2010年12月26日 星期日

裝設冷卻水泵浦變頻或風車變頻對系統節能是否有效的測試方法

當水塔或冷卻水泵裝了變頻系統,要如何才能知道到底省了多少,會不會省了風車或泵浦的電,卻多出了其他的耗電,到底節能有沒有效?要如何才能知道裝變頻器的功效?

在整個冰水系統裏,每一個設備有各自的耗電量,空調箱和送風機裝置在現場,它的電力來源不見得來自於機房,或許一開始時是,但使用一段時間後,隨著廠房內的設備修修改改,要真正抓到空調系統中空調箱和送風機的用電量並不容易,但是冰水主機和水泵以及水塔的用電量就不同了,這些設備都在機房內,一般也不會輕易修改,因此在機房內通常可以輕易量測到他們的用電量.

冰水系統的負載是冷凍噸數,也就是來自於現場或建築物的熱,這可以透過儀器測量得知,例如某天中午的時候假設負載是500RT,到了晚上負載降了一點變成400RT等,因為製造冰水的機器基本上都在機房內,是不是只要把這些設備的耗電量全部加起來或分別記錄下來,再去除以當時的冷凍噸數就可以知道系統的效率了.

現在非常流行冷卻水泵加變頻及水塔風車裝變頻,如果單看泵浦或風車的耗電,的確省的非常多,但是這兩個東西分別提供非常重要的水量及風量,如果水量減少了,系統的反應如何?風量減少了?系統的反應又如何?

大部分的系統不會滿載運轉,因此裝設變頻都是宣稱在非滿載時間節省耗電量,但是如果變頻下去整體的耗電量更增加不就得不償失了嗎?

一個很簡單的方法是用儀器量出整體的耗電量及冷凍噸數,然後用人工設定的方式去調整變頻器的頻率,這樣大概在半個小時到一個小時之內系統穩定下來就可以看出變頻跟不變頻的差異性在哪裡?

舉例而言,如果有一套系統在夏天的時候以設計容量的75~90%的容量運轉,所以對泵浦或風車來講,還有10~25%的水量及風量節能空間,單就泵浦或風車來講,這兩者可以節省的電力應該有27.1~57.8%的節能率,到冬天的時候,若負載是50~60%,則這兩個設備的的節能率更可以達到驚人的78.4~87.5%,乖乖不得了,沒有早裝真是不對!但整體耗電量有下降嗎?

這兩個設備所輸送的水量跟風量對散熱來講是息息相關的,冰水主機的散熱必須靠冷卻水泵輸送到水塔,風車所帶動的風量則必須將水中的熱量帶走,然後達成熱量的平衡.

計算冰水主機以及水塔因為風量減少或水量減少所帶來的影響是一件非常困難的事情,雖然有簡單的公式可以計算到底有多少熱必須透過冷凝器或水塔做熱交換,但當水量或風量減少時,原本的熱交換器的效率變化如何就非常難以計算了.例如水量變少時冰水主機高壓會怎麼變化?水量減少時冷卻水塔的出水溫度又會怎麼變化?

幸好,有一個簡單的假設可以來驗證這件事情,如果主機的耗電量取決蒸發溫度及凝結溫度,而冷凍負載取決於現場及天氣,那把冰水溫度的設定固定,例如固定在7度C,在負載不變的況下,短時間(半小時一小時)內蒸發溫度應該都不會改變,也就是說RT不變,冷卻水量和風量的變化會影響主機冷凝器及水塔的效率,也會造成泵浦跟風車耗電量的改變,同時也會影響到主機的凝結溫度,
那如果在一定的冷凍噸數下,用儀器去把這些設備的耗電同步抓下來,並同時記錄天氣的變化,是不是就可以知道風量及水量變化時對整體耗電量的影響有多大?實施變頻以後到底能不能節電不就一目了然了嗎?

在能量守恆的定律下,冰水系統各別設備的變動都會影響到相關連的設備耗電量.舉例而言,一台冰水主機調低冰水溫度一定會增加主機的耗電,因為蒸發溫度變低了,但同時卻也會減少區域泵的耗電,因為較低的水溫會增加現場空調箱的冷凍能力,空調箱風量不變的前提下,較低的水溫會讓控制閥的開度變小,減少冰水的流量,到最後反應到區域泵的耗電上.


問題是這兩者一加一減下來,何者比較划算?這牽扯到兩者設備的操作效率,如果泵浦的效率高於主機,則有可能這樣操作比較划算,反之則不然.在以總熱為分母的前提上,將這兩者的KW變化放上去,就可以清楚知道何種的操作模式較划算.

水塔風車跟泵浦也可以用這樣的模式做測試,將總熱當分母,將主機,泵浦,風車的耗電當分子,再將無法控制的天氣因素放進來取一個常數來取代,例如濕球降一度的時候水溫可以低一度,就可以了解在散熱端實施變頻操作到底對節能有沒有好處?