热源系统及热源系统的控制方法
【专利摘要】在具备多个热源机的热源系统中，能够削减消耗能量、运转成本或二氧化碳排出量等。热源系统(S)的控制装置(30)具有：热负载分配模式生成机构(31)，其生成向至少两个以上的热源机(11、12、13)分别分配热负载的热负载分配模式；模拟机构(32)，其计算生成的热负载分配模式下的热源系统(S)的评价函数；热负载分配模式抽取机构(33)，其基于评价函数，从由热负载分配模式生成机构(31)生成的热负载分配模式中抽取一个热负载分配模式；控制指令机构(34)，其基于抽取出的热负载分配模式，对热源机(11、12、13)及冷热水泵(5a、5b、5c)进行控制。
【专利说明】热源系统及热源系统的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热源系统及热源系统的控制方法。
【背景技术】
[0002] 热源系统是如下的系统：具备多个热源机，通过向热负载供给高温的热介质而向 热负载供给热量，或者通过向热负载供给低温的热介质而向热负载供给冷能（从热负载夺 取热量）。
[0003] 在热源系统中，在其运转时，设定热源系统整体的消耗能量、热源系统整体的运转 成本、来自热源系统的二氧化碳排出量等的评价函数，并以使该评价函数最小化的方式进 行控制。
[0004] 例如，当将评价函数设为由热源系统消耗的全部的电力能量与全部的气体能量的 累计值时，能够以使热源系统整体的消耗能量最小化的方式进行控制。而且，例如当将评价 函数设为由热源系统消耗的全部的电力成本与全部的气体成本的累计值时，能够以使热源 系统整体的运转成本最小化的方式进行控制。
[0005] 通常，热源系统具备的热源机中的负载率与性能系数（Coefficient Of Performance ;C0P)的关系例如专利文献2的图4所示那样，负载率越增加，COP越增加。
[0006] 因此，专利文献1或专利文献2所公开的热源系统中的热源机的运转台数控制通 过使能够对应处理的热负载量（热负载需要量）进行处理的最低台数的热源机动作来进 行，而且，热源机的台数被控制成为热负载需要量下的最为削减消耗能量的台数。
[0007] 在先技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特开2008-292043号公报
[0010] 专利文献2 :日本特开2005-114295号公报
【发明内容】
[0011] 发明要解决的课题
[0012] 然而，在热源机中，存在例如涡轮制冷机、变频涡轮制冷机、吸收式冷热水机、废热 利用吸收式冷热水机这样的特性（例如，负载率-C0P特性）不同的热源机。因此，当热源 系统对热负载需要量进行处理时，有时不像以往的热源系统中的控制（例如，参照专利文 献1、专利文献2)那样进行热源机的运转台数变更，而是通过将热负载需要量向各热源机 适当地分配，由此能够实现热源系统整体的节能化和低成本化。
[0013] 例如，在热源系统具备的热源机的结构为1台变频涡轮制冷机和多台处理能力小 的废热利用吸收式冷热水机时，废热利用吸收式冷热水机在低负载时存在C0P高的情况 (参照后述的图6 (c))，因此在从仅1台变频涡轮制冷机运转的状态开始热负载需要量变小 时，停止变频涡轮制冷机的运转而开始多台废热利用吸收式冷热水机的运转，由此能够削 减热源系统整体的消耗能量。
[0014] 然而，在专利文献1或专利文献2所公开的热源系统的热源机的运转台数控制中， 无法应对这样的情况。而且，当热源系统具备的热源机的台数或种类增加时，削减消耗能量 的运转台数控制的问题更为复杂化。
[0015] 因此，本发明针对具备多个热源机的热源系统进行研究，课题在于提供能够削减 消耗能量、运转成本或二氧化碳排出量等的热源系统及热源系统的控制方法。
[0016] 用于解决课题的方案
[0017] 为了解决这样的课题，本发明涉及的热源系统具备至少两个以上的热源机、从该 热源机向热负载输送热输送介质的输送机构、对所述热源机及所述输送机构进行控制的控 制机构，其特征在于，所述控制机构具有：模式生成机构，其生成向至少两个以上的所述热 源机分别分配热负载的热负载分配模式；模拟机构，其计算生成的所述热负载分配模式下 的所述热源系统的评价函数；模式抽取机构，其基于所述评价函数，从由所述模式生成机构 生成的所述热负载分配模式中抽取一个热负载分配模式；运转控制机构，其基于抽取出的 所述热负载分配模式，对所述热源机及所述输送机构进行控制。
[0018] 另外，本发明涉及的热源系统的控制方法中，所述热源系统具备至少两个以上的 热源机、从该热源机向热负载输送热输送介质的输送机构、对所述热源机及所述输送机构 进行控制的控制机构，所述热源系统的控制方法的特征在于，所述控制机构具有：生成向各 所述热源机分配热负载的热负载分配模式的生成步骤；计算由所述生成步骤生成的所述热 负载分配模式下的所述热源系统的评价函数的计算步骤；基于由所述计算步骤计算出的所 述评价函数，从由所述生成步骤生成的所述热负载分配模式中抽取一个热负载分配模式的 抽取步骤；基于由所述抽取步骤抽取出的所述热负载分配模式，对所述热源机及所述输送 机构进行控制的控制步骤。
[0019] 发明效果
[0020] 根据本发明，针对具备多个热源机的热源系统，能够提供削减消耗能量、运转成本 或二氧化碳排出量等的热源系统及热源系统的控制方法。尤其是即使在热源系统具备特性 不同的热源机的情况下，通过控制热源机的运转台数、向各热源机分配的热负载量，由此也 能够削减热源系统整体的消耗能量、运转成本或二氧化碳排出量等。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是第一实施方式的热源系统的结构图。
[0022] 图2是表示第一实施方式的热源系统的控制装置的动作的流程图。
[0023] 图3是表示热源系统应处理的热负载的分割的示意图。
[0024] 图4是表不热负载分配模式生成部所生成的热负载分配模式的表。
[0025] 图5是将可运转的热负载分配模式抽取出来的表。
[0026] 图6是表示各热源机的负载率-C0P特性的图表，（a)是变频涡轮制冷机，（b)是涡 轮制冷机，（c)是废热利用吸收式冷热水机。
[0027] 图7是表不第二实施方式的热负载分配模式生成部所生成的热负载分配模式的 表。
[0028] 图8是表示热负载分配模式的一例的图。
[0029] 图9中，（a)是表示消耗电力的热源机所消耗的电力的表，（b)是表示消耗气体的 热源机所消耗的气体的表。
【具体实施方式】
[0030] 以下，适当参照附图，详细说明用于实施本发明的方式（以下称为"实施方式"）。 需要说明的是，在各图中，对于共通的部分标注同一符号，而省略重复的说明。
[0031] 《第一实施方式》
[0032] 〈热源系统S>
[0033] 图1是第一实施方式的热源系统S的结构图。
[0034] 如图1所示，热源系统S具备三系统的热源单元（第一热源单元1、第二热源单元 2、第三热源单元3)、热负载4、冷热水泵5a、5b、5c、冷热水去程集管6a、冷热水回程集管6b、 控制装置30,该热源系统S使冷热水在热源单元（第一热源单元1、第二热源单元2、第三热 源单元3)与热负载4之间循环。
[0035] 需要说明的是，在以下的说明中，对热负载4是需要冷能的负载源（例如，进行制 冷运转的空气调节器）且热源系统S是向热负载4供给冷能的系统的示例进行说明。
[0036] 热源单元（第一热源单元1、第二热源单元2、第三热源单元3)对从冷热水入口流 入的冷热水进行冷却，并使其从冷热水出口流出。
[0037] 如图1所示，第一热源单元1(后述的变频涡轮制冷机11)构成为，冷热水入口与 冷热水泵5a的喷出侧连接，且冷热水出口与冷热水去程集管6a连接。第二热源单元2 (后 述的涡轮制冷机12)构成为，冷热水入口与冷热水泵5b的喷出侧连接且冷热水出口与冷热 水去程集管6a连接。第三热源单元3(后述的废热利用吸收式冷热水机13)构成为，冷热 水入口与冷热水泵5c的喷出侧连接且冷热水出口与冷热水去程集管6a连接。
[0038] 需要说明的是，关于热源单元（第一热源单元1、第二热源单元2、第三热源单元3) 的详情，在后文叙述。
[0039] 热负载4是需要冷能的负载源，如图1所示，将热负载4的一端（冷热水入口侧） 与冷热水去程集管6a连接并将另一端（冷热水出口侧）与冷热水回程集管6b连接。
[0040] 冷热水泵5a、5b、5c是用于使冷热水在热源单元（第一热源单元1、第二热源单元 2、第三热源单元3)与热负载4之间循环的泵。
[0041] 如图1所示，冷热水泵5a将吸入侧与冷热水回程集管6b连接并将喷出侧与第一 热源单元1(后述的变频涡轮制冷机11)的冷热水入口连接。冷热水泵5b将吸入侧与冷热 水回程集管6b连接并将喷出侧与第二热源单元2 (后述的涡轮制冷机12)的冷热水入口连 接。冷热水泵5c将吸入侧与冷热水回程集管6b连接并将喷出侧与第三热源单元3 (后述 的废热利用吸收式冷热水机13)的冷热水入口连接。
[0042] 在冷热水泵5a、5b、5c上分别连接有变换器21&、2113、21〇。控制装置30通过控制 变换器21a、21b、21c而能够使冷热水泵5a、5b、5c的冷热水的流量在规定的范围（例如从 额定流量的40%至额定流量）内变化。
[0043] 这样，热源系统S通过对冷热水泵5a、5b、5c进行驱动，而使冷热水从冷热水回程 集管6b向热源单元（第一热源单元1、第二热源单元2、第三热源单元3)流动。并且，由热 源单元（第一热源单元1、第二热源单元2、第三热源单元3)冷却后的冷热水经由冷热水去 程集管6a向热负载4供给。
[0044] 向热负载4供给的冷热水向热负载4供给冷能（通过热负载4将冷热水加热），温 度上升后的冷热水向冷热水回程集管6b返回。
[0045] 〈第一热源单元1、第二热源单元2、第三热源单元3>
[0046] 接下来，对热源单元（第一热源单元1、第二热源单元2、第三热源单元3)进行说 明。
[0047] 如图1所示，第一热源单元1具备变频涡轮制冷机（热源机）11、具有鼓风风扇8a 的冷却塔7a、及冷却水泵9a，并使冷却水在变频涡轮制冷机11与冷却塔7a之间循环。
[0048] 另外，第二热源单元2具备涡轮制冷机（热源机）12、具有鼓风风扇8b的冷却塔 7b、及冷却水泵％，并使冷却水在涡轮制冷机12与冷却塔7b之间循环。
[0049] 另外，第三热源单元3具备废热利用吸收式冷热水机（热源机）13、具有鼓风风扇 8c的冷却塔7c、冷却水泵9c、废热水泵15、气体发动机14,使冷却水在废热利用吸收式冷 热水机13与冷却塔7c之间循环，并使废热水在废热利用吸收式冷热水机13与气体发动机 14之间循环。
[0050] 冷却塔7a、7b、7c对于从冷却水入口流入的冷却水，通过与大气进行热交换及/或 利用冷却水蒸发时的气化热，而将冷却水冷却并使其从冷却水出口流出。
[0051] 如图1所示，冷却塔7a的冷却水入口与变频涡轮制冷机11的冷却水出口连接，冷 却塔7a的冷却水出口与冷却水泵9a的吸入侧连接。冷却塔7b的冷却水入口与涡轮制冷 机12的冷却水出口连接，冷却塔7b的冷却水出口与冷却水泵9b的吸入侧连接。冷却塔7c 的冷却水入口与废热利用吸收式冷热水机13的冷却水出口连接，冷却塔7c的冷却水出口 与冷却水泵9c的吸入侧连接。
[0052] 冷却塔7a、7b、7c具有用于将大气取入到冷却塔7a、7b、7c内的鼓风风扇8a、8b、 8c，以促进冷却水与大气的热交换及/或促进冷却水的蒸发。
[0053] 在鼓风风扇8a、8b、8c上分别连接有变换器22a、22b、22c。控制装置30通过控制 变换器22a、22b、22c而能够使鼓风风扇8a、8b、8c的鼓风量变化。
[0054] 冷却水泵9a、9b、9c是用于使冷却水在热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机 12、废热利用吸收式冷热水机13)与冷却塔7a、7b、7c之间循环的泵。
[0055] 如图1所示，冷却水泵9a将吸入侧与冷却塔7a的冷却水出口连接并将喷出侧与 变频涡轮制冷机11的冷却水入口连接。冷却水泵9b将吸入侧与冷却塔7b的冷却水出口 连接并将喷出侧与涡轮制冷机12的冷却水入口连接。冷却水泵9c将吸入侧与冷却塔7c 的冷却水出口连接并将喷出侧与废热利用吸收式冷热水机13的冷却水入口连接。
[0056] 在冷却水泵9a、9b、9c上分别连接有变换器23a、23b、23c。控制装置30通过控制 变换器23a、23b、23c，而能够使冷却水泵9a、9b、9c的冷却水的流量在规定的范围（例如从 额定流量的40%至额定流量）内变化。
[0057] 变频涡轮制冷机11具备未图示的制冷循环（热泵循环），消耗电力来驱动制冷循 环（热泵循环）的压缩机（未图示），由此，从自冷却水入口向冷却水出口流动的冷却水中 汲取冷能，对从冷热水入口流入的冷热水进行冷却，并使冷却后的冷热水从冷热水出口流 出。
[0058] 涡轮制冷机12具备未图示的制冷循环（热泵循环），消耗电力来驱动制冷循环 (热泵循环）的压缩机（未图示），由此，从自冷却水入口向冷却水出口流动的冷却水中汲 取冷能，对从冷热水入口流入的冷热水进行冷却，并使冷却后的冷热水从冷热水出口流出。
[0059] 需要说明的是，变频涡轮制冷机11能够控制制冷循环（热泵循环）的压缩机（未 图示）的旋转速度，涡轮制冷机12中制冷循环（热泵循环）的压缩机（未图示）的旋转速 度为定速，因此如后述的图6(a)及图6(b)所示那样，特性（负载率-C0P特性）不同。
[0060] 废热利用吸收式冷热水机13通过从废热水入口向废热水出口流动的高温的废热 水及通过使气体燃烧来对吸收液（未图示）进行加热，使用从冷却水入口向冷却水出口流 动的冷却水进行冷却，由此来驱动吸收制冷循环，对从冷热水入口流入的冷热水进行冷却， 并使冷却后的冷热水从冷热水出口流出。需要说明的是，如后述的图6(c)所示那样，特性 (负载率-C0P特性）与变频涡轮制冷机11 (参照图6 (a))及涡轮制冷机12 (参照图6 (b)) 不同。
[0061] 各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机13)以 使从冷热水出口流出的冷热水的温度（冷热水出口温度）成为控制目标温度的方式进行运 转。控制装置30通过对各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷 热水机13)指示控制目标温度，而能够控制冷热水出口温度。
[0062] 气体发动机14是通过使燃料（气体）燃烧来产生旋转力的装置。需要说明的是， 产生的旋转力向发电机（未图不）传递，使发电机产生电力。而且，气体发动机14具有能 在燃烧后的高温的废气与废热水之间进行热交换的热交换器（未图示），对从废热水入口 流入的废热水进行加热并使其从废热水出口流出。
[0063] 如图1所示，气体发动机14的废热水入口与废热利用吸收式冷热水机13的废热 水出口连接，气体发动机14的废热水出口与废热水泵15的吸入侧连接。
[0064] 废热水泵15是用于使废热水在废热利用吸收式冷热水机13与气体发动机14之 间循环的泵。
[0065] 如图1所示，废热水泵15将吸入侧与气体发动机14的废热水出口连接并将喷出 侧与废热利用吸收式冷热水机13的废热水入口连接。
[0066] 在废热水泵15上连接有变换器24,通过控制变换器24而能够使废热水泵15的废 热水的流量在规定的范围内变化。
[0067] 需要说明的是，由气体发动机14产生的电力向电力需要源（未图示）供给，气体 发动机14及废热水泵15根据电力需要源（未图示）的电力需要而运转。
[0068]〈控制装置30>
[0069] 接下来，对热源系统S具备的控制装置30进行说明。
[0070] 如图1所示，控制装置30具有热负载分配模式生成机构31、模拟机构32、热负载 分配模式抽取机构33、动作控制指令机构34。
[0071] 在此，热源系统S具备各种传感器（未图示），这些传感器的检测值被向控制装置 30输入。
[0072] 具体而言，在各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热 水机13)的冷却水入口设有检测向各热源机流入的冷却水的温度（冷却水入口温度）的温 度传感器（未图示）及检测向各热源机流入的冷却水的流量（冷却水流量）的流量传感器 (未图示），在冷却水出口设有检测从各热源机流出的冷却水的温度（冷却水出口温度）的 温度传感器（未图示）。
[0073] 另外，在各热源机的冷热水入口设有检测向各热源机流入的冷热水的温度（冷热 水入口温度）的温度传感器（未图示）及检测向各热源机流入的冷热水的流量（冷热水流 量）的流量传感器（未图示），在冷却水出口设有检测从各热源机流出的冷热水的温度（冷 热水出口温度）的温度传感器（未图示）。
[0074] 在热负载4的一端（冷热水入口侧）设有检测向热负载4流入的冷却水的温度的 温度传感器（未图示）及检测向热负载4流入的冷却水的流量的流量传感器（未图示），在 热负载4的另一端（冷热水出口侧）设有检测从热负载4流出的冷却水的温度的温度传感 器（未图不）。
[0075] 在冷却塔7a、7b、7c设有对通过鼓风风扇8a、8b、8c取入到冷却塔7a、7b、7c内的 大气的温度及湿度进行检测的干球温度传感器（未图示）及相对温度传感器（未图示）。 [0076] 热负载分配模式生成机构31具有生成将热负载4的热负载量（热负载需要量）向 各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机13)分配的热负 载分配模式的功能。需要说明的是，在热负载分配模式中，向某热源机分配的热负载为"0" 时，意味着使该热源机停止。即，热负载分配模式中包含热源机的运转台数信息和向各热源 机的热负载分配信息。
[0077] 模拟机构32具有如下功能：对于由热负载分配模式生成机构31生成的热负载分 配模式进行模拟，并按照热负载分配模式来求解评价函数（例如消耗能量、运转成本或二 氧化碳排出量等）为最小的动作状态（冷热水泵5a、5b、5c的流量、鼓风风扇8a、8b、8c的 鼓风量、冷却水泵9a、9b、9c的流量）及该评价函数的值。
[0078] 热负载分配模式抽取机构33具有从由热负载分配模式生成机构31生成的多个热 负载分配模式中抽取由模拟机构32求出的评价函数的值为最小的热负载分配模式这样的 功能。
[0079] 动作控制指令机构34具有如下功能：为了实现由热负载分配模式抽取机构33抽 取出的热负载分配模式，将控制冷热水泵5a、5b、5c的流量的信号向变换器21a、21b、21c发 送，将控制鼓风风扇8a、8b、8c的鼓风量的信号向变换器22a、22b、22c发送，将控制冷却水 泵9a、9b、9c的流量的信号向变换器23a、23b、23c发送，并将控制各热源机（变频涡轮制冷 机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机13)的冷热水出口温度的信号向各热源机 发送。
[0080] 这样，热源系统S的控制装置30控制冷热水泵5a、5b、5c的流量、鼓风风扇8a、8b、 8c的鼓风量、冷却水泵9a、9b、9c的流量、各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废 热利用吸收式冷热水机13)的冷热水出口温度。
[0081] 控制装置30以使评价函数最小化的方式控制热源系统S。在此，若将评价函数设 为热源系统S整体的消耗能量，则控制装置30以使热源系统S的消耗能量最小化的方式控 制热源系统S。需要说明的是，热源系统S的消耗能量是冷热水泵5 &、513、5(：、鼓风风扇8&、 8b、8c、冷却水泵9&、％、9〇、变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机 13各自的消耗能量的总和。
[0082] 本实施方式的热源系统S是将热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热 利用吸收式冷热水机13)和热负载4经由冷热水去程集管6a及冷热水回程集管6b而连接 的集中型热源系统，变频涡轮制冷机11的冷热水入口温度、涡轮制冷机12的冷热水入口温 度及废热利用吸收式冷热水机13的冷热水入口温度相同。
[0083] 而且，以使变频涡轮制冷机11的冷热水出口温度、涡轮制冷机12的冷热水出口温 度及废热利用吸收式冷热水机13的冷热水出口温度相同的方式对控制目标温度进行设定 并控制。
[0084] 因此，向各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机 13)的热负载分配与向各热源机流入的冷热水的流量（冷热水流量）即冷热水泵5a、5b、5c 的流量成比例。
[0085] 例如，在热源机的冷热水入口温度与冷热水出口温度的温度差为5°C时，若冷热水 泵5a的流量为500m 3/h，冷热水泵5b的流量为500m3/h，冷热水泵5c的流量为200m3/h，则 变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机13处理的热负载量分别成为 2907kW、2907kW、1163kW。
[0086] 因此，在本实施方式的热源系统S中，为了实现由模拟机构32确定的向热源机 (变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机13)的负载分配，按照来自 控制装置30的指令对冷热水泵5a、5b、5c进行变换器控制，由此来调整热源机的冷热水流 量比率。
[0087]〈热负载向各热源机的分配处理〉
[0088] 关于热负载向热源系统S的各热源机的分配处理，使用图2进行说明。图2是表 示第一实施方式的热源系统S的控制装置30的动作的流程图。
[0089] 在步骤S101中，控制装置30的热负载分配模式生成机构31算出热源系统S应处 理的热负载量（热负载需要量9 4)。具体而言，基于向热负载4流入的冷却水的温度T4in、 从热负载4流出的冷却水的温度T 4()Ut、向热负载4流入的冷却水的流量F4，利用式⑴来算 出。
[0090] Q4 = (T4out-T4in) XF4……（1)
[0091] 需要说明的是，在以下的说明中，以Q4 = 1000RT(RT :冷吨）来进行说明。
[0092] 在步骤S102中，控制装置30的热负载分配模式生成机构31生成将热负载需要量 Q4向各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机13)分配的 热负载分配模式。
[0093] 在此，如图3所示，通过将热负载需要量〇4用适当的数η(例如η = 5)进行分割 并将它们向各热源机分配，由此来进行热负载量向各热源机的分配。首先，热负载分配模式 生成机构31将热负载需要量Q 4分为几个块（分割数：η)以向各热源机分配。在图3所示 的例子中，将热负载需要量Q4( = 1000RT)分为五个（η = 5)块。该块化由于为等分割，因 此热负载需要量Q4被分割成五个200RT的块。
[0094] 图4是表不热负载分配模式生成部31生成的热负载分配模式的表。在此，模式编 号401是向各热负载分配模式分配的连续编号。热负载分配模式402是向各热源机分配的 负载（分配负载）的组。
[0095] 热负载分配模式生成机构31将块化的热负载（200RT)向各热源机分配而生成热 负载分配模式402。
[0096] 接着，热负载分配模式生成机构31基于热负载分配模式402来求解热源机的负载 率403。在此，各热源机的负载率是将各热源机的分配负载除以最大冷却能力所得到的值。
[0097] 需要说明的是，变频涡轮制冷机11的最大冷却能力为1000RT，涡轮制冷机12的最 大冷却能力为500RT，废热利用吸收式冷热水机13的最大冷却能力为1000RT。
[0098] 接着，热负载分配模式生成机构31对可否运转404进行判定。
[0099] 可否运转404表示热负载分配模式402在热源系统S中可否运转，可运转由"〇" 表示，不可运转由"X"表示。
[0100] 如前述那样，向各热源机（变频涡轮制冷机11、润轮制冷机12、废热利用吸收式冷 热水机13)的热负载分配与向各热源机流入的冷热水的流量（冷热水流量）即冷热水泵 5a、5b、5c的流量成比例。因此，对应于冷热水泵5a、5b、5c的流量控制范围（例如从额定流 量的40 %至额定流量），各热源机也具有可运转的负载率范围（例如，40 %?100%)。需 要说明的是，负载率〇 % (分配负载0RT)表示使该热源机停止，包含在可运转的负载率范围 内。
[0101] 这样，热负载分配模式生成机构31在全部的热源机处于可运转的负载率范围内 时，判定为该热负载分配模式402在热源系统S中可运转（可否运转404为"〇"），在至少 一个热源机处于可运转的负载率范围外时，判定为该热负载分配模式402在热源系统S中 不可运转（可否运转404为" X "）。
[0102] 返回图2,在步骤S103中，控制装置30的模拟机构32如图5所示那样，将判定为 可运转的热负载分配模式选出，对各热负载分配模式进行模拟，来求解评价函数的值504。
[0103] 在此，为了简化模拟机构32的计算，将评价函数设为在热源系统S整体的消耗能 量中所占的比例大的热源机的消耗能量来进行说明。
[0104] 首先，模拟机构32求解热负载分配模式下的各热源机的C0P。
[0105] 图6是表示各热源机的负载率-性能系数（Coefficient Of Performance ;C0P)特 性的图表，（a)是变频涡轮制冷机11，（b)是涡轮制冷机12,（c)是废热利用吸收式冷热水 机13。如图6(a)?（c)所示，根据热源机的类别的不同而特性不同。模拟机构32根据各 热源机的负载率403(参照图5)，使用各热源机的负载率-C0P特性（参照图6(a)?（c)) 来换算成各热源机的C0P。
[0106] 接着，模拟机构32算出各热源机的消耗能量。
[0107] 在此，C0P是将"热源机处理的热负载（热源机的分配负载）"除以"热源机的消耗 能量"所得到的值。即，"热源机的消耗能量"通过将"热源机处理的热负载（热源机的分配 负载）"除以C0P来求出。模拟机构32将热负载分配模式402的各热源机的分配负载（参 照图5)除以各热源机的C0P，由此能够算出热负载分配模式下的各热源机的消耗能量。
[0108] 接着，模拟机构32算出评价函数（热源系统S的消耗能量）的值504(参照图5)。
[0109] 在此，变频涡轮制冷机11及涡轮制冷机12消耗电力（二次能源）作为能量源，相 对于此，废热利用吸收式冷热水机13消耗气体（二次能源）作为能量源。因此，将从一次 能源（例如，石油或天然气）向二次能源（电力、气体）的转换效率的倒数作为换算系数， 将各热源机的消耗能量乘以换算系数来求出各热源机的消耗一次能源，通过将各热源机的 消耗一次能源相加而得到评价函数（热源系统S的消耗能量）。
[0110] 这样，按照热负载分配模式402来算出评价函数的值504。
[0111] 返回图2,在步骤S104中，控制装置30的热负载分配模式抽取机构33抽取评价函 数的值504(参照图5)为最小的热负载分配模式402 (参照图5)。
[0112] 在步骤S105中，动作控制指令机构34以实现由热负载分配模式抽取机构33抽取 出的热负载分配模式的方式控制热源系统S。
[0113] 〈总结〉
[0114] 这样，本实施方式的热源系统S为集中热源方式，因此通过控制冷热水泵5a、5b、 5c的冷热水的流量，由此能够分配向各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利 用吸收式冷热水机13)的热负载。并且，通过热负载分配模式生成机构31、模拟机构32及 热负载分配模式抽取机构33,能得到使评价函数最小化的热负载分配模式，因此以成为所 得到的热负载分配模式的方式使热源系统S运转，由此能够削减消耗能量。
[0115] 需要说明的是，热负载分配模式生成机构31的将热负载需要量Q4向三个热源机 分配的组合（热负载分配模式）存在无数个。当热负载分配模式的数目多时，后段的模拟 机构32的模拟次数增加，因此计算时间变长，切换至适当的控制之前的损失变大，因此不 优选。
[0116] 因此，在步骤S102中，通过将热负载需要量Q4用适当的数η (例如图3所示那样， η = 5)进行分割并将它们向各热源机分配来进行，由此减少后段的模拟机构32的模拟次 数，缩短计算时间，能够减少控制切换之前的损失。
[0117] 需要说明的是，若热源系统S具备的热源机的数目为r，对热负载需要量Q4进行分 割的分割数为η(在本实施方式中，如图1所示那样，r = 3,如图3所示那样，η = 5。），则 热负载分割模式的总数为：
[0118] n+1Hr_! = (n+r-1) ! / (η ! · (r~l) !)
[0119] S卩，在后述的步骤S103中执行的模拟次数的最大值成为。因此，优选以成为 控制装置30能够处理的分割模式的总数的方式确定分割数η。
[0120] 需要说明的是，虽然说明了将模拟机构32所使用的评价函数设为热源系统S整体 的消耗能量中的所占比例大的热源机的消耗能量的情况，但并不局限于此，也可以加入冷 热水泵5&、513、5〇、鼓风风扇83、813、8〇、冷却水泵93、913、9〇的消耗电力，而将热源系统3整 体的消耗能量设为评价函数。
[0121] 另外，在模拟机构32求解各热源机的C0P时，说明了各热源机的C0P如图6 (a)? (c)所示是根据负载率而唯一确定的值的情况，但是详细来说热源机的C0P也依赖于热源 机的冷却水入口温度、外部气体的湿球温度。因此，模拟机构32也可以考虑它们来求解各 热源机的C0P。
[0122] 在由模拟机构32模拟的热负载分配模式的各热源机的起动/停止状态与当前的 各热源机的起动/停止状态不同的情况下，每当从当前的热负载分配模式向模拟中的热负 载分配模式转变时，都伴随着各热源机的起动/停止。例如，在当前的热负载分配模式下变 频涡轮制冷机11和涡轮制冷机12为运转状态，在模拟中的热负载分配模式下变频涡轮制 冷机11和废热利用吸收式冷热水机13为运转状态的情况下，若将模拟中的热负载分配模 式适用于控制，则会伴随着涡轮制冷机12的运转停止及废热利用吸收式冷热水机13的运 转开始。
[0123] 在热源系统S中，在热源机进行起动/停止的情况下，在热源系统S的温度状态或 热源机的状态达到稳定状态之前的过渡期间，相对于应处理的热负载有时会伴有大的能量 消耗，从而导致消耗能量的损失。
[0124] 因此，在模拟中的热负载分配模式的各热源机的起动/停止状态与当前的各热源 机的起动/停止状态不同的情况下，可以将估计了过渡期间的损失的修正值加入到评价函 数中，或者乘以估计了过渡期间的损失的修正系数，由此将热源机的起动/停止所引起的 消耗能量的损失取入到评价函数中进行评价。
[0125] 《第二实施方式》
[0126] 接下来，对第二实施方式的热源系统S进行说明。第二实施方式的热源系统S的 结构与第一实施方式的热源系统S的结构（参照图1)同样，因此省略说明。另一方面，第 二实施方式的热源系统S中的生成热负载分配模式的热负载分配模式生成机构31的处理 (图2的步骤S102的处理）及算出评价函数的模拟机构32的处理（图2的步骤S103的处 理）与第一实施方式的热源系统S不同。
[0127] 〈热负载向各热源机的分配处理〉
[0128] 关于第二实施方式中的负载向热源系统S的各热源机的分配处理，参照图2进行 说明。在此，步骤S101、S104、S105的处理与第一实施方式的热源系统S的处理同样，因此 省略说明。
[0129] 在步骤S102中，热负载分配模式生成机构31生成将热负载需要量Q4向各热源机 (变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机13)分配的热负载分配模 式。
[0130] 在此，热负载分配模式生成机构31通过使各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制 冷机12、废热利用吸收式冷热水机13)的负载率（％)例如每次变化10%来生成热负载分 配模式。
[0131] 图7是表不第二实施方式的热负载分配模式生成部31所生成的热负载分配模式 的表。在此，模式编号701是向各热负载分配模式（负载率模式702)分配的连续编号。负 载率模式702是各热源机的负载率的组。可否运转703表示负载率模式702在热源系统S 中可否运转，可运转由"〇"表示，不可运转由" X "表示。需要说明的是，在全部的热源机 的负载率处于可运转的负载率范围（例如，〇%、40%?100%)内时，可否运转703成为可 运转。
[0132] 使用图8对根据负载率模式702来求解热负载分配模式的方法进行说明。
[0133] 例如，在热源机（变频涡轮制冷机）11的负载率为50%，热源机（涡轮制冷机）12 的负载率为60 %，热源机（废热利用吸收式冷热水机）13的负载率为60%的情况下，如图 8所示，根据各热源机的最大冷却能力及负载率，能得到各热源机处理的热负载。得到的各 热源机处理的热负载的组相当于热负载分配模式。
[0134] 而后，热负载分配模式生成机构31从可运转的负载率模式702 (热负载分配模式） 中选出各热源机处理的热负载的总计成为在步骤S101中算出的热负载需要量〇4的负载率 模式702,并向模拟机构32发送。
[0135] 在步骤S103中，模拟机构32对负载率模式702 (热负载分配模式）进行模拟，求 解评价函数的值。
[0136] 在此，将第二实施方式的模拟机构32的评价函数设为每小时的运行成本（日圆/ h)来进行说明。通过这样设定评价函数，由此第二实施方式的热源系统S能够以使运行成 本最小化的方式进行运转。
[0137] 首先，模拟机构32求解构成热源系统S的设备的消耗能量。在本实施方式中，作为 消耗能量的设备，存在有消耗电力的冷热水泵5 &、513、5(：、冷却水泵9&、％、9(3、鼓风风扇8&、 8b、8c、变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、消耗气体的废热利用吸收式冷热水机13。
[0138] 需要说明的是，虽然气体发动机14也消耗气体，但是根据与热负载4的热负载需 要不同而另行存在的电力需要源（未图示）的电力需要而使气体发动机14运转，气体发动 机14的运转状况被向控制装置30输入。
[0139] 冷热水泵5&、513、5〇、冷却水泵93、913、9〇、鼓风风扇83、813、8〇的消耗电力？[1^]通 过以下的式（2)算出。
[0140] P = PRX (FR/100)3 = PRX (F/RF)3......(2)
[0141] 在此，PR为额定运转时的消耗电力[kW]，FR为流量比[% ]，F为泵的流量或风扇 的风量[m3/h]，RF为额定运转时的泵的流量或风扇的风量[m3/h]。
[0142] 图9(a)是表示消耗电力的热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12)所消耗的 电力的表，图9(b)是表示消耗气体的热源机（废热利用吸收式冷热水机13)所消耗的气体 的表。
[0143] 各热源机（变频涡轮制冷机11、涡轮制冷机12、废热利用吸收式冷热水机13)的 消耗能量（消耗电力、消耗气体）根据以热源机的负载率[%]和冷却水出口温度[°c ]为 参数的表来算出。需要说明的是，数据的插补使用例如线性插补。
[0144] 由此，利用以下的式（3)给出评价函数（热源系统S的运行成本）AF[日元/h]。
[0145] AF = PSUM X PC+GSUM X GC......(3)
[0146] 在此，PSUM是总消耗电力[kW]，PC是电力成本[日元/kWh]，GSUM是总消耗气体 [m 3/h]，GC是气体成本[日元Am3)]。
[0147] 这样，第二实施方式的热源系统S通过热负载分配模式抽取机构33将评价函数 (热源系统S的运行成本）的值为最小的热负载分配模式抽取出来，并以成为抽取出的热负 载分配模式的方式使热源系统S运转，由此能够削减热源系统S的运行成本。
[0148] 《变形例》
[0149] 需要说明的是，本实施方式的热源系统S没有限定为上述实施方式的结构，可以 在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变更。
[0150] 本实施方式的热源系统S中，虽然说明了热负载4是需要冷能的负载源（例如，进 行制冷运转的空气调节器）且热源机作为制冷机发挥功能的结构，但并不局限于此，也可 以是热负载4是需要热能的负载源（例如，进行供暖运转的空气调节器）且热源机作为加 热机发挥功能的结构。
[0151] 另外，虽然说明了本实施方式的热源系统S是将特性不同的热源机（制冷机）组 合使用的结构，但并不局限于此，例如，也可以是将相同特性的热源机（制冷机）组合使用 的结构。
[0152] 另外，热源系统S具备的热源机（制冷机）的台数并不局限于三台，也可以是两 台，还可以是比三台多的台数。
[0153] 另外，虽然说明了本实施方式的热源机系统S在第一实施方式中将热源机的消耗 能量（或热源系统S整体的消耗能量）作为评价函数进行评价、在第二实施方式中将每小 时的运行成本（日元Λ)作为评价函数进行评价的情况，但并不局限于此。作为评价函数， 也可以设为例如热源系统S整体的消耗能量、热源系统S整体的运转成本、来自热源系统s 的二氧化碳排出量等。
[0154] 虽然说明了本实施方式的热源系统S利用模拟机构32对可运转的热负载分配模 式进行模拟，对于可运转的全部的热负载分配模式求解评价函数的值，之后利用热负载分 配模式抽取机构33抽取评价函数的值为最小的热负载分配模式的情况，但并不局限于此， 也可以首先对于一个可运转的热负载分配模式利用模拟机构32进行模拟，在所得到的评 价函数的值为规定值以下时利用热负载分配模式抽取机构33抽取出该热负载分配模式， 在大于规定值时，对于下一个可运转的热负载分配模式利用模拟机构32进行模拟。
[0155] 根据这样的结构，与对于全部的热负载分配模式进行模拟的情况相比，能够削减 得到适当的热负载分配模式之前的模拟次数而缩短计算时间，由此能够减少控制切换之前 的损失。
[0156] 符号说明
[0157] S 热源系统
[0158] 1 第一热源单元
[0159] 2 第二热源单元
[0160] 3 第三热源单元
[0161] 4 热负载
[0162] 5a、5b、5c冷热水泵（输送机构）
[0163] 6a 冷热水去程集管
[0164] 6b 冷热水回程集管
[0165] 7a、7b、7c 冷却塔
[0166] 8a、8b、8c 鼓风风扇
[0167] 9a、9b、9c 冷却水泵
[0168] 11 变频涡轮制冷机（热源机）
[0169] 12 涡轮制冷机（热源机）
[0170] 13 废热利用吸收式冷热水机（热源机）
[0171] 14 气体发动机
[0172] 15 废热水泵
[0173] 30 控制装置（控制机构）
[0174] 31 热负载分配模式生成机构（模式生成机构）
[0175] 32 模拟机构
[0176] 33 热负载分配模式抽取机构（模式抽取机构）
[0177] 34 控制指令机构（运转控制机构）
[0178] 21a、21b、21c、22a、22b、22c、23a、23b、23c、24 变换器
[0179] 402 热负载分配模式
[0180] 504 评价函数
【权利要求】
1. 一种热源系统，具备至少两个以上的热源机、从该热源机向热负载输送热输送介质 的输送机构、对所述热源机及所述输送机构进行控制的控制机构，其特征在于， 所述控制机构具有： 模式生成机构，其生成向至少两个以上的所述热源机分别分配热负载的热负载分配模 式； 模拟机构，其计算生成的所述热负载分配模式下的所述热源系统的评价函数； 模式抽取机构，其基于所述评价函数，从由所述模式生成机构生成的所述热负载分配 模式中抽取一个热负载分配模式； 运转控制机构，其基于抽取出的所述热负载分配模式，对所述热源机及所述输送机构 进行控制。
2. 根据权利要求1所述的热源系统，其特征在于， 所述模式抽取机构抽取由所述模拟机构计算出的所述评价函数为最小的热负载分配 模式。
3. 根据权利要求1所述的热源系统，其特征在于， 所述运转控制机构通过包含变换器控制或温度控制的控制，以成为抽取出的所述热负 载分配模式的方式控制所述热源机及所述输送机构。
4. 根据权利要求1所述的热源系统，其特征在于， 所述模拟机构将所述热源系统的消耗电力设为所述评价函数。
5. 根据权利要求1所述的热源系统，其特征在于， 所述模拟机构将所述热源系统的运行成本设为所述评价函数。
6. 根据权利要求1所述的热源系统，其特征在于， 所述模拟机构将所述热源系统的排出二氧化碳量设为所述评价函数。
7. 根据权利要求1所述的热源系统，其特征在于， 所述模式生成机构将所述热负载的总负载量用规定的个数进行分割，以分割后的负载 量为单位向各所述热源机分配，由此生成所述热负载分配模式。
8. 根据权利要求1所述的热源系统，其特征在于， 所述模式生成机构通过使各所述热源机的负载率以规定的间隔变化来生成所述热负 载分配模式。
9. 一种热源系统的控制方法，所述热源系统具备至少两个以上的热源机、从该热源机 向热负载输送热输送介质的输送机构、对所述热源机及所述输送机构进行控制的控制机 构，所述热源系统的控制方法的特征在于， 所述控制机构具有： 生成向各所述热源机分配热负载的热负载分配模式的生成步骤； 计算由所述生成步骤生成的所述热负载分配模式下的所述热源系统的评价函数的计 算步骤； 基于由所述计算步骤计算出的所述评价函数，从由所述生成步骤生成的所述热负载分 配模式中抽取一个热负载分配模式的抽取步骤； 基于由所述抽取步骤抽取出的所述热负载分配模式，对所述热源机及所述输送机构进 行控制的控制步骤。
【文档编号】F24F11/02GK104105928SQ201380007303
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年1月17日 优先权日:2012年2月3日
【发明者】北岛庆一, 菊池宏成, 宫岛裕二 申请人:株式会社日立制作所