(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調負荷を処理する負荷側機器を備えた負荷側系統と、前記負荷側機器に熱源水を供給する熱源側系統とが、往きヘッダ及び還りヘッダを介して、相互に接続されている空調システムであって、
前記負荷側系統は、
前記熱源側系統によって前記往きヘッダに導入された熱源水を、負荷側往きヘッダを介して、前記負荷側機器に送出する２次ポンプと、
前記負荷側往きヘッダと前記往きヘッダまたは前記還りヘッダとを接続するバイパス管と、
前記負荷側往きヘッダから、前記バイパス管を介して、前記往きヘッダまたは前記還りヘッダに戻される熱源水のバイパス流量を調整する、前記バイパス管に設置されたバイパス弁と、
前記負荷側往きヘッダから前記負荷側機器に送出される熱源水の負荷側流量を検出する流量計と
を備え、
前記２次ポンプは、前記負荷側系統への送水差圧が設定差圧になるように、その回転数が調整されるようになっており、
前記流量計によって検出される前記負荷側流量が、前記２次ポンプに対して設定されたポンプ最小流量を下回ると、前記バイパス弁が開弁し、前記負荷側流量と前記バイパス流量との和が前記ポンプ最小流量になるように、前記バイパス弁の開度が調整されるようになっていることを特徴とする空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍機等の熱源機器によって生成された熱源水を、空調機等の負荷側機器に供給することによって建築物等の冷暖房を行う空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の空調システムとしては、図３に示すようなものがある。この空調システムは、同図に示すように、空調負荷を処理する空調機等の負荷側機器５１が設置された負荷側系統５０と、所定温度の熱源水（例えば、７℃の冷水等）を生成する冷凍機等の熱源機器６１が設置された熱源側系統６０とを備えており、負荷側系統５０の負荷側配管５２と熱源側系統６０の熱源側配管６２とが、往きヘッダＳＨ及び還りヘッダＲＨを介して、相互に接続されている。
【０００３】
負荷側系統５０の負荷側配管５２には、空調負荷に応じて、負荷側機器５１への熱源水の供給量を調整する二方弁５３が設置されており、熱源側系統６０の熱源側配管６２には、還りヘッダＲＨから、熱源機器６１を介して、往きヘッダＳＨに熱源水を送出する１次ポンプ６３が設置されている。
【０００４】
また、負荷側系統５０は、熱源側系統６０によって往きヘッダＳＨに導入された熱源水を、負荷側往きヘッダ５４を介して、負荷側機器５１に送出する２次ポンプ５５を備えており、空調負荷に応じて二方弁５３が開閉することによって、負荷側機器５１への送水量が変化した場合でも、送水差圧、即ち、負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の差圧が設定差圧に保持されるように、２次ポンプ５５は、インバータによって、その回転数を変化させることができるようになっている。
【０００５】
一方、熱源側系統６０の１次ポンプ６３は、所定流量の熱源水を往きヘッダＳＨに送出しているので、負荷側系統５０における負荷側機器５１への送水量が低下すると、熱源側系統６０によって往きヘッダＳＨに導入された熱源水の余剰分が、還りヘッダＲＨに直接戻されるように、往きヘッダＳＨと還りヘッダＲＨとが、バイパス配管ＢＰによって接続されている。
【０００６】
また、上述したように、負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の差圧が設定差圧になるように、２次ポンプ５５の回転数を制御しているこういった空調システムでは、負荷側系統５０の二方弁５３が全閉になっても、負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の差圧を確保するため、２次ポンプ５５が回転し続けることになるが、負荷側系統５０の二方弁５３が全閉になると、送水量が０になって、２次ポンプ５５が締め切り運転を行うことになるので、その結果、２次ポンプ５５内の熱源水が沸騰してしまうといった問題がある。
【０００７】
従って、こういった空調システムでは、同図に示すように、２次ポンプ５５によって負荷側往きヘッダ５４に導入された熱源水を往きヘッダＳＨに戻すためのバイパス管５６が、負荷側往きヘッダ５４及び往きヘッダＳＨに接続されていると共に、このバイパス管５６には、負荷側往きヘッダ５４から往きヘッダＳＨに戻される熱源水のバイパス流量を調整するバイパス弁５７が設置されており、２次ポンプ５５の回転数を制御しているインバータが、２次ポンプ５５の回転数を、予め設定されている最小回転数まで低下させても、負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の差圧を設定差圧に保持することができない場合は、バイパス弁５７を開いて、２次ポンプ５５によって負荷側往きヘッダ５４に導入された熱源水を往きヘッダＳＨに戻すことによって、負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の差圧を設定差圧に保持することで、２次ポンプ５５の締め切り運転を防止するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２４１７３５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、２次ポンプ５５の回転数を低下させると、それに伴って、ポンプ特性（流量−揚程特性）がフラットになるので、即ち、流量変化に対する揚程変化が小さくなるので、負荷側機器５１への送水量変化に対する負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の差圧変化が小さくなり、負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の差圧が設定差圧になるように、弁開度を調整しているバイパス弁５７の制御性が低下するといった問題がある。
【００１０】
特に、省エネルギ効果を追求して、２次ポンプ５５の最小回転数を低めに設定すると、負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の極めて小さな差圧変動で、バイパス弁５７を全閉から全開まで開閉させなければならなくなるので、必要なときにバイパス弁５７が開弁しないおそれがあり、２次ポンプ５５の締め切り運転を確実に防止することができなくなるといった問題がある。
【００１１】
逆に、２次ポンプ５５の締め切り運転を確実に防止するために、２次ポンプ５５の最小回転数を高めに設定すると、バイパス流量が必要以上に大きくなり、省エネルギに反することになる。
【００１２】
また、２次ポンプ５５の最小回転数、即ち、インバータに出力されるモータの最小周波数を設定するためには、負荷側機器５１への送水を停止した状態で、負荷側往きヘッダ５４と往きヘッダＳＨとの間の差圧が、設定差圧より僅かに（例えば、２ｍＡｑ程度）高くなるように、インバータによって、２次ポンプ５５の回転数を低下させ、そのときのモータの周波数を最小周波数として設定するといった面倒な作業を行わなければならない。
【００１３】
そこで、この発明の課題は、省エネルギ効果を最大限に発揮させながら、２次ポンプの締め切り運転を確実に防止することができ、しかも、試運転時の調整作業も簡単に行うことができる空調システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記の課題を解決するため、この発明は、空調負荷を処理する負荷側機器を備えた負荷側系統と、前記負荷側機器に熱源水を供給する熱源側系統とが、往きヘッダ及び還りヘッダを介して、相互に接続されている空調システムであって、前記負荷側系統は、前記熱源側系統によって前記往きヘッダに導入された熱源水を、負荷側往きヘッダを介して、前記負荷側機器に送出する２次ポンプと、前記負荷側往きヘッダと前記往きヘッダまたは前記還りヘッダとを接続するバイパス管と、前記負荷側往きヘッダから、前記バイパス管を介して、前記往きヘッダまたは前記還りヘッダに戻される熱源水のバイパス流量を調整する、前記バイパス管に設置されたバイパス弁と、前記負荷側往きヘッダから前記負荷側機器に送出される熱源水の負荷側流量を検出する流量計とを備え、前記２次ポンプは、前記負荷側系統への送水差圧が設定差圧になるように、その回転数が調整されるようになっており、前記流量計によって検出される前記負荷側流量が、前記２次ポンプに対して設定されたポンプ最小流量を下回ると、前記バイパス弁が開弁し、前記負荷側流量と前記バイパス流量との和が前記ポンプ最小流量になるように、前記バイパス弁の開度が調整されるようになっていることを特徴とする空調システムを提供するものである。なお、ここにいう「前記負荷側流量と前記バイパス流量との和が前記ポンプ最小流量になるように、前記バイパス弁の開度が調整される」とは、負荷側流量とバイパス流量との和がポンプ最小流量に概ね一致すればよく、負荷側流量とバイパス流量との和がポンプ最小流量に完全に一致する必要はない。また、ここにいう「前記負荷側往きヘッダと前記往きヘッダまたは前記還りヘッダとを接続するバイパス管」は、必ずしも、各種ヘッダに直接接続されていなければならないわけではなく、負荷側配管を介して各種ヘッダに接続されている場合も含まれる。
【００１５】
以上のように、この空調システムでは、２次ポンプのポンプ最小流量を確保するために、負荷側流量に基づいて、直接バイパス弁の開閉制御を行うようになっているので、負荷側流量の変化に伴って二次的に変化する送水差圧に基づいて、バイパス弁の開閉制御を行っている従来の空調システムのように、ポンプ特性の影響を受けてバイパス弁の制御性が低下することがない。
【００１６】
従って、負荷側機器への送水量が極端に低下しても、即ち、２次ポンプの回転数が極端に低下しても、バイパス弁が確実に開弁して、２次ポンプのポンプ最小流量を確保することになるので、２次ポンプの締め切り運転を確実に防止することができると共に、ポンプ最小流量を必要最小限に抑えることができるので、省エネルギ効果を最大限に発揮させることができる。
【００１７】
また、この空調システムでは、負荷側系統の送水差圧に基づいて、バイパス弁の開閉制御を行っている従来の空調システムのように、２次ポンプの回転数制御に制限を加えているわけではないので、２次ポンプの最小回転数（モータの最小周波数）を求めるための面倒な作業を行う必要がなく、試運転調整を効率よく行うことができるという利点もある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、この空調システム１は、所定温度（例えば、７℃）の熱源水を生成する冷凍機等の熱源機器１１Ａ、１１Ｂを備えた熱源側系統１０と、各熱源機器１１Ａ、１１Ｂによって生成された所定温度の熱源水を利用して空調負荷を処理する空調機等の負荷側機器２１Ａ、２１Ｂを備えた負荷側系統２０とが往きヘッダ３１及び還りヘッダ３２を介して、相互に接続されたものであり、往きヘッダ３１と還りヘッダ３２とは、バイパス管３３を介して、相互に接続されている。
【００１９】
熱源側系統１０は、熱源機器１１Ａ、１１Ｂを往きヘッダ３１及び還りヘッダ３２に接続する熱源側配管１２Ａ、１２Ｂと、熱源側配管１２Ａ、１２Ｂにおける熱源機器１１Ａ、１１Ｂの上流側に設置された１次ポンプ１３Ａ、１３Ｂとを備えており、熱源機器１１Ａ、１１Ｂによって生成された所定温度の熱源水が、１次ポンプ１３Ａ、１３Ｂによって、往きヘッダ３１に送出されるようになっている。
【００２０】
負荷側系統２０は、２次ポンプ２６ａ、２６ｂが設置された負荷側往き配管２４ａ、２４ｂ及びバイパス弁２７が設置された負荷側バイパス配管２４ｃを介して往きヘッダ３１に接続される負荷側往きヘッダ２２と、流量計４３が設置された負荷側還り配管２４ｄを介して還りヘッダ３２に接続される負荷側還りヘッダ２３とを備えており、負荷側機器２１Ａ、２１Ｂが、負荷側末端配管２５Ａ、２５Ｂを介して、負荷側往きヘッダ２２と負荷側還りヘッダ２３とに接続されている。
【００２１】
負荷側末端配管２５Ａ、２５Ｂには、負荷側機器２１Ａ、２１Ｂの上流側に二方弁２８Ａ、２８Ｂがそれぞれ設置されており、この二方弁２８Ａ、２８Ｂを空調負荷に応じて開閉させることにより、負荷側機器２１Ａ、２１Ｂへの熱源水の供給量が調整されるようになっている。
【００２２】
また、２次ポンプ２６ａ、２６ｂは、インバータによって、その回転数を変化させることで、送水量を調整することができるようになっており、空調負荷に応じて二方弁２８Ａ、２８Ｂが開閉することで、負荷側機器２１Ａ、２１Ｂへの送水量が変化した場合でも、負荷側系統２０への送水差圧、即ち、差圧発信器４２によって検出される、負荷側往きヘッダ２２と往きヘッダ３１との間の差圧が設定差圧になるように、プログラマブル・ロジック・コントローラ４１が、２次ポンプ２６ａ、２６ｂの回転数を制御するようになっている。
【００２３】
ただし、負荷側系統２０の二方弁２８Ａ、２８Ｂが全閉または全閉近くまで閉弁すると、２次ポンプ２６ａ、２６ｂが締め切り運転またはそれに近い運転を行うことになるので、負荷側機器２１Ａ、２１Ｂへの送水量が少なくなったときは、バイパス弁２７が開弁し、２次ポンプ２６ａ、２６ｂによって負荷側往きヘッダ２２に導入された熱源水が、負荷側バイパス配管２４ｃを介して、往きヘッダ３１に戻されるようになっている。
【００２４】
具体的には、２次ポンプ２６ａ、２６ｂに対して確保しなければならない最小ポンプ流量をプログラマブル・ロジック・コントローラ４１に予め登録しておき、図２に示すように、流量計４３によって検出される負荷側流量が、最小ポンプ流量を下回った時点で、バイパス弁２７が開弁し始め、負荷側流量が０になった時点で、バイパス弁２７が全開になるように、プログラマブル・ロジック・コントローラ４１がバイパス弁２７の開閉動作を比例制御するようになっている。なお、負荷側往きヘッダ２２と往きヘッダ３１との間の差圧が設定差圧に保持されている状態で、バイパス弁２７が全開になると、最小ポンプ流量の熱源水が、負荷側往きヘッダ２２から、負荷側バイパス配管２４ｃを介して、往きヘッダ３１に戻されるように、負荷側バイパス配管２４ｃの配管抵抗が調整されている。
【００２５】
さらに、プログラマブル・ロジック・コントローラ４１は、流量計４３によって検出される負荷側流量と、負荷側系統２０における送水温度差、即ち、往きヘッダ３１と還りヘッダ３２との間の温度差とに基づいて、空調負荷を算出するようになっており、プログラマブル・ロジック・コントローラ４１が、算出した空調負荷に応じて、各熱源機器１１Ａ、１１Ｂ及び１次ポンプ１３Ａ、１３Ｂの発停制御を行うようになっている。
【００２６】
なお、この空調システム１では、空調負荷に応じて、負荷側系統２０が送水量を調整し、熱源側系統１０が熱源機器１１Ａ、１１Ｂ及び１次ポンプ１３Ａ、１３Ｂの台数制御を行うようになっているが、１次ポンプ１３Ａ、１３Ｂは、定流量ポンプなので、熱源側系統１０の送水量が負荷側系統２０の送水量を上回ると、その余剰分がバイパス管３３を通って、往きヘッダ３１から還りヘッダ３２に戻されるようになっている。
【００２７】
以上のように、この空調システム１では、２次ポンプ２６ａ、２６ｂのポンプ最小流量を確保するために、流量計４３によって検出される負荷側流量に基づいて、バイパス弁２７の開閉制御を行うようになっているので、２次ポンプの回転数制御と同様に、負荷側流量の変化に伴って二次的に変化する送水差圧（ヘッダ間差圧）に基づいて、バイパス弁の開閉制御を行っている従来の空調システムのように、ポンプ特性の影響を受けてバイパス弁の制御性が低下することがない。
【００２８】
従って、負荷側機器２１Ａ、２１Ｂへの送水量が、２次ポンプ２６ａ、２６ｂに対して設定されているポンプ最小流量を下回ると、バイパス弁２７が確実に開弁してポンプ最小流量を確保することができ、しかも、そのポンプ最小流量を必要最小限に抑えることができるので、省エネルギ効果を最大限に発揮させながら、２次ポンプ２６ａ、２６ｂの締め切り運転を確実に防止することができる。
【００２９】
また、この空調システム１では、負荷側系統の送水差圧に基づいて、バイパス弁の開閉制御を行っている従来の空調システムのように、２次ポンプの回転数制御に制限を加えているわけではないので、２次ポンプの最小回転数（モータの最小周波数）を求めるための面倒な作業を行う必要がなく、しかも、２次ポンプ２６ａ、２６ｂの回転数制御の基準となる送水差圧の設定を変更しても、再調整の必要がないので、試運転調整を効率よく行うことができる。
【００３０】
なお、上述した実施形態では、２台の熱源機器１１Ａ、１１Ｂ及び定流量の１次ポンプ１３Ａ、１３Ｂの台数制御を行う空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、３台以上の熱源機器及び１次ポンプの台数制御を行う空調システムや、熱源側系統が１台の熱源機器及び１次ポンプからなる空調システムについても本発明を適用することができることはいうまでもない。
【００３１】
また、上述した実施形態では、２台の２次ポンプ２６ａ、２６ｂを備えている空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、１台または３台以上の２次ポンプを備えた空調システムについても本発明を適用することができることはいうまでもない。
【００３２】
また、上述した実施形態では、２台の２次ポンプ２６ａ、２６ｂを、同時運転させるようにしているが、これに限定されるものではなく、２台の２次ポンプ２６ａ、２６ｂの台数制御を行うことも可能である。
【００３３】
また、上述した実施形態では、負荷側バイパス配管２４ｃが負荷側往きヘッダ２２及び往きヘッダ３１に接続されているが、これに限定されるものではなく、例えば、負荷側往きヘッダ２２に接続された負荷側バイパス配管を、往きヘッダ３１に代えて、還りヘッダ３２に接続したり、負荷側還り配管２４ｄにおける流量計４３の下流側に接続することも可能である。
【００３４】
また、上述した実施形態では、バイパス管３３が往きヘッダ３１及び還りヘッダ３２に直接接続されているが、これに限定されるものではなく、例えば、往きヘッダ３１に接続されたバイパス管を、還りヘッダ３２に代えて、負荷側還り配管２４ｄにおける流量計４３の下流側に接続することも可能である。
【００３５】
また、上述した実施形態では、各熱源機器１１Ａ、１１Ｂに対して、共通のバイパス管３３を設けているが、これに限定されるものではなく、例えば、各熱源機器１１Ａ、１１Ｂを個別にバイパスするように、各熱源側配管１２Ａ、１２Ｂに、それぞれバイパス管を設けることも可能である。
【００３６】
また、上述した実施形態では、熱源側系統１０が定流量タイプの熱源機器１１Ａ、１１Ｂ及び定流量の１次ポンプ１３Ａ、１３Ｂを備えている空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、熱源側系統が変流量タイプの熱源機器や変流量の１次ポンプを備えている空調システムについても本発明を適用することができる。
【００３７】
また、上述した実施形態では、熱源機器１１Ａ、１１Ｂによって生成された所定温度の熱源水が負荷側系統２０に直接送出される空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、熱源機器によって蓄熱槽に一旦貯留された所定温度の熱源水の保有熱量が、熱交換器を介して、負荷側系統に供給されるような空調システムについても本発明を適用することができることはいうまでもない。
【００３８】
また、上述した実施形態では、プログラマブル・ロジック・コントローラ４１が、２次ポンプ２６ａ、２６ｂの回転数制御及びバイパス弁２７の開閉制御を行っているが、これに限定されるものではなく、例えば、差圧調節器といった種々の制御手段を組み合わせて使用することも可能である。
【００３９】
また、上述した実施形態では、負荷側系統２０の送水差圧を固定の設定差圧に保持する通常のヘッダ間差圧制御を採用した空調システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、負荷側機器の前後の差圧を固定の設定差圧に保持する末端差圧制御や、空調負荷に応じて、設定差圧を変化させる推定末端差圧制御を採用した空調システムについても本発明を適用することができる。推定末端差圧制御を行う場合は、通常、負荷側機器への送水量が少なくなると、送水差圧（設定差圧）を低下させることになるので、通常の差圧制御を行う場合に比べて、２次ポンプの回転数が大きく低下し、ポンプ特性がフラットになりやすいので、本発明の空調システムは、推定末端差圧制御を採用する場合に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる空調システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同上の空調システムにおけるバイパス弁の開閉動作を示す図である。
【図３】従来の空調システムを示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  空調システム
１０  熱源側系統
１１Ａ、１１Ｂ  熱源機器
１２Ａ、１２Ｂ  熱源側配管
１３Ａ、１３Ｂ  １次ポンプ
２０  負荷側系統
２１Ａ、２１Ｂ  負荷側機器
２２  負荷側往きヘッダ
２３  負荷側還りヘッダ
２４ａ、２４ｂ  負荷側往き配管
２４ｃ  負荷側バイパス配管
２４ｄ  負荷側還り配管
２５Ａ、２５Ｂ  負荷側末端配管
２６ａ、２６ｂ  ２次ポンプ
２７  バイパス弁
２８Ａ、２８Ｂ  二方弁
３１  往きヘッダ
３２  還りヘッダ
３３  バイパス管
４１  プログラマブル・ロジック・コントローラ
４２  差圧発信器
４３  流量計
【図１】
0003688694.tif 000002
【図２】
0003688694.tif 000003
【図３】
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