JP2016065661A - 予想エネルギー消費量算出特性式の校正方法及び空調熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー消費量の実測値が機器特性から著しく離れた値であった場合でも、予想エネルギー消費量を実エネルギー消費量にできる限り近づける。【解決手段】複数の空調負荷に対して、空調負荷を満たすために必要な最小の予想エネルギー消費量を予め定められた空調設備の特性式を使用して算出するステップ（Ｓ２）と、空調負荷を満たすように空調設備を運転させるステップ（Ｓ４）と、空調設備の実エネルギー消費量を計測するステップ（Ｓ５）と、複数の空調負荷に対応する予想エネルギー消費量と実エネルギー消費量より予想エネルギー消費量を算出する空調設備の特性式の補正係数を算出するステップ（Ｓ７）と、を含み、前記各ステップを予め設定された時間繰り返して実行し、その後、補正係数を算出するステップ（Ｓ７）を実行し、算出された補正係数に基づいて予想エネルギー消費量Ｆを算出する特性式を設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、予想エネルギー消費量算出特性式の校正方法及び空調熱源システムに係り、さらに詳しくは、空調設備の予想エネルギー消費量算出のための特性式の校正方法、及びこの校正方法を使用した空調熱源システムに関する。

業務用空調の方式には、ビルや事業所内に空調を行うために必要となる機器を集中配置するセントラル空調システムがある。セントラル空調システムは、熱媒を製造する熱源機、熱媒を運搬する冷温水ポンプ、運搬された熱媒と室内負荷を持った空気を熱交換する空調機、また、熱源機の種類によっては室内負荷を冷却水によって放熱する冷却塔、及び冷却水を運搬する冷却水ポンプ等から構成される。セントラル空調を行うシステムにおいては、一般的に個々の空調機器の省エネ性能だけに着眼し、高効率製品の導入や省エネ制御装置の導入により空調制御が行われている。近年では、個々の空調機器だけでなく、システムトータルでの省エネを行う空調システム最適化制御も行われている。

空調熱源システム最適化制御では、設計時に制御システムに組み込まれる各空調設備に応じて予想エネルギー消費量を算出する空調設備の特性式が設定され、その特性式に基づいて計算されたシステムトータルの予想エネルギー消費量が最も少なくなるような制御値を導き出し運転が行われる。しかし、各機器の性能について個体差があり、また、運転時間に応じた経年劣化やメンテナンス状況による性能劣化があるため、空調熱源システムのエネルギー消費量を最適制御するためには、空調設備の特性式を補正していく必要がある。

この空調設備の特性式を補正する方法としては、例えば特開２０１２−８３９４７号公報（特許文献１）に記載された技術が公知である。この技術は、遺伝的アルゴリズムを利用して最適な制御値を求めることができる制御システムに関するもので、制御対象システムに対する最適な制御値を生成する最適制御装置を有し、最適制御装置は、遺伝的アルゴリズムを実施した回数が設定された実施回数になるまで、遺伝的アルゴリズムを実施する毎に初期個体を発生し、その発生した初期個体を用いて遺伝的アルゴリズムを実施して適応度の高い個体を探索し、遺伝的アルゴリズムを実施した回数が実施回数になった場合、その実施回数分の遺伝的アルゴリズムでそれぞれ探索された個体の中から最も適応度の高い個体を選択し、その選択した個体に基づいて制御対象システムに出力する制御値を生成することを特徴としている。

特開２０１２-８３９４７号公報

前記公知例では、ログデータベースに格納される過去ログデータを用いて、各機器についての機器特性式の各係数の最適値を求めるようになっている。しかし、遺伝的アルゴリズムでは、エネルギー消費量の実測値（過去ログデータ）が機器特性から著しく離れた値であった場合、本来の機器特性から離れた機器特性式の係数が生成され得る。そのため、前記公知例のように制御値を生成したとしても、対応できない場合がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、エネルギー消費量の実測値が機器特性から著しく離れた値であった場合でも、実エネルギー消費量に近い予想エネルギー消費量を得ることことにある。

前記課題を解決するため、本発明は、複数の空調負荷に対して、前記空調負荷を満たすために必要な最小の予想エネルギー消費量を予め定められた空調設備の特性式を使用して算出する第１のステップと、前記空調負荷を満たすように空調設備を運転させる第２のステップと、前記空調設備の実エネルギー消費量を計測する第３のステップと、前記複数の空調負荷に対応する予想エネルギー消費量と実エネルギー消費量より前記予想エネルギー消費量を算出する前記空調設備の特性式の補正係数を算出する第４のステップと、を含む空調設備の特性式の校正方法を特徴とする。なお、前記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明において明らかにされる。

本発明によれば、空調設備の特性式を補正することにより、実エネルギー消費量に近い、予想エネルギー消費量を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る空調熱源システムのシステム構成を示す図である。 図１における制御部が予想エネルギー消費量を算出する空調設備の特性式の補正係数を算出する手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る空調熱源システムのシステム構成を示す図である。図１において、空調熱源システム１は、制御部２、空調負荷算出部３、第１及び第２の熱源機４ａ，４ｂ、第１及び第２の冷却塔５ａ，５ｂ、第１及び第２の冷温水ポンプ６ａ，６ｂ、第１及び第２の冷却水ポンプ７ａ，７ｂ、及び第１及び第２の冷温水二次ポンプ８ａ，８ｂから基本的に構成されている。また、第１及び第２の冷温水配管１３ａ，１３ｂ、第１及び第２の冷却水配管１４ａ，１４ｂを備えている。第１の冷温水配管１３ａは、第１の熱源機４ａ、第１の冷温水二次ポンプ８ａ、第１の空調機１５ａ及び第１の冷温水ポンプ６ａを接続する配管である。第２の冷温水配管１３ｂは、第２の熱源機４ｂ、第２の冷温水二次ポンプ８ｂ、第２の空調機１５ｂ及び第２の冷温水ポンプ６ｂを接続する配管である。第１の冷却水配管１４ａは、第１の熱源機４ａ、第１の冷却塔５ａ及び第１の冷却水ポンプ７ａを接続する配管である。第２の冷却水配管１４ｂは、第２の熱源機４ｂ、第２の冷却塔５ｂ及び第２の冷却水ポンプ７ｂを接続する配管である。

第１及び第２の熱源機４ａ，４ｂ、第１及び第２の冷温水ポンプ６ａ，６ｂ、第１及び第２の冷温水二次ポンプ８ａ，８ｂは、冷温水の製造運搬を行う。第１及び第２の冷却塔５ａ，５ｂ、第１及び第２の冷却水ポンプ７ａ，７ｂは冷却水の運搬及び大気中への放熱を行う。制御部２は空調熱源システム１の自動制御を行い、空調負荷算出部３では、図示しない冷温水往温度と冷温水還温度と冷温水流量を参照して空調負荷を算出する。又は、図示しない熱量を直接参照し、空調負荷とする。

また、各熱源機４ａ，４ｂの運転状態を示す状態信号９、冷温水温度、冷温水流量、冷却水温度、冷却水流量等を計測して得られた計測信号１０、 実エネルギー消費量を示す計量信号１１が制御部２に入力され、制御部２から前記各部に制御信号１２が出力される。

第１及び第２の熱源機４ａ，４ｂは所定の温度の冷温水を製造し、その冷温水を第１及び第２の冷温水ポンプ６ａ，６ｂによって、又は第１及び第２の冷温水ポンプ６ａ，６ｂと第１及び第２の冷温水二次ポンプ８ａ，８ｂによって第１及び第２の冷温水配管１３ａ，１３ｂを通して第１及び第２の空調機５ａ，１５ｂへと送られる。第１及び第２の空調機１５ａ，１５ｂで熱交換されて戻ってきた冷温水は第１及び第２の熱源機４ａ，４ｂに戻される。第１及び第２の熱源機４ａ，４ｂで奪った冷温水負荷は熱源機４ａ，４ｂ内の冷媒の冷却負荷と共に冷却水として第１及び第２の冷却水ポンプ７ａ，７ｂによって第１及び第２の冷却水配管１４ａ，１４ｂを通して第１及び第２の冷却塔５ａ，５ｂへと送られ、第１及び第２の冷却塔５ａ，５ｂによって大気中に放熱される。

なお、第１及び第２と付した各部は、それぞれ第１と付した各部は同じ第１の系統に属し、第２と付した各部は同じ第２の系統に属し、それぞれの系統で冷温水が循環する。

制御部２は、状態信号９あるいは計測信号１０に基づき空調熱源システム１の予想エネルギー消費量が最も少なくなるように運転させる対象熱源機、冷温水温度。冷温水流量、冷却水温度、冷却水流量等の図示しない制御値を決定し、各空調設備をコントロールする。各空調設備が制御値に応じて運転を行うことにより空調設備の特性式により算出された予想エネルギー消費量と実エネルギー消費量に誤差がない場合は実エネルギー消費量が最も少なくなるように運転される。また、状態信号９、計測信号１０、計量信号１１は一定時間毎に制御部２へ保管される。

図２は、制御部２が予想エネルギー消費量を算出する空調設備の特性式の補正係数を算出する手順を示すフローチャートである。

図２において、先ず、制御部２は、空調負荷算出部３が算出した現在の空調負荷を取得する（ステップＳ１）。次いで、取得した現在の空調負荷を満たす範囲内で空調熱源システム１を構成する各空調設備の予想エネルギー消費量を予め定められた空調設備の特性式を使用して算出し、各空調設備の予想エネルギー消費量の合計値が最小となるような運転対象熱源機、冷温水温度、冷温水流量、冷却水温度、及び冷却水流量等の制御値を求める（ステップＳ２）。

空調設備の特性式の一例として、ある熱源機の予想エネルギー消費量Ｆを算出する特性式を（１）に示す。
Ｆ＝（ａ×（Ｃ_１×Ｃ_２×Ｃ_３×Ｃ_４×Ｃ_５）＋ｂ）×Ｅ ・・・（１）
ただし、Ｃ_１＝ｓ_１×ｘ_１ ^２＋ｓ_２×ｘ_１＋ｓ_３ ・・・（２）
Ｃ_２＝ｓ_４×ｘ_２ ^２＋ｓ_５×ｘ_２＋ｓ_６ ・・・（３）
Ｃ_３＝ｓ_７×ｘ_３ ^２十ｓ_８×ｘ_３＋ｓ_９ ・・・（４）
Ｃ_４＝ｓ_１０×ｘ_４ ^２＋ｓ_１１×ｘ_４＋ｓ_１２ ・・・（５）
Ｃ_５＝ １ ・・・（６）
式（１）において、Ｅは定格値のエネルギー消費量を表す。Ｃ_１〜Ｃ_５は、定格値のエネルギー消費量に対する影響係数であり、Ｃ_１は熱源機の負荷率の影響係数、Ｃ_２は冷却水温度の影響係数、Ｃ_３は冷却水流量の影響係数、Ｃ_４は冷温水温度の影響係数、Ｃ_５は、冷温水流量の影響係数である。ａ及びｂは補正係数である。

式（１）〜（５）において、ｘ_１〜ｘ_４は、変数であり、ｘ_１は熱源機の負荷率、ｘ_２は冷却水温度、ｘ_３は冷却水流量、ｘ_４は冷温水温度である。また、ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４、ｓ_５、ｓ_６、ｓ_７、ｓ_８、ｓ_９、ｓ_１０、ｓ_１１及びｓ_１２は、それぞれ係数である。

ステップＳ２で制御値を求めた後、予想エネルギー消費量算出時の空調負荷と結果、すなわち、前記予想エネルギー消費量と制御値を記憶する（ステップＳ３）。各空調設備は、求められた制御値から変換された制御信号１２に従って運転する（ステップＳ４）。制御部２は、制御信号１２に従って各空調設備が運転した後の状態信号９（各熱源機４ａ，４ｂの運転状態）、計測信号１０（冷温水温度、冷温水流量、冷却水温度、冷却水流量等）、計量信号１１（実エネルギー消費量）を記憶する（ステップＳ５）。

そして、ステップＳ５で記憶した後、一定時間の経過を待つ。その間、ステップＳ１からステップＳ５までの処理を繰り返し、一定時間が経過した時点で、ステップＳ３にて記録しておいた予想エネルギー消費量とステップＳ５にて記録しておいた実エネルギー消費量を比較し、予想エネルギー消費量を算出する空調設備の特性式の補正係数ａ，ｂを算出する（ステップＳ７）。空調設備の特性式の補正係数の算出は、空調熱源システム１を構成する全ての機器に対して行われる。

前記補正係数の算出は、例えば、前記全ての機器のそれぞれに予め複数の補正係数ａ，ｂの組を設定しておき、係数の組み合わせを順次変えながら実エネルギー消費量に対してプラス側とマイナス側の当該実エネルギー消費量に最も近い２つの係数の組み合わせを選択し、それぞれ補間計算を行って係数ａ，ｂを決定する。なお、補間計算を行うことなく、最も近い値を係数ａ，ｂとして決定してもよい。いずれにするかは、例えば予め複数の補正係数ａ，ｂの組を設定したときの補正係数ａ及びｂのそれぞれの係数の間隔に応じて決めるようにすればよい。

このようにして補正係数を算出し、補正係数を用いて予想エネルギー消費量を設定すると、実エネルギー消費量が機器特性から著しく離れた値であった場合でも、本来の機器特性を大きく損なうことなく前記特性式（１）を補正することができる。また、空調設備の稼働中は前記空調設備の特性式の校正を図２のフローチャートに従って繰り返し実施する。これにより、運転時間に応じた経年劣化あるいはメンテナンス状況による性能劣化があった場合でも、空調熱源システムの予想エネルギー消費量を実エネルギー消費量に近づけることができ、エネルギー消費量の最適制御の精度を維持することが可能である。

なお、前記空調設備の特性式（１）の補正係数ａ，ｂは、前記空調設備の制御部２の図示しないメモリ、あるいは空調熱源システム１内に設置した図示しない他の記憶装置のうち少なくとも１つ以上に記憶される。記憶された補正係数ａ，ｂのデータは、テーブル化しておき、テーブル化された補正係数ａ，ｂは、他の空調設備においても使用することもできる。テーブル化する際、例えば、補正係数ａ，ｂは、機器の種類別、経過年数、運転時間別に分類管理された上で記憶され、他の空調設備は、前記テーブルを参照し、機器の種類毎に経過年数、あるいは運転時間が一致又は所定の範囲内である空調設備の特性式の補正係数を参照し、自らの補正係数に置換して演算を行うことができる。これにより、空調機器が稼働開始初期であっても短時間で実態により近い特性式に補正することが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、次のような効果を奏する。なお、前記以下の実施形態における効果の説明では、本実施形態の各部について、特許請求の範囲における各構成要素をかっこ書きで示し、若しくは参照符号を付し、両者の対応関係を明確にした。

（１）複数の空調負荷（冷温水往温度と冷温水還温度と冷温水流量、又は熱量）に対して、前記空調負荷を満たすために必要な最小の予想エネルギー消費量を予め定められた空調設備４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ，１５ａ，１５ｂの特性式を使用して算出する第１のステップ（Ｓ２）と、前記空調負荷を満たすように空調設備を運転させる第２のステップ（Ｓ４）と、前記空調設備の実エネルギー消費量を計測する第３のステップ（Ｓ５）と、前記複数の空調負荷に対応する予想エネルギー消費量と実エネルギー消費量より前記予想エネルギー消費量を算出する前記空調設備の特性式の補正係数を算出する第４のステップ（Ｓ７）と、を含むので、算出された補正係数に基づいて特性式（１）を設定することができる。これにより、エネルギー消費量の実測値が機器特性から著しく離れた値であった場合でも、予想エネルギー消費量を実エネルギー消費量にできる限り近づけることが可能となる。

（２）前記第１ないし第３のステップ（Ｓ２〜Ｓ５）を予め設定された時間繰り返して実行し（Ｓ６）、その後、前記第４のステップ（Ｓ７）を実行するので、安定した状態で複数の空調負荷の予想エネルギー消費量と実エネルギー消費量を取得することができるので、補正係数ａ，ｂを算出する際のばらつき（誤差）が少なくなる。

（３）前記第１ないし第４のステップが、前記空調設備の稼働中、繰り返し実行されるので、常に最新のデータに基づいて補正係数ａ，ｂを算出することができる。その結果、運転時間に応じた経年劣化あるいはメンテナンス状況による性能劣化があった場合でも、空調熱源システムの予想エネルギー消費量を実エネルギー消費量に近づけることができ、エネルギー消費量の最適制御の精度を維持することが可能となる。

（４）複数の空調負荷を含む空調設備と、前記空調設備の各部を制御し、空調を行う制御部２と、を備えた空調熱源システムであって、前記制御部２は、複数の空調負荷に対して、前記空調負荷を満たすために必要な最小の予想エネルギー消費量を予め定められた空調設備の特性式（１）を使用して算出し（Ｓ２）、前記空調負荷を満たすように空調設備を運転させ（Ｓ４）、前記空調設備の実エネルギー消費量を計測し（Ｓ５）、前記複数の空調負荷に対応する予想エネルギー消費量と実エネルギー消費量より前記予想エネルギー消費量を算出する前記空調設備の特性式の補正係数を算出する（Ｓ７）ので、算出された補正係数に基づいて特性式（１）を設定することができる。これにより、エネルギー消費量の実測値が機器特性から著しく離れた値であった場合でも、予想エネルギー消費量を実エネルギー消費量にできる限り近づけることが可能となる。

（５）前記制御部２は前記算出した補正係数ａ，ｂを記憶装置（メモリ又は他の記憶装置）に記憶させ、前記記憶した前記補正係数ａ，ｂを他の空調設備の特性式の補正係数ａ，ｂとして使用するので、再度、補正係数を演算する必要がなく、効率的に補正係数を使用して実エネルギー消費量に近い予想エネルギー消費量を算出することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１ 空調熱源システム
２ 制御部
３ 空調負荷算出部
４ａ，４ｂ 熱源機
５ａ，５ｂ 冷却塔
６ａ，６ｂ 冷温水ポンプ
７ａ，７ｂ 冷却水ポンプ
８ａ，８ｂ 冷温水二次ポンプ
１５ａ，１５ｂ 空調機

Claims (5)

1. 複数の空調負荷に対して、前記空調負荷を満たすために必要な最小の予想エネルギー消費量を予め定められた空調設備の特性式を使用して算出する第１のステップと、
   前記空調負荷を満たすように空調設備を運転させる第２のステップと、
   前記空調設備の実エネルギー消費量を計測する第３のステップと、
   前記複数の空調負荷に対応する予想エネルギー消費量と実エネルギー消費量より前記予想エネルギー消費量を算出する前記空調設備の特性式の補正係数を算出する第４のステップと、
   を含む予想エネルギー消費量算出特性式の校正方法。
2. 請求項１に記載の予想エネルギー消費量算出特性式の校正方法であって、
   前記第１ないし第３のステップを予め設定された時間繰り返して実行し、その後、前記第４のステップを実行することを特徴とする予想エネルギー消費量算出特性式の校正方法。
3. 請求項１又は２に記載の予想エネルギー消費量算出特性式の校正方法であって、
   前記第１ないし第４のステップが、前記空調設備の稼働中、繰り返し実行されることを特徴とする予想エネルギー消費量算出特性式の校正方法。
4. 複数の空調負荷を含む空調設備と、
   前記空調設備の各部を制御し、空調を行う制御部と、
   を備えた空調熱源システムであって、
   前記制御部は、
   複数の空調負荷に対して、前記空調負荷を満たすために必要な予想エネルギー消費量を予め定められた空調設備の特性式を使用して算出し、前記空調負荷を満たすように空調設備を運転させ、
   前記空調設備の実エネルギー消費量を計測し、
   前記複数の空調負荷に対応する予想エネルギー消費量と実エネルギー消費量より前記予想エネルギー消費量を算出する前記空調設備の特性式の補正係数を算出することを特徴とする空調熱源システム。
5. 請求項４に記載の空調熱源システムであって、
   前記制御部は前記算出した補正係数を記憶装置に記憶させ、
   前記記憶した前記補正係数を他の空調設備の特性式の補正係数として使用することを特徴とする空調熱源システム。