JP5204987B2 - 空調システムおよび空調システムの制御方法 - Google Patents
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Description
流路が絞られた形状となっており、一層圧力損失が生じることとなる。
り替える切替弁、および液化した前記熱媒を溜める受液タンクを有する前記熱媒供給装置と、前記熱媒と空調対象の空気との間で熱交換を行う熱媒対空気熱交換器と、該熱交換が行われた空気を送風する送風機と、各室内機に設けられ、該室内機の運転を冷房運転と暖房運転との間で切替制御することで、室内機が各々独立して冷房または暖房運転を行うことを可能とするマルチコントローラとを有する前記複数の室内機とを有してもよい。
<システム構成>
図1は、本実施形態における空調システム1の全体の概要を示す図である。空調システム1は、対象となる建物のフロアや方位、棟、用途系統または部屋等のゾーン60、60´、60´´ごとに設けられた水熱源マルチ型ヒートポンプシステム10と、1または複数の水熱源マルチ型ヒートポンプシステム10に対して設けられたインバータ制御の熱源水ポンプ52と、建物全体に設置された水熱源マルチ型ヒートポンプシステム10に供給される熱源水の温度を制御する熱源装置40と、これらを接続する熱源水配管43とを備える。なお、図1では、水熱源マルチ型ヒートポンプシステムとその構成要素、および付属部材を3つのゾーン60、60´、60´´に対して夫々設置した例を示し、符号にダッシュを付すことで夫々のゾーン60、60´、60´´および各ゾーンに設けられた熱源マルチ型ヒートポンプシステム等を区別している(10、10´、10´´等)。また、熱源水ポンプおよび温度センサについても、空調システム1に複数備えられているものを、符号にダッシュを付すことで区別している。熱源水ポンプ52はゾーン60に対して専用の熱源水ポンプであり、熱源水ポンプ52´はゾーン60´、60´´に対して共用である。以降の説明では、第一のゾーン60に係る熱源マルチ型ヒートポンプシステム10に代表させて構成要素と付属部材の説明を行う。
転モードがある。その上で、熱源水ポンプ系統に複数の水熱源マルチ型ヒートポンプシステム10が属している場合は、異なる運転モードの水熱源マルチ型ヒートポンプシステム10が1つの熱源水ポンプ52からの熱源水の送水を受けて稼動する状態が発生する。例えば、冷房運転モードの水熱源マルチ型ヒートポンプシステム10と複合運転モードの水熱源マルチ型ヒートポンプシステム10が1つの熱源水ポンプ系統に属する場合等である。
<処理の流れ>
次に、図3から図6Cに示すフローチャートを用いて、本実施形態に係る各種制御の処理の流れを説明する。このうち、図3は熱源水ポンプ制御の処理全体の流れを示すフローチャートであり、図4から図6Cは、図3に示された各処理の詳細を示すフローチャートである。
値に達していると判定された場合、処理はステップS206へ進む。熱源装置出口温度Tsoが下限値に達していないと判定された場合、処理はステップS205へ進む。
6A、図6Bを参照)を行う必要がない程度の差は同等の範囲に含まれるものとする。
の運転モードが上記何れでもない場合、処理はステップS326へ進む。
、予め設定された代替値(例えば、摂氏15度)で設定する(ステップS406)。その後、処理はステップS407へ進む。
To’=a1×Ti−b1×回転数率+c1
上記関係式における係数a1、b1、c1の算出方法については、後述する。その後、処理はステップS408へ進む。
(図4を参照)。
To’=a2×Ti−b2×回転数率+c2
上記関係式における係数a2、b2、c2の算出方法については、後述する。制御装置
90が有する記憶装置(本発明の関係記憶手段に相当)には、冷房モード制御において利用される所定の関係と、暖房モード制御において利用される所定の関係が夫々記憶されている。
<目標温度の算出方法>
以下に、上記熱源水ポンプ送水量制御処理でヒートポンプシステム出口温度Toの目標温度To’を算出する際に参照される、所定の関係について説明する。
いて同様に求めたものである。「入口温度」の単位は摂氏、「水量」の欄の単位はリットル/分である。また、冷房運転であり、空調用熱交換器が蒸発器として作用している状態で求められた。表1と表2を求めるにあたっては日本ピーマック株式会社製「水熱源ヒートポンプ天吊りユニット・ダクトタイプ 型番:WDP50D」を供試体として、運転周波数38Hzの条件で求めた。これによれば水量が多いほどCOPが良く冷凍能力も高く維持されることがわかる。
(ユニット)単体のCOPを表4に、冷凍能力すなわち圧縮装置のエネルギー消費量を表5に、システムCOPを表6に示す。圧縮装置の回転数を20Hzに落とした以外の運転条件は表1と表2の説明に示したとおりである。熱源水ポンプの電力を含めたシステムCOPで評価すると、熱源水ポンプを能力制御することにより、システムCOPが向上することが分かる。
To’=0.957×Ti−0.0177×回転数率+7.843
以上により出口目標温度To’を設定するために参照する関係式が構築できる。本実施形態のステップS407およびステップS417で使用される関係式の各係数a1、b1、c1、a2、b2、c2は、実施形態において使用される空調システム1および水熱源マルチ型ヒートポンプシステム10の諸条件および測定結果に従って、上記方法で算出される。但し、本発明の「関係」は式によらず、記憶装置上に記憶されたテーブル(表)やグラフであってもよい。これは、表7を表3から表6に適用して作成することが可能である。
<効果>
一般に、空調システムの熱負荷を長期に渡って観察した場合、設計最大負荷の運転状況が発生するのは数年間のうち1時間程度であり、殆どの場合は部分負荷運転を行っている。このとき、熱負荷の平均値は設計最大負荷の20%から40%である。インバータ制御の圧縮装置を有する水熱源ヒートポンプ方式では、負荷に合わせて圧縮機の運転状態を制御することで、エネルギー消費量の低減を図っている。本実施形態では、エネルギー消費量の低減を図って制御される圧縮機インバータの回転数に応じて熱源水ポンプを制御することにより、エネルギー消費量を更に低減することが出来る。本発明者による試算では、水熱源マルチ型ヒートポンプシステムを備える空調システムに本発明を適用した場合、熱源水ポンプ動力の削減により、従来のインバータによる圧縮装置制御システムのみを備える空調システムに対して、15%程度エネルギー消費量を削減できることが判明した。
10 水熱源マルチ型ヒートポンプシステム
11 熱媒供給装置
12 室内機
14 圧縮装置
17 水対熱媒熱交換器
32 ヒートポンプシステム入口温度センサ
33 ヒートポンプシステム出口温度センサ
40 熱源装置
41 熱源装置出口温度センサ
42 熱源装置入口温度センサ
52 熱源水ポンプ
90 制御装置
Claims (7)
- 熱源水の温度を制御し、該熱源水を供給する熱源装置と、
前記熱源装置から供給される前記熱源水を共用する複数の水熱源マルチ型ヒートポンプシステムであって、前記熱源装置より供給される熱源水と熱媒との間の熱交換、圧縮装置による前記熱媒の圧縮、および減圧装置による前記熱媒の減圧、が行われた前記熱媒を供給する熱媒供給装置と、該熱媒供給装置から前記熱媒の供給を受けて冷房または暖房運転を行うことが可能な複数の室内機と、前記熱媒供給装置と前記室内機を接続する熱媒配管と、前記熱源水が前記熱源装置より供給される際の流路となる熱源水入口と、前記熱交換後の前記熱源水が前記熱源装置へ還流する際の流路となる熱源水出口とを有する複数の水熱源マルチ型ヒートポンプシステムと、
前記水熱源マルチ型ヒートポンプシステムに前記熱源水を供給するための流路に設けられ、前記熱源水の供給量を可変制御する熱源水ポンプと、
前記圧縮装置の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記熱源水入口における熱源水の水温である入口温度を取得する入口温度取得手段と、
前記圧縮装置の運転状態および前記入口温度に基づいて、前記熱源水出口における熱源水の水温である出口温度の目標温度を算出する目標温度算出手段と、
前記目標温度を目標として、前記出口温度が該目標温度となるように前記熱源水ポンプによる前記熱源水の供給量を制御する熱源水ポンプ制御手段と、を備え、
前記熱源水ポンプは、前記複数の水熱源マルチ型ヒートポンプシステムに対して1つ設けられ、
前記目標温度算出手段は、前記熱源水ポンプが設けられた複数の前記水熱源マルチ型ヒートポンプシステムのうち、前記運転状態によって示される負荷が最も高い前記圧縮装置を有する前記水熱源マルチ型ヒートポンプシステムに係る前記運転状態および前記入口温度に基づいて、前記目標温度を算出する、
空調システム。 - 前記出口温度を取得する出口温度取得手段を更に備え、
前記熱源水ポンプ制御手段は、
前記水熱源マルチ型ヒートポンプシステムが全体として冷房負荷であって、且つ前記出口温度取得手段によって取得された出口温度が前記目標温度に対して高い場合には、前記熱源水ポンプによる前記熱源水の供給量を増加させる方向へ前記熱源水ポンプを制御し、
前記水熱源マルチ型ヒートポンプシステムが全体として冷房負荷であって、且つ前記出口温度取得手段によって取得された出口温度が前記目標温度に対して低い場合には、前記熱源水ポンプによる前記熱源水の供給量を減少させる方向へ前記熱源水ポンプを制御する、
請求項1に記載の空調システム。 - 前記出口温度を取得する出口温度取得手段を更に備え、
前記熱源水ポンプ制御手段は、
前記水熱源マルチ型ヒートポンプシステムが全体として暖房負荷であって、且つ前記出口温度取得手段によって取得された出口温度が前記目標温度に対して低い場合には、前記熱源水ポンプによる前記熱源水の供給量を増加させる方向へ前記熱源水ポンプを制御し、
前記水熱源マルチ型ヒートポンプシステムが全体として暖房負荷であって、且つ前記出口温度取得手段によって取得された出口温度が前記目標温度に対して高い場合には、前記熱源水ポンプによる前記熱源水の供給量を減少させる方向へ前記熱源水ポンプを制御する、
請求項1に記載の空調システム。 - 前記目標温度算出手段は、前記運転状態および前記入口温度に基づいて、当該空調システムの成績係数を向上させる前記目標温度を算出する、
請求項1から請求項3の何れかに記載の空調システム。 - 前記圧縮装置の運転状態と前記熱源水の入口温度との組み合わせ毎の、当該空調システムの成績係数が最高となる予め算出された前記熱源水の出口温度と、前記運転状態および前記入口温度との関係を記憶する関係記憶手段を更に備え、
前記目標温度算出手段は、前記関係に基づいて、前記運転状態取得手段によって取得された前記運転状態、および前記入口温度取得手段によって取得された前記入口温度において前記成績係数が最高となる場合の前記出口温度を求め、この出口温度を前記目標温度とする、
請求項4に記載の空調システム。 - 前記運転状態取得手段によって取得される前記運転状態は、前記圧縮装置の回転数を定格回転数で割ることで算出された回転数率である、
請求項1から請求項5の何れかに記載の空調システム。 - 前記水熱源マルチ型ヒートポンプシステムは、
前記熱源水と熱媒との間で熱交換を行う水対熱媒熱交換器、前記圧縮装置、前記減圧装置、該水熱源マルチ型ヒートポンプシステム全体の運転サイクルを冷房サイクルと暖房サイクルとの間で切り替える切替弁、および液化した前記熱媒を溜める受液タンクを有する前記熱媒供給装置と、
前記熱媒と空調対象の空気との間で熱交換を行う熱媒対空気熱交換器と、該熱交換が行われた空気を送風する送風機と、各室内機に設けられ、該室内機の運転を冷房運転と暖房運転との間で切替制御することで、室内機が各々独立して冷房または暖房運転を行うことを可能とするマルチコントローラとを有する前記複数の室内機とを有する、
請求項1から請求項6の何れかに記載の空調システム。
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