2010年12月16日 星期四

水塔風車裝變頻,不見得比較省,可能更耗電

這幾年變頻器相當流行,彷彿一切會轉動的馬達設備裝上變頻器就會省電,馬力與風量成立方比的關係連最菜的從業人員都朗朗上口,就像當初的蛋塔熱,變頻器熱到現在還未停歇,只要沒變頻的設備,想辦法裝上就是了,至於最終有沒有什麼副作用,對其他設備的影響是什麼不用管,只要看到裝上變頻器的馬達有省電,最後total的電力使用不是重點,老闆看到變頻器裝了就爽了,事情真的如此容易嗎?

如果事情如此容易,那業主可以自己上網研究資料,看喜歡哪種牌子的變頻器,然後請個水電工將原本馬達的線路切開再裝上去,也不用花大錢再裝監控去看到底省了多少,然後還是搞不清楚到底省了多少.就算整體的電費沒有下降,但有裝變頻器的那個馬達運轉電流真的比之前低很多.

事情哪裡出了錯?明明馬力與流量乘立方比,風車的運轉電流也比以前低很多,為什麼整體的電費不降反升?如果單看一個風車的耗電量,省了幾十%的電力,最後的電費卻沒有下降.是誰在做怪?難道有一隻看不見的手在偷偷調整變頻器的頻率,導致整體省電率不如預期?

答案在冷凍系統的熱量!幫兇則是無法控制的天氣.依據能量不滅的定律,水塔的總散熱量等於進出風的焓差乘以流過散熱葉片的風量,如果進氣口的條件無法控制:雖然這是一句廢話,但卻真實到不行,人無法要求老天爺給我們想要的進風條件.既然無法要求想要的進風條件,則降低風車的運轉風量會發生什麼事情?

那就是出風口的溫度會升高,如果把全風量的的單位比做1,原本未變頻前的焓差是15btu,若是風量變成一半0.5,在熱量不變的狀況下,則進出風焓差要變成30btu,進風口條件不變,出口的空氣焓值升高了,也就是溫度變高了.

這會帶來什麼效應,同樣流量的水跟較高溫度的風接觸,會升高冷卻塔的出水溫度,較高的出水溫度會帶給主機較高的高壓,因此主機的耗電增加了.所以真正省下來的電應該是主機增加的電減風車減少的電,然後看哪一塊比較多!不信的話在冬天的時候關掉幾顆風車,不管變頻器再怎麼省,不可能比不開更省吧,把不開風車省下的電跟主機因此增加的電拿來看,就可以知道我的所言不虛.

再一個更科學的方法,用儀器把冷凍噸數測出來,再把這兩個會耗電的設備所消耗的kw數加起來,
用冷凍噸數當分母,消耗的kw當分子,並且為了消彌天氣的誤差,再裝一個溫濕球計來消除天氣變動造成的差異,連續同步的測一段時間,測出來的數據就是這兩個設備綜合運轉時候的KW/RT,這樣就知道到底有沒有比較省了.

很遺憾的,主機的耗電量跟風車耗電量的差異很大,舉例而言,如果一台1000RT的主機滿載耗電量是640KW,一台相等容量的冷卻水塔風車耗電是55KW,冷卻水差一度C對主機的效應是3%的話,水塔設計溫差為5度C,那用手動的方式將風車的風量降低一半,因此風車的馬力消耗變成6.875KW,這時冷卻水的溫度即使溫差不變,但水溫應該會上升到比原本的進水溫度多2.5度C,
2.5度C影響主機7.5%的耗電,主機因此多耗電48KW,因此水塔省下的電55-6.875=48.125KIW,
48.125KW-48KW=0.125KW,在最理想狀況下只能省0.125KW,若主機冷卻水降低一度C效應大於3%,變頻器本身電子電路效率的損失再幾%,則這樣一來,裝變頻器只是裝心理安慰而以.總體來看反而更耗電.

台語有一句話叫"生吃都不夠,哪還有可以曬乾",如果水塔在全風量的狀況下,他做出來的水溫都追不到大氣的濕球溫度,在那個時候根本就沒有實施變頻的條件,因此在夏天的時候沒有條件實施變頻運轉,再加上通過變頻器的電流要再消耗個幾%在電子電路的損失上,所以在夏天的時候整體系統是更耗電的.

到了比較涼的時候終於可以有機會實施變頻運轉,如果要在風量減小之下不升高出水溫度,只有水塔的容量遠比要散熱的量多很多才可以,那就多開一顆風車吧,兩台風車合成的風量等於一台,
但耗電量只有單走一顆的1/4,的確是一個好主意,這樣就可以不升高主機出水溫度又能減少風車耗電,有這麼容易嗎?開兩台風車水溫就會降到跟不實施變頻前一樣的水溫,主機不增加耗電又能減少風車耗電?

開兩台合成的風量是跟開一台一樣,消耗的馬力也是只有1/4,但水塔熱交換的效率還是變差了,不會提供一模一樣的出水溫度,因為風速變慢了,風速也會降到原本的1/4,有風量但沒風速,原本是刮颳風現在變成春風徐徐,設計足夠的風速是要讓空氣穿過散熱葉片,現在可能很多風還沒穿過萬重山就死在山坡上,根本沒辦法做熱交換.就像如果你買了一顆泵浦想要將水直接送到6F,但泵浦選錯了,揚程不夠,泵浦只是在那邊白做工,水根本送不上去.

如果一台水塔有十個風車並聯,每開關一顆是不是就等於有10%的容量控制,相較於變頻的無段控制,若再加上馬達有高低速,就有20段,相當於可以做到每段5%的容量控制,如果是這樣的系統,用一台PLC偵測濕球,然後去控這10台風車或20段去追濕球,除了沒有變頻器的軟啟動會導致皮帶壽命較短之外,有必要裝變頻嗎?

因此,裝變頻前先考慮清楚這整個系統的變化,風量,風速,馬力,水溫的變化跟主機耗電的關係,真的評估出來的確有空間再裝,例如水塔狀況非常好,水塔的APPROACH非常的小,的確有風量降低的空間,不然的話,花了大錢不能回收,不如把這些錢花在改善冷卻水塔本身上面,例如更換散熱葉片,比較好的水處理.會比迷信變頻的效益來得大很多.