WO2010113660A1 - 送水温度制御装置およびその方法 - Google Patents

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龍太 太宰
任祥 久下谷
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Definitions

  • the present invention relates to a water supply temperature control device and method for controlling the temperature of water supplied from a heat source device to a load device via a circulation pump.
  • cold / hot water is generated by a heat source device, and the cold / hot water generated by the heat source device is sent to a load device via a circulation pump.
  • the supply pressure of the cold / hot water from the heat source device to the load device is maintained at a constant value by adjusting the output of the circulation pump.
  • the cooling capacity on the load device side is lowered if the water supply temperature of the cold water from the refrigerator is increased, so the required flow rate of the cold water increases. To do. As the required flow rate of cold water increases, the water supply pressure decreases, so that the output of the circulation pump increases in order to maintain this water supply pressure at a constant value.
  • the temperature of the generated cold water is increased, the efficiency of the refrigerator is improved, and the output of the refrigerator is lowered. That is, when the water supply temperature is raised, the amount of energy used by the refrigerator decreases and the amount of energy used by the circulation pump increases.
  • the amount of energy used in the refrigerator and the circulation pump varies depending on the setting of the temperature of the cold / hot water supplied from the refrigerator to the load device. If the water supply temperature is set low, the energy consumption (power consumption) of the circulation pump decreases as the energy consumption (power consumption or fuel consumption) of the refrigerator increases. If the water supply temperature is set high, the energy consumption (power consumption) of the circulation pump increases as the energy consumption (power consumption or fuel consumption) of the refrigerator decreases. That is, the energy consumption of the refrigerator and the circulation pump is a trade-off. The same can be said when the heat source device is a heat machine.
  • the present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to respond to changes in the characteristics of the heat source equipment and the circulation pump and changes in the external environment, and is always optimal over a long period of time. It is an object of the present invention to provide a water supply temperature control apparatus and method capable of determining a suitable water supply temperature.
  • the present invention provides a water supply temperature control device that controls the supply temperature of cold / hot water from a heat source device to a load device via a circulation pump.
  • Actual value collection means for periodically collecting and accumulating the amount of energy used by heat source equipment, the amount of energy used by the circulation pump, the water supply temperature, and the actual values of predetermined parameters as related parameters, and the collection of the actual values Based on the actual values of the related parameters collected and accumulated by the means, find the water supply temperature corresponding to the current load situation that minimizes the total energy consumption of the equipment used, including the heat source equipment and the circulation pump.
  • the optimum water supply temperature determining means for determining the optimum water supply temperature is provided.
  • the predetermined parameter in the related parameters related to the current load state is the outside air temperature (tout)
  • the amount of energy used (PW1) of the heat source device the use of the circulation pump during the operation of the heat source device
  • PW2 the amount of energy used
  • TS water supply temperature
  • tout the amount of energy used
  • TS water supply temperature
  • tout outside air temperature
  • the collected actual values of related parameters are plotted in a multidimensional space, and a response surface model is created by interpolating the actual values plotted in the multidimensional space.
  • the current optimum water supply temperature is determined from the curved surface model.
  • the actual values of the total energy consumption PW, the water supply temperature TS, and the outside air temperature tout of the circulation pump are plotted.
  • a response surface model (three-dimensional solid image) is created by interpolating the actual values plotted in the three-dimensional space, a section of the response surface model is cut out at the current outside temperature tout R , and the cut out response surface model
  • the water supply temperature TS PWmin at which the total amount of used energy PW is minimum in the cross section is obtained, and this water supply temperature TS PWmin is determined as the current optimum water supply temperature TSsp.
  • the total usage energy amount PW of the equipment used may include the usage energy amount of the cooling tower fan, the usage energy amount of the cooling water pump, and the like.
  • the amount of energy used for the secondary pump may be included in the total amount of energy used PW.
  • the energy used by the air conditioner may be included in the total energy used PW.
  • the predetermined parameter among the related parameters related to the current load situation is not limited to the outside air temperature tout, and the number of parameters is not limited to one.
  • two parameters of the load heat quantity Q calculated from the water supply temperature TS, the return water temperature TR, and the flow rate F of cold / hot water to the load device and the temperature tC of the coolant to the heat source device are set as predetermined parameters. Also good.
  • the total amount of energy used may be the amount of energy converted into cost.
  • the amount of energy used by the heat source equipment is fuel consumption such as gas
  • the amount of energy used by the circulation pump is the amount of power consumption
  • the total amount of energy used may be considered.
  • the amount of energy used by the heat source device, the amount of energy used by the circulation pump, the water supply temperature, and the actual values of predetermined parameters are set as related parameters related to the current load status.
  • Water is collected and stored regularly, and based on the actual values of the collected and accumulated related parameters, water is delivered in accordance with the current load situation that minimizes the total amount of energy used by equipment including heat source equipment and circulating pumps.
  • this water supply temperature is determined as the current optimum water supply temperature
  • the function model such as the response surface model that continues to grow while learning in real time is used, and the characteristics of the heat source equipment and the circulation pump It is possible to always determine the optimal water supply temperature over a long period of time in response to changes in the environment and changes in the external environment.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the principal part of one Embodiment of the air-conditioning control system with which the water supply temperature control apparatus which concerns on this invention was attached. It is a flowchart for demonstrating the optimal water supply temperature determination function which the heat-source equipment control apparatus (water supply temperature control apparatus) in this air-conditioning control system has. It is an image figure which shows the state which plotted the actual value of the related parameter in three-dimensional space. It is an image figure which shows the state which produced the response surface model using the interpolation technique by a multidimensional spline from the actual value of the related parameter plotted in the three-dimensional space.
  • the surface model of the cross section is a diagram showing a state cut out at the current outside air temperature tout R. It is a functional block diagram of the heat-source equipment control apparatus in this air-conditioning control system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a main part of an embodiment of an air conditioning control system provided with a water supply temperature control device according to the present invention.
  • the air conditioning control system includes a heat source device 1 that generates cold / hot water, a cold / hot water pump (circulation pump) 2 that conveys the cold / hot water generated by the heat source device 1, a forward header 3, a forward water pipeline 4, and a forward header 3.
  • the cold equipment is supplied with cold / hot water sent from the water supply line 4 through the water supply line 4, and is supplied with cold / hot water 5, the return water pipe 6, and the load equipment 5.
  • route of the cold / hot water from the return header 7 to which the water returns, and the forward header 3 to the load apparatus 5 is comprised.
  • the air conditioning control system measures the supply air temperature sensor 9 that measures the supply air temperature tS sent from the load device 5 and the outlet temperature of the cold / hot water from the heat source device 1 as the supply water temperature TS to the load device 5.
  • An opening degree control device (air conditioning control device) 13 that controls the opening degree of the flow control valve 8
  • a cold / hot water pump control device 14 that controls the output of the cold / hot water pump 2
  • a heat source device control device that controls the output of the heat source device 1 (Water supply temperature control device) 15, a bypass pipe 16 connecting the forward header 3 and the return header 7, and a bypass valve 17 provided in the bypass pipe 16 are provided.
  • the opening degree control device 13 controls the opening degree of the flow rate control valve 8 so that the indoor supply air temperature tS (tSpv) measured by the supply air temperature sensor 9 matches the set temperature tSsp. To do.
  • the chilled / hot water pump control device 14 outputs the output of the chilled / hot water pump 2 so as to maintain the supply pressure PS (PSpv) of the chilled / warm water from the heat source device 1 to the load device 5 measured by the pressure sensor 11 at the set value PSsp.
  • the valve opening degree of the bypass valve 17 is controlled.
  • the heat source device control device 15 uses the energy consumption (fuel consumption) PW1 of the heat source device 1 and the energy consumption (power consumption) of the cold / hot water pump 2 as related parameters related to the current load status. ) PW2, periodically collected / accumulated actual values of the cold water supply temperature TS from the heat source device 1 to the load device 5 measured by the water supply temperature sensor 10 and the outside air temperature tout measured by the outside air temperature sensor 12, Based on the actual values of the collected and accumulated related parameters, the water supply temperature TS PWmin corresponding to the current load condition in which the total use energy amount PW (PW1 + PW2) of the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2 is minimized is obtained.
  • TS PWmin is determined as the current optimum water supply temperature TSsp, and the optimum water supply temperature TS thus determined is determined.
  • sp is sent to the heat source device 1.
  • the heat source device 1 receives the optimum water supply temperature TSsp from the heat source device control device 15 and adjusts its own ability so that the outlet temperature of the cold / hot water from the heat source device 1 matches the optimum value TSsp.
  • the heat source device control device 15 is realized by hardware including a processor and a storage device, and a program that realizes various functions as a control device in cooperation with these hardware. It has the optimum water supply temperature determination function described above for the outline. Hereinafter, according to the flowchart shown in FIG. 2, the detail of the optimal water supply temperature determination function which the heat-source equipment control apparatus 15 has is demonstrated.
  • the heat source device control device 15 periodically repeats the processing operations after step S102 during operation of the heat source device 1 (YES in step S101).
  • step S102 the heat source device control device 15 uses the energy consumption (fuel consumption) PW1 of the heat source device 1 and the energy consumption (power consumption) of the cold / hot water pump 2 as related parameters related to the current load situation.
  • the actual values of the PW2, the water supply temperature TS (TSpv) of cold / hot water from the heat source device 1 to the load device 5 measured by the water supply temperature sensor 10 and the outside air temperature tout measured by the outside air temperature sensor 12 are collected.
  • the heat source device control device 15 uses the total use energy amount PW (PW1 + PW2) of the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2 as the first axis, the water supply temperature TS as the second axis, and the outside air temperature tout as the third axis.
  • the collected actual use energy amount PW of the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2, the water supply temperature TS, and the actual values of the outside air temperature tout are plotted (step S103).
  • Figure 3 shows an image of this case.
  • the Z axis is the axis (first axis) indicating the total energy consumption PW of the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2
  • the Y axis is the axis (second axis) indicating the water supply temperature TS
  • the X axis is the outside air temperature.
  • An axis indicating third is shown. In this embodiment, it is assumed that the collected actual values of related parameters are accumulated in the memory in a form plotted in such a three-dimensional space.
  • the heat source device control device 15 creates a response surface model (three-dimensional stereoscopic image) from the actual values of the related parameters plotted in the three-dimensional space using an interpolation technique using a multidimensional spline (step S104).
  • the interpolation technique using multidimensional splines is known as RSM-S (see, for example, Patent Document 2), and a detailed description thereof will be omitted here.
  • Figure 4 shows an image of this case.
  • the Z-axis indicating the total energy usage PW of the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2 is assumed to have a smaller value of the total energy usage PW as the distance from the origin increases.
  • a response surface model having a mountain shape is created in the three-dimensional space, but the top Ptop of this response surface model is estimated that the total amount of used energy PW is estimated to be the smallest from experience so far. is there. That is, at the outside air temperature tout and the water supply temperature TS indicated by this point Ptop, the total use energy amount PW of the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2 is minimized.
  • the heat source device control device 15 cuts out the cross section of the response curved surface model at the current outside air temperature tout R (see FIG. 5), and the water supply temperature at which the total use energy amount PW is minimum in the cut out cross section of the response curved surface model.
  • TS PWmin is obtained, and this water supply temperature TS PWmin is determined as the current optimum water supply temperature TSsp (step S105). Then, the determined optimum water supply temperature TSsp is sent to the heat source device 1 (step S106).
  • the heat source device control device 15 repeats the processing operations of steps S102 to S106 described above while the heat source device 1 is in operation (YES in step S101).
  • a response surface model that continues to grow while learning in real time is used to cope with changes in characteristics of the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2 and changes in the external environment for a long period of time.
  • the optimum water supply temperature TSsp can be determined all the time.
  • FIG. 6 shows a functional block diagram of the heat source device control device 15.
  • the heat source device control device 15 uses the amount of energy used (fuel consumption) PW1 of the heat source device 1 and the amount of energy used (consumption) of the cold / hot water pump 2 as related parameters related to the current load status.
  • Amount of power) PW2 the water temperature TS of the cold / hot water from the heat source device 1, the actual value collection unit 15A that periodically collects and accumulates the actual value of the outside air temperature tout, and the actual value collection unit 15A collects and accumulates
  • PW2 the water temperature TS of the cold / hot water from the heat source device 1
  • PW1 + PW2 the actual value collection unit 15A collects and accumulates
  • An optimum water supply temperature determination unit 15B that determines and determines this water supply temperature as the current optimum water supply temperature TSsp is provided.
  • the optimum water supply temperature determination unit 15B plots the actual values (PW, TS, tout) of the related parameters collected by the actual value collection unit 15A in a three-dimensional space, and the plotted related parameters.
  • a response surface model is created from the actual value by RSM-S technology, a cross section of the created response surface model is cut out at the current outside air temperature tout R , and the total amount of energy PW used in the cut out cross section of the response surface model is The minimum water supply temperature TS PWmin is obtained, and this water supply temperature TS PWmin is determined as the current optimum water supply temperature TSsp.
  • the total amount of energy used by the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2 is the total amount of energy used PW (PW1 + PW2) of the devices used.
  • the energy amount PW may include the use energy amount PW3 of the cooling tower fan, the use energy amount PW4 of the cooling water pump, and the like.
  • the usage energy amount PW5 of the secondary pump may be included in the total usage energy amount PW.
  • the energy used by the air conditioner may be included in the total energy used PW.
  • the related parameters related to the current load state are the amount of energy PW1 used by the heat source device 1, the amount of energy PW2 used by the cold / hot water pump 2, the water supply temperature TS of the cold / hot water from the heat source device 1,
  • the outside air temperature tout is used, the outside air temperature tout is not necessarily used, and other parameters may be used.
  • the load heat amount Q calculated from the water supply temperature TS, the return water temperature TR, and the flow rate F of cold / warm water to the load device 5 and the heat source device 1
  • the temperature tC of the cooling water may be used as a related parameter related to the current load situation.
  • the actual values of the related parameters are the total energy consumption PW (PW1 + PW2) of the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2 as the first axis, the water supply temperature TS as the second axis, the load heat quantity Q as the third axis, and the cooling water.
  • the temperature tC is plotted in a four-dimensional space with the fourth axis, and the response surface model (four-dimensional stereoscopic image) is created by interpolating the actual values plotted in the four-dimensional space with RSM-S. become.
  • the cooling water flow rate, the air supply temperature of the air conditioner, the water supply pressure, and the like may be used as related parameters.
  • the four-dimensional space is a virtual space on the computer.
  • it cuts the response surface model in the current heat load Q R and the current coolant temperature tC R, obtains the supply water temperature TS PWmin the total amount of energy used PW in the cross section of the cut-out response surface model is minimized,
  • This water supply temperature TS PWmin is determined as the current optimum water supply temperature TSsp.
  • the current optimum water supply temperature TSsp can be determined from the created response surface model.
  • the amount of energy used for the heat source device 1 and the cold / hot water pump 2 is converted into a cost (amount) and totaled to obtain the total amount of energy used PW.
  • the total energy consumption PW the sum of the energy consumption PW1 of the heat source device 1 and the energy consumption PW2 of the cold / hot water pump 2 without cost conversion.
  • the energy amount converted into the cost may be used as the total energy usage amount PW.
  • the total use energy amount PW may be a CO2 emission amount, a primary energy conversion value, a heavy oil conversion value, or the like.
  • the actual values of the related parameters related to the current load situation are collected and accumulated, and the actual values of the collected and accumulated related parameters are plotted in a multidimensional space, and the RSM-S technique is used.
  • a response surface model was created, but it is not always necessary to use such a technique, and functions corresponding to the response surface model using other techniques based on the actual values of related parameters collected and accumulated periodically.
  • a model may be created, and the current optimum water supply temperature TSsp may be determined from the created function model.
  • the system having one heat source device 1 has been described, but the optimum water supply temperature TSsp from each heat source device 1 is similarly determined even in a system having a plurality of heat source devices 1. Is possible. In this case, only the response temperature model to be created is required only by increasing the water supply temperature TS from each heat source device 1 as a related parameter, that is, only by increasing the number of dimensions in the multidimensional space.
  • the water supply temperature control apparatus and method of the present invention includes various systems using a refrigerator and a hot water machine as a water supply temperature control apparatus and method for controlling the supply temperature of cold / hot water from a heat source device to a load device via a circulation pump. It is possible to use it.

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Abstract

【課題】熱源機器や循環ポンプの特性の変化や外的な環境の変化に対応し、長期間にわたって常に最適な送水温度の決定を行う。 【解決手段】熱源機器制御装置（送水温度制御装置）１５において、熱源機器１の運転中、現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして、熱源機器１の使用エネルギー量ＰＷ１と、冷温水ポンプ２の使用エネルギー量ＰＷ２と、熱源機器１からの冷温水の送水温度ＴＳと、外気温度ｔｏｕｔの実績値を定期的に収集・蓄積する。関連パラメータを収集する毎に、その収集した関連パラメータの実績値を多次元空間にプロットし、ＲＳＭ－Ｓの技術により応答曲面モデルを作成し、その作成した応答曲面モデルより現在の最適送水温度ＴＳｓｐを決定する。

Description

送水温度制御装置およびその方法
　この発明は、熱源機器からの循環ポンプを介する負荷機器への冷温水の送水温度を制御する送水温度制御装置および方法に関するものである。
　従来より、冷温水を熱媒体とする空調制御システムでは、熱源機器で冷温水を生成し、この熱源機器で生成した冷温水を循環ポンプを介して負荷機器へ送るようにしている。この場合、熱源機器からの負荷機器への冷温水の送水圧は、循環ポンプの出力を調整することによって一定値に維持される。
　このような空調制御システムにおいて、例えば、熱源機器を冷凍機とした場合、冷凍機からの冷水の送水温度をより高くすれば、負荷機器側での冷却能力は下がるので、冷水の要求流量が増大する。冷水の要求流量が増大すると、送水圧が下がるので、この送水圧を一定値に維持するために、循環ポンプの出力が上がる。一方、冷凍機は、生成する冷水の温度を高くすると、効率が向上するために、冷凍機出力が下がる。すなわち、送水温度を上げると、冷凍機の使用エネルギー量は減少し、循環ポンプの使用エネルギー量は増大する。
　これに対し、冷凍機からの冷水の送水温度をより低くすれば、負荷機器側での冷却能力は上がるので、冷水の要求流量が減少する。冷水の要求流量が減少すると、送水圧が上がるので、この送水圧を一定値に維持するために、循環ポンプの出力が下がる。一方、冷凍機は、生成する冷水の温度を低くすると、効率が低下するために、冷凍機出力が上がる。すなわち、送水温度を下げると、冷凍機の使用エネルギー量は増大し、循環ポンプの使用エネルギー量は減少する。
　このように、冷凍機からの負荷機器への冷温水の送水温度の設定次第で、冷凍機や循環ポンプでの使用エネルギー量は変化する。送水温度の設定が低ければ、冷凍機の使用エネルギー量（消費電力量ｏｒ燃料消費量）が上がる分、循環ポンプの使用エネルギー量（消費電力量）は下がる。送水温度の設定が高ければ、冷凍機の使用エネルギー量（消費電力量ｏｒ燃料消費量）が下がる分、循環ポンプの使用エネルギー量（消費電力量）は上がる。すなわち、冷凍機と循環ポンプの使用エネルギー量がトレードオフになる。熱源機器を温熱機とした場合でも同じことが言える。
　ここで、熱源機器と循環ポンプの合計使用エネルギー量が最小となる送水温度を設定することができれば、冷凍機と循環ポンプの使用エネルギー量のトレードオフをなくして省エネルギーを図ることができる。このような点に着目し、例えば特許文献１では、送水温度，還水温度，冷温水の流量など現在の負荷状況に関連する各種のパラメータの値を収集し、この収集したパラメータの値を予め定められている関数モデルに代入することによって現在の熱源機器と循環ポンプの合計使用エネルギー量を算出し、この算出に用いた関数モデルにおいて送水温度の値を少しずつ変えて行くことによって、熱源機器と循環ポンプの合計使用エネルギー量が最小となる現在の負荷状況に応ずる送水温度を求め、この送水温度を現在の最適送水温度として決定するようにしている。
特開２００３－２６２３８４号公報 特開２００２－１８３１１１号公報
　しかしながら、この特許文献１に示された最適送水温度の決定方法によると、熱源機器や循環ポンプの定格特性などによって定められる固定された関数モデルを使用しているために、熱源機器や循環ポンプの特性の変化や外的な環境の変化などに対応できず、長期間にわたって最適な送水温度の決定を行うことができないという問題があった。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、熱源機器や循環ポンプの特性の変化や外的な環境の変化に対応し、長期間にわたって常に最適な送水温度の決定を行うことが可能な送水温度制御装置および方法を提供することにある。
　このような目的を達成するために本発明は、熱源機器からの循環ポンプを介する負荷機器への冷温水の送水温度を制御する送水温度制御装置において、熱源機器の運転中、現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして熱源機器の使用エネルギー量、循環ポンプの使用エネルギー量、送水温度および予め定められた所定のパラメータの実績値を定期的に収集・蓄積する実績値収集手段と、この実績値収集手段によって収集・蓄積された関連パラメータの実績値に基づいて、熱源機器および循環ポンプを含む使用機器の合計使用エネルギー量が最小となる現在の負荷状況に応ずる送水温度を求め、この送水温度を現在の最適送水温度として決定する最適送水温度決定手段とを設けたものである。
　この発明によれば、現在の負荷状況に関連する関連パラメータ中の所定のパラメータを外気温度（ｔｏｕｔ）とした場合、熱源機器の運転中、熱源機器の使用エネルギー量（ＰＷ１）、循環ポンプの使用エネルギー量（ＰＷ２）、送水温度（ＴＳ）、外気温度（ｔｏｕｔ）の実績値が定期的に収集され蓄積されて行く。そして、この収集・蓄積された関連パラメータの実績値に基づいて、熱源機器および循環ポンプを含む使用機器の合計使用エネルギー量が最小となる現在の負荷状況に応ずる送水温度が求められ、この送水温度が現在の最適送水温度（ＴＳｓｐ）として決定される。
　この場合の１つの方式として、本発明では、収集された関連パラメータの実績値を多次元空間にプロットし、この多次元空間にプロットした実績値を補間して応答曲面モデルを作成し、この応答曲面モデルより現在の最適送水温度を決定する。例えば、熱源機器と循環ポンプの合計使用エネルギー量ＰＷ（ＰＷ１＋ＰＷ２）を第１軸とし、送水温度ＴＳを第２軸とし、外気温度ｔｏｕｔを第３軸とする３次元空間に、収集された熱源機器と循環ポンプの合計使用エネルギー量ＰＷ、送水温度ＴＳおよび外気温度ｔｏｕｔの実績値をプロットする。そして、この３次元空間にプロットした実績値を補間して応答曲面モデル（３次元立体像）を作成し、この応答曲面モデルの断面を現在の外気温度ｔｏｕｔRで切り出し、この切り出した応答曲面モデルの断面において合計使用エネルギー量ＰＷが最小となる送水温度ＴＳPWminを求め、この送水温度ＴＳPWminを現在の最適送水温度ＴＳｓｐとして決定する。
　なお、本発明において、冷却塔を用いたシステムでは、使用機器の合計使用エネルギー量ＰＷに冷却塔のファンの使用エネルギー量や冷却水ポンプの使用エネルギー量などを含ませるようにしてもよいし、２次ポンプを用いたシステムでは、２次ポンプの使用エネルギー量などを合計使用エネルギー量ＰＷに含ませるようにしてもよい。また、空調機が変風量対応しているシステムでは、空調機の使用エネルギーなどを、合計使用エネルギー量ＰＷに含ませるようにしてもよい。
　また、本発明において、現在の負荷状況に関連する関連パラメータ中の所定のパラメータは外気温度ｔｏｕｔに限られるものではなく、そのパラメータの数も１つに限られるものでもない。例えば、送水温度ＴＳと還水温度ＴＲと負荷機器への冷温水の流量Ｆとから算出される負荷熱量Ｑと熱源機器への冷却水の温度ｔＣの２つのパラメータを所定のパラメータとするなどとしてもよい。
　また、本発明において、合計使用エネルギー量は、コストに換算されたエネルギー量としてもよい。例えば、熱源機器の使用エネルギー量がガスなどの燃料消費量であり、循環ポンプの使用エネルギー量が消費電力量であるような場合、熱源機器および循環ポンプの使用エネルギー量をコスト（金額）に換算して合計し、合計使用エネルギー量とする。また、コスト換算値の他、ＣＯ２排出量、１次エネルギー換算値、重油換算値などとすることも考えられる。
　本発明によれば、熱源機器の運転中、現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして熱源機器の使用エネルギー量、循環ポンプの使用エネルギー量、送水温度および予め定められた所定のパラメータの実績値を定期的に収集・蓄積するようにし、この収集・蓄積された関連パラメータの実績値に基づいて、熱源機器および循環ポンプを含む使用機器の合計使用エネルギー量が最小となる現在の負荷状況に応ずる送水温度を求め、この送水温度を現在の最適送水温度として決定するようにしたので、リアルタイムで学習しながら成長し続ける応答曲面モデルなどの関数モデルを使用するようにして、熱源機器や循環ポンプの特性の変化や外的な環境の変化に対応し、長期間にわたって常に最適な送水温度の決定を行うことが可能となる。
本発明に係る送水温度制御装置が付設された空調制御システムの一実施の形態の要部を示す図である。 この空調制御システムにおける熱源機器制御装置（送水温度制御装置）が有する最適送水温度決定機能を説明するためのフローチャートである。 ３次元空間に関連パラメータの実績値をプロットした状態を示すイメージ図である。 ３次元空間にプロットした関連パラメータの実績値より多次元スプラインによる補間技術を用いて応答曲面モデルを作成した状態を示すイメージ図である。 曲面モデルの断面を現在の外気温度ｔｏｕｔRで切り出した状態を示す図である。 この空調制御システムにおける熱源機器制御装置の機能ブロック図である。
　以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。図１はこの発明に係る送水温度制御装置が付設された空調制御システムの一実施の形態の要部を示す図である。
　図１において、空調制御システムは、冷温水を生成する熱源機器１、熱源機器１が生成する冷温水を搬送する冷温水ポンプ（循環ポンプ）２、往ヘッダ３、往水管路４、往ヘッダ３から往水管路４を介して送られてくる冷温水の供給を受ける負荷機器（空調機）５、還水管路６、負荷機器５において熱交換され還水管路６を介して送られてくる冷温水が戻される還ヘッダ７、往ヘッダ３から負荷機器５への冷温水の供給通路に設けられた流量制御バルブ８を備えて構成される。
　さらに空調制御システムは、負荷機器５から送り出される室内への給気温度ｔＳを計測する給気温度センサ９、熱源機器１からの冷温水の出口温度を負荷機器５への送水温度ＴＳとして計測する送水温度センサ１０、往ヘッダ３における冷温水の圧力を熱源機器１から負荷機器５への冷温水の送水圧ＰＳとして計測する圧力センサ１１、外気の温度を外気温度ｔｏｕｔとして計測する外気温度センサ１２、流量制御バルブ８の開度を制御する開度制御装置（空調制御装置）１３、冷温水ポンプ２の出力を制御する冷温水ポンプ制御装置１４、熱源機器１の出力を制御する熱源機器制御装置（送水温度制御装置）１５、往ヘッダ３と還ヘッダ７とをつなぐバイパス管路１６、バイパス管路１６に設けられたバイパス弁１７を備える。
　この空調制御システムにおいて、開度制御装置１３は、給気温度センサ９によって計測される室内への給気温度ｔＳ（ｔＳｐｖ）を設定温度ｔＳｓｐに一致させるように流量制御バルブ８の開度を制御する。冷温水ポンプ制御装置１４は、圧力センサ１１によって計測される熱源機器１からの負荷機器５への冷温水の送水圧ＰＳ（ＰＳｐｖ）を設定値ＰＳｓｐに維持するように冷温水ポンプ２の出力およびバイパス弁１７の弁開度を制御する。
　熱源機器制御装置１５は、熱源機器１の運転中、現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして熱源機器１の使用エネルギー量（燃料消費量）ＰＷ１、冷温水ポンプ２の使用エネルギー量（消費電力量）ＰＷ２、送水温度センサ１０によって計測される熱源機器１から負荷機器５への冷温水の送水温度ＴＳ、外気温度センサ１２によって計測される外気温度ｔｏｕｔの実績値を定期的に収集・蓄積し、この収集・蓄積した関連パラメータの実績値に基づいて熱源機器１および冷温水ポンプ２の合計使用エネルギー量ＰＷ（ＰＷ１＋ＰＷ２）が最小となる現在の負荷状況に応ずる送水温度ＴＳPWminを求め、この送水温度
ＴＳPWminを現在の最適送水温度ＴＳｓｐとして決定し、この決定した最適送水温度ＴＳ
ｓｐを熱源機器１へ送る。熱源機器１は、熱源機器制御装置１５からの最適送水温度ＴＳｓｐを受けて、熱源機器１からの冷温水の出口温度を最適値ＴＳｓｐに合わせ込むように自己の能力を調整する。
　熱源機器制御装置１５は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して制御装置としての各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、本実施の形態特有の機能としてその概要について上述した最適送水温度決定機能を有している。以下、図２に示したフローチャートに従って、熱源機器制御装置１５が有する最適送水温度決定機能の詳細について説明する。
　熱源機器制御装置１５は、熱源機器１の運転中（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、ステップＳ１０２以下の処理動作を定期的に繰り返す。ステップＳ１０２において、熱源機器制御装置１５は、現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして、熱源機器１の使用エネルギー量（燃料消費量）ＰＷ１と、冷温水ポンプ２の使用エネルギー量（消費電力量）ＰＷ２と、送水温度センサ１０によって計測される熱源機器１からの負荷機器５への冷温水の送水温度ＴＳ（ＴＳｐｖ）と、外気温度センサ１２によって計測される外気温度ｔｏｕｔの実績値を収集する。
　この関連パラメータの実績値の収集に際して、熱源機器制御装置１５は、熱源機器１の使用エネルギー量（燃料消費量）ＰＷ１と冷温水ポンプ２の使用エネルギー量（消費電力量）ＰＷ２については、コスト（金額）に換算して合計し、合計使用エネルギー量ＰＷとする。以下では、ＰＷ＝ＰＷ１＋ＰＷ２として説明を進めるが、この合計使用エネルギー量ＰＷはコスト換算されたものである。
　そして、熱源機器制御装置１５は、熱源機器１と冷温水ポンプ２の合計使用エネルギー量ＰＷ（ＰＷ１＋ＰＷ２）を第１軸とし、送水温度ＴＳを第２軸とし、外気温度ｔｏｕｔを第３軸とする３次元空間に、収集された熱源機器１と冷温水ポンプ２の合計使用エネルギー量ＰＷ、送水温度ＴＳおよび外気温度ｔｏｕｔの実績値をプロットする（ステップＳ１０３）。
　図３にこの場合のイメージ図を示す。図３では、Ｚ軸を熱源機器１と冷温水ポンプ２の合計使用エネルギー量ＰＷを示す軸（第１軸）、Ｙ軸を送水温度ＴＳを示す軸（第２軸）、Ｘ軸を外気温度ｔｏｕｔを示す軸（第３軸）としている。この実施の形態において、収集した関連パラメータの実績値は、このような３次元空間にプロットした形でメモリに蓄積させて行くものとする。
　次に、熱源機器制御装置１５は、この３次元空間にプロットした関連パラメータの実績値より、多次元スプラインによる補間技術を用いて応答曲面モデル（３次元立体像）を作成する（ステップＳ１０４）。なお、多次元スプラインによる補間技術については、ＲＳＭ－Ｓ（例えば、特許文献２参照）として公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
　図４にこの場合のイメージ図を示す。図４において、熱源機器１と冷温水ポンプ２の合計使用エネルギー量ＰＷを示すＺ軸は、原点から離れるほどその合計使用エネルギー量ＰＷの値が小さくなって行くものとする。この場合、３次元空間に山のような形の応答曲面モデルが作成されているが、この応答曲面モデルの頂上Ｐｔｏｐがこれまでの経験から最も合計使用エネルギー量ＰＷが小さくなると推定される点である。すなわち、この点Ｐｔｏｐで示される外気温度ｔｏｕｔおよび送水温度ＴＳの時、熱源機器１と冷温水ポンプ２の合計使用エネルギー量ＰＷが最小となる。
　しかし、この応答曲面モデルにおいて、点Ｐｔｏｐで示される外気温度ｔｏｕｔが現在の外気温度ｔｏｕｔRであるとは限らない。そこで、熱源機器制御装置１５は、この応答
曲面モデルの断面を現在の外気温度ｔｏｕｔRで切り出し（図５参照）、この切り出した
応答曲面モデルの断面において合計使用エネルギー量ＰＷが最小となる送水温度ＴＳPWminを求め、この送水温度ＴＳPWminを現在の最適送水温度ＴＳｓｐとして決定する（ステップＳ１０５）。そして、この決定した最適送水温度ＴＳｓｐを熱源機器１へ送る（ステップＳ１０６）。
　熱源機器制御装置１５は、熱源機器１の運転中（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、上述したステップＳ１０２～Ｓ１０６の処理動作を繰り返す。これにより、本実施の形態では、リアルタイムで学習しながら成長し続ける応答曲面モデルを使用して、熱源機器１や冷温水ポンプ２の特性の変化や外的な環境の変化に対応し、長期間にわたって常に最適な送水温度ＴＳｓｐの決定を行うことができる。
　図６にこの熱源機器制御装置１５の機能ブロック図を示す。熱源機器制御装置１５は、熱源機器１の運転中、現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして、熱源機器１の使用エネルギー量（燃料消費量）ＰＷ１と、冷温水ポンプ２の使用エネルギー量（消費電力量）ＰＷ２と、熱源機器１からの冷温水の送水温度ＴＳと、外気温度ｔｏｕｔの実績値を定期的に収集・蓄積する実績値収集部１５Ａと、この実績値収集部１５Ａによって収集・蓄積された関連パラメータの実績値に基づいて、関連パラメータが収集される毎に、熱源機器１および冷温水ポンプ２の合計使用エネルギー量ＰＷ（ＰＷ１＋ＰＷ２）が最小となる現在の負荷状況に応ずる送水温度を求め、この送水温度を現在の最適送水温度ＴＳｓｐとして決定する最適送水温度決定部１５Ｂとを備えている。
　この熱源機器制御装置１５において、最適送水温度決定部１５Ｂは、実績値収集部１５Ａによって収集された関連パラメータの実績値（ＰＷ、ＴＳ、ｔｏｕｔ）を３次元空間にプロットし、このプロットした関連パラメータの実績値からＲＳＭ－Ｓの技術により応答曲面モデルを作成し、この作成した応答曲面モデルの断面を現在の外気温度ｔｏｕｔRで
切り出し、この切り出した応答曲面モデルの断面において合計使用エネルギー量ＰＷが最小となる送水温度ＴＳPWminを求め、この送水温度ＴＳPWminを現在の最適送水温度ＴＳｓｐとして決定する。
　なお、上述した実施の形態では、熱源機器１と冷温水ポンプ２の使用エネルギー量の合計値を使用機器の合計使用エネルギー量ＰＷ（ＰＷ１＋ＰＷ２）としたが、冷却塔を用いたシステムでは、合計使用エネルギー量ＰＷに冷却塔のファンの使用エネルギー量ＰＷ３や冷却水ポンプの使用エネルギー量ＰＷ４などを含ませるようにしてもよい。また、２次ポンプを用いたシステムでは、２次ポンプの使用エネルギー量ＰＷ５などを合計使用エネルギー量ＰＷに含ませるようにしてもよい。また、空調機が変風量対応しているシステムでは、空調機の使用エネルギーなどを、合計使用エネルギー量ＰＷに含ませるようにしてもよい。
　また、上述した実施の形態では、現在の負荷状況に関連する関連パラメータを熱源機器１の使用エネルギー量ＰＷ１、冷温水ポンプ２の使用エネルギー量ＰＷ２、熱源機器１からの冷温水の送水温度ＴＳ、外気温度ｔｏｕｔとしたが、必ずしも外気温度ｔｏｕｔを用いなくてもよく、他のパラメータを用いるようにしてもよい。
　例えば、冷却塔を用いたシステムにおいて、外気温度ｔｏｕｔに代えて、送水温度ＴＳと還水温度ＴＲと負荷機器５への冷温水の流量Ｆとから算出される負荷熱量Ｑと熱源機器１への冷却水の温度ｔＣを現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして用いてもよい。この場合、関連パラメータの実績値は、熱源機器１と冷温水ポンプ２の合計使用エネルギー量ＰＷ（ＰＷ１＋ＰＷ２）を第１軸、送水温度ＴＳを第２軸、負荷熱量Ｑを第３軸、冷却水温度ｔＣを第４軸とする４次元空間にプロットされることになり、この４次元空間にプロットした実績値をＲＳＭ－Ｓによって補間して応答曲面モデル（４次元立体像）が作成されることになる。この他、関連パラメータとして、冷却水流量、空調機の給気温度、送水圧力などを用いてもよい。
　なお、この場合の４次元空間とは、コンピュータ上の仮想空間である。この場合、現在の負荷熱量ＱRと現在の冷却水温度ｔＣRでその応答曲面モデルを切り出し、この切り出した応答曲面モデルの断面において合計使用エネルギー量ＰＷが最小となる送水温度ＴＳPWminを求め、この送水温度ＴＳPWminを現在の最適送水温度ＴＳｓｐとして決定する。また、同様の考え方で、現在の負荷状況に関連する関連パラメータが増えるにつれ、５次元空間、６次元空間とその多次元空間の次元数が増して行き、この多次元空間にプロットした実績値をＲＳＭ－Ｓ技術によって応答曲面モデルを作成することにより、この作成した応答曲面モデルから現在の最適送水温度ＴＳｓｐを決定することができる。
　また、上述した実施の形態では、熱源機器１および冷温水ポンプ２の使用エネルギー量をコスト（金額）に換算して合計し、合計使用エネルギー量ＰＷとしたが、熱源機器１の使用エネルギー量ＰＷ１が消費電力量である場合には、コスト換算せずに熱源機器１の使用エネルギー量ＰＷ１と冷温水ポンプ２の使用エネルギー量ＰＷ２とを合計したものを合計使用エネルギー量ＰＷとしてもよい。また、熱源機器１の使用エネルギー量ＰＷ１が消費電力量である場合でも、コストに換算したエネルギー量を合計使用エネルギー量ＰＷとしてもよい。また、合計使用エネルギー量ＰＷをＣＯ２排出量、１次エネルギー換算値、重油換算値などとしてもよい。
　また、上述した実施の形態では、現在の負荷状況に関連する関連パラメータの実績値を収集・蓄積し、この収集・蓄積した関連パラメータの実績値を多次元空間にプロットしＲＳＭ－Ｓの技術によって応答曲面モデルを作成するようにしたが、必ずしもこのような技術を用いなくてもよく、定期的に収集・蓄積された関連パラメータの実績値から他の技術を用いて応答曲面モデルに相当する関数モデルを作成し、この作成した関数モデルから現在の最適送水温度ＴＳｓｐを決定するようにしてもよい。
　また、上述した実施の形態では、熱源機器１を１つとしたシステムで説明したが、熱源機器１が複数あるようなシステムでも同様にしてそれぞれの熱源機器１からの最適送水温度ＴＳｓｐを決定することが可能である。この場合、それぞれの熱源機器１からの送水温度ＴＳが関連パラメータとして増えるのみで、すなわち多次元空間の次元数が増えるのみで、作成される応答曲面モデルは１つでよい。
　本発明の送水温度制御装置および方法は、熱源機器からの循環ポンプを介する負荷機器への冷温水の送水温度を制御する送水温度制御装置および方法として、冷凍機や温水機を用いた各種のシステムに利用することが可能である。
　１…熱源機器、２…冷温水ポンプ（循環ポンプ）、３…往ヘッダ、４…往水管路、５…負荷機器（空調機）、６…還水管路、７…還ヘッダ、８…流量制御バルブ、９…給気温度センサ、１０…送水温度センサ、１１…圧力センサ、１２…外気温度センサ、１３…開度制御装置（空調制御装置）、１４…冷温水ポンプ制御装置、１５…熱源機器制御装置（送水温度制御装置）、１５Ａ…実績値収集蓄積部、１５Ｂ…最適送水温度決定部、１６…バイパス管路、１７…バイパス弁。

Claims (6)

  1. 　熱源機器からの循環ポンプを介する負荷機器への冷温水の送水温度を制御する送水温度制御装置において、
    　前記熱源機器の運転中、現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして前記熱源機器の使用エネルギー量、前記循環ポンプの使用エネルギー量、前記送水温度および予め定められた所定のパラメータの実績値を定期的に収集・蓄積する実績値収集手段と、
    　この実績値収集手段によって収集・蓄積された前記関連パラメータの実績値に基づいて、前記熱源機器および前記循環ポンプを含む使用機器の合計使用エネルギー量が最小となる現在の負荷状況に応ずる送水温度を求め、この送水温度を現在の最適送水温度として決定する最適送水温度決定手段と
    を備える送水温度制御装置。
  2. 　前記最適送水温度決定手段は、
    　前記実績値収集手段によって収集された関連パラメータの実績値を多次元空間にプロットし補間して作成された応答曲面モデルより現在の最適送水温度を決定する
    請求項１に記載の送水温度制御装置。
  3. 　前記合計使用エネルギー量は、コストに換算されたエネルギー量である
    請求項１又は２に記載の送水温度制御装置。
  4. 　熱源機器からの循環ポンプを介する負荷機器への冷温水の送水温度を制御する送水温度制御方法おいて、
    　前記熱源機器の運転中、現在の負荷状況に関連する関連パラメータとして前記熱源機器の使用エネルギー量、前記循環ポンプの使用エネルギー量、前記送水温度および予め定められた所定のパラメータの実績値を定期的に収集・蓄積する実績値収集ステップと、
    　この実績値収集ステップによって収集・蓄積された前記関連パラメータの実績値に基づいて、前記熱源機器および前記循環ポンプを含む使用機器の合計使用エネルギー量が最小となる現在の負荷状況に応ずる送水温度を求め、この送水温度を現在の最適送水温度として決定する最適送水温度決定ステップと
    を備える送水温度制御方法。
  5. 　前記最適送水温度決定ステップは、
    　前記実績値収集ステップによって収集された関連パラメータの実績値を多次元空間にプロットし補間して作成された応答曲面モデルより現在の最適送水温度を決定する
    請求項４に記載の送水温度制御方法。
  6. 　前記合計使用エネルギー量は、コストに換算されたエネルギー量である
    請求項４又は５に記載の送水温度制御方法。
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