2012年2月9日 星期四

改善冰水機房部分負載效率

冰水機房的效率可能會佔到整個電費的50%以上,因此,冰水機房的效率可說是節能減碳中非常重要的一塊.

對於大部分的業主來講,看的只是每個月的電費數據,對於冷凍效率合不合理通常都不知道怎麼去評估.要合理的去評估系統效率合不合理很簡單,就是一些該裝的表頭都要裝,例如KW計,BTU計,流量計,SCADA系統,有了這些東西,才可以準確的評估系統的效率.

對於有錢的公司來講,裝這些東西不是什麼問題,但是對一些中小企業來講,如果系統很小,例如說就是幾百噸,通常業主不會去裝這些東西,不裝的原因通常是因為造價很高,舉個例子,一間百貨公司或是量飯店的機房裝置容量可能就是幾百噸而已,幾百噸的系統如果要裝上這些東西,光監控可能就要花個幾百萬,而且,而且假設系統選擇錯了,出來的資料只是即時值,沒有後端的歷史資料收集及分析系統,那麼這個錢根本就是白花,祇是方便人員監視而已,對於降低電費的支出往往幫不上什麼忙,甚至有時候還會變成束縛在自己身上的枷鎖.

一個冰水機房的負載來自於現場產生的熱及天氣的變化,這兩個因素基本上都是不可控的,所以說,冰水機房通常都會工作在熱負載變動很大的情況當中,也就是所謂的部分負載情況之下,假設一個冰水機房的設計是以滿足夏天最熱的時候的需求為驗收標準,那麼一年四季除了夏天,還有三個季節的天氣跟夏天不會一樣,這就帶來了負載變化上的挑戰,也就是說,ARI做出來的IPLV定義,把冰水主機會跑在100%負載的時間,定義在1%的道理.

空調需求的變化跟所處的地理條件跟環境有很大的關聯性,舉例而言,大陸地區有很多的地方冬天是下雪的,只要所處的地理條件緯度夠高,那麼冬天的時候反而是要供暖,對於台灣來講,北部地區的氣候跟南部就不一樣,北部地區的冬天冷多了,換句話講,北部的空調應用在操作上跟南部是有差別的,即使差異並不是像大陸型國家那樣,夏天熱的半死但是冬天卻下雪,但是還是有一定的差異.

所以說,應付不同季節的需求,假設夏天的機房效率是0.8KW/TON,那麼如果會操作,冬天的機房效率應該更好,因為冬天的冷卻水溫較低,冰機的高壓可以較低,泵浦的話規劃變頻也可以適度的節省電力,但是好玩的是,一些滿載效率很好的機器,到了冬天假設操作錯誤,那麼系統的效率往往就變的很差,本來是夏天平均一噸只要1KW每噸,到了冬天反而系統效率變的非常糟糕,就像我前一文章舉的那個例子,部分負載的效率居然是糟糕的3.8KW/TON,活脫是典型的吃電怪獸.

業主本身呢?如果沒有配置SCADA系統,他看到的電費減少是因為天氣變冷熱負載降低的結果,但是一個很簡單的問題,冬天的電費跟夏天的電費相比,比例上應該是多少才合理.假設冬天的電費是夏天的一半,那麼這樣的電費比例合不合理.

基本上,到底一個冰水機房的電費支出在夏天跟冬天做比較,並沒有足夠的科學證據說要多少比例才合理,因為這跟所處的地理環境有很大的差異性,但是假設說一度的外氣溫度變化在維持室內恆溫需求的狀況下,所帶來的熱負載增幅是4~6%,那麼以台灣北部來講,像這兩天外氣溫度是12度,台北市夏天最高溫抓40度好了,那麼12度到40度,兩者的差距是28度,以一度增加6%的冷凍負載來看,夏天要多增加168%的冷凍負載,但是不是每天都那麼冷,所以說隨便抓個平均值,冬天的熱負載是夏天的1/3到一半應該是合理的推斷,換句話講,夏天的電費再加上尖峰計價,應該是冬天的2倍到4倍以上.

如果說電費單上面看到的不是這個比例,那麼應該可以簡單的推斷,這個冰水機房的部分負載效率一定非常差,也就是說像我講的那個3.8KW/TON的系統,雖然天氣已經降到可以說根本是要加熱的氣溫,但是實際上冷氣卻還在大量的消耗寶貴的能源,造成冬天季節的電費並沒有顯著的下降.

不管是設備買錯或設計錯誤,冬天(泛指要穿長袖外套的季節)才有機會好好節能,如果電費的比例不合理,應該好好的趕快檢討改善,不是說習慣就好,夏天空調設備都要滿載運作的觀念其實是錯的,如果系統設計過大,那麼設備怎麼會滿載,只需要200RT的主機你弄了一台500RT的系統在跑,想當然的,這台500RT的設備來供應200RT一定輕鬆愉快,但是整體的KW/RT一除下來一定就會非常糟糕了.因為設備低載效率都不會太好.

整體KW/RT的改善是一件連續的工作,不是說夏天好冬天就一定好,假設說在台灣一套冰水系統全年運轉下來的平均系統效率是1KW/RT以內或更低,那麼我就會說這套系統的效率還不錯,但是應該是我孤陋寡聞,很少看到有這麼省電的系統,有很多都是1.5KW/TON甚至2,3KW以上,有的人吹噓說他多會操作多會省,假設能拿出一整年的熱當量跟一整年的耗電量統計,簡單一除不就知道了.

所以這個問題的問法變成去年一整年,你用了多少冷凍噸的熱量及多少的冷凍耗電量,兩者一除就清楚了,如果沒有數據,那麼說做了多少的節能措施或是降低多少電費支出應該都只是騙老闆而已.有些節能之後系統用的驗證方法我真的是看不懂.因為都沒有這些數據可以參考.假設今天公司生意好,產能很大,或是今年天氣特別熱,那麼冷凍噸的使用一定會比去年同期多,相對耗用的KW也一定增加,這時候去拿同期電費來比一點意義也沒有.

總而言之,系統的效率不是只看滿載狀況,還要考慮部分負載的效率到底好不好,不要只知道要把冰水溫度調高,假設機器最低卸載的能力就是3成,你水溫調到多高它還是要吃那麼多電,不信去抓一個馬達來看看,不要給它加上任何負載,難道就不用電嗎?當然是不可能.

很多設備當卸載卸到無可卸,它就是要吃那麼多基本電量,再怎麼調高冰水設定溫度也沒什麼用,或許機器停機的時間會快一點,但是頻繁的起停又會帶來其他的問題.馬達及接點的壽命容易縮短.省不了多少電,到後來可能維修費更多.

要怎麼改善應該從整體面來考量,說多不多,真要做其實也是很多工作要弄,在我看很多系統都有滿大的改善空間,只要做對了,省個2,3成或是更多應該都不會太難,但是如果業主自己不在乎,或是有人刻意隱瞞,那麼也就沒辦法了.只好繼續給他耗電下去直到天荒地老.因為天氣無法掌控,幾千年來就是這樣,而空調本來跟天氣的變化就脫不了關係,真的要算準本來就不太可能,搞成部分負載效率不好本來就很常見,沒什麼好大驚小怪的.大家都不用電,難道回到石器時代嗎?