JP5558202B2 - 送水制御システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱源機により生成された冷温水を複数の負荷機器へ送水するポンプの流量を制御する送水制御システムと、送水制御方法に係り、特に、最小の動力で複数の負荷機器へ送水できる送水制御システム及びその制御方法に関する。

従来の地域冷暖房装置等で冷温水を搬送する送水制御システムにおいて、熱負荷の大きさに応じて搬送動力を低減する方法としては、往きヘッダーの吐出圧力が一定になるよう、複数台のポンプの運転台数やポンプの回転数をインバータにて制御する方法や、最も循環揚程を要求する配管経路を想定し、その経路が要求する送水圧力を流量から推定する、推定末端圧制御を採用するなどの方法がある。

往きヘッダーの吐出圧力が一定になるよう複数台のポンプの運転台数やポンプの回転数を制御する方法では、配管経路が要求する最大揚程を随時把握することが難しい。そのため、揚程が不足して流量が減少することで熱交換量が不足してしまうことを避けるよう、往きヘッダーの吐出圧力を設定する必要がある。結果として、負荷機器の熱需要の大きさによっては、配管経路が必要とする揚程よりも高い圧力で送水している状態になることがある。また、推定末端圧制御は、推定の精度に搬送動力の削減効果が依存するため、より大きな削減効果を得るためには、推定の精度を上げることを目的とした煩雑なシステムのチューニングが必要となる。

従来、この種の送水圧制御システムとしては、負荷機器からの還水に圧力を付加した送水を負荷機器に送水するポンプと、還水が入力されるポンプの入力側と送水が出力されるポンプの出力側とを接続するバイパスに設けられたバイパス弁と、末端の負荷機器に入力される送水の圧力を計測するセンサと、このセンサにより計測される圧力に基づいて、ポンプから出力される送水の圧力を設定する制御装置とを備えており、ポンプ揚程にかかるエネルギーを削減することが可能となり、結果として、さらなる省エネルギー化を実現することができるものである（例えば、特許文献１参照）。

また、他の送水圧制御システムは、冷温水を生成する熱源機と、この熱源機からの冷温水の往水管路と還水管路との間に設けられた複数の負荷機器と、これら負荷機器への熱源機からの冷温水の送水圧を制御する制御装置とを備え、負荷機器の各々は、自己の負荷機器に流れる冷温水の流量を負荷機器流量として計測する流量計測手段と、自己の負荷機器に流れる冷温水の流量を調整するバルブの入口側と出口側との間の差圧をバルブ差圧として計測する差圧計測手段とを備え、制御装置は、負荷機器毎に流量計測手段によって計測された負荷機器流量と差圧計測手段によって計測されたバルブ差圧とからその負荷機器の入力側と出力側との間に加わる差圧を負荷機器差圧として推定する負荷機器差圧推定手段と、この負荷機器差圧推定手段によって推定された負荷機器毎の負荷機器差圧中の最小値に基づいて熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧を設定する送水圧設定手段とを備え、末端に位置する負荷機器を探索する必要がなくなり、かつ末端に位置する負荷機器に末端差圧を計測するための専用の差圧センサを設置することなく、熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧を状況に応じて変更し、省エネルギーを図ることが可能となるものである（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２９９９８０号公報 特開２００９−１２１７２２号公報

ところで、通常の送水制御システムにおいては、複数の熱の需要先に対して、ひとつの場所で製造した熱を搬送する際に、最も要求圧力の大きな負荷機器に通じる経路に合わせてポンプや送水圧力を設定している。しかしながら、設計段階で要求圧力の最も大きな経路が特定しづらいケースや、竣工後の改修工事などに伴い、最も要求圧力の大きい経路が変わるケースもある。

前記特許文献１に記載の送水制御装置およびその方法では、物理的な末端にある熱交換器がポンプ揚程を支配する熱交換器としている。しかし、熱需要が大きい熱交換器が途中の経路で存在した場合、その熱交換器がポンプ揚程を支配する熱交換器となり得ることが考慮されていないため、ポンプ揚程を支配する熱交換器を正確に特定できないことが起き得る。

また、前記特許文献２に記載の送水圧制御システムは、負荷機器に取り付けられたコントロールバルブの差圧と、想定した負荷機器の差圧を合算し、最も小さい負荷機器の差圧にあわせて、ポンプの送水圧を制御する。この方法では、最も循環揚程を必要とする負荷機器を一意に決定できない。すなわち、コントロールバルブの差圧＋負荷機器の差圧が同じ値でも、コントロールバルブが絞られている場合は、バルブの差圧が「大」、負荷機器の差圧が「小」、コントロールバルブが開いている場合は、バルブの差圧が「小」、負荷機器の差圧が「大」となり得る。従って、この技術では、末端に位置する負荷機器の制御バルブをさらに開き、ポンプの吐出圧を低減できるにもかかわらず、バルブが絞られたまま定常状態に陥る可能性がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数の熱交換器の中から最も循環揚程を要求するものを、予め設定しておいた差圧（最適差圧）と、実測されたバルブ＋熱交換器の差圧を比較することで探索して特定し、その熱交換器に合わせてポンプの回転数をインバータ制御することで、必要最小限のポンプ吐出圧力にて熱を搬送できる送水制御システムを提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る送水制御システムは、熱源機により生成された１次側冷温水を複数の熱交換器に送水し、該熱交換器を介して１次側冷温水の熱エネルギーを２次側冷温水に伝達して複数の熱需要家の熱利用機器に供給する送水制御システムであって、熱源機と複数の熱交換器との間に１次側冷温水を循環させる１次側ポンプと、該１次側ポンプの回転数を制御するインバータと、１次側冷温水を複数の熱交換器のそれぞれへ送水する管路の流量を調整する複数の１次側流量調整弁と、複数の熱交換器の流入管路及び流出管路における１次側冷温水の入出圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサの圧力データに基づいて前記インバータの周波数を制御するインバータ制御装置と、前記複数の１次側流量調整弁の開度を調整する弁制御装置とを備え、複数の熱交換器と複数の熱利用機器との間に２次側冷温水を送水する複数の２次側ポンプと、２次側冷温水の流量をそれぞれ測定する複数の流量センサと、複数の熱交換器に流入する２次側冷温水の温度と流出する２次側冷温水の温度を測定する複数の温度センサとをさらに備え、前記インバータ制御装置は、各流量センサの出力及び各温度センサのデータより、最も循環揚程を必要としている熱需要家を特定し、特定された熱需要家の前記各流量センサの出力及び前記各温度センサのデータに基づいて前記１次側ポンプの回転数を前記インバータで制御することを特徴としている。

前記のごとく構成された本発明の送水制御システムは、各流量センサの出力及び前記各温度センサのデータより、最も循環揚程を必要としている熱需要家を特定し、特定された熱需要家のデータに基づいて１次側ポンプの回転数をインバータで制御するため、熱需要に合わせて必要最小限の動力で１次側冷温水を複数の熱需要家に送水することができる。

また、本発明に係る送水制御システムの好ましい具体的な態様としては、前記インバータ制御装置は、前記送水制御システムの冷温水搬送時に、前記各熱交換器の２次側における各熱利用機器の熱需要量を算出し、算出された熱需要量より各熱交換器に適正な１次側冷温水の流量を算出し、該流量に基づいて１次側流量調整弁のバルブ開度が全開であった場合の各熱交換器に最適な差圧（以下、「最適差圧」と表記）を算出し、該最適差圧と、前記熱交換器に流入する圧力と該熱交換器から流出する圧力との実際の差圧との差から最も循環揚程を必要としている熱需要家を特定することを特徴としている。

この構成によれば、各熱需要家の２次側冷温水の流量と、各熱交換器に流入する冷温水の温度、及び各熱交換器から流出する冷温水の温度により各熱需要家の必要とする熱エネルギー（熱需要量）を算出し、この熱需要量より各熱交換器に適正な１次側冷温水の流量を算出し、該流量に基づいて各熱交換器に適正な最適差圧を算出し、該最適差圧と実際の差圧との差より最も循環揚程の要る需要家を特定して、１次側ポンプの回転数をインバータで制御するため、熱需要に合わせて必要最小限の動力で送水することができる。

さらに、本発明に係る送水制御システムの好ましい具体的な他の態様としては、前記インバータ制御装置は、前記複数の熱需要家の前記最適差圧と前記実際の差圧とのそれぞれの差を比較し、前記実際の差圧と前記最適差圧の差が最も小さい熱交換器を備える熱需要家を最も循環揚程を必要としている熱需要家と特定し、その熱交換器における実際の差圧が最適差圧以上のとき１次側ポンプの回転数をインバータで減少させることを特徴としている。この構成によれば、最も循環揚程を必要としていると特定された熱需要家の最適差圧と実際の差圧との差を比較し、実際の差圧が最適差圧以上のとき１次側ポンプの回転数を減少させ、実際の差圧が最適差圧未満のとき１次側ポンプの回転数を増加することで、熱需要家が要求する循環揚程に適したポンプ制御を行なうことができる。

また、本発明の送水制御システムでは、前記インバータ制御装置は、算出された各熱交換器に適正な１次側冷温水の流量に基づいて最適差圧をマップより算出することが好ましい。このように構成することで、最適差圧を容易に算出することができ、マップを変更することで制御のチューニングを容易に行なうことができる。

本発明の送水制御システムは、各１次側冷温水の熱源機への還り温度を測定する温度センサをさらに備え、前記弁制御装置は、温度センサの還り温度と設定値とを比較し、冷水搬送時には前記還り温度が設定値以上のときには流量調整弁の開度を増加させ、前記還り温度が設定値未満のときには前記流量調整弁の開度を減少させるように制御し、温水搬送時にはその逆の制御を行うことを特徴としている。この構成によれば、最も循環揚程を必要としていると特定された熱需要家に応じたポンプ制御を行いつつ、他の需要家は熱交換器の冷温水の入出口温度差を確保することができ、省エネルギーを達成することができる。

また、本発明の送水制御システムは、各１次側冷温水の熱交換器へ入る往き温度と、熱交換器から出る還り温度を測定する温度センサをさらに備え、前記弁制御装置は、温度センサの往き温度と還り温度との往還温度差と設定値とを比較し、前記往還温度差が設定値以上のときには流量調整弁の開度を増加させるように制御するように構成すると好ましい。この構成によれば、１次側冷温水の熱交換器へ入る往き温度が想定から外れた場合でも対応可能な制御システムへと発展することができる。

本発明に係る送水制御システムの制御方法は、熱源機により生成された１次側冷温水を回転数制御できる１次側ポンプと、複数の１次側流量調整弁で流量を調整することにより複数の熱交換器に送水し、該熱交換器を介して１次側冷温水の熱エネルギーを２次側冷温水に伝達して複数の熱利用機器に供給する送水制御システムの制御方法であって、熱交換器の２次側において、２次側冷温水の流入温度、流出温度、及び流量より各熱需要家の熱需要量（要求熱エネルギー）を算出し、算出された熱需要量より１次側の熱交換器に必要な１次側冷温水の流量を算出し、算出された１次側冷温水の流量より各熱交換器に最適な前記１次側流量調整弁のバルブ開度を全開としたときの１次側最適差圧を算出し、複数の熱交換器の１次側に流入する圧力と流出する圧力の１次側差圧を測定し、測定された各熱交換器の１次側差圧と、１次側最適差圧とに基づいて最も循環揚程の要求の大きい熱需要家を特定し、特定された熱需要家の１次側冷温水の流量を調整する流量調整弁を全開または弁開度を所定値に開いたあと、１次側差圧と１次側最適差圧とに基づいて、１次側ポンプの回転数を変更することを特徴としている。

各熱交換器に最適な１次側最適差圧を算出する工程は、マップを用いて行なうことが好ましく、熱交換器の１次側冷温水の差圧が１次側最適差圧以上のときに１次側ポンプの回転数を減少させることが好ましい。さらに、送水制御システムの制御方法は、最も循環揚程の要求が大きいと特定された熱需要家以外の熱需要家に対する工程として、前記１次側冷温水の還り温度が設定値以上のときに前記流量調整弁の開度を増加させ、設定値未満のとき流量調整弁の開度を減少させるように制御することを特徴としている。また、各熱交換器の１次側冷温水の往還温度差が設定値以上のときに１次側冷温水の流量を調整する流量調整弁の開度を増加させ、前記往還温度差が設定値未満のときには前記流量調整弁の開度を減少させるように制御してもよい。

このように構成された制御方法によれば、各熱需要家の要求する循環揚程を把握し、その中から最も循環揚程を要求する熱需要家に合わせて１次側冷温水のポンプ吐出圧を調整するため、需要家が要求する循環揚程に合わせて必要最小限の動力で１次側冷温水を送水することができる。

本発明の送水制御システム及びその制御方法は、一つの場所（熱製造プラント）で製造した熱を搬送する際に、必要最小限の動力で複数の熱交換器に効率良く熱を送り届けることができる。また、配管系の末端圧制御の精度を高めるための煩雑なチューニングが不要となり、容易に省エネルギーを達成することができる。さらに、熱交換器の１次側と２次側で熱交換量が急激に変化した場合でも制御系が不安定になることを防止できる。

本発明に係る送水制御システムの一実施形態の要部構成を示すブロック図。 図１の送水制御システムの冷温水を送水するポンプを制御すると共に、冷温水の流量を調整する流量調整弁を制御する動作を示す冷水搬送時のフローチャート。 図１の送水制御システムの冷温水を送水するポンプを制御すると共に、冷温水の流量を調整する流量調整弁を制御する動作を示す温水搬送時のフローチャート。 本発明に係る送水制御システムの他の実施形態の要部構成を示すブロック図。 図４の送水制御システムの冷温水を送水するポンプを制御すると共に、冷温水の流量を調整する流量調整弁を制御する動作を示すフローチャート。

以下、本発明に係る送水制御システム及びその制御方法の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１のブロック図は、本実施形態に係る送水制御システムの概略構成を示しており、図２のフローチャートは、図１の送水制御システムの冷温水を送水するポンプの回転数を増減させる制御を示すと共に、流量調整弁を開閉して１次側冷温水の流量を調整する制御を示している。

図１において、本実施形態の送水制御システムは、地域冷暖房装置等で熱を搬送する冷温水の送水に最適な送水制御システムであり、熱源機１により生成された１次側冷温水を複数の熱需要家Ａ，Ｂ…の負荷機器である熱交換器２Ａ，２Ｂ…に送出し、該熱交換器を介して１次側冷温水の熱エネルギーを２次側冷温水に伝達し複数の熱利用機器３Ａ，３Ｂ…に供給する送水制御システムである。熱利用機器とは、例えば空気調和機があり、複数の熱利用機器に熱エネルギーを送るときには往路導管５ａの端部に往路ヘッダー（図示せず）を接続し、還路導管５ｂの端部に還路ヘッダー（図示せず）を接続して冷温水を分配することが好ましい。１次側冷温水は冷房用のときは７℃程度、暖房用のときは５０℃程度に設定されることが多い。

１次側の冷温水は熱源機１から導管４を通して各熱需要家の熱交換器２Ａ，２Ｂ…に送水され、熱源機１に戻る構成となっている。導管４の往路４ａ、及び分岐された往路４ｃには流量調整弁Ｖ１，Ｖ２が設置され、熱交換器２Ａ，２Ｂ…への１次側冷温水の流量を調整している。熱交換器２Ａ，２Ｂ…は、１次側冷温水の熱エネルギーを２次側冷温水に伝達するものである。

２次側冷温水は熱需要家ごとの複数の熱交換器２Ａ，２Ｂ…と、これに接続された複数の熱利用機器３Ａ，３Ｂ…とを導管５，６を通して循環する構成となっている。１次側の導管４は往路４ａと分岐された往路４ｃ、還路４ｂと分岐された還路４ｄとを備えており、熱交換器２Ａの２次側の導管５も往路５ａと還路５ｂとを備えており、熱交換器２Ｂの２次側の導管６も往路６ａと還路６ｂとを備えている。

本実施形態の送水制御システムは、熱源機１と、この熱源機で生成された１次側冷温水を搬送するポンプ７と、ポンプ７の回転数を制御するインバータ７ａ、及びインバータを制御するインバータ制御装置８ａで共通の熱プラントを構成し、複数の熱需要家は導管４の流量調整弁Ｖ１，Ｖ２より下流側と規定され、熱プラントと複数の熱需要家Ａ，Ｂ…との間を往路と還路からなる導管４で接続して構成される。

また、本実施形態の制御装置８は、インバータ制御装置８ａと、弁制御装置８ｂとから構成されている。インバータ制御装置８ａは、各種のセンサから入力されるデータに基づいてポンプ７のインバータ７ａへの周波数を変更してポンプの回転を制御し、弁制御装置８ｂは同様に各種センサからのデータに基づいて流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開度を調整するものである。

熱需要家ごとの導管構成は、基本的には同じであるので、第１の熱需要家Ａについて詳細に説明する。１次側の導管４の往路４ａには１次側のポンプ７が設置される。ポンプ７はインバータ７ａが付属され、インバータ制御装置８ａからの信号により周波数を変更することでその回転数を変更し、ポンプの送水能力を変更できる構成となっている。ポンプ７と熱交換器２Ａとの間に、１次側の冷温水の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設置されている。そして、インバータ制御装置８ａでは熱交換量に応じた最適差圧（バルブ開度全開の場合のバルブ入口と熱交換器出口の差圧）を演算する。

そして、１次側の導管４の往路４ａと還路４ｂの間には、差圧センサ１０が設置されている。差圧センサ１０は往路４ａの圧力Ｐ１と、還路４ｂの圧力Ｐ２との差圧ΔＰ１２を測定するものであり、差圧センサのデータは制御装置８に入力されている。差圧センサ１０で計測された実測値とインバータ制御装置８ａにて演算された最適差圧を比較することで最も循環揚程を要求する熱交換器を特定する。すなわち、熱交換器２Ａ，２Ｂ…ごとに最適差圧と実測差圧を比較し、最適差圧と実測差圧の差の最も小さい熱交換器が、最も循環揚程を必要とする熱交換器であると判断する。また、還路４ｂには温度センサＴａが設置されており、この温度センサは熱交換器２Ａから流出する１次側冷温水の温度を測定するものである。この温度センサＴａの出力は制御装置８に入力されている。制御装置８の一部を構成する弁制御装置８ｂは温度センサＴａの出力に基づいて流量調整弁Ｖ１の開度を調整する構成となっている。

熱交換器２Ａの２次側では、往路５ａと還路５ｂとを有する導管５が接続され、往路５ａと還路５ｂとの末端には熱利用機器３Ａが接続されている。往路５ａの途中には２次側ポンプ１２が設置されており、このポンプにより熱交換器２Ａと熱利用機器３Ａとの間に２次側冷温水を循環させる構成となっている。往路導管５ａと還路導管５ｂとの間に調整弁Ｖ３が設置され、調整弁Ｖ３と熱交換器２Ａとの間の還路に調整弁Ｖ４が設置されている。

また、往路導管の２次側ポンプ１２の下流には流量センサＦ１が設置され、２次側冷温水の熱交換器２Ａから流出する側と、熱交換器２Ａに流入する側に、それぞれ温度センサＴ１，Ｔ２が設置されている。温度センサＴ１が熱交換器２Ａから出る２次側冷温水の温度を測定し、温度センサＴ２が熱交換器２Ａに入る２次側冷温水の温度を測定する。流量センサＦ１、温度センサＴ１，Ｔ２の出力は制御装置８に入力されている。この構成により、制御装置８は差圧センサ１０、温度センサＴａ、温度センサＴ１，Ｔ２、流量センサＦ１の出力に基づいてポンプ７のインバータ７ａへ供給する周波数を算出し、インバータ制御装置８ａが１次側冷温水のポンプ７の回転数を増減する制御を行い、１次側冷温水のポンプ７の能力を制御する構成となっている。

２番目の熱需要家Ｂについては、基本的には１番目の熱需要家Ａと同等の構成であり、分岐された往路４ｃ、還路４ｄが熱交換器２Ｂに接続され、導管４の往路４ｃと還路４ｄの間には、差圧センサ１１が設置されている。差圧センサ１１は往路４ｃの圧力Ｐ１と、還路４ｄの圧力Ｐ２との差圧ΔＰ１２を測定するものであり、差圧センサの出力はインバータ制御装置８ａに入力されている。また、還路４ｄには温度センサＴｂが設置されており、この温度センサは熱交換器２Ｂから流出する１次側冷温水の温度を測定するものである。この温度センサＴｂの出力は制御装置８に入力されている。制御装置８の一部を構成する弁制御装置８ｂは温度センサＴｂの出力に基づいて流量調整弁Ｖ２の開度を調整する構成となっている。

２番目の熱需要家Ｂの熱交換器２Ｂの２次側では、往路６ａと還路６ｂとを有する導管６が接続され、往路６ａと還路６ｂとの末端には空調機等の熱利用機器３Ｂが接続されている。往路６ａの途中には２次側ポンプ１３が設置されており、このポンプにより熱交換器２Ｂと熱利用機器３Ｂとの間に２次側冷温水を循環させる構成となっている。往路導管６ａと還路導管６ｂとの間に調整弁Ｖ５が設置され、調整弁Ｖ５と熱交換器２Ｂとの間の還路に調整弁Ｖ６が設置されている。

また、往路導管の２次側ポンプ１３の下流には流量センサＦ２が設置され、２次側冷温水の熱交換器２Ｂから流出する側と、熱交換器２Ｂに流入する側に、それぞれ温度センサＴ３，Ｔ４が設置されている。温度センサＴ３が熱交換器２Ｂから出る２次側冷温水の温度を測定し、温度センサＴ４が熱交換器２Ｂに入る２次側冷温水の温度を測定する。流量センサＦ２、温度センサＴ３，Ｔ４の出力は制御装置８に入力されている。この構成により、制御装置８は差圧センサ１１、温度センサＴｂ、温度センサＴ３，Ｔ４、流量センサＦ２の出力に基づいてポンプ７のインバータ７ａへ供給する周波数を算出し、インバータ制御装置８ａが１次側冷温水のポンプ７の回転数を増減する制御を行い、１次側冷温水のポンプ７の圧力を制御する構成となっている。

このように構成された本実施形態の送水制御システムの制御方法について、図２の冷水搬送時のフローチャートを参照して説明する。制御装置８は、ステップＳ１で各熱需要家の受入２次側における熱需要量を算出する。すなわち、熱交換器２Ａの２次側における２次側冷温水の流量を流量計で測定し、２次側冷温水の熱交換器から出る出口温度を温度センサで測定し、２次側冷温水の熱交換器へ入る入口温度を温度センサで測定し、２つの温度センサの温度差と流量に基づいて各熱需要家の熱需要量を算出する。

このあと、ステップＳ１で算出した各熱需要家の熱需要量に基づいて、ステップＳ２で各熱交換器の適正な１次側冷温水の流量（Ｆｓ）を算出する。また、ステップＳ３では、ステップＳ２で算出した１次側冷温水の流量から、マップＭを用いて各熱交換器の適正な１次側差圧（最適差圧ΔＰｓ）を算出する。マップＭを用いることで、算出が容易に行え、マップを修正することで制御のチューニングが容易に行える。また、マップを用いることで、熱交換量の過渡的な変動が発生した際に制御系が不安定になることを防止できる。

一方、熱交換器の１次側では、各熱交換器の実際の１次側往還差圧（ΔＰ１２）を取得する。すなわち、ステップＳ４で、熱交換器に流入する１次側冷温水の入口圧力Ｐ１と、熱交換器から流出する１次側冷温水の出口圧力Ｐ２より実際の差圧（ΔＰ１２）を求める。そして、ステップＳ５では、ステップＳ３で算出した最適差圧ΔＰｓと、ステップＳ４で取得した１次側往還差圧ΔＰ１２との差より、最も循環揚程の要る熱需要家を特定する。すなわち、複数の熱需要家の内、最適差圧ΔＰｓと１次側往還差圧ΔＰ１２との差の小さい需要家を最も循環揚程を要求する需要家として特定する。

そして、特定された熱需要家に対して、ステップＳ６で流量調整弁の開度を所定値に開く、あるいは開度を全開する。この工程で、流量調整弁の開度を所定値に開くとは、予め設定されたステップだけ開くことであり、全開にすることでポンプの消費電力を最小にすることができるが、急激な変化による制御の不安定を防止するために、段階的に開くように選択している。このあと、ステップＳ７で各熱交換器１次側往還差圧ΔＰ１２が目標値である最適差圧ΔＰｓ以上かを判断し、以上である場合はステップＳ８でポンプインバータの周波数を減少させ、スタートに戻る。また、各熱交換器１次側往還差圧ΔＰ１２が目標値である最適差圧ΔＰｓ未満である場合はステップＳ９でポンプインバータの周波数を増加させ、スタートに戻る。

このように、複数の熱需要家の内、最も循環揚程を要求する需要家を最適差圧ΔＰｓと１次側往還差圧ΔＰ１２との差から特定し、この需要家に合わせて１次側冷温水を搬送するポンプの揚程をインバータで制御するため、必要最小限の動力で効率良く１次側冷温水を搬送することができる。

また、ステップＳ５で特定された熱需要家でない、その他の熱需要家については、ステップＳ１０で、各熱交換器１次側冷水の還り温度を設定値と比較する。冷水の設定値とは、通常５〜１０℃程度に設定する。１次側冷水の還り温度が設定値以上の場合はステップＳ１１で流量調整弁の開度を予め設定しておいたステップで増加させる制御を行い、１次側冷水の流量を増加させ、スタートに戻る。１次側冷水の還り温度が設定値未満であるときは、ステップＳ１２で流量調整弁の開度を予め設定しておいたステップで減少させる制御を行い、１次側冷水の流量を減少させ、スタートに戻る。ステップＳ１１，Ｓ１２の流量調整弁の開度を増減する制御は、ステップ的に行われ、そのステップの大きさは、配管経路の長さや配管経路が保有する水量により調整する。

つぎに、本実施形態の送水制御システムの温水搬送時の制御方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。前記した図２のフローチャートの説明と同じステップＳ１〜Ｓ９の説明については省略する。温水の場合は、ステップＳ１５〜Ｓ１７で冷水とは逆の流量調整弁の操作となる。すなわち、ステップＳ５で、最も循環揚程の要る熱需要家として特定された以外の熱需要家に対して、ステップＳ１５で、各熱交換器１次側温水の還り温度を設定値と比較する。温水の設定値とは、一般に５０℃程度に設定することが多い。

１次側温水の還り温度が設定値以上の場合はステップＳ１６で流量調整弁の開度を予め設定しておいたステップで減少させる制御を行い、１次側温水の流量を減少させ、スタートに戻る。１次側温水の還り温度が設定値未満であるときは、ステップＳ１７で流量調整弁の開度を予め設定しておいたステップで増加させる制御を行い、１次側温水の流量を増加させ、スタートに戻る。この流量調整弁の開度を増減する制御もステップ的に行われ、そのステップの大きさは、配管経路の長さや配管経路が保有する水量により調整する。このように流量調整弁の開度を増減して冷水や温水の流量を制御し、最も循環揚程を必要としていると特定された熱需要家に応じたポンプ制御を行いつつ、他の需要家は熱交換器の冷水や温水の入出口温度差を確保することができる。その結果、省エネルギーを達成することができる。

前記の実施形態では、差圧センサを用いて１次側冷温水の入口圧力と出口圧力との差圧を直接測定する例を示したが、往路４ａに入口圧力を測定する圧力センサを設置し、還路４ｂに出口圧力を測定する圧力センサを設置し、制御装置で両圧力センサの出力から差圧を演算するように構成してもよい。

つぎに、本発明に係る送水制御システム及びその制御方法の他の実施形態を図４，５に基づき詳細に説明する。図４のブロック図は、本実施形態に係る送水制御システムの概略構成を示しており、図５のフローチャートは、図４の送水制御システムの冷温水を送水するポンプの回転数を増減させる制御を示すと共に、流量調整弁を開閉して１次側冷温水の流量を調整する制御を示している。この実施形態は、前記した実施形態に対して、熱交換器へ入る１次側冷温水の往き温度と、熱交換器から出る還り温度を測定するように構成したことを特徴としている。なお、前記して実施形態と実質的に同等の構成については、同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

図４において、熱交換器２Ａ，２Ｂ…に１次側冷温水を循環させる往路４ａ，４ｃには温度センサＴａ１，Ｔｂ１が設置され、還路４ｂ，４ｄには温度センサＴａ２，Ｔｂ２が設置されている。往路の温度センサは熱交換器に入る１次側冷温水の往き温度を測定するものであり、還路の温度センサは熱交換器から出る１次側冷温水の還り温度を測定するものである。これらの４つの温度センサの測定データは制御装置８に入力され、インバータ７ａの制御、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の制御に用いられる。その他の構成は、実質的に前記の実施形態と同様の構成となっている。

このように構成された本実施形態の動作について、図５を参照して以下に説明する。ステップＳ１からステップＳ９までの流れは前記の実施形態と同様であり、説明は省略する。ステップ５で、最も循環揚程の要る熱需要家として特定された以外の熱需要家に対して、ステップＳ２０では、例えば熱需要家Ａでは往路４ａに設置された温度センサＴａ１と、還路４ｂに設置された温度センサＴａ２との計測データを用いて、往き還りの温度差である往還温度差を算出し、往還温度差と予め設定しておいた設定値とを比較する。このあと、往還温度差が設定値以上のときステップＳ２１で弁開度を増加させ、１次側冷温水の流量を増加させ、設定値未満のときステップＳ２２で弁開度を減少させ、１次側冷温水の流量を減少させる。このようにして各熱交換器における往還温度差を算出し、各熱交換器の往還温度差を設定値と比較し、往還温度差が設定値以上のときステップＳ２１で流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開度を増加させ、往還温度差が設定値未満のときステップＳ２２で流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開度を減少させ、１次側冷温水の流量を調整する。

このように構成した本実施形態では、通常は熱交換器に入る１次側冷温水の往き温度は一定になるように設定されているが、熱源機１から供給される冷温水の温度が通常の温度範囲と異なる場合でも、計測された熱交換器の熱需要量と、予め用意された熱需要量に応じたマップにより、制御装置にて最適差圧を演算することから、熱交換器に入る１次側冷温水の温度の影響を受けずに、安定した制御が可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、熱源機として１つの熱源機の例を示したが、複数の熱源機を用いて構成してもよい。

また、複数の熱需要家の例として、２つの熱需要家の例を示したが、３つ以上の熱需要家の場合でも適用できることは勿論である。さらに、本発明は、例えば、１棟の建物において、１つの熱源機から生成された冷温水を建物内のフロアごとの熱需要家に搬送する例にも適用できるものである。熱エネルギーを搬送する熱媒として冷温水の例を示したが、他の媒体を用いることもできる。さらに、熱交換器の熱需要量の算出に当たっては、２次側における計測結果に基づいて算出する例を説明したが、２次側の計測に代えて、１次側で計測した値を用いて、同様に熱交換器の熱需要量を算出するように構成してもよい。

本発明の活用例として、この送水制御システムを用いて必要最小限の動力で熱交換器１次側の冷温水の搬送ができ、地域冷暖房装置や建物内の冷暖房装置の熱媒としての冷温水の搬送の用途にも適用できる。

１：熱源機、２Ａ，２Ｂ…：熱交換器（負荷機器）、３Ａ，３Ｂ…：熱利用機器、４：１次側導管、４ａ，４ｃ：往路、４ｂ，４ｄ：還路、５，６：２次側導管、５ａ，６ａ：往路、５ｂ，６ｂ：還路、７：１次側ポンプ、７ａ：インバータ、８：制御装置、８ａ：インバータ制御装置、８ｂ：弁制御装置、１０，１１：差圧センサ、１２，１３：２次側ポンプ、Ａ，Ｂ，Ｃ…：熱需要家、Ｖ１，Ｖ２：流量調整弁、Ｆ１，Ｆ２：流量センサ、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４：温度センサ、Ｔａ，Ｔｂ，Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔｂ１，Ｔｂ２：温度センサ

Claims (11)

1. 熱源機により生成された１次側冷温水を複数の熱交換器に送水し、該熱交換器を介して１次側冷温水の熱エネルギーを２次側冷温水に伝達して複数の熱需要家の熱利用機器に供給する送水制御システムであって、
   前記熱源機と複数の熱交換器との間に１次側冷温水を循環させる１次側ポンプと、該１次側ポンプの回転数を制御するインバータと、１次側冷温水を前記複数の熱交換器のそれぞれへ送水する管路の流量を調整する複数の１次側流量調整弁と、前記複数の熱交換器の流入管路及び流出管路における１次側冷温水の入出圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサの圧力データに基づいて前記インバータの周波数を制御するインバータ制御装置と、前記複数の１次側流量調整弁の開度を調整する弁制御装置とを備え、
   前記複数の熱交換器と複数の熱利用機器との間に２次側冷温水を送水する複数の２次側ポンプと、２次側冷温水の流量をそれぞれ測定する複数の流量センサと、前記複数の熱交換器に流入する２次側冷温水の温度と流出する２次側冷温水の温度を測定する複数の温度センサとをさらに備え、
   前記インバータ制御装置は、前記各流量センサの出力及び前記各温度センサのデータより、最も循環揚程を必要としている熱需要家を特定し、特定された熱需要家の前記各流量センサの出力及び前記各温度センサのデータに基づいて前記１次側ポンプの回転数を前記インバータで制御することを特徴とする送水制御システム。
2. 前記インバータ制御装置は、前記送水制御システムの冷温水搬送時に、前記各熱交換器の２次側における前記各熱利用機器の熱需要量を算出し、算出された熱需要量より各熱交換器に適正な１次側冷温水の流量を算出し、該流量に基づいて、前記１次側流量調整弁のバルブ開度が全開であった場合の各熱交換器に最適な最適差圧を算出し、該最適差圧と、前記熱交換器に流入する圧力と該熱交換器から流出する圧力との実際の差圧との差より最も循環揚程を必要としている熱需要家を特定することを特徴とする請求項１に記載の送水制御システム。
3. 前記インバータ制御装置は、前記複数の熱需要家の前記最適差圧と前記実際の差圧とのそれぞれの差を比較し、前記実際の差圧と前記最適差圧の差が最も小さい熱交換器を備える熱需要家を最も循環揚程を必要としている熱需要家と特定し、その熱交換器における前記実際の差圧が前記最適差圧以上のとき１次側ポンプの回転数をインバータで減少させることを特徴とする請求項２に記載の送水制御システム。
4. 前記インバータ制御装置は、算出された各熱交換器に適正な１次側冷温水の流量に基づいて前記最適差圧をマップより算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の送水制御システム。
5. 前記送水制御システムは、各１次側冷温水の熱源機への還り温度を測定する温度センサをさらに備え、
   前記弁制御装置は、前記温度センサの還り温度と設定値とを比較し、冷水搬送時には前記還り温度が設定値以上のときには前記流量調整弁の開度を増加させ、前記還り温度が設定値未満のときには前記流量調整弁の開度を減少させるように制御し、温水搬送時にはその逆の制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の送水制御システム。
6. 前記送水制御システムは、各１次側冷温水の熱交換器へ入る往き温度と、熱交換器から出る還り温度を測定する温度センサをさらに備え、
   前記弁制御装置は、前記温度センサの往き温度と還り温度との往還温度差と、設定値とを比較し、前記往還温度差が設定値以上のときには前記流量調整弁の開度を増加させるように制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の送水制御システム。
7. 熱源機により生成された１次側冷温水を回転数制御できる１次側ポンプと、複数の１次側流量調整弁で流量を調整することにより複数の熱交換器に送水し、該熱交換器を介して１次側冷温水の熱エネルギーを２次側冷温水に伝達して複数の熱利用機器に供給する送水制御システムの制御方法であって、
   前記熱交換器の２次側において、２次側冷温水の流入温度、流出温度、及び流量より各熱熱需要家の熱需要量を算出し、
   前記算出された熱需要量より１次側の熱交換器に必要な１次側冷温水の流量を算出し、
   前記算出された１次側冷温水の流量より各熱交換器に最適な前記１次側流量調整弁のバルブ開度を全開としたときの１次側最適差圧を算出し、
   前記複数の熱交換器の１次側に流入する圧力と流出する圧力の１次側差圧を測定し、
   測定された各熱交換器の１次側差圧と、前記１次側最適差圧とに基づいて最も循環揚程の要求の大きい熱需要家を特定し、
   特定された熱需要家の１次側冷温水の流量を調整する前記流量調整弁を全開または弁開度を所定値に開いたあと、前記１次側差圧と前記１次側最適差圧とに基づいて、前記１次側ポンプの回転数を変更することを特徴とする送水制御システムの制御方法。
8. 前記各熱交換器に最適な１次側最適差圧を算出する工程は、マップを用いて行なうことを特徴とする請求項７に記載の送水制御システムの制御方法。
9. 前記１次側差圧が１次側最適差圧以上のときに前記１次側ポンプの回転数を減少させることを特徴とする請求項７又は８に記載の送水制御システムの制御方法。
10. 前記送水制御システムの制御方法は、最も循環揚程の要求が大きいと特定された熱需要家以外の熱需要家に対する工程として、前記１次側冷温水の還り温度が設定値以上のときに前記流量調整弁の開度を増加させ、前記還り温度が設定値未満のときには前記流量調整弁の開度を減少させるように制御することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の送水制御システムの制御方法。
11. 前記送水制御システムの制御方法は、最も循環揚程の要求が大きいと特定された熱需要家以外の熱需要家に対する工程として、前記１次側冷温水の往還温度差が設定値以上のときに前記流量調整弁の開度を増加させ、前記往還温度差が設定値未満のときには前記流量調整弁の開度を減少させるように制御することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の送水制御システムの制御方法。

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