JP2020070950A - Building cooling and heating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビル用冷暖房システム、特に地域冷暖房の一定地域内にあるビルに適した冷暖房システムに関する。 The present invention relates to a building heating / cooling system, and more particularly to a cooling / heating system suitable for a building within a certain area of district cooling / heating.
従来から、中大規模のビル向けにビル用マルチエアコンが普及している。1台の熱源ユニットでビル全体を空調する、大規模のビルに適したセントラル空調とは異なり、ビル用マルチエアコンは、例えばフロア毎に設置した熱源ユニット(室外機)に複数の室内機を接続し、室内機毎(部屋毎)に温度調節ができ、また冷房・暖房を自由に設定できることから快適性を向上できる。 2. Description of the Related Art Conventionally, building multi-air conditioners have been popular for medium and large-scale buildings. Unlike central air conditioning, which is suitable for large-scale buildings, where one heat source unit is used to air-condition the entire building, multi-air conditioners for buildings connect multiple indoor units to heat source units (outdoor units) installed on each floor, for example. However, the temperature can be adjusted for each indoor unit (room), and the cooling and heating can be set freely, which improves comfort.
ところで、近年では、地域冷暖房が普及してきている。地域冷暖房は、一定地域内の多数のビルに熱供給設備(地域冷暖房プラント)から、冷水・温水・蒸気などの熱媒を、地域配管を通して供給し、冷房・暖房・給湯などを行うシステムである。つまり、地域冷暖房では、地域冷暖房プラントによって地域全体の熱源をまとめて製造し、供給するためセントラル空調が各ビルに採用される。 By the way, in recent years, district heating and cooling have become widespread. District heating and cooling is a system that supplies heat media such as cold water, hot water, and steam from a heat supply facility (regional heating and cooling plant) to a large number of buildings in a certain area through regional piping to perform cooling, heating, and hot water supply. .. In other words, in district heating and cooling, central air conditioning is adopted in each building in order to collectively manufacture and supply heat sources for the entire region by the district heating and cooling plant.
地域冷暖房では、セントラル空調が採用されているため、地域冷暖房を導入したビルでは、部屋毎に冷房モードと暖房モードを切り替えることはできない。もちろん、地域冷暖房を導入せずにビル用マルチエアコンを単独で設置することは可能であるかもしれない。 Since central air conditioning is adopted in district heating and cooling, it is not possible to switch between cooling mode and heating mode for each room in a building where district cooling and heating is introduced. Of course, it may be possible to install a building multi-air conditioner independently without introducing district heating and cooling.
しかしながら、超大規模のビル、特に延床面積が10万平方メートルを超えるような超高層ビルでは顕著となるが、空冷式のビル用マルチエアコンを導入しようとすると、室外機の台数が1000台以上となり、室外機を屋上に設置できない場合がある。仮に物理的に設置できるとしても、室外機と室内機との高低差があるとマルチエアコンの仕様から実際には設置することはできない。 However, when it comes to introducing an air-cooled multi air conditioner for buildings, the number of outdoor units will exceed 1,000, which is especially noticeable in ultra-large-scale buildings, especially in skyscrapers with a total floor area exceeding 100,000 square meters. , In some cases, the outdoor unit cannot be installed on the roof. Even if it can be physically installed, it cannot be actually installed due to the specifications of the multi-air conditioner if there is a difference in height between the outdoor unit and the indoor unit.
また、各階のバルコニー等に室外機を設置する場合、上層階の室外機は下層階の室外機の排気熱の影響を受けて、効率的な運転ができなくなるおそれがある。 Further, when an outdoor unit is installed on a balcony or the like on each floor, the outdoor unit on the upper floor may be affected by the exhaust heat of the outdoor unit on the lower floor and may not be able to operate efficiently.
一方、水冷式のビル用マルチエアコンを導入しようとすると、冷却塔やボイラーの台数が多くなり、保守費用等コストの問題や空冷式と同様に設置面積の問題が生じてくる。 On the other hand, when trying to introduce a water-cooled multi air conditioner for buildings, the number of cooling towers and boilers increases, which causes cost problems such as maintenance costs and installation area problems similar to the air-cooled type.
本発明は、地域冷暖房の一定地域内におけるビルにおいても水冷式ビル用マルチエアコンを設置可能とすることを目的とする。 An object of the present invention is to make it possible to install a water-cooled multi air conditioner for a building even in a building within a certain area for district heating and cooling.
本発明に係るビル用冷暖房システムは、水冷式ビル用マルチエアコンと、地域冷暖房の一定地域内にある他のビルからの地域冷暖房プラントへの還水と、前記水冷式ビル用マルチエアコンの熱源水と、を熱交換する熱交換器と、前記ビルからの還水の温度を利用して前記水冷式ビル用マルチエアコンの熱源ユニットに供給する熱源水の温度を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。 A building air-conditioning system according to the present invention includes a water-cooled multi-air conditioner for buildings, return water from another building within a certain area of district air-conditioning to a district air-conditioning plant, and heat source water for the water-cooled multi air conditioner for buildings. And a control means for controlling the temperature of the heat source water supplied to the heat source unit of the water-cooled multi-air conditioner for buildings by utilizing the temperature of the return water from the building. Is characterized by.
また、前記熱交換器は、前記他のビルからの冷水の還水と、前記熱源ユニットに供給する冷水用の熱源水と、を熱交換する冷水用熱交換器と、前記他のビルからの温水の還水と、前記熱源ユニットに供給する温水用の熱源水と、を熱交換する温水用熱交換器と、を有することを特徴とする。 Further, the heat exchanger, a cold water heat exchanger for exchanging heat between cold water returned from the other building and heat source water for cold water supplied to the heat source unit; and a heat exchanger for cooling water from the other building. It has a heat exchanger for hot water which exchanges heat between return water of hot water and heat source water for hot water supplied to the heat source unit.
また、前記制御手段は、前記水冷式ビル用マルチエアコンから取得した冷暖房にかかる負荷情報に基づき前記熱源ユニットに供給する熱源水の流路を制御することを特徴とする。 Further, the control means controls the flow path of the heat source water to be supplied to the heat source unit based on the load information on cooling and heating acquired from the water-cooled multi-air conditioner for buildings.
また、前記制御手段は、冷房負荷が暖房負荷より高い場合、前記冷水用熱交換器により熱交換された熱源水を前記熱源ユニットに供給するよう制御することを特徴とする。 Further, when the cooling load is higher than the heating load, the control means controls to supply the heat source water heat-exchanged by the cold water heat exchanger to the heat source unit.
また、前記制御手段は、暖房負荷が冷房負荷より高い場合、前記温水用熱交換器により熱交換された熱源水を前記熱源ユニットに供給するよう制御することを特徴とする。 Further, when the heating load is higher than the cooling load, the control means controls to supply the heat source water that has been heat-exchanged by the hot water heat exchanger to the heat source unit.
また、前記制御手段は、前記熱源ユニットに供給する熱源水の温度に基づき前記水冷式ビル用マルチエアコンへの流量を制御することを特徴とする。 Further, the control means controls the flow rate to the water-cooled building multi-air conditioner based on the temperature of the heat source water supplied to the heat source unit.
本発明によれば、地域冷暖房の一定地域内におけるビルにおいても水冷式ビル用マルチエアコンを設置することができる。 According to the present invention, it is possible to install a water-cooled multi air conditioner for a building even in a building within a certain area of district heating and cooling.
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
「地域冷暖房」というのは、前述したように一定地域内の多数のビルに熱供給設備(地域冷暖房プラント)から、冷水・温水・蒸気などの熱媒を、地域配管を通して供給し、冷房・暖房・給湯などを行うシステムのことをいうが、本実施の形態では、各ビルに熱源水(冷却水)を供給する地域冷暖房に適用する場合を例にして説明する。 "Regional cooling and heating" means, as mentioned above, that a large number of buildings within a certain area are supplied with heat medium such as chilled water, hot water and steam through regional piping from a heat supply facility (community cooling and heating plant) to cool and heat the building. This refers to a system for supplying hot water, but in the present embodiment, a case where it is applied to district heating and cooling that supplies heat source water (cooling water) to each building will be described as an example.
図1は、本実施の形態における地域冷暖房の地域配管の接続形態を示す概念図である。図1には、DHC(District Heating and Cooling)1と複数のビル2が示されている。DHC1は、地域冷暖房であり、本実施の形態では、特に各ビル2のセントラル空調向けに冷水と温水を熱源水として供給する地域冷暖房プラントを示している。ビル2は、地域冷暖房の一定地域内にある建物であり、DHC1から供給される熱源水を利用してセントラル空調方式にて空調を行う。DHC1と各ビル2の間には、DHC1が製造した冷水を各ビル2に供給するための地域配管3、DHC1が製造した温水を各ビル2に供給するための地域配管4、各ビル2がDHC1から供給され空調等に使用した後の冷水をDHC1に戻すための地域配管5、各ビル2がDHC1から供給され空調等に使用した後の温水をDHC1に戻すための地域配管6、がそれぞれ配設される。なお、DHC1が各ビル2に供給する冷水の温度は、地域冷暖房にもよるが、一般に7度程度、温水の温度は60度程度である。また、現状からして、各ビル2がDHC1に還す冷水の温度は12度程度、温水の温度は40度程度になることを想定している。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a connection form of regional pipes for district heating and cooling in the present embodiment. FIG. 1 shows a DHC (Distribution Heating and Cooling) 1 and a plurality of
以降の説明において、DHC1が地域配管3を通して各ビル2に供給する冷水を「冷水(往水)」、DHC1が地域配管4を通して各ビル2に供給する温水を「温水(往水)」、各ビル2が地域配管5を通してDHC1に還す冷水を「冷水(還水)」、各ビル2が地域配管6を通してDHC1に還す温水を「温水(還水)」、と記載する。また、冷水(往水)及び温水(往水)を区別する必要がない場合は、「往水」と総称する。同様に、冷水(還水)及び温水(還水)を区別する必要がない場合は、「還水」と総称する。
In the following description, the cold water that the DHC 1 supplies to each
本実施の形態におけるビル用冷暖房システムを設置するビル10は、熱源水としてDHC1から往水の供給を受けずに、他のビル2が使用した熱源水、すなわち還水の温度を利用することを特徴としており、そのために、冷水用の熱交換器及び温水用の熱交換器をそれぞれ、他のビル2がDHC1に還水を還す地域配管5,6の取付位置7a,7bに設置する。なお、複数のビル2からの冷水(還水)及び温水(還水)の温度を利用するために設置位置8a,8bに設置してもよい。
The
図2は、本発明に係るビル用冷暖房システムの一実施の形態を示す全体構成図である。図2には、セントラル空調方式の空調設備を備えるビル2とは異なり、本実施の形態におけるビル用冷暖房システムが適用されるビル10が示されている。ビル10は、水冷式ビル用マルチエアコン(水冷ビルマル)11を使用するビル用冷暖房システムを備えている。
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a building cooling / heating system according to the present invention. FIG. 2 shows a
水冷式ビル用マルチエアコン11は、熱源ユニット(室外ユニット)111、分流コントローラ112及び室内機(室内ユニット)113を有している。室内機113は、例えば部屋に1乃至複数設置され、当該部屋に冷気又は暖気を供給する。室内機113は、運転モードや室温設定を個々に設定できる。熱源ユニット111は、熱源水によって冷気/暖気を生成する。分流コントローラ112は、各室内機113の運転モード等の設定に応じて熱源ユニット111が生成した冷気/暖気を各室内機113に供給する。水冷式ビル用マルチエアコン11は、従来から存在する室外ユニット、分流コントローラ及び室内ユニットから成る装置をそのまま利用してよい。
The water-cooled building
本実施の形態では、熱源として他のビル2からの還水を利用し、冷水塔及びボイラーを必要としない。すなわち、水冷式ビル用マルチエアコン11は、冷水塔及びボイラーを含まない。なお、図2に示す水冷式ビル用マルチエアコン11の構成は、ビル10の各階ともに同じでよいので、図2では1組の構成のみ図示した。
In this embodiment, the return water from another
ビル10には、更に他のビル2からの還水と、水冷式ビル用マルチエアコン11の熱源水と、を熱交換する熱交換器12が設置される。本実施の形態では、熱交換の効率性を考慮して冷水用と温水用それぞれに対応させて熱交換器12a,12bを設置するが、少なくとも一方のみで運用することは可能である。なお、2台の熱交換器12a,12bを区別する必要がない場合は、上記の通り「熱交換器12」と総称する。熱交換器12aは、図1に示す取付位置7aに接続され、他のビル2からの冷水(還水)と、水冷式ビル用マルチエアコン11の熱源水と、を熱交換する。熱交換器12bは、図1に示す取付位置7bに接続され、他のビル2からの温水(還水)と、水冷式ビル用マルチエアコン11の熱源水と、を熱交換する。
In the
水冷式ビル用マルチエアコン11と熱交換器12との間には、水冷式ビル用マルチエアコン11の熱源水を循環させる配管が図2に示すように設置される。熱交換器12aから出力される熱源水は、バルブ(冷水弁)13aを通り、更に温度計14、インバータ15により動作制御されるポンプ16を通って水冷式ビル用マルチエアコン11に供給可能なように配管が設置される。一方、熱交換器12bから出力される熱源水は、バルブ(温水弁)13bを通り、更に温度計14、ポンプ16を通って水冷式ビル用マルチエアコン11に供給可能なように配管が設置される。水冷式ビル用マルチエアコン11により使用された熱源水は、流量計17を通って熱交換器12に供給されるように配管が設置される。本実施の形態では、熱交換器12a又は熱交換器12bに切り替えて、すなわち排他的に熱源水が還される。
Between the water-cooled building
コントローラ18は、他のビル2からの還水の温度を利用して水冷式ビル用マルチエアコン11の熱源ユニット111に供給する熱源水の温度を制御する制御手段として機能する。熱源水の温度制御を行う際、温度計14及び流量計17の各計測値と水冷式ビル用マルチエアコン11から取得する冷暖房に係る負荷情報に基づきバルブ13a,13bの開閉制御並びにインバータ15の動作を制御して、ポンプ16からの流量を調整する。
The
コントローラ18は、従前からある汎用的なハードウェア構成で実現できる。すなわち、コントローラ18は、CPU、ROM、RAMやハードディスクドライブ(HDD)等の記憶手段を内部バスに接続して構成される。また、必要により通信インタフェースやユーザインタフェースを持たせてもよい。後述するコントローラ18は、ハードウェアにより、あるいはCPUとCPUで動作するプログラムとの協調動作により実現してもよい。プログラムは、コントローラ18の設置時あるいは設置後にネットワーク等を経由してインストールしてもよい。
The
次に、本実施の形態における動作について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
コントローラ18は、水冷式ビル用マルチエアコン11から冷暖房に係る負荷情報を取得する。負荷情報には、ビル10全体で使用されている室内機113の運転台数、運転中の室内機113の運転モード(冷房運転、暖房運転の別)が含まれている。コントローラ18は、取得した負荷情報を解析することで現時点の冷房負荷及び暖房負荷を求める。冷房負荷は、例えば、冷房運転モードで稼働している室内機113の運転台数、冷房運転モードで稼働している室内機113全体の消費電力、熱源ユニット111における冷房出力、冷房運転において熱源水に必要な熱量、流量等である。冷房負荷は、従前からある手法を用いればよい。暖房負荷も冷房負荷と同様な方法にて求める。
The
そして、冷房負荷が暖房負荷より大きい場合、コントローラ18は、温水弁13bを閉制御すると共に、熱源ユニット111に供給する熱源水の温度が10度以上になるよう冷水弁13aの開度を調整する。このように、コントローラ18は、熱源水が熱交換器12a、冷水弁13a、温度計14、ポンプ16を通って熱源ユニット111に供給されるよう流路を制御する。そして、熱源ユニット111から出力される熱源水は、流量計17を通って熱交換器12aに供給される。
When the cooling load is larger than the heating load, the
ところで、現在の熱源ユニットの仕様から、熱源水の温度は10度から45度の間に調整する必要がある。そのため、コントローラ18は、熱交換器12aから出力され熱源ユニット111に供給する熱源水の温度が10度以上となるよう温度調整を行う。なお、熱源ユニット111に供給される熱源水の温度は、温度計14によって測定される。また、コントローラ18は、冷房負荷の大きさ、流量計17が測定した流量、熱源ユニット111の出力等に応じて熱源ユニット111に供給する熱源水の流量、熱量を制御するためにインバータ15の動作を制御して、ポンプ16の開閉度合いを調整する。
By the way, according to the current specifications of the heat source unit, it is necessary to adjust the temperature of the heat source water between 10 degrees and 45 degrees. Therefore, the
一方、暖房負荷が冷房負荷より大きい場合、コントローラ18は、冷水弁13aを閉制御すると共に、熱源ユニット111に供給する熱源水の温度が45度以下になるよう温水弁13bの開度を調整する。このように、コントローラ18は、熱源水が熱交換器12b、温水弁13b、温度計14、ポンプ16を通って熱源ユニット111に供給されるよう流路を制御する。そして、熱源ユニット111から出力される熱源水は、流量計17を通って熱交換器12bに供給される。
On the other hand, when the heating load is larger than the cooling load, the
熱源水の温度を45度以下とするのは、前述したように熱交換器の仕様に基づくものである。なお、今後、熱源ユニット111の仕様が変更されると、コントローラ18は、その仕様に適合するよう温度制御すればよい。また、コントローラ18は、暖房負荷の大きさ、流量計17が測定した流量、熱源ユニット111の出力等に応じて熱源ユニット111に供給する熱源水の流量、熱量を制御するためにインバータ15の動作を制御して、ポンプ16の開閉度合いを調整する。
The reason why the temperature of the heat source water is set to 45 degrees or lower is based on the specifications of the heat exchanger as described above. When the specifications of the heat source unit 111 are changed in the future, the
なお、冷房負荷と暖房負荷が同じ場合は、いずれかのバルブ13a,13bを閉制御して冷水又は温水を熱源ユニット111に供給するようにすればよい。
When the cooling load and the heating load are the same, either of the
以上説明したように、本実施の形態では、熱源ユニット111に供給される熱源水の温度が10度から45度の範囲となるようにバルブ13a,13bの開閉制御を行うが、冷房負荷が暖房負荷より大きい場合、コントローラ18は、冷房運転している室内機113の運転効率を優先させて温水弁13bを閉じるように制御する。一方、暖房負荷が冷房負荷より大きい場合、コントローラ18は、暖房運転している室内機113の運転効率を優先させて冷水弁13aを閉じるように制御する。このように、本実施の形態では、冷水又は温水の一方の熱源水のみを熱源ユニット111に供給するようにした。もちろん、冷水と温水を混合してもよいが、ミキシングロスを発生させないようにバルブ13a,13bを排他制御するようにした。なお、現時点の水冷式ビル用マルチエアコンは、熱源ユニットに供給される熱源水の温度が10度から45度の間であれば、冷房運転と暖房運転の双方とも運転可能であり、冷房運転と暖房運転の同時運転が可能である。
As described above, in the present embodiment, the opening / closing control of the
従来の水冷式ビル用マルチエアコンでは、熱源として冷却塔やボイラーを利用していたが、本実施の形態では、他のビル2からの還水の温度を利用するように構成したので、冷却塔やボイラーを必要としない。すなわち、冷却塔やボイラーの保守費用とのコストや設置面積の問題が発生しないので、冷暖房地域の一定地域内においてビル10に水冷式ビル用マルチエアコンを設置することが可能となる。これにより、巨大な規模のビル10においても部屋毎の快適性を向上させることが可能となる。
In the conventional water-cooled multi air conditioner for buildings, a cooling tower or a boiler was used as a heat source, but in the present embodiment, the temperature of return water from another
ところで、本実施の形態におけるビル10に還水を供給するビル2は、従来通りセントラル空調方式により空調制御していることを想定している。ただ、そのビル2も、本実施の形態のビル用冷暖房システムに切り替えて、水冷式ビル用マルチエアコン11を導入する場合も考えられる。このように、ビル2が本実施の形態のビル用冷暖房システムに切り替えていった結果、地域冷暖房の一定地域内にある全てのビルが本実施の形態のビル用冷暖房システムを導入することも理論上、あり得る。そう考えると、現在では、セントラル空調向けに冷水(7度)と温水(60度)を供給している地域冷暖房プラントが、熱源ユニットの仕様に従って10度以上の冷水(往水)と45度以下の温水(往水)を供給するようにしてもよいように考えられる。そうすると、前述した本実施の形態のビル用冷暖房システムは、地域冷暖房プラントから熱源水(往水)を直接受けることも可能となる。また、熱源ユニット111に供給する熱源水の温度を10度以上45度以下に調整するための熱交換器12を使用しなくてすむ。また、DHC1では、熱源水を現状より冷暖する必要がないため、コストの削減にもつながる。
By the way, it is assumed that the
1 DHC、2,10 ビル、3,4,5,6 地域配管、7a,7b,8a,8b 取付位置、11 水冷式ビル用マルチエアコン、12a,12b 熱交換器、13a バルブ(冷水弁)、13b バルブ(温水弁)、14 温度計、15 インバータ、16 ポンプ、17 流量計、18 コントローラ、111 熱源ユニット、112 分流コントローラ、113 室内機。
1 DHC, 2, 10 building, 3, 4, 5, 6 regional piping, 7a, 7b, 8a, 8b mounting position, 11 water-cooled multi air conditioner for building, 12a, 12b heat exchanger, 13a valve (cold water valve), 13b valve (hot water valve), 14 thermometer, 15 inverter, 16 pump, 17 flow meter, 18 controller, 111 heat source unit, 112 diversion controller, 113 indoor unit.
Claims (6)
地域冷暖房の一定地域内にある他のビルからの地域冷暖房プラントへの還水と、前記水冷式ビル用マルチエアコンの熱源水と、を熱交換する熱交換器と、
前記ビルからの還水の温度を利用して前記水冷式ビル用マルチエアコンの熱源ユニットに供給する熱源水の温度を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするビル用冷暖房システム。 A water-cooled multi air conditioner for buildings,
A heat exchanger that exchanges heat with return water from another building within a certain area of district heating and cooling to a district heating and cooling plant, and heat source water of the water-cooled building multi-air conditioner,
Control means for controlling the temperature of the heat source water supplied to the heat source unit of the water-cooled multi-air conditioner for buildings using the temperature of the return water from the building,
An air conditioning system for buildings, characterized by having.
前記他のビルからの冷水の還水と、前記熱源ユニットに供給する冷水用の熱源水と、を熱交換する冷水用熱交換器と、
前記他のビルからの温水の還水と、前記熱源ユニットに供給する温水用の熱源水と、を熱交換する温水用熱交換器と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のビル用冷暖房システム。 The heat exchanger is
A cold water heat exchanger for exchanging heat between cold water returned from the other building and heat source water for cold water supplied to the heat source unit,
A hot water heat exchanger for exchanging heat between hot water returned from the other building and heat source water for hot water supplied to the heat source unit;
The building cooling and heating system according to claim 1, further comprising:
The building cooling and heating system according to claim 1, wherein the control unit controls the flow rate to the water-cooled multi-air conditioner for a building based on the temperature of the heat source water supplied to the heat source unit.
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