JP2020070969A - 熱システムの設計方法及び改造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の熱システムのエネルギー効率の向上を図る。【解決手段】被加熱設備及び被除熱設備の位置情報、並びに被加熱流体と被除熱流体の温度及び流量に関する情報を記憶手段に記憶する。記憶手段に記憶された位置情報並びに温度及び流量に関する情報に基づき、第１の熱システムにおいて被加熱流体の加熱と被除熱流体の除熱に要する第１の運転コストＯＣ１と、第２の熱システムにおいて被除熱流体を除熱し被加熱流体を加熱するのに要する第２の運転コストＯＣ２と、第１の熱システムを第２の熱システムに改造するための改造コストＭＣと、を演算する。少なくともコスト算出結果に基づいて、第２の熱システムに変更することの適否を判断する。【選択図】図３

Description

本発明は熱システムの設計方法と熱システムの改造方法に関し、特にヒートポンプを用いた熱システムの設計方法に関する。

加熱される流体と除熱される流体が並存する熱システムにおいて、加熱手段（ヒーター、ボイラーなど）と除熱手段（チラーなど）が個別に設けられる場合がある。このような熱システムで、加熱に使用した高温流体と除熱に使用した低温流体がそのまま排出されると、エネルギー効率の向上が困難である。ヒートポンプは回収した排熱を他の流体の加熱に用いることができることから、エネルギー効率の向上に効果的である。特許文献１には、ヒートポンプによって排温水から熱を回収し、回収した熱を蒸気の生成に利用する蒸気生成装置が開示されている。特許文献２には、ヒートポンプによって外部の熱回収システムで回収された熱が熱供給センターで利用される加熱システムが開示されている。

特開２０１２−２１７４７号公報 特公平７−１１１２６０号公報

既存の熱システムのエネルギー効率の向上を図る場合に、ヒートポンプは有効な手段の一つである。しかし、これらの特許文献にはどのようにして既存の熱システムのエネルギー効率の向上を図るのか開示されていない。本発明は、既存の熱システムのエネルギー効率の向上を図ることが可能な熱システムの設計方法を提供することを目的とする。

本発明の熱システムの設計方法は、被加熱設備の内部を流通する被加熱流体の加熱と、被除熱設備の内部を流通する被除熱流体の除熱とが顕熱によって行われる第１の熱システムを、被除熱流体がヒートポンプによって除熱され、被除熱流体から奪われた熱がヒートポンプによって被加熱流体に加えられる第２の熱システムに変更することの適否を判定するものである。熱システムの設計方法は、被加熱設備及び被除熱設備の位置情報、並びに被加熱流体と被除熱流体の温度及び流量に関する情報を記憶手段に記憶するステップと、記憶手段に記憶された位置情報並びに温度及び流量に関する情報に基づき、第１の熱システムにおいて被加熱流体の加熱と被除熱流体の除熱に要する第１の運転コストと、第２の熱システムにおいて被除熱流体を除熱し被加熱流体を加熱するのに要する第２の運転コストと、第１の熱システムを第２の熱システムに改造するための改造コストと、を演算するコスト算出ステップと、第２の運転コストと改造コストの合計が第１の運転コストを下回る投資回収期間を算出する投資回収期間算出ステップと、少なくともコスト算出ステップにおける演算結果に基づいて、第２の熱システムに変更することの適否を判断する判断ステップと、を有する。

本発明によれば、既存の熱システムのエネルギー効率の向上を図ることが可能な熱システムの設計方法を提供することができる。

熱システムの設計支援システムの概略構成を示す図である。 第１の実施形態における被加熱設備と被除熱設備のマップを示す模式図である。 第１の実施形態の熱システムの設計方法を示す概略フロー図である。 記憶手段に記憶される被加熱設備と被除熱設備の位置情報等の例を示す図である。 第１の実施形態における第１の熱システムと第２の熱システムの概略構成を示す図である。 第２の実施形態における被加熱設備と被除熱設備と熱源のマップを示す模式図である。 第２の実施形態の熱システムの設計方法を示す概略フロー図である。 第２の実施形態における第１の熱システムと第２の熱システムの概略構成を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態に係る熱システムの設計方法について説明する。本発明の熱システムの設計方法は熱システムの設計支援システム（以下、設計支援システム１０という）によって実行される。図１は設計支援システム１０の概略構成を示している。設計支援システム１０は各種データが記憶される記憶手段１１（記録媒体）と、各種データを入力する入力手段１２（キーボード、マウス等）と、記憶手段１１に記憶されたデータ及び入力手段１２から入力されたデータに基づき各種演算と判定を行う演算手段１３（ＣＰＵ）と、演算結果や判定結果を表示する表示手段１４（ディスプレイ）と、を有している。これらの手段はパーソナルコンピュータが備える一般的な機能によって実現することができる。

図２は本発明の第１の実施形態が適用される熱システム１における被加熱設備Ａ１〜Ａ５と被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５のマップを示す模式図である。マップはコンピュータの記憶手段１１に記憶されている。マップは平面図であるが、３次元モデルとして作成することもできる。本実施形態は説明の便宜上１フロアからなる熱システムを対象とするが、複数フロアからなる熱システム、屋内設備と屋外設備を有する熱システムも本発明を適用することができる。熱システムの種類は限定されず、少なくとも一つの被加熱設備と少なくとも一つの被除熱設備があればよい。熱システムの例として、例えば食品工場、飲料工場、化学工場、製薬工場、発電所、自動車工場、半導体工場などが挙げられるが、これらに限定されない。

熱システム１には複数の被加熱設備Ａ１〜Ａ５と複数の被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５が設置されている。被加熱設備Ａ１〜Ａ５はその内部を加熱内部流体である被加熱流体が流通している。各被加熱設備Ａ１〜Ａ５はそれぞれヒータ、ボイラなどの専用の加熱装置Ｈ１〜Ｈ５と組み合わされている。加熱装置Ｈ１〜Ｈ５で生成された高温の加熱流体は、図示しない熱交換器を介して被加熱設備Ａ１〜Ａ５を流れる被加熱流体を加熱した後、熱システム１の外部に排出される。加熱流体と被加熱流体との間の熱移動（熱交換）は、加熱流体と被加熱流体の温度差ないし顕熱に基づく。同様に、被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５はその内部を除熱内部流体である被除熱流体が流通している。被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５はそれぞれチラーなどの専用の除熱装置Ｃ１〜Ｃ５と組み合わされている。除熱装置Ｃ１〜Ｃ５で生成された低温の除熱流体は、図示しない熱交換器を介して被除熱流体から除熱した後、熱システム１の外部に排出される。除熱流体と被除熱流体との間の熱移動（熱交換）は、除熱流体と被除熱流体の温度差ないし顕熱に基づく。被加熱流体と被除熱流体は水が典型的であるが、水以外の液体または気体であってもよい。加熱装置Ｈ１〜Ｈ５で生成される加熱流体は温水、熱水、蒸気などが典型的であるが、これ以外の液体または気体であってもよい。除熱装置Ｃ１〜Ｃ５で生成される除熱流体は冷水、ブラインなどが典型的であるが、これ以外の液体または気体であってもよい。

本実施形態では、まず被加熱設備Ａ１〜Ａ５のいずれかと被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５のいずれかを選択する。選択された被加熱設備Ａ１〜Ａ５と、その加熱装置Ｈ１〜Ｈ５と、選択された被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５と、その除熱装置Ｃ１〜Ｃ５からなる熱システムを第１の熱システム１００と呼ぶ（図５（ａ）参照）。また、本実施形態では選択された被加熱設備Ａ１〜Ａ５と被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５をヒートポンプで接続することによって仮想的な熱システムを定義する。この仮想的な熱システムを第２の熱システム２００と呼ぶ（図５（ｂ）参照）。第２の熱システム２００では、加熱装置と除熱装置を別々に設ける必要がないため、一般的に運転コストの低減が期待される。しかし、その効果は被加熱設備と被除熱設備のマッチング、被加熱設備と被除熱設備の距離などによって大きく変動し、場合によっては運転コストが却って増加することも考えられる。また、ヒートポンプの設置に伴う改造コストを含めると経済的に有利とならないことも考えられる。このため、本実施形態では複数の第１の熱システム１００を評価し、改造コストと運転コストの合計が最小となる最適な第１の熱システム１００を選択する。また、改造コストの投資回収期間を考慮して、選択された第１の熱システム１００を第２の熱システム２００に改造することの適否が判定される。図３に本実施形態の熱システムの設計方法の概略フローを示す。以下、詳細に説明する。

［被加熱設備及び被除熱設備の位置情報の記録媒体（記憶手段１１）への記憶（記憶ステップ、ステップＳ１）］
図４に、記憶手段１１に記憶されている被加熱設備Ａ１〜Ａ５と被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５の位置情報の例を示す。Ｘ座標とＹ座標は熱システム１の平面図上で予め定められた原点を基準に定義される。位置情報は熱システム１の平面図と、平面図上における被加熱設備Ａ１〜Ａ５及び被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５の位置座標と、を含んでいる。各被加熱流体の温度及び流量に関する情報、並びに各被除熱流体の温度及び流量に関する情報も記憶手段１１に記憶される。温度に関する情報は、被加熱流体の加熱前後の温度（加熱装置Ｈ１〜Ｈ５の入口温度及び出口温度）、被除熱流体の除熱前後の温度（除熱装置Ｃ１〜Ｃ５の入口温度及び出口温度）を含む。さらに、記憶手段１１には被加熱設備Ａ１〜Ａ５と被除熱設備Ｂ１〜Ｂの稼働時間に関する情報も記憶される。稼働時間に関する情報は１日当たりの稼動時間（例えばＡＭ９時〜ＰＭ５時）、月ごとの稼働率（例えば５〜１０月はフル稼働）などを含む。被加熱設備Ａ１〜Ａ５と被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５の位置情報はコンピュータの表示手段１４（ディスプレイ）に表示可能であることが好ましく、位置情報に加えて各被加熱流体の温度及び流量に関する情報、並びに各被除熱流体の温度及び流量に関する情報も表示手段１４に表示可能であることがさらに好ましい。これによって、熱システム１に存在する被加熱設備Ａ１〜Ａ５及び被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５（並びに各被加熱流体と各被除熱流体の温度及び流量に関する情報）を表示手段１４上で一覧できるため、設計者は最適な第１の熱システム１００を効率的に見出すことができる。

［第１の熱システムの選択（ステップＳ２）］
被加熱設備Ａ１〜Ａ５のいずれかと被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５のいずれかを組み合わせることにより、複数の（この場合は２５通りの）第１の熱システムから一つの第１の熱システムを選択する。選択の方法は特に限定されないが、例えば、互いに近接する被加熱設備と被除熱設備の組み合わせを選択することができる。被加熱設備と被除熱設備との間の距離は、被加熱設備及び被除熱設備の位置情報から容易に算出することができる。あるいは、流量の近い被加熱設備と被除熱設備の組み合わせを選択してもよい。各被加熱流体と各被除熱流体の流量は記憶手段１１に記憶されているため、流量の近い組み合わせを検索するのは容易である。これらの方法を組み合わせることもできる。例えば、互いに近接する被加熱設備と被除熱設備の組み合わせを上述の方法に従い複数組抽出し、それらの中から流量の近い組み合わせを選択するようにしてもよい。被加熱設備と被除熱設備の組み合わせは演算部１３が自動抽出してもよいし、表示手段１４に表示されたマップに基づき設計者が選択して、選択結果を入力手段１２によって設計支援システム１０に入力してもよい。他の方法として、ランダムに組み合わせを選択することもできる。この方法はすべての組み合わせを検討することが前提となるが、被加熱設備と被除熱設備の数が少ない場合には大きなデメリットとならない。さらに、組み合わせの選択に当たり種々の絞り込み条件を設けることもできる。その一例として図４に示す稼働時間についての情報を利用することができる。例えば、被加熱流体と被除熱流体が１日のうちの特定の時間帯しか流通しない場合、両方の流体の流通時間が一致または重複することを絞込みの条件とすることが好ましい。すなわち、被加熱設備と被除熱設備の稼働時間が一致または重複することを絞込みの条件とすることが好ましい。絞り込み条件は予めコンピュータに入力され、記憶手段１１に記憶される。

ここでは、被加熱設備Ａ１と被除熱設備Ｂ１が選択されたと仮定し次のステップに進む。図５（ａ）は被加熱設備Ａ１と被除熱設備Ｂ１を含む第１の熱システム１００の例を示す。被加熱設備Ａ１は製品の温水洗浄のための温水を製造する熱交換器（以下、熱交換器Ａ１という）であり、加熱装置Ｈ１として石油炊きボイラ（以下、ボイラＨ１という）が使用されている。温水清浄に用いられる水は熱交換器Ａ１で加熱される。熱交換器Ａ１には、ボイラＨ１で生成された蒸気が第１の配管Ｌ１０１を通って供給される。被除熱設備Ｂ１は製品の冷却のための冷水を貯蔵する冷水槽（以下、冷水槽Ｂ１という）であり、除熱装置Ｃ１としてチラー（以下、チラーＣ１という）が使用されている。冷水槽Ｂ１の水は第２の配管Ｌ１０２を通ってチラーＣ１に送られ、チラーＣ１で冷却され、第３の配管Ｌ１０３に設けられた第１のポンプ１０１で冷水槽Ｂ１に戻される。

［コスト評価について］
次にコスト評価を行う。コスト評価は、第１の熱システム１００における運転コスト（以下、第１の運転コストＯＣ１という）と、第２の熱システム２００における運転コスト（以下、第２の運転コストＯＣ２という）と、第１の熱システム１００を第２の熱システム２００に改造するための改造コストＭＣについて行う。コスト評価に引き続き、投資回収期間Ｔ、すなわち改造コストＭＣがどの程度の期間で回収できるかの評価を行う。その後、投資回収期間Ｔが所定の許容値を満たしているかどうかを判定し、その結果に基づき第２の熱システム２００への改造を行うかどうかの判断を行う。各ステップは設計支援システム１０が入力データに基づき自動計算するようにしてもよいが、一部の評価を設計者が行い、その結果を設計支援システム１０に入力するようにしてもよい。以下、各ステップについて詳細に説明する。

［第１の運転コストＯＣ１の評価（ステップＳ３）］
第１の運転コストＯＣ１は、第１の熱システム１００において被加熱流体の加熱と被除熱流体の除熱に要する運転コストである。演算手段１３はまず、熱交換器Ａ１の被加熱流体の温度及び流量に関する情報を記憶手段１１から読み出す。次に演算手段１３は、これらの情報に基づきボイラＨ１に要求される単位時間当たりの加熱量を計算し、それに基づき燃料コストを算出する。コスト評価に必要な各種データ（例えば、単位時間当たりの加熱量を得るための燃料の量、単位量当たりの燃料代等）は予め記憶手段１１に記憶されている。同様に、演算手段１３は冷水槽Ｂ１の被除熱流体の温度及び流量に関する情報を記憶手段１１から読み出す。なお、被除熱流体の流量はチラーＣ１と冷水槽Ｂ１の循環ループを流れる水の流量、すなわち第２の配管Ｌ１０２（または第３の配管Ｌ１０３）を流れる水の流量である。次に、演算手段１３はこれらの情報に基づきチラーＣ１に要求される単位時間当たりの除熱量を計算し、それに基づきチラーＣ１の運転コストを算出する。コスト評価に必要な各種データ（例えば、除熱量を電気代に換算する係数）は予め記憶手段１１に記憶されている。第１のポンプ１０１の運転コスト（ポンプの駆動モータの電気代）も同様にして計算する。演算手段１３はボイラＨ１の燃料コストとチラーＣ１の電気代と第１のポンプ１０１の運転コストを合算し、その結果を第１の運転コストＯＣ１とする。なお、第１の運転コストＯＣ１に第１のポンプ１０１の運転コストを含めているのは、被除熱流体から除熱するために熱の移動が必要なためである。

［第２の熱システムの定義（ステップＳ４）］
次に、第２の熱システム２００の定義を行う。図５（ｂ）は第２の熱システム２００の概略構成を示している。冷水槽Ｂ１の水が第１の配管Ｌ２０１に設けられた第１のポンプ２０２によってヒートポンプ２０１に送られ、ヒートポンプ２０１で除熱され、第２の配管Ｌ２０２によって冷水槽Ｂ１に戻される。ヒートポンプ２０１は第３の配管Ｌ２０３によって温水槽２０４と接続されており、温水槽２０４の水が第２のポンプ２０３によってヒートポンプ２０１に送られる。ヒートポンプ２０１で加熱された水は第４の配管Ｌ２０４によって熱交換器Ａ１に送られ、第６の配管Ｌ２０６を通って熱交換器Ａ１に供給される水を加熱し、第５の配管Ｌ２０５を通って温水槽２０４に戻される。すなわち、冷水槽Ｂ１の水がヒートポンプ２０１で除熱（冷却）され、冷水槽Ｂ１から奪った熱で第６の配管Ｌ２０６を流れる水が加熱される。

［第２の運転コストＯＣ２の評価（ステップＳ５）］
第２の運転コストＯＣ２は、第２の熱システム２００において被除熱流体を除熱し被加熱流体を加熱するのに要する運転コストである。熱交換器Ａ１の被加熱流体（第６の配管Ｌ２０６を流れる水）の温度及び流量に関する情報、及び冷水槽Ｂ１の被除熱流体（第２の配管Ｌ２０２を流れる水）の温度及び流量に関する情報に基づき、演算手段１３はヒートポンプ２０１の単位時間当たりの動力コスト（コンプレッサの駆動モータの電気代）を計算する。第１のポンプ２０２と第２のポンプ２０３の単位時間当たりの動力コスト（ポンプの駆動モータの電気代）も同様にして計算する。演算手段１３はヒートポンプ２０１の動力コストと第１のポンプ２０２と第２のポンプ２０３の動力コストを合算し、その結果を第２の運転コストＯＣ２とする。なお、第２の運転コストＯＣ２に第１のポンプ２０２と第２のポンプ２０３の運転コストを含めているのは、被除熱流体から除熱し、その熱で被加熱流体を加熱するために熱の移動が必要なためである。

［改造コストＭＣの評価（ステップＳ６）］
次に、第１の熱システム１００を第２の熱システム２００に改造するための改造コストＭＣを求める。図５（ｂ）の破線枠は改造によって新たに設置される設備を示している。まず、入力手段１２によって、熱システム１の平面図上にヒートポンプ２０１と温水槽２０４の設置位置を入力する。これによって、ヒートポンプ２０１と温水槽２０４の位置情報が記憶手段１１に記憶される。次に、概略の配管ルートを作成する。具体的には、入力手段１２によって配管ルートの屈曲点を入力し、演算手段１３が第１〜第５の配管Ｌ２０１〜Ｌ２０５の配管ルートを自動生成する。演算手段１３は自動生成された配管ルートに基づき、第１〜第５の配管Ｌ２０１〜Ｌ２０５の配管長を計算する。配管長は始点と終点との直線距離に一定の係数を掛けることによって求めてもよい。同様に、入力手段１２から第１〜第５の配管Ｌ２０１〜Ｌ２０５の配管口径が入力される。演算手段１３は配管長と配管口径から配管のコストを算出する。さらに、入力手段１２から、ヒートポンプ２０１、温水槽２０４、第１のポンプ２０２、第２のポンプ２０３のコスト、これらの付帯設備（計装設備、弁等）のコスト、設計費、施工費等が入力される。演算手段１３はこれらを総計して改造コストＭＣを算出する。

［投資回収期間Ｔの評価］（ステップＳ７）
次に、演算手段１３は、第２の運転コストＯＣ２と改造コストＭＣの合計が第１の運転コストＯＣ１を下回る投資回収期間Ｔを計算する。いくつかの例では、第２の運転コストＯＣ２は第１の運転コストＯＣ１の半分以下に低減される。しかし、改造コストＭＣが高いとその投資を回収するのに時間が掛かることもあるため、第２の熱システム２００への改造の適否判断を行うための判断材料として、投資回収に要する時間を計算する。第１の運転コストＯＣ１と第２の運転コストＯＣ２は単位時間当たりの運転コストとして求められているため、投資回収期間ＴはＯＣ１×Ｔ＞ＯＣ２×Ｔ＋ＭＣを満たす最小値として容易に求めることができる。

［第２の熱システム２００への改造の適否判断］（ステップＳ８）
演算手段１３は、以上の演算結果に基づき、第２の熱システム２００への改造の適否を判断する。具体的には、演算手段１３は投資回収期間Ｔを所定の許容値と比較し、投資回収期間Ｔが所定の許容値を下回るときに第２の熱システム２００への改造に対して肯定的判断（第２の熱システム２００への改造を行うとの判断）をする（ステップＳ９）。これに対し、投資回収期間が所定の許容値を上回るときは、演算手段１３は第２の熱システム２００への改造に対して否定的判断（第２の熱システム２００への改造を行わないとの判断）をする（ステップＳ１０）。許容値は予め記憶手段１１に入力されている。

上述の例では被加熱設備Ａ１と被除熱設備Ｂ１が選択されたが、被加熱設備と被除熱設備の少なくともいずれかが複数設けられている場合、すなわち複数の第１の熱システムが定義可能である場合）、さらに被加熱設備と被除熱設備の他の組み合わせに対して同様の評価を行うことが好ましい。換言すれば、他の第１の熱システム１００に対して同様の評価を行うことが好ましい。その場合は、演算手段１３はステップＳ３〜Ｓ７までの演算結果を記憶手段１１に保存し、ステップＳ２に戻って他の第１の熱システム１００を選択し（または、他の第１の熱システム１００を入力手段１２から入力し）、再びステップＳ３〜Ｓ７を実行し、演算結果を記憶手段１１に保存する。演算手段１３は以上の工程を予め選択された組み合わせまたはすべての組み合わせに対し実行し、最も投資回収期間Ｔが短い組に対してステップＳ８を実行する。すなわち、本実施形態では被加熱設備と被除熱設備の組み合わせが互いに異なる少なくとも２以上の組（第１の熱システム）についてステップＳ３〜Ｓ７が行われ、最も投資回収期間Ｔの短い組（第１の熱システム）についてステップＳ８が行われる。

以上の工程に従い第２の熱システム２００に改造することに関して肯定的な判断がされたときには、最も投資回収期間が短い組について第１の熱システム１００を第２の熱システム２００に改造するステップ、すなわち熱システムの熱効率を改善するための改造工事を実行することができる。なお、改造工事は最も投資回収期間Ｔが短い組についてだけでなく、投資回収期間Ｔが所定の許容値を下回るすべての組を対象として行うことができる。

上述した各ステップにおける計算の精度は必要に応じて調整することができる。例えば、ポンプの動力費は揚程や配管の圧力損失に依存するため、これらのデータを用いてさらに詳細な評価を行ってもよい。

第１の熱システム１００において、被加熱設備と被除熱設備のいずれかまたは双方は複数設けられてもよい。例えば、一つの被除熱流体から除熱し、その熱を２以上の被加熱流体の加熱に用いることもできる。

（第２の実施形態）
本実施形態では被加熱設備と被除熱設備がヒートポンプによって接続される代わりに、被加熱設備と被除熱設備のいずれか一方が熱システム１の外部の熱源と接続される。すなわち、本実施形態の第２の熱システムでは、被加熱設備または被除熱設備が熱源流体を有する熱源と接続され、被加熱設備または被除熱設備と熱源流体との間の熱移動がヒートポンプによって行われる。以下の説明では、選択された被加熱設備または被除熱設備を対象設備といい、対象設備を流れる流体を内部流体という場合がある。ここでは第１の実施形態と同じステップについては詳細な説明を省略し、主に第１の実施形態との差異について説明する。図６に本実施形態に係る熱システム２を示している。熱システム２は熱システム１の外部に位置する熱源Ｄ１〜Ｄ４を有している。熱源Ｄ１〜Ｄ４としては井戸、市水などが挙げられるが、これらに限定されない。熱源Ｄ１〜Ｄ４は空気であってもよい。図７に本実施形態の熱システムの設計方法の概略フローを示す。

まず、ステップＳ１０１で、被加熱設備Ａ１〜Ａ５、被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５、及び熱システム１の外部にある熱源Ｄ１〜Ｄ４の位置情報を記憶手段１１に記憶する。被加熱設備Ａ１〜Ａ５の温度及び流量に関する情報、被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５の温度及び流量に関する情報、並びに熱源Ｄ１〜Ｄ４の熱源流体の温度及び流量に関する情報も記憶手段１１に記憶される。

次に、ステップＳ１０２で、第１の熱システム３００の選択を行う。具体的には、第１の実施形態のステップＳ２と同様にして、被加熱設備Ａ１〜Ａ５と被除熱設備Ｂ１〜Ｂ５からいずれか一つを選択し、熱源Ｄ１〜Ｄ４のいずれかを選択し、第１の熱システム３００を定義する。ここでは、被加熱設備Ａ１と熱源Ｄ１が選択されたと仮定し次のステップに進む。図８（ａ）は被加熱設備Ａ１と熱源Ｄ１を含む第１の熱システム３００の例を示す。被加熱設備Ａ１はＬＮＧ気化器３０１に熱水を供給する熱交換器Ａ１であり、加熱装置Ｈ１として石油炊きボイラが使用されている。ボイラＨ１で加熱された熱水は第１の配管Ｌ３０１を通って熱交換器Ａ１に供給され、第２の配管Ｌ３０２に設置された第１のポンプ３０２によってボイラＨ１に戻される。熱交換器Ａ１で加熱された熱水は第３の配管Ｌ３０３に設置された第２のポンプ３０３によってＬＮＧ気化器３０１に供給され、第４の配管Ｌ３０４を通って熱交換器Ａ１に戻される。熱源Ｄ１は熱システム１の外部にある井戸Ｄ１である。井戸Ｄ１の地下水（熱源流体）が、井戸Ｄ１の内部に設置された揚水ポンプ３０４でくみ出され、第５の配管Ｌ３０５によって地上に引き上げられ、熱システム１の外部で工業用水として用いられている。なお、記憶手段１１に記憶される熱源Ｄ１の熱源流体の流量は、揚水ポンプ３０４でくみ出される地下水の流量である。

次に、ステップＳ１０３で、演算手段１３は記憶手段１１に記憶された熱交換器Ａ１及び熱源Ｄ１の位置情報並びに内部流体と熱源流体の温度及び流量に基づき、第１の実施形態のステップＳ３と同様の方法で、第１の運転コストＯＣ１を算出する。ただし、熱源Ｄ１は熱システム１と何の関連もないため、ここで熱交換器Ａ１の加熱に関わる運転コストだけが評価される。具体的には、演算手段１３はボイラＨ１の燃料費と第１のポンプ３０２と第２のポンプ３０３の動力費だけを算出し、これらの合計を、第１の熱システム３００において内部流体の熱移動に要する第１の運転コストＯＣ１とする。

次に、ステップＳ１０４で、第２の熱システム４００の定義を行う。図８（ｂ）は第２の熱システム４００の概略構成を示している。熱システム４００では、熱源である井戸Ｄ１から除熱し、その熱を熱交換器Ａ１での内部流体の加熱に用いている。具体的には、第５の配管Ｌ３０５から第６の配管Ｌ４０１が分岐しており、第６の配管Ｌ４０１を流れる地下水がヒートポンプ４０１で除熱され、第５の配管Ｌ３０５に合流して、工業用水として利用される。ＬＮＧ気化器３０１からの戻り水の一部は第７の配管Ｌ４０２上に設置された第３のポンプ４０２によってヒートポンプ４０１に供給され、ヒートポンプ４０１で加熱され、第８の配管Ｌ４０３によって熱交換器Ａ１に戻される。従って、第２の熱システム４００ではボイラＨ１の負荷の一部が地下水から奪われた熱で代替され、ボイラＨ１の燃料コストが削減される。

次に、ステップＳ１０５で、演算手段１３は第１の実施形態のステップＳ５と同様の方法で、第２の熱システム４００において内部流体の熱移動に要する第２の運転コストＯＣ２を求める。次に、ステップＳ１０６で、演算手段１３は第１の実施形態のステップＳ６と同様の方法で、第１の熱システム３００を第２の熱システム４００に改造するための改造コストＭＣを求める。次に、ステップＳ１０７で、演算手段１３は第２の運転コストＯＣ２と改造コストＭＣの合計が第１の運転コストＯＣ１を下回る投資回収期間Ｔを算出する。そして、ステップＳ１０８で、演算手段１３は投資回収期間Ｔが所定の許容値を下回るかどうかの判断を行い、肯定的な判断がされたときには、第２の熱システム４００への改造を決定し（ステップＳ１０９）、否定的な判断がされたときには、第２の熱システム４００に改造しないことを決定する（ステップＳ１１０）。対象設備と熱源の少なくともいずれかが複数設けられている場合、すなわち複数の第１の熱システム３００が定義可能である場合）、さらに対象設備と熱源の他の組み合わせに対して同様の評価を行うことが好ましい。少なくとも２以上の組み合わせについて算出ステップＳ１０３〜Ｓ１０７を行い、最も投資回収期間Ｔの短い組み合わせについてステップＳ１０８が行われる。

以上、本発明を実施形態によって説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第１の熱システムを第２の熱システムに変更することの適否を判定する指標として、二酸化炭素排出削減量の予測値を用いることができる。二酸化炭素排出削減量の予測は二酸化炭素排出削減量予測ステップによって行われる。このステップはステップＳ１０４とステップＳ１０８との間で、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７と独立して行うことができる。ステップＳ１０８では投資回収期間Ｔが許容値以下であるかとともに、二酸化炭素排出削減量の予測値が許容値以下であるかの判断を行う。この際、投資回収期間Ｔとその許容値及び二酸化炭素排出削減量の予測値とその許容値をどのように処理するかは予め決定しておくことができる。例えば、投資回収期間Ｔのその許容値に対する比をＸ、二酸化炭素排出削減量の予測値のその許容値に対する比をＹ，重み係数をｋとしたときに、Ｘ＋（１−ｋ）Ｙが１未満であるときに第２の熱システムへの変更についての肯定的判断を行うようにすることができる。この場合、重み係数ｋの数値によっては、仮にＸが１以上であっても（すなわち投資回収期間Ｔが許容値以上であっても）肯定的判断が行われる可能性がある。また、上記実施形態では投資回収期間Ｔを指標としたが、第２の運転コストＯＣ２の絶対値、第１の運転コストＯＣ１に対する第２の運転コストＯＣ２の減分などを指標とすることもできる。

１，２ 熱システム
１００，３００ 第１の熱システム
２００，４００ 第２の熱システム
２０１，４０１ ヒートポンプ
Ａ１〜Ａ５ 被加熱設備
Ｂ１〜Ｂ５ 被除熱設備
Ｃ１〜Ｃ５ 除熱装置
Ｄ１〜Ｄ４ 熱源
Ｈ１〜Ｈ５ 加熱装置

Claims (11)

1. 被加熱設備の内部を流通する被加熱流体の加熱と、被除熱設備の内部を流通する被除熱流体の除熱とが顕熱によって行われる第１の熱システムを、前記被除熱流体がヒートポンプによって除熱され、前記被除熱流体から奪われた熱が前記ヒートポンプによって前記被加熱流体に加えられる第２の熱システムに変更することの適否を判定する熱システムの設計方法であって、
   前記被加熱設備及び前記被除熱設備の位置情報、並びに前記被加熱流体と前記被除熱流体の温度及び流量に関する情報を記憶手段に記憶する記憶ステップと、
   前記記憶手段に記憶された前記位置情報並びに前記温度及び流量に関する情報に基づき、前記第１の熱システムにおいて前記被加熱流体の加熱と前記被除熱流体の除熱に要する第１の運転コストと、前記第２の熱システムにおいて前記被除熱流体を除熱し前記被加熱流体を加熱するのに要する第２の運転コストと、前記第１の熱システムを前記第２の熱システムに改造するための改造コストと、を演算するコスト算出ステップと、
   少なくとも前記コスト算出ステップにおける演算結果に基づいて、前記第２の熱システムに変更することの適否を判断する判断ステップと、を有する、熱システムの設計方法。
2. 前記第２の運転コストと前記改造コストの合計が前記第１の運転コストを下回る投資回収期間を算出する投資回収期間算出ステップを有し、
   前記判断ステップでは、前記投資回収期間が所定の許容値を下回るときに前記第２の熱システムへの変更についての肯定的判断を行う、請求項１に記載の熱システムの設計方法。
3. 前記被加熱設備と前記被除熱設備の少なくともいずれかは複数設けられ、
   すべての前記被加熱設備とすべての前記被除熱設備に対して前記記憶ステップが行われ、前記被加熱設備と前記被除熱設備との組み合わせが互いに異なる少なくとも２以上の組について前記コスト算出ステップと前記投資回収期間算出ステップとが行われ、最も前記投資回収期間の短い組について前記判断ステップが行われる、請求項２に記載の熱システムの設計方法。
4. 前記第１の熱システムから前記第２の熱システムに変更した場合の二酸化炭素排出量の削減量の予測値を求める二酸化炭素排出削減量予測ステップを有し、
   前記判断ステップでは、前記コスト算出ステップにおける前記演算結果と、前記二酸化炭素排出削減量予測ステップにおける二酸化炭素排出量の削減量の前記予測値と、に基づき、前記第２の熱システムに変更することの適否を判断する、請求項１に記載の熱システムの設計方法。
5. 前記被加熱設備と前記被除熱設備の位置情報がマップとしてコンピュータの表示装置に表示される、請求項１から４のいずれか１項に記載の熱システムの設計方法。
6. 対象設備の内部を流通する内部流体の加熱または除熱が顕熱によって行われる第１の熱システムを、熱源が有する熱源流体と前記内部流体との間の熱移動がヒートポンプによって行われる第２の熱システムに変更することの適否を判定する熱システムの設計方法であって、
   前記対象設備及び前記熱源の位置情報、並びに前記内部流体と前記熱源流体の温度及び流量に関する情報を記憶手段に記憶する記憶ステップと、
   前記記憶手段に記憶された前記位置情報並びに前記内部流体と前記熱源流体の前記温度及び流量に関する情報に基づき、前記第１の熱システムにおいて前記内部流体の加熱または除熱に要する第１の運転コストと、前記第２の熱システムにおいて前記熱源流体と前記内部流体との間の熱移動に要する第２の運転コストと、前記第１の熱システムを前記第２の熱システムに改造するための改造コストと、を算出するコスト算出ステップと、
   少なくとも前記コスト算出ステップにおける演算結果に基づいて、前記第２の熱システムに変更することの適否を判断する判断ステップと、を有する、熱システムの設計方法。
7. 前記第２の運転コストと前記改造コストの合計が前記第１の運転コストを下回る投資回収期間を算出する投資回収期間算出ステップを有し、
   前記判断ステップでは、前記投資回収期間が所定の許容値を下回るときに前記第２の熱システムへの変更についての肯定的判断を行う、請求項６に記載の熱システムの設計方法。
8. 前記対象設備と前記熱源の少なくともいずれかは複数設けられ、
   すべての前記対象設備とすべての前記熱源に対して前記記憶ステップが行われ、前記対象設備と前記熱源との組み合わせが互いに異なる少なくとも２以上の組について前記コスト算出ステップと前記投資回収期間算出ステップとが行われ、最も前記投資回収期間の短い熱源について前記判断ステップが行われる、請求項７に記載の熱システムの設計方法。
9. 前記第１の熱システムから前記第２の熱システムに変更した場合の二酸化炭素排出量の削減量の予測値を求める二酸化炭素排出削減量予測ステップを有し、
   前記判断ステップでは、前記コスト算出ステップにおける前記演算結果と、前記二酸化炭素排出削減量予測ステップにおける二酸化炭素排出量の削減量の前記予測値と、に基づき、前記第２の熱システムに変更することの適否を判断する、請求項６に記載の熱システムの設計方法。
10. 前記対象設備と前記熱源の位置情報がマップとしてコンピュータの表示装置に表示される、請求項６から９のいずれか１項に記載の熱システムの設計方法。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱システムの設計方法において前記第２の熱システムに改造することに関して肯定的判断がされたときに、前記第１の熱システムを前記第２の熱システムに改造するステップを行うことを有する、熱システムの改造方法。

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