JP4829147B2 - 空気調和設備 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和設備に係り、空気調和設備の冷房用冷水を冷凍機を使わず、冷却塔だけによって製造する（フリークーリング）期間を長くする技術に関する。
周知のように、半導体製造工場や電算室は年間を通して冷房を行う。これらを冷房する時の冷水は、基本的には冷凍機によって製造するが、中間期や冬季の外気湿球温度が低い場合に省エネルギーを図るため、冷却塔で予冷水の冷却が一部可能になり（以後、フリークーリングという）、その予冷水を予備冷却に用いる。しかし、冷凍機の代替にフリークーリングを用いると、水温７℃を確保するには運転期間がごくわずかであり、実質省エネルギーが図れず、イニシャルコストのみ増える（外気湿球温度は３℃以下が必要）。そこで、空調機内に予冷コイルと冷水コイルを前段と後段に配置し、前段の予冷コイルでは搬送動力と冷凍機削減動力との兼ね合いで決めた温度１８℃以下の冷却水で２０℃以下に予冷水を冷却し、予冷水で空気を予備冷却し、さらに後段の冷水コイルで冷凍機による冷水で冷却することをフリークーリング運転として行っていた（例えば、特許文献１〜特許文献５を参照）。

従来のフリークーリング運転を行う空気調和設備を図１５〜図１９によって説明する。
空気調和設備は、空調機１０１内に予冷コイル１０２を設け、予冷コイル１０２に流す予冷水を、予冷水循環路１３０を介して循環ポンプ（Ｐ４）１０３で搬送し、熱交換器１０４にて冷却する構成とし、この熱交換器１０４の１次側に冷却水をフリークーリング用冷却水循環路１３１を介して流すため、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５とその循環ポンプ（Ｐ３）１０６とを設け、外気により冷却している。また、予冷コイル１０２の後段に冷水コイル１０７を設置し、その冷水コイル１０７に流す冷水を、冷水循環路１３２を介して第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９により冷却し、そのポンプ（ＣＰ１）１１０、ポンプ（ＣＰ２）１１１により往きヘッダ１１２および還りヘッダ１１３を経由して搬送している。また、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８には、第一の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ１）１１４と循環ポンプ（Ｐ１）１１６とが冷却水循環路１３３を介して連絡している。また、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９には、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５と循環ポンプ（Ｐ２）１１７とが冷却水循環路１３４を介して連絡している。また、空調機１０１は、例えば、電算室１１８の空調流路に設置されている。

次に、この空気調和設備によって、例えば、電算機１１９が設置されている電算機室１２０の室温２６℃、床下空間１２１に吹き出す空気の温度２０℃、天井空間１２２に還る空気の温度２７℃となる温度環境を維持する場合について説明する。
空調機１０１の後段の冷水コイル１０７には、ポンプ（ＣＰ１）１１０によって往きヘッダ１１２から７℃の冷水が、冷水循環路１３２の往き路１３２ａを介して搬送され、空調機１０１に戻ってくる２７℃の室内還り空気と熱交換して空気を２０℃に冷却する。２０℃の空気は、空調機１０１によって電算室１１８の床下空間１２１から電算機１１９が設置されている電算機室１２０に搬送され、天井空間１２２を介して空調機１０１が設置されている空調室１２３に戻ってくる。後段の冷水コイル１０７にて熱交換した冷水は、１４℃に昇温して冷水循環路１３２の還り路１３２ｂを介して還りヘッダ１１３に還ってくる。そして、フリークーリングを行う場合には、予冷コイル１０２に２０℃の冷却水を搬送できるように、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５、循環ポンプ（Ｐ３）１０６および循環ポンプ（Ｐ４）１０３を運転して熱交換器１０４に１８℃の冷却水を搬送する。

また、外気湿球温度計にて測定された外気湿球温度Ｔ１は、温度調節器ＴＩＣ１を介してコントローラ１２４に入力される。フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５内の水温Ｔ６は水温計にて測定され、温度調節器ＴＩＣ６を介してコントローラ１２４に入力される。コントローラ１２４は、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、循環ポンプ（Ｐ４）１０３の運転を制御する。予冷水循環路１３０の予冷水の熱交換器１０４への還り路１３０ｂの温度Ｔ２は、水温計で測定され、温度調節器ＴＩＣ２を介してコントローラ１２４に入力される。予冷水の熱交換器１０４への還り路１３０ｂの温度Ｔ２が設定温度の下限値を下回れば、循環ポンプ（Ｐ４）１０３の電源周波数を下げ回転数を減少させ流量を少なくする。

また、予冷水循環路１３０の予冷水の予冷コイル１０２への往き路１３０ａには、バルブ（ＶＥ２）１２６が設けてある。バルブ（ＶＥ２）１２６は温度調節器ＴＩＣ７によって比例制御される。温度調節器ＴＩＣ７は空調機１０１内の予冷水出口空気温度Ｔ７を温度計からの測定値に基づいてバルブ（ＶＥ２）１２６の開度を制御する。
第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９から空調機１０１の冷却コイル１０７に搬送される冷水循環路１３２の往き路１３２ａには、バルブ（ＶＥ１）１２５が設けてある。バルブ（ＶＥ１）１２５は、温度調節器ＴＩＣ５によって比例制御される。温度調節器ＴＩＣ５は、床下空間１２１内に配置した温度計によって測定される吹出温度Ｔ５に基づいてバルブ（ＶＥ１）１２５の開度を制御する。

第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９から空調機１０１の冷却コイル１０７に搬送される冷水の冷水循環路１３２には、往き路１３２ａに１つの水温計、還り路１３２ｂに流量計Ｆ３と水温計とが設けてある。往き路１３２ａの水温計の測定値Ｔ３は、ＴＩＣ３を介して熱量演算コントローラ１２７に入力される。還り路１３２ｂの流量計Ｆ３の測定値は、流量調節器ＦＩＣ３を介して熱量演算コントローラ１２７に入力される。還り路１３２ｂの水温計の測定値Ｔ４は、ＴＩＣ４を介して熱量演算コントローラ１２７に入力される。熱量演算コントローラ１２７は、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、第一の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ１）１１４、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、ポンプ（ＣＰ１）１１０、ポンプ（ＣＰ２）１１１の運転を制御する。

次に、図１７に基づいて、空気調和設備の動作について説明する。
先ず、空調機１０１を運転し、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第一の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ１）１１４のファン、冷却塔用循環ポンプ（Ｐ１）１１６、循環ポンプ（ＣＴ１）１１０を運転する（ステップＳ１００，Ｓ１０１）。
次に、電算室１１８の床下空間１２１の温度計にて空調機１０１から吹き出される空気の吹出温度Ｔ５を測定し、温度調節器ＴＩＣ５が設定吹出温度となるようにバルブ（ＶＥ１）１２５を比例制御する（ステップＳ１０２）。

次に、冷水循環路１３２の往き路１３２ａの水温Ｔ３と還り路１３２ｂの水温Ｔ４と流量計Ｆ３で測定した流量Ｑによって、熱量ｑ＝Ｑ（Ｔ３−Ｔ４）（ｋｃａｌ／ｈ）を求める。そして、得られた熱量ｑが設定熱量以上か否かの判断を熱量演算コントローラ１２７が行う（ステップＳ１０３）。設定熱量未満の場合には、ステップＳ１０１に戻り、設定熱量以上であると判断された場合には、次にステップＳ１０４へ進む。

次に、外気湿球温度計が測定した外気湿球温度Ｔ１を温度調節器ＴＩＣ１を介してコントローラ１２４に入力する。コントローラ１２４では、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ１０４）。外気湿球温度Ｔ１が５℃以上の場合には、ステップＳ１１３へ進み、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、ステップＳ１０５へ進む。
次に、外気湿球温度Ｔ１が５℃以下の場合には、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファンを運転し、循環ポンプ（Ｐ３）１０６と循環ポンプ（Ｐ４）１０３とを運転する（ステップＳ１０５）。

次に、空調機１０１の予冷コイル１０２からの出口空気温度Ｔ７が設定予冷水出口空気温度になるように温度調節器ＴＩＣ７がバルブ（ＶＥ２）１２６を比例制御する（ステップＳ１０６）。
次に、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却水温Ｔ６が５℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ１０７）。冷却水温Ｔ６が５℃未満の場合には、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファンを停止する（ステップＳ１０８）。冷却水温Ｔ６が５℃以上の場合には、ステップＳ１０４に戻る。

次に、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却水温Ｔ６が５℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ１０９）。冷却水温Ｔ６が５℃未満の場合には、ステップＳ１０８に戻る。
次に、外気湿球温度Ｔ１が５℃＋０．５℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ１１０）。外気湿球温度Ｔ１が５℃＋０．５℃未満の場合には、ステップＳ１０５に戻る。

次に、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファン、循環ポンプ（Ｐ３）１０６および循環ポンプ（Ｐ４）１０３を停止する（ステップＳ１１１）。
次に、空調機１０１を停止するか否かの判断を行う（ステップＳ１１２）。停止する場合には、ステップＳ１１７に進む。停止しない場合には、ステップＳ１０４の否定と同じく、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、循環ポンプ（Ｐ２）１１７、循環ポンプ（ＣＰ２）１１１を運転する（ステップＳ１１３）。

次に、熱量ｑが設定値以下か否かの判断を行う（ステップＳ１１４）。熱量が設定値以上の場合には、ステップＳ１０４に戻る。
次に、熱量が設定値以下の場合には、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、循環ポンプ（Ｐ２）１１７、循環ポンプ（ＣＰ２）１１１を停止する（ステップＳ１１５）。

次に、空調機１０１を停止するか否かの判断を行う（ステップＳ１１６）。停止する場合には、ステップＳ１１７に進む。停止しない場合には、ステップＳ１０３に戻る。
次に、空調機１０１を停止し、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第一の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ１）１１４のファン、循環ポンプ（Ｐ１）１１６、循環ポンプ（ＣＰ１）１１０を停止する（ステップＳ１１７、１１８）。

図１８に基づいて夏季、中間期の動作を説明する。ここで、夏季は外気湿球温度が１３℃以上（東京の気象データでは年間４３６０時間）、中間期は外気湿球温度が５℃以上１３℃未満（東京の気象データでは年間２１００時間）とした。なお、ここでは、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５によるフリークーリングを行わないので、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５、循環ポンプ（Ｐ３）１０６、熱交換器１０４、循環ポンプ（Ｐ４）１０３、予冷コイル１０２は省略されている。

この季節には、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５での冷却が、設定の水温１８℃以下に冷却できない外気湿球温度Ｔ１となるので、ステップＳ１１３へ進み、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５および循環ポンプ（Ｐ３）１０６は停止し、循環ポンプ（Ｐ４）１０３も停止する。夏季など室内熱負荷が大きくなるので、この冷却のためさらに空調機１０１の後段の冷水コイル１０７で予冷分の冷却も無くなるので、今まで運転していた第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、ポンプ（ＣＰ１）１１０の他に第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、ポンプ（ＣＰ２）１１１を運転し、後段の冷却コイル１０７の水量を増やす。

図１９に基づいて冬季の動作を説明する。ここで、冬季は外気湿球温度が５℃未満（東京の気象データでは年間２３００時間）とした。
この季節では、冷却水の設定水温１８℃以下の外気湿球温度Ｔ１となるので、ステップ１０５へ進み、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５と循環ポンプ（Ｐ３）１０６と循環ポンプ（Ｐ４）１０３を運転する。冷水循環路１３２の往き路１３２ａの冷却水は、空調機１０１の予冷コイル１０２で室内循環空気と熱交換し温められ、冷水循環路１３２の還り路１３２ｂを介して熱交換器１０４へ搬送され、フリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路１３１ａの冷却水と熱交換する。この冷却水は、フリークーリング用冷却水循環路１３１の還り路１３１ｂを介して循環ポンプ（Ｐ３）１０６によってフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５へ搬送される。その搬送された冷却水は、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５によって冷却水設定水温１８℃以下に冷却されて再度熱交換器１０４へ搬送される。この時の後段の冷水コイル１０７では、冬期の場合建物負荷が無くなり、外気冷却負荷もなくなるので、室内負荷が小さく、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８の冷却でまかなえ、ポンプ（ＣＰ１）１１０で搬送される冷水の一部が導入され、設定室温になるように空気を冷却する。
特許第２９７９０６１号公報 特開２００２−６１９１１号公報 特開平４−２０８３３２号公報 特開２００５−２１４６０８号公報 特開２００２−１１５８６３号公報

しかし、従来の空気調和設備では、外気湿球温度Ｔ１が高くなる中間期は、１８℃以下の冷水が製造できない。この期間が運転可能な冬季時間より長く、フリークーリング設備を有効に運転できていなかった。フリークーリングができない期間は、圧縮式冷凍機や吸収式冷凍機を運転することによって冷水を冷却するためにエネルギーを多く必要とするので、省エネルギー運転ではなく、折角のフリークーリング設備の利用期間が年間で短いという問題がある。

また、フリークーリングが担当する熱負荷を、ターボ冷凍機用冷却塔の定格能力に合わせて選定した能力の冷却塔では、水温２３℃の冷却水を１８℃に冷却するのに、外気湿球温度Ｔ１が５℃以下である。しかし、その時のフリークーリングが可能な時間は、東京の気候で年間延べ２３００時間と短いという問題があった。
さらに、冷却塔の容量を大きくすると、イニシャルコストが増加し、得策ではない。

また、フリークーリングができない時間は、冷凍機のコンプレッサーを使用するため、大きな消費電力エネルギーが必要になるという問題があった。
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、従来より高い外気湿球温度でも、冷却塔だけで冷水を製造できる空気調和設備を提供することにある。

本発明の別の目的は、年間のフリークーリング運転時間を長くできる空気調和設備を提供することにある。

請求項１に係る発明は、予冷コイルと冷却コイルとを設けた空調機と、外気湿球温度計と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する第一の冷凍機と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する前記第一の冷凍機用の冷却塔と、液ポンプを設け、前記第一の冷凍機と前記第一の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第一の冷却水循環路と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する少なくとも１つ以上の第二の冷凍機と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する前記第二の冷凍機用の冷却塔と、液ポンプを設け、前記第二の冷凍機と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第二の冷却水循環路と、液ポンプを設け、前記第一の冷凍機および前記第二の冷凍機と前記空調機の冷却コイルとを連絡する冷水循環路と、フリークーリング用の冷却塔と、液ポンプを設け、前記フリークーリング用の冷却塔に連絡するフリークーリング用冷却水循環路と、液ポンプを設け、前記空調機の予冷コイルと連絡する予冷コイル用冷却水循環路と、前記フリークーリング用冷却水循環路と前記予冷コイル用冷却水循環路との間に配される熱交換器と、前記第二の冷却水循環路と前記フリークーリング用冷却水循環路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に接続するフリークーリング用切替機構と、前記外気湿球温度計によって測定される外気湿球温度に、フリークーリングを行えない第一の設定値とフリークーリングを行える第二の設定値とを設定するとともに、前記フリークーリング用切替機構の切替制御を行う制御装置とを備え、前記フリークーリング用切替機構は、前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の還り路とを結ぶ第一の流路と、前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の往き路とを結ぶ第二の流路と、前記第一の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点と前記第二の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点との間の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路に設けた第一のバルブと、前記第一の流路に設けた第二のバルブと、前記第二の流路に設けた第三のバルブと、前記第二の流路の前記第二の冷却水循環路の往き路側の分岐点より前記第二の冷凍機側に設けた第四のバルブとを備え、前記制御装置は、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が第一の設定値以上になると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、前記第四のバルブを開いて前記第二の冷凍機および前記第二の冷凍機用の冷却塔を運転する制御を行い、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第二の冷凍機を停止し、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記第一のバルブおよび前記第四のバルブを閉じて前記フリークーリング用冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に連絡して前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御を行い、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記第二の冷凍機用の冷却塔を停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブおよび第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を一段冷却する制御を行い、前記フリークーリング用冷却水循環路を介して前記熱交換器に冷却水を搬送する制御を行うことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、予冷コイルと冷却コイルとを設けた空調機と、外気湿球温度計と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する第一の冷凍機と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する前記第一の冷凍機用の冷却塔と、液ポンプを設け、前記第一の冷凍機と前記第一の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第一の冷却水循環路と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する少なくとも１つ以上の第二の冷凍機と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する前記第二の冷凍機用の冷却塔と、液ポンプを設け、前記第二の冷凍機と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第二の冷却水循環路と、液ポンプを設け、前記第一の冷凍機および前記第二の冷凍機と前記空調機の冷却コイルとを連絡する冷水循環路と、フリークーリング用の冷却塔と、液ポンプを設け、前記フリークーリング用の冷却塔と前記空調機の予冷コイルとを連絡するフリークーリング用冷却水循環路と、前記第二の冷却水循環路と前記フリークーリング用冷却水循環路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に接続するフリークーリング用切替機構と、前記外気湿球温度計によって測定される外気湿球温度に、フリークーリングを行えない第一の設定値とフリークーリングを行える第二の設定値とを設定するとともに、前記フリークーリング用切替機構の切替制御を行う制御装置とを備え、前記フリークーリング用切替機構は、前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の還り路とを結ぶ第一の流路と、前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の往き路とを結ぶ第二の流路と、前記第一の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点と前記第二の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点との間の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路に設けた第一のバルブと、前記第一の流路に設けた第二のバルブと、前記第二の流路に設けた第三のバルブと、前記第二の流路の前記第二の冷却水循環路の往き路側の分岐点より前記第二の冷凍機側に設けた第四のバルブとを備え、前記制御装置は、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が第一の設定値以上になると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、前記第四のバルブを開いて前記第二の冷凍機および前記第二の冷凍機用の冷却塔を運転する制御を行い、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第二の冷凍機を停止し、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記第一のバルブおよび前記第四のバルブを閉じて前記フリークーリング用冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に連絡して前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御を行い、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記第二の冷凍機用の冷却塔を停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブおよび第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を一段冷却する制御を行い、前記フリークーリング用冷却水循環路を介して前記予冷コイルに冷却水を搬送する制御を行うことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、冷却コイルを備えた空調機と、外気湿球温度計と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する第一の冷凍機と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する前記第一の冷凍機用の冷却塔と、液ポンプを設け、前記第一の冷凍機と前記第一の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第一の冷却水循環路と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する少なくとも一つ以上の第二の冷凍機と、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する前記第二の冷凍機の冷却塔と、液ポンプを設け、前記第二の冷凍機と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第二の冷却水循環路と、フリークーリング用の冷却塔と、液ポンプと熱交換器とを設け、前記フリークーリング用の冷却塔に連絡するフリークーリング用冷却水循環路と、液ポンプを設け、前記第一の冷凍機および前記第二の冷凍機及び前記熱交換器と前記空調機の冷却コイルとを連絡する冷水循環路と、前記第二の冷却水循環路と前記フリークーリング用冷却水循環路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に接続するフリークーリング用切替機構と、前記外気湿球温度計によって測定される外気湿球温度に、フリークーリングを行えない第一の設定値とフリークーリングを行える第二の設定値とを設定するとともに、前記フリークーリング用切替機構の切替制御を行う制御装置とを備え、前記フリークーリング用切替機構は、前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の還り路とを結ぶ第一の流路と、前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の往き路とを結ぶ第二の流路と、前記第一の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点と前記第二の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点との間の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路に設けた第一のバルブと、前記第一の流路に設けた第二のバルブと、前記第二の流路に設けた第三のバルブと、前記第二の流路の前記第二の冷却水循環路の往き路側の分岐点より前記第二の冷凍機側に設けた第四のバルブとを備え、前記制御装置は、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が第一の設定値以上になると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、前記第四のバルブを開いて前記第二の冷凍機および前記第二の冷凍機用の冷却塔を運転する制御を行い、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第二の冷凍機を停止し、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記第一のバルブおよび前記第四のバルブを閉じて前記フリークーリング用冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に連絡して前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御を行い、前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記第二の冷凍機用の冷却塔を停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブ及び第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を一段冷却する制御を行い、前記フリークーリング用冷却水循環路を介して前記熱交換器に冷却水を搬送する制御を行うことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１または請求項３記載の空気調和設備において、前記制御装置は、前記フリークーリング用冷却水循環路の熱交換器へ供給する冷却水往き温度をＴ_s、熱交換器から還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、前記第二流路を流れる前記第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、前記フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、前記フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、前記フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、前記第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式および第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式により、前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、前記第二の冷凍機用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを求め、
フリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式

ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
Δｈ₁＝ｈ_W2−ｈ₁
Δｈ₂＝ｈ_W1−ｈ₂
（Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式

ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
Δｈ₁＝ｈ_W3−ｈ₁
Δｈ₂＝ｈ_W2−ｈ₃
（Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と前記第二の冷凍機用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、前記第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、前記フリークーリング用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とすることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１または請求項３記載の空気調和設備において、前記制御装置は、前記フリークーリング用冷却水循環路の熱交換器へ供給する冷却水往き温度をＴ_s、熱交換器から還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、前記第二流路を流れる前記第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、前記フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、前記フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、前記フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、前記第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却塔特性のチェビシェフの公式により、前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、前記第二の冷凍機用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを求め、
フリークーリング用の冷却塔特性のチェビシェフの公式
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
＋（１／Δｈ₄）｝
ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。

Δｈ₁＝ ｔ_W2＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
（Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
第二の冷凍機用の冷却塔特性のチェビシェフの公式
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
＋（１／Δｈ₄）｝
ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。

Δｈ₁＝ ｔ_W3＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
（Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と前記第二の冷凍機用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、前記第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、前記フリークーリング用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とすることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項２記載の空気調和設備において、前記制御装置は、前記フリークーリング用冷却水循環路の予冷コイルへ供給する冷却水往き温度をＴ_s、予冷コイルから還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、前記第二流路を流れる前記第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、前記フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、前記フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、前記フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、前記第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式および第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式により、前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、前記第二の冷凍機用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを求め、
フリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式

ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
Δｈ₁＝ｈ_W2−ｈ₁
Δｈ₂＝ｈ_W1−ｈ₂
（Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式

ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
Δｈ₁＝ｈ_W3−ｈ₁
Δｈ₂＝ｈ_W2−ｈ₃
（Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
フリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式
縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と前記第二の冷凍機用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、前記第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、前記フリークーリング用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とすることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項２記載の空気調和設備において、前記制御装置は、前記フリークーリング用冷却水循環路の予冷コイルへ供給する冷却水往き温度をＴ_s、予冷コイルから還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、前記第二流路を流れる前記第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、前記フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、前記フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、前記フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、前記第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却塔特性のチェビシェフの公式により、前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、前記第二の冷凍機用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを求め、
フリークーリング用の冷却塔特性のチェビシェフの公式
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
＋（１／Δｈ₄）｝
ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。

Δｈ₁＝ ｔ_W2＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
（Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
第二の冷凍機用の冷却塔特性のチェビシェフの公式
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
＋（１／Δｈ₄）｝
ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。

Δｈ₁＝ ｔ_W3＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
（Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と前記第二の冷凍機用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、前記第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、前記フリークーリング用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とすることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項４ないし請求項７の何れか記載の空気調和設備において、Ｃ₂＝Ｃ₁、Ｚ₂＝Ｚ₁、Ｎ₂＝Ｎ₁である、第二の冷凍機用の冷却塔を備えたことを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項４ないし請求項７の何れか記載の空気調和設備において、Ｚ₂＞Ｚ₁、Ｎ₂＜Ｎ₁である、第二の冷凍機用の冷却塔を備えたことを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項１ないし請求項９の何れか記載の空気調和設備において、前記フリークーリング用冷却水循環路は、往き路に前記液ポンプを設け、前記液ポンプと前記第一の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点との間に第一の流量計を設け、還り路に第二の流量計を設けていることを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、請求項１ないし請求項９の何れか記載の空気調和設備において、前記冷却コイルに連絡する冷却コイルを設けた空調機をさらに備えたことを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、請求項４または請求項５記載の空気調和設備において、前記フリークーリング用冷却水循環路の熱交換器へ供給する冷却水往き温度Ｔ_sと、前記熱交換器から還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとに所定の値を設定する入力装置をさらに備え、前記制御装置は、前記外気湿球温度の第一の設定値および前記外気湿球温度の第二の設定値を算出演算する演算部を格納し、前記入力装置で入力された所定の値を演算した結果で、前記フリークーリング用切替機構、前記フリークーリング用冷却塔、前記第二の冷凍機、前記第二の冷凍機用の冷却塔の制御を行うことを特徴とする。

請求項１３に係る発明は、請求項６または請求項７記載の空気調和設備において、前記フリークーリング用冷却水循環路の予冷コイルへ供給する冷却水往き温度Ｔ_sと、前記熱予冷コイルから還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとに所定の値を設定する入力装置をさらに備え、前記制御装置は、前記外気湿球温度の第一の設定値および外気湿球温度の第二の設定値を算出演算する演算部を格納し、前記入力装置で入力された所定の値を演算した結果で、前記フリークーリング用切替機構、前記フリークーリング用冷却塔、前記第二の冷凍機、前記第二の冷凍機用の冷却塔の制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、フリークーリングにより２３℃に温度上昇した冷却水を１８℃にまで冷却する場合、フリークーリングが可能な時間が、東京の気候で２３００時間から４４００時間へと延びた。実に年間の半分以上の時間が利用可能となった。そして、フリークーリング時間が延びることによって省エネルギー化が進んだ。
冷却塔における空気と水の熱交換において、冷却塔の空気と水の交換熱量はその塔部位における空気のエンタルピーｈと入口水温と同温での飽和空気のエンタルピーｈ_wとの差Δｈに比例するので、１台だけの冷却塔を、冷却塔高さを増やしたり、空気の流動方向に垂直な塔断面積を増やしたりしても、その容量アップさせた部分へ導入される空気のエンタルピーが上がってしまい、水をなかなか冷却できないところ、２台の冷却塔を直列に接続することで、２台目として容量アップした部分への入口空気のエンタルピーが、１台目の入口空気のエンタルピーと同じでとても低いので、容量アップの塔部分の熱交換を最大限促進することができる。

フリークーリングを行うにあたり、ターボ冷凍機用冷却塔の定格能力で専用機を選定したので、専用機のイニシャルコストが極小となった。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
〔第一実施形態〕
電算センターの電算機発熱負荷は、ピーク時での全体熱負荷の６０〜９０％を占め、その他の電算室での外気、建物伝熱負荷は夏季に発生する熱負荷である。
本実施形態に係る空気調和設備１は、外気、建物負荷が全体に占める割合が小さい場合に適用される。

本実施形態に係る空気調和設備１は、図１および図２に示すように、フリークーリング用冷却水循環路１３１と第二の冷却水循環路１３４との間に、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５と第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とを直列に接続するフリークーリング用切替機構１０を設けた点で、従来の空気調和設備とは相違する。従って、本実施形態では、従来の空気調和装置と同じ構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

フリークーリング用切替機構１０は、フリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路１３１ａと第二の冷却水循環路１３４の還り路１３４ｂとを結ぶ第一の流路１１と、フリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路１３１ａと第二の冷却水循環路１３４の往き路１３４ａとを結ぶ第二の流路１２と、第一の流路１１のフリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路１３４ａ側の分岐点１１ａと第二の流路１２のフリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路１３１ａ側の分岐点１２ａとの間のフリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路１３１ａに設けた第一のバルブ（Ｖ１）１３と、第一の流路１１に設けた第二のバルブ（Ｖ２）１４と、第二の流路１２に設けた第三のバルブ（Ｖ３）１５と、第二の流路１２の第二の冷却水循環路１３４の往き路１３４ａ側の分岐点１２ｂより第二の第二の冷凍機（Ｒ２）１０９側に設けた第四のバルブ（Ｖ４）１６とを備えている。

また、フリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路１３１ａには、循環ポンプ（Ｐ３）１０６と分岐点１１ａとの間に流量計Ｆ１を備えている。流量計Ｆ１に連絡する流量調節器ＦＩＣ１は、流量計Ｆ１からの流量と設定流量とを比較し、循環ポンプ（Ｐ２）１１７の定格流量の８０％流量になるように循環ポンプ（Ｐ３）１０６の回転数を制御する。フリークーリング用冷却水循環路１３１の還り路１３１ｂには、流量計Ｆ２を備えている。流量計Ｆ２に連絡する流量調節器ＦＩＣ２は、流量計Ｆ２からの流量と設定流量とを比較し、循環ポンプ（Ｐ２）１１７の定格流量の８０％流量になるように循環ポンプ（Ｐ２）１１７の回転数を制御する。

フリークーリング用切替機構１０の切替制御を行う制御装置は、コントローラ１２４と熱量演算コントローラ１２７によって構成されている。
コントローラ１２４は、外気湿球温度Ｔ１が１３℃の設定１と外気湿球温度Ｔ１が５℃の設定２とを判断する判断部を備えている。また、コントローラ１２４は、２つの設定値１，２に基づいて、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、循環ポンプ（Ｐ２）１１７、循環ポンプ（ＣＴ１）１１１、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファン、第一のバルブ（Ｖ１）１３、第二のバルブ（Ｖ２）１４、第三のバルブ（Ｖ３）１５、第四のバルブ（Ｖ４）１６、循環ポンプ（Ｐ４）１０３の運転を制御する。

熱量演算コントローラ１２７は、冷水循環路１３２の温度Ｔ３，Ｔ４および流量計Ｆ３からの流量Ｑに基づいて、熱量ｑ＝Ｑ（Ｔ３−Ｔ４）を演算し、その結果が設定熱量以上か否かを判断し、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第一の冷凍機用の第一の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ１）１１４のファン、循環ポンプ（Ｐ１）１１６、循環ポンプ（ＣＰ１）１１０、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、循環ポンプ（Ｐ２）１１１、循環ポンプ（ＣＰ２）１１１の運転を制御する。

次に、本実施形態に係る空気調和設備１の動作を図３に基づいて説明する。
先ず、空調機１０１を運転し、第一のバルブ（Ｖ１）１３、第二のバルブ（Ｖ２）１４、第三のバルブ（Ｖ３）１５および第四のバルブ（Ｖ４）１６を閉じ、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第一の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ１）１１４のファン、冷却塔用循環ポンプ（Ｐ１）１１６、循環ポンプ（ＣＴ１）１１０を運転する（ステップＳ１〜Ｓ３）。

次に、電算室１１８の床下空間１２１の温度計にて空調機１０１から吹き出される空気の吹出温度Ｔ５を測定し、温度調節器ＴＩＣ５が設定吹出温度となるようにバルブ（ＶＥ１）１２５を比例制御する（ステップＳ４）。
次に、冷水循環路１３２の往き路１３２ａの水温Ｔ３と還り路１３２ｂの水温Ｔ４と流量計Ｆ３で測定した冷水の流量Ｑによって、熱量ｑ＝Ｑ（Ｔ３−Ｔ４）（ｋｃａｌ／ｈ）を求める。そして、得られた熱量ｑが設定熱量以上か否かの判断を熱量演算コントローラ１２７が行う（ステップＳ５）。設定熱量未満の場合には、ステップＳ３に戻り、設定熱量以上であると判断された場合には、次にステップＳ６へ進む。

次に、外気湿球温度計が測定した外気湿球温度Ｔ１を温度調節器ＴＩＣ１を介してコントローラ１２４に入力する。コントローラ１２４では、１３℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ６）。外気湿球温度Ｔ１が１３℃以上の場合には、ステップＳ２６へ進み、外気湿球温度Ｔ１が１３℃未満の場合には、ステップＳ７へ進む。
次に、外気湿球温度計が測定した外気湿球温度Ｔ１を温度調節器ＴＩＣ１を介してコントローラ１２４に入力する。コントローラ１２４では、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ７）。外気湿球温度Ｔ１が５℃以上の場合には、ステップＳ１８へ進み、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、ステップＳ８へ進む。

次に、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、第一のバルブ（Ｖ１）１３を開き、第二のバルブ（Ｖ２）１４、第三のバルブ（Ｖ３）１５および第四のバルブ（Ｖ４）１６を閉じて、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファンを運転し、循環ポンプ（Ｐ３）１０６と循環ポンプ（Ｐ４）１０３とを運転する。流量計Ｆ１で測定した流量が、循環ポンプ（Ｐ２）１１７の定格流量の８０％流量になるように循環ポンプ（Ｐ３）１０６の回転数を制御する（ステップＳ８〜Ｓ１０）。

次に、空調機１０１の予冷コイル１０２からの出口空気温度Ｔ７が設定予冷水出口空気温度になるように温度調節器ＴＩＣ７がバルブ（ＶＥ２）１２６を比例制御する（ステップＳ１１）。
次に、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却水温Ｔ６が５℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ１２）。冷却水温Ｔ６が５℃未満の場合には、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファンを停止する（ステップＳ１３）。冷却水温Ｔ６が５℃以上の場合には、ステップＳ７に戻る。

次に、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却水温Ｔ６が５℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ１４）。冷却水温Ｔ６が５℃未満の場合には、ステップＳ１３に戻る。
次に、外気湿球温度Ｔ１が５℃＋０．５℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ１５）。外気湿球温度Ｔ１が５℃＋０．５℃未満の場合には、ステップＳ８に戻る。外気湿球温度Ｔ１が５℃＋０．５℃以上の場合にはステップ１６に進む。

次に、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファン、循環ポンプ（Ｐ３）１０６および循環ポンプ（Ｐ４）１０３を停止する（ステップＳ１６）。
次に、空調機１０１を停止するか否かの判断を行う（ステップＳ１７）。停止する場合には、ステップＳ３１に進む。停止しない場合には、ステップＳ７の否定と同じく、第二のバルブ（Ｖ２）１４と第三のバルブ（Ｖ３）１５とを開き、第一のバルブ（Ｖ１）１３と第四のバルブ（Ｖ４）１６とを閉じる（ステップＳ１８）。

次に、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファンとフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファンとを運転し、循環ポンプ（Ｐ２）１１７と循環ポンプ（Ｐ３）１０６と循環ポンプ（Ｐ４）１０３とを運転する。流量計Ｆ１で測定した流量が循環ポンプ（Ｐ２）１１７の定格流量の８０％流量になるように循環ポンプ（Ｐ３）１０６の回転数を制御し、流量計Ｆ２で測定した流量が循環ポンプ（Ｐ２）１１７の定格流量の８０％流量になるように循環ポンプ（Ｐ２）１１７の回転数を制御する（ステップＳ１９〜Ｓ２１）。

次に、空調機１０１の予冷コイル１０２からの出口空気温度Ｔ７が設定予冷水出口空気温度になるように温度調節器ＴＩＣ７がバルブ（ＶＥ２）１２６を比例制御する（ステップＳ２２）。
次に、外気湿球温度Ｔ１が１３℃＋０．５℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ２３）。外気湿球温度Ｔ１が１３℃＋０．５℃未満の場合には、ステップＳ７に戻る。外気湿球温度Ｔ１が１３℃＋０．５℃以上の場合にはステップＳ２４に進む。

次に、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファン、循環ポンプ（Ｐ２）１１７、循環ポンプ（Ｐ３）１０６および循環ポンプ（Ｐ４）１０３を停止する（ステップＳ２４）。
次に、空調機１０１を停止するか否かの判断を行う（ステップＳ２５）。停止する場合には、ステップＳ３１に進む。停止しない場合には、ステップＳ６の否定と同じく、第四のバルブ（Ｖ４）１６を開き、第一のバルブ（Ｖ１）１３、第二のバルブ（Ｖ２）１４および第三のバルブ（Ｖ３）１５を閉じる（ステップＳ２６）。

次に、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、循環ポンプ（Ｐ２）１１７、循環ポンプ（ＣＰ２）１１１を運転する（ステップＳ２７）。
次に、熱量ｑが設定値以下か否かの判断を行う（ステップＳ２８）。熱量が設定値以上の場合には、ステップＳ６に戻る。

次に、熱量が設定値以下の場合には、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５のファン、循環ポンプ（Ｐ２）１１７、循環ポンプ（ＣＰ２）１１２を停止する（ステップＳ２９）。
次に、空調機１０１を停止するか否かの判断を行う（ステップＳ３０）。停止する場合には、ステップＳ３１に進む。停止しない場合には、ステップＳ５に戻る。

次に、空調機１０１を停止し、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、第一の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ１）１１４のファン、循環ポンプ（Ｐ１）１１６、循環ポンプ（ＣＰ１）１１１を停止する（ステップＳ３２）。
次に、第一のバルブ（Ｖ１）１３、第二のバルブ（Ｖ２）１４、第三のバルブ（Ｖ３）１５、第四のバルブ（Ｖ４）１６を閉じる（ステップＳ３３）。

以上により、空気調和設備１の運転が制御されている。
次に、図４に基づいて夏季の動作を説明する。ここで、夏季は外気湿球温度が１３℃以上、温度調節器ＴＩＣ１の設定１以上（東京の気象データでは年間４３６０時間）とした。なお、ここでは、フリークーリング用の冷却塔１０５によるフリークーリングを行わないので、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５、循環ポンプ（Ｐ３）１０６、熱交換器１０４、循環ポンプ（Ｐ４）１０３、予冷コイル１０２は省略されている。

夏季は、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５を動作させて予冷水入口水温が設定条件（この場合２０℃）を作ることができる外気湿球温度とならないので、図３のステップＳ２６に示すように、第一のバルブ（Ｖ１）１３、第二のバルブ（Ｖ２）１４、第三のバルブ（Ｖ３）１５が閉まり、第四のバルブ（Ｖ４）１６が開き、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５と冷却塔用の循環ポンプ（Ｐ３）１０６は停止し、予冷用の循環ポンプ（Ｐ４）１０３も停止する。夏季など室内熱負荷が大きくなるので、この冷却のためさらに空調機１０１の後段の冷却コイル１０７で予冷分の冷却も無くなるので、今まで運転していた第一の冷凍機（Ｒ１）１０８、ポンプ（ＣＰ１）１１０の他に第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、ポンプ（ＣＰ２）１１１を運転し、後段の冷却コイル１０７の水量を増やす。

次に、図５に基づいて中間期の動作を説明する。中間期は外気湿球温度が５℃以上１３℃未満、温度調節器ＴＩＣ１の設定１未満設定２以上（東京の気象データでは年間２１００時間）とした。なお、ここでは、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９、循環ポンプ（ＣＴ２）１１１、循環ポンプ（Ｐ２）１１７による運転は行わないので、これらは省略されている。

この季節では、フリークーリング用の冷却塔１０５だけの運転では、フリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路１３１ａの冷却水の水温は１８℃以下にならないので、図３のステップＳ１８に示すように、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５と第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とを直列にすることによって水温１８℃以下での外気湿球温度Ｔ１の設定１（１３℃）とする。

予冷コイル１０２で室内循環空気と熱交換し温められた予冷水循環路１３０の冷水は、熱交換器１０４へ搬送され、フリークーリング用冷却水循環路１３１の冷却水と熱交換する。この冷却水は、循環ポンプ（Ｐ３）１０６によってフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５へ搬送され、この１段目のフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５ではその時の湿球温度と冷却塔の能力の関係によって設定水温１８℃に近ずいた温度に冷却される。この冷却水は、第一の流路１１を介して２段目の第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５へ搬送される。２段目の第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５では、１段目に冷却された冷却水を設定水温１８℃以下に冷却して第二の流路１２を介して再度熱交換器１０４へ搬送する。この時の後段の冷水コイル１０７では、中間期の場合建物負荷が無くなり、外気冷却負荷もなくなるので室内負荷が小さく、第一の冷凍機（Ｒ１）１０８の冷却でまかなえ、冷水ポンプ（ＣＰ１）１１０で搬送される冷水の一部が導入され、設定室温２６℃になるように空気を冷却する。

次に、図６に基づいて冬季の動作を説明する。ここで、冬季は外気湿球温度が５℃未満（東京の気象データでは年間２３００時間）とした。
この季節では、冷却水の水温１８℃以下での外気湿球温度Ｔ１の設定２（５℃）となるので、図３のステップＳ８に示すように、第一のバルブ（Ｖ１）１３が開き、第二のバルブ（Ｖ２）１４、第三のバルブ（Ｖ３）１５、第四のバルブ（Ｖ４）１６が閉まり、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５と冷却塔用の循環ポンプ（Ｐ３）１０６と予冷用の循環ポンプ（Ｐ４）１０３とを運転する。空調機１０１の予冷コイル１０２で室内循環空気と熱交換し温められた冷水は、熱交換器１０４へ搬送され冷却水と熱交換する。この冷却水は、循環ポンプ（Ｐ３）１０６によってフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５へ搬送される。その搬送された冷却水は、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５によって冷却水設定水温１８℃以下に冷却されて再度熱交換器１０４へ搬送される。この時の後段の冷水コイル１０７では、冬期の場合建物負荷が無くなり、外気冷却負荷もなくなるので室内負荷が小さく、冷凍機１台の冷却でまかなえ、冷水ポンプ（ＣＰ１）１１０で搬送される冷水の一部が導入され、設定室温になるように空気を冷却する。

以上のように、本実施形態によれば、冬季や中間期の低熱負荷により遊休している第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５を直列に配置することによって二段に冷却することができるので、従来より冷水温度を下がることができる。
なお、本実施形態では、熱源機器容量は冷凍機は１台につき４００ＲＴ、冷却塔は冷凍機用冷却水製造時としては定格運転５２０ＲＴである。この冷却塔がフリークーリングを行う時は８０％水量運転で足りる（コンプレッサー仕事分の冷却熱量減）。

中間期や冬期に室内熱負荷が減少した場合の１台余っている第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５を２台直列に配置し、１台目で２３℃の冷却水を２０℃まで冷却し、２台目で２０℃の冷却水を１８℃まで冷却した。その時の湿球温度は１３℃以下である。
次に、冬季や中間期の低熱負荷により遊休している第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５を直列にして冷却する理論について説明する。

ここでは、電算室１１８の床吹出温度は１７〜２０℃で設定する。これは電算機１１９が結露を嫌うためこの範囲で抑える。空調機１０１の還り空気の温度は室内を経由して還りダクト内で１℃ぐらい上昇して２４〜２７℃で戻ってくる。
１．空調機１０１の還り空気を冷却する予冷水は、空気と水の温度差が小さければ空調機１０１内の予冷コイル１０２の伝熱面積が大きくなりイニシャルコストが増えるのに伴って、送風機の圧力抵抗が増え、ランニングコストも増える。また、スペースも増えてイニシャルが増える。

フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５としては、冷却塔送水温度が高くなるので年間の使用時間も増え、ランニングコストは減る。これらのランニングコストとイニシャルコストの兼ね合いで空気と予冷水の温度差ΔＴを決め、予冷コイル１０２を選定する。本実施形態では、ΔＴ＝２℃とした場合兼ね合いが良かったので、空調機１０１の還り空気の温度２７℃に対して予冷水の熱交換器１０４の還り水温を２５℃とした。

２．予冷水の熱交換器１０４の還り冷却水温が決まったので、予冷水の熱交換器１０４の往き温度を決定する。予冷水の入出口の温度差は小さいと搬送の水量が大きくなり、空調機１０１内の予冷コイル１０２が大きくなり、イニシャルが増え、ランニングコストも増えるので、その兼ね合いで決めた予冷水入出口温度差を５〜７℃で決める。本実施形態では、温度差を５℃として２０℃とした。

３．予冷水の送水温度を２．で決めたら、フリークーリング用の冷却塔１０５の冷却水でできるだけ高い温度として使用したいため、熱交換器１０４において２．で決めた予冷水送水温度取り出し可能な温度によって冷却水温度を決定する。この時、予冷水送水温度と冷却水送水温度の差はランニングコストとイニシャルコストの兼ね合いで決定するが、１〜２℃の最少温度差でもあまり大きくイニシャルコストに影響を受けない。本実施形態では、予冷水と冷却水の温度差を２℃として熱交換器１０４の予冷水還り水温に対して熱交換器１０４の冷却水出口水温（冷却塔入口水温）を２３℃、熱交換器１０４の予冷水往き水温に対して熱交換器１０４の冷却水入口温度（冷却塔出口水温）を１８℃とし、冷却水入出口温度差を５℃とし。

４．フリークーリング用の冷却塔１０５の能力は、遊休している冷凍機もしくは本冷水を製造している冷凍機１台以上の冷却能力を有する。
上記のことから整理すると、フリークーリングでの仮の条件として、フリークーリング用の冷却塔１０５の冷却水入口温度２３℃、フリークーリング用の冷却塔１０５の冷却水出口温度１８℃が仮に規定できた。

以下に外気湿球温度による第一の設定値、第二の設定値が図９の２本の曲線で規定できることを以下に示す。図９の２本の曲線を求めるために、図７とＵ／Ｎの式を用いて以下に展開する。
先ず、冷却塔２台直列冷却の概論について説明する。
冷却塔の空気と水の交換熱量は、空気のエンタルピーｈと入口水温と同温での飽和空気のエンタルピーｈｗとの差Δｈに比例し、空気のエンタルピーｈおよび湿球温度ｔ′以下には冷却が不可能である。言い換えれば、水に熱を与えなければ湿球温度付近まで冷却可能である。冷却塔２台を直列で冷却した時の水と空気の状態を図７に示す。ここで１台の冷却塔である水温での水を冷却させるとすると、冷却塔の冷却熱量と水が空調機や装置のコイルから受けた熱量の熱収支は等しくなり、冷却された水は湿球温度までは到達せずに水温ｔ_W1と湿球温度ｔ₁′の途中の状態にある。また、この時の空気は熱交換を行うことによって、出口に近いほどエンタルピーが増え、湿球温度が上がる。このことで冷却塔の高さを増し、交換器を増やしても効果が見られない。それで、１台目で冷却された水をさらに別の冷却塔で冷却すると、新鮮空気（外気）を取り入れることにより湿球温度の低い空気と熱交換が可能となり、前段で冷却された水温ｔ_W2以下の状態にすることが可能となる。

次に、２台冷却塔直列での計算について説明する。
計算に用いる各種記号を以下のように決定する。
ｔ_w1＝１台目冷却塔冷却水入口水温［℃］
ｔ_w2＝１台目冷却塔冷却水出口水温［℃］
ｔ_w3＝２台目冷却塔冷却水出口水温［℃］
ｈ_w1＝１台目冷却塔冷却水入口水温と同じ飽和空気のエンタルピー［kJ/kgDA］
ｈ_w2＝１台目冷却塔冷却水出口水温と同じ飽和空気のエンタルピー［kJ/kgDA］
ｈ_w3＝２台目冷却塔冷却水出口水温と同じ飽和空気のエンタルピー［kJ/kgDA］
ｈ₁＝１台目、２台目冷却塔入口空気エンタルピー［kJ/kgDA］
ｈ₂＝１台目冷却塔出口空気エンタルピー［kJ/kgDA］
ｈ₃＝２台目冷却塔出口空気エンタルピー［kJ/kgDA］
Ｃρ＝水の比重［kJ/kg］
Ｋａ＝エンタルピー基準総括面積熱伝達係数［kJ/m²・ΔI・h］
Ｃ＝冷却塔固有の比例定数
Ｌ＝循環水量［kg/h］
Ｇ＝冷却塔風量［kg/h］
Ａ＝空気の流動方向に垂直な塔断面積［m²］
Ｚ＝充填物高さ［m］
α，β＝充填物によって決定される定数
Ｎ＝水空気比Ｌ／Ｇ
Ｘ＝近似的に算出した塔特性Ｕ／Ｎ
Ｙ₁＝対数平均法で算出した塔特性Ｕ／Ｎ
Ｙ₂＝チェビショフの公式で算出した塔特性Ｕ／Ｎ
冷却塔による水の冷却は、一般の熱交換器の冷却と異なり、水と空気の直接接触によって熱交換が行われる。そのため顕熱移動だけでなく水蒸気の移動が生じ、複雑な解析が生じる。しかし、ここで冷却塔に対しての冷水の蒸発量は１％未満と非常に少ないため、移動した水蒸気流量にについては、無視できる大きさである。そこで冷却塔の冷水が大気に与える熱量と冷水が冷却される熱収支の熱量Ｑは次式で与えられる。

ｄＱ＝Ｇ×（ｄｈ）＝（−Ｃρ）×Ｌ×（ｄＴ_w） ・・・（１）
図８では、対向流型冷却塔での入口水温ｔ_w1、出口水温ｔ_w2、入口空気湿球温度ｔ₁′、出口空気湿球温度ｔ₂′と比エンタルピーの関係を表わし、水と空気が熱交換する状態を表わす。入口空気はＬ／Ｇである勾配線（操作線）によって変化してゆく。また、対向流冷却塔の微小高さｄＺについての熱交換を考えた場合、微小高さにおける微小な熱交換量 Ｑは、その部分での水温ｔ_wに等しい温度の飽和空気比エンタルピーｈ_wと空気の比エンタルピーｈとの差（ｈ_w−ｈ）に比例し、次式で与えられる。

ｄＱ＝Ｋａ×（ｈ_w−ｈ）×ｄＺ×Ａ ・・・（２）
（１）式、（２）式より（３）式を求める。
ｄＱ＝Ｇ×（ｄｈ）＝（−Ｃρ）×Ｌ×（ｄＴ_w）＝Ｋａ×（ｈ_w−ｈ）×ｄＺ×Ａ ・・・（３）
（３）式を変形して、（４）式、（５）式を求める。

Ｋａ×ｄＺ×Ａ／Ｇ＝（ｄｈ）／（ｈ_w−ｈ） ・・・（４）
Ｋａ×ｄＺ×Ａ／Ｌ＝（−Ｃρ）×（ｄＴ_w）／（ｈ_w−ｈ） ・・・（５）
（４）式、（５）式を充填物高さＺについて積分すると、（６）式、（７）式が求められる。

（６）、（７）式が対向流型冷却塔の基本式で、Ｕは移動単位数でＮ₀はＬ／Ｇの初期値に置き換えた数値である。Ｕ／Ｎは塔特性（tower performance factor）と呼ばれている。その求め方は近似して（７）式の積分記号内の変数の平均値を計算する方法で、代表して対数平均法の場合と、チェビシェフの公式（適当に４分割して、１／（ｈ_w−ｈ）の平均値を計算する）の場合でＵ、Ｕ／Ｎを求めることができる。

対数平均法の場合を（８）式に示す。

ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
Δｈ₁＝ｈ_W2−ｈ₁
Δｈ₂＝ｈ_W1−ｈ₂
チェビシェフの公式を用いた場合も対数平均法の場合と同様に計算結果として（９）式に記載した。

Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
＋（１／Δｈ₄）｝ ・・・（９）
ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。
Δｈ₁＝ ｔ_W2＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
熱特性Ｋａは充填材の性能を表わす数値で、塔内の水と空気の流れが複雑なため理論的に求めるのは困難である。そこでＫａはあらかじめ充填物ごとに実験式で求められ、その実験式は（Ｌ／Ａ）と（Ｇ／Ａ）の関数として（１０）式で求められる。

Ｋａ＝Ｃ（Ｌ／Ａ）α（Ｇ／Ａ）β ・・・（１０）
ここでα＋β≒１である。
（１０）式を（７）式のＵ／Ｎに代入すると、（１１）式が求められる。
Ｕ／Ｎ＝Ｋａ×Ａ×Ｚ／Ｌ＝ＣＺ〔Ｌ／Ａ〕α^-1〔Ｇ／Ａ〕^-(α^-1)＝ＣＺＮα^-1
・・・（１１）
ここでＣＺを定数Ｋと置くと、（１２）式が求められる。

Ｕ／Ｎ＝ＫＮα^-1 ・・・（１２）
冷却塔メーカー定格能力値がわかれば、Ｕ／Ｎを求めＮ、Ｋが求まる。αは０．４前後をとり、（１２）式のＵ／Ｎが求まる。
（例えば、定格水量Ｌ、定格風量Ｇ、定格外気湿球温度ｔ₁´、定格入口水温ｔ_W1、出口水温ｔ_W2の冷却塔からＮ＝Ｌ／Ｇを求め、定格時の水温ｔ_W1、ｔ_W2の定格格外気湿球温度からのｈ₁と計算値ｈ₂を使って（８）式を逆算してＵ／Ｎを求め冷却塔のＫ＝を導く。）
ここで、（１２）式で求めた塔特性Ｕ／Ｎと入口水温ｔ_w1を０．１℃ずつ変化させた値を（８）式もしくは（９）式のｔ_w2に代入し、Ｕ／Ｎが等しくなるような点ｔ_w2を計算結果として求めることができる。

以上から求まるｔ_w2を１台目の冷却塔出口水温とする。
次に、２台目冷却塔の出口水温ｔ_W3を求める。２台冷却塔２台直列の水と空気の状態を新図２に示す。ここで、１台目冷却塔の出口水温ｔ_W2を２台目冷却塔の入口水温となるので、（８）式もしくは（９）式の各温度状態は以下のように置き換わる。
ｔ_W1→ｔ_W2
ｔ_W2→ｔ_W3
ｈ_W1→ｈ_W2
ｈ_W2→ｈ_W3
ｈ₂→ｈ₃
よって、Ｕ／Ｎの近似式は、対数平均法の場合は（１３）式となり、チェビシェフの公式の場合は（１４）式となる。

ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
Δｈ₁＝ｈ_W3−ｈ₁
Δｈ₂＝ｈ_W2−ｈ₃
チェビシェフの公式を用いた場合も対数平均法の場合と同様に計算結果として（１４）式に記載した。

Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
＋（１／Δｈ₄）｝ ・・・（１４）
ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。
Δｈ₁＝ ｔ_W3＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
また、２台目の冷却塔の（１２）式による塔特性Ｕ／Ｎを求めるが、この時のＮ、Ｋ値は２台目冷却塔の能力によって変わる。仮に１台目冷却塔と同じ能力であればＮ、Ｋ値は同じとなり、それで１台目の冷却塔と同様（１２）式で求めた塔特性Ｕ／Ｎと入口水温ｔ_w2を０．１℃ずつ変化させた値を（１３）式もしくは（１４）式のｔ_w3に代入し、Ｕ／Ｎが等しくなるような点ｔ_w3を計算結果として付した。

以上から求まるｔ_w3を２台目の冷却塔出口水温とする。
図９に同じ能力の冷却塔２台直列の１台目冷却塔入口水温２３℃の時の外気湿球温度と出口水温の関係を示す。冷却水出口水温１８℃を取り出せる外気湿球温度は、冷却塔１台では５℃以下であり、これは東京の気象データでは年間２３００時間以下であった。しかし、冷却塔２台直列では外気湿球温度１３℃以下で良く、東京の気象データでは年間４４００時間であった。

本実施形態では、図９に示すチャート、すなわち、出口水温を縦軸、外気湿球温度を横軸とする座標に、フリークーリング用の冷却塔１０５の出口温度と外気湿球温度とで規定する第一の線図（冷却塔１台）と、フリークーリング用の冷却塔１０５と第二の冷凍機用の冷却塔１１５とをフリークーリング用切替機構１０の切替制御によって直列に接続した出口温度と外気湿球温度とで規定する第二の線図（冷却塔２台直列）とを、当てはめたチャートを、制御装置に格納する。

つまり、フリークーリング用冷却水循環路の熱交換器へ供給する冷却水往き温度をＴ_s、熱交換器から還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、同冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、第二流路を流れる第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表すことができる塔特性を、下記のフリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式および第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式により、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを、縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度℃を取ったグラフに、Ｔ_w2とＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線とグラフの縦軸のフリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、フリークーリング用の冷却塔出口水温線とグラフの縦軸のフリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とするチャートを、制御装置に格納するのである。

フリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式

ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
Δｈ₁＝ｈ_W2−ｈ₁
Δｈ₂＝ｈ_W1−ｈ₂
（Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式

ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
Δｈ₁＝ｈ_W3−ｈ₁
Δｈ₂＝ｈ_W2−ｈ₃
（Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
また、対数平均方式を、チェビシェフの公式に替えたチャートでも良い。

この制御装置に接続するキーボード、テンキーボードなどの入力装置によって、Ｔ_s、Ｔ_r、Ｃ₁、Ｚ₁、Ｎ₁、Ｃ₂、Ｚ₂、Ｎ₂、αなどを所定の値に設定でき、その条件で、Ｔ_w2、Ｔ_w3、の外気湿球温度毎に演算を行い、外気湿球温度の第一の設定値、および外気湿球温度の第二の設定値を求めることができるものである。
ここで、入力装置によって上記の条件値に所定の値（例えば、図９に示すように、Ｔ_s＝１８℃、Ｔ_r＝２３℃など）が設定されると、制御装置は、Ｔ_s設定値と第一の線図と第二の線図との交点それぞれの外気湿球温度、つまり外気湿球温度の第一の設定値、および外気湿球温度の第二の設定値の間（図９では５℃と１３℃との間）でフリークーリング用の冷却塔１０５と第二の冷凍機用の冷却塔１１５とを直列に接続するように、フリークーリング用切替機構１０の切替制御を行う。

次に、２台目の冷却塔能力が大きい場合を示す。１台目と同じ水量を２台目の能力が大きい冷却塔に通すと水量Ｌは変わらないが、風量Ｇが大きいのでＮは小さくなり、塔特性（１２）式Ｕ／Ｎは大きくなる。つまり、Ｚ₂＞Ｚ₁、Ｎ₂＜Ｎ₁である、第二の冷凍機用の冷却塔を備えるものである。よって、近似式の（１３）式もしくは（１４）式の２台目冷却塔出口温度ｔ_w3は低くなることができる。このような傾向にあることを考慮して新たに２台目冷却塔のＮ、Ｋ値を求め、上記同様に塔特性（１２）式と近似式（１３）式もしくは（１４）式により２台目冷却塔出口温度ｔ_w3を計算できる。

図１０に仮に２台目冷却塔の能力を１．０〜２．０倍にした場合での冷却塔入口水温２３℃の外気湿球温度と冷却塔出口温度の関係を示す。２台目の冷却塔の能力が１台目の冷却塔と同じ能力の場合は、冷却塔出口水温１８℃にするには、外気湿球温度１３℃未満が必要であり、東京の気象データでは年間４４００時間であったが、２台目の冷却塔の能力が１台目の能力の２倍であれば、外気湿球温度１５℃未満であればよく、東京の気象データで年間４８００時間であった。

室内温度条件もしくは床下吹出温度条件によって空調機の還り温度が変わるので、予冷水温度条件、冷却水温度条件が変わる。今度は冷却水入口水温が２３℃では無く、２１℃となり熱交換器へ１６℃で送水しなければならない条件の時は、上記の計算により図１１の外気湿球温度と冷却塔出口水温の関係となる。２台目の冷却塔の能力が１台目の冷却塔と同じ能力の場合は冷却塔出口水温１６℃にするには、外気湿球温度１１℃未満が必要であった東京の気象データで年間３６００時間が、２台目の冷却塔の能力が１台目の能力の２倍であれば、外気湿球温度１３℃未満であればよく４４００時間であった。

これらのことにより冷却塔２台直列による年間のフリークーリング運転時間の延長可能とさらに冷却塔能力アップによるフリークーリング運転時間延長により、年間のエネルギー消費が抑えられ、ランニングコストが削減される。これらは実際に冷却塔能力アップによるイニシャルコストアップとフリークーリングが長くできることによるランニングコストダウンと兼ね合いによってシステムを決定する。

次に、本実施形態における冷凍機の分割の最適値について説明する。
冷凍機の台数は、分割した場合のランニング効果が分割したイニシャル増を５年以内で回収するように決定する。ただし、危険分散についても十分考慮する。ランニング効果は、外気、建物伝熱負荷等の熱負荷を冷却する冷凍機が中間期、冬季に停止可能にするか、部分負荷に対して高効率な冷凍機の場合は最も効率の良い部分負荷で運転可能なように計画するかである。全体熱負荷に対して２〜３台以上になるように決定する。

次に、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却能力とその機器設計条件について説明する。
フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却効果による全熱源機器のランニングコスト低減と、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５のファンと循環ポンプ（Ｐ３）１０６との消費動力と、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５を設けたことによるイニシャルコスト増による兼ね合いで、コスト的に５年以内で回収できるように決定する。ランニングコスト低減による効果は、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却水が予冷水を冷却して空気を予冷することにより、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９を停止できることである。それには少なくとも冷凍機１台、最も多くとも負荷に対する冷凍機総台数の半分以下の冷凍機台数と同じ冷却能力になるよう決定する。冷却水温度の決定は、室内空気温度条件によって空調機１０１の還り温度が変わり、還り空気を冷却できる予冷水を熱交換器１０４との兼ね合いから冷却できる冷却水温度とする。

本実施形態において、電算室１１８の床下空間１２１への吹出温度は、電算機１１９の結露を防止するため、１８〜２０℃で設定する（本実施形態では、２０℃）。空調室１２３からの還り空気温度は室内を経由してダクト内で１℃ぐらい上昇して２５〜２７℃で戻って来る（本実施形態では、２７℃）。
１）これを冷却する予冷水は、空気と予冷水の温度差ΔＴが小さければ、空調機１０１内コイルの伝熱面積が大きくなり、イニシャルコストが増えるのに伴って、空調機の送風機の圧力抵抗が増え、ランニングコストも増える。また、スペースも増えてイニシャルが増える。フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５は、冷却塔送水温度が高くなるので、年間の使用時間も増え、ランニングは有利になる。これらのランニングコストとイニシャルの兼ね合いで、空気と予冷水の温度差ΔＴを決める。

２）予冷水の入出口の温度差が小さいと、搬送の水量が大きくなり、イニシャルが増え、ランニングも増えるので、その兼ね合いで温度差ΔＴａを５〜７℃とした。
３）予冷水の送水温度を２）で決めたら、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却水でできるだけ高い温度として使いたいため、熱交換器１０４において２）で決めた予冷水送水温度取り出し可能な温度によって冷却水温度とする。この時、予冷水送水温度と冷却水送水温度との差は、ランニングとイニシャルの兼ね合いで決められるが、１〜２℃の最少温度差でもあまり影響を受けない。

ここで、還り空気温度２７℃を冷却する時、予冷水と空気の温度差ΔＴを２℃以上必要とすることより、空調機１０１からの予冷水出口水温の上限を２５℃以下とし、予冷水の入出口水温差をΔＴａ＝５℃にとると、予冷水入口水温が２０℃となる。予冷水入口水温を２０℃に冷却するのに熱交換器１０４の冷却水入口の水温を１８℃とした。これを設計条件としてフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５を決定する。

本実施形態では、電算機室１２０の温度を２７℃（空調機還り温度２７℃）、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却能力１３７５ｋＷ（冷凍機で４００ＲＴ）とした。また、水流量計Ｆ１が４０００Ｌ／ｍｉｎ、湿球温度Ｔ１が５℃で予冷コイル１０２の出口空気温度Ｔ７が２３．５℃、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷水温度Ｔ６が１８℃であった。

次に、空調機１０１の予冷コイル１０２、冷却コイル１０７の割合について説明する。
予冷コイル１０２の冷却能力が空調機１０１内で占める割合は、本実施形態ではフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却能力を全熱負荷の５０％として決めたので、空調機１０１の冷却コイル１０７の能力の５０％以上とする。上限は、予冷コイル１０２の列数が増えると入口予冷水温と出口空気温度とを近ずけることができるが、予冷コイル１０２の列数が増えることによる空調機１０１内送風機に対する圧力損失の増加による消費動力の増加を考慮して決定する。

予冷コイル１０２の入口水温（循環ポンプ（Ｐ４）１０３からの送り水温）は、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０６で決定した２０℃とし、予冷コイル１０２の冷却コイルが空調機１０１の冷却コイル能力の５０％の冷却能力の時は、空調機１０１の空気入口温度２７℃と出口温度２０℃のちょうど中間空気温度２３．５以下になるように予冷コイル１０２の能力を決定する。

次に、フリ−クーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５と後段の第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５の関係について説明する。
フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５はターボ式の第二の冷凍機（Ｒ２）１０９と同じ冷却能力を持ち、後段の第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５は夏季のターボ式の第二の冷凍機（Ｒ２）１０９用の冷却水を冷却するため、第二の冷凍機（Ｒ２）１０９の冷却熱量とコンプレッサー仕事熱当量を合わせた能力５２０ＲＴを要する。そのため直列に接続するフリークリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の能力が４００ＲＴなので、フリークーリング時には４００ＲＴ／５２０ＲＴ＝０．８となり８０％の水量で行う。この場合、専用機に対して伝熱面積も大きいので、冷却するのに有利かつ搬送動力も小さくて良い。

（第二実施形態）
本実施例に係る空気調和設備１Ａは、外気、建物負荷が全体に占める割合が大きい場合に適用される。
そのため、本実施形態では、図１２に示すように、電算室１１８の空調室１２３に外気熱負荷を冷却するための空調機２０を新たに設置するとともに、電算機負荷用の冷凍機１４０と冷却塔１４１を設置した。

空調機２０は、冷却コイル２１を有し、冷水循環路１３２の往き路１３２ａに連絡する往き路２２と還り路２４とを介して往きヘッダ１１２と還りヘッダ１１３とポンプ１４４とに連絡している。また、往き路２２にはバルブ２３が設けてある。このバルブ２３は、バルブ１２５と同様に電算室１１８の床下空間１２１に吹出空気温度Ｔ５に基づいて比例制御される。

電算機負荷用の冷凍機１４０には、冷却塔１４１と循環ポンプ１４２とが冷却水循環路１４３を介して連絡している。
以上のように、本実施形態によれば、第一実施形態と同様に、冬季や中間期の低熱負荷により遊休している第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５を直列に配置することによって二段に冷却することができるので、従来より冷水温度を下がることができる。

本実施形態において、予冷コイル１０２の冷却能力が空調機２０内で占める割合は、フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５の冷却能力を電算機熱負荷の５０％以上（全体熱負荷の３７．５％）とし、上限は予冷コイル１０２の列数が増えると入口予冷水温と出口空気温度とを近ずけることができるが、予冷コイル１０２の列数が増えることによる空調機１０１内送風機に対する圧力損失の増加による消費動力の増加を考慮して決定する。

予冷コイル１０２の入口水温（循環ポンプ（Ｐ４）１０３からの送り水温）はフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５で決定した２０℃とし、予冷コイル１０２が電算機熱負荷と専用の冷却塔（ＣＴ３）１０５との割合で決めた場合は空調機１０１の空気入口温度２７℃と出口温度２０℃の間で入口温度からみたその割合分の空気温度差２７−７℃×５０％となるように予冷コイル出口空気温度を決定する。

なお、上記各実施形態において、フリークーリング用冷却水循環路１３１と予冷水循環路１３０とを熱交換器１０４を介して連結した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、フリークーリング用冷却塔を密閉型とすることによって、熱交換器１０４と循環ポンプ（Ｐ４）１０３を省いても良い。
（第三実施形態）
本実施形態に係る空気調和設備１Ｂは、室温の設定が少し低く、フリークーリング用冷却水循環路１３１の冷却水供給温度および冷却水還り温度と、予冷コイル１０２の入口温度および出口温度をそれぞれ同じにでき、かつ予冷コイル１０２内の水質が問題ない場合に適用される。

そのため、本実施形態では、図１３に示すように、電算室１１８の空調機１０１の予冷コイル１０２にフリークーリング用冷却水循環路１３１を直接接続した。
その他の構成は、第一実施形態と同じであるから、同一の符号を付し、その説明は省略する。
本実施形態によれば、第一実施形態と同様に、冬季や中間期の低熱負荷により遊休している第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５を直列に配置することによって二段に冷却することができるので、従来より冷水温度を下がることができる。
（第四実施形態）
本実施形態に係る空気調和設備１Ｃは、例えば、クリーンルームなどで精密温調を行う際に、湿度の管理を外気調和機など１箇所に限定するため、循環系の冷却コイル１０７をその空気側表面で水分結露を起こさないドライコイルとするため、通常の冷水ではなく、高温の冷水（例えば、室内の温調条件が露点１１℃ならば、冷水供給温度１３℃〜冷水還り温度１８℃である冷水）で運転する場合があり、これに適用される。

そのため、本実施形態では、図１４に示すように、冷凍機で冷凍される水温も上昇し冷凍機入口１８℃、出口１３℃として成績係数の向上を見込め、冷凍機と並列にフリークーリング用の熱交換器１０４を備えるものである。
本実施形態においては、熱交換器１０４にはポンプ１４４によりヘッダ１１３と繋がる管路１５１とヘッダ１１２と繋がる管路１５２とが接続している。

また、本実施形態では、空調機１０１において床下空間１２１から戻ってくる空気と冷水コイル１０７の冷水とを熱交換し、空調室１２３から電算室１１８の天井空間１２２から電算室１１８に冷気を吹き出し、床下空間１２１から空調機１０１が設置されている空調室１２３に戻る経路を空気が流れるように構成されている。
その他の構成は、第一実施形態と同じであるから、同一の符号を付し、その説明は省略する。

本実施形態によれば、第一実施形態と同様に、冬季や中間期の低熱負荷により遊休している第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５を直列に配置することによって二段に冷却することができるので、従来より冷水温度を下がることができる。

本発明の第一実施形態に係る空気調和設備の機器構成を示す説明図である。 図１の空気調和設備の制御系統を示す説明図である。 図１の空気調和設備のフローチャートをである。 図１の空気調和設備の夏季の動作を示す説明図である。 図１の空気調和設備の中間期の動作を示す説明図である。 図１の空気調和設備の冬季の動作を示す説明図である。 図１の空気調和設備により冬季や中間期の低熱負荷により遊休している第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５とを直列にして冷却する理論を説明するグラフである。 フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５での外気湿球温度と飽和空気のエントロピーとの関係を示すグラフである。 同じ能力のフリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）１０５と第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）１１５とを直列に入口水温２３℃時の外気湿球温度と出口水温との関係を示すグラフである。 ２台目の冷却塔の能力が大きい冷却塔２台直列での入口水温２３℃時の外気湿球温度と出口水温との関係を示すグラフである。 ２台目の冷却塔の能力が大きい冷却塔２台直列での入口水温２１℃時の外気湿球温度と出口水温との関係を示すグラフである。 本発明の第二実施形態に係る空気調和設備の機器構成を示す説明図である。 本発明の第三実施形態に係る空気調和設備の機器構成を示す説明図である。 本発明の第四実施形態に係る空気調和設備の機器構成を示す説明図である。 従来の空気調和設備の機器構成を示す説明図である。 図１５空気調和設備の制御系統を示す説明図である。 図１５の空気調和設備のフローチャートである。 図１５の空気調和設備の夏季、中間期の動作を示す説明図である。 図１５の空気調和設備の冬季の動作を示す説明図である。

符号の説明

１，１Ａ 空気調和設備
１０ フリークーリング用切替機構
１１ 第一の流路
１１ａ，１２ａ，１２ｂ 分岐点
１２ 第二の流路
１３ 第一のバルブ（Ｖ１）
１４ 第二のバルブ（Ｖ２）
１５ 第三のバルブ（Ｖ３）
１６ 第四のバルブ（Ｖ４）
２０ 空調機
２１ 冷却コイル
２２ 往き路
２３ バルブ
２４ 還り路
１０１ 空調機
１０２ 予冷コイル
１０３ 循環ポンプ（Ｐ４）
１０４ 熱交換器
１０５ フリークーリング用の冷却塔（ＣＴ３）
１０６ 循環ポンプ（Ｐ３）
１０７ 冷却コイル
１０８ 冷凍機（Ｒ１）
１０９ 第二の冷凍機（Ｒ２）
１１０ 循環ポンプ（ＣＰ１）
１１１ 循環ポンプ（ＣＰ１）
１１４ 冷却塔（ＣＴ１）
１１５ 第二の冷凍機用の冷却塔（ＣＴ２）
１１６ 循環ポンプ（Ｐ１）
１１７ 循環ポンプ（Ｐ２）
１１８ 電算室
１１９ 電算機
１２０ 電算機室
１２１ 床下空間
１２２ 天井空間
１２３ 空調室
１２４ コントローラ
１２５ バルブ（ＶＥ１）
１２６ バルブ
１２７ 熱量演算コントローラ
１３０ 予冷水循環路
１３１ フリークーリング用冷却水循環路
１３１ａ フリークーリング用冷却水循環路１３１の往き路
１３２ 冷水循環路
１３２ａ 冷水循環路１３２の往き路
１３２ｂ 冷水循環路１３２の還り路
１３３ 冷却水循環路
１３４ 第二の冷却水循環路
１３４ａ 第二の冷却水循環路１３４の往き路
１３４ｂ 第二の冷却水循環路１３４の還り路
１４０ 冷凍機
１４１ 冷却塔
１４２ 循環ポンプ
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 流量計
Ｆ１Ｃ１，Ｆ１Ｃ２，ＦＩＣ３ 流量調節器
ＴＩＣ１、ＴＩＣ２，ＴＩＣ３，ＴＩＣ４，ＴＩＣ５，ＴＩＣ６，ＴＩＣ７ 温度調節器

Claims (13)

1. 予冷コイルと冷却コイルとを設けた空調機と、
   外気湿球温度計と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する第一の冷凍機と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する前記第一の冷凍機用の冷却塔と、
   液ポンプを設け、前記第一の冷凍機と前記第一の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第一の冷却水循環路と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する少なくとも１つ以上の第二の冷凍機と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する前記第二の冷凍機用の冷却塔と、
   液ポンプを設け、前記第二の冷凍機と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第二の冷却水循環路と、
   液ポンプを設け、前記第一の冷凍機および前記第二の冷凍機と前記空調機の冷却コイルとを連絡する冷水循環路と、
   フリークーリング用の冷却塔と、
   液ポンプを設け、前記フリークーリング用の冷却塔に連絡するフリークーリング用冷却水循環路と、
   液ポンプを設け、前記空調機の予冷コイルと連絡する予冷コイル用冷却水循環路と、
   前記フリークーリング用冷却水循環路と前記予冷コイル用冷却水循環路との間に配される熱交換器と、
   前記第二の冷却水循環路と前記フリークーリング用冷却水循環路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に接続するフリークーリング用切替機構と、
   前記外気湿球温度計によって測定される外気湿球温度に、フリークーリングを行えない第一の設定値とフリークーリングを行える第二の設定値とを設定するとともに、前記フリークーリング用切替機構の切替制御を行う制御装置とを備え、
   前記フリークーリング用切替機構は、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の還り路とを結ぶ第一の流路と、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の往き路とを結ぶ第二の流路と、
   前記第一の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点と前記第二の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点との間の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路に設けた第一のバルブと、
   前記第一の流路に設けた第二のバルブと、
   前記第二の流路に設けた第三のバルブと、
   前記第二の流路の前記第二の冷却水循環路の往き路側の分岐点より前記第二の冷凍機側に設けた第四のバルブとを備え、
   前記制御装置は、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が第一の設定値以上になると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、前記第四のバルブを開いて前記第二の冷凍機および前記第二の冷凍機用の冷却塔を運転する制御を行い、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第二の冷凍機を停止し、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記第一のバルブおよび前記第四のバルブを閉じて前記フリークーリング用冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に連絡して前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御を行い、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記第二の冷凍機用の冷却塔を停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブおよび第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を一段冷却する制御を行い、
   前記フリークーリング用冷却水循環路を介して前記熱交換器に冷却水を搬送する制御を行う
   ことを特徴とする空気調和設備。
2. 予冷コイルと冷却コイルとを設けた空調機と、
   外気湿球温度計と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する第一の冷凍機と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する前記第一の冷凍機用の冷却塔と、
   液ポンプを設け、前記第一の冷凍機と前記第一の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第一の冷却水循環路と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する少なくとも１つ以上の第二の冷凍機と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する前記第二の冷凍機用の冷却塔と、
   液ポンプを設け、前記第二の冷凍機と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第二の冷却水循環路と、
   液ポンプを設け、前記第一の冷凍機および前記第二の冷凍機と前記空調機の冷却コイルとを連絡する冷水循環路と、
   フリークーリング用の冷却塔と、
   液ポンプを設け、前記フリークーリング用の冷却塔と前記空調機の予冷コイルとを連絡するフリークーリング用冷却水循環路と、
   前記第二の冷却水循環路と前記フリークーリング用冷却水循環路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に接続するフリークーリング用切替機構と、
   前記外気湿球温度計によって測定される外気湿球温度に、フリークーリングを行えない第一の設定値とフリークーリングを行える第二の設定値とを設定するとともに、前記フリークーリング用切替機構の切替制御を行う制御装置とを備え、
   前記フリークーリング用切替機構は、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の還り路とを結ぶ第一の流路と、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の往き路とを結ぶ第二の流路と、
   前記第一の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点と前記第二の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点との間の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路に設けた第一のバルブと、
   前記第一の流路に設けた第二のバルブと、
   前記第二の流路に設けた第三のバルブと、
   前記第二の流路の前記第二の冷却水循環路の往き路側の分岐点より前記第二の冷凍機側に設けた第四のバルブとを備え、
   前記制御装置は、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が第一の設定値以上になると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、前記第四のバルブを開いて前記第二の冷凍機および前記第二の冷凍機用の冷却塔を運転する制御を行い、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第二の冷凍機を停止し、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記第一のバルブおよび前記第四のバルブを閉じて前記フリークーリング用冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に連絡して前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御を行い、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記第二の冷凍機用の冷却塔を停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブおよび第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を一段冷却する制御を行い、
   前記フリークーリング用冷却水循環路を介して前記予冷コイルに冷却水を搬送する制御を行う
   ことを特徴とする空気調和設備。
3. 冷却コイルを備えた空調機と、
   外気湿球温度計と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する第一の冷凍機と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度に拘わらず運転する前記第一の冷凍機用の冷却塔と、
   液ポンプを設け、前記第一の冷凍機と前記第一の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第一の冷却水循環路と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する少なくとも一つ以上の第二の冷凍機と、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度と前記冷却コイルの冷却要求に応じて発停する前記第二の冷凍機の冷却塔と、
   液ポンプを設け、前記第二の冷凍機と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを連絡する第二の冷却水循環路と、
   フリークーリング用の冷却塔と、
   液ポンプと熱交換器とを設け、前記フリークーリング用の冷却塔に連絡するフリークーリング用冷却水循環路と、
   液ポンプを設け、前記第一の冷凍機および前記第二の冷凍機及び前記熱交換器と前記空調機の冷却コイルとを連絡する冷水循環路と、
   前記第二の冷却水循環路と前記フリークーリング用冷却水循環路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に接続するフリークーリング用切替機構と、
   前記外気湿球温度計によって測定される外気湿球温度に、フリークーリングを行えない第一の設定値とフリークーリングを行える第二の設定値とを設定するとともに、前記フリークーリング用切替機構の切替制御を行う制御装置とを備え、
   前記フリークーリング用切替機構は、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の還り路とを結ぶ第一の流路と、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路と前記第二の冷却水循環路の往き路とを結ぶ第二の流路と、
   前記第一の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点と前記第二の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点との間の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路に設けた第一のバルブと、
   前記第一の流路に設けた第二のバルブと、
   前記第二の流路に設けた第三のバルブと、
   前記第二の流路の前記第二の冷却水循環路の往き路側の分岐点より前記第二の冷凍機側に設けた第四のバルブとを備え、
   前記制御装置は、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が第一の設定値以上になると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、前記第四のバルブを開いて前記第二の冷凍機および前記第二の冷凍機用の冷却塔を運転する制御を行い、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第二の冷凍機を停止し、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記第一のバルブおよび前記第四のバルブを閉じて前記フリークーリング用冷却塔と前記第二の冷凍機用の冷却塔とを直列に連絡して前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御を行い、
   前記外気湿球温度計によって測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記第二の冷凍機用の冷却塔を停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブ及び第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用冷却水循環路の冷却水を一段冷却する制御を行い、
   前記フリークーリング用冷却水循環路を介して前記熱交換器に冷却水を搬送する制御を行う
   ことを特徴とする空気調和設備。
4. 請求項１または請求項３記載の空気調和設備において、
   前記制御装置は、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の熱交換器へ供給する冷却水往き温度をＴ_s、熱交換器から還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、
   前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、前記第二流路を流れる前記第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、前記フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、前記フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、前記フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、前記第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式および第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式により、前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、前記第二の冷凍機用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを求め、
   フリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式
   

   

   ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
   Δｈ₁＝ｈ_W2−ｈ₁
   Δｈ₂＝ｈ_W1−ｈ₂
   （Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
   第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式
   

   

   ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
   Δｈ₁＝ｈ_W3−ｈ₁
   Δｈ₂＝ｈ_W2−ｈ₃
   （Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
   縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と前記第二の冷凍機用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、
   前記第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、
   前記フリークーリング用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とする
   ことを特徴とする空気調和装置。
5. 請求項１または請求項３記載の空気調和設備において、
   前記制御装置は、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の熱交換器へ供給する冷却水往き温度をＴ_s、熱交換器から還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、
   前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、前記第二流路を流れる前記第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、前記フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、前記フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、前記フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、前記第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却塔特性のチェビシェフの公式により、前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、前記第二の冷凍機用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを求め、
   フリークーリング用の冷却塔特性のチェビシェフの公式
   Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
   ＋（１／Δｈ₄）｝
   ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。
   Δｈ₁＝ ｔ_W2＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   （Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
   第二の冷凍機用の冷却塔特性のチェビシェフの公式
   Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
   ＋（１／Δｈ₄）｝
   ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。
   Δｈ₁＝ ｔ_W3＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   （Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
   縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と前記第二の冷凍機用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、
   前記第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、
   前記フリークーリング用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とする
   ことを特徴とする空気調和装置。
6. 請求項２記載の空気調和設備において、
   前記制御装置は、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の予冷コイルへ供給する冷却水往き温度をＴ_s、予冷コイルから還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、
   前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、前記第二流路を流れる前記第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、前記フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、前記フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、前記フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、前記第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式および第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式により、前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、前記第二の冷凍機用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを求め、
   フリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式
   

   

   ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
   Δｈ₁＝ｈ_W2−ｈ₁
   Δｈ₂＝ｈ_W1−ｈ₂
   （Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
   第二の冷凍機用の冷却塔特性の対数平均法式
   

   

   ただし、ここでのΔｈ₁とΔｈ₂は以下とする。
   Δｈ₁＝ｈ_W3−ｈ₁
   Δｈ₂＝ｈ_W2−ｈ₃
   （Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
   フリークーリング用の冷却塔特性の対数平均法式
   縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と前記第二の冷凍機用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、
   前記第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、
   前記フリークーリング用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とする
   ことを特徴とする空気調和装置。
7. 請求項２記載の空気調和設備において、
   前記制御装置は、
   前記フリークーリング用冷却水循環路の予冷コイルへ供給する冷却水往き温度をＴ_s、予冷コイルから還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとした際に、
   前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴ_r温度と等しい）℃をＴ_w1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w2、前記第二流路を流れる前記第二の冷凍機用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴ_w3、Ｔ_w1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w1、Ｔ_w2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w2、Ｔ_w3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈ_w3、前記フリークーリング用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₁、前記フリークーリング用の冷却塔充填物高さＺ₁、前記フリークーリング用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₁、前記第二の冷凍機用の冷却塔固有の比例定数Ｃ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔充填物高さＺ₂、前記第二の冷凍機用の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ₂と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却塔特性のチェビシェフの公式により、前記フリークーリング用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と、前記第二の冷凍機用の冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とを求め、
   フリークーリング用の冷却塔特性のチェビシェフの公式
   Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
   ＋（１／Δｈ₄）｝
   ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。
   Δｈ₁＝ ｔ_W2＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   （Ｕ／Ｎ）₁＝Ｃ₁Ｚ₁Ｎ₁α^-1、０．３≦α≦０．５
   第二の冷凍機用の冷却塔特性のチェビシェフの公式
   Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔ_w／４）×｛（１／Δｈ₁）＋（１／Δｈ₂）＋（１／Δｈ₃）
   ＋（１／Δｈ₄）｝
   ただし、ここでのΔｈ₁〜Δｈ₄は以下とする。
   Δｈ₁＝ ｔ_W3＋０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₂＝ ｔ_W2＋０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₃＝ ｔ_W2−０．４Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   Δｈ₄＝ ｔ_W2−０．１Δｔ_Wにおける（ｈ_W−ｈ）の値
   （Ｕ／Ｎ）₂＝Ｃ₂Ｚ₂Ｎ₂α^-1、０．３≦α≦０．５
   縦軸に前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記フリークーリング用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w2と前記第二の冷凍機用の冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴ_w3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、
   前記第二の冷凍機用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、
   前記フリークーリング用の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴ_s温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とする
   ことを特徴とする空気調和装置。
8. 請求項４ないし請求項７の何れか記載の空気調和設備において、
   Ｃ₂＝Ｃ₁、Ｚ₂＝Ｚ₁、Ｎ₂＝Ｎ₁である、第二の冷凍機用の冷却塔を備えた
   ことを特徴とする空気調和設備。
9. 請求項４ないし請求項７の何れか記載の空気調和設備において、
   Ｚ₂＞Ｚ₁、Ｎ₂＜Ｎ₁である、第二の冷凍機用の冷却塔を備えた
   ことを特徴とする空気調和設備。
10. 請求項１ないし請求項９の何れか記載の空気調和設備において、
    前記フリークーリング用冷却水循環路は、往き路に前記液ポンプを設け、前記液ポンプと前記第一の流路の前記フリークーリング用冷却水循環路の往き路側の分岐点との間に第一の流量計を設け、還り路に第二の流量計を設けている
    ことを特徴とする空気調和設備。
11. 請求項１ないし請求項９の何れか記載の空気調和設備において、
    前記冷却コイルに連絡する冷却コイルを設けた空調機をさらに備えた
    ことを特徴とする空気調和設備。
12. 請求項４または請求項５記載の空気調和設備において、
    前記フリークーリング用冷却水循環路の熱交換器へ供給する冷却水往き温度Ｔ_sと、前記熱交換器から還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとに所定の値を設定する入力装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記外気湿球温度の第一の設定値および前記外気湿球温度の第二の設定値を算出演算する演算部を格納し、前記入力装置で入力された所定の値を演算した結果で、前記フリークーリング用切替機構、前記フリークーリング用冷却塔、前記第二の冷凍機、前記第二の冷凍機用の冷却塔の制御を行う
    ことを特徴とする空気調和設備。
13. 請求項６または請求項７記載の空気調和設備において、
    前記フリークーリング用冷却水循環路の予冷コイルへ供給する冷却水往き温度Ｔ_sと、前記熱予冷コイルから還ってくる冷却水還り温度をＴ_rとに所定の値を設定する入力装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記外気湿球温度の第一の設定値および外気湿球温度の第二の設定値を算出演算する演算部を格納し、前記入力装置で入力された所定の値を演算した結果で、前記フリークーリング用切替機構、前記フリークーリング用冷却塔、前記第二の冷凍機、前記第二の冷凍機用の冷却塔の制御を行う
    ことを特徴とする空気調和設備。

Images