JP5422703B2

JP5422703B2 - 空調用熱源性能評価システム

Info

Publication number: JP5422703B2
Application number: JP2012136165A
Authority: JP
Inventors: 友也河路
Original assignee: Toenec Corp
Current assignee: Toenec Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: JP2014001872A

Description

本発明は、空調機に対して冷水もしくは温水からなる冷温水を供給する空調用熱源の性能を評価する空調用熱源性能評価システムに関する。

従来、空調用熱源は、一般的には、工場から出荷する前に行われる工場試験により性能が評価される。この工場試験は、空調熱負荷を設定し、空調用熱源と空調機の間を循環させる冷水もしくは温水の温度，流量，消費電力などが計測され、それらの計測データに基づいて当該空調用熱源の性能が評価される。なお、この設定された空調熱負荷、及び計測データに基づく空調用熱源の性能評価は、一般にメーカーのカタログなどに記載される。

空調用熱源を現場に設置して空調装置が運転状態に入ると、当該空調用熱源の性能評価試験が困難になり、継続的な性能評価試験が行われることは少ない。しかしながら、近年、省エネルギーの重要性が強調されており、空調用熱源の性能が低下していないか否か、という点から、継続的な性能評価が望まれている。
従来から行われている性能評価方法としては、通常運転時のデータを計測し、メーカーカタログ値と比較することが多い。しかし、空調用熱源は、空調装置がビルディングなどの使用現場に設置されて日常の運転状態に入ると、工場試験時のように空調用熱源の空調熱負荷を一定に設定した状態とは全く異なり、空調熱負荷が時々刻々、変化するため、メーカーカタログ値との比較評価が困難な場合が多い。また、膨大な運転時のデータから、性能評価用のデータを抽出するにも多大な労力を必要としていた。
そのような現状に鑑み、本願発明者は下記特許文献において、空調装置が使用現場に設置されたあとの空調用熱源の性能を継続的に容易に評価することができる性能評価システムを提案したが、研究開発の続行に伴い、より省コストな性能評価システムの出現が望まれていた。

特許第４５０５４９８号公報

本発明では、空調装置が使用現場に設置されたあとの空調用熱源の性能を継続的に容易に評価することができる省コストな空調用熱源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熱源性能評価システムにより解決することができる。
本発明は、冷水もしくは温水からなる冷温水を空調機へ供給する空調用熱源の性能を評価するための空調用熱源性能評価システムであって、
前記空調用熱源の冷温水出口側から前記空調機に至る供給配管のヘッダーと前記空調機から前記空調用熱源の冷温水入口側に至る戻し配管のヘッダーとを繋ぐバイパス配管と、該バイパス配管内に設けられた一個の流量調整用二方弁と、
前記供給配管内の前記ヘッダーの下流側であって前記空調機の冷温水入口側の配管が分岐接続される部位までの間に設けられた一個の二次側流量調整用二方弁で、構成される冷温水温度調節手段を備え、
使用現場に設置された後の前記空調用熱源の性能を評価する際に、
前記冷温水温度調節手段を構成する前記流量調整用二方弁と前記二次側流量調整用二方弁の流量調整により、前記バイパス配管を流れる冷温水の流量および前記空調機へ供給される冷温水の流量を調整して、前記空調用熱源の冷温水入口側における冷温水温度を所定温度に固定し、前記空調用熱源が処理する負荷を一定に設定した状態と同じ状態とし得るとともに、
前記冷温水温度調節手段により空調用熱源の冷温水入口側における冷温水温度が所定温度に固定された状態で、
前記冷温水入口側における冷温水温度と前記冷温水出口側における冷温水温度を計測する温度計測手段により計測された前記冷温水入口側における冷温水温度と前記冷温水出口側における冷温水温度と、
前記空調用熱源を流れる冷温水の流量を計測する流量計測手段により計測された冷温水流量と、
前記空調用熱源の消費電力とに基づいて、使用現場に設置された後の前記空調用熱源の性能を評価する評価手段とを備えて構成した、
ことを要旨とする。

本発明の空調用熱源性能評価システムによれば、冷温水温度調節手段は、空調用熱源の冷温水出口側から空調機に至る供給配管のヘッダーと空調機から空調用熱源の冷温水入口側に至る戻し配管のヘッダーとを繋ぐバイパス配管と、該バイパス配管内に設けられた一個の流量調整用二方弁と、供給配管内のヘッダーの下流側であって空調機の冷温水入口側の配管が分岐接続される部位までの間に設けられた一個の二次側流量調整用二方弁で構成され、流量調整用二方弁と二次側流量調整用二方弁の流量調整により、バイパス配管を流れる冷温水の流量および空調機へ供給される冷温水の流量を調整して空調用熱源の冷温水入口側における冷温水温度を所定温度に固定することによって、空調熱負荷が変化しても、前述の工場試験時のときと同様に空調熱負荷を一定に設定した状態と同等にすることができる。
この状態で、温度計測手段は、冷温水温度調節手段により調整された空調用熱源の冷温水入口側における冷温水温度と、冷温水出口側における冷温水温度とを計測する。
更に、流量計測手段は、空調用熱源を流れる冷温水の流量を計測する。
このように空調用熱源の冷温水入口側における冷温水温度と、冷温水出口側における冷温水温度と、空調用熱源を流れる冷温水流量とが計測されると、評価手段はこれらの計測データと空調用熱源の消費電力とに基づいて空調用熱源の性能を評価する。
このようにして、空調装置が使用現場に設置されたあとの空調用熱源の性能を継続的に容易に評価することができる。
なお、特許第４５０５４９８号では、空調用熱源毎に三方弁とバイパス管を設けていたが、それらが不要となり、省コストな空調用熱源性能評価システムとなる。

空調用熱源性能評価システムの全体的な構成を示した構成説明図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、性能評価の対象となる空調用熱源１，２を備えた空調装置ＡＣＳの全体的な構成を示した構成説明図であり、この空調装置ＡＣＳは、あるビルディングに設置されている。
なお、この空調装置ＡＣＳに装備されている空調用熱源１，空調用熱源２は、空調負荷が一方の空調用熱源の空調能力より大きくなった場合、両機共、運転される。或いは、一方の空調用熱源が故障したような場合、或いは、一方の空調用熱源を定期点検する場合などは、他方の空調用熱源のみを使用する場合もある。

両者は例えばヒートポンプ式空調用熱源であり、夏季には冷房用として用いられ、冬季は暖房用として用いられる。
空調用熱源１，２が冷房用として用いられる場合は、空調用熱源１，２で生成された冷水が後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などの空調機との間で循環され、暖房用として用いられる場合は、空調用熱源１，２で生成された温水が空調機との間で循環される。なお、上記冷水，温水を総称して冷温水として説明する。

図１に示すように、空調用熱源１，２の冷温水出口側に接続されている配管３ａ，３ｂには、後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との間で循環される冷温水の温度を検出する温度計４ａ，４ｂが取り付けられている。
また、空調用熱源１，２の冷温水入口側に接続されている配管５ａ，５ｂにはポンプ６ａ，６ｂが取り付けられているとともに、空調用熱源１，２の冷温水入口側から流入する冷温水の流量を検出する電磁流量計７ａ，７ｂと、当該冷温水の温度を検出する温度計８ａ，８ｂが取り付けられている。

また、空調用熱源１，２の冷温水入口側に接続されている配管５ａ，５ｂには、後述のエアハンドリングユニット１２若しくはファンコイルユニット１３を通過した冷温水を空調用熱源１，２に戻すための戻し配管１４から分岐した分岐管１５ａ，１５ｂがそれぞれ接続されている。

前記空調用熱源１，２の冷温水出口側に接続されている配管３ａ，３ｂは、空調機に至る供給配管９のヘッダー（管寄せ）２０に接続されており、ヘッダー２０を介した冷温水は、ポンプ２１によりポンプアップされてエアハンドリングユニット１２若しくはファンコイルユニット１３に供給され、エアハンドリングユニット１２若しくはファンコイルユニット１３を通過する。
なお、供給配管９には、ヘッダー２０の下流側に、ポンプ２１とともに、電動式の流量調整用二方弁１１が設けられている。

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の冷温水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と接続された配管２６，２７と接続されている。なお、このヘッダー２５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を通過した冷温水を空調用熱源１，２に戻すための戻し配管１４が接続されている。
空調用熱源１，２の冷温水出口側からエアハンドリングユニット１２，ファンコイルユニット１３に至る供給配管９のヘッダー２０と、エアハンドリングユニット１２，ファンコイルユニット１３から空調用熱源１，２の冷温水入口側に至る戻し配管１４のヘッダー２５とを繋ぐバイパス配管１６が設けられており、このバイパス配管１６内には、電動式の流量調整用二方弁１０が設けられている。

図１に示しているコントロールパネル３１には、前述の空調用熱源１，２、ポンプ６ａ，６ｂ，２１、流量調整用二方弁１０，１１などを制御する制御部３２が設けられている。
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４ａ，４ｂで検出された空調用熱源１，２の冷温水出口側における冷温水の温度検出信号、及び前記温度計８ａ，８ｂで検出された空調用熱源１，２の冷温水入口側における冷温水の温度検出信号を入力し、それぞれの冷温水温度を計測する。
また、この計測部３３は、電磁流量計７ａ，７ｂからの検出信号を入力し、前述の空調用熱源１，２に流入する冷温水の流量を計測する。更に、制御部３２による空調用熱源１，２の制御に伴う消費電力を計測する。

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、上記計測部３３で計測された空調用熱源１，２の冷温水入口側における冷温水の温度、空調用熱源１，２の冷温水出口側における冷温水の温度、空調用熱源１，２に流入する冷温水の流量、それに空調用熱源１，２の消費電力に基づいて、空調用熱源１，２の性能を評価する。
なお、この性能評価の手法については後で説明する。そして、評価部３４で評価された空調用熱源１，２の性能は表示部３５に表示される。

次に、空調用熱源１，２の性能評価の手法について説明する。
ここでは、冷房運転中の空調用熱源１を性能評価する。なお、空調用熱源２の冷房運転中の性能評価をする場合も、基本的に空調用熱源１と同じである。
前述の制御部３２は、流量調整用二方弁１０と流量調整用二方弁１１とを制御することにより、バイパス配管１６を流れる冷水の流量およびエアハンドリングユニット１２，ファンコイルユニット１３へ供給される冷水の流量を調整して、空調用熱源１の冷温水入口側に流れる冷水の温度を、例えば１０℃に設定する。

例えば、空調用熱源１の出口側における冷水の温度が７℃ならば、バイパス配管１６を流れる冷水の温度は７℃であり、一方、エアハンドリングユニット１２，ファンコイルユニット１３の出口側から戻し配管１４のヘッダー２５に至る間の冷水の温度が１２℃であると、流量調整用二方弁１０と流量調整用二方弁１１とを制御することにより、ヘッダー２５から下流の空調用熱源１の入口側冷水の温度を正確に１０℃に設定することができる。これにより、前述の工場試験で空調熱負荷を一定に設定した状態と同じ状態が得られる。

上記のように、制御部３２による流量調整用二方弁１０と流量調整用二方弁１１の制御により、例えば１０℃に設定された冷水が空調用熱源１に流入される過程で、電磁流量計７ａにより、運転時の冷水流量が検出されるとともに、温度計８ａにより冷水温度が検出される。更に空調用熱源１から流出された冷水の温度が温度計４ａで検出される。
このように検出された電磁流量計７ａによる冷水流量検出信号、温度計８ａによる冷水温度検出信号、温度計４ａによる冷水温度検出信号は、コントロールパネル３１の計測部３３に伝送され、運転時の空調用熱源１に流入する冷水流量と冷水温度、及び空調用熱源１から送出される冷水温度が計測されるとともに、運転時の空調用熱源１の消費電力が計測される。
このように、計測部３３において空調用熱源１に流入する冷水流量，冷水温度、空調用熱源１から送出される冷水温度、それに空調用熱源１の消費電力が計測されると、これらの計測データは評価部３４に送られる。

評価部３４には、上記計測データに基づいて空調用熱源の性能を評価するための性能評価プログラムが予め格納されており、そのプログラムの実行により、メーカー定格値あるいは設定時の初期値との比較評価が容易かつ正確に行われ、空調用熱源１の性能が評価される。この場合、空調用熱源１の性能が、例えば効率として計算され、その効率が表示部３５に表示されるとともに上記計測データも表示される。なお、これらの計測データ及び性能評価結果は、評価部３４の図示していないメモリーに記録される。

なお、以上の説明では空調用熱源１の冷房運転時の性能を評価する手段について説明したが、空調用熱源１の暖房運転時の性能を評価する手段も冷房運転時と同様である。また、空調用熱源２も同様の手段で冷房運転時，暖房運転時の性能を評価することができる。

なお、前記ポンプ２１が、変流量インバーター制御の場合は、前記流量調整用二方弁１１は設ける必要はなく、制御部３２により流量調整用二方弁１０とポンプ２１を制御して、例えば１０℃に設定された冷水を空調用熱源１に流入させることができ、工場試験で空調熱負荷を一定に設定した状態と同じ状態を得ることができる。

以上のように、現場に設置された状態で、それぞれの空調装置の空調用熱源の性能が定期的に計測評価されると、それぞれの空調用熱源の性能を継続的に評価することができる。これにより、空調用熱源のエネルギー性能の経時的な変化などを確認することができるため、省エネルギーなどの観点から、各空調用熱源の修理時期、あるいは更新時期などを定量的に決定することができる。

ＡＣＳ空調装置
１，２空調用熱源
４ａ，４ｂ温度計
７ａ，７ｂ電磁流量計
８ａ，８ｂ温度計
９供給配管
１０，１１流量調整用二方弁
１２エアハンドリングユニット
１３ファンコイルユニット
１４戻し配管
１６バイパス配管
２０，２５ヘッダー
３１コントロールパネル
３２制御部
３３計測部
３４評価部
３５表示部

Claims

冷水もしくは温水からなる冷温水を空調機へ供給する空調用熱源の性能を評価するための空調用熱源性能評価システムであって、
前記空調用熱源の冷温水出口側から前記空調機に至る供給配管のヘッダーと前記空調機から前記空調用熱源の冷温水入口側に至る戻し配管のヘッダーとを繋ぐバイパス配管と、該バイパス配管内に設けられた一個の流量調整用二方弁と、
前記供給配管内の前記ヘッダーの下流側であって前記空調機の冷温水入口側の配管が分岐接続される部位までの間に設けられた一個の二次側流量調整用二方弁で、構成される冷温水温度調節手段を備え、
使用現場に設置された後の前記空調用熱源の性能を評価する際に、
前記冷温水温度調節手段を構成する前記流量調整用二方弁と前記二次側流量調整用二方弁の流量調整により、前記バイパス配管を流れる冷温水の流量および前記空調機へ供給される冷温水の流量を調整して、前記空調用熱源の冷温水入口側における冷温水温度を所定温度に固定し、前記空調用熱源が処理する負荷を一定に設定した状態と同じ状態とし得るとともに、
前記冷温水温度調節手段により空調用熱源の冷温水入口側における冷温水温度が所定温度に固定された状態で、
前記冷温水入口側における冷温水温度と前記冷温水出口側における冷温水温度を計測する温度計測手段により計測された前記冷温水入口側における冷温水温度と前記冷温水出口側における冷温水温度と、
前記空調用熱源を流れる冷温水の流量を計測する流量計測手段により計測された冷温水流量と、
前記空調用熱源の消費電力とに基づいて、使用現場に設置された後の前記空調用熱源の性能を評価する評価手段とを備えて構成した、
ことを特徴とする空調用熱源性能評価システム。