(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷水または温水を生産する熱源機と、熱源機で生産された冷水または温水の熱を空気に熱交換する空調コイルと、熱源機と空調コイルとの間の水循環を受け持つインバータ制御ポンプと、部屋と空調コイルとの間の空気循環を担当するインバータ制御ファンと、部屋の温度を測定する室温測定手段と、空調コイルの温度を測定する空調コイル温度測定手段と、部屋温度があらかじめ定めた設定温度になるようにインバータ制御ファンを制御すると共に前記空調コイル温度の関数で示される前記インバータ制御ファンと前記インバータ制御ポンプとの合計動力が最小となる空調コイル温度をあらかじめ空調コイル温度の設定値として求めておき前記空調コイル温度がその設定値となるようにインバータ制御ポンプを制御するコントローラとを備えたことを特徴とする空調システム。
【請求項２】
空調コイル温度測定手段に代えて、戻り温度測定手段により冷水または温水の熱源機への戻り温度を測定し、コントローラは、戻り温度測定手段で測定された熱源機への冷水または温水の戻り温度に基づいてインバータ制御ポンプを制御することを特徴とする請求項１記載の空調システム。
【請求項３】
空調コイル温度測定手段に代えて、空気の部屋への噴出温度を測定する部屋噴出温度測定手段を設け、コントローラは、部屋噴出温度測定手段で測定された空気の部屋への噴出温度に基づいてインバータ制御ポンプを制御することを特徴とする請求項１記載の空調システム。
【請求項４】
熱源機は冷却塔を備えたガス式吸収式冷凍機であり、コントローラは、電気料金またはあらかじめ設定されたタイムスケジュールに応じて、冷却塔の冷却水温度の設定値を変更することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、例えば、ビルや病院などの建家内の冷暖房を行う空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ビルの空調システムにおける部屋温度の制御方式には、部屋の温度を測定してこれが目標値になるように、熱源機が製造する冷水または温水の流量を制御する定風量制御方式（ＣＡＶ方式）と、冷水または温水の水量は一定で風量を変える可変風量制御方式（ＶＡＶ方式）とがある。また、両者を組み合わせたハイブリッド方式もある。
【０００３】
定風量制御方式では、冷水(温水)の流量を制御するために水循環系にポンプとバルブとを設け、ポンプは一定回転数で水を送り出す一方、バルブで所望の流量に調節する。この定風量制御方法ではポンプ動力が中問負荷のときに無駄になるので、近年ではバルブではなくインバータ制御ポンプにより流量制御が行われる場合が増えてきた。
【０００４】
一方、可変流量制御方式では空調ファンが一定回転数で空気を循環させ、その空気流量をダンパーで調節するものである。この空気の流量調節により室温を目標値に制御する。この場合も省エネルギーの観点からダンパーではなくインバータ制御ファンにて空気流量を制御することが近年行われるようになっている。
【０００５】
このように、従来の空調システムの制御では、部屋温度のフィードバックによりバルブやダンパーを制御し、または、インバータ制御ポンプやインバータ制御ファンを制御することにより、部屋温度を所定の値に制御している。
【０００６】
一方、冷却塔は熱源機の発生する熱を大気中に放散するための装置であるが、従来は一定温度の冷却水を製造するように制御されている。空調用では一般的に約３２℃程度である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の空調システムでは、水流量または空気流量のみを操作して室温を制御しているので、必ずしも最もエネルギー消費が少ない状態で運用されるとは限らない。
【０００８】
冷水戻り温度と冷凍機成績係数（ＣＯＰ）との間、ファンやポンプに関し、その流量と所要動力との間には密接な相関関係がある。冷水戻り温度は一般的には高いほうが冷凍機成績係数（ＣＯＰ）は高くなる。また、ファンやポンプの所要動力は良く知られているように流量の３乗に比例する。特に、インバータ制御ファンとインバータ制御ポンプとを備えた空調システムでは、水流量と空気流量とをどのようにも調節可能であるが、室温のみにより制御しているので、必ずしも最もエネルギー消費が少ない点で運用されるとは限らなかった。
【０００９】
いま、図３に示すような空調システムを考える。熱源機である冷凍機１の温度をＴｒ、その基準温度をＴｒ０、ポンプ２による冷却流量をＦＷ、その基準流量をＦＷ０、ポンプ２の動力をＰｐｕｍｐ、その基準動力をＰｐｕｍｐ０、空調コイル３の温度をＴｃ、その基準温度をＴｃ０、ファン４による空調風量をＦａ、その基準風量をＦａ０、ファン４の動力をＰｆａｎ、その基準動力をＰｆａｎ０室内５の室内温度をＴａ、その基準温度をＴａ０とする。
【００１０】
ポンプ２の動力Ｐｐｕｍｐの関係式は（１）式に示され、ファン４の動力Ｐｆａｎの関係式は（２）式で示される。また、ポンプ２の動力とファン４の動力との合計ｆ（Ｔｃ）を（３）式に示す。
【００１１】
【数１】
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（１）式に示されるように、ポンプ２の動力Ｐｐｕｍｐは流量ＦＷの３乗に比例し、また必要流量は負荷が変わらなければ温度差に反比例する。同様に、ファン４の動力Ｐｆａｎも、（２）式に示すように流量Ｆａの３乗に比例し、また必要流量は負荷が変わらなければ温度差に反比例する。
【００１２】
図４は、（３）式のポンプ２の動力とファン４の動力との合計ｆ（Ｔｃ）を空調コイル温度Ｔｃについてプロットした特性図である。図４に示すように、総動力ｆ（Ｔｃ）は空調コイル温度Ｔｃにより大きく変化する。
【００１３】
しかるに、従来の空調システムでは部屋温度のみによりポンプ２またはファン４の制御を行っているので、ポンプ２の動力およびファン４の動力の両者の最小化は考慮されておらず、例えば、運用点１にて運用されていた。
【００１４】
一方、冷却塔の製造する冷却水に関しても、冷却水温度が低いほど冷凍機１の成績係数（ＣＯＰ）は改善しその消費動力は低減するが、冷却水温度を低くするためには冷却塔ファンの消費動力が増大するという特性を有する。
【００１５】
図５は、熱源機（冷凍機）がガス炊きボイラによる蒸気吸収式冷凍機である場合の冷却水温度に対する冷却塔ファンの消費動力（電力消費量）およびガス消費量の関係を示す特性図である。図５から明らかなように、冷却水温度によりガスおよび電気の総合動力コストは変化する。特に、時間帯により電気料金は大きく変化するので、従来の一定冷却水温度制御では動力コストが最小化されないという問題があった。
【００１６】
本発明の目的は、最適な省エネルギー化を図った空調運転を行うことができる空調システムを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る空調システムは、冷水または温水を生産する熱源機と、熱源機で生産された冷水または温水の熱を空気に熱交換する空調コイルと、熱源機と空調コイルとの間の水循環を受け持つインバータ制御ポンプと、部屋と空調コイルとの間の空気循環を担当するインバータ制御ファンと、部屋の温度を測定する室温測定手段と、空調コイルの温度を測定する空調コイル温度測定手段と、部屋温度があらかじめ定めた設定温度になるようにインバータ制御ファンを制御すると共に前記空調コイル温度の関数で示される前記インバータ制御ファンと前記インバータ制御ポンプとの合計動力が最小となる空調コイル温度をあらかじめ空調コイル温度の設定値として求めておき前記空調コイル温度がその設定値となるようにインバータ制御ポンプを制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１の発明に係る空調システムにおいては、熱源機で生産された冷水または温水の熱を空調コイルで空気に熱交換し、その空気を部屋に供給する。コントローラは、室温測定手段で測定した部屋温度があらかじめ定めた設定温度になるようにインバータ制御ファンを制御すると共に、
インバータ制御ファンとインバータ制御ポンプとの合計動力が最小になる空調コイル温度をその設定値として求め空調コイル温度がその設定値となるようにインバータ制御ポンプを制御する。これにより、インバータ制御ポンプとインバータ制御ファンとの総合動力が最小化になるように制御する。
【００１９】
請求項２の発明に係る空調システムは、請求項１の発明において、空調コイル温度測定手段に代えて、戻り温度測定手段により冷水または温水の熱源機への戻り温度を測定し、コントローラは、戻り温度測定手段で測定された熱源機への冷水または温水の戻り温度に基づいてインバータ制御ポンプを制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明に係る空調システムにおいては、請求項１の発明の作用に加え、コントローラは、戻り温度測定手段で測定された熱源機への冷水または温水の戻り温度に基づいてインバータ制御ポンプを制御する。これにより、空調コイル温度測定手段を新たに設ける必要がなく、インバータ制御ポンプとインバータ制御ファンとの総合動力が最小化になるように制御できる。
【００２１】
請求項３の発明に係る空調システムは、請求項１の発明において、空調コイル温度測定手段に代えて、空気の部屋への噴出温度を測定する部屋噴出温度測定手段を設け、コントローラは、部屋噴出温度測定手段で測定された空気の部屋への噴出温度に基づいてインバータ制御ポンプを制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項３の発明に係る空調システムにおいては、請求項１の発明の作用に加え、コントローラは、部屋噴出温度測定手段で測定された空気の部屋への噴出温度に基づいてインバータ制御ポンプを制御する。この場合、コントローラは空気噴出温度と空調コイル温度との差について補正して制御する。これにより、インバータ制御ポンプとインバータ制御ファンとの総合動力が最小化になるように制御できる。
【００２５】
請求項４の発明に係る空調システムは、請求項１の発明において、熱源機は冷却塔を備えたガス式吸収式冷凍機であり、コントローラは、電気料金またはあらかじめ設定されたタイムスケジュールに応じて、冷却塔の冷却水温度の設定値を変更することを特徴とする。
【００２６】
請求項４の発明に係る空調システムにおいては、請求項１の発明の作用に加え、コントローラは、電気料金またはあらかじめ設定されたタイムスケジュールに応じて、ガス式吸収式冷凍機の冷却塔の冷却水温度の設定値を変更する。これにより、効率的にガス式吸収式冷凍機を運転できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる空調システムの構成図である。熱源機である冷凍機１は冷水を発生し、ポンプ２により冷水流量が調整されて空調コイル３に供給される。ポンプ２はインバータ６ａで駆動制御されるインバータ制御ポンプである。このインバータ６ａはコントローラ７により制御される。
【００２８】
空調コイル３は冷凍機１からの冷水を空気と熱交換する。空調コイル３で熱交換された空気は、ファン４により風量が制御されて室内５に供給される。ファン４はインバータ６ｂで駆動制御されるインバータ制御ファンである。このインバータ６ｂはコントローラ７により制御される。
【００２９】
また、室内５の部屋温度Ｔａを測定する室温測定手段８が設けられ、この室温測定手段８で測定された部屋温度Ｔａはコントローラ７に入力される。さらに、空調コイル３の空調コイル温度Ｔｃを測定する空調コイル温度測定手段９が設けられ、この空調コイル温度測定手段９で測定された空調コイル温度Ｔｃもコントローラ７に入力される。コントローラ７は、部屋温度Ｔａがあらかじめ定めた設定温度になるようにインバータ６ｂを介してインバータ制御ファン４を制御すると共に、空調コイル温度Ｔｃがあらかじめ定めた設定温度になるようにインバータ６ａを介してインバータ制御ポンプ２を制御する。
【００３０】
すなわち、コントローラ７は、部屋温度Ｔａと空調コイル温度Ｔｃとを入力信号とし、ポンプ２とファン４とをインバータ６ａ、６ｂにより制御する。コントローラ７のアルゴリズムは、ＰＩＤ制御器が２個備わったものであり、１つは部屋温度Ｔａの設定値からの偏差が零になるようにファン動力を制御し、他方は空調コイル温度Ｔｃが所定値になるようにポンプ動力を制御する。空調コイル温度Ｔｃの設定値は、総合動力が最小になるように以下の（４）式により求める。
【００３１】
【数２】
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一般に、空調コイル３は一つのビルに多数あり、その各々について（４）式にて温度設定値を決定することになる。このように、空調コイル３の温度Ｔｃを測定する空調コイル温度測定手段９を設け、部屋温度Ｔａと共に、ポンプ２とファン４の流量制御により各々の温度が目標値になるように調節する。この場合、空調コイル３の温度設定値は、ポンプ２とファン４の総合動力を最小化（図４における運転点２）するように決定する。
【００３２】
ここで、空調コイル温度測定手段９に代えて、冷水または温水の熱源機への戻り温度を測定する戻り温度測定手段を設け、インバータ制御ポンプ戻り温度測定手段で測定された冷凍機１への冷水または温水の戻り温度に基づいてインバータ制御ポンプ２を制御することも可能である。冷凍機１の戻り水温とした場合には、元々戻り水温を検出する戻り温度測定手段は冷却水の温度制御のために設けられているので、新たに空調コイル温度測定手段９を設ける必要がなく、最適な省エネルギー化を図った空調が可能となる。
【００３３】
また、空調コイル温度測定手段９に代えて、空気の部屋への噴出温度を測定する部屋噴出温度測定手段を設け、部屋噴出温度測定手段で測定された空気の部屋への噴出温度に基づいてインバータ制御ポンプ２を制御することも可能である。この場合には、空気噴出温度と空調コイル温度Ｔｃとの差についてあらかじめ補正しておくことになる。
【００３４】
一方、部屋温度Ｔａと空調コイル温度Ｔｃとを同時にファン４とポンプ２とを使って制御する多入出力アルゴリズムをコントローラ７に採用することもできる。この場合の多入出力アルゴリズムの代表例としてはモデル予測制御アルゴリズムがある。
【００３５】
図２は、熱源機として電動機ファンを持つ冷却塔を備えたガス式吸収式冷凍機を有する空調システムでの冷却水温度のタイムスケジュールの一例の特性図である。図２では、夏の冷却水温度のタイムスケジュールを設定した場合を示している。夏場は相対的にガスの値段が安く、昼間の重負荷時の電気代が高いので、図２に示すように、昼間の重負荷時にガスを多く使用する設定が最適設定となる。一方、冬場は、相対的にガスの値段が高いことと容易に冷却水温度が下げられることから、対応した低い冷却水温度にするのが最適なタイムスケジュールとなる。
【００３６】
このように、電気料金またはガス料金を考慮してあらかじめタイムスケジュールを設定する。例えば、冷水温度の設定温度が、与えられた電気料金に対して冷却塔動力と冷凍機動力または供給蒸気エネルギー、または供給ガス熱量の和を最小化するように決める。そして、コントローラ７は、設定されたタイムスケジュールに応じて、冷却塔の冷却水温度の設定値を変更して制御する。
【００３７】
このように、電気料金の時間変化に応じて、冷却塔の電動ファン動力費用と冷凍機１の所要動力費用との和が最小になるように冷却水温度を制御する。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、空調コイルの温度制御により、最適な省エネルギー化を図った空調運転が可能となる。また、冷却水温度と所要電力および所要ガスを考慮に入れた時間帯による冷却水の最適なタイムスケジューリングにより、コストが最もかからないように最適運転を行うことができるので、大幅なコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる空調システムの構成図。
【図２】本発明の実施の形態における熱源機として電動機ファンを持つ冷却塔を備えたガス式吸収式冷凍機を有する空調システムでの冷却水温度のタイムスケジュールの一例の特性図。
【図３】従来の空調システムの構成図。
【図４】空調システムにおけるポンプ動力とファン動力との合計を空調コイル温度についてプロットした特性図。
【図５】空調システムの冷凍機がガス炊きボイラによる蒸気吸収式冷凍機である場合の冷却水温度に対する冷却塔ファンの消費動力（電力消費量）およびガス消費量の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…冷凍機、２…ポンプ、３…空調コイル、４…ファン、５…室内、６…インバータ、７…コントローラ、８…室温測定手段、９…空調コイル温度測定手段
【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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