of the total compressor frequency of the eight heat source units with respect to the rated frequency when conventional control is performed. FIG. 4 shows an example of the frequency ratio with respect to the rated frequency and the system COP (coefficient of performance) when the total compressor frequency of the eight heat source units is 100% when this control is performed.
The conventional example shown in FIG. 3 shows a case where the power consumption of the compressor power consumption is 10% of the rated compressor power consumption when the power consumption of the compressor is 100%, and the power consumption of the cold / hot water pump is used. In this example, when the heat load is reduced and the frequency ratio is lowered, the power consumption of the cold / hot water pump is constant, so the COP (coefficient of performance) remains at a maximum of about 3.2.
On the other hand, in the present invention shown in FIG. 4, when the load decreases and the frequency ratio decreases, the power consumption ratio of the cold / hot water pump when the rated cold / hot water pump power consumption is 100% is changed by this control. COP becomes 4.4, which is about 38% improvement.
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2における冷温水システムを示す概略構成図である。同図において、図1と同符号は同一または相当部分を示す。図5において、図1と異なる点は、総合制御部19が追加されていることである。この総合制御部19は制御部13、23、33とローカルバスを介して接続されている。また、図1では、冷温水ポンプ用のインバーター18、28、38はそれぞれ制御部13、23、33に接続されていたが、図5では、冷温水ポンプ用のインバーター18、28、38は制御部13、23、33に接続されておらず、すべてローカルバスを介して総合制御部19に接続されている。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a cold / hot water system according to
また、図6は本実施の形態2における制御部および総合制御部の動作を示すフローチャートである。
次に本実施の形態2における制御部および総合制御部の動作について図5および図6を用いて説明する。なお、本フローチャートでは、制御部13、23、33を総合制御部19と区別するために、熱源機制御部と呼ぶ。
例えば熱源機11、21、31内の圧縮機15、25、35を定格圧縮機周波数比100%で運転したときの周波数を100Hzとする。負荷が半分の時、熱源機の能力は半分となり、圧縮機周波数も半分の50Hzで圧縮機15、25、35が運転する。
FIG. 6 is a flowchart showing the operations of the control unit and the general control unit in the second embodiment.
Next, operations of the control unit and the general control unit in the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. In this flowchart, the
For example, the frequency when the
熱源機制御部13、23、33はステップS201において、図1のステップS201と同様に動作する。即ち、熱源機制御部13は圧縮機15の周波数を測定し、熱源機制御部23は圧縮機25の周波数を測定し、熱源機制御部33は圧縮機35の周波数を測定する。
In step S201, the heat source
次にステップS601において、総合制御部19は、それぞれの圧縮機15、25、35の周波数を熱源機制御部13、23、33から取得し、これらの合計周波数を算出する。この例では3台だから、50Hz×3=150Hzとなる。
Next, in step S601, the
次に総合制御部19は、3台の圧縮機の定格周波数の合計を100%とした時の定格周波数に対する周波数比を算出する(ステップS602)。ここでは定格周波数比50%となる。
なお、この例では3台の圧縮機の定格周波数の合計としたが、接続されている熱源機の数が増えれば、それに応じて合計する台数も増えるのはいうまでもない。
Next, the
In this example, the sum of the rated frequencies of the three compressors is used, but it goes without saying that if the number of connected heat source units increases, the total number of units increases accordingly.
次に総合制御部19は冷温水ポンプ12、22、32を冷温水ポンプ用のインバーター18、28、38により周波数を変えて運転させる(ステップS603)。この時、冷温水ポンプ12、22、32を駆動する新たな周波数は、ステップS602で算出した圧縮機の周波数比とほぼ同じ比率を冷温水ポンプ12、22、32の定格周波数に乗算して得られた周波数を用いる。
Next, the
以上の制御により、周波数比が50%になると冷温水ポンプ12、22、32の消費電力比は約25%になる。このように、負荷が小さくなると冷温水ポンプの周波数を減少し、流量を少なくする。これによりポンプの消費電力が少なくなり、システム全体の効率が向上する。 With the above control, when the frequency ratio is 50%, the power consumption ratio of the cold / hot water pumps 12, 22, and 32 is about 25%. In this way, when the load is reduced, the frequency of the cold / hot water pump is reduced and the flow rate is reduced. This reduces the power consumption of the pump and improves the overall system efficiency.
11 熱源機、12 冷温水ポンプ、13 制御部(熱源機制御部)、14 ヒートポンプ冷凍サイクル、15 圧縮機、16 水冷媒熱交換器、17 圧縮機用インバーター、18 冷温水ポンプ用インバーター、19 総合制御部、21 熱源機、22 冷温水ポンプ、23 制御部(熱源機制御部)、24 ヒートポンプ冷凍サイクル、25 圧縮機、26 水冷媒熱交換器、27 圧縮機用インバーター、28 冷温水ポンプ用インバーター、31 熱源機、32 冷温水ポンプ、33 制御部(熱源機制御部)、34 ヒートポンプ冷凍サイクル、35 圧縮機、36 水冷媒熱交換器、37 圧縮機用インバーター、38 冷温水ポンプ用インバーター。
11 heat source machine, 12 cold / hot water pump, 13 control unit (heat source machine control unit), 14 heat pump refrigeration cycle, 15 compressor, 16 water refrigerant heat exchanger, 17 inverter for compressor, 18 inverter for cold / hot water pump, 19 general Control part, 21 Heat source machine, 22 Cold / hot water pump, 23 Control part (heat source machine control part), 24 Heat pump refrigeration cycle, 25 Compressor, 26 Water refrigerant heat exchanger, 27 Inverter for compressor, 28 Inverter for cold /
Claims (4)
圧縮機を含むヒートポンプ冷凍サイクルを有し、前記熱負荷源の各々を通過する冷温水を加熱または冷却する複数の冷温熱源機と、
各冷温熱源機に対応して設けられた冷温水ポンプと、
各冷温水ポンプに対応して設けられ、この冷温水ポンプを駆動するインバーターと、
前記圧縮機の周波数の、圧縮機定格周波数に対する周波数比を算出し、算出した周波数比と略同じ比率になるように前記冷温水ポンプの運転周波数をこの冷温水ポンプの定格周波数から算出し、前記算出した運転周波数に基づいて前記冷温水ポンプを運転するように前記インバーターを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする冷温水システム。 Multiple heat load sources;
A plurality of cold / hot heat source machines for heating or cooling cold / hot water passing through each of the heat load sources, having a heat pump refrigeration cycle including a compressor;
A cold / hot water pump provided corresponding to each cold / heat source machine;
An inverter that is provided corresponding to each cold / hot water pump, and drives the cold / hot water pump;
Calculate the frequency ratio of the compressor frequency to the compressor rated frequency, calculate the operating frequency of the cold / hot water pump from the rated frequency of the cold / hot water pump so as to be substantially the same ratio as the calculated frequency ratio, And a controller for controlling the inverter so as to operate the cold / hot water pump based on the calculated operating frequency.
圧縮機を含むヒートポンプ冷凍サイクルを有し、前記熱負荷源の各々を通過する冷温水を加熱または冷却する複数の冷温熱源機と、
各冷温熱源機に対応して設けられた冷温水ポンプと、
各冷温水ポンプに対応して設けられ、この冷温水ポンプを駆動するインバーターと、
前記冷温熱源機の各々に対応して設けられ、この冷温熱源機の圧縮機の周波数の、圧縮機定格周波数に対する周波数比を算出する制御部と、
各制御部が個別に算出した各熱源機の圧縮機の周波数の合計を算出し、算出した周波数の合計の、圧縮機定格周波数の合計に対する周波数比を算出し、算出した周波数比と略同じ比率になるように前記冷温水ポンプの運転周波数をこの冷温水ポンプの定格周波数から算出し、前記算出した運転周波数に基づいて前記冷温水ポンプを運転するように前記インバーターを制御する総合制御部と、を備えたことを特徴とする冷温水システム。 Multiple heat load sources;
A plurality of cold / hot heat source machines for heating or cooling cold / hot water passing through each of the heat load sources, having a heat pump refrigeration cycle including a compressor;
A cold / hot water pump provided corresponding to each cold / heat source machine;
An inverter that is provided corresponding to each cold / hot water pump, and drives the cold / hot water pump;
A control unit that is provided corresponding to each of the cold / hot heat source machines, and calculates a frequency ratio of the frequency of the compressor of the cold / hot heat source machine to the compressor rated frequency;
Calculate the total frequency of the compressors of each heat source unit individually calculated by each control unit, calculate the frequency ratio of the calculated total frequency to the total compressor rated frequency, and approximately the same ratio as the calculated frequency ratio An overall control unit that calculates the operating frequency of the cold / hot water pump from the rated frequency of the cold / hot water pump so that the inverter is operated to operate the cold / hot water pump based on the calculated operating frequency; A hot and cold water system characterized by comprising
前記制御部が、前記第1のステップで算出した圧縮機の周波数比と略同じ比率になるように冷温水ポンプの運転周波数をこの冷温水ポンプの定格周波数から算出する第2のステップと、
前記制御部が、前記第2のステップで算出した冷温水ポンプの運転周波数に基づいて前記冷温水ポンプを駆動するように冷温水ポンプ用のインバーターを制御する第3のステップと、を備えたことを特徴とする冷温水システムのポンプ制御方法。 A first step in which the control unit calculates a frequency ratio of the frequency of the compressor of the cold / hot water heat source unit to the rated frequency;
A second step of calculating the operating frequency of the cold / hot water pump from the rated frequency of the cold / hot water pump so that the control unit has substantially the same ratio as the frequency ratio of the compressor calculated in the first step;
A third step of controlling the inverter for the cold / hot water pump so that the controller drives the cold / hot water pump based on the operating frequency of the cold / hot water pump calculated in the second step; A pump control method for a cold / hot water system.
前記総合制御部が前記冷温水熱源機の圧縮機の周波数の合計を算出する第2のステップと、
前記総合制御部が算出した前記圧縮機の周波数の合計を定格周波数の合計に対する周波数比を算出する第3のステップと、
前記総合制御部が、前記第3のステップで算出した圧縮機の周波数比と略同じ比率になるように各熱源機に対応する冷温水ポンプの周波数をこの冷温水ポンプの定格周波数から算出する第4のステップと、
前記総合制御部が、前記第4のステップで算出した冷温水ポンプの運転周波数に基づいて前記冷温水ポンプを駆動するように冷温水ポンプ用のインバーターを制御する第5のステップと、を備えたことを特徴とする冷温水システムのポンプ制御方法。 A first step in which the general control unit acquires the frequency of each compressor from the control units of the plurality of heat source units;
A second step in which the integrated control unit calculates the sum of the frequencies of the compressors of the cold / hot water heat source unit;
A third step of calculating a frequency ratio of the total frequency of the compressor calculated by the general control unit to a total of rated frequencies;
The total control unit calculates the frequency of the chilled / hot water pump corresponding to each heat source device from the rated frequency of the chilled / hot water pump so that the frequency ratio is substantially the same as the frequency ratio of the compressor calculated in the third step. 4 steps,
A fifth step of controlling the inverter for the cold / hot water pump so that the integrated control unit drives the cold / hot water pump based on the operating frequency of the cold / hot water pump calculated in the fourth step; A pump control method for a cold / hot water system.
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