JP6264598B2

JP6264598B2 - 熱源運転ナビゲーションシステム及びその方法

Info

Publication number: JP6264598B2
Application number: JP2013078601A
Authority: JP
Inventors: 文人佐藤; 水野　学; 学水野; 康平深田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-04-04
Also published as: JP2014202410A

Description

本発明は、熱源システムにおける省エネルギー運転をナビゲーションする熱源運転ナビゲーションシステム及びその方法に関する。

建物運用時の省エネルギーは重要課題であり、特に空調システムで消費されるエネルギーは一般的なオフィスビルでは建物全体の１／３にも及ぶことから、空調システムの省エネルギーを図ることが重要である。

周知のように、一般的なセントラル式空調システムにおいては、熱源機として冷凍機（特に冷却水を用いる水冷式冷凍機）を用いることが主流であり、冷却塔や冷却水ポンプ、冷水ポンプ等の補助機とともに熱源システムを構成している。
この種の冷凍機の各々は一般的に最高効率を発揮する負荷率を有している。このため、１台の冷凍機で全ての負荷に対応するより、複数台の冷凍機を運転することにより、全体的な効率を得ることが可能である。

上述した熱源システムを対象として、熱源機である冷凍機の運転に対して、複数の冷凍機を並列に接続し、負荷の能力に対応した台数を運転し、最も効率の良い台数制御を行うシステムがある（例えば、特許文献１参照）。

また、冷却塔から冷凍機の凝縮器に送給される冷却水の温度は、大気温度に対応して変動するので、特に、冬期には低くなる。そこで、冷却塔において大気と熱交換した後の冷却水の温度が、冷凍機の凝縮器において冷媒と熱交換した後の冷水の温度と同等になる時期において、冷凍機を運転せずに、冷却塔で冷やされた冷却水により、負荷に供給する冷水を冷やし、省エネルギーを図るフリークーリングの手法がある。

上述した熱源システムを対象として、熱源機である冷凍機の運転に対して、冷却塔から供給される冷却水の温度と、負荷から冷凍機に戻る冷水の温度とにより、フリークーリングを行うか否かの制御を行うシステムがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−００８３５６号公報特開２００９−２７６００４号公報

上述した特許文献１のシステムは、負荷の能力に対応した最適化な冷凍機の運転制御を行うことはできる。また、ターボ冷凍機においては、より省エネルギー化したインバータによる回転数制御ターボ冷凍機が採用されており、さらに熱源システムにおける機器効率が向上されている。
しかしながら、特許文献１においては、ターボ冷凍機のみによって、負荷に対して冷水供給を行うため、省エネルギー化には限界が生じる。

また、特許文献２のシステムは、熱源機である冷凍機に戻る冷水と、冷却塔からの冷凍機に対する冷却水との各々の温度を測定し、冷却水で直接に冷水を所定の温度に冷やせる場合、冷凍機を動作させずにフリークーリングを行う。このため、特許文献２のシステムは、特許文献１のシステムに比較してより省エネルギー化を行うことができる。
しかし、特許文献２においては、外気状態、冷凍機の負荷状況、及び冷凍機をはじめとして熱源システムを構成する各機器の特性などの様々な外的及び内的の要因を複合的に考慮していない。したがって、特許文献２においては、熱源システム全体としての最高効率を実現するための最適な制御が行われることは困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、熱源システムにおける外的及び内的の各々の要因を考慮し、この熱源システム全体での最適な運転をナビゲートする熱源運転ナビゲーションシステム及びその方法を提供することを目的とする。

本発明の熱源運転ナビゲーションシステムは、第１温度の冷却水を供給する冷却塔と、流入する冷水を前記冷却水を用いて所定の第２温度に冷却する複数のターボ冷凍機と、前記ターボ冷凍機毎に設けられ、前記冷却水を当該ターボ冷凍機に対して供給する冷却水ポンプと、前記ターボ冷凍機毎に設けられ、前記冷水を負荷に供給する冷水ポンプと、流入する冷水と前記冷却水とで熱交換を行い、当該冷水の温度を低下させる熱交換機と、前記熱交換機に設けられ、前記冷却水を当該熱交換機に対して供給する熱交換機１次ポンプと、前記熱交換機に設けられ、当該熱交換機に対して前記冷水を供給する熱交換機２次ポンプと、を備える熱源システムにおいて、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機の運転パターンを生成する熱源運転ナビゲーションシステムであり、前記ターボ冷凍機による運転モードＭ１、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機の複合による運転モードＭ２、前記熱交換機による運転モードＭ３のいずれかで運転するかを判定するフリークーリング判定部と、前記ターボ冷凍機による運転モードＭ１における前記熱源システムの全体のＣＯＰ（成績係数）であるシステムＣＯＰを、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出する冷凍機効率算出部と、前記熱交換機による前記運転モードＭ３における前記システムＣＯＰを算出する熱交換機効率算出部と、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機による運転モードＭ２における前記システムＣＯＰを、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記熱交換機の製造する製造熱量及び当該製造熱量を製造する際の熱交換機消費電力を算出し、前記負荷に供給する負荷熱量から当該製造熱量を減算した差分熱量を、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出する総合効率算出部とを有し、前記フリークーリング判定部が、前記運転モードＭ１、前記運転モードＭ２及び前記運転モードＭ３のいずれの運転モードで前記熱源システムを動作させるかを、前記運転モードＭ１、前記運転モードＭ２及び前記運転モードＭ３の各々の前記システムＣＯＰを比較し、最も高い効率の運転モードを選択する
ことを特徴とする。

本発明の熱源運転ナビゲーションシステムは、前記フリークーリング判定部が、前記冷却水の第１温度に応じて、前記熱交換機効率算出部が算出した前記熱交換機の製造する製造熱量が、前記負荷に供給する負荷熱量以上である場合、前記熱源システムの運転モードを前記運転モードＭ３とし、前記製造熱量が前記負荷熱量未満で有る場合、前記熱源システムの運転モードを前記運転モードＭ１あるいは前記運転モードＭ２のいずれかと判定することを特徴とする。

本発明の熱源運転ナビゲーションシステムは、前記フリークーリング判定部が、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記冷凍機効率算出部が前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出した、運転モードＭ１における最も高い効率のシステムＣＯＰと、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記総合効率算出部が前記熱交換機の製造する製造熱量及び当該製造熱量を製造する際の熱交換機消費電力を算出し、前記負荷熱量から当該製造熱量を減算した差分熱量を、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出した最も高い効率のＣＯＰにおける冷凍機消費電力を求め、熱交換機消費電力及び冷凍機消費電力により求めた運転モードＭ２における最も高い効率のシステムＣＯＰとを比較し、システムＣＯＰの効率が高い運転モードを選択することを特徴とする請求項２に記載の熱源運転ナビゲーションシステム。

本発明の熱源運転ナビゲーションシステムは、前記熱交換機効率算出部が、前記運転モードＭ１におけるシステムＣＯＰを算出する際、製造熱量を製造するための消費電力として、前記熱交換機の消費電力と、前記冷却水量に対応した前記冷却塔の消費電力と、前記冷却塔から前記熱交換機に前記冷却水を流入させる前記熱交換機１次ポンプの消費電力と、前記負荷から戻る前記冷水を前記熱交換機に流入させる前記熱交換機２次ポンプの消費電力とを加算した総消費電力を用い、前記冷凍機効率算出部が、前記運転モードＭ３におけるシステムＣＯＰを算出する際、製造熱量を製造するための消費電力として、稼働させている前記ターボ冷凍機の消費電力と、前記冷却水量に対応した前記冷却塔の消費電力と、前記冷却塔から前記ターボ冷凍機に前記冷却水を流入させる前記冷却水ポンプの消費電力と、前記ターボ冷凍機から前記負荷に対して前記冷水を送出させ前記冷水１次ポンプの消費電力とを加算した総消費電力を用い、前記総合効率算出部が、前記運転モードＭ２におけるシステムＣＯＰを算出する際、前記熱交換機の消費電力と、前記冷却水量に対応した前記冷却塔の消費電力と、前記冷却塔から前記熱交換機に前記冷却水を流入させる前記熱交換機１次ポンプの消費電力と、前記負荷から戻る前記冷水を前記熱交換機に流入させる前記熱交換機２次ポンプの消費電力と、前記冷却塔から前記ターボ冷凍機に前記冷却水を流入させる前記冷却水ポンプの消費電力と、前記ターボ冷凍機から前記負荷に対して前記冷水を送出させ前記冷水１次ポンプの消費電力とを加算した総消費電力を用いることを特徴とする。

本発明の熱源運転ナビゲーションシステムは、第１温度の冷却水を供給する冷却塔と、流入する冷水を前記冷却水を用いて所定の第２温度に冷却する複数のターボ冷凍機と、前記ターボ冷凍機毎に設けられ、前記冷却水を当該ターボ冷凍機に対して供給する冷却水ポンプと、前記ターボ冷凍機毎に設けられ、前記冷水を負荷に供給する冷水ポンプと、流入する冷水と前記冷却水とで熱交換を行い、当該冷水の温度を低下させる熱交換機と、前記熱交換機に設けられ、前記冷却水を当該熱交換機に対して供給する熱交換機１次ポンプと、前記熱交換機に設けられ、当該熱交換機に対して前記冷水を供給する熱交換機２次ポンプと、を備える熱源システムにおいて、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機の運転パターンを生成する熱源運転ナビゲーション方法であり、フリークーリング判定部が、前記ターボ冷凍機による運転モードＭ１、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機の複合による運転モードＭ２、前記熱交換機による運転モードＭ３のいずれかで運転するかを判定するフリークーリング判定過程と、冷凍機効率算出部が、前記ターボ冷凍機による運転モードＭ１における前記熱源システムの全体のＣＯＰ（成績係数）であるシステムＣＯＰを、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出する冷凍機効率算出過程と、熱交換機効率算出部が、前記熱交換機による運転モードＭ３における前記システムＣＯＰを算出する熱交換機効率算出過程と、総合効率算出部が、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機による運転モードＭ２における前記システムＣＯＰを、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記熱交換機の製造する製造熱量及び当該製造熱量を製造する際の熱交換機消費電力を算出し、前記負荷に供給する負荷熱量から当該製造熱量を減算した差分熱量を、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出する総合効率算出過程とを有し、前記フリークーリング判定部が、前記運転モードＭ１、前記運転モードＭ２及び前記運転モードＭ３のいずれの運転モードで前記熱源システムを動作させるかを、前記運転モードＭ１、前記運転モードＭ２及び前記運転モードＭ３の各々のＣＯＰを比較し、最も効率の高い運
転モードを選択することを特徴とする。

この発明によれば、熱源システムにおける外的及び内的の各々の要因を考慮し、この熱源システム全体において、従来に比較してより高速に、かつ高い精度で低消費電力を実現するための運転モードとなるように、冷凍機及び熱交換機の運転条件を設定することを可能とし、消費電力量を容易に低減する最適な熱源システムの運転をナビゲートすることができる。

本発明の本実施形態による熱源運転ナビゲーションシステムが運転パターンを生成する対象となる熱源システムを示している。本発明の実施形態による熱源運転ナビゲーションシステム１の構成例を示す図である。本発明の実施形態による熱源運転ナビゲーションシステム１による熱源システムの運転モードの判定及び運転モードにおける最適な稼働条件を求める動作例を示すフローチャートである。熱交換機に供給される冷却水量に応じたフリークーリング可能な冷却水温度を示している。図５は、冷却水の温度ＴＥ２及び負荷熱量と、運転モードとの対応を示す運転モードグラフである。データベース１６に記憶されている冷凍機消費電力量算出式に基づく冷凍機（ＩＮＶターボ冷凍機、定速ターボ冷凍機）の負荷率とその負荷率の場合のＣＯＰとの対応関係を示すグラフである。運転モードＭ１における、負荷の負荷率（実質的に負荷熱量）と消費電力量及びＣＯＰの各々との対応を示すグラフである。運転モードＭ１における負荷の負荷率とシステムＣＯＰとの対応を温度毎に示したグラフである。負荷熱量の負荷率に対応した運転モードＭ１、運転モードＭ２及び運転モードＭ３による熱源システム全体のＣＯＰを示すグラフである。

本発明の熱源運転ナビゲーションシステムは、熱源システムの運転パターンを生成する運転ナビゲーションシステムである。図１は、本実施形態による熱源運転ナビゲーションシステムが運転パターン（後述する運転モードと各運転モードにおける装置の動作条件）を生成する対象となる熱源システムを示している。
図１において、熱源システム１００は、負荷２００に対して冷却用の冷水を供給する。
この図１の熱源システム１００は、冷却塔１０１、熱交換機１０２、冷凍機１０３＿１から冷凍機１０３＿ｎ（ｎは整数であり、以下、本実施形態においてはｎ＝３として説明）、冷水１次ポンプ１０４＿１から冷水１次ポンプ１０４＿ｎ、冷却水１次ポンプ１０５＿１から冷却水１次ポンプ１０５＿ｎ、熱交換機１次ポンプ１０６、熱交換機２次ポンプ１０７、冷水（往）ヘッダー１０８、冷水（還）ヘッダー１０９、冷却水（往）ヘッダー１１０及び冷却水（還）ヘッダー１１１を備えている。

冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３の各々は、それぞれ冷水１次ポンプ１０４＿１、冷水１次ポンプ１０４＿２、冷水１次ポンプ１０４＿３により、冷水（往）ヘッダー１０８を介して、自身が冷却した冷水を負荷２００に対して送出する。
また、冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３の各々には、負荷２００から還流される冷水が、冷水（還）ヘッダー１０９から流入する。
熱交換機１０２は、冷水（還）ヘッダー１０９から熱交換機２次ポンプ１０７により供給された冷水と、冷却水（還）ヘッダー１１１から熱交換機１次ポンプ１０６により供給される冷却水との熱交換を行う。
冷却塔１０１は、冷却水（還）ヘッダー１１１から供給される冷却水を冷却して、冷却水（往）ヘッダー１１０に対して送出する。

負荷に供給する冷水の量である冷水量は、冷水１次ポンプ１０４＿１、冷水１次ポンプ１０４＿２及び冷水１次ポンプ１０４＿３の送出量によって制御される。
また、冷却水の量である冷水量は、冷却水１次ポンプ１０５＿１、冷却水１次ポンプ１０５＿２及び冷却水１次ポンプ１０５＿３の各々がそれぞれ冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３に送出する冷却水の量と、熱交換機１次ポンプ１０６が熱交換機１０２に送出する冷却水の量との合計である。

本実施形態においては、図１の熱源システムの運転モードとして、以下に示す３つの運転モードが用いられている。
図１（ａ）は、冷凍機単独運転モードである運転モードＭ１における熱源システム１００の動作を示している。この運転モードＭ１は、冷凍機のみの運転であり、ＩＮＶ（インバータ）ターボ冷凍機の特性である部分負荷運転での高効率化を生かした効率的な運転台数による運転モードである。すなわち、図１（ａ）においては、熱交換機１０２における冷却水と冷水との熱交換が行われていない。このため、熱交換機１次ポンプ１０６及び熱交換機２次ポンプ１０７は稼働していない。負荷を冷却するために設定された冷却水の設定温度とする際、ＣＯＰ（ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＯｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：成績係数）が最高値となるように、冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３における稼働（運転）台数と、稼働している冷凍機の負荷率と、冷却水量と、負荷を冷却するために設定された冷却水の設定温度とが制御されている。

この運転モードＭ１における熱源システム１００の消費電力量は、稼働している冷凍機における負荷率に対応した消費電力量のみではなく、以下に示す他の消費電力量が加算される。すなわち、この他の消費電力量は、冷却水を冷凍機に供給する温度とするため冷却塔１０１で使用される消費電力量、冷却塔１０１から冷却水を稼働する冷凍機に供給する冷凍機毎に敷設されている冷却水１次ポンプ（冷却水１次ポンプ１０５＿１、冷却水１次ポンプ１０５＿２及び冷却水１次ポンプ１０５＿３）の消費電力量、冷水を負荷に対して送出する冷凍機毎に敷設されている冷水１次ポンプ（冷水１次ポンプ１０４＿１、冷水１次ポンプ１０４＿２及び冷水１次ポンプ１０４＿３）の消費電力量とである。

図１（ｂ）は、ＦＣ（フリークーリング）運転における冷凍機と熱交換機とが協働する運転モードである運転モードＭ２における熱源システム１００の動作を示している。図１（ｂ）の運転モードＭ２は、プレクール運転モードであり、冷凍機に還流する冷水の温度を熱交換機により低下させて冷凍機に戻され、冷凍機がこの熱交換機が低下させた温度から所定の温度まで冷水の温度を低下させる運転モードである。すなわち、図１（ｂ）においては、冷凍機（冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３）のみでなく、熱交換機１０２における冷却水と冷水との熱交換とが行われている。このため、図１（ａ）とは異なり、熱交換機１次ポンプ１０６及び熱交換機２次ポンプ１０７は稼働している。この運転モードＭ２においては、熱交換機１０２が冷却水により冷水の温度を下げ、この熱交換機１０２が製造した製造熱量を負荷熱量から減算し、この減算結果により得られた差分熱量に対し、負荷を冷却するために設定された冷却水の設定温度とするように、ＣＯＰが最高値となるように、冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３における稼働（運転）台数と、稼働している冷凍機の負荷率と、冷却水量とが制御されている。

ここで、熱交換機１次ポンプ１０７は冷水（還）ヘッダー１０９から負荷より戻る冷水を熱交換機１０２に対して流入させている。そして、熱交換機１０２における冷却水との熱交換で冷却された冷水が再び冷水（還）ヘッダー１０９に戻される。
この運転モードＭ２における熱源システム１００の消費電力量は、稼働している冷凍機における負荷率に対応した消費電力量及び稼働している熱交換機の消費電力量のみではなく、以下に示す他の消費電力量が加算される。すなわち、この他の消費電力量は、冷却水を冷凍機に供給する温度とするため冷却塔１０１で使用される消費電力量、冷却塔１０１から冷却水を稼働する冷凍機に供給する冷凍機毎に敷設されている冷却水１次ポンプの消費電力量、冷水を負荷に対して送出する冷凍機毎に敷設されている冷水１次ポンプの消費電力量と、熱交換機１０２に冷却塔１０１から冷却水を流入させる熱交換機１次ポンプ１０６の消費電力量と、冷水を熱交換機１０２を介して冷水（還）ヘッダー１０９に送出する熱交換機２次ポンプ１０７の消費電力量とである。

図１（ｃ）は、ＦＣ運転における熱交換機のみが動作する運転モードである運転モードＭ３における熱源システム１００の動作を示している。この運転モードＭ３は、完全フリークーリング運転モードであり、冷凍機を用いずに、負荷に供給する冷水を全て熱交換機による、冷却水と冷水との熱交換により、冷水の温度を負荷に供給する所定の温度まで低下させる運転モードである。すなわち、図１（ｃ）においては、冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３）のいずれも動作せず、熱交換機１０２における冷却水と冷水との熱交換のみが行われている。このため、図１（ｂ）とは異なり、冷水１次ポンプ（冷水１次ポンプ１０４＿１、冷水１次ポンプ１０４＿２及び冷水１次ポンプ１０４＿３）が稼働していない。この運転モードＭ３においては、熱交換機１０２が冷却水により冷水の温度を負荷２００に対して供給する温度まで下げるように、熱交換機１０２に供給する冷却水量と、熱交換機１０２に流入させる冷水量とが制御されている。

ここで、熱交換機１次ポンプ１０７は冷水（還）ヘッダー１０９から負荷より戻る冷水を熱交換機１０２に対して流入させている。そして、熱交換機１０２における冷却水との熱交換で冷却された冷水が冷水（往）ヘッダー１０８に戻される。
この運転モードＭ３における熱源システム１００の消費電力量は、稼働している熱交換機１０２における冷却水と冷水との熱交換に対応した消費電力量のみではなく、以下に示す他の消費電力量が加算される。すなわち、この他の消費電力量は、冷却塔１０１から冷却水を熱交換機１０２に供給する熱交換機１次ポンプ１０６の消費電力量、冷水を熱交換機１０２を介して負荷２００に対して送出する熱交換機２次ポンプ１０７の消費電力量である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図２は、この発明の実施形態による熱源運転ナビゲーションシステム１の構成例を示す図である。図２において、熱源運転ナビゲーションシステム１は、熱交換機効率算出部１１、冷凍機効率算出部１２、総合効率算出部１３、フリークーリング判定部１４、熱源運転制御部１５、データベース１６及び運転モードデータベース１７を備えている。

熱源運転ナビゲーションシステム１は、熱源システムにおける冷凍機による負荷に供給する負荷である負荷熱量を、その時点の負荷熱量の大きさ及び外気温（冷却塔から供給される冷却水温度ＴＥ２）などにより、熱交換機によるフリークーリングを使用するか否かの判定、すなわち運転モードＭ１とするか、あるいは運転モードＭ２及び運転モードＭ３とするかを行う。また、熱源運転ナビゲーションシステム１は、運転モードＭ１及び運転モードＭ２と判定された際、稼働させる冷凍機の台数及び稼働する冷凍機の負荷率の最適化を行う。

データベース１６には、冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３毎の冷却水の温度ＴＥ２、冷却水量及び負荷率の条件に対応した冷凍機の製造熱量及び消費電力量を算出する、実測から求められた実験式である冷凍機消費電力量算出式が予め書き込まれて記憶されている。ここで、製造熱量を消費電力量で除算すると、ＣＯＰが求められる。

また、データベース１６には、熱交換機１０２の冷却水温度、冷却水量及び冷水量の条件に対応した熱交換機１０２の製造熱量及び消費電力量を算出する、実測から求められた実験式である交換機消費電力量算出式が予め書き込まれて記憶されている。

また、データベース１６には、冷水１次ポンプ１０４＿１、冷水１次ポンプ１０４＿２、冷水１次ポンプ１０４＿３及び熱交換機２次ポンプ１０７の各々の条件の冷水量に対応した、それぞれのポンプの消費電力量を算出する、実測から求められた実験式である冷水ポンプ消費電力量算出式がポンプ毎に予め書き込まれて記憶されている。

また、データベース１６には、冷却水１次ポンプ１０５＿１、冷却水１次ポンプ１０５＿２、冷却水１次ポンプ１０５＿３及び熱交換機１次ポンプ１０６の各々の冷却水量の条件に対応した、それぞれのポンプの消費電力量を算出する、実測から求められた実験式である冷却水ポンプ消費電力量算出式がポンプ毎に予め書き込まれて記憶されている。

また、データベース１６には、冷却塔１０１の周囲温度、周囲湿度及び冷却水量の条件に対応した消費電力量を算出する、実測から求められた実験式である冷却塔消費電力量算出式が予め書き込まれて記憶されている。

また、上述したような実験式でなく、予め計算された数値がそれぞれの条件に対応して書き込まれている冷凍機消費電力量算出テーブル、交換機消費電力量算出テーブル、冷水ポンプ消費電力量算出テーブル、冷却水ポンプ消費電力量算出テーブル及び冷却塔消費電力量算出テーブルとして、データベース１６に予め書き込んで記憶させておいても良い。

熱交換機効率算出部１１は、運転モードＭ３において、冷却水の温度ＴＥ２に対応して、製造熱量を算出する際における冷却水量を求める。
また、熱交換機効率算出部１１は、冷却水量と、この冷却水の温度ＴＥ２により、製造熱量と、この製造熱量に対応した消費電力量を交換機消費電力量算出式により求める。
また、熱交換機効率算出部１１は、運転モードＭ３において、負荷２００に供給する負荷熱量に対応した製造熱量を最も高いシステムＣＯＰで製造するための冷却水量を求める。ここで、システムＣＯＰとは、熱交換機１０２の消費電力量のみでなく、熱交換機１０２に対して冷水を冷水（還）ヘッダー１０９から流入させる熱交換機２次ポンプ１０７と、熱交換機１０２に対して冷却水を流入させる熱交換機１次ポンプ１０６、冷却塔１０１との各々の消費電力量を熱交換機１０２の消費電力量に加算して算出された数値である。熱交換機効率算出部１１は、負荷熱量に対応した製造熱量を製造するための冷却水量を求め、この冷却水量に対応した冷却塔１０１の消費電力量を冷却塔消費電力量算出式から求める。

冷凍機効率算出部１２は、運転モードＭ１において、冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３毎に、各々に対応する冷凍機消費電力量算出式により、冷却水の温度ＴＥ２及び冷却水量により製造する製造熱量及びこの製造熱量を製造するための消費電力量を算出して求める。
また、冷凍機効率算出部１２は、運転モードＭ１において、負荷２００に供給する負荷熱量に対応した製造熱量を最も高いシステムＣＯＰで製造するための、冷凍機の稼働台数及び稼働させる冷凍機の負荷率と、稼働している冷凍機に供給する冷却水量とを求める。ここで、システムＣＯＰとは、稼働している冷凍機の消費電力量のみでなく、稼働している冷凍機から冷水を冷水（往）ヘッダー１０８へ送出する冷水１次ポンプと、稼働している冷凍機に冷却水を流入させる冷却水１次ポンプと、冷却塔１０１との各々の消費電力量を冷凍機の消費電力量に加算して算出された数値である。

このとき、冷凍機効率算出部１２は、冷却水の温度ＴＥ２に対応した、負荷２００に供給する負荷熱量と同様の製造熱量を製造する際、システムＣＯＰが最大となる冷凍機の稼働台数、稼働させた冷凍機の負荷率、冷却水量の各々を求める。
ここで、冷凍機効率算出部１２は、冷凍機の稼働台数、稼働させた冷凍機の負荷率、冷却水量を変化させつつ、冷却水の温度ＴＥ２に対応させて、冷凍機消費電力量算出式、冷水ポンプ消費電力量算出式、冷却水ポンプ消費電力量算出式、冷却塔消費電力量算出式の各々により求められた消費電力量を加算して、この加算した消費電力量を熱源システムの総消費電力量として求め、この総消費電力量により稼働している冷凍機が製造する製造熱量を除算し、システムＣＯＰが最大となる冷凍機の稼働台数、稼働させた冷凍機の負荷率、冷却水量の組み合わせを求める。

総合効率算出部１３は、運転モードＭ２において、冷却水の温度ＴＥ２に対応した、負荷２００に供給する負荷熱量と同等の製造熱量を得るための冷凍機の稼働台数、稼働させた熱交換機の負荷率、冷凍機に供給する冷却水量、熱交換機に供給する冷却水量を求める。
また、総合効率算出部１３は、冷却水量と、この冷却水の温度ＴＥ２と、製造熱量とに対応した消費電力量を交換機消費電力量算出式により求める。
ここで、総合効率算出部１３は、負荷熱量から熱交換機１０２が製造する製造熱量を減算し、差分熱量を算出する。
総合効率算出部１３は、冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２及び冷凍機１０３＿３毎に、各々に対応する冷凍機消費電力量算出式により、冷却水の温度ＴＥ２及び冷却水量により製造する差分熱量及びこの差分熱量を製造するための消費電力量を算出して求める。

総合効率算出部１３は、運転モードＭ１において、負荷２００に供給する負荷熱量に対応した製造熱量を最も高いシステムＣＯＰで製造するための、熱交換機１０２に供給する冷却水量と、冷凍機の稼働台数及び稼働させる冷凍機の負荷率と、稼働している冷凍機に供給する冷却水量とを求める。ここで、システムＣＯＰとは、熱交換機及び稼働している冷凍機の消費電力量を合計したものではなく、熱交換機１０２に冷却水を流入させる熱交換機１次ポンプ１０６と、熱交換機１０２に冷水（還）ヘッダー１０９から流入させる熱交換機２次ポンプ１０７と、稼働している冷凍機から冷水を冷水（往）ヘッダー１０８へ送出する冷水１次ポンプと、稼働している冷凍機に冷却水を流入させる冷却水１次ポンプと、冷却塔１０１との各々の消費電力量を、熱交換機及び稼働している冷凍機の消費電力量に加算して求めた数値である。

このとき、冷凍機効率算出部１２は、負荷熱量と同様の製造熱量を製造する際、システムＣＯＰが最大となる熱交換機１０２に供給する冷却水量、冷凍機の稼働台数、稼働させた冷凍機の負荷率、冷却水量の各々を求める。
ここで、冷凍機効率算出部１２は、熱交換機１０２に供給する冷却水量、冷凍機の稼働台数、稼働させた冷凍機の負荷率、冷却水量を変化させつつ、冷却水の温度ＴＥ２に対応させて、交換機消費電力量算出式、冷水ポンプ消費電力量算出式、冷却水ポンプ消費電力量算出式、冷却塔消費電力量算出式の各々により求められた消費電力量を加算して、この加算した消費電力量を熱源システムの総消費電力量として求め、この総消費電力量により稼働している熱交換機１０２及び冷凍機が製造する製造熱量を除算し、システムＣＯＰが最大となる熱交換機１０２に供給する冷却水量、冷凍機の稼働台数、稼働させた冷凍機の負荷率、稼働させた冷凍機に供給する冷却水量の組み合わせを求める。

図３は、本発明の実施形態による熱源運転ナビゲーションシステム１による熱源システムの運転モードの判定及び運転モードにおける最適な稼働条件を求める動作例を示すフローチャートである。熱源運転ナビゲーションシステム１は、冷却水の温度ＴＥ２と負荷熱量との組み合わせ毎に、図３のフローチャートを実行する。ここで、負荷熱量とは、負荷２００に対して冷水（往）ヘッダー１０８を介して供給する冷水の予め設定された温度ＴＥ０と、負荷２００により冷水（還）ヘッダー１０９へ戻される冷水の温度ＴＥ１との差分の熱量（冷水量により求まる）である。
以下、図１、図２及び図３を用いて、本実施形態による熱源運転ナビゲーションシステム１の最適な運転モードを求める処理を説明する。

ステップＳ１：
熱源運転制御部１５は、負荷２００に供給する負荷熱量（例えば、単位ＲＴ）、冷凍機群（１０３＿１〜１０３＿３）に戻る冷水の温度ＴＥ１、冷却塔１０１から供給される冷却水の温度ＴＥ２、熱交換機１０２の製造熱量の製造性能のデータなどを読み込む。
そして、熱源運転制御部１５は、図１の熱源システムの運転モード及び運転条件の最適化を行うモード判定処理を指示する制御信号を出力する。

フリークーリング判定部１４は、熱源運転制御部１５から制御信号が供給されると、温度ＴＥ２の温度により得られる熱交換機の製造熱量（例えば、単位ＲＴ）の算出を依頼する制御信号を、熱交換機効率算出部１１に対して行う。
熱交換機効率算出部１１は、冷却水の量である冷却水量、負荷から戻ってくる冷水の温度ＴＥ１、冷却塔から供給される冷却水の温度ＴＥ２を、熱源運転制御部１５から読み込む。

ステップＳ２：
そして、熱交換機効率算出部１１は、冷却水の量である冷却水量、温度ＴＥ１及び温度ＴＥ２により、熱交換機による製造熱量の算出を行う。このとき、冷却水量は、評価対象の熱源システム１において流すことが可能な最大の冷却水量に対する割合である冷却水量（例えば、１００％、７５％、５０％など）毎に、この冷却水量と冷却水の温度ＴＥ２とに製造熱量と、この製造熱量に対応した消費電力量を、データベース１６から読み出した交換機消費電力量算出式により求める。

また、交換機消費電力量算出式の代わりに、例えば、１００％から５０％の１０％刻みに実測して、熱交換機１０２に対応する実験を行い、冷却水量及び冷却水の温度ＴＥ２に対応して製造熱量及び製造熱量を得るための交換消費電力量算出テーブルを、予めデータベース１６にかきこんで記憶させるようにしても良い。
上述した負荷熱量は、評価対象の熱源システムにおいて流す冷水量に対する割合である。冷水量は実質的な負荷熱量であり、温度ＴＥ１と負荷に送出する冷水の供給温度との差温度とこの冷水量とから算出される。

図４は、熱交換機に供給される冷却水量に応じたフリークーリング可能な冷却水温度を示している。この図４は、上述したように、他の冷却水量についても熱交換機１０２の製造熱量が算出される。図４において、左側の縦軸が製造熱量（ＲＴ）を示し、右側の縦軸が温度を示し、横軸が熱交換機２次ポンプにより供給される冷水量の割合を示している。また、図４において、実線が熱交換機に流入する冷却水の温度ＴＥ２を示し、破線が冷却水と冷水との熱交換により熱交換機１０２の製造する製造熱量を示している。ここでは、冷却水量を供給可能な量の１００％として求めている。

例えば、負荷に供給する負荷熱量が２０００ＲＴである場合、冷水量が供給可能量の１００％とすると、冷却水の温度が１２℃により、熱交換機は２０００ＲＴの製造熱量を製造することができ、冷凍機を使用せずに、完全に冷水を冷却水のみによって、負荷に供給する所定の温度に熱交換することができる。
また、負荷に供給する熱量が１０００ＲＴである場合、冷水流量が供給可能量の５０％とすると、冷却水の温度が１３．５℃により、熱交換機は１０００ＲＴの製造熱量を製造することができる。

また、運転モードＭ３の場合は、上述したように、負荷に供給する負荷熱量に対して熱交換機が製造する製造熱量が大きい場合であり、製造熱量及びこの製造熱量を製造するための消費電力量は、冷却水の温度ＴＥ２及び熱交換機１０２に供給される冷却水量と、熱交換機に供給される冷水量とにより、熱交換機効率算出部１１において交換機消費電力量算出式で算出される。また、熱交換機効率算出部１１は、算出した製造熱量を、熱交換機１０２に冷却水を供給する熱交換機１次ポンプ１０６の消費電力量と、熱交換機１０２に冷水を供給する熱交換機２次ポンプ１０７の消費電力量と、冷却水量に対応した冷却塔１０１の消費電力量を加算した総消費電力量で除算して、システムＣＯＰを算出する。
このとき、熱交換機効率算出部１１は、熱交換機１次ポンプ１０６の消費電力量を冷却水量に対応させて冷却水ポンプ消費電力量算出式により算出し、熱交換機２次ポンプ１０７の消費電力量を冷水量に対応させて冷水ポンプ消費電力量算出式により算出し、冷却塔１０１の消費電力量を冷却水量、周囲温度、周囲湿度に対応させて冷却塔消費電力量算出式により算出して求める。

ステップＳ３：
次に、フリークーリング判定部１４は、冷水量（すなわち負荷２００の負荷熱量）に対応して、熱交換機効率算出部１１が冷却水量毎に求めらた図４における製造熱量と、負荷２００に供給する負荷熱量との比較を行う。
これにより、フリークーリング判定部１４は、製造熱量が負荷熱量以上である冷却水量が存在する場合、運転モードＭ３が行えると判定し、処理をステップＳ４へ進める。
一方、フリークーリング判定部１４は、冷却水を１００％で流した場合においても、製造熱量が負荷熱量未満である場合、運転モードＭ３が行えず、運転モードＭ１あるいは運転モードＭ２のいずれかであると判定し、処理をステップＳ５へ進める。

ステップＳ４：
熱源運転制御部１５は、フリークーリング判定部１４が運転モードＭ３が行えると判定したことを受け、負荷熱量を超えた製造熱量の冷却水量のなかから、最も少ない冷却水量を選択し、この冷却水量におけるシステムＣＯＰを算出する。
すなわち、熱源運転制御部１５は、熱交換機１０２の消費電力量、熱交換機１次ポンプ１０６及び熱交換機２次ポンプ１０７の消費電力量とを加算した総消費電力量により、製造熱量を除算することにより、この条件によるシステムＣＯＰを算出する。
そして、熱源運転制御部１５は、冷却水の温度ＴＥ２及び負荷熱量とともに、この条件における冷却水量、ＣＯＰ及び運転モードを対応させ、運転モードデータとして、運転モードデータベース１７の運転モードテーブル（後述）に対して書き込んで記憶させ、処理を終了する。

例えば、運転モードデータベース１７には、冷却水の温度ＴＥ２及び負荷熱量と、運転モードとの対応を示す図５の運転モードグラフが記憶されている。図５は、冷却水の温度ＴＥ２及び負荷熱量と、運転モードとの対応を示す運転モードグラフである。この図５において、縦軸は冷却水の温度ＴＥ２を示し、横軸は負荷に供給する負荷熱量を示している。例えば、冷却水温度が１９℃、かつ負荷熱量が３５００ＲＴを選択すると、このときの運転モードＭ２、冷凍機台数が２台、熱交換機が２台、冷凍機の負荷率、冷却水量などの運転条件のデータを得ることができる。

ステップＳ５：
熱源運転制御部１５は、フリークーリング判定部１４が運転モードＭ３が行えないと判定したことを受け、冷却水量、冷凍機の運転台数、運転している冷凍機の負荷率を組みとする運転条件のデータを予め設定された所定の範囲で、繰り返し毎に異なる数値により、冷凍機効率算出部１２に対して供給し、処理をステップＳ６へ進める。

ステップＳ６：
冷凍機効率算出部１２は、冷凍機単独運転で動作させた際における、熱源システム全体のＣＯＰであるシステムＣＯＰの算出を、冷却水の温度ＴＥ２、冷却水量及び冷凍機の負荷率に対応した冷凍機のＣＯＰを、データベース１６から冷凍機消費電力量算出式を読み出して用いている。

図６は、データベース１６に記憶されている冷凍機消費電力量算出式に基づく冷凍機（ＩＮＶターボ冷凍機、定速ターボ冷凍機）の負荷率とその負荷率の場合のＣＯＰとの対応関係を示すグラフである。
図６（ａ）は、冷凍機の各々に供給される冷却水の温度ＴＥ２が３２℃の場合における、冷凍機の負荷率とその負荷率における冷凍機のＣＯＰを示している。
図６（ｂ）は、冷凍機の各々に供給される冷却水の温度ＴＥ２が２８℃の場合における、冷凍機の負荷率とその負荷率における冷凍機のＣＯＰを示している。
図６（ｃ）は、冷凍機の各々に供給される冷却水の温度ＴＥ２が２４℃の場合における、冷凍機の負荷率とその負荷率における冷凍機のＣＯＰを示している。
図６（ｄ）は、冷凍機の各々に供給される冷却水の温度ＴＥ２が２０℃の場合における、冷凍機の負荷率とその負荷率における冷凍機のＣＯＰを示している。

図６（ａ）から図６（ｄ）において、横軸が熱交換機の出力する負荷率を示し、縦軸が冷凍機のＣＯＰを示している。
また、図６（ａ）から図６（ｄ）において、実線（◇）がＩＮＶターボ冷凍機の負荷率とＣＯＰとの対応を示しており、破線（□）が定速ターボ冷凍機の負荷率とＣＯＰとの対応を示している。本実施形態においては、ＩＮＶターボ冷凍機を冷凍機として用いることを前提として説明している。この図６におけるＩＮＶターボ冷凍機の特性データは、例えば、予め収集して、データベース１６に冷凍機効率テーブルとして予め書き込んで記憶させておく。ここには記載されていないが、冷却水量毎にも図６の特性データが存在する。

図２に戻り、冷凍機効率算出部１２は、稼働させる冷凍機の負荷率の毎の冷凍機のＣＯＰを、稼働させる冷凍機の全てで加算し、与えられた冷却水の温度ＴＥ２において最もシステムＣＯＰが大きくなる稼働させる冷凍機の台数、稼働させる冷凍機の負荷率及び稼働させる冷凍機に供給する冷却水量を求める。これにより、冷凍機効率算出部１２は、冷却水の温度ＴＥ２と負荷熱量との組み合わせに対応した、冷凍機の負荷率毎の冷凍機単独運転である運転モードＭ１におけるシステムＣＯＰを求める。

ここで、システムＣＯＰを算出する際、ＣＯＰを算出する式（製造熱量／消費電力量）において、分子の冷凍機の製造する熱量を除算する分母の消費電力量には、冷水を負荷に供給する冷水１次ポンプと冷却水を冷凍機に供給する冷却水１次ポンプとの消費電力量も加えられている。また、冷却水１次ポンプが冷凍機に送出する冷却水量によって、冷却水１次ポンプにおける消費電力量が変化し、同様に、冷水１次ポンプが負荷に送出する冷水量が変化させることにより、冷水１次ポンプにおける消費電力量が変化する。この変化量もシステムＣＯＰの算出に反映させる。

図７は、運転モードＭ１における、負荷の負荷率（実質的に負荷熱量）と消費電力量及びＣＯＰの各々との対応を示すグラフである。
図７（ａ）から図７（ｅ）の各々において、左側の縦軸は消費電力量を示し、右側の縦軸はＣＯＰであり、横軸は負荷の負荷率を示している。図７において、棒グラフは負荷の負荷率毎の消費電力量を示しており、太線（□）は冷凍機単体のＣＯＰであり、細線（◇）が熱源システム全体のＣＯＰであるシステムＣＯＰを示している。棒グラフは、熱源システムにおける冷却塔１０１、冷凍機、冷水１次ポンプ及び冷却水１次ポンプの各々の消費電力量の合計である合計消費電力量を示している。棒グラフにおける各構成要素は、下段の構成要素から順に、ＩＮＶターボ冷凍機（冷凍機）、冷水１次ポンプ、冷却水１次ポンプ、冷却塔１０１の各々の消費電力を示している。

ここで、冷凍機の消費電力量は、冷凍機１０３＿１、冷凍機１０３＿２、冷凍機１０３＿３のうち稼働している台数の冷凍機の負荷率に対応する消費電力量を合計した値である。冷水１次ポンプの消費電力量は、冷水１次ポンプ１０４＿１、冷水１次ポンプ１０４＿２、冷水１次ポンプ１０４＿３のうち、稼働している冷凍機に接続された冷水１次ポンプの冷却水量に対応した消費電力量のを合計した数値である。同様に、冷却水１次ポンプの消費電力量は、冷却水１次ポンプ１０５＿１、冷却水１次ポンプ１０５＿２、冷却水１次ポンプ１０５＿３のうち、稼働している冷凍機に接続された冷却水１次ポンプの冷却水量に対応した消費電力量のを合計した数値である。システムＣＯＰは、冷凍機の製造した製造熱量を、棒グラフの合計消費電力量で除算した数値である。

図７（ａ）は、冷却水の温度ＴＥ２が３２℃の場合における、負荷の負荷率と消費電力量及びＣＯＰの各々との対応を示すグラフである。
図７（ｂ）は、冷却水の温度ＴＥ２が２８℃の場合における、負荷の負荷率と消費電力量及びＣＯＰの各々との対応を示すグラフである。
図７（ｃ）は、冷却水の温度ＴＥ２が２４℃の場合における、負荷の負荷率と消費電力量及びＣＯＰの各々との対応を示すグラフである。
図７（ｄ）は、冷却水の温度ＴＥ２が２０℃の場合における、負荷の負荷率と消費電力量及びＣＯＰの各々との対応を示すグラフである。
図７（ｅ）は、冷却水の温度ＴＥ２が１７℃の場合における、負荷の負荷率と消費電力量及びＣＯＰの各々との対応を示すグラフである。
冷却水の温度が高いほど、冷凍機の製造熱量を製造するＣＯＰが低下していることがわかる。
冷凍機効率算出部１２は、冷却水の温度ＴＥ２及び負荷の負荷率に対応したシステムＣＯＰを求める。

図８は、運転モードＭ１における負荷の負荷率とシステムＣＯＰとの対応を温度毎に示したグラフである。この図８（ａ）から図８（ｆ）の各々において、縦軸はＣＯＰを示しており、横軸は負荷の負荷率を示している。また、図８（ａ）から図８（ｆ）の各々において、「□」が冷却水の温度ＴＥ＝１７℃におけるＣＯＰを示し、「◇」が冷却水の温度ＴＥ＝２０℃におけるＣＯＰを示し、「△」が冷却水の温度ＴＥ＝２４℃におけるＣＯＰを示し、「○」が冷却水の温度ＴＥ＝２８℃におけるＣＯＰを示し、「×」が冷却水の温度ＴＥ２＝３２℃におけるＣＯＰを示している。この図８は、図７で求めた冷却水の温度ＴＥ２と、負荷の負荷率との対応関係を、冷却水の冷却水量によりまとめて示している。

図８（ａ）は、冷却水の冷却水量が図１の熱源システムで流せる最大冷却水量に対する割合が１００％の場合における、負荷の負荷率とシステムＣＯＰとの対応を示すグラフである。
図８（ｂ）は、冷却水の冷却水量が図１の熱源システムで流せる最大冷却水量に対する割合が９０％の場合における、負荷の負荷率とシステムＣＯＰとの対応を示すグラフである。
図８（ｃ）は、冷却水の冷却水量が図１の熱源システムで流せる最大冷却水量に対する割合が８％の場合における、負荷の負荷率とシステムＣＯＰとの対応を示すグラフである。
図８（ｄ）は、冷却水の冷却水量が図１の熱源システムで流せる最大冷却水量に対する割合が７０％の場合における、負荷の負荷率とシステムＣＯＰとの対応を示すグラフである。
図８（ｅ）は、冷却水の冷却水量が図１の熱源システムで流せる最大冷却水量に対する割合が６０％の場合における、負荷の負荷率とシステムＣＯＰとの対応を示すグラフである。
図８（ｆ）は、冷却水の冷却水量が図１の熱源システムで流せる最大冷却水量に対する割合が５０％の場合における、負荷の負荷率とシステムＣＯＰとの対応を示すグラフである。

図９は、負荷熱量の負荷率に対応した運転モードＭ１、運転モードＭ２及び運転モードＭ３による熱源システム全体のＣＯＰを示すグラフである。ここで、冷凍機単独運転の線（実線）が運転モードＭ１を示し、ＦＣ運転の線（破線）が運転モードＭ２及び運転モードＭ３を示している。
図９（ａ）は、供給する負荷の負荷率が供給すべき最大負荷熱量の１００％の場合における冷凍機単独運転と、ＦＣ運転との各々の冷却水の温度ＴＥ２に対応する熱源システム全体のＣＯＰ（ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＯｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、熱量製造能力（ｋＷ）／熱量を生成するために用いた消費電力量（ｋＷ））との関係を示している。
図９（ｂ）は、供給する負荷の負荷率が供給すべき最大負荷熱量の８０％の場合における冷凍機単独運転と、ＦＣ運転との各々の冷却水の温度ＴＥ２に対応する熱源システム全体のＣＯＰとの関係を示している。
図９（ｃ）は、供給する負荷の負荷率が供給すべき最大負荷熱量の６０％の場合における冷凍機単独運転と、ＦＣ運転との各々の冷却水の温度ＴＥ２に対応する熱源システム全体のＣＯＰとの関係を示している。
図９（ｄ）は、供給する負荷の負荷率が供給すべき最大負荷熱量の４０％の場合における冷凍機単独運転と、ＦＣ運転との各々の冷却水の温度ＴＥ２に対応する熱源システム全体のＣＯＰとの関係を示している。

図９（ａ）から図９（ｄ）の各々において、横軸が冷却水の温度ＴＥ２であり、縦軸がシステム全体のシステムＣＯＰを示している。
また、図９に示すように、冷水を供給する負荷の負荷率（すなわち負荷に供給する負荷熱量）に応じ、冷却水の温度毎に、ＦＣ運転の場合と、冷凍機単独で負荷に供給する熱量を製造した場合との熱源システム全体のシステムＣＯＰを算出する。
例えば、運転モードＭ１の場合、冷凍機効率算出部１２は、負荷率毎の負荷熱量を製造する際において、冷凍機の運転台数及びそれぞれの負荷率を求める。

例えば、図９（ａ）において、冷却水温度２２℃がＦＣ運転を行うか、冷凍機単独運転を行うかの境界の温度となる。冷却水の温度ＴＥ２が２２℃以下の場合、ＦＣ運転（運転モードＭ２）におけるシステムＣＯＰが冷凍機単独運転（運転モードＭ１）におけるシステムＣＯＰを上回っているため、ＦＣ運転がされる。一方、冷却水の温度ＴＥ２が２２℃を超える場合、冷凍機単独運転におけるシステムＣＯＰがＦＣ運転におけるシステムＣＯＰを上回っているため、冷凍機単独運転がされる。

ステップＳ７：
熱源運転制御部１５は、冷却水量、冷凍機の運転台数、運転している冷凍機の負荷率を組みとする運転条件のデータを、予め設定された所定の範囲において全ての組み合わせ（図７及び図８のデータを得るための組み合わせ）を供給したか否かの判定を行う。
このとき、熱源運転制御部１５は、予め設定された所定の範囲における運転条件のデータを全ての組み合わせで供給したと判定すると、処理をステップＳ８へ進める。
一方、熱源運転制御部１５は、予め設定された所定の範囲における運転条件のデータを全ての組み合わせで供給していないと判定すると、処理をステップＳ５へ戻す。

ステップＳ８：
次に、熱源運転制御部１５は、冷凍機における製造熱量のＣＯＰの算出が終了したとして、冷却水量、冷凍機の運転台数、運転している冷凍機の負荷率を組みとする運転条件のデータを予め設定された所定の範囲で、繰り返し毎に異なる数値により、総合効率算出部１３に対して供給し、処理をステップＳ９へ進める。

ステップＳ９：
ＦＣ（フリークーリング）運転の場合、運転モードＭ２と運転モードＭ３とで計算が異なるが、すでに運転モードＭ３については算出されているため、以下、運転モードＭ２における条件の求め方を説明する。
運転モードＭ２の場合、総合効率算出部１３は、負荷から戻ってくる冷水の温度差ＴＥ１と冷却水の温度ＴＥ２との差分である温度差が温度差ＴＥ１＿２が熱交換機の熱交換可能に設定されている温度差閾値以上であり、かつ負荷に供給する負荷熱量が温度差ＴＥ１＿２による熱交換機で製造される製造熱量より大きい場合、負荷熱量と製造熱量との差分の熱量を、冷凍機で製造することになる。
総合効率算出部１３は、製造熱量を算出し、熱交換機効率算出部１１と同様に熱交換機の製造熱容量を得るための消費電力量を算出するとともに、負荷熱量と自身の製造する製造熱量との差熱量を算出する。

そして、総合効率算出部１３は、算出した差熱量に対し、冷凍機効率算出部１２と同様に、冷凍機の運転台数及び負荷率毎にＣＯＰを算出し、最も大きなＣＯＰとこの場合の運転台数及び負荷率を求める。そして、総合効率算出部１３は、この運転台数及び負荷率における冷凍機、冷水１次ポンプ及び冷却水１次ポンプの合計した消費電力量を求める。
そして、総合効率算出部１３は、製造熱量を製造するために要した消費電力量と差熱量を製造するために要した消費電力量を加算した総消費電力量により、負荷熱量を除算して、システムＣＯＰを算出する。

ステップＳ１０：
熱源運転制御部１５は、冷却水量、冷凍機の運転台数、運転している冷凍機の負荷率を組みとする運転条件のデータを、予め設定された所定の範囲において全ての組み合わせを供給したか否かの判定を行う。
このとき、熱源運転制御部１５は、予め設定された所定の範囲における運転条件のデータを全ての組み合わせで供給したと判定すると、処理をステップＳ１１へ進める。
一方、熱源運転制御部１５は、予め設定された所定の範囲における運転条件のデータを全ての組み合わせで供給していないと判定すると、処理をステップＳ８へ戻す。

ステップＳ１１：
フリークーリング判定部１４は、冷凍機効率算出部１２が求めたシステムＣＯＰ（運転モードＭ１）と総合効率算出部１３の求めたシステムＣＯＰ（運転モードＭ２）の比較を、冷却水の温度ＴＥ２において行う。図９に示すような計算結果においてＦＣ運転あるいは冷凍機単独運転のいずれを行うかの判定を行う。
すなわち、フリークーリング判定部１４は、システムＣＯＰ（運転モードＭ１）がシステムＣＯＰ（運転モードＭ２）を超えている場合、運転モードＭ１の使用を決定し、処理をステップＳ１２へ進める。
一方、フリークーリング判定部１４は、システムＣＯＰ（運転モードＭ１）がシステムＣＯＰ（運転モードＭ２）以下である場合、運転モードＭ２の使用を決定し、処理をステップＳ１３へ進める。

ステップＳ１２：
熱源運転制御部１５は、冷却水の温度ＴＥ２と負荷熱量とともに、この条件における運転モードの種別（運転モードＭ１）、冷凍機への冷却水量、システムＣＯＰ、冷凍機の稼働台数、稼働している冷凍機の負荷率の運転モードデータを、運転モードデータベース１７の運転モードテーブルに対して書き込んで記憶させ、処理を終了する。

ステップＳ１３：
熱源運転制御部１５は、冷却水の温度ＴＥ２と負荷熱量とともに、この条件における運転モードの種別（運転モードＭ２）、冷凍機への冷却水量、熱交換機に対する冷却水量、システムＣＯＰ、冷凍機の稼働台数、稼働している冷凍機の負荷率の運転モードデータを、運転モードデータベース１７の運転モードテーブルに対して書き込んで記憶させ、処理を終了する。

本実施形態による熱源運転ナビゲーションシステム１は、上述したフローチャートの処理を、冷却水の温度Ｅ２及び負荷熱量の組み合わせ毎に行い、求められた運転モードとそのときの運転モードデータを記載していくことにより、図１の熱源システムの駆動に用いるための、図５に示す運転モードテーブルを容易に生成することができる。
図１に示す熱源システムにおいて、図示しない制御部が、リアルタイムに冷却水の温度ＴＥ２と、負荷熱量とをセンサなどの測定機により検出し、この温度ＴＥ２及び負荷熱量に対応する運転モードデータを、運転モードデータベース１７の運転モードテーブルから読み出すことにより、容易に熱源システムを最適に稼働させることができる。

また、本願実施形態においては、冷水を負荷に供給する冷水１次ポンプ、冷凍機に冷却水を供給する冷却水１次ポンプ、熱交換機に冷水を供給する熱交換機１次ポンプ、熱交換機に冷却水を供給する熱交換機２次ポンプなどの設備の消費電力量を含めたシステムＣＯＰにより、運転モードの判定をしているため、従来に比較してより高い精度で、かつ高速にフリークーリングの処理の可否を省エネルギーの観点から判定することが可能となる。
したがって、本願実施形態によれば、従来に比較してより高速に、かつ精度の高い運転モードで、冷凍機及び熱交換機の運転条件を設定することができる。

すなわち、フリークーリングを行う際、冷却水の温度ＴＥ２が低くなるほど（すなわち冷却塔の周囲温度が低いほど）低温の冷却水が利用でき、熱交換における製造熱量により冷凍機の消費電力量を低減することができる。しかしながら、冷却水の温度ＴＥ２が低くなると冷凍機のＣＯＰが向上し、一方、フリークーリングを行う場合に熱交換機１０２にとともない稼働する熱交換機１次ポンプ１０６及び熱交換機２次ポンプ１０７の消費電力量を考慮する必要がある。
フリークーリングが可能でも、熱交換機１次ポンプ１０６及び熱交換機２次ポンプ１０７の消費電力量が必要な運転モードＭ２に比較し、冷凍機単独で運転する運転モードＭ１の方がシステムＣＯＰが低くなる場合がある。本実施形態は、熱源システム１００の全体の消費電力量を考慮したシステムＣＯＰで評価しているため、運転モードＭ１と運転モードＭ２とのいずれを用いるかを明確に判定することができる。

また、図２における熱源運転ナビゲーションシステム１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより熱源システムの効率的な運転をナビゲートする条件を求める処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供還境（あるいは表示還境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…熱源運転ナビゲーションシステム
１１…熱交換機効率算出部
１２…冷凍機効率算出部
１３…総合効率算出部
１４…フリークーリング判定部
１５…熱源運転制御部
１６…データベース
１７…運転モードデータベース
１００…熱源システム
１０１…冷却塔
１０２…熱交換機
１０３＿１，１０３＿２，１０３＿３…冷凍機
１０４＿１、１０４＿２，１０４＿３…冷水１次ポンプ
１０５＿１，１０５＿２，１０５＿３…冷却水１次ポンプ
１０６…熱交換機１次ポンプ
１０７…熱交換機２次ポンプ
１０８…冷水（往）ヘッダー
１０９…冷水（還）ヘッダー
１１０…冷却水（往）ヘッダー
１１１…冷却水（還）ヘッダー

Claims

第１温度の冷却水を供給する冷却塔と、流入する冷水を前記冷却水を用いて所定の第２温度に冷却する複数のターボ冷凍機と、前記ターボ冷凍機毎に設けられ、前記冷却水を当該ターボ冷凍機に対して供給する冷却水ポンプと、前記ターボ冷凍機毎に設けられ、前記冷水を負荷に供給する冷水ポンプと、流入する冷水と前記冷却水とで熱交換を行い、当該冷水の温度を低下させる熱交換機と、前記熱交換機に設けられ、前記冷却水を当該熱交換機に対して供給する熱交換機１次ポンプと、前記熱交換機に設けられ、当該熱交換機に対して前記冷水を供給する熱交換機２次ポンプと、を備える熱源システムにおいて、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機の運転パターンを生成する熱源運転ナビゲーションシステムであり、
前記ターボ冷凍機による運転モードＭ１、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機の複合による運転モードＭ２、前記熱交換機による運転モードＭ３のいずれかで運転するかを判定するフリークーリング判定部と、
前記ターボ冷凍機による運転モードＭ１における前記熱源システムの全体のＣＯＰ（成績係数）であるシステムＣＯＰを、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出する冷凍機効率算出部と、
前記熱交換機による前記運転モードＭ３における前記システムＣＯＰを算出する熱交換機効率算出部と、
前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機による運転モードＭ２における前記システムＣＯＰを、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記熱交換機の製造する製造熱量及び当該製造熱量を製造する際の熱交換機消費電力を算出し、前記負荷に供給する負荷熱量から当該製造熱量を減算した差分熱量を、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出する総合効率算出部と
を有し、
前記フリークーリング判定部が、前記運転モードＭ１、前記運転モードＭ２及び前記運転モードＭ３のいずれの運転モードで前記熱源システムを動作させるかを、前記運転モードＭ１、前記運転モードＭ２及び前記運転モードＭ３の各々の前記システムＣＯＰを比較し、最も高い効率の運転モードを選択する
ことを特徴とする熱源運転ナビゲーションシステム。
前記フリークーリング判定部が、
前記冷却水の第１温度に応じて、前記熱交換機効率算出部が算出した前記熱交換機の製造する製造熱量が、前記負荷に供給する負荷熱量以上である場合、前記熱源システムの運転モードを前記運転モードＭ３とし、前記製造熱量が前記負荷熱量未満で有る場合、前記熱源システムの運転モードを前記運転モードＭ１あるいは前記運転モードＭ２のいずれかと判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の熱源運転ナビゲーションシステム。
前記フリークーリング判定部が、
前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記冷凍機効率算出部が前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出した、運転モードＭ１における最も高い効率のシステムＣＯＰと、
前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記総合効率算出部が前記熱交換機の製造する製造熱量及び当該製造熱量を製造する際の熱交換機消費電力を算出し、前記負荷熱量から当該製造熱量を減算した差分熱量を、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出した最も高い効率のＣＯＰにおける冷凍機消費電力を求め、熱交換機消費電力及び冷凍機消費電力により求めた運転モードＭ２における最も高い効率のシステムＣＯＰと
を比較し、システムＣＯＰの効率が高い運転モードを選択する
ことを特徴とする請求項２に記載の熱源運転ナビゲーションシステム。
前記熱交換機効率算出部が、前記運転モードＭ１におけるシステムＣＯＰを算出する際、製造熱量を製造するための消費電力として、前記熱交換機の消費電力と、前記冷却水量に対応した前記冷却塔の消費電力と、前記冷却塔から前記熱交換機に前記冷却水を流入させる前記熱交換機１次ポンプの消費電力と、前記負荷から戻る前記冷水を前記熱交換機に流入させる前記熱交換機２次ポンプの消費電力とを加算した総消費電力を用い、
前記冷凍機効率算出部が、前記運転モードＭ３におけるシステムＣＯＰを算出する際、製造熱量を製造するための消費電力として、稼働させている前記ターボ冷凍機の消費電力と、前記冷却水量に対応した前記冷却塔の消費電力と、前記冷却塔から前記ターボ冷凍機に前記冷却水を流入させる前記冷却水ポンプの消費電力と、前記ターボ冷凍機から前記負荷に対して前記冷水を送出させ前記冷水１次ポンプの消費電力とを加算した総消費電力を用い、
前記総合効率算出部が、前記運転モードＭ２におけるシステムＣＯＰを算出する際、前記熱交換機の消費電力と、前記冷却水量に対応した前記冷却塔の消費電力と、前記冷却塔から前記熱交換機に前記冷却水を流入させる前記熱交換機１次ポンプの消費電力と、前記負荷から戻る前記冷水を前記熱交換機に流入させる前記熱交換機２次ポンプの消費電力と、前記冷却塔から前記ターボ冷凍機に前記冷却水を流入させる前記冷却水ポンプの消費電力と、前記ターボ冷凍機から前記負荷に対して前記冷水を送出させ前記冷水１次ポンプの消費電力とを加算した総消費電力を用いる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱源運転ナビゲーションシステム。
第１温度の冷却水を供給する冷却塔と、流入する冷水を前記冷却水を用いて所定の第２温度に冷却する複数のターボ冷凍機と、前記ターボ冷凍機毎に設けられ、前記冷却水を当該ターボ冷凍機に対して供給する冷却水ポンプと、前記ターボ冷凍機毎に設けられ、前記冷水を負荷に供給する冷水ポンプと、流入する冷水と前記冷却水とで熱交換を行い、当該冷水の温度を低下させる熱交換機と、前記熱交換機に設けられ、前記冷却水を当該熱交換機に対して供給する熱交換機１次ポンプと、前記熱交換機に設けられ、当該熱交換機に対して前記冷水を供給する熱交換機２次ポンプと、を備える熱源システムにおいて、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機の運転パターンを生成する熱源運転ナビゲーション方法であり、
フリークーリング判定部が、前記ターボ冷凍機による運転モードＭ１、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機の複合による運転モードＭ２、前記熱交換機による運転モードＭ３のいずれかで運転するかを判定するフリークーリング判定過程と、
冷凍機効率算出部が、前記ターボ冷凍機による運転モードＭ１における前記熱源システムの全体のＣＯＰ（成績係数）であるシステムＣＯＰを、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出する冷凍機効率算出過程と、
熱交換機効率算出部が、前記熱交換機による運転モードＭ３における前記システムＣＯＰを算出する熱交換機効率算出過程と、
総合効率算出部が、前記ターボ冷凍機及び前記熱交換機による運転モードＭ２における前記システムＣＯＰを、前記冷却水の第１温度及び冷却水量に応じて、前記熱交換機の製造する製造熱量及び当該製造熱量を製造する際の熱交換機消費電力を算出し、前記負荷に供給する負荷熱量から当該製造熱量を減算した差分熱量を、前記ターボ冷凍機の稼働台数及び稼働させたターボ冷凍機の負荷率を調整し、前記冷却水ポンプの消費電力を用いて算出する総合効率算出過程と
を有し、
前記フリークーリング判定部が、前記運転モードＭ１、前記運転モードＭ２及び前記運転モードＭ３のいずれの運転モードで前記熱源システムを動作させるかを、前記運転モードＭ１、前記運転モードＭ２及び前記運転モードＭ３の各々のＣＯＰを比較し、最も効率の高い運転モードを選択する
ことを特徴とする熱源運転ナビゲーション方法。