JP4984302B2

JP4984302B2 - 送水圧制御システムおよび送水圧制御方法

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Publication number: JP4984302B2
Application number: JP2008086468A
Authority: JP
Inventors: 淳水高; 秀太関根
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: TWI368693B; CN101545661A; CN101545661B; JP2009236465A; TW200940834A

Description

この発明は、熱源機により生成された冷温水の負荷機器（ファンコイルユニットや空調機等）への送水圧を制御する送水圧制御システム及び送水圧制御方法に関するものである。

従来より、熱源機により生成された冷温水の負荷機器への送水圧を制御する送水圧制御の一つとして、例えば特許文献１に示されたシステムでは、熱源機からの冷温水の往水管路と還水管路との間に設けられた複数の負荷機器のうち、末端に位置する負荷機器の入力側と出力側との間の差圧を末端差圧として計測し、この計測した末端差圧に基づいて熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧を設定するようにしている。

この特許文献１に示されたシステムによれば、末端に位置する負荷機器の入力側と出力側との間の差圧（末端差圧）に基づいて熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧が変更されるものとなり、末端差圧が小さい場合には冷温水の送水圧が高くされ、末端差圧が大きい場合には冷温水の送水圧が低くされる。

例えば、負荷機器を空調機とした場合、末端に位置する空調機（末端空調機）の入力側と出力側との間の差圧（末端空調機差圧）を１．０ｋｇ／ｃｍ²に保持するように、熱源機からの空調機への冷温水の送水圧が制御される。これにより、空調機への冷温水の搬送動力を削減することが可能となり、省エネルギー化を実現することができる。

特開２００５−２９９９８０号公報

しかしながら、上述した従来の送水圧の制御方法によると、末端空調機差圧を例えば１．０ｋｇ／ｃｍ²に保持するようにしているので、末端空調機が低負荷の場合、次のような問題が生じていた。以下、その問題について、説明する。

空調機は、冷温水コイルと、この冷温水コイルへの冷温水の流量を調節するバルブを備えている。この空調機において、最大負荷時には、例えば１．０ｋｇ／ｃｍ²の差圧が必要である。この場合、空調機の最大負荷時には、バルブに０．３ｋｇ／ｃｍ²の差圧が加わり、冷温水コイルに０．７ｋｇ／ｃｍ²の差圧が加わる。

これに対し、空調機の負荷が小さい場合には、バルブの抵抗が高い状態となり、バルブの全閉付近では、ほゞ１．０ｋｇ／ｃｍ²の差圧がバルブに加わることになる。すなわち、バルブには０．３ｋｇ／ｃｍ²の差圧がかかれば十分なところ、末端空調機が低負荷の場合には、ほゞ１．０ｋｇ／ｃｍ²の差圧がかかることになり、その分エネルギーのロスが生じる。

なお、末端空調機のバルブに常に０．３ｋｇ／ｃｍ²の差圧がかかるように送水圧を制御することが考えられるが、このような制御方法とすると、末端空調機の低負荷時に、他の空調機での負荷要求が大きくなった場合、その空調機における差圧が不足し、設計流量を保持することができないという問題が生じる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、末端の負荷機器の低負荷時に負荷要求が大きい他の負荷機器の差圧が不足するという問題を生じさせることなく、低負荷時の２次ポンプの省エネルギーを図ることができる送水圧制御システムおよび送水圧制御方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、冷温水を生成する熱源機と、この熱源機からの冷温水の往水管路と還水管路との間に設けられた複数の負荷機器と、これら負荷機器への熱源機からの冷温水の送水圧を制御する制御装置とを備えた送水圧制御システムにおいて、各負荷機器に、自己の負荷機器に流れる冷温水の流量を調整するバルブの入口側と出口側との間の差圧をバルブ差圧として計測する差圧計測手段を設け、制御装置に、各負荷機器の差圧計測手段によって計測されたバルブ差圧を取得するバルブ差圧取得手段と、このバルブ差圧取得手段によって取得されたバルブ差圧より最小差圧を抽出する最小差圧抽出手段と、この最小差圧抽出手段によって抽出された最小差圧が予め定められた所定の値以上となるように熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧を設定する送水圧設定手段とを設けたものである。

この発明において、各負荷機器は、自己の負荷機器に流れる冷温水の流量を調整するバルブの入口側と出口側との間の差圧をバルブ差圧として計測する。例えば、負荷機器を空調機として、この空調機にその冷温水コイルへの冷温水の流量を調整するバルブが設けられ、このバルブに差圧計測手段が既設の手段として設けられているものとすれば、差圧計測手段によって計測されるバルブの入口側と出口側との間の差圧がバルブ差圧として、制御装置へ送られる。

制御装置は、各負荷機器から送られてくるバルブ差圧を取得し、この取得したバルブ差圧より最小差圧を抽出し、この抽出した最小差圧が予め定められた所定の値以上となるように、熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧を設定する。

この場合、例えば、末端の負荷機器が低負荷で、他の負荷機器での負荷要求が大きく、この負荷機器のバルブ差圧が最小差圧となれば、この最小差圧が所定の値（例えば、０．３ｋｇ／ｃｍ²）以上となるように、熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧が設定される。

したがって、末端の負荷機器の低負荷時に、他の負荷機器での負荷要求が大きくなった場合、その負荷機器における差圧が不足し、設計流量を保持することができないという問題は生じない。また、この負荷要求が大きくなった他の負荷機器での差圧を確保しながら、末端の負荷機器のバルブに加わる差圧は可能な限り小さくなる。これにより、末端の負荷機器の低負荷時に負荷要求が大きい他の負荷機器の差圧が不足するという問題を生じさせることなく、低負荷時の２次ポンプの省エネルギーが図られる。

なお、本発明は、送水圧制御システムとしてではなく、送水圧制御方法として実現することも可能である。送水圧制御方法とする場合、冷温水を生成する熱源機と、この熱源機からの冷温水の往水管路と還水管路との間に設けられた複数の負荷機器と、これら負荷機器への熱源機からの冷温水の送水圧を制御する制御装置とを備えたシステムにおいて、負荷機器毎にその負荷機器に流れる冷温水の流量を調整するバルブの入口側と出口側との間の差圧をバルブ差圧として計測する差圧計測ステップと、この差圧計測ステップによって計測された各負荷機器のバルブ差圧を取得するバルブ差圧取得ステップと、このバルブ差圧取得ステップによって取得されたバルブ差圧より最小差圧を抽出する最小差圧抽出ステップと、この最小差圧抽出ステップによって抽出された最小差圧が予め定められた所定の値以上となるように熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧を設定する送水圧設定ステップとを設ける。

本発明によれば、計測された各負荷機器のバルブ差圧を取得し、この取得したバルブ差圧より最小差圧を抽出し、この最小差圧が予め定められた所定の値以上となるように、熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧を設定するようにしたので、例えば、末端の負荷機器が低負荷で、他の負荷機器での負荷要求が大きく、この負荷機器のバルブ差圧が最小差圧となれば、この最小差圧が所定の値以上となるように熱源機からの負荷機器への冷温水の送水圧が設定されるようになり、末端の負荷機器の低負荷時に負荷要求が大きい他の負荷機器の差圧が不足するという問題を生じさせることなく、低負荷時の２次ポンプの省エネルギーを図ることができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る送水圧制御システムの一実施の形態の構成を示す計装図である。

この送水圧制御システムは、冷温水発生器、ヒートポンプ、冷凍機、ボイラーなどの冷温水を生成する熱源機１−１〜１−３と、熱源機１−１〜１−３に対して補機として設けられた１次ポンプ２−１〜２−３と、往ヘッダ３−１，３−２と、還ヘッダ４と、往ヘッダ３−１と還ヘッダ４との間に設けられた第１のバイパス管路５と、往ヘッダ３−１と３−２との間に設けられた２次ポンプ６−１〜６−３と、往ヘッダ３−１と往ヘッダ３−２との間に設けられた第２のバイパス管路７と、バイパス管路７に設けられたバイパス弁８と、往水管路９と、還水管路１０と、制御装置１１とを備えており、往水管路９と還水管路１０との間には並列にファンコイルユニットや空調機等の負荷機器１２−１〜１２−３が設けられている。

この送水圧制御システムにおいて、１次ポンプ２−１〜２−３により圧送され熱源機１−１〜３により熱量が加えられた冷温水は、往ヘッダ３−１に送られ、２次ポンプ６−１〜６−３によりさらに圧送されて、往ヘッダ３−２を経て往水管路９に供給され、負荷機器１２−１〜１２−３を介し、還水管路１０を通って還ヘッダ４に至り、再び１次ポンプ２−１〜２−３によって圧送され、以上の経路を循環する。

この冷温水の循環経路中、往水管路９には、往ヘッダ３−２から吐出される冷温水の圧力を熱源機１−１〜１−３からの負荷機器１２−１〜１２−３への冷温水の送水圧ＰＳｐｖとして計測する圧力センサ１３が設けられている。また、２次ポンプ６−１〜６−３には、そのポンプの回転数を調整するためのインバータ６−１ａ〜６−３ａが付設されており、負荷機器１２−１〜１２−３には、負荷機器１２−１〜１２−３に流れる冷温水の流量を調整するためのバルブＶ１〜Ｖ３が設けられている。

図２に負荷機器１２（１２−１〜１２−３）の内部構成の概略を示す。負荷機器１２は、冷温水コイル１２Ａと、ファン１２Ｂとを備えており、冷温水コイル１２Ａへの冷温水の供給通路ＬにはバルブＶが設けられている。

バルブＶには、このバルブＶの開度調整を行うために必要な物理量を計測する既設の手段として、バルブＶを流れる冷水の流量を計測する流量計測手段とバルブＶの入口側と出口側との間の差圧を計測する差圧計測手段とを兼ねた計測手段Ｓ１が設けられている。本実施の形態では、この計測手段Ｓ１によって計測される冷水の流量を負荷機器流量Ｑとして、入口側と出口側との間の差圧をバルブ差圧ΔＰＶとして、制御装置１１へ送るようにしている。

なお、負荷機器１２からの負荷機器流量Ｑおよびバルブ差圧ΔＰＶの制御装置１１への送信は、無線であってもよいし、有線であってもよい。

制御装置１１は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して制御装置としての各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、本実施の形態特有の機能として送水圧制御機能を有している。以下、図３に示すフローチャートに従って、制御装置１１が有する送水圧制御機能について説明する。

制御装置１１は、負荷機器１２−１〜１２−３からの負荷機器流量Ｑ１〜Ｑ３とバルブ差圧ΔＰＶ１〜ΔＰＶ３を取得し、記憶する（ステップＳ１０１）。そして、この取得したバルブ差圧ΔＰＶ１〜ΔＰＶ３より、その値が最も小さい最小差圧ΔＰＶｍｉｎを抽出する（ステップＳ１０２）。

次に、制御装置１１は、この抽出した最小差圧ΔＰＶｍｉｎを制御対象の差圧とみなし、この制御対象の差圧が予め定められている所定の値（この例では、０．３ｋｇ／ｃｍ²）となるような送水圧の設定値ＰＳｓｐを決定する（ステップＳ１０３）。

そして、制御装置１１は、この決定した送水圧の設定値ＰＳｓｐに基づいて、圧力センサ１３からの送水圧の計測値ＰＳｐｖが設定値ＰＳｓｐとなるように、２次ポンプ６−１〜６−３の回転数を調整する。この際、２次ポンプ６−１〜６−３の回転数を下限値にしても送水圧ＰＳｐｖが設定値ＰＳｓｐに達しない場合には、バイパス弁８の開度を調整することによって、送水圧ＰＳｐｖが設定値ＰＳｓｐとなるようにする（ステップＳ１０４）。

ここで、例えば、末端の負荷機器１２−１が低負荷で、他の負荷機器で１２−２の負荷要求が大きく、この負荷機器１２−２のバルブ差圧ΔＰＶ２が最小差圧となった場合について考える。この場合、制御装置１１は、負荷機器１２−２のバルブ差圧ΔＰＶ２を最小差圧ΔＰＶｍｉｎとして抽出し、この最小差圧ΔＰＶｍｉｎが０．３ｋｇ／ｃｍ²となるように送水圧の設定値ＰＳｓｐを決定する。

したがって、末端の負荷機器１２−１の低負荷時に、負荷機器１２−２での負荷要求が大きくなったとしても、その負荷機器１２−２における差圧が不足し、設計流量を保持することができないという問題は生じない。また、この負荷要求が大きくなった負荷機器１２−２での差圧を確保しながら、末端の負荷機器１２−１のバルブＶ１に加わる差圧は可能な限り小さくなる。

これにより、末端の負荷機器１２−１の低負荷時に負荷要求が大きい他の負荷機器１２−２の差圧が不足するという問題を生じさせることなく、低負荷時の２次ポンプ６の省エネルギーが図られる。

図４に制御装置１１の要部の機能ブロック図を示す。制御装置１１は、バルブ差圧取得部１１Ａと、最小差圧抽出部１１Ｂと、送水圧設定部１１Ｃと、送水圧制御部１１Ｄとを備えている。

バルブ差圧取得部１１Ａは、負荷機器１２−１〜１２−３からのバルブ差圧ΔＰＶ１〜ΔＰＶ３を取得する。最小差圧抽出部１１Ｂは、バルブ差圧取得部１１Ａが取得したバルブ差圧ΔＰＶ１〜ΔＰＶ３より最小差圧ΔＰＶｍｉｎを抽出する。

送水圧設定部１１Ｃは、最小差圧抽出部１１Ｂによって抽出された最小差圧ΔＰＶｍｉｎが０．３ｋｇ／ｃｍ²以上となるように送水圧の設定値ＰＳｓｐを決定する。

送水圧制御部１１Ｄは、圧力センサ１３からの送水圧の計測値ＰＳｐｖが設定値ＰＳｓｐとなるように、２次ポンプ６−１〜６−３の回転数を調整したり、バイパス弁８の開度を調整する。

このバルブ差圧取得部１１Ａ、最小差圧抽出部１１Ｂ、送水圧設定部１１Ｃ、送水圧制御部１１ＤはＣＰＵ１−１の処理機能として実現される。

なお、上述した実施の形態では、負荷機器１２に冷温水コイルが設けられている例で説明したが、冷水コイルおよび温水コイルの何れか一方のみが設けられた負荷機器であってもよい。すなわち、冷水だけを循環させるシステム、温水だけを循環させるシステムにおいても、同様にして適用することが可能である。また、冷水コイルと温水コイルとが別々に設けられていているシステムであってもよい。

また、上述した実施の形態では、説明を簡単とするために、熱源機を３台、負荷機器を３台とした例で説明したが、熱源機や負荷機器などの数量は、上述した数量に限定されるものではなく、適宜自由に設定することができる。

本発明に係る送水圧制御システムの一実施の形態の構成を示す計装図である。この送水圧制御システムにおける負荷機器の内部構成の概略を示す図である。この送水圧制御システムにおける制御装置が有する送水圧制御機能を説明するためのフローチャートである。この送水圧制御システムにおける制御装置の要部の機能ブロック図である。

符号の説明

１（１−１〜１−３）…熱源機、２（２−１〜２−３）…１次ポンプ、３−１，３−２…往ヘッダ、４…還ヘッダ、５…バイパス管路、６（６−１〜６−３）…２次ポンプ、６−１ａ〜６−３ａ…インバータ、７…バイパス管路、８…バイパス弁、９…往水管路、１０…還水管路、１１…制御装置、１２（１２−１〜１２−３）…負荷機器、１２Ａ…冷温水コイル、１２Ｂ…ファン、Ｌ…冷温水の供給通路、Ｖ（Ｖ１〜Ｖ３）…バルブ、Ｓ１…計測手段、１３…圧力センサ、１１Ａ…バルブ差圧取得部、１１Ｂ…最小差圧抽出部、１１Ｃ…送水圧設定部、１１Ｄ…送水圧制御部。

Claims

冷温水を生成する熱源機と、この熱源機からの冷温水の往水管路と還水管路との間に設けられた複数の負荷機器と、これら負荷機器への前記熱源機からの冷温水の送水圧を制御する制御装置とを備えた送水圧制御システムにおいて、
前記負荷機器の各々は、
自己の負荷機器に流れる冷温水の流量を調整するバルブの入口側と出口側との間の差圧をバルブ差圧として計測する差圧計測手段を備え、
前記制御装置は、
前記各負荷機器の差圧計測手段によって計測されたバルブ差圧を取得するバルブ差圧取得手段と、
このバルブ差圧取得手段によって取得されたバルブ差圧より最小差圧を抽出する最小差圧抽出手段と、
この最小差圧抽出手段によって抽出された最小差圧が予め定められた所定の値以上となるように前記熱源機からの前記負荷機器への冷温水の送水圧を設定する送水圧設定手段とを備える
ことを特徴とする送水圧制御システム。
冷温水を生成する熱源機と、この熱源機からの冷温水の往水管路と還水管路との間に設けられた複数の負荷機器と、これら負荷機器への前記熱源機からの冷温水の送水圧を制御する制御装置とを備えたシステムに適用される送水圧制御方法において、
前記負荷機器毎にその負荷機器に流れる冷温水の流量を調整するバルブの入口側と出口側との間の差圧をバルブ差圧として計測する差圧計測ステップと、
この差圧計測ステップによって計測された前記各負荷機器のバルブ差圧を取得するバルブ差圧取得ステップと、
このバルブ差圧取得ステップによって取得されたバルブ差圧より最小差圧を抽出する最小差圧抽出ステップと、
この最小差圧抽出ステップによって抽出されたバルブ差圧より最小差圧を抽出し、この最小差圧が予め定められた所定の値以上となるように、前記熱源機からの前記負荷機器への冷温水の送水圧を設定する送水圧設定ステップと
を備えることを特徴とする送水圧制御方法。