JP5285925B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空調システムに関する。

ビル等では、冷凍機やボイラ等の冷熱源機器で生成された冷水や温水、上記、氷水スラリー等の熱媒をビルや工場、地下街等のエアハンドリングユニット、ファンコイルユニット等へ分配する集中式の空調システムが多く採用されている。空調システムは、システムを構成する各空調機器の運転効率を高めるため、熱収支の変化に応じて冷媒循環系統の温度や流量を最適化する技術が開発されている（例えば、特許文献１や２を参照）。
特許第２５２７６４３号公報 特開２００７−２０５６０４号公報

空調システムは、システムを構成する各空調機器の運転効率を高め、システム全体の電力消費量等を削減することが望まれる。ここで、集中式の空調システムの場合、冷熱または温熱を製造する熱源から各部屋等に設置される空調機への熱輸送は、熱媒を送ることで行われる。このような熱媒の輸送の為に消費されるエネルギーは、空気の調整に直接的には寄与しないため、可能な限り削減されることが好ましい。すなわち、熱源から空調機への熱輸送量は、必要最小限の量であることが好ましい。しかし、空気の冷却、加熱その他の調整に必要最小限の量の熱を輸送するため、熱媒の圧力や温度を最小限の量に絞りすぎると、空調機の制御性が低下する虞がある。

本発明は、上記した問題に鑑み、空調機における空気調整能力を補償しつつ、エネルギー消費量を削減する空調システムを提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、空調機に送る熱媒の状態量の制御目標値が、空調機の空気調整能力を確保する観点から予め設定される条件を満たすようにする。

詳細には、室内の空気を調整する空調システムであって、前記室内の空気を調整する空調機と、前記空調機へ熱媒を圧送することで前記室内の空気の調整に供する冷熱または温熱を該空調機へ供給する熱源機と、前記空調機が調整する空気の状態量に基づいて該空調機へ圧送する熱媒の状態量の制御目標値を決定する制御目標値決定手段と、前記空調機へ圧送する熱媒の状態量が、前記制御目標値決定手段が決定した前記制御目標値になるように、該空調機へ圧送する熱媒の状態量を制御する熱媒制御手段と、を備え、前記制御目標値決定手段は、前記空調機が調整する空気の状態量に基づき、該空調機が該空気を調整するために必要とする熱媒の状態量である要求状態量を推定し、推定した前記要求状態量が、前記空調機の空気調整能力を確保するために予め設定される所定条件を満たす場合は、推定した該要求状態量を前記制御目標値として決定し、推定した前記要求状態量が、前記所定条件を満たさない場合は、該所定条件を満たす既定の状態量を前記制御目標値として決定する。

本発明は、熱源から空調機へ熱媒を送ることで熱輸送することを前提とする。熱輸送用の熱媒は、熱源が製造した冷熱や温熱を空調機へ輸送可能なものであればよく、例えば、水やブライン等を例示できる。空調システムは、単数または複数の空調機や熱源機を組み合わせることで構成される。

空調機が室内の空気の調整に使う熱媒の熱量は、空調機が調整する空気の状態量によって変化する。例えば、冷房時に室内の空気の温度が極めて高く、これを大幅に下げたい場合には多くの冷熱を必要とする。そこで、上記制御目標値決定手段は、空調機へ圧送する熱媒の状態量の制御目標値を、このような空気の状態量に基づいて決定する。すなわち、調整する空気の状態量に基づき、空調機が空気を調整するために必要とする熱媒の状態量である要求状態量を推定し、推定結果に基づいて制御目標値を決定する。なお、ここで、空気の状態量とは、空調制御に関わる空気の物理的な状態量を示すパラメータであり、例えば、空気の温度や湿度である。空調機へ圧送する熱媒の状態量の制御目標値をこのように制御することにより、熱源機から空調機へ圧送する熱媒の状態量を空調機における空気の調整に必要な量に絞ることができる。また、空調機が調整する室内の空気とは、室内の空気を直接的に調整するのみならず、間接的に調整するものを含む概念であり、例えば、室内の空気（還気）を直接的に調整するものや、外気と還気の混合気あるいは室内に取り入れる外気を調整することで室内の空気を間接的に調整するものを例示できる。

ここで、上記制御目標値決定手段が推定した要求状態量の推定結果をこのまま熱媒の制御目標値に用いる場合、空調機の制御性へ悪影響を及ぼす虞がある。例えば、要求状態量の一例である要求温熱の量が極めて大きい値である場合、空調機へ圧送する熱媒の温度を高くすることが望まれるが、あまりに温度の高い熱媒を空調機へ圧送すると、空調機側の流量調整弁が全閉に近い状態まで絞り込まれて熱媒の流量が減り、空気と熱媒との間の熱交換量が減って温度制御の制御性（応答速度）の低下等が懸念される。また、例えば、要求状態量の一例である要求冷熱の量が極めて小さい値である場合、空調機側の流量調整弁を全開に近い状態まで開弁させることで圧力損失を減らすことが望まれるが、送水圧力があまりに低いと熱媒の流れが到達せず、空気と熱媒との間の熱交換量が減って制御性の低下が懸念される。また、送水圧力の過大はいうまでもなく動力費の無駄であり、また例えば冷房時に送水温度が高すぎると除湿ができない。多数の空調機を擁する空調システムの場合、個々の空調機が要する熱媒の状態量は異なるため、このような制御性の低下が特に懸念される。そこで、上記制御目標値決定手段は、要求状態量の推定結果が所定条件を満たすか否かをチェックし、制御目標値を決定している。なお、所定条件とは、空調機の制御性を確保する観点から決定される熱媒の状態量であり、例えば、空調機における温度制御の制御性を維持するために熱媒に要求される圧力や温度等の状態量の閾値である。また、既定の物理量とは、要求状態量の推定結果が所定条件を満たさない場合に、制御目標値決定手段が熱媒制御手段に示す制御目標値であり、例えば、所定条件が示す状態量の閾値と同じ値である。

上記空調システムによれば、空調機の制御性を確保する観点で制御目標値を決定しているため、空調機における空気調整能力を補償しつつ、エネルギー消費量を削減することが可能になる。

また、上記空調システムは、前記空調機によって流量が調整される前記熱媒の流量を検知する流量検知手段と、前記空調機が前記室内の空気の調整に使う熱量に応じて、前記熱源機から該空調機へ送られる前記熱媒の流量を調整する流量調整手段と、を更に備え、前記制御目標値決定手段は、前記流量検知手段の検知結果に基づき、前記空調機が前記空気を調整するために必要とする熱媒の送り圧力を前記要求状態量として推定し、前記空調機における熱媒の流量調整能力を確保するために予め設定される所定の下限送り圧力を前記所定条件とし、推定した前記送り圧力が、該所定の下限送り圧力以上の場合は、推定した該送り圧力を前記制御目標値として決定し、推定した前記送り圧力が、前記所定の下限送り圧力未満の場合は、該所定の下限送り圧力以上の既定送り圧力を前記制御目標値として決定し、前記熱媒制御手段は、前記空調機へ圧送する熱媒の送り圧力が、前記制御目標値決定手段が決定した制御目標値になるように、該空調機へ圧送する熱媒の送り圧力を制御
するようにしてもよい。

熱源機が空調機へ供給すべき熱媒の圧力は、空調機側が必要とする熱媒の流量によって決まる。よって、流量調整手段によって調整される熱媒の流量を検知することにより、熱媒の送り圧力を必要最小量まで下げることができる。送り圧力を必要最小量まで下げることにより、空調機側における流量制御（流量の絞込み）が緩和され、圧損が減る。ここで、上述したように、送り圧力の推定結果が低い場合、流量調整手段の制御性へ影響を与えることが懸念される。そこで、上記制御目標値決定手段は、送り圧力の推定結果をチェックし、これが所定の下限送り圧力を大きく下回る場合、既定送り圧力を制御目標値として決定する。ここで、所定の下限送り圧力とは、空調機の制御性を確保する観点から決定される熱媒の送り圧力の下限値であって上記所定条件に相当し、例えば、空調機における温度制御の制御性を維持するために熱媒に要求される圧力の閾値である。また、既定送り圧力とは、送り圧力の推定結果が所定の下限送り圧力を下回る場合に、制御目標値決定手段が熱媒制御手段に示す送り圧力の制御目標値であって上記既定の物理量に相当し、例えば、所定の下限送り圧力と同じ値である。

この空調システムによれば、空調機の制御性を確保する観点で送り圧力の制御目標値を決定しているため、空調機における空気調整能力を補償しつつ、必要最小限の圧力で熱媒を送ることが可能になる。

なお、上記所定の下限送り圧力は、空調機が空気を調整する室内の熱収支量から推定される、空調機が室内の空気を調整するために必要とする熱媒の流量を確保するための圧力であってもよい。室内負荷が増大する場合、例えば、日射や人の増大により調整対象の室内の空気へ多量の熱が入る場合や、日射や人の減少により室内の空気から多量の熱が出る場合、熱源機から空調機へ輸送すべき熱量は増大する。この場合、空調機が要求する熱媒の流量が増える。よって、上記所定の下限送り圧力を、熱収支量から推定されるパラメータで決定してやることにより、空調機における空気調整能力を補償することが可能である。

また、前記制御目標値決定手段は、前記空調機が調整する空気の状態量に基づき、該空調機が該空気を調整するために必要とする熱媒の送り温度を前記要求状態量として推定し、前記空調機の空気調整能力を確保するために予め設定される所定の温度条件を前記所定条件とし、推定した前記送り温度が、該所定の温度条件を満たす場合は、推定した該送り温度を前記制御目標値として決定し、推定した前記送り温度が、前記所定の温度条件を満たさない場合は、該所定の温度条件を満たす既定送り温度を前記制御目標値として決定し、前記熱媒制御手段は、前記空調機へ圧送する熱媒の送り温度が、前記制御目標値決定手段が決定した制御目標値になるように、該空調機へ圧送する熱媒の送り温度を制御するようにしてもよい。

熱源機が空調機へ供給すべき熱媒の温度は、空調機が調整する空気の状態量によって変動する。よって、空調機が調整する空気の状態量に基づいて熱媒の送り温度を推定することにより、熱源機が供給する熱媒の温度を空調機の空気の調整に必要な最小量まで下げることができる。ここで、上述したように、送り温度の推定結果が例えば暖房時においてあまりに高い場合に、あまりに温度の高い熱媒を空調機へ圧送すると、空調機の制御性へ影響を与えることが懸念される。また、送り温度の推定結果が例えば冷房時においてあまりに低い場合に、あまりに温度の低い熱媒を空調機へ圧送すると、空調機の制御性へ影響を与えることが懸念される。そこで、上記制御目標値決定手段は、送り温度の推定結果をチェックし、これが所定の温度条件を満たさない場合、規定送り温度を制御目標値として決定する。ここで、所定の温度条件とは、空調機の制御性を確保する観点から決定される熱媒の送り温度の上限値および下限値であって上記所定条件に相当し、例えば、空調機にお
ける温度制御の制御性（例えば、除湿能力や弁の開度調整等による制御能力）を維持するために熱媒に要求される温度の上限および下限の閾値である。この所定の温度条件が示す送り温度の上限値は、例えば、冷房時の場合であれば空調機における除湿能力を確保するために必要な温度とする。また、既定送り温度とは、送り温度の推定結果が所定の温度条件を満たさない場合に、制御目標値決定手段が熱媒制御手段に示す送り温度の制御目標値であって上記既定の物理量に相当し、例えば、所定の温度条件が示す温度の上限や下限の閾値と同じ値である。

この空調システムによれば、空調機の制御性を確保する観点で送り温度の制御目標値を決定しているため、空調機における空気調整能力を補償しつつ、必要最小量の熱量を送ることが可能になる。

なお、上記所定の温度条件は、前記空調機が空気を調整する前記室内の熱収支量から推定される、該空調機が該室内の空気を調整するために必要とする前記冷熱または温熱の熱量を確保するための温度であってもよい。調整対象の室内の熱収支量が変化することにより、熱源機から空調機へ輸送すべき熱量が変化することは上述した通りである。よって、上記所定の温度条件を、熱収支量から推定されるパラメータで決定してやることにより、空調機における空気調整能力を補償することが可能である。

また、上記室内の熱収支量は、外気温度、外気湿度、前記熱媒の圧力、該熱媒の流量、該熱媒の温度、前記空調機における制御パラメータ、及び該空調機から出た熱媒の温度のうち何れかを含む物理量であってもよい。室内の熱収支量の変化は、空調機の要求熱量に変化を及ぼすため、熱収支量を基に熱媒の状態量の条件を設定してやることにより、空調機における空気調整能力を補償することが可能である。ここで、熱収支量は、外気温度や湿度から直接的に検知することが可能である。例えば、外気温度と室内の温度設定値との差から熱収支量を算出する。また、空調機では室温の調整が行われるため、室内の熱収支量の変化は、熱源機から空調機へ流れる熱媒の圧力、熱媒の流量、熱媒の温度、空調機の制御パラメータ、及び空調機から出た熱媒の温度によって間接的に検知することも可能である。このような物理量を用いて室内の熱収支量を取得することにより、空調機における空気調整能力を補償することが可能となる。

空調機における空気調整能力を補償しつつ、エネルギー消費量を削減する空調システムを提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を例示的に説明する。以下に示す実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜空調システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る空調システム１の構成図である。図１が示すように、空調システム１は、空気の調整を行う対象である各部屋に設置されたファンコイルユニット等の二次側設備２（本発明でいう、空調機に相当する）、及び二次側設備２に熱媒を介して冷熱を供給する冷凍機等の冷熱源機器３（本発明でいう、熱源機に相当する）を備える。冷熱源機器３や二次側設備２は部屋の数や要求冷熱の量に応じてそれぞれ複数設けられており、また、冷熱源機器３と二次側設備２との間は冷熱を運ぶ水である熱媒が循環するように構成されている。二次側設備２の下流側と冷熱源機器３の上流側とを繋ぐ配管の途中には、戻りヘッダ４が設けられており、複数の二次側設備２から戻る熱媒は戻りヘッダ４に集められた後、冷熱源機器３の蒸発器へ送られる。なお、戻りヘッダ４と各冷熱源機器３との間には一次ポンプ５がそれぞれ設けられており、冷熱源機器３に送水してい
る。各冷熱源機器３で冷却された熱媒はポンプ入口ヘッダ６へ集められた後、複数の二次ポンプ７によって昇圧され、二次側設備２へ送られる。二次ポンプ７は、インバータによる可変速モータで駆動される。なお、二次ポンプ７の出口側にもポンプ出口ヘッダ８が設けられており、各二次ポンプ７で昇圧された熱媒はヘッダに一旦集められた後、冷熱源機器３へ送られるように構成されている。また、冷熱源機器３の凝縮器には、熱媒から回収した熱を気化熱の作用で外気へ放出するため、冷却水循環ポンプ９と冷却塔１０とを備える冷却水循環系統が設けられている。また、戻りヘッダ４とポンプ入口ヘッダ６との間には、一次ポンプ５と二次ポンプ７との流量のミスマッチを是正するためのバイパス配管１１が設けられている。

また、空調システム１は、システムを構成する各機器の動作や計測データを処理する現場のコントローラ１２、及び統合コントローラ１３（本発明でいう、制御目標値決定手段に相当する）を備える。コントローラ１２は、空調システム１の制御対象の各機器、部材の近くに複数設置されており、上位装置である統合コントローラ１３へ計測データを提供し、統合コントローラ１３からの指令を受けて現場の機器の動作を制御する。コントローラ１２、及び統合コントローラ１３は、ＣＰＵやＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるコンピュータであり、入力されるデータを数値演算処理し、演算結果を制御信号や計測データとして出力する。

二次側設備２は、ここでは熱媒（例えば、冷水や温水、蒸気、氷水スラリー等）が流れる配管にフィンが取り付けられた熱交換用のコイルと、室内の空気をコイルに送る電動ファンとを備える、いわゆるエアハンドリングユニットやファンコイルユニットである。二次側設備２は、ビルや工場、地下街等に設置されており、電動ファンが室内の空気を循環させながらコイルと熱交換させる。これにより、室内の空気の温度が調整される共に、除湿が行われる。なお、二次側設備２は、室内の還気を調整するものの他、外気と還気の混合気を調整したり、室内に取り入れる外気を調整することで室内の空気を間接的に調整（いわゆるオールフレッシュ式）したりしてもよい。また、二次側設備２には、コントローラ１２からの指令を受けて開閉可能なダンパを備える外気取り入れダクトが併設されており、コントローラ１２の指令に応じて室内に外気を取り入れることが可能なように構成されている。外気取り入れダクトは、電動ファンの吸い込み側に配設されており、ダンパが開くと電動ファンの吸引力により外気を取り入れるように構成されている。このダンパは、室内の空気質を維持する他に、空調システム１が冷房モードの場合において、外気温度が室内温度より低い場合に大きく開く。これにより、冷凍機の熱負荷が低減され、空調システム１の電力消費量が削減される。

冷熱源機器３は、蒸発器や凝縮器、膨張弁や圧縮機を備える、いわゆる冷凍機である。もっとも、吸収式冷凍機等、原理や形式が相違しても本発明が適用できることは勿論である。冷熱源機器３は、二次側設備２から流れてきた熱媒の熱を熱媒冷却器としての蒸発器で除去する。蒸発器で除去された熱は、最終的に冷却塔１０から放熱される。冷熱源機器３は、室内の空気を十分に冷却可能な温度の熱媒を生成可能である。

統合コントローラ１３は、現場に設置されたコントローラ１２Ａ〜Ｃと通信など計装信号で接続されており、各コントローラから送られる計測データ等に基づいて空調システム全体の制御を統括する。すなわち、統合コントローラ１３は、現場に設置された各コントローラから送られる計測データ等に基づいて空調システム１の最適な運転条件等を算出し、各コントローラに算出した制御目標値等を通知する。なお、統合コントローラ１３は、後述するが、最適な運転条件を算出する上で必要なマップ等のデータを、ハードディスク等の記憶媒体に保持している。

コントローラ１２Ａは、外気の温度、及び外気の絶対湿度を計測可能なセンサと接続さ
れており、計測した温度、及び湿度のデータを統合コントローラ１３へ通知する。コントローラ１２Ｂは、二次側設備２の下流側に配設された開度調整が可能な二方弁１４（流量調整弁）と通信など計装信号で接続されており、計装信号を二方弁１４へ送信することで統合コントローラ１３等の指令に応じて二次側設備２のコイル内を流れる熱媒の流量を制御し、室温を調整する。コントローラ１２Ｃは、戻りヘッダ４の上流側に配設された流量センサ１５および温度センサ１６と通信など計装信号で接続されており、これらセンサからの計装信号を受信することで二次側設備２から冷熱源機器３へ流れる熱媒（還水）の流量および温度を計測可能なように構成されている。また、コントローラ１２Ｃ（本発明でいう、熱媒制御手段に相当する）は、ポンプ出口ヘッダ８に配設された圧力センサ１７と通信など計装信号で接続されており、これらセンサからの計装信号を受信することで二次ポンプ７の出口圧力（送水圧力）を計測可能なように構成されている。また、コントローラ１２Ｃは、二次ポンプ７の回転数を制御するインバータ、冷熱源機器３の制御ユニット、ポンプ入口ヘッダ６とポンプ出口ヘッダ８との間を繋いで両ヘッダ間の熱媒の圧力差を調整する圧力調整弁１８と通信など計装信号で接続されており、これらの機器へ計装信号を送信することでこれらの機器の動作を制御する。圧力調整弁１８は、二次ポンプ７の回転数制御によってもポンプ出口ヘッダ８の圧力を調整し切れない場合に用いられる。

＜空調システムの動作フロー＞
次に、空調システム１の動作フローについて説明する。図２は、空調システム１の動作フロー図である。以下、図２のフロー図を参照しながら空調システム１の動作について説明する。なお、以下の動作フローでは、暖房という特記がある場合を除き、冷房モードによる運転であることを前提として説明する。図２に示すように、空調システム１の動作フローは、大まかに、送水圧力の計算工程と送水温度の計算工程とで構成される。

（ステップＳ１０１：データ収集）空調システム１が起動されると、統合コントローラ１３は、各コントローラ１２から運転データを収集する。すなわち、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ａから外気温度と外気絶対湿度のデータを収集し、コントローラ１２Ｂから二方弁１４の開度のデータを収集し、コントローラ１２Ｃから還水の流量および圧力、ならびに送水圧力のデータを収集する。

（ステップＳ１０２：必要揚程の計算）次に、統合コントローラ１３は、現在の各機器の動作状態から熱媒の必要揚程を以下の数式により計算する。すなわち、統合コントローラ１３は、還水の流量を二次ポンプ７の定格流量で除算し、ポンプの負荷率を算出する。次に、二次ポンプ７の最低揚程と定格揚程、及び負荷率に基づいて算出されるポンプ揚程に熱媒循環系統のヘッド圧力（図示しないヘッドタンクによる圧力）を加算することで、必要揚程Ｐ０（本発明でいう要求状態量に相当するパラメータの一例である）を算出する。
（式―１） ポンプの負荷率＝負荷流量÷ポンプ定格の負荷流量
（式―２） 必要揚程Ｐ０＝ポンプ揚程＋ヘッド圧力
＝最低揚程＋（定格揚程―最低揚程）×負荷率²＋ヘッド圧
力

（ステップＳ１０３：二方弁開度で補正）次に、統合コントローラ１３は、二次側設備２へ流れる熱媒に過不足が生じないようにするため、上記ステップＳ１０２で算出した必要揚程Ｐ０を二方弁１４の開度に基づいて補正する。すなわち、統合コントローラ１３は、３つある二方弁１４のうち最も開いている弁の開度が上限値を超えている場合、必要揚程Ｐ０に補正値を加算した値を補正後の必要揚程Ｐ１とする。この処理は、二方弁１４の開度を増加しても熱媒流量が増加しなくなって室内の温度が制御不能になるのを防ぐために設けられる処理であり、二方弁１４の開度調整による流量制御に必要な揚程を補償するために設けられる処理である。よって、ここでいう上限値とは、二方弁１４が熱媒の流量
を制御するのに必要な最低限の揚程であり、例えば、空調システム１を現場に据え付けた時や試運転後に経験則等によって決定され、設定される値（現場調整値）である。なお、統合コントローラ１３は、最も開いている弁の開度が上限値を超えていない場合は、上記ステップＳ１０２で算出した必要揚程Ｐ０を必要揚程Ｐ１とする。また、補正値は、経験則等に基づいて適宜調整する。
（条件式） もし（二方弁開度の最大値＞上限値）が真の場合、必要揚程Ｐ１＝必要揚程Ｐ０＋補正値

（ステップＳ１０４：外気温度チェック）次に、統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０３で決定された必要揚程Ｐ１が、外気温度に基づいて決定される最低限必要な揚程（本発明でいう所定の下限送り圧力に相当するパラメータの一例である）を下回っていないかをチェックし、下回っている場合には、この最低限必要な揚程を必要揚程Ｐ１とする（Ｓ１０４’）。通常、外気温度が高くなると室内への入熱も増大するため、二次側設備２が要求する熱媒の流量が増える。よって、ここでいう最低限必要な揚程とは、外気温度から推定される二次側設備２の要求熱媒流量を予め確保するため、設備の設計仕様等に基づいて決定される最低限必要な揚程であり、統合コントローラ１３に予め設定される値である。

（ステップＳ１０５：外気絶対湿度チェック）次に、統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０４で決定された必要揚程Ｐ１が、外気絶対湿度に基づいて決定される最低限必要な揚程（本発明でいう所定の下限送り圧力に相当するパラメータの一例である）を下回っていないかをチェックし、下回っている場合には、この最低限必要な揚程を必要揚程Ｐ１とする（Ｓ１０５’）。なお、ここでいう必要最低限な揚程とは、外気取り入れダクトから外気を取り入れた際、室内を除湿するために必要な推定熱媒流量を予め確保するため、設備の設計仕様等に基づいて決定される最低限必要な揚程であり、統合コントローラ１３に予め設定される値である。なお、この揚程は、統合コントローラ１３に予め設定された図３に示すようなマップで定義されており、ステップＳ１０４で決定された必要揚程Ｐ１がマップの条件を満たしているか否かをチェックする際の基準となる。図３のマップは、外気絶対湿度が高くなると送水圧力が下がるように設定されており、外気の絶対湿度が0.012kg/kg以上の場合は送水圧力がＰｘ１、外気の絶対湿度が0.015kg/kg以上の場合は送水圧力がＰｘ１よりも低いＰｘ２が示されている。これは、外気絶対湿度が高い場合に送水圧力を下げて熱媒の流速を落とすことにより、二次側設備２のコイルや冷熱源機器３の蒸発器でより多くの熱量が熱交換されるようにする、という技術思想に基づく。

（ステップＳ１０６：還水温度チェック）次に、統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０５で決定された必要揚程Ｐ１が、還水温度に基づいて決定される最低限必要な揚程（本発明でいう所定の下限送り圧力に相当するパラメータの一例である）を下回っていないかをチェックし、下回っている場合には、この最低限必要な揚程を必要揚程Ｐ１とする（Ｓ１０６’）。ポンプの揚程が低いと熱媒の循環が遅くなって還水温度が高くなり、冷凍機の出口温度が目標値より高くなるのを防ぐためである。すなわち、熱負荷が少ないためポンプの揚程を下げて熱媒の流速を下げると、コイルを流れる熱媒の流れが遅くなるため、還水の温度が高くなる。還水の温度が高くなると、一次ポンプ５の送水流量が一定であれば冷凍機の出口温度が目標値を維持できなくなり高くなる。また、熱媒の流速が遅すぎると輸送可能な熱量が減り、二次側設備２から冷熱源機器３へ輸送すべき熱量を十分に熱輸送できなくなる。よって、ここでいう最低限必要な揚程とは、還水温度から推定される必要な熱輸送量を予め確保するため、設備の設計仕様等に基づいて決定される最低限必要な揚程であり、統合コントローラ１３に予め設定される値である。

（ステップＳ１０７：送水圧力の決定）統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０２からステップＳ１０６までの一連の処理を経て最終的に決定された必要揚程Ｐ１を送水
圧力Ｐとする。下限値１から３のうち何れを送水圧力として採用するかは、空調対象施設の負荷にとって最も効果を持つパラメータを設備特性によって選択する。また、外気絶対湿度のように季節によって重要度の変わるパラメータもあり、時期毎に下限値１から３の優先順位を見直す場合もある。この送水圧力Ｐは、二次ポンプ７の出口圧力の制御目標値となる。なお、ステップＳ１０４〜１０６の処理において、必要揚程Ｐ１のチェックを外気温度、外気湿度、還水温度の順に行っているのは、空調負荷の重要度の高いパラメータを優先的にチェックするためである。

（ステップＳ１０８：外気温度で計算）次に、統合コントローラ１３は、現在の各機器の動作状態から熱媒の温度（送水温度）を以下のステップにより決定する。すなわち、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ａから通知される外気温度のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ１（本発明でいう要求状態量に相当するパラメータの一例である）を決定する。なお、マップが示す制限値は、本発明でいう所定の温度条件に相当する。
（条件式） もし（外気温度＞制限値ｎ１）が真の場合、送水温度Ｔ１＝制限値ｎ１の時の送水温度

（ステップＳ１０９：外気絶対湿度で計算）次に、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ａから通知される外気絶対湿度のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ２を決定する。
（条件式） もし（外気絶対湿度＞制限値ｎ２）が真の場合、送水温度Ｔ２＝制限値ｎ２の時の送水温度

上の表が示すように、外気絶対湿度が高くなるにつれて送水温度が下がるように設定されている。これは、外気絶対湿度が高い場合に送水温度を下げて熱媒の温度を低くすることにより、二次側設備２のコイルの除湿能力を高める、という技術思想に基づく。

（ステップＳ１１０：負荷流量で計算）次に、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ｃから通知される還水流量のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ３を決定する。
（条件式） もし（負荷流量＞制限値ｎ３）が真の場合、送水温度Ｔ３＝制限値ｎ３の時の送水温度

（ステップＳ１１１：二方弁開度で計算）次に、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ｂから通知される二方弁１４の弁開度のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ４を決定する。
（条件式） もし（二方弁開度＞制限値ｎ４）が真の場合、送水温度Ｔ４＝制限値ｎ４の時の送水温度

（ステップＳ１１２：還水温度で計算）次に、統合コントローラ１３は、コントローラ１２Ｃから通知される還水温度のデータを基に、記憶装置に予め記憶された以下の表に示すマップから送水温度Ｔ５を決定する。なお、以下の表に示すマップでは、還水温度と送
水温度との対応関係が一対一で示されているが、還水温度と送水温度との対応関係は送水圧力Ｐに応じて複数規定されており、上記ステップＳ１０７で決定された送水圧力Ｐの値に応じて異なるものとする。
（条件式） もし（外気絶対湿度＞制限値ｎ５）が真の場合、送水温度Ｔ５＝制限値ｎ５の時の送水温度

（ステップＳ１１３：送水温度の決定）統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０８からステップＳ１１２までの処理を経て決定された５つの送水温度（Ｔ１〜Ｔ５）のうち、最小の値を送水温度Ｔとする。この送水温度Ｔは、冷熱源機器３の出口温度の制御目標値となる。なお、冷熱源機器３がボイラ等であり、二次側設備２へ温熱が供給されている場合（すなわち、空調システムが暖房モードの場合）、送水温度Ｔは送水温度（Ｔ１〜Ｔ５）のうち、最大の値にする。

（ステップＳ１１４：送水温度で下限値チェック）次に、統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１０７で決定した送水圧力Ｐが、上記ステップＳ１１３で決定された最終的な送水温度Ｔに基づいて決定される最低限必要な揚程を下回っていないかをチェックし、下回っている場合には、この最低限必要な揚程を必要揚程Ｐ１とした後（ステップＳ１１４’）、ステップＳ１０７からステップＳ１１３までの処理を再び行う。なお、ここでいう最低限必要な揚程とは、温度Ｔの熱媒を二次側設備２および冷熱源機器３で効率よく熱交換させるのに最低限必要なポンプの揚程であり、設備の設計仕様等に基づいて決定され、統合コントローラ１３に予め設定される値である。

（ステップＳ１１５：送水圧力Ｐ、送水温度Ｔの決定）統合コントローラ１３は、上記ステップＳ１１４において、送水圧力Ｐが送水温度Ｔに基づいて決定される必要揚程を下回っていないことを確認したら、ステップＳ１０７およびステップＳ１１３の処理によって決定された送水圧力Ｐおよび送水温度Ｔを各機器の制御目標値として最終決定し、コントローラ１２Ｃへ通知する。統合コントローラ１３から制御目標値を通知されたコントローラ１２Ｃは、二次ポンプ７のインバータを制御することでポンプの回転数を調整し、ポンプ出口ヘッダ８の圧力が送水圧力Ｐになるようにする。また、コントローラ１２Ｃは、冷熱源機器３に制御目標値として送水温度Ｔを通知する。コントローラ１２Ｃから送水温
度Ｔを通知された冷熱源機器３は、ベーン開度等を調整することにより、蒸発器出口の熱媒温度が送水温度Ｔになるように熱媒を制御する。

＜空調システムの効果＞
以上、上記空調システム１によれば、二次側設備２が必要とする最低限の流量の熱媒を二次ポンプ７で供給しているため、ポンプの電力消費量を低減することが可能である。春季や秋季のように二次側設備２が要求する熱媒の流量が少ない場合、ポンプの吐出流量が過多になりやすいが、二次側設備２の要求熱媒流量に応じてポンプの回転数を制御しているため、電力消費量の大幅な削減が可能となる。また、上記空調システム１によれば、外気温度等のパラメータに基づいて決定される最低限必要な熱媒の圧力や温度のチェックが行われるため、電力消費量の削減を目的としてポンプの回転数を減じても、熱媒の流れが不足する事態を避けることが可能である。すなわち、上記空調システム１によれば、負荷側の運転状態を基に冷温熱源水の送水圧力、送水温度の制御目標値を可変に制御しているため、各部屋の熱負荷を適正に処理して室内環境を適正な状態に保ちつつ、設備の消費エネルギーの削減を図ることが可能となる。

なお、ここで、外気取り入れダクトのダンパの動作について補足説明する。図４は、外気冷房における外気取り入れダクトのダンパが開く場合の条件を示す空気線図である。冷房負荷を削減する目的で外気をそのまま取り入れる場合であっても、外気の絶対湿度が高すぎる場合には除湿、低すぎる場合には加湿を行う必要が生じる。加湿や除湿を行うには新たな空調熱量が必要になることから、本実施形態に係る空調システム１は、外気温度および湿度が図４の斜線で示す領域内にある場合に外気を取り入れることで熱効率を高めている。

なお、上記空調システム１は、複数のコントローラ１２を統合コントローラ１３が統括するシステム構成になっているが、本発明はこのような実施形態に限定されるものでなく、一つの制御装置が全ての機器の制御を一括して行うものであってもよい。

空調システムの構成図。 空調システムの動作フロー図。 外気絶対湿度と必要揚程との関係を示すマップ。 空気線図。

符号の説明

１・・・空調システム
２・・・二次側設備
３・・・冷熱源機器
４・・・戻りヘッダ
５・・・一次ポンプ
６・・・ポンプ入口ヘッダ
７・・・二次ポンプ
８・・・ポンプ出口ヘッダ
９・・・冷却水循環ポンプ
１０・・冷却塔
１１・・バイパス配管
１２Ａ，Ｂ，Ｃ・・コントローラ
１３・・統合コントローラ
１４・・二方弁
１５・・流量センサ
１６・・温度センサ
１７・・圧力センサ
１８・・圧力調整弁

Claims (6)

1. 室内の空気を調整する空調システムであって、
   前記室内の空気を調整する空調機と、
   前記空調機へ熱媒を圧送することで前記室内の空気の調整に供する冷熱または温熱を該空調機へ供給する熱源機と、
   前記空調機が調整する空気の状態量に基づいて該空調機へ圧送する熱媒の状態量の制御目標値を決定する制御目標値決定手段と、
   前記空調機へ圧送する熱媒の状態量が、前記制御目標値決定手段が決定した前記制御目標値になるように、該空調機へ圧送する熱媒の状態量を制御する熱媒制御手段と、
   前記空調機によって流量が調整される前記熱媒の流量を検知する流量検知手段と、
   前記空調機が前記室内の空気の調整に使う熱量に応じて、前記熱源機から該空調機へ送られる前記熱媒の流量を調整する流量調整手段と、を備え、
   前記制御目標値決定手段は、
   前記流量検知手段の検知結果に基づき、前記空調機が前記空気を調整するために必要とする熱媒の送り圧力を、該空調機が該空気を調整するために必要とする熱媒の状態量である要求状態量として推定し、
   推定した前記要求状態量が、外気の状態量に基づいて決定される、前記空調機の空気調整能力を確保するために予め設定される前記熱媒の送り圧力に関する所定条件を満たす場合は、推定した該要求状態量を前記制御目標値として決定し、
   推定した前記要求状態量が、前記所定条件を満たさない場合は、該所定条件を満たす既定の状態量を前記制御目標値として決定し、
   前記熱媒制御手段は、前記空調機へ圧送する熱媒の送り圧力が、前記制御目標値決定手段が決定した制御目標値になるように、該空調機へ圧送する熱媒の送り圧力を制御する、
   空調システム。
2. 前記制御目標値決定手段は、
   前記空調機における熱媒の流量調整能力を確保するために予め設定される所定の下限送り圧力を前記所定条件とし、推定した前記送り圧力が、該所定の下限送り圧力以上の場合は、推定した該送り圧力を前記制御目標値として決定し、
   推定した前記送り圧力が、前記所定の下限送り圧力未満の場合は、該所定の下限送り圧力以上の既定送り圧力を前記制御目標値として決定する、
   請求項１に記載の空調システム。
3. 前記所定の下限送り圧力は、前記空調機が空気を調整する前記室内の熱収支量から推定される、該空調機が該室内の空気を調整するために必要とする前記熱媒の流量を確保するための圧力である、
   請求項２に記載の空調システム。
4. 前記制御目標値決定手段は、
   前記空調機が調整する空気の状態量に基づき、該空調機が該空気を調整するために必要とする熱媒の送り温度を前記要求状態量として推定し、
   前記空調機の空気調整能力を確保するために予め設定される所定の温度条件を前記所定条件とし、推定した前記送り温度が、該所定の温度条件を満たす場合は、推定した該送り温度を前記制御目標値として決定し、
   推定した前記送り温度が、前記所定の温度条件を満たさない場合は、該所定の温度条件を満たす既定送り温度を前記制御目標値として決定し、
   前記熱媒制御手段は、前記空調機へ圧送する熱媒の送り温度が、前記制御目標値決定手段が決定した制御目標値になるように、該空調機へ圧送する熱媒の送り温度を制御する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の空調システム。
5. 前記所定の温度条件は、前記空調機が空気を調整する前記室内の熱収支量から推定される、該空調機が該室内の空気を調整するために必要とする前記冷熱または温熱の熱量を確保するための温度である、
   請求項４に記載の空調システム。
6. 前記室内の熱収支量は、外気温度、外気湿度、前記熱媒の圧力、該熱媒の流量、該熱媒の温度、前記空調機における制御パラメータ、及び該空調機から出た熱媒の温度のうち何れかを含む物理量である、
   請求項３または５に記載の空調システム。

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