JP4897850B2 - 空調用冷却塔性能評価システム - Google Patents

Description

本発明は、空調装置を冷房運転する際に、空調対象現場を冷房する空調機と冷房用熱源との間を循環する冷房用水の温度を下げるために備えられた冷房用熱源の凝縮器放熱のために設けられた冷却塔の性能評価をするための空調用冷却塔性能評価システムに関する。

従来、冷房用熱源や、空調対象現場を冷房する空調機、その空調機と冷房用熱源との間を循環する冷房用水の温度を下げるための冷房用熱源の凝縮器放熱のために設けられた冷却塔などが空調現場に設置される。これらの空調機器が現場に設置され、運転されるようになると、冷却塔の性能評価試験を行うという事例は殆どなく、充填材の汚れ具合などを目視して、どの程度、性能に影響を与えているかをアフターサービス等で判断する程度である。

しかしながら、冷却塔は、冷房用熱源の凝縮器の放熱のために重要であり、冷房用熱源を省エネルギーの観点から効率良く稼働させるためには、空調現場に冷却塔が設置された後でも、継続的にその性能を評価可能にすることが必要である。

冷却塔の性能評価試験などを現場設置後に行うという技術的文献は見当たらない。

そこで本発明では、冷房用熱源の放熱のために重要な冷却塔が現場に設置されて通常の稼動が行われるようになっても、冷却塔の性能を継続的に評価することができる空調用冷却塔性能評価システムを提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題は、特許請求の範囲の欄に記載した空調用冷却塔性能評価システムにより解決することができる。
本発明の空調用冷却塔性能評価システムによれば、冷却塔の性能を評価する場合、冷却塔用水流量計測手段が、冷却塔と冷房用熱源との間を循環する冷却塔用水の流量を計測するとともに、冷却塔用水入口側温度計測手段が、冷却塔入口側における冷却塔用水の温度を計測し、冷却塔用水出口側温度計測手段が、冷却塔出口側における冷却塔用水の温度を計測することができ、評価手段は、前記冷却塔を予め決められた評価可能条件で運転させるとともに、前記冷房用熱源の出口から前記空調機へ送出される前記冷房用水の一部を前記冷房用熱源の入口側へ戻すことにより前記冷房用水の温度を一定に調整制御して強制的に前記冷房用熱源を予め決められた安定した条件で運転した状態で、前記冷却塔用水流量計測手段により計測された前記冷却塔用水の流量と前記冷却塔用水入口側温度計測手段により計測された前記冷却塔入口側における冷却塔用水温度と前記冷却塔用水出口側温度計測手段により計測された前記冷却塔出口側における冷却塔用水温度とに基づいて、冷却塔の設計製作時の本来性能値との比較で当該冷却塔の現在の劣化度合いを評価することができる。
このように、冷房用熱源の凝縮器放熱のために重要な冷却塔が現場に設置されて通常の稼動状態になっても、冷却塔の性能を継続的に評価することができる。

本発明によれば、冷房運転時に、冷房用熱源の放熱のために重要な冷却塔が現場に設置されて通常の稼動が行われるようになっても、冷却塔の性能劣化を早期に発見できるため、必要に応じてメンテナンスを行い、冷却塔の性能を回復することによって、空調用熱源（冷房用熱源）のエネルギーの無駄な使用を防ぐことができる。

冷却塔を有する空調システムの全体的な構成を示した説明図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、冷房用熱源１、及び冷房用熱源１の放熱のための冷却塔２を備えた空調装置３の全体的な構成を示した空調システム系統図であり、この空調装置３は、あるビルディングに設置されている。尚、冷房用熱源１は、凝縮器を備えており、冷却塔２は凝縮器の放熱のために重要なものである。冷房用熱源１は、冷房用水を生成してエアハンドリングユニット（ＡＨＵ）１２、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）１３などから成る空調機との間を循環させる。

図１に示すように、冷房用熱源１の出口側に接続されている配管３には、エアハンドリングユニット１２、ファンコイルユニット１３との間で循環される冷房用水の温度を検出する温度計４が取り付けられている。また、冷房用熱源１の冷房用水入口側に接続されている配管５にはポンプ６が取り付けられているとともに、冷房用熱源１の冷房用水入口側から流入する冷房用水の流量を計測する電磁流量計７と、当該冷房用水の温度を計測する温度計８とが取り付けられている。

尚、冷房用熱源１の冷房用水入口側に接続されている配管５には、後述の温度調整用の三方弁１０が取り付けられている。この三方弁１０の一方の入水側は、冷房用熱源１の冷房用水出口側に連通されているバイパス管１８が接続されている。また、三方弁１０の他方の入水側には、エアハンドリングユニット１２、ファンコイルユニット１３を通過した冷房用水を冷房用熱源１に戻すための配管１４が接続されている。そして、この三方弁１０の吐水側には、前述のポンプ６、電磁流量計７、温度計８が取り付けられた配管５が接続されている。

前記冷房用熱源１の冷房用水出口側に接続されている配管３には、当該冷房用熱源１から送出される冷房用水の温度を計測する温度計４が取り付けられており、その配管３の他端はヘッダー（管寄せ）２０に接続されている。ヘッダー２０を介した冷房用水は、ポンプ２１によりポンプアップされ、前記エアハンドリングユニット１２、ファンコイルユニット１３に供給される。尚、ポンプ２１に並列に、流量調整用二方弁２２が接続されている。また、エアハンドリングユニット１２、ファンコイルユニット１３の出口側には流量調整用二方弁２３，２４が取り付けられており、流量調整用二方弁２３，２４の吐出口は、ヘッダー２５に接続された配管２６，２７と接続されている。尚、このヘッダー２５には上述のエアハンドリングユニット１２、ファンコイルユニット１３を通過した冷房用水を冷房用熱源１に戻すための前述の配管１４が接続されている。

冷房用熱源１の図示していない凝縮器から放熱させるために設けられた冷却塔２は、前述の冷却塔用水を冷却するものである。冷房用熱源１と冷却塔２の間に接続された配管１５には、冷却塔用水の流量を計測する電磁流量計１７と、冷却塔用水の冷却前の水温を計測する温度計４１ａとが取り付けられている。また、冷房用熱源１と冷却塔２の間に接続された他方の配管１６には、冷却塔用水の冷却後の流量を調整する調整用二方弁２３と、冷却塔用水の冷却後の水温を計測する温度計４１ｂと、冷却後の冷却塔用水をポンプアップして冷房用熱源１に流すポンプ１９とが取り付けられている。尚、配管１５と配管１６との間には、冷却塔２に冷却塔用水を流さずに、直接、冷却塔用水を配管１５と配管１６との間で流すことが可能な二方弁２４が接続されている。

図１に示しているコントロールパネル３１の調整制御部３２は、前述の冷房用熱源１、ポンプ６，２１、三方弁１０、二方弁２２，２３，２４などを調整制御するものであり、空調装置３を冷房運転する場合や、現場に設置されたあとで冷却塔２を後述のように性能評価する場合などに、上記ポンプ、三方弁、二方弁などの空調機器を調整制御する。

また、このコントロールパネル３１には計測部３３が設けられていて、この計測部３３は、前記温度計４で検出された冷房用熱源１の冷房用水出口側における冷房用水の温度検出信号、及び前記温度計８で検出された冷房用熱源１の冷房用水入口側における冷房用水の温度検出信号を入力し、それぞれの温度を計測する。また、この計測部３３は、電磁流量計７からの流量検出信号を入力し、冷房用熱源１に流入する冷房用水の流量を計測する。

また、コントロールパネル３１には評価部３４が設けられている。この評価部３４は、冷却塔２が現場に設置されたあとで、冷却塔２を性能評価する場合に用いられる。この性能評価の場合、基本的には冷却塔２が冷房用熱源１の凝縮器から放熱させるための冷却塔用水の温度をどれだけ下げることができるかによって決まる。冷却塔２から出る冷却塔用水の出口温度は、冷却塔２に入る冷却塔用水の入口温度、冷却塔用水の流量、冷却塔２に備えられたファンによる送風量、外気湿球温度などによって決定される。性能評価の精度を高めるためには、上記のいずれの項目も安定した状態であることが必要である。上記項目のうち、冷却塔用水の流量、ファンによる送風量は固定することが可能であるとともに、外気湿球温度は気温の安定した時間帯を選定すればよい。

そこで問題となるのが冷却塔２の冷却塔用水入口水温であり、この温度は冷房用熱源１の運転状態により変動する。従って、冷房用熱源１が一定の出力で運転されていれば、冷却塔用水入口水温（冷房用熱源１から冷却塔２に送られる冷却塔用水の温度）は基本的には安定状態となる。

冷却塔２の性能判定としては、能力通りの冷却温度の冷却塔用水が生成されていれば良いことになる。尚、能力通りの温度の冷却塔用水温度とは、冷却塔２の設計製作時において行われたソフトウエアシミュレーションにより求めた値とする。このソフトウエアシミュレーションの一例として、入力値としては、冷却塔の冷却能力（ＫＷ）、冷却塔用水の冷却水量（Ｌ／ｍｉｎ）、ファン風量（ｍ^３／ｈ）、設計外気湿球温度（℃）、設計冷却塔用水入口温度（℃）、設計冷却塔用水出口温度（℃）、試験時の外気湿球温度（℃）、試験時の冷却塔への冷却塔用水の入口水温（℃）とし、出力値としては、試験時の冷却塔からの冷却塔用水の出口水温（℃）とする。

冷房用熱源１を安定運転させて冷却塔２の性能を評価する場合、冷房用熱源１から送出されて前記エアハンドリングユニット１２、ファンコイルユニット１３の空調機を通過した冷房用水が冷房用熱源１に戻るという冷房用水の温度を一定にすることが必要である。そこで、コントロールパネル３１の調整制御部３２は、冷房用熱源１の出口から送出された冷房用水の一部を配管１８を介して前述の３方弁１０に戻すことにより冷房用水の温度を一定にするように当該３方弁１０を調整制御する。このように冷房用水の温度を一定に調整した状態（冷房用熱源１が一定の出力で運転を行っていると同じような状態、即ち、冷房用熱源１を強制的に所定の安定した運転状態にすること。）で、計測部３３は、冷却塔２への冷却塔用水の入口水温を温度計４１ａで計測するとともに、冷却塔２からの冷却塔用水の出口温度を温度計４１ｂで計測する。

尚、評価部３３は、冷却塔２の設計製作時において行われた前述のシミュレーションに準じたシミュレーションソフトを有しており、上述のように冷却塔２からの冷却塔用水の出口温度が温度計４１ｂで計測されると、その値を上記シミュレーションソフトに入力することにより、冷却塔２の設計製作時において行われたシミュレーションで求められた冷却塔用水の出口温度と比較し、冷却塔２の本来の性能に対する劣化度合いを評価する。そして、この評価度合いは表示部３５に表示される。

上記のように、冷却塔２を現場に設置して稼働状態になった場合でも、冷却塔２の性能が正確に把握できるようになると、冷却塔２の性能劣化を早期に発見できるため、必要に応じてメンテナンスを行い、冷却塔２の性能を回復することによって、空調用熱源（冷房用熱源）のエネルギーの無駄な使用を防ぐことができる。

１ 冷房用熱源
２ 冷却塔
４，５，４１ａ，４１ｂ 温度計
７，１７ 電磁流量計
１０ 三方弁
１２ エアハンドリングユニット
１３ ファンコイルユニット
３１ コントロールパネル
３２ 調整制御部
３３ 計測部
３４ 評価部
３５ 表示部

Claims (1)

1. 空調装置を冷房運転する際に、空調対象現場を冷房する空調機と冷房用熱源との間を循環する冷房用水の温度を下げるために備えられた冷房用熱源の凝縮器放熱のために設けられた冷却塔の性能を評価するための空調用冷却塔性能評価システムであって、
   前記冷却塔と前記冷房用熱源との間を循環させて前記冷房用水の温度を下げるための冷房用熱源の凝縮器放熱のための冷却塔用水の流量を計測する冷却塔用水流量計測手段と、
   前記冷却塔入口側における前記冷却塔用水の温度を計測する冷却塔用水入口側温度計測手段と、
   前記冷却塔出口側における前記冷却塔用水の温度を計測する冷却塔用水出口側温度計測手段と、を備え、
   前記冷却塔を予め決められた評価可能条件で運転させるとともに、前記冷房用熱源の出口から前記空調機へ送出される前記冷房用水の一部を前記冷房用熱源の入口側へ戻すことにより前記冷房用水の温度を一定に調整制御して強制的に前記冷房用熱源を予め決められた安定した条件で運転した状態で、
   前記冷却塔用水流量計測手段により計測された前記冷却塔用水の流量と前記冷却塔用水入口側温度計測手段により計測された前記冷却塔入口側における冷却塔用水温度と前記冷却塔用水出口側温度計測手段により計測された前記冷却塔出口側における冷却塔用水温度とに基づいて、冷却塔の設計製作時の本来性能値との比較で当該冷却塔の現在の劣化度合いを評価する評価手段とを備えたことを特徴とする空調用冷却塔性能評価システム。

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