(57)【要約】【課題】起動制御が適切に為され且つ省エネルギー性も確保できる熱負荷処理システムのコントローラを提供する。【解決手段】チラーシステムコントローラ１１０は、一次側設備の冷凍機と二次側設備の空調機との間で水を循環させるシステムの制御装置であり、システムの水の総量のうち起動時に循環させる水の量である循環水量を空調機の運転情報を基に推定する循環水量推定部１８１と、循環水温演算部１８２と、循環水量および循環水温を基に起動時に循環させる水が保有する初期負荷量を演算する循環水初期負荷量演算部１８３と、冷凍機起動台数決定部１８４とを備える。冷凍機起動台数決定部１８４は、起動制御上限時間ＴＬよりも短い時間で初期負荷量が処理されるように、一次側設備の起動制御において運転させる１又は複数の冷凍機を決定する。【選択図】図２
2014066457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱源機（５１〜５５）を有する一次側設備（１０）と、前記熱源機が生成する熱を使って熱負荷を処理する複数の熱利用機器（２１〜２９）を有する二次側設備（２０）との間で、熱媒体である水を循環させる熱負荷処理システム、の制御装置（１１０）であって、
前記一次側設備を起動するときに、前記熱負荷処理システムの水の総量のうち循環させる水の量である循環水量を、前記熱利用機器の運転情報を基に推定する、循環水量推定部（１８１）と、
前記一次側設備を起動するときに、前記循環させる水の温度である循環水温を検出する、循環水温検出部（１８２）と、
前記循環水量および前記循環水温を基に、前記一次側設備を起動するときの前記循環させる水が保有する初期負荷量を演算する、初期負荷量演算部（１８３）と、
前記初期負荷量を処理して通常制御に移行するまでに許容される時間である起動制御上限時間を記憶する、記憶部（１９０）と、
前記起動制御上限時間よりも短い時間で、前記循環させる水が保有する前記初期負荷量が処理されるように、前記一次側設備の起動制御において運転させる１又は複数の前記熱源機を決定する、熱源機起動台数決定部（１８４）と、
を備える、熱負荷処理システムの制御装置。
【請求項２】
前記記憶部には、さらに、前記二次側設備の複数の前記熱利用機器それぞれのＯＮ／ＯＦＦで増減する水の量のデータ（１９１）が記憶されており、
前記循環水量推定部は、前記熱利用機器の運転情報から前記熱利用機器のＯＮ／ＯＦＦを判断し、前記熱利用機器それぞれのＯＮ／ＯＦＦで増減する水の量を基に、前記循環水量を推定する、
請求項１に記載の熱負荷処理システムの制御装置。
【請求項３】
前記記憶部には、さらに、前記一次側設備の複数の前記熱源機それぞれの、能力およびエネルギー消費効率の情報である熱源機特性データ（１９２）が記憶されており、
前記熱源機起動台数決定部は、前記熱源機特性データを用いて、前記一次側設備の起動制御において運転させる１又は複数の前記熱源機を決定する、
請求項１又は２に記載の熱負荷処理システムの制御装置。
【請求項４】
前記熱負荷処理システムは、前記一次側設備から前記二次側設備に向かう水の温度を計測する往水温度センサ（１１１）と、前記二次側設備から前記一次側設備に向かう水の温度を計測する環水温度センサ（１１２）とを有しており、
前記循環水温検出部は、前記往水温度センサおよび前記環水温度センサの少なくとも一方の計測値を基に、前記循環水温を検出する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱負荷処理システムの制御装置。
【請求項５】
前記熱負荷処理システムは、前記一次側設備と前記二次側設備との間で循環する水の量を計測する水量センサ（１１５）をさらに有しており、
前記一次側設備の起動制御において、起動開始から所定時間経過後に、前記往水温度センサ、前記環水温度センサおよび前記水量センサの計測値を基に、前記二次側設備の熱負荷の総量である二次側負荷量を演算する二次側負荷量演算部（１８５）と、
前記熱源機起動台数決定部が決定し前記一次側設備の起動制御において運転させている１又は複数の前記熱源機の台数および／または能力を、前記二次側負荷量を基に補正する、熱源機補正部（１８６）と、
をさらに備える、請求項４に記載の熱負荷処理システムの制御装置。
【請求項６】
前記初期負荷量演算部は、前記一次側設備を起動するときにおける前記循環水量および前記循環水温から算出される前記循環させる水の熱量と、前記循環水量および前記一次側設備の出口目標水温から算出される前記循環させる水の目標熱量との差を演算し、前記初期負荷量を求める、
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱負荷処理システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱負荷処理システムの制御装置、特に、複数の熱源機を有する一次側設備と、複数の熱利用機器を有する二次側設備との間で、熱媒体である水を循環させる熱負荷処理システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次側設備の熱源機で生成した冷温水を使って二次側設備が熱負荷を処理するシステムが、従来から存在している。例えば、特許文献１（特開２０１１−１２７８５９号公報）には、熱源機、負荷設備、ポンプ、流量制御弁などを含み、二次側に並列に配置された複数の配管系統を備えた熱源機システムが開示されている。二次側の空調機などの設備は、例えば建物内の各部屋に設置され、冷房時には熱源機で生成された冷水を使って各部屋の熱負荷が処理される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１（特開２０１１−１２７８５９号公報）の背景技術の欄に記述があるように、複数の熱源機を含む従来の熱負荷処理システムにおいては、熱源機の台数制御が行われる。熱源機の運転台数を増やしたり減らしたりすることで、熱源機の無駄な運転を無くしている。この熱源機の台数制御については、様々な工夫が為されている。
【０００４】
一方、従来の熱負荷処理システムでは、一次側設備を起動させる際の熱源機の起動台数については、経験則に基づいて予め決められていることが多い。例えば、曜日や時間帯に応じて予め起動制御において運転させる熱源機の台数が決められ、一定の起動制御時間の間は、その台数の熱源機が運転し、熱媒体である水の温度を段々と目標温度に近づけていく。
【０００５】
しかし、このような従来の固定的な起動制御では、起動前のシステム内の水の温度の状態によっては、起動制御時間内に水温が目標温度に達しない、あるいは、過剰な台数の熱源機が運転することになって省エネルギーに反する、といった不具合を招く恐れがある。
【０００６】
本発明の課題は、起動制御が適切に為され且つ起動制御の間の省エネルギー性も確保できる熱負荷処理システムの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１観点に係る熱負荷処理システムの制御装置は、一次側設備と二次側設備との間で熱媒体である水を循環させる熱負荷処理システムの制御装置である。一次側設備は、複数の熱源機を有している。二次側設備は、熱源機が生成する熱を使って熱負荷を処理する複数の熱利用機器を有している。熱負荷処理システムの制御装置は、循環水量推定部と、循環水温検出部と、初期負荷量演算部と、記憶部と、熱源機起動台数決定部と、を備えている。循環水量推定部は、一次側設備を起動するときに、熱負荷処理システムの水の総量のうち循環させる水の量である循環水量を、熱利用機器の運転情報を基に推定する。循環水温検出部は、一次側設備を起動するときに、循環させる水の温度である循環水温を検出する。初期負荷量演算部は、循環水量および循環水温を基に、一次側設備を起動するときの循環させる水が保有する初期負荷量を演算する。記憶部は、起動制御上限時間を記憶する。起動制御上限時間は、初期負荷量を処理して通常制御に移行するまでに許容される時間である。熱源機起動台数決定部は、起動制御上限時間よりも短い時間で、循環させる水が保有する初期負荷量が処理されるように、一次側設備の起動制御において運転させる１又は複数の熱源機を決定する。
【０００８】
この制御装置では、一次側設備を起動するときに、熱負荷処理システムの水の総量のうち循環させる水の量である循環水量を推定し、その循環水量と検出した循環水温とを基に初期負荷量を演算している。そして、一次側設備を起動するときの循環させる水が保有する初期負荷量を、起動制御上限時間のあいだに処理するために、どの熱源機を何台運転させればよいのかを決定している。したがって、この制御装置で決定した１又は複数の熱源機を起動制御において運転させることで、起動制御が適切に為され且つ起動制御の間の省エネルギー性も確保できるようになる。
【０００９】
本発明の第２観点に係る熱負荷処理システムの制御装置は、第１観点の制御装置であって、記憶部には、二次側設備の複数の熱利用機器それぞれのＯＮ／ＯＦＦで増減する水の量のデータが、さらに記憶されている。循環水量推定部は、熱利用機器の運転情報から熱利用機器のＯＮ／ＯＦＦを判断し、熱利用機器それぞれのＯＮ／ＯＦＦで増減する水の量を基に、循環水量を推定する。
【００１０】
この制御装置では、熱利用機器それぞれのＯＮ／ＯＦＦで増減する水の量のデータを用いて循環水量を推定するため、循環水量の推定精度が高くなり、引いては起動制御がより適切に為されるようになる。
【００１１】
本発明の第３観点に係る熱負荷処理システムの制御装置は、第１観点又は第２観点の制御装置であって、記憶部には、さらに、熱源機特性データが記憶されている。熱源機特性データは、一次側設備の複数の熱源機それぞれの、能力およびエネルギー消費効率の情報である。熱源機起動台数決定部は、熱源機特性データを用いて、一次側設備の起動制御において運転させる１又は複数の熱源機を決定する。
【００１２】
この制御装置では、熱源機特性データを用いているため、より適切な１又は複数の熱源機によって起動制御を行うことができるようになる。また、起動制御において、各熱源機に、エネルギー消費効率が高い運転をさせることができる。
【００１３】
本発明の第４観点に係る熱負荷処理システムの制御装置は、第１観点から第３観点のいずれかの制御装置であって、熱負荷処理システムは、一次側設備から二次側設備に向かう水の温度を計測する往水温度センサと、二次側設備から一次側設備に向かう水の温度を計測する環水温度センサとを有している。循環水温検出部は、往水温度センサおよび環水温度センサの少なくとも一方の計測値を基に、循環水温を検出する。
【００１４】
この制御装置では、起動制御において水が流れるところで水温を計測する往水温度センサおよび／又は環水温度センサの計測値を基にしているため、初期負荷量をより正確に演算できるようになる。
【００１５】
本発明の第５観点に係る熱負荷処理システムの制御装置は、第４観点の制御装置であって、熱負荷処理システムは、一次側設備と二次側設備との間で循環する水の量を計測する水量センサをさらに有している。そして、熱負荷処理システムの制御装置は、二次側負荷量演算部と、熱源機補正部と、をさらに備えている。二次側負荷量演算部は、一次側設備の起動制御において、起動開始から所定時間経過後に、往水温度センサ、環水温度センサおよび水量センサの計測値を基に、二次側設備の熱負荷の総量である二次側負荷量を演算する。熱源機補正部は、熱源機起動台数決定部が決定し一次側設備の起動制御において運転させている１又は複数の熱源機の台数および／または能力を、二次側負荷量を基に補正する。
【００１６】
この制御装置では、起動開始から所定時間経過後に二次側負荷量を演算し、その二次側負荷量を基に起動制御で運転させている熱源機の台数や能力を補正するため、省エネルギー性を確保しつつ、初期負荷だけではなく二次側設備の熱負荷も起動制御上限時間のあいだに確実に処理することができるようになる。
【００１７】
本発明の第６観点に係る熱負荷処理システムの制御装置は、第１観点から第５観点のいずれかの制御装置であって、初期負荷量演算部は、一次側設備を起動するときにおける循環水量および循環水温から算出される循環させる水の熱量と、循環水量および一次側設備の出口目標水温から算出される循環させる水の目標熱量との差を演算し、初期負荷量を求める。
【００１８】
この制御装置では、通常制御において一次側設備から二次側設備へと供給される水の温度が概ね出口目標水温になることに鑑み、初期負荷量の演算において、循環させる水が保有する起動前の水の熱量から、その水の水温が出口目標水温になったときの循環させる水の熱量を差し引いている。このように初期負荷量を求めているため、起動制御を終えて通常制御を始めるときには、一次側設備から二次側設備に送られる水の水温が出口目標水温になっており、熱負荷処理システムにおける通常制御が反応よく行われることになる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１観点に係る熱負荷処理システムの制御装置では、起動制御において循環させる水の初期負荷量を加味して、起動制御上限時間のあいだに処理するために、どの熱源機を何台運転させればよいのかを決定しているため、起動制御が適切に為され且つ起動制御の間の省エネルギー性も確保できるようになる。
【００２０】
本発明の第２観点に係る熱負荷処理システムの制御装置では、循環水量の推定精度が高くなり、引いては起動制御がより適切に為されるようになる。
【００２１】
本発明の第３観点に係る熱負荷処理システムの制御装置では、熱源機特性データを用いているため、より適切な１又は複数の熱源機によって起動制御を行うことができるようになる。
【００２２】
本発明の第４観点に係る熱負荷処理システムの制御装置では、往水温度センサおよび／又は環水温度センサの計測値を基にしているため、初期負荷量をより正確に演算できるようになる。
【００２３】
本発明の第５観点に係る熱負荷処理システムの制御装置では、二次側負荷量を基に起動制御で運転させている熱源機の台数や能力を補正するため、省エネルギー性を確保しつつ、初期負荷だけではなく二次側設備の熱負荷も起動制御上限時間のあいだに確実に処理することができるようになる。
【００２４】
本発明の第６観点に係る熱負荷処理システムの制御装置では、起動制御を終えて通常制御を始めるときには、一次側設備から二次側設備に送られる水の水温が出口目標水温になっており、熱負荷処理システムにおける通常制御が反応よく行われることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱負荷処理システムの概略構成図。
【図２】熱負荷処理システムのコントローラの構成図。
【図３】機器保有水量テーブルを示す図。
【図４】ある外気温における各熱源機の冷房負荷ごとのＣＯＰを示すグラフ。
【図５】冷凍機効率テーブルを示す図。
【図６】冷凍機能力テーブルを示す図。
【図７】チラーシステムコントローラによる起動制御のフローを示す図。
【図８】起動制御における初期負荷、二次側設備の現実の負荷、運転冷凍機が処理する負荷の時系列の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る熱負荷処理システムについて、図面を参照しつつ詳述する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２７】
（１）熱負荷処理システムの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る熱負荷処理システムの概略構成図である。熱負荷処理システムは、主に、ビルや工場、病院及びホテル等の、比較的大きい建物内に設置されている。
【００２８】
この熱負荷処理システムは、図１に示すように、一次側設備１０と二次側設備２０との間で、両者１０，２０を結ぶ水配管３０を介して熱媒体である水を循環させるシステムである。一次側設備１０は、主として、第１〜第５冷凍機５１〜５５と、それぞれの第１〜第５冷凍機５１〜５５に対応して設けられる第１〜第５インバータポンプ６１〜６５とから成る。二次側設備２０は、主として、建物内の各空調対象空間（以下、室内空間と呼ぶ。）に設置される熱利用機器である第１〜第９空調機２１〜２９から成る。一次側設備１０と二次側設備２０とは水配管３０により結ばれており、冷房時には冷水が、暖房時には温水が一次側設備１０から二次側設備２０へと流れ、水の冷熱あるいは温熱が二次側設備２０の運転中の第１〜第９空調機２１〜２９において空調に利用される。
【００２９】
一次側設備１０はチラーシステムコントローラ１１０によって、二次側設備２０は空調機コントローラ１２０によって、それぞれコントロールされる。
【００３０】
（１−１）一次側設備
一次側設備１０では、５台の第１〜第５冷凍機５１〜５５が熱負荷処理システムにおける熱源として働く。第１〜第５冷凍機５１〜５５それぞれには、１台ずつポンプが配備されている。すなわち、一次側設備１０には、５台の第１〜第５インバータポンプ６１〜６５が備わる。第１〜第５冷凍機５１〜５５も、第１〜第５インバータポンプ６１〜６５も、図１に示すように互いに並列に接続されており、戻りヘッダー１２から水を引き込み、送りヘッダー１１へと水を送り出す。具体的には、送りヘッダー１１と戻りヘッダー１２との間には、両者１１，１２を結ぶ５本の第１〜第５配管７１〜７５が並列に設けられており、第１配管７１には第１インバータポンプ６１および第１冷凍機５１が設けられ、第２配管７２には第２インバータポンプ６２および第２冷凍機５２が設けられ、第３配管７３には第３インバータポンプ６３および第３冷凍機５３が設けられ、第４配管７４には第４インバータポンプ６４および第４冷凍機５４が設けられ、第５配管７５には第５インバータポンプ６５および第５冷凍機５５が設けられている。
【００３１】
第１〜第５冷凍機５１〜５５は、それぞれ、空冷式のヒートポンプチラーであり、圧縮機、空気側熱交換器、膨張弁、水側熱交換器が順次接続されて冷媒回路を構成し、冷媒回路の内部には、冷媒が充填されている。圧縮機として、容量調整が可能なインバータ圧縮機を複数台搭載している。図６に示すように、第１冷凍機５１および第２冷凍機５２の能力（ここでは水を冷却する能力を例示）が１００ｋＷ、第３冷凍機５３の能力が１２０ｋＷ、第４冷凍機５４および第５冷凍機５５の能力が５０ｋＷである。
【００３２】
第１〜第５インバータポンプ６１〜６５は、第１〜第９空調機２１〜２９から流出した熱媒体としての水を、水配管３０および戻りヘッダー１２を介して第１〜第５冷凍機５１〜５５へと送ることで、水を循環させる役割を果たす。第１〜第５インバータポンプ６１〜６５は、容量可変型のポンプであって、チラーシステムコントローラ１１０によりインバータ駆動される。
【００３３】
一次側設備１０は、第１〜第５冷凍機５１〜５５から送り出された水（冷水あるいは温水）を、送りヘッダー１１を介して水配管３０へと流す。また、二次側設備２０から水配管３０を介して戻ってきた水は、戻りヘッダー１２に一旦流入し、第１〜第５冷凍機５１〜５５それぞれに吸い込まれる。送りヘッダー１１と戻りヘッダー１２とは、バイパス配管１３によって結ばれている。このバイパス配管１３には、バイパス流量調節弁１３ａが配置されている。バイパス流量調節弁１３ａは、二次側設備２０に流れる水の流量を調節する。二次側設備２０側で必要な水量が少なくなり、一次側設備１０の動いている第１〜第５インバータポンプ６１〜６５のインバータ周波数が下限値であっても、一次側設備１０を流れる水の流量に対し二次側設備２０側で必要な水量が多い場合には、送りヘッダー１１の送水圧力が上昇してしまう。このようなときに、バイパス流量調節弁１３ａの開度を可変させ、バイパス配管１３を通って送りヘッダー１１から戻りヘッダー１２に直接戻る水の流量を調節することで、二次側設備２０に流れる水の流量を抑制することができる。
【００３４】
また、水配管３０の送りヘッダー１１の下流側には、水温を測る往水温度センサ１１１が、水配管３０の戻りヘッダー１２の上流側には、水温を測る環水温度センサ１１２および水量を測る水量センサ１１５が、それぞれ設けられている。
【００３５】
（１−２）二次側設備
二次側設備２０は、熱利用機器としての９台の第１〜第９空調機２１〜２９を有している。第１〜第９空調機２１〜２９は、それぞれ、熱源機である一次側設備１０の第１〜第５冷凍機５１〜５５が生成する冷水の冷熱あるいは温水の温熱を使って、室内空間の熱負荷を処理する。すなわち、第１〜第９空調機２１〜２９は、一次側設備１０から流れてくる冷水あるいは温水を用いて、室内空間の空調（冷房や暖房）を行う。
【００３６】
第１〜第９空調機２１〜２９は、それぞれ同一あるいは異なる室内空間に設置されている。したがって、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれは、送りヘッダー１１から延びる水配管３０と、戻りヘッダー１２につながる水配管３０との間に、並列に配置されている。第１〜第９空調機２１〜２９は、送りヘッダー１１側の水配管３０から、引き込み配管２１ｄ〜２９ｄを介して水を取り入れ、戻し配管２１ｅ〜２９ｅによって戻りヘッダー１２側の水配管３０へと水を戻す。
【００３７】
第１〜第９空調機２１〜２９の各ケーシングの内部には、空気が流通する空気通路が形成されている。空気通路の流入端には、吸い込みダクト（図示せず）の一端が接続され、空気通路の流出端には、給気ダクト（図示せず）の一端が接続されている。吸い込みダクト及び給気ダクトの他端は、それぞれ室内空間に接続されている。
【００３８】
第１〜第９空調機２１〜２９の各ケーシングの内部には、送風ファン２１ａ、熱交換器２１ｂ、流量調整弁２１ｃなどが配備されている。熱交換器２１ｂは、水と空気との間で熱交換を行わせて、空気を冷却または加熱させる。具体的には、熱交換器２１ｂは、複数の伝熱フィンと、それらの伝熱フィンを貫通する伝熱管とを有する、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。熱交換器２１ｂの伝熱管には、一次側設備１０と二次側設備２０との間を循環する水が流れ、伝熱管及び伝熱フィンを介して水の熱が空気に供給されることで、空気が冷却または加熱されるようになっている。送風ファン２１ａは、インバータ制御によって回転数を段階的に変化させることが可能であって、加熱または冷却された空気の送風量を調節できる。流量調整弁２１ｃは、その空調機に流れる水の量を調節する役割を果たす。つまり、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれに流れる水の流量は、各流量調整弁２１ｃの開度によって決まる。各送風ファン２１ａおよび各流量調整弁２１ｃは、空調機コントローラ１２０によりコントロールされる。
【００３９】
（１−３）制御装置
熱負荷処理システムの制御装置は、主として、チラーシステムコントローラ１１０および空調機コントローラ１２０から成る。上述のように、チラーシステムコントローラ１１０は第１〜第５冷凍機５１〜５５や第１〜第５インバータポンプ６１〜６５をコントロールし、空調機コントローラ１２０は第１〜第９空調機２１〜２９をコントロールする。
【００４０】
なお、チラーシステムコントローラ１１０の起動制御に関する詳細構成については、以下で詳述する。
【００４１】
（２）熱負荷処理システムの動作
（２−１）全体概略動作
第１〜第９空調機２１〜２９それぞれでは、吸込ダクト（図示せず）によって室内空間から取り込まれた室内空気が、ケーシング内の空気通路を流れる。この空気は、各熱交換器２１ｂ等において一次側設備１０から流れてきた冷水／温水によって冷却／加熱される。その冷却／加熱された空気が給気ダクト（図示せず）を介して室内空間へ供給されることで、室内空間の冷房／暖房が行われる。
【００４２】
（２−２）チラーシステムコントローラによる冷凍機制御
チラーシステムコントローラ１１０は、主として、ＣＰＵ１８０およびメモリ１９０から構成されている。メモリ１９０は、ＲＯＭとＲＡＭとで構成されており、ＲＯＭには、ＣＰＵ１８０が読み出して実行する各種プログラム等が格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵ１８０のワークメモリとして機能する他、ＣＰＵ１８０によって書き換え可能な情報が格納されている。
【００４３】
チラーシステムコントローラ１１０は、通常制御のほか、全ての第１〜第５冷凍機５１〜５５が止まっている状態から熱負荷処理システムを立ち上げるときに実施する起動制御を行う。
【００４４】
（２−２−１）冷凍機の通常制御
通常制御においては、チラーシステムコントローラ１１０は、二次側設備２０の熱負荷（具体的には、第１〜第９空調機２１〜２９が処理すべき各室内空間の熱負荷）に応じて冷凍機の運転台数を可変させる冷凍機台数制御を、第１〜第５冷凍機５１〜５５に関する制御として行う。例えば、第１〜第９空調機２１〜２９の熱負荷が小さい場合には、第４冷凍機５４の１台だけを運転させることで能力が足りるが、第１〜第９空調機２１〜２９の熱負荷が大きい場合には、運転させるべき冷凍機の台数は比較的多くなる。仮に、第１〜第９空調機２１〜２９の熱負荷が小さい一方で、全ての第１〜第５冷凍機５１〜５５が運転している場合には、熱負荷処理システムの全体としての消費電力量が大きくなってしまう。そのような場合には、熱負荷処理システムの全体としての消費電力量が小さくなり、且つ、第１〜第９空調機２１〜２９の熱負荷にも十分対応できる程度に、冷凍機の運転台数を決める（削減する）ことになる。
【００４５】
（２−２−２）冷凍機の起動制御
次に、チラーシステムコントローラ１１０の起動制御に関係する機能について詳述する。
【００４６】
ＲＯＭから読み出したプログラムを実行するＣＰＵ１８０には、図２に示すように、起動制御に関係するソフトウェア上の機能部として、循環水量推定部１８１と、循環水温演算部１８２と、循環水初期負荷量演算部１８３と、冷凍機起動台数決定部１８４と、二次側負荷量演算部１８５と、冷凍機台数補正部１８６とが備わることになる。また、メモリ１９０には、機器保有水量テーブル１９１と、冷凍機特性テーブル１９２とが記憶され、さらに起動制御の上限時間である起動制御上限時間ＴＬなどが記憶されている。
【００４７】
（２−２−２−１）循環水量推定部
循環水量推定部１８１は、一次側設備１０の第１〜第５冷凍機５１〜５５の１又は複数台を起動するときに、熱負荷処理システムが保有する水の総量のうち一次側設備１０と二次側設備２０との間で循環させる水の量である循環水量を、第１〜第９空調機２１〜２９の運転情報を基に推定する。
【００４８】
具体的には、循環水量推定部１８１は、第１〜第９空調機２１〜２９の運転情報を空調機コントローラ１２０から入手し、第１〜第９空調機２１〜２９のＯＮ／ＯＦＦを判断する。そして、メモリ１９０の機器保有水量テーブル１９１を参照し、熱負荷処理システムが保有する水の総量（ここでは、３８００リットル）から、ＯＦＦの状態である第１〜第９空調機２１〜２９で滞留することになる水量を差し引き、起動制御における循環水量を推定する。ＯＦＦの状態である第１〜第９空調機２１〜２９で滞留することになる水量は、第１空調機２１を例にとって説明すると、引き込み配管２１ｄ、ケーシング内の熱交換器２１ｂおよびその前後配管、戻し配管２１ｅなど、送りヘッダー１１側の水配管３０と戻りヘッダー１２側の水配管３０との間にある水流路の総容量に相当する。
【００４９】
例えば、第１〜第３空調機２１〜２３だけがＯＦＦの状態で、残りの第４〜第９空調機２４〜２９がＯＮの状態であれば、３台の中にある１２００リットルの水量を総量から差し引き、起動制御における循環水量を２６００リットルであると推定する。なお、一次側設備１０の第１〜第５冷凍機５１〜５５それぞれの保有水量が比較的少ないため、ここでは演算の際に無視する推定方法を採用しているが、後述する冷凍機起動台数の決定時に、起動させない冷凍機の保有水量を差し引く循環水量の修正を行うことも可能である。
【００５０】
（２−２−２−２）循環水温演算部
循環水温演算部１８２は、一次側設備１０の１又は複数台の冷凍機を起動する前に、一次側設備１０と二次側設備２０との間で循環させる水の温度である循環水温を検出する。具体的には、循環水温演算部１８２は、往水温度センサ１１１の計測値と、環水温度センサ１１２の計測値とを用いて、循環水温を演算する。
【００５１】
ここでは、両センサ１１１，１１２の平均を取って循環水温としているが、いずれかの計測値を循環水温にすることも可能である。また、第１〜第５冷凍機５１〜５５が入口温度センサや出口温度センサを備えている場合には、それらの温度計測値を加味して循環水温を演算することも可能である。
【００５２】
（２−２−２−３）循環水初期負荷量演算部
循環水初期負荷量演算部１８３は、上述の循環水量および循環水温を基に、起動時に循環させる水が保有する初期負荷量を演算する。
【００５３】
具体的には、循環水初期負荷量演算部１８３は、上述の循環水量および循環水温から算出される水の熱量と、同じ循環水量および一次側設備１０の出口目標水温（第１〜第５冷凍機５１〜５５の出口目標温度）から算出される水の目標熱量との差を演算し、起動時に循環させる水の初期負荷量を求める。すなわち、循環水初期負荷量演算部１８３は、以下の式Ａによって循環させる水の初期負荷量を求める。
式Ａ：初期負荷量＝循環水量×（起動前の循環水温−冷凍機の出口目標温度）
【００５４】
（２−２−２−４）メモリに記憶されている各種情報
データを記憶する記憶部としてのメモリ１９０には、上述のように、機器保有水量テーブル１９１、冷凍機特性テーブル１９２、起動制御上限時間ＴＬなどが記憶されている。
【００５５】
機器保有水量テーブル１９１は、図３に示すテーブルであり、熱負荷処理システム全体が保有する熱冷媒としての水の量（ここでは３８００リットル）と、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれが単独でＯＦＦの状態になっているときの循環する水の減少量とのデータを含んでいる。また、機器保有水量テーブル１９１は、第１〜第５冷凍機５１〜５５それぞれが単独でＯＦＦの状態になっているときの循環する水の減少量のデータも含んでいる。
【００５６】
冷凍機特性テーブル１９２は、第１〜第５冷凍機５１〜５５の運転効率を示す冷凍機効率テーブル１９２ａ（図５参照）と、第１〜第５冷凍機５１〜５５の定格能力を示す冷凍機能力テーブル１９２ｂ（図６参照）とから成る。冷凍機効率テーブル１９２ａは、図４に示すような第１〜第５冷凍機５１〜５５それぞれの冷房負荷ごと且つ外気温ごとのＣＯＰに関する情報から事前に作成・入力されているテーブルであり、図５に示すようなテーブルである。第１〜第５冷凍機５１〜５５それぞれに対し、所定の負荷（出力）および外気温度条件での空調効率（ＣＯＰ）を示すテーブルが、冷凍機効率テーブル１９２ａである。
【００５７】
起動制御上限時間ＴＬは、起動開始から、起動制御から通常制御に移行するまでに許容される時間である。起動制御上限時間ＴＬは、事前に入力され、メモリ１９０に記憶されている。この起動制御上限時間ＴＬを超えているのに上記の式Ａで求めた初期負荷量が処理されずに残っているという事態を避けるため、起動制御では、起動制御上限時間ＴＬよりも短い起動制御完了予定時間ＴＦ（図８参照）までに初期負荷量が処理されてしまうように、起動させる冷凍機の台数および能力（負荷）の決定が為される。
【００５８】
（２−２−２−５）冷凍機起動台数決定部
冷凍機起動台数決定部１８４は、予め決められている起動制御上限時間ＴＬよりも短い時間で、循環させる水が保有する初期負荷量が処理されるように、一次側設備１０の起動制御において運転させる冷凍機の台数および能力を決定する。
【００５９】
ここでは、メモリ１９０に記憶されている冷凍機効率テーブル１９２ａおよび冷凍機能力テーブル１９２ｂを用いて、冷凍機起動台数決定部１８４は冷凍機の台数を決定する。冷凍機の能力については、第１〜第５冷凍機５１〜５５それぞれが高いＣＯＰとなる所定の能力範囲（負荷範囲）で運転されるように、予め使用能力範囲が決められている。そして、第１〜第５冷凍機５１〜５５の運転組合せ、それぞれに対して、単位時間あたりの処理負荷量の演算結果がメモリ１９０に記憶されている。冷凍機起動台数決定部１８４は、初期負荷量が起動制御完了予定時間ＴＦで処理されるように、第１〜第５冷凍機５１〜５５の運転組合せの中から適切な組合せを選ぶことで、冷凍機の台数を決定する。
【００６０】
例えば、図８に示すように、第３冷凍機５３だけ運転させても起動制御完了予定時間ＴＦまでに初期負荷量を処理できず、第３冷凍機５３に加えて第４冷凍機５４および第５冷凍機５５を運転させると起動制御完了予定時間ＴＦよりもかなり早く初期負荷量を処理し終わることになり省エネルギーに反すると予想される場合には、第３冷凍機５３および第４冷凍機５４を起動制御開始時に運転させるという決定を行う。
【００６１】
（２−２−２−６）二次側負荷量演算部および冷凍機台数補正部
二次側負荷量演算部１８５および冷凍機台数補正部１８６は、起動制御が開始されてから起動制御が終了するまでの起動制御の途中において、運転させる冷凍機を見直すための機能部である。二次側負荷量演算部１８５は、起動開始後、所定の補正サンプリング間隔が経過すると、一次側設備１０から二次側設備２０へと流れる水の温度（往水温度センサ１１１の計測値）、二次側設備２０から一次側設備１０へと戻る水の温度（環水温度センサ１１２の計測値）、および水量センサが計測した実際に循環している水の水量を基に、二次側設備２０の運転している空調機の現実の負荷を演算する。そして、この二次側設備２０の実際の負荷が想定よりも多く、初期負荷量に二次側設備２０の積算負荷量を加えた負荷量を起動制御上限時間ＴＬまでに処理することができないと判断した場合、冷凍機台数補正部１８６が、起動開始前に冷凍機起動台数決定部１８４が決定し既に運転させている１又は複数の冷凍機を見直す。すなわち、冷凍機台数補正部１８６は、起動制御開始後の実際の二次側設備２０の負荷を計測・推定し、一定の補正サンプリング間隔の経過時に初期に決めた一次側設備１０の空調機の運転台数を補正する。
【００６２】
（２−２−２−７）起動制御のフロー
図７を参照して、チラーシステムコントローラ１１０による起動制御の各ステップについて説明する。
【００６３】
まずステップＳ１１では、メモリ１９０から機器保有水量テーブル１９１が読み込まれる。次に、ステップＳ１２において、起動制御上限時間ＴＬが読み込まれ、また空調機コントローラ１２０から起動時に運転する二次側設備２０の空調機の情報（各空調機のＯＮ／ＯＦＦ情報）が取り込まれる。そして、起動制御上限時間ＴＬから、二次側設備２０の空調機の予想負荷の処理に必要な時間を差し引いて、起動制御完了予定時間ＴＦを算出する。ステップＳ１３では、上述のように循環水量推定部１８１が機器保有水量テーブル１９１を用いて起動制御における循環水量を算出する。ステップＳ１４では、上記の式Ａを用いて、起動制御において循環させる水の初期負荷量を求める。そして、ステップＳ１５で、冷凍機起動台数決定部１８４が一次側設備１０の起動制御において運転させる冷凍機の台数および能力を決定し、ステップＳ１６で、運転されることが決定した冷凍機を所定の能力（インバータ出力）で運転開始させる。
【００６４】
一次側設備１０の冷凍機を運転させて起動制御を開始すると、ステップＳ２１に移行する。ステップＳ２１では、起動制御の終了条件が成立しているか否かを判断する。終了条件には、起動制御上限時間ＴＬを超えるという第１条件、運転している冷凍機の出口水温の平均値が冷凍機の出口目標水温（例えば５℃）に近づいた（例えば７℃）という第２条件、および往水温度センサ１１１の温度が冷凍機の出口目標水温に近づいたという第３条件があり、それらのいずれか１つが成立すれば終了条件が成立したと判断する。そして、ステップＳ２１で終了条件が成立していると判断されると、ステップＳ２４で終了条件が継続して一定時間成立しているか否かが判断され、否であればステップＳ２１に戻り、終了時間が一定時間だけ継続していれば起動制御を終了して通常制御に移る。一方、ステップＳ２１で未だ終了条件が成立していなければ、ステップＳ２２に移行し、補正サンプリング時間が経過したか否かが判断される。そして、ステップＳ２２において否と判断されるとステップＳ２１に戻り、ステップＳ２２において、起動開始から補正サンプリング時間が経過し、起動制御補正時間ＴＳに達していると判断されると、ステップＳ２３に移行する。ステップＳ２３では、起動開始前の冷凍機の台数および能力の決定においては二次側設備２０の負荷を十分正確に考慮できていないことに鑑み、冷凍機の運転台数および能力を見直す。具体的には、上述のように、二次側負荷量演算部１８５が、往水の温度、環水の温度、および水量を基に、二次側設備２０の現実の負荷を演算し、それに基づいて、冷凍機台数補正部１８６が、起動開始前に冷凍機起動台数決定部１８４が決定し既に運転させている冷凍機の台数および能力を補正する。
【００６５】
（３）熱負荷処理システムの特徴
（３−１）
一般的な熱負荷処理システムにおいて、例えば冷房運転を始めようとする起動時は、循環経路の水配管や空調機の中に溜まっている水が温まっているため、一定時間内で水温を目標設定値まで持っていくための起動制御が必要である。この起動制御（例えば冷房時）においては、溜まっている水の水温を冷却する必要があるが、二次側設備の状態や外気温の状態等により必要な熱量が異なるため、従来のように固定の冷凍機台数および固定の時間で起動制御を行うと、定常状態に落ち着くまでの間、冷凍機がオーバーシュートして過剰に電力を消費したり、逆に定常状態に至るまでに時間がかかりすぎて対象空調空間の快適性が劣化したりする。
【００６６】
これに鑑み、本実施形態の熱負荷処理システムでは、循環経路の水配管３０や空調機の中に溜まっている水の量、すなわち起動時に循環させる水の量である循環水量に着目し、その循環水量および循環水温から、通常制御が可能な定常状態となるまでに必要な熱量を推定している。そして、その初期の負荷を所定時間内で処理するためには何台の冷凍機をどれぐらいの能力（出力）で運転すればよいかを求めている。これにより、必要な快適性や起動制御に要する時間の長さを適切に保ちながら、消費エネルギーを最小にした起動制御ができている。
【００６７】
具体的には、本実施形態に係るチラーシステムコントローラ１１０は、一次側設備１０を起動するときに、循環水量推定部１８１が循環水量を推定し、その循環水量と検出した循環水温とを基に循環水初期負荷量演算部１８３が初期負荷量を演算している。そして、一次側設備１０を起動するときに熱負荷処理システム内を循環させる水が保有する初期負荷量が、起動制御上限時間ＴＬ内に、さらには起動制御完了予定時間ＴＦ内に処理されるように、冷凍機の台数および能力を決定している。したがって、このチラーシステムコントローラ１１０で決定した冷凍機を起動制御において所定能力で運転させることで、起動制御が適切に為され且つ起動制御の間の省エネルギー性も確保できるようになっている。すなわち、本実施形態の熱負荷処理システムでは、起動制御上限時間ＴＬ内で起動制御が完了し、また、過剰な数の冷凍機が運転状態になってオーバーシュート等を起こすこともなくなり、さらに、トータルの消費電力が最小となる１又は複数の冷凍機を用いて起動制御を行うことができている。
【００６８】
（３−２）
本実施形態の熱負荷処理システムでは、第二次側設備２０の１〜第９空調機２１〜２９それぞれが単独でＯＦＦの状態になっているときの循環する水の減少量を含む機器保有水量テーブル１９１を用いて、第１〜第９空調機２１〜２９のＯＮ／ＯＦＦ情報を含む運転情報を基に循環水量を推定するため、循環水量の推定精度が高く、起動制御が適切に実施されるようになっている。
【００６９】
なお、第１〜第９空調機２１〜２９の運転情報から各空調機の流量調整弁の開度が把握でき、且つ、機器保有水量テーブル１９１がさらに各空調機の流量調整弁の開度ごとに空調機を流れる水量の情報を有している場合には、さらに各空調機の流量調整弁の開度に基づいて循環水量を推定することが望ましい。
【００７０】
（３−３）
本実施形態の熱負荷処理システムでは、冷凍機起動台数決定部１８４が、冷凍機効率テーブル１９２ａ（図５参照）や冷凍機能力テーブル１９２ｂ（図６参照）といった冷凍機特性テーブル１９２を用いて、一次側設備１０の起動制御における冷凍機の運転台数および能力を決定している。このため、初期負荷量等の負荷を、起動制御において効率よく且つ所定の時間内に処理することができている。
【００７１】
なお、上記の実施形態では、各冷凍機の能力（インバータ周波数）をＣＯＰの高い範囲に固定し、冷凍機の組合せを選ぶ形で冷凍機の台数および能力の決定を行っているが、高機能のＣＰＵを採用する場合には、冷凍機の台数および能力の全ての組合せから最適なものを選択する方法を採ることも可能である。
【００７２】
（３−４）
本実施形態の熱負荷処理システムでは、起動制御において水が流れる水配管３０に設置される往水温度センサおよび／又は環水温度センサの計測値を基にして、循環水温演算部１８２が、一次側設備１０と二次側設備２０との間で循環させる水の温度である循環水温を求めている。このため、初期負荷量が正確に演算できている。
【００７３】
（３−５）
本実施形態の熱負荷処理システムでは、起動開始から補正サンプリング時間の経過後に二次側負荷量（起動開始後に測定した二次側設備２０の現実の負荷）を演算し、その二次側負荷量を基に起動制御で運転させている冷凍機の台数や能力を補正するため、省エネルギー性を確保しつつ、初期負荷量だけではなく二次側設備の実際の熱負荷も起動制御上限時間ＴＬのあいだに確実に処理することができるようになっている。
【００７４】
例えば、図８に示すような場合、起動時には第３冷凍機５３および第４冷凍機５４を運転させるという決定を一旦行っているが、起動制御補正時間ＴＳにおける見直しの結果、このままでは予想以上に大きい二次側負荷量および初期負荷量を起動制御上限時間ＴＬの間に処理できないと判断し、第３冷凍機５３および第４冷凍機５４に加えて第５冷凍機５５も運転させて３台で負荷処理を行うという補正を行っている。
【００７５】
なお、図８では、補正サンプリング時間が比較的長く、また、起動制御補正時間ＴＳが１つだけであるようなグラフを示しているが、例えば起動制御上限時間ＴＬが３０分であるときに補正サンプリング間隔を５分にして数回の補正を行っていてもよい。
【００７６】
（３−６）
本実施形態の熱負荷処理システムでは、通常制御において一次側設備１０から二次側設備２０へと供給される水の温度が概ね第１〜第５冷凍機５１〜５５の出口目標水温になることに鑑み、循環水初期負荷量演算部１８３による初期負荷量の演算において、循環させる水が保有する起動前の水の熱量から、その水の水温が出口目標水温になったときの循環させる水の熱量を差し引いている。すなわち、上述の式Ａによって、初期負荷量の演算が為されている。このため、起動制御を終えて通常制御を始めるときには、一次側設備１０から二次側設備２０に送られる水の水温が概ね出口目標水温になっており、熱負荷処理システムにおける通常制御が反応よく行われるようになっている。
【符号の説明】
【００７７】
１０    一次側設備
２０    二次側設備
２１〜２９    第１〜第９空調機（熱利用機器）
５１〜５５    第１〜第５冷凍機（熱源機）
１１０    チラーシステムコントローラ
１１１    往水温度センサ
１１２    環水温度センサ
１１５    水量センサ
１８１    循環水量推定部
１８２    循環水温演算部（循環水温検出部）
１８３    循環水初期負荷量演算部（初期負荷量演算部）
１８４    冷凍機起動台数決定部（熱源機起動台数決定部）
１８６    冷凍機台数補正部（熱源機補正部）
１９０    メモリ（記憶部）
１９１    機器保有水量テーブル（機器のＯＮ／ＯＦＦで増減する水の量のデータ）
１９２    冷凍機特性テーブル（熱源機特性データ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特開２０１１−１２７８５９号公報
【図１】
2014066457.tif 000003
【図２】
2014066457.tif 000004
【図３】
2014066457.tif 000005
【図４】
2014066457.tif 000006
【図５】
2014066457.tif 000007
【図６】
2014066457.tif 000008
【図７】
2014066457.tif 000009
【図８】
2014066457.tif 000010