JP2021149273A - 熱源運転支援システム - Google Patents
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Abstract
Description
(熱源運転支援システム)
図1は、熱源運転支援システム1000の全体構成の一例を示す図である。図1を参照して、熱源運転支援システム1000は、熱源システム500に設けられた複数の熱源機器に関する運転計画を作成する。具体的には、熱源運転支援システム1000は、熱源運転装置100と、データ記憶装置300と、中継装置400とを含む。
図2は、熱源システム500の構成の一例を示す図である。図2を参照して、熱源システム500は、ビル等の空調システムで用いられ、複数の熱源機器2を備える熱源システムである。一般的に、ビル等の建物の熱負荷は、冷熱負荷および温熱負荷があり、季節や時間に応じて負荷熱量は変化する。
図3は、熱源運転装置100のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図3を参照して、熱源運転装置100は、そのコンポーネントとして、プロセッサ150と、主記憶装置152と、二次記憶装置154と、通信インターフェイス(I/F:Interface)156と、ディスプレイ158と、入力装置160と、汎用インターフェイス(I/F:Interface)164とを含む。これらのコンポーネントは、内部バス166を介して互いに通信可能に接続されている。
熱源運転装置100により実施される熱負荷の予測方式について説明する。熱源運転装置100は、サーバ200から取得した気象情報と、データ記憶装置300に記憶された冷熱負荷50の需要の実測データとに基づいて、将来の冷熱負荷50の需要予測値を算出する。
熱源運転装置100は、混合整数線形計画法に基づいて最適運転計画を作成する際、目的関数および制約条件を定式化した後、汎用ソルバーにより、制約条件下で目的関数が最小となる解(すなわち、最適運転計画)を作成する。
目的関数は、熱源システム500に対して要求される運用目的を関数式で表したものである。熱源システム500の運用目的は、経済性、省エネルギー性、環境保全、制御性などの観点から設定される。一例として、各種エネルギー(例えば、電気、ガス、油等)の購入コストをTcоst、各種エネルギーによって発生するCO2量をTco2、各種エネルギーの一次エネルギー換算量をTenergy、機器の発停回数をNonoff、機器の排熱量をWpとすると、目的関数は式(1)のように表される。
各種の制約条件を設定する制約条件としては、例えば、需給バランス、熱源機器2の機器特性、熱源機器2の運転方式に関する条件がある。
まず、需給バランスに関する制約条件について説明する。熱源システム500全体で生成する熱量と空調で消費される熱負荷需要は釣り合う必要がある。例えば、熱源システム500内の各熱源機器2の生成熱量の合計値が、熱負荷需要(冷熱負荷50)と一致するという制約条件が線形式で定式化される。ここで、運転計画は多期間での最適化問題であるため、熱負荷需要には、上述した冷熱負荷50の需要予測値が使用される。
次に、熱源機器2の機器特性に関する制約条件について説明する。本実施の形態では、熱源機器2が水冷式の熱源機器であるとする。この場合、負荷率(冷凍容量)とCOP(Coefficient Of Performance)との関係は図5で表される。
次に、熱源機器2の運転条件に関する制約条件の定式化について説明する。本実施の形態では、固定速の熱源機器2と可変速の熱源機器2とを効率良く運転するため、各熱源機器2の冷水の出入口温度差を同一とする新たな制約条件(以下「同一温度差制約条件」とも称する。)を導入する。
図1を参照して、熱源運転装置100は、時間Px(例えば、数十分)毎に最適運転計画を作成し、中継装置400を介して、当該作成した最適運転計画を熱源システム500に送信する。中継装置400は、時間Pxごとに運転計画を熱源システム500に送信する一方、時間Pxよりも短い時間Py(例えば、数分)毎に熱源システム500の運転状態データを収集している。運転状態データは、例えば、各熱源機器2の発停状態、各冷水ポンプ3の流量率、各種の温度(例えば、冷水の往温度Tg、還温度Tr、熱源機器2の出口温度tg、入口温度tr)等を示すデータである。
図7は、熱源運転支援システム1000の機能構成の一例を示すブロック図である。図7を参照して、熱源運転支援システム1000は、主たる機能構成として、気象情報取得部601と、負荷予測部603と、選択部605と、条件設定部607と、運転計画作成部609と、運転計画出力部611と、温度取得部613と、判断部615と、指令出力部617とを含む。典型的には、気象情報取得部601、負荷予測部603、選択部605、条件設定部607、運転計画作成部609および運転計画出力部611は、熱源運転装置100の機能に対応する。温度取得部613、判断部615および指令出力部617は、中継装置400の機能に対応する。例えば、これらの機能は、各装置のプロセッサが所定のプログラムを実行することにより実現される。
(1)上述した実施の形態では、各熱源機器2が熱媒体を冷却して冷熱負荷に供給する場合を例示して説明したが、各熱源機器2が熱媒体を加熱して温熱負荷に供給する場合であってもよい。この場合、熱媒体が温水であり、冷熱負荷50が温熱負荷に、熱源機器2が温熱源機器に、冷水ポンプが温水ポンプに置き換わる。冷却塔5および冷却水ポンプ4は存在しない。
Claims (8)
- 熱源システムに設けられた複数の熱源機器に関する運転計画を作成する熱源運転支援システムであって、
前記熱源システムの熱負荷の需要を予測する負荷予測手段と、
前記熱源機器の入口側における熱媒体の入口温度と前記熱源機器の出口側における熱媒体の出口温度との温度差を同一とすべき2以上の熱源機器が同時に稼働している場合に前記2以上の熱源機器における各前記温度差を同一にするとの条件を示す同一温度差条件を、前記熱源システムに関する制約条件の1つとして設定する条件設定手段と、
前記予測された熱負荷の需要を満たすための前記運転計画として、前記複数の熱源機器の各々の機器特性と前記同一温度差条件とを含む前記制約条件下で目的関数が最小となる最適運転計画を混合整数線形計画法により作成する運転計画作成手段と、
前記作成された最適運転計画を前記熱源システムに出力する運転計画出力手段とを備える、熱源運転支援システム。 - 前記複数の熱源機器は、固定速の熱源機器と、可変速の熱源機器とを含む、請求項1に記載の熱源運転支援システム。
- 前記熱源機器の出口側に接続された往ヘッダから前記熱源システムの熱負荷に供給される熱媒体の第1温度を取得する温度取得手段と、
前記第1温度に基づいて、停止中の熱源機器のうちの少なくとも1つを起動させるか否かを判断する判断手段と、
前記起動させると判断された熱源機器に対して、当該熱源機器を起動させるための起動指令を出力する指令出力手段とをさらに備える、請求項1または2に記載の熱源運転支援システム。 - 前記判断手段は、
前記熱媒体が冷水であり、かつ前記複数の熱源機器の各々が冷熱源機器である場合、前記第1温度が第1閾値以上に上昇した場合に、前記停止中の熱源機器のうちの少なくとも1つを起動させると判断し、
前記熱媒体が温水であり、かつ前記複数の熱源機器の各々が温熱源機器である場合、前記第1温度が第2閾値以下に低下した場合に、前記停止中の熱源機器のうちの少なくとも1つを起動させると判断する、請求項3に記載の熱源運転支援システム。 - 前記温度取得手段は、前記熱負荷から、前記熱源機器の入口側に接続された還ヘッダへ供給される熱媒体の第2温度を取得し、
前記判断手段は、前記第2温度に基づいて、稼働中の熱源機器のうちの少なくとも1つを停止させるか否かを判断し、
前記指令出力手段は、前記停止させると判断された熱源機器に対して、当該熱源機器を停止させるための停止指令を出力する、請求項3または4に記載の熱源運転支援システム。 - 前記判断手段は、
前記熱媒体が冷水であり、かつ前記複数の熱源機器の各々が冷熱源機器である場合、前記第2温度が第3閾値以下に低下した場合に、前記稼働中の熱源機器のうちの少なくとも1つを停止させると判断し、
前記熱媒体が温水であり、かつ前記複数の熱源機器の各々が温熱源機器である場合、前記第2温度が第4閾値以上に上昇した場合に、前記稼働中の熱源機器のうちの少なくとも1つを停止させると判断する、請求項5に記載の熱源運転支援システム。 - 気象情報提供サーバから気象情報を取得する情報取得手段と、
気象情報に対応する各前記機器特性を記憶する記憶手段とをさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱源運転支援システム。 - 前記負荷予測手段は、学習済モデルに対して前記気象情報を入力することにより、将来の前記熱負荷の需要を算出し、
前記学習済モデルは、前記気象情報が入力されると、将来の前記熱負荷の需要を出力するように、学習用データセットを用いた学習処理がなされており、
前記学習済モデルは、リカレントニューラルネットワークである、請求項7に記載の熱源運転支援システム。
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