JP5831379B2 - HEAT PUMP SYSTEM, ITS CONTROL METHOD AND PROGRAM - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態は、地中熱源を利用する地中熱ヒートポンプを備えるヒートポンプシステム、その制御方法及びプログラムに係る技術に関する。 Embodiments of the present invention relate to a technology related to a heat pump system including a geothermal heat pump that uses a geothermal heat source, a control method thereof, and a program.
地中を熱源とし、地中との熱交換により放熱及び採熱を行う地中熱ヒートポンプ（特許文献１、２）及び大気を熱源とし、大気と熱交換により放熱及び採熱を行う空気熱ヒートポンプ（特許文献３）の両設備を備える、故に地中熱源と空気熱源の二つの熱源を備える、ヒートポンプシステム（２熱源型ヒートポンプシステム）が知られている（特許文献４乃至６）。
Underground heat pumps (Patent Documents 1 and 2) that perform heat dissipation and heat collection by exchanging heat with the ground using an underground heat source and air heat heat pumps that perform heat dissipation and heat collection by exchanging heat with the atmosphere using the atmosphere as a heat source A heat pump system (two heat source type heat pump system) is known (
２熱源型ヒートポンプシステムは、大別して、地中熱ヒートポンプ又は空気熱ヒートポンプのみを運転する方式（単独運転方式；特許文献４乃至６）と両方を運転する方式（併用運転方式）方式に分けられ、更に単独運転方式と併用運転方式とを切り換える例も知られている（特許文献７、８）。
The two heat source type heat pump system is roughly divided into a method of operating only a geothermal heat pump or an air heat heat pump (single operation method;
２熱源型ヒートポンプシステムにおいては、例えば、地中温度又はそれと相関する温度（特許文献４、５）、地中熱熱交換器の冷媒温度（特許文献８）、外気温度（特許文献６、８）などを検出して、その検出結果に基づき運転方式を選択する。熱負荷側熱交換器の冷媒温度（特許文献７）に代表される熱負荷の変動と相関するパラメータ（特許文献８）を検出して、その検出に基づき運転方式を選択する。このようにして、選択された運転方式により運転すれば、積極的又は結果的に熱源設備全体の総合効率（システムＣＯＰ）を高めることができる。
In the two heat source type heat pump system, for example, the underground temperature or a temperature correlated therewith (
しかし、上記従来の２熱源型ヒートポンプシステムにおける運転は、地中熱熱交換器の能力、熱負荷の大小などに相関するパラメータの検出結果に基づき運転方式を選択して行うに止まり、地中熱ヒートポンプと空気熱ヒートポンプの二つの熱源の負荷割合を制御することによりシステム全体のエネルギー効率をより高めるというものではない。 However, the operation in the conventional two heat source type heat pump system is limited to the operation method selected based on the detection results of the parameters correlated with the capacity of the underground heat exchanger, the magnitude of the heat load, etc. Controlling the load ratio of the two heat sources, the heat pump and the air heat heat pump, does not increase the energy efficiency of the entire system.
また、従来の２熱源型ヒートポンプシステムにおける運転は、外気温の高低（特許文献６、８参照）、夏季と冬季（特許文献５参照）、昼間と夜間（特許文献７参照）などといった違いにより運転方式を選択して行うものに止まり、将来の任意の所定期間（評価期間）において、システム全体のエネルギー効率をより高めるというものではない。 In addition, the operation in the conventional two heat source type heat pump system is performed due to differences in outside air temperature (see Patent Documents 6 and 8), summer and winter (see Patent Document 5), daytime and night (see Patent Document 7), and the like. It is not limited to what is performed by selecting a method, and does not increase the energy efficiency of the entire system in a predetermined future period (evaluation period).
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、２熱源型ヒートポンプシステムの運転を、より高いエネルギー消費効率が達成されるように管理することにより、当該ヒートポンプシステムの経済的な運転や省エネルギー化を図ることができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and by managing the operation of the two heat source type heat pump system so that higher energy consumption efficiency is achieved, the economical operation of the heat pump system can be achieved. It aims at providing the technology which can aim at energy saving.
上記課題を解決するための本発明の実施の形態によれば、地中熱源を利用する地中熱ヒートポンプと、空気熱源を利用する空気熱ヒートポンプとを備え建築物の空調を行うヒートポンプシステムであって、向こう所定期間における前記ヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化する前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールを、遺伝的アルゴリズムを用いるモデル計算によって求める運転モデル設定装置と、前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプの運転を、前記運転モデル設定装置により求められたそれぞれの運転スケジュールに基づいて制御する制御装置と、を備え、前記トータルシステム効率は、任意時間ｉのシステム効率ＣＯＰ ｉ を前記向こう所定期間について合計した値であり、前記システム効率ＣＯＰ ｉ は、前記任意時間ｉにおける地中熱ヒートポンプの空調負荷Ｑ Ｇ＿ｉｎ，ｉ 、空気熱ヒートポンプの空調負荷Ｑ Ａ，ｉ 、地中熱ヒートポンプの電力投入量Ｗ Ｇ，ｉ 、空気熱ヒートポンプの電力投入量Ｗ Ａ，ｉ 及びその他の電力量固定値Ｗ ｏ，ｉ を用いて下記式で表されるヒートポンプシステムが提供される
ＣＯＰ ｉ ＝（Ｑ Ｇ＿ｉｎ，ｉ ＋Ｑ Ａ，ｉ ）／（Ｗ Ｇ，ｉ ＋Ｗ Ａ，ｉ ＋Ｗ ｏ，ｉ ）
According to an embodiment of the present invention for solving the above problems, there is provided a heat pump system that includes a geothermal heat pump that uses a geothermal heat source and an air heat heat pump that uses an air heat source and performs air conditioning of a building. An operation model setting device for obtaining an operation schedule of each of the geothermal heat pump and the air heat heat pump that maximizes the total system efficiency of the heat pump system over a predetermined period, by model calculation using a genetic algorithm, and A control device that controls the operation of the geothermal heat pump and the air heat heat pump based on the respective operation schedules obtained by the operation model setting device, and the total system efficiency is a system efficiency at an arbitrary time i. Combine COP i for the specified period of time The system efficiency COP i is the air conditioning load Q G_in, i of the geothermal heat pump at the arbitrary time i , the air conditioning load Q A, i of the air heat heat pump, and the power input amount W of the geothermal heat pump. A heat pump system represented by the following equation is provided using G, i , the power input amount WA , i of the air heat heat pump , and other fixed electric power values Wo, i.
COP i = (Q G_in, i + Q A, i) / (W G, i + W A, i + W o, i)
本発明においては、ヒューリスティック手法、つまり遺伝的アルゴリズムによるモデル計算により、ヒートポンプシステムが備える地中熱ヒートポンプ及び空気熱ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールを求め、求められた運転スケジュールに基づいて、当該地中熱ヒートポンプ及び当該空気熱ヒートポンプの運転を制御する。それ故、本発明によれば、ヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化するための比較的優れた運転スケジュールを、実用時間内で、且つ、比較的短時間に求めることができ、ヒートポンプシステムの運転を、より高いエネルギー消費効率が達成されるように管理することができ、ヒートポンプシステムの経済的な運転や省エネルギー化を図ることができる技術を実現することができる。 In the present invention, the respective operation schedules of the geothermal heat pump and the air heat heat pump included in the heat pump system are obtained by a heuristic method, that is, a model calculation by a genetic algorithm, and the geothermal heat is calculated based on the obtained operation schedule. Control the operation of the heat pump and the air heat heat pump. Therefore, according to the present invention, a relatively excellent operation schedule for maximizing the total system efficiency of the heat pump system can be obtained within a practical time and in a relatively short time. Can be managed so that higher energy consumption efficiency can be achieved, and a technology capable of economical operation and energy saving of the heat pump system can be realized.
［第１の実施の形態］
以下、本発明のヒートポンプシステムの実施の形態として、建築物の空調を行うヒートポンプ空調システム１を例として説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, as an embodiment of the heat pump system of the present invention, a heat pump air conditioning system 1 that performs air conditioning of a building will be described as an example.
図１は、第１の実施の形態におけるヒートポンプ空調システムの構成を示す図である。
ヒートポンプ空調システム１は、空気熱ヒートポンプ２、地中熱ヒートポンプ３、運転管理装置４を備えている。そして、地中熱ヒートポンプ３には、循環水ポンプ５と循環水流量計６とを有する地中埋設管７が接続されている。また、運転管理装置４は、運転モデル設定装置１０、制御装置１１を備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a heat pump air conditioning system according to the first embodiment.
The heat pump air conditioning system 1 includes an air
空気熱ヒートポンプ２は、大気との熱交換によって放熱及び採熱を行なう。即ち、空気の熱エネルギーをポンプ（コンプレッサ）の働きによって対象領域（たとえば建築物の室内）を冷却又は加熱するエネルギーに変換する。地中熱ヒートポンプ３は、地中との熱交換によって放熱及び採熱を行なう。即ち、地中埋設管７を介して地中の熱エネルギーを取り出してポンプ（コンプレッサ）の働きによって対象領域を冷却又は加熱するエネルギーに変換する。
The air
運転モデル設定装置１０は、空気熱ヒートポンプ２と地中熱ヒートポンプ３のそれぞれの出力割合をどのように設定すればヒートポンプ空調システム１の総合効率（ＣＯＰ）を最適とできるかを計算する。制御装置１１は、運転モデル設定装置１０が求めたそれぞれの出力割合を指定する信号（出力制限率信号）又は当該信号に基づく制御信号を空気熱ヒートポンプ２と地中熱ヒートポンプ３に出力する。空気熱ヒートポンプ２と地中熱ヒートポンプ３の運転は、それぞれに対して出力された信号に基づき実行され、これにより管理される。
The operation
図１に示すようにヒートポンプ空調システム１には電源８から電力が供給されている。また、ヒートポンプ空調システム１には、モデル計算に用いるパラメータを取得するための、外気温度計９ａ、地中熱交換器入口熱媒温度計９ｂ、地中熱交換器出口熱媒温度計９ｃが設けられている。
As shown in FIG. 1, power is supplied from a
図２は、第１の実施の形態における運転モデル設定装置１０の詳細の構成と信号の流れを示す図である。
運転モデル設定装置１０は、パラメータ計測装置２０、パラメータ演算装置３０、実績記録装置４０、外気温度予測装置４１、空調負荷予測装置４２、負荷割合最適化装置５０を備えている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration and signal flow of the operation
The operation
パラメータ計測装置２０は、運転モデル設定に必要な種々のパラメータを計測する。パラメータ演算装置３０は、計測されたパラメータを組み合わせて演算を行い空調負荷を求める。パラメータ演算装置３０が演算した結果は、以下では演算値として扱われる。ここで、空調負荷とは、ヒートポンプ空調システム１の空調機が必要とするエネルギー（見方を変えれば電力）のことである。
The
実績記録装置４０は、パラメータ計測装置２０の種々の計測値とパラメータ演算装置３０の種々の演算値とを履歴情報として保存し、データベース化する機能を有する装置である。実績記録装置４０が保存した値は、以下では実績値として扱われる。実績記録装置４０は、そこに保存されている実績値を用いて他の構成ブロックが演算して得られた演算値を履歴情報として更に保存し、データベース化する機能を有していてもよい。
The
外気温度予測装置４１は、上述の計測値及び実績値に基づいて将来の外気温度の推移を予測する。空調負荷予測装置４２は、上述の計測値、演算値及び実績値に基づいて将来の空調負荷の推移を予測する。
The outside air
負荷割合最適化装置５０は、上述の実績値及び予測値に基づいて、空気熱ヒートポンプ２と地中熱ヒートポンプ３の最適な運転スケジュールをモデル計算により求める。制御装置１１は、負荷割合最適化装置５０が求めた運転スケジュールに従って、空気熱ヒートポンプ２と地中熱ヒートポンプ３のそれぞれに出力制限率信号又はその出力制限率信号に基づく制御信号を与える。
The load
その他の構成ブロックについては、引き続くヒートポンプ空調システム１の運転管理装置４の動作説明において併せて説明する。
The other constituent blocks will be described together in the subsequent description of the operation of the
続いて、ヒートポンプ空調システム１の運転管理装置４の動作について説明する。
Then, operation | movement of the
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、第１の実施の形態において使用する各パラメータの変数名及びその定義式を示す図である。以下、これらの変数名及び定義式を参照しつつ動作を説明する。 FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C are diagrams showing the variable names of each parameter used in the first embodiment and their defining expressions. Hereinafter, the operation will be described with reference to these variable names and definition expressions.
まず、パラメータ計測装置２０の動作について説明する。
外気温度計測装置２１は、外気温度計９ａを用いて空気熱ヒートポンプ２の周囲の外気温度を計測する。計測された外気温度Ｔｏｕｔは、計測値として外気温度予測装置４１及び空調負荷演算装置３１に送られる。トータル電力投入量計測装置２２は、電源８からヒートポンプ空調システム１に供給されるトータル電力ＷＴｏｔａｌを計測する。トータル電力ＷＴｏｔａｌは、式（７）に示すように、システム待機電力投入量Ｗｓ、循環ポンプ電力量Ｗｐ、空気熱ヒートポンプ電力投入量ＷＡ、地中熱ヒートポンプ電力投入量ＷＧの和に等しい。計測されたトータル電力ＷＴｏｔａｌは、パラメータ演算装置３０の空調負荷演算装置３１に送られる。なお、システム待機電力投入量Ｗｓ、循環ポンプ電力量Ｗｐは、本運転管理装置以外の設備に使用される電力であり、既知の固定値である。
ＷＴｏｔａｌ＝ＷＡ＋ＷＧ＋Ｗｐ＋Ｗｓ ・・・式（７）
地中熱交換器出口熱媒温度計測装置２３は、地中熱交換器出口熱媒温度計９ｃを用いて地中から取り出された熱媒（循環水、不凍液など）の温度を計測する。計測された地中熱交換器出口熱媒温度ＴＧ＿ｏｕｔは、計測値として空調負荷演算装置３１及び地中放熱量演算装置３２に送られる。地中熱交換器入口熱媒温度計測装置２４は、地中熱交換器入口熱媒温度計９ｂを用いて地中に送り出される熱媒の温度を計測する。計測された地中熱交換器入口熱媒温度ＴＧ＿ｉｎは、計測値として地中放熱量演算装置３２に送られる。
First, the operation of the
The outside air
W Total = W A + W G + W p + W s (7)
The underground heat exchanger outlet heat medium
熱媒循環流量計測装置２５は、循環水流量計６を用いて地中埋設管内を循環する熱媒循環流量ＭＷを計測する。計測された熱媒循環流量ＭＷは、計測値として地中放熱量演算装置３２に送られる。
パラメータ計測装置２０の各部が計測した値は、実績記録装置４０にも送られて履歴情報として記録される。
Heating medium circulation flow
The value measured by each part of the
続いて、パラメータ演算装置３０の動作について説明する。
地中放熱量演算装置３２は、地中熱交換器入口熱媒温度ＴＧ＿ｉｎ、地中熱交換器出口熱媒温度ＴＧ＿ｏｕｔ、熱媒循環流量ＭＷ、及び熱媒比熱Ｃｐを用いて式（５）により地中放出熱量ＱＧ＿ｏｕｔを計算する。そして、地中放出熱量ＱＧ＿ｏｕｔを演算値として空調負荷演算装置３１に出力する。なお、地中放出熱量ＱＧ＿ｏｕｔが負の値となるときは、地中から熱を吸熱していることを表す。
ＱＧ＿ｏｕｔ＝ＭＷ×Ｃｐ×（ＴＧ＿ｉｎ−ＴＧ＿ｏｕｔ） ・・・式（５）
空調負荷演算装置３１は、ヒートポンプ空調システム１の空調機が必要とする全エネルギー（空調負荷総量）を求める。空調負荷総量Ｑは、式（１）に示されるように、空気熱ヒートポンプ２に求められる空調負荷ＱＡと、地中熱ヒートポンプ３に求められる空調負荷ＱＧ＿ｉｎとの和で表される。
Ｑ＝ＱＡ＋ＱＧ＿ｉｎ ・・・式（１）
ここで式（１）に示す、地中熱ヒートポンプの空調負荷ＱＧ＿ｉｎは、式（５）に示す地中放出熱量ＱＧ＿ｏｕｔと地中熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＧとを用いて式（２）または式（３）で表される。式（２）は、冷房時の地中熱ヒートポンプの空調負荷ＱＧ＿ｉｎであり、式（３）は、暖房時の地中熱ヒートポンプの空調負荷ＱＧ＿ｉｎである。
［冷房時］ＱＧ＿ｉｎ＝［ＣＯＰＧ／（ＣＯＰＧ＋１）］×ＱＧ＿ｏｕｔ ・・・式（２）
［暖房時］ＱＧ＿ｉｎ＝［ＣＯＰＧ／（ＣＯＰＧ−１）］×ＱＧ＿ｏｕｔ ・・・式（３）
なお、式（２）または式（３）は、式（６）に示す定義式、及び式（６−１）の関係から導かれる。
ＣＯＰＧ＝ＱＧ＿ｉｎ／ＷＧ ・・・式（６）
ＱＧ＿ｉｎ＝ＱＧ＿ｏｕｔ±ＷＧ ・・・式（６−１）
さらに、地中熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＧは、地中熱交換器出口熱媒温度ＴＧ＿ｏｕｔの関数として式（８）または式（９）で表すことができる。ここで、式（８）は、冷房時の地中熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＧであり、式（９）は、暖房時の地中熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＧである。なお、ｆＧ１、ｆＧ２は地中熱ヒートポンプ固有の関数である。図４は、第１の実施の形態における地中熱交換器出口熱媒温度と地中熱ヒートポンプ効率の関係を示す図である。
［冷房時］ＣＯＰＧ＝ｆＧ１（ＴＧ＿ｏｕｔ） ・・・式（８）
［暖房時］ＣＯＰＧ＝ｆＧ２（ＴＧ＿ｏｕｔ） ・・・式（９）
式（１）に示す空気熱ヒートポンプの空調負荷ＱＡは、式（４）に示す空気熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＡと空気熱ヒートポンプ電力投入量ＷＡとの積として求められる。
ＱＡ＝ＣＯＰＡ×ＷＡ ・・・式（４）
ここで、空気熱ヒートポンプ電力投入量ＷＡは、式（７）を変形した式（７−１）によって求めることができる。
ＷＡ＝ＷＴｏｔａｌ−ＷＧ−Ｗｐ−Ｗｓ ・・・式（７−１）
さらに、空気熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＡは、外気温度Ｔｏｕｔの関数として式（１０）または式（１１）で表すことができる。ここで、式（１０）は、冷房時の空気熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＡであり、式（１１）は、暖房時の空気熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＡである。なお、ｆＡ１、ｆＡ２は空気熱ヒートポンプ固有の関数である。図５は、第１の実施の形態における外気温度と空気熱ヒートポンプ効率の関係を示す図である。
〔冷房時〕ＣＯＰＡ ＝ ｆＡ１（Ｔｏｕｔ） ・・・式（１０）
〔暖房時〕ＣＯＰＡ ＝ ｆＡ２（Ｔｏｕｔ） ・・・式（１１）
パラメータ演算装置３０は、空調負荷演算装置３１が求めた空調負荷総量Ｑを空調負荷予測装置４２に出力すると共に、空調負荷演算装置３１及び地中放熱量演算装置３２が求めた空調負荷総量Ｑ及びその他の演算値を実績記録装置４０に出力する。実績記録装置４０は、入力した演算値を履歴情報として保存する。
Next, the operation of the
Underground heat radiation
Q G_out = M W × C p × (T G_in -T G_out) ··· (5)
The air conditioning
Q = Q A + Q G_in (1)
Here, the air conditioning load Q G_in of the underground heat pump shown in the equation (1) is calculated using the equation (2) or the equation using the underground heat release amount Q G_out and the underground heat pump efficiency COP G shown in the equation (5). It is represented by (3). Equation (2) is the air conditioning load Q G_in of the geothermal heat pump during cooling, and Equation (3) is the air conditioning load Q G_in of the geothermal heat pump during heating.
[During the cooling] Q G_in = [COP G / (COP G +1)] × Q G_out ··· formula (2)
[Heating at the time] Q G_in = [COP G / (COP G -1)] × Q G_out ··· formula (3)
In addition, Formula (2) or Formula (3) is derived from the relationship between the definition formula shown in Formula (6) and Formula (6-1).
COP G = Q G_in / W G ··· formula (6)
Q G_in = Q G_out ± W G ··· formula (6-1)
Furthermore, the geothermal heat pump efficiency COP G can be expressed by Equation (8) or Equation (9) as a function of the underground heat exchanger outlet heat medium temperature TG_out . Here, Formula (8) is the geothermal heat pump efficiency COP G during cooling, and Formula (9) is the geothermal heat pump efficiency COP G during heating. Note that f G1 and f G2 are functions inherent to the underground heat pump. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the underground heat exchanger outlet heat medium temperature and the underground heat pump efficiency in the first embodiment.
[At cooling] COP G = f G1 (T G — out ) (8)
[Heating] COP G = f G2 (T G_out ) (9)
Conditioning load Q A of air heat pump shown in equation (1) is determined as the product of the air heat pump efficiency COP A and the air heat pumps power input amount W A shown in Equation (4).
Q A = COP A × W A Formula (4)
Here, an air heat pump power input amount W A can be obtained by the equation (7-1) obtained by modifying the Equation (7).
W A = W Total -W G -W p -W s ··· formula (7-1)
Furthermore, the air heat heat pump efficiency COP A can be expressed by the equation (10) or the equation (11) as a function of the outside air temperature Tout . Here, Formula (10) is the air heat heat pump efficiency COP A during cooling, and Formula (11) is the air heat heat pump efficiency COP A during heating. Note that f A1 and f A2 are functions inherent to the air heat heat pump. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the outside air temperature and the air heat heat pump efficiency in the first embodiment.
[Cooling] COP A = f A1 (T out ) (10)
[At the time of heating] COP A = f A2 ( Tout ) ... Formula (11)
The
次に、外気温度予測装置４１の動作について説明する。
外気温度予測装置４１は、実績記録装置４０においてデータベース化されて保存されている過去の外気温度の実績値から、当日の外気温度の予測値を求める。
Next, the operation of the outside
The outside air
図６は、過去の外気温度の実績値の時間推移<DB>Ｔｏｕｔを示す図である。<DB>Ｔｏｕｔは、実績記録装置４０に保存されている過去の外気温度の実績値から一定の基準に従って得られる。たとえば、任意の時間ｋを基点（横軸の０点）として向こう一定時間（たとえば２４時間）にわたり、任意の単位時間帯（たとえば１時間）に入るデータを、実績記録装置４０に保存されている過去の外気温度の実績値から取得し、取得されたデータから当該単位時間帯における平均値を演算する。より具体的には、たとえば、実績記録装置４０に保存されている過去７日分の外気温度の実績値の中から、時間ｋから向こう２４時間において、たとえば５時００分から５時５９分までの１時間の時間帯に入るものを取得して、取得した実績値の平均値（＋２７．０度）を演算する。こうして得られる複数個の時間帯における複数個の平均値から近似曲線（たとえば最小自乗近似曲線）を演算し、演算された近似曲線を過去の外気温度の実績値の時間推移<DB>Ｔｏｕｔとする。
FIG. 6 is a diagram showing a time transition <DB> T out of past actual values of the outside air temperature. <DB> T out is obtained from a past actual value of the outside air temperature stored in the
外気温度予測装置４１は、当日の時間ｋにおける外気温度Ｔｏｕｔ、ｋから向こう一定時間（たとえば一日に相当する２４時間分）の将来の外気温度の時間推移（<予測>Ｔｏｕｔ）を次のようにして予測する。
図７は、第１の実施の形態における外気温度の予測方法を説明する図である。外気温度予測装置４１は、当日の時間ｋにおける外気温度Ｔｏｕｔ、ｋ（図７中の「当日外気温度」に相当する）を外気温度計測装置２１から取得する。次に、過去の同時間ｋにおける外気温度ＰＴｏｕｔ、ｋを、時間ｋを基点とする向こう一定時間にわたる過去の外気温度の実績値の時間推移<DB>Ｔｏｕｔに照らして取得する。当日の時間ｋにおける外気温度Ｔｏｕｔ、ｋを過去の同時間ｋにおける外気温度ＰＴｏｕｔ、ｋと比較して温度差ΔＴｋを求める。そして、式（１３）により、当日の時間ｋにおける予測外気温度の時間推移（<予測>Ｔｏｕｔ）を求める。即ち、時間ｋを基点とする向こう一定時間にわたる過去の外気温度の実績値の時間推移<DB>Ｔｏｕｔに温度差ΔＴｋをバイアス値として加算して<予測>Ｔｏｕｔを求める。
<予測>Ｔｏｕｔ ＝ <DB>Ｔｏｕｔ＋ΔＴｋ
＝ <DB>Ｔｏｕｔ＋Ｔｏｕｔ、ｋ−ＰＴｏｕｔ、ｋ ・・・式（１３）
たとえば、任意の時間ｋを基点（横軸の０点）としたときの向こう２４時間において、当日の時間ｋの外気温度Ｔｏｕｔ、ｋが２６.０度であり、過去の時間ｋにおける<DB>Ｔｏｕｔ、すなわち過去の外気温度ＰＴｏｕｔ、ｋが＋２４．０度であったとすると、温度差ΔＴｋは＋２．０度となるので、時間ｋにおける <予測>Ｔｏｕｔは、<DB>Ｔｏｕｔに＋２．０度だけ加算されたものとなる。
The outside air
FIG. 7 is a diagram for explaining a method for predicting the outside air temperature in the first embodiment. The outside air
<Prediction> T out = <DB> T out + ΔT k
= <DB> T out + T out, k -PT out, k ··· formula (13)
For example, in the next 24 hours when an arbitrary time k is a base point (0 point on the horizontal axis), the outside air temperature T out, k at the time k of the day is 26.0 degrees, and <DB at the past time k > T out , that is, if the past outside air temperature PT out, k is +24.0 degrees, the temperature difference ΔT k is +2.0 degrees, so <prediction> T out at time k is <DB> T It is obtained by adding +2.0 degrees to out .
上述のように求められる<予測>Ｔｏｕｔは、必要時に取り出せるように保存し、データベース化しておく。その保存場所は、実績記憶装置４０であってもよいし、外気温度予測装置４１が記録部を備える場合には、その記録部であってもよい。
The <prediction> T out obtained as described above is stored and stored in a database so that it can be taken out when necessary. The storage location may be the
次に、空調負荷予測装置４２の動作について説明する。
空調負荷予測装置４２は、実績記録装置４０においてデータベース化されて保存されている過去の空調負荷の実績値から、当日の空調負荷の予測値を求める。
Next, the operation of the air conditioning
The air conditioning
図８は、過去の空調負荷の実績値の時間推移<DB>Ｑを示す図である。<DB>Ｑは、実績記録装置４０に保存されている過去の空調負荷の実績値から一定の基準に従って得られる。たとえば、任意の時間ｋを基点（横軸の０点）として向こう一定時間（たとえば２４時間）にわたり、任意の単位時間帯（たとえば１時間）に入るデータを、実績記録装置４０に保存されている過去の空調負荷の実績値から取得し、取得されたデータから当該単位時間帯における平均値を演算する。より具体的には、たとえば、実績記録装置４０に保存されている過去７日分の空調負荷の実績値の中から、時間ｋから向こう２４時間において、たとえば５時００分から５時５９分までの１時間の時間帯に入るものを取得して、取得した実績値の平均値（３６．０Ｗ）を演算する。こうして得られる複数個の時間帯における複数個の平均値から近似曲線（たとえば最小自乗近似曲線）を演算し、演算された近似曲線を過去の外気温度の実績値の時間推移<DB>Ｑとする。
FIG. 8 is a diagram showing the time transition <DB> Q of the past actual value of the air conditioning load. <DB> Q is obtained according to a certain standard from the past actual value of the air conditioning load stored in the
空調負荷予測装置４２は、時間ｋにおける当日の空調負荷Ｑｋから向こう一定時間（たとえば一日に相当する２４時間分）の将来の外気温度の時間推移（<予測>Ｑ）を次のようにして予測する。
図９は、第１の実施の形態における空調負荷の予測方法を説明する図である。空調負荷予測装置４２は、当日の時間ｋにおける空調負荷Ｑｋ（図７中の「当日空調負荷」に相当する）を空調負荷演算装置３１から取得する。次に、過去の同時間ｋにおける外気温度ＰＱｋを、時間ｋを基点とする向こう一定時間にわたる過去の空調負荷の実績値の時間推移<DB>Ｑに照らして取得する。時間ｋにおける空調負荷Ｑｋiを同時間ｋにおける過去の空調負荷ＰＱｋと比較して負荷差ΔＱｋを求める。そして、式（１３）により、当日の時間ｋにおける予測空調負荷の時間推移（<予測>Ｔｏｕｔ）を求める。即ち、時間ｋを基点とする向こう一定時間にわたる過去の空調負荷の実績値の時間推移<DB>Ｑに負荷差ΔＱｋをバイアス値として加算して<予測>Ｑを求める。
<予測>Ｑ ＝ <DB>Ｑ＋ΔＱｋ
＝ <DB>Ｑ＋Ｑｋ−ＰＱｋ ・・・式（１４）
たとえば、任意の時間ｋを基点（横軸の０点）としたときの向こう２４時間において、当日の時間ｋの空調負荷Ｑｋが３９Ｗであり、過去の時間ｋにおける<DB>Ｑ、すなわち過去の外気温度ＰＱｋが３６Ｗであったとすると、負荷差ΔＱｋは＋３Ｗとなるので、時間ｋにおける <予測>Ｑは、<DB>Ｑに＋３Ｗだけ加算されたものとなる。
The air conditioning
FIG. 9 is a diagram illustrating an air conditioning load prediction method according to the first embodiment. The air conditioning
<Forecast> Q = <DB> Q + ΔQ k
= <DB> Q + Q k −PQ k (14)
For example, in the next 24 hours when an arbitrary time k is the base point (0 point on the horizontal axis), the air conditioning load Q k at the time k on the day is 39 W, and <DB> Q at the past time k, that is, the past Assuming that the outside air temperature PQ k is 36 W, the load difference ΔQ k is +3 W, so the <prediction> Q at time k is obtained by adding +3 W to <DB> Q.
上述のように求められる<予測>Ｑは、必要時に取り出せるように保存し、データベース化しておく。その保存場所は、実績記憶装置４０であってもよいし、空調負荷予測装置４２が記録部を備える場合には、その記録部であってもよい。
The <prediction> Q obtained as described above is stored so that it can be taken out when necessary, and is stored in a database. The storage location may be the
続いて、負荷割合最適化装置５０の動作について説明する。
負荷割合最適化装置５０は、地中熱交換器出口熱媒温度予測装置５１とエネルギーフローモデル演算装置５２とを備えている。エネルギーフローモデル演算装置５２には、モデル生成部５３と効率演算部５４とが設けられている。負荷割合最適化装置５０は、将来の任意の所定期間（評価期間）、たとえば将来の２４時間におけるシステムＣＯＰ（ＳＣＯＰ）が最大となるような、空気熱ヒートポンプ２と地中熱ヒートポンプ３との運転スケジュールを決定する。
Next, the operation of the load
The load
エネルギーフローモデル演算装置５２は、空気熱ヒートポンプ２と地中熱ヒートポンプ３との運転スケジュールの種々のパターンについてシステムＣＯＰを繰り返して演算して最適なシステムＣＯＰを求める。地中熱交換器出口熱媒温度予測装置５１は、エネルギーフローモデル演算装置５２における演算に使用する地中熱交換器出口熱媒温度の予測値を計算する。このように、地中熱交換器出口熱媒温度予測装置５１とエネルギーフローモデル演算装置５２とが協働して、空気熱ヒートポンプ２の運転と地中熱ヒートポンプ３の運転との最適な負荷割合を計算する。以下、その詳細な内容について説明する。
The energy flow
効率演算部５４は、向こう２４時間のシステムＣＯＰ（ＳＣＯＰ２４ｈ）を、例えば、式（１９）で定義される演算式に従って計算する。
ＳＣＯＰ２４ｈ＝Σ〔（ＱＧ＿ｉｎ，ｉ＋ＱＡ，ｉ）／（ＷＧ，ｉ＋ＷＡ，ｉ＋ＷＰ，ｉ＋ＷＳ，ｉ）〕
・・・式（１９）
ＱＧ＿ｉｎ，ｉ：任意時間ｉの地中熱ヒートポンプの空調負荷
ＱＡ，ｉ：任意時間ｉの空気熱ヒートポンプの空調負荷
ＷＧ，ｉ：任意時間ｉの地中熱ヒートポンプの電力投入量
ＷＡ，ｉ：任意時間ｉの空気熱ヒートポンプの電力投入量
Ｗｏ，ｉ：任意時間ｉのその他の電力量の固定値
なお、任意時間ｉは、向こう２４時間内の任意の時間であり、式（２０）は常に成立しているものとする。また、Ｗｏ，ｉの典型例は、任意時間ｉの循環ポンプの電力量（ＷＰ，ｉ）や任意時間ｉのシステム待機電力投入量（ＷＳ，ｉ）であり、多くの場合、Ｗｏ，ｉ＝ＷＰ，ｉ＋ＷＳ，ｉとしてよい。
Ｑｉ＝ＱＡ，ｉ＋ＱＧ＿ｉｎ，ｉ ・・・式（２０）
Ｑｉ：任意時間ｉの空調負荷総量
図１０は、第１の実施の形態における効率演算部５４が実行する演算式を示す図である。
The
SCOP 24h = sigma [(Q G_in, i + Q A , i) / (W G, i + W A, i + W P, i + W S, i) ]
... Formula (19)
Q G_in, i : Air conditioning load of geothermal heat pump at arbitrary time i
Q A, i : Air-conditioning load of the air heat heat pump at an arbitrary time i
W G, i : Power input amount of geothermal heat pump at arbitrary time i
W A, i : Amount of power input to the air heat heat pump at an arbitrary time i
W o, i : Fixed value of other electric energy at arbitrary time i Note that the arbitrary time i is an arbitrary time within the next 24 hours, and it is assumed that equation (20) always holds. Typical examples of W o, i are the circulating pump power amount (W P, i ) for an arbitrary time i and the system standby power input amount (W S, i ) for an arbitrary time i. o, i = WP , i + WS , i .
Q i = Q A, i + Q G_in, i (20)
Q i : Total amount of air conditioning load at an arbitrary time i FIG. 10 is a diagram illustrating a calculation formula executed by the
モデル生成部５３は、式（１９）で示すＳＣＯＰ２４ｈが最大となるＱＧ＿ｉｎ，ｉ、ＱＡ，ｉの向こう２４時間のスケジュールパターンを遺伝的アルゴリズム（以下、ＧＡという。）を用いて検索する。
The
図１１は、第１の実施の形態におけるＧＡの処理手順を示すフロー図である。このフロー図は、一般的なＧＡの処理を表している。図１２は、このフロー図の各ステップの処理内容を解説する図である。従って、図１１の各処理についての一般的な説明は省略する。 FIG. 11 is a flowchart illustrating a GA processing procedure according to the first embodiment. This flow chart represents general GA processing. FIG. 12 is a diagram for explaining the processing content of each step of this flowchart. Therefore, a general description of each process in FIG. 11 is omitted.
図１３は、第１の実施の形態におけるＧＡを用いた最適スケジュール解の探索方法を説明するための図である。
図１３に示されるそれぞれの２次元座標系では、横軸が将来の時間ｉを示し、縦軸が空調負荷総量Ｑｉと地中熱ヒートポンプ３の空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉを示しており、従って図１３中の各図は、時間ごとのＱｉとＱＧ＿ｉｎ，ｉの推移を表している。ここで、空調負荷総量Ｑｉは、これまでの実績値から求められる予測値、すなわち先述の<予測>Ｑの時間iにおける値に相当し、地中熱ヒートポンプ３の空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉは、ＧＡの処理の開始時に初期世代として無作為に設定される設定値である場合には、時間iにおける<設定>ＱＧ_INの値、ＧＡの処理の終了時に、最終的に最適なものとして選択される最適値である場合には、時間iにおける<結果>ＱＧ_INの値、ＧＡの処理の開始後、終了前の途中において選択される選択値である場合には、時間iにおける<選択>ＱＧ_IN（図示せず）の値、に相当する。
FIG. 13 is a diagram for explaining an optimum schedule solution search method using GA in the first embodiment.
In each two-dimensional coordinate system shown in FIG. 13, the horizontal axis indicates the future time i, and the vertical axis indicates the total air conditioning load Q i and the air conditioning load Q G_in, i of the
時間ｉにおける空気熱ヒートポンプ２の空調負荷ＱＡ，ｉは、式（２０）により、ＱｉとＱＧ＿ｉｎ，ｉとの差として定まる。
The air conditioning load Q A, i of the
無作為に設定された初期化母集団のスケジュール群（初期世代）を基点に、ＧＡの処理フローに基づき選択→交配→交叉→突然変異→評価を繰り返し、最終世代である最適スケジュール解を導出する。 Based on the randomized schedule (initial generation) of the initialization population, the selection, mating, crossover, mutation, and evaluation are repeated based on the GA processing flow to derive the optimal schedule solution that is the final generation. .
具体的には、図１１のステップＳ０６の処理において、式（１９）に示すＳＣＯＰ２４ｈの値を計算し、その結果で効率の高いスケジュールを複数選択する。そして選択したスケジュールを更に交配→交叉→突然変異→評価を行なって、より効率の高いスケジュールを複数選択する。この処理を所定回数繰り返すことで、ＳＣＯＰ２４ｈの値の高い地中熱ヒートポンプ３の空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉを得ることができる。ステップＳ０７に示す終了条件を充足したときは、例えば、上述の処理を１０００回繰り返したときは、得られた複数のスケジュールのうち最も効率の高いスケジュールを最適スケジュールとする。
Specifically, in the process of step S06 in FIG. 11, the value of SCOP 24h shown in equation (19) is calculated, and a plurality of highly efficient schedules are selected based on the result. Then, the selected schedule is further crossed → crossed → mutated → evaluated to select a plurality of more efficient schedules. By repeating this process a predetermined number of times, the air conditioning load Q G_in, i of the
図１３の下図における<結果>ＱＧ_INは、上述のＧＡの処理により求まったＱＧ＿ｉｎ，ｉの最適スケジュールである。 <Result> Q G_IN in the lower diagram of FIG. 13 is the optimum schedule of Q G_in, i obtained by the above-described GA processing.
ところで、式（１９）に示すＳＣＯＰ２４ｈの値を計算するためには、任意の時間ｉにおける地中熱ヒートポンプ電力投入量ＷＧ，ｉと空気熱ヒートポンプ電力投入量ＷＡ，ｉとを求める必要がある。
図１４は、第１の実施の形態における地中熱ヒートポンプ電力投入量ＷＧ，ｉを求める手順を示すフロー図である。
Meanwhile, in order to calculate the value of SCOP 24h shown in equation (19) is necessary to obtain a geothermal heat pump power input amount W G, i and air heat pump power input amount W A, i at any time i There is.
FIG. 14 is a flowchart showing a procedure for obtaining the geothermal heat pump power input amount WG , i in the first embodiment.
ステップＳ１１において、エネルギーフローモデル演算装置５２は、上述のＧＡの処理を実行する際に用いられた地中熱ヒートポンプ３の空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉ（任意の時間iにおける、<設定>ＱＧ_INの値と<選択>ＱＧ_INの値）を取り出す。そしてこの空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉのそれぞれの値に対応する地中熱ヒートポンプ電力投入量ＷＧ，ｉを以下の繰り返し処理によって計算し求める。
In step S11, the energy flow
まず地中熱ヒートポンプ電力投入量ＷＧ，ｉの初期値を設定する。この初期値は、任意の値で良いが、前回の計算で得られたＷＧ，ｉの値を採用しても良い。 First , the initial value of the geothermal heat pump power input amount WG , i is set. The initial value may be an arbitrary value, but the value of WG , i obtained in the previous calculation may be adopted.
ステップＳ１２において、任意の時間ｉにおける地中放出熱量ＱＧ＿ｏｕｔ，ｉを次の式によって算出する。
ＱＧ＿ｏｕｔ，ｉ＝ＱＧ＿ｉｎ，ｉ＋ＷＧ，ｉ
そして、ステップＳ１３において、算出されたＱＧ＿ｏｕｔ，ｉを地中熱交換器出口熱媒温度予測装置５１に渡して、地中熱交換器出口熱媒温度ＴＧ＿ｏｕｔ，ｉの予測値を計算させる。
In step S12, the amount of underground heat release Q G_out, i at an arbitrary time i is calculated by the following equation.
QG_out, i = QG_in, i + WG , i
In step S13, the calculated Q G_out, i is passed to the underground heat exchanger outlet heat medium
図１５は、過去の地中熱交換器出口熱媒温度の実績値の時間推移<DB>ＴＧ＿ｏｕｔを示す図である。<DB>ＴＧ＿ｏｕｔは、実績記録装置４０に保存されている過去の地中熱交換器出口熱媒温度の実績値から一定の基準に従って得られる。たとえば、任意の時間ｋを基点（横軸の０点）として向こう一定時間（たとえば２４時間）にわたり、任意の単位時間帯（たとえば１時間）に入るデータを、実績記録装置４０に保存されている過去の地中熱交換器出口熱媒温度の実績値から取得し、取得されたデータから当該単位時間帯における平均値を演算する。より具体的には、たとえば、実績記録装置４０に保存されている過去１４日分の地中熱交換器出口熱媒温度の実績値の中から、時間ｋから向こう２４時間において、たとえば７時００分から７時５９分までの１時間の時間帯に入るものを取得して、取得した実績値の平均値を演算する。こうして得られる複数個の時間帯における複数個の平均値から近似曲線（たとえば最小自乗近似曲線）を演算し、演算された近似曲線を過去の地中熱交換器出口熱媒温度の実績値の時間推移<DB>ＴＧ＿ｏｕｔとする。
FIG. 15 is a diagram showing the time transition <DB> TG_out of the actual value of the past underground heat exchanger outlet heat medium temperature. <DB> TG_out is obtained from the past actual value of the underground heat exchanger outlet heat medium temperature stored in the
図１６は、過去の地中放出熱量の実績値の時間推移<DB>ＱＧ＿ｏｕｔを示す図である。<DB>ＱＧ＿ｏｕｔは、実績記録装置４０に保存されている過去の地中放出熱量の実績値から一定の基準に従って得られる。たとえば、任意の時間ｋを基点（横軸の０点）として向こう一定時間（たとえば２４時間）にわたり、任意の単位時間帯（たとえば１時間）に入るデータを、実績記録装置４０に保存されている過去の地中放出熱量の実績値から取得し、取得されたデータから当該単位時間帯における平均値を演算する。より具体的には、たとえば、実績記録装置４０に保存されている過去１４日分の地中放出熱量の実績値の中から、時間ｋから向こう２４時間において、たとえば７時００分から７時５９分までの１時間の時間帯に入るものを取得して、取得した実績値の平均値を演算する。こうして得られる複数個の時間帯における複数個の平均値から近似曲線（たとえば最小自乗近似曲線）を演算し、演算された近似曲線を過去の地中放出熱量の実績値の時間推移<DB>ＱＧ＿ｏｕｔとする。
FIG. 16 is a diagram showing the time transition <DB> Q G_out of the actual value of the past underground heat release. <DB> Q G_out is obtained in accordance with a certain standard from the past actual value of the underground heat release stored in the
すると、<DB>ＴＧ＿ｏｕｔ及び<DB>Ｑ＿ｏｕｔはそれぞれ式（１６）及び式（１７）として表すことができる。
ＴＧ＿ｏｕｔ，ｉ＝ｆ４（ｉ） ・・・式（１６）
ＱＧ＿ｏｕｔ，ｉ＝ｆ５（ｉ） ・・・式（１７）
ここで、任意の時間ｉは、時間ｋを基点とする向こう一定時間（たとえば２４時間）内の任意の時間である。
Then, <DB> TG_out and <DB> Q_out can be expressed as Expression (16) and Expression (17), respectively.
T G — out, i = f 4 (i) (16)
Q G — out, i = f 5 (i) (17)
Here, the arbitrary time i is an arbitrary time within a fixed time (for example, 24 hours) beyond the time k.
そして、式（１６）及び式（１７）を用いると、地中放出熱量ＱＧ＿ｏｕｔと地中熱交換器出口熱媒温度ＴＧ＿ｏｕｔとの関係式（１８）を得ることができる。図１７は、この式（１８）に相当する、地中放出熱量と地中熱交換器出口熱媒温度との関係を示す図である。 And if Formula (16) and Formula (17) are used, the relational expression (18) between underground heat release Q G_out and underground heat exchanger outlet heat transfer medium temperature TG_out can be obtained. FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the amount of heat released into the ground and the temperature of the heat medium at the outlet of the ground heat exchanger, which corresponds to the equation (18).
ＴＧ＿ｏｕｔ，ｔ＝ｆ６（ＱＧ＿ｏｕｔ，ｔ） ・・・式（１８）
従って、ステップＳ１３において、式（１８）に示す関数ｆ６を用いれば、算出されたＱＧ＿ｏｕｔ，ｉから地中熱交換器出口熱媒温度ＴＧ＿ｏｕｔ，ｉの予測値を求めることができる。
T G — out, t = f 6 (Q G — out, t ) (18)
Thus, in step S13, by using the function f 6 shown in equation (18), the calculated Q G_out, can be obtained underground heat exchanger outlet heat medium temperature T G_out, a predicted value of i from i.
なお、上述のように求められる関係式（１８）並びに、必要に応じて<DB>ＴＧ＿ｏｕｔ及び<DB>Ｑ＿ｏｕｔ（または式（１６）及び式（１７））は、必要時に取り出せるように保存し、データベース化しておく。その保存場所は、実績記憶装置４０であってもよいし、地中熱交換器出口熱媒温度予測装置５１が記録部を備える場合には、その記録部であってもよい。
It should be noted that the relational expression (18) obtained as described above, and <DB> TG_out and <DB> Q_out (or Expressions (16) and (17)) as necessary may be stored so that they can be retrieved when necessary. And create a database. The storage location may be the
図１４のステップＳ１４において、エネルギーフローモデル演算装置５２は、地中熱交換器出口熱媒温度予測装置５１が計算した地中熱交換器出口熱媒温度ＴＧ＿ｏｕｔ，ｉから、式（８）または式（９）を用いて地中熱ヒートポンプ効率ＣＯＰＧ，ｉを求める。
［冷房時］ＣＯＰＧ，ｉ＝ｆＧ１（ＴＧ＿ｏｕｔ，ｉ）
［暖房時］ＣＯＰＧ，ｉ＝ｆＧ２（ＴＧ＿ｏｕｔ，ｉ）
ステップＳ１５において、次の式を用いて地中熱ヒートポンプ電力投入量ＷＧ，ｉを計算する。この式は、ＷＧ，ｉ演算値を求める式である。
ＷＧ，ｉ＝ＱＧ＿ｉｎ，ｉ／ＣＯＰＧ，ｉ
そして、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で求めたＷＧ，ｉの演算値とＷＧ，ｉの初期値との差が許容範囲内かどうか、即ち、演算が収束したかどうかを調べる。
例えば、指標Ｉ＝｜（ＷＧ，ｉの初期値−ＷＧ，ｉの演算値）／ＷＧ，ｉの初期値｜を求める。そして、指標Ｉ≧０．００００１ならば、ＷＧ，ｉの初期値にＷＧ，ｉの演算値を代入してステップＳ１２からの処理を実行する。一方、指標Ｉ＜０．００００１ならば、ステップＳ１７において、地中熱交換器出口熱媒温度ＴＧ＿ｏｕｔ，ｉ及び地中熱ヒートポンプ電力投入量ＷＧ，ｉを決定する。
In step S14 of FIG. 14, the energy flow
[During cooling] COP G, i = f G1 (T G_out, i )
[At the time of heating] COP G, i = f G2 (T G_out, i )
In step S15, the geothermal heat pump power input amount WG , i is calculated using the following equation. This expression is an expression for obtaining a WG, i operation value.
W G, i = Q G_in, i / COP G, i
In step S16, it is checked whether the difference between the calculated value of WG , i obtained in step S15 and the initial value of WG, i is within an allowable range, that is, whether the calculation has converged.
For example, the index I = | (W G, the initial value -W G, calculated values of i for i) / W G, the initial value of i | a seek. Then, if the index I ≧ 0.00001, W G, i initial value W G of, by substituting the calculated value of i executes the processing from step S12. On the other hand, if the index I <0.00001, the underground heat exchanger outlet heat medium temperature TG_out, i and the underground heat pump power input amount WG , i are determined in step S17.
以上の手順によって、ＧＡによりＱＧ＿ｉｎ，ｉを決定することができる。ＱＧ＿ｉｎ，ｉが決定すると、式（２０）よりＱＡ，ｉを求めることができるので、下記式（２３）が成立することにより、ＷＡ，ｉを求めることができる。
ＷＡ，ｉ＝ＱＡ，ｉ／ＣＯＰＡ，ｉ・・・ 式（２３）
ここで、ＣＯＰＡ，ｉは上述の式（１０）または式（１１）を用いて求められる。
［冷房時］ＣＯＰＡ，ｉ＝ｆＡ１（Ｔｏｕｔ，ｉ）
［暖房時］ＣＯＰＡ，ｉ＝ｆＡ２（Ｔｏｕｔ，ｉ）
このようにして求めた、地中熱ヒートポンプ電力投入量ＷＧ，ｉと空気熱ヒートポンプ電力投入量ＷＡ，ｉとを用いてＳＣＯＰ２４ｈを式（１９）に従って計算することができる。
With the above procedure, Q G_in, i can be determined by GA. Q G - IN, when i is determined, it is possible to determine Q A, a i from the equation (20), by the following equation (23) is satisfied, it is possible to obtain the W A, i.
WA , i = QA , i / COP A, i ... Formula (23)
Here, COP A, i is obtained using the above formula (10) or formula (11).
[Cooling] COP A, i = f A1 (T out, i )
[When heating] COP A, i = f A2 (T out, i )
SCOP 24h can be calculated according to the equation (19) using the ground heat pump power input amount WG , i and the air heat heat pump power input amount WA , i thus obtained.
負荷割合最適化装置５０は、ＧＡの処理によって求めたＳＣＯＰ２４ｈが最大になるＱＧ＿ｉｎ，ｉの向こう２４時間のスケジュールパターンとＱＡ，ｉの向こう２４時間のスケジュールパターンとから地中熱ヒートポンプの出力制限率αＧ＿ｉｎ，ｉと空気熱ヒートポンプの出力制限率αＡ、ｉとを求める。
The load
地中熱ヒートポンプの定格出力をＱＧ＿ｉｎ，ＭＡＸと置くと、出力制限率αＧ＿ｉｎ，ｉの２４ｈスケジュールパターンは、式（２１）より求まる。
αＧ＿ｉｎ，ｉ＝ＱＧ＿ｉｎ，ｉ／ＱＧ＿ｉｎ，ＭＡＸ ・・・ 式（２１）
また、空気熱ヒートポンプの定格出力をＱＡ，ＭＡＸと置くと出力制限率αＡ、ｉの向こう２４時間のスケジュールパターンは、式（２２）より求まる。
αＡ、ｉ＝ ＱＡ，ｉ／ＱＡ，ＭＡＸ ・・・ 式（２２）
制御装置１１は、出力制限率αＧ＿ｉｎ，ｉ及び出力制限率αＡ、ｉから地中熱ヒートポンプ３と空気熱ヒートポンプ２のそれぞれの出力割合を指定する信号（出力制限率信号）又は当該信号に基づく制御信号を出力する。空気熱ヒートポンプ２と地中熱ヒートポンプ３の運転は、それぞれに対して出力された信号に基づき実行され、これにより管理される。
When the rated output of the geothermal heat pump is set as Q G_in, MAX , the 24h schedule pattern of the output limiting rate α G_in, i is obtained from the equation (21).
α G_in, i = Q G_in, i / Q G_in, MAX (21)
Further, when the rated output of the air heat heat pump is set as Q A, MAX , the schedule pattern for 24 hours beyond the output limiting rate α A, i is obtained from the equation (22).
α A, i = Q A, i / Q A, MAX (22)
The
以上、説明した実施の形態によれば、将来の任意期間における全エネルギー（空調負荷総量）が最適な値になるように２熱源型ヒートポンプの運転を制御することができるため、ハイブリッド式ヒートポンプ空調システムの経済的な運転や省エネルギー化を図ることができる。 As described above, according to the embodiment described above, the operation of the two heat source type heat pump can be controlled so that the total energy (total amount of air conditioning load) in the future arbitrary period becomes an optimum value. Economical operation and energy saving.
なお、上述の実施の形態では、評価期間を２４時間として将来の２４時間におけるシステム効率ＳＣＯＰ２４ｈを最大化するように運転スケジュールを作成したが、本発明はこの形態に限定されず、将来の適宜の期間における効率を最大化するように運転スケジュールを作成することができる。 In the above-described embodiment, the operation schedule is created so that the evaluation period is 24 hours and the system efficiency SCOP 24h in the future 24 hours is maximized. However, the present invention is not limited to this form, and may be appropriately changed in the future. The operation schedule can be created so as to maximize the efficiency during the period.
なお、このように将来の適宜の期間における効率を最大化するように運転スケジュールの設定を可能としているのは、上述のようにモデル計算によるスケジューリング手法を適用しているからである。但し、モデル計算に適用する手法は、遺伝的アルゴリズムに限定されず、数理計画法、焼きなまし法、局所探索法を用いることができる。 The reason why the operation schedule can be set so as to maximize the efficiency in an appropriate period in the future is that the scheduling method based on the model calculation is applied as described above. However, the method applied to the model calculation is not limited to the genetic algorithm, and mathematical programming, annealing, and local search can be used.
また、図６に示された<DB>Ｔｏｕｔや図９に示された<DB>Ｑの近似曲線を求める際に、実績記録装置４０に保存されている過去７日分の実績値の中から、時間ｉから向こう２４時間において、たとえば５時００分から５時５９分までの１時間の時間帯に入るものを取得して、取得した実績値の平均値を演算するという説明をした。図１５に示された<DB>ＴＧ＿ｏｕｔや図１６に示された<DB>ＱＧ＿ｏｕｔの近似曲線を求める際には、実績記録装置４０に保存されている過去１４日分の地中放出熱量の実績値の中から、時間ｋから向こう２４時間において、たとえば７時００分から７時５９分までの１時間の時間帯に入るものを取得して、取得した実績値の平均値を演算するという説明をした。しかし、本発明はこれらのような形態に限定されず、本発明においては、<DB>Ｔｏｕｔ、<DB>Ｑ、<DB>ＴＧ＿ｏｕｔ及び<DB>ＱＧ＿ｏｕｔの少なくとも一つを求める際、過去何日分の実績値から平均値を求めるか、どの程度の長さの時間帯にするかなどは、状況や必要に応じて任意に選択できる。
Further, when the approximate curve of <DB> T out shown in FIG. 6 and <DB> Q shown in FIG. 9 is obtained, among the past seven days of actual values stored in the
また、上述の実施の形態では、式（２０）に示す関係、すなわち任意の時間ｉにおける空調負荷総量Ｑｉと、地中熱ヒートポンプの空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉと、空気熱ヒートポンプの空調負荷ＱＡ，ｉとの関係から地中熱ヒートポンプの運転スケジュールのみを求めたが、地中熱ヒートポンプと空気熱ヒートポンプとの両方の運転スケジュールをＧＡの処理を用いて求めても良い。 In the above-described embodiment, the relationship shown in Expression (20), that is, the total air conditioning load Q i at an arbitrary time i, the air conditioning load Q G_in, i of the geothermal heat pump , and the air conditioning load Q of the air heat heat pump. Although only the operation schedule of the geothermal heat pump was obtained from the relationship with A and i , the operation schedules of both the geothermal heat pump and the air heat heat pump may be obtained using the GA processing.
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態のヒートポンプシステムは、第１の実施の形態のヒートポンプシステムと概ね同一の構成であるが、運転スケジュールを向こう１ヶ月未満（望ましくは２４時間）で決定するという構成上の特徴を備えている。
[Second Embodiment]
The heat pump system according to the second embodiment has substantially the same configuration as the heat pump system according to the first embodiment, but has a structural feature that the operation schedule is determined in less than one month (preferably 24 hours) over the next month. It has.
[技術分野]
本発明の第２の実施の形態は、地中熱源を利用する地中熱ヒートポンプを備えるヒートポンプシステム及びその運転方法に係る技術に関する。
[Technical field]
The 2nd Embodiment of this invention is related with the technique which concerns on the heat pump system provided with the geothermal heat pump using a geothermal heat source, and its operating method.
[背景技術]
地中熱利用ヒートポンプ装置として、地盤の熱的状況を測定する測定手段と、測定した地盤の熱的状況に基づいて採放熱の限界値を設定する限界値設定手段と、設定した採放熱の限界値を超えないようにヒートポンプ本体の運転を制御する運転制御手段とを備えるものが知られている（特許文献２−１）。
[Background]
As a geothermal heat pump device, a measuring means for measuring the thermal condition of the ground, a limit value setting means for setting a limit value of heat extraction / radiation based on the measured thermal condition of the ground, and a set limit of heat extraction / radiation What is provided with the operation control means which controls the operation | movement of a heat pump main body so that a value is not exceeded is known (patent document 2-1).
この技術では、限界値設定手段は、運転開始から数年間、前年との地中温度の差が小さくなり安定するまでの期間において、当該測定手段にて測定した前年の測定結果に基づく地盤の熱的状況から、地盤の年間における熱的状況の基準変動値を毎年再設定し、設定した基準変動値に基づいて当該限界値を再設定するように構成されている。これによれば、地盤の熱的状況に適応し長期間にわたって安定した運転が実現できる地中熱利用ヒートポンプ装置やその制御方法を実現することができる。 In this technology, the limit value setting means is the thermal heat of the ground based on the measurement results of the previous year measured by the measurement means during the period from the start of operation for several years until the difference in underground temperature from the previous year becomes small and stabilizes. The standard fluctuation value of the thermal situation in the ground is reset every year based on the target situation, and the limit value is reset based on the set standard fluctuation value. According to this, it is possible to realize a geothermal heat pump device that can adapt to the thermal condition of the ground and realize stable operation over a long period of time, and a control method thereof.
また、地中熱利用ヒートポンプシステムの設計方法として、地中熱利用ヒートポンプシステムの運転のシミュレーションにより熱収支を解析し、熱源側の温度の時系列変化を求める工程と、暖房期間開始時と次年の冷房期間終了時、及び、冷房期間開始時と次年の暖房期間終了時のうち少なくともいずれかにおいて、当該シミュレーションの結果である熱源側の温度が略一致するように当該ヒートポンプシステムで処理する熱負荷及び当該ヒートポンプシステムの仕様のうち少なくともいずれかを変更しながら当該シミュレーションを繰り返して当該ヒートポンプシステムで処理する熱負荷及び当該ヒートポンプシステムの仕様を決める工程と、を有する技術が知られている（特許文献２−２）。 In addition, as a design method for the geothermal heat pump system, the heat balance is analyzed by simulation of the operation of the geothermal heat pump system, the time series change of the temperature on the heat source side is calculated, and the heating period starts and the next year At the end of the cooling period, and at least one of the start of the cooling period and the end of the heating period of the next year There is known a technique having a process of determining a heat load to be processed by the heat pump system by repeatedly performing the simulation while changing at least one of a load and a specification of the heat pump system and a specification of the heat pump system (patent) Literature 2-2).
この技術によれば、夏期の地中への放熱量、冬期の地中からの採熱量、及び周辺地盤との熱収支をバランスさせ、地中熱交換器周囲温度を安定させた設計が可能となり、地中熱利用ヒートポンプシステムの長期的な運転を実現させることができる。 This technology makes it possible to balance the amount of heat released into the ground in the summer, the amount of heat collected from the ground in the winter, and the heat balance with the surrounding ground to stabilize the ambient temperature of the underground heat exchanger. Long-term operation of the geothermal heat pump system can be realized.
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献２−１] 特許第４７８２４６２号公報
[特許文献２−２] 特許第４６９４９３２号公報
[発明の概要]
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、特許文献２−１に記載の技術では、運転開始から数年間、前年との地中温度の差が小さくなり安定するまでの期間において、前年の測定結果に基づく地盤の熱的状況から、地盤の年間における熱的状況の基準変動値を毎年再設定し、設定した基準変動値に基づいて採放熱の限界値を再設定する。従って、この方法に従えば、ヒートポンプシステムの運転が長期（たとえば数年間）にわたり安定しない場合が考えられる。この点で、地中熱利用ヒートポンプ装置のより早期の安定的な運転を期待する使用者にとって望ましいものとはいえない。
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 2-1] Japanese Patent No. 47882462
[Patent Document 2-2] Japanese Patent No. 4694932
[Summary of Invention]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique described in Patent Document 2-1, in the period from the start of operation until the difference in underground temperature from the previous year becomes small and stable for several years, from the thermal condition of the ground based on the measurement results of the previous year, The standard fluctuation value of the thermal condition of the ground in the year is reset every year, and the heat extraction limit value is reset based on the set reference fluctuation value. Therefore, according to this method, the operation of the heat pump system may not be stable over a long period (for example, several years). In this respect, it cannot be said that it is desirable for a user who expects an early and stable operation of the geothermal heat pump device.
また、特許文献２−２に記載の技術では、暖房期間開始時と次年の冷房期間終了時、及び、冷房期間開始時と次年の暖房期間終了時のうち少なくともいずれかにおいて、シミュレーションの結果である熱源側の温度が略一致するように地中熱利用ヒートポンプシステムの仕様が決められる。従って、この方法では、少なくとも１年間は地中熱利用ヒートポンプシステムの仕様が決まらないことになる。この点で、特許文献２−１に記載の技術と同様に、地中熱利用ヒートポンプ装置のより早期の安定的な運転を期待する使用者にとって望ましいものとはいえない。 Moreover, in the technique described in Patent Document 2-2, the simulation result is obtained at least one of the start of the heating period and the end of the next cooling period, and the start of the cooling period and the end of the next heating period. The specifications of the heat pump system using geothermal heat are determined so that the temperatures on the heat source side are substantially the same. Therefore, in this method, the specification of the heat pump system using geothermal heat is not determined for at least one year. In this respect, like the technique described in Patent Document 2-1, it cannot be said that it is desirable for a user who expects an early and stable operation of the geothermal heat pump device.
第２の実施の形態に係る発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、短期間で運転や制御の安定化を実現することのできる地中熱利用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。 The invention according to the second embodiment has been made in view of the above problems, and provides a heat pump system using geothermal heat and a control method thereof that can realize stable operation and control in a short period of time. The purpose is to do.
[課題を解決するための手段]
上記目的を達成するための、第２の実施の形態に係る発明の第１の態様に係るヒートポンプシステムは、地中熱源を利用する地中熱ヒートポンプと、空気熱源を利用する空気熱ヒートポンプとを備えるヒートポンプシステムであって、向こう１ヶ月未満の所定期間における前記ヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化する前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールをモデル計算によって求める運転モデル設定装置と、前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプの運転を、前記運転モデル設定装置により求められたそれぞれの運転スケジュールに基づいて制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
[Means for solving problems]
In order to achieve the above object, a heat pump system according to a first aspect of the invention according to the second embodiment includes a geothermal heat pump that uses a geothermal heat source, and an air heat heat pump that uses an air heat source. An operation model setting device for determining each operation schedule of the geothermal heat pump and the air heat heat pump that maximizes the total system efficiency of the heat pump system in a predetermined period of less than one month by model calculation. And a control device for controlling the operation of the geothermal heat pump and the air heat heat pump based on the respective operation schedules obtained by the operation model setting device.
第２の実施の形態に係る発明の第２の態様に係るヒートポンプシステムは、第１の態様に係るヒートポンプシステムであって、前記向こう１ヶ月未満の所定期間は、向こう２４時間であることを特徴とする。 A heat pump system according to a second aspect of the invention relating to the second embodiment is the heat pump system according to the first aspect, wherein the predetermined period of less than one month is 24 hours beyond. And
第２の実施の形態に係る発明の第３の態様に係るヒートポンプシステムは、第１又は第２の態様に係るヒートポンプシステムであって、前記運転モデル設定装置は、前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールを遺伝的アルゴリズムを用いるモデル計算によって求める装置であることを特徴とする。 A heat pump system according to a third aspect of the invention according to the second embodiment is the heat pump system according to the first or second aspect, wherein the operation model setting device includes the geothermal heat pump and the air. It is a device that obtains each operation schedule of a thermal heat pump by model calculation using a genetic algorithm.
第２の実施の形態に係る発明の第４の態様に係るヒートポンプシステムの制御方法は、地中熱源を利用する地中熱ヒートポンプを備えるヒートポンプシステムの制御方法であって、向こう１ヶ月未満の所定期間における前記ヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化する前記地中熱ヒートポンプ及び前記空調ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールをモデル計算によって求める第１の工程と、前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプの運転を、第１の工程において求められたそれぞれの運転スケジュールに基づいて制御する第２の工程と、を有することを特徴とする。 The control method of the heat pump system which concerns on the 4th aspect of the invention which concerns on 2nd Embodiment is a control method of a heat pump system provided with the geothermal heat pump using a geothermal heat source, Comprising: The predetermined less than one month beyond A first step of obtaining, by model calculation, respective operation schedules of the geothermal heat pump and the air conditioning heat pump that maximize the total system efficiency of the heat pump system in a period, and the operation of the geothermal heat pump and the air heat heat pump And a second step of controlling based on the respective operation schedules determined in the first step.
第２の実施の形態に係る発明の第５の態様に係るヒートポンプシステムの制御方法は、第４の態様に係る制御方法であって、前記所定期間は、２４時間であることを特徴とする。 A control method for a heat pump system according to a fifth aspect of the invention pertaining to the second embodiment is the control method pertaining to the fourth aspect, wherein the predetermined period is 24 hours.
第２の実施の形態に係る発明の第６の態様に係るヒートポンプシステムの制御方法は、第４又は第５の態様に係る制御方法であって、前記第１の工程は、前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールを遺伝的アルゴリズムを用いるモデル計算によって求める工程である、ことを特徴とする。 The control method for the heat pump system according to the sixth aspect of the invention pertaining to the second embodiment is the control method according to the fourth or fifth aspect, wherein the first step is the geothermal heat pump. And a step of obtaining each operation schedule of the air heat heat pump by model calculation using a genetic algorithm.
[発明の効果]
第２の実施の形態に係る発明（特に第２の実施の形態に係る発明の第１及び第４の態様）によれば、向こう１ヶ月未満の所定期間という短期間におけるヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化するように、そのヒートポンプシステムが備える地中熱ヒートポンプ及び空気熱ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールをモデル計算によって求め、求められたそれぞれの運転スケジュールに基づいて地中熱ヒートポンプ及び空気熱ヒートポンプの運転を制御するので、長期間（少なくとも１年間）にもわたりヒートポンプステムの運転が安定しない、或いはヒートポンプシステムの設計が決まらない、というような事態は避けることができ、従って地中熱利用ヒートポンプ装置のより早期の安定的な運転を望む使用者にとってより望ましい、地中熱利用ヒートポンプシステム及びその制御方法を実現することができる。
[Effect of the invention]
According to the invention according to the second embodiment (particularly the first and fourth aspects of the invention according to the second embodiment), the total system efficiency of the heat pump system in a short period of a predetermined period of less than one month beyond Therefore, the operation schedules of the ground heat pump and the air heat heat pump included in the heat pump system are obtained by model calculation, and the geothermal heat pump and the air heat heat pump are determined based on the obtained operation schedules. Since the operation is controlled, it is possible to avoid a situation where the operation of the heat pump system is not stable for a long period of time (at least one year) or the design of the heat pump system is not determined. For users who want early and stable driving Desired, it is possible to realize a geothermal heat pump system and a control method thereof.
特に、第２の実施の形態に係る発明の第２及び第５の態様によれば、ヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化するための比較的優れた運転スケジュールを、向こう２４時間という実用時間としてかなり短い期間で決定するので、ヒートポンプシステム運転や制御の安定化に長期間を要しない、従ってヒートポンプシステムのより早期の安定的な運転を望む使用者にとってより望ましい、ヒートポンプシステム及びその制御方法を実現することができる。 In particular, according to the second and fifth aspects of the invention according to the second embodiment, a relatively excellent operation schedule for maximizing the total system efficiency of the heat pump system is set as a practical time of 24 hours beyond. Since it is determined in a considerably short period of time, it does not require a long period of time to stabilize the operation and control of the heat pump system, and thus realizes a heat pump system and its control method that are more desirable for users who want an early and stable operation of the heat pump system. can do.
第２の実施の形態に係る発明が奏する作用効果は、地中熱ヒートポンプ及び空気熱ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールを遺伝的アルゴリズムを用いるモデル計算によって求める場合が特に顕著である（第２の実施の形態に係る発明の第２及び第５の態様参照）。遺伝的アルゴリズムというヒューリスティック手法によるモデル計算を用いれば、ヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化するための比較的優れた運転スケジュールを、実用時間内で、且つ、比較的短時間で求めることができるからである。 The effect of the invention according to the second embodiment is particularly remarkable when the respective operation schedules of the geothermal heat pump and the air heat heat pump are obtained by model calculation using a genetic algorithm (second embodiment). (Refer to 2nd and 5th aspect of invention which concerns on form). Using a genetic algorithm based on a heuristic method called a genetic algorithm, a relatively good operation schedule for maximizing the total system efficiency of a heat pump system can be obtained within a practical time and in a relatively short time. It is.
第２の実施の形態におけるヒートポンプシステムの構成及び動作は、図１乃至図１７を参照して説明した第１の実施の形態の同一であるためその詳細の説明は省略する。 Since the configuration and operation of the heat pump system in the second embodiment are the same as those in the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 17, detailed description thereof will be omitted.
第２の実施の形態のヒートポンプシステムでは、例えば、将来の１ヶ月未満の所定期間におけるシステム効率ＳＣＯＰ２４ｈを最大化するように運転スケジュールを作成することができる。この所定期間として１ヶ月未満の値を設定することで、長期間（少なくとも１年間）にもわたりヒートポンプステムの運転が安定しない、或いはヒートポンプシステムの設計が決まらない、というような事態は避けることができ、地中熱利用ヒートポンプ装置のより早期の安定的な運転を望む使用者にとってより望ましい、地中熱利用ヒートポンプシステム及びその制御方法を実現することができる。 In the heat pump system of the second embodiment, for example, an operation schedule can be created so as to maximize the system efficiency SCOP 24h in a predetermined period of less than one month in the future. By setting a value less than one month as the predetermined period, it is possible to avoid a situation in which the operation of the heat pump system is not stable for a long period (at least one year) or the design of the heat pump system is not determined. In addition, it is possible to realize a geothermal heat pump system and a control method thereof, which are more desirable for a user who desires early and stable operation of the geothermal heat pump apparatus.
ここで、将来の運転スケジュールとして１ヶ月未満の所定期間を設定したが、この値は実際のヒートポンプシステムの運転において、使用者がより早期の安定的な運転を達成するために望ましいと考えている値である。 Here, a predetermined period of less than one month is set as a future operation schedule, but this value is considered desirable for the user to achieve earlier and more stable operation in the actual operation of the heat pump system. Value.
以上、各実施の形態に係る、地中熱源を利用する地中熱ヒートポンプを備えるヒートポンプシステム及びその運転方法に係る技術について説明した。ここで、地中熱ヒートポンプに加えて、空気熱源を利用する空気熱ヒートポンプを備える２熱源型ヒートポンプシステムも、地中熱ヒートポンプを備えるヒートポンプシステムに該当するので、当該２熱源型ヒートポンプシステム及びその制御方法も、本発明の技術的範囲に含まれる。 The technology related to the heat pump system including the geothermal heat pump using the geothermal heat source and the operation method according to each embodiment has been described above. Here, in addition to the geothermal heat pump, the two heat source type heat pump system including the air heat heat pump using the air heat source also corresponds to the heat pump system including the geothermal heat pump, and therefore the two heat source type heat pump system and the control thereof. A method is also included in the technical scope of the present invention.
更に、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウェアを用いて構成するに留まらず、ソフトウェアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウェア、ハードウェアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。 Furthermore, the functions described in the above-described embodiments are not limited to being configured using hardware, and can be realized by causing a computer to read a program describing each function using software. Each function may be configured by appropriately selecting either software or hardware.
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよく、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements shown in the embodiments, and constituent elements in different embodiments may be appropriately combined.
１…ヒートポンプ空調システム、２…空気熱ヒートポンプ、３…地中熱ヒートポンプ、４…運転管理装置、５…循環水ポンプ、７…地中埋設管、８…電源、１０…運転モデル設定装置、１１…制御装置、２０…パラメータ計測装置、２１…外気温度計測装置、２２…トータル電力投入量計測装置、２３…地中熱交換器出口熱媒温度計測装置、２４…地中熱交換器入口熱媒温度計測装置、２５…熱媒循環流量計測装置、３０…パラメータ演算装置、３１…空調負荷演算装置、３２…地中放熱量演算装置、４０…実績記録装置、４１…外気温度予測装置、４２…空調負荷予測装置、５０…負荷割合最適化装置、５１…地中熱交換器出口熱媒温度予測装置、５２…エネルギーフローモデル演算装置、５３…モデル生成部、５４…効率演算部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat pump air-conditioning system, 2 ... Air heat heat pump, 3 ... Geothermal heat pump, 4 ... Operation management apparatus, 5 ... Circulating water pump, 7 ... Underground pipe, 8 ... Power supply, 10 ... Operation model setting apparatus, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Control device, 20 ... Parameter measuring device, 21 ... Outside air temperature measuring device, 22 ... Total power input amount measuring device, 23 ... Ground heat exchanger outlet heat medium temperature measuring device, 24 ... Ground heat exchanger inlet heat medium Temperature measuring device, 25 ... Heat medium circulating flow rate measuring device, 30 ... Parameter computing device, 31 ... Air conditioning load computing device, 32 ... Ground heat release computing device, 40 ... Performance recording device, 41 ... Outside air temperature predicting device, 42 ... Air conditioning load prediction device, 50 ... Load ratio optimization device, 51 ... Ground heat exchanger outlet heat medium temperature prediction device, 52 ... Energy flow model calculation device, 53 ... Model generation unit, 54 ... Efficiency calculation unit.
Claims (6)
向こう所定期間における前記ヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化する前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールを、遺伝的アルゴリズムを用いるモデル計算によって求める運転モデル設定装置と、
前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプの運転を、前記運転モデル設定装置により求められたそれぞれの運転スケジュールに基づいて制御する制御装置と、を備え、
前記トータルシステム効率は、任意時間ｉのシステム効率ＣＯＰ ｉ を前記向こう所定期間について合計した値であり、
前記システム効率ＣＯＰ ｉ は、前記任意時間ｉにおける地中熱ヒートポンプの空調負荷Ｑ Ｇ＿ｉｎ，ｉ 、空気熱ヒートポンプの空調負荷Ｑ Ａ，ｉ 、地中熱ヒートポンプの電力投入量Ｗ Ｇ，ｉ 、空気熱ヒートポンプの電力投入量Ｗ Ａ，ｉ 及びその他の電力量固定値Ｗ ｏ，ｉ を用いて下記式で表されることを特徴とするヒートポンプシステム。
ＣＯＰ ｉ ＝（Ｑ Ｇ＿ｉｎ，ｉ ＋Ｑ Ａ，ｉ ）／（Ｗ Ｇ，ｉ ＋Ｗ Ａ，ｉ ＋Ｗ ｏ，ｉ ） A heat pump system that includes a geothermal heat pump that uses a geothermal heat source and an air heat heat pump that uses an air heat source to air- condition a building ,
An operation model setting device for obtaining the operation schedule of each of the geothermal heat pump and the air heat heat pump that maximizes the total system efficiency of the heat pump system over a predetermined period, by model calculation using a genetic algorithm ,
A control device for controlling the operation of the geothermal heat pump and the air heat heat pump based on the respective operation schedules determined by the operation model setting device ,
The total system efficiency is a value obtained by adding the system efficiency COP i for an arbitrary time i over the predetermined period beyond
The system efficiency COP i is the air conditioning load Q G_in, i of the underground heat pump at the arbitrary time i , the air conditioning load Q A, i of the air heat heat pump, the power input amount W G, i of the underground heat pump , the air heat A heat pump system represented by the following formula using a power input amount W A, i of the heat pump and other fixed electric power values W o, i .
COP i = (Q G_in, i + Q A, i) / (W G, i + W A, i + W o, i)
前記任意時間ｉにおける地中熱ヒートポンプの空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉと空気熱ヒートポンプの空調負荷ＱＡ，ｉとの合計値Ｑｉを、過去の運転実績値に基づいて定め、
前記地中熱ヒートポンプの空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉの最適な運転スケジュールを前記遺伝的アルゴリズムによって求め、
前記空気熱ヒートポンプの空調負荷ＱＡ，ｉの最適な運転スケジュールを、下記式から演算によって求めることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム。
ＱＡ，ｉ＝Ｑｉ−ＱＧ＿ｉｎ，ｉ The operation model setting device includes:
A total value Q i of the air conditioning load Q G_in, i of the geothermal heat pump at the arbitrary time i and the air conditioning load Q A, i of the air heat heat pump is determined based on the past operation results.
An optimal operation schedule of the air conditioning load Q G_in, i of the geothermal heat pump is determined by the genetic algorithm,
2. The heat pump system according to claim 1 , wherein an optimal operation schedule of the air-conditioning load Q A, i of the air heat heat pump is obtained by calculation from the following formula.
Q A, i = Q i -Q G_in, i
前記任意時間ｉにおける地中熱ヒートポンプの空調負荷ＱＧ＿ｉｎ，ｉと地中熱ヒートポンプの効率ＣＯＰＧ，ｉとの間で下記式を近似的に成立させる前記任意時間ｉにおける地中熱ヒートポンプの電力投入量ＷＧ，ｉを求めることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプシステム。
ＷＧ，ｉ＝ＱＧ＿ｉｎ，ｉ／ＣＯＰＧ，ｉ The operation model setting device includes:
The electric power of the geothermal heat pump at the arbitrary time i that approximately holds the following expression between the air conditioning load Q G_in, i of the geothermal heat pump at the arbitrary time i and the efficiency COP G, i of the geothermal heat pump The heat pump system according to claim 2 , wherein an input amount WG , i is obtained.
W G, i = Q G_in, i / COP G, i
前記任意時間ｉにおける空気熱ヒートポンプの効率ＣＯＰＡ，ｉを外気温度Ｔｏｕｔに対応する実績値から求め、
前記任意時間ｉにおける空気熱ヒートポンプの電力投入量ＷＡ，ｉを下記式から求めることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプシステム。
ＷＡ，ｉ＝ＱＡ，ｉ／ＣＯＰＡ，ｉ The operation model setting device includes:
The efficiency COP A, i of the air heat heat pump at the arbitrary time i is obtained from the actual value corresponding to the outside air temperature Tout ,
The heat pump system of claim 3, wherein the obtaining air heat pump power input amount W A, a i from the following equation in the arbitrary time i.
W A, i = Q A, i / COP A, i
向こう所定期間における前記ヒートポンプシステムのトータルシステム効率を最大化する前記地中熱ヒートポンプ及び前記空調ヒートポンプのそれぞれの運転スケジュールを遺伝的アルゴリズムを用いるモデル計算によって求める第１の工程と、
前記地中熱ヒートポンプ及び前記空気熱ヒートポンプの運転を、第１の工程において求められたそれぞれの運転スケジュールに基づいて制御する第２の工程と、を有し、
前記トータルシステム効率は、任意時間ｉのシステム効率ＣＯＰ ｉ を前記向こう所定期間について合計した値であり、
前記システム効率ＣＯＰ ｉ は、前記任意時間ｉにおける地中熱ヒートポンプの空調負荷Ｑ Ｇ＿ｉｎ，ｉ 、空気熱ヒートポンプの空調負荷Ｑ Ａ，ｉ 、地中熱ヒートポンプの電力投入量Ｗ Ｇ，ｉ 、空気熱ヒートポンプの電力投入量Ｗ Ａ，ｉ 及びその他の電力量固定値Ｗ ｏ，ｉ を用いて下記式で表されることを特徴とするヒートポンプシステムの制御方法。
ＣＯＰ ｉ ＝（Ｑ Ｇ＿ｉｎ，ｉ ＋Ｑ Ａ，ｉ ）／（Ｗ Ｇ，ｉ ＋Ｗ Ａ，ｉ ＋Ｗ ｏ，ｉ ） A control method of a heat pump system that includes a geothermal heat pump that uses a geothermal heat source and an air heat heat pump that uses an air heat source to air- condition a building ,
A first step of determining each operation schedule of the geothermal heat pump and the air conditioning heat pump that maximizes the total system efficiency of the heat pump system over a predetermined period of time by model calculation using a genetic algorithm ;
A second step of controlling the operation of the geothermal heat pump and the air heat heat pump based on the respective operation schedules determined in the first step ;
The total system efficiency is a value obtained by adding the system efficiency COP i for an arbitrary time i over the predetermined period beyond
The system efficiency COP i is the air conditioning load Q G_in, i of the underground heat pump at the arbitrary time i , the air conditioning load Q A, i of the air heat heat pump, the power input amount W G, i of the underground heat pump , the air heat A control method for a heat pump system, characterized in that the power input amount WA , i of the heat pump and other fixed electric power values Wo, i are expressed by the following formula .
COP i = (Q G_in, i + Q A, i) / (W G, i + W A, i + W o, i)
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