JP6083147B2 - 空調システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る空調システム10の概略構成図である。空調システム10は、該システム10全体の消費電力を最小限にする最適制御運転を行いつつ、最適な温度に調節された空気を空調対象空間RMa,RMb,RMc(図7参照)内に供給することができる。主に、空調システム10は、ビルや工場、病院及びホテル等の、比較的大きい建物内に設置されている。
(2−1)チラーユニット群及び冷媒回路
本実施形態に係るチラーユニット群20は、複数のチラーユニット20a〜20c(熱源機に相当)を有している。各チラーユニット20a〜20cは、互いに並列に接続されており、図2に示す冷媒回路21を含んでいる。
放熱回路60には、熱媒体としての水が充填されている。放熱回路60は、主として、各チラーユニット20a〜20c内の放熱器23、水ポンプ61、及びクーリングタワー70が、順次接続されることで構成されている。水ポンプ61は、吐出流量の調節が可能であり、放熱回路60内の水を循環させる。クーリングタワー70では、放熱回路60を循環する水が冷却される。
熱媒体回路40は、熱媒体としての水が充填された閉回路を構成しており、各チラーユニット20a〜20cと利用ユニット30a〜30cとの間で水を循環させる。熱媒体回路40には、主として、一次側ポンプ44a,44b,44cと、各チラーユニット20a〜20c内の蒸発器25と、バイパス弁45と、二次側ポンプ46,47と、利用ユニット群30を構成する各利用ユニット30a,30b,30c内の利用側弁32a,32b、32c(流量調節弁に相当)及び利用側熱交換器33a,33b,33c(熱交換器に相当)とが、順次接続されることで構成されている。
利用ユニット群30は、互いに並列に接続された複数の利用ユニット30a,30b,30cで構成されている。本実施形態では、図7に示すように、各利用ユニット30a〜30cは、異なる空調対象空間RMa,RMb,RMcに設置されている。本実施形態では、空調対象空間RMa〜RMcは、それぞれ異なるユーザによって利用されている場合を例に採る。
図1に示すように、差圧計48は、熱媒体回路40の第1送りヘッダー42及び第2送りヘッダー43の間に1つ取り付けられている。差圧計48は、バイパス弁45及び二次側ポンプ46,47に対し並列となるように、各送りヘッダー42,43の間に取り付けられている。差圧計48は、第1送りヘッダー42と第2送りヘッダー43との間の圧力差、つまりは二次側ポンプ46,47の送水圧力Hを計測する。
空調システムコントローラ80は、空調システム10を統括的に制御するためのものである。空調システムコントローラ80については、後に詳述する。
次に、空調システム10の運転動作について説明する。空調システム10は、空気の冷却と除湿とを行う冷房除湿運転(図3)、空気の冷却と加湿とを行う冷房加湿運転(図4)、空気の除湿と加熱とを行う暖房除湿運転(図5)、及び空気の加熱と加湿とを行う暖房加湿運転(図6)、のいずれかを行うことができる。これにより、空調システム10は、例えば空調対象空間内の温度及び湿度を、設定温度である23℃及び設定湿度である50%になるように、空気調和運転を行うことができる。
図3に示す冷房除湿運転では、圧縮機22、各種ポンプ44a〜44c,46,47,61、及び送風ファン36a〜36cの運転が行われる。
図4に示す冷房加湿運転は、除湿冷房運転に加えて各散水式加湿器35a〜35cの散水による加湿が行われる運転である。各利用側熱交換器33a〜33cにおいて熱媒体回路40の水によって空気が冷却されて除湿されるまでは、上述の冷房除湿運転と同じであり、その冷却及び/または除湿された空気に各散水式加湿器35a〜35cによる散水が行われる。
図5に示す暖房除湿運転は、再熱除湿運転とも呼ばれる運転である。各利用側熱交換器33a〜33cによる除湿及び/または冷却にて、供給空気SAa〜SAcの湿度は、所望される設定湿度に達することができる。しかし、この暖房除湿運転は、除湿に伴う冷却効果によって空調対象空間RMa〜RMc内の温度が所望される設定温度を下回ってしまう場合に、行われる。
図6に示す暖房加湿運転では、電気ヒータ34a〜34c、散水式加湿器35a〜35c及び送風ファン36a〜36cの運転が行われる。一方、圧縮機22、及び各種ポンプ44a〜44c,46,47,61の運転は、停止される。
図8は、本実施形態に係る空調システムコントローラ80の内部構成と、該コントローラ80に接続された各種機器とを、模式的に表すブロック図である。図8に示すように、空調システムコントローラ80は、主として、メモリ81及びCPU82にて構成されており、チラーユニット20a〜20c、利用ユニット30a〜30c、各種ポンプ44a〜44c,46,47,61、バイパス弁45、差圧計48及び電力計49と接続されている。空調システムコントローラ80は、接続されたこれらの機器を制御することで、上述した空調システム10の基本動作を行わせる。
流量把握部82aは、熱媒体回路40内を循環する水の流量Q、つまりは、各利用ユニット30a〜30cを流れる水の流量(即ち、個別流量Qa〜Qc)の合計値を把握する。本実施形態では、流量把握部82aが、二次側ポンプ46,47に関連する各種情報を用いて水の流量Qを推定することにより、熱媒体回路40内を循環する水の流量Qが把握される場合を例に採る。
個別流量演算部82bは、上記のようにして推定された結果である水の流量Q(具体的には、流量Q1)と、各利用側弁32a〜32cがどの程度の開度であるかを示す開度情報とに基づいて、各利用ユニット30a〜30cを流れる水の個別流量Qa〜Qcを演算する。
負荷演算部82cは、各種情報を用いて、各利用ユニット30a〜30cの負荷を求める。
(5−1)
本実施形態に係る空調システム10では、熱媒体回路40内を循環する水の流量Qと各利用ユニット30a〜30cにおける利用側弁32a〜32cの開度情報とから、各利用ユニット30a〜30cの個別流量Qa〜Qcが求められる。そして、空調システム10では、該個別流量Qa〜Qcを用いて、各利用ユニット30a〜30cの消費電力量等である負荷が求められる。このように、本実施形態に係る空調システム10では、利用ユニット30a〜30cの設置台数に応じて流量計を複数設けずとも、各利用ユニット30a〜30cにおける負荷を求めることができる。従って、空調システム10全体としてのコストを削減することができる。
特に、本実施形態では、各利用ユニット30a〜30cの負荷を求める際、各利用ユニット30a〜30cの個別流量Qa〜Qcのみならず、各利用ユニット30a〜30cの入口側に関する入口条件が用いられる。従って、空調システム10は、各利用ユニット30a〜30cの負荷を、正確に求めることができる。
上記入口条件には、各利用ユニット30a〜30cにおける水の入口温度、各利用ユニット30a〜30cにおける空気の流入口付近での該空気RAa〜RAcの温度及び湿度、が含まれている。これにより、空調システム10は、各利用ユニット30a〜30cの負荷を、より正確に求めることができる。
また、本実施形態では、利用ユニット30a〜30c全ての負荷の合計値、つまりは電力計49により計測された空調システム10全体の消費電力量を、個別流量Qa〜Qc及び上記入口条件を用いて按分することで、各利用ユニット30a〜30cの負荷が求められる。これにより、空調システム10は、各利用ユニット30a〜30cの負荷を、容易に求めることができる。
(6−1)変形例A
上記実施形態では、各利用ユニット30a〜30cの負荷の算出において、各利用ユニット30a〜30cの個別流量Qa〜Qc、及び各利用ユニット30a〜30cの入口側に関する入口条件が用いられる場合について説明した。
また、上記実施形態に係る各利用ユニット30a〜30cの負荷の算出においては、更に、各利用ユニット30a〜30cにおける水の入口温度と水の出口温度との差である出入口温度差が用いられても良い。この場合、水用入口温度センサS1a〜S1cの検知結果と水用出口温度センサS2a〜S2cの検知結果との差が、出入口温度差として用いられる。これにより、各利用ユニット30a〜30cの負荷は、より正確に求められる。
上記実施形態では、各利用ユニット30a〜30cの負荷の算出に用いられる入口条件として、各利用ユニット30a〜30cにおける水の入口温度、各利用ユニット30a〜30cにおける空気RAa〜RAcの流入口付近での該空気の温度及び湿度、各利用ユニット30a〜30cに流入される空気RAa〜RAcの風量が含まれると説明した。しかし、各利用ユニット30a〜30cの負荷の算出に用いられる入口条件は、これらの条件全てを含まずとも良い。これらの条件のうち少なくとも1つが入口条件として、各利用ユニット30a〜30cの負荷の算出に用いられても良い。
上記実施形態では、熱媒体回路40内を流れる水の流量Qが、二次側ポンプ46,47のインバータ周波数と該ポンプ46,47の送水圧力Hとを用いて推定される場合について説明した。
熱媒体回路40内を流れる水の流量Qは、推定されるのではなく、実際に測定されてもよい。この場合、空調システム10には、上記変形例Dにて説明したポンプ電力計149は設けられず、図11に示すように、流量計248が流量把握部として1つ設けられることとなる。流量計248は、配管L1上のうち、各利用ユニット30a〜30cから流出した水が合流して流れる部分であって、且つ戻りヘッダー41の手前側に取り付けられている。従って、流量計248は、熱媒体回路40を循環する水の流量Qを計測することができる。
上記実施形態では、二次側ポンプ46,47は、両方ともインバータ駆動される容量可変タイプのポンプである場合について説明した。しかし、二次側ポンプ46,47は、うち一方がインバータ駆動される容量可変タイプのポンプであり、他方が定量タイプのポンプであってもよい。
上記実施形態では、循環ポンプが、インバータ駆動される容量可変タイプの二次側ポンプである場合について説明した。しかし、循環ポンプは、一次側ポンプであってもよい。
上記実施形態の空調システム10では、チラーユニット20a〜20cを複数台備えている場合について説明した。しかし、チラーユニットは、1台であってもよい。
上記実施形態では、熱媒体回路40内を循環する熱媒体が水である場合について説明した。しかし、熱媒体は、水以外であってもよい。
上記実施形態では、各チラーユニット20a〜20cに含まれる圧縮機22が、運転容量可変タイプである場合について説明した。しかし、圧縮機22は、運転容量可変タイプではなく、運転容量を可変することのできない一定容量タイプであってもよい。なお、この場合の各チラーユニット20a〜20cは、一定速度で運転を行う、いわゆる定速熱源機となる。
20 チラーユニット群
20a〜20c チラーユニット(熱源機)
21 冷媒回路
22 圧縮機
23 放熱器
24 チラー側膨張弁
25 蒸発器
30 利用ユニット群
30a〜30c 利用ユニット
31a〜31c ケーシング
32a〜32c 利用側弁(流量調節弁)
33a〜33c 利用側熱交換器(熱交換器)
34a〜34c 電気ヒータ
35a〜35c 散水式加湿器
36a〜36c 送風ファン(ファン)
40 熱媒体回路
41 戻りヘッダー
42 第1送りヘッダー
43 第2送りヘッダー
44a〜44c 一次側ポンプ
45 バイパス弁
46,47 二次側ポンプ(循環ポンプ)
48 差圧計
49 電力計
60 放熱回路
61 水ポンプ
70 クーリングタワー
80 空調システムコントローラ
81 メモリ
82 CPU
82a 流量把握部
82b 個別流量演算部
82c 負荷演算部
90 商用電源
149 ポンプ電力計
248 流量計
S1a〜S1c 水用入口温度センサ
S2a〜S2c 水用出口温度センサ
S3a〜S3c 空気用入口温度センサ
S4a〜S4c 空気用入口湿度センサ
H 送水圧力
Q 水(熱媒体)の流量
Claims (5)
- 熱媒体を加熱または冷却する熱源機(20a〜20c)と、
前記熱媒体と空気との間で熱交換を行わせて前記空気を加熱または冷却させる熱交換器(33a〜33c)と、加熱または冷却された前記空気を空調対象空間に供給するファン(36a〜36c)と、前記熱媒体の流量を調節する流量調節弁(32a〜32c)と、をそれぞれ有し、互いに並列に接続された複数の利用ユニット(30a〜30c)と、
インバータ周波数の可変制御が可能な循環ポンプ(46,47)を有し、前記熱源機及び各前記利用ユニットの間で前記熱媒体を循環させる熱媒体回路(40)と、
前記循環ポンプを送水圧力が目標値となるように制御する制御部(82)と、
前記熱媒体回路内を循環する前記熱媒体の流量を、前記循環ポンプのインバータ周波数と、前記循環ポンプの送水圧力または前記循環ポンプの消費電力量と、に基づいて把握する流量把握部(82a)と、
各前記流量調節弁の開度情報及び前記流量把握部の把握結果に基づいて、各前記利用ユニットを流れる前記熱媒体の流量を個別流量として演算する個別流量演算部(82b)と、
前記個別流量を用いて各前記利用ユニットの負荷を求める負荷演算部(82c)と、
を備える、空調システム(10)。 - 前記負荷演算部(82c)は、各前記利用ユニットの入口側に関する入口条件を更に用いて、各前記利用ユニットの負荷を求める、
請求項1に記載の空調システム(10)。 - 前記入口条件には、各前記利用ユニットにおける前記熱媒体の入口温度、各前記利用ユニットにおける前記空気の流入口付近での該空気の温度及び湿度、の少なくとも1つが含まれる、
請求項2に記載の空調システム(10)。 - 前記負荷演算部(82c)は、各前記利用ユニットにおける前記熱媒体の入口温度と該熱媒体の出口温度との差である出入口温度差を更に用いて、各前記利用ユニットの負荷を求める、
請求項1から3のいずれか1項に記載の空調システム(10)。 - 前記負荷演算部(82c)は、前記利用ユニット全ての負荷の合計値を、少なくとも前記個別流量を用いて按分することで、各前記利用ユニットの負荷を求める、
請求項1から4のいずれか1項に記載の空調システム(10)。
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