2012年2月28日 星期二

一次側變流量VS一次二次系統比較


上圖是一次二次冰水流量設計的流程圖,負責供應現場冰水熱負載的泵浦由俗稱二次泵的泵浦負責,一次側的冰水流量則由另一個流量相同,但是較小的泵浦負責.

這兩顆泵浦設計時流量應該一樣,不然水量不平衡很容易多耗電或是供水的溫度變的不穩定.一次泵的開機台數應該跟主機的開機台數一樣,二次泵的開機台數由現場的負載決定,通常信號回授的機制是靠現場回來的壓差開關決定.各個次系統的管路上通常會裝上平衡閥,有助於各個子回路流量的平衡跟調整.讓系統的效益最佳化.

一次二次系統是很穩定的系統,因為供應冰機流量的泵浦是定流量設計,所以不會因為流量的變動造成冰機跳機,缺點就是系統會比較耗電,因為在部份負載的時候,一次泵浦供應過大的水量給冰機,因此很容易造成主機低溫差的狀況發生,而且泵浦浪費了一部份的電力.

但是在小弟的經驗來講,如果二次泵已經是變頻設計,一次泵裝上變頻應該不是什麼好主意,因為一次泵的馬力通常小二次泵不少,而且當流經主機的流量降低,主機的低壓跟著下降,耗電也跟著增加,泵浦省下的電必需蓋過多出來的耗電,這中間是必須有一個的甜蜜點去平衡,而且萬一控制的不好可是會因為流量太低跳機的.如果冰水是應用在製程或要求嚴格的無塵室,冰機跳機會產生什麼損失是很難講的,犯不著為了省一次泵的一點電力去冒險,因為一次泵的馬力放在系統裏面看的話,其實佔比是不大的.

上圖是一次側變流量的系統設計,換句話講,直接從供應主機的冰水泵變頻,原本的旁通管必須裝上一個比例式的旁通閥,冰水泵的出口裝上一支header管,可以做為統一供應冰水的緩衝.
上圖則是兩種系統的比較,一次側變流量少了二次泵的管路,閥,以及相關的成本,紅色框起來的部份就是減少成本的部份,所以初置的成本較低,是目前很適合推廣的系統建置.

對於冰水系統來講,早期的三通閥系統設計是最耗能的,所以接下來才有一次二次系統的發展,主要就是應付部份負載時的變化並且提供穩定的流量供主機穩定運轉.

接下來才是一次側變流量系統.它可以節省很多的系統建置成本,並且耗能也省.

國內有很多人的迷思認為只有某些品牌的冰水主機才可以做一次側變流量系統,其實這個東西是錯的.只要流量控制的好,任何主機都可以來做一次側變流量.

對於主機來講,選機的時候會有一個設計流量,也會有一個最大跟最小的設計數字,這些數字的意義就在於設計流量是平衡主機跟泵浦效率的最佳點,過大或過小都對主機的效率沒有幫助.反過來講,如果水量降到低於要求的最小流量,那麼主機將會因為流量不足而跳防凍.

對於一次側變流量的系統來講,最低流量的要求是第一要件,不管是開幾台主機或泵浦,泵浦都必需要能夠提供主機不至於跳機的基本流量,這樣就解決了可能跳機的困擾,第二個則是流量的變化率不能過大超過主機本身可以調變的範圍,這樣冰水的出水溫度才能穩定的供現場設備運用.
而不至於在需要精密控制溫濕度的環境中造成失控.

所以說,小弟認為假設是要求精密的溫濕度控制,例如有無塵室的環境,用一次側變流量的設計風險較大,道理很簡單,現場空調箱的閥可能突然開啟或關閉,造成流量在很短的時間產生很大的變化,所謂很短的時間大概是一分鐘左右,假設流量的變化下降突然超過30%,那麼大概主機都會因為流量突然太低而跳機.反過來若是流量突然變大,那麼冰水溫度將會突然升高,現場的溫濕度條件將會在短時間內呈現不穩定的狀況,必須等主機反應過來才能恢復穩定的狀態,而這種變化的過程,相信是一堆半導體廠都不允許的狀況.

小弟認為若是環境溫濕度的要求沒有那麼嚴苛,必如說辦公大樓或比較簡單的工廠,即使跳機一下子或是冰水溫度變化個一二度沒什麼的環境,一次側變流量設計真的不錯,建置成本比一次二次系統來的省,耗能又比較低.

那麼若是精密環境也要這種系統可不可以?答案當然是也可以,只是說泵浦流量的變化要小一點,一分鐘變化個5%左右應該目前市面上所有的冰水主機控制器都有這個能力適應這樣的流量變化,一分鐘5~10%的流量變化在空調箱及主機上的溫度變化應該都不會太大,也就是說,只要泵浦流量控制的程式寫得好,在現場的比例閥突然打開或關閉時可以保持住主機不跳機的冰水流量並且保持住和緩的變化率,那麼這個系統就會是成功的一次側變流量系統.

所以說,設計這種系統的時候必須對使用的特性,設備的性能及調控特性先行了解清楚,然後才去選設備,假設一台冰機只能適應每分鐘不超過10%的流量變化,但是系統卻常會有這樣的情形發生,那麼設備的調控上就要多加注意,必須有相對應的保護機制跟程式設計.

設備的選擇不會是非誰不可,一切還是數據說話,即使是同類型的設備,因為製造廠家的不同,設備的操作特性也不見的都一樣,多做一些功課,應該就可以建置起屬於自己經濟又節能的一次側變流量系統.同時降低建造的成本跟日後的運轉費用.畢其功於一役.