JP4787035B2 - 温水式暖房システム及びその運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、温水配管を介して温水を循環することにより、複数の温水端末器に温熱を供給する温水式暖房システムに係り、特に、複数の温水端末器から熱源機の加熱能力を超えて同時使用要求があったときにも、快適性、利便性を損なうことなく温水端末器に温熱供給可能な温水式暖房システム及びその運転制御方法に関する。

一台の熱源機に複数の温水端末器が接続される温水式暖房システムにおいて、熱源機の加熱能力を超える同時使用要求の際には、各温水端末器については能力低下が免れない。これを防止するため、優先度の低い温水端末器（ファンコンベクター）のファン回転数を下げて、優先度の高いファンコンベクターの能力確保を図る技術が公知である（例えば特許文献１）。しかし、この技術では例えば床暖房のようにファンを持たない温水端末器には対応できないという問題がある。

さらに、熱源機に接続される温水端末器の温水循環路にそれぞれ開閉弁を設け、同時使用の際には熱源機側から各温水端末器に優先順位を指示する信号を送信し、優先選択された温水端末器の開閉弁を開き、選択されなかった温水端末器の開閉弁を閉じることにより制御する技術が提案されている（例えば特許文献２）。
特開平９−３１０８７１号公報 特開２００４−３２４９７６号公報

しかし、特許文献２の技術において優先順位を設ける目的は、熱源機から供給する温水温度を一義的に設定することにある。すなわち、複数の温水端末器から異なる温水温度要求を受けた際に、優先順位の高い温水端末器のみに設定温度の温水を供給するものである。このため、仮に要求される温水温度が同一であったときは複数の温水端末器が同時運転されることになり、熱源機の加熱能力を超える同時使用要求があったときには、各温水端末器の能力低下の問題は依然として解消されないことになる。また、優先順位をその都度使用者に選択させることは煩雑であり、利便性に欠ける。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、熱源機の加熱能力を超える同時使用要求の際にも快適性、利便性を損なうことなく、温水端末器に温熱供給可能な温水式暖房システム及びその運転制御方法に関する技術を提供するものである。

本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、
（１）熱源機と、優先運転順位が定められた複数の温水端末器と、を備えた温水式暖房システムにおいて、複数の温水端末器の同時運転要求時に、最初に全ての対象温水端末器を運転開始させ、温水往き側温度が第一の閾値以下となったときは、優先運転順位下位の温水端末器から順次、運転待機させて行き、第一の閾値を超える所定の温度となったときは、運転待機状態の温水端末器のうち優先運転順位上位の温水端末器から順次待機解除して行く、ことを特徴とする温水式暖房システムの運転制御方法である。

「優先運転順位」は、必ずしも一の温水端末器について１：１に定められている必要はなく、１：２以上であってもよい。例えば、床暖房パネルについて、立ち上がり時（ホットダッシュ時）と定常時とで、異なる優先順位を設定（すなわち、立ち上がり時の優先順位を高く）することもできる。
「温水端末器」には、「風呂追焚機能」を含めることができる。風呂追焚機能は厳密にいえば熱源機が持つ機能であるから、本来的には温水端末器には含まれないことになる。しかし、使用者は、一般に浴槽近傍に設置されたリモコンにより追焚運転操作を行うことから、他の温水端末機と同一に認識する。また、本発明の作用・効果上も他の温水端末器と同一と見做し得るため、温水端末器として扱うことができる。
「同時運転要求時」とは、必ずしも複数の温水端末器が同時にスイッチＯＮされた状態を意味するものではなく、ある温水端末器が運転されている状態で他の温水端末器が運転開始要求された場合をも含む概念である。

（２）この場合、さらに、温水往き側温度が前記第一の閾値より小さい第二の閾値以下のときは、複数の温水端末器を同時に運転待機させることを特徴とする
閾値を２段階とし、温水温度の低下が著しいときは複数の温水端末器を運転待機させることにより、設定温度への復帰を早めることができる。
（３）上記において、各温水端末器の必要加熱量情報を、さらに備え、かつ、最初に全ての対象温水端末器を運転開始させることに替えて、対象温水端末器の必要加熱量の積算値が前記熱源機の最大加熱量を超えるときは、優先運転順位下位の一又は複数の温水端末器を運転開始対象から外して運転待機させる、ことを特徴とする。

このような制御により、熱源機の最大加熱量以内で温水端末器を運転開始させるため、循環温水温度低下を回避できる確率が高くなる。
（４）熱源機と、優先運転順位が定められた複数の温水端末器と、を備えた温水式暖房システムにおいて、複数の温水端末器の同時運転要求時に、最初に優先運転順位最上位の温水端末器を運転開始させ、温水往き側温度が所定の閾値以下となるまで、運転待機状態の温水端末器のうち優先運転順位上位の温水端末器から順次運転開始させて行き、当該閾値を下回る所定の温度となったときは、運転状態の温水端末器のうち優先運転順位下位の温水端末器から順次運転待機させて行く、ことを特徴とする温水式暖房システムの運転制御方法である。

このような制御により、優先運転順位に従って順次、温水端末器を運転開始させるため、循環温水温度低下を回避できる。
（５）上記各発明において、温水往き側温度に替えて温水往き側温度変化率を用いることを特徴とする。
（６）また、温水往き側温度に基づく判定を、所定の時間ごとに行うことを特徴とする。
（７）さらに、前記所定の時間を運転時間の経過とともに変化させることを特徴とする。
このような制御を行うことにより、立ち上がり時間をさらに短縮することができる。
（８）さらに、前記熱源機が二温度制御方式の機器であり、かつ、高温制御運転時に前記制御を行うことを特徴とする。
ここにいう高温運転には、床暖房パネル立ち上がり時のいわゆるホットダッシュ運転（高温サーミスタによる温度制御を含む。
（９）さらに、優先運転順位が同一の複数の温水端末器を有し、かつ、当該複数の温水端末器が運転待機状態のときは、所定の時間ごとに当該複数の温水端末器間で運転待機する温水端末器をローテーションさせることを特徴とする。
このような制御を行うことにより、例えば床暖房パネルのように立ち上がりに時間を要し、かつ、複数系統を均等に立ち上げたい端末器について、優先運転順位の高い他の端末器の立ち上がりに影響を及ぼすことなく、目的を達成できる。

（１０）上記において、一の温水端末器に対して複数の優先運転順位が設定されていることを特徴とする。
このような制御を行うことにより、同一温水端末器について運転条件によって優先順位を変化させることができ、より快適な暖房が可能になる。

本発明によれば、立ち上がり時等に熱源機の加熱能力を超えて同時使用要求があったとしても、予め設定された優先順位に従って自動的に温水供給が行われるため、快適性、利便性を確保するとともに、システム全体として立ち上り時間を短縮可能とする効果がある。

また、既存の熱源機に搭載されている出湯温度センサ（高温サーミスタ）を利用でき、かつ、制御に必要なテーブルも最小限で足りるため、コストダウンに資する。
また、使用者にその都度優先順位を選択させる手間が不要であるため、利便性が高いという効果がある。

以下、本発明に係る温水式暖房システムの実施形態について、図１乃至８を参照してさらに詳細に説明する。なお、重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（第一の実施形態）
本実施形態は、高温サーミスタ温度に基づいて運転待機する温水端末器の決定を行うことを特徴とし、主として上記（１）の発明に対応する。図１は、本実施形態に係る温水式暖房システム１の全体構成を示すものである。図２は熱源機２内部の詳細構成を示す図である。図３は、本実施形態の制御フローを示す図である。図４は、各温水端末器の優先運転順位テーブルの内容を概念的に示す図である。

図１を参照して、温水式暖房システム１は熱源機（給湯暖房機）２、低温端末器である床暖房パネル３ａ乃至３ｃ、高温端末器であり、浴室７の天井部に設置される浴室暖房機４、ミストサウナ５、及び後述する風呂追焚系統を主要構成として備えている。

まず、温水式暖房システム１の温水循環系統の構成は以下の通りである。往側系統は高温往側系統１１と低温往側系統１２の２系統により構成されている。高温往側系統１１は、往側ヘッダ８で分岐して浴室乾燥暖房機４、ミストサウナ５に温水を供給する往側配管Ｈ１、Ｈ３から成る。また、低温往側系統１２は、床暖房パネル３ａ乃至３ｃに温水を供給する往側配管Ｈ５、Ｈ７、Ｈ９から成る。戻側系統１３は各端末器からの戻側配管Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８、Ｈ１０を経由して戻側ヘッダ９に合流する回路から成る。往側配管Ｈ１の浴室暖房機４近傍には閉止弁である熱動弁Ｖ１が、往側配管Ｈ３のミストサウナ５近傍には熱動弁Ｖ２が設けられている。また、往側配管Ｈ５、Ｈ７、Ｈ９の熱源機２出口近傍には熱動弁Ｖ３乃至Ｖ５が設けられている（図２参照）。

風呂追焚系統は、熱源機２と浴槽６とを結ぶ追焚往側配管Ｂ１、追焚戻側配管Ｂ２により構成されており、熱源機２の自動風呂機能に基づいて追焚循環又は注湯が行われる。
次に図２を参照して、熱源機２は筐体２ａ内部に開放型シスターン２３，給湯回路部２５、暖房用燃焼部２２、液液熱交換器である追焚用熱交換器２４、及び給湯・暖房・自動風呂制御を行う制御部２１を備えている。暖房用燃焼部２２は、バーナ２２ｂ、燃焼用ファン２２ｃ、熱交換部２２ａ、燃焼室（図示せず）、排気部（図示せず）等を一体化した構成を備えている。また、詳細図示を省略するが、給湯用回路２５はバーナ、燃焼用ファン、熱交換部、燃焼室、排気部等を一体化した構成を備えている。さらに、熱源機２はエネルギー源であるガス供給系統（図示せず）を備えている。

熱源機２内部の暖房系統の構成は以下の通りである。高温系統往側は、シスターン２３内の貯（温）水が循環ポンプ２９により配管Ｈ１３を経由して暖房用燃焼部２２に送られ高温水となり、分岐Ｐ３→配管Ｈ１２を経由して往側ヘッダ８に至る。低温系統往側については、シスターン２３内の温水が循環ポンプ２９→Ｐ２を経てＰ４で分岐後、熱動弁Ｖ３乃至Ｖ５を経由して配管Ｈ５、Ｈ７、Ｈ９を経由して床暖房パネル３ａ乃至３ｃに送られる。また戻側系統は、上述のように各温水端末器の戻側配管を経て戻側ヘッダ９で合流した温水が、配管Ｈ１５を経由してシスターン２３に戻される。さらに配管Ｈ１２と配管Ｈ１５間にはバイパス配管Ｈ１６が設けられている。熱動弁Ｖ６の開度を調節することにより、床暖房パネル立ち上がり時（ホットダッシュ運転時）に、シスターン２３の貯湯温度を高温（例えば７５℃）に制御可能に構成されている。

次に、風呂追焚系統は一次側と二次側の２つの回路により構成されている。一次側回路は、シスターン２３→循環ポンプ２９→分岐Ｐ２→配管Ｈ１３→暖房用燃焼部２２→分岐Ｐ３→追焚用熱交換器２４→配管Ｈ１４を経てシスターン２３に戻る回路により構成される。二次側回路は、熱交換器２４から追焚往側配管Ｂ１を経て浴槽６に供給される往側回路と、浴槽から追焚戻側配管Ｂ２を経て循環ポンプ２８→熱交換器２４に戻る戻側回路により構成されている。
熱源機２の温水温度制御は二温度制御方式であり、浴室乾燥暖房機４、ミストサウナ５等の高温端末器使用時、又はホットダッシュ運転時には高温サーミスタ３０による温度制御（高温制御運転）を行い、床暖房パネルのみの定常運転時には低温サーミスタ（図示せず）による温度制御（低温制御運転）を行う。

次に、温水式暖房システム１の運転制御系統について説明する。制御部２１は、いずれも不図示のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び記憶部２１ａ等を備え、各センサの検出値、使用者の要求に対応して、ＲＯＭに格納されている所定のプログラムに従い後述の各制御を行う。記憶部２１ａには、後述のように熱源機２及び各温水端末器の運転制御に必要なプログラムが格納されている。制御部２１と各温水端末器のコントローラ（図示せず）間は信号線（図示せず）で接続されており、温水端末器のＯＮ−ＯＦＦ操作、設定温度変更、タイマー設定等の情報が制御部２１に送信されるように構成されている。同様に、制御部２１と熱動弁Ｖ１乃至Ｖ３間も信号線（図示せず）で接続されており、制御部２１から各熱動弁の開閉指示を行えるように構成されている。

次に、本実施形態について各温水端末器の優先運転順位は図４の通りである。ここでは、後述の制御フロー説明の便宜のため優先順位に従って各温水端末器にＤ１乃至Ｄ６の記号を付してある。なお、これらの情報は施工時にインプットされ、熱源機２の記憶部２１ａに格納されている。

温水式暖房システム１は以上のように構成されており、次に、図３をも参照して高温端末器同時運転要求、ホットダッシュ運転要求等、本制御のトリガーが掛かったときの制御フローについて説明する。ここでは端末器Ｄ１乃至Ｄ４から同時運転要求があった場合を想定する。本制御のトリガーが掛かると（ステップＳ１０１）、まず対象端末器Ｄ１乃至Ｄ４が全て運転開始される（ステップＳ１０２）。次いで、優先運転順位最下位端末器の初期設定が行われる（ステップＳ１０３）。ここでは、ｎ＝４、すなわち端末器Ｄ４（床暖房パネル３ａ）が設定される。運転開始後、５分間経過したか否かが判定され（ステップＳ１０４）、該当するときは高温サーミスタ温度Ｔが閾値（７５℃）以下となったか否かが判定される（ステップＳ１０５）。閾値以下となったときは、優先順位最下位の端末器Ｄｎ（Ｄ４）が既に運転待機状態か否かが確認され（ステップＳ１０６）、Ｄｎが運転状態であれば運転待機させる（ステップＳ１０７）。上述のように、本制御開始時は対象端末器Ｄ１乃至Ｄ４が全て運転状態であるため（ステップＳ１０２）、この条件に該当することになる。運転待機は熱動弁Ｖ３の閉止により行われる。

ステップＳ１０６において、既に運転待機状態の温水端末器があるときは、優先運転順位一ランク上の端末器Ｄｎ−１（Ｄ４が運転待機状態のときはＤ３（浴室暖房機４））を運転待機させることになる（ステップＳ１０９）。そして待機候補設定が１ランク繰り上げ（ｎ＝ｎ−１）られる（ステップＳ１１０）。また、ステップＳ１０５において、立ち上がり時から定常状態への移行等により、高温サーミスタ温度が閾値以上になったときは、その時点において運転待機端末器があるか否かが判定され（ステップＳ１１１）、該当するときは待機端末器のうち優先順位最上位の端末器Ｄｎの待機が解除される（ステップＳ１１２）。これに伴って待機候補設定が一段繰り下げ（ｎ＝ｎ＋１）られる（ステップＳ１１３）。

本制御中に制御停止要求（例えば、対象端末器全ての運転停止要求等）がなければ（ステップＳ１０８においてＮＯ）、ステップＳ１０４に戻り５分ごとに上記ステップを繰り返す。制御停止要求があったときは、本制御を終了する（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）。

なお、本実施形態では閾値を高温サーミスタ温度Ｔに基づいて設定する形態としているが、これに替えて温度変化率に基づいて設定する形態とすることもできる。
また、温度判定インターバルの設定を一定時間（５分間）としたが、間隔を伸縮することができる。また、一定間隔ではなく、運転時間の経過とともに変化させる形態とすることもできる。

（第二の実施形態）
次に、図５をも参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、主として上記（２）の発明に対応する。本実施形態の構成は第一の実施形態に係る温水式暖房システム１と同一であるので、重複説明を省略する。本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、第一の実施形態では、高温サーミスタ温度が閾値を下回ったときにその時点における運転中の端末器のうち、優先順位最下位の端末器１台のみ運転待機させるのに対して、本実施形態では２段階の閾値を持ち、低温の閾値以下となったときは複数の温水端末器を同時に運転待機させることである。

図５において、ステップＳ２０１からステップＳ２０４までは上述の実施形態と同一であるので重複説明を省略する。次に、高温サーミスタ温度が第一の閾値（７５℃）以下か否かが判定される（ステップＳ２０５）。７５℃以下のときは、優先順位最下位の端末器Ｄｍが運転待機状態か否かが確認される（ステップＳ２０６）。Ｄｍが運転待機状態でないときは、これを運転待機させる（ステップＳ２０６１）。本制御開始時は対象端末器が全て運転状態であるため、高温サーミスタ温度が閾値以下のときはこの条件に該当することになる。次いで、高温サーミスタ温度が第二の閾値（ここでは６５℃）以下か否かが判定される（ステップＳ２０７）。該当する場合には、端末器Ｄｍより優先順位が１ランク上位の端末器Ｄｍ−１（Ｄ４が運転待機状態のときはＤ３）を運転待機させる（ステップＳ２０８）。これに伴って待機候補設定が一ランク繰り上げられる（ｍ＝ｍ−１）（ステップＳ２０９）。

ステップＳ２０５において、高温サーミスタ温度が第一の閾値を上回ったときは、待機端末器のうち優先順位最上位の端末器Ｄｍの運転待機が解除される（ステップＳ２１２）。これに伴って待機候補設定が一段繰り下げられる（ステップＳ２１３）。なお、ステップＳ２１１は待機状態にある端末器がない場合のステップである。以下、第一の実施形態と同様であるので重複説明を省略する。

（第三の実施形態）
さらに本発明の他の実施形態について、図６、７をも参照して説明する。本実施形態の構成についても、第一の実施形態に係る温水式暖房システム１と同一であるので、重複説明を省略する。本実施形態が上述の実施形態と異なる点は、上述の実施形態では優先順位が一義的に定まっていたのに対して、本実施形態では優先順位同一の温水端末器が複数存在する点である。さらに、優先順位同一の端末器が運転待機に該当したときは、一定時間ごとに待機端末器をローテーションさせる点である。図７は、本実施形態における各温水端末器の優先運転順位情報テーブルを示す図である。図４との相違点は、床暖房パネル３ａ乃至３ｃが優先順位４で同一という点である（ここでは説明の便宜上、床暖房パネル３ａ乃至３ｃをＦ１乃至Ｆ３とする）。

本実施形態は、図３のフロー（メインフロー）においてステップＳ１０７のＤｎがＦ１乃至Ｆ３に該当したときに適用される。図６を参照して、最初にｊ＝１に設定される（ステップＳ３０１）。すなわち、床暖房パネルＦ１が運転待機状態となり、他の床暖房パネルＦ２、Ｆ３が運転状態となる（ステップＳ３０２）。この状態で運転状況変更があったときは（例えば、運転停止要求等）、メインフローに移行する（ステップＳ３０３においてＹＥＳ）。次いで、当該運転条件で所定の時間（ここでは１０分間）経過したか否かの判定が行われ、該当しないときはこの状態が維持される（ステップＳ３０４においてＮＯ）。１０分間経過したときは（ステップＳ３０４においてＹＥＳ）、ｊ＝ｊ＋１（＝２）として運転待機ローテーションが行われる（ステップＳ３０５）。すなわち、ステップ３０１に戻って、床暖房パネルＦ２を運転待機状態とし、床暖房パネルＦ１、Ｆ３を運転状態とする。なお、ステップＳ３０５によりｊ＞３となったときはステップＳ３０１に戻って、Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３のローテーションを繰り返す。なお、ローテーションは熱動弁Ｖ３乃至Ｖ５の開閉切り替えにより行うことができる。

（第四の実施形態）
さらに本発明の他の実施形態について、図８をも参照して説明する。本実施形態の構成についても、第一の実施形態に係る温水式暖房システム１と同一である。また、制御フローについても図３と同一である。本実施形態が第一の実施形態と異なるのは、第一の実施形態では床暖房パネル３ａ乃至３ｃについて優先順位が各１つ設定されているのに対して、本実施形態では立ち上がり時（ホットダッシュ時）と定常時とで、異なる優先順位が設定されている点である。すなわち、図８を参照して、床暖房パネル３ａの優先順位は、ホットダッシュ時は４位であるのに対して、定常時では７位に設定されている。床暖房パネル３ｂ、３ｃについても同様である。優先順位をこのように設定したので、図３の制御フローに従って床暖房パネル間で競合したときは、ホットダッシュ状態の床暖房パネルが優先して暖房されることになる。
なお、本実施形態では床暖房パネルホットダッシュ時の優先順位を他の温水端末器よりは下位に設定したが、これに限らずさらに上位に設定することもできる。

上記各実施形態において例示した運転制御方法を、単独ではなく、適宜、複数組み合わせた実施形態とすることも可能である。

本発明は、熱源を問わず複数の温水端末器を接続する温水式暖房システムに広く利用可能である。

温水式暖房システム１を示す図である。 熱源機２内部構成の詳細を示す図である。 第一の実施形態の制御フローを示す図である。 第一の実施形態における各温水端末器の優先運転順位テーブルの内容を概念的に示す図である。 第二の実施形態の制御フローを示す図である。 第三の実施形態の制御フローを示す図である。 第二の実施形態における各温水端末器の優先運転順位テーブルの内容を概念的に示す図である。 第三の実施形態における各温水端末器の優先運転順位テーブルの内容を概念的に示す図である。

符号の説明

１ 温水式暖房システム
２ 熱源機
３ａ〜３ｃ 床暖房パネル
４ 浴室暖房機
５ ミストサウナ
２１ 制御部
２２ 暖房用燃焼部
２３ 開放型シスターン
２４ 追焚用熱交換器
２９ 循環ポンプ
３０ 高温サーミスタ
Ｂ１ 追焚往側配管
Ｂ２ 追焚戻側配管
Ｖ１〜Ｖ６ 熱動弁

Ｈ１〜Ｖ１０ （温水）配管
Ｈ１１〜Ｖ１６ （機内）配管

Claims (2)

1. 熱源機と、優先運転順位が定められた複数の温水端末器と、を備えた温水式暖房システムにおいて、
   複数の温水端末器の同時運転要求時に、最初に全ての対象温水端末器を運転開始させ、
   温水往き側温度が第一の閾値以下となったときは、優先運転順位下位の温水端末器から順次運転待機させて行き、
   温水往き側温度が前記第一の閾値より小さい第二の閾値以下のときは、複数の温水端末器を同時に運転待機させ、
   第一の閾値を超える所定の温度となったときは、運転待機状態の温水端末器のうち優先運転順位上位の温水端末器から順次待機解除して行く、
   ことを特徴とする温水式暖房システムの運転制御方法
2. 請求項１において、各温水端末器の必要加熱量情報を、さらに備え、かつ、最初に全ての対象温水端末器を運転開始させることに替えて、
   対象温水端末器の必要加熱量の積算値が前記熱源機の最大加熱量を超えるときは、優先運転順位下位の一又は複数の温水端末器を運転開始対象から外して運転待機させる、
   ことを特徴とする温水式暖房システムの運転制御方法。

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