JP2007024325A - 空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の搬送動力を削減し、より省エネルギー効果を得ることが可能な空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法を提供すること。
【解決手段】台数制御装置２８により二次ポンプ１４ａ〜１４ｄが増段起動する際に、回転数制御装置１６が、該回転数制御装置１６の所望回転数に達するまでの時間を基にして増段時回転数Ｆｋを算出し、増段した二次ポンプと運転中の二次ポンプとの回転数を算出された回転数Ｆｋまで上げ、増段したポンプの運転開始から増段時安定化待ち時間を経過した後に増段した二次ポンプと運転中の二次ポンプの回転数を負荷目標に応じた回転数に制御することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法に関し、さらに詳細には二次ポンプの増段起動、または減段停止する際に二次ポンプの回転数を負荷目標に応じて制御する熱媒搬送装置の制御方法に関する。

特許文献１（特開２００３−１０６７３１号公報）に開示された加圧送水ポンプシステムは、以下のように構成されていた。すなわち、戻りヘッダからの冷水あるいは温水を冷凍機、冷温水発生機又はボイラを介して第１の送りヘッダに送る一次送水ポンプと、第１の送りヘッダから第２の送りヘッダに冷水あるいは温水を送る二次送水ポンプと、第２の送りヘッダから戻りヘッダへの流量を測定する流量センサと、第２の送りヘッダと戻りヘッダとの圧力差を測定する差圧センサと、送水圧を測定する圧力センサとを備え、二次送水ポンプがインバータを有している加圧送水ポンプシステムにおいて、流量センサの測定信号と外部入力信号あるいはデータ蓄積部のテーブルに基づいてシステム全体の固定抵抗と、管路定数と、摩擦損失水頭計算式による定数の数値とを選択して演算された送水圧力または差圧センサで計測された吐出圧力を基に演算を行い、インバータの回転数を決定する入力演算部を有する二次ポンプコントローラを備えていることを特徴としている。
特開２００３−１０６７３１号公報

一般的な加圧送水ポンプシステムでは、二次送水ポンプの回転数を二次ポンプの送水圧力値と差圧センサで計測された吐出圧力とを基に演算を行って制御している。他方、特許文献１に開示された二次ポンプの制御方法では、例えば増段時には、増段した二次ポンプの回転数を運転中の二次ポンプと同じ回転数まで上げ、また、減段時には、継続して運転する二次ポンプの回転数を最大（ＭＡＸ％）まで上げ、その後、いずれの場合も負荷に応じた回転数に変化させることとなるので、増段起動時および減段停止時ともに流量（回転数）の変化が大きくなる。そのため、管路内の圧力変動、流量変動の幅が大きくなり、空調機側の制御乱れの原因となるばかりかエネルギー損失も大きい、という問題があった。

この発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、熱源装置、負荷側装置、前記熱源装置と前記負荷側装置とに対応する熱媒搬送装置、該熱媒搬送装置を構成する二次ポンプの運転台数を制御する台数制御装置および回転数を制御する回転数制御装置から構成される空調熱源システムにおいて圧力変動や流量変動幅を小さくし、熱媒搬送装置の搬送動力を削減し、より大きな省エネルギー効果を得ることが可能な空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の前提は、熱源装置と、負荷側装置と、前記熱源装置と前記負荷側装置とに対応する熱媒搬送装置として設けられた一次ポンプおよび並列に複数台設けられ、回転数変換装置を備えた二次ポンプと、複数の二次ポンプの運転台数を制御する台数制御装置と、二次ポンプの回転数を負荷目標に応じて制御する回転数制御装置とを備える空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法である。

かかる空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法において第１の発明の特徴は、台数制御装置により二次ポンプの少なくとも２台目以上が増段起動する際に、回転数制御装置が、該回転数制御装置の所望の回転数に達するまでの時間を基にして増段時回転数を算出し、増段した二次ポンプと運転中の二次ポンプとの回転数を算出された値まで変化させ、増段した二次ポンプの運転開始から増段時安定化待ち時間を経過した後に、増段した二次ポンプと運転中の二次ポンプとの回転数を負荷目標に応じた回転数に制御することである。

また、かかる空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法において第２の発明の特徴は、台数制御装置により二次ポンプが少なくとも１台以上継続して運転する減段停止時に、回転数制御装置が、該回転数制御装置の所望の回転数に達するまでの時間を基にして減段時回転数を算出し、その後、継続運転している二次ポンプの回転数を前記算出した値まで変化させると共に減段した二次ポンプの運転を停止するか低速待機運転し、減段した二次ポンプの運転停止時又は低速待機運転時から減段時安定化待ち時間を経過した後に、継続運転している二次ポンプの回転数を負荷目標に応じた回転数に制御することである。

第１の発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法における実施形態の一例としては、増段した二次ポンプの運転開始から所定時間だけ遅らせて、継続運転している二次ポンプの回転数を算出された値まで変化させることである。

また、第２の発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法における実施形態の一例としては、減段した二次ポンプの運転停止時又は低速待機運転時から所定時間だけ遅らせて、継続運転している二次ポンプの回転数を前記算出された値に変化させることである。

さらに、第１および第２の発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法における実施形態の一例としては、複数の二次ポンプが回転数変換装置を備えており、回転数制御装置を用いて二次ポンプの回転数が制御されることである。

第１の発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法によると、二次ポンプが増段起動、又は減段停止する際に、圧力変動と流量変動幅を最小にする最適な回転数に制御され、その後に実際の負荷目標に応じた回転数に制御されることから搬送エネルギー損失が少なく、省エネルギー運転となって運転コストの低減を図ることができる。

また、この発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法によれば、増段した二次ポンプの運転開始から所定時間だけ遅らせて全体管路の状態を安定化待ちさせる。さらに、継続運転している二次ポンプの回転数を算出された値まで下げ、減段した二次ポンプの運転停止時又は低速待機運転時から所定時間だけ遅らせて、継続運転している二次ポンプの回転数を算出された値まで上げるように制御するので、圧力と流量の変化が小さく、その結果として安定した制御動作を実現することができる。

添付の図面を参照して、本発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法における詳細を説明すると、以下のとおりである。図１は、本発明に係る制御方法を実施する空調熱源システムの構成を概略的に示す構成説明図である。図１に示される空調熱源システム１０は、冷温水発生機１１ａ，１１ｂからなる熱源装置１１と、この熱源装置１１に対応する熱媒搬送装置１２として各冷温水発生器１１ａ，１１ｂの吸込口に管路で接続された冷温水一次ポンプ（以下、一次ポンプという）１２ａ，１２ｂとを備えている。

各冷温水発生器１１ａ，１１ｂは、それらの吐出口がそれぞれ送水一次ヘッダ１３に管路により接続され、この送水一次ヘッダ１３は、並列に４台設けられた冷温水二次ポンプ（以下、二次ポンプという）１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに管路により接続されている。これら二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、例えばインバータのような回転数変換装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを備えており、各二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの回転数は、回転数制御装置１６が各回転数変換装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄによる周波数のパルス振幅変調（ＰＡＭ制御）、或いはパルス幅変調（ＰＷＭ制御）を行わせることにより変化される。

これら二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの吐出口は送水二次ヘッダ１７に接続されている。送水一次ヘッダ１３と送水二次ヘッダ１７との間には逃がし弁１８を備えた管路が接続されている。送水二次ヘッダ１７は、並列に２台設置されている空調機１９ａ，１９ｂの冷温水吸入口に管路で接続されている。すなわち、送水二次ヘッダ１７に接続された１つの管路から２つの管路が分岐し、各分岐管はそれぞれの空調機１９ａ，１９ｂの冷温水吸入口に接続されている。各空調機１９ａ，１９ｂの冷温水吐出口には、管路２０ａ，２０ｂのそれぞれ一端部が接続され、これら管路２０ａ，２０ｂには二方弁２１ａ，２１ｂが設けられている。各管路２０ａ，２０ｂの他端部は管路２２に合流され、該管路２２は還水二次ヘッダ２３に接続されている。

還水二次ヘッダ２３は、管路２４を介して還水一次ヘッダ２５に連通されており、該管路２４には流量センサ２６が設けられている。還水一次ヘッダ２５からは、３つの管路２７ａ，２７ｂ，２７ｃが延びていて、１つの管路２７ａは送水一次ヘッダ１３に直接接続され、他の２つの管路２７ｂ，２７ｃはそれぞれ一次ポンプ１２ａ，１２ｂに接続されている。このように構成された空調熱源システム１０は、さらに台数制御装置２８を備えると共に送水二次ヘッダ１６には圧力センサ２９が設けられている。

前述した回転数制御装置１６は、各二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの回転数変換装置１５ａ〜１５ｄと、流量センサ２６と、台数制御装置２８と、圧力センサ２９とに電気的に接続され、また、台数制御装置２８は、各回転数変換装置１５ａ〜１５ｄと流量センサ２６と逃がし弁１８とに電気的に接続されている。

次に、本発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法を、上述の如く構成された空調熱源システム１０を例について説明する。説明の便宜上、全てのポンプは同容量で、１台のポンプの容量を超える二次側負荷があった時、次のポンプが起動するものとする。図１に示された空調熱源システム１０では、二次ポンプ１４ａ〜１４ｄが４台あり、ポンプ回転数の範囲を０〜１００％と仮定した場合、一台の二次ポンプを１００％で運転したときの流量は２５％、従って負荷は２５％となる。このような空調熱源システム１０の場合、流量による台数制御は図２に示されるようになる。すなわち、台数制御装置２８は、二次側流量（負荷）が２５％までのときは１台の二次ポンプ１４ａ（運転機１）を運転するように制御し、二次側流量（負荷）が２５％を越えて５０％になると、運転中の１台の二次ポンプ１４ａに他の１台の二次ポンプ１４ｂ（運転機２）を増段して運転するように制御する。

さらに、二次側流量（負荷）が５０％を越えて７５％になると、運転中の２台の二次ポンプ１４ａ，１４ｂに他の１台の二次ポンプ１４ｃ（運転機３）を増段して運転するように制御し、二次側流量（負荷）が７５％を越えて１００％になると、運転中の３台の二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに他の１台の二次ポンプ１４ｄ（運転機４）を増段して運転するように制御する。二次側流量（負荷）が減少するときは、台数制御装置２８は、上述した増段とは逆に、二次側流量（負荷）の減少に応じて運転台数を減段する制御を行う。実際には、４台の二次ポンプ１４ａ〜１４ｄ（運転機１〜４）が、台数制御装置２８によって二次側流量（負荷）の変化に応じて増段されたり減段されたりして常に最適な運転台数に制御される。

このように台数制御装置２８が、二次側流量（負荷）の変化により適切な台数を選択して二次ポンプを運転させるべく制御するが、二次ポンプの増段又は減段のときには、回転数制御装置１６が運転中の二次ポンプおよび増段起動した二次ポンプ、又は減段停止後に継続運転する二次ポンプの回転数を制御する。この発明は、二次側流量（負荷）の変化に伴う二次ポンプの増段起動時又は減段停止時のときに圧力変動と流量変動を低減させ、省エネルギー効果を得られるような二次ポンプの回転数制御を特徴としている。そこで、二次側流量（負荷）の変化に伴う増段起動時又は減段停止時における二次ポンプ回転数制御の方法について、回転数制御装置による冷温水二次ポンプ回転数制御のフローチャート（図３，図４）、二次ポンプの運転状態を示す状態説明図（図５〜図１０）、および負荷目標に応じたポンプ回転数制御動作説明図（図１１，図１２）を参照して具体的に説明する。

この空調熱源システム１０の設置時における回転数制御装置１６には、図３および図４のフローチャートに示されるように二次ポンプの通常起動時処理のとき及び通常停止時処理のときに制御される回転数が設定値として入力される（ステップＳ−１）。すなわち、後述する通常起動時処理と通常停止時処理における二次ポンプの回転数は予め定数として決めておく。次に、後述する二次ポンプ回転数計算式（１），（２）の設定値、即ち増段時インバータ加減速時間（ＴｉＩ）、増段時遅延時間（ＴｉＤ）、減段時回転数変換装置による減段時インバータ加減速時間（ＴｄＩ）、および減段時遅延時間（ＴｄＤ）が入力（ステップＳ‐２）される。

この状態で空調熱源システム１０が作動されているとき、現在の二次ポンプの運転台数（ｎ）が取得（ステップＳ−３）される。二次側流量（負荷）に変化が生じると、台数制御装置２８がその負荷に応じた適切な二次ポンプの運転台数を選択して運転の指示を出し、その指示情報は回転数制御装置１６に出力され、この情報に基づいて二次ポンプの台数変化（ｍ）が取得（ステップＳ−４）される。そして、変化前（ｎ）と変化後（ｍ）の二次ポンプ運転台数の変化が判定され（ステップＳ−５）、この判定には、(1)の場合と、(2)の場合と、(1)と(2)のいずれでもない場合とがある。(1)の場合はｎ＝０からｍ≧１台に変化（運転中の二次ポンプが存在しない状態から１台以上の二次ポンプが増段起動）したとき、(2)の場合はｎ≧１台からｍ＞ｎ台に変化（運転中の二次ポンプが１台以上あるときの増段起動）したときであり、これら(1)と(2)の場合に応じた処理方法に分かれる。なお、(1)と(2)のいずれでもない場合とは、二次側空調負荷に変化が無く、新たに二次ポンプの増段起動が必要ない場合である。

(1)の場合は、前述したように運転中の二次ポンプが存在しない状態から１台もしくはそれ以上の二次ポンプが増段起動した場合である。この状態を言い換えると、空調システムが停止している状態から運転を開始したときの状態であり、このような場合には、通常起動時処理が実施され（ステップＳ−６）、ステップＳ−１で設定した起動時回転数で１台の二次ポンプが起動される（ステップＳ−７）。

(2)の場合は、運転中の二次ポンプが１台以上あり、その際、二次側流量（負荷）が増加して１台もしくはそれ以上の二次ポンプが増段起動する場合である。この場合には、増段起動時処理が実施され（ステップＳ−８）、増段起動直前に運転されている二次ポンプの回転数（Ｆｍ）と増段起動直前の増段機（ここで、増段機とは、運転中の二次ポンプに加えて新たに主動作運転される二次ポンプをいう）の回転数（Ｆｗ）が取得される（ステップＳ−９）。「主動作運転」という用語は、増段機が増段運転直前まで完全に停止している場合もあるが、配管内の冷温水をわずかに流しておく必要から低速待機運転をさせている場合もあるので、このような待機時の低速運転と区別するために使用している。したがって、増段機が、低速待機運転をしている場合にはその低速待機運転時の回転数（Ｆｗ）が取得される。なお、(1)でも(2)でもない場合には、ステップＳ−５からステップＳ−１２へ直接移行する。

次いで、増段起動時における二次ポンプの回転数を算出する下記の計算式（１）により回転数Ｆｋが演算される（ステップＳ−１０）。
（数１）
Ｆｋ＝［Ｆｍ＋（（１００／ＴｉＩ）×ＴｉＤ）］／２………（１）
この増段起動時の二次ポンプ回転数計算式（１）において、Ｆｋは、負荷目標に応じたポンプ回転数（％）、Ｆｍは、増段起動直前の運転中ポンプの回転数（％）、ＴｉＩは、増段時におけるインバータによる加減速時間、ＴｉＤは、増段時遅延時間（ＴｉＩ≧ＴｉＤ）である。この計算式（１）の算出方法については後で詳細に説明する。

その後、増段機は、上記の計算式（１）で演算された二次ポンプ回転数Ｆｋで運転を開始し、また運転中の二次ポンプは、増段時遅延時間（ＴｉＤ）を経過した後に上記の計算式（１）で求められたポンプ回転数（Ｆｋ）で運転が継続される（ステップＳ−１１）と共に二次ポンプの制御が継続される（ステップＳ−１２）。そして、二次側流量（負荷）に変化が起こると、再びステップＳ−３の前に戻り、そのときのポンプ運転台数（ｎ）を取得するステップＳ−３へと移行する。二次ポンプの増段起動時における概略の制御ステップは以上である。次に、二次ポンプの減段停止時における概略の制御ステップについて図４のフローチャートを参照して説明する。

図４においてステップＳ−１〜ステップＳ−４までは図３に示す増段起動時の制御と共通するステップであり、これらステップは既に説明されているので省略する。空調熱源システム１０の作動中に、二次側流量（負荷）に変化が生じると、台数制御装置２８がその負荷に応じた適切な二次ポンプの運転台数を選択して運転の指示を出すが、その指示情報に基づいて変化前（ｎ）と変化後（ｍ）の二次ポンプ運転台数の変化が判定される（ステップＳ−５）。減段の場合、この判定には(3)の場合と、(4)の場合と、(3)と(4)のいずれでもない場合とがあり、(3)の場合は、ｎ＞ｍ台からｍ≧１台に変化（運転を継続する二次ポンプが１台以上存在するときの減段）するとき、(4)の場合は、ｎ≧１台からｍ＝０台に変化（運転を継続する二次ポンプがなくなる（０台）状態に減段）するときであり、これら(3)と(4)の場合に応じた処理方法に分かれる。なお、(3)と(4)のいずれでもない場合とは、二次側空調負荷に変化が無く、新たに二次ポンプの減段が必要ない場合である。

(3)の場合、すなわち二次側流量（負荷）が減少して１台もしくはそれ以上の二次ポンプが停止し、その際に運転を継続する二次ポンプが１台以上あるときには、減段停止時処理が実施され（ステップＳ−１３）、減段停止直前に運転されている二次ポンプの回転数（Ｆｍ）が取得される（ステップＳ−１４）。

次いで、減段停止時に二次ポンプの回転数を算出する下記の計算式（２）により回転数Ｆｋが演算される（ステップＳ−１５）。
（数２）
Ｆｋ＝［Ｆｍ＋（（（−１００／ＴｄＩ）×ＴｄＤ）＋１００）］／２………（２）
この減段停止時における継続運転中のポンプの回転数計算式（２）において、Ｆｋは、負荷目標に応じたポンプ回転数（％）、Ｆｍは、減段停止直前の運転中ポンプの回転数（％）、ＴｄＩは、減段時におけるインバータによる加減速時間、ＴｄＤは、減段時遅延時間（ＴｄＩ≧ＴｄＤ）である。この計算式（２）の算出方法については後に詳細に説明する。

減段停止後に継続運転される二次ポンプは、上記の計算式（２）で演算された二次ポンプ回転数Ｆｋで運転される（ステップＳ−１６）。その際、減段停止された二次ポンプは、完全に停止される場合もあるが、前述したように配管内の冷温水をわずかに流しておく必要から低速待機運転をさせている場合もあり、後者の場合にはステップＳ−１で設定した停止時回転数で低速待機運転される。そして、二次側流量（負荷）に変化が起こると、再びステップＳ−３の前に戻り、そのときのポンプ運転台数（ｎ）を取得するステップＳ−３へと移行する。

また、(4)の場合は、運転を継続する二次ポンプが存在しなくなる（０台となる）ときである。この状態を言い換えると、空調機１９ａ，１９ｂが停止した状態であり、このような場合には、通常停止時処理が実施され（ステップＳ−１７）、前述したように配管内の冷温水をわずかに流しておく必要から低速待機運転をさせる場合にはステップＳ−１で設定した停止時回転数で低速待機運転される（ステップＳ−１８）。なお、(3)でも(4)でもない場合には、ステップＳ−５からステップＳ−１２へ直接移行する。

増段起動時と減段停止時とにおける二次ポンプの概略的な制御方法は、図３および図４に示した２つのフローチャートに基づいて説明したとおりであるが、本発明に係る制御方法を増段起動時と減段停止時との２つのフローチャートに分けたのは説明の便宜上である。実際には、ステップＳ−５において、増段起動又は減段停止のいずれかが判定され、さらに増段起動時には(1)と(2)のいずれかの場合および(1)と(2)のいずれでもない場合に判定され、また減段停止時には(3)と(4)のいずれかの場合および(3)と(4)のいずれでもない場合に判定されてそれ以後の処理がなされる。

次に、増段起動時と減段停止時における二次ポンプのさらに具体的な運転状態について図５〜図１０を参照して説明する。図５〜図１０は、増段起動時と減段停止時とにおける二次ポンプ１４ａ〜１４ｄの運転状態を、横軸を時間軸として時系列に示している。すなわち、図５〜図１０の各図は、縦軸方向の上段に二次側流量（負荷）の推移（Ａ）、中段に参考として従来の空調熱源システムにおける制御の状態（二次ポンプの回転数の推移（Ｂ））、下段に本発明の一実施形態による回転数制御動作状態（Ｃ）を時間の経過に伴った変化として示しており、それら変化、即ち状態Ａ１，Ｂ１，Ｃ１を第１のグループとして図５に、また状態Ａ２，Ｂ２，Ｃ２を第２のグループとして図６に、状態Ａ３，Ｂ３，Ｃ３を第３のグループとして図７に、状態Ａ４，Ｂ４，Ｃ４を第４のグループとして図８に、状態Ａ５，Ｂ５，Ｃ５を第５のグループとして図９に、状態Ａ６，Ｂ６，Ｃ６を第６のグループとして図１０にそれぞれ示し、第１のグループ〜第６のグループ、即ち図５〜図１０に示されるそれぞれの状態が時系列に変化している。

図５の上段に状態Ａ１で示されるように、二次側流量（負荷）が０％のときは、４台の二次ポンプ１４ａ〜１４ｄすべての運転が停止した状態にある。二次側流量（負荷）が０％から上昇し始めると、状態Ｃ１に示されるように台数制御装置２８が１台の二次ポンプ１４ａ（図５において運転機１と表示）を運転し、該二次ポンプ１４ａ（運転機１）は、回転数制御装置１６により、運転開始時点から増段時安定化待ち時間の間、出力１００％で運転され、その後、二次側流量（負荷）に応じたポンプ回転数（周波数出力）に制御される。すなわち、図５の状態Ａ１に示されるように二次側流量（負荷）が２０％であるときには、状態Ｃ１に示されるように増段時安定化待ち時間経過後に、この二次側流量（負荷）に対応した回転数（出力）８０％に制御される。このように１台の二次ポンプ１４ａが運転を開始した場合の回転数制御は、従来の制御（状態Ｂ１）と本発明による制御とで特に異なる点はない。

しかし、図６の状態Ａ２に示されるように二次側流量（負荷）が２５％を越えて３５％まで上昇すると、運転中の二次ポンプ１４ａは、状態Ｃ２に示されるように回転数制御装置１６によりその出力が８０％から最大の１００％に上昇されて運転されるが、１台の二次ポンプ１４ａの最大出力における二次側流量が２５％なので、二次ポンプ１４ａだけで賄うことができず、台数制御装置２８は他の１台の二次ポンプ１４ｂ（図６において運転機２と表示）の運転を指示して増段起動を図る。

その際、増段した二次ポンプ１４ｂ（運転機２）は、前述した増段起動時のポンプ回転数計算式（１）により算出した、負荷目標に応じたポンプ回転数Ｆｋで運転される。負荷目標に応じたポンプ回転数Ｆｋは、回転数制御装置１６により増段起動時直前の二次ポンプの回転数など必要な情報を前述の計算式（１）に代入して求められる。すなわち、台数制御装置２８が流量センサ２６等の情報から二次ポンプの増段起動を指示したとき、その情報は回転数制御装置１６にも同時に信号入力され、その情報信号を受けて回転数制御装置１６は、前述の計算式（１）に基づき、増段起動する二次ポンプのための負荷目標に応じたポンプ回転数Ｆｋを算出して該増段起動された二次ポンプ１４ｂの回転数変換装置１５ｂに信号出力される。他方、運転中の二次ポンプ１４ａ（運転機１）は、運転機２である二次ポンプ１４ｂの増段起動時には最大ポンプ回転数１００％（ＭＡＸ％）で運転されており、その状態を所定時間だけ維持する。この所定時間を「増段時遅延時間」と称し、この増段時遅延時間は、上述したように上記計算式（１）中のＴｉＤである。

運転中の二次ポンプ１４ａ（運転機１）は、増段時遅延時間ＴｉＤが経過すると、計算式（１）で算出された回転数Ｆｋまで回転数制御装置１６により下げられ、従って運転機１と運転機２は同じ回転数で運転される。この計算式（１）は回転数制御装置１６のメモリに記憶されており、台数制御装置２８が流量センサ２６等の情報から二次ポンプの増段起動を指示したとき、その情報が回転数制御装置１６にも同時に入力され、その情報信号に基づいて回転数制御装置１６のメモリに記憶されている計算式（１）に必要な数値が代入され、これにより増段起動後の二次ポンプの回転数として負荷目標に応じたポンプ回転数Ｆｋが算出され、二次ポンプ１４ａ，１４ｂの回転数変換装置１５ａ，１５ｂに信号出力される。継続して運転されている運転機１の回転数を運転機２の増段起動時から所定時間だけ遅らせて制御する理由は、二次側管路内における圧力変化と流量変化を小さくして制御状態を安定させるためである。

二次ポンプ１４ｂが増段起動した時点から増段時安定化待ち時間（ＴｉＳ）が経過した後は、二次ポンプ１４ａ，１４ｂは、通常の回転数制御により目標負荷に応じた回転数に制御される。すなわち、目標負荷が３５％であった場合には、１台の二次ポンプが負担する出力は目標負荷の半分である１７．５％であるので、各二次ポンプ１４ａ，１４ｂの出力回転数はそれぞれ７０％となる。

このような増段起動の場合、従来の制御方法では、図６における中段の状態図、即ち従来の空調熱源装置における二次ポンプの回転数の推移における状態Ｂ２から明らかなように、増段起動した２台目の二次ポンプ１４ｂ（運転機２）は最大ポンプ回転数１００％（ＭＡＸ％）で運転を始め、増段時安定化待ち時間を経過するまでこの状態を維持する。従って、運転機１，２の両方が増段時安定化待ち時間を経過するまで最大ポンプ回転数１００％（ＭＡＸ％）で運転される。

従来の空調熱源システムにおける制御では、図６の状態Ｂ２に示されるように運転機２が増段起動された時点から増段時安定化待ち時間までの間、運転機１，２共に最大のポンプ回転数で運転され、その後に目標負荷に応じた回転数に制御されるので、管路内の圧力変動、流量変動の幅が大きくなり、その結果として空調機側の制御乱れの原因となるばかりかエネルギー損失が大きい。しかし、この発明に係る制御方法では、前述したように増段起動する運転機２を最大ポンプ回転数では運転せず、計算式（１）から演算された回転数に制御して運転すると共に、運転機１も増段起動時点から増段時遅延時間ＴｉＤが経過すると計算式（１）で演算された回転数（結果として運転機２と同じ回転数となる）に下げて運転されるので、圧力変動と流量変動による空調機側の制御乱れを低減させ、かつ省エネルギー効果が高い運転を行うことになる。

次に、二次ポンプ１４ａ，１４ｂ（運転機１，２）がそれぞれ出力７０％で運転されている際に図７の状態Ａ３に示されるように二次側流量（負荷）が８０％に上がった場合について説明する。二次側流量（負荷）が８０％に上昇すると、運転中の二次ポンプ１４ａ，１４ｂは、図７の状態Ｃ３に示されるように回転数制御装置１６によりそのポンプ回転数が７０％から最大の１００％に上昇されて運転される。しかし、２台の二次ポンプ１４ａ，１４ｂの最大出力における二次側流量がそれぞれ２５％なので、二次ポンプ１４ａ，１４ｂだけで賄うことができず、台数制御装置２８は二次側流量（負荷）に対応した台数で運転させるべく他の２台の二次ポンプ１４ｃ、１４ｄ（図７において運転機３、４と表示）の運転を指示して増段起動を図る。

その際も、増段起動された２台の二次ポンプ１４ｃ，１４ｄは、前述した状態Ｃ２と同じように増段起動時のポンプ回転数を計算する前述の計算式（１）により算出された回転数Ｆｋで運転するように制御される。他方、運転中の二次ポンプ１４ａ、１４ｂ（運転機１，２）は、運転機３，４である二次ポンプ１４ｃ，１４ｄの増段起動時には最大出力１００％で運転されており、その状態を図６の状態Ｃ２と同様に増段時遅延時間ＴｉＤだけ維持する。運転中の二次ポンプ１４ａ，１４ｂ（運転機１，２）は、増段時遅延時間が経過すると、計算式（１）で算出された回転数Ｆｋまで回転数制御装置１６により下げられ、従って運転機１〜４は同じ回転数で運転される。

増段起動開始時点から増段時安定化待ち時間が経過した後は、二次ポンプ１４ａ〜１４ｄは、通常の回転数制御により目標負荷に応じた回転数に制御される。すなわち、目標負荷が８０％であった場合には、１台の二次ポンプが負担する出力は目標負荷の１／４、即ち２０％であるので、各二次ポンプ１４ａ〜１４ｄの回転数はそれぞれ８０％となる。

このような増段起動の場合における従来の制御方法では、図７における中段の状態Ｂ３から明らかなように、増段起動した３，４台目の二次ポンプ１４ｃ，１４ｄ（運転機３，４）は最大（１００％）のポンプ回転数で運転を始め、増段時安定化待ち時間を経過するまでこの状態を維持する。従って、運転機１〜４のすべてが増段時安定化待ち時間を経過するまで最大ポンプ回転数１００％で運転され、その後に目標負荷に応じた回転数に制御されるので、圧力変動や流量変動幅が大きく空調機側の制御乱れが大きくなると共にエネルギー損失も大きい。しかし、この発明に係る制御方法では、増段起動する運転機３，４を最大出力では運転せず、計算式（１）から演算された回転数に制御して運転すると共に、運転機１，２も増段起動時点から増段時遅延時間ＴｉＤが経過すると計算式（１）で演算された回転数（結果として運転機３，４と同じ回転数となる）に下げて運転されるので、圧力変動と流量変動による空調機側の制御乱れを低減させ、かつ省エネルギー効果が高い運転を行うことになる。

次に、二次ポンプを減段する場合の制御について図８〜図１０を参照しながら説明する。図８において上段に状態Ａ４で示されるように、二次側流量（負荷）が７５％を下回って６０％に低下する傾向を示すとき、４台の二次ポンプ１４ａ〜１４ｄすべての運転を行う必要がないので、台数制御装置２８により減段制御がなされる。すなわち、二次側流量（負荷）が７５％を下回ると、状態Ｃ４に示されるように台数制御装置２８が二次ポンプ１４ｄ（運転機４）を減段停止する。

継続運転中の二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、所定時間の間、減段停止時直前の回転数を維持して運転される。この所定時間を「減段時遅延時間」と称し、この増段時遅延時間は、前述した計算式（２）中のＴｄＤである。この減段時遅延時間が経過すると、二次ポンプ１４ａ〜１４ｃは、次の計算式（２）により算出した負荷目標に応じたポンプ回転数Ｆｋで運転される。この計算式（２）も回転数制御装置１６のメモリ等の記憶装置に記憶されており、台数制御装置２８が流量センサ２６等の情報から二次ポンプの減段停止を指示したとき、その情報は回転数制御装置１６にも同時に信号入力され、その情報信号に基づいて回転数制御装置１６のメモリに記憶されている計算式（２）に必要な数値が代入され、これにより減段後に継続運転する二次ポンプの回転数として負荷目標に応じたポンプ回転数Ｆｋが算出され、現に運転中の二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに信号出力される。

１台の二次ポンプ１４ｄを減段した際に、継続運転中の二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを減段時遅延時間だけ減段停止時直前の回転数で運転する理由は、二次側管路内における圧力変化と流量変化を小さくして管路内状態の安定化を図るためである。二次ポンプ１４ｄが減段停止した時点から減段時安定化待ち時間が経過した後は、二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、通常の回転数制御により目標負荷に応じた回転数に制御される。すなわち、目標負荷が６０％であった場合には、１台の二次ポンプが負担する出力は目標負荷の１／３である２０％であるので、各二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの出力（回転数）はそれぞれ８０％となる。

このような減段停止の場合、従来の制御方法では、図８において中段に示す従来の空調熱源システムにおける二次ポンプの回転数の推移における状態Ｂ４から明らかなように、１台の二次ポンプ１４ｄ（運転機４）の減段停止後に継続運転している二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（運転機１，２，３）は最大ポンプ回転数（１００％）で運転を始め、減段時安定化待ち時間を経過するまでこの状態を維持する。従って、運転機１，２，３が減段時安定化待ち時間を経過するまで最大ポンプ回転数１００％で運転され、その後に目標負荷に応じた回転数に制御されるので、圧力変動や流量変動幅が大きく空調機側の制御乱れが大きくなると共にエネルギー損失が大きい。しかし、この発明に係る制御方法では、減段停止後に継続して運転される運転機１，２，３を最大ポンプ回転数では運転せず、計算式（２）から演算された回転数に制御して運転するので、圧力変動と流量変動による空調機側の制御乱れを低減させ、かつ省エネルギー効果が高い運転を行うことになる。

次に、二次ポンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれがポンプ回転数８０％で運転されているときに、図９の状態Ａ５に示されるように二次側流量（負荷）が１５％に低下したとすると、この二次側流量（負荷）に対しては１台の二次ポンプの運転で十分に賄えるので、台数制御装置２８がこのことを判断して２台の二次ポンプ１４ｂ，１４ｃ（運転機２，３）を減段停止すべく制御する（状態Ｃ５参照）。そのとき、継続運転される二次ポンプ１４ａは、回転数制御装置１６により減段時遅延時間だけ減段停止直前の回転数を維持して運転され、さらに減段時遅延時間経過後には計算式（２）により演算された回転数Ｆｋで運転すべく制御される。

２台の二次ポンプ１４ｂ、１４ｃが減段停止された際に継続運転中の二次ポンプ１４ａ（二次ポンプ１４ｄは既に運転が停止されている）を減段時遅延時間だけ減段停止時直前の回転数で運転する理由は、二次側管路内における流量変化を小さくして管路内の状態安定化を図るためである。

二次ポンプ１４ｂ，１４ｃが減段停止した時点から減段時安定化待ち時間が経過した後は、二次ポンプ１４ａは、通常の回転数制御により目標負荷に応じた回転数に制御される。すなわち、目標負荷が１５％であった場合には、１台の二次ポンプが負担するポンプ回転数は２５％であるので、二次ポンプ１４ａのポンプ回転数は６０％となる。

このような増段起動の場合、従来の制御方法では、図９において中段に示す従来の空調熱源システムにおける二次ポンプの回転数の推移における状態Ｂ５から明らかなように、２台の二次ポンプ１４ｂ，１４ｃ（運転機２，３）の減段停止後に継続運転している１台の二次ポンプ１４ａ（運転機１）は最大（１００％）のポンプ回転数で運転を始め、減段時安定化待ち時間を経過するまでこの状態を維持し、その後に目標負荷に応じたポンプ回転数に制御されるので、圧力変動や流量変動幅が大きく空調機側の制御乱れが大きくなると共にエネルギー損失が大きい。しかし、この発明に係る制御方法では、減段停止後に継続して運転される運転機１を最大ポンプ回転数では運転せず、計算式（２）から演算された回転数に制御して運転するので、省エネルギー効果が高い運転を行うことになる。

さらに、図１０の状態Ａ６に示されるように二次側流量（負荷）が１５％を下回って０％（空調機１９ａ，１９ｂの運転停止）になった場合、運転中の二次ポンプ１４ａは、状態Ｃ６に示されるように回転数制御装置１６によりその出力が６０％から０％、言い換えれば運転が停止される。このように１台の二次ポンプ１４ａの運転中に二次側流量（負荷）が０％になり、この二次ポンプ１４ａが減段停止する場合には、従来の制御方法と本発明に係る制御方法とに特に異なる点はない。

次に、増段起動時のポンプ回転数計算式（１）の算出方法について説明する。図１１には、増段起動時におけるポンプ回転数の推移を示す特性曲線が示されている。この特性曲線は、図６の状態Ｃ２を拡大して部分的に示したものである。図１１の特性図では、横軸（Ｘ軸）を時間、縦軸（Ｙ軸）をポンプ回転数とし、継続運転中の二次ポンプ（「運転機」と称する）におけるポンプ回転数変化曲線を符号３０で示し、増段起動された二次ポンプ（「増段機」と称す）におけるポンプ回転数変化曲線を符号４０で示している。これら運転機と増段機は、例えばインバータのような回転数変換装置を備え、その回転数変換装置を回転数制御装置１６によりＰＡＭ制御又はＰＷＮ制御により自由に制御して回転数を可変し得るようになっている。

図１１は、運転中のポンプ回転制御範囲をＭＩＮ％〜ＭＡＸ％と仮定したときの動作例である。運転機が、その定格最大ポンプ回転数（ＭＡＸ）で運転されているとき、二次側流量（負荷）が上昇して台数制御装置２８が１台の二次ポンプを増段起動させる指示を出した場合、増段機がその運転開始と同時に所定出力（ポンプ回転数Ｆｋ）で運転するかのようにほぼ垂直に立ち上がって描かれている（符号４１で示す実線）。これは図６でも同様であるが、説明を理解し易くするためであって、実際には増段機の立ち上がり時の回転数は回転数制御装置によってポイントＡから二次関数曲線で描かれる緩やかな曲線で増加する。しかし、説明を分かり易くするため、点線４２のようにほぼｙ＝ａｘ（ａ＞１）で描かれるような直線で増加するものとして、ある時間が経過したときに設計上の最大ポンプ回転数（１００％）であるポイントＢに達する。そのときの、ポイントＡからポイントＢまでの時間が増段時インバータ加減速時間（Ｔｉｌ）である。この増段時インバータ加減速時間（Ｔｉｌ）は、使用する二次ポンプの特性値であるので、図３のフローチャートで説明したようにステップＳ−２で予め回転数制御装置１６に定数として記憶されている。

この点線４２を便宜的に「増段時加速線」という。この増段時加速線４２の傾斜角度θは、回転数０％から１００％に達するまでの時間が増段時インバータ加減速時間（Ｔｉｌ）であるので、１００／Ｔｉｌである。したがって、傾斜角度θは、上記のｙ＝ａｘにおける傾きａに相当する。そして、このｙ＝（１００／Ｔｉｌ）・ｘにおいて、ｘとして増段時遅延時間（Ｔｉｄ）を代入すると、増段時加速線４２上のポイントＤの回転数が出る。運転中の二次ポンプの回転数は、増段機の運転開始から増段時遅延時間を経過したときに下げられるが、そのときの減速線は、前述の増段時加速線４２と傾斜の向きがマイナスになるだけである。この増段時減速線４３と増段時加速線４２とが交わる位置（ポイントＣ）が負荷目標に応じた回転数Ｆｋである。このとき、図１１における斜線で示される領域を画成している三角形は二等辺三角形であるので、ｙ＝（１００／Ｔｉｌ）・Ｔｉｄに運転中の運転機１の回転数Ｆｍを加えて２等分すればポイントＣの回転数が算出される。

他方、図１２には、減段停止時における継続運転中のポンプ回転数の推移についての特性曲線が示されている。この特性曲線は、図８の状態Ｃ４を拡大して部分的に示したものである。図１２の特性図において、減段時加速線は符号４５で示され、減段時減速線は符号４６で示されている。運転中の二次ポンプ（「運転機」）は、減段機が運転を停止（低速運転の場合を含む）した後、減段機遅延時間（ＴｄＤ）が経過すると、その時点（ポイントＥ）から徐々にその回転数が高められ、負荷目標に応じた回転数Ｆｋ（ポイントＦ）に達すると仮定する。このポイントＦを通る、回転数変換装置による減速線４６を描くと、この減速線４６の傾きは、既に増段起動時の場合について説明した理由により、−１００／ＴｄＩとなり、説明を分かり易くするためこれを一次関数の方程式で表すと、ｙ＝（−１００／ＴｄＩ）×ｘとなる。このｘに減段時遅延期間であるＴｄＤを代入すると、ｙ＝（−１００／ＴｄＩ）×ｘで表される直線上において、１００％からポイントＧまでの回転数分（ｙ１）が計算される。したがって、ポイントＧにおける実際の回転数は、１００（％）＋（−１００／ＴｄＩ）×ＴｄＤとなる。

前述した二次ポンプの減段時加速線４５の傾きは、正負の違いのみで実質的に同じであるので、増段起動時におけるポンプ回転数の推移と同様に斜線で示した領域は２等辺三角形となる。よって、ポイントＦは、減段機が停止する直前の運転機の回転数（Ｆｍ）とポイントＧにおける回転数〔１００（％）＋（−１００／ＴｄＩ）×ＴｄＤ〕とを加算して２等分すれば求められる。その計算式が、式（２）である。

以上説明したように、本発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法によれば、二次ポンプの増段起動時または減段停止の際に該二次ポンプを負荷目標に応じた回転数に制御し、その後に実際の負荷目標に応じた回転数に制御することにより圧力変動と流量変動による空調機側の制御乱れを低減させ、かつエネルギー損失が少なく、省エネルギー運転となって運転コストの低減を図ることができる。

また、この発明に係る空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法によれば、増段した二次ポンプの運転開始から所定時間だけ遅らせて、継続運転している二次ポンプの回転数を算出された値まで下げ、また減段した二次ポンプの運転停止時又は低速待機運転時から所定時間だけ遅らせて、継続運転している二次ポンプの回転数を算出された値まで上げるように制御するので、流量の変化が小さく、その結果として制御状態の安定化を図ることができる。

本発明に係る制御方法を実施する空調熱源システムの構成を概略的に示す構成説明図。 台数制御装置により二次ポンプの運転台数を制御する状態を示す特性図。 増段起動時における回転数制御装置による二次ポンプ回転数制御動作を示すフローチャート。 減段停止時における回転数制御装置による二次ポンプ回転数制御動作を示すフローチャート。 増段起動時の二次ポンプにおける回転数の制御状態を示す状態説明図。 増段起動時の二次ポンプにおける回転数の制御状態を示す状態説明図。 増段起動時の二次ポンプにおける回転数の制御状態を示す状態説明図。 減段停止時の継続運転中における二次ポンプの回転数制御状態を示す状態説明図。 減段停止時の継続運転中における二次ポンプの回転数制御状態を示す状態説明図。 減段停止時の継続運転中における二次ポンプの回転数制御状態を示す状態説明図。 増段起動時における負荷目標に応じた二次ポンプ回転数制御動作を示す特性図。 減段停止時における負荷目標に応じた二次ポンプ回転数制御動作を示す特性図。

符号の説明

１０ 空調熱源装置
１１ 熱源装置
１１ａ，１１ｂ 冷温水発生機
１２ 熱媒搬送装置
１２ａ，１２ｂ 一次ポンプ
１３ 送水一次ヘッダ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 二次ポンプ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 回転数変換装置
１６ 回転数制御装置
１７ 送水二次ヘッダ
１９ａ，１９ｂ 空調機
２６ 流量センサ
２８ 台数制御装置
２９ 圧力センサ

Claims (5)

1. 熱源装置と、負荷側装置と、前記熱源装置と前記負荷側装置とに対応する熱媒搬送装置として設けられた一次ポンプおよび並列に複数台設けられ、回転数変換装置を備えた二次ポンプと、複数の前記二次ポンプの運転台数を制御する台数制御装置と、前記二次ポンプの回転数を負荷目標に応じて制御する回転数制御装置とを備える空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法おいて、
   前記台数制御装置により前記二次ポンプの少なくとも２台目以上が増段起動する際に、前記回転数制御装置が、該回転数制御装置の所望の回転数に達するまでの時間を基にして増段時回転数を算出し、増段した前記二次ポンプと運転中の前記二次ポンプとの回転数を前記算出された値まで変化させ、増段した前記二次ポンプの運転開始から増段時安定化待ち時間を経過した後に、増段した前記二次ポンプと運転中の前記二次ポンプとの回転数を負荷目標に応じた回転数に制御することを特徴とする前記空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法。
2. 増段した前記二次ポンプの運転開始から所定時間だけ遅らせて、継続運転している前記二次ポンプの回転数を前記算出された値まで変化させる請求項１に記載の空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法。
3. 熱源装置と、負荷側装置と、前記熱源装置と前記負荷側装置とに対応する熱媒搬送装置として設けられた一次ポンプおよび並列に複数台設けられ、回転数変換装置を備えた二次ポンプと、複数の前記二次ポンプの運転台数を制御する台数制御装置と、前記二次ポンプの回転数を負荷目標に応じて制御する回転数制御装置とを備える空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法において、
   前記台数制御装置により前記二次ポンプが少なくとも１台以上継続して運転する減段停止時に、前記回転数制御装置が、該回転数制御装置の所望の回転数に達するまでの時間を基にして減段時回転数を算出し、その後、継続運転している前記二次ポンプの回転数を前記算出した値まで変化させると共に減段した前記二次ポンプの運転を停止するか低速待機運転し、減段した前記二次ポンプの運転停止時又は低速待機運転時から減段時安定化待ち時間を経過した後に、継続運転している前記二次ポンプの回転数を負荷目標に応じた回転数に制御することを特徴とする前記空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法。
4. 減段した前記二次ポンプの運転停止時又は低速待機運転時から所定時間だけ遅らせて、継続運転している前記二次ポンプの回転数を前記算出された値に変化させる請求項３に記載の空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法。
5. 複数の前記二次ポンプが回転数変換装置を備え、前記回転数制御装置を用いて前記二次ポンプの回転数が制御される請求項１〜４のいずれかに記載の空調熱源システムにおける熱媒搬送装置の制御方法。
   

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