JP7015105B2 - 空調システムの制御装置、制御方法、制御プログラム及び空調システム - Google Patents
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データに基づいて生成された、空調システムのエネルギー消費量がより小さくなる複数の熱源機の運転台数に関する運用情報を記憶する記憶部と、外気条件から推論される運転条件に対応する運用情報を記憶部から取得し、取得した運用情報に基づいて、複数の熱源機の運用を制御する制御手段と、を備える。
システムの運用前に算出するものであってもよい。このような情報処理装置であれば、空調システムの運用前に、熱源機の運転台数を算出して運用情報を生成するため、空調システムの制御装置は、事前に作成した運用情報を参照することで、リアルタイムに熱源機の運転台数を制御し、空調システム全体のCOPの向上を図ることができる。
40の各部に設けられた流量センサと温度センサの情報が入力される。2次ポンプコントローラ44は、これらの情報に基づいて、冷水2次ポンプ42の運転台数や回転速度、冷水2次ポンプ42の出口側から入口側へ繋がる経路にあるミニマムフロー弁43の開度を調整する。また、2次ポンプコントローラ44は、流量センサの測定値や冷水2次ポンプ42の運転状態といった各種の情報を上位装置へ送信する機能も有する。
ラ」という)3が備わっている。中央コントローラ3は、一般的な冷凍機や冷却塔、空調機が制御を行う上で最低限必要とするパラメータを入力点として取り込み、それら必要最小限の情報を基に、システム全体のCOPが最大となる各機器の制御目標値を算出し、算出した制御目標値を各機器のコントローラに設定させる。よって、中央コントローラ3は、新しく建設された建物に設置された新設の空調機器類のみならず、既設の空調機器類に対しても取り付け可能である。ここで、空調システム全体のCOPの計算で考慮される消費電力は、冷却水循環ポンプ51の動力、冷却塔ファン31の動力、冷凍機20の消費電力、及び冷水1次ポンプ41の動力である。システム全体のCOPの最大化は、これらの動力及び消費電力の合計値を最小化することに相当する。冷水2次ポンプ42の動力を含めても良いことはいうまでもない。
有するコンピュータであり、コンピュータプログラムを実行することにより、空調システム1全体の制御を司る。すなわち、中央コントローラ3は、コンピュータプログラムを実行すると、例えば、リアルタイム(10分毎)に外気条件(外気の温度や湿度)や室内条件(室内の温度や湿度)、熱源負荷条件(冷凍機の製造熱量等)等の値を各機器のコントローラから取得し、予め作成してある冷凍機20、補機類(冷却水ポンプや冷水ポンプ等)、空調機10といった各空調機器の運転状態と機器固有のCOPとの相関を示した特性データを読み出し、所定のルールエンジンに従って各機器の制御目標値の最適化処理を実行する。そして、中央コントローラ3は、空調システム1全体のCOPが最大となるように最適化処理を施した各機器の制御目標値を各機器のコントローラへ出力する。各機器のコントローラは、制御対象のパラメータが、最適化処理が施された新たな制御目標値になるように制御量を調整する。最適化処理が施された制御目標値へ向かって各機器のコントローラが制御量を調整することにより、結果的に空調システム1全体のCOPが最大となる。
ステップS103では、中央コントローラ3は、上述の通り、冷凍機冷水出口温度の推論を行う。この推論では、中央コントローラ3は、室内条件を取得できない場合には、仮想室内設計条件および仮想空調機設計に基づいて冷凍機冷水出口温度の推論を行う。また
、中央コントローラ3は、室内の温度および相対湿度の情報が取得できる場合には、室内の温度および相対湿度の変化状態に基づいて冷凍機冷水出口温度の推論を行う。ステップS103の推論では、中央コントローラ3は、外気の除湿の要否を判定する。外気の除湿が不要な場合、かつ、空調負荷が小さいと判定された場合、空調機10は室内の潜熱負荷を無視できるため、室内の顕熱負荷を処理できればよい。そこで、中央コントローラ3は、室内の顕熱負荷を処理可能な空調機10の運転条件を決定することで、冷凍機冷水出口温度の最適化を図る。冷凍機冷水出口温度が最適化されることで冷凍機20の運転効率が高まり、空調システム1全体のCOPの向上が期待できる。中央コントローラ3は、ステップS103の推論処理をリアルタイム(例えば10分毎)に行う。中央コントローラ3は、ステップS104の冷却水温度の推定に際し、この推定された冷水温度を基にして、合計消費電力が最も小さくなる冷却水温度を選定する。
図4は、中央コントローラ3による冷凍機冷水出口温度の推論フローを例示する第1の図である。図4では、室内条件が取得できない場合における中央コントローラ3による冷凍機冷水出口温度の推論の処理フローが例示される。図4は、図3のステップS103の処理の詳細の一例を示す図である。以下、図4を参照して、室内条件が取得できない場合における中央コントローラ3による冷凍機冷水出口温度の推論の処理フローについて説明する。
中央コントローラ3は、仮想空調機の設計情報として、コイル入口水温tw1、コイル出
口水温tw2、コイル通水量L、コイル通水熱量qw、コイル入口空気温度ta1、コイル出口空気温度ta2および給気風量Gを以下のように決定する。中央コントローラ3は、設定ファ
イルを読み込み、初期設定によって登録された空調機10のコイル11のコイル入口水温tw1、コイル出口水温tw2、冷凍機20の台数および冷水2次ポンプ42の定格流量を取得する。ここでは、例えば、コイル入口水温tw1として7℃、コイル出口水温tw212℃、冷凍機20の台数として3台、冷水2次ポンプ42の定格流量として4,030L/minが取得されたものとする。さらに、空調システム1は100台の仮想空調機を備えるものと仮定する。
コイル11の通水量Lは、121L/minと算出される。また、コイル11を流れる冷水の熱量であるコイル通水熱量qwは、例えば、以下の数式によって算出される。
の温度であるコイル出口空気温度ta2を空調機コントローラ14から取得する。ただし、
これから空調システム1を稼働する場合のように、まだコイル11を空気が流れていない場合には、コイル入口空気温度ta1およびコイル出口空気温度ta2として設定ファイルに登録された初期設定値が採用される。ここでは、例えば、コイル入口空気温度ta1として2
6℃、コイル出口空気温度ta2として17.5℃と登録されていたものとする。さらに、
コイル11に流入する空気の相対湿度は50%RHであると仮定する。
RHの空気がコイル出口空気温度ta2である17.5℃まで冷却されると、相対湿度は8
5%RHとなることがわかる。このような仮定の上で、仮想空調機の給気風量Gは、例えば、以下の数式で算出される。
さらに、中央コントローラ3は、仮想室内設計条件を決定する。仮想室内設計条件の決定においては、制御目標となる室内の温度を上述のコイル出口空気温度ta2と仮定し、室
内の相対湿度をコイル出口空気の相対湿度である85%RHと仮定する。
)、処理はステップS202に進められる。室内空気の絶対湿度が外気の絶対湿度以上の場合、中央コントローラ3は除湿必要と判定し(S201にて除湿必要)、処理はステップS205に進められる。
1.コイル通水熱量qwと室内熱負荷処理量qaとが等しい。
2.コイル通水量Lは、計測値と等しい。
3.コイル通水出入口温度差(tw2-tw1)は、計測値と等しい。
4.給気風量Gは、負荷に応じて減少させる。給気風量Gの下限値αは定格値の20%とする。なお、給気風量Gの下限値αは、設定ファイルに登録された値を変更することで変更可能である。
5.給気風量Gが下限値に達し、負荷が小さい場合は、コイル入口水温tw1を上昇させ
る。
6.コイル入口水温tw1の上限値は、以下の式4によって決定される。
塔アプローチ温度(℃)、ΔtCDS-CSは冷凍機冷却水入口と冷水出口の温度差(℃)であ
る。ΔtCDS-CSは、例えば、冷凍機20の能力に基づいて決定され、本実施形態では5℃
としている。式4では、外気湿球温度(t’)と冷却塔アプローチ温度(tap)の和によって、冷却塔冷却水出口温度が算出される。冷却水は冷却塔30から冷凍機20へ供給されるため、冷却塔冷却水出口温度は冷凍機冷却水入口温度と等しい。そのため、中央コントローラ3は、冷凍機冷却水入口温度に対して冷凍機20の能力を考慮した冷凍機冷却水入口と冷水出口の温度差(ΔtCDS-CS)に基づいてコイル入口水温tw1の上限値であるCSLim
を決定できる。なお、コイル入口水温tw1の下限値は、例えば、初期設定時に設定ファイ
ルに登録された値を採用できる。
現在の冷凍機冷水出口温度(コイル入口水温)、ta1はコイル入口空気温度、ta2はコイル出口空気温度である。また、Δt1は、仮想空調機が最低風量αで運転したときにコイルを通過した空気の温度変化を示す最低風量温度変化である。すなわち、式5によれば、今回
算出するコイル入口水温tw1newは、現在のコイル入口水温tw1に対して、コイルを通過し
た空気の温度変化から最低風量温度変化Δt1を引いた値が加算されることで算出される。なお、最低風量温度変化Δt1は、例えば、以下の式6によって決定される。
3は冷凍機冷水出口温度を前回算出した温度(tw1old)からマイナス1.0℃した温度を冷凍機冷水出口温度として決定する。図6に例示される表は、例えば、中央コントローラ3のメモリ上に保持される。冷凍機冷水出口温度を変更する場合(S203で変更許可)、処理はステップS204に進められる。冷凍機冷水出口温度を変更しない場合(S203で変更不許可)、処理はステップS206に進められる。
可能な冷凍機冷水出口温度の最適化を図る。すなわち、中央コントローラ3は、潜熱負荷を処理しない分だけ冷凍機冷水出口温度を高く設定することができる。冷凍機冷水出口温度を高く設定できることにより、冷凍機20の運転効率を高める事ができる。その結果、中央コントローラ3が室内条件を取得できない場合でも、空調システム1全体のCOP向上が期待できる。
図7は、中央コントローラ3による冷凍機冷水出口温度の推論フローを例示する第2の図である。図7では、室内条件が取得できる場合における中央コントローラ3による冷凍機冷水出口温度の推論の処理フローが例示される。図7は、図3のステップS103の処理の詳細の一例を示す図である。図7の処理では、中央コントローラ3は、室内の温度および相対湿度の情報を空調機コントローラ14から取得する。中央コントローラ3は、今回取得した室内の温度および相対湿度と前回取得した室内の温度および相対湿度との変化量に応じて、冷凍機冷水出口温度を変更するか否かを判定する。中央コントローラ3は、取得した室内の温度または相対湿度が上昇傾向にある場合、冷水の温度が下がるように、ステップS106で熱源コントローラ21に出力される冷凍機冷水出口温度のメモリの設定値を変更する。また、中央コントローラ3は、取得した室内の温度または相対湿度が低下傾向にある場合、冷水の温度が上がるように、ステップS106で熱源コントローラ21に出力される冷凍機冷水出口温度のメモリの設定値を変更する。以下、図7を参照して、室内条件が取得できる場合における中央コントローラ3による冷凍機冷水出口温度の推論の処理フローについて説明する。
第1下限値である。tαは温度に係る許容範囲の補正値であり、本実施形態では初期値を
0.5としている。tRM_SP_H(n)は、第n番目の室内の室内温度許容第1上限値である。tRM_SP_HH(n)は、第n番目の室内の室内温度許容第2上限値である。φRM_SP_LL(n)は、第n番目の室内の室内湿度許容第2下限値である。φRM_SP_L(n)は、第n番目の室内の室内湿度許容第1下限値である。φ%(n)は、第n番目の室内に適用される相対湿度の許容範囲である。φαは、相対湿度に係る許容範囲の補正値であり、初期値は0.5となっている。φRM_SP_H(n)は、第n番目の室内の室内湿度許容第1上限値である。φRM_SP_HH(n)は
、第n番目の室内の室内湿度許容第2上限値である。下限値および上限値をこのように第1と第2の2段階で設定しているのは、冷水の温度変化に伴う室内環境の過渡的な変動量を抑制し、且つ、室内で発生する熱量や外気条件の変化に伴う室内環境の制御範囲からの逸脱を抑制するためである。
対湿度φRM_PV(n)を空調機コントローラ14から取得する。
決定された許容範囲とに基づいて、冷凍機冷水出口温度を変更するか否かを判定できる。室内空調状態判定テーブルでは、tRM_PV(n)>tRM_SP_HH(n)の領域、φRM_PV(n)>φRM_SP_HH(n)の領域において、「1↓」と記載されている。tRM_PV(n)<tRM_SP_L(n)かつφRM_PV(n)<φRM_SP_LL(n)の領域、tRM_PV(n)<tRM_SP_LL(n)かつφRM_PV(n)<φRM_SP_L(n)の領域において、「1↑」と記載されている。tRM_SP_H(n)<tRM_PV(n)<tRM_SP_HH(n)かつφRM_PV(n)<φRM_SP_H(n)の領域、tRM_PV(n)<tRM_SP_HH(n)かつφRM_SP_H(n)<φRM_PV(n)<φRM_SP_HH(n)の領域において、「2↓」と記載されている。tRM_SP_L(n)<tRM_PV(n)<tRM_SP_H(n)かつφRM_PV(n)<φRM_SP_L(n)の領域、tRM_SP_LL(n)<tRM_PV(n)<tRM_SP_L(n)かつφRM_SP_LL(n)<φRM_PV(n)<φRM_SP_H(n)の領域、tRM_PV(n)<tRM_SP_L (n)かつφRM_SP_L(n)<φRM_PV(n)<φRM_SP_H(n)の領域において、「2↑」と記載されている。また、tRM_SP_L(n)<tRM_PV(n)<tRM_SP_H(n)かつφRM_SP_L(n)<φRM_PV(n)<φRM_SP_H(n)の領域では、「なし」と記載されている。室内空調状態判定テーブルは、例えば、中央コントローラ3のメモリ上に保持される。
度を上限値に設定変更する。その後、処理は終了される。
メモリの設定値を変更する。ただし、0.5℃上げる冷凍機冷水出口温度が冷凍機冷水出口温度の上限値(CSLim)を上回るような場合、中央コントローラ3は冷凍機冷水出口温
度を上限値に設定変更する。その後、処理は終了される。
ステップS104では、中央コントローラ3は、冷却塔冷却水出口温度(冷却水温度)の推論を行う。中央コントローラ3は、冷却水温度を決定するためのパラメータであるアプローチ温度を所定の範囲内で仮定する。中央コントローラ3は、仮定したアプローチ温度ごとに、外気条件に応じて定まる冷却水温度から空調システム1のエネルギー消費量を算出し、エネルギー消費量が最小となる冷却水温度を決定する。中央コントローラ3は、決定した冷却水温度で制御されるように、ステップS106で冷却塔コントローラ32に出力される冷却水温度のメモリの設定値を変更する。
合の制御目標値を、設定すべき冷却水温度として決定する。
ステップS105では、中央コントローラ3は、冷凍機20の運転台数の推論を行う。中央コントローラ3は、事前に作成した運用設計シートに基づいて冷凍機20の運転台数を推論する。運用設計シートは、運転条件(冷凍機冷水出口温度及び冷却塔冷却水出口温度)ごとに、空調システム1のエネルギー消費量が最小となる冷凍機20の運転台数を特定する運用情報を含むものであり、運転条件に応じた冷凍機20の性能データ及びポンプ、ファン等の各機器の特性データに基づいて予め作成されたものである。特性データは、例えば、ポンプの吐出量といった各機器の性能に対する動力を示すデータである。冷凍機20は、「熱源機」の一例である。また、運用設計シートは「運用情報」の一例である。
ラ3は、取得した冷凍機20の運転台数で制御されるように、ステップS106で熱源コントローラ21に出力される冷凍機20の運転台数のメモリの設定値を変更する。
合せ例を表形式で示す。冷凍機20が3台の場合、運転優先順位の組合せは6通りである。図14の表において、左の列は運用設計シートを識別する名称であり、例えば、2行目に記載された運用設計シートTR_MAP_132は、運転優先順位が熱源1、熱源3、熱源2の順である場合の運用設計シートである。中央コントローラ3は、冷凍機20の運転優先順位を監視し、冷凍機20のローテーションやメンテナンスなどにより優先順位の変更があった場合には、対応する運用設計シートを参照して、冷凍機20の運転台数を推論する。
いて、複数の熱源の全ての組み合わせパターンにおけるエネルギー消費量を相互に比較し、エネルギー消費量が最小となる場合における熱源の運転台数を、冷水温度と冷却水温度と熱源全体負荷率の組み合わせ条件における熱源の運転台数として選択し、この運転台数を補助記憶装置に格納する。このようにして、冷水温度毎に、冷却水温度と熱源全体負荷率に応じた熱源の運転台数を求め、その求められた運転台数をテーブル、すなわち図15に示すような運用設計シートに格納する。なお、冷却水循環ポンプ51、冷却塔ファン31の動力、及び冷水1次ポンプ41の負荷率は、冷凍機20の熱源全体負荷率と同じと仮定して消費電力の値を求めている。
Claims (9)
- 複数の熱源機を備える空調システムの制御装置であって、
前記空調システムの運転条件に応じた各熱源機の性能データ及び前記空調システムが備える各機器の特性データに基づいて生成された、前記空調システムのエネルギー消費量がより小さくなる前記複数の熱源機の運転台数に関する、前記空調システムの運用前に算出された運用情報を記憶する記憶部と、
冷水温度を推論し、少なくとも外気と前記各機器の情報及び前記推論された冷水温度を基に、前記空調システム全体のエネルギー消費量が最小となる冷却水温度を推論して、前記推論された冷水温度、前記推論された冷却水温度、及び、熱源負荷率に基づいて、空調システム全体のエネルギー消費量が最小となる熱源機の運転台数の情報を前記運用情報から取得し、前記取得した熱源機の運転台数の情報に基づいて、前記複数の熱源機の運用を制御する制御手段と、を備える、
空調システムの制御装置。 - 前記運用情報は、前記複数の熱源機を運転する優先順位の組合せごとに生成された情報である、
請求項1に記載の空調システムの制御装置。 - 複数の熱源機を備える空調システムを制御するコンピュータが、
冷水温度を推論するステップと、
少なくとも外気と前記各機器の情報及び前記推論された冷水温度を基に、前記空調システム全体のエネルギー消費量が最小となる冷却水温度を推論するステップと、
前記空調システムの運転条件に応じた各熱源機の性能データ及び前記空調システムが備える各機器の特性データに基づいて生成された、前記空調システムのエネルギー消費量がより小さくなる前記複数の熱源機の運転台数に関する、前記空調システムの運用前に算出された運用情報を記憶する記憶部から、前記推論された冷水温度、前記推論された冷却水温度、及び、熱源負荷率に基づいて、空調システム全体のエネルギー消費量が最小となる熱源機の運転台数の情報を取得する取得ステップと、
前記取得した熱源機の運転台数の情報に基づいて、前記複数の熱源機の運用を制御する制御ステップと、を実行する、
空調システムの制御方法。 - 複数の熱源機を備える空調システムを制御するコンピュータに、
冷水温度を推論するステップと、
少なくとも外気と前記各機器の情報及び前記推論された冷水温度を基に、前記空調システム全体のエネルギー消費量が最小となる冷却水温度を推論するステップと、
前記空調システムの運転条件に応じた各熱源機の性能データ及び前記空調システムが備える各機器の特性データに基づいて生成された、前記空調システムのエネルギー消費量がより小さくなる前記複数の熱源機の運転台数に関する、前記空調システムの運用前に算出された運用情報を記憶する記憶部から、前記推論された冷水温度、前記推論された冷却水温度、及び、熱源負荷率に基づいて、空調システム全体のエネルギー消費量が最小となる熱源機の運転台数の情報を取得する取得ステップと、
前記取得した熱源機の運転台数の情報に基づいて、前記複数の熱源機の運用を制御する制御ステップと、を実行させる、
空調システムの制御プログラム。 - 複数の熱源機を備える空調システムの運転条件に応じた各熱源機の性能データ及び前記空調システムが備える各機器の特性データに基づいて、前記空調システム全体のエネルギー消費量が最小となる前記複数の熱源機の運用情報を前記空調システムの運用前に生成する生成手段と、
前記運用情報を、請求項1または2に記載の前記制御装置の前記記憶部への記憶用に出力する出力手段と、を備える、
空調システム。 - 前記空調システムの運転条件は、冷水温度、冷却水温度、及び前記複数の熱源機に対する負荷率についての条件を含み、
前記生成手段は、外気条件に関わらず前記空調システムの運転条件に基づいて、前記複数の熱源機の運転台数を前記運用情報として算出する、
請求項5に記載の空調システム。 - 前記生成手段は、前記冷水温度毎に、前記冷却水温度と前記複数の熱源機に対する負荷率との組み合わせ条件における前記複数の熱源機の運転台数を算出する、
請求項6に記載の空調システム。 - 前記生成手段は、前記各熱源機の性能データが存在しない運転条件に対して、前記性能データが存在しない運転条件以外の運転条件に対する性能データから推定される性能データを補間する、
請求項5から7のいずれか一項に記載の空調システム。 - 前記生成手段は、前記各熱源機の性能データが存在しない運転条件に対して、基準となる熱源機に対する性能データとの差分に基づいて推定される性能データを補完する、
請求項5から8のいずれか一項に記載の空調システム。
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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C13 | Notice of reasons for refusal |
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C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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C302 | Record of communication |
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A521 | Request for written amendment filed |
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C23 | Notice of termination of proceedings |
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C03 | Trial/appeal decision taken |
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C30A | Notification sent |
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A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
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