分散ポンピング: ブレーキから足を離す

商業ビルのエネルギー使用量を見ると、空調が最も電力を消費するものの 1 つです。 集中冷却は、冷水プラントが建物の総電気エネルギーの 20% ～ 30% を消費する可能性がある大規模な建物に使用されます。 冷水を建物の空調ユニットに分配するにはポンプが必要です。

現在、最も一般的な冷水設計は可変一次流量 (VPF) システムです。 この設計の簡略化された例を画像 1 に示します。水はチラーを通してポンプで汲み上げられ、建物の空気処理ユニットに分配されてからポンプに戻されます。 この設計では、ポンプヘッドは、チラー、配管、空気処理コイル、制御バルブ、バランスバルブによる摩擦損失を克服するのに十分な大きさでなければなりません。 可変速ポンプの最も一般的な制御方法は、配管システムに戦略的に配置された差圧トランスミッタを介した圧力制御です。 一定の差圧が維持されると、適切な圧力と十分な流量が各エア ハンドリング ユニットに供給されます。 エアハンドラーからの冷水流量要求がチラーの最小流量要件よりも低い場合、チラーを保護するためにバイパスバルブを開く必要があります。

VPF 設計がより普及する前は、一次/二次システムが冷水システムの標準であり、現在でも設計上の考慮事項となっています。 固定プライマリ/可変セカンダリ システムの簡略化された例を画像 2 に示します。このタイプの設計には 2 セットのポンプが必要です。 一次ポンプはメインチラーループを通じて水を供給します。 これらのポンプは、チラーによる圧力損失に加えて、パイプ、継手、バルブの損失を克服するのに十分な揚程を提供するだけで済みます。 二次ポンプは水をエア ハンドリング ユニットに分配します。エア ハンドリング ユニットでは、ポンプ ヘッドが配管、エア ハンドラ コイル、制御バルブおよびバランス バルブを介して摩擦損失を克服する必要があります。 VPF システムと同様に、差圧トランスミッターは十分な圧力を維持するために戦略的な場所に設置され、各エア ハンドリング ユニット (AHU) に適切な流量を確保します。

VPF と一次/二次システムの両方に、各エア ハンドリング ユニットへの適切な流れを確保するための制御バルブとバランス バルブの使用が含まれます。 画像 3 は、エア ハンドリング ユニットの一般的なコイル配管配置を示しています。 一定の流出空気温度 (LAT) は、調節制御バルブの使用によって維持されます。 還気温度および/または外気温度の上昇は流出空気温度の上昇を引き起こし、追加の冷却流が必要となり、その場合には制御バルブがより開いた位置に調整されます。 同様に、還気および/または屋外空気が減少すると、流出空気温度が低下し、制御バルブがより閉位置に調整されます。

コイルへの適切な流れを確保するには、ポンプはコイル、制御バルブ、およびバランスバルブによる圧力損失を克服するのに十分な揚程を提供する必要があります。 流れが発生する場合は、制御バルブ全体で圧力降下が存在する必要があります。 完全に開いたときのバルブ全体の圧力降下がシステム全体の損失水頭の十分な割合に達していない場合、バルブが実際に閉じるまで流体の流れにほとんど変化はありません。 良好な制御が必要な場合は、冷却コイルの性能に合わせて制御バルブを選択する必要があります。 良好な制御を確保するための一般的な経験則は、設計流量でシステム全体の圧力降下の 25% ～ 50% が制御バルブによって吸収されるようにバルブを選択することです。 制御バルブが小さすぎると、バルブの権限や制御は良好になりますが、ピーク需要時に十分な流量を提供できない可能性があり、制御バルブが大きすぎると、制御が低下する可能性があります。

制御バルブやバランスバルブに関する問題を回避する 1 つの方法は、それらを排除することです。 画像 4 は、制御およびバランス バルブを統合制御を備えたスマート ポンプに置き換える方法を示しています。 この設計により、制御バルブに接続されていたのと同じ温度センサーをポンプに直接接続できるようになりました。 スマート可変速ポンプは回転速度を調整して、排出空気温度の設定値を維持できます。 文字通り、制御バルブと同じ機能を実行しますが、動作圧力ははるかに低くなります。 逆止弁は、AHU が使用されていない場合の供給側への逆流を防ぎます。 2 つの違いを類推すると、コントロール バルブとバランス バルブは自動車のブレーキを表し、ポンプはアクセル ペダル (アクセル) を表します。 この場合、スマート ポンプは、アクセルとブレーキの両方を使用する代わりに、速度または設定値を維持するために必要な量のガスを供給するだけです。