(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の建築物の電気機器に電力を供給し、かつその発電の際の排熱を利用して建築物の空調および給湯をするコジェネレーションシステムの構築方法であって、該方法は、
所定の電力容量の発電手段と、空調および給湯をする一次側機器とを設置する際に、前記発電手段を監視制御する監視制御手段と、空調および給湯の一次側機器での制御およびその状態をそれぞれ監視する分散制御手段と、該分散制御手段および前記監視制御手段からのデータを受けてその管理をする中央管理手段とを所定のネットワークにより接続しておく工程と、
少なくとも空調および給湯の一次側機器を設置する前に、それらの状態および負荷による熱量の変化をシミュレーションするシミュレータを前記分散制御手段にそれぞれ接続する工程と、
前記分散制御手段を介して前記シミュレータからの状態データを前記中央管理手段に送りつつ、該中央管理手段からの時間別および月別の負荷予測パターンに基づいて前記分散制御手段を介して前記シミュレータを制御して空調および給湯の一次側機器をシミュレーションする工程と、
該シミュレーション工程の結果に基づいて一次側機器の容量および前記発電手段の運転効率を求めて、その結果からそれぞれの機器を選択して設置する工程とを含むことを特徴とするコジェネレーションシステムの構築方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコジェネレーションシステムの構築方法において、前記コジェネレーションシステムは、対象の建築物の用途に応じた発電容量を有する発電手段と、該発電手段からの排熱を回収して温水を生成する排熱回収手段と、前記発電手段により駆動されて冷水または冷媒と温水との熱交換およびその循環をする熱交換手段と、該熱交換手段からの冷水または冷媒により低温蓄熱をして空調用の冷水を供給する低温蓄熱手段と、前記熱交換手段から排熱回収ボイラを介して加熱された温水を蓄えて給湯する貯湯手段とを含み、前記シミュレータはそれぞれの部位の熱量および状態を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を前記分散制御手段を介して前記中央管理手段に供給することを特徴とするコジェネレーションシステムの構築方法。
【請求項３】
請求項２に記載のコジェネレーションシステムの構築方法において、前記熱交換手段は、冷温同時取り出し機能を含むヒートポンプチラーであり、前記シミュレータは、ヒートポンプチラーの消費電力、発生冷熱および温水との交換熱量を所定の演算によりシミュレーションして前記分散制御手段を介して前記中央管理手段に供給することを特徴とするコジェネレーションシステムの構築方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のコジェネレーションシステムの構築方法において、前記分散制御手段は、前記熱交換手段での冷水および温水の入出力温度をそれぞれ検出し、その運転および停止制御をする第１の制御ユニットと、前記低温蓄熱手段および貯湯手段の槽温度およびそれぞれの水量を検出する第２の制御ユニットと、前記電気機器のオン・オフ制御をする第３の制御ユニットとを含み、該第１〜第３の制御ユニットは、それぞれ前記中央管理手段との間において通信する通信機能と、所定のアプリケーションによりそれぞれの機器またはシミュレータを制御する制御機能とを含むニューロンチップにより形成されていることを特徴とするコジェネレーションシステムの構築方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のコジェネレーションシステムの構築方法において、前記中央管理手段は、それぞれの建築物のコジェネレーションシステムを管理する管理センタに公衆通信網を介して接続され、それぞれの機器からのデータを管理センタに送り、該管理センタにおいて遠隔管理することを特徴とするコジェネレーションシステムの構築方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のコジェネレーションシステムの構築方法において、前記発電手段は、マイクロガスタービンであり、前記シミュレータは、マイクロガスタービンでの排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を前記監視制御手段を介して前記中央管理装置に供給することを特徴とするコジェネレーションシステムの構築方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のコジェネレーションシステムの構築方法において、前記発電手段は、ディーゼルエンジンであり、前記シミュレータは、ディーゼルエンジンでの排気温度、排気流量および燃料流量ならびにエンジン出口での冷却水温度および冷却水流量をそれぞれ所定の演算によりシミュレーションして、その結果を前記監視制御手段を介して前記中央管理手段に供給することを特徴とするコジェネレーションシステムの構築方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載のコジェネレーションシステムの構築方法において、該構築方法は、前記シミュレーション工程の結果から求めた前記一次側機器の電力消費量および排熱回収量に基づいて前記発電手段の機種を選択する工程を含むことを特徴とするコジェネレーションシステムの構築方法。
【請求項９】
所定の建築物の電気機器に電力を供給し、かつその発電の際の排熱を利用して建築物の空調および給湯をするコジェネレーションシステムの熱源検証システムであって、該システムは、
所定の発電機の少なくとも排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレートする第１のシミュレータと、発電機からの排熱を回収して温水を生成する排熱回収ボイラの排熱から温水への交換熱量を所定の演算によりシミュレートする第２のシミュレータと、前記発電手段により駆動されて冷水または冷媒と温水との熱交換およびその循環をする熱交換手段の冷水または冷媒および温水の入出力温度を所定の演算によりシミュレートする第３のシミュレータと、該熱交換手段からの冷水または冷媒により低温蓄熱をして空調用の冷水を供給する低温蓄熱槽の槽温度およびその水位をシミュレートする第４のシミュレータと、前記熱交換手段から排熱回収ボイラを介して加熱された温水を蓄えて給湯する貯湯槽の槽温度およびその水位をシミュレートする第５のシミュレータと、第１〜第５のシミュレータによりそれぞれ演算した結果を管理する中央管理手段であって、それぞれのシミュレータによりシミュレートする際の時間別および月別の予測負荷パターンがあらかじめ記憶された中央管理手段と、該中央管理手段と前記第１〜第５のシミュレータとの間においてデータをやり取りし、かつ中央管理手段からの指示に基づいて第１〜第５のシミュレータを制御する分散制御手段とを含むことを特徴とするコジェネレーションシステムの熱源検証システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の熱源検証システムにおいて、前記第１〜第５のシミュレータは、所定のコンピュータにそれぞれプログラミングされていることを特徴とするコジェネレーションシステムの熱源検証システム。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の熱源検証システムにおいて、前記熱交換手段は、冷温同時取り出し機能を含むヒートポンプチラーであり、前記第３のシミュレータは、ヒートポンプチラーの消費電力、発生冷熱および温水との交換熱量を所定の演算によりシミュレーションして前記分散制御手段を介して前記中央管理手段に供給することを特徴とする熱源検証システム。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の熱源検証システムにおいて、前記分散制御手段は、第１〜第５のシミュレータからのデータ種別およびその機器に応じた複数の制御ユニットを含み、該制御ユニットは、それぞれ前記中央管理手段との間において通信する通信機能と、所定のアプリケーションによりそれぞれの機器またはシミュレータを制御する制御機能とを含むニューロンチップにより形成されていることを特徴とするコジェネレーションシステムの熱源検証システム。
【請求項１３】
請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の熱源検証システムにおいて、前記中央管理手段は、それぞれの建築物のコジェネレーションシステムを管理する管理センタに公衆通信網を介して接続され、それぞれのシミュレータからのデータを管理センタに送り、該管理センタにおいて熱源検証の際のシミュレーションを遠隔管理することを特徴とするコジェネレーションシステムの熱源検証システム。
【請求項１４】
請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載の熱源検証システムにおいて、前記発電機は、マイクロガスタービンであり、前記第１のシミュレータは、マイクロガスタービンでの排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を前記分散制御手段を介して前記中央管理装置に供給することを特徴とするコジェネレーションシステムの熱源検証システム。
【請求項１５】
請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載の熱源検証システムにおいて、前記発電機は、ディーゼルエンジンであり、前記第１のシミュレータは、ディーゼルエンジンでの排気温度、排気流量および燃料流量ならびにエンジン出口での冷却水温度および冷却水流量をそれぞれ所定の演算によりシミュレーションして、その結果を前記監視制御手段を介して前記中央管理手段に供給することを特徴とするコジェネレーションシステムの熱源検証システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コジェネレーションシステムの構築方法およびその熱源検証システムに係り、特に、たとえばマイクロガスタービンまたはディーゼルエンジンなどの個別分散電源を用いたコジェネレーションシステムおよびその熱源検証システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気、空調および給湯等のエネルギーを同時に大量に消費する建築物、たとえばホテル、デパート、病院、老人保健施設、食品加工工場などに利用可能な個別分散型の電源およびその排熱を利用したコジェネレーションシステムの開発およびその実用化が図られつつある。
【０００３】
たとえば、上記のようなコジェネレーションシステムとして、マイクロガスタービンを発電機として利用したものが知られている。このコジェネレーションシステムは、建物の用途に応じた発電容量を有するマイクロガスタービンと、その発電の際の排熱を回収する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラにより加熱した温水を蓄えて給湯する貯湯槽と、マイクロガスタービンにより駆動されて冷水または冷媒を冷却し、その蒸発熱を利用して貯湯槽から循環する温水との熱交換により温水を再加熱するヒートポンプチラーと、ヒートポンプチラーにより冷却された冷水または冷媒により低温蓄熱して、空調用の冷水を空調機器に供給する氷蓄熱槽とを含む。
【０００４】
この場合、マイクロガスタービンにより発電した電力は、建物の照明等を含む電気機器およびヒートポンプチラーの冷凍機に電力を供給する。その際、タービンからの排熱は、排熱回収ボイラに供給される。排熱回収ボイラでは、タービンからの排熱により温水を所望の温度に加熱して、貯湯槽に供給する。貯湯槽に供給された温水は、建物に給湯されると、その給湯量に応じて給水が行なわれる。その際、給水された水により貯湯槽内の温度が低下すると、貯湯された温水がヒートポンプチラーに循環されて、冷水または冷媒を冷却する冷凍サイクルで発生する凝縮熱により温水が再加熱される。再加熱された温水は、排熱回収ボイラに循環されてさらに所望の温度に加熱されて貯湯槽に蓄えられる。一方、ヒートポンプチラーにより冷却された冷水または冷媒は氷蓄熱槽に循環されて、その低温蓄熱により空調用に循環される冷水を冷却する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなコジェネレーションシステムを構築する際に、発電機の運転制御およびヒートポンプチラーの能力または氷蓄熱槽および貯湯槽の容量、さらに建物の用途によって、それぞれの建物に応じた有効なエネルギー利用効率を求めることが難しかった。このため、各種条件に合った最適なシステムを構築することが困難であり、普及拡大の障害になっていた。また、従来、おおよそのエネルギー利用効率およびランニングコスト等を試算する際にも、手計算により求めていたので、その工数に多大な時間および人数を必要としており、そのため多大な経費を要していた。また、計算精度もラフなものとならざるを得なかった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、空調および給湯の一次側機器の容量および発電機の運転制御を建物に応じて有効に、かつ迅速に決定することができ、したがって建物に合った最適なシステムを安価に構築することができるコジェネレーションシステムの構築方法および熱源検証システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法は上述の課題を解決するために、所定の建築物の電気機器に電力を供給し、かつその発電の際の排熱を利用して建築物の空調および給湯をするコジェネレーションシステムの構築方法であって、所定の電力容量の発電手段（１０）と、空調および給湯をする一次側機器（１２〜１８）とを設置する際に、発電手段を監視制御する監視制御手段（２２）と、空調および給湯の一次側機器での制御およびその状態をそれぞれ監視する分散制御手段（２４〜２８）と、分散制御手段および監視制御手段からのデータを受けてその管理をする中央管理手段（３０）とを所定のネットワーク３４、３６により接続しておく工程と、少なくとも空調および給湯の一次側機器を設置する前に、それらの状態および負荷による熱量の変化をシミュレーションするシミュレータ（５２〜６０）を分散制御手段にそれぞれ接続する工程と、分散制御手段を介してシミュレータからの状態データを中央管理手段に送りつつ、中央管理手段からの時間別および月別の負荷予測パターンに基づいて分散制御手段を介してシミュレータを制御して空調および給湯の一次側機器をシミュレーションする工程と、そのシミュレーション工程の結果に基づいて一次側機器の容量および発電手段の運転効率を求めて、その結果からそれぞれの機器を選択して設置する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
この場合、コジェネレーションシステムは、対象の建築物の用途に応じた発電容量を有する発電手段（１０）と、発電手段からの排熱を回収して温水を生成する排熱回収手段（１２）と、発電手段により駆動されて冷水または冷媒と温水との熱交換およびその循環をする熱交換手段（１４）と、熱交換手段からの冷水または冷媒により低温蓄熱をして空調用の冷水を供給する低温蓄熱手段（１６）と、熱交換手段から排熱回収ボイラを介して加熱された温水を蓄えて給湯する貯湯手段（１８）とを含み、そのシミュレータ（５２〜６０）は、それぞれの部位の熱量および状態を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を分散制御手段を介して中央管理手段に供給するとよい。
【０００９】
また、熱交換手段は、冷温同時取り出し機能を含むヒートポンプチラー１４であり、そのシミュレータ（５４）は、ヒートポンプチラーの消費電力、発生冷熱および温水との交換熱量を所定の演算によりシミュレーションして分散制御手段を介して中央管理手段に供給するとよい。
【００１０】
さらに、分散制御手段は、熱交換手段の冷水または冷媒および温水の入出力温度をそれぞれ検出し、その運転および停止制御をする第１の制御ユニット（２４）と、低温蓄熱手段および貯湯手段の槽温度およびそれぞれの水量を検出する第２の制御ユニット（２６）と、電気機器のオン・オフ制御をする第３の制御ユニット（２８）とを含み、これら第１〜第３の制御ユニットは、それぞれ中央管理手段との間において通信する通信機能と、所定のアプリケーションによりそれぞれの機器またはシミュレータを制御する制御機能とを含むニューロンチップにより形成されていると有利である。
【００１１】
また有利には、中央管理手段（３０）は、それぞれの建築物のコジェネレーションシステムを管理する管理センタ（４０）に公衆通信網（３８）を介して接続され、それぞれの機器からのデータを管理センタに送り、その管理センタにおいてシステムを遠隔管理するとよい。
【００１２】
また、発電手段としてマイクロガスタービン（１０）が有効に適用され、そのシミュレータ（６０）は、マイクロガスタービンでの排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を監視制御手段を介して中央管理装置に供給するとよい。
【００１３】
さらに、発電手段としてディーゼルエンジンが有効に適用され、そのシミュレータは、ディーゼルエンジンでの排気温度、排気流量および燃料流量ならびにエンジン出口での冷却水温度および冷却水流量をそれぞれ所定の演算によりシミュレーションして、その結果を監視制御手段を介して中央管理手段に供給するとよい。
【００１４】
また、本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法は、シミュレーション工程の結果から求めた一次側機器の電力消費量および排熱回収量に基づいて発電手段の機種を選択する工程を含むとよい。
【００１５】
一方、本発明によるコジェネレーションシステムの熱源検証システムは、所定の建築物の電気機器に電力を供給し、かつその発電の際の排熱を利用して建築物の空調および給湯をするコジェネレーションシステムの熱源検証システムであって、所定の発電機の少なくとも排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレートする第１のシミュレータ（６０）と、発電機からの排熱を回収して温水を生成する排熱回収ボイラの排熱から温水への交換熱量を所定の演算によりシミュレートする第２のシミュレータ（５２）と、発電手段により駆動されて冷水または冷媒と温水との熱交換およびその循環をする熱交換手段の冷水または冷媒および温水の入出力温度を所定の演算によりシミュレートする第３のシミュレータ（５４）と、熱交換手段からの冷水または冷媒により低温蓄熱をして空調用の冷水を供給する低温蓄熱槽の槽温度およびその水位をシミュレートする第４のシミュレータ（５６）と、熱交換手段から排熱回収ボイラを介して加熱された温水を蓄えて給湯する貯湯槽の槽温度およびその水位をシミュレートする第５のシミュレータ（５８）と、第１〜第５のシミュレータによりそれぞれ演算した結果を管理する中央管理手段であって、それぞれのシミュレータによりシミュレートする際の時間別および月別の予測負荷パターンがあらかじめ記憶された中央管理手段（３０）と、中央管理手段と第１〜第５のシミュレータとの間においてデータをやり取りし、かつ中央管理手段からの指示に基づいて第１〜第５のシミュレータを制御する分散制御手段（２４〜２８）とを含むことを特徴とする。
【００１６】
この場合、第１〜第５のシミュレータは、所定のコンピュータ（１００）にそれぞれプログラミングされていることを特徴とする。
【００１７】
また、熱交換手段は、冷温同時取り出し機能を含むヒートポンプチラー（１４）が有効に適用され、第３のシミュレータ（５４）は、ヒートポンプチラーの消費電力、発生冷熱および温水との交換熱量を所定の演算によりシミュレーションして分散制御手段を介して中央管理手段に供給するとよい。
【００１８】
さらに、分散制御手段は、第１〜第５のシミュレータからのデータ種別およびその機器に応じた複数の制御ユニット（２４〜２８）を含み、それぞれの制御ユニットは、それぞれ中央管理手段との間において通信する通信機能と、所定のアプリケーションによりそれぞれの機器またはシミュレータを制御する制御機能とを含むニューロンチップにより形成されていると有利である。
【００１９】
また有利には、中央管理手段は、それぞれの建築物のコジェネレーションシステムを管理する管理センタに公衆通信網を介して接続され、それぞれのシミュレータからのデータを管理センタに送り、その管理センタにおいて熱源検証の際のシミュレーションを遠隔管理するとよい。
【００２０】
また、発電機としてマイクロガスタービンが有効に適用され、第１のシミュレータは、マイクロガスタービンでの排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を分散制御手段を介して中央管理装置に供給するとよい。
【００２１】
さらに、発電機としてディーゼルエンジンが有効に適用され、第１のシミュレータは、ディーゼルエンジンでの排気温度、排気流量および燃料流量ならびにエンジン出口での冷却水温度および冷却水流量をそれぞれ所定の演算によりシミュレーションして、その結果を監視制御手段を介して中央管理手段に供給するとよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法およびその熱源検証システムの実施の形態を詳細に説明する。図１には、本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法およびその熱源検証システムが適用されて構築したコジェネレーションシステムの一実施形態が示されている。本実施形態によるコジェネレーションシステムは、たとえばホテルなどの建物の電気機器に電力を供給し、かつその発電の際の排熱を利用して建物の空調および給湯をする熱併給発電システムであり、本実施形態では、発電機としてマイクロガスタービンを適用した場合を例に挙げて説明する。特に、本実施形態では、発電機と、空調および給湯の一次側機器とを設置する際に、それぞれの機器を監視制御する監視制御ネットワークを敷設しておき、少なくとも空調および給湯の一次側機器を設置する前に、それらのシミュレータによりシミュレーションした結果からそれぞれの機器の容量および運転状態を求めて、その結果に基づいて適正な機器を選択してそれぞれの部位を設置する点が主な特徴点である。
【００２３】
詳細には、本実施形態に適用されるコジェネレーションシステムは、たとえば図２に示すように、発電機１０と、排熱回収ボイラ１２と、ヒートポンプチラー１４と、氷蓄熱槽１６と、貯湯槽１８とを含む。発電機１０は、ホテル等の建物の用途およびその大きさに応じた発電容量を有する個別分散型の電源であり、図２には、マイクロガスタービンが適用された場合の例が示されている。本実施形態に適用されるマイクロガスタービン１０は、コンプレッサ（Ｃ）１０２と、タービン（Ｔ）１０４と、ブースタ（Ｂ）１０６と、再生器（Ｒ）１０８と、発電モータ１１０と、コンバータ１１２と、インバータ１１４とを含む。コンプレッサ１０２は、タービン１０４および発電モータ１１０と共通の回転軸により連結されており、その回転軸の回転により空気を吸い込み圧縮した高圧空気を再生器１０８を介してブースタ１０６に送り込む圧縮機である。ブースタ１０６は、都市ガスなどの燃料を燃焼する燃焼室を含み、その燃焼室において燃焼ガスとコンプレッサ１０２からの加圧された高圧空気との混合気体を生成してタービン１０４に送る。タービン１０４は、ブースタ１０６からの高温高圧の混合気体が内部に噴射されて、その際、断熱膨張した混合気体により羽根車を回転させて回転軸に動力を発生する動力発生部である。タービン１０４からの排出ガスは、再生器１０８に供給される。再生器１０８は、タービン１０４からの排出ガスによりコンプレッサ１０２からブースタ１０６への燃焼用の空気を予熱する熱交換機であり、たとえば６００度の排ガスが２８０度に変換されて外部に放出される。本実施形態では、再生器１０８からの排ガスが排熱回収ボイラ１２に供給されてその排熱が利用される。一方、発電モータ１１０は、タービン１０４の動力によりその回転軸が回転されて電気エネルギを発生する発電回路であり、発電した電力をコンバータ１１２およびインバータ１１４を介して出力する。インバータ１１４を介して出力された交流電力は、ヒートポンプチラー１４および照明２０等の電気機器に供給される。
【００２４】
他方、排熱回収ボイラ１２は、発電機１０からの排ガスをダンパ１２０を介して受けて、その排熱により温水を加熱して貯湯槽１８に供給する排熱回収部であり、本実施形態では、ヒートポンプチラー１４を介して供給される貯湯槽１８から循環した温水をほぼ８０度に加熱して再び貯湯槽１８に戻す。加熱制御は、ダンパ１２０の三方弁の制御により発電機１０からの排ガスがボイラ１２側と排気路側に振り分けられて、ボイラ１２からの温水出力がほぼ８０度になるように制御される。貯湯槽１８は、建物の給湯または暖房に供給される温水を蓄える部位であり、本実施形態では、給水されてヒートポンプチラー１４および排熱回収ボイラ１２を循環して加熱された温水を貯湯する高温蓄熱部である。
【００２５】
ヒートポンプチラー１４は、発電機１０からの電力により駆動される冷凍機を含み、本実施形態では、氷蓄熱槽１６に循環する不凍液を含む冷水、つまりブラインを冷凍機により冷却し、その蒸発熱と圧縮機の駆動動力により温水を加熱する冷温同時取り出しの熱交換器である。氷蓄熱槽１６は、ヒートポンプチラー１４により冷却されたブラインが循環するコイルが敷設されて、本実施形態では、ブラインにより氷を生成して氷蓄熱をする低温蓄熱部である。氷蓄熱された氷蓄熱槽１６には、空調機に循環される冷水が入出力する。
【００２６】
本実施形態では、以上のような構成のコジェネレーションシステムを構築する際に、図１に示すように、監視制御装置２２と、第１〜第３の分散制御ユニット（ＬＯＮ）２４〜２８と、中央管理装置３０とを接続した監視制御ネットワークがあらかじめ敷設される。監視制御装置２２は、発電機１０にＲＳ２３２などのデータ制御線により接続されて、その監視制御プログラムが記憶されたパーソナルコンピュータなどの情報処理装置であり、本実施形態では、発電機１０の運転および停止制御をするとともに、発電電圧、発電電流、発電電力量、燃料吸込温度および排ガス出口温度などのデータを収集する。この監視制御装置２２は、イーサネット（登録商標）３６およびハブ３２を介して中央管理装置３０に接続されて、中央管理装置３０からの制御信号および収集したデータを送受信する。
【００２７】
第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８は、発電機１０を除く各機器１２〜２０に接続されて、それらの監視制御を司どるそれぞれ制御回路であり、本実施形態では、たとえば図３に示すように、各機器の制御およびデータ収集をするＩＯインタフェース２０２と、ツイストペア線などの通信メディアを介してネットワーク間にて通信可能なトランシーバ２０４と、それらを制御するニューロンチップ２０６と、そのアプリケーションプログラムおよび通信プログラムが格納されたＥＥＰＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶部２０８とを含む分散制御型のＬＯＮ（ｌｏｃａｌ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｎｅｔｗｏｒｋ）  ノードである。たとえば、ニューロンチップ２０６は、イーサネット（登録商標）（登録商標）などの他のネットワークと通信可能なメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）層などの上位通信プロトコルの制御をする第１のＣＰＵと、ＬＯＮノード間において通信可能な下位通信プロトコルの制御をする第２のＣＰＵと、ユーザ用のアプリケーションによりＩＯインタフェース２０２を制御する第３のＣＰＵとを含み、それぞれ共有バッファを介してやり取りしてデータ収集および機器制御を司どる。
【００２８】
より具体的には図１に戻って、第１の分散制御ユニット２４は、排熱回収ボイラ１２およびヒートポンプチラー１４または本実施形態ではそれらのシミュレータに接続されて、それぞれを監視制御する回路であり、本実施形態では、排熱回収ボイラ１２のダンパ１２０の開閉制御ならびにヒートポンプチラー１４の運転・停止制御および冷温水の循環ポンプの駆動制御を司どる。また、本実施形態では、排熱回収ボイラ１２またはそのシミュレータの排ガス入口温度、排ガス出口温度、温水入口温度および温水出口温度などのデータを収集し、さらに、ヒートポンプチラー１４またはそのシミュレータの冷水入口温度、冷水出口温度、温水入口温度および温水出口温度などのデータを収集する。収集されたデータは、ＬＯＮネットワーク３４およびハブ３２を含むイーサネット（登録商標）を介して中央管理装置３０に送信される。
【００２９】
第２の分散制御ユニット２６は、氷蓄熱槽１６および貯湯槽１８またはそれらのシミュレータに接続されて、それぞれを監視制御する回路であり、本実施形態では、氷蓄熱槽１６の槽温度、空調用の冷水入口温度、冷水出口温度、満水または減水量を表わす水位などのデータと、貯湯槽１８の槽温度、貯湯量、給湯量および水位などのデータを収集する。収集したデータは、ＬＯＮネットワーク３４およびハブ３２を含むイーサネット（登録商標）を介して中央管理装置３０に供給される。第３の分散制御ユニット２８は、照明２０等の電気機器に接続されて、その監視制御をする回路であり、本実施形態では、たとえば照明２０のオン・オフ制御などを司どる。
【００３０】
中央管理装置３０は、監視制御装置２２および第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８を介して受けたデータに基づいてシステムの総合管理をするパーソナルコンピュータなどの情報処理装置であり、たとえば、発電機１０での計測電力量の積算、排熱回収ボイラ１２での熱交換量の積算、ヒートポンプチラー１４での冷水の熱交換量および温水の熱交換量の積算、氷蓄熱槽１６での蓄熱量の積算、貯湯槽１８での蓄熱量の積算などの演算および各機器の運転時間、状態履歴などの記録を行なう。また、各種設定値の入力により、各機器の運転および停止のタイミングおよび警報発生の閾値を監視制御装置２２および第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８に設定する設定機能を含む。特に、本実施形態では、各機器のシミュレータによりシミュレーションする際のたとえば図７〜図１０に示す時間別および月別の予測負荷パターンならびに予測気温パターンがあらかじめ記憶されて、それらのパターンに基づいた設定値を求めて第１〜第３の制御ユニット２４〜２８に設定し、それらを介してシミュレーションするシミュレーション機能を含む。さらに、中央管理装置３０は、公衆通信回線３８を介してそれぞれの建物のシステムを管理する管理センタに設置されたセンタ監視装置４０に接続され、通常の監視制御の際またはシミュレーションの際に監視制御装置２２および第１〜第３の分散制御ユニットから受けたデータおよびその演算結果などの各種データを送信可能となっている。また、本実施形態では、保守担当者などの携帯電話４２に公衆通信網３８を介して警報を送信する警報送信機能を含む。
【００３１】
次に、以上のような監視制御ネットワークが敷設された現場に、空調および給湯の一次側機器、つまり排熱回収ボイラ１２と、ヒートポンプチラー１４と、氷蓄熱槽１６と、貯湯槽１８とをそれぞれ設置する前に、それらのシミュレータ５２〜５８をそれぞれ第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８に接続して本実施形態による熱源検証システムを構築する。本実施形態では、発電機１０および照明２０はあらかじめ設置されているものとする。実際には、シミューレータ５２〜５８は、たとえば図４に示すように、シミュレータ用のパーソナルコンピュータ１００にそれぞれプログラミングされ、さらに発電機１０のシミュレータ６０がプログラミングされている。その際、シミュレータ６０からのデータを中央管理装置３０に送信するイーサネット（登録商標）がハブ３２とシミュレータＰＣ１００間に接続される。また、本実施形態では、第１の分散制御ユニット２４にチラーのシミュレータ５４からのアナログ出力が接続され、第２の分散制御ユニット２６に氷蓄熱槽と貯湯槽のシミュレータ５６、５８のアナログ出力が接続され、さらに第３の分散制御ユニット２８に燃料流量計６２を含む各機器５２〜５６のデジタル入出力が接続される。
【００３２】
本実施形態において、シミュレータ６０は、マイクロガスタービンをシミュレートする第１のシミュレータであり、本実施形態では、チラーのシミュレータ５４の消費電力を負荷として排気温度、排気流量および燃料流量などを演算する。たとえば、排気温度ＥＴは、負荷をＧＰ（ｋＷ）、外気温度をＳＡＴ（度）とすると次式（１）により演算される。
ＥＴ＝１６４．４  ＋３．４２８×ＧＰ＋（１．００６＋０．０１２６２  ×ＧＰ）×ＳＡＴ  ・・・（１）
排気流量ＥＦは、ダンパを含む排気系抵抗係数をＣＤとすると、次式（２）により演算される。
ＥＦ＝３６８．６  −１．２３９×ＣＤ＋２２．６１×ＧＰ＋（（−０．４２８５  ＋１．１５５×ｌｎ（ＣＤ）＋（０．１９５８  −０．０５１４×ｌｎ（ＣＤ））×ＧＰ）×ＳＡＴ  ・・・（２）
また、燃料流量ｆｆは、発電効率をＩＴＡ（％）、燃料の低位発熱量をＦＪ（ＭＪ／ｋｇ）とすると、次式（３）により演算される。
ｆｆ＝（ＧＰ×３．６）／（ＩＴＡ×ＦＪ）×１００  ・・・（３）
発電効率ＩＴＡは、次式（４）により求められる。
ＩＴＡ  ＝１１．８２  ＋１．０１８×ＧＰ−０．０１３３５×ＧＰ＾２  −０．００１６２８×ＧＰ＾３  −（０．１４４−０．０２６６８×ＧＰ＋０．００２５×ＧＰ＾２  −０．００００５９５５×ＧＰ＾３）×ＳＡＴ  ・・・（４）
【００３３】
シミュレータ５２は、排熱回収（排ガス）ボイラ１２をシミュレートする第２のシミュレータであり、本実施形態では、第３の分散制御ユニット２８からのダンパのオン・オフ信号を受けて、さらにシミュレータ６０からの排気温度および排気流量から温水出口温度を演算する。たとえば、排気温度ＥＴと排気流量ＥＦとから次式（５）による交換熱量ＨＸＪ（ｋｃａｌ／ｈ）が演算される。
ＨＸＪ  ＝（（０．０００５×ＥＴ＾３．２７２３）×（０．７４９９×ＥＦ＾１．６０８２））＾０．５  ・・・（５）
上式（５）により、ボイラの温水出口温度ＨＷＯＴ（度）は、温水入口温度をＨＷＩＴ（度）、循環水量をＨＷＦＬ（ｋｇ／ｈ）とすると、次式（６）により演算される。
ＨＷＯＴ＝ＨＸＪ  ／ＨＷＦＬ＋ＨＷＩＴ    ・・・（６）
【００３４】
シミュレータ５４は、ヒートポンプチラー１４をシミュレートする第３のシミュレータであり、本実施形態では、第３の分散制御ユニット２８からの起動停止信号を受けてその時間での冷水熱量および温水熱量を演算して冷水入力温度、冷水出力温度、温水入力温度および温水出力温度を演算し、さらに、その際の消費電力を演算する。たとえば、消費電力ＣＰ（ｋＷ）は、冷房能力をＣ（ＭＪ／ｈ）とすると、次式（７）により演算される。
ＣＰ＝０．４０１４×Ｃ＋０．０５      ・・・（７）
【００３５】
シミュレータ５６は、氷蓄熱槽１６をシミュレートする第４のシミュレータであり、本実施形態では、シミュレータ５４からの冷水出口温度および水量から槽温度などを演算する。シミュレータ５８は、貯湯槽１８をシミュレートする第５のシミュレータであり、本実施形態では、シミュレータ５２からの温水出口温度および水量から槽温度などを演算する。
【００３６】
以上のように構成されたシミュレータ５２〜６０が第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８に接続されて、本実施形態によるコージェネレーションシステムの熱源検証システムが構築されると、図５および図６に示すようにそのシミュレーションが開始される。まず、中央管理装置３０を起動して、そのシミュレーション設定画面を読み出して、蓄熱時間帯および空調時間帯を含むそれぞれ所望の設定値を入力する。たとえば、蓄熱時間帯を２４：００〜０３：００と設定し、空調時間帯を０３：００〜２４：００と設定する。次に、シミュレーションする期間およびサンプリングの時間ステップなどを入力してシミュレーションを開始すると、中央管理装置３０では、図７〜図１０に示す負荷パターンおよび予測気温パターンのファイルを読み出して、必要蓄熱量および必要貯湯量を求めて、その結果を第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８に送る。詳しくは、図６に示すように、まず、ステップＳ１０において蓄熱時間帯か否かが判定される。蓄熱時間帯であれば、ステップＳ１４に進み、負荷パターンを取得して、さらにステップＳ２０において明日の空調時間帯の予測負荷熱量を演算する。たとえば、明日が８月１７日である場合、その空調時間帯における空調負荷の予測負荷熱量ＬＨｈは、明日の全予測負荷熱量をＬＤｐ（Ｍｃａｌ）とし、空調時間帯の時間別負荷パターン値トータルをＲＨｔとし、時間別負荷パターン値トータルをＲＤｔとすると、次式（８）により求められる。
ＬＨｈ  ＝ＬＤｐ×（ＲＨｔ／ＲＤｔ）    ・・・（８）
この場合、明日の空調負荷の全予測負荷熱量ＬＤｐは、今月の月別負荷をＬＭｔ、来月の月別負荷をＬＭｎ、今月１５日から来月１４日までの日数をＤｎｎ、今月から今日までの日数をＤｔｎとすると、
0003610490.tif 000002
として求められる。この結果から明日の空調時間帯における空調負荷の予測負荷熱量ＬＨｈは、上式（８）により、
0003610490.tif 000003
として求められる。
【００３７】
同様に、明日（８月１７日）の給湯時間帯における給湯負荷の予測負荷熱量ＬＨｈは、次式により明日の給湯負荷の全予測負荷熱量ＬＤｐを求めて、
0003610490.tif 000004
として求められる。
【００３８】
次に、ステップＳ２６に進み、ステップＳ２０において求めた値が外気温度により補正されて、その補正した値がステップＳ２８において第３の分散制御ユニット（ＬＯＮ）２８に供給される。外気温度の補正は、まず、蓄熱開始時にその日の平均外気温度ＴＤｐを求める。平均外気温度ＴＤｐは、あらかじめ記憶された月別平均外気温度ファイルのデータから次式（９）または（１０）により求められる。ただし、式（９）は、明日がその月の１６日以降の場合に適用されて、式（１０）は明日がその月の１５日以前の場合に適用される。また、両式（９）、（１０）において、ＴＭｔは今月の平均外気温度、ＴＭｎは来月の平均外気温度、ＴＭｐが先月の平均外気温度であり、それぞれ月別平均外気温度のデータである。さらに、式（９）、（１０）において、Ｄｎｎは今月１５日から来月１４日までの日数、Ｄｎｐは先月１５日から今月までの日数、Ｄｔｎは今月１５日から今日までの日数、Ｄｐｎが先月１５日から今日までの日数とする。
ＴＤｐ  ＝ＴＭｔ  ＋（（ＴＭｎ  −ＴＭｔ）／Ｄｎｎ）×Ｄｔｎ  ・・・（９）
ＴＤｐ  ＝ＴＭｐ  ＋（（ＴＭｔ  −ＴＭｐ）／Ｄｎｐ）×Ｄｐｎ  ・・・（１０）
たとえば、今日が８月１６日の場合のその日の平均外気温度は、上式（９）を適用して、
0003610490.tif 000005
として求められる。また、その結果は、蓄熱開始時間により時間毎の予測外気温度パターン（図３３参照）、たとえば２４：００の場合、０．８が乗算されて、２７．８５×０．８＝２２．２８  がその時間の平均外気温度として求められる。さらに、その時の実際の外気温度との差を求め、これに補正係数（０．０１）を乗算したものが温度補正値として求められる。たとえば、外気温度２１．０度の場合、
（２２．２８−２１．００）×０．０１＝０．０１２８
となる。次に、求めた温度補正値を１から引いた値と予測負荷熱量を乗算して、その結果が明日の予測負荷熱量として求められる。
【００３９】
次に、ステップＳ１０において蓄熱時間帯でないと判定されると、ステップＳ１２に移り、空調時間帯であるか否かが判定される。空調時間帯であれば、ステップＳ１６に進み、負荷パターンを取得して、さらにステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、今日の空調終了時間までの予測負荷熱量が演算される。たとえば、８月１６日１５：００の空調終了時刻までの空調負荷の予測負荷熱量ＬＨｄは、今日の予測負荷熱量をＬＤｔとし、現時刻から空調終了時間までの時間別負荷パターン値トータルをＲＨｒとすると、次式（１１）により求められる。
ＬＨｄ  ＝ＬＤｔ×（ＲＨｒ／ＲＤｔ）      ・・・（１１）
この場合、今日の全予測負荷熱量ＬＤｔは、今月の月別負荷をＬＭｔ、来月の月別負荷をＬＭｎ、今月１５日から来月１４日までの日数をＤｎｎ、今月から今日までの日数をＤｔｎとすると、
0003610490.tif 000006
として求められる。この結果から今日の空調終了時間までの予測負荷熱量ＬＨｄは、上式（１１）により、
0003610490.tif 000007
として求められる。この結果の値は、ステップＳ２８において、第１〜第３の分散制御ユニット（ＬＯＮ）２４〜２８に送信される。
【００４０】
また、ステップＳ１０において蓄熱時間帯でないと判定され、さらにステップＳ１２において空調時間帯でないと判定されると、ステップＳ１８に進み、負荷パターンを取得する。なお、本実施形態では、蓄熱時間帯および空調時間帯の間に空き時間帯がない。ちなみに、空き時間帯がある場合、ステップＳ１８に進んで、負荷パターンを取得すると、ステップＳ２４に進み、最新１時間の予測負荷熱量を演算する。たとえば、８月１６日１５：００の最新１時間の予測負荷熱量ＬＨｎは、今日の予測負荷熱量をＬＤｔ、最新１時間の時間別負荷パターン値をＲＨｎ、時間別負荷パターン値トータルをＲＤｔとすると、次式（１２）により求められる。
0003610490.tif 000008
求められた値は、上記と同様に、ステップＳ２８において第１〜第３の分散制御ユニット（ＬＯＮ）２４〜２８に送信される。
【００４１】
次に、中央管理装置３０から上記のように演算した必要蓄熱量および必要貯湯熱量を受けた第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８では、シミュレータ５２〜５８を監視しつつ、蓄熱時間帯にオン・オフ信号を生成してシミュレータＰＣ１００に送り、チラーおよびボイラーのシミュレータ５４、５２の運転制御をする。より具体的には、たとえば図１１に示すように、中央管理装置３０から予測負荷熱量（以下、必要蓄熱量Ｑ、必要貯湯蓄熱量ＱＨとする）を受けると、ステップＳ３０において氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑ以上となったか否かを判定する。氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑより小であるときは、ステップＳ３２に進み、貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨより大となったか否かを判定する。貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯熱量ＱＨより小であるときは、ステップＳ３４に進み、時刻を判別して蓄熱時間帯であるか否かを判定する。蓄熱時間帯であれば、ステップＳ３６に進み、チラー５４をオンとする。チラー５４をオンとして、冷房側では、ステップＳ３８において氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑ以上になったか否かを判定する。氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑより小であれば、ステップＳ４０に移って時刻を判定する。蓄熱終了時刻Ｔ１になっていなければ、再びステップＳ３８に戻り、蓄熱量判定を繰り返す。ステップＳ３８において、氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑ以上となると、ステップＳ４２に移って、チラー５４を停止させる。給湯側では、ステップＳ４４において、貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨ以上となったか否かが判定される。貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨより小であれば、ステップＳ４６に移って時刻を判定する。蓄熱終了時刻Ｔ１になっていなければ、再びステップＳ４４に戻り、蓄熱量の判定を繰り返す。ステップＳ４４において、貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨ以上となると、ステップＳ４２に移って、チラー５４を停止する。チラーを停止すると、時刻を判別して蓄熱終了時刻Ｔ１になっているか否かを判定する。蓄熱終了時刻Ｔ１になっていなければ、ステップＳ３０に戻って上記工程を繰り返す。蓄熱終了時刻Ｔ１になっていると、スタートに戻って、中央管理装置３０からの予測負荷熱量の供給を待つ。
【００４２】
再び、ステップＳ３０において、氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑ以上となると、ステップＳ５０に移って、氷蓄熱をヒーティングタワーなどにより放熱するＨモードとなる。Ｈモードでは、図１２に示すように、ステップＳ５２において貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨ以上となったか否かが判定される。貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨより小であれば、ステップＳ５４に移り、放熱した氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑより小となったか否かが判定される。氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑより小となっていなければ再びステップＳ５２に戻り、氷蓄熱の放熱を繰り返す。再び、ステップＳ５２において、氷蓄熱を放熱している間に貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨ以上となると、ステップＳ５６に移り、チラー５４を停止する。その際、時刻が蓄熱終了時刻Ｔ１でなければ、再びステップＳ５２に戻り、蓄熱終了時刻Ｔ１になっていればスタートに戻る。ステップＳ５２において貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨより小となり、さらにステップＳ５４において氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑより小となると、図１１に示す通常運転状態のＣ＋Ｈモードに戻る。
【００４３】
一方、図１１に戻って、そのステップＳ３２において貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨ以上となっていると、ステップＳ６０の温熱を冷却塔などにより放熱するＣモードに移る。Ｃモードでは、図１３に示すように、そのステップＳ６２において氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑ以上となったか否かが判定される。氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑより小であれば、ステップＳ６４に移って、放熱した貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨより小となったか否かが判定される。貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨより小となっていなければ再びステップＳ６２に戻り、温熱の放熱を繰り返す。再び、ステップＳ６２において、温熱を放熱している間に氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑ以上となると、ステップＳ６６に移り、チラー５４を停止する。その際、時刻が蓄熱終了時刻Ｔ１でなければ、再びステップＳ６２に戻り、蓄熱終了時刻Ｔ１になっていればスタートに戻る。ステップＳ６２において氷蓄熱量Ｖが必要蓄熱量Ｑより小となり、さらにステップＳ６４において貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨより小となると、図１１に示す通常運転状態のＣ＋Ｈモードに戻る。
【００４４】
さらに、第１〜第３の分散制御ユニット（ＬＯＮ）２４〜２８では、図１４に示す排ガスボイラ５２の制御において、貯湯蓄熱量ＶＨを演算すると、ステップＳ７２において貯湯蓄熱量ＶＨの値を判定する。その値が必要貯湯蓄熱量ＱＨ以上になると、ステップＳ７４に移って、ダンパ１２０を閉とするオフ信号をボイラのシミュレータ５２に送る。貯湯蓄熱量ＶＨが必要貯湯蓄熱量ＱＨの９０％より小となると、ステップＳ７６において、ダンパ１２０を開とするオン信号をボイラのシミュレータ５２に送る。オン・オフ信号を送った後、ステップＳ７８において、時刻を判別し、その時刻が蓄熱終了時間Ｔ１になっていなければ、ステップＳ８０に進み、時間経過を判定し、たとえば１０サンプリング時間（秒）経過すると、再びステップＳ７２に戻り、上記の工程を繰り返す。ステップＳ７８において、蓄熱終了時間Ｔ１を過ぎると、ステップＳ８２に移り、ダンパ１２０を閉とするオフ信号をシミュレータ５４に送る。次いで、ステップＳ８４において、時刻が蓄熱開始時間Ｔ０になったか否かを判定して、蓄熱開始時間Ｔ０になると、スタートに戻って上記工程を再び繰り返す。
【００４５】
他方、図５に戻って、シミュレータＰＣ１００では、第１〜第３の制御ユニット２４〜２８の制御の下に、それぞれのシミュレータ５２〜６０がシミュレーション期間中、所定のサンプリング間隔によりそれぞれの部位の演算を行なって、そのシミュレーションを実行している。たとえば、チラーのシミュレータ５４では、第３の分散制御ユニット２８からの起動信号を受けて、運転状態となる。運転状態となると、その時間での冷水熱量および温水熱量を演算して、それぞれ冷水入力温度、冷水出力温度、温水入力温度および温水出力温度を求め、さらに、その際の消費電力を演算する。演算した冷水入力温度、冷水出力温度、温水入力温度および温水出力温度は、第１の分散制御ユニット２４に送られる。また、冷水出力温度は氷蓄熱槽のシミュレータ５６に送られ、さらに温水出力温度はボイラーのシミュレータ５２に送られる。消費電力は、発電機のシミュレータ６０に負荷として送られる。
【００４６】
次に、消費電力を負荷として受けた発電機のシミュレータ６０は、その際の排気温度、排気流量および燃料流量を演算して、それぞれの結果をボイラのシミュレータ５２に供給し、さらに、それらの結果および状態を表わすデータをイーサネット（登録商標）を介して中央管理装置３０に送信する。次に、シミュレータ６０からの演算結果を受けたボイラのシミュレータ５２は、第３の分散制御ユニット２８からのダンパ１２０のオン信号を受けると、排気温度および排気流量に基づいて温水の上昇温度を演算し、チラーのシミュレータ５４からの温水出口温度に上昇温度を加味したボイラー出口温度を演算する。その結果は、第１の分散制御ユニット２４に送られ、さらに貯湯槽のシミュレータ５８に送られる。これにより、シミュレータ５８では、槽温度を演算し、その結果を水位量のデータとともに、第２の分散制御ユニット２６に供給する。同様に、氷蓄熱槽のシミュレータ５６では、チラーのシミュレータ５４からの冷水出口温度および水量から槽温度を演算して、その結果を第２の分散制御ユニット２６に供給する。それぞれのシミュレータ５２〜５８からのデータを受けた第１および第２の分散制御ユニット２４，２６では、それらのデータをＬＯＮネットワークを介して中央管理装置３０に送るとともに、上述したように氷蓄熱量および貯湯蓄熱量を演算して、第３の分散制御ユニット２８に送る。この結果、第３の分散制御ユニット２８からの制御がシミュレーション期間中に繰り返されて、空調および給湯の一次側機器に相当するシミュレータ５２〜５８および発電機のシミュレータ６０により、所望の熱源システムのシミュレーションが実行される。その際、それぞれのシミュレーション結果は、ＬＯＮネットワークおよびイーサネット（登録商標）を介して中央管理装置３０に供給される。
【００４７】
次に、中央管理装置３０では、シミュレーションのすべての期間中に、シミュレータ５２〜５８およびシミュレータ６０からの状態データを受け、さらに第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８からの制御結果を表わすデータを受けて、それらのデータにより各部に異常がないか否かを監視しつつ、チラー、ボイラーおよび発電機などのシミュレータの運転状態を管理する。シミュレーション結果は、監視モニタに表示され、またハードディスクなどの記憶装置に蓄積される。随時記憶されたデータは、必要であれば、所定の時間毎に管理センタの監視装置４０に送信され、また、管理センタ側からアクセスして読み出される。さらに、シミュレーション期間中に警報等が発生すると、管理センタまたは担当者の携帯電話等にその発生が通知される。図１５〜図１９には、所定の期間、シミュレーションにより得られた各部の状態を表わすグラフが示されている。以降、所望の設定および所望の期間のシミュレーションが実行されて、それぞれのシミュレーションの結果から適切な機器が選択されて、その建物に設置される。設置された機器は、試運転等の際に、上記シミュレーションと同様に、ＬＯＮネットワークにより制御されて、その結果が中央管理装置３０に記録され、シミュレーション結果と比較されてその検証が行なわれる。
【００４８】
以上のように、本実施形態のコジェネレーションシステムの構築方法およびその熱源検証システムによれば、空調および給湯の一次側機器を建物に設置する前に、有効なシミュレーションをして、建物の用途に応じた適切な機器を選択することができ、また、その運転スケジュールを有効に決定することができる。したがって、コストパフォーマンスの高い、すぐれたコジェネレーションシステムを構築することができる。この場合、現場に実際に設置される機器を個別分散して制御する第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８をそのＬＯＮネットワークにより中央管理装置３０に接続した個別分散型の監視制御ネットワークをあらかじめ敷設しておくので、そのネットワークにそれぞれの機器のシミュレータ５２〜６０を有効に接続して、シミュレーションすることができる。その際、１台のシミュレータＰＣ１００に、それぞれの機器のシミュレータ５２〜６０を搭載しているので、さらに簡単かつ迅速に、熱源検証システムを構築することができる。また、第１〜第３の分散制御ユニット２４〜２８として、汎用的な通信機能および、機器に応じたアプリケーションが書換可能なアプリケーション機能を含むニューロンチップを有する回路より形成されているので、メーカ別または機器の種別にかかわらず、所望の機器を接続して、有効な熱源検証システムおよびコジェネレーションシステムを構築することができる。したがって、各種条件に合った最適なシステムを構築することができ、社会的ニーズに応じたコジェネレーションシステムの普及拡大を図る際に有利となる。また、そのエネルギー利用効率およびランニングコスト等を試算する際に、迅速、かつ人手を省いた低コストの検証を行なうことができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、発電機１０としてマイクロガスタービンを適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明では、ディーゼルエンジンあるいはガスエンジンなどの他の発電機を適用してもよい。この場合、複数の機種を選択してシミュレーションをするようにしてもよい。たとえば、図２０には、その選択工程を含む熱源検証システムの工程図が示されている。この図において、ステップＳ８０は、図６に示すステップＳ２８に続く工程である。ステップＳ８０において分散制御ユニット２８からの制御を受けたチラーのシミュレータ５４は、その消費電力を演算して、その結果をシミュレータ６０に供給する。ステップＳ８２では、発電機の機種がタービンまたはディーゼルのいずれかが選択される。たとえば、図２１に示すディーゼルエンジンの電気および熱エネルギーの利用方式と、図２２に示すマイクロガスタービンでの利用方式では、負荷に対する発電効率と熱回収効率が異なり、その有効利用を図るため、たとえば建物の用途およびチラーの消費電力に応じて選択するとよい。
【００５０】
ステップＳ８２において、タービンが選択されると、ステップＳ８６に進み、上記実施形態と同様に演算してそのシミュレーションが実行される。ディーゼルが選択されると、ステップＳ８４に進んで、ディーゼルに応じた演算がされてそのシミュレーションが実行される。たとえば、排気温度ＥＴは、図２３に示す排気温度と負荷の関係から次式（１３）により演算される。
ＥＴ＝０．４４７３×ＧＰ＋２８０．２１  ・・・（１３）
同様に、排気流量ＥＦは、図２４に示す排気流量と負荷の関係から次式（１４）により演算される。
ＥＦ＝０．００３×ＧＰ＾２  ＋３．４３４１×ＧＰ＋８０３．４６  ・・・（１４）
発電効率ＩＴＡ  は、図２５に示す発電効率と負荷の関係から次式（１５）により演算される。
ＩＴＡ  ＝−０．０００３×ＧＰ＾２  ＋０．１５９１×ＧＰ＋２１．１８９  ・・・（１５）
また、燃料流量ｆｆは、図２７に示す排ガス温度と排ガス熱交換量の関係および図２８に示す排ガス温度と排ガス熱交換量の関係から次式（１６）により演算される。
ｆｆ＝（（０．０３４×ＥＴ＾２  −１．１２９１×ＥＴ＋１０３．７７×（２Ｅ  −０．５×ＥＦ＾２  ＋０．０５３８×ｆｆ−３．５１３９））＾（１／２）        ・・・（１６）
さらに、冷却水回収熱量ＷＨＸは、図２９に示す負荷と冷却水熱交換量の関係から次式（１７）により演算される。
ＷＨＸ  ＝０．０２１×ＧＰ＾２  ＋０．６４９×ＧＰ＋１３７．３３  ・・・（１７）
それぞれの演算結果は、熱回収ボイラのシミュレータ５２に供給される。
【００５１】
以下、ステップＳ８８においてダンパ制御が実行され、その結果に基づいてステップＳ９０において熱回収演算が実行される。さらに、ステップＳ９６においてチラーの演算が実行され、その結果とステップＳ９０の結果からステップＳ９４において氷蓄熱槽および貯湯槽での温度演算および蓄熱量演算が実行される。その結果は、中央管理装置３０に送信され、ステップＳ９８においてデータ処理および保存される。
【００５２】
また、上記実施形態では、中央管理装置３０にホテルに対する負荷パターンを記憶して適用する場合を例に挙げて説明したが、本発明では、もちろん他の用途の負荷パターンを記憶して、さらに複数の用途の負荷パターンを記憶して適用するようにしてもよい。図３０〜図３２には、事務所、病院、店舗および住宅に対する負荷パターンが示されており、これらを中央管理装置３０にあらかじめ記憶するとよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコジェネレーションシステムの構築方法によれば、所定の建築物の電気機器に供給する電力を発電し、かつその発電の際の排熱を利用して建築物の空調および給湯をするコジェネレーションシステムの構築方法であって、所定の電力容量の発電手段と、空調の際の蓄熱および給湯の際の貯湯をする一次側機器とを設置する際に、発電手段を監視制御する監視制御手段と、空調および給湯の一次側機器での制御およびその状態をそれぞれ監視する分散制御手段と、分散制御手段および監視制御手段からのデータを受けてその管理をする中央管理手段とを所定のネットワークにより接続しておく工程と、少なくとも空調および給湯の一次側機器を設置する前に、それらの状態および負荷による熱量の変化をシミュレーションするシミュレータを分散制御手段にそれぞれ接続する工程と、分散制御手段を介してシミュレータからの状態データを中央管理手段に送りつつ、中央管理手段からの時間別および月別の負荷予測パターンに基づいて分散制御手段を介してシミュレータを制御して空調および給湯の一次側機器をシミュレーションする工程と、そのシミュレーション工程の結果に基づいて一次側機器の容量および発電手段の運転効率を求めて、その結果からそれぞれの機器を選択して設置する工程とを含むので、建築物の用途に応じたコストパフォーマンスの高い、優れたコジェネレーションシステムを構築することができる。
【００５４】
本発明の請求項２に係るコージェネレーションシステムの構築方法によれば、コジェネレーションシステムは、対象の建築物の用途に応じた発電容量を有する発電手段と、発電手段からの排熱を回収して温水を生成する排熱回収手段と、発電手段により駆動されて冷水または冷媒と温水との熱交換およびその循環をする熱交換手段と、熱交換手段からの冷水または冷媒により低温蓄熱をして空調用の冷水を供給する低温蓄熱手段と、熱交換手段から排熱回収ボイラを介して加熱された温水を蓄えて給湯する貯湯手段とを含み、そのシミュレータは、それぞれの部位の熱量および状態を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を分散制御手段を介して中央管理手段に供給するので、それぞれの部位を有効にシミュレーションして、適切な機器を設置することができる。
【００５５】
本発明の請求項３に係るコジェネレーションシステムの構築方法によれば、熱交換手段は、冷温同時取り出し機能を含むヒートポンプチラーであり、そのシミュレータは、ヒートポンプチラーの消費電力、発生冷熱および温水との交換熱量を所定の演算によりシミュレーションして分散制御手段を介して中央管理手段に供給するので、冷温同時取り出し機能と蓄熱システムを利用した効率のよいシステムを構築することができる。
【００５６】
本発明の請求項４に係るコジェネレーションシステムの構築方法によれば、分散制御手段は、熱交換手段の冷水または冷媒および温水の入出力温度をそれぞれ検出し、その運転および停止制御をする第１の制御ユニットと、低温蓄熱手段および貯湯手段の槽温度およびそれぞれの水量を検出する第２の制御ユニットと、電気機器のオン・オフ制御をする第３の制御ユニットとを含み、これら第１〜第３の制御ユニットは、それぞれ中央管理手段との間において通信する通信機能と、所定のアプリケーションによりそれぞれの機器またはシミュレータを制御する制御機能とを含むニューロンチップにより形成されているので、機器またはネットワークに応じた分散制御ネットワークを構築することができ、有効なシミュレーションを実行することができる。
【００５７】
本発明の請求項５に係るコジェネレーションシステムの構築方法によれば、中央管理手段は、それぞれの建築物のコジェネレーションシステムを管理する管理センタに公衆通信網を介して接続され、それぞれの機器からのデータを管理センタに送り、その管理センタにおいてシステムを遠隔管理するので、たとえば、複数のシステムを構築する場合に、少ない人手により複数のシミュレーションを有効に実行することができる。
【００５８】
本発明の請求項６に係るコジェネレーションシステムの構築方法によれば、発電手段としてマイクロガスタービンが有効に適用され、そのシミュレータは、マイクロガスタービンでの排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を監視制御手段を介して中央管理装置に供給するので、マイクロガスタービンに応じた有効なシミュレーションを実行することができる。
【００５９】
本発明の請求項７に係るコジェネレーションシステムの構築方法によれば、発電手段としてディーゼルエンジンが有効に適用され、そのシミュレータは、ディーゼルエンジンでの排気温度、排気流量および燃料流量ならびにエンジン出口での冷却水温度および冷却水流量をそれぞれ所定の演算によりシミュレーションして、その結果を監視制御手段を介して中央管理手段に供給するので、ディーゼルエンジンに応じた有効なシミュレーションをすることができる。
【００６０】
本発明の請求項８に係るコジェネレーションシステムの構築方法によれば、シミュレーション工程の結果から求めた一次側機器の電力消費量および排熱回収量に基づいて発電手段の機種を選択する工程を含むので、複数の発電手段からその用途に応じた機種を有効に選択することができる。
【００６１】
本発明の請求項９に係るコジェネレーションシステムの熱源検証システムによれば、所定の建築物の電気機器に供給する電力を発電し、かつその発電の際の排熱を利用して建築物の空調および給湯をするコジェネレーションシステムの熱源検証システムであって、所定の発電機の少なくとも排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレートする第１のシミュレータと、発電機からの排熱を回収して温水を生成する排熱回収ボイラの排熱から温水への交換熱量を所定の演算によりシミュレートする第２のシミュレータと、発電手段により駆動されて冷水または冷媒と温水との熱交換およびその循環をする熱交換手段の冷水または冷媒および温水の入出力温度を所定の演算によりシミュレートする第３のシミュレータと、熱交換手段からの冷水または冷媒により低温蓄熱をして空調用の冷水を供給する低温蓄熱槽の槽温度およびその水位をシミュレートする第４のシミュレータと、熱交換手段から排熱回収ボイラを介して加熱された温水を蓄えて給湯する貯湯槽の槽温度およびその水位をシミュレートする第５のシミュレータと、第１〜第５のシミュレータによりそれぞれ演算した結果を管理する中央管理手段であって、それぞれのシミュレータによりシミュレートする際の時間別および月別の予測負荷パターンがあらかじめ記憶された中央管理手段と、中央管理手段と第１〜第５のシミュレータとの間においてデータをやり取りし、かつ中央管理手段からの指示に基づいて第１〜第５のシミュレータを制御する分散制御手段とを含むので、建築物の用途に応じたコストパフォーマンスの高い、優れたコジェネレーションシステムを構築することができる。
【００６２】
本発明の請求項１０に係るコジェネレーションシステムの熱源検証システムによれば、第１〜第５のシミュレータは、所定のコンピュータにそれぞれプログラミングされているので、簡単かつ迅速にシステムを構築することができ、低コストの検証をすることができる。
【００６３】
本発明の請求項１１に係るコジェネレーションシステムの熱源検証システムによれば、熱交換手段は、冷温同時取り出し機能を含むヒートポンプチラーが有効に適用され、第３のシミュレータは、ヒートポンプチラーの消費電力、発生冷熱および温水との交換熱量を所定の演算によりシミュレーションして分散制御手段を介して中央管理手段に供給するので、冷温同時取り出し機能と蓄熱システムを利用した効率のよいシステムを構築することができる。
【００６４】
本発明の請求項１２に係るコジェネレーションシステムの熱源検証システムによれば、分散制御手段は、第１〜第５のシミュレータからのデータ種別およびその機器に応じた複数の制御ユニットを含み、それぞれの制御ユニットは、それぞれ中央管理手段との間において通信する通信機能と、所定のアプリケーションによりそれぞれの機器またはシミュレータを制御する制御機能とを含むニューロンチップにより形成されているので、機器またはネットワークに応じた分散制御ネットワークを構築することができ、有効なシミュレーションを実行することができる。
【００６５】
本発明の請求項１３に係るコジェネレーションシステムの熱源検証システムによれば、中央管理手段は、それぞれの建築物のコジェネレーションシステムを管理する管理センタに公衆通信網を介して接続され、それぞれのシミュレータからのデータを管理センタに送り、その管理センタにおいて熱源検証の際のシミュレーションを遠隔管理するので、たとえば、複数のシステムを構築する場合に、少ない人手により複数のシミュレーションを有効に実行することができる。
【００６６】
本発明の請求項１４に係るコジェネレーションシステムの熱源検証システムによれば、発電機としてマイクロガスタービンが有効に適用され、第１のシミュレータは、マイクロガスタービンでの排気温度、排気流量および燃料流量を所定の演算によりシミュレーションして、その結果を分散制御手段を介して中央管理装置に供給するので、マイクロガスタービンに応じた有効なシミュレーションをすることができる。
【００６７】
本発明の請求項１５に係るコジェネレーションシステムの熱源検証システムによれば、発電機としてディーゼルエンジンが有効に適用され、第１のシミュレータは、ディーゼルエンジンでの排気温度、排気流量および燃料流量ならびにエンジン出口での冷却水温度および冷却水流量をそれぞれ所定の演算によりシミュレーションして、その結果を監視制御手段を介して中央管理手段に供給するので、ディーゼルエンジンに応じた有効なシミュレーションをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法およびその熱源検証システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態に適用されるコジェネレーションシステムのシステム構成例を示すブロック図である。
【図３】図１の実施形態に適用される分散制御ユニットの内部構成例を示す機能ブロック図である。
【図４】図１の実施形態による熱源検証システムの接続構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】図１の実施形態による熱源検証システムの動作を説明するためのデータフローを表わす図である。
【図６】図１の実施形態による中央管理装置の動作を説明するための手順を表わすフローチャートである。
【図７】図１の実施形態による中央管理装置に記憶された負荷パターンの例を表わす図である。
【図８】図１の実施形態による中央管理装置に記憶された負荷パターンの例を表わす図である。
【図９】図１の実施形態による中央管理装置に記憶された負荷パターンの例を表わす図である。
【図１０】図１の実施形態による中央管理装置に記憶された負荷パターンの例を表わす図である。
【図１１】図１の実施形態に適用される分散制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１の実施形態に適用される分散制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１の実施形態に適用される分散制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１の実施形態に適用される分散制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１の実施形態によるシミュレーションの結果例を表わすグラフである。
【図１６】図１の実施形態によるシミュレーションの結果例を表わすグラフである。
【図１７】図１の実施形態によるシミュレーションの結果例を表わすグラフである。
【図１８】図１の実施形態によるシミュレーションの結果例を表わすグラフである。
【図１９】図１の実施形態によるシミュレーションの結果例を表わすグラフである。
【図２０】本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図２１】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンの利用方式を示すブロック図である。
【図２２】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンに対するマイクロガスタービンの利用方式を示すブロック図である。である。
【図２３】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンの負荷関連式を説明するためのグラフである。
【図２４】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンの負荷関連式を説明するためのグラフである。
【図２５】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンの負荷関連式を説明するためのグラフである。
【図２６】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンの負荷関連式を説明するためのグラフである。
【図２７】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンの負荷関連式を説明するためのグラフである。
【図２８】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンの負荷関連式を説明するためのグラフである。
【図２９】図２０の実施形態に適用されるディーゼルエンジンの負荷関連式を説明するためのグラフである。
【図３０】本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法および熱源検証システムに適用される負荷パターンの他の例を示す図である。
【図３１】本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法および熱源検証システムに適用される負荷パターンの他の例を示す図である。
【図３２】本発明によるコジェネレーションシステムの構築方法および熱源検証システムに適用される負荷パターンの他の例を示す図である。
【図３３】図１の実施形態による中央管理装置に記憶された負荷パターンの例を表わす図である。
【符号の説明】
１０  発電機
１２  排熱回収ボイラ
１４  ヒートポンプチラー
１６  氷蓄熱槽
１８  貯湯槽
２０  照明
２２  監視制御装置
２４  第１の分散制御ユニット
２６  第２の分散制御ユニット
２８  第３の分散制御ユニット
３０  中央管理装置
５２  排熱回収ボイラのシミュレータ
５４  ヒートポンプチラーのシミュレータ
５６  蓄熱槽のシミュレータ
５８  貯湯槽のシミュレータ
６０  発電機のシミュレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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