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高効率空調システム省エネソリューション
高効率空調システム省エネソリューション
水側システム（冷水機システム、冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却水塔を含む）は、セントラル空調の冷水システムにおいて最も電力を消費する機器です。一般的に、水側システムの電気消費量は空調システム全体の約50～60%を占めています。セントラル空調は、冷水機システム、ポンプ、冷却塔の相互作用で制御されています。空調システムの負荷は不変ではありません。建物は気候、日照、内部熱源によって冷房の要求が25～100%変化します。従来の空調システムは、コンプレッサーやポンプ、ファンを一定速度で運転していたため、熱負荷の変化に応じて冷房能力を調整することができず、エネルギーの無駄が多くなっていました。そんな中で、インバータ制御は現在の空調システムに欠かせないキーテクノロジーとなるのです。
1. 冷水ポンプのインバータ制御
建物が必要とする空調の冷房負荷が低い場合、一部の二方弁は閉じたりまたは開度を小さくして給気装置の冷水コイルに入る冷水の量を減らすことができます。一部の二方弁を閉じたり、開度を小さくすることで生じる圧力差をインバータにフィードバックして冷水ポンプの回転数を制御することで、冷水管の水流量の低下と空調機の負荷軽減による水の流れインピーダンス低下を抑制し、冷水ポンプの省エネ効果を得られます。
差圧測定点は、熱交換器の最遠端または熱交換器の最大差圧が必要な位置に設置があります。差圧測定点がポンプに近いほど、ポンプの調整可能範囲が小さくなり、エネルギー効率が悪くなります。
2. ファンインバータ省エネ制御（クーリングタワー）
一般的に、冷却水の入水温度が1℃下がるごとに、冷水本体の消費電力は1.5～2.0%減少すると言われていますが、外気湿球温度はクーリングタワーの最低水温能力に影響します。外部湿球温度の制約の中で、ファンの回転数が高すぎると、冷却水温を効果的に下げることができず、逆にファンの消費電力が増え、エネルギー効率が悪くなります。
当社は、外部の湿球温度に応じて制御目標温度を調整し、クーリングタワーの水の流し温度をインバータにフィードバックしてPID制御によりクーリングタワーのファン回転数を低減しています。類似性の法則によると、これはクーリングタワーのファンの消費電力が3分の1になり、省エネに結び付くという結果に達します。
当社は、外部の湿球温度に応じて制御目標温度を調整し、クーリングタワーの水の流し温度をインバータにフィードバックしてPID制御によりクーリングタワーのファン回転数を低減しています。類似性の法則によると、これはクーリングタワーのファンの消費電力が3分の1になり、省エネに結び付くという結果に達します。
3. 冷水ポンプインバータ省エネ制御
冷水システム熱交換器は、冷却水の出水と戻り水の温度差を利用して冷水ポンプのインバータ制御を行い、回転数の低減による省エネの目的を達成します。
温度差が大きい場合は、冷却水ポンプの回転スピードを上げて冷却水の循環スピードを上げます。温度差が小さい場合は、冷却水ポンプの回転スピードを下げて冷却水の循環スピードを遅くなる。
温度差が大きい場合は、冷却水ポンプの回転スピードを上げて冷却水の循環スピードを上げます。温度差が小さい場合は、冷却水ポンプの回転スピードを下げて冷却水の循環スピードを遅くなる。
Rhymebus第三工場におけるエアコンの省エネ改善例
Rhymebusは、第三工場の空調プラントの水側システムに対し、ハード面（配管のリフトロス）とソフト面（冷水・冷却水循環制御ロジック）
の改善をそれぞれ実施しました。
の改善をそれぞれ実施しました。
1. 配管のリフトロスの改善
従来の冷水配管は、スイッチを入れる前に冷水が本体に逆流しないよう逆止弁を設けていました。しかし、逆止弁の影響で揚力が小さくなることが多く、かつ氷水の逆流を完全に止めることは難しく、更に冷水の温度低下を招くため、精密な制御を行電動式バタフライバルブの使用に変更しました。
2. 冷水ポンプインバータ制御
最終熱負荷に必要な差圧を供給するため、冷水サイクルに対して差圧信号を以って冷水二次ポンプインバータ制御を行います。
3. 冷却ポンプ/ファン可変周波数制御
A. 冷却水ポンプの速度は、出水/戻り水温度間の温度差信号によって制御。制御目標は温度差4～5℃。
B. 給水塔ファンの運転速度は、大気中の湿球/戻り水温度間の温度差信号によって制御。制御目標は温度差 2～3℃。
4. エネルギー消費監視システム
超音波流量計を組み合わせた財団法人工業技術研究院 (ITRI) のエネルギー効率監視システムは、冷水システムの正確なエネルギー消費量指標を算出します。空調システムの稼働状況をリアルタイムで観察し、長期的な傾向分析を行うことができるシステムです。
年間平均気温は上昇しているものの、実際の電力使用量は24,996.34kWHで、約26.6%減少しています。
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