JP5215644B2

JP5215644B2 - 熱源機の台数制御装置および熱源機の台数制御方法

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Publication number: JP5215644B2
Application number: JP2007303281A
Authority: JP
Inventors: 龍太太宰
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP2009127936A

Description

本発明は、複数の熱源機を備えた空調システムにおける熱源機の台数制御装置および台数制御方法に関するものである。

従来より、複数の熱源機を備えた空調システムが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。このような空調システムの一例を図１に示す。

図１に示す空調システムは、熱源機１−１〜１−ｎと、熱源機１−１〜１−ｎそれぞれに対応して設けられたポンプ２−１〜２−ｎと、往路ヘッダー３と、送水管路４と、熱負荷機５と、還水管路６と、還路ヘッダー７と、送水温度計８−１と、還水温度計８−２と、流量計９と、台数制御装置１００とを備えている。

この空調システムにおいて、ポンプ２−１〜２−ｎにより圧送され熱源機１−１〜１−ｎにより熱量が付加された冷温水（送水）は、往路ヘッダー３を経て送水管路４に供給され、熱負荷機５を介し、還水管路６により還水としてヘッダー７に至り、再びポンプ２−１〜２−ｎによって圧送され、以上の経路を循環する。

このような空調システムにおいて、台数制御装置１００は、熱源機１−１〜１−ｎの運転台数を、熱負荷機５の負荷熱量または送水の流量に基づいて決定している。このとき、熱源機１−１〜１−ｎの運転台数を増やす、すなわち増段する条件は、熱源機の定格能力などに応じて予め設定されている。例えば、熱源機が２台の場合に１台での運転は負荷熱量１０００［ＭＪ／ｈ］までとし、負荷熱量が１０００［ＭＪ／ｈ］を超えると増段する、という増段条件を設定していた。また、送水温度が１０℃以上（冷房の場合）となったら増段する、という増段条件を設定することもあった。

同様に、熱源機１−１〜１−ｎの運転台数を減らす、すなわち減段する条件についても、熱源機の定格能力などに応じて予め設定されている。例えば、熱負荷量が９５０［ＭＪ／ｈ］を下回ったり、還水温度が９℃以下（冷房の場合）となったりすると減段する、という減段条件が設定されていた。

従来より、台数制御においては、負荷熱量や送水の流量が増段条件の近傍で上下するような状況で増段と減段が頻繁に行われ、ハンチングが生じてしまう事態を避けるべく、増段条件と減段条件との間にディファレンシャルが設けられている。例えば、上述した例では、増段する際の負荷熱量が１０００［ＭＪ／ｈ］、減段する際の負荷熱量が９５０［ＭＪ／ｈ］であり、ディファレンシャルとして５０［ＭＪ／ｈ］が設定されている。

特開平８−２６１５４４号公報特開２０００−１８６７３号公報

しかしながら、従来では、負荷熱量または負荷流量が増大して運転台数を増段した後に負荷が減少しても、ハンチング防止のためにディファレンシャルを設けているために、負荷熱量などがディファレンシャルの分を下回らない限りは増段したままの台数の熱源機が運転されていた。このため、負荷が増段条件に達していない状態でも、増段された台数の熱源機が運転されることがあり、この場合にはエネルギーが浪費されていた。

そこで、本願発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、増段された状態で運転されることによるエネルギーの浪費を防ぐことができる熱源機の台数制御装置および台数制御方法を提供することを目的とする。

上述したような課題を解消するために、本発明に係る熱源機の台数制御装置は、冷水および温水のうち少なくとも一方を生成する複数の熱源機と冷水および温水のうち少なくとも一方が供給される熱負荷機とを備えた空調システムにおいて、負荷に応じて熱源機を増段または減段する台数制御装置であって、熱源機を増段する条件に関する増段条件を設定する増段負荷条件設定手段と、現在の熱負荷機の負荷に関する負荷情報を取得する負荷取得手段と、増段条件と負荷情報とに基づいて熱源機が増段されるか否かを予測する増段予測手段と、この増段予測手段により熱源機が増段されると予測されると、負荷を低減させる増段緩和手段とを備えたことを特徴とする。

上記熱源機の台数制御装置において、負荷情報は、負荷熱量または負荷流量に関する情報からなるようにしてもよい。ここで、増段予測手段は、負荷情報の移動平均値、すなわち負荷熱量の移動平均値または負荷流量の移動平均値に基づいて、熱源機が増段されるか否かを予測するようにしてもよい。

上記熱源機の台数制御装置において、前記増段緩和手段により前記負荷が低減させられている際に、前記増段予測手段により前記熱源機が増段されないと予測されると、前記負荷の低減を解除する増段緩和解除手段をさらに備えるようにしてもよい。

また、本発明に係る熱源機の台数制御方法は、冷水および温水のうち少なくとも一方を生成する複数の熱源機と冷水および温水のうち少なくとも一方が供給される熱負荷機とを備えた空調システムにおいて、負荷に応じて熱源機を増段または減段する台数制御方法であって、熱源機を増段する条件に関する増段条件を設定する増段負荷条件設定ステップと、現在の熱負荷機の負荷に関する負荷情報を取得する負荷取得ステップと、増段条件と負荷情報とに基づいて熱源機が増段されるか否かを予測する増段予測ステップと、この増段予測ステップにより熱源機が増段されると予測されると、負荷を低減させる増段緩和ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、熱源機を増段する条件に関する増段条件と、現在の熱負荷機の負荷に関する負荷情報とに基づいて熱源機が増段するか否かを予測し、熱源機が増段すると予測されると負荷を低減させることにより、熱源機が増段するのを防ぐことが可能となり、結果として、増段された状態で運転されることによるエネルギー浪費を防止することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態において、背景技術の欄で説明した空調システムと同様の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。

［空調システムの構成］
図１に示すように、本実施の形態に係る空調システムは、冷温水発生機、ヒートポンプ、冷凍機、ボイラー等の冷水および温水の少なくとも一方（以下、冷温水という）を生成する熱源機１−１〜１−ｎと、熱源機１−１〜１−ｎそれぞれに対応して設けられたポンプ２−１〜２−ｎと、往路ヘッダー３と、送水管路４と、ファンコイルユニットや空調機等からなり被制御空間に配設される熱負荷機５と、還水管路６と、還路ヘッダー７と、送水の温度を計測する送水温度計８−１と、還水の温度を計測する還水温度計８−２と、還水の流量を計測する流量計９と、熱源機１−１〜１−ｎの運転台数を制御する台数制御装置１０とを備えている。

このような空調システムにおいて、ポンプ２−１〜２−ｎにより圧送され熱源機１−１〜１−ｎにより熱量が付加された冷温水（送水）は、往路ヘッダー３を経て送水管路４に供給され、熱負荷機５に送出される。この熱負荷機５では、周辺空気と送水との間で熱交換が行われる。これにより、熱負荷機５が配設された被制御空間の空気調和が図られる。熱負荷機５により熱交換が行われた冷温水は、還水管路６により還水としてヘッダー７に至り、再びポンプ２−１〜２−ｎによって圧送され、以上の経路を循環する。

ここで、台数制御装置１０は、図２に示すように、増段負荷条件設定部１１と、負荷取得部１２と、増段予測部１３と、増段緩和部１４と、増段緩和解除部１５とを備えている。

増段負荷条件設定部１１は、熱源機１−１〜１−ｎ毎に定格熱量または定格流量（以下、定格値という）を設定し、この設定した各熱源機１−１〜１−ｎの定格値と熱源機１−１〜１−ｎの起動状態、すなわち運転中の熱源機１−１〜１−ｎに関する情報に基づいて、増段を行う際の条件である増段条件を演算する。この増段条件としては、負荷熱量、送水温度、負荷流量などが設定される。ここで、台数制御装置１０は、さらに増段条件を記憶するための記憶部を設け、この記憶部に増段負荷条件設定部１１により設定された増段条件を記憶させるようにしてもよい。

負荷取得部１２は、現在の負荷情報を取得する。この負荷情報とは、現在の送水温度、還水温度、流量、負荷熱量、運転モード（暖房または冷房）および熱源機１−１〜１−ｎの運転状態に関する情報を意味する。これらの情報は、送水温度計８−１、還水温度計８−２、流量計９および熱源機１−１〜１−ｎから取得される。

増段予測部１３は、増段負荷条件設定部１１により設定された増段条件と、負荷取得部１２から取得した負荷情報とを比較し、増段が行われるか否かを予測する。なお、増段予測部１３は、増段条件が上記記憶部に記憶されている場合、この記憶部から増段条件を取得するようにしてもよい。

増段緩和部１４は、増段予測部１３により増段が行われると予測された場合、熱源機１−１〜１−ｎが増段しないようするための動作指示を、熱負荷機５等に対して行う。

増段緩和解除部１５は、増段緩和部１４により熱源機１−１〜１−ｎが増段しないようするための動作指示が行われている際に、増段予測部１３により増段が行われないと予測されると、その動作指示を徐々に解除するための動作指示を、熱負荷機５等に対して行う。

このような台数制御装置１０は、ＣＰＵ等の演算装置と、メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の記憶装置と、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、タッチパネル等の外部から情報の入力を検出する入力装置と、インターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信回線を介して各種情報の送受信を行うＩ/Ｆ装置と、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）またはＦＥＤ（Field Emission Display）等の表示装置を備えたコンピュータと、このコンピュータにインストールされたプログラムとから構成される。すなわちハードウェア装置とソフトウェアとが協働することによって、上記のハードウェア資源がプログラムによって制御され、上述した増段負荷条件設定部１１、負荷取得部１２、増段予測部１３、増段緩和部１４および増段緩和解除部１５が実現される。なお、上記プログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供されるようにしてもよい。

［台数制御動作］
次に、図３を参照して、台数制御装置１０による熱源機１−１〜１−ｎの台数制御動作について説明する。

まず、増段条件設定部１１は、熱源機１−１〜１−ｎの運転前または運転初期に熱源機１−１〜１−ｎそれぞれの定格値を設定した後、この定格値と現在運転中の熱源機１−１〜１−ｎに関する情報とに基づいて増段条件を設定する（ステップＳ１）。ここで、定格値は、空調システムの構成、熱源機１−１〜１−ｎの容量や台数等に基づいて設定される。また、増段条件は、運転中の熱源機１−１〜１−ｎそれぞれの定格値を加算することにより算出される。この算出した増段条件は、増段予測部１１に送出される。なお、設定した増段条件は、上記記憶部に記憶させるようにしてもよい。

また、負荷取得部１２は、送水温度計８−１、還水温度計８−２、流量計９および熱源機１−１〜１−ｎから、現在の送水温度、還水温度、流量、負荷熱量および運転モードなどの負荷情報を取得する（ステップＳ２）。この負荷情報の取得は、例えば、所定時間間隔や設定温度の変更などのイベント発生時などに行われる。取得した負荷情報は、増段予測部１３に送出される。

増段条件および負荷情報を受け取ると、増段予測部１３は、それらを比較することにより、増段が行われるか否か予測する（ステップＳ３）。

この予測は、例えば、負荷情報による現在の負荷熱量の移動平均値と、増段条件の負荷熱量から所定量を減算した値とを比較することにより行われる。この場合、現在の負荷熱量の移動平均値が、増段条件の負荷熱量から所定量を減算した値よりも大きい場合、増段予測部１３は、熱源機１−１〜１−ｎの増段が行われると予測する。

増段すると予測された場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、増段緩和部１４は、熱源機１−１〜１−ｎが増段しないようにするための動作指示を行う（ステップＳ５）。この動作指示としては、熱負荷機５の設定温度を変更することが挙げられる。例えば、熱源機１−１〜１−ｎが冷房運転している場合、増段緩和部１４は、熱負荷機５の設定温度または設定湿度を上げる（暖房時には下げる）。これにより、熱量負荷が減少し、増段を行わなくて良いので、増段によるエネルギーの浪費を防ぐことができる。

なお、増段を緩和できる範囲には限りがあるため、負荷情報による負荷の現在値がその範囲を超えた場合には、熱源機１−１〜１−ｎの増段が行われる。このとき、設定されていた増段条件は解除されるが、新たな増段条件が設定されることとなる。例えば、１台の熱源機が運転しており、２台の熱源機による運転を抑制するための第１の増段条件が設定されている場合において、増段が行われると、第１の増段条件が解除されるとともに、３台の熱源機による運転を抑制するための第２の増段条件が設定されることとなる。この第２の増段条件は、増段した熱源機を含めた運転中の熱源機の定格値の和となる。これにより、熱源機１−１〜１−ｎの運転台数に限らず、熱源機１−１〜１−ｎの増段を防ぐことができる。

増段しないと予測された場合（ステップＳ４：ＮＯ）、増段緩和解除部１５は、現在増段緩和部１４により熱源機１−１〜１−ｎが増段しないようにするための動作指示が行われているか否かを判断する（ステップＳ６）。

増段緩和部１４により動作指示が行われている場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、増段緩和解除部１５は、その動作指示を解除するための動作指示を行う（ステップＳ７）。増段緩和部１４により動作指示が行われている際に、増段予測部１３により増段しないと予測されたときには、熱負荷機５の負荷を元に戻しても増段は行われない。このような場合、増段緩和解除部１５は、増段緩和部１４による動作指示を解除するための動作指示を行う。この動作指示としては、増段緩和部１４による動作指示と逆の指示を行う。すなわち、増段緩和解除部１５は、熱負荷機５の設定温度または設定湿度を、増段緩和部１４により変更される前の状態に戻す。これにより、熱負荷機５の要求する熱量負荷が供給されることになるので、熱負荷機５の熱量負荷に対応した空調制御を行うことができる。このとき、増段緩和解除部１５による動作指示は、熱負荷機５の設定温度または設定湿度に急に変更するのではなく、徐々に変更する。これにより、熱源機１−１〜１−ｎや熱負荷機５の急激な運転による不安定な挙動等を防ぐことができる。このような熱負荷機５の設定温度または設定湿度の緩やかな変更は、例えば、ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ６の処理を繰り返したり、熱負荷機５に対する単位時間当たりの設定温度または設定湿度の変化量を設定したりすることにより行うことができる。

増段緩和部１４により動作指示が行われていない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、台数制御装置１０は、ステップＳ１の処理に戻る。

このように、本実施の形態によれば、熱源機１−１〜１−ｎを増段する条件に関する増段条件と、現在の熱負荷機５の負荷に関する負荷情報とに基づいて熱源機１−１〜１−ｎが増段するか否かを予測し、熱源機１−１〜１−ｎが増段すると予測されると負荷を低減させることにより、熱源機１−１〜１−ｎが増段するのを防ぐことが可能となり、結果として、増段された状態で運転されることによるエネルギー浪費を防止することができる。

なお、本実施の形態では、増段予測部１３による増段が行われるか否かの予測を、現在の負荷熱量の移動平均値に基づいて行うようにしたが、予測の方法はこれに限定されず適宜自由に行うことができる。

例えば、増段予測部１３は、負荷情報による現在の負荷流量の移動平均値と、増段条件の負荷流量から所定量を減算した値とを比較することにより行うようにしてもよい。この場合、現在の負荷流量の移動平均値が、増段条件の負荷流量から所定量を減算した値よりも大きい場合、増段予測部１３は、熱源機１−１〜１−ｎの増段が行われると予測する。

また、増段予測部１３は、現在の負荷熱量または負荷流量の値と、増段条件の負荷熱量または負荷流量から所定量を減算した値とを比較することにより行うようにしてもよい。この場合、現在の負荷熱量または負荷流量の値が、増段条件の負荷熱量または負荷流量から所定量を減算した値よりも大きい場合、増段予測部１３は、熱源機１−１〜１−ｎの増段が行われると予測する。

また、増段予測部１３は、負荷情報による現在の送水温度と、増段条件における送水温度から所定値を減算した値とを比較することにより予測するようにしてもよい。この場合、負荷情報による現在の送水温度が、増段条件における送水温度から所定値を減算した値よりも大きい場合、増段予測部１３は、熱源機１−１〜１−ｎの増段が行われると予測する。ここで、上記所定値は、適宜自由に設定される。

また、増段予測部１３は、負荷熱量、負荷流量、送水温度などの負荷情報による負荷の現在値と、それらの負荷の過去の変化（微分）とから、将来の負荷を予測するようにしてもよい。

また、増段予測部１３は、負荷情報による負荷の現在値が、増段条件の値に対して所定の範囲内に入ったか否かにより予測するようにしてもよい。

また、増段緩和部１４による増段緩和のための動作指示は、上述したような熱負荷機５の設定温度の変更に限定されず、例えば、外気導入量、ＣＯ₂濃度、外調機の動作などを変更するようにしてもよい。

外気導入量を変更する場合、増段緩和部１４は、増段予測部１３により増段が行われると予測されると、外気ダンパを操作して外気導入量を抑制する。このように外気導入量を抑制することにより、熱源機１−１〜１−ｎの熱量負荷が減少するので、増段が行われるのを防ぐことができる。

ＣＯ₂濃度を変更する場合、増段緩和部１４は、増段予測部１３により増段が行われると予測されると、例えばＣＯ₂濃度を８００［ｐｐｍ］から１０００［ｐｐｍ］するというようにＣＯ₂濃度を緩和する。これにより、外気導入量が少なくなるため、熱源機１−１〜１−ｎの熱量負荷が減少するので、増段が行われるのを防ぐことができる。

外調機の動作を変更する場合、増段緩和部１４は、増段予測部１３により増段が行われると予測されると、外調機の動作を停止する。これにより、これにより、熱源機１−１〜１−ｎの熱量負荷が減少するので、増段が行われるのを防ぐことができる。

また、本実施の形態では、ポンプ２−１〜２−ｎのみを設けたいわゆるワンポンプシステムに適用した場合を例に説明したが、本願発明は、２次ポンプをさらに設けたいわゆるツーポンプシステムにも適用できることは言うまでもない。

本発明は、複数の熱源機を備えた空調システムに適用することができる。

空調システムの構成を模式的に示す図である。台数制御装置の構成を示すブロック図である。台数制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１−１〜１−ｎ…熱源機、２−１〜２−ｎ…ポンプ、３…ヘッダー、４…送水管路、５…熱負荷機、６…還水還路、７…ヘッダー、８−１…送水温度計、８−２…還水温度計、９…流量計、１０…台数制御装置、１１…増段負荷条件設定部、１２…負荷取得部、１３…増段予測部、１４…増段緩和部、１５…増段緩和解除部。

Claims

冷水および温水のうち少なくとも一方を生成する複数の熱源機と前記冷水および温水のうち少なくとも一方が供給される熱負荷機とを備えた空調システムにおける負荷に応じて前記熱源機を増段または減段する台数制御装置であって、
前記熱源機を増段する条件に関する増段条件を設定する増段負荷条件設定手段と、
現在の前記熱負荷機の負荷に関する負荷情報を取得する負荷取得手段と、
前記増段条件と前記負荷情報とに基づいて前記熱源機が増段されるか否かを予測する増段予測手段と、
この増段予測手段により前記熱源機が増段されると予測されると、前記負荷を低減させる増段緩和手段と、
前記増段緩和手段により前記負荷が低減させられている際に、前記増段予測手段により前記熱源機が増段されないと予測されると、前記負荷の低減を徐々に解除する増段緩和解除手段と
を備えたことを特徴とする熱源機の台数制御装置。
前記負荷情報は、負荷熱量に関する情報からなる
ことを特徴とする請求項１記載の台数制御装置。
前記負荷情報は、負荷流量に関する情報からなる
ことを特徴とする請求項１記載の台数制御装置。
前記増段予測手段は、前記負荷情報の移動平均値に基づいて、前記熱源機が増段されるか否かを予測する
ことを特徴とする請求項２または３記載の熱源台数制御装置。
冷水および温水のうち少なくとも一方を生成する複数の熱源機と前記冷水および温水のうち少なくとも一方が供給される熱負荷機とを備えた空調システムにおいて、負荷に応じて前記熱源機を増段または減段する台数制御方法であって、
前記熱源機を増段する条件に関する増段条件を設定する増段負荷条件設定ステップと、
現在の前記熱負荷機の負荷に関する負荷情報を取得する負荷取得ステップと、
前記増段条件と前記負荷情報とに基づいて前記熱源機が増段されるか否かを予測する増段予測ステップと、
この増段予測ステップにより前記熱源機が増段されると予測されると、前記負荷を低減させる増段緩和ステップと
前記増段緩和ステップにより前記負荷が低減させられている際に、前記増段予測ステップにより前記熱源機が増段されないと予測されると、前記負荷の低減を徐々に解除する増段緩和解除ステップと
を有することを特徴とする熱源機の台数制御方法。