(57)【要約】【課題】低コストで、かつ熱源装置の台数制御の精度の高い空調熱源設備を提供すること。【解決手段】冷水または温水たる温調水を発生する複数の熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃと、これらに対応して設けられ、温調水を熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃと空調機２との間で循環させる複数のポンプ３ａ，３ｂ，３ｃと、これらに対応して設けられ、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃへ戻る温調水の水温を検出して空調機２の熱負荷状態を検出する複数の熱負荷検出手段４ａ，４ｂ，４ｃと、これらの検出結果に基づいて各ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働状態を制御して温調水の流量を調整する複数のポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃを備えた空調熱源設備において、各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃから各ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働制御情報を受信し、該制御情報に基づいて複数台の熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃを運転または停止状態に制御せしめる台数制御装置６を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷水または温水たる温調水を熱媒体とする空調熱源設備であって、上記温調水を発生する複数台の熱源装置と、上記各熱源装置に対応して設けられ、上記温調水を空調機へ送るとともに、上記空調機から上記各熱源装置へ戻す複数台のポンプと、上記各ポンプに対応して設けられ、上記各熱源装置へ戻る温調水の水温を検出して上記空調機の熱負荷状態を検出する複数の熱負荷検出手段と、各熱負荷検出手段の検出結果に基づいて上記各ポンプの稼働状態を制御して温調水の流量を調整する複数台のポンプ流量制御装置を備えた空調熱源設備において、上記各ポンプ流量制御装置から上記各ポンプの稼働制御情報を受信し、該制御情報に基づいて上記複数台の熱源装置を運転状態または停止状態に制御せしめる台数制御装置を設けたことを特徴とする空調熱源設備。
【請求項２】
上記台数制御装置は、上記空調機の熱負荷が大きく、上記各冷温水ポンプによる上記冷水または温水の流量が多くなったとき、運転状態にする上記熱源装置の台数を増やし、空調機の熱負荷が小さく、上記各冷温水ポンプによる冷水または温水の流量が少なくなったとき、停止状態とする熱源装置の台数を増やすようになした請求項１に記載の空調熱源設備。
【請求項３】
上記台数制御装置が上記各ポンプ流量制御装置から受信する上記各ポンプの稼働制御情報を、上記各ポンプが所定の稼働状態に上がったときに上記各ポンプ流量制御装置から発信されるＯＮ信号と、上記各ポンプが所定の稼働状態に下がったときに各ポンプ流量制御装置から発信されるＯＦＦ信号との２種類の信号とした請求項１または請求項２に記載の空調熱源設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
空調機の熱負荷の変動に応じて熱源装置の最適な運転台数制御を行なう空調熱源設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ビル等の建築物の空調熱源設備は、空調機と熱源装置との間で冷水または温水からなる温調水を循環させ空調機で熱交換させるようにしている。この種の空調熱源設備は、温調水を発生する複数台の熱源装置を備え、空調機の熱負荷の変動に応じて上記複数台の熱源装置を運転状態または停止状態に制御する熱源装置の台数制御が行われている。図３は従来の代表的な熱源装置の台数制御を行なう空調熱源設備を示す。空調熱源設備は並列に設けた複数台の熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃと空調機２との間で上記温調水を循環させる循環路１０を形成している。循環路１０には、空調機２から温調水を各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃへ戻す還水管１２側に、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃに対応して温調水を圧送する複数の一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃを備えている。
【０００３】
各ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ、上記熱交換後に空調機２から戻る温調水の水温を水温センサ４０および温度調節器４ａ，４ｂ，４ｃで検出し、検出した水温に基づいて、各ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃに設けられたポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃにより各ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの回転数を制御してそれらの流量を調整するようにしている。図の１３，１４は送水ヘッダおよび還水ヘッダであり、３ｄは空調機２側の二次ポンプ、１５は送水ヘッダ１３と還水ヘッダ１４間をつないだバイパス管でバルブ１６により開閉される。
【０００４】
また、空調熱源設備は、空調機２から戻る温調水の水温を検出する水温センサ４１と温度調節器４ｄ、およびこれらで検出した水温に基づいて各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの運転停止を制御する台数制御装置６Ａを備えている。台数制御装置６Ａは、空調機２で熱交換された温調水の水温を温度調節器４ｄで検出し、検出した水温と予め設定された設定水温との差によって空調機２の熱負荷状態を判定し、熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの運転停止制御をおこなうようにしている。台数制御装置６Ａは空調機２の熱負荷が大きいときに熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの運転台数を増加し、熱負荷が小さいときに運転台数を減少させる。しかしながら、熱交換後の温調水の水温変化のみで熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの台数制御を行っているので、台数制御の精度が低い。
【０００５】
そこで、他の従来の空調熱源設備として、熱交換後の負荷熱量を算出し、該負荷熱量により複数台の熱源装置の台数制御を行っているものがある。図４に示すように、台数制御装置６Ｂは、循環路１０の送水管１１側に各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃから空調機２へ送られる温調水の水温を検出する水温センサ４１ａを備え、還水管１２側に流量計７と熱交換後の水温を検出する水温センサ４１ｂを備えている。台数制御装置６Ｂは、空調機２へ送られる温調水の水温および熱交換後の水温との差と、温調水の流量から負荷熱量を算出する。空調機２の熱負荷が大きいと上記負荷熱量が大きくなるので熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの運転台数を増加し、熱負荷が小さいと負荷熱量が小さくなるので運転台数を減少させる。
【０００６】
更に、負荷熱量に基づいて熱源装置の台数制御を行う従来の他の空調熱源設備として、負荷熱量、ポンプ制御出力の回帰、ポンプ制御出力の予測、およびバイパス管９流量の情報に基づいて、より精度の高い熱源装置の台数制御を行うものがある（特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２５７９３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱交換後の温調水の水温変化のみに基づいて台数制御を行なう設備では空調機の熱負荷の変動に応じて熱源装置の台数制御を精度よくできない。また、従来の水温の変化と流量との負荷熱量に基づいて台数制御を行う設備では、いずれも水温センサ４１ａ，４１ｂや流量計７等を増設しなければならず設備が複雑化してコストが高くなるうえ、制御も複雑になる。そこで本発明は、空調機による熱交換後の温調水の温度変化と流量の変化とに基づいて精度のよい熱源装置の台数制御を実現でき、簡素かつ低コストの設備ですむ空調熱源設備を提供することを課題としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷水または温水たる温調水を熱媒体とする空調熱源設備であって、上記温調水を発生する複数台の熱源装置と、上記各熱源装置に対応して設けられ、上記温調水を空調機へ送るとともに、上記空調機から上記各熱源装置へ戻す複数台のポンプと、上記各ポンプに対応して設けられ、上記各熱源装置へ戻る温調水の水温を検出して上記空調機の熱負荷状態を検出する複数の熱負荷検出手段と、各熱負荷検出手段の検出結果に基づいて上記各ポンプの稼働状態を制御して温調水の流量を調整する複数台のポンプ流量制御装置を備えた空調熱源設備において、上記各ポンプ流量制御装置から上記各ポンプの稼働制御情報を受信し、該制御情報に基づいて上記複数台の熱源装置を運転状態または停止状態に制御せしめる台数制御装置を設ける（請求項１）。
【００１０】
上記台数制御装置は、上記空調機の熱負荷が大きく、上記各冷温水ポンプによる上記冷水または温水の流量が多くなったとき、運転状態にする上記熱源装置の台数を増やし、空調機の熱負荷が小さく、上記各冷温水ポンプによる冷水または温水の流量が少なくなったとき、停止状態とする熱源装置の台数を増やすようになす（請求項２）。また、上記台数制御装置が上記各ポンプ流量制御装置から受信する上記各ポンプの稼働制御情報を、上記各ポンプが所定の稼働状態に上がったときに上記各ポンプ流量制御装置から発信されるＯＮ信号と、上記各ポンプが所定の稼働状態に下がったときに各ポンプ流量制御装置から発信されるＯＦＦ信号との２種類の信号とする（請求項３）。
【００１１】
ポンプ流量制御装置は熱負荷検出手段による温調水の水温に基づいてポンプによる温調水の流量を制御するので、ポンプ流量制御装置からポンプの稼働制御情報を受ける台数制御装置は実質的に、温調水の水温と流量に基づいて熱源装置の台数制御を行なうこととなるので、精度の高い熱源装置の台数制御を行なうことができる。また台数制御装置は独自に温調水の水温や流量を計測する装置が不要で、空調熱源設備の設備が簡素化でき、コスト低減がはかれる。かつ台数制御装置は２種類の信号からなるポンプの稼働制御情報に基づいて制御するので簡単な制御ですむ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、空調熱源装置は、複数台の熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃから空調機２へ冷水または温水の温調水を送るとともに、空調機２から各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃへ上記温調水を戻す循環路１０が構成してある。各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃは循環路１０に並列に設けてあり、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃから空調機２へ温調水を送る送水管１１には各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃで発生した温調水を混ぜる送水側ヘッダ１３が設けてあり、かつ送水側ヘッダ１３と空調機２との間には二次ポンプ３ｄが設けてある。
【００１３】
循環路１０の還水管１２には空調機２から戻る温調水を還水側ヘッダ１４で各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃへ振り分けて戻すようにしてある。還水側ヘッダ１４と各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃとの間には、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃに対応する複数台の一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃが設けてある。
【００１４】
各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃは、電動モーターにより駆動するポンプである。各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃにはそれぞれ、上記各モーターへの供給電源の周波数を可変してモーターの回転速度を制御するインバーター装置たるポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃが電気的に接続してあり、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ、各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃからの制御指令により温調水の流量を可変するようにしてある。
【００１５】
還水側ヘッダ１４から各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃへ至る還水管１２にはそれぞれ、温調水の水温を検知する熱負荷検出手段として、水温センサ４０と各水温センサ４０の検出値を読み取る温度調節器４ａ，４ｂ，４ｃが設けてある。各温度調節器４ａ，４ｂ，４ｃは各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃと電気的に接続してあり、温度調節器４ａ，４ｂ，４ｃは、上記読み取った温調水の水温情報に基づいて各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃへ制御信号を送信する。
【００１６】
各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの運転台数を制御する台数制御装置６は、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃと電気的に接続してあり、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃへこれらを運転させるか否かの制御指令を送るようにしてある。また、台数制御装置６は、各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃと電気的に接続してあり、各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃから各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働制御情報を受信するようにしている。
【００１７】
空調熱源装置は、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃによって作られた温調水が、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃおよび二次ポンプ３ｄにより送水側ヘッダ１３を経由して空調機２へ圧送される。空調機２へ送られた温調水は、空調機２で熱交換された後、還水側ヘッダ１４を経由して再び各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃに戻ってくる。熱交換された温調水はその水温が変化する。この時、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃへ戻る温調水の水温を各水温センサ４０および各温度調節器４ａ，４ｂ，４ｃで検知し、各温度調節器４ａ，４ｂ，４ｃは、検知した水温と予め設定された設置水温とを比較し、これらの偏差に基づいて各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃを制御して各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの流量を増減変化させる。例えば冷房の場合、空調機２の熱負荷が大きい場合、熱交換後の温調水の水温が高くなり、設置水温との偏差が大きくなるので各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの流量を増加する。逆に、空調機２の熱負荷が小さいと、熱交換後の温調水の水温と上記設定水温との偏差が小さくなるので流量を減少させる。
【００１８】
そして、空調機２の熱負荷が小さく温調水の流量が減少したとき、台数制御装置６により複数台の熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの運転台数を減らして省エネ運転をはかる。台数制御装置６は、各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃから受信した上記稼働制御情報に基づいて各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃを運転または停止させる制御を行なう。以下、図２に基づいて台数制御装置６の制御内容の詳細を説明する。
【００１９】
例えば、空調熱源設備は、冷房時に、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働周波数がそれぞれ５６Ｈｚのときに各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの冷房能力がそれぞれ約１００％となるように設定してあり、空調機２の最大熱負荷時に３台の熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃを合わせた約３００％の冷房能力が発揮される。尚、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃは各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働周波数がそれぞれ３２Ｈｚのとき冷房能力が約５３％となるようにしてある。
【００２０】
各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃから台数制御装置６へ送信する上記稼働制御情報は２種類の信号からなり、一方は、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働周波数が５４Ｈｚに上がったときに発信するＯＮ信号、他方は、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働周波数が３２Ｈｚに下がったときに発信するＯＦＦ信号である。
【００２１】
図２に示すように、空調機２の熱負荷が上記全体の冷房能力の約２４０％に相当するとき、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの１台当りの冷房能力は約８０％必要で、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃは約４８Ｈｚで稼働している。冷房している室温が下がり空調機２の熱負荷が小さくなって約１６０％に低下すると（図のＡ位置）、一台当りの各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの冷房能力が約５３％ですみ、一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働周波数がそれぞれ温調水の水温変化に基づいて約３２Ｈｚに下がる。このとき、各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃの上記稼働制御情報はＯＦＦ信号を発する。尚、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働周波数は、必ずしも同時に下がらず、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃに対応する水温センサ４０や温度調節器４ａ，４ｂ，４ｃおよび各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃの精度によりずれが生じる。図では、最初に一次ポンプ３ａの稼働周波数が下がるものとする。
【００２２】
一次ポンプ３ａの稼働周波数が低下して台数制御装置６が最初のＯＦＦ信号を受信すると（図のＢ位置）、台数制御装置６は各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃのうちのいずれか一台を停止させる（図では熱源装置１ａを止めるものとする）。即ち、空調機２の熱負荷が約１６０％のとき、熱源装置１ａを１台停止しても他の２台の熱源装置１ｂ，１ｃをそれぞれ冷房能力約８０％以上で運転すれば、２台の熱源装置１ｂ，１ｃで必要な冷房能力を充分に確保できる。また、停止させる熱源装置１ａは必ずしも最初に稼働周波数が下がったものに限定せず、各熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃが順に停止するように台数制御装置６により選択制御させるようにする。台数制御装置６は熱源装置１ａを止めるとともに、これに対応する一次ポンプ３ａも止める。
【００２３】
熱源装置１ａを止めると、他の熱源装置１ｂ，１ｃの一台当りの冷房能力を約８０％に上げるため、各一次ポンプ３ｂ，３ｃの稼働周波数がそれぞれ温調水の水温変化に基づいて約４８Ｈｚに上がる。
【００２４】
更に、空調機２の熱負荷が小さくなって約８０％に低下すると（図のＣ位置）、各熱源装置１ｂ，１ｃの一台当りの冷房能力が約４０％となり、各一次ポンプ３ｂ，３ｃの稼働周波数がそれぞれ約３２Ｈｚ以下に下がる。このとき、各ポンプ流量制御装置５ｂ，５ｃの上記稼働制御情報はＯＦＦ信号を発する。
【００２５】
各一次ポンプ３ｂ，３ｃの稼働周波数が約３２Ｈｚ以下にさがって台数制御装置６が最初のＯＦＦ信号を受信すると、台数制御装置６は各熱源装置１ｂ，１ｃのうちのいずれか一台（熱源装置１ｂ）を停止させ、これに対応する一次ポンプ３ｂを停止させる。空調機２の熱負荷が約８０％となると、熱源装置１ｂを停止しても他の熱源装置１ｃを冷房能力約８０％以上で運転すれば、必要な冷房能力を確保できる。熱源装置１ｂを止めると、他の熱源装置１ｃの冷房能力を約８０％に上げるため、一次ポンプ３ｃの稼働周波数が約４８Ｈｚに上がる。
【００２６】
更に、冷房する室内の室温が下がって空調機２の熱負荷が下がると一次ポンプ３ｃの稼働周波数を下げ、熱源装置１ｃの冷房能力を下げる。空調機２の熱負荷が約１５〜２０％となると、熱源装置１ｃは、その本体内に組込まれた温度調節機能により自動的に停止する（図のＤ位置）。尚、台数制御装置６は、一次ポンプ３ｃの稼働周波数が３２Ｈｚ以下に下がるときにポンプ流量制御装置５ｃのＯＦＦ信号を受信しても、これに基づく熱源装置１ｃへの停止指令を発信しないようにしている。熱源装置１ｃが停止しても、一次ポンプ３ｃは最低稼働周波数（３０Ｈｚ）で継続稼働している。
【００２７】
次に、上記室温が上昇して空調機２の熱負荷が大きくなり、温調水の水温が上がると上記温度調節機能により自動的に停止した熱源装置１ｃが再度、運転を開始する（図のＥ位置）。空調機２の熱負荷が約８０％となると、これに応じて、一次ポンプ３ｃの稼働周波数が約４８Ｈｚに上昇し、熱源装置１ｃの冷房能力が約８０％となる。
【００２８】
更に、空調機２の熱負荷が大きくなり空調熱源設備全体の冷房能力の約１２０％に相当するとき、これに応じて、一次ポンプ３ｃの稼働周波数が上がり、熱源装置１ｃの冷房能力が約９０％程度まで増加すると、一次ポンプ３ｃの稼働周波数が約５４Ｈｚとなって、ポンプ流量制御装置５ｃから台数制御装置６へ上記稼働制御情報のＯＮ信号が発信される（図のＦ位置）。上記ＯＮ信号を受信した台数制御装置６は、停止状態の熱源装置１ａ，１ｂのいずれか一台を運転させる（図は熱源装置１ｂを運転させる）。これにより、各熱源装置１ｂ，１ｃの冷房能力は一台当り約６０％ですみ、各一次ポンプ３ｂ，３ｃの稼働周波数が約３７Ｈｚとなる。
【００２９】
更に、空調機２の熱負荷が約２１０％に増加すると、各熱源装置１ｂ，１ｃの１台当りの冷房能力が１００％以上となり、これに追従して、各一次ポンプ３ｂ，３ｃの稼働周波数が上がり、各熱源装置１ｂ，１ｃの冷房能力が約９０％程度まで増加すると、各一次ポンプ３ｂ，３ｃの稼働周波数が約５４Ｈｚとなって、各ポンプ流量制御装置５ｂ，５ｃから台数制御装置６へ上記稼働制御情報のＯＮ信号が発信される（図のＧ位置）。これらのいずれか早い信号を受けた台数制御装置６は、停止状態の熱源装置１ａへ運転指令を発信して熱源装置１ａを運転させる。熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃが運転することにより、一台当りの冷房能力は約７０％ですみ、各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの稼働周波数が約４３Ｈｚとなる。
【００３０】
このように、本発明の空調熱源設備は、台数制御装置６により、空調機２の熱負荷が下がると、熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの運転台数を減らすとともに、空調機２の熱負荷が上がったときに運転台数を増やす制御が行われ省エネ運転が実施される。熱源装置１ａ，１ｂ，１ｃの台数制御を実施するに当たって、台数制御装置６は、従来のように、独自に温調水の水温や流量を検知する水温センサや温度調節器および流量計が不要で低コストですむ。また、各ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃは温調水の水温変動に基づいて各一次ポンプ３ａ，３ｂ，３ｃの流量を制御しており、ポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃからポンプ稼働制御情報を受信する台数制御装置６は、実質的に温調水の水温変動と流量とに基づいて台数制御することとなり、空調機２の熱負荷の変動に追従する台数制御の精度が高い。しかもポンプ流量制御装置５ａ，５ｂ，５ｃから台数制御装置６が受信するポンプ稼働制御情報がＯＮ信号とＯＦＦ信号の２種類のみとし、空調機２の負荷熱量等を算出する必要がないので単純な制御ですむ。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の空調熱源設備によれば、空調機の熱負荷の変動に応じて、熱交換後の温調水の温度変化と、流量の変化とに基づいた精度の高い熱源装置の台数制御を実施することができ、かつ空調熱源設備自体を低コストにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空調熱源設備の温調水の循環路および電気的な接続を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明の空調熱源設備の台数制御のタイミングチャートを示す図である。
【図３】従来の空調熱源設備の温調水の循環路および電気的な接続を示す概略ブロック図である。
【図４】従来の他の空調熱源設備の温調水の循環路および電気的な接続を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ  熱源装置
２  空調機
３ａ，３ｂ，３ｃ  ポンプ（一次ポンプ）
４ａ，４ｂ，４ｃ  熱負荷検出装置（温度調節器）
４０  水温センサ
５ａ，５ｂ，５ｃ  ポンプ流量制御装置
６  台数制御装置
【図１】
2004308950.tif 000003
【図２】
2004308950.tif 000004
【図３】
2004308950.tif 000005
【図４】
2004308950.tif 000006