(57)【要約】【課題】ポンプ運転台数の増段・減段の決定に際し、増段ポイントと減段ポイントを適正に求め、運転台数の決定が適確に行えるようにするとともに、ポンプの実際の運転状態を考慮して増段ポイント・減段ポイントが決定できるようにする。【解決手段】制御装置８Ｂは、式(11)により２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの消費電力Wpを求め、このポンプ消費電力Wpが最小となることを条件に含む運転台数時を最適運転台数Nopとして決定する。詳細には、制御装置８Ｂは、２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの現状の運転台数時と、現状の運転台数から１台増加させた１台増加時と、現状の運転台数から１台減少させた１台減少時とについてそれぞれ、前記ポンプ消費電力Wpを求めるとともに、式(7)によりポンプ運転周波数fsを求め、条件１：ポンプ運転周波数fsがポンプ最大周波数fmax以下、条件２：ポンプ消費電力Wpが最小を満たす運転台数時を前記最適運転台数Nopとして決定する。【選択図】図１
2014145493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒を冷却又は加熱する複数の熱源機器と、各熱源機器に対応して設けられるとともに、冷却又は加熱された熱媒を圧送する１次ポンプと、前記熱源機器からの熱媒を集約する第１送りヘッダと、前記第１送りヘッダからの熱媒が流入する第２送りヘッダと、前記第２送りヘッダから熱媒を送る複数の２次ポンプと、該２次ポンプからの熱媒を集約する第３送りヘッダと、この第３送りヘッダから熱媒が供給される外部負荷機器と、外部負荷機器で熱交換された熱媒が戻されるとともに、各熱源機器に分配する戻りヘッダと、前記第２送りヘッダと第３送りヘッダとを繋ぐ第１バイパス及び第１バイパス弁と、前記第１送りヘッダ部又はその近傍と前記戻りヘッダ部又はその近傍とを繋ぐ第２バイパスと、前記熱源機器の運転台数制御及び前記２次ポンプの運転制御を行う制御装置とを備える２ポンプ方式熱源設備において、
前記外部負荷機器側の循環流量Ｑを測定するための流量計と、前記第２送りヘッダと第３送りヘッダとの間の差圧を測定する差圧計と、前記２次ポンプの運転台数検出手段とを配設し、
前記制御装置は、下式(11)により前記２次ポンプの消費電力Wpを求め、このポンプ消費電力Wpが最小となることを条件に含む運転台数時を最適運転台数Nopとして決定することを特徴とする２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法。
【数１１】
2014145493.tif 000018
ここで、Ps：両ヘッダ間の差圧の設定値
Qs：２次ポンプの流量設定値
ｅ：ポンプ効率
Ｎ：２次ポンプの運転台数
【請求項２】
前記制御装置は、前記２次ポンプの現状の運転台数時と、前記現状の運転台数から１台増加させた１台増加時と、前記現状の運転台数から１台減少させた１台減少時とについてそれぞれ、前記ポンプ消費電力Wpを求めるとともに、下式(7)によりポンプ運転周波数fsを求め、以下の条件１及び条件２を満たす運転台数時を前記最適運転台数Nopとして決定する請求項１記載の２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法。
【数７】
2014145493.tif 000019
ここで、A'＝Cp／Ｆ２
B"＝Bp×Qs／Ｆ
C"＝Ap×Qs２−Ps
Qs：２次ポンプの流量設定値
Ps：両ヘッダ間の差圧の設定値
Ｆ：ポンプの定格周波数
Ap，Bp，Cp：係数
条件１：ポンプ運転周波数fsがポンプ最大周波数fmax以下。
条件２：ポンプ消費電力Wpが最小。
【請求項３】
前記ポンプ効率ｅは、次式(10)により算出している請求項１、２いずれかに記載の２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法。
【数１０】
2014145493.tif 000020
ここで、Qs：２次ポンプの流量設定値
fs：２次ポンプの運転周波数
Ｆ：ポンプの定格周波数
Ae，Be，Ce：係数
【請求項４】
前記現状の運転台数Ｎと最適運転台数Nopとが所定時間以上継続して異なる場合に、前記２次ポンプの運転台数を前記最適運転台数Nopに変更する請求項１〜３いずれかに記載の２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地域冷暖房施設等の熱源供給システムや、工場やビルなどの熱源供給システムとして用いられる２ポンプ方式熱源設備における２次ポンプの運転台数決定制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より地域冷暖房施設等の熱源供給システムや、工場やビルなどの熱源供給システムとして用いられる熱源設備として、２ポンプ方式熱源設備が知られている。
【０００３】
前記２ポンプ方式熱源設備は、例えば図１２に示されるように、戻りヘッダー５０からの熱媒が一次送水ポンプ５２Ａ〜５２Ｃにより送られ、冷凍機、ボイラ等からなる熱交換器等の熱源機器５１Ａ〜５１Ｃを通過し加熱又は冷却された後、第１送りヘッダー５４から第２送りヘッダー６３に至り、その後二次送水ポンプ５５，５５…により第３送りヘッダー５７に送られる。そして、この第３送りヘッダー５７を介して各部位（部屋）に配置された熱交換器（空調機）５８，５８…に送給された後、戻りヘッダー５０に循環するようになっている。前記第２送りヘッダー６３と第３送りヘッダー５７との間に配置された二次送水ポンプ５５，５５…は夫々インバーター５６を備え、前記第２送りヘッダー６３と第３送りヘッダー５７との間に第１バイパス６４及び第１バイパス弁６５が配設されているとともに、前記第１送りヘッダー５４と戻りヘッダー５０とを繋ぐ第２バイパス６２が配設されている（下記特許文献１、２等参照）。
【０００４】
制御装置６０のうち可変圧力制御装置６０Ａによる前記二次送水ポンプ５５の吐出圧制御は、第３送りヘッダー５７と第２送りヘッダー６３との差圧ＤＳを検出し、予め設定された必要差圧となるように、二次送水ポンプ５５，５５…のインバーター５６、５６…に対し回転数制御をかけることにより、一定の送水圧力条件の下で変流量制御が行われている。
【０００５】
また、前記２次ポンプ５５、５５…の増減段制御は、図１３に示されるように、ポンプ運転台数がＮ台時に、空調機側への負荷流量Qlが熱源機器増段流量設定値Qup_Nを一定時間T10継続して上回った場合には、ポンプ運転台数をＮ＋１台に増段するよう前記制御装置６０のうちポンプ運転台数決定制御装置６０Ｂから運転指令を発する制御が行われている。同じくポンプ運転台数がＮ台時に、空調機側への負荷流量Qlが熱源機器減段流量設定値Qdown_Nを一定時間T10継続して下回った場合には、ポンプ運転台数をＮ−１台に減段するよう前記ポンプ運転台数決定制御装置６０Ｂから停止指令を発する。
【０００６】
また、ポンプ運転周波数の決定方法として、配管抵抗（ヘッダ間差圧hP）が空調機側への負荷流量Qlの二次関数となる特性を利用したヘッダ間差圧線図（図３参照）によりヘッダ間差圧設定値Psを次式(3)から予め算出しておき、実際のヘッダ間差圧測定値hPmが比例制御や下記特許文献３記載の手法により、前記ヘッダ間差圧設定値Psとなるようにポンプ運転周波数fsを操作し、ポンプ動力の削減を図る、前記可変圧力制御装置６０Ａによる可変圧力制御が採用されている。
【０００７】
【数３】
2014145493.tif 000003
ここで、Ps：両ヘッダ間の差圧の設定値
Ql：外部負荷機器側の循環流量
Ahp，Bhp，Chp：実験的に求まる配管抵抗曲線の係数
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２１３８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１１０４号公報
【特許文献３】特開２００８−２２４１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記ポンプ運転台数の決定おいては以下のような問題が生じていた。
【００１０】
第１の問題として、前記可変圧力制御においてヘッダ間差圧設定値Ps（上式(3)に示されるヘッダ間差圧線図の係数Ahp、Bhp、Chp）が運用上の理由から変更されると、前記熱源機器増段流量設定値Qup_Nと熱源機器減段流量設定値Qdown_Nの最適値が変化するため、運転台数の決定が適確に行えない不具合が生じていた。
【００１１】
この第１の問題に係る具体例としては、以下の２つが挙げられる。
先ずはじめに、図１４に示されるように、ポンプ運転台数の増段・減段設定値を決定したときに想定したヘッダ間差圧曲線よりも、運用上のヘッダ間差圧曲線が、高いヘッダ間差圧を示す場合、設定した増段ポイントよりも運用上の増段ポイントが小流量側に移行するため、運転台数が増加せず、結果的に空調機側への負荷流量を満たすことができなかった。
【００１２】
また、これとは逆に、図１５に示されるように、ポンプ運転台数の増段・減段設定値を決定したときに想定したヘッダ間差圧曲線よりも運用上のヘッダ間差圧曲線が、低いヘッダ間差圧を示す場合、設定した減段ポイントよりも運用上の減段ポイントが大流量側に移行するため、運転台数を減少できる運転領域でも運転台数が多くなり、ポンプ１台当たりの流量が低下し、機器効率が低い状態での運転となるため、ポンプ動力が削減できない又はポンプの稼働時間が長くなる問題があった。
【００１３】
なお、前記可変圧力制御のヘッダ間差圧設定値Psは、冷房及び暖房時の季節毎、特定の空調機が稼働中であるなどの条件によって、ヘッダ間差圧線図の係数Ahp、Bhp、Chpを変更する必要が出てくることがある。前記可変圧力制御には、前記ヘッダ間差圧線図を利用したものの他に、圧力的に最も遠い空調機の出入り配管に差圧発信器を設置し、その差圧発信器の計測値が常に一定になるように決定する方法などもある。
【００１４】
次に、第２の問題として、従来の運転台数制御方法は、ポンプ流量Q及び運転周波数fが変化しても、ポンプ効率eに変化がないと仮定している（図６参照）。そのため、熱源機器運転台数の増段又は減段の決定に際して、ポンプ効率eの変化は考慮されていない。しかし、実際のポンプは、ポンプ流量Qと運転周波数fによってポンプ効率eも変化するため、従来の制御方法では非効率な運転となるポイントがあり、ポンプ消費電力Wpが無駄に消費されていた。
【００１５】
そこで本発明の主たる課題は、ポンプ運転台数の増段・減段の決定に際し、増段ポイントと減段ポイントを適正に求め、運転台数の決定が適確に行えるようにするとともに、ポンプの実際の運転状態を考慮して増段ポイント・減段ポイントが決定できるようにした２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、熱媒を冷却又は加熱する複数の熱源機器と、各熱源機器に対応して設けられるとともに、冷却又は加熱された熱媒を圧送する１次ポンプと、前記熱源機器からの熱媒を集約する第１送りヘッダと、前記第１送りヘッダからの熱媒が流入する第２送りヘッダと、前記第２送りヘッダから熱媒を送る複数の２次ポンプと、該２次ポンプからの熱媒を集約する第３送りヘッダと、この第３送りヘッダから熱媒が供給される外部負荷機器と、外部負荷機器で熱交換された熱媒が戻されるとともに、各熱源機器に分配する戻りヘッダと、前記第２送りヘッダと第３送りヘッダとを繋ぐ第１バイパス及び第１バイパス弁と、前記第１送りヘッダ部又はその近傍と前記戻りヘッダ部又はその近傍とを繋ぐ第２バイパスと、前記熱源機器の運転台数制御及び前記２次ポンプの運転制御を行う制御装置とを備える２ポンプ方式熱源設備において、
前記外部負荷機器側の循環流量Ｑを測定するための流量計と、前記第２送りヘッダと第３送りヘッダとの間の差圧を測定する差圧計と、前記２次ポンプの運転台数検出手段とを配設し、
前記制御装置は、下式(11)により前記２次ポンプの消費電力Wpを求め、このポンプ消費電力Wpが最小となることを条件に含む運転台数時を最適運転台数Nopとして決定することを特徴とする２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法が提供される。
【数１１】
2014145493.tif 000004
ここで、Ps：両ヘッダ間の差圧の設定値
Qs：２次ポンプの流量設定値
ｅ：ポンプ効率
Ｎ：２次ポンプの運転台数
【００１７】
上記請求項１記載の発明では、前記２次ポンプの最適運転台数Nopの決定に際し、２次ポンプの消費電力Wpを求め、このポンプ消費電力Wpが最小となる条件を含む運転台数時を最適運転台数Nopとして決定している。すなわち、従来の運転台数決定制御方法のように、ヘッダ間差圧曲線とポンプのP-Q特性線図とから増段や減段の設定値を決定する方法ではないため、設定した増段・減段のポイントと運用上の増段・減段のポイントとのずれによる流量の不足又は余剰が生じなくなり、ポンプ消費電力Wpが最小となる条件から増段ポイント・減段ポイントが適正に求められる結果、運転台数の決定が適確に行えるようになる。
【００１８】
また、前記ポンプ消費電力Wpの算出において、上式(11)に示されるように、実際のポンプ運転状態に応じたポンプ効率ｅを考慮している。すなわち、図６に示されるように、所定のポンプ効率曲線の近似式から、現状の運転状態（ポンプの運転周波数ｆと流量Ｑ）に応じたポンプ効率ｅを算出し、そのときのポンプ消費電力Wpを求めることによって、このポンプ消費電力Wpが最小となる運転台数時を最適運転台数Nopとして決定している。このため、ポンプの実際の運転状態を考慮して増段ポイント・減段ポイントが決定できるようになる。
【００１９】
請求項２に係る本発明として、前記制御装置は、前記２次ポンプの現状の運転台数時と、前記現状の運転台数から１台増加させた１台増加時と、前記現状の運転台数から１台減少させた１台減少時とについてそれぞれ、前記ポンプ消費電力Wpを求めるとともに、下式(7)によりポンプ運転周波数fsを求め、以下の条件１及び条件２を満たす運転台数時を前記最適運転台数Nopとして決定する請求項１記載の２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法が提供される。
【数７】
2014145493.tif 000005
ここで、A'＝Cp／Ｆ２
B"＝Bp×Qs／Ｆ
C"＝Ap×Qs２−Ps
Qs：２次ポンプの流量設定値
Ps：両ヘッダ間の差圧の設定値
Ｆ：ポンプの定格周波数
Ap，Bp，Cp：係数
条件１：ポンプ運転周波数fsがポンプ最大周波数fmax以下。
条件２：ポンプ消費電力Wpが最小。
【００２０】
上記請求項２記載の発明は、前記制御装置のポンプ運転台数決定制御方法を更に具体的に規定したものであり、２次ポンプの現状の運転台数時と１台増加時と１台減少時とについてそれぞれ、前記ポンプ消費電力Wp及びポンプ運転周波数fsを求め、前記条件１及び条件２を満たす運転台数時を最適運転台数Nopとして決定するものである。このため、２次ポンプが適正な周波数範囲で運転でき、システムの安定化が図れるようになる。
【００２１】
請求項３に係る本発明として、前記ポンプ効率ｅは、次式(10)により算出している請求項１、２いずれかに記載の２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法が提供される。
【００２２】
【数１０】
2014145493.tif 000006
ここで、Qs：２次ポンプの流量設定値
fs：２次ポンプの運転周波数
Ｆ：ポンプの定格周波数
Ae，Be，Ce：係数
【００２３】
上記請求項３記載の発明では、図６に示されるようなポンプ効率ｅの性能曲線の近似式から、ポンプ流量設定値Qsとこのときのポンプ運転周波数fsに基づいたポンプ効率ｅを求める具体的手段を示している。
【００２４】
請求項４に係る本発明として、前記現状の運転台数Ｎと最適運転台数Nopとが所定時間以上継続して異なる場合に、前記２次ポンプの運転台数を前記最適運転台数Nopに変更する請求項１〜３いずれかに記載の２ポンプ方式熱源設備におけるポンプ運転台数決定制御方法が提供される。
【００２５】
上記請求項４記載の発明では、システムの安定化を図るため、現状の運転台数Ｎと最適運転台数Nopとが所定時間以上継続して異なる場合に、２次ポンプの運転台数を最適運転台数Nopに変更する制御を行うようにしている。
【発明の効果】
【００２６】
以上詳説のとおり本発明によれば、ポンプ運転台数の増段・減段の決定に際し、増段ポイントと減段ポイントが適正に求められ、運転台数の決定が適確に行えるようになるとともに、ポンプの実際の運転状態を考慮して増段ポイント・減段ポイントが決定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る２ポンプ方式熱源設備１を示す配管図である。
【図２】その運転制御方法を示す流れ図である。
【図３】外部負荷機器側の循環流量Ｑとヘッダ間差圧hPとの関係を示すグラフである。
【図４】２次ポンプの実機特性試験における２ポンプ方式熱源設備１を示す配管図である。
【図５】流量Ｑとヘッダ間差圧hP及びポンプ効率ｅとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明と従来技術に係る、流量Ｑとポンプ効率ｅとの関係を示すグラフである。
【図７】本発明と従来技術に係る、ポンプ消費電力Wpの計算値と実験値とを比較したグラフである。
【図８】実施例に用いたシステムの外部負荷機器側の循環流量出現時間を示すグラフである。
【図９】本発明と従来技術に係る、流量と運転台数との関係を示す結果である。
【図１０】本発明と従来技術に係る、流量と消費電力との関係を示す結果である。
【図１１】本発明と従来技術に係る、年間消費電力量の比較を示す結果である。
【図１２】従来の２ポンプ方式熱源設備を示す配管図である。
【図１３】従来のポンプ運転台数制御方法を示す流れ図である。
【図１４】従来の運転台数制御方法の問題点を示す流量とヘッダ間差圧の関係図（その１）である。
【図１５】従来の運転台数制御方法の問題点を示す流量とヘッダ間差圧の関係図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２９】
〔２ポンプ方式熱源設備の構成〕
図１に示される２ポンプ方式熱源設備１は、熱媒を冷却又は加熱する複数の熱源機器２Ａ〜２Ｃと、各熱源機器２Ａ〜２Ｃに対応して設けられるとともに、熱媒を圧送する１次ポンプ３Ａ〜３Ｃと、前記熱源機器２Ａ〜２Ｃからの熱媒を集約する第１送りヘッダ４と、前記第１送りヘッダ４からの熱媒が流入する第２送りヘッダ１８と、前記第２送りヘッダ１８から熱媒を送給する２次ポンプ６Ａ〜６Ｃと、これら２次ポンプ６Ａ〜６Ｃをそれぞれ回転数制御するインバータ７Ａ〜７Ｃと、前記２次ポンプ６Ａ〜６Ｃから熱媒が送給される第３送りヘッダ５と、前記第３送りヘッダ５から熱媒が供給される空調機等の外部負荷機器９，９…と、各外部負荷機器９に対応して設けられるとともに、該外部負荷機器９を流れる熱媒の流量を調整する流量調整弁１６と、前記外部負荷機器９，９…で熱交換された熱媒が戻されるとともに、各熱源機器２Ａ〜２Ｃに分配する戻りヘッダ１０と、前記第２送りヘッダ１８と第３送りヘッダ５とを繋ぐ第１バイパス１１及び第１バイパス弁１２と、前記第１送りヘッダ部４又はその近傍と前記戻りヘッダ部１０又はその近傍とを繋ぐ第２バイパス１３と、前記２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの可変圧力制御を行う可変圧力制御装置８Ａと前記２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの運転台数制御を行うポンプ運転台数決定制御装置８Ｂとからなる制御装置８とを備えるものである。
【００３０】
また、計測機器類として、前記外部負荷機器９側の循環流量を測定するための流量計１４と、前記第２送りヘッダ１８と第３送りヘッダ５の間の差圧を測定する差圧計１７と、前記第１バイパス１１の熱媒の流量を測定する流量計１５と、前記２次ポンプの運転台数を検出する運転台数検出手段（図示せず）とを配設している。
【００３１】
前記２次ポンプ６Ａ〜６Ｃは、流量範囲や機種などの仕様がそれぞれ同一のものである必要はなく、それぞれ仕様が異なる複数のポンプが備えられるようにしてもよい。その場合、制御装置８は、予め、実機での運転試験によって測定した各２次ポンプの吐出圧と流量との関係式を保有するようにする。これにより、流量範囲や機種などの仕様が異なる２次ポンプ６Ａ〜６Ｃを設置しても、それぞれ最適な運転状態となるように個別的に２次ポンプ６Ａ〜６Ｃを制御することが可能となる。
【００３２】
以下、具体的に詳述する。
〔２次ポンプの実機特性試験〕
先ず初めに、図４に示されるように、２次ポンプ６Ａ〜６Ｃ、第３送りヘッダ５、第１バイパス１１、第２送りヘッダ１８を巡る循環系において、各２次ポンプ６Ａ〜６Ｃ毎に、ヘッダ間差圧hPとポンプ流量Ｑとの関係式を得るようにする。
【００３３】
具体的には、実機において、外部負荷機器９，９…側への熱媒の供給を遮断して前記第１バイパス１１を循環する流路を形成し、前記各２次ポンプ６Ａ〜６Ｃを定格周波数Ｆ（５０Hz又は６０Hz）で運転した状態で、前記バイパス弁１２の開度を変え（例えば、開度１０％ステップで１００％→０％）、前記差圧計１７による両ヘッダ間の差圧hPと前記第１バイパス１１を流れる熱媒の流量Ｑとを測定し、両者の関係式を実験的に求める。これにより、配管などの抵抗部分も含めたポンプ群としてのP-Q特性線図を求めることができる（図５参照）。このP-Q特性の測定は、該当する全ての２次ポンプ６Ａ〜６Ｃについて行う。
【００３４】
ここで、前記外部負荷機器側への熱媒の供給を遮断するには、前記送りヘッダ５と外部負荷機器９、９…との間に、図１に示されるように例えば手動のバルブ１９を設けておき、該バルブ１９を全閉とする。また、前記流量計１５は、本ポンプの実機特性試験において計測できるものであればよく、定常運転時には除却できるように配設してもよい。
【００３５】
前記両ヘッダ間差圧hPとポンプ流量Ｑとの関係式は、下式(1)のように近似することができる。
【００３６】
【数１】
2014145493.tif 000007
【００３７】
上記関係式は、定格周波数Ｆ（５０Hz又は６０Hz）で運転した条件のものであるから、ポンプの運転周波数が任意の周波数ｆの時の関係式は、下式(2)のように近似することができる。
【００３８】
【数２】
2014145493.tif 000008
ここで、hP：両ヘッダ間の差圧
Ｑ：ポンプ流量
ｆ：ポンプの運転周波数
Ｆ：ポンプの定格周波数
Ap，Bp，Cp：係数
【００３９】
ところで、上記手法は、実験的に求める方法であるが、ポンプのＰ−Ｑ特性図、配管系のＰ−Ｑ特性図が予め判明している場合は、（ポンプのＰ−Ｑ特性図による圧力）−（配管系のＰ−Ｑ特性図による圧力低下）によるＰ−Ｑ特性図を上式(1)で近似させることにより、上式(2)を導くことができる。
【００４０】
〔ポンプ運転台数の決定制御方法〕
次に、２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの運転台数を決定するための制御方法について説明する。本発明に係るポンプ運転台数決定制御方法では、ポンプ運転台数決定制御装置８Ｂにおいて、後段で詳述する式(11)により２次ポンプ６Ａ〜６Ｃのポンプ消費電力Wpを求め、このポンプ消費電力Wpが最小となることを条件に含む運転台数時を最適運転台数Nopとして決定している。
【００４１】
より具体的には、前記制御装置８Ｂは、２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの現状の運転台数時と、この現状の運転台数から１台増加させた１台増加時と、現状の運転台数から１台減少させた１台減少時とについてそれぞれ、前記ポンプ消費電力Wpを求めるとともに、後段で詳述する式(7)によりポンプ運転周波数fsを求め、次の条件１及び条件２を満たす運転台数時を最適運転台数Nopとして決定している。
条件１：ポンプ運転周波数fsがポンプ最大周波数fmax以下。
条件２：ポンプ消費電力Wpが最小。
【００４２】
このように、本発明では２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの最適運転台数Nopの決定に際し、２次ポンプのポンプ消費電力Wpを求め、このポンプ消費電力Wpが最小となる条件を含む運転台数時を最適運転台数Nopとして決定している点において、従来のヘッダ間差圧曲線とポンプのP-Q特性線図とから増段や減段の設定値を決定する運転台数決定制御方法とは異なり、設定した増段・減段のポイントと運用上の増段・減段のポイントとのずれによる流量の不足や余剰が生じなくなり、ポンプ消費電力Wpが最小となる条件から増段ポイント・減段ポイントが適正に求められる結果、運転台数の決定が適確に行えるようになる。
【００４３】
また、ポンプ消費電力Wpの算出において、後段の式(11)に示されるように、実際のポンプ運転状態に応じたポンプ効率ｅを考慮している。すなわち、図６に示されるように、所定のポンプ効率曲線の近似式（後段の式(10)参照）から、現状の運転状態（ポンプの運転周波数ｆと流量Ｑ）に応じたポンプ効率ｅを算出し、そのときのポンプ消費電力Wpを求めることによって、このポンプ消費電力Wpが最小となる運転台数時を最適運転台数Nopとして決定している。このため、ポンプの実際の運転状態を考慮して増段ポイント・減段ポイントが決定できるようになる。
【００４４】
前記ポンプ消費電力Wpを求めるには、ヘッダ間差圧設定値Ps、ポンプ流量設定値Qs、ポンプ運転周波数fs及びポンプ効率ｅを算出する必要がある。それぞれの算出方法について、以下具体的に詳述する。
【００４５】
（ヘッダ間差圧設定値Ps）
ヘッダ間差圧設定値Psの算出方法は、外部負荷側の循環流量Qlを元に行う末端圧予測制御や、外部負荷機器側の流量調整弁の開度による算出方法などがあり、これらの算出方法は、本熱源設備１の設置状況や目的等によって使い分けられる。ここでは、前記末端圧予測制御によるヘッダ間差圧設定値Psの算出方法について説明する。本算出方法では、予め、流量計１４により測定した外部負荷機器側の流量と、前記差圧計１７により測定した各流量における両ヘッダ間の差圧との関係式（配管抵抗曲線）を求めておく。この配管抵抗曲線は、一般に図３に示されるように、次式(3)のような二次関数で表される。この次式(3)に、流量計１４により測定した前記外部負荷機器側の循環流量Qlを代入して、現状の運転状態に応じた両ヘッダ間の差圧の設定値Psを求めることができるようになる。
【００４６】
【数３】
2014145493.tif 000009
ここで、Ps：両ヘッダ間の差圧の設定値
Ql：外部負荷機器側の循環流量
Ahp，Bhp，Chp：実験的に求まる配管抵抗曲線の係数
【００４７】
（ポンプ流量設定値Qs）
次に、２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの運転流量の設定値Qsを算出する。前記流量設定値Qsは、外部負荷機器側を循環する熱媒流量を運転中の各２次ポンプで分配する考えの下で決定する。
【００４８】
具体的には、各２次ポンプの容量範囲が同一の場合は、外部負荷機器側の循環流量Qlを流量計１４により測定し、この循環流量Qlを運転中の２次ポンプの運転台数Ｎで除し、更に循環流量が不足しないように余裕流量ｑを加算して、２次ポンプ１台当たりの運転流量設定値Qsを次式(4)から算出する。
【００４９】
【数４】
2014145493.tif 000010
ここで、Qs：２次ポンプの流量設定値
Ql：外部負荷機器側の循環流量
Ｎ：２次ポンプの運転台数
ｑ：余裕流量
【００５０】
そして、この２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの流量設定値Qsから、２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの運転可能な流量範囲（Ｑｒｍｉｎ〜Ｑｒｍａｘ）に応じた２次ポンプの運転流量の設定値Qsを、次式(5)の関係式から算出する
【００５１】
【数５】
2014145493.tif 000011
ここで、Qs：２次ポンプの運転流量の設定値
Ｑｒｍａｘ：２次ポンプの運転可能流量の最大値
Ｑｒｍｉｎ：２次ポンプの運転可能流量の最小値
【００５２】
ここで、上式(4)は、各２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの容量範囲が同一の場合について示したものであり、流量範囲が異なる２次ポンプが用いられている場合には、各２次ポンプの容量に対応して比例配分することにより、各２次ポンプの運転流量の設定値Qsを算出するようにする。
【００５３】
（２次ポンプの運転周波数の設定値fs）
次に、上式(5)から算出した２次ポンプの運転流量Qsに対応する運転周波数の設定値fsを、上式(2)に基づいて算出する。具体的には、任意の運転周波数ｆ時のＰ−Ｑ関係式である上式(2)を、２次ポンプの任意の運転周波数ｆについて解いて、次式(6)のように変形する。
【００５４】
【数６】
2014145493.tif 000012
ここで、A'＝Cp／Ｆ２
B'＝Bp×Ｑ／Ｆ
C'＝Ap×Ｑ２−hp
【００５５】
これにより、２次ポンプの運転周波数fsは、上式(6)のhP、Ｑにそれぞれ上式(3)で算出した両ヘッダ間の差圧の設定値Ps及び上式(5)で算出した２次ポンプの運転流量の設定値Qsを与えて、次式(7)から算出することができる。
【００５６】
【数７】
2014145493.tif 000013
ここで、A'＝Cp／Ｆ２
B"＝Bp×Qs／Ｆ
C"＝Ap×Qs２−Ps
【００５７】
ここで、具体例を挙げて説明する。P-Q特性線図（上式(1)の係数Ap=-0.0027、Bp=-0.0319、Cp=127.1とする）及び定格周波数Ｆ＝60Hzの２次ポンプが１台（N=1）運転していると仮定すると、ヘッダ間差圧設定値Ps=100kPa、ポンプ流量設定値Qs=100m3/hの場合、２次ポンプの運転周波数の設定値fs=59.0Hzとなる。また、同じ特性の２次ポンプが２台（N=2）運転していると仮定すると、ヘッダ間差圧設定値Ps=100kPa、ポンプ流量設定値Qs=50m3/hの場合、２次ポンプの運転周波数の設定値fs=54.3Hzとなる。
【００５８】
上式(7)により算出したポンプ運転周波数の設定値fsがポンプ最小周波数fmin以下の場合は、fs＝fminとして、このときのポンプ流量設定値Qsを再度算出する。具体的には、上式(2)をポンプ流量設定値Qsについて解き、ポンプ運転周波数fs（＝fmin）、ヘッダ間差圧設定値Psを代入した次式(8)から求める。
【００５９】
【数８】
2014145493.tif 000014
ここで、Af＝Ap
Bf＝Bp×fs／Ｆ
Cf＝Cp×（fs／Ｆ）２−Ps
【００６０】
（ポンプ効率ｅ）
本発明に係る制御方法では、２次ポンプ６Ａ〜６Ｃの増段又は減段の設定にあたって、実際のポンプの運転流量や運転周波数に応じたポンプ効率ｅを考慮している。このため、流量に対してポンプ効率を一定とした従来の制御方法では、非効率な運転となるポイントがあり、ポンプ消費電力が無駄に浪費されていたのに対し、本制御方法では、ポンプ効率ｅを考慮することによってポンプ消費電力が最小にでき、効率的な運転が可能になる。
【００６１】
具体的な算出方法について説明すると、任意のポンプ運転周波数ｆ及びポンプ流量Ｑのときのポンプ効率ｅは、次式(9)のように近似できることが実験より明らかとなっている。
【００６２】
【数９】
2014145493.tif 000015
ここで、ｆ：ポンプの運転周波数
Ｆ：ポンプの定格周波数（例えば、60Hz）
Ae，Be，Ce：係数
【００６３】
なお、上式(9)の係数Ae，Be，Ceは、図５に示されるように、メーカー提示のポンプの流量Ｑとポンプ効率ｅの性能曲線を２次関数ｅ＝Ae×Ｑ２＋Be×Ｑ＋Ceで近似したときの係数である。図５の場合、Ae=-0.007、Be=1.5115、Ce=0.0717である。
【００６４】
上式(9)に、前段で求めたポンプ流量設定値Qs、ポンプ運転周波数設定値fsを代入することにより、次式(10)からポンプ効率ｅを算出できる。
【００６５】
【数１０】
2014145493.tif 000016
【００６６】
ここで、具体例を挙げて説明する。図５に示されるポンプの流量Ｑとポンプ効率ｅの特性線図（上式(9)の係数Ae=-0.007、Be=1.5115、Ce=0.0717とする）の２次ポンプが１台（N=1）運転していると仮定すると、ヘッダ間差圧設定値Ps=100kPa、ポンプ流量設定値Qs=100m3/h、２次ポンプの運転周波数の設定値fs=59.0Hzの場合、ポンプ効率ｅ＝78.7％となる。また、同じ特性の２次ポンプが２台（N=2）運転していると仮定すると、ヘッダ間差圧設定値Ps=100kPa、ポンプ流量設定値Qs=50m3/h、２次ポンプの運転周波数の設定値fs=54.3Hzの場合、ポンプ効率ｅ＝51.3％となる。
【００６７】
（ポンプ消費電力Wp）
ヘッダ間差圧設定値Ps、ポンプ流量設定値Qs、ポンプ運転台数Ｎ、ポンプ効率ｅのときの２次ポンプ全体のポンプ消費電力Wpは、次式(11)から算出することができる。
【００６８】
【数１１】
2014145493.tif 000017
【００６９】
ここで、具体例を挙げて説明すると、１台の２次ポンプ（N=1）が運転していると仮定すると、ヘッダ間差圧設定値Ps=100kPa、ポンプ流量設定値Qs=100m3/h、２次ポンプの運転周波数の設定値fs=59.0Hz、ポンプ効率ｅ＝78.7％の場合、ポンプ消費電力Wp=3.5kWとなる。また、同じ特性の２次ポンプが２台（N=2）運転していると仮定すると、ヘッダ間差圧設定値Ps=100kPa、ポンプ流量設定値Qs=50m3/h、２次ポンプの運転周波数の設定値fs=54.3Hz、ポンプ効率ｅ＝51.3％の場合、ポンプ消費電力Wp=5.4kWとなる。
【００７０】
（運転制御）
前記制御装置８Ｂは、前記２次ポンプの現状の運転台数時（N=N）と、現状の運転台数から１台増加させた１台増加時（N=N+1）と、現状の運転台数から１台減少させた１台減少時（N=N-1）とについてそれぞれ、次の条件１、２を満たすポンプ運転台数時を最適運転台数Nopとして決定する。
条件１：ポンプ運転周波数fsがポンプ最大周波数fmax以下。
条件２：ポンプ消費電力Wpが最小。
【００７１】
具体例を挙げて説明すると、現状の２次ポンプの運転台数が１台（N=1）のとき、ポンプ運転周波数fs=59.0Hz＜ポンプ最大周波数fmax=F=60Hzとすると、ポンプ消費電力Wp=3.5kWとなる。また、現状の運転台数より２次ポンプの運転台数を１台増加させた２台運転時のとき、ポンプ運転周波数fs=54.3Hz＜ポンプ最大周波数fmax=F=60Hzとすると、ポンプ消費電力Wp=5.4kWとなる。ポンプ運転台数がN=1台のとき（現状の運転台数時）、N=2台のとき（１台増加時）ともに上記条件１を満たすが、N=1台のときの方がポンプ消費電力Wpが最小であるため、最適運転台数Nop=1台となる。
【００７２】
ポンプの増段又は減段指令の実行は、システムの安定化のため、現状の運転台数Ｎと最適運転台数Nopとが所定時間以上継続して異なる場合に、最適運転台数Nopに変更するようにする。Ｎ≠Nopが継続する時間としては、例えば５分〜３０分程度とすることができる。
【実施例】
【００７３】
図７は、従来技術としてポンプ効率ｅを最大効率６５％で一定とした場合と、本発明としてポンプ効率ｅを式(10)により算出した場合とについて、ポンプ消費電力Wpの計算値と実測値とを比較したグラフである。これより、ポンプ効率が最大効率で一定とした従来技術の場合には、実測値よりも計算値の方が低くなる傾向にあるが、本制御方法では実測値と計算値とが良く一致している。従って、本制御方法は、ポンプ消費電力の計算精度が高く、より実機に即したものであることが判る。
【００７４】
また、最大外部負荷機器側流量320m3/h、最大ポンプ吐出圧110kPaで、外部負荷機器側流量出現時間が図８となる条件において、従来の負荷流量に基づいた台数制御と、本発明に係る制御方法を用いた最適台数制御との比較を行った。ポンプ設備としては、設置台数４台、ポンプ１台あたりの最大流量は80m3/h、最大ポンプ吐出圧は110kPaとした。また、ヘッダ間差圧線図の係数（配管抵抗特性）は、Ahp=0.0009766、Bhp=0、Chp=10とした。この配管抵抗特性は、従来の制御方法も同じとした。
【００７５】
ポンプ特性としては、P-Q特性線図の係数をAp=-0.0027、Bp=-0.0319、Cp=127.1とし、ポンプ流量Ｑとポンプ効率ｅとの特性線図の係数をAe=-0.007、Be=1.5115、Ce=0.0717とした。また、定格周波数F=60Hzとした。
【００７６】
従来の制御方法では、図１３のフローに従い、運転台数N=4台時は、負荷流量QlがQdown_4=240m3/h未満で、運転台数３台に減段する。運転台数N=3台時は、負荷流量QlがQdown_3=160m3/h未満で、運転台数２台に減段し、Qup_3=240m3/h超過で運転台数４台に増段する。運転台数N=2台時は、負荷流量QlがQdown_2=80m3/h未満で、運転台数１台に減段し、Qup_2=160m3/h超過で、運転台数３台に増段する。また、運転台数N=1台時は、負荷流量QlがQup_1=80m3/h超過で、運転台数２台に増段する。
【００７７】
本制御方法では、与えられたポンプ特性を用いて、上式(3)〜式(11)に基づいてポンプ消費電力Wp、ポンプ運転周波数fsを算出し、上記条件１及び条件２により最適運転台数Nopを決定する。ただし、余裕流量q=0m3/h、運転可能流量最大値Qrmax=140m3/h、運転可能流量最小値Qrmin=10m3/h、ポンプ最小周波数fmin=10Hz、ポンプ最大周波数fmax=60Hzとした。
【００７８】
以上の条件で本制御方法と従来の制御方法についてシミュレーションを行った。その結果として、ポンプ運転台数と流量との関係を図９に、消費電力と流量との関係を図１０に、年間消費電力量の比較を図１１に示す。その結果、従来の制御方法では年間の消費電力量が９２５１kWh必要であったシステムでも、本制御方法によると８０５４kWhで済み、１４６７kWh、率にして約１５％の電力量が削減できるようになる。
【符号の説明】
【００７９】
１…２ポンプ方式熱源設備、２Ａ〜２Ｃ…熱源機器、３Ａ〜３Ｃ…１次ポンプ、４…第１送りヘッダ、５…第３送りヘッダ、６Ａ〜６Ｃ…２次ポンプ、７Ａ〜７Ｃ…インバータ、８…制御装置、９…外部負荷機器、１０…戻りヘッダ、１１…第１バイパス、１２…第１バイパス弁、１３…第２バイパス、１４・１５…流量計、１６…流量調整弁、１７…差圧計、１８…第２送りヘッダ、１９…バルブ
【図１】
2014145493.tif 000021
【図２】
2014145493.tif 000022
【図３】
2014145493.tif 000023
【図４】
2014145493.tif 000024
【図５】
2014145493.tif 000025
【図６】
2014145493.tif 000026
【図７】
2014145493.tif 000027
【図８】
2014145493.tif 000028
【図９】
2014145493.tif 000029
【図１０】
2014145493.tif 000030
【図１１】
2014145493.tif 000031
【図１２】
2014145493.tif 000032
【図１３】
2014145493.tif 000033
【図１４】
2014145493.tif 000034
【図１５】
2014145493.tif 000035