JP5532482B2 - 熱源設備制御システム - Google Patents

Description

本発明は、空調用の熱源設備などに用いる熱源設備制御システムに関し、特に、熱源設備における複数の冷凍機のうち運転状態にある冷凍機の能力、及び、運転する冷凍機の台数を負荷熱量に応じて調整する制御手段を設けた熱源設備制御システムに関する。

従来、この種の熱源設備制御システムとして、特許文献１に見られるように、冷却水温度に基づき冷凍機などの熱源機の能力を推定し、この推定した熱源機能力に応じて熱源機の運転台数切換ポイント（即ち、運転台数の切り換えを実行するときの負荷熱量）を自動的に設定するようにしたものがある。

つまり、この従来システムでは、外部条件によって熱源機の能力が変化することに対して、上記の如く推定熱源機能力に応じて熱源機の運転台数切換ポイントを自動設定することで、熱源機から供給する冷温水の温度上昇や温度下降がより少ないポイントで熱源機の運転台数が切り換えられるようにし、これにより、冷温水温度の安定化を図るとともに無駄なエネルギ消費を抑止するようにしている。

特開平１０−３００１６３号（特に請求項１及び段落００３９）

しかし、上記の従来システムは、外部条件の変化によって熱源機の実質の能力が低下したときには、負荷熱量の増大に対して、その能力低下分だけ通常よりも小さい負荷熱量の段階で熱源機の運転台数を増やし、これにより、熱源機の実質能力の低下に原因する能力不足状態の発生を回避するものにすぎず、エネルギ消費量の低減や運転コストの低減などの面で未だ改善の余地があった。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な制御形態をもって冷凍機の運転台数変更を行なうことで、エネルギ消費量の低減や運転コストの低減などを効果的に促進することができ、また、システムの構築面や機能性・汎用性の面などでも有利な熱源設備制御システムを提供する点にある。

熱源設備制御システムに係る本発明の第１特徴構成は、
熱源設備における複数の冷凍機のうち運転状態にある冷凍機の能力、及び、運転する冷凍機の台数を負荷熱量に応じて調整する制御手段を設けた熱源設備制御システムであって、
前記制御手段は、現在運転状態にある冷凍機の全体についての負荷率（＝運転状態にある冷凍機の能力合計×１００％／運転状態にある冷凍機の定格能力合計）が上限負荷率になるときの負荷熱量を基準負荷熱量とし、
かつ、熱源設備の運転状態を評価する所定の評価値に関し、現状の設備運転状態で得られる現状評価値を求めるとともに、冷凍機の運転台数を増やした増段後の運転冷凍機により現状の負荷熱量を処理する仮想の設備運転状態で得られる対比評価値を求めて、現状評価値よりも対比評価値の方が評価度の高い値になるときの負荷熱量を評価境界負荷熱量とし、
冷凍機の運転台数を現状の運転台数から増やす増段を実行するときの負荷熱量である増段実行負荷熱量を前記基準負荷熱量から前記評価境界負荷熱量まで前倒し補正して増段を実行する構成にするとともに、
前記制御手段は、前記負荷率が前記上限負荷率よりも小さい設備安定化用の設定負荷率になるときの負荷熱量を安定上限負荷熱量とし、
前記評価境界負荷熱量が安定上限負荷熱量以下のときには、前記増段実行負荷熱量を前記基準負荷熱量から前記評価境界負荷熱量まで前倒し補正して増段を実行し、
前記評価境界負荷熱量が安定上限負荷熱量より大きいときには、前記増段実行負荷熱量を前記基準負荷熱量から前記安定上限負荷熱量まで前倒し補正して増段を実行する構成にしてある点にある。

つまり、先述した従来システムを含め、この種の熱源設備制御システムでは従来、基本的に、負荷熱量が冷凍機（熱源機）の定格能力近くまで増大したとき（即ち、運転冷凍機の全体としての負荷率が所定の上限負荷率まで上昇したとき）に増段を行なうようにしているが、このようなタイミングでの増段では、確かに冷凍機の能力不足による冷温水の温度上昇や温度下降などは抑止できるものの、必ずしもエネルギ消費量の低減面や運転コストの低減面などにおいて最も有利なタイミングで増段を行なうことにはなっていない。

この例として、例えば全負荷運転よりも負荷率の小さな部分負荷運転の方がエネルギ効率面で有利な機種の冷凍機が次の増段で運転開始する予定の冷凍機である場合や現在運転中の冷凍機に含まれる場合など、運転冷凍機の全体としての負荷率が未だ低い段階で増段を行なって、上記機種の冷凍機をできるだけ部分負荷状態で運転する方が熱源設備としてエネルギ消費量の低減面で有利になる場合もある。

この点に着目して、上記構成では、増段を実行するときの指標的な負荷熱量である増段実行負荷熱量を上記の基準負荷熱量（即ち、負荷率が上限負荷率となる負荷熱量）から上記の評価境界負荷熱量（即ち、増段した方が評価度の高い評価値が得られるようになるときの負荷熱量）まで前倒し補正して増段を実行するから、例えば、評価値として熱源設備のエネルギ消費量を採用した場合には、従前の如く単に負荷率が所定の上限負荷率まで上昇したとき（換言すれば、負荷熱量が基準負荷熱量まで上昇したとき）に増段を行なうのに比べ、前倒し補正分だけ熱源設備のエネルギ消費量を低減することができる。

また、評価値として熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を採用した場合には、従前の如く単に負荷率が所定の上限負荷率まで上昇したときに増段を行なうのに比べ、前倒し補正分だけ熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を低減することができる。

しかも、上記構成では、増段を実行するときの指標的な負荷熱量である増段実行負荷熱量を前倒し補正する制御形態を採ることから、設定値である増段実行負荷熱量（＝基準負荷熱量）まで負荷熱量が増大にしたときに増段を実行するという従来採用の基本的な制御構成（即ち、予め設定された増段実行負荷熱量と計測負荷熱量との比較に基づき増段を実行する制御構成）をそのまま利用することができる。

そして、このように従来の制御構成をそのまま利用できることにより、在来システムに対する簡単な改良だけで本発明の制御システムを構築することができて、構築コスト面や構築期間長さの面などで有利にすることができ、また、増段実行負荷熱量を固定的に設定した状態で増段を行なう従前と同様の増段方式を必要に応じて切り換え的に実施できるようにするといったことも容易に行うことができ、この点、機能性の面や汎用性の面などでも有利にすることができる。

なお、上記構成の実施において、上限負荷率は１００％ないし熱源設備の安定性など考慮して設定した８０％〜９０％程度の固定値、あるいは、熱源設備の運転状態など応じて自動的に変更する可変値のいずれであってもよい。

また、評価値は、上記の如き熱源設備のエネルギ消費量や運転コストあるいは換算二酸化炭素排出量に限られるものではなく、それらエネルギ消費量や運転コストなどの複数の評価値夫々に重み係数を乗じて加算した複合の評価値などであってもよく、熱源設備の運転状態の良否を数値上で評価し得るものであれば種々の評価値を採用することができる。

さらに、第１特徴構成では、
前記制御手段は、前記負荷率が前記上限負荷率よりも小さい設備安定化用の設定負荷率になるときの負荷熱量を安定上限負荷熱量とし、
前記評価境界負荷熱量が安定上限負荷熱量以下のときには、前記増段実行負荷熱量を前記基準負荷熱量から前記評価境界負荷熱量まで前倒し補正して増段を実行し、
前記評価境界負荷熱量が安定上限負荷熱量より大きいときには、前記増段実行負荷熱量を前記基準負荷熱量から前記安定上限負荷熱量まで前倒し補正して増段を実行する構成にしてあるから、次の作用効果も奏する。

つまり、安定上限負荷熱量の設定により、少なくとも運転冷凍機全体としての負荷率が設備安定化用の設定負荷率を超えないようにしながら、増段実行負荷熱量の評価境界負荷熱量への前倒し補正について大きな前倒し補正が可能な場合（即ち、増段した方が評価度の高い評価値が得られるようになる負荷熱量が小さい場合）には、それに従って、増段実行負荷熱量を評価境界負荷熱量まで大きく前倒し補正して増段を実行させることができる。

従って、熱源設備の安定性を十分に確保しながら、エネルギ消費量の低減面や運転コストの低減面などでの前述のような効果を得ることができる。

本発明の第２特徴構成は、第１特徴構成の実施において、
前記制御手段は、外気条件と増段前後の運転冷凍機の組合せとを個々に変更したときの前記基準負荷熱量から前記評価境界負荷熱量までの前記増段実行負荷熱量の前倒し補正量を予め書き込んである補正量テーブルに基づいて、前記前倒し補正による増段を実行する構成にしてある点にある。

つまり、評価境界負荷熱量（増段した方が評価度の高い評価値が得られるようになるときの負荷熱量、略言すれば最適増段ポイント）は外気条件及び増段前後の運転冷凍機の組合せによって変化する。

従って、第１特徴構成の実施においては、各時点における現状の前倒し補正量を現状の外気条件及び増段前後の運転冷凍機の組合せに基づき、各冷凍機や補機類の特性データなどを用いて所定の演算モデルにより逐次演算するといった制御形態を採ることも考えられる。

これに対し、上記構成では、外気条件と増段前後の運転冷凍機の組合せとを個々に変更したときの前倒し補正量を予め書き込んである補正量テーブルに基づき現状における前倒し補正量を求めて、その補正量だけ増段実行負荷熱量を前倒し補正して増段を行なうから、前倒し補正量を上記の如く逐次演算する方式に比べ制御手段の負担を軽減することができ、その分、システムコストを安価にしながら増段制御の制御性や安定性を高めることができる。

本発明の第３特徴構成は、第１特徴構成の実施において、
前記制御手段は、運転状態にある冷凍機と負荷機器との間での熱媒循環における負荷機器側の熱媒流量である２次側流量の計測値と負荷機器の入出口の定格熱媒温度差との積から運転状態にある冷凍機の定格能力合計を減じた値だけ前記基準負荷熱量から差し引いた負荷熱量を前記安定上限負荷熱量とする構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、負荷機器側の熱媒流量である２次側流量が大きくなるほど、安定上限負荷熱量を小さくして、増段実行負荷熱量の安定上限負荷熱量（又はそれ以下の評価境界負荷熱量）への前倒し補正による設備安定化機能を高めることでき、これにより、エネルギ消費量の低減面や運転コストの低減面などでの前述第１特徴構成による効果を得ながら、２次側流量が過大になって冷凍機側の熱媒流量である１次側流量が不足な状態に陥る熱源設備の不安定化を一層確実かつ効果的に防止することができる。

本発明の第４特徴構成は、第１〜第３特徴構成のいずれかの実施において、
前記制御手段は、増段後の運転冷凍機の組合せに関し、増段後の運転冷凍機で増段後の予測負荷熱量又は現状の負荷熱量を処理する仮想の設備運転状態で得られる増段後予測評価値を増段後の運転冷凍機の組合せごとに求めて、この増段後予測評価値が最良となる運転冷凍機の組合せを増段後最適組合せとして選定し、
この増段後最適組合せを増段後の運転冷凍機の組合せとして採用する構成にしてある点にある。

つまり、この構成では、上記の増段後最適組合せを増段後の運転冷凍機の組合せとして採用するから、例えば評価値として熱源設備のエネルギ消費量を採用した場合には、前述の前倒し補正によるエネルギ消費量の低減に加え、増段後の運転においても熱源設備のエネルギ消費量を効果的に低減することができ、同様に、評価値として熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を採用した場合には、前述の前倒し補正による運転コストや換算二酸化炭素排出量の低減に加え、増段後の運転においても熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を効果的に低減することができる。

そしてまた、この構成では、前述第１特徴構成の実施において、増段後最適組合せの運転冷凍機により増段前の現状の負荷熱量を処理する仮想の設備運転状態で得られる評価値を対比評価値として求め、この増段後最適組合せでの対比評価値の方が現状評価値よりも評価度の高い値になるときの負荷熱量を評価境界負荷熱量とする形態になることから、前述の前倒し補正によるエネルギ消費量の低減や運転コストの低減なども一層効果的なものにすることができ、これらのことが相俟って、エネルギ消費量の低減面や運転コストの低減面などで一層優れたシステムにすることができる。

本発明の第５特徴構成は、第４特徴構成の実施において、
前記制御手段は、前記増段後最適組合せの選定において、増段前に運転状態にある冷凍機は全て増段後の運転冷凍機の中に残存させる条件の下で、増段後の運転冷凍機の組合せごとに前記増段後予測評価値を求める構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、増段前に運転状態にある冷凍機は増段後の最適組合せでの冷凍機運転においても運転を継続させることになり、これにより、各冷凍機の発停頻度を低減することができて、各冷凍機の劣化を効果的に抑止し得るとともに、熱源設備の運転も一層安定化することができる。

また、冷凍機の起動の際に要するウォーミングアップ運転や停止の際に要する後処理運転などの運転頻度も低減することができて、それらウォーミングアップ運転や後処理運転に要するエネルギもさらに低減することができる。

本発明の第６特徴構成は、第４又は第５特徴構成の実施において、
前記制御手段は、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更したときの前記増段後予測評価値を予め書き込んである評価値テーブルに基づいて、増段後の運転冷凍機の組合せごとに前記増段後予測評価値を求める構成にしてある点にある。

つまり、熱源設備のエネルギ消費量や運転コストあるいは換算二酸化炭素排出量などを評価値とする場合、その評価値は負荷熱量、外気条件、運転冷凍機の組合せによって変化する。

従って、第４特徴構成の実施において増段後最適組合せを選定するにあたっては、増段後運転冷凍機の組合せごとの増段後予測評価値を、増段後の予測負荷熱量（又は現状の負荷熱量）と予測外気条件（又は現状の外気条件）とに基づき、各冷凍機や補機類の特性データなどを用いて所定の演算モデルにより逐次演算するといった制御形態を採ることも考えられる。

これに対し、上記構成では、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更したときの増段後予測評価値を予め書き込んである評価値テーブルに基づき、増段後運転冷凍機の組合せごとの増段後予測評価値を求めるから、運転冷凍機の組合せごとの増段後予測評価値を上記の如く逐次演算する方式に比べ、制御手段の負担を軽減することができ、その分、システムコストを安価にしながら増段後最適組合せの選定を伴う増段制御の制御性や安定性を高めることができる。

本発明の第７特徴構成は、第６特徴構成の実施において、
前記評価値テーブルに書き込んである前記増段後予測評価値は、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更した場合の夫々で、熱源設備の運転状態を最適運転状態に調整した場合に得られる最良の評価値としてある点にある。

つまり、この構成によれば、増段後運転冷凍機の組合せごとに求める増段後予測評価値の夫々が、熱源設備を最適運転状態に調整した場合に得られる最良の評価値であることにより、前述の如く増段後最適組合せを選定することにおいて真の最適組合せ（即ち、真の最良評価値が得られる組合せ）を選定する選定精度を高めることができ、これにより、増段後運転冷凍機の組み合わせとして増段後最適組合せを採用することによるエネルギ消費量の低減や運転コストの低減などを一層確実かつ効果的なものにすることができる。

本発明の第８特徴構成は、第４〜第７特徴構成のいずれかの実施において、
前記制御手段は、モード切換指令に応じて、
前記増段後最適組合せを、増段後の運転冷凍機の組合せとして採用するとともに、前記対比評価値を求める対象の運転冷凍機の組合せとする組合せ最適化モードと、
前記増段後最適組合せとは別の指定された組合せを、増段後の運転冷凍機の組合せとして採用するとともに、前記対比評価値を求める対象の運転冷凍機の組合せとする指定組合せモードとを選択的に実行する構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、指定組合せモードを選択した場合、運転冷凍機の組合せを現状の組合せから指定した組合せに変更する形態で増段を実行させることができる。

また、この指定組合せモードにおいても、指定の組合せを対比評価値を求める対象の運転冷凍機の組合せとすることで、組合せ最適化モードが選択された場合と同様に、指定された増段後運転冷凍機の組合せで得られる対比評価値と現状の運転冷凍機で得られる現状評価値とに基づき評価境界負荷熱量を求めて、前述の如き前倒し補正を行なうことができる。

これらのことから、上記構成によれば、何らかの事情により増段後の運転冷凍機の組合せが規定されることにも対応しながら前述第１特徴構成による効果を得ることができ、この点で対応性及び汎用性に一層優れたシステムにすることができる。

本発明の第９特徴構成は、第１〜第８特徴構成のいずれかの実施において、
前記制御手段は、増段前及び増段後の夫々において、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更した場合の夫々で最良の評価値が得られるときの最適運転状態を予め書き込んである最適制御データテーブルに基づき、熱源設備の運転状態を最適運転状態に調整する構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、増段前及び増段後の夫々において熱源設備の運転状態を最良の評価値が得られる最適運転状態に調整するから、評価値として熱源設備のエネルギ消費量を採用した場合、前述の前倒し補正によるエネルギ消費量の低減に加え、増段前及び増段後の運転においても熱源設備のエネルギ消費量を低減することができる。

また、評価値として熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を採用した場合には、前述の前倒し補正による運転コストや換算二酸化炭素排出量の低減に加え、増段前及び増段後の運転においても熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を低減することができ、これらのことから、エネルギ消費量の低減面や運転コストの低減面でさらに優れたシステムにすることができる。

しかも、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更した場合の夫々で最良の評価値が得られるときの最適運転状態を予め書き込んである最適制御データテーブルに基づいて調整目標である最適運転状態を求めるから、最適運転状態を負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せに基づき各冷凍機や補機類の特性データを用いて所定の演算モデルにより逐次演算する方式を採るのに比べ、制御手段の負担を軽減することができ、その分、システムコストを安価にしながら運転状態制御の制御性や安定性も高めることができる。

本発明の第１０特徴構成は、第１〜第９特徴構成のいずれかにおいて、
前記制御手段は、前記増段実行負荷熱量より設定負荷熱量差だけ小さい負荷熱量を減段実行負荷熱量として、負荷熱量が減段実行負荷熱量まで減少したとき冷凍機の運転台数を現状の運転台数から減らす減段を実行する構成にしてある点にある。

つまり、この構成では、負荷熱量が上記の減段実行負荷熱量まで減少したとき冷凍機の運転台数を現状の運転台数から減らす減段を自動的に実行するが、増段実行負荷熱量が前述の如く評価境界負荷熱量まで前倒し補正されると、それに伴い、その増段実行負荷熱量より設定負荷熱量差だけ小さい減段実行負荷熱量も基準負荷熱量と評価境界負荷熱量との差である前倒し補正量分だけ低下側（即ち、減段を遅らせる側）に補正される。

従って、この構成によれば、評価値として熱源設備のエネルギ消費量を採用した場合、増段において増段実行負荷熱量の前倒し補正の分だけエネルギ消費量を低減し得るのと同様、減段においても減段事項負荷熱量の遅延側補正の分だけエネルギ消費量を低減することができ、このことから、増段と減段が繰り返される熱源設備の運転においてエネルギ消費量を一層効果的に低減することができる。

そしてまた、これと同様、評価値として熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を採用した場合には、熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を一層効果的に低減することができる。

本発明の第１１特徴構成は、第１０特徴構成の実施において、
前記制御手段は、減段後の運転冷凍機の組合せに関し、減段後の運転冷凍機で減段後の予測負荷熱量又は現状の負荷熱量を処理する仮想の設備運転状態で得られる減段後予測評価値を減段後の運転冷凍機の組合せごとに求めて、この減段予測評価値が最良となる運転冷凍機の組合せを減段後最適組合せとして選定し、
この減段後最適組合せを減段後の運転冷凍機の組合せとして採用する構成にしてある点にある。

つまり、この構成では、増段についての第４特徴構成と同様、上記の減段後最適組合せを減段後の運転冷凍機の組合せとして採用するから、例えば評価値として熱源設備のエネルギ消費量を採用した場合には、前述の遅延側補正によるエネルギ消費量の低減に加え、減段後の運転においても熱源設備のエネルギ消費量を効果的に低減することができる。

また同様に、評価値として熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を採用した場合には、前述の遅延側補正による運転コストや換算二酸化炭素排出量の低減に加え、減段後の運転においても熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量を効果的に低減することができる。

本発明の第１２特徴構成は、第１１特徴構成の実施において、
前記制御手段は、前記減段後最適組合せの選定において、減段前に運転状態にある冷凍機のうち減段で運転停止する冷凍機以外の冷凍機は全て減段後の運転冷凍機の中に残存させる条件の下で、減段後の運転冷凍機の組合せごとに前記減段後予測評価値を求める構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、増段についての第７特徴構成と同様、減段前に運転状態にある冷凍機は減段後の最適組合せでの冷凍機運転においても極力運転を継続させることになり、これにより、各冷凍機の発停頻度を低減することができて、各冷凍機の劣化を効果的に抑止し得るとともに、熱源設備の運転も一層安定化することができる。

また、冷凍機の起動の際に要するウォーミングアップ運転や停止の際に要する後処理運転などの運転頻度も低減することができて、それらウォーミングアップ運転や後処理運転に要するエネルギもさらに低減することができる。

なお、減段については、上記の第１１特徴構成や第１２特徴構成の他にも、増段についての第６〜第９特徴構成などと同様の構成を採るようにしてもよい。

つまり、前記制御手段は、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更したときの前記減段後予測評価値を予め書き込んである評価値テーブルに基づいて、減段後の運転冷凍機の組合せごとに前記増段後予測評価値を求める構成にしてもよい。

また、前記評価値テーブルに書き込んである前記減段後予測評価値は、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更した場合の夫々で、熱源設備の運転状態を最適運転状態に調整した場合に得られる最良の評価値としてもよい。

また、前記制御手段は、モード切換指令に応じて、前記減段後最適組合せを減段後の運転冷凍機の組合せとして採用する組合せ最適化モードと、前記減段後最適組合せとは別の指定された組合せを減段後の運転冷凍機の組合せとして採用する指定組合せモードとを選択的に実行する構成にしてもよい。

また、前記制御手段は、減段前及び減段後の夫々において、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更した場合の夫々で最良の評価値が得られるときの最適運転状態を予め書き込んである最適制御データテーブルに基づき、熱源設備の運転状態を最適運転状態に調整する構成にしてもよい。

熱源設備の全体構成図 最適制御データテーブルの模式図 補正量テーブルの模式図 増減段ポイントの補正形態を説明するグラフ 増段機選定フローチャート 増段用の積算時間算定フローチャート 増段機選定を説明するグラフ 減段機選定フローチャート 減段用の積算時間算定フローチャート 減段機選定を説明するグラフ

図１は空調用の熱源設備を示し、この設備は熱源機としてインバータ制御などによる能力調整（即ち容量制御）が可能な複数の冷凍機Ｒを備え、各冷凍機Ｒには冷却水循環路１を介して冷却塔ＣＴを個別に接続してある。また、これら冷凍機Ｒは、いわゆるターボ冷凍機や吸収冷凍機あるいはスクリュー冷凍機などの形式や構造が互いに異なり能力や性能なども互いに異なる異種の冷凍機を含んでいる。

２ａは各冷凍機Ｒから１次側冷水往路３ａを通じて並列的に供給される熱媒としての冷水Ｃを受け入れる１次側ヘッダ、２ｂは複数の冷水中継路３ｂを通じて１次側ヘッダ２ａから冷水Ｃの供給を受ける２次側ヘッダであり、この２次側ヘッダ２ｂから空調機等の複数の負荷装置Ｕに対し２次側冷水往路３ｃを通じて冷水Ｃを並列的に供給することで、各負荷装置Ｕでは供給冷水Ｃの保有冷熱を冷房等の所要目的に消費する。

２ｃは冷熱消費で昇温した冷水Ｃを各負荷装置Ｕから２次側冷水還路３ｄを通じて受け入れ、その受け入れ冷水Ｃを１次側冷水還路３ｅを通じて各冷凍機Ｒに戻す還側ヘッダであり、冷凍機Ｒと負荷装置Ｕとを結ぶ冷水循環系は１次側ヘッダ２ａと還側ヘッダ２ｃとを境として冷凍機Ｒの側である１次側と負荷装置Ｕの側である２次側とに区分される。

熱源設備の構成機器としては冷凍機Ｒ、冷却塔ＣＴの他、各冷凍機Ｒへの１次側冷水還路３ｅに装備した１次ポンプＰＡ、各冷水中継路３ｂに装備した２次ポンプＰＢ、各冷却水循環路１に装備した冷却水ポンプＰＣなどを備え、これらポンプＰＡ，ＰＢ，ＰＣは各々に装備したインバータ装置ＩＮＶを用いた周波数制御による回転数調整でポンプ流量を連続的に調整し得る可変ポンプにしてある。

なお、冷却塔ＣＴ、冷却水ポンプＰＣ、１次ポンプＰＡの夫々は対応する冷凍機Ｒの発停に応じて発停され、２次ポンプＰＢは各負荷装置Ｕに対する冷水供給圧力又は冷水供給量を適正に保つように運転台数及び個々のポンプ流量が調整される。

Ｖａは１次側冷水往路３ａの夫々に装備した開閉弁であり、これら開閉弁Ｖａは対応する冷凍機Ｒ及び１次ポンプＰＡの運転時に開弁される。

Ｖｂは各負荷装置Ｕに装備した流量調整弁であり、１次ポンプＰＡ及び２次ポンプＰＢによる冷水循環の下で、これら流量調整弁Ｖｂにより各負荷装置Ｕの冷水流量が各負荷装置Ｕの負荷熱量ｑ（即ち、各負荷装置Ｕの必要冷熱量）に応じて調整される。

Ｖｓは１次側ヘッダ２ａと２次側ヘッダ２ｂとにわたらせたバランス路３ｆに装備した流量バランス調整用の流量調整弁であり、この流量調整弁Ｖｓは後述のセンサＳにより計測される２次側ヘッダ２ｂ内の冷水圧力に応じて、その冷水圧力を適正値に保つように開度調整される。

４は１次側ヘッダ２ａと還側ヘッダ２ｃとを短絡するバイパス路であり、このバイパス路４を通じた冷水流動により１次側と２次側との冷水流量差が吸収される。

即ち、２次側よりも１次側の冷水流量が大きい状態ではその差分の冷水Ｃが１次側ヘッダ２ａからバイパス路４を通じて還側ヘッダ２ｃの方に流れ、逆に、１次側よりも２次側の冷水流量が大きい状態ではその差分の冷水Ｃが還側ヘッダ２ｃからバイパス路４を通じて１次側ヘッダ２ａの方に流れる。

各部の流量、温度、圧力等を計測するセンサＳとしては、各１次ポンプＰＡの流量・送水圧力の夫々を計測するセンサ、各冷凍機Ｒの入口冷水温度・出口冷水温度・入口冷却水温度・出口冷却水温度の夫々を計測するセンサ、２次側ヘッダ２ｂ内の冷水圧力を計測するセンサ、各負荷装置Ｕの入口冷水温度・出口冷水温度・入口冷水圧力・出口冷水圧力を計測するセンサ、各負荷装置Ｕからの戻り冷水Ｃの合計流量（即ち、２次側冷水流量）を計測するセンサ、各冷却水ポンプＰＣの流量を計測するセンサ、各冷却塔ＣＴの入口冷却水温度・出口冷却水温度の夫々を計測するセンサ、外気の温度・湿度を計測するセンサなどを装備してある。

５は上記センサＳの計測情報に基づいて熱源設備の運転制御を司る制御装置であり、この制御装置５は設備の運転状態を統括的に管理する管理部６と、この管理部６から指令に応じて設備の構成機器を制御する制御部７とを備えている。即ち、この制御装置５及び上記センサＳは熱源設備の制御システムを構成する。

制御装置５における管理部６の記憶部分には、熱源設備の運転状態を最適化するための図２に示す如き最適制御データテーブルＤａを格納するとともに、冷凍機運転台数の変更タイミング（即ち、増減段ポイント）を最適化するための図３に示す如き補正量テーブルＤｂを格納してあり、制御装置５はこれらテーブルＤａ，Ｄｂに書き込まれた情報に基づき管理部６と制御部７との連係により熱源設備の運転を制御する。

最適制御データテーブルＤａは、設備全体としての負荷熱量Ｑ（＝Σｑ）と、外気湿球温度ｔｏｗと、運転冷凍機Ｒの組合せＫ（具体的には各組合せを表す組合せ番号Ｋ１〜Ｋｍで区別する）との３者を検索キーとし、かつ、各機器の流量・圧力・温度などの状態値及び各機器の消費エネルギ（一般には電力量やガス燃料量）をデータｄ１〜ｄｎとして書き込んだものである。

これらデータｄ１〜ｄｎは、具体的には各冷却塔ＣＴの入口冷却水温度・出口冷却水温度・消費エネルギ、各冷却水ポンプＰＣの流量・消費エネルギ、各冷凍機Ｒの入口冷水温度・出口冷水温度・入口冷却水温度・出口冷却水温度・消費エネルギ、各１次ポンプＰＡの流量・消費エネルギ、各２次ポンプＰＢの流量・消費エネルギなどである。

この最適制御データテーブルＤａは、設備構成機器の機器データに基づき数理計画法等の適当な最適化手法を用いた最適化シミュレーションにより作成し、具体的には、検索キーとする負荷熱量Ｑと外気湿球温度ｔｏｗと運転冷凍機Ｒの組合せＫとを個々に変更した場合の仮想設備運転の夫々において、評価値としての熱源設備のエネルギ消費量Ｅが最小（最良）となる最適運転状態を最適化シミュレーションにより求め、それら仮想設備運転夫々の最適運転状態において示された各機器の流量・圧力・温度・消費エネルギ（即ち、各仮想設備運転での各機器の最適制御値）をデータｄ１〜ｄｎとして書き込んである。

つまり、制御装置５は、この最適制御データテーブルＤａを用いて熱源設備の運転状態を逐次、次のように調整する。

制御装置５の管理部６は、センサＳにより計測される２次側冷水流量と負荷装置Ｕの入出口冷水温度差とに基づき負荷熱量Ｑを演算し、この演算負荷熱量ＱとセンサＳにより計測される外気湿球温度ｔｏｗとその時の運転冷凍機Ｒの組合せＫとを検索キーとして、それに対応する各機器の流量・圧力・温度などのデータｄ１〜ｄｎを最適制御データテーブルＤａから読み出し、これら読み出した各機器の流量・圧力・温度などを調整目標値として制御部７に対し指定する。

これに対し、制御装置５の制御部７は、運転冷凍機Ｒの能力Ｇや各ポンプＰＡ，ＰＢ，ＰＣのポンプ流量を調整するなど各機器を調整制御することで各機器の流量・圧力・温度などの運転状態値を管理部６から指定された調整目標値（即ち、最適制御値）に調整し、これにより、各時点における熱源設備の運転状態を評価値としてのエネルギ消費量Ｅが最小（最良）となる最適運転状態に調整する。

一方、補正量テーブルＤｂは、冷凍機Ｒの運転台数を増やす増段について、増段前の運転冷凍機Ｒの組合せＫと、増段により新たに起動する増段冷凍機Ｒ（具体的には冷凍機番号Ｒ１〜Ｒｍで区別する）と、外気湿球温度ｔｏｗとの３者を検索キーとし、かつ、負荷熱量Ｑの差値で表される増段ポイント最適化用の第１補正量ΔＱ１をデータとして書き込んだものである。

この補正量テーブルＤｂも設備構成機器の機器データに基づく運転シミュレーションにより作成してあり、具体的には、この運転シミュレーション上で検索キーとする増段前の運転冷凍機Ｒの組合せＫと増段冷凍機Ｒ１〜Ｒｍと外気湿球温度ｔｏｗとを個々に変更した場合の仮想設備運転の夫々において、増段前の運転冷凍機Ｒの全体についての負荷率Ｗ（＝運転冷凍機Ｒの能力合計ΣＧ×１００％／運転冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘ）を細かく変化させる。

そして、このように増段前の運転冷凍機Ｒの負荷率Ｗを変化させた場合の夫々について、増段前の運転冷凍機Ｒによりその時の負荷熱量Ｑ（＝ΣＧ）を処理する設備運転状態でのエネルギ消費量Ｅを現状評価値として求める。

また、その時の負荷熱量Ｑ（＝ΣＧ）を増段後の運転冷凍機Ｒ（即ち、増段前の運転冷凍機Ｒと新たに起動した増段冷凍機Ｒ）により処理する設備運転状態でのエネルギ消費量Ｅ′を対比評価値として求める。

次に、このように求めた負荷率Ｗごとの現状評価値としてのエネルギ消費量Ｅと対比評価値としてのエネルギ消費量Ｅ′とを比較し、現状評価値としてのエネルギ消費量Ｅよりも対比評価値としてのエネルギ消費量Ｅ′の方が小さくなるときの負荷率Ｗのうちで最小のものを評価境界負荷率Ｗａとし、この評価境界負荷率Ｗａ（＝ΣＧａ×１００％／ΣＧｍａｘ）のときの負荷熱量（＝ΣＧａ）を評価境界負荷熱量Ｑａとする。

これに対し、増段前の運転冷凍機Ｒの負荷率Ｗが上限負荷率Ｗｍａｘ（本例では１００％）のときの負荷熱量（＝ΣＧｍａｘ）を基準負荷熱量Ｑｓとして、この基準負荷熱量Ｑｓから評価境界負荷熱量Ｑａを減じた負荷熱量差を第１補正量ΔＱ１（＝Ｑｓ−Ｑａ）とし、このように求めた各仮想設備運転での第１補正量ΔＱ１、即ち、検索キーである増段前の運転冷凍機Ｒの組合せＫと増段冷凍機Ｒ１〜Ｒｍと外気湿球温度ｔｏｗとを個々に変更した場合夫々の第１補正量ΔＱ１を補正量テーブルＤｂのデータとして書き込んである。

即ち、熱源設備の実際の運転に即して言えば（図４参照）、現在運転状態にある冷凍機Ｒの全体についての負荷率Ｗが上限負荷率Ｗｍａｘになるときの負荷熱量を基準負荷熱量Ｑｓとし、一方、現状の設備運転状態でのエネルギ消費量Ｅを現状評価値とするとともに、増段後の運転冷凍機Ｒにより現状の負荷熱量Ｑを処理する仮想設備運転状態でのエネルギ消費量Ｅ′を対比評価値として、現状評価値としてのエネルギ消費量Ｅよりも対比評価値としてのエネルギ消費量Ｅ′の方が小さくなるときの境界の負荷熱量を評価境界負荷熱量Ｑａとし、基準負荷熱量Ｑｓから評価境界負荷熱量Ｑａを減じた値を増段ポイント最適化用の第１補正量ΔＱ１としてある。

なお、本例の熱源設備では、増段前に運転状態にある冷凍機Ｒは全て増段後の運転冷凍機Ｒの中に残存させる規定条件を設けるとともに、冷凍機Ｒの運転台数を減らす減段では減段前に運転状態にある冷凍機Ｒのうち減段で運転停止する減段冷凍機Ｒ以外の冷凍機は全て減段後も運転を継続する規定条件を設けてある。

従って、上記補正量テーブルＤｂにおける検索キーの１つとしての増段冷凍機Ｒ１〜Ｒｍは実質的に増段後の運転冷凍機Ｒの組合せＫを示すものである。

また、上記補正量テーブルＤｂは増段ポイント最適化用の第１補正量ΔＱ１をデータとして書き込んだものにしてあるが、後述の如く制御装置５は減段時にもこの補正量テーブルＤｂの第１補正量ΔＱ１を用いて減段ポイントを決定する。

制御装置５は、増減段の際、この増段ポイント最適化用の第１補正量ΔＱ１とともに設備安定化用の第２補正量ΔＱ２（固定値）も用いて増減段ポイントを決定するようにしてあり、増段前の運転冷凍機Ｒの全体としての負荷率Ｗが上限負荷率Ｗｍａｘよりも小さい設備安定化用の設定負荷率Ｗｂ（例えば８０〜９０％）になるときの負荷熱量Ｑを安定上限負荷熱量Ｑｂとし、基準負荷熱量Ｑｓから安定上限負荷熱量Ｑｂを減じた値を設備安定化用の第２補正量ΔＱ２としてある。

これら第１補正量ΔＱ１及び第２補正量ΔＱ２を用いて増減段を行なうのに、具体的には、制御装置５の管理部６は、増段前の運転冷凍機Ｒの組合せＫと増段冷凍機ＲとセンサＳにより検出される外気湿球温度ｔｏｗとを検索キーとして、それに対応する第１補正量ΔＱ１を補正量テーブルＤｂから読み出す。

ここで、減段の場合には、検索キーとしての増段前の運転冷凍機Ｒの組合せＫは減段後の運転冷凍機Ｒの組合せＫとなり、検索キーとしての増段冷凍機Ｒは減段冷凍機Ｒとなる。

そして、制御装置５の管理部６は、図４（Ａ）に示す如く、読み出した第１補正量ΔＱ１が第２補正量ΔＱ２より大きいときには、増段を実行する負荷熱量である増段実行負荷熱量Ｑｚを負荷率Ｗが上限負荷率Ｗｍａｘとなる前記の基準負荷熱量Ｑｓから第１補正量ΔＱ１だけ低下側に前倒し補正して制御部７に指定する。

また、その補正した増段実行負荷熱量Ｑｚより設定負荷熱量差ΔＱｄ（ディファレンシャル）だけ小さい負荷熱量を減段実行負荷熱量Ｑｇとして制御部７に指定する。

これに対し、制御装置５の制御部７はその指定に従い、前述の如く演算される負荷熱量Ｑが指定された前倒し補正済みの増段実行負荷熱量Ｑｚ（＝Ｑｓ−ΔＱ１＝Ｑａ）まで増大したとき、増段冷凍機Ｒを起動して増段し、また逆に、演算負荷熱量Ｑが指定された減段実行負荷熱量Ｑｇまで減少したとき、減段冷凍機Ｒの運転を停止して減段する。

一方、図４（Ｂ）に示す如く、第２補正量ΔＱ２が第１補正量ΔＱ１より大きいときには、制御装置５の管理部６は、増段実行負荷熱量Ｑｚを基準負荷熱量Ｑｓから第２補正量ΔＱ２だけ低下側に前倒し補正して制御部７に指定するとともに、その補正した増段実行負荷熱量Ｑｚより設定負荷熱量差ΔＱｄだけ小さい負荷熱量を減段実行負荷熱量Ｑｇとして制御部７に指定する。

これに対し、制御装置５の制御部７はその指定に従い、先と同様に、演算負荷熱量Ｑが指定された前倒し補正済みの増段実行負荷熱量Ｑｚ（＝Ｑｓ−ΔＱ２＝Ｑａ）まで増大したとき、増段冷凍機Ｒを起動して増段し、また逆に、演算負荷熱量Ｑが指定された減段実行負荷熱量Ｑｇまで減少したとき、減段冷凍機Ｒの運転を停止して減段する。

なお、制御装置５は、上記の第１補正量ΔＱ１だけ増段実行負荷熱量Ｑｚ及び減段実行負荷熱量Ｑｇを補正する“増減段ポイント最適化モード”と、第１補正量ΔＱ１を用いた補正は実行せず第２補正量ΔＱ２を用いた補正のみを行う“増減段ポイント固定モード”とのモード切り換えをオペレータ操作などにより行えるようにしてある。

また、制御装置５の制御部７は、何らかの原因で管理部６からの増段実行負荷熱量Ｑｚや減段実行負荷熱量Ｑｇの指定がないときには、基準負荷熱量Ｑｓより第２補正量ΔＱ２（又は、その他の固定値）だけ小さい負荷熱量を増段実行負荷熱量Ｑｚとし、かつ、その増段実行負荷熱量Ｑｚより設定負荷熱量差ΔＱｄだけ小さい負荷熱量を減段実行負荷熱量Ｑｇとして自立的に増減段を実行するようにしてある。

上記の例では、安定上限負荷熱量Ｑｂを固定値として第２補正量ΔＱ２を固定値とする例を示したが、これに代え、第２補正量ΔＱ２を熱源設備の運転状態などに応じて変化させるようにしてもよく、例えば、２次側流量の計測値と負荷装置Ｕの入出口の定格冷水温度差との積から運転状態にある冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘを減じた値を第２補正量ΔＱ２として、その第２補正量ΔＱ２だけ基準負荷熱量Ｑｓから差し引いた負荷熱量を安定上限負荷熱量Ｑｂ（可変値）とするようにしてもよい。

増段で新たに起動する増段冷凍機Ｒ及び減段で運転停止する減段冷凍機Ｒについて、制御装置５は、それら増段冷凍機Ｒ及び減段冷凍機Ｒを前記規定条件の下で自動的に選定して増減段後の運転冷凍機Ｒの組合せＫを最適化する“組合せ最適化モード”と、複数の冷凍機Ｒを予め決められた増減段順序で増段又は減段していくなど固定的に指定された冷凍機を増段冷凍機Ｒ又は減段冷凍機Ｒとする“指定組合せモード”とのモード切り換えをオペレータ操作などにより行えるようにしてある。

また、制御装置５は、これら“組合せ最適化モード”と“指定組合せモード”とのいずれが選択されている場合にも、前記“増減段ポイント最適化モード”が選択されている状態では、前述の如く増段前（後）の運転冷凍機Ｒの組合せＫと増段（減段）冷凍機Ｒと外気湿球温度ｔｏｗとを検索キーとして補正量テーブルＤｂから第１補正量ΔＱ１を読み出し、その読み出し第１補正量ΔＱ１だけ増段実行負荷熱量Ｑｚ及び減段実行負荷熱量Ｑｇを低下側へ補正する。

次に、増減段後の運転冷凍機Ｒの組合せＫを最適化する“組合せ最適化モード”について説明すると、制御装置５の管理部６は負荷熱量Ｑの予測に基づき増段後の運転冷凍機Ｒの組合せＫ及び減段後の運転冷凍機Ｒの組合せＫを次のように決定する。

センサＳの計測値に基づいて演算される負荷熱量Ｑの過去及び現在のデータや外部から入手する過去及び現在の気象データ並びに将来の気象予測データなど、熱源設備の負荷熱量Ｑに関する種々のデータに基づき、将来の負荷熱量Ｑを所定の予測モデルを用いて予測する。

この負荷熱量Ｑの予測では基本的に現時点から上限積算時間Ｔｍａｘ（例えば数時間）後までの期間において設定時間間隔ΔＴ（例えば１０分間）ごとの負荷熱量Ｑを逐次予測する。

そして、増減段後の運転冷凍機Ｒの組合せＫを選定するのに、基本的には、前記規定条件の下で、所定運転期間Ｘ中における各時点の予測負荷熱量Ｑを賄うことができる組合せで、かつ、熱源設備のエネルギ消費量Ｅを評価値として、そのエネルギ消費量Ｅの所定運転期間Ｘにおける積算値ΣＥが最小（最良）となる組合せを、その所定運転期間Ｘにおける運転冷凍機Ｒの最適組合せＫｘとして選定する。

換言すれば、全ての冷凍機組合番号Ｋ１〜Ｋｍの中から前記規定条件の下で上記積算値ΣＥが最小となる最適な組合番号Ｋｘを選定する。

具体的には、次の増段で起動する最適な増段冷凍機Ｒ（換言すれば、増段後の運転冷凍機Ｒの最適組合せＫｘ）を図５に示す増段機選定フローチャートに従って選定し、また、次の減段で運転停止する最適な減段冷凍機Ｒ（換言すれば、減段後の運転冷凍機Ｒの最適組合せＫｘ）を図８に示す減段機選定フローチャートに従って選定する。

即ち、図５の増段機選定フローチャート（図７参照）では、♯１において、増段前の運転冷凍機Ｒに現在停止されている冷凍機Ｒのうちの１台を運転冷凍機Ｒとして追加（増段）した増段後の運転冷凍機Ｒの可能な組合せＫの全てを抽出し、続いて♯２で、増段前の運転冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘを演算する。

♯３では、現時点から設定時間Ｔｓ（例えば１０分間）だけ後の時点ｔｓについての予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）を読み込み、♯４では、♯３で読み込んだ予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）と♯２で演算した増段前の運転冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘとを比較する〔Ｑ（ｔｓ）＞ΣＧｍａｘ？〕。

♯４での比較において設定時間Ｔｓ後のｔｓ時点についての予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）の方が増段前の運転冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘより大きい〔Ｑ（ｔｓ）＞ΣＧ〕ときは、♯５において評価値積算時間Ｔｘを算定する。

この♯５における評価値積算時間Ｔｘの算定は図６に示す増段用の積算時間算定フローチャートに従って行い、この増段用の積算時間算定フローチャートでは、♯５−１において、現在停止中の冷凍機Ｒのうちで定格能力Ｇｍａｘが最小のものを選定する。

♯５−２では、増段前の運転冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘに♯５−１で選定した最小定格能力冷凍機Ｒの定格能力Ｇｍａｘを加えた増段後の最小の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍｉｎを演算する。

カウント処理として♯５−３でＮ＝０とし、続いて♯５−４でＮ＝Ｎ＋１にした上で、♯５−５において前記のｔｓ時点から更に（ΔＴ×Ｎ）時間だけ後の時点（ｔｓ＋（ΔＴ×Ｎ））についての予測熱負荷Ｑ（Ｎ）を読み込み、♯５−６では、♯５−５で読み込んだ予測熱負荷Ｑ（Ｎ）と♯５−２で演算した増段後の最小の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍｉｎとを比較する〔Ｑ（Ｎ）＞（ΣＧｍａｘ）ｍｉｎ？〕。

そして、この♯５−６での比較において予測熱負荷Ｑ（Ｎ）の方が増段後における最小の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍｉｎより大きくなるまで♯５−４〜♯５−６を繰り返し、♯５−６での比較において予測熱負荷Ｑ（Ｎ）の方が増段後における最小の定格能力合
計（ΣＧｍａｘ）ｍｉｎより大きく〔Ｑ（Ｎ）＞（ΣＧｍａｘ）ｍｉｎ〕なると、♯５−７で評価値積算時間ＴｘをそのときのＮ値に対して〔Ｔｘ＝ΔＴ×Ｎ〕に決定する。

ここで図５に示す増段機選定フローチャートに戻って、♯６では♯５で算定した評価値積算時間Ｔｘ（＝ΔＴ×Ｎ）と上限積算時間Ｔｍａｘとを比較し〔Ｔｘ＜Ｔｍａｘ？〕、この比較において♯５で算定した評価値積算時間Ｔｘが上限積算時間Ｔｍａｘより小さいときはそのまま♯８に進む。

一方、♯６での比較において♯５で算定した評価値積算時間Ｔｘが上限積算時間Ｔｍａｘ以上〔Ｔｘ≧Ｔｍａｘ〕のとき、及び、先の♯３での比較においてｔｓ時点についての予測熱負荷Ｑ（ｔｓ）が増段前の運転冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘ以下〔Ｑ（ｔｓ）≦ΣＧｍａｘ〕のときは、♯７で評価値積算時間Ｔｘを〔Ｔｘ＝Ｔｍａｘ〕に制限した上で♯８に進む。

♯８では、♯１で抽出した増段後における運転冷凍機Ｒの組合せＫの全てについて、評価値積算時間Ｔｘに対応する期間（つまり、そのときのｔｓ時点を開始時点とし、そのときのｔｓ時点から評価値積算時間Ｔｘを経過した時点を終了時点とする期間）中における予測熱負荷Ｑを各組合せＫでの冷凍機運転で処理した場合のエネルギ消費量Ｅの期間積算値ΣＥ（つまり、各組合せＫごとのエネルギ消費量Ｅの期間積算値）を演算する。

そして、♯９では、♯１で抽出した増段後における運転冷凍機Ｒの組合せＫのうち、♯８で演算したエネルギ消費量Ｅの期間積算値ΣＥが最小であった組合せを増段後における運転冷凍機Ｒの最適組合せＫｘとして決定する。

つまり、この増段用最適組合せの選定において、制御装置５の管理部６は、予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）と各冷凍機Ｒの定格能力Ｇｍａｘとに基づき、現在の運転冷凍機Ｒの組合せＫについて運転冷凍機Ｒの全体としての負荷率Ｗが上限負荷率Ｗｍａｘになると予測される予測閾時点（即ち、♯４でＱ（ｔｓ）＞ΣＧｍａｘとなるｔｓ時点）を判定し、この予測閾時点ｔｓを所定運転期間Ｘの開始時点とする。

また、予測熱負荷Ｑ（Ｎ）と各冷凍機Ｒの定格能力Ｇｍａｘとに基づき、増段後の運転熱源機Ｒの組合せＫについて再び運転冷凍機Ｒの全体としての負荷率Ｗが上限負荷率Ｗｍａｘになると予測される予測再閾時点（即ち、♯５−６でＱ（Ｎ）＞（ΣＧｍａｘ）ｍｉｎとなる（ｔｓ＋Ｔｘ）時点）を判定し、この予測再閾時点（ｔｓ＋Ｔｘ）を所定運転期間Ｘの終了時点とする。

そして、このように負荷熱量Ｑの予測に基づき増段後についての所定運転期間Ｘを設定した上で、その所定運転期間Ｘにおける運転冷凍機Ｒの組合せＫに関して、所定運転期間Ｘ中の予測負荷熱量Ｑを賄い得る組合せで、かつ、熱源設備のエネルギ消費量Ｅを評価値として、そのエネルギ消費量Ｅの所定運転期間Ｘにおける積算値ΣＥが最小となる組合せを増段後の最適組合せＫｘとして選定する。

換言すれば、この増段後最適組合せＫｘの冷凍機Ｒのうち増段前の現在において未だ運転停止中のものを次の増段で新たに起動する最適増段冷凍機Ｒとして選定する。

なお、制御装置５の管理部６は、予測負荷熱量Ｑの経時変化などに代表される経時的な状況変化に対して上記の予測閾時点ｔｓを判定するごとに（即ち、♯４でＱ（ｔｓ）＞ΣＧｍａｘが判定されるごとに）、その予測閾時点ｔｓを開始時点とする新たな所定運転期間Ｘを設定し、その新たな所定運転期間Ｘごとに上記の増段後最適組合せＫｘを選定する。

また、現在の運転冷凍機Ｒの組合せＫについて上記予測閾時点ｔｓが未判定（即ち、♯４でＱ（ｔｓ）≦ΣＧｍａｘ）のときや、算定した評価値積算時間Ｔｘが上限積算時間Ｔｍａｘ以上（即ち、♯６でＴｘ≧Ｔｍａｘ）のときには、現時点から設定時間（本例では上限積算時間Ｔｍａｘ）後までの期間を仮の所定運転期間Ｘ′として、その仮の所定運転期間Ｘ′について上記の増段後最適組合せＫｘを選定し、これにより、負荷熱量予測に基づく最適組合せ選定の精度及び信頼性を高める。

一方、図８の減段機選定フローチャート（図１０参照）では、♯１において、減段前の運転冷凍機Ｒのうちの１台を停止（減段）した場合の減段後運転冷凍機Ｒの可能な組合せＫの全てを抽出し、続いて♯２では、♯１で抽出した減段後の運転冷凍機Ｒの各組合せＫで得られる運転冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘのうちの最大の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍａｘを演算する。

♯３では、現時点から設定時間Ｔｓ（例えば１０分間）だけ後の時点ｔｓについての予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）を読み込み、♯４では、♯２で演算した減段後における最大の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍａｘと♯３で読み込んだ予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）とを比較する〔（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ＞Ｑ（ｔｓ）？〕。

♯４での比較において♯２で演算した減段後における最大の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍａｘの方が設定時間Ｔｓ後のｔｓ時点についての予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）より大きい〔（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ＞Ｑ（ｔｓ）〕のときは、♯５において評価値積算時間Ｔｘを算定する。

この♯５における評価値積算時間Ｔｘの算定は図９に示す減段用の積算時間算定フローチャートに従って行い、この減段用の積算時間算定フローチャートでは、♯５―１において、減段前の運転冷凍機Ｒのうちの２台を停止（即ち再減段）した場合の再減段後における運転冷凍機Ｒの可能な組合せＫの全てを抽出する。

続いて♯５−２では、♯５−１で抽出した再減段後における各組合せＫでの運転冷凍機Ｒの定格能力合計ΣＧｍａｘ′のうちの最大の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ′を演算する。

カウント処理として♯５−３でＮ＝０とし、続いて♯５−４でＮ＝Ｎ＋１にした上で、♯５−５において、前記のｔｓ時点から更に（ΔＴ×Ｎ）時間だけ後の時点（ｔｓ＋（ΔＴ×Ｎ））についての予測負荷熱量Ｑ（Ｎ）を読み込み、♯５−６では、♯５−２で演算した再減段後における最大の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ′と♯５−５で読み込んだ予測負荷熱量Ｑ（Ｎ）とを比較する〔（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ＞Ｑ（Ｎ）？〕。

そして、この♯５−６での比較において再減段後における最大の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ′の方が予測負荷熱量Ｑ（Ｎ）より大きくなるまで♯５−４〜♯５−６を繰り返し、♯５−６での比較において再減段後における最大の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ′の方が予測負荷熱量Ｑ（Ｎ）より大きく〔（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ＞Ｑ（Ｎ）〕なると、♯５−７で評価値積算時間ＴｘをそのときのＮ値に対して〔Ｔｘ＝ΔＴ×Ｎ〕に決定する。

ここで図８に示す減段機選定フローチャートに戻って、♯６では♯５で算定した評価値積算時間Ｔｘ（＝ΔＴ×Ｎ）と上限積算時間Ｔｍａｘとを比較し〔Ｔｘ＜Ｔｍａｘ？〕、この比較において♯５で算定した評価値積算時間Ｔｘが上限積算時間Ｔｍａｘより小さいときはそのまま♯８に進む。

一方、♯６での比較において♯５で算定した評価値積算時間Ｔｘが上限積算時間Ｔｍａｘ以上〔Ｔｘ≧Ｔｍａｘ〕のときは、♯７で評価値積算時間Ｔｘを〔Ｔｘ＝Ｔｍａｘ〕に制限した上で♯８に進む。

♯８では、♯１で抽出した減段後における運転冷凍機Ｒの組合せＫの全てについて、評価値積算時間Ｔｘに対応する期間（つまり、そのときのｔｓ時点を開始時点とし、そのときのｔｓ時点から評価値積算時間Ｔｘを経過した時点を終了時点とする期間）中における予測負荷熱量Ｑを各組合せＫの冷凍機運転で処理した場合のエネルギ消費量Ｅの期間積算値ΣＥ（つまり、各組合せＫごとのエネルギ消費量Ｅの期間積算値）を演算する。

そして、♯９では、♯１で抽出した減段後における運転冷凍機Ｒの組合せＫのうち、♯８で演算したエネルギ消費量Ｅの期間積算値ΣＥが最小であった組合せを減段後における運転冷凍機Ｒの最適組合せ候補Ｋｘ′として抽出する。

続いて♯１０では、♯９で抽出した最適組合せ候補Ｋｘ′を採用した減段を行った場合にそのときの負荷装置Ｕの運転上で２次側冷水流量が不足となるか否かを最適制御データテーブルＤａの参照等により判定し、この判定において２次側冷水流量の不足が生じないときは♯１１において、♯９で抽出した最適組合せ候補Ｋｘ′を減段後における運転冷凍機Ｒの最適組合せＫｘとして決定する。

また、♯１０での判定において２次側冷水流量の不足が生じるとき、及び、先の♯４での比較において減段後における最大の定格能力合計（ΣＧｍａｘ）ｍａｘが設定時間Ｔｓ後のｔｓ時点についての予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）以下〔（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ≦Ｑ（ｔｓ）〕のときは、♯１２において減段禁止指令を発生する。

つまり、この減段用最適組合せの選定において、制御装置５の管理部６は、予測負荷熱量Ｑ（ｔｓ）と各冷凍機Ｒの定格能力Ｇｍａｘとに基づき、減段後における運転冷凍機Ｒの全体としての負荷率Ｗが上限負荷率Ｗｍａｘになると予測される予測閾時点（即ち、♯４で（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ＞Ｑ（ｔｓ）となるｔｓ時点）を判定し、この予測閾時点ｔｓを所定運転期間Ｘの開始時点とする。

また、予測熱負荷Ｑ（Ｎ）と各冷凍機Ｒの能力Ｇとに基づき、組合せ変更後（減段後）の運転冷凍機Ｒの組合せについて再び冷凍機運転台数の減少を伴う組合せ変更（再減段）が必要になると予測される予測再閾時点（即ち、♯５−６で（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ′＞Ｑ（Ｎ）となる（ｔｓ＋Ｔｘ）時点）を判定し、この予測再閾時間（ｔｓ＋Ｔｘ）を所定運転期間Ｘの終了時点とする。

そして、このように負荷熱量Ｑの予測に基づき減段後についての所定運転期間Ｘを設定した上で、その所定運転期間Ｘにおける運転冷凍機Ｒの組合せＫ（即ち、減段後の組合せ）に関して、所定運転期間Ｘ中の予測熱負荷Ｑを賄い得る組合せで、かつ、熱源設備のエネルギ消費量Ｅを評価値として、そのエネルギ消費量Ｅの所定運転期間Ｘにおける積算値ΣＥが最小となる組合せを減段後の最適組合せＫｘとして選定（但し、本例では減段後の２次側冷水流量に不足を生じない条件下で選定）する。

換言すれば、この減段後最適組合せＫｘの冷凍機Ｒのうち減段前の現在において未だ運転状態にあるものを次の減段で運転停止する最適減段冷凍機Ｒとして選定する。

なお、前記した増段用最適組合せの選定の場合と同様、予測熱負荷Ｑの経時変化などに代表される経時的な状況変化に対して上記の予測閾時点ｔｓを判定するごとに（即ち、♯４で（ΣＧｍａｘ）ｍａｘ＞Ｑ（ｔｓ）が判定されるごとに）、その予測閾時点ｔｓを開始時点とする新たな所定運転期間Ｘを設定し、その新たな所定運転期間Ｘごとに上記の減段後最適組合せＫｘを選定する。

また、算定した対象値積算時間Ｔｘが上限積算時間Ｔｍａｘ以上（即ち、♯６でＴｘ≧Ｔｍａｘ）のときには、現時点から設定時間（本例では上限積算時間Ｔｍａｘ）後までの期間を仮の所定運転期間Ｘ′として、その仮の所定運転期間Ｘ′について上記の減段後最適組合せＫｘを選定する。

なお、上記の如き増段用最適組合せの選定及び減段用最適組合せの選定の夫々で、所定運転期間Ｘにおけるエネルギ消費量Ｅの積算値ΣＥを運転冷凍機Ｒの各組合せＫについて演算（即ち、図５、図８のフローチャートにおける♯８の演算処理）するのに、制御装置５の管理部６は、負荷熱量Ｑと外気湿球温度ｔｏｗと運転冷凍機Ｒの組合せＫとを検索キーとして、それに対応する各機器の消費エネルギを最適制御データテーブルＤａから読み出し、この読み出した消費エネルギの合計を時間積算する形態で上記エネルギ消費量Ｅの積算値ΣＥを求める。

つまり、この場合、最適制御データテーブルＤａを運転冷凍機Ｒの組合せＫごとの評価値（エネルギ消費量Ｅ）を求める評価値テーブルとして用いる。

以上、ここでは冷凍機Ｒの増減段において増段実行負荷熱量Ｑｚ及び減段実行負荷熱量Ｑｇを第１補正量ΔＱ１だけ補正する制御システムを示したが、ボイラやヒートポンプ装置などの温熱熱源機を制御する制御システムについて同様の補正を適用してもよい。

また、冷熱源設備や温熱源設備において同様の補正をオペレータ操作などに人為的に行なうようにしてもよい。

〔別の実施形態〕
評価値は熱源設備のエネルギ消費量Ｅに限られるものではなく、熱源設備の運転コストや換算二酸化炭素排出量、あるいは、それら評価値に重み係数を乗じたものを加算した複合の評価値であってもよい。

前述の実施形態では上限負荷率Ｗｍａｘを１００％とする例を示したが、上限負荷率Ｗｍａｘを８０〜９０％のものにしてもよい。

前述の実施形態では第１補正量ΔＱ１を補正量テーブルＤｂから読み出す構成にしたが、第１補正量ΔＱ１を各時点における増減段前後の運転冷凍機Ｒの組合せＫと外気条件とに基づいて逐次演算するようにしてもよい。

第１補正量ΔＱ１の選定や各機器の最適運転状態の選定に用いる外気条件は外気湿球温度ｔｏｗに限られるものではなく、外気の乾球温度や外気の温湿度などであってもよい。

前述の実施形態では、“組合せ最適化モード”と“指定組合せモード”とのモード選択を可能にした例を示したが、いずれか一方のモードの実施のみが可能な制御システムであってもよい。

前述の実施形態では、運転冷凍機Ｒの増段後最適組合せＫｘを選定するのに、増段後の運転冷凍機Ｒで増段後の予測負荷熱量Ｑを処理する仮想運転において得られる増段後予測評価値（先例では、所定運転期間Ｘにおけるエネルギ消費量Ｅの積算値ΣＥ）が最良となる運転冷凍機Ｒの組合せを増段後最適組合せＫｘとして選定するようにしたが、場合によっては、増段後の運転冷凍機Ｒで現状の負荷熱量Ｑを処理する仮想運転において得られる増段後予測評価値が最良となる運転冷凍機Ｒの組合せを増段後最適組合せＫｘとして選定するようにしてもよい。

また同様に、前述の実施形態では、運転冷凍機Ｒの減段後最適組合せＫｘを選定するのに、減段後の運転冷凍機Ｒで減段後の予測負荷熱量Ｑを処理する仮想運転において得られる減段後予測評価値（先例では同じく、所定運転期間Ｘにおけるエネルギ消費量Ｅの積算値ΣＥ）が最良となる運転冷凍機Ｒの組合せを減段後最適組合せＫｘとして選定するようにしたが、場合によっては、減段後の運転冷凍機Ｒで現状の負荷熱量Ｑを処理する仮想運転において得られる減段後予測評価値が最良となる運転冷凍機Ｒの組合せを減段後最適組合せＫｘとして選定するようにしてもよい。

本発明は空調用の熱源設備制御システムに限らず、種々の目的の熱源設備制御システムに適用することができる。

Ｒ 冷凍機
Ｇ 冷凍機能力
５ 制御手段
Ｗ 負荷率
ΣＧ 運転状態にある冷凍機の能力合計
ΣＧｍａｘ 運転状態にある冷凍機の定格能力合計
Ｗｍａｘ 上限負荷率
Ｑ 負荷熱量
Ｑｓ 基準負荷熱量
Ｅ 評価値，現状評価値
Ｅ′ 対比評価値
Ｑａ 評価境界負荷熱量
Ｑｚ 増段実行負荷熱量
ｔｏｗ 外気条件
Ｋ 運転冷凍機の組合せ
ΔＱ１ 前倒し補正量
Ｄｂ 補正量テーブル
Ｗｂ 設備安定化用の設定負荷率
Ｑｂ 安定上限負荷熱量
Ｕ 負荷機器
Ｋｘ 最適組合せ
Ｄａ 評価値テーブル，最適制御データテーブル
ΔＱｄ 設定負荷熱量差
Ｑｇ 減段実行負荷熱量

Claims (12)

1. 熱源設備における複数の冷凍機のうち運転状態にある冷凍機の能力、及び、運転する冷凍機の台数を負荷熱量に応じて調整する制御手段を設けた熱源設備制御システムであって、
   前記制御手段は、現在運転状態にある冷凍機の全体についての負荷率（＝運転状態にある冷凍機の能力合計×１００％／運転状態にある冷凍機の定格能力合計）が上限負荷率になるときの負荷熱量を基準負荷熱量とし、
   かつ、熱源設備の運転状態を評価する所定の評価値に関し、現状の設備運転状態で得られる現状評価値を求めるとともに、冷凍機の運転台数を増やした増段後の運転冷凍機により現状の負荷熱量を処理する仮想の設備運転状態で得られる対比評価値を求めて、現状評価値よりも対比評価値の方が評価度の高い値になるときの負荷熱量を評価境界負荷熱量とし、
   冷凍機の運転台数を現状の運転台数から増やす増段を実行するときの負荷熱量である増段実行負荷熱量を前記基準負荷熱量から前記評価境界負荷熱量まで前倒し補正して増段を実行する構成にするとともに、
   前記制御手段は、前記負荷率が前記上限負荷率よりも小さい設備安定化用の設定負荷率になるときの負荷熱量を安定上限負荷熱量とし、
   前記評価境界負荷熱量が安定上限負荷熱量以下のときには、前記増段実行負荷熱量を前記基準負荷熱量から前記評価境界負荷熱量まで前倒し補正して増段を実行し、
   前記評価境界負荷熱量が安定上限負荷熱量より大きいときには、前記増段実行負荷熱量を前記基準負荷熱量から前記安定上限負荷熱量まで前倒し補正して増段を実行する構成にしてある熱源設備制御システム。
2. 前記制御手段は、外気条件と増段前後の運転冷凍機の組合せとを個々に変更したときの前記基準負荷熱量から前記評価境界負荷熱量までの前記増段実行負荷熱量の前倒し補正量を予め書き込んである補正量テーブルに基づいて、前記前倒し補正による増段を実行する構成にしてある請求項１記載の熱源設備制御システム。
3. 前記制御手段は、運転状態にある冷凍機と負荷機器との間での熱媒循環における負荷機器側の熱媒流量である２次側流量の計測値と負荷機器の入出口の定格熱媒温度差との積から運転状態にある冷凍機の定格能力合計を減じた値だけ前記基準負荷熱量から差し引いた負荷熱量を前記安定上限負荷熱量とする構成にしてある請求項１記載の熱源設備制御システム。
4. 前記制御手段は、増段後の運転冷凍機の組合せに関し、増段後の運転冷凍機で増段後の予測負荷熱量又は現状の負荷熱量を処理する仮想の設備運転状態で得られる増段後予測評価値を増段後の運転冷凍機の組合せごとに求めて、この増段後予測評価値が最良となる運転冷凍機の組合せを増段後最適組合せとして選定し、
   この増段後最適組合せを増段後の運転冷凍機の組合せとして採用する構成にしてある請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱源設備制御システム。
5. 前記制御手段は、前記増段後最適組合せの選定において、増段前に運転状態にある冷凍機は全て増段後の運転冷凍機の中に残存させる条件の下で、増段後の運転冷凍機の組合せごとに前記増段後予測評価値を求める構成にしてある請求項４記載の熱源設備制御システム。
6. 前記制御手段は、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更したときの前記増段後予測評価値を予め書き込んである評価値テーブルに基づいて、増段後の運転冷凍
   機の組合せごとに前記増段後予測評価値を求める構成にしてある請求項４又は５記載の熱源設備制御システム。
7. 前記評価値テーブルに書き込んである前記増段後予測評価値は、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更した場合の夫々で、熱源設備の運転状態を最適運転状態に調整した場合に得られる最良の評価値としてある請求項６記載の熱源設備制御システム。
8. 前記制御手段は、モード切換指令に応じて、
   前記増段後最適組合せを、増段後の運転冷凍機の組合せとして採用するとともに、前記対比評価値を求める対象の運転冷凍機の組合せとする組合せ最適化モードと、
   前記増段後最適組合せとは別の指定された組合せを、増段後の運転冷凍機の組合せとして採用するとともに、前記対比評価値を求める対象の運転冷凍機の組合せとする指定組合せモードとを選択的に実行する構成にしてある請求項４〜７のいずれか１項に記載の熱源設備制御システム。
9. 前記制御手段は、増段前及び増段後の夫々において、負荷熱量と外気条件と運転冷凍機の組合せの個々を変更した場合の夫々で最良の評価値が得られるときの最適運転状態を予め書き込んである最適制御データテーブルに基づき、熱源設備の運転状態を最適運転状態に調整する構成にしてある請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱源設備制御システム。
10. 前記制御手段は、前記増段実行負荷熱量より設定負荷熱量差だけ小さい負荷熱量を減段実行負荷熱量として、負荷熱量が減段実行負荷熱量まで減少したとき冷凍機の運転台数を現状の運転台数から減らす減段を実行する構成にしてある請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱源設備制御システム。
11. 前記制御手段は、減段後の運転冷凍機の組合せに関し、減段後の運転冷凍機で減段後の予測負荷熱量又は現状の負荷熱量を処理する仮想の設備運転状態で得られる減段後予測評価値を減段後の運転冷凍機の組合せごとに求めて、この減段予測評価値が最良となる運転冷凍機の組合せを減段後最適組合せとして選定し、
    この減段後最適組合せを減段後の運転冷凍機の組合せとして採用する構成にしてある請求項１０記載の熱源設備制御システム。
12. 前記制御手段は、前記減段後最適組合せの選定において、減段前に運転状態にある冷凍機のうち減段で運転停止する冷凍機以外の冷凍機は全て減段後の運転冷凍機の中に残存させる条件の下で、減段後の運転冷凍機の組合せごとに前記減段後予測評価値を求める構成にしてある請求項１１記載の熱源設備制御システム。

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