(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中の熱及び外気を熱源として作動する複合熱源ユニットシステムであって；
地中の熱を熱源として熱利用機器に供給する熱媒体の温度を調節する地中熱熱源ユニットと；
外気を熱源として前記熱利用機器に供給する熱媒体の温度を調節する外気熱熱源ユニットであって、１種類又は複数種類の外気熱熱源ユニットと；
前記地中熱熱源ユニットの作動時間の経過と、前記地中熱熱源ユニットのＣＯＰとの関係が記憶された地中ＣＯＰ記憶部と；
外気の条件と、前記外気熱熱源ユニットのＣＯＰとの関係が、少なくとも種類別に記憶された外気ＣＯＰ記憶部と；
１日のうちのあらかじめ定められた前記複合熱源ユニットシステムの運転開始時刻と停止時刻との間である運転時間帯の外気の条件の推移の予測の情報を、前記外気ＣＯＰ記憶部に記憶されたＣＯＰに照らして、前記運転時間帯の前記外気熱熱源ユニットのＣＯＰの推移を算出する外気ＣＯＰ算出部と；
前記運転時間帯のうち、前記外気ＣＯＰ算出部で算出されたＣＯＰの極小値を含む時間帯で、あらかじめ定められた前記地中熱熱源ユニットの運転時間長の範囲内で前記地中熱熱源ユニットを運転させるように予定を作成する予定作成部とを備え；
前記予定作成部は、前記運転時間帯を複数の時間帯に区分した各時間帯において、前記地中ＣＯＰ記憶部に記憶されているＣＯＰ及び前記外気ＣＯＰ算出部で算出されたＣＯＰを比較して、ＣＯＰの高いユニットから優先的に運転させる予定を作成するように構成された；
複合熱源ユニットシステム。
【請求項２】
前記運転時間帯の外気の条件の推移の予測の情報を、外部機関から電気通信回線を介して受信する予測外気条件受信手段を備える；
請求項１に記載の複合熱源ユニットシステム。
【請求項３】
前記予定作成部で作成された予定にしたがって前記地中熱熱源ユニット及び前記外気熱熱源ユニットを運転させる制御部を備える；
請求項１又は請求項２に記載の複合熱源ユニットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合熱源ユニットシステムに関し、特に効率の低下を抑制することができる複合熱源ユニットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを有効利用するべく、地中熱を利用して熱源機の効率を改善させるシステムがある。地中熱を利用した熱源システムの一例として、ヒートポンプに対して、冷却塔と、地中と熱交換する熱交換器と、のいずれか一方又は並列もしくは直列の運転モードに切り替えることができ、シミュレーターで冷却塔の熱源水流量比と熱交換器の熱源水流量比と冷却塔ファンの風量比を変化させて算出したシステム消費電力のうちで最小となる最適値を算出し、最適値で運転する熱源システムがある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２７５７３号公報（段落０００６等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地中と熱媒体とで熱交換を行わせると、１日のうちでも時間経過と共に、地中の温度が、地中熱で熱媒体を冷却する場合は上昇し、地中熱で熱媒体を加熱する場合は下降して、地中と熱媒体との交換熱量が減少していく。交換熱量が減少した場合、地中と熱媒体との熱交換を停止すれば、時間経過と共に地中の温度が回復していき、再び元の熱量を交換できるようになる。しかしながら、特許文献１に記載の熱源システムでは、地中熱交換器の効率が低下することを考慮せずに、リアルタイムにその時における効率の高い熱源を選択しているため、１日を通してみると必ずしも効率のよい運転を行っているとは限らない。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、１日のうちの運転時間帯において効率の低下を抑制することができる複合熱源ユニットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る複合熱源ユニットシステムは、例えば図１に示すように、地中Ｇの熱及び外気ＯＡを熱源として作動する複合熱源ユニットシステム１であって；地中Ｇの熱を熱源として熱利用機器９４に供給する熱媒体ＣＨの温度を調節する地中熱熱源ユニット１０と；外気ＯＡを熱源として熱利用機器９４に供給する熱媒体ＣＨの温度を調節する外気熱熱源ユニットであって、１種類又は複数種類の外気熱熱源ユニット２０、３０と；地中熱熱源ユニット１０の作動時間の経過と、地中熱熱源ユニット１０のＣＯＰとの関係が記憶された地中ＣＯＰ記憶部５１と；外気ＯＡの条件と、外気熱熱源ユニット２０、３０のＣＯＰとの関係が、少なくとも種類別に記憶された外気ＣＯＰ記憶部５２と；１日のうちのあらかじめ定められた複合熱源ユニットシステム１の運転開始時刻と停止時刻との間である運転時間帯の外気ＯＡの条件の推移の予測の情報を、外気ＣＯＰ記憶部５２に記憶されたＣＯＰに照らして、運転時間帯の外気熱熱源ユニット１０のＣＯＰの推移を算出する外気ＣＯＰ算出部５４と；運転時間帯のうち、外気ＣＯＰ算出部５４で算出されたＣＯＰの極小値を含む時間帯で、あらかじめ定められた地中熱熱源ユニット１の運転時間長の範囲内で地中熱熱源ユニット１０を運転させるように予定を作成する予定作成部５５とを備える。
【０００７】
このように構成すると、地中の熱飽和に起因して運転時間に制限のある地中熱熱源ユニットを、運転時間帯のうちで外気熱熱源ユニットのＣＯＰが低下する時間帯で運転させることができることとなり、システム全体のＣＯＰの低下を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る複合熱源ユニットシステムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る複合熱源ユニットシステム１において、運転時間帯の外気ＯＡの条件の推移の予測の情報を、外部機関から電気通信回線ＮＷを介して受信する予測外気条件受信手段５３を備える。
【０００９】
このように構成すると、簡便に最新の予測外気条件を取得することができる。
【００１０】
また、本発明の第３の態様に係る複合熱源ユニットシステムは、例えば図１及び図３を参照して示すと、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る複合熱源ユニットシステム１において、予定作成部５５は、運転時間帯を複数の時間帯に区分した各時間帯において、地中ＣＯＰ記憶部５１に記憶されているＣＯＰ及び外気ＣＯＰ算出部５４で算出されたＣＯＰを比較して、ＣＯＰの高いユニットから優先的に運転させる予定を作成するように構成されている。
【００１１】
このように構成すると、部分負荷運転を行う場合に高いＣＯＰのユニットから優先的に運転させるので、システム全体のＣＯＰの低下を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る複合熱源ユニットシステムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る複合熱源ユニットシステム１において、予定作成部５５で作成された予定にしたがって地中熱熱源ユニット１０及び外気熱熱源ユニット２０、３０を運転させる制御部５６を備える。
【００１３】
このように構成すると、システム全体のＣＯＰの低下を抑制した運転を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、地中の熱飽和に起因して運転時間に制限のある地中熱熱源ユニットを、運転時間帯のうちで外気熱熱源ユニットのＣＯＰが低下する時間帯で運転させることができることとなり、システム全体のＣＯＰの低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合ユニットの模式的系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る複合ユニットにおける予定作成の手順のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る複合ユニットにおいて作成した予定の概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る複合ユニットにおいて作成した別の態様の予定の概念図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る複合ユニットにおいて作成したさらに別の態様の予定の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１７】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る複合熱源ユニットシステムとしての複合ユニット１を説明する。図１は、複合ユニット１の模式的系統図である。複合ユニット１は、地中熱源ユニット１０と、外気水冷ユニット２０と、外気空冷ユニット３０と、制御装置５０とを備えている。地中熱源ユニット１０は地中熱熱源ユニットに相当し、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０は共に外気熱熱源ユニットに相当する。
【００１８】
地中熱源ユニット１０は、地中熱源機１１と、地中熱交換器１２とを有している。地中熱源機１１は、地中水ＳＷを媒介して導入された地中Ｇの熱（冷熱又は温熱）を熱源として、熱利用機器としての空調設備９４に供給する冷温水ＣＨの温度を調節する機器である。地中熱源機１１には、典型的には、水熱源ヒートポンプチラーが用いられる。地中熱源機１１は、典型的には、夏季に冷温水ＣＨを冷却し、冬季に冷温水ＣＨを加熱するように構成されている。冷温水ＣＨは、典型的には、夏季は冷水として機能し、冬季は温水として機能する。地中熱交換器１２は、地中Ｇと地中水ＳＷとの間で熱交換を行わせる機器である。地中熱交換器１２は、本実施の形態では、地中Ｇを鉛直方向に掘削し、掘削した孔にＵチューブ１２ｔを挿入し、Ｕチューブ１２ｔが挿入された掘削孔を埋め戻して構成される、いわゆるボアホール方式となっている。地中Ｇは、地表から概ね１０ｍよりも深い部分の温度が１年を通じて安定している。したがって、掘削孔は、Ｕチューブ１２ｔが１０ｍよりも深い部分まで達するように、１０ｍよりも深くなっており、２０ｍ、３０ｍの深さとしてもよく、５０ｍ〜１００ｍ程度の深さとしてもよい。Ｕチューブ１２ｔには、地中水ＳＷが流れるようになっている。
【００１９】
地中熱源機１１は、典型的には建物の内部に設置されている。地中熱源機１１と地中熱交換器１２とは、地中水往管１３及び地中水還管１５で接続されており、地中水ＳＷを地中熱源機１１と地中熱交換器１２との間で循環させることができるように構成されている。地中水往管１３は、地中熱交換器１２で地中Ｇと熱交換した地中水ＳＷを地中熱源機１１に導く管である。地中水還管１５は、地中熱源機１１で冷温水ＣＨの温度調節に利用された地中水ＳＷを地中熱交換器１２に導く管である。地中水往管１３には、地中水ＳＷを循環流動させる地中水ポンプ１４が配設されている。
【００２０】
外気水冷ユニット２０は、外水熱源機２１と、加熱冷却塔２２（以下、単に「冷却塔２２」という。）とを有している。外水熱源機２１は、塔水ＣＤを媒介して導入された外気ＯＡの熱（冷熱又は温熱）を熱源として、空調設備９４に供給する冷温水ＣＨの温度を調節する機器である。外水熱源機２１には、典型的には、水熱源ヒートポンプチラーが用いられる。外水熱源機２１は、地中熱源機１１と同様に、典型的には、夏季に冷温水ＣＨを冷却し、冬季に冷温水ＣＨを加熱するように構成されている。冷却塔２２は、外気ＯＡと塔水ＣＤとの間で熱交換を行わせる機器である。冷却塔２２は、外水熱源機２１で冷温水ＣＨを冷却するときはクーリングタワー（冷却塔）として塔水ＣＤの熱を外気ＯＡに放出し、外水熱源機２１で冷温水ＣＨを加熱するときはヒーティングタワー（加熱塔）として外気ＯＡから塔水ＣＤに採熱することができるように構成されている。冷却塔２２は、典型的には密閉式が用いられる。塔水ＣＤは、不凍液であってもよい。
【００２１】
外水熱源機２１は、典型的には建物の内部に設置されている。冷却塔２２は、外気ＯＡとの接触を容易にするために建物の外に設置されるのが好ましく、典型的には建物の屋上に設置されている。外水熱源機２１と冷却塔２２とは、塔水往管２３及び塔水還管２５で接続されており、塔水ＣＤを外水熱源機２１と冷却塔２２との間で循環させることができるように構成されている。塔水往管２３は、冷却塔２２で外気ＯＡと熱交換した塔水ＣＤを外水熱源機２１に導く管である。塔水還管２５は、外水熱源機２１で冷温水ＣＨの温度調節に利用された塔水ＣＤを冷却塔２２に導く管である。塔水往管２３には、塔水ＣＤを循環流動させる塔水ポンプ２４が配設されている。
【００２２】
外気空冷ユニット３０は、外空熱源機３１を有している。外空熱源機３１は、外気ＯＡを取り込み、取り込んだ外気ＯＡの熱（冷熱又は温熱）を熱源として、空調設備９４に供給する冷温水ＣＨの温度を調節する機器である。外空熱源機３１には、典型的には、空気熱源ヒートポンプチラーが用いられる。外空熱源機３１は、地中熱源機１１及び外水熱源機２１と同様に、典型的には、夏季に冷温水ＣＨを冷却し、冬季に冷温水ＣＨを加熱するように構成されている。外空熱源機３１は、外気ＯＡとの接触を容易にするために建物の外に設置されるのが好ましく、典型的には建物の屋上に設置されている。
【００２３】
複合ユニット１は、本実施の形態では、さらに、往ヘッダ９１と、還ヘッダ９６とを備えている。往ヘッダ９１は、地中熱源機１１、外水熱源機２１、外空熱源機３１のそれぞれで生成された冷温水ＣＨを集約する機器である。還ヘッダ９６は、地中熱源機１１、外水熱源機２１、外空熱源機３１のそれぞれに、冷温水ＣＨを分配する機器である。往ヘッダ９１及び還ヘッダ９６は、典型的には建物の内部に設置されている。
【００２４】
地中熱源機１１と往ヘッダ９１とは、地中熱源機１１で温度が調節された冷温水ＣＨを往ヘッダ９１へ導く地中冷温水往管８１Ｓで接続されている。地中熱源機１１と還ヘッダ９６とは、還ヘッダ９６内の冷温水ＣＨを地中熱源機１１に導く地中冷温水還管８１Ｒで接続されている。地中冷温水還管８１Ｒには、冷温水ＣＨを、還ヘッダ９６から、地中冷温水還管８１Ｒ、地中熱源機１１、地中冷温水往管８１Ｓを介して往ヘッダ９１まで流動させる地中冷温水ポンプ８１Ｐが配設されている。
【００２５】
外水熱源機２１と往ヘッダ９１とは、外水熱源機２１で温度が調節された冷温水ＣＨを往ヘッダ９１へ導く外水冷温水往管８２Ｓで接続されている。外水熱源機２１と還ヘッダ９６とは、還ヘッダ９６内の冷温水ＣＨを外水熱源機２１に導く外水冷温水還管８２Ｒで接続されている。外水冷温水還管８２Ｒには、冷温水ＣＨを、還ヘッダ９６から、外水冷温水還管８２Ｒ、外水熱源機２１、外水冷温水往管８２Ｓを介して往ヘッダ９１まで流動させる外水冷温水ポンプ８２Ｐが配設されている。
【００２６】
外空熱源機３１と往ヘッダ９１とは、外空熱源機３１で温度が調節された冷温水ＣＨを往ヘッダ９１へ導く外空冷温水往管８３Ｓで接続されている。外空熱源機３１と還ヘッダ９６とは、還ヘッダ９６内の冷温水ＣＨを外空熱源機３１に導く外空冷温水還管８３Ｒで接続されている。外空冷温水還管８３Ｒには、冷温水ＣＨを、還ヘッダ９６から、外空冷温水還管８３Ｒ、外空熱源機３１、外空冷温水往管８３Ｓを介して往ヘッダ９１まで流動させる外空冷温水ポンプ８３Ｐが配設されている。
【００２７】
地中熱源機１１、外水熱源機２１、外空熱源機３１から往ヘッダ９１に集まった冷温水ＣＨは、空調設備９４に供給されて熱負荷処理に用いられた後、還ヘッダ９６に戻される。空調設備９４には、例えば、輻射パネルや、ファンコイルユニット等の、空調対象室ＡＣＲの熱負荷の処理に適した機器が用いられる。往ヘッダ９１と空調設備９４とは、往ヘッダ９１内の冷温水ＣＨを空調設備９４に導く二次往管９２で接続されている。二次往管９２には、冷温水ＣＨを圧送する二次ポンプ９３が配設されている。空調設備９４と還ヘッダ９６とは、空調設備９４で熱負荷処理に利用された冷温水ＣＨを還ヘッダ９６に導く二次還管９５で接続されている。往ヘッダ９１と還ヘッダ９６とは、差圧調整弁（不図示）が配設されたバイパス管９９を介して連絡している。
【００２８】
複合ユニット１が備えている制御装置５０は、地中ＣＯＰ記憶部５１と、外気ＣＯＰ記憶部５２と、予測外気条件受信部５３と、外気ＣＯＰ算出部５４と、予定作成部５５と、制御部５６とを有している。地中ＣＯＰ記憶部５１は、地中熱源ユニット１０の作動時間の経過と、地中熱源ユニット１０のＣＯＰ（成績係数）との関係が記憶されている。地中熱源ユニット１０のＣＯＰは、専ら地中熱源機１１単体のＣＯＰの影響を受ける。地中熱源機１１のＣＯＰは、地中熱源ユニット１０の運転開始からの時間が経過するに連れて低下していく特性がある。これは、地中Ｇが、所定の深さ以深では年間を通じて安定した温度であると共に、地中熱源ユニット１０の運転開始からの時間が経過するに連れて、地中Ｇの温度が、地中水ＳＷを冷却するときは上昇し、地中水ＳＷを加熱するときは下降して、最終的には熱飽和した状態になることに起因している。ここでいう熱飽和は、地中熱交換器１２において地中水ＳＷの温度が上昇又は下降して、地中熱源ユニット１０を実質的に運転できなくなる状態である。なお、地中熱源ユニット１０の運転を停止して、地中Ｇと地中水ＳＷとの熱交換を停止させれば、地中Ｇの温度は徐々に熱交換開始前の元の地中Ｇの温度に近づき、所定の時間が経過すると、地中Ｇの温度は、熱交換開始前の元の地中Ｇの温度に戻る。
【００２９】
外気ＣＯＰ記憶部５２は、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のそれぞれについて、外気ＯＡの条件（乾球温度、湿球温度）とＣＯＰとの関係が記憶されている。外気水冷ユニット２０のＣＯＰは、専ら外水熱源機２１単体のＣＯＰの影響を受け、外気空冷ユニット３０のＣＯＰは、専ら外空熱源機３１単体のＣＯＰの影響を受ける。つまり、外気ＯＡを熱源とする外水熱源機２１及び外空熱源機３１のＣＯＰは、外気ＯＡの条件の影響を受ける。詳細には、外気ＯＡの温度が、空調対象室ＡＣＲの設定温度から乖離するほどＣＯＰが低くなる。具体的には、外水熱源機２１（外空熱源機３１も同じ）で冷温水ＣＨを冷却する場合は外気ＯＡの温度が高いほどＣＯＰが低くなり、冷温水ＣＨを加熱する場合は外気ＯＡの温度が低いほどＣＯＰが低くなる。外気ＣＯＰ記憶部５２は、本実施の形態では、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０各々について、ＣＯＰの値０．１刻みで、当該ＣＯＰ値に当てはまる外気ＯＡの条件が対応づけられて記憶されている。
【００３０】
予測外気条件受信部５３は、外部機関が提供する気象情報を、インターネットＮＷ（電気通信回線）経由で受信することができるように構成されている。外部機関として、気象情報を提供する公共機関や民間事業者が挙げられる。予測外気条件受信部５３が受信する気象情報は、典型的には、複合ユニット１の次の運転時間帯における外気ＯＡの条件の予測の情報（以下「外気条件予測情報」という。）である。ここで、運転時間帯は、１日のうちのあらかじめ定められた複合ユニット１の運転開始時刻と停止時刻との間隔である。運転時間帯は、１日のうちで連続していてもよく、複数に分割されていてもよい。例えば、複合ユニット１を１日のうち８時間運転する場合、日中８時間連続運転してもよく、朝晩４時間ずつ運転してもよい。また、２４時間運転する場合は、明確な運転開始時刻及び停止時刻がないが、例えば０時から２４時までを運転時間帯にして、便宜上任意に運転開始時刻及び停止時刻を設定するとよい。２４時間運転する場合、運転時間帯を定義する運転開始時刻及び停止時刻は概念上のものとなり、停止時刻と運転開始時刻とが連続して、実際には複合ユニット１が停止せずに連続運転する。予測外気条件受信部５３は、予測外気条件受信手段に相当する。
【００３１】
外気ＣＯＰ算出部５４は、予測外気条件受信部５３が受信した外気条件予測情報を、外気ＣＯＰ記憶部５２に記憶されている、外気ＯＡの条件とＣＯＰとの関係に照らして、複合ユニット１の運転時間帯におけるＣＯＰの推移を、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のそれぞれについて算出することができるように構成されている。ＣＯＰの推移は、外気ＯＡの条件の変動を勘案すると、比較的緩やかに変動することが予想されるので、例えば１時間毎等、任意の単位時間に区分して算出してもよい。
【００３２】
予定作成部５５は、来るべき運転時間帯において、地中熱源ユニット１０、外気水冷ユニット２０、及び外気空冷ユニット３０を運転するタイミングの予定を作成するように構成されている。地中熱源ユニット１０は、地中ＣＯＰ記憶部５１に記憶されているように、運転時間が経過するに連れてＣＯＰが低くなるところ、地中Ｇの温度を回復させる時間を確保するために、１日のうちで運転することができる時間長（期間）が限られている。したがって、予定作成部５５は、地中熱源ユニット１０をどの時間帯で運転するかを後述する基準に照らして決定するように構成されている。他方、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０は、原則として運転可能時間に制限はないが、ＣＯＰが、外気ＯＡの条件に左右される事情がある。空調設備９４の熱負荷の処理にあたり、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０の一方の運転で足りる場合は、ＣＯＰの高い方のユニットを運転した方が、複合ユニット１全体のＣＯＰを向上させることができる。したがって、予定作成部５５は、適宜区分した各時間帯で、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のうちＣＯＰが高い方を優先して運転する決定をするように構成されている。
【００３３】
ここで図２及び図３を併せて参照して、予定作成部５５における予定の作成について説明する。図２は予定作成の手順のフローチャートである。図３は、作成した予定の概念図である。図３の概念図は、典型的には夏季に、複合ユニット１が２４時間運転を行って冷温水ＣＨを冷却する場合を例示している。まず、予定作成部５５は、あらかじめ設定された、翌日の予定を作成する時刻が到来したか否かを判断する（Ｓ１）。予定作成時刻は、次の複合ユニット１の運転時間帯の始点までに、予定の作成が終了する時刻に設定される。予定作成時刻は、できるだけ新しい外気条件予測情報を入手する観点から、許容範囲内でできるだけ遅くするとよい。工程（Ｓ１）において、予定作成時刻が到来していない場合は、再び工程（Ｓ１）に戻る。他方、予定作成時刻が到来した場合は、予測外気条件受信部５３が、インターネットＮＷ経由で翌日の外気条件予測情報を受信する（Ｓ２）。
【００３４】
外気条件予測情報を取得したら、取得した外気条件予測情報を、外気ＣＯＰ記憶部５２に記憶されている、外気ＯＡの条件とＣＯＰとの関係に照らして、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０それぞれのＣＯＰを単位時間毎に算出する（Ｓ３）。図３中、実線で表した線図Ｌ２０が外気水冷ユニット２０の時間毎のＣＯＰの推移予測を示し、二点鎖線で表した線図Ｌ３０が外気空冷ユニット３０の時間毎のＣＯＰの推移予測を示している。外気ＣＯＰ記憶部５２は、このようなＣＯＰの推移予測を作成する。
【００３５】
外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰの推移予測を作成したら、これらのＣＯＰが低い時間帯を求める（Ｓ４）。ここで求める時間帯は、ＣＯＰの極小値を含み、典型的にはＣＯＰの最小値を含んでいる。また、ここで求める時間帯の長さは、熱飽和を勘案してあらかじめ設定された地中熱源ユニット１０の運転時間長に相当する長さである。工程（Ｓ４）で求めるＣＯＰが低い時間帯は、極小値が複数出現する場合は複数に分かれていてもよく、この場合は、分割した時間帯を合計した時間長が、地中熱源ユニット１０の運転時間長に相当する長さとなればよい。図３に示す例では、夏季を想定しているため、外気ＯＡの乾球温度及び湿球温度が高くなる日中の時間帯（概ね９時〜１７時）に、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰが低くなっている。
【００３６】
外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰが低い時間帯を求めたら、その時間帯を、地中熱源ユニット１０を優先的に運転する時間帯とする（Ｓ５）。図３中、一点鎖線で表した線図Ｌ１０が、当該時間帯に当てはめた、地中熱源ユニット１０のＣＯＰの推移の予測を示している。線図Ｌ１０は、地中ＣＯＰ記憶部５１に記憶されている関係が反映されている。地中熱源ユニット１０を運転する時間帯を、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰが低い時間帯とするのは、以下の理由による。地中熱源ユニット１０のＣＯＰの推移は、外気ＯＡの条件の影響を受けず、１日のうちのどの時間帯に運転しても実質的に同じである。他方、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰは、外気ＯＡの条件の影響を受ける。一般に、空調設備９４の熱負荷は、１日を通して一定ではなく、熱負荷が少ない時間帯は、複合ユニット１を構成する３つのユニット１０、２０、３０のうちの１つ又は２つの運転で足りる場合がある。各ユニット１０、２０、３０は、できるだけＣＯＰが高い状態で運転するのが好ましく、停止させる場合はＣＯＰが低い時間帯に停止させるとよい。そして、地中熱源ユニット１０は、運転可能な時間に限りがある。そこで、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰが低い時間帯に優先的に地中熱源ユニット１０を運転することとすれば、空調設備９４の熱負荷が比較的少ないために外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０の一方又は両方を停止させる場合、ＣＯＰが低い時間帯に運転させなくて済むこととなり、複合ユニット１全体のＣＯＰの低下を抑制することができる。
【００３７】
地中熱源ユニット１０を運転する時間帯を決定したら、単位時間毎に、各ユニット１０、２０、３０の起動の優先順位を決定する（Ｓ６）。図３中、各線図Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０が描かれているグラフの下方に示した図が、各時間帯における起動の優先順位を示したものである。図３に示す例では、０時から９時までの間における起動の優先順位は、外気水冷ユニット２０、外気空冷ユニット３０の順となっている。９時から１６時までの間における起動の優先順位は、地中熱源ユニット１０、外気水冷ユニット２０、外気空冷ユニット３０の順となっている。１６時から１８時までの間における起動の優先順位は、外気水冷ユニット２０、外気空冷ユニット３０の順となっている。１８時から２４時までの間における起動の優先順位は、外気空冷ユニット３０、外気水冷ユニット２０の順となっている。
【００３８】
なお、０時から９時までの時間帯において、線図Ｌ２０及び線図Ｌ３０を見ると、２時から５時の間で、外気水冷ユニット２０のＣＯＰよりも外気空冷ユニット３０のＣＯＰの方が高くなっている。しかし、両者のＣＯＰの差はわずかであり、８時から９時で外気水冷ユニット２０のＣＯＰが外気空冷ユニット３０のＣＯＰを大きく上回っていること、及び停止・起動の際に費やすエネルギーを考慮して、０時から９時までの間を通して、外気水冷ユニット２０を外気空冷ユニット３０よりも起動の優先順位を上位に位置づけている。上述のように、各ユニット１０、２０、３０の起動の優先順位を決定したら、予定作成部５５における予定の作成を終了する。このような予定の作成は、典型的には毎日（２４時間毎に）行われる。毎日行われることにより、日々外気ＯＡの条件が異なる場合も、複合ユニット１の適切な運転計画を作成することができる。
【００３９】
再び図１に戻って構成の説明を続ける。制御部５６は、複合ユニット１の動作を司る部位である。制御部５６は、地中熱源機１１、外水熱源機２１、外空熱源機３１の発停及び運転容量を制御することができるように構成されている。また、制御部５６は、冷却塔２２の発停及び運転容量を制御することができるように構成されている。また、制御部５６は、地中水ポンプ１４及び塔水ポンプ２４のそれぞれと電気的に接続されており、各ポンプ１４、２４の発停及び回転速度を制御することができるように構成されている。また、制御部５６は、直接又は間接的に、地中冷温水ポンプ８１Ｐ、外水冷温水ポンプ８２Ｐ、外空冷温水ポンプ８３Ｐの発停を制御することができるように構成されている。また、制御部５６は、タイマーを有しており、現在時刻を把握することができるように構成されている。
【００４０】
なお、図１では、地中ＣＯＰ記憶部５１、外気ＣＯＰ記憶部５２、予測外気条件受信部５３、外気ＣＯＰ算出部５４、予定作成部５５、制御部５６が別々に構成されているように示しているが、これは機能の観点から概念的に別々に表現したものであり、物理的には渾然一体に構成されていてもよい。また、図１では、地中ＣＯＰ記憶部５１、外気ＣＯＰ記憶部５２、予測外気条件受信部５３、外気ＣＯＰ算出部５４、予定作成部５５、制御部５６が１つの筐体に収容されて制御装置５０を構成しているように示されているが、これは概念を示しているものであって、物理的にはこれらが分離して配設されていてもよい。
【００４１】
引き続き図１及び図３を参照して、複合ユニット１の運転について説明する。以下、図３に示す予定に沿って運転されるものとして説明する。制御部５６は、予定作成部５５で作成された予定を実行する日の運転開始時刻になったら、すなわち０時になったら、まず、外気水冷ユニット２０の運転を開始する。外気水冷ユニット２０を、停止している状態から運転を開始する場合は、まず、塔水ポンプ２４を起動する。すると、塔水ＣＤが、外水熱源機２１と冷却塔２２とを循環する。次に、冷却塔２２を起動する。すると、塔水ＣＤが、冷却塔２２において外気ＯＡに放熱することで冷却され、冷えた塔水ＣＤが外水熱源機２１に供給されるようになる。これらと並行して、外水冷温水ポンプ８２Ｐを起動する。すると、冷温水ＣＨが、還ヘッダ９６から外水熱源機２１を通って往ヘッダ９１に到達するように流動する。塔水ＣＤ及び冷温水ＣＨが外水熱源機２１内を通過するようになったら、外水熱源機２１を起動する。すると、外水熱源機２１で冷温水ＣＨが冷却され、冷却された冷温水ＣＨが往ヘッダ９１に供給されることとなる。
【００４２】
外気水冷ユニット２０の運転による冷温水ＣＨの生成だけでは不足する場合、制御部５６は、この時間帯で優先順位第２位となっている外気空冷ユニット３０の運転も開始する。外気空冷ユニット３０を、停止している状態から運転を開始する場合は、まず、外空冷温水ポンプ８３Ｐを起動する。すると、冷温水ＣＨが、還ヘッダ９６から外空熱源機３１を通って往ヘッダ９１に到達するように流動する。冷温水ＣＨが外空熱源機３１内を通過するようになったら、外空熱源機３１を起動する。すると、外空熱源機３１で冷温水ＣＨが冷却され、冷却された冷温水ＣＨが往ヘッダ９１に供給されることとなる。
【００４３】
外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０の運転によって冷却された冷温水ＣＨが往ヘッダ９１に供給される一方で、二次ポンプ９３が起動される。すると、往ヘッダ９１内の冷却された冷温水ＣＨが、二次往管９２を介して空調設備９４に供給される。空調設備９４に供給された、冷却された冷温水ＣＨは、空調対象室ＡＣＲの熱負荷を処理して温度が上昇する。空調設備９４で温度が上昇した冷温水ＣＨは、二次還管９５を介して還ヘッダ９６に流入する。還ヘッダ９６内の温度が上昇している冷温水ＣＨは、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０に導かれて冷却され、往ヘッダ９１に供給される。以降は、上述の作用を繰り返す。このような運転中、空調設備９４における熱負荷に応じて、外気空冷ユニット３０の容量制御が行われ、必要に応じて外気水冷ユニット２０の容量制御も行われる。また、空調設備９４の熱負荷に照らして、外気水冷ユニット２０の運転のみで足りる場合は外気空冷ユニット３０を停止し、外気水冷ユニット２０の運転のみで不足する場合は外気空冷ユニット３０を起動する。このような、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０の、容量制御及び台数制御を、９時まで続ける。
【００４４】
９時になったら、制御部５６は、作成された予定にしたがって、地中熱源ユニット１０の運転を開始する。地中熱源ユニット１０を、停止している状態から運転を開始する場合は、まず、地中水ポンプ１４を起動する。すると、地中水ＳＷが、地中熱源機１１と地中熱交換器１２とを循環する。これと並行して、地中冷温水ポンプ８１Ｐを起動する。すると、冷温水ＣＨが、還ヘッダ９６から地中熱源機１１を通って往ヘッダ９１に到達するように流動する。地中水ＳＷ及び冷温水ＣＨが地中熱源機１１内を通過するようになったら、地中熱源機１１を起動する。すると、地中熱源機１１で冷温水ＣＨが冷却され、冷却された冷温水ＣＨが往ヘッダ９１に供給されることとなる。
【００４５】
作成された予定では、９時から１６時までは、起動の優先順位が、地中熱源ユニット１０、外気水冷ユニット２０、外気空冷ユニット３０の順になっている。したがって、これらすべて運転すると、空調設備９４の熱負荷に照らして過剰となる場合は、外気空冷ユニット３０を停止する。地中熱源ユニット１０及び外気水冷ユニット２０の運転でも過剰な場合は、さらに外気水冷ユニット２０を停止する。他方、空調設備９４の熱負荷に照らして、地中熱源ユニット１０の運転のみでは不足する場合は、差し当たり、優先順位が高い外気水冷ユニット２０を運転する。地中熱源ユニット１０及び外気水冷ユニット２０の運転でも不足する場合は、さらに外気空冷ユニット３０を運転する。このような、地中熱源ユニット１０、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０の、台数制御及び容量制御を、１６時まで続ける。
【００４６】
１６時になったら、制御部５６は、作成された予定にしたがって、地中熱源ユニット１０を停止する。そして、制御部５６は、外気水冷ユニット２０、外気空冷ユニット３０の優先順位で、これらの容量制御及び台数制御を行う。この運転を１８時まで続ける。１８時になったら、制御部５６は、作成された予定にしたがって、外気空冷ユニット３０、外気水冷ユニット２０の優先順位で、これらの容量制御及び台数制御を行う。この運転を２４時まで続けて、当日分の予定の実行は終了する。上述のように複合ユニット１が運転している最中、予定作成部５５は、予定作成時刻が到来したら、翌日の予定を作成する。本実施の形態では、当日分の予定の実行が終了したら、新たな外気条件予測情報に基づいて作成された翌日分の予定にしたがって、複合ユニット１の運転が行われる。
【００４７】
以上で説明したように、本実施の形態に係る複合ユニット１によれば、運転時間に制限のある地中熱源ユニット１０を、複合ユニット１の運転時間帯のうちで外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰが低下する時間帯で運転させることができることとなり、複合ユニット１全体のＣＯＰの低下を抑制することができる。また、外気条件予測情報から算出されたＣＯＰの推移に照らし、単位時間毎にＣＯＰの高いユニットから優先的に運転させる予定を作成するので、部分負荷運転を行う場合にＣＯＰの高いユニットから優先的に運転させることとなり、複合ユニット１全体のＣＯＰの低下をより抑制することができる。また、外気条件予測情報をインターネットＮＷ経由で取得するので、簡便に外気条件予測情報を取得することができ、効率のよい予定を作成することができる。
【００４８】
以上の説明では、作成した予定が、典型的には夏季に、複合ユニット１が２４時間運転を行って冷温水ＣＨを冷却する場合のものであるとしたが、以下に、複合ユニット１が別の運転形態を行う場合の予定の例を示す。なお、以下の別の運転形態の説明では、説明の簡略化のために、複合ユニット１から外気水冷ユニット２０を省略した、複合ユニット１Ａで説明する。複合ユニット１Ａは、外気水冷ユニット２０を備えていない点を除き、地中熱源ユニット１０、外気空冷ユニット３０、制御装置５０等を備え、複合ユニット１と同じ構成になっている。
【００４９】
図４は、典型的には冬季に、複合ユニット１Ａが２４時間運転を行って冷温水ＣＨを加熱する場合の予定を例示する概念図である。図４に示す例では、冬季を想定しているため、線図Ｌ３０が示すように、外気ＯＡの温度が低くなる（空調対象室ＡＣＲの設定温度から乖離する）深夜から明け方にかけて、外気空冷ユニット３０のＣＯＰが低くなっている。そして、線図Ｌ１０が示すように、外気空冷ユニット３０のＣＯＰが最も小さくなる３時及び４時を含む２２時から５時の時間帯で、地中熱源ユニット１０を外気空冷ユニット３０よりも優先して運転する予定となっている。図４に示す例では、日付をまたいで地中熱源ユニット１０が連続運転する予定になるので、複合ユニット１Ａの運転時間帯を、１４時から翌日の１４時までの１日としている。図４に示す例で複合ユニット１Ａを運転する際、制御部５６は、作成された予定にしたがって、１４時から２２時まで、外気空冷ユニット３０を運転する。２２時になったら、地中熱源ユニット１０、外気空冷ユニット３０の優先順で運転を行う。これを翌日の５時まで続ける。翌日の５時から当該日の１４時までは、再び外気空冷ユニット３０の単独運転となる。
【００５０】
図５は、典型的には冬季に、複合ユニット１Ａが９時から２１時まで運転して冷温水ＣＨを加熱する場合の予定を例示する概念図である。このような運転形態は、例えばオフィスビル等で見ることができる。図５に示す例では、冬季を想定しているため、線図Ｌ３０が示すように、外気空冷ユニット３０のＣＯＰが低くなる時間帯が、朝と夕方以降との２つに分割して現れる。したがって、線図Ｌ１０が示すように、地中熱源ユニット１０を運転する時間帯が、朝と夕方以降との２つに分割される予定となっている。つまり、地中熱源ユニット１０を運転する時間帯は、外気空冷ユニット３０のＣＯＰの予測推移を示す線図Ｌ３０の山の両側に存在する極小値（本形態では両者とも最小値となっている）をそれぞれ含む時間帯になっている。図５に示す例で複合ユニット１Ａを運転する際、制御部５６は、作成された予定にしたがって、９時から１１時まで、地中熱源ユニット１０、外気空冷ユニット３０の優先順で運転を行う。１１時から１７時までは、外気空冷ユニット３０の単独運転を行う。１７時から２１時までは、再び、地中熱源ユニット１０、外気空冷ユニット３０の優先順で運転を行う。
【００５１】
上記のように、複合ユニット１Ａで冷温水ＣＨの加熱を行う場合も、予定の作成の手順、及び予定の実行段階における各ユニットの制御（台数制御、容量制御）の要領は、複合ユニット１で冷温水ＣＨの冷却を行う場合と同じである。そして、複合ユニット１Ａで冷温水ＣＨの加熱を行う場合も、外気空冷ユニット３０のＣＯＰが低下する時間帯で運転させることができることとなり、複合ユニット１全体のＣＯＰの低下を抑制することができる。
【００５２】
以上の説明では、冷却塔２２が密閉式であるとしたが、開放式であってもよい。特に、外水熱源機２１で冷温水ＣＨの冷却を行うが加熱を行わない場合、開放式を用いると、設置面積を小さくすることができる。開放式を用いる場合、外水熱源機２１と冷却塔２２との間に熱交換器を介在させて、外水熱源機２１側の塔水ＣＤの質を維持することとしてもよい。
【００５３】
以上の説明では、外気条件予測情報を外部機関から入手することとしたが、過去の運転実績等から推測したものを用いることとしてもよい。このとき、外気ＯＡの条件を、大まかに、例えば、「夏」、「春又は秋の中間期」、「冬」、並びにこれらをそれぞれ「晴れ」、「曇り」、「雨天」で区別して９つのパターンに区分する等、あらかじめいくつかのパターンに区分して、各ユニット１０、２０、３０のＣＯＰをパターン毎に定めておくとよい。このようにすると、過去の運転実績から推測される外気ＯＡの条件に当てはまるパターンを抽出し、そのパターンに対応するユニットのＣＯＰを導き出すことで、予定を作成することができる。この場合、外気ＣＯＰ算出部５４に過去の実績を反映させるようにして、予測外気条件受信部５３を省略することとしてもよい。
【００５４】
以上の説明では、複合ユニット１は、地中熱源ユニット１０、外気水冷ユニット２０、外気空冷ユニット３０をそれぞれ１つずつ備えるとしたが、それぞれ複数あってもよい。また、外気熱熱源ユニットは、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０の一方を備えることとしてもよい。外気水冷ユニット２０及び／又は外気空冷ユニット３０を複数備える場合も、外気条件予測情報に照らしてそれぞれのＣＯＰを算出して起動の優先順位を決定すればよい。同じＣＯＰのユニットが複数あって、同時起動しない場合は、ローテーションで起動するとよい。あるいは、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０を運転する時間帯において、両者を運転すると過剰な場合に、外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰにかかわらず、ローテーションで台数制御することとしてもよい。
【００５５】
以上の説明では、地中熱源ユニット１０が運転される時間帯は、地中熱源ユニット１０を運転する優先順位が第１であるとしたが、これは、例示した条件が、地中熱源ユニット１０のＣＯＰが外気水冷ユニット２０及び外気空冷ユニット３０のＣＯＰよりも高くなる季節を想定したためである。予定を作成する時期が、春又は秋の中間期の場合は、地中熱源ユニット１０を運転する優先順位が、外気水冷ユニット２０及び／又は外気空冷ユニット３０を運転する優先順位よりも下がる場合がある。
【符号の説明】
【００５６】
１    複合ユニット
１０  地中熱源ユニット
２０  外気水冷ユニット
３０  外気空冷ユニット
５１  地中ＣＯＰ記憶部
５２  外気ＣＯＰ記憶部
５３  予測外気条件受信部
５４  外気ＣＯＰ算出部
５５  予定作成部
５６  制御部
９４  空調設備
ＣＨ  冷温水
Ｇ    地中
ＯＡ  外気
ＮＷ  インターネット
【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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