JP2004286284A - ユーティリティ消費設備の制御システム及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、ユーティリティ消費設備の運転条件を、自動的に、現状のユーティリティ消費設備の環境状態に合ったものに最適化して、一層の省エネルギを達成することができる制御技術を実現することを目的とする。
【解決手段】運転条件と、ユーティリティ消費量に関する評価値とを関連付けた運転データの複数を格納可能な記憶手段75を設け、記憶手段75に記憶されている複数の運転データから、評価値と運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、導出した評価関数に基づいて評価値を最小化する最適運転条件を導出し、運転条件を導出した最適運転条件に設定し、最適運転条件に設定したときの評価値を導出し、導出した評価値と設定した最適運転条件との運転データを記憶手段75に登録する最適化処理を実行する。
【選択図】 図1
【解決手段】運転条件と、ユーティリティ消費量に関する評価値とを関連付けた運転データの複数を格納可能な記憶手段75を設け、記憶手段75に記憶されている複数の運転データから、評価値と運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、導出した評価関数に基づいて評価値を最小化する最適運転条件を導出し、運転条件を導出した最適運転条件に設定し、最適運転条件に設定したときの評価値を導出し、導出した評価値と設定した最適運転条件との運転データを記憶手段75に登録する最適化処理を実行する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の駆動部においてユーティリティを消費して所定の出力を系外に対し発生するように運転を行うユーティリティ消費設備において、設定出力を維持しながら変更可能な運転条件を、省エネルギ化を目的とした条件に設定するための制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
所定の出力を系外に対し発生するように運転を行うユーティリティ消費設備として、冷水更には温水を生成して室内の空調を行う空調設備、コジェネレーション設備、ボイラ設備等の、冷温熱を生成する熱源設備などがある。
上記空調設備の冷暖房方式としては、吸収剤の吸収作用を利用して冷媒蒸気を吸収し、その蒸発によって冷却を行う吸収式と、冷媒の圧縮及び膨張を繰り返すことにより低温部の熱を高温部に移動させる圧縮式がある。吸収式には、ガスなどの燃料を加熱源として冷温水をつくる吸収式冷温水機、蒸気や高温の水を加熱源として冷水をつくる吸収式冷凍機、低温の排熱を効率よく回収し高温で利用価値の高い熱の形に変換する吸収ヒートポンプ等があり、圧縮式には、ガスエンジンヒートポンプ等がある。
【0003】
このようなユーティリティ消費設備には、ガス、電力、又は、水等のユーティリティを消費して駆動する複数の駆動部が設けられている。例えば、上記熱源設備に設けられている駆動部としては、ガスを消費して熱源を得る燃焼部、電力を消費して上記冷水や上記冷却水等の作動流体を送出するポンプ、電力を消費して上記作動流体の放熱を行うファン、水を消費して冷却水の放熱を行うクーリングタワー等がある。
【0004】
近年、顧客側の工場やビル等の施設におけるガス、電力、水等の消費量を低下させる省エネルギに関する包括的なサービスを提供し、それまでの利便性や快適性を損なうことなく省エネルギを実現し、その顧客の省エネルギ対策の実施により削減された運転コスト等の省エネルギによる経済効果の一部を報酬(対価)として享受するESCO事業が知られている。
【0005】
このようなESCO事業における省エネルギ対策として、上記ユーティリティ消費設備などを効率的に運用するための管理を行う所謂BEMS(Building and Energy Management System)への取り組みが推進されており、経済産業省の諮問機関である総合資源エネルギ調査会の報告では、BEMSの導入を省エネルギ対策の一つとして挙げ、BEMSの普及により、原油換算で約160万kL(内ESCOによる普及拡大効果は100万kL)の省エネルギ効果が期待されるとしている。
このようなBEMSは、情報技術を活用して、中央監視室等のコンピュータにより、外気温度・湿度等に関する各種データを収集し、収集したデータに基づいて、上記ユーティリティ消費設備の出力等を最適化することで、上記ユーティリティ諸費設備の出力を熱需要や外気温度等に合った適切なものとして、省エネルギを図るように構成されている。(例えば、特許文献1参照。)
【0006】
【特許文献1】
特開2001−282889号公報(第11−14頁、第5−7図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のBEMS等の従来の制御システムでは、ユーティリティ消費設備の出力、例えば、熱源設備の燃焼部における入熱量を、熱需要や外気温度等に合った適切なものとするが、その出力に対して設定される作動流体搬送用のポンプや放熱用ファン等の駆動部の駆動条件をも最適化制御するようには構成されていない場合がある。そして、このようにポンプやファン等の駆動条件が最適化されていない場合には、そのポンプやファン等で消費される電力の料金が上記燃焼部において消費されるガスの料金と同様に無視することはできない程度の額であるため、全体的な省エネルギを達成できない場合がある。
即ち、このようなユーティリティ消費設備においては、一部の駆動部の駆動条件を、その駆動部におけるユーティリティ消費量が削減できるように最適化しても、他部の駆動部におけるユーティリティ消費量が増加し、省エネルギを達成できない場合がある。
【0008】
また、ユーティリティ消費設備としての熱源設備に設けられている上記ポンプやファン等の各駆動部の駆動条件や作動流体温度条件等の設定出力を維持しながら変更可能な運転条件は、一般的に、ユーティリティ消費設備の設計時にユーティリティ消費設備の外気温度湿度や使用様態等の環境状態が平均的な基準環境状態であると想定して省エネルギを目的として最適化した条件、又は、ユーティリティ消費設備の設置時に上記環境状態が設置時の初期環境状態であると想定して省エネルギを目的として最適化した条件に設定される。しかし、ユーティリティ消費設備の実際の環境状態が、上記基準環境状態や上記初期環境状態に対して乖離した場合には、上記運転条件が、そのときの環境状態に合った最適なものではなくなり、十分な省エネルギが達成されない場合がある。
【0009】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、ユーティリティ消費設備の運転条件を、自動的に、現状のユーティリティ消費設備の環境状態に合ったものに最適化して、一層の省エネルギを達成することができる制御技術を実現することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第一特徴構成は、
前記運転条件と、ユーティリティ消費量に関する評価値とを関連付けた運転データの複数を格納可能な記憶手段と、
前記複数の駆動部のユーティリティ消費量から前記評価値を導出可能な評価値導出手段と、
前記記憶手段に格納されている複数の運転データから前記評価値と前記運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、前記評価関数に基づいて前記評価値を最適化する最適運転条件を導出可能な最適運転条件導出手段とを備えると共に、
前記最適運転条件導出手段を働かせて最適化運転条件を導出して、前記ユーティリティ消費設備の運転条件を前記導出した最適運転条件に設定すると共に、前記評価値導出手段により前記最適運転条件に設定したときの前記評価値を導出して、前記導出した評価値と前記設定した最適運転条件との運転データを前記記憶手段に登録する最適化処理を実行する最適化処理手段を備えた点にある。
【0011】
また、本発明に係るユーティリティ消費設備の制御方法は、本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムにより実行されるものであり、その特徴は、前記運転条件と、ユーティリティ消費量に関する評価値とを関連付けた運転データの複数を格納可能な記憶手段を設け、
前記記憶手段に記憶されている複数の運転データから、前記評価値と前記運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、
前記導出した評価関数に基づいて前記評価値を最適化する最適運転条件を導出し、
前記運転条件を前記導出した最適運転条件に設定し、
前記複数の駆動部のユーティリティ消費量から前記最適運転条件に設定したときの前記評価値を導出し、
前記導出した評価値と前記設定した最適運転条件との運転データを前記記憶手段に登録する最適化処理を実行する点にある。
【0012】
即ち、上記特徴構成によれば、過去において設定された一又は複数の種類の上記運転条件と、そのときに上記評価値導出手段により導出された上記評価値とを関連付けて、それを運転データとして上記記憶手段に逐次記憶することができる。更に、上記最適運転条件導出手段により、上記記憶手段に記憶されている上記複数の運転データを用いて、上記評価値と上記運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、その評価関数から、例えば上記運転条件の制約条件下において、最適化対象となる複数の駆動部における夫々のユーティリティ消費量、そのユーティリティ消費量から算出される運転コスト、又は、CO2排出量等の、省エネルギに関する評価値が最小等の最適となることを目的として、上記最適運転条件を導出することができる。
【0013】
そして、上記最適化処理手段により、例えば出力設定時に、上記最適化処理が実行され、上記運転条件が上記最適運転条件に設定されて省エネルギ化が図られると共に、その際の実際の上記評価値が上記評価値導出手段により導出されて、新たに設定された運転条件と新たに導出された評価値との運転データが、上記記憶手段に記憶される。
従って、上記記憶手段には、上記最適化処理が実行される毎に新たな運転データが逐次記憶されることになるので、その新たな運転データから導出した評価関数を用いて、上記運転条件を、現状のユーティリティ消費設備の環境状態に合った最適な最適運転条件に設定して、一層の省エネルギ化を達成することができる。
【0014】
尚、設定出力を維持しながら変更可能な運転条件とは、その運転条件を変更しても、他の条件の変更により設定出力を維持することができる条件を言う。例えば、出力を決定する条件が複数ある場合には、その複数の条件の内、一部の条件の変更により、他の条件を、上記設定出力を維持したまま変更させることができる場合には、その他の条件を上記運転条件とすることができる。
【0015】
また、ユーティリティ消費設備が、上記各駆動部等において、ガス、電力、水の少なくとも1つのユーティリティを消費して所定の出力を系外に対し発生するものである場合でも、上記ガス料金、電力料金、及び、水道料金の合計である運転コスト等を示す評価値と上記運転条件との評価関数を導出して、上記運転条件を、現状のユーティリティ消費設備の環境状態に対して上記省エネルギに関する評価値を最適化することができる最適運転条件に自動的に設定することができる。
【0016】
本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第二特徴構成は、上記第一特徴構成に加えて、前記ユーティリティ消費設備が前記ユーティリティを消費して、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する熱源設備である点にある。
【0017】
即ち、上記第二特徴構成によれば、冷水更には温水を生成して室内の空調を行う空調設備、コジェネレーション設備、ボイラ設備等の、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成熱源設備に対しても、ガスを消費して熱源を得る燃焼部の燃焼量により調整される作動媒体の温度や、電力を消費して上記冷水や上記冷却水等の作動流体を送出するポンプの出力や、電力を消費して上記作動流体の放熱を行うファンの出力や、水を蒸発させて潜熱により冷却水の放熱を行うクーリングタワーの給水量等の上記運転条件を、上記評価値を最適化することができる最適運転条件に自動的に設定することができる。
【0018】
本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第三特徴構成は、上記第一乃至第二特徴構成に加えて、前記最適化処理手段が、前記最適化処理の前に、前記記憶手段に格納されている運転データの数が2以上の設定数未満であれば、前記評価値導出手段で導出される前記評価値を確認しながら前記運転条件を変化させて前記運転データを取得し、前記取得した運転データを前記記憶手段に格納する運転データ取得処理を実行する点にある。
【0019】
即ち、上記第三特徴構成によれば、ユーティリティ消費設備を設置したときなど、上記記憶手段に記憶されている運転データの数が0個、1個、又は上記設定数未満と不十分な数である場合でも、上記運転条件を変化させる毎に、上記評価値導出手段により上記評価値を導出し、その運転条件と評価値との運転データを上記記憶手段に登録する上記運転データ取得処理を、上記運転データの数が上記設定数以上の十分な数になるまで繰り返し実行することで、上記評価関数を導出可能な程度の数の運転データを確実且つ簡単に取得することができる。
【0020】
本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第四特徴構成は、上記第一乃至第三特徴構成に加えて、前記記憶手段が、前記運転データを登録順序が認識可能な状態で記憶し、
前記最適運転条件導出手段が、前記記憶手段に格納されている前記登録順序が新しい順に所定の設定登録数の運転データから、前記評価関数を導出する点にある。
【0021】
即ち、上記第四特徴構成によれば、上記最適運転条件導出手段が、常に、新しい運転データから評価関数を導出して、信頼性の高い最適運転条件を導出することができる。また、上記記憶手段が、登録順序の新しい順に上記設定登録数の運転データのみを記憶し、それよりも古い運転データを削除することができるので、記憶手段の記憶容量を比較的小さいものに抑えることができる。
【0022】
本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第五特徴構成は、上記第一乃至第四特徴構成に加えて、前記評価値が、運転コスト又はCO2排出量である点にある。
【0023】
即ち、上記第五特徴構成によれば、ユーティリティ消費量からユーティリティの供給事業者が設定するユーティリティの料金表等に従って算出できる運転コストや、ユーティリティ消費量からCO2排出量への換算式に従って算出できるCO2排出量を、省エネルギに関する評価値として用いることができ、ユーティリティ消費設備において、自動的に、これら運転コスト又はCO2排出量である評価値が例えば上記運転条件の制約条件下において最小化等の最適化される最適運転条件が導出され、運転条件をその最適運転条件に設定されるので、運転コスト削減又はCO2排出量削減を自動的に達成することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明に係るユーティリティ消費設備に設けられる制御システムの実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【0025】
〔第一実施形態〕
図1に示すユーティリティ消費設備(以下、本設備と略称する。)は、冷熱を生成する熱源装置として構成され、詳しくは、冷水を生成する吸収式冷凍機10を有し、室内に設けられるエアーハンドリングユニット(以下、AHUと略称する。)60において冷水により輸送された冷熱を放出して室内の空調を行う空調設備として構成されている。
【0026】
上記吸収式冷凍機10は、再生器において、供給路8から供給されたガスを燃焼させて駆動熱源を得ると共に、その駆動熱源により吸収剤の濃縮・再生を行い、蒸発器においては、冷媒を蒸発させてAHU60を循環する冷水の熱を奪い、吸収器においては、クーリングタワー(以下、CTと略称する。)20を循環する冷却水により冷媒蒸気を吸収剤に吸収したときに発生する凝縮潜熱及び混合熱を奪うように構成されている。
【0027】
本設備には、コンピュータで構成され、最適化処理を含む各種制御を実行する制御システム70が設けられている。尚、上記最適化処理とは、詳細については後述するが、本設備の出力を維持しながら変更可能な運転条件を、省エネルギ化を実現することができる運転条件に設定する処理である。
【0028】
上記冷却水は、冷却水往路13に設けられた冷却水ポンプ15により、吸収式冷凍機10、冷却水復路12、CT20、及び、冷却水往路13からなる冷却水循環経路Xを、記載の順に循環する。
【0029】
上記CT20は、散布した冷却水に対してCT用ファン21で送風するなどして、冷却水を冷却するように構成されている。また、給水路22に設けられた供給弁23が、CT20に貯留される冷却水の水位を検出するフロートセンサ(図示せず)と連動して開閉することにより、給水路22から水道水が供給され、蒸発して減少した分の冷却水が補給される。上記冷却水往路13には、CT20により冷却され吸収式冷凍機10に供給される冷却水の温度(以下、冷却水往温度と呼ぶ。)を検出する温度センサ16が設けられており、上記冷却水復路12には、吸収式冷凍機10から排出されCT20に供給される冷却水の温度(以下、冷却水復温度と呼ぶ。)を検出する温度センサ17が設けられている。
【0030】
また、制御システム70は、上記冷却水ポンプ15の出力を調整して、冷却水循環経路Xにおける冷却水循環流量、及び、CT用ファン21の出力を調整して、上記冷却水往温度及び上記冷却水復温度を、所定の設定冷却水往温度及び設定冷却水復温度に設定するように構成されている。
【0031】
また、本設備において、本設備の出力が一定である場合には、制御システム70が、上記冷却水往温度及び上記冷却水復温度を設定すると、上記冷却水循環流量は、本設備の出力と上記設定冷却水往温度及び設定冷却水復温度とから一義的に求められる所定の設定冷却水循環流量に自動的に設定されることになる。
即ち、上記冷却水循環量、上記冷却水往温度、及び、上記冷却水復温度は、本設備の出力を維持しながら互いに変更可能な運転条件と言え、その内の2つを設定することで、残りの1つが所定の値に自動的に設定される。
【0032】
尚、上記冷却水ポンプ15は、その冷却水ポンプ15に設けられたモータのインバータ電圧を調整することにより、冷却水ポンプ15の出力を調整可能に構成されている。よって、冷却水ポンプ15の出力を低下させ、冷却水循環流量を低下させると、冷却水ポンプ15の電力消費量は低下し、逆に、冷却水ポンプ15の出力を増加させ、冷却水循環流量を増加させると、冷却水ポンプ15の電力消費量は増加する。
【0033】
また、CT用ファン21は、間欠運転可能に構成され、その間欠運転における運転期間のデューティー比を調整することにより、CT用ファン21の出力、即ち、CT20の冷却能力を調整可能に構成されている。よって、CT用ファン21の出力を低下させ、CT20の冷却能力を低下させると、CT用ファン21の電力消費量は低下し、逆に、CT用ファン21の出力を増加させ、CT20の冷却能力を増加させると、CT用ファン21の電力消費量は増加する。
尚、CT用ファン21を、モータのインバータ電圧を調整することにより出力調整可能に構成しても構わない。
【0034】
更に、上記CT20への冷却水の補給水量は、上記CT20における放熱量が増加するほど、増加する。即ち、上記補給水量は、上記CT用ファン21の出力が増加するほど、増加する。
【0035】
また、上記CT20が、地下水等の補給水を減少した分の冷却水以上に供給して上記冷却水を冷却するように構成されている場合や、上記CT20が地下水等の補給水との熱交換により上記冷却水を冷却するように構成されている場合には、上記CT用ファン21の出力調整の代わり又はそれに追加して、上記補給水量を調整し、CT20の冷却能力を調整し、温度センサ17で検出される上記冷却水復温度を所定の設定冷却水復温度に設定しても構わない。
【0036】
上記吸収式冷凍機10の蒸発器において冷却された上記冷水は、一次側冷水復路47に設けられた一次側ポンプ50、及び、上記一次側冷水往ヘッダ35と二次側冷水往ヘッダ39とを接続する複数のヘッダ間路36の夫々に設けられた各二次側ポンプ37を駆動することにより、吸収式冷凍機10、一次側冷水往路31、一次側冷水往ヘッダ35、複数のヘッダ間路36、二次側冷水往ヘッダ39、二次側往路41、AHU60、二次側復路43、冷水復ヘッダ45、及び、一次側冷水復路47からなる冷水循環経路Yを、記載の順に流通する。
【0037】
一次側冷水往路31には、吸収式冷凍機10により冷却された冷水の温度(以下、冷水往温度と呼ぶ。)を検出する温度センサ33が設けられており、一次側冷水復路47には、冷水復ヘッダ45から排出され吸収式冷凍機10に供給される冷水の温度(以下、冷水復温度と呼ぶ。)を検出する温度センサ34が設けられている。
【0038】
また、制御システム70は、上記一次側ポンプ50の出力を調整して、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量、及び、吸収式冷凍機10の燃焼部における燃焼量を調整して、上記冷水往温度及び上記冷水復温度を、所定の設定冷水往温度及び設定冷水復温度に設定するように構成されている。
【0039】
また、本設備において、本設備の出力が一定である場合には、制御システム70が、上記冷水往温度及び上記冷水復温度を設定すると、上記冷水循環流量は、本設備の出力と上記設定冷水往温度及び設定冷水復温度とから一義的に求められる所定の設定冷水循環流量に自動的に設定されることになる。
即ち、上記冷水循環量、上記冷水往温度、及び、上記冷水復温度は、本設備の出力を維持しながら互いに変更可能な運転条件と言え、その内の2つを設定することで、残りの1つが所定の値に自動的に設定される。
【0040】
尚、上記一次側ポンプ50は、上記冷却水ポンプ15と同様に、インバータ電圧を調整することにより、一次側ポンプの出力を調整可能に構成されている。よって、一次側ポンプ50の出力を低下させ、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量を低下させると、その一次側ポンプ50の電力消費量は低下し、逆に、一次側ポンプ50の出力を増加させ、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量を増加させると、一次側ポンプ50の電力消費量は増加する。
【0041】
また、上記二次側ポンプ37は、複数の二次側ポンプ37の内、駆動させる二次側ポンプ37の台数を調整することにより、二次側ポンプ37の出力を調整可能に構成されている。よって、二次側ポンプ37の出力を低下させ、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量を低下させると、その二次側ポンプ37の電力消費量は低下し、逆に、二次側ポンプ37の出力を増加させ、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量を増加させると、二次側ポンプ37の電力消費量は増加する。
【0042】
そして、制御システム70は、複数のヘッダ間路36における冷水流量の合計が、上記冷水循環経路Yにおける冷水循環流量と一致し、上記一次側冷水往ヘッダ35と上記冷水復ヘッダ45とを接続するバイパス路51に冷水が流通しないように、上記二次側ポンプ37の出力を、上記一次側ポンプ50の出力に合わせて設定する。
ただし、吸収式冷凍機10において、蒸発器に流通させる冷水流量(即ち、上記冷水循環流量)の許容最小値が設定されており、それ以上に、上記二次側ポンプ37における複数のヘッダ間路36における冷水流量の合計、即ち、AHU60に供給する冷水流量を少なくする場合には、バイパス流路51に冷水が流通しても構わない。
【0043】
更に、上記AHU60は、冷水により輸送された冷熱をAHU用ファン62により放出して、室内の冷房を行うように構成されている。そして、制御システム70は、AHU60により冷房される室内に設けられた温度センサ63の検出結果に基づいて、AHU用ファン62の出力を制御することにより、室温を所定の設定室温に設定するように構成されている。
【0044】
また、AHU用ファン62は、上記CT用ファン21と同様に、間欠運転における運転期間のデューティー比を調整することにより、AHU用ファン62の出力、即ち、AHU60の放熱能力を調整可能に構成されている。よって、AHU用ファン62の出力を低下させ、AHU60の放熱能力を低下させると、AHU用ファン62の電力消費量は低下し、逆に、AHU用ファン62の出力を増加させ、AHU60の放熱能力を増加させると、AHU用ファン62の電力消費量は増加する。
尚、AHU用ファン62を、モータのインバータ電圧を調整することにより出力調整可能に構成しても構わない。
【0045】
制御システム70には、屋外又は本設備が設置されている場所等に設けられた温度計及び湿度計により計測された外気温度・湿度が入力される。
そして、制御システム70は、入力された外気温度・湿度及び各室の設定温度等の変動等により、本設備の出力変動を認識し、その後、出力が一定の出力となった時点で、後述の最適化処理を実行する。
尚、上記出力の変動を、冷水往温度と冷水復温度と冷水循環量とから認識される負荷変動、又は、冷却水往温度と冷却水復温度と冷却水循環量とから認識される負荷変動により認識しても構わない。
【0046】
これまで説明してきたように、本設備においては、吸収式冷凍機10においてガス(ユーティリティの一例)が消費され、ファン21,62及び各ポンプ15,37,50において電力(ユーティリティの一例)が消費され、CT20において水道水(ユーティリティの一例)が消費される。そして、本設備には、ガス消費量を計測するガスメータ1、電力消費量を計測する電力メータ2、及び、水消費量(補給水量)を計測する水道メータ3が設けられており、これらガスメータ1、電力メータ2、及び水道メータ3の計測結果が、制御システム70に入力される。
【0047】
吸収式冷凍機10を備えた本設備において、上記一次側循環経路Yを流通する熱輸送用の冷水の温度を上昇させて外気温度との差を小さくすると、熱輸送時における熱損失を抑制することができ、更に、吸収式冷凍機10の運転効率を向上することができるので、吸収式冷凍機10におけるガス消費量及びガス料金を削減することができる。しかし、比較的高い温度の冷水により輸送される熱量を確保するために、冷水輸送用の一次側ポンプ50及び二次側ポンプ37の出力を増加させる必要があり、それらポンプ50,37における電力消費量及びその電力料金が増加し、全体的な運転コスト削減を実現できない場合がある。
【0048】
また、吸収式冷凍機10において、上記冷却水循環経路Xを流通する放熱用の冷却水の温度を低下させて吸収式冷凍機10でガスを消費して生成される駆動熱源との温度差を充分に確保した場合には、駆動熱源を生成するためのガス消費量及びガス料金を削減することができる。しかし、冷却水の温度を低下させるために、CT20の放熱用の補給水量又はCT用ファン21の出力等を増加させる必要があり、CT20における補給水量又は電力消費量、及び、その料金が増加し、全体的な運転コスト削減を実現できない場合がある。
【0049】
そこで、本設備の制御システム70は、冷却水循環経路Xにおける冷却水往温度と冷却水復温度、及び、冷水循環経路Yにおける冷水往温度と冷水復温度を、設定出力を維持しながら変更可能な運転条件とし、上記各ユーティリティを消費することで支払われる料金である運転コストをユーティリティ消費量に関する評価値とし、冷却水ポンプ15及びCT用ファン21の運転出力範囲や一次側ポンプ50及び吸収式冷凍機10の運転出力範囲等で決定される制約条件下において、その運転コストが最小化される最適運転条件に自動的に設定する最適化処理を実行するように構成されており、その特徴構成の実施形態について以下に説明する。
【0050】
制御システム70は、コンピュータシステムで構成されており、コンピュータシステムのハードウェア資源を利用しながら所定のコンピュータプログラムを実行することで、後述する各手段として機能するように構成されている。このコンピュータプログラムは、CD−ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体やインターネット等のデータ伝送媒体を介して、制御システム70をハードウェア的に構成するコンピュータシステムがアクセス可能な記録装置内にインストールされて実用に供される。
【0051】
制御システム70は、冷却水循環経路X及び冷水循環経路Yにおける上記各駆動部Dのユーティリティ消費量から運転コスト(評価値の一例)を導出可能な運転コスト導出手段(評価値導出手段の一例)71として機能する。
【0052】
即ち、運転コスト導出手段71は、ガス事業者が設定する上記ガスの料金表に従って、上記ガスメータ1で計測されたガス消費量からガス料金を導出し、電力事業者が設定する上記電力の料金表に従って、上記電力メータ2で計測された電力消費量から電力料金を導出し、更に、水道事業者が設定する上記水道水の料金表に従って、上記水道メータ3で計測された水道水消費量から水道料金を導出し、これら導出したガス料金と電力料金と水道料金との和を上記運転コストとして導出するように構成されている。
【0053】
尚、上記ガス、電力、及び、水の料金表に関する情報は、予め制御システム70に記憶させておくことができるが、これらの料金表が例えば頻繁に更新される場合には、インターネット等の通信ネットワークを介して、上記料金表に関する情報を収集するように、制御システム70を構成しても構わない。
【0054】
また、制御システム70には、本システムの所定間隔等における夫々の出力に対応して、図2に示すように、冷水往温度Tgout、冷水復温度Tgin、冷却水往温度Tctout、及び、冷却水復温度Tctinの運転条件と、それらの運転条件を設定したときに運転コスト導出手段71で導出した運転コストCとを対応付けた運転データの所定の個数(n個)を登録順に格納可能な運転データベース75A(以下、運転DB75Aと略称する。)が構築されたハードディスク等からなる記憶手段75が設けられている。
また、上記運転DB75Aには、夫々のデータに対応付けて、そのときのガス消費量G、電力消費量E、水消費量Wをも記憶しても構わない。
【0055】
更に、制御システム70は、運転条件DB75Aに格納されているそのときの出力における複数の運転データを参照し、その複数の運転データから、運転コストCと、冷水往温度Tgout、冷水復温度Tgin、冷却水往温度Tctout、及び、冷却水復温度Tctinの運転条件との相関関係を示す例えば4元4次式の評価関数を導出し、その評価関数に基づいて運転コストを最小化する最適運転条件を導出可能な最適運転条件導出手段72として機能する。
【0056】
そして、制御システム70が機能する最適化処理手段73が、本設備の出力の変動があった後に、その出力が一定に維持されていると判断したときに、最適化処理を開始して、最適運転条件導出手段72を働かせてその出力における最適化運転条件を導出して、夫々の運転条件Tgout,Tgin,Tctout,Tctinを導出した最適運転条件に設定すると共に、運転条件を設定して運転状態が安定したときに、運転コスト導出手段71を働かせて運転コストを導出し、導出した運転コストと設定した最適運転条件とからなる新たな運転データを生成して、運転DB75Aに登録する。
【0057】
また、最適化処理手段73は、上記のように最適運転条件導出手段72により最適運転条件を導出し、その最適化運転条件に関する運転データを運転DB75Aに登録するという処理を、複数回繰り返して実行することにより、一層信頼性の高い運転条件Tgout,Tgin,Tctout,Tctinの最適運転条件を導出することができる。
【0058】
また、運転DB75Aが複数の運転データを登録順序が認識可能な状態となるように順に格納するように構成されており、前記最適運転条件導出手段72は、運転DB75Aに記憶されている登録順序が新しい順に例えばn個の所定の設定登録数の運転データから、上記評価関数を導出するように構成することができる。
具体的には、運転DB75Aが最大でn個の運転データを格納するように構成され、最適化処理手段73は、運転DB75Aにn個の運転データが格納されている状態で、新たに運転データを登録する場合には、最も古い運転データを削除した後に、新たな運転データを格納する。
【0059】
また、ユーティリティ消費設備を設置したときなど、運転DB75Aに記憶されている運転データの数が、評価関数を導出するための設定数未満である場合でも最適化処理を行うために、最適化処理手段73は、最適化処理の前に、運転コスト導出手段71で導出される運転コストを確認しながら運転条件Tgout,Tgin,Tctout,Tctinを変化させて運転データを取得し、その取得した運転データを運転DB75Aに登録する運転データ取得処理を上記運転データの数が上記設定数以上の十分な数になるまで繰り返し実行するように構成されている。
【0060】
詳しくは、最適化処理手段73は、運転データ取得処理において、運転データの数が設定数未満である場合に、上記運転条件を運転コスト導出手段71で運転コストが低下するように所定量ずつ変化させ、運転データを取得する。
【0061】
また、上記運転条件を変化させる方法としては、冷却水循環経路Xにおける運転条件である冷却水往温度Tctout及び冷却水復温度Tctinを固定したまま、冷水循環経路Yの運転条件である冷水往温度Tgoutと冷水復温度Tginとを運転コストが低下するように変化させ、次に、冷水循環経路Yの運転条件を固定したまま、冷却水循環経路Xにおける運転条件を運転コストが低下するように変化させる方法や、全ての運転条件を順に変化させて行く方法などあらゆる方法を採用することができる。
例えば、運転条件をある方向に変化させ、その変化前の評価値である運転コストと変化後の運転コストを比較して、変化後の評価値が変化前の評価値よりも最適である場合には、その運転条件を同じ方向に変化させて再び変化前後の運転コストを比較し、逆に、変化後の運転コストが変化前の運転コストよりも最適でない場合には、その運転条件を反対の方向に変化させて、変化前後の運転コストを比較するように構成する。そして、運転条件を両方向に変化させても、変化前の運転コストが変化後の運転コストよりも最適となった場合に、その最終の運転条件を、最適運転条件とすることができる。
【0062】
〔第二実施形態〕
制御システム70が機能する最適化処理手段73は、上記第一実施形態とは別の方法で、夫々の運転条件Tgout,Tgin,Tctout,Tctinについて、最適化処理を実行することができ、その第二実施形態の構成について、以下に説明する。尚、第二実施形態におけるユーティリティ消費設備は、制御システム70における最適化処理方法以外については、上記第一実施形態と同様の構成であるため詳細な説明を割愛する。
【0063】
本第二実施形態においては、電力メータ2として、図1に示すように、冷却水循環経路Xにおける冷却水系電力消費量Ectを計測する冷却水系電力メータ2xと、冷水循環経路Yにおける冷水系電力消費量Egを計測する冷水系電力メータ2yとが、各別に設けられている。
【0064】
そして、制御手段70の記憶手段75には、図3に示すように、本設備の一定間隔毎等における夫々の出力に対応して、冷水循環経路Yにおける冷水系運転条件である冷水往温度Tgout、冷水復温度Tgin、それらの運転条件を設定したときのガス消費量G、冷水系電力消費量Eg、冷却水系電力消費量Ect、水消費量W、及び、運転コストCを対応付けた冷水系運転データの所定の個数を登録順に格納可能な冷水系運転データベース75g(以下、冷水系運転DB75gと略称する。)と、図4に示すように、本設備の一定間隔毎等における夫々の出力に対応して、冷却水循環経路Xにおける冷却水系運転条件である冷却水往温度Tctout、冷却水復温度Tctin、それらの運転条件を設定したときのガス消費量G、冷水系電力消費量Eg、冷却水系電力消費量Ect、水消費量W、及び、運転コストCとを対応付けた冷却水系運転データの所定の個数を登録順に格納可能な冷却水系運転データベース75ct(以下、冷却水系運転DB75ctと略称する。)が構築されている。
【0065】
最適運転条件導出手段72は、冷水系運転DB75gに格納されているそのときの出力における複数の冷水系運転データを参照し、その複数の冷水系運転データから、運転コストCと、冷水往温度Tgout及び冷水復温度Tginの運転条件との相関関係を示す例えば2元多項式の評価関数を導出し、その評価関数に基づいて運転コストCを最小化する最適運転条件を導出する冷水系最適運転条件導出処理を実行可能に構成され、同様に、冷却水系運転DB75ctに格納されているそのときの出力における複数の冷却水系運転データを参照し、その複数の冷却水系運転データから、運転コストCと、冷却水往温度Tctout及び冷却水復温度Tctinの運転条件との相関関係を示す例えば2元多項式の評価関数を導出し、その評価関数に基づいて運転コストCを最小化する最適運転条件を導出する冷却水系最適運転条件導出処理を実行可能に構成されている。
【0066】
また、冷水系運転DB75g及び冷却水系運転DB75ctは、複数の運転データを登録順序が認識可能な状態となるように順に格納するように構成されており、前記最適運転条件導出手段72は、運転DB75Aに記憶されている登録順序が新しい順に例えばk個の所定の設定登録数の運転データから、上記評価関数を導出するように構成することができる。
【0067】
また、冷水系運転DB75g又は冷却水系運転DB75ctに記憶されている運転データの数が、評価関数を導出するための設定数未満である場合でも最適化処理を行うために、最適化処理手段73は、最適化処理の前に、運転コスト導出手段71で導出される運転コストを確認しながら冷水系運転条件Tgout,Tgin、又は、冷却水系運転条件Tctout,Tctinを変化させて、冷水系運転データ又は冷却水系運転データを取得し、その取得した運転データを、冷水系運転DB75g又は冷却水系運転DB75ctに運転データ取得処理を上記運転データの数が上記設定数以上の十分な数になるまで繰り返し実行するように構成されている。
【0068】
また、運転コスト導出手段71は、上記冷水系運転条件又は冷却水運転条件を設定したときに、上記第一実施形態と同様に、上記ガスメータ1で計測されたガス消費量Gからガス料金を導出し、上記電力メータ2x,2yで計測された冷水系電力消費量Eg及び冷却水系電力消費量Ectから電力料金を導出し、更に、上記水道メータ3で計測された水道水消費量から水道料金を導出し、これら導出したガス料金と電力料金と水道料金との和を上記運転コストCとして導出するように構成されている。更に、運転コスト導出手段71は、冷水系運転DB75gに格納されている冷水系運転データ、又は、冷却水系運転DB75ctに格納されている冷却水系運転データにおいて、ガス消費量G、冷水系電力消費量Eg、冷却水系電力消費量Ect、及び、水消費量Wが別の値に変更された場合には、その運転データにおける運転コストCを再計算するように構成されている。
【0069】
そして、制御システム70が機能する最適化処理手段73は、本設備の出力の変動があり、その出力が一定に維持されていると判断したときに、最適化処理を開始して、最適運転条件導出手段72を働かせて、その出力における、冷水系運転条件である冷水往温度Tgout及び冷水復温度Tginと、冷却水系運転条件である冷却水往温度Tctout及び冷却水復温度Tctinとの、夫々の最適化運転条件を、各循環経路X,Y毎に導出する。
【0070】
具体的には、最適化処理手段73は、先ず、冷水系運転条件である冷水往温度Tgout及び冷水復温度Tginとの最適化処理を行うに、夫々の冷水系運転条件Tgout,Tginをある条件に設定した後に、運転データ取得処理及び最適運転条件導出手段72による最適運転条件導出処理を繰り返し実行して、冷水系運転条件の最適運転条件としての冷水往温度Tgout(k)及び冷水復温度Tgin(k)を導出する。よって、このように冷水系運転条件における最適運転条件を導出することで、冷水系運転DB75gには、図3(a)に示すように、k個の冷水系運転データが格納されることになり、また、冷水系運転条件Tgout及びTginは、最適運転条件であるTgout(k)及びTgin(k)に設定されることになる。
尚、このときのガス消費量G(k)をa、冷水系電力消費量Eg(k)をb、冷却水系電力消費量Ect(k)をc、水消費量W(k)をdとする。また、この冷水系運転条件の最適化処理において、冷却水系運転条件は固定されているので、冷水系運転DB75gにおける冷却水系電力消費量Ect(1)〜Ect(k)は全て同じ値cとなり、更に、冷水系運転DB75gにおける水消費量W(1)〜W(k)は全て同じ値dとなる。
【0071】
次に、最適化処理手段73は、冷却水系運転条件である冷却水往温度Tctout及び冷却水復温度Tctinとの最適化処理を行うに、先ず、図4(a)に示すように、冷水系運転条件Tgout及びTginをTgout(k)及びTgin(k)に設定した時点における、冷却水系運転条件である冷却水往温度Tctout(1)及び冷却水復温度Tctin(1)と、その時のガス消費量G(1)(=a)、冷水系電力消費量Eg(1)(=b)、冷却水系電力消費量Ect(1)(=c)、水消費量W(1)(=d)、及び、運転コストC(1)とからなる冷却水系運転データを、冷却水系運転DB75ctに登録する。
【0072】
そして、最適化処理手段73は、上記冷水系運転条件の最適化運転処理と同様に、運転データ取得処理及び最適運転条件導出手段72による最適運転条件導出処理を繰り返し実行して、冷却水系運転条件の最適運転条件としての冷却水往温度Tctout(k)及び冷却水復温度Tctin(k)を導出する。よって、このように冷却水系運転条件における最適運転条件を導出することで、冷却水系運転DB75ctには、図4(a)に示すように、k個の冷却水系運転データが格納されることになり、また、冷却水系運転条件Tctout及びTctinは、最適運転条件であるTctout(k)及びTctin(k)に設定されることになる。
尚、このときのガス消費量G(k)をa’、冷水系電力消費量Eg(k)をb’、冷却水系電力消費量Ect(k)をc’、水消費量W(k)をd’とする。また、この冷却水系運転条件の最適化処理において、冷水系運転条件は固定されているので、冷却水系運転DB75ctにおける冷水系電力消費量Eg(1)〜Eg(k)は全て同じ値b’となる。
【0073】
以上のように、冷水系運転条件及び冷却水運転条件の最適化処理を各別に実行しても、夫々の運転条件は運転コストを最小とするような最適運転条件に設定することができる。
【0074】
更に、最適化処理手段73は、上記のように、冷水系運転条件及び冷却水運転条件の最適化処理を夫々1回ずつ実行した後に、それらを繰り返して実行することで、夫々の運転条件を、運転コストが最小とする目的で、信頼性が高い最適運転条件とすることができ、その構成について以下に説明する。
【0075】
最適化処理手段73は、上記冷却水系運転条件の最適化処理を行った後に、先ず、冷却水系運転DB75ctに格納されている冷却水運転条件の最適運転条件であるTctout(k)及びTctin(k)に対応し、その冷却水運転条件の最適化処理により変動したガス消費量a’、冷却水系電力消費量c’、及び、水消費量d’を用いて、図3(b)に示すように、冷水系運転DB75gに格納されているk個の冷水系運転データのガス消費量G(1)〜G(k)、冷却水系電力消費量Ect(1)〜Ect(k)、及び、水消費量W(1)〜W(k)を補正する。
即ち、冷水系運転DB75gに格納されているガス消費量G(1)〜G(k)の夫々を、上記冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めたガス消費量aに対する冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めたガス消費量a’の割合(=a’/a)を掛けて補正し、冷水系運転DB75gに格納されている冷却水系電力消費量Ect(1)〜Ect(k)の夫々を、上記冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めた冷却水系電力消費量cに対する冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めた冷却水系電力消費量c’の割合(=c’/c)を掛けて補正し、更に、冷水系運転DB75gに格納されている水消費量W(1)〜W(k)の夫々を、上記冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めた水消費量dに対する冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めた水消費量d’の割合(=d’/d)を掛けて補正し、補正された1〜k番目までの冷水系運転データの運転コストC(1)〜C(k)は、上記補正後の値を用いて再計算される。
【0076】
更に、最適化処理手段73は、最適運転条件導出手段72により、上記補正後の1〜k番目までの冷水系運転データを用いて最適運転条件導出処理を繰り返し実行して、冷水系運転条件の最適運転条件としての冷水往温度Tgout(m)及び冷水復温度Tgin(m)を導出する。このように冷水系運転条件における最適運転条件を導出することで、冷水系運転DB75gには、図3(b)に示すように、m個の冷水系運転データが格納されることになり、また、冷水系運転条件Tgout及びTginは、さらに信頼性の高い最適運転条件であるTgout(m)及びTgin(m)に設定されることになる。
尚、このときのガス消費量G(k)をa”、冷水系電力消費量Eg(k)をb”、冷却水系電力消費量Ect(k)をc”、水消費量W(k)をd”とする。また、この冷水系運転条件の最適化処理において、冷却水系運転条件は固定されているので、冷水系運転DB75gにおける冷却水系電力消費量Ect(1)〜Ect(m)は全て同じ値c”となり、更に、冷水系運転DB75gにおける水消費量W(1)〜W(m)は全て同じ値d”となる。
【0077】
次に、最適化処理手段73は、上記のような冷水系運転条件の最適化処理を行った後に、冷水系運転DB75gに格納されている冷水運転条件の最適運転条件であるTgout(m)及びTgin(m)に対応し、その冷水運転条件の最適化処理により変動したガス消費量a”、及び、冷水系電力消費量b”を用いて、図4(b)に示すように、冷却水系運転DB75ctに格納されているk個の冷水系運転データのガス消費量G(1)〜G(k)、及び、冷水系電力消費量Eg(1)〜Eg(k)を補正する。
即ち、冷却水系運転DB75ctに格納されているガス消費量G(1)〜G(k)の夫々を、上記冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めたガス消費量a’に対する冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めたガス消費量a”の割合(=a”/a’)を掛けて補正し、更に、冷却水系運転DB75ctに格納されている冷水系電力消費量Eg(1)〜Eg(k)の夫々を、上記冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めた冷水系電力消費量b’に対する冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めた冷水系電力消費量b”の割合(=c”/c’)を掛けて補正し、補正された1〜k番目までの冷却水系運転データの運転コストC(1)〜C(k)は、上記補正後の値を用いて再計算される。
【0078】
更に、最適化処理手段73は、最適運転条件導出手段72により、上記補正後の1〜k番目までの冷却水系運転データを用いて最適運転条件導出処理を繰り返し実行して、冷却水系運転条件の最適運転条件としての冷却水往温度Tctout(m)及び冷却水復温度Tctin(m)を導出する。このように冷却水系運転条件における最適運転条件を導出することで、冷却水系運転DB75ctには、図4(b)に示すように、m個の冷却水系運転データが格納されることになり、また、冷却水系運転条件Tctout及びTctinは、更に信頼性の高い最適運転条件であるTctout(m)及びTctin(m)に設定されることになる。
尚、このときのガス消費量G(k)をa”’、冷水系電力消費量Eg(k)をb”’、冷却水系電力消費量Ect(k)をc”’、水消費量W(k)をd”’とする。また、この冷水系運転条件の最適化処理において、冷水系運転条件は固定されているので、冷却水系運転DB75ctにおける冷水系電力消費量Eg(1)〜Eg(k)は全て同じ値b”’となる。
【0079】
尚、上記冷水系運転DB75g及び上記冷却水系運転DB75ctは、2つの運転条件とそれに対応する運転コストとを関係付けた運転データを格納するように構成したが、別に、一方の運転条件に対して複数の他方の運転条件及び運転コストとを関連付けて格納するように構成しても構わない。また、このように格納する場合には、一方の運転条件が一定である複数の運転データが存在することになり、その複数の運転データから運転コストと他方の運転条件との簡単な評価関数を導出して、その評価関数から運転コストが最小化される他方の運転条件とそのときの運転コストとを簡単に導出することができる。
【0080】
〔別実施形態〕
〈1〉 上記実施の形態において、吸収式冷凍機10により空調用の冷水を生成する熱源設備に設けられた制御システム70について説明したが、本発明に係る制御システムは、上記のような吸収式の熱源設備以外に、コジェネレーション設備又はボイラ設備に設けることができ、更に、熱源設備以外の、ガス、電力、水等のユーティリティを消費する駆動部を駆動させて運転されるユーティリティ消費設備に設けることができる。
【0081】
〈2〉 上記実施の形態においては、省エネルギに関する評価値を、ガス料金、電気料金、及び、水道料金の合計である運転コストとし、各運転条件を、その評価値としての運転コストが最小化される最適運転条件に設定したが、別に、上記評価値としては、省エネルギの程度を評価するものであればよく、例えば、ガス消費量、電力消費量、及び、水道水消費量から、CO2排出量への換算式に従って算出されるCO2排出量を、上記省エネルギに関する評価値とし、各運転条件を、そのCO2排出量が最小化される最適運転条件に設定しても構わない。
また、ユーティリティ消費設備の各駆動部Dにおいて消費されるユーティリティがガス、電力、又は、水等の1種である場合には、上記省エネルギに関する評価値を、そのユーティリティ消費量自身としても構わない。
また、上記省エネルギに関する評価値を、上記運転コスト及び上記CO2排出量以外の、例えば、ガス消費量及び電力消費量を熱量に換算した値である消費熱量や、上記ガス消費量、電力消費量、及び、水消費量から換算した一次エネルギ消費量(ガス、電力、水を製造するために消費される一次エネルギの消費量)等としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱源設備及びそれに備えた制御システムの概略構成図
【図2】運転データベースに格納される運転データの構成を示す図
【図3】冷水系運転データベース格納される冷水系運転データの構成を示す図
【図4】冷却水系運転データベース格納される冷却水系運転データの構成を示す図
【符号の説明】
1:ガスメータ
2:電力メータ
3:水道メータ
10:吸収式冷凍機
15:冷却水ポンプ
16,17:温度センサ
20:クーリングタワー(CT)
33,34:温度センサ
37:二次側ポンプ
40:圧力センサ
50:一次側ポンプ
60:エアーハンドリングユニット(AHU)
70:制御システム
71:運転コスト導出手段(評価値導出手段)
72:最適駆動条件導出手段
73:最適化処理手段
75:記憶手段
X:冷却水循環経路
Y:一次側冷水循環経路
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の駆動部においてユーティリティを消費して所定の出力を系外に対し発生するように運転を行うユーティリティ消費設備において、設定出力を維持しながら変更可能な運転条件を、省エネルギ化を目的とした条件に設定するための制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
所定の出力を系外に対し発生するように運転を行うユーティリティ消費設備として、冷水更には温水を生成して室内の空調を行う空調設備、コジェネレーション設備、ボイラ設備等の、冷温熱を生成する熱源設備などがある。
上記空調設備の冷暖房方式としては、吸収剤の吸収作用を利用して冷媒蒸気を吸収し、その蒸発によって冷却を行う吸収式と、冷媒の圧縮及び膨張を繰り返すことにより低温部の熱を高温部に移動させる圧縮式がある。吸収式には、ガスなどの燃料を加熱源として冷温水をつくる吸収式冷温水機、蒸気や高温の水を加熱源として冷水をつくる吸収式冷凍機、低温の排熱を効率よく回収し高温で利用価値の高い熱の形に変換する吸収ヒートポンプ等があり、圧縮式には、ガスエンジンヒートポンプ等がある。
【0003】
このようなユーティリティ消費設備には、ガス、電力、又は、水等のユーティリティを消費して駆動する複数の駆動部が設けられている。例えば、上記熱源設備に設けられている駆動部としては、ガスを消費して熱源を得る燃焼部、電力を消費して上記冷水や上記冷却水等の作動流体を送出するポンプ、電力を消費して上記作動流体の放熱を行うファン、水を消費して冷却水の放熱を行うクーリングタワー等がある。
【0004】
近年、顧客側の工場やビル等の施設におけるガス、電力、水等の消費量を低下させる省エネルギに関する包括的なサービスを提供し、それまでの利便性や快適性を損なうことなく省エネルギを実現し、その顧客の省エネルギ対策の実施により削減された運転コスト等の省エネルギによる経済効果の一部を報酬(対価)として享受するESCO事業が知られている。
【0005】
このようなESCO事業における省エネルギ対策として、上記ユーティリティ消費設備などを効率的に運用するための管理を行う所謂BEMS(Building and Energy Management System)への取り組みが推進されており、経済産業省の諮問機関である総合資源エネルギ調査会の報告では、BEMSの導入を省エネルギ対策の一つとして挙げ、BEMSの普及により、原油換算で約160万kL(内ESCOによる普及拡大効果は100万kL)の省エネルギ効果が期待されるとしている。
このようなBEMSは、情報技術を活用して、中央監視室等のコンピュータにより、外気温度・湿度等に関する各種データを収集し、収集したデータに基づいて、上記ユーティリティ消費設備の出力等を最適化することで、上記ユーティリティ諸費設備の出力を熱需要や外気温度等に合った適切なものとして、省エネルギを図るように構成されている。(例えば、特許文献1参照。)
【0006】
【特許文献1】
特開2001−282889号公報(第11−14頁、第5−7図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のBEMS等の従来の制御システムでは、ユーティリティ消費設備の出力、例えば、熱源設備の燃焼部における入熱量を、熱需要や外気温度等に合った適切なものとするが、その出力に対して設定される作動流体搬送用のポンプや放熱用ファン等の駆動部の駆動条件をも最適化制御するようには構成されていない場合がある。そして、このようにポンプやファン等の駆動条件が最適化されていない場合には、そのポンプやファン等で消費される電力の料金が上記燃焼部において消費されるガスの料金と同様に無視することはできない程度の額であるため、全体的な省エネルギを達成できない場合がある。
即ち、このようなユーティリティ消費設備においては、一部の駆動部の駆動条件を、その駆動部におけるユーティリティ消費量が削減できるように最適化しても、他部の駆動部におけるユーティリティ消費量が増加し、省エネルギを達成できない場合がある。
【0008】
また、ユーティリティ消費設備としての熱源設備に設けられている上記ポンプやファン等の各駆動部の駆動条件や作動流体温度条件等の設定出力を維持しながら変更可能な運転条件は、一般的に、ユーティリティ消費設備の設計時にユーティリティ消費設備の外気温度湿度や使用様態等の環境状態が平均的な基準環境状態であると想定して省エネルギを目的として最適化した条件、又は、ユーティリティ消費設備の設置時に上記環境状態が設置時の初期環境状態であると想定して省エネルギを目的として最適化した条件に設定される。しかし、ユーティリティ消費設備の実際の環境状態が、上記基準環境状態や上記初期環境状態に対して乖離した場合には、上記運転条件が、そのときの環境状態に合った最適なものではなくなり、十分な省エネルギが達成されない場合がある。
【0009】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、ユーティリティ消費設備の運転条件を、自動的に、現状のユーティリティ消費設備の環境状態に合ったものに最適化して、一層の省エネルギを達成することができる制御技術を実現することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第一特徴構成は、
前記運転条件と、ユーティリティ消費量に関する評価値とを関連付けた運転データの複数を格納可能な記憶手段と、
前記複数の駆動部のユーティリティ消費量から前記評価値を導出可能な評価値導出手段と、
前記記憶手段に格納されている複数の運転データから前記評価値と前記運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、前記評価関数に基づいて前記評価値を最適化する最適運転条件を導出可能な最適運転条件導出手段とを備えると共に、
前記最適運転条件導出手段を働かせて最適化運転条件を導出して、前記ユーティリティ消費設備の運転条件を前記導出した最適運転条件に設定すると共に、前記評価値導出手段により前記最適運転条件に設定したときの前記評価値を導出して、前記導出した評価値と前記設定した最適運転条件との運転データを前記記憶手段に登録する最適化処理を実行する最適化処理手段を備えた点にある。
【0011】
また、本発明に係るユーティリティ消費設備の制御方法は、本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムにより実行されるものであり、その特徴は、前記運転条件と、ユーティリティ消費量に関する評価値とを関連付けた運転データの複数を格納可能な記憶手段を設け、
前記記憶手段に記憶されている複数の運転データから、前記評価値と前記運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、
前記導出した評価関数に基づいて前記評価値を最適化する最適運転条件を導出し、
前記運転条件を前記導出した最適運転条件に設定し、
前記複数の駆動部のユーティリティ消費量から前記最適運転条件に設定したときの前記評価値を導出し、
前記導出した評価値と前記設定した最適運転条件との運転データを前記記憶手段に登録する最適化処理を実行する点にある。
【0012】
即ち、上記特徴構成によれば、過去において設定された一又は複数の種類の上記運転条件と、そのときに上記評価値導出手段により導出された上記評価値とを関連付けて、それを運転データとして上記記憶手段に逐次記憶することができる。更に、上記最適運転条件導出手段により、上記記憶手段に記憶されている上記複数の運転データを用いて、上記評価値と上記運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、その評価関数から、例えば上記運転条件の制約条件下において、最適化対象となる複数の駆動部における夫々のユーティリティ消費量、そのユーティリティ消費量から算出される運転コスト、又は、CO2排出量等の、省エネルギに関する評価値が最小等の最適となることを目的として、上記最適運転条件を導出することができる。
【0013】
そして、上記最適化処理手段により、例えば出力設定時に、上記最適化処理が実行され、上記運転条件が上記最適運転条件に設定されて省エネルギ化が図られると共に、その際の実際の上記評価値が上記評価値導出手段により導出されて、新たに設定された運転条件と新たに導出された評価値との運転データが、上記記憶手段に記憶される。
従って、上記記憶手段には、上記最適化処理が実行される毎に新たな運転データが逐次記憶されることになるので、その新たな運転データから導出した評価関数を用いて、上記運転条件を、現状のユーティリティ消費設備の環境状態に合った最適な最適運転条件に設定して、一層の省エネルギ化を達成することができる。
【0014】
尚、設定出力を維持しながら変更可能な運転条件とは、その運転条件を変更しても、他の条件の変更により設定出力を維持することができる条件を言う。例えば、出力を決定する条件が複数ある場合には、その複数の条件の内、一部の条件の変更により、他の条件を、上記設定出力を維持したまま変更させることができる場合には、その他の条件を上記運転条件とすることができる。
【0015】
また、ユーティリティ消費設備が、上記各駆動部等において、ガス、電力、水の少なくとも1つのユーティリティを消費して所定の出力を系外に対し発生するものである場合でも、上記ガス料金、電力料金、及び、水道料金の合計である運転コスト等を示す評価値と上記運転条件との評価関数を導出して、上記運転条件を、現状のユーティリティ消費設備の環境状態に対して上記省エネルギに関する評価値を最適化することができる最適運転条件に自動的に設定することができる。
【0016】
本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第二特徴構成は、上記第一特徴構成に加えて、前記ユーティリティ消費設備が前記ユーティリティを消費して、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する熱源設備である点にある。
【0017】
即ち、上記第二特徴構成によれば、冷水更には温水を生成して室内の空調を行う空調設備、コジェネレーション設備、ボイラ設備等の、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成熱源設備に対しても、ガスを消費して熱源を得る燃焼部の燃焼量により調整される作動媒体の温度や、電力を消費して上記冷水や上記冷却水等の作動流体を送出するポンプの出力や、電力を消費して上記作動流体の放熱を行うファンの出力や、水を蒸発させて潜熱により冷却水の放熱を行うクーリングタワーの給水量等の上記運転条件を、上記評価値を最適化することができる最適運転条件に自動的に設定することができる。
【0018】
本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第三特徴構成は、上記第一乃至第二特徴構成に加えて、前記最適化処理手段が、前記最適化処理の前に、前記記憶手段に格納されている運転データの数が2以上の設定数未満であれば、前記評価値導出手段で導出される前記評価値を確認しながら前記運転条件を変化させて前記運転データを取得し、前記取得した運転データを前記記憶手段に格納する運転データ取得処理を実行する点にある。
【0019】
即ち、上記第三特徴構成によれば、ユーティリティ消費設備を設置したときなど、上記記憶手段に記憶されている運転データの数が0個、1個、又は上記設定数未満と不十分な数である場合でも、上記運転条件を変化させる毎に、上記評価値導出手段により上記評価値を導出し、その運転条件と評価値との運転データを上記記憶手段に登録する上記運転データ取得処理を、上記運転データの数が上記設定数以上の十分な数になるまで繰り返し実行することで、上記評価関数を導出可能な程度の数の運転データを確実且つ簡単に取得することができる。
【0020】
本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第四特徴構成は、上記第一乃至第三特徴構成に加えて、前記記憶手段が、前記運転データを登録順序が認識可能な状態で記憶し、
前記最適運転条件導出手段が、前記記憶手段に格納されている前記登録順序が新しい順に所定の設定登録数の運転データから、前記評価関数を導出する点にある。
【0021】
即ち、上記第四特徴構成によれば、上記最適運転条件導出手段が、常に、新しい運転データから評価関数を導出して、信頼性の高い最適運転条件を導出することができる。また、上記記憶手段が、登録順序の新しい順に上記設定登録数の運転データのみを記憶し、それよりも古い運転データを削除することができるので、記憶手段の記憶容量を比較的小さいものに抑えることができる。
【0022】
本発明に係るユーティリティ消費設備の制御システムの第五特徴構成は、上記第一乃至第四特徴構成に加えて、前記評価値が、運転コスト又はCO2排出量である点にある。
【0023】
即ち、上記第五特徴構成によれば、ユーティリティ消費量からユーティリティの供給事業者が設定するユーティリティの料金表等に従って算出できる運転コストや、ユーティリティ消費量からCO2排出量への換算式に従って算出できるCO2排出量を、省エネルギに関する評価値として用いることができ、ユーティリティ消費設備において、自動的に、これら運転コスト又はCO2排出量である評価値が例えば上記運転条件の制約条件下において最小化等の最適化される最適運転条件が導出され、運転条件をその最適運転条件に設定されるので、運転コスト削減又はCO2排出量削減を自動的に達成することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明に係るユーティリティ消費設備に設けられる制御システムの実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【0025】
〔第一実施形態〕
図1に示すユーティリティ消費設備(以下、本設備と略称する。)は、冷熱を生成する熱源装置として構成され、詳しくは、冷水を生成する吸収式冷凍機10を有し、室内に設けられるエアーハンドリングユニット(以下、AHUと略称する。)60において冷水により輸送された冷熱を放出して室内の空調を行う空調設備として構成されている。
【0026】
上記吸収式冷凍機10は、再生器において、供給路8から供給されたガスを燃焼させて駆動熱源を得ると共に、その駆動熱源により吸収剤の濃縮・再生を行い、蒸発器においては、冷媒を蒸発させてAHU60を循環する冷水の熱を奪い、吸収器においては、クーリングタワー(以下、CTと略称する。)20を循環する冷却水により冷媒蒸気を吸収剤に吸収したときに発生する凝縮潜熱及び混合熱を奪うように構成されている。
【0027】
本設備には、コンピュータで構成され、最適化処理を含む各種制御を実行する制御システム70が設けられている。尚、上記最適化処理とは、詳細については後述するが、本設備の出力を維持しながら変更可能な運転条件を、省エネルギ化を実現することができる運転条件に設定する処理である。
【0028】
上記冷却水は、冷却水往路13に設けられた冷却水ポンプ15により、吸収式冷凍機10、冷却水復路12、CT20、及び、冷却水往路13からなる冷却水循環経路Xを、記載の順に循環する。
【0029】
上記CT20は、散布した冷却水に対してCT用ファン21で送風するなどして、冷却水を冷却するように構成されている。また、給水路22に設けられた供給弁23が、CT20に貯留される冷却水の水位を検出するフロートセンサ(図示せず)と連動して開閉することにより、給水路22から水道水が供給され、蒸発して減少した分の冷却水が補給される。上記冷却水往路13には、CT20により冷却され吸収式冷凍機10に供給される冷却水の温度(以下、冷却水往温度と呼ぶ。)を検出する温度センサ16が設けられており、上記冷却水復路12には、吸収式冷凍機10から排出されCT20に供給される冷却水の温度(以下、冷却水復温度と呼ぶ。)を検出する温度センサ17が設けられている。
【0030】
また、制御システム70は、上記冷却水ポンプ15の出力を調整して、冷却水循環経路Xにおける冷却水循環流量、及び、CT用ファン21の出力を調整して、上記冷却水往温度及び上記冷却水復温度を、所定の設定冷却水往温度及び設定冷却水復温度に設定するように構成されている。
【0031】
また、本設備において、本設備の出力が一定である場合には、制御システム70が、上記冷却水往温度及び上記冷却水復温度を設定すると、上記冷却水循環流量は、本設備の出力と上記設定冷却水往温度及び設定冷却水復温度とから一義的に求められる所定の設定冷却水循環流量に自動的に設定されることになる。
即ち、上記冷却水循環量、上記冷却水往温度、及び、上記冷却水復温度は、本設備の出力を維持しながら互いに変更可能な運転条件と言え、その内の2つを設定することで、残りの1つが所定の値に自動的に設定される。
【0032】
尚、上記冷却水ポンプ15は、その冷却水ポンプ15に設けられたモータのインバータ電圧を調整することにより、冷却水ポンプ15の出力を調整可能に構成されている。よって、冷却水ポンプ15の出力を低下させ、冷却水循環流量を低下させると、冷却水ポンプ15の電力消費量は低下し、逆に、冷却水ポンプ15の出力を増加させ、冷却水循環流量を増加させると、冷却水ポンプ15の電力消費量は増加する。
【0033】
また、CT用ファン21は、間欠運転可能に構成され、その間欠運転における運転期間のデューティー比を調整することにより、CT用ファン21の出力、即ち、CT20の冷却能力を調整可能に構成されている。よって、CT用ファン21の出力を低下させ、CT20の冷却能力を低下させると、CT用ファン21の電力消費量は低下し、逆に、CT用ファン21の出力を増加させ、CT20の冷却能力を増加させると、CT用ファン21の電力消費量は増加する。
尚、CT用ファン21を、モータのインバータ電圧を調整することにより出力調整可能に構成しても構わない。
【0034】
更に、上記CT20への冷却水の補給水量は、上記CT20における放熱量が増加するほど、増加する。即ち、上記補給水量は、上記CT用ファン21の出力が増加するほど、増加する。
【0035】
また、上記CT20が、地下水等の補給水を減少した分の冷却水以上に供給して上記冷却水を冷却するように構成されている場合や、上記CT20が地下水等の補給水との熱交換により上記冷却水を冷却するように構成されている場合には、上記CT用ファン21の出力調整の代わり又はそれに追加して、上記補給水量を調整し、CT20の冷却能力を調整し、温度センサ17で検出される上記冷却水復温度を所定の設定冷却水復温度に設定しても構わない。
【0036】
上記吸収式冷凍機10の蒸発器において冷却された上記冷水は、一次側冷水復路47に設けられた一次側ポンプ50、及び、上記一次側冷水往ヘッダ35と二次側冷水往ヘッダ39とを接続する複数のヘッダ間路36の夫々に設けられた各二次側ポンプ37を駆動することにより、吸収式冷凍機10、一次側冷水往路31、一次側冷水往ヘッダ35、複数のヘッダ間路36、二次側冷水往ヘッダ39、二次側往路41、AHU60、二次側復路43、冷水復ヘッダ45、及び、一次側冷水復路47からなる冷水循環経路Yを、記載の順に流通する。
【0037】
一次側冷水往路31には、吸収式冷凍機10により冷却された冷水の温度(以下、冷水往温度と呼ぶ。)を検出する温度センサ33が設けられており、一次側冷水復路47には、冷水復ヘッダ45から排出され吸収式冷凍機10に供給される冷水の温度(以下、冷水復温度と呼ぶ。)を検出する温度センサ34が設けられている。
【0038】
また、制御システム70は、上記一次側ポンプ50の出力を調整して、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量、及び、吸収式冷凍機10の燃焼部における燃焼量を調整して、上記冷水往温度及び上記冷水復温度を、所定の設定冷水往温度及び設定冷水復温度に設定するように構成されている。
【0039】
また、本設備において、本設備の出力が一定である場合には、制御システム70が、上記冷水往温度及び上記冷水復温度を設定すると、上記冷水循環流量は、本設備の出力と上記設定冷水往温度及び設定冷水復温度とから一義的に求められる所定の設定冷水循環流量に自動的に設定されることになる。
即ち、上記冷水循環量、上記冷水往温度、及び、上記冷水復温度は、本設備の出力を維持しながら互いに変更可能な運転条件と言え、その内の2つを設定することで、残りの1つが所定の値に自動的に設定される。
【0040】
尚、上記一次側ポンプ50は、上記冷却水ポンプ15と同様に、インバータ電圧を調整することにより、一次側ポンプの出力を調整可能に構成されている。よって、一次側ポンプ50の出力を低下させ、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量を低下させると、その一次側ポンプ50の電力消費量は低下し、逆に、一次側ポンプ50の出力を増加させ、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量を増加させると、一次側ポンプ50の電力消費量は増加する。
【0041】
また、上記二次側ポンプ37は、複数の二次側ポンプ37の内、駆動させる二次側ポンプ37の台数を調整することにより、二次側ポンプ37の出力を調整可能に構成されている。よって、二次側ポンプ37の出力を低下させ、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量を低下させると、その二次側ポンプ37の電力消費量は低下し、逆に、二次側ポンプ37の出力を増加させ、冷水循環経路Yにおける冷水循環流量を増加させると、二次側ポンプ37の電力消費量は増加する。
【0042】
そして、制御システム70は、複数のヘッダ間路36における冷水流量の合計が、上記冷水循環経路Yにおける冷水循環流量と一致し、上記一次側冷水往ヘッダ35と上記冷水復ヘッダ45とを接続するバイパス路51に冷水が流通しないように、上記二次側ポンプ37の出力を、上記一次側ポンプ50の出力に合わせて設定する。
ただし、吸収式冷凍機10において、蒸発器に流通させる冷水流量(即ち、上記冷水循環流量)の許容最小値が設定されており、それ以上に、上記二次側ポンプ37における複数のヘッダ間路36における冷水流量の合計、即ち、AHU60に供給する冷水流量を少なくする場合には、バイパス流路51に冷水が流通しても構わない。
【0043】
更に、上記AHU60は、冷水により輸送された冷熱をAHU用ファン62により放出して、室内の冷房を行うように構成されている。そして、制御システム70は、AHU60により冷房される室内に設けられた温度センサ63の検出結果に基づいて、AHU用ファン62の出力を制御することにより、室温を所定の設定室温に設定するように構成されている。
【0044】
また、AHU用ファン62は、上記CT用ファン21と同様に、間欠運転における運転期間のデューティー比を調整することにより、AHU用ファン62の出力、即ち、AHU60の放熱能力を調整可能に構成されている。よって、AHU用ファン62の出力を低下させ、AHU60の放熱能力を低下させると、AHU用ファン62の電力消費量は低下し、逆に、AHU用ファン62の出力を増加させ、AHU60の放熱能力を増加させると、AHU用ファン62の電力消費量は増加する。
尚、AHU用ファン62を、モータのインバータ電圧を調整することにより出力調整可能に構成しても構わない。
【0045】
制御システム70には、屋外又は本設備が設置されている場所等に設けられた温度計及び湿度計により計測された外気温度・湿度が入力される。
そして、制御システム70は、入力された外気温度・湿度及び各室の設定温度等の変動等により、本設備の出力変動を認識し、その後、出力が一定の出力となった時点で、後述の最適化処理を実行する。
尚、上記出力の変動を、冷水往温度と冷水復温度と冷水循環量とから認識される負荷変動、又は、冷却水往温度と冷却水復温度と冷却水循環量とから認識される負荷変動により認識しても構わない。
【0046】
これまで説明してきたように、本設備においては、吸収式冷凍機10においてガス(ユーティリティの一例)が消費され、ファン21,62及び各ポンプ15,37,50において電力(ユーティリティの一例)が消費され、CT20において水道水(ユーティリティの一例)が消費される。そして、本設備には、ガス消費量を計測するガスメータ1、電力消費量を計測する電力メータ2、及び、水消費量(補給水量)を計測する水道メータ3が設けられており、これらガスメータ1、電力メータ2、及び水道メータ3の計測結果が、制御システム70に入力される。
【0047】
吸収式冷凍機10を備えた本設備において、上記一次側循環経路Yを流通する熱輸送用の冷水の温度を上昇させて外気温度との差を小さくすると、熱輸送時における熱損失を抑制することができ、更に、吸収式冷凍機10の運転効率を向上することができるので、吸収式冷凍機10におけるガス消費量及びガス料金を削減することができる。しかし、比較的高い温度の冷水により輸送される熱量を確保するために、冷水輸送用の一次側ポンプ50及び二次側ポンプ37の出力を増加させる必要があり、それらポンプ50,37における電力消費量及びその電力料金が増加し、全体的な運転コスト削減を実現できない場合がある。
【0048】
また、吸収式冷凍機10において、上記冷却水循環経路Xを流通する放熱用の冷却水の温度を低下させて吸収式冷凍機10でガスを消費して生成される駆動熱源との温度差を充分に確保した場合には、駆動熱源を生成するためのガス消費量及びガス料金を削減することができる。しかし、冷却水の温度を低下させるために、CT20の放熱用の補給水量又はCT用ファン21の出力等を増加させる必要があり、CT20における補給水量又は電力消費量、及び、その料金が増加し、全体的な運転コスト削減を実現できない場合がある。
【0049】
そこで、本設備の制御システム70は、冷却水循環経路Xにおける冷却水往温度と冷却水復温度、及び、冷水循環経路Yにおける冷水往温度と冷水復温度を、設定出力を維持しながら変更可能な運転条件とし、上記各ユーティリティを消費することで支払われる料金である運転コストをユーティリティ消費量に関する評価値とし、冷却水ポンプ15及びCT用ファン21の運転出力範囲や一次側ポンプ50及び吸収式冷凍機10の運転出力範囲等で決定される制約条件下において、その運転コストが最小化される最適運転条件に自動的に設定する最適化処理を実行するように構成されており、その特徴構成の実施形態について以下に説明する。
【0050】
制御システム70は、コンピュータシステムで構成されており、コンピュータシステムのハードウェア資源を利用しながら所定のコンピュータプログラムを実行することで、後述する各手段として機能するように構成されている。このコンピュータプログラムは、CD−ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体やインターネット等のデータ伝送媒体を介して、制御システム70をハードウェア的に構成するコンピュータシステムがアクセス可能な記録装置内にインストールされて実用に供される。
【0051】
制御システム70は、冷却水循環経路X及び冷水循環経路Yにおける上記各駆動部Dのユーティリティ消費量から運転コスト(評価値の一例)を導出可能な運転コスト導出手段(評価値導出手段の一例)71として機能する。
【0052】
即ち、運転コスト導出手段71は、ガス事業者が設定する上記ガスの料金表に従って、上記ガスメータ1で計測されたガス消費量からガス料金を導出し、電力事業者が設定する上記電力の料金表に従って、上記電力メータ2で計測された電力消費量から電力料金を導出し、更に、水道事業者が設定する上記水道水の料金表に従って、上記水道メータ3で計測された水道水消費量から水道料金を導出し、これら導出したガス料金と電力料金と水道料金との和を上記運転コストとして導出するように構成されている。
【0053】
尚、上記ガス、電力、及び、水の料金表に関する情報は、予め制御システム70に記憶させておくことができるが、これらの料金表が例えば頻繁に更新される場合には、インターネット等の通信ネットワークを介して、上記料金表に関する情報を収集するように、制御システム70を構成しても構わない。
【0054】
また、制御システム70には、本システムの所定間隔等における夫々の出力に対応して、図2に示すように、冷水往温度Tgout、冷水復温度Tgin、冷却水往温度Tctout、及び、冷却水復温度Tctinの運転条件と、それらの運転条件を設定したときに運転コスト導出手段71で導出した運転コストCとを対応付けた運転データの所定の個数(n個)を登録順に格納可能な運転データベース75A(以下、運転DB75Aと略称する。)が構築されたハードディスク等からなる記憶手段75が設けられている。
また、上記運転DB75Aには、夫々のデータに対応付けて、そのときのガス消費量G、電力消費量E、水消費量Wをも記憶しても構わない。
【0055】
更に、制御システム70は、運転条件DB75Aに格納されているそのときの出力における複数の運転データを参照し、その複数の運転データから、運転コストCと、冷水往温度Tgout、冷水復温度Tgin、冷却水往温度Tctout、及び、冷却水復温度Tctinの運転条件との相関関係を示す例えば4元4次式の評価関数を導出し、その評価関数に基づいて運転コストを最小化する最適運転条件を導出可能な最適運転条件導出手段72として機能する。
【0056】
そして、制御システム70が機能する最適化処理手段73が、本設備の出力の変動があった後に、その出力が一定に維持されていると判断したときに、最適化処理を開始して、最適運転条件導出手段72を働かせてその出力における最適化運転条件を導出して、夫々の運転条件Tgout,Tgin,Tctout,Tctinを導出した最適運転条件に設定すると共に、運転条件を設定して運転状態が安定したときに、運転コスト導出手段71を働かせて運転コストを導出し、導出した運転コストと設定した最適運転条件とからなる新たな運転データを生成して、運転DB75Aに登録する。
【0057】
また、最適化処理手段73は、上記のように最適運転条件導出手段72により最適運転条件を導出し、その最適化運転条件に関する運転データを運転DB75Aに登録するという処理を、複数回繰り返して実行することにより、一層信頼性の高い運転条件Tgout,Tgin,Tctout,Tctinの最適運転条件を導出することができる。
【0058】
また、運転DB75Aが複数の運転データを登録順序が認識可能な状態となるように順に格納するように構成されており、前記最適運転条件導出手段72は、運転DB75Aに記憶されている登録順序が新しい順に例えばn個の所定の設定登録数の運転データから、上記評価関数を導出するように構成することができる。
具体的には、運転DB75Aが最大でn個の運転データを格納するように構成され、最適化処理手段73は、運転DB75Aにn個の運転データが格納されている状態で、新たに運転データを登録する場合には、最も古い運転データを削除した後に、新たな運転データを格納する。
【0059】
また、ユーティリティ消費設備を設置したときなど、運転DB75Aに記憶されている運転データの数が、評価関数を導出するための設定数未満である場合でも最適化処理を行うために、最適化処理手段73は、最適化処理の前に、運転コスト導出手段71で導出される運転コストを確認しながら運転条件Tgout,Tgin,Tctout,Tctinを変化させて運転データを取得し、その取得した運転データを運転DB75Aに登録する運転データ取得処理を上記運転データの数が上記設定数以上の十分な数になるまで繰り返し実行するように構成されている。
【0060】
詳しくは、最適化処理手段73は、運転データ取得処理において、運転データの数が設定数未満である場合に、上記運転条件を運転コスト導出手段71で運転コストが低下するように所定量ずつ変化させ、運転データを取得する。
【0061】
また、上記運転条件を変化させる方法としては、冷却水循環経路Xにおける運転条件である冷却水往温度Tctout及び冷却水復温度Tctinを固定したまま、冷水循環経路Yの運転条件である冷水往温度Tgoutと冷水復温度Tginとを運転コストが低下するように変化させ、次に、冷水循環経路Yの運転条件を固定したまま、冷却水循環経路Xにおける運転条件を運転コストが低下するように変化させる方法や、全ての運転条件を順に変化させて行く方法などあらゆる方法を採用することができる。
例えば、運転条件をある方向に変化させ、その変化前の評価値である運転コストと変化後の運転コストを比較して、変化後の評価値が変化前の評価値よりも最適である場合には、その運転条件を同じ方向に変化させて再び変化前後の運転コストを比較し、逆に、変化後の運転コストが変化前の運転コストよりも最適でない場合には、その運転条件を反対の方向に変化させて、変化前後の運転コストを比較するように構成する。そして、運転条件を両方向に変化させても、変化前の運転コストが変化後の運転コストよりも最適となった場合に、その最終の運転条件を、最適運転条件とすることができる。
【0062】
〔第二実施形態〕
制御システム70が機能する最適化処理手段73は、上記第一実施形態とは別の方法で、夫々の運転条件Tgout,Tgin,Tctout,Tctinについて、最適化処理を実行することができ、その第二実施形態の構成について、以下に説明する。尚、第二実施形態におけるユーティリティ消費設備は、制御システム70における最適化処理方法以外については、上記第一実施形態と同様の構成であるため詳細な説明を割愛する。
【0063】
本第二実施形態においては、電力メータ2として、図1に示すように、冷却水循環経路Xにおける冷却水系電力消費量Ectを計測する冷却水系電力メータ2xと、冷水循環経路Yにおける冷水系電力消費量Egを計測する冷水系電力メータ2yとが、各別に設けられている。
【0064】
そして、制御手段70の記憶手段75には、図3に示すように、本設備の一定間隔毎等における夫々の出力に対応して、冷水循環経路Yにおける冷水系運転条件である冷水往温度Tgout、冷水復温度Tgin、それらの運転条件を設定したときのガス消費量G、冷水系電力消費量Eg、冷却水系電力消費量Ect、水消費量W、及び、運転コストCを対応付けた冷水系運転データの所定の個数を登録順に格納可能な冷水系運転データベース75g(以下、冷水系運転DB75gと略称する。)と、図4に示すように、本設備の一定間隔毎等における夫々の出力に対応して、冷却水循環経路Xにおける冷却水系運転条件である冷却水往温度Tctout、冷却水復温度Tctin、それらの運転条件を設定したときのガス消費量G、冷水系電力消費量Eg、冷却水系電力消費量Ect、水消費量W、及び、運転コストCとを対応付けた冷却水系運転データの所定の個数を登録順に格納可能な冷却水系運転データベース75ct(以下、冷却水系運転DB75ctと略称する。)が構築されている。
【0065】
最適運転条件導出手段72は、冷水系運転DB75gに格納されているそのときの出力における複数の冷水系運転データを参照し、その複数の冷水系運転データから、運転コストCと、冷水往温度Tgout及び冷水復温度Tginの運転条件との相関関係を示す例えば2元多項式の評価関数を導出し、その評価関数に基づいて運転コストCを最小化する最適運転条件を導出する冷水系最適運転条件導出処理を実行可能に構成され、同様に、冷却水系運転DB75ctに格納されているそのときの出力における複数の冷却水系運転データを参照し、その複数の冷却水系運転データから、運転コストCと、冷却水往温度Tctout及び冷却水復温度Tctinの運転条件との相関関係を示す例えば2元多項式の評価関数を導出し、その評価関数に基づいて運転コストCを最小化する最適運転条件を導出する冷却水系最適運転条件導出処理を実行可能に構成されている。
【0066】
また、冷水系運転DB75g及び冷却水系運転DB75ctは、複数の運転データを登録順序が認識可能な状態となるように順に格納するように構成されており、前記最適運転条件導出手段72は、運転DB75Aに記憶されている登録順序が新しい順に例えばk個の所定の設定登録数の運転データから、上記評価関数を導出するように構成することができる。
【0067】
また、冷水系運転DB75g又は冷却水系運転DB75ctに記憶されている運転データの数が、評価関数を導出するための設定数未満である場合でも最適化処理を行うために、最適化処理手段73は、最適化処理の前に、運転コスト導出手段71で導出される運転コストを確認しながら冷水系運転条件Tgout,Tgin、又は、冷却水系運転条件Tctout,Tctinを変化させて、冷水系運転データ又は冷却水系運転データを取得し、その取得した運転データを、冷水系運転DB75g又は冷却水系運転DB75ctに運転データ取得処理を上記運転データの数が上記設定数以上の十分な数になるまで繰り返し実行するように構成されている。
【0068】
また、運転コスト導出手段71は、上記冷水系運転条件又は冷却水運転条件を設定したときに、上記第一実施形態と同様に、上記ガスメータ1で計測されたガス消費量Gからガス料金を導出し、上記電力メータ2x,2yで計測された冷水系電力消費量Eg及び冷却水系電力消費量Ectから電力料金を導出し、更に、上記水道メータ3で計測された水道水消費量から水道料金を導出し、これら導出したガス料金と電力料金と水道料金との和を上記運転コストCとして導出するように構成されている。更に、運転コスト導出手段71は、冷水系運転DB75gに格納されている冷水系運転データ、又は、冷却水系運転DB75ctに格納されている冷却水系運転データにおいて、ガス消費量G、冷水系電力消費量Eg、冷却水系電力消費量Ect、及び、水消費量Wが別の値に変更された場合には、その運転データにおける運転コストCを再計算するように構成されている。
【0069】
そして、制御システム70が機能する最適化処理手段73は、本設備の出力の変動があり、その出力が一定に維持されていると判断したときに、最適化処理を開始して、最適運転条件導出手段72を働かせて、その出力における、冷水系運転条件である冷水往温度Tgout及び冷水復温度Tginと、冷却水系運転条件である冷却水往温度Tctout及び冷却水復温度Tctinとの、夫々の最適化運転条件を、各循環経路X,Y毎に導出する。
【0070】
具体的には、最適化処理手段73は、先ず、冷水系運転条件である冷水往温度Tgout及び冷水復温度Tginとの最適化処理を行うに、夫々の冷水系運転条件Tgout,Tginをある条件に設定した後に、運転データ取得処理及び最適運転条件導出手段72による最適運転条件導出処理を繰り返し実行して、冷水系運転条件の最適運転条件としての冷水往温度Tgout(k)及び冷水復温度Tgin(k)を導出する。よって、このように冷水系運転条件における最適運転条件を導出することで、冷水系運転DB75gには、図3(a)に示すように、k個の冷水系運転データが格納されることになり、また、冷水系運転条件Tgout及びTginは、最適運転条件であるTgout(k)及びTgin(k)に設定されることになる。
尚、このときのガス消費量G(k)をa、冷水系電力消費量Eg(k)をb、冷却水系電力消費量Ect(k)をc、水消費量W(k)をdとする。また、この冷水系運転条件の最適化処理において、冷却水系運転条件は固定されているので、冷水系運転DB75gにおける冷却水系電力消費量Ect(1)〜Ect(k)は全て同じ値cとなり、更に、冷水系運転DB75gにおける水消費量W(1)〜W(k)は全て同じ値dとなる。
【0071】
次に、最適化処理手段73は、冷却水系運転条件である冷却水往温度Tctout及び冷却水復温度Tctinとの最適化処理を行うに、先ず、図4(a)に示すように、冷水系運転条件Tgout及びTginをTgout(k)及びTgin(k)に設定した時点における、冷却水系運転条件である冷却水往温度Tctout(1)及び冷却水復温度Tctin(1)と、その時のガス消費量G(1)(=a)、冷水系電力消費量Eg(1)(=b)、冷却水系電力消費量Ect(1)(=c)、水消費量W(1)(=d)、及び、運転コストC(1)とからなる冷却水系運転データを、冷却水系運転DB75ctに登録する。
【0072】
そして、最適化処理手段73は、上記冷水系運転条件の最適化運転処理と同様に、運転データ取得処理及び最適運転条件導出手段72による最適運転条件導出処理を繰り返し実行して、冷却水系運転条件の最適運転条件としての冷却水往温度Tctout(k)及び冷却水復温度Tctin(k)を導出する。よって、このように冷却水系運転条件における最適運転条件を導出することで、冷却水系運転DB75ctには、図4(a)に示すように、k個の冷却水系運転データが格納されることになり、また、冷却水系運転条件Tctout及びTctinは、最適運転条件であるTctout(k)及びTctin(k)に設定されることになる。
尚、このときのガス消費量G(k)をa’、冷水系電力消費量Eg(k)をb’、冷却水系電力消費量Ect(k)をc’、水消費量W(k)をd’とする。また、この冷却水系運転条件の最適化処理において、冷水系運転条件は固定されているので、冷却水系運転DB75ctにおける冷水系電力消費量Eg(1)〜Eg(k)は全て同じ値b’となる。
【0073】
以上のように、冷水系運転条件及び冷却水運転条件の最適化処理を各別に実行しても、夫々の運転条件は運転コストを最小とするような最適運転条件に設定することができる。
【0074】
更に、最適化処理手段73は、上記のように、冷水系運転条件及び冷却水運転条件の最適化処理を夫々1回ずつ実行した後に、それらを繰り返して実行することで、夫々の運転条件を、運転コストが最小とする目的で、信頼性が高い最適運転条件とすることができ、その構成について以下に説明する。
【0075】
最適化処理手段73は、上記冷却水系運転条件の最適化処理を行った後に、先ず、冷却水系運転DB75ctに格納されている冷却水運転条件の最適運転条件であるTctout(k)及びTctin(k)に対応し、その冷却水運転条件の最適化処理により変動したガス消費量a’、冷却水系電力消費量c’、及び、水消費量d’を用いて、図3(b)に示すように、冷水系運転DB75gに格納されているk個の冷水系運転データのガス消費量G(1)〜G(k)、冷却水系電力消費量Ect(1)〜Ect(k)、及び、水消費量W(1)〜W(k)を補正する。
即ち、冷水系運転DB75gに格納されているガス消費量G(1)〜G(k)の夫々を、上記冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めたガス消費量aに対する冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めたガス消費量a’の割合(=a’/a)を掛けて補正し、冷水系運転DB75gに格納されている冷却水系電力消費量Ect(1)〜Ect(k)の夫々を、上記冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めた冷却水系電力消費量cに対する冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めた冷却水系電力消費量c’の割合(=c’/c)を掛けて補正し、更に、冷水系運転DB75gに格納されている水消費量W(1)〜W(k)の夫々を、上記冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めた水消費量dに対する冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めた水消費量d’の割合(=d’/d)を掛けて補正し、補正された1〜k番目までの冷水系運転データの運転コストC(1)〜C(k)は、上記補正後の値を用いて再計算される。
【0076】
更に、最適化処理手段73は、最適運転条件導出手段72により、上記補正後の1〜k番目までの冷水系運転データを用いて最適運転条件導出処理を繰り返し実行して、冷水系運転条件の最適運転条件としての冷水往温度Tgout(m)及び冷水復温度Tgin(m)を導出する。このように冷水系運転条件における最適運転条件を導出することで、冷水系運転DB75gには、図3(b)に示すように、m個の冷水系運転データが格納されることになり、また、冷水系運転条件Tgout及びTginは、さらに信頼性の高い最適運転条件であるTgout(m)及びTgin(m)に設定されることになる。
尚、このときのガス消費量G(k)をa”、冷水系電力消費量Eg(k)をb”、冷却水系電力消費量Ect(k)をc”、水消費量W(k)をd”とする。また、この冷水系運転条件の最適化処理において、冷却水系運転条件は固定されているので、冷水系運転DB75gにおける冷却水系電力消費量Ect(1)〜Ect(m)は全て同じ値c”となり、更に、冷水系運転DB75gにおける水消費量W(1)〜W(m)は全て同じ値d”となる。
【0077】
次に、最適化処理手段73は、上記のような冷水系運転条件の最適化処理を行った後に、冷水系運転DB75gに格納されている冷水運転条件の最適運転条件であるTgout(m)及びTgin(m)に対応し、その冷水運転条件の最適化処理により変動したガス消費量a”、及び、冷水系電力消費量b”を用いて、図4(b)に示すように、冷却水系運転DB75ctに格納されているk個の冷水系運転データのガス消費量G(1)〜G(k)、及び、冷水系電力消費量Eg(1)〜Eg(k)を補正する。
即ち、冷却水系運転DB75ctに格納されているガス消費量G(1)〜G(k)の夫々を、上記冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めたガス消費量a’に対する冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めたガス消費量a”の割合(=a”/a’)を掛けて補正し、更に、冷却水系運転DB75ctに格納されている冷水系電力消費量Eg(1)〜Eg(k)の夫々を、上記冷却水系運転条件の最適化処理において最後に求めた冷水系電力消費量b’に対する冷水系運転条件の最適化処理において最後に求めた冷水系電力消費量b”の割合(=c”/c’)を掛けて補正し、補正された1〜k番目までの冷却水系運転データの運転コストC(1)〜C(k)は、上記補正後の値を用いて再計算される。
【0078】
更に、最適化処理手段73は、最適運転条件導出手段72により、上記補正後の1〜k番目までの冷却水系運転データを用いて最適運転条件導出処理を繰り返し実行して、冷却水系運転条件の最適運転条件としての冷却水往温度Tctout(m)及び冷却水復温度Tctin(m)を導出する。このように冷却水系運転条件における最適運転条件を導出することで、冷却水系運転DB75ctには、図4(b)に示すように、m個の冷却水系運転データが格納されることになり、また、冷却水系運転条件Tctout及びTctinは、更に信頼性の高い最適運転条件であるTctout(m)及びTctin(m)に設定されることになる。
尚、このときのガス消費量G(k)をa”’、冷水系電力消費量Eg(k)をb”’、冷却水系電力消費量Ect(k)をc”’、水消費量W(k)をd”’とする。また、この冷水系運転条件の最適化処理において、冷水系運転条件は固定されているので、冷却水系運転DB75ctにおける冷水系電力消費量Eg(1)〜Eg(k)は全て同じ値b”’となる。
【0079】
尚、上記冷水系運転DB75g及び上記冷却水系運転DB75ctは、2つの運転条件とそれに対応する運転コストとを関係付けた運転データを格納するように構成したが、別に、一方の運転条件に対して複数の他方の運転条件及び運転コストとを関連付けて格納するように構成しても構わない。また、このように格納する場合には、一方の運転条件が一定である複数の運転データが存在することになり、その複数の運転データから運転コストと他方の運転条件との簡単な評価関数を導出して、その評価関数から運転コストが最小化される他方の運転条件とそのときの運転コストとを簡単に導出することができる。
【0080】
〔別実施形態〕
〈1〉 上記実施の形態において、吸収式冷凍機10により空調用の冷水を生成する熱源設備に設けられた制御システム70について説明したが、本発明に係る制御システムは、上記のような吸収式の熱源設備以外に、コジェネレーション設備又はボイラ設備に設けることができ、更に、熱源設備以外の、ガス、電力、水等のユーティリティを消費する駆動部を駆動させて運転されるユーティリティ消費設備に設けることができる。
【0081】
〈2〉 上記実施の形態においては、省エネルギに関する評価値を、ガス料金、電気料金、及び、水道料金の合計である運転コストとし、各運転条件を、その評価値としての運転コストが最小化される最適運転条件に設定したが、別に、上記評価値としては、省エネルギの程度を評価するものであればよく、例えば、ガス消費量、電力消費量、及び、水道水消費量から、CO2排出量への換算式に従って算出されるCO2排出量を、上記省エネルギに関する評価値とし、各運転条件を、そのCO2排出量が最小化される最適運転条件に設定しても構わない。
また、ユーティリティ消費設備の各駆動部Dにおいて消費されるユーティリティがガス、電力、又は、水等の1種である場合には、上記省エネルギに関する評価値を、そのユーティリティ消費量自身としても構わない。
また、上記省エネルギに関する評価値を、上記運転コスト及び上記CO2排出量以外の、例えば、ガス消費量及び電力消費量を熱量に換算した値である消費熱量や、上記ガス消費量、電力消費量、及び、水消費量から換算した一次エネルギ消費量(ガス、電力、水を製造するために消費される一次エネルギの消費量)等としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱源設備及びそれに備えた制御システムの概略構成図
【図2】運転データベースに格納される運転データの構成を示す図
【図3】冷水系運転データベース格納される冷水系運転データの構成を示す図
【図4】冷却水系運転データベース格納される冷却水系運転データの構成を示す図
【符号の説明】
1:ガスメータ
2:電力メータ
3:水道メータ
10:吸収式冷凍機
15:冷却水ポンプ
16,17:温度センサ
20:クーリングタワー(CT)
33,34:温度センサ
37:二次側ポンプ
40:圧力センサ
50:一次側ポンプ
60:エアーハンドリングユニット(AHU)
70:制御システム
71:運転コスト導出手段(評価値導出手段)
72:最適駆動条件導出手段
73:最適化処理手段
75:記憶手段
X:冷却水循環経路
Y:一次側冷水循環経路
Claims (6)
- 複数の駆動部においてユーティリティを消費して所定の出力を系外に対し発生するように運転を行うユーティリティ消費設備において、設定出力を維持しながら変更可能な運転条件を、省エネルギ化を目的とした条件に設定するための制御システムであって、
前記運転条件と、ユーティリティ消費量に関する評価値とを関連付けた運転データの複数を格納可能な記憶手段と、
前記複数の駆動部のユーティリティ消費量から前記評価値を導出可能な評価値導出手段と、
前記記憶手段に格納されている複数の運転データから前記評価値と前記運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、前記評価関数に基づいて前記評価値を最適化する最適運転条件を導出可能な最適運転条件導出手段とを備えると共に、
前記最適運転条件導出手段を働かせて最適化運転条件を導出して、前記ユーティリティ消費設備の運転条件を前記導出した最適運転条件に設定すると共に、前記評価値導出手段により前記最適運転条件に設定したときの前記評価値を導出して、前記導出した評価値と前記設定した最適運転条件との運転データを前記記憶手段に登録する最適化処理を実行する最適化処理手段を備えたユーティリティ消費設備の制御システム。 - 前記ユーティリティ消費設備が前記ユーティリティを消費して、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する熱源設備である請求項1に記載のユーティリティ消費設備の制御システム。
- 前記最適化処理手段が、前記最適化処理の前に、前記記憶手段に格納されている運転データの数が2以上の設定数未満であれば、前記評価値導出手段で導出される前記評価値を確認しながら前記運転条件を変化させて前記運転データを取得し、前記取得した運転データを前記記憶手段に格納する運転データ取得処理を実行する請求項1又は2に記載のユーティリティ消費設備の制御システム。
- 前記記憶手段が、前記運転データを登録順序が認識可能な状態で記憶し、
前記最適運転条件導出手段が、前記記憶手段に格納されている前記登録順序が新しい順に所定の設定登録数の運転データから、前記評価関数を導出する請求項1から3の何れか1項に記載のユーティリティ消費設備の制御システム。 - 前記評価値が、運転コスト又はCO2排出量である請求項1から4の何れか1項に記載のユーティリティ消費設備の制御システム。
- 複数の駆動部においてユーティリティを消費して所定の出力を系外に対し発生するように運転を行うユーティリティ消費設備において、設定出力を維持しながら変更可能な運転条件を、省エネルギ化を目的とした条件に設定するための制御方法であって、
前記運転条件と、ユーティリティ消費量に関する評価値とを関連付けた運転データの複数を格納可能な記憶手段を設け、
前記記憶手段に記憶されている複数の運転データから、前記評価値と前記運転条件との相関関係を示す評価関数を導出し、
前記導出した評価関数に基づいて前記評価値を最適化する最適運転条件を導出し、
前記運転条件を前記導出した最適運転条件に設定し、
前記複数の駆動部のユーティリティ消費量から前記最適運転条件に設定したときの前記評価値を導出し、
前記導出した評価値と前記設定した最適運転条件との運転データを前記記憶手段に登録する最適化処理を実行することを特徴とするユーティリティ消費設備の制御方法。
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