JP3091414B2 - 地域冷暖房システムの受入設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地域冷暖房システ
ムによって供給される温水、蒸気、冷水などの熱媒を冷
暖房および給湯などに利用するための、地域冷暖房シス
テムの受入設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、地域冷暖房（熱供給）システム
においては、地域冷暖房プラントにおいて冷水、低温
水、中温水、高温水、蒸気などの熱媒が製造され、地域
配管を通じて、限定地域内の熱需要家建物に供給され
る。供給される熱媒は、一種のみの場合と、多種併用の
場合とがある。供給された熱媒は各建物（熱需要家建
物）内の受入設備において、そのまま、あるいは熱交換
されて、冷房、暖房、給湯、給冷水などに用いられる。

【０００３】地域冷暖房システム事業者に対して熱媒利
用者である各建物から支払われる使用料金は、各熱媒に
ついて、契約熱媒量に基づく基本料金と超過使用量に対
する従量料金とを求めたものの合計額となる。また基本
料金は、ピーク負荷に基づいて定められており、年間の
空調エネルギーコスト（動力は除く）の半分以上は基本
料金が占める。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
地域冷暖房システムにおいて、利用者である建物側の立
場から考えると、熱媒の使用量は季節や時間帯により著
しい差があり、熱媒の使用量が増えるごく短時間のため
に、高い基本料金を支払わなくてはならないという問題
があった。

【０００５】また、地域冷暖房システム側の立場から考
えると、各建物（需要家建物）で必要とされる熱媒量が
多くなれば、全体として供給すべき合計の熱媒量が増大
するために地域冷暖房プラントの設備能力を大きく用意
しておかなくてはならず、また、場合によっては必要と
される熱媒量の合計が過大となり供給量が不足するとい
う問題があった。

【０００６】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、地域冷暖房システ
ムの受入施設側において、デマンド制御を行なってピー
ク時間帯びの熱媒使用量を減少させ、利用料金の低減と
効率的なエネルギーおよび設備の利用を行なうことので
きる地域冷暖房システムの受入設備を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために本発明は、熱源から熱媒を地域内の建物内部に導
く地域冷暖房システムの受入設備において、前記熱媒の
熱を基にして冷暖房を行う冷暖房手段と、前記熱媒の熱
を基にして水を加熱して湯にする加熱手段と、前記加熱
手段からの前記湯を貯える貯湯手段と、前記貯湯手段か
らの前記湯を必要に応じて供給する給湯手段と、前記熱
媒の熱使用量の大きい時間帯および該時間帯で使用する
湯量を予測し、該時間帯以前に、前記予測湯量を前記加
熱手段で加熱して予備貯湯するに必要な予備貯湯開始時
刻を計算して、予備貯湯を行い、該時間帯には、暖房負
荷と加熱負荷との合計が前記暖房負荷のピーク以上にな
らないように前記加熱手段の加熱量を制御し、該時間帯
終了後に前記貯湯手段の湯量を回復させるよう制御を行
う制御手段と、を具備することを特徴とする地域冷暖房
システムの受入設備である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。図１は本実施の形
態に係る地域冷暖房システム１の概略を示す構成図であ
る。地域冷暖房プラント３から建物（需要家建物）５
ａ、５ｂ、………まで供給管７が設けられ、建物５ａ、
５ｂ、………内に受入設備９ａ、９ｂ、………が設けら
れる。また、受入設備９ａ、９ｂ、………から地域冷暖
房プラント３まで返送管１１が設けられる。

【０００９】本実施の形態に係る地域冷暖房プラント３
は、熱媒として温水または蒸気を製造し、所定の地域範
囲に対して供給する能力を有する。熱媒は、地域配管で
ある供給管７を通じて、建物（需要家建物）５ａ、５
ｂ、………内の受入設備９ａ、９ｂ、………に供給され
る。

【００１０】受入設備９ａ、９ｂ、………は、熱媒量測
定器、熱交換機、ポンプなどからなり、受け入れた熱媒
を必要に応じて処理し、暖房、冷房、給湯などの様々な
目的で利用するものである。利用され、温度が下がるな
どした熱媒は、返送管１１を通じて地域冷暖房プラント
３に返送される。

【００１１】図２は、建物５ａ内の受入設備９ａの１例
を示す図である。受入設備９ａには、全熱計量装置１
３、給湯設備１５、および空調設備１７が設けられる。
給湯設備１５には、貯湯槽１９が設けられ、貯湯槽１９
には熱交換器２１が設けられ、熱交換器２１の熱媒受入
側に制御弁２３が設けられる。また、貯湯槽１９は、給
湯管２５により複数の給湯機２７に接続される。

【００１２】また、給湯管２５には給湯メータ２９が、
貯湯槽１９には温度センサ３１が設けられる。全熱計量
装置１３、給湯メータ２９、温度センサ３１は、いずれ
も通信線により制御装置３３に接続される。なお、図２
では、温水または蒸気用の供給管７のみを図示してあ
り、返送管１１は省略してある。

【００１３】空調設備１７としては、熱交換機（図示せ
ず）および空調機（空気調和機）３５が設けられる。な
お、空調機３５の代わりに、あるいは空調機３５と併用
して、外調機（外気調和機）や、ＦＣＵ（ファンコイル
ユニット）などの小型の空調機を用いてもよい。

【００１４】次に、暖房および給湯を行なう場合につい
て、各装置の機能を簡単に説明する。全熱計量装置１３
は、使用された熱の量を常時測定し、制御装置３３に測
定値を伝える。また、図２には、全熱計量装置１３のみ
を図示したが、必要に応じて、各区画毎、各装置毎、あ
るいは各機能毎に、専用の熱計量装置（図示せず）を設
けて、通信線により制御装置３３に接続することによ
り、熱媒利用量の細かな制御のためのデータを得ること
ができる。ただし、専用の熱計量装置を設けない場合に
は、他の測定値から換算して熱媒利用量を得ることも可
能である。

【００１５】給湯設備１５は、供給管７から供給された
熱媒を用い、熱交換器２１により水道水などを暖めて湯
にして、貯湯槽１９に貯蔵する。貯蔵された湯は、給湯
管２５を通じて複数の給湯機２７に、設定された温度の
湯を供給する。なお、制御弁２３により、熱交換器２１
に取り入れる熱媒の量を制御し、単位時間当たりに暖め
る湯の量や温度を調整する。

【００１６】温度センサ３１は、貯湯槽１９内の湯温を
複数の箇所で測定する。また複数の給湯機２７からの合
計給湯量は、給湯メータ２９により常時測定される。温
度センサ３１、および給湯メータ２９の測定結果は、常
時あるいは定期的に制御装置３３に送られる。

【００１７】空調設備１７において、供給管７から供給
された熱媒は熱交換器（図示せず）および空調機３５に
より、室内の空気を暖気に変換する。空調機３５は、室
内の温度、湿度、気流、塵埃、臭気、有毒ガス、細菌な
どの条件を調整する装置であり、外気取入口の他、圧縮
機、電動機、凝縮器、直接膨脹コイル、加湿器、エアフ
ィルター、送風機、熱交換機などで構成される。空調機
３５は、また、湿度、塵埃などを処理する。

【００１８】制御装置３３は、地域冷暖房の熱媒をコス
ト効率よく利用するデマンド制御を行なうために、熱媒
の利用に係る様々な要因の相互関係を明確にして各装置
の制御を行なう。すなわち、まず、全熱計量装置１３、
給湯メータ２９、温度センサ３１からの測定値の他、給
湯設備１５、空調設備１７の各々の熱媒利用量、空調範
囲の変化、各区画の熱媒利用量、時刻、天候、外気温
度、外気湿度、室内温度、室内湿度などの測定値を、そ
れぞれ常時あるいは所定の時間毎に集積し、解析する。

【００１９】また、過去の熱媒利用量の、季節的変化、
天候の影響、経時的変化、行事などによる影響、給湯量
の時間的変化などをデータとして集積および解析して、
現在の測定値から給湯設備１５および空調設備１７で用
いる熱媒使用量の予測値を計算する。そして、例えば給
湯設備１５における熱媒利用量を制御弁２３などにより
制御する。

【００２０】次にデマンド制御について説明する。図３
は、デマンド制御を示すフローチャート、図４はデマン
ド制御の効果を示す説明図である。なお、図４（ａ）は
デマンド制御を行なわない場合の予測負荷の１例を示し
ている。デマンド制御を行なわない場合には、貯湯槽内
の湯量を監視して、貯湯槽内の湯量が所定の量以下に減
少した場合などに湯の補給を行なうか、常に一定湯量を
確保するように少しづつ湯を補給するなどしている。す
なわち、湯の使用と、貯湯槽への湯の補給とは、多少の
時間差はあるが、ほぼ同時間帯に行われる。

【００２１】これに対してデマンド制御を行なう場合に
は、デマンド制御装置３３は、各種の計測値についての
過去のデータおよび現在の測定データを基にして、図４
（ａ）の例のように、あらかじめ、近い将来の熱媒の需
要ピーク時間帯およびデマンド制御の実施中に給湯機２
７から供給される給湯量を予測しておく。

【００２２】図４（ａ）に、予測された需要ピーク時間
帯、給湯設備１５および空調設備１７の負荷（熱媒利用
量）を示す。図４（ａ）において、５１はピーク開始時
刻、５３はピーク終了時刻である。点線斜線のハッチン
グで示した暖房負荷５５はピーク開始時刻５１からピー
ク終了時刻５３までの需要ピーク時間帯では、その他の
時間帯よりも著しく高くなっている。

【００２３】クロス斜線のハッチングで示した給湯負荷
５７ａは、わかりやすく説明するために、２４時間を通
じてほぼ変化がないように図示してある。太い実線で示
した総負荷（暖房負荷＋給湯負荷）５９ａは、各時刻に
おける暖房負荷５５と給湯負荷５７ａとの合計であり、
デマンド制御を行なわない場合の総負荷５９ａの最大値
が制御前最大負荷６１である。

【００２４】図４（ｂ）は、デマンド制御を行なうため
の目標とする総負荷５９ｂを示している。すなわち、総
負荷５９ｂの最大値が、暖房負荷５５のみの最大負荷と
等しくなるように、需要ピーク時間帯における給湯負荷
５７ｂを低減させることを目標とする。そのため、熱媒
の需要ピーク時間帯以前に予備貯湯を開始するべき時刻
を計算する（ステップ３０１）。６３は、計算された予
備貯湯開始時刻である。

【００２５】次に、予備貯湯開始時刻６３になったか否
かを判定する（ステップ３０２）。ステップ３０２で予
備貯湯開始時刻６３になったと判定されなければ、ステ
ップ３０１に戻って、各種計測を継続する。給湯設備１
５および空調設備１７による熱媒使用量の予測値に修正
が生じた場合には、適宜、予備貯湯開始時刻６３を修正
するなどする。

【００２６】ステップ３０２で予備貯湯開始時刻６３に
なったと判定された場合には、需要ピーク時間帯の湯の
予測使用量に応じて、貯湯槽１９に湯を余分に貯蔵して
おくために、熱交換器２１の制御弁２３の開度を大きく
する（ステップ３０３）。このとき制御弁２３は、例え
ば全開とする。

【００２７】次に、ピーク開始時刻５１になったか否か
を判定する（ステップ３０４）。ステップ３０４でピー
ク開始時刻５１になったと判定される前は、ステップ３
０３を継続しつつ、各種計測を継続する。

【００２８】ステップ３０４でピーク開始時刻５１にな
った判定された場合には、空調設備１７による暖房負荷
５５を常時監視しつつ、暖房負荷５５の需要ピーク時間
帯の最大値を超過しないように給湯設備１５の熱交換器
２１の制御弁２３の開度を調節する（ステップ３０
５）。

【００２９】すなわち、暖房負荷５５がピーク時の熱媒
需要量とほぼ同じである場合には給湯設備１５の制御弁
２３を閉じ、暖房負荷５５がピーク時の熱媒需要量より
低くなったときのみ、制御弁２３を少しだけ開くなどす
る。６７は、制御弁２３の調整による負荷減少分であ
る。この場合、暖房負荷５５については、何も制御を行
なわないものとして説明しているが、暖房負荷５５を制
御する方法については、当出願人により（特願平８−４
７１４７号）が出願済みである。

【００３０】次に、制御装置３３は、ピーク終了時刻５
３を過ぎたか否かを判定する（ステップ３０６）。ステ
ップ３０６でピーク終了時刻５３以前であれば、ステッ
プ３０５の制御弁２３の開度調節を継続しつつ、各種計
測を継続する。なお、制御装置３３は、ピーク開始時刻
５１からピーク終了時刻５３の間に制御弁２３の開度の
制御が行われている間は、貯湯槽１９の貯湯量が極めて
小さくなることのないよう監視する。

【００３１】ステップ３０６でピーク終了時刻５３を過
ぎたと判定された場合は、貯湯槽１９内の残湯量などを
勘案して、貯湯槽１９内の貯湯量を回復させる。すなわ
ち、その時点で給湯機２７から使用されるために貯湯槽
１９より出て行く湯の量より、貯湯槽１９に入る湯の量
の方を多くするために、熱交換器２１の制御弁２３の開
度を大きくする。（ステップ３０７）。このとき制御弁
２３は例えば全開とされる。制御装置３３により、貯湯
槽１９内の貯湯量が十分に回復されたと判定された補充
貯湯終了時刻６５以降は、補充貯湯を中止して必要な給
湯量のみを製造する。

【００３２】したがって、基本契約熱媒量を、図４
（ｂ）に点のハッチングで示した負荷減少分６７だけ小
さくし、デマンド制御前の制御前最大負荷６１より少な
い制御後最大負荷６９まで減らすことが可能である。な
お、図３のステップ３０５において、急に暖房負荷５５
が予測値より大きくなった場合や、予備貯湯量が不足し
て給湯負荷５７ｂが過大になった場合などには、制御後
最大負荷６７が基本契約熱媒量を超過する場合も有り得
るが、超過量はデマンド制御を行なわない場合に比べ
て、はるかに小さい。

【００３３】なお、基本契約熱媒量は、制御装置３３に
よる自動計算結果のみに基づくのではなく、建物５ａの
運営者が、予算、維持すべき貯湯量の余裕、給湯使用量
の変動予測などの条件を勘案して決定することもでき
る。

【００３４】以上詳細に説明したように、本実施の形態
によって、地域冷暖房システム１の建物（需要家建物）
５ａにおいて、独自に受入設備９ａをデマンド制御し
て、暖房のピーク時負荷を低減することにより、地域冷
暖房プラント３から供給される熱媒を効率よく利用し
て、基本料金に係る契約熱媒量を少なくし、建物５ａに
より支払われる地域冷暖房料金を安価にすることができ
る。

【００３５】なお、本実施の形態においては、制御装置
３３を、建物５ａ内に１つのみ設けて制御弁２３ａ、２
３ｂ、………を総合的にコントロールするものとした
が、建物内の所定のブロック毎にコントロールシステム
を設けて別々に制御するものとしてもよい。

【００３６】なお、本実施の形態においては、温水また
は蒸気を用いて暖房および給湯を行なう場合についての
み説明したが、一般に、冷水、低温水、中温水、高温
水、蒸気などの熱媒を一種または多種併用で用いて、暖
房、冷房、給湯、給冷水を行なう場合については同様の
デマンド制御を行なうことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、地域冷暖房システムの受入施設側においてデマ
ンド制御を行なってピーク時間帯の熱媒使用量を減少さ
せ、利用料金の低減と効率的なエネルギー利用を行なう
ことのできる地域冷暖房システムの受入設備を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 地域冷暖房システム１の概略を示す構成図

【図２】 建物５ａ内の受入設備９ａの１例を示す図

【図３】 デマンド制御を示すフローチャート

【図４】 デマンド制御の効果を示す説明図

【符号の説明】

１………地域冷暖房システム ３………地域冷暖房プラント ５ａ、５ｂ、………建物 ７………供給管 ９………受入設備 １１………返送管 １３………全熱計量装置 １５………給湯設備 １７………空調設備 １９………貯湯槽 ２１………熱交換器 ２３………制御弁 ２５………給湯管 ２７………給湯機 ２９………給湯メータ ３１………温度センサ ３３………制御装置 ３５………空調機 ５１………ピーク開始時刻 ５３………ピーク終了時刻 ５５………暖房負荷 ５７………給湯負荷 ５９………総負荷（暖房負荷＋給湯負荷） ６１………制御前の最大負荷 ６３………予備貯湯開始時刻 ６５………補充貯湯終了時刻 ６７………負荷減少分 ６９………制御後の最大負荷

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源から熱媒を地域内の建物内部に導く
   地域冷暖房システムの受入設備において、 前記熱媒の熱を基にして冷暖房を行う冷暖房手段と、 前記熱媒の熱を基にして水を加熱して湯にする加熱手段
   と、 前記加熱手段からの前記湯を貯える貯湯手段と、 前記貯湯手段からの前記湯を必要に応じて供給する給湯
   手段と、 前記熱媒の熱使用量の大きい時間帯および該時間帯で使
   用する湯量を予測し、該時間帯以前に、前記予測湯量を
   前記加熱手段で加熱して予備貯湯するに必要な予備貯湯
   開始時刻を計算して、予備貯湯を行い、該時間帯には、
   暖房負荷と加熱負荷との合計が前記暖房負荷のピーク以
   上にならないように前記加熱手段の加熱量を制御し、該
   時間帯終了後に前記貯湯手段の湯量を回復させるよう制
   御を行う制御手段と、 を具備することを特徴とする地域冷暖房システムの受入
   設備。