JP3583869B2 - 蓄熱空調システム装置およびその制御方式 - Google Patents
蓄熱空調システム装置およびその制御方式 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、安価な夜間電力を用いて蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理する蓄熱空調システム装置およびその制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱槽と、この蓄熱槽への蓄熱および空調負荷の処理を行なうための熱源機とを備え、熱源機を安価な夜間電力で運転して蓄熱槽への蓄熱を行ない、その蓄熱槽からの放熱を昼間の空調に利用する蓄熱空調システム装置がある。
【０００３】
この装置によれば、たとえば、蓄熱槽に冷熱を蓄えておき、その蓄えた冷熱を昼間の冷房運転の補助能力として利用することができる。
蓄熱槽に温熱を蓄えておき、その蓄えた温熱を昼間の暖房運転の補助能力として利用することもできる。
【０００４】
このような蓄熱利用により、昼間の空調に必要な電力消費量を低減することができ、ランニングコストの低減が可能となる。
ところで、このような蓄熱空調システム装置の構成として、蓄熱槽と熱源機との配置に関して並列方式と直列方式がある。
【０００５】
並列方式は、熱源機と蓄熱槽とが並列に配置される。夜間の蓄熱時は、図７に示すように、熱源機の運転により製造される熱が蓄熱槽に蓄えられる。昼間の空調時は、図８に示すように、蓄熱槽に蓄えられた熱が負荷側へ供給されるとともに、熱源機が運転されてその熱源機で製造される熱が負荷側へ供給される。
【０００６】
たとえば、図９に示すように、冷房負荷が急増する日中の時間帯では、蓄熱槽に蓄えられている冷熱（氷蓄熱）が放出され、さらに熱源機の冷房運転（ＨＰ；ヒートポンプ式冷凍機の冷房運転）が実行され、この放熱と冷房の並列運転によって冷房負荷が処理される。
【０００７】
この並列方式の場合、蓄熱槽からの放熱を単独の熱源として熱源機の運転とは別に制御できるため、一日の変動が大きな負荷特性を有する建物への運用に向いている。
【０００８】
直列方式は、熱源機と蓄熱槽とが直列に配置される。夜間の蓄熱時は、図１０に示すように、熱源機の運転により製造される熱が蓄熱槽に蓄えられる。昼間の空調時は、図１１に示すように、蓄熱槽に蓄えられた熱が放出されて、その放熱が熱源機の運転によって二次冷却（または二次加熱）され、その熱源機を経た熱が負荷側へ供給される。
【０００９】
たとえば、図１２に示すように、冷房負荷が急増する日中の時間帯では、蓄熱槽に蓄えられている冷熱（氷蓄熱）が放出され、その放出される冷熱が熱源機の冷房運転（ＨＰ；ヒートポンプ式冷凍機の冷房運転）によって二次冷却され、この放熱と冷房の直列運転によって冷房負荷が処理される。
【００１０】
この直列方式の場合、熱源機による二次冷却（または二次加熱）が存在するため、蓄熱槽の出口部温度を並列方式の場合に比べて高く（または低く）設定することができ、換言すれば少しずつの冷熱（または温熱）放出であっても十分な冷房負荷処理（または暖房負荷処理）が可能であり、よって蓄熱槽の蓄熱を最後まで使い切ることができる。また、低温冷水による供給も可能となる。さらに、熱源機を停止して蓄熱槽の放熱だけを単独で行なう運用や、蓄熱槽の放熱を停止して熱源機の運転を単独で行なう運用も可能である。一日の変動が比較的小さい負荷特性を有する建物への運用に向いているといえる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
並列方式の場合、一日の変動が大きな負荷特性を有する建物への運用には向いているが、蓄熱槽の出口部温度をある程度低く（または高く）しなければ十分な冷房負荷処理（暖房負荷処理）ができず、つまり少しずつの冷熱（または温熱）放出では十分な冷房負荷処理（暖房負荷処理）が困難であり、よって蓄熱槽の蓄熱を最後まで使い切ることができない。せっかくの蓄熱エネルギが無駄になってしまう。
【００１２】
直列方式の場合、蓄熱槽の蓄熱を最後まで使い切ることができるが、蓄熱槽の放熱量が少しずつであるため、一日の変動が大きな負荷特性を有する建物への運用にはあまり向いていない。
【００１３】
この発明は上記の事情を考慮したもので、
第１および第２の発明のいずれの蓄熱空調システム装置も、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能とし、しかも蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切ることを可能としてランニングコスト削減効果が得られることを目的とする。
【００１４】
第３の発明の蓄熱空調システム装置の制御方式は、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能とし、しかも蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切ることを可能としてランニングコスト削減効果が得られることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の蓄熱空調システム装置は、熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理するものであって、上記熱源機と上記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理する第１制御手段と、上記熱源機と上記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理する第２制御手段と、空調負荷を予測または検出する負荷判定手段と、上記蓄熱槽の残蓄熱量を検出する検出手段と、上記負荷判定手段で予測または検出される空調負荷および上記検出手段で検出される残蓄熱量に応じて、上記第１制御手段による並列運転と第２制御手段による直列運転とを選択的に実行する第３制御手段と、を備える。具体的に、第３制御手段は、空調負荷の変動が大きい場合に並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に直列運転を実行する手段と、並列運転中に残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段とを有する。
【００１７】
第２の発明の蓄熱空調システム装置は、熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理するものであって、上記熱源機と上記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理する第１制御手段と、上記熱源機と上記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理する第２制御手段と、空調負荷を予測または検出する負荷判定手段と、上記蓄熱槽の残蓄熱量を検出する第１検出手段と、上記熱源機の運転および上記蓄熱槽の放熱運転による空調負荷への供給熱量を検出する第２検出手段と、上記負荷判定手段で予測または検出される空調負荷、上記第１検出手段で検出される残蓄熱量、および上記第２検出手段で検出される供給熱量に応じて、上記第１制御手段による並列運転と第２制御手段による直列運転とを選択的に実行する第３制御手段と、を備える。具体的に、第３制御手段は、空調負荷の変動が大きい場合に並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に直列運転を実行する手段と、並列運転中に残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段と、直列運転中に空調負荷に見合うだけの供給熱量が得られなくなると、直列運転から並列運転に移行する手段とを有する。
【００１８】
第３の発明の蓄熱空調システム装置の制御方式は、熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理する空気調和システム装置において、上記熱源機と上記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理し、蓄熱槽に蓄えた熱を短時間に大量に放出させる手段と、上記熱源機と上記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理し、蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切らせる手段と、空調負荷の変動が大きい場合に上記並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に上記直列運転を実行する手段と、上記並列運転中に上記蓄熱槽の残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から上記直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段と、を備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明する。
図１において、１は冷水往ヘッダ、２は冷水還ヘッダ、３は温水往ヘッダ、４は温水還ヘッダで、それぞれ負荷側機器（図示しない）に配管接続される。
【００２０】
冷水用のヘッダ１，２間に、二方弁４１，４２およびポンプ５を介して空調用熱源機であるヒートポンプ装置６が配管接続される。
温水用のヘッダ３，４間に、二方弁４３，４４および上記ポンプ５を介して上記ヒートポンプ装置６が配管接続される。
【００２１】
ヒートポンプ装置６は、空調負荷（冷房負荷および暖房負荷）を処理するためのもので、ヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、ポンプ５の運転により循環する水を、冷房時に冷却し、暖房時に加熱する。
【００２２】
冷水用のヘッダ１，２間に、二方弁５１，５２およびポンプ７を介して第１熱交換器１１の負荷側コイル１１ｂが配管接続される。
冷水用のヘッダ１，２間に、二方弁６１，６２およびポンプ８を介して第２熱交換器１２の負荷側コイル１２ｂが接続される。
【００２３】
温水用のヘッダ３，４間に、二方弁６３，６４および上記ポンプ８を介して同じく負荷側コイル１２ｂが接続される。
２１は蓄熱槽で、冷房用の冷熱および暖房用の温熱のいずれか一方を蓄えるもので、冷熱に関してはたとえば氷蓄熱方式を採用し、温熱に関してはたとえば温水蓄熱方式を採用している。
【００２４】
蓄熱槽２１に、二方弁７１，７２およびポンプ２２を介して蓄熱・空調用熱源機であるブラインヒートポンプ装置２３が配管接続される。
ブラインヒートポンプ装置２３は、たとえば建物の屋上に設置され、蓄熱槽２１への蓄熱（蓄冷熱および蓄温熱）を行なうとともに、空調負荷（冷房負荷および暖房負荷）を処理するためのもので、ヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、ポンプ２２の運転により循環するブラインを、冷房時に冷却し、暖房時に加熱する。このうち冷却作用により得られる冷えたブラインが蓄熱槽２１を通して循環することにより、蓄熱槽２１内に氷が作られ、冷熱が蓄えられる。
【００２５】
蓄熱槽２１に、二方弁７３，７４およびポンプ２４を介して上記第１熱交換器１１の熱源側コイル１１ａが配管接続される。
蓄熱槽２１に、三方弁７７、二方弁７３，７４、およびポンプ２４を介して上記第１熱交換器１１の熱源側コイル１１ａが配管接続される。
【００２６】
蓄熱槽２１に、三方弁７７を介して放熱温度調節用のバイパス配管７８が接続される。そして、三方弁７７から第１熱交換器１１の熱源側コイル１１ａに向かう配管に、温度センサ７９が取付けられる。温度センサ７９は、蓄熱槽２１からの放熱温度を検知する。
【００２７】
三方弁７７は、温度センサ７９の検知温度に基づく後述のコントローラ３０の制御に応じて、第１熱交換器１１の熱源側コイル１１ａに向けて流れるブラインの量を調節するためのものである。この三方弁７７の調節によって減らされるブラインは、バイパス配管７８を通って蓄熱槽２１に戻ることになる。
【００２８】
これら三方弁７７、バイパス配管７８、温度センサ７９、およびコントローラ３０の働きにより、蓄熱槽２１からの放熱温度、つまり蓄熱槽２１から空調負荷への供給熱量が調節される。
【００２９】
ポンプ２２およびブラインヒートポンプ装置２３と並列に、二方弁７５，７６を介して上記第２熱交換器１２の熱源側コイル１２ａが配管接続される。
また、蓄熱槽２１の流出部に三方弁７７、二方弁７２、ポンプ２２を介してブラインヒートポンプ装置２３の吸込口が接続され、そのブラインヒートポンプ装置２３の吐出口に二方弁７５、熱源側コイル１２ａ、および二方弁７３を介して蓄熱槽２１の流入部が接続される。
【００３０】
一方、３０は当該装置の全般にわたる制御を行なうコントローラである。このコントローラ３０に、上記ヒートポンプ装置６、ブラインヒートポンプ装置２３、およびポンプ５，７，８，２２，２４が接続される。
【００３１】
上記二方弁４１，４２，４３，４４，５１，５２，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，７５，７６、および三方弁７７はすべて電磁式のもので、これら弁もコントローラ３０に接続される。
【００３２】
コントローラ３０は、図２に示すように、直列／並列運転制御部３１を有する。この直列／並列運転制御部３１に直列／並列切替判定部３２が接続され、その直列／並列切替判定部３２に蓄熱量演算部３３、供給熱量演算部３４、およびインタフェース３５が接続される。
【００３３】
コントローラ３０の外に負荷判定手段として負荷予測手段３６があり、それが上記インタフェース３５に接続される。
直列／並列運転制御部３１は、次の［１］から［３］の機能手段を備える。
【００３４】
［１］弁の開閉制御によりブラインヒートポンプ装置２３と蓄熱槽２１とを並列に配置し、そのブラインヒートポンプ装置２３の運転および蓄熱槽２１の放熱運転を実行して空調負荷を処理する第１制御手段。
【００３５】
［２］弁の開閉制御によりブラインヒートポンプ装置２３と蓄熱槽２１とを直列に配置し、そのブラインヒートポンプ装置２３の運転および蓄熱槽２１の放熱運転を実行して空調負荷を処理する第２制御手段。
【００３６】
［３］直列／並列切替判定部３２からの指示に応じて、第１制御手段の処理と第２制御手段の処理とを選択的に実行する第３制御手段。
蓄熱量演算部３３は、たとえば、予め定められている蓄熱槽２１の放熱特性および蓄熱槽２１の放熱運転の積算時間などに基づく演算の実行により、蓄熱槽２１に残っている蓄熱量を残蓄熱量として検出する。
【００３７】
供給熱量演算部３４は、たとえば、予め定められているブラインヒートポンプ装置２３の運転能力および上記温度センサ７９で検知される放熱温度などに基づく演算の実行により、ブラインヒートポンプ装置２３の運転および蓄熱槽２１の放熱運転による空調負荷への供給熱量を検出する。
【００３８】
負荷予測手段３６は、翌日の空調負荷をたとえば統計的な気象データ、現時点の気象データ、翌日の天気予報データなどに基づいて予測する。
気象データおよび天気予報データについては、信頼性の高いデータを作成し、それを通信回線などで適宜に供給する専門の機関が登場するなど、手に入れることが容易な状況になってきている。これに伴い、空調負荷を高い精度で予測することが可能な状況にある。又、簡易的な方法による負荷予測も可能である。
【００３９】
インタフェース３５は、負荷予測手段３６の予測データを直列／並列切替判定部３２に取込むためのもの。
直列／並列切替判定部３２は、負荷予測手段３６の予測結果、蓄熱量演算部 ３３の検出結果（残蓄熱量）、および供給熱量演算部３４の検出結果（供給熱量）に応じて、直列／並列運転制御部３１における第１制御手段の処理および第２制御手段の処理のうちどちらを選択すべきかの指示を出す。この指示は、直列／並列運転制御部３１に供給される。
【００４０】
つぎに、上記の構成の作用を説明する。
夜間電力時間帯（夜１０時から朝８時の間）、又は夜間電力開始時間（夜１０時）以前より、二方弁７１，７２および三方弁７７が開かれてブラインヒートポンプ装置２３の蓄熱運転（冷房運転）とポンプ２２の運転が開始される。これにより、蓄熱槽２１内に氷が作られ、蓄熱槽２１に冷熱が蓄えられる。
【００４１】
その後（朝８時より後）、前日求められた空調負荷予測部３２の予測結果（一日の空調負荷）に従い、蓄熱槽２１とブラインヒートポンプ装置２３との配置関係（並列または直列）、蓄熱槽２１の放熱運転、ブラインヒートポンプ装置２３、ヒートポンプ装置６の冷房運転が適宜に選択される。
【００４２】
たとえば、冷房負荷の変動が大きい状況では、図３に太線で示すように、ブラインヒートポンプ装置２３と蓄熱槽２１とが並列に配置され、ヒートポンプ装置６の運転および蓄熱槽２１の放熱運転の実行により冷房負荷の急増分が処理される。ヒートポンプ装置６、蓄熱槽２１の放熱運転で処理しきれない場合、ブラインヒートポンプ装置２３も冷房運転を行う。
【００４３】
二方弁４１，４２が開かれ、ヒートポンプ装置６、ポンプ５の運転が開始される。氷を有効活用するため、夏期の冷房負荷が大きいときにはヒートポンプ装置６を優先的に運転し、中間期・冬期には氷放熱を優先的に運転させる。
【００４４】
二方弁５１，５２，７３，７４，７７が開かれてポンプ７，２４の運転が開始される。
この場合、ポンプ２４の運転により、蓄熱槽２１と第１熱交換器１１との間でブラインが循環する。このとき、蓄熱槽２１の蓄冷熱がブラインに移行する（放熱により氷が徐々に解けていく）。さらに、ポンプ７の運転により、第１熱交換器１１と負荷側との間で水が循環する。この循環水は、第１熱交換器１１を介して蓄熱槽２１からの放熱つまり冷熱を受け、冷やされる。
【００４５】
氷放熱とヒートポンプ装置６では処理できないとき、二方弁６１，６２，７５，７６が開かれ、さらにブラインヒートポンプ装置２３の冷房運転とポンプ８，２２の運転が開始される。
【００４６】
この場合、ブラインヒートポンプ装置２３でブラインが冷却され、それがポンプ２２の運転により第２熱交換器１２を通して循環する。さらに、ポンプ８の運転により、第２熱交換器１２と負荷側との間で水が循環する。この循環水は、第２熱交換器１２を介してブラインの冷熱を受け、冷やされる。
【００４７】
このように、ヒートポンプ装置６、ブラインヒートポンプ装置２３の冷房と蓄熱槽２１の放熱との並列運転を実行することにより、蓄熱槽２１の蓄冷熱が短時間に大量に放出され、それが冷房負荷の処理に有効に活用される。
【００４８】
この並列運転中、蓄熱槽２１の残蓄熱量が逐次に検出される。この残蓄熱量が所定値以下まで減少すると、並列運転での放熱は完了との判断の下に、前日求められた空調負荷予測部３２の予測結果が再確認される。
【００４９】
この再確認において、処理すべき冷房負荷がまだ存在する場合には、図４に太線で示すように、ブラインヒートポンプ装置２３と蓄熱槽２１とが直列に配置され、そのブラインヒートポンプ装置２３の運転および蓄熱槽２１の放熱運転の実行により冷房負荷が処理される。
【００５０】
すなわち、二方弁６１，６２，７２，７３，７５，７７が開かれて、ブラインヒートポンプ装置２３の冷房運転とポンプ８，２２の運転が継続される。他の弁は全て閉成である。
【００５１】
この場合、蓄熱槽２１から流出するブラインがブラインヒートポンプ装置２３に流れてそこで二次冷却され、ブラインヒートポンプ装置２３を経たブラインが第２熱交換器１２を通る。そして、ポンプ８の運転により、第２熱交換器１２と負荷側との間で水が循環する。この循環水は、第２熱交換器１２を介してブラインの冷熱を受け、冷やされる。
【００５２】
このように、ブラインヒートポンプ装置２３の冷房と蓄熱槽２１の放熱との直列運転を実行することにより、蓄熱槽２１に残っている蓄冷熱が少しずつ放出され、それが冷房負荷の処理に有効にしかも最後まで無駄なく使用される。蓄熱エネルギが無駄なく活用されて、ランニングコスト削減効果が得られる。
【００５３】
冷房負荷の変動が大きい例を図５に示している。すなわち、日中のある時間帯において冷房負荷が大きく増大し、その増大する時間帯の中で冷房負荷が上から下へさらに下から上へと大きく変動している。このように冷房負荷の変動が大きい期間では、蓄熱槽２１の蓄冷熱が短時間に大量に放出される並列運転が実行される。その後、蓄熱槽２１の残蓄熱量が上記した並列運転放熱完了の所定値まで減少したところで、並列運転から直列運転に切替わる。この直列運転により、蓄熱槽２１の蓄冷熱が最後まで残らず使用される。
【００５４】
図５において、“氷”は蓄熱槽２１の放熱量に相当し、その放熱量によって急増冷房負荷のピーク部分が処理されることを示している。“ＨＰ”はヒートポンプ装置６の冷房能力および必要に応じて実行されるブラインヒートポンプ装置 ２３の冷房能力に相当し、その冷房能力によって急増冷房負荷の非ピーク部分が処理されることを示している。“氷（二次冷却）”は蓄熱槽２１の放熱およびその放熱に対するブラインヒートポンプ装置２３の二次冷却により得られる熱量に相当し、その熱量によって少冷房負荷が処理されることを示している。
【００５５】
冷房負荷の変動が比較的小さい例を図６に示している。すなわち、日中のある時間帯において冷房負荷が大きく増大するが、その増大する時間帯の中で初めの期間を除けば冷房負荷の変動は比較的安定している。冷房負荷が増大する時間帯において、変動の激しい初めの期間では並列運転が実行され、変動が比較的安定する残りの期間において直列運転が実行される。
【００５６】
ところで、空調負荷予測部３２の予測結果の再確認において、処理すべき冷房負荷が存在しない場合には、並列運転から直列運転に移行することなく、並列運転のまま全運転が終了となる。
【００５７】
ここまでは、並列運転が先に実行されて次に直列運転が実行される場合を説明したが、空調負荷予測部３２の予測結果によっては、先に直列運転が実行されることがある。
【００５８】
この場合、冷房運転中にブラインヒートポンプ装置２３の冷房および蓄熱槽２１の放熱による空調負荷への供給熱量が供給熱量演算部３４により検出されており、その検出される供給熱量が状況に合った十分なものかどうか判定される。
【００５９】
たとえば、予測される冷房負荷の変動が比較的安定しているとして直列運転が選択されたが、予測される冷房負荷の絶対値が大きくて、実際それに見合うだけの供給熱量が得られていないような状況では、供給熱量が不足しているとの判断の下に、直列運転から並列運転への切替えがなされる。供給熱量の不足に際しては、直列運転よりも並列運転の方が最適である。
【００６０】
このように、ブラインヒートポンプ装置２３の冷房と蓄熱槽２１の放熱との並列運転を行なう機能および直列運転を行なう機能を備え、その並列運転および直列運転のいずれか一方を、予測空調負荷に応じて、あるいは残蓄熱量に応じて、あるいは供給熱量に応じて、選択的に実行することにより、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能である。しかも、蓄熱槽２１に蓄えた熱を最後まで使い切ることが可能であり、ランニングコスト削減効果が得られる。
【００６１】
なお、上記実施例では、蓄熱槽２１の蓄冷熱を用いる冷房運転についてのみ説明したが、蓄熱槽２１の蓄温熱を用いる暖房運転についても同様に実施可能である。
【００６２】
上記実施例では、負荷判定手段として負荷予測手段３６を設け、夜間電力時間帯を除く昼間の運転を負荷予測手段３６の予測結果に従って制御したが、負荷判定手段として実際の空調負荷を検出する負荷検出手段を設け、その負荷検出手段の検出結果に応じて制御してもよい。
その他、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように、
第１および第２の発明のいずれの蓄熱空調システム装置も、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能とし、しかも蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切ることを可能としてランニングコスト削減効果が得られる。
【００６４】
第３の発明の蓄熱空調システム装置の制御方式は、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能とし、しかも蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切ることを可能としてランニングコスト削減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の全体的な構成を示す図。
【図２】同実施例におけるコントローラおよびその周辺部の構成を示すブロック図。
【図３】同実施例の並列運転時のブラインおよび水の流れを示す図。
【図４】同実施例の直列運転時のブラインおよび水の流れを示す図。
【図５】同実施例において冷房負荷の変動が大きい場合の並列運転と直列運転の切替え例を示す図。
【図６】同実施例において冷房負荷の変動が比較的小さい場合の並列運転と直列運転の切替え例を示す図。
【図７】従来の並列方式の装置の要部の構成および蓄熱作用を示す図。
【図８】従来の並列方式の装置の昼間の空調時の作用を示す図。
【図９】従来の並列方式の装置の運転を説明するための図。
【図１０】従来の直列方式の装置の要部の構成および蓄熱作用を示す図。
【図１１】従来の直列方式の装置の昼間の空調時の作用を示す図。
【図１２】従来の直列方式の装置の運転を説明するための図。
【符号の説明】
１…冷水往ヘッダ
２…冷水還ヘッダ
３…温水往ヘッダ
４…温水還ヘッダ
５…ポンプ
６…ヒートポンプ装置
７，８…ポンプ
１１…第１熱交換器
１２…第２熱交換器
２１…蓄熱槽
２２…ポンプ
２３…ブラインヒートポンプ装置
２４…ポンプ
３０…コントローラ
３１…直列／並列運転制御部
３２…直列／並列切替判定部
３３…蓄熱量演算部
３４…供給熱量演算部
３６…空調負荷予測部
【発明の属する技術分野】
この発明は、安価な夜間電力を用いて蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理する蓄熱空調システム装置およびその制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱槽と、この蓄熱槽への蓄熱および空調負荷の処理を行なうための熱源機とを備え、熱源機を安価な夜間電力で運転して蓄熱槽への蓄熱を行ない、その蓄熱槽からの放熱を昼間の空調に利用する蓄熱空調システム装置がある。
【０００３】
この装置によれば、たとえば、蓄熱槽に冷熱を蓄えておき、その蓄えた冷熱を昼間の冷房運転の補助能力として利用することができる。
蓄熱槽に温熱を蓄えておき、その蓄えた温熱を昼間の暖房運転の補助能力として利用することもできる。
【０００４】
このような蓄熱利用により、昼間の空調に必要な電力消費量を低減することができ、ランニングコストの低減が可能となる。
ところで、このような蓄熱空調システム装置の構成として、蓄熱槽と熱源機との配置に関して並列方式と直列方式がある。
【０００５】
並列方式は、熱源機と蓄熱槽とが並列に配置される。夜間の蓄熱時は、図７に示すように、熱源機の運転により製造される熱が蓄熱槽に蓄えられる。昼間の空調時は、図８に示すように、蓄熱槽に蓄えられた熱が負荷側へ供給されるとともに、熱源機が運転されてその熱源機で製造される熱が負荷側へ供給される。
【０００６】
たとえば、図９に示すように、冷房負荷が急増する日中の時間帯では、蓄熱槽に蓄えられている冷熱（氷蓄熱）が放出され、さらに熱源機の冷房運転（ＨＰ；ヒートポンプ式冷凍機の冷房運転）が実行され、この放熱と冷房の並列運転によって冷房負荷が処理される。
【０００７】
この並列方式の場合、蓄熱槽からの放熱を単独の熱源として熱源機の運転とは別に制御できるため、一日の変動が大きな負荷特性を有する建物への運用に向いている。
【０００８】
直列方式は、熱源機と蓄熱槽とが直列に配置される。夜間の蓄熱時は、図１０に示すように、熱源機の運転により製造される熱が蓄熱槽に蓄えられる。昼間の空調時は、図１１に示すように、蓄熱槽に蓄えられた熱が放出されて、その放熱が熱源機の運転によって二次冷却（または二次加熱）され、その熱源機を経た熱が負荷側へ供給される。
【０００９】
たとえば、図１２に示すように、冷房負荷が急増する日中の時間帯では、蓄熱槽に蓄えられている冷熱（氷蓄熱）が放出され、その放出される冷熱が熱源機の冷房運転（ＨＰ；ヒートポンプ式冷凍機の冷房運転）によって二次冷却され、この放熱と冷房の直列運転によって冷房負荷が処理される。
【００１０】
この直列方式の場合、熱源機による二次冷却（または二次加熱）が存在するため、蓄熱槽の出口部温度を並列方式の場合に比べて高く（または低く）設定することができ、換言すれば少しずつの冷熱（または温熱）放出であっても十分な冷房負荷処理（または暖房負荷処理）が可能であり、よって蓄熱槽の蓄熱を最後まで使い切ることができる。また、低温冷水による供給も可能となる。さらに、熱源機を停止して蓄熱槽の放熱だけを単独で行なう運用や、蓄熱槽の放熱を停止して熱源機の運転を単独で行なう運用も可能である。一日の変動が比較的小さい負荷特性を有する建物への運用に向いているといえる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
並列方式の場合、一日の変動が大きな負荷特性を有する建物への運用には向いているが、蓄熱槽の出口部温度をある程度低く（または高く）しなければ十分な冷房負荷処理（暖房負荷処理）ができず、つまり少しずつの冷熱（または温熱）放出では十分な冷房負荷処理（暖房負荷処理）が困難であり、よって蓄熱槽の蓄熱を最後まで使い切ることができない。せっかくの蓄熱エネルギが無駄になってしまう。
【００１２】
直列方式の場合、蓄熱槽の蓄熱を最後まで使い切ることができるが、蓄熱槽の放熱量が少しずつであるため、一日の変動が大きな負荷特性を有する建物への運用にはあまり向いていない。
【００１３】
この発明は上記の事情を考慮したもので、
第１および第２の発明のいずれの蓄熱空調システム装置も、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能とし、しかも蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切ることを可能としてランニングコスト削減効果が得られることを目的とする。
【００１４】
第３の発明の蓄熱空調システム装置の制御方式は、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能とし、しかも蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切ることを可能としてランニングコスト削減効果が得られることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の蓄熱空調システム装置は、熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理するものであって、上記熱源機と上記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理する第１制御手段と、上記熱源機と上記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理する第２制御手段と、空調負荷を予測または検出する負荷判定手段と、上記蓄熱槽の残蓄熱量を検出する検出手段と、上記負荷判定手段で予測または検出される空調負荷および上記検出手段で検出される残蓄熱量に応じて、上記第１制御手段による並列運転と第２制御手段による直列運転とを選択的に実行する第３制御手段と、を備える。具体的に、第３制御手段は、空調負荷の変動が大きい場合に並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に直列運転を実行する手段と、並列運転中に残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段とを有する。
【００１７】
第２の発明の蓄熱空調システム装置は、熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理するものであって、上記熱源機と上記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理する第１制御手段と、上記熱源機と上記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理する第２制御手段と、空調負荷を予測または検出する負荷判定手段と、上記蓄熱槽の残蓄熱量を検出する第１検出手段と、上記熱源機の運転および上記蓄熱槽の放熱運転による空調負荷への供給熱量を検出する第２検出手段と、上記負荷判定手段で予測または検出される空調負荷、上記第１検出手段で検出される残蓄熱量、および上記第２検出手段で検出される供給熱量に応じて、上記第１制御手段による並列運転と第２制御手段による直列運転とを選択的に実行する第３制御手段と、を備える。具体的に、第３制御手段は、空調負荷の変動が大きい場合に並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に直列運転を実行する手段と、並列運転中に残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段と、直列運転中に空調負荷に見合うだけの供給熱量が得られなくなると、直列運転から並列運転に移行する手段とを有する。
【００１８】
第３の発明の蓄熱空調システム装置の制御方式は、熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理する空気調和システム装置において、上記熱源機と上記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理し、蓄熱槽に蓄えた熱を短時間に大量に放出させる手段と、上記熱源機と上記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理し、蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切らせる手段と、空調負荷の変動が大きい場合に上記並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に上記直列運転を実行する手段と、上記並列運転中に上記蓄熱槽の残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から上記直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段と、を備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明する。
図１において、１は冷水往ヘッダ、２は冷水還ヘッダ、３は温水往ヘッダ、４は温水還ヘッダで、それぞれ負荷側機器（図示しない）に配管接続される。
【００２０】
冷水用のヘッダ１，２間に、二方弁４１，４２およびポンプ５を介して空調用熱源機であるヒートポンプ装置６が配管接続される。
温水用のヘッダ３，４間に、二方弁４３，４４および上記ポンプ５を介して上記ヒートポンプ装置６が配管接続される。
【００２１】
ヒートポンプ装置６は、空調負荷（冷房負荷および暖房負荷）を処理するためのもので、ヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、ポンプ５の運転により循環する水を、冷房時に冷却し、暖房時に加熱する。
【００２２】
冷水用のヘッダ１，２間に、二方弁５１，５２およびポンプ７を介して第１熱交換器１１の負荷側コイル１１ｂが配管接続される。
冷水用のヘッダ１，２間に、二方弁６１，６２およびポンプ８を介して第２熱交換器１２の負荷側コイル１２ｂが接続される。
【００２３】
温水用のヘッダ３，４間に、二方弁６３，６４および上記ポンプ８を介して同じく負荷側コイル１２ｂが接続される。
２１は蓄熱槽で、冷房用の冷熱および暖房用の温熱のいずれか一方を蓄えるもので、冷熱に関してはたとえば氷蓄熱方式を採用し、温熱に関してはたとえば温水蓄熱方式を採用している。
【００２４】
蓄熱槽２１に、二方弁７１，７２およびポンプ２２を介して蓄熱・空調用熱源機であるブラインヒートポンプ装置２３が配管接続される。
ブラインヒートポンプ装置２３は、たとえば建物の屋上に設置され、蓄熱槽２１への蓄熱（蓄冷熱および蓄温熱）を行なうとともに、空調負荷（冷房負荷および暖房負荷）を処理するためのもので、ヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、ポンプ２２の運転により循環するブラインを、冷房時に冷却し、暖房時に加熱する。このうち冷却作用により得られる冷えたブラインが蓄熱槽２１を通して循環することにより、蓄熱槽２１内に氷が作られ、冷熱が蓄えられる。
【００２５】
蓄熱槽２１に、二方弁７３，７４およびポンプ２４を介して上記第１熱交換器１１の熱源側コイル１１ａが配管接続される。
蓄熱槽２１に、三方弁７７、二方弁７３，７４、およびポンプ２４を介して上記第１熱交換器１１の熱源側コイル１１ａが配管接続される。
【００２６】
蓄熱槽２１に、三方弁７７を介して放熱温度調節用のバイパス配管７８が接続される。そして、三方弁７７から第１熱交換器１１の熱源側コイル１１ａに向かう配管に、温度センサ７９が取付けられる。温度センサ７９は、蓄熱槽２１からの放熱温度を検知する。
【００２７】
三方弁７７は、温度センサ７９の検知温度に基づく後述のコントローラ３０の制御に応じて、第１熱交換器１１の熱源側コイル１１ａに向けて流れるブラインの量を調節するためのものである。この三方弁７７の調節によって減らされるブラインは、バイパス配管７８を通って蓄熱槽２１に戻ることになる。
【００２８】
これら三方弁７７、バイパス配管７８、温度センサ７９、およびコントローラ３０の働きにより、蓄熱槽２１からの放熱温度、つまり蓄熱槽２１から空調負荷への供給熱量が調節される。
【００２９】
ポンプ２２およびブラインヒートポンプ装置２３と並列に、二方弁７５，７６を介して上記第２熱交換器１２の熱源側コイル１２ａが配管接続される。
また、蓄熱槽２１の流出部に三方弁７７、二方弁７２、ポンプ２２を介してブラインヒートポンプ装置２３の吸込口が接続され、そのブラインヒートポンプ装置２３の吐出口に二方弁７５、熱源側コイル１２ａ、および二方弁７３を介して蓄熱槽２１の流入部が接続される。
【００３０】
一方、３０は当該装置の全般にわたる制御を行なうコントローラである。このコントローラ３０に、上記ヒートポンプ装置６、ブラインヒートポンプ装置２３、およびポンプ５，７，８，２２，２４が接続される。
【００３１】
上記二方弁４１，４２，４３，４４，５１，５２，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，７５，７６、および三方弁７７はすべて電磁式のもので、これら弁もコントローラ３０に接続される。
【００３２】
コントローラ３０は、図２に示すように、直列／並列運転制御部３１を有する。この直列／並列運転制御部３１に直列／並列切替判定部３２が接続され、その直列／並列切替判定部３２に蓄熱量演算部３３、供給熱量演算部３４、およびインタフェース３５が接続される。
【００３３】
コントローラ３０の外に負荷判定手段として負荷予測手段３６があり、それが上記インタフェース３５に接続される。
直列／並列運転制御部３１は、次の［１］から［３］の機能手段を備える。
【００３４】
［１］弁の開閉制御によりブラインヒートポンプ装置２３と蓄熱槽２１とを並列に配置し、そのブラインヒートポンプ装置２３の運転および蓄熱槽２１の放熱運転を実行して空調負荷を処理する第１制御手段。
【００３５】
［２］弁の開閉制御によりブラインヒートポンプ装置２３と蓄熱槽２１とを直列に配置し、そのブラインヒートポンプ装置２３の運転および蓄熱槽２１の放熱運転を実行して空調負荷を処理する第２制御手段。
【００３６】
［３］直列／並列切替判定部３２からの指示に応じて、第１制御手段の処理と第２制御手段の処理とを選択的に実行する第３制御手段。
蓄熱量演算部３３は、たとえば、予め定められている蓄熱槽２１の放熱特性および蓄熱槽２１の放熱運転の積算時間などに基づく演算の実行により、蓄熱槽２１に残っている蓄熱量を残蓄熱量として検出する。
【００３７】
供給熱量演算部３４は、たとえば、予め定められているブラインヒートポンプ装置２３の運転能力および上記温度センサ７９で検知される放熱温度などに基づく演算の実行により、ブラインヒートポンプ装置２３の運転および蓄熱槽２１の放熱運転による空調負荷への供給熱量を検出する。
【００３８】
負荷予測手段３６は、翌日の空調負荷をたとえば統計的な気象データ、現時点の気象データ、翌日の天気予報データなどに基づいて予測する。
気象データおよび天気予報データについては、信頼性の高いデータを作成し、それを通信回線などで適宜に供給する専門の機関が登場するなど、手に入れることが容易な状況になってきている。これに伴い、空調負荷を高い精度で予測することが可能な状況にある。又、簡易的な方法による負荷予測も可能である。
【００３９】
インタフェース３５は、負荷予測手段３６の予測データを直列／並列切替判定部３２に取込むためのもの。
直列／並列切替判定部３２は、負荷予測手段３６の予測結果、蓄熱量演算部 ３３の検出結果（残蓄熱量）、および供給熱量演算部３４の検出結果（供給熱量）に応じて、直列／並列運転制御部３１における第１制御手段の処理および第２制御手段の処理のうちどちらを選択すべきかの指示を出す。この指示は、直列／並列運転制御部３１に供給される。
【００４０】
つぎに、上記の構成の作用を説明する。
夜間電力時間帯（夜１０時から朝８時の間）、又は夜間電力開始時間（夜１０時）以前より、二方弁７１，７２および三方弁７７が開かれてブラインヒートポンプ装置２３の蓄熱運転（冷房運転）とポンプ２２の運転が開始される。これにより、蓄熱槽２１内に氷が作られ、蓄熱槽２１に冷熱が蓄えられる。
【００４１】
その後（朝８時より後）、前日求められた空調負荷予測部３２の予測結果（一日の空調負荷）に従い、蓄熱槽２１とブラインヒートポンプ装置２３との配置関係（並列または直列）、蓄熱槽２１の放熱運転、ブラインヒートポンプ装置２３、ヒートポンプ装置６の冷房運転が適宜に選択される。
【００４２】
たとえば、冷房負荷の変動が大きい状況では、図３に太線で示すように、ブラインヒートポンプ装置２３と蓄熱槽２１とが並列に配置され、ヒートポンプ装置６の運転および蓄熱槽２１の放熱運転の実行により冷房負荷の急増分が処理される。ヒートポンプ装置６、蓄熱槽２１の放熱運転で処理しきれない場合、ブラインヒートポンプ装置２３も冷房運転を行う。
【００４３】
二方弁４１，４２が開かれ、ヒートポンプ装置６、ポンプ５の運転が開始される。氷を有効活用するため、夏期の冷房負荷が大きいときにはヒートポンプ装置６を優先的に運転し、中間期・冬期には氷放熱を優先的に運転させる。
【００４４】
二方弁５１，５２，７３，７４，７７が開かれてポンプ７，２４の運転が開始される。
この場合、ポンプ２４の運転により、蓄熱槽２１と第１熱交換器１１との間でブラインが循環する。このとき、蓄熱槽２１の蓄冷熱がブラインに移行する（放熱により氷が徐々に解けていく）。さらに、ポンプ７の運転により、第１熱交換器１１と負荷側との間で水が循環する。この循環水は、第１熱交換器１１を介して蓄熱槽２１からの放熱つまり冷熱を受け、冷やされる。
【００４５】
氷放熱とヒートポンプ装置６では処理できないとき、二方弁６１，６２，７５，７６が開かれ、さらにブラインヒートポンプ装置２３の冷房運転とポンプ８，２２の運転が開始される。
【００４６】
この場合、ブラインヒートポンプ装置２３でブラインが冷却され、それがポンプ２２の運転により第２熱交換器１２を通して循環する。さらに、ポンプ８の運転により、第２熱交換器１２と負荷側との間で水が循環する。この循環水は、第２熱交換器１２を介してブラインの冷熱を受け、冷やされる。
【００４７】
このように、ヒートポンプ装置６、ブラインヒートポンプ装置２３の冷房と蓄熱槽２１の放熱との並列運転を実行することにより、蓄熱槽２１の蓄冷熱が短時間に大量に放出され、それが冷房負荷の処理に有効に活用される。
【００４８】
この並列運転中、蓄熱槽２１の残蓄熱量が逐次に検出される。この残蓄熱量が所定値以下まで減少すると、並列運転での放熱は完了との判断の下に、前日求められた空調負荷予測部３２の予測結果が再確認される。
【００４９】
この再確認において、処理すべき冷房負荷がまだ存在する場合には、図４に太線で示すように、ブラインヒートポンプ装置２３と蓄熱槽２１とが直列に配置され、そのブラインヒートポンプ装置２３の運転および蓄熱槽２１の放熱運転の実行により冷房負荷が処理される。
【００５０】
すなわち、二方弁６１，６２，７２，７３，７５，７７が開かれて、ブラインヒートポンプ装置２３の冷房運転とポンプ８，２２の運転が継続される。他の弁は全て閉成である。
【００５１】
この場合、蓄熱槽２１から流出するブラインがブラインヒートポンプ装置２３に流れてそこで二次冷却され、ブラインヒートポンプ装置２３を経たブラインが第２熱交換器１２を通る。そして、ポンプ８の運転により、第２熱交換器１２と負荷側との間で水が循環する。この循環水は、第２熱交換器１２を介してブラインの冷熱を受け、冷やされる。
【００５２】
このように、ブラインヒートポンプ装置２３の冷房と蓄熱槽２１の放熱との直列運転を実行することにより、蓄熱槽２１に残っている蓄冷熱が少しずつ放出され、それが冷房負荷の処理に有効にしかも最後まで無駄なく使用される。蓄熱エネルギが無駄なく活用されて、ランニングコスト削減効果が得られる。
【００５３】
冷房負荷の変動が大きい例を図５に示している。すなわち、日中のある時間帯において冷房負荷が大きく増大し、その増大する時間帯の中で冷房負荷が上から下へさらに下から上へと大きく変動している。このように冷房負荷の変動が大きい期間では、蓄熱槽２１の蓄冷熱が短時間に大量に放出される並列運転が実行される。その後、蓄熱槽２１の残蓄熱量が上記した並列運転放熱完了の所定値まで減少したところで、並列運転から直列運転に切替わる。この直列運転により、蓄熱槽２１の蓄冷熱が最後まで残らず使用される。
【００５４】
図５において、“氷”は蓄熱槽２１の放熱量に相当し、その放熱量によって急増冷房負荷のピーク部分が処理されることを示している。“ＨＰ”はヒートポンプ装置６の冷房能力および必要に応じて実行されるブラインヒートポンプ装置 ２３の冷房能力に相当し、その冷房能力によって急増冷房負荷の非ピーク部分が処理されることを示している。“氷（二次冷却）”は蓄熱槽２１の放熱およびその放熱に対するブラインヒートポンプ装置２３の二次冷却により得られる熱量に相当し、その熱量によって少冷房負荷が処理されることを示している。
【００５５】
冷房負荷の変動が比較的小さい例を図６に示している。すなわち、日中のある時間帯において冷房負荷が大きく増大するが、その増大する時間帯の中で初めの期間を除けば冷房負荷の変動は比較的安定している。冷房負荷が増大する時間帯において、変動の激しい初めの期間では並列運転が実行され、変動が比較的安定する残りの期間において直列運転が実行される。
【００５６】
ところで、空調負荷予測部３２の予測結果の再確認において、処理すべき冷房負荷が存在しない場合には、並列運転から直列運転に移行することなく、並列運転のまま全運転が終了となる。
【００５７】
ここまでは、並列運転が先に実行されて次に直列運転が実行される場合を説明したが、空調負荷予測部３２の予測結果によっては、先に直列運転が実行されることがある。
【００５８】
この場合、冷房運転中にブラインヒートポンプ装置２３の冷房および蓄熱槽２１の放熱による空調負荷への供給熱量が供給熱量演算部３４により検出されており、その検出される供給熱量が状況に合った十分なものかどうか判定される。
【００５９】
たとえば、予測される冷房負荷の変動が比較的安定しているとして直列運転が選択されたが、予測される冷房負荷の絶対値が大きくて、実際それに見合うだけの供給熱量が得られていないような状況では、供給熱量が不足しているとの判断の下に、直列運転から並列運転への切替えがなされる。供給熱量の不足に際しては、直列運転よりも並列運転の方が最適である。
【００６０】
このように、ブラインヒートポンプ装置２３の冷房と蓄熱槽２１の放熱との並列運転を行なう機能および直列運転を行なう機能を備え、その並列運転および直列運転のいずれか一方を、予測空調負荷に応じて、あるいは残蓄熱量に応じて、あるいは供給熱量に応じて、選択的に実行することにより、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能である。しかも、蓄熱槽２１に蓄えた熱を最後まで使い切ることが可能であり、ランニングコスト削減効果が得られる。
【００６１】
なお、上記実施例では、蓄熱槽２１の蓄冷熱を用いる冷房運転についてのみ説明したが、蓄熱槽２１の蓄温熱を用いる暖房運転についても同様に実施可能である。
【００６２】
上記実施例では、負荷判定手段として負荷予測手段３６を設け、夜間電力時間帯を除く昼間の運転を負荷予測手段３６の予測結果に従って制御したが、負荷判定手段として実際の空調負荷を検出する負荷検出手段を設け、その負荷検出手段の検出結果に応じて制御してもよい。
その他、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように、
第１および第２の発明のいずれの蓄熱空調システム装置も、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能とし、しかも蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切ることを可能としてランニングコスト削減効果が得られる。
【００６４】
第３の発明の蓄熱空調システム装置の制御方式は、一日の変動が大きな空調負荷に対する適切な処理はもちろん、一日の変動が比較的小さい空調負荷に対する適切な処理も可能とし、しかも蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切ることを可能としてランニングコスト削減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の全体的な構成を示す図。
【図２】同実施例におけるコントローラおよびその周辺部の構成を示すブロック図。
【図３】同実施例の並列運転時のブラインおよび水の流れを示す図。
【図４】同実施例の直列運転時のブラインおよび水の流れを示す図。
【図５】同実施例において冷房負荷の変動が大きい場合の並列運転と直列運転の切替え例を示す図。
【図６】同実施例において冷房負荷の変動が比較的小さい場合の並列運転と直列運転の切替え例を示す図。
【図７】従来の並列方式の装置の要部の構成および蓄熱作用を示す図。
【図８】従来の並列方式の装置の昼間の空調時の作用を示す図。
【図９】従来の並列方式の装置の運転を説明するための図。
【図１０】従来の直列方式の装置の要部の構成および蓄熱作用を示す図。
【図１１】従来の直列方式の装置の昼間の空調時の作用を示す図。
【図１２】従来の直列方式の装置の運転を説明するための図。
【符号の説明】
１…冷水往ヘッダ
２…冷水還ヘッダ
３…温水往ヘッダ
４…温水還ヘッダ
５…ポンプ
６…ヒートポンプ装置
７，８…ポンプ
１１…第１熱交換器
１２…第２熱交換器
２１…蓄熱槽
２２…ポンプ
２３…ブラインヒートポンプ装置
２４…ポンプ
３０…コントローラ
３１…直列／並列運転制御部
３２…直列／並列切替判定部
３３…蓄熱量演算部
３４…供給熱量演算部
３６…空調負荷予測部
Claims (3)
- 熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理する空気調和システム装置において、
前記熱源機と前記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理する第１制御手段と、
前記熱源機と前記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理する第２制御手段と、
空調負荷を予測または検出する負荷判定手段と、
前記蓄熱槽の残蓄熱量を検出する検出手段と、
前記負荷判定手段で予測または検出される空調負荷および前記検出手段で検出される残蓄熱量に応じて、前記第１制御手段による並列運転と第２制御手段による直列運転とを選択的に実行する第３制御手段と、
を備え、前記第３制御手段は、空調負荷の変動が大きい場合に並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に直列運転を実行する手段と、並列運転中に残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段とを有する、
ことを特徴とする蓄熱空調システム装置。 - 熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理する空気調和システム装置において、
前記熱源機と前記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理する第１制御手段と、
前記熱源機と前記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理する第２制御手段と、
空調負荷を予測または検出する負荷判定手段と、
前記蓄熱槽の残蓄熱量を検出する第１検出手段と、
前記熱源機の運転および前記蓄熱槽の放熱運転による空調負荷への供給熱量を検出する第２検出手段と、
前記負荷判定手段で予測または検出される空調負荷、前記第１検出手段で検出される残蓄熱量、および前記第２検出手段で検出される供給熱量に応じて、前記第１制御手段による並列運転と第２制御手段による直列運転とを選択的に実行する第３制御手段と、
を備え、前記第３制御手段は、空調負荷の変動が大きい場合に並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に直列運転を実行する手段と、並列運転中に残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段と、直列運転中に空調負荷に見合うだけの供給熱量が得られなくなると、直列運転から並列運転に移行する手段とを有する、
ことを特徴とする蓄熱空調システム装置。 - 熱源機を夜間電力時間帯に運転して蓄熱槽に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用して昼間の空調負荷の一部を処理する空気調和システム装置において、
前記熱源機と前記蓄熱槽とを並列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による並列運転を実行して空調負荷を処理し、蓄熱槽に蓄えた熱を短時間に大量に放出させる手段と、
前記熱源機と前記蓄熱槽とを直列に配置し、その熱源機の運転および蓄熱槽の放熱運転による直列運転を実行して空調負荷を処理し、蓄熱槽に蓄えた熱を最後まで使い切らせる手段と、
空調負荷の変動が大きい場合に前記並列運転を実行し、空調負荷の変動が比較的小さい場合に前記直列運転を実行する手段と、
前記並列運転中に前記蓄熱槽の残蓄熱量が所定値以下に減少したとき、処理すべき空調負荷がまだ存在すれば並列運転から前記直列運転に移行し、処理すべき空調負荷が存在しなければ運転を終了する手段と、
を備えたことを特徴とする蓄熱空調システム装置の制御方式。
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