(57)【要約】【課題】空調設備を構成する種々の機器を要求される性能を低下させることなく、簡易且つ正確でしかも最も効率的な運転を行い得るようにした信頼性の高い熱源システム最適運転制御方法及び装置を提供する。【解決手段】熱源運転切替えマップにより熱源運転パターンを決定して所定の熱源１，２，３の発停を行い、各熱源１，２，３が負担する負荷率、各機器仕様や理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷水流量設定値等の各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価の中における最適値として求め、該最適値により冷却水ポンプ３１，３５，４０、冷水ポンプ４９，５３，５７、冷却塔６の制御を行なう。【選択図】図１
2006275323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱源と、該熱源に付随する複数の機器により構成される熱源システムにおいて、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、熱源出口温度設定値、熱源流量設定値といった設定値の最適値を求め、該最適値により前記機器のうち少なくとも何れかの制御を行なうことを特徴とする熱源システム最適運転制御方法。
【請求項２】
複数の熱源と、該熱源に付随する複数の機器により構成される熱源システムにおいて、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、熱源出口温度設定値、熱源流量設定値等の各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価のうちの何れかにおける最適値として求め、該最適値により前記機器のうちの少なくとも何れかの制御を行なうことを特徴とする熱源システム最適運転制御方法。
【請求項３】
複数の熱源と、該熱源に付随する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷水二次ポンプといった機器により構成される熱源システムにおいて、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷却水流量設定値といった各種設定値の最適値を求め、該最適値により冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のうちの少なくとも何れかの制御を行なうことを特徴とする熱源システム最適運転制御方法。
【請求項４】
複数の熱源と、該熱源に付随する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷水二次ポンプといった機器により構成される熱源システムにおいて、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷却水流量設定値といった各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価のうちの何れかにおける最適値として求め、該最適値により冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のうちの少なくとも何れかの制御を行なうことを特徴とする熱源システム最適運転制御方法。
【請求項５】
高効率運転制御関数をＥ＝ａＥ×Ｌｐ＋ｂＥ×Ｔｗｂ＋ｃＥ×Ｖｃｔ＋ｄＥ×ΔＴｃｔ＋ｅＥ×Ｆｃｔ＋ｆＥ×Ｔｃｓ＋ｇＥ×ΔＴｃｓ＋ＣＥ、Ｇ＝ａＧ×Ｌｐ＋ｂＧ×Ｔｗｂ＋ｃＧ×Ｖｃｔ＋ｄＧ×ΔＴｃｔ＋ｅＧ×Ｆｃｔ＋ｆＧ×Ｔｃｓ＋ｇＧ×ΔＴｃｓ＋ＣＧ（ここで、ａＥ、ｂＥ、ｃＥ、ｄＥ、ｅＥ、ｆＥ、ｇＥ、ＣＥ、ａＧ、ｂＧ、ｃＧ、ｄＧ、ｅＧ、ｆＧ、ｇＧ、ＣＧは、制御パラメータである）により求める請求項１乃至４の何れかに記載の熱源システム最適運転制御方法。
【請求項６】
熱源発停の演算周期をＴｃａｌｕｃｕｌａｔ＝Ｌ＋Ｃ２×Ｔ（ここで、Ｌは無駄時間、Ｔは時定数、Ｃ２は調整用のパラメータである）とする請求項１乃至５の何れかに記載の熱源システム最適運転制御方法。
【請求項７】
各熱源の切替えは、外気温度と空調負荷に基き行なわれる請求項１乃至６の何れかに記載の熱源システム最適運転制御方法。
【請求項８】
運転状態を、高効率運転制御関数と熱源切替えマップをより実情に近づけるよう学習するようにした請求項１乃至７の何れかに記載の熱源システム最適運転制御方法。
【請求項９】
複数の熱源と、該熱源に付随する複数の機器により構成される熱源システムにおいて、上位コントローラと、上位のコントローラから信号を受けるようにした所定の熱源に対応した下位コントローラを備え、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、熱源出口温度設定値、熱源流量設定値といった設定値の最適値を求め、該最適値により前記機器の何れかの制御を行ない得るよう構成したことを特徴とする熱源システム最適運転制御装置。
【請求項１０】
複数の熱源と、該熱源に付随する複数の機器により構成される熱源システムにおいて、上位コントローラと、上位のコントローラから信号を受けるようにした所定の熱源に対応した下位コントローラを備え、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、熱源出口温度設定値、熱源流量設定値等の各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価のうちの何れかにおける最適値として求め、該最適値により前記機器のうちの少なくとも何れかの制御を行ない得るよう構成したことを特徴とする熱源システム最適運転制御装置。
【請求項１１】
複数の熱源と、該熱源に付随する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷水二次ポンプといった機器により構成される熱源システムにおいて、上位コントローラと、上位のコントローラから信号を受けるようにした所定の熱源に対応した下位コントローラを備え、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷却水流量設定値等の各種設定値の最適値を求め、該最適値により冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のうちの少なくとも何れかの制御を行ない得るよう構成したことを特徴とする熱源システム最適運転制御方法。
【請求項１２】
複数の熱源と、該熱源に付随する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷水二次ポンプといった機器により構成される熱源システムにおいて、上位コントローラと、上位のコントローラから信号を受けるようにした所定の熱源に対応した下位コントローラを備え、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷却水流量設定値等の各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価のうちの何れかにおける最適値として求め、該最適値により冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のうちの少なくとも何れかの制御を行ない得るよう構成したことを特徴とする熱源システム最適運転制御装置。
【請求項１３】
高効率運転制御関数をＥ＝ａＥ×Ｌｐ＋ｂＥ×Ｔｗｂ＋ｃＥ×Ｖｃｔ＋ｄＥ×ΔＴｃｔ＋ｅＥ×Ｆｃｔ＋ｆＥ×Ｔｃｓ＋ｇＥ×ΔＴｃｓ＋ＣＥ、Ｇ＝ａＧ×Ｌｐ＋ｂＧ×Ｔｗｂ＋ｃＧ×Ｖｃｔ＋ｄＧ×ΔＴｃｔ＋ｅＧ×Ｆｃｔ＋ｆＧ×Ｔｃｓ＋ｇＧ×ΔＴｃｓ＋ＣＧ（ここで、ａＥ、ｂＥ、ｃＥ、ｄＥ、ｅＥ、ｆＥ、ｇＥ、ＣＥ、ａＧ、ｂＧ、ｃＧ、ｄＧ、ｅＧ、ｆＧ、ｇＧ、ＣＧは、制御パラメータである）により求める手段を備えた請求項５又は６に記載の熱源システム最適運転制御装置。
【請求項１４】
熱源発停の演算周期をＴｃａｌｕｃｕｌａｔ＝Ｌ＋Ｃ２×Ｔ（ここで、Ｌは無駄時間、Ｔは時定数、Ｃ２は調整用のパラメータである）により演算する手段を設けた請求項７記載の熱源システム最適運転制御装置。
【請求項１５】
各熱源の切替えは、外気温度と冷房負荷に基き行なうようにした手段を設けた請求項６乃至１０の何れかに記載の熱源システム最適運転制御装置。
【請求項１６】
運転状態を、高効率運転制御関数と熱源切替えマップをより実情に近づけるよう学習するようにした手段を設けた請求項７乃至１１の何れかに記載の熱源システム最適運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱源システム最適運転制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調設備においては、二次側冷房負荷(空調機等で処理した冷房負荷)に応じて、ガス吸収式冷温水機、インバータターボ冷凍機、フリークーリング用熱交換器等の熱源を、冷凍機能力や効率等を考慮して順次切換え使用する場合がある。
【０００３】
而して、斯かる空調設備では、夏期の暑い時期では、冷房用の熱源は冷却能力を１００％近くで運転するので、ファンやポンプ等の補機類の制御も略定格運転（フル運転）の状態になるため、選択肢が限られてしまい、何れの制御方式を用いても結果にあまり相違が生じない。
【０００４】
ところが、春季や秋季のような中間期のようにそれほど暑くない時期では、熱源システムの冷房負荷は６０％以下となる場合があり、どの熱源をどの程度の出力で運転を行なうかは重要であり、又、夫々の熱源の補機類に変流量制御装置(インバータ)が導入されていれば、冷却水や冷水の流量を小さくすることで、省エネルギ効果を得られる。この場合に、どの熱源を使用するのか、どのくらいの出力をさせるのか、各補機をどのくらいのインバータ出力とするのかは、多種多用な選択肢が存在するため、その運転の仕方によっては、生成する熱量が同じでも、使用する電力量やガス量が大きく異なることが考えられ、エネルギ的に無駄な運転となる場合もある。
【０００５】
而して、エネルギ的に望ましい状態で空調設備が運転できる空調設備の制御方法及びこのように制御される空調設備としては、特許文献１がある。而して、特許文献１においては、消費エネルギを第一の評価軸として空調設備各機器の最適化運転をするに当り、部分負荷の各機器特性を重ね合わせて総合的な最適運転点を見つけるため、空調設備運転シミュレータ(計算アルゴリズム)を使い、数式化された各機器パラメータ毎の消費エネルギにつき、各センサから取得されたリアルタイム運転データを逐一代入計算してその最適点を求めそれに基き制御するようにしている。
【０００６】
又、特許文献１は、空調機の送風温度、冷温熱源の冷温熱媒温度、冷却塔の冷却水温度という３種類の夫々複数個の条件の組合せと、このときの消費エネルギ量が示されるデーータテーブルを予め作成しておき、このデータテーブルにアクセスすることにより各設定値を変更するようにもしている。
【特許文献１】特開２００４−５３１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１においては、予め各機器の負荷特性を実測してその結果をプロットし数式化した関係式を空調設備運転シミュレータというコンピュータの記憶媒体に保存し、空調設備運転データとして各計測値をリアルタイムで入力し、各温度や流量の設定値を最適化する計算を逐一行なうようにしており、空調機の送風温度、冷温熱源の冷媒温度、冷却塔の冷却水温度に加えて、空調機の送風流量、冷温熱源の冷媒温度、冷却塔の冷却水温度、空調機の送風流量、冷温熱源の冷媒流量、冷却塔の冷却水量もパラメータではあるが、これらは何れも実際には、外的条件(外気、冷房負荷)に応じて変化するパラメータであり、これらをリアルタイムで計算するには、算出精度が向上する反面、制御手段に用いられるメモリの増大、処理速度の増加を招来し、非常に高価で処理の遅い制御装置となり、最適制御を良好に行なえない虞がある。又、熱源システム更新時等にもシミュレータを修正する必要がある。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、特許文献１が有する問題点を解決して、簡単な手段で簡易且つ正確にしかも効率的に空調機器類の制御を行なうことができる信頼性の高い熱源システム最適運転制御方法及び装置を提供することを目的としてなしたものである。
［本発明がなされるに至った経緯］
【０００９】
先ず、本発明に至った経緯について説明する。すなわち、熱源が部分負荷の場合に、各機器特性を重ね合わせて総合的な最適運転点を見つけ、熱源最適運転制御を行なう空調設備各機器の最適化運転をすることにより、トータルの消費一次エネルギが最小となる運転が可能である。ここで、最適化とは、図１３に示すように、入力１０１と出力１０２が明確に定義されているシステムにおいては、ある拘束条件１０３の基で評価関数１０４を最小（或は最大）にするよう出力１０２を決定することである。
【００１０】
ところで、複雑な制御系では、上記入力１０１と出力１０２との関係は、非線形となり、解析的に最適解を求めるのは困難である。このような非線形制御系において、最適解の探索は次のようにして行なう。すなわち、例えば、ある拘束条件１０３における評価関数が一意に定義できた場合、ある拘束条件のパラメータにおける評価関数で、制御変数をその定義域の最小値から適当な移動幅で増加させて行き、ある制御変数に対する値Ｙを記憶し、これを定義域の最大値まで、繰返し、この結果からある拘束条件における制御変数の最適解Ｘ（Ｙが最小値となるＸ）を求めることができる。而して、パラメータを想定された範囲で変化させ、夫々のパラメータにおける最小値である値Ｙが想定される拘束条件における最小値であるので、このときのパラメータが最終的に求める最適解Ｘとなる。
【００１１】
例えば熱源システムの制御目標は、室内環境（例えば室温２５℃）を快適に維持するための冷熱量を生成することにある。冷熱量Ｑは、一般に冷水流量と冷水往還温度差ΔＴに比例する。熱源システムは最大負荷に対して設計されるので、最大負荷あるいは最大負荷に近い状況（夏期）では、熱源に要求する冷熱量Ｑは最大値となるので、冷水流量Ｖは最大値、冷水往還温度差ΔＴを最大（通常５℃）となるように冷水往温度設定値は最小値（通常７℃程度）で運転する。つまり、各制御パラメータは最大値或は最小値として運転するしかなく、制御パラメータの組合せ等を考慮する必要がない。
【００１２】
ところが、部分負荷運転時（中間期や冬期）では、室内温度２５℃を維持するために熱源に要求される冷熱量Ｑは最大負荷時に比べて小さく（例えば５０％）、要求される冷熱量Ｑを生成するための流量あるいは冷水往還温度差ΔＴの組合せは多数存在する（例えば流量５０％、ΔＴ＝５℃等）。又、同じ冷熱量Ｑであったとしても、制御パラメータの組合せの違いによって、各制御部（冷凍機本体や冷水ポンプ、冷却塔ファン等）で消費する総消費一次エネルギは大きく異なる。つまり、熱源システムに求められる最適解とは、部分負荷運転時において、室内環境を快適に維持するために要求される冷熱量を熱源が生成しつつ、且つ最も消費エネルギが最小となる制御パラメータの組合せで運転することと定義できる。
【００１３】
そこで、このような場合には、図１４に示す手法を採用するのが良い。すなわち、横軸に例えば冷水温度、冷却水温度等を制御変数として採り、又縦軸に例えば消費エネルギ、経済性等を出力として採った場合、ある条件においては、ある補機類の入力関数１０５，１０６から、これらを合成することにより出力関数１０７を得ることができ、入力関数１０６，１０８から出力関数１０９を得ることができる。
【００１４】
例えば、空調機−冷凍機−冷却塔で構成される空調熱源システムにおける一般的な冷水往温度とエネルギ消費量は、最大負荷時では、冷水往温度は最小値（通常７℃）となるが、部分負荷時においては、冷水往温度をある程度高く（例えば１２℃）することができる。この場合、冷水往温度は７℃〜１０℃のどの値を採用しても室内環境を維持できるということである。これをエネルギ面から検討すると、冷水往温度を７℃から徐々に上げていくと、冷凍機における蒸発器の冷媒温度は高くても支障がなくなり、冷媒ガスの圧縮エネルギが低下するので、冷凍機のエネルギ消費量も低下する。
【００１５】
同様に、冷凍機の凝縮器側の放熱量は圧縮エネルギ減少分だけ低下するので、冷却水ポンプ、冷却塔ファンのエネルギ消費量も減少する。一方、冷水往還温度差ΔＴが小さくなった分、同じ熱量を搬送するために流量でカバーしようとするために、冷水ポンプや空調機ファンのエネルギ消費量は増大する。このときの総エネルギ消費量の評価関数は、図１４に示す出力関数１０７，１０９であり、ある冷水温度で最小値となるので、この冷水温度が最適点Ｐとなり、この最適点Ｐが制御を行なう場合の設定値となる。一方、ある制御変数（設定値）を変更すると、ある動力は減少し、その他の動力は増加するトレードオフの関係があるために、最適解を求めることは重要であり、最適解で運転することで、室内温度環境を快適に維持しつつ、省エネルギを達成することができる。
【００１６】
次に、熱源システムにおいて本発明において補機類の制御を行なうための操作変数の最適解の求め方について説明する。
Ｉ．３Ｅ評価について
操作変数の最適解を評価する指標として、一次エネルギ（Ｅｎｅｒｇｙ）の他に、経済性（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境性（Ｅｃｏｌｏｇｙ）の３つが存在し、これらのどれかを指標として最適解を求める手法を各アルファベットの頭文字を取り、３Ｅ評価と称する。熱源システムの動力は一般に電力とガスであるので、この３Ｅ評価においては、熱源システムで消費されるトータルの電力消費量Ｅと、トータルのガス消費量Ｇを基に次のようにして算出される。
（１）一次エネルギ評価（省エネルギ性）
電力一次エネルギ換算係数ｅ(１）とガス一次エネルギ換算係数ｇ（１）とにより、エネルギ評価関数３Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）は[数１]で定義される。
[数１]
３Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）＝ｅ（１）×Ｅ＋ｇ（１）×Ｇ
（２）経済性評価（Ｅｃｏｎｏｍｙ）
電力料金単価係数ｅ（２）とガス料金単価係数ｇ（２）とにより、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）は[数２]で定義される。
[数２]
３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）＝ｅ（２）×Ｅ＋ｇ（２）×Ｇ
（３）環境性評価（Ｅｃｏｌｏｇｙ）
電力のＣＯ２排出換算係数ｅ（３）とガスのＣＯ２排出換算係数ｇ（３）とにより、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）は[数３]で定義される。
[数３]
３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）＝ｅ（３）×Ｅ＋ｇ（３）×Ｇ
【００１７】
次に、高効率運転制御関数の求め方を一般的に説明する。
熱源システムにおいて、各機器の動力である電力消費量Ｅとガス消費量Ｇが求まれば、３Ｅ評価における夫々の換算係数を乗じることで、各評価関数ｆ１（ｘ）〜ｆ３(ｘ)を定義できる。この評価関数ｆ１（ｘ）〜ｆ３(ｘ)をどのように求めるかが最大の課題であり、独自の方式で求めているので、これを高効率運転制御関数と定義する。この高効率運転制御関数の求め方の詳細は、後述の機器動力の求め方の説明において記述しているので、以下にそのポイントのみを示す。
【００１８】
（Ｉ）入力パラメータの選定
高効率運転制御関数の入力パラメータとしては、取得可能な計測値（例えば、外気温度、冷水、冷却水の流量等）や、制御に利用可能なインバータ出力（例えば、冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のファン等のインバータ出力）のみで作成する。この入力パラメータは、機器の組合せや、熱源運転方法にとって、最適な入力パラメータを選定する。なお、入力パラメータには、実際の制御時には２種類存在する。計測値（外気温度等）は一つに決まる。一方、制御対象となる設定値（冷水出口温度設定値等）については、実用上の意味のある範囲内の複数の値が許容されるために、最適値を探索し求めた値を設定値とする。このように最適値探索により求まる入力パラメータを操作変数と定義する。その他に、計測値や操作変数によって一つに決定される計算値が存在することもある。
【００１９】
（ＩＩ）ガス消費量Ｇの算出
ガス消費量Ｇが発生する機器は、主としてガス吸収式冷凍機である。冷凍機メーカから提供されるカタログ値あるいは仕様書の値を読み取り、負荷率と冷却水入口温度から、ガス消費量を求める近似式を作成する。
【００２０】
（ＩＩＩ）電力消費量（動力）Ｅの算出
電力消費量Ｅが発生する機器は、電動駆動の冷凍機（インバータターボ冷凍機等）本体、ポンプ、冷却塔ファンである。冷凍機の動力は成績係数ＣＯＰ（＝機器出力エネルギ／機器入力エネルギ）が求まれば、出力エネルギ（生成熱量）は既知であるので入力エネルギである電力が求まる。このＣＯＰを求めるには、冷凍機メーカから提供されるカタログ値あるいは仕様書の値を読み取り、適当な近似式を作成する。成績係数ＣＯＰの算出にあたって、冷却水入口温度がパラメータとなる。この冷却水入口温度は、冷凍機等における熱源の凝縮器に対する入口の温度で、冷却水が冷却塔で冷却されて送出される際の冷却塔出口温度である。冷却塔出口温度は、冷却塔固有の数値と、外気湿球温度、冷却塔ファン送風量（冷却塔ファンインバータ出力）、冷却水量（冷却水ポンプインバータ出力）より解析的に求めることができるので、近似式を作成することができる。
【００２１】
ポンプやファン等の軸動力の回転によるものについていえば、一般的に消費電力は、回転数（負荷）の３乗に比例することが知られている。負荷が大きいとき、つまり、流量が定格流量のある割合以上のときは、この３乗則が有効であるが、負荷が低い場合、つまり、流量が少ない場合でもポンプ（ファン）動力をある値よりも低くできないレンジが存在する。そこで、負荷が大きいときには３乗則或は２乗則、負荷が小さいときには一定値をとるような近似式を作成する。
【００２２】
（ＩＶ）入力と出力の関係表
上述の（Ｉ）〜（ＩＩＩ）により、入力パラメータが決まれば、電力消費量Ｅとガス消費量Ｇが一意に決まる。仮に電力消費量Ｅは３つの機器（ａ,ｂ,ｃ）で決定され、ａはｉ,ｊ,ｋの関数、ｂはｊ,ｋの関数、ｃはｋの関数として定義されるとする。更に、ｉは５,６,７（３通り）、ｊは９０,１００（２通り）、ｋは２６,２７,２８,２９（４通り）の値をとるとすると、電力消費量Ｅは[数４]で決定される。
[数４]
Ｅ＝ａ(ｉ,ｊ,ｋ)＋ｂ(ｊ,ｋ)＋ｃ(ｋ)
【００２３】
ある入力パラメータに対する機器の出力（電力消費量）Ｅを調べるために、全ての組合せに対する値を一覧表形式で作成することは可能である。組合せの数は、図１５の図表に示すように、順列組合せの計算により、２４通り（３×２×４＝２４）である。もし、この程度の組合せ数によって電力消費量Ｅを定義できるのであれば、この入力と出力の関係表をコントローラ内に用意し、実際の制御時に入力パラメータを代入することで電力消費量Ｅを求めることができる。しかし、実際の熱源制御におけるこの組合せ数は膨大であり（１００万通り以上）、コントローラのＣＰＵやメモリ容量に対する負荷が大きくなり、コントローラの性能を低下させる要因にもなり得る。
【００２４】
（Ｖ）多変量解析
そこで、多変量解析を導入することで、[数４]は各入力パラメータに係数がかかった一次独立した数式[数５]で代用できる。多変量解析は、一般的な手法であるので詳細は割愛する。実際には、表計算ソフトとして一般的なＥｘｃｅｌ(登録商標・・・以下においても同様である。)を用いて処理しているが、多変量解析を行うための関数(ＬＩＮＥＳＴ関数)が予め用意されているので、一覧表を作成できれば比較的簡単に[数５]を得ることができ、これを電力消費量Ｅの高効率運転制御関数とする。Ｉ,Ｊ,Ｋは各入力パラメータの係数、Ｌは定数である。
[数５]
Ｅ＝Ｉ×ｉ＋Ｊ×ｊ＋Ｋ×ｋ＋Ｌ
【００２５】
同様に、ガス消費量Ｇの高効率運転制御関数を得ることができる。
【００２６】
（ＶＩ）最適値の算出
電力消費量Ｅの高効率運転制御関数が[数５]により求まったとする。次に、簡単のためにガス消費量Ｇは零とし、経済性による３Ｅ評価を行う場合で説明する。ちなみに、[数１]〜[数３]でガス消費量Ｇの項がないと、電力消費量Ｅの項だけとなり、単に換算係数が異なるだけであるので、操作変数の最適値は、３Ｅのどの評価方法を使ったとしても同じ結果となることを補足する。
【００２７】
ここで、[数５]を[数２]に代入すると、[数６]が求まる。
[数６]
３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）＝ｅ２×（Ｉ×ｉ＋Ｊ×ｊ＋Ｋ×ｋ＋Ｌ）
【００２８】
ｉは計測値でｉ＝５とする。ｊとｋが操作変数とし、ｊ=２０,３０,４０,５０,６０,７０,８０,９０,１００で、ｋ＝２５,２６,２７,２８,２９,３０が許容される範囲とする。ＪとＫの最適値は図１４に示す手法により求める。
【００２９】
[１]  ｋ＝２５、ｊ＝２０を[数５]に代入しそのときの３Ｅ(Ｅｃｏｌｏｇｙ)をとりあえず最適値３Ｅｍｉｎとし、ｋｍｉｎ＝２５,ｊｍｉｎ＝２０とする。
【００３０】
[２]  ｋ＝２５のままで、ｊ＝３０とし、例えば、環境性評価関数３Ｅ(Ｅｃｏｌｇｙ)を求める。先ほどの３Ｅｍｉｎよりも小さければこれを新たな最適解３Ｅｍｉｎとし、ｋｍｉｎ＝２５,ｊｍｉｎ＝３０とする。大きければ最適解の更新をしない。
【００３１】
[３]  ｋ＝２５のままで、ｊを４０,５０・・・・１００と変えて行き、[３]と同様にＥｍｉｎよりも小さい値があれば新たな最適解３Ｅｍｉｎとし、ｋｍｉｎ,ｊｍｉｎとともに更新する。
【００３２】
[４]  ｋ＝２６とし、ｊ＝２０に戻して[３]と同様の処理をする。
【００３３】
[５]  ｋ＝２６の処理が完了したら、ｋ＝２７,２８・・・３０と処理し、[３]と同様の処理をする。
【００３４】
[６]  ｊ，ｋの全ての組合せ（５４通り）についての処理が完了した時点のｋｍｉｎとｊｍｉｎの値が最適解である。
【００３５】
（ＶＩＩ）まとめ
最適解を求める手順をまとめると以下の通りである。
[１]  制御対象とする熱源システムにおける入力パラメータを選定する。
[２]  入力パラメータにより、近似式等を使って全体の電力消費量を定義する関数[数４]を作成する。なお、電力消費量Ｅの具体的な求め方は後述する。
[３]  入力パラメータが取り得る全ての値（例えば、外気湿球温度を２６℃、２７℃、２８℃、２９℃とする等）についての関係図表（図１５参照）を作成する。
[４]  多変量解析により電力消費量Ｅの高効率運転制御関数[数５]を得る。
[５]  指定の３Ｅ評価関数と、高効率運転制御関数に、入力パラメータ（計測値と操作変数）を代入する。計測値は一意に決定する。操作変数は、想定される値を次々に代入していき、最適値を探索し、最終的に得られた最適値を決定する操作変数の値を最適解とする。
ＩＩ．熱源システムにおける電力消費量Ｅ及びガス消費量Ｇの算出の具体例、高効率運転制御関数の求め方の具体例
先ず、上述の熱源システムで消費される電力消費量Ｅと、ガス消費量Ｇの求め方を説明する。
熱源システム全体で消費される電力消費量Ｅとしては、熱源の動力、ファンやポンプ類の動力の総和であって[数７]で表され、熱源システム全体で消費されるガス消費量Ｇはガスを消費する機器（ガス吸収式冷凍機）のガス消費量の総和であって[数８]で表される。
【００３６】
【数７】
2006275323.tif 000003
【００３７】
【数８】
2006275323.tif 000004
【００３８】
電力消費量Ｅとガス消費量Ｇを求める際には、図１６に示すような演算手段が使用される。図中、１１１は冷却塔６の回りの機器に対する動力演算部、１１２は後述の熱源２（インバータターボ冷凍機）に用いられる機器の動力演算部、１１３は後述の熱源１（ガス吸収式冷凍機）に用いられる機器の動力及びガス消費量演算部である。
【００３９】
動力演算部１１１には、後述の冷却塔６のファン１３のうち駆動されている台数と全ファンの比率が冷却塔ファン割合Ｆｃｔ（％）、冷却塔６から送出される冷却水量の最大値に対する冷却水流量割合Ｖｃｄ（％）、外気湿球温度Ｔｗｂ（℃）、冷却塔６へ戻る冷却水の温度と冷却塔６から送出される冷却水の温度差である冷却水温度差ΔＴｃｄ（℃）が入力条件として設定されている。
【００４０】
動力演算部１１２には、熱源２から後述の空調機負荷１６へ送給される冷水の熱源２における出口温度である冷水出口温度Ｔｃｓ（℃）、熱源２の最大出力可能な負荷に対する実際に運転されている際の負荷である負荷率Ｌｐ（％）、熱源２から空調機負荷１６へ送給される冷水の熱源２における出口温度と空調機負荷１６から戻ってきて熱源２へ導入される冷水の熱源２における入口温度との差である冷水温度差ΔＴｃｓ（℃）が入力条件として設定されている。
【００４１】
動力及びガス消費量演算部１１３には、熱源１から後述の空調機負荷１６へ送給される冷水の熱源１における出口温度である冷水出口温度Ｔｃｓ（℃）、熱源１の最大出力可能な負荷に対する実際に運転されている際の負荷である負荷率Ｌｐ（％）が入力条件として設定されている。
【００４２】
而して、動力演算部１１１は、冷却塔ファン動力演算部１１４、冷却水ポンプ動力演算部１１５、冷却水出口温度演算部１１６を備えており、動力演算部１１２は、成績係数演算部１１７、処理熱量演算部１１８、冷水流量割合演算部１１９、冷水ポンプ動力演算部１２０、ターボ冷凍機動力演算部１２１を備えており、動力及びガス消費量演算部１１３は、処理熱量演算部１２２、冷水流量割合演算部１２３、冷水ポンプ動力演算部１２４、ガス消費量演算部１２５を備えている。
【００４３】
冷却塔ファン動力演算部１１４、冷却水ポンプ動力演算部１１５、冷水ポンプ動力演算部１２０、冷水ポンプ動力演算部１２４には、図１７に示すような回転数割合Ｒｔと動力との関係を表すグラフが設定されている。すなわち、ポンプ、ファン等の回転数割合Ｒｔと動力Ｄの関係は理論式として[数９]で与えられる。この[数９]により動力（電力消費量）を算出すると、春、秋の中間期のような部分負荷時の場合に実際に冷熱を搬送するのに必要な電力消費量より少なく見積もってしまい、エネルギ評価関数３Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）、環境性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）を計算する場合に誤差となる。
[数９]
Ｄ＝ａＲ３
【００４４】
しかし、本発明においては、[数１０]により動力Ｄを決定している。このようにすることにより、熱源１，２が部分負荷の場合であっても、制限限界を考慮した実際の回転数制御を想定して算出でき、冷水や冷却水の流量制御において実際の電力消費量に近い値が得られる。
[数１０]
Ｄ＝ＡＲｔｎ＋Ｂ
[数１０]において、Ｒｔ＜低負荷上限のとき（低負荷）はＤ＝Ｂｏとなり、低負荷上限≦中負荷上限Ｒｔｃのとき（中負荷）はＤ＝Ａ１×Ｒｔ２〜３＋Ｂ１となり、中負荷上限≦Ｒｔのとき（高負荷）は、Ｄ＝Ａ２×Ｒｔ３＋Ｂ２となる。但し、Ａ１、Ａ２、Ｂｏ、Ｂ１、Ｂ２はポンプやファンの機器特性、現場の配管抵抗や実揚程等によって決まる定数である。
【００４５】
冷却水出口温度演算部１１６には、図１８に示すような外気湿球温度Ｔｗｂと冷却塔６における冷却水出口温度Ｔｃｄとの関係を、ある冷却流量割合Ｖｃｄと冷却塔ファン割合Ｆｃｔの際において示すグラフが、温度差レンジΔＴｃｄ１、ΔＴｃｄ２、ΔＴｃｄ３ごとに設定されている。而して、冷却水出口温度演算部１１６においては、図１８を基に高次多項式で数式化して[数１１]が得られるようになっている。なお、以下の説明において冷却塔ファン割合Ｆｃｔは冷却塔ファンインバータ出力Ｆｃｔと同義である。
[数１１]
Ｔｃｄ＝Ｆ１（Ｔｗｂ、ΔＴｃｄ１、Ｖｃｄ、Ｆｃｔ、Ｐｃｄ）
[数１１]において、Ｐｃｄは高次多項式のパラメータである。
【００４６】
成績係数演算部１１７には、図１９に示すような負荷率Ｌｐと成績係数ＣＯＰとの関係を示すグラフが、冷水温度Ｔｃｓ１の場合における冷却水温度Ｔｃｄ１、Ｔｃｄ２、Ｔｃｄ３ごとに設定されている。而して、成績係数演算部１１７においては、図１９を基に高次多項式で数式化して[数１２]が得られるようになっている。
[数１２]
ＣＯＰ＝Ｆ２（Ｌｐ２、Ｔｃｄ、Ｔｃｓ、Ｐｃｏｐ）
[数１２]において、Ｐｃｏｐは高次多項式のパラメータである。又、処理熱量演算部１１８では、負荷率Ｌｐを基に処理熱量が求められるようになっている。従って、ターボ冷凍機動力演算部１２１では、熱源２であるターボ冷凍機動力Ｄｔｕｒｂは[数１４]で求められるようになっている。
【００４７】
但し、ＣＯＰは、[数１３]のように表されるため、ターボ冷凍機動力Ｄｔｕｒｂは[数１４]のように示される。
[数１３]
ＣＯＰ＝機器の出力エネルギ／機器への投入エネルギ
[数１４]
Ｄｔｕｒｂ＝ターボ冷凍機の処理した冷熱量／ＣＯＰ
【００４８】
ガス消費量演算部１２５には、図２０に示すような熱源１であるガス吸収式冷凍機の負荷率Ｌｐとガス消費量ｇの関係を示すグラフが、冷水温度Ｔｃｓ１の場合における冷却水温度Ｔｃｄ１、Ｔｃｄ２、Ｔｃｄ３ごとに設定されている。而して、ガス消費量演算部１２５では、図２０を高次多項式で数式化して、[数１５]によりガス消費量ｇが求められるようになっている。
[数１５]
ｇ＝Ｆ３（Ｌｐ１、Ｔｃｄ、Ｔｃｓ、Ｐｇ）
[数１５]において、Ｐｇは高次多項式のパラメータである。
なお、図１７〜図２０のグラフは、各メーカの仕様書、実測値、文献等のデータを基に作成する。
【００４９】
電力消費量Ｅ及びガス消費量Ｇを求める際には、先ず、各機器の電力やガス消費量が求められる。すなわち、動力演算部１１１の冷却塔ファン動力演算部１１４では、冷却塔ファン割合Ｆｃｔを基に求めた回転数割合Ｒｔから[数１０]により後述の冷却塔６におけるファン１３の冷却塔ファン動力Ｄｃｔ（ｋＷ）が求められ、冷却水ポンプ動力演算部１１５では、冷却水流量割合Ｖｃｄを基に求めた回転数割合Ｒｔから[数１０]により、後述の冷却水ポンプ３１，３５，４０の冷却水ポンプ動力Ｄｃｄ（ｋＷ）が求められる。又、冷却水出口温度演算部１１６では、冷却塔ファン割合Ｆｃｔ、冷却水流量割合Ｖｃｄ、外気湿球温度Ｔｗｂ、冷却水温度差ΔＴｃｄを基に、[数１１]により冷却水出口温度Ｔｃｄ（℃）が求められ、求められた冷却水出口温度Ｔｃｄは、動力演算部１１２の成績係数演算部１１７及びガス消費量演算部１１３のガス消費量演算部１２５へ与えられる。
【００５０】
動力演算部１１２の成績係数演算部１１７では、負荷率Ｌｐ、冷水出口温度Ｔｃｓ、冷却水出口温度Ｔｃｄを基に[数１２]により成績係数ＣＯＰが求められ、求められた成績係数ＣＯＰはターボ冷凍機動力演算部１２１へ与えられる。又、処理熱量演算部１１８では、熱源２の負荷率Ｌｐを基に熱源２における処理熱量（冷熱量）Ｑ（ｋＷ）が求められ、求められた処理熱量Ｑは、冷水流量割合演算部１１９及びターボ冷凍機動力演算部１２１へ与えられる。
【００５１】
冷水流量割合演算部１１９では、冷水温度差ΔＴｃｓと処理熱量Ｑから冷水流量割合Ｖｃｓ（％）が求められ、求められた冷水流量割合Ｖｃｓは冷水ポンプ動力演算部１２０へ与えられる。而して、冷水ポンプ動力演算部１２０では、冷水流量割合Ｖｃｓを基に求めた回転数割合Ｒｔから[数１０]により、後述の冷水ポンプ５３の冷水ポンプ動力Ｄｃｓ（ｋＷ）が求められる。又、動力演算部１１２のターボ冷凍機動力演算部１２１では、成績係数ＣＯＰ及び処理熱量Ｑを基に、[数１４]によりターボ冷凍機動力Ｄｔｕｒｂ（ｋＷ）が求められる。
【００５２】
ガス消費量演算部１１３の処理熱量演算部１２２では、熱源１であるガス吸収式冷凍機の負荷率Ｌｐから処理熱量（冷熱量）Ｑが求められ、求められた処理熱量Ｑは冷水流量割合演算部１２３へ与えられ、冷水流量割合演算部１２３では、処理熱量Ｑ及び冷水出口温度Ｔｃｓから冷水流量割合Ｖｃｓが求められ、冷水ポンプ動力演算部１２４へ与えられる。又、冷水ポンプ動力演算部１２４では、冷水流量割合Ｖｃｓから冷水ポンプ４９の回転数割合Ｒｔが求められ、[数１０]により冷水ポンプ動力Ｄｃｓ（ｋＷ）が求められる。又、ガス消費量演算部１２５では、冷水出口温度Ｔｃｓ及び冷却水出口温度Ｔｃｄを基に、[数１５]により熱源１である吸収式ガス冷凍機のガス消費量ｇ（Ｎｍ３）が求められる。
【００５３】
而して、上述のようにして求めた各機器の動力の合計は[数４]により合計されて電力消費量Ｅが求められ、ガス消費量Ｇの合計は[数５]により合計されてガス消費量Ｇが求められる。本図示例の場合は、具体的には電力消費量Ｅは[数１６]により求められ、ガス消費量Ｇは[数１７]により求められる。なお、[数１６]中の２つのＤｃｓのうち、一つは熱源１の冷水ポンプ動力、他の一つは熱源２の冷水ポンプ動力である。
[数１６]
Ｅ＝Ｄｃｔ＋Ｄｃｄ＋Ｄｃｓ＋Ｄｔｕｒｂ＋Ｄｃｓ
[数１７]
Ｇ＝ｇ
【００５４】
熱源１〜熱源３について、例えば、外気湿球温度Ｔｗｂ、負荷率Ｌｐ（熱源１の場合はＬｐ１、熱源２の場合はＬｐ２、熱源３の場合はＬｐ３）、冷水流量割合Ｖｃｄ等種々の物理量を変えると共に、入力パラメータである外気湿球温度Ｔｗｂを１２（℃）、１４（℃）・・・と、又、負荷率Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３を１０（％）、２０（％）・・・と、Ｖｃｔ１、Ｖｃｔ２、Ｖｃｔ３のように変えて、上記[数７]〜[数１７]により各機器の動力やガス消費量を求めると共に、合計した電力消費量Ｅやガス消費量Ｇを基に[数１]〜[数３]により、エネルギ評価関数３Ｅ（ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）を求めるのは計算数量が多いため、実際の運転制御時に行なうのは大変である。
【００５５】
エネルギ評価関数３Ｅ（ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）である３Ｅ評価の最小値を求めるためには、与えられた外気条件である外気湿球温度Ｔｗｂ、冷房の負荷率Ｌｐに対して、各熱源１，２，３の機器特性に係わる操作変数、例えば冷却水流量割合Ｖｃｄ、冷却水温度差ΔＴｃｄ、冷却塔ファン割合Ｆｃｔ、冷水出口温度Ｔｃｓ、冷水温度差ΔＴｃｓに関する図２１の図表に示す全ての組合せについて演算し、その中から３Ｅ評価の最小値なる操作変数の組を求める。これを制御信号として熱源機器回りの各補機に与えることで、熱源を高い効率で運転することができる。又、全ての組合せについて計算することで、操作変数の最小値の次に小さいセカンドベストの操作変数の組も求めることができる。又、上述の説明における信号名称に付される記号と、後述の具体的な制御における信号名称に付される記号と異なっている場合もある。
【００５６】
しかし、上述のように、エネルギ評価関数３Ｅ（ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）を演算するたびに多数の計算をするのは大変である。そこで、本発明では、高効率運転制御関数の考え方を導入した。すなわち、コンパクトなコントローラを使用する場合、プログラム用メモリには容量的に制限があるため、図１５を基礎的な考え方として、熱源システムの種々の制御要素について図２１に示すような図表を求め、この図表のデータを多変量変換して、[数１８]、[数１９]の一次結合式を取得し、これを高効率運転制御関数とする。この高効率運転制御関数により熱源１〜３に対応した各機器の電力消費量Ｅやガス消費量Ｇを求めるようにする。なお、図２１の図表においては、記号１の欄において記号の末尾に付されている数値は、熱源の番号を示す。たとえば、末尾が１の場合は熱源１、末尾が２の場合は熱源２、末尾が３の場合は熱源３を示しているが、[数１３]、[数１４]においては、末尾の数値は省略してある。又、末尾に数値のない記号は熱源１〜熱源３において共通である。
[数１８]
Ｅ＝ａＥ×Ｌｐ＋ｂＥ×Ｔｗｂ＋ｃＥ×Ｖｃｔ＋ｄＥ×ΔＴｃｔ＋ｅＥ×Ｆｃｔ＋ｆＥ×Ｔｃｓ＋ｇＥ×ΔＴｃｓ＋ＣＥ
[数１９]
Ｇ＝ａＧ×Ｌｐ＋ｂＧ×Ｔｗｂ＋ｃＧ×Ｖｃｔ＋ｄＧ×ΔＴｃｔ＋ｅＧ×Ｆｃｔ＋ｆＧ×Ｔｃｓ＋ｇＧ×ΔＴｃｓ＋ＣＧ
【００５７】
[数１６]、[数１７]を用いることにより、メーカカタログ値を数式化した複雑な式の演算をすることなく、シンプルな高効率運転制御関数により電力消費量Ｅ及びガス消費量Ｇが求められる。この電力消費量Ｅ及びガス消費量Ｇにより[数１]、[数２]、[数３]により容易に３Ｅ評価値であるエネルギ評価関数３Ｅ（ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）を求めることができる。
【００５８】
ここで、ａＥ、ｂＥ、ｃＥ、ｄＥ、ｅＥ、ｆＥ、ｇＥ、ＣＥ、ａＧ、ｂＧ、ｃＧ、ｄＧ、ｅＧ、ｆＧ、ｇＥ、ＣＧは、制御パラメータであり、予め後述の上位コントローラ７２、下位コントローラ７３，７４，７５に与えられる。又これらの制御パラメータは制御対象となる制御機器により値は異なる。又、実際にシステムの運用後においては、エネルギ計測データ解析の結果、熱源１，２，３の性能状態に変化があった場合、すなわち、図２１の図表に違いが生じたときに再び解析を行い、制御パラメータの再定義を行い、これを上位コントローラ７２、下位コントローラ７３，７４，７５に加えることにより、実システムに適した高効率運転制御関数へ調整することができる。なお、上述の説明における信号名称に付される記号と、後述の具体的な制御における信号名称に付される記号と異なっている場合もある。
【課題を解決するための手段】
【００５９】
請求項１の熱源システム最適運転制御方法は、複数の熱源と、該熱源に付随する複数の機器により構成される熱源システムにおいて、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、熱源出口温度設定値、熱源流量設定値といった設定値の最適値を求め、該最適値により前記機器のうちの少なくとも何れかの制御を行なうものである。
【００６０】
請求項２の熱源システム最適運転制御方法は、複数の熱源と、該熱源に付随する複数の機器により構成される熱源システムにおいて、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、熱源出口温度設定値、熱源流量設定値等の各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価の中の何れかにおける最適値として求め、該最適値により前記機器のうちの少なくとも何れかの制御を行なうものである。
【００６１】
請求項３の熱源システム最適運転制御方法は、複数の熱源と、該熱源に付随する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷水二次ポンプといった機器により構成される熱源システムにおいて、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷却水流量設定値等の各種設定値の最適値を求め、該最適値により冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のうちの少なくとも何れかの制御を行なうものである。
【００６２】
請求項４の熱源システム最適運転制御方法は、複数の熱源と、該熱源に付随する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷水二次ポンプといった機器により構成される熱源システムにおいて、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷却水流量設定値といった各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価の中の何れかにおける最適値として求め、該最適値により冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のうちの少なくとも何れかの制御を行なうものである。
【００６３】
請求項５の熱源システム最適運転制御方法は、高効率運転制御関数をＥ＝ａＥ×Ｌｐ＋ｂＥ×Ｔｗｂ＋ｃＥ×Ｖｃｔ＋ｄＥ×ΔＴｃｔ＋ｅＥ×Ｆｃｔ＋ｆＥ×Ｔｃｓ＋ｇＥ×ΔＴｃｓ＋ＣＥ、Ｇ＝ａＧ×Ｌｐ＋ｂＧ×Ｔｗｂ＋ｃＧ×Ｖｃｔ＋ｄＧ×ΔＴｃｔ＋ｅＧ×Ｆｃｔ＋ｆＧ×Ｔｃｓ＋ｇＧ×ΔＴｃｓ＋ＣＧ（ここで、ａＥ、ｂＥ、ｃＥ、ｄＥ、ｅＥ、ｆＥ、ｇＥ、ＣＥ、ａＧ、ｂＧ、ｃＧ、ｄＧ、ｅＧ、ｆＧ、ｇＧ、ＣＧは、制御パラメータである）により求めるものである。
【００６４】
請求項６の熱源システム最適運転制御方法は、熱源発停の演算周期をＴｃａｌｕｃｕｌａｔ＝Ｌ＋Ｃ２×Ｔ（ここで、Ｌは無駄時間、Ｔは時定数、Ｃ２は調整用のパラメータである）とするものである。
【００６５】
請求項７の熱源システム最適運転制御方法においては、各熱源の切替えは、外気温度と空調負荷に基き行なわれ、請求項８の熱源システム最適運転制御方法においては、運転状態を、高効率運転制御関数と熱源切替えマップをより実情に近づけるよう学習するようにしている。
【００６６】
請求項９の熱源システム最適運転制御装置は、複数の熱源と、該熱源に付随する複数の機器により構成される熱源システムにおいて、上位コントローラと、上位のコントローラから信号を受けるようにした所定の熱源に対応した下位コントローラを備え、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、熱源出口温度設定値、熱源流量設定値といった設定値の最適値を求め、該最適値により前記機器の何れかの制御を行ない得るよう構成したものである。
【００６７】
請求項１０の熱源システム最適運転制御装置は、複数の熱源と、該熱源に付随する複数の機器により構成される熱源システムにおいて、上位コントローラと、上位のコントローラから信号を受けるようにした所定の熱源に対応した下位コントローラを備え、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、熱源出口温度設定値、熱源流量設定値等の各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価の中の何れかにおける最適値として求め、該最適値により前記機器のうちの少なくとも何れかの制御を行ない得るよう構成したものである。
【００６８】
請求項１１の熱源システム最適運転制御装置は、複数の熱源と、該熱源に付随する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷水二次ポンプといった機器により構成される熱源システムにおいて、上位コントローラと、上位のコントローラから信号を受けるようにした所定の熱源に対応した下位コントローラを備え、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷却水流量設定値等の各種設定値の最適値を求め、該最適値により冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のうちの少なくとも何れかの制御を行ない得るよう構成したものである。
【００６９】
請求項１２の熱源システム最適運転制御装置は、複数の熱源と、該熱源に付随する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷水二次ポンプといった機器により構成される熱源システムにおいて、上位コントローラと、上位のコントローラから信号を受けるようにした所定の熱源に対応した下位コントローラを備え、前記各熱源が負担する負荷率及び前記機器仕様並びに理論的な解析から得られた数値表を多変量解析すると共に所定の運転条件による電力消費量及びガス消費量並びに一次多項式を用いて数式化した高効率運転制御関数を基に、冷水出口温度設定値、冷却水流量設定値等の各種設定値を、一次エネルギ評価、経済性評価、環境性評価のうちの何れかにおける最適値として求め、該最適値により冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔のうちの少なくとも何れかの制御を行ない得るよう構成したものである。
【００７０】
請求項１３の熱源システム最適運転制御装置は、高効率運転制御関数をＥ＝ａＥ×Ｌｐ＋ｂＥ×Ｔｗｂ＋ｃＥ×Ｖｃｔ＋ｄＥ×ΔＴｃｔ＋ｅＥ×Ｆｃｔ＋ｆＥ×Ｔｃｓ＋ｇＥ×ΔＴｃｓ＋ＣＥ、Ｇ＝ａＧ×Ｌｐ＋ｂＧ×Ｔｗｂ＋ｃＧ×Ｖｃｔ＋ｄＧ×ΔＴｃｔ＋ｅＧ×Ｆｃｔ＋ｆＧ×Ｔｃｓ＋ｇＧ×ΔＴｃｓ＋ＣＧ（ここで、ａＥ、ｂＥ、ｃＥ、ｄＥ、ｅＥ、ｆＥ、ｇＥ、ＣＥ、ａＧ、ｂＧ、ｃＧ、ｄＧ、ｅＧ、ｆＧ、ｇＧ、ＣＧは、制御パラメータである）により求める手段を備えたものである。
【００７１】
請求項１４の熱源システム最適運転制御装置は、熱源発停の演算周期をＴｃａｌｕｃｕｌａｔ＝Ｌ＋Ｃ２×Ｔ（ここで、Ｌは無駄時間、Ｔは時定数、Ｃ２は調整用のパラメータである）により演算する手段を設けたものである。
【００７２】
請求項１５の熱源システム最適運転制御装置においては、各熱源の切替えは、外気温度と冷房負荷に基き行なうようにした手段を設けたものであり、請求項１６の熱源システム最適運転制御装置は、運転状態を、高効率運転制御関数と熱源切替えマップをより実情に近づけるよう学習するようにした手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００７３】
本発明の請求項１〜１６の記載の熱源システム最適運転制御方法及び装置によれば、簡易且つ正確にしかも効率的に空調機器類の制御を行なうことができ、信頼性の高い熱源システム最適運転を行なうことができ、又、演算周期を求めることにより、熱源１〜３の発停を適切に行なうことができて、熱源１〜３の発停自体が外乱にならず、且つ各制御機器の寿命を延長することができ、しかも室内の温度環境を快適に維持することができる。
【００７４】
又、本発明では、学習機能を有するため、常時最適な操作変数により運転制御を行なうことができるため、各制御機器の寿命の更なる延長が可能となり、信頼性のより高い制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１〜図１２は本発明を実施する形態の一例である。
而して、熱源システムの一例としては図１に示すものがある。図１に示すように、熱源システムにおいては、ガスをエネルギ源とするガス吸収式冷凍機である熱源１、電力をエネルギ源とするインバータターボ冷凍機である熱源２、外気冷熱をエネルギ源とするフリークーリング用熱交換器である熱源３を備えており、熱源１，２，３は並列配置されている。
【００７６】
熱源１，２の凝縮器１ａ，２ａ側には、凝縮器１ａ，２ａにおいて冷熱を放出し昇温して送出された戻り冷却水を送給するための戻り冷却水管路４，５が接続され、戻り冷却水管路４，５は、戻り冷却水を冷却塔６へ送給するための戻り冷却水主管路７に接続されている。又、熱源３の冷却塔６側には、熱源３において冷熱を放出し昇温して送出された戻り冷却水を送給するための戻り冷却水管路８が接続され、戻り冷却水管路８は戻り冷却水主管路７に接続されている。
【００７７】
冷却塔６には冷却塔６で冷却された往き冷却水を送給するための往き冷却水主管路９が接続され、往き冷却水主管路９は、熱源１，２の凝縮器１ａ，２ａへ往き冷却水を送給するための往き冷却水管路１０，１１及び熱源３へ往き冷却水を送給するための往き冷却水管路１２に接続されている。冷却塔６はインバータ１３ａを備えた複数のファン１３を備えている。
【００７８】
熱源１，２の蒸発器１ｂ，２ｂ側には、冷却された往き冷水を送給するための往き冷水管路１４，１５が接続され、往き冷水管路１４，１５は複数の空調機負荷１６側へ往き冷水を送給するための往き冷水主管路１８に接続されている。又、熱交換器３の空調機負荷１６側には、熱交換器３において冷却されて送出された往き冷水を送給するための往き冷水管路１７が接続され、往き冷水管路１７は往き冷水主管路１８に接続されている。
【００７９】
往き冷水主管路１８はヘッダ１９に接続され、ヘッダ１９には、複数（図示例では３本）の往き冷水分岐管路２０を介してヘッダ２１が接続されており、ヘッダ２１には、複数の往き冷水分岐管路２２を介して複数の空調機負荷１６の入口側が接続され、各空調機負荷１６の出口側には還り冷水分岐管路２３が接続され、還り冷水分岐管路２３はヘッダ２４に接続されている。
【００８０】
ヘッダ２４には、各空調機負荷１６で冷熱を放出し送出された還り冷水が送給される還り冷水主管路２５が接続され、還り冷水主管路２５は、熱源１，２の蒸発器１ｂ，２ｂへ還り冷水を送給するための還り冷水管路２６，２７及び熱交換器３へ還り冷水を送給するための還り冷水管路２８に接続されている。
【００８１】
熱源１に対する往き冷却水管路１０には、冷却水流れ方向上流側から下流側へ向けて冷却水入口流量検出器２９、冷却水入口温度検出器３０、インバータ３１ａを備えた冷却水ポンプ３１が設けられ、熱源１からの戻り冷却水管路４には、冷却水出口温度検出器３２が設けられている。
【００８２】
熱源２に対する往き冷却水管路１１には、冷却水流れ方向上流側から下流側へ向けて冷却水入口流量検出器３３、冷却水入口温度検出器３４、インバータ３５ａを備えた冷却水ポンプ３５が設けられ、熱源２からの戻り冷却水管路５には、冷却水出口温度検出器３６が設けられている。
【００８３】
熱源３に対する往き冷却水管路１２には、冷却水流れ方向上流側から下流側へ向けて、開閉弁３７、冷却水入口流量検出器３８、冷却水入口温度検出器３９、インバータ４０ａを備えた冷却水ポンプ４０が設けられ、熱源３からの戻り冷却水管路８には、冷却水出口
温度検出器４１が設けられている。
【００８４】
往き冷却水主管路９の往き冷却水管路１２接続部よりも冷却水流れ方向上流側には、冷却水流れ方向上流側から下流側へ向けて、冷却塔６からの全量の冷却水流量を検出する往き冷却水流量検出器４２、往き冷却水温度検出器４３が設けられている。又、戻り冷却水主管路７の戻り冷却水管路８接続位置よりも冷却水流れ方向下流側には、戻り冷却水温度検出器４４が接続されており、更には、往き冷却水主管路９の、冷却水温度検出器４３接続位置下流側で且つ往き冷却水管路１２接続位置上流側と、戻り冷却水主管路７の、戻り冷却水温度検出器４４接続位置上流側で且つ、戻り冷却水管路８接続位置下流側とは、開閉弁４５を備えたバイパス管路４６により接続されている。
【００８５】
熱源１に対する還り冷水管路２６には、冷水流れ方向上流側から下流側へ向けて、冷水入口流量検出器４７、冷水入口温度検出器４８、インバータ４９ａを備えた冷水ポンプ４９が設けられ、熱源１からの往き冷水管路１４には、冷水出口温度検出器５０が設けられている。
【００８６】
熱源２に対する還り冷水管路２７には、冷水流れ方向上流側から下流側へ向けて、冷水入口流量検出器５１、冷水入口温度検出器５２、インバータ５３ａを備えた冷水ポンプ５３が設けられ、熱源２からの往き冷水管路１５には、冷水出口温度検出器５４が設けられている。
【００８７】
熱源３に対する還り冷水管路２８には、冷水流れ方向上流側から下流側へ向けて、冷水入口流量検出器５５、冷水入口温度検出器５６、インバータ５７ａを備えた冷水ポンプ５７が設けられ、熱源３からの往き冷水管路１７には、冷水出口温度検出器５８、開閉弁６９が設けられている。
【００８８】
往き冷水主管路１８には、往き冷水管路１７接続位置よりも冷水流れ方向下流側に、往き冷水温度検出器５９が設けられ、各往き冷水分岐管路２０には、インバータ６０ａを備えた冷水二次ポンプ６０が設けられ、還り冷水分岐管路２３には空調機負荷１６に近接して制御弁６１が設けられている。
【００８９】
還り冷水主管路２５には、還り冷水管路２８接続位置よりも冷水流れ方向上流側に、冷水流れ方向上流側から下流側に向けて、還り冷水流量検出器６２、還り冷水温度検出器６３が設けられている。なお、図中、６４はヘッダ２１の圧力検出器、６５は中途部に開閉弁６６を備えてヘッダ１９，２１を接続するよう設けらた管路、６７は中途部に開閉弁６８を備えてヘッダ２１，２４を接続するよう設けられた管路である。
【００９０】
上記熱源システムに適用される制御システムの概要は図２に示されている。図中、７１は熱源システム運転実績を収集することができるＣＰＵ等の中央監視装置、７２は中央監視装置７１からの制御指令により作動する上位コントローラ、７３は上位コントローラ７２からの制御指令により作動する熱源１用の下位コントローラ、７４は上位コントローラ７２からの制御指令により作動する熱源２用の下位コントローラ、７５は上位コントローラ７２からの制御指令により作動する熱源３用の下位コントローラ、７６は下位コントローラ７３からの制御指令により作動して熱源本体（ガス吸収式冷凍機本体）１’に制御指令を与える熱源本体コントローラ、７７は下位コントローラ７４からの制御指令により作動して熱源本体（インバータターボ冷凍機本体）２’に制御指令を与える熱源本体コントローラ、７０は熱源システム運転実績を収集することができる調整ツールである。
【００９１】
上位コントローラ７２、下位コントローラ７３，７４，７５のハードウエアには、オープンネットワーク（ＬＯＮＷＯＲＫＳ（登録商標））対応の汎用コントローラでもクローズドコントローラでも適用することができる。
【００９２】
上位コントローラ７２の詳細は図３に示されており、冷房負荷を演算する負荷率演算部７８、外気湿球温度演算部７９、熱源機器発停制御演算部８０、最適値演算部８１を備えている。而して、中央監視装置７１からの熱源発停指令Ｃｍｄ、往き冷水温度検出器５９で検出した往き冷水温度Ｔｃｓｏ、還り冷水温度検出器６３で検出した冷水還温度Ｔｃｓｉ、還り冷水流量検出器６２で検出した冷水流量割合Ｖｃｓ、外気温湿度検出器８２で検出した外気温度Ｔｏは、負荷率演算部７８に与えられるようになっている。
【００９３】
又、外気温湿度検出器８２で検出した外気温度Ｔｏは外気湿球温度演算部７９及び熱源機器発停制御演算部８０へ与え得るようになっていると共に、外気温湿度検出器８２で検出した外気湿度Ｈｏは外気湿球温度演算部７９へ与え得るようになっており、中央監視装置７１からの省エネ性、環境性、経済性の指定３Ｅ評価モードＥ３ｍｏは最適値演算部８１へ与え得るようになっている。
【００９４】
負荷率演算部７８では、熱源１〜熱源３の何れかが「運転」の場合には、先ず、[数２０]により冷房負荷Ｑｔｏｔａｌを演算し得るようになっている。
[数２０]
Ｑｔｏｔａｌ＝Ｃ１×Ｖｏ×（Ｔｃｓｉ−Ｔｃｓｏ）×Ｖｃｓ
ここで、Ｃ１（＝水比重×水比熱×時間換算）は係数であり、Ｖｏは単位時間当たりの冷水設計流量である。
【００９５】
一般に、外気温度が増加すると、冷房負荷も増加する傾向があり、熱源システムでは、その冷房負荷に見合う冷熱量を生成することが熱源制御の主たる目的である。図１１に示す熱源運転切替えマップは、この考えを図式的に示した図である。横軸に外気温度Ｔｏを、又、縦軸に冷房負荷Ｑｔｏｔａｌをとる。次に冷房負荷Ｑｔｏｔａｌを処理するために、熱源１〜熱源３のうちどの熱源を使うのが最も効率的かを検討する。この検討の際には、［数１］〜［数３］で示されるエネルギ評価関数３Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）を用い、冷房負荷Ｑｔｏｔａｌによっては複数の熱源を運転させる。このようにして、対象熱源システムで想定される全ての冷房負荷に対する熱源運転パターン（組合せと優先順位）を決定する。
【００９６】
本図示例においては、外気温度Ｔｏの低温側から高温側及び冷房負荷Ｑｔｏｔａｌの低い側から高い側へ向けて、熱源３によるフリークーリングのみの熱源運転パターンＺ１、同じく熱源３によるフリークーリングのみの熱源運転パターンＺ２、熱源３によるフリークーリング優先で、熱源（インバータターボ冷凍機）２を後追い運転する熱源運転パターンＺ３、熱源２（インバータターボ冷凍機）のみの熱源運転パターンＺ４、熱源（ガス吸収式冷凍機）１のみの熱源運転パターンＺ５がある。なお、図１１に示す熱源運転切替えマップは、実際に熱源システムを運用する前に作成し、負荷率演算部７８に組み込まれる。
【００９７】
実際の制御に先立ち図１１に示す熱源運転切替えマップを作成するにあたっての検討時には、図１１において横軸に外気温度をとっており、外気温湿度検出器８２から外気温度Ｔｏを使う方法もあるが、通常、冷房負荷パターンはある程度、類型化（パターン化）されるので、例えば、夏期、冬期、中間期等季節によって３パターン程度に分ける。曜日による冷房負荷の違いが予想される場合には、さらに細かく分割する場合もある。この場合、季節が決まれば（或は他のコントローラから指示されれば）、この熱源運転切替えマップを参照することで、どの熱源をどの順番で使えばよいのか一意に決定できる。
【００９８】
而して、実際の制御運転の場合は、冷房負荷Ｑｔｏｔａｌは、還り冷水温度検出器６３からの冷水還温度Ｔｃｓｉ、往き冷水温度検出器５９からの往き冷水温度Ｔｃｓｏ、還り冷水流量検出器６２からの冷水流量割合Ｖｃｓを基に、上述したように[数２０]により算出されるようになっている。この冷房負荷Ｑｔｏｔａｌと熱源運転切替えマップから求まる運転すべき熱源との条件より、どの熱源をどの程度の負荷率で運転すべきかは、［数１］〜［数３］に示すエネルギ評価関数３Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）を用いて、後述のように最適な部分負荷率（負荷率）が算出されるようになっている。
【００９９】
又、負荷率演算部７８では、冷房時の熱源運転パターンＺ５の場合は、熱源１による冷房の負荷率Ｌｐ１は[数２１]により求められ、熱源運転パターンＺ４の場合は、熱源２による冷房の負荷率Ｌｐ２は[数２２]により求められ、熱源運転パターンＺ３の場合は、フリークーリング優先で熱源３が優先的に運転され、熱源２は後追い運転されるため、熱源２による冷房の負荷率Ｌｐ２は[数２３]で求められ、熱源３による冷房の負荷率Ｌｐ３は、[数２４]により求められる。更に、熱源運転パターンＺ２、熱源運転パターンＺ１の場合は熱源３による負荷率Ｌｐ３は[数２５]、[数２６]により求められる。ただし、Ｑｇａｓｏは、熱源１であるガス吸収式冷凍機の定格冷房能力、Ｑｉｎｖｏは熱源２であるインバータターボ冷凍機の定格能力、Ｑｆｃｔｏｕｔは外気温度Ｔｏのときのフリークーリング冷房熱量の上限、Ｑｆｃｏは熱源３である熱交換器３によりフリークーリングを行なう際の定格能力である。
[数２１]
Ｌｐ１＝（Ｑｔｏｔａｌ／Ｑｇａｓｏ）×１００
[数２２]
Ｌｐ２＝（Ｑｔｏｔａｌ／Ｑｉｎｖｏ）×１００
[数２３]
Ｌｐ２＝（Ｑｔｏｔａｌ−Ｑｆｃｔｏｕｔ）／Ｑｉｎｖｏ）×１００
[数２４]
Ｌｐ３＝（Ｑｆｃｔｏｕｔ／Ｑｆｃｏ）×１００
[数２５]
Ｌｐ３＝（Ｑｔｏｔａｌ／Ｑｆｃｏ）×１００
[数２６]
Ｌｐ３＝（Ｑｔｏｔａｌ／Ｑｆｃｏ）×１００
【０１００】
而して、負荷率演算部７８からは熱源機器発停制御演算部８０へ、中央監視装置７１からの熱源発停指令Ｃｍｄを基に各熱源１，２，３に対する熱源発停指令Ｃｍｄ１，Ｃｍｄ２，Ｃｍｄ３を与え得るようになっていると共に、求めた負荷率Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３を与え得るようになっている。
【０１０１】
熱源機器発停制御演算部８０では、負荷率演算部７８からの熱源発停指令Ｃｍｄを基とする熱源発停指令Ｃｍｄ１，Ｃｍｄ２，Ｃｍｄ３、及び冷却塔６（図１参照）の冷却塔ファン発停指令Ｃｍｄｆ、並びに負荷率Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３を下位コントローラ７３，７４，７５へ与え得るようになっている。而して、熱源発停指令Ｃｍｄ１，Ｃｍｄ２，Ｃｍｄ３が出力される場合は、必ず、冷却塔ファン発停指令Ｃｍｄｆも連動して出力されるようになっている。負荷率Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３が零の場合は熱源発停指令Ｃｍｄ１，Ｃｍｄ２，Ｃｍｄ３は出力されないようになっている。
【０１０２】
更に、熱源機器発停制御演算部８０からは、各熱源１，２，３の負荷率Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３を最適値演算部８１へ与え得るようになっている。
【０１０３】
熱源機器発停制御演算部８０には、図示してないが、制御周期演算部を備えており、熱源１，２，３の負荷率Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３を切替える演算周期Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔを演算し得るようになっている。ここで、この演算を行う演算周期Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔをどのように決定するかが重要となる。演算周期Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔが小さいと、熱源１，２の発停を頻繁に行うことになり、発停自体が外乱になることや、各制御機器の寿命を縮めるおそれがある。逆に、演算周期Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔが大きいと、冷房負荷に追従できなくなり、室内の快適環境を維持できないことや、必要以上に熱量を生成するとエネルギが無駄になる虞がある。
【０１０４】
そこで、演算周期Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔを適切に求めるために、過渡応答の考えを導入する。図１２に過渡応答の一般的な経時変化を示す。過渡応答においては、安定した制御系に外乱が発生した場合、安定するまでの時間は、無駄時間Ｌと時定数Ｔにより定義できる。これらの値は、実験或は自動的に求まるものとする。そこで、演算周期Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔを[数２７]で定義する。Ｌは予め定めた時間、Ｃ２は調整用のパラメータであり、通常は１より大とする。最終的には、演算周期Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔは３０分程度を目安とする。
[数２７]
Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔ＝Ｌ＋Ｃ２×Ｔ
【０１０５】
外気湿球温度演算部７９では、外気温湿度検出器８２からの乾球温度である外気温度Ｔｏと相対湿度である外気湿度Ｈｏとから、外気湿球温度Ｔｗｂが求められるようになっている。求め方としては空気線図から求めるか、公知の近似式により求める。求められた外気湿球温度Ｔｗｂは下位コントローラ７３，７４へ与え得るようになっていると共に、最適値演算部８１へ与え得るようになっている。
【０１０６】
最適値演算部８１では、中央監視装置７１から与えられた指定３Ｅ評価モードＥ３ｍｏ、及び外気湿球温度演算部７９から与えられた外気湿球湿度Ｔｗｂ、並びに熱源機器発停制御演算部８０から与えられた、熱源１，２，３の負荷率Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３を基に、前述の[数１６]、[数１７]により各被制御機器の最適値を演算し得るようになっている。
【０１０７】
上位コントローラ７２及び下位コントローラ７３，７４における３Ｅ評価の入力パラメータ一覧は図２１に示す図表のようになる。図２１中の太線で囲んだ「操作変数」が最適値演算部８１によって求める最適解である。具体的な方法は、熱源システムにおける前述の最適解の求め方を説明したと同様とする。すなわち、最適値演算部８１においては、冷水出口温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ１，Ｔｃｓｏ_ｓｐ２、フリークーリング温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ３、冷水出入口温度差設定値ΔＴｃｓ_ｓｐ１，ΔＴｃｓ_ｓｐ２，ΔＴｃｓ_ｓｐ３、往き冷却水温度設定値Ｔｃｔｏ_ｓｐが演算され、これらの値は、設定指令として下位コントローラ７３，７４，７５に対し与えられるようになっている。
【０１０８】
なお、図２１中、「制御時の扱い」における「種類」の「計算値」の項は計算により一義的に決定され、「操作変数」のうち、「下位コントローラへ送信しない」は上位コントローラ７２に保持され、「入力パラメータの詳細」のうちの「定義域」に記載されている数値（単位は図表の「単位」の欄参照）が対応する機器に対する実際の指令となる。
【０１０９】
下位コントローラ７３は熱源１を制御するためのコントローラで、詳細は図４に示されており、冷水ポンプ制御偏差演算部８３、冷水ポンプ出力演算部８４、最適値演算部８５と、熱源１の熱源本体コントローラ制御部８６を備えている。
【０１１０】
冷水ポンプ制御偏差演算部８３では、冷水入口温度検出器４８からの冷水入口温度Ｔｃｓｉ１と、冷水出口温度検出器５０からの冷水出口温度Ｔｃｓｏ１と、上位コントローラ７２からの冷水出入口温度差設定値ΔＴｃｓ_ｓｐ１を基に[数２８]により、熱源１の冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ１を演算し得るようになっている。
[数２８]
Ｅｃｓ１＝（Ｔｃｓｉ１−Ｔｃｓｏ１）−ΔＴｃｓ_ｓｐ１
【０１１１】
冷水ポンプ出力演算部８４では、冷水ポンプ制御偏差演算部８３からの冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ１が小さくなるよう、ＰＩＤ制御により冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ１を求め、上位コントローラ７２からの熱源発停指令Ｃｍｄ１と共に、冷水ポンプ４９のインバータ４９ａへ与え得るようになっている。なお、ＰＩＤ制御用の制御パラメータ（比例帯や積分時間）は下位コントローラ７３の不揮発メモリに格納され、運転調整時に初期調整を行い、その後のメンテナンス時等に微調整される。
【０１１２】
最適値演算部８５では、上位コントローラ７２と同様の演算処理を行って冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｄ１を求め、熱源発停指令Ｃｍｄ１と共に、冷却水ポンプ３１のインバータ３９ａへ与え得るようになっている。
【０１１３】
すなわち、最適値演算部８５には、上位コントローラ７２からは、負荷率Ｌｐ１及び外気温度Ｔｏ並びに指定３Ｅ評価モードＥ３ｍｏが与えられると共に、冷却塔６のファン１３のインバータ１３ａから冷却塔ファン割合Ｆｃｔが与えられ、冷却水入口温度検出器３０で検出した冷却水入口温度Ｔｃｔｉ１が与えられる。而して、最適値演算部８５では、冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｔ１が演算されて、熱源１の熱源発停指令Ｃｍｄ１と共に、冷却水ポンプ３１のインバータ３１ａに与えられるようになっている。
【０１１４】
又、熱源本体コントローラ制御部８６では、上位コントローラ７２からの冷水出口温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ１が熱源１の熱源発停指令Ｃｍｄ１と共に、熱源本体コントローラ７６へ与えられるようになっている。
【０１１５】
下位コントローラ７４は熱源２を制御するためのコントローラで、詳細は図５に示されており、冷水ポンプ制御偏差演算部８７、冷水ポンプ出力演算部８８、最適値演算部８９、熱源２の熱源本体コントローラ制御部９０を備えている。
【０１１６】
冷水ポンプ制御偏差演算部８７では、冷水入口温度検出器５２からの冷水入口温度Ｔｃｓｉ２と、冷水出口温度検出器からの冷水出口温度Ｔｃｓｏ２と、上位コントローラ７２からの冷水出入口温度差設定値ΔＴｃｓ_ｓｐ２を基に[数２９]により、冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ２を演算し得るようになっている。
[数２９]
Ｅｃｓ２＝（Ｔｃｓｉ２−Ｔｃｓｏ２）−ΔＴｃｓ_ｓｐ２
【０１１７】
冷水ポンプ出力演算部８８では、冷水ポンプ制御偏差演算部８７からの冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ２が小さくなるよう、ＰＩＤ制御により冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ２を求め、上位コントローラ７２からの熱源２の熱源発停指令Ｃｍｄ２と共に、冷水ポンプ５３のインバータ５３ａへ与え得るようになっている。なお、ＰＩＤ制御用の制御パラメータ（比例帯や積分時間）は下位コントローラ７３の不揮発メモリに格納され、運転調整時に初期調整を行い、その後のメンテナンス時等に微調整される。
【０１１８】
最適値演算部８９では、上位コントローラ７２と同様の演算処理を行って冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｄ２を求め、熱源２の熱源発停指令Ｃｍｄ２と共に、冷却水ポンプ３５のインバータ３５ａへ与え得るようになっている。
【０１１９】
すなわち、最適値演算部８９には、上位コントローラ７２からは、負荷率Ｌｐ２及び外気温度Ｔｏ並びに指定３Ｅ評価モードＥ３ｍｏが与えられると共に、冷却塔６のファン１３のインバータ１３ａから冷却塔ファン割合Ｆｃｔが与えられ、冷却水入口温度検出器３４で検出した冷却水入口温度Ｔｃｔｉ２が与えられる。而して、最適値演算部８９では、冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｔ２が演算されて、熱源２の熱源発停指令Ｃｍｄ２と共に、冷却水ポンプ３５のインバータ３５ａに与えられるようになっている。
【０１２０】
又、熱源本体コントローラ制御部９０では、上位コントローラ７２からの冷水出口温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ２が熱源２の熱源発停指令Ｃｍｄ２と共に、熱源本体コントローラ７７へ与えられるようになっている。
【０１２１】
下位コントローラ７５は熱源３を制御するためのコントローラで、詳細は図６に示されており、冷水ポンプ制御偏差演算部９１、冷却水ポンプ制御偏差演算部９２、冷却塔ファン制御偏差演算部９３、冷水ポンプ出力演算部９４、冷却水ポンプ出力演算部９５、冷却塔ファン出力演算部９６を備えている。
【０１２２】
冷水ポンプ制御偏差演算部９１では、冷水入口温度検出器５６からの冷水入口温度Ｔｃｓｉ３と、冷水出口温度検出器５８からの冷水出口温度Ｔｃｓｏ３と、上位コントローラ７２からの冷水出入口温度差設定値ΔＴｃｓ_ｓｐ３を基に[数３０]により、冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ３を演算し得るようになっている。
[数３０]
Ｅｃｓ３＝（Ｔｃｓｉ３−Ｔｃｓｏ３）−ΔＴｃｓ_ｓｐ３
【０１２３】
冷却水ポンプ制御偏差演算部９２では、冷却水入口温度検出器３９からの冷却水入口温度Ｔｃｄｉ３と上位コントローラ７２からのフリークーリング温度設定値Ｔｃｓｆ_ｓｐ３とから[数３１]により、冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ３を演算し得るようになっている。
[数３１]
Ｅｃｔ３＝Ｔｃｄｉ３−Ｔｃｓｆ_ｓｐ３
【０１２４】
冷却塔ファン制御偏差演算部９３では、往き冷却水温度検出器４３からの往き冷却水温度Ｔｃｔｏと上位コントローラ７２からの往き冷却水温度設定値Ｔｃｔｏ_ｓｐとから[数３２]により、冷却塔出入口温度差制御偏差Ｅｃｔを求め得るようになっている。
[数３２]
Ｅｃｔ＝Ｔｃｔｏ−Ｔｃｔｏ_ｓｐ
【０１２５】
冷水ポンプ出力演算部９４では、冷水ポンプ制御偏差演算部９１で求めた冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ３が小さくなるよう、ＰＩＤ演算制御により冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ３を求め、冷水ポンプ５７のインバータ５７ａへ熱源発停指令Ｃｍｄ３と共に冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ３を与え得るようになっている。
【０１２６】
冷却水ポンプ出力演算部９５では、冷却水ポンプ制御偏差演算部９２からの冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ３が小さくなるよう、ＰＩＤ演算制御により冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｄ３を求め、冷水ポンプ５７のインバータ５７ａへ熱源発停指令Ｃｍｄ３と共に冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｔ３を与え得るようになっている。
【０１２７】
冷却塔ファン出力演算部９６では、冷却塔ファン制御偏差演算部９３からの冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓが小さくなるよう、ＰＩＤ制御により冷却塔ファンインバータ出力Ｆｃｔを求め、冷却塔ファンインバータ出力Ｆｃｔを熱源発停指令Ｃｍｄ３と共に、冷却塔６のファン１３のインバータ１３ａへ与え得るようになっている。
【０１２８】
次に、上記した実施の形態の作動を説明する。
図１に示す熱源システムの運転は、後に詳述するように、外気温度Ｔｏを基に冷房負荷Ｑｔｏｔａｌを求め、冷房負荷Ｑｔｏｔａｌにより以下のような切換え運転が行なわれるが、先ず冷却水及び冷水の流れについて説明する。
【０１２９】
例えば、１２月から２月の冬期間のように外気温度Ｔｏが低くて、冷房負荷Ｑｔｏｔａｌも低い場合（図１１の熱源運転パターンＺ１、Ｚ２の場合）には、ガス吸収式冷凍機である熱源１及びインバータターボ冷凍機である２は停止すると共に、熱交換器である熱源３において冷却塔６で冷却された往き冷却水により冷却した往き冷水を空調機負荷１６へ送給してフリークーリングが行なわれる。
【０１３０】
すなわち、フリークーリングを行なう際には、冷却水系統においては、開閉弁４５は閉止され、開閉弁３７，６９は開いている。このため、冷却水系統では、冷却塔６で冷却された往き冷却水は、往き冷却水主管路９、往き冷却水管路１２を経て熱交換器３へ送給される。冷却塔６においては、ファン１３が駆動されて空気が戻り冷却水に吹付けられ、冷却水の一部が蒸発する際の蒸発潜熱により戻り冷却水は冷却される。
【０１３１】
一方、冷水系統では、還り冷水主管路２５から還り冷水管路２８へ送給された還り冷水は、冷水ポンプ５７により熱交換器３へ導入され、熱交換器である熱源３において、冷却塔６からの往き冷却水と熱交換して冷却される。
【０１３２】
熱源３で冷水を冷却した冷却水は戻り冷却水として、戻り冷却水管路８、戻り冷却水主管路７を経て冷却塔６へ戻され、冷却されて再び往き冷却水として熱交換器３へ循環する。
【０１３３】
熱源３で冷却された冷水は往き冷水として往き冷水管路１７、往き冷水主管路１８を経てヘッダ１９へ送給され、ヘッダ１９で分配されて各二次冷水ポンプ６０から各往き冷水分岐管路２０を経てヘッダ２１へ導入され、ヘッダ２１から往き冷水分岐管路２２を経て空調機負荷１６の冷却コイルへ送給される。
【０１３４】
而して、往き冷水は、空調機負荷１６において、空調機負荷１６へ導入された外気を冷却して還り冷水分岐管路２３へ送出され、還り冷水として還り冷水分岐管路２３、ヘッダ２４、還り冷水主管路２５、還り冷水管路２８を経て熱交換器３へ循環する。
【０１３５】
春や秋のような中間期において、外気温度Ｔｏ及び冷房負荷Ｑｔｏｔａｌが所定の高さの場合（図１１の熱源運転パターンＺ４の場合）は熱交換器３は使用せず、インバータターボ冷凍機である熱源２が運転される。
【０１３６】
すなわち、熱源２が運転される際には、開閉弁３７，４５は閉止され、開閉弁６９は閉止している。このため、冷却水系統では、冷却塔６で冷却された冷却水は、往き冷却水主管路９、往き冷却水管路１１を経て熱源２の凝縮器２ａへ送給され、熱源２を循環する冷媒を冷却し、凝縮させる。冷媒の凝縮により、往き冷却水は昇温される。
【０１３７】
一方、冷水系統では、還り冷水主管路２５から還り冷水管路２７へ送給された還り冷水は、冷水ポンプ５３により熱源２の蒸発器２ｂへ送給され、蒸発器２ｂにおいて冷媒を蒸発させることにより冷却される。
【０１３８】
熱源２の凝縮器２ａで冷媒を凝縮させた冷却水は戻り冷却水として、戻り冷却水管路５、戻り冷却水主管路７を経て冷却塔６へ送給され、冷却されて再び往き冷却水として熱源２へ循環する。
【０１３９】
熱源２で冷却された冷水は往き冷水として往き冷水管路１５、往き冷水主管路１８を経てヘッダ１９へ送給され、ヘッダ１９で分配されて各二次冷水ポンプ６０から各往き冷水分岐管路２０を経て空調機負荷１６へ送給され、空調機負荷１６へ導入された循環空気を冷却して還り冷水分岐管路２３へ送出され、還り冷水分岐管路２３、ヘッダ２４、還り冷水主管路２５、還り冷水管路２７を経て熱源２へ循環する。
【０１４０】
夏期の場合のように外気温度Ｔｏ及び冷房負荷Ｑｔｏｔａｌが高い場合（図１１の熱源運転パターンＺ５の場合）は熱源３は使用せず、ガス吸収式冷凍機である熱源１とインバータターボ冷凍機である熱源２が運転される。
【０１４１】
すなわち、熱源１が運転される際には、開閉弁３７，４５は閉止され、開閉弁６９は閉止している。このため、冷却水系統では、冷却塔６で冷却された冷却水は、往き冷却水主管路９、往き冷却水管路１０を経て冷却水ポンプ３１により熱源１の凝縮器１ａへ送給され、熱源１を循環する冷媒を冷却し、凝縮させる。冷媒の凝縮により、往き冷却水は昇温される。
【０１４２】
一方、冷水系統では、還り冷水主管路２５から還り冷水管路２６へ送給された還り冷水は、冷水ポンプ４９により熱源２の蒸発器１ｂへ送給され、蒸発器１ｂにおいて冷媒を蒸発させることにより冷却される。
【０１４３】
熱源１の凝縮器１ａで冷媒を凝縮させた冷却水は戻り冷却水として、戻り冷却水管路４、戻り冷却水主管路７を経て冷却塔６へ送給され、冷却されて再び往き冷却水として熱源１へ循環する。
【０１４４】
熱源１で冷却された冷水は往き冷水として往き冷水管路１４、往き冷水主管路１８を経てヘッダ１９へ送給され、ヘッダ１９で分配されて各二次冷水ポンプ６０から各往き冷水分岐管路２０を経て空調機負荷１６へ送給され、空調機負荷１６へ導入された循環空気を冷却して還り冷水分岐管路２３へ送出され、還り冷水分岐管路２３、ヘッダ２４、還り冷水主管路２５、還り冷水管路２６を経て熱源１へ循環する。
【０１４５】
又、外気温度Ｔｏ及び冷房負荷Ｑｔｏｔａｌによっては、フリークーリング優先でインバータターボ冷凍機である熱源２が後追い運転されることもある。この場合は、先ず上述したように熱源３が用いられ、所定の状態になった場合に熱源２が運転される。
【０１４６】
熱源１，２，３の運転においては、空調機負荷１６へ導入される往き冷水の流量は制御弁６１により制御される。
【０１４７】
熱源１，２，３の何れの運転の場合も、往き冷水温度検出器５９により検出した冷水往温度Ｔｃｓｏ、還り冷水温度検出器６３より検出した冷水還温度Ｔｃｓｉ、還り冷水流量検出器６２により検出した冷水流量割合Ｖｃｓ、外気温湿度検出器８２により検出した外気温度Ｔｏ、外気湿度Ｈｏが上位コントローラ７２へ与えられる。
【０１４８】
又、冷水入口温度検出器４８により検出した冷水入口温度Ｔｃｓｉ１、冷水出口温度検出器５０により検出した冷水出口温度Ｔｃｓｏ１、冷却塔６のファン１３のインバータ１３ａで検出した冷却塔ファン割合Ｆｃｔ、冷却水入口温度検出器３０で検出した冷却水入口温度Ｔｃｔｉ１は熱源１の下位コントローラ７３へ付与される。
【０１４９】
更に、冷水入口温度検出器５２で検出した冷水入口温度Ｔｃｓｉ２、冷水出口温度検出器５４で検出した冷水出口温度Ｔｃｓｏ２、冷却塔６のファン１３のインバータ１３ａにより検出した冷却塔ファン割合Ｆｃｔ、冷却水入口温度検出器３４で検出した冷却水入口温度Ｔｃｔｉ２は、熱源２の下位コントローラ７４へ付与される。
【０１５０】
又更に、冷水入口温度検出器５６で検出した冷水入口温度Ｔｃｓｉ３、冷水出口温度検出器５８で検出した冷水出口温度Ｔｃｓｏ３、冷却水入口温度検出器３９で検出した冷却水入口温度Ｔｃｔｉ３、往き冷却水温度検出器４３で検出した往き冷却水温度Ｔｃｔｏは、熱源３の下位コントローラ７５へ付与される。
【０１５１】
以下に熱源制御システムの制御の仕方を詳述する。なお、信号の授受は図７〜図１０に示してあり、以下の説明において、図７のＮｏ．におけるＩＮ０１〜ＩＮ０７、ＯＴ０１〜ＯＴ１７は、図３のＩＮ０１〜ＩＮ０７、ＯＴ０１〜ＯＴ１７に対応し、図８のＮｏ．におけるＩＮ０１〜ＩＮ１０、ＯＴ０１〜ＯＴ０６は、図４のＩＮ０１〜ＩＮ１０、ＯＴ０１〜ＯＴ０６に対応し、図９のＮｏ．におけるＩＮ０１〜ＩＮ１０、ＯＴ０１〜ＯＴ０６は、図５のＩＮ０１〜ＩＮ１０、ＯＴ０１〜ＯＴ０６に対応し、図１０のＮｏ．におけるＩＮ０１〜ＩＮ０９、ＯＴ０１〜ＯＴ０６は、図６のＩＮ０１〜ＩＮ１０、ＯＴ０１〜ＯＴ０６に対応している。
【０１５２】
上位コントローラ７２の負荷率演算部７８には、上位コントローラ７２から熱源発停指令Ｃｍｄ、往き冷水温度検出器５９からの冷水往温度Ｔｃｓｏ、還り冷水温度検出器６３
からの冷水往温度Ｔｃｓｏ、還り冷水温度検出器６３からの冷水還温度Ｔｃｓｉ、還り冷水流量検出器６２からの冷水流量割合Ｖｃｓ、外気温湿度検出器８２からの外気温度Ｔｏが与えられ、熱源１〜熱源３の何れかが運転の場合には、[数２０]により冷房負荷Ｑｔｏｔａｌが演算されると共に、図１１に示す切替えマップに従い、熱源運転パターンＺ１〜Ｚ５の何れのパターンになるかが判断され、更に、熱源運転パターンＺ１〜Ｚ５に対応して[数１９]〜[数２４]により負荷率Ｌｐ１〜Ｌｐ３の何れかが演算され、演算された負荷率Ｌｐ１〜Ｌｐ３は熱源機器発停制御演算部８０へ与えられる。
【０１５３】
熱源機器発停制御演算部８０へは、負荷率Ｌｐ１〜Ｌｐ３以外に、熱源機器発停制御演算部８０において熱源発停指令Ｃｍｄから定まる熱源１〜３の熱源発停指令Ｃｍｄ１〜Ｃｍｄ３、及び外気温湿度検出器８２からの外気温度Ｔｏが与えられ、熱源機器発停制御演算部８０からは、熱源１〜３の熱源発停指令Ｃｍｄ１〜Ｃｍｄ３、負荷率Ｌｐ１〜Ｌｐ３、冷却塔ファン発停指令Ｃｍｄｆが下位コントローラ７３〜７５の何れかに与えられる。熱源発停指令Ｃｍｄ１、負荷率Ｌｐ１は下位コントローラ７３に与えられ、熱源２の熱源発停指令Ｃｍｄ２、負荷率Ｌｐ２は下位コントローラ７４に与えられ、熱源発停指令Ｃｍｄ３、負荷率Ｌｐ３は下位コントローラ７５に与えられ、冷却塔ファン発停指令Ｃｍｄｆは下位コントローラ７５に与えられる。
【０１５４】
上位コントローラ７２の外気湿球温度演算部７９では、外気温湿度検出器８２からの外気温度Ｔｏ及び外気湿度Ｈｏを基に、空気線図或は近似式により外気湿球温度Ｔｗｂが求められ、求められた外気湿球温度Ｔｗｂは、下位コントローラ７３，７４，７５に与えられる。
【０１５５】
上位コントローラ７２の最適値演算部８１には、外気湿球温度演算部７９から外気湿球温度Ｔｗｂが与えられると共に、熱源機器発停制御演算部８０からの[数２１]〜[数２６]で定まる負荷率Ｌｐ１〜Ｌｐ３のうちの何れか、熱源機器発停制御演算部８０からの中央監視装置７１からの指定３Ｅ評価モードＥ３ｍｏが与えられる。而して、熱源機器発停制御演算部８０では、予め[数１８]により電力消費量Ｅが、又、[数１９]によりガス消費量Ｇが演算されると共に、[数１]〜[数３]により求められたエネルギ評価関数３Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）の何れかが選択され、且つ、例えば図２１の図表を基に熱源１，２の冷水出口温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ１、Ｔｃｓｏ_ｓｐ２が求められ、熱源３のフリークーリング温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ３が求められ、冷水出入口温度差設定値ΔＴｃｓ_ｓｐ１、ΔＴｃｓ_ｓｐ２、ΔＴｃｓ_ｓｐ３が求められ、往き冷却水温度設定値Ｔｃｔｏ_ｓｐが求められ、求められたこれらの設定値は、対応する下位コントローラ７３，７４，７５の何れかに与えられる。
【０１５６】
上位コントローラ７２からの熱源１の熱源発停指令Ｃｍｄ１が下位コントローラ７３に与えられた場合は、熱源１が運転される。すなわち、下位コントローラ７３の冷水ポンプ制御偏差演算部８３では、冷水入口温度検出器４８で検出した冷水入口温度Ｔｃｓｉ１、冷水出口温度検出器５０で検出した冷水出口温度Ｔｃｓｏ１、上位コントローラ７２からの冷水出入口温度差設定値ΔＴｃｓ_ｓｐ１を基に、[数２８]により熱源１の冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ１が演算されて冷水ポンプ出力演算部８４へ与えられる。
【０１５７】
冷水ポンプ出力演算部８４では、冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ１が零となるようＰＩＤ演算制御により冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ１が求められ、求められた冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ１は上位コントローラ７２からの熱源発停指令Ｃｍｄ１と共に、冷水ポンプ４９のインバータ４９ａに与えられ、冷水ポンプ４９は起動されると共に所定の回転数となるよう制御される。
【０１５８】
下位コントローラ７３の最適値演算部８５では、上位コントローラ７２からの負荷率Ｌｐ１、外気湿球温度Ｔｗｂ、指定３Ｅ評価モードＥ３ｍｏ、冷却塔６のファン１３のインバータ１３ａからの冷却塔ファン割合Ｆｃｔ、冷却水入口温度検出器３０からの冷却水入口温度Ｔｃｔｉ１、冷水ポンプ出力演算部８４からの冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ１を基に、上位コントローラ７２におけると同様にして、予め[数１８]により電力消費量Ｅが、又、[数１９]によりガス消費量Ｇが演算されると共に、[数１]〜[数３]により求められたエネルギ評価関数３Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）の何れかが選択され、且つ、例えば図２１の図表を基に熱源１の冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｔ１が求められ、冷却水ポンプ発停指令Ｃｍｄｐ１と共に、冷却水ポンプ３１のインバータ３１ａに与えられ、冷却水ポンプ３１は起動されると共に所定の回転数となるよう制御される。
【０１５９】
下位コントローラ７４の熱源本体コントローラ制御部８６からは、上位コントローラ７２からの熱源１の熱源発停指令Ｃｍｄ１及び冷水出口温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ１が熱源本体コントローラ７６に与えられ、熱源１の本体が所定状態に制御される。
【０１６０】
上位コントローラ７２からの熱源２の熱源発停指令Ｃｍｄ２が下位コントローラ７４に与えられた場合は、熱源２が運転される。すなわち、下位コントローラ７４の冷水ポンプ制御偏差演算部８７では、冷水入口温度検出器５２で検出した冷水入口温度Ｔｃｓｉ２、冷水出口温度検出器５４で検出した冷水出口温度Ｔｃｓｏ２、上位コントローラ７２からの冷水出入口温度差設定値ΔＴｃｓ_ｓｐ２を基に、[数２９]により熱源１の冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ２が演算されて冷水ポンプ出力演算部８８へ与えられる。
【０１６１】
冷水ポンプ出力演算部８８では、冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ２が小さくなるようＰＩＤ演算制御により冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ２が求められ、求められた冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ２は上位コントローラ７２からの熱源２の熱源発停指令Ｃｍｄ２と共に、冷水ポンプ５３のインバータ５３ａに与えられ、冷水ポンプ５３は起動されると共に所定の回転数となるよう制御される。
【０１６２】
下位コントローラ７４の最適値演算部８９では、上位コントローラ７２からの負荷率Ｌｐ２、外気湿球温度Ｔｗｂ、指定３Ｅ評価モードＥ３ｍｏ、冷却塔６のファン１３のインバータ１３ａからの冷却塔ファン割合Ｆｃｔ、冷却水入口温度検出器３４からの冷却水入口温度Ｔｃｔｉ２、冷水ポンプ出力演算部８８からの冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ２を基に、上位コントローラ７２におけると同様にして、予め[数１８]により電力消費量Ｅが、又、[数１９]によりガス消費量Ｇが演算されると共に、[数１]〜[数３]により求められたエネルギ評価関数３Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）、経済性評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｎｏｍｙ）、環境評価関数３Ｅ（Ｅｃｏｌｏｇｙ）の何れかが選択され、且つ、例えば図２１の図表を基に熱源２の冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｔ２が求められ、冷却水ポンプ発停指令Ｃｍｄｐ２と共に、冷却水ポンプ３５のインバータ３５ａに与えられ、冷却水ポンプ３５は起動されると共に所定の回転数となるよう制御される。
【０１６３】
下位コントローラ７４の熱源本体コントローラ制御部９０からは、上位コントローラ７２からの熱源２の熱源発停指令Ｃｍｄ２及び冷水出口温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ２が熱源本体コントローラ７７に与えられ、熱源２の本体が所定状態に制御される。
【０１６４】
冷水ポンプ制御偏差演算部９１では、冷水入口温度検出器５６からの冷水入口温度Ｔｃｓｉ３、冷水出口温度検出器５８からの冷水出口温度Ｔｃｓｏ３、上位コントローラ７２
からの冷水出入口温度差設定値ΔＴｃｓ_ｓｐ３を基に、[数２８]により、熱源３の冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ３が演算されて冷水ポンプ出力演算部９４へ与えられる。
【０１６５】
冷水ポンプ出力演算部９４では、冷水出入口温度差制御偏差Ｅｃｓ３が零となるよう、ＰＩＤ制御演算により冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ３が求められ、求められた冷水ポンプインバータ出力Ｆｃｓ３は上位コントローラ７２からの熱源発停指令Ｃｍｄ３と共に、冷水ポンプ５７のインバータ５７ａに与えられ、冷水ポンプ５７は起動されると共に所定の回転数となるよう制御される。
【０１６６】
冷却水ポンプ制御偏差演算部９２では、冷却水入口温度検出器３９からの冷却水入口温度Ｔｃｔｉ３及び上位コントローラ７２からのフリークーリング温度設定値Ｔｃｓｏ_ｓｐ３を基に、[数２９]により冷却水出入口温度差制御偏差Ｅｃｔ３が求められ、求められた冷却水出入口温度差制御偏差Ｅｃｔ３及び上位コントローラ７２からの熱源発停指令Ｃｍｄ３は、冷却水ポンプ出力演算部９５へ与えられる。
【０１６７】
冷却水ポンプ出力演算部９５では、冷却水出入口温度差制御偏差Ｅｃｔ３が小さくなるようＰＩＤ演算制御により冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｔ３が求められ、求められた冷却水ポンプインバータ出力Ｆｃｔ３は、上位コントローラ７２からの熱源発停指令Ｃｍｄ３を基に求められた冷却水ポンプ発停指令Ｃｍｄｐ３と共に、冷却水ポンプ４０に与えられ、冷却水ポンプ４０は起動されると共に所定の回転数となるよう制御される。
【０１６８】
冷却塔ファン制御偏差演算部９３では、往き冷却水温度検出器４３からの往き冷却水温度Ｔｃｔｏ及び上位コントローラ７２からの往き冷却水温度設定値Ｔｃｔｏ_ｓｐを基に、[数３０]により、冷却塔出入口温度差制御偏差Ｅｃｔが求められ、求められた冷却塔出入口温度差制御偏差Ｅｃｔ及び上位コントローラ７２からの冷却塔ファン発停指令Ｃｍｄｆは、冷却塔ファン出力演算部９６へ与え得るようになっている。
【０１６９】
冷却塔ファン出力演算部９６では、冷却塔出入口温度差制御偏差Ｅｃｔが小さくなるようＰＩＤ演算制御により冷却塔ファンインバータ出力Ｆｃｔが求められ、求められた冷却塔ファンインバータ出力Ｆｃｔは、上位コントローラ７２からの熱源発停指令Ｃｍｄ３を基に求められた冷却水ポンプ発停指令Ｃｍｄｐ３と共に、冷却塔６のファン１３のインバータ１３ａに与えられ、冷却塔６のファン１３は起動されると共に所定の回転数となるよう制御される。
【０１７０】
上記のように熱源システムを制御することにより、簡易且つ正確に空調機器類の制御を行なうことができ、信頼性の高い熱源システム最適運転を行なうことができる。
【０１７１】
上記図示例においては、[数２５]により演算周期Ｔｃａｌｕｃｕｌａｔが求められ、求められたＴｃａｌｕｃｕｌａｔに基き熱源１〜３の発停が行なわれる。このため、熱源１〜３の発停を適切に行なうことができて、熱源１〜３の発停自体が外乱にならず、且つ各制御機器の寿命を延長することができ、しかも室内の環境を快適に維持することができる。
【０１７２】
上記図示例においては、学習機能を有する。すなわち、本図示例においては、「学習」とは、高効率運転制御関数と熱源運転切替マップ（図１１参照）をより現実の状況に近づくように修正すること、を意味する。本図示例は、通常の調整で十分なＰＩＤ演算制御パラメータ等は含まない。又、本図示例における調整において、種々の条件（外気条件、室内負荷状況、機器累積稼動運転時間等）が複雑に関係する制御系であるので、コントローラ任せの自動調整手段を取ると、場合によっては不適切な設定を行うことが予想される。そこで、調整値については技術的スキルのある専門のエンジニアによる判断を介在させる手法を採用する。
【０１７３】
高効率運転制御関数の各入力パラメータの係数と熱源運転切替マップ相当のパラメータは、コントローラ内の不揮発性メモリに調整用パラメータの一つとして格納される。調整用パラメータは、専用のＰＣにより、オープンネットワーク経由で修正可能である。高効率運転制御関数は、各制御機器（冷凍機やファン、ポンプ等）の運転状態を数式化し、更に多変量解析により求めたものである。運転実績データが存在しない設計時においては、メーカ提供のカタログ値あるいは過去の経験に基づくデータや理論値により数式化させているので机上の計算値とも言える。実際の制御機器が全てこの計算値通りの値を示すことはほとんどないと考えられる。この乖離が大きいと、種々の操作変数の最適値演算で求まる最適解も実情と合わなくなり、省エネルギ効果が低下する。同様に、熱源運転切替マップについても実際の運転状況に合うように調整が必要である。
【０１７４】
そこで、実際の熱源運転実績データを解析し、より実情に近い修正を行うことで、本来の省エネルギ効果を得ることができると考えられる。熱源運転実績データは、中央監視装置７１のデータや調整用ツール７０（図２参照）により収集される。Ｅｘｃｅｌ  ＶＢＡ（Ｅｘｃｅｌは登録商標）等を使うことによって、自動的にグラフ化高効率運転制御関数の自動生成も可能である。得られた高効率運転制御関数を使って事前に十分な検討（シミュレーション等）を行う。その後、現場にて高効率運転制御関数における操作変数の各入力パラメータの係数を更新する際にも、十分に動作テストを行い、最終調整を実施する。
【０１７５】
高効率運転制御関数は、上位コントローラ７２及び下位コントローラ７３，７４夫々に存在するが、運転機器が同一なので、同等の最適値が得られる高効率運転制御関数が求まる。
【０１７６】
上述の図示例における特徴部分を列挙すると以下のようになる。
（１）オープンネットワーク（ＬＯＮＷＯＲＫＳ（登録商標  以下においても同様である））に対応するコントローラ利用によるメリット
【０１７７】
オープンネットワーク自体は従来公知であるが、本発明の図示例のメリットを説明するうえで、不可欠なので、最初に説明することとする。すなわち、ＬＯＮＷＯＲＫＳ技術は、米国社Ｅｃｈｅｌｏｎ者により開発された技術である。国内におけるフィールド制御系オープンネットワークの事実上のデファクトスタンダードとなっている。
【０１７８】
Ｌｏｎ（登録商標）とは、Ｌｏｃａｌ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋの略であり、自律分散制御ということである。また、Ｌｏｎデバイスには、Ｎｅｕｒｏｎ  Ｃｈｉｐという専用のＣＰＵを搭載しており、単にネットワークインターフェースとしての機能だけではなく制御機能を持つことを特徴とする。
【０１７９】
例えば、熱源コントローラとバルブアクチュエータをＬＯＮＷＯＲＫＳ対応とすると、物理的にはＬＯＮＷＯＲＫＳネットワークにツイストペア線で接続するだけで良い（当然、別途電源線は必要。通常２４ＶＡＣ）。フリートポロジーなので、デイジーチェーン（芋づる接続方式）でも良いので、配線本数が大幅に減少し、リニューアル工事が容易等のメリットがある。物理的な接続が済むと、ＬＯＮＷＯＲＫＳ（登録商標）データベース構築ツール（一般に、米国Ｅｃｅｌｏｎ社製のＬｏｎＭａｋｅｒ（登録商標）或はトルゥーエル社製のＢ−Ｔｒａｃｋ（登録商標））を用いて、バインディングと呼ばれる論理的接続を行う。上位、下位コントローラ７２，７３，７４，７５からの開度指示値が、バルブコントローラへ送信されると共に、バルブ開度ＰＶ（現在値）や、バルブを通過する流量等の様々なデータを上位、下位コントローラ７２，７４，７５へ送信することができる。
【０１８０】
以下に、オープンネットワーク（ＬＯＮＷＯＲＫＳ）対応コントローラ利用によるメリットを列挙する。
(ｉ)制御上必要なデータ以外にも、エネルギ解析用に利用可能なデータ等多種多様なデータを比較的容易に取得できる。制御データとその他の計測値を、ＢＥＭＳとして収集したり、ＰＣ上で実行で動作する調整用ツール７０での収集を行い、各種解析が可能である。
（ｉｉ）ＬＯＮＷＯＲＫＳに対応していれば、ベンダ（メーカ）に依存しないので、マルチベンダ方式のシステム構成が可能となり、国内外の様々な機器の中から、最適な機器を選定できる。
（ｉｉｉ）遠隔からの調整やアプリケーションソフトウェアの更新が比較的容易であるので、調整の手間が省けたり、メンテナンスが容易となる。複数のコントローラに対して、調整用パラメータの一括更新や一括取得も可能である。
（ｉｖ）低価格でコンパクトなシステム構成が可能である。市販の汎用コントローラが使えるので、従来システムと比較すると大幅なコストダウンとなる。また、コントローラ自体が小型化（従来比の1/7程度等）であることや、省配線により、制御盤が小型化できる。
（ｖ）竣工後に、より性能の良い他社製コントローラがリリースされた場合、ハードウェア自体の移行も比較的容易である。
【０１８１】
（２）熱源運転システムにおける操作変数の最適解の算出法
３Ｅ評価自体は、他社でも実施していることである。しかし、比較的に操作変数の最適解を探索できる山登り法が適用可能な一次独立結合された関数で簡潔化させ、コントローラの負荷低減と調整時の省力化を両立させた仕組みは現在のところ他にない。例えば、日立プラントの「ＯＨ  Ｓａｖｅｒ」というシステムでは、制御時にシミュレーションを行いながら操作変数の最適解を求めるというものであり、かなり大がかりなハードが必要であるし、シミュレーションを精度良くするためにはかなりのコストと手間がかかることが予想される。
【０１８２】
（３）熱源運転制御機器の数式化における柔軟性
各冷水ポンプ４９，５３，５７、冷却水ポンプ３１，３５，４０や冷却塔６のファン１３等の軸動力の回転によるものは、一般的に消費電力は、前述したように回転数（負荷）の３乗に比例することが知られている。負荷が大きい時は、この３乗則が有効であるが、負荷が低い場合でもポンプ（ファン）動力をある値よりも低く出来ないレンジが存在する。そこで、負荷が大きいときには３乗則、負荷が小さいときには一定値をとるような近似式を作成する。このように、理論的な考え方を、現状の動きに合うように（負荷の大小による切替等）柔軟に対応できる数式を導入した。
【０１８３】
（４）熱源運転切替マップ（図１１参照）による熱源運転パターンＺ１〜Ｚ５の切替え
通常の熱源システムの制御では、管理員により季節毎に手動で切替えることも多い。熱源運転切替マップによる運転パターン切替えの基本の考えはこの手動切替えにある。ただし、調整員による手動切替えだと、調整員自信のスキルによって省エネルギ性能が左右されることと、何より調整員に対して負担をかけることになる。そこで、この省エネルギ性能を充分に発揮させる判断を自動化させたものが、熱源運転切替マップによる熱源運転パターンＺ１〜Ｚ５の切替えである。外気温度でおおよその季節を判断し、冷房負荷を考慮して、一次エネルギ又は経済性、環境性を最小となるようにし、どの熱源を運転するかという、熟練調整員のノウハウを置き換えたものである。（１）と同様に、オープンネットワーク経由による調整が可能であるので手間もかからない。
【０１８４】
（５）熱源機器発停制御周期
通常は経験的に予め設定された制御周期を採用することが一般的と思われる。本システムでは、過渡応答の考えを導入し、外乱を抑制し、かつ追従性を損なわない制御周期を設定する仕組みを調整パラメータの一つとして組み込む。
【０１８５】
（６）学習機能による省エネルギ性能向上の容易性
通常はメーカの調整員による初期調整のみで、完了することが多いと考えられる。本システムでは学習機能を用意しているために、比較的容易に、最も現状に見合うような調整が可能である。技術的にはオープンネットワーク対応としたことにより、ＰＣとの親和性が格段にアップしたこと、データ収集が容易になり多くのデータによる多角的な解析により高精度の調整が期待できる。
【０１８６】
（７）上位コントローラ７２と下位コントローラ７３，７４，７５による機能分散
【０１８７】
上位コントローラ７２と下位コントローラ７３，７４，７５として、機能分割（機能分散）することによるメリットを以下に示す。
（ｉ）自律分散制御に適したコントローラであるので、一部のコントローラがダウンしても、全体のシステムがダウンすることはない。例えば中央監視装置がダウンしても上位コントローラ７２と下位コントローラ７３，７４，７５が活きていれば、多少の障害はあるもののほぼ問題なく制御できる。同様に、上位コントローラ７２がダウンした場合、あるいは下位コントローラ７３，７４，７５の一部がダウンしても、ある程度の制御は行える。このように機能分散し、コントローラが自律的な制御が可能であるので、安全強度が高いシステムと言える。
（ｉｉ）何らかの障害が発生した場合、比較的切り分けがしやすい。また、そのような場合に、異常と思われるコントローラのみを切り離すことで、システム全体が停止する危険性が少ない。
（ｉｉｉ）一部の機能追加を行う場合、対象となるコントローラに対する限定的なソフトウェア更新で済む。
（ｉｖ）ハードウェアの寿命や故障が発生した場合のメンテナンスが容易である。
【０１８８】
なお、本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置においては、冷房用として説明したが、暖房用の熱源に対しても応用可能であること、更に、説明を簡略化するために、二次ポンプは省略してあるが、通常は二次ポンプも考慮するものとすること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置の実施の形態の一例を示し、熱源システムの冷水及び冷却水が循環するラインを示す概要図である。
【図２】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される各種コントロールの接続関係の概要を示す概要図である。
【図３】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される上位コントローラのブロック図である。
【図４】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される熱源がガス吸収式冷凍機である場合の下位コントローラのブロック図である。
【図５】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される熱源がインバータターボ冷凍機である場合の下位コントローラのブロック図である。
【図６】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される熱源が熱交換器である場合の下位コントローラのブロック図である。
【図７】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される上位コントローラにおける信号の流れを説明するための図表である。
【図８】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される熱源がガス吸収式冷凍機である場合の下位コントローラにおける信号の流れを説明するための図表である。
【図９】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される熱源がターボ冷凍機である場合の下位コントローラにおける信号の流れを説明するための図表である。
【図１０】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される熱源が熱交換器である場合の下位コントローラにおける信号の流れを説明するための図表である。
【図１１】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される外気温度と冷房負荷との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置に適用される熱源を運転する際の演算周期のグラフである。
【図１３】一般のシステムの最適化を図るための手法の一般的なやり方を説明するためのブロック図である。
【図１４】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置の理論的基本である制御変数と出力との関係を表すグラフである。
【図１５】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置において、各ポンプやファンの消費電力を求める際の関数の入力と出力との関係を表す図表である。
【図１６】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置を実現するために、予め、熱源本体、各ポンプ、ファンの動力や熱源のガス等を求めるためのブロック図である。
【図１７】図１６に示すブロック図において、ポンプ等回転体の回転数割合から動力を求める際の回転数割合と動力の関係を示すグラフである。
【図１８】図１６に示すブロック図において、外気湿球温度から各熱源の冷却水出口温度を求める際の、外気湿球温度と冷却水出口温度との関係を示すグラフである。
【図１９】図１６に示すブロック図において、熱源がガス吸収式冷凍機及びインバータターボ冷凍機である場合の負荷率と成績係数との関係を示すグラフである。
【図２０】図１６に示すブロック図において、熱源がガス吸収式冷凍機である場合の負荷率とガス消費量との関係を示すグラフである。
【図２１】本発明の熱源システム最適運転制御方法及び装置において、上位コントローラ及び下位コントローラで適用する３Ｅ評価の入力パラメータを示す図表である。
【符号の説明】
【０１９０】
１  熱源（ガス吸収式冷凍機）
２  熱源（インバータターボ冷凍機）
３  熱源（熱交換器）
６  冷却塔
１３  ファン
１６  空調機負荷
３１  冷却水ポンプ
３５  冷却水ポンプ
４０  冷却水ポンプ
４９  冷水ポンプ
５３  冷水ポンプ
５７  冷水ポンプ
７２  上位コントローラ
７３  下位コントローラ
７４  下位コントローラ
７５  下位コントローラ
【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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