(57)【要約】【課題】同一空調機器の駆動に用いられるエネルギ消費量をさらに削減することができる集中式熱源システムの制御方法及び制御装置の提供。【解決手段】本発明に係る集中式熱源システムの制御方法は、同一空調機器５の駆動に対し複数の熱源機を配設し、これらの複数の熱源機は、種類の異なる駆動エネルギ源を主動力とする熱源機を含み、これらの熱源機に対し異なる出口温度目標値を設定し、この出口温度目標値に応じた熱源機の運転優先順位に従って該当する熱源機を制御するようにしてある。熱源機は例えば、排熱駆動吸収式冷凍機１ａ、直焚吸収式冷凍機１ｂ、ターボ式冷凍機１ｃ、及び空冷ヒートポンプ式冷凍機１ｄを含んでいる。【選択図】図１
2016006355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一空調機器の駆動に対し複数の熱源機を配設した集中式熱源システムの制御方法において、
前記複数の熱源機は、種類の異なる駆動エネルギ源を主動力として駆動される熱源機を含み、これらの複数の熱源機に対し異なる出口温度目標値を設定し、この出口温度目標値に応じた前記熱源機の運転優先順位に従って該当する熱源機の駆動を制御することを特徴とする集中式熱源システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の集中式熱源システムの制御方法において、
前記熱源機は、排熱駆動吸収式冷凍機、直焚吸収式冷凍機、ターボ式冷凍機、及び空冷ヒートポンプ式冷凍機を含むことを特徴とする集中式熱源システムの制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載の集中式熱源システムの制御方法において、
前記出口温度目標値は、ピーク負荷期、及び中間負荷期を、前記空調機器の負荷に応じて変更可能にしたことを特徴とする集中式熱源システムの制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載の集中式熱源システムの制御方法において、
前記出口温度目標値は、電気、ガス、油を含む前記駆動エネルギ源の料金単価の変動に応じて変更可能にしたことを特徴とする集中式熱源システムの制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載の集中式熱源システムの制御方法の実施に用いられる集中式熱源システムの制御装置において、
少なくとも前記各熱源機の前記駆動エネルギ源の料金単価とエネルギ効率から、単位冷暖房能力あたりのエネルギ料金単価を算出する第１の工程を実施する処理部と、前記単位冷暖房能力あたりのエネルギ料金単価が低い熱源機が優先的に運転されるように、前記出口温度目標値を設定する第２の工程を実施する処理部とを有することを特徴とする集中式熱源システムの制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の集中式熱源システムの制御装置において、
前記第１の工程の実施に際し前記各熱源機の運転効率を用い、前記運転効率は、空冷式の熱源機は外気温度、水冷式の熱源機は冷却水温度に応じて算出することを特徴とする集中式熱源システムの制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載の集中式熱源システムの制御装置において、
熱源システム全体の電力消費量の上限値を保持するとともに前記電力消費量の計測を常時行い、前記電力消費量の計測値が、前記上限値に対する一定割合に達したときに、前記複数の熱源機の運転優先順位を、電力供給源を駆動エネルギ源とする熱源機の順位を下げて、電力供給源以外の駆動エネルギ源を主動力とする熱源機の順位を上げるように変更する第３の工程を実施する処理部を有することを特徴とする集中式熱源システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一空調機器の駆動に対し複数の熱源機を配設した集中式熱源システムの制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、わが国におけるエネルギ消費量は右肩上がりであり、エネルギ消費量全体に対する業務用空調機器の消費エネルギは全エネルギ消費量に対し１割に近く、業務用空調機器のエネルギ消費量を低減することは日本のエネルギ消費量の削減に大きく寄与する。
【０００３】
空調機器のエネルギ消費量の削減に関する先行技術文献として特許文献１がある。この特許文献１に開示された技術は、複数の熱源機の台数制御運転において、過剰運転の防止を目的に、熱源機の出口温度目標値を基準温度とした熱源機群と、より厳しい目標温度にした熱源機群に分け、後者の熱源機群を容量制御動作に入りにくくし、前者の熱源機群のみが容量制御あるいは運転台数制御になるようにしたものである。その際、冷水サプライ温度、冷水リターン温度、及び冷水リターン流量を検知し、冷水リターン温度から前者の熱源機群の冷水リターン温度の閾値をカスケード制御することで、前者の熱源機の運転台数減可否を判断し、冷水サプライ温度及び冷水リターン流量から、前者の熱源機の運転台数増可否を判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４０５４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した特許文献１に開示された従来技術は、ターボ式冷凍機、レシプロ式冷凍機などの電動式冷凍機のみによる構成、あるいは都市ガスを駆動源とする吸収式冷凍機のみによる構成など、エネルギ源が同一の冷凍機を想定しており、エネルギ消費の削減は限定的なものとなっている。
【０００６】
本発明は、前述した従来技術における実情からなされたもので、その目的は、同一空調機器の駆動に用いられるエネルギ消費量をさらに削減することができる集中式熱源システムの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係る集中式熱源システムの制御方法は、同一空調機器の駆動に対し複数の熱源機を配設した集中式熱源システムの制御方法において、前記複数の熱源機は、種類の異なる駆動エネルギ源を主動力として駆動される熱源機を含み、これらの複数の熱源機に対し異なる出口温度目標値を設定し、この出口温度目標値に応じた前記熱源機の運転優先順位に従って該当する熱源機の駆動を制御するものである。
【０００８】
また、本発明に係る集中式熱源システムの制御装置は、前述した集中式熱源システムの制御方法の実施に用いられる集中式熱源システムの制御装置において、少なくとも前記各熱源機の前記駆動エネルギ源の料金単価とエネルギ効率から、単位冷暖房能力あたりのエネルギ料金単価を算出する第１の工程を実施する処理部と、前記単位冷暖房能力あたりのエネルギ料金単価が低い熱源機が優先的に運転されるように、前記出口温度目標値を設定する第２の工程を実施する処理部とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る集中式熱源システムの制御方法及び制御装置は、同一空調機器の駆動に用いられるエネルギ消費量をさらに削減することができ、従来に比べて優れた経済性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る集中式熱源システムの制御方法の一実施形態が適用される集中式熱源システムの構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示す集中式熱源システムに備えられる各種熱源機の特徴と基本的な運転順位を示す図である。
【図３】本実施形態に係る制御方法で設定される各種熱源機の冷水出口温度目標値の設定例を示す図である。
【図４】図１に示す集中式熱源システムに備えられる本実施形態に係る制御装置の要部構成を説明する制御フロー図である。
【図５】本実施形態に係る制御方法で実施される電力量トレンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る集中式熱源システムの制御方法及び制御装置の冷房運転時の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る集中式熱源システムの制御方法の一実施形態が適用される集中式熱源システムの構成の一例を示す図である。
【００１３】
この図１に示すように、サプライヘッダ３とリターンヘッダ７との間に、熱源機を構成する排熱駆動吸収式冷凍機１ａ、直焚吸収式冷温水機１ｂ、ターボ式冷凍機１ｃ、及び空冷ヒートポンプ式冷凍機１ｄと、それぞれの送水ポンプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとが並列に配設されている。
【００１４】
主駆動エネルギ源として、排熱駆動吸収式冷凍機１ａには排熱供給源１０ａ及びガス供給源１０ｂが、直焚吸収式冷温水機１ｂにはガス供給源１０ｂが、ターボ式冷凍機１ｃと空冷ヒートポンプ式冷凍機１ｄには電力供給源１０ｃが接続されている。
【００１５】
それぞれの熱源機で作られる冷水は、サプライヘッダ３で混合され、サプライ配管４を通り、空調機器５に送られる。この空調機器５で熱交換され、温度が上がった冷水は、リターン配管６を経由してリターンヘッダ７に戻され、熱源機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに送られ、冷水の温度が再生する。一般的に、サプライヘッダ３とリターンヘッダ７との間には、バイパス配管８とバイパス流量調整弁９とが設けられ、空調機器５の負荷変動により空調機器５の流量が変化した場合の逃がし機構を構成している。
【００１６】
また、図１に示す集中式熱源システムは、本実施形態に係る制御装置１３を備えている。この制御装置１３は、排熱駆動吸収式冷凍機１ａの冷却水入口配管１１ａに配設された温度検出部１２ａ、直焚吸収式冷温水機１ｂの冷却水入口配管１１ｂに配設された温度検出部１２ｂ、ターボ式冷凍機１ｃの冷却水入口配管１１ｃに配設された温度検出部１２ｃ、外気温度を検出する温度検出部１２ｄ、及び冷却水リターン温度を検出する温度検出部１２ｅにより得られる温度検出値を入力し、後述する演算機構により熱源機の冷水出口温度目標値を決定し、各熱源機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにその値を送信する。
【００１７】
次に、前述した各熱源機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの特徴について説明する。
【００１８】
［排熱駆動吸収式冷凍機１ａ］
この排熱駆動吸収式冷凍機１ａは、吸収式冷凍機の一種である。一般に冷凍機は、圧力を減ずることによって冷媒を液体から気体に状態変化させ、その際の気化熱に相当する熱を冷水から奪う。これを蒸発過程という。吸収式冷凍機は、冷媒として水を使用し、蒸発過程では吸収剤に冷媒を吸収させることによって低圧低温を生み出す。冷媒を吸収した吸収剤は、自身の濃度も下がるので、再生過程に送られ、燃焼器等、何らかの加熱手段によって、吸収剤から冷媒を分離し、吸収剤も濃度が高くなる。再生過程で生成された冷媒と濃度の高い吸収剤は、蒸発過程に戻され、連続的な吸収冷凍サイクルを形成する。この濃度が下がった吸収剤の再生過程における加熱源として、発電機などの排ガス、排温水などを巧みに利用し、都市ガスを補助的に利用しているのが排熱駆動吸収式冷凍機である。本来棄てられていた熱を利用するので、一次エネルギコストは極めて安い。
【００１９】
［直焚吸収式冷温水機１ｂ］
この直焚吸収式冷温水機１ｂは、吸収式冷凍機の最も一般的なもので、加熱源として都市ガスや、重油を用い、冷暖房の双方が可能である。
【００２０】
［ターボ式冷凍機］
このターボ式冷凍機１ｃは、冷媒としてフロンを使用し、遠心式圧縮機により冷媒を蒸発・吸入させることによって低圧低温を生み出す。遠心式圧縮機に吸入したガス冷媒は、圧縮冷却されることにより再び液化し、連続的な蒸気圧縮式冷凍サイクルが形成される。遠心式圧縮機の駆動源は電動機である。
【００２１】
［空冷ヒートポンプ式冷凍機１ｄ］
この空冷ヒートポンプ式冷凍機１ｄは、ターボ式冷凍機１ｃと同様、冷媒としてフロンを使用した蒸気圧縮式冷凍サイクルで、ターボ式冷凍機１ｃよりも小形である。前述の３機種が冷媒の冷却液化を水冷で行うのに対し、空冷ヒートポンプ式冷凍機１ｄは、その名のとおり空冷で行う。また、冷媒の循環経路を反転させる機構を持ち、冷暖房を簡単に切り替えることもできる。圧縮機は、レシプロ方式、スクリュ方式、スクロール方式などがあり、いずれも駆動源は電動機である。
【００２２】
前述した各熱源機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの特徴と、性能特性を考慮した基本的な優先順位を図２に示してある。また、図２に示された優先順位をもとに、各熱源機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのピーク負荷期、中間負荷期の冷水出口温度目標値の一例を図３に示してある。図３において、空調機器５の負荷が減少して冷水リターン温度が低くなった場合、冷水出口温度目標値が他の熱源機より低いということは、その熱源機が他の熱源機より容量制御が入りにくく、冷水出口温度目標値が他の熱源機より高いということは、その熱源機が他の熱源機より早く容量制御動作あるいは停止動作に入るということである。すなわち、冷水出口温度目標値が低い熱源機の方が、運転の優先順位が高いことを意味する。
【００２３】
次に、優先順位の具体的な決定方法を図１及び図４に基づいて説明する。図４は、図１に示す集中式熱源システムに備えられる本実施形態に係る制御装置の要部構成を説明する制御フロー図である。このフロー図は、制御の目的を運転コストの最小化とした場合である。
【００２４】
この図４に示すように、本実施形態に係る制御装置１３は、少なくとも各熱源機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの駆動エネルギ源１０ａ，１０ｂ，１０ｃの料金単価とエネルギ効率から、単位冷暖房能力あたりのエネルギ料金単価を算出する第１の工程３０１を実施する処理部と、単位冷暖房能力あたりのエネルギ料金単価が低い熱源機が優先的に運転されるように、前述した出口温度目標値を設定する第２の工程３０２を実施する処理部とを有する。
【００２５】
以下、各工程についてさらに具体的に説明する。
【００２６】
第１の工程３０１では、熱源機１ａ〜１ｄのそれぞれについて、熱源機１ａ〜１ｄのそれぞれが消費するエネルギ単価（単位：￥／ｋＷｈ−ｉｎｐｕｔ）が入力される。このエネルギ単価は季節や時間帯によって変動する場合があるため、外部からの信号となっている。一方、各熱源機１ａ〜１ｄには定格エネルギ効率（定格ＣＯＰ）が定義されており、本実施形態ではこれらの値を制御装置１３内にデータベースとして保持している。第１の工程３０１に用いる各熱源機１ａ〜１ｄの運転効率は、空冷式の熱源機１ｄは温度検出部１２ｄで検出された外気温度、水冷式の熱源機１ａ〜１ｃは温度検出部１２ａ〜１２ｃのそれぞれで検出された冷却水温度を少なくとも用いて算出する。
【００２７】
さらに制御装置１３は、外部条件が各熱源機１ａ〜１ｄのＣＯＰに及ぼす影響を表すＣＯＰ影響度データベース３１０を保持している。制御装置１３は、例えば熱源機１ａ〜１ｃについて、外部条件として温度検出部１２ａ〜１２ｃで検出された外部から流入する冷却水の入口温度と、温度検出部１２ｅで検出されたリターンヘッダ７から流入する冷水リターン温度を取得する。そして、冷水リターン温度から、冷水出口温度目標値との温度差の、定格冷却温度差に対する比率として冷房負荷率を算出する。これらの冷却水入口温度と冷房負荷率から、ＣＯＰ影響度データベース３１０を用いて、ＣＯＰ比率が算出される。また、空冷ヒートポンプ式冷凍機１ｄに対しては、冷却水の入口温度の代わりに外気温度を基準としたＣＯＰデータベースを保持しており、外部条件として温度検出部１２ｄで検出された外気温度を取得して、冷房負荷率とともにＣＯＰ比率の算出に用いる。
【００２８】
次に、各熱源機１ａ〜１ｄについて、定格ＣＯＰとＣＯＰ比率の積として、稼働ＣＯＰ（単位：ｋＷ−ｏｕｔｐｕｔ／ｋＷ−ｉｎｐｕｔ）を求める。そして、入力されたエネルギ単価をこの稼働ＣＯＰで除算することにより、エネルギ単価（単位：￥／ｋＷｈ−ｉｎｐｕｔ）を単位冷暖房能力あたりのエネルギ単価（単位：￥／ｋＷｈ−ｏｕｔｐｕｔ）に換算する。
【００２９】
次に、第２の工程３０２では、単位冷房能力あたりのエネルギ単価が低いものから優先的に運転するように、各熱源機１ａ〜１ｄの優先順位を決定する。次に、この優先順位に従って実際の制御、運転が行われるように、優先順位が高い熱源機ほど、冷水出口温度目標値を低く設定する。すなわち本実施形態は、冷水出口温度目標値に応じた熱源機１ａ〜１ｄの運転優先順位に従って該当する熱源機の駆動を制御するようにしてある。
【００３０】
なお、本実施形態では制御の目的を運転コストの最小化としたが、制御の目的を二酸化炭素排出量の最小化とした場合は、駆動エネルギ源ごとのエネルギ単価の代わりに、二酸化炭素排出量原単位（単位：ｋｇ−ＣＯ２／ｋＷｈ−ｉｎｐｕｔ）を用いればよい。この場合、二酸化炭素排出量原単位を前述した稼働ＣＯＰで除算すると、単位能力あたりの二酸化炭素排出量（単位：ｋｇ−ＣＯ２／ｋＷｈ−ｏｕｔｐｕｔ）が得られる。この単位能力あたりの二酸化炭素排出量が小さい熱源機から優先的に運転されるように、冷水出口温度目標値を設定すればよい。
【００３１】
本実施形態に備えられる制御装置１３は、熱源システム全体の電力消費量の上限値を保持するとともに電力消費量の計測を常時行い、電力消費量の計測値が、上限値に対する一定割合に達したときに、複数の熱源機１ａ〜１ｄの運転優先順位を、電力供給源１０ｃを主動力とする熱源機の順位を下げて、電力供給源１０ｃ以外の駆動エネルギ源を主動力とする熱源機の順位を上げるように変更する第３の工程を実施する処理部を有している。
【００３２】
図５は、本実施形態に係る制御方法で実施される電力量トレンド図である。この図５は、夏期のピーク時における１日の電力量を表している。なお、同図５に示す例では、起動時に電力供給源１０ｃを主動力とする熱源機の順位が、電力供給源１０ｃ以外の駆動エネルギ源を主動力とする熱源機よりも高い状態で運転が開始されている。また、電力消費量の上限値として契約電力量を設定している。
【００３３】
時間が経過して電力量４００が増加し、契約電力量の９０％に達すると、制御装置１３は優先順位変更動作、すなわち第３の工程に含まれる工程４１１を行う。この動作は、電力供給源１０ｃを主動力とする熱源機であるターボ冷凍機１ｃの順位を下げて、電力供給源１０ｃ以外のガス供給源１０ｂを駆動エネルギ源とする直焚吸収式冷温水機１ｂの順位を上げるものである。このとき制御装置１３は、順位変更に伴って減少した電力量を記憶し、その値と実際の計測された電力消費量４０２を用いて、順位変更動作の工程４１１を行わなかった場合の電力消費量４０１を推定しながら運転を継続する。
【００３４】
そして、この推定された電力消費量４０１が契約電力量の８５％まで減少すると、制御装置１３は優先順位復帰動作、すなわち第３の工程に含まれる工程４１２を行う。この工程４１２の動作は、優先順位変更動作を行った工程４１１による順位から元の順位に戻すものである。
【００３５】
以上のとおり、本実施形態に係る集中式熱源システムの制御方法及び制御装置１３は、同一空調機器５の駆動に用いられるエネルギ消費量をさらに削減することができ、優れた経済性を確保することができる。すなわち、本実施形態によれば、複数の異なる集中式の熱源機１ａ〜１ｄに関し、要求冷暖房負荷に追従しながら、合計エネルギ効率を最大化、あるいは合計エネルギ料金を最小化するよう、運転優先順位付けを行うことができ、熱源機１ａ〜１ｄが消費する駆動エネルギ源１０ａ〜１０ｃにおける一次エネルギの消費量を低減させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態に係る制御装置１３は、前述した処理部等の各構成要素の一部、または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウエアで実現してもよい。また、前述した各構成要素を、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウエアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、またはＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００３７】
また、前述した図にあっては、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示してあり、必ずしも全ての制御線や情報線を示してはいない。集中式熱源システムを製品として構成する場合には、現実には全ての構成要素が相互に接続される形態となり得る。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ    排熱駆動吸収式冷凍機（熱源機）
１ｂ    直焚吸収式冷温水機（熱源機）
１ｃ    ターボ式冷凍機（熱源機）
１ｄ    空冷ヒートポンプ式冷凍機（熱源機）
２ａ    送水ポンプ
２ｂ    送水ポンプ
２ｃ    送水ポンプ
２ｄ    送水ポンプ
３      サプライヘッダ
４      サプライ配管
５      空調機器
６      リターン配管
７      リターンヘッダ
８      バイパス配管
９      バイパス流量調整弁
１０ａ  排熱供給源（駆動エネルギ源）
１０ｂ  ガス供給源（駆動エネルギ源）
１０ｃ  電力供給源（駆動エネルギ源）
１１ａ  冷却水入口配管
１１ｂ  冷却水入口配管
１１ｃ  冷却水入口配管
１２ａ  温度検出部
１２ｂ  温度検出部
１２ｃ  温度検出部
１２ｄ  温度検出部
１２ｅ  温度検出部
１３    制御装置
１４    熱源システムの電力消費量計測装置
３０１  第１の工程
３０２  第２の工程
３１０  ＣＯＰ影響度データベース
４００  監視された電力量
４０１  順位を変更しない場合の推定電力量
４０２  優先順位変更中の、監視された電力量
４１１  第３の工程
４１２  第３の工程
【図１】
2016006355.tif 000003
【図２】
2016006355.tif 000004
【図３】
2016006355.tif 000005
【図４】
2016006355.tif 000006
【図５】
2016006355.tif 000007