(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
建築物の空調設備に供給される冷熱媒体を冷却する吸収式冷凍機と、該吸収式冷凍機に供給される冷却水を冷却する冷却塔と、を備える熱源システムを最適に制御するための熱源システム制御方法において、
前記建築物のエネルギー消費量を最小にする前記冷却塔の冷却水入口温度の最適設定値と外気湿球温度との相関関係を一つの式で表現する近似式を用いて、前記建築物の設置場所において計測された外気湿球温度から該冷却水入口温度の最適設定値を算出し、該最適設定値に基づき該冷却水入口温度を制御する冷却水温度制御工程を含むことを特徴とする熱源システム制御方法。
前記近似式は、冷却水入口温度をTCT、外気湿球温度をTOWB、a及びbを定数とした場合に、TCT=a×TOWB+bで示される一次式であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱源システム制御方法。
建築物の空調設備に供給される冷熱媒体を冷却する吸収式冷凍機と、該吸収式冷凍機に供給される冷却水を冷却する冷却塔と、を備える熱源システムを最適に制御するための熱源システム制御装置において、
前記建築物のエネルギー消費量を最小にする前記冷却塔の冷却水入口温度の最適設定値と外気湿球温度との相関関係を一つの式で表現する近似式を用いて、前記建築物の設置場所において計測された外気湿球温度から該冷却水入口温度の最適設定値を算出し、該最適設定値に基づき該冷却水入口温度を制御する制御部を備えていることを特徴とする熱源システム制御装置。
前記近似式は、冷却水入口温度をTCT、外気湿球温度をTOWB、a及びbを定数とした場合に、TCT=a×TOWB+bで示される一次式であることを特徴とする請求項4又は5に記載の熱源システム制御装置。
【背景技術】
【0002】
事務所ビル等の建築物において、空調設備関連の熱源システムが占めるエネルギー消費量の割合が高くなってきており、省エネルギー対策は重要度を増している。そこで、従来、この種の建築物では、熱源システムを最適に制御するための技術が広く採用されている。
【0003】
従来のこの種の技術として、例えば、特許文献1には、多数のすべてのパラメータに対してリアルタイムで目的関数を最小、最大とするような最適化計算を行い、各パラメータの設定値を最適化する空調設備の制御方法等が記載されている。
【0004】
また、特許文献2には、多変量解析により高効率運転制御関数を作成し、リアルタイムに計算するパラメータを限定することにより、パラメータの最適値を求め、該最適値に基づき制御を行う熱源システム最適運転制御方法等が記載されている。
【0005】
また、特許文献3には、外気湿球温度と冷房負荷から冷却水温度と冷却水流量を制御するためのテーブルデータを作成し、外気湿球温度と冷房負荷に合わせて対応する冷却水温度と冷却水流量を設定値として制御する冷却水製造装置の制御方法等が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記した特許文献1の技術では、計算負荷が大きいため、計算速度が遅くなるという問題がある。また、目的関数を最小、最大とするような最適化計算による最適値の算出では、局所最適解となる場合があるため、制御の信頼性に欠けるという問題がある。
【0008】
また、上記した特許文献2の技術では、高効率運転制御関数を作成するために多変量解析する際に、パラメータの個数が不足したり、各変数の式が実際の熱源システムと乖離したりした場合には、高効率運転制御関数の精度が下がり、計算された結果が最適でない可能性が高くなるという問題がある。
【0009】
さらに、上記した特許文献1〜3の技術に共通する問題点として、制御に必要なパラメータや計測点が多く、制御システムが複雑化するといった点や、制御方法や制御関数が複雑なため、実際の熱源システムへの導入時に、新規および既存のシステム問わず、制御盤等の改造にコストと時間が掛かるといった点や、設備の改修時や想定した最適制御が行われていない場合、最適化計算や制御関数の修正が必要となるが、その修正についてもコストと時間が掛かるといった点などがある。
【0010】
本発明は、上記した各種課題を解決すべくなされたものであり、制御の簡素化を図ると共に大きなエネルギー削減効果を得ることのできる熱源システム制御方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記した目的を達成するため、本発明は、建築物の空調設備に供給される冷熱媒体を冷却する吸収式冷凍機と、該吸収式冷凍機に供給される冷却水を冷却する冷却塔と、を備える熱源システムを最適に制御するための熱源システム制御方法において、前記建築物のエネルギー消費量を最小にする前記冷却塔の冷却水入口温度の最適設定値と外気湿球温度との相関関係を単純化した近似式を用いて、前記建築物の設置場所において計測された外気湿球温度から該冷却水入口温度の最適設定値を算出し、該最適設定値に基づき該冷却水入口温度を制御する冷却水温度制御工程を含むことを特徴とする。
【0012】
この構成によれば、対象となる建築物のエネルギー消費量を最小にする冷却塔の冷却水入口温度の最適設定値と外気湿球温度との近似式を使用して該冷却水入口温度を制御しているため、大きなエネルギー削減効果を確実に得ることができる。
【0013】
また、本発明に係る熱源システム制御方法は、前記吸収式冷凍機の負荷に応じて冷却塔の冷却水流量を制御する冷却水流量制御工程をさらに含んでいてもよい。
【0014】
この構成によれば、さらに大きなエネルギー削減効果を得ることができる。
【0015】
また、本発明に係る熱源システム制御方法において、前記近似式は、冷却水入口温度をT
CT、外気湿球温度をT
OWB、a及びbを定数とした場合に、T
CT=a×T
OWB+bで示される一次式であることが好ましい。
【0016】
この構成によれば、計算負荷が小さく、計算速度を高めることができると共に、計測が必要となるパラメータ(外気湿球温度)を一つに削減することができるため、制御システムの簡素化を図ることができる。
【0017】
また、本発明は、建築物の空調設備に供給される冷熱媒体を冷却する吸収式冷凍機と、該吸収式冷凍機に供給される冷却水を冷却する冷却塔と、を備える熱源システムを最適に制御するための熱源システム制御装置において、前記建築物のエネルギー消費量を最小にする前記冷却塔の冷却水入口温度の最適設定値と外気湿球温度との相関関係を単純化した近似式を用いて、前記建築物の設置場所において計測された外気湿球温度から該冷却水入口温度の最適設定値を算出し、該最適設定値に基づき該冷却水入口温度を制御する制御部を備えていることを特徴とする。
【0018】
この構成によれば、対象となる建築物のエネルギー消費量を最小にする冷却塔の冷却水入口温度の最適設定値と外気湿球温度との近似式を使用して、該冷却水入口温度を制御しているため、大きなエネルギー削減効果を確実に得ることができる。
【0019】
また、本発明に係る熱源システム制御装置は、前記吸収式冷凍機の負荷に応じて冷却塔の冷却水流量を制御するように構成されていてもよい。
【0020】
この構成によれば、さらに大きなエネルギー削減効果を得ることができる。
【0021】
また、本発明に係る熱源システム制御装置において、前記近似式は、冷却水入口温度をT
CT、外気湿球温度をT
OWB、a及びbを定数とした場合に、T
CT=a×T
OWB+bで示される一次式であることが好ましい。
【0022】
この構成によれば、計算負荷が小さく、計算速度を高めることができると共に、計測が必要となるパラメータ(外気湿球温度)を一つに削減することができるため、制御システムの簡素化を図ることができる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、対象となる建築物のエネルギー消費量を最小にする冷却塔の冷却水入口温度の最適設定値と外気湿球温度との近似式を使用して該冷却水入口温度を制御しているため、大きなエネルギー削減効果を確実に得ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
【0026】
まず、
図1を参照して、本発明の実施の形態における熱源システム10について説明する。
【0027】
この熱源システム10は、建築物の空調設備(図示省略)に供給される冷水を冷却する吸収式冷凍機11と、吸収式冷凍機11に供給される冷却水を冷却する冷却塔12と、を備えている。
【0028】
吸収式冷凍機11と前記空調設備との間には冷水配管13が配設されている。冷水配管13には吸収式冷凍機11の冷水循環方向(
図1中の矢印参照)上流側近傍位置に冷水ポンプ14が設けられている。
【0029】
吸収式冷凍機11と冷却塔12との間には冷却水配管15が配設されている。冷却水配管15には吸収式冷凍機11の冷却水循環方向(
図1中の矢印参照)上流側近傍位置に冷却水ポンプ16が設けられている。また、冷却水配管15には冷却塔12を迂回するようにバイパス配管17が分岐して設けられ、バイパス配管17の冷却水配管15との合流箇所に三方電磁弁18が設けられている。
【0030】
冷却水配管15の途中には、冷却水流量センサF1、第1冷却水温度センサT1、および第2冷却水温度センサT2がそれぞれ配置されている。冷却水流量センサF1は、冷却水ポンプ16の冷却水循環方向上流側に配置され、冷却水配管15を流れる冷却水の流量を計測する。第1冷却水温度センサT1は、冷却塔12の冷却水循環方向下流側に配置され、冷却水配管15を流れる冷却水の温度を計測する。この第1冷却水温度センサT1の計測結果に基づき、冷却塔12のファンが制御される。第2冷却水温度センサT2は、三方電磁弁18の冷却水循環方向下流側に配置され、冷却水配管15を流れる冷却水の温度を計測する。この第2冷却水温度センサT2の計測結果に基づき、三方電磁弁18が切換え制御される。
【0031】
前記建築物の屋外には、外気温度や相対湿度等の外気条件を計測する外気センサPが配置され、外気センサPによる計測結果は制御部19に送信される。制御部19は、外気センサPの計測結果に基づき、冷却塔12の冷却水入口温度の設定値T
SPを制御する。
【0032】
次に、
図1に加えて
図2〜
図6を参照して、本発明の実施の形態に係る熱源システム10の制御方法について説明する。
【0033】
まず、前記建築物の設置場所における複数の外気条件と吸収式冷凍機11の複数の負荷条件とをそれぞれ組合せて入力された前提条件毎に熱源システム10のエネルギー消費量について冷房運転のみを対象としてシミュレーションを行う。
【0034】
本実施例では、表1に示すように、前記外気条件として、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃の6通りの外気温度、および、30%、45%、60%、75%、90%の5通りの相対湿度をそれぞれ使用すると共に、前記負荷条件として、10〜100%の間で10%毎10通りの負荷率をそれぞれ使用する。そして、これらの条件をそれぞれ組合せて入力された300通りの前記前提条件のそれぞれについて、冷却水温度制御や冷却水流量制御を行いながら、国土交通省の提供するLCEM(ライフサイクルエネルギーマネジメント)ツールを使用して、エネルギー消費量のシミュレーションを行う。
【0036】
この時、LCEM内のオブジェクトにおいて、吸収式冷凍機11として直焚吸収式冷温水機(二重効用)が選択され、該吸収式冷凍機11の仕様に合わせて、冷却塔12や冷水ポンプ14及び冷却水ポンプ16の各仕様が選定され、LCEM内のオブジェクトにそれらのデータがそれぞれ入力される。なお、本実施例において入力される、吸収式冷凍機11、冷却塔12、冷水ポンプ14、及び冷却水ポンプ16の詳細な仕様を表2に示すと共に前記選択した直焚吸収式冷温水機(二重効用)の冷却水入口温度(12℃、16℃、20℃、24℃、28℃、32℃)毎の性能曲線を
図2に示す。ここで、一次エネルギー換算係数は、9.76MJ/kWh(電力)、45MJ/m
3(ガス)とする。なお、本明細書中、エネルギー消費量には一次エネルギー換算値を用いる。
【0038】
次いで、LCEM内のオブジェクトに、冷却水入口温度の設定値を12〜32℃の間で2℃毎に変更した11通りの値(表3の最上段参照)をそれぞれ入力し、冷却塔12の冷却水入口温度が該設定値となるように、第1冷却水温度センサT1の計測結果により冷却塔12のファンを制御すると共に第2冷却水温度センサT1の計測結果により三方電磁弁17を切換え制御する(冷却水温度制御)。そして、このように冷却水温度制御を行いながら、熱源システム10全体のエネルギー消費量のシミュレーションを行い、比較、評価する。なお、この時、表3に示されているように、冷却水ポンプ16および冷水ポンプ14はそれぞれ定流量制御に設定され、冷却水流量の下限設定値は定格(100%)に設定され、吸収式冷凍機11の冷水出口温度は7℃に設定される。
【0040】
このシミュレーションの結果、吸収式冷凍機11の負荷率が60%以上の場合には、
図3(a)に示すように、冷却水入口温度が最も低い値で合計のエネルギー消費量が最小となり、また、吸収式冷凍機11の負荷率が50%以下の場合には、
図3(b)に示すように、冷却水入口温度が最も低い値ではないある値のときに合計のエネルギー消費量が最小となる。これにより、熱源システム10のエネルギー消費量を最小化する冷却塔12の冷却水入口温度の最適設定値T
CTと最も強い相関関係を有するパラメータとして外気湿球温度T
OWBが抽出される。そして、この外気湿球温度T
OWBと冷却水入口温度の最適設定値T
CTとの間には、
図4に示すような相関関係が存在し、冷却水入口温度の最適設定値T
CTは、次式で表わされる近似式により求められる。
【0041】
T
CT=0.747×T
OWB+10.874
【0042】
さらに、前記冷却水温度制御に加えて、表4に示すように、冷却水ポンプ16を変流量制御(INV制御)、冷却水流量の下限設定値を定格の50%、60%、70%、80%、100%に変更して冷却水流量制御をしながら、熱源システム10全体のエネルギー消費量のシミュレーションを行い、比較、評価する。
【0044】
このシミュレーションの結果、前記冷却水温度制御のみを行った場合と同様に、冷却水入口温度の最適設定値T
CTと外気湿球温度T
OWBとの間には、
図5に示すような相関関係が存在し、冷却水入口温度の最適設定値T
CTは、次の一次式で表される近似式により求められる。
【0045】
T
CT=0.742×T
OWB+10.766
【0046】
このように、前記冷却水温度制御のみを行った場合と、前記冷却水温度制御と前記冷却水流量制御を同時に行った場合のいずれの場合も、冷却水入口温度の最適設定値T
CTと外気湿球温度T
OWBとの間には、次式のような一次式の近似式によって単純化される相関関係が成立する。
【0047】
T
CT=a×T
OWB+b
ここで、aおよびbは定数である。
【0048】
そこで、前記近似式によって、冷却塔12の冷却水入口温度の最適設定値T
CTを決定し、該最適設定値T
CTに基づき冷却水入口温度を制御する。
【0049】
具体的には、
図1及び
図6に示すように、まず、制御部19は、外気センサPによる外気湿球温度の計測結果を受信する(
図6のS1参照)と、前記近似式を使用して、冷却水入口温度の最適設定値T
CTを演算する(
図6のS2参照)。
【0050】
その後、制御部19は、次のステップS3において、前記演算された冷却水入口温度の最適設定値T
CTが吸収式冷凍機11の運転可能な冷却水入口温度の下限値T
L以下であるかどうかを判断する。
【0051】
その結果、冷却水入口温度の最適設定値T
CTが吸収式冷凍機11の運転可能な冷却水入口温度の下限値T
L以下であると判断された場合には、ステップS4へ進み、制御部19は冷却水入口温度の下限値T
Lを冷却水入口温度T
SPに設定する。
【0052】
一方、前記ステップS3において、冷却水入口温度の最適設定値T
CTが吸収式冷凍機11の運転可能な冷却水入口温度の下限値T
L以下ではないと判断された場合には、ステップS5へ進み、制御部19は前記近似式により算出した冷却水入口温度の最適設定値T
CTを冷却水入口温度T
SPに設定する。
【0053】
そして、前記ステップS4又は前記ステップS5において設定された冷却水入口温度の設定値T
SPに基づき、冷却塔12の冷却水入口温度を制御する。
【0054】
上記した本発明の実施の形態によれば、エネルギー消費量を最小にする冷却水入口温度の最適設定値と外気湿球温度との近似式により冷却水入口温度を制御しているため、大きなエネルギー削減効果を確実に得ることができる。
【0055】
また、前記近似式が単純な一次式であるため、計算負荷が小さく、計算速度を高めることができる。さらに、一つのパラメータ(外気湿球温度)により冷却水入口温度を制御しており、計測が必要となるパラメータを最小限にすることができるため、制御システムの簡素化を図ることができる。また、既存のシステムにこの制御システムを導入する際に、制御盤等の改造が容易であり、システム導入作業の簡略化を図ることができる。さらに、一つのパラメータに対する一次式であるため、急激な冷却水入口温度の下限設定値の変更がなく、制御の安定性を図ることができる。
【0056】
また、前記近似式を求める際、想定され得る外気条件や負荷条件を網羅し、冷却水入口温度の設定値をいろいろと変化させてエネルギーシミュレーションを行っているため、該近似式の信頼性が高く、大域最適解付近での運転を実現することができる。
【0057】
また、前記近似式の定数であるa,bを任意に設定変更することにより、事前のシミュレーション結果と実際のシステムとの最適値との乖離を解消し、実際のシステムの最適値に近い運転を実現することができる。さらに、類似システムへの導入や、機器の更新、設備の劣化による機器の特性の変化にも簡単に対応することが可能である。
【0058】
なお、上記した本発明の実施の形態では、一実施例における特定の条件下でのシミュレーション結果に基づき、前記近似式を求めているが、表5に示すような(1)〜(10)の他の条件下におけるシミュレーション結果に基づいて、冷却水入口温度の最適設定値T
CTと外気湿球温度T
OWBとの間の近似式を求めても、以下のように一次式の近似式で表わすことができる。ここで、表5の冷却塔容量の欄において、「余裕なし」とは、吸収式冷凍機の定格仕様に等しい冷却塔を選定したことを示し、「余裕あり」とは、吸収式冷凍機の定格仕様より20〜40%程度大きい容量の冷却塔を選定したことを示す。また、
図7(a)は蒸気吸収式冷凍機(表5中の条件(1)参照)の冷却水入口温度(12℃、16℃、20℃、24℃、28℃、32℃)毎の性能曲線を示し、
図7(b)は直焚吸収式冷温水発生機1(表5中の条件(2)参照)の冷却水入口温度(12℃、16℃、20℃、24℃、28℃、32℃)毎の性能曲線を示し、
図7(c)は直焚吸収式冷温水発生機2(表5中の条件(3)〜(10)参照)の冷却水入口温度(12℃、16℃、20℃、24℃、28℃、32℃)毎の性能曲線を示す。
【0060】
・条件(1)の場合の近似式:T
CT=0.7459×T
OWB+10.516
・条件(2)の場合の近似式:T
CT=0.7522×T
OWB+10.783
・条件(3)の場合の近似式:T
CT=0.7463×T
OWB+10.608
・条件(4)の場合の近似式:T
CT=0.7455×T
OWB+10.666
・条件(5)の場合の近似式:T
CT=0.734×T
OWB+11.084
・条件(6)の場合の近似式:T
CT=0.7315×T
OWB+11.249
・条件(7)の場合の近似式:T
CT=0.7392×T
OWB+10.825
・条件(8)の場合の近似式:T
CT=0.7428×T
OWB+10.645
・条件(9)の場合の近似式:T
CT=0.7367×T
OWB+10.915
・条件(10)の場合の近似式:T
CT=0.7402×T
OWB+10.632
【0061】
なお、上記した各実施例では、前記近似式がすべて一次式で表わされているが、これは本発明における冷却水入口温度の最適設定値T
CTと外気湿球温度T
OWBとの間の近似式を一次式に限定する趣旨ではない。すなわち、冷却水入口温度の最適設定値T
CTと外気湿球温度T
OWBとの間の近似式は、一つの式で表現されれば、二次式、三次式、多項式等、一次式以外の式であってもよい。
【0062】
また、上記した本発明の実施の形態の説明は、本発明に係る熱源システム制御方法及びその装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。