(57)【要約】【課題】冷凍機とその補助機からなる熱源機システム全体の部分負荷運転時の特性を簡易に評価してその最適運転を行うための有効適切なナビゲーションシステムを提供する。【解決手段】熱源機システム全体の部分負荷運転時の特性を評価するためのナビゲーションシステムであって、冷却水温および冷却水量をパラメータとする冷凍機の部分負荷運転時の効率データと、冷却水量および外気湿球温度をパラメータとする冷却塔の特性データとを有するデータベースを備え、運転条件パラメータとして入力される冷凍機負荷率、冷却水温度、冷却水量、外気湿球温度に基づき、熱源機システム全体の消費エネルギー量を算定するシミュレーションを実施して、その結果を熱源機システム全体としてのエネルギー消費量、コスト、ＣＯ２排出量の評価特性に換算表示する手段を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の空調システムを構成する冷凍機とその補助機である冷却塔および冷却水ポンプ、冷水一次ポンプを含めた熱源機システムを対象として、該熱源機システム全体の部分負荷運転時の特性を評価するためのナビゲーションシステムであって、
冷却水温および冷却水量をパラメータとする冷凍機の部分負荷運転時の効率データと、冷却水量および外気湿球温度をパラメータとする冷却塔の特性データとを有するデータベースを備え、
運転条件パラメータとして入力される冷凍機負荷率、冷却水温度、冷却水量、外気湿球温度に基づき、熱源機システム全体の消費エネルギー量を算定するシミュレーションを実施して、その結果を熱源機システム全体としてのエネルギー消費量、コスト、ＣＯ２排出量の評価特性に換算表示する手段を備えたことを特徴とする熱源機システム運転ナビゲーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物の空調システムに係わり、特に冷凍機とその補助機である冷却塔および冷却水ポンプを含めた熱源機システムを対象としてその部分負荷運転時の特性を評価するためのナビゲーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物運用時の省エネルギーは重要課題であり、特に空調システムで消費されるエネルギーは一般的なオフィスビルでは建物全体の１／３にも及ぶことから、空調システムの省エネルギーを図ることが重要である。
【０００３】
周知のように、一般的なセントラル式空調システムにおいては、熱源機として冷凍機（特に冷却水を用いる水冷式冷凍機）を用いることが主流であり、冷却塔や冷却水ポンプ、冷水ポンプ等の補助機とともに熱源機システムを構成している。
この種の冷凍機は一般的に定格（100%）負荷時に最高効率を発揮するように設計されており、部分負荷時においては定格運転時に比べて運転効率が低下することが不可避である。一方、一般的な空調システムでは建物のピーク負荷に相当する定格能力の冷凍機を選定することが通常であるから、発生頻度がごく僅かであるピーク負荷時を除いて冷凍機は殆ど部分負荷運転されることになり、したがってほぼ常に低効率で運転されることになる。
そのため、冷凍機の省エネルギーを充分に図るためには部分負荷運転時の効率を向上させることが必要であり、そのためには冷凍機の部分負荷運転時の特性を評価するためのシステムも必要である。
【０００４】
なお、この種の空調システムを対象として熱源機の性能を評価し得る有効適切な手法は確立されていないが、たとえば特許文献１にはシミュレーションにより目標値を与えて実績値の適正性を評価することにより建物運用時の空調エネルギー消費量が適正かどうかを評価するという空調エネルギー評価システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９０７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、冷凍機単体での運転効率は、主に、負荷率、冷却水温、冷却水量（可変水量方式の場合）のパラメータで規定され、冷凍機単体では冷却水温が低いほど、また冷却水量が多いほど運転効率が高くなる特性を有しているが、仮に冷凍機の運転効率の向上を目的として冷却水温を低くしたり、冷却水量を多くした場合には、冷却塔ファンや冷却水ポンプなどの補助機の消費エネルギーは逆に増加してしまう。
また、冷房時に外気乾球温度が下がると冷房負荷は下がるものの、冷凍機負荷率が下がること（部分負荷運転）になるので冷凍機単体での運転効率は低下してしまうが、湿球温度も下がるので冷却塔の能力が増して冷却水温がより下げられることで冷凍機単体の運転効率向上の術を同時に得ることができる。
【０００７】
このように、冷凍機単体の効率と補助機の効率は裏腹の関係にあり、そのため特に部分負荷時の効率を検討するためには冷凍機単体のみならず補助機を含めた「熱源機システム全体」としての総合的な運転効率評価が必要となるが、現時点ではそのような総合評価を行い得る有効適切な手法は確立されていない。
【０００８】
また、上記のように冷凍機単体の効率と補助機の効率は裏腹の関係にあることから、このような熱源機システムでは冷却水温や冷却水量を積極的に調整することでシステム全体としての部分負荷時の効率低下を補償したり、さらに効率改善を図ることも不可能ではないと考えられるが、現時点ではそのような制御は行われていないし、それを可能とする有効適切な手法も確立されていないから、仮にそのような制御を行うとすれば運転管理者の勘と経験に頼って行うしかない。
【０００９】
なお、特許文献１において提案されている空調エネルギー評価システムは、建物熱負荷シミュレーションと空調システムシミュレーションとを実施し、省エネルギーおよび省コストになる最適な目標値を演算して運転制御パラメータの最適値を求めるというものであって、建物運用時の省エネルギー性を定量的に評価できるものではあるが、上記のような冷凍機とその補助機を含めた熱源機システム全体の特性評価を行うものではないし、効率改善のためのサポートが可能なものでもない。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明は冷凍機とその補助機からなる熱源機システム全体の部分負荷運転時の特性を簡易に評価して運転管理者に提示することにより、総合的に省エネ、省コスト、省環境負荷での最適運転を実現し得る有効適切なナビゲーションシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、建物の空調システムを構成する冷凍機とその補助機である冷却塔および冷却水ポンプ、冷水一次ポンプを含めた熱源機システムを対象として、該熱源機システム全体の部分負荷運転時の特性を評価するためのナビゲーションシステムであって、冷却水温および冷却水量をパラメータとする冷凍機の部分負荷運転時の効率データと、冷却水量および外気湿球温度をパラメータとする冷却塔の特性データとを有するデータベースを備え、運転条件パラメータとして入力される冷凍機負荷率、冷却水温度、冷却水量、外気湿球温度に基づき、熱源機システム全体の消費エネルギー量を算定するシミュレーションを実施して、その結果を熱源機システム全体としてのエネルギー消費量、コスト、ＣＯ２排出量の評価特性に換算表示する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のナビゲーションシステムによれば、冷凍機の単体性能に留まらず補助機を含めた熱源機システムとしての総合評価が可能であり、それに基づいて運転管理者が熱源機システム全体を最適運転することが容易に可能となるから、充分な省エネ、省コスト、省環境負荷を実現することができる。
また、従来の経験や勘に頼って行っていた運転管理に代わって、データに基づいた信頼性の高い運転管理を行うことができるし、的確な運転情報が迅速に提示されるから運転管理者の熟練度に係わらず安定かつ確実な運転管理が可能であり、運転管理者の負担軽減による省力化も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図であって、シミュレーションモードにおける熱源機選択画面を示す図である。
【図２】同、運転条件入力画面を示す図である。
【図３】同、シミュレーション結果の一覧画面を示す図である。
【図４】同、シミュレーション結果のグラフ表示画面を示す図である。
【図５】同、検証モードにおける熱源機選択画面を示す図である。
【図６】同、検証期間入力画面を示す図である。
【図７】同、検証結果の表示画面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の熱源機システム運転ナビゲーションシステムは、汎用パソコンで駆動する「冷凍機の部分負荷運転特性データベース」と、熱源機システム総合評価ロジックとにより構成されたものである。
上記の「冷凍機の部分負荷運転特性データベース」は、建物の空調熱源システムを構成する冷凍機毎に、運転効率データと冷却塔性能データを近似式として保有している。
上記の運転効率データは冷凍機負荷率、冷却水温と冷却水量をパラメータとする冷凍機の運転効率についてのデータであり、冷却塔性能データは冷凍機負荷率、冷却水量と外気湿球温度をパラメータとする冷却水冷却能力についてのデータである。
【００１５】
そして、本システムは、冷凍機の運転条件パラメータとして、冷凍機負荷率、冷却水温度、冷却水量、外気湿球温度を入力することで、冷凍機およびその補助機である冷却塔および冷却水ポンプ、冷水一次ポンプも含めた熱源機システム全体の消費エネルギー量を自動計算するとともに、その結果を、一次エネルギー消費量、コスト、ＣＯ２排出量に換算表示することにより、運転管理者に的確な運転情報を提示（ナビゲート）するものであり、それに基づいて運転管理者は容易に熱源機システムの最適運転を行うことが可能である。
【００１６】
また、本システムは、運転総合効率を自動計算するシミュレーションモードと、運転結果を分析する検証モードを選択可能に構成されており、以下、それらのモードについてナビゲーション画面構成を参照して説明する。
【００１７】
（１）シミュレーションモード
・熱源機選択
ナビゲーションの対象とする冷凍機を、たとえば図１に示す熱源機選択画面（一覧表）により選択する。
・運転条件入力
冷凍機の運転条件パラメータである冷凍機負荷率、冷却水温度、冷却水量、外気湿球温度を、たとえば図２に示す運転条件入力画面により入力する。
その入力は自手動入力モードと自動入力モードの２モードが選択可能であり、自手動入力モードでは全てを手動にて入力するが、自動入力モードでは冷凍機負荷率および外気湿球温度のみを手動入力すれば冷却水温は冷却塔が冷却可能な下限値が自動設定され、冷却水量は定格水量比を100-90-80-70-60%の５条件が一度に自動設定される。
なお、補助機の運転条件入力は、冷水一次ポンプおよび冷却水ポンプについては定流量／変流量のいずれかを選択し、冷却塔ファンについては定風量／変風量のいずれかを選択すれば良い。
上記の運転条件が入力されると、過去（デフォルトは前日あるいは任意日を指定可能）の運転実績値（計測データ）が自動的に呼び込まれて、熱源機システム効率（COP）が自動計算されて表示される。
【００１８】
・シミュレーション結果表示
上記で設定された運転条件に基づき、データベース上にあるエネルギー消費量算出ロジックにより、各設定条件毎のエネルギー消費量が計算され、たとえば図３に示すように一覧表形式で表示される。
上記の計算結果は、冷凍機単体効率（ＣＯＰ）および熱源機システム全体のシステム効率（ＣＯＰ）に換算表示されるとともに、熱源機システム全体の運転効率総合評価を行うべく、一次エネルギー消費量、コスト、ＣＯ２排出量の３つの評価特性に換算表示され、さらにそれらの評価特性はたとえば図４に示すように各々グラフ化されて比較表示され、運転管理者はこのグラフによりそれぞれの評価および判断を容易に行うことができる。
【００１９】
上記のシミュレーションモードによる評価結果を参照することにより、運転管理者は容易に熱源機システムの最適運転を行うことができ、それにより熱源機システム全体での充分な省エネ、省コスト、省環境負荷を実現することができる。
【００２０】
（２）検証モード
・熱源機選択
検証を行う冷凍機をたとえば図５に示す熱源機選択画面（一覧表）により選択する。
・検証期間入力
検証するべき期間をたとえば図６に示す入力画面で入力する。
・検証結果表示
冷凍機の実運転結果データを別システムの運転状況計測データベースよりダウンロードし、たとえば図７に示すように冷凍機の部分負荷運転特性グラフ（冷凍機メーカ予想性能値）上にプロットする。
【００２１】
この検証モードにより、冷凍機の実際の運転状況（結果）を「冷凍機の部分負荷運転特性データベース」と比較することにより、冷凍機メーカの工場試験データや机上計算値ではない真のフィールド性能を検証でき、しかも冷凍機の経年変化をも含む実際の運転効率を検証することができる。なお、ナビゲーションの前段利用ではパラメータ設定の参考値利用も可能である。
【００２２】
以上のように、本発明のナビゲーションシステムは、冷凍機の単体性能に留まらず補助機を含めた熱源機システムとしての総合評価が可能であり、それに基づいて熱源機システム全体の最適運転を行うことが可能となるから、充分な省エネ、省コスト、省環境負荷を実現することができる。
また、従来の経験や勘に頼って行っていた運転管理に代わって、データに基づいた信頼性の高い運転管理を行うことができるし、的確な運転情報が迅速に提示されるから運転管理者の熟練度に係わらず安定かつ確実な運転管理が可能であり、運転管理者の負担軽減による省力化も図ることができる。
【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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