(57)【要約】【課題】  地域冷暖房システムと同様に地域的規模で省エネルギー効果とヒートアイランド現象の抑制効果を得ることのできる簡易かつ有効なシステムを実現する。【解決手段】  熱源プラント１０において熱源設備１１により熱源水の供給水温を年間を通じて一定範囲に維持しつつ、熱源水を各建物１の水熱源ヒートポンプ２０に対して冷房運転時の放熱源かつ暖房運転時の採熱源として供給する。熱源設備として都市下水１６との間の熱授受により余剰熱を放熱し不足熱を採熱する熱交換器を採用し、必要に応じて補助熱源設備３０として冷却塔設備３１と加熱源設備３２とを備える。既存建物に設置されている既存の空気熱源ヒートポンプにおける空冷式の屋外機を水冷式の屋外機２１に交換ないし改修してそれに熱源水を供給する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源プラントから建物群に対して熱源水を循環供給する地域熱源システムであって、
熱源プラントにおいて熱源設備により熱源水の供給水温を年間を通じて一定範囲に維持しつつ、その熱源水を各建物に設置されている水熱源ヒートポンプに対して冷房運転時の放熱源かつ暖房運転時の採熱源として供給することを特徴とする地域熱源システム。
【請求項２】
請求項１記載の地域熱源システムであって、
熱源プラントにおける熱源設備として、熱源水と都市下水との間の熱授受により余剰熱を都市下水へ放熱し不足熱を都市下水から採熱する熱交換器を採用したことを特徴とする地域熱源システム。
【請求項３】
請求項２記載の地域熱源システムであって、
熱源設備としての熱交換器による熱源水と都市下水との間の熱授受不足を補うための補助熱源設備として、冷却塔設備と加熱源設備とを備えたことを特徴とする地域熱源システム。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の地域熱源システムであって、
既存建物に設置されている既存の空気熱源ヒートポンプにおける空冷式の屋外機を水冷式の屋外機に交換ないし改修し、その屋外機に熱源水を供給することを特徴とする地域熱源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市における建物群を対象とする地域熱源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大都市において大きな問題となっているヒートアイランド現象は、図３に示すように個々の建物１に設けられている冷房装置、特に空気熱源ヒートポンプ２の冷房運転時における屋外機３からの大気中への直接の放熱が一因であると考えられている。なお、空気熱源ヒートポンプ２としては様々な形式のものがあるが、図３に示しているものは、屋外機３と屋内機４とを冷媒配管５により接続する構成のいわゆる空冷パッケージタイプのものであって、その屋内機４はダクト６および吹き出し口７を介して室内に送風する天井設置型のものである。
【０００３】
ヒートアイランド現象に対する対策としては、建物ごとに個別に冷暖房を行うシステムから地域冷暖房システムへの移行が有効であるとされている。すなわち、地域冷暖房システムは大規模な熱源プラントから多数の建物に対して冷水と温水（あるいは高温水や蒸気）を循環供給するものであるから、個々の建物が個別に熱源設備を備える場合に比べて総合的には省エネルギー効果が得られ、ヒートアイランド現象の抑制効果のみならず温室効果ガスの抑制効果や大気汚染防止効果も期待できるものであり、今後のさらなる普及が望まれている。
【０００４】
地域冷暖房システムにおける熱源設備としては冷凍機とボイラによるものの他、大規模な空気熱源ヒートポンプによるものも一般的であるが、最近ではたとえば特許文献１〜２に示されているように河川水や下水等を熱源とする水熱源ヒートポンプの採用も提案され、それによれば温度レベルの低い水熱源の有効利用を図ることができ、かつ都市廃熱の回収効果も期待できるとされている。
【特許文献１】特開平５−７１８１２号公報
【特許文献２】特開平５−１５７４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、地域冷暖房システムの構築に当たっては大規模な熱源設備のみならず冷水と温水（または高温水や蒸気）を多数の建物に対して供給するための４管式の管路網の敷設が必要であり、また、既存建物に地域冷暖房システムを導入するに当たっては既存の冷暖房設備を大きく変更する必要もあり、いずれにしても多額の設備投資を要するものとなる。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明の目的は、地域冷暖房システムと同様に地域的規模で充分な省エネルギー効果とヒートアイランド現象の抑制効果を得ることのできる簡易にして有効なシステムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の地域熱源システムは熱源プラントから建物群に対して熱源水を循環供給するものであって、熱源プラントにおいて熱源設備により熱源水の供給水温を年間を通じて一定範囲、具体的には冷房運転時における冷媒凝縮温度以下かつ暖房運転時における冷媒蒸発温度以上に維持しつつ、その熱源水を各建物に設置されている水熱源ヒートポンプに対して冷房運転時の放熱源かつ暖房運転時の採熱源として供給することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の地域熱源システムでは、熱源プラントにおける熱源設備として、熱源水と都市下水との間の熱授受により余剰熱を都市下水へ放熱し不足熱を都市下水から採熱する熱交換器を採用することができ、その場合には、都市下水との間の熱授受不足を補うための補助熱源設備として冷却塔設備と加熱源設備とを備えることが好ましい。
【０００９】
また、既存建物に本発明の地域熱源システムを導入する場合には、既存建物に設置されている既存の空気熱源ヒートポンプにおける空冷式の屋外機を水冷式の屋外機に交換ないし改修して、その屋外機に熱源水を供給すれば良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の地域熱源システムによれば、各建物の水熱源ヒートポンプからの冷房運転時の廃熱が熱源水を介して熱源プラントに回収されてそこで処理されるので、ヒートアイランド現象の抑制効果が得られ、また中間期等には熱源水を通じての熱回収効果も得られ、さらに各建物では大気温に比べて夏季では冷たく冬季では暖かい熱源水による水熱源ヒートポンプ運転を行うことから、空気熱源ヒートポンプによる場合に比べて夏季および冬季のいずれにおいても成績係数を向上させることができ、以上により総合的には充分な省エネルギーが得られる。そして本発明のシステムは、各建物の水熱源ヒートポンプに対して放熱源かつ採熱源となるような水温に維持した熱源水を供給するものであるから、熱源水の水温変化を補償するだけの小容量の熱源設備を備えれば良く、また往管と還管だけの２管式の管路網を敷設することで充分であり、したがって従来一般の地域冷暖房システムに比べて遙かに簡略なものとでき、設備投資を大幅に軽減することができる。
【００１１】
特に、熱源プラントにおいて熱源水の水温を維持するための熱源設備として、都市下水との熱授受により余剰熱を放熱し不足熱を採熱する熱交換器を採用することにより、都市下水を熱源として有効に利用することで省エネルギー効果が得られ、都市廃熱の回収効果も得られる。
【００１２】
また、都市下水を熱源とする熱交換器に加えて、冷却塔設備と加熱源設備を補助熱源設備として備えることにより、都市下水との熱授受不足をそれら冷却塔設備と加熱源設備により補うことでより安定かつ信頼性の高い運転が可能である。
【００１３】
さらに、本発明のシステムでは、既存建物における既存の冷暖房装置が空気熱源ヒートポンプである場合には、その空冷式の屋外機を水冷式の屋外機に交換ないし改修することのみで、既存の屋内機やダクト系をそのまま使用して本システムに移行することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の一実施形態である地域熱源システムの概要を示す系統図である。本システムは、熱源プラント１０において熱源設備１１により熱源水の供給水温を年間を通じて一定範囲（たとえば１５〜３２℃程度）に維持しつつ、その熱源水をポンプ１２によって２管式の管路網すなわち往管（ＨＳＳ）１３および還管（ＨＳＲ）１４によって各建物１に対して循環供給するものである。
【００１５】
本システムにおいては、熱源水の水温を維持するための熱源設備１１として都市下水管路１５内を流れる都市下水１６との間で熱授受を行う熱交換器を採用している。すなわち、ポンプ１７により一次熱源水である都市下水１６を都市下水管路１５と熱交換器との間にわたって循環させて熱源水と都市下水１６との間で熱授受を行うことにより、熱源水の余剰熱を都市下水１６に放熱し不足熱を都市下水１６から採熱して熱源水の水温を上記のような一定範囲に維持するようにしている。
【００１６】
一方、各建物１には冷暖房装置として水熱源ヒートポンプ２０がそれぞれ設けられている。それら水熱源ヒートポンプ２０は屋外機２１と屋内機２２とを冷媒配管２３により接続した汎用のいわゆる水冷パッケージタイプのもので、屋外機２１には冷媒と熱源水との間で熱交換を行うことで冷房運転時には凝縮器（放熱器として機能する）となり暖房運転時（タイプによっては給湯運転を含む）には蒸発器（採熱器として機能する）となる冷媒／水熱交換器が備えられ、熱源プラント１０からの熱源水はその冷媒／水熱交換器に対して冷房運転時の放熱源かつ暖房運転時の採熱源として供給されるようになっている。そのために、熱源水の水温は冷房運転時における冷媒凝縮温度以下かつ暖房運転時における冷媒蒸発温度以上となるようにたとえば上記のように１５〜３２℃程度の範囲に設定されているのであり、それにより水熱源ヒートポンプ２０が冷房運転を行う際には熱源水は放熱源（つまり冷却水）となって屋外機２１から熱源水に放熱がなされ、水熱源ヒートポンプ２０が暖房運転を行う際には熱源水は採熱源となって屋外機２１はその熱源水から採熱を行うことになる。
【００１７】
その結果、冷房運転を行っている水熱源ヒートポンプ２０に放熱源として供給された熱源水の水温は上昇することになり、暖房運転を行っている水熱源ヒートポンプ２０に採熱源として供給された熱源水の水温は低下することになるから、夏季のように多くの水熱源ヒートポンプ２０が冷房運転を行う際には熱源水の水温は全体として上昇し、冬季のように多くの水熱源ヒートポンプ２０が暖房運転を行う際には熱源水の水温は低下することになる。そこで、熱源プラント１０では熱源水のそのような水温変化に対応して上記のように熱源設備１１によって都市下水１６との熱授受を行い、水温が過度に上昇した際には熱源水の余剰熱を都市下水１６に放熱し、過度に低下した際には不足熱を都市下水１６から採熱することにより、熱源水の水温を年間を通じて常に一定範囲となるように維持するようになっている。
【００１８】
なお、冷房運転と暖房運転が混在するような中間期や、冷房運転と給湯運転とが同時に行われるような場合には、上記のような水温上昇と水温低下が相殺されるので熱源水全体としてはの水温変化は小さくなる。つまり、冷房運転による熱源水への放熱が暖房運転の熱源としてそのまま利用されることで自ずと熱回収がなされることになり、その分、熱源プラント１０での熱源水の水温維持のための負荷が軽減される。仮に、建物群全体として冷房負荷と暖房負荷および給湯負荷とが完全にバランスしている場合には、理論的には熱源水の還水温は往水温と等しくなるので熱源プラントでの水温調整は不要となる。
【００１９】
本システムでは、従来一般の地域冷暖房システムのように熱源プラントにおいて冷房用の冷水と暖房用の温水（ないし高温水や蒸気）を調整して建物群に供給するものとは異なり、各建物１の水熱源ヒートポンプ２０に対して放熱源かつ採熱源となるような水温に維持した熱源水を供給するものであるから、従来の地域冷暖房システムのように建物群の総負荷に見合う大容量の熱源設備を熱源プラントに設ける必要はなく、熱源水の水温変化を補償して水温を維持するだけの小容量の熱源設備１１を備えれば良く、それ故に本実施形態のように都市下水１６を熱源とする簡易な熱交換器を熱源設備１１として採用することが可能となる。また、年間を通して水温を一定範囲に維持した熱源水を単に循環させるだけで良いから、往管１３と還管１４だけの２管式で充分であって従来の地域冷暖房システムのように４管式とする必要はなく、以上のことから従来一般の地域冷暖房システムに比べて遙かに簡略なものとでき、設備投資を大幅に軽減することができる。
【００２０】
また、各建物では熱源水を放熱源かつ採熱源として水熱源ヒートポンプ２０により冷房運転および暖房運転（給湯運転を含む）を行うが、その熱源水の水温は大気温に比べて夏季では冷たく冬季では暖かいことから、図３に示したような空気熱源ヒートポンプ２による場合に比べて夏季および冬季のいずれにおいても成績係数を向上させることができ、それによる省エネルギー効果が得られる。そして、従来においては各建物１から個別に大気中に放出されていた冷房時の廃熱が熱源水を介して都市下水１６に放熱されるので、ヒートアイランド現象の抑制効果が充分に得られるし、上述のように中間期等においては熱源水を通じての熱回収効果も得られ、しかも熱源水の水温の維持を都市下水１６をそのまま熱源として有効利用するので、総合的には充分な省エネルギー効果が得られる。
【００２１】
さらに、従来の地域冷暖房システムの場合、各建物は熱源プラントからの冷水や温水等を受け入れて単に分配供給するだけであるから各建物には熱源設備が不要であり、したがって既存建物を地域冷暖房システムに移行する際には既存のヒートポンプ等の熱源設備が無駄になる。その点、本システムでは各建物に冷暖房装置としての水熱源ヒートポンプ２０が必要であるから、既存の熱源設備の一部を有効に活用することも可能である。特に、図３に示したように既存の冷暖房装置が空気熱源ヒートポンプ２である場合には、冷媒／空気熱交換器による空冷式の屋外機３を、上記のように冷媒／水熱交換器による水冷式の屋外機２１に交換ないし改修することのみで、既存の屋内機４や冷媒配管５，ダクト６、吹き出し口７をそのまま使用して本システムに移行することが可能である。
【００２２】
なお、都市下水１６の水温や水量の条件によってはそれを熱源とすることのみでは熱源水の水温を安定に維持できないことが想定される場合には、たとえば図２に示すように補助熱源設備３０を設ければ良い。図２に示すシステムでは補助熱源設備３０として冷却塔設備３１と加熱源設備３２（ボイラーや廃熱回収用の熱交換器等）を備え、熱源水を還管１４から二次ポンプ３３によって冷却塔設備３１または加熱源設備３２に導いて往管１３に戻すような配管系を構成しており、本来の熱源設備１１としての熱交換器による都市下水１６との熱授受不足を補助熱源設備３０により補うことでより安定かつ信頼性の高い運転が可能である。
【００２３】
また、上記システムでは都市下水管路１５内を流れる都市下水１６を熱源としたが、たとえば下水処理場における処理槽内の下水を熱源としてそれと熱交換するようにしても良い。また、立地条件によっては、都市下水を熱源として有効利用することに代えて、あるいはそれに加えて、他の都市廃熱の有効利用や、井戸水、河川水、湖沼水、海洋水等の天然水を熱源として利用することも考えられる。さらには、都市廃熱や天然水を有効利用できない場合には、図２に示すシステムにおいて補助熱源設備３０として採用した冷却塔設備３１や加熱源設備３２を本来の熱源設備１１として使用すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の地域熱源システムの一実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明の地域熱源システムの他の実施形態を示す系統図である。
【図３】従来一般の各建物ごとに冷暖房を行う場合の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  建物
２  空気熱源ヒートポンプ
３  屋外機
４  屋内機
５  冷媒配管
６  ダクト
７  吹き出し口
１０  熱源プラント
１１  熱源設備（熱交換器）
１２  ポンプ
１３  往管
１４  還管
１５  都市下水管路
１６  都市下水
１７  ポンプ
２０  水熱源ヒートポンプ
２１  屋外機
２２  屋内機
２３  冷媒配管
３０  補助熱源設備
３１  冷却塔設備
３２  加熱源設備
３３  二次ポンプ
【図１】
2006010170.tif 000003
【図２】
2006010170.tif 000004
【図３】
2006010170.tif 000005