JPH0133741B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集中式の空気調和システムに関するも
のである。

集中式の空気調和システムは、１箇所で発生し
た冷温水を複数の放熱器に分配して各放熱器が設
けられている空間の温度を所望の温度に制御する
ためのものである。

〔従来技術及び解決すべき問題点〕

従来この種のシステムとして第９図に示すもの
があつた。

図において１は例えばガスを熱エネルギー源と
する冷温水発生機であり、これは冷却水ポンプ２
及び冷却塔３と協動して冷水を発生し、冷却水ポ
ンプ２及び冷却塔３の機能停止により温水を発生
する。冷温水発生機１によつて発生された冷温水
は、冷温水ポンプ４により、空調すべき空間に設
けられている放熱器５₁〜５_oに搬送される。空調
空間には室温調節器６₁〜６_oが設けられており、
この調節器の作用によつて放熱器５₁〜５_oに接続
されている２方弁７₁〜７_oの開閉が行われ、室温
が一定範囲内に保たれる。

上記冷温水ポンプ４の吐出口と冷温水発生機１
の冷温水戻り口との間には圧力検出器８が設けら
れており、該圧力検出器８により、２方弁７₁〜
７_oの開閉によつて変動する圧損を検出し、該検
出結果に基づいて圧力調節器９が比例調節弁１０
を開閉制御して冷温水をバイパスしている。

なお、１１は冷温水発生機１に戻る冷温水の温
度を検出して冷温水の発生能力を調節する調節器
である。

第１０図は他の従来例を示し、放熱器５₁〜５_o
に室温調節器６₁〜６_oにより制御される３方弁７
₁′〜７_o′をそれぞれ設けられている。該３方弁７
₁′〜７_o′はそのバイパス方向の圧力損失が放熱器
５₁〜５_oの圧力損失と略同一の値となるように設
定され、冷温水系の流量、圧力損失特性が熱負荷
の変動によつて変化することがないようにされて
いる。

上述した従来のいずれのシステムも、熱負荷に
応じた量のガスなどの熱エネルギーの消費が行わ
れるようになつている。しかし、第１１図に示す
ように圧損特性Ｒとポンプ揚程特性Ｌとの交点Ｘ
の流量Ｑを保持する必要があることから、冷温水
ポンプ４では、熱負荷の大小に無関係に点Ｙで示
される一定の電力消費が行われている。

一般に、空気調和システムは年間最大負荷に応
じられるように設計されているが、実際の負荷分
布は最大負荷の40〜60％程度に最多点をもち、通
常時の冷温水搬送能力は60〜40％余剰となるた
め、この分のエネルギーが無駄に消費されてい
る。

よつて本発明は上記問題点を解消し、負荷変動
に応じた冷温水搬送能力で冷温水ポンプが運転
し、ポンプでの消費電力が負荷に応じた最適なも
のとなり、無駄に電力消費されることのない空気
調和システムを提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明により成された
空気調和システムは、第１図の基本構成図に示す
如く、複数の並列接続した冷温水ポンプ４₁〜４₄
と、該冷温水ポンプ４₁〜４₄の吸入口と吐出口と
の間の差圧を検出する差圧検出器１３と、冷温水
系の還水温度を検出する温度検出器１１と、該温
度検出器１１により検出した冷温水温度が所定温
度範囲内にあるかを判断する第１の判断手段９
a′と、前記温度検出器１１より検出した所定時間
内の検出温度の変化により求めた温度勾配が所定
値以上かを判断する第２の判断手段９b′と、前記
差圧検出器１３により検出した差圧の絶対値が所
定値以上かを判断する第３の判断手段９c′と、各
判断手段９a′，９b′，９c′の論理積出力に応じて
前記冷温水ポンプ４₁〜４₄の運転台数を増減する
制御手段９d′とを備えることを特徴としている。

〔作用〕

複数台並列接続した冷温水ポンプ４₁〜４₄の吸
入口と吐出口との間の差圧を差圧検出器１３で検
出すると共に、冷温水系の還水温度を温度検出器
１１で検出し、検出した冷温水温度が所定温度範
囲内にあるとき所定時間内の温度変化から求めた
温度勾配が所定値以上であり、かつ検出した差圧
の絶対値が所定値以上であることを条件にして冷
温水ポンプの運転台数を増減している。

従つて、負荷変動に応じた冷温水搬送能力で冷
温水ポンプが運転され、ポンプでの消費電力が負
荷に応じた最適なものとなり、無駄に電力が消費
されることがなくなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。

第２図は本発明によるシステムの一実施例を示
し、図において第９図及び第１０図中のものと同
等のものには同一の符号を付してある。

冷温水ポンプとして、放熱器５₁〜５₄の数より
１つ多い５台のポンプ４₀〜４₄を並列接続したも
のが用いられ、これらのポンプ４₀〜４₄の吐出側
には逆止弁１２₀〜１２₄が直列に接続され、かつ
各ポンプ及び逆止弁の直列回路と並列に差圧検出
器１３が接続されている。

上記５台のポンプ４₀〜４₄のうち４台４₁〜４₄
は放熱器５₁〜５₄にそれぞれ対応していて、冷温
水発生機１に戻つてくる冷温水の温度を検出する
温度検出器１１からの検出信号と、ポンプの吸入
口及び吐出口間の差圧を検出する上記差圧検出器
１３からの検出信号とに基づいて制御器９′によ
つてその動作開始及び停止が制御されるようにな
つている。

なお、ポンプ４₀は熱要求が全くないときでも
常時動作していて熱要求が生じたとき直ちに応じ
られるようにしている。しかし、これは冷暖房運
転が停止されたときには他のポンプと一緒に停止
される。

また、放熱器５₁〜５₄への冷温水の通水を制御
するための弁として、室温調節器具６₁〜６₄によ
りそれぞれ開閉される２方弁７₁〜７₄が用いら
れ、放熱器５₁〜５₄と２方弁７₁〜７₄の各直列回
路と並列に２方弁７₀が接続されている。該２方
弁７₀は室温調節器６₁〜６₄の各々が対応する２
方弁７₁〜７₄を同時に閉じているとき開となるよ
うにノア回路１４の出力により制御されるように
なつている。これは熱要求が全くなく放熱器に冷
温水を供給する必要がなくてもポンプ４₀が動作
しているので、その分の冷温水を２方弁７₀を通
じてバイパスするためである。

上記差圧検出器１３は、上記ポンプと逆止弁と
の直列回路の両端間の差圧を検出し、これを制御
器９′に供給している。制御器９′は差圧検出器１
３からの差圧検出信号に応じ、第３図に示すよう
に、差圧がP₁以下のときポンプを１台増加する
オン信号を、P₂以上のときポンプを１台減少す
るオン信号をそれぞれ出力する。そして、差圧が
P₁より△Ｐ大きいか又はP₂より△Ｐ小さい差圧
に応じてポンプ増加又は減少のためのオン信号を
なくする。

一方、冷温水系の還水温度を検出する温度検出
器１１による冷温水温度検出信号は制御器９′に
供給される。制御器９′は温度検出器１１からの
冷温水温度検出信号に応じ、温度が例えば冷房運
転時には第４図ａに示すように10℃〜15℃の範囲
内にあるか否か、暖房運転時には第４図ｂに示す
ように55℃〜60℃の範囲内にあるか否かの判定を
それぞれ行う。上記範囲内にあるときには、ポン
プの運転台数の増減を行い、範囲外にあるときに
は、第４図ｃに示すようにポンプの運転台数を最
小又は最大台数にする。

そして、温度が上記範囲内にあつてポンプの運
転台数の制御を行う場合、制御器９′は所定時間
内における温度変化から温度勾配を求め、該勾配
が予め設定した勾配以上であるか否かにより、第
５図に示すようにポンプを１台増加又は減少する
オン信号を出力し、勾配が所定値以下のときには
ポンプ運転台数増、減のためのオン信号をなくす
る。

より詳細には、例えば冷房運転の場合、第４図
ａに示すように冷温水が10℃〜15℃の範囲内に有
るか否かを判定し、かつ所定時間内の温度勾配が
第５図に示すように予め設定した勾配以上か否か
を判定する。判定結果が例えば冷温水の温度が10
℃〜15℃の範囲内にあり、かつ温度勾配が負で設
定値以上であるとすれば、冷温水発生機１にとつ
て熱負荷が減少したと判断できるので、冷温水ポ
ンプの運転台数を減少させる制御が行われる。判
定結果が冷温水の温度が10℃〜15℃の範囲内にあ
り、かつ温度勾配が正で設定値以上であるとすれ
ば、冷温水発生機１にとつて熱負荷が増大したと
判断して冷温水ポンプの運転台数を増大させる制
御が行われる。

以上の構成において、次にその動作を説明す
る。

室温調節器６₁〜６₄によりそれぞれ制御される
２方弁７₁〜７₄の動作によつて、冷温水系は第６
図に示す特性を呈する。すなわち、全ての放熱器
５₁〜５₄が空調のための熱を要求している状態で
冷温水の流量がQ₃であるとすれば、冷温水系は
圧損曲線R₃と揚程曲線L₃の交点Ｃで成立してい
ることになる。このとき、冷温水ポンプ４₁〜４₄
の吸入口と吐出口との差圧をP₀とすれば、P₀＝
γH₀となる。ここでH₀は揚程、γは冷温水の比
重をそれぞれ表わす。

上述のような状態で、何台かの放熱器が熱要求
を停止し、それに応じた２方弁が閉じることで、
第６図に示すように圧損特性が曲線R₂のように
変化したとする。このとき、上記ポンプ吸入口及
び吐出口間の差P₂（＞P₀）はP₂＝γH₂となる。こ
の差圧は差圧検出器１３により検出されて該差圧
に応じた差圧検出信号が制御器９′に送られる。
制御器９′はこの差圧検出信号に基づいて第３図
に示すように冷温水ポンプの運転台数を減少する
ため、ポンプ４₁〜４₄の何台かに停止信号を供給
することができる状態になる。

ところでこのとき、温度検出器１１は冷温水系
の還水温度を検出して検出信号を制御器９′に送
つている。制御器９′は上記温度検出信号につい
て以下の処理を行う。

冷房運転の場合、検出温度が10℃〜15℃の範囲
内になるか否かを判定する。温度が上記範囲内に
ある場合、温度の所定時間における勾配を計算
し、該温度勾配が予め設定した値以上であるか否
かを判定する。判定の結果がYESで、温度勾配
が負の場合、熱負荷が減少したと判断して冷温水
ポンプの運転台数を減少させるべく、上記停止信
号を１台のポンプに供給してそのポンプの運転を
停止する。このポンプの運転停止により、冷温水
系は第６図の曲線R₂とL₂の交点Ｂで成立するこ
とになる。

更に熱負荷が減少して差圧が増加し、冷温水温
度が冷房温度範囲内にありかつ温度勾配が負の場
合には、ポンプの運転台数が減少して新しく曲線
R₁，L₁の交点Ａで冷温水系が成立することにな
る。

また、熱負荷が増加した場合、第６図において
曲線L₁と曲線R₁の交点に冷温水系が移行し、差
圧P₁＝γH₁が生じるようになる。これに応じて差
圧検出器１３が生じる差圧信号に応じて制御器
９′はポンプの運転台数を増加する増加信号をポ
ンプに供給できる状態となる。

このような状態で、冷温水の温度が冷房温度範
囲内にあり、その温度勾配が正であれば制御器
９′はポンプの運転台数を１台増加させるべく上
記運転信号をポンプに供給する。このことによ
り、冷温水系は曲線R₂とL₂の交点Ｂで運転され
るようになる。

更に熱負荷が増加したときには、差圧検出器１
３がポンプを増加させるような差圧検出信号を制
御器９′に送るため、制御器９′はポンプを増加さ
せる待期状態に入る。そして、温度条件、温度勾
配条件が満足されることにより、実際のポンプ運
転台数の増加が行われる。

第７図は制御器９′が冷房、暖房時において行
う仕事を要約して示すフローチヤートである。

上述の実施例では、制御器９′は差圧検出信号
と温度検出信号とを予め定めたプログラムによつ
て処理してポンプの発停を行うマイクロプロセツ
シングユニツト（CPU）によつて構成されてい
るものとして説明したが、これは第８図に示すよ
うに変更することができる。

第８図においては、差圧検出器１３が差圧P₁
以下の検出によりオンする常開スイツチS₁と差圧
P₂以上の検出によりオンする常開スイツチS₂と
から構成され、制御器９′がポンプ順次増減部を
構成するアツプダウンカウンタ９ａと、温度範囲
及び勾配判定部を構成するウントコンパレータ及
び勾配検出回路９ｂと、該検出回路９ｂによつて
制御されるスイツチS₃，S₄とからなる。

上記ウインドコンパレータ及び勾配検出回路９
ｂは温度検出器１１からの温度検出信号に基づい
て、冷温水温度が冷暖房範囲内にあるか否かをコ
ンパレータにより判定するとともに、所定時間内
における温度変化に基づいて勾配を求め、信号線
l₁，l₂に制御信号を送つてカウンタ９ａにアツプ
カウント又はダウンカウントさせたり、或いはそ
の内容を最小又は最大値にセツトする。

従つて、スイツチS₁，S₂のオンによりカウンタ
９ａがアツプカウントしてポンプの運転台数を増
加し、スイツチS₂，S₄のオンによりカウンタ９ａ
がダウンカウントしてポンプ運転台数を減少し、
所定温度範囲内に冷温水温度がないことに応じて
カウンタ９ａを最小又は最大値にセツトしてポン
プ運転台数を最小又は最大台数にする。

なお、冷温水ポンプとして極数切替えやＹ−△
切替えの可能なものを並列運転するようにすれ
ば、負荷に応じたよりきめの細かなポンプ能力の
制御を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、冷温水ポ
ンプを複数台のポンプを並列接続して構成し、そ
の運転台数を負荷変化に応じて増減しているた
め、冷温水の搬送に消費される電力が負荷に応じ
たものとなり、常時最大能力でポンプを運転して
いる従来のシステムに比べ電力費の節約が図れ、
経済的である。

特に、ポンプ台数制御に設備費が安価で保守も
簡単な単速度制御法による差圧制御を用いている
が、これに温度の絶対値及び温度勾配を加味した
制御を行つているため、制御系にハンチングの起
らない制御が可能になつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空気調和システムの基本
構成を示すブロツク図、第２図は本発明によるシ
ステムの一実施例を示す構成図、第３図は差圧検
出信号に基づく制御器の動作を説明する説明図、
第４図及び第５図は温度検出信号に基づく制御器
の動作を説明する説明図、第６図は第２図のシス
テムの冷温水系の特性を示すグラフ、第７図は第
２図のシステム中の制御器が行う仕事を示すフロ
ーチヤート図、第８図は第２図中の一部分の変形
例を示す構成図、第９図は従来システムを示す構
成図、第１０図は他の従来システムを示す構成
図、第１１図は第９図及び第１０図のシステムの
冷温水系の特性を示すグラフである。 ４₁〜４₄…冷温水ポンプ、９′…制御器、９
a′…第１の判断手段、９b′…第２の判断手段、９
c′…第３の判断手段、９d′…制御手段、１１…温
度検出器、１３…差圧検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の並列接続した冷温水ポンプと、該冷温
   水ポンプの吸入口と吐出口との間の差圧を検出す
   る差圧検出器と、冷温水系の還水温度を検出する
   温度検出器と、該温度検出器により検出した冷温
   水温度が所定温度範囲内にあるかを判断する第１
   の判断手段と、前記温度検出器により検出した所
   定時間内の検出温度の変化により求めた温度勾配
   が所定値以上かを判断する第２の判断手段と、前
   記差圧検出器により検出した差圧の絶対値が所定
   値以上かを判断する第３の判断手段と、各判断手
   段の論理積出力に応じて前記冷温水ポンプの運転
   台数を増減する制御手段とを備えることを特徴と
   する空気調和システム。