2010年12月24日 星期五

水塔風車運轉改用濕球溫度控制和冰水溫度重設的好處

某台水塔的操作曲線
乾濕球溫度差及水塔趨近溫度


上圖是某工廠水塔的操作曲線,藍色為冷卻水實際的進水溫度曲線,紅色為大氣乾球溫度,綠色為濕球溫度.

在不缺水的地方,水冷式的系統是為了得到較氣冷系統較低的凝結溫度,進而降低主機運轉的高壓壓力,在冰水溫度設定不變的狀況下.降低壓力比.從而達到節省主機能源的目的.

既然是以上的目的,那一個散熱良好的冷卻水塔出水水溫的曲線應該是跑在乾球和濕球的曲線之間才合理.再不然也要在濕球溫度加5度以內,這也是大部分冷卻水塔設計的規範.

從數據來看,最低的乾球和濕球溫度出現在07:30分,數值是25.62度C,並且乾球和濕球的溫度是一樣的,發生了什麼事呢?下雨的時候乾球和濕球的溫度就會一樣了,所以7:30左右的時候在下雨.濕球溫度最高的值來到27.27度C,比選機時的設計值高了0.27度C.

再看乾濕球的溫度差,最高差3.34度C,最低是0.08度C,也就是下雨的時候.

水塔趨近溫度最高4.985度C,最低4.24度C,看起來似乎是合乎設計規範,雖然沒辦法將水溫跑到乾濕球溫度之間,但也還好.不過若是把負載的因數加進來,可就完全不是這麼一回事了.

實際的冷凍噸數約1400RT,散熱水塔的裝置容量是4000RT,結果才跑出這種曲線,所以散熱是非常不好的,就像一台小MARCH裝上一台大卡車的散熱水箱,水溫還是太高引擎快縮缸一樣.

冷卻水溫的曲線呈現和緩的波動,基本上和氣溫曲線成連動,代表風扇的動作是連續的,也就是沒有停.

夏天跑出的曲線是這樣,那冬天呢?就像其他篇文章所描述的,如果全年的氣溫有7個月的時間濕球溫度都在20度以上,風扇起停的機制要如何設定?跑出來的曲線還是這樣嗎?乾球和濕球的曲線已經下移到20度以下,冷卻水溫的曲線卻還是停留在30度上下嗎?

若以最基本的原理,一個散熱良好的水塔,趨近溫度要在5度C以內,因此當氣候變了,冷卻水溫的曲線應該同步往下移才對,讓主機的凝結溫度及高壓降低,進而節省能源.可是有多少人會同步的隨氣溫去調整水溫起停的設定點.

如果在夏天的時候,就把水溫設定在風扇再怎麼轉都無法突破的主機最低進水溫度19度C,那會發生什麼事?

以這個例子來講,水塔裝置容量為4000RT,夏天的冷凍負載也不過1400RT,加上壓縮熱後算1750RT,換句話講,如果水量,風量,散熱葉片效率都OK,理論上只要開不到一半的風車就應該達到趨近溫度5度C以內的性能曲線,但因為已經將水溫設定在突破不了的19度C,當然全部的風車就會一直走個不停.

全部的風車走就算可以再將冷卻水溫拉低到接近濕球溫度,讓主機的冷卻水溫再拉低個2度,所節省的主機耗電也抵不過風車的耗電.

計算如下:1400RT若在冷卻水溫31度的狀況下,每KW/RT為0.6.則總耗電為840KW.將風車全開水塔能將水溫拉低到29度C(在天氣濕球27度C的時候,其實沒有幾個水塔做的到),主機的耗電變為798KW,主機節省了42KW.但多開的風車卻要花67.5KW,還倒虧25.5KW.

那就設定27度好了,抱歉,就算在夏天,晚上的時候濕球也有機會跑到25度左右,少了這兩度,可以省的時候又省不到了,因為風扇在走到27度的時候就停了,沒風量怎麼散熱?設在24度呢?白天的時候風扇走到死也做不到,道理就跟前面設在19度一樣的意思.

冬天的時候呢?設定在原廠最低的19度C好了,應該沒問題的吧?沒錯,非常安全的設定,可是有些月份裏面濕球溫度是遠低於這個值的,風扇在19度C的時候就停了,享受不到氣溫降低的好處,因為如果冰水出水溫度設定不變,要維持主機正常運轉的高低壓差,就必須有一定的高壓,水溫太低高壓也跟著太低,主機可能無法正常操作.若冷卻水溫為19度C,出口24度,冰水在設定溫度不變的狀況下,為進12度,出7度,則高低壓差的為7度與24度分別代表的蒸發與凝結溫度.

簡化為高低溫差17度為安全運轉界限,那濕球降到19度以下就享受不到好處了.在很多寒流或是冬天的時候,就虧了.

若是將冰水溫度從7度設定成2度呢?高低溫差一樣是17度,所以冷媒高低壓差是非常接近的,再將冰水保護溫度設定值設成一度,讓主機不會因為防凍掛掉,是不是就能享受低氣溫帶來的好處了?水溫設成兩度會帶來什麼好處?設兩度可以節省變頻區域泵的耗電,因為供水溫變低了,現場的空調箱的能力會增加,閥會提前關,區域泵就可以送較少的水達到相同的熱量傳遞,就可以節省馬力.等於就是充分利用了低氣溫的優勢發揮在整個空調系統的應用上.

所以,要充分發揮冷卻系統的效能必須用一組濕球溫度來做連動,判斷水溫和濕球的關係,盡量利用天氣的優勢來做節能,然後在真正低氣溫的時候適時的將冰水主機的設定水溫重設,又省到變頻泵的馬力.

或許有人認為主機不能走那麼低溫,請問儲冰機冰水走幾度?-5度C是也,沒錯,儲冰機管路必須使用滷水,那在氣溫低的時候不要那麼貪心?把水溫拉低到3度總可以吧?3度C水也不會結凍,不用加乙二醇,但給3度C的水對現場來講變頻泵一定是比較省的.

而這一切的操作模式改變,其實都是老天爺的恩惠,若是沒有那樣的氣象條件,要這樣操作也不可能,這叫順天而行.占老天爺的便宜,端看自己了不了解空調系統及主機的特性而以.

測試調整之前請請教專業人員,以免因為防凍開關或低壓跳機,有些管路的保溫不夠好,有可能發生管路結露.都是一些必須注意的小地方.