JP2016217562A - Air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、室内を予め設定された空調環境に維持するための空調システムであって、フリークーリング運転が実行可能な空調システムに関する。 The present invention relates to an air conditioning system for maintaining a room in a preset air conditioning environment and capable of performing a free cooling operation.
例えば、特許文献１に記載の空調システムでは、外気の温度及び湿度がクリーンルームの温度及び湿度条件に対応する露点温度以下となったときに、冷凍機による空調運転からフリークーリング運転に切り替えることにより、空調システムの消費エネルギーを削減している。
For example, in the air conditioning system described in
ＩＣＴ機器等が設置されたサーバ室やクリーンルーム等は、室内を予め設定された空調環境（以下、設定環境という。）に維持する必要がある。このため、上記のような室内の空調を行う空調システムには高い信頼性が要求される。 A server room, a clean room, or the like in which ICT equipment or the like is installed needs to maintain the room in a preset air-conditioning environment (hereinafter referred to as a setting environment). For this reason, high reliability is required for an air conditioning system that performs indoor air conditioning as described above.
本発明は、上記点に鑑み、設定環境を確実に維持しながら、消費エネルギーを削減することが可能な空調システムを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the air-conditioning system which can reduce energy consumption, maintaining a setting environment reliably in view of the said point.
本願では、室内空調に利用される冷熱を生成する熱源機（７Ａ）を有し、熱源機（７Ａ）により生成された冷熱を利用した室内空調（以下、通常空調運転という。）、及び室外空気から回収した冷熱を利用した室内空調（以下、フリークーリング運転という。）を実行可能な空調装置（１）と、空調装置（１）の作動を制御する制御装置（１０、１０Ｄ、１０Ｆ）とを備え、制御装置（１０、１０Ｄ、１０Ｆ）は、室内の空調環境及び室外環境を直接的又は間接的に示す環境指標を用いてフリークーリング運転を実行するか否かを判断する判断処理、室内の空調環境が設定環境から逸脱するか否かを推定する推定処理であって、環境指標及び空調装置（１）の作動状態を示す状態指標のうち少なくとも一方の指標を用いて当該推定をする推定処理、並びに推定処理にて「室内の空調環境が設定環境から逸脱する」と推定された場合には、通常空調運転を実行する通常運転処理が実行可能である。 In this application, it has the heat source machine (7A) which produces | generates the cold heat utilized for indoor air conditioning, the indoor air conditioning (henceforth normal air-conditioning driving | operation) using the cold generated by the heat source machine (7A), and outdoor air. An air conditioner (1) capable of performing indoor air conditioning (hereinafter referred to as free cooling operation) using the cold energy recovered from the air and a control device (10, 10D, 10F) for controlling the operation of the air conditioner (1). The control device (10, 10D, 10F) includes a determination process for determining whether to perform a free cooling operation using an environmental index that directly or indirectly indicates an indoor air conditioning environment and an outdoor environment, An estimation process for estimating whether or not the air conditioning environment deviates from the set environment, and the estimation is performed using at least one of the environmental index and the state index indicating the operating state of the air conditioner (1). Management, and if in the estimation processing "indoor air-conditioning environment deviates from the setting environment" was estimated to is a normal operation process for performing normal air conditioning operation can be executed.
これにより、本発明では、環境指標を用いてフリークーリング運転を実行するか否かを判断することにより空調システムの消費エネルギーを削減する。そして、「室内の空調環境が設定環境から逸脱する」と推定された場合には、熱源機（７Ａ）による通常空調運転を実行することにより高い信頼性を確保することが可能となる。 Thereby, in this invention, the energy consumption of an air-conditioning system is reduced by determining whether free cooling operation is performed using an environmental parameter | index. When it is estimated that “the indoor air-conditioning environment deviates from the set environment”, it is possible to ensure high reliability by executing the normal air-conditioning operation by the heat source device (7A).
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。 Incidentally, the reference numerals in parentheses for each of the above means are examples showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and the present invention is indicated by the reference numerals in the parentheses of the above respective means. It is not limited to specific means.
以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。 The “embodiment of the invention” described below shows an example of the embodiment. In other words, the invention specific items described in the claims are not limited to the specific means and structures shown in the following embodiments.
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that at least one member or part described with at least a reference numeral is provided, except for cases where “plural”, “two or more” and the like are omitted.
（第１実施形態）
１．空調システムの概要
本実施形態は、通信機器室やサーバ室等の空調を行う空調システムに本発明に係る空調システムを適用したものである。すなわち、本実施形態に係る空調システムは、サーバ室に設置された情報通信技術用機器（以下、ＩＣＴ機器という。）等の発熱機器に冷却用の空気を供給することにより、複数のＩＣＴ機器等を冷却する。
(First embodiment)
1. Outline of Air Conditioning System In the present embodiment, the air conditioning system according to the present invention is applied to an air conditioning system that performs air conditioning such as a communication equipment room or a server room. That is, the air conditioning system according to the present embodiment supplies a plurality of ICT devices by supplying cooling air to heat generating devices such as information communication technology devices (hereinafter referred to as ICT devices) installed in the server room. Cool down.
サーバ室等は、室内を予め設定された空調環境（以下、設定環境という。）に維持する必要がある。設定環境とは、例えば湿球温度が１０℃以上、３０℃以下、及び相対湿度が１５％以上、５０％以下の室内環境等をいう。 The server room or the like needs to maintain the room in a preset air conditioning environment (hereinafter referred to as a setting environment). The setting environment refers to, for example, an indoor environment where the wet bulb temperature is 10 ° C. or higher and 30 ° C. or lower, and the relative humidity is 15% or higher and 50% or lower.
空調システム１は、図１に示すように、熱源機７Ａ及び室内空調機５を有している。熱源機７Ａは、室内空調に利用される熱（本実施形態では、冷熱）を生成する。本実施形態に係る熱源機７Ａは蒸気圧縮式冷凍機にて構成されている。なお、熱源機７Ａは、凝縮器等の放熱器（図示せず。）が外気にて冷却される空冷式である。
As shown in FIG. 1, the
空調システム１は、熱源機７Ａにより生成された熱を利用した室内空調（以下、通常空調運転という。）、及び室外空気から回収した冷熱を利用した室内空調（以下、フリークーリング運転という。）等の運転モードが実行可能である。
The
なお、熱源機７Ａ及び冷却塔７Ｂを総称して熱源装置７ともいう。熱源装置７及び室内空調機５を総称して空調装置ともいう。本実施形態に係る空調装置（空調システム１）では、フリークーリング運転時には、冷却塔７Ｂにて室外空気から冷熱を回収する。
The heat source device 7A and the
２．空調システムの構成
２．１ 空調システム構成の概要
室内空調機５はＩＣＴ機器側に供給される冷却風を生成する。複数のＩＣＴ機器が設置されたサーバ室等には、少なくとも１台（図１では、２台）の室内空調機５が設置されている。各室内空調機５は、室内熱交換器５Ａ、流量調整弁５Ｂ及び室内送風機５Ｃ等を有するエアーハンドリングユニット（ＡＨＵ）にて構成されている。
2. 2. Configuration of air conditioning system 2.1 Overview of configuration of air conditioning system The
室内熱交換器５Ａは、熱源装置７から供給される冷水と室内に供給される空気とを熱交換する。熱源装置７は冷熱を生成する。当該冷熱は熱媒体をなす冷水により室内熱交換器５Ａに供給される。冷水は、一次ポンプＰ１及び二次ポンプＰ２により室内熱交換器５Ａ（室内空調機５）に供給される。
The
流量調整弁５Ｂは各室内熱交換器５Ａに設けられている。当該流量調整弁５Ｂは、室内熱交換器５Ａに供給する冷水の循環水量を調節する。室内送風機５Ｃは、ＩＣＴ機器側に冷風を供給するとともに、その風量を調節可能な送風機である。
The flow
熱源装置７は室外に設置されている。熱源装置７にて生成された冷水は、一次ポンプＰ１にて室内（室内空調機５）側に供給された後、二次ポンプＰ２にて各室内空調機５に分配供給される。バイパス流路Ｌ１は、一次ポンプＰ１の吐出流量と二次ポンプＰ２の吐出流量とが相違する際に、その流量差を吸収する冷水回路である。
The
熱源装置７は、熱源機７Ａ及び冷却塔７Ｂ等を有して構成されている。熱源機７Ａは、フロン等の冷媒を循環させて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機である。なお、本実施形態に係る空調装置では、２台の蒸気圧縮式冷凍機にて熱源機７Ａが構成されている。
The
冷却塔７Ｂは、熱源機７Ａの低温側に供給される熱媒体を大気及び水のうち少なくとも一方と熱交換させて当該熱媒体を冷却する。本実施形態では、熱媒体は、室内空調機５（室内熱交換器５Ａ）から戻ってくる冷水である。
The
つまり、冷却塔７Ｂでは、室内空気から吸熱して温度が上昇した冷水を大気等にて冷却する。そして、本実施形態に係るフリークーリング運転では、熱源機７Ａを停止させて、冷却塔７Ｂにて冷却された冷水が再冷却されることなく室内空調機５に供給される。
That is, in the
冷却塔７Ｂには、室外送風機や散水器等の冷却調整装置（図示せず。）及び室外熱交換器（図示せず。）等が設けられている。室外熱交換器は、大気等と冷水とを熱交換する。室外送風機は、室外熱交換器に大気を送風するとともに、その送風量を調節可能な送風機である。散水器は、室外熱交換器に散水するとともに、その散水量を調整可能である。
The
２．２ 空調装置の能力調整
室内熱交換器５Ａで発生する熱交換能力、つまり室内熱交換器５Ａで発生する冷却能力は、流量調整弁５Ｂの開度、室内送風機５Ｃの送風量、室内熱交換器５Ａに供給される冷水量（二次ポンプＰ２の送水量）、及び当該冷水の温度（熱源装置７で発生する冷凍能力）によって変化する。
2.2 Capacity adjustment of air conditioner The heat exchange capacity generated in the
熱源装置７で発生する冷凍能力、つまり熱源機７Ａ（蒸気圧縮式冷凍機）で発生する冷凍能力は、室外湿球温度（蒸気圧縮式冷凍機での放熱能力）、蒸気圧縮式冷凍機に設けられた圧縮機の回転数及び膨張弁の開度等によって変化する。
The refrigerating capacity generated in the
熱源機７Ａ及び各室内空調機５等の作動は統合制御装置１０により制御されている。統合制御装置１０は、空調機制御部１０Ａ、二次ポンプ制御部１０Ｂ、一次ポンプ制御部１０Ｃ、熱源制御部１０Ｄ及び冷却塔制御部１０Ｅを介して熱源機７Ａ等の各機器を間接的に制御する。
The operations of the heat source unit 7A and the
空調機制御部１０Ａは、室内空調機５、つまり流量調整弁５Ｂ及び室内送風機５Ｃ等の作動を制御する。二次ポンプ制御部１０Ｂは、二次ポンプＰ２の作動を制御して室内空調機５に供給する冷水量を制御する。
The air
一次ポンプ制御部１０Ｃは一次ポンプＰ１の作動を制御する。熱源制御部１０Ｄは、熱源機７Ａ、つまり圧縮機の回転数及び膨張弁の開度等を制御する。冷却塔制御部１０Ｅは、室外送風機の送風量等を制御する。
The primary
なお、統合制御装置１０及び各制御部１０Ａ〜１０Ｅは、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するコンピュータを有して構成されている。制御を実行するためのプログラムは、統合制御装置１０及び各制御部１０Ａ〜１０Ｅそれぞれに設けられたＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。
Note that the
３．統合制御装置等による制御作動
３．１ 制御の概要
＜各制御部の自律制御＞
統合制御装置１０は、各制御部１０Ａ〜１０Ｅに制御指令信号を発する。各制御部１０Ａ〜１０Ｅは、その制御対象を駆動する駆動回路等を有するとともに、当該制御対象を直接的に制御する。
3. Control operation by integrated control device, etc. 3.1 Outline of control <Autonomous control of each control unit>
The
つまり、各制御部１０Ａ〜１０Ｅは、統合制御装置１０からの制御指令信号を受信した後、その制御指令信号の内容を実現するための具体的な制御を自律的に実行する。
例えば、各室内空調機５には吹出空気温度センサＳ１が設けられている。吹出空気温度セサＳ１は、室内空調機５から室内に供給される空気、つまり室内熱交換器５Ａにて熱交換が終了した空気の温度（以下、熱交換後温度という。）を検出する。
That is, after receiving the control command signal from the
For example, each
空調機制御部１０Ａは、吹出空気温度センサＳ１にて検出された熱交換後温度（以下、吹出空気温度という。）が、統合制御装置１０により設定された「目標とする熱交換後温度（以下、目標吹出温度Ｔａｏという。）」となるように、流量調整弁５Ｂ及び室内送風機５Ｃを制御する。
The air
つまり、空調機制御部１０Ａは、新たな目標吹出温度Ｔａｏが統合制御装置１０により設定されない限り、現状の目標吹出温度Ｔａｏとなるように室内空調機５の作動を自律的に制御する。
That is, the air
一次ポンプ制御部１０Ｃ及び二次ポンプ制御部１０Ｂは、予め設定された流量（以下、目標冷水循環量Ｗｒｏという。）の冷水が循環するように一次ポンプＰ１、二次ポンプＰ２を自律的に制御する。
The primary
そして、一次ポンプ制御部１０Ｃ及び二次ポンプ制御部１０Ｂは、統合制御装置１０からの流量変更指令を受信したときには、その受信した新たな循環量を目標冷水循環量Ｗｒｏとして、一次ポンプＰ１、二次ポンプＰ２を自律的に制御する。
When the primary
一次ポンプＰ１又は二次ポンプＰ２（本実施形態では、一次ポンプＰ１）の吐出側には、冷水の温度を検出する第１冷水温度センサＳ２が設けられている。熱源制御部１０Ｄは、第１冷水温度センサＳ２にて検出された冷水温度（以下、冷水吐出温度という。）が、統合制御装置１０により設定された「目標とする冷水吐出温度（以下、目標吐出冷水温度Ｔｗｏという。）」となるように熱源機７Ａを制御する。
On the discharge side of the primary pump P1 or the secondary pump P2 (in this embodiment, the primary pump P1), a first cold water temperature sensor S2 that detects the temperature of the cold water is provided. The
つまり、熱源制御部１０Ｄは、新たな目標吐出冷水温度Ｔｗｏが統合制御装置１０により設定されない限り、現状の目標吐出冷水温度Ｔｗｏとなるように熱源機７Ａの作動を自律的に制御する。
That is, the heat
冷却塔７Ｂの冷水流出側、つまり熱源機７Ａの冷水流入側には、冷水の温度を検出する第２冷水温度センサＳ３が設けられている。冷却塔制御部１０Ｅは、冷却塔７Ｂにて冷却された冷却水の温度が、統合制御装置１０により設定された「目標とする冷水の温度（以下、目標流入冷水温度Ｔｃｏという。）」となるように冷却塔７Ｂを制御する。
A second cold water temperature sensor S3 for detecting the temperature of the cold water is provided on the cold water outflow side of the
つまり、冷却塔制御部１０Ｅは、新たな目標流入冷水温度Ｔｃｏが統合制御装置１０により設定されない限り、現状の目標流入冷水温度Ｔｃｏとなるように冷却塔７Ｂの作動を自律的に制御する。
That is, the cooling
冷却塔制御部１０Ｅ及び熱源制御部１０Ｄには、室外温度センサＳ４の出力信号が入力されている。室外温度センサＳ４は室外空気の湿球温度を検出する。冷却塔制御部１０Ｅ及び熱源制御部１０Ｄは、室外温度センサＳ４により検出された室外空気の湿球温度（以下、外気温Ｔｏｗという。）が統合制御装置１０により設定された閾値Ｔｈ未満のときにフリークーリング運転を実行する。
The output signal of the outdoor temperature sensor S4 is input to the cooling
つまり、外気温Ｔｏｗ＜閾値Ｔｈとなったとき、冷却塔制御部１０Ｅは室外送風機等の冷却調整装置を稼働させ、熱源制御部１０Ｄは熱源機７Ａを停止させる。これにより、冷却塔７Ｂにて冷却された冷水が再冷却されることなく室内空調機５に供給される。
That is, when the outside air temperature Tow <threshold Th, the cooling
なお、目標吹出温度Ｔａｏ、目標冷水循環量Ｗｒｏ、目標吐出冷水温度Ｔｗ及び目標流入冷水温度Ｔｃ等の制御目標値は、当該制御目標値を中心値として予め設定された範囲を含む目標範囲である。 In addition, control target values, such as the target blowing temperature Tao, the target chilled water circulation amount Wro, the target discharge chilled water temperature Tw, and the target inflow chilled water temperature Tc, are target ranges including a range set in advance with the control target value as a central value. .
なお、熱源制御部１０Ｄには、第１冷水温度センサＳ２の検出信号に加え、第２冷水温度センサＳ３の検出信号も入力されている。そして、熱源制御部１０Ｄは、冷水吐出温度と流入冷水温度との温度差が閾値以下となったときに熱源機７Ａを停止させる。
In addition to the detection signal of the first chilled water temperature sensor S2, the detection signal of the second chilled water temperature sensor S3 is also input to the heat
＜余裕度制御モード＞
余裕度制御モードは、余裕度Ａが予め決められた値（以下、下限余裕度Ａｃという。）以上に維持されるように空調装置を構成する各機器が制御される。当該余裕度制御モードは、空調装置の稼働時において実行される。
<Margin control mode>
In the margin control mode, each device constituting the air conditioner is controlled such that the margin A is maintained at a predetermined value (hereinafter referred to as the lower limit margin Ac) or more. The margin control mode is executed when the air conditioner is in operation.
余裕度Ａとは、空調装置（空調システム１）で発揮可能な最大空調能力と現時の空調能力との差に関するパラメータをいう。例えば、室内空調機５についての余裕度Ａは、下記のいずれかにより定義される。
The margin A refers to a parameter relating to the difference between the maximum air conditioning capacity that can be exhibited by the air conditioner (air conditioning system 1) and the current air conditioning capacity. For example, the margin A for the
（１）１−（複数の流量調整弁５Ｂの平均開度）
（２）１−｛（現実の室内送風機５Ｃの回転数／室内送風機５Ｃの最大回転数）の平均｝
最大回転数：各室内送風機５Ｃの上限回転数
（３）１／｛（吹出空気温度−目標吹出温度Ｔａｏ）の平均｝
（４）１−｛（吹出空気温度−目標吹出温度Ｔａｏ）の平均｝／ｎ
ｎ：（吹出空気温度−目標吹出温度Ｔａｏ）に相当する値であって、予め設定された値、つまり、ｎは許容温度差（許容乖離温度）を意味する。
(1) 1- (Average opening degree of a plurality of
(2) 1-{(average of actual number of revolutions of
Maximum number of rotations: Maximum number of rotations of each
(4) 1-{(average of blown air temperature-target blow temperature Tao)} / n
n: A value corresponding to (blow air temperature−target blow temperature Tao), which is a preset value, that is, n means an allowable temperature difference (allowable deviation temperature).
（５）１／｛（冷水吐出温度−目標吐出冷水温度Ｔｗｏ）の平均｝
（６）１−｛（冷水吐出温度−目標吐出冷水温度Ｔｗｏ）の平均｝／ｎ
ｎ：（冷水吐出温度−目標吐出冷水温度Ｔｗｏ）に相当する値であって、予め設定された値、つまり、ｎは許容温度差（許容乖離温度）を意味する。
(5) 1 / {(average of cold water discharge temperature−target discharge cold water temperature Two)}
(6) 1-{(average of cold water discharge temperature−target discharge cold water temperature Two)} / n
n: A value corresponding to (cold water discharge temperature−target discharge cold water temperature Two), which is a preset value, that is, n means an allowable temperature difference (allowable deviation temperature).
そして、統合制御装置１０は、余裕度制御モードの実行時においては、設定環境を維持可能、かつ、余裕度Ａが下限余裕度Ａｃ以上に維持可能な範囲で、例えば、目標吐出冷水温度Ｔｗｏを上昇させながら、目標冷水循環量Ｗｒｏを低下させる。
Then, the
これにより、流量調整弁５Ｂの開度が大きくなって当該流量調整弁５Ｂでの圧力損失を低下させながら、一次ポンプＰ１又は二次ポンプＰ２の消費動力を低下させることが可能となる。
Thereby, the power consumption of the primary pump P1 or the secondary pump P2 can be reduced while the opening degree of the flow
統合制御装置１０は、余裕度Ａが下限余裕度Ａｃ未満の場合には、余裕度制御モード及びフリークーリング運転を実行せず、各制御部１０Ａ〜１０Ｅの自律制御を利用した通常空調運転を実行する。
When the margin A is less than the lower limit margin Ac, the
その理由は、余裕度Ａが下限余裕度Ａｃ未満の場合には、「サーバ室内の空調環境が設定環境から逸脱する」可能性が高いからである。つまり、余裕度Ａが小さいと、ＩＣＴ機器等の発熱量が急増した際に、空調装置から供給する冷熱が過渡的に不足する可能性が高く、信頼性を確保することが難しいからである。 The reason is that when the margin A is less than the lower limit margin Ac, there is a high possibility that the air conditioning environment in the server room deviates from the set environment. In other words, if the margin A is small, there is a high possibility that the cooling heat supplied from the air conditioner will be transiently insufficient when the amount of heat generated by the ICT equipment increases rapidly, and it is difficult to ensure reliability.
３．２ 通常空調運転とフリークーリング運転との切替制御
＜切替制御の概要＞
上述したように、外気温Ｔｏｗが閾値Ｔｈ未満となったときにフリークーリング運転が実行され、かつ、外気温Ｔｏｗが閾値Ｔｈ以上となったときに通常空調運転が実行される。
3.2 Switching control between normal air conditioning operation and free cooling operation <Overview of switching control>
As described above, the free cooling operation is executed when the outside air temperature Tow is less than the threshold Th, and the normal air conditioning operation is executed when the outside air temperature Tow is equal to or higher than the threshold Th.
換言すれば、統合制御装置１０が外気温Ｔｏｗ以上の値を閾値Ｔｈとして設定すると、フリークーリング運転が実行される。一方、統合制御装置１０が外気温Ｔｏｗ未満の値を閾値Ｔｈとして設定すると、フリークーリング運転が実行されず通常空調運転が実行される。
In other words, when the
そして、統合制御装置１０は、少なくとも「フリークーリング運転を実行するか否かを判断する判断処理」及び「サーバ室内の空調環境が設定環境から逸脱するか否かを推定する推定処理」を実行してフリークーリング運転を継続的に実行するか否か判断して閾値Ｔｈを決定する。
Then, the
判断処理では、室内の空調環境及び室外環境を直接的又は間接的に示す環境指標を用いてフリークーリング運転を実行するか否かを判断する。当該判断処理は、第１判断処理及び第２判断処理を有して構成される。 In the determination process, it is determined whether or not to perform the free cooling operation using an environmental index that directly or indirectly indicates the indoor air conditioning environment and the outdoor environment. The determination process includes a first determination process and a second determination process.
第１判断処理では、サーバ室内で発生した熱を回収した冷水の温度（以下、還水温度ＴＷ２という。）、及び外気温Ｔｏｗを利用して、冷却塔７Ｂにて回収した冷熱をサーバ室内に供給可能であるか否を判断される。
In the first determination process, the cold heat collected in the
還水温度ＴＷ２は還水温度センサＳ５の検出値を利用した値である。そして、統合制御装置１０（第１判断処理）は、還水温度ＴＷ２及び外気温Ｔｏｗを利用して冷却塔７Ｂから供給可能な冷水の温度（以下、供給温度ＴＷ１という。）を取得する。
The return water temperature TW2 is a value using the detection value of the return water temperature sensor S5. And the integrated control apparatus 10 (1st judgment process) acquires the temperature (henceforth supply temperature TW1) of the cold water which can be supplied from the
なお、統合制御装置１０は、以下の手法により供給温度ＴＷ１を取得する。すなわち、フリークーリング運転を開始した時から予め設定された時間が経過していないときには、供給温度ＴＷ１は、還水温度ＴＷ２、外気温Ｔｏｗ及び流量等に基づいて推定（演算）される。
The
フリークーリング運転を開始した時から予め設定された時間が経過したときには、第２冷水温度センサＳ３の検出温度が供給温度ＴＷ１として取得される。なお、供給温度ＴＷ１の推定方法は不問である。本実施形態では、国土交通省から配布されているＬＣＥＭシミレーションツール等を利用して供給温度ＴＷ１を推定している。 When a preset time has elapsed since the start of the free cooling operation, the temperature detected by the second cold water temperature sensor S3 is acquired as the supply temperature TW1. In addition, the estimation method of supply temperature TW1 is not ask | required. In this embodiment, the supply temperature TW1 is estimated using an LCEM simulation tool distributed from the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism.
そして、第１判断処理では、還水温度ＴＷ２と供給温度ＴＷ１との差が予め設定された温度差Ｘより大きい場合にはサーバ室内への冷熱供給は不可能であると判断され、かつ、還水温度ＴＷ２と供給温度ＴＷ１との差が温度差Ｘ未満である場合にはサーバ室内に冷熱を供給可能と判断される。 In the first determination process, when the difference between the return water temperature TW2 and the supply temperature TW1 is larger than the preset temperature difference X, it is determined that the cold supply to the server room is impossible and the return is performed. When the difference between the water temperature TW2 and the supply temperature TW1 is less than the temperature difference X, it is determined that cold heat can be supplied into the server room.
第２判断処理では、第１判断処理にて供給可能と判断された場合にはフリークーリング運転を実行すると判断され、供給不可能と判断された場合にはフリークーリング運転を不実行と判断される。 In the second determination process, when it is determined that supply is possible in the first determination process, it is determined that the free cooling operation is performed, and when it is determined that supply is not possible, the free cooling operation is determined not to be performed. .
つまり、本実施形態に係る判断処理では、供給温度ＴＷ１及び還水温度ＴＷ２等をサーバ室内の空調環境及び室外環境を直接的又は間接的に示す環境指標としてフリークーリング運転を実行するか否かが判断される。 That is, in the determination processing according to the present embodiment, whether or not to perform the free cooling operation using the supply temperature TW1, the return water temperature TW2, etc. as an environmental index that directly or indirectly indicates the air conditioning environment and the outdoor environment in the server room. To be judged.
推定処理では、空調装置の作動状態を示す状態指標及び環境指標を用いて「サーバ室内の空調環境が設定環境から逸脱するか否かの推定」がされる。
状態指標には、例えば、（ａ）「余裕度Ａ」、（ｂ）「空調装置を構成する複数の機器のうち故障状態にある機器が予め設定された数以下であるか否かを示す情報」、（ｃ）「空調装置が予め設定された非常時状態に該当するか否かを示す情報」、及び（ｄ）「空調装置の作動状態を検知するセンサが予め設定された故障状態に該当するか否かを示す情報」等が含まれる。
In the estimation processing, “estimation as to whether or not the air-conditioning environment in the server room deviates from the set environment” is performed using the state index and the environment index indicating the operating state of the air-conditioning apparatus.
In the status index, for example, (a) “margin A”, (b) “information indicating whether or not the number of devices in a failure state among a plurality of devices constituting the air conditioner is equal to or less than a preset number. ", (C)" information indicating whether or not the air conditioner corresponds to a preset emergency state ", and (d)" a sensor that detects the operating state of the air conditioner corresponds to a preset failure state " Information indicating whether or not to perform "or the like.
また、環境指標には、供給温度ＴＷ１及び還水温度ＴＷ２に加えて、例えば「サーバ室内で発生する熱量の増加率が予め設定された増加率を越えているか否かを示す情報」等が含まれている。 In addition to the supply temperature TW1 and the return water temperature TW2, the environmental index includes, for example, “information indicating whether the rate of increase in the amount of heat generated in the server room exceeds a preset rate of increase” or the like. It is.
そして、統合制御装置１０は、「サーバ室内の空調環境が設定環境から逸脱する」と推定された場合には、通常空調運転を実行するための通常運転処理を実行し、「サーバ室内の空調環境が設定環境から逸脱する」と推定されなかった場合には、フリークーリング運転を継続的に実行可能な値を閾値Ｔｈとして設定する。
Then, when it is estimated that “the air conditioning environment in the server room deviates from the setting environment”, the
具体的には、統合制御装置１０は、「サーバ室内の空調環境が設定環境から逸脱する」と推定された場合には、初期設定値（ディフォルト値）を閾値Ｔｈとして設定する。初期設定値とは、試験や稼働実績等に基づいて予め決定された値であって、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部（図示せず。）に予め記憶された値である。
Specifically, when it is estimated that “the air conditioning environment in the server room deviates from the setting environment”, the
統合制御装置１０は、「サーバ室内の空調環境が設定環境から逸脱する」と推定されなかった場合、つまり「サーバ室内を設定環境に維持可能」と推定可能な場合には、外気温Ｔｏｗ以上の値を閾値Ｔｈとして設定する。なお、本実施形態では、統合制御装置１０は外気温Ｔｏｗ＋Ｙ（予め設定された値）を閾値Ｔｈとして設定する。
If it is not estimated that “the air conditioning environment in the server room deviates from the setting environment”, that is, if it can be estimated that “the server room can be maintained in the setting environment”, the
＜切替制御の詳細＞
図２及び図３は、統合制御装置１０で実行される切替制御を示すフローチャートである。当該切替制御を実行するためのプログラム（ソフトウェア）は、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。
<Details of switching control>
2 and 3 are flowcharts showing the switching control executed by the
なお、統合制御装置１０には、上記センサＳ１〜Ｓ５からの信号に加えて、以下の信号が入力されている。
（ａ）室内空気の湿球温度を検出する室内温度センサ（図示せず。）の出力信号
（ｂ）室内空気の相対湿度を検出する室内湿度センサ（図示せず。）の出力信号
（ｃ）室内空調機５（ＡＨＵ）が故障したことを示す出力信号
（ｃ）空調システム１（空調装置）への電力供給が停止した旨を示す信号
（ｄ）ＩＣＴ機器の消費電力を示す信号
（ｅ）いずれかの箇所で冷水の漏れが発生したことを示す信号
（ｆ）制御優先度が高いセンサや機器等の重要ポイントとの通信状況が不通となったことを示す信号
（ｇ）各流量調整弁５Ｂの開度を示す信号
図２及び図３に示す切替制御は、空調装置（空調システム）の起動と共に起動された後、所定時間間隔で実行される。そして、空調装置（空調システム）が停止したときに停止する。
In addition to the signals from the sensors S1 to S5, the following signals are input to the
(A) Output signal of an indoor temperature sensor (not shown) that detects the wet bulb temperature of the indoor air (b) Output signal of an indoor humidity sensor (not shown) that detects the relative humidity of the indoor air (c) Output signal indicating failure of indoor air conditioner 5 (AHU) (c) Signal indicating that power supply to air conditioning system 1 (air conditioner) has stopped (d) Signal indicating power consumption of ICT equipment (e) Signal indicating that cold water has leaked at any point (f) Signal indicating that communication with important points such as sensors and equipment with high control priority has been interrupted (g) Each flow control valve Signal indicating 5B opening degree The switching control shown in FIGS. 2 and 3 is executed at predetermined time intervals after being started together with the start of the air conditioner (air conditioning system). And it stops when the air conditioner (air conditioning system) stops.
切替制御が起動されと、先ず、図４に示す判断項目ＮＯ．１〜判断項目ＮＯ．８のうちいずれかの項目が検出されているか否かが判断される（Ｓ１）。なお、判断項目ＮＯ．１〜判断項目ＮＯ．８は、状態指標及び環境指標の具体例である。 When the switching control is activated, first, the decision item NO. 1 to judgment item NO. It is determined whether any of the items 8 is detected (S1). In addition, judgment item NO. 1 to judgment item NO. 8 is a specific example of a state index and an environmental index.
Ｓ１にて、いずれかの判断項目が検出されたと判断された場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、図２に示すように、フリークーリング運転判定用の閾値Ｔｈが初期設定値に再設定、かつ、室外送風機等の冷却調整装置の制御目標値が初期設定値に再設定された後（Ｓ３）、本制御が一旦終了する。 If it is determined in S1 that any one of the determination items has been detected (S1: YES), as shown in FIG. 2, the threshold Th for free cooling operation determination is reset to the initial setting value, and After the control target value of the cooling adjustment device such as the outdoor blower is reset to the initial setting value (S3), the present control is temporarily ended.
Ｓ１にて、いずれかの判断項目も検出されていないと判断された場合には（Ｓ１：ＮＯ）、いずれかの判断項目も検出されていない状態となった時からの経過時間が予め設定された時間を越えたか否か判断される（Ｓ５）。当該時間が経過していないと判断された場合には（Ｓ５：ＮＯ）、本制御が一旦終了する。 If it is determined in S1 that none of the determination items are detected (S1: NO), an elapsed time from when any determination item is not detected is set in advance. It is determined whether or not the predetermined time has been exceeded (S5). If it is determined that the time has not elapsed (S5: NO), this control is temporarily terminated.
当該時間が経過したと判断された場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、判断項目ＮＯ．９（図４参照）が検出されたか否かが判定される（Ｓ７）。判断項目ＮＯ．９が検出されたと判断された場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、フリークーリング運転判定用の閾値Ｔｈが初期設定値に再設定、かつ、室外送風機等の冷却調整装置の制御目標値が初期設定値に再設定された後（Ｓ９）、本制御が一旦終了する。 If it is determined that the time has elapsed (S5: YES), the determination item NO. It is determined whether 9 (see FIG. 4) is detected (S7). Judgment item NO. 9 is detected (S7: YES), the threshold Th for determining the free cooling operation is reset to the initial set value, and the control target value of the cooling adjusting device such as the outdoor blower is the initial set value. (S9), this control is temporarily terminated.
判断項目ＮＯ．９が検出されていないと判断された場合には（Ｓ７：ＮＯ）、判断項目ＮＯ．９が検出されていない状態となった時からの経過時間が予め設定された時間を越えたか否か判断される（Ｓ９）。 Judgment item NO. 9 is determined not to be detected (S7: NO), the determination item NO. It is determined whether or not the elapsed time from when 9 is not detected exceeds a preset time (S9).
当該時間が経過していないと判断された場合には（Ｓ９：ＮＯ）、本制御が一旦終了する。当該時間が経過したと判断された場合には（Ｓ９：ＹＥＳ）、熱源機７Ａが稼働（サーモオン）しているか否かが判断される（Ｓ１３）。 If it is determined that the time has not elapsed (S9: NO), this control is temporarily terminated. If it is determined that the time has elapsed (S9: YES), it is determined whether or not the heat source unit 7A is operating (thermo-on) (S13).
熱源機７Ａが稼働（サーモオン）していると判断された場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、フリークーリング運転判定用の閾値Ｔｈが初期設定値に再設定、かつ、室外送風機等の冷却調整装置の制御目標値が初期設定値に再設定された後（Ｓ１５）、本制御が一旦終了する。 When it is determined that the heat source unit 7A is operating (thermo-on) (S13: YES), the threshold Th for free cooling operation determination is reset to the initial set value, and the cooling adjustment device such as an outdoor blower is After the control target value is reset to the initial set value (S15), this control is temporarily terminated.
熱源機７Ａが稼働（サーモオン）していないと判断された場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、フリークーリング運転を開始した時から予め設定された時間が経過したか否か判断される（Ｓ１７）。当該時間が経過したと判断された場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、第２冷水温度センサＳ３の検出温度が供給温度ＴＷ１とされる（Ｓ１９）。 When it is determined that the heat source device 7A is not operating (thermo-on) (S13: NO), it is determined whether a preset time has elapsed since the start of the free cooling operation (S17). When it is determined that the time has elapsed (S17: YES), the temperature detected by the second cold water temperature sensor S3 is set to the supply temperature TW1 (S19).
当該時間が経過していないと判断された場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、還水温度ＴＷ２、外気温Ｔｏｗ及び流量等に基づいて推定（演算）された値が供給温度ＴＷ１とされる（Ｓ１８）。次に、還水温度ＴＷ２と供給温度ＴＷ１との差が予め設定された温度差Ｘより大きいか否か判断される（Ｓ２１）。 When it is determined that the time has not elapsed (S17: NO), a value estimated (calculated) based on the return water temperature TW2, the outside air temperature Tow, the flow rate, and the like is set as the supply temperature TW1 (S18). ). Next, it is determined whether or not the difference between the return water temperature TW2 and the supply temperature TW1 is greater than a preset temperature difference X (S21).
還水温度ＴＷ２と供給温度ＴＷ１との差が予め設定された温度差Ｘより大きいと判断された場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、フリークーリング運転判定用の閾値Ｔｈが初期設定値に再設定、かつ、室外送風機等の冷却調整装置の制御目標値が初期設定値に再設定された後（Ｓ２３）、本制御が一旦終了する。 When it is determined that the difference between the return water temperature TW2 and the supply temperature TW1 is greater than the preset temperature difference X (S21: YES), the threshold Th for free cooling operation determination is reset to the initial set value, And after the control target value of cooling adjustment apparatuses, such as an outdoor air blower, is reset to the initial setting value (S23), this control is once complete | finished.
還水温度ＴＷ２と供給温度ＴＷ１との差が温度差Ｘ未満であると判断された場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、外気温Ｔｏｗ以上の値（＝外気温Ｔｏｗ＋Ｙ）が閾値Ｔｈとして設定され（Ｓ２５）、かつ、第２冷水温度センサＳ３の検出温度、つまり目標流入冷水温度Ｔｃが目標吐出冷水温度Ｔｗに設定される（Ｓ２７）。 When it is determined that the difference between the return water temperature TW2 and the supply temperature TW1 is less than the temperature difference X (S21: NO), a value equal to or higher than the outside air temperature Tow (= the outside air temperature Tow + Y) is set as the threshold Th ( S25), and the temperature detected by the second cold water temperature sensor S3, that is, the target inflow cold water temperature Tc is set to the target discharge cold water temperature Tw (S27).
４．本実施形態に係る空調システムの特徴
本実施形態では、環境指標を用いてフリークーリング運転を実行するか否かを判断することにより空調システム１の消費エネルギーを削減する。そして、「室内の空調環境が設定環境から逸脱する」と推定された場合には、熱源機７Ａによる通常空調運転を実行することにより高い信頼性を確保することが可能となる。
4). Features of the air conditioning system according to the present embodiment In this embodiment, the energy consumption of the
（第２実施形態）
第１実施形態では、冷却塔７Ｂにて冷却された熱媒体が熱源機７Ａを経由して室内空調機５に直接的に供給される方式であった。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the heat medium cooled in the
これに対して、本実施形態は、例えば図５に示すように、フリークーリング運転時には、冷却塔７Ｂにて冷却された熱媒体が熱源機７Ａを迂回して室内空調機５に直接的に供給される。
In contrast, in the present embodiment, for example, as shown in FIG. 5, during the free cooling operation, the heat medium cooled by the
そして、通常空調運転時には、冷却塔７Ｂにて冷却された熱媒体は、冷却塔７Ｂと熱源機７Ａとの間を循環し、当該熱媒体（以下、冷却水ともいう。）は、熱源機７Ａの高圧側（例えば、凝縮器）を冷却する。
During normal air conditioning operation, the heat medium cooled in the
このため、本実施形態に係る空調システム１では、冷却塔７Ｂにて冷却された冷却水を熱源機７Ａを迂回させて室内空調機５に導く経路、及び室内空調機５から流出した冷却水を熱源機７Ａを迂回させて冷却塔７Ｂに導く経路が設けられている。
For this reason, in the
なお、冷却水ポンプＰ３は、通常空調運転時に冷却塔７Ｂと熱源機７Ａとの間で冷却水を循環させるポンプである。冷却水ポンプ制御部１０Ｆは、冷却水ポンプＰ３の作動を制御して冷却水の循環量を制御する。
The cooling water pump P3 is a pump that circulates cooling water between the
第２冷水ポンプＰ４は、フリークーリング運転時に、冷却塔７Ｂと室内空調機５との間で熱媒体を循環させるポンプである。第２冷水ポンプ制御部１０Ｇは、第２冷水ポンプＰ４の作動を制御して冷水の循環量を制御する。
The second cold water pump P4 is a pump that circulates the heat medium between the
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、フリークーリング運転時には、熱源機７Ａを停止させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、フリークーリング運転時に熱源機７Ａを稼働させて冷却塔７Ｂにて冷却された冷水を再冷却して室内空調機５に供給する、又は熱源機７Ａで冷却された冷水と冷却塔７Ｂに冷却された冷水とを混合して室内空調機５に供給する等してもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the heat source unit 7A is stopped during the free cooling operation. However, the present invention is not limited to this, and the heat source unit 7A is operated during the free cooling operation and cooled by the
上述の実施形態では、環境指標及び状態指標を用いて「室内の空調環境が設定環境から逸脱するか否かを推定」したが、本発明はこれに限定されるものではなく、環境指標及び状態指標のうち少なくとも一方の指標を用いて当該推定をしてもよい。 In the above-described embodiment, the environment index and the state index are used to “estimate whether or not the indoor air-conditioning environment deviates from the set environment”, but the present invention is not limited to this, and the environment index and the state The estimation may be performed using at least one of the indices.
上述の実施形態では、環境指標及び状態指標の具体例として、図４に示す判断項目を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の判断項目であってもよい。
上述の第１実施形態に係る空調システム１では、室内空調機５から還流する冷水が通常空調運転時であっても冷却塔７Ｂ（室外熱交換器）を循環していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、常空調運転時には、冷却塔７Ｂを迂回して熱源機７Ａに還流する構成としてもよい。
In the above-described embodiment, the determination items illustrated in FIG. 4 are illustrated as specific examples of the environmental index and the state index. However, the present invention is not limited to this, and may be other determination items.
In the
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment as long as it matches the gist of the invention described in the claims.
１… 空調システム
５… 室内空調機
７Ａ… 熱源機
７Ｂ… 冷却塔
１０… 統合制御装置
１０Ａ… 空調機制御部
１０Ｂ… 二次ポンプ制御部
１０Ｃ… 一次ポンプ制御部
１０Ｄ… 熱源制御部
１０Ｅ… 冷却塔制御部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
室内空調に利用される冷熱を生成する熱源機を有し、前記熱源機により生成された冷熱を利用した室内空調（以下、通常空調運転という。）、及び室外空気から回収した冷熱を利用した室内空調（以下、フリークーリング運転という。）を実行可能な空調装置と、
前記空調装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
室内の空調環境及び室外環境を直接的又は間接的に示す環境指標を用いて前記フリークーリング運転を実行するか否かを判断する判断処理、
室内の空調環境が前記設定環境から逸脱するか否かを推定する推定処理であって、前記環境指標及び前記空調装置の作動状態を示す状態指標のうち少なくとも一方の指標を用いて当該推定をする推定処理、並びに
前記推定処理にて「室内の空調環境が前記設定環境から逸脱する」と推定された場合には、前記通常空調運転を実行する通常運転処理
が実行可能であることを特徴とする空調システム。 In an air conditioning system for maintaining a room in a preset air conditioning environment (hereinafter referred to as a setting environment),
An indoor air conditioner (hereinafter, referred to as normal air conditioning operation) that uses the cold generated by the heat source machine, and an indoor room that uses the cold recovered from the outdoor air. An air conditioner capable of performing air conditioning (hereinafter referred to as free cooling operation);
A control device for controlling the operation of the air conditioner,
The controller is
A determination process for determining whether or not to execute the free cooling operation using an environmental index directly or indirectly indicating an indoor air-conditioning environment and an outdoor environment;
An estimation process for estimating whether or not an indoor air-conditioning environment deviates from the set environment, and the estimation is performed using at least one of the environmental index and a state index indicating an operating state of the air-conditioning apparatus. When it is estimated that the indoor air conditioning environment deviates from the set environment in the estimation process and the estimation process, the normal operation process for executing the normal air conditioning operation is executable. Air conditioning system.
前記判断処理では、
室内で発生した熱を回収した熱媒体の温度、及び室外空気の湿球温度を利用して前記冷却塔にて回収した冷熱を室内に供給可能であるか否を判断する第１判断処理、並びに
前記第１判断処理にて供給可能と判断された場合には前記フリークーリング運転を実行すると判断し、供給不可能と判断された場合には前記フリークーリング運転を不実行と判断する第２判断処理
が実行されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の空調システム。 The air conditioner has a cooling tower that radiates heat generated in the room to the outside air,
In the determination process,
A first determination process for determining whether or not the cooling heat recovered in the cooling tower can be supplied to the room using the temperature of the heat medium recovered from the heat generated in the room and the wet bulb temperature of the outdoor air; and When it is determined in the first determination process that supply is possible, it is determined that the free cooling operation is executed, and when it is determined that supply is impossible, the second determination process is determined that the free cooling operation is not executed. The air conditioning system according to any one of claims 1 to 6, wherein is executed.
前記制御装置は、前記外気温度検知部が検知した温度（以下、検知外気温という。）が前記判断処理にて決定された閾値未満の場合に前記フリークーリング運転を実行するフリークーリング制御部を有しており、
前記判断処理は、前記フリークーリング運転を実行すると判断したときには、前記検知外気温以上の値を前記閾値として決定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の空調システム。 An outdoor temperature detector that detects the wet bulb temperature of outdoor air
The control device includes a free cooling control unit that performs the free cooling operation when a temperature detected by the outside air temperature detection unit (hereinafter referred to as a detected outside air temperature) is less than a threshold value determined in the determination process. And
The air conditioning system according to any one of claims 1 to 7, wherein, in the determination process, when it is determined that the free cooling operation is performed, a value equal to or higher than the detected outside air temperature is determined as the threshold value.
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