JP2003207190A

JP2003207190A - 空調システム

Info

Publication number: JP2003207190A
Application number: JP2002007174A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Kinoshita; 雅史木下; Takumi Sugiura; 匠杉浦
Original assignee: Hitachi Plant Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ポンプの動力を減少させることができ、且つ、
制御が簡単で、低コストの空調システムを提供する。【解決手段】本発明に係る空調システム２０は、複数の
熱交換器２２、２２に熱媒体を供給する二次側ポンプ２
４と、熱交換器２２を流れる熱媒体の流量を制御する自
動二方弁３８、３８と、自動二方弁３８の開度に基づい
て二次側ポンプ２４の吐出圧力を制御する制御装置４０
とを備えている。制御装置４０は、開度の最も大きい自
動二方弁３８の開度が８０％以上９０％未満になるよう
に、二次側ポンプ２４を制御する。

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に係
り、特に複数の被空調系統を備えた空調システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複数の被空調系統を備えた空調システム
は、一般に、熱源によって熱媒体をまとめて温度調節
し、これを分流させて各被空調系統の熱交換器に循環さ
せている。例えば、図３に示す空調システムは、二つの
被空調系統を備え、各被空調系統に、エアハンドリング
ユニット（ＡＨＵ）と呼ばれる熱交換器１が設けられて
いる。各熱交換器１は、配管を介して二次側ポンプ２に
接続されており、この二次側ポンプ２を駆動することに
よってタンク３内の熱媒体が分流されて各熱交換器１に
供給される。各熱交換器１に熱媒体が供給されることに
より、各熱交換器１から被空調室に吹き出される空調エ
アの温度が調節される。なお、各熱交換器１に供給され
た熱媒体はタンク４に一旦、貯留された後、一次側ポン
プ５によって冷凍機（熱源）６に供給され、この冷凍機
６で冷却されてタンク３に再び貯留される。

【０００３】二次側ポンプ２は、通常、吐出圧力一定制
御方式で制御されている。すなわち、二次側ポンプ２の
吐出口側に圧力センサ７を設置し、この圧力センサ７の
検出値が一定になるように制御装置８がインバータ９を
制御して、二次側ポンプ２の回転数を調節している。こ
の場合、各熱交換器１から吹き出される空調エアの温度
は、熱交換器１の出口側に配設された自動二方弁１０の
開度をコントローラ１１で調節することによって行われ
る。

【０００４】図４は、吐出圧力一定制御方式における運
転状況を示す図である。同図において、運転点１は、二
次側ポンプ２の吐出圧力がＰ１、システム全体の要求水
量がＱ１である。この運転点１から運転点２に、すなわ
ち、要求水量Ｑ１からＱ２に変化すると、自動二方弁１
０の開度が変化するため、配管全体の抵抗は、抵抗曲線
１から抵抗曲線２に変化する。これにより、曲線の傾き
が増加するが、二次側ポンプ２の吐出圧力が一定値Ｐ１
となるようにインバータ９によって回転制御されるの
で、二次側ポンプ２の軸動力は、Ｌ１からＬ２に減少
し、二次側ポンプ２の消費エネルギーが低下する。

【０００５】二次側ポンプ２の消費エネルギーをさらに
低下させるものとして、ＶＷＶ（変水量）ユニットを用
いた空調システムがある。この空調システムは、図５に
示すように、各熱交換器１の出口側にＶＷＶユニット１
２が配設されている。ＶＷＶユニット１２は、自動二方
弁と水量計測器が一体となったものであり、熱交換器１
から吹き出される空調エアの温度が設定温度となる水量
を制御装置１３で計算し、これに基づいてＶＷＶユニッ
ト１２の自動二方弁を制御する。このＶＷＶユニット１
２は、水量制御を行う過程で、自動二方弁１０が全開に
なった時や通過水量が不足した時に、これらを示す状態
信号が出力される。この状態信号を用いることによっ
て、少なくとも一台のＶＷＶユニット１２の自動二方弁
の開度が最大で、且つ、要求水量を満たすように、二次
ポンプ２が制御される。

【０００６】ＶＷＶユニット１２を用いた場合、図４に
おいて、運転点１の状態が変化し、吐出量がＱ１からＱ
２に減少したとする。この場合、少なくとも一台のＶＷ
Ｖユニット１２の自動二方弁の開度が最大となっている
ため、配管の抵抗は抵抗曲線１の上を変化し、運転点３
となる。このため、二次側ポンプ２の吐出圧力はＰ１か
らＰ２に変化し、ポンプ動力は、Ｌ１からＬ３に大きく
減少する。

【０００７】このように、ＶＷＶユニット１２を用いた
空調システムは、吐出圧力一定制御方式と比較すると、
要求水量の減少に応じて二次側ポンプ２の吐出圧力も大
きく減少するため、二次側ポンプ２の動力を低下させる
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＶＷＶ
ユニット１２を用いた空調システムは、高価なＶＷＶユ
ニット１２を熱交換器１の数だけ使用するので、コスト
が高いという問題があった。また、流量計測や要求水量
の算出を行うので、制御が複雑になるという問題があっ
た。

【０００９】これに対し、吐出圧力一定制御方式を採用
した空調システムは、制御が簡単であるが、二次側ポン
プ２のエネルギー効率が悪いという欠点があった。すな
わち、負荷最大時に全ての熱交換器１に送水することを
想定して二次側ポンプ２の吐出圧力を設定しているた
め、負荷の減少時には二次側ポンプ２の吐出圧力が過剰
になり、二次側ポンプ２の動力が無駄になるという問題
があった。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑みて成された
もので、ポンプの動力を減少させることができ、且つ、
制御が簡単で、低コストの空調システムを提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、熱源で温度が調節された熱媒体を、複数の
熱交換器に分流して送液し、該熱交換器によってエアを
温度調節して被空調室に送風する空調システムにおい
て、前記熱媒体を前記複数の熱交換器に送液するポンプ
と、前記熱交換器に送液される熱媒体の流量を、前記熱
交換器ごとに調節する複数の制御弁と、該複数の制御弁
の開度のうち最も大きい開度が所定の範囲より大きい場
合に前記ポンプの出力を増加し、前記最も大きい開度が
前記所定の範囲より小さい場合に前記ポンプの出力を減
少することにより、前記最も大きい開度が前記所定の範
囲内に収まるように制御する制御手段と、を備えたこと
を特徴としている。

【００１２】本願発明の発明者は、複数の制御弁のう
ち、最も開度の大きい制御弁を制御することによって、
エネルギー効率と制御性の両方を向上させることができ
るとの知見を得た。すなわち、最も大きい制御弁の開度
を所定の範囲、例えば８０〜９０％の範囲に制御するこ
とによって、ポンプは適切な吐出圧力になり、ポンプを
小さな動力で稼働しつつ、制御弁の応答性を向上させる
ことができることを見いだした。本発明は、このような
知見に基づいて成されたもので、最も大きい制御弁の開
度を所定の範囲内に制御して、ポンプを適性な吐出圧力
に制御するものである。すなわち、最も大きい開度が所
定の範囲よりも大きい場合は、ポンプの吐出圧力が不足
していると判断できるので、ポンプの出力を増加させ、
吐出圧力を増加させる。また、最も大きい開度が所定の
範囲よりも小さい場合は、ポンプの吐出圧力が過剰であ
ると判断されるので、ポンプの出力を減少させ、吐出圧
力を低下させる。このようにして、ポンプの吐出圧力を
常に適性な範囲に制御することによって、エネルギー効
率と制御弁の応答性の両方を向上させることができる。

【００１３】また、本発明によれば、高価なＶＷＶユニ
ットを使用せずに、安価な自動二方弁を用いることがで
きるので、コストを削減することができる。また、ＶＷ
Ｖユニットを用いた場合と異なり、流量計測機構や要求
水量算出手段が不要なので、制御システムを簡略化する
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る空調システムの好ましい実施の形態について詳説す
る。

【００１５】図１は本発明に係る空調システムを示す計
装図である。

【００１６】同図に示す空調システム２０は、二つの空
調系統を有しており、各空調系統に熱交換器２２が設け
られている。熱交換器２２としては、例えば、エアハン
ドリングユニット（ＡＨＵ）やファンコイルユニット
（ＦＣＵ）など、様々なものが使用される。なお、空調
系統の数は、二つに限定されるものではなく、三つ以上
であってもよい。

【００１７】各熱交換器２２は、配管を介して二次側ポ
ンプ２４に接続されている。この二次側ポンプ２４を駆
動すると、タンク２６に貯留された熱媒体が各熱交換器
２２に、分流された状態で供給される。この熱媒体は、
冷凍機２８によって所定の温度に冷却されており、熱交
換器２２に供給されることによって空調エアと熱交換し
て空調エアが冷却される。これにより、冷却された空調
エアが熱交換器２２から被空調室に吹き出され、被空調
室が冷房される。

【００１８】一方、熱交換器２２を通過した熱媒体は、
配管を介してタンク３０に貯留される。タンク３０に貯
留された熱媒体は、一次側ポンプ３２を駆動することに
よって冷凍機２８に送液され、この冷凍機２８で冷却さ
れてタンク２６に再び貯留される。なお、タンク２６と
タンク３０は、ゲートバルブ３４が配設された配管３６
を介して接続されている。

【００１９】ところで、熱交換器２２の出口側には、自
動二方弁３８が配設されており、この自動二方弁３８に
よって、各熱交換器２２を通過する熱媒体の流量が調節
される。各自動二方弁３８はそれぞれ制御装置４０に接
続されており、この制御装置４０から開度要求信号が送
信されることによって開度が調節される。制御装置４０
は、二次側ポンプ２４にインバータ４２を介して接続さ
れており、インバータ４２を制御することによって二次
側ポンプ２４の吐出圧が調節される。その際、制御装置
４０は、自動二方弁３８に送信される開度要求信号と、
被空調室に設けられた温度センサ（不図示）から送信さ
れる温度情報信号に基づいて、二次側ポンプ２４の吐出
圧を制御する。具体的には、自動二方弁３８、３８のう
ち、少なくとも一台の自動二方弁３８への要求開度信号
が全開に近い状態で、温度センサの検出値が設定温度の
許容範囲内に収まるように、二次側ポンプ２４を制御し
ている。以下、この制御ロジックについて図２に従って
詳説する。同図に示す制御ロジックは、自動二方弁３
８、３８のなかで、要求開度信号が最も大きい系を「そ
の時のシステム運転状態において抵抗が最大となる系」
であると判断し、この系について制御を行っている。

【００２０】まず、自動二方弁３８へ送られる要求開度
信号が８０％であるかを判断する（ステップＳ１）。そ
して、要求開度信号が８０％以上である場合には、その
要求開度信号が９０％以上であるかを判断する（ステッ
プＳ２）。さらに、要求開度信号が８０％未満の場合
と、９０％以上の場合には、被空調室の温度が設定温度
の許容範囲に収まっているかどうかを判断する（ステッ
プＳ３）。これにより、五つのケースに分けられ、各ケ
ースごとに制御が行われる。すなわち、要求開度信号が
９０％以上で、温度が許容範囲の上限以上であるケース
１と、要求開度信号が９０％以上で、温度が許容範囲の
上限未満であるケース２と、要求開度信号が８０％以上
９０％未満であるケース３と、要求開度信号が８０％未
満で、温度が許容範囲の下限より大きいケース４と、要
求開度信号が８０％未満で、温度が許容範囲の下限以下
であるケース５とに分けられて、二次側ポンプ２４の吐
出圧力制御が行われる。

【００２１】まず、ケース３について説明する。このケ
ース３では、要求開度信号が８０％以上９０％未満にな
っている。一般に自動二方弁３８は、その開度が小さい
ほどエネルギー効率が悪くなり、その開度が大きいほど
応答性が悪くなるが、このような範囲に開度を調節する
ことによって、高いエネルギー効率と、迅速な応答性の
両方を得ることができる。したがって、ケース３は、自
動二方弁３８の開度が適性範囲にあるので、二次側ポン
プ２４が適性な吐出圧力であると判断され、二次側ポン
プ２４の出力が固定される。なお、自動二方弁３８の適
性な開度の判断基準は、弁の種類や大きさによって変化
するので、８０％以上９０％未満に限定されるものでは
ない。具体的には、自動二方弁３８の開度と流量、抵抗
の関係に応じて、消費エネルギー削減効果と自動二方弁
の制御性（応答性）を考慮して決定すればよい。

【００２２】ケース２とケース４は、要求開度信号が適
性範囲（８０％以上９０％未満）から外れるが、温度が
許容範囲に収まっている状態である。このような場合、
二次側ポンプ２４の吐出圧力を変化させる必要はないと
判断される。したがって、二次側ポンプ２４の出力は固
定される。なお、温度の許容範囲は、本システムを適用
する対象によって変化し、例えば、２３℃±１℃と設定
される。

【００２３】ケース１とケース５は、要求開度信号が適
性範囲から外れるとともに、温度が許容範囲から外れて
いる。このような場合、二次側ポンプ２４の吐出圧力を
変化させ、温度を調節する必要がある。例えば、ケース
１では、温度が上限を超えているので、二次側ポンプ２
４の吐出圧力が不足していると判断され、二次側ポンプ
２４の出力を増加するように制御される。また、ケース
５では、温度が下限を下まわっているので、二次側ポン
プ２４の吐出圧力が過剰になっていると判断され、二次
側ポンプ２４の出力を減少させるように制御される。

【００２４】上記の如く制御を行うと、流量計測機構や
要求水量算出手段がなくても、自動二方弁３８の少なく
とも一方の開度を全開に近い状態で制御することができ
る。すなわち、ＶＷＶユニットを使用しなくても、ＶＷ
Ｖユニットを用いた場合と同じような制御を簡単に行う
ことができ、二次側ポンプ２４の動力を減少させること
ができる。また、高価なＶＷＶユニットを使用せず、安
価な自動二方弁３８を使用しているので、コストを大幅
に削減することができる。

【００２５】また、本実施の形態の空調システム２０
は、自動二方弁３８の開度を全開にせずに、所定の範囲
（８０％以上９０％未満）に制御しているので、応答性
が良く、制御性に優れている。

【００２６】さらに、本実施の形態の空調システム２０
は、図３に示した従来の空調システムに対して、図２の
制御ロジックが書き込まれたポンプコントローラを取り
付ければ良いので、システムの改良を簡単に行うことが
できる。

【００２７】なお、上述した空調システム２０は冷房用
であるが、冷凍機２８の代わりに加熱源を設けて暖房用
の空調システムとしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る空調
システムによれば、複数の制御弁のうちの少なくとも一
つの開度が所定の範囲内に収まるようにポンプを制御す
るので、コストを削減しつつ、エネルギー効率を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空調システムを示す計装図

【図２】制御ロジックを示すフロー図

【図３】従来の空調システムを示す模式図

【図４】図３の運転状態を説明する説明図

【図５】従来の空調システムを示す模式図

【符号の説明】

２０…空調システム、２２…熱交換器、２４…二次側ポ
ンプ、２６…タンク、２８…冷凍機、３０…タンク、３
２…一次側ポンプ、３４…ゲートバルブ、３６…配管、
３８…自動二方弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱源で温度が調節された熱媒体を、複数の
熱交換器に分流して送液し、該熱交換器によってエアを
温度調節して被空調室に送風する空調システムにおい
て、前記熱媒体を前記複数の熱交換器に送液するポンプと、前記熱交換器に送液される熱媒体の流量を、前記熱交換
器ごとに調節する複数の制御弁と、該複数の制御弁の開度のうち最も大きい開度が所定の範
囲より大きい場合に前記ポンプの出力を増加し、前記最
も大きい開度が前記所定の範囲より小さい場合に前記ポ
ンプの出力を減少することにより、前記最も大きい開度
が前記所定の範囲内に収まるように制御する制御手段
と、を備えたことを特徴とする空調システム。
【請求項２】前記所定の範囲は、前記制御弁の開度が８
０％以上９０％未満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。
【請求項３】前記制御装置は、前記制御弁への要求開度
信号に基づいて制御を行うことを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の空調システム。