JPH04198647A - 空調用熱源機器の制御システム - 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、冷凍機により生成された冷（温）水を、ポン
プにより空調器を介して循環させる形式の空調用熱源機
器の制御システムに関する。

〔従来の技術〕

冷（温）水循環式空調装置の熱源機器は熱源生成用の冷
凍機、及びこれにより生成された熱源水を搬送するポン
プにより構成され、ポンプにより２次側搬送管を介して
室内空間に配設された空調器に循環させて室内を冷（暖
）房するようにしている。

この方式の空調装置について、第３図を参照して説明す
る。

往ヘッダー８及び戻りヘッダー９に並列接続された３本
の１次側搬送管７・・のそれぞれには、冷（温）水を生
成する冷凍１！４０１．５０１．６０１と、その上流側
に１次側送水ポンプ１０１．２０１．３０１とが接続さ
れ、冷凍１！４０１乃至６０１により生成された冷（温
）水は、ポンプ１０１乃至３０１により搬送され、さら
に往へ、ダー８及び戻りヘッダー９の間に接続された２
次側搬送管１１に並列接続された２次側送水ポンプ１６
・・により、室内空間１０に配設された空調器１３．１
３、戻りヘッダー９を介して１次側送水ポンプ１０１乃
至３０１に搬送される。この間に、空調器１３．１３に
より室内空間１０は冷（暖）房が行われる。

なお、図中符号１２は空調器１３に設けた図示しない温
度調節器により設定された制御量が与えられ、これによ
り弁開度を調整して冷（暖）房の度合を調整する２方弁
、１４は往、戻りヘッダー８．９に連接されたバイブ１
５に接続され、往ヘソグー８、戻りヘッダー９間の水圧
を均等化する差圧調整弁を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した１次側送水ポンプ１０１乃至３０１は冷凍８！
４０１乃至６０１を保護するための流量と、冷凍４１！
４０１乃至６０１の上流側及び下流側のポンプ揚程の相
違がある等の理由から、２次側熱負荷の変動に関係なく
、一定流量の冷（温）水を搬送するように設計されてい
るため、２次側熱負荷が重負荷でない場合りこはエネル
ギーを無駄に使用する運転が行われるという問題がある
。

また、１次側送水ポンプの他に、２次側送水ポンプが２
次側搬送管に分離配設されているため、イニシャル・コ
ストの増加を招くばかりではなく、占有スペースが増大
するという問題を有している。

さらに、冷凍機については、冷（温）水の出口側温度を
常に一定となして一定温度差を有する冷（温）水を生成
すべく冷凍機を制御する定温度制御方式を採用している
ため、熱負荷が比較的軽い場合でも、冷（温）水の無駄
な冷却（加熱）が行なわれるため、冷凍機の成績係数が
低下し、省エネルギー運転をすることが出来ないという
問題を抱えている。

さらに、冷房時に２次側熱負荷が低負荷となる場合番こ
は、室内空間における潜熱負荷が増大し、これにエネル
ギーを消費するため、省エネルギー運転を行うのが国難
になるという問題がある。

本発明は、上記した間邪に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、省エネルギー運転と、イニシャル
・コストならびに占有スペースの低減とをはかり得る空
調用熱源機器の制御システムを提供するにある。

また、本発明は、冷房時に２次側熱負荷が低負荷になっ
た時に、室内における潜熱負荷を除去して省エネルギー
運転を行い得る空調用熱源機器の制御システムを提供す
るにある。

〔課題を解決するための手段〕 本発明は、上記した問題を解消するために、１次側搬送
管に並列接続されたインバータ制御回路付きポンプと、
ポンプのそれぞれ下流側に、冷（温）水出口側の温度検
出出力と温度設定値との偏差出力を温度調節器から入力
される回転数制御用のインバータ制御回路を備える冷凍
機とを備え、冷凍機により生成された冷（温）水を２次
側搬送管に接続された圧力制御弁を介して空調器に流入
して循環させる形式の空調用熱源機器においで、空調器
設置空間の室内温度を検出する室内温度計と、室外温度
計と、日射量計と、圧力制御弁の上流側の圧力を検出す
る差圧計とを備える一方、電源側開閉器から分岐した一
方を冷凍機のインバータ制御回路に接続し、開閉器から
分岐した他方を電力計を介してポンプの回転数を制御す
るインバータ制御回路に接続するとともに、室内温度計
、室外温度計、日射量計の検出出力を入力されて２次側
熱負荷の大小をファジィ推論して判別し、２次側熱負荷
の大小に応じてポンプ及び冷凍機の運転台数を制御する
ための開閉器を開閉する出力と、２次側熱負荷の低減時
に電力計の検出出力が小となるようにポンプの回転数を
低減するポンプのインバータ制御回路の制御出力と、２
次側熱負荷が軽負荷時に冷凍機の回転数を低減して冷（
温）水の出口側温度が高くなるように温度調節器の設定
温度値を高くする制御出力と、差圧計の出力に応じて圧
力制御弁の弁開度を制御する出力とを個別に出力するフ
ァジィコントローラを備えるように構成したものである
。

また、本発明は、上記空調器設置空間に室内温度計を設
けるとともに、上記ファジィコントローラに室内湿度上
限値を制約データとして設定入力する一方、ファジィコ
ントローラに入力された室内湿度計の出力が室内湿度上
限値に到達したと判定されると、上記温度調節器の設定
温度値を低める制御出力をファジィコントローラから出
力させるように構成したものである。

〔作用〕

室内温度計、室外温度計、日射量計の出力から２次側負
荷の度合をファジィコントローラにより曖昧さをもって
判別し、その判別値りこ相当する制御出力によりポンプ
及び冷凍機の運転台数を制御する一方、送水圧力に対応
じて圧力制御弁の開度を制御し、２次側熱負荷の低減に
応じてポンプの回転数を制御する。また、２次側熱負荷
の低減に応し、冷凍機により生成される冷（温）水の出
口側の流体温度を高くするためＬこ、冷（温）水生成用
の設定温度値を高くするように制御する。

また、本発明は、室内温度計の出力が室内湿度上限値に
到達したと判定されると、ファジィコントローラから出
力される制御信号により温度調節器の温度設定値を低く
し、冷（温）水出口側温度を低くし、潜熱負荷の除去を
容易ならしめる制御ロジックが組み込まれている。

〔実施例〕

以下に本発明の詳細を、添付した図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の実施例の構成図を示すもので、図中符
号７乃至１５は既に第４図で説明したものと同一構成を
有するものであるから、その詳述は省略する。

並列接続された３本の１次側搬送管７・・のそれぞれに
接続されたポンプ１乃至３は、後述する説明から明かと
なるが、インバータ制御回路３６乃至３８により回転数
を制御される可変流量式ポンプであり、その下流側に接
続された冷凍機４乃至６にはその回転数を制御し、冷媒
圧縮量を制御して冷房能力を可変とするインバータ制御
回路４Ａ、５Ａ、６Ａが設けられている。そして、この
冷凍機４乃至６の下流側には、冷却、もしくは加熱され
て搬送される冷（温）水の出口側の温度を検出する温度
検出器（ＴＥ）２３乃至２５が設けられ、通常運転時に
はこの出力のみを入力され、予め設定された設定温度値
と比較した偏差出力をインバータ制御回路４Ａ乃至６Ａ
に入力し、温度検出器２３乃至２５の検出値が設定温度
値に一致する迄冷凍４１！４乃至６の回転数を制御し、
冷凍機の能力を制御する温度調節器（ＴＣ）２６乃至２
８が設けられている。

さらに、後述する説明から明らかとなるが、駆動中の冷
凍機の温度調節器２６乃至２８の何れか１つＬ二は、２
次側負荷が低減する場合にファジィコントローラ３９か
ら出力される制御ｆｉ号を入力され、これにより温度調
節器２６乃至２８の何れか１つの、通常運転時の設定温
度値よりも設定温度値を高くされ、これによりインバー
タ制御回路４Ａ乃至６Ａの何れか１つにより駆動中の冷
凍機の回転数を低減し、冷（温）水の出口側温度を高め
て駆動中の冷凍＠４乃至６の何れか１つの成績係数を向
上させる制御を行う。

２次側搬送管１１には、往ヘングー８の送水圧力を検出
してファジィコントローラ３９に入カスる差圧計１７が
設けられ、その下流側には圧力制御弁１８が設けられ、
ファジィコントローラ３９から差圧計１７の検出出力に
応じて出力される制御信号により弁開度を制御され、こ
れにより２次側搬送管１１を流れる送水流量を制御する
。

さらに、室内空間１０には室内温度計１９及び室内湿度
計２０が設けられ、その外部には外気温度計２１と日射
量計２２とが設けられている。

他方、電源に並列接続された開閉器３０乃至３２から分
岐された電力線の一方は、冷凍Ｉ！４乃至６と接続され
、その他方は電力計３３乃至３５を介してインハーク制
御回路３６乃至３８に接続され、さらにこれを介してポ
ンプ１乃至３に接続されている。

ファジィコントローラ３９を第２図により説明すると、
ファジィコントローラ３９の入力側には、計測データを
入力するセンサとして、電力計３３乃至３５と、外気温
度計２１、日射量計２２及び室内温度計１９と、室内湿
度計２０と、差圧計１７とが接続され、さらに制約デー
タとして、最低ポンプ流量値、送水圧の上下限値、室内
湿度の上限値が設定入力される。

外気温度計２１、日射量計２２及び室内温度計１９の出
力を入力された演算器は、室内温度計１９と外気温度計
２１との温度偏差値に日射量計２２の出力を加味して２
次側負荷の大きさを演算してファジィコントローラ３９
に入カスる。

ファジィコントローラ３９はファジィ化部４０と、ファ
ジィ推論部４１と、非ファジィ化部４２とからなり、計
測データ及び制約データを曖昧な言語にファジィ化した
後、ファジィ推論を行って２次側熱負荷の度合、送水圧
力の度合、室内湿度の度合の結論を出し、２次側熱負荷
の度合に従い、冷凍機及びポンプ運転台数の制御と、ポ
ンプ回転数の制御と、冷（温）水の出口温度設定用の設
定値を高くする制御と、送水圧力の度合に応じて圧力制
御弁１８の弁開度の制御とを行う制御量を出力するもの
である。

ファジィ化部４０においては、例えば演算器から出力さ
れた２次側熱負荷量を、メンバーシップ関数により、重
負荷、やや重負荷、中負荷、やや中負荷、軽負荷、やや
軽負荷の曖昧な自然言語に変換するとともに、同様に電
力計、差圧計、室内湿度計の入力量を曖昧な自然言語に
変換する部分である。この他にも、負荷の変化速度の大
小、室内温湿度の変化速度等も、ファジィルールにとり
いれてより高度な制御を行う事が可能である。

ファジィ推論部４１はファジィ化された曖昧な自然言語
を以下に述べる例のファジィルールムこ基すきファジィ
推論をするところで、条件部に制御対象の状態が、結論
部にその時の操作内容が以下に記載するアルゴリズムに
従って記述されている。

（ルール１）、２次側熱負荷が重負荷であれば、冷凍機
４乃至６と、ポンプ１乃至３を並列運転する、この場合
、室内湿度の状態によって冷水出口温度を高く設定でき
る場合は高くする。圧力制御弁は、差圧が一定となるよ
うＬ二制御する。そして、２次側熱負荷がやや重負荷状
態に低減すれば、電力計から出力された消費電力が小と
なるように、ポンプ１乃至３、あるいはこれらのうちの
何れかの回転数を低減するとともに、差圧計１７の検出
圧力に応じて圧力制御弁１８の弁開度を絞り、差圧を一
定となるように制御する。

（ルール２）、２次側熱負荷が中負荷であれば、２台の
冷凍機と２台のポンプとを並列運転し、差圧計１７の検
出圧力に応じて圧力制御弁１８の弁開度を調節し、差圧
を一定に制御する。２次側熱負荷がやや中負荷状態に低
減すれば、この時入力される電力計の消費電力が小とな
るように、２台のポンプ回転数を低減するとともに、差
圧計１７の検出圧力に応じて圧力制御弁１８の弁開度を
調節する。

（ルール３）、２次側熱負荷が軽負荷であれば、１台の
冷凍機と１台のポンプとを駆動し、差圧計】７の検出圧
カムこ応じて圧力制御弁】８を調節し、そして水の出口
温度の調節は省エネルギーのために負荷の大小にかかわ
らず行う。また、２次側熱負荷がやや軽負荷状態に低減
すれば、この時入力される電力計の消費電力が小となる
ように駆動中のポンプの回転数を下限値を下廻らない範
囲内でさらに低減し、他方、圧力１Ｍ御弁１８の弁開度
を調節し、さらに検出された室内湿度計の出力が設定さ
れた上限湿度値に達すると、室内における潜熱を減少さ
せるべく、上記駆動中の冷凍機の冷（温）水の出口側温
度が低くなるように駆動中の冷凍機の温度調節器の設定
温度値を下げる。

非ファジィ化部４２は上記したファジィ推論された結果
を非ファジィ化し、制御対象である開閉器３０乃至３２
に対し開閉制御操作信号を決定するとともに、インバー
タ制御回路３６乃至３８に対し制御操作！信号を、温度
調節器２６乃至２８番こその温度設定値を高める制御操
作量信号を、圧力制御弁１８に弁開度を制御する操作量
信号を決定して出力する。

このように構成されたシステムの作用を以下乙こ説明す
る。

室内温度計１９、室外温度計２１．ＥＩ射！計２２の出
力信号の演算結果がファジィコントローラ３９に入力さ
れると、ファジィ推論が行われ、２次側熱負荷が重負荷
であれば、ファジィコントローラ３９から開閉器３０乃
至３１を閉ｌ二する制御信号が入力され、ポンプ１乃至
３と、冷凍機４乃至６が駆動され、さらに圧力制御弁１
８の弁開度が最大流量値を確保するように上限開弁値に
設定される。そして、２次側熱負荷がやや重負荷状態に
減少したのを上記した温度計１９．２１、日射量計２２
の出力データの演算結果から判定されると、ファジィコ
ントローラ３９から、この時の電力計３３乃至３５から
入力される消費電力が小となるように、インバータ制御
回路３６乃至３８に制御信号が入力されてポンプ１乃至
３の回転数の低減制御が行われる他、ポンプ１乃至３の
回転数の制御に伴う送水圧力の減少を検出した差圧計１
７の出力に応じて圧力制御弁１８の弁開度を絞る。

次に、中負荷であれば、例えば開閉器３０を開き、開閉
器３１．３２を閉し、２台のポンプ２．３と２台の冷凍
＃！５．６の並列運転を行うとともＣ二差圧計１７の検
出圧力に応じて圧力制御弁１８を中負荷時の送水流量を
通過させ得る弁開度りこ絞る制御を行う。２次側熱負荷
がやや中負荷状態に低減すれば、電力計３４．３５から
入力される消費電力が小となるようにポンプ２．３の回
転数を低減させる制御信号がインバータ制御回路３７．
３８に入力される一方、差圧計１７の検出圧力に応じて
圧力制御弁１８の弁開度が絞られる。

２次側熱負荷が軽負荷であれば、開閉器３０．３１を開
き、開閉器３２を閉じて１台のポンプ３と１台の冷凍Ｉ
！６を駆動し、差圧計１７の検出圧力に応じて圧力制御
弁１８の弁開度を軽負荷に相当する送水量を送水し得る
弁開度に絞り、さらに冷凍機６の冷（温）水の出口側温
度を高めるために、温度調節器２８にその温度設定値を
高める制御信号が出力され、これによりインバータ制御
回路６Ａが回転数を低減する制御をして冷凍機６の冷房
能力が低減し、成績係数を向上して省エネルギー運転を
する。さらに、２次側熱負荷がやや軽負荷状態である低
負荷に低減すれば、この時入力される電力計３５の消費
電力が小となるように、インバータ制御回路３８に制御
信号が出力されてポンプ３の回転数の低減制御が行われ
る他、圧力制御弁１８の弁開度を最低流量を送水し得る
最低の弁開度に制御する。さらに冷房時に、このような
負荷状態時に発生する室内におけるＷｌ熱負荷の増大を
防止して無駄なエネルギーの浪費を排除すべく、室内湿
度計２０の湿度入力が設定された上限湿度値に達したら
、冷凍Ｉ！６の冷（温）水の出口側温度をさらに高める
べく、温度調節器２８にその温度設定値を高める制御信
号を出力する。

なお、上記した温度調節器２６乃至２Ｂには、ファジィ
コントローラ３９から、冷（温）水の出口側温度を高め
る制御信号をそれぞれ印加し得るように構成したが、軽
負荷時に開閉器３５を閉しるように規定されている場合
には、ファジィコントローラ３９から温度調節器２８に
のみ制御信号が入力されるように構成すればよいことは
言う迄右ない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、空調器設置空間の室
内温度を検出する室内温度計と、室外温度計と、日射量
計と、圧力制御弁の上流側の圧力を検出する差圧計とを
備える一方、電源側開閉器から分岐した一方を冷凍機の
インバータ制御回路に接続し、開閉器から分岐した他方
を電力計を介してポンプの回転数を制御するインバータ
制御回路に接続するとともに、室内温度計、室外温度計
、日射量計の検出出力を入力されて２次側熱負荷の大小
をファジィ推論して判別し、２次側熱負荷の大小に応じ
てポンプ及び冷凍機の運転台数を制御するための開閉器
を開閉する出力と、２次側熱負荷の低減時に電力計の検
出出力が小となるようにポンプの回転紗を低減するため
のポンプのインバータ制御回路を制御する出力と、２次
側熱負荷が軽負荷時Ｃ二冷凍機の回転数を低減して冷（
温）水の出口側温度が高くなるように温度調節器の設定
温度値を高くする制御出力と、差圧計の出力に応じて圧
力制御弁の弁開度を制御する出力とを個別りこ出力する
ファジィコントローラを備えるように構成したので、２
次側熱負荷の低減り二対応じて制御されるインバータ制
御回路によりポンプの回転数を制御し、これによりポン
プに可変流量ＩＲ能を持たせ得ることが出来る一方、差
圧計が検出した送水圧力に応じ、２次側搬送管に設けた
圧力制御弁により弁開度を制御して送水流量を制御する
ことが出来るため、２次側搬送管に２次側送水ポンプを
設ける必要がなくなり、これによりイニシャルコストを
低減する事が可能になり、これにより占有スペースを削
減することが出来る。

さらに、２次側熱負荷の変動に対応じて開閉器の開閉制
御を行って冷凍機及びポンプの運転台数の制御が行える
ため、省エネルギー運転が行える他、上記したように２
次側熱負荷の低減に応じてポンプの回転数を制御して負
荷に見合った冷（温）水を送水することが出来、このた
め省エネルギー運転を行うことが可能になる。

また、２次側熱負荷が軽負荷と判定された時には、温度
調節器の設定温度値を高める制御信号を出力することが
出来、これにより冷（温）水出口側温度を高めて冷凍機
の成績係数を高めることが出来、これにより省エネルギ
ー運転を行うことが可能になる。

また、本発明によれば、上記空調器設置空間４こ室内湿
度計を設けるとともに、上記ファジィコントローラに室
内湿度上限値を制約データとして設定入力する一方、フ
ァジィコントローラに入力すれた室内湿度計の出力が室
内湿度上限値に到達したと判定されると、上記温度調節
器の設定温度値を低める制御出力をファジィコントロー
ラから出力させるようムこ構成したので、冷房時に、２
次側熱負荷が低負荷になっても、室内の潜熱負荷の増大
を阻止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステムの実施例の構成図、第２図は
ファジィコントローラのブロック図、第３図は従来の装
置の構成図である。 １乃至３・・ポンプ、４乃至６・・冷凍機、４Ａ乃至６
Ａ・・冷凍機の回転数制御用のインバータ制御回路、７
・・１次側搬送管、８．９・・ヘッダー、１０・・室内
空間、１１・・２次側搬送管、１８・・圧力制御弁、２
３乃至２５・・温度検出器、２６乃至２８・・温度調節
器、３６乃至３８・・ポンプの回転数制御用のインバー
タ制御回路用　　願　　人　清水建設株式会社 復代理人弁理士　　両部　Ｉｉｒ吉（外７名）第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１次側搬送管に並列接続されたインバータ制御回
   路付きポンプと、該ポンプのそれぞれ下流側に、冷（温
   ）水出口側の温度検出出力と温度設定値との偏差出力を
   温度調節器から入力される回転数制御用のインバータ制
   御回路を備える冷凍機とを備え、上記冷凍機により生成
   された冷（温）水を２次側搬送管に接続された圧力制御
   弁を介して空調器に流入して循環させる形式の空調用熱
   源機器において、上記空調器設置空間の室内温度を検出
   する室内温度計と、室外温度計と、日射量計と、上記圧
   力制御弁の上流側の圧力を検出する差圧計とを備える一
   方、電源側開閉器から分岐した一方を上記冷凍機のイン
   バータ制御回路に接続し、該開閉器から分岐した他方を
   電力計を介して上記ポンプの回転数を制御するインバー
   タ制御回路に接続するとともに、上記室内温度計、室外
   温度計、日射量計の検出出力を入力されて２次側熱負荷
   の大小をファジィ推論して判別し、該２次側熱負荷の大
   小に応じて上記ポンプ及び冷凍機の運転台数を制御する
   ための上記開閉器を開閉する出力と、上記２次側熱負荷
   の低減時に上記電力計の検出出力が小となるように上記
   ポンプの回転数を低減するための該ポンプのインバータ
   制御回路を制御する出力と、上記２次側熱負荷が軽負荷
   時に上記冷凍機の回転数を低減して冷（温）水の出口側
   温度が高くなるように上記温度調節器の設定温度値を高
   くする制御出力と、上記差圧計の出力に応じて上記圧力
   制御弁の弁開度を制御する出力とを個別に出力するファ
   ジィコントローラを備えることを特徴とする空調用熱源
   機器の制御システム。
2. （２）上記空調器設置空間に室内湿度計を設けるととも
   に、上記ファジィコントローラに室内湿度上限値を制約
   データとして設定入力する一方、上記ファジィコントロ
   ーラに入力された室内湿度計の出力が室内湿度上限値に
   到達したと判定されると、上記温度調節器の設定温度値
   を高める制御出力を該ファジィコントローラから出力す
   るように構成された上記請求項（１）記載の空調用熱源
   機器の制御システム。