(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機群若しくは空気と熱交換する水空気熱交換器群で形成される２次側に位置する空調負荷と、
前記空調負荷に向けて冷水を送出する往ヘッダと、
前記空調負荷から送出される冷水を受ける還ヘッダと、
前記往ヘッダに冷水１次往配管を介しかつ前記還ヘッダに冷水１次還配管を介してそれぞれに熱源機が接続される複数の単独熱源ユニットと、
記憶部を含み、複数の前記単独熱源ユニットを制御する制御装置と、
を備え、
各々の前記単独熱源ユニットは、
前記還ヘッダに冷水１次還配管を介して接続されて配管内の冷水に流速を与え送出しその送出冷水流量を制御もする１次冷水ポンプと、冷水１次還配管の前記１次冷水ポンプの下流側に接続されて１次冷水ポンプから送出される冷水を冷凍し、自身の下流の冷水１次往配管を介して往ヘッダに接続される熱源機と、前記熱源機の冷水冷凍の結果発生する排熱を外気と熱交換して冷却する、外気を搬送する冷却塔ファンを有する冷却塔と、前記冷却塔と前記熱源機との間で排熱を搬送するために循環する冷却水の流量を制御する冷却水ポンプと、を含み、
前記記憶部は、
各々の前記単独熱源ユニットに生成される情報であって、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記単独熱源ユニットのうちの前記熱源機、前記冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの最小消費エネルギーとの対応関係を示す第１の情報と、
各々の前記単独熱源ユニットに生成される情報であって、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記冷却水ポンプによる冷却水流量の制御目標値との対応関係を示す第２の情報と、
各々の前記単独熱源ユニットに生成される情報であって、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記冷却塔ファンの風量の制御目標値との対応関係を示す第３の情報と、をそれぞれ記憶し、
前記制御装置は、
前記第１の情報を用いて前記熱源機、前記冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの最小消費エネルギーを求める第１の式と、前記熱源機への冷水流量に基づいて前記１次冷水ポンプの消費エネルギーを求める第２の式とを合計することで、前記単独熱源ユニットの消費エネルギーを求める第３の式を生成し、
各々の前記単独熱源ユニットに対応する複数の第３の式に、運転時に逐次取得し続ける外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の計測値を所定のサンプリング時刻ごとに代入し、各々の前記単独熱源ユニットでの消費エネルギーの合計値が最小となるように、前記単独熱源ユニットの冷水流量の制御目標値および冷水出口温度の制御目標値を求める最適化計算を運転時にリアルタイムで実行し、
運転時の所定のサンプリング時刻に取得した外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の値に基づき、前記第２の情報を用いて前記単独熱源ユニットの前記冷却水ポンプの冷却水流量の制御目標値を求め、
運転時の所定のサンプリング時刻に取得した外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の値に基づき、前記第３の情報を用いて前記単独熱源ユニットの前記冷却塔ファンの風量の制御目標値を求める
ことを特徴とする熱源制御システム。
【請求項２】
空調機群若しくは空気と熱交換する水空気熱交換器群で形成される２次側に位置する空調負荷と、
前記空調負荷に向けて冷水を送出する往ヘッダと、
前記空調負荷から送出される冷水を受ける還ヘッダと、
前記往ヘッダに冷水１次往配管を介しかつ前記還ヘッダに冷水１次還配管を介してそれぞれに熱源機が接続される複数の単独熱源ユニットと、
複数の前記単独熱源ユニットを制御する制御装置と、
を備え、
各々の前記単独熱源ユニットは、
前記還ヘッダに冷水１次還配管を介して接続されて配管内の冷水に流速を与え送出しその送出冷水流量を制御もする１次冷水ポンプと、冷水１次還配管の前記１次冷水ポンプの下流側に接続されて１次冷水ポンプから送出される冷水を冷凍し、自身の下流の冷水１次往配管を介して往ヘッダに接続される熱源機と、前記熱源機の冷水冷凍の結果発生する排熱を外気と熱交換して冷却する、外気を搬送する冷却塔ファンを有する冷却塔と、前記冷却塔と前記熱源機との間で排熱を搬送するために循環する冷却水の流量を制御する冷却水ポンプと、を含む熱源制御システムの制御方法であって、
運転前のシミュレーションにより、各々の前記単独熱源ユニットについて、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記単独熱源ユニットのうちの前記熱源機、前記冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの最小消費エネルギーとの対応関係を示す第１の情報を生成し、
運転前のシミュレーションにより、各々の前記単独熱源ユニットについて、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記冷却水ポンプによる冷却水流量の制御目標値との対応関係を示す第２の情報を生成し、
運転前のシミュレーションにより、各々の前記単独熱源ユニットについて、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記冷却塔ファンの風量の制御目標値との対応関係を示す第３の情報を生成し、
前記制御装置が、運転時のリアルタイム制御のときに、
前記第１の情報を用いて前記熱源機、前記冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの最小消費エネルギーを求める第１の式と、前記熱源機への冷水流量に基づいて前記１次冷水ポンプの消費エネルギーを求める第２の式とを合計することで、前記単独熱源ユニットの消費エネルギーを求める第３の式を生成し、
各々の前記単独熱源ユニットに対応する複数の第３の式に、運転時逐次取得し続ける外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の計測値を所定のサンプリング時刻ごとに代入し、各々の前記単独熱源ユニットでの消費エネルギーの合計値が最小となるように、前記単独熱源ユニットの冷水流量の制御目標値および冷水出口温度の制御目標値を求める最適化計算を実行し、
運転時の所定のサンプリング時刻に取得した外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の値に基づき、前記第２の情報を用いて前記単独熱源ユニットの前記冷却水ポンプの冷却水流量の制御目標値を求め、
運転時の所定のサンプリング時刻に取得した外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の値に基づき、前記第３の情報を用いて前記単独熱源ユニットの前記冷却塔ファンの風量の制御目標値を求める
ことを特徴とする熱源制御システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の熱源を備えた空調設備の熱源制御システムおよびその制御方法に関する。特に、熱源システム全体の消費エネルギーが空調負荷の熱量や外気湿球温度に応じて最小となるように熱源の運転を最適化する熱源制御システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
居室など人に対する快適性を保つ保健空調や、工場等での物の生産効率を向上維持させる工場空調などで、対象建物などに設置される空調機など、空調空気と熱交換する空気−水熱交換器を備える空調負荷の総台数が多量にある場合、空調設備の熱源制御システムにおいては、季節や建物内の熱負荷の変動に対して冷凍量を調節するのに大型の冷凍機１台では困難であったり、１台でたとえ調節可能でも部分負荷特性が悪くなったりすることがよくあり、これらの状況を良くする目的で、冷凍機を小分けにして台数の一部を空調負荷の量に応じて停止できるよう、冷凍機１台ごとに、冷凍機（熱源機Ｒ）と、冷水ポンプ（１次ポンプ）と、冷却塔と、冷却水ポンプとを含む単位とする熱源を複数設け、例えば負荷流量または負荷熱量などの運転条件に応じて稼働する熱源台数の増減台数制御を行うことが従来から行われている。
【０００３】
また、省エネルギーを目的として、熱源制御システムでの熱源台数の増減台数制御において、熱負荷と外気状態値とを独立変数（言い換えればリアルタイム情報に基づく検索キー）として、独立変数のおのおのが変化した場合を所定の制約条件の下、エネルギーを最小化する最適負荷配分や各機器の最適制御量を従属変数として予めシミュレーションで求め、各機器の最適制御量を示すデータテーブルを予め生成し、このデータテーブルに基づき、リアルタイムの計測情報や指令情報に基づきその値に近い独立変数を選択し、従属変数をデータテーブルから求めて、熱源の最適制御を行うことも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、熱源制御システムでの熱源台数の増減台数制御として、熱源機Ｒ自体の発停制御のほかに、圧縮機の制御による冷凍熱量制御や、冷凍機の凝縮器と冷却塔とで循環する冷却水を搬送する冷却水ポンプの流量可変による冷却水温変化や、外気と冷却水との熱交換度合いを制御できる冷却塔ファンの風量制御などを、システムの制御項目として更なる省エネルギを図る熱源システムを構築する考え方が最近浸透している。そのため、個々の構成機器ごとのローカル制御装置は設置されるものの、熱源を構成する機器の各種可変量制御を、逐次変化する外気や空調負荷に対し、一体どう組み合わせてシステム全体を運転するのが良いのか、熱源の最適制御がさらに難しくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４８９０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱源の最適制御において、ハードとしての冷凍機の制御ポイントは冷凍した冷水の出口温度として温度センサを設置し、冷凍機出口冷水温度が一定になるよう制御するので出口温度は安定しているが、入口温度は、熱源側とは無関係に負荷量が逐次大きく変化する空調負荷の状況に応じて空気−水熱交換器で熱交換されて戻ってくるので安定していないため、冷凍機の出入口での温度差は逐次変動する。そのため、各冷凍機の生成熱量から冷水流量の制御目標値を事前のシミュレーションで算出する際に、熱量＝冷凍機の出入口温度差×流量であるので、変化する熱量、変化する出入口温度差とも事前に想定して制御目標値（冷水流量）を算出することは非常に困難である。事前シミュレーションとして独立変数や計算条件を簡単化するための対策として、例えば、冷凍機の出入口での温度差を５℃と想定して固定値で計算すると、計算は簡単になるが実際は入口温度不安定で出入口温度差も不安定となり、熱源の最適制御の精度を向上させることに限界が生じる。一方で、熱源の最適制御に適用するデータテーブルの計算条件や独立変数として、多数の温度差のパターンを設定すると、事前のシミュレーションとリアルタイム制御時の演算量やデータテーブルのデータ量が膨大なものとなり実用的ではない。
【０００７】
また、熱源の最適制御において、冷凍機の運転台数と運転順序を事前に想定してシミュレーションを行う場合、シミュレーションでの演算量やデータテーブルのデータ量は抑制できるが、例えば独立変数を外気湿球温度としてデータテーブルを作ると、空調負荷側の総熱量によらず冷凍機の運転台数と運転順序が決まっており、各冷凍機の部分負荷特性曲線のどこで運転するかなどから、必ずしも消費エネルギーが最小となるとは言えない場合も出てきて熱源の最適制御の精度を向上させることに限界が生じる。そこで、冷凍機の運転台数と運転順序とを予め決めず独立変数から決めようとすると、運転順序と台数の組み合わせパターン数のデータテーブルが必要となり、膨大な事前計算とリアルタイム制御時の選択演算が生じて演算ハードに金額が掛かり演算時間も長くなり実用的ではない。また、例えば機器の故障時や点検時等において運転台数や運転順序が事前の想定と変わった場合の運転に対応することが困難になる。
【０００８】
本発明の目的は、従来と比べて、事前のシミュレーションとリアルタイム制御時での演算量とデータテーブルのデータ量を抑制しつつ、事前の想定値ではなくリアルタイムの計測値および運転状態の情報を使って冷熱源システムの消費エネルギーの最小値を求めることで精度の高い制御目標値を算出する最適制御を可能とする熱源制御システムおよびその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】
【０００９】
本発明に係る熱源制御システムの一例は、
空調機群若しくは空気と熱交換する水空気熱交換器群で形成される２次側に位置する空調負荷と、
前記空調負荷に向けて冷水を送出する往ヘッダと、
前記空調負荷から送出される冷水を受ける還ヘッダと、
前記往ヘッダに冷水１次往配管を介しかつ前記還ヘッダに冷水１次還配管を介してそれぞれに熱源機が接続される複数の単独熱源ユニットと、
記憶部を含み、複数の前記単独熱源ユニットを制御する制御装置と、
を備え、
各々の前記単独熱源ユニットは、
前記還ヘッダに冷水１次還配管を介して接続されて配管内の冷水に流速を与え送出しその送出冷水流量を制御もする１次冷水ポンプと、冷水１次還配管の前記１次冷水ポンプの下流側に接続されて１次冷水ポンプから送出される冷水を冷凍し、自身の下流の冷水１次往配管を介して往ヘッダに接続される熱源機と、前記熱源機の冷水冷凍の結果発生する排熱を外気と熱交換して冷却する、外気を搬送する冷却塔ファンを有する冷却塔と、前記冷却塔と前記熱源機との間で排熱を搬送するために循環する冷却水の流量を制御する冷却水ポンプと、を含み、
前記記憶部は、第１の情報、第２の情報、第３の情報をそれぞれ記憶する。
【００１０】
第１の情報は、各々の前記単独熱源ユニットに生成される情報であって、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記単独熱源ユニットのうちの前記熱源機、前記冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの最小消費エネルギーとの対応関係を示す。
【００１１】
第２の情報は、各々の前記単独熱源ユニットに生成される情報であって、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記冷却水ポンプによる冷却水流量の制御目標値との対応関係を示す。
【００１２】
第３の情報は、各々の前記単独熱源ユニットに生成される情報であって、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記冷却塔ファンの風量の制御目標値との対応関係を示す。
【００１３】
そして、前記制御装置は以下の処理を行う。
【００１４】
制御装置は、前記第１の情報を用いて前記熱源機、前記冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの最小消費エネルギーを求める第１の式と、前記熱源機への冷水流量に基づいて前記１次冷水ポンプの消費エネルギーを求める第２の式とを合計することで、前記単独熱源ユニットの消費エネルギーを求める第３の式を生成する。
【００１５】
制御装置は、各々の前記単独熱源ユニットに対応する複数の第３の式に、運転時に逐次取得し続ける外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の計測値を所定のサンプリング時刻ごとに代入し、各々の前記単独熱源ユニットでの消費エネルギーの合計値が最小となるように、前記単独熱源ユニットの冷水流量の制御目標値および冷水出口温度の制御目標値を求める最適化計算を運転時にリアルタイムで実行する。
【００１６】
制御装置は、運転時の所定のサンプリング時刻に取得した外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の値に基づき、前記第２の情報を用いて前記単独熱源ユニットの前記冷却水ポンプの冷却水流量の制御目標値を求める。
【００１７】
制御装置は、運転時の所定のサンプリング時刻に取得した外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の値に基づき、前記第３の情報を用いて前記単独熱源ユニットの前記冷却塔ファンの風量の制御目標値を求める。
【００１８】
本発明の他の例は、
空調機群若しくは空気と熱交換する水空気熱交換器群で形成される２次側に位置する空調負荷と、
前記空調負荷に向けて冷水を送出する往ヘッダと、
前記空調負荷から送出される冷水を受ける還ヘッダと、
前記往ヘッダに冷水１次往配管を介しかつ前記還ヘッダに冷水１次還配管を介してそれぞれに熱源機が接続される複数の単独熱源ユニットと、
複数の前記単独熱源ユニットを制御する制御装置と、
を備え、
各々の前記単独熱源ユニットは、
前記還ヘッダに冷水１次還配管を介して接続されて配管内の冷水に流速を与え送出しその送出冷水流量を制御もする１次冷水ポンプと、冷水１次還配管の前記１次冷水ポンプの下流側に接続されて１次冷水ポンプから送出される冷水を冷凍し、自身の下流の冷水１次往配管を介して往ヘッダに接続される熱源機と、前記熱源機の冷水冷凍の結果発生する排熱を外気と熱交換して冷却する、外気を搬送する冷却塔ファンを有する冷却塔と、前記冷却塔と前記熱源機との間で排熱を搬送するために循環する冷却水の流量を制御する冷却水ポンプと、を含む熱源制御システムの制御方法である。
【００１９】
この制御制御方法では、
運転前のシミュレーションにより、各々の前記単独熱源ユニットについて、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記単独熱源ユニットのうちの前記熱源機、前記冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの最小消費エネルギーとの対応関係を示す第１の情報を生成し、
運転前のシミュレーションにより、各々の前記単独熱源ユニットについて、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記冷却水ポンプによる冷却水流量の制御目標値との対応関係を示す第２の情報を生成し、
運転前のシミュレーションにより、各々の前記単独熱源ユニットについて、外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量および前記熱源機の冷水出口温度と、前記冷却塔ファンの風量の制御目標値との対応関係を示す第３の情報を生成し、
前記制御装置が、運転時のリアルタイム制御のときに、
前記第１の情報を用いて前記熱源機、前記冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの最小消費エネルギーを求める第１の式と、前記熱源機への冷水流量に基づいて前記１次冷水ポンプの消費エネルギーを求める第２の式とを合計することで、前記単独熱源ユニットの消費エネルギーを求める第３の式を生成し、
各々の前記単独熱源ユニットに対応する複数の第３の式に、運転時に逐次取得し続ける外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の計測値を所定のサンプリング時刻ごとに代入し、各々の前記単独熱源ユニットでの消費エネルギーの合計値が最小となるように、前記単独熱源ユニットの冷水流量の制御目標値および冷水出口温度の制御目標値を求める最適化計算を実行し、
運転時の所定のサンプリング時刻に取得した外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の値に基づき、前記第２の情報を用いて前記単独熱源ユニットの前記冷却水ポンプの冷却水流量の制御目標値を求め、
運転時の所定のサンプリング時刻に取得した外気湿球温度、前記熱源機の生成熱量、前記熱源機の冷水出口温度の値に基づき、前記第３の情報を用いて前記単独熱源ユニットの前記冷却塔の風量の制御目標値を求める。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の熱源制御システムおよびその制御方法によれば、従来と比べて、事前のシミュレーションとリアルタイム制御時での演算量とデータテーブルのデータ量を抑制しつつ、事前の想定値ではなくリアルタイムの計測値および運転状態の情報を使って冷熱源システムの消費エネルギーの最小値を求めることで精度の高い制御目標値を算出する最適制御が可能となる。
【００２１】
また、独立変数（言い換えればリアルタイム情報に基づく検索キー）として、独立変数のおのおのが変化した場合を所定の制約条件の下、エネルギーを最小化する冷却水の熱量や温度場を代表する値の設定値や冷凍機、冷却水ポンプ、冷却塔ファン各機器の動力値を従属関数による従属変数として予めシミュレーションで求め、各機器の消費エネルギーの合計が最小になる運転状況を示すよう予め生成されるデータテーブルにて単独熱源ユニットの最適制御量を求めるのだが、単独熱源ユニットの独立変数に外気湿球温度、冷凍機生成熱量、冷凍機冷水出口温度の３変数としたことで、種類の異なる単独熱源ごとに冷凍機冷水出口温度をそれぞれ省エネルギーの観点で変更できるので、更なる最適運転制御が可能となる。また、単独熱源ごとに冷凍機冷水出口温度を変更することが可能なことで、最適制御が難しい１次ポンプ方式でも、ヘッダ間バイパス量の極小にした最適制御が可能となる。
【００２２】
さらに、リアルタイムの各冷凍機や各単独熱源の運転状態を使ってリアルタイムで最適計算ができ、冷凍機の運転台数および運転順序を予め想定した最適計算は不要となり、現在運転中の冷凍機だけでの最適な運転が演算処理が容易な形で可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】１次２次ポンプ方式の熱源制御システムの構成例を示す図である。
【図２】１次ポンプ方式の熱源制御システムの構成例を示す図である。
【図３】比較例での熱源制御システムの最適化計算制御例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における熱源制御システムの最適化計算制御例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
本発明は、複数台の単独熱源ユニットからなる複合熱源を備えた熱源制御システムに適用できる。ここで、単独熱源ユニットは、冷凍機１台に関係する構成機器のまとまりであって、冷凍機（熱源機Ｒ）と、１次冷水ポンプと、冷却塔と、冷却水ポンプとの４つの機器を含む。また、複合熱源は、ｎ台（ｎは２以上の正の整数）の単独熱源ユニットで構成されるシステム全体を指すものとする。
【００２６】
熱源制御システムは、１次ポンプ方式および１次２次ポンプ方式のいずれであってもよい。以下、１次２次ポンプ方式の熱源制御システムの構成と、１次ポンプ方式の熱源制御システムの構成とをそれぞれ説明する。なお、以下の説明では、冷水の場合を説明する。
【００２７】
（１次２次ポンプ方式の熱源制御システムの構成例）
図１は、１次２次ポンプ方式の熱源制御システム１００の構成例を示す。１次２次ポンプ方式は、往きヘッダおよび還りヘッダを境として冷凍機側と空調負荷側との各々の冷水流量を同一としなくて良いようにしてヘッダ間バイパス流量を最適化できるよう、冷凍機（熱源機Ｒ）１１と往きヘッダ１０２と還りヘッダ１０３までを接続する冷水１次往配管１５と冷水１次還配管１６の、各々の圧力損失分を揚程として受持ち、１次側に冷水を循環させるために１次冷水ポンプ１２を使用し、空調機１０４などの空調負荷側に冷水を循環させるために、往きヘッダと冷水２次往配管３９と冷水２次還配管４１と空調機１０４の熱交換器部分のそれぞれの圧力損失を合計した揚程を受持つ冷水２次ポンプ（８５ａ，８５ｂ）を使用する配管方式である。
【００２８】
図１に示す熱源制御システム１００は、ｎ台の単独熱源ユニット１０１（１）〜１０１（ｎ）と、往ヘッダ１０２と、還ヘッダ１０３と、空調機（ＡＨＵ）１０４と、リアルタイムコントローラ１０５と、外気湿球温度を計測する外気温湿度センサ１０６とを有する。ここで、外気温湿度センサ１０６は、計測した外気湿球温度をリアルタイムコントローラ１０５に信号として出力する。なお、図１の例では、簡単のため空調機（ＡＨＵ）１０４を１台のみ示すが、空調負荷としての空調機（ＡＨＵ）１０４の台数は複数である。
【００２９】
本実施形態において、ｎ台の単独熱源ユニット１０１は、各要素（特に冷凍機の形式による違い、冷却塔の伝熱面積による違いがあれば、）の性能に相違がある場合があるものの、その基本構成は同一または同様である。ここでは１つの単独熱源ユニット１０１（ｎ）の構成を説明し、個々の単独熱源ユニット１０１に関する重複説明は省略する。単独熱源ユニット１０１（ｎ）は、上記のように、冷凍機（熱源機Ｒ）１１と、１次冷水ポンプ１２と、冷却塔１３と、冷却水ポンプ１４とを有する。
【００３０】
冷凍機（熱源機Ｒ）１１は、例えば、ターボ冷凍機、インバータターボ冷凍機、吸収式冷凍機、冷温水発生機、スクリューチラー、ヒートポンプチラーなどである。部分負荷特性が確認できる場合には、本実施形態の冷凍機（熱源機Ｒ）１１として排熱回収型の冷凍機を用いることもできる。
【００３１】
冷凍機（熱源機Ｒ）１１は、冷水１次往配管１５により往ヘッダ１０２と接続されており、冷水１次還配管１６により還ヘッダ１０３と接続されている。ここで、冷水１次往配管１５は、冷水の１次側であり、熱源機Ｒで冷却（冷凍という）された冷水を往ヘッダ１０２へ送水する配管である。また、冷水１次還配管１６は、冷水の１次側であり、空調機１０４で熱交換され温度が上昇した冷水が還りヘッダ１０３に戻り、合流した還冷水を還ヘッダ１０３から熱源機Ｒまで送水する配管である。
【００３２】
冷凍機（熱源機Ｒ）１１には、リアルタイムコントローラ１０５から冷水出口温度ＳＰ（Set Point:設定値）の情報が入力される。冷凍機（熱源機Ｒ）１１からは、熱源運転状態を示す情報がそれぞれリアルタイムコントローラ１０５へ出力される。
【００３３】
冷水１次往配管１５には、冷凍機（熱源機Ｒ）１１の冷水出口温度を計測する温度センサ１７が設けられている。温度センサ１７の温度ＰＶ（Process Value:計測値）は、リアルタイムコントローラ１０５へ出力される。
【００３４】
冷水１次還配管１６には、還ヘッダ１０３から冷凍機（熱源機Ｒ）１１に向かって、流量計１８と、１次冷水ポンプ１２と、冷凍機（熱源機Ｒ）の冷水入口温度を計測する温度センサ１９とがそれぞれ設けられている。温度センサ１９の温度ＰＶは、リアルタイムコントローラ１０５へ出力される。また、流量計１８の流量ＰＶは、リアルタイムコントローラ１０５へ出力される。なお、１次冷水ポンプはポンプモータの電源としてインバータ（ＩＮＶ）を備えている。そして、１次冷水ポンプ１２の回転数は、リアルタイムコントローラ１０５の指示によりインバータ（ＩＮＶ）により電源が周波数制御されることで可変する。
【００３５】
また、冷凍機（熱源機Ｒ）１１には、排熱を熱交換する凝縮器など熱交換器の入口出口に冷却水を出し入れ可能に接続される環状の冷却水配管２１により冷却水ポンプ１４を介して冷却塔１３が接続されている。冷却水配管２１を通じて冷却水ポンプ１４の搬送力により、熱源機Ｒからは、熱源機Ｒの排熱で温度が上昇した冷却水が冷却塔１３へ送水される。また、冷却水配管２１を通じて冷却水ポンプ１４の搬送力により、冷却塔１３からは、冷却塔１３が備える冷却塔ファンで外気と冷却水とを熱交換して熱を放出し温度が下がった冷却水が熱源機Ｒへ送水される。
【００３６】
冷却塔１３は、冷却塔ファンによる外気との直接接触または外気との間接接触で冷凍機（熱源機Ｒ）１１の排熱で温度が上昇した冷却水を冷却する。冷却水ポンプ１４は、冷却塔１３で冷却された冷却水を冷凍機（熱源機Ｒ）１１に送る。なお、冷却塔１３の冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４はそれぞれインバータ（ＩＮＶ）を各モータの電源に備えている。そして、冷却塔１３の冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４の回転数は、リアルタイムコントローラ１０５の指示によりそれぞれインバータ（ＩＮＶ）により電源が周波数制御されることで可変する。
【００３７】
また、往ヘッダ１０２および還ヘッダ１０３は、バイパス路３１を介して接続されている。
【００３８】
このように、図１に示す熱源制御システム１００では、ｎ台の単独熱源ユニット１０１と、往ヘッダ１０２と、還ヘッダ１０３と、これらを接続する冷水１次側往配管１５および冷水１次側還配管１６とバイパス路３１とによって熱源の１次側が構成される。
【００３９】
一方、図１に示す熱源制御システム１００では、熱源の２次側において、並列に配置された２次冷水ポンプ８５ａ，８５ｂを挟んで、往ヘッダ１０２の下流側に第２の往ヘッダ８３を配置し、冷水２次往配管の短管で往きヘッダ１０２と第２の往きヘッダ８３とを２次冷水ポンプ８５ａ、８５ｂを介してそれぞれが接続されている。また、往ヘッダ１０２と第２の往ヘッダ８３との間には、図示しないが空調負荷へ送出する冷水の圧力制御に利用したりするバイパス用の管路８７が接続されている。
【００４０】
第２の往ヘッダ８３と還ヘッダ１０３との間には、第２の往ヘッダ８３と空調機（ＡＨＵ）１０４とを接続する冷水２次往配管３９と、空調機（ＡＨＵ）１０４と還ヘッダ１０３とを接続する冷水２次還配管４１とが設けられている。ここで、冷水２次往配管３９は、冷水の２次側であり、熱源機Ｒで冷凍された冷水を第２の往ヘッダ８３から空調機１０４に送水する配管である。冷水２次往配管３９には、複数の空調機１０４をまとめた空調負荷への送水温度を計測する温度センサ４３が設けられている。また、冷水２次還配管４１は、冷水の２次側であり、空調機１０４で熱交換され温度が上昇した冷水を空調機１０４から還ヘッダ１０３に送水する配管である。冷水２次還配管４１には、複数の空調機１０４をまとめた空調負荷で熱交換された後に還ヘッダ１０３へ戻る冷水温度を計測する温度センサ５１と、流量計５３とが設けられている。温度センサ４３，５１および流量計５３のそれぞれの計測値は、リアルタイムコントローラへ出力される。
【００４１】
このように、図１に示す熱源制御システム１００では、往ヘッダ１０２と、還ヘッダ１０３と、第２の往ヘッダ８３と、空調機（ＡＨＵ）１０４と、これらを接続する配管によって熱源の２次側が構成される。
【００４２】
リアルタイムコントローラ１０５は、制御装置の一例であって、例えば、ハードを構成する主要な機器は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）である。リアルタイムコントローラ１０５は、プログラムの実行により熱源制御システム１００の動作を統括的に制御する。例えば、リアルタイムコントローラ１０５は、単独熱源ユニット１０１の稼働台数を変更する熱源の台数制御や、１次冷水の流量を調整する１次流量の変流量制御、冷却水量の変流量制御、冷却塔ファンの変風量制御、熱源の冷水出口温度の設定変更制御などを実行する。また、リアルタイムコントローラ１０５は、プログラムや各種のデータテーブルを記憶する記憶部１０７を有している。記憶部１０７は、例えば不揮発性の半導体メモリやハードディスクなどである。
【００４３】
（１次ポンプ方式の熱源制御システムの構成例）
図２は、１次ポンプ方式の熱源制御システム１００Ａの構成例を示す。１次ポンプ方式は、熱源システムの冷水を搬送する冷水ポンプを冷水１次ポンプ１段だけとし、構成が単純であり、空調負荷側の冷水流量制御によって余剰をヘッダ間バイパスする方式なので空調負荷への冷水往き温度が基本的に安定するところが有利なシステムである。ところがヘッダ間バイパスに多流量が流れたり、冷水１次ポンプが冷水配管系の全揚程を受け持つため、省エネルギーとしての最適制御が難しいシステムでもある。
なお、図２の説明において、図１に示す熱源制御システムと同様の要素については、共通の符号を付して重複説明を省略する。
【００４４】
１次ポンプ方式は、１次冷水ポンプのみで冷水を空調機（ＡＨＵ）まで循環させる配管方式である。図２に示す熱源制御システム１００Ａは、熱源の２次側において、図１に示す第２の往ヘッダ８３、２次冷水ポンプ８５ａ，８５ｂおよび管路８７がなく、往ヘッダ１０２に冷水２次往配管３９が接続されている。
【００４５】
このように、図２に示す熱源制御システム１００Ａでは、往ヘッダ１０２と、還ヘッダ１０３と、空調機（ＡＨＵ）１０４と、これらを接続する配管によって熱源の２次側が構成される。
【００４６】
（熱源制御システムの制御の比較例）
次に、本発明の実施形態の比較例として、図３に示す熱源制御システムの制御例を説明する。
【００４７】
図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理は、リアルタイムコントローラ１０５とは異なる比較形態コンピュータによって実行される事前のシミュレーションでの処理を示している。また、図３に示すステップＳ１０４以降の処理は、図１または図２に示す熱源制御システムのリアルタイムコントローラ１０５と同じ場所に位置する比較形態コントローラで実行される処理である。
【００４８】
まず、比較形態コンピュータは、事前のシミュレーションにより複合熱源の最適運転関数を生成する（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）。このシミュレーションでは、比較形態コンピュータは、各々の単独熱源ユニット１０１のうち熱源機１１のみを演算対象とし、熱源機１１の冷凍熱量Qc_Rを制御変数（つまり従属関数で求める最適制御値：従属変数）とする。
【００４９】
ステップＳ１０１では、比較形態コンピュータは、以下の式（１）により、複合熱源のエネルギー消費量を算出する。
Etotal=F(WB,Qc2,Qc_R[1-n]) ……(1)
ここで、「Etotal」は複合熱源のエネルギー消費を示す評価値であり、「F()」は、カッコ内に代入される条件に対して、複合熱源のエネルギー消費量（最適制御値）を返す関数（従属関数）である。また、「WB」は外気湿球温度を示す変数（独立変数）であり、「Qc2」は２次冷水の負荷熱量を示す変数（独立変数）であり、「Qc_R[ｉ]」は熱源機１１ｉでの冷凍熱量を示す変数である。なお、符号「ｉ」は、複合熱源を構成するいずれかの単独熱源ユニット（またはその要素）を指定する引数であって、本実施形態では１−ｎの範囲内で整数の値をとる。
【００５０】
シミュレーションにおいて、比較形態コンピュータは、WBおよびQc2の値を拘束条件（つまり、独立変数）とし、評価値Etotalが最小値（最適値）をとるようなQc_R[1-n]の組み合わせを算出する。
【００５１】
このシミュレーションにおいて、比較形態コンピュータは、拘束条件のQc2を０〜１００％の範囲で１％ずつ変化させて、評価値Etotalが最小値をとるQc_R[i]を算出する。このとき、稼働させる熱源機１１の台数は１台に限られない。但し、複数の熱源機１１を稼働させる場合の稼働順序は予め設定される。
【００５２】
同様に、比較形態コンピュータは、拘束条件のＷＢを５パターン（例えば、夏季高温時、夏季低温時、中間期高温時、中間期低温時、冬季）設定し、評価値Etotalが最小値をとるQc_R[i]を算出する。このとき、稼働させる熱源機１１の台数は１台に限られない。但し、複数の熱源機１１を稼働させる場合の稼働順序は予め設定される。なお、WBのパターンを５パターンに制限する理由は、WBのパターン数を多くすると、事前シミュレーションの時間や演算量が膨大になるためである。
【００５３】
ステップＳ１０２では、比較形態コンピュータは、WBの各パターンについて、拘束条件のQc2を変化させたときに、評価値Etotalが最小値をとるQc_R[i]（またはQc_R[1-n]の組み合わせ）を関数化し、式（２）に示す最適運転関数として出力する。
Qc_R[i]=Fop(Qc2) ……(2)
ここで、「Fop()」は、カッコ内に代入される条件に対して、シミュレーションに基づく最適解の値を返す関数（従属関数）である。
【００５４】
ステップＳ１０３では、上記の式（２）で得られる最適解は熱源機１１の生成冷凍熱量（Qc_R[i]）であることから、比較形態コンピュータは、式（３）により式（２）を制御目標値である冷水流量の形式に変換する。
Vc_R[i]=Qc_R[i]/Cpw・ρw・(Tc_in_R[i]-Tc_out_R[i])=Qc_R[i]/Cpw・ρw・ΔTc_R[i] …(3)
ここで、「Vc_R[i]」は、熱源機１１iに対応する冷水流量（つまり１次ポンプによる冷水流量）を示す変数である。「Cpw」は水の比熱を示す物理定数であり、「ρw」は水の密度を示す物理定数である。「Tc_in_R[i]」は、熱源機１１iの冷水入口温度を示す変数であり、「Tc_out_R[i]」は、熱源機１１iの冷水出口温度を示す変数である。「ΔTc_R[i]」は、熱源機１１iの冷水入口温度と冷水出口温度との温度差を示す変数である。
【００５５】
また、「Tc_in_R[i]」は、空調機１０４側（空調負荷側）の運転状況に応じて変化する冷水還温度（温度センサー５１）の値であり、事前のシミュレーションの段階では未知の値である。そのため、図３の例では、比較形態コンピュータは、シミュレーションにおいて、ΔTc_R[i]を固定値の５℃と仮定して計算式に組み込むものとする。
【００５６】
上記の処理により、式（３）の関係を用いて式（２）を変形することで、比較形態コンピュータは、WBのパターン別にそれぞれ式（４）に示す各熱源機の最適冷水流量を求める最適運転関数を得ることができる。すなわち、図３の例では、事前のシミュレーションによりWBに応じた５パターン分の最適運転関数が生成される。
Vc_R[i]=Fop(Qc2) ……(4)
なお、上記の処理で求めたパターン毎の最適運転関数は、比較形態コントローラの記憶部に格納されることとなる。
【００５７】
ステップＳ１０４では、熱源制御システム１００の比較形態コントローラは、記憶部に格納された複数のパターンの最適運転関数のうちから、制御に使用する最適運転関数を選択する。
【００５８】
例えば、比較形態コントローラは、内部のタイマ（不図示）から月日の情報を取得し、取得した月日に対応付けされた最適運転関数を選択する。一例として、比較形態コントローラは、実際の外気湿球温度に拘わらず、８月であれば夏季高温時の最適運転関数を選択し、１２月であれば冬季の最適運転関数を選択する。
【００５９】
ステップＳ１０５では、比較形態コントローラは、ステップＳ１０４で選択された最適運転関数に、２次冷水の負荷熱量（Qc2）の計測値を代入することで、１次冷水ポンプ１２の冷水流量の制御目標値を算出する。そして、比較形態コントローラは、算出された制御目標値に基づいて、熱源制御システム１００の１次冷水ポンプ１２を制御する。以上で、図３に示す比較例の説明を終了する。
【００６０】
（実施形態の熱源制御システムの制御例）
次に、本発明の実施形態として、図４に示す熱源制御システムの制御例を説明する。図４に示す熱源制御システムの制御例では、事前のシミュレーション時とリアルタイム制御時とでそれぞれ最適化を行うことで、４つの制御目標値を同時に求めることが可能であるとともに、リアルタイム制御時の計算量を大幅に削減しつつ、精度の高い計算を可能としている。
【００６１】
図４に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０５の処理は、リアルタイムコントローラ１０５とは異なるコンピュータによって実行される事前のシミュレーションでの処理である。
【００６２】
ここで、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５の事前シミュレーションでは、各単独熱源ユニット１０１につき、熱源機１１、冷却塔１３の冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４の３つの機器の消費エネルギーを最小化して動力の最適値にする最適化計算をそれぞれ行っている。この最適化計算では、WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]を拘束条件（独立変数）とし、冷却水量と冷却塔ファン風量を制御変数（従属変数）として、拘束条件を固定した状態で、制御変数を演算する途上の多種の状態値について、状態値の一部を仮固定し残り一部を変化させて繰返し計算し、その後順次仮固定分を変化させ繰返し計算を行うことで、制御変数（Vcd_CDP[i]およびVg_CT[i]）の組み合わせである最適解を算出している。そして、事前シミュレーションでは、拘束条件を実用的な範囲の様々なパターンで変化させて、上記の最適化計算を各パターンで行っている。そして、その計算結果をまとめることで、「３つの機器の最小消費エネルギーを求める関数」、「冷却水流量の最適運転関数」、「冷却塔風量の最適運転関数」の３種類の関数をそれぞれ生成する。
【００６３】
以下、図４のステップＳ２０１〜Ｓ２０５の処理の内容を詳細に説明する。
【００６４】
ステップＳ２０１では、コンピュータは、以下の式（５）により、各々の単独熱源ユニット１０１について、単独熱源ユニット１０１内の熱源機１１、冷却塔１３の冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４のエネルギー消費量の最適化を行う。この式（５）は、単独熱源ユニットごとに生成される式であって、拘束条件（WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]）および制御変数（Vcd_CDP[i],Vg_CT[i]）の入力に対して、熱源機、冷却塔、冷却水ポンプの消費エネルギーを出力する式を最適化問題の形とし方程式を解き戻す形にまとめたものである。
E_RCDPCT[i]=FE_RCDPCT[i](WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i],Vcd_CDP[i],Vg_CT[i]) ……(5)
ここで、「E_RCDPCT[i]」は、単独熱源ユニット１０１iに含まれる熱源機１１i、冷却塔１３iの冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４iの３つの機器のエネルギー消費量を示す評価値である。「FE_RCDPCT[i]()」は、カッコ内に代入される条件に対して、熱源機１１i、冷却塔１３iの冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４iの３つの機器のエネルギー消費量を返す関数である。また、「Vcd_CDP[i]」は冷却水ポンプ１４iの冷却水流量を示す変数であり、冷却水による処理熱量Qcd＝冷却塔入口温度と冷却塔出口温度の差分（冷却水ΔT）×冷却水流量の関係は自明であり、前記冷却水ポンプ１４iの冷却水流量を示す変数を、冷却水ΔT想定値で代替する場合もある。「Vg_CT[i]」は冷却塔１３iの冷却塔ファンの風量を示す変数であり、冷却塔での冷却水冷却塔出口温度の設定値に近づくべく制御する対象は冷却塔ファンの風量であり、冷却塔ファン風量の多少と、冷却塔出口温度設定値への近づき度合いの多少とは相関があることは自明であり、前記冷却塔ファンの風量を示す変数を、冷却塔出口温度設定値で代替する場合もある。
【００６５】
つまり、事前のシミュレーションにおいて、ステップＳ２０１でのコンピュータは、WB，Qc_R[i]およびTc_out_R[i]の値を拘束条件とし、評価値E_RCDPCT[i]が最小値（最適値）をとる制御変数（Vcd_CDP[i]およびVg_CT[i]）の組み合わせを最適解として算出する最適化演算を行う。
【００６６】
具体的には、ステップＳ２０１でのコンピュータは、以下の手法により、３つの拘束条件を組み合わせて得られる全てのパターンについて最適化演算を行う。
【００６７】
一例として、拘束条件のうちのWBは、２〜２７℃の範囲において５℃刻みで変化して６通りの値をとるものとする。また、拘束条件のうちのQc_R[i]は、１０〜１００％の範囲において１０％刻みで変化して１０通りの値をとるものとする。また、拘束条件のうちのTc_out_R[i]は、７〜１２℃の範囲において０．５℃刻みで変化して１１通りの値をとるものとする。このとき、３つの拘束条件の組み合わせは、６６０種類（６×１０×１１）のパターンとなる。
【００６８】
そして、コンピュータは任意の拘束条件の組み合わせを１種類選択し、選択された拘束条件の組み合わせの下で、式（５）による評価値E_RCDPCT[i]が最小値（最適値）をとる制御変数の組み合わせ（Vcd_CDP[i]およびVg_CT[i]）を最適解として算出する。この評価値E_RCDPCT[i]の算出のときには、コンピュータは、Vcd_CDP[i]を０〜１００％の範囲において１０％刻みで変化させ、Vg_CT[i]を０〜１００％の範囲において１０％刻みで変化させるものとする。この最適化演算により、選択された１種類の拘束条件の組み合わせに対しては、最適解となる制御変数の組み合わせ（Vcd_CDP[i]およびVg_CT[i]）が１つ算出される。
【００６９】
次に、コンピュータは、拘束条件の組み合わせを変化させて、６６０種類の全てのパターンについて上記と同様の最適化演算を実行する。これにより、コンピュータは、拘束条件の組み合わせと、その条件で最適解となる制御変数の組み合わせとの対応関係の情報を、６６０種類の全てのパターン分取得する。
【００７０】
ステップＳ２０２では、コンピュータは、ステップＳ２０１でのWB，Qc_R[i]およびTc_out_R[i]の組み合わせにおける最適解の算出結果に基づいて、「熱源機１１i、冷却塔１３iおよび冷却水ポンプ１４iの最小消費エネルギーの算出関数」を生成する。この「熱源機１１i、冷却塔１３iの冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４iの最小消費エネルギーの算出関数」は、各々の単独熱源ユニットについてそれぞれ生成される。
【００７１】
例えば、コンピュータは、ステップＳ２０１での最適解の算出結果に基づいて、WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]の３つの変数から、熱源機１１i、冷却塔１３iおよび冷却水ポンプ１４iの最小消費エネルギーを求めるための式（６）に示す関数を生成する。
E_RCDPCT_min[i]=FE_RCDPCT_min[i](WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]) ……(6)
ここで、「E_RCDPCT_min[i]」は、熱源機１１i、冷却塔１３iの冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４iの最小消費エネルギーを示す変数であり、「FE_RCDPCT_min[i]()」は、シミュレーションの結果に基づいて、カッコ内に代入される変数に対して、熱源機１１i、冷却塔１３iの冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４iの最小消費エネルギーを返す関数である。
【００７２】
また、ステップＳ２０２で生成される「熱源機１１i、冷却塔１３iの冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４iの最小消費エネルギーの算出関数」は第１の情報の一例である。ステップＳ２０１で説明したように、事前シミュレーションでの最適化演算は拘束条件の組み合わせの各パターンに対して行われ、各パターンに対応する３つの機器の最小消費エネルギーも求められている。これを利用して、第１の情報の関数は、３つの拘束条件のパターンの入力と、そのパターンでの最小消費エネルギーを示す出力値とが対応付けされたデータテーブルの形式で生成される。第１の情報のデータテーブルは、リアルタイムコントローラ１０５の記憶部１０７に格納されることとなる。
【００７３】
ステップＳ２０３では、コンピュータは、ステップＳ２０１でのWB，Qc_R[i]およびTc_out_R[i]の組み合わせにおける最適解の算出結果に基づいて、「冷却水ポンプ１４iの最適運転関数」を生成する。この「冷却水ポンプ１４iの最適運転関数」は、各々の単独熱源ユニットについてそれぞれ生成される。
【００７４】
例えば、コンピュータは、ステップＳ２０１での最適解の算出結果に基づいて、WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]の３つの変数から、冷却水ポンプ１４iの冷却水流量を求めるための式（７）に示す関数を生成する。
Vcd_CDP[i]=FVcd_CDP[i](WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]) ……(7)
ここで、「FVcd_CDP[i]()」は、ステップＳ２０１での最適解の算出結果に基づいて、カッコ内に代入される条件に対して、冷却水ポンプ１４iの冷却水流量を返す関数である。
【００７５】
また、ステップＳ２０３で生成される「冷却水ポンプ１４iの最適運転関数」は第２の情報の一例である。ステップＳ２０１で説明したように、事前シミュレーションでの最適化演算は拘束条件の組み合わせの各パターンに対して行われ、各パターンに対応する最適解の冷却水流量も求められている。これを利用して、第２の情報の関数は、３つの拘束条件のパターンの入力と、そのパターンでの冷却水流量を示す出力値とが対応付けされたデータテーブルの形式で生成される。第２の情報のデータテーブルは、リアルタイムコントローラ１０５の記憶部１０７に格納されることとなる。
【００７６】
ステップＳ２０４では、コンピュータは、ステップＳ２０１でのWB，Qc_R[i]およびTc_out_R[i]の組み合わせにおける最適解の算出結果に基づいて、「冷却塔１３iの最適運転関数」を生成する。この「冷却塔１３iの最適運転関数」は、各々の単独熱源ユニットについてそれぞれ生成される。
【００７７】
例えば、コンピュータは、ステップＳ２０１での最適解の算出結果に基づいて、WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]の３つの変数から、冷却塔１３iの冷却塔ファンの風量を求めるための式（８）に示す関数を生成する。
Vg_CT[i]=FVg_CT[i](WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]) ……(8)
ここで、「FVg_CT[i]()」は、ステップＳ２０１での最適解の算出結果に基づいて、カッコ内に代入される条件に対して、冷却塔１３iの冷却塔ファンの風量を返す関数である。
【００７８】
また、ステップＳ２０３で生成される「冷却塔１３iの最適運転関数」は第３の情報の一例である。ステップＳ２０１で説明したように、事前シミュレーションでの最適化演算は拘束条件の組み合わせの各パターンに対して行われ、各パターンに対応する最適解の冷却塔の風量も求められている。これを利用して、第３の情報の関数は、３つの拘束条件のパターンの入力と、そのパターンでの冷却塔ファンの風量を示す出力値とが対応付けされたデータテーブルの形式で生成される。第３の情報のデータテーブルは、リアルタイムコントローラ１０５の記憶部１０７に格納されることとなる。
【００７９】
なお、第１の情報から第３の情報のデータテーブルは、Ｓ２０１の最適化演算の結果に基づいて同時に決定される。また、Ｓ２０２〜Ｓ２０４で生成される第１の情報から第３の情報のデータテーブルでは、WB，Qc_R[i]およびTc_out_R[i]の各変数の刻みが離散的であり、データテーブル上では限られたWB，Qc_R[i]およびTc_out_R[i]のパターンについてのみ出力値の情報が保持されている。そのため、後述のリアルタイム制御時に、データテーブル上で変数の刻みがない箇所に対応する最小消費エネルギーの情報が必要となる場合、リアルタイムコントローラ１０５は、データテーブルの出力値を用いて公知の３次元線形補間をすることで、所望の変数に対応する出力値を求めることとなる。
【００８０】
ステップＳ２０５において、コンピュータは、全ての単独熱源ユニット１０１についてステップＳ２０２〜Ｓ２０４の各関数が生成されたか否かを判定する。全ての単独熱源ユニット１０１についてステップＳ２０２〜Ｓ２０４の各関数が生成された場合（ＹＥＳ）には、コンピュータは事前のシミュレーションの処理を終了する。一方、いずれかの単独熱源ユニット１０１についてステップＳ２０２〜Ｓ２０４の各関数が生成されていない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２０１に戻って、コンピュータは上記の処理を繰り返す。ステップＳ２０１からＳ２０５のループにより、シミュレーションのときには、単独熱源ユニット１０１（１）〜１０１（ｎ）についてそれぞれステップＳ２０２〜Ｓ２０４の各関数が生成されることとなる。
【００８１】
そして、図４に示す制御例のステップＳ２０６以降の処理は、図１または図２に示す熱源制御システム１００のリアルタイムコントローラ１０５で実行されるリアルタイム制御時の処理である。
【００８２】
熱源制御システム１００のリアルタイム制御において、リアルタイムコントローラ１０５は、上記の第１の情報を用いて、複合熱源のシステム全体の消費エネルギーを最適化問題の式の形にする。そして、リアルタイムコントローラ１０５は、WB,Vc2,Tcr2を拘束条件、Vc_R[1-n],Tc_out_R[1-n]を制御変数として複合熱源の消費エネルギーが最小となるように最適化を行い、冷水流量と冷水出口温度を最適解として制御目標値とする演算を行う。リアルタイム制御時の演算入力には、事前想定値ではなくリアルタイムの計測値と運転状態の情報を用いることで、リアルタイムコントローラ１０５は、冷凍熱量を冷凍機冷水で入口温度差を一定と仮定して制御変数とする場合より、冷凍熱量としての温度と流量をそれぞれ制御変数にした精度の高い最適化を行うことができる。そして、ステップＳ２０１でのコンピュータは拘束条件のうち外気湿球温度WBを２〜２７℃の範囲で５℃刻み変化の６通りの値だけを実行しているが、リアルタイム制御時の演算入力には、事前想定値である６通りの値ではなくリアルタイムの外気湿球温度計測値を代入するので精度の高い最適化を行うことができる。
【００８３】
つまり、事前シミュレーションを行うコンピュータでは、拘束条件のうち外気湿球温度WBを、例えば、２〜２７℃の範囲で５℃刻み変化の６通りの値だけを実行してデータテーブル関数を作成しているが、リアルタイム制御時の演算入力には、事前想定値である６通りの値ではなくリアルタイムの外気湿球温度計測値を代入するので精度の高い最適化を行うことができる。
【００８４】
また、熱源制御システム１００のリアルタイム制御において、リアルタイムコントローラ１０５は、上記の第２の情報を用いて、WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]を関数の入力として冷却水流量の最適運転関数から冷却水流量の制御目標値を求める演算を行う。同様に、熱源制御システム１００のリアルタイム制御において、リアルタイムコントローラ１０５は、上記の第３の情報を用いて、WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]を関数の入力として冷却塔風量の最適運転関数から冷却塔風量の制御目標値を求める演算を行う。
【００８５】
これらの処理によって、リアルタイムコントローラ１０５は、リアルタイム制御時に４つの制御目標値（冷水流量、冷凍機冷水出口温度、冷却水流量、冷却塔風量）を同時に算出することができる。なお、リアルタイム制御時には、例えば５〜２０分程度の周期で４つの制御目標値を算出する動作を実行する。
【００８６】
以下、図４のステップＳ２０６以降の処理の内容を詳細に説明する。
【００８７】
ステップＳ２０６では、熱源制御システム１００のリアルタイムコントローラ１０５は、以下の式（９）により、複合熱源のエネルギー消費量の最適化を行う。
Etotal=Σ{FE_RCDPCT_min[i](WB,Qc_R[i],Tc_out_R[i])+FE_CP[i](Vc_R[i])}
=FEtotal(WB,Vc2,Tcr2,Vc_R[1-n],Tc_out_R[1-n]) ……(9)
ここで、「FE_CP[i]」は、カッコ内に代入される条件に対して、ハードとしてのポンプの実際の流量と動力との性能曲線から得られる関係から求めた、１次冷水ポンプ１２の消費エネルギーを返す関数である。「FEtotal()」は、カッコ内に代入される条件に対して、複合熱源のエネルギー消費量を返す関数である。「Vc2」は、２次冷水流量を示す変数であり、「Tcr2」は２次冷水還温度を示す変数である。
【００８８】
なお、ステップＳ２０６において、リアルタイムコントローラ１０５は、拘束条件のWB,Vc2およびTcr2にはセンサの計測値を代入し、評価値Etotalが最適値となる制御変数Vc_R[1-n]およびTc_out_R[1-n]の組み合わせをリアルタイムで求める。
【００８９】
各々の単独熱源ユニット１０１iでのエネルギー消費量を求める式は、熱源機１１i、冷却塔１３iの冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４iの最小消費エネルギーを求める式（第１の式）である上記の式（６）と、１次冷水ポンプ１２の消費エネルギーとを求める式（第２の式）を合計することで導くことができる（なお、各々の単独熱源ユニット１０１iでのエネルギー消費量を求める式を第３の式とも称する）。
【００９０】
そして、複合熱源でのエネルギー消費量は、複合熱源のうちから稼働させる単独熱源ユニット１０１（１）〜１０１（ｎ）の組み合わせを決定し、稼働させる単独熱源ユニット１０１（１）〜１０１（ｎ）のエネルギー消費量を合計することで、式（９）の最上行のようにまとめることができる。この複合熱源でのエネルギー消費量は、整理すると式（９）の最下行のような最適化問題の形式で表すことができる。なお、式（９）の整理の過程は省略する。
【００９１】
上記の考えに基づいて式（９）を導出し、複合熱源の全ての機器での消費エネルギーの合計値が最小値となるように式（９）に基づく最適化計算を行うと、リアルタイムコントローラ１０５は、最適解として熱源機１１（１）〜１１（ｎ）に対応する冷水流量と冷水出口温度とをそれぞれ得ることができる。
【００９２】
例えば、リアルタイムコントローラ１０５は、拘束条件がWB,Vc2およびTcr2のときに、評価値Etotalが最小値（最適値）となる制御変数Vc_R[1-n]およびTc_out_R[1-n]の組み合わせを求める。リアルタイム制御時の最適化演算では、式の入力となる拘束条件は、リアルタイム制御時の状況に応じて一意に決定されている。つまり、リアルタイムコントローラ１０５は、拘束条件のWB,Vc2およびTcr2にはセンサの計測値を代入し、評価値Etotalが最適値となる制御変数Vc_R[1-n]およびTc_out_R[1-n]の組み合わせをリアルタイムで求める。なお、上記の演算のときに点検や故障等により稼働していない熱源機１１iについては、Vc_R[i]=0として最適化演算を行えばよい。この操作が行えるため、リアルタイムの各冷凍機や各単独熱源の運転状態を使ってリアルタイムで最適計算ができ、冷凍機の運転台数および運転順序を予め想定した最適計算は不要となり、現在運転中の冷凍機だけでの最適な運転が演算処理が容易な形で可能となる。
【００９３】
このような最適化演算により、リアルタイムコントローラ１０５は、熱源機１１（１）〜１１（ｎ）に対応する冷水流量を一次冷水ポンプ１２の制御目標値（Vc_R[1-n]）とし、熱源機１１（１）〜１１（ｎ）に対応する冷水出口温度を熱源機１１（１）〜（ｎ）の制御目標値（Tc_out_R[1-n]）とする。
【００９４】
ステップＳ２０７では、リアルタイムコントローラ１０５は、ステップＳ２０３で生成された「冷却水ポンプ１４iの最適運転関数」のデータテーブルを用いて、冷却水ポンプ１４の冷却水流量の制御目標値（Vcd_CDP[1-n]）を求める。このとき、リアルタイムコントローラ１０５は、関数入力となるWB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]にはセンサの計測値を代入し、制御目標値（Vcd_CDP[1-n]）をリアルタイムで求める。演算結果である「Vcd_CDP[i]」の実際量が冷却水流量である場合は、冷却水ポンプインバータ周波数に比例させ、「Vcd_CDP[i]」の実際量が冷却水ΔT想定値である場合は、「冷凍機の冷却水出口温度設定値＝冷凍機の冷却水入口温度計測値（冷凍機の運転不具合防止のため計測必要）＋冷却水ΔT想定値」とし、冷凍機の冷却水出口温度計測値が冷却水出口温度設定値になるように冷却水ポンプの変流量制御を行う。前者は計算ロジックそのものであるが熱媒の流量だけを管理し、温度場については直接制御していない。流量を管理しているので負荷に見合った流量は管理できる。後者のΔTを代表値に用いることで、冷凍機の凝縮器における冷却水出口温度が低下すると、蒸発器との圧力差が小さくなりすぎる場合があり、圧縮ガスの漏洩防止のための圧縮機周辺の金属筐体の隙間充填をかねた潤滑油の循環が滞り焼きつきの原因になるが、これを防止する働きをも、演算結果である「Vcd_CDP[i]」の実際量に持たせることができる。
【００９５】
ここで、ステップＳ２０７で関数の入力となるQc_R[i]の値は、次の式（１０）から求める。
Qc_R[i]=Cpw・ρw・Vc_R[i]・(Tc_in_R[i]-Tc_out_R[i]) …(10)
ここで、式（１０）での「Vc_R[i]」および「Tc_out_R[i]」はいずれもステップＳ２０６での演算結果である。また、式（１０）での「Tc_in_R[i]」は計測値である。「Cpw」は水の比熱を示す物理定数であり、「ρw」は水の密度を示す物理定数である。
【００９６】
ステップＳ２０８では、リアルタイムコントローラ１０５は、ステップＳ２０４で生成された「冷却塔１３iの冷却塔ファンの最適運転関数」のデータテーブルを用いて、冷却塔１３の風量の制御目標値（Vg_CT[1-n]）を求める。このとき、リアルタイムコントローラは、関数入力となるWB,Qc_R[i],Tc_out_R[i]にはセンサの計測値を代入し、制御目標値（Vg_CT[1-n]）をリアルタイムで求める。演算結果である「Vｇ_CT[i]」の実際量が冷却塔風量である場合は、冷却塔風量ファンインバータ周波数に比例させ、「Vg_CT[i]」の実際量が冷却塔出口温度設定値である場合は、冷却塔出口温度計測値が冷却塔出口温度設定値となるように冷却塔ファン変風量制御を行う。冷却塔出口設定値とは、冷凍機への冷却水入口温度設定値と同じになることが多く、冷凍機の凝縮器における冷却水入口温度が低下すると、蒸発器との圧力差が小さくなりすぎる場合があり、圧縮ガスの漏洩防止のための潤滑油の循環が滞り焼きつきの原因になったり、冷凍機の凝縮器における冷却水入口温度が上昇しすぎると、凝縮器が異常高圧になったりするが、これらを防止する働きをも、演算結果である「Vg_CT[i]」の実際量に持たせることができる。
なお、ステップＳ２０８においても、Qc_R[i]の算出方法はステップＳ２０７と同様である。
【００９７】
このようにして、リアルタイム制御時には、リアルタイムコントローラ１０５は、算出された４つの制御目標値に基づいて、熱源制御システム１００の複合熱源に含まれる各要素を制御する。以上で、図４に示す制御例の説明を終了する。
【００９８】
以下、本実施形態の制御例での作用効果を述べる。
【００９９】
まず、図４に示す本実施形態の制御では、単独熱源ユニット１０１の要素のうち、２次側の温度差ΔＴと冷水流量を考慮せずに熱量だけの問題となる熱源機１１、冷却塔１３および冷却水ポンプ１４の消費エネルギーの場合と、２次側の温度差ΔＴにより熱量から冷水流量を考慮する必要のある１次冷水ポンプ１２の消費エネルギーの場合とを切り分けて考える。
【０１００】
前者については事前のシミュレーションが可能であるため、リアルタイムの制御での演算負荷を軽減する観点からシミュレーションによる事前演算が好ましい。一方、後者については、２次側の運転状況に応じてΔＴの値が逐次変化し、事前のシミュレーションでの特定は非常に困難であるが、リアルタイムでの演算時には計測値を使用すれば足りるので、リアルタイム制御時にはその特定が容易である。
【０１０１】
前者については、事前のシミュレーションに基づいて「熱源機１１、冷却塔１３の冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４の最小消費エネルギーの算出関数」、「冷却水ポンプ１４の最適運転関数」、「冷却塔１３の最適運転関数」のデータテーブルをそれぞれ生成する（Ｓ２０１〜Ｓ２０４）。そして、リアルタイムコントローラ１０５は、これらの関数のデータテーブルに計測値を入力することで熱源機１１、冷却塔１３および冷却水ポンプ１４の最小消費エネルギーや、制御目標値（Vcd_CDP[1-n],Vg_CT[1-n]）をそれぞれリアルタイムで求める（Ｓ２０６〜Ｓ２０８）。
【０１０２】
また、後者については事前のシミュレーションによるテーブル作成は行わずに、リアルタイムコントローラ１０５はリアルタイムの演算で１次冷水ポンプ１２の消費エネルギーを求めている（Ｓ２０６）。そして、リアルタイムコントローラ１０５は、データテーブルで求めた熱源機１１、冷却塔１３の冷却塔ファンおよび冷却水ポンプ１４の最小消費エネルギーと、リアルタイムの演算で求めた１次冷水ポンプ１２の消費エネルギーを合計して単独熱源ユニット１０１ごとにエネルギー消費量を求める式を生成している（Ｓ２０６）。これにより、本実施形態によれば、上記のように流量と温度とを分解して最適化計算を行うことで、事前のシミュレーションとリアルタイム制御時の演算量やデータテーブルのデータ量を抑制しつつ、従来よりも精度の高い制御目標値を算出する最適制御が可能となる。
【０１０３】
また、本実施形態では、外気湿球温度や冷凍機冷水の入口出口温度差ΔＴの算出に入口温度の計測値および出口温度の計測値や演算値を用いるので、これらのパラメータを固定値とする場合と比べて精度の高い制御目標値を算出する最適制御が可能となる。
【０１０４】
さらに、図４に示す本実施形態の制御では、単独熱源ユニット１０１の最適化は事前のシミュレーションで部分的には行うものの、複合熱源全体としての最適化の計算はリアルタイムで実行している（Ｓ２０６）。そのため、リアルタイムコントローラ１０５は、演算時に稼働できない単独熱源ユニット１０１を除外して最適化を行うことができ、単独熱源ユニット１０１の稼働台数と稼働順序を自由に設定することが可能となる。また、複合熱源全体としての最適化の計算はリアルタイムで実行し、その結果による空調負荷への冷水供給温度を演算決定できるため、単独熱源ユニット１０１ごとの冷水出口温度をそれぞれの最小消費エネルギー基準で変更することが可能となる。つまり、それぞれの単独熱源の冷水出口温度とその冷水流量の合算で狙った空調負荷への冷水供給温度になるよう演算するのである。また、この演算が可能なため、リアルタイムでの空調負荷側の冷水供給温度と冷水還温度と冷水流量の各計測値から、単独熱源ユニット１０１ごとの冷水出口温度をそれぞれの最小消費エネルギー基準で変更することで、ヘッダ間バイパス流量も極小化しながらの最適制御が可能となる。
【０１０５】
（実施形態の補足事項）
上記の実施形態の説明では、熱源の最適制御の一例として、熱源制御システムでのエネルギー消費量を最適化する計算例を説明した。しかし、本発明は、熱源制御システムにおいて、例えばＣＯ2の排出量やコストなどの他の指標が小さくなるように制御目標値を算出する最適制御の計算にも同様に適用できる。
【０１０６】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１１…冷凍機（熱源機Ｒ）、１２…１次冷水ポンプ、１３…冷却塔、１４…冷却水ポンプ、１００…熱源制御システム、１０１…単独熱源ユニット、１０２…往ヘッダ、１０３…還ヘッダ、１０４…空調機（ＡＨＵ）、１０５…リアルタイムコントローラ、１０６…外気温湿度センサ、１０７…記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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