JPS63233237A - 夜間蓄熱運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は冷凍機等の熱源の昼間、夜間の負荷を平準化す
る目的で用いられる蓄熱槽を備えたシステムにおいて、
特に蓄熱槽の蓄熱を効率的に行ない得るようにした夜間
蓄熱運転制御方法に関する。

（従来の技術） 近年、都市部における無公害熱源として電力空調システ
ムが多く使用されており、深夜電力利用の特約制度にも
助けられて夜間蓄熱を行ない、昼間ピーク時に使用する
蓄熱槽の利用が増加してきている。蓄熱槽は、昼間の負
荷帯開始時に蓄熱能カ一杯に蓄熱され、かつできる限り
朝に近い部分で蓄熱されることか、地下へのリーク熱を
少なくする点から望ましいとされている。

以下、第２図を用いてこの種の電力空調システムについ
て説明する。

第２図において、蓄熱槽１０はバッファ（仕切り板）１
０ａで区切られた単位水槽１．・・・・・・、ｎを連結
して形成され、各単位水槽には温度計Ｔ１１．・・・・
・・、Ｔｌｎが設置されている。また、熱源としての冷
凍機２０は、蓄熱槽１０の終端槽となる単位水槽ｎから
温水を吸水し、この温水を冷凍機２０自身で冷却した上
、蓄熱槽１０の始端槽となる単位水槽１へ吐出する。こ
の出口、入口の水温ｔ２３．ｔ’２４は温度計２３．２
４にて計測され、水量Ｆ２は冷凍機により一定である。

一方、負荷は空調機コイル３０と、室温と設定温度の差
で弁開度が調節される三方弁３１とからなり、２次ポン
プ３２により蓄熱槽１０の始端槽となる単位水槽１から
冷水を送り出し、空調機コイル３０で暖められた水が蓄
熱槽１０の終端槽となる単位水槽ｎに帰還する。この送
水量Ｆ３は流量計３３で計測され、送水、滞水の温度ｔ
３４．ｔ３５は温度計３４．３５にて計測される。なお
、負荷３０゜３］および熱源２０は実際には複数台のと
ころを、第２図では１台で代表して示している。

以上の電力空調システムにおいて、蓄熱槽１０は熱源と
負荷の水量がバランスしている時は変化がないが、夜間
において熱源の水量に対して負荷の水量が少なくなると
、その差水量Ｆ１が蓄熱槽１０の始端槽となる単位水槽
１から終端槽となる単位水槽ｎの方向に流れて蓄熱が行
なわれる。また、昼間において熱源の水量よりも負荷の
水量が過大になると、蓄熱槽１０の蓄熱した水は終端槽
となる単位水槽ｎから始端槽となる単位水槽１の方向に
流れて放熱が行なわれる。このようにして、蓄熱槽１０
は熱負荷の微小変動の吸収と、夜間蓄熱との２つの効用
を有する。

蓄熱途中の蓄熱槽１０内の温度分布は、理想的な場合第
３図（ａ）に示すような状態になる。これは冷水槽の場
合を示し、ｔ　ＳＴＤは蓄熱量計算の基準となる温度、
ｔ　ＭＡＸは設計上の最大蓄熱温度、ｔ　ＦＵＬＬは一
応の蓄熱に達したと判断する温度である。第３図（ａ）
において、Ａは既に蓄熱している量であり、全体の蓄熱
能力との差Ｂが蓄熱可能水量である。

ところで、この種の電力空調システムにおける従来の制
御方法としては、蓄熱槽１０内の特定の温度計によるサ
ーモ発停制御と、蓄熱量計算による熱源台数制御との２
つの方法がある。しかし前者の場合は、蓄熱槽１０内に
設置した温度計の指示によって発停することから、個々
の熱源の組合せおよび調整運転が非常に困難であり、最
近ではコンピューターにより蓄熱量計算を行なって制御
する方法が主体になってきている。従って、ここでは後
者の制御方法について第４図の流れ図を用いて説明する
。

第４図において、ステップ５１００で蓄熱槽１０内の温
度および水位を入力し、ステップ５１０１でこの温度ｔ
１．・・・・・・ｔｎ、水槽の面積Ａ’１＋　・・・・
・・Ａｎ、水位ノ、および比熱Ｃ２蓄熱係数ｋから、蓄
熱量を次式に基づいて求める。

Ｑ）１３＝　Ｘ−（（ｔ　５ＴＤ−ｔ　ｉ　）　Ｘ　　
Ａｔ　ＸノＸｃＸｋ）■ ・・・・・・（１） そして、ステップ５１０２で蓄熱槽１０の全能力Ｑ　Ｍ
ＡＸと現蓄熱ＱＨ８の差と蓄熱終了までの時間θから、
蓄熱負荷ＬＨ８を次式に基づいて求める。

一方、ステップ５ＩＩＯ，５４１１で流量Ｆ３と送水、
滞水温度ｔ３４．ｔ３５から、２次側の夜間負荷Ｌ　Ｎ
ＧＴを次式に基づいて求める。

ＬＮＧＴ　＝ＣＸＦ３　　（ｔ３ｓ　　ｔ３４）　　　
−−（３）また、ステップ５１２０，５１２１で熱源流
量Ｆ２と熱源入口、出口温度ｔ２３１ｔ２４から、熱出
力を次式に基づいて求める。

ＬＲＥｐ　＝　ＣＸ　Ｆ２　　（ｔ　２３−　ｔ　２４
）　　　・・・・・１４）さらに、ステップ５１１２で
蓄熱負荷ＬＨ８と夜間負荷Ｌ　ＮＧＴの和から、負荷の
合計Ｌ　　を次式にＴＯＴ 基づいて求める。

Ｌ　ＴＯＴ　　−Ｌ　Ｈ８＋　Ｌ　ＮＧＴ　　　　　　
　　　　　”’　”’　（５）次に、ステップ８１１３
で第５図（ａ）の負荷Ｌ　ＴＯＴと熱出力Ｌ　ＲＥＰを
、連続運転領域Ｇと端数Ｈに分け、ステップ８１３０で
端数Ｈを蓄熱終了時刻より１台割当て、■の領域へ移し
てスケジューリングする。そして、ステップ５１４０で
現在台数との差異を計算し、ステップ５１５０で発停出
力増減を行ない、ステップ５１６０で出力に伴う補機の
連動等のシーケンス制御を行なう。

ところで、以上のような従来の制御方法においては、第
３図（ａ）のような理想的な蓄熱状態ではかなり効果が
あるが、第３図（ｂ）のように−次的高負荷が発生し、
水槽の中央に冷水が溜り。

終端方向に温水が溜ってしまった時には、蓄熱量Ｃが少
なく発生ずるにもかかわらず熱源２０が冷水を吸込み、
保護回路が動作して制御が行なえなくなる場合がある。

また、最大蓄熱温度ｔ　ＭＡＸ以下の温度域り、または
基準温度ｔ　ＳＴＤ以上の温度域Ｅ等も蓄熱量の計算に
計上されて、適切な運転スケジュールが設定できない場
合もあった。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、従来の制御方法においては、蓄熱槽の特
性を把握した適切な運転スケジュールを設定できないこ
とから、蓄熱分布が異常になって部分的な冷水塊ができ
た状況、熱源負荷系に系の変動および出力低下等が発生
した状況下等においては、その状況で蓄熱可能な限度内
での最大蓄熱が行なえないという問題があった。

本発明の目的は、蓄熱槽の特性を把握してより正確な運
転スケジュールを設定でき、蓄熱槽の蓄熱を状況に応じ
て極めて効率的に行なうことが可能な夜間蓄熱運転制御
方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段と作用）」−記の目的を
達成するために本発明では、複数の単位水槽を連結し７
てなる蓄熱槽を有し、蓄熱時はこの蓄熱槽の終端槽とな
る単位水槽から吸水し、熱源を通してから上記蓄熱槽の
始端槽となる単位水槽へ吐出し、放熱時は」二足蓄熱槽
の始端槽となる単位水槽から導水し、負荷を通してから
」二足蓄熱槽の終端槽となる単位水槽へ帰還する複数台
の負荷とを備えたシステムを、設定された運転スケジュ
ールに基づいて運転制御する方法において、蓄熱基準温
度から蓄熱完了温度の差を始端槽となる単位水槽側から
単位水槽毎に順次チェックして、始端槽となる単位水槽
側から蓄熱完了していない単位水槽までの蓄熱水量の総
和から蓄熱可能水量を算出し、この蓄熱可能水量、およ
び現在の熱源水量と実測負荷水量との差である蓄熱水量
差から蓄熱時間を算出し、またこの蓄熱時間が蓄熱完了
時刻以後となる場合には現在の熱源水量に追加する熱源
の水量を加えて蓄熱時間を再び算出し、上記で算出され
た蓄熱時間に基づいて運転スケジュールを決定すること
により、蓄熱槽の状況に応じて蓄熱可能な限度内での最
大蓄熱を行なうことができるようにしたものである。

（実施例） まず、本発明の考え方について述べる。

すなわち本発明では、蓄熱終了時点近傍においては、蓄
熱可能な熱量を第３図（ｂ）のノ１ンチング部のように
最大蓄熱−現在蓄熱として求めるのではなく、第３図（
Ｃ）のハンチング部のように蓄熱槽の単位水槽毎に、始
端槽１側から蓄熱完了となっていない水槽ｉまでの蓄熱
水量の総和Ｗから蓄熱可能水量を算出する。またこの蓄
熱速度は、熱源と負荷の熱量差に依存せず、熱源と負荷
の水量差に依存する。従って、蓄熱時間θは現状の運転
でいけば、熱源と負荷の水量差をＦ、とすると次式にて
表わされる。

Ｆ、＝Ｆ２−Ｆ３　　　・・・・・・（６）θ＝Ｗ／Ｆ
１　　　　　　・・・・・・（７）すなわち、負荷と熱
源の出力温度にかかわらず、あと０時間運転すれば現在
の蓄熱状態からして最善の蓄熱が可能となる。

一方、ここで蓄熱時間θが蓄熱完了時刻以後となる場合
には、現在の熱源水量に追加する熱源の出力水ｍ　Ｆ　
Ｒを加えて（Ｆｉ＋ＦＲ）で蓄熱時間θ′を再び算出し
直せばよい。

ｅ　−＝Ｗ／　（Ｆｚ　＋ＦＲ）　　　　−−−−・−
（８）また、この蓄熱時間θが蓄熱完了時刻以前となる
場合には、第５図（ｂ）のように連続運転領域Ｊと蓄熱
完了時刻からの割当て時間に分解し、Ｋ領−１〇　　− 域とＬ領域を入れかえることにより、運転スケジュール
を決定することができる。

以下、上記のような考え方に基づく本発明の一実施例に
ついて説明する。

第１図は、本発明による夜間蓄熱運転制御方法を流れ図
にて示すものであり、第４図と同一部分には同一符号を
付して示している。

第１図において、ステップ５１００で蓄熱槽１０内の温
度を入力し、ステップ５２０１でこの入力温度を基に蓄
熱基準温度ｔ　ＳＴＤから蓄熱完了温度ｔ　ＰＵＬＬの
差を、始端槽となる単位水槽１側がら単位水槽毎に順次
チェックし、ステップ５２０２で始端槽となる単位水槽
１側から蓄熱完了していない単位水槽までの蓄熱水量の
総和がら蓄熱可能水量（蓄熱完了していない水槽の容積
）を算出する。一方、ステップ５２１０，５２２０で負
荷の水量の実測値、および熱源２０の台数に依存する水
量を求め、ステップ５２１１でこの現在の熱源水量と実
測負荷水量との差である蓄熱水量差を求める。そして、
ステップ５２１２で蓄熱可能水量および蓄熱水量差から
、前述の（７）式に基づいて蓄熱時間ｅを計算する。

ここで、この蓄熱時間θが蓄熱完了時刻以後となる場合
、１台の減台以上の熱源余裕のある場合には、対象とな
る熱源２０の増減水量を調整の上ステップ８２１３で蓄
熱時間を再び算出する。そして、ステップ８１３０で以
上のようにして算出された蓄熱時間に基づいて第５図（
ｂ）の要領でスケジューリング計算を行ない、ステップ
Ｓ　１４０で現在台数との差異を計算し、ステップ５１
５０で発停出力増減を行ない、ステップ５１６０で出力
に伴う補機の連動等のシーケンス制御を行なう。

本実施例のような夜間蓄熱運転制御方法とすることによ
り、蓄熱槽１０の温度分布状況にかかわらず正確な運転
スケジュールを設定でき、蓄熱可能な限度一杯での効率
的な蓄熱を行なうことが可能となる。すなわち、蓄熱分
布が異常になって部分的な冷水塊ができた状況、および
熱源負荷系に系の変動および出力低下等が発生した状況
下等においても、その状況で蓄熱可能な限度内での最大
蓄熱を行なうことができる。これにより、蓄熱槽１０の
本来の効用である夜間電力の利用と昼間の熱源ピークカ
ット運転を効率的に行なうことが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、複数の単位水槽か
らなる蓄熱槽と、複数台の熱源および熱源とを備えたシ
ステムを、設定された運転スケジュールに基づいて運転
制御する際に、蓄熱基準温度から蓄熱完了温度の差を始
端槽となる単位水槽側から単位水槽毎に順次チェックし
て、始端槽となる単位水槽側から蓄熱完了していない単
位水槽までの蓄熱水量の総和から蓄熱可能水量を算出し
、この蓄熱可能水量、および現在の熱源水量と実測負荷
水量との差である蓄熱水量差から蓄熱時間を算出し、ま
たこの蓄熱時間が蓄熱完了時刻以後となる場合には現在
の熱源水量に追加する熱源の水量を加えて蓄熱時間を再
び算出し、上記で算出された蓄熱時間に基づいて運転ス
ケジュールを＝　１３− 決定するようにしたので、蓄熱槽の特性を把握してより
正確な運転スケジュールを設定でき、蓄熱槽の蓄熱を状
況に応じて極めて効率的に行なうことが可能な夜間蓄熱
運転制御方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による夜間蓄熱運転制御方法の一実施例
を示す流れ図、第２図は電力空調システムの構成例を示
す簡略図、第３図（ａ）〜（ｃ）は蓄熱槽内の温度分布
を示す図であり、第３図（ａ）は理想的な場合、第３図
（ｂ）は外乱により分布異常が発生した場合、第３図（
ｃ）は蓄熱可能量を示す図、第４図は従来の制御方法の
一実施例を示す流れ図、第５図（ａ）（ｂ）は熱源の台
数スケジューリングの手法を説明するための図であり、
第５図（ａ）は従来の手法、第５図（ｂ）は本発明によ
る手法を示す図である。 １０・・・蓄熱槽、２０・・・熱源（冷凍機）、３０・
・・空調機コイル、３１・・・二方弁、３２・・・２次
ポンプ、１、・・・・・・、ｎ・・・単位水槽、Ｔ１１
．・・・・・・、Ｔｌｎ。 ２３．２４，３４．３５・・・温度計、３３・・・流量
計。 第１図 負荷 第２図 第３図（ｂ） ＭＡＸ 第３図（Ｃ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の単位水槽を連結してなる蓄熱槽を有し、蓄熱時は
   この蓄熱槽の終端槽となる単位水槽から吸水し、熱源を
   通してから前記蓄熱槽の始端槽となる単位水槽へ吐出し
   、放熱時は前記蓄熱槽の始端槽となる単位水槽から導水
   し、負荷を通してから前記蓄熱槽の終端槽となる単位水
   槽へ帰還する複数台の負荷とを備えたシステムを、設定
   された運転スケジュールに基づいて運転制御する方法に
   おいて、蓄熱基準温度から蓄熱完了温度の差を始端槽と
   なる単位水槽側から単位水槽毎に順次チェックして、始
   端槽となる単位水槽側から蓄熱完了していない単位水槽
   までの蓄熱水量の総和から蓄熱可能水量を算出し、この
   蓄熱可能水量、および現在の熱源水量と実測負荷水量と
   の差である蓄熱水量差から蓄熱時間を算出し、またこの
   蓄熱時間が蓄熱完了時刻以後となる場合には前記現在の
   熱源水量に追加する熱源の水量を加えて蓄熱時間を再び
   算出し、前記算出された蓄熱時間に基づいて前記運転ス
   ケジュールを決定するようにしたことを特徴とする夜間
   蓄熱運転制御方法。