JP3745357B2

JP3745357B2 - 空調システム

Info

Publication number: JP3745357B2
Application number: JP2003386059A
Authority: JP
Inventors: 邦昭山田
Original assignee: Sanken Setsubi Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sanken Setsubi Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2023-11-17
Also published as: JP2005147528A

Description

この発明は、冷凍機等の熱源機器によって生成された熱源水を、空調機等の負荷側機器に供給することによって建築物等の冷暖房を行う空調システムに関する。

この種の空調システムとしては、図３に示すようなものがある。この空調システムは、同図に示すように、空調負荷を処理する空調機等の複数の負荷側機器５１が設置された負荷側系統５０と、所定温度の熱源水（例えば、７℃の冷水等）を生成する冷凍機等の熱源機器６１が設置された熱源側系統６０とを備えており、負荷側系統５０の負荷側配管５２と熱源側系統６０の熱源側配管６２とが、往きヘッダＳＨ及び還りヘッダＲＨを介して、相互に接続されている。

負荷側系統５０の負荷側配管５２は、負荷側往主管５３及び負荷側還主管５４と、複数の負荷側機器５１を負荷側往主管５３及び負荷側還主管５４に並列的に接続する複数の負荷側枝管５５とを備えており、各負荷側枝管５５には、空調負荷に応じて負荷側機器５１への熱源水の供給量を調整する二方弁５６が設置されている。

また、熱源側系統６０の熱源側配管６２には、１次ポンプ６３が設置されており、この１次ポンプ６３によって、還りヘッダＲＨから、熱源機器６１を通して、往きヘッダＳＨに熱源水が送出されるようになっている。

また、負荷側系統５０は、熱源側系統６０によって往きヘッダＳＨに導入された熱源水を、負荷側往きヘッダ５７を介して、負荷側機器５１に送出する２次ポンプ５８を備えており、空調負荷に応じて二方弁５６が開閉することによって、負荷側機器５１への送水量が変化した場合でも、送水差圧、即ち、負荷側往きヘッダ５７と往きヘッダＳＨとの間の差圧が予め定められた送水設定差圧に保持されるように、インバータによって、２次ポンプ５８の回転数が制御されるようになっている。

従って、こういった空調システムでは、空調負荷が小さくなると、負荷側機器５１への熱源水の供給量を減少させるために二方弁５６が閉弁し、それに伴って、送水差圧が上昇し始めるが、インバータが、送水差圧を送水設定差圧に保持するように、２次ポンプ５８の回転数を低下させるので、２次ポンプ５８の余剰動力が削減されることになる。

なお、熱源側系統６０の１次ポンプ６３は、所定流量の熱源水を往きヘッダＳＨに送出しているので、負荷側系統５０への送水量が低下すると、熱源側系統６０によって往きヘッダＳＨに導入された熱源水の余剰分が、還りヘッダＲＨに直接戻されるように、往きヘッダＳＨと還りヘッダＲＨとが、バイパス配管ＢＰによって接続されている。

また、負荷側系統５０の二方弁５６が全閉または全閉近くまで閉弁すると、２次ポンプ５８が締め切り運転またはそれに近い運転を行うことになるので、負荷側機器５１への送水量が少なくなったときは、バイパス弁５９が開弁し、２次ポンプ５８によって負荷側往きヘッダ５７に導入された熱源水が、負荷側バイパス配管５９ａを介して、往きヘッダＳＨに戻されるようになっている。

特開２００２−２１３８０２号公報

ところで、２次ポンプ５８の回転数制御を行うための送水設定差圧は、空調負荷計算によって算出された最大流量の熱源水を負荷側配管５２に流すために、負荷側往きヘッダ５７と往きヘッダＳＨとの間に必要な差圧が設定されているので、低負荷時に負荷側系統５０への熱源水の送水量が低下すると、それに伴って、負荷側配管５２を構成している負荷側往主管５３及び負荷側還主管５４の配管抵抗も低下するので、低負荷時には、送水設定差圧をさらに低下させることが可能である。

従って、従来から、低負荷時における負荷側往主管５３や負荷側還主管５４の配管抵抗の低下分に対する２次ポンプ５８の余剰動力を削減するために、二方弁５６を含む負荷側機器５１の前後の差圧を固定の末端設定差圧に保持する末端差圧制御や、空調負荷に応じて、送水設定差圧を変化させる推定末端差圧制御といった種々の制御方法が採用されている。

しかしながら、こういった末端差圧制御や推定末端差圧制御等の制御方法を採用したとしても、二方弁５６自体の通水抵抗分については、２次ポンプ５８の動力削減を図ることができず、しかも、末端差圧制御や推定末端差圧制御では、二方弁５６を含む負荷側機器５１の前後の差圧が、負荷側機器５１の最大流量時における必要差圧に設定されることになるので、低負荷時には、負荷側機器５１への熱源水の供給量の低下に伴って、負荷側機器５１の通水抵抗が低下しても、二方弁５６が閉弁することによって、負荷側機器５１の通水抵抗の低下分だけ、二方弁５６の通水抵抗が上昇することになり、結局、負荷側機器５１及び二方弁５６全体の通水抵抗は変化しないことになるので、低負荷時における負荷側機器５１の通水抵抗の低下分を、２次ポンプ５８の余剰動力として削減することができないといった問題がある。

そこで、この発明の課題は、負荷側系統に熱源水を送水するポンプの動力を可能な限り削減することができる空調システムを提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、供給される熱源水を利用して空調負荷を処理する複数の負荷側機器と、熱源水の流路となるリバースリターン方式の負荷側配管経路を構成している負荷側往主管及び負荷側還主管と、複数の前記負荷側機器を、前記負荷側往主管と前記負荷側還主管とに並列的に接続する複数の負荷側枝管と、熱源水を、前記負荷側往主管に送出する主ポンプと、熱源水を、対応するそれぞれの前記負荷側枝管及び前記負荷側機器を通して、前記負荷側往主管から前記負荷側還主管に送出する複数の副ポンプとを備え、それぞれの前記副ポンプは、対応する前記負荷側機器が受け持つ空調負荷に応じて、対応する前記負荷側機器に適正量の熱源水が供給されるように、その回転数が制御されるようになっており、前記主ポンプは、前記負荷側往主管における複数の前記負荷側枝管の接続範囲内に設定される任意の往主管側位置と、前記負荷側還主管における複数の前記負荷側枝管の接続範囲内に設定される、前記往主管側位置に対応する還主管側位置との間の送水差圧が略０になるように、その回転数が制御されるようになっていることを特徴とする空調システムを提供するものである。

また、上記の課題を解決するため、請求項２にかかる発明は、供給される熱源水を利用して空調負荷を処理する複数の負荷側機器と、熱源水の流路となるリバースリターン方式の負荷側配管経路を構成している負荷側往主管及び負荷側還主管と、複数の前記負荷側機器を、前記負荷側往主管と前記負荷側還主管とに並列的に接続する複数の負荷側枝管と、熱源水を、前記負荷側往主管に送出する主ポンプと、熱源水を、対応するそれぞれの前記負荷側枝管及び前記負荷側機器を通して、前記負荷側往主管から前記負荷側還主管に送出する複数の副ポンプと、前記負荷側往主管における複数の前記負荷側枝管の接続範囲内に設定される任意の往主管側位置と、前記負荷側還主管における複数の前記負荷側枝管の接続範囲内に設定される、前記往主管側位置に対応する還主管側位置とを相互に接続する連通管と、前記連通管を流れる熱源水の流量を検出する流量計とを備え、それぞれの前記副ポンプは、対応する前記負荷側機器が受け持つ空調負荷に応じて、対応する前記負荷側機器に適正量の熱源水が供給されるように、その回転数が制御されるようになっており、
前記主ポンプは、前記連通管を流れる熱源水の流量が略０になるように、その回転数が制御されるようになっていることを特徴とする空調システムを提供するものである。

以上のように、請求項１及び請求項２にかかる発明の空調システムでは、それぞれの負荷側機器への熱源水の送水量を、二方弁等の制御弁の開閉制御によって調整するのではなく、各負荷側機器毎に設置されている副ポンプの回転数を制御することによって調整するようになっているので、制御弁の通水抵抗分だけ、主ポンプ及び副ポンプからなるポンプ全体の動力を削減することができる。

しかも、これらの空調システムでは、負荷側配管経路としてリバースリターン方式が採用されているので、それぞれの副ポンプが対応する負荷側枝管の配管抵抗と負荷側機器の通水抵抗とを受け持つと、負荷側往主管における複数の負荷側枝管の接続範囲内に設定される任意の往主管側位置と、負荷側還主管における複数の負荷側枝管の接続範囲内に設定される、往主管側位置に対応する還主管側位置との間の差圧が０になる。

従って、往主管側位置と還主管側位置との間の送水差圧が略０になるように、主ポンプの回転数が制御されるようになっている請求項１にかかる空調システムや、往主管側位置と還主管側位置とを相互に接続している連通管に熱源水が流れないように、主ポンプの回転数が制御されるようになっている請求項２にかかる空調システムでは、低負荷時に負荷側機器の通水抵抗が低下すると、その通水抵抗の低下分が、副ポンプの余剰動力として削減されることになる。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、この空調システム１は、所定温度（例えば、７℃）の熱源水を生成する冷凍機等の熱源機器１１を備えた熱源側系統１０と、熱源機器１１によって生成された所定温度の熱源水を利用して空調負荷を処理する複数の空調機等の負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを備えた負荷側系統２０とが往きヘッダ３１及び還りヘッダ３２を介して、相互に接続されたものであり、往きヘッダ３１と還りヘッダ３２とは、バイパス管３３を介して、相互に接続されている。

熱源側系統１０は、熱源機器１１を往きヘッダ３１及び還りヘッダ３２に接続する熱源側配管１２と、熱源側配管１２における熱源機器１１の上流側に設置された１次ポンプ１３とを備えており、熱源機器１１によって生成された所定温度の熱源水が、１次ポンプ１３によって、往きヘッダ３１に送出されるようになっている。

負荷側系統２０は、往きヘッダ３１に接続される負荷側往主管２２と、還りヘッダ３２に接続される負荷側還主管２３と、複数の負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを、負荷側往主管２２と負荷側還主管２３とに並列的に接続する複数の負荷側枝管２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと、負荷側往主管２２に設置された２次ポンプ２５と、それぞれの負荷側枝管２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに設置された、負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを通して、負荷側往主管２２から負荷側還主管２３に熱源水を送出する複数の３次ポンプ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃとを備えており、負荷側往主管２２、負荷側還主管２３及び負荷側枝管２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、リバースリターン方式の負荷側配管経路を構成している。

前記３次ポンプ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃは、インバータによって、それぞれの回転数を変化させることができるようになっており、それぞれに対応する負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが受け持っている空調負荷に応じて、それぞれの回転数を制御することで、負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃへの熱源水の供給量が調整されるようになっている。

また、２次ポンプ２５は、インバータによって、その回転数を変化させることで、送水量を調整することができるようになっており、空調負荷に応じて負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃへの送水量が変化した場合でも、差圧発信器４１によって検出される、負荷側往主管２２における負荷側枝管２４Ａの接続位置と負荷側枝管２４Ｃの接続位置との間に設定される往主管側位置αと、負荷側還主管２３における負荷側枝管２４Ａの接続位置と負荷側枝管２４Ｃの接続位置との間に設定される、往主管側位置αに対応する還主管側位置βとの間の差圧が略０になるように、調節器４２が、２次ポンプ２５の回転数を制御するようになっている。

なお、この空調システム１では、負荷側系統２０の２次ポンプ２５は、変流量ポンプであるが、熱源側系統１０の１次ポンプ１３は、定流量ポンプなので、熱源側系統１０の送水量が負荷側系統２０の送水量を上回ると、その余剰分がバイパス管３３を通って、往きヘッダ３１から還りヘッダ３２に戻されるようになっている。

以上のように、この空調システム１では、それぞれの負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃへの熱源水の送水量を、二方弁等の制御弁の開閉制御によって調整するのではなく、各負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ毎に設置されている３次ポンプ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの回転数を制御することによって調整するようになっているので、制御弁の開閉制御によって負荷側機器への熱源水の送水量を調整している従来の空調システムに比べて、制御弁の通水抵抗分だけ、２次ポンプ２５及び３次ポンプ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃからなるポンプ全体の動力を削減することができる。

しかも、この空調システム１では、負荷側配管経路としてリバースリターン方式が採用されているので、それぞれの３次ポンプ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃが対応する負荷側枝管２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの配管抵抗と負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの通水抵抗とを受け持つと、負荷側往主管２２における負荷側枝管２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの接続範囲内に設定される任意の往主管側位置αと、負荷側還主管２３における負荷側枝管２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの接続範囲内に設定される、往主管側位置αに対応する還主管側位置βとの間の差圧が０になる。従って、往主管側位置αと還主管側位置βとの間の送水差圧が略０になるように、２次ポンプ２５の回転数が制御されるようになっているこの空調システム１では、低負荷時に負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの通水抵抗が低下すると、その通水抵抗の低下分が、３次ポンプ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの余剰動力として削減されることになる。

なお、上述した実施形態では、往主管側位置αと還主管側位置βとの間の送水差圧が略０になるように、２次ポンプ２５の回転数が制御されるようになっているが、これに限定されるものではなく、例えば、図２に示す空調システム２のように、負荷側往主管２２における往主管側位置αと負荷側還主管２３における還主管側位置βとを相互に接続する連通管２７を設け、空調負荷に応じて負荷側機器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃへの送水量が変化した場合でも、連通管２７に設置された流量計４３によって検出される、連通管２７を流れる熱源水の流量が略０になるように、調節器４２が、２次ポンプ２５の回転数を制御するようにしておくことも可能である。

また、上述した実施形態では、熱源側系統１０が、１台の熱源機器１１と１台の定流量１次ポンプ１３とを有している空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、熱源側系統が、台数制御される複数台の熱源機器と複数台の定流量１次ポンプとを有している空調システムについても本発明を適用することができることはいうまでもない。

また、上述した実施形態では、負荷側系統２０が、１台の変流量２次ポンプ２５を有している空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、負荷側系統の変流量２次ポンプが複数台に分割されている空調システムについても本発明を適用することができることはいうまでもない。特に、２次ポンプを複数台に分割する場合は、複数台の２次ポンプを同時運転させてもよく、複数台の２次ポンプを台数制御することも可能である。

また、上述した実施形態では、バイパス管３３が往きヘッダ３１及び還りヘッダ３２に直接接続されているが、これに限定されるものではなく、例えば、往きヘッダ３１に接続されたバイパス管を、還りヘッダ３２に代えて、負荷側還主管２３に直接接続することも可能である。

また、上述した実施形態では、熱源側系統１０が定流量タイプの熱源機器１１及び定流量の１次ポンプ１３を備えている空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、熱源側系統が変流量タイプの熱源機器や変流量の１次ポンプを備えている空調システムについても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、熱源機器１１によって生成された所定温度の熱源水が負荷側系統２０に直接送出される空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、熱源機器によって蓄熱槽に一旦貯留された所定温度の熱源水の保有熱量が、熱交換器を介して、負荷側系統に供給されるような空調システムについても本発明を適用することができることはいうまでもない。

この発明にかかる空調システムの一実施形態を示す概略構成図である。他の実施形態である空調システムを示す概略構成図である。従来の空調システムを示す概略構成図である。

符号の説明

１、２空調システム
１０熱源側系統
１１熱源機器
１２熱源側配管
１３１次ポンプ
２０負荷側系統
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ負荷側機器
２２負荷側往主管
２３負荷側還主管
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ負荷側枝管
２５２次ポンプ（主ポンプ）
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ３次ポンプ（副ポンプ）
２７連通管
３１往きヘッダ
３２還りヘッダ
３３バイパス管
４１差圧発信器
４２調節器
４３流量計
α 往主管側位置
β 還主管側位置

Claims

供給される熱源水を利用して空調負荷を処理する複数の負荷側機器と、
熱源水の流路となるリバースリターン方式の負荷側配管経路を構成している負荷側往主管及び負荷側還主管と、
複数の前記負荷側機器を、前記負荷側往主管と前記負荷側還主管とに並列的に接続する複数の負荷側枝管と、
熱源水を、前記負荷側往主管に送出する主ポンプと、
熱源水を、対応するそれぞれの前記負荷側枝管及び前記負荷側機器を通して、前記負荷側往主管から前記負荷側還主管に送出する複数の副ポンプと
を備え、
それぞれの前記副ポンプは、対応する前記負荷側機器が受け持つ空調負荷に応じて、対応する前記負荷側機器に適正量の熱源水が供給されるように、その回転数が制御されるようになっており、
前記主ポンプは、前記負荷側往主管における複数の前記負荷側枝管の接続範囲内に設定される任意の往主管側位置と、前記負荷側還主管における複数の前記負荷側枝管の接続範囲内に設定される、前記往主管側位置に対応する還主管側位置との間の送水差圧が略０になるように、その回転数が制御されるようになっていることを特徴とする空調システム。
供給される熱源水を利用して空調負荷を処理する複数の負荷側機器と、
熱源水の流路となるリバースリターン方式の負荷側配管経路を構成している負荷側往主管及び負荷側還主管と、
複数の前記負荷側機器を、前記負荷側往主管と前記負荷側還主管とに並列的に接続する複数の負荷側枝管と、
熱源水を、前記負荷側往主管に送出する主ポンプと、
熱源水を、対応するそれぞれの前記負荷側枝管及び前記負荷側機器を通して、前記負荷側往主管から前記負荷側還主管に送出する複数の副ポンプと、
前記負荷側往主管における複数の前記負荷側枝管の接続範囲内に設定される任意の往主管側位置と、前記負荷側還主管における複数の前記負荷側枝管の接続範囲内に設定される、前記往主管側位置に対応する還主管側位置とを相互に接続する連通管と、
前記連通管を流れる熱源水の流量を検出する流量計と
を備え、
それぞれの前記副ポンプは、対応する前記負荷側機器が受け持つ空調負荷に応じて、対応する前記負荷側機器に適正量の熱源水が供給されるように、その回転数が制御されるようになっており、
前記主ポンプは、前記連通管を流れる熱源水の流量が略０になるように、その回転数が制御されるようになっていることを特徴とする空調システム。