JPH04165242A - 水熱源空調設備における変水量制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷温水を冷暖房用の熱源とする水熱源空調設
備における変水量＠御方法に関する。

〔従来の技術〕

第１図に従来の代表的な水熱源空調設備を示した。１は
蓄熱槽であり、この蓄熱槽１には冷房時には冷水が、＊
房時には温水が蓄えられる。この冷温水は熱源機器によ
って製造されるが、冷水の場合を例とすると、高温槽２
内の温水を冷凍機３に一次側ポンブ４によって送水し、
得られた冷水を低温槽５に戻すことによって行われる。

そのさい、冷凍機３には一定水量の冷水を供給しくポン
プ送水量を一定とし）、出側水温を温度センサ６によっ
て検出し、この検出値が設定値になるように冷凍機３の
容量制御を行う。

二次側では、建物内に多数配設された空調器の熱交換器
７に二次側ポンプ８によって蓄熱槽１内の冷温水が循環
通水される。これらの熱交換器７は、空調器がヒートポ
ンプユニットの場合には水側熱交換器、またファンコイ
ルユニットの場合には空気対水熱交換器である。冷房運
転を例とすれば、低温槽５内の冷水が往管９を経て汲み
上げられ、各熱交換器７を経たあと連管１０によって高
温槽２に戻される。そのさい、各空調器では所要の室温
に空調するために、空調器に戻るレタン空気の温度を温
度センサ１２で検出し、この検出温度が設定値となるよ
うに熱交換器７への通水量を制御することが行われてい
る。この通水量の制御は。

各熱交換器７への送水管路に取付けた二方弁１３の開度
調節によって行う方法と、熱交換器７を迂回するバイパ
ス管路１４を三方弁１５を介して設置し。

この三方弁１５を操作する方法が一般的である。

暖房の場合においても、レタン空気の温度が所定温度に
なるように各熱交換器への温水の通水量を制御する点で
は変わりはない。

〔発明が解決しようとする問題点］ 前記のように、レタン空気の温度が所定温度になるよう
に各熱交換器７への通水量を制御することは直接的で且
つ簡明な方式であるが、中間期等の空調負荷の低い時期
成いは建物の使用状態によって空調負荷が小さいときは
、空調のための消費熱量が少なくなるので熱交換器７の
入口と出口の水温差が小さくなる。この結果、冷凍機で
は設定された水温まで冷却するのに冷却しようとする水
温が低いので部分負荷で運転することになる。したがっ
て冷凍機の成績係数（ＣＯＰ）が低下し。

単位生産熱量当りの電力量が増加するという問題があっ
た。

熱交換器７の入口と出口の温度差が大きくなるように二
方弁１３を制御することもできる　（例えば低負荷時に
熱交換器７への水量を低下する）が。

この場合には二方弁１３が絞り抵抗となり、ポンプ動力
をいたずらに消費することになる。また三方弁１５を操
作する場合にはバイパス管１４と熱交換器７を通る全体
の水量は一定であるからポンプの搬送動力の低減は望め
ず、また熱源水の高温度差の利用も望めない。

本発明はこのような問題の解決を目的としたものである
。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、蓄熱槽内の熱源水を建物内に多数配設した空
調器の熱交換器にポンプによって循環通水する水熱源空
調設備において、各熱交換器への送水管路に二方弁を取
付けると共に各熱交換器への入口水温を検出する入口水
温センサおよび出口水温を検出する出口水温センサを設
けたうえ１両温度センサの検出値から各々の熱交換器の
入口水温と出口水温の温度差を演算し、この演夏値が予
め定めた設定温度差となるように前記の二方弁の開度を
各々個別に制御し、そして各二方弁の開度情報から前記
ポンプで送水すべき系全体の送水量を計算によって求め
、この送水量となるようにポンプの回転数を制御するこ
とを特徴とする水熱源空調設備における炭水量制御方法
を提供するものである。

〔発明の詳述〕

以下に本発明の内容と作用効果を図面を参照しつつ具体
的に説明する。

第２図は本発明に従う空調設備の例を示したものである
。−次側においては、−次側ポンプ４で定水量を冷凍機
３に送水し、冷凍機３の出口水温が設定値となるように
冷凍機３の容量制御を行う点は第１図の従来と同様であ
る０本発明ではこの冷凍機３のＣＯＰを向上させる制御
であるので。

熱源側機器としては冷凍機だけを示しているが。

実際には暖房運転も行なえるようにボイラー等の加熱機
器も存在する。冷房運転では、低温槽５の冷水を、建物
内に多数配設された空調器の熱交換器７に循環させ、昇
温した水を高温槽２に戻すことも第１図の従来と同様で
ある。そのさい、往管９に介装される冷水汲み上げポン
プとしては、送水容量可変ポンプ１７を用いる０図示の
例ではインバータ１８によってその回転数制御を実施す
る。

空調器の熱交換器７は、空調器がヒートポンプユニット
の場合には水側熱交換器、ファンコイルユニットの場合
には空気対水熱交換器であり、これらは１図示の例では
往管９と連管１０との間に並列的に接続されている。す
なわち、低温槽５内の冷水がそのまま各熱交換器７に入
り、各熱交換器７を出た水は他の熱交換器７を経ること
なく直接高温槽２に戻るような配管としである。

各空調器では、レタン空気の温度を温度センサ１２で検
出する点は第１図と同様であるが、第１図ではこのレタ
ン空気温度が設定温度となるように二方弁を制御したの
に対し、第２図では空調器の送風量制御を行う、すなわ
ち温度センサ１２の検出値が一定となるように給気ファ
ン１９の回転数をインバータ２０によって制御スル。

第２図の設備でも各熱交換器７への入口管路に二方弁１
３を設けるが、この二方弁１３の制御は第１図とは異な
り、熱交換器７の出口と入口との水温差が所定の大きさ
となるように制御する。すなわち、各熱交換器７の出口
管路に出口温度センサ２１を設けると共に、各熱交換器
７に入る水温を検出する入口温度センサ２２を設置し２
両センサ２１と２２との検出値が所定の大きさとなるよ
うに二方弁１３を制御する。なお、入口温度センサ２２
は各熱交換器７に共通の冷水温度を検出するために往管
９のポンプ１７の吐出側に設けである。

２３は制御用コンピューターを示しており、各二方弁１
３の開度からポンプ１７が必要とする系全体の全体の水
量を演算し、各二方弁１３に制御開度を指令すると共に
、ポンプ１７のインバータ１日に必要な回転数指令を行
う。

以下に、この制御動作について説明する。

本発明の制御は、三方弁１３の制御ルーチンとポンプ１
７の制御ルーチンで構成され、ポンプ側の制御ルーチン
は二方弁の制御ルーチンで演算され。

制御されている二方弁の開度を監視して所定の時間間隔
で行われる割り込みで処理される。第３図にその制御手
順を示した。

二方弁の制御ルーチンにおいては、入口温度センサ２２
と出口温度センサ２１の各々の計測値から各々の熱交換
器７の出入口の水の温度差を演算し。

この演算値を設定した温度差（可能範囲の大きな値）と
それぞれ比較する。この計測値と設定値の比較から求ま
る偏差値を用いてＰＩＤ（比例積分微分）動作による制
御量を演算し、それぞれの二方弁の開度を決定し、その
開度に調整する。このルーチンの繰返しによって、各熱
交換器７の出入口の水温の差は設定値に近い高い範囲に
維持される（熱交換器７を通ずる水量は変動する）。

また各々の二方弁の開度の平均値と、開度の変化率の平
均値から、二方弁の絞りによる管路内の圧力損失を低減
すべく次に示すファジィ（ＦＵＺＺＹ）理論から導かれ
たメンバーシップ関数を用いて。

可能な限り二方弁の開度を開放する制御と、ポンプの回
転数を制御する。

ファジィ制御では制御入力から得られる情報。

本例では二方弁の開度ｅｌおよび二方弁の開度変化率ｅ
、と、制御出力（操作量）Ｕとの関係を以下のように既
述する。

Ｉｆ　ｅ＋　ｉｓ　Ｐ、、　ｅ、　ｉｓ　Ｐｇ　ｔｈｅ
ｎ　ｕ、　ｉｓ　Ｐａ　　−（１）Ｉｆｅ＋　ｉａＮ＋
＋　ｅｘ　ｉｓＮｇ　ｔｈｅｎｕｇ　１ｓｌｅ　　−−
−（２）但しＰは入力のファジィ集合を表すラベル（正
で大）Ｎは入力のファジィ集合を表すラベル（負で大）
前提条件が２つあるので、その合成としてＭａｘ演算、
旧ｎ演算等が考えられるが１本例では相加平均による合
成を採用する。すなわち。

Ｌ−（Ｐ＋（ｅ＋）＋Ｐｘ（ｅｔ））　／　２　　　　
　　・−・（３）Ｌ−（Ｎ＋（ｅ＋）　＋Ｎｘ（ｅｔ）
　）　／　２　　　　　−−−−（４）式（１）、　（
２）のように、２個のルールを基に推論を行うので、総
合した推論結果を次のようにして求める。

各々の二方弁での出力結果は、前提条件の合成した値を
基にして。

ｕ　ｉｏ＝　　（Ｌ　・ＬＩ＋　＋Ｌ　・ｕｚ）／（Ｗ
＋　＋Ｌ）　　　−（５）但し、ｉは各二方弁の階 となり、総合推論結果（すなわちインバータ１８の周波
数出力結果）は、各二方弁の出力結果から。

Ｕ＝ΣａｒｕＡＪΣａ　Ｉ−（６） 但し＋　ａｉは前提条件の二方弁開度でのＰｌの値とな
る。

ファジィ集合である二方弁の開度ｅｌ＋二方弁の開度変
化率ｅ、はメンバーシップ関数として定義され１図で示
すと第４図の形となる０図においてＮ（ｎｅｇａｔｉｖ
ｅ）は負のラベルで、弁を絞る方向にあり、　Ｐ（ｐｏ
ｓｉｔｖｅ）は正のラベルで、弁を開ける方向にある。

２つのラベルの中間が２０であり、ちょうどよいラベル
を示す０本例の制御では弁開度は８０％で２０と定義し
ている。このファジィ推論の方法を第５図に図解して示
した。

このようにして、各二方弁の開度情報（開度と開度変化
の平均値〕　からポンプ１７のインパーク１Ｂの周波数
出力が演算によって推論され、これに基づいてポンプ１
７の回転数が制御されると同時に。

各二方弁の開度を可能な限り開放する調整が行われ、各
空ａｌｌ器が受は持つ熱負荷がそれぞれ個別に変化して
も、それぞれの熱交換器７を通過する前後の水温差は高
い設定値に維持されながら、各二方弁での絞り抵抗の増
減に応して適正なポンプ回転数に制御される。

その結果、冷凍機３では入口水温と出口水温の温度差が
高い値に維持され、その成績係数が向上すると共に、二
次側ポンプ１７の搬送動力も軽減されるので高い省エネ
ルギー運転が実現できる。特に大きな温度差が利用でき
るシステム　（例えば氷蓄熱システム等）では冷凍機の
成績係数の向上は極めて大きなものとなり、ポンプの搬
送動力の低減以上の動力回収を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の水熱源空調設備の制御例を示す機器配置
系統図、第２図は本発明に従う水熱源空調設備の制御例
を示すａＳ配置系統図、第３図は本発明に従うファジィ
理論による炭水量制御フローを示す図、第４図はファジ
ィ集合のメンバーシップ関係を示す図、第５図はファジ
ィ推論の方法を示す図である。 １・・蓄熱槽、　　　　　２・・高温槽。 ３・・冷凍機、　　　　　４・・−次側ポンプ。 ５・・低温槽、　　　　　６・・温度センサ。 ７・・空ＵｉＪＨ（二次側）の熱交換器。 ９・・往管、１０・・連管。 １２・・レタン空気の温度センサ。 １３・・二方弁１　　　　１７・・送水量可変ポンプ。 １８・・ポンプ１７に付設のインバータ。 １９・・空調器の給気ファン。 ２０・・ファン２０に付設のインバータ。 ２１・・熱交換器の出口温度センサ。 ２２・・熱交換器の入口温度センサ。 ２３・・制御用コンピューター。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蓄熱槽内の熱源水を建物内に多数配設した空調器の熱交
   換器にポンプによって循環通水する水熱源空調設備にお
   いて、各熱交換器への送水管路に二方弁を取付けると共
   に各熱交換器への入口水温を検出する入口水温センサお
   よび出口水温を検出する出口水温センサを設けたうえ、
   両温度センサの検出値から各々の熱交換器の入口水温と
   出口水温の温度差を演算し、この演算値が予め定めた設
   定温度差となるように前記の二方弁の開度を各々個別に
   制御し、そして各二方弁の開度情報から前記ポンプで送
   水すべき系全体の送水量を計算によって求め、この送水
   量となるようにポンプの回転数を制御することを特徴と
   する水熱源空調設備における変水量制御方法。