JP6964041B2 - ターボ冷凍機の制御方法及びそれを用いた熱回収熱源システム - Google Patents

Description

本発明は、空調熱源設備の負荷状態の変動に応じて高効率で熱源機を運転するためのターボ冷凍機の制御方法、及び、それを用いた熱回収熱源システムに関するものである。

建物の熱源システムは、規模が大型化する傾向であり、運転コストが大きく、建物の熱源設備システムの最適化が重要になる。熱源システムでは、その運転にあたって、熱源システム全体の消費エネルギー、熱源システム全体の運転コストなどが最小化するように制御されるようになっている。
空調熱源設備の熱源システムの場合、往水温度、還水温度、負荷流量のプロセス値に基づいて判定処理されて、熱源機の台数制御が行われ、熱源システム全体の消費エネルギー、熱源システム全体の運転コストなどが最小化するように制御される。従来から、高い効率で熱源システムを運転できるように運転方法が検討されている。

例えば、特許文献１に開示されている熱源システムの制御方法の場合、熱源機のエネルギーを算出し、２次ポンプのエネルギーを算出し、熱源機のエネルギーから算出された空調負荷のエネルギー消費量と、２次ポンプのエネルギーから算出された２次ポンプのエネルギー消費量とから熱源システムのエネルギー消費量を算出し、この値が最小になる送水温度を算出することにより効率化を行っている。

また、特許文献２に開示されている熱源システムの制御方法の場合、運転中の１次ポンプの定格流量の合計値を１次側流量として求め、還水ヘッダに戻される熱源水の流量（負荷流量）を２次側流量とし、この２次側流量と１次側流量とを比較し、２次側流量が１次側流量よりも大きい場合、熱源機の運転台数を増段することにより効率化を行っている。

特開２００３−２６２３８４号公報 特開２００６−１５３３２４号公報

建物の熱源システムを構築する上で、昼夜に亘って生じる冷温の同時負荷がわずかでも存在するのであれば、この対応を避けて高い効率で熱源システムを運転することは困難である。
かかる状況に鑑みて、本発明は、冷温の変動する同時負荷に応じて対応し、高効率で運転できるターボ冷凍機（以下、熱回収機ともいう）の制御方法及びそれを用いた熱回収熱源システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明の熱回収熱源システムは、冷熱負荷より温熱負荷が少ないときに冷却塔で放熱して必要な温熱を回収するために設けられた温水系統側熱交換器、冷熱負荷が運転下限値以下となっても安定して運転ができるように冷熱入口の冷水を温排熱で加熱するために設けられた冷水系統側熱交換器、及び熱回収機を有する熱回収熱源システムにおいて、下記１）〜４）の４つのエリアに分割し、熱回収機の運転が制御される。
また、本発明の熱回収機の制御方法は、冷熱負荷より温熱負荷が少ないときに冷却塔で放熱して必要な温熱を回収するために設けられた温水系統側熱交換器、冷熱負荷が運転下限値以下となっても安定して運転ができるように冷熱入口の冷水を温排熱で加熱するために設けられた冷水系統側熱交換器、及び熱回収機を有する熱回収熱源システムにおける熱回収機の制御方法において、本発明の熱回収熱源システムと同様に、下記１）〜４）の４つのエリアに分割し、熱回収機の運転を制御するステップを備える。

１）冷熱負荷が熱回収機の処理可能な最小冷却能力以下の第１エリア（Ｌエリア）。
２）冷熱負荷と温熱負荷ともに熱回収機の定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以上の第２エリア（Ｈエリア）。
３）温熱負荷が熱回収機の最小冷却能力及び最小加熱能力で定まる運転点と、定格冷却能力及び定格加熱能力で定まる運転点とを結んで得られる稼働線よりも、温熱負荷が大きい側のエリアと定格加熱能力以上かつ定格冷却能力以下のエリアを合わせた第３エリア（Ｍ１エリア）。
４）温熱負荷が熱回収機の稼働線より温熱負荷が小さい側のエリアと、定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以下のエリアとを合わせた第４エリア（Ｍ２エリア）。
上記の第１〜第４の４つのエリア（Ｌ，Ｈ，Ｍ１，Ｍ２）に分割して熱回収機の運転を制御することにより、冷温の変動する同時負荷に応じて対応し、熱回収熱源システムを、適切な量の熱回収を行い無駄なく高効率で運転することができる。

ここで、稼働線とは、熱回収機が冷熱と温熱の負荷バランスを保って稼働する特性を示すもので、冷熱負荷率を横軸、温熱負荷率を縦軸にとったグラフにプロットされた特性曲線である。冷熱負荷率を横軸、温熱負荷率を縦軸にとったグラフにおいて、熱回収機の定格冷却能力と定格加熱能力との交点が“冷温定格値”（Ｐ１）であり、熱回収機の最小冷却能力と最小加熱能力との交点が“冷温下限値”（Ｐ２）である。熱回収機の稼働線は、この冷温定格値（Ｐ１）と冷温下限値（Ｐ２）を結ぶ曲線である。

本発明の熱回収熱源システムの第１エリアにおいて、熱回収機がＯｎ−Ｏｆｆ運転とならず、熱回収機本体の容量制御で連続運転を継続するため、熱回収機は、熱回収機１台で処理可能な最小冷却能力で運転を行うように制御される。すなわち、熱回収機は、熱回収機１台で処理可能な冷温下限値（Ｐ２）で運転を行うように制御される。

また、本発明の熱回収機の制御方法は、第１エリアにおいて、熱回収機を、熱回収機１台で処理可能な最小冷却能力で運転を行うように制御する。
なお、熱回収機が単独運転の場合、熱回収機と共に他冷熱源機が並列運転の場合、どちらの場合であっても、第１エリアにおける熱回収機の制御方法は同じである。

本発明の熱回収熱源システムの第２エリアにおいて、熱回収機は、冷熱・温熱負荷が熱回収機の冷却・加熱の能力以上あるので、熱回収機１台の処理能力をフルに発揮する定格冷却能力または定格加熱能力で運転を行うように制御する。すなわち、熱回収機は、冷温定格値（Ｐ１）で運転を行うように制御される。

また、本発明の熱回収機の制御方法は、第２エリアにおいて、熱回収機を、熱回収機１台の処理能力をフルに発揮する定格冷却能力または定格加熱能力で運転を行うように制御する。
なお、熱回収機が単独運転の場合、熱回収機と共に他冷熱源機が並列運転の場合、どちらの場合であっても、第１エリアにおける熱回収機の制御方法は同じである。

本発明の熱回収熱源システムの第３エリア又は第４エリアにおいて、熱回収機が単独運転の場合には、熱回収機以外の冷熱源機が稼働しておらず、冷熱負荷は全てこの熱回収機で処理しなければならないので、熱回収機１台で冷熱負荷を全て処理する冷熱主体運転を行うように、熱回収機は制御される。ここで、熱回収機１台で冷熱負荷を全て処理する冷熱主体運転とは、熱回収機の稼働線上で運転することである。

また、本発明の熱回収機の制御方法は、第３エリア又は第４エリアにおいて、熱回収機が単独運転の場合には、熱回収機を、熱回収機１台で冷熱負荷を全て処理する冷熱主体運転に制御する。

本発明の熱回収熱源システムの第３エリア又は第４エリアにおいて、熱回収機と共に他冷熱源機が並列運転の場合には、熱回収機は、第３エリアでは上記の冷熱主体運転に制御され、第４エリアでは冷熱処理は並列運転する他の高効率な冷熱源機が稼働しているので、温熱負荷に見合う冷熱分だけ熱回収機に処理させる温熱主体運転を行うように熱回収機は制御され、それ以外の冷熱負荷を他冷熱源機に処理させる。

また、本発明の熱回収機の制御方法は、第３エリア又は第４エリアにおいて、熱回収機と共に他冷熱源機が並列運転の場合には、熱回収機を、第３エリアでは前記冷熱主体運転に制御し、第４エリアでは温熱負荷に見合う冷熱分だけ処理する温熱主体運転に制御し、それ以外の冷熱負荷を他冷熱源機に処理させる。

本発明の熱回収機の制御プログラムは、上述の本発明の熱回収機の制御方法におけるステップを、コンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、熱回収熱源システムにおいて、冷温の変動する同時負荷に応じて、適切な量の熱回収を行い無駄なく高効率で熱源システムを運転できるといった効果がある。

実施例１の熱回収熱源システムの構成図 熱回収熱源システムにおける計測ポイントの説明図 従来の負荷ゾーン判定モジュールの負荷ゾーン区分を示した図 ４つの分割エリアの説明図 ＲＨ冷温熱負荷割当処理方法を示した図 冷房負荷が大きいとき（Ａ領域）のインバータターボ冷凍機と空気熱源ヒートポンプの運転方法を示す説明図 冷房負荷が熱回収機の定格能力より小さいとき（Ｂ領域）のインバータターボ冷凍機と空気熱源ヒートポンプの運転方法を示す説明図 ＢｂＣ領域の運転方法を示す説明図 Ｂｃ領域の運転方法を示す説明図 冷房負荷が熱回収機の最小能力より小さいとき（Ｃ領域）のインバータターボ冷凍機と空気熱源ヒートポンプの運転方法を示す説明図 Ｃｃ領域の運転方法を示す説明図 ＲＩと空冷ＲＡの台数制御の閾値の説明図 ＲＩ増減段閾値の判定方法の説明図 冷却除去制御及びダミー付加付与制御の説明図 従来の熱回収熱源システムの概要図

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。

従来の熱回収熱源システムの構成図の一例について図１５を参照して説明する。従来、図１５に示すような冷温水同時取出し可能な熱回収機１０１では、夏期における温熱負荷、冬期における冷熱負荷を考慮した適切な容量の機器を選定することや、必ずしも同時刻に熱回収機の冷熱・温熱出力に見合う負荷が発生しないため、これを踏まえてシステム設計しなければ、安定した高効率な運転を行える熱回収熱源システムを構築が困難である。
そのため、従来の熱回収熱源システム１００のシステム設計時においては、まず熱回収機１０１について、既存の年間の冷温負荷熱量を分析して性能設計し、さらに、時間単位で熱回収機１０１が高効率で運転するような冷熱・温熱が同時に発生しないことを前提に、安定的な熱回収運転ができるように、温熱バッファとなる温水蓄熱槽１０２を設けている。

これに対して、本発明の熱回収熱源システムでは、温水蓄熱槽がなくても安定して高効率運転するための制御を実現できる。具体的に、本発明の熱回収熱源システムの構成図を示して説明する。
図１は、本実施例の熱回収熱源システムの構成図を示している。図１に示すように、熱回収熱源システム１は、温熱負荷が少ないとき（主に夏期）にも冷熱処理が継続できるように温水系統側に熱交換器（温）４を、冷熱負荷が少ないとき（主に冬期）に温熱処理が継続できるように冷水系統側に熱交換器（冷）３を設け、これにより熱回収機２は温水蓄熱槽がなくても安定して高効率運転するための制御を実現するものである。本実施例の熱回収熱源システム１の機能を以下に説明する。

まず、冷熱負荷より温熱負荷が小さいときは、冷却水ポンプのインバータ１２とクーリングタワー５のバイパス用制御三方弁１１の制御により不足する温熱負荷分を、熱交換器（温）４を介しクーリングタワー５で放熱して、必要な温熱を回収する。
一方、温熱負荷より冷熱負荷が小さいときは、冷熱負荷から得られる温熱しか回収しない。ただし、熱回収機２が容量制御できる冷熱負荷の下限値以下になった場合にも、熱回収機２がＯｎ−Ｏｆｆ運転することなく安定して運転を継続できるように、冷熱負荷が下限負荷率になるようにダミー負荷用制御三方弁１３により、熱回収機２の排熱温水を熱交換器（冷）３に回して熱回収機２の冷水入口温度を加熱する。これをダミー負荷という。

図２は、熱回収熱源システムの制御対象の計測ポイントを示している。下記表１に熱回収熱源システムの計測ポイント名称と記号の対応表を示す。

熱回収機を制御する制御装置に搭載される制御モジュール（プログラム）は、１）負荷ゾーン判定モジュール、２）冷温熱負荷配分モジュール、３）流量設定モジュール、４）他熱源発停モジュール、及び、５）冷却除去制御モジュール、６）ダミー負荷付与モジュールの６つの制御モジュールに分けられる。以下、これらの制御モジュールについて説明する。

ここで、後述するように、上記２）冷温熱負荷配分モジュールが、４つの分割エリア（Ｌ，Ｈ，Ｍ１，Ｍ２）に分けて、冷温熱負荷の配分を制御し、熱回収機の運転を制御することにより、冷温の変動する同時負荷に応じて対応し、熱回収熱源システムを、適切な量の熱回収を行い無駄なく高効率で運転する。

１）負荷ゾーン判定モジュール
負荷ゾーン判定モジュールは、冷熱・温熱負荷の現在値（ＰＶ値）で現在運転している負荷ゾーンを判定するモジュールである。
図３は、負荷ゾーン区分を示した図である。負荷ゾーン区分は、図３に示すように、熱回収機が処理する冷熱と温水排熱との関係を示す稼動線（ほぼ直線のＰ１−Ｐ２線）を境界として、運転領域を１０ゾーン（Ａａ，Ａｂ，Ａｃ，Ｂａ，ＢｂＨ，ＢｂＣ，Ｂｃ，Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ）に区分されている。下記表２は、各ゾーンの内容を説明している。

２）冷温熱負荷配分モジュール
冷温熱負荷配分モジュールは、４つの分割エリアに分割して制御を行うモジュールである。４つの分割エリアは、上記の１０の負荷ゾーン区分を、図４に示すように４つの分割エリア（Ｌ，Ｈ，Ｍ１，Ｍ２）にグルーピングしたものである。下記表３は、４つの分割エリアの範囲と意味、熱回収機の運転方法を表したものである。すなわち、下記表３に示すとおり、Ｃａ，Ｃｂ及びＣｃの３つの負荷ゾーンをＬエリアとして統合し、Ｂａ及びＢｂＨの２つの負荷ゾーンをＭ１エリアとして統合し、Ａｂ，Ａｃ，ＢｂＣ及びＢｃの４つの負荷ゾーンをＭ２エリアとして統合し、Ａａの負荷ゾーンをＨエリアとした。

４つの分割エリア（Ｌ，Ｈ，Ｍ１，Ｍ２）の説明は、以下の[１]〜[４]の通りである。４つのエリアに分けて冷温熱負荷の配分するように熱回収機の運転を制御することにより、冷温の変動する同時負荷に応じて対応させ、適切な量の熱回収を行い無駄なく高効率に熱回収機を運転制御する。
[１] 冷熱負荷が熱回収機の処理可能な最小冷却能力以下の第１エリア（Ｌエリア）。
[２] 冷熱負荷と温熱負荷ともに熱回収機の定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以上の第２エリア（Ｈエリア）。
[３] 温熱負荷が熱回収機の最小冷却能力及び最小加熱能力とで定まる運転点と、定格冷却能力及び定格加熱能力で定まる運転点とを結んで得られる稼働線よりも、温熱負荷が大きい側のエリアと定格加熱能力以上かつ定格冷却能力以下のエリアを合わせた第３エリア（Ｍ１エリア）。
[４] 温熱負荷が熱回収機の稼働線より温熱負荷が小さい側のエリアと、定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以下のエリアとを合わせた第４エリア（Ｍ２エリア）。

４つの分割エリア（Ｌ，Ｈ，Ｍ１，Ｍ２）における熱回収機の運転制御について説明する。
Ｌ・Ｈ・Ｍ１の各エリアは、熱回収機の単独運転の場合、熱回収機と他冷熱源機の並列運転の場合ともに熱回収機は同じ運転で制御される。
Ｌエリアは、冷熱・温熱とも熱回収機の処理可能な最小冷却能力以下で運転し、Ｈエリアは、冷熱・温熱とも熱回収機の定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以上で運転する。
Ｍ１エリアは、冷熱負荷を熱回収機に割り当て、この冷熱負荷に見合う温熱負荷分を処理する運転（これを、「冷熱主体運転」と呼ぶ）とする。Ｍ２エリアだけは、熱回収機の単独運転の場合と、熱回収機と他冷熱源機の並列運転の場合とが異なる運転である。
熱回収機の単独運転の場合には、冷熱主体運転で、熱回収機と他冷熱源機の並列運転の場合には、温熱負荷を熱回収機に割り当て、この温熱処理相当の冷熱負荷分を処理する運転（これを「温熱主体運転」と呼ぶ）とする。

図５（１）は、Ｌエリア、Ｍ１エリア及びＨエリアについて、熱回収機の単独運転の場合、熱回収機と他熱源機との並列運転の場合、共通処理の割当処理を示している。図５（２）は、Ｍ２エリアについて、ＲＨ単独運転時の処理の割当処理を示している。また、図５（３）は、Ｍ２エリアについて、熱回収機と他熱源機との並列運転時の割当処理を示している。

図５（１）に示すように、Ｌエリア・Ｈエリア・Ｍ１エリアは、熱回収機の単独運転時、熱回収機と他熱源機との並列運転時、共に同じ割当処理を行う。
まず、Ｌエリアにおいて、負荷がＰ７_ａ・Ｐ７_ｂ・Ｐ７_ｃ点の時、すなわち熱回収機の最小冷却能力時は、熱回収機の本体制御で低負荷停止しないように、温水側から冷水側に若干のダミー負荷を与えてＰ２点で運転する。
Ｈエリアにおいては、負荷がＰ８点の時は、そのときの温熱負荷に相当するＰ１点（熱回収機の定格冷却能力・定格加熱能力）で運転する。
温熱負荷が熱回収機の稼働線よりも大きいというＭ１エリアでは、熱回収機への割り当ては、冷熱負荷に相当する処理量を冷熱割り当てに、これ対応する稼働線上の温熱を温熱割当てとする。例えば、負荷がＰ５・Ｐ６点の時は、稼動線上のＱ５・Ｑ６点で運転するように熱回収機を制御する。

これに対して、Ｍ２エリアだけは、熱回収機の単独運転の場合と、熱回収機と他熱源機との並列運転の場合とでは、異なる割当処理を行う。すなわち、図５（２）及び図５（３）に示すように、熱回収機が単独運転の場合には、冷熱負荷に合わせた稼働線上の運転点で熱回収機を運転させ（冷熱主体運転）、一方の熱回収機と他熱源機との並列運転の場合には、温熱負荷に合わせた稼働線上の運転点で熱回収機を運転させるように（温熱主体運転）、熱回収機の冷熱・温熱の割当処理を行う。
例えば、熱回収機の単独運転時において、負荷がＰ３・Ｐ４点の時は、Ｌ２分を冷却塔で放熱させ、稼動線上のＱ３とＱ４点で運転するように熱回収機を制御する。熱回収機以外の他熱源と並列運転時において、負荷がＰ９・Ｐ１１時は、稼働線上のＱ９・Ｑ１１で、Ｐ１０の時は温熱処理できる最小のＰ２点で運転するように熱回収機を制御する。
下記表４に冷熱・温熱割当負荷率を示す。下記表４において、ｆ(ｒＨ) は温主の曲線上の負荷率、ｆ(ｒＣ) は冷主の曲線上の負荷率、ｒＣは冷水実負荷率、ｒＨは温水実負荷を表す。

所望する稼働ポイントで熱回収機を運転させるための冷熱・温熱負荷配分は、そのときの二次側冷水・温水往還温度差を考慮して冷水・温水流量を見出し、制御設定値として与える。

ここで、他冷熱源機と他温熱源機を例にして、上述の負荷ゾーン区分毎に運転領域を１０ゾーン（Ａａ，Ａｂ，・・・，Ｃｃ）に分け、それぞれの領域で、熱回収機と対で稼働する冷熱源であるインバータターボ冷凍機（ＩｎｖＴ）と温熱源である空気熱源ヒートポンプ（ＡｓＨｐ）の稼働の仕方について、図６〜１１を参照しながら説明する。なお、熱回収機の冷房処理熱量をＨｒＣ、温熱処理熱量をＨｒＨと記す。
なお、図中の黒丸は、熱回収機の運転点を示す。

図６は、冷房負荷が大きいとき（Ａ領域）のインバータターボ冷凍機と空気熱源ヒートポンプの運転方法を示す説明図であり、（１）はＡａ領域、（２）はＡｂ領域、（３）はＡｃ領域を説明するものである。図６（１）に示すように、Ａａ領域では、熱回収機の運転は最大能力運転となり、冷熱はＩｎｖＴ、温熱はＡｓＨｐの両方が稼働（ｏｎ）となる。図６（２）に示すように、Ａｂ領域では、熱回収機の運転点は温熱要求で決める。これを「温熱主体運転」とする。ＡｓＨｐはｏｆｆ、ＩｎｖＴはｏｎで熱回収機の不足分を補う。図６（３）に示すように、Ａｃ領域では、熱回収機の運転は最小能力運転となり、冷熱はＩｎｖＴがｏｎ、温熱は熱回収機だけｏｎだが、温熱が余るため、冷却塔（Ｃｔ）をｏｎにして放熱する必要がある。

図７は、冷房負荷が熱回収機の定格能力より小さいとき（Ｂ領域）のインバータターボ冷凍機と空気熱源ヒートポンプの運転方法を示す説明図であり、（１）はＢａ領域、（２）はＢｂＨ領域を説明するものである。図７（１）に示すように、Ｂａ領域では、熱回収機の運転点は冷熱要求で決める。これを「冷熱主体運転」とする。ＡｓＨｐはoｎ、ＩｎｖＴはｏｆｆとなる。図７（２）に示すように、ＢｂＨでは、熱回収機の運転は冷主で決める。冷熱はＩｎｖＴがｏｆｆ、温熱はＡｓＨｐがoｎで熱回収機の不足分を補っている。

図８は、ＢｂＣ領域の運転方法を示す説明図であり、（１）は熱回収機の運転を冷主で決める方法、（２）は熱回収機の運転を温主で決める方法を説明するものである。図８に示すように、ＢｂＣ領域の運転方法は２種類の方法が可能である。図８（１）の方法は、熱回収機の運転を冷主で決める方法である。このとき、冷熱も温熱も熱回収機だけでまかなえる。温熱は余剰となるので冷却塔（Ｃｔ）が稼働し排熱する。図８（２）の方法は、熱回収機の運転を温主で決める方法である。

このとき、冷熱の処理は熱回収機だけでまかなえないためＩｎｖＴが稼働する。熱回収だけで負荷が処理できる図８（１）の方法が好ましいようであるが、この方法は余剰熱を冷却塔で放熱するという無駄がある。図８（２）の方法は熱回収機だけで処理できる冷熱負荷であるのに、不必要にＩｎｖＴが稼働しているため、一見無駄が生じているようであるが、ＩｎｖＴのＣＯＰは、低負荷でも高いことから、必ずしも常に図８（１）が適切とは言えないのである。余剰排熱が少ない条件なら図８（１）が、その逆の条件なら図８（２）が好ましいと定性的には言えるが、そのような場合分けを追加することは運転を複雑にしてしまう。そのため、排熱運転のない図８（２）の方法を採ることがより好ましい。

図９は、Ｂｃ領域の運転方法を示す説明図であり、（１）は熱回収機の運転を冷主で決める方法、（２）は熱回収機の運転を温主で決める方法を説明するものである。図９に示すように、Ｂｃ領域の運転方法も２種類の方法が可能である。図９（１）の方法は、熱回収機の運転を冷主で決める方法である。このとき、冷熱も温熱も熱回収機だけでまかなえるが、温熱は余剰となるので冷却塔（Ｃｔ）が稼働し排熱する。この排熱量はＢｂＣの運転より相当大きくエネルギーの無駄が大きい。図９（２）の方法は、熱回収機の運転を温主で決める方法である。このとき、冷熱の処理は熱回収機だけでまかなえないためＩｎｖＴが稼働する。温熱はやはり余剰となるがその量は小さい。

図１０は、冷房負荷が熱回収機の最小能力より小さいとき（Ｃ領域）のインバータターボ冷凍機と空気熱源ヒートポンプの運転方法を示す説明図であり、（１）はＣａ領域、（２）はＣｂ領域を説明するものである。図１０（１）に示すように、Ｃａ領域では、熱回収機の運転点は最小能力運転となる。冷房能力の余剰が発生するので、これを温熱で加熱する必要がある。これをダミー負荷（Ｄｍ）と呼ぶ。熱回収機が発生する温熱はこのダミー負荷分だけ減少した量しか利用できない。温熱負荷の残りはＡｓＨｐで処理する必要がある。図１０（２）に示すように、Ｃｂ領域は、Ｃａ領域と同じである。

図１１は、Ｃｃ領域の運転方法を示す説明図であり、（１）はＣｃＨ領域、（２）はＣｃＣ領域を説明するものである。図１１に示すように、Ｃｃ領域もＢｂ領域と同じように、ＣｃＨとＣｃＣという２つの領域に分けて扱う必要がある。図１１（１）に示すように、ＣｃＨ領域では熱回収機以外に、ＡｓＨｐとダミー負荷運転が必要になる。図１１（２）に示すように、ＣｃＣ領域では、熱回収機単独で冷温熱負荷の処理が可能であるが、ダミー負荷運転と冷却塔の運転が必要である。

３）流量設定モジュール
冷温水ポンプ（熱源システムから見ると一次ポンプに該当）の流量は、処理すべき熱量を往還温度差で割り逆算で求める。配分熱量は上記のロジックで算出できるが、１次ポンプの流量を決定するための往還温度差は下記式１及び式２のように決定する。ただし、ΔＴ_sは２次側の実往還温度差、ΔＴ_ｐは１次側の実往還温度差、ΔＴ_s,designは２次側の設計往還温度差、ΔＴ_p,designは１次側の設計往還温度差、ΔＴ_p,setは１次側の往還温度差設定値である。

また、１次ポンプ冷水量設定値 は下記式３で求める。ただし、Ｃ_ｐｗは冷水の比熱であり、下記式４及び式５となる。なお、温熱源も冷熱源に準ずる。

４）他熱源発停モジュール
図１２は、インバータターボ冷凍機（以下、“ＲＩ”）と空冷ヒートポンプ（以下、“ＲＡ”）の台数制御の閾値の説明図である。
熱回収機（熱回収ターボ冷凍機）の単独運転から次号機のＲＩ増段、熱回収機＋ＲＩの２台運転から熱回収機の単独運転への減段判定は、図１２（１）に示すように、熱回収機の稼働線を閾値に基づいて行われる。
同様に、温熱源システムは、同様に熱回収機単独と熱回収機＋ＲＡとの間の増減段処理だが、これは図１２（２）に示すようにする。ＢｂＣ領域やＢｃ領域の運転方法は熱回収機の稼働線を境にして対称形となり、論理的に整合性が図れる。

（熱回収機の単独運転からＲＩ増段への対応について）
図１３は、ＲＩ増減段閾値の判定方法の説明図である。
まず、負荷ゾーン判定結果のメモリの値を見る。その結果、図１３に示すＲＩ_ｏｆｆ領域の「ｓ」点であることを確認する。次に、ＲＩ_ｏｆｆ領域であればどこであっても増減段閾値は、熱回収機の冷却定格能力ｒ_ｃ、max（１００％）のラインを基準とし、ここから増減段シフト値（パラメータ）分だけシフトしたところとする。

（熱回収機＋ＲＩの２台運転から熱回収機の単独運転への減段対応について）
また、冷熱・温熱負荷ＰＶ値のポイントが、ＲＩ_ｏｎのエリアから、ＲＩ_ｏｆｆのエリアに移った場合、上記対応により減段閾値が実冷熱負荷よりも高い値に設定されるため、結果的にＲＩは減段して熱回収機の単独運転となる。
まず、負荷ゾーン判定結果のメモリの値を見る。その結果、ＲＩ_ｏｎ領域の「ｔ」点であることを確認する。次に、増減段閾値は、「ｔ」点から稼働線と交差する点のｒ_ｃ値を基準とし、ここから増減段シフト値（パラメータ）分ずらしたところとする。
仮に、冷熱・温熱負荷ＰＶ値のポイントが、ＲＩ_ｏｆｆのエリアから、ＲＩ_ｏｎのエリアに移った場合、上記対応により増段閾値が実冷熱負荷よりも低い値に設定されるため、結果的にＲＩは増段する。

５）冷却除去制御モジュール
冷却除去制御は、図１４（１）のＰＩ制御図に示すように、温水側の熱除去制御が、熱回収機の温水出口温度(Ｔｈ_ｏｕｔ)に基づいて、冷却水ポンプインバータ出力（ＣＤＰ_Ｔｒ_ＩＮＶ）制御と冷却塔バイパス弁開度（Ｖｂ_Ｔｒ_ｏｄ）制御の２つのＰＩ制御により、Ｔｈ_ｏｕｔが温水の限界値４５℃を超えないように制御する。
例えば、図５（２）のＰ３点で熱回収機が冷熱主体で負荷処理する場合はＱ３点で運転するので、余剰排熱を処理できないとＴｈ_ｏｕｔが上昇する。Ｔｈ_ｏｕｔが４５℃以上にならないように冷却除去制御を作動させ図５（２）のＬ２分に相当する熱を冷却塔へ放出して除去する。

６）ダミー負荷付与制御モジュール
ダミー負荷付与制御は、図１４（２）のＰＩ制御図に示すように、熱回収機の冷水入口温度（Ｔｃ_ｉｎ）が（冷水出口温度設定値＋定格冷水温度差）になるようにダミー負荷制御三方弁（Ｖｄｕｍ）を逆動作のＰＩ制御が作動し、ダミーの冷熱負荷を付与する。
ダミー負荷制御は、Ｌ領域（＝Ｃ領域（Ｃａ・Ｃｂ・Ｃｃ））になれば作動し、Ｌ領域以外になれば停止し、ダミー負荷制御三方弁は熱交換器（冷）に向かう方向の開度を全閉とする。本制御は、熱回収機の単独運転、又は、熱回収機とＲＩとの並列運転に限らず、常時作動する。

本発明は、ビル空調設備などの熱源システムに有用である。

１，１００ 熱回収熱源システム
２，１０１ 熱回収機
３ 熱交換器（冷）
４ 熱交換器（温）
５ クーリングタワー
１１，１３ 制御三方弁
１２，１４，１５ インバータ制御式ポンプ
１０２ 温水蓄熱槽

Claims (11)

1. 冷熱負荷より温熱負荷が少ないときに冷却塔で放熱して必要な温熱を回収するために設けられた温水系統側熱交換器、冷熱負荷が運転下限値以下となっても安定して運転ができるように冷熱入口の冷水を温排熱で加熱するために設けられた冷水系統側熱交換器、及びターボ冷凍機を有する熱回収熱源システムにおいて、
   冷熱負荷が前記ターボ冷凍機の処理可能な最小冷却能力以下の第１エリアと、
   冷熱負荷と温熱負荷ともに前記ターボ冷凍機の定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以上の第２エリアと、
   温熱負荷が前記ターボ冷凍機の最小冷却能力及び最小加熱能力で定まる運転点と、定格冷却能力及び定格加熱能力で定まる運転点とを結んで得られる稼働線よりも、温熱負荷が大きい側のエリアと定格加熱能力以上かつ定格冷却能力以下のエリアを合わせた第３エリアと、
   温熱負荷が前記ターボ冷凍機の前記稼働線より温熱負荷が小さい側のエリアと定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以下のエリアとを合わせた第４エリア、
   に４分割して、前記ターボ冷凍機の運転が制御されることを特徴とする熱回収熱源システム。
2. 第１エリアにおいて、
   前記ターボ冷凍機は、ターボ冷凍機１台で処理可能な前記最小冷却能力で運転を行うように制御されることを特徴とする請求項１に記載の熱回収熱源システム。
3. 第２エリアにおいて、
   前記ターボ冷凍機は、ターボ冷凍機１台の処理能力をフルに発揮する定格冷却能力または定格加熱能力で運転を行うように制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱回収熱源システム。
4. 第３エリア又は第４エリアにおいて、前記ターボ冷凍機が単独運転の場合には、
   前記ターボ冷凍機は、ターボ冷凍機１台で冷熱負荷を全て処理する冷熱主体運転に制御されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の熱回収熱源システム。
5. 第３エリア又は第４エリアにおいて、前記ターボ冷凍機と共に他冷熱源機が並列運転の場合には、
   前記ターボ冷凍機は、第３エリアでは前記冷熱主体運転に制御され、第４エリアでは温熱負荷に見合う冷熱分だけ処理する温熱主体運転に制御され、それ以外の冷熱負荷を他冷熱源機に処理させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の熱回収熱源システム。
6. 冷熱負荷より温熱負荷が少ないときに冷却塔で放熱して必要な温熱を回収するために設けられた温水系統側熱交換器、冷熱負荷が運転下限値以下となっても安定して運転ができるように冷熱入口の冷水を温排熱で加熱するために設けられた冷水系統側熱交換器、及びターボ冷凍機を有する熱回収熱源システムにおける前記ターボ冷凍機の制御方法において、
   冷熱負荷が前記ターボ冷凍機の処理可能な最小冷却能力以下の第１エリアと、
   冷熱負荷と温熱負荷ともに前記ターボ冷凍機の定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以上の第２エリア、
   温熱負荷が前記ターボ冷凍機の最小冷却能力及び最小加熱能力で定まる運転点と、定格冷却能力及び定格加熱能力で定まる運転点とを結んで得られる稼働線よりも、温熱負荷が大きい側のエリアと定格加熱能力以上かつ定格冷却能力以下のエリアを合わせた第３エリアと、
   温熱負荷が前記ターボ冷凍機の前記稼働線より温熱負荷が小さい側のエリアと定格冷却能力以上かつ定格加熱能力以下のエリアとを合わせた第４エリア、
   に４分割し、前記ターボ冷凍機の運転を制御するステップを備えたことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
7. 第１エリアにおいて、
   前記ターボ冷凍機を、ターボ冷凍機１台で処理可能な前記最小冷却能力で運転を行うように制御することを特徴とする請求項６に記載のターボ冷凍機の制御方法。
8. 第２エリアにおいて、
   前記ターボ冷凍機を、ターボ冷凍機１台の処理能力をフルに発揮する定格冷却能力または定格加熱能力で運転を行うように制御することを特徴とする請求項６又は７に記載のターボ冷凍機の制御方法。
9. 第３エリア又は第４エリアにおいて、前記ターボ冷凍機が単独運転の場合には、
   前記ターボ冷凍機を、ターボ冷凍機１台で冷熱負荷を全て処理する冷熱主体運転に制御することを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載のターボ冷凍機の制御方法。
10. 第３エリア又は第４エリアにおいて、前記ターボ冷凍機と共に他冷熱源機が並列運転の場合には、
    前記ターボ冷凍機を、第３エリアでは前記冷熱主体運転に制御し、第４エリアでは温熱負荷に見合う冷熱分だけ処理する温熱主体運転に制御することを特徴とする請求項６〜９の何れかに記載のターボ冷凍機の制御方法。
11. 請求項６〜１０の何れかのターボ冷凍機の制御方法におけるステップを、コンピュータに実行させるためのターボ冷凍機の制御プログラム。

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