(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央熱源機から複数の空気調和機に並列的に冷水を循環供給する空気調和設備であって、
前記各空気調和機の並列流路に冷水を通すポンプを設け、
対象の空気調和領域における空調負荷検出手段の信号に基づき、インバータ制御により個別空気調和機を通る冷水の流量制御を行うモータを、対応する前記ポンプに付設し、
経時ごと、前記インバータの出力を演算装置に取り込み、次記（Ａ）式により空気調和機群全体の空調全負荷率Ｒ1kを求めるとともに、
（１）予め設定した１日における経時期間の空調負荷変化率を使用して、次経時期間における空調全負荷率Ｒ1kを予測し、
（２）予測した空調全負荷率Ｒ1kに基づいて冷水の温度設定を行い、その温度設定となるように前記中央熱源機を運転し、
（３）当該次経時期間内において、個別のインバータの出力の最大値が上限値に達する場合に前記中央熱源機からの冷水温度を下げ、下限値に達する場合に前記中央熱源機からの冷水温度を上げる運転を行い、
上記（１）〜（３）を経時期間ごと行う、
ことを特徴とする空気調和設備の運転方法。
0004647469.tif 000007
ここに、
Ｒ1k：経時期間ｋにおける空調全負荷率
Ｑ0i、Ｑ0j：個別ポンプｉ、ｊの設計水量
Ｈzki：個別ポンプｉの経時期間ｋにおけるインバータ出力
Ｈz0i：個別ポンプｉの定格出力
【請求項２】
中央熱源機から複数の空気調和機に並列的に冷水を循環供給する空気調和設備であって、
前記各空気調和機の並列流路に冷水を通すポンプを設け、
対象の空気調和領域における空調負荷検出手段の信号に基づき、個別空気調和機を通る冷水の流量を弁開度により制御する流量調整自動弁を設け、
経時ごと、前記各流量調整自動弁の開度信号を演算装置に取り込み、次記（Ｂ）式により空気調和機群全体の空調全負荷率Ｒ2kを求めるとともに、
（１）予め設定した１日における経時期間の空調負荷変化率を使用して、次経時期間における空調全負荷率Ｒ2kを予測し、
（２）予測した空調全負荷率Ｒ2kに基づいて冷水の温度設定を行い、その温度設定となるように前記中央熱源機を運転し、
（３）当該次経時期間内において、個別の自動弁の開度信号の最大値が上限値に達する場合に前記中央熱源機からの冷水温度を下げ、下限値に達する場合に前記中央熱源機からの冷水温度を上げる運転を行い、
上記（１）〜（３）を経時期間ごと行う、
ことを特徴とする空気調和設備の運転方法。
0004647469.tif 000008
ここに、
Ｒ2k：経時期間ｋにおける空調全負荷率
Ｑ0i、Ｑ0j：個別ポンプｉ、ｊの設計水量
Ｖrki：個別空調機 ｉの経時期間 ｋ における自動制御弁開度
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和設備の運転方法に係り、中央熱源機（たとえば冷凍機）から複数の空気調和機に並列的に冷水を循環供給する空気調和設備の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物の冷房負荷は、外気温度、外気湿度、日射、月日、曜日、時刻、建物利用状況、在室人員、取り入れ外気量、空調方式、自動制御方式などが影響を与えるもので、一日の負荷パターンを正確に予測して、最適な冷水温度を設定することは容易なことではない。過去の運転記録や、外気温度日射などの天気予報などのデータから経験的に選択するほかない。
【０００３】
そして、一日の負荷パターンを正確に予測するためには、各部温度・水量・風量・圧力などのデータの計量・計測・演算および計測データの蓄積と計算ソフトの開発が必要であると同時に、自動制御装置とは別に各部状態量を計量計測する装置を設備する必要があり、設備費および計算ソフトの開発投資が必要になる。
【０００４】
特開平２００３−２８４８８号（特許文献１）には、中央熱源機から複数の空気調和機に並列的に冷水を循環供給する空気調和設備において、並列流路内にポンプを設け、空調負荷に応じて、そのモータをインバータ回転数制御する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平２００３−２８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法は優れた方法であるものの、モータをインバータ回転数制御するのみでは、全体のシステム効率が必ずしも十分でなく、中央熱源機からの冷水温度との相関を考慮すべき事項である。
【０００６】
したがって、本発明の主たる課題は、簡易な計測と演算により、経時的に必要充分な冷水温度の設定及び変更を行い、中央熱源機の成績係数を高め、中央熱源機動力と冷水搬送動力の合計消費動力の低減を図ることにある。もって、きわめて優れた省エネルギー手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１項記載の発明＞
中央熱源機から複数の空気調和機に並列的に冷水を循環供給する空気調和設備であって、
前記各空気調和機の並列流路に冷水を通すポンプを設け、
対象の空気調和領域における空調負荷検出手段の信号に基づき、インバータ制御により個別空気調和機を通る冷水の流量制御を行うモータを、対応する前記ポンプに付設し、
経時ごと、前記インバータの出力を演算装置に取り込み、次記（Ａ）式により空気調和機群全体の空調全負荷率Ｒ1kを求めるとともに、
（１）予め設定した１日における経時期間の空調負荷変化率を使用して、次経時期間における空調全負荷率Ｒ1kを予測し、
（２）予測した空調全負荷率Ｒ1kに基づいて冷水の温度設定を行い、その温度設定となるように前記中央熱源機を運転し、
（３）当該次経時期間内において、個別のインバータの出力の最大値が上限値に達する場合に前記中央熱源機からの冷水温度を下げ、下限値に達する場合に前記中央熱源機からの冷水温度を上げる運転を行い、
上記（１）〜（３）を経時期間ごと行う、
ことを特徴とする空気調和設備の運転方法。
0004647469.tif 000002
ここに、
Ｒ1k：経時期間ｋにおける空調全負荷率
Ｑ0i、Ｑ0j：個別ポンプｉ、ｊの設計水量
Ｈzki：個別ポンプｉの経時期間ｋにおけるインバータ出力
Ｈz0i：個別ポンプｉの定格出力
【０００８】
（作用効果）
本発明では、個別のポンプの動力の流量制御によって消費動力の低減を図るのみならず、中央熱源機からの冷水温度を経時的に変化させる。中央熱源機が冷凍機である場合、冷水温度を上げれば必要な冷凍機動力は大きな割合で低下する。他方で、冷水温度を上げることに伴って、個別ポンプの動力が嵩む。しかし、個別ポンプの総動力の増大量に比較して、冷凍機動力の低下量の方が小さくなることが知見され、もって、個別ポンプの総動力と冷凍機動力との和は、冷水温度を上げることに伴って低下する。その結果、より大きな省エネルギーを達成できるのである。
【０００９】
＜請求項２項記載の発明＞
中央熱源機から複数の空気調和機に並列的に冷水を循環供給する空気調和設備であって、
前記各空気調和機の並列流路に冷水を通すポンプを設け、
対象の空気調和領域における空調負荷検出手段の信号に基づき、個別空気調和機を通る冷水の流量を弁開度により制御する流量調整自動弁を設け、
経時ごと、前記各流量調整自動弁の開度信号を演算装置に取り込み、次記（Ｂ）式により空気調和機群全体の空調全負荷率Ｒ2kを求めるとともに、
（１）予め設定した１日における経時期間の空調負荷変化率を使用して、次経時期間における空調全負荷率Ｒ2kを予測し、
（２）予測した空調全負荷率Ｒ2kに基づいて冷水の温度設定を行い、その温度設定となるように前記中央熱源機を運転し、
（３）当該次経時期間内において、個別の自動弁の開度信号の最大値が上限値に達する場合に前記中央熱源機からの冷水温度を下げ、下限値に達する場合に前記中央熱源機からの冷水温度を上げる運転を行い、
上記（１）〜（３）を経時期間ごと行う、
ことを特徴とする空気調和設備の運転方法。
0004647469.tif 000003
ここに、
Ｒ2k：経時期間ｋにおける空調全負荷率
Ｑ0i、Ｑ0j：個別ポンプｉ、ｊの設計水量
Ｖrki：個別空調機 ｉの経時期間 ｋ における自動制御弁開度
【００１０】
（作用効果）
請求項２の発明における個別空気調和機を通る冷水の流量を弁開度により制御する流量調整自動弁を設ける方式においても、請求項１と同じ原理により、より大きな省エネルギーを達成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、中央熱源機の成績係数を高め、中央熱源機動力と冷水搬送動力の合計消費動力の低減を図ることができる。この効果は、図４のグラフからも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態を挙げてさらに詳説する。
＜第１の実施の形態：請求項１＞
図１は、第１の発明に係る実施の形態を示したもので、建物内に多数の空気調和機ＡＨＵ−１〜ＡＨＵ−Ｎが設けられ、中央熱源機１（たとえば冷凍機またはヒートポンプが用いられ、以下「冷凍機」である場合について説明する。）１からに並列的に冷水を循環供給する構成となっている。
【００１３】
すなわち、冷凍機１から冷水が往ヘッダー２Ａを介して往管路３を通り、分岐管路４１〜４Ｎに分岐し、分岐管路４１〜４Ｎからの冷水の戻りは、還管路５を通り、還ヘッダー２Ｂを介して冷凍機１に戻る構成である。
【００１４】
冷凍機１にはバイパス管路２Ｃが設けられ、必要時において、ポンプ２Ｄにより、冷水を往ヘッダー２Ａから還ヘッダー２Ｂに戻すように構成されている。ポンプ２Ｄにはインバータ制御器ＩＮＶｒが付設されている。
【００１５】
一方、各空気調和機ＡＨＵ−１〜ＡＨＵ−Ｎの並列（分岐）流路４１〜４Ｎに冷水を通すポンプＰ1〜Ｐnが設けられている。図示例では、ポンプＰ1〜Ｐnが空気調和機ＡＨＵ−１〜ＡＨＵ−Ｎの入側に設けられているが、出側に設けることも可能である。
【００１６】
ポンプＰ1〜Ｐnには、インバータ制御器ＩＮＶ1〜ＩＮＶnにより回転数制御が行われるモータ（図示せず）が付設されている。
【００１７】
他方、各空気調和機ＡＨＵ−１〜ＡＨＵ−Ｎの対象の空気調和領域には、空調負荷検出手段Ｓ1〜Ｓn、たとえば調和空気温度検出器が設けられ、その温度の信号と、目標温度との温度差に応じて、インバータ制御器ＩＮＶ1〜ＩＮＶnからの制御信号によりポンプＰ1〜Ｐnが必要な回転数をもって動作するように構成してある。
【００１８】
符号６は、還管路５に設けられた冷水還り温度検出器である。そして、その温度信号は演算装置１０に取り込むようにしてある。さらに、インバータ制御器ＩＮＶ1〜ＩＮＶnからの出力（周波数）信号も演算装置１０に取り込むようにしてある。
【００１９】
演算装置１０では、次記の演算を行い、制御信号を冷凍機１及びポンプ２Ｄのインバータ制御器ＩＮＶｒに与える。冷凍機１では当該制御信号を受けて冷水温度の上昇又は降下を行う。その際に、冷水還り温度検出器６からの現冷水還り温度を踏まえて制御信号が冷凍機１に与えられる。
【００２０】
演算装置１０での演算及び制御信号の出力形態例を、他の図面をも参照しながら説明する。
【００２１】
まず、運転立ち上がり時には、冷水温度を定格冷水温度（たとえば７℃）または暫定の仮予測値（暫定冷水温度）により運転を開始する（ステップＳ１）。
【００２２】
経時ごと、たとえば、１日の冷房が必要な７時〜２０時までの時間を１時間単位を基準としてたとえば毎正時ごと、インバータ制御器ＩＮＶ1〜ＩＮＶnからの出力信号をそれぞれ演算装置１０に取り込む。これに基づき、前記（Ａ）式により空気調和機群全体の空調全負荷率を求める（Ｓ２）。
【００２３】
そして、予め、過去の外気温度、外気湿度、日射、月日、曜日、時刻、建物利用状況、在室人員、取り入れ外気量などの要因に基づき、建物全体の冷房負荷変化をシミュレーションして、たとえば表１及び図２の冷房負荷変化を求めておく。その際に、同冷房負荷変化から表２の示す経時期間（たとえば１時間単位の）空調負荷変化率（この場合、冷房負荷変化率）を求めておく。
【００２４】
そして、ある時間での空気調和機群全体の空調全負荷率（この場合、冷房全負荷率）に基づき次記の運転を行う。
（１）前経時期間における空調全負荷率に対して、予め設定した１日における経時期間の空調負荷変化率に応じて、次経時期間における空調全負荷率の予測を行う（Ｓ３）。たとえば、１０時での空調全負荷率が８４ｋｃａｌ／ｈｒ・ｍ2であったとき、１１時〜１２時の経時期間においては、「１．０７」の空調負荷変化率を乗算する必要があるから、１１時〜１２時の経時期間における空調全負荷率が８９ｋｃａｌ／ｈｒ・ｍ2と予測する。
（２）このように予測した空調全負荷率に基づいて冷水の温度設定を行い、その温度設定となるように冷凍機１を運転する。たとえば、表３に示すように、冷房全負荷率に応じた最適冷水温度の設定値を定めておき（Ｓ４）、その冷房全負荷率に応じた最適冷水温度となるように冷凍機１を運転する（Ｓ５）。
（３）当該次経時期間（たとえば１１時〜１２時）内において、個別のインバータＩＮＶ1〜ＩＮＶnの出力の最大値が上限値、たとえば１００％に達する場合（Ｓ６）には、冷凍機１からの冷水温度をたとえば１℃下げ、下限値、たとえば８０％に達する場合には（Ｓ７）、冷凍機１からの冷水温度をたとえば１℃上げる運転を行う。
上記（１）〜（３）を経時期間（たとえば１時間単位）で行う（Ｓ８及びＳ９）。
【００２５】
【表１】
0004647469.tif 000004
【００２６】
【表２】
0004647469.tif 000005
【００２７】
【表３】
0004647469.tif 000006
【００２８】
ここで、一旦設定した冷水の温度（最適冷水温度）がハンチングすることは望ましくないので、たとえば２０〜３０分の期間は、冷水温度設定値の修正を行わないようにするのが望ましい。
かかる運転を行うことで、大幅な省エネルギーを達成できる。
【００２９】
すなわち、図４には、冷水送水温度設定値と、冷凍機ポンプの所要動力及び個別ポンプの所要動力の関係を示す。横軸に冷水送水温度設定値、縦軸に冷凍機ポンプの所要動力及び個別ポンプの所要動力を示す。冷凍機の所要動力を示す曲線と個別ポンプの所要動力を示す曲線が交差していないので冷凍機ポンプの所要動力の合計を示す曲線は単調減少の曲線となり冷水送水温度設定値が最高のとき、冷凍機ポンプの所要動力の合計が最小となることを示している。
【００３０】
したがって、本発明に従って、冷水送水温度設定値を逐次修正することで、大幅な省エネルギーを達成できるのである。
【００３１】
＜第２の実施の形態：請求項２＞
図５は、第２の発明に係る実施の形態を示したものである。主たる相違点は、対象の空気調和領域における空調負荷検出手段の信号に基づき、個別空気調和機を通る冷水の流量を弁開度により制御する流量調整自動弁Ｖ1〜Ｖnを設けたものである。
【００３２】
冷凍機１のバイパス管路２Ｃには流量調整自動弁Ｖrが設けられ、必要時において、冷水を往ヘッダー２Ａから還ヘッダー２Ｂに戻すように構成されている。
【００３３】
一方、各空気調和機ＡＨＵ−１〜ＡＨＵ−Ｎの並列（分岐）流路４１〜４Ｎに冷水を通す流量調整自動弁Ｖ1〜Ｖnが設けられている。図示例では、流量調整自動弁Ｖ1〜Ｖnが空気調和機ＡＨＵ−１〜ＡＨＵ−Ｎの入側に設けられているが、出側に設けることも可能である。
【００３４】
流量調整自動弁Ｖ1〜Ｖnは、対象の空気調和領域における空調負荷検出手段の信号に基づき、個別空気調和機を通る冷水の流量を弁開度により制御する。
【００３５】
冷凍機１には一次冷水ポンプ２１が設けられ、往ヘッダー２Ａの出側に二次冷水ポンプ２２が設けられている。
【００３６】
そして、流量調整自動弁Ｖ1〜Ｖnからの弁開度信号を演算装置１０に取り込むようにしてある。
【００３７】
演算装置１０では、次記の演算を行い、制御信号を冷凍機１及び流量調整自動弁Ｖ1〜Ｖn及び流量調整自動弁Ｖrに与える。冷凍機１では当該制御信号を受けて冷水温度の上昇又は降下を行う。その際に、冷水還り温度検出器６からの現冷水還り温度を踏まえて制御信号が冷凍機１に与えられる。
【００３８】
すなわち、第１の実施の形態と同様に、経時ごと、たとえば、１日の冷房が必要な７時〜２０時までの時間を１時間単位を基準として、インバータ制御器ＩＮＶ1〜ＩＮＶnからの出力信号をそれぞれ演算装置１０に取り込む。これに基づき、前記（Ｂ）式により空気調和機群全体の空調全負荷率を求める。
【００３９】
ここで、運転立ち上がり時には、冷水温度を定格冷水温度（たとえば７℃）または暫定の仮予測値により運転を開始する。
【００４０】
そして、過去の外気温度、外気湿度、日射、月日、曜日、時刻、建物利用状況、在室人員、取り入れ外気量などの要因に基づき、建物全体の冷房負荷変化をシュミレーションして、たとえば表１及び図２の冷房負荷変化を求めておく。その際に、同冷房負荷変化から表２の示す経時期間（たとえば１時間単位の）空調負荷変化率を求めておく。
【００４１】
そして、ある時間での空気調和機群全体の空調全負荷率に基づき次記の運転を行う。
（１）前経時期間における空調全負荷率に対して、予め設定した１日における経時期間の空調負荷変化率に応じて、次経時期間における空調全負荷率の予測を行う。たとえば、１０時での空調全負荷率が８４ｋｃａｌ／ｈｒ・ｍ2であったとき、１１時〜１２時の経時期間においては、「１．０７」の空調負荷変化率を乗算する必要があるから、１１時〜１２時の経時期間における空調全負荷率が８９ｋｃａｌ／ｈｒ・ｍ2とする。
（２）このように予測した空調全負荷率に基づいて冷水の温度設定を行い、その温度設定となるように冷凍機１を運転する。たとえば、表３に示すように、冷房全負荷率に応じた最適冷水温度の設定値を定めておき、その冷房全負荷率に応じた最適冷水温度となるように冷凍機１を運転する。
（３）当該次経時期間（たとえば１１時〜１２時）内において、個別のインバータＩＮＶ1〜ＩＮＶnの出力の最大値が上限値、たとえば１００％に達する場合には、冷凍機１からの冷水温度をたとえば１℃下げ、下限値、たとえば８０％に達する場合に冷凍機１からの冷水温度をたとえば１℃上げる運転を行う。
上記（１）〜（３）を経時期間（たとえば１時間単位）で行う。
【００４２】
この場合においても、一旦設定した冷水の温度（最適冷水温度）がハンチングすることは望ましくないので、たとえば２０〜３０分の期間は、冷水温度設定値の修正を行わないようにするのが望ましい。
かかる運転を行うことで、大幅な省エネルギーを達成できる。
【００４３】
なお、ヒートポンプにより冬季において空調を行う場合は、温水温度の上下が夏季冷房の場合と逆にして、本発明の思想をそのまま転用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１の実施の形態におけるシステム構成図である。
【図２】冷房負荷の経時変化グラフである。
【図３】第１の実施の形態における運転フロー図である。
【図４】冷水送水温度と消費動力の相関グラフである。
【図５】第２の実施の形態におけるシステム構成図である。
【図６】第２の実施の形態における運転フロー図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…中央熱源機（冷凍機）、２Ａ…往ヘッダー、２Ｂ…還ヘッダー、３…往管路３、４１〜４Ｎ…分岐管路、５…還管路、６…冷水還り温度検出器、１０…演算装置、２１…一次冷水ポンプ、２２…二次冷水ポンプ、ＡＨＵ−１〜ＡＨＵ−Ｎ…空気調和機、Ｐ1〜Ｐn…ポンプ、ＩＮＶ1〜ＩＮＶn…インバータ制御器、Ｖ1〜Ｖn…流量調整自動弁。
【図１】
0004647469.tif 000009
【図２】
0004647469.tif 000010
【図３】
0004647469.tif 000011
【図４】
0004647469.tif 000012
【図５】
0004647469.tif 000013
【図６】
0004647469.tif 000014