2012年1月17日 星期二

Min.ECWT 冷卻水溫對主機效率的影響

下面這個公式是某M牌離心冰水主機宣稱的性能數據:

Min.ECWT= 5.25+0.88*(LWT)-DTfl*(PLD/100)+22*(PLD/100)2

 假設冰水主機在出水溫度的設定是44F,那麼依照這個公式跑,那麼這台主機在50%負載下,最低可以容忍的水溫大概是44.5F.

另一個Y牌離心冰水主機宣稱的性能數據是:
Min.ECWT= LCHWT-C RANGE+5F+12(%load/100)

假設冰水主機在出水溫度的設定是44F,那麼依照這個公式跑,那麼這台主機在50%負載下,最低可以容忍的水溫大概是50F.

這樣的數據有什麼意義?為什麼要強調低冷卻水溫,太低的冷卻水溫不會對主機產生什麼不良的影響嗎?

為什麼低冷卻水溫對主機這麼重要?道理很簡單,我們可以把主機當成一個氣動機械,葉輪的兩頭是高低壓,葉輪的驅動由馬達帶動,那麼對這台機械來講,它必須做到兩件事情,第一是提供流量,第二是克服揚程.


流量來自於熱負荷,揚程則來自於熱阻.所以說,主機的負荷是主機要去追設定的溫度,冰水設的溫度越低,主機就會一直加載,在機械上面就是膨脹閥(或是冷煤調節裝置)要開大,這是調節液態冷煤的部份,另一方面,葉輪低壓到高壓的部份要調節的是氣態的冷煤量,所以扇門的角度會變大.
這是克服熱負荷的部份.

揚程的部份來自於熱阻,也就是說冷煤跟水交換的溫度差.冰水的部份要提供的是固定的溫度給設備及空調使用,所以這個部份不能動,冷卻的部份完全不一樣,受外界的環境所限制.對採用氣冷的設備來講,它的冷凝溫度無法低於乾球溫度,對採用水冷冷卻的設備來講,冷凝溫度無法低於濕球溫度,大部份的時間,乾球溫度會高於濕球溫度,簡單講,採用水冷的設備冷凝溫度會比採用氣冷的來的低,也就是高壓會較低.

回到以上的算法,44度F換算為攝氏6.6度,50度F換算攝氏為10度,假設水塔的趨近溫度最好為兩度C(事實上業主很少買這樣的水塔,因為太貴),那麼要做到6.6度C或是10度C的冷卻水,濕球溫度要低於4.6度跟8度,事實上除非在台灣的高山,不然不會有這樣的氣候條件.也就是說,雖然兩者比較,M牌的耐受力更好,但事實上在台灣實際應用意義不大.

對於冷卻來講,儘量利用可拿到的最低氣溫跟水溫來降低主機的揚程好處多多,因為葉輪定律清楚指出揚程的變化跟馬力成平方比,所以說有那樣的氣候條件時,這樣的設備對於節能的幫助是非常大的.

運作在低冷卻水溫的主機挑戰是什麼?可以分四個方面,一個是潤滑的問題,對於螺旋機來講,通常沒有再做獨立的油泵來供油,而是靠重力壓差,也就是說,油的流動必須靠高壓去推動,假設高壓搞的太低,那麼油將停止流動,油停止流動對機械的傷害可想而知.所以螺旋機水溫跑的太低風險滿大.萬一失油就會引起大麻煩.

對於離心機來講,通常都會有獨立的油泵,那麼要保證油槽裏面絕對有油靠的是替油槽建立一個低壓的環境,低壓已經由冰水的設定溫度決定,獨立油泵可以提供的油流量由油泵浦決定,只要油槽的壓力比高壓低,油槽不失油,較低的冷卻水溫對離心機的潤滑威脅不大.

另外一個問題是馬達的冷卻問題,半密閉的系統馬達的線圈必須靠冷煤冷卻,而冷煤通常是由高壓端引進來,然後透過限流孔調節冷煤的流量,如果高壓太低,那麼在高負荷但是低高壓的狀況下,
馬達線圈非常容易過熱燒毀,所以說早期的很多離心機沒有配用專用的冷煤泵時,根本不適合跑低冷卻水溫.


螺旋機的馬達冷卻就又不太一樣,有很多的設計是靠低壓端的回冷來冷卻,有的則是有節能器的設計,透過部份的液態冷煤去冷卻馬達,同樣的,如果只是靠氣態冷煤掃過整個馬達的線圈做冷卻,因為氣態跟液態的體積差非常多,純靠氣態冷卻的馬達散熱效果一定比有部份液態冷煤做冷卻的來的差,但是有液態冷煤管冷卻的高壓太低流量就少,馬達一樣散熱會不好.


另外一個是冷煤流量的調節,最好是用電子膨脹閥,其次是機械式膨脹閥,最簡單的是限流孔.對於低冷卻水溫的狀況,因為高壓低,假設只用限流孔調節冷煤流量,那麼如果高壓太低,高壓端沒有足夠的壓力將冷煤推送過去,就會造成蒸發器匱料,冷煤防凍開關動作,主機因此跳機.


對採用膨脹閥的設備來講,調節能力會遠比限流孔板好很多,如果是電子的,那就更好.因為在很低的冷卻水溫的時候,電腦會根據進出水的溫差,壓力,來決定膨脹閥的開度,假設高壓太低冷煤流不過去,那麼電腦會根據收到的信號將電子膨脹閥開到最大,讓蒸發器不至於匱料,因此享受低冷卻水溫的好處.


還有一個就是壓縮機扇門或是滑塊的控制,這兩個都是調節氣態冷煤的量,也就是說,假設是用限流孔板或是機械式的膨脹閥,那麼開度的決定就是由設定的冰水溫度決定,如果水溫追不到,扇門或滑塊的開度就要變大,但是如果會產生蒸發器匱料,那麼運轉上可能就會產生不穩定的狀況.沒有辦法應付穩定運轉的要求.


機械設備的設計有時候會因應地域及氣候的不同而做調整,如果今天地域的氣候條件是全年都很熱,那麼根本沒有機會有低冷卻水溫的條件,主機的運轉就是夏天的設計條件即可,反正一年四季都很熱,沒有必要弄什麼太複雜的設計去增加成本.


相反的,如果天氣都很冷,那麼假設夏天的氣溫最高不過是20度,冬天都是零下,冰水機連裝都不用裝,而是要加熱了.像靠近地球南北兩極或是寒帶國家都是這樣.


前幾天到一個面板廠去談了一下有關冰機節能的問題,照理說這個東西應該是找原廠去講,但想想既然是朋友,很久沒去就去走走,那天濕球溫度是16度C,它們操作的冷卻水溫是25度C,也就是說,水塔有很多風扇都沒轉,我請他去做一個小實驗,關掉更多的風扇讓水溫升高,然後再去觀察主機的電流變化,因為外界濕球溫度夠低,它的設備在不同冷卻水溫之下,低一度大概有3%左右的節能,如果說原本是操作在25度C的設定,假設拉到20度C,同樣的狀況主機就可以省10幾%的電,跟風扇耗電相比,當然整個系統的耗電還是會比較省.


但是如果外界溫度再低的時候怎麼辦?坦白講,一點辦法都沒有,要嗎冒主機故障的危險,不然就是將一些風扇關掉,不然設備就跳機了.因為它正是用限流孔板控制冷煤流量.高壓太低的時候主機會不正常.前一陣子另一個晶圓廠也是一樣.


跟可以跑低冷卻水溫的主機相比,如果懂得操作的訣竅,兩種不同的設備在台灣冬天的時候,小弟估計效率差30%左右,一台主機差到30%的運轉效率,要怎麼弄節能才有辦法達到這樣,可以講幾乎是不可能的事,但是如果一開始機器就選對了,現在就沒有這個困擾了.換主機嗎?幾乎不可能,
一年假設差人家15~20%的電費,15年下來多少錢?根本就是天文數字了.


工況的應付是大陸對設備運轉在不同條件下的通稱,對於業主來講,設備擁有者必須負擔運轉的費用是天經地義的事情,設備商要做的就是讓設備可以穩定的運轉不出狀況,電費的支出好不好只是買機子的時候客戶可能會稍微注意的事項,更多時候客戶在乎的是價格,如果沒有事先去把要應付的工況研究清楚,機子買錯短期間根本沒辦法換,除非天氣有很大的變化,不然只能一直擁有到壞掉,講實在話,這樣子虧都虧死了.


台灣因為是亞熱帶,所以機子要應付的工況不只是熱帶氣候,在台灣的北部,很多時候天氣也還是滿差的,也就是說滿冷的,你要用熱帶的氣候條件來操作主機沒有人反對,也就是說,即使你買了一部可以應付低冷卻水溫的主機,但是仍就用熱帶思維來操作沒人管你,但是如果有這個條件可以應用而不懂得用,那就是跟自己的錢過不去了.


M牌,Y牌都有推出適合這種工況的設備,其他牌子小弟不清楚,T牌宣稱低冷卻水溫不是最佳解決方案,C牌好像也沒看到這樣的宣傳,至於其他設備廠商,好像也沒有對這塊有清楚的描述,但是廠商的宣傳方案基本是必須有所本,信不信在客戶,自己的設備透過實際操作,應該可以很清楚其中的差異性,尤其現在是冬天,冬天才會有條件可以做這種測試,到夏天就沒辦法了.


自己的荷包要自己顧,自己的設備也要自己想辦法,怎麼做對自己最有利應該不是聽廠商的一面之詞,當然,如果說對廠商夠信任,願意相信廠商講的話,那也是一種方法.


本來要買設備就很難,市面上有很多的產品也都是用不實的數據在欺騙客戶,像是一些誇大的廣告一樣,往往就會形成消費上的糾紛,本來能源消耗的這種東西就很籠統,沒發生那種工況就沒有那個數據,用模擬的是很難的.一個產品有優點就必然會有一些缺點,(譬如價格比別人高)廠商宣傳絕對不會去講自己的缺點,講破了就沒人敢買了.


有時候好東西也要識貨的人才會買,就像買車一樣,市占率最高的未必各方面是最好,但是賣得最好的肯定是商業策略上最成功,最有辦法抓住消費者的心,才有辦法獲得商業上的成功.而且越成功的產品,有時候人們在看他時候的眼光往往就越狹隘,以至被矇住了雙眼還要歌功頌德,大肆吹噓一番.


不信你去批評買得起高價跑車或頂級豪宅的人看看,人家一定會說是酸葡萄心態.而不管這些商品背後的價值到底實不實用.看事情的角度會因為思考模式及經驗的不同而異.


到底自己的設備屬於哪一種?值得擁有的人好好去思考了解一番.