如何驗證冷卻側裝了變頻後的節能效果

大概7,8年前,因應節能的需求,開始有人在冰水系統的泵浦及風車裝上變頻器以節省電力,一剛開始是裝在冰水側及送風機側,這個可以收到很好的節能效果,接下來就有人把腦筋動到冷卻水側,宣稱這樣可以做到更好的節能效果,接下來當第一個案例完成,看到泵浦及風車的馬力大幅的減少,於是就宣稱這樣的方向是對的.然後就是越來越多的人群起效尤,完全忽略了整個冰水系統熱平衡的特性.

相信很多人有這樣的經驗,那就是冰水主機的冷卻水溫在冬天的時候,如果冷卻水溫太低的時候,因為主機設計特性的關係,太低的冷卻水溫將會造成主機跳機,所以操作冷卻水塔的時候,就是設定一個溫度,然後循序並且依溫度的高低來控制冷卻水塔的運轉,因此很多人認為,將冷卻水塔及泵浦裝上變頻,可以在部分負載的時候達成良好的節能效果,於是就全部把它裝上變頻,然後看這些單一設備的耗電量來評估節能效果.

冷卻泵浦跟風車的的馬力FOLLOW流體機械的近似定律,也就是說當流量降低一半,馬力只要1/8,所以理想的結果是假設實際的負載值只有設計值的一半,那麼泵浦及風車的馬力將只需1/8,如果這麼理想,那麼要達成5成或6成的節能率太容易了,因為只要所需的流量降到最大值的8成,按理論來講,泵浦或是風車就可以達到將近5成的節能量,那麼為什麼不一開始就把流量設計的小一點,何必一開始是那麼大,然後才來用變頻將流量降低.

熱量的平衡是恆定不滅的,所以當你的水量變小了,熱量並不會因為流量變小而減少,相反的,它只是另一個乘數增加,用一個最簡單的數學例子來說明,假設有一個10單位的熱必須排放,而流量是2,而溫差是5,所以 2*5=10.10這個數值是不能變的.如果給它變頻下去,因為10不能變,所以假設流量少了2成,所以流量的部分變成1.6,那麼要達成總熱不變,所以溫差就要變成6.25,這樣才能熱平衡.

為什麼要舉個這個例子?因為變頻帶來最大的節能效果是揚程的減少及效率的最佳化而不是流量降低,要講這個必須將泵浦及風車的效率曲線拿出來舉例才能說明,但是坊間似乎都是一再強調流量跟馬力成立方比的關係,而不去顧慮那個10的意義,當然,如果把總熱放進來,那麼冷卻側變頻常常會是反效果,前一陣子在一個客戶那邊看到說這樣子弄起來系統可以節能9%,而這個9%是怎麼來的則交代不清,坦白講,如果有辦法把這個9%怎麼計算來的講的清楚那還真的是見鬼,主機本身的效率就會漂來漂去,是主機跑在最爛效率的9%還是最佳效率的9%,還是平均效率的9%,而這效率的依據是什麼?

舉一個例子,假設今天一個機房建置了一套1000RT的冰水系統,請問誰能夠準確預測全年每一個月的冷凍熱當量,答案一定是不行,不然也不會有那個夏天開幾台冬天開幾台的現象,而大部分的系統一定都是設計過大的,只是說大了多少而已,所以說,裝變頻的驗證很多可以過關是建立在對於熱量需求的不確定性上,也就是說根本沒有量熱當量,既然沒有測量熱當量,那麼只要有裝置變頻的系統,只要控制上可以降頻,裝了變頻的那個設備用電量無庸置疑一定是變少的,但是主機多吃的電都沒算,熱當量的數據也沒有,所以常常都是越搞越耗能,只是不能講而已.

講了那麼多,到底這種東西要怎麼驗證節能效果,答案很簡單,就是這些會吃電的KW值全部加起來,再去看整個系統熱當量是多少,然後還要量天氣的狀態,這樣才能將冷卻塔的效率變化也納進來,如此就能知道裝了這些東西到底有用沒用,當然,快的方法就是手動調整泵浦的流量,然後再把這些電力及熱量數據全部抓起來分析,這個工作好不好弄?非常難弄,前年幫一個客戶做這個事情的時候,從4000多筆資料中,也不過篩出7筆數據有一樣的熱當量數據,然後有一樣的冷卻水進水溫度,然後算出差不多3%的節能率,應該是自己比較笨,沒辦法隨便都輕騎過關.

冷凍系統的節能本來就有許多的限制跟方法,而驗證冷凍系統是一件耗時耗力的事情,這個應該很多客戶都有親身體會,公司每年都在說節能,然後看了別人弄就跟著弄,實在講,電力容易統計,熱量也容易統計,但是天氣卻是勉強不來,而每一個設備的操作特性不盡相同,效率最好的點也不一樣,實在很難說在冷卻側就一定不好,可是在台灣的這種氣候,冷卻側去裝變頻的效果跟大陸型的氣候相比節能效果是不一樣的,當然,如果說一開始就是設計錯誤,譬如說原本如果設計的好只要100馬的泵浦,效率工作在80%以上,結果顧問或是工程公司設計了一個150馬或200馬的泵浦在推,那麼用變頻修正過來不失為一個改正設計錯誤的方法.但是也是要看系統特性而定.,不見得一定行的通.

總之,不是別人做過的用在自己身上就一定對,也不是別人做過的自己不做就是傻瓜,俗話說雖然功夫個人巧妙不同,但終究脫離不了科學定律,當然我們很樂意來做這塊工作,一個大系統一天的電費都是以萬計,把錯誤修正回來才能真正的節能.人為刻意的去把冷卻側降頻絕對不是一個好主意.除了冬天可以這樣做,夏天這樣做應該撈不到什麼實質的好處.