JP3878039B2 - 流量制御用配管システムおよびその施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば建物の空調負荷状態の変動に応じて熱媒流量を可変制御し、経済的かつ省エネルギー効果の高い空調設備の制御等を行う流量制御システムに使用される流量制御用配管システムおよびその施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一次・二次ポンプ方式による空調設備の流量制御システムにおいて、冷温水発生機やヒートポンプ等の熱源機によって作られた熱媒（冷水または温水）は、冷温水一次ポンプにより往一次ヘッダへ圧送された後、冷温水二次ポンプにより往二次ヘッダおよび送水管を経由して空調機へ圧送される。空調機に送られた冷水または温水は空調機内の搬送空気と熱交換をした後、還ヘッダおよび還水管を経由して再び熱源機に戻される。このようにして熱源機に搬送された空調負荷は、冷房時には冷却水回路の冷却水ポンプおよび冷却塔を介して外界へ排出される。このとき、冷温水一次ポンプによって搬送される冷水または温水の流量と、冷温水二次ポンプによって搬送される冷水または温水の流量が平衡すると、往一次ヘッダおよび還水管を連結するバイパス管の流量は０となる。前者の流量が後者の流量よりも大きい場合は、バイパス管には往一次ヘッダから還水管へ向かう流れが形成され、反対に後者の流量が前者の流量よりも大きい場合は、バイパス管には還水管から往一次ヘッダへ向かう流れが形成される。省エネルギーの観点からは、バイパス管流量が０となるような運転が望ましいため、流量制御装置においては、バイパス管内を流れる冷水または温水の状態（流量および流れ方向）を常時計測し、これに基づいて熱源側（熱源機）および負荷側（空調機）のエネルギー需給バランスを判断し、バイパス管流量＝０を目標として冷温水一次ポンプの流量制御を行っている。なお、バイパス管流量を測定する流量計は、バイパス管の管径に適合するものが選定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一次ポンプ・二次ポンプ方式による空調設備の流量制御システムにおいて、バイパス管には主に２つの重要な役割がある。１つは、空調負荷がある場合に、熱源側および負荷側のエネルギー需給バランスに関する情報を流量制御装置に提供することであり、もう１つは、空調負荷が低い場合に、熱源機がその安定稼働のために必要とする冷温水最低流量を常に確保できるようにすることである。大容量の熱源機が制御対象となる空調設備では、確保すべき冷温水最低流量が大きくなるため、それに伴って必然的にバイパス管径やバイパス管流量計の計測レンジも大きくなる。通常、流量計は、口径や計測レンジが大きくなるほど高価になるため、熱源機の容量が大きくなるほど、より高価な流量計を用いなければならず、流量制御システムの導入コストが嵩む要因となっていた。
【０００４】
また、良好な精度の流量計測値を得るためには、流量計が取り付けられる配管上の位置の前後にその口径に比例した長さの直管部を確保しなければならないが、特に大容量の熱源機が制御対象となる場合は、バイパス管に大口径の流量計が設置できるよう、設計・施工段階において、適切な流量計の選定作業、配管ルートの確保や他機器の納まり等の煩雑な検討作業が必要であるという問題点があった。
【０００５】
さらに、空調設備のリニューアルや省エネルギー化等を目的とする改修工事の対応として、既設のバイパス管に対して流量制御用の流量計を取りつける際には、熱源機やポンプ、空調機等の運転を停止させ、バイパス管を含む配管系に冷温水が流れないような処置を施した上で、バイパス管の一部を切断・加工し、流量計を設置する作業を余儀なくされていたため、流量制御システムの導入に時間と手間を要していた。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、より安価な設計・施工コストで導入し得るととともに、建物の空調負荷状態の変動に応じて熱媒流量を可変制御し、経済的かつ省エネルギー効果の高い熱源制御を行うことができる流量制御システムに好適な配管システム、および、施工効率の優れた流量制御用配管システムの施工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、熱源側装置からの熱媒を負荷を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流量制御システムに用いる配管システムであって、負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往ヘッダと、負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側管路に設けられる還ヘッダと、前記往ヘッダおよび前記還ヘッダを連結する第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管よりも小径で、前記往ヘッダおよび前記還ヘッダを連結する第２のバイパス管と、前記第２のバイパス管に設けられてこの管内を流れる熱媒の流量および流れ方向を測定する流れ測定手段とを備え、第２のバイパス管の少なくとも一方の管端部が、往ヘッダまたは還ヘッダの水抜き管に接続されることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、熱源側装置からの熱媒を負荷を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流量制御システムに用いる配管システムの施工方法であって、負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往ヘッダおよび負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側管路に設けられる還ヘッダを連結する既設の第１のバイパス管に熱媒が流れている状態で、熱媒の流量および流れ方向を測定する流れ測定手段を備えた第２のバイパス管を前記往ヘッダおよび前記還ヘッダ間に接続する施工方法として、往ヘッダおよび還ヘッダに弁付き水抜き管を有するヘッダを用い、前記水抜き管の弁を閉止させるステップと、前記水抜き管をＴ字管を介して延伸するとともに、延伸した管の端部に他の弁を設け、この他の弁を閉止させるステップと、前記Ｔ字管の開放分岐部に第２のバイパス管を接続し、前記弁付き水抜き管の弁を開くステップとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施形態例に係る流量制御システムを示す構成説明図である。
【００１５】
図１において、冷温水発生機１１は複数台が並列して設けられ、それぞれに冷温水一次ポンプ１２、冷却塔１３、冷却水ポンプ１４が対応して設けられる。冷温水一次ポンプ１２および冷却水ポンプ１４には、各々インバータＩＮＶが設けられる。１５は空調機、１６は空調機１５を流れる冷温水の流量を制御する二方弁、１７は冷温水二次ポンプである。１８，１９はそれぞれ冷温水発生機１１からの冷水または温水を混合させる往一次ヘッダ、往二次ヘッダであり、２０は冷温水発生機１１へ戻る冷水または温水を混合させる還ヘッダである。第１のバイパス管２１および第２のバイパス管２２は、いずれも往一次ヘッダ１８および還ヘッダ２０を連結するように設けられる。なお、第２のバイパス管２２は第１のバイパス管２１よりも小径であり、管路上には、流量および流れ方向が同時に測定できる流量計２３が設けられる。第２のバイパス管２２の管径は例えば５０Ａ（呼び径＝５０ｍｍ）であり、第１のバイパス管２１と同一の管材のものが用いられる。流量計２３は、電磁流量計または超音波流量計とするのが好ましい。配管系はこれらのバイパス管を境として、冷温水発生機１１等の熱源機器が配置される熱源側と、空調機１５等の負荷機器が配置される負荷側に区分される。
【００１６】
この流量制御システムの通常制御動作は次のようになる。すなわち、冷温水発生機１１によって作られた冷水または温水は、冷温水一次ポンプ１２により往一次ヘッダ１８へ圧送された後、冷温水二次ポンプ１７により往二次ヘッダ１９および送水管２４を経由して空調機１５へ圧送される。空調機１５に送られた冷水または温水は、空調機１５内の搬送空気と熱交換をした後、還ヘッダ２０および還水管２５を経由して再び冷温水発生機１１に戻される。このようにして冷温水発生機１１に搬送された空調負荷は、冷却水回路の冷却水ポンプ１４および冷却塔１３を介して外界へ排出される。このとき、冷温水一次ポンプ１２によって搬送される冷水または温水の流量と、冷温水二次ポンプ１７によって搬送される冷水または温水の流量が平衡すると、第１のバイパス管２１および第２のバイパス管２２の流量は０となる。前者の流量が後者の流量よりも大きい場合は、両バイパス管２１，２２には往一次ヘッダ１８から還ヘッダ２０へ向かう流れが形成され、反対に後者の流量が前者の流量よりも大きい場合は、両バイパス管２１，２２には還ヘッダ２０から往一次ヘッダ１８へ向かう流れが形成される。
【００１７】
２６は空調機１５の負荷状態の変動に応じて冷温水一次ポンプ１２や冷却水ポンプ１４の最適な制御を行う流量制御装置である。流量制御装置２６には、現在の運転状態や負荷状態を監視しデータとして取り込む状態入力部２７と、冷温水一次ポンプ１２や冷却水ポンプ１４の制御信号を演算する流量制御演算部２８と、冷温水一次ポンプ１２や冷却水ポンプ１４に対する制御信号を出力する制御出力部２９が実装される。
【００１８】
流量制御システムの流量制御は図２に示すフローチャートのように実施される。すなわち、状態入力部２７において、各機器の運転状態や温度・流量等の負荷状態に関する信号が周期的に入力・データ変換され、メモリ内の所定アドレスに格納される。次に、流量制御演算部２８では、状態入力部２７からの入力信号に故障や異常を示すデータがなければ、第２のバイパス管２２の流量設定値を目標値とするＰＩＤ制御によって最適な冷温水一次ポンプ１２の制御出力が演算される。第２のバイパス管２２の流量設定値は略０、好ましくは、送水温度の安定性を考慮して往ヘッダから還ヘッダに向かう流れが若干生じる程度に設定される。ここで、冷却水ポンプ１４の制御出力は、設計データを参照して冷温水一次ポンプ１２の制御出力に関する一次式としてあらかじめ定義しておくことにより簡単に算出することができる。一方、状態入力部２７からの入力信号に故障や異常を示すデータがある場合は、流量制御演算部２８では、異常の状態に対応した異常時対応制御が実施される。なお、異常時対応制御には、例えば、冷温水送水（または還水）温度異常に対応する送水（または還水）温度補償制御、冷却水温度異常に対応する冷却水リミット制御、流量不足に起因する流量制御異常に対応する流量制御解除制御、断線等のセンサー異常に対応するセンサー異常時制御などがある。そして、流量制御演算部２８によって演算された最新の制御出力は制御出力部２９へ出力され、冷温水一次ポンプ１２や冷却水ポンプ１４に対する適切な制御信号が各機器に対して出力される。
【００１９】
図３は本発明の実施形態例に係る流量制御用配管システムを示す構成説明図である。図中、図１と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、往一次ヘッダ１８の例えば温度計、圧力計等が取り付けられる計器取付部（予備タッピング）３１には第２のバイパス管２２の一方の管端部が連通して接続され、還ヘッダ２０の例えば温度計、圧力計等が取り付けられる計器取付部（予備タッピング）３２には第２のバイパス管２２のもう一方の管端部が連通して接続される。
【００２０】
図４は本発明の実施形態例に係る他の流量制御用配管システムを示す構成説明図である。図中、図１と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、往一次ヘッダ１８の水抜き管３３には第２のバイパス管２２の一方の管端部が連通して接続され、還ヘッダ２０の水抜き管３４には第２のバイパス管２２のもう一方の管端部が連通して接続される。
【００２１】
図５は本発明の実施形態例に係る流量制御用配管システムの施工方法を示すフロー図である。
【００２２】
すなわち、熱源側装置からの熱媒を、負荷を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流量制御システムに用いる配管システムの施工方法であって、第２のバイパス管を往ヘッダおよび還ヘッダ間に接続する施工方法として、先ず図５（ａ）に示すように、往一次ヘッダ１８に弁付き計器取付管３１を有するヘッダを用い、前記計器取付管３１の弁を閉止させる（ステップ１）。次に図５（ｂ）に示すように、前記計器取付管３１をＴ字管３５を介して上方へ延伸するとともに、延伸した管３５の頂端部に閉塞部材（プラグ）を設ける（ステップ２）。次に図５（ｃ）に示すように、前記Ｔ字管３５の水平方向の開放分岐部に、流量計２３を備えた第２のバイパス管２２の一方の管端部を接続する（ステップ３）。
【００２３】
第２のバイパス管２２のもう一方の管端部を還ヘッダに接続するように、前記ステップ１〜３の処理と同様の処理を実施する。
【００２４】
次に、計器取付管３１の弁を開く。
【００２５】
このような施工方法により、負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往一次ヘッダ１８および負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側管路に設けられる還ヘッダを連結する既設の第１のバイパス管２１に熱媒が流れている状態で、熱媒の流量および流れ方向を測定する流量計２３を備えた第２のバイパス管２２を前記往一次ヘッダ１８および前記還ヘッダ間に接続することができる。
【００２６】
尚、Ｔ字管３５に設けた閉塞部材（プラグ）を開けて計器を取り付けることにより、温度測定、圧力測定等を同時に行うことができる。
【００２７】
図６は本発明の実施形態例に係る他の流量制御用配管システムの施工方法を示すフロー図である。
【００２８】
すなわち、熱源側装置からの熱媒を、負荷を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流量制御システムに用いる配管システムの施工方法であって、第２のバイパス管を往ヘッダおよび還ヘッダ間に接続する施工方法として、先ず図６（ａ）に示すように、往一次ヘッダ１８に第１の水抜き弁３６付き水抜き管３７を有するヘッダを用い、前記第１の水抜き弁３６を閉止させる（ステップ１）。次に図6（ｂ）に示すように、前記水抜き管３７をＴ字管３８を介して下方へ延伸するとともに、延伸した水抜き管（Ｔ字管３８の下方）に第２の水抜き弁３９を設け、この第２の水抜き弁３９を閉止させる（ステップ２）。次に図６（ｃ）に示すように、前記Ｔ字管３８の水平方向の開放分岐部に、流量計２３を備えた第２のバイパス管２２の一方の管端部を接続する（ステップ３）。
【００２９】
第２のバイパス管２２のもう一方の管端部を還ヘッダに接続するように、前記ステップ１〜３の処理と同様の処理を実施する。
【００３０】
次に、第１の水抜き弁３６を開く。
【００３１】
このような施工方法により、負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往一次ヘッダ１８および負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側管路に設けられる還ヘッダを連結する既設の第１のバイパス管２１に熱媒が流れている状態で、熱媒の流量および流れ方向を測定する流量計２３を備えた第２のバイパス管２２を前記往一次ヘッダ１８および前記還ヘッダ間に接続することができる。
【００３２】
尚、第１の水抜き弁３６および第２の水抜き弁３９を開くことにより水抜きすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の配管システムによれば、熱媒送り管および熱媒還り管を連結する第１のバイパス管、ならびに、熱媒送り側および熱媒還り管のヘッダ配管に設けられた計器取付部または水抜き管を有効活用し、両端部がこの計器取付部または水抜管に接続されるような第２のバイパス管を備え、第１のバイパス管よりも小径の第２のバイパス管に流量計が設けられる構成になっている。このため、使用する流量計が所定の小口径のタイプで済むとともに、第２のバイパス管に必要な直管部の長さが短くなるため、流量制御システムの設計工数や導入コストが低減できる。
【００３４】
また、本発明の施工方法によれば、空調設備のリニューアルや省エネルギー化等を目的とする改修工事の対応として、流量計を備えた第２のバイパス管を新設する際に、ヘッダ配管の改造工事が最小限で済むとともに、第１のバイパス管に熱媒が流れている状態のまま、熱源機やポンプ、空調機等を停止させることなく、第２のバイパス管の配管施工を行うことが可能であるため、流量制御システムの施工コストの大幅な削減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る流量制御システムを示す構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る流量制御システムの流量制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態例に係る流量制御用配管システムを示す構成説明図である。
【図４】本発明の実施形態例に係る他の流量制御用配管システムを示す構成説明図である。
【図５】本発明の実施形態例に係る流量制御用配管システムの施工方法を示すフロー図である。
【図６】本発明の実施形態例に係る他の流量制御用配管システムの施工方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１１ 冷温水発生機
１５ 空調機
１８ 往一次ヘッダ
１９ 往二次ヘッダ
２０ 還ヘッダ
２１ 第１のバイパス管
２２ 第２のバイパス管
２３ 流量計
２６ 流量制御装置

Claims (2)

1. 熱源側装置からの熱媒を負荷を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流量制御システムに用いる配管システムであって、
   負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往ヘッダと、
   負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側管路に設けられる還ヘッダと、
   前記往ヘッダおよび前記還ヘッダを連結する第１のバイパス管と、
   前記第１のバイパス管よりも小径で、前記往ヘッダおよび前記還ヘッダを連結する第２のバイパス管と、
   前記第２のバイパス管に設けられてこの管内を流れる熱媒の流量および流れ方向を測定する流れ測定手段とを備え、
   第２のバイパス管の少なくとも一方の管端部が、往ヘッダまたは還ヘッダの水抜き管に接続されることを特徴とする流量制御用配管システム。
2. 熱源側装置からの熱媒を負荷を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流量制御システムに用いる配管システムの施工方法であって、
   負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往ヘッダおよび負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側管路に設けられる還ヘッダを連結する既設の第１のバイパス管に熱媒が流れている状態で、熱媒の流量および流れ方向を測定する流れ測定手段を備えた第２のバイパス管を前記往ヘッダおよび前記還ヘッダ間に接続する施工方法として、
   往ヘッダおよび還ヘッダに弁付き水抜き管を有するヘッダを用い、前記水抜き管の弁を閉止させるステップと、
   前記水抜き管をＴ字管を介して延伸するとともに、延伸した管の端部に他の弁を設け、この他の弁を閉止させるステップと、
   前記Ｔ字管の開放分岐部に第２のバイパス管を接続し、前記弁付き水抜き管の弁を開くステップと
   を備えたことを特徴とする流量制御用配管システムの施工方法。

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