2012年2月13日 星期一

不同冷卻水溫度KW/RT圖


上圖是某台冰水主機在冰水設定溫度不變的情況下,主機跑出來的效率曲線圖.
縱軸的部份是效率指標,也就是KW/RT,意思是做每一噸的冰水要花的電力,橫軸是冷凍噸數負載的百分比,簡單的講,就是冷凍噸數的百分比,以這台來講,這台是180RT的主機,所以說,在橫軸100%的那個點,代表這台主機做出去180RT的冷凍量.

最上面那一條是冰水出水溫度7度C,冷卻水進水溫度32度的效率曲線表,從圖上來看,在上述的情況下,主機做180RT的冰水出去,KW/RT是0.64,所以這時主機要耗用115.2KW/H的電.

接下來的曲線是隨著冷卻水溫的下降,這台主機在同樣7度C出水,同樣做180RT冷凍量,但是冷卻
水進水溫度降到15度時,KW/RT是0.36,所以耗電量變成64.8KW/H.

跟32度冷卻水溫度相比,耗電量足足下降50.4KW,冷卻水15度C的時候耗電量是32度C的43.75%.
冷卻水溫差是17度C,所以每下降一度C冷卻水的效應,在這台主機來講大概是2.6%左右.

最低的冷卻水溫曲線停止在15度C,所以這台主機的特性是當外面的冷卻水溫會低於15度C時,必須用一個冷卻水短循環或是將風扇起停的溫度設定點設定在15度,不然可能發生主機跳機或故障的情形發生.
上面這張圖則是不同季節冷卻水塔可能的供水溫度,如果水塔的效率OK,夏天的時候,冷卻水塔的供水溫度可能落在26~32度C左右,秋天的時候可能的溫度落在20~26度C左右,冬天的時候呢?
冷卻塔供水溫度有可能會落在15~20度C左右.

水塔風側熱交換的公式是進出風焓差*風量.理論上,假設風車不走,那麼原則上水塔的熱交換能力是0,但是無論如何,多少還會有一些水蒸發量的熱交換,不過這個部份的散熱計算上通常把他省略.

風車運轉必需要耗電,以這個系統來講,配置的水塔風車馬力約在7.5HP,所以只要風車一轉,耗電量大概在5KW左右,也就是說,如果把風車起停的溫度設定在較高的溫度才啟動風車,那麼主機可能跑比較高的耗電,但是風車運轉的部份耗電就省下來,所以主機跟風車的耗電要合併計算.

舉例而言,假設在冬天的時候,操作者把風車起停溫度設定在24度,那麼只要冷卻水溫度低於24度,風車停止運轉,風車的耗電量是0.而主機呢?耗電量是0.51KW/RT,所以主機耗電量是91.8KW.兩者合併的耗電量是91.8KW.當然風車不轉的情況不會一直持續,所以基本上是走走停停,所以這兩者的合併耗電量會介於91.8KW~96.8KW合併的積分.

另一套系統假設風車持續運轉,在很冷及很低的外氣條件下,風車持續運轉的狀況下,冷卻水塔穩定的提供18度的冷卻水溫度給主機,所以在同樣做180RT冷凍量,冰水出水溫度也相同的條件下,主機的效率是0.44KW/RT,所以主機部份的耗電是79.2KW,因為風車要持續運轉才能提供這麼低的冷卻水溫,所以合併耗電是79.2KW+5KW=84.2KW.

兩者比一比,耗電量差10%左右,一個小時的耗電量差距應該在10KW左右,換句話講,一個小時跑下來,耗電量就差了25元左右,假設天氣一整天都一樣,(事實上不可能這樣),一天就差600元,一個月差一萬八,冬天算7個月,一年就差12.6萬.15年差189萬.

上面說的牽扯到主機,水塔的效率特性,這台主機可以跑到15度的冷卻水溫不會出事,但是不見得每個廠牌的主機都可以這樣跑,因為高壓低的時候,可能會有馬達COOLING不夠,或是油循環不良的可能,所以有的設備不能跑這麼低.假設不能這樣跑而燒掉,那為了節能把設備搞壞也不對.

另外,水塔的效率也很重要,水塔的供水溫度無法低於濕球,所以說假設外氣濕球的溫度就在主機可以耐受的最低水溫之上,那麼主機也沒辦法藉由這樣的特性來省電.

舉例來說,外氣濕球溫度是15度C,水塔趨近溫度是2度C,那麼供給主機的最低水溫就是17度,主機也就只能跑17度C那條曲線,因為冷卻水溫想再低也不可能.

上一篇文章我寫到非常差的部份負載效率,那台主機的冷卻水溫是設定在25度C左右,至於說那台主機到底可以用怎樣的水溫來跑我不知道,但是如果以那天的情況來看,用圖上的這台來跑跟在現場的那台來跑,耗電量的差距是以倍在算.

因為圖上這台在當天(外氣乾球只有12度)的那種情況下,總共(主機加風車)應該只要30KW的電,而那天那套系統(主機+風車)至少要55KW.

可以用幾度的冷卻水溫跑牽扯好幾個因素,第一是天氣,天氣沒有那個條件想低也低不下來.第二是主機特性,主機可以安全的用幾度跑要問主機廠商,基本上各家的設計不會一樣,可以這樣跑的沒那個天氣條件也沒用,不能這樣跑的即使天氣條件允許,硬跑只是把設備搞跳機或是弄壞而以.
第三是水塔效率.水塔的效率決定了供水溫度,而供水溫度又決定了主機效率和耗電量.

要這樣跑,水塔效能和控制是很重要的一個變數,可以這樣跑的在控制上至少要做一個追濕球的控制機制去控制風車的起停,(或是用油門全開策略,假設主機冷卻進水溫度在當地根本不可能低於主機可以忍受的最低進水溫度,那麼就是油門全開).

或是說主機不行這樣跑,那麼風車的起停除了追濕球,另外可能就做一個變頻裝置,如果說主機的最低冷卻水溫只能到20度,那麼水塔風車來省一點電也不見得就不行.反正安全溫度就是那麼高,冷卻水溫度跑太低主機會跳機,那麼變頻的方案就要考慮.

中央空調的設備不是只看單一個點就可以決定這個系統的性能,還要搭配其他的觀點來看,用TOTAL KW/RT的觀念最簡單不過.上個禮拜去一個客戶那邊,他的主機最低冷卻水溫可以跑到
11度左右,但是他不知道可以這樣跑,所以就告訴他一下,但是那台主機的負載太輕了,只有20%的冷凍負載,所以說在這麼低的熱負載,降低冷卻水溫度雖然有用,但是解決不了低溫差的症頭,當初他選的機器太大了.應該去弄一台小一點的機器來跑,不然冬天的時候真的虧很大.

效率曲線要找設備廠商要才有,我的這份也是廠商給我的,至於業主自己的設備效率曲線要去找原廠要才會有公信力.但是如果廠商不給或是沒有呢?那就只好自己在冬天的時候實驗了.

當然,業主也可以把冷卻水溫永遠設定在一個安全的固定溫度(例如30度),反正設備一定會跑,只是多耗點電而以,或是說一台主機在熱負載相同的情況下,跑30度跟20度的冷卻水溫效率一樣,那我也沒意見,反正電費你家自己付,只要出錢的人不CARE,設備是你的,我幹嘛要去改變你的習慣?

我拿出來的東西是廠商認為可以做的到才拿,搞不好騙人的也不一定,但是鄧小平講的,實驗是檢驗真理的唯一標準,廠商敢拿這樣的東西出來應該就是有所本,假設數據是正確的,那麼不要催到底,冬天的時候冷卻水給他催到16度應該不能跳機,不然就是欺騙社會,應該拖出來譴責.

很久以前還有很多人在操作冰機的時候根本不知道冷卻水溫對主機的影響是什麼,不管夏天冬天就是設在25~30度就對了,看起來真的是很愚蠢的做法,直到現在也還有很多是這樣在弄,但是有一個可能也可能發生,那就是我提出的數據不見得就對,搞不好還錯得離譜,因為假設真的就是那麼簡單,那麼為什麼以前很多主機廠商都會說30度的時候主機效率最好,而且還行之有年呢?這中間的問題在那裏?

市場上競爭的雙方不會去說對方的好話,但是我認為跟敵人學習與成長才不會迷失在自我的主觀當中,人是常常會犯錯的動物,叫一個電機博士去弄空調可能他也完全沒概念,同樣的,廠商講的跟業主自我的觀念認知也可能差很多,大膽假設小心求證,凡事講求科學證據才重要.這樣大家才能一起進步.為自己的荷包跟地球的永續發展爭取雙贏的機會.