蓄熱式空調システムは、蓄熱装置(蓄熱槽)を介して熱源側と負荷側を分離し、冷暖房に必要な温度レベルを維持しながら、ある期間(通常は1日単位)の熱量収支をバランスさせることによって、熱の生産を効率的に行おうとするシステムであり、需要側における経済性の追求、冷房用電力ピークの回避、省エネルギー・省資源・環境保全の推進などさまざまな目的のため採用されているが、熱源運転の自由度が増すという利点が、かえって欠点となってしまう場合が存在している。実態調査によると、合目的な運転がなされている状況の方がむしろ少ないと言った報告すら見られる。

　言い換えれば、蓄熱式空調システムが含有している特徴の多くは、合理的な範囲で熱源運転を夜間にシフトすることから導き出されるにも関わらず、種々の理由(原因)により、そのような運転となっていないケースの方が多いと言うことである。

　本論文はこのような背景のもと、蓄熱式空調システムの運転制御の適正化に関する研究を通して、このシステムの本来目的を達成し、ひいては、社会的貢献に資することを願望するものである。

　一般に空調システムの運用は現場の運転管理者の手にゆだねられており、とりわけ運転管理の巧拙が顕在化しやすい蓄熱式空調システムの場合、合理的な運転がなされてきたとは言い難い状況が見られる。まずこれに対し、実建物を例に運転制御上の問題点を抽出するとともに、空調システムシミュレーションプログラムを用いて定量的な分析を試みた。またこのシミュレーション結果から、蓄熱式空調システムの運転状態のあるべき姿(理想状態)を求めることによって、実システムの問題点の把握→改善策の検討→改善の実施→効果の確認を実施し、シミュレーションによる実システムの運転制御の適正化手法を提案して、「解析的手法による運転制御の適正化」の道を開いた。

　一方、実建物における運転調整過程を通して得られた知見を整理・分類し、(1)計測、(2)データの妥当性確認、(3)データの加工方法、(4)運転診断と調整、に関し標準化を行い「実務的手法による運転制御の適正化」としてまとめた。

　さらに、2つの適正化手法を融合する形で新しい計測・制御システムの提案を実建物への適用を経て行うとともに、蓄熱式空調システムの運転制御の適正化に対する今後の方向性を示した。

　以下に各章での研究成果を要約して述べる。

2章「実測による蓄熱式空調システムの問題点の把握」

　標準的と思われる実際の建物を例に取り、その問題点を把握するとともに解決策に対する展望を得るための実測を行った。約1年半にわたる問題点の把握と調整を繰り返し、ある程度の適正運転が可能となるに至ったが、調整項目の中で運転制御に関わる事項が全体の90%にまで上り、この分野を改善していくことが最も重要であることが確認できた。

　この実測、分析、改善を通し、以後2通りの方法で適正化の研究を進めることとなる。その1つは蓄熱式空調システムの動きを予測し、本来あるべき姿を数値解析により求め蓄熱式空調システムの運転の適正化を図る研究(3章:解析的手法による運転制御の適正化)であり、今1つは、調整作業の合理化研究(4章:実務的手法による運転制御の適正化)である。

図表

　「蓄熱式空調システムにおける運転制御の適正化に関する研究」と題する本論文は、電動式の熱源機を使用する蓄熱式空調システムが、原理的には、供給側での電力負荷の平準化、需要側での経済性などさまざまな利点を有していながら、その利点を必ずしも発揮できていない実態から出発して、その利点を真に生かすために取るべき改善策について考察し、それを実現するべく蓄熱コントローラー用制御ソフトと診断システムを開発し、いくつかの事例に対する適用を通してその効果を実証したものである。

　一般に空調システムの運用は現場の運転管理者の手にゆだねられているが、著者によれば、とりわけ蓄熱式空調システムは運転管理の巧拙が顕在化し易い方式であるにもかかわらず、運転管理それ自体およびそれを支援するためのシステム的な工夫がなおざりにされてきた点に問題の根源がある。このような見地から著者は、蓄熱式空調システムのハードの設計手法を問題とするほかに、当該システムが達成可能な夜間移行の理論限界点に基づく「夜間移行達成率」を定義し、最大の達成率を実現する最適な運転モードを見いだす方法として、電算機によるシステム・シミュレーションを採用して成果を挙げている。

　本論文は、全5章で構成される。

　第1章は序論で、蓄熱式空調システムについて、経済性、負荷平準化、省エネルギー・省資源・環境保全等の意義を論述すると共に、問題点について言及している。そして、特に運転制御上の問題が突出して重要であり、この点への対処方法が論文の主題となることを述べている。次いで、当該空調システムが挙げ得た成果を集約的に表示する評価指標として、在来からある「熱源夜間移行率」のほかに、理論限界としての夜間移行率と実態の夜間移行率との比を取った「夜間移行達成率」を定義し、これが運転制御を評価する指標として妥当であることを示している。

　第2章では、まず、標準的と思われる実建物を対象とし、その問題点を把握するとともに解決策への展望を得ることを目的とした運転制御改善の実践活動について述べている。約1年半にわたる問題点の発見と調整の繰り返しの後、ある程度の適正運転が可能となったと判断されたが、その間の調整項目の90%が運転制御に関わるものであったという。著者はこうした実践を通して、適正化研究のための2つの方針を定めている。その1つは蓄熱式空調システムの動きを予測する数値シミュレーションによるケース・スタデイから適正運転モードを見いだす方針であり、もう1つは現場における調整作業を合理的・効率的に推進するための実務的な手法を開発する方針である。

　第3章では、前述の第1の方針すなわち、解析的手法による運転制御の適正化を論じている。わが国における標準的な熱負荷計算および空調システム・シミュレーションのプログラムである「HASP/ACLD/850」、「HASP/ACSS/8502」をベースとして、研究目的による若干の変更を加えた電算ソフトを作成し、実験計画法による分析を行った。すなわち、第2章の実物建物のシステム諸元を初期データとし、これにいろいろな改変を加えることが夜間移行達成率にどのように反映するかを調べた。改変の代表的な例としては、気象データから翌日のための必要蓄熱量を決定する判断論理、蓄熱槽内の水温分布と熱源機からの送水温度を関係付ける論理と検出端の位置の変更、空調機コイルの絞り特性の変更などがある。こうしてシステム各部を適正化することを通して、第2章の調整の段階で70--80%であった夜間移行達成率が90%を越える水準まで向上可能であることが示された。

　第4章では、第2の方針すなわち、実務的手法による運転制御の適正化を取り上げている。ここでは、空調システムの各部の測定と測定結果を使って適正な運転調整に結び付ける手法の標準化を提唱している。また計測データの妥当性を確認するチェックについても言及し、測定の誤りから誤った調整を行ってしまうことの危険性とそれを避けるための何通りかのチェック方法の工夫を述べている。著者はこの章の内容が、実務的であるだけに、系統立った論理として組み立てることは困難であるが、「診断」のためのエキスパート・システムを構成するために必要不可欠となることを強調している。

　第5章では、前章までの成果を織り込んだ蓄熱コントローラーの開発と実建物への適用の結果について報告している。それによると、暖房期については100%の熱源夜間移行に成功したという。また、第4章の標準化手法に基づいてシステムの診断ソフトを作成し、新築物件の初期調整に適用したところ、短時間での調整の終了、不具合に対する即座の原因究明と処置などの点で著しい効果があったと報告している。本章の最後で、著者は今後の課題として、蓄熱コントローラーに関しては、天気予報の活用、制御システムの自動最適化、負荷予測の確度の向上を、また診断システムに関しては、メッセージの認識性の向上、システムへのフィードバック機能、蓄熱以外のシステムへの応用などを挙げている。

　以上を要するに、本論文は電動式熱源機を用いる蓄熱式空調システムについて、その運転制御上の問題点を解明し、的確な対応策を講じることを通して、本システムの本来の可能性を発揮させることに成功するとともに、一般の空調システム技術の今後の発展方向についても重要な示唆を与えたものであって、その学術的ならびに実用的価値は高く評価することができる。

　よって、本論文は博士(工学)の学位請求論文として合格と認められる。