专利名称：送水温度控制装置及其方法
技术领域：
本发明涉及对从热源设备经由循环泵向负载设备输送的冷热水的送水温度进行控制的送水温度控制装置及方法。
背景技术：
以往，在将冷热水作为热介质的空调控制系统中，通过热源设备来生成冷热水，并将由该热源设备生成的冷热水经由循环泵输送给负载设备。在这种情况下，从热源设备朝负载设备输送的冷热水的送水压，通过对循环泵的输出进行调整而被维持在恒定值。在这样的空调控制系统中，例如在以热源设备为冷冻机的情况下，如果进一步调高来自冷冻机的冷水的送水温度，则负载设备侧的冷却能力下降，因此冷水的需求流量增大。如果冷水的需求流量增大，则送水压下降，因此，为了将该送水压维持在恒定值，循环泵的输出就会上升。另一方面，冷冻机如果调高所生成的冷水的温度，则为了提高效率，冷冻机输出会下降。即，如果提高送水温度，则冷冻机的能源使用量减少，循环泵的能源使用量增大。于此相对，如果进一步调低来自冷冻机的冷水的送水温度，则负载设备侧的冷却能力上升，因此冷水的需求流量减少。如果冷水的需求流量减少，则送水压上升，因此，为了将该送水压维持在恒定值，循环泵的输出就会下降。另一方面，冷冻机如果调低所生成的冷水的温度，则为了降低效率，冷冻机输出会上升。即，如果降低送水温度，则冷冻机的能源使用量增大，循环泵的能源使用量减少。这样，根据从冷冻机向负载设备输送的冷热水的送水温度的设定情况，冷冻机、循环泵的能源使用量发生变化。如果送水温度设定得较低，则循环泵的能源使用量(消耗功率量)下降冷冻机的能源使用量(消耗功率量或燃料消耗量)上升的量。如果送水温度设定得较高，则循环泵的能源使用量(消耗功率量)上升冷冻机的能源使用量(消耗功率量或燃料消耗量)下降的量。即，冷冻机的能源使用量与循环泵的能源使用量折中。将热源设备作为温热机的情况下同样可以这么认为。在此，如果能够设定热源设备与循环泵的合计能源使用量为最小的送水温度，则能够消除冷冻机的能源使用量与循环泵的能源使用量的折中，实现节能。着眼于这点，例如在专利文献1中，通过收集送水温度、回水温度、冷热水的流量等与当前的负载状况相关的各种参数的值，并将该收集到的参数的值代入于预定的函数模型来算出当前的热源设备与循环泵的合计能源使用量，在该计算所使用的函数模型中一点一点地改变送水温度的值， 来求出与热源设备和循环泵的合计能源使用量为最小的当前的负载状况对应的送水温度， 并将该送水温度确定为当前的最佳送水温度。专利文献1 日本特开2003-262384号公报专利文献2 日本特开2002-183111号公报然而，如果按照该专利文献1所示的最佳送水温度的确定方法，则由于使用由热源设备、循环泵的额定特性等确定的已固定的函数模型，所以无法对应热源设备和循环泵的特性变化、外部环境的变化等，存在无法长期确定最佳送水温度这样的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的课题而作出的，其目的在于提供送水温度控制装置及方法，能够对应热源设备和循环泵的特性变化、外部环境的变化，长期总是确定最佳送水温度。为了达成这样的目的，本发明的送水温度控制装置对从热源设备经由循环泵向负载设备输送的冷热水的送水温度进行控制，其特征在于具备实际值收集单元，该实际值收集单元在热源设备的运转过程中，作为与当前的负载状况相关的相关参数而定期地收集并存储热源设备的能源使用量、循环泵的能源使用量、送水温度以及已预先确定的规定参数的实际值；以及最佳送水温度确定单元，该最佳送水温度确定单元根据由该实际值收集单元收集并存储的相关参数的实际值，求出与包含热源设备及循环泵在内的使用设备的合计能源使用量为最小的当前的负载状况对应的送水温度，并将该送水温度确定为当前的最佳送水温度。按照该发明，在使与当前的负载状况相关的相关参数中的规定参数为外气温度 (tout)的情况下，在热源设备的运转过程中，定期地收集并存储热源设备的能源使用量 (PWl)、循环泵的能源使用量(PW2)、送水温度(TS)、外气温度(tout)的实际值。然后，根据该收集并存储的相关参数的实际值，求出与包含热源设备及循环泵在内的使用设备的合计能源使用量为最小的当前的负载状况对应的送水温度，并将该送水温度确定为当前的最佳送水温度(Tkp)。作为这种情况下的一种方式，在本发明中，在多维空间中绘制出所收集到的相关参数的实际值，对绘制于该多维空间的实际值进行插补来制作响应曲面模型，利用该响应曲面模型确定当前的最佳送水温度。例如，在以热源设备与循环泵的合计能源使用量 Pff(Pffl+PW2)为第1轴、以送水温度TS为第2轴、以外气温度tout为第3轴的三维空间中， 绘制所收集的热源设备与循环泵的合计能源使用量PW、送水温度TS及外气温度tout的实际值。然后，对在该三维空间中绘制的实际值进行插补来制作响应曲面模型(三维立体像)，用当前的外气温度toutK剖切出该响应曲面模型的截面，求出在该剖切出的响应曲面模型的截面中合计能源使用量PW为最小的送水温度TSpwmin,并将该送水温度TSpwmin确定为当前的最佳送水温度TSsp。另外，在本发明中，在使用了冷却塔的系统中，可以使使用设备的合计能源使用量 PW中包含冷却塔的风扇的能源使用量、冷却水泵的能源使用量等，在使用了二次泵的系统中，可以使二次泵的能源使用量等包含于合计能源使用量PW中。此外，在空调机进行变风量对应的系统中，还可以使空调机的能源使用量等包含于合计能源使用量PW中。此外，在本发明中，与当前的负载状况相关的相关参数中的规定参数不限于外气温度tout，该参数的个数也不限于一个。例如，可以将根据送水温度TS、回水温度TR以及朝负载设备供给的冷热水的流量F算出的负载热量Q、和朝热源设备供给的冷却水的温度 tC这两个参数为规定参数等。此外，在本发明中，可以将合计能源使用量设为换算成成本而得的能源使用量。例如，在热源设备的能源使用量为燃气等的燃料消耗量，循环泵的能源使用量为消耗功率量这样的情况下，将热源设备及循环泵的能源使用量换算成成本(金额)后相加并设为合计能源使用量。此外，除成本换算值之外，还可以想到设为CO2排出量、1次能源换算值、重油换算值等。按照本发明，在热源设备运转的过程中，作为与当前的负载状况相关的相关参数而定期地收集并存储热源设备的能源使用量、循环泵的能源使用量、送水温度以及已预先确定的规定参数的实际值，根据该收集并存储后的相关参数的实际值，求出与包含热源设备及循环泵在内的使用设备的合计能源使用量为最小的当前的负载状况对应的送水温度， 并将该送水温度确定为当前的最佳送水温度，因此使用实时学习且持续成长的响应曲面模型等函数模型，能够对应热源设备和循环泵的特性变化、外部环境的变化，长期总是确定最佳送水温度。
图1为表示附设有本发明所涉及的送水温度控制装置的空调控制系统的一实施方式的主要部分的图。图2为用于对该空调控制系统中的热源设备控制装置(送水温度控制装置)所具有的最佳送水温度确定功能进行说明的流程图。图3为表示在三维空间中绘出相关参数的实际值的状态的图像图。图4为表示按照在三维空间中绘出的相关参数的实际值使用基于多维样条的插补技术制作出响应曲面模型的状态的图像图。图5为表示在当前的外气温度toutR剖切曲面模型的截面而得的状态的图。图6为该空调控制系统中的热源设备控制装置的功能模块图。
具体实施例方式以下，基于实施方式详细说明本发明。图1为表示附设有本发明所涉及的送水温度控制装置的空调控制系统的一实施方式的主要部分的图。在图1中，空调控制系统具备生成冷热水的热源设备1 ；冷热水泵(循环泵)2，其输送热源设备1所生成的冷热水；去水集管3 ；去水管路4 ；负载设备(空调机)5，其接受从去水集管3经由去水管路4输送过来的冷热水的供给；回水管路6 ；回水集管7，其供在负载设备5中进行热交换且经由回水管路6输送过来的冷热水返回；流量控制阀8，其设在从去水集管3朝向负载设备5输送冷热水的供给通路。进一步，空调控制系统具备供气温度传感器9，其对从负载设备5朝室内送出的供气温度ts进行计测；送水温度传感器10，其计测来自热源设备1的冷热水的出口温度来作为向负载设备5的送水温度TS ；压力传感器11，其计测去水集管3中的冷热水的压力来作为从热源设备1朝向负载设备5的冷热水的送水压PS ；外气温度传感器12，其计测外气的温度来作为外气温度tout ；开度控制装置(空调控制装置)13，其对流量控制阀8的开度进行控制；冷热水泵控制装置14，其对冷热水泵2的输出进行控制；热源设备控制装置(送水温度控制装置)15，其对热源设备1的输出进行控制；连接去水集管3和回水集管7的旁通管路16 ；设于旁通管路16的旁通阀17。在该空调控制系统中，开度控制装置13控制流量控制阀8的开度，以使由供气温度传感器9计测的对室内的供气温度tS(tSpv)与设定温度tSsp—致。冷热水泵控制装置 14控制冷热水泵2的输出及旁通阀17的阀开度，以使由压力传感器11计测的从热源设备 1朝向负载设备5的冷热水的送水压PS(PSpv)维持在设定值PSsp。热源设备控制装置15在热源设备1的运转过程中，作为与当前的负载状况相关的相关参数，定期收集并存储热源设备1的能源使用量(燃料消耗量)PW1、冷热水泵2的能源使用量(消耗功率量)PW2、由送水温度传感器10计测的从热源设备1朝向负载设备 5的冷热水的送水温度TS、由外气温度传感器12计测的外气温度tout的实际值，并根据该收集并存储的相关参数的实际值来求出与热源设备1及冷热水泵2的合计能源使用量 PW (PW1+PW2)为最小的当前负载状况对应的送水温度TSpwmin,将该送水温度TSpwmin确定为当前的最佳送水温度TSsp，并将所确定的该最佳送水温度TSsp发送给热源设备1。热源设备 1接受来自热源设备控制装置15的最佳送水温度TSsp，调整自身的能力以使来自热源设备 1的冷热水的出口温度与最佳值TSsp —致。热源设备控制装置15通过由处理器、存储装置构成的硬件和与上述硬件协作而实现作为控制装置的各种功能的程序来实现，作为本实施方式特有的功能而具有在前面对其概要进行了说明的最佳送水温度确定功能。下面，按照图2所示的流程图，对热源设备控制装置15所具有的最佳送水温度确定功能的详细内容进行说明。热源设备控制装置15在热源设备1的运转过程中(步骤SlOl的是)，定期地反复执行步骤S102以后的处理动作。在步骤S102中，热源设备控制装置15作为与当前的负载状况有关的相关参数而收集热源设备1的能源使用量(燃料消耗量)PW1、冷热水泵2的能源使用量(消耗功率量)PW2、由送水温度传感器10计测的从热源设备1朝向负载设备5 输送的冷热水的送水温度TS(TSpv)和由外气温度传感器12计测的外气温度tout的实际值。在收集上述相关参数的实际值时，热源设备控制装置15将热源设备1的能源使用量(燃料消耗量)PWl和冷热水泵2的能源使用量(消耗功率量)PW2，换算成成本(金额) 并相加来作为合计能源使用量PW。以下，虽然以PW = PW1+PW2来继续进行说明，但该合计能源使用量PW是经成本换算后而得的能源使用量。然后，热源设备控制装置15在将热源设备1与冷热水泵2的合计能源使用量 Pff(Pffl+PW2)作为第1轴、将送水温度TS作为第2轴、将外气温度tout作为第3轴的三维空间，绘出所收集的热源设备1与冷热水泵2的合计能源使用量PW、送水温度TS及外气温度tout的实际值(步骤S103)。图3表示这种情况下的图像图。在图3中，以Z轴为表示热源设备1与冷热水泵2 的合计能源使用量PW的轴(第1轴)，以Y轴为表示送水温度TS的轴(第2轴)，以X轴为表示外气温度tout的轴(第3轴)。在该实施方式中，将所收集的相关参数的实际值，以绘制于这种三维空间的形式存储到存储器中。接下来，热源设备控制装置15根据在该三维空间中绘出的相关参数的实际值，使用基于多维样条的插补技术制作响应曲面模型(三维立体像)(步骤S104)。其中，关于基于多维样条的插补技术，公知有RSM-S (例如参照专利文献2)，因此在此省略详细的说明。图4表示这种情况下的图像图。在图4中，在表示热源设备1与冷热水泵2的合计能源使用量PW的Z轴上，离原点越远其合计能源使用量PW的值越小。在这种情况下，在
6三维空间中绘制出像山那样的形状的响应曲面模型，该响应曲面模型的顶点Ptop是根据目前为止的经验而被推定为合计能源使用量PW为最小的点。即，在该点Ptop处示出的外气温度tout及送水温度TS时，热源设备1与冷热水泵2的合计能源使用量PW为最小。但是，在该响应曲面模型中，点Ptop处示出的外气温度tout未必是当前的外气温度toutK。因此，热源设备控制装置15用当前的外气温度toutK剖切出该响应曲面模型的截面(参照图5)，求出在该剖切出的响应曲面模型的截面中合计能源使用量PW为最小的送水温度TSpwmin,并将该送水温度TSpwmin确定为当前的最佳送水温度TSsp (步骤。然后，将该确定的最佳送水温度TSsp发送给热源设备1 (步骤S106)。热源设备控制装置15在热源设备1的运转过程中(步骤SlOl的是)反复执行上述的步骤S102 S106的处理动作。由此，在本实施方式中，使用实时学习且持续成长的响应曲面模型，能够对应热源设备1和冷热水泵2的特性变化、外部环境的变化，长期总是确定最佳送水温度TSsp。图6表示该热源设备控制装置15的功能模块图。热源设备控制装置15具备实际值收集部15A和最佳送水温度确定部15B，其中，实际值收集部15A在热源设备1的运转过程中，作为与当前的负载状况相关的相关参数而定期地收集并存储热源设备1的能源使用量(燃料消耗量)PW1、冷热水泵2的能源使用量(消耗功率量)PW2、来自热源设备1的冷热水的送水温度TS和外气温度tout的实际值，最佳送水温度确定部15B基于由该实际值收集部15A收集并存储的相关参数的实际值，在每一次收集相关参数时，求出与热源设备1 及冷热水泵2的合计能源使用量PW(PW1+PW》为最小的当前的负载状况对应的送水温度， 并将该送水温度确定为当前的最佳送水温度TSsp。在该热源设备控制装置15中，最佳送水温度确定部15B将由实际值收集部15A收集的相关参数的实际值(PW、TS、tout)绘制于三维空间中，并根据该绘制的相关参数的实际值利用RSM-S技术，制作响应曲面模型，并且用当前的外气温度toutK剖切出该制作出的响应曲面模型的截面，求出在该剖切出的响应曲面模型的截面中合计能源使用量PW为最小的送水温度TSpwmin,将该送水温度TSpwmin确定为当前的最佳送水温度TSsp。另外，在上述的实施方式中，将热源设备1与冷热水泵2的能源使用量的合计值作为使用设备的合计能源使用量PW(PW1+PW2)，但在使用了冷却塔的系统中，还可以使合计能源使用量PW包含冷却塔的风扇的能源使用量PW3、冷却水泵的能源使用量PW4等。此外， 在使用了二次泵的系统中，还可以使二次泵的能源使用量PW5等包含于合计能源使用量PW 中。此外，在空调机进行变风量对应的系统中，还可以使空调机的能源使用量等包含于合计能源使用量PW中。此外，在上述的实施方式中，将与当前的负载状况相关的相关参数设为热源设备1 的能源使用量PW1、冷热水泵2的能源使用量PW2、来自热源设备1的冷热水的送水温度TS、 外气温度tout，但是无需必须使用外气温度tout，还可使用其他参数。例如，在使用了冷却塔的系统中，代替外气温度tout，可以将根据送水温度TS、回水温度TR和对负载设备5的冷热水的流量F算出的负载热量Q、和对热源设备1的冷却水的温度tC，作为与当前的负载状况相关的相关参数使用。在这种情况下，通过在以热源设备1与冷热水泵2的合计能源使用量PW(PW1+PW2)为第1轴、以送水温度TS为第2轴、以负载热量Q为第3轴、以冷却水温度tC为第4轴的四维空间中，绘制出相关参数的实际值，由此，利用RSM-S对绘制在该四维空间中的实际值进行插补来制作响应曲面模型(四维立体像)。此外，作为相关参数可以使用冷却水流量、空调机的供气温度、送水压力等。另外，在这种情况下的四维空间是指计算机上的假想空间。在这种情况下，用当前的负载热量A和当前的冷却水温度tcK剖切其响应曲面模型，求出在所剖切出的响应曲面模型的截面中合计能源使用量PW为最小的送水温度TSpwmin,并将该送水温度TSpwmin确定为当前的最佳送水温度TSsp。此外，按照同样的思考方式，随着与当前的负载状况相关的相关参数的增加，如五维空间、六维空间这样其多维空间的维数也增加，并利用RSM-S技术对绘制于该多维空间中的实际值进行插补而制作响应曲面模型，从而能够根据该制作出的响应曲面模型确定当前的最佳送水温度TSsp。此外，在上述的实施方式中，将热源设备1及冷热水泵2的能源使用量换算成成本 (金额)后进行合计并设为合计能源使用量PW，但是，在热源设备1的能源使用量PWl为消耗功率量的情况下，可以不进行成本换算而将热源设备1的能源使用量PWl与冷热水泵2 的能源使用量PW2合计而得的值作为合计能源使用量PW。此外，即使在热源设备1的能源使用量PWl为消耗功率量的情况下，也可以将换算成成本而得的能耗量作为合计能源使用量PW。此外，还可以将合计能源使用量PW作为CO2排出量、一次能源换算值、重油换算值等。此外，在上述的实施方式中，收集并存储与当前的负载状况相关的相关参数的实际值，将该收集并存储的相关参数的实际值绘制在多维空间中，并利用RSM-S技术来制作了响应曲面模型，但无需必须使用这样的技术，还可以根据定期收集并存储的相关参数的实际值，使用其他技术来制作与响应曲面模型相当的函数模型，并根据该制作出的函数模型，确定当前的最佳送水温度TSsp。此外，在上述的实施方式中，用具有一个热源设备1的系统进行了说明，但即使是热源设备1为多个的系统，也同样能够确定来自各个热源设备1的最佳送水温度TSsp。在这种情况下，只有来自各个热源设备1的送水温度TS作为相关参数增加、即只有多维空间的维数增加，因此所要制作的响应曲面模型为一个即可。产业上的可利用性本发明的送水温度控制装置及方法，作为对从热源设备经由循环泵向负载设备供给的冷热水的送水温度进行控制的送水温度控制装置及方法，能够利用到使用了冷冻机或热水机的各种系统中。图中标号说明1...热源设备、2...冷热水泵(循环泵)、3...去水集管、4...去水管路、5...负载设备(空调机)、6...回水管路、7...回水集管、8...流量控制阀、9...供气温度传感器、10...送水温度传感器、11...压力传感器、12...外气温度传感器、13...开度控制装置 (空调控制装置)、14...冷热水泵控制装置、15...热源设备控制装置(送水温度控制装置)、15A...实际值收集存储部、15B...最佳送水温度确定部、16...旁通管路、17...旁通阀。
权利要求
1.一种送水温度控制装置，是对从热源设备经由循环泵向负载设备输送的冷热水的送水温度进行控制的装置，该送水温度控制装置的特征在于，具备实际值收集单元，该实际值收集单元在所述热源设备的运转过程中，作为与当前的负载状况相关的相关参数，而定期地收集并存储所述热源设备的能源使用量、所述循环泵的能源使用量、所述送水温度以及已预先确定的规定参数的实际值；以及最佳送水温度确定单元，该最佳送水温度确定单元根据由所述实际值收集单元收集并存储的所述相关参数的实际值，求出与包括所述热源设备及所述循环泵在内的使用设备的合计能源使用量为最小的当前的负载状况对应的送水温度，并将该送水温度确定为当前的最佳送水温度。
2.根据权利要求1所述的送水温度控制装置，其特征在于，所述最佳送水温度确定单元利用响应曲面模型来确定当前的最佳送水温度，该响应曲面模型是在多维空间中绘出由所述实际值收集单元收集的相关参数的实际值后进行插补而制成的。
3.根据权利要求1或2所述的送水温度控制装置，其特征在于，所述合计能源使用量为换算成成本而得的能源使用量。
4.一种送水温度控制方法，是对从热源设备经由循环泵向负载设备输送的冷热水的送水温度进行控制的方法，该送水温度控制方法的特征在于，包括实际值收集步骤，在所述热源设备的运转过程中，作为与当前的负载状况相关的相关参数，而定期地收集并存储所述热源设备的能源使用量、所述循环泵的能源使用量、所述送水温度以及已预先确定的规定参数的实际值；以及最佳送水温度确定步骤，根据通过所述实际值收集步骤而收集并存储的所述相关参数的实际值，求出与包含所述热源设备及所述循环泵在内的使用设备的合计能源使用量为最小的当前的负载状况对应的送水温度，并将该送水温度确定为当前的最佳送水温度。
5.根据权利要求4所述的送水温度控制方法，其特征在于，在所述最佳送水温度确定步骤中，利用响应曲面模型来确定当前的最佳送水温度，该响应曲面模型是在多维空间中绘出通过所述实际值收集步骤而收集到的相关参数的实际值后进行插补而制成的。
6.根据权利要求4或5所述的送水温度控制方法，其特征在于，所述合计能源使用量为换算成成本而得的耗能量。
全文摘要
对应热源设备和循环泵的特性变化、外部环境的变化，长期总是确定最佳送水温度。热源设备控制装置(送水温度控制装置)15在热源设备1运转的过程中，作为与当前的负载状况相关的相关参数而定期地收集并存储热源设备1的能源使用量PW1、冷热水泵2的能源使用量PW2、来自热源设备1的冷热水的送水温度TS和外气温度tout的实际值。在每次收集相关参数时，在多维空间中绘出该收集的相关参数的实际值，利用RSM-S技术制作响应曲面模型，并利用该制作出的响应曲面模型来确定当前的最佳送水温度TSsp。
文档编号F24F11/02GK102365503SQ20108001416
公开日2012年2月29日 申请日期2010年3月18日 优先权日2009年3月31日
发明者久下谷任祥, 太宰龙太 申请人:株式会社山武