JP3666167B2 - 空調制御装置及びその装置を用いた空調制御方法 - Google Patents
空調制御装置及びその装置を用いた空調制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各室内に設置された各空気調和機器つまり各空調機器を集中制御する空調制御装置、及びその装置を用いた空調制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の空調制御装置として、図６に示す構成のものが存在する。このものは、送水温度検知部Ａと、還水温度検知部Ｂと、データメモリＣと、中央演算処理部Ｄと、運転台数増減段部Ｅと、還水流量検知部Ｆ５とを備えている。
【０００３】
送水温度検知部Ａは、熱源機器Ｆ１及び送水ポンプＦ２を設けた送水部Ｆの複数から送水されるとともに複数の各配管部Ｇに送水する送水ヘッダＦ３にまとめられて、熱源機器Ｆ１によってつくられた冷水又は温水の送水温度を検知する。
【０００４】
各空調機器Ｈが、送水ヘッダＦ３と接続した各配管部Ｇと接続した状態で各室内に設置され、冷水又は温水が送水されて、各空調機器Ｈでもって熱交換した各還水が、各空調機器Ｈからの各配管部Ｇと接続された還水ヘッダＦ４にまとめられる。還水温度検知部Ｂは、その還水ヘッダＦ４にまとめられた還水の還水温度を検知する。還水流量検知部Ｆ５は還水の還水流量を流量計でもって検知する。
【０００５】
データメモリＣは、送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化した送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データをそれぞれ記憶する。中央演算処理部Ｄは、送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データに基づいて空調機器Ｈに負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器Ｆ１の総熱源容量を比較して、送水部Ｆの運転台数の増減段判定をする。運転台数増減段部Ｅは、中央演算処理部Ｄの増減段判定に基づいて送水部Ｆの運転台数を増減する。
【０００６】
さらに詳しくは、熱源機器Ｆ１は冷凍機又は温水ボイラー等により、別の還水ヘッダＦ４１が室内側から戻ってきた冷水又は温水をいったんまとめる還水ヘッダＦ４と接続して設けられ、再び各熱源機器Ｆ１に還水を分配する。
【０００７】
また、必要でない水量をそのまま熱源機器Ｆ１側へ戻すよう、バイパス管Ｇ１は送水ヘッダＦ３と別の還水ヘッダＦ４１との間に設けられ、さらにバイパス弁Ｆ６を設けて、冷水又は温水が各空調機器Ｈへ送水されるための圧力を確保する。
【０００８】
熱源機器Ｆ１を設けた送水部Ｆを複数台設置し、室内に設置された各空調機器Ｈの熱負荷に応じて、送水部Ｆの運転台数を決定する空調制御方法を詳しく説明する。運転台数を決定するための指標である負荷総熱量は、熱源機器Ｆ１によってつくられて室内側へ送水される冷水又は温水の送水温度と、室内側を循環して熱交換されて熱源機器Ｆ１側へに戻ってきた還水の還水温度と、室内側を循環している水量つまり還水流量から演算によって求められる。
【０００９】
ここで、各配管部Ｇの総容量、つまり配管内の総水量をＶｔ［m3］とし、送水ポンプＦ２の１台当たりの単位時間送水量をＶｐ［m3/min］、台数をＮ台とする。ピーク負荷時に熱源機器Ｆ１と送水ポンプＦ２をＮ台運転したときに、熱源機器Ｆ１から出た冷水又は温水が、室内側の各空調機器Ｈで熱交換され、熱源機器Ｆ１まで戻ってくるまでのピーク時平均循環時間Ｔｍ［min］は次式によって求められる。
【００１０】
Ｔｍ＝Ｖｔ／（Ｎ×Ｖｐ） （式１）
室内側における各配管部Ｇの管路は、一般的には多様な経路及び管径で構成されているので、循環時間はその経路及び管径によって変化するが、平均すれば式１で求められるＴｍとなる。
【００１１】
また、送水ヘッダＦ３から各空調機器Ｈに至るまでの各配管部Ｇの容量と、各空調機器Ｈから一次還水ヘッダＦ４に至るまでの各配管部Ｇの容量とは、各配管部Ｇの経路により必ずしも等しくはないが、一般的に各配管部Ｇの送水管と還水管は同じ経路に敷設されることが多い。したがって、双方の各配管部Ｇの総容量は概ね等しく、どちらもＶｔ／２であると考えて差し支えない。
【００１２】
今、室内側の負荷総熱量がピーク時に比べて小さく、各空調機器Ｈの制御によって還水流量が制限されてＶｃ［m3/min］であり、時間的変化が無い状態であるとする。このとき、部分負荷時平均循環時間Ｔｃは次式によって求められる。
【００１３】
Ｔｃ＝Ｖｔ／Ｖｃ （式２）
Ｖｃは当然ピーク時循環水量（Ｎ×Ｖｐ）より小さく、ＴｃはＴｍより長くなる。室内側の負荷総熱量が熱源機器Ｆ１のｋ台分の能力では足りないときは、ｋ台の運転からｋ＋１台の運転に送水部Ｆの運転台数を増段する必要がある。しかし、熱源機器Ｆ１は起動時に即座に所定の熱源能力を出力できないため、室内側から戻ってきた還水をそのままの温度で、再び室内側へ供給することになり、還水温度として検出されるのはＴｃ分後となる。
【００１４】
この場合Ｖｃは送水ポンプＦ２のｋ台分の送水量より大きく、ｋ＋１台分の送水量より小さいはずであるから、次式の範囲にある。
【００１５】
ｋ×Ｖｐ≦Ｖｃ≦（ｋ＋１）×Ｖｐ （式３）
また式１及び式２から
Ｖｃ＝Ｖｔ／Ｔｃ＝（Ｔｍ×Ｎ×Ｖｐ）／Ｔｃ （式４）
式３及び式４からＴｃは次式を満たさなければならない。
【００１６】
ｋ×Ｖｐ≦（Ｔｍ×Ｎ×Ｖｐ）／Ｔｃ≦（ｋ＋１）×Ｖｐ （式５）
Ｔｃの範囲が式５から求められ、次式のようになる。
【００１７】
Ｔｍ×Ｎ／（ｋ＋１）≦Ｔｃ≦Ｔｍ×Ｎ／ｋ （式６）
式６から解るように、熱源機器Ｆ１の運転台数を変更したとき、供給する冷水又は温水の温度が変化し、その影響が室内側を循環して戻り側の温度、すなわち還水温度として検出されるまでの時間遅れが最も長くなるのは、熱源機器Ｆ１の運転台数を１台から２台に変更した場合である。
【００１８】
冷房時、冷水の供給温度を７℃とし、その冷水と、空調機器Ｈでもって冷水の熱を熱交換した還水との温度差を５℃として空調を行い、送水部Ｆの運転台数は室内側の負荷総熱量が増大して、第１熱源機器Ｆａの１台運転から第２熱源機器Ｆｂを起動して２台に変更し、第２熱源機器Ｆｂがまだ冷却能力を出力せず、室内側を循環した冷水も戻ってきていない状態とする。
【００１９】
別の還水ヘッダＦ４１から熱源機器Ｆ１に戻る熱源入口温度をｔ0、送水ポンプＦ２の水量をＶｐ、既に運転を継続していた第１熱源機器Ｆａの出口温度をＴ1＝７℃、空調機器Ｈへ供給される冷水温度をｔ2及びその冷水の全水量をＶ1、バイパス管Ｇ１を通って送水ヘッダＦ３から別の還水ヘッダＦ４１に戻る水温をｔ3及びその水量をＶ0、室内側を循環して返ってきた還水温度をｔ4及びその水量をＶ4（＝Ｖ1）とすると、各温度には次式が成立する。
【００２０】
ｔ2＝ｔ3＝（ｔ0＋Ｔ1）／２ （式７）
ｔ0＝（Ｖ0×ｔ3＋Ｖ1×ｔ4）／（Ｖ0＋Ｖ1） （式８）
１台運転から２台運転になった直後であるから、Ｖ1＝Ｖ0＝Ｖｐとすると式８は、
ｔ0＝（ｔ3＋ｔ4）／２ （式９）
となる。式９に式７のｔ3を代入してｔ0を求めると次式のようになる。
【００２１】
ｔ0＝（ｔ0＋Ｔ1）／４＋ｔ4／２ （式１０）
４×ｔ0＝ｔ0＋Ｔ1＋２×ｔ4 （式１１）
したがって、ｔ0＝（Ｔ1＋２×ｔ4）／３ （式１２）
Ｔ1は７℃であり、送水部Ｆを増段した直後で送水温度の変化はまだ還水温度に影響していないのでｔ4＝１２℃であるから、ｔ0は式１２から１０．３３℃に、ｔ2は式７から８．６７℃となる。
【００２２】
負荷総熱量が、同じ時刻の送水温度及び還水温度の差、並びに同じ時刻の還水流量に基づいて、式６及び式１２の関係から演算される。その演算された負荷総熱量と、実際に室内側に負荷される実負荷総熱量とを、時間経過とともに図７に示す。ここで、運転台数を変更してから実負荷総熱量に変化がないものとしてある。
【００２３】
演算された負荷総熱量は、室内側の実負荷総熱量に変化がないとしているにも関わらず、２台運転に変更されてから大きく変化し、平均循環時間Ｔｃの範囲で実負荷総熱量よりも小さくなっている。すなわち、運転台数を増段させたとき、起動された熱源機器Ｆ１が所定の熱源能力、つまり冷却、又は加熱能力を出力するまでには一定の時間を要するため、その間は供給する冷水又は温水の温度が所定の値を確保できなくなり、演算による負荷総熱量が減少し、見かけ上室内側の実負荷総熱量が減少したような結果となる。
【００２４】
この様に、演算された負荷総熱量は送水部Ｆの運転台数を増加させた直後で、熱量の演算に同一時刻の送水温度、還水温度、及び還水流量を用いると、実負荷総熱量とかけ離れた熱量となってしまう。つまり、この負荷総熱量を根拠にした運転台数の増減段判定は困難となる。
【００２５】
したがって、必要な運転台数を誤って判断しないよう、運転台数を変更してから熱源機器Ｆ１が所定の熱源能力を出力するまでの一定時間は、運転台数の増減段判定を行わないという制御方法で対処するか、熱源機器Ｆ１から出た冷水又は温水の一部をもう一度熱源機器Ｆ１に戻して、冷水又は温水の温度を一定に保つという制御を追加して対応していた。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の空調制御装置では、送水部Ｆの運転台数を変更してから熱源機器Ｆ１が所定の熱源能力を出力するまでの一定時間は、運転台数変更の増減段判定を行わない、又は、冷水又は温水の一部を再度熱源機器Ｆ１に戻すという制御方法でもって空調制御できる。
【００２７】
しかしながら、熱源機器Ｆ１の熱源容量が大きく、それに伴い所定の能力を出力するまでに長い時間を要する場合は、運転台数の増減段判定を行わない時間も長く設定せざるを得ず、その間に室内側の負荷が急激に変化した場合、特に負荷が急増した場合、必要運転台数に変更する増減段処理が遅れて室内の温度に影響する場合があった。また、冷水又は温水の送水温度を一定に保つという制御を追加する方法では、そのための設備費用が高くなるという問題があった。
【００２８】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、室内の冷暖房温度つまり空調温度を、室内側の負荷に基づいて応答性よく制御できる空調制御装置及びその装置を用いた空調制御方法を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、請求項１記載の空調制御装置は、熱源機器を設けた送水部の複数から送水されるとともに複数の各配管部に送水する送水ヘッダにまとめられた冷水又は温水の送水温度を、所定時間毎に検知する送水温度検知手段と、送水ヘッダからの冷水又は温水が各配管部と接続されて各室内に設置された各空調機器でもって熱交換されて、各空調機器からの各配管部と接続された還水ヘッダにまとめられた還水の還水温度を、所定時間毎に検知する還水温度検知手段と、還水の還水流量を所定時間毎に検知する還水流量検知手段と、送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化した送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データのそれぞれを記憶するデータメモリと、還水流量データが現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値を算出するとともに、その積算還水流量値から特定された特定送水温度データ及び特定還水流量データ並びに現時刻における還水温度データに基づいて空調機器に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器の総熱源容量を比較して送水部の運転台数の増減段判定をする中央演算処理部と、中央演算処理部の増減段判定に基づいて送水部の運転台数を増減段する運転台数増減段手段とを備えた構成にしてある。
【００３０】
請求項２記載の空調制御装置は、請求項１記載の空調制御装置において、前記各配管部の総容量が所定容量であって、前記特定送水温度データ及び前記特定還水流量データは、前記積算還水流量値が所定容量及び所定容量の約半分にそれぞれ対応する前記送水温度データ及び前記還水流量データとする構成にしてある。
【００３１】
請求項３記載の空調制御装置は、請求項１又は２記載の空調制御装置において、前記送水ヘッダと前記還水ヘッダとを接続するバイパス弁の両端部の差圧を検出する差圧検出手段を設け、前記中央演算処理部は差圧が所定差圧以下で送水部の運転台数の増段判定をする構成にしてある。
【００３２】
請求項４記載の空調制御方法は、請求項１記載の空調制御装置を用いた空調制御方法において、熱源機器を設けた送水部の複数から送水されるとともに複数の各配管部に送水する送水ヘッダにまとめられた冷水又は温水の送水温度を、送水温度検知手段が所定時間毎に検知し、送水ヘッダからの冷水又は温水が各配管部と接続されて各室内に設置された各空調機器でもって熱交換されて、各空調機器からの各配管部と接続された還水ヘッダにまとめられた還水の還水温度を、還水温度検知手段が所定時間毎に検知し、還水の還水流量を還水流量検知手段が所定時間毎に検知し、送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化した送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データのそれぞれをデータメモリが記憶し、中央演算処理部が、還水流量データが現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値を算出するとともに、その積算還水流量値から特定された特定送水温度データ及び特定還水流量データ並びに現時刻における還水温度データに基づいて空調機器に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器の総熱源容量を比較して送水部の運転台数の増減段判定し、運転台数増減段手段が中央演算処理部の増減段判定に基づいて送水部の運転台数を増減段して空調制御する構成にしてある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態の空調制御装置及び空調制御方法を図１及び図２に基づいて以下に説明する。
【００３４】
空調制御装置は、送水温度検知部１と、還水温度検知部２と、還水流量検知部３と、データメモリ４と、中央演算処理部５と、運転台数増減段部６、及び差圧検出部７とを備えている。先ず、空調制御装置によって制御されて被制御対象である空調制御設備について説明する。
【００３５】
送水部８は、冷凍機又は温水ボイラー等からなる熱源機器８１及び送水ポンプ８２を設け、第１送水部８ａ、第２送水部８ｂ、及び第３送水部８ｃの複数台で構成されて、各熱源機器８１が所定の熱源能力を有して冷水又は温水を供給するとともに、各送水ポンプ８２が送水する。
【００３６】
送水ヘッダ９は、複数の各配管部９１が接続されて、複数の送水部８から送水された冷水又は温水をまとめるとともに、各配管部９１に送水する。空調機器１０は複数台が設けられ、それぞれが各室内に設置され、送水ヘッダ９からの各配管部９１と接続されて、送水された冷水又は温水を熱交換して各部屋を空調する。ここで、室内側における各配管部９１を合計した総容量が所定容量に設定される。
【００３７】
還水ヘッダ１１は、各空調機器１０からの各配管部９１と接続されて、各空調機器１０でもって熱交換されて室内から戻ってきた冷水又は温水、すなわち各還水をいったんまとめる。さらに、別の還水ヘッダ１１ａが還水ヘッダ１１と接続して設けられ、再び還水を各送水部８に分配する。
【００３８】
バイパス弁１２は、バイパス管９２が送水ヘッダ９と別の還水ヘッダ１１ａとの間にそれぞれと接続した状態で設けられ、そのバイパス管９２に設けられて、必要でない水量をそのまま別の還水ヘッダ１１ａを介して熱源機器８１側へ戻すとともに、冷水又は温水が各空調機器１０へ送水されるための圧力を確保する。
【００３９】
１は送水温度検知部で、サーミスタ等の温度検知素子により、送水温度検知手段を形成し、送水ヘッダ９に設けられて、送水部８の複数から送水されるとともに複数の各配管部９１に送水する送水ヘッダ９にまとめられた冷水又は温水の送水温度を、所定の時間間隔で所定時間毎に検知する。
【００４０】
２は還水温度検知部で、サーミスタ等の温度検知素子により、還水温度検知手段を形成し、還水ヘッダ１１に設けられて、冷水又は温水が各空調機器１０でもって熱交換されて還水ヘッダ１１にまとめられた還水の還水温度を、所定の時間間隔で所定時間毎に検知する。
【００４１】
３は還水流量検知部で、流量計により、還水流量検知手段を形成し、還水ヘッダ１１と別の還水ヘッダ１１ａとの間に設けられて、室内側の循環水量を、すなわち還水ヘッダ１１からの還水の還水流量を所定の時間間隔で所定時間毎に検知する。ここで検知される還水流量は、各配管部９１がどこかで解放されていない限り、瞬間的に室内側の要求水量の影響を反映する。
【００４２】
４はデータメモリで、随時書き込みできるＲＡＭにより、送水温度検知部１で検知された送水温度、還水温度検知部２で検知された還水温度、及び還水流量検知部３で検知された還水流量を、Ａ／Ｄコンバータ４１でもってデジタル化された送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データのそれぞれを記憶する。
【００４３】
５は中央演算処理部で、ＣＰＵにより、Ａ／Ｄコンバータ４１を介して送水温度検知部１、還水温度検知部２、及び還水流量検知部３のそれぞれと接続され、さらにデータメモリ４と接続される。
【００４４】
データメモリ４に記憶された還水流量データを呼び出し、現時刻から過去にさかのぼってその還水流量データを積算して、積算還水流量値を算出する。その積算還水流量値が配管部９１の所定容量に達したときに対応する送水温度データを特定送水温度データとして、また、配管部９１の所定容量の約半分に達したときに対応する還水流量データを特定還水流量データとしてそれぞれ特定する。そして、その特定送水温度データ及び特定還水流量データ並びに現時刻における還水温度データに基づいて空調機器１０に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器８１の総熱源容量を比較して、送水部８の運転台数の増減段判定をする。
【００４５】
６は運転台数増減段部で、入出力ユニット及びマグネットスイッチ（図示せず）で構成され、中央演算処理部５の増減段判定に基づいて送水部８の運転台数を増減段する。
【００４６】
７は差圧検出部で、差圧センサーにより、差圧検出手段を形成し、送水ヘッダ９と別の還水ヘッダ１１ａとを接続するバイパス弁１２の両端部に設けられて、その両端部の差圧を検出して、その差圧を基にバイパス弁１２の開度を調整することによって、室内側を循環するための冷水又は温水の必要圧力を確保する。
【００４７】
この空調制御装置を用いた空調制御方法について、図２のフローチャートに基づいて詳述する。先ず、＃１において、スタートすると空調制御装置が起動し、その空調制御装置に設けられたサンプリングタイマ（図示せず）が起動して、設定された所定の時間間隔毎、すなわち所定のサンプリング周期Ｓｉ［min］毎にサンプリングパルスを発生し、予め設定された台数Ｎｓの送水部８が運転される。
【００４８】
次いで、＃２において、送水温度検知部１が送水ヘッダ９にまとめられた冷水又は温水の送水温度を、還水温度検知部２が還水ヘッダ１１にまとめられた還水の還水温度を、さらに還水流量検知部３が還水ヘッダ１１からの還水の還水流量を、それぞれサンプリングパルス毎に、つまり所定時間毎に検知する。さらに、Ａ／Ｄコンバータ４１が検知された送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化して、データメモリ４がそのデジタル化された送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データをそれぞれ記憶する。
【００４９】
次いで、＃３において、中央演算処理部５はデータメモリ４に記憶された還水流量データを呼び出し、現時刻から過去にさかのぼってその還水流量データを積算して、室内側循環水量の積算還水流量値を算出する。ここで、現時刻における還水温度は積算還水流量値が、配管部９１の所定容量Ｖｔ／２［m3］に達する時間分前の室内側の負荷の影響を反映する。また、送水温度は積算還水流量値がＶｔ／２［m3］に達する時間分後の室内側要求水量に反映される。
【００５０】
そこで、積算還水流量値が一定時間毎にサンプリングしてきた還水流量データを、現在値から過去に向かって、還水流量の値にサンプリング周期Ｓｉ［min］を乗じたものを加算することによって求められる。積算還水流量値が配管部９１の所定容量Ｖｔ［m3］を越えたとき、積算還水流量値が所定容量Ｖｔ［m3］の半分に達する時点Ｈｐ1で、保持しておいた還水流量データを特定して特定還水流量データＶｈｉ［m3/min］とするとともに、同様にＶｔ［m3/min］に達する時点Ｈｐ2で特定送水温度データＴｓｉ［℃］を特定する。
【００５１】
次いで、＃４において、その特定還水流量データＶｈ及び特定送水温度データＴｓ、並びに現時刻における還水温度データＴｒ［℃］に基づいて、次式に従って、Ｈｐ1の時点での室内側の負荷総熱量を演算する。
【００５２】
Ｑ-ｒｔ＝６０×Ｖｈ×Ｃ×（ｔｓ−ｔｒ）
ここで、Ｃは水の容積比熱［kcal/m3/degree］であり、熱量の値は暖房時のように熱源側から室内側に熱が移動する方向を正の熱量としている。
【００５３】
このようにして、空調機器１０に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器８１の総熱源容量を比較して送水部８の運転台数の増減段判定をする。これらの一連の処理を一定間隔毎に順次行うことによって、運転台数を変更した直後で熱源機器８１が所定の能力を出力していない間においても、現実に近い室内側熱負荷を演算する。
【００５４】
次いで、＃５において、運転台数増減段部６が中央演算処理部５の増減段判定に基づいて、送水部８の運転台数を増減段処理して、室内側の負荷の変動に追随した送水部８の運転台数の制御を実行する。＃６において、システムが停止しないとき、特定還水流量データＶｈ及び特定送水温度データＴｓｉ、並びに還水温度データＴｒの取り込み及び更新を行う。
【００５５】
このようにして、その時点での熱量ではないものの、循環時間を考慮しないで演算した場合に比べて、より正確な室内側の負荷総熱量を演算して、熱源機器８１が所定の能力を出力するまで、現時刻における室内側の熱負荷に対応して送水部８の運転台数を変更する。
【００５６】
かかる第１実施形態の空調制御装置にあっては、上記したように、中央演算処理部５が現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値から決定された特定送水温度データと特定還水流量データ、及び現時刻における還水温度データに基づいて室内側負荷総熱量を演算し、その室内側負荷総熱量と運転中の熱源機器８１の総熱源容量とを比較して送水部８の運転台数の増減段判定し、運転台数増減段手段が中央演算処理部５の増減段判定に基づいて増減段処理するから、所定の熱源能力を出力するまでに長い時間を要する熱源機器８１の運転台数を変更したとき、室内の冷暖房温度つまり空調温度を実負荷に応答性よく対応して空調制御することができる。
【００５７】
また、配管部９１の総容量が所定容量であれば、積算還水流量値が所定容量になったときの送水温度データを特定送水温度データとし、また、積算還水流量値が所定容量の約半分になったときの還水流量データを特定還水流量データとしたから、送水ヘッダ９から送水された時点での送水温度と、空調機器１０の熱負荷が変更された直後の還水流量データとを正確に特定し、中央演算処理部５がその特定された両データに基づいて室内側負荷総熱量を正確に演算して、室内の空調温度をさらに応答性よく空調制御することができる。
【００５８】
本発明の第２実施形態の空調制御装置及び空調制御方法を図３乃至図５に基づいて以下に説明する。なお、第２実施形態では第１実施形態と異なる機能及び異なる空調制御方法について述べることとし、第１実施形態と実質的に同一機能を有する部材については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
差圧検出部７は、送水ヘッダ９と別の還水ヘッダ１１ａとを接続するバイパス弁１２の両端部に設けられて、Ａ／Ｄコンバータ４１を介して中央演算処理部５と接続されて、両端部の差圧を検出する。中央演算処理部５は差圧検出部７で検知された差圧が所定差圧以下になったとき、送水部８の運転台数の増段判定をする。
【００６０】
ここで、第１実施形態では、各配管部９１の所定容量に比べて送水量が小さいとき、演算された負荷総熱量は相当長い時間にわたる過去のものである。従って、室内側の大きなエリアの空調を開始したとき等の急激な負荷増加時では、熱源機器８１の追加運転が間に合わずに、室内を所定の温度に調節するのに長時間を要してしまう場合がある。第２実施形態ではこの点を改良したものである。
【００６１】
空調制御方法について、図３及び図４のフローチャートに基づいて説明する。中央演算処理部５は、＃４で述べた増減段判定の後、＃７において、差圧検出部７で検知された差圧が所定差圧以下になったとき、送水部８の運転台数の増段判定をする。
【００６２】
ここで、前述したように、差圧検出部７によって検知される圧力差を基に、バイパス弁１２の開度を調整することによって、室内側を循環するための必要圧力を確保する。この場合、室内側の要求する循環水量が、送水ポンプ８２の所定の送水能力を上回っている場合はバイパス弁１２を全閉として、全水量を室内側に供給しても必要圧力が確保できず、それによって結果的に室内側循環水量が増加することになる。
【００６３】
この様子を、熱源機器８１が４台の場合を例にとってグラフに表したものを図５に示す。すなわち、熱源機器８１を１台運転から２台運転に変更した直後に、更に室内側の熱負荷が増加して、要求水量が増加し、２台運転では必要水量と差圧が確保できなくなり、差圧検出部７で検知された差圧が所定差圧以下になる。
【００６４】
このとき、室内側の配管部９１の配管抵抗曲線は、図３における２台運転限界負荷時配管抵抗曲線９１ａから、更に３台運転限界負荷時配管抵抗曲線９１ｂに近づく状態となる（図中破線で示す状態）。送水ポンプ８２を２台運転したときの性能曲線８２ａに変化はないから、水量は２台運転限界流量を超えることになる。
【００６５】
図４のサブフローチャートに示すように、＃７ａにおいて、差圧検出部７で検知された差圧が所定差圧以下になって、室内側循環水量がつまり還水流量が、ポンプ設計水量と設定偏差水量（概ねポンプ設計水量の１５％）を加えた水量を上回っていれば、還水流量増大と判定する。
【００６６】
＃７ｂにおいて、熱源機器８１を追加運転した直後は、該当熱源機器８１が所定の能力を出力しないために送水温度が上昇し、その影響によって室内側要求水量も増加する。よって、前記特定還水流量データＶｈを選出した時点の送水温度をＴａとして選出する。そのＴａは現在の要求水量を発生させている水温を代表していると見做すことができる。
【００６７】
＃７ｃにおいて、保持している送水温度データのうち、Ｔａを選出した時刻の前後一定時間内（概ね２分間）の送水温度を平均化する。
【００６８】
＃７ｄにおいて、送水温度の平均値が、予め設定した設定送水温度に対して設定偏差温度（概ね２℃）だけ冷房時は上回る、同様に暖房時は下回っている場合は、負荷の急増と判定しない。その他の場合に負荷の急増有りと判定し、＃４で演算された負荷総熱量が現状運転台数の範囲内であっても、室内負荷急増と判定し増段判定をする。
【００６９】
次いで、＃８において、中央演算処理部５の増段判定に基づいて、運転台数増減段部６が熱源機器８１の運転台数を１台追加する。このような空調制御方法によって、循環時間による時間遅れを待たずに、室内側の熱負荷が現在の運転台数による出力を上回っていることを瞬時に検知して、熱源機器８１の運転台数を増段する。
【００７０】
かかる第２実施形態の空調制御装置にあっては、上記したように、送水ヘッダ９と還水ヘッダ１１とを接続するバイパス弁１２の両端部の差圧を検出する差圧検出部７を設け、差圧が所定差圧以下になったとき中央演算処理部５が増段判定をするから、室内側負荷が急増したとき、差圧検出部７が所定差圧以下の差圧を時間遅れなく検知するので、たとえば夜間の部分運転から朝の全館運転に移行するときに、即座に運転台数を増段処理して、室内冷暖房の立上げ時に時間がかかりすぎることを防止できる。
【００７１】
また、室内側循環水量が送水ポンプ８２の設計水量の合計を上回り、かつ特定還水流量データＶｈを選出した時点前後での送水温度平均値が設定温度から一定温度以上の差がないとき、中央演算処理部５が室内負荷急増と判定し増段判定をするから、負荷の急増に対して正確にかつ即座に対応できる。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載のものは、中央演算処理部が現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値から決定された特定送水温度データと特定還水流量データ、及び現時刻における還水温度データに基づいて室内側負荷総熱量を演算し、その室内側負荷総熱量と運転中の熱源機器の総熱源容量とを比較して送水部の運転台数の増減段判定し、運転台数増減段手段が中央演算処理部の増減段判定に基づいて増減段処理するから、所定の熱源能力を出力するまでに長い時間を要する熱源機器の運転台数を変更したとき、室内の冷暖房温度つまり空調温度を実負荷に応答性よく対応して空調制御することができる。
【００７３】
請求項２記載のものは、請求項１記載のものの効果に加えて、配管部の総容量が所定容量であれば、積算還水流量値が所定容量になったときの送水温度データを特定送水温度データとし、また、積算還水流量値が所定容量の約半分になったときの還水流量データを特定還水流量データとしたから、送水ヘッダから送水された時点での送水温度と、空調機器の熱負荷が変更された直後の還水流量データとを正確に特定し、中央演算処理部５がその特定された両データに基づいて室内側負荷総熱量を正確に演算して、室内の空調温度をさらに応答性よく空調制御することができる。
【００７４】
請求項３記載のものは、請求項１又は２記載のものの効果に加えて、送水ヘッダと還水ヘッダとを接続するバイパス弁の両端部の差圧を検出する差圧検出手段を設け、差圧が所定差圧以下になったとき中央演算処理部５が増段判定をするから、室内側負荷が急増したとき、差圧検出手段が所定差圧以下の差圧を時間遅れなく検知するので、たとえば夜間の部分運転から朝の全館運転に移行するときに、即座に運転台数を増段処理して、室内冷暖房の立上げ時に時間がかかりすぎることを防止できる。
【００７５】
請求項４記載の空調制御方法は、請求項１記載の空調制御装置を用いれば、所定の熱源能力を出力するまでに長い時間を要する熱源機器の運転台数を変更したとき、室内の冷暖房温度つまり空調温度を実負荷に応答性よく対応して、容易に空調制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】同上のフローチャート図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示すフローチャート図である。
【図４】同上のサブフローチャート図である。
【図５】同上の送水ポンプ性能曲線図及び配管部の配管抵抗曲線図である。
【図６】従来例を示す構成図である。
【図７】同上の送水部の運転台数が増段されたときの、送水温度、還水温度、及び演算された負荷総熱量の時間的経過図である。
【符号の説明】
１ 送水温度検知部（送水温度検知手段）
２ 還水温度検知部（還水温度検知手段）
３ 還水流量検知部（還水流量検知手段）
４ データメモリ
５ 中央演算処理部
６ 運転台数増減段部（運転台数増減段手段）
７ 差圧検出部（差圧検出手段）
８ 送水部
８１ 熱源機器
９ 送水ヘッダ
９１ 配管部
１０ 空調機器
１１ 還水ヘッダ
１２ バイパス弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、各室内に設置された各空気調和機器つまり各空調機器を集中制御する空調制御装置、及びその装置を用いた空調制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の空調制御装置として、図６に示す構成のものが存在する。このものは、送水温度検知部Ａと、還水温度検知部Ｂと、データメモリＣと、中央演算処理部Ｄと、運転台数増減段部Ｅと、還水流量検知部Ｆ５とを備えている。
【０００３】
送水温度検知部Ａは、熱源機器Ｆ１及び送水ポンプＦ２を設けた送水部Ｆの複数から送水されるとともに複数の各配管部Ｇに送水する送水ヘッダＦ３にまとめられて、熱源機器Ｆ１によってつくられた冷水又は温水の送水温度を検知する。
【０００４】
各空調機器Ｈが、送水ヘッダＦ３と接続した各配管部Ｇと接続した状態で各室内に設置され、冷水又は温水が送水されて、各空調機器Ｈでもって熱交換した各還水が、各空調機器Ｈからの各配管部Ｇと接続された還水ヘッダＦ４にまとめられる。還水温度検知部Ｂは、その還水ヘッダＦ４にまとめられた還水の還水温度を検知する。還水流量検知部Ｆ５は還水の還水流量を流量計でもって検知する。
【０００５】
データメモリＣは、送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化した送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データをそれぞれ記憶する。中央演算処理部Ｄは、送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データに基づいて空調機器Ｈに負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器Ｆ１の総熱源容量を比較して、送水部Ｆの運転台数の増減段判定をする。運転台数増減段部Ｅは、中央演算処理部Ｄの増減段判定に基づいて送水部Ｆの運転台数を増減する。
【０００６】
さらに詳しくは、熱源機器Ｆ１は冷凍機又は温水ボイラー等により、別の還水ヘッダＦ４１が室内側から戻ってきた冷水又は温水をいったんまとめる還水ヘッダＦ４と接続して設けられ、再び各熱源機器Ｆ１に還水を分配する。
【０００７】
また、必要でない水量をそのまま熱源機器Ｆ１側へ戻すよう、バイパス管Ｇ１は送水ヘッダＦ３と別の還水ヘッダＦ４１との間に設けられ、さらにバイパス弁Ｆ６を設けて、冷水又は温水が各空調機器Ｈへ送水されるための圧力を確保する。
【０００８】
熱源機器Ｆ１を設けた送水部Ｆを複数台設置し、室内に設置された各空調機器Ｈの熱負荷に応じて、送水部Ｆの運転台数を決定する空調制御方法を詳しく説明する。運転台数を決定するための指標である負荷総熱量は、熱源機器Ｆ１によってつくられて室内側へ送水される冷水又は温水の送水温度と、室内側を循環して熱交換されて熱源機器Ｆ１側へに戻ってきた還水の還水温度と、室内側を循環している水量つまり還水流量から演算によって求められる。
【０００９】
ここで、各配管部Ｇの総容量、つまり配管内の総水量をＶｔ［m3］とし、送水ポンプＦ２の１台当たりの単位時間送水量をＶｐ［m3/min］、台数をＮ台とする。ピーク負荷時に熱源機器Ｆ１と送水ポンプＦ２をＮ台運転したときに、熱源機器Ｆ１から出た冷水又は温水が、室内側の各空調機器Ｈで熱交換され、熱源機器Ｆ１まで戻ってくるまでのピーク時平均循環時間Ｔｍ［min］は次式によって求められる。
【００１０】
Ｔｍ＝Ｖｔ／（Ｎ×Ｖｐ） （式１）
室内側における各配管部Ｇの管路は、一般的には多様な経路及び管径で構成されているので、循環時間はその経路及び管径によって変化するが、平均すれば式１で求められるＴｍとなる。
【００１１】
また、送水ヘッダＦ３から各空調機器Ｈに至るまでの各配管部Ｇの容量と、各空調機器Ｈから一次還水ヘッダＦ４に至るまでの各配管部Ｇの容量とは、各配管部Ｇの経路により必ずしも等しくはないが、一般的に各配管部Ｇの送水管と還水管は同じ経路に敷設されることが多い。したがって、双方の各配管部Ｇの総容量は概ね等しく、どちらもＶｔ／２であると考えて差し支えない。
【００１２】
今、室内側の負荷総熱量がピーク時に比べて小さく、各空調機器Ｈの制御によって還水流量が制限されてＶｃ［m3/min］であり、時間的変化が無い状態であるとする。このとき、部分負荷時平均循環時間Ｔｃは次式によって求められる。
【００１３】
Ｔｃ＝Ｖｔ／Ｖｃ （式２）
Ｖｃは当然ピーク時循環水量（Ｎ×Ｖｐ）より小さく、ＴｃはＴｍより長くなる。室内側の負荷総熱量が熱源機器Ｆ１のｋ台分の能力では足りないときは、ｋ台の運転からｋ＋１台の運転に送水部Ｆの運転台数を増段する必要がある。しかし、熱源機器Ｆ１は起動時に即座に所定の熱源能力を出力できないため、室内側から戻ってきた還水をそのままの温度で、再び室内側へ供給することになり、還水温度として検出されるのはＴｃ分後となる。
【００１４】
この場合Ｖｃは送水ポンプＦ２のｋ台分の送水量より大きく、ｋ＋１台分の送水量より小さいはずであるから、次式の範囲にある。
【００１５】
ｋ×Ｖｐ≦Ｖｃ≦（ｋ＋１）×Ｖｐ （式３）
また式１及び式２から
Ｖｃ＝Ｖｔ／Ｔｃ＝（Ｔｍ×Ｎ×Ｖｐ）／Ｔｃ （式４）
式３及び式４からＴｃは次式を満たさなければならない。
【００１６】
ｋ×Ｖｐ≦（Ｔｍ×Ｎ×Ｖｐ）／Ｔｃ≦（ｋ＋１）×Ｖｐ （式５）
Ｔｃの範囲が式５から求められ、次式のようになる。
【００１７】
Ｔｍ×Ｎ／（ｋ＋１）≦Ｔｃ≦Ｔｍ×Ｎ／ｋ （式６）
式６から解るように、熱源機器Ｆ１の運転台数を変更したとき、供給する冷水又は温水の温度が変化し、その影響が室内側を循環して戻り側の温度、すなわち還水温度として検出されるまでの時間遅れが最も長くなるのは、熱源機器Ｆ１の運転台数を１台から２台に変更した場合である。
【００１８】
冷房時、冷水の供給温度を７℃とし、その冷水と、空調機器Ｈでもって冷水の熱を熱交換した還水との温度差を５℃として空調を行い、送水部Ｆの運転台数は室内側の負荷総熱量が増大して、第１熱源機器Ｆａの１台運転から第２熱源機器Ｆｂを起動して２台に変更し、第２熱源機器Ｆｂがまだ冷却能力を出力せず、室内側を循環した冷水も戻ってきていない状態とする。
【００１９】
別の還水ヘッダＦ４１から熱源機器Ｆ１に戻る熱源入口温度をｔ0、送水ポンプＦ２の水量をＶｐ、既に運転を継続していた第１熱源機器Ｆａの出口温度をＴ1＝７℃、空調機器Ｈへ供給される冷水温度をｔ2及びその冷水の全水量をＶ1、バイパス管Ｇ１を通って送水ヘッダＦ３から別の還水ヘッダＦ４１に戻る水温をｔ3及びその水量をＶ0、室内側を循環して返ってきた還水温度をｔ4及びその水量をＶ4（＝Ｖ1）とすると、各温度には次式が成立する。
【００２０】
ｔ2＝ｔ3＝（ｔ0＋Ｔ1）／２ （式７）
ｔ0＝（Ｖ0×ｔ3＋Ｖ1×ｔ4）／（Ｖ0＋Ｖ1） （式８）
１台運転から２台運転になった直後であるから、Ｖ1＝Ｖ0＝Ｖｐとすると式８は、
ｔ0＝（ｔ3＋ｔ4）／２ （式９）
となる。式９に式７のｔ3を代入してｔ0を求めると次式のようになる。
【００２１】
ｔ0＝（ｔ0＋Ｔ1）／４＋ｔ4／２ （式１０）
４×ｔ0＝ｔ0＋Ｔ1＋２×ｔ4 （式１１）
したがって、ｔ0＝（Ｔ1＋２×ｔ4）／３ （式１２）
Ｔ1は７℃であり、送水部Ｆを増段した直後で送水温度の変化はまだ還水温度に影響していないのでｔ4＝１２℃であるから、ｔ0は式１２から１０．３３℃に、ｔ2は式７から８．６７℃となる。
【００２２】
負荷総熱量が、同じ時刻の送水温度及び還水温度の差、並びに同じ時刻の還水流量に基づいて、式６及び式１２の関係から演算される。その演算された負荷総熱量と、実際に室内側に負荷される実負荷総熱量とを、時間経過とともに図７に示す。ここで、運転台数を変更してから実負荷総熱量に変化がないものとしてある。
【００２３】
演算された負荷総熱量は、室内側の実負荷総熱量に変化がないとしているにも関わらず、２台運転に変更されてから大きく変化し、平均循環時間Ｔｃの範囲で実負荷総熱量よりも小さくなっている。すなわち、運転台数を増段させたとき、起動された熱源機器Ｆ１が所定の熱源能力、つまり冷却、又は加熱能力を出力するまでには一定の時間を要するため、その間は供給する冷水又は温水の温度が所定の値を確保できなくなり、演算による負荷総熱量が減少し、見かけ上室内側の実負荷総熱量が減少したような結果となる。
【００２４】
この様に、演算された負荷総熱量は送水部Ｆの運転台数を増加させた直後で、熱量の演算に同一時刻の送水温度、還水温度、及び還水流量を用いると、実負荷総熱量とかけ離れた熱量となってしまう。つまり、この負荷総熱量を根拠にした運転台数の増減段判定は困難となる。
【００２５】
したがって、必要な運転台数を誤って判断しないよう、運転台数を変更してから熱源機器Ｆ１が所定の熱源能力を出力するまでの一定時間は、運転台数の増減段判定を行わないという制御方法で対処するか、熱源機器Ｆ１から出た冷水又は温水の一部をもう一度熱源機器Ｆ１に戻して、冷水又は温水の温度を一定に保つという制御を追加して対応していた。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の空調制御装置では、送水部Ｆの運転台数を変更してから熱源機器Ｆ１が所定の熱源能力を出力するまでの一定時間は、運転台数変更の増減段判定を行わない、又は、冷水又は温水の一部を再度熱源機器Ｆ１に戻すという制御方法でもって空調制御できる。
【００２７】
しかしながら、熱源機器Ｆ１の熱源容量が大きく、それに伴い所定の能力を出力するまでに長い時間を要する場合は、運転台数の増減段判定を行わない時間も長く設定せざるを得ず、その間に室内側の負荷が急激に変化した場合、特に負荷が急増した場合、必要運転台数に変更する増減段処理が遅れて室内の温度に影響する場合があった。また、冷水又は温水の送水温度を一定に保つという制御を追加する方法では、そのための設備費用が高くなるという問題があった。
【００２８】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、室内の冷暖房温度つまり空調温度を、室内側の負荷に基づいて応答性よく制御できる空調制御装置及びその装置を用いた空調制御方法を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、請求項１記載の空調制御装置は、熱源機器を設けた送水部の複数から送水されるとともに複数の各配管部に送水する送水ヘッダにまとめられた冷水又は温水の送水温度を、所定時間毎に検知する送水温度検知手段と、送水ヘッダからの冷水又は温水が各配管部と接続されて各室内に設置された各空調機器でもって熱交換されて、各空調機器からの各配管部と接続された還水ヘッダにまとめられた還水の還水温度を、所定時間毎に検知する還水温度検知手段と、還水の還水流量を所定時間毎に検知する還水流量検知手段と、送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化した送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データのそれぞれを記憶するデータメモリと、還水流量データが現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値を算出するとともに、その積算還水流量値から特定された特定送水温度データ及び特定還水流量データ並びに現時刻における還水温度データに基づいて空調機器に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器の総熱源容量を比較して送水部の運転台数の増減段判定をする中央演算処理部と、中央演算処理部の増減段判定に基づいて送水部の運転台数を増減段する運転台数増減段手段とを備えた構成にしてある。
【００３０】
請求項２記載の空調制御装置は、請求項１記載の空調制御装置において、前記各配管部の総容量が所定容量であって、前記特定送水温度データ及び前記特定還水流量データは、前記積算還水流量値が所定容量及び所定容量の約半分にそれぞれ対応する前記送水温度データ及び前記還水流量データとする構成にしてある。
【００３１】
請求項３記載の空調制御装置は、請求項１又は２記載の空調制御装置において、前記送水ヘッダと前記還水ヘッダとを接続するバイパス弁の両端部の差圧を検出する差圧検出手段を設け、前記中央演算処理部は差圧が所定差圧以下で送水部の運転台数の増段判定をする構成にしてある。
【００３２】
請求項４記載の空調制御方法は、請求項１記載の空調制御装置を用いた空調制御方法において、熱源機器を設けた送水部の複数から送水されるとともに複数の各配管部に送水する送水ヘッダにまとめられた冷水又は温水の送水温度を、送水温度検知手段が所定時間毎に検知し、送水ヘッダからの冷水又は温水が各配管部と接続されて各室内に設置された各空調機器でもって熱交換されて、各空調機器からの各配管部と接続された還水ヘッダにまとめられた還水の還水温度を、還水温度検知手段が所定時間毎に検知し、還水の還水流量を還水流量検知手段が所定時間毎に検知し、送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化した送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データのそれぞれをデータメモリが記憶し、中央演算処理部が、還水流量データが現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値を算出するとともに、その積算還水流量値から特定された特定送水温度データ及び特定還水流量データ並びに現時刻における還水温度データに基づいて空調機器に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器の総熱源容量を比較して送水部の運転台数の増減段判定し、運転台数増減段手段が中央演算処理部の増減段判定に基づいて送水部の運転台数を増減段して空調制御する構成にしてある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態の空調制御装置及び空調制御方法を図１及び図２に基づいて以下に説明する。
【００３４】
空調制御装置は、送水温度検知部１と、還水温度検知部２と、還水流量検知部３と、データメモリ４と、中央演算処理部５と、運転台数増減段部６、及び差圧検出部７とを備えている。先ず、空調制御装置によって制御されて被制御対象である空調制御設備について説明する。
【００３５】
送水部８は、冷凍機又は温水ボイラー等からなる熱源機器８１及び送水ポンプ８２を設け、第１送水部８ａ、第２送水部８ｂ、及び第３送水部８ｃの複数台で構成されて、各熱源機器８１が所定の熱源能力を有して冷水又は温水を供給するとともに、各送水ポンプ８２が送水する。
【００３６】
送水ヘッダ９は、複数の各配管部９１が接続されて、複数の送水部８から送水された冷水又は温水をまとめるとともに、各配管部９１に送水する。空調機器１０は複数台が設けられ、それぞれが各室内に設置され、送水ヘッダ９からの各配管部９１と接続されて、送水された冷水又は温水を熱交換して各部屋を空調する。ここで、室内側における各配管部９１を合計した総容量が所定容量に設定される。
【００３７】
還水ヘッダ１１は、各空調機器１０からの各配管部９１と接続されて、各空調機器１０でもって熱交換されて室内から戻ってきた冷水又は温水、すなわち各還水をいったんまとめる。さらに、別の還水ヘッダ１１ａが還水ヘッダ１１と接続して設けられ、再び還水を各送水部８に分配する。
【００３８】
バイパス弁１２は、バイパス管９２が送水ヘッダ９と別の還水ヘッダ１１ａとの間にそれぞれと接続した状態で設けられ、そのバイパス管９２に設けられて、必要でない水量をそのまま別の還水ヘッダ１１ａを介して熱源機器８１側へ戻すとともに、冷水又は温水が各空調機器１０へ送水されるための圧力を確保する。
【００３９】
１は送水温度検知部で、サーミスタ等の温度検知素子により、送水温度検知手段を形成し、送水ヘッダ９に設けられて、送水部８の複数から送水されるとともに複数の各配管部９１に送水する送水ヘッダ９にまとめられた冷水又は温水の送水温度を、所定の時間間隔で所定時間毎に検知する。
【００４０】
２は還水温度検知部で、サーミスタ等の温度検知素子により、還水温度検知手段を形成し、還水ヘッダ１１に設けられて、冷水又は温水が各空調機器１０でもって熱交換されて還水ヘッダ１１にまとめられた還水の還水温度を、所定の時間間隔で所定時間毎に検知する。
【００４１】
３は還水流量検知部で、流量計により、還水流量検知手段を形成し、還水ヘッダ１１と別の還水ヘッダ１１ａとの間に設けられて、室内側の循環水量を、すなわち還水ヘッダ１１からの還水の還水流量を所定の時間間隔で所定時間毎に検知する。ここで検知される還水流量は、各配管部９１がどこかで解放されていない限り、瞬間的に室内側の要求水量の影響を反映する。
【００４２】
４はデータメモリで、随時書き込みできるＲＡＭにより、送水温度検知部１で検知された送水温度、還水温度検知部２で検知された還水温度、及び還水流量検知部３で検知された還水流量を、Ａ／Ｄコンバータ４１でもってデジタル化された送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データのそれぞれを記憶する。
【００４３】
５は中央演算処理部で、ＣＰＵにより、Ａ／Ｄコンバータ４１を介して送水温度検知部１、還水温度検知部２、及び還水流量検知部３のそれぞれと接続され、さらにデータメモリ４と接続される。
【００４４】
データメモリ４に記憶された還水流量データを呼び出し、現時刻から過去にさかのぼってその還水流量データを積算して、積算還水流量値を算出する。その積算還水流量値が配管部９１の所定容量に達したときに対応する送水温度データを特定送水温度データとして、また、配管部９１の所定容量の約半分に達したときに対応する還水流量データを特定還水流量データとしてそれぞれ特定する。そして、その特定送水温度データ及び特定還水流量データ並びに現時刻における還水温度データに基づいて空調機器１０に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器８１の総熱源容量を比較して、送水部８の運転台数の増減段判定をする。
【００４５】
６は運転台数増減段部で、入出力ユニット及びマグネットスイッチ（図示せず）で構成され、中央演算処理部５の増減段判定に基づいて送水部８の運転台数を増減段する。
【００４６】
７は差圧検出部で、差圧センサーにより、差圧検出手段を形成し、送水ヘッダ９と別の還水ヘッダ１１ａとを接続するバイパス弁１２の両端部に設けられて、その両端部の差圧を検出して、その差圧を基にバイパス弁１２の開度を調整することによって、室内側を循環するための冷水又は温水の必要圧力を確保する。
【００４７】
この空調制御装置を用いた空調制御方法について、図２のフローチャートに基づいて詳述する。先ず、＃１において、スタートすると空調制御装置が起動し、その空調制御装置に設けられたサンプリングタイマ（図示せず）が起動して、設定された所定の時間間隔毎、すなわち所定のサンプリング周期Ｓｉ［min］毎にサンプリングパルスを発生し、予め設定された台数Ｎｓの送水部８が運転される。
【００４８】
次いで、＃２において、送水温度検知部１が送水ヘッダ９にまとめられた冷水又は温水の送水温度を、還水温度検知部２が還水ヘッダ１１にまとめられた還水の還水温度を、さらに還水流量検知部３が還水ヘッダ１１からの還水の還水流量を、それぞれサンプリングパルス毎に、つまり所定時間毎に検知する。さらに、Ａ／Ｄコンバータ４１が検知された送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化して、データメモリ４がそのデジタル化された送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データをそれぞれ記憶する。
【００４９】
次いで、＃３において、中央演算処理部５はデータメモリ４に記憶された還水流量データを呼び出し、現時刻から過去にさかのぼってその還水流量データを積算して、室内側循環水量の積算還水流量値を算出する。ここで、現時刻における還水温度は積算還水流量値が、配管部９１の所定容量Ｖｔ／２［m3］に達する時間分前の室内側の負荷の影響を反映する。また、送水温度は積算還水流量値がＶｔ／２［m3］に達する時間分後の室内側要求水量に反映される。
【００５０】
そこで、積算還水流量値が一定時間毎にサンプリングしてきた還水流量データを、現在値から過去に向かって、還水流量の値にサンプリング周期Ｓｉ［min］を乗じたものを加算することによって求められる。積算還水流量値が配管部９１の所定容量Ｖｔ［m3］を越えたとき、積算還水流量値が所定容量Ｖｔ［m3］の半分に達する時点Ｈｐ1で、保持しておいた還水流量データを特定して特定還水流量データＶｈｉ［m3/min］とするとともに、同様にＶｔ［m3/min］に達する時点Ｈｐ2で特定送水温度データＴｓｉ［℃］を特定する。
【００５１】
次いで、＃４において、その特定還水流量データＶｈ及び特定送水温度データＴｓ、並びに現時刻における還水温度データＴｒ［℃］に基づいて、次式に従って、Ｈｐ1の時点での室内側の負荷総熱量を演算する。
【００５２】
Ｑ-ｒｔ＝６０×Ｖｈ×Ｃ×（ｔｓ−ｔｒ）
ここで、Ｃは水の容積比熱［kcal/m3/degree］であり、熱量の値は暖房時のように熱源側から室内側に熱が移動する方向を正の熱量としている。
【００５３】
このようにして、空調機器１０に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器８１の総熱源容量を比較して送水部８の運転台数の増減段判定をする。これらの一連の処理を一定間隔毎に順次行うことによって、運転台数を変更した直後で熱源機器８１が所定の能力を出力していない間においても、現実に近い室内側熱負荷を演算する。
【００５４】
次いで、＃５において、運転台数増減段部６が中央演算処理部５の増減段判定に基づいて、送水部８の運転台数を増減段処理して、室内側の負荷の変動に追随した送水部８の運転台数の制御を実行する。＃６において、システムが停止しないとき、特定還水流量データＶｈ及び特定送水温度データＴｓｉ、並びに還水温度データＴｒの取り込み及び更新を行う。
【００５５】
このようにして、その時点での熱量ではないものの、循環時間を考慮しないで演算した場合に比べて、より正確な室内側の負荷総熱量を演算して、熱源機器８１が所定の能力を出力するまで、現時刻における室内側の熱負荷に対応して送水部８の運転台数を変更する。
【００５６】
かかる第１実施形態の空調制御装置にあっては、上記したように、中央演算処理部５が現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値から決定された特定送水温度データと特定還水流量データ、及び現時刻における還水温度データに基づいて室内側負荷総熱量を演算し、その室内側負荷総熱量と運転中の熱源機器８１の総熱源容量とを比較して送水部８の運転台数の増減段判定し、運転台数増減段手段が中央演算処理部５の増減段判定に基づいて増減段処理するから、所定の熱源能力を出力するまでに長い時間を要する熱源機器８１の運転台数を変更したとき、室内の冷暖房温度つまり空調温度を実負荷に応答性よく対応して空調制御することができる。
【００５７】
また、配管部９１の総容量が所定容量であれば、積算還水流量値が所定容量になったときの送水温度データを特定送水温度データとし、また、積算還水流量値が所定容量の約半分になったときの還水流量データを特定還水流量データとしたから、送水ヘッダ９から送水された時点での送水温度と、空調機器１０の熱負荷が変更された直後の還水流量データとを正確に特定し、中央演算処理部５がその特定された両データに基づいて室内側負荷総熱量を正確に演算して、室内の空調温度をさらに応答性よく空調制御することができる。
【００５８】
本発明の第２実施形態の空調制御装置及び空調制御方法を図３乃至図５に基づいて以下に説明する。なお、第２実施形態では第１実施形態と異なる機能及び異なる空調制御方法について述べることとし、第１実施形態と実質的に同一機能を有する部材については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
差圧検出部７は、送水ヘッダ９と別の還水ヘッダ１１ａとを接続するバイパス弁１２の両端部に設けられて、Ａ／Ｄコンバータ４１を介して中央演算処理部５と接続されて、両端部の差圧を検出する。中央演算処理部５は差圧検出部７で検知された差圧が所定差圧以下になったとき、送水部８の運転台数の増段判定をする。
【００６０】
ここで、第１実施形態では、各配管部９１の所定容量に比べて送水量が小さいとき、演算された負荷総熱量は相当長い時間にわたる過去のものである。従って、室内側の大きなエリアの空調を開始したとき等の急激な負荷増加時では、熱源機器８１の追加運転が間に合わずに、室内を所定の温度に調節するのに長時間を要してしまう場合がある。第２実施形態ではこの点を改良したものである。
【００６１】
空調制御方法について、図３及び図４のフローチャートに基づいて説明する。中央演算処理部５は、＃４で述べた増減段判定の後、＃７において、差圧検出部７で検知された差圧が所定差圧以下になったとき、送水部８の運転台数の増段判定をする。
【００６２】
ここで、前述したように、差圧検出部７によって検知される圧力差を基に、バイパス弁１２の開度を調整することによって、室内側を循環するための必要圧力を確保する。この場合、室内側の要求する循環水量が、送水ポンプ８２の所定の送水能力を上回っている場合はバイパス弁１２を全閉として、全水量を室内側に供給しても必要圧力が確保できず、それによって結果的に室内側循環水量が増加することになる。
【００６３】
この様子を、熱源機器８１が４台の場合を例にとってグラフに表したものを図５に示す。すなわち、熱源機器８１を１台運転から２台運転に変更した直後に、更に室内側の熱負荷が増加して、要求水量が増加し、２台運転では必要水量と差圧が確保できなくなり、差圧検出部７で検知された差圧が所定差圧以下になる。
【００６４】
このとき、室内側の配管部９１の配管抵抗曲線は、図３における２台運転限界負荷時配管抵抗曲線９１ａから、更に３台運転限界負荷時配管抵抗曲線９１ｂに近づく状態となる（図中破線で示す状態）。送水ポンプ８２を２台運転したときの性能曲線８２ａに変化はないから、水量は２台運転限界流量を超えることになる。
【００６５】
図４のサブフローチャートに示すように、＃７ａにおいて、差圧検出部７で検知された差圧が所定差圧以下になって、室内側循環水量がつまり還水流量が、ポンプ設計水量と設定偏差水量（概ねポンプ設計水量の１５％）を加えた水量を上回っていれば、還水流量増大と判定する。
【００６６】
＃７ｂにおいて、熱源機器８１を追加運転した直後は、該当熱源機器８１が所定の能力を出力しないために送水温度が上昇し、その影響によって室内側要求水量も増加する。よって、前記特定還水流量データＶｈを選出した時点の送水温度をＴａとして選出する。そのＴａは現在の要求水量を発生させている水温を代表していると見做すことができる。
【００６７】
＃７ｃにおいて、保持している送水温度データのうち、Ｔａを選出した時刻の前後一定時間内（概ね２分間）の送水温度を平均化する。
【００６８】
＃７ｄにおいて、送水温度の平均値が、予め設定した設定送水温度に対して設定偏差温度（概ね２℃）だけ冷房時は上回る、同様に暖房時は下回っている場合は、負荷の急増と判定しない。その他の場合に負荷の急増有りと判定し、＃４で演算された負荷総熱量が現状運転台数の範囲内であっても、室内負荷急増と判定し増段判定をする。
【００６９】
次いで、＃８において、中央演算処理部５の増段判定に基づいて、運転台数増減段部６が熱源機器８１の運転台数を１台追加する。このような空調制御方法によって、循環時間による時間遅れを待たずに、室内側の熱負荷が現在の運転台数による出力を上回っていることを瞬時に検知して、熱源機器８１の運転台数を増段する。
【００７０】
かかる第２実施形態の空調制御装置にあっては、上記したように、送水ヘッダ９と還水ヘッダ１１とを接続するバイパス弁１２の両端部の差圧を検出する差圧検出部７を設け、差圧が所定差圧以下になったとき中央演算処理部５が増段判定をするから、室内側負荷が急増したとき、差圧検出部７が所定差圧以下の差圧を時間遅れなく検知するので、たとえば夜間の部分運転から朝の全館運転に移行するときに、即座に運転台数を増段処理して、室内冷暖房の立上げ時に時間がかかりすぎることを防止できる。
【００７１】
また、室内側循環水量が送水ポンプ８２の設計水量の合計を上回り、かつ特定還水流量データＶｈを選出した時点前後での送水温度平均値が設定温度から一定温度以上の差がないとき、中央演算処理部５が室内負荷急増と判定し増段判定をするから、負荷の急増に対して正確にかつ即座に対応できる。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載のものは、中央演算処理部が現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値から決定された特定送水温度データと特定還水流量データ、及び現時刻における還水温度データに基づいて室内側負荷総熱量を演算し、その室内側負荷総熱量と運転中の熱源機器の総熱源容量とを比較して送水部の運転台数の増減段判定し、運転台数増減段手段が中央演算処理部の増減段判定に基づいて増減段処理するから、所定の熱源能力を出力するまでに長い時間を要する熱源機器の運転台数を変更したとき、室内の冷暖房温度つまり空調温度を実負荷に応答性よく対応して空調制御することができる。
【００７３】
請求項２記載のものは、請求項１記載のものの効果に加えて、配管部の総容量が所定容量であれば、積算還水流量値が所定容量になったときの送水温度データを特定送水温度データとし、また、積算還水流量値が所定容量の約半分になったときの還水流量データを特定還水流量データとしたから、送水ヘッダから送水された時点での送水温度と、空調機器の熱負荷が変更された直後の還水流量データとを正確に特定し、中央演算処理部５がその特定された両データに基づいて室内側負荷総熱量を正確に演算して、室内の空調温度をさらに応答性よく空調制御することができる。
【００７４】
請求項３記載のものは、請求項１又は２記載のものの効果に加えて、送水ヘッダと還水ヘッダとを接続するバイパス弁の両端部の差圧を検出する差圧検出手段を設け、差圧が所定差圧以下になったとき中央演算処理部５が増段判定をするから、室内側負荷が急増したとき、差圧検出手段が所定差圧以下の差圧を時間遅れなく検知するので、たとえば夜間の部分運転から朝の全館運転に移行するときに、即座に運転台数を増段処理して、室内冷暖房の立上げ時に時間がかかりすぎることを防止できる。
【００７５】
請求項４記載の空調制御方法は、請求項１記載の空調制御装置を用いれば、所定の熱源能力を出力するまでに長い時間を要する熱源機器の運転台数を変更したとき、室内の冷暖房温度つまり空調温度を実負荷に応答性よく対応して、容易に空調制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】同上のフローチャート図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示すフローチャート図である。
【図４】同上のサブフローチャート図である。
【図５】同上の送水ポンプ性能曲線図及び配管部の配管抵抗曲線図である。
【図６】従来例を示す構成図である。
【図７】同上の送水部の運転台数が増段されたときの、送水温度、還水温度、及び演算された負荷総熱量の時間的経過図である。
【符号の説明】
１ 送水温度検知部（送水温度検知手段）
２ 還水温度検知部（還水温度検知手段）
３ 還水流量検知部（還水流量検知手段）
４ データメモリ
５ 中央演算処理部
６ 運転台数増減段部（運転台数増減段手段）
７ 差圧検出部（差圧検出手段）
８ 送水部
８１ 熱源機器
９ 送水ヘッダ
９１ 配管部
１０ 空調機器
１１ 還水ヘッダ
１２ バイパス弁
Claims (4)
- 熱源機器を設けた送水部の複数から送水されるとともに複数の各配管部に送水する送水ヘッダにまとめられた冷水又は温水の送水温度を、所定時間毎に検知する送水温度検知手段と、
送水ヘッダからの冷水又は温水が各配管部と接続されて各室内に設置された各空調機器でもって熱交換されて各空調機器からの各配管部と接続された還水ヘッダにまとめられた還水の還水温度を、所定時間毎に検知する還水温度検知手段と、
還水の還水流量を所定時間毎に検知する還水流量検知手段と、
送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化した送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データのそれぞれを記憶するデータメモリと、
還水流量データが現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値を算出するとともに、その積算還水流量値から特定された特定送水温度データ及び特定還水流量データ並びに現時刻における還水温度データに基づいて空調機器に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器の総熱源容量を比較して送水部の運転台数の増減段判定をする中央演算処理部と、
中央演算処理部の増減段判定に基づいて送水部の運転台数を増減段する運転台数増減段手段と、を備えたことを特徴とする空調制御装置。 - 前記各配管部の総容量が所定容量であって、前記特定送水温度データ及び前記特定還水流量データは、前記積算還水流量値が所定容量及び所定容量の約半分にそれぞれ対応する前記送水温度データ及び前記還水流量データとすることを特徴とする請求項１記載の空調制御装置。
- 前記送水ヘッダと前記還水ヘッダとを接続するバイパス弁の両端部の差圧を検出する差圧検出手段を設け、前記中央演算処理部は差圧が所定差圧以下で送水部の運転台数の増段判定をするよう形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の空調制御装置。
- 請求項１記載の空調制御装置を用いた空調制御方法であって、熱源機器を設けた送水部の複数から送水されるとともに複数の各配管部に送水する送水ヘッダにまとめられた冷水又は温水の送水温度を、送水温度検知手段が所定時間毎に検知し、
送水ヘッダからの冷水又は温水が各配管部と接続されて各室内に設置された各空調機器でもっての熱を熱交換されて各空調機器からの各配管部と接続された還水ヘッダにまとめられた還水の還水温度を、還水温度検知手段が所定時間毎に検知し、
還水の還水流量を還水流量検知手段が所定時間毎に検知し、
送水温度、還水温度、及び還水流量をデジタル化した送水温度データ、還水温度データ、及び還水流量データのそれぞれをデータメモリが記憶し、
中央演算処理部が、還水流量データが現時刻から過去にさかのぼって積算された積算還水流量値を算出するとともに、その積算還水流量値から特定された特定送水温度データ及び特定還水流量データ並びに現時刻における還水温度データに基づいて空調機器に負荷される負荷総熱量を演算し、その負荷総熱量及び運転中の熱源機器の総熱源容量を比較して送水部の運転台数の増減段判定し、
運転台数増減段手段が中央演算処理部の増減段判定に基づいて送水部の運転台数を増減段して、空調制御することを特徴とする空調制御方法。
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