2011年12月22日 星期四

部份負載的效率才是重點

空調系統的設計很大一塊由需求決定,而需求除了家用系統比較單純,商業用或工業用的的熱需求計算從來不是一件簡單的事,家用系統只要把坪數算好,人頭算好,要出包的機率不大,但是商業用或工業用的系統除了克服天氣,還有市場的景氣榮枯,訂單多寡都會影響熱需求,這時候變數就很大了.

舉例而言,假設有一個汽車賓館,房間數是30間,每間15坪,那麼總共是450坪,因為汽車賓館並沒有什麼發熱量,所以假設設計7.5坪一噸的冷凍能力,那麼選一台60噸的主機及80RT的水塔,然後分別選兩台5HP的泵浦,至於送風機為了怕突槌,選1200CFM的風機在每一個房間,

那麼整個系統滿載時設計的總耗電量是多少?主機滿載是54KW,兩顆泵浦7.5KW,水塔0.75KW,送風機高速時是0.21KW,所以54+7.5+0.75+(0.21*30)=68.55KW.設計時每噸的效率是1.1425KW.

這個是假設生意好,全部的客房都賣出去了,整個系統跑出來的效率就是這樣,問題是生意很難永遠這麼穩定,假日的時候可能會好一點,非假日,離峰時間可能就差一點,那麼假設在控制上沒有去多做注意,星期一到五的生意就是大概五成,那麼整個系統的反應又會變怎樣.

五成的負載代表需要30噸的冷凍能力,來看系統中每個元件的反應是什麼,主機的壓縮機起停是靠溫度控制,溫度到了就開停機,小型系統也不可能去買比較高價的螺旋機來用,所以低載時壓縮機就起起停停,耗電量跟著起起伏伏,假設恒定30噸在跑,所以耗電是27KW,泵浦的部份這樣的小系統很少做什麼精密的控制,所以基本上就是一路開到底,所以是7.5KW,水塔風車可能也是一路開到底,所以是0.75KW,送風機是客人進去才會開,所以0.21KW*15=3.15KW.

跑30噸的狀況下,整個耗電38.40KW,做每噸冰水的效率變成1.28KW/RT.
兩個相比,1.1425/1.28=0.89258,負載一變,有些該調變的不調變,整個系統耗電量差了差不多10%.雖然說冷卻塔及主機的冷凝器毀因為負載變小,效率變好讓主機高壓稍微降一點,但為了方便比較,就抓10%的耗電差異.實際應該是差個8%左右.

冬天的狀況可能更慘,搞不好只有15噸,那麼整個系統的效率如果沒有好好控制,效率可能變成1.5KW/RT,跟滿載的效率差了20%以上.而汽車賓館冬天需不需要開冷氣來用,還是有可能要開.
因為室內的溫度跟室外可能還是差滿多的.

再舉一個例子,學校的冷氣就又跟汽車賓館差很多了,到了冬天就不會再開了,那麼假設學校的特性是全開全關,但是假設規劃安排的不好,假日或是夜間的負載量差很大,沒有小的冷氣可以開,或是一些實驗室,那麼上面講的情形就會再次發生,這時候整個系統變成吃電怪獸,假設說機器或是系統設計並沒有好的卸載方法或特性,那麼耗電就是嚇人的多了.

氣冷系統跟水冷系統的耗電基本的差異大概是3成,也就是說水冷的系統可以讓主機的高壓較低進而讓壓縮機的耗電較低,但是一些週邊的配備設施沒有好好的去弄,耗電量會因為部份負載的效率不好而倒咬回去.如果說必須分配的點很多,譬如說幾個房間或是送風機必須分配,那麼部份負載效率的管理更行重要,而不只是設備銘牌上的數據.

對於業主來講,他要的是不能犧牲功能來減少耗電,並且整個的運轉費用要降低,對於機器來講,效率特性是製造的過程中就已經被決定了,因此一旦系統選錯或是設計錯誤,沒有考慮到足夠的卸載能力,那麼整個冰水系統有非常大的機會變成吃電怪獸.因為我就看過很多1噸至少要2KW的冰水系統.系統的耗電比散熱不好的氣冷式還差.

對於廠商來講,拿到案子最重要,從設計開始就追求得標是重點,任何有益於業主的事情不見得有利於自己,因為多的東西都要多成本,假設業主也沒有那麼了解,一些對節能必要,但沒有裝功能也不會缺乏的東西就省略掉了,因為大部分的業主都是沒有能力看細項,但是看報價價格卻是每個都會看,尤其是非本科的,那麼系統變成吃電怪獸是業主要承擔而不是施工廠商,沒有節能設計要求這一條何必多做,有功無賞,打破要賠,搞不好弄得太好案子還拿不到.

我很喜歡用開車的耗油量來比喻空調的耗電量,要到的里程數是熱負載,耗油量是必須支付的代價,從A點移動到B點的過程中,路況(比喻成天氣),駕駛習慣(比喻控制),保養狀況(比喻保養)都會影響到耗油量,看一些車子的市區/高速油耗就可以很清楚知道最佳效率點(高速)跟部份負載點(市區)的差異有多大.基本上都是幾成在起跳.冰水系統的效率其實是滿相似的.

看教科書講部份負載的效率這一塊會把人搞暈,實務上部份負載卻是一年四季都在發生,而且幾乎都是部份負載在跑.一套系統要在一年四季都能有很好的效率必須有很好的調校跟控制的能力,才能維持系統的高效運轉,不然隨隨便便就損失個幾十%的效率是常有的事,不信嗎?嘗試去評估看看自己系統的部份負載效率再來看我所言是真是假.

現在銀行的存款利息才1%2%,貸款的利率看大咖小咖,用一個經濟學的角度來看,只要借款利低於投資報酬率,那麼等於就是無本生意,對於提升部份運轉效率這件事來講,除了設備效率的檢討,有一套合理的財務模型最重要,簡單的講,節能設備的時間成本是決定能否成功的關鍵.

舉例而言,今天設備效率的部份好了20%,但是設備的稼動率太低,那麼即使某個時間點省下了20%30%的耗電量,設備不轉就沒有投資回報,整個報酬率就會被往下拉.學校就是最好的例子,基本上晚上不開,冬天不開,即使整個系統效率的即時值有辦法提升20%,30%,那麼設備不走就完了,
整年平均下來借錢來弄是划不來的.因為銀行的利息是不管你設備有沒有走都要收錢計息的.就好像說投資太陽能板省電不錯,但是萬一沒太陽就掛了,日照不夠的地方在搞這個就行不通.投資回收的年限就會被拉得很長.

評估財務模式是否可行是提升部份負載效率的第一步,成功的關鍵在設備的稼動率,這些東西先考慮清楚,如果稼動率夠高,那麼即使是要換系統裏面最貴的冰機應該也是非常划算的投資的.如果稼動率真的沒那麼高,可能就要採用例如說儲能系統來做,例如說儲冰之類的.

總之,部份負載效率決定了一個空調系統一整年理面的耗電量,先釐清這一塊的數據,再考慮財務模型是否可行,至少兩個條件都OK的話,節能應該是可以獲得不錯的投資報酬率,這個東西應該才是老闆最CARE和關心的吧.