WO2014156895A1 - 熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法 - Google Patents

熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法 Download PDF

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良枝 栂野
上田　憲治
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat source system including a heat source device that uses unused heat as a heat collection source, a control device thereof, and a control method thereof, and more particularly, a heat source that controls an increase / decrease stage of a heat source system according to the amount of heat of unused heat.
  • the present invention relates to a system, a control device thereof, and a control method thereof.
  • An object of the present invention is a heat source system including a heat source device that uses unused heat such as sewage as a heat source, and a heat source system capable of realizing a stable output while using the unused heat as much as possible.
  • the control device and the control method are provided.
  • a first aspect of the present invention is a control device for a heat source system including a first heat source machine that uses unused heat such as sewage as a heat collection source, and a second heat source machine that uses a heat collection source different from the unused heat.
  • Storage means for storing the step-up rank and step-up load factor threshold for each of the heat source units, first calculation means for calculating the maximum output possible heat amount of the first heat source unit, and the first heat source unit Second calculation means for calculating the maximum output possible load factor, and using the calculation results of the first calculation means and the second calculation means, the increase rank order of each of the heat source units stored in the storage means and A change means for changing the step-up load factor threshold, and a step-up control means for controlling the step-up of each heat source unit based on the step-up rank and the step-up load factor threshold stored in the storage means.
  • the control device of the heat source system includes a first heat source machine that uses unused heat such as sewage as a heat collection source, and a second heat source machine
  • the stage of increase in stage and the stage of increase in load stage are changed based on the maximum output possible heat amount and the maximum output possible load factor of the first heat source machine that uses unused heat as a heat collection source. Therefore, it is possible to set an appropriate rank increase order and a load increase threshold corresponding to the amount of heat that can be collected from. Thereby, the operation
  • the changing unit has information on a predetermined required heat amount, a predetermined first load factor, and a predetermined second load factor set to a value smaller than the first load factor. Stored in the storage unit according to a comparison result between the required heat amount and the maximum output possible heat amount and a comparison result between the maximum output possible load factor and the first load factor or the second load factor. It is good also as changing the stage increase order and stage load factor threshold value of each said heat source machine which is.
  • the changing unit is configured such that the maximum output possible heat amount of the first heat source machine is equal to or greater than the required heat amount, and the maximum output possible load factor is equal to or greater than the first load factor.
  • the step-up load factor threshold of the first heat source unit may be increased.
  • the maximum output possible heat amount of the first heat source machine is equal to or greater than the required heat amount and the maximum output possible load factor is equal to or greater than the first load factor, the amount of heat collected from the unused heat source is large, and the unused heat source is further increased. It can be used actively. Therefore, by increasing the stage load factor threshold of the first heat source machine, the stage increase timing of the second heat source machine is delayed, and the operation using only the first heat source machine is maintained as much as possible.
  • the changing unit is configured such that the maximum outputable heat amount of the first heat source unit is less than the required heat amount, and the maximum outputable load factor is equal to or greater than the second load factor.
  • the step-up load factor threshold of the first heat source unit may be lowered.
  • the second heat source unit is adjusted to be started earlier by lowering the step load factor threshold of the first heat source unit.
  • the changing unit is configured such that the maximum outputable heat amount of the first heat source unit is less than the required heat amount and the maximum outputable load factor is less than the second load factor.
  • the rank increase order of the first heat source machine may be lowered and the stage load factor threshold of the second heat source machine may be increased.
  • the rank increase order of the first heat source unit is made lower than that of the second heat source unit, and the stage load factor threshold of the second heat source unit is increased. Thereby, while being able to use a 2nd heat source machine preferentially, the stage increase timing of a 1st heat source machine can also be delayed.
  • a second aspect of the present invention is a control device for a heat source system including a first heat source machine that uses unused heat such as sewage as a heat collection source, and a second heat source machine that uses a heat collection source different from the unused heat.
  • Storage means storing a step-down rank and a step-down load factor threshold for each of the heat source units, first calculation means for calculating the maximum output possible heat amount of the first heat source unit, and the first heat source unit Second calculation means for calculating the maximum output possible load factor, and using the calculation results of the first calculation means and the second calculation means, the reduction order of the heat source units stored in the storage means and A change means for changing the step load reduction threshold value, and a step reduction control means for controlling the step reduction of each heat source unit based on the step reduction order and the step load ratio threshold stored in the storage means.
  • the control device of the heat source system includes a first heat source machine that uses unused heat such as sewage as a heat collection source, and a second heat source machine that uses a heat collection source
  • the step-down rank and the step-down load factor threshold are changed based on the maximum output possible heat amount and the maximum output possible load factor of the first heat source machine using the unused heat as a heat collection source, the unused heat source Therefore, it is possible to set an appropriate step-down rank and a step-down load factor threshold according to the amount of heat that can be collected from. Thereby, the operation
  • the changing unit has information on a predetermined required heat amount, a predetermined third load factor, and a predetermined fourth load factor set to a value smaller than the third load factor. Stored in the storage unit according to a comparison result between the required heat amount and the maximum output possible heat amount and a comparison result between the maximum output possible load factor and the third load factor or the fourth load factor. It is good also as changing the stage reduction rank and stage reduction load factor threshold value of each said heat-source machine which is.
  • the changing unit is configured such that the maximum heat output possible amount of the first heat source unit is larger than the required heat amount and the maximum output possible load factor is equal to or more than the third load factor.
  • the step-down load factor threshold of the second heat source machine may be increased.
  • the step-down timing of the second heat source unit is advanced by increasing the step-down load factor threshold of the second heat source unit. Thereby, it becomes possible to actively utilize the first heat source machine as much as possible.
  • the changing unit is configured such that the maximum outputable heat amount of the first heat source unit is less than the required heat amount, and the maximum outputable load factor is equal to or greater than the fourth load factor.
  • the step-down load factor threshold of the second heat source machine may be lowered.
  • the maximum heat output capacity of the first heat source machine is less than the required heat quantity and the maximum output possible load ratio is greater than or equal to the fourth load ratio, the amount of heat collected from the unused heat source is small, and the unused heat source is less aggressive. Cannot be used. Therefore, in such a case, the step-down load factor threshold of the second heat source unit is lowered, and the startup time of the second heat source unit is kept as long as possible. Thereby, the step-down timing of the second heat source machine can be delayed, and a stable output can be realized by using the second heat source machine and the first heat source machine together as much as possible.
  • the changing unit is configured such that the maximum outputable heat amount of the first heat source unit is less than the required heat amount, and the maximum outputable load factor is less than the fourth load factor.
  • the lowering order of the first heat source unit may be made higher than the lowering order of the second heat source unit, and the lower stage load factor threshold of the first heat source unit may be increased.
  • the level reduction order of the first heat source unit is set higher than that of the second heat source unit, and the level reduction load factor threshold of the first heat source unit is increased.
  • the first calculation unit calculates a maximum output possible heat amount of the first heat source unit using a parameter related to heat exchange performance of a heat exchanger used for collecting unused heat. It is good as well.
  • the amount of heat that can be collected from the unused heat source depends on the heat exchange performance of the heat exchanger used for heat exchange of the unused heat source. Therefore, the maximum output possible heat amount of the first heat source unit is calculated by calculating the maximum output possible heat amount of the first heat source unit using the parameters relating to the heat exchange performance of the heat exchanger used for collecting unused heat. The accuracy can be increased.
  • a third aspect of the present invention includes a first heat source machine that uses unused heat such as sewage as a heat collection source, a second heat source machine that uses a heat collection source different from the unused heat, and a control device for the heat source system described above. Is a heat source system.
  • a fourth aspect of the present invention is a control method of a heat source system including a first heat source machine that uses unused heat such as sewage as a heat collection source, and a second heat source machine that uses a heat collection source different from the unused heat.
  • a control method of the heat source system including a step of controlling the increase of each heat source unit based on the latest registered increase stage and the increase load factor threshold.
  • a fifth aspect of the present invention is a control method for a heat source system including a first heat source device that uses unused heat such as sewage as a heat collection source, and a second heat source device that uses a heat collection source different from the unused heat.
  • a control method of the heat source system including a step of controlling the step-down of each of the heat source units based on the latest registered step-down rank and the step-down load factor threshold.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an increase rank, an increase load factor threshold, a decrease load, and a decrease load factor threshold stored in the storage unit illustrated in FIG. 3. It is the figure which showed the flow of the setting process of the step increase order and step increase load factor threshold value which concerns on one Embodiment of this invention. It is the figure which showed the flow of the setting process of the level
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a heat source system according to an embodiment of the present invention.
  • the heat source system according to the present embodiment is a so-called heating heat source system 1 that heats a heat medium that has been used in an external load and whose temperature has decreased to a predetermined temperature and supplies the heat medium to the external load.
  • the heat source system 1 includes four heat source units 2a to 2d.
  • the two heat source units 2a and 2b use, for example, unused heat such as sewage, river water, ground water, well water, sea water, or lake water as a heat collection source, and the amount of heat that can be output depends on the state of unused heat.
  • Heat source machine that fluctuates.
  • the amount of heat that can be output from unused heat varies depending on the temperature and flow rate, and also varies depending on the heat exchange performance of the heat exchanger and the like when dirt such as sewage is included.
  • FIG. 1 the case where sewage is used as unused heat is illustrated.
  • the heat source devices 2c and 2d are heat source devices that use, for example, a heat source different from unused heat such as the atmosphere as a heat collection source, and are heat source devices capable of relatively stable output.
  • FIG. 1 the case where air
  • the heat source system 1 uses at least one heat source device 2a, 2b that uses unused heat as a heat collection source, and uses heat other than unused heat as a heat collection source, and has a relatively stable output. And at least one heat source device 2c, 2d to be compensated.
  • the heat source machines 2a and 2b are referred to as first heat source machines 2a and 2b
  • the heat source machines 2c and 2d are referred to as second heat source machines 2c and 2d.
  • FIG. 1 illustrates a case where two first heat source devices 2a and 2b and two second heat source devices 2c and 2d are provided, the number is not limited to this.
  • the heat source units 2a and 2b are an evaporator 4 that exchanges heat between the refrigerant and the heat source water, a compressor 5 that compresses the refrigerant, and a refrigerant and a heat medium (for example, hot water) supplied from an external load 9.
  • the refrigerant circuit 3 is provided with a condenser 6 for performing heat exchange and an expansion valve 7 as main components.
  • the heat source water heated by the heat of the sewage heats the refrigerant by exchanging heat with the refrigerant in the evaporator 4.
  • the low-pressure and high-temperature gas refrigerant heated in the evaporator 4 is guided to the compressor 5, converted into a high-pressure and high-temperature gas refrigerant, and sent to the condenser 6.
  • the heat medium is heated by exchanging heat between the refrigerant that is a high-pressure and high-temperature gas refrigerant and the heat medium (hot water), and the heated heat medium is supplied to the external load 9.
  • the high-pressure and low-temperature liquid refrigerant cooled substantially isobarically by being exchanged with the heat medium is expanded isotropically by the expansion valve 7, and then led to the evaporator 4, where it is exchanged with the heat source water.
  • the heat is exchanged again to evaporate to become a low-pressure and high-temperature gas refrigerant, which is led to the compressor 4.
  • the heat source water whose temperature has decreased due to heat exchange with the refrigerant is sent to the heat exchanger 8 and warmed by heat exchange with the sewage.
  • the heated heat source water is sent to the evaporator 4 again.
  • the sewage that is a heat source dissipates heat by performing heat exchange in the heat exchanger 8, and the cooled sewage is returned to the sewage pipe.
  • the sewage returned to the sewage pipe is sent to another system and reused as a heat source, for example.
  • an air heat exchanger 4 ' that performs heat exchange between the refrigerant and the atmosphere is provided instead of the evaporator 4.
  • the low-pressure and high-temperature gas refrigerant heated by the heat exchange between the refrigerant and the atmosphere is guided to the compressor 5. Since the configuration other than the air heat exchanger 4 'is the same as that of the heat source units 2a and 2b, detailed description thereof is omitted.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the first heat source unit 2a and its periphery.
  • the heat source water heated by exchanging heat with sewage in the heat exchanger 8 is guided to the evaporator 4 through the heat medium pipe 20.
  • a temperature sensor 31 for measuring the heat source water inlet temperature TLI is provided near the inlet of the evaporator 4.
  • the heat source water cooled by exchanging heat with the refrigerant in the evaporator 4 is guided to the heat exchanger 8 through the heat source water pipe 20.
  • the temperature sensor 32 and flow sensor 33 for measuring the heat source water flow F L to measure the heat source water outlet temperature T LO is provided.
  • the heat medium cooled by being used in the external load 9 (see FIG. 1) is guided to the condenser 6 through the heat medium pipe 21.
  • the heat medium heated by exchanging heat with the refrigerant in the condenser 6 is supplied to the external load 9 through the heat medium pipe 21.
  • a temperature sensor 36 for measuring the heat medium outlet temperature T HO it is provided in heating medium pipe 21 in the vicinity of the outlet of the condenser 6, a temperature sensor 36 for measuring the heat medium outlet temperature T HO it is provided.
  • the measured value of each sensor is transmitted to the control device 10 (see FIG. 1).
  • the control device 10 calculates the maximum amount of heat and the maximum load factor that can be output by the first heat source devices 2a and 2b using the sensor measurement values, and makes effective use of unused heat as much as possible based on these calculation results.
  • the increase / decrease stage rank and the increase / decrease stage load factor threshold of the heat source apparatuses 2a to 2d are adjusted, and the increase / decrease stage control of the heat source apparatuses 2a to 2d is performed based on these ranks and thresholds.
  • the control device 10 is, for example, a computer, and performs communication with a main storage device such as a CPU (Central Processing Unit) and a RAM (Random Access Memory), an auxiliary storage device, and an external device to communicate information.
  • a main storage device such as a CPU (Central Processing Unit) and a RAM (Random Access Memory), an auxiliary storage device, and an external device to communicate information.
  • the auxiliary storage device is a computer-readable recording medium, such as a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, or a semiconductor memory.
  • Various programs are stored in the auxiliary storage device, and various processes are realized by the CPU reading and executing the program from the auxiliary storage device to the main storage device.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing main elements related to increase / decrease stage control of the heat source units 2a to 2d among various functions provided in the control device 10.
  • the control device 10 includes a storage unit 11, a first calculation unit 12, a second calculation unit 13, a change unit 14, and an increase / decrease stage control unit 15 as main components.
  • the storage unit 11 stores, for each of the heat source units 2a to 2d, an increase rank (starting rank), a decrease rank (stop rank), an increase load factor threshold, and a decrease load factor threshold.
  • the step-up load factor threshold is a heat source unit in an already operated state, and when the load factor exceeds the step-up load factor threshold of the heat source unit, the heat source unit in the next step-up rank is started. . Therefore, the higher the stage load factor threshold value, the later the start of the heat source unit in the next stage increase order can be delayed.
  • the step-down load factor threshold value stops the heat source device when the load factor is equal to or lower than the step-down load factor threshold value of the heat source device in the already operated state. Accordingly, the lower the stage load factor threshold, the longer the heat source machine can be operated.
  • FIG. 4 shows an example of the initial value (default) of the step increase rank (starting rank), the step decrease rank (stop rank), the step load factor threshold, and the step load factor threshold.
  • the rank increase order is set to the first heat source machine 2a, the first heat source machine 2b, the second heat source machine 2c, and the second heat source machine 2d in the descending order, and the stage load increase factor is set.
  • the threshold is set to 85% for all of the first heat source devices 2a and 2b and the second heat source device 2c. Since the second heat source device 2d is increased at the end, the increase load factor threshold is not particularly set.
  • the step-down order is set to the second heat source unit 2d, the second heat source unit 2c, the first heat source unit 2b, and the first heat source unit 2a in descending order of the step-down order, and the step-down load factor threshold is the second heat source unit. All of 2d, the 2nd heat source machine 2c, and the 1st heat source machine 2b are set as 40%. In addition, about the 1st heat-source equipment 2a, since it carries out the stage reduction at the end, the stage reduction load factor threshold value is not set especially. As described above, the increase / decrease step order and the increase / decrease step load factor threshold that preferentially use the first heat source units 2a and 2b are set as initial values.
  • the initial values of the step-up rank (start-up rank), the step-down rank (stop rank), the step-up load factor threshold, and the step-down load factor threshold shown in FIG. 4 are stored in a non-illustrated nonvolatile memory, for example.
  • the default information is read from the nonvolatile memory and stored in the storage unit 11.
  • the changing unit 14 stores the increasing rank (starting rank), decreasing rank (stopping rank), increasing load factor threshold, and decreasing stored in the storage unit 11.
  • the step load factor threshold is changed, and the increase / decrease step control is performed based on the latest increase / decrease step rank and the increase / decrease step load factor threshold.
  • the first calculation unit 12 calculates a maximum outputable heat quantity Q H that is the maximum heat quantity that can be output by the first heat source device 2a.
  • the maximum output possible heat amount takes the same value. Therefore, it is only necessary to calculate the maximum outputable heat quantity Q H of any of the first heat source machines (in the present embodiment, the first heat source machine 2a).
  • the first heat source unit 2a instead of the first heat source unit 2a, it is also possible to calculate the maximum output heat quantity Q H of the first heat source unit 2b.
  • Equation (1) Q L (kW) is the amount of heat collected from the heat source water, and is given by Equation (2) below.
  • T LI is the heat source water inlet temperature ( o C), and the measured value of the temperature sensor 31 is used.
  • T LO is the heat source water outlet temperature ( o C), and the measured value of the temperature sensor 32 is used.
  • FL is the heat source water flow rate (m 3 / h), and the measured value of the flow rate sensor 33 is used.
  • ⁇ L is the density of the heat source water (kg / m 3 ), and C L is the specific heat (kJ / kg ⁇ K) of the heat source water, and preset constants are used.
  • COP ( ⁇ ) uses a heat medium outlet temperature T HO ( o C), which is a measurement value of the temperature sensor 36, and a heat source water outlet temperature T LO ( o C), which is a measurement value of the temperature sensor 32, in a predetermined arithmetic expression. It is a known value calculated by substitution.
  • the first calculation unit 12 holds various calculation formulas necessary for calculating the maximum heat output possible heat quantity Q H of the first heat source machine 2a described above, and the measurement values from each sensor are stored in these calculation formulas. By substituting, the maximum output possible heat quantity Q H of the first heat source machine 2a is calculated.
  • the second calculation unit 13 calculates the maximum output possible load factor PL H of the first heat source unit 2a.
  • Maximum output possible load factor PL H is calculated using the following equation (3).
  • the value of the first heat source unit 2b can be treated as equivalent.
  • Q H is the maximum output possible heat amount of the first heat source device 2a calculated in the first calculation unit 12.
  • the rated heat amount a predetermined value (kW) set in advance is used.
  • the rated heat quantity is set according to the operation state of the heat source machine, for example, the hot water outlet temperature T HO and the heat source water outlet temperature T LO .
  • the maximum output possible load factor PL H of the first heat source machine 2a is obtained by dividing the maximum output possible heat quantity Q H of the first heat source machine 2a, which is the calculation result of the first calculation unit 12, by the rated heat quantity. Calculated.
  • the changing unit 14 determines the maximum output possible heat quantity Q H of the first heat source device 2a calculated by the first calculation unit 12 and the maximum output possible load factor PL H of the first heat source device 2a calculated by the second calculation unit 13. It is used to change the increase / decrease stage rank and the increase / decrease stage load factor threshold of each heat source unit stored in the storage unit 11. For example, the changing unit 14 requires the required heat amount Qreq of the external load 9, the unused heat positive use load factor (first load factor, third load factor) PLmax, the unused heat depolarization use load factor (second load factor, fourth load factor).
  • the increase / decrease step rank and the increase / decrease step load factor threshold of each heat source unit stored in the storage unit 11 are changed.
  • the unused heat active use load factor PLmax and the unused heat depolarization use load factor PLmin are values that can be arbitrarily set, and the unused heat depolarization use load factor PLmin is greater than the unused heat active use load factor PLmax. Is also set to a small value.
  • the increase / decrease stage control unit 15 controls the increase / decrease stages of the heat source devices 2a to 2d based on the increase / decrease stage order and the increase / decrease stage load factor threshold stored in the storage unit 11.
  • the increase / decrease step rank or the increase / decrease step load factor threshold is changed by the changing unit 14 the information stored in the storage unit 11 is updated, so that the increase / decrease step control is performed based on the updated information. Will be performed.
  • FIG. 5 is a processing flow related to the step increase
  • FIG. 6 is a processing flow related to the step decrease. Hereinafter, each flow will be described.
  • step SA1 the measured values measured by the temperature sensors 31, 32, 35 and the flow rate sensor 33 are acquired.
  • step SA2 the maximum output possible heat quantity Q H of the first heat source device 2a is calculated using each of the acquired measured values and the above formulas (1) and (2) (step SA2).
  • step SA3 the maximum output heat quantity Q H obtained in step SA2 is divided by the rated heat to calculate the maximum output possible load factor PL H (step SA3).
  • step SA4 compared with the maximum output heat quantity Q H calculated and required heat Qreq in step SA2 (step SA4).
  • the maximum output possible heat quantity Q H is equal to or greater than the required heat quantity Qreq
  • the maximum output possible load factor PL H is, when it is unused heat actively utilizing the load factor PLmax above, the first heat-source units 2a stored in the storage unit 11, increasing the Zodan load factor threshold 2b (Step SA6).
  • the step load factor threshold value is calculated to be greater than 85% (for example, calculated in step SA3). changing the maximum output possible load factor PL H).
  • the stage increase timing of the 2nd heat source machine 2c and 2d can be delayed, and it becomes possible to realize the operation only by the 1st heat source machine 2a and 2b as much as possible.
  • the maximum output possible load factor PL H is, in the case of less than unused heat positively utilizing load factor PLmax maintains a default stored in the storage unit 11 (step SA7).
  • step SA8 the maximum output possible load factor PL calculated in step SA3. It is determined whether H is equal to or greater than the unused heat depolarization load factor PLmin (step SA8).
  • the maximum output possible load factor PL H had the unused heat reluctant utilization load factor PLmin above, first heat source unit 2a, to lower the Zodan load factor threshold 2b (step SA9).
  • the step-up load factor threshold is changed to a value smaller than 85% (for example, the maximum output possible load factor PL H calculated by the second calculating unit 13), and the second heat source devices 2c and 2d are started earlier. Adjust so that.
  • step SA8 the maximum output possible load factor PL H is, in the case of less than unused heat reluctant utilization load factor PLmin significantly the amount of heat that can be collected from the sewage small, not much can benefit using sewage. Therefore, the rank order of the first heat source units 2a and 2b is set lower than that of the second heat source units 2c and 2d, and the order is changed so that the second heat source units 2c and 2d are used preferentially.
  • the step-up load factor threshold of the two heat source devices 2c and 2d is increased (step SA10). Thereby, while being able to use the 2nd heat source machine 2c and 2d preferentially, the stage increase timing of the 1st heat source machine 2a and 2b can be delayed.
  • the above-described processing is repeatedly executed at a predetermined time interval, so that it is possible to set a suitable stage for increasing the stage and order for increasing the stage according to the amount of heat collected from the sewage.
  • the heat source devices 2a to 2d are subjected to the step increase control based on the stage increase timing and the step increase order thus changed, so that the heat source devices 2a to 2d that effectively utilize the sewage heat collection as much as possible. Can be realized.
  • step SB4 when the maximum output heat quantity Q H is required heat Qreq above, the maximum available output load ratio PL H calculated in step SB3 it is determined whether there are unused heat actively utilizing the load factor PLmax more (Step SB5).
  • the maximum output possible load factor PL H is, when it is unused heat actively utilizing the load factor PLmax above, the second heat source unit 2c stored in the storage unit 11, increasing the reduction stage load factor threshold 2d (Step SB6).
  • the step-down load factor threshold of the second heat source units 2c, 2d is changed to a value larger than 40% (for example, 50%), and the step-down timing of the second heat source units 2c, 2d is advanced.
  • the first heat source devices 2a and 2b can be actively used as much as possible.
  • the maximum output possible load factor PL H is, in the case of less than unused heat positively utilizing load factor PLmax maintains a default stored in the storage unit 11 (Step SB7).
  • step SB4 when the maximum output possible heat quantity Q H is less than the required heat quantity Qreq in step SB4, the maximum output possible load factor PL calculated in step SB3. It is determined whether H is equal to or greater than the unused heat depolarization load factor PLmin (step SB8). As a result, when the maximum output possible load factor PL H had the unused heat reluctant utilization load factor PLmin above, the second heat source device 2c, decreasing the reduction stage load factor threshold 2d (step SB9). For example, in such a case, the amount of heat collected from the sewage is small, and the sewage cannot be used actively.
  • the stage load factor threshold of the second heat source devices 2c and 2d is changed to a value smaller than 40% (for example, 35%), and the startup time of the second heat source devices 2c and 2d is kept as long as possible. .
  • the step-down timing of the second heat source devices 2c and 2d can be delayed, and the second heat source devices 2c and 2d and the first heat source devices 2a and 2b can be used together as much as possible to realize a stable output. Can do.
  • step SB8 the maximum output possible load factor PL H is, in the case of less than unused heat reluctant utilization load factor PLmin significantly the amount of heat that can be collected from the sewage small, not much can benefit using sewage. Therefore, in such a case, the lowering order of the first heat source units 2a and 2b is set higher than that of the second heat source units 2c and 2d, and the step load factor threshold of the first heat source units 2a and 2b is increased. (Step SB10). Thereby, while being able to use the 2nd heat source machine 2c and 2d preferentially, the stage reduction timing of the 1st heat source machine 2a and 2b can be advanced.
  • the heat source units 2a to 2d are subjected to step reduction control based on the stage reduction timing and step order changed in this way, so that the heat source units 2a to 2d that make effective use of sewage heat collection as much as possible. Can be realized.
  • PL H is calculated, and the increase / decrease stage rank and the increase / decrease stage load factor threshold are changed on the basis of the maximum output possible heat quantity Q H and the maximum output possible load ratio PL H , so according to the heat quantity that can be collected from the unused heat source. It is possible to set an appropriate increase / decrease rank and an increase / decrease load ratio threshold. As a result, it is possible to realize the operation of the heat source units 2a to 2d using the sewage heat collection as effectively as possible.
  • the common unused heat active use load factor PLmax and the unused heat depolarization use load factor PLmin are used at the time of increase and decrease, but the unused heat active use load factor.
  • the values of PLmax and unused heat depolarization utilization load factor PLmin may be different at the time of increase and decrease.
  • the first heat source unit 2a adopting heat Q L the heat source water inlet temperature of the heat source water 2b T LI, heat source water outlet temperature T LO, and is calculated using the heat source water flow F L, calculated heat source
  • the maximum outputable heat quantity Q H of the first heat source machine 2a, 2b was calculated using the heat collection quantity Q L of water. For example, when the first heat source machine 2a, 2b has been stopped for a long time, Heat exchange between the heat source water and sewage is stopped, and the amount of heat collected from the sewage may not be reflected in the temperature of the heat source water.
  • the initial values of the increase / decrease step rank and the increase / decrease step load factor threshold value are read out to the storage unit 11 and the initial values are read. It is good also as performing increase / decrease stage control.
  • the adoption heat Q L of the heat source water (2) was calculated using the formula, instead of this, including the parameters relating to temperature and flow rate as well as the heat exchange performance of the heat exchanger 8 of the unused heat calculation
  • the heat collection amount Q L of the heat source water may be calculated using an equation.
  • the parameters related to the heat exchange performance of the heat exchanger 8 include a parameter related to the number of days elapsed (elapsed time) from the cleaning operation of the heat exchanger 8 and a parameter related to the number of days elapsed (elapsed time) since the rain increased. As the number of days elapsed from the cleaning operation of the heat exchanger 8 increases, dirt accumulates and the heat exchange performance decreases.
  • the heat exchanger 8 When the sewage increases due to rain or the like, the heat exchanger 8 is washed by this effect and the heat exchange performance is improved. Therefore, the rain water increase can obtain the same effect as the washing operation of the heat exchanger 8. .
  • the measurement by the flow rate sensor and the temperature sensor described above is omitted. Therefore, the system configuration can be simplified.

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Abstract

採熱源として下水などの未利用熱を利用する熱源機を含む熱源システムにおいて、可能な限り未利用熱を採熱源として利用しながら、安定した出力を実現することを目的とする。熱源システムは、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機と、制御装置（１０）とを備える。制御装置（１０）は、第１熱源機の最大出力可能熱量及び第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出し、その算出結果に応じて各熱源機についての増減段順位及び増減段負荷率閾値を変更し、各熱源機の増減段を制御する。

Description

熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法
　本発明は、未利用熱を採熱源として利用する熱源機を備える熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法に係り、特に、未利用熱が有する熱量に応じて熱源システムの増減段を制御する熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法に関するものである。
　近年、例えば、温熱ヒートポンプなどの熱源機の熱源として、下水などの未利用熱を利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３－４２６２号公報
　しかしながら、熱源に未利用熱、特に、下水などを用いた場合、下水の流量や温度は大きく変動するため、下水の採熱量が大きく変動する。更に、下水から採熱する場合、下水との熱交換に用いられる熱交換器の性能が、下水中の汚れにより短時間で著しく低下することがあり、この熱交換器の性能によっても下水からの採熱量が大きく変動することとなる。このように、未利用熱を利用した熱源機では、安定した出力が望めない。従って、未利用熱を採熱源として利用する熱源機を有する熱源システムでは、未利用熱が有する熱量を考慮して運転制御を行う必要がある。
　未利用熱は、従来の空気冷却器などを用いた熱源機に比べて熱源機を高効率に運用できランニングコストを低減できることから、可能な限りこれらの未利用熱を利用して熱源機を運転することが好ましい。
　本発明の目的は、熱源として下水などの未利用熱を利用する熱源機を含む熱源システムにおいて、可能な限り未利用熱を熱源として利用しながら、安定した出力を実現することのできる熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法を提供することである。
　本発明の第１態様は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御装置であって、各前記熱源機についての増段順位及び増段負荷率閾値が格納されている記憶手段と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算手段と、前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算手段と、前記第１演算手段及び前記第２演算手段の演算結果を用いて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する変更手段と、前記記憶手段に格納されている増段順位及び増段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の増段を制御する増段制御手段とを具備する熱源システムの制御装置である。
　本態様によれば、未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率とに基づいて増段順位及び増段負荷率閾値を変更するので、未利用熱源から採取可能な熱量に応じた適切な増段順位及び増段負荷率閾値を設定することができる。これにより、未利用熱を可能な限り有効活用した熱源機の運転を実現することができる。
　上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、所定の要求熱量、所定の第１負荷率、及び該第１負荷率よりも小さな値に設定された所定の第２負荷率の情報を保有しており、前記要求熱量と前記最大出力可能熱量との比較結果及び前記最大出力可能負荷率と前記第１負荷率又は前記第２負荷率との比較結果に応じて、前記記憶部に格納されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更することとしてもよい。
　上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量以上であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第１負荷率以上である場合に、前記第１熱源機の増段負荷率閾値を増加させることとしてもよい。
　第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量以上であり、かつ、最大出力可能負荷率が第１負荷率以上である場合には、未利用熱源からの採熱量が多く、未利用熱源を更に積極的に利用することが可能である。従って、第１熱源機の増段負荷率閾値を増加させることにより、第２熱源機の増段タイミングを遅らせ、可能な限り第１熱源機のみを用いた運転を維持することとしている。
　上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第２負荷率以上である場合に、前記第１熱源機の増段負荷率閾値を低下させることとしてもよい。
　第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量未満であり、かつ、最大出力可能負荷率が第２負荷率以上である場合は、未利用熱源からの採熱量が小さく、未利用熱源をあまり積極的に利用することができない。従って、このような場合には、第１熱源機の増段負荷率閾値を低下させることにより、早めに第２熱源機が起動されるように調整することとしている。
　上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第２負荷率未満である場合に、前記第１熱源機の増段順位を低くし、かつ、前記第２熱源機の増段負荷率閾値を増加させることとしてもよい。
　第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量未満であり、かつ、最大出力可能負荷率が第２負荷率未満である場合は、未利用熱源から採取できる熱量が著しく小さく、未利用熱源を用いるメリットがあまり得られない。従って、このような場合には、第１熱源機の増段順位を第２熱源機よりも低くするとともに、第２熱源機の増段負荷率閾値を増加させる。これにより、第２熱源機を優先的に利用させることができるとともに、第１熱源機の増段タイミングも遅らせることができる。
　本発明の第２態様は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御装置であって、各前記熱源機についての減段順位及び減段負荷率閾値が格納されている記憶手段と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算手段と、前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算手段と、前記第１演算手段及び前記第２演算手段の演算結果を用いて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する変更手段と、前記記憶手段に格納されている減段順位及び減段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の減段を制御する減段制御手段とを具備する熱源システムの制御装置である。
　本態様によれば、未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率とに基づいて減段順位及び減段負荷率閾値を変更するので、未利用熱源から採取可能な熱量に応じた適切な減段順位及び減段負荷率閾値を設定することができる。これにより、未利用熱を可能な限り有効活用した熱源機の運転を実現することができる。
　上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、所定の要求熱量、所定の第３負荷率、及び該第３負荷率よりも小さな値に設定された所定の第４負荷率の情報を保有しており、前記要求熱量と前記最大出力可能熱量との比較結果及び前記最大出力可能負荷率と前記第３負荷率又は前記第４負荷率との比較結果に応じて、前記記憶部に格納されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更することとしてもよい。
　上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量よりも大きく、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第３負荷率以上である場合に、前記第２熱源機の減段負荷率閾値を増加させることとしてもよい。
　第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量よりも大きく、かつ、最大出力可能負荷率が第３負荷率以上である場合は、未利用熱源からの採熱量が多く、未利用熱源を積極的に利用することができる。従って、第２熱源機の減段負荷率閾値を増加させることにより、第２熱源機の減段タイミングを早めることとしている。これにより、可能な限り第１熱源機を積極的に利用することが可能となる。
　上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第４負荷率以上である場合に、前記第２熱源機の減段負荷率閾値を低下させることとしてもよい。
　第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量未満であり、かつ、最大出力可能負荷率が第４負荷率以上である場合は、未利用熱源からの採熱量が小さく、未利用熱源をあまり積極的に利用することができない。従って、このような場合には、第２熱源機の減段負荷率閾値を低下させ、できるだけ第２熱源機の起動時間を長く保つこととする。これにより、第２熱源機の減段タイミングを遅らせることができ、可能な限り第２熱源機と第１熱源機とを併用させて、安定した出力を実現させることができる。
　上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第４負荷率未満である場合に、前記第１熱源機の減段順位を前記第２熱源機の減段順位よりも高くし、かつ、前記第１熱源機の減段負荷率閾値を増加させることとしてもよい。
　第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量未満であり、かつ、最大出力可能負荷率が第４負荷率未満である場合は、未利用熱源から採取できる熱量が著しく小さく、未利用熱源を用いるメリットがあまり得られない。従って、このような場合には、第１熱源機の減段順位を第２熱源機よりも高くするとともに、第１熱源機の減段負荷率閾値を増加させる。これにより、第２熱源機を優先的に利用することができるとともに、第１熱源機の減段タイミングも早めることができる。
　上記熱源システムの制御装置において、前記第１演算手段は、未利用熱の採熱に用いられる熱交換器の熱交換性能に関するパラメータを用いて、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出することとしてもよい。
　未利用熱源から採取できる熱量は、未利用熱源の熱交換に利用される熱交換器の熱交換性能に依存する。従って、未利用熱の採熱に用いられる熱交換器の熱交換性能に関するパラメータを用いて、第１熱源機の最大出力可能熱量を算出することにより、第１熱源機の最大出力可能熱量の算出精度を高めることが可能となる。
　本発明の第３態様は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機と、上記の熱源システムの制御装置とを備える熱源システムである。
　本発明の第４態様は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御方法であって、各前記熱源機についての増段順位及び増段負荷率閾値を登録する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率を用いて、登録されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する過程と、登録されている最新の増段順位及び増段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の増段を制御する過程とを含む熱源システムの制御方法である。
　本発明の第５態様は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御方法であって、各前記熱源機についての減段順位及び減段負荷率閾値を登録する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率を用いて、登録されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する過程と、登録されている最新の減段順位及び減段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の減段を制御する過程とを含む熱源システムの制御方法である。
　本発明によれば、可能な限り未利用熱を採熱源として利用しながら、安定した出力を実現することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る熱源システムの概略構成図である。 図１に示した第１熱源機及びその周辺における概略構成を示した図である。 制御装置が備える各種機能のうち、熱源機の増減段制御に関する主な要素について示した機能ブロック図である。 図３に示した記憶部に格納されている増段順位、増段負荷率閾値、減段順位、減段負荷率閾値の一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る増段順位及び増段負荷率閾値の設定処理のフローを示した図である。 本発明の一実施形態に係る減段順位及び減段負荷率閾値の設定処理のフローを示した図である。
　以下に、本発明の一実施形態に係る熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法について、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る熱源システムの概略構成図である。本実施形態に係る熱源システムは、外部負荷で利用されて温度が低下した熱媒を所定温度まで加熱して外部負荷へ供給する、いわゆる加熱用途の熱源システム１である。
　図１に示すように、熱源システム１は、４台の熱源機２ａ～２ｄを備えている。このうち２台の熱源機２ａ、２ｂは、例えば、下水、河川水、地下水、井水、海水、又は湖水等の未利用熱を採熱源として用い、出力可能熱量が未利用熱の状態に応じて変動する熱源機である。例えば、未利用熱の出力可能熱量は、温度や流量に応じて変動し、下水などのように汚れを含む場合には、熱交換器の熱交換性能などによっても変動する。なお、図１では、未利用熱として下水を用いる場合を例示している。
　熱源機２ｃ、２ｄは、例えば、大気等の未利用熱とは異なる熱源を採熱源として用いる熱源機であり、比較的安定した出力が可能な熱源機である。図１では、大気を採熱源として利用する場合を例示している。
　このように、本実施形態に係る熱源システム１は、未利用熱を採熱源として利用する少なくとも１台の熱源機２ａ、２ｂと、未利用熱以外を採熱源として用い、比較的安定した出力が補償される少なくとも１台の熱源機２ｃ、２ｄとを備えている。以下、採熱源の違いによって熱源機を区別する場合には、熱源機２ａ、２ｂを第１熱源機２ａ、２ｂとよび、熱源機２ｃ、２ｄを第２熱源機２ｃ、２ｄとよぶ。図１では、２台の第１熱源機２ａ、２ｂと２台の第２熱源機２ｃ、２ｄとを備える場合を例示しているが、台数についてはこれに限定されない。
　熱源機２ａ、２ｂは、冷媒と熱源水との間で熱交換を行う蒸発器４、冷媒を圧縮する圧縮機５、冷媒と外部負荷９から供給される熱媒（例えば、温水）との間で熱交換を行う凝縮器６、及び膨張弁７が主な構成として設けられた冷媒回路３をそれぞれ備えている。
　このような熱源機２ａ、２ｂにおいては、下水の熱で暖められた熱源水は、蒸発器４において冷媒と熱交換を行うことにより、冷媒を加熱する。蒸発器４において加熱された低圧高温のガス冷媒は、圧縮機５に導かれ、高圧高温のガス冷媒とされて凝縮器６へ送られる。凝縮器６では、高圧高温のガス冷媒とされた冷媒と熱媒（温水）との間で熱交換が行われることにより熱媒が加熱され、昇温された熱媒が外部負荷９へ供給される。熱媒と熱交換されることにより、略等圧的に冷却された高圧低温の液状冷媒は、膨張弁７によって等エンタルピ的に膨張させられた後に、蒸発器４へ導かれ、熱源水との間で再び熱交換されることにより蒸発し、低圧高温のガス冷媒となり、圧縮機４へと導かれる。
　蒸発器４において、冷媒と熱交換されることにより温度が低下した熱源水は、熱交換器８に送られ、下水との熱交換によって暖められる。加熱された熱源水は、再び蒸発器４へ送られる。熱源である下水は、熱交換器８において熱交換を行うことにより放熱し、冷却された下水が下水管路へ戻されることとなる。下水管路に戻された下水は、例えば、他のシステムに送られて熱源として再利用される。
　熱源機２ｃ、２ｄにおいては、蒸発器４に代えて、冷媒と大気との間で熱交換を行う空気熱交換器４´が設けられている。このように、熱源機２ｃ、２ｄにおいては、冷媒と大気との間で熱交換が行われることにより加熱された低圧高温のガス冷媒が、圧縮機５に導かれる。なお、空気熱交換器４´以外の構成は上記熱源機２ａ、２ｂと同様のため、詳細な説明は省略する。
　図２は、上記第１熱源機２ａ及びその周辺における概略構成を示した図である。図２に示すように、熱交換器８において下水と熱交換することによって加熱された熱源水は、熱媒配管２０を通じて蒸発器４に導かれる。熱源水配管２０において、蒸発器４の入口付近には、熱源水入口温度TLIを測定する温度センサ３１が設けられている。蒸発器４において冷媒と熱交換することにより冷却された熱源水は、熱源水配管２０を通じて熱交換器８に導かれる。熱源水配管２０において、蒸発器４の出口付近には、熱源水出口温度TLOを測定する温度センサ３２及び熱源水流量FLを測定する流量センサ３３が設けられている。
　外部負荷９（図１参照）において使用されることにより降温した熱媒は、熱媒配管２１を通じて凝縮器６に導かれる。凝縮器６において冷媒と熱交換することにより加熱された熱媒は、熱媒配管２１を通じて外部負荷９に供給される。熱媒配管２１において、凝縮器６の出口付近には、熱媒出口温度THOを測定する温度センサ３６が設けられている。
　上記各センサの測定値は、制御装置１０（図１参照）に送信される。制御装置１０は、センサ測定値を用いて第１熱源機２ａ、２ｂが出力可能な最大熱量及び最大負荷率を演算し、これらの演算結果に基づいて、未利用熱を可能な限り有効利用するように、熱源機２ａ～２ｄの増減段順位及び増減段負荷率閾値を調整し、これら順位や閾値に基づく熱源機２ａ～２ｄの増減段制御を行う。
　制御装置１０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。
　補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、各種プログラムが格納されており、ＣＰＵが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
　図３は、制御装置１０が備える各種機能のうち、熱源機２ａ～２ｄの増減段制御に関する主な要素について示した機能ブロック図である。
　図３に示されるように、制御装置１０は、記憶部１１、第１演算部１２、第２演算部１３、変更部１４、及び増減段制御部１５を主な構成として備えている。
　記憶部１１には、各熱源機２ａ～２ｄについて、増段順位（起動順位）、減段順位（停止順位）、増段負荷率閾値、及び減段負荷率閾値がそれぞれ格納されている。ここで、増段負荷率閾値は、既運転状態にある熱源機において、負荷率がその熱源機の増段負荷率閾値を超えた場合に、次の増段順位にある熱源機が起動される。従って、増段負荷率閾値が高い程、次の増段順位にある熱源機の起動を遅らせることができる。減段負荷率閾値は、既運転状態にある熱源機において、負荷率が当該熱源機の減段負荷率閾値以下となった場合に、当該熱源機を停止させる。従って、減段負荷率閾値が低い程、その熱源機を長く運転させることができる。
　図４に、増段順位（起動順位）、減段順位（停止順位）、増段負荷率閾値、及び減段負荷率閾値の初期値（デフォルト）の一例を示す。図４に示すように、増段順位は、順位が高い順に、第１熱源機２ａ、第１熱源機２ｂ、第２熱源機２ｃ、第２熱源機２ｄと設定されており、増段負荷率閾値は、第１熱源機２ａ、２ｂ、及び第２熱源機２ｃのいずれも８５％に設定されている。なお、第２熱源機２ｄについては、最後に増段されるため、特に、増段負荷率閾値は設定されていない。
　減段順位は、減段順位が高い順に、第２熱源機２ｄ、第２熱源機２ｃ、第１熱源機２ｂ、第１熱源機２ａと設定され、減段負荷率閾値は、第２熱源機２ｄ、第２熱源機２ｃ、及び第１熱源機２ｂのいずれも４０％に設定されている。なお、第１熱源機２ａについては、最後に減段されるため、特に、減段負荷率閾値は設定されていない。
　このように、初期値として、第１熱源機２ａ、２ｂを優先的に使用するような増減段順位及び増減段負荷率閾値が設定されている。
　ここで、図４に示される増段順位（起動順位）、減段順位（停止順位）、増段負荷率閾値、及び減段負荷率閾値の初期値は、例えば、図示しない不揮発性メモリに記憶されており、起動時において、不揮発性メモリから上記デフォルト情報が読みだされて記憶部１１に格納される。そして、後述する変更部１４によって、その時々の下水の状態に応じて、記憶部１１に格納された増段順位（起動順位）、減段順位（停止順位）、増段負荷率閾値、及び減段負荷率閾値が変更され、最新の増減段順位及び増減段負荷率閾値に基づいて増減段制御が行われる。
　第１演算部１２は、第１熱源機２ａが出力可能な最大熱量である最大出力可能熱量QHを算出する。ここで、図２に示すように、第１熱源機２ａと第１熱源機２ｂとは、採熱源を共にすることから、最大出力可能熱量は同じ値を取る。従って、いずれかの第１熱源機（本実施形態では、第１熱源機２ａ）の最大出力可能熱量QHを演算すれば足りる。なお、当然ながら、第１熱源機２ａに代えて、第１熱源機２ｂの最大出力可能熱量QHを算出することとしてもよい。
　第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QH(kW)は、例えば、QH=QL+QH/COPより、以下の(1)式で与えられる。
　QH=QL×COP/(COP-1)　　　(1)
　(1)式において、QL(kW)は、熱源水の採熱量であり、以下の(2)式で与えられる。
　QL=(TLI-TLO)×FL×ρL×CL/3600　　　(2)
　上記(2)式において、TLIは熱源水入口温度(oC)であり、温度センサ３１の測定値が用いられる。TLOは熱源水出口温度(oC)であり、温度センサ３２の測定値が用いられる。FLは熱源水流量(m3/h)であり、流量センサ３３の測定値が用いられる。ρLは熱源水の密度(kg/m3)、CLは熱源水の比熱(kJ/kg・K)であり、それぞれ予め設定されている定数が用いられる。
　COP(-)は、温度センサ３６の測定値である熱媒出口温度THO(oC)と温度センサ３２の測定値である熱源水出口温度TLO(oC)とを所定の演算式に代入することで算出される公知の値である。
　第１演算部１２は、上述した第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QHを算出するために必要となる各種演算式を保有しており、これらの演算式に各センサからの測定値を代入することにより、第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QHを算出する。
　第２演算部１３は、第１熱源機２ａの最大出力可能負荷率PLHを算出する。最大出力可能負荷率PL Hは、以下の(3)式を用いて算出される。なお、最大出力可能負荷率PLHも最大出力可能熱量QHと同様、第１熱源機２ｂの値も同値として取り扱うことができる。
　PLH=QH/定格熱量　　　(3)
　(3)式において、QHは第１演算部１２において算出された第１熱源機２ａの最大出力可能熱量である。定格熱量は、予め設定された所定の値(kW)が用いられる。ここで、定格熱量は、熱源機の運転状態、例えば、温水出口温度THO、熱源水出口温度TLOに応じて設定される。
　このように、第１熱源機２ａの最大出力可能負荷率PLHは、上記第１演算部１２の演算結果である第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QHを定格熱量で除算することにより算出される。
　変更部１４は、第１演算部１２によって算出された第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QH及び第２演算部１３によって算出された第１熱源機２ａの最大出力可能負荷率PLHを用いて、記憶部１１に格納されている各熱源機の増減段順位及び増減段負荷率閾値を変更する。
　例えば、変更部１４は、外部負荷９の要求熱量Qreq、未利用熱積極利用負荷率（第１負荷率、第３負荷率）PLmax、未利用熱消極利用負荷率（第２負荷率、第４負荷率）PLminの情報を保有しており、要求熱量Qreqと最大出力可能熱量QHとの比較結果及び最大出力可能負荷率PLHと未利用熱積極利用負荷率PLmax及び未利用熱消極利用負荷率PLminとの比較結果に応じて、記憶部１１に格納されている各熱源機の増減段順位及び増減段負荷率閾値を変更する。
　ここで、未利用熱積極利用負荷率PLmax及び未利用熱消極利用負荷率PLminは、任意に設定可能な値であり、未利用熱消極利用負荷率PLminは、未利用熱積極利用負荷率PLmaxよりも小さな値に設定される。
　増減段制御部１５は、記憶部１１に格納されている増減段順位及び増減段負荷率閾値に基づいて、熱源機２ａ～２ｄの増減段を制御する。なお、変更部１４によって増減段順位や増減段負荷率閾値が変更された場合には、記憶部１１に格納されている情報が更新されることから、更新後の情報に基づいて増減段の制御が行われることとなる。
　次に、上述した制御装置１０が備える第１演算部１２～変更部１４によって主に実行される増減段順位及び増減段負荷率閾値の設定処理について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、増段に関する処理フロー、図６は減段に関する処理フローである。以下、それぞれのフローについて説明する。
　まず、増段時においては、温度センサ３１、３２、３５及び流量センサ３３によって測定された測定値を取得する（ステップＳＡ１）。
　次に、取得した各測定値と上記(1)式、(2)式とを用いて、第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QHを算出する（ステップＳＡ２）。
　続いて、ステップＳＡ２で得た最大出力可能熱量QHを定格熱量で除算することにより、最大出力可能負荷率PL Hを算出する（ステップＳＡ３）。
　次に、ステップＳＡ２において算出した最大出力可能熱量QHと要求熱量Qreqとを比較する（ステップＳＡ４）。この結果、最大出力可能熱量QHが要求熱量Qreq以上である場合には、ステップＳＡ３において算出した最大出力可能負荷率PLHが、未利用熱積極利用負荷率PLmax以上であるかを判定する（ステップＳＡ５）。
　この結果、最大出力可能負荷率PLHが、未利用熱積極利用負荷率PLmax以上である場合には、記憶部１１に格納されている第１熱源機２ａ、２ｂの増段負荷率閾値を増加させる（ステップＳＡ６）。例えば、このような場合には、下水からの採熱量が多く、下水を更に積極的に利用することができることから、増段負荷率閾値を８５％よりも大きい値（例えば、ステップＳＡ３において算出した最大出力可能負荷率PLH）に変更する。これにより、第２熱源機２ｃ、２ｄの増段タイミングを遅らせることができ、可能な限り第１熱源機２ａ、２ｂのみによる運転を実現することが可能となる。
　ステップＳＡ５において、最大出力可能負荷率PLHが、未利用熱積極利用負荷率PLmax未満であった場合には、記憶部１１に格納されているデフォルトを維持する（ステップＳＡ７）。
　他方、ステップＳＡ４において、最大出力可能熱量QHが要求熱量Qreq未満である場合には、ステップＳＡ３において算出した最大出力可能負荷率PL
Hが、未利用熱消極利用負荷率PLmin以上であるかを判定する（ステップＳＡ８）。
　この結果、最大出力可能負荷率PLHが未利用熱消極利用負荷率PLmin以上であった場合には、第１熱源機２ａ、２ｂの増段負荷率閾値を低下させる（ステップＳＡ９）。例えば、このような場合には、下水からの採熱量が小さく、下水をあまり積極的に利用することができない。従って、増段負荷率閾値を８５％よりも小さい値（例えば、第２演算部１３によって算出された最大出力可能負荷率PLH）に変更し、早めに第２熱源機２ｃ、２ｄが起動されるように調整する。
　ステップＳＡ８において、最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱消極利用負荷率PLmin未満であった場合には、下水から採取できる熱量が著しく小さく、下水を用いるメリットがあまり得られない。従って、第１熱源機２ａ、２ｂの増段順位を第２熱源機２ｃ、２ｄよりも低くして、第２熱源機２ｃ、２ｄが優先的に利用されるように順位を変更するとともに、第２熱源機２ｃ、２ｄの増段負荷率閾値を増加させる（ステップＳＡ１０）。これにより、第２熱源機２ｃ、２ｄを優先的に利用することができるとともに、第１熱源機２ａ、２ｂの増段タイミングを遅らせることができる。
　そして、上述した処理が、所定の時間間隔で繰り返し実行されることにより、その時々における下水からの採熱量に応じた好適な増段タイミング及び増段順位を設定することが可能となる。そして、このようにして変更された増段タイミング及び増段順位に基づいて熱源機２ａ～２ｄの増段制御が行われることにより、下水の採熱を可能な限り有効活用した熱源機２ａ～２ｄの運転を実現することができる。
　次に、減段時においては、図６のステップＳＢ１～ＳＢ４において、上述した増段時のフローのステップＳＡ１～ＳＡ４の処理が同様に行われる。ステップＳＢ４において、最大出力可能熱量QHが要求熱量Qreq以上である場合には、ステップＳＢ３において算出した最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱積極利用負荷率PLmax以上であるかを判定する（ステップＳＢ５）。
　この結果、最大出力可能負荷率PLHが、未利用熱積極利用負荷率PLmax以上である場合には、記憶部１１に格納されている第２熱源機２ｃ、２ｄの減段負荷率閾値を増加させる（ステップＳＢ６）。例えば、このような場合には、下水からの採熱量が多く、下水を積極的に利用することができる。従って、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段負荷率閾値を４０％よりも大きな値（例えば、５０％など）に変更し、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段タイミングを早めることとする。これにより、可能な限り第１熱源機２ａ、２ｂを積極的に利用することが可能となる。
　ステップＳＢ５において、最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱積極利用負荷率PLmax未満であった場合には、記憶部１１に格納されているデフォルトを維持する（ステップＳＢ７）。
　他方、ステップＳＢ４において、最大出力可能熱量QHが要求熱量Qreq未満である場合には、ステップＳＢ３において算出した最大出力可能負荷率PL
Hが、未利用熱消極利用負荷率PLmin以上であるかを判定する（ステップＳＢ８）。
　この結果、最大出力可能負荷率PLHが未利用熱消極利用負荷率PLmin以上であった場合には、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段負荷率閾値を低下させる（ステップＳＢ９）。例えば、このような場合には、下水からの採熱量が小さく、下水をあまり積極的に利用することができない。従って、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段負荷率閾値を４０％よりも小さい値（例えば、３５％など）に変更し、できるだけ第２熱源機２ｃ、２ｄの起動時間を長く保つこととする。これにより、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段タイミングを遅らせることができ、可能な限り第２熱源機２ｃ、２ｄと第１熱源機２ａ、２ｂとを併用させ、安定した出力を実現させることができる。
　ステップＳＢ８において、最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱消極利用負荷率PLmin未満であった場合には、下水から採取できる熱量が著しく小さく、下水を用いるメリットがあまり得られない。従って、このような場合には、第１熱源機２ａ、２ｂの減段順位を第２熱源機２ｃ、２ｄよりも高くするとともに、第１熱源機２ａ、２ｂの減段負荷率閾値を増加させる（ステップＳＢ１０）。これにより、第２熱源機２ｃ、２ｄを優先的に利用することができるとともに、第１熱源機２ａ、２ｂの減段タイミングを早めることができる。
　そして、上述した処理が、所定の時間間隔で繰り返し実行されることにより、その時々における下水からの採熱量に応じた好適な減段タイミング及び減段順位を設定することが可能となる。そして、このようにして変更された減段タイミング及び減段順位に基づいて熱源機２ａ～２ｄの減段制御が行われることにより、下水の採熱を可能な限り有効活用した熱源機２ａ～２ｄの運転を実現することができる。
　以上、本実施形態に係る熱源システム１及びその制御装置１０並びにその制御方法によれば、未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機２ａ、２ｂが出力可能な最大熱量QHと最大負荷率PLHとを算出し、この最大出力可能熱量QH及び最大出力可能負荷率PLHとに基づいて増減段順位及び増減段負荷率閾値を変更するので、未利用熱源から採取可能な熱量に応じた適切な増減段順位及び増減段負荷率閾値を設定することができる。これにより、下水の採熱を可能な限り有効活用した熱源機２ａ～２ｄの運転を実現することができる。
　なお、本実施形態では、増段時と減段時とにおいて、共通の未利用熱積極利用負荷率PLmax及び未利用熱消極利用負荷率PLminを用いることとしたが、未利用熱積極利用負荷率PLmax及び未利用熱消極利用負荷率PLminは、増段時と減段時とで値を異ならせることとしても良い。
　本実施形態では、第１熱源機２ａ、２ｂの熱源水の採熱量QLを熱源水入口温度TLI、熱源水出口温度TLO、及び熱源水流量FLを用いて算出し、算出した熱源水の採熱量QLを用いて、第１熱源機２ａ、２ｂの最大出力可能熱量QHを演算したが、例えば、第１熱源機２ａ、２ｂが長時間停止している場合などには、熱源水と下水との熱交換が停止され、熱源水の温度に下水の採熱量が反映されなくなる場合がある。従って、このような場合、例えば、停止時間が予め設定されている所定の期間を超えた場合には、増減段順位及び増減段負荷率閾値の初期値を記憶部１１に読み出し、この初期値を用いて増減段制御を行うこととしてもよい。
　本実施形態では、熱源水の採熱量QLを(2)式を用いて演算したが、これに代えて、未利用熱の温度及び流量並びに熱交換器８の熱交換性能に関するパラメータを含む演算式を用いて、熱源水の採熱量QLを算出することとしてもよい。
　熱交換器８の熱交換性能に関するパラメータとしては、例えば、熱交換器８の洗浄作業からの経過日数（経過時間）に関するパラメータ、雨天増水からの経過日数（経過時間）に関するパラメータなどが挙げられる。熱交換器８の洗浄作業からの経過日数が多いほど、汚れがたまり熱交換性能が低下することとなる。雨が降るなどして下水が増水すると、この効果によって熱交換器８が洗浄され、熱交換性能が向上することから、雨天増水も熱交換器８の洗浄作業と同様の効果を得ることができる。このように、熱源水の温度及び流量並びに熱交換器８の熱交換性能に関するパラメータを用いて熱源水の採熱量QLを算出することにより、上述した流量センサや温度センサなどによる測定を省略することができ、システム構成を簡素化することが可能となる。
　以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。
１　熱源システム
２ａ、２ｂ　第１熱源機
２ｃ、２ｄ　第２熱源機
４　蒸発器
５　圧縮機
６　凝縮器
７　膨張弁
８　熱交換器
９　外部負荷
１０　制御装置
１１　記憶部
１２　第１演算部
１３　第２演算部
１４　変更部
１５　増減段制御部

Claims (14)

  1. 　下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御装置であって、
    　各前記熱源機についての増段順位及び増段負荷率閾値が格納されている記憶手段と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算手段と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算手段と、
    　前記第１演算手段及び前記第２演算手段の演算結果を用いて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する変更手段と、
    　前記記憶手段に格納されている増段順位及び増段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の増段を制御する増段制御手段と
    を具備する熱源システムの制御装置。
  2. 　前記変更手段は、所定の要求熱量、所定の第１負荷率、及び該第１負荷率よりも小さな値に設定された所定の第２負荷率の情報を保有しており、前記要求熱量と前記最大出力可能熱量との比較結果及び前記最大出力可能負荷率と前記第１負荷率又は前記第２負荷率との比較結果に応じて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する請求項１に記載の熱源システムの制御装置。
  3. 　前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量以上であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第１負荷率以上である場合に、前記第１熱源機の増段負荷率閾値を増加させる請求項２に記載の熱源システムの制御装置。
  4. 　前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第２負荷率以上である場合に、前記第１熱源機の増段負荷率閾値を低下させる請求項２または請求項３に記載の熱源システムの制御装置。
  5. 　前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第２負荷率未満である場合に、前記第１熱源機の増段順位を低くし、かつ、前記第２熱源機の増段負荷率閾値を増加させる請求項２から請求項４のいずれかに記載の熱源システムの制御装置。
  6. 　下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御装置であって、
    　各前記熱源機についての減段順位及び減段負荷率閾値が格納されている記憶手段と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算手段と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算手段と、
    　前記第１演算手段及び前記第２演算手段の演算結果を用いて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する変更手段と、
    　前記記憶手段に格納されている減段順位及び減段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の減段を制御する減段制御手段と
    を具備する熱源システムの制御装置。
  7. 　前記変更手段は、所定の要求熱量、所定の第３負荷率、及び該第３負荷率よりも小さな値に設定された所定の第４負荷率の情報を保有しており、前記要求熱量と前記最大出力可能熱量との比較結果及び前記最大出力可能負荷率と前記第３負荷率又は前記第４負荷率との比較結果に応じて、前記記憶部に格納されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する請求項６に記載の熱源システムの制御装置。
  8. 　前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量よりも大きく、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第３負荷率以上である場合に、前記第２熱源機の減段負荷率閾値を増加させる請求項７に記載の熱源システムの制御装置。
  9. 　前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第４負荷率以上である場合に、前記第２熱源機の減段負荷率閾値を低下させる請求項７または請求項８に記載の熱源システムの制御装置。
  10. 　前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第４負荷率未満である場合に、前記第１熱源機の減段順位を前記第２熱源機の減段順位よりも高くし、かつ、前記第１熱源機の減段負荷率閾値を増加させる請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱源システムの制御装置。
  11. 　前記第１演算手段は、未利用熱の採熱に用いられる熱交換器の熱交換性能に関するパラメータを用いて、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する請求項１から請求項１０のいずれかに記載の熱源システムの制御装置。
  12. 　下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、
    　未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機と、
    　請求項１から請求項１１のいずれかに記載の熱源システムの制御装置と
    を備える熱源システム。
  13. 　下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御方法であって、
    　各前記熱源機についての増段順位及び増段負荷率閾値を登録する過程と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する過程と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する過程と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率を用いて、登録されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する過程と、
    　登録されている最新の増段順位及び増段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の増段を制御する過程と
    を含む熱源システムの制御方法。
  14. 　下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御方法であって、
    　各前記熱源機についての減段順位及び減段負荷率閾値を登録する過程と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する過程と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する過程と、
    　前記第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率を用いて、登録されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する過程と、
    　登録されている最新の減段順位及び減段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の減段を制御する過程と
    を含む熱源システムの制御方法。
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