JP6523798B2 - 熱源設備及び熱源設備制御方法 - Google Patents

熱源設備及び熱源設備制御方法 Download PDF

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本発明は、熱源設備及び熱源設備制御方法に関する。
特許文献1には、「1台以上の空調機22と、空調機に冷水を供給する冷凍機18と、冷凍機に冷却水を供給する冷却塔14とを有する空調設備10の制御に関する。設定された空調条件を充たす範囲内で、空調設備10の消費エネルギ量、運転コスト又は排出二酸化炭素量が最低となるように、少なくとも1台以上の空調機22の送風温度、冷凍機18の冷水温度及び冷却塔14よりの冷却水温度の設定値を変更して最適化する。」と記載されている(要約参照)。
また、特許文献2には、「少なくとも冷却塔出口1aの冷却水温度および第1熱交換器出口11aの冷水温度を入力値とし、冷却塔ファン10、ポンプ2、4などの消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータ51と、前記冷却水温度および前記冷水温度の入力値を変化させてシミュレータ51に入力し、そのシミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記冷却水温度および前記冷水温度を最適値として取得する最適値取得部52と、実際の前記冷却水温度および前記冷水温度を最適値取得部52によって取得された最適値に設定する制御値設定部53を備えた。」と記載されている(要約参照)。
特開2004−053127号公報 特開2009−216375号公報
特許文献1に記載される空調設備は、建屋の室内条件を計測する温度計(乾球温度計、湿球温度計)と、外気の条件を計測する温度計(乾球温度計、湿球温度計)を有する。
そして空調設備は、これら温度計の測定結果にもとづいて、消費エネルギ量、運転コスト又は排出二酸化炭素量が最低となるように運転される。
また、特許文献2に記載される冷却システムは、外気温湿度センサや室内温度センサ等のセンサを有する。そして冷却システムは、これらセンサの計測値を用いて、消費電力が最小となるように運転される。
このように、特許文献1に記載される空調設備、及び特許文献2に記載される冷却システムはセンサの計測値にもとづいて最適に運転される。したがって、特許文献1に記載される空調設備、及び特許文献2に記載される冷却システムは、センサに異常が発生した場合には最適な運転が不可能になり、消費エネルギ量、運転コスト又は排出二酸化炭素量を最低にする運転(特許文献1)、及び、消費電力を最小にする運転(特許文献2)が不可能になる。
特許文献1,2ともセンサに異常が発生した場合の対応について記載されていないので、この点において改善の余地がある。
そこで本発明は、センサに異常が発生した状態でも最適に近い状態で運転可能な熱源設備及び熱源設備制御方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため本発明は、冷却水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔に備わる冷却ファンと、前記冷却塔で冷却された前記冷却水と冷媒が熱交換する第1熱交換器及び前記冷却水と熱交換した後の前記冷媒と負荷から送水される冷温水が熱交換する第2熱交換器を備える熱源機と、前記冷却塔で冷却された前記冷却水を前記熱源機に送水する冷却水ポンプと、前記冷温水を前記負荷から前記熱源機に送水する冷温水ポンプと、前記熱源機に流入する前記冷温水の流量を計測する冷温水流量センサと、前記熱源機に流入する前記冷温水の入口温度を計測する冷温水入口温度センサと、前記熱源機から送出される前記冷温水の出口温度を計測する冷温水出口温度センサと、外気温度センサ及び外気湿度センサと、前記冷却ファン、前記冷却水ポンプ及び前記冷温水ポンプの駆動で環境に与える負荷を定量化した評価関数を設定するとともに、前記評価関数が最小になるように前記冷却ファン及び前記冷却水ポンプを制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記外気温度センサが計測する大気の乾球温度と前記外気湿度センサが計測する大気の相対湿度とから算出する大気の湿球温度にもとづくとともに、前記冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから算出する前記熱源機の負荷率にもとづいて、前記評価関数を最小にするような前記冷却水の流量及び水温を設定し、設定した前記冷却水の流量を維持するように前記冷却水ポンプを制御し、設定した前記冷却水の水温を維持するように前記冷却ファンを制御し、前記湿球温度を算出できない状態の場合には前記湿球温度を所定の標準温度に設定して前記冷却水の流量及び水温を設定し、前記負荷率を算出できない状態の場合には前記負荷率を所定の標準負荷率に設定して前記冷却水の流量及び水温を設定し、前記外気湿度センサに異常が発生した場合には、前記相対湿度の所定値と前記外気温度センサが計測する前記乾球温度とから前記湿球温度を算出し、前記外気温度センサに異常が発生した場合には、前記乾球温度として想定し得る最高温度と前記外気湿度センサが計測する前記相対湿度とから前記湿球温度を算出し、前記外気湿度センサと前記外気温度センサに異常が発生した場合には、前記湿球温度を算出できない状態であると判定して前記湿球温度を前記標準温度に設定することを特徴とする。また、制御装置が熱源設備を制御するときの熱源設備制御方法とする。
その他の解決手段は実施形態中において適宜記載する。
本発明によると、センサに異常が発生した状態でも最適に近い状態で運転可能な熱源設備及び熱源設備制御方法を提供できる。
熱源設備を示す図である。 冷却水の温度及び流量と一次エネルギの関係を示すグラフと、冷温水の流量と一次エネルギの関係を示すグラフと、を記載した図である。 (a)は外気湿球温度と熱源機負荷率に対応する冷却水の最適な流量を示す冷却水流量マップの一例を示す図、(b)は外気湿球温度と熱源機負荷率に対応する冷却水の最適な水温を示す冷却水温マップの一例を示す図である。 制御装置の機能ブロック図である。 制御装置が熱源設備を制御するフローを示すフローチャートである。 熱源機負荷率と、冷却水流量の相関関係の一例を示すグラフである。 実施例2において制御装置が熱源設備を制御するフロー(その1)を示す図である。 実施例2において制御装置が熱源設備を制御するフロー(その2)を示す図である。 実施例3に係る熱源設備を示す図である。 熱源機の負荷率と熱源設備の一次エネルギの関係を示す図である。 台数制御用冷却水流量マップを示す図である。 台数制御用冷却水温マップを示す図である。
以下、本発明の実施例に係る熱源設備について、適宜図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す各図面では、共通する部材には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
図1は熱源設備を示す図である。
図1に示すように、熱源設備1は制御装置5で制御される。
熱源設備1には、冷却塔2と、冷却水ポンプ4と、熱源機3と、往ヘッダ(熱源側往ヘッダ31a,負荷側往ヘッダ32a)と、還ヘッダ(熱源側還ヘッダ31b,負荷側還ヘッダ32b)と、冷温水ポンプ(冷温水一次ポンプ33,冷温水二次ポンプ34)と、が備わっている。負荷側往ヘッダ32aと負荷側還ヘッダ32bには負荷10が接続されている。
なお、熱源側往ヘッダ31aと、熱源側還ヘッダ31bとは、バイパス配管41によって接続されている。
冷却水ポンプ4はインバータ4iを有し回転速度制御が可能に構成される。
冷却塔2は冷却ファン20を有する。冷却ファン20はインバータ20iを有し回転速度制御が可能に構成される。冷却塔2には、冷却水ポンプ4によって熱源機3から冷却水Wcが送水される。冷却塔2に送水された冷却水Wcは、冷却ファン20の駆動で送風される外気との熱交換で冷却されて熱源機3に戻る。
冷温水二次ポンプ34は熱源側往ヘッダ31aと負荷側往ヘッダ32aの間に配設され、熱源側往ヘッダ31aから負荷側往ヘッダ32aに冷温水Whcを送水する。また、冷温水一次ポンプ33は熱源側還ヘッダ31bと熱源機3の間に配設され、熱源側還ヘッダ31bから熱源機3に冷温水Whcを送水する。
冷温水一次ポンプ33と冷温水二次ポンプ34は、それぞれインバータ33i,34iを有し、回転速度制御が可能になっている。
なお、還ヘッダ(熱源側還ヘッダ31b,熱源側往ヘッダ32b)が備わらない構成であってもよい。この場合、冷温水Whcは、冷温水一次ポンプ33によって負荷10から熱源機3に直接送水される。また、往ヘッダ(熱源側往ヘッダ31a,負荷側往ヘッダ32a)が備わらず冷温水二次ポンプ34が備わらない構成であってもよい。この場合、熱源機3で冷却された冷温水Whcが負荷10に直接送水される。
熱源機3は、例えばターボ冷凍機である。熱源機3(ターボ冷凍機)は、圧縮機(遠心圧縮機30a)と、第1熱交換器30bと、膨張弁30cと、第2熱交換器30dと、が冷媒管30eで接続されている。冷媒管30eには冷媒R1が封入されている。
実施例1の熱源設備1において、第1熱交換器30bは凝縮器であって第2熱交換器30dは蒸発器になる。
遠心圧縮機30aは第2熱交換器30d(蒸発器)で蒸発(気化)した冷媒R1を圧縮して第1熱交換器30b(凝縮器)に送り込む。第1熱交換器30bに送り込まれた冷媒R1は、冷却塔2から送水される冷却水Wcとの熱交換で冷却されて凝縮(液化)する。第1熱交換器30bで液化した冷媒R1は膨張弁30cで減圧されて第2熱交換器30d(蒸発器)に流入する。第2熱交換器30dに流入した冷媒R1は熱源側還ヘッダ31bから送水される冷温水Whcとの熱交換で蒸発(気化)し、遠心圧縮機30aで圧縮されて第1熱交換器30bに送り込まれる。
このように、熱源機3(ターボ冷凍機)では、冷媒R1によって冷温水Whcが冷却される。熱源機3で冷却された冷温水Whcは熱源側往ヘッダ31aに送水されて貯留される。これによって、熱源側往ヘッダ31aに冷熱が蓄積される。
負荷側往ヘッダ32aと負荷側還ヘッダ32bには負荷10が接続される。そして、負荷10の要求に応じて負荷側往ヘッダ32aに貯留されている冷温水Whcが負荷10に供給される。負荷10は供給された冷温水Whcで被冷却物(図示せず)を冷却し、これによって冷温水Whcの水温が高くなる(昇温する)。つまり、冷温水は負荷10で加熱される。昇温した冷温水Whcは負荷側還ヘッダ32bに送水されて貯留される。
そして、冷温水一次ポンプ33によって熱源側還ヘッダ31bの冷温水Whcが熱源機3に送水されるときに負荷側還ヘッダ32bに貯留されている冷温水Whcが熱源側還ヘッダ31bに流入する。
熱源設備1は、外気温度センサSns1と、外気湿度センサSns2と、冷却塔出口温度センサSns3と、冷却塔入口温度センサSns4と、還水温センサ(冷温水入口温度センサ)Sns6と、往水温センサ(冷温水出口温度センサ)Sns7と、冷温水流量センサSns8と、の各センサを有する。
外気温度センサSns1は、熱源設備1が設置される環境における外気の気温(乾球温度)を計測し、計測信号(外気温度信号Sig1)を出力する。外気温度信号Sig1は制御装置5に入力される。
外気湿度センサSns2は、熱源設備1が設置される環境における外気の湿度(相対湿度)を計測し、計測信号(外気湿度信号Sig2)を出力する。外気湿度信号Sig2は制御装置5に入力される。
冷却塔出口温度センサSns3は、冷却塔2から熱源機3に送水される冷却水Wcの水温を計測し、計測信号(冷却塔出口温度信号Sig3)を出力する。冷却塔出口温度信号Sig3は制御装置5に入力される。
冷却塔入口温度センサSns4は、熱源機3から冷却塔2に送水される冷却水Wcの水温を計測し、計測信号(冷却塔入口温度信号Sig4)を出力する。冷却塔入口温度信号Sig4は制御装置5に入力される。冷却塔入口温度センサSns4によって計測される温度を、冷却塔入口温度と適宜称する。
熱源機3は,制御装置5で運転状態の監視と運転停止を行う(図示せず)。
還水温センサSns6は、熱源側還ヘッダ31bにおける冷温水Whcの水温を計測し、計測信号(還水温信号Sig6)を出力する。還水温信号Sig6は制御装置5に入力される。
往水温センサSns7は、負荷側往ヘッダ32aにおける冷温水Whcの水温を計測し、計測信号(往水温信号Sig7)を出力する。往水温信号Sig7は制御装置5に入力される。
冷温水流量センサSns8は、負荷側還ヘッダ32bから熱源側還ヘッダ31bに向かって流れる冷温水Whcの流量(還水流量)を計測し、計測信号(還水流量信号Sig8)を出力する。還水流量信号Sig8は制御装置5に入力される。
制御装置5は、熱源機3、冷温水一次ポンプ33、冷却水ポンプ4、冷却塔2等の各構成機器の運転特性、及び、冷温水Whcや冷却水Wcが配管を流れるときに生じる抵抗特性にもとづいて、熱源設備1における一次エネルギ、二酸化炭素排出量、又はエネルギ使用量(運転コスト)を評価するための評価関数Wを演算する。
制御装置5は、冷温水一次ポンプ33に接続される配管による冷温水Whcの圧力損失を予測又は実測した結果にもとづいて揚程(ポンプ揚程)を算出し、ポンプ揚程と冷温水Whcの流量との関係から冷温水一次ポンプ33の動力を算出する。さらに、制御装置5は、冷温水一次ポンプ33の性能にもとづいて動力に対するエネルギ消費量を算出する。
また、制御装置5は、冷却水ポンプ4に接続される配管による冷却水Wcの圧力損失を予測又は実測した結果にもとづいてポンプ揚程を算出し、ポンプ揚程と冷却水Wcの流量との関係から冷却水ポンプ4の動力を算出する。さらに、制御装置5は、冷却水ポンプ4の性能にもとづいて動力に対するエネルギ消費量を算出する。
また、制御装置5は、一般的な冷却塔のエンタルピ基準総括容積伝達係数と冷却塔性能近似式にもとづいて冷却塔2の性能を予測する。この方法は公知の技術を適用することができる。
そして制御装置5は、熱源設備1を運転するときの一次エネルギ、二酸化炭素排出量、又は運転コストを評価する評価関数Wが最小となる制御目標値を設定する。
例えば、評価関数Wは下式(1)で示される。
W=Ce・Eref+Cg・Gref+Ce・Ecp+Ce・Ecwp+Ce・Ect ・・・(1)
Eref:熱源機3の電力消費量
Gref:熱源機3の燃料消費量
Ecp:冷温水一次ポンプ33の電力消費量
Ecwp:冷却水ポンプ4の電力消費量
Ect:冷却塔2(冷却ファン20)の電力消費量
Ce:電力消費量の換算係数
Cg:燃料消費量の換算係数
なお、評価関数Wにおける換算係数Ceは、電力消費量を一次エネルギ、二酸化炭素排出量、又は運転コストに換算するための係数である。また、評価関数Wにおける換算係数Cgは、燃料消費量を一次エネルギ、二酸化炭素排出量、又はエネルギ使用量(運転コスト)に換算するための係数である。
実施例1における評価関数Wは、熱源機3、冷温水一次ポンプ33、冷却水ポンプ4、冷却塔2(冷却ファン20)が駆動するときの一次エネルギ、二酸化炭素排出量、又はエネルギ使用量を評価するための評価関数になる。
一次エネルギ、二酸化炭素排出量、エネルギ使用量は環境に与える負荷を示す指標であるので、実施例1における評価関数Wは、熱源機3、冷温水一次ポンプ33、冷却水ポンプ4、冷却塔2(冷却ファン20)の駆動で環境に与える負荷を定量化したものとなる。
例えば、一次エネルギが最小となるように熱源設備1を運転する場合、制御装置5は一次エネルギを示す評価関数Wを評価する。この場合、式(1)の評価関数Wにおける「Ce」は電力消費量を一次エネルギに変換する換算係数であり、「Cg」は燃料消費量を一次エネルギに変換する換算係数である。そして、制御装置5は、評価関数W(一次エネルギ)が最小になるように、熱源機3と、冷温水一次ポンプ33と、冷却水ポンプ4と、冷却塔2(冷却ファン20)と、の運転条件を設定する。
冷却水ポンプ4は回転速度制御可能に構成されているので、制御装置5は単位時間当たりの回転速度を制御量として冷却水ポンプ4を制御する。具体的に、制御装置5は冷却水ポンプ4の回転速度を制御信号で変化させて冷却水ポンプ4を制御する。同様に、冷却塔2の冷却水温目標値を制御装置5に設定する。制御装置5は回転速度を制御量として冷却ファン20を制御する。制御装置5は冷却水Wcの水温が冷却水温目標値となるよう冷却ファン20の回転速度を制御信号で変化させて冷却ファン20を制御してもよい。
シミュレータ5aは、後記する冷却水流量マップMP1及び冷却水温マップMP2を生成し、生成した冷却水流量マップMP1及び冷却水温マップMP2を制御装置5に送る。制御装置5に送られた冷却水流量マップMP1及び冷却水温マップMP2は、制御装置5のメモリ(不図示)等に格納される。
図2は冷却水の温度及び流量と一次エネルギの関係を示すグラフと、冷温水の流量と一次エネルギの関係を示すグラフと、を記載した図である。
図2に示すように、冷却水Wcの流量(冷却水流量Fwc)を小さくすると、冷却水Wcを送り出す冷却水ポンプ4(図1参照)の一次エネルギは減少するが、熱源機3に供給される冷却水流量Fwcが小さくなるので熱源設備1(図1参照)のCOP(Coefficient of Performance)が下がって一次エネルギが大きくなる。なお、熱源設備1のCOPは、熱源機3の冷却量を熱源機3、冷却水ポンプ4、冷却ファン20及び冷温水一次ポンプ33の消費エネルギの和で除した値である。
また、冷却水Wcの温度(冷却塔2から流出する冷却水Wcの温度であり、「冷却塔出口温度T2out」と称する)を高くすると冷却塔2の一次エネルギは小さくなるが、熱源機3の一次エネルギが大きくなる。
また、冷温水Whcの流量(冷温水流量Fwhc)が小さくなって冷温水一次ポンプ33(図1参照)の一次エネルギが小さくなる。
そして、冷却塔2(図1参照)の一次エネルギと、熱源機3(図1参照)の一次エネルギと、冷却水ポンプ4(図1参照)の一次エネルギと、冷温水一次ポンプ33(図1参照)の一次エネルギと、の合計値は図2に破線Te「総合エネルギTe」で示すように変化する。総合エネルギTeが熱源設備1(図1参照)の一次エネルギになる。
制御装置5(図1参照)は、総合エネルギTeが最小となる点(最適点TP1)における冷却水Wcの水温と流量を、「冷却水温目標値」及び「冷却水流量目標値」に設定する。そして、制御装置5(図1参照)は、冷却塔出口温度T2outが「冷却水温目標値」になるように、冷却塔2の冷却ファン20(図1参照)を回転速度制御する。また、制御装置5は、冷却水流量Fwcが「冷却水流量目標値」になるように冷却水ポンプ4(図1参照)を回転速度制御する。
また、制御装置5(図1参照)は、最適点TP1における冷温水流量Fwhcを「冷温水流量目標値」に設定する。そして、制御装置5(図1参照)は、冷温水流量Fwhcが「冷温水流量目標値」になるように、冷温水一次ポンプ33(図1参照)を回転速度制御する。なお、制御装置5は、冷温水流量目標値を設定しなくてもよい。
つまり、制御装置5は、冷却塔出口温度T2outが冷却水温目標値を維持するような回転速度で冷却ファン20を駆動し、冷却水流量Fwcが冷却水流量目標値となるような回転速度で冷却水ポンプ4を駆動する。また、制御装置5は、冷温水流量Fwhcが冷温水流量目標値となるような回転速度で冷温水一次ポンプ33を駆動する。
このように、実施例1の制御装置5は、「冷却水温目標値」と「冷却水流量目標値」と「冷温水流量目標値」を制御目標値とし、冷却ファン20の回転速度と冷却水ポンプ4の回転速度と冷温水一次ポンプ33の回転速度を制御量として熱源設備1を制御する。
このような、冷却水温目標値と冷却水流量目標値と冷温水流量目標値の組み合わせ(つまり、総合エネルギTeが最小となる冷却塔出口温度T2outと冷却水流量Fwcと冷温水流量Fwhcの組み合わせ)は、図1に示すような冷却塔2を備える熱源設備1においては、当該熱源設備1が設置される環境の湿球温度(外気湿球温度Taw)と、熱源機3の負荷率(熱源機負荷率Wrk)と、に応じて変化する。したがって、制御装置5は、熱源設備1が設置される環境の外気湿球温度Tawと、熱源機負荷率Wrkと、に応じて、冷却塔出口温度T2outの目標値(冷却水温目標値)と、冷却水流量Fwcの目標値(冷却水流量目標値)と、冷温水流量Fwhcの目標値(冷温水流量目標値)と、を設定する。
なお、図1に示す熱源機3の負荷率(熱源機負荷率Wrk)は、熱源側還ヘッダ31bから熱源機3に向かって流れる冷温水Whcの水温(熱源機入口温度Tin)と、熱源機3から熱源側往ヘッダ31aに向かって流れる冷温水Whcの水温(熱源機出口温度Tout)と、冷温水Whcの流量(冷温水流量Fwhc)とを基に算出される冷却負荷を熱源機3の定格能力で除したものである。
また、外気湿球温度Tawは、外気温度(外気乾球温度Tad)と外気の相対湿度(外気湿度Ha)から算出される。外気湿度Haは、外気乾球温度Tadと外気湿球温度Tawの偏差と相関しているので、この相関関係にもとづいて外気湿球温度Tawが算出される。
図3の(a)は外気湿球温度と熱源機負荷率に対応する冷却水の最適な流量(冷却水流量Fwc)を示す冷却水流量マップの一例を示す図、(b)は外気湿球温度と熱源機負荷率に対応する冷却水の最適な水温(冷却塔出口温度T2out)を示す冷却水温マップの一例を示す図である。なお、図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1は、冷却水ポンプ4の定格流量に対する割合(流量比)で冷却水流量Fwcが示されている。ここでいう定格流量は、冷却水ポンプ4が定格運転されるときの流量である。また、定格運転は、設計値として設定されている所定の回転速度での運転を示す。
例えば、図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1には、熱源機負荷率Wrkが60%で外気湿球温度Tawが27℃の場合、冷却水ポンプ4の定格流量の50%が冷却水流量Fwcの最適値となることが示されている。
また、図3の(b)に示す冷却水温マップMP2には、熱源機負荷率Wrkが60%で外気湿球温度Tawが27℃の場合、27.5℃が冷却塔出口温度T2outの最適値となることが示されている。
図1に示す制御装置5は、外気温度センサSns1から入力される外気温度信号Sig1から外気乾球温度Tadを算出(取得)する。また、制御装置5は、外気湿度センサSns2から入力される外気湿度信号Sig2から外気湿度Haを算出(取得)する。そして、取得した外気乾球温度Tadと外気湿度Haから外気湿球温度Tawを算出(取得)する。
また、制御装置5は、還水温センサSns6から入力される還水温信号Sig6から、負荷側還ヘッダ32bから熱源側還ヘッダ31bに流入する冷温水Whcの水温を算出(取得)し、この水温を熱源機入口温度Tinとする。さらに、制御装置5は、往水温センサSns7から入力される往水温信号Sig7にもとづき、負荷側往ヘッダ32aから負荷10に流入する冷温水Whcの水温を算出(取得)し、この水温を熱源機出口温度Toutとする。
さらに、制御装置5は、冷温水流量センサSns8から入力される還水流量信号Sig8にもとづき冷温水Whcの流量を算出(取得)し、この流量を冷温水流量Fwhcとする。そして制御装置5は、取得した熱源機入口温度Tinと熱源機出口温度Toutと冷温水流量Fwhcとから熱源機負荷率Wrkを算出(取得)する。
制御装置5は、取得した外気湿球温度Tawと熱源機負荷率Wrkに対応する冷却水流量Fwcを冷却水流量マップMP1から選択し、選択した冷却水流量Fwcを冷却水の流量の目標値(冷却水流量目標値)に設定する。
また、制御装置5は、取得した外気湿球温度Tawと熱源機負荷率Wrkに対応する冷却塔出口温度T2outを冷却水温マップMP2から選択し、選択した冷却塔出口温度T2outを冷却水の水温の目標値(冷却水温目標値)に設定する。
また、図示はしないが、冷温水流量Fwhcについても熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawに対応した最適値が設定されたマップ(冷温水流量マップ)が設定されている。そして、制御装置5は、取得した外気湿球温度Tawと熱源機負荷率Wrkに対応する冷温水流量Fwhcを当該冷温水流量マップから選択し、選択した冷温水流量Fwhcを冷温水流量目標値に設定する。
なお、制御装置5は外気湿球温度Tawや熱源機負荷率Wrkが、冷却水流量マップMP1に示される値の中間値の場合、線形補間によって冷却水流量Fwcを選択する。例えば、熱源機負荷率Wrkが65%で外気湿球温度Tawが26℃と27℃の間である場合、制御装置5は、26℃に対する冷却水流量Fwc(50%)と、27℃に対する冷却水流量Fwc(60%)と、の間を線形補間して、外気湿球温度Tawに対応する冷却水流量Fwcを50%と60%の間で算出する。
制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが中間値である場合も同様の線形補間によって冷却水流量Fwcを算出する。
また、制御装置5は、冷却水温マップMP2においても同様にして、外気湿球温度Tawや熱源機負荷率Wrkが中間値である場合の冷却塔出口温度T2outを算出する。
図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1、図3の(b)に示す冷却水温マップMP2は、熱源設備1における一次エネルギを示す評価関数Wが最小になるように予め値を設定しておく。前記したように、冷却水流量マップMP1及び冷却水温マップMP2は、シミュレータ5aによって、計算されたものが制御装置5に送られることによって、制御装置5に格納されている。
シミュレータ5aは、熱源機負荷率Wrkを最小値から最大値まで変化させるとともに外気湿球温度Tawを最小値から最大値まで変化させる。例えば、シミュレータ5aは熱源機負荷率Wrkを50%から100%の間を5%間隔で変化させる。また、シミュレータ5aは外気湿球温度Tawをマイナス10℃からプラス30℃の間を1℃間隔で変化させる。そしてシミュレータ5aは、式(1)の評価関数Wにおける「Eref(熱源機3の電力消費量)」と、「Gref(熱源機3の燃料消費量)」と、「Ecp(冷温水一次ポンプ33の電力消費量)」と、「Ecwp(冷却水ポンプ4の電力消費量)」と、「Ect(冷却塔2の電力消費量)」と、を熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawとの組み合わせごとに算出する。
さらに、シミュレータ5aは、算出したGrefに、燃料消費量を一次エネルギに変換する換算係数「Cg」を乗算し、算出したEref,Ecp,Ecwp,Ectのそれぞれに、電力消費量を一次エネルギに変換する換算係数「Ce」を乗算して、一次エネルギを評価するための評価関数Wを算出する。
このときシミュレータ5aは、冷却水流量Fwcと冷却塔出口温度T2outを様々に変化させながら電力消費量(Eref,Ecp,Ecwp,Ect)と燃料消費量(Gref)を算出し、評価関数W(一次エネルギ)が最小になる冷却水流量Fwcと冷却塔出口温度T2outと冷温水流量Fwhcを抽出する。このようにして抽出された冷却水流量Fwcが熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawの組み合わせごとに配置されて図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1が設定される。また、このようにして抽出された冷却塔出口温度T2outが熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawの組み合わせごとに配置されて図3の(b)に示す冷却水温マップMP2が設定される。さらに、抽出された冷温水流量Fwhcが熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawの組み合わせごとに配置されて図示しない冷温水流量マップが設定される。冷却水温マップMP2は予め外気湿球温度Tawと負荷率(熱源機負荷率Wrk)のすべての組み合わせについて予めシミュレータ5aが計算することによって、設定される。
以上のように構成される、図1に示す熱源設備1において、外気温度センサSns1又は外気湿度センサSns2に異常が発生する等して、制御装置5に外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2の少なくとも一方が正常に入力されない場合、制御装置5は外気湿球温度Tawを算出(取得)できない。
また、還水温センサSns6、往水温センサSns7、又は冷温水流量センサSns8に異常が発生する等して、制御装置5に、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8の少なくとも1つが正常に入力されない場合、制御装置5は熱源機負荷率Wrkを算出(取得)できない。
実施例1の制御装置5は、外気温度センサSns1又は外気湿度センサSns2に異常が発生する等して外気湿球温度Tawを算出(取得)できない場合、外気湿球温度Tawを算出できない状態であると判定し、図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1において外気湿球温度Tawを所定の標準温度(例えば、27℃)に設定(固定)する。同様に、制御装置5は図3の(b)に示す冷却水温マップMP2において外気湿球温度Tawを所定の標準温度に設定(固定)し、図示しない冷温水流量マップにおいて外気湿球温度Tawを所定の標準温度に設定(固定)する。
そして、制御装置5は、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに応じて、冷却水流量マップMP1から冷却水流量Fwcを選択し、これを冷却水流量目標値に設定する。また、制御装置5は、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに応じて、冷却水温マップMP2から冷却塔出口温度T2outを選択し、これを冷却水温目標値に設定する。さらに、制御装置5は、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに応じて、冷温水流量マップ(図示せず)から冷温水流量Fwhcを選択し、これを冷温水流量目標値に設定する。
図3の(a)に示す一例で所定の標準温度を27℃とした場合、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが60%であれば冷却水流量Fwcとして50%を選択し、熱源機負荷率Wrkが65%であれば冷却水流量Fwcとして60%を選択する。そして制御装置5は、冷却水流量マップMP1から選択した冷却水流量Fwcを冷却水流量目標値に設定する。
また、図3の(b)に示す一例で所定の標準温度を27℃とした場合、ミュレータ5aは、熱源機負荷率Wrkが60%であれば冷却塔出口温度T2outとして27.5℃を選択し、熱源機負荷率Wrkが65%であれば冷却塔出口温度T2outとして27.6℃を選択する。そして制御装置5は、冷却水温マップMP2から選択した冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に設定する。
また、制御装置5は、還水温センサSns6や往水温センサSns7や冷温水流量センサSns8に異常が発生する等して熱源機負荷率Wrkを算出(取得)できない場合、熱源機負荷率Wrkを算出できない状態であると判定し、図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1において熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率(例えば、100%)に設定(固定)する。同様に、制御装置5は、図3の(b)に示す冷却水温マップMP2において熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率に設定(固定)し、図示しない冷温水流量マップにおいて熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率に設定(固定)する。
そして、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに応じて、冷却水流量マップMP1から冷却水流量Fwcを選択し、これを冷却水流量目標値に設定する。また、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに応じて、冷却水温マップMP2から冷却塔出口温度T2outを選択し、これを冷却水温目標値に設定する。さらに、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに応じて、冷温水流量マップ(図示せず)から冷温水流量Fwhcを選択し、これを冷温水流量目標値に設定する。
図3の(a)に示す一例で所定の標準負荷率を100%とした場合、制御装置5は、外気湿球温度Tawがマイナス9℃であれば冷却水流量Fwcとして50%を選択し、外気湿球温度Tawが27℃であれば冷却水流量Fwcとして100%を選択する。そして制御装置5は、冷却水流量マップMP1から選択した冷却水流量Fwcを冷却水流量目標値に設定する。
また、図3の(b)に示す一例で所定の標準負荷率を100%とした場合、制御装置5は、外気湿球温度Tawがマイナス9℃であれば冷却塔出口温度T2outとして12℃を選択し、外気湿球温度Tawが27℃であれば冷却塔出口温度T2outとして27.8℃を選択する。そして制御装置5は、冷却水温マップMP2から選択した冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に設定する。
冷却塔入口温度センサSns4によって計測される冷却塔入口温度が熱源機3の許容する設定値よりも高い場合、制御装置5は冷却水Wcの流量を最大流量とする。冷却塔入口温度センサSns4のセンサ異常の場合にも同様とする。
図4は制御装置の機能ブロック図である。
図4に示すように、制御装置5は、データ取込部50、データ収集・検証部51、最適演算部52、及びローカル制御部53を有する。
データ取込部50は、図1に示す各センサ(外気温度センサSns1,外気湿度センサSns2,冷却塔出口温度センサSns3,冷却塔入口温度センサSns4,還水温センサSns6,往水温センサSns7,冷温水流量センサSns8)が出力する計測信号(外気温度信号Sig1,外気湿度信号Sig2,冷却塔出口温度信号Sig3,冷却塔入口温度信号Sig4,還水温信号Sig6,往水温信号Sig7,還水流量信号Sig8)を取り込むインタフェースとして機能する。
データ収集・検証部51は、データ取込部50が取り込んだ各計測信号の異常を判定する。データ収集・検証部51は、計測信号が所定のセンサから入力されない場合、計測信号がハイレベル又はローレベルで固定された場合、計測信号が不規則に振動している場合等に、当該計測信号に異常が発生したと判定する。
最適演算部52は、熱源機設定部52aと、冷温水流量比処理部52bと、冷温水往温度処理部52cと、冷却水流量比処理部52dと、冷却塔出口温度処理部52eと、を有する。
熱源機設定部52aは、熱源機3(図1参照)が複数台備わる場合の運転台数や優先順位、運転台数を変更する閾値を演算する。
冷温水流量比処理部52bは、冷温水一次ポンプ33を回転速度制御するための制御信号を設定して出力する。また、冷温水流量比処理部52bは、冷温水流量目標値を設定する。
冷温水往温度処理部52cは、熱源機3から送出される冷温水Whcの水温(熱源機出口温度Tout)を設定する。
冷却水流量比処理部52dは冷却水流量目標値を設定する。
冷却塔出口温度処理部52eは冷却水温目標値を設定する。
実施例1においては、冷却水流量比処理部52dは、熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawと冷却水流量マップMP1にもとづいて冷却水流量目標値を設定する。また、冷却塔出口温度処理部52eは、熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawと冷却水温マップMP2にもとづいて冷却水温目標値を設定する。さらに、冷温水流量比処理部52bは熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawと冷温水流量マップ(図示せず)とにもとづいて冷温水流量目標値を設定する。
ローカル制御部53は、冷却ファン20等の制御対象をフィードバック制御する。
ローカル制御部53は、冷却水流量比処理部52dが設定する流量比(冷却水流量目標値)に対応する回転速度で冷却水ポンプ4を駆動するための制御信号を冷却水ポンプ4に対して出力する。
また、ローカル制御部53は、冷却塔出口温度処理部52eが設定する冷却塔出口温度T2out(冷却水温目標値)が維持されるように冷却ファン20を駆動する。ローカル制御部53は、冷却塔出口温度センサSns3から出力される冷却塔出口温度信号Sig3をフィードバック信号として冷却ファン20の回転速度を調節し、冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に維持する。
さらにローカル制御部53は、冷温水流量処理部52fが設定する冷温水流量Fwhc(冷温水流量目標値)となるように冷温水一次ポンプ33を駆動する。
制御装置5は、熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawと冷却水流量マップMP1(図3の(a)参照)にもとづいて冷却水流量目標値を設定する。また、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawと冷却水温マップMP2(図3の(b)参照)にもとづいて冷却水温目標値を設定する。さらに制御装置5は、熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawと冷温水流量マップ(図示せず)とにもとづいて冷温水流量目標値を設定する。
また、制御装置5はデータ収集・検証部51を有する。データ収集・検証部51はデータ取込部50で取り込まれた各計測信号の異常を判定する。
データ収集・検証部51が、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2の少なくとも一方に異常が発生したと判定した場合、制御装置5は外気湿球温度Tawの算出(取得)が不可能な状態と判定する。
この場合、制御装置5冷却水流量比処理部52dは外気湿球温度Tawを所定の標準温度(例えば、27℃)に設定(固定)する。そして冷却水流量比処理部52dは、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに対応する流量比(冷却水流量Fwc)を冷却水流量マップMP1にもとづいて選択し、選択した流量比を冷却水流量目標値に設定する。
制御装置5冷却塔出口温度処理部52eは外気湿球温度Tawを所定の標準温度(例えば、27℃)に設定(固定)する。そして冷却塔出口温度処理部52eは、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに対応する冷却塔出口温度T2outを冷却水温マップMP2にもとづいて選択し、選択した冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に設定する。
また、冷温水流量比処理部52bは外気湿球温度Tawを所定の標準温度(例えば、27℃)に設定(固定)する。そして冷温水流量比処理部52bは、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに対応する冷温水流量Fwhcを図示しない冷温水流量マップにもとづいて選択し、選択した冷温水流量Fwhcを冷温水流量目標値に設定する。
また、データ収集・検証部51が、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8の少なくとも1つに異常が発生したと判定した場合、制御装置5は熱源機負荷率Wrkの算出(取得)が不可能な状態と判定する。
この場合、冷却水流量比処理部52dは熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率(例えば、100%)に設定(固定)する。そして冷却水流量比処理部52dは、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに対応する流量比(冷却水流量Fwc)を冷却水流量マップMP1にもとづいて選択し、選択した流量比を冷却水流量目標値に設定する。
冷却塔出口温度処理部52eは熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率(例えば、100%)に設定(固定)する。そして冷却塔出口温度処理部52eは、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに対応する冷却塔出口温度T2outを冷却水温マップMP2にもとづいて選択し、選択した冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に設定する。
また、冷温水流量比処理部52bは熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率(例えば、100%)に設定(固定)する。そして冷温水流量比処理部52bは、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに対応する冷温水流量Fwhcを図示しない冷温水流量マップにもとづいて選択し、選択した冷温水流量Fwhcを冷温水流量目標値に設定する。
なお、還水温センサSns6又は往水温センサSns7が異常であり、冷温水流量センサSns8による冷温水の流量(冷温水流量)の計測が正常(還水流量信号Sig8が正常)である場合は以下の方法で冷温水流量の調整を行う。まず、冷温水流量比処理部52bは冷温水流量センサSns8で計測された冷温水流量と、運転している熱源機3における冷温水流量とが同じになるように、熱源機3の流量の設定値を算出する。そして、ローカル制御部53は、冷温水一次ポンプ33の流量が、この設定における値となるように冷温水一次ポンプ33のインバータ周波数と冷温水流量の関係から、インバータ周波数を設定する。
そして、ローカル制御部53は、冷却塔出口温度処理部52eが設定する冷却水温目標値にもとづいて冷却ファン20(図1参照)をフィードバック制御する。
実施例1の制御装置5は、外気温度センサSns1又は外気湿度センサSns2に異常が発生する等して、又は信号線の断線等によって、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2の少なくとも一方が正常に入力されない状態になると、外気湿球温度Tawを算出できない。
この場合、制御装置5は、外気湿球温度Tawを所定の標準温度(例えば、27℃)に設定する。さらに、図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1にもとづいて、外気湿球温度Tawが所定の標準温度(27℃)における熱源機負荷率Wrkに対応した冷却水流量Fwcを選択し、これを冷却水流量目標値とする。
同様に制御装置5は、図3の(b)に示す冷却水温マップMP2にもとづいて、外気湿球温度Tawが所定の標準温度(27℃)における熱源機負荷率Wrkに対応した冷却塔出口温度T2outを選択し、これを冷却水温目標値とする。
同様に制御装置5は、図示しない冷温水流量マップにもとづいて、外気湿球温度Tawが所定の標準温度(27℃)における熱源機負荷率Wrkに対応した冷温水流量Fwhcを選択し、これを冷温水流量目標値とする。
このように、制御装置5は外気温度信号Sig1又は外気湿度信号Sig2の少なくとも一方が正常に入力されない状態であっても、熱源機負荷率Wrkに対応して最適な冷却水流量Fwcと冷却塔出口温度T2outを選択し、冷却水流量目標値と冷却水温目標値と冷温水流量目標値を設定できるので、効率よく熱源装置1(図1参照)を運転できる。
また、実施例1の制御装置5は、還水温センサSns6、往水温センサSns7、又は冷温水流量センサSns8に異常が発生する等して、又は信号線の断線等によって、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8の少なくとも1つが正常に入力されない状態になると、熱源機負荷率Wrkを算出できない。
この場合、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率(例えば、100%)に設定する。さらに、図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1にもとづいて、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率(100%)における外気湿球温度Tawに対応した冷却水流量Fwcを選択し、これを冷却水流量目標値とする。
同様に制御装置5は、図3の(b)に示す冷却水温マップMP2にもとづいて、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率(100%)における外気湿球温度Tawに対応した冷却塔出口温度T2outを選択し、これを冷却水温目標値とする。
同様に制御装置5は、図示しない冷温水流量マップにもとづいて、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率(100%)における外気湿球温度Tawに対応した冷温水流量Fwhcを選択し、これを冷温水流量目標値とする。
このように、制御装置5は還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8の少なくとも1つが正常に入力されない状態であっても、外気湿球温度Tawに対応して最適な冷却水流量Fwcと冷却塔出口温度T2outを選択し、冷却水流量目標値と冷却水温目標値と冷温水流量目標値を設定できるので、効率よく熱源装置1(図1参照)を運転できる。
図5は制御装置が熱源設備を制御するフローを示すフローチャートである。図5を参照して、制御装置5が熱源設備1(図1参照)を制御する手順を説明する(適宜図1〜4参照)。
制御装置5のデータ収集・検証部51は、各センサから入力される計測信号に異常があるか否かを判定する(ステップS1)。
データ収集・検証部51は、少なくとも、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2と還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8に異常があるか否かを判定する。
計測信号に異常がない場合(ステップS1→No)、データ収集・検証部51は手順をステップS2に進める。
ステップS2において、制御装置5の最適演算部52は、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2から外気湿球温度Tawを算出(取得)する。また、最適演算部52は、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8から熱源機負荷率Wrkを算出(取得)する。そして最適演算部52は手順をステップS6に進める。
一方、ステップS1において、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2と還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8の少なくとも1つに異常があると判定した場合(ステップS1→Yes)、最適演算部52は手順をステップS3に進める。
ステップS3において、制御装置5の最適演算部52は外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2の少なくとも一方に異常があると判定した場合(ステップS3→Yes)、最適演算部52は外気湿球温度Tawを所定の標準温度に固定(設定)し、さらに、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8から熱源機負荷率Wrkを算出する(ステップS4)。そして最適演算部52は手順をステップS6に進める。
また、外気温度信号Sig1及び外気湿度信号Sig2に異常がないと判定した場合(ステップS3→No)、最適演算部52は外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2以外の信号に異常がある、つまり、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8の少なくとも1つに異常があると判定する。そして、最適演算部52は熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率に固定(設定)し、さらに、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2から外気湿球温度Tawを算出する(ステップS5)。その後、最適演算部52は手順をステップS6に進める。
制御装置5の最適演算部52は、冷却ファン20、冷却水ポンプ4等の制御対象を制御する目標値を設定するタイミングであれば(ステップS6→Yes)、冷却水流量目標値と冷却水温目標値を設定する(ステップS7)。
具体的に最適演算部52は、外気湿球温度Tawと熱源機負荷率Wrkに対応する冷却水流量Fwcを冷却水流量マップMP1にもとづいて選択し、選択した冷却水流量Fwcを冷却水流量目標値に設定する。また、最適演算部52は、外気湿球温度Tawと熱源機負荷率Wrkに対応する冷却塔出口温度T2outを冷却水温マップMP2にもとづいて選択し、選択した冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に設定する。
そして最適演算部52は手順をステップS8に進める。
制御対象を制御する目標値を設定するタイミングではない場合(ステップS6→No)、最適演算部52は冷却水流量目標値と冷却水温目標値を設定することなく手順をステップS8に進める。
冷却水流量目標値と冷却水温目標値を設定するタイミング(間隔)は、例えば、冷却ファン20や冷却水ポンプ4や冷温水一次ポンプ33等の制御対象を制御する速度としてあらかじめ設定されている。制御対象を制御する速度を高める場合、冷却水流量目標値と冷却水温目標値を設定するタイミング(間隔)が短く設定される。このようなタイミング(間隔)は、熱源設備1の設計値としてあらかじめ設定されている。
本設定により、制御装置5は、冷却水流量目標値と冷却水温目標値とをほぼ同時に(時間的に差がない状態で)変更でき、各設置値を熱源機3の運転範囲に収めることができる。
制御装置5のローカル制御部53は上下限処理を実施する(ステップS8)。
例えば、冷却水流量目標値が変化した場合、ローカル制御部53は冷却水流量目標値の変化量に応じて冷却水ポンプ4の回転速度(制御量)を変化させる。このとき、ローカル制御部53は冷却水ポンプ4の回転速度(制御量)が上限を超えないように規制する。これによって、冷却水ポンプ4の回転速度が上限を超えることが回避される。
なお、ローカル制御部53は冷却ファン20や冷温水一次ポンプ33に対しても同様に上下限処理を実施し、冷却ファン20や冷温水一次ポンプ33の回転速度(制御量)が上限を超えないように規制する。
また、制御装置5のローカル制御部53は変化幅制限を実施する(ステップS9)。
例えば、冷却水流量目標値が大きく変化した場合には冷却水ポンプ4の回転速度(制御量)の変化幅を大きくすることが必要になる。しかしながら冷却水ポンプ4の回転速度が大きく変化すると冷却水Wcの流量が大きく変化するので、冷却水Wcが流入する熱源機3や冷却水ポンプ4自身に過剰な負荷が入力されることになる。
そこで、実施例1のローカル制御部53は、冷却水流量目標値が大きく変化した場合であっても、冷却水ポンプ4の回転速度(制御量)の変化幅を、あらかじめ設定される最大幅に規制する。この最大幅は、冷却水ポンプ4や熱源機3に過剰な負荷が入力されないような特性値としてあらかじめ設定されている設計値である。これによって冷却水ポンプ4の急激な状態変化が抑制されて、冷却水ポンプ4や熱源機3等への大きな負荷入力が抑制される。
なお、ローカル制御部53は、冷却水温目標値や、冷却水ポンプ4に対しても同様に変化幅制限を実施し、冷却水温目標値や、冷却水ポンプ4の回転速度(制御量)の変化幅を、あらかじめ設定される最大幅に規制する。この最大幅は、冷却水温目標値や、冷却水Wcの流量が急に変化して、熱源機3の制御に影響するような許容値を超えないような特性値としてあらかじめ設定されている値である。このような変化幅制限によって熱源機3における許容値を守ることが可能となる。
そして制御装置5のローカル制御部53は、冷却水ポンプ4や冷却塔入口温度や冷温水一次ポンプ33の制御量(回転速度)に対応する制御信号を出力し(ステップS10)、冷却水ポンプ4や冷却ファン20や冷温水一次ポンプ33を回転速度制御する。
ローカル制御部53は、冷却塔出口温度センサSns3から出力される冷却塔出口温度信号Sig3をフィードバック信号とするフィードバック制御によって、冷却ファン20の回転速度を調節し、冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に維持する。
なお、熱源機負荷率Wrkと、冷却水流量Fwc(流量比)と、の間における所定の相関関係が使用されてもよい。このようにすることで、最適化制御用のセンサ(外気温度センサSns1,外気湿度センサSns2)異常で最適化制御用のマップ(冷却水流量マップMP1,冷却水温マップMP2)を用いない個別の制御(個別制御と称す)に移行することが可能となる。
図6は熱源機負荷率と、冷却水流量の相関関係の一例を示すグラフである。図6は横軸が熱源機負荷率Wrkを示し縦軸が冷却水流量Fwcを示す。図6に示す一例では、熱源機負荷率WrkがWa%まで冷却水流量Fwc(流量比)がFa%で一定であり、その後は、熱源機負荷率Wrkの上昇に応じて冷却水流量Fwcが直線的に上昇する。そして、熱源機負荷率WrkがWb%まで上昇した時点で冷却水流量Fwcが100%に達する。このような相関関係は、熱源機3の特性として設定される。
制御装置5は、熱源機負荷率Wrkを取得できれば、図6に示す相関関係から冷却水流量Fwc(流量比)を取得できる。
そこで、図1に示す制御装置5は、外気温度センサSns1又は外気湿度センサSns2に異常が発生する等して外気湿球温度Tawを取得できない場合、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8とから算出(取得)する熱源機負荷率Wrkに対応する冷却水流量Fwcを図6に示す相関関係から取得する。そして制御装置5は、取得した冷却水流量Fwcを冷却水流量目標値に設定する。
このように、制御装置5は外気湿球温度Tawを取得できない場合に、図3の(a)に示す冷却水流量マップMP1を利用することなく相関関係から冷却水流量Fwcを取得し、取得した冷却水流量Fwcを冷却水流量目標値に設定する構成であってもよい。
なお、外気温度センサSns1や外気湿度センサSns2が正常な状態に復帰して外気湿球温度Tawを取得できない状態が解消した場合(つまり、外気湿球温度Tawを取得できない状態から復帰した場合)、制御装置5は、外気温度信号Sig1から外気乾球温度Tadを算出するとともに外気湿度信号Sig2から外気湿度Haを算出し、さらに、算出した外気乾球温度Tadと外気湿度Haから外気湿球温度Tawを算出(取得)する。そして、標準温度に固定(設定)された外気乾球温度Tadではなく、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2から算出される外気乾球温度Tadにもとづいて、最適な制御目標値(冷却水流量目標値,冷却水温目標値,冷温水流量目標値)が設定される。
このように、制御装置5が外気湿球温度Tawを取得できない状態から復帰した場合に熱源設備1(図1参照)は、制御装置5によって外気湿球温度Tawが算出される状態に復帰する。
また、還水温センサSns6や往水温センサSns7や冷温水流量センサSns8が正常な状態に復帰して熱源機負荷率Wrkを取得できない状態が解消した場合(つまり、熱源機負荷率Wrkを取得できない状態から復帰した場合)、制御装置5は、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8から熱源機負荷率Wrkを算出(取得)する。そして、標準負荷率に固定(設定)された熱源機負荷率Wrkではなく、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8から算出される熱源機負荷率Wrkにもとづいて、最適な制御目標値(冷却水流量目標値,冷却水温目標値,冷温水流量目標値)が設定される。このように、制御装置5が熱源機負荷率Wrkを取得できない状態から復帰した場合に熱源設備1(図1参照)は、制御装置5によって熱源機負荷率Wrkが算出される状態に復帰する。
実施例2に係る熱源設備は、図1に示す実施例1の熱源設備1と同様に構成される。
実施例2の熱源設備1では、外気温度センサSns1と外気湿度センサSns2の少なくとも一方に異常が発生した状態における制御装置5の処理手順が実施例1の場合と異なっている。
図7は、実施例2において制御装置が熱源設備を制御するフロー(その1)を示す図であり、図8は、実施例2において制御装置が熱源設備を制御するフロー(その2)を示す図である。図7のフローと図8のフローは接合子Aを介して接続されている。
図7,8を参照して、外気温度センサSns1と外気湿度センサSns2の少なくとも一方に異常が発生した状態で制御装置5が熱源設備1を制御する手順を説明する(適宜図1〜4参照)。
なお、図7,8のステップS1からステップS10は図5に示すフローチャートのステップS1からステップS10までと同等であるので説明を簡単にする。
制御装置5は、各センサから入力される計測信号に異常がない場合(図7のステップS1→No)、手順をステップS2に進めて外気湿球温度Tawと熱源機負荷率Wrkを算出する(図7のステップS2)。そして制御装置5は手順を図8のステップS6に進める。
一方、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2と還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8の少なくとも1つに異常があると判定した場合(図7のステップS1→Yes)、制御装置5は手順を図7のステップS3に進める。
図7のステップS3において、制御装置5は外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2の少なくとも一方に異常があると判定した場合(図7のステップS3→Yes)、手順を図7のステップS40に進める。
なお、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2に異常が無い場合(図7のステップS3→No)、制御装置5は手順を図7のステップS5に進め、熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率に固定(設定)し、さらに、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2から外気湿球温度Tawを算出して手順を図8のステップS6に進める。
図7のステップS40において外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2の両方に異常がある場合(ステップS40→Yes)、制御装置5の最適値取得部52は外気湿球温度Tawの取得が不可能な状態と判定して手順を図7のステップS4に進め、外気湿球温度Tawを所定の標準温度に固定(設定)し、さらに、熱源機負荷率Wrkを算出する。そして制御装置5は手順を図8のステップS6に進める。
図7のステップS40において、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2の両方に異常がない場合(ステップS40→No)、制御装置5の最適値取得部52は外気温度信号Sig1に異常があれば(図7のステップS41→Yes)、外気温度センサSns1に異常が発生したと判定して手順を図7のステップS42に進め、外気温度信号Sig1に異常が無ければ(図7のステップS41→No)、外気湿度センサSns2に異常が発生したと判定して手順を図7のステップS43に進める。
図7のステップS42において、制御装置5の最適値取得部52は熱源設備1が設置される環境で想定し得る最高温度を外気乾球温度Tadに設定する。そして最適値取得部52は外気湿度信号Sig2から算出する外気湿度Haと外気乾球温度Tad(想定し得る最高温度)にもとづいて外気湿球温度Tawを算出し、手順を図7のステップS44に進める。
図7のステップS43において、制御装置5の最適値取得部52は外気湿度Haを所定値に設定する。この所定値は、例えば熱源設備1が設置される環境における外気湿度Haの平均値等設計値として設定されている。又は、所定値が100%であってもよい。そして最適値取得部52は外気温度信号Sig1から算出する外気乾球温度Tadと外気湿度Ha(所定値)にもとづいて外気湿球温度Tawを算出し、手順を図7のステップS44に進める。
図7のステップS44において、制御装置5の最適値取得部52は、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8から熱源機負荷率Wrkを算出し、手順を図8のステップS6に進める。
制御装置5は、冷却ファン20、冷却水ポンプ4等の制御対象を制御する目標値を設定するタイミングであれば(図8のステップS6→Yes)、冷却水流量目標値と冷却水温目標値を設定し(図8のステップS7)、手順を図8のステップS8に進める。一方、制御対象を制御する目標値を設定するタイミングではない場合(図8のステップS6→No)、制御装置5は冷却水流量目標値と冷却水温目標値を設定することなく手順を図8のステップS8に進める。
図8のステップS8で、制御装置5は上下限処理を実施して手順を図8のステップS9に進めて変化幅制限を実施する。さらに、制御装置5は、手順を図8のステップS10に進めて冷却水ポンプ4や冷却搭出口温度や冷温水一次ポンプ33の制御量(回転速度)に対応する制御信号を出力し、冷却水ポンプ4や冷温水一次ポンプ33を回転速度制御する。ここで、冷却搭出口温度の制御量とは、冷却ファン20に対する制御量である。
このように、実施例2の熱源設備1(図1参照)は、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2の少なくとも一方に異常が発生したときの処理(図7のステップS40〜図7のステップS44)が実施例1と異なっている。
実施例2の熱源設備1(図1参照)は、外気温度センサSns1に異常が発生した場合であっても外気湿度センサSns2に異常が発生していなければ(図7のステップS41→Yes)、外気湿度Haに応じて外気湿球温度Tawが算出されるので、外気湿球温度Tawが標準温度に固定(設定)される実施例1よりも効率よく運転される。
また、実施例2の熱源設備1は、外気湿度センサSns2に異常が発生した場合であっても外気温度センサSns1に異常が発生していなければ(図7のステップS41→No)、外気乾球温度Tadに応じて外気湿球温度Tawが算出されるので、外気湿球温度Tawが標準温度に固定(設定)される実施例1よりも効率よく運転される。
図9は実施例3に係る熱源設備を示す図である。
なお、図9に示す熱源設備1aにおいて、図1に示す熱源設備1と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図9に示すように、実施例3に係る熱源設備1aは、複数台(例えば3台)の冷却塔(第1冷却塔2A,第2冷却塔2B,第3冷却塔2C)と、熱源機(第1熱源機3A,第2熱源機3B,第3熱源機3C)と、を備える。また、各冷却塔(2A,2B,2C)と各熱源機(3A,3B,3C)との間には、それぞれ冷却水ポンプ(第1冷却水ポンプ4A,第2冷却水ポンプ4B,第3冷却水ポンプ4C)が備わっている。各冷却水ポンプ(4A,4B,4C)はそれぞれインバータ4Ai,4Bi,4Ciを有し、回転速度制御が可能に構成されている。
熱源機3A,熱源機3B,及び熱源機3Cは,制御装置5で運転状態の監視と運転停止を行う(図示せず)。
また、各冷却塔(2A,2B,2C)には、それぞれ冷却ファン(第1冷却ファン20A,第2冷却ファン20B,第3冷却ファン20C)が備わっている。各冷却ファン(20A,20B,20C)はそれぞれインバータ20Ai,20Bi,20Ciを有し、回転速度制御が可能になっている。
さらに、第1冷却塔2Aから第1熱源機3Aに送水される冷却水Wcの水温を計測する冷却塔出口温度センサSns3Aと、第2冷却塔2Bから第2熱源機3Bに送水される冷却水Wcの水温を計測する冷却塔出口温度センサSns3Bと、第3冷却塔2Cから第3熱源機3Cに送水される冷却水Wcの水温を計測する冷却塔出口温度センサSns3Cと、が備わっている。
また、第1熱源機3Aに送水される冷温水Whcの流量を計測する第1冷温水流量センサSns8Aと、第2熱源機3Bに送水される冷温水Whcの流量を計測する第2冷温水流量センサSns8Bと、第3熱源機3Cに送水される冷温水Whcの流量を計測する第3冷温水流量センサSns8Aと、を有する。
なお、各熱源機(3A,3B,3C)は全てが同じ形式であってもよいし、異なった形式であってもよい。
例えば、第1熱源機3Aがターボ冷凍機、第2熱源機3Bが吸収冷温水機、第3熱源機3Cが排熱投入型吸収冷温水機であるような構成であってもよい。
各熱源機(3A,3B,3C)は熱源側往ヘッダ31a及び熱源側還ヘッダ31bと接続される。各熱源機(3A,3B,3C)と熱源側還ヘッダ31bとの間には、それぞれ冷温水一次ポンプ33A,33B,33Cが配設されている。各冷温水一次ポンプ(33A,33B,33C)はインバータ33Ai,33Bi,33Ciを有し、回転速度制御が可能に構成されている。
なお、図9のように熱源機が複数備えられる構成における熱源設備1aのCOPは、各熱源機(3A〜3C)の冷却量の総和を各熱源機(3A〜3C)、各冷却水ポンプ(4A〜4C)、各冷却ファン(20A〜20C)及び各冷温水一次ポンプ(33A〜33C)の消費エネルギの和で除した値である。
図10は熱源設備1の負荷率(ここで,3台分の熱負荷の合計を300%としている)と熱源設備の一次エネルギの関係を示す図である。また、図11は台数制御用冷却水流量マップを示す図であり、図12は台数制御用冷却水温マップを示す図である。
ここで、各熱源機(3A,3B,3C)の負荷率は、熱源側還ヘッダ31bから熱源機3に向かって流れる冷温水Whcの水温(熱源機入口温度Tin)と、熱源機3から熱源側往ヘッダ31aに向かって流れる冷温水Whcの水温(熱源機出口温度Tout)と、冷温水Whcの流量(冷温水流量Fwhc)を運転している冷温水一次ポンプ(33A,33B,33C)の定格流量で案分した値とを基に算出される冷却負荷を各熱源機(3A,3B,3C)の定格能力で除したものである。
なお、図11に示す台数制御用冷却水流量マップMP10は、数値が記載されている熱源機が運転され、バツ印が記載されている熱源機は運転されないことを示している。同様に、図12に示す台数制御用冷却水温マップMP20は、数値が記載されている熱源機が運転され、バツ印が記載されている熱源機は運転されないことを示している。
例えば、外気湿球温度Tawが27℃で熱源機負荷率Wrkが150%の場合、第1熱源機3Aに冷却水Wcを送水する冷却水ポンプ4Aの流量比が100%であって、第2熱源機3Bに冷却水Wcを送水する冷却水ポンプ4Bの流量比が60%であって、第3熱源機3Cが運転されないことを示している。つまり、台数制御用冷却水流量マップMP10は、外気湿球温度Tawが27℃で熱源機負荷率Wrkが150%の場合には2台の熱源機(第1熱源機3A,第2熱源機3B)が運転されることを示している。
図12に示す台数制御用冷却水温マップMP20も同様である。
図9に示すように第1熱源機3Aと、第2熱源機3Bと、第3熱源機3Cと、の3台の熱源機が備わる熱源設備1aの場合、図10に示すように負荷率は0%から300%までとり得る。通常、各熱源機(3A,3B,3C)のそれぞれは定格で運転されるときに、熱源設備1aのCOPが最大になって環境へ与える負荷(例えば一次エネルギ)が最小になる。よって、図10に破線で示すように、負荷率が0%から100%までの間は1台の熱源機の運転で熱源設備1aのCOPが最大になり、負荷率が100%から200%までの間は2台の熱源機の運転で熱源設備1aのCOPが最大になり、負荷率が200%から300%までの間は3台の熱源機の運転で熱源設備1aのCOPが最大になる。
実施例1と同様の手法で、各冷却塔(2A,2B,2C)における冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に維持し、かつ、各熱源機(3A,3B,3C)における冷却水流量Fwcを冷却水流量目標値とし、かつ、各熱源機(3A,3B,3C)における冷温水流量Fwhcを冷温水流量目標値となるように熱源設備1aが運転される場合、各熱源機が効率よく運転されるので図10に実線で示すように、破線で示す通常の運転(定格で運転されるときに熱源設備1aのCOPが最大になるような運転)よりも熱源設備1aのCOPが高くなる。また、図10に実線で示すように熱源機の運転台数に応じて熱源設備1aのCOPが変化し、熱源設備1aのCOPの変化にともなって一次エネルギ等環境へ与える負荷が変化する。
また、図9に示す熱源設備1aのように熱源機が複数台設置され、各熱源機(3A,3B,3C)に冷温水流量センサ(Sns8A,Sns8B,Sns8C)が設置されている場合であり、還水温センサSns6又は往水温センサSns7が異常であり、冷温水流量センサ(Sns8A,Sns8B,Sns8C)による冷温水の流量(冷温水流量)の計測が正常(還水流量信号)である場合、制御装置5は、以下の方法で冷温水流量の調節を行う。冷温水流量比処理部52bは、各冷温水流量センサ(Sns8A,Sns8B,Sns8C)で計測された冷温水流量と、各熱源機(3A,3B,3C)の冷温水流量とが同じ値となるように、各熱源機(3A,3B,3C)の流量の設定値を算出する。そして、ローカル制御部53は、各熱源機(3A,3B,3C)に対応する冷温水一次ポンプ(33A,33B,33C)の流量が、この設定における値となるように各冷温水一次ポンプ(33A,33B,33C)のインバータ周波数と冷温水流量の関係から、インバータ周波数を設定する。
また、図9に示す熱源設備1aにおいて、冷温水流量センサが各熱源機(3A,3B,3C)に対応して設置されておらず、図1のように熱源側還ヘッダ31bと負荷側還ヘッダ32bとの間に冷温水流量センサが設置されている場合であり、還水温センサSns6又は往水温センサSns7が異常であり、冷温水流量センサによる冷温水の流量(冷温水流量)の計測が正常(還水流量信号)である場合、制御装置5は、以下の方法で冷温水流量を調節する。すなわち、制御装置5は、図1のように熱源側還ヘッダ31bと負荷側還ヘッダ32bとの間に設置されている冷温水流量センサで計測された冷温水流量を、運転している各冷温水一次ポンプ(33A,33B,33C)の定格流量で案分した値を、各熱源機(3A,3B,3C)における冷温水流量の設定値とする。そして、冷温水流量比処理部52bは、各熱源機(3A,3B,3C)に対応する冷温水一次ポンプ(33A,33B,33C)の流量が、この設定における値となるように各冷温水一次ポンプ(33A,33B,33C)のインバータ周波数と冷温水流量の関係から、インバータ周波数を設定する。
なお、冷温水流量の計測ができない場合、ローカル制御部53は、冷温水一次ポンプのインバータ周波数を定格のインバータ周波数に変更する。
例えば、負荷率が100%以下であってもW1%以上であれば2台の熱源機を運転したほうが熱源設備1aのCOPは高くなる。同様に、負荷率が200%以下であってもW2%以上であれば3台の熱源機を運転したほうが熱源設備1aのCOPは高くなる。そして、熱源設備1aのCOPが高くなると式(1)で示す評価関数Wが小さくなる。
換言すると、熱源設備1aは評価関数Wが最小になるように制御されることによって、熱源設備1aは、最高のCOPで運転されることになり、ひいては、一次エネルギ、二酸化炭素排出量、エネルギ使用量等、環境へ与える負荷が最小になる。
そこで、実施例3の制御装置5(図9参照)は、実施例1と同様に、式(1)に示す評価関数Wが最小となるように、「Eref(熱源機3の電力消費量)」と、「Gref(熱源機3の燃料消費量)」と、「Ecp(冷温水一次ポンプ33の電力消費量)」と、「Ecwp(冷却水ポンプ4の電力消費量)」と、「Ect(冷却塔2の電力消費量)」と、を熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawとの組み合わせごとに設定する。
例えば、評価関数Wは実施例1と同様に一次エネルギを示す。
この際、実施例3の制御装置5は、各熱源機(3A,3B,3C)の運転台数ごとに評価関数Wを評価する。
制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが100%以下の場合は、1台の熱源機(例えば、第1熱源機3A)を運転する場合と、2台の熱源機(例えば、第1熱源機3Aと第2熱源機3B)を運転する場合と、3台の熱源機を運転する場合と、の全ての場合について評価関数Wを評価する。
そして制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷却水流量Fwcを選択し、これを冷却水流量目標値とする。また、制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷却塔出口温度T2outを選択し、これを冷却水温目標値とする。また、制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷温水流量Fwhcを選択し、これを冷温水流量目標値とする。
また、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが100%より大きく200%以下の場合は、2台の熱源機(例えば、第1熱源機3Aと第2熱源機3B)を運転する場合と、3台の熱源機を運転する場合と、の全ての場合について評価関数Wを評価する。
そして制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷却水流量Fwcを選択し、これを冷却水流量目標値とする。また、制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷却塔出口温度T2outを選択し、これを冷却水温目標値とする。また、制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷温水流量Fwhcを選択し、これを冷温水流量目標値とする。
このとき制御装置5は、各熱源機(3A,3B,3C)に優先順位が設定されている場合には、優先度の高い熱源機から先に駆動するように評価関数Wを評価する。熱源機の優先順位は、例えば、各熱源機の形態が異なる場合(第1熱源機3Aがターボ冷凍機、第2熱源機3Bが吸収冷温水機、第3熱源機3Cが排熱投入型吸収冷温水機であるような場合)には、それぞれの特性や地域環境(静寂性が求められる地域では駆動音の小さな熱源機が優先される等)等に応じて適宜設定される。
さらに、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが200%より大きい場合は、3台の熱源機を運転する場合について評価関数Wを評価する。
そして制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷却水流量Fwcを選択し、これを冷却水流量目標値とする。また、制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷却塔出口温度T2outを選択し、これを冷却水温目標値とする。また、制御装置5は、評価関数Wが最小になる冷温水流量Fwhcを選択し、これを冷温水流量目標値とする。
以上のような評価関数Wの評価によって、図11に示すような台数制御用冷却水流量マップMP10、及び図12に示すような台数制御用冷却水温マップMP20が設定される。また、熱源機(3A,3B,3C)の運転台数と熱源機負荷率Wrkと外気湿球温度Tawに対応した冷温水流量Fwhcの最適値が設定された台数制御用冷温水流量マップ(図示せず)が設定される。
そして実施例3の制御装置5は、外気温度信号Sig1と外気湿度信号Sig2から外気湿球温度Tawを取得できない場合、外気湿球温度Tawを所定の標準温度に固定(設定)する。さらに制御装置5は、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに対応する冷却水流量Fwcを、図11に示す台数制御用冷却水流量マップMP10から選択し、これを熱源機ごとの冷却水流量目標値とする。なお、制御装置5は台数制御用冷却水流量マップMP10においてバツ印が付されている熱源機に対応する冷却水ポンプ(4A,4B,4C)を停止する。
同様に制御装置5は、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに対応する冷却塔出口温度T2outを、図12に示す台数制御用冷却水温マップMP20から選択し、これを熱源機ごとの冷却水温目標値とする。なお、制御装置5は台数制御用冷却水温マップMP20においてバツ印が付されている熱源機に対応する冷却ファン(20A,20B,20C)を停止する。
同様に制御装置5は、外気湿球温度Tawが所定の標準温度である場合の熱源機負荷率Wrkに対応する冷温水流量Fwhcを、図示しない台数制御用冷温水流量マップから選択し、これを熱源機ごとの冷温水流量目標値とする。
そして制御装置5は、設定した運転台数の熱源機(3A,3B,3C)を運転するとともに、運転する熱源機に対応する冷却水ポンプ(4A,4B,4C)、冷却ファン(20A,20B,20C)、及び冷温水一次ポンプ(33A,33B,33C)を制御して熱源設備1aを制御する。
このように、制御装置5は外気温度信号Sig1又は外気湿度信号Sig2の少なくとも一方が正常に入力されない状態であっても、熱源機負荷率Wrkに対応して最適な冷却水流量Fwcと冷却塔出口温度T2outと冷温水流量Fwhcを選択し、冷却水流量目標値と冷却水温目標値と冷温水流量目標値を設定できるので、効率よく熱源装置1(図1参照)を運転できる。
また、制御装置5は、還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8から熱源機負荷率Wrkを取得できない場合、熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率に固定(設定)する。さらに制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに対応する冷却水流量Fwcを、図11に示す台数制御用冷却水流量マップMP10から選択し、これを熱源機ごとの冷却水流量目標値とする。なお、制御装置5は台数制御用冷却水流量マップMP10においてバツ印が付されている熱源機に対応する冷却水ポンプ(4A,4B,4C)を停止する。
同様に制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに対応する冷却塔出口温度T2outを、図12に示す台数制御用冷却水温マップMP20から選択し、これを熱源機ごとの冷却水温目標値とする。なお、制御装置5は台数制御用冷却水温マップMP20においてバツ印が付されている熱源機に対応する冷却ファン(20A,20B,20C)を停止する。
同様に制御装置5は、熱源機負荷率Wrkが所定の標準負荷率である場合の外気湿球温度Tawに対応する冷温水流量Fwhcを、図示しない台数制御用冷温水流量マップから選択し、これを熱源機ごとの冷温水流量目標値とする。
このように、制御装置5は還水温信号Sig6と往水温信号Sig7と還水流量信号Sig8の少なくとも1つが正常に入力されない状態であっても、外気湿球温度Tawに対応して最適な冷却水流量Fwcと冷却塔出口温度T2outと冷温水流量Fwhcを選択し、冷却水流量目標値と冷却水温目標値と冷温水流量目標値を設定できるので、効率よく熱源装置1(図1参照)を運転できる。
なお、図9に示すように複数台(図9に示す一例では、第1熱源機3A,第2熱源機3B,第3熱源機3Cの3台)が備わる場合、図10に示すように熱源設備1aのCOPの変化に応じて熱源機(3A,3B,3C)の運転台数が変更される。しかしながら、熱源機の運転台数が頻繁に変化すると燃料消費量が増える等効率が低下する場合がある。
そこで、所定の期間(例えば月間)ごとに熱源機(3A,3B,3C)の運転台数が変更される構成であってもよい。例えば、1月から12月まで一か月ごとに、運転する熱源機があらかじめ設定され、熱源設備1aが運転される月に応じた台数の熱源機3A,3B,3Cが運転される構成であってもよい。
この場合、各月ごとに予想される負荷率(平均値)や外気湿球温度(平均値)が予測(設定)されており、その負荷率や湿球温度等に応じて、各月ごとに設定されている運転台数で熱源機(3A,3B,3C)が運転される構成とすることが可能である。
なお、本発明は前記した実施例に限定されるものではない。例えば、前記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
例えば、図1に示す熱源機3が大気を熱源とするヒートポンプの場合、冷却塔2及び冷却ファン20が備わらない構成であってもよい。この場合、熱源機3において冷媒R1との熱交換で昇温した冷却水Wcは大気との熱交換で冷却される。制御装置5は、例えば一次エネルギを評価する場合に、式(1)に示す評価関数Wにおいて、冷却塔2の電力消費量(Ect)を「0」(ゼロ)とし、さらに、外気湿球温度Tawと熱源機負荷率Wrkに対応して一次エネルギ(評価関数W)が最小となるような冷却水流量Fwcと冷温水流量Fwhcを算出する。これによって、図3の(a)に示すような冷却水流量マップMP1と図示しない冷温水流量マップが設定される。
また、制御装置5は、湿球温度信号Sig2から算出(取得)する外気湿球温度Tawと、熱源機入口温度Tinと熱源機出口温度Toutと冷温水流量Fwhcとから算出する熱源機負荷率Wrkと、に対応する冷却水流量Fwcを冷却水流量マップMP1から選択するとともに選択した冷却水流量Fwcを冷却水流量目標値に設定する。そして、制御装置5は冷却水流量Fwcが冷却水流量目標値となるように冷却水ポンプ4を制御する。
このような構成の場合において、例えば外気温度センサSns1(図1参照)又は外気湿度センサSns2(図1参照)に異常が発生する等して外気湿球温度Tawを取得できない状態で制御装置5は、外気湿球温度Tawを所定の標準温度に設定したときの熱源機負荷率Wrkに対応した冷却水流量Fwcを選択してこれを冷却水流量目標値に設定する。また、還水温センサSns6や往水温センサSns7や冷温水流量センサSns8に異常が発生する等して熱源機負荷率Wrkを取得できない状態で制御装置5は、熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率に設定したときの外気湿球温度Tawに対応した冷却水流量Fwcを選択してこれを冷却水流量目標値に設定する。
また、図1に示す実施例1の熱源設備1は冷温水流量センサSns8を有し、制御装置5は冷温水流量センサ8から入力される還水流量信号Sig8から冷温水Whcの流量を算出(取得)する。
また、図9に示す熱源設備1aでは、熱源側還ヘッダ31bと、各熱源機(3A,3B,3C)との間に、各熱源機(3A,3B,3C)に対応するように冷温水流量センサ(Sns8A,Sns8B,Sns8C)が設置されている。しかしながら、この構成に限定されず、熱源水還ヘッダ31bと熱源側往ヘッダ32bとの間に冷温水流量センサが設置されてもよい。この場合、各熱源機(3A,3B,3C)における各熱源機負荷率Wrkは、以下の方法で算出される。まず、制御装置5は、熱源水還ヘッダ31bと熱源側往ヘッダ32bとの間に設置された冷温水流量センサで計測された冷温水Whcの流量と、往水温センサSns7による冷温水の温度(冷温水往温度)の信号と、還水温センサSns6による冷温水の温度(冷温水還温度)の信号とを基に熱源設備1a全体の負荷を算出する。その後、制御装置5は、算出された熱源設備1a全体の負荷を、運転している各熱源機(3A,3B,3C)の定格能力の比率で案分された値を各熱源機(3A,3B,3C)の負荷とする。そして、制御装置5は、この負荷を各熱源機(3A,3B、3C)の定格負荷で除した値を各熱源機3の負荷率として設定してもよい。
また、冷温水一次ポンプ33の流量は、冷温水一次ポンプ33の流量−圧力特性と配管の圧力損失特性からインバータ周波数と流量の関係を予め求めておき、冷温水流量の設定値からインバータ周波数を制御装置5が設定してもよい。この場合、冷温水流量センサSns8が不要になるので、熱源設備1(1a)のコストダウンを図ることができる。
また、図1に示す実施例1において冷温水二次ポンプ34が備わらない構成であってもよい。この場合、負荷側往ヘッダ32aの圧力を適宜調節して負荷側往ヘッダ32aの吐出圧力を一定に維持する制御(吐出圧一定制御)、熱源側往ヘッド31aと負荷側往ヘッド32aの圧力差を一定に維持する制御(差圧一定制御)、負荷10の側における配管の末端圧を推定して負荷側往ヘッダ32aから吐出される冷温水Whcの圧力を設定する制御(推定末端圧一定制御)等で、熱源設備1が制御される構成であってもよい。
また、図1に示す実施例1において冷却水ポンプ4、冷却ファン20、冷温水一次ポンプ33、冷温水二次ポンプ34等はインバータによる回転速度制御が可能に構成されている。この構成に限定されず、吐出量や回転速度が調節可能な構成であれば、インバータ制御に限定されない。
また、図1に示す実施例1の制御装置5は、冷却水流量マップMP1(図3の(a)参照)にもとづいて冷却水流量Fwc(冷却水流量目標値)を設定し、冷却水温マップMP2(図3の(b)参照)にもとづいて冷却塔出口温度T2out(冷却水温目標値)を設定し、図示しない冷温水流量マップにもとづいて冷温水流量Fwhc(冷温水流量目標値)を設定している。
この構成に限定されず、制御装置5は、熱源機負荷率Wrkや外気湿球温度Tawが変化するたびに評価関数Wを計算し、当該評価関数Wが最小となるような冷却水流量Fwcと、冷却塔出口温度T2outと、冷温水流量Fwhcと、を算出する構成であってもよい。そして、算出した冷却水流量Fwcを冷却水流量目標値に設定し、冷却塔出口温度T2outを冷却水温目標値に設定し、冷温水流量Fwhcを冷温水流量目標値に設定する構成であってもよい。
また、図1に示す制御装置5は、外気湿球温度Tawと熱源機負荷率Wrkの少なくとも一方を取得できない場合に、外気湿球温度Tawを所定の標準温度に固定(設定)し、かつ、熱源機負荷率Wrkを所定の標準負荷率に固定(設定)して、冷却水流量目標値と、冷却水温目標値と、冷温水流量目標値と、を設定する構成であってもよい。
また、図9に示すように、複数台の熱源機(第1熱源機3A,第2熱源機3B,第3熱源機3C)が備わる熱源設備1aにおいて、還水温センサSns6と往水温センサSns7の少なくとも一方に異常が発生する等して、制御装置5が冷温水Whcの水温を正常に取得できない場合、制御装置5は冷温水流量Fwhcに応じて熱源機3A,3B,3Cの運転台数を決定する構成であってもよい。この場合、熱源機3A,3B,3Cの運転台数と冷温水流量Fwhcとの関係があらかじめ設定されていればよい。
また、冷却水Wcや冷温水Whcに替わって不凍液(ブライン)が用いられる熱源設備1(図1参照)や熱源設備1a(図9参照)であってもよい。
また、図1に示す熱源側往ヘッド32a、熱源側還ヘッド32b、冷温水二次ポンプ34が備わらない構成であってもよい。この場合、冷温水一次ポンプ33の駆動で熱源側往ヘッド31aの吐出圧を一定に維持する吐出圧一定制御等によって、熱源側往ヘッド31aに貯留されている冷温水Whcを負荷10に送水する。熱源側還ヘッド31bには負荷10から冷温水Whcが送水されて貯留される。
制御装置5のローカル制御部53は、制御装置5外部に設置されている他の演算器で実行されてもよい。このようにすることで、制御装置5が故障した場合でも、制御装置5及びローカル制御部53による個別の制御が可能となる。
さらに、冷温水Whcの流量は、熱源機3又は熱源機(3A,3B,3C)個別に流れる冷温水の流量の計測ができている場合、制御装置5が、計測された冷温水の流量を基に、冷温水流量設定値となるよう冷温水一次ポンプ33のフィードバック制御を行ってもよい。また、熱源機3又は熱源機(3A,3B,3C)個別に流れる冷温水の流量が計測できない場合、冷温水一次ポンプ33の流量が冷温水流量設定値となるように冷温水一次ポンプ33のインバータ周波数と、冷温水の流量との関係から、冷温水一次ポンプ33のインバータ周波数を設定してもよい。
また、制御装置5と、ローカル制御部53とを他の演算器等で個別に実現されている場合、制御装置5及びローカル制御部53による冷却水の流量の熱源機3又は熱源機(3A,3B,3C)に対する個別制御は、熱源機3又は熱源機(3A,3B,3C)から送信される冷却水流量比信号を用いてもよい。このようにすることで、負荷率の計測センサ(外気温度センサSns1,外気湿度センサSns2,冷却塔出口温度センサSns3,冷却塔入口温度センサSns4,還水温センサSns6,往水温センサSns7,冷温水流量センサSns8)が故障した場合でも熱源設備1,1aを制御可能とすることができる。
また,冷却塔の回転数制御は,冷却塔のファンを複数台として冷却水出口温度が制御目標値となるようにON−OFF制御してもよい。
なお、熱源機3又は各熱源機(3A,3B,3C)は、自身の運転状態に基づいて、必要な冷却水Wcの流量を出力している。外気温度センサSns1,外気湿度センサSns2の少なくともいずれかが異常となり、外気湿球温度の算出ができない場合、制御装置5のローカル制御部53は、熱源機3又は各熱源機(3A,3B,3C)が出力している、必要な冷却水Wcの流量となるように、冷却水ポンプ4の回転速度を制御することも可能である。
また、シミュレータ5aが制御装置5に搭載されていてもよい。そして、この場合、シミュレータ5aが、図4の最適演算部52の機能を有していてもよい。
あるいは、外気温度センサSns1,外気湿度センサSns2,冷却塔出口温度センサSns3,冷却塔入口温度センサSns4,還水温センサSns6,往水温センサSns7,冷温水流量センサSns8が出力する信号を取り込み、インバータ4i,20i,33i,34iに制御信号を出力する図示しない指示調節器が備えられてもよい。
1,1a 熱源設備
2 冷却塔
2A 第1冷却塔
2B 第2冷却塔
2C 第3冷却塔
3 熱源機
3A 第1熱源機
3B 第2熱源機
3C 第3熱源機
4 冷却水ポンプ
4A 第1冷却水ポンプ
4B 第2冷却水ポンプ
4C 第3冷却水ポンプ
5 制御装置
5a シミュレータ
20 冷却ファン
20A 第1冷却ファン
20B 第2冷却ファン
20C 第3冷却ファン
30b 第1熱交換器
30d 第2熱交換器
33,33A,33B,33C 冷温水一次ポンプ(冷温水ポンプ)
R1 冷媒
Sns1 外気温度センサ
Sns2 外気湿度センサ
Sns3 冷却塔出口温度センサ
Sns4 冷却塔入口温度センサ
Sns6 還水温センサ(冷温水入口温度センサ)
Sns7 往水温センサ(冷温水出口温度センサ)
Sns8,Sns8A,Sns8B,Sns8C 冷温水流量センサ
Whc 冷温水
Wc 冷却水

Claims (14)

  1. 冷却水を冷却する冷却塔と、
    前記冷却塔に備わる冷却ファンと、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水と冷媒が熱交換する第1熱交換器及び前記冷却水と熱交換した後の前記冷媒と負荷から送水される冷温水が熱交換する第2熱交換器を備える熱源機と、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水を前記熱源機に送水する冷却水ポンプと、
    前記冷温水を前記負荷から前記熱源機に送水する冷温水ポンプと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の流量を計測する冷温水流量センサと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の入口温度を計測する冷温水入口温度センサと、
    前記熱源機から送出される前記冷温水の出口温度を計測する冷温水出口温度センサと、
    外気温度センサ及び外気湿度センサと、
    前記冷却ファン、前記冷却水ポンプ及び前記冷温水ポンプの駆動で環境に与える負荷を定量化した評価関数を設定するとともに、前記評価関数が最小になるように前記冷却ファン及び前記冷却水ポンプを制御する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、
    前記外気温度センサが計測する大気の乾球温度と前記外気湿度センサが計測する大気の相対湿度とから算出する大気の湿球温度にもとづくとともに、
    前記冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから算出する前記熱源機の負荷率にもとづいて、前記評価関数を最小にするような前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    設定した前記冷却水の流量を維持するように前記冷却水ポンプを制御し、設定した前記冷却水の水温を維持するように前記冷却ファンを制御し、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合には前記湿球温度を所定の標準温度に設定して前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    前記負荷率を算出できない状態の場合には前記負荷率を所定の標準負荷率に設定して前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    前記外気湿度センサに異常が発生した場合には、前記相対湿度の所定値と前記外気温度センサが計測する前記乾球温度とから前記湿球温度を算出し、
    前記外気温度センサに異常が発生した場合には、前記乾球温度として想定し得る最高温度と前記外気湿度センサが計測する前記相対湿度とから前記湿球温度を算出し、
    前記外気湿度センサと前記外気温度センサに異常が発生した場合には、前記湿球温度を算出できない状態であると判定して前記湿球温度を前記標準温度に設定することを特徴とする熱源設備。
  2. 前記制御装置は、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合は、前記冷却水の流量及び水温を、前記湿球温度が前記標準温度であるときの前記負荷率に対応した前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    前記負荷率を算出できない状態の場合は、前記冷却水の流量及び水温を、前記負荷率が前記標準負荷率であるときの前記湿球温度に対応した前記冷却水の流量及び水温を設定することを特徴とする請求項1に記載の熱源設備。
  3. 冷却水を冷却する冷却塔と、
    前記冷却塔に備わる冷却ファンと、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水と冷媒が熱交換する第1熱交換器及び前記冷却水と熱交換した後の前記冷媒と負荷から送水される冷温水が熱交換する第2熱交換器を備える熱源機と、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水を前記熱源機に送水する冷却水ポンプと、
    前記冷温水を前記負荷から前記熱源機に送水する冷温水ポンプと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の流量を計測する冷温水流量センサと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の入口温度を計測する冷温水入口温度センサと、
    前記熱源機から送出される前記冷温水の出口温度を計測する冷温水出口温度センサと、
    外気温度センサ及び外気湿度センサと、
    前記冷却ファン、前記冷却水ポンプ及び前記冷温水ポンプの駆動で環境に与える負荷を定量化した評価関数を設定するとともに、前記評価関数が最小になるように前記冷却ファン及び前記冷却水ポンプを制御する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、
    前記外気温度センサが計測する大気の乾球温度と前記外気湿度センサが計測する大気の相対湿度とから算出する大気の湿球温度にもとづくとともに、
    前記冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから算出する前記熱源機の負荷率にもとづいて、前記評価関数を最小にするような前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    設定した前記冷却水の流量を維持するように前記冷却水ポンプを制御し、設定した前記冷却水の水温を維持するように前記冷却ファンを制御し、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合には前記湿球温度を所定の標準温度に設定して前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    前記負荷率を算出できない状態の場合には前記負荷率を所定の標準負荷率に設定して前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    前記制御装置は、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合、
    前記冷温水の流量を計測する冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから前記負荷率を算出し、
    さらに、ローカル制御に切替えることを特徴とする熱源設備。
  4. 前記ローカル制御は、前記負荷率との相関関係に基づいて算出した前記負荷率から前記冷却水の流量を算出する
    又は、前記熱源機が出力する、前記熱源機自身が必要とする冷却水の流量を基に、前記冷却水の流量を制御することを特徴とする請求項に記載の熱源設備。
  5. 前記熱源機が複数台備わって、前記冷却塔、前記冷却水ポンプ及び前記冷温水ポンプが前記熱源機と同数備わり、
    前記制御装置は、前記湿球温度と、前記負荷率と、にもとづいて、前記評価関数を最小にするような前記熱源機の運転台数と、運転される前記熱源機に流入する前記冷却水の流量及び水温とを設定し、
    設定した前記冷却水の流量となるようにそれぞれの前記冷却水ポンプを制御し、設定した前記冷却水の水温を維持するようにそれぞれの前記冷却ファンを制御し、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合には前記湿球温度を所定の標準温度に設定して前記熱源機の運転台数と前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    前記負荷率を算出できない状態の場合には前記負荷率を所定の標準負荷率に設定して前記熱源機の運転台数と前記冷却水の流量及び水温を設定することを特徴とする請求項1に記載の熱源設備。
  6. 前記制御装置は、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合は、前記湿球温度が前記標準温度であるときの前記負荷率に対応した前記熱源機の運転台数と前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    前記負荷率を算出できない状態の場合は、前記負荷率が前記標準負荷率であるときの前記湿球温度に対応した前記熱源機の運転台数と前記冷却水の流量及び水温を設定することを特徴とする請求項に記載の熱源設備。
  7. 前記制御装置は、
    前記湿球温度を算出できない状態及び前記負荷率を算出できない状態から復帰した場合には、
    前記湿球温度を、前記外気温度センサが計測する大気の乾球温度と前記外気湿度センサが計測する大気の相対湿度から算出し、
    前記負荷率を、前記冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから算出する状態に戻ることを特徴とする請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の熱源設備。
  8. 冷却水を冷却する冷却塔と、
    前記冷却塔に備わる冷却ファンと、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水と冷媒が熱交換する第1熱交換器及び前記冷却水と熱交換した後の前記冷媒と負荷から送水される冷温水が熱交換する第2熱交換器を備える熱源機と、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水を前記熱源機に送水する冷却水ポンプと、
    前記冷温水を前記負荷から前記熱源機に送水する冷温水ポンプと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の流量を計測する冷温水流量センサと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の入口温度を計測する冷温水入口温度センサと、
    前記熱源機から送出される前記冷温水の出口温度を計測する冷温水出口温度センサと、
    外気温度センサ及び外気湿度センサと、を備える熱源設備を制御装置が制御するときの熱源設備制御方法であって、
    前記冷却ファン、前記冷却水ポンプ及び前記冷温水ポンプの駆動で環境に与える負荷を定量化した評価関数を設定するステップと、
    前記外気温度センサが計測する大気の乾球温度と前記外気湿度センサが計測する大気の相対湿度とから大気の湿球温度を算出するステップと、
    前記冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから前記熱源機の負荷率を算出するステップと、
    算出した前記湿球温度及び前記負荷率にもとづいて、前記評価関数を最小にするような前記冷却水の流量及び水温を設定するステップと、
    設定した前記冷却水の流量となるように前記冷却水ポンプを制御し、設定した前記冷却水の水温を維持するように前記冷却ファンを制御するステップと、を有し、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合には、前記湿球温度を算出するステップにおいて当該湿球温度が所定の標準温度に設定され、
    前記負荷率を算出できない状態の場合には、前記負荷率を算出するステップにおいて当該負荷率が所定の標準負荷率に設定され
    前記湿球温度を算出するステップでは、
    前記外気湿度センサに異常が発生した場合には前記相対湿度の所定値と前記外気温度センサが計測する前記乾球温度とから前記湿球温度が算出され、
    前記外気温度センサに異常が発生した場合には前記乾球温度として想定し得る最高温度と前記外気湿度センサが計測する前記相対湿度とから前記湿球温度が算出され、
    前記外気湿度センサと前記外気温度センサに異常が発生した場合には前記湿球温度が前記標準温度に設定されることを特徴とする熱源設備制御方法。
  9. 冷却水を冷却する冷却塔と、
    前記冷却塔に備わる冷却ファンと、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水と冷媒が熱交換する第1熱交換器及び前記冷却水と熱交換した後の前記冷媒と負荷から送水される冷温水が熱交換する第2熱交換器を備える熱源機と、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水を前記熱源機に送水する冷却水ポンプと、
    前記冷温水を前記負荷から前記熱源機に送水する冷温水ポンプと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の流量を計測する冷温水流量センサと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の入口温度を計測する冷温水入口温度センサと、
    前記熱源機から送出される前記冷温水の出口温度を計測する冷温水出口温度センサと、
    外気温度センサ及び外気湿度センサと、を備える熱源設備を制御装置が制御するときの熱源設備制御方法であって、
    前記冷却ファン、前記冷却水ポンプ及び前記冷温水ポンプの駆動で環境に与える負荷を定量化した評価関数を設定するステップと、
    前記外気温度センサが計測する大気の乾球温度と前記外気湿度センサが計測する大気の相対湿度とから大気の湿球温度を算出するステップと、
    前記冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから前記熱源機の負荷率を算出するステップと、
    算出した前記湿球温度及び前記負荷率にもとづいて、前記評価関数を最小にするような前記冷却水の流量及び水温を設定するステップと、
    設定した前記冷却水の流量となるように前記冷却水ポンプを制御し、設定した前記冷却水の水温を維持するように前記冷却ファンを制御するステップと、を有し、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合には、前記湿球温度を算出するステップにおいて当該湿球温度が所定の標準温度に設定され、
    前記負荷率を算出できない状態の場合には、前記負荷率を算出するステップにおいて当該負荷率が所定の標準負荷率に設定され
    前記冷却水の流量及び水温と前記冷温水の流量を設定するステップでは、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合、
    前記湿球温度が前記標準温度であるときの前記負荷率に対応して前記冷却水の流量及び水温が設定され、
    前記負荷率を算出できない状態の場合、
    前記負荷率が前記標準負荷率であるときの前記湿球温度に対応して前記冷却水の流量及び水温が設定され、冷温水流量制御が第1のローカル制御に切替わることを特徴とする熱源設備制御方法。
  10. 冷却水を冷却する冷却塔と、
    前記冷却塔に備わる冷却ファンと、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水と冷媒が熱交換する第1熱交換器及び前記冷却水と熱交換した後の前記冷媒と負荷から送水される冷温水が熱交換する第2熱交換器を備える熱源機と、
    前記冷却塔で冷却された前記冷却水を前記熱源機に送水する冷却水ポンプと、
    前記冷温水を前記負荷から前記熱源機に送水する冷温水ポンプと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の流量を計測する冷温水流量センサと、
    前記熱源機に流入する前記冷温水の入口温度を計測する冷温水入口温度センサと、
    前記熱源機から送出される前記冷温水の出口温度を計測する冷温水出口温度センサと、
    外気温度センサ及び外気湿度センサと、を備える熱源設備を制御装置が制御するときの熱源設備制御方法であって、
    前記冷却ファン、前記冷却水ポンプ及び前記冷温水ポンプの駆動で環境に与える負荷を定量化した評価関数を設定するステップと、
    前記外気温度センサが計測する大気の乾球温度と前記外気湿度センサが計測する大気の相対湿度とから大気の湿球温度を算出するステップと、
    前記冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから前記熱源機の負荷率を算出するステップと、
    算出した前記湿球温度及び前記負荷率にもとづいて、前記評価関数を最小にするような前記冷却水の流量及び水温を設定するステップと、
    設定した前記冷却水の流量となるように前記冷却水ポンプを制御し、設定した前記冷却水の水温を維持するように前記冷却ファンを制御するステップと、を有し、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合には、前記湿球温度を算出するステップにおいて当該湿球温度が所定の標準温度に設定され、
    前記負荷率を算出できない状態の場合には、前記負荷率を算出するステップにおいて当該負荷率が所定の標準負荷率に設定され
    前記冷却水の流量及び水温を設定するステップでは、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合、
    前記冷温水の流量を計測する冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから前記負荷率が算出され、さらに前記評価関数に基づくことなく、前記冷却水の流量の制御を行う第2のローカル制御に切替えられることを特徴とする熱源設備制御方法。
  11. 前記第2のローカル制御は、前記負荷率との相関関係に基づいて算出した前記負荷率から前記冷却水の流量を算出する
    又は、前記熱源機が出力する、前記熱源機自身が必要とする冷却水の流量を基に、前記冷却水の流量を制御することを特徴とする請求項1に記載の熱源設備制御方法。
  12. 前記熱源機が複数台備わって、前記冷却塔、前記冷却水ポンプ及び前記冷温水ポンプが前記熱源機と同数備わる場合において、
    前記冷却水の流量及び水温を設定するステップでは、前記湿球温度と、前記負荷率と、にもとづいて、前記評価関数を最小にするような前記熱源機の運転台数と、運転される前記熱源機に流入する前記冷却水の流量及び水温が設定され、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合には前記湿球温度を所定の標準温度に設定して前記熱源機の運転台数と前記冷却水の流量及び水温を設定し、
    前記負荷率を算出できない状態の場合には前記負荷率を所定の標準負荷率に設定して前記熱源機の運転台数と前記冷却水の流量及び水温を設定することを特徴とする請求項に記載の熱源設備制御方法。
  13. 前記冷却水の流量及び水温を設定するステップでは、
    前記湿球温度を算出できない状態の場合、前記湿球温度が前記標準温度であるときの前記負荷率に対応した前記熱源機の運転台数と前記冷却水の流量及び水温が設定され、
    前記負荷率を算出できない状態の場合、前記負荷率が前記標準負荷率であるときの前記湿球温度に対応した前記熱源機の運転台数と前記冷却水の流量及び水温を設定が設定されることを特徴とする請求項1に記載の熱源設備制御方法。
  14. 前記湿球温度を算出できない状態及び前記負荷率を算出できない状態から復帰した場合に、
    前記外気温度センサが計測する大気の乾球温度と前記外気湿度センサが計測する大気の相対湿度とから前記湿球温度が算出され、
    前記冷温水流量センサが計測する前記冷温水の流量と前記冷温水出口温度センサが計測する前記冷温水の水温と前記冷温水入口温度センサが計測する前記冷温水の水温とから前記負荷率が算出される状態に戻るステップを備えることを特徴とする請求項から請求項1までのいずれか1項に記載の熱源設備制御方法。
JP2015114190A 2015-06-04 2015-06-04 熱源設備及び熱源設備制御方法 Active JP6523798B2 (ja)

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