JPS6338855A - 蓄熱槽の温度制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、冷暖房における蓄熱槽の温度側ｊｌ１１方
法に関し、特に深夜電力利用システムの改善を行うもの
である。

〔従来の技術〕

深夜電力を利用して、暖房用温水や冷房用冷水を予め蓄
熱槽に貯えておくようにした冷暖房における水蓄熱シス
テムは、電力需要のピークの平均化を図る見地から大い
に推奨され、今後益々普及していく傾向にある。

もっとも現時点では、この蓄熱システムは、大規模ビル
ディング用か或いは反対に小規模な簡易型の両極端に分
かれており、今後量も普及することが予想される延べ床
面積３０００−１００００ｍの中規模ビルディングに対
応できるものがない。それは、従来の大規模ビルディン
グ用の水蓄熱システムではコストが掛かりすぎ、一方簡
易型水蓄熱システムでは温度制′４１１の精度がかなり
悪く、管理に手間がかかるためである。

そこで、中規模ビルディングを対象とした汎用性のある
水蓄熱システム、特にその蓄熱槽の温度制御方法の開発
が強く望まれていた。

ところで、従来の水蓄熱システムにおける最も一般的な
温度制御方法には次ぎのようなものがある。

それは、まず水蓄熱システムを制御する蓄熱量制御手段
に各月毎に蓄熱目標温度を入力し記憶させておく。

一方、毎日の深夜電力時間帯の始めに、蓄熱槽熱源の最
適な起動時刻を算出する。その時刻は、深夜電力時間帯
の終了時における蓄熱行内平均温度がその月の蓄熱目標
温度と一致するように、学習機能によって過去の空調負
荷の実績を参照しつつ算出される。

そして、深夜電力時間帯中に、その熱源最適起動時刻に
なると蓄熱槽熱源を起動させ、深夜電力時間帯の終わり
には蓄熱槽水温が前記目標温度になるように制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の一般的な蓄熱槽の温度
制御方法にあっては、制御上置も重要な要素である蓄熱
目標温度を、管理者がさしたる根拠もなしに適当に定め
て入力するものとなっていたので、次ぎのような問題点
があった。

（イ）口々の負荷変動に即応したきめ細かい制御ができ
ず、制御１１精度が悪い。

（ロ）日中の無駄運転が生じ易い。すなわち、通常、安
全性を考えてその月のピークの負荷に合わせて目標温度
を決定するから、そのピーク以外の日にあっては冷し過
ぎ或いは温め過ぎの傾向となり、無駄な運転がなされて
熱損失を生じる。

（ハ）さりとて、蓄熱目標温度の設定を、日毎に、人の
手でいちいちきめ細かく行うのでは管理に手間が掛りす
ぎる。

そこでこの発明の目的は、日々の蓄熱目標温度を、過去
の実績データをもとに得られる関係式から自動的に決定
するとともに、深夜電力を有効に利用して、前夜のうち
にぞの目標温度に自動制御する蓄熱槽の温度側？Ｉ［１
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〕

この発明の蓄熱槽の温度制御方法は、１日の空調終了時
に当日の空調負荷量を算出し、次いでその当日空調負荷
量と記憶させてある過去の実績空調負荷量とから、翌日
の空調負荷ＩＬを推定した後、この翌日空調負荷量りと
予め設定したピーク空調負荷量Ｌｍとから負荷率ｘ＝Ｌ
／　Ｌ　ｍを算出して、該負荷率Ｘと空調機コイルへの
必要送水温度ｙとの関係式ｙ＝ｆ（ｘ）＋Ｃ（Ｃは定数
）に基づき、翌日の必要送水温度ｙを算出し、該必要送
水温度ｙを目標蓄熱温度として、深夜電力を利用し蓄熱
槽熱源系統の運転を制御する。

（作用］ １０の空調実施中に求めた当日の空調負荷量と、記憶さ
れた過去の実績空調負荷とから、翌日の空調負荷量を予
測し、その予測値と予め求めた冷暖房の年間ピーク負荷
量とから負荷率を算出する。そして、この負荷率と空、
Ｊ［コイルへの必要送水温度との関数式に基づいて翌日
の必要送水温度を演算し、その演算結果に基づき深夜電
力時間帯の蓄熱槽熱源の作動を制御し、該深夜電力時間
帯の終了時には蓄熱水温を必要送水温度にしておく。

かくして、深夜電力を利用して蓄熱槽内の水を所要温度
まで加熱または冷却するに際し、手間を要せず、しかも
熱損失を極力抑え、高精度で目標温度に制御することが
可能である。

〔実施例〕

第１図はこの発明を適用し得る空調装置を示す概略構成
図である。

図中、１は所定量の水が充填されている蓄熱槽であって
、連通孔２ａ、２ｂを存する多数の隔壁２で複数の区画
に仕切られ、各区画には温度センサＴ、、Ｔ２　・・・
Ｔ、ｌが配設しである。

蓄熱サイクルでは、その水を、蓄熱槽１の熱源３を通し
てポンプ４で循環させる。そして、電力によって駆動さ
れる冷却装置、加熱装置等で構成される蓄熱槽熱源３の
冷媒又は熱媒と熱交換することにより、槽内の水が冷却
又は加熱される。

ポンプ４の吸い込み側にミキシングバルブとしての三方
弁５があり、蓄熱槽Ｉ内の最も下流の区画と最も上流の
区画とから吸い込んだ水が、この三方弁５で、制御され
た比率に混合されて熱源３へ送られる。その循環管路６
に温度センサＴ　Ａ　、　Ｔ　ｌｌが設けられている。

放熱サイクルは従来と同様であり、上記の冷却又は加熱
された蓄熱槽１内の水を、配管８を介して、ビルディン
グ内の各室に配置された空調コイル１０にポンプ９で循
環供給する。なお配管８内は圧力を一定にするように、
逃がし弁７で調節している。これにより、空調コイルＩ
Ｏを介して空気と熱交換され、室内には冷風又は温風が
吹き出されて冷房又は暖房が行われる。

すなわち、各空調コイル１０の入口側には、被空調室内
温度を検知する温度センサＴｈと、これに連動して開閉
する電磁弁１１が配設されている。そして各室内に配置
された温度センサＴｈの検出信号に基づき、室内温度が
設定温度になるように、電磁弁１１を制御している。

空調終了時刻になると、送水ポンプ９が停止されて、各
空調コイル１０に対する蓄熱槽ｌからの送水を停止し、
当日の空調が終了する。

なお、給水配管８には、蓄熱槽１から送出する温水又は
冷水の温度を検出する温度センサＴｃと、蓄熱槽１へ戻
る温水又は冷水の温度を検出する温度センサＴ、と、流
量計りが配設されている。

この空調装置における蓄熱槽１への蓄熱は、深夜電力を
有効利用してなされる。すなわち、マイクロコンピュー
タからなるコントローラ１２からの制御信号により、深
夜電力時間帯において熱源３．ポンプ４．三方弁５の駆
動を制御することで、蓄熱槽１の水温を後述する所定の
温度に冷却又は加熱するものである。

このコントローラ１２は、インタフェース回路１３、演
算処理装置１４及び記憶装置１５を少なくとも備えてい
る。インタフェース回路１３の入力端には各温度センサ
Ｔ１〜Ｔ、及びＴ。

〜ＴＤの温度検出信号及び流量計りの流量積算検出信号
が供給されるとともに、設定器１６で設定する空調開始
時刻及び終了時刻の設定信号が入力され、−力出力側か
らは、熱源３．ポンプ４．三方弁５の駆動をそれぞれ制
御する制御信号が出力される。

演算処理装置１４は、所定の処理プログラムに従い、設
定器１６で設定された範囲に応じて演算処理を実行する
。すなわち、設定器１６で設定する空調開始時刻から終
了時刻までの空調時間帯で、当日の空調負荷量を（本実
施例では各時刻毎に）算出すると共に、その算出結果に
基づいて、空調終了時刻以降の深夜電力時間帯内で蓄熱
サイクルを制？２ｆｆ　Ｌ、蓄熱槽ｌ内の水温を必要送
水温度となるように制御する。

記憶装置１５は、前記演算処理装置１４の処理に必要な
処理プログラムとして、第２図に示す当日の空調負荷算
出用のタイマ割り込み処理プログラムと第３図に示す蓄
熱サイクル制御用のメインプログラムを記憶していると
共に、演算処理装置１４による処理過程での演算結果を
当日の各時刻及び過去（例えば前日分）の各時刻につき
記憶する。

更にまた、被空調建物の構造・材質やその地域の気象条
件等に基づき、年間を通しての単位時間当たり最大空調
負荷量をピーク空調負荷量Ｌｍとして、空調システムの
設計時に求めたものが、予め記憶装置１５内の所定領域
に記憶させてある。

次に、上記演算処理装置１４の処理手順を示す第２図及
び第３図のフローチャートに従って、この発明による蓄
熱槽温度制御方法を説明する。

演算処理装置１４は、設定器１６で設定された当日の空
調開始時刻〜空調終了時刻間、すなわち空調時間帯に於
いて、タイマで設定された所定の時刻になると、第２図
のタイマ割り込みフローチャートに従い当日の空調負荷
量の演算を実行する。

先ず、ステップ■で、空調系統の送水温度１ｃと戻り水
温ｔｌｌｌとを温度センサＴ。及びＴ。から読み込み、
これらを記憶装置１５の所定の記憶領域に記憶する。次
いでステップ■に移行し、流量計りから単位時間当たり
の空調送水ｈＩＱを読み込み、これを最初の設定時刻に
おける送水量として記１．０装置１５の所定の記Ｉ！Ｘ
領域に記憶する。その後ステップ■に移行して、上記の
水ｌ詰ｔｃとり、及び単位時間当たりの空調送水星Ｑを
それぞれの記憶領域から呼び出し、当該時刻における空
調負荷量１．　を−（ｔｃ　　　ｔｏ　）　×Ｑを単位
時間当たりの熱量として演算するとともに、その結果を
所定の記憶領域に記憶させたのち第３図のメインプログ
ラムに戻る。

このステップ■〜ステップ■のタイマ割り込み処理は、
例えば当日の午面９時、１０時、１１時・・・・午後５
時、６時の如く、設定時刻毎に実行される。

設定器１６で設定された当日の空調終了時刻になると、
演算処理装置１４は第３図に示すメインプログラムを実
行することとなる。

すなわち、ステップ［相］で空調時間帯が終了したか否
かがチエツクされる。これは設定器１６からの当日の空
調終了時刻信号の有無により判断される。空調終了時刻
信号が人力されると、ステップ■に羊多行する。

ステップ０では、記憶装置１５内の所定記憶領域に格納
されている過去の（この実施例では、前日の各時刻毎の
）実績空調負荷ｆｆ１Ｌｐを順次読み出す。

次いでステップ０に移行して、その日の空調時間帯にお
いて、各時刻毎に算出して記憶されている当日の空調負
荷量Ｌｔを順次読み出す。

続いてステップ０に移行し、過去の各時刻の空調負荷実
績値しｐと、当日の各時刻の空調負荷値Ｌｔとから、翌
日の各時刻毎の所要空調負荷ｆｔＬ＋、ｚ〜。（こごに
、１．２〜ｎは９時。

１０時〜ｎ時等の各設定時刻を表す）を推定するととも
に、その推定結果を記憶装置１５の所定記憶領域に記憶
する。

次いでステップ■に移行して、前記ステップ０で推定し
た翌日の各時刻毎の所要空調負荷量Ｌ１．２〜７のうち
の最大値し、、、、Ｘを求める。

次いでステップ［相］に移行し、予め設計時に求めて記
憶装置１５に記憶させてある年間のピーク空調負荷量Ｌ
ｍを、所定の記憶領域から読み出しステップ［相］に移
行する。

ステップ［相］では、その年間ピーク空調負荷量Ｌｍと
ステップ■で求めた翌日の予測空調負荷最大値Ｌ　ｆｆ
１ｓｘとから、翌日の負荷率Ｘを次式％式％（１） により算出する。

ところで、ある建物の空調負荷に対し、その負荷を取り
きるための空調機コイルに対する必要送水温度ｙは一義
的にきまる。しかしこれを解くには、空調機の諸条件、
被空調室内負荷量。

外気負荷量等のデータを用いてのコイルシュミレーショ
ンが必要であり、そのデータ量が多い上に複雑な計算を
行うことになり、シュミレーションをマイクロコンビエ
ータ等の小型のコンピュータで行うことは不可能である
。

そこで、この発明にあっては、予め各地域毎に、例えば
オフィスビルとか店舗など典型的な建物用途別に、各地
域の気象条件下での空１；Σ・□（１′＋。

荷に対するコイルシュミレーションを行う。

第４図および第５図はその結果得られた負荷率と必要送
水温度との関係の一例を示すもので、関東のＡ地点にお
けるオフィスビル内の事務所の冷房時（第４図）と暖房
時（第５図）を、コイルへの送水量をパラメータとして
示しである。

これによれば、負荷率Ｘと必要送水温度ｙとの間には直
線で表し得る非常に高い相関関係が認められる。

また第６図は、第４図に更に重ねて、東北のＢ地点と九
州のＣ地点に於けるオフィスビルの冷房時の負荷率と必
要送水温度との関係をプロットしたものであり、この場
合は直線もしくは曲線で表し得る相関関係が認められる
。

この発明は、上記図示の関係を予め数式で近似させたも
のを、比較的小型のコンピュータに予め記憶させること
により、簡便な演算でその時々の必要送水温度を容易に
算出できるようにしたものである。

例えば、空調システム設計時に於いて定められるピーク
空調負荷量Ｌｍに対する送水温度、すなわち設計ポイン
トをＴ″Ｃとすると、必要送水温度ｙ　’ｃと空調負荷
率Ｘとの関係は、第６図に示すように、 直線関係の場合であれば ｙ＝ａｘ＋’ｒ＋−ｂ・・・・・・　（２）曲線関係の
場合であれば ｙ　＝　ａ　（ｘ−１００）１″＋ｂ（ｘ−１００）’
　＋−−−＋Ｔ　−・（３）又は Ｖ＝　−ａｌｏｇ　（ｘ＋ｂ）　＋Ｔ＋ｃ　・・−−−
（４１の各式で近似的に表すことができる。

そこで、ステップ＠で翌日の空調時間帯における必要送
水温度ｙを、上記各空調負荷率Ｘの関数式ｙ−ｆ、Ｘ、
＋ｃのうち、最も条件に合う式（前取てマイクロコンピ
ュータ１２における記憶装置１５の所定の記憶領域に組
み込んである）により算出する。

翌日は、その日の各時刻の空調負荷量Ｌ１１が最大値Ｌ
　ｍａｘとなるときに、必要送水温度がｙであればよい
。

よって、ステップ０に移行し、ステップ０で算出された
温度ｙ″Ｃを目標値として、蓄熱槽１内の各温度（’ｒ
、　−’ｒ、　）の平均温度Ｔ　ａ　ｖが目＋！温度ｙ
″Ｃとなるように、蓄熱槽熱源３の入口・出口の温度を
深夜電力時間帯において制御する。

すなわち、蓄熱槽１内平均温度がｙになるためには、温
度計ＴＩＩで測定される熱源３の入口温度Ｔ　ｉ　ｎと
、温度計ＴＡで測定される熱源３の出口温度Ｔ。８ｔと
の関係を、冷房時はＴ。ｕＬ　＜ｙ＜Ｔｔｌｌ　　、暖
房時はＴ３゜＜　ｙ　＜　’ｒ。。、とする必要がある
。通常、ΔＴ　””　ｌ　ＴＱｕｔ　　Ｔｉ、、ｌ　−
５°Ｃに設定するので、ｙをＴ。ｕｔとＴｒｎとの中央
値とするとＴｔｎ＝）’±２．５°Ｃ（但し、冷房時＋
、暖房時−）である。そこで、熱源３の入口温度が上記
Ｔ、□の値となるように三方弁５によりミキシングする
ため、三方弁５に操作信号又は設定信号をおくる。

一方、熱源３の運転時間については、深夜電力時間帯の
終了時刻において蓄熱を終了させた時、丁度、槽内平均
温度Ｔ　ａ　ｖ　＝翌日の必要送水温度ｙとなるように
、現在時刻の槽内平均温度から必要蓄熱量を計算し、そ
の分だけ熱源３を運転するように熱源３の起動時刻を決
定する。

このようにして求めた熱源運転時間の間、熱源３を連続
運転すればよい。

かくして、この実施例では、必要送水温度ｙ゛と負荷率
Ｘとの関係が、予め別途に行うコイルシミュレーション
により簡単な近似式で表されているから、翌日の必要送
水温度ｙとなる蓄熱温度の目標値を演算する蓄熱量演算
手段の記憶容量および演算能力を極力小さくすることが
可能となった。

また熱源系統も最高の効率での運転が実現できて成績係
数ｃｏｐが改善され、消費電力も少なくなった。

なお、上記実施例では、過去、当日、翌日の空調負荷量
をそれぞれ各時刻毎に求める場合につき説明したが、例
えば−日の空調時間帯の負荷総量をもちいることも出来
る。

また、蓄熱槽熱源２としては、ヒートポンプ等の他の冷
却・加熱装置を適用することができる。

更に、マイクロコンピュータで蓄熱槽熱源３を直接制御
するかわりに、熱源制御手段を介して制御するようにし
てもよい。

また蓄熱槽熱源３は、必要に応じ、空調時間帯において
バンクアップ運転することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、当日の空調負
荷量と例えば前日の実績空調負荷とから翌日の空調負荷
量を予測し、その予測値に基づいて得られる翌日の空調
負荷率に応じて、予め定めた関係式により翌日の必要送
水温度を演算し、それを目標蓄熱温度として蓄熱槽の温
度を深夜電力を利用して制御する。

これにより、日、うの負荷変動に即応してきめ細かく高
精度の温度制御ができる。しかも従来のようなピーク時
以外の日中の無駄運転がな（熱ロスを大幅に減少させて
省エネルギー化を達成することができる。また管理の手
間も省くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用する制御装置の概略説明図、第
２図はこの発明の蓄熱槽の温度制御方法の手順を示す割
り込みプログラムの流れ図、第３図は同じくメインプロ
グラムの流れ図、第４図、第５図は関東の一地域におけ
る事務所の空調負荷率と必要送水温度との関係を表すグ
ラフで第４図は冷房時、第５図は暖房時のものである。 第６図は第４図に更に他の地域を加えて示す空調負荷率
と必要送水温度との関係グラフである。 １は蓄熱槽、３は蓄熱槽熱源、４．９はポンプ、５は三
方弁、１０は空調機コイル、１２は蓄熱槽温度制御装置
としてのコントローラ、Ｔ１〜Ｔ、、Ｔ、〜Ｔ、、、Ｔ
、は温度センサ、Ｌは流債計である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１日の空調終了時に当日の空調負荷量を算出し、
   次いでその当日空調負荷量と記憶させてある過去の実績
   空調負荷量とから、翌日の空調負荷量Ｌを推定した後、
   この翌日空調負荷量Ｌと予め設定したピーク空調負荷量
   Ｌｍとから負荷率ｘ＝Ｌ／Ｌｍを算出して、該負荷率ｘ
   と空調機コイルへの必要送水温度ｙとの関係式ｙ＝ｆ（
   ｘ）＋Ｃ（Ｃは定数）に基づき、翌日の必要送水温度ｙ
   を算出し、該必要送水温度ｙを目標蓄熱温度として、深
   夜電力を利用し蓄熱槽熱源系統の運転を制御することを
   特徴とする蓄熱槽の温度制御方法。