2011年2月13日 星期日

冷卻水側加變頻整體能更省電嗎?

 流量跟馬力及揚程的關係依據一個很古老的定律,一般稱為相似定律.

Q:   水量
N:   轉速
H:   揚程
HP:馬力

換句話講,改變馬達的轉速就可以改變馬達所需的運轉功率,並且是以立方的關係減少,聽起來非常的吸引人,尤其是需要用到大功率的泵浦送水的地方.簡單的計算一下,當流量降低到一半的時候,馬力只要八分之一,在現今強調節能減碳的思維下,裝設變頻自然成為一種風潮,但是在冷卻水側,裝設變頻卻不見得是一個好方法,而且到最後整個系統可能變得更耗電,為什麼我們接下去說明.

當水量變少的時候,對冷卻水塔及主機的冷凝器來講,代表流經這兩個熱交換器的水也變少了,這會發生什麼狀況?

在需要交換的整體熱量不變之下:
這樣講的意思是因為熱負載是由流經現場的冰水帶回來的,所以無法控制負載量的多寡,除非要讓現場的溫濕度失控才能控制負載在一定的容量之下.水量變少的狀況下熱交換器的能力變差,因此進出水溫差變大,對水塔的散熱葉片或是主機的冷凝器來講,代表最終出口的溫度會變高,反應到主機上就變成冷卻水進水溫度變高,連鎖的反應還包括主機的冷卻水進出口溫度都會變高,對主機而言,較高的水溫代表較高的高壓,也就代表較高的壓縮機功率.

所以因為水溫升高所導致的壓縮機消耗功率升高必須跟泵浦變頻下來所節省的電力相抵減,真正的差值才是裝設變頻系統所能節省的電力.


新竹區99年平均濕球溫度


預估一年冷卻水塔最低可供的出水溫度

上兩圖為新竹地區民國99年的平均濕球曲線圖及預估冷卻水塔的出水曲線圖,可以看出若是水塔的維護狀況ok,有將近半年的時間有機會在水溫低於主機最低進水溫度的情況下使用變頻來將泵浦運轉的電力降低,但是話說回來,若是天氣的狀況有機會實施冷卻水泵變頻,在實際的天氣狀況中,也要冷卻水塔及主機的搭配都恰當的情況下才能實施,意思就是說主機的冷卻水溫已經低於主機的最低水溫,然後再用變頻將水量變低.節省泵浦的運轉電力.

有一個簡單的比喻可以形容上面的狀況,變頻的實施時間是有條件限制的,他只有在天氣狀況足夠冷的條件下才能實施,如果放在天氣變化劇烈的地區,.例如較高緯度的國家或地區,由於天氣有時還沒有足夠的條件實施free cooling,還是必須開冰機來製冷,因此裝設變頻來控制冷卻水的流量有其必要性.

但是在亞熱帶或偏熱的地區,由於可以實施變頻的時間帶或操作區間過窄,裝設變頻器後回收的時間就會變長,更何況變頻器在工作的狀況下,還是必須消耗掉一些功率,也因此,若是在無法實施變頻操作的條件下沒有做切離的動作讓電流還是經過變頻器再到馬達,那又變成多出來的無謂消耗了.

有一陣子很流行太陽能熱水器,可是到最後似乎又變得雷聲大雨點小,一個很簡單的道理就是既然是太陽能就必須有太陽才能動作,有些地方的日照時數根本就不夠如何用太陽能?也就是說沒辦法變成一個穩定的供熱來源,再加上單價高,自然在某些日照不夠長的市場就無法高速成長.雖然說它是很乾淨環保的能源.

冷卻水泵實施變頻操作並沒有錯或對之分,重點是什麼時候實施及如何實施?跟天氣及負載變動有沒有辦法搭配,若是純粹只看泵浦可以節省的電力,那真正的結果應該都會大失所望,也就跟要實施節能減碳的初衷相違背了.