2010年12月15日 星期三

建築物尖離峰冷凍負載及耗電量分析

上圖為某棟建築物星期五到星期一的冷凍負載噸數曲線圖
上圖為某棟建築物星期五到星期一的主機平均效率曲線圖
上圖為某棟建築物星期五到星期一的氣溫和水溫平均曲線圖

上圖為某棟建築物星期五到星期一的主機平均進水溫度曲線圖
上圖為某棟建築物星期五到星期一的耗電量曲線圖            



         
一個建築物的冷凍負載一定是變動的,上面幾個簡圖分別記錄了冷凍噸數,主機耗電量,主機平均效率,及冷卻水的進水溫度,測試的時間為星期五至星期一,跨越了正常上班的尖離峰和假日的時間.

從數據中可以看出,在星期五正常上班的時候,冷凍負載噸數大約200噸出頭,到了下午4,5點左右,負載開始下降,一直到晚上9點,冷噸負載下降到剩100噸左右,然後到星期六,日,負載在白天的時候會上升到125噸左右,然後到晚上又下降到100噸以下,到了周一早上大約8點的時候,負載又開始上升,到了接近中午的時候,負載又達到200多噸.

再來看主機在不同的噸數下的運轉效率,300RT的主機在製造200多噸的冰水時,主機效率約0.833KW/RT,到了負載離峰的時候,做100噸左右,主機效率變成0.9KW/RT以上.

再看冷卻水的進水溫度,在高載200多噸的時候,冷卻水的進水溫度為35度左右,低載100噸出頭的時候冷卻水溫度降為30度左右.為什麼冷卻水溫度降低了,主機運轉的效率反而變差的呢?照理說,冷卻水溫較低主機的高壓可以下降,怎麼運轉效率還比高水溫時還差.
答案就是因為主機運轉在低負載區,一台300噸的主機只做100噸,等於是只有1/3/的負載,如過不是因為冷卻水溫低,平均效率可能會到1KW/RT以上.

用總耗電的觀念來看,300RT的主機加附屬的泵浦,主機的耗電量隨著負載變動,泵浦因為沒有裝變頻,所以是固定的電力,兩顆泵浦分別為25HP,因此總耗電為主機電力(變動量)加泵浦.

剛好機房內有另外一台小的100RT主機,若是在負載為100RT時,可以切換成小主機來運轉,則耗電量變成小主機電力(變動量)加泵浦,小主機的兩個泵浦馬力各為10HP.

讓我們來看如果負載只有100噸,分別用300噸主機來跑跟100噸主機來跑耗電量差多少?

狀況一:負載100噸,用300噸主機來跑
主機效率約0.9KW/RT,所以是90KW,泵浦部分加起來37.5KW,所以總共為127.5KW.
狀況二:負載100噸,用100噸主機來跑
主機效率約0.9KW/RT,所以是90KW,泵浦部分加起來15KW,所以總共為105KW.
狀況三:負載100噸,用100噸主機來跑,但小主機的滿載跟部分負載效率跟大主機相同.
主機效率約0.75KW/RT,所以是75KW,泵浦部分加起來15KW,所以總共為90KW.

同樣是100噸的熱負載,不同的操作策略耗電量可以差到30%.如果全年的假日為110天左右,再加上夜間,利用靈活的操作的策略省下來的電推估可以到20~30%以上.這是一筆驚人的費用.

問題在何時切換,如果用固定排程肯定不行,因為天氣無法控制,負載下降到100噸的點不一定,可能是平常上班時間晚上9點,也可能是假日的下午3點.而且在安全的考慮之下,有時候即使負載沒有到單一主機的滿載噸數,也有很多的人直接開兩台以防其中一台主機跳機.

例如負載大概接近300噸,乾脆就開兩台300RT主機,一台背150噸負載.以免主機無預警跳機挨老闆的罵.如果是這樣操作,兩台主機都走在低負載的區域,KW/RT都變差,再加上多開一套泵浦,
如果負載300RT開一套主機,主機加泵浦的總耗電量為(0.75KW*300)+37.5KW=262.5KW
開兩台的話主機效率變差,大概變成0.87KW/RT,因此耗電變成(0.87*150)*2+75KW=336KW.
一樣是300RT的負載,兩者的差異73.5KW.

主機運轉的基本條件是水流必須流動,偵測流量的裝置是俗稱水流開關的小元件,一些傳統的葉片式流量開關在用了一段時間以後很容易誤動作,在還沒換修之前很容易引誘廠務多開一台主機,換掉傳統的水流開關比起多開一台耗的電不知道划算多少倍.因為現在的主機很笨,只要水流開關一個誤動作,幾乎是馬上停機,不會多等幾秒再停,而事實上即使沒有水流動,主機要跳機也要幾十秒.

在沒有不同大小主機搭配的機房,以上的省電操作策略完全無法運行,只能眼睜睜看著自己的銀子流失而無能為力,在一些設計過大的系統裏面,也會遭遇一樣的困境.有很多的機房都是這樣的設計.就是兩台以上一模一樣的主機,在低負載的時候無法改變操作模式.

任何建築物都會有如上圖中類似的負載曲線,因為天氣主宰著人類的生活和經濟活動,多年來的思考習慣似乎都只是傾向於夏天開幾台主機,冬天開幾台主機,而忽略了開幾台主機應該是由負載決定而不是人類的習慣決定,即使是在夏天,只要操作良好,依然有節能的空間.因為建築物晚上跟假日的熱負荷一定不一樣.

解決以上問題的方法是先評估建築物的熱量,再看機房內有無可以搭配的小主機,大主機的效率和小主機的效率差異多少?如果說用離心機跟螺旋機搭配,有的離心機即使冷凍負載降到40~50%,效率依然比一台同噸數滿載運轉的螺旋機優異.因此要注意大小主機之間本身的效率差異為何才可以拿來搭配.

切換大小主機的時間點應該由建築物的熱負載決定,而熱負載則是由天氣及產能決定.一個可以判斷建築物熱負載的控制程式可以輕易解決這個問題,只是人類的習慣是很難改變,當看到主機每天都會不定時的起停可能很多人會嚇壞了,即使只是每天多切換個一兩次,就會開始擔心會不會因此設備的壽命會縮短.弄壞了賠不起啊.

如果不相信機器,那就派個人盯在機器旁邊,當到達要切換的點,可能是假日下午三點,也可能是正常上班時間晚上十點,或是正常早上上班時間的八點.被分配到這個任務的人肯定會瘋了.

當然也可以什麼都不做,就按照舊的方式操作,冰水照流風照走,就多繳一些電費就算了,反正天氣的變化無法掌握,只要現場有冷氣就好,不要頻繁的切換比較安全,以免有一些管路系統弄得很差的,每次只要主機一切換就會出事,多耗一些電保安全這也不能說不對.

但如果你是那個最後付電費的老闆,每天都在盯著員工有沒有隨手關燈關電腦,甚至要專人盯著看誰沒有隨手關燈,列入員工的績效評比裏,搞得每個員工緊張兮兮.怕不過去上個廁所回來又被記上一筆.

老闆們,起個身,到冷凍機房內去關心一下,問一下不同時間下負載的多少,操作的策略為何,從這邊去改變可以節省更多的電費,只是沒人告訴你罷了.關燈關電腦調溫度還是要做,更大的秘密其實是藏在機房裡.一個錯誤的機房操作策略會將這些關燈關電腦的努力輕易的摧毀.