JP2001182971A - 空調システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】蓄熱式空調システム、水熱源型空調システムの
搬送動力を軽減する。 【解決手段】検出器により蓄熱槽からの往水温度と空調
機から還水配管に戻される還水温度を検出し、また、流
量計の流量によって放熱量を演算し、目標の放熱量との
その還水温度差に応じて、インバータを用いた流量制御
手段により、循環ポンプの運転を行い、熱源システム蓄
熱槽から往水配管を介して空調機へ供給される往水量を
操作するし、放熱量を制御する。また、検出器により、
空調空間内の温度、空調空間への給気温度などの当該空
調システムの制御対象量を検出し、その検出値から必要
流量を演算して、インバータを用いた流量制御手段によ
り、循環ポンプの回転数を制御することにより循環流量
の操作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空調システム及びそ
の制御方法に関するものであり、詳しくは、システムの
冷水または温水の循環流量を最適になるように制御しつ
つ、空調システムの制御対象、例えば蓄熱槽からの放熱
量、室温、及び給気温度などの制御対象を一定に制御す
ることが可能な空調システム及びその制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、図３に示すような蓄熱空調システ
ムの放熱運転は、蓄熱槽からの放熱量を一定に制御する
ために、蓄熱槽から負荷側に冷水または温水を循環し、
負荷で放熱を行ってまた蓄熱槽へ戻すとき、三方弁によ
って負荷側に冷水または温水を再循環させて蓄熱槽へ戻
る流量及び、蓄熱槽から流出する流量を制御していた。
これによれば三方弁の開度によって放熱量を制御出来る
が、循環ポンプは常に一定の回転数で運転しており、放
熱量を低く抑えるときにも冷水または温水を一定の回転
数で循環させている。

【０００３】また、空調システムの温度制御としては、
特開平９−１６６３４６号公報の空調機、空調システム
及びその方法のようなものが提案されている。即ち検出
器により熱交換器出口から還水配管に戻される還水温度
を検出し、その還水温度に応じて、電磁弁のような流量
制御手段により、熱源システムから往水配管を介して熱
交換器へ供給される往水量を操作すると同時に、検出器
により、空調空間内の温度、空調空間への給気温度など
の当該空調システムの制御対象量を検出し、その検出値
に応じて、循環ポンプにより、還水の一部を熱交換器入
口に供給することにより熱交換器内に流れる冷温水の流
量調整を行って、温度調整を行っている。

【０００４】また、図４のように冷温水循環分岐配管の
終端に逃がし弁を設けて、空調負荷に循環水が流れない
場合は、この逃がし弁を通過させて圧力一定になるよう
に循環させる方法があるが、これによれば循環ポンプは
常に一定の回転数で運転して冷温水を循環させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】蓄熱空調システムの放
熱運転は、蓄熱槽からの放熱量を一定に制御するため
に、三方弁によって蓄熱槽から流出する冷水または温水
の流量を変化させて放熱量を一定に制御するようにして
いるが、これによれば循環ポンプは負荷の少ないときに
も一定の回転数で運転しており、循環ポンプの動力を無
駄に消費することになる。

【０００６】また、循環ポンプにより、還水の一部を熱
交換器入口に供給することにより熱交換器内に流れる冷
温水の温度調整を行う従来の技術においては、空調シス
テムの制御対象である室温、給気温度などの制御対象を
制御しつつ、還水温度を一定に制御することにより、搬
送動力を低減し、有効エネルギーの利用率向上ができ
る。しかし、この場合、空調機に新たに循環ポンプを設
ける必要があり、また、温度調整の際、循環ポンプを動
作して冷温水を循環させており、新たに搬送動力が発生
しており、省エネルギーの観点については考慮されてい
ない。

【０００７】よって、本発明の目的は無駄な循環ポンプ
の動作を無くし、エネルギー消費の少ない、新規の空調
システム及びその制御方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の観点によれば、蓄熱槽に蓄熱した熱
と熱交換を行って、往水配管により往水される冷水また
は温水を空調機により給気空気と熱交換して空調を行
い、還水配管により戻され、また蓄熱槽の熱と熱交換を
行う蓄熱熱源システムから往水配管により往水される冷
水または温水を熱交換器により給気空気と熱交換して還
水配管により熱源システムに還水する空調システムの制
御方法が提供される。

【０００９】この蓄熱空調システムの制御方法は、配管
内を流れる冷水または温水を循環させる循環ポンプと、
その循環ポンプの回転数を所望の速度に変速できる変速
手段と、蓄熱槽から放熱往水配管により往水される冷水
または温水の往水温度を検出する往水温度検出手段と、
負荷を通って、放熱還水配管により蓄熱槽に還水する冷
水または温水の還水温度を検出する還水温度検出手段
と、当該空調システムへの蓄熱槽からの流量を検出する
流量検出手段と、往水温度検出手段と還水温度検出手段
と流量検出手段の出力に基づき、前記循環ポンプの変速
手段を制御する循環流量制御手段を備え、往水温度検出
手段によって検出された往水温度と、還水温度検出手段
によって検出された還水温度との温度差と、予め設定さ
れた放熱量の目標値とから、蓄熱槽から流出させる冷水
または温水の目標流量を演算し、またその時の流量検出
手段によって検出された流量と、目標流量とを比較し、
目標値との差に応じて変速手段により循環ポンプの回転
数を制御することにより、蓄熱槽から流出させる冷水ま
たは温水の流量を変化させ、所望の放熱量に制御するこ
とを当該空調機の制御対象量を検出する制御対象量検出
手段によって制御対象量を検出し、その検出値に応じて
各々の空調機内を流れる冷温水の流量を制御する空調機
流量制御手段が制御され、システム全体の空調に必要な
冷温水の流量を、循環流量制御手段によって演算し、熱
源システムから往水配管を介して空調機へ供給される往
水流量を操作する。往水流量は演算された必要な冷水ま
たは温水の流量に応じて、循環ポンプの回転数を所望の
速度に変速できる変速手段により操作して、空調機へ供
給される必要流量に制御することを特徴としている。

【００１０】なお、この空調システムにより制御される
制御対象量は、空調空間内の温度、または空調空間への
給気温度であることが好ましい。

【００１１】また、本発明の第２の観点によれば、水対
空気熱交換器を内蔵した空調機を有し、熱源システムか
ら往水配管により往水される冷水または温水を前記水対
空気熱交換器により給気空気と熱交換して還水配管によ
り熱源システムに還水する空調システムが提供される。

【００１２】この空調システムは、請求項３に記載のよ
うに、当該空調機の制御対象量を検出する制御対象量検
出手段と、各々の空調機内を流れる冷水または温水の流
量を制御する空調機流量制御手段と、システム全体の空
調に必要な冷水または温水の流量を演算する循環流量制
御手段と、往水配管と前記空調機を結ぶ往水分岐管と、
還水配管と前記空調機とを結ぶ還水分岐管と、熱源シス
テムから往水配管により往水される冷水または温水の往
水温度を検出する往水温度検出手段と、空調機内の水対
空気熱交換器を通って、還水配管により熱源システムに
還水する冷水または温水の還水温度を検出する還水温度
検出手段と、当該空調システムの流量を検出する流量検
出手段と、前記往水配管及び還水配管内を流れる冷水ま
たは温水を循環させる循環ポンプと、その循環ポンプの
回転数を循環流量制御手段からの指令により、所望の速
度に変速できる変速手段とを備えたことを特徴としてい
る。

【００１３】なお、この空調システムにより制御される
制御対象量は、空調空間内の温度、または空調空間への
給気温度であることが好ましい。

【００１４】また、本発明の第３の観点によれば、蓄熱
槽に蓄熱した熱を熱交換器によって熱交換を行い、負荷
に熱を供給する蓄熱空調システム及び、蓄熱システムが
提供される。

【００１５】この蓄熱空調システム及び、蓄熱システム
は、請求項３に記載のように、配管内を流れる冷水また
は温水を循環させる循環ポンプと、その循環ポンプの回
転数を所望の速度に変速できる変速手段と、蓄熱槽から
往水配管により往水される冷水または温水の往水温度を
検出する往水温度検出手段と、負荷を通って、還水配管
により蓄熱槽に還水する冷水または温水の還水温度を検
出する還水温度検出手段と、当該空調システムの流量を
検出する流量検出手段と、前記往水温度検出手段により
検出された往水温度と還水温度検出手段により検出され
た還水温度との温度差と流量とから演算された蓄熱槽か
らの放熱量と、制御対象量の目標値との差に応じて、前
記循環ポンプの変速手段を駆動することにより、前記制
御対象量を目標値に制御する循環流量制御手段とを備え
たことを特徴としている。

【００１６】また、前記循環ポンプの変速手段は、循環
ポンプに取り付けられたインバータ装置であることを特
徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１と図２を参照して説明する。括弧内の符号は、
図２に対応するステップを表している。

【００１８】図１は、本発明による一実施例を示す空調
システムの概要図である。

【００１９】図２は、本発明による放熱量制御方法のフ
ローチャートである。

【００２０】図１に示す空調システムは、主に熱源シス
テム１と、循環ポンプ２と、往水配管５と、還水配管６
と、往水分岐管７と、還水分岐管８と、空調機９から構
成されており、熱源システム１には熱交換器２５と、熱
源機１２と、蓄熱槽１３と、蓄熱槽循環配管２６が設け
られている。

【００２１】また、蓄熱槽１３の出口配管には流量計１
９が設けられている。

【００２２】また、熱源システム１の蓄熱槽循環配管２
６上には、冷媒ポンプ２０と、蓄熱槽循環ポンプ１４
と、熱交換器２５の前後に往水温度検出手段１７と還水
温度検出手段１８がそれぞれ設けられている。

【００２３】また、循環ポンプ２と、蓄熱槽循環ポンプ
１４にはそれぞれ変速手段（インバ−タ）３と、変速手
段、１５を介して循環ポンプ用電源２３及び蓄熱槽循環
ポンプ用電源２４が接続されている。

【００２４】また、空調機９には制御対象量検出手段１
０が、空調機９と往水分岐管７との間には空調機流量制
御手段１１が設けられている。

【００２５】また、変速手段３及び１５には、循環流量
制御手段４と１６が接続されている。

【００２６】本発明の実施の形態によれば、還水配管６
を流れて熱交換器２５に入った冷水は、熱源システム１
の熱交換器２５で冷やされ、往水配管５を流れ、循環ポ
ンプ２によって往水分岐管７を通り、空調機９内をを通
って還水分岐管８を流れ、還水配管６に戻って循環し、
空調機９の冷房負荷に使われている。

【００２７】空調機９の場所では、制御対象量検出手段
１０が、制御対象量である空調空間の温度を検出し、そ
の検出値に応じて各々の空調機に取り付けられている空
調機流量制御手段１１が各々の空調機内を流れる冷水の
流量を制御している。

【００２８】また、このとき制御対象量検出手段１０に
よって制御された空調機流量制御手段１１の状態を循環
流量制御手段４が読み取り、システム全体の空調に必要
な冷水の流量を演算して循環ポンプ２の最適な回転数を
決定する。

【００２９】変速手段３であるインバータは、循環流量
制御手段４から指令を受け、演算されたシステム全体の
空調に必要な冷水の流量となるように循環ポンプ２の回
転数を制御する。

【００３０】これにより、空調負荷の少ないときにも、
逃がし弁で配管内の圧力を逃がして一定の回転数で循環
ポンプ２を運転することなく、循環ポンプ２は必要な空
調負荷の分だけ運転して、無駄な運転を省くことができ
る。

【００３１】また、次にまず、熱源システム１内の蓄熱
槽１３による放熱運転の制御方法について説明する。

【００３２】本発明の実施の形態によれば夜間、熱源機
１２を運転して、冷媒ポンプ２０により蓄熱槽１３に冷
水を循環させて冷熱を蓄熱し、昼間、蓄熱槽１３に蓄熱
された冷熱を蓄熱槽循環ポンプ１４を運転して熱交換器
２５に循環し、熱交換器２５で熱交換を行って二次側の
冷水循環系統に冷熱を与える放熱運転において、往水温
度検出手段１７によって検出された往水温度(S2)と、還
水温度検出手段１８によって検出された還水温度(S3)と
の温度差と、予め設定された放熱量の目標値(S1)とか
ら、蓄熱槽１３から流出させる冷水または温水の目標流
量を演算(S4)し、またその時の流量検出手段１９によっ
て検出された流量(S5)と、目標流量とを比較(S6)し、目
標値との差に応じて変速手段１５により蓄熱槽循環ポン
プ１４の回転数を制御することにより、蓄熱槽１３から
流出させる冷水または温水の流量を変化させ、所望の放
熱量に制御する熱交換器２５の入口と出口での温度を熱
交換器２５の入口にある往水温度検出手段１７と出口に
ある還水温度検出手段１８によって検出し、また、流量
計１９によって蓄熱槽１３からの流量を検出し、熱交換
器入口と出口の温度差と、流量から、蓄熱槽１３からの
放熱量を計算し、この制御対象量である放熱量を一定に
なるように循環流量制御手段１６が蓄熱槽循環ポンプ１
４の回転数を決定し、流量検出手段１９によって検出さ
れた流量(S5)がさきに演算された目標流量よりも大きい
ときは蓄熱槽循環ポンプ１４の回転数を下げ(S7)、ま
た、検出された流量が目標流量よりも小さいときは蓄熱
槽循環ポンプ１４の回転数を上げる(S8)ことにより、循
環流量を操作し、放熱量を目標値に制御することが出来
る。

【００３３】放熱量＝(還水温度−往水温度)×流量×比
重×比熱より 放熱必要流量＝目標放熱量／{(還水温度−往水温度)×
比重×比熱} となり、変速手段１５であるインバータは、上式から演
算された流量により循環流量制御手段１６から指令を受
け、予め設定された放熱量一定となるように蓄熱槽循環
ポンプ１４の回転数を制御する。

【００３４】これにより、空調負荷の少ないときにも、
三方弁で熱交換器からの戻り冷水を再度熱交換器に循環
させるよう一定の回転数で蓄熱槽循環ポンプ１４循環ポ
ンプ２を運転することなく、蓄熱槽循環ポンプ１４は必
要な空調負荷の分だけ運転して、無駄な運転を省くこと
ができるでき、さらに三方弁やバイパス配管を設置する
必要が無く、イニシャルコストの低減が図られる。

【００３５】また、制御対象量を放熱量ではなく、熱交
換器入口と出口の温度差にとれば、制御対象量である熱
交換器入口と出口の温度差を一定になるように循環流量
制御手段１６が蓄熱槽循環ポンプ１４の回転数を決定
し、変速手段１５であるインバータは、循環流量制御手
段１６から指令を受け、熱交換器入口と出口の温度差一
定となるように蓄熱槽循環ポンプ１４の回転数を制御す
る。

【００３６】これにより、往還水温度差の縮小は相対的
に送水量の増大につながるので搬送動力の浪費になる
が、本発明によれば、空調の負荷に応じて空調機等の熱
交換器に流れる冷温水の流量を調整して循環ポンプを駆
動するので、搬送動力が低減する。

【００３７】また、次に、水対空気熱交換器を内蔵した
空調機を有し、熱源システムから往水配管により往水さ
れる冷水または温水を前記水対空気熱交換器により給気
空気と熱交換して還水配管により熱源システムに還水す
る空調システムの制御方法について説明する。

【００３８】還水配管６を流れて熱交換器２５に入った
冷水は、熱源システム１の熱交換器２５で冷やされ、往
水配管５を流れ、循環ポンプ２によって往水分岐管７を
通り、空調機９内をを通って還水分岐管８を流れ、還水
配管６に戻って循環し、空調機９の冷房負荷に使われて
いる。

【００３９】空調機９の場所では、制御対象量検出手段
１０が、制御対象量である空調空間の温度を検出し、そ
の検出値に応じて各々の空調機９に取り付けられている
空調機流量制御手段１１が各々の空調機９内を流れる冷
水の流量を制御している。

【００４０】また、このとき制御対象量検出手段１０に
よって制御された空調機流量制御手段１１の状態を循環
流量制御手段４が読み取り、システム全体の空調に必要
な冷水の流量を演算して循環ポンプ２の最適な回転数を
決定する。

【００４１】循環ポンプ必要動力＝空調機流量制御手段
の弁開度(％)の総和÷空調機台数×空調機流量制御手段
の弁全開時の動力 変速手段３であるインバータは、循環流量制御手段４か
ら指令を受け、上式により演算されたシステム全体の空
調に必要な冷水の流量となるように循環ポンプ２の回転
数を制御する。

【００４２】これにより、空調負荷の少ないときにも、
逃がし弁で配管内の圧力を逃がして一定の回転数で循環
ポンプ２を運転することなく、循環ポンプ２は必要な空
調負荷の分だけ運転して、無駄な運転を省くことができ
る。

【００４３】本実施の形態では、夜間蓄熱による昼間の
冷房空調について例を挙げて説明したが、夜間の蓄熱
や、冷房空調運転に限らず、暖房運転等にも適用できる
ものであり、本発明の実施の形態はこの限りではない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蓄熱空調システムにおいて、空調負荷の少ないときに
も、三方弁で空調機等の負荷からの戻り冷水を再度負荷
に循環させるよう一定の回転数で蓄熱槽循環ポンプを運
転することなく、必要な空調負荷の分だけ運転して、無
駄な運転を省くことができ、さらに三方弁やバイパス配
管を設置する必要が無く、イニシャルコストの低減が図
られる。

【００４５】また、空調空間内の温度や空調空間への給
気温度などの制御対象量を目標値に制御するために各々
の空調機流量制御手段の信号を受けて、システム全体に
必要な冷温水の循環流量を演算し、循環ポンプの回転数
を変速手段により操作して制御することにより、必要な
空調負荷の分だけ循環ポンプを運転して、無駄な運転を
省くことができる。制御することにより、次のような優
れた効果を奏することができる。

【００４６】空調負荷の少ないときにも、三方弁で熱交
換器からの戻り冷水を再度熱交換器に循環させるよう一
定の回転数で循環ポンプ２を運転することなく、蓄熱槽
循環ポンプ１４は必要な空調負荷の分だけ運転して、無
駄な運転を省くことができる。

【００４７】往還水温度差の縮小は相対的に送水量の増
大につながるので搬送動力の浪費になるが、本発明によ
れば、空調の負荷に応じて空調機等の熱交換器に流れる
冷温水の流量を調整して循環ポンプを駆動するので、搬
送動力が低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空調システムの概念図である。

【図２】本発明に係る発明の実施の形態のフローチャー
トである。

【図３】従来の蓄熱空調システムの概念図である。

【図４】従来の蓄熱空調システムの概念図である。

【符号の説明】

１…熱源システム、２…循環ポンプ、３…変速手段、４
…循環流量制御手段、５…往水配管、６…還水配管、７
…往水分岐管、８…還水分岐管、９…空調機、１０…制
御対象量検出手段、１１…空調機流量制御手段、１２…
熱源機、１３…蓄熱槽、１４…蓄熱槽循環ポンプ、１５
…変速手段、１６…循環流量制御手段、１７…往水温度
検出手段、１８…還水温度検出手段、１９…流量計、２
０…冷媒ポンプ、２１…放熱往水配管、２２…放熱還水
配管、２３…循環ポンプ用電源、２４…蓄熱槽循環ポン
プ用電源、２５…熱交換器、２６…蓄熱槽循環配管、２
７…逃がし弁、２８…三方弁、Ｓ１〜Ｓ８…処理ステッ
プ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱槽に蓄熱した熱と熱交換を行って、
   往水配管により往水される冷水または温水を空調機によ
   り給気空気と熱交換して空調を行い、還水配管により戻
   され、また蓄熱槽の熱と熱交換を行う蓄熱空調システム
   において、 配管内を流れる冷水または温水を循環させる循環ポンプ
   と、その循環ポンプの回転数を所望の速度に変速できる
   変速手段と、 蓄熱槽から蓄熱放熱往水配管により往水される冷水また
   は温水の往水温度を検出する往水温度検出手段と、負荷
   を通って、蓄熱放熱還水配管により蓄熱槽に還水する冷
   水または温水の還水温度を検出する還水温度検出手段
   と、 当該空調システムへの蓄熱槽からの流量を検出する流量
   検出手段と、 往水温度検出手段と還水温度検出手段と流量検出手段の
   出力に基づき、前記循環ポンプの変速手段を制御する循
   環流量制御手段を備え、 往水温度検出手段によって検出された往水温度と、還水
   温度検出手段によって検出された還水温度との温度差
   と、予め設定された放熱量の目標値とから、蓄熱槽から
   流出させる冷水または温水の目標流量を演算し、またそ
   の時の流量検出手段によって検出された流量と、目標流
   量とを比較し、目標値との差に応じて変速手段により循
   環ポンプの回転数を制御することにより、蓄熱槽から流
   出させる冷水または温水の流量を変化させ、所望の放熱
   量に制御することを特徴とする蓄熱空調システムの制御
   方法。
2. 【請求項２】 蓄熱槽に蓄熱した熱と熱交換を行って、
   往水配管により往水される冷水または温水を空調機によ
   り給気空気と熱交換して空調を行い、還水配管により戻
   され、また蓄熱槽の熱と熱交換を行う蓄熱空調システム
   や、 蓄熱槽に蓄熱しないで熱源機から往水配管により往水さ
   れ、空調機で吸気空気と熱交換を行って空調を行い、還
   水配管により熱源機へ戻るような空調システムにおい
   て、 各空調空間内に設置された各々の空調機が水対空気熱交
   換器を内蔵し、 また、当該空調システムの制御対象量である空調空間内
   の温度を検出する制御対象量検出手段と、各々の空調機
   内を流れる冷水または温水の流量を制御する空調機流量
   制御手段と、システム全体の空調に必要な冷水または温
   水の流量を演算してポンプの回転数を変速させる変速手
   段と、その変速手段を制御する循環流量制御手段とを有
   し、その制御対象量検出手段によって検出した検出値に
   応じて空調機内へ流れる冷水または温水の循環流量を操
   作して、制御対象量を目標値に制御することを特徴とす
   る、空調システムの制御方法。
3. 【請求項３】 前記制御対象量が、空調空間への給気温
   度であることを特徴とする、請求項１に記載の空調シス
   テムの制御方法。