JP2021001716A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱製造及び熱回収を効率的に行うことができる空調システムを提供する。【解決手段】一実施形態に係る空調システム１は、熱媒体を搬送する熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０と、熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０のそれぞれに設けられており、熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０のそれぞれにおいて搬送される熱媒体の温度を一定範囲内に維持する温度制御部１１，２２と、熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０の間に設けられており、熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０の間で熱交換を行う熱交換器４１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、建物の内部に設けられる空調システムに関する。

建物の内部の空調システムとしては、ＶＡＶ（Variable Air Volume：変風量）空調システム及び４管式中央熱源システムが従来から広く用いられている。ＶＡＶ空調システムは、複数の制御ゾーンのそれぞれの室温を制御する風量調節機構（ＶＡＶ）、ファン、冷温水コイル、加湿器若しくはフィルタ等からなる空調機、及び、空気搬送用のダクト等から構成される。空調機の内部の冷温水コイルには、４管式中央熱源システムから冷水又は温水が供給され、室内から返送される空気（還気）、若しくは室内へ導入する外気を冷却又は加熱し、ファンを用いて室内へ送風する。４管式中央熱源システムは、冷水及び温水を製造する（冷却及び加熱を行う）熱源機器、水搬送用のポンプ、並びに配管から構成される。配管としては冷水及び温水のそれぞれを通す往管及び還管がそれぞれ必要であり、４本の配管が必要となるため、４管式と呼ばれる。建物の室内側からの空調要求として、１日の中でも冷房及び暖房が切り替わることがある。よって、柔軟且つ容易に冷暖房の要求に対応するため、４管式を採用することが多い。

しかしながら、４管式を採用する場合、特に超高層建物や大規模建物において、配管の口径が太くなったり、系統分けが複雑になったりすることがあり、配管の配置スペース及びコストの点で改善の余地がある。特に近年、高断熱又は高気密化されたビル等では、冬期であっても室内側から冷水需要が求められることがある。また、導入される外気が低温且つ低湿であるときに、加熱及び加湿を行って温水需要が求められることもある。これらの要求に柔軟に対応する場合、熱回収等を行って熱製造を効率的に行うことが望ましい。しかしながら、冷水需要及び温水需要は時間と共に変化しバランスしないことがあるため、効率的に熱回収を行えないといった問題が生じることがある。

本発明は、熱製造及び熱回収を効率的に行うことができる空調システムを提供することを目的とする。

本発明に係る空調システムは、熱媒体を搬送する複数のループと、複数のループの少なくともいずれかに設けられており、ループにおいて搬送される熱媒体に対して加熱及び冷却の少なくともいずれかを行う温度制御部と、複数のループの少なくともいずれか２つのループの間に設けられており、２つのループの熱媒体の間で熱交換を行う熱交換器と、を備える。

この空調システムでは、熱媒体を搬送する複数のループが設けられており、複数のループの少なくともいずれかは、熱媒体に対して加熱及び冷却の少なくともいずれかを行う温度制御部を備える。従って、当該ループの熱媒体の温度制御を温度制御部によって実現させることができる。また、複数のループのうちの少なくとも２つのループの間には、当該２つのループの熱媒体の間で熱交換を行う熱交換器が設けられる。従って、熱交換器によって、当該２つのループのうちの一方と他方とのそれぞれにおいて熱媒体の温度が調整され、必要に応じて熱交換器で熱融通を行うだけで各ループに所望の温度の熱媒体を効率よく供給することができる。従って、１つの熱交換器で複数のループのそれぞれに所望の温度の熱媒体を供給することができるので、熱製造及び熱回収を効率的に行うことができる。

また、複数のループは、空調機が接続された複数の空調機ループと、複数の空調機ループのそれぞれに接続された熱源ループと、を含んでおり、複数の空調機ループは、熱源ループを介して互いに熱融通を行ってもよい。この場合、空調システムは複数の空調機ループのそれぞれに接続された熱源ループを有し、複数の空調機ループは熱源ループを介して互いに熱融通を行う。よって、複数の空調機ループの間で互いに熱融通を行うことが可能となるので、各空調機ループにおいて熱製造を効率的に行うことができる。

また、熱源ループの熱媒体の熱を複数の空調機ループのそれぞれに搬送する搬送ループを更に備え、熱源ループと搬送ループとの間には第１の熱交換部が設けられ、搬送ループと各空調機ループとの間には第２の熱交換部が設けられており、搬送ループは、第１の熱交換部から第２の熱交換部に向かって熱媒体が搬送される第１の管、及び第２の熱交換部から第１の熱交換部に向かって熱媒体が搬送される第２の管によって構成されてもよい。この場合、各空調機ループと熱源ループとの間に搬送ループが更に設けられている。搬送ループは、熱媒体が第１の熱交換部から第２の熱交換部に向かう第１の管と、熱媒体が第２の熱交換部から第１の熱交換部に戻る第２の管とによって構成される。従って、熱源ループと各空調機ループとを接続する搬送ループが２管で構成されるので、空調システムの構成を簡易にすることができる。すなわち、４管式の空調システムと比較して、配管が占めるスペースを削減できると共に、配管のコストの低減に寄与する。

また、温度制御部は、水熱源ヒートポンプを含んでもよい。この場合、水熱源ヒートポンプによって熱回収を行うことで効率的に熱製造を行うことができる。

また、空調機ループは、第１ループ、及び第１ループに並列に配置された第２ループを含んでおり、第１ループ及び第２ループの間に温度制御部が配置されていてもよい。この場合、第１ループと第２ループの間に温度制御部を配置して温度制御部が熱回収運転を行うことにより、熱製造の効率化を図りつつ、第１ループ及び第２ループのそれぞれが温度制御部からの熱を受けることにより、第１ループ及び第２ループの安定した運用が可能となる。

また、熱源ループは、コージェネレーションシステムを有してもよい。この場合、複数の空調機ループのそれぞれが接続された熱源ループがコージェネレーションシステムを有することにより、建物の内部の省エネルギー化に寄与する。

本発明に係る空調システムによれば、熱製造及び熱回収を効率的に行うことができる。

第１実施形態に係る空調システムの構成を示す図である。 第２実施形態に係る空調システムの構成を示す図である。 図２の空調システムの空調機ループの例を示す図である。 図２の空調システムの熱媒体の温度制御の例を説明する図である。 図２の空調システムの熱媒体の温度制御の例を説明する図である。 図２の空調システムの熱媒体の温度制御の例を説明する図である。 図３の空調機ループの熱媒体の温度制御の例を説明する図である。 図３の空調機ループの熱媒体の温度制御の例を説明する図である。 図３の空調機ループの熱媒体の温度制御の例を説明する図である。 変形例に係る空調システムの構成を示す図である。 変形例に係る空調システムの構成を示す図である。 変形例に係る空調システムの構成を示す図である。 変形例に係る空調システムの構成を示す図である。 変形例に係る空調システムの構成を示す図である。

以下では、図面を参照しながら本発明に係る空調システムの実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解の容易のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。

本明細書において「熱媒体」とは、加熱又は冷却が行われて装置に所望の温度の熱を供給するための液体又は気体等の流体を示している。「ループ」とは、熱媒体が移動する管路を示しており、例えば、往復配管により形成される管路を示している。「温度制御部」は、ループにおける熱媒体の温度を制御する部位を示しており、例えば、熱媒体の温度を一定範囲内に維持する。「熱媒体の温度を一定範囲内に維持」するとは、予め定めた上限温度及び下限温度の間となるよう熱媒体の温度を制御することを示している。「熱融通」とは、ループ内で製造又は発生した熱を他のループに供給することを示しており、複数のループの間で熱のやりとりを行うことを含んでいる。「熱回収」とは、本来捨てられる廃熱を、冷温水製造のために利用することを示している。例えば、空気熱源ヒートポンプを用いる場合には冷水を製造する一方で大気に廃熱を放出しているが、水熱源ヒートポンプを用いる場合には冷水を製造する一方で廃熱を回収して温水製造を同時に行うことによって熱回収が実現される。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る空調システム１の構成を示す図である。図１に示されるように、空調システム１は、建物Ｓの内部に設けられている。空調システム１は、例えば、地下の機械室に位置する熱源ループ１０と、熱交換器４１を介して熱源ループ１０に接続された第１の空調機ループ２０と、熱交換器４２を介して熱源ループ１０に接続された第２の空調機ループ３０とを備える。第２の空調機ループ３０、第１の空調機ループ２０及び熱源ループ１０は、例えば、この順で建物Ｓの鉛直上方から鉛直下方に向かって並んでいる。

例えば、第１の空調機ループ２０の負荷特性と、第２の空調機ループ３０の負荷特性とは互いに異なっている。一例として、第１の空調機ループ２０が設けられた建物Ｓの部位はオフィスとして機能し、第２の空調機ループ３０が設けられた建物Ｓの部位はホテルとして機能する。建物Ｓは、例えば、高層ビルであり、建物Ｓの高さは１００ｍ以上且つ９００ｍ以下（一例として約４００ｍ）である。第２の空調機ループ３０は建物Ｓの高層部（例えば２００ｍ以上の高さの部位）に設けられており、第１の空調機ループ２０は建物Ｓの低層部（例えば２００ｍ以下の高さの部位）に設けられている。

熱源ループ１０は、例えば、温度制御部１１を備えており、温度制御部１１は冷熱源１２及び温熱源１３を有する。冷熱源１２及び温熱源１３は、例えば、並列に配置されている。熱源ループ１０では、熱媒体の温度が一定範囲より低くなったときには温熱源１３が機能して熱媒体を加熱し、熱媒体の温度が一定範囲より高くなったときには冷熱源１２が機能して熱媒体を冷却する。一例として、熱源ループ１０の熱媒体が１５℃未満になったときには温熱源１３が熱媒体を１５℃に加熱し、熱源ループ１０の熱媒体が１５℃より高い温度になったときには冷熱源１２が熱媒体を１５℃に冷却する。

熱源ループ１０によって加熱又は冷却された熱媒体の熱は、第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０のそれぞれに搬送される。第１の空調機ループ２０は熱交換器４１を介して熱源ループ１０に接続されており、例えば、熱交換器４１は温度が高い箇所から温度が低い箇所に熱を移動する普通の熱交換器である。第１の空調機ループ２０は、空調機２１ａと、外調機２１ｂと、空調機２１ａ及び外調機２１ｂのそれぞれに接続された温度制御部２２とを備える。温度制御部２２は、例えば、空調機２１ａ及び外調機２１ｂのそれぞれに接続された水熱源ヒートポンプを含む。

熱源ループ１０を流通する熱媒体は、熱交換器４１において、第１の空調機ループ２０を流通する熱媒体と熱交換を行う。第１の空調機ループ２０の熱媒体は、例えば、空調機２１ａ及び温度制御部２２を流通する。また、第１の空調機ループ２０は、空調機２１ａ及び温度制御部２２が設けられた第１の流路２３と、温度制御部２２及び外調機２１ｂが設けられた第２の流路２４とを含む。温度制御部２２は、第１の流路２３、及び第２の流路２４のいずれかの温度制御を行う。

空調機２１ａ及び外調機２１ｂのそれぞれは、加熱要求及び冷却要求を行う。温度制御部２２は、空調機２１ａ及び外調機２１ｂのそれぞれの加熱要求及び冷却要求に伴って第１の流路２３を流通する熱媒体の温度、及び第２の流路２４を流通する熱媒体の温度、のいずれかを制御する。

例えば、空調機２１ａが冷房として機能し、外調機２１ｂが暖房として機能する場合、空調機２１ａによって第１の流路２３を通る熱媒体が加熱され、外調機２１ｂによって第２の流路２４を通る熱媒体が冷却される。温度制御部２２は、空調機２１ａによって加熱された第１の流路２３の熱媒体と、外調機２１ｂによって冷却された第２の流路２４の熱媒体との間で熱を移動させる。

例えば、温度制御部２２は、空調機２１ａによって加熱された第１の流路２３の熱媒体を冷却し、又は、外調機２１ｂによって冷却された第２の流路２４の熱媒体を加熱する。このように、温度制御部２２は、第１の流路２３及び第２の流路２４のいずれかを温度制御する。一例として、第２の流路２４の熱媒体が温度制御部２２によって温度制御され、第１の流路２３の熱媒体は熱交換器４１によって温度制御されてもよい。

一例として、熱源ループ１０から熱交換器４１に流入する熱媒体の温度が１５℃であって、温度制御部２２から熱交換器４１に流入する熱媒体の温度が１８℃であるときに、熱交換器４１の熱交換により、熱源ループ１０の熱媒体が加熱されて１７℃になると共に、第１の空調機ループ２０の熱媒体が冷却されて１６℃になる。１６℃とされた第１の空調機ループ２０の熱媒体は空調機２１ａによって２０℃に加熱される。第２の流路２４では、一例として、４０℃以上且つ４５℃以下の熱媒体が流通しており、温度制御部２２によって４０℃の熱媒体が４５℃に加熱され、外調機２１ｂによって４５℃の熱媒体が４０℃に冷却される。

第２の空調機ループ３０は、例えば、熱交換器４２を介して熱源ループ１０に接続されている。熱交換器４２は、温度が高い箇所から温度が低い箇所に熱を移動する普通の熱交換器である。第２の空調機ループ３０は、空調機３１ａと、外調機３１ｂと、空調機３１ａ及び外調機３１ｂのそれぞれに接続された温度制御部３２とを備える。温度制御部３２は、例えば、空調機３１ａ及び外調機３１ｂのそれぞれに接続された水熱源ヒートポンプを含む。

第２の空調機ループ３０は、空調機３１ａ及び温度制御部３２が設けられた第１の流路３３と、温度制御部３２及び外調機３１ｂが設けられた第２の流路３４とを含む。なお、空調機３１ａ、外調機３１ｂ、温度制御部３２、第１の流路３３及び第２の流路３４のそれぞれの構成は、例えば、前述した空調機２１ａ、外調機２１ｂ、温度制御部２２、第１の流路２３及び第２の流路２４の構成と同様である。

例えば、熱源ループ１０から熱交換器４２に流入する熱媒体の温度が１５℃であって、温度制御部３２から熱交換器４２に流入する熱媒体の温度が１２℃であるときに、熱交換器４２の熱交換により、熱源ループ１０の熱媒体が冷却されて１３℃になると共に、第２の空調機ループ３０の熱媒体が加熱されて１４℃になる。１４℃とされた第２の空調機ループ３０の熱媒体は空調機３１ａによって１６℃に加熱される。例えば、温度制御部３２は、空調機３１ａからの熱媒体を１２℃に冷却し、外調機３１ｂからの熱媒体を４５℃に加熱して、第２の流路３４の熱媒体の温度を一定範囲内に維持する。第１の流路３３の熱媒体の温度は、熱交換器４２によって一定範囲内に維持される。一例として、熱交換器４２は第１の流路３３の熱媒体の温度を１２℃以上且つ１７℃以下に維持し、温度制御部３２は第２の流路３４の熱媒体の温度を４０℃以上且つ４５℃以下に維持する。

上記の例の場合、熱源ループ１０では、第２の空調機ループ３０が接続された熱交換器４２から１３℃の熱媒体が供給され、第１の空調機ループ２０が接続された熱交換器４１からは１７℃の熱媒体が供給される。第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０のそれぞれでは、温度制御部２２及び温度制御部３２のそれぞれによって熱媒体の温度が制御される。

熱源ループ１０の熱媒体の温度は、例えば、１０℃〜１５℃に維持されていてもよく、熱媒体の温度が１５℃以上となったときに冷熱源１２が稼働し、熱媒体の温度が１０℃以下となったときに温熱源１３が稼働してもよい。しかしながら、前述したように、第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０のそれぞれにおいて熱媒体の温度制御が行われる場合、熱交換器４１からの熱媒体と熱交換器４２からの熱媒体とが混合される。上記の例では、１３℃の熱媒体と１７℃の熱媒体とが混合されて１５℃となる。この場合、熱源ループ１０の温度制御部１１（冷熱源１２及び温熱源１３）が稼働しなくても第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０のそれぞれにおいて所望の温度の冷暖房を実現させることができる。すなわち、熱源ループ１０の温度制御部１１の稼働量を低減させることができる。

次に、本実施形態に係る空調システム１から得られる作用効果について説明する。空調システム１では、熱媒体を搬送する熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０が設けられており、熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０のそれぞれは熱媒体の温度を制御する温度制御部１１，２２を備える。従って、熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０のそれぞれの熱媒体の温度制御を温度制御部１１，２２によって実現させることができる。

また、熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０の間には、熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０の熱媒体の間で熱交換を行う熱交換器４１が設けられる。従って、熱交換器４１によって、熱源ループ１０と第１の空調機ループ２０とのそれぞれにおいて熱媒体の温度が調整され、必要に応じて熱交換器４１で熱融通を行うだけで熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０のそれぞれに所望の温度の熱媒体を効率よく供給することができる。従って、１つの熱交換器４１で熱源ループ１０及び第１の空調機ループ２０のそれぞれに所望の温度の熱媒体を供給することができるので、熱製造及び熱回収を効率的に行うことができる。

また、空調システム１において、複数のループは、第１の空調機ループ２０と、第２の空調機ループ３０と、第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０のそれぞれに接続された熱源ループ１０と、を含んでおり、第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０は、熱源ループ１０を介して互いに熱融通を行う。

従って、空調システム１は第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０のそれぞれに接続された熱源ループ１０を有し、第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０は熱源ループ１０を介して互いに熱融通を行う。よって、第１の空調機ループ２０及び第２の空調機ループ３０の間で互いに熱融通を行うことが可能となるので、各空調機ループ２０，３０において熱製造を効率的に行うことができる。

また、本実施形態において、温度制御部２２，３２は、水熱源ヒートポンプを含んでいる。従って、水熱源ヒートポンプによって熱回収を行うことで効率的に熱製造を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る空調システム５１について図２及び図３を参照しながら説明する。なお、以降の説明では、重複を避けるため、前述した実施形態と同様の内容については説明を適宜省略する。空調システム５１は、高層ビルである建物Ｓの内部に設けられており、例えば、地下の機械室に配置された熱源ループ６０と、複数の空調機ループ７０と、熱源ループ６０及び各空調機ループ７０の間に介在する複数の搬送ループ８０とを備える。なお、図２では、各空調機ループ７０の図示を簡略化している。

熱源ループ６０は、例えば、地下の機械室に配置されており、複数の空調機ループ７０及び複数の搬送ループ８０は建物Ｓの内部の機械室に配置されている。複数の空調機ループ７０、及び複数の搬送ループ８０、のそれぞれは例えば鉛直方向に沿って並んでいる。各搬送ループ８０には複数（例えば２つ）の空調機ループ７０が接続されている。一例として、搬送ループ８０は、鉛直下方に位置する第１の搬送ループ８１、及び第１の搬送ループ８１の鉛直上方に位置する第２の搬送ループ８２を含んでいる。

空調機ループ７０は、例えば、第１の空調機ループ７１、第２の空調機ループ７２、第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４を含んでいる。第１の空調機ループ７１、第２の空調機ループ７２、第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４は、この順で鉛直下方から鉛直上方に向かって並んでいる。一例として、第１の空調機ループ７１は地面から地上１００ｍまでの低層部、第２の空調機ループ７２は地上１００ｍから地上２００ｍまでの中低層部、第３の空調機ループ７３は地上２００ｍから地上３００ｍまでの中高層部、第４の空調機ループ７４は地上３００ｍから地上４００ｍまでの高層部、に設けられている。

第１の空調機ループ７１及び第２の空調機ループ７２は、第１の搬送ループ８１に接続されている。第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４は、第２の搬送ループ８２に接続されている。第１の空調機ループ７１、第２の空調機ループ７２、第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４のそれぞれの負荷特性は、例えば、互いに異なっている。

熱源ループ６０は、例えば、温度制御部６１を備えており、温度制御部６１はコージェネレーションシステム６５を含んでいてもよい。温度制御部６１は、例えば、冷熱源６２及び温熱源６３を備える。冷熱源６２及び温熱源６３の構成は、例えば、前述した冷熱源１２及び温熱源１３の構成と同様である。冷熱源６２及び温熱源６３とコージェネレーションシステム６５とは熱交換器６４を介して接続されている。なお、熱源ループ６０は、ヒートポンプ、冷凍機（例えばターボ冷凍機）、又は、コージェネレーションシステム６５による発電と同時に発生する廃温水から冷温水を発生させる排熱投入型吸収式冷凍機を備えていてもよい。

熱源ループ６０と第１の搬送ループ８１とは熱交換部９１（第１の熱交換部）を介して互いに接続されている。第１の搬送ループ８１は、熱交換部９１の他、第１の空調機ループ７１及び第２の空調機ループ７２のそれぞれが接続する熱交換部７５（第２の熱交換部）、並びに、第２の搬送ループ８２が接続する熱交換部９４のそれぞれに熱媒体を搬送する。第１の搬送ループ８１を通る熱媒体は、例えば、熱交換部９１から第１の管８３を通って熱交換部７５，９４のそれぞれに搬送され、熱交換部７５，９４のそれぞれにおいて熱交換された後、第２の管８４を通って熱交換部９１に戻される。このように、第１の搬送ループ８１は、第１の管８３及び第２の管８４を備える２管式である。

第１の搬送ループ８１と第２の搬送ループ８２とは、熱交換部９４を介して互いに接続されている。第２の搬送ループ８２は、熱交換部９４、並びに、第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４のそれぞれが接続する熱交換部７５、のそれぞれに熱媒体を搬送する。第２の搬送ループ８２を通る熱媒体は、熱交換部９４から第１の管８５を通って各熱交換部７５に搬送され、各熱交換部７５において熱交換された後、第２の管８６を通って熱交換部９４に戻される。第２の搬送ループ８２も、第１の管８５及び第２の管８６を備える２管式である。

第１の空調機ループ７１及び第２の空調機ループ７２は、各熱交換部７５を介して第１の搬送ループ８１に接続されている。第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４は、各熱交換部７５を介して第２の搬送ループ８２に接続されている。第１の空調機ループ７１、第２の空調機ループ７２、第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４の構成は、例えば、互いに同一である。従って、以下では、第１の空調機ループ７１、第２の空調機ループ７２、第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４のそれぞれをまとめて空調機ループ７０として説明する。

図３に示されるように、空調機ループ７０は、前述した熱交換部７５と、空気熱源ヒートポンプ７６と、水熱源ヒートポンプ７７と、熱媒体流通調整部７８と、空調機群７９とを備える。空気熱源ヒートポンプ７６及び水熱源ヒートポンプ７７は、空調機ループ７０の熱媒体の温度を制御する温度制御部として機能する。例えば、水熱源ヒートポンプ７７は熱媒体の加熱及び冷却のいずれかを行い、空気熱源ヒートポンプ７６は熱媒体の加熱及び冷却を補助する機能を有する。具体例として、空気熱源ヒートポンプ７６は、熱源ループ６０及び水熱源ヒートポンプ７７による温度制御の不足分を補助する。

熱媒体流通調整部７８は、複数のポンプ７８ｂとバルブ７８ｃとを含んでいる。例えば、熱媒体流通調整部７８は複数設けられている。空調機群７９は、例えば、複数の熱媒体流通調整部７８の一方に接続された空調機７９ｂと、複数の熱媒体流通調整部７８の他方に接続された外調機７９ｃとを含んでいる。

空調機ループ７０は、熱交換部７５を通る第１ループ７０Ａと、熱交換部７５を通らない第２ループ７０Ｂとを含む。第１ループ７０Ａでは、空気熱源ヒートポンプ７６及び水熱源ヒートポンプ７７を含む第１ヘッダＨ１、複数の熱媒体流通調整部７８のうちの一方の熱媒体流通調整部７８、空調機群７９、及び熱交換部７５を熱媒体が流通する。熱媒体の流通経路において、熱交換部７５と、空気熱源ヒートポンプ７６及び水熱源ヒートポンプ７７とは、直列に配置されており、熱交換部７５は、空気熱源ヒートポンプ７６及び水熱源ヒートポンプ７７よりも上流側に設けられる。

第２ループ７０Ｂでは、空気熱源ヒートポンプ７６及び水熱源ヒートポンプ７７を含むと共に第１ヘッダＨ１に並行に配置された第２ヘッダＨ２、複数の熱媒体流通調整部７８のうちの他方の熱媒体流通調整部７８及び空調機群７９を熱媒体が流通する。第１ヘッダＨ１及び第２ヘッダＨ２のそれぞれにおいて、空気熱源ヒートポンプ７６及び水熱源ヒートポンプ７７のそれぞれは、第１ループ７０Ａ及び第２ループ７０Ｂの間に介在している。すなわち、空気熱源ヒートポンプ７６及び水熱源ヒートポンプ７７は、第１ループ７０Ａ及び第２ループ７０Ｂの両方に接続されている。

以上のように構成された熱源ループ６０、空調機ループ７０及び搬送ループ８０を備えた空調システム５１における熱媒体の移動及び温度制御の例について説明する。まず、夏期（例えば５月〜１０月）における空調機ループ７０の冷房要求のときには、例えば図４に示されるように、熱源ループ６０において５℃の熱媒体を流通し、熱交換部９１の熱交換によって第１の搬送ループ８１の第１の管８３に６℃の熱媒体を流通させる。そして、熱交換部９４の熱交換によって第２の搬送ループ８２の第１の管８５に７℃の熱媒体を流通させる。このように、第１の搬送ループ８１で６℃の熱媒体を流通させると共に、第２の搬送ループ８２で７℃の熱媒体を流通させると、例えば、各熱交換部７５の熱交換によって各空調機ループ７０に８℃の熱媒体を流通させる。

冬期（例えば１１月〜４月）における空調機ループ７０の冷房要求が暖房要求よりも大きい場合、すなわち、熱交換部７５が冷房要求を行うときには、例えば図５に示されるように、熱源ループ６０において１５℃の熱媒体を流通し、熱交換部９１の熱交換によって第１の搬送ループ８１の第１の管８３に１６℃の熱媒体を流通させる。そして、熱交換部９４の熱交換によって第２の搬送ループ８２の第１の管８５に１７℃の熱媒体を流通させる。そして、各熱交換部７５の熱交換によって各空調機ループ７０に１５〜１７．５℃の熱媒体を流通させる。

冬期（例えば１１月〜４月）における空調機ループ７０の暖房要求が冷房要求よりも大きい場合、すなわち、熱交換部７５が暖房要求を行うときには、例えば図６に示されるように、熱源ループ６０において１８℃の熱媒体を流通し、熱交換部９１の熱交換によって第１の搬送ループ８１の第１の管８３に１７℃の熱媒体を流通させる。また、熱交換部９４の熱交換によって第２の搬送ループ８２の第１の管８５に１６℃の熱媒体を流通させる。更に、各熱交換部７５の熱交換によって各空調機ループ７０に１５〜１７．５℃の熱媒体を流通させる。

夏期における冷房要求時の空調機ループ７０の熱媒体の温度は、例えば図７に示されるように、空調機ループ７０の熱交換部７５に６℃の熱媒体が供給され、これに伴い、熱交換部７５から空気熱源ヒートポンプ７６に８℃の熱媒体が供給される。この８℃の熱媒体は、熱媒体流通調整部７８を通って空調機群７９に達し、例えば空調機７９ｂによって使用されて１３℃に加熱される。１３℃に加熱された熱媒体は熱交換部７５に戻される。なお、水熱源ヒートポンプ７７は、例えば、冷房要求時には動作しない。

また、熱交換部７５が冷房要求を行うとき、例えば図８に示されるように、熱交換部７５に１６℃〜１７℃の熱媒体が供給される。そして、空気熱源ヒートポンプ７６及び水熱源ヒートポンプ７７のそれぞれに１７．５℃の熱媒体が供給され、水熱源ヒートポンプ７７から１２．５℃の熱媒体が供給される。熱媒体流通調整部７８を介して、空調機７９ｂに１５℃の熱媒体が供給されると共に、外調機７９ｃに４５℃の熱媒体が供給される。空調機７９ｂによって冷房目的で熱媒体が使用されると空調機７９ｂによって熱媒体が加熱され、例えば加熱されて２０℃となった熱媒体が熱交換部７５に戻される。また、外調機７９ｃによって暖房目的で熱媒体が使用されると外調機７９ｃによって熱媒体が冷却されて、例えば、冷却されて４０℃となった熱媒体が水熱源ヒートポンプ７７に戻される。

また、図８とは別の例として、熱交換部７５が暖房要求を行うとき、例えば図９に示されるように、熱交換部７５に１６℃〜１７℃の熱媒体が供給され、これに伴い、水熱源ヒートポンプ７７に１０℃の熱媒体が供給されると共に水熱源ヒートポンプ７７から５℃の熱媒体が放出される。そして、熱媒体流通調整部７８を介して、空調機７９ｂに５℃の熱媒体が供給されると共に、外調機７９ｃに４５℃の熱媒体が供給される。空調機７９ｂによって冷房目的で熱媒体が使用されると空調機７９ｂによって熱媒体が加熱され、例えば１０℃の熱媒体が空調機７９ｂから熱交換部７５に戻される。また、外調機７９ｃによって暖房目的で熱媒体が使用されると外調機７９ｃによって熱媒体が冷却され、例えば、４０℃の熱媒体が外調機７９ｃから水熱源ヒートポンプ７７に戻される。

以上、例えば図２及び図３に示されるように、空調システム５１では、熱媒体を搬送する熱源ループ６０及び空調機ループ７０が設けられており、熱源ループ６０及び空調機ループ７０のそれぞれは熱媒体に対して加熱及び冷却のいずれかを行う温度制御部（例えば、温度制御部６１、空気熱源ヒートポンプ７６、水熱源ヒートポンプ７７）を備える。よって、熱源ループ６０及び空調機ループ７０の間において熱媒体はそれぞれ加熱又は冷却されるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、空調システム５１では、熱源ループ６０の熱媒体の熱を第１の空調機ループ７１、第２の空調機ループ７２、第３の空調機ループ７３及び第４の空調機ループ７４のそれぞれに搬送する搬送ループ８０（第１の搬送ループ８１及び第２の搬送ループ８２）を備える。熱源ループ６０と第１の搬送ループ８１との間には熱交換部９１が設けられ、第１の搬送ループ８１と第１の空調機ループ７１及び第２の空調機ループ７２のそれぞれとの間には熱交換部７５が設けられている。第１の搬送ループ８１は、熱交換部９１から熱交換部７５に向かう第１の管８３と、熱交換部７５から熱交換部９１に戻る第２の管８４とによって構成される。従って、熱源ループ６０と第１の空調機ループ７１及び第２の空調機ループ７２のそれぞれとを接続する第１の搬送ループ８１が２管で構成されるので、空調システム５１の構成を更に簡易にすることができる。更に、４管式の空調システムと比較して、配管が占めるスペースを削減できると共に、配管のコストの低減に寄与する。第２の搬送ループ８２についても同様である。

例えば、空調機ループ７３，７４及び搬送ループ８２は建物Ｓの高層部に設けられており、空調機ループ７１，７２及び搬送ループ８１は建物Ｓの低層部に設けられており、上下に並ぶ搬送ループ８２及び搬送ループ８１は熱交換部９４を介して接続されている。従って、高層ビルである建物Ｓを上下に区切って、区切られた建物Ｓのそれぞれの領域に搬送ループ８１，８２が設けられることにより、熱媒体の搬送の単位を建物Ｓの上下で区切ることができるので、配管及び機器にかかる水圧を低減させることができると共に、下層の熱媒体の熱を高層の熱媒体に搬送することができる。例えば、地下の熱源ループ６０に配置されたコージェネレーションシステム６５の熱を建物Ｓの高層部に搬送することができる。

ところで、熱源ループ６０における温水製造は、コージェネレーションシステム６５からの廃温水供給を用いることが省エネルギーの観点から合理的であるが、廃温水供給量は発電要求等に応じて変動するので、熱源ループ６０から空調機ループ７０が必要とする熱量を常に供給できるとは限らない。従って、熱交換部７５が暖房要求を行うときに、熱源ループ６０が当該暖房要求を満たせない場合がある。この場合、空気熱源ヒートポンプ７６が補助的に空調機ループ７０の熱媒体を加熱することによって、水熱源ヒートポンプ７７の加熱量が減少し、熱源ループ６０に要求される暖房熱量を低減することができ、安定した運用が可能となる。すなわち、例えばコージェネレーションシステム６５からの廃温水供給量を監視しながら空気熱源ヒートポンプ７６の加熱量を制御することにより、より省エネ且つ安定した運用を行うことができる。

以上、本発明に係る空調システムの各実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、前述した各実施形態に限られず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲において変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。すなわち、本発明は、各請求項の要旨を変更しない範囲において種々の変形が可能であり、例えば、空調システムの各部の構成及び配置態様は適宜変更可能である。以下では、空調システムの空調機ループの種々の変形例について説明する。なお、変形例に係る空調システムの少なくとも一部は、前述した空調システムの少なくとも一部と同様の構成を備えるため、前述した空調システムの構成と重複する構成については同一の符号を付して説明を適宜省略する。

例えば、図１０に示されるように、変形例に係る空調機ループ１１０は、熱交換部７５と、温度制御部として機能する水熱源ヒートポンプ７７と、２つの熱媒体流通調整部７８と、空調機群７９とを備える。空調機ループ１１０は、空気熱源ヒートポンプ７６を有しない点が図３の空調機ループ７０とは異なっている。熱媒体の流通経路において、熱交換部７５と水熱源ヒートポンプ７７とは直列に配置されており、熱交換部７５は水熱源ヒートポンプ７７よりも上流側に設けられる。この空調機ループ１１０は、１つの熱交換部７５を備え、更に空気熱源ヒートポンプ７６を有しないため、機器コスト及び配管コストの低減に寄与する。また、熱交換部７５の数が１つであることにより、空調機ループ１１０への熱媒体の供給流量を低減させることができるので、少ない供給流量で熱製造を効率良く行うことができる。

図１１に示されるように、変形例に係る空調機ループ１２０は、熱交換部１１５と、温度制御部として機能する水熱源ヒートポンプ１１７と、２つの熱媒体流通調整部７８と、空調機群７９とを備える。熱媒体の流通経路において、熱交換部１１５と水熱源ヒートポンプ１１７とは直列に配置されており、熱交換部１１５は水熱源ヒートポンプ７７よりも下流側に設けられる。

空調機ループ１２０は、熱交換部１１５を通る第１ループ１２０Ａと、熱交換部１１５を通らない第２ループ１２０Ｂとを含む。第１ループ１２０Ａでは、水熱源ヒートポンプ１１７を含む第１ヘッダＨ１１、熱交換部１１５、一方の熱媒体流通調整部７８及び空調機群７９を熱媒体が流通する。第２ループ１２０Ｂでは、水熱源ヒートポンプ１１７を含むと共に第１ヘッダＨ１１に並列に配置された第２ヘッダＨ１２他方の熱媒体流通調整部７８及び空調機群７９を熱媒体が流通する。水熱源ヒートポンプ１１７は、第１ループ１２０Ａ及び第２ループ１２０Ｂの間に介在している。換言すれば、水熱源ヒートポンプ１１７は、第１ループ１２０Ａ及び第２ループ１２０Ｂの両方に接続されている。

この空調機ループ１２０では、熱交換部１１５の数が１つであるため、機器コスト及び配管コストの低減に寄与すると共に、空調機ループ１２０への熱媒体の供給流量を低減させることができる。更に、空調機ループ１２０では、熱媒体の流路において熱交換部１１５が水熱源ヒートポンプ１１７の下流側に設けられるため、空調機ループ１２０へ供給される熱媒体の温度を低くすることができる。従って、低温の未利用エネルギー（例えば、低温排熱、井水熱又は河川水熱等）を利用しやすくなるという効果も得られる。

図１２に示されるように、変形例に係る空調機ループ１３０は、熱交換部１３５と、温度制御部として機能する水熱源ヒートポンプ１３７と、２つの熱媒体流通調整部７８と、空調機群７９とを備える。熱媒体の流通経路において、熱交換部１３５と水熱源ヒートポンプ７７とは並列に配置されており、例えば、熱交換部１３５及び水熱源ヒートポンプ１３７は一対の第１ヘッダＨ２１の間に配置されている。

空調機ループ１３０は、熱交換部１３５を通る第１ループ１３０Ａと、熱交換部１３５を通らない第２ループ１３０Ｂとを含む。第１ループ１３０Ａでは、熱交換部１３５及び水熱源ヒートポンプ１３７を含む第１ヘッダＨ２１、一方の熱媒体流通調整部７８及び空調機群７９を熱媒体が流通する。第２ループ１３０Ｂでは、水熱源ヒートポンプ１３７を含むと共に第１ヘッダＨ２１に並列に配置された第２ヘッダＨ２２、他方の熱媒体流通調整部７８及び空調機群７９を熱媒体が流通する。水熱源ヒートポンプ１３７は、第１ループ１３０Ａ及び第２ループ１３０Ｂの間に介在している。

空調機ループ１３０では、前述した空調機ループ１２０と同様、空調機ループ１３０へ供給される熱媒体の温度を低くすることができる。更に、空調機ループ１３０では、熱交換部１３５及び水熱源ヒートポンプ１３７が第１ヘッダＨ２１の中に配置されることにより、熱媒体流通調整部７８のポンプ７８ｂの揚程を小さくすることができるので、搬送動力を抑えることができる。

図１３に示されるように、変形例に係る空調機ループ１４０は、熱交換部７５と、温度制御部として機能する水熱源ヒートポンプ１４７と、２つの熱媒体流通調整部７８と、空調機群７９とを備える。熱媒体の流通経路において、熱交換部７５と水熱源ヒートポンプ１４７とは互いに独立して配置されており、水熱源ヒートポンプ１４７は一対のヘッダＨの間に設けられる。

空調機ループ１４０は、熱交換部７５を通る第１ループ１４０Ａと、熱交換部７５を通らない第２ループ１４０Ｂとを含む。例えば、第１ループ１４０Ａが冷水系統であり、第２ループ１４０Ｂが温水系統である。第１ループ１４０Ａでは、熱交換部７５、一方の熱媒体流通調整部７８、及び空調機群７９を熱媒体が流通する。第２ループ１４０Ｂでは、水熱源ヒートポンプ１４７を含むヘッダＨ、他方の熱媒体流通調整部７８、及び空調機群７９を熱媒体が流通する。なお、空調機ループ１４０では、熱交換部７５だけでなく、水熱源ヒートポンプ１４７も前述した搬送ループ８０に接続されている。空調機ループ１４０では、冷水系統と温水系統とを分離しているため、空調機ループ１４０の運用及び制御を簡易にすることができる。

図１４は、変形例に係る空調システム１５１を示している。図１４に示されるように、空調システム１５１は、それぞれ熱媒体を環流させる２つのループ１５２と、２つのループ１５２間で熱交換を行う熱交換器１５３とを備え、各ループ１５２が温度制御部１５４及び複数の空調機１５５を備える。温度制御部１５４は、例えば、冷熱源又は温熱源を含んでおり、空調機１５５は水熱源ヒートポンプを含んでいてもよい。この空調システム１５１の場合、２つのループ１５２が相互に熱交換を行うので、簡易な構成を維持しつつ、各ループ１５２を通る熱媒体の温度を一定範囲内に維持することができる。

なお、前述の第１実施形態では、冷熱源１２及び温熱源１３を含む温度制御部１１を備える熱源ループ１０について説明した。しかしながら、温度制御部の種類、構成、数及び配置態様は、冷熱源及び温熱源を含むものに限られず適宜変更可能である。また、前述の実施形態では、図３に示されるように、空調機ループ７０が温度制御部として空気熱源ヒートポンプ７６と水熱源ヒートポンプ７７とを備える例について説明した。しかしながら、例えば、第１ループ７０Ａ及び第２ループ７０Ｂの間に温度制御部として空気熱源ヒートポンプ７６のみが配置されていてもよく、この空気熱源ヒートポンプ７６が熱源ループ６０と連携して熱媒体の温度制御を行ってもよい。

更に、前述の実施形態では、空調機２１ａと、外調機２１ｂと、空調機２１ａ及び外調機２１ｂのそれぞれと接続する温度制御部２２とを備える第１の空調機ループ２０について説明した。しかしながら、空調機が設けられる空調機ループの構成についても適宜変更可能である。また、熱源ループ及び搬送ループの構成についても適宜変更可能である。更に、前述の実施形態では、高層ビルである建物Ｓに設けられる空調システム１について説明した。しかしながら、本発明に係る空調システムは、高層ビル以外の建物にも適用可能である。

１…空調システム、１０…熱源ループ、１１…温度制御部、１２…冷熱源、１３…温熱源、２０…第１の空調機ループ、２１ａ…空調機、２１ｂ…外調機、２２…温度制御部、２３…第１の流路、２４…第２の流路、３０…第２の空調機ループ、３１ａ…空調機、３１ｂ…外調機、３２…温度制御部、３３…第１の流路、３４…第２の流路、４１、４２…熱交換器、５１…空調システム、６０…熱源ループ、６１…温度制御部、６２…冷熱源、６３…温熱源、６４…熱交換器、６５…コージェネレーションシステム、７０，１１０，１２０，１３０，１４０…空調機ループ、７０Ａ，１２０Ａ，１３０Ａ，１４０Ａ…第１ループ、７０Ｂ，１２０Ｂ，１３０Ｂ，１４０Ｂ…第２ループ、７１…第１の空調機ループ、７２…第２の空調機ループ、７３…第３の空調機ループ、７４…第４の空調機ループ、７５…熱交換部（第２の熱交換部）、７６…空気熱源ヒートポンプ、７７…水熱源ヒートポンプ、７８…熱媒体流通調整部、７８ｂ…ポンプ、７８ｃ…バルブ、７９…空調機群、７９ｂ…空調機、７９ｃ…外調機、８０…搬送ループ、８１…第１の搬送ループ、８２…第２の搬送ループ、８３，８５…第１の管、８４，８６…第２の管、９１…熱交換部（第１の熱交換部）、９４…熱交換部、１５１…空調システム、１５２…ループ、１５３…熱交換器、１５４…温度制御部、１５５…空調機、Ｈ…ヘッダ、Ｈ１，Ｈ１１，Ｈ２１…第１ヘッダ、Ｈ１２，Ｈ２２…第２ヘッダ、Ｓ…建物。

Claims (6)

1. 熱媒体を搬送する複数のループと、
   前記複数のループの少なくともいずれかに設けられており、前記ループにおいて搬送される前記熱媒体に対して加熱及び冷却の少なくともいずれかを行う温度制御部と、
   前記複数のループの少なくともいずれか２つのループの間に設けられており、前記２つのループの前記熱媒体の間で熱交換を行う熱交換器と、
   を備える空調システム。
2. 前記複数のループは、空調機が接続された複数の空調機ループと、前記複数の空調機ループのそれぞれに接続された熱源ループと、を含んでおり、
   前記複数の空調機ループは、前記熱源ループを介して互いに熱融通を行う、
   請求項１に記載の空調システム。
3. 前記熱源ループの前記熱媒体の熱を複数の前記空調機ループのそれぞれに搬送する搬送ループを更に備え、
   前記熱源ループと前記搬送ループとの間には第１の熱交換部が設けられ、前記搬送ループと各前記空調機ループとの間には第２の熱交換部が設けられており、
   前記搬送ループは、前記第１の熱交換部から前記第２の熱交換部に向かって熱媒体が搬送される第１の管、及び前記第２の熱交換部から前記第１の熱交換部に向かって熱媒体が搬送される第２の管によって構成される、
   請求項２に記載の空調システム。
4. 前記温度制御部は、水熱源ヒートポンプを含む、
   請求項２又は３に記載の空調システム。
5. 前記空調機ループは、第１ループ、及び前記第１ループに並列に配置された第２ループを含んでおり、
   前記第１ループ及び前記第２ループの間に前記温度制御部が配置されている、
   請求項２〜４のいずれか一項に記載の空調システム。
6. 前記熱源ループは、コージェネレーションシステムを有する、
   請求項２〜５のいずれか一項に記載の空調システム。

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