KR20130069805A - 열원 시스템 및 열원 시스템의 대수 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

시스템 도입시나 열원기의 증설시에 있어서, 대수 제어 장치에 있어서의 사람의 손에 의한 조정을 불필요하게 하는 동시에, 열원 매체의 온도가 변화되어도 높은 성적 계수에서의 운전을 가능하게 한다. 열원 시스템(1)은, 온수 히트 펌프로서 사용되고, 병렬로 접속된 복수의 열원기(3), 열원기(3)마다 설치되는 열원기 제어 장치(9) 및 열원기(3)에 대해 요구 온수 부하에 따른 온수 부하를 할당하는 대수 제어 장치(10)를 구비한다. 각 열원기 제어 장치(9)는, 열원수의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 온수 부하 및 제어 대상으로 하는 열원기(3)에 있어서 COP가 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 대수 제어 장치(10)로 송신한다. 그리고, 대수 제어 장치(10)는, 각 열원기 제어 장치(9)로부터 송신된 열원기 정보에 기초하여 각 열원기(3)가 최적 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 온수 부하의 할당을 행한다.

Description

열원 시스템 및 열원 시스템의 대수 제어 방법 {HEAT SOURCE SYSTEM AND NUMBER-OF-MACHINES CONTROL METHOD FOR HEAT SOURCE SYSTEM}
본 발명은, 열원 시스템 및 열원 시스템의 대수 제어 방법에 관한 것이다.
종래, 지역 냉난방이나 공장 등의 냉난방 등을 실현하는 것으로서, 예를 들어 터보 냉동기 등의 열원기를 복수대 구비한 열원 시스템이 알려져 있다. 이 열원 시스템은, 대수 제어 장치에 의해, 외부 부하가 요구하는 요구 부하에 따라서 열원기의 기동 대수를 제어한다. 이 대수 제어를 행할 때에, 기동된 열원기를 고효율로 운전시킴으로써, 에너지 절약 효과를 얻는 것이 요구된다.
그리고, 열원 시스템 전체의 성적 계수(COP)를 향상시키기 위해, 열원기 및 보조 기계(補機)(각종 펌프 등)의 COP 특성을 이용한 제어가 행해지고 있다.
이러한 제어의 일례로서, 특허문헌 1에는, 외기 습구 온도와 냉수 부하의 상정값으로부터, 각 냉동기의 냉각수 온도에 따른 냉동기 부하율 및 단체 COP 또는 소비 전력을 나타내는 특성과, 각종 펌프의 유량과 소비 전력을 나타내는 특성과, 냉각탑 팬의 풍량과 소비 전력을 나타내는 특성을 이용하여, 냉동기의 대수별ㆍ냉수 송수 온도별ㆍ냉각수 온도차별로 냉동기 부하율 및 냉각수의 냉동기 출구 온도와 각종 보조 기계도 고려한 시스템 전체의 COP를 파악할 수 있는 표를 작성하고, 당해 표로부터 시스템 전체의 COP가 가장 높아지는 연산식에 이용할 파라미터를 결정하고, 연산 결과에 기초하여 각 냉동기의 운전 대수ㆍ출력을 제어하고, 냉각수의 유량ㆍ온도를 제어하는, 냉열원기의 운전 제어 방법이 기재되어 있다.
일본 공개 특허 공보 특개2008-134013호 공보
그러나, 열원기의 COP 특성은, 열원 시스템을 구성하는 대수 제어 장치에 미리 COP 특성을 입력하고, 실제의 운용에 따라서 보정하고 있다. 이로 인해, 열원 시스템에 그때까지와는 다른 COP 특성을 갖는 열원기나 설계점이 다른 열원기를 새롭게 추가하는 경우에는, 대수 제어 장치에 COP 특성을 새롭게 입력해야만 했다.
또한, 온수 히트 펌프로서 사용되는 열원기에 있어서는, 도 6의 온수 히트 펌프의 출력 열량과 열원수 입구 온도의 관계를 나타낸 그래프에 나타내어지는 바와 같이, 열원수(열원 매체)의 온도의 변화에 따라, 출력 가능한 최대 능력이 변화된다. 그로 인해, 열원 매체의 온도의 변화에 따라서 열원 시스템 전체의 COP도 변화되는 경우가 있다. 특히, 공장 등의 배열을 이용한 열원수이면, 열원수의 온도에 변화가 발생하기 쉬운 경우가 있고, 열원수의 온도의 변화에 수반하여, 증발기의 온도나 압력이 변화됨으로써 압축기의 헤드가 바뀌어, 출력 가능한 최대 능력이 변화된다.
본 발명은, 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 시스템 도입시나 열원기의 증설시에 있어서, 대수 제어 장치에 있어서의 사람의 손에 의한 조정을 불필요하게 하는 동시에, 열원 매체의 온도가 변화되어도 높은 성적 계수에서의 운전을 가능하게 하는 열원 시스템 및 열원 시스템의 대수 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 열원 시스템 및 열원 시스템의 대수 제어 방법은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명의 제1 형태에 관한 열원 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열원 매체를 열교환하는 증발기를 갖고, 병렬로 접속된 복수의 열원기와, 상기 열원기마다 설치되고, 상기 열원기를 제어하는 열원기 제어 장치와, 복수의 상기 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 상기 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비하고, 각 상기 열원기 제어 장치는, 제어 대상으로 하는 상기 열원기의 열원 매체의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 부하 및 제어 대상으로 하는 상기 열원기에 있어서 성적 계수가 미리 정해진 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 상기 대수 제어 장치로 송신하고, 상기 대수 제어 장치는, 각 상기 열원기 제어 장치로부터 송신된 상기 열원기 정보 및 운전 상황을 나타내는 값에 기초하여 각 상기 열원기가 상기 최적 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당을 행한다.
상기 제1 형태에 따르면, 열원 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열원 매체를 열교환하는 증발기를 갖고, 병렬로 접속된 복수의 열원기와, 열원기마다 설치되고, 열원기를 제어하는 열원기 제어 장치와, 복수의 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비한다.
열원기는, 응축기로 열매체가 유입/유출되는, 이른바 온수 히트 펌프로서 사용된다.
그리고, 각 열원기 제어 장치에 의해, 열원 매체의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 부하 및 제어 대상으로 하는 열원기에 있어서 성적 계수가 미리 정해진 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보가 대수 제어 장치로 송신된다.
대수 제어 장치에 의해, 각 열원기 제어 장치로부터 송신된 열원기 정보 및 운전 상황을 나타내는 값에 기초하여 각 열원기가 최적 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당이 행해진다.
열원기 제어 장치가, 제어 대상으로 하는 열원기의 운전 상황에 따른 최대 부하 및 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 대수 제어 장치로 송신하므로, 열원기의 특성이 변경되거나, 새로운 열원기가 증설되어도, 대수 제어 장치의 조정이 불필요하다.
또한, 온수 히트 펌프로서 사용되는 열원기는, 열원 매체의 온도에 따라 출력 가능한 최대 능력이 변화된다. 따라서, 열원기 제어 장치가, 열원 매체의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 부하를 구하고, 대수 제어 장치가, 상기 최대 부하도 더하여 열원기의 대수 제어 및 부하의 할당을 행하므로, 열원 매체의 온도의 변화에 대응한 열원 시스템의 운전이 가능해진다.
이와 같이, 상기 제1 형태는, 시스템 도입시나 열원기의 증설시에 있어서, 대수 제어 장치에 있어서의 사람의 손에 의한 조정을 불필요하게 하는 동시에, 열원 매체의 온도가 변화되어도 높은 성적 계수에서의 운전을 가능하게 한다.
또한, 상기 제1 형태는, 상기 운전 상황을 나타내는 값을, 상기 응축기로부터 유출되는 열매체의 설정 온도 및 상기 증발기로부터 유출되는 열원 매체의 온도로 하는 것으로 해도 된다.
상기 제1 형태에 따르면, 응축기로부터 유출되는 열매체의 설정 온도 및 증발기로부터 유출되는 열원 매체의 온도를, 열원기의 운전 상황을 나타내는 값으로서 사용한다. 증발기로부터 유출되는 열원 매체의 온도가 증발기의 온도나 압력을 지배하므로, 압축기의 헤드가 열원 매체의 온도에 따라 변화되고, 그 결과, 열원기에서 출력 가능한 최대 능력, 즉, 대응할 수 있는 최대 부하가 변화된다. 따라서, 증발기로부터 유출되는 열원 매체의 온도가, 열원기의 운전 상황을 나타내는 값으로서 사용됨으로써, 보다 확실하게, 열원 매체의 온도가 변화되어도 높은 성적 계수에서의 운전이 가능해진다.
또한 상기 제1 형태의 열원 시스템은, 상기 운전 상황을 나타내는 값을, 상기 응축기로부터 유출되는 열매체의 설정 온도, 상기 증발기로 유입되는 열원 매체의 온도 및 열원 매체의 유량으로 하는 구성으로 해도 된다.
상기 제1 형태에 따르면, 응축기로부터 유출되는 열매체의 설정 온도, 증발기로 유입되는 열원 매체의 온도 및 열원 매체의 유량을, 열원기의 운전 상황을 나타내는 값으로서 사용한다.
열원기는, 열원 매체의 상태(온도나 유량)의 변화에 따라서 출력 가능한 최대 능력, 즉, 대응할 수 있는 최대 부하가 변화되지만, 증발기로부터 유출되는 열원 매체의 온도를 운전 상태로서 사용하면, 열원 매체의 상태의 변화에 대한 응답이 지연될 가능성이 있다.
따라서, 상기 제1 형태는, 증발기로 유입되는 열원 매체의 온도 및 유량을 열원기의 운전 상황을 나타내는 값으로서 사용함으로써, 증발기로부터 유출되는 열원 매체의 온도의 변화에 선행하여 대응하게 되어, 열원기에서 대응할 수 있는 최대 부하의 변화를 보다 빠르게 파악할 수 있으므로, 그 결과, 부하의 변화에 대한 응답을 빠르게 할 수 있다.
또한, 상기 구성의 열원 시스템은, 상기 열원기 제어 장치가, 상기 증발기로 유입되는 열원 매체의 온도가 소정값 이하로 된 경우에, 열원 매체의 유량을 증가시키는 것으로 해도 된다.
상기 구성에 따르면, 증발기로 유입되는 열원 매체의 온도가 소정값 이하로 된 경우에, 열원 매체의 유량이 증가되므로, 동일한 열원 매체의 온도라도 열원 매체가 갖는 열량이 증가하게 되어, 열원기의 최대 부하의 저하를 억제하여, 대수 제어 장치에 의한 대수 제어 및 부하의 할당을 변화시키는 횟수를 억제할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어 방법은, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열원 매체를 열교환하는 증발기를 갖고, 병렬로 접속된 복수의 열원기와, 상기 열원기마다 설치되고, 상기 열원기를 제어하는 열원기 제어 장치와, 복수의 상기 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 상기 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비한 열원 시스템의 대수 제어 방법이며, 각 상기 열원기 제어 장치가, 제어 대상으로 하는 상기 열원기의 열원 매체의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 부하 및 제어 대상으로 하는 상기 열원기에 있어서 성적 계수가 미리 정해진 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 상기 대수 제어 장치로 송신하는 제1 공정과, 상기 대수 제어 장치가, 각 상기 열원기 제어 장치로부터 송신된 상기 열원기 정보에 기초하여 각 상기 열원기가 상기 최적 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는 제2 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 시스템 도입시나 열원기의 증설시에 있어서, 대수 제어 장치에 있어서의 사람의 손에 의한 조정을 불필요하게 하는 동시에, 열원 매체의 온도가 변화되어도 높은 성적 계수에서의 운전을 가능하게 한다고 하는 우수한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어에 관한 제어계의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열원기의 개략 구성도이다.
도 3b는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열원기의 사이클 선도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 COP 특성 맵의 일례이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어 장치가 행하는 열원기의 대수 제어에 관한 제어 플로우를 나타낸 도면이다.
도 6은 온수 히트 펌프의 출력 열량과 열원수 입구 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하에, 본 발명에 관한 열원 시스템 및 열원 시스템의 대수 제어 방법의 일 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
〔제1 실시 형태〕
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은, 본 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)의 전체 개략 구성을 도시한 도면이다. 열원 시스템(1)은, 예를 들어 빌딩이나 공장 설비에 설치된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 열원 시스템(1)은, 공조기나 팬 코일 등의 외부 부하(2)에 공급하는 온수(열매체)에 대해 열을 부여하는 열원기(3)를 복수 구비하고 있다. 이들 열원기(3)는, 외부 부하(2)에 대해 병렬로 설치되어 있다.
온수의 흐름으로부터 본 각 열원기(3)의 상류측에는, 각각 온수를 압송하는 온수 펌프(4)가 설치되어 있다. 이들 온수 펌프(4)에 의해, 리턴 헤더(5)로부터의 온수가 각 열원기(3)로 송출된다. 각 온수 펌프(4)는, 인버터 모터에 의해 구동되도록 되어 있고, 이에 의해 회전수를 가변으로 함으로써 가변 유량 제어된다.
서플라이 헤더(6)에는, 각 열원기(3)에 있어서 얻어진 온수가 모아지도록 되어 있다. 서플라이 헤더(6)에 모아진 온수는, 외부 부하(2)에 공급된다. 외부 부하(2)에서 공조기나 팬 코일 등에 제공된 온수는, 리턴 헤더(5)로 보내진다. 온수는, 리턴 헤더(5)에 있어서 분기되어, 각 열원기(3)로 보내진다.
또한, 리턴 헤더(5)와 서플라이 헤더(5) 사이에는 바이패스 배관(7)이 설치되고, 바이패스 밸브(8)에 의해 바이패스 배관(7)을 흐르는 온수의 유량이 조절된다.
도 2는, 본 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)의 대수 제어에 관한 제어계의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 열원 시스템(1)은, 복수의 열원기(3)와, 열원기(3)마다 설치되고, 열원기(3)를 제어하는 열원기 제어 장치(9)와, 복수의 열원기(3)의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 열원기(3)에 대해, 외부 부하(2)로부터 요구되는 부하인 요구 온수 부하에 따른 온수 부하를 할당하는 대수 제어 장치(10)를 구비하고 있다.
각 열원기(3)는, 온수 히트 펌프로서 사용되고, 각 열원기(3)는 각각 동일한 기종일 필요는 없으며, 다른 기종이나 다른 사양이어도 된다.
또한, 각 열원기 제어 장치(9)는, 유선 또는 무선의 통신 매체(11)를 통해 대수 제어 장치(10)와 접속되어 있고, 쌍방향의 통신이 가능한 구성으로 되어 있다.
도 3a는, 본 제1 실시 형태에 관한 열원기(3)의 개략 구성도로, 본 제1 실시 형태에 관한 열원기(3)의 냉매 회로를 도시한다.
열원기(3)는, 터보 압축기(압축기)(20)와, 터보 압축기(20)에 의해 압축된 고압 가스 냉매를 응축하는 응축기(22)와, 응축된 냉매를 증발시키는 증발기(24)와, 응축기(22)와 증발기(24) 사이에 설치되어, 응축기(22)로부터 유도되는 액냉매를 팽창시키는 메인 팽창 밸브(26)와, 응축기(22)와 터보 압축기(20)의 중간단 사이에 설치되어, 응축기(22)와 메인 팽창 밸브(26) 사이에서 분기된 액냉매를 팽창시키는 서브 팽창 밸브(28)와, 응축기(22)로부터 메인 팽창 밸브(26)로 흐르는 냉매와 서브 팽창 밸브(28)에 의해 팽창된 냉매를 열교환시키는 이코노마이저(30)를 구비하고 있다.
터보 압축기(20)는, 고압력비가 얻어지는 원심 압축기이며, 하우징 내에, 동축상에 설치된 2개의 날개차(도시하지 않음)와, 흡입하는 냉매의 유량을 조정하는 입구 베인(도시하지 않음)을 구비하고 있다.
2개의 날개차는, 도시하지 않은 구동 모터에 의해 회전되어, 냉매 유로에 대해 직렬로 접속되어 있다. 터보 압축기(20)로 유입된 냉매는, 상류측의 날개차에 의해 압축된 후에, 하류측의 날개차에 의해 다시 압축된다. 서브 팽창 밸브(28)에서 팽창된 가스 냉매는, 2개의 날개차 사이(중간단)로 도입된다.
응축기(22)에는, 외부 부하(2)에 대해 온수를 공급하는 온수 배관(32)이 접속되어 있고, 온수 배관(32)을 통해 순환되는 온수와 고압 가스 냉매를 열교환시킴으로써, 고압 가스 냉매를 응축 액화한다.
증발기(24)에는, 열원수 배관(34)이 접속되어 있고, 메인 팽창 밸브(26)로부터 유도된 냉매와 열원수 배관(34)을 통해 순환되는 열원수(열원 매체)를 열교환시킴으로써, 냉매를 증발시키고, 그 증발 잠열에 의해 열원수를 냉각한다. 열원수 배관(34)에는, 증발기(24)로 유입되는 열원수의 온도(이하, 「열원수 입구 온도」라 함)를 계측하는 열원수 입구 온도 센서(36) 및 증발기(24)로부터 유출되는 열원수의 온도(이하, 「열원수 출구 온도」라 함)를 계측하는 열원수 출구 온도 센서(38)가 설치되어 있다. 또한, 열원수 배관(34)에는, 열원수의 유량을 계측하는 열원수 유량 센서(40)가 설치되어 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에 관한 열원기(3)에서 사용되는 열원수는, 일례로서, 다른 기기(냉각탑이나 다른 공장 설비 등)에서 불필요해진 배열을 이용한 열원수로 된다.
도 3b는 본 제1 실시 형태에 관한 열원기(3)의 사이클 선도이다.
도 3b에 부여되어 있는 숫자(1∼7)의 위치는, 도 3a에 부여되어 있는 숫자(1∼7)의 위치에 있어서의 압력과 엔탈피에 대응하고 있다. 열원기(3)는, 열원수의 온도에 변화가 발생하면, 이것에 수반하여 증발기(24)의 온도나 압력이 변화됨으로써 터보 압축기(20)의 헤드가 바뀌어, 출력 가능한 최대 능력이 변화된다.
각 열원기 제어 장치(9)는, 제어 대상으로 하는 열원기(3)에 있어서의 소정의 온수 출구 온도마다에 따른 열원수 입구 온도마다의 성적 계수(이하 「COP」라 함)와 부하율의 관계를 나타낸 COP 특성 맵을 기억하고 있다. COP 특성 맵은, 각 열원기에 있어서의 보조 기계[예를 들어, 온수 펌프(4)나 열원수 펌프 등]의 특성도 포함한 열원기(3) 전체적인 COP 특성, 또는 보조 기계의 특성을 제외한 열원기 단체의 COP 특성을 나타낸 것이다.
도 4는, 열원수가 정격 유량인 경우에 있어서의 COP 특성 맵의 일례이다. COP 특성 맵은, 횡축에 부하율을 나타내고, 종축에 COP를 나타낸다. 도 4의 예는, 온수 출구 온도가 80℃인 경우에 따른 열원수 입구 온도마다의 COP 특성이다. COP는, 열원수 입구 온도가 높을수록 높아지는 경향에 있다. COP 특성 맵은, 예를 들어 각 열원기(3)의 출하 전에 있어서의 시험에 의해 얻는 것이 가능하다. 또한, COP 특성 맵의 작성에 대해서는, 공지의 기술을 채용한다.
또한, 각 열원기 제어 장치(9)는, 제어 대상으로 하는 열원기(3)에 있어서 COP가 미리 정해진 소정값 이상(예를 들어, 최대값의 80％ 이상)으로 되는 부하 범위인 최적 운전 범위를, COP 특성 맵과 함께 기억하고 있다.
그리고, 각 열원기 제어 장치(9)는, 제어 대상으로 하는 열원기(3)의 열원수의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 온수 부하 및 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 대수 제어 장치(10)로 송신한다.
이로 인해, 각 열원기 제어 장치(9)는, 제어 대상으로 하는 열원기(3)의 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 온수 부하를 도출한다.
본 제1 실시 형태에서는 운전 상황을 나타내는 값으로서, 응축기(22)로부터 유출되는 온수의 설정 온도(이하, 「온수 출구 설정 온도」라 함) 및 열원수 배관(34)에 설치된 열원수 출구 온도 센서(38)에 의해 계측된 열원수 출구 온도를 사용한다.
열원수 출구 온도는, 증발기(24)의 온도나 압력을 지배하므로, 터보 압축기(20)의 헤드가 열원수의 온도에 따라 변화되고, 그 결과, 열원기에서 출력 가능한 최대 능력, 즉, 대응할 수 있는 최대 온수 부하가 변화된다. 그로 인해, 열원수 출구 온도가 열원기(3)의 운전 상황을 나타내는 값으로서 사용됨으로써, 보다 확실하게, 열원수의 온도가 변화되어도 높은 성적 계수로 운전이 가능해진다.
열원기 제어 장치(9)는, 열원수 출구 온도로부터 열원수 출입구 온도차를 감산한 온도를, 열원수 입구 온도로 하여 산출한다. 또한, 열원수 출입구 온도차는, 정격 유량의 열원수에 있어서의 열원수 입구 온도와 열원수 출구 온도의 설계값으로서 미리 정해진 온도차이며, 예를 들어 5℃이다.
그리고, 열원기 제어 장치(9)는, 온수 출구 설정 온도에 따른 COP 특성 맵으로부터, 산출한 열원수 입구 온도에 따른, 열원기(3)에서 대응 가능한 최대 온수 부하를 구한다.
대수 제어 장치(10)는, 각 열원기 제어 장치(9)로부터 송신된 열원기 정보에 기초하여 각 열원기(3)가 최적 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 온수 부하의 할당을 행한다. 또한, 대수 제어 장치(10)는, 이 밖에, 예를 들어 온수나 열원수를 송출하는 각종 펌프 등의 보조 기계의 제어도 행한다.
이와 같이, 열원기 제어 장치(9)가, 제어 대상으로 하는 열원기(3)의 운전 상황에 따른 최대 온수 부하 및 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 대수 제어 장치(10)로 송신하므로, 열원기(3)의 특성이 변경되거나, 새로운 열원기(3)가 증설되어도, 대수 제어 장치(10)의 조정이 불필요하다. 또한, 온수 히트 펌프로서 사용되는 열원기(3)는, 열원수의 온도에 의해 출력 가능한 최대 온수 부하가 변화된다. 따라서, 열원기 제어 장치(9)가, 열원수의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 온수 부하를 구하고, 대수 제어 장치(10)가, 상기 최대 온수 부하도 더하여 열원기(3)의 대수 제어 및 온수 부하의 할당을 행하므로, 열원수의 온도의 변화에 대응한 열원 시스템(1)의 운전이 가능해진다.
이하, 대수 제어 장치(10)가 행하는 각종 제어 내용 중, 열원기(3)의 대수 제어에 관한 일련의 처리 순서에 대해 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 하기에서 설명하는 처리는, 예를 들어 소정 시간 간격마다 행해진다.
우선, 대수 제어 장치(10)는, 각 열원기 제어 장치(9)로부터 열원기 정보를 수신하면(도 5의 스텝 SA1), 수신한 각 열원기 정보에 기초하여 현재 기동하고 있는 열원기(3)의 최대 온수 부하의 합계 SUMmax를 산출하여, 합계 SUMmax가 열원 시스템(1)의 요구 온수 부하를 상회하고 있는지 여부를 판정한다(도 5의 스텝 SA2). 이 결과, 합계 SUMmax가 요구 온수 부하 이하인 경우에는, 현재의 요구 온수 부하를 처리할 수 있도록, 열원기(3)의 운전 대수를 증가시켜(도 5의 스텝 SA3), 스텝 SA7로 진행한다.
또한, 스텝 SA2에 있어서, 합계 SUMmax가 열원 시스템(1)의 요구 온수 부하를 상회하고 있었던 경우에는, 수신한 각 열원기 정보에 기초하여 현재 기동하고 있는 열원기(3)의 최적 운전 범위에 있어서의 최소 부하(최적 운전 범위의 최소 부하율)를 추출하고, 이들의 합계 SUMmin을 산출하여, 합계 SUMmin이 요구 온수 부하를 하회하고 있는지 여부를 판정한다(도 5의 스텝 SA4). 이 결과, 합계 SUMmin이 요구 온수 부하 이상인 경우에는, 현재의 요구 온수 부하를 처리할 수 있는 범위에서 열원기(3)의 운전 대수를 감소시켜(도 5의 스텝 SA5), 스텝 SA7로 진행한다. 한편, 스텝 SA4에 있어서, 합계 SUMmin이 열원 시스템(1)의 요구 온수 부하를 하회하고 있었던 경우에는, 운전 대수를 유지하고(도 5의 스텝 SA6), 스텝 SA7로 진행한다. 또한, 스텝 SA3 및 스텝 SA5에 있어서의 운전 대수의 변경에 대해서는, 예를 들어 미리 설정되어 있는 각 열원기(3)의 기동 또는 정지의 우선 순위에 기초하여 행해진다.
스텝 SA7에서는, 현재 기동하고 있는 열원기(3)에 대해, 열원기(3)가 최적 운전 범위 내에서 운전되는 것을 충족시키면서, 요구 온수 부하를 할당하여, 상기 할당량을 나타내는 할당 정보를 각 열원기 제어 장치(9)로 송신한다. 각 열원기 제어 장치(9)는, 대수 제어 장치(10)로부터 할당된 온수 부하에 대응하도록, 제어 대상으로 하는 열원기(3)를 제어한다(도 5의 스텝 SA8).
이상 설명한 바와 같이, 본 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)은, 온수 히트 펌프로서 사용되고, 병렬로 접속된 복수의 열원기(3)와, 열원기(3)마다 설치되고, 열원기를 제어하는 열원기 제어 장치(9)와, 복수의 열원기(3)의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 열원기(3)에 대해 요구 온수 부하에 따른 온수 부하를 할당하는 대수 제어 장치(10)를 구비한다. 각 열원기 제어 장치(9)는, 열원수의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 온수 부하 및 제어 대상으로 하는 열원기(3)에 있어서 COP가 미리 정해진 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 대수 제어 장치(10)로 송신한다. 그리고, 대수 제어 장치(10)는, 각 열원기 제어 장치(9)로부터 송신된 열원기 정보에 기초하여 각 열원기(3)가 최적 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 온수 부하의 할당을 행한다.
따라서, 본 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)은, 시스템 도입시나 열원기(3)의 증설시에 있어서, 대수 제어 장치(10)에 있어서의 사람의 손에 의한 조정을 불필요하게 하는 동시에, 열원수의 온도가 변화되어도 높은 COP에서의 운전을 가능하게 한다.
또한, 본 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)은, 온수 출구 설정 온도 및 열원수 출구 온도를 열원기(3)의 운전 상황을 나타내는 값으로서 사용하므로, 보다 확실하게, 열원수의 온도가 변화되어도 높은 COP에서의 운전이 가능해진다.
〔제2 실시 형태〕
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
또한, 본 제2 실시 형태에 관한 열원 시스템(1) 및 열원기(3)의 구성은, 도 1 내지 도 3에 도시하는 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템(1) 및 열원기(3)의 구성과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 제2 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)에서는, 온수 출구 설정 온도, 열원수 입구 온도 센서(36)에서 계측된 열원수 입구 온도 및 열원수 유량 센서(40)에서 계측된 열원수의 유량을, 열원기(3)의 운전 상황을 나타내는 값으로서 사용한다.
상술한 바와 같이, 열원기(3)는, 열원수의 상태(온도나 유량)의 변화에 따라서 출력 가능한 최대 능력, 즉, 대응할 수 있는 최대 온수 부하가 변화된다. 그리고, 열원수 출구 온도를 운전 상태로서 사용하면, 열원수의 상태의 변화에 대한 응답이 지연될 가능성이 있다.
따라서, 본 제2 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)에서는, 열원수 입구 온도 및 열원수의 유량을 열원기(3)의 운전 상황을 나타내는 값으로서 사용함으로써, 열원수 출구 온도의 변화에 선행하여 대응하게 되어, 열원기(3)에서 대응할 수 있는 최대 온수 부하의 변화를 빠르게 파악할 수 있으므로, 그 결과, 온수 부하의 변화에 대한 응답을 빠르게 할 수 있다.
또한, 본 제2 실시 형태에서는 열원수의 유량이 정격 유량보다도 낮은 경우, COP 특성 맵에 기초하여 구하는 최대 온수 부하를, 정격 유량과 열원수의 유량의 계측값의 차에 따라서, 열원수 입구 온도의 계측값보다도 낮은 열원수 입구 온도에 대응한 COP 특성으로부터 구한다. 예를 들어, 열원수 입구 온도 센서(36)에서 계측된 열원수 입구 온도가 50℃이며, 열원수 유량 센서(40)에서 계측된 열원수의 유량이 정격 유량의 50％인 경우, 최대 온수 부하는, 열원수 입구 온도가 45℃인 경우의 COP 특성으로부터 구해진다.
한편, 열원수의 유량이 정격 유량보다도 많은 경우, COP 특성 맵에 기초하여 구하는 최대 온수 부하를, 정격 유량과 열원수의 유량의 계측값의 차에 따라서, 열원수 입구 온도의 계측값보다도 높은 열원수 입구 온도에 대응한 COP 특성으로부터 구한다.
이것은, 열원수 입구 온도가 동일해도, 유량이 다르면, 열원수가 갖는 열량이 다르기 때문이다. 그리고, 도 4의 예로 나타내어지는 COP 특성은, 열원수의 유량이 정격 유량인 경우에 따른 값이므로, 최대 온수 부하는, 정격 유량과 열원수의 유량의 계측값의 차에 따라서, 계측값보다도 낮거나 또는 높은 열원수 입구 온도에 대응한 COP 특성으로부터 구해진다.
이와 같이, 열원수는 온도 및 유량에 따라서 그 열량이 변화된다. 즉, 열원수의 온도가 낮은 경우는, 유량을 증가시킴으로써 열량을 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 제2 실시 형태에 관한 열원기 제어 장치(9)는, 열원수 입구 온도가 소정값 이하로 된 경우에, 열원수의 유량을 증가시킨다. 열원수 입구 온도가 저하되면, 열원기(3)의 최대 온수 부하도 저하된다. 그러나, 열원수의 유량을 증가시킴으로써, 열원수의 온도가 동일해도 열원수가 갖는 열량이 증가하게 되므로, 열원기(3)의 최대 온수 부하의 저하를 억제하여, 대수 제어 장치(10)에 의한 대수 제어 및 온수 부하의 할당을 변화시키는 횟수를 억제할 수 있다.
이상, 본 발명을, 상기 각 실시 형태를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위에 한정되는 것은 아니다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 각 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있고, 상기 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들어, 상기 각 실시 형태에서는 각 열원기 제어 장치(9)가 제어 대상으로 하는 열원기의 COP 특성을 맵 형식으로 기억하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 각 열원기 제어 장치(9)가 제어 대상으로 하는 열원기의 COP 특성을 수식으로서 기억하는 형태로 해도 된다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는 열원수의 유량을 열원수 유량 센서(40)에서 계측하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 열원수의 유량을 열원수 유량 센서(40)에서 계측하는 것이 아닌, 열원수의 온도나 증발기(24) 내의 냉매의 온도 및 압력 등으로부터 산출하는 형태로 해도 된다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는 열원기(3)가 이코노마이저(30) 및 2단 압축의 터보 압축기(20)를 구비하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정 되는 것은 아니며, 열원기(3)를 이코노마이저(30)나 2단 압축의 터보 압축기(20)를 구비하지 않는 형태 등, 다른 형태의 열원기(3)로 해도 된다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는 열원기(3)를, 원심 압축기를 이용한 온수 히트 펌프(터보 히트 펌프)로서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 다른 압축 형식이라도 적용할 수 있고, 예를 들어 스크류 압축기를 이용한 스크류 히트 펌프여도 된다.
1 : 열원 시스템
3 : 열원기
9 : 열원기 제어 장치
10 : 대수 제어 장치
20 : 터보 압축기
22 : 응축기
24 : 증발기

Claims (5)

  1. 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열원 매체를 열교환하는 증발기를 갖고, 병렬로 접속된 복수의 열원기와,
    상기 열원기마다 설치되고, 상기 열원기를 제어하는 열원기 제어 장치와,
    복수의 상기 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 상기 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비하고,
    각 상기 열원기 제어 장치는, 제어 대상으로 하는 상기 열원기의 열원 매체의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 부하 및 제어 대상으로 하는 상기 열원기에 있어서 성적 계수가 미리 정해진 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 상기 대수 제어 장치로 송신하고,
    상기 대수 제어 장치는, 각 상기 열원기 제어 장치로부터 송신된 상기 열원기 정보 및 운전 상황을 나타내는 값에 기초하여 각 상기 열원기가 상기 최적 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는, 열원 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 운전 상황을 나타내는 값은, 상기 응축기로부터 유출되는 열매체의 설정 온도 및 상기 증발기로부터 유출되는 열원 매체의 온도인, 열원 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 운전 상황을 나타내는 값은, 상기 응축기로부터 유출되는 열매체의 설정 온도, 상기 증발기로 유입되는 열원 매체의 온도 및 열원 매체의 유량인, 열원 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열원기 제어 장치는, 상기 증발기로 유입되는 열원 매체의 온도가 소정값 이하로 된 경우에, 열원 매체의 유량을 증가시키는, 열원 시스템.
  5. 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열원 매체를 열교환하는 증발기를 갖고, 병렬로 접속된 복수의 열원기와, 상기 열원기마다 설치되고, 상기 열원기를 제어하는 열원기 제어 장치와, 복수의 상기 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 상기 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비한 열원 시스템의 대수 제어 방법이며,
    각 상기 열원기 제어 장치가, 제어 대상으로 하는 상기 열원기의 열원 매체의 온도를 포함하는 현재의 운전 상황에 있어서 대응 가능한 최대 부하 및 제어 대상으로 하는 상기 열원기에 있어서 성적 계수가 미리 정해진 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 최적 운전 범위를 나타내는 열원기 정보를 상기 대수 제어 장치로 송신하는 제1 공정과,
    상기 대수 제어 장치가, 각 상기 열원기 제어 장치로부터 송신된 상기 열원기 정보에 기초하여 각 상기 열원기가 상기 최적 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는 제2 공정을 포함하는, 열원 시스템의 대수 제어 방법.
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