(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源と、
前記熱源の冷水出口側に１次側冷水往管路を介して接続する第１往ヘッダと、
１次冷水ポンプを途中に備える１次側冷水還管路を介して、前記熱源の冷水入口側に接続する還ヘッダと、
前記第１往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続されるヘッダ間バイパス路と、
前記第１往ヘッダに２次冷水ポンプを介して接続する第２往ヘッダと、
空調機を備え、前記第２往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続される２次側冷水往管路及び２次側冷水還管路と、
前記２次側冷水往管路又は前記２次側冷水還管路のいずれかに設置される負荷側流量計と、前記２次側冷水往管路と前記２次側冷水還管路とにそれぞれ設置される負荷出口温度センサ及び負荷入口温度センサと、
前記熱源及び前記１次冷水ポンプに接続される制御装置と、
前記２次側冷水往管路または前記２次側冷水還管路のいずれかの部位の圧力を一定にするよう前記２次冷水ポンプの吐出圧制御を行う吐出圧制御弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記負荷側流量計の負荷流量計測値と、前記熱源の設計流量に基づき予め正値として設定される前記ヘッダ間バイパス路を流れるバイパス流量の想定値との合計値を、前記熱源の設計流量の合計値で除して百分率表示した冷水負荷流量比率を算出し、
前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差と前記負荷側流量計の負荷流量計測値を乗じて算出される負荷熱量計測値を、前記熱源の設計熱量の合計値で除して百分率表示した冷水負荷熱量比率を算出し、
前記冷水負荷流量比率と前記冷水負荷熱量比率との何れか大きい値を冷水負荷率とし、
前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差の大小や前記ヘッダ間バイパス路の流量の確保を考慮した１次冷水流量の百分率表示である前記冷水負荷率に基づいて、前記１次冷水ポンプの流量制御による前記熱源の流量制御を行い、
さらに、１台の熱源機をベース源として、他の熱源機を熱源発停優先順位をつけて各々、増段の閾値と減段の閾値とを前記冷水負荷率の具体値として設定することで前記熱源の台数制御を行う
ことを特徴とする熱源制御システム。
【請求項２】
熱源と、
前記熱源の冷水出口側に１次側冷水往管路を介して接続する往ヘッダと、
１次冷水ポンプを途中に備える１次側冷水還管路を介して、前記熱源の冷水入口側に接続する還ヘッダと、
前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続されるヘッダ間バイパス路と、
空調機を備え、前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続される２次側冷水往管路及び２次側冷水還管路と、
前記２次側冷水往管路又は前記２次側冷水還管路のいずれかに設置される負荷側流量計と、前記２次側冷水往管路と前記２次側冷水還管路とにそれぞれ設置される負荷出口温度センサ及び負荷入口温度センサと、
前記熱源及び前記１次冷水ポンプに接続される制御装置と、
前記熱源、前記１次側冷水往管路、前記１次側冷水還管路、前記空調機、前記２次側冷水往管路及び前記２次側冷水還管路の圧力損失分の揚程を有する前記１次冷水ポンプと、
を備え、
前記制御装置は、
前記負荷側流量計の負荷流量計測値と、前記熱源の設計流量に基づき予め正値として設定される前記ヘッダ間バイパス路を流れるバイパス流量の想定値との合計値を、前記熱源の設計流量の合計値で除して百分率表示した冷水負荷流量比率を算出し、
前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差と前記負荷側流量計の負荷流量計測値を乗じて算出される負荷熱量計測値を、前記熱源の設計熱量の合計値で除して百分率表示した冷水負荷熱量比率を算出し、
前記冷水負荷流量比率と前記冷水負荷熱量比率との何れか大きい値を冷水負荷率とし、
前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差の大小や前記ヘッダ間バイパス路の流量の確保を考慮した１次冷水流量の百分率表示である前記冷水負荷率に基づいて、前記１次冷水ポンプの流量制御による前記熱源の流量制御を行い、
さらに、１台の熱源機をベース源として、他の熱源機を熱源発停優先順位をつけて各々、増段の閾値と減段の閾値とを前記冷水負荷率の具体値として設定することで前記熱源の台数制御を行う
ことを特徴とする熱源制御システム。
【請求項３】
熱源と、
前記熱源の温水出口側に１次側温水往管路を介して接続する第１往ヘッダと、
１次温水ポンプを途中に備える１次側温水還管路を介して、前記熱源の温水入口側に接続する還ヘッダと、
前記第１往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続されるヘッダ間バイパス路と、
前記第１往ヘッダに２次温水ポンプを介して接続する第２往ヘッダと、
空調機を備え、前記第２往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続される２次側温水往管路及び２次側温水還管路と、
前記２次側温水往管路又は前記２次側温水還管路のいずれかに設置される負荷側流量計と、前記２次側温水往管路と前記２次側温水還管路とにそれぞれ設置される負荷出口温度センサ及び負荷入口温度センサと、
前記熱源及び前記１次温水ポンプに接続される制御装置と、
前記２次側温水往管路または前記２次側温水還管路のいずれかの部位の圧力を一定にするよう前記２次温水ポンプの吐出圧制御を行う吐出圧制御弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記負荷側流量計の負荷流量計測値と、前記熱源の設計流量に基づき予め正値として設定される前記ヘッダ間バイパス路を流れるバイパス流量の想定値との合計値を、前記熱源の設計流量の合計値で除して百分率表示した温水負荷流量比率を算出し、
前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差と前記負荷側流量計の負荷流量計測値を乗じて算出される負荷熱量計測値を、前記熱源の設計熱量の合計値で除して百分率表示した温水負荷熱量比率を算出し、
前記温水負荷流量比率と前記温水負荷熱量比率との何れか大きい値を温水負荷率とし、
前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差の大小や前記ヘッダ間バイパス路の流量の確保を考慮した１次温水流量の百分率表示である前記温水負荷率に基づいて、前記１次温水ポンプの流量制御による前記熱源の流量制御を行い、
さらに、１台の熱源機をベース源として、他の熱源機を熱源発停優先順位をつけて各々、増段の閾値と減段の閾値とを前記温水負荷率の具体値として設定することで前記熱源の台数制御を行う
ことを特徴とする熱源制御システム。
【請求項４】
熱源と、
前記熱源の温水出口側に１次側温水往管路を介して接続する往ヘッダと、
１次温水ポンプを途中に備える１次側温水還管路を介して、前記熱源の温水入口側に接続する還ヘッダと、
前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続されるヘッダ間バイパス路と、
空調機を備え、前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続される２次側温水往管路及び２次側温水還管路と、
前記２次側温水往管路又は前記２次側温水還管路のいずれかに設置される負荷側流量計と、前記２次側温水往管路と前記２次側温水還管路とにそれぞれ設置される負荷出口温度センサ及び負荷入口温度センサと、
前記熱源及び前記１次温水ポンプに接続される制御装置と、
前記熱源、前記１次側温水往管路、前記１次側温水還管路、前記空調機、前記２次側温水往管路及び前記２次側温水還管路の圧力損失分の揚程を有する前記１次温水ポンプと、
を備え、
前記制御装置は、
前記負荷側流量計の負荷流量計測値と、前記熱源の設計流量に基づき予め正値として設定される前記ヘッダ間バイパス路を流れるバイパス流量の想定値との合計値を、前記熱源の設計流量の合計値で除して百分率表示した温水負荷流量比率を算出し、
前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差と前記負荷側流量計の負荷流量計測値を乗じて算出される負荷熱量計測値を、前記熱源の設計熱量の合計値で除して百分率表示した温水負荷熱量比率を算出し、
前記温水負荷流量比率と前記温水負荷熱量比率との何れか大きい値を温水負荷率とし、
前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差の大小や前記ヘッダ間バイパス路の流量の確保を考慮した１次温水流量の百分率表示である前記温水負荷率に基づいて、前記１次温水ポンプの流量制御による前記熱源の流量制御を行い、
さらに、１台の熱源機をベース源として、他の熱源機を熱源発停優先順位をつけて各々、増段の閾値と減段の閾値とを前記温水負荷率の具体値として設定することで前記熱源の台数制御を行う
ことを特徴とする熱源制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒に水やブラインを用いる空調などの冷凍機や冷温水発生機を熱源とする熱源設備における、熱源台数の制御及び冷温水ポンプの変流量制御を可能とする熱源制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調設備の熱源の配管方式として、冷水又は温水が密閉された配管内をポンプによって循環する密閉配管方式が知られている。密閉配管方式は、熱源設備をヘッダにより冷凍機側と負荷側とを一次側と二次側として分け、空調機などの負荷側（二次側）を受け持つ２次ポンプの有無により、１次ポンプ方式と２次ポンプ方式とがある。１次ポンプ方式は、１次ポンプのみで冷水又は温水を熱源機器から空調機まで、密閉配管すべてを循環させる配管方式である。２次ポンプ方式は、１次ポンプと２次ポンプとを設け、１次ポンプは冷水又は温水を熱源機器周りに循環する、詳しく言うと熱源機械室に在る往ヘッダ及び還ヘッダまでの配管抵抗と、冷凍機など熱源機器などの水圧損分との合計を揚程として受け持つものであって、２次ポンプは空調機など２次側に冷水又は温水を循環するだけの冷水コイルや制御弁などの水圧損分を受け持つ。２次ポンプ方式は、１次ポンプ方式と異なり、密閉配管系の揚程を２種類のポンプで分け合うものである。
以下の説明では、冷水を冷熱媒、熱源を冷凍機とする場合を説明する。
１次ポンプ方式は、図８に示すように、冷凍機（熱源機）１０１と、往ヘッダ１０３と、還ヘッダ１０５と、空調機（ＡＨＵ）１０７とを備えている。
そして、冷凍機（熱源機）１０１と往ヘッダ１０３との間を１次側冷水往管路１１１で接続し、冷凍機（熱源機）１０１と還ヘッダ１０５との間を冷水ポンプ（１次ポンプ）１１５を設けた１次側冷水還管路１１３で接続して熱源の１次側を構成している。
【０００３】
また、空調機（ＡＨＵ）１０７と往ヘッダ１０３との間を２次冷水往水路１２１で接続し、空調機（ＡＨＵ）１０７と還ヘッダ１０５との間を２次冷水還水路１１９で接続している。通常は、空調機（ＡＨＵ）１０７は複数台設置され、各空調機（ＡＨＵ）１０７の後段には二方弁１０９が設置されており、これらによって熱源の２次側を構成している。
また、往ヘッダ１０３と還ヘッダ１０５との間には、ヘッダ間バイパス弁１２５を備えたヘッダ間バイパス路１２３を設けてヘッダ差圧制御を行っている。熱源の冷凍機の通過最低流量を確保しながら、負荷側に掛かる差圧を一定にして空調機の温度制御を安定させることができる。また、還ヘッダ１０５には、膨張タンク１２７を設けて密閉配管内を大気圧以上に保ってポンプ吸い込み側キャビテーション防止とともに冷水の温度による体積変化を吸収している。ヘッダ間バイパス弁１２５は、往ヘッダ１０３および還ヘッダ１０５間の差圧を一定とするように制御される。バイパス弁１２５の制御により１次流量≧２次流量が補償され、還ヘッダ１０５の高温の還冷水がヘッダ間バイパス路１２３を介して往ヘッダ１０３に逆流することはない。
【０００４】
密閉配管方式には、密閉されている装置配管内保有水量の水温変化に伴う体積変動を吸収するため、図８に示すように、一般に配管の最上部より上部の位置に膨張タンク１２７を設けている。膨張タンクには、開放式膨張タンクと密閉式膨張タンクとがある。
このように、１次ポンプ方式は、図８に示すように、１次ポンプ１１５のみで冷水を冷凍機（熱源）１０１から空調機（ＡＨＵ）１０７まで循環させる配管方式である。
１次ポンプ方式では、ヘッダ間バイパス路１２３を流れる冷水量があり１次流量が２次流量よりも大きくなり、また、２次側負荷熱量によって熱源運転台数の制御を行うと負荷側で温度差がつかない場合に運転台数不足が生じて運転中の熱源機が過負荷運転となる。そのため、１次ポンプ方式では、２次冷水負荷流量によって、冷凍機（熱源機）１０１の運転台数と１次冷水流量とを決定する。
【０００５】
一方、２次ポンプ方式は、図９に示すように、冷凍機（熱源機）１０１と、往ヘッダ１０３と、還ヘッダ１０５と、空調機（ＡＨＵ）１０７とを備える。
２次ポンプ方式は、図９に示すように、冷水を冷凍機（熱源機）１０１まわりに循環させるために１次ポンプ１１５を使用し、空調機１０７など負荷側に冷水を循環させるために２次ポンプ１３１を使用する配管方式である。
具体的には、往ヘッダ１０３の空調機（ＡＨＵ）１０７側に第２の冷水往ヘッダ１２９を設け、往ヘッダ１０３と第２の冷水往ヘッダ１２９との間に複数台の冷水ポンプ（２次ポンプ）１３１及び２次ポンプ出入口バイパス管に吐出圧制御弁１３３を設けている。また、ヘッダ間バイパス路１２３には、バイパス弁が設けられていない。
２次ポンプ方式では、２次ポンプ１３１の吐出側の第２の冷水往ヘッダ１２９からの圧力を、第２の冷水往ヘッダに備える圧力発信器からの圧力信号を圧力指示調節計で演算した出力にて２次ポンプの回転数制御による送水圧力の一定制御をしたり、それに２次側流量を計測して計測負荷流量値により必要圧力を演算して推定末端圧制御として送水圧力の可変制御を行ったり、複数の負荷のうちの末端負荷における末端差圧を末端に設置した差圧発信器からの差圧信号に基づいて送水圧力の可変制御を行ったりするのである。
【０００６】
２次ポンプ方式の場合、１次流量と２次流量は一致せず、負荷に見合う流量は２次ポンプの変流量制御で供給し、熱源機の役割は２次側熱量に見合う冷熱量を供給することとなるので、２次冷水負荷熱量で熱源機の台数制御を行っている。
２次ポンプ方式の場合、必ずしも１次流量≧２次流量とはならないため、１次ポンプ方式とは異なる。２次ポンプ方式の場合、２次冷水往温度と２次冷水還温度との差（以下、２次側冷水ΔＴと称する）が設計値（ΔＴ＝５℃）よりも小さい場合に、２次流量＞１次流量となり、還ヘッダ１０５の高温水が往ヘッダ１０３へヘッダ間バイパス路１２３を介して逆流してしまい、２次冷水往温度が、例えば、冷凍機１０１の冷水出口温度の７℃から、８℃や９℃へ上昇する場合が生じる。
【０００７】
このように、２次冷水往温度が上昇すると、熱交換器としての冷水コイルの設計は、冷水供給温度は冷凍機出口温度で行うことが通例であり、冷水の供給温度が上昇することで空調対象空気温度との温度差が小さくなり、空調機（ＡＨＵ）１０７における冷房能力が低下することがある。
そして、空調機（ＡＨＵ）１０７を設置する箇所がオフィスであれば高温や高湿によるクレームが発生し、空調機（ＡＨＵ）１０７を設置する箇所が工場であれば生産品の品質低下をきたすおそれがある。
このような問題点を解決するために、従来では、２次冷水往温度の温度補償のため、２次送水往温度が高温になると待機中の熱源機をＯＮとして１次側の冷水循環量を増加させてヘッダ間バイパスでの逆流を防止する機能を追加する対策が講じられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３３０６６１２号公報
【特許文献２】特許第４５１３５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来の対策では、制御ロジック（制御方法の切替、制御方法移行条件など）が複雑になること、温度による強制ＯＮ／ＯＦＦが外乱となること、２次側冷水ΔＴが変動すると、２次送水温度が安定化しないこと、往還ヘッダ間バイパス流量が増加すると、１次ポンプ消費電力が増大することなどの不具合があり、省エネルギー性及び快適性の面から好ましくないことが指摘されている。
そこで、１次ポンプ方式、２次ポンプ方式では、冷水熱源能力低下を想定し、２次冷水往温度上昇時には冷凍機（熱源機）１０１の運転台数を強制的に増段できるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
しかし、２次ポンプ方式では、２次冷水温度差＜設計温度差の場合、２次冷水流量＞１次冷水流量となり、２次冷水往還温度が上昇するため、冷凍機（熱源機）１０１の運転台数を強制的に増段又は強制的に１次冷水の流量を増大させる機能が必要である。
また、２次ポンプ方式と１次ポンプ方式とで、制御方式を切り替える必要がある。
【００１１】
また、複数台の冷凍機を用いた冷熱供給システム及びこの冷熱供給システムに用いられる冷凍機の台数制御装置において、冷却負荷に通水される冷水流量と、冷却負荷の入口冷水温度及び出口冷水温度と冷水流量とから算出される負荷側交換熱量のそれぞれから予め定めた基準値に基づいて冷凍機の運転台数を決定し、これらの大きい方の台数を実際の運転台数として設定し、基準値は、冷却水温度を所定のタイミングで定格値より低い温度になっているか否かを検出して、冷却水温度が定格値以下のとき、冷却水温度が定格値から低い側への偏差に比例して増加させる方向に変更されることが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
しかし、特許文献２では、「負荷冷水流量」と「冷水負荷熱量」とのそれぞれから予め定めた冷凍負荷基準値に基づいて運転台数を決定するのに、物理単位が異なる流量と熱量とのどちらか大きいほうの台数を設定して制御しているので、その指標のまとめ方が面倒である。
【００１３】
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、物理単位が異なる「水量」と「熱量」とを同じ指標に扱える百分率として処理することによって２次負荷状態を単純化することを可能とした熱源制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る熱源制御システムの一例は、熱源と、前記熱源の冷水出口側に１次側冷水往管路を介して接続する第１往ヘッダと、１次冷水ポンプを途中に備える１次側冷水還管路を介して、前記熱源の冷水入口側に接続する還ヘッダと、前記第１往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続されるヘッダ間バイパス路と、前記第１往ヘッダに２次冷水ポンプを介して接続する第２往ヘッダと、空調機を備え、前記第２往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続される２次側冷水往管路及び２次側冷水還管路と、前記２次側冷水往管路又は前記２次側冷水還管路のいずれかに設置される負荷側流量計と、前記２次側冷水往管路と前記２次側冷水還管路とにそれぞれ設置される負荷出口温度センサ及び負荷入口温度センサと、前記熱源及び前記１次冷水ポンプに接続される制御装置と、前記２次側冷水往管路または前記２次側冷水還管路のいずれかの部位の圧力を一定にするよう前記２次冷水ポンプの吐出圧制御を行う吐出圧制御弁と、を備え、前記制御装置は、前記負荷側流量計の負荷流量計測値と、前記熱源の設計流量に基づき予め正値として設定される前記ヘッダ間バイパス路を流れるバイパス流量の想定値との合計値を、前記熱源の設計流量の合計値で除して百分率表示した冷水負荷流量比率を算出し、前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差と前記負荷側流量計の負荷流量計測値を乗じて算出される負荷熱量計測値を、前記熱源の設計熱量の合計値で除して百分率表示した冷水負荷熱量比率を算出し、前記冷水負荷流量比率と前記冷水負荷熱量比率との何れか大きい値を冷水負荷率とし、前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差の大小や前記ヘッダ間バイパス路の流量の確保を考慮した１次冷水流量の百分率表示である前記冷水負荷率に基づいて、前記１次冷水ポンプの流量制御による前記熱源の流量制御を行い、さらに、１台の熱源機をベース源として、他の熱源機を熱源発停優先順位をつけて各々、増段の閾値と減段の閾値とを前記冷水負荷率の具体値として設定することで前記熱源の台数制御を行う。
【００１５】
本発明に係る熱源制御システムの他の例は、熱源と、前記熱源の冷水出口側に１次側冷水往管路を介して接続する往ヘッダと、１次冷水ポンプを途中に備える１次側冷水還管路を介して、前記熱源の冷水入口側に接続する還ヘッダと、前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続されるヘッダ間バイパス路と、空調機を備え、前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続される２次側冷水往管路及び２次側冷水還管路と、前記２次側冷水往管路又は前記２次側冷水還管路のいずれかに設置される負荷側流量計と、前記２次側冷水往管路と前記２次側冷水還管路とにそれぞれ設置される負荷出口温度センサ及び負荷入口温度センサと、前記熱源及び前記１次冷水ポンプに接続される制御装置と、前記熱源、前記１次側冷水往管路、前記１次側冷水還管路、前記空調機、前記２次側冷水往管路及び前記２次側冷水還管路の圧力損失分の揚程を有する前記１次冷水ポンプと、を備え、前記制御装置は、前記負荷側流量計の負荷流量計測値と、前記熱源の設計流量に基づき予め正値として設定される前記ヘッダ間バイパス路を流れるバイパス流量の想定値との合計値を、前記熱源の設計流量の合計値で除して百分率表示した冷水負荷流量比率を算出し、前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差と前記負荷側流量計の負荷流量計測値を乗じて算出される負荷熱量計測値を、前記熱源の設計熱量の合計値で除して百分率表示した冷水負荷熱量比率を算出し、前記冷水負荷流量比率と前記冷水負荷熱量比率との何れか大きい値を冷水負荷率とし、前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差の大小や前記ヘッダ間バイパス路の流量の確保を考慮した１次冷水流量の百分率表示である前記冷水負荷率に基づいて、前記１次冷水ポンプの流量制御による前記熱源の流量制御を行い、さらに、１台の熱源機をベース源として、他の熱源機を熱源発停優先順位をつけて各々、増段の閾値と減段の閾値とを前記冷水負荷率の具体値として設定することで前記熱源の台数制御を行う。
【００１６】
本発明に係る熱源制御システムのさらに他の例は、熱源と、前記熱源の温水出口側に１次側温水往管路を介して接続する第１往ヘッダと、１次温水ポンプを途中に備える１次側温水還管路を介して、前記熱源の温水入口側に接続する還ヘッダと、前記第１往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続されるヘッダ間バイパス路と、前記第１往ヘッダに２次温水ポンプを介して接続する第２往ヘッダと、空調機を備え、前記第２往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続される２次側温水往管路及び２次側温水還管路と、前記２次側温水往管路又は前記２次側温水還管路のいずれかに設置される負荷側流量計と、前記２次側温水往管路と前記２次側温水還管路とにそれぞれ設置される負荷出口温度センサ及び負荷入口温度センサと、前記熱源及び前記１次温水ポンプに接続される制御装置と、前記２次側温水往管路または前記２次側温水還管路のいずれかの部位の圧力を一定にするよう前記２次温水ポンプの吐出圧制御を行う吐出圧制御弁と、を備え、前記制御装置は、前記負荷側流量計の負荷流量計測値と、前記熱源の設計流量に基づき予め正値として設定される前記ヘッダ間バイパス路を流れるバイパス流量の想定値との合計値を、前記熱源の設計流量の合計値で除して百分率表示した温水負荷流量比率を算出し、前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差と前記負荷側流量計の負荷流量計測値を乗じて算出される負荷熱量計測値を、前記熱源の設計熱量の合計値で除して百分率表示した温水負荷熱量比率を算出し、前記温水負荷流量比率と前記温水負荷熱量比率との何れか大きい値を温水負荷率とし、前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差の大小や前記ヘッダ間バイパス路の流量の確保を考慮した１次温水流量の百分率表示である前記温水負荷率に基づいて、前記１次温水ポンプの流量制御による前記熱源の流量制御を行い、さらに、１台の熱源機をベース源として、他の熱源機を熱源発停優先順位をつけて各々、増段の閾値と減段の閾値とを前記温水負荷率の具体値として設定することで前記熱源の台数制御を行う。
【００１７】
本発明に係る熱源制御システムのさらに他の例は、熱源と、前記熱源の温水出口側に１次側温水往管路を介して接続する往ヘッダと、１次温水ポンプを途中に備える１次側温水還管路を介して、前記熱源の温水入口側に接続する還ヘッダと、前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続されるヘッダ間バイパス路と、空調機を備え、前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間に接続される２次側温水往管路及び２次側温水還管路と、前記２次側温水往管路又は前記２次側温水還管路のいずれかに設置される負荷側流量計と、前記２次側温水往管路と前記２次側温水還管路とにそれぞれ設置される負荷出口温度センサ及び負荷入口温度センサと、前記熱源及び前記１次温水ポンプに接続される制御装置と、前記熱源、前記１次側温水往管路、前記１次側温水還管路、前記空調機、前記２次側温水往管路及び前記２次側温水還管路の圧力損失分の揚程を有する前記１次温水ポンプと、を備え、前記制御装置は、前記負荷側流量計の負荷流量計測値と、前記熱源の設計流量に基づき予め正値として設定される前記ヘッダ間バイパス路を流れるバイパス流量の想定値との合計値を、前記熱源の設計流量の合計値で除して百分率表示した温水負荷流量比率を算出し、前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差と前記負荷側流量計の負荷流量計測値を乗じて算出される負荷熱量計測値を、前記熱源の設計熱量の合計値で除して百分率表示した温水負荷熱量比率を算出し、前記温水負荷流量比率と前記温水負荷熱量比率との何れか大きい値を温水負荷率とし、前記負荷出口温度センサ及び前記負荷入口温度センサの計測値の差の大小や前記ヘッダ間バイパス路の流量の確保を考慮した１次温水流量の百分率表示である前記温水負荷率に基づいて、前記１次温水ポンプの流量制御による前記熱源の流量制御を行い、さらに、１台の熱源機をベース源として、他の熱源機を熱源発停優先順位をつけて各々、増段の閾値と減段の閾値とを前記温水負荷率の具体値として設定することで前記熱源の台数制御を行う。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、熱量と流量という異なる物理量を百分率という同じ単位とすることで、２次負荷状態の単純化を図ることができる。
本発明によれば、２次負荷状態を百分率表示することで、１次ポンプ方式でも２次ポンプ方式でも対応可能である。
本発明によれば、一つの制御パラメータで、熱源台数制御と１次冷水変流量制御とを同時に実現することができる。
【００１９】
本発明によれば、一般的な制御方式に比べて、外乱が少なく、省エネルギー性、快適性が向上する。
本発明によれば、往還ヘッダ間バイパス流量が減少することで、１次ポンプ消費電力の削減にも貢献することができる。
本発明によれば、制御ロジックが単純であるため、コントローラの開発費や保守費が安価となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態の制御フローを示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態による熱源台数制御の設定を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態の適用例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態の適用例を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態の適用例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示す説明図である。
【図８】従来の１次ポンプ方式を示す図である。
【図９】従来の２次ポンプ方式を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す。
本実施形態は、本発明に係る熱源制御システムを２次ポンプ方式に適用した例を示す。
【００２２】
熱源制御システムは、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄと、往ヘッダ２７と、還ヘッダ２９と、２つの空調機（ＡＨＵ）４９ａ，４９ｂとを備える。
４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄには、熱源制御システムのコントローラであるＰＬＣ（Programmable Logic Controller）から熱源発停指令及び冷水出口温度ＳＰ（Set Point:設定値）が入力される。また、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄからは、熱源運転状態、熱源故障状態及び軽負荷運転状態がＰＬＣへ出力される。
【００２３】
４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄと往ヘッダ２７との間は、４つの１次側冷水往管路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄでそれぞれ接続されている。１次側冷水往管路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄには、冷凍機出口冷水温度センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが設けられている。冷凍機出口冷水温度センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの温度ＰＶ（Process Value:計測値）は、ＰＬＣへ出力される。
【００２４】
４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄと還ヘッダ２９との間は、４つの１次側冷水還管路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄでそれぞれ接続されている。４つの１次側冷水還管路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、還ヘッダ２９から４つの冷凍機（熱源機）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに向かって、熱源機流量計１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄと、冷水ポンプ（１次ポンプ）２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、冷凍機入口冷水温度センサ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄがそれぞれ設けられている。冷凍機入口冷水温度センサ温度センサ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの計測値は、ＰＬＣへ出力される。
【００２５】
熱源機流量計１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの流量ＰＶは、流量制御用の流量指示調節計（ＦＩＣ:Flow Indicating Controller）２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄへ出力される。流量指示調節計２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄは、ＰＬＣから流量ＳＰを受け、流量ＰＶが流量ＳＰとなるように、冷水ポンプ（１次ポンプ）２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの回転数をそれぞれのＩＮＶを制御して可変する。
往ヘッダ２７と還ヘッダ２９とは、ヘッダ間バイパス路３１を介して接続されている。
【００２６】
このように、本実施形態では、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄと、４つの１次側冷水往管路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、往ヘッダ２７と、還ヘッダ２９と、４つの１次側冷水還管路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄとによって熱源の１次側が構成されている。
【００２７】
一方、往ヘッダ２７には、第２の往ヘッダ８３が複数の２次冷水ポンプ８５ａ、８５ｂ及び２次側冷水往水路の一部を介して接続されている。２次冷水ポンプ８５ａ、８５ｂは、往ヘッダ２７と第２の往ヘッダ８３との間に並列に接続されている。また、往ヘッダ２７と第２の往ヘッダ８３との間には吐出圧制御弁８９を設けた２次ポンプ出入口バイパス管路８７が接続されている。
第２の往ヘッダ８３と還ヘッダ２９との間には、第２の往ヘッダ８３と空調機（４９ａ，４９ｂ）とを接続する２次側冷水往水路３９と、空調機（４９ａ，４９ｂ）と還ヘッダ２９とを接続する２次側冷水還水路４１とが設けられており、図１では２系統だが実際は多数系統があって熱源の２次側を構成している。２次側冷水往水路３９は、１系統冷水管４３ａ及び２系統冷水管４３ｂの２つの管路に分岐し、１系統冷水管４３ａ及び２系統冷水管４３ｂは２次側冷水還水路４１に合流する。
【００２８】
１系統冷水管４３ａ及び２系統冷水管４３ｂには、負荷入口温度センサ４５ａ，４５ｂと、二方弁４７ａ，４７ｂと、空調機（ＡＨＵ１）４９ａ，空調機（ＡＨＵ２）４９ｂと、負荷出口温度センサ５１ａ，５１ｂと、負荷側流量計５３ａ，５３ｂとがそれぞれ設けられている。負荷入口温度センサ４５ａ，４５ｂ及び負荷出口温度センサ５１ａ，５１ｂの計測値は、ＰＬＣへ出力される。
【００２９】
２次側冷水還水路４１には、フリークーリング熱交換器５７を介してフリークーリング冷却塔５９と熱的に接続するフリークーリング分岐冷水管路５５が分岐点と合流点の２点で接続されている。フリークーリング分岐冷水管路５５は、フリークーリング熱交換器５７に向かって２次側冷水還水路４１との分岐点からフリークーリング流量計６１とフリークーリング冷水ポンプ６３とフリークーリング熱交換器入口温度センサ６５とを備えている。フリークーリング流量計６１にて計測されたフリークーリング流量ＰＶは流量制御用のフリク流量指示調節計（ＦＩＣ）６７へ出力され、フリク流量指示調節計６７からＰＬＣへフリークーリング流量ＰＶが出力される。また、フリク流量指示調節計６７には、ＰＬＣからフリークーリング流量ＳＰが入力される。フリク流量指示調節計６７は、フリークーリング流量ＰＶがフリークーリング流量ＳＰになるように、フリークーリング冷水ポンプインバータＩＮＶを制御してフリークーリング冷水ポンプ６３の回転数を制御している。フリークーリング熱交換器５７の下流側のフリークーリング分岐冷水管路５５には、フリークーリング熱交換器出口温度センサ６９が設けられている。フリークーリング熱交換器入口温度センサ６５及びフリークーリング熱交換器出口温度センサ６９の計測値は、ＰＬＣへ出力される。
【００３０】
フリークーリング熱交換器５７とフリークーリング冷却塔５９とを接続するフリク循環水路７１には、フリークーリング冷却塔出口温度センサ７３とフリク冷却水ポンプ７５とが設けられている。フリク冷却水ポンプ７５は、インバータＩＮＶを備え、フリク冷却水ポンプ７５の回転数はフリークーリング熱交換器出口温度センサ６９の計測値に基づく温度制御用の指示調節計７７の出力によってインバータＩＮＶを制御することで調整される。
フリークーリング冷却塔５９は、インバータＩＮＶを備えた冷却塔ファン８１によって冷却される。冷却塔ファン８１の回転数は、フリークーリング冷却塔出口温度センサ７３の計測値に基づく温度制御用の指示調節計７９の出力によってインバータＩＮＶを制御することで調整される。
本実施形態では、フリークーリング熱交換器５７を介して熱的に接続されるフリク循環水路７１とフリークーリング分岐冷水管路５５とで、還水フリークーリングを構成している。
【００３１】
本実施形態において、ＰＬＣは、１系統冷水管４３ａ及び２系統冷水管４３ｂで構成される２次側冷水系統の負荷流量計測値ＰＶとヘッダ間バイパス路３１の流量の想定値との合計値を、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄの設計流量の合計値で除して百分率表示とする冷水負荷流量比率を算出する。また、ＰＬＣは、１系統冷水管４３ａ及び２系統冷水管４３ｂで構成される２次側冷水系統の負荷熱量計測値を、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄの設計熱量の合計値で除して百分率表示とする冷水負荷熱量比率を算出する。また、ＰＬＣは、冷水負荷流量比率と冷水負荷熱量比率との何れか大きい値を、２次冷水負荷率とし、この２次冷水負荷率に基づいて、熱源の台数制御又は１次冷水の変流量制御を行うように構成されている。
【００３２】
次に、図２に示す冷水負荷率の制御フローに基づいて、本実施形態における冷水負荷率の計算方法を説明する。
１）冷水負荷流量比率の計算（ステップＳ１〜Ｓ４）について説明する。
先ず、ＰＬＣは、冷水熱源として、増減段対象となる全熱源、即ち、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄの設計流量（ｍ３／ｈ）の合計値を求める。従って、フリークーリング、温水熱源、増減段対象ではない熱源は除外される。
冷水流量最大値（ｍ３／ｈ）＝冷水熱源の設計流量の合計値（ステップＳ１）
【００３３】
次に、ＰＬＣは、負荷流量計測値（ｍ３／ｈ）と冷水バイパス流量想定値（ｍ３／ｈ）より、冷水負荷流量を次式にて計算する。
以下の説明では、１系統冷水管４３ａの負荷流量を１系統負荷流量とし、２系統冷水管４３ｂの負荷流量を２系統負荷流量として説明する。
２次冷水ポンプ８５ａ及び８５ｂが停止しているとき、２系統負荷流量ＰＶ＝０（ｍ３／ｈ）とする。２次冷水ポンプ８５ａ及び８５ｂのうち、１台でも運転しているときに、ＰＬＣは、次の計算を行う。
冷水負荷流量ＰＶ（ｍ３／ｈ）＝１系統負荷流量ＰＶ＋２系統負荷流量ＰＶ（ステップＳ２）  
【００３４】
次に、ＰＬＣは、熱源全体の冷水流量の目標値である冷水要求流量ＳＰを、バイパス流量想定値を加味して、次式で求める。
冷水要求流量ＳＰ（ｍ３／ｈ）＝冷水負荷流量ＰＶ＋バイパス流量想定値（ステップＳ３）
ここで、バイパス流量想定値は、例えば、０ｍ３／ｈ以上でベース熱源の冷水流量設計値の１０％以下程度の値である。バイパス流量想定値をゼロとすると省エネ性能が最もよくなるが、バイパス管の逆流による２次冷水往温度の上昇のリスクがある。通常、バイパス流量想定値は、熱源機１台の設計流量の１０％程度とする。
次に、ＰＬＣは、冷水負荷流量比率（％）を次式で算出する。
冷水負荷流量比率（％）＝１００×冷水要求流量ＳＰ÷冷水流量最大値（ステップＳ４）
【００３５】
２）冷水負荷熱量比率の計算（ステップＳ５〜Ｓ８）について説明する。
先ず、ＰＬＣは、冷水熱源として、増減段対象となる全熱源、即ち、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄの設計熱量（ｍ３／ｈ）の合計値を求める。
冷水熱量最大値＝冷水熱源の設計熱量の合計値（ステップＳ５）
次に、ＰＬＣは、１系統負荷流量ＰＶ（ｍ３／ｈ、５３ａの計測流量値）≧０及び１系統冷水△Ｔ（℃、５１ａと４７ａとの各計測値の温度差）≧０とし、１系統負荷熱量（ｋＷ）を次式にて計算する。
以下の説明では、１系統冷水管４３ａの負荷熱量を１系統負荷熱量とし、２系統冷水管４３ｂの負荷熱量を２系統負荷熱量として説明する。
【００３６】
１系統負荷熱量（ｋＷ）＝1.163×１系統負荷流量ＰＶ×１系統冷水ΔＴ（５１ａと４７ａとの温度差）
ここで、1.163（ｋＷ）は、次式により求められる。
１（ｍ３／ｈ）×１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）×4.1868（ｋＪ／ｋｃａｌ）×1000（ｋｇ／ｍ３）÷3600（ｓ／ｈ）＝1.163（ｋＷ）
２系統負荷流量ＰＶ（ｍ３／ｈ、５３ｂの計測流量値）≧０及び冷水△Ｔ（℃）≧０とし、２系統負荷熱量（ｋＷ）を次式にて計算する。
【００３７】
２系統負荷熱量（ｋＷ）＝1.163×２系統負荷流量ＰＶ×２系統冷水△Ｔ（５１ｂと４７ｂとの温度差）
フリークーリング（フリクとも称する）冷水流量ＰＶ（ｍ３／ｈ、６１の計測流量値）≧０及び冷水△Ｔ（℃、６５と６９との各計測値の温度差）≧０とし、フリク冷水熱量（ｋＷ）を次式にて計算する。
フリク冷水ポンプ運転状態＝０（停止）のとき、フリク冷水熱量ＰＶ＝０（ｋＷ）とする。
フリク冷水熱量（ｋＷ）＝1.163×フリク冷水流量ＰＶ×冷水ΔＴ（６５と６９との温度差）
ＰＬＣは、冷水負荷熱量を次式で算出する。なお、冷水要求熱量ＳＰ≧０とする。
冷水負荷熱量ＰＶ（ｋＷ）＝１系統負荷熱量ＰＶ＋２系統負荷熱量ＰＶ（ステップＳ６）
【００３８】
また、ＰＬＣは、冷水要求熱量を次式で算出する。
例えば、実施形態において、フリークーリングによる予冷を行う場合には、負荷熱量からフリークーリングによる熱量を減算すればよい。
冷水要求熱量ＳＰ（ｋＷ）＝負荷熱量ＰＶ−フリク生成熱量（ステップＳ７）
ここで、還水フリク方式は、冷凍機（Ｒｌ〜Ｒ４）に対して、予冷熱源となるので、中間期僅かでも冷水還水温度よりも外気湿球温度が低くなれば原理的に利用可能であり、自然冷熱利用による冷凍機運転動力の低減に繋がる。
冷水熱源として運転可能な熱源（フリク除外）の設計冷水熱量（ｋＷ）の合計値を求める。
次に、ＰＬＣは、冷水負荷熱量比率＝１００×冷水要求熱量ＳＰ／冷水熱量最大値を計算する（ステップＳ８）。
冷水負荷熱量ＰＶ＝０（ｋＷ）のとき、冷水負荷熱量比率＝０（％）とする。
【００３９】
３）冷水負荷率の計算について説明する。
本実施形態では、ＰＬＣは、冷水流量比率と冷水負荷熱量比率との大きい値を、冷水負荷率とする。
冷水負荷率＝ＭＡＸ（冷水流量比率，冷水負荷熱量比率）（ステップＳ９）
なお、「ＭＡＸ（Ａ）」は、Ａの最大値を返す関数を示す。
４）冷水負荷計算方法において、ＰＬＣは、熱量を考慮するか又は流量のみを考慮するかを判断する（ステップＳ１０）。
熱量を考慮する場合には、ＰＬＣは、冷水負荷率＝ＭＡＸ（冷水流量比率，冷水負荷熱量比率）として処理する（ステップＳ１１）。
１次ポンプ方式において１次冷水流量≧２次冷水流量とする場合のように流量のみを考慮する場合には、ＰＬＣは、冷水負荷率＝冷水流量比率として処理する（ステップＳ１２）。
そして、ＰＬＣは、ステップＳ１１又はステップＳ１２で求めた冷水負荷率に基づいて熱源台数制御（増減段制御）を行う（ステップＳ１３）。
【００４０】
次に、冷水負荷率の物理的な意味について考察する。
最適容量方式による冷水変流量制御のねらいは、各熱源が生成する熱量の比率を変えることにあるが、直接熱量を制御することはできない。そこで、２次側冷水ΔＴは同じという前提で、冷水流量を変えることで、間接的に各熱源が生成する熱量の比率を変えている。このように、ＰＬＣが出力する物理量は、流量であることから、ＰＬＣに対する負荷とは、冷水負荷流量である。
【００４１】
そこで、冷水負荷流量計測値に、一定の往還バイパス流量確保するためのバイパス流量目標値をプラスし、冷水負荷流量比率を算出する。流量絶対値（ｍ３／ｈ）ではなく流量比率（％）としたのは、後述する熱量と流量の大小の比較を可能とするためである。
この冷水負荷流量比率で、１次側の変流量制御を行うと、２次冷水△Ｔが設計条件（通常５℃）より大きい場合に、１次側冷水流量不足が発生する。この対策として、冷水負荷熱量を冷水負荷流量として換算（２次冷水△Ｔ＝設計条件）したのが冷水負荷熱量比率（冷水負荷流量比率に相当する値）である。
【００４２】
冷水負荷流量比率と冷水負荷熱量比率との大小を比較し、大きい方を冷水負荷率とする。『２次冷水△Ｔ＝設計△Ｔ』又は『２次冷水△Ｔ＜設計△Ｔ』であれば、『冷水負荷率＝冷水負荷流量比率』となり、『２次冷水△Ｔ＞設計△Ｔ』であれば、『冷水負荷率＝冷水負荷熱量比率』となる。この冷水負荷率が、ＰＬＣの制御パラメータである。
以上をまとめると、冷水負荷率とは、２次側冷水ΔＴの大小や往還バイパス流量の確保を考慮した上で、熱源が２次側へ送水する必要がある１次冷水流量の百分率表示と言える。
【００４３】
次に、熱源台数制御（増減段数制御）について説明する。
ＰＬＣは、優先順位が１番目（Ｎｏ．１）の冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａをベース源とし、冷熱源群の発停指令がＯＮの時に常時ＯＮとする。
熱源発停優先順位は、図３に基づいて、増段設定（Ｕｐ１〜Ｕｐ６）及び減段設定（Ｄｎ１〜Ｄｎ６）は事前に設定する。
例えば、１番目（Ｎｏ．１）の冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａが運転しているときに冷水負荷率が３６％を超えると２番目（Ｎｏ．２）の冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂを増段（Ｕｐ１）する設定とし、さらに２番目（Ｎｏ．２）の冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂも運転しているときに冷水負荷率が５４％を超えると３番目（Ｎｏ．３）の冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃを増段（Ｕｐ２）する設定としたりする。
逆に、３番目（Ｎｏ．３）の冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃが運転している際に冷水負荷率が４９％を下回ると、３番目（Ｎｏ．３）の冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃを停止減段（Ｄｎ２）し、さらに２番目（Ｎｏ．２）の冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ｂが運転しているときに冷水負荷率が３２％を下回ると、２番目（Ｎｏ．２）の冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ｂを停止減段（Ｄｎ１）する。
そして、ＰＬＣは、一定周期（１０〜２０分程度）で、冷水負荷率と増減段設定とを比較し、増段ポイント（Ｕｐ１，２，３、Ｄｎ１，２，３）を計算し、運転する熱源機（Ｎｏ．１，２，３）を決定する。
必要に応じて、運転時間の平準化目的としたローテーションを行う。
【００４４】
熱源運転台数が変化した場合、一定の効果待ち時間を設ける。
熱源が停止後一定時間は、ＰＬＣにて対象熱源の再起動を禁止とする。
熱源の故障を検知すると対象熱源に対してＰＬＣは、停止指令を送信し、台数制御対象から除外する。
熱源機の能力変動等の補正を行うために、ＰＬＣは、往温度による増段補正を行う。ただし、軽負荷運転状態の熱源がある場合、往温度よる増段は行わない。
熱源機の能力変動等の補正を行うために、ＰＬＣは、還ヘッダ２９内温度による減段補正を行う。
各熱源に対する発停指令と各熱源の運転状態が不一致の場合には、ＰＬＣは、停止指令を対象熱源に送信する。
熱源起動失敗時は、次順序の熱源を負荷に応じて代替運転とする。
【００４５】
次に、図４〜図６に基づいて、２次負荷熱量が６０％、２次負荷冷水ΔＴの設計条件が１０℃の場合について、２次側冷水ΔＴの大小による具体的な制御方法について説明する。
熱源（Ｒ−１，Ｒ−２）の仕様は、２次側冷水ΔＴの設計値＝１０℃、定格冷水熱量＝７００ＲＴ、冷水流量の設計値＝２１１．５ｍ３／ｈとする。
【００４６】
２次側冷水ΔＴの設計値＝１０℃の条件において、２次冷水熱量は、１００％のとき１４００ＲＴであり、６０％のとき８４０ＲＴである。また、２次冷水流量は、２次冷水熱量が１００％のとき４２３．０ｍ３／ｈであり、２次冷水熱量が１００％のとき２５３．８ｍ３／ｈである。また、往ヘッダから還ヘッダへのバイパス流量の想定量は１０．０ｍ３／ｈである。
【００４７】
先ず、図４に基づいて、２次側冷水ΔＴが１００％の場合について説明する。図４の例における、１次冷水及び２次冷水の流量、１次側冷水ΔＴ及び２次側冷水ΔＴ、及び熱量は、表１に示す。
【表１】
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２次側冷水ΔＴが１００％の場合には、２次側冷水ΔＴ＝１０．０℃（１００％）、１次側冷水ΔＴ＝１０．０℃（１００％）となる。また、２次流量比率は、２次側冷水ΔＴが１００％であるから、１００％×６０％＝６０％となり、２次熱量比率６０％と一致する。
図４の例での１次流量の算出方法は下記の通りである。
負荷流量比率は、（２５３．８＋１０）／４２３＝６２．４％である。
負荷比率は、負荷流量比率と負荷熱量比率のいずれか大きい方の値をとる。すなわち、
負荷比率＝ＭＡＸ（負荷流量比率，負荷熱量比率）
＝ＭＡＸ（６２．４％，６０％）＝６２．４％である。
また、１次流量は、負荷比率と設計流量との積で求めることができる。すなわち、
１次流量＝負荷比率×設計流量＝６２．４％×４２３＝３３２．３ｍ３／ｈである。
また、図４の例でのバイパス流量は１０．０ｍ３／ｈであり、想定値で見込んだバイパス流量に一致する。また、図４の例での２次冷水往温度は７℃であり、冷凍機の冷水出口温度と同じ温度となる。なお、バイパス流量の想定値を１０ｍ３／ｈにすると、バイパス流量を０ｍ３／ｈとする場合と比べて、冷水ポンプの消費エネルギーが多少増加するものが、２次冷水温度が安定するため空調機の運用における快適性は向上する。
【００４８】
次に、図５に基づいて、２次側冷水ΔＴが１２０％の場合について説明する。図５の例における、１次冷水及び２次冷水の流量、１次側冷水ΔＴ及び２次側冷水ΔＴ、及び熱量は、表２に示す。
【表２】
0006434848.tif 000003
２次側冷水ΔＴが１２０％の場合には、２次側冷水ΔＴ＝１２．０℃（１２０％）、１次側冷水ΔＴ＝１０．０℃（１００％）となる。また、２次流量比率は、２次側冷水ΔＴが１００％の場合と比べて、２１１．５ｍ３／ｈ÷４２３．０ｍ３／ｈ×１００＝５０％となり、２次熱量比率６０％よりも小さくなる。
図５の例での１次流量の算出方法は下記の通りである。
負荷流量比率は、（２１１．５＋１０）／４２３＝５３．２％である。
負荷比率は、負荷流量比率と負荷熱量比率のいずれか大きい方の値をとる。すなわち、
負荷比率＝ＭＡＸ（５３．２％，６０％）＝６０．０％である。
また、１次流量は、負荷比率と設計流量との積で求めることができる。すなわち、
１次流量＝負荷比率×設計流量＝６０．０％×４２３＝２５３．８ｍ３／ｈである。
また、図５の例でのバイパス流量は、１次流量（２５３．８ｍ３／ｈ）−２次流量（２１１．５ｍ３／ｈ）＝４２．３ｍ３／ｈである。２次側冷水ΔＴが大きいほど、往ヘッダから還ヘッダへのバイパス量も大きくなる。また、図５の例での２次冷水往温度は７℃であり、冷凍機の冷水出口温度と同じ温度となる。
【００４９】
また、図６に基づいて、２次側冷水ΔＴが８０％の場合について説明する。図６の例における、１次冷水及び２次冷水の流量、１次側冷水ΔＴ及び２次側冷水ΔＴ、及び熱量は、表３に示す。
【表３】
0006434848.tif 000004
２次側冷水ΔＴが８０％の場合には、２次側冷水ΔＴ＝８．０℃（８０％）、１次側冷水ΔＴ＝１０．０℃（１００％）となる。また、２次流量比率は、２次側冷水ΔＴが１００％の場合に比べて、３１７．２ｍ３／ｈ÷４２３．０ｍ３／ｈ×１００＝７５％となり、２次熱量比率６０％よりも大となる。
図６の例での１次流量の算出方法は下記の通りである。
負荷流量比率は、（３１７．２＋１０）／４２３＝７７．３％である。
負荷比率は、負荷流量比率と負荷熱量比率のいずれか大きい方の値をとる。すなわち、
負荷比率＝ＭＡＸ（７７．３％，６０％）＝７７．３％である。
また、１次流量は、負荷比率と設計流量との積で求めることができる。すなわち、
１次流量＝負荷比率×設計流量＝７７．３％×４２３＝３２７．０ｍ３／ｈである。
また、図６の例でのバイパス流量は１０．０ｍ３／ｈであり、想定値で見込んだバイパス流量に一致する。図６の条件においても、還ヘッダから往ヘッダへの逆流は生じない。また、図６の例での２次冷水往温度は７℃であり、冷凍機の冷水出口温度と同じ温度となる。
【００５０】
以上のように、本実施形態では、２次冷水負荷熱量比率と２次冷水流量比率との何れかの大きい値を、２次冷水負荷率という新しい指標（制御パラメータ）として演算基準値とする。つまり、本実施形態での制御では、熱量と流量という次元の異なる物理量を百分率に換算して同じ次元で扱うことで、二次負荷状態の演算を単純化できる。本実施形態での制御では、２次冷水負荷率の指標に基づいて熱源台数制御と一次冷水の変流量制御とを同時に実現できる。
また、例えば、熱源台数制御のときに、流量に基づき熱源台数の増段を行い、熱量に基づき熱源台数を減段する補償制御を行う場合と比べて、本実施形態の方式によれば制御ロジックを単純化できる。よって、本実施形態の方式による場合、従来と比べて熱源制御システムのコントローラの開発および保守が容易となる。
【００５１】
また、例えば、熱源台数制御のときに、流量に基づき熱源台数の増段を行い、熱量に基づき熱源台数を減段する補償制御を行う場合と比べて、本実施形態の方式によれば制御ロジックの単純化により熱源台数の切り替えも生じにくくなる。そのため、温度による強制ＯＮ／ＯＦＦでの外乱が少なく、かつ空調の省エネ性・快適性を向上させる制御が可能となる。
また、本実施形態によれば、二次負荷状態を百分率表示することで、１次ポンプ方式／２次ポンプ方式や２次冷水温度差の現場による違いに拘わらず、１次冷水流量＞２次冷水流量を適正な流量で制御することができる。
また、本実施形態によれば、従来と比べて往ヘッダから還ヘッダへのバイパス流量も減少するため、１次ポンプの消費電力を削減することもできる。
【００５２】
図７は、本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態では、本発明に係る熱源制御システムを１次ポンプ方式に適用した例を示す。
熱源制御システムは、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄと、往ヘッダ２７と、還ヘッダ２９と、２つの空調機（ＡＨＵ）４９ａ，４９ｂとを備える。
【００５３】
４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄには、ＰＬＣから熱源発停指令及び冷水出口温度ＳＰが入力される。また、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄからは、熱源運転状態、熱源故障状態及び軽負荷運転状態がＰＬＣへ出力される。
【００５４】
４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄと往ヘッダ２７との間は、４つの１次側冷水往管路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄでそれぞれ接続されている。１次側冷水往管路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄには、冷凍機出口冷水温度センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが設けられている。冷凍機出口冷水温度センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの温度ＰＶは、ＰＬＣへ出力される。
【００５５】
４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄと還ヘッダ２９との間は、４つの１次側冷水還管路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄでそれぞれ接続されている。４つの１次側冷水還管路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、還ヘッダ２９から４つの冷凍機（熱源機）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに向かって、熱源機流量計１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄと、冷水ポンプ（１次ポンプ）２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、冷凍機入口冷水温度センサ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとがそれぞれ設けられている。冷凍機入口冷水温度センサ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの計測値は、ＰＬＣへ出力される。
【００５６】
熱源機流量計１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの流量ＰＶは、流量制御用の流量指示調節計２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに出力される。流量指示調節計２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄは、ＰＬＣから流量ＳＰを受け、流量ＰＶが流量ＳＰとなるように、冷水ポンプ（１次ポンプ）２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの回転数をそれぞれのＩＮＶを制御して可変する。
往ヘッダ２７と還ヘッダ２９とは、ヘッダ間差圧調整弁３３を設けたヘッダ間バイパス路３１を介して接続されている。ヘッダ間差圧調整弁３３は、差圧制御用の指示調節計３５によって開度が制御されている。差圧制御用の指示調節計３５は、往ヘッダ２７と還ヘッダ２９との間の差圧を計測する差圧計３７の計測による推定末端差圧ＰＶに基づいてヘッダ間差圧調整弁３３の開閉を制御する。差圧計３７の計測による推定末端差圧ＰＶ及び差圧制御用の指示調節計３５からの開度指示値は、ＰＬＣへ出力される。
【００５７】
このように、本実施形態では、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄと、４つの１次側冷水往管路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、往ヘッダ２７と、還ヘッダ２９と、４つの１次側冷水還管路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄとなどによって熱源の１次側が構成されている。
【００５８】
一方、往ヘッダ２７と還ヘッダ２９との間には、往ヘッダ２７と空調機（４９ａ，４９ｂ）とを接続する２次側冷水往水路３９と、空調機（４９ａ，４９ｂ）と還ヘッダ２９とを接続する２次側冷水還水路４１とが設けられており、熱源の２次側を構成している。２次側冷水往水路３９は、２つの２次冷水系統４３ｃの２つの管路に分岐し、２つの２次冷水系統４３ｃは２次側冷水還水路４１に合流する。
２つの２次冷水系統４３ｃには、負荷入口温度センサ４５ａ，４５ｂと、二方弁４７ａ，４７ｂと、空調機（ＡＨＵ１）４９ａ，空調機（ＡＨＵ２）４９ｂと、負荷出口温度センサ５１ａ，５１ｂと、負荷側流量計５３ａ，５３ｂとがそれぞれ設けてられている。負荷入口温度センサ４５ａ，４５ｂ及び負荷出口温度センサ５１ａ，５１ｂの計測値は、ＰＬＣへ出力される。
【００５９】
２次側冷水還水路４１には、フリークーリング熱交換器５７を介してフリークーリング冷却塔５９と熱的に接続するフリークーリング分岐冷水管路５５が分岐点と合流点の２点で接続されている。フリークーリング分岐冷水管路５５は、フリークーリング熱交換器５７に向かって２次側冷水還水路４１との分岐点からフリークーリング流量計６１とフリークーリング冷水ポンプ６３とフリークーリング熱交換器入口温度センサ６５とを備えている。フリークーリング流量計６１にて計測されたフリークーリング流量ＰＶは流量制御用のフリク流量指示調節計（ＦＩＣ）６７へ出力され、フリク流量指示調節計６７からＰＬＣへフリークーリング流量ＰＶが出力される。また、フリク流量指示調節計６７には、ＰＬＣからフリークーリング流量ＳＰが入力される。フリク流量指示調節計６７は、フリークーリング流量ＰＶがフリークーリング流量ＳＰになるように、フリークーリング冷水ポンプインバータＩＮＶを制御してフリークーリング冷水ポンプ６３の回転数を制御している。フリークーリング熱交換器５７の下流側のフリークーリング分岐冷水管路５５には、フリークーリング熱交換器出口温度センサ６９が設けられている。フリークーリング熱交換器入口温度センサ６５及びフリークーリング熱交換器出口温度センサ６９の計測値は、ＰＬＣへ出力される。
【００６０】
フリークーリング熱交換器５７とフリークーリング冷却塔５９とを接続するフリク循環水路７１には、フリークーリング冷却塔出口温度センサ７３とフリク冷却水ポンプ７５とが設けられている。フリク冷却水ポンプ７５は、インバータＩＮＶを備え、フリク冷却水ポンプ７５の回転数はフリークーリング熱交換器出口温度センサ６９の計測値に基づく温度制御用の指示調節計７７の出力によってインバータＩＮＶを制御することで調整される。
フリークーリング冷却塔５９は、インバータＩＮＶを備えた冷却塔ファン８１によって冷却される。冷却塔ファン８１の回転数は、フリークーリング冷却塔出口温度センサ７３の計測値に基づく温度制御用の指示調節計７９の出力によってインバータＩＮＶを制御することで調整される。
本実施形態でも、フリークーリング熱交換器５７を介して熱的に接続されるフリク循環水路７１とフリークーリング分岐冷水管路５５とで、還水フリークーリングを構成している。
【００６１】
本実施形態においても、ＰＬＣは、空調機４９ａ、４９ｂそれぞれに連絡され空調機入口側は２次側冷水往水路３９の一部をなし空調機出口側は２次側冷水還水路４１の一部をなす、１系統冷水管４３ａ及び２系統冷水管４３ｂで構成される２次側冷水系統の負荷流量計測値ＰＶとヘッダ間バイパス路３１の流量の想定値との合計値を、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄの設計流量の合計値で除して百分率表示とする冷水負荷流量比率を算出する。また、ＰＬＣは、１系統冷水管４３ａ及び２系統冷水管４３ｂで構成される２次側冷水系統の負荷熱量計測値を、４つの冷凍機（熱源機Ｒ１）１１ａ，冷凍機（熱源機Ｒ２）１１ｂ，冷凍機（熱源機Ｒ３）１１ｃ，冷凍機（熱源機Ｒ４）１１ｄの設計熱量の合計値で除して百分率表示とする冷水負荷熱量比率を算出する。また、ＰＬＣは、冷水負荷流量比率と冷水負荷熱量比率との何れか大きい値を、２次冷水負荷率とし、この２次冷水負荷率に基づいて、熱源の台数制御又は１次冷水の変流量制御を行うように構成されている。
【００６２】
第１実施形態で説明した熱源制御システムの制御は、１次ポンプ方式／２次ポンプ方式に拘わらず適用することができる。つまり、図７に示す第２実施形態の熱源制御システムの制御は、第１実施形態の図２−図６の説明と同様の方法によって行われる。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６３】
（実施形態の補足事項）
上記の第１実施形態および第２実施形態の説明では、簡単のため、冷水の循環による冷房運転の場合を説明した。しかし、本発明は、冷水を温水に置き換えて、温水の循環による暖房運転（冷房運転の逆動作）も当然行うことができる。この場合の制御は、第１実施形態の図２−図６の説明について、冷水を温水に置き換えて行えばよい。
なお、本実施形態では、フリークーリング冷却塔５９を用いた還水フリークーリング方式を利用して冷水要求熱量ＳＰを求める場合について説明したが、本発明はこれに限らず、フリークーリング冷却塔５９を用いた還水フリークーリング方式を利用しない場合にも成立する。その場合には、図２に示す制御フローにおいて、冷水要求熱量ＳＰは冷水負荷熱量ＰＶにより求めればよい。
【符号の説明】
【００６４】
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  冷凍機（熱源機Ｒ１）
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  １次側冷水往管路
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ  冷凍機出口冷水温度センサ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ  １次側冷水還管路
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，熱源機流量計
５３ａ，５３ｂ，６１            負荷側流量計、フリークーリング流量計
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ  冷水ポンプ（１次ポンプ）
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，冷凍機入口冷水温度センサ
４５ａ，４５ｂ，                負荷入口温度センサ
５１ａ，５１ｂ，                負荷出口温度センサ
６５，６９                      フリークーリング熱交換器入口（出口）温度センサ
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ  流量指示調節計
２７  往ヘッダ
２９  還ヘッダ
３１  ヘッダ間バイパス路
３３，４７ａ，４７ｂ，８９  制御弁
３５  差圧制御用の指示調節計
３７  差圧計
３９  ２次側冷水往水路
４１  ２次側冷水還水路
４３ａ  １系統冷水管
４３ｂ  ２系統冷水管
４７  冷水還水路
４９ａ，４９ｂ  空調機
５５  フリークーリング分岐冷水管路
５７  フリークーリング熱交換器
５９  フリークーリング冷却塔
６３  フリークーリング冷水ポンプ
７７，７９  温度制御用の指示調節計
８３  第２の往ヘッダ
８５ａ  １次冷水ポンプ
８５ｂ  ２次冷水ポンプ
８７  管路
【図１】
0006434848.tif 000005
【図２】
0006434848.tif 000006
【図３】
0006434848.tif 000007
【図４】
0006434848.tif 000008
【図５】
0006434848.tif 000009
【図６】
0006434848.tif 000010
【図７】
0006434848.tif 000011
【図８】
0006434848.tif 000012
【図９】
0006434848.tif 000013