JP7500143B2 - 空調システムにおける熱源機の制御装置及び制御方法及びプログラム - Google Patents
空調システムにおける熱源機の制御装置及び制御方法及びプログラム Download PDFInfo
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Description
上記の目的を達成するため本発明は、
第1に、一次側の熱源機からの冷水(温水)を二次側の空調機に往き配管と還り配管を介して循環させ、上記空調機により導入した空気と冷水(温水)とが熱交換されることにより、当該空調機によって室内の空気の冷房(暖房)を行う空調システムの熱源機の制御装置において、上記熱源機の設計出口温度Tsoを設定変更し得るコントローラが設けられ、上記コントローラは、中間期かピーク期かを判断可能な中間期/ピーク期判別手段と、上記中間期/ピーク期判別手段により判別された中間期において、上記空調機の要求熱量qrを、上記熱源機の制御周期の前時刻設定出口温度pTsと、測定した上記還り配管の冷水(温水)の二次側還り温度Tr2との温度差と、測定した上記往き配管と上記還り配管を循環する冷水(温水)の流量Fとの積から算出可能な熱量演算手段と、上記熱量演算手段にて演算された現在の上記空調機の上記要求熱量qrが、上記熱源機の定格能力の範囲内であるか否かを判別可能な熱量判別手段と、上記熱量判別手段にて上記空調機の上記要求熱量qrが上記熱源機の定格能力の範囲内であると判断された場合において、設計還り温度をTroとして当該設計還り温度Troを上記設計出口温度Tsoより5℃~7℃高い温度(5℃~7℃低い温度)に設定され、上記測定された流量をFとした場合、
冷房時の冷水出口温度 Ts=Tro-(qr/F)
(暖房時の温水出口温度 Ts=Tro+(qr/F))
上記冷水出口温度(上記温水出口温度)Tsを上記式の演算で求められる出口温度演算手段と、上記冷水(温水)出口温度Tsが、上記設計出口温度Tsoより高い(低い)か否か判断可能な出口温度比較手段と、上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoより1℃以上高い(低い)場合にのみ、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを上記出口温度演算手段で求めた上記冷水(温水)出口温度Tsに設定変更可能な設定変更手段と、上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoと等しいか低い(等しいか高い)場合は、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを維持することが可能な設定維持手段とを有するものであり、上記動作を上記制御周期毎に繰り返すものである空調システムの熱源機の制御装置により構成される。
冷房時の冷水出口温度 Ts=Tro-(qr/F)
(暖房時の温水出口温度 Ts=Tro+(qr/F))
上記冷水出口温度(上記温水出口温度)Tsを上記式の演算で求め、出口温度比較手段が、上記冷水(温水)出口温度Tsが、上記設計出口温度Tsoより高い(低い)か否か判断し、設定変更手段が、上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoより1℃以上高い(低い)場合にのみ、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを上記出口温度演算手段で求めた冷水(温水)出口温度Tsに設定変更し、設定維持手段が、上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoと等しいか低い(等しいか高い)場合は、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを維持し、上記動作を上記制御周期毎に繰り返すものである空調システムの熱源機の制御方法により構成される。
(1ポンプ方式、2方弁)図1のパターン
図1に1ポンプ方式の空調システムを示す。図1は空調機1aの流量調整弁(流量調節弁)5は2方弁である。この空調機1aは複数台設けられる場合もある(図1は例えば2台の空調機1aを示す)。図1において、空調機1a側を「二次側」、熱源機4側を「一次側」という。尚、図1、図3の空調機は符号1a、図2、図4の空調機は符号1bで示すが、これらの空調機を区別しない場合は符号1にて示す。
次に、空調機1bの流量調整弁が3方弁の場合を説明する(図2参照)。尚、図1との違いは、空調機1bの流量調整弁(流量調節弁)6が3方弁であることであり、それ以外は、図1と同様であるので、流量調整弁6を中心に説明する。
2ポンプ方式で空調機1aの流量調整弁5が2方弁の空調システムを図3に示す。
2ポンプ方式は、一次側(チラー4側)のチラーポンプ4bの他に、往き配管2の一次側と二次側の境界部に、ヘッダ22とヘッダ23を設け、ヘッド22とヘッダ23との間に二次側ポンプ21(本実施形態では2個)を設け、還り配管3の一次側と二次側の境界部にヘッダ24を設けたものである。上記ヘッダ22とヘッダ24との間には、往き配管2と還り配管3とをバイパスするバイパス管8とバイパス弁9が設けられている。
次に、空調機1bの流量調整弁が3方弁の場合を説明する(図4参照)。尚、図3との違いは、空調機1bの流量調整弁6が3方弁であることであり、それ以外は、図1と同様であるので、流量調整弁6を中心に説明する。
本発明に係るコントローラ17は、図5に示すように、CPU26を有するコントローラ17と、図6から図9(暖房時は図16から図18)のプログラム(コンピュータプログラム)が記憶されたメモリ18と、データを予め記憶しておくと共に、必要なときにデータを記憶するメモリ18(具体的構成は図12参照)とから構成されており、上記プログラムに従って上記CPU26が空調システムの制御を行い、最終的に、標準コントローラ7のチラー出口温度設定手段7b(図13参照)に出口温度の変更指令を送出するものである。図10、図11、図15は上記コントローラ17の機能ブロック図であり、以下の動作説明と共に説明する。
上記標準コントローラ7は(図13参照)、チラー4の初期の出口温度設定Tso=7[℃](暖房時はTso=45[℃])となるように、チラーの運転容量(流量×出入口温度差)により、チラー4の運転台数が決定される(メーカ側の制御)。
図1の場合、ここで、空調機1a(二次側)の流量(F2)300[m3/h]、空調機1aの二次側還り温度が11[℃]、チラーの出口温度が7[℃](設計値=固定)とすると、
空調機の負荷熱量qr=300×(11-7)=1200
となり、空調機1の二次側負荷熱量qrが1200[Mcal/h]であったとする。
ここで、空調機1a(二次側)の流量(F2)200[m3/h]、空調機1の二次側還り温度が9.5[℃]、チラーの出口温度が7[℃](設計値=固定)とすると、
空調機の負荷熱量qr=200×(9.5-7)=500
となり、空調機1の二次側負荷熱量qrが500[Mcal/h]であったとする。この場合は、チラー4のチラーポンプ4bは、例えば1台の稼働を行う。
(以下、本発明に係るコントローラ17の説明)
尚、以下の説明において、暖房時は冷房時の制御が逆になるだけであるので、冷房時をメインに説明し、暖房時はかっこ書又は冷房時の後に対応式等を記載するか、暖房時を適宜、冷房時の後に説明することにより行う。
(暖房時は、qr=F2×(pTs-Tr2) (1’))(図16ステップP8)
qr:空調機側(二次側)要求熱量[Mcal/h]
F2:二次側流量[m3/h]
Tr2:二次側還り温度[℃]
pTs:前時刻設定出口温度[℃]
qr(空調機1の要求熱量=500(暖房時は600)≦q1(チラー4の定格能力=2000)
の判断を行い、この場合、空調機1の要求熱量qrが、チラー4の定格能力q1以下なので、制御は可能であると判断し(空調機1の要求熱量qrが熱源機4の定格能力の範囲内であると判断され)、次のステップP10(図6、図16)に進む。
Ts=Tro-qr/F2 (2)
(暖房時 Ts=Tro+qr/F2 (2’))
Ts:チラー4の出口温度[℃]
Tro:Tso(7[℃])+設計温度差ΔT(ΔT=5[℃]~7[℃]
(暖房時 Tro:Tso(45[℃]-設計温度差ΔT(ΔT=5[℃]~7[℃])
例えば、
Ts=Tro(12[℃])-[qr(500[Mcal/h])÷F2(200[m3/h])]
=9.5[℃]
暖房時は、
Ts=Tro(40[℃])+[qr(600[Mcal/h])÷F2(200[m3/h])]
=43[℃]
となる。
次に、空調機1bの流量調整弁6が3方弁の場合を説明する。
図6(暖房の場合は図16)においてステップP1~P9までは上記図1の場合と同様なので、説明を省略する。
Ts=Tro-qr/F1 (3)
(暖房時 Ts=Tro+qr/F1 (3’))
Ts:チラー4の出口温度[℃]
Tro:Tso(7[℃])+設計温度差ΔT(ΔT=5[℃]~7[℃])
(暖房時 Tro:Tso(45[℃]-設計温度差ΔT(ΔT=5[℃]~7[℃])
Tro[℃]は、設計値であり、上記ステップP11と同様であり、12[℃]に設定しているとする。尚、1ポンプ方式のため、常に、一次側流量≧二次側流量であり、分母が大きいF1の方が安全側になるので、分母は「F1」としている。
Ts=Tro(12[℃])-[qr(500[Mcal/h])÷F1(400[m3/h]]=10.75[℃]
になったとする。
暖房時は、
Ts=Tro(40[℃])+[qr(600[Mcal/h])÷F1(400[m3/h])]
=41.5[℃]
2ポンプ方式の場合のコントローラ17の制御は、1ポンプ方式の制御(図1、図2)の手順と略同一であるが、図6(暖房時は図16)のステップP7とステップP8の間に、2ポンプ方式における特有の制御が存在するので、その点について図7にて説明する(冷房時暖房時共通)。
I2=F2/F1×100[%] (4)
(本発明に係るコントローラ17の動作、ピーク期、1ポンプ方式、2ポンプ方式共通)(冷房時 図8、図9、暖房時 図17、図18参照)
室内の在室者が空調機1のスイッチをオンし(図8、図17、P1参照)、空調機1とチラー4がオンして、空調機1の立ち上がりの状態にあるものとする(図8、図17、P2参照)。
I2=F2/F1×100[%] (5)
(暖房時は、qr=F2×(Tso-Tr2) (6’)(図17ステップP11))
qr:空調機側(二次側)要求熱量[Mcal/h]
F2:二次側流量[m3/h]
Tr2:二次側還り温度[℃]
Tso:チラー出口温度[℃](設計値=7[℃])(暖房時は設計値=45[℃])
上記コントローラ17は、上記qrの値(500[Mcal/h])、二次側流量F2データをメモリ18のデータ記憶エリア18hに記憶する。
qr(空調機1の要求熱量=500(暖房時は600))≦q1(チラー4の定格能力=2000)
の判断を行い、この場合、空調機1の要求熱量qrが、チラー4の定格能力q1以下なので、制御は可能であると判断し、次のステップP13(図9、図18)に進む。
Ts=Tso+a-b×n (7)
(暖房時は、Ts=Tso-a+b×n (7’))
n=n+1
その後、上記コントローラ17(図15、一定時間判別手段17y)は、ステップP18に移行し、一定時間(この場合10分)経過したか否か判断し、上記一定時間(10分)の間、出口温度Ts=10[℃](暖房時は42[℃])を維持する(図9、図18、P18参照)。
2 往き配管
3 還り配管
4 熱源機(チラー)
17 コントローラ
17a 中間期/ピーク期判別手段
17f,17f’ 熱量演算手段
17g,17g’ 熱量判別手段
17i 出口温度演算手段
17j 出口温度演算手段
17k 出口温度比較手段
17m 設定変更手段
17n 設定維持手段
17r 流量比較手段
17s 二次側流量増加率演算手段
17t 増加率比較手段
17u 出口温度変更手段
17y 一定時間判別手段
17v 出口温度増減手段
Tso 設計出口温度
Ts 熱源機の出口温度
Tro 設計還り温度
qr 要求熱量
Claims (7)
- 一次側の熱源機からの冷水(温水)を二次側の空調機に往き配管と還り配管を介して循環させ、上記空調機により導入した空気と冷水(温水)とが熱交換されることにより、当該空調機によって室内の空気の冷房(暖房)を行う空調システムの熱源機の制御装置において、
上記熱源機の設計出口温度Tsoを設定変更し得るコントローラが設けられ、
上記コントローラは、中間期かピーク期かを判断可能な中間期/ピーク期判別手段と、
上記中間期/ピーク期判別手段により判別された中間期において、
上記空調機の要求熱量qrを、上記熱源機の制御周期の前時刻設定出口温度pTsと、測定した上記還り配管の冷水(温水)の二次側還り温度Tr2との温度差と、測定した上記往き配管と上記還り配管を循環する冷水(温水)の流量Fとの積から算出可能な熱量演算手段と、
上記熱量演算手段にて演算された現在の上記空調機の上記要求熱量qrが、上記熱源機の定格能力の範囲内であるか否かを判別可能な熱量判別手段と、
上記熱量判別手段にて上記空調機の上記要求熱量qrが上記熱源機の定格能力の範囲内であると判断された場合において、
設計還り温度をTroとして当該設計還り温度Troを上記設計出口温度Tsoより5℃~7℃高い温度(5℃~7℃低い温度)に設定され、上記測定された流量をFとした場合、
冷房時の冷水出口温度 Ts=Tro-(qr/F)
(暖房時の温水出口温度 Ts=Tro+(qr/F))
上記冷水出口温度(上記温水出口温度)Tsを上記式の演算で求められる出口温度演算手段と、
上記冷水(温水)出口温度Tsが、上記設計出口温度Tsoより高い(低い)か否か判断可能な出口温度比較手段と、
上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoより1℃以上高い(低い)場合にのみ、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを上記出口温度演算手段で求めた上記冷水(温水)出口温度Tsに設定変更可能な設定変更手段と、
上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoと等しいか低い(等しいか高い)場合は、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを維持することが可能な設定維持手段とを有するものであり、
上記動作を上記制御周期毎に繰り返すものである空調システムの熱源機の制御装置。 - 上記熱源機内に一次側ポンプを有すると共に、上記往き配管側に二次側ポンプを有する2ポンプ方式の空調システムの熱源機の制御装置において、
上記中間期/ピーク期判別手段により判別された上記中間期において、
上記コントローラは、上記熱量演算手段の前段において、測定した冷水(温水)の上記熱源機側の一次側流量F1と、上記空調機側の二次側流量F2を検出し、上記二次側流量F2が上記一次側流量F1より大きいか否かを判別可能な流量比較手段と、
上記流量比較手段の比較により、上記二次側流量F2が上記一次側流量F1より大きい場合に、二次側流量の増加率を演算により求めることが可能な二次側流量増加率演算手段と、
上記二次側流量増加率演算手段にて演算した上記二次側流量F2の上記増加率が予め設定した基準値より高いか否かを判断する増加率比較手段が設けられ、
上記増加率比較手段の比較により、上記二次側流量F2の上記増加率が上記基準値より高い場合は、上記増加率比較手段が上記設定維持手段に対して上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを維持する指令が与えられ、
上記増加率比較手段の比較により、上記二次側流量F2の上記増加率が上記基準値より低い場合にのみ、上記増加率比較手段は、上記熱量演算手段に対して通常の制御を行う旨の指令を与えるものであり、
上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoより高い(低い)場合にのみ、上記設定変更手段により上記熱源機の上記設計出口温度Tsoが上記出口温度演算手段で求めた上記冷水(温水)出口温度Tsに設定変更されるように構成されたものである請求項1記載の空調システムの熱源機の制御装置。 - 一次側の熱源機からの冷水(温水)を二次側の空調機に往き配管と還り配管を介して循環させ、上記空調機により導入した空気と冷水(温水)とが熱交換されることにより、当該空調機によって室内の空気の冷房(暖房)を行う空調システムの熱源機の制御装置において、
上記熱源機の設計出口温度Tsoを設定変更し得るコントローラが設けられ、
上記コントローラは、中間期かピーク期かを判断可能な中間期/ピーク期判別手段と、
上記中間期/ピーク期判別手段により判別されたピーク期において、
上記空調機の要求熱量qrを、上記熱源機の設計出口温度Tsoと、測定した上記還り配管の冷水(温水)の二次側還り温度Tr2との温度差と、測定した上記往き配管と上記還り配管を循環する冷水(温水)の流量Fとの積から算出可能な熱量演算手段と、
上記熱量演算手段にて演算された現在の上記空調機の上記要求熱量qrが、上記熱源機の定格能力の範囲内であるか否かを判別可能な熱量判別手段と、
上記熱量判別手段にて上記空調機の上記要求熱量qrが上記熱源機の定格能力の範囲内であると判断された場合において、
上記熱源機の冷水(温水)の出口温度を、上記設計出口温度Tsoより3℃以上高い(低い)変更後の冷水(温水)出口温度に変更の指示を行う出口温度変更手段と、
上記出口温度変更手段の上記指示により上記熱源機の冷水(温水)出口温度を上記変更後の冷水(温水)出口温度に変更する設定変更手段と、
予め定めた時間になったかを否かを判別する一定時間判別手段と、
上記一定時間判別手段が上記予め定めた時間になったと判断した場合、上記変更後の冷水(温水)出口温度を指定温度幅で下げ(上げ)て、上記設定変更手段に上記熱源機の上記冷水(温水)出口温度を変更後の冷水(温水)出口温度への変更の指示を行う出口温度増減手段と、
上記一定時間判別手段による上記予め定めた時間になる度に、上記出口温度増減手段による上記熱源機の上記冷水(温水)出口温度の上記指定温度幅での下げ(上げ)の動作が繰り返し行われ、上記予め定めた時間になる度に、上記設定変更手段による上記熱源機の上記冷水(温水)出口温度の変更が行われ、
上記熱源機の変更後の上記冷水(温水)出口温度が、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoに一致するまで同様の上記動作が繰り返し行われるものであることを特徴とする空調システムの熱源機の制御装置。 - 一次側の熱源機からの冷水(温水)を二次側の空調機に往き配管と還り配管を介して循環させ、上記空調機により導入した空気と冷水(温水)とを熱交換することにより、当該空調機によって室内の空気の冷房(暖房)を行う空調システムの熱源機の制御方法において、
上記熱源機の設計出口温度Tsoを設定変更し得るコントローラを設け、
上記コントローラは、中間期かピーク期かを判断可能な中間期/ピーク期判別手段により判別された中間期において、
熱量演算手段が、上記空調機の要求熱量qrを、上記熱源機の制御周期の前時刻設定出口温度pTsと、測定した上記還り配管の冷水(温水)の二次側還り温度Tr2との温度差と、測定した上記往き配管と上記還り配管を循環する冷水(温水)の流量Fとの積から算出し、
熱量判別手段が、上記熱量演算手段にて演算された現在の上記空調機の上記要求熱量qrが、上記熱源機の定格能力の範囲内であるか否かを判別し、
上記熱量判別手段にて上記空調機の上記要求熱量qrが上記熱源機の定格能力の範囲内であると判断された場合、
出口温度演算手段が、設計還り温度をTroとして当該設計還り温度Troを上記設計出口温度Tsoより5℃~7℃高い温度(5℃~7℃低い温度)に設定し、上記測定した流量をFとした場合、
冷房時の冷水出口温度 Ts=Tro-(qr/F)
(暖房時の温水出口温度 Ts=Tro+(qr/F))
上記冷水出口温度(上記温水出口温度)Tsを上記式の演算で求め、
出口温度比較手段が、上記冷水(温水)出口温度Tsが、上記設計出口温度Tsoより高い(低い)か否か判断し、
設定変更手段が、上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoより1℃以上高い(低い)場合にのみ、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを上記出口温度演算手段で求めた冷水(温水)出口温度Tsに設定変更し、
設定維持手段が、上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoと等しいか低い(等しいか高い)場合は、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを維持し、
上記動作を上記制御周期毎に繰り返すものである空調システムの熱源機の制御方法。 - 上記熱源機内に一次側ポンプを有すると共に、上記往き配管側に二次側ポンプを有する2ポンプ方式の空調システムの熱源機の制御方法において、
上記中間期/ピーク期判別手段により判別された上記中間期において、
上記コントローラは、上記熱量演算手段の前段において、流量比較手段が、測定した冷水(温水)の上記熱源機側の一次側流量F1と、上記空調機側の二次側流量F2を検出し、上記二次側流量F2が上記一次側流量F1より大きいか否かを判別し、
上記流量比較手段の比較により、上記二次側流量F2が上記一次側流量F1より大きい場合に、二次側流量増加率演算手段が、二次側流量の増加率を演算により求め、
増加率比較手段が、上記二次側流量増加率演算手段にて演算した上記二次側流量F2の増加率が予め設定した基準値より高いか否かを判断し、
上記増加率比較手段の比較により、上記二次側流量F2の上記増加率が上記基準値より高い場合は、上記増加率比較手段が上記設定維持手段に対して上記熱源機の上記設計出口温度Tsoを維持する指令を与え、
上記増加率比較手段の比較により、上記二次側流量F2の上記増加率が上記基準値より低い場合にのみ、上記増加率比較手段は、上記熱量演算手段に対して通常の制御を行う旨の指令を与えるものであり、
上記出口温度比較手段の比較により、上記冷水(温水)出口温度Tsが上記設計出口温度Tsoより高い(低い)場合にのみ、上記設定変更手段により上記熱源機の上記設計出口温度Tsoが上記出口温度演算手段で求めた上記冷水(温水)出口温度Tsに設定変更される請求項4記載の空調システムの熱源機の制御方法。 - 一次側の熱源機からの冷水(温水)を二次側の空調機に往き配管と還り配管を介して循環させ、上記空調機により導入した空気と冷水(温水)とを熱交換することにより、当該空調機によって室内の空気の冷房(暖房)を行う空調システムの熱源機の制御方法において、
上記熱源機の設計出口温度Tsを設定変更し得るコントローラを設け、
上記コントローラは、中間期かピーク期かを判断可能な中間期/ピーク期判別手段により判別されたピーク期において、
熱量演算手段が、上記空調機の要求熱量qrを、上記熱源機の設計出口温度Tsoと、測定した上記還り配管の冷水(温水)の二次側還り温度Tr2との温度差と、測定した上記往き配管と上記還り配管を循環する冷水(温水)の流量Fとの積から算出し、
熱量判別手段が、上記熱量演算手段にて演算された現在の上記空調機の上記要求熱量qrが、上記熱源機の定格能力の範囲内であるか否かを判別し、
上記熱量判別手段にて上記空調機の要求熱量qrが上記熱源機の定格能力の範囲内であると判断された場合、
出口温度変更手段が、上記熱源機の冷水(温水)の出口温度を、上記設計出口温度Tsoより3℃以上高い(低い)変更後の冷水(温水)出口温度に変更の指示を行い、
設定変更手段が、上記出口温度変更手段の上記指示により上記熱源機の冷水(温水)出口温度を上記変更後の冷水(温水)出口温度に変更し、
一定時間判別手段が、予め定めた時間になったかを否かを判別し、
上記一定時間判別手段が上記予め定めた時間になったと判断した場合、出口温度増減手段が、上記変更後の冷水(温水)出口温度を指定温度幅で下げ(上げ)て、上記設定変更手段に上記熱源機の上記冷水(温水)出口温度を変更後の冷水(温水)出口温度への変更の指示を行い、
上記一定時間判別手段による上記予め定めた時間になる度に、上記出口温度増減手段が上記熱源機の上記冷水(温水)出口温度の上記指定温度幅での下げ(上げ)の動作を繰り返し行い、上記予め定めた時間になる度に、上記設定変更手段が上記熱源機の上記冷水(温水)出口温度の変更を繰り返し行い、
上記熱源機の変更後の上記冷水(温水)出口温度が、上記熱源機の上記設計出口温度Tsoに一致するまで同様の上記動作が繰り返し行われる空調システムの熱源機の制御方法。 - コンピュータを請求項1~3の何れかに記載の空調システムの熱源機の制御装置として機能させるためのプログラム。
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